專利名稱：：鋼材熱浸鍍用Al-Zn-Mg-Si合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鋼材熱浸鍍用Al-Zn-Mg-Si合金，可廣泛應(yīng)用于腐蝕環(huán)境中的鋼材防護(hù)。
背景技術(shù)：
：鋼材暴露在大氣環(huán)境中很容易被腐蝕，這個(gè)問(wèn)題不僅給社會(huì)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)損失，而且因?yàn)楦g而造成的金屬斷裂和失效還會(huì)帶來(lái)很大的安全問(wèn)題。因此世界各國(guó)都在如何提高鋼材的耐腐蝕性這一問(wèn)題上進(jìn)行了廣泛的研究。近幾年鋁鋅合金熱浸鍍層得到了快速發(fā)展，研究發(fā)現(xiàn)，在鋁鋅鍍層中加入Mg和稀土元素，可以極大地提高鍍層的耐腐蝕性，相關(guān)產(chǎn)品主要有Zn-6%Al-3%Mg，Zn-ll%Al-3%Mg-0.2%Si，Zn-0.2%Al-0.5%Mg，Zn-6%Al-3%Mg-RE?？梢园l(fā)現(xiàn)，添加Mg和稀土元素的研究大都集中在鋅基合金上。鋁含量高的鋁鋅合金也早有研究，在Al含量為25-75%的鍍層專利中，其中55%Al-Zn-1.6%Si合金(Galvalume合金)鍍層被公認(rèn)為綜合性能最好。它兼?zhèn)淞隋冧\層的耐腐蝕性和鍍鋁層的抗高溫性等多種優(yōu)異性能，因此發(fā)展迅速，應(yīng)用范圍極為廣泛。但這類高鋁鋅鍍層的抗腐蝕性能，鍍液質(zhì)量及鍍層外觀還有待改善。雖然各種，的高鋁含量鋁鋅合金鍍層在一定程度上解決了一些問(wèn)題，伹仍然存在一定的缺陷。比如鍍液中加入一定量的稀土元素后可凈化鍍液，降低鍍液粘性以及改善鍍液對(duì)鋼基的浸潤(rùn)性，從而大大提高鍍層質(zhì)量，但稀土對(duì)鍍層的耐蝕性的提高及晶粒的細(xì)化效果不夠突出。加入一定量的Mg和Si元素雖然可以提高鍍層的耐蝕性，但因此生成的粒度較大的Mg2Si和肉眼可見(jiàn)的Mg2Znu會(huì)惡化鍍層表面性能及加工性能。綜上所述，高鋁含量鋁鋅熱浸鍍層需要進(jìn)一步改進(jìn)。隨著近幾年原材料鋅錠的價(jià)格飛漲，研制該高鋁鋅合金可幫助降低鍍層材料的生產(chǎn)成本。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種鋼材熱浸鍍用的高鋁含量Al-Zn-Mg-Si合金，其鍍液流動(dòng)性明顯改進(jìn)，在保障鍍層具有良好抗腐蝕性能和加工性能的同時(shí)降低鍍層厚度。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種鋼材熱浸鍍用的高鋁含量Al-Zn-Mg-Si合金，使用這種合金浸鍍后的鋼材表面形成鍍層，此鍍層表層平滑，無(wú)結(jié)瘤現(xiàn)象，且沒(méi)有肉眼可見(jiàn)的Mg2Znu化合物出現(xiàn)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案1.鋼材熱浸鍍用Al-Zn-Mg-Si合金，其特征是含有以下比例的組分，按重量百分比為Al:50-75%,Mg:1-5%，Si:0.5-2.5%，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)。2.鋼材熱浸鍍用Al-Zn-Mg-Si合金，其特征是含有以下比例的組分，按重量百分比為Al:50-75%,Mg:1-5%，Si:0,5-2.5%，Ti:0.002-0.1%,B:0.001-0.045%,余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)。