專利名稱：一種適用于鋼材批量熱浸鍍鋅的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鋼材熱浸鍍鋅合金技術(shù)領(lǐng)域。更具體的，本發(fā)明涉及適用于鋼材批量熱浸 鍍鋅的方法。
技術(shù)背景熱浸鍍鋅作為有效的鋼鐵表面防護工藝之一，被廣泛應(yīng)用于鋼鐵構(gòu)件的防護上。熱浸 鍍鋅是將表面經(jīng)清洗、活化后的鋼鐵浸于液態(tài)鋅中，通過鐵鋅之間的反應(yīng)擴散在鋼鐵表面 生成鐵鋅合金相層的過程。熱浸鍍鋅層(包括合金相層和自由鋅層)隔離了鋼鐵材料與腐 蝕環(huán)境的接觸，并利用鋅對鋼鐵的犧牲性陽極的特性，對鋼鐵材料起到保護作用?，F(xiàn)有的熱浸鍍鋅用鋼中，大多含有一定量的硅元素。鋼中硅的存在，會影響熱浸鍍鋅 層中合金相層的生長，使鍍層出現(xiàn)灰暗、超厚和粘附性差等現(xiàn)象，降低了鍍層的外觀質(zhì)量 和性能。隨著對鍍層的使用條件的不斷提高，單金屬鋅鍍層的抗蝕能力以及使用壽命已經(jīng) 不能滿足現(xiàn)代工業(yè)鋼鐵材料的保護要求。因此，為了克服熱浸鍍鋅用鋼中硅對鍍層的不利 影響，同時進一步提高其耐腐蝕性能，通常采用多元合金鍍鋅技術(shù)，即在熱浸鍍鋅浴中加 入多種微量合金元素來實現(xiàn)。目前應(yīng)用多元合金鍍鋅技術(shù)是將多種合金元素?zé)捴瞥梢环N多元中間合金，然后添加到 鋅浴中進行熱浸鍍鋅。該方法的缺點是在熱浸鍍過程中，鋅浴中各種合金元素的消耗速度 不一樣，造成鋅浴成分的變化，不易控制鋅浴中各添加元素的準(zhǔn)確含量。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能有效控制鋅浴成分，既能解決鋼中硅對熱浸鍍鋅層質(zhì)量 的不利影響，又能提高鍍鋅層耐蝕性能的批量熱浸鍍鋅工藝方法。 為達上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種適用于鋼材批量熱浸鍍鋅的方法，包括如下步驟和工藝條件 (1) 二元中間合金煉制按重量比例稱取二元中間合金鋁和鋅、鎂和鋅、鈰和鋅，分別置于石墨坩堝中，分別煉制；其中，鋅鋁二元中間合金中，鋁含量為4%~5%，其余為鋅， 鋅鋁中間合金的熔煉溫度為680~700°C，保溫時間1~2小時；鋅鎂二元中間合金中，鎂含量為3%~5%，其余為鋅，鋅鎂中間合金的熔煉溫度為650 680。C，保溫時間3~4小時；鋅 鈰二元中間合金中，鈰含量為3%~4%，其余為鋅，鋅鈰中間合金的熔煉溫度為760~780°C， 保溫時間3 4小時；各中間合金液經(jīng)保溫后，再經(jīng)過攪拌、靜置和去除合金液表面的灰渣—' 然后澆注成中間合金錠；(2) 鋅浴成分配制將鋅鍋中的鋅熔化并保持溫度在45(TC，再加入中間合金，使得 鋅浴中含鋁0.03wt%~0.0wt5%、含鎂0.02wt%~0.04 wt%、含鈰0.03 wt%~0.06 wt%;(3) 預(yù)處理將鋼材進行除油、除銹、助鍍和烘干預(yù)處理；(4) 熱浸鍍鋅在溫度為450。C的條件下，將鋼材在由三種二元中間合金配制的鋅合 金鍍浴中進行批量熱浸鍍鋅。所述步驟(4)熱浸鍍鋅還包括鋅浴成分的檢測與調(diào)整通過檢測、調(diào)整各二元中間合 金的加入量，以維持合金鋅浴的成分穩(wěn)定。所述的預(yù)處理是在60 70。