CN115058630B - 一种铝锌镁镀层钢板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明特别涉及一种铝锌镁镀层钢板及其制备方法，属于涂镀技术领域。一种铝锌镁镀层钢板，包括基板及基板表面的镀层，所述镀层的化学成分以质量百分比计包括；Al：47‑58％，Mg：2‑3％，Si：1.5‑2.5％，Ni：0.05‑0.80％，余量为Zn和不可避免的杂质。其通过在镀层中添加Al、Mg、Si、Ni元素，并合理调整各元素的质量百分比范围，有效改善该铝锌镁镀层钢板的表面质量。

Description

一种铝锌镁镀层钢板及其制备方法

技术领域

本发明属于涂镀技术领域，特别涉及一种铝锌镁镀层钢板及其制备方法。

背景技术

铝锌镁镀层钢板是一种新型的高耐蚀合金镀层钢板。这种镀层是在传统铝锌镀层的基础上开发出来，在镀层中加入了镁元素，使得镀层的平面耐蚀性与切口耐蚀性显著提高，可以被广泛用于制造建筑外墙面。然而，建筑外墙面对镀层的表面外观质量有较高的要求。

铝锌镁镀层的表面通常包含了粗大的铝枝晶晶粒，这种枝晶晶粒如果尺寸超过2mm，会在使用过程中出现肉眼可见的表面颜色差异与颜色变化，如果超过5mm则会出现手感凹凸不平。因此要求铝锌镁镀层的表面晶粒尺寸尽量小于2mm，最好小于1mm。但是传统铝锌镀层的表面晶粒尺寸很难做到小于1mm。

发明内容

本申请的目的在于提供一种铝锌镁镀层钢板及其制备方法，以解决现有技术中铝锌镁镀层钢板表面质量较差的技术问题。

本发明实施例提供了一种铝锌镁镀层钢板，包括基板及基板表面的镀层，所述镀层的化学成分以质量百分比计包括；

Al：47-58％，Mg：2-3％，Si：1.5-2.5％，Ni：0.05-0.80％，余量为Zn和不可避免的杂质。

可选的，所述基板与所述镀层之间形成有合金层，所述合金层的厚度为0.2-2μm。

可选的，所述合金层中Si的质量百分比≥10％。

可选的，所述基板表层内具有氧化物，所述氧化物的体积百分比为0.1-5％；其中：所述表层的厚度为1μm。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种如上所述的铝锌镁镀层钢板的制备方法，包括如下步骤：

得到所述基板的板坯；

将所述板坯经加热、粗轧、精轧、卷取、第一冷却、冷轧及连续退火，得到退火基板；

将所述退火基板经热浸镀、第二冷却及光整，得到所述铝锌镁镀层钢板；

其中：

所述热浸镀的镀液的化学成分与所述镀层的化学成分相同。

可选的，所述卷取的温度为680-730℃。

可选的，所述第一冷却的速率≤1℃/s。

可选的，所述连续退火的温度为750-850℃，所述连续退火的露点温度为-10-10℃。

可选的，所述热浸镀的镀液温度为530-580℃，所述热浸镀的时间≤60s。

可选的，所述第二冷却包括以预设冷速冷却至450℃，所述预设冷速≥10℃/s。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供的铝锌镁镀层钢板，通过在镀层中添加Al、Mg、Si、Ni元素，并合理调整各元素的质量百分比范围，有效改善该铝锌镁镀层钢板的表面质量。具体地，通过添加Al元素并控制其含量，应对镀层弯折导致的镀层开裂，初步提升镀层的表面质量；通过添加Mg、Si，形成Mg-Si化合物，细化Al枝晶，进一步提升镀层表面质量；通过添加Ni，与Mg-Si化合物反应形成析出温度更高的Mg-Si-Ni化合物，其析出温度与Al枝晶的凝固温度接近，从而保证Mg-Si-Ni化合物于Al枝晶凝固之前或凝固过程中析出，进一步细化Al枝晶，进一步提升镀层的表面质量；并且Ni还能形成Fe-Al-Ni化合物，其能够抑制镀层与基板之间形成的合金层的生长速度，继而抑制合金层快速生长会导致其表面凹凸不平的现象，从而进一步提升镀层表面的平整度，即提高镀层的表面质量。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1是本发明实施例提供的方法的流程图。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。例如，室温可以是指10～35℃区间内的温度。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

