CN111566252B - 熔融镀敷钢丝和其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一实施方式的熔融镀敷钢丝具备被镀敷钢丝和配置于所述被镀敷钢丝的表面的镀敷层,所述镀敷层的成分在给定范围内,所述镀敷层的组织以25~70%的面积率具有:以质量%计包含90%以上Zn的Zn相,在所述Zn相中,具有等效圆的结晶粒径为2~5μm的粒径的Zn相所占的面积率为20~100%。
Description
技术领域
本发明涉及熔融镀敷钢丝和其制造方法。
本申请基于2017年12月20日在日本申请的日本特愿2017-243434号而主张优先权,并且将其内容引用于此。
背景技术
以热轧压延线材为原材料而制造的熔融镀敷钢丝,通过下述方式进行制造:将热轧压延后的钢丝材料除垢,进一步进行被膜处理后,通过基于模具、辊的塑性加工而被缩径,通过镀敷预处理工序而进行基于酸洗、助焊剂处理等的表面的活性处理后,浸渍于熔融金属浴,在钢丝表面生成金属的被膜。
熔融镀敷的目的主要在于改善耐腐蚀性,此处,形成锌、和锌-铝(Al)合金等的熔融金属被膜,通过锌的牺牲防腐蚀作用而抑制铁的腐蚀。该被膜越厚,耐腐蚀性越得到改善。此外,通过与Al、其它成分的合金化,使耐腐蚀性得到改善。特别是,与Zn、Al一同包含微量的Mg的镀敷成分,得到高耐腐蚀性。然而在包含微量的Mg的镀敷成分中,由于包含Zn、Mg的硬质的金属间化合物的生成,存在加工性劣化的问题。即,在镀敷的后续工序中进行各种加工而制成制品期间,存在镀敷层产生裂纹,或者发生镀敷层的剥离的问题。因此对于熔融镀敷钢丝,与耐腐蚀性一同,需要后续加工时不发生镀敷剥离、裂纹的加工性。
此外,镀敷层发生裂纹时,存在镀敷钢丝的强度降低、延展性降低的情况。为了确保制品的特性,加工时在镀敷层不发生裂纹的优异的加工性是镀敷钢丝所需求的。
因此,以往提出了各种包含用于确保加工性、耐腐蚀性的Mg和Zn、Al的熔融镀敷。
例如,专利文献1中提出了,通过使包含铁素体界面的Fe的合金层变薄而改善加工性的镀敷。专利文献2中提出了,使MgZn2的金属间化合物分散,改善耐腐蚀性的镀敷组织。专利文献3、4中提出了,将β相限定为20%以下,改善加工性、耐腐蚀性的镀敷线。
然而,即使在这些镀敷线的情况下,在镀敷后进行伸线加工时,也存在难以完全避免镀敷层中发生细微的龟裂、镀敷层的局部性的剥离,以镀敷层发生的龟裂为起点的破坏导致强度、延展性降低的情况。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2003-155549号公报
专利文献2:日本特开2002-47548号公报
专利文献3:日本特开2002-30404号公报
专利文献4:日本特开2002-30405号公报
发明内容
发明所解决的技术问题
本发明鉴于所述情况而完成,其目的在于提供:进行卷绕加工、伸线加工时,不发生镀敷层的裂纹、剥离,能够得到比Zn镀敷钢丝或Zn-Al熔融镀敷钢丝更高的耐腐蚀性的熔融镀敷钢丝和其制造方法。
解决问题的技术手段
本发明的主旨如下所述。
(1)本发明的一实施方式的熔融镀敷钢丝具备被镀敷钢丝和配置于所述被镀敷钢丝的表面的镀敷层,所述镀敷层的成分以质量%计而包含:Mg:0.10%以上且小于1.00%、Al:5.0%以上15.0%以下、Si:0%以上2.0%以下、Fe:0%以上1.0%以下、Sb:0%以上1.0%以下、Pb:0%以上1.0%以下、Sn:0%以上1.0%以下、Ca:0%以上1.0%以下、Co:0%以上1.0%以下、Mo:0%以上1.0%以下、Mn:0%以上1.0%以下、P:0%以上1.0%以下、B:0%以上1.0%以下、Bi:0%以上1.0%以下、Cr:0%以上1.0%以下、REM:0%以上1.0%以下、Ni:0%以上1.0%以下、Ti:0%以上1.0%以下、Zr:0%以上1.0%以下、和Sr:0%以上1.0%以下,余部包含Zn和杂质,所述镀敷层的组织以25~70%的面积率具有:以质量%计包含90%以上Zn的Zn相,在所述Zn相中,具有等效圆的结晶粒径为2~5μm的粒径的所述Zn相所占的面积率为20~100%。
(2)所述(1)所述的熔融镀敷钢丝中,所述镀敷层的所述成分可以以质量%计而包含:Si:0.01%以上2.0%以下。
(3)所述(1)或(2)所述的熔融镀敷钢丝中,所述镀敷层的所述成分可以以质量%计而包含:选自Fe:0.01%以上1.0%以下、Sb:0.01%以上1.0%以下、Pb:0.01%以上1.0%以下、Sn:0.01%以上1.0%以下、Ca:0.01%以上1.0%以下、Co:0.01%以上1.0%以下、Mo:0.01%以上1.0%以下、Mn:0.01%以上1.0%以下、P:0.01%以上1.0%以下、B:0.01%以上1.0%以下、Bi:0.01%以上1.0%以下、Cr:0.01%以上1.0%以下、和REM:0.01%以上1.0%以下中的1种或2种以上。
(4)所述(1)~(3)中任一项所述的熔融镀敷钢丝中,所述镀敷层的所述成分可以以质量%计而包含:选自Ni:0.01%以上1.0%以下、Ti:0.01%以上1.0%以下、Zr:0.01%以上1.0%以下、和Sr:0.01%以上1.0%以下中的1种或2种以上。
