CN105215053A - 热轧免酸洗电镀产品的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种热轧免酸洗电镀产品的生产方法，包括以下步骤：热轧，通过降低出炉温度、终轧温度和卷取温度，提高轧制速度和轧后冷却速度来降低氧化铁皮厚度，以控制氧化铁皮结构；或将热轧板带着氧化铁皮直接进行冷轧；还原退火，将热轧基板或带氧化铁皮的冷轧板不经过酸洗直接进入还原炉，在500-1000℃的还原炉内进行退火处理；电镀，钢板经还原退火冷却后，直接进入电镀槽进行电镀；以及电镀后处理，对电镀产品进行水洗、烘干、风冷，之后进行轻涂油或钝化涂装处理，以获得电镀成品。本发明可省略酸洗及与酸洗相关的前后工序、简化连退后处理工序和电镀前处理工序，消除废酸的处理及酸雾的排放，减少环境污染，并降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种电镀产品的生产方法，具体涉及的是热轧免酸洗电镀产品的生产方法。
背景技术
近年来，电镀产品的使用得到了惊人的发展，广泛应用于家用电器、钢制家具、办公设备、汽车、建筑材料等领域。
电镀方法流程一般由镀前处理、电镀和镀后处理三部分组成。图1a至图1d是传统电镀锌板生产方法路线示意图；其中图1a是显示处于热轧机组生产工序；图1b是显示处于酸轧机组生产工序，图1c是显示处于连续退火机组生产工序以及图1d是显示处于电镀锌机组生产工序。如1a图所示，热轧板1经粗轧机2粗轧、精轧机3精轧、冷却装置4冷却，最后通过卷取机5进行卷取；如1b图所示在酸轧机组，依次经过酸洗段6、冷轧段7、涂油段8，进入连续退火机组图1c，依次经过脱脂、水洗烘干、还原退火、涂油，再进入电镀锌机组中，如图1d所示，在电镀锌机组中经镀前处理如脱脂、水洗等后进入电解槽进行电镀，以及镀后处理。镀前处理是关系到电镀产品质量优劣的关键工序，其主要目的是去除钢板表面的油脂、氧化物(即氧化铁皮)及其它污染物。
目前，电镀前的常规镀前处理工序包括：酸洗、水洗、烘干、涂油、脱脂、还原退火等。其中酸洗主要是为了清除热轧带钢或热轧板冷轧后带钢表面的氧化铁皮，以避免表面氧化物的存在影响镀层对钢板的粘附性即镀层结合力。目前，酸洗一般是采用含盐酸或硫酸的酸洗液在70-80℃对带钢进行酸洗，通过化学溶解反应来去除氧化铁皮。尽管酸洗可有效去除带钢表面氧化铁皮，但传统化学酸洗仍存在如下一些问题：首先，酸洗工序显著增加了生产成本，强腐蚀性热酸对生产设备的要求极高，而且废酸处理设备投入较大，后续生产运行和设备维护成本较高，故显著增加了整个产品的生产及运营成本；其次，酸洗采用强腐蚀性的热的盐酸或硫酸，加热条件下热酸产生的酸雾给生产环境带来严重污染问题，因此，酸洗一直是冷轧生产企业污染最为严重的一道工序；第三，酸洗工序易产生欠酸洗和过酸洗等方面的缺陷，欠酸洗时，氧化铁皮去除不干净，影响镀锌质量，过酸洗易增加钢板表面粗糙度，引起酸和铁的过量耗损和高强钢产品的氢脆现象。显然传统的酸洗方法明显增加了电镀产品的制造成本，而且传统的电镀生产方法本身也存在明显不足：(1)连退和电镀分别在不同机组生产，生产工艺流程长、工序多、周期长；(2)金属损耗多、成材率低、生产效率低、生产成本高；(3)整个生产过程能耗高、能源利用率低，废弃物排放多，生产环境污染严重，生产过程不环保。
因此，省略酸洗工序，以简化连退后处理工序和电镀前处理工序，采用直接还原退火然后进行电镀是一个重要的课题。而目前的电镀产品及其生产方法的研究普遍集中于电镀过程、方法、装备、电镀试剂、镀层表面质量等方面的改善，对电镀前处理方法，尤其是对替代酸洗方法的研究很少涉及。
