專(zhuān)利名稱(chēng)：光澤保持性能優(yōu)異的熱浸鍍鋅薄鋼板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防止在采用連續(xù)熱浸鍍生產(chǎn)線制備熱浸鍍Zn-Al-Mg薄鋼板期間有時(shí)出現(xiàn)的表面光澤變差的技術(shù)。
背景技術(shù)：
本申請(qǐng)的申請(qǐng)人擁有的JP.Hei-10-226865A，JP.Hei-10-306357A，USP 6,235,410(US6,235,410B1)和USP 6,379,820(US6,379,820B1)指出通過(guò)采用一種Zn-Al-Mg系的熱浸鍍液并且賦予鍍層以下在金屬結(jié)構(gòu)制備Zn基熱浸鍍薄鋼板，能夠獲得具有完全滿(mǎn)足工業(yè)產(chǎn)品要求的耐腐蝕性和表面外觀的鍍覆薄鋼板，所述Zn-Al-Mg系的熱浸鍍液包含Al4.0-10％，Mg1.0-4.0％，Ti0.002-0.1％，B0.001-0.045％，余者為Zn和不可避免的雜質(zhì)，所述鍍層的結(jié)構(gòu)包含在[Al/Zn/Zn2Mg三元共晶結(jié)構(gòu)]的基體中的[初生Al晶相]和[Zn單相]。在公開(kāi)的說(shuō)明書(shū)中給出了獲得所述金屬結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)條件。
隨后的制備過(guò)程中，在對(duì)這種Al含量和Mg含量較高的熱浸鍍Zn基薄鋼板進(jìn)行加工期間，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)依據(jù)制備條件，鍍層的表面光澤在2-3天內(nèi)發(fā)生劣化。鍍層的這種光澤劣化使得剛剛在鍍覆后從美學(xué)上講令人愉快的鍍覆表面，隨著時(shí)間的推移(快則2-3天，有時(shí)則需要4-7天)被褪色成稍微帶有黑色的雜色?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量表面亮度定量確定最外層表面的褪色(一種發(fā)黑)的程度。例如，剛剛制造之后表面亮度(L值)為約L＝82的鍍覆表面在7天內(nèi)下降至約L＝72。雖然這種L值的下降未降低產(chǎn)品的耐腐蝕性，也未損壞鍍覆薄鋼板的物理和化學(xué)質(zhì)量，但是，從表面外觀的角度看，還是不希望出現(xiàn)這種下降。這種表面光澤的下降不是在整個(gè)鍍覆表面范圍均勻發(fā)生，而是以有污點(diǎn)的脫色形式進(jìn)行。這一事實(shí)尤其損害了美學(xué)外觀。
可以認(rèn)為這種表面光澤的下降特別發(fā)生于Al含量和Mg含量較高的鍍覆薄鋼板，例如前述的熱浸鍍Zn-Al-Mg薄鋼板。富集在鍍層最外層表面的Mg的氧化程度以及表面層中Al的氧化狀態(tài)很可能是這種下降的綜合原因。迄今，尚未公開(kāi)任何有關(guān)出現(xiàn)在這種熱浸鍍Zn-Al-Mg薄鋼板中的表面光澤下降的機(jī)制或者有關(guān)抑制這種下降的方法的報(bào)告。
本發(fā)明的目的因此，本發(fā)明的目的是提供抑制特別是在熱浸鍍Zn-Al-Mg薄鋼板中出現(xiàn)的表面光澤下降的手段。
發(fā)明公開(kāi)為了克服上述問(wèn)題，本發(fā)明人進(jìn)行了廣泛的試驗(yàn)和研究工作。結(jié)果，我們確定熱浸鍍薄鋼板出現(xiàn)表面光澤下降的原因在于在鍍覆之后的冷卻步驟中進(jìn)行水冷期間鍍層表面與水的反應(yīng)特性，一種防止表面光澤下降的方法是在鍍層凝固之后進(jìn)行的水冷步驟中“控制鍍層與水流之間的接觸溫度”，廣義上，適當(dāng)?shù)乜刂啤芭c水流接觸期間的帶材溫度”很有效，而且，通過(guò)在鍍液中加入少量適當(dāng)?shù)摹耙籽趸亍币材軌蛴行У胤€(wěn)定鍍層表面層中Al和Mg的氧化狀態(tài)。所謂“與水流接觸期間的帶材溫度”指的是在鍍層凝固完成之后，在冷卻步驟中進(jìn)行冷卻同時(shí)鍍層表面形成水膜時(shí)的帶材溫度。具體地，它是水流通過(guò)完全凝固的鍍層表面上并且鍍層被在其表面上形成的水膜冷卻時(shí)的鍍層溫度。
換言之，根據(jù)本發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋼帶在前述的Zn-Al-Mg系熱浸鍍液中進(jìn)行連續(xù)浸漬和取出，并且，之后使鋼帶連續(xù)通過(guò)一個(gè)對(duì)鋼帶進(jìn)行冷卻的水淬區(qū)，同時(shí)使完全凝固的鍍層表面與水流接觸(同時(shí)向鍍層表面上提供一定量的能夠在鍍層表面瞬間形成一層水膜的水)，通過(guò)控制鋼帶在水淬區(qū)入口側(cè)的溫度低于105℃，能夠抑制鍍層表面的光澤發(fā)生前述的劣化。
鋼帶在水淬區(qū)入口側(cè)的溫度雖然取決于設(shè)備條件，但是與薄板厚度密切相關(guān)。當(dāng)鋼帶厚度大時(shí)，可能不容易控制鋼帶在水淬區(qū)入口側(cè)的溫度低于105℃。已發(fā)現(xiàn)在這種情況下，通過(guò)向鍍液中添加少量與氧的化學(xué)親和力很強(qiáng)(即易氧化元素)并且對(duì)Al的氧化物具有穩(wěn)定作用的元素，則不需要使鋼帶在水淬區(qū)入口側(cè)的溫度低于105℃(溫度等于105℃或更高)，也能獲得類(lèi)似的抑制表面光澤劣化的效果。這類(lèi)元素包括例如稀土元素、Y、Zr和Si。實(shí)際上，添加約0.002-0.05％(質(zhì)量)的易氧化元素就足夠了。