C溫度條件下，5。/。NaCl水溶液中對鋼材進行堿洗除油；用溫 度5(TC清水對鋼材進行水洗；在溫度為20 30。C條件下15%HC1中對鋼材進行酸洗除銹； 用20 3(TC的清水將鋼材進行再水洗；在溫度為80'C的70wt%NH4Cl + 30wt%ZnCl水溶液 助鍍劑中對鋼材進行助鍍，助鍍時間2~3分鐘；在溫度為12(TC條件下對鋼材進行烘干， 時間2~5分鐘。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是通過定期鋅浴成分檢測，采取分別添加二元 中間合金的方式，解決鋅浴中各合金元素消耗速度不同的問題，使合金鋅浴成分容易控制；可有效克服熱浸鍍鋅用鋼中硅對鍍層的不利影響，降低鍍層厚度；提高鍍層耐腐蝕性能， 較大幅度延緩白銹的生成和紅銹的出現(xiàn)；工藝簡單，無需改變原有熱浸鍍鋅設(shè)備，有利于 鋼材批量熱浸鍍鋅規(guī)?；a(chǎn)。


圖1為含0.18%Si鋼分別在450。C純Zn浴、Zn-0.05%Al-0.03%Mg合金浴和 Zn-0.05%Al-0.03%Mg-0.05%Ce合金浴中熱浸鍍5min后獲得的鍍層厚度的柱狀圖。圖2為熱浸鍍純Zn、 Zn-0.05%Al-0.03%Mg和Zn-0.05%Al-0.03%Mg-0.05°/。Ce鍍層在 5%NaCl鹽霧腐蝕8小時后鍍層白銹覆蓋面積的柱狀圖。圖3為熱浸鍍純Zn、 Zn-0.05%Al-0.03%Mg和Zn-0.05°/。Al-0.03%Mg-0.05%Ce鍍層在 5%NaCl鹽霧腐蝕中鍍層紅銹開始出現(xiàn)時間的柱狀圖。圖4為熱浸鍍純Zn、 Zn-0.05%Al-0.03%Mg和Zn-0.05%Al-0.03%Mg-0.05%Ce鍍層在 5%NaCl溶液屮的極化曲線。上述含量均為質(zhì)量百分比含量具體實施方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的描述。 實施例l鍍鋅用鋼為含0.18。/。Si鋼板，化學(xué)成分見以下表1。采用的批量熱浸鍍鋅的方法包括如 下步驟和工藝條件-(1) 二元中間合金煉制按重量比例稱取鋁和鋅、鎂和鋅、鈰和鋅，分別置于石墨坩 堝中，分別煉制。其中鋅鋁二元中間合金中的鋁含量為5%，鋅鋁中間合金的熔煉溫度為680°C，保溫時間2小時；鋅鎂二元中間合金中的鎂含量為4%，鋅鎂中間合金的熔煉溫度 為650'C，保溫時間4小時；鋅鈰二元中間合金中的鈰含量為3.3%,鋅鈰中間合金的熔煉 溫度為76(TC，保溫時間4小時。各中間合金液經(jīng)保溫后，再經(jīng)過攪拌、靜置和去除合金 液表面的灰渣，然后澆注成中間合金錠。(2) 鋅浴成分配制將鋅鍋中的鋅熔化并保持溫度在450'C，再加入中間合金，獲得 含鋁0.05wt。/。、含鎂0.03wt。/。、含鈰0.05wt。/。的鋅浴。(3) 預(yù)處理將鋼材進行除油、除銹、助鍍和烘干預(yù)處理；具體是(a)在5wt。/。NaCl 水溶液(6(TC)中對鋼材進行堿洗除油；(b)用溫度50'C清水對鋼材進行水洗；(c)在 15wt%HCl (室溫25。C)中對鋼材進行酸洗除銹；(d)用室溫25'C清水將鋼材進行再水洗；(e)在溫度為80"C的70wt%NH4Cl + 30wt%ZnCl水溶液助鍍劑中對鋼材進行助鍍，助鍍時 間2分鐘；(f)在溫度12(TC下對鋼材進行烘干，時間3分鐘。