專利名稱：具有熱浸鍍鋅合金鍍層的鋼片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提供有熱浸鍍鋅合金鍍層的鋼帶和在鋼帶上熱浸鍍鋅合金鍍層的方法，其中在熔融鋅合金鍍液中進行鋼帶的鍍覆。
提供具有鋅鍍層的鋼帶是眾所周知的，特別是用于汽車和建筑應用。為了以廉價的方式在鋼帶上獲得薄的鋅層，常見的做法是通過熱浸鍍鋅來鍍覆鋼帶，其中帶材通過熔融鋅鍍液。熔融鋅附著在鋼上，并且當帶材離開鍍液時，大多數(shù)情況下通常采用氣刀從帶材上去除多余的鋅以獲得薄的鍍層。
在該領(lǐng)域內(nèi)已知，向鍍液中添加一定的化學元素以提高鋅鍍層的品質(zhì)和/或改良鍍覆鋼帶的工藝。常選用鋁和鎂元素。
歐洲專利0 594 520提出使用1-3.5重量％的鎂和0.5-1.5重量％的鋁，同時加入0.0010-0.0060重量％的硅。添加如此少量的硅以提高已發(fā)現(xiàn)包括不存在鋅的區(qū)域(裸點)的鋅鍍層品質(zhì)。然而，該專利唯一的實施例中提及鋅鍍覆的鋼，其中鍍層的組成為2.55重量％鎂，0.93重量％鋁，60ppm硅，余量是鋅和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明的目的是提供能具有提高性能的鋅合金鍍覆的鋼帶及其制備方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供具有相同或更高性能的同時比已知鍍覆鋼帶生產(chǎn)更為廉價的鋅合金鍍覆的鋼帶。
本發(fā)明的又一個目的是提供具有更好抗腐蝕性同時保持或甚至提高鍍覆鋼帶的其它性能的鋅合金鍍覆的鋼帶。
本發(fā)明的再一個目的是提供在鋅鍍液中具有較少浮渣形成的方法。
根據(jù)本發(fā)明，使用提供有熱浸鍍鋅合金鍍層的鋼帶實現(xiàn)了一個或多個這些目的，其特征在于鋅合金由以下成分組成0.3-2.3重量％鎂；
0.6-2.3重量％鋁；可選的，＜0.2重量％的一種或多種附加元素；不可避免的雜質(zhì)；余量是鋅；其中鋅合金鍍層具有3-12μm厚度。
已發(fā)現(xiàn)高鎂含量導致在鋅鍍液上形成過多的氧化物浮渣并且產(chǎn)生脆性鍍層。因此，限制鎂含量最大值為2.3重量％。為了具有足夠高的抗腐蝕性，最小含量0.3重量％的鎂是必需的；鎂的添加提高了鍍覆帶材的抗腐蝕性。0.3-2.3重量％鎂含量足夠高可以獲得抗紅銹且遠高于常規(guī)鍍鋅帶材的腐蝕保護。
添加鋁以減少鍍液中的浮渣形成。與鎂結(jié)合其還可以提高鍍覆帶材的抗腐蝕性。而且，鋁提高了鍍覆帶材的可成形性，這意味著例如當帶材彎曲時，帶材上的鍍層具有良好的粘附性。由于增加的鋁含量將惡化可焊性，因此限制鋁含量最大值為2.3重量％。
能以小于0.2重量％少量添加的可選元素是Pb或Sb、Ti、Ca、Mn、Sn、La、Ce、Cr、Ni、Zr或Bi。通常添加Pb、Sn、Bi和Sb以形成鋅花(spangle)。對于通常的應用，這些少量的附加元素對鍍層和鍍液的性能均沒有任何顯著程度的改變。
根據(jù)本發(fā)明鋅合金鍍覆鋼帶的又一個優(yōu)點是磨損行為優(yōu)于常規(guī)鍍鋅帶材的磨損行為。
由于已發(fā)現(xiàn)較厚鍍層對于大多數(shù)應用并非必要，因此限制鋅合金鍍層厚度為3-12μm。與常規(guī)鍍鋅鍍層相比，已發(fā)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的鋅合金鍍層的抗腐蝕性已提高到至多12μm的厚度便足以滿足幾乎所有的用途的程度。此外，已發(fā)現(xiàn)對于激光焊接具有根據(jù)本發(fā)明鍍層的兩塊薄鋼板且重疊薄板之間沒有襯墊物(spacer)時，鍍層應優(yōu)選是薄的以獲得好的焊接。
