CN109435362A - 一种抗锈蚀冷轧钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供的一种抗锈蚀冷轧钢板及其制造方法，包括：钢板本体和合金层，所述合金层覆盖在所述钢板本体的表面；所述合金层的度厚度大于等于0.5*(Mneq)0.5微米，所述合金层的标准电极电位的范围为‑0.8V‑0V，所述钢板本体的锰当量为1％‑6％，所述锰当量根据Mneq＝10*C％+Mn％+0.5*Cr％得到，其中，Mneq为所述钢板本体中的锰当量，C％为所述钢板本体中的碳含量，Mn％为所述钢板本体中的锰含量，Cr％为所述钢板本体中的铬含量。本发明在不影响钢板本体的物理性能，不增加后续的使用程序额情况下达到了良好的防锈蚀效果。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，具体而言，涉及一种抗锈蚀冷轧钢板及其制造方法。
背景技术
冷轧高强钢板被广泛用于汽车的车身生产。为了获得良好的强度和韧性，冷轧高强钢板中普遍含有较多的合金元素，如碳、锰、硅、铝、铬等。由于高强钢板中的合金元素含量较高，造成冷轧高强钢板在大气中的耐腐蚀性能显著下降，在运输、存储中以及车身涂装前常常发生表面锈蚀。
目前，解决冷轧高强钢板表面锈蚀的方法很多。例如，可以在冷轧高强钢板表面涂覆防锈油，防锈油具有良好的耐腐蚀性能，但是高强钢板在使用前需要进行除油处理，增加了加工工序。还可以在冷轧高强钢板中添加微量合金元素，如Ni、Cu等，实现抗锈蚀，然而这些微量合金元素通常对其强度和韧性有不利影响。还可以使用密封性能良好的包装，减少冷轧高强钢板与氧化性大气的接触，但是该方案一方面增加了包装成本，另一方面在冷轧高强钢板的使用过程中不可能完全避免钢板与空气的直接接触。综上，现有技术的防锈蚀方法均会增加后续储运、使用的工序及成本，甚至影响钢板质量，鉴于此提出本发明。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种抗锈蚀冷轧钢板及其制造方法，本发明能够在不增加后续储运、使用的工序及成本的情况下，提升了钢板本体的防锈性能，解决了冷轧钢板的锈蚀问题。
本发明的实施例是这样实现的：
一种抗锈蚀冷轧钢板，包括：钢板本体和合金层，所述合金层覆盖在所述钢板本体的表面；所述合金层的度厚度大于等于0.5*(Mneq)0.5微米，所述合金层的标准电极电位的范围为-0.8V-0V，所述钢板本体的锰当量为1％-6％，所述锰当量根据Mneq＝10*C％+Mn％+0.5*Cr％得到，其中，Mneq为所述钢板本体中的锰当量，C％为所述钢板本体中的碳含量，Mn％为所述钢板本体中的锰含量，Cr％为所述钢板本体中的铬含量。
优选地，所述锰当量为3％-4％。
优选地，所述合金层的厚度小于等于2.5微米。
优选地，所述合金层厚度为2微米。
优选地，所述合金层的空间结构为：柱状结构、层状结构、单晶结构或等轴晶结构。
一种抗锈蚀冷轧钢板的制造方法，用于生产上述的抗锈蚀冷轧钢板，其特征在于，所述方法包括：冶炼钢坯，控制钢坯中的合金元素含量；对钢坯依次进行加热、粗轧、精轧、冷却、冷轧、获得钢板本体；对所述钢板本体依次进行表面处理、热处理和卷取，获得所述抗锈蚀冷轧钢板；其中，控制所述钢坯中的合金元素含量使得所述钢板本体的锰当量为1％-6％，所述锰当量根据Mneq＝10*C％+Mn％+0.5*Cr％得到，其中，Mneq为所述钢板本体中的锰当量，C％为所述钢板本体中的碳含量，Mn％为所述钢板本体中的锰含量，Cr％为所述钢板本体中的铬含量；所述表面处理为在所述钢板本体的表面覆盖厚度大于等于0.5*(Mneq)0.5微米，且合金层的标准电极电位为-0.8V-0V。
优选地，所述控制钢坯中的合金元素含量使得所述钢板本体的锰当量为3％-4％。
优选地，所述合金层的厚度小于等于2.5微米。
优选地，所述合金层的厚度小于等于2微米。
