专利名称：涂覆金属的带的制作方法
技术领域：
本发明涉及涂覆金属的钢带。
本发明特别但不仅仅涉及金属涂覆的、恢复退火的(recovery annealed)，从而具有高抗张强度的钢带，该钢带适合用作涂料线路进料(paint line feed)。
在本文中，术语“恢复退火”理解为已经对钢带进行了热处理，使得微观结构经历最小恢复，如果有重结晶的话，只是最小程度的重结晶，而这种重结晶被限制在局部区域，例如带的边缘。
本发明特别但不仅仅涉及恢复退火从而具有高抗张强度的钢带，该钢带具有耐腐蚀的金属涂层并可以被涂刷，之后冷成型(例如通过滚轧成型(roll forming))为最终用途的产品，例如覆盖产品(roofing products)。
本发明特别但不仅仅涉及恢复退火从而具有高抗张强度的钢带，该钢带在带上具有耐腐蚀的金属涂层，而在该金属涂层上有涂料涂层(paintcoating)。
本发明特别但不仅仅涉及铝/锌合金形式的耐腐蚀的金属涂层。
本发明特别但不仅仅涉及金属涂覆的、恢复退火的，从而具有高抗张强度的钢带，该钢带通过热浸涂法(hot-dip coating method)制造。
在常规热浸渍金属涂敷(hot-dip metal coating)法中，钢带通常经过一个或多个热处理炉，然后进入并经过保持在涂覆罐中的熔融涂覆金属浴(bath)，该熔融金属例如铝/锌合金。可以布置所述炉，使得钢带水平穿过炉。也可以布置所述炉使得钢带垂直穿过炉并经过一组上导向辊和下导向辊。借助加热感应器(inductor)，通常将涂覆罐中的涂覆金属通常保持熔融。所述带通常经由出口端部分离开热处理炉，该出口端部分为浸入浴中的延长的炉出口斜道或喷口(snout)的形式。在浴中带经过一个或多个沉降辊(sink roll)并向上从浴中取出。离开涂覆浴之后，所述带经过涂覆厚度站，例如气刀或气体擦拭(gas wiping)站，在该气体擦拭站中使带的涂覆表面经受擦拭气体(wiping gas)的喷射，以控制涂层的厚度。然后涂覆带通过冷却部分并进行强制冷却。冷却的带之后继续经过表皮光轧(skin pass rolling)部分(也称为回火滚轧部分)和张力平整部分(tension levelling section)。在卷绕站卷绕表皮光轧过和已平整的带。
常规表皮光轧带的主要目的是调节带的表面(最小的厚度减小)，以使该表面光滑。为了在金属涂覆的带上得到高质量的涂刷表面，光滑的带表面是重要的。
常规张力平整带的主要目的是使带变形，从而使其足够平坦以便进一步加工，例如在高速(即，至少100m/min)操作下的涂料涂敷线路(paintcoating line)中。
本申请人发现，制造金属涂覆钢带(特别是恢复退火的从而具有高抗张强度的钢带，所述钢带具有最小限度的残余应力，即残余应力不大于100MPa)使得可以一致并可靠地碾轧形成带。从能够为最终用户提供带(质量一致的带)，即滚轧成型制品的观点看，本发明是一项重要的发明。本发明的主题是以本申请人的名义申请的澳大利亚完全专利申请43836/01。
在本发明的上下文中，“残余应力”理解为贯穿带厚度的残余应力。因此，本文中涉及的“残余应力”应被理解为贯穿厚度的残余应力(through-thickkness residual stress)。
本申请人还发现为了制造具有最小残余应力的带，需要在不同于以前使用的条件下表皮光轧和张力平整，总的结果是该带被相对较轻地滚轧。
