CN114807805A - 一种高强钢和超高强钢的热镀锌生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高强钢和超高强钢的热镀锌生产方法，(1)碱洗：采用碱液清洗去除高强钢或超高强钢的钢板表面的残余物和油脂；(2)加热及均热：在加热及均热过程中通入保护气体；(3)水淬冷却：将均热处理后的钢板放入水中快速冷却至室温；冷却过程中通入保护气体；(4)酸洗：采用硫酸溶液、硫脲溶液、乌洛托品溶液的混合液清洗经水淬冷却后的钢板表面的氧化膜；(5)二次加热：钢板在保护气体中进行二次加热，加热温度与热镀锌锌液温度一致；(6)热镀锌：将二次加热后的钢板在保护气体中浸入熔融的锌液中，进行热镀锌处理；(7)最终冷却：将热镀锌后的钢板冷却至室温，完成整个热镀锌工艺。本发明冷却速度快、成本低廉、效率高。
Description
技术领域
本发明涉及热镀锌生产领域，特别涉及一种高强钢和超高强钢的热镀锌生产方法。
背景技术
在汽车零部件的实际生产制造过程中，钢铁材料需要经过冲压成形、焊装、涂装、总装等多道复杂工序，这对汽车用钢铁材料的成形性、耐蚀性、焊接性能以及表面质量都提出的更高的要求。在这种工艺背景下，热镀锌技术应运而生；热镀锌是将钢铁材料浸入熔融的锌液中，使其铁基体表面与以锌元素为主要成分并加入少量其他合金元素产生反应形成合金层，从而使铁基体与镀层二者相结合的一种工艺。热镀锌钢铁材料具有镀层均匀，附着力强，耐蚀性好，使用寿命长等优点，同时在一定程度上提高热镀锌钢铁材料的力学性能。
传统的热镀锌工艺为：碱洗→酸洗→加热→均热→快冷(冷却到450～500℃)→热镀锌→最终冷却。
上述热镀锌工艺的快冷步骤一般采用喷气冷却方式，所用的气体介质为“5～15％氢气+氮气”的混合气体；针对800℃下降到400℃所能达到的冷却速度为30～40℃/s。此类喷气冷却方式的冷却速度对于生产普通的低碳铝镇静钢、IF钢、烘烤硬化钢以及低合金高强钢等材料可以满足生产需求。但随着热镀锌产品的发展，新型的高强钢(如双相钢、多相钢、马氏体钢等)进行热镀锌工艺是将钢板冷却到200℃以下，之后进行再次加热，随后热镀锌的过程。
专利CN101348885B公开了“一种1000MPa级冷轧热镀锌双相钢及其制造方法”，涉及一种强度级别可以达到1000MPa以上的冷轧热镀锌双相钢，其主要热镀锌工艺流程：加热温度780～840℃，保温时间40～100s，快冷速度为10～20℃/s；镀锌段温度为450～470℃，镀锌时间为5～20s。该技术方案采用Cr、Mo来代替Si，以扩大奥氏体+铁素体两相区，提高双相钢的淬透性。同时，通过添加Nb、Ti细化晶粒来提高钢的强度、韧性，使钢具有良好的可焊性、使用性。然而，由于快冷段冷速过低，只有依靠添加合金元素的思路来获得较好的淬透性，导致大幅度提高了产品的合金成本，导致产品市场竞争力下降。
专利CN110964969B公开了“一种高强度热镀锌淬火配分钢及其生产方法”，涉及一种屈服强度600～800MPa，抗拉强度≥1000MPa，延伸率18～23％，其主要热镀锌工艺流程：加热段：820±10℃；均热段：820±10℃；缓冷段：710±10℃；快冷段：330±10℃；均衡段：330±10℃；感应加热器/锌锅：460±5℃；其中快冷段冷速要求为35～45℃/s，冷速要求高，采用氢气含量≥20％的高氢气氛的喷气冷却方式来实现。然而，高氢气氛的喷气冷却方式***就要求有非常高的密封性，需要额外增加密封装置和各种安全检测仪表，大大提高了生产成本以及危险性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高强钢和超高强钢的热镀锌生产方法，冷却速度快、成本低廉、效率高。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种高强钢和超高强钢的热镀锌生产方法，工艺流程：碱洗→加热→均热→水淬冷却→酸洗→二次加热→热镀锌→最终冷却；具体包括：