优选地，所述合金层的空间结构为：柱状结构、层状结构、单晶结构或等轴晶结构。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种抗锈蚀冷轧钢板及其制造方法，该抗锈蚀冷轧钢板包括钢板本体和覆盖于钢板本体表面的合金层，本发明中根据钢板本体的碳含量和锰含量确定出该钢板本体的锰当量，而设置的合金层厚度与锰当量相关。控制锰当量为1％-6％，锰当量的高低可直接反应出钢板本体的可发生原电池反应的程度，在本发明中合金层的厚度最小值根据锰当量进行确定。同时保证合金层的厚度大于等于0.5*(Mneq)0.5微米，且标准电极电位的范围为-0.8V-0V，最终使得钢板本体被覆盖合金层后具有良好的抗锈蚀效果。因此，本发明的抗锈蚀冷轧钢板在不增加后续储运、使用的工序及成本的情况下，具有良好的防锈性能。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供的一种抗锈蚀冷轧钢板锈蚀原理结构示意图。
图2为本发明第一实施例提供的一种抗锈蚀冷轧钢板第一类结构示意图。
图3为本发明第一实施例提供的一种抗锈蚀冷轧钢板第二类结构示意图。
图4为本发明第一实施例提供的一种抗锈蚀冷轧钢板第三类结构示意图。
图5为本发明第一实施例提供的一种抗锈蚀冷轧钢板第四类结构示意图。
图6为本发明第四实施例提供的一种抗锈蚀冷轧钢板的制造方法的表面处理流程图。
图标：10-抗锈蚀冷轧钢板；10a-抗锈蚀冷轧钢板；10b-抗锈蚀冷轧钢板；10c-抗锈蚀冷轧钢板；10d-抗锈蚀冷轧钢板；11-合金层；12-钢板本体；13-合金元素富集带。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在现有的冷轧高强钢中，通常都含有较多的合金元素，如碳、锰、硅、铝、铬等。其中，比较典型的合金元素含量范围：碳含量为0.05～0.3％，锰含量为0.5～2.5％，硅含量为0.1～2％，铝含量为0.05～1％，铬含量为0.05～0.5％。冷轧高强钢经过加热和冷却的热处理后，主要的微观组织包括马氏体、铁素体、奥氏体、贝氏体等。上述合金元素在热处理过程中会大量聚集在冷轧高强钢表面，形成选择性偏聚的合金元素富集带13，如图1所示。这些表面聚集的合金元素容易与铁基体在大气环境中会形成微观原电池，加速钢材的锈蚀速度，本发明的合金层11可以减弱或阻止钢板本体12上的原电池反应。另外，碳含量的高低对钢材的锈蚀有较大的正相关作用，而本发明中发现结合合金元素碳、锰、铬进行综合考虑能够得到更加准确的锈蚀关系，并确定外层合金层11的合理厚度。
第一实施例
请参阅图2、图3、图4与图5，本实施例中提供的一种抗锈蚀冷轧钢板10，包括：钢板本体12和合金层11，所述合金层11覆盖在所述钢板本体12的表面。需要说明的是本发明中钢板的形状，大小等外观参数不作限制。
优选地，其中合金层11的结构应当要紧凑，不应过于疏松，防止影响合金层11与钢板本体12的抗锈蚀效果。具体的结构可以是：如图2所示的柱状结构的抗锈蚀冷轧钢板10a，如图3所示的层状结构的抗锈蚀冷轧钢板10b、如图4所示的单晶结构的抗锈蚀冷轧钢板10c或如图5所示的等轴晶结构的抗锈蚀冷轧钢板10d。
由于钢板本体12中碳、锰、铬对锈蚀速度有较大影响，当在钢板本体12表面覆盖合金层11后，本实施例中通过对钢板本体12中碳、锰、铬元素含量与锈蚀速度的研究，并进行拟合确定，当所述合金层11的厚度大于等于0.5*(Mneq)0.5微米，Mneq为锰当量；所述钢板本体12中锰当量的确定因素包括，所述钢板本体12中的碳含量、所述钢板本体12中的锰含量和所述钢板本体12中的铬含量。
在本实施例中根据锈蚀速度和合金元素含量，经过拟合测算得到的锰当量的计算式可为：Mneq＝10*C％+Mn％+0.5*Cr％，其中，Mneq为锰当量，C％为钢板本体12中的碳含量，Mn％为钢板本体12中的锰含量，Cr％为钢板本体12中的铬含量。需要说明的是，其中权重系数10，1，0.5允许存在合理的计算误差(例如，误差在±0.1范围内)。本实施例中通过对上述的合金层11厚度进行锈蚀实验，其中C为柱状结构、L为分层结构、S为单晶结构、E等轴晶结构，本实施例中的合金层11可采用上述结构中的任意一种。采用湿热法评价耐腐蚀性能，湿热法条件为：温度为50℃，相对湿度为90％。进行48小时湿热试验，然后用目视法评价出现红锈的面积，如果超过3％则为明显锈蚀。
表1
由表1可以看出序号1-14组的钢板，相较于第15组的钢板具有明显的抗锈蚀效果，其锰当量均在1％-6％之间。