因此，本發(fā)明提供了一種制備光澤保持性能優(yōu)異的熱浸鍍Zn薄鋼板的方法，其包括鋼帶在含有Al4.0-15％(質(zhì)量)和Mg1.0-4.0％(質(zhì)量)的Zn基熱浸鍍液中進(jìn)行連續(xù)浸漬和取出，由此在鋼帶上形成鍍層的步驟，以及，之后使鋼帶連續(xù)通過(guò)一個(gè)水淬區(qū)，該水淬區(qū)對(duì)鋼帶進(jìn)行冷卻同時(shí)使完全凝固的鍍層表面與水流接觸，此時(shí)通過(guò)控制鋼帶在水淬區(qū)入口側(cè)的溫度低于105℃，抑制鍍層表面光澤劣化的步驟。所述Zn基熱浸鍍液優(yōu)選包含，以％(質(zhì)量)計(jì)Al4.0-15％，Mg1.0-4.0％，Ti0.001-0.1％，B0.001-0.045％，余者為Zn和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明還提供了一種制備光澤保持性能優(yōu)異的熱浸鍍Zn薄鋼板的方法，其包括鋼帶在含有Al4.0-15％(質(zhì)量)和Mg1.0-4.0％(質(zhì)量)，并且添加0.002-0.05％(質(zhì)量)的至少一種選自于稀土元素、Y、Zr和Si的易氧化元素的Zn基熱浸鍍液中進(jìn)行連續(xù)浸漬和取出，由此在鋼帶上形成鍍層的步驟，以及，之后使鋼帶連續(xù)通過(guò)一個(gè)水淬區(qū)，該水淬區(qū)對(duì)鋼帶進(jìn)行冷卻的同時(shí)使完全凝固的鍍層表面與水流接觸，此時(shí)通過(guò)控制鋼帶在水淬區(qū)入口側(cè)的溫度不低于105℃但不高于300℃，抑制鍍層表面光澤劣化的步驟。所述Zn基熱浸鍍液優(yōu)選包含，以％(質(zhì)量)計(jì)Al4.0-15％，Mg1.0-4.0％，Ti0.001-0.1％，B0.001-0.045％，至少一種選自于稀土元素、Y、Zr和Si的易氧化元素0.002-0.05％，余者為Zn和不可避免的雜質(zhì)。
作為一種采用前述方法獲得的熱浸鍍Zn薄鋼板，本發(fā)明還提供了一種通過(guò)采用一種熱浸鍍液對(duì)鋼帶進(jìn)行熱浸鍍覆獲得的光澤保持性能優(yōu)異的熱浸鍍Zn薄鋼板，所述鍍液包含，以％(質(zhì)量)計(jì)Al4.0-15％，以及Mg1.0-4.0％，任選地，Ti0.001-0.1％和B0.001-0.045％，優(yōu)選地，至少一種選自于稀土元素、Y、Zr和Si的易氧化元素0.002-0.05％，以及余者為Zn和不可避免的雜質(zhì)，由此在薄鋼板上形成鍍層。所述鍍層具有包含在[Al/Zn/Zn2Mg三元共晶結(jié)構(gòu)]的基體中的[初生Al晶相]，或者包含在[Al/Zn/Zn2Mg三元共晶結(jié)構(gòu)]的基體中的[初生Al晶相]、[Zn相]和/或[Zn2Mg相]的金屬結(jié)構(gòu)。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是說(shuō)明用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的含Mg熱浸鍍Zn薄鋼板的裝置的路線圖。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案一般而言，在本說(shuō)明書(shū)中，在說(shuō)明熱浸鍍生產(chǎn)線時(shí)使用術(shù)語(yǔ)“鋼帶”，而在說(shuō)明產(chǎn)品時(shí)使用術(shù)語(yǔ)“薄鋼板”。鋼帶和薄鋼板具有同樣的特點(diǎn)。
圖1對(duì)用于制備Zn基熱浸鍍薄鋼板的裝置進(jìn)行了示意說(shuō)明。將通過(guò)保持在預(yù)定溫度的加熱爐1的鋼帶2連續(xù)送入鍍液3中。當(dāng)從鍍液3中出來(lái)時(shí)，使鋼帶通過(guò)一個(gè)調(diào)整其鍍層重量的擦拭噴頭4，然后，再通過(guò)空氣噴射冷卻裝置5。鍍層在通過(guò)空氣噴射冷卻裝置5期間完全凝固。接下來(lái)，鋼帶通過(guò)空氣-水冷卻區(qū)6a，6b以及一個(gè)空氣冷卻區(qū)14，所述各冷卻區(qū)可以單獨(dú)工作或者一起工作，或者不工作，然后，通過(guò)一個(gè)水淬區(qū)7。之后，鋼帶在平整機(jī)8上進(jìn)行平整冷軋，再通過(guò)一個(gè)張力平整機(jī)9，經(jīng)過(guò)一個(gè)檢測(cè)步驟，并且卷曲在張力卷曲機(jī)10上。當(dāng)進(jìn)行鉻酸鹽處理或者其它這類(lèi)化學(xué)處理時(shí)，在輥涂機(jī)11上對(duì)離開(kāi)張力平整機(jī)9鋼帶進(jìn)行處理，再通過(guò)一個(gè)干燥區(qū)12和一個(gè)空氣冷卻區(qū)13，并且卷曲在張力卷曲機(jī)10上。