(5)本发明的另一实施方式的熔融镀敷钢丝的制造方法为制造所述(1)~(4)中任一项所述的熔融镀敷钢丝的方法,其具备:将被镀敷钢丝浸渍于熔融金属浴的工序、将所述被镀敷钢丝从所述浴中拉出的工序、然后将所述被镀敷钢丝冷却的工序,所述冷却中,形成在所述被镀敷钢丝的表面的镀敷层的表面温度低于凝固结束温度后,开始进行制冷剂向所述被镀敷钢丝的喷射,所述冷却中,所述被镀敷钢丝的镀敷层的表面温度低于280℃后,结束所述制冷剂向所述被镀敷钢丝的喷射,所述冷却中,在所述制冷剂的喷射开始时的所述镀敷层的表面温度至280℃的温度区域中,将所述被镀敷钢丝的所述镀敷层的表面的平均冷却速度设为50~150℃/s。
发明的效果
本发明的熔融镀敷钢丝是,在镀敷被膜处理后进行卷绕加工、伸线加工时也不会在镀敷层发生裂纹、剥离,得到高耐腐蚀性,并且强度、延展性不会降低,因此可适用于各种熔融镀敷制品的加工性、耐腐蚀性优异的熔融镀敷钢丝,其在产业上的贡献是极其显著的。
附图说明
[图1]本发明的实施方式的熔融镀敷钢丝的制造工序图。
本发明的具体实施方式
本发明人为了解决所述问题,对于以质量%计而包含Mg:0.10~1.00%,Al:5.0~15.0%,余部为Zn和杂质的熔融镀敷成分中,镀敷层的组织对加工性和耐腐蚀性造成的影响进行了深入研究。本发明人根据其结果,发现了镀敷层的裂纹明显受到包含90%以上Zn的相的影响,通过将该相的结晶尺寸适当进行控制而能够使镀敷层的裂纹降低。
此外,本发明人发现了通过抑制镀敷层的裂纹,也能够抑制熔融镀敷钢丝的强度降低、延展性降低。
进而,本发明人发现了,本镀敷成分含有Mg,因此得到比包含Zn-Al或Zn的熔融镀敷钢丝更高的耐腐蚀性,而完成本发明。
进一步发现了,通过使熔融镀敷成分除了Zn、Al和Mg之外任选包含Si,而能够抑制铁素体和镀敷的界面处的FeAl金属间化合物的生成,进一步改善加工性。此外,发现了,通过单独或复合性地在熔融镀敷成分中任选含有选自Fe、Sb、Pb、Sn、Ca、Co、Mn、P、B、Bi、Cr、REM、Ni、Ti、Zr、和Sr中的元素,而进一步使熔融镀敷钢丝的加工性、耐腐蚀性得到改善。
本实施方式的熔融镀敷钢丝的以0.10~小于1.00%包含Mg的镀敷层的凝固组织中,凝固开始时生成Al浓度较高的相作为初晶,然后生成包含90%以上Zn的相(以下记载为Zn相)和MgZn相。
此时,硬质的MgZn相分布并析出在Zn相和Al初晶的晶界。该MgZn相保持Zn相的牺牲防腐蚀作用,形成稳定的保护被膜,而使熔融镀敷钢丝的耐腐蚀性得到改善。因此,MgZn相细微并且均匀地分布,对于熔融镀敷钢丝的耐腐蚀性的改善是有效的。
此外,为了调查镀敷层的裂纹行为,对于将镀敷钢丝以线径的4倍直径进行弯曲加工而导入应变时龟裂的发生情况进行详细观察。其结果,发现了龟裂主要在表层发展至Zn相的晶粒边界,在Zn相较为粗大的情况下,该龟裂可能穿透至Zn相的晶粒内。此外发现了,在Zn相的结晶粒较小的情况下,即使龟裂在Zn相的晶粒边界发展,表观上也会直线性地生成龟裂,到达被镀敷钢丝的表面。在该情况下,因缺口效应而存在发生断裂强度降低和延展性降低的风险。此外,在镀敷层发生的龟裂在铁素体界面处发生连接的情况下,可能发生镀敷层的剥离。
本实施方式的熔融镀敷钢丝中,为了抑制加工时镀敷层的裂纹、剥离,确保加工性和耐腐蚀性,重要的是,对于Zn相的存在和其结晶粒径的分布进行适当控制。为了对镀敷层的结晶粒径进行适当控制,重要的是,对冷却开始温度和冷却速度进行控制。
以下,对于本发明的实施方式进行说明。
被镀敷钢丝
本实施方式的熔融镀敷钢丝具有被镀敷钢丝和配置在其表面的给定的镀敷层。被镀敷钢丝的成分没有特别限定,例如可设为JIS G 3505:2017的软钢丝材料、JIS G 3506:2017的硬钢丝材料和JIS G 3502:2013的钢琴线材料的成分。本实施方式的熔融镀敷钢丝是,例如以具有这样的成分的热轧压延材料为原材料,将其进行适宜冷加工后在其表面形成熔融镀敷层而得到的熔融镀敷钢丝。
镀敷层的成分
以下,镀敷层的成分中的单位“%”为“质量%”。
Mg:0.10%以上且小于1.00%
Mg具有使腐蚀生成物稳定化,抑制腐蚀的进行的作用。为了得到该腐蚀抑制作用,作为镀敷成分,需要Mg为0.10%以上。另一方面,镀敷成分包含1.00%以上的Mg时,较多地生成硬质的ZnMg金属间化合物,使得镀敷层***,存在易于在熔融镀敷钢丝的加工工序中发生裂纹,局部性地发生镀敷剥离并使得加工性降低的情况。因此,优选将小于1.00%设为镀敷成分中Mg量的上限。需要说明的是,镀敷成分中Mg量可以为0.30%以上、0.40%以上、0.50%以上、0.60%以上、0.70%以上或0.80%以上。此外,镀敷成分中的Mg量可以为0.80%以下、0.70%以下、0.60%以下、0.50%以下、0.40%以下或0.30%以下。
Al:5.0%以上15.0%以下
