新型表面无锌花低碳钢热浸镀锌用含Nb锌合金的制作方法

文档序号:14923837发布日期:2018-07-13 09:14

本发明涉及合金技术领域,具体地说,涉及一种锌合金。



背景技术:

钢铁拥有良好的强度、成型性、生产经济性及可回收性等优点,在工业的建设过程中,占有非常重要的地位。但是钢铁容易与环境发生反应,生成稳定的氧化物或盐类。钢铁的腐蚀降低了钢铁的使用寿命,给人类带来了巨大的经济损失,而且严重污染了环境,因此人们采取了各种防护技术来提高钢铁的防腐性能。

由于锌的标准电极电位负于铁,因此在水和潮湿的空气中镀锌层具有牺牲阳极保护钢基的作用,从而可以大大的延长钢材的使用寿命。在工业上常用的镀锌层有热浸镀锌、电镀锌、机械镀锌和热喷涂(镀)锌等,其中热镀锌约占镀锌总量的95%,热镀锌用锌量在世界范围内占锌产量的40%,在中国约占锌产量的30%左右。

热浸镀锌是延缓钢铁材料环境腐蚀的最有效手段之一,它是将表面经清洗、活化后的钢铁制品浸于熔融的锌液中,通过铁锌之间的反应和扩散,在钢铁制品表面镀覆附着性良好的锌合金镀层。与其它金属防护方法相比,热浸镀锌工艺在镀层的物理屏障与电化学保护相结合的保护特性上,镀层与基体的结合强度上、镀层的致密性、耐久性、免维护性和经济性及其对制品形状与尺寸的适应性上,具有无可比拟的优势。目前热浸镀锌产品主要有钢板、钢带、钢丝、钢管等,其中热浸镀锌钢板所占比例最大。长期以来,热浸镀锌工艺因其低廉的施镀成本,优良的保护特性和漂亮的外观而备受人们的青睐,广泛应用于汽车、建筑、家电、化工、机械、石油、冶金、轻工、交通、电力、航空和海洋工程等领域。

热镀锌的质量与许多因素有关,包括钢件的化学成分,锌浴的合金成分,镀锌温度、操作工艺等。钢板的热浸镀层表面在凝固时均出现镀层金属的结晶花纹,这种结晶花纹对镀锌板尤为明显,呈现出美丽的锌结晶的外观,因而成为热镀锌板外观的重要特征,通常称此结晶花纹为锌花。这种镀锌板表面液态锌在冷却结晶之后形成美观的锌花,并成为镀锌板的特殊标志,在建筑行业广泛使用。但是, 热镀锌钢板进行涂装时,锌花引起的表面凸凹不平在涂漆后仍然清晰可见,从而影响了产品的表面质量,限制了正常锌花热镀锌钢板的应用。低碳钢是目前应用最为广泛的钢种,也是热浸镀锌的主要对象。根据汽车等行业的较高要求,人们很早就提出消除低碳钢锌花和使锌花细化的设想,但是到目前为止并没有一种高效而又简洁的生产方法或者加工工艺。

本专利提供了一种新型表面无锌花低碳钢热浸镀锌用含Nb锌合金。通过控制锂含量并同时添加微量元素,来大大提高低碳钢表面的锌液在凝固时的形核和长大。在控制锌花以及有害相的形成和粗化,并同时维持现有热浸镀锌层的力学性能。可以预计,该类合金产业化可以获得极大的经济和社会效益。在不久的将来,随着更多工程应用领域拓展,该类新型合金必将在更多的热浸镀锌中得到广泛应用。



技术实现要素:

本发明目的在于克服现有技术的不足,提供一种可以在360-450度大气条件下使用的新型表面无锌花低碳钢热浸镀锌用含Nb锌合金。该合金的研制将可以解决工业热浸镀锌生产中镀件表面锌花产生的现象。还具有生产成本低,便于大规模生产的特点。

为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

一种新型表面无锌花低碳钢热浸镀锌用含Nb锌合金。按重量百分比计,合金的组成为:Li: 0.8-1.2wt.%,Nb:0.2-0.6wt.%,W:0.4-0.8wt.%,In:1.5-2.0wt.%,Sc:1.0-2.0wt.%, Th:0.2-0.4wt.%,余量为锌。该锌合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.0-2.0wt.%左右。

上述新型表面无锌花低碳钢热浸镀锌用含Nb锌合金的制备方法,包括如下步骤:将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内,并采用碳化硅坩埚;感应加热到500-600度形成合金溶液,并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右;将合金液体在500-600度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭,铸锭下移速度为5-10m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌原料用于后续工序的热浸镀锌处理来对钢线进行保护操作,其中热浸镀锌的工作温度为360-450度,热浸时间为30-40秒。

与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:

(1)本发明专利针对目前低碳钢热浸镀锌锌花的产生提供了一种材料学的解决方案。该锌合金具有极其优异的耐挥发和耐氧化性能,可以达到在400-800度温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的氧化。在对该液态合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中,当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后,能快速再生,成功阻碍合金的氧化和挥发。

(2)热镀锌钢结构件标准规定,镀锌件的镀锌层厚度需保证在30-60微米,以保证镀件的耐腐蚀性及良好的粘附性。另外,一般热浸镀锌的工作温度为450-580度,热浸镀锌时间为30-60秒。采用本专利的镀锌用合金,在360-450度的低温环境下,就可以在30-40秒之内在低碳钢表面热浸镀上厚度为50-80微米的镀层。由于工作温度低,热浸时间短,节能效果明显。便于工人操作,年耗费资金也较少,为热浸镀锌生产中的首选方法。

