CN108842122A - 一种热浸镀镀层钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热浸镀镀层钢板及其制造方法，所述热浸镀镀层钢板，包括基板以及在基板上形成的热浸镀镀层，所述热浸镀镀层与基板之间包含有合金层，所述合金层厚度最小值为4*(Hv_Fe/Hv_M/6)^0.5微米，其中Hv_Fe是指基板的显微硬度，而Hv_M是指合金层的显微硬度，所述合金层厚度最大值为2微米。本发明可获得用于生产汽车车身生产的热浸镀镀层钢板，且钢板的拉伸应变痕缺陷被完全消除。改善了现有生产技术中热浸镀镀层钢板在小变形过程中容易出现表面拉伸应变痕缺陷的问题。

Description

一种热浸镀镀层钢板及其制造方法

技术领域

本发明属于轧钢技术领域，特别涉及一种热浸镀镀层钢板及其制造方法。

背景技术

热浸镀镀层钢板通常被用于生产汽车车身，例如热浸镀锌镀层、热浸镀锌铝镁镀层、热浸镀铝硅镀层等。某些种类的热浸镀镀层钢板在车身成形过程中容易在表面出现所谓的拉伸应变痕缺陷，表面与轧制方向呈45°方向出现一系列平行密集排列的肉眼可见的褶皱纹理，如图1所示。由于汽车车身对涂漆质量有很高的要求，而这种褶皱纹理不满足其涂装要求。容易发生拉伸应变痕缺陷的热浸镀镀层钢板包括烘烤硬化钢、低合金高强钢、铝镇静钢、结构钢等。

热浸镀镀层钢板一般采用连续酸洗、连续冷轧、连续退火、热浸镀、光整的生产流程。通常来说，通过调整光整工艺，可以在一定程度上控制拉伸应变痕的发生程度。但是由于光整工艺主要用于调节材料的成形性能，同时光整机的工作窗口有限，对于某些高强钢无法提供足够强有力的光整轧制压下率，因此依靠光整工艺难以完全消除钢种的拉伸应变痕。

通过调节这些钢种的合金元素含量也能够抑制拉伸应变痕的发生。然而这些钢种的强化方式要求钢板内存在较多的固溶间隙原子，如固溶碳原子、固溶氮原子等，这就决定了依靠合金元素调节无法完全消除拉伸应变痕。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明的主要目的在于提供一种热浸镀镀层钢板及其制造方法，可获得用于生产汽车车身生产的热浸镀镀层钢板，且钢板的拉伸应变痕缺陷被完全消除。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种热浸镀镀层钢板，包括基板以及在基板上形成的热浸镀镀层，所述热浸镀镀层与基板之间包含有合金层，所述合金层厚度最小值为4*(Hv_Fe/Hv_M/6)^0.5微米，其中Hv_Fe是指基板的显微硬度，而Hv_M是指合金层的显微硬度，所述合金层厚度最大值为2微米。

作为进一步的优选，合金层的显微硬度是基板显微硬度的1～2倍。

作为进一步的优选，所述合金层中包含有Ni、Cr、Cu、Pt、Au、W、Ti中的一种或多种金属元素。

作为进一步的优选，所述合金层为柱状结构、分层结构、单晶结构、等轴晶结构等多种空间结构。

本发明的另一目的在于提供上述热浸镀镀层钢板的制造方法，包括如下步骤：

钢水冶炼后获得板坯，将所述板坯进行加热，再经过粗轧、精轧、冷却、冷轧、表面处理、热处理、热浸镀和卷取后，得到钢板成品；

其中，所述钢板成品包括基板以及在基板上形成的热浸镀镀层，所述热浸镀镀层与基板之间包含有合金层。

作为进一步的优选，所述合金层厚度最小值为4*(Hv_Fe/Hv_M/6)^0.5微米，其中Hv_Fe是指基板的显微硬度，而Hv_M是指合金层的显微硬度，所述合金层厚度最大值为2微米。