发明内容
本发明的目的是针对传统酸洗和电镀方法的不足，提供一种热轧免酸洗电镀产品的生产方法，该新工艺同时适用热轧基板和冷轧板，能省略酸洗及与酸洗相关的前后工序、简化连退后处理工序和电镀前处理工序，消除废酸的处理及酸雾的排放，减少环境污染，同时通过热轧工艺控制，以减少氧化铁皮厚度，实现快速还原的目的。
本发明的一种热轧免酸洗电镀产品的生产方法，包括如下步骤：
热轧：在热轧生产过程中，通过降低出炉温度、终轧温度和卷取温度，提高轧制速度和轧后冷却速度来降低热轧板的氧化铁皮厚度，并以控制氧化铁皮结构；
还原退火：将带氧化铁皮的热轧板不经酸洗直接进入还原炉，在还原炉内进行还原退火处理；
电镀：经还原退火冷却后，直接进入电镀槽进行电镀；
电镀后处理：对电镀产品进行水洗、烘干、风冷，之后进行轻涂油或钝化涂装处理，以获得电镀成品。
在热轧和还原退火步骤之间，还包括冷轧：将带氧化铁皮的热轧板直接进行冷轧，以获得带氧化铁皮的冷轧板，用以不经酸洗直接进入还原炉还原。
在热轧工序中，出炉温度为1100-1250℃，终轧温度为800-900℃，卷取温度为550-600℃，轧制速度为8-20m/s，冷却速度为7-30℃/s。
所述的出炉温度为1150-1200℃，终轧温度为840-870℃，卷取温度为550-570℃，轧制速度为14-18m/s，冷却速度为15-20℃/s。
所述的出炉温度为1170℃或1200℃，终轧温度为850℃或860℃，卷取温度为550℃或560℃，轧制速度为17m/s或18m/s，冷却速度为20℃/s或18℃/s。
在热轧工序中，所得热轧板表面氧化铁皮的平均厚度为5-8μm；氧化铁皮主要组成为FeO和Fe3O4，二者含量加和不低于95％。
冷轧工序可采用拉矫或平整工序替代。
在还原退火工序中，还原温度为500～1000℃，停留时间为60-300s，还原性气体为H2或CO与惰性气体的混合物，其中H2或CO的浓度不低于4％。
所述的还原温度为750-950℃，停留时间为120-300s，H2或CO的浓度为20％-75％。
所述的还原温度为800℃、850℃或900℃，停留时间为180s、240s或300s，H2或CO的浓度为25％、50％或75％。
在还原退火工序中，氧化铁皮被还原成金属铁，还原气体H2或CO被氧化成H2O或CO2，未参与反应的H2或CO在除水后进入还原保护气体***进行循环使用。
在电镀工序中，电镀产品可以是镀锌、镍、铬、铜、铁、锡、铋、银、铝、镁、钴中的任一种或其合金。
在电镀后处理中，电镀产品直接作为成品使用。
在电镀后处理中，电镀产品作为打底层以覆盖前工序产生的各种表面缺陷，在此基础上进行后续再电镀、彩涂、热镀、涂膜操作。
本发明的热轧免酸洗电镀产品生产方法是免酸洗直接还原退火电镀生产方法，该方法通过两种路径实施：一是优化热轧方法降低热轧板表面氧化铁皮厚度，控制氧化铁皮结构，使热轧板不经酸洗直接进入还原炉，氧化铁皮在还原炉内被快速还原成金属铁，冷却后进行电镀；二是将上述热轧板带氧化铁皮冷轧后，不经酸洗直接进行冷轧，冷轧后再进入还原炉还原去掉表面残留的少量氧化物，冷却后进行电镀。该方法同时适用热轧板和冷轧板，相比传统电镀产品生产方法，能省略酸洗及与酸洗相关的前后工序即涂油、清洗、烘干等、简化连退后处理工序和电镀前处理工序，且没有新增加任何工序，只是加强了原方法中的还原退火工序，优化还原退火工艺参数，如还原退火温度、时间、退火气氛浓度等；本发明热轧免酸洗电镀产品的生产方法，避免采用大量热的腐蚀性介质如硫酸和盐酸的使用，因此消除废酸的处理及酸雾的排放，从根本上解决酸洗带来的环境污染问题，同时降低多工序带来的能耗及废弃物排放，进而降低生产成本。