(3)镀锌板按表面外观形貌分为有锌花和无锌花两种。一般锌层越高越贵,相同锌层无花比有花贵。从市场需求考虑,生产无锌花产品经济收益高。采用本专利保护的合金,可以在常规热浸镀锌生产线上就可以生产出无锌花的热浸镀锌产品。该材料在对低碳钢热浸镀锌后,钢丝可以在随后的拉拔变形中进一步缩径,减径比可以达到50-80%而不会发生镀锌层的过度变形而脱落。因而,该镀层除了具有极其优异的结合强度外,还具有优秀的变形塑性。

具体实施方式

实施例1

一种在360-450度使用新型表面无锌花低碳钢热浸镀锌用含Nb锌合金。按重量百分比计,合金的化学成分为:Li: 0.8wt.%,Nb:0.2wt.%,W:0.4wt.%,In:1.5wt.%,Sc:1.2wt.%, Th:0.3wt.%,余量为锌。合金的制备方法:将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内,并采用碳化硅坩埚;感应加热到500-600度形成合金溶液,并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右;将合金液体在500-600度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭,铸锭下移速度为5-10m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌原料用于后续工序的热浸镀锌处理来对钢线进行保护操作,其中热浸镀锌的工作温度为360-450度,热浸时间为30-40秒。

该锌合金具有极其优异的耐挥发和耐氧化性能,可以达到在400-800度温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的氧化。在对该液态合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中,当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后,能快速再生,成功阻碍合金的氧化和挥发。采用本专利的镀锌用合金,在360-450度的低温环境下,就可以在30-40秒之内在低碳钢表面热浸镀上厚度为50-80微米的镀层。由于工作温度低,热浸时间短,节能效果明显。便于工人操作,年耗费资金也较少,为热浸镀锌生产中的首选方法。采用本专利保护的合金,可以在常规热浸镀锌生产线上就可以生产出无锌花的热浸镀锌产品。该材料在对低碳钢热浸镀锌后,钢丝可以在随后的拉拔变形中进一步缩径,减径比可以达到50-80%而不会发生镀锌层的过度变形而脱落。因而,该镀层除了具有极其优异的结合强度外,还具有优秀的变形塑性。

实施例2

一种在360-450度使用新型表面无锌花低碳钢热浸镀锌用含Nb锌合金。按重量百分比计,合金的化学成分为:Li: 1.0wt.%,Nb:0.5wt.%,W:0.6wt.%,In:1.8wt.%,Sc:1.4wt.%, Th:0.4wt.%,余量为锌。合金的制备方法:将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内,并采用碳化硅坩埚;感应加热到500-600度形成合金溶液,并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右;将合金液体在500-600度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭,铸锭下移速度为5-10m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌原料用于后续工序的热浸镀锌处理来对钢线进行保护操作,其中热浸镀锌的工作温度为360-450度,热浸时间为30-40秒。

该锌合金具有极其优异的耐挥发和耐氧化性能,可以达到在400-800度温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的氧化。在对该液态合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中,当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后,能快速再生,成功阻碍合金的氧化和挥发。采用本专利的镀锌用合金,在360-450度的低温环境下,就可以在30-40秒之内在低碳钢表面热浸镀上厚度为50-80微米的镀层。由于工作温度低,热浸时间短,节能效果明显。便于工人操作,年耗费资金也较少,为热浸镀锌生产中的首选方法。采用本专利保护的合金,可以在常规热浸镀锌生产线上就可以生产出无锌花的热浸镀锌产品。该材料在对低碳钢热浸镀锌后,钢丝可以在随后的拉拔变形中进一步缩径,减径比可以达到50-80%而不会发生镀锌层的过度变形而脱落。因而,该镀层除了具有极其优异的结合强度外,还具有优秀的变形塑性。

实施例3

一种在360-450度使用新型表面无锌花低碳钢热浸镀锌用含Nb锌合金。按重量百分比计,合金的化学成分为:Li: 0.9wt.%,Nb:0.4wt.%,W:0.5wt.%,In:1.9wt.%,Sc:1.8wt.%, Th:0.3wt.%,余量为锌。合金的制备方法:将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内,并采用碳化硅坩埚;感应加热到500-600度形成合金溶液,并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右;将合金液体在500-600度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭,铸锭下移速度为5-10m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌原料用于后续工序的热浸镀锌处理来对钢线进行保护操作,其中热浸镀锌的工作温度为360-450度,热浸时间为30-40秒。

该锌合金具有极其优异的耐挥发和耐氧化性能,可以达到在400-800度温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的氧化。在对该液态合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中,当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后,能快速再生,成功阻碍合金的氧化和挥发。采用本专利的镀锌用合金,在360-450度的低温环境下,就可以在30-40秒之内在低碳钢表面热浸镀上厚度为50-80微米的镀层。由于工作温度低,热浸时间短,节能效果明显。便于工人操作,年耗费资金也较少,为热浸镀锌生产中的首选方法。采用本专利保护的合金,可以在常规热浸镀锌生产线上就可以生产出无锌花的热浸镀锌产品。该材料在对低碳钢热浸镀锌后,钢丝可以在随后的拉拔变形中进一步缩径,减径比可以达到50-80%而不会发生镀锌层的过度变形而脱落。因而,该镀层除了具有极其优异的结合强度外,还具有优秀的变形塑性。

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