本申请人还发现，与常规表皮光轧和张力平整条件下制造的高抗张强度的铝/锌合金涂覆的带相比，在相对轻的滚轧条件下制造的恢复退火从而具有高抗张强度的涂覆有铝/锌合金的带更容易受特定类型的表面缺陷影响。本发明涉及使该表面缺陷最小。
主要有两类表面缺陷。
图1、2a和2b是这两类表面缺陷的显微照片。
两类缺陷都是由Zn和ZnO尘粒引起的，该尘粒是在对该带施加金属涂层之前而沉积在钢带上的。
图1中示出的缺陷类型是具有彗星形状的凹部/凹陷(depression)/半箍(half buckle)，彗星的头指向带的前进方向。通常，该缺陷20-50mm宽和50-150mm长。该缺陷一般由Zn尘粒引起，该尘粒在所述带经过熔融涂覆金属浴之前沉积在带上。
图2a和2b显示的缺陷类型是具有非常小的小孔(pinhole)的粗糙涂层区域，其具有窄条纹状的外观。通常该缺陷10-90mm宽和200-3000mm长，可以和箍相关。一般该缺陷由ZnO尘粒的“崩塌(avalanche)”引起，该尘粒在所述带经过熔融涂覆金属浴之前沉积在带上。
注意到，缺陷形成在带上，然后对带进行常规表皮光轧和张力平整条件加工。但是，该缺陷或该缺陷的外观倾向于至少部分被随后表皮光轧带的常规张力平整除去。
从该带的美学吸引力的观点看，该缺陷是不合需要的。通常要弃去有缺陷的带，这代价高而且浪费。
此外，所述缺陷对涂料线路的线速度有影响。特别是，该缺陷使得需要在比通常情况更低的速度下操作涂料线路，以确保用涂料合适覆盖带。
本申请人还发现Zn和ZnO尘粒倾向于为以下的结果在热处理炉的延长的炉出口斜道或喷口的冷却器部分上Zn蒸汽冷凝成为Zn或ZnO颗粒，该热处理炉在沿带运动的方向紧靠涂覆罐的上游，并随后将冷凝颗粒释放在此时通过斜道或喷口的带上。Zn蒸汽产生于涂覆罐。
本申请人还发现当斜道或喷口中的生产线操作条件(尤其温度)有变化以及存在处理不同等级的钢的变化时，Zn或ZnO颗粒的释放增加，这使得发生不稳定(destablise)并由此导致从斜道壁上存在的Zn/ZnO沉积物聚集层(built-up layer)中释放颗粒。
本发明基于这样的认识，即通过将斜道或喷口中的温度控制成足够高，以使得Zn蒸汽在斜道或喷口壁上的冷凝最小，和/或控制成基本恒定，以使得在斜道或喷口壁上的Zn/ZnO沉积物的不稳定最小，该不稳定可导致已沉积的物质释放到经过出口端部分的带上，从而使得由Zn或ZnO颗粒在经过延长的炉出口斜道或喷口的带上的沉积形成的表面缺陷最小，所述带是恢复退火的，由此具有高抗张强度。
在上下文中，“最少表面缺陷”在文中理解为每500直线米的涂覆金属钢带上存在不超过1处如图1和图2所示类型的缺陷。
此外，在文中，“基本恒定”理解为温度变化不大于20℃。
如上所关注的，根据本发明，提供了一种制备金属涂覆、恢复退火，从而具有高抗张强度的钢带的方法，其包括将钢带连续通过热处理炉、熔融涂覆金属浴和调节站的步骤，并且(a)在热处理炉中热处理钢带；(b)在熔融涂覆金属浴中热浸渍金属涂敷(hot-dip metal coating)钢带，从而在钢带上形成金属涂层；和
(c)通过使钢带表面平滑(smooth)，以在调节站调节该金属涂覆钢带的表面，以及该方法的特征在于将热处理炉出口端部分的温度控制成(i)足够高，以使出口端部分的金属蒸汽的冷凝最小和/或控制成(ii)基本恒定，以使在出口端部分壁上的金属/金属氧化物沉积物的不稳定最小，该不稳定能够将沉积的物质释放到经过出口端部分的带上。