根據(jù)優(yōu)選的實施方案，鋅合金鍍層具有3-10μm的厚度?？紤]到根據(jù)本發(fā)明鋅合金鍍層獲得的抗腐蝕性，這對于汽車應用是優(yōu)選的厚度范圍。
根據(jù)又一個優(yōu)選實施方案，鋅合金鍍層具有3-8μm的厚度。當無襯墊物的產(chǎn)生改良激光焊縫重要的時候，該厚度是優(yōu)選的。
更優(yōu)選的，鋅合金鍍層具有3-7μm的厚度。已發(fā)現(xiàn)使用根據(jù)本發(fā)明的帶鍍層鋼在無襯墊物情況下制成的激光焊縫優(yōu)于使用常規(guī)的鍍鋅鍍覆材料產(chǎn)生的激光焊縫。當然，考慮到鋅合金的用量，較薄的鍍層也比較厚的鍍層更廉價。
優(yōu)選的，當鋅合金鍍層中存在一種或多種附加元素時，每種元素的含量＜0.02重量％，優(yōu)選每種含量＜0.01重量％。由于與鎂和鋁的添加相比，附加元素不會顯著改變抗腐蝕性，而且附加元素使得鍍覆鋼帶更貴。通常僅添加附加元素以阻止用于熱浸鍍鋅的熔融鋅合金鍍液中形成浮渣，或者在鍍層中形成鋅花。因此，保持附加元素的含量盡可能的低。
根據(jù)優(yōu)選的實施方案，鋅合金層中的硅含量低于0.0010重量％。在歐洲專利0 594 520提及的組成中，添加硅以防止鋅合金層中的裸點。意外地，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對于EP 0 594 520實施例中提及的較低的鋁和鎂含量，向鋅合金添加硅以防止鋅合金中的裸點。由于當必須添加硅時難以將硅含量保持在10-60ppm，特別是因為硅作為雜質(zhì)存在，因此這是有利的。
根據(jù)優(yōu)選的實施方案，鋼帶提供有熱浸鍍鋅合金鍍層，其中鋅合金含有1.6-2.3重量％鎂和1.6-2.3重量％鋁。這是優(yōu)選的實施方案，因為在這些值下鍍層的抗腐蝕性最大，而且腐蝕保護不受小的組成變化的影響。高于2.3重量％的鎂和鋁時，鍍層變得相當昂貴而且鍍層可能變脆，并且鍍層的表面品質(zhì)可能下降。
另一方面，鋼帶的又一優(yōu)選實施方案提供有熱浸鍍鋅合金的鍍層，其中鋅合金含有0.6-1.3重量％鎂和/或0.3-1.3重量％鋁。具有這些較少量的鋁和鎂，無需對常規(guī)熱浸鍍鋅鍍液及其裝置進行大的改動，而0.3到1.3重量％的鎂含量可顯著提高抗腐蝕性。通常，對于這些量的鎂必須添加多于0.5重量％鋁以阻止在鍍液中形成比常規(guī)鍍液中更多的氧化物浮渣；浮渣可能在鍍層中導致缺陷。對于對表面品質(zhì)和提高抗腐蝕性具有高要求的應用，具有這些鎂和鋁含量的鍍層是最為適合的。
優(yōu)選的，鋅合金含有0.8-1.2重量％鋁和/或0.8-1.2重量％鎂。與常規(guī)熱浸鍍鋅相比，這些量的鎂和鋁適宜以有限的額外成本提供具有高抗腐蝕性、優(yōu)異表面品質(zhì)、優(yōu)異可成形性、和良好可焊接性的鍍層。
根據(jù)優(yōu)選的實施方案，為鋼帶提供熱浸鍍鋅合金鍍層，其中以重量％計的鋁含量與以重量％計的鎂含量加或減最大值為0.3重量％的量相同。已發(fā)現(xiàn)，當鋁含量等于或幾乎等于鎂含量時，可在相當大的程度上抑制鍍液中形成的浮渣。
本發(fā)明還涉及對鋼帶進行熱浸鍍鋅合金鍍層的方法，其中在熔融鋅合金鍍液中進行鋼帶的鍍覆，其中鋅合金由以下成分組成0.3-2.3重量％鎂；0.5-2.3重量％鋁；少于0.0010重量％的硅；可選的＜0.2重量％的一種或多種附加元素；不可避免的雜質(zhì)；余量是鋅。