如前所述，當(dāng)制備Al和Mg含量較高的熱浸鍍Zn-Al-Mg的薄鋼板(此后稱(chēng)作“含Mg的熱浸鍍Zn薄鋼板”)時(shí)，從表面性能方面考慮，適當(dāng)控制鍍層完全凝固之前的冷卻速度以及鍍層完全凝固的位置是必不可少的。為此，必須嚴(yán)格控制鋼帶的送入速度，并且，需要根據(jù)薄板厚度精確控制通過(guò)空氣噴射冷卻裝置5時(shí)的帶材溫度。接下來(lái)，為了能夠在平整機(jī)8上進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠秸滠?，需要通過(guò)在空氣-水冷卻區(qū)6(和空氣冷卻區(qū)14)和/或水淬區(qū)7實(shí)施冷卻，將在平整入口一側(cè)的帶材溫度調(diào)整至預(yù)設(shè)溫度水平(例如，不高于70℃)。所述冷卻區(qū)處的冷卻強(qiáng)度根據(jù)帶材的行進(jìn)速度和薄板厚度變化。一般地，在空氣-水冷卻區(qū)噴濺水或水溶液，在空氣噴射冷卻區(qū)噴射空氣，在水淬區(qū)，則提供能夠足于在鍍層表面上瞬間形成水膜的水流。與首先提及的冷卻步驟相比，后面提及的水淬區(qū)由于水流與鍍層表面接觸，能夠達(dá)到更快的冷卻速度。因此，與冷卻強(qiáng)度的變化無(wú)關(guān)，在水淬區(qū)能夠?qū)嵤┯行У睦鋮s操作。雖然在空氣-水冷卻區(qū)6，水或水溶液與空氣流一起噴濺，但是，不能提供足夠的水在鍍層表面上形成水膜。所以，這種冷卻主要是通過(guò)蒸發(fā)放出潛熱的結(jié)果。這是一種與在水淬區(qū)借助和水流接觸所不同的散熱形式，因此，冷卻速度不同。
已發(fā)現(xiàn)鍍層表面的光澤保持性能隨在水淬區(qū)入口側(cè)的帶材溫度的不同而不同。當(dāng)溫度為105℃或更高時(shí)，容易發(fā)生表面光澤劣化。盡管其原因尚未確定，但是，本發(fā)明人斷定原因涉及如下因素如當(dāng)進(jìn)入水淬區(qū)時(shí)帶材溫度為100℃或更高時(shí)，一種沸騰現(xiàn)象的出現(xiàn)提高了鍍層表面的反應(yīng)性，以及，在大氣壓下，有水存在時(shí)，Al的特性在溫度高于和低于約110℃時(shí)不同，即高于此溫度，Al2O3.H2O(或AlOOH)化合物穩(wěn)定，而低于此溫度時(shí)，Al2O3.3H2O(或Al(OH)3)化合物穩(wěn)定，結(jié)果，在水淬區(qū)中鍍層表面上形成的Al化合物根據(jù)入口側(cè)鋼帶溫度而變化。
前述含Mg的熱浸鍍Zn的薄鋼板的金屬結(jié)構(gòu)包括在[Al/Zn/Zn2Mg三元共晶結(jié)構(gòu)]的基體中的[初生Al晶相]、[Zn相]和/或[Zn2Mg相]的金屬結(jié)構(gòu)，通過(guò)上述的化學(xué)反應(yīng)，所述三元共晶晶體結(jié)構(gòu)的最外層表面變成一種易氧化形式，而且，據(jù)認(rèn)為，這就是為什么在鍍覆后的2或3天內(nèi)會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)生亮度變化的表面光澤劣化的原因。
總之，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)正如后面給出的實(shí)施例所證實(shí)的那樣，通過(guò)將進(jìn)入水淬區(qū)的鋼帶溫度調(diào)整至低于105℃，則能夠顯著防止含Mg的熱浸鍍Zn的薄鋼板發(fā)生表面光澤劣化。在這種情況下，在實(shí)施進(jìn)入水淬區(qū)之前的冷卻操作時(shí)，不要向完全凝固的鍍層表面提供足夠的水以像在水淬區(qū)中那樣形成產(chǎn)生淬火的水膜，而是進(jìn)行緩冷操作，例如進(jìn)行空氣-水冷卻(噴霧)或者空氣冷卻(例如噴射空氣冷卻)。這是因?yàn)槿绻阡搸нM(jìn)入水淬區(qū)之前，實(shí)施像在水淬區(qū)中那樣形成水膜的淬火操作，則將進(jìn)入水淬區(qū)的鋼帶溫度調(diào)整至低105℃毫無(wú)意義。依據(jù)薄板厚度和帶材的行進(jìn)速度，甚至可以通過(guò)空氣-水冷卻，將在水淬區(qū)入口一側(cè)的帶材溫度調(diào)整至低于105℃。
但是，當(dāng)薄板厚度較厚時(shí)，有時(shí)不能將在水淬區(qū)入口一側(cè)的帶材溫度調(diào)整至低于105℃。雖然即使薄板厚度較大時(shí)，通過(guò)降低帶材行進(jìn)速度在空氣-水冷區(qū)也能夠?qū)崿F(xiàn)充分冷卻，但是，這是不希望的，因?yàn)檫@會(huì)產(chǎn)生凝固點(diǎn)控制問(wèn)題并且會(huì)降低生產(chǎn)率。然而，正如后面給出的實(shí)施例所證實(shí)的那樣，通過(guò)使剛剛完全凝固的鍍覆表面存在適量易氧化元素，該元素與氧的化學(xué)親和力很強(qiáng)并且對(duì)Al的氧化物有一種穩(wěn)定作用，例如稀土元素、Y、Zr或Si，甚至當(dāng)水淬區(qū)入口一側(cè)的帶材溫度為105℃或更高時(shí)，也能有效抑制表面光澤的劣化。實(shí)踐中，添加約0.002-0.05％(質(zhì)量)的所述易氧化元素就足夠了。盡管可能存在具有與稀土元素、Y、Zr或Si類(lèi)似作用的其它元素，但是，沒(méi)有一種已得到證實(shí)。