根据本发明，还提供了一种制备涂刷的、金属涂覆的、恢复退火的，从而具有高抗张强度的钢带的方法，其包括将钢带连续通过热处理炉、熔融涂覆金属浴/调节站和涂料线路的步骤，并且(a)在热处理炉中热处理钢带；(b)在熔融涂覆金属浴中热浸渍金属涂敷钢带，从而在钢带上形成金属涂层；(c)通过使钢带表面平滑，以在调节站调节该金属涂覆钢带的表面；和(d)在涂料线路中在调节过的带上形成涂料涂层，以及该方法的特征在于将热处理炉出口端部分的温度控制成(i)足够高，以使出口端部分的金属蒸汽的冷凝最小和/或(ii)控制成基本恒定，以使在出口端部分壁上的金属/金属氧化物沉积物的不稳定最小，该不稳定能够将沉积的物质释放到经过出口端部分的带上。
通过控制炉内上游的操作条件，可以将热处理炉出口端部分的温度保持足够高。
通过通过控制炉内上游的操作条件，可以将热处理炉出口端部分的温度保持基本恒定。
特别是，在需要改变带的热处理分布以制造机械性质不同于刚刚在前的带(immediately preceding strip)的带的情形中，该方法包括在作为出口端部分上游的一个或多个炉部分中控制带的热处理分布，以根据需要调节带的机械性质，且基本上不改变出口端部分的温度。
通过适当选择出口端部分的隔离材料(insulation material)以使出口端部分内的热损失最小，可以保持热处理炉出口端部分的温度足够高。
通过适当选择出口端部分的隔离材料以使出口端部分内的热损失最小，可以将热处理炉出口端部分的温度保持基本恒定。
优选地，金属涂层的金属是铝/锌合金，及金属/金属氧化物沉积物是Zn/ZnO沉积物。
优选地，铝/锌合金含有至少30％重量的铝。
优选地，所述方法包括将热处理炉出口端部分的壁温控制为至少450℃。
优选地，所述方法包括将热处理炉出口端部分的壁温控制为至少480℃。
优选地，所述方法包括将热处理炉出口端部分的壁温变化控制在40℃的温度范围内，更优选在20℃的温度范围内。
所述炉可以是任何合适的炉，例如卧式炉或立式炉。
优选地，所述炉具有延伸入浴中的延长的炉出口斜道或喷口。
术语“高抗张强度”理解为抗张强度至少为450MPa。
更优选所述钢带的抗张强度至少是500MPa。
优选地，调节钢带的步骤(c)在钢带中产生的残余应力不大于100MPa。
优选地，调节钢带的步骤(c)产生贯穿钢带厚度的残余应力不大于90MPa。
优选地，调节钢带的步骤(c)使钢带表面平滑，从而使其适合在涂料线路中涂刷。
优选地，调节钢带的步骤(c)使钢带表面平滑，从而使其足够平滑，以便至少在其额定最大生产线速度的80％操作的涂料线路中涂刷。
优选地，调节钢带的步骤(c)使带保持足够平坦(flat)，以便在涂料线路中涂刷。
术语“足够平坦”在本文中理解为遵照适当的国家标准，例如StandardAS/NZ 1365规定的Class A和Class B平坦性(flatness)。
优选地，调节钢带的步骤(c)包括滚轧所述钢带。
可以根据需要选择滚轧条件，以调节带的表面并得到不大于100MPa的残余应力。
优选地，选择滚轧条件，以得到不大于60MPa的残余应力。
更优选选择滚轧条件，以得到不大于50MPa的残余应力。
更优选地，选择滚轧条件，以得到不大于30MPa的残余应力。
合适的滚轧控制参数包括，例如，以下参数中的任何一个或多个(i)带的伸长率；