使用這種方法，可以利用常規(guī)熱浸鍍鋅設(shè)備生產(chǎn)上述的鋼帶。通常，鍍層中的鋁含量略高于鍍液中的鋁含量。當討論根據(jù)本發(fā)明的鋼帶時，提及該方法的優(yōu)點。
根據(jù)優(yōu)選的方法，如上文對于鋼帶所討論的，鋅合金鍍液含有1.5-2.3重量％鎂和1.5-2.3重量％鋁。
根據(jù)又一優(yōu)選的方法，如上文所討論的，鋅合金鍍液含有0.6-1.3重量％鋁和/或0.3-1.3重量％鎂。
優(yōu)選的，如上文所討論的，鋅合金鍍液含有0.7-1.2重量％鋁和/或0.7-1.2重量％鎂。
根據(jù)方法的優(yōu)選實施方案，熔融鋅鍍液的溫度保持在380℃-550℃，優(yōu)選在420℃-480℃。純鋅的熔點是419℃，而含3.2％Al和3.3％Mg的鋅的熔化溫度約337℃，因此為了避免局部凝固，380℃是合理的下限。為了避免任何凝固，440℃的下限是絕對安全的。提高鋅鍍液溫度會增加鋅的蒸發(fā)，并導致鍍鋅生產(chǎn)線上形成灰塵，這會引起表面缺陷。因此上限應適當?shù)?，為?50℃是合理的，且優(yōu)選480℃作為技術(shù)上可行的上限。
進入熔融鋅合金鍍液之前鋼帶的溫度優(yōu)選為380℃-850℃，更優(yōu)選在熔融鋅合金鍍液溫度和高于鍍液溫度25℃之間。為了避免鋅鍍液的局部凝固，鋼帶的溫度不應低于鋅合金的熔點。高的鋼帶溫度將導致更高的鋅蒸發(fā)，引起灰塵形成。高的鋼帶溫度還會加熱鋅鍍液，需要鍍液中鋅的持續(xù)冷卻，這是昂貴的。由于這些原因，優(yōu)選鋼帶的溫度恰好高于鍍液溫度。
根據(jù)優(yōu)選的實施方案，鋼帶以高于9米/分鐘的速度進入熔融鋅合金鍍液，優(yōu)選高于15米/分鐘的速度，更優(yōu)選高于30米/分鐘的速度。已發(fā)現(xiàn)對低于9米/分鐘的鍍覆速度，常出現(xiàn)松垂(sagging)，使得鋅合金鍍層呈現(xiàn)表面波紋。當速度高于9米/分鐘，呈現(xiàn)松垂的實例數(shù)量減少，當鍍層速度高于15米/分鐘和30米/分鐘，這些實例的數(shù)量甚至減少更多。
發(fā)明還涉及提供有使用上述方法制備的熱浸鍍鋅合金鍍層的鋼帶。
發(fā)明進一步涉及由上述鋼帶制備的汽車零件。
下文將通過描述一些實驗并給出一些測試結(jié)果來闡述本發(fā)明。
首先，在下面的八個表格中給出測試結(jié)果。
表1鍍液和鍍層的組成
表2平板的抗腐蝕性
鑒定0＝與SST中常規(guī)10μm HDG(0.2％Al)相比沒有提高+＝提高至多2倍(factor)++＝提高至多4倍+++＝提高至多6倍++++＝提高大于8倍表3變形板的抗腐蝕性
鑒定0＝與SST中常規(guī)10μm HDG(0.2％Al)相比沒有提高+＝提高至多2倍++＝提高至多4倍+++＝提高大于4倍表4磨損性能
鑒定1.優(yōu)異(沒有深度劃痕，均勻表面)2.好(可出現(xiàn)少量劃痕)3.一般(有銹斑的或輕微劃傷的表面)4.差(一些大的劃痕)5.非常差(嚴重劃傷/磨損的表面，材料破裂)表5表面品質(zhì)
鑒定表面品質(zhì)0＝與采用相同方法在0.2％Al鍍液中制得的板相當+＝更好-＝更差鑒定可成形性0＝在0T彎曲時無裂紋-＝有裂紋表6浮渣形成
鑒定-與常規(guī)(0.2％Al)鍍液中相比形成更多的氧化浮渣
0與常規(guī)(0.2％Al)鍍液中相比形成相似量的氧化浮渣+與常規(guī)(0.2％Al)鍍液中相比形成較少的氧化浮渣表7可點焊性