(4) 熱浸鍍鋅在溫度450'C的合金鋅浴中對鋼材進行熱浸鍍鋅，時間5分鐘。表l實驗用鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％)cSiMnPs0.170.180.230.0100.005對比測試將上述0.18%Si鋼板分別在450。C純鋅浴以及含鋁0.05%、含鎂0.03%的合金鋅浴中熱 浸鍍5分鐘的試驗。步驟和工藝條件與實施例1相同。對實施例1以及對比測試1的鍍鋅鋼板進行鍍層厚度測試，從鍍鋅鋼板上鋸出小塊樣 品，對其橫截面進行磨制、拋光、腐蝕，在金相顯微鏡下用帶有刻度的目鏡，測量樣品中 的鍍層厚度。三種鍍鋅結(jié)果如圖1所示，可以看出在純鋅浴中加入鋁、鎂后，起到了減薄 鍍層的作用，再加入鈰后，可以進一步降低鍍層厚度。用鹽霧腐蝕試驗法評價鍍層耐腐蝕性能，試驗釆用YWX/Q-150型鹽霧箱，參照 ISO-3768標(biāo)準(zhǔn)，腐蝕溶液為5%NaCl水溶液，溶液的pH值為6.5~7.2 ，鹽霧箱內(nèi)溫度為35±2 °C ，噴霧量的大小為1~2 mL/(80cn^h)。結(jié)果如圖2與圖3所示，可以看出 Zn-0.05%Al-0.03%Mg-0.05%Ce合金鍍層可以較大幅度延緩白銹的生成和紅銹的出現(xiàn)，耐腐 蝕性能明顯提高。鍍層的電化學(xué)極化曲線的比較如圖4所示，表2為相應(yīng)的電化學(xué)極化參數(shù)。從圖4和表2可以看出，鋅浴添加合金元素后使鍍層表面的自腐蝕電位Ec。rr提高，極化電阻Rp增大，腐蝕電流密度Je。K減小。其中Zn-0.05%Al-0.03Mg-0.05%Ce合金鍍層的效果更為顯著。表明本實施例Zn-0.05%Al-0.03Mg-0.05%Ce合金鍍層在5%NaCl溶液中發(fā)生自發(fā)腐蝕的傾向比純鋅鍍層小，合金元素對鍍鋅層的電化學(xué)腐蝕具有抑制作用。表2熱浸鍍鋅及鋅合金鍍層電化學(xué)極化參數(shù)鍍層成分f匿/(v)J譜/ (jiA/cm2)純Zn-1.022548.921.89Zn-0.05%Al-0.03%Mg-1.010818.910.34Zn-0.05%Al-0.03%Mg-0.05%Ce-0.9821350.03.75實施例2鍍鋅用鋼為Q235含(0.22%Si)鋼板，分別在鍍浴溫度450'C的純鋅浴以及含鋁鎂鈰 的合金鋅浴中熱浸鍍鋅5分鐘的試驗。其中在合金鋅浴中熱浸鍍鋅包括如下步驟和工藝條 件(1) 二元中間合金煉制按重量比例稱取鋁和鋅、鎂和鋅、鈰和鋅，分別置于石墨坩 堝中，分別煉制。其中鋅鋁二元中間合金中的鋁含量為4%，鋅鋁中間合金的熔煉溫度為 70(TC，保溫時間1小時；鋅鎂二元中間合金中的鎂含量為3.6%，鋅鎂中間合金的熔煉溫 度為68(TC，保溫時間3小時；鋅鈰二元中間合金中的鈰含量為3%，鋅鈰中間合金的熔煉 溫度為780°C，保溫時間3小時。各中間合金液經(jīng)保溫后，再經(jīng)過攪拌、靜置和去除合金 液表面的灰渣，然后澆注成中間合金錠。(2) 鋅浴成分配制將鋅鍋中的鋅熔化并保持溫度在45(TC，再加入中間合金，獲得 含鋁0.03wt。/。、含鎂0.04wt。/。、含鈰0.03wt。/。的鋅浴。(3) 預(yù)處理將鋼材進行除油、除銹、助鍍和烘干預(yù)處理；具體是(a)在5wtQ/。