CN1530458A - 钢带连续电镀前的氧化控制方法和电镀作业线 - Google Patents

Abstract

钢带(1)的连续热浸入电镀方法，所述钢带(1)包括一定比例的可以改善钢材的机械特性的可氧化添加元素，根据该方法，钢带在一个处于还原气体下的电镀炉(3)中行进，其特征在于，炉子由一些热处理部分组成，即加热、保持、冷却以及把钢带浸在一个电镀炉(2)中。钢带在炉子入口部分的上游经过一种在温度、时间和钢带处于其中的气体的氧浓度的条件下的热处理，使得可氧化添加元素在它们能够迁移到表面并在表面形成一个氧化层前主要在钢带内部氧化。

Description

钢带连续电镀前的氧化控制方法和电镀作业线

技术领域

本发明涉及钢带的连续浸入热电镀方法，所述钢带包括一定比例的用于改善钢材机械特性的可氧化添加元素。

背景技术

改善钢材的机械特性还在于提高机械强度，例如目的是减少钢材的厚度，因此减少钢材的重量，以及提高冲压性或提高这二个指标。这导致建立各种型号(nuances)的多相钢材，例如DP型(双相)和TRIP型(塑性导致的转变)。

这些强度非常高的多相型号一般通过加入起硬化作用的元素如Si、Mn、Cr、Mo等得到。

符合目前技术状态的热浸入电镀炉一般包括几个用于实现不同的热处理阶段的部分，这些热处理阶段一般为：加热、保持、冷却。热处理炉用一种中性或还原气体进行调节，这种气体一般由氮和氢的一种混合物构成，用于在电镀前减少板材表面存在的氧化铁。

已经发现，对于多相钢材，存在的比铁更容易氧化的元素如Si、Mn、Cr、Mo等优先与炉子中存在的氧原子结合，在钢带的表面形成氧化物。这些成分非常高的氧化潜力甚至会带动它们的原子向钢带的表面迁移，使它们能够与炉子中存在的氧氧化。

其结果是在钢带表面形成一个氧化物薄层。这些氧化物是稳定的，并且它们通过炉子的不同部分时不会还原，因此将钢带浸入到锌槽中时，会在钢带的表面发现这些氧化物，这会在电镀期间成为锌的附着的障碍。在与现有技术状态相容的限度内降低炉子气体的露点不能消除这种现象，因此人们总是发现在电镀带的表面存在这些局部存在的氧化物产生的缺陷。

因此，现在的钢带浸入电镀方法不能正确地使含有足以改善钢材机械特性的氧化元素如Si、Mn、Cr、Mo等多相钢材电镀。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续浸入热电镀的装置和方法，这种装置和方法可以正确地处理含有可氧化添加元素的钢带，这些元素的含量足以改善钢材的机械特性。

本发明涉及一种钢带连续热浸入电镀作业线，钢带包括一定比例的可以改善钢材机械特性的可氧化添加元素，钢带沿着这条作业线在一个处于还原气体下的电镀炉中行进，这种作业线的特征在于，作业线在电镀炉的上游包括一个把钢带加热到一个适当温度的装置，随后是一个把钢带暴露于一种氧化气体的区域，氧化气体的氧含量为，考虑到钢带的温度和处理的时间，使钢带添加的可氧化元素在它们能够向所属表面迁移并在该表面形成一个能够产生电镀缺陷的氧化物层前就在钢带表面下的表面上氧化。这个操作过程中产生的氧化铁将在钢带通过炉子的过程中被还原。

另外，为了进行氧化处理，钢带被加热到150℃到400℃之间，最好在150℃到300℃之间。对于一个一定型号的钢材和一种给定的氧化气体，通过选择钢带在氧化气体中的温度和停留时间来控制钢带表面的氧化。

温度和停留时间的控制将连续进行，并将考虑作业线的运行状态，特别是钢带行进的瞬时速度。钢带氧化处理的控制可以通过调节位于炉子上游的加热功率进行(对钢带温度的作用)，或者通过作用在处于炉子上游的加热元件与炉子入口之间的距离来进行(对氧化时间的作用)。

