CN117364008A - 一种高耐磨性铝合金镀层钢板的制备方法及其钢板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高耐磨性铝合金镀层钢板的制备方法及其钢板，方法包括冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧、连续热浸镀；镀后冷却工艺为：出铝锅、气刀后立即以15±2℃/s的冷却速度将镀层温度冷却到600±5℃，然后立即以25±5℃/s的速度冷却到300±10℃，进入转向辊，风冷至120℃以下，进入水冷；水冷至室温后，在光整机上对镀层进行轧制变形，轧制力300～600吨，镀层变形量控制在2％～10％，在随后的辊涂环节进行低温处理，处理温度为200±50℃，时间为3‑10s。采用该方法生产的铝合金镀层钢板，能够在多种严酷的条件下使用，且镀层钢板具备极好的耐磨损耐腐蚀性能。

Description

一种高耐磨性铝合金镀层钢板的制备方法及其钢板
技术领域
本发明属于铝合金镀层钢板生产领域，尤其涉及一种高耐磨性铝合金镀层钢板的制备方法及其钢板。
背景技术
热浸镀镀铝工艺有两种，一种是热浸镀纯铝，另一种是热浸镀铝硅合金镀层，就是在铝中添加Si元素约10％制成的铝硅合金。纯铝镀层的相组成较为单一，就是纯铝相及铁铝合金层；铝硅镀层相组成除纯铝相及铁铝合金层外，还包括硅的单质相。
这两种工艺所获得的镀层强度较低，耐磨损和耐划伤性能较差，不能够满足高耐磨高耐蚀的服役环境。
本发明采用添加合金元素、优化热浸镀工艺和创新的热浸镀后处理工艺，提高镀层的硬度和强度，同时保证一定的塑性，提高铝合金镀层耐磨损和耐腐蚀性能，细化镀层组织，同时也可以进一步提高镀层的成型性能。
发明内容
本发明提供了一种高耐磨性铝合金镀层钢板的制备方法及其钢板，采用该方法生产的铝合金镀层钢板，能够在多种严酷的条件下使用，且镀层钢板具备极好的耐磨损耐腐蚀性能。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种高耐磨性铝合金镀层钢板的制备方法，包括冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧、连续热浸镀；镀后冷却工艺为：出铝锅、气刀后立即以15±2℃/s的冷却速度将镀层温度冷却到600±5℃，然后立即以25±5℃/s的速度冷却到300±10℃，进入转向辊，风冷至120℃以下，进入水冷；
水冷至室温后，在光整机上对镀层进行轧制变形，轧制力300～600吨，镀层变形量控制在2％～10％，在随后的辊涂环节进行低温处理，处理温度为200±50℃，时间为3-10s，改变η相的性质，η相(半径为4nm)的Zn/Mg比从(1.0～1.2):1增加到(1.4～1.8):1，增加AlMg相，提高镀层的强度和硬度。
热轧工艺为：1240±50℃加热，保温190±50分钟，1100±50℃粗轧，1050±50℃精轧，880±50℃终轧，450～800℃卷取。
连续热浸镀工艺：冷轧基板热浸镀，加热退火温度控制在700～900℃，入锌锅温度为630～700℃，锌锅温度为630～690℃。
一种利用高耐磨性铝合金镀层钢板的制备方法生产的钢板，钢板镀层合金元素按照重量百分比计为：Si 0.2％～4.0％、Ti 0.10％～0.30％、Mn 0.2％～1.0％、Cu 0.5％～3.0％、Mg1.5％～4.0％、Fe 1.0％～3.0％、Cr 0.15％～0.50％、Zn 3.0％～8.0％，其余为Al和不可避免的杂质。
钢板基板中化学元素按照质量百分比计包括：C 0.001％～0.38％、Si 0.01％～0.80％、Mn 0.10％～2.50％、P≤0.08％、S≤0.05％、Al 0.02％～1.00％、Ti≤0.08％、B≤0.005％、Cr≤0.70％，以及Fe和不可避免的杂质。
钢板基板中化学元素还包括Mo 0.10％～0.80％、Cu≤1.00％、Ni 0.4～1.0％、Nb≤0.05％中的一种或几种。