Al也与Mg同样具有使腐蚀生成物稳定化的效果。在镀敷成分中Al量小于5.0%的情况下,其效果降低,难以得到耐腐蚀性改善效果。另一方面,在镀敷成分中Al量超过15.0%的情况下,效果达到饱和,同时镀敷浴的熔点变高而使得表面的氧化难以进行。因此,优选将镀敷成分中的Al量设为15.0%以下。需要说明的是,镀敷成分中的Al量可以为7.0%以上、7.5%以上、8.0%以上、9.0%以上、10.0%以上、11.0%以上或12.0%以上。此外,镀敷成分中的Al量可以为12.0%以下、11.0%以下、10.0%以下、9.0%以下、8.0%以下、7.5%以下或7.0%以下。
Si:0%以上2.0%以下
Si可以包含于镀敷层中,镀敷成分中的Si含量的下限值为0%。另一方面,镀敷层中包含的Si是在镀敷层中生成Mg2Si,并且对于耐腐蚀性的改善有效的元素。此外,Si具有抑制铁素体界面处的Fe和Al的反应,主要抑制包含Fe和Al的金属间化合物的生成,提高镀敷钢丝的加工性的效果。然而,在镀敷成分中Si量超过2.0%的情况下,其效果达到饱和,并且在成本上变得不利。因此,将镀敷成分中Si含量设为2.0%以下。为了可靠地得到所述效果,优选将镀敷成分中Si的含量设为0.01%以上、0.05%以上或0.10%以上。此外,镀敷成分中Si的含量可以为1.00%以下、0.90%以下或0.85%以下。
选自Fe:0%以上1.0%以下、Sb:0%以上1.0%以下、Pb:0%以上1.0%以下、Ca:0%以上1.0%以下、Co:0%以上1.0%以下、P:0%以上1.0%以下、B:0%以上1.0%以下、Bi:0%以上1.0%以下和REM:0%以上1.0%以下中的1种或2种以上
镀敷层中,可以含有Fe、Sb、Pb、Ca、Co、P、B、Bi和REM,因此,镀敷成分中的这些元素的含量的下限值为0%。另一方面,在镀敷层中包含这些元素中的一种以上的情况下,进一步使镀敷层的耐腐蚀性得到改善。然而,即使镀敷层中分别含有超过1.0%的这些元素,其效果也饱和,并且使加工性降低,因此在成本上变得不利。因此,将含有这些任选元素的情况下的含量的上限分别如上所述进行设定。为了可靠地得到所述效果,优选将各元素的含量分别设为0.01%以上。
选自Sr:0%以上1.0%以下、Cr:0%以上1.0%以下、Mn:0%以上1.0%以下和Sn:0%以上1.0%以下中的1种或2种以上
镀敷层中可以含有Sr、Cr、Mn、Sn,因此镀敷成分中的这些含量的下限值为0%。另一方面,在镀敷层中包含这些元素中的1种以上的情况下,能够期待镀敷层的耐腐蚀性改善和镀敷层的加工性改善。然而,超过1.0%时,存在这些成分的偏析易于变大,加工时易于发生裂纹的风险,因此将上限设为1.0%。为了可靠地得到所述效果,优选将各元素的含量分别设为0.01%以上。
Mo:0%以上,1.0%以下
镀敷层中可以含有Mo,因此镀敷成分中的Mo含量的下限值为0%。另一方面,在镀敷层中包含Mo的情况下,能够期待镀敷层的耐腐蚀性改善和镀敷层的耐磨耗性改善。然而,超过1.0%时,存在镀敷层易于***,加工性降低的情况,因此将上限设为1.0%。为了可靠地得到所述效果,优选将Mo含量设为0.01%以上。
选自Ni:0%以上1.0%以下、Ti:0%以上1.0%以下、Zr:0%以上1.0%以下、Sr:0%以上1.0%以下中的1种或2种以上
镀敷层中可以含有Ni、Ti、Zr和Sr,因此镀敷成分中的这些元素的含量的下限值为0%。另一方面,在镀敷层中含有这些元素的情况下,这些元素均具有结晶出与Al形成的金属间化合物,提高熔融镀敷钢丝的表面平滑性的效果。然而,镀敷层中含有这些元素超过1.0%时,反而使得镀敷表面***,发生外观不良。因此,将含有这些任选元素的情况下的含量的上限分别设为1.0%以下。为了可靠地得到所述效果,优选将各元素的含量分别设为0.01%以上。
镀敷层的成分的余部包含Zn和杂质
镀敷层的成分中,除了Mg和Al、以及作为任选元素的Si、Fe、Sb、Pb、Sn、Ca、Co、Mo、Mn、P、B、Bi、Cr、REM、Ni、Ti、Zr和Sr以外,为包含Zn和杂质的余部。杂质是指,工业性地制造镀敷层时,熔融金属原材料或由于制造工序的各种因素而混入的成分,并且是指对本实施方式的熔融镀敷钢丝不会造成不良影响的范围内所允许的物质。
镀敷层的成分可以通过以下的手段而确定。将镀敷钢丝的C截面(与镀敷钢丝的长度方向呈直角的截面)进行研磨,对该研磨面中的镀敷层部分的区域通过EPMA(电子束微分析仪:Electron Probe Micro Analyzer)进行定量分析。在铁素体界面生成有合金层的情况下,在定量分析中,将不含合金层的镀敷层部分作为分析对象。将在3处进行该测定而得到的值的平均值设为镀敷钢丝的镀敷层的成分。
镀敷层的组织
以质量%计包含90%以上Zn的相(Zn相)的存在比例
在包含Mg:0.1%以上且小于1.0%、和Al:5.0%以上15.0%以下的镀敷层的组织中,首先,在开始凝固的初期生成包含Al的初晶,随着镀敷层的温度降低,镀敷层的凝固发展,而生成以Zn为主体的相(Zn相)和包含ZnMg的共晶组织(ZnMg相)。
此时的Zn相中,至少Zn浓度为90%以上。由于Zn相为软质的相,因此其存在比例以相对于镀敷层的组织整体的面积率计小于25%时,使得镀敷层***,熔融镀敷钢丝的加工性降低。另一方面,Zn相的存在比例以相对于镀敷层的组织整体的面积率计超过70%时,使得Zn相变得过剩,变为与Zn镀敷同等的耐腐蚀性,无法得到耐腐蚀性改善效果。因此,Zn相的存在比例以相对于镀敷层的组织整体的面积率计为25~70%。更优选Zn相的面积率为30%以上、35%以上或40%以上。更优选,Zn相的面积率为80%以下、70%以下、60%以下或50%。