NaCl 水溶液(6(TC)中對鋼材進行堿洗除油；(b)用溫度5(TC清水對鋼材進行水洗；(c)在 15wt%HCl (室溫25'C)中對鋼材進行酸洗除銹；(d)用室溫25'C清水將鋼材進行再水洗；(e)在溫度為8(TC的70wt%NH4Cl + 30wt%ZnCl水溶液助鍍劑中對鋼材進行助鍍，助鍍時 間2分鐘；(f)在溫度12(TC下對鋼材進行烘干，時間3分鐘。(4)熱浸鍍鋅在溫度450'C的合金鋅浴中對鋼材進行熱浸鍍鋅，時間5分鐘。 實施例3鍍鋅用鋼為Q235 (含0.22。/。Si)鋼板，分別在鍍浴溫度450'C的純鋅浴以及含鋁鎂鈰 的合金鋅浴中熱浸鍍鋅5分鐘的試驗。其中在合金鋅浴中熱浸鍍鋅包括如下歩驟和工藝條 件(1) 二元中間合金煉制按重量比例稱取鋁和鋅、鎂和鋅、鈰和鋅，分別置于石墨坩 堝中，分別煉制。其中鋅鋁二元中間合金中的鋁含量為4.8%，鋅鋁中間合金的熔煉溫度 為68(TC，保溫時間2小時；鋅鎂二元中間合金中的鎂含量為3%，鋅鎂中間合金的熔煉溫 度為680'C，保溫時間3小時；鋅鈰二元中間合金中的鈰含量為4%，鋅鈰中間合金的熔煉 溫度為760°C，保溫時間4小時。各中間合金液經(jīng)保溫后，再經(jīng)過攪拌、靜置和去除合金 液表面的灰渣，然后澆注成中間合金錠。(2) 鋅浴成分配制將鋅鍋中的鋅熔化并保持溫度在45(TC,再加入中間合金，獲得 含鋁0.0wt4。/。、含鎂0.02wt。/b、含鈰0.06wt。/。的鋅浴。(3) 預(yù)處理將鋼材進行除油、除銹、助鍍和烘干預(yù)處理；具體是(a)在5wtMNaCl 水溶液(60'C)中對鋼材進行堿洗除油；(b)用溫度50'C清水對鋼材進行水洗；(c)在 15wt%HCl (室溫25'C)中對鋼材進行酸洗除銹；(d)用室溫25'C清水將鋼材進行再水洗；(e)在溫度為80'C的70wt°/。NH4Cl + 30wt%ZnCl水溶液助鍍劑中對鋼材進行助鍍，助鍍時 間2分鐘；(f)在溫度12(TC下對鋼材進行烘干，時間3分鐘。(4) 熱浸鍍鋅在溫度45(TC的合金鋅浴中對鋼材進行熱浸鍍鋅，時間5分鐘。 對比測試2~3對實施例2和實施例3的鍍鋅鋼板進行鍍層厚度測試，從鍍鋅鋼板上鋸出小塊樣品， 對其橫截面進行磨制、拋光、腐蝕，在金相顯微鏡下用帶有刻度的目鏡，測量樣品中的鍍 層厚度。結(jié)果見表3所示。綜合實施例1~3的鍍層厚度測量值，可以看出，不同含硅量的 鋼在純鋅浴中熱浸鍍時，鍍層較厚，在鋅浴中加入鋁、鎂、鈰后，有效地降低了鍍層厚度。用鹽霧腐蝕試驗法評價鍍層耐腐蝕性能，試驗采用YWX/Q-150型鹽霧箱，參照 ISO-3768標(biāo)準(zhǔn)，腐蝕溶液為5%NaCl水溶液，溶液的pH值為6.5~7.2，鹽霧箱內(nèi)溫度為35±2 °C，噴霧量的大小為l 2mL/(80cm2'h)。各鍍層的白銹的生成和紅銹的出現(xiàn)結(jié)果見表2，可 以看出，在鋅浴中加入0.03%~0.05%鋁、0.02%~0.03%鎂、0.03%~0.06%鈰后，可以較大幅度延緩白銹的生成和紅銹的出現(xiàn)，耐腐蝕性能明顯提高。表3實施例1~3熱浸鍍鋅層厚度及腐蝕數(shù)據(jù)實施例鍍層成分鍍層厚度 /微米白銹面積 /%開始出現(xiàn)紅銹時間 /天1純Zn8984251Zn-0.05%Al-0.03%Mg-0.05%Ce7143452純Zn10286242Zn-0.03%Al-0.04%Mg-0.03%Ce8846423純Zn1028524Zn-0.04%Al-0.02%Mg-0.06%Ce824148
權(quán)利要求