镀层硬度达到HV160以上。
本发明在镀层中加入Si0.2％～4.0％，Ti0.10％～0.30％、Mn0.2％～1.0％、Cu0.5％～3.0％、Mg1.5％～4.0％、Fe1.0％～3.0％、Cr0.15％～0.50％、Zn3.0％～8.0％，可以生成多种析出相，提高镀层的强度和硬度，如AlCu、AlMg、MgZn、MgSi等析出相。
锌锅温度为630～690℃，可以在出锌锅后获得良好的表面质量，避免锌流波纹等缺陷产生。
出铝锅、气刀后立即以15±2℃/s的冷却速度将镀层温度冷却到600±5℃，目的是在锌锅温度到600±5℃这个温度段以较缓慢的温度冷却，合金元素有充足的时间析出，提供足够多的形核质点，降低或者消除铝花；然后立即以20±5℃/s的速度冷却到300±10℃，在这个温度段快速冷却，避免铝花的过度生长，降低铝花的尺寸；随后进入转向辊，风冷至120℃以下，进入水冷，在300±20℃进入转向辊，镀层有一定的硬度，避免辊印和划伤的产生。
水冷至室温后，在光整机上对镀层进行轧制变形，轧制力300～600吨，镀层变形量控制在2％～10％，在随后的辊涂环节进行低温处理，处理温度为200±50℃，时间为3-10s。热浸镀镀层(Al-Zn-Mg-Cu合金)在200℃的低温变形处理下，镀层中形成的η相与热浸镀后直接冷却形成的η相具有不同的性质，即η相(半径为4nm)的Zn/Mg比从(1.0～1.2):1增加到(1.4～1.8):1，同时，还观察到高Mg含量Al-Mg相，这些相的出现大大强化了镀层，提高了镀层的强度和硬度，原因在于：200℃的低温变形处理下，Zn在晶界的偏析更为明显，为Al-Zn-Mg-Cu合金中主要强化相η相的调控提供了理论基础。
镀层中元素的作用：
Al是铝合金镀层的主要元素，能够为钢板在存储、使用及成型后的零件提供良好的防护，在镀层组织中形成富铝相，同时与镀层中的其它合金元素形成金属间化合物。
Si在金属间化合物层中富集，形成紧凑的抑制层组织，降低合金层的厚度，提高镀层韧性，可以细化镀层的组织，提高镀层性能，与Mg元素形成Mg2Si等金属间化合物。
Ti的加入可以提供更多的形核质点，降低铝花尺寸，可以提高镀层的耐腐蚀性能，另外Ti可以形成氧化钛的保护膜，该保护膜与基体结合力强，保护性能好，且可以自行修复破损。同时加入Si和Ti，可以生成更加紧致的抑制层，提高镀层生长的均匀性。
Mn可以提供更多的形核质点，降低铝花尺寸，提高镀层的耐腐蚀性能，细化晶粒，提高镀层的韧性。
Cr可以提供更多的形核质点，降低铝花尺寸，提高镀层的耐腐蚀性能，形成氧化膜保护镀层。
Cu提高镀层的韧性、细化镀层组织，与镀层元素形成金属间化合物：AlCu、Al6Cu、AlCuMg等，可以提供更多的形核质点，降低铝花尺寸。
Zn、Mg降低镀层在腐蚀性环境中的溶解速度，提高镀层的耐腐蚀性能，细化镀层结构，生成MgZn2析出相，提高镀层的强度和硬度。
钢中元素的作用：
C作为主要合金元素对钢的强度贡献最大。Mn、Si可以提供固溶强化效果，提高钢的淬火性能。为保证淬透性，还添加了Ti、Cr及B。
添加Cu改进钢的耐蚀性能，进而阻止H的渗入，提高了钢的耐延迟断裂性能。Mo、Nb的加入，起到强化钢基体和细化晶粒的效果。
Si、Al的加入可以抑制渗碳体的形成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种高耐磨性铝合金镀层钢板的制备方法及其钢板，强度硬度超高，可达HV160以上，镀层钢板具备极好的耐磨损耐腐蚀性能，能够在多种严酷的条件下使用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明，以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。
实施例见表1-表4，其中表1为实施例镀层的化学元素组成；表2为实施例钢的化学成分；表3实施例钢的热轧及热浸镀工艺参数；表4为实施例钢的镀后冷却工艺及性能。
表1实施例1-14镀层的化学元素组成
