专利名称：对由高强度钢制得的扁钢产品进行热浸镀的方法
对由高强度钢制得的扁钢产品进行热浸镀的方法
技术领域：
本发明涉及一种使用金属覆层来镀覆扁钢产品(例如钢带或钢 板)的方法，所述扁钢产品是由含有不同合金成分(尤其是锰、铝、 硅和/或铬)的高强度钢制得的，其中所述扁钢产品经历热处理，以
便随后在加热状态下、在总体上含有至少85%的锌和/或铝的熔浴中 通过热浸镀来镀以金属覆层。
在机动车车身构造中，使用由钢制成的热轧钢板或冷轧钢板，
出于防腐蚀的原因，所述钢板经过了表面处理。对这种钢板的要求是 极为不同的。 一方面，它们应该能够易于形成，而另一方面，它们应 该具有高强度。所述高强度是通过向铁中加入特定的合金成分(例如， 锰、硅、铝和铬)而获得的。
为了优化高强度钢的性能曲线，通常在即将用熔浴中的锌和/或 铝来镀覆钢板之前，先对该钢板进行退火。虽然只含少量合金成分的 钢带的热浸镀没有什么问题，但是在使用常规方法对含有较高比例合 金的钢带进行热浸镀时会产生很多难题。例如，由此产生这样的区域， 在该区域中覆层仅仅不充分地粘附在该单张钢板上，或者所述区域保 持为完全没有被镀覆。
在现有技术中，人们己经为避免这些难题而进行了大量的尝试。 然而，目前看来尚未获得解决该问题的最佳方法。
就采用锌对钢带进行热浸镀的已知方法而言，待镀覆的钢带通 过直接加热的预热器(DFF =直焰炉)。通过改变燃气燃烧器所使 用的燃气-空气混合物，可以使钢带周围的气氛中的氧化势提高。提 高的氧势导致钢带表面上的铁被氧化。按照这种方式形成的氧化铁层 在随后的炉段内被还原。对钢带表面上的氧化物层的厚度进行特定地 调节是很困难的。高带速条件下的氧化物层的厚度小于低带速条件下 的氧化物层的厚度。因此，不能在还原气氛中使钢带表面产生明确限 定的状态。这进而可能导致覆层与钢带表面的粘附问题。具有RTF预热器(RTF=辐射型管 式炉)的现代热浸镀路线中不使用燃气加热的燃烧器。因此不能通过 改变燃气-空气混合物来对铁进行预氧化。更确切地说，在这些系统 中，钢带在惰性气体气氛中进行完全退火处理。然而在对由含有高含 量的合金成分的钢制得的钢带进行这种退火处理时，这些合金成分可 以在钢带表面上形成扩散的氧化物，在这种情况下所述氧化物不能被 还原。这些氧化物妨碍了用熔浴中的锌和/或铝进行良好地镀覆。
在专利文献中也描述了多种使用不同的镀覆材料来对钢带进行 热浸镀的不同的方法。
例如，由专利文献DE 689 12 243 T2可知一种用铝对钢带进行 连续热浸镀的方法，其中，钢带在连续式加热炉内加热。在第一区中 除去表面杂质。要完成这一步，炉内气氛要具有很高的温度。然而， 由于钢带以极高的速度通过该区，因此它仅仅被加热至大约为气氛温 度一半的温度。在接下来的处于惰性气体下的第二区中，钢带被加热 至镀覆材料铝的温度。
此外，由专利文献DE 695 07 977 T2可知一种对含铬的合金化 钢带进行两步热浸镀的方法。根据该方法，为了在钢带表面上实现铁 的富集，在第一步中将钢带退火。接着，将钢带在非氧化气氛中加热 至镀覆金属的温度。
由专利文献JP 02285057 A还可知道以多步法对钢带镀锌的原 理。为了实现该方法，将预清洁后的钢带在非氧化气氛中在约820°C 的温度下进行处理。然后，在钢带表面于还原气氛中被还原之前，将 钢带在弱氧化气氛中在约40(TC至70(TC下进行处理。接着，采用常 规方法对冷却到约42(TC至50(TC的钢带进行镀锌。
本发明基于以下目的提供一种用锌和/或铝对由高强度钢制得 的扁钢产品进行热浸镀的方法，其中能够在RTF系统中制成具有最 佳精制表面的钢带。
所述目的是采用本发明开始部分所述类型的方法作为起点而实 现的，即，在热浸镀之前的热处理过程中，实施根据本发明的下列工 艺步骤
5a) 将钢带在氢气含量为从至少2%到8%的还原气氛中加热到从 大于75(TC至85(TC的温度。
b) 通过使用氧气含量为0.01%至1%的氧化气氛，将钢带在反应 室中在从大于75(TC至85(TC的温度下持续进行热处理1至IO秒，使 主要由纯铁构成的表面转化为氧化铁层，其中所述反应室被整合在连 续式加热炉内。
