专利名称：钢板退火装置、含有该装置的制备镀覆钢板的设备，和使用所述装置制备镀覆钢板的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制备镀覆钢板例如高强度热浸镀锌钢板和合金化热浸镀锌钢板的钢板退火装置，含有所述装置的制造镀覆钢板的设备，和使用所述装置制造镀覆钢板的方法。更具体地，本发明涉及一种在热浸镀处理工艺中通过抑制退火装置的气体氛围来能够大幅提高镀覆钢板的镀覆质量的用于制备例如热浸镀锌钢板和合金化热浸镀锌钢板等热浸镀覆钢板的钢板退火装置，含有该装置的制备镀覆钢板的设备，和使用所述装置制备镀覆钢板的方法。
背景技术：
最近，随着对环境问题的重视，车辆燃料消耗效率的限制也逐渐被强化，并且也已从多个角度对作为改进燃料消耗效率的方案的车辆轻量化方法进行探索。对于钢制造商而言，当前的一个趋势是尝试制造高强度钢来确保安全，同时降低用作汽车材料的钢板的重量。根据所述当前趋势，近来，对汽车车体用高强度热浸镀锌钢板的需求正极大地增加。但是，一般而言，虽然使用固溶体强化元素例如P、Mn等制造高强度钢的方法在某一程度上可有助于强化钢和降低钢重量，但是该方法在加工多种形式的车辆部件方面具有局限性。因此，需要如下特性的钢加工时具有优良的加工性而使复杂形式的车辆部件的加工成为可能，且在加工完成之后提供相对高的强度。作为这类钢有最近被开发和部分通用化的先进高强度钢(AHSS，Advanced High Strength Steel)，例如双相钢(DP钢，Dual Phase Stell)、相变诱导塑性钢(TRIP 钢，Transformation Induced Plasticity Steel) 等。AHSS可包含大量的元素，例如Si、Mn、Al等。Si是一种能够保持钢的延展性但不会显著降低其强度的元素。由于该原因，Si经常被使用。但是，当Si作为钢的一种合金化元素以约0. Iwt %以上的量添加时，通过一般方法制备的热浸镀锌钢板可产生诸如未被镀(bare spot)或外观不良等问题。产生这些问题的起因在于作为制备热浸镀锌钢板的多个工序之一的退火工序的气氛。对于退火工序，在约800°C的高温下实施热处理，同时保持含有5vol%以上氢并且其余为氮的还原气氛(请参见JP1999-323443和US 5137586)。在这样的高温热处理工序中，Si可扩散于钢板表面。 即，钢表面的Si的浓度可为整个钢板中Si的平均浓度的10-100倍，富集Si的钢板表面可与熔炉气氛中的湿气或杂质反应从而形成SiO2氧化物膜。在热浸镀锌工序中在钢板表面形成的所述SiO2氧化物膜可严重降低热浸镀锌性 (可湿性，Wettability)，因此难以确保优良的镀覆性。SiO2氧化物是产生如下现象的原因，即在表面引起多发性未镀覆现象，即使在表面镀覆，也严重降低粘附程度，当作为部件加工时，产生镀层分离的镀层剥离现象。作为参考，Si,Mn等的表面富集可能通过以下反应式出现。
[反应式]Fe203+3H2- > 2Fe+3H20Si+2H20- > Si02+2H2Μη+Η20-> Μη0+Η2(此处，Fe2O3:FeO、Fe3O4, Fe (OH) x、O 及其他氧化物)为解决因Si、Mn引起的高强度钢板的镀覆性问题，提出了多种技术，例如提出了在热浸镀锌槽中增加Al的量以增加Zn-Fe-Al-Si基和Fe-Al-Si基合金层在Fe和镀层的界面上的生成量的技术。所述合金层还原合金元素的氧化层，因此能够抑制在界面上因所述合金元素的氧化膜所导致的热浸镀层可湿性的降低。但是，在镀锌槽中不能无限制地增加Al的量，因为Al的增加在制备镀金属小片(mini-spangle)钢板时，与不可避免地添加的Pb —起成为导致粒间腐蚀的原因。