无粉化厚规格锌铁合金化板的生产方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及治金行业，具体的说是一种锌铁合金化板的生产方法。
【背景技术】
[0002] 普通的镀锌层是由内部紧挨钢基的合金层和外部表面光滑并带有美丽锌花的纯 锌层组成。根据需要，可通过一定处理方法，把纯锌层转化为铁-锌合金层C1相。这种处 理方法称为镀锌层合金化处理，或称镀锌板的锌层退火。
[0003] 经过合金化处理的热镀锌板，其表面失去锌花光泽，而呈现出银白色或者暗灰色 的外观。镀锌层的韧性与处理前无显著变化，可以进行较复杂的弯曲成型加工，这种产品具 有良好的焊接性、涂敷性、耐热性和耐蚀性。目前合金化产品使用越来越普遍，厚规格的合 金化产品市场需求量大，广泛应用于各个领域，应用前景极为广阔。
[0004] 在锌铁相互扩散的合金化过程中，最初形成的是含铁量较低的ζ相，当延长加热 时间或者升高炉温时，镀层结构很快发生相变，即由ζ --- σ Ρ- σ k--- γ，镀层表面色泽也 发生相应的变化，即由灰白色---灰色---暗灰色---深灰色，同时镀层中的含铁量也在逐 渐升高。合金化可能出现四种典型的镀层结构，ζ + σ ρ相的含铁量为6. 7~10. 8%，σ p+〇k 相（图4)为9.9~13.0%，〇k相（图5)为14.0%，，γ相为21. 4%。通过耐蚀试验、黏 附试验、涂漆试验等都已证实，ζ + σ，§是合金化最理想的镀层结构。欲获得加工性良好的 合金化产品，在生产中必须要控制合金化度，镀层结构应为ζ + σ，§。在实际生产厚规格 合金化产品过程中，很难达到镀层结构ζ + σ ρ相的要求。
[0005] 合金化镀锌板经过合金化退火处理后，镀层表面容易产生剥离现象。镀层剥离有 两种类型：第一种是以粉末形式脱落，即粉化；第二种是以鳞片形式脱落，即剥落。粉化是 由于镀层内部失效而形成颗粒状物，颗粒尺寸一般小于镀层厚度；剥落是由于镀层与基板 界面之间附着失效而形成的片状颗粒，颗粒尺寸一般与镀层厚度相近或者大于镀层厚度。 无论是粉化还是剥落均会造成镀层的破坏，不仅会影响涂敷性，而且还会严重影响其耐蚀 性，因此必须杜绝。在镀锌机组实际生产过程中，1.5mm及以下的薄规格合金化产品的合 金化镀层由于机组速度快，合金化时间短，粉化现象较易得到控制，但是厚规格（厚度为 I. 6-2. Omm)机组速度慢，合金化时间长，合金化镀层极易产生粉化现象，如何控制好镀层粉 化是生产的关键。
[0006] 目前，生产厚规格合金化产品时，粉化级别过高和亮边问题的矛盾比较突出，采 取的有效办法是降低合金化功率，让板面中间部位合金层保持在ζ + σ40，但这样带钢 边部处于η相（纯锌层）+ ζ相（FeZn13) +〇4目（FeZn7)，合金化效果不明显，有明显的 η相层。如果保证边部合金层保持ζ + σ?相，带钢中间由于过合金化，可能会形成ζ相 (FeZn13) +σ满（FeZn 7) + γ相（Fe3Zn21),上述两种情况都会影响整个板面的合金化效果。为 了消除这一缺陷，现有的办法是采取边部欠合金化，然后将边部合金化不均匀的部位进行 切边，保证用户使用的合金化产品镀层结构全部为ζ+ ojg。但是这样就会造成一定量的 切损量，造成成本的大幅度上升。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单，能有效解决粉化级 别过高和亮边问题、降低生产成本、能实现连续在线生产的无粉化厚规格锌铁合金化板的 生产方法。
[0008] 技术方案包括将厚度为I. 6-2. Omm带钢在连续生产线上经退火、镀锌、合金化、平 整、切割步骤得到锌铁合金化板；
[0009] 所述镀锌步骤中，控制锌液温度在460±5°C，浸锌时间5-7s，锌液铝含量在 0· 12 ~0· 14wt% ;
[0010] 所述合金化步骤中，经锌镀后的带钢进入合金化炉，控制合金化炉内高频感应功 率在480-540KW，在3-8S之内将镀锌后的带钢加热到500°C以上，然后进行保温，控制保温 时间为l〇-15s，保温温度为440- 480°C。
[0011] 所述带钢在连续生产线上的运行速度为35-60m/min。
[0012] 发明人对现有的厚规格锌铁合金化板的生产过程进行了深入的研宄，发现合金化 镀锌板的抗粉化性主要是由于其组织决定的。当镀层中合金化度较高时，Fe 3Znltl较多，在 加工时易产生龟裂，当镀层中的裂纹因外应力的作用，扩大到Fe3Zn ltl相时，便会很快发生粉 末状脱落。当镀层合金化度较低时，FeZn13较多，它具有一定的延展性，可以防止裂纹的传 播，从而可防止粉末状脱落，但是FeZn 13在冲压成型时，特别是在较高的表面压力下滑动成 型时，由于其摩擦系数较大，滑动阻力较大，从而产生剥离性脱落。可见合金层的抗粉化性 和抗剥离性是对应的。