3.鋼材熱浸鍍用Al-Zn-Mg-Si合金，其特征是含有以下比例的組分，按重量百分比為Al:50-75%，Mg:1-5%，Si:0.5-2.5%，Ti:0.002-0.1%，B:0.001-0.045%,稀土(La或Ce):0.05-1%，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)。4.鋼材熱浸鍍用Al-Zn-Mg-Si合金滿足3^Mg/S&2(質(zhì)量比)，使鋼板表面熱浸鍍層中的Si不以初晶相出現(xiàn)，且有部分Mg2Si直接從液相析出，彌散分布在鍍層中。5.鋼材熱浸鍍用Al-Zn-Mg-Si合金滿足3^Mg/S&2(質(zhì)量比)，使鋼板表面熱浸鍍層中觀察到的Mg2Si面積總量占鍍層的3-15%,且直接從液相析出的Mg2Si不小于Mg2Si總量的1%。以下結(jié)合附圖1-6詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的高鋁含量Al-Zn-Mg-Si合金的成分組成，相組成及結(jié)構(gòu)性能。眾所周知，Al具有優(yōu)良的耐蝕性能，其含量限定為50-75%的理由是Al含量不足50%時(shí)，鍍層耐蝕性提高效果不充分。如圖1所示，易造成Si直接從液相析出，惡化鍍層耐蝕性。當(dāng)八1含量超過(guò)75%時(shí)，熱浸鍍工藝的溫度升高，鍍層耐蝕性提高效果達(dá)到飽和，并且鍍液的浸潤(rùn)性和流動(dòng)性由于溫度升高而惡化。Mg和Si的主要作用是通過(guò)生成耐蝕性能優(yōu)異的Mg2Si相，改善鍍層的耐蝕性能。其含量限定為1-5%，Si含量限定為0.5-2.5。/。的理由是Mg含量不足l。/。，Si含量小于0.5%時(shí)，Mg2Si相直接從液相中析出的量少，鍍層耐蝕性提高效果不明顯，且不能很好抑制中間合金層的生長(zhǎng)。當(dāng)Mg含量超過(guò)5。/。，Si含量超過(guò)2.5。/。時(shí)，鍍層耐蝕性能達(dá)到飽和，并且Mg的氧化物系浮渣更容易在鍍液上產(chǎn)生。3^Mg/S&2的理由是當(dāng)Mg/Si〈2時(shí)，如圖2所示，鍍層中的Si直接從液相中析出，惡化鍍層耐蝕性能。并且使得從液相中直接析出的Mg2Si量減少，鍍層耐蝕性效果提高不充分。當(dāng)4Mg/Si〉3時(shí)，Mg含量過(guò)多導(dǎo)致與Zn反應(yīng)生成的鎂鋅化合物量增加。Mg2Si具有優(yōu)異的耐蝕性能，但鍍層中必須含有直接從液相析出的Mg2Si。這是因?yàn)橹苯訌囊合辔龀龅腗g2Si彌散分布在鍍層中，不僅提高鍍層耐蝕性，而且改善了鍍層的加工性能。而以共晶形式出現(xiàn)的Mg2Si晶粒較粗大，脆而易裂，會(huì)削弱鍍層加工性能。Mg2Si含量為3-20%，且直接從液相析出的Mg2Si大于鍍層Mg2Si總量的1%的理由是當(dāng)鍍層中Mg2Si含量小于3。/。時(shí)，鍍層耐蝕性效果提高不充分。當(dāng)鍍層中Mg2Si含量大于20M時(shí)，削弱鍍層加工性能。當(dāng)直接從液相析出的Mg2Si小于Mg2Si總量的1%時(shí)，鍍層耐蝕性提高不充分，加工性能惡化。稀土元素可凈化鍍液，降低鍍液粘性，改善鍍液對(duì)鋼基的浸潤(rùn)性以及細(xì)化晶粒，并且協(xié)同Si抑制中間合金層的生長(zhǎng)，從而大大提高鍍層質(zhì)量。稀土元素(La或Ce)含量為0.05-1%的理由是如圖3所示，由于Ce在Al中的固溶度小于0.05。/。，因此當(dāng)稀土元素(La或Ce)含量小于0.05%時(shí)，La，Ce與Al生成的金屬間化合物量非常少，因此不能形成有利于鍍層組織均勻網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。