由表1可以看出序号1-11组的钢板由于合金层11的厚度均大于0.5*(Mneq)0.5微米，无论单独的碳含量和锰含量还是锰含量在常规范围内变动时(现比较常规的合金元素含量范围为：碳含量为0.05～0.3％，锰含量为0.5～2.5％，硅含量为0.1～2％，铝含量为0.05～1％，铬含量为0.05～0.5％。)，还是合金层11结构的变化，其所对应的锈蚀面积均小于等于2％，不大于3％，因此可认为未明显锈蚀，具有良好的防锈蚀能力；另外第10组中，由于0.5*(Mneq)0.5＝0.79微米，合金层11厚度为0.8微米，由于测量与计算存在合理误差，可认为该组中0.5*(Mneq)0.5与合金层11厚度相等(即误差为±0.01)。
而序号为12-15的组别，由于合金层11厚度小于0.5*(Mneq)0.5，甚至未设置合金层11，钢板的锈蚀面积达到了20％-90％，基本不具备防锈蚀能力。
在本实施例中更进一步的是，在钢板本体12的表面上覆盖的合金层11虽然需要具备一定的厚度，且这个厚度通常应当与锰当量有正相关关系。但是，合金层11厚度无法无限增厚，否则就会影响力学性能以及车身焊接涂装等使用性能，造成焊点电流窗口缩小、韧性下降等。通常的，采用表面处理后(即覆盖合金层11后)，样品的延伸率下降应不超过2％，否则就会显著影响使用性能。对钢板本体12进行延伸率测试后得到：
表2
由表2可以看出合金层11的厚度与延伸率呈正相关的关系，且与锈蚀面积呈反相关关系，当合金层11的厚度为2.5微米(如第)的时候延伸率为2％。当超过2.5微米，如第12组中合金层11的厚度为3.5微米，此时延伸率下降比例为3％，已超过上限2％，将显著影响钢板后期使用。因此可以确定2.5微米为合金层11的设计最大值。
进一步的，由表2中可以看出当锈蚀面积为0时，且延伸率下降比例小于2％时，合金层11的厚度为2微米以及2.3微米，以此可将2微米、与2.3微米确定为最优厚度。
第二实施例
本实施例中提供的一种抗锈蚀冷轧钢板，与第一实施例不同的是，由于合金层的厚度的确定与锰当量直接相关，因此消除锈蚀的方法之一，就是将降低钢板本体中的锰当量(Mneq)，本实施例中对锰当量与钢板本体的锈蚀程度进行进一步的研究得到：
表3
由表3可以知道当锰当量为1.14-5.75时，且合金层的厚度大于0.5*(Mneq)0.5时，钢板本体具有最好的防锈蚀效果，且延伸率下降比例小于等于2，符合使用要求。此处，可以看出锰当量与锈蚀面积呈一定的正相关性，故锰当量越低钢板本体的抗锈蚀能力越强，但锰当量并不能无下限的降低，在本实施例中，锰当量的下限值取1％，同时在锰当量达到5.75％时锈蚀面积为1％，本实施例中锰当量的上限取6％，因此锰当量的区间值为[1％,6％]，其中可以取到的具体数值可以有2％，3％，4％，5％等。
第三实施例
本实施例中提供的一种抗锈蚀冷轧钢板，基于第一实施例的结构，合金层金属与基板直接接触，因此一般而言要求合金层与基板之间的电偶电位差异不能太大，如果电偶点位差异太大，会造成基板与合金层之间形成电偶腐蚀，加速锈蚀。
另外，合金层的标准电极电位也不可过高。如果合金层的标准电极电位太高，虽然具有良好的耐蚀性质，但是容易与基板之间形成电偶腐蚀效应，一旦合金层出现直径超过10nm(10nm±2nm)的微小空隙，就会导致氯离子和氧离子与基板发生反应。反之如果合金层的标准电极电位太低，虽然具有良好的牺牲阳极保护作用，但是可能腐蚀反应太快导致出现析氢反应，使得合金层迅速出现疏松孔洞而失效。
进一步的，对合金层的电极电位进行研究可得到：
表4
通过表4可以看出在保证合金层厚度大于0.5*(Mneq)0.5，其锰当量在范围1％-6％之间时，合金层的标准电极电位由-2.37v升高到0.86v的过程中，锈蚀面积由22％减小到0，然后升高到31％；具体的锈蚀面积小于2％的时候，合金层的标准电极电位的范围为[-0.76v，-0.14v]；在进一步的，由于-0.76v接近于-0.8v在不严格精确到两位数的情况下可直接取-0.8v进行使用，同理的另一端的取值亦可直接取0v或-0.1v，因此可得到合金层的标准电极电位取值区间[-0.8v,0v]或[-0.8v,-0.1v]。此外，在该区间可取的数值可以有-0.7v，-0.6v，-0.5v，-0.4v，-0.3v，-0.2v等。
第四实施例
在本实施例中提供用于制造第一到第三实施例的抗锈蚀冷轧钢板的制造方法。
请参阅图6，本发明提供的抗锈蚀冷轧钢板的制造方法的具体步骤，其包括：
步骤S11：冶炼钢坯，控制钢坯中的合金元素含量；
