一种用于钢带连续热浸镀的镀液及其浸镀方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于钢带连续热浸镀的镀液及其浸镀方法。本发明的用于钢带连续热浸镀的镀液包括：Al：0.5-5质量％、Mg：1-4质量％、余量为Zn和不可避免的杂质，其中，Al与Mg的含量满足以下条件：(Al+Mg)/Mg为1.70-2.30。根据本发明提供的用于钢带连续热浸镀的镀液及其浸镀方法，适用于不同品种钢带的热浸镀并且利用该镀液制备出的锌基合金镀层耐蚀性可以得到极大提高。
【专利说明】一种用于钢带连续热浸镀的镀液及其浸镀方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于钢带热浸镀及锌基合金【技术领域】，具体来说，涉及一种用于钢带连续 热浸镀的镀液及其浸镀方法。
【背景技术】
[0002] 在钢带热浸镀领域，由于锌具有优良的耐腐蚀、导电和导热的性能并且易于加工， 尤其是其作为牺牲阳极具有保护钢基的作用，因此大大延长了钢带的使用寿命。热镀锌是 当今世界上应用最广泛、性能价格比最优的钢材表面处理方法。
[0003] 还原法连续热镀锌是当今钢带生产的主要生产方法，随着对热镀锌研究的逐步深 入，人们也开始探索增加其它微量元素是否能改善钢带镀层的耐蚀性。在过去几十年里，具 有更高耐蚀性能的新型镀层先后被开发出来。
[0004] 例如，美国伯利恒钢铁公司（Bethlehem Steel Corporation)开发出一种含Al量 为55%的铝-锌合金镀层，其在大气（尤其是在海洋大气的环境）下的耐腐蚀性接近镀铝 层。而该镀层破损（如划伤、切口等）后对露铁部分（如钢板的切边）也同镀锌层一样具 有作为牺牲阳极来保护钢板的作用。另外，这种镀层的涂装性能优于普通的镀锌钢板和镀 铝钢板。但是，这种合金镀层含铝高，热浸时铝容易与钢发生剧烈反应，形成较厚的合金层， 因此不利于下一步的变形加工，而且浸镀温度较高、能耗大、设备易损坏。
[0005] 另外，提出一种含Al量为5%的铝-锌合金镀层，其耐蚀性与普通的镀锌层相比也 有了大幅度的提高。但是这种镀层的镀液对钢基体的浸润性差，在镀锌过程中容易出现漏 镀等缺陷，而且钢带的生产成本高、机械性能差。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种能够解决以上多个技术问题中的至少一个技术问题 的用于钢带连续热浸镀的镀液，该用于钢带连续热浸镀的镀液包括：Al :0. 5-5质量％、Mg : 1-4质量％、余量为Zn和不可避免的杂质，其中，Al与Mg的含量满足以下条件：(Al+Mg)/Mg 为 1. 70-2. 30。
[0007] 其中，上述镀液还可以包括从Si、Ti、RE、B、Ni、V中选择的一种或两种以上。
[0008] 其中，从Si、Ti、RE、B、Ni、V中选择的一种或两种以上元素的总量可以为0. 3质 量％以下。
[0009] 其中，（Al+Mg)/Mg 可以为 2. 10-2. 30。
[0010] 其中，（Al+Mg)/Mg 可以为 2. 25-2. 28。
[0011] 其中，（Al+Mg)/Mg 可以为 L 70-1. 90。
[0012] 其中，在（Al+Mg)/Mg可以为1.70-1.90的情况下，上述镀液还可以包括：Ti : 0· 01 ?0· 03 质量％、B :0· 02 ?0· 04 质量％、V :0· 08 ?0· 12 质量％。
[0013] 本发明还提供一种浸镀方法，该浸镀方法使用上述用于钢带连续热浸镀的镀液， 其中，钢带入锅温度为460°C -550°c，镀液的温度为420°C -520°c，钢带浸镀时间为2-25S， 气刀压力为2kPa-90kPa，镀后冷却速度大于8°C /s。
[0014] 其中，钢带入锅温度可以为510°C _540°C，镀液的温度可以为480°C _520°C，钢带 浸镀时间可以为10-20s。
[0015] 其中，钢带入锅温度与镀液的温度之间的温度差可以小于KTC。
[0016] 根据本发明提供的用于钢带连续热浸镀的镀液及其浸镀方法，适用于不同品种钢 带的热浸镀并且利用该镀液制备出的锌基合金镀层耐蚀性可以得到极大提高。
【具体实施方式】