所述粒间腐蚀可导致镀层剥离，而且，由于镀锌槽中 Al的增加不利于加工钢板时的焊接，因此实际上上述现有技术在实际应用时具有困难。此外，作为另一现有技术，提出了如下技术为改进含Si钢的镀性，其中将过剩空气(surplus air)引入直接加热炉(Direct Fired Furnace)中以形成一个氧化膜，然后在IOvol % H2-90vol % H2还原气氛的加热炉RTS中实施还原处理，从而极大地提高镀覆性。 作为一个实例，在直接加热炉中将空气速率从一般速率0. 9增加至1. 05而增加氧化铁的厚度，之后再实施还原性热处理时，在钢板的表面形成纯铁层，因此能够获得稳定的镀覆性。 但是，在该现有技术中仍然存在问题，即，当无法精确控制氧化膜的厚度时，可由于膜层增厚而出现镀层剥离。相反地，当氧化膜较薄而通过还原处理被完全还原，则Si完整地富集于钢板表面，这使得锌镀层无法牢固地粘附于该钢板表面或出现未镀覆的情况。因此，在直接加热炉中应精确控制氧化铁的厚度。关于氧化还原热处理的现有技术之一为JP2001-226742。在该文献中，在氧化热处理过程中，形成厚度范围为0. 02 μ m至1 μ m的氧化膜，然后在还原步骤中被完全还原，以确保其镀覆性。此外，在JP1994-172953和JP1994-172954的情况下，在还原性热处理之后， 氧化膜保持0. 02 μ m至0. 2 μ m的厚度范围，但其表现为被镀槽中的Al完全还原。但是，对于上述专利技术的氧化还原方法，精确控制在氧化热处理时形成的氧化铁的组成及其厚度以及在还原热处理之后保留的铁氧化膜的组成、其孔隙率等并不容易。 因此，根据加工条件或其他外界因素，在镀覆性方面不可避免地存在很大差异。
发明内容
技术问题本发明提供在解决上述现有技术问题的同时，无需附加费用或设备而确保稳定且优秀的镀层的划时代的热浸镀覆钢板和合金化热浸镀锌钢板的钢板退火装置、包含该装置的制备镀覆钢板的设备，和使用该装置制备镀覆钢板的方法。技术方案根据本发明的一个方面，提供了一种包含至少一个区域的退火装置，所述至少一个区域中装有组成非还原气氛或弱还原气氛的气体；和一种包含该装置的制备镀覆钢板的设备。在此情况下，所述气体可为包含100vol%氮气(N2)、或3vol%以下的氢气(H2)和 97vol%以上的氮气(N2)的弱还原气体。此外，所述退火装置可包含预热区域、加热区域、均热区域、缓慢冷却区域、快速冷却区域、过时效区域、再加热区域和最终冷却区域中的至少一个区域。此外，所述气体可装在所述预热区域、加热区域、均热区域、缓慢冷却区域、快速冷却区域、过时效区域、再加热区域和最终冷却区域中的至少一个区域中。根据本发明的另一个方面，提供了一种制备镀覆钢板的方法，该方法包括通过在退火装置的至少一个区域中实施退火工序来实施一系列制备热浸镀覆钢板或合金化热浸镀锌钢板的步骤，所述至少一个区域中装有组成非还原气氛或弱还原气氛的气体。另外，提供制备热浸镀覆钢板的方法，该方法包含所述至少一个区域可根据热处理或冷却方案而分类，在具有至少一个区域的连续退火作业线(CAL，Continuous Annealing Line)中制备热浸镀覆材料钢板，所述至少一个区域含有组成非还原气氛或弱还原气氛的气体。在此情况下，所述退火工序可为一系列包括预热步骤、加热步骤、均热步骤、缓慢冷却步骤、快速冷却步骤、过时效步骤、再加热步骤和最终冷却步骤中的至少一个的工序。此外，所述气体可为IOOtoI %氮气(N2),或含有3vol%以下的氢气(H2)和97vol%以上的氮气(N2)的气体。有益效果根据本发明，无需氧化-还原热处理或添加高价合金元素而使用现有的退火设备和热处理循环，可显著改进热浸镀覆钢板的镀覆质量，例如热浸镀覆钢板的镀覆性，包括合金化活性、抗剥离性(anti-pickup property)、镀层粘附性、抗剥落性(anti-flaking property)、抗成穴性(anti-cratering property)和抗灰性(Anti-ash)等。此夕卜，可经济并容易地获得具有优良品质的热浸镀覆钢板，从而使其用途多样化并且能有效减少成本。