所述這些易氧化元素具有在含Mg的熱浸鍍Zn薄鋼板上的鍍層凝固期間或者甚至在凝固之后，富集在鍍層的最外層表面部分的特性。因此，甚至當(dāng)在鍍液中僅僅添加少量時(shí)，這些元素在最外層表面處也能達(dá)到比較高的濃度。據(jù)認(rèn)為，這樣可使這些元素能夠在水淬區(qū)抑制發(fā)生對(duì)表面光澤保持性能不利的表面反應(yīng)。但是，當(dāng)這些易氧化元素在鍍液中的添加量低于0.002％(質(zhì)量)時(shí)，不能表現(xiàn)出所述抑制效果。因此，這些易氧化元素在鍍液中的添加量必須不低于0.002％(質(zhì)量)。另一方面，添加量過(guò)多時(shí)導(dǎo)致在鍍液中的溶解度下降，并且，甚至即使完全溶解，其對(duì)表面光澤下降的抑制作用達(dá)到飽和，因?yàn)樗鲈氐倪^(guò)量部分僅僅析出在鍍層表面部分中的晶界附近。因此，這些元素在鍍液中的添加量不高于0.10％(質(zhì)量)，某些情況下不高于0.08％(質(zhì)量)，優(yōu)選0.05％(質(zhì)量)，更優(yōu)選0.03％(質(zhì)量)。
如前所述，當(dāng)水淬區(qū)入口一側(cè)的帶材溫度為105℃或更高時(shí)，通過(guò)添加一種或多種易氧化元素產(chǎn)生的抑制表面光澤劣化的作用最有效。但是，甚至當(dāng)水淬區(qū)入口一側(cè)的帶材溫度低于105℃時(shí)，可以安全地將一種或多種易氧化元素添加至鍍液中。
當(dāng)水淬區(qū)入口一側(cè)的帶材溫度為105℃或更高時(shí)，應(yīng)該優(yōu)選控制其不高于300℃，因?yàn)楫?dāng)高于300℃時(shí)，水淬區(qū)的冷卻負(fù)載太大，不能使平整冷軋入口側(cè)的溫度充分降低。
在普通的生產(chǎn)線中，如果帶材厚度低于1.6mm，則可以比較容易地使水淬區(qū)入口一側(cè)的帶材溫度低于105℃，從而能夠確保良好的光澤保持性能。當(dāng)帶材厚度為1.6mm或更厚時(shí)，從實(shí)際操作方面考慮，與通過(guò)對(duì)鋼帶進(jìn)行強(qiáng)制冷區(qū)使水淬區(qū)入口一側(cè)的溫度低于105℃相比，添加易氧化元素能更好地確保光澤保持性能。
本發(fā)明是防止含Mg的熱浸鍍Zn薄鋼板發(fā)生表面光澤下降方面的一個(gè)突破，因此，可以用于發(fā)生表面光澤下降的含Mg的熱浸鍍Zn薄鋼板。這種含Mg的熱浸鍍Zn薄鋼板典型地是通過(guò)使用一種Zn基熱浸鍍液獲得的具有優(yōu)異的耐腐蝕性和表面外觀的熱浸鍍Zn-Al-Mg薄鋼板，所述Zn基熱浸鍍液含有基本組元Al4.0-10％和Mg1.0-4.0％，加上Ti0.001-0.1％和B0.001-0.045％，余者為Zn和不可避免的雜質(zhì)，所獲得的鍍層的金屬結(jié)構(gòu)包括在[Al/Zn/Zn2Mg三元共晶結(jié)構(gòu)]的基體中的[初生Al晶相]或者在[Al/Zn/Zn2Mg三元共晶結(jié)構(gòu)]的基體中的[初生Al晶相]、[Zn相]和/或[Zn2Mg相]的金屬結(jié)構(gòu)。在[Al/Zn/Zn2Mg三元共晶結(jié)構(gòu)]的基體中包含[初生Al晶相]的金屬結(jié)構(gòu)優(yōu)選[Al/Zn/Zn2Mg三元共晶結(jié)構(gòu)]+[初生Al晶相]的總量不低于金屬結(jié)構(gòu)的80％(體積)，更優(yōu)選不低于金屬結(jié)構(gòu)的95％(體積)。余下部分可以包括[Zn相]和[Zn2Mg相]，加上，在某些情況下，少量的[Zn/Zn2Mg二元共晶體]和/或[Al/Zn2Mg二元共晶體]。當(dāng)添加Si時(shí)，也可能存在少量的[Si相]、[Mg2Si相]、[Al/Mg2Si二元共晶體]等。
因此，本發(fā)明提供了一種通過(guò)熱浸鍍鋼帶獲得的光澤保持性能優(yōu)異的熱浸鍍Zn薄鋼板，熱浸鍍鋼帶時(shí)使用的熱浸鍍液含有，以％(質(zhì)量)計(jì)Al4.0-15％，Mg1.0-4.0％，Ti0.001-0.1％，B0.001-0.045％，至少一種選自于稀土元素、Y、Zr和Si的易氧化元素0.002-0.05％，以及余者為Zn和不可避免的雜質(zhì)，由此在薄鋼板上形成鍍層。所述鍍層具有包含在[Al/Zn/Zn2Mg三元共晶結(jié)構(gòu)]的基體中的[初生Al晶相]，或者包含在[Al/Zn/Zn2Mg三元共晶結(jié)構(gòu)]的基體中的[初生Al晶相]、[Zn相]和/或[Zn2Mg相]的金屬結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)特征在于一種或多種易氧化元素富集在鍍層的最外表面層。
根據(jù)本發(fā)明鍍液中Al，Mg，Ti，B等的添加量、作用和影響在至少添加一種易氧化元素的鍍液中保持不變。添加Ti和B有利，因?yàn)檫@些元素起抑制Zn11Mg2相的產(chǎn)生和長(zhǎng)大的作用，當(dāng)鍍層具有前述包括Zn2Mg二元共晶體的金屬結(jié)構(gòu)時(shí)，Zn11Mg2相對(duì)其外觀和耐腐蝕性有不利影響。為了通過(guò)在鍍液中添加Ti，B或Ti-B合金或化合物獲得上述這一效應(yīng)，使鍍液中含有Ti0.001-0.1％和B0.001-0.045％就足夠了。含量高于所述范圍時(shí)，析出相在鍍層中長(zhǎng)大，在鍍層中形成有損于表面外觀的“凸起”(日語(yǔ)中稱(chēng)作“butsu”)。