[0013] 因此，冲压成形性良好的合金化板，其镀层的最佳结构应该以含铁量适中的FeZn7 为主，或者在其基础上有较薄的FeZn13存在，即ζ + σ 5相，镀层的平均含铁量保持在质量百 分数8-12%之间。
[0014] 为实现上述目标，发明人进行了如下改进：
[0015] 在退火步骤中：
[0016] (1)控制退火炉温：退火温度过高，在经过冷却段后表面的温度被降低，但是钢基 内部的核心温度依然较高，该核心温度在出锌锅后，会将热量散发到钢基表面，从而影响锌 液温度和合金化的所需要的能量，会导致锌液温度升高和过合金化等现象。由于退火温度 是决定钢基的组织性能的关键因素，所以退火温度必须满足钢种的力学性能要求。在根据 各个钢种所需要的退火温度不同，将退火温度按照下限进行控制，即保证钢基的力学性能， 又保证不能过高的热量带入到镀锌和合金化工序中。
[0017] 在镀锌步骤中：
[0018] (1)控制锌液温度：温度升高能加快锌一铁合金层之间的扩散速度，随着锌液温 度的升高，相的形成速度也在迅速增长。但是当达到480°C之后，γ相的晶体将牺牲 〇1相 的晶体而长大，从而会导致镀锌层变脆。因此，将锌液温度稳定在460±5°C，有利于镀层 各个相间的稳定，此时的镀层结构由η相（纯锌层）+ ζ相（FeZn13) +〇 4目（FeZn 7) + γ相 (Fe3Zn21)组成。若锌液温度波动，将会对合金层的理想金相结构带来影响。
[0019] (2)锌液中含铝量为0· 1~0.2% (质量百分数）时，会引起镀层的显著变化，随着 铝含量的提高，镀层的附着力会明显升高，并且能够防止生成大量的锌渣或者超厚的锌铁 化合物。另外一方面，含铝量为0.1%时，镀层结构中γ相和O1相的厚度可以减少到不加 铝时的78%;含铝量为0.16%时，镀层结构中γ相和O1相的厚度可以减少到不加铝时的 0.8%，含铝量为0.2%时，即可消除γ相和〇1相，使镀层仅有η相和ζ相。所以在生产 厚规格合金化产品时，即要保证镀层的附着力良好，不能产生过多的底渣，又要保留σ i相。 因此，要求锌液铝含量在0. 12~0. 14% (质量百分数），能同时满足镀层附着力质量和镀 层结构的需要。如果铝含量过低，则会使镀层与钢基之间的结合力下降，并且有产生底渣的 倾向。如果铝含量过高，将会阻碍锌-铁之间的扩散，从而达不到合金化产品的形态。
[0020] 在合金化步骤中：
[0021] (1)控制带钢的快速升温时间
[0022] 经镀锌步骤后的镀锌板在镀层发生凝固之前，进入合金化炉，控制合金化炉内 高频感应功率在480-540KW，在3-8S之内把镀锌后的带钢加热至500°C以上，优选加至 500-560°C，快速升温的目的是将纯锌层全部转化为铁-锌合金层，升温过快会使合金化炉 的温度高，导致出合金化炉后，合金化依然再进行，导致过合金化现象，并且浪费能源。过慢 会使冷却速度高于加热速度，造成合金化不足。采用高频率感应加热方式，可以对电流渗透 深度进行控制，使大量涡流仅仅在镀锌板表面的锌层中进行流动，以降低逆变器的输出功 率，并且可以达到带钢表面合金层均匀无色差。
[0023] 经过合金化炉后，η相纯锌层基本消失，镀层结构变成了 ζ+ σ 4目，但此时，ζ和 ojg之间的比例成了反映粉化指标的关键因素。将ζ相与〇 i相的X射线强度比成为值， 把Z值描述镀层合金化的定量指标Z= ζ相衍射强度/ 〇1相衍射强度。镀层中含铁量越 低则合金化度Z值越大，采用上述方法可以获得良好的粉化性能，在厚规格产品生产过程 中，镀层结构为ζ+ σρ相，含铁量控制在12%以内，而Z值在0.2以上。
[0024] (2)控制保温的温度和时间
[0025] 在合金化炉内的保温时间控制在10-15秒，保温温度为440- 480°C，从而满足锌 铁合金化板的性能需要和合金层镀层的均匀性，保温时间过长会使合金化时间延长，导致 过合金化现象；过短会使合金化时间不足，导致欠合金化现象。保温温度过高会使镀层快速 合金化，并导致γ相（Fe 3Zn21)的大量产生，影响粉化结果；过低会使镀层τι相（纯锌层） 不能完全消除，产生合金化不均匀的现象。
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