專利名稱：鍍覆有金屬的鋼帶的制作方法
鍍覆有金屬的鋼帶
本發(fā)明涉及一種鋼帶，它具有在鍍覆金屬的熔融浴中對帶材進(jìn)行鍍 覆而形成在帶材上的耐腐蝕金屬鍍層。
本發(fā)明具體地，但不僅僅是，涉及鍍覆有金屬的鋼帶，它能冷加工 (例如軋制)為終端產(chǎn)品，例如屋頂用的產(chǎn)品。
本發(fā)明更具體地，但不僅僅是，涉及上述類型的鍍覆有金屬的鋼帶，
它具有帶有小鋅花的耐腐蝕金屬鍍層，即帶有平均鋅花尺寸小于0.5 mm 的鍍層。
本發(fā)明更具體地，但不僅僅是，涉及上述類型的鍍覆有金屬的鋼帶， 它具有帶有小鋅花并包含鋁-鋅-硅合金的耐腐蝕金屬鍍層，其中鋁-鋅-硅合金包含有相對較低濃度的硅，還包含有鎂。
用于鍍覆鋼帶的普通鋁-鋅-硅合金通常包含重量百分比在以下范圍 內(nèi)的鋁、鋅和硅元素
鋁45.0-60.0;
鋅37.0-46.0;以及
硅1.2-2.3。
普通的鋁-鋅-硅合金還可以包含其它元素，例如，經(jīng)常作為雜質(zhì)的 鐵、磯和鉻中的任意一種或更多種。
通常，鋼帶上的鋁-鋅-硅合金鍍層利用熱浸鍍金屬鍍覆方法形成。
在普通熱浸鍍金屬鍍覆方法中，鋼帶穿過一個(gè)或更多個(gè)熱處理爐， 之后進(jìn)入并且穿過保持在鍍覆鍋中的熔融鋁-鋅-硅合金浴。當(dāng)鋼帶穿過熔 融浴時(shí)在鋼帶上形成鋁-鋅-硅合金鍍層。
在廣泛使用的普通方法中，鋼帶向下進(jìn)入熔融浴并圍繞熔融浴中的 一個(gè)或更多個(gè)沉沒輥行進(jìn)，之后向上離開熔融浴。
此外提出了在鍍覆鍋的底壁中設(shè)置開口，并且使鋼帶垂直向上行進(jìn)
5穿過該開口進(jìn)入熔融浴，之后離開熔融浴。該方法在于利用電磁堵塞裝 置來防止熔融鋁-鋅-硅合金向下經(jīng)由開口從鍍覆鍋中流出。
申請人已進(jìn)行研究和開發(fā)工作以使用于特定終端應(yīng)用的鋁-鋅-硅合 金以及在鋼帶上由這些合金形成的鍍層的成分和微型結(jié)構(gòu)最優(yōu)化，并且 使在鋼帶上形成這種鍍層的鍍覆操作最優(yōu)化。
在研究和開發(fā)工作期間完成了本發(fā)明，本發(fā)明的重點(diǎn)在于鋁-鋅-硅 合金中硅的影響以及在鋼帶上形成這種金屬鍍層的鍍覆操作，本發(fā)明的 一個(gè)目的是在金屬鍍層中實(shí)現(xiàn)低濃度的硅，第二個(gè)目的是形成帶有小鋅 花的鍍層。
術(shù)語"小鋅花"在這里被理解為指其鋅花小于0.5mm優(yōu)選小于0.2mm 的鍍有金屬的帶材，鋅花是使用如在澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS1733所述的平均 截取距離法測定的。
申請人在工作過程中發(fā)現(xiàn)，降低硅濃度，使其低于常規(guī)的上述最小 值1.2wty。的優(yōu)點(diǎn)在于改善了耐腐蝕性能并形成了小鋅花，而缺點(diǎn)在于在 鋼帶與鋁-鋅-硅合金鍍層之間生長了鋁、鋅和鐵的金屬間合金層。
已知的是，含有相對高的鋁成分的鋁-鋅-硅合金鍍層(如 GALVALUME⑧鍍覆鋼產(chǎn)品)由于添加硅而防止在整個(gè)鍍層變成鋁、鋅和 鐵合金的金屬鍍覆期間出現(xiàn)劇烈的放熱反應(yīng)。這種鍍層會(huì)非常易碎且無 商業(yè)價(jià)值。
此外已知的是，在沒有添加硅的情況下放熱反應(yīng)如此劇烈以致于熱 鋼基體呈現(xiàn)鮮紅色，而且有時(shí)鍍層真的會(huì)燃燒。
本發(fā)明基于申請人已發(fā)現(xiàn)通過以下要點(diǎn)可以抑制金屬間合金層生 長(a)將鎂添加到鋁-鋅-硅合金成分中；和/或(b)減少鋼帶浸入鍍覆浴 的停留時(shí)間。
就要點(diǎn)(a)而言，根據(jù)本發(fā)明的鍍覆鋼帶包括在帶材的至少一個(gè)表面 上的鋁-鋅-硅合金鍍層，其特征在于所述鋁-鋅-硅合金包含小于1.2 wt% 的硅，還包含鎂。