鍍層中存在Al改善鍍覆薄鋼板的耐腐蝕性，并且能夠在制備鍍覆薄鋼板期間抑制鱗皮的產(chǎn)生。當(dāng)Al含量低于1.0％(質(zhì)量)時(shí)，改善耐腐蝕性的作用不足，而且，抑制產(chǎn)生Mg氧化物系鱗皮的作用也低。優(yōu)選使Al含量不低于4.0％(質(zhì)量)。另一方面，當(dāng)Al含量超過(guò)15％(質(zhì)量)時(shí)，在鍍層與基體薄鋼板之間顯著形成Fe-Al合金層，降低鍍層的附著性能。優(yōu)選Al含量為4.5-13.0％(質(zhì)量)，更優(yōu)選5.0-10.0％(質(zhì)量)，最優(yōu)選5.0-7.0％(質(zhì)量)。
Mg存在于鍍層中能夠在鍍層表面上產(chǎn)生均勻的腐蝕產(chǎn)物，并且，由此，其具有顯著提高鍍覆薄鋼板的耐腐蝕性的作用。當(dāng)Mg含量低于1.0％時(shí)，均勻產(chǎn)生這種腐蝕產(chǎn)物的作用不足。另一方面，當(dāng)Mg含量超過(guò)4.0％時(shí)，Mg所產(chǎn)生的耐腐蝕性改善效果達(dá)到飽和，并且，會(huì)更容易出現(xiàn)所不希望的Mg氧化物系鱗皮。因此，限定Mg含量為1.0-4.0％(質(zhì)量)。優(yōu)選Mg含量為1.5-4.0％(質(zhì)量)，更優(yōu)選為2.0-3.5％(質(zhì)量)，最優(yōu)選為2.5-3.5％(質(zhì)量)。
已發(fā)現(xiàn)當(dāng)在含Mg熱浸鍍Zn薄鋼板生產(chǎn)線的最后階段，例如通過(guò)使用如圖1底部所示的輥涂機(jī)11進(jìn)行化學(xué)處理時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)前述的表面光澤下降的問(wèn)題，而這與是否形成鉻酸鹽涂層、無(wú)鉻酸鹽轉(zhuǎn)化涂層、含鉻酸的有機(jī)樹(shù)脂膜或者含鉻酸的硅酸鹽膜或其它此類(lèi)膜無(wú)關(guān)。正如未進(jìn)行化學(xué)處理時(shí)可能出現(xiàn)(或者不出現(xiàn))亮度下降和表面光澤下降的現(xiàn)象一樣，依據(jù)生產(chǎn)條件，存在通過(guò)化學(xué)處理產(chǎn)生的膜的鍍覆產(chǎn)品在幾天之后也會(huì)出現(xiàn)(或者不出現(xiàn))亮度下降和表面光澤下降的現(xiàn)象。已發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明通過(guò)控制在水淬區(qū)入口一側(cè)的帶材溫度和在鍍液中添加至少一種易氧化元素，同樣能夠克服這一問(wèn)題。
更具體地，也在鋼帶經(jīng)過(guò)水淬區(qū)之后又通過(guò)化學(xué)處理區(qū)的情形中，像在前述制備含Mg熱浸鍍Zn薄鋼板的方法中那樣，通過(guò)控制在水淬區(qū)入口一側(cè)的帶材溫度低于105℃或者在鍍液中添加0.002-0.05％(質(zhì)量)的易氧化元素，能夠抑制化學(xué)處理的含Mg熱浸鍍Zn薄鋼板的表面光澤下降。
因此，本發(fā)明提供了一種通過(guò)熱浸鍍鋼帶獲得的光澤保持性能優(yōu)異的熱浸鍍Zn薄鋼板，熱浸鍍鋼帶時(shí)使用的熱浸鍍液含有，以％(質(zhì)量)計(jì)Al4.0-15％，Mg1.0-4.0％，Ti0.001-0.1％，B0.001-0.045％，至少一種選自于稀土元素、Y、Zr和Si的易氧化元素0.002-0.05％，以及余者為Zn和不可避免的雜質(zhì)，由此在薄鋼板上形成鍍層，并且對(duì)所述鍍層進(jìn)行化學(xué)處理。
實(shí)施例1在圖1所示那樣的裝置中配制出鋅中含有約6％(質(zhì)量)Al，約3％(質(zhì)量)Mg，約0.05％(質(zhì)量)Ti和約0.01％(質(zhì)量)B的Zn基熱浸鍍液，并且，制備具有鍍層的含Mg的熱浸鍍Zn薄鋼板(厚度0.8-1.0mm)，所述鍍層的金屬結(jié)構(gòu)包含在[Al/Zn/Zn2Mg三元共晶結(jié)構(gòu)]的基體中的[初生Al晶相]、[Zn相]和[Zn2Mg相]。這時(shí)，在噴射空氣冷卻器5出口一側(cè)的帶材溫度為335℃或更低，以便使鍍層在冷卻器中完全凝固，在空氣-水冷卻區(qū)6a，6b，空氣冷卻區(qū)14和水淬區(qū)7，冷卻條件和帶材行進(jìn)速度基本保持不變。在水淬區(qū)7入口一側(cè)的帶材溫度為100℃或更低，而且，鋼帶在約70℃或更低通過(guò)平整冷軋軋機(jī)。所獲得的含Mg的熱浸鍍Zn薄鋼板的變面光澤優(yōu)異，未觀察到引起光澤下降的現(xiàn)象。
在與前述基本相同的條件下通過(guò)1.6mm或更厚的鋼帶。盡管在水淬區(qū)7入口一側(cè)的帶材溫度升至約120-150℃，但是，操作本身沒(méi)有問(wèn)題，并且，制備出了具有同樣優(yōu)異的表面光澤的含Mg的熱浸鍍Zn薄鋼板。但是，在2或3天之后，所述薄鋼板的表面光澤發(fā)生了輕微下降，觀察到某些亮度L值從剛剛制造結(jié)束時(shí)的82下降至兩天后的約75。之后，提高了空氣-水冷卻區(qū)6a，6b的冷卻能力，以便將水淬區(qū)7入口一側(cè)的帶材溫度降至低于105℃。結(jié)果，沒(méi)有再觀察到表面光澤下降現(xiàn)象。
另外，當(dāng)進(jìn)行鉻酸鹽處理時(shí)，是否再次出現(xiàn)表面光澤下降取決于水淬區(qū)7入口一側(cè)的帶材溫度。由此可知實(shí)施鉻酸鹽處理的方式與未進(jìn)行鉻酸鹽處理時(shí)的方式相同時(shí)，同樣會(huì)出現(xiàn)表面劣化。