作为进一步的优选，合金层的显微硬度是基板显微硬度的1～2倍。

作为进一步的优选，所述合金层中包含有Ni、Cr、Cu、Pt、Au、W、Ti中的一种或多种金属元素。

作为进一步的优选，所述合金层为柱状结构、分层结构、单晶结构、等轴晶结构等多种空间结构。

本发明的有益效果是：本发明热浸镀镀层钢板，包括基板以及在基板上形成的热浸镀镀层，所述热浸镀镀层与基板之间包含有合金层，合金层的作用在于平滑基板在变形过程中出现的褶皱台阶，从而消除对锌层表面的影响。为了达到这两方面的作用，合金层需要具备一定的厚度，通常需要4*(Hv_Fe/Hv_M/6)^0.5。此外，合金层与基板之间的变形作用可以用两者的硬度差异表征。合金层的硬度越高，表明合金层越不容易发生变形，因此在相同的基板表面变形条件下，需要的合金层厚度越薄。经过研究发现，当合金层厚度达到4*(Hv_Fe/Hv_M/6)^0.5微米时，合金层对基板褶皱台阶具有良好的抑制作用。当然，合金层的厚度并不能无限增加。太厚的合金层会显著降低热浸镀镀层的结合力，造成镀层粘附性下降，同时合金层与镀层之间的电位差异会造成耐腐蚀性能的下降，表现为容易发生点蚀和切口腐蚀，以及部分镀层出现耐黑变能力下降等问题。因此，合金层的厚度最大值需要考虑。在保证满足表面质量的前提下，合金层厚度应当尽量减薄。实际应用可证实，本发明钢板的拉伸应变痕缺陷被完全消除，是可用于生产汽车车身生产的热浸镀镀层钢板。改善了现有生产技术中热浸镀镀层钢板在小变形过程中容易出现表面拉伸应变痕缺陷的问题。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1现有的热浸镀镀层钢板的横截面结构示意图。

图2本发明实施例试验样品的横截面结构示意图。

图3A本发明实施例试验样品的合金层柱状空间结构示意图。

图3B本发明实施例试验样品的合金层分层空间结构示意图。

图3C本发明实施例试验样品的合金层单晶空间结构示意图。

图3D本发明实施例试验样品的合金层等轴晶空间结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐述本发明，而不是为了限制本发明的范围。

当前车身面板所用的热浸镀镀层钢板的横截面示意图如图1所示，而根据本发明实施例获得的热镀锌钢板的横截面示意图如图2所示。

如图1所示，在现有的热镀锌钢板中，基板1上形成热浸镀镀层2。当钢板发生冲压成形时，基板1表面的晶粒由于局部应力集中-松弛效应差异导致出现不连续屈服和晶粒转动，这种不连续的屈服和晶粒转动在宏观上表现为与轧制方向成45°的褶皱纹理，造成基板1表面出现褶皱纹理，这种基板1表面的褶皱纹理对镀层2形成局部压应力，使得镀层2发生局部变形。由于镀层2以及基板1之间均为连续冶金反应化合物，因此局部変形协调性一致性很高，基板1的微观局部变形能够传递到镀层2表面，造成镀层2表面在变形之后出现应变痕。由于这种应变痕来自晶粒的不连续转动，因此应变痕的台阶高度通常不超过晶粒尺寸，严格推导可以发现这种应变痕高度通常为晶粒当量直径的一半左右。然而如果不连续转动比较严重，也会出现团簇和条带状的晶粒台阶堆积，造成的应变痕高度会远远超过晶粒当量直径，因而出现明显手感。

如图2所示，根据本发明所述的例子，热镀锌钢板中包含基板10，基板10上的Zn层20，以及基板10和Zn层20之间的合金层30。

在本发明实施例中，合金层30的作用在于平滑基板10在变形过程中出现的褶皱台阶，从而消除对锌层30表面的影响。为了达到这两方面的作用，合金层30需要具备一定的厚度，通常需要4*(Hv_Fe/Hv_M/6)^0.5，其中Hv_Fe是指基板的显微硬度，而Hv_M是指合金层的显微硬度。此外，合金层与基板之间的变形作用可以用两者的硬度差异表征。合金层的硬度越高，表明合金层越不容易发生变形，因此在相同的基板表面变形条件下，需要的合金层厚度越薄。经过研究发现，当合金层厚度达到4*(Hv_Fe/Hv_M/6)^0.5微米时，合金层对基板褶皱台阶具有良好的抑制作用。当然，合金层的厚度并不能无限增加。太厚的合金层会显著降低热浸镀镀层的结合力，造成镀层粘附性下降，同时合金层与镀层之间的电位差异会造成耐腐蚀性能的下降，表现为容易发生点蚀和切口腐蚀，以及部分镀层出现耐黑变能力下降等问题。因此，合金层的厚度最大值需要考虑。在保证满足表面质量的前提下，合金层厚度应当尽量减薄。在本发明实施例中，设计合金层的厚度最大值是2微米，优选的合金层厚度最大值为1.8微米。