(ii)滚轧力；(iii)滚轧挠度(roll bending)；和(iv)入口和出口张力。
优选地，金属涂覆钢带的厚度不大于1mm。
更优选金属涂覆钢带的厚度不大于0.6mm。
根据本发明，还提供了金属涂覆的、恢复退火的，从而具有高抗张强度的钢带，所述钢带的残余应力不大于100MPa，且每500直线米的钢带上存在不超过1处的如图1和2所示类型的表面缺陷。
优选地，所述钢带用铝/锌合金涂覆。
优选地，该铝/锌合金含有至少30％重量的铝。
优选地，钢带的抗张强度至少为450MPa。
更优选钢带的抗张强度至少为500MPa。
根据本发明，还提供了涂刷的、金属涂覆、恢复退火，从而具有高抗张强度的钢带，所述钢带的残余应力不大于100MPa，且每500直线米的钢带上存在不超过1处的如图1和2所示类型的表面缺陷。
优选地，所述钢带用铝/锌合金涂覆。
优选地，该铝/锌合金含有至少30％重量的铝。
优选地，钢带的抗张强度至少为450MPa。
更优选钢带的抗张强度至少为500MPa。
将借助实施例，参考附图进一步描述本发明，其中图1和图2是本发明涉及的两种主要类型的表面缺陷的显微照片；和图3是根据本发明的方法，用于制造涂覆金属钢带的连续生产线的一参考图3，在展开站(uncoiling station)1将冷轧钢带卷展开，通过焊接机2将连续解开的长带首尾相连进行焊接，从而形成连续的长带。
然后将带连续通过收集装置(accumulator)3、带清洁部分4和炉组件5。炉组件5包括预热器、预热还原炉和还原炉。
通过严格控制工艺参数(process variable)，在炉组件中热处理带，所述工艺参数包括(i)炉内的温度分布，(ii)炉内还原气体的浓度，(iii)经过炉的气体流量，和(iv)带在炉内的停留时间(即线速度)。
控制炉组件5中的工艺参数，使得钢的恢复退火产生高抗张强度的带，从带的表面除去氧化物涂层，以及从带的表面除去残留的油和铁细屑。
然后将热处理过的带经出口喷口向下进入和经过保持在涂覆罐6中的熔融涂覆金属(通常为铝/锌合金)的浴并且用金属涂覆。借助加热感应器(未示出)，涂覆罐中的涂覆金属保持熔融。在浴内，带经过沉降辊并从浴中向上取出该带。
离开涂覆浴6之后，所述带垂直经过气体擦拭站(未示出)，在其中，带的涂覆表面经受擦拭气体喷射，以控制涂层的厚度。
然后使涂覆带经过冷却部分7并进行强制冷却。
接着，冷却的涂覆带经过滚轧部分8，该滚轧部分通过在滚轧条件下使带表面平滑，以调节涂覆带的表面，所述滚轧条件在带中产生最小残余应力，即不大于100MPa。然后涂覆带在卷绕站10被卷绕。
上述方法的特征在于将炉组件出口喷口中的温度控制为足够高，以使来自出口喷口的冷却器部分上的涂覆罐6的金属蒸汽(通常为Zn蒸汽)的冷凝最小，以及使出口喷口中的温度保持基本恒定，即在20℃之内。因此，在进入涂覆罐6中的熔融金属浴之前，经过出口喷口的带的上面有最少的金属/金属氧化物沉积物。在涂覆金属是铝/锌合金的情况下，出口喷口的壁温应至少为480℃。有大量的选择来实现所需的温度控制。这些选择包括适当选择隔离以使热损失最小并保持出口喷口中的温度均一，以及调节带转向处的出口喷口上游的热处理分布。
滚轧部分8可以为任何合适的构造。
例如，滚轧部分8可以为现有金属涂覆线路的常规表皮光轧组件，例如四辊式轧机，该线路是在产生带所需要的表面调节和平坦性和最小残余应力的滚轧条件下控制运行的。