實(shí)施例2基于在前述實(shí)施例中獲得的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)在各種條件下進(jìn)行試驗(yàn)考查了鍍層表面光澤下降的程度。采用分光光度計(jì)測(cè)得的實(shí)驗(yàn)室方法(Lab mehtod)L值作為亮度(L)，用該亮度值來(lái)評(píng)定表面光澤。
首先，在下述的“鍍覆條件”下制備熱浸鍍Zn-Al-Mg薄鋼板期間，在下述“冷卻條件”下進(jìn)行空氣-水冷卻(噴霧)和水淬(水流噴射)，使帶材從鍍層完全凝固時(shí)的溫度降至約30℃。通過(guò)測(cè)量鍍覆剛剛結(jié)束時(shí)以及在恒溫恒濕度試驗(yàn)之后的L值，評(píng)價(jià)由獲得的鍍覆薄鋼板上截取的試樣的表面光澤下降程度，其中，在恒溫恒濕度試驗(yàn)中，將剛剛鍍覆之后的試樣在恒溫恒濕器(thermohygrostat)中，溫度60℃，相對(duì)濕度90％的條件下保持20小時(shí)。
鍍覆條件所處理的鋼帶2.0mm厚的熱軋鋼帶鍍液組成Al＝9.0％(質(zhì)量)，Mg＝2.3％(質(zhì)量)，余量＝Zn鍍液溫度430℃鍍層重量90g/m2帶材行進(jìn)速度80m/min冷卻條件(1)空氣-水冷卻噴嘴雙流體噴嘴流體水(壓力＝12.5kPa)+空氣(壓力＝4.0kPa)噴霧水流量如表1所示噴霧空氣流量如表1所示霧粒子平均半徑約50μm噴霧開(kāi)始時(shí)的帶材溫度如表1所示噴霧結(jié)束時(shí)的帶材溫度如表1所示(2)水淬水流噴射器7排噴頭，每排包括10個(gè)扁平噴嘴，在帶材寬度方向各噴嘴間隔150mm流體水(壓力＝2.5kgf/cm2)水流量如表1所示水流噴射開(kāi)始時(shí)的帶材溫度如表1所示水流噴射結(jié)束時(shí)的帶材溫度如表1所示表1示出了在前述條件、水流噴射開(kāi)始時(shí)的不同帶材溫度(水淬入口區(qū)一側(cè)的帶材溫度)下獲得的鍍覆薄鋼板在鍍覆剛剛結(jié)束時(shí)以及經(jīng)過(guò)20小時(shí)恒溫恒濕度試驗(yàn)之后的L值測(cè)量結(jié)果。通過(guò)對(duì)每個(gè)鍍覆薄鋼板的鍍層的橫截面進(jìn)行顯微觀察，檢測(cè)鍍層的金屬結(jié)構(gòu)。每個(gè)薄鋼板鍍層的金屬結(jié)構(gòu)中均包含在[Al/Zn/Zn2Mg三元共晶結(jié)構(gòu)]的基體中的[初生Al晶相]，有時(shí)還包含[Zn相]和[Zn2Mg相](此后稱(chēng)作“Zn2Mg系”金屬結(jié)構(gòu))。
表1鍍液組成Al＝9.0％(質(zhì)量)，Mg＝2.3％(質(zhì)量)，余量＝Zn

由表1結(jié)果可看出當(dāng)水淬入口一側(cè)的帶材溫度高于105℃時(shí)，隨著溫度升高，亮度L值的下降趨勢(shì)更強(qiáng)烈。相反，當(dāng)所述溫度低于105℃時(shí)，剛剛鍍覆之后的亮度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)保持不變，證實(shí)獲得了光澤保持性能優(yōu)異的含Mg熱浸鍍Zn薄鋼板。
實(shí)施例3在下述條件下，采用與實(shí)施例2相同的鍍層凝固后冷卻條件，制備出含Mg熱浸鍍Zn薄鋼板，并且對(duì)其表面光澤的下降狀況進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果示于表2中。
鍍覆條件所處理的鋼帶3.2mm厚的熱軋鋼帶鍍液組成Al＝6.3％(質(zhì)量)，Mg＝3.2％(質(zhì)量)，Ti＝0.008％(質(zhì)量)，B＝0.002％(質(zhì)量)，余量＝Zn鍍液溫度390℃鍍層重量120g/m2帶材行進(jìn)速度其變化情況如表2所示冷卻條件(1)氣體冷卻(僅使用空氣噴射冷卻器冷卻)噴嘴板狀噴嘴，其縫隙寬5mm氣體空氣(壓力＝4kPa)空氣流量如表2所示空氣冷卻開(kāi)始時(shí)的帶材溫度如表2所示空氣冷卻結(jié)束時(shí)的帶材溫度如表2所示(2)水淬水流噴射器7排噴頭，每排包括10個(gè)扁平噴嘴，在帶材寬度方向各噴嘴間隔150mm流體水(壓力＝2.2kgf/cm2)水流量如表2所示水流噴射開(kāi)始時(shí)的帶材溫度如表2所示水流噴射結(jié)束時(shí)的帶材溫度如表2所示表2鍍液組成Al＝6.3％(質(zhì)量)，Mg＝3.2％(質(zhì)量)，Ti＝0.008％(質(zhì)量)，B＝0.002％(質(zhì)量)，余量＝Zn

由表2結(jié)果可看出與實(shí)施例2一樣，在本實(shí)施例中，當(dāng)水淬入口一側(cè)的帶材溫度高于105℃時(shí)，隨著溫度升高，亮度L值的下降趨勢(shì)更強(qiáng)烈。但是，當(dāng)所述溫度低于105℃時(shí)，剛剛鍍覆之后的亮度甚至在經(jīng)過(guò)20小時(shí)的恒溫恒濕度試驗(yàn)之后也保持不變。通過(guò)對(duì)每個(gè)鍍覆薄鋼板的鍍層的橫截面進(jìn)行顯微觀察，檢測(cè)了鍍層的金屬結(jié)構(gòu)。每個(gè)薄鋼板中都無(wú)一例外地獲得了一種“Zn2Mg系”金屬結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例4在下述條件下，對(duì)實(shí)施例3中編號(hào)為B-2和B-5的試樣的水淬后的鍍覆表面進(jìn)行了化學(xué)處理。采用實(shí)施例2中的方法，測(cè)定了所述試樣在剛剛化學(xué)處理之后以及在經(jīng)過(guò)20小時(shí)恒溫恒濕度試驗(yàn)之后的亮度。結(jié)果示于表3中。