附图说明
图1a至图1d是传统电镀锌板生产方法路线示意图，其中图1a是显示处于热轧机组生产工序；图1b是显示处于酸轧生产工序；图1c是显示处于连续退火生产工序以及图1d是显示处于电镀锌机组生产工序。
图2是本发明一个实施例的热轧免酸洗电镀锌板生产方法路线示意图。
图3是本发明一个实施例的热轧免酸洗电镀锌板生产方法所得镀锌板的表面微观图。
图4是本发明一个实施例的热轧免酸洗电镀锌板生产方法所得镀锌板的截面微观结构。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。首先需要说明的是，本发明并不限于下述具体实施方式，本领域的技术人员应该从下述实施方式所体现的精神来理解本发明，各技术术语可以基于本发明的精神实质来作最宽泛的理解。在附图中相同的附图标记表示相同的部分。
本发明免酸洗直接还原退火电镀生产方法通过两种路径实施：一是优化热轧方法降低热轧板表面氧化铁皮厚度，控制氧化铁皮结构，使热轧板不经酸洗直接进入还原炉，氧化铁皮在还原炉内被快速还原成金属铁，冷却后进行电镀；二是热轧板不经酸洗直接进行冷轧，冷轧之后再进入还原炉去掉表面残留的氧化铁皮，冷却后进行电镀。故该新方法同时适用热轧板和冷轧板，能省略酸洗及与酸洗相关的前后工序、简化连退后处理工序和电镀前处理工序，省略废酸的处理、消除酸雾的排放，减少环境污染，同时降低多工序带来的能耗及废弃物排放，进而降低生产成本。
如图2所示，本发明一个实施例的热轧免酸洗电镀产品的生产方法，主要包括如下步骤：
(1)热轧：当原料是热轧基板1时，通过降低在粗轧机2中的出炉温度、降低在精轧机3中的精轧温度(特别是终轧温度)和卷取机5中的卷取温度、提高轧制速度和在冷却装置4中的轧后冷却速度来降低氧化铁皮厚度，控制氧化铁皮层结构。
(2)冷轧：热轧基板可以直接进入还原退火工序(3)，也可以带着氧化铁皮进行冷轧，当热轧板直接进入还原退火工序时，此冷轧工序不存在。
(3)还原退火：热轧板或冷轧板不经过酸洗直接进入还原炉，带氧化铁皮的钢带依次经过活套6、加热段7、保温段8、冷却段9，在500-1000℃的还原炉内进行退火处理。
(4)电镀：钢板经还原退火冷却后，直接进入电镀槽10进行电镀实现连续退火工序与电镀工序的联合，大幅度简化了生产设备和辅助生产工序。
(5)对电镀产品进行水洗、烘干、风冷，之后进行轻涂油或钝化涂装处理，即可得电镀成品。
经过多次反复试样和计算，将本发明所述的步骤(1)热轧工序中的热轧控制参数优化控制如下：出炉温度控制为1100-1250℃，终轧温度控制为800-900℃，轧制速度控制为8-20m/s,轧后冷却速度控制为7-30℃/s，热轧卷取温度控制为550-600℃。较佳的，所述的出炉温度为1150-1200℃，终轧温度为840-870℃，卷取温度为550-570℃，轧制速度为14-18m/s，冷却速度为15-20℃/s。更佳的，所述的出炉温度为1170℃或1200℃，终轧温度为850℃或860℃，卷取温度为550℃或560℃，轧制速度为17m/s或18m/s，冷却速度为20℃/s或18℃/s。如此，获得的热轧板表面氧化铁皮厚度比较薄(一般小于10μm)，平均厚度为5-8μm(热轧板表面氧化铁皮平均厚度指在热轧板代表性位置如头部、中部、尾部和边部等，每个位置取至少三个点，并将各点所测氧化铁皮厚度的总和除以测量点的总个数，所得结果即为其平均厚度。)，氧化铁皮主要组成为FeO和Fe3O4，二者含量加和不低于95％，该氧化铁皮的结构具有较佳的粘附效果。