根据本发明一种典型的实施方式，提供了一种铝锌镁镀层钢板，包括基板及基板表面的镀层，所述镀层的化学成分以质量百分比计包括；

Al：47-58％，Mg：2-3％，Si：1.5-2.5％，Ni：0.05-0.80％，余量为Zn和不可避免的杂质。

本发明实施例提供的铝锌镁镀层钢板，通过在镀层中添加Al、Mg、Si、Ni元素，并合理调整各元素的质量百分比范围，有效改善该铝锌镁镀层钢板的表面质量。具体地，通过添加Al元素并控制其含量，应对镀层弯折导致的镀层开裂，初步提升镀层的表面质量；通过添加Mg、Si，形成Mg-Si化合物，细化Al枝晶，进一步提升镀层表面质量；通过添加Ni，与Mg-Si化合物反应形成析出温度更高的Mg-Si-Ni化合物，其析出温度与Al枝晶的凝固温度接近，从而保证Mg-Si-Ni化合物于Al枝晶凝固之前或凝固过程中析出，进一步细化Al枝晶，进一步提升镀层的表面质量；并且Ni还能形成Fe-Al-Ni化合物，其能够抑制镀层与基板之间形成的合金层的生长速度，继而抑制合金层快速生长会导致其表面凹凸不平的现象，从而进一步提升镀层表面的平整度，即提高镀层的表面质量。

上述主要化学元素和限定范围详细说明如下：

Al：铝锌镁镀层中的Al元素可以为镀层提供高质量的耐腐蚀性能，Al元素含量不应低于47％。然而如果铝元素含量超过了58％，会出现镀层在折弯加工过程中容易发生镀层开裂问题，反而导致镀层耐腐蚀性降低。

Mg：加入2％的Mg元素能够显著提高镀层的耐腐蚀能力，其机理是，镀层中的Mg在大气环境中会优先溶解到镀层表面的水膜中，在水膜中与溶解的二氧化碳反应，沉淀出致密的保护膜，这种保护膜在中性和弱碱性环境下可以稳定存在，同时还能够促使镀层表面电解质溶液变为弱碱性溶液，从而提高镀层的耐蚀性。同时，镀层中的Mg元素还能够与加入的Si元素反应形成少量的Mg-Si化合物，能够起到一定细化Al枝晶的效果。因此，镀层中的Mg元素含量不能太低，需要达到2％。但是如果Mg元素含量太高，会造成镀层中出现大量Mg-Zn化合物和Mg-Si化合物，这两种化合物对镀层折弯性能有较大影响，造成镀层折弯过程中出现裂纹，降低镀层的耐腐蚀性与外观质量。因此，镀层中的Mg含量不超过3％。

Si：Si能够与Fe-Al合金反应，占据Fe-Al合金的空位位置，同样阻挡了Fe通过Fe-Al合金层的扩散作用。从而能够使得合金层厚度减薄，优化镀层的表面结构。但是如果Si元素加入量太多，会使得合金层中形成较多的Mg-Si化合物和Mg-Si-Ni化合物。这种化合物与Fe-Al化合物之间存在不兼容的问题，因为两种化合物的晶格尺寸差异较大。这就会使得镀层合金层中出现内部应力，导致合金层本身疏松，恶化镀层的折弯粘附性。因此，镀层中的Si元素含量不能超过2.5％。此外加入Si太多，会导致合金层过薄，也会影响镀层与钢板的折弯粘附性。由于镀层中加入了Mg元素，会吸收一部分的Si元素形成Mg-Si化合物，因此镀层中的Si元素含量比传统的铝锌镀层更高一些，不能低于1.5％，最好不低于2.0％。

Ni：为了使得Mg-Si的析出温度进一步提高，在镀层中加入了一定量的镍元素。镍元素能够与Mg-Si化合物反应，形成Mg-Si-Ni化合物，这种化合物的析出温度高于Mg-Si化合物。镀层中加入0.05％的Ni，能够使得Mg-Si-Ni的析出温度比Mg-Si化合物高20℃左右。而如果加入0.8％的Ni之后，析出温度提高80℃，析出温度与铝枝晶的凝固温度接近。如果Ni元素继续添加，镀层中会出现较多的Al-Ni合金相和Mg-Ni合金相。这两种合金相都呈针状分布，容易导致镀层折弯后出现裂纹。因此镀层中的Ni元素含量范围为0.05％-0.8％。