化學(xué)處理?xiàng)l件A涂布方法噴涂和擠干輥法處理溶液Zinchrome 3387N，Nihon Parkerizing Co.，Ltd.出品(溶液中鉻的總濃度10g/L)鉻涂層重量10mg/m2化學(xué)處理?xiàng)l件B涂布方法輥涂法處理溶液添加1g/L的氟化鋯的Zinchrome 3387N(溶液中鉻的總濃度20g/L)鉻涂層重量40mg/m2化學(xué)處理?xiàng)l件C涂布方法輥涂法處理溶液主要含有50g/L的磷酸鎂、10g/L的氟鈦酸鉀和3g/L的有機(jī)酸的水溶液金屬部件涂層重量50mg/m2化學(xué)處理?xiàng)l件D
涂層采用下述二步法形成底層涂布方法噴淋和擠干輥法處理溶液Zinchrome 3387N(溶液中鉻的總濃度10g/L)鉻涂層重量10mg/m2頂層涂布方法輥涂法有機(jī)涂層聚氨酯樹(shù)脂(厚度1.5μm)表3

由表3結(jié)果可看出當(dāng)水淬入口一側(cè)的帶材溫度為105℃或更高時(shí)，不管是否進(jìn)行化學(xué)處理，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，亮度L均下降。相反，當(dāng)所述溫度低于105℃時(shí)，剛剛鍍覆之后的亮度保持不變。
實(shí)施例5在下述鍍覆條件和冷卻條件下進(jìn)行鍍覆，其中，在鍍液中添加了一種或多種易氧化元素。對(duì)每個(gè)鍍層表面光澤的下降狀況進(jìn)行檢測(cè)。
結(jié)果示于表4中。
鍍覆條件所處理的鋼帶1.6mm厚的熱軋鋼帶鍍液組成如表4所示鍍液溫度450℃鍍層重量190g/m2帶材行進(jìn)速度60-120m/min冷卻條件(1)空氣-水冷卻噴嘴雙流體噴嘴流體水(壓力＝1.0-3.5kgf/cm2)+空氣(壓力＝2.5-5.0kgf/cm2)噴霧水流量0-8m3/h噴霧空氣流量0-600m3/h霧粒子平均半徑10-30μm(2)氣體冷卻噴嘴板狀噴嘴，其縫隙寬5mm氣體空氣(壓力＝4kPa)空氣流量0-3500m3/min(3)水淬水流噴射器7排噴頭，每排包括10個(gè)扁平噴嘴，在帶材寬度方向各噴嘴間隔150mm流體水(壓力＝3.0kgf/cm2)水流量180m3/h水流噴射開(kāi)始時(shí)的帶材溫度如表4所示表4

如表4所示，在除了在鍍液中添加至少一種易氧化元素外，在其它條件都相同的條件下，制備出與在實(shí)施例2和3中經(jīng)過(guò)20小時(shí)恒溫和恒濕度試驗(yàn)之后亮度值L降至約71的鍍覆薄鋼板類(lèi)似的鍍覆薄鋼板，但這時(shí)，通過(guò)添加易氧化元素抑制了亮度L值的下降。當(dāng)對(duì)添加Si的編號(hào)為C-7的含Mg熱浸鍍Zn薄鋼板的鍍覆表面層部分采用ESCA進(jìn)行元素組成分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)幾乎所有的Si均富集在鍍層的最外層表面部分，而在鍍層內(nèi)部幾乎沒(méi)有Si存在。對(duì)在20小時(shí)恒溫和恒濕度試驗(yàn)中亮度L值下降的鍍覆薄鋼板(編號(hào)C-10)的ESCA分析結(jié)果與亮度L值沒(méi)有下降的鍍覆薄鋼板(編號(hào)C-5)的結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)Mg趨于大量存在于前一個(gè)鍍覆薄鋼板鍍層的最外表面層部分。
表4包括對(duì)水淬鍍層進(jìn)行化學(xué)處理的實(shí)例(編號(hào)C-12至C-15)。亮度L值的下降程度依據(jù)是否添加易氧化元素而異，而且，可以看到添加易氧化元素時(shí)，亮度L值的下降得到了抑制。
如前所述，本發(fā)明能夠有效防止出現(xiàn)含Mg熱浸鍍Zn薄鋼板獨(dú)有的表面光澤下降現(xiàn)象。因此，能夠提供耐腐蝕性良好并且光澤保持性能也優(yōu)異的含Mg熱浸鍍Zn薄鋼板。
權(quán)利要求
1.一種制備光澤保持性能優(yōu)異的熱浸鍍Zn薄鋼板的方法，其包括鋼帶在含有Al4.0-15％(質(zhì)量)和Mg1.0-4.0％(質(zhì)量)的Zn基熱浸鍍液中進(jìn)行連續(xù)浸漬和取出，由此在鋼帶上形成鍍層的步驟，以及，之后，使鋼帶連續(xù)通過(guò)一個(gè)水淬區(qū)，該水淬區(qū)對(duì)鋼帶進(jìn)行冷卻同時(shí)使完全凝固的鍍層表面與水流接觸，其中此時(shí)通過(guò)控制鋼帶在水淬區(qū)入口側(cè)的溫度低于105℃，抑制鍍層表面光澤的劣化的步驟。
2.一種制備光澤保持性能優(yōu)異的熱浸鍍Zn薄鋼板的方法，其包括鋼帶在Zn基熱浸鍍液中進(jìn)行連續(xù)浸漬和取出，由此在鋼帶上形成鍍層的步驟，所述Zn基熱浸鍍液含有，以％(質(zhì)量)計(jì)Al4.0-15％，Mg1.0-4.0％，Ti0.001-0.1％，B0.001-0.045％，余者為Zn和不可避免的雜質(zhì)；以及，之后，使鋼帶連續(xù)通過(guò)一個(gè)水淬區(qū)，該水淬區(qū)對(duì)鋼帶進(jìn)行冷卻同時(shí)使完全凝固的鍍層表面與水流接觸，其中此時(shí)通過(guò)控制鋼帶在水淬區(qū)入口側(cè)的溫度低于105℃，抑制鍍層表面光澤的劣化的步驟。