一般来说，为了抑制基板的褶皱台阶，合金层的硬度不应小于基板的硬度。然而，如果合金层的硬度太高，在钢板冲压变形过程中合金层与基板之间会出现宏观变形无法协调的问题，冲压变形后基板与合金层之间出现破裂分离等问题。因此经过试验研究认为，合金层的显微硬度应当是基板显微硬度的1～2倍。

合金层金属种类的选择比较灵活，主要考虑合金层在热浸镀过程中的稳定性以及与镀液之间反应的稳定性，此外合金层金属的硬度也是考虑因素。热浸镀镀液的温度一般不超过700℃，比如铝硅镀层使用的镀液温度较高，达到650℃～700℃，因此应当选择熔点温度超过700℃的材料制造合金层。同时，考虑到合金层的硬度要求。优选的，可以选择Ni、Cr、Cu、Pt、Au、W、Ti等。其中Ni、Cu、Au的硬度较低，可以用于铁素体组织为主的钢，而Pt、Cr硬度适中，可以用于珠光体组织为主的钢，Ti、W硬度较高，可以用于马氏体组织为主的钢。

对合金层的空间结构应当提出一定的要求。本发明实施例中并不规定合金层的具体制备工艺，但是合金层如果过于疏松，会影响到合金层对基板微观局部变形的抑制作用。本发明实施例中，规定合金层的空间结构可以为柱状结构、分层结构、单晶结构、等轴晶结构，如图3所示。图3A是柱状结构的示意图，合金晶粒呈柱状分布，柱状中心轴线基本垂直于基板。这种空间结构的优点在于轴向延展性能优异，可以最大程度抑制基板褶皱台阶对镀锌层的影响，但是缺点在于横向性能较差，容易出现合金层剥离问题。图3B是分层结构示意图，合金沿着与基板平行方向铺展，在基板法向方向分为多个层次。该空间结构优点在于横向性能较好，不容易发生合金层剥离，也能够较好抑制腐蚀渗透，但是缺陷就是法向方向刚度较差，容易变形，因此对抑制基板褶皱台阶对镀锌层的影响不利。图3C是单晶结构示意图。整个合金层为一个晶粒。该空间结构兼顾了柱状结构和分层结构优点，缺点在于制备难度较大。图3D是等轴晶结构，合金层中分布有大小方向各异的许多晶粒。该空间结构优点是综合了柱状结构和分层结构优点和缺点，因此各项性能都比较平均，缺点在于合金层中的晶粒界面面积较大，因此有耐腐蚀方面的问题。

上述的合金层可以通过电镀方法完成制备。该方法可以形成厚度比较均匀的合金层。基板需要预先除去表面的氧化膜和其他杂质，比如可以通过酸洗和脱脂处理。经过酸洗和脱脂处理之后，将基板放入电解槽内进行电镀，电镀液中含有合金层金属的阳离子以及其他用于导电的电解质，电镀槽阳极一般为含有合金层金属的合金或纯金属，也可以采用惰性金属作为阳极而通过添加电解质的方式保持电解槽内阳离子浓度稳定。例如采用Ni作为合金层时，一般可以用Ni作为阳极材料，而电解液中一般会含有Ni的阳离子以及其他非氧化性的阴离子。电镀处理的电流密度通常不超过5A/cm²，太大的电流会造成阳极钝化失效，但是也不会太小，比如小于0.1A/cm²，太小的电解电流会不稳定，容易被杂散电流干扰。合金层的空间结构可以通过电镀工艺参数，如电流密度、电流开关时间比例、电解时间、阳极材料等进行控制。例如为了获得分层结构，可以采用多点阳极方式，将基板进行多次电镀，每次电镀获得一层电镀层。例如为了得到等轴晶结构，可以控制电流的开关比例以及电流波形，使用脉冲电流，可以击碎电镀层晶粒生长方向，获得等轴晶结构。