镀层中添加Ni元素还有一种效果，就是能够在镀层的合金层中形成Fe-Al-Ni化合物，能够抑制合金层的快速生长，使得合金层厚度较薄。合金层通常为Fe-Al化合物。这种化合物合金层为镀层提供了基本的镀层粘附性。但是Fe-Al相在较高的热浸镀温度下会发生快速生长，导致合金层表面形成凹凸不平的结构，这种凹凸不平的结构会使得铝枝晶的生长速度出现明显的局部差异，从而导致局部铝枝晶生长速度太快，形成粗大的晶体，恶化镀层表面质量。Fe-Al相是一种空间结构相对疏松的物质，其中含有大量的空位结构，这使得Fe很容易透过Fe-Al合金层扩散出来，继续与镀液中的Al反应，使得Fe-Al合金层不断生长。加入Ni之后，Ni能够占据Fe-Al合金层的中心位置，形成Fe-Al-Ni合金层，使得Fe在合金中扩散能力降低，减缓合金层的生长速度，形成较薄而均匀的合金层。但是加入Ni太多，会导致合金层过薄，恶化镀层与钢板的折弯粘附性。

优选地，所述基板与所述镀层之间形成有合金层，所述合金层的厚度为0.2-2μm。

作为一种可选的实施方式，所述合金层中Si的质量百分比≥10％。

作为一种可选的实施方式，所述基板表层内具有氧化物，所述氧化物的体积百分比为0.1-5％；其中：所述表层的厚度为1μm。

控制上述参数范围的机理为：为了进一步的抑制钢板中的Fe元素扩散形成凹凸不平的合金层，还在钢板的浅表层中形成了大量的氧化物。氧化物的形成，能够有效抑制Fe元素的对外扩散，从而减少合金层的快速生长。为了达到这个目的，氧化物的的体积分数必须达到0.1％，同时应当分布在表面以下1微米的范围内，否则就无法起到阻碍的目的。但是氧化物的体积分数如果太大，又会导致折弯时钢板表面出现异常褶皱，造成镀层开裂，因此体积分数不超过5％。

根据本发明另一种典型的实施方式，提供了一种如上提供的铝锌镁镀层钢板的制造方法，包括如下步骤：

S1、得到所述基板的板坯。

S2、将所述板坯经加热、粗轧、精轧、卷取、第一冷却、冷轧及连续退火，得到退火基板。

S3、将所述退火基板经热浸镀、第二冷却及光整，得到所述铝锌镁镀层钢板。

其中：所述热浸镀的镀液的化学成分与所述镀层的化学成分相同。

作为一种可选的实施方式，所述卷取的温度为680-730℃。

作为一种可选的实施方式，所述第一冷却的速率≤1℃/s。

控制卷取温度和第一冷却速率的原因在于：第一冷却的过程中，空气中的氧能够与热轧形成的热轧卷发生氧化反应，采用比较慢的冷却速度和相对较高的卷取温度，有利于氧渗入到钢基体中，在热轧卷浅表层内部形成氧化物。但是卷取温度太高，会导致表面迅速形成致密氧化铁层，反而阻碍了氧的渗入，因此规定卷取温度范围为680-730℃，而卷取后第一冷却的速率不超过1℃/s。

作为一种可选的实施方式，所述连续退火的温度为750-850℃，所述连续退火的露点温度为-10-10℃。

控制上述参数的原因在于：连续退火的过程中，也能够通过氧化形成内部的氧化物，一般来说连续退火的时间比较短，因此要求温度更高一些，才有足够的氧化物形成，但是连续退火温度也不能太高，否则容易导致浅表层内形成过多的氧化物。退火过程的气氛露点温度代表了气氛中的氧含量，露点温度越高，表明气氛中氧越多，如果露点温度比较低，会使得钢板中的Si、Mn合金元素在表面氧化，无法形成浅表层内部的氧化物，如果露点温度太高，会导致形成氧化铁，无法在内部浅表层形成氧化物，只有当露点温度为-10℃到10℃之间，才能够在钢板的浅表层内部形成大量氧化物颗粒物。

作为一种可选的实施方式，所述热浸镀的镀液温度为530-580℃，所述热浸镀的时间≤60s。

控制上述参数范围的原因在于：为了达到细化铝枝晶的效果，必须保证Mg-Si化合物在铝枝晶凝固前或者凝固过程中就析出，同时还不能过于粗大，为了达到这个目的，热浸镀时的温度就不能太高，同时第二冷却的速率足够快，这样能够使得Mg-Si化合物在铝枝晶还没有完全凝固时就先析出。因此，控制热浸镀的温度范围为530℃到580℃，温度太高就会导致铝枝晶完全凝固长大，形成粗大晶粒，而温度太低会导致镀层凝固时热应力太大，出现镀层折弯后表面开裂，影响外观质量与镀层耐腐蚀性。