3.一種制備光澤保持性能優(yōu)異的熱浸鍍Zn薄鋼板的方法，其包括鋼帶在含有Al4.0-15％(質(zhì)量)和Mg1.0-4.0％(質(zhì)量)，并且添加0.002-0.05％(質(zhì)量)的至少一種選自于稀土元素、Y、Zr和Si的易氧化元素的Zn基熱浸鍍液中進(jìn)行連續(xù)浸漬和取出，由此在鋼帶上形成鍍層的步驟，以及，之后，使鋼帶連續(xù)通過(guò)一個(gè)水淬區(qū)，該水淬區(qū)對(duì)鋼帶進(jìn)行冷卻同時(shí)使完全凝固的鍍層表面與水流接觸，其中此時(shí)通過(guò)控制鋼帶在水淬區(qū)入口側(cè)的溫度不低于105℃，抑制鍍層表面光澤的劣化的步驟。
4.一種制備光澤保持性能優(yōu)異的熱浸鍍Zn薄鋼板的方法，其包括鋼帶在Zn基熱浸鍍液中進(jìn)行連續(xù)浸漬和取出，由此在鋼帶上形成鍍層的步驟，所述Zn基熱浸鍍液包含，以％(質(zhì)量)計(jì)Al4.0-15％，Mg1.0-4.0％，Ti0.001-0.1％，B0.001-0.045％，至少一種選自于稀土元素、Y、Zr和Si的易氧化元素0.002-0.05％，余者為Zn和不可避免的雜質(zhì)；以及，之后，使鋼帶連續(xù)通過(guò)一個(gè)水淬區(qū)，該水淬區(qū)對(duì)鋼帶進(jìn)行冷卻同時(shí)使完全凝固的鍍層表面與水流接觸，其中此時(shí)通過(guò)控制鋼帶在水淬區(qū)入口側(cè)的溫度低于105℃但不高于300℃，抑制鍍層光澤劣化的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中之任何一項(xiàng)的制備光澤保持性能優(yōu)異的熱浸鍍Zn薄鋼板的方法，其進(jìn)一步包括一個(gè)使已經(jīng)過(guò)水淬區(qū)的鋼帶通過(guò)化學(xué)處理區(qū)的步驟。
6.一種通過(guò)采用一種熱浸鍍液對(duì)鋼帶進(jìn)行熱浸鍍覆由此在其上形成鍍層獲得的光澤保持性能優(yōu)異的熱浸鍍Zn薄鋼板，所述鍍液包含，以％(質(zhì)量)計(jì)Al4.0-15％，Mg1.0-4.0％，至少一種選自于稀土元素、Y、Zr和Si的易氧化元素0.002-0.05％，以及余者為Zn和不可避免的雜質(zhì)。
7.一種通過(guò)采用一種熱浸鍍液對(duì)鋼帶進(jìn)行熱浸鍍覆由此在其上形成鍍層獲得的光澤保持性能優(yōu)異的熱浸鍍Zn薄鋼板，所述鍍液包含，以％(質(zhì)量)計(jì)Al4.0-15％，Mg1.0-4.0％，Ti0.001-0.1％，B0.001-0.045％，至少一種選自于稀土元素、Y、Zr和Si的易氧化元素0.002-0.05％，以及余者為Zn和不可避免的雜質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的光澤保持性能優(yōu)異的熱浸鍍Zn薄鋼板，其中，所述易氧化元素富集在鍍層的最外表面層部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求6，7或8的光澤保持性能優(yōu)異的熱浸鍍Zn薄鋼板，其中，所述鍍層具有包含在[Al/Zn/Zn2Mg三元共晶結(jié)構(gòu)]的基體中的[初生Al晶相]，或者包含在[Al/Zn/Zn2Mg三元共晶結(jié)構(gòu)]的基體中的[初生Al晶相]、[Zn相]和/或[Zn2Mg相]的金屬結(jié)構(gòu)。
10.一種通過(guò)采用一種熱浸鍍液對(duì)鋼帶進(jìn)行熱浸鍍覆，由此在其上形成鍍層并且對(duì)鍍層進(jìn)行化學(xué)處理，而獲得的光澤保持性能優(yōu)異的熱浸鍍Zn薄鋼板，所述鍍液包含，以％(質(zhì)量)計(jì)Al4.0-15％，Mg1.0-4.0％，至少一種選自于稀土元素、Y、Zr和Si的易氧化元素0.002-0.05％，以及余者為Zn和不可避免的雜質(zhì)。
11.一種通過(guò)采用一種熱浸鍍液對(duì)鋼帶進(jìn)行熱浸鍍覆，由此在其上形成鍍層并且對(duì)鍍層進(jìn)行化學(xué)處理，而獲得的光澤保持性能優(yōu)異的熱浸鍍Zn薄鋼板，所述鍍液包含，以％(質(zhì)量)計(jì)Al4.0-15％，Mg1.0-4.0％，Ti0.001-0.1％，B0.001-0.045％，至少一種選自于稀土元素、Y、Zr和Si的易氧化元素0.002-0.05％，以及余者為Zn和不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
通過(guò)在鍍層凝固之后進(jìn)行的水冷步驟中控制鍍層與水流之間的接觸溫度，由此適當(dāng)控制與水流接觸期間的帶材溫度，并且，進(jìn)一步通過(guò)在鍍液中添加少量適當(dāng)?shù)囊籽趸胤€(wěn)定鍍層表面層中Al和Mg的氧化態(tài)，從而抑制熱浸鍍Zn－Al－Mg的薄鋼板表面光澤的下降。
文檔編號(hào)C22C18/00GK1503853SQ02808369
公開(kāi)日2004年6月9日 申請(qǐng)日期2002年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月24日
發(fā)明者小松厚志, 辻村太佳夫, 安藤敦司, 佳夫, 司 申請(qǐng)人:日新制鋼株式會(huì)社