鑒定0＝相似的焊接范圍-＝較小的焊接范圍+＝較大的焊接范圍表8鍍液溫度
SET＝帶材進入溫度用于實驗的鋼是超低碳鋼，其組成為(均為重量％)0.001C、0.105Mn、0.005P、0.004S、0.005Si、0.028Al、0.025Alzo、0.0027N、0.018Nb和0.014Ti，余量是不可避免的雜質(zhì)和Fe。
該鋼板通過冷軋鋼制得，并具有12×20cm的尺寸和0.77mm厚度。除油后，對這些鋼板進行如下處理步驟1在85.5％N2、2％H2、11％CO2和1.5％CO的氣氛中在11秒內(nèi)從室溫升至250℃；步驟2在與步驟1相同的氣氛中在11秒內(nèi)從250℃升至670℃；步驟3在85％N2和15％H2的氣氛中在46秒內(nèi)從670℃升至800℃；步驟4在與步驟3相同的氣氛中在68秒內(nèi)從800℃降至670℃；步驟5在與步驟3相同的氣氛中在21秒內(nèi)從670℃降至帶材進入溫度(SET)，通常為475℃；步驟6在通常460℃的液體鋅合金中浸漬2秒，然后使用100％N2擦拭(wipe)鋼板上的鋅層以調(diào)節(jié)鍍層重量；步驟7在100％N2中在60秒內(nèi)冷卻至80℃。
在一些實驗中，將步驟1和2中的氣氛改為85％N2和15％H2，但觀察到對鍍層品質(zhì)沒有影響。
使用根據(jù)ISO2178的Fischer Dualscope用于檢測板每一側(cè)的鍍層厚度，使用九個點的平均值。
表1中，給出了用于鍍覆鋼板的鋅鍍液的合金元素以及鍍層本身中的合金元素。通常鍍層中的鋁含量略高于鍍液中的鋁含量。
表2說明了大量板的平(沒有變形的)板腐蝕性。改變鍍層厚度。可見，對于小的Al和Mg含量，鍍層必須較厚才能獲得較好的抗腐蝕性。對于較高的Al和Mg含量，即使薄鍍層也能獲得非常好的抗腐蝕性。使用0.8-1.2重量％Al和Mg對于較厚鍍層能獲得良好的結(jié)果；使用1.6-2.3重量％Al和Mg對于薄鍍層能獲得非常好的結(jié)果。
在代表一些嚴重腐蝕的汽車和建筑物微環(huán)境(microclimate)的苛刻、包含高氯化物、濕條件下，使用鹽噴霧試驗(ASTM-B117)測試抗腐蝕性以了解抗腐蝕性。
在腐蝕室中進行測試，其中將溫度維持在35℃，同時將含5％NaCl溶液的水霧連續(xù)噴灑在以75 °角度安裝在支架上的樣品上。用于評價腐蝕行為的樣品一側(cè)朝向鹽噴霧。用帶子包裹樣品邊緣以防止干擾表面正確腐蝕評價的可能的邊緣早期紅銹。每天檢測樣品一次以觀察是否出紅銹。首次紅銹是產(chǎn)品抗腐蝕性的主要標準。參考產(chǎn)品是具有10μm層鋅鍍層厚度的常規(guī)熱浸鍍鋅鋼。
表3顯示了變形板的抗腐蝕性。使用Erichsen 8mm杯進行變形。可見，這里抗腐蝕性在大的程度上依賴于鋅合金層的鍍層厚度。但是，可以清楚的是，較高含量的合金元素Al和Mg導致鋅合金層的更好抗腐蝕性。
表4顯示熱浸鍍鋅鋼的磨損性能。對于含有約1重量％和更多Al和Mg的鍍液，所有鍍層均顯示出優(yōu)異的磨損性能。使用線性摩擦試驗(LFT)方法測試磨損性能。該方法使用苛刻的條件加速磨損。該方法使用一個扁平工具和一個圓形工具以產(chǎn)生與樣品表面的高壓接觸。使用的工具材料與DIN 1.3343一致。
對于每一材料/潤滑油系統(tǒng)，以0.33m/s的速度在使用5kN力壓在一起的該組工具(一扁平工具、一圓形工具)間拉拔50mm寬且300mm長的帶材。沿著55mm的測試距離，拉拔帶材通過工具10次。每次行程(stroke)后，卸開工具并將帶材返回最初的起始位置準備下一次行程。所有的測試均在20℃和50％濕度的條件下進行。