还例如，滚轧部分8可以是现有金属涂覆线路的常规表皮光轧组件和顺流调平组件(downstream leveler assembly)，该线路是在产生带所需要表面调节和平坦性和最小残余应力的滚轧条件下控制运行的。
作为特殊的实例，滚轧部分8可以是现有金属涂覆线路的常规表皮光轧组件和常规顺流调平组件的横向弯曲(cross-bow)和反拱形工段(anti-camber stages)，该线路是在产生带所需要表面调节和平坦性和最小残余应力的滚轧条件下控制运行的。
考虑到带的最终用途和制造最终用途产品所需的中间加工处理，可以用任何合适的滚轧参数来限定滚轧条件。在本文中，对滚轧条件而言，最终用途和所需的带中间加工处理(例如涂刷带)可使得有必要考虑其它性质，例如带的平坦性。
当带的平坦性是特别关注的问题时，如通常在涂刷带的情况中，进行两步滚轧操作将会是适当的，其中第二步主要涉及制造平坦的带，同时保持残余应力小于100MPa。
通常，在滚轧部分8中的滚轧条件可以参考下列参数进行限定带的伸长率、滚轧力、滚轧挠度和带的张力(在滚轧部分8包括入口/出口辊式张紧装置(bridle)的情况下)上述滚轧条件是产生铝/锌涂覆的钢带形式的金属涂覆的钢带所需的表面调节和平坦性的典型滚轧条件，该钢带适合用作在至少50m/min，优选至少100m/min，更优选至少150m/min下操作的涂料涂覆线路的给料。
本申请人在试验中发现，上述方法始终一致地制备出高抗张强度的钢带，该钢带在每500直线米的带上存在不超过1处的如图1和2所示类型的缺陷。以前，在本发明之前，本申请人经历的是在每100直线米的带上平均有1处这样的表面缺陷。
在不偏离本发明的实质和范围下可以对上述优选实施方案进行许多改动。
此外，尽管所述方法的优选实施方案包括滚轧金属涂覆钢带，但本发明并不限于此，而是扩展至通过使表面平滑来调节带表面而不产生超过100MPa残余应力的任何合适的方法。
权利要求
1.一种制备金属涂覆的、恢复退火的，从而具有高抗张强度的钢带的方法，其包括将钢带连续通过热处理炉、熔融涂覆金属浴和调节站的步骤，以及(a)在热处理炉中热处理钢带；(b)在熔融涂覆金属浴中热浸渍金属涂敷钢带，从而在钢带上形成金属涂层；和(c)通过使钢带表面平滑，以在调节站调节该金属涂覆钢带的表面，以及该方法的特征在于将热处理炉出口端部分的温度控制成(i)足够高，以使出口端部分的金属蒸汽的冷凝最小和/或控制成(ii)基本恒定，以使在出口端部分壁上的金属/金属氧化物沉积物的不稳定最小，该不稳定能够将沉积的物质释放在通过出口端部分的带上。
2.权利要求1的方法，其包括通过控制炉内上游的操作条件来保持热处理炉的出口端部分的温度保持为足够高。
3.权利要求1或2的方法，其包括通过控制炉内上游的操作条件来将热处理炉的出口端部分的温度保持为基本恒定。
4.上述权利要求中任一项的方法，其中，在需要改变带的热处理分布以制造机械性质不同于刚刚在前的带的带的情形中，该方法包括在作为出口端部分上游的一个或多个炉部分中控制带的热处理分布，以根据需要调节带的机械性质，且基本上不改变出口端部分的温度。
5.上述权利要求中任一项的方法，其中金属涂层的金属是铝/锌合金，及金属/金属氧化物沉积物是Zn/ZnO沉积物。
6.权利要求5的方法，其中铝/锌合金含有至少30％重量的铝。
7.权利要求5的方法，其包括将热处理炉的出口端部分的壁温控制为至少450℃。
8.权利要求7的方法，其包括将热处理炉的出口端部分的壁温控制为至少480℃。