在其中进行钢带表面的受控氧化作业的氧化气体可以是周围环境的空气或封闭在一个安装在炉子上游的围罩中的其它气体，人们控制氧化气体中的氧含量。

附图说明

本发明除了上面所述的装置之外还包括一定数量的其它装置，下面将在参照附图详细描述的非限定实施例中特别讨论这些装置。

图1是一条实施本发明方法的连续热浸入电镀作业线的示意图；

图2是一个表示钢带的一个点的温度随着该点在作业线上的位置变化的图，纵坐标为温度，横坐标为该点在作业线上的位置；

图3是一个电镀作业线变型的示意图；

图4-6是其它实施变型；

具体实施方式

对于图1-4，钢带从左向右移动。

参照图1可以示意性地看到一条把一钢带浸入到一熔化锌的电镀槽中的连续热电镀作业线。

作业线包括一个根据现有技术制造的电镀炉3，用于在将钢带1浸入到锌槽2中之前对钢带1进行处理。炉子包括几个用于相继实现热处理的不同阶段的部分，这些阶段一般为加热、保持、然后冷却到一个适于在钢带的表面沉积锌的温度。炉子3的气体为通过普通的氮与氧的混合实现的还原性气体，并尽可能保持气体的底露点。

钢带1含有一些可氧化的添加元素如Si、Mn、Cr、Mo，它们的比例足以改善钢带的机械特性。到目前为止，这种类型的电镀作业线不能使一种含有这种比例的氧化元素的钢材正确地进行连续热浸入电镀，因为正如已经解释的，当进行高温加热和保持的热处理时，在表面形成一个非常薄的这些元素的氧化物层，并且这个氧化物薄层一直保持到融化的锌中，这会在镀层中造成缺陷。

根据本发明，使钢带1在炉子3上游的一个区域8中经受氧化处理，处理的气体、温度和停留时间条件使可氧化添加元素，特别是Si、Mn、Cr、Mo在它们能够向钢带表面迁移以形成一个氧化层甚至产生电镀缺陷之前在钢带表面的下面被氧化。

在这些条件下，当在室3内处理时，添加元素的氧化物被圈闭在材料内，因此不再有添加元素向钢带表面的迁移以及加厚氧化层，直到产生电镀缺陷。

当在区域8和直到炉子的入口的区域6中进行处理时，氧化铁在钢带的表面形成。这些氧化铁在炉子3的内腔中被还原，使得钢带1到达熔化锌槽2时有一个具有添加元素的氧化物层被还原的表面，这样可以有一个良好的电镀。

区域8包括一个把钢带1加热到所需温度的加热装置，该温度一般在150℃到400℃之间。设有一个由计算机或处理器构成的控制装置7，用于通过传感器调节钢带的加热，如钢带的速度传感器4、温度传感器5和钢带表面辐射传感器6。

氧化的动力学控制根据给定的氧化气体、钢带1在加热装置8出口的最终温度和钢带1在区域8以及区域8与炉子3的入口之间逗留的时间的控制而产生。根据要处理的钢材的性质、作业线的速度以及钢带的厚度和宽度对这些参数的组合进行优化。

加热装置8经过选择，使其具有较小的热惰性和较强的反应性，以便在作业线的速度变化或钢带1的形状变化引起的临时相态期间保持钢带表面的氧化控制。加热装置8可以由一个明火类型的燃气炉或非直接加热装置构成，加热装置最好由一个电磁感应炉构成。感应炉包括至少一个感应线圈，感应线圈可以靠近或远离电镀炉，以便协调产生热的动力学。

钢带1在区域8和区域8与炉子3的入口之间的氧化处理最好在空气中进行。则钢带的氧化控制通过控制二个参数实现，即钢带在区域8出口的温度和钢带在区域8的入口与炉子3的出口之间的空气中逗留的时间。当作业线的速度增加时，温度应该增加，以补偿钢带在高温空气中逗留时间的减少。