進行LFT樣品的視覺分析以評價樣品表面的磨損程度。三個人對創(chuàng)傷的表面進行獨立評價，然后記錄中值結(jié)果。以1到5的等級對磨損進行分級，如表4所定義的。
表5顯示多個板的表面品質(zhì)和可成形性。通過對裸點、與表面的不規(guī)則(通常由浮渣引起)的粘著和板的整體外觀或光澤一致性的視覺檢查以測試表面品質(zhì)。如下表，在約0.5重量％Al和Mg與2.1重量％的Al和Mg間，表面品質(zhì)良好。對于較高的鋁含量，鍍液中浮渣量增加，導致較低的表面品質(zhì)。在板完全彎曲(0T)后，通過對鍍層中裂縫的視覺檢查測量鍍層的可成形性。對于較高的鎂含量，可成形性下降。
表6顯示了當Al和Mg含量為約0.5-2.1重量％時，浮渣的形成少于常規(guī)鋅鍍液。對于四種鍍液組成通過比較泡沫和附著浮渣的量來定量評價浮渣的形成Zn+0.2％Al，Zn+1％Al+1％Mg，Zn+1％Al+2％Mg和Zn+1％Al+3％Mg。對于這四種鍍液組成，使氬氣在容器中的液體鋅合金中起泡2.5小時以破壞表面上的氧化物層。之后，除去表面上的泡沫并對浮渣稱重。將其余的鍍液注入空容器中，同樣除去附著在原容器壁上的殘余浮渣并對浮渣稱重。這得到表9中的結(jié)果。
表9浮渣
*按容器中液體鋅總量的百分比測量該測量結(jié)果與浸漬實驗中的觀察結(jié)果相一致，清楚表明對于Zn+1％Al+1％Mg和Zn+1％Al+2％Mg組成的鋅鍍液，浮渣形成較少。
表7顯示僅進行了幾個可點焊性測試?？珊感钥磥聿皇茕\鍍液中Al和Mg含量的影響。通過使用4.6mm直徑的電極和2kN作用力的焊接，并利用漸增的焊接電流獲得焊縫生長曲線。焊接范圍是在飛濺剛剛之前的電流和獲得3.5√t(t為鋼厚度)的最小塞(plug)直徑的電流間的差異。表7顯示0.5％和0.1％的Mg和Al-合金鍍覆的鋼具有與常規(guī)鍍鋅鋼相似的焊接范圍。
表8顯示鍍液溫度和進入鍍液時帶材溫度的影響是最小的。410℃或460℃的鍍液溫度似乎不會產(chǎn)生差異，420℃或475℃的帶材進入溫度同樣不會產(chǎn)生差異。
可將以上結(jié)果總結(jié)如下熱浸鍍鋅帶材鍍層中0.3-2.3重量％的鎂含量和0.6-2.3重量％的鋁含量將導致優(yōu)于常規(guī)鍍鋅鋼的抗腐蝕性。當鍍層中鋁和鎂的含量都在1.6和2.3重量％之間時，即使是薄的鍍層，抗腐蝕性也非常好。當鍍層中鋁和鎂的含量都在0.8和1.2重量％之間時，薄鍍層的抗腐蝕性良好，且厚鍍層的抗腐蝕性非常好。合金元素的含量不應該太高以至于不能阻止浮渣形成。
此外，在根據(jù)本發(fā)明具有兩種Mg和Al添加組成的中試生產(chǎn)線上進行試驗，結(jié)果見下表10。
表10中試生產(chǎn)線組成
鍍液中不含Si(＜0.001％)，但由于來自罐材料和鍍液構(gòu)件(槽輥等)的不銹鋼的溶解，鍍液中含有一些污染物Cr(＜0.005％)和Ni(約0.009％)。鍍液中沒有發(fā)現(xiàn)可檢測量的Si(＜0.001％)。此外，選擇工藝參數(shù)以盡可能接近地代表商用熱浸鍍鋅生產(chǎn)線的常用實施，見表11表11工藝參數(shù)
(通過N2壓力、溫度和氣刀中刀-帶材間距的變化)生產(chǎn)具有不同鍍層厚度的各種線圈，且一些所得鍍層的組成如下表12所示表12鍍層組成