且沒(méi)有足夠的稀土與鍍液中的八1203發(fā)生反應(yīng)(RE+A1203—A1+RE203)，不能充分改善鍍液的流動(dòng)性及浸潤(rùn)性，從而鍍層性能改善不明顯。當(dāng)稀土元素(La或Ce)含量大于1%時(shí)，鍍液中的稀土富集，成為夾雜物，會(huì)降低合金溶體的流動(dòng)性，并與富鋅相與富鋁相形成腐蝕電池，使稀土富集相與周圍組織產(chǎn)生較明顯的電化學(xué)不均勻性，造成局部腐蝕，惡化鍍層耐蝕性。并且過(guò)多的稀土?xí)黾由a(chǎn)成本。Ti和B元素對(duì)鍍層的晶粒細(xì)化效果非常好。雖然稀土的細(xì)化效果較弱，但稀土元素對(duì)Ti-B的細(xì)化效果有促進(jìn)作用，且能防止Ti和B元素發(fā)生聚集。Ti和B加入Al-Zn-Mg-Si鍍液能顯著抑制鍍層中Mg2Znu的生長(zhǎng)。Ti含量為0.002-0.1%，B含量為0.001-0.045%的理由是當(dāng)Ti含量小于0.002%,B含量時(shí)小于0.001%，不能充分抑制Mg2Znu相生長(zhǎng)。當(dāng)Ti含量大于0.1%，B含量大于0.045%時(shí)，過(guò)量Ti(AlxSh.x)和TiB2出現(xiàn)在鍍層中，會(huì)產(chǎn)生有損外觀的"凸起"，惡化鍍層表面性能。圖1是為本發(fā)明所參用的Mg=3.4wt%，Si=1.6wt%,Al和Zn含量變化的垂直截面相圖。圖2是為本發(fā)明所參用的A卜70wt。/。，Zn=25wt%，Mg和Si含量變化的垂直截面相圖。5圖3是為本發(fā)明所參用的Al-Ce合金相圖。圖4是本發(fā)明光學(xué)顯微鏡觀察到的4#合金熱浸鍍層的組織(X1200)。圖5是本發(fā)明4#合金熱浸鍍層組織示意圖。圖6是本發(fā)明4#合金鍍層的Scheil模型預(yù)測(cè)結(jié)果。具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例說(shuō)明如下采用連續(xù)熱浸鍍模擬裝置(連續(xù)熱浸鍍?cè)囼?yàn)線)，制備出的鋼板表面附有不同成分含量的Al-Zn-Mg-Si合金鍍層。鍍覆條件如下處理鋼板取尺寸100mmXIOO腿Xlmm的Q235鋼板作鍍件，對(duì)其作除油污和除氧化層處理，然后洗干凈。鍍液合金在本專利所述范圍內(nèi)，配置的熱浸鍍用合金如表1所示。鍍液溫度580-65(TC熱鍍時(shí)間10-30秒平均冷卻速度25°C/s采用光學(xué)顯微鏡觀察每種鍍層相組成及晶粒大小的情況。并依據(jù)JISZ2371測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每種鍍層進(jìn)行30天的中性鹽霧實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行抗蝕性評(píng)定。直接從液相析出彌散分布呈多邊狀的Mg2Si相用a-Mg2Si表示，共晶產(chǎn)生的呈漢字狀的Mg2Si相用p_Mg2Si表示。將產(chǎn)生的有害相Mg2Znn少，有一定量的a-Mg2Si產(chǎn)生，鍍層表面光滑無(wú)"凸起"，鍍液流動(dòng)性和浸潤(rùn)性好以及失重不大于10g/m2的鍍層評(píng)定為良好并且用符號(hào)"O"表示；將產(chǎn)生的有害相Mg2Znn稍微多，鍍層表面"凸起"不明顯，鍍液流動(dòng)性和浸潤(rùn)性稍微差以及失重在11-20g/m2的鍍層評(píng)定為一般且用符號(hào)"A"表示，將產(chǎn)生的有害相Mg2Znn過(guò)多，a-Mg2Si觀察不到，鍍層表面"凸起"明顯以及失重大于20g/m2的鍍層評(píng)定為差并且用符號(hào)"X"表示?？