(1)碱洗：采用碱液清洗去除高强钢或超高强钢的钢板表面的残余物和油脂；
(2)加热及均热：在加热及均热过程中通入保护气体；
(3)水淬冷却：将均热处理后的钢板放入水中快速冷却至室温；冷却过程中通入保护气体；
(4)酸洗：采用硫酸溶液、硫脲溶液、乌洛托品溶液的混合液清洗经水淬冷却后的钢板表面的氧化膜；
(5)二次加热：将酸洗后的钢板在保护气体中进行二次加热，加热温度与热镀锌锌液温度一致；
(6)热镀锌：将二次加热后的钢板在保护气体中浸入熔融的锌液中，进行热镀锌处理；锌液的温度以及热镀锌时间按钢板的厚度确定；
(7)最终冷却：将热镀锌后的钢板冷却至室温，完成整个热镀锌工艺。
步骤(1)所述的碱液为氢氧化钠溶液。
步骤(2)加热及均热及步骤(3)水淬冷却的保护气体气氛一致，均为惰性气体或氮气，保护气体中氧气体积分数含量低于0.3％。
步骤(4)混合液中硫酸质量浓度10％～20％、硫脲质量浓度0.05％～0.1％、乌洛托品质量浓度0.1％～0.3％。
步骤(5)二次加热及步骤(6)热镀锌的保护气体气氛一致，均为还原性气体，还原性气体为体积分数80％～95％的氮气和体积分数20％～5％的氢气的混合气。
步骤(6)中钢板厚度≤1mm，锌液温度为460℃±3℃，热镀锌时间3-5s；1mm＜钢板厚度≤2mm，锌液温度为465℃±3℃，热镀锌时间3.5-5.5s；钢板厚度＞2mm，锌液温度为470℃±3℃，热镀锌时间4-6s。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的工艺方法包括碱洗步骤、酸洗步骤，碱洗可以去除钢板表面的油脂、残余物，起到活化钢板表面的目的；酸洗步骤放置在水淬冷却之后，可以有效去除钢板水淬冷却产生的氧化膜，有利于锌液与钢板表面的结合；
2、采用了水淬冷却的方式，可以获得1000～2000℃/s的超高冷速，因而添加较少量的合金元素也可以生产高强度、超高强度等级的双相、多相及马氏体钢等钢种，且生产成本低廉、效率高；
3、水淬冷却过程对气密性要求较低，且冷却过程几乎不使用耗电设备，***电耗非常低，经济性好；也不需要含氢喷气冷却的各种安全检测仪表，安全可靠；
4、二次加热在含氢气的还原性保护气氛中进行，可以进一步还原经过酸洗后的高强钢和超高强钢，提高其可镀性；
5、热镀锌过程中锌液处于含氢气的还原性保护气氛环境中，有利于降低熔融锌液表面张力，提高锌液的浸润能力，增大铁基与锌液的结合力；
6、针对不用的钢板厚度确定锌液的温度以及热镀锌时间，可以保证钢板热镀锌后的镀锌层厚度。
附图说明
图1为生产工艺流程示意图
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所得到的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种高强钢和超高强钢的热镀锌生产工艺，其工艺步骤如下：
(1)碱洗
用于清洗去除高强钢或超高强钢的钢板表面的残余物和油脂，所采用的溶液为10～20％的氢氧化钠溶液；
(2)加热及均热
将钢板在保护气体气氛中加热至750～950℃；并在750～950℃进行均热处理，均热时间1～10min；保护气体气氛为惰性气体或氮气；保护气体中氧气含量低于0.3％，可以有效防止加热及均热过程中产生氧化现象，导致高强钢和超高强钢表面再次出现氧化层，影响后续水淬冷却；
(3)水淬冷却