樣品1-3由組成MZ_試驗1制得，樣品4+5由MZ_試驗2制得。通過含有抑制劑的酸洗酸溶解鋅鍍層獲得這些值，并稱取重量損失以測定鍍層重量。通常ICP-OES(感應耦合等離子-光發(fā)射光譜(Inductively Couple Plasma-Optical Emmission Spetroscopy))分析溶液。通過光度測定技術(shù)測定單個樣品中的Si含量。
在使用MZ_試驗2鍍液組成制備較厚鍍層(每側(cè)＞8μm)的過程中，出現(xiàn)一些鍍層松垂并導致均勻的云狀圖案。對于更大的鍍層重量，這些松垂更為嚴重。生產(chǎn)線速度從34m/min降低到24m/min也可增加松垂圖案。為了找出關(guān)于生產(chǎn)線速度和松垂圖案間關(guān)系的更多證據(jù)，在實驗模擬裝置上制備另外的板。
在用于上述其它實驗板的相似工藝條件下進行試驗。用于這些實驗的鍍液組成是用于鍍鋅材料(GI)的0.21％Al和用于根據(jù)發(fā)明鋅合金鍍層(MZ)的2.0％Al+2.0％Mg，以增加效果并研究可控制其的工藝參數(shù)。改變板的(與線速度相當?shù)?拉出速度，(與擦拭刀壓力相當?shù)?擦拭體積和鍍液溫度。制備較厚的鍍層以檢查松垂圖案。為了測試擦拭過程中氧化的影響，在擦拭介質(zhì)中使用CO2進行一些實驗。測試板前面的鍍層厚度，并評價其松垂圖案(具有或不具有)。結(jié)果匯總在表13中。
從表13中清楚可見，GI鍍液也能產(chǎn)生松垂圖案，但對于鍍液溫度＞490℃(實施例#2，7，10，12和16)絕不會產(chǎn)生。然而，對于GI商業(yè)生產(chǎn)中，常規(guī)的鍍液溫度是460℃，除了非常厚的鍍層(＞30μm)以外不會引起松垂。因此，生產(chǎn)線上的拉出速度是不產(chǎn)生松垂的原因，實施例10-16(對應于15m/min的生產(chǎn)線速度)也顯示不產(chǎn)生松垂，但在較低的生產(chǎn)線速度(實施例1-9)下產(chǎn)生松垂。
對于MZ組成，在所有鍍液溫度下均發(fā)現(xiàn)松垂圖案，但溫度高于430℃較少發(fā)現(xiàn)，如表13中所示(在460℃和更高的鍍液溫度在板上，在19個實施例中，3-4個實施例顯示松垂圖案，而鍍液溫度低于460℃下的所有板均顯示松垂圖案)。與使用GI的商用經(jīng)驗結(jié)合，可得出結(jié)論鍍液溫度應高于430℃以減少產(chǎn)生松垂圖案的機會。
拉出速度也會影響MZ組成，較高的拉出速度(150mm/s＝9m/min)或更高的，相比低于150mm/s的拉出速度(21個中有17個)產(chǎn)生松垂的實施例更少(17個中有5個)。所以，如在中試生產(chǎn)線試驗中發(fā)現(xiàn)的，為了生產(chǎn)沒有松垂圖案的產(chǎn)品，生產(chǎn)線速度應高于9m/min，優(yōu)選高于30m/min。
對于松垂圖案的解釋是在擦拭過程中(參見EP 0 905 270 B1)鍍層上氧化物膜的穩(wěn)定性。據(jù)認為較薄的氧化物將導致較少的松垂問題。然而，如通過比較不導致松垂圖案的實施例42和43與實施例48-51可知，在擦拭氣體中在N2之外引入CO2不會改變松垂圖案的形成。如通過對實施例18和22比較可知，其也不會減輕松垂圖案。相似地，在擦拭裝置上使用空氣代替N2重復實施例29和48，導致同樣的松垂行為。顯然，擦拭氣體的氧化作用不影響松垂圖案，并且空氣也能作為擦拭介質(zhì)用于本發(fā)明中的Zn-Al-Mg鍍液組成。
表13實驗過程參數(shù)
*也使用空氣擦拭代替N2進行這些實驗，導致相同的松垂行為。
在一些中試生產(chǎn)線材料上，進行了激光焊接測試，并與使用表14中以下參數(shù)的商用GI進行比較。