c) 然后，将扁钢产品在氢气含量为2%至8%的还原气氛中通过 加热至最高90(TC来进行退火，使得之前形成的氧化铁层至少在所述 扁钢产品的表面上被还原为纯铁，其中该加热步骤持续的时间远长于 用来形成氧化铁层而实施的热处理(工艺步骤b)的持续时间。
d) 然后，将扁钢产品冷却到熔浴的温度。
由于本发明对步骤a)中的温度的指导，所以避免了在加热过程 中大量合金成分扩散到扁钢产品表面的危险。令人惊讶的是，己经发 现通过设定相对较高的温度(达到高于75(TC到最高为850°C)， 可以将合金成分向表面的扩散十分有效地抑制到这样的程度，g卩，使 得在随后的步骤中能够形成有效的氧化铁层。这进一步抑制了合金成 分在随后进一步提高的退火温度下向表面的扩散。因此，在还原气氛 中进行退火处理的过程中能够存在纯铁层，这非常适用于形成全表面 和牢固粘附性的锌和/或铝覆层。
所述操作的结果可以通过将在氧化气氛中产生的氧化铁层完全 还原为纯铁来优化。在这种状态下，覆层在成型能力和强度方面也具 有最佳性能。
根据本发明的一个实施方案，在具有氧化气氛的区段上处理扁 钢产品的过程中，测定正在形成的氧化物层的厚度，而且作为该厚度 和处理时间的函数、并且取决于扁钢产品的通过速度，按照以使得氧 化物层随后可以被完全还原的方式来调节氧气的含量。按照这种方 式，可以将扁钢产品的通过速度的变化(例如由于故障引起的通过速 度的变化)考虑在内，而不会对热浸镀覆的扁钢产品的表面质量带来 任何损害。
当产生的氧化物层的厚度最大为300纳米时，实施本方法会获
6得良好的结果。
如果尽可能快地进行根据本发明方法的步骤a)中的加热，则也 可以抑制合金成分向扁钢产品的表面的扩散。特别是，如果在氧化步
骤之前对扁钢产品进行加热的持续时间被限制为加热到从大于750 'C至85(TC最多持续了 300秒，尤其是最多持续了 250秒，则会获得 良好的操作结果。
因此，如果在根据本发明的氧化步骤之前进行的加热扁钢产品 的升温速度达到至少为2.4t:/秒，尤其是在2.4-4.(TC/秒的范围内， 则是有利的。
相反，为了保证将之前形成的氧化铁层足够可靠地还原为纯铁， 氧化步骤之后的扁钢产品热处理及后续冷却的持续时间应该长于30 秒，尤其是长于50秒。
作为合金成分，所述高强度钢可以含有选自下列成分中的至少 一种成分Mn>0.5%， Al>0.2%， Si>0.1%， Cr>0.3%。还可以添加诸 如钼、镍、钒、钛、铌和磷之类的其他成分。
使用根据本发明的方法的指导，无论是在升温过程中还是在之 后的退火过程中，扁钢产品在还原气氛中进行热处理的持续时间都比 在氧化气氛中进行热处理的持续时间要长数倍。按照这种方式，产生 了这样的状况，其中与剩余的还原气氛体积相比，氧化气氛的体积是
很小的。这具有下列优点可以针对处理过程(尤其是通过速度和氧 化层的形成)的变化非常迅速地做出反应。因此实际上，在还原气氛 中对扁钢产品实施的根据本发明的热处理可以在连续式加热炉内进 行，所述连续式加热炉配有包含氧化气氛的室，其中所述室的体积可 以比连续式加热炉的剩余体积小许多倍。
根据本发明的方法尤其适用于热浸镀锌。然而，所述熔浴还可 以由锌-铝或铝以及硅添加物构成。无论选择哪一种熔体组成，在每
种情况下熔体中锌和/或铝的总含量应该达到至少85%。例如，按照
这种方式构成的熔体为
Z: 99% Zn
ZA: 95%Zn+5%AlAZ: 55% Al + 43.4% Zn+1.6% Si AS: 89-92% A1 +8-11% Si
在纯锌(Z)镀覆的情况下，锌可通过热处理(扩散退火)而转 化为可成型的锌-铁层(镀锌退火覆层)。
以下将基于示出了一个实施方案的附图
对本发明进行更详细地说明。
唯一的一幅附图以简图的形式示出了一种具有连续式加热炉5 和熔浴7的镀锌系统。另外，该附图中还示出了连续式加热炉在整个 通过时间内的温度曲线。
镀锌系统用于在扁钢产品的通过过程中进行镀覆，所述扁钢产 品以热轧或冷轧钢带1的形式存在，并且由含有锰、铝、硅和铬中的 至少一种合金元素以及可任选地还含有用于调节特定性能的合金元 素的高强度钢制得。尤其是，所述钢可以是TRIP钢。