疾斓腻円撼煞忠约敖Y(jié)果見(jiàn)表1所示。表1不同成分含量熱浸鍍層的組織性能對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>本發(fā)明的4#合金鍍層組織結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4所示。對(duì)鍍層相組織進(jìn)行說(shuō)明的示意圖見(jiàn)圖5所示相1是初晶鋁，相2是鋅，相3是直接從液相析出呈多邊狀的Mg2Si，相4是Mg2Znu或MgZn2，相5是漢字狀的共晶生成的Mg2Si。用Scheil模型對(duì)4#合金進(jìn)行凝固計(jì)算并驗(yàn)證了金相觀察結(jié)果，見(jiàn)圖6所示。如上所示，本發(fā)明進(jìn)行的研究表明Al含量在50-75。/。范圍內(nèi)的熱浸鍍用高鋁含量A1-Zn-Mg-Si合金能使鋼板表面鍍層具有抗腐蝕性能高，表層外觀好的特點(diǎn)。這主要是因?yàn)镸g，Si的加入生成的Mg2Si相增強(qiáng)了鍍層耐蝕性能；稀土的加入降低鍍液粘性，改善鍍液對(duì)鋼基的浸潤(rùn)性；Ti和B的加入抑制了有害相Mg2Znu的生成，從而確保了高鋁含量耐蝕性鍍層的綜合性能。權(quán)利要求1.一種鋼材熱浸鍍用Al-Zn-Mg-Si合金，其特征是該合金的組分按重量百分比計(jì)為Al50～75％，Mg1～5％，Si0.5～2.5％，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)。2.按權(quán)利要求1所述的鋼材熱浸鍍用Al-Zn-Mg-Si合金，其特征是按重量百分比計(jì)組分中含有Ti0.0020.1%，B0.0010.045%。3.按權(quán)利要求1所述的鋼材熱浸鍍用Al-Zn-Mg-Si合金，其特征是按重量百分比計(jì)組分中含有Ti0.0020.1%，B0.0010.045%，稀土(La或Ce)0.051%。4.按權(quán)利要求1或2或3所述的鋼材熱浸鍍用Al-Zn-Mg-Si合金，其特征是鋼材熱浸鍍用Al-Zn-Mg-Si合金滿足3^Mg/S&2(質(zhì)量比)，使鋼板表面熱浸鍍層中的Si不以初晶相出現(xiàn)，且有部分Mg2Si直接從液相析出，彌散分布在鍍層中。5.按權(quán)利要求1或2或3所述的鋼材熱浸鍍用A1-Zn-Mg-Si合金，其特征是鋼材熱浸鍍用Al-Zn-Mg-Si合金滿足3^Mg/S62(質(zhì)量比)，使鋼板表面熱浸鍍層中觀察到的Mg2Si面積總量占鍍層的315%，且直接從液相析出的Mg2Si不小于Mg2Si總質(zhì)量的1%。全文摘要本發(fā)明提供一種鋼材熱浸鍍用含稀土的高鋁含量Al-Zn-Mg-Si合金，其成分按重量百分比含有，Al50-75％，Mg1-5％，Si0.5-2.5％，以及加入，Ti0.002-0.1％，B0.001-0.045％，稀土(La或Ce)0.05-1％，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明利用Mg₂Si的耐腐蝕性能和稀土及Ti，Bi元素細(xì)化晶粒的作用，提高了鍍液質(zhì)量，在鋼材表面得到了表層光亮平滑及耐蝕性能好的高鋁含量鋁鋅合金鍍層。且發(fā)明合金中鋁含量達(dá)到50-75％，降低了生產(chǎn)成本。文檔編號(hào)C22C21/10GK101457320SQ20091004481公開(kāi)日2009年6月17日申請(qǐng)日期2009年1月4日優(yōu)先權(quán)日2009年1月4日發(fā)明者周國(guó)治,張捷宇,謙李,帆楊,趙云鶴,趙陽(yáng)子申請(qǐng)人:上海大學(xué)