热浸镀的时间影响了合金层的生长过程。在较高温度的镀液中，热浸镀的时间越长，会导致合金层的生长越明显。因此规定热浸镀的时间不超过60秒。

作为一种可选的实施方式，所述第二冷却包括以预设冷速冷却至450℃，所述预设冷速≥10℃/s。

控制上述参数的原因在于：结合对热浸镀温度的控制，进一步控制第二冷却的前半段的速率，能够有效保证Mg-Si能够在铝枝晶凝固之前就析出。

下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请进行详细说明。

实施例1-7

分别提供了一种铝锌镁镀层钢板，包括基板及基板表面的镀层，各项参数分别见表1。

表1实施例1-7的铝锌镁镀层钢板的参数

上述铝锌镁镀层钢板的制备方法，包括如下步骤：

S1、得到所述基板的板坯。

S2、将所述板坯经加热、粗轧、精轧、卷取、第一冷却、冷轧及连续退火，得到退火基板。

S3、将所述退火基板经热浸镀、第二冷却及光整，得到所述铝锌镁镀层钢板。

各实施例的制备方法的参数分别见表2。

表2实施例1-7的制备方法的参数

对比例1-5

分别提供了一种铝锌镁镀层钢板，包括基板及基板表面的镀层，各项参数分别见表3。

表3对比例1-5的铝锌镁镀层钢板的参数

上述铝锌镁镀层钢板的制备方法与实施例1-7的制备方法相同，各对比例的制备方法的参数分别见表4。

表4对比例1-5的制备方法的参数

实验例1

对实施例1-7和对比例1-5提供的铝锌镁镀层钢板分别进行腐蚀评价。

操作方法为：将镀锌钢板放入循环腐蚀试验箱中，进行一周循环腐蚀试验，然后测量试验前后镀层的质量损失，用单位面积上的质量损失量评价镀层耐蚀性。质量损失越少，耐蚀性越好。用扫描电镜分析镀层表面的铝枝晶形貌，统计铝枝晶的尺寸。将镀层钢板折弯180度，观察折弯表面是否出现裂纹，同时观察镀层是否出现剥落等粘附性不佳的情况。评价结果如下表所示：

从上表可以看出，本发明实施例1-7提供的铝锌镁镀层钢板的镀层质量相较对比例1-5具备显著的优势。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的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发明范围的所有变更和修改。

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

Claims (6)

1.一种铝锌镁镀层钢板，其特征在于，包括基板及基板表面的镀层，所述镀层的化学成分以质量百分比计包括；

Al：47-58％，Mg：2-3％，Si：1.5-2.5％，Ni：0.05-0.80％，余量为Zn和不可避免的杂质；所述基板表层内具有氧化物，所述氧化物的体积百分比为0.1-5％；所述表层的厚度为1μm；

所述铝锌镁镀层钢板的制备工艺包括将板坯加热、粗轧、精轧、卷取、第一冷却、冷轧、连续退火、热浸镀、第二冷却及光整；

其中，所述卷取的温度为680-730℃，所述第一冷却的速率≤1℃/s，所述连续退火的露点温度为-10-10℃，所述第二冷却包括以预设冷速冷却至450℃，所述预设冷速≥10℃/s。

2.根据权利要求1所述的铝锌镁镀层钢板，其特征在于，所述基板与所述镀层之间形成有合金层，所述合金层的厚度为0.2-2μm。

3.根据权利要求2所述的铝锌镁镀层钢板，其特征在于，所述合金层中Si的质量百分比≥10％。

4.一种如权利要求1-3中任意一项所述的铝锌镁镀层钢板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

得到所述基板的板坯；

将所述板坯经加热、粗轧、精轧、卷取、第一冷却、冷轧及连续退火，得到退火基板；

将所述退火基板经热浸镀、第二冷却及光整，得到所述铝锌镁镀层钢板；

其中：

所述热浸镀的镀液的化学成分与所述镀层的化学成分相同。

5.根据权利要求4所述的铝锌镁镀层钢板的制备方法，其特征在于，所述连续退火的温度为750-850℃。

6.根据权利要求4所述的铝锌镁镀层钢板的制备方法，其特征在于，所述热浸镀的镀液温度为530-580℃，所述热浸镀的时间≤60s。