将均热处理后的钢板放入水中冷却，水温为30℃～50℃，使其快速冷却至室温，冷速可达1000～2000℃/s；并且此过程需在保护气体气氛中进行；保护气体为惰性气体或氮气；保护气体中氧气含量低于0.3％，可以有效减少水淬冷却过程中高强钢和超高强钢表面氧化膜厚度；水淬冷却获得超高的冷却速度，因而添加较少量的合金元素也可以生产高强度、超高强度等级的双相、多相及马氏体钢等钢种；并且水淬冷却过程对气密性要求较低，也不需要含氢喷气冷却的各种安全检测仪表，成本低廉、安全可靠；
(4)酸洗
采用酸液对水淬冷却过程中钢板表面产生的氧化膜进行酸洗，酸液为硫酸溶液，硫脲溶液，乌洛托品溶液的混合液，混合液中硫酸质量浓度10％～20％、硫脲质量浓度0.05％～0.1％、乌洛托品质量浓度0.1％～0.3％；其中加入硫脲、乌洛托品起到缓蚀抑雾的作用，防止基体过腐蚀及减少铁基体吸氢量，同时抑制酸雾逸出；
(5)二次加热
将酸洗后的钢板在保护气体气氛中进行二次加热，加热温度与热镀锌锌液温度一致，为460～470℃；
保护气体气氛为还原性气体，还原性气体为体积分数80％～95％的氮气和体积分数20％～5％的氢气的混合气；保护气体气氛起到进一步还原作用，用来还原经过酸洗后的高强钢和超高强钢表面的残余氧化膜；
(6)热镀锌
将二次加热后的高强钢和超高强钢在保护气体气氛中浸入熔融的锌液中，进行热镀锌处理；
钢板厚度≤1mm，锌液温度为460℃，热镀锌时间3s；
1mm＜钢板厚度≤2mm，锌液温度为465℃，热镀锌时间3.5s；
钢板厚度＞2mm，锌液温度为470℃，热镀锌时间4s；
保护气体气氛为还原性气体，还原性气体为体积分数80％～95％的氮气和体积分数20％～5％的氢气的混合气；保护气体气氛起到了保护熔融锌液的作用，防止熔融锌液氧化形成一层氧化锌膜，不利于热镀锌；
(7)最终冷却
最终将热镀锌后的高强钢和超高强钢经冷却至室温，完成整个热镀锌工艺；最终冷却可采用喷气冷却或空气中冷却，最终冷却至室温即可。
实施例1：
厚度1.4mm的淬火配分钢(980MPa级别)，热镀锌方法：
先将钢板用质量浓度为15％的氢氧化钠溶液进行碱洗，去除钢板表面的油脂和残余物；之后在氧气含量0.05％的高纯氮气环境中加热至880℃，并进行均热3min处理；之后在氧气含量0.05％的高纯氮气环境进入40℃的水中进行水淬冷却，冷却速度可达1200℃/s；经水淬后的钢板进行酸洗，酸液为硫酸溶液，硫脲溶液，乌洛托品溶液的混合液，混合液中硫酸质量浓度10％、硫脲质量浓度0.05％、乌洛托品质量浓度0.15％；经酸洗后的钢板在体积分数90％的氮气和体积分数10％的氢气的混合气氛保护中进行二次加热，加热至465℃进行热镀锌；锌锅中锌液温度为465℃，并且锌液在体积分数90％的氮气和体积分数10％的氢气的混合气氛环境下；热镀锌时间为3.5s；最终将热镀锌后的钢板在空气中冷却至室温，至此完成整个热镀锌过程。
所得镀锌钢板性能：抗拉强度1067MPa，屈服强度812MPa，延伸率12.5％，锌层厚度46μm。
实施例2
厚度为0.8mm的双相钢(1180Mpa级别)，热镀锌方法如下：
先将钢板经过质量浓度10％的氢氧化钠溶液进行碱洗，去除钢板表面的油脂和残余物；之后在氧气含量0.1％的高纯氮气环境中加热至820℃，并进行均热5min处理；之后在氧气含量0.1％的高纯氮气环境进入30℃的水中进行水淬冷却，冷却速度可达1800℃/s；经水淬后的钢板进行酸洗，酸液为硫酸溶液，硫脲溶液，乌洛托品溶液的混合液，混合液中硫酸质量浓度15％、硫脲质量浓度0.1％、乌洛托品质量浓度0.2％；经酸洗后的钢板在体积分数85％的氮气和体积分数15％的氢气的混合气氛保护中进行二次加热，加热至460℃进行热镀锌；锌锅中锌液温度为460℃，并且锌液在体积分数85％的氮气和体积分数15％的氢气的混合气氛环境下；热镀锌时间为3s；最终将热镀锌后的钢板在空气中冷却至室温，至此完成整个热镀锌过程。