步骤S12：对钢坯依次进行加热、粗轧、精轧、冷却、冷轧、获得钢板本体；所述锰当量根据Mneq＝10*C％+Mn％+0.5*Cr％得到，其中，Mneq为所述钢板本体中的锰当量，C％为所述钢板本体中的碳含量，Mn％为所述钢板本体中的锰含量，Cr％为所述钢板本体中的铬含量。
步骤S13：对所述钢板本体依次进行表面处理、热处理和卷取，获得所述抗锈蚀冷轧钢板。
其中的表面处理具体为：在所述钢板本体的表面覆盖厚度大于等于0.5*(Mneq)0.5微米的合金层，具体可为2.5微米或2微米。进一步的，所述合金层的厚度小于等于2.5微米。再进一步的，可控制合金层的标准电极电位的范围为-0.8V-0V，提高防锈蚀效果。
覆盖合金层时，具体可采用：物理气相沉积和\或电镀和\或喷射沉积等方式，保证合金层结构紧凑，具有良好的抗锈蚀能力，覆盖合金层的方法可采取单一使用或混合使用不做限制。
综上所述：
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种抗锈蚀冷轧钢板及其制造方法，该抗锈蚀冷轧钢板包括钢板本体和覆盖于钢板本体表面的合金层，本发明中根据钢板本体的碳含量和锰含量确定出该钢板本体的锰当量，而设置的合金层厚度与锰当量相关。控制锰当量为1％-6％，锰当量的高低可直接反应出钢板本体的可发生原电池反应的程度，在本发明中合金层的厚度最小值根据锰当量进行确定。同时保证合金层的厚度大于等于0.5*(Mneq)0.5微米，且标准电极电位的范围为-0.8V-0V，最终使得钢板本体被覆盖合金层后具有良好的抗锈蚀效果。因此，本发明的抗锈蚀冷轧钢板在不增加后续储运、使用的工序及成本的情况下，具有良好的防锈性能。。
在本申请的第四实施例中，应该理解到，所揭露的方法，也可以通过其它的方式实现。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种抗锈蚀冷轧钢板，其特征在于，包括：钢板本体和合金层，所述合金层覆盖在所述钢板本体的表面；所述合金层的度厚度大于等于0.5*(Mneq)0.5微米，所述合金层的标准电极电位的范围为-0.8V-0V，所述钢板本体的锰当量为1％-6％，所述锰当量根据Mneq＝10*C％+Mn％+0.5*Cr％得到，其中，Mneq为所述钢板本体中的锰当量，C％为所述钢板本体中的碳含量，Mn％为所述钢板本体中的锰含量，Cr％为所述钢板本体中的铬含量。
2.根据权利要求1所述的抗锈蚀冷轧钢板，其特征在于，所述锰当量为3％-4％。
3.根据权利要求1所述的抗锈蚀冷轧钢板，其特征在于，所述合金层的厚度小于等于2.5微米。
4.根据权利要求3所述的抗锈蚀冷轧钢板，其特征在于，所述合金层厚度为2微米。
5.根据权利要求1所述的抗锈蚀冷轧钢板，其特征在于，所述合金层的空间结构为：柱状结构、层状结构、单晶结构或等轴晶结构。
6.一种抗锈蚀冷轧钢板的制造方法，用于生产权利要求1-5中任一项所述的抗锈蚀冷轧钢板，其特征在于，所述方法包括：
冶炼钢坯，控制钢坯中的合金元素含量；
对钢坯依次进行加热、粗轧、精轧、冷却、冷轧、获得钢板本体；
对所述钢板本体依次进行表面处理、热处理和卷取，获得所述抗锈蚀冷轧钢板；
其中，控制所述钢坯中的合金元素含量使得所述钢板本体的锰当量为1％-6％，所述锰当量根据Mneq＝10*C％+Mn％+0.5*Cr％得到，其中，Mneq为所述钢板本体中的锰当量，C％为所述钢板本体中的碳含量，Mn％为所述钢板本体中的锰含量，Cr％为所述钢板本体中的铬含量；所述表面处理为在所述钢板本体的表面覆盖厚度大于等于0.5*(Mneq)0.5微米，且合金层的标准电极电位为-0.8V-0V。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述控制钢坯中的合金元素含量使得所述钢板本体的锰当量为3％-4％。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述合金层的厚度小于等于2.5微米。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述合金层的厚度小于等于2微米。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述合金层的空间结构为：柱状结构、层状结构、单晶结构或等轴晶结构。
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