给定粒径的Zn相的存在比例
以质量%计包含90%以上Zn的相、即Zn相的结晶粒径,根据熔融镀敷钢丝的制造阶段中的镀敷层的冷却速度而变化,在一定范围具有分布。在冷却速度较快的情况下,Zn相成为具有细微的结晶粒径的相,在冷却速度较慢的情况下,Zn相成为具有粗大的结晶粒径的相。
进行向熔融镀敷钢丝导入应变这样的加工时,存在镀敷层发生龟裂的情况。镀敷层发生的龟裂,到达镀敷层和铁素体(被镀敷钢丝)的界面(铁素体界面)时,存在发展至铁素体内,通过缺口效应而引起钢材的强度降低和延展性降低等的情况。此外,龟裂发展至铁素体界面并连接时,存在局部性地发生镀敷层的剥离的情况。该情况下,镀敷层的剥离部处露出铁素体,因此发生耐腐蚀性的降低。因此,要求镀敷层,即使进行了导入应变的加工,也不会发生龟裂、镀敷剥离。
镀敷层中应变起作用时的龟裂的发生、发展情况,根据Zn相的形态和粒径而存在大幅差异。在Zn相的粒径较大的情况下,龟裂在Zn相的粒内发展,在镀敷层的表面发生大幅开口的裂纹。另一方面,在Zn相为细粒的情况下,存在沿着Zn相的晶粒边界发生龟裂,龟裂不贯穿镀敷层,保持为细微的龟裂的情况。然而,在更细微的Zn相组织的情况下,虽然龟裂在晶界发展,但是表观上龟裂大致直线性地发展,存在裂纹发展至铁素体(被镀敷钢丝),导致耐腐蚀性降低和延展性降低的情况。因此,为了抑制龟裂的发生,需要适当控制Zn相的结晶粒径,其最小粒径为2μm,最大粒径为5μm。即,将具有等效圆的结晶粒径为2~5μm的粒径的Zn相的量尽可能提高,在本实施方式的熔融镀敷钢丝中是必要的。
但是,Zn相的结晶粒不必全部具有2~5μm的结晶粒径。为了抑制龟裂的发展,并且确保耐腐蚀性,优选结晶粒径为2~5μm的Zn相在总Zn相中为20面积%以上。具有等效圆的结晶粒径为2~5μm的粒径的Zn相在全部的Zn相中所占的面积率优选较多,其上限为100%。具有等效圆的结晶粒径为2~5μm的粒径的Zn相在全部的Zn相中所占的面积率可以设为30%以上,40%以上或45%以上。具有等效圆的结晶粒径为2~5μm的粒径的Zn相在全部的Zn相中所占的面积率可设为95%以下、90%以下或80%以下。
需要说明的是,在细微组织的情况下,虽然可能使得龟裂变得细微而能够抑制延展性降低,但是在腐蚀环境下会大量形成局部电池的单电池,同时使得反应界面增加,镀敷层的腐蚀易于进行。因此,更优选Zn相的结晶粒径的下限为2.5μm。此外,抑制Zn相的龟裂发展的粒径的更优选的上限为4.5μm。在满足上述要件的基础上,进一步优选将具有等效圆的结晶粒径为2.5~4.5μm的粒径的Zn相的存在比例设为30~100%。
镀敷层组织的定量化通过以下的步骤进行。首先,对于镀敷层的C截面(与熔融镀敷钢丝的长度方向垂直的截面),通过扫描型电子显微镜(SEM:Scanni ng ElectronMicroscope)的反射电子图像进行观察,确定镀敷层区域。如下所述,本实施方式的熔融镀敷钢丝,可以在铁素体和镀敷层之间设置有合金层和衬底镀敷层等,但是在镀敷层组织的定量化中,将这些合金层和衬底镀敷层等设为分析对象之外。如果为反射电子图像,则能够将铁素体、合金层以及镀敷层和衬底镀敷层等其它的层容易地进行区分。接下来,通过能量分散型X线分光器(EDS:Energy dispersive X-ray spectrometry),对镀敷层的成分的分布进行分析(所谓的面分析)。将由此确定的Zn浓度为90%的相判定为Zn相。并且,通过将镀敷层的截面中确认的全部的Zn相的面积除以镀敷层的截面的面积,而求得成为测定对象的截面中的Zn相的存在比例。对于3个截面重复进行该步骤,将由此得到的3个截面中的Zn相的存在比例的平均值设为熔融镀敷钢丝中的Zn相的面积率。
此外,通过电子束背向散射衍射法(EBSD:Electron BackScatter Diffraction)对所述截面进行分析,将结晶方向的角度差为15度以上的大角晶界设为晶粒边界,通过EBSD解析软件对分析结果进行解析,而能够求得构成镀敷层的结晶粒的粒径分布。求得基于EBSD的Zn相的结晶粒径时,通过与EDS的分析数据复合化,能够仅对于Zn浓度为90%以上的区域,求得结晶粒径的分布。通过对结晶粒径为2~5μm的Zn相的面积率进行积分,计算结晶粒径为2~5μm的Zn相相对于总Zn相的面积的比例,而能够求得作为分析对象的截面中的适当粒径的Zn相的存在比例。对于3个截面重复进行该步骤,将由此得到的3个截面中适当粒径的Zn相的存在比例的平均值设为熔融镀敷钢丝中适当粒径的Zn相的存在比例。
本实施方式的熔融镀敷钢丝中,镀敷附着量没有特别限定,例如可以从50g/m2左右的薄镀敷至300g/m2以上的厚镀敷中,根据适用用途而选择广泛的数值范围。通过使镀敷层的成分和组织如上所述而适当化,可以无论镀敷附着量而确保熔融镀敷钢丝的加工性和耐腐蚀性。