表14激光焊接測試
人們希望將來更多的使用激光焊接連接汽車工業(yè)中的鋼制零件。在常規(guī)的對接焊接構(gòu)造中，鍍層對可焊接性幾乎沒有影響，然而在激光焊接的重疊構(gòu)造中，鋅的存在對焊接行為具有大的影響。在焊接過程中，鋅將熔化并蒸發(fā)，鋅蒸氣被封存在重疊薄板間。薄板間蒸汽壓的積累導致熔體池的爆裂，導致(嚴重的)飛濺。為了防止這種現(xiàn)象，在焊接中可以在薄鋼板間使用襯墊物。但是，實際中這將導致較高的成本。已知薄的GI鍍層相比較厚的鋅鍍層產(chǎn)生較少的問題。
將三種測試材料切割成尺寸為250×125mm的矩形樣品(長邊是軋制方向)，將這些測試樣品放置在焊接夾具中并牢固夾緊。使用50mm的重疊長度，這比通常用于制備的重疊更大，但這可妨止影響焊接工藝的任何邊緣效應。在與焊接區(qū)域盡可能近處(相距16mm)施加夾緊壓力。焊接位置在夾具的中間。對于激光焊接試驗，使用4.5kW Nd:YAG激光和載有HighYag焊頭的機器人，產(chǎn)生Ф0.45mm的激光斑尺寸(單焦點)。
對于具有襯墊物的焊接測試，使用紙帶作為襯墊物以便在薄板間產(chǎn)生約0.1mm的小間隙。在沒有保護氣條件下，使用4000W激光功率以5m/min的焊接速度焊接在薄板間具有墊片的三種材料的實施例。所有這些焊接均顯示出理想的焊縫外觀而沒有任何孔洞。
為了量化不使用襯墊物的焊接的焊接外觀，對穿過厚度(throughthickness)的孔洞數(shù)目進行計數(shù)。通過測定光的透射估定這些孔洞的數(shù)目。
低焊接速度產(chǎn)生最好的焊縫外觀，具有最少的穿過厚度的孔洞。通過結(jié)合2m/min的低焊接速度和4000W的高激光功率獲得最好的結(jié)果。在此設(shè)定，鍍覆有“厚”(7-8μm)MZ_試驗2鍍層的樣品性能差于具有相似鍍層厚度的GI鍍覆的材料每個樣品中穿過厚度的孔洞是15∶7。在此設(shè)定，“薄”(4-5μm)MZ_試驗2鍍覆的材料性能略好于GI鍍覆的材料每個樣品中穿過厚度的孔洞分別是5和7。
將這些結(jié)果概括如下鍍層厚度應小于7μm，且至少為3μm(為了抗腐蝕性)以獲得不使用襯墊物的良好激光可焊性。
可以理解的是對于具有不同于上述試驗中組成的帶材也可以使用該鍍層和該鍍覆方法。
權(quán)利要求
1.提供有熱浸鍍鋅合金鍍層的鋼帶，其特征在于該鋅合金由以下成分組成0.3-2.3重量％鎂；0.6-2.3重量％鋁；可選＜0.2重量％的一種或多種附加元素；不可避免的雜質(zhì)；余量是鋅；其中鋅合金鍍層具有3-12μm的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的提供有熱浸鍍鋅合金鍍層的鋼帶，其中鋅合金鍍層具有3-10μm的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的提供有熱浸鍍鋅合金鍍層的鋼帶，其中鋅合金鍍層具有3-8μm的厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3的提供有熱浸鍍鋅合金鍍層的鋼帶，其中鋅合金鍍層具有3-7μm的厚度。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的提供有熱浸鍍鋅合金鍍層的鋼帶，其中鋅合金鍍層中存在一種或多種附加元素，每種＜0.02重量％，優(yōu)選每種＜0.01重量％。