本发明所述的步骤(2)中的冷轧工序可以改变产品厚度规格、轧薄并破碎热轧带钢表面氧化铁皮，利于后续还原，冷轧工序可以用拉矫或平整替代，与冷轧相比，拉矫或平整能够破碎氧化铁皮的完整性，利于后续还原，还原更为彻底，可实现还原铁中无氧化物颗粒，但改变产品厚度规格的范围相对缩小。
本发明所述的步骤(3)中还原温度为500～1000℃，停留时间为60s-300s，还原性气体为H2或CO与惰性气体的混合物，其中H2或CO的浓度不低于4％，优选地，所述的还原温度为750-950℃，停留时间为120-300s，H2或CO的浓度为20％-75％。更佳的，所述的还原温度为800℃、850℃或900℃，停留时间为180s、240s或300s，H2或CO的浓度为25％、50％或75％。
本发明所述的步骤(3)中氧化铁皮被还原成金属铁，提高了金属收得率和产品成材率，同时还原气体H2或CO被氧化成H2O或CO2，不会对环境造成二次污染，未参与反应的H2或CO除水后可以进入还原保护气体***循环使用。
本发明所述的步骤(4)中电镀产品可以是镀锌、镍、铬、铜、铁、锡、铋、银、铝、镁、钴中的任一种或其合金，优选地，为镀锌、闪镀锌和镍及其合金。
本发明所述的步骤(5)中电镀产品可直接作为成品使用，镀层也可作为打底层以覆盖前工序产生的各种表面缺陷，在此基础上再进行后续电镀、彩涂、热镀、涂膜等操作。
本发明所述的热轧免酸洗电镀产品的生产方法，相比传统电镀产品生产方法，省略了酸洗、涂油、清洗、烘干及电镀前处理等多道工序，且没有新增加任何工序，只是加强了原方法中的还原退火工序，通过优化还原退火工艺参数，如还原退火温度、时间、退火气氛浓度等。
本发明所述的热轧免酸洗电镀产品生产方法，相比传统电镀产品生产方法，不需要酸洗及其相关工序和电镀前处理工序，大大简化了生产流程，提高了生产效率，减少了各种能源介质的消耗及废弃物排放，节约了生产成本；同时本应作为废物的表面氧化铁皮被还原成金属后重新得以利用，提高了金属收得率及产品成材率。
本发明所述的热轧免酸洗电镀产品的生产方法，避免大量热的腐蚀性介质如硫酸和盐酸的使用，从根本上解决了酸洗带来的环境污染问题。
以下结合具体应用实施例进一步说明本发明的上述方案，以便更清楚理解本发明的目的、特点和有益效果。
实施例1
如图2所示，将除磷后的板坯1进行热轧，其中，出炉温度为1100℃，终轧温度为870℃，卷取温度为600℃，轧制速度为18m/s，轧后冷却速度15℃/s，热轧板氧化铁皮平均厚度为8μm。热轧板直接进入还原炉，还原温度1000℃，时间60s，还原气体介质为H2，H2浓度25％(Vol％)，在保护气氛下冷却后，进入电镀槽进行电镀锌，镀液组成为ZnSO4(400g/L)、H2SO4(15g/L)、溶液温度为50℃，pH值为1，电流密度为100A/dm2，时间为2min。
所得镀锌板的表面形貌如图3所示，镀层均匀，无明显漏镀。其截面微观结构如图4所示，镀层厚度比较均匀，平均在5-6μm，镀层与基底间存在还原铁层，还原铁中仅残留少量未被还原的氧化物颗粒，还原效果好。
实施例2