镀敷附着量的测定根据JIS G 3548:2011“锌镀敷钢丝”而实施。具体的步骤如下所述。在将六亚甲基四胺3.5g溶解于质量分数35%的盐酸500ml,并在将该溶液稀释为1L而成的溶液中,将切断为长度300mm~600mm的熔融镀敷钢丝浸渍至没有气泡发生。测定浸渍前的熔融镀敷钢丝的重量(即,试验片的除去镀敷皮膜前的质量)W1(g)、镀敷层溶解后的钢丝的重量(即,试验片的除去镀敷皮膜后的质量)W2(g)以及镀敷层溶解后的钢丝的线径d(mm)。通过将这些数值代入以下的计算式,能够求得镀敷附着量A(g/m2)。
A=((W1-W2)/W2)×d×1960
同样,本实施方式的熔融镀敷钢丝的镀敷层的厚度也没有特别限定。例如,可以将镀敷层的厚度设为7~55μm的范围内。就镀敷层的厚度而言,可以在C截面,对镀敷层进行SEM观察,在包含最大镀敷厚度、最小镀敷厚度的圆周的8处对于包含合金层的镀敷层部的厚度进行测定,作为8处的平均值而求得。
制造方法
接下来,对于制备本实施方式的熔融镀敷钢丝的方法进行说明。本实施方式的熔融镀敷钢丝的制造方法中,具备:将被镀敷钢丝浸渍于熔融金属浴的工序;将被镀敷钢丝从浴中拉出的工序;然后将被镀敷钢丝冷却的工序。被镀敷钢丝的制造方法没有特别限定。
熔融镀敷钢丝的制造工序的一个实例如图1表示。将热轧压延线材的表面生成的氧化皮膜(氧化铁)通过酸洗或机械性地除去,进一步对热轧压延线材的表面进行被膜处理后,将热轧压延线材通过基于模具、辊的伸线等的冷加工而调整为目标的线径,而得到裸线(被镀敷钢丝1)。对于该被镀敷钢丝1任选进行热处理后,通过镀敷预处理装置2进行基于脱脂、酸洗和Zn电镀或熔融锌镀敷的初次镀敷。接着,在本实施方式的熔融镀敷钢丝的制造的镀敷层的成分的镀敷金属熔融而成的浴中,浸渍初次镀敷而成的被镀敷钢丝1,在被镀敷钢丝1的表面形成熔融金属3的被膜。将被镀敷钢丝1拉出至浴外后,使熔融金属冷却凝固,形成镀敷层。
就初次镀敷和熔融镀敷而言,可以通过使被镀敷钢丝1连续通过、浸渍而实施。另一方面,将初次镀敷后的被镀敷钢丝1卷绕后,也可以再次将被镀敷钢丝1浸渍于本实施方式的制造方法中的镀敷浴中。
镀敷层的组织可以通过下述方式进行控制:将被镀敷钢丝1从熔融金属浴中拉出,通过初次冷却装置4而放冷后,对通过2次冷却装置5进行的强制冷却的条件进行控制。具体而言,2次冷却装置5中的冷却开始温度和平均冷却速度对于镀敷层的组织控制是重要的。此处,2次冷却装置5中的冷却开始温度是指,2次冷却装置5中开始向被镀敷钢丝1喷射制冷剂时被镀敷钢丝1的表面温度。制冷剂例如可举出水、气体和雾等,但不限于此。
需要说明的是,放冷是指,在进行2次冷却装置5中的镀敷层的强制冷却前的冷却,并且是指,不喷洒制冷剂而利用被镀敷钢丝1和初次冷却装置4的氛围温度之间的温度差而使被镀敷钢丝1冷却。该放冷中的平均冷却速度为下述数值:将被镀敷钢丝1从熔融金属浴中拉出时的被镀敷钢丝1的表面温度(熔融金属温度)与在2次冷却装置5中开始向被镀敷钢丝1喷射制冷剂时被镀敷钢丝1的表面温度之差,除以将被镀敷钢丝1从熔融金属浴中拉出至开始向被镀敷钢丝1喷射制冷剂为止的时间而得的值。放冷中,优选以平均冷却速度小于50℃/s的冷却速度进行冷却。
强制冷却开始温度
为了控制镀敷层的组织,强制冷却开始温度是重要的。凝固结束温度是指,镀敷层全部成为固相的温度。镀敷层的温度在凝固开始温度和凝固结束温度之间时,镀敷层成为固液混合状态。
在从高于镀敷层的凝固结束温度的温度对被镀敷钢丝1进行强制冷却的情况下,因制冷剂的喷射,使得镀敷层的未凝固层混乱,镀敷层的表面特性劣化。因此,优选在镀敷层的表面温度变为低于凝固结束温度并且不存在液相的温度之后,开始进行强制冷却。
另一方面,在镀敷层的温度降为低温后,即使开始强制冷却,镀敷层的凝固也缓慢进行,而无法对组织进行控制。因此,强制冷却开始温度的下限值优选为300℃。此处,上述的镀敷层的凝固结束温度是指,平衡状态下变得没有液相的温度,并且是指,根据熔融金属的成分,通过综合型热力学计算软件Thermo-Calc而求得的平衡状态的值。强制冷却的结束温度优选为Zn和Al的共析转变温度的280℃以下。这是因为,在280℃以下的情况下,Zn相的结晶粒径几乎不发生变化。
强制冷却速度
为了对本实施方式的熔融镀敷钢丝的镀敷层的组织进行适宜控制,需要以充分快的强制冷却速度对镀敷层进行冷却。镀敷层的平均冷却速度小于50℃/s的情况下,组织细微化效果降低,镀敷层的组织成长、粗化,变得无法得到优选的Zn相粒径分布。另一方面,即使以超过150℃/s的平均冷却速度进行强制冷却,组织的控制性也会饱和,同时在镀敷层发生凝固裂纹,使得加工性降低。因此,本实施方式的制造方法中,在从制冷剂的喷射开始时镀敷层的表面温度至280℃的温度区域中,将强制冷却中的平均冷却速度控制为50℃/秒~150℃/秒。更优选为70℃/秒~130℃/秒。需要说明的是,2次冷却装置5中的强制冷却中,平均冷却速度是指,将上述的冷却开始温度和280℃之差除以从制冷剂喷射的开始至镀敷层的表面温度变为280℃为止的时间而得到的值。在镀敷层的表面温度变为280℃前结束喷射制冷剂的情况下,平均冷却速度是指,将冷却开始温度和制冷剂喷射结束时的镀敷层的表面温度之差除以从制冷剂喷射的开始至结束为止的时间而得到的值。