图1说明了一般退火工序中对钢板连续实施连续退火步骤的连续退火作业线的示意横截面；图2为展示现有技术与本发明实施方案的退火工序中的热处理循环的比较视图；图3为展示现有技术与本发明实施方案的退火工序中的热处理循环的详细的比较视图；图4为展示根据退火装置内部氢气浓度的镀覆质量效果的评估结果的视图；图5展示了说明Si、Mn、Al、B等在本发明一个实施方案的氮气氛(a)和氮气-氢气气氛(b)下和一个比较例的还原气氛(c)下经过退火工序的扩散程度的视图；和图6展示了根据本发明的一个实施方案处理的钢板的表面(a和b)之间和根据现有技术处理的钢板的表面(c和d)之间的比较图片。附图标记说明101 预热区域(PHS, Pre Heating Section)102 加热区域(HS, Heating Section)103 均热区域(SS, Soaking Section)104 缓慢冷却区域(SCS, Slow Cooling Section)105 快速冷却区域(RCS，Rapid Cooling Section)106:最终冷却区域(FCS, Final Cooling Section)107 炉底辊(Hearth Roll)108 钢板(Steel Sheet)
309 过时效区域(OAS, Over Aging Section)310 再加热区域
具体实施例方式根据本发明的一个实施方案，提供了制备热浸镀覆钢板或合金化热浸镀锌钢板的设备和其方法，及用于供应热浸镀覆材料的连续退火装置和其方法，或热浸镀覆设备或方法，用以通过在技术上控制上述设备中所含的退火装置的多个区域中的至少一个区域而对钢板进行退火，以保持所述退火装置内部的气氛为非还原气氛或弱还原气氛。下文中，将参照附图详细描述本发明的实施方案。热浸镀覆作业线和连续退火作业线中的退火工序是广泛已知的通过对钢板实施热处理获得材料性能和还原钢板表面来获得镀覆性的方法。在一般退火工序中对钢板实施的热处理主要在5vol %以上氢气(H2)和其余为氮气(N2)的还原气氛下实施。即，当钢板如图1所示连续穿过预热区域101 (PHS)直至最终冷却区域106 (FCS)时，在保持为还原气氛的情况下，各区域可经过预热步骤、加热步骤、均热步骤、缓慢冷却步骤、快速冷却步骤和最终冷却步骤中的一部分步骤或全部步骤。通过该系列步骤，根据所实施的每一个步骤来加热或冷却钢板以实现连续的退火工序。但是，本发明的发明者已研究并发现，在实施退火工序的还原气氛中随着氧化的 Fe被还原产生水分，产生的水分与作为钢的合金元素而添加的Si、Mn、Al、B等反应。所述合金元素与水分反应在钢板表面形成氧化物膜，例如Si02、Mn0、Mn02、Mn2Si04、B203、Al203等。 因此，发现，在热浸镀锌工序中，所述氧化物膜能显著降低热浸锌的镀覆性或可湿性。因此，一般退火工序的目的在于还原氧化的钢板表面和其表面的污染物使得改善钢板表面的镀覆性，但在这种氢气气氛下的退火，使存在于钢板内部的强氧化元素，例如 Si、Mn、Al、B等，朝着远端的钢板表面扩散(参见图5A、5B和5C)。此外，随着移向远端表面的合金元素的浓度水平增加，导致钢板表面的氧化加速。在此情况下，由于在所述远端表面形成的氧化物膜，可导致负面效果，例如镀覆性降低，并且镀覆钢板的质量难以达到令人满意的某一水平，如图6C和6D所示。