優(yōu)選的是，硅濃度為0.2-0.5 wt%,并且鎂濃度為0.5-8 wt%。優(yōu)選的是，硅濃度為至少0.2wt。/。并小于1.2 wt%，而鎂濃度為0.5-1wt%。
優(yōu)選的是，硅濃度為至少0.2wt%。
除抑制金屬間合金層生長之外，將鎂添加到鋁-鋅-硅合金還改善了鍍層的耐腐蝕性能。
優(yōu)選的是，所述鍍層具有如在這里所述的小鋅花，即小于0.5mm優(yōu)選小于0.2mm的鋅花，鋅花尺寸采用如在澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS1733中所述的平均截取距離法測量。
小鋅花尺寸改善了鍍層的延展性，并彌補(bǔ)了鎂對鍍層延展性產(chǎn)生的不利影響。
優(yōu)選的是，鎂濃度為小于8wt"3/。。
優(yōu)選的是，鎂濃度為小于3wty。。
優(yōu)選的是，鎂濃度為至少0.5wt。/0。
優(yōu)選的是，鎂濃度為1 wt%-3 wt%。
更優(yōu)選的是，鎂濃度為1.5 wt%-2.5 wt%。
優(yōu)選的是，鋁-鋅-硅合金為例如在Bethlehem鋼鐵公司提交的國際申請PCT/US00/23164 (WO 01/27343)中所述的二硼化鈦改性的合金，并因二硼化鈦而包含高達(dá)0.5 wtn/。的硼。該國際申請披露了二硼化鈦減小鋁-鋅-硅合金的鋅花尺寸。該國際申請的說明書中公開的內(nèi)容在這里被引用作為參考。
所述鋁-鋅-硅合金可以包含其它元素。
優(yōu)選的是，所述鋁-鋅-硅合金包含鍶和/或鈣。
將鍶和/或鈣添加到鋁-鋅-硅合金中大大減少了申請人描述為"粗糙鍍層"和"針孔未鍍覆"缺陷的表面缺陷數(shù)量，并且抵消了由于鎂而導(dǎo)致的這些表面缺陷數(shù)量的增加。
鍶和l丐可以單獨(dú)添加或組合添加。
優(yōu)選的是，(i)鍶或(ii)鈣或(iii)鍶和鈣的濃度為至少2 ppm。
7優(yōu)選的是，(i)鍶或(ii)鈣或(iii)鍶和鈣的濃度為小于0.2 wt%。
優(yōu)選的是，(i)鍶或(ii)鈣或(iii)鍶和鈣的濃度為小于100ppm。
更優(yōu)選的是，(i)鍶或(ii)鈣或(iii)鍶和鈣的濃度為不超過50ppm。
優(yōu)選的是，所述鋁-鋅-硅合金不包含礬和/或鉻作為可考慮的合金元素，即反對它們以痕量存在例如因?yàn)樵谌廴谠≈谐霈F(xiàn)污染而作為不可避免的雜質(zhì)。
就上述要點(diǎn)(b)而言，申請人已發(fā)現(xiàn)，讓鋼帶向上行進(jìn)穿過容納有鋁-鋅-硅合金浴且在底壁設(shè)有開口的鍍覆鍋的上述鍍覆方法是減少鋼帶在鍍覆鍋中浸入鋁-鋅-硅合金浴的停留時(shí)間的有效選擇。
因此，根據(jù)本發(fā)明，在鋼帶上形成鋁-鋅-硅合金鍍層的方法包括下列步驟讓鋼帶向上行進(jìn)穿過容納有鋁-鋅-硅合金浴且在底壁設(shè)有開口的鍍覆鍋；以及在帶材上形成合金鍍層；該方法的特征在于將鋼帶在鍍覆鍋中浸入鋁-鋅-硅合金浴的停留時(shí)間最小化。
優(yōu)選的是，上述停留時(shí)間為小于0.75秒。
更優(yōu)選的是，上述停留時(shí)間為小于0.5秒。
優(yōu)選的是，上述停留時(shí)間為至少0.2秒。
優(yōu)選的是，鋁-鋅-硅合金為上述包含低濃度硅的合金，并且可選為包含鎂的合金。
根據(jù)本發(fā)明，在鋼帶上形成鋁-鋅-硅合金鍍層的方法還可以包括以下步驟讓鋼帶連續(xù)穿過熱處理爐和熔融的鋁-鋅-硅合金?。徊⑶?a)在熱處理爐中對鋼帶進(jìn)行熱處理；以及(b)在熔融浴中對鋼帶進(jìn)行熱浸鍍并
在鋼帶上形成帶有小鋅花的合金鍍層。
優(yōu)選的是，熱處理爐具有延伸進(jìn)入熔融浴中的細(xì)長爐出口流道或爐嘴。