强制冷却中的平均冷却速度可以通过冷却方法而调整,在基于水冷的方法中,可通过调整冷凝水量、冷却时间等进行控制。此外,通过使用双流体、气水、水膜等的喷嘴作为冷却喷嘴的方法、喷射特定的气体,有时也能够对强制冷却中的平均冷却速度进行控制。但是,本实施方式的制造方法中,强制冷却方法不限于所述方法,可适当使用任一冷却法。
如上所述,通过将熔融镀敷钢丝的镀敷层的成分和组织控制为所述本实施方式的镀敷层的成分、组织,即使在进行各种加工的情况下,也能够使镀敷层不发生龟裂、剥离,具有比Zn镀敷或Zn-Al镀敷更良好的耐腐蚀性,不发生强度和延展性的降低,得到加工性和耐腐蚀性良好的熔融镀敷钢丝。
此外,待镀敷的被镀敷钢丝的钢成分、强度等的特性没有特别限定。例如,可以将包含C:0.01~1.2%,Si:0.01~1.5%,Mn:0.01~2.0%并且余部包含铁和杂质的钢材、除了上述的合金元素之外还包含Cr:0.5%以下的钢材、除了上述的合金元素之外还包含Ti、B、Al、Cu、Mo和Sn等的钢材等,设为本实施方式的熔融镀敷钢丝的被镀敷钢丝。此外,被镀敷钢丝在表面可以进行Zn电镀、熔融锌镀敷和熔融锌合金镀敷(例如,添加有Al、Mg的Zn合金等)。即,本实施方式的熔融镀敷钢丝在具有上述的成分的镀敷层和被镀敷钢丝之间,可以还具有所述衬底镀敷层。此外,在作为被镀敷钢丝的铁素体和镀敷层的界面处,可以形成有1μm以上的厚度的以Fe-Al-Zn-Mg为主要成分的合金层。在镀敷层和被镀敷钢丝之间形成有衬底镀敷层和合金层等的情况下,镀敷层的化学成分和组织的确定中,如上所述,测定区域必须不包含镀敷层以外的区域。熔融镀敷钢丝的线径没有特别限定,例如可设为2.0mm~5.0mm。
实施例
以下,对于本发明的实施例进行说明。需要说明的是,本发明不限于本实施例所述的方法。
线径为5.5mm的热轧压延线材的钢材的成分(记载的成分的余部为Fe和杂质)如表1表示。对于该热轧压延线材实施干式伸线。对于热轧压延线材,预先通过酸洗除去氧化皮膜后,进行磷酸锌被膜处理。并且,使用以硬脂酸钙为主体的干式润滑剂,以单次面积减少率为16~24%的条件,将热轧压延线材伸线加工至线径为2.51mm。
[表1]
C | Si | Mn | Cr | |
A | 0.62 | 0.3 | 0.5 | - |
B | 0.92 | 0.3 | 0.5 | 0.2 |
C | 0.05 | 0.5 | 0.7 | - |
接下来,对于被镀敷钢丝进行衬底镀敷(初次镀敷)后,进行熔融镀敷。初次镀敷可设为电镀或熔融锌镀敷中的任一者。
将初次镀敷设为电镀的情况下的制造方法如下所述。将上述的伸线材料通过碱溶液而脱脂,除去伸线润滑剂后,对钢材A、B不进行热处理,对钢材C实施热处理,酸洗后,进行厚度1~2μm的Zn电镀,接着浸渍于包含Zn、Al、Mg和根据需要而任选添加的元素的熔融金属中,从浴中垂直拉出,制造熔融镀敷钢丝。浴成分和衬底镀敷的种类如表2-1表示。该工序中制造的熔融镀敷钢丝中,在铁素体和镀敷层的界面处未形成包含Fe-Al-Zn(Mg)的厚合金层。需要说明的是,表2-1所述的浴成分的余部为Zn和杂质。比较例27~29的制造中,使用了所谓的纯Zn镀敷浴。
在将初次镀敷设为熔融锌镀敷的情况下,将伸线材料通过碱液而脱脂,除去伸线润滑剂后,对钢材A、B不进行热处理,对钢材C进行热处理,酸洗后,浸渍于熔融有Zn的浴中,在表面形成熔融锌镀敷层后进行卷取,或者连续地浸渍于包含Zn、Al、Mg和根据需要而任选添加的元素的熔融金属中,从浴中垂直拉出而制造镀敷线。该工序中制造的熔融镀敷线中,在铁素体和镀敷层界面形成有1μm以上的厚度的以Fe-Al-Zn-Mg为主要成分的合金层。在初次镀敷为电镀的情况下,在铁素体和熔融镀敷界面未形成合金层,在初次镀敷为熔融锌镀敷的情况下,在铁素体和熔融镀敷界面形成有合金层。
变更此时的熔融金属的Al、Mg浓度、从浴中拉出后的冷却开始温度和冷却速度,制造镀敷层的成分和组织不同的熔融镀敷钢丝。将镀敷附着量调整为300~350g/m2。需要说明的是,全部的发明例和比较例中,基于喷射制冷剂的强制冷却进行至280℃以下。作为喷洒制冷剂的温度的冷却开始温度和从冷却开始至280℃的平均冷却速度如表2-2表示。此外,通过综合型热力学计算软件Thermo-Calc,根据熔融金属的化学成分而计算的凝固结束温度也一并示于表2-2。
熔融镀敷钢丝的卷绕加工性评价,通过以下的方法实施。在具有熔融镀敷钢丝的直径的4倍的外径的钢丝的外周,将熔融镀敷钢丝进行6圈卷绕,通过外观和截面观察,对于进行了卷绕的熔融镀敷钢丝的龟裂发生情况进行调查。在镀敷层的表面和镀敷层的截面未确认龟裂的情况下,将熔融镀敷钢丝的卷绕加工性判定为极好(VERY GOOD),表中记载为“VG”。在虽然在镀敷层的表面没有裂纹,但是在截面观察中观察到裂纹,并且该裂纹留在镀敷层内而未发展至铁素体界面的情况下,将卷绕加工性判定为良好(GOOD),表中记载为“G”。在龟裂从镀敷层的表面发展至铁素体界面的情况下,将卷绕加工性判定为不良(BAD),表中记载为“B”。
熔融镀敷钢丝的耐腐蚀性评价,通过以下的方法实施。对于未进行绞合线加工的熔融镀敷钢丝进行JIS Z 2371:2015“盐水喷雾试验方法”中所述的盐水喷雾试验。通过1000小时的盐水喷雾后的熔融镀敷钢丝的腐蚀减量,对熔融镀敷钢丝的耐腐蚀性进行评价。求得以通常的Zn镀敷钢丝(比较例27的Zn镀敷钢丝)的腐蚀减量设为100的指数,在腐蚀减量为Zn镀敷的25%以下的情况下,耐腐蚀性判定为极好。此外,在腐蚀减量为Zn镀敷的25~40%的情况下,耐腐蚀性判定为良好。在腐蚀减量超过Zn镀敷的40%的情况下,耐腐蚀性改善效果较小,耐腐蚀性判定为不良。