[0017] 在本发明中，如无特别说明，所采用的百分比均为质量百分比。需要说明的是，本 发明中没有详细描述的操作均为本领域的现有技术，在此不再赘述。
[0018] 本发明的用于钢带连续热浸镀的镀液包括：A1 :0. 5-5质量％、Mg :1_4质量％、余 量为Zn和不可避免的杂质，其中，Al与Mg的含量满足以下条件：(Al+Mg)为1. 5-9质量％， (Al+Mg)/Mg 为 1. 70-2. 30。
[0019] 采用上述镀液，通过Al、Mg联合作用，能够共同提高镀层的耐蚀性。镀液中Al、Mg 含量的比例，也对镀层质量具有明显影响。锌铝镁合金镀层的组织主要由：富Zn相、富Al 相、二元共晶相、Zn-Al-MgZn2组成。镀液中Al与Mg的含量满足（Al+Mg)/Mg为1. 7-2. 3时， 镀层表面易于形成组织细小的Zn-MgZn2二元共晶相及Zn-Al-MgZn 2三元共晶相,有利于提 高镀层耐蚀性。
[0020] 需要说明的是，Al和Mg两种元素的总含量，会极大地影响到镀层的质量。当镀液 中（Al+Mg)质量％< 1.5%时，不能明显的提高镀层的耐蚀性；当镀液中（Al+Mg)质量％ > 9 %时，合金镀层的脆性增加，硬度增大，不利于镀层的成形性。因此，在本发明中，控制 (Al+Mg)的质量％范围为1.5-9质量％。
[0021] 其中，Mg含量为1-4质量％。其原因在于，当镀液中Mg质量％< 1%时，无法明显 地提高镀层的耐蚀性；当镀液中Mg质量％> 4%时，浮渣明显增多，不利于镀层表面的质量 控制。Mg含量优选为1. 5-3. 5质量％，进一步优选为2-3质量％。
[0022] 另外，Al含量为0.5-5质量％。其原因在于，当镀液中Al质量％< 0.5%时，所生 产的合金镀层的耐蚀性无法得到明显提高，而且由于Mg的加入，在镀液表面可能由于Mg的 氧化造成浮渣形成较多，不利于镀层表面的质量控制；当镀液中Al质量％> 5%时，镀液中 钢带Fe原子溶解速率加快，影响钢带的可焊性。Al含量优选为2-4质量％，进一步优选为 2. 5-3. 5 质量％。
[0023] 通过利用上述镀液能够使生产出的镀层克服现有热浸镀合金镀层的不足，耐蚀性 得到极大提高。
[0024] 另外，在镀液中含有Al :0. 5-5质量％、Mg : 1-4质量％的情况下，发明人对 (Al+Mg)/Mg与所得镀层的耐蚀性的关系进行进一步探讨发现，（Al+Mg)/Mg的比值为大约 1. 70至大约2. 10的范围内时，镀层的耐蚀性与现有锌基合金镀层相比，虽有极大的提高， 但是，当（Al+Mg)/Mg的比值落入大约1. 80至小于2. 10的范围内，所得镀层的耐蚀性基本 不再变化。产生这种情况的原因可能是由于上述镀液得到的镀层中的Zn-MgZn2:元共晶 相及Zn-Al-MgZn 2二兀共晶相达到平衡，因此锻层的耐蚀性也基本稳定。
[0025] 但是，当进一步提高（Al+Mg)/Mg的比值时，发明人意外地发现以下效果：S卩，当 (Al+Mg)/Mg的比值为2. 10-2. 30时，所得镀层的耐蚀性突然进一步显著提高。其中，当 (Al+Mg)/Mg的比值为2. 25-2. 28时，所得镀层的耐蚀性达到最优。通过对所得镀层结构的 分析得知，产生这种情况的原因是由于，所得镀层中的Zn-MgZn 2二元共晶相及Zn-Al-MgZn 2 三元共晶相建立新的平衡态，与（Al+Mg)/Mg的比值为大约1.80至小于2. 10的范围内的情 况相比，可以推断新的Zn-MgZn2二元共晶相及Zn-Al-MgZn2S元共晶相平衡态有助于进一 步提高镀层的耐蚀性。但是，当（Al+Mg)/Mg的比值大于2. 30时，Al的相对量较高，也会出 现漏镀的问题。
[0026] 另外，为改善锌基合金镀层组织和提高镀液的流动性，还可以在镀液中选择性地 加入Si、Ti、RE(混合稀土元素）、B、Ni、V中选择一种、两种或两种以上的混合元素，所添加 的单一或混合元素的总质量％可以为〇. 3质量％以下。其中，所添加的各元素作用如下：
[0027] (a)在镀液中添加 Si的作用是降低合金镀层厚度；
[0028] (b)在镀液中添加 Ti的作用是细化镀层组织、抑制Fe-Zn合金层的快速生长；
[0029] (c)在镀液中添加 RE(混合稀土）的作用是改善镀液的流动性，提高镀层表面质 量；
[0030] (d)在镀液中添加 B的作用是有利于提高镀层的耐蚀性；