将除磷后的板坯进行热轧，其中，出炉温度为1150℃，终轧温度为850℃，卷取温度为550℃，轧制速度为12m/s，轧后冷却速度28℃/s，热轧板氧化铁皮的平均厚度为5μm。热轧板开卷后，直接进入还原炉，还原温度500℃，时间300s，还原气体介质为N2，N2浓度75％(Vol％)，在保护气氛下冷却后，进行闪镀镍，镀液组成为NiSO4(400g/L)、H2SO4(15g/L)、溶液温度为50℃，pH值为1，电流密度为125A/dm2，时间为0.15s，再进入电镀槽进行电镀锌，ZnSO4(400g/L)、H2SO4(15g/L)、溶液温度为50℃，pH值为1，电流密度为80A/dm2，时间为3min，镀后处理最后进行卷取。
实施例3
将2.1mm热轧板进行带氧化铁皮冷轧至1.8mm厚，直接进入还原炉，还原温度800℃，时间120s，还原气体介质为H2，H2浓度20％(Vol％)，在保护气氛下冷却后，进入电镀槽进行电镀锌，镀液组成为ZnSO4(400g/L)、H2SO4(15g/L)、溶液温度为50℃，pH值为1，电流密度为120A/dm2，时间为2.5min。
实施例4
来料是1.0mm厚冷轧板时(经过热轧和冷轧后)，直接开卷进入还原炉，还原温度720℃，时间60s，还原气体介质为N2，N2浓度10％(Vol％)，在保护气氛下冷却后，进行闪镀镍，镀液组成为硫酸镍(110g/L)、氯化钠(5g/L)、硼酸(0.6g/L)、硫酸镁(10g/L)、BBZ(0.1g/L)、溶液温度为室温，pH值为2，阴极电流密度为110A/dm2，时间为0.5s，在此基础上再进行电镀锌，镀液组成为ZnSO4(400g/L)、H2SO4(15g/L)、溶液温度为50℃，pH值为1，电流密度为100A/dm2，时间为2min，镀后处理最后卷取。
实施例5
将除磷后的板坯进行热轧，其中，出炉温度为1200℃，终轧温度为880℃，卷取温度为570℃，轧制速度为12m/s，轧后冷却速度20℃/s，热轧板氧化铁皮平均厚度为5μm。热轧板开卷后，直接进入还原炉，还原温度800℃，时间180s，还原气体介质为H2，H2浓度75％(Vol％)，在保护气氛下冷却后，进行闪镀镍，镀液组成为NiSO4(400g/L)、H2SO4(15g/L)、溶液温度为50℃，pH值为1，电流密度为125A/dm2，时间为0.15s，卷取成品。
实施例6
将除磷后的板坯进行热轧，其中，出炉温度为1180℃，终轧温度为860℃，卷取温度为590℃，轧制速度为14m/s，轧后冷却速度17℃/s，热轧板氧化铁皮平均厚度为6μm。热轧板开卷后，直接进入还原炉，还原温度850℃，时间180s，还原气体介质为N2，N2浓度25％(Vol％)，在保护气氛下冷却后，进行闪镀镍，镀液组成为NiSO4(400g/L)、H2SO4(15g/L)、溶液温度为50℃，pH值为1，电流密度为125A/dm2，时间为0.15s，进行彩涂，然后卷取使用。
经测得，实施例2-6所得电镀产品与实施例1同样也具有镀层均匀，无明显漏镀，镀层厚度比较均匀，镀层与基底间存在还原铁层，还原铁中或残留少量未被还原的氧化物颗粒(经冷轧还原后的还原铁中无氧化物颗粒)等特点，均能实现本发明目标，满足诸多客户的需求。
应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (14)
1.一种热轧免酸洗电镀产品的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
热轧：在热轧生产过程中，通过降低出炉温度、终轧温度和卷取温度，提高轧制速度和轧后冷却速度来降低热轧板的氧化铁皮厚度，并以控制氧化铁皮结构；