所得镀锌钢板性能：抗拉强度1218MPa，屈服强度927MPa，延伸率7.8％，锌层厚度34μm。
实施例3：
厚度为2.2mm的马氏体钢(1300Mpa级别)，热镀锌方法如下：
先将钢板经过质量浓度15％的氢氧化钠溶液进行碱洗，去除钢板表面的油脂和残余物；之后在氧气含量0.01％的高纯氮气环境中加热至920℃，并进行均热6min处理；之后在氧气含量0.01％的高纯氮气环境进入30℃的水中进行水淬冷却，冷却速度可达1500℃/s；经水淬后的钢板进行酸洗，酸液为硫酸溶液，硫脲溶液，乌洛托品溶液的混合液，混合液中硫酸质量浓度15％、硫脲质量浓度0.15％、乌洛托品质量浓度0.3％；经酸洗后的钢板在体积分数80％的氮气和体积分数20％的氢气的混合气氛保护中进行二次加热，加热至470℃进行热镀锌；锌锅中锌液温度为470℃，并且锌液在体积分数80％的氮气和体积分数20％的氢气的混合气氛环境下；热镀锌时间为4s；最终将热镀锌后的钢板在空气中冷却至室温，至此完成整个热镀锌过程。
所得镀锌钢板性能：抗拉强度1301MPa，屈服强度1211MPa，延伸率3.8％，锌层厚度40μm。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例子，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和基本精神的情况下对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种高强钢和超高强钢的热镀锌生产方法，工艺流程：碱洗→加热→均热→水淬冷却→酸洗→二次加热→热镀锌→最终冷却；其特征在于，具体包括：
(1)碱洗：采用碱液清洗去除高强钢或超高强钢的钢板表面的残余物和油脂；
(2)加热及均热：在加热及均热过程中通入保护气体；
(3)水淬冷却：将均热处理后的钢板放入水中快速冷却至室温；冷却过程中通入保护气体；
(4)酸洗：采用硫酸溶液、硫脲溶液、乌洛托品溶液的混合液清洗经水淬冷却后的钢板表面的氧化膜；
(5)二次加热：将酸洗后的钢板在保护气体中进行二次加热，加热温度与热镀锌锌液温度一致；
(6)热镀锌：将二次加热后的钢板在保护气体中浸入熔融的锌液中，进行热镀锌处理；锌液的温度以及热镀锌时间按钢板的厚度确定；
(7)最终冷却：将热镀锌后的钢板冷却至室温，完成整个热镀锌工艺。
2.根据权利要求1所述的一种高强钢和超高强钢的热镀锌生产方法，其特征在于，步骤(1)所述的碱液为氢氧化钠溶液。
3.根据权利要求1所述的一种高强钢和超高强钢的热镀锌生产方法，其特征在于，步骤(2)加热及均热及步骤(3)水淬冷却的保护气体气氛一致，均为惰性气体或氮气，保护气体中氧气体积分数含量低于0.3％。
4.根据权利要求1所述的一种高强钢和超高强钢的热镀锌生产方法，其特征在于，步骤(4)混合液中硫酸质量浓度10％～20％、硫脲质量浓度0.05％～0.1％、乌洛托品质量浓度0.1％～0.3％。
5.根据权利要求1所述的一种高强钢和超高强钢的热镀锌生产方法，其特征在于，步骤(5)二次加热及步骤(6)热镀锌的保护气体气氛一致，均为还原性气体，还原性气体为体积分数80％～95％的氮气和体积分数20％～5％的氢气的混合气。
6.根据权利要求1所述的一种高强钢和超高强钢的热镀锌生产方法，其特征在于，步骤(6)中钢板厚度≤1mm，锌液温度为460℃±3℃，热镀锌时间3-5s；1mm＜钢板厚度≤2mm，锌液温度为465℃±3℃，热镀锌时间3.5-5.5s；钢板厚度＞2mm，锌液温度为470℃±3℃，热镀锌时间4-6s。
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