[0031] (e)在镀液中添加 Ni的作用是抑制合金层的快速生长，并可提高镀层的耐蚀性；
[0032] (f)在镀液中添加 V的作用是有利于提高镀层的耐蚀性。
[0033] 需要说明的是，Si、Ti、RE (混合稀土）、B、Ni、V元素可根据需要添加到镀液中，这 些元素总质量分数控制在〇. 3 %以下就能得到应有作用。
[0034] 发明人发现，当镀液中的（Al+Mg)/Mg为1. 70-1. 90的情况下，如果在该镀液中同 时加入Ti :0. 01?0. 03质量％、B :0. 02?0. 04质量％、V :0. 08?0. 12质量％，则所得镀 层的耐蚀性最佳。
[0035] 本发明还提供一种适于上述镀液的浸镀方法，所述方法采用气体还原法进行钢带 连续热浸镀生产，具体为：开卷一焊接一清洗一连续退火一热浸镀一气刀吹扫一冷却一矫 直一涂油/钝化一卷取的热浸镀工艺，其中，钢带入锅温度为460°C _550°C，镀液的温度为 420°C _520°C，钢带浸镀时间为2-25s，气刀压力为2kPa-90kPa，镀后冷却速度为大于8°C / So
[0036] 其中，钢带入锅温度优选为510°C _540°C，镀液的温度优选为480°C _520°C，钢带 浸镀时间优选为10-20s。另外，当钢带入锅温度与镀液的温度之间的温度差为小于KTC 时，更加利于形成具有稳定结构的镀层。
[0037] 该工艺条件下的浸镀方法与本发明的上述镀液相适应，能够制造出具有优异耐蚀 性的镀层的各种钢带。
[0038] 根据本发明提供的用于钢带连续热浸镀的镀液及其浸镀工艺条件，控制镀液中的 Al、Mg及Si、Ti、RE、B、Ni、V含量，采用合适的浸镀工艺，提高了镀层的耐蚀性，并改善了镀 层与基体的结合力，适用于生产各种品种热镀锌钢带，具有广阔的应用推广前景。
[0039] 下面将结合实施例和比较例进一步说明本发明的镀液的优异效果。
[0040] 实施例1?14以及比较例1?4的镀液的成分如表1所示。
[0041] 表1镀液合金成分（wt % )
[0042]
【权利要求】
1. 一种用于钢带连续热浸镀的镀液，其特征在于，所述镀液包括:A1 :0. 5-5质量％、 Mg :1_4质量％、余量为Zn和不可避免的杂质，其中，A1与Mg的含量满足以下条件：(Al+Mg)/Mg 为 1. 70-2. 30。
2. 根据权利要求1所述的镀液，其特征在于，所述镀液还包括从Si、Ti、RE、B、Ni、V中 选择的一种或两种以上。
3. 根据权利要求1所述的镀液，其特征在于，从Si、Ti、RE、B、Ni、V中选择的一种或两 种以上元素的总量为0. 3质量％以下。
4. 根据权利要求1所述的用于钢带连续热浸镀的镀液，其特征在于，（Al+Mg)/Mg为 2. 10_2. 30〇
5. 根据权利要求1所述的用于钢带连续热浸镀的镀液，其特征在于，（Al+Mg)/Mg为 2. 25-2. 28。
6. 根据权利要求1所述的用于钢带连续热浸镀的镀液，其特征在于，（Al+Mg)/Mg为 1. 70-1. 90。
7. 根据权利要求6所述的镀液，其特征在于，所述镀液还包括：Ti 01?0. 03质 量％、8 :0? 02 ?0? 04 质量％、V :0? 08 ?0? 12 质量％。
8. -种浸镀方法，其特征在于，所述浸镀方法使用权利要求1?7中的任一项所 述的用于钢带连续热浸镀的镀液，其中，钢带入锅温度为460°C _550°C，镀液的温度为 420°C _520°C，钢带浸镀时间为2-25s，气刀压力为2kPa-90kPa，镀后冷却速度大于8°C /s。
9. 根据权利要求8所述的浸镀方法，其特征在于，钢带入锅温度为510°C _540°C，镀液 的温度为480°C _520°C，钢带浸镀时间为10-20s。
10. 根据权利要求8所述的浸镀方法，其特征在于，钢带入锅温度与镀液的温度之间的 温度差小于l〇°C。
【文档编号】C23C2/40GK104498850SQ201410776570
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月15日 优先权日:2014年12月15日
【发明者】张启富, 江社明, 岳崇锋, 刘昕, 张 杰, 李远鹏, 刘秋元, 罗丹, 王贺贺, 陈斌锴 申请人:中国钢研科技集团有限公司, 新冶高科技集团有限公司