因此，对于在使用连续热浸镀覆装置和连续退火装置实施退火工序的一系列步骤及其装置中对材料进行热处理的情况，本发明的发明者研究了其中通过使退火装置整个内部或其一部分具有(如图5A和5B所示)非还原气氛来实施热处理的情形，通过该方法，得到了一种能够制备具有优良镀覆性的镀覆钢板的装置和方法。对可应用的钢板无特别限制，但可以是GI钢板(Ζη-0. 2% Al，热浸镀锌钢板)、GA钢板(Ζη-0. 2% Al，合金化热浸镀锌钢板)、GL 钢板(Zn-55% Al，镀铝锌钢板(galvanium steel sheet))、AL 钢板(Al-5% Si，铝镀覆钢板)和MG钢板(Zn-3 % Mg-2 % Al，锌-镁基镀覆钢板)中的一种。即，对于制备具有优良镀覆性的钢板的方法的一个试验通过在多种气氛下在退火装置内部形成各区域来实施。试验证明，当退火时，所述气氛由含有100vol%氮气(N2)的非还原气氛、或含有3vol%以下氢气(H2)和97vol%以上氮气(N2)的弱还原气氛组成时， 可制备具有相对优良的镀覆性的镀覆钢板。当退火装置内部的氢气浓度保持在3vol%以下、或为Ovol %时，钢板表面的氧化物的覆盖百分比明显降低。当氢气浓度超过3vol%并且氮气浓度降至低于97vol%时，实施了退火工序的钢板表面的氧化物的覆盖百分比可能会增加，这可使在实施热浸镀覆法时镀覆性降低。而且，当钢板连续经过根据退火装置的热处理或冷却方案而分成的各区域以进行热处理时，可对所述多个区域中的至少一个区域应用非还原气氛或弱还原气氛。虽然对多个区域应用非还原气氛或弱还原气氛可获得极好的效率，但对氧化程度极高的材料钢板进行退火时也可应用，或考虑到实施方面例如防止在退火作业线内部形成氧化气氛和抗灰性 (Anti-ash)等，可在至少一个连续或间断的区域——根据镀覆方法、其规模等提供——中部分应用。试验证明，在图1所示的退火作业线的情况下，在从预热区域101至缓慢冷却区域 (SCS) 104的各区域中的至少一个区域中实施，可提供比在快速冷却区域(RCS) 105至最终冷却区域106的实施中更优良的结果。此外，除图1中所示的一般连续退火作业线之外，在该方法中还包括在图3所示的快速冷却区域105和最终冷却区域106之间的过时效区域(OAS) 309、再加热区域(RHS)310 或具有加热功能、保持功能和冷却功能的其他类型的区域；也可提供所述应用。此外，根据连续退火作业线的各区域，加热、保持和冷却装置及方法可彼此不同，并且如果需要，还可提供其他区域，但没有大的不同。即，非还原气氛或弱还原气氛可应用于图1未示出的其他区域，也可应用于除图1所示六个区域的一部分之外的退火作业线。对于加热装置，例如预热区域101、加热区域(HS) 102、再加热区域310等；可使用感应加热器(Induction Heater)、红外加热器(Infrared Heater)、辐射管燃烧器(Radiant Tube Burner)、超声波燃烧器、或任何其他类型的加热装置，或可使用上述装置的组合。此外，对于缓慢冷却区域104、快速冷却区域105、最终冷却区域106或作业线所用的冷却材料，可使用任何材料，例如氮气、液氮、和含有氢气的氮气等，此外，也可使用含有其至少一种的混合冷却方案。下文，通过实施例将详细描述本发明。(实施例1)对具有1. Omm厚度和590MPa抗张强度等级的TRIP的未退火冷轧钢板(F/H，Full Hard Steel Sheet)(含有 1. 5% 的 Si、1· 6% 的 Μη、0· 08% 的 C、0. 02% 的 Sb 等，作为主要合金元素)在包含图1所示区域的退火装置中进行热处理工序。通过合金化热浸镀锌制备一些试样作为合金化热浸镀锌钢板。此时，改变氢气、氮气和气氛气体露点等退火条件，热处理循环虽然以图2所示的预热_加热_均热_缓慢冷却_快速冷却_最终冷却循环(下文称为‘循环A’ )的原则进行，但对于本发明的实施例5，本发明实施例5在图3所示的预热-加热-均热-缓慢冷却_快速冷却_过时效_再加热_最终冷却循环(下文称为‘循环B’ )的条件下进行。对退火工序后获得的试样的一部分，评价其抗剥离性，对于剩余部分，根据各退火条件实施合金化热浸镀锌处理来评价镀覆性和合金化活性(Alloying reactivity)，并将结果表示在下表1和表4中。[表 1]