将钢带1从钢巻2中拉出，并输送通过酸洗装置3和/或另一个 系统4以进行表面清洁。
然后，使清洁后的钢带1以连续操作的顺序通过连续式加热炉 5，并且由此处通过与环境气氛隔离的管口元件6输送到热浸浴7中。 在本实施方案的情况下热浸浴7由锌熔体形成。
使从热浸浴7中引出并镀有锌覆层的钢带1通过冷却区段8或 用于热处理的装置而输送至巻绕位9，在该巻绕位中钢带被巻绕成钢 巻。
为了在将连续式加热炉5的长度保持在实际可用的限制条件内 的情况下获得足够长的处理时间，如果需要，则使钢带1以曲折的方 式通过连续式加热炉5。
RTF型(RTF=辐射型管式炉)连续式加热炉5分成5a、 5b、 5c三个区。中区5b形成反应室，并且其与第一区5a和最后一区5c 在气氛上是隔离的。中区5b的长度仅为连续式加热炉5的总长度的 约1/100。为了更好地表示，附图不是按照比例绘制的。
对应于各区的不同的长度，在各区5a、 5b、 5c中对通过的钢带 1的处理时间也是不同的。在第一区5a中还原气氛占主导地位。这种气氛的典型组成由2% 至8%的氢气(典型地为5%的氢气)和余量的氮气构成。
在连续式加热炉5的5a区中，将钢带加热到从大于75(TC至 850°C，典型地为800°C。加热是在升温速度为至少3.5t:/秒的情况下 进行的。在该温度和升温速度下，所述钢带1中含有的合金成分仅有 少量扩散到钢带1的表面上。
在连续式加热炉5的中区5b内，钢带1基本上保持为在第一区 5a中达到的温度。然而，5b区的气氛含有氧气，使得钢带1的表面 会发生氧化。5b区内占主导地位的气氛的氧气含量在0.01%至1%之 间，典型的是0.5%。在这种情况下，例如作为处理时间和待在钢带 1上形成的氧化物层的厚度的函数，对5b区内占主导地位的气氛的 氧气含量进行调节。例如，如果处理时间短，则设定较高的氧气含量， 而(例如)在处理时间较长的情况下，为了产生同等厚度的氧化物层， 可以选择较低的氧气含量。
钢带1的表面暴露于含氧气的气氛中这一事实的结果是，在钢 带的表面上形成所期望的氧化铁层。可以视觉测定这种氧化铁层的厚 度，其中测定结果用于调节单独的5b区的氧气含量。
由于与整个炉长相比，中区5b非常短，因此该室的体积相应较 小。因此，改变气氛组成所需的反应时间较短，这样，通过相应调节 5b区内占主导地位的气氛的氧气含量，可以针对钢带速度的变化或 者偏离参考值的氧化物层的厚度迅速地做出反应。因此，5b区的较 /J 、体积相应地允许实现较短的调节时间。
在连续式加热炉5中接着5b区的5c区内，将钢带1加热至高 达约90(TC的退火温度。5c区内实施的退火在氢气含量为5%的还原 性氮气气氛中进行。在该退火处理过程中， 一方面氧化铁层抑制合金 成分扩散到钢带表面上。另一方面，由于退火处理是在还原气氛中进 行的，所以氧化铁层被转化为纯铁层。
钢带1在朝着热浸浴7的方向的后续通道上进一步冷却，使得 在离开连续式加热炉5时，钢带的温度为约48(TC，该温度至多比热 浸浴7的温度高10%。因为钢带1在离开连续式加热炉5之后，其表面由纯铁构成，所以这提供了用于将在热浸浴7中镀覆的锌层牢固 地粘附结合的最佳基础。
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权利要求
1. 一种使用金属覆层来镀覆扁钢产品的方法，所述扁钢产品是由含有不同的合金成分、尤其是含有锰、铝、硅和/或铬的高强度钢制得的，其中所述扁钢产品首先经历热处理，以便随后在加热状态下、在总体上含有至少85％的锌和/或铝的熔浴中通过热浸镀来镀以所述的金属覆层，该方法的特征在于，所述热处理包括下列工艺步骤a)将所述扁钢产品在氢气含量为从至少2％到8％的还原气氛中加热到从大于750℃至850℃的温度；b)通过使用氧气含量为0.01％至1％的氧化气氛，将所述扁钢产品在反应室中在从大于750℃至850℃的温度下持续进行热处理1至10秒，使主要由纯铁构成的表面转化为氧化铁层，其中所述反应室被整合在连续式加热炉内；c)然后，将所述扁钢产品在氢气含量为2％至8％的还原气氛中通过加热至最高900℃来进行退火，使得之前形成的所述氧化铁层至少在所述扁钢产品的表面上被还原为纯铁，其中该加热步骤持续的时间远长于用来形成所述氧化铁层而实施的所述热处理(工艺步骤b)的持续时间；d)然后，将所述扁钢产品冷却到熔浴的温度。