1、一種適用于鋼材批量熱浸鍍鋅的方法，其特征在于包括如下步驟和工藝條件(1)二元中間合金煉制按重量比例稱取二元中間合金鋁和鋅、鎂和鋅、鈰和鋅，分別置于石墨坩堝中，分別煉制；其中，鋅鋁二元中間合金中，鋁含量為4％～5％，其余為鋅，鋅鋁中間合金的熔煉溫度為680～700℃，保溫時間1～2小時；鋅鎂二元中間合金中，鎂含量為3％～5％，其余為鋅，鋅鎂中間合金的熔煉溫度為650～680℃，保溫時間3～4小時；鋅鈰二元中間合金中，鈰含量為3％～4％，其余為鋅，鋅鈰中間合金的熔煉溫度為760～780℃，保溫時間3～4小時；各中間合金液經(jīng)保溫后，再經(jīng)過攪拌、靜置和去除合金液表面的灰渣，然后澆注成中間合金錠；(2)鋅浴成分配制將鋅鍋中的鋅熔化并保持溫度在450℃，再加入中間合金，使得鋅浴中含鋁0.03wt％～0.0wt5％、含鎂0.02wt％～0.04wt％、含鈰0.03wt％～0.06wt％；(3)預(yù)處理將鋼材進行除油、除銹、助鍍和烘干預(yù)處理；(4)熱浸鍍鋅在溫度為450℃的條件下，將鋼材在由三種二元中間合金配制的鋅合金鍍浴中進行批量熱浸鍍鋅。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于鋼材批量熱浸鍍鋅的方法，其特征在于所述步驟(4)熱浸鍍鋅還包括鋅浴成分的檢測與調(diào)整通過檢測、調(diào)整各二元中間合金的加入量，以維持合金鋅浴的成分穩(wěn)定。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的適用于鋼材批量熱浸鍍鋅的方法，其特征在于所述的檢測是采用比色法檢測合金鋅浴成分。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于鋼材批量熱浸鍍鋅的方法，其特征在于所述的預(yù)處理 是在60 7(TC溫度條件下，5%NaCl水溶液中對鋼材進行堿洗除油；用溫度5(TC清水對鋼 材進行水洗；在溫度為20 30。C條件下15%HC1中對鋼材進行酸洗除銹；用20 30。C的清水 將鋼材進行再水洗；在溫度為80°C的70wt%NH4Cl + 30wt%ZnCl水溶液助鍍劑中對鋼材進 行助鍍，助鍍時間2 3分鐘；在溫度為12(TC條件下對鋼材進行烘干，時間2 5分鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于鋼材批量熱浸鍍鋅的方法，是將鋼材在由三種二元中間合金配制的鋅合金鍍浴中進行批量熱浸鍍鋅。鋅合金鍍浴成分配方為含鋁0.03～0.05wt％、含鎂0.02～0.04wt％、含鈰0.03～0.06wt％，其余為鋅。三種二元中間合金成分配方為鋅鋁二元中間合金中，鋁含量為4～5wt％，其余為鋅；鋅鎂二元中間合金中，鎂含量為3～5wt％，其余為鋅；鋅鈰二元中間合金中，鈰含量為3～4wt％，其余為鋅。該方法工藝簡單，合金鋅浴成分容易控制，可有效克服熱浸鍍鋅用鋼中硅對鍍層的不利影響，降低鍍層厚度，提高鍍層耐腐蝕性能，無需改變原有熱浸鍍鋅設(shè)備，有利于鋼材批量熱浸鍍鋅規(guī)?；a(chǎn)。
文檔編號C23C2/06GK101220450SQ20071003253
公開日2008年7月16日 申請日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者欒向偉, 許喬瑜 申請人:華南理工大學(xué)