权利要求
1.一种包含至少一个区域的钢板退火装置，该装置的特征在于，所述至少一个区域中装有组成非还原气氛或弱还原气氛的气体。
2.权利要求1的装置，其中所述钢板含有Si、Mn、Al和B中的至少一种。
3.权利要求1的装置，其中所述钢板为热轧钢板、未退火冷轧钢板和冷轧钢板中的一种。
4.权利要求1的装置，其中所述气体含有3vol%以下的氢气(H2)和97vol%以上的氮气。
5.权利要求1的装置，其中所述退火装置包含预热区域、加热区域、均热区域、缓慢冷却区域、快速冷却区域和最终冷却区域中的至少一个或两个。
6.权利要求1的装置，其中所述退火装置还包含过时效区域和再加热区域中的至少一个。
7.权利要求5的装置，其中所述预热区域或加热区域为一个感应加热器、红外加热器、 辐射管燃烧器、超声波燃烧器、或上述装置的组合。
8.权利要求6的装置，其中所述再加热区域为感应加热器、红外加热器、辐射管燃烧器、超声波燃烧器、或上述装置的组合。
9.一种镀覆钢板制造设备，其含有权利要求1-8中任一项的钢板退火装置。
10.一种制备镀覆钢板的方法，通过在一个退火装置中实施退火工序来实施一系列制备镀覆钢板的步骤，所述退火装置包括至少一个区域，并且所述退火工序在含有组成非还原气氛或弱还原气氛的气体的所述至少一个区域中实施。
11.权利要求10的方法，其中所述退火工序包括预热步骤、加热步骤、均热步骤、缓慢冷却步骤、快速冷却步骤和最终冷却步骤中的至少一个或两个。
12.权利要求11的方法，其中所述退火工序还包括过时效步骤和再加热步骤中的至少一个。
13.权利要求11的方法，其中所述预热步骤或加热步骤为感应加热方案、红外加热方案、辐射管燃烧方案、超声波燃烧方案、或上述方案的组合。
14.权利要求12的方法，其中所述再加热步骤为感应加热方案、红外加热方案、辐射管燃烧方案、超声波燃烧方案、或上述方案的组合。
15.权利要求11的方法，其中所述缓慢冷却步骤、快速冷却步骤和最终冷却步骤中的至少一个或两个冷却步骤为使用氮气、液氮和含有氢气的氮气中的至少一种的冷却方案。
16.权利要求10的方法，其中所述气体含有3vol%以下的氢气(H2)和97vol%以上的氮气(N2)。
17.权利要求10的方法，其中所述镀覆钢板为热浸镀锌钢板、合金化热浸镀锌钢板、镀铝锌钢板、镀铝钢板和锌_镁基镀覆钢板中的一种。
全文摘要
本发明提供了一种含有至少一个区域并且其中所述至少一个区域装有组成非还原气氛或弱还原气氛的气体的退火装置，以及含有所述退火装置的制备镀覆钢板的设备，和一种通过所述装置制备镀覆钢板的方法。本发明可通过使用现有技术中的退火装置和热处理循环在不添加任何氧化还原热处理工序或大量高成本合金元素的情况下，显著改善对热浸钢板进行镀覆的品质，包括镀覆性能、合金化性能、抗剥离性、镀层粘附性、抗剥落性、抗成穴和抗灰性。此外，本发明的优点在于，可经济并容易地获得出色的品质，并且具有多种应用和降低的成本。
文档编号C21D1/00GK102325907SQ200980157261
公开日2012年1月18日 申请日期2009年12月8日 优先权日2008年12月26日
发明者朴万荣, 朴鲁笵, 陈光根 申请人:Posco公司