Si Ti Cu Fe Mn Mg Zn Cr Al
1 3.9 0.10 0.5 1.0 0.2 1.8 7.8 0.15 余量
2 3.7 0.15 1.0 1.5 1.0 1.6 6.0 0.20 余量
3 3.4 0.20 1.2 3.0 0.3 1.5 5.0 0.25 余量
4 3.1 0.25 1.4 2.5 0.4 2.0 4.0 0.50 余量
5 2.9 0.30 1.5 2.2 0.5 2.5 3.0 0.48 余量
6 2.5 0.28 1.6 2.1 0.6 2.8 3.2 0.46 余量
7 2.2 0.24 1.7 2.0 0.8 4.0 6.2 0.44 余量
8 1.8 0.13 1.8 1.8 0.7 3.8 5.8 0.25 余量
9 1.5 0.18 2.0 1.7 0.9 3.5 5.5 0.28 余量
10 1.0 0.22 2.2 1.6 0.8 3.3 5.0 0.30 余量
11 0.8 0.24 2.4 1.8 0.7 3.1 4.8 0.31 余量
12 0.6 0.26 2.6 1.7 0.6 3.0 4.5 0.32 余量
13 0.4 0.28 2.8 1.3 0.5 2.7 4.0 0.35 余量
14 0.21 0.21 3 1.2 0.4 2.4 3.5 0.40 余量
表2实施例1-14钢的化学成分
表3实施例1-14钢的热轧及热浸镀工艺参数
表4实施例1-14钢的镀后冷却工艺及性能参数
本发明钢板的镀层强度硬度较高，具有良好的耐磨损效果。

Claims (7)

1.一种高耐磨性铝合金镀层钢板的制备方法，包括冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧、连续热浸镀；其特征在于，
镀后冷却工艺为：出铝锅、气刀后以15±2℃/s的冷却速度将镀层温度冷却到600±5℃，然后以25±5℃/s的速度冷却到300±10℃，进入转向辊，风冷至120℃以下，进入水冷；
水冷至室温后，在光整机上对镀层进行轧制变形，轧制力300～600吨，镀层变形量控制在2％～10％，在随后的辊涂环节进行低温处理，处理温度为200±50℃，时间为3-10s。
2.根据权利要求1所述的一种高耐磨性铝合金镀层钢板的制备方法，其特征在于，
热轧工艺为：1240±50℃加热，保温190±50分钟，1100±50℃粗轧，1050±50℃精轧，880±50℃终轧，450～800℃卷取。
3.根据权利要求1所述的一种高耐磨性铝合金镀层钢板的制备方法，其特征在于，
连续热浸镀工艺：加热退火温度控制在700～900℃，入铝锅温度为630～700℃，铝锅温度为630～690℃。
4.一种利用如权利要求1所述的高耐磨性铝合金镀层钢板的制备方法生产的钢板，其特征在于，钢板镀层合金元素按照重量百分比计为：Si 0.2％～4.0％、Ti 0.10％～0.30％、Mn 0.2％～1.0％、Cu 0.5％～3.0％、Mg 1.5％～4.0％、Fe 1.0％～3.0％、Cr0.15％～0.50％、Zn 3.0％～8.0％，其余为Al和不可避免的杂质。
5.根据权利要求4所述的一种高耐磨性铝合金镀层钢板的制备方法生产的钢板，其特征在于，钢板基板中化学元素按照质量百分比计包括：C 0.001％～0.38％、Si 0.01％～0.80％、Mn 0.10％～2.50％、P≤0.08％、S≤0.05％、Al 0.02％～1.00％、Ti≤0.08％、B≤0.005％、Cr≤0.70％，以及Fe和不可避免的杂质。
6.根据权利要求5所述的一种高耐磨性铝合金镀层钢板的制备方法生产的钢板，其特征在于，钢板基板中化学元素还包括Mo 0.10％～0.80％、Cu≤1.00％、Ni 0.4～1.0％、Nb≤0.05％中的一种或几种。
7.根据权利要求4所述的一种高耐磨性铝合金镀层钢板的制备方法生产的钢板，其特征在于，镀层硬度达到HV160以上。
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