9.上述权利要求中任一项的方法，其包括将热处理炉的出口端部分的壁温变化控制在20℃的温度范围内。
10.上述权利要求中任一项的方法，其中钢带的抗张强度至少为500MPa。
11.上述权利要求中任一项的方法，其中调节钢带的步骤(c)在钢带中产生的残余应力不大于100MPa。
12.上述权利要求中任一项的方法，其中调节钢带的步骤(c)在整个钢带厚度中产生的残余应力不大于90MPa。
13.上述权利要求中任一项的方法，其中调节钢带的步骤(c)使钢带表面平滑，从而使其适合在涂料线路中涂刷。
14.上述权利要求中任一项的方法，其中调节钢带的步骤(c)使钢带表面平滑，从而使其足够平滑，以便在至少其额定最大生产线速度的80％下操作的涂料线路中涂刷。
15.上述权利要求中任一项的方法，其中调节钢带的步骤(c)使带保持足够平坦，以便在涂料线路中涂刷。
16.上述权利要求中任一项的方法，其中调节钢带的步骤(c)包括滚轧所述带。
17.一种金属涂覆的、恢复退火的，从而具有高抗张强度的钢带，其残余应力不大于100MPa，且每500直线米的钢带存在不超过1处的如图1和2所示类型的表面缺陷。
18.权利要求17的带，其中金属涂层包括铝/锌合金。
19.权利要求18的带，其中铝/锌合金含有至少30％重量的铝。
20.权利要求17～19中任一项的带，其中钢带的抗张强度至少为450MPa。
21.一种制备涂刷的、金属涂覆的、恢复退火的，从而具有高抗张强度的钢带的方法，其包括将钢带连续通过热处理炉、熔融涂覆金属浴、调节站和涂料线路的步骤，并且(a)在热处理炉中热处理钢带；(b)在熔融涂覆金属浴中热浸渍金属涂敷钢带，从而在钢带上形成金属涂层；(c)通过使钢带表面平滑，以在调节站调节该金属涂覆钢带的表面；和(d)在涂料线路中在调节过的带上形成涂料涂层，以及该方法的特征在于将热处理炉出口端部分的温度控制成(i)足够高，以使出口端部分的金属蒸汽的冷凝最小和/或(ii)控制成基本恒定，以使在出口端部分壁上的金属/金属氧化物沉积物的不稳定最小，该不稳定能够将沉积的物质释放到经过出口端部分的带上。
22.一种金属涂覆的、恢复退火的，从而具有高抗张强度的钢带，其残余应力不大于100MPa，且每500直线米的钢带上存在不超过1处的如图1和2所示类型的表面缺陷。
23.权利要求22的带，其中金属涂层包括铝/锌合金。
24.权利要求23的带，其中铝/锌合金含有至少30％重量的铝。
25.权利要求22～24中任一项的带，其中钢带的抗张强度至少为450MPa。
全文摘要
本发明披露了一种制备金属涂覆的、恢复退火的，从而具有高抗张强度的钢带的方法。该方法包括以下步骤，在热处理炉(5)中热处理所述钢带，之后在熔融涂覆金属浴(6)中热浸渍金属涂敷该钢带，从而在钢带上形成金属涂层，然后通过使钢带表面平滑，在调节站(8)调节该述金属涂覆钢带的表面。所述方法的特征在于将热处理炉出口端部分的温度控制为(i)足够高，以使出口端部分中金属蒸汽的冷凝最小和/或控制为(ii)基本恒定，以使在出口端部分壁上的金属/金属氧化物沉积物的不稳定最小，该不稳定能够将沉积的物质释放在通过出口端部分的带上。
文档编号C23C2/40GK1826418SQ200480013873
公开日2006年8月30日 申请日期2004年3月19日 优先权日2003年3月19日
发明者韦恩·伦肖, 肖恩·旺 申请人:布卢斯科普钢铁有限公司