作为比较材料,对于纯Zn镀敷钢丝、Zn-5%Al镀敷钢丝、Zn-10%Al镀敷钢丝以同样的方式进行制造并且评价特性。
熔融镀敷钢丝的伸线加工性评价,通过以下的方法实施。对于将伸线为2.51mm的被镀敷钢丝进行熔融镀敷而得的镀敷钢丝,使用模具以单次面积减少率15~20%的范围进行伸线。通过伸线后的各伸线径不同的卡盘间距离(具体而言,伸线材料的线径的100倍长度的卡盘间距离),夹持伸线后的熔融镀敷钢丝进行扭转试验。根据扭转试验中发生纵向裂纹(分层)的极限线径而求得伸线加工应变ε。此处,ε是指通过以下的式而得到的值。
ε=2×ln(d0/d)
d0:镀敷钢丝径
d:伸线后的线径
通过表1的钢材成分,将纯Zn镀敷材的极限伸线加工应变(ε)设为100,将相同钢材成分的各种镀敷钢丝的极限伸线加工应变指数化而作为伸线加工性指数进行评价。在伸线加工性指数为100以上的情况下,伸线加工性判定为极好而在表中记载为“VG”。在伸线加工性指数为80~小于100的情况下,伸线加工性判定为良好,在表中记载为“G”。在伸线加工性指数小于80的情况下,伸线加工性判定为不良,在表中记载为“B”。
表2-3中表示本发明例和比较例的熔融镀敷钢丝的特性评价结果。表2-1~表2-3中,对于发明范围外的值和不满足所述合格与否基准的值赋予下划线。需要说明的是,本发明例和比较例中的Zn相的存在比例、和等效圆直径为2~5μm的Zn相在总Zn相中所占的比例,通过以下的步骤求得。首先,对于镀敷层的C截面(与熔融镀敷钢丝的长度方向垂直的截面)通过扫描型电子显微镜(SEM)进行观察,通过能量分散型X线分光器(EDS)对凝固组织的成分进行分析。将由此确定的Zn浓度为90%的相判定为Zn相。并且,通过整个截面中的Zn相的面积比例,求得Zn相的存在比例。此外,通过电子束背向散射衍射法(EBSD:ElectronBackScatter Diffraction)对所述截面进行分析,将结晶方向的角度差为15度以上的大角晶界设为晶粒边界,通过EBSD解析软件对分析结果进行解析,而求得构成镀敷层的结晶粒的粒径分布。求得基于EBSD的Zn相的结晶粒径时,通过与EDS的分析数据复合化,而能够仅对Zn浓度为90%以上的区域,求得结晶粒径的分布。对结晶粒径为2~5μm的Zn相的面积率进行积分,计算结晶粒径为2~5μm的Zn相相对于总Zn相的面积的比例,而求得适当粒径的Zn相的存在比例
[表2-1]
[表2-2]
[表2-3]
本发明的编号1、6~8、12~14、16、18、19、23、26的熔融镀敷钢丝中,卷绕试验未发生裂纹并且具有极好的卷绕加工性。编号2~5、9~11、15、17、20~22、24、25中,虽然在镀敷层内确认到细微的裂纹,但是没有贯穿镀敷层的裂纹、在表面开口的裂纹,并且卷绕加工性判定为良好。
在铁素体和镀敷层界面生成有Fe、Zn、Al合金层的情况下,有时存在弯曲加工中优先在合金层发生裂纹的倾向,但是本发明的组织中,龟裂未贯穿镀敷层整体,外观上未发现裂纹。
关于伸线加工性,未发现界面的合金层的影响,本发明的熔融镀敷钢丝与比较材料的编号27、28、29的纯Zn镀敷以相同钢材成分进行比较,均能够确保设为基准的Zn镀敷线的80%以上的良好的伸线加工性。
此外,就耐腐蚀性而言,与比较材料的编号27、28、29的纯Zn镀敷材、编号30的Zn-10%Al镀敷和编号31的Zn-5%Al相比,本发明例中得到良好的结果。本发明的编号7、12、13中,Mg量较少因此耐腐蚀性指数为37、35、32,为被判定为良好的耐腐蚀性。
本发明的镀敷钢丝的编号6中,Mg量较高,因此伸线加工性稍许降低,但是为被判定为良好的水平。此外,由钢材A制造的编号16、19~26中,包含Si以外的任选添加元素,使得镀敷层***,因此与编号27的纯Zn镀敷相比,虽然伸线加工性降低,但是为被判定为良好的水平。其它的本发明的镀敷钢丝的伸线加工性,为与纯Zn镀敷钢丝同等以上的伸线加工性。
比较例的编号27中,为使用了钢材A的纯Zn镀敷。编号28中,为使用了钢材B的纯Zn镀敷。编号29中,为使用了钢材C的纯Zn镀敷。这些比较例设为评价的基准,镀敷较柔软,虽然加工性和伸线加工性良好,但是耐腐蚀性试验中在早期发生白锈,腐蚀速度也比较快。就耐腐蚀性基准而言,作为比较的基准使用而记载为“100”。对于各个钢材,均设为伸线加工性的基准。
编号30中,为Zn-10%Al镀敷(不含Mg),虽然耐腐蚀性比Zn镀敷良好,但是耐腐蚀性劣于本申请发明。
编号31中,也为Zn-5%Al镀敷(不含Mg),Al量比编号30少,耐腐蚀性劣于编号30。
编号32中,Mg为本发明的下限以下,耐腐蚀性较差。
编号33中,Mg较多,虽然耐腐蚀性良好,但是生成MgZn金属间化合物,使得镀敷层***,因此卷绕加工性和伸线加工性较差。
编号34中,Al量为本发明的下限以下,耐腐蚀性较差,并且从高于凝固结束温度的温度急冷,因此在镀敷层发生裂纹,卷绕加工性、伸线加工性都降低。