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的提供有熱浸鍍鋅合金鍍層的鋼帶，其中鋅合金層中的硅含量低于0.0010重量％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項的提供有熱浸鍍鋅合金鍍層的鋼帶，其中鋅合金含有1.6-2.3重量％鎂和1.6-2.3重量％鋁。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項的提供有熱浸鍍鋅合金鍍層的鋼帶，其中鋅合金含有0.6-1.3重量％鋁，優(yōu)選含有0.8-1.2重量％鋁。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6或8中任一項的提供有熱浸鍍鋅合金鍍層的鋼帶，其中鋅合金含有0.3-1.3重量％鎂，優(yōu)選含有0.8-1.2重量％鎂。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項的提供有熱浸鍍鋅合金鍍層的鋼帶，其中以重量％計的鋁含量與以重量％計的鎂含量加或減最大0.3重量％的量相同。
11.用于對鋼帶進行熱浸鍍覆鋅合金鍍層的方法，其中在熔融鋅合金鍍液中進行鋼帶的鍍覆，其特征在于該鋅合金由以下成分組成0.3-2.3重量％鎂；0.5-2.3重量％鋁；少于0.0010重量％的硅；可選＜0.2重量％的一種或多種附加元素；不可避免的雜質(zhì)；余量是鋅。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中鋅合金鍍液中含有1.5-2.3重量％鎂和1.5-2.3重量％鋁。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中鋅合金鍍液中含有0.6-1.3重量％鋁，優(yōu)選含有0.7-1.2重量％鋁。
14.根據(jù)權(quán)利要求11或13的方法，其中鋅合金鍍液中含有0.3-1.3重量％鎂，優(yōu)選含有0.7-1.2重量％鎂。
15.根據(jù)權(quán)利要求11-14中任一項的方法，其中將熔融鋅鍍液的溫度保持在380-550℃，優(yōu)選420-480℃。
16.根據(jù)權(quán)利要求11-15中任一項的方法，其中在進入熔融鋅合金鍍液前，鋼帶的溫度在380和850℃之間，優(yōu)選在熔融鋅合金鍍液溫度和高于鍍液溫度25℃之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求11-16中任一項的方法，其中鋼帶以高于9米/分鐘、優(yōu)選高于15米/分鐘、更優(yōu)選高于30米/分鐘的速度進入熔融鋅合金鍍液。
18.使用根據(jù)權(quán)利要求11-17中任一項方法生產(chǎn)的提供有熱浸鍍鋅合金鍍層的鋼帶。
19.由根據(jù)權(quán)利要求1-10和18中任一項的鋼帶制備的汽車零件。
全文摘要
提供有熱浸鍍鋅合金鍍層的鋼帶，其中在熔融鋅合金鍍液中進行鋼帶的鍍覆，該鋅合金由以下成分組成0.3－2.3重量％鎂；0.6－2.3重量％鋁；可選＜0.2重量％的一種或多種附加元素；不可避免的雜質(zhì)；余量是鋅；其中該鋅合金鍍層具有3－12μm的厚度。
文檔編號C23C2/06GK101027421SQ200580021752
公開日2007年8月29日 申請日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月29日
發(fā)明者T·F·J·馬爾曼, R·布勒克爾, M·J·弗洛特 申請人:克里斯塔爾公司