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，产生的所述氧化 铁层完全被还原为纯铁。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在具有所述氧化 气氛的区段上处理所述扁钢产品的过程中，测定正在形成的所述氧化 物层的厚度，而且作为该厚度和所述处理的时间的函数、并且取决于 所述扁钢产品的通过速度，按照以使得所述氧化物层随后可以被完全 还原的方式来调节所述的氧气含量。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所产生的氧化物层的厚度最大为300纳米。
5. 根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，在 所述氧化步骤之前进行的将所述扁钢产品加热到从大于750'C至850 t:的持续时间最多为300秒。
6. 根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，在 所述氧化步骤之后进行的对所述扁钢产品进一步热处理及随后冷却 的持续时间大于30秒。
7. 根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所 述高强度钢含有至少选自下列合金成分中的一种成分Mn>0.5%， Al>0.2%， Si>0.1%， Cr>0.3%。
8. 根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所 述扁钢产品在所述还原气氛中的所述热处理是在连续式加热炉中进 行的，所述连续式加热炉配有一体化的包含所述氧化气氛的室，其中 所述室的体积比所述连续式加热炉的剩余体积小许多倍。
9. 根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，所 述扁钢产品在热浸镀锌之后进行热处理。
10. 根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其特征在于，在 所述氧化步骤之前进行的加热所述扁钢产品的过程中，升温速度达到 至少2.4'C/秒。
11. 根据权利要求IO所述的方法，其特征在于，所述升温速度 达到2.4-4.0。C/秒。
全文摘要
本发明涉及一种使用金属覆层来镀覆扁钢产品的方法，所述扁钢产品是由含有不同合金成分、尤其是含有锰、铝、硅和/或铬的高强度钢制得的，其中所述扁钢产品首先经历热处理，以便随后在加热状态下、在总体上含有至少85％的锌和/或铝的熔浴中通过热浸镀来镀以金属覆层。根据本发明，所述热处理包括下列工艺步骤a)将扁钢产品在氢气含量为从至少2％到8％的还原气氛中加热到从大于750℃至850℃的温度；b)通过使用氧气含量为0.01％至1％的氧化气氛，将所述扁钢产品在反应室中在从大于750℃至850℃的温度下持续进行热处理1至10秒，使主要由纯铁构成的表面转化为氧化铁层，其中所述反应室被整合在连续式加热炉内；c)然后，将所述扁钢产品在氢气含量为2％至8％的还原气氛中通过加热至最高900℃来进行退火，使得之前形成的所述氧化铁层至少在所述扁钢产品的表面上被还原为纯铁，其中该加热步骤持续的时间远长于用来形成氧化铁层而实施的热处理(工艺步骤b)的持续时间；d)然后，将所述扁钢产品冷却到熔浴的温度。
文档编号C23C2/06GK101501235SQ200680054367
公开日2009年8月5日 申请日期2006年4月26日 优先权日2006年4月26日
发明者威廉·沃内基, 扎比内·蔡青格, 曼弗雷德·莫伊雷尔, 米夏埃尔·乌尔曼, 诺贝特·沙夫拉特, 赫尔诺特·诺特哈克尔, 龙尼·洛伊施纳 申请人:蒂森克虏伯钢铁股份公司