图2表示钢带1的一个点的温度随该点在作业线上的位置的变化，纵坐标表示该点的温度，横坐标表示这个点在作业线上的位置。在加热装置8的上游，钢带的温度是低的，例如低于100℃，相当于线段9。当钢带1在加热装置8中通过时，它的温度增加，例如沿倾斜线段10增加。从加热装置8的出口到炉子3的入口，钢带1的温度基本保持恒定，如线段11所标示，氧化处理在这个阶段持续进行。在炉子3的内腔内，钢带1的加热按照一个适于它的冶金学的周期继续进行，这一阶段用12表示。

钢带的氧化控制可以通过作用在图2所示的一个或几个参数上进行。可以通过改变线段10的平均斜率作用在钢带的温度上，以便得到线段11平台的可以变化的高度。也可以改变平台11的持续时间或改善平台11期间钢带的氧化效率，例如改变钢带在这个处理平台期间暴露在其中的氧化气体的氧浓度。

图3表示图1的一个变型，其中区域8通过围罩13以密封的方式与炉子3的入口连接。已经知道，可以控制围罩13内的氧浓度，使钢带的氧化适应钢材的特殊类型、钢带的速度以及其它控制钢带的氧化动力学需要的参数。围罩13的含氧量的控制以及这个围罩与外界或炉子3的内腔的密封性根据现有的技术方法实现。

氧化处理的持续时间与作业线的运行参数之间关系的控制可以通过改变钢带1在加热装置8的出口与炉子3的入口之间的长度来进行。这种长度变化可以通过各种方法进行。

第一种可能是沿钢带1的方向移动加热装置8，如图4的虚线箭头14所示。对于一个给定的钢带速度，当加热装置8靠近炉子3时，处理时间变短，而当加热装置8远离炉子3时，处理时间增加。

第二种可能性示于图5。加热装置8是固定的。钢带1在加热装置8与炉子3之间经过一个定滑轮15和一个可以在与钢带的方向平行移动的动滑轮16，如箭头17所示。当动滑轮16向右移动时，钢带在加热装置8与炉子3之间的距离增加，这样就增加了氧化处理时间。相反，当动滑轮16向图5的左面移动时，钢带的长度变短，这样就减少了处理时间。这种带有一个动滑轮和二个水平带段的装置可以用几个滑轮和几个长度不同的带段重复多次，以便增加钢带在加热装置8与炉子3之间的长度，并增加这个长度变化的可能性。

图6表示图5的一个变型，对这个变型，加热装置8是固定的，钢带1经过二个定滑轮20和21和一个可以在与钢带的主要方向垂直移动的动滑轮19，如箭头18所示。当动滑轮19向上移动时，加热装置8与炉子3之间的钢带长度增加，这样就增加了氧化处理的时间。相反，当动滑轮19向图6的下方移动时，钢带的长度减小，这样就减少了处理的时间。这种带有一个滑轮19和二个垂直带段的装置可以重复多次，以便增加加热装置8与炉子3之间的钢带长度，并增加这个长度变化的可能性。

已经知道，定滑轮与动滑轮的各种组合可以改变加热装置8与炉子3之间的钢带长度，这样就可以改变钢带的氧化时间，因此也可以在本发明的范围内使用这些组合。

还可以把图5的滑轮15和17以及图6中的滑轮19、20、21放在一个围罩如围罩13内，可以把其中的氧浓度控制和调节到要得到的处理。

还知道，可以根据材料的特征和所考虑的目标使钢带在加热装置8的出口温度控制与氧化时间控制相结合。温度和处理时间的控制以及相应的动作器的控制通过计算机7根据操作者掌握的产品数据以及通过传感器如4、5、6实现的测量进行。

由于使用了这些装置，钢带1到达熔化锌槽2，它的一表面形成的氧化物受到限制，其中包括添加元素的氧化物，使得锌更好地附着在这个表面上。

本发明所述电镀作业线构成一个可以经济地给各种钢材电镀的灵活的生产工具，并且无论它们的添加剂的性质如何，它们的表面都没有锌的沉积缺陷。由于它们的快速适应性，控制装置7和加热装置8可以适应各种产品尺寸和生产线速度的各种变化的氧化控制方法。