还原退火：将带氧化铁皮的热轧板不经酸洗直接进入还原炉，在还原炉内进行还原退火处理；
电镀：经还原退火冷却后，直接进入电镀槽进行电镀；
电镀后处理：对电镀产品进行水洗、烘干、风冷，之后进行轻涂油或钝化涂装处理，以获得电镀成品。
2.根据权利要求1所述的热轧免酸洗电镀产品的生产方法，其特征在于:在热轧和还原退火步骤之间，还包括冷轧：将带氧化铁皮的热轧板直接进行冷轧，以获得带氧化铁皮的冷轧板，用以不经酸洗直接进入还原炉还原。
3.根据权利要求1所述的热轧免酸洗电镀产品的生产方法，其特征在于:在热轧工序中，出炉温度为1100-1250℃，终轧温度为800-900℃，卷取温度为550-600℃，轧制速度为8-20m/s，冷却速度为7-30℃/s。
4.根据权利要求3所述的热轧免酸洗电镀产品的生产方法，其特征在于:所述的出炉温度为1150-1200℃，终轧温度为840-870℃，卷取温度为550-570℃，轧制速度为14-18m/s，冷却速度为15-20℃/s。
5.根据权利要求3或4所述的热轧免酸洗电镀产品的生产方法，其特征在于:所述的出炉温度为1170℃或1200℃，终轧温度为850℃或860℃，卷取温度为550℃或560℃，轧制速度为17m/s或18m/s，冷却速度为20℃/s或18℃/s。
6.根据权利要求1所述的热轧免酸洗电镀产品的生产方法，其特征在于：在热轧工序中，所得热轧板表面氧化铁皮的平均厚度为5-8μm；氧化铁皮主要组成为FeO和Fe3O4，二者含量加和不低于95％。
7.根据权利要求2所述的热轧免酸洗电镀产品的生产方法，其特征在于：冷轧工序可采用拉矫或平整工序替代。
8.根据权利要求1所述的热轧免酸洗电镀产品的生产方法，其特征在于：在还原退火工序中，还原温度为500～1000℃，停留时间为60-300s，还原性气体为H2或CO与惰性气体的混合物，其中H2或CO的浓度不低于4％。
9.根据权利要求8所述的热轧免酸洗电镀产品的生产方法，其特征在于：所述的还原温度为750-950℃，停留时间为120-300s，H2或CO的浓度为20％-75％。
10.根据权利要求8或9所述的热轧免酸洗电镀产品的生产方法，其特征在于：所述的还原温度为800℃、850℃或900℃，停留时间为180s、240s或300s，H2或CO的浓度为25％、50％或75％。
11.根据权利要求1所述的热轧免酸洗电镀产品的生产方法，其特征在于：在还原退火工序中，氧化铁皮被还原成金属铁，还原气体H2或CO被氧化成H2O或CO2，未参与反应的H2或CO在除水后进入还原保护气体***进行循环使用。
12.根据权利要求1所述的热轧免酸洗电镀产品的生产方法，其特征在于：在电镀工序中，电镀产品可以是镀锌、镍、铬、铜、铁、锡、铋、银、铝、镁、钴中的任一种或其合金。
13.根据权利要求1所述的热轧免酸洗电镀产品的生产方法，其特征在于：在电镀后处理中，电镀产品直接作为成品使用。
14.根据权利要求1所述的热轧免酸洗电镀产品的生产方法，其特征在于：在电镀后处理中，电镀产品作为打底层以覆盖前工序产生的各种表面缺陷，在此基础上进行后续再电镀、彩涂、热镀、涂膜操作。
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2014
- 2014-05-30 CN CN201410240710.1A patent/CN105215053B/zh active Active
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