如果是热浸镀锌层，那么完成合金层制备后，将基板加热到700℃到900℃温度，加热时一般采用氮气和氢气的混合还原性气氛，然后冷却，然后将基板浸入含有约0.25％(质量百分数)甚至更少Al含量的锌液中，锌液温度为440℃到470℃。如果锌液中的Al含量太高，会导致锌液与基板之间的浸润性下降，同时不利于锌液与基板之间发生冶金反应。当锌液温度低于440℃时，锌液流动性变差，难以保证得到均匀镀层。当锌液温度高于470℃时，锌液蒸发明显加快，产生多种表面缺陷。基板浸入锌液的温度通常与锌液温度基本相同，控制范围为锌液温度-10℃到锌液温度+10℃。如果基板温度太低，会使得锌液难以与基板发生反应。而如果基板温度太高，则会导致基板与锌液反应过于激烈，形成脆性化合物。

以下提供对本发明实施例的解释。

【实施例和对比例】

表1是本发明实施例，所涉及的钢种成分为0.1％C-1.1％Mn-0.3％Si-0.04％Al，热镀锌镀层与合金层厚度总和为7微米。合金层空间结构柱状结构、分层结构、单晶结构、等轴晶结构的代号分别为C、L、S和E。采用目视和触摸方法评价样品变形5％后的表面应变痕，5级为明显有台阶手感，4级为轻微有手感，3级为没有手感但目视可见，2级为目视轻微可见，1级为目视不可见。使用折弯180°方法评价合金层以及镀锌层的粘附性，如果折弯180°后发生合金层或镀锌层剥离，表明粘附性不合格，表示为NO，如果没有发生剥离，则表明粘附性合格，表示为YES。采用中性盐雾实验评价样品的耐腐蚀性质，观察48小时盐雾腐蚀后表面红锈面积比例，通常要求红锈面积不超过3％。

表1

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种热浸镀镀层钢板，其特征在于：包括基板以及在基板上形成的热浸镀镀层，所述热浸镀镀层与基板之间包含有合金层，所述合金层厚度最小值为4*(Hv_Fe/Hv_M/6)^0.5微米，其中Hv_Fe是指基板的显微硬度，而Hv_M是指合金层的显微硬度，所述合金层厚度最大值为2微米。

2.根据权利要求1所述的热浸镀镀层钢板，其特征在于：所述合金层的显微硬度是基板显微硬度的1～2倍。

3.根据权利要求1所述的热浸镀镀层钢板，其特征在于：所述合金层中包含有Ni、Cr、Cu、Pt、Au、W、Ti中的一种或多种金属元素。

4.根据权利要求1所述的热浸镀镀层钢板，其特征在于：所述合金层选自柱状结构、分层结构、单晶结构和等轴晶结构。

5.如权利要求1-4任一项所述热浸镀镀层钢板的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：

钢水冶炼后获得板坯，将所述板坯进行加热，再经过粗轧、精轧、冷却、冷轧、表面处理、热处理、热浸镀和卷取后，得到钢板成品；

其中，所述钢板成品包括基板以及在基板上形成的热浸镀镀层，所述热浸镀镀层与基板之间包含有合金层。

6.根据权利要求5所述热浸镀镀层钢板的制造方法，其特征在于：所述合金层厚度最小值为4*(Hv_Fe/Hv_M/6)^0.5微米，其中Hv_Fe是指基板的显微硬度，而Hv_M是指合金层的显微硬度，所述合金层厚度最大值为2微米。

7.根据权利要求5所述热浸镀镀层钢板的制造方法，其特征在于：所述合金层的显微硬度是基板显微硬度的1～2倍。

8.根据权利要求5所述热浸镀镀层钢板的制造方法，其特征在于：所述合金层中包含有Ni、Cr、Cu、Pt、Au、W、Ti中的一种或多种金属元素。

9.根据权利要求5所述热浸镀镀层钢板的制造方法，其特征在于：所述合金层选自柱状结构、分层结构、单晶结构和等轴晶结构。