还需要指出的是，实施包括添加剂如Si、Mn、Cr、Mo等的钢带的氧化控制方法所必需的装置可以很容易地加到一个现有的设备中，以便扩大它的生产范围，或者加到一个已经安装的设备上，这些装置可以很容易地撤消，以便生产不包含这些添加剂的钢材型号。

Claims (12)

1.钢带(1)的连续热浸入电镀方法，所述钢带(1)包括一定比例的可以改善钢材机械特性的可氧化添加元素，根据该方法，所述钢带在一个电镀炉(3)中处于还原气体下行进，所述电镀炉由热处理部分、加热部分、保持部分、冷却部分以及在一电镀槽(2)中的浸镀部分构成，所述钢带已经在温度、持续时间和一气体——所述钢带浴泡于所述气体中——的氧含量的条件下经过氧化处理，从而，所述可氧化的添加元素在它们能够向表面迁移以便在表面形成一产生电镀缺陷的氧化层之前，主要在所述钢带的内部被氧化，

该方法的特征在于：所述钢带在所述炉子入口部分的上游经过氧化处理；所述钢带沐泡其中以进行氧化处理的气体为空气；为了进行氧化处理，将所述钢带加热到大约150℃到400℃之间的温度；并且，在所述钢带表面和紧靠表面以下的氧化控制通过联合控制温度/时间进行，使得作业线的速度增加时所述钢带(1)的温度增加，并且处理时间减少，以及反之亦然。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为了进行氧化处理，将所述钢带加热到大约150℃到300℃之间的温度。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，温度控制通过一个在所述电镀炉上游的所述钢带的加热装置(8)的功率进行。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，氧化处理时间的控制通过改变位于所述炉子上游的一加热装置(8)的出口与所述电镀炉(3)的入口之间的钢带(1)长度进行。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，改变所述加热装置(8)的出口与所述电镀炉(3)的入口之间的钢带长度是通过沿所述钢带方向移动所述加热装置(8)来保证。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，改变所述加热装置(8)的出口与所述电镀炉(3)的入口之间的钢带长度是通过调节所述钢带的至少一个垂直或水平带段的长度来保证，或者是通过二者结合来保证。

7.钢带(1)的连续热浸入电镀作业线，所述钢带(1)包括一定比例的可以改善钢材的机械特性的可氧化添加元素，根据该作业线，所述钢带在一电镀炉(3)中处于还原气体下行进，并在一电镀槽中浸镀，其特征在于，所述作业线在所述电镀炉的上游包括一个把所述钢带加热到大约150℃到400℃之间的温度的加热装置(8)，和一个把所述钢带暴露于一种氧化气体的区域，所述氧化气体的氧含量使得——考虑到温度和处理时间——所述钢带的可氧化添加元素在它们能够迁移到表面并在表面形成一氧化层之前在所述钢带内部氧化。

8.如权利要求9所述的电镀作业线，其特征在于，所述加热装置(8)由一感应炉构成，所述感应炉还形成把所述钢带暴露于氧化气体中的区域。

9.如权利要求7或8所述的电镀作业线，其特征在于，所述加热区域(8)通过一围罩(13)以密封的方式与所述炉子(3)的入口连接，在所述围罩(13)中氧浓度可按要实现的处理加以控制和调节。

10.如权利要求8所述的电镀作业线，其特征在于，所述感应炉包括至少一感应线圈，所述感应线圈可以靠近或远离所述电镀炉，以便调节发热过程。

11.如权利要求7所述的电镀作业线，其特征在于，所述加热装置由一燃气炉构成。

12.如权利要求7至11中任一项所述的电镀作业线，其特征在于，所述作业线包括一适合作用在所述加热装置(8)上的控制装置(7)，以便通过响应传感器(4、5、6)提供的信息，使所述钢带在所述加热装置的出口处保持在一确定的温度上。

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