编号35中,Al量较多,Zn相变少,使得镀敷层***,卷绕加工性和伸线加工性降低。
编号36中,镀敷成分在本发明范围内,但是制造条件的冷却速度慢至12℃/s,因此Zn相变得粗大并且变多,使得耐腐蚀性降低,卷绕试验中发生裂纹。
编号37中,在低于凝固结束温度前进行急冷而得。此处,Zn相的适当结晶粒较少,细微粒较多。因此,编号37中,虽然卷绕加工性为合格水平,但是耐腐蚀性和伸线加工性降低。
编号38中,以45℃/s的平均速度缓慢冷却而得。此处,Zn相的适当粒径的结晶较少,粗大粒较多。因此,编号38中,虽然耐腐蚀性为合格水平,但是卷绕加工性和伸线加工性降低。
编号39中,在镀敷的凝固尚未结束的状态(半熔融状态)下开始强制冷却,因此成为细微的凝固组织,耐腐蚀性降低的同时,表面特性劣化,卷绕加工性和伸线加工性降低。
编号40中,强制冷却开始温度小于280℃,即镀敷层放冷凝固至低温后开始强制冷却,因此镀敷层组织粗化,卷绕加工性和伸线加工性降低。
编号41中,强制冷却时的平均冷却速度慢至40℃/s,镀敷层的组织粗化,卷绕加工性和伸线加工性降低。
编号42中,强制冷却时的平均冷却速度快至180℃/s,在镀敷层发生裂纹,卷绕加工性和伸线加工性降低。
工业实用性
本发明的熔融镀敷钢丝中,镀敷层的加工性和耐腐蚀性良好,可适用于各种用途,因此工业实用性极高。
符号说明
1 被镀敷钢丝
2 预处理装置(脱脂、酸洗、Zn电镀)
3 熔融金属
4 初次冷却装置
5 2次冷却装置
6 熔融镀敷钢丝
Claims (9)
1.一种熔融镀敷钢丝,其为具备被镀敷钢丝和配置于所述被镀敷钢丝的表面的镀敷层的熔融镀敷钢丝,其中,
所述镀敷层的成分以质量%计而包含:
Mg:0.10%以上且小于1.00%、
Al:5.0%以上15.0%以下、
Si:0%以上2.0%以下、
Fe:0%以上1.0%以下、
Sb:0%以上1.0%以下、
Pb:0%以上1.0%以下、
Sn:0%以上1.0%以下、
Ca:0%以上1.0%以下、
Co:0%以上1.0%以下、
Mo:0%以上1.0%以下、
Mn:0%以上1.0%以下、
P:0%以上1.0%以下、
B:0%以上1.0%以下、
Bi:0%以上1.0%以下、
Cr:0%以上1.0%以下、
REM:0%以上1.0%以下、
Ni:0%以上1.0%以下、
Ti:0%以上1.0%以下、
Zr:0%以上1.0%以下、和
Sr:0%以上1.0%以下,
余部包含Zn和杂质,
所述镀敷层的组织以25~70%的面积率具有:以质量%计包含90%以上Z n的Zn相,
在所述Zn相中,具有等效圆的结晶粒径为2~5μm的粒径的所述Zn相所占的面积率为20~100%。
2.根据权利要求1所述的熔融镀敷钢丝,其中,
所述镀敷层的所述成分以质量%计而包含:
Si:0.01%以上2.0%以下。
3.根据权利要求1或2所述的熔融镀敷钢丝,其中,所述镀敷层的所述成分以质量%计而包含:
选自
Fe:0.01%以上1.0%以下、
Sb:0.01%以上1.0%以下、
Pb:0.01%以上1.0%以下、
Sn:0.01%以上1.0%以下、
Ca:0.01%以上1.0%以下、
Co:0.01%以上1.0%以下、
Mo:0.01%以上1.0%以下、
Mn:0.01%以上1.0%以下、
P:0.01%以上1.0%以下、
B:0.01%以上1.0%以下、
Bi:0.01%以上1.0%以下、
Cr:0.01%以上1.0%以下、和REM:0.01%以上1.0%以下
中的1种或2种以上。
4.根据权利要求1或2所述的熔融镀敷钢丝,其中,所述镀敷层的所述成分以质量%计而包含:
选自
Ni:0.01%以上1.0%以下、
Ti:0.01%以上1.0%以下、
Zr:0.01%以上1.0%以下、和Sr:0.01%以上1.0%以下
中的1种或2种以上。
5.根据权利要求3所述的熔融镀敷钢丝,其中,
所述镀敷层的所述成分以质量%计而包含:
选自
Ni:0.01%以上1.0%以下、
Ti:0.01%以上1.0%以下、
Zr:0.01%以上1.0%以下、和
Sr:0.01%以上1.0%以下
中的1种或2种以上。
6.一种熔融镀敷钢丝的制造方法,其为制造权利要求1或2所述的熔融镀敷钢丝的方法,其具备:
将被镀敷钢丝浸渍于熔融金属浴的工序、
将所述被镀敷钢丝从所述浴中拉出的工序、和
然后将所述被镀敷钢丝冷却的工序,其中,
所述冷却中,形成在所述被镀敷钢丝的表面的镀敷层的表面温度低于凝固结束温度后,开始进行制冷剂向所述被镀敷钢丝的喷射,
所述冷却中,所述被镀敷钢丝的镀敷层的表面温度低于280℃后,结束所述制冷剂向所述被镀敷钢丝的喷射,
所述冷却中,在所述制冷剂的喷射开始时的所述镀敷层的表面温度至280℃的温度区域中,将所述被镀敷钢丝的所述镀敷层的表面的平均冷却速度设为50~150℃/s。
7.根据权利要求6所述的熔融镀敷钢丝的制造方法,其为制造权利要求3所述的熔融镀敷钢丝的方法。
8.根据权利要求6所述的熔融镀敷钢丝的制造方法,其为制造权利要求4所述的熔融镀敷钢丝的方法。
9.根据权利要求6所述的熔融镀敷钢丝的制造方法,其为制造权利要求5所述的熔融镀敷钢丝的方法。
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