根據(jù)本發(fā)明，還可以提供由上述鍍覆有金屬的鋼帶制成的冷加工產(chǎn)
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正如上文所述，本發(fā)明基于申請人所進(jìn)行的研究和開發(fā)工作。該工作包括一系列試驗(yàn)，設(shè)計(jì)為用于評估鋁-鋅-硅合金中硅和鎂對鋼帶試件上合金鍍層的微型結(jié)構(gòu)的影響，更具體的是對鋅花尺寸和金屬間合金層生長的影響。
使用包含如下重量百分比的鋁-鋅-硅合金來進(jìn)行試驗(yàn)
(a) 0.5 Si， 0.0 Mg;
(b) 0.5 Si， 2.0 Mg;
(c) 0.28 Si， 0.0 Mg;以及
(d) 0.28 Si， 2.0 Mg。
在鋼帶試件上鍍覆上述合金，然后對各試件進(jìn)行評估。
試驗(yàn)結(jié)果一覽顯示在下面的表1和

圖1的顯微照片中。
申請人發(fā)現(xiàn)試件具有鋁-鋅-硅合金鍍層以及在鍍層與鋼基體之間的金屬間合金層。
表1
Si 成分 (wt%)鋅花尺寸(mm)-0.0 wt% Mg鋅花尺寸(mm)-2.0 wt% Mg金屬間合金層厚 度(mm)-0.0 wt% Mg金屬間合金層厚 度(mm)-2.0 wt% Mg
0.50.30.295nm，個(gè)別地方 10 |um2-3 nm，個(gè)別地方 6
0.280.20.1910 nm，個(gè)別地方 15 |um2-3 pm，個(gè)別地方 8 |im
顯微照片示出了各試件的鋼基體、基體上的金屬間合金層以及金屬
間合金層上的鍍層(在顯微照片中被稱作"A1/Zn層")。由表1和顯微照片可知
(a) 金屬間合金層的厚度隨著Si濃度減少而增加——對包含0.0wt%Mg的兩種不同Si濃度的試件進(jìn)行比較可知；
(b) 包含2.0 wt% Mg的試件的金屬間合金層的生長明顯小于包含0.0 wt%Mg的試件；
(c) 在包含2.0wt。/。Mg的試件中，Si濃度使金屬間合金層的厚度變化很??；以及
(d) 具有較低的0.28 wt% Si濃度的試件形成較小鋅花。
在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對上述優(yōu)選實(shí)施方案作出許多變型。
9
權(quán)利要求
1.一種在鋼帶的至少一個(gè)表面上具有鋁-鋅-硅合金鍍層的鋼帶，其特征在于所述鋁-鋅-硅合金包含小于1.2wt％的硅，還包含鎂。
2. 如權(quán)利要求l所述的鋼帶，其中硅濃度為0.2-0.5 wt%，并且鎂濃 度為0.5-8 wt%。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的鋼帶，其中硅濃度為至少0.2 wty。且小 于1.2 wt%，并且鎂濃度為0.5-1 wt%。
4. 如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鋼帶，其中硅濃度為至少0.2 wt%。
5. 如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鋼帶，其中所述鍍層具有如在這 里所述的小鋅花。
6. 如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鋼帶，其中鎂濃度為小于8wt%。
7. 如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鋼帶，其中鎂濃度為小于3 wt%。
8. 如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鋼帶，其中鎂濃度為至少0.5 wt%。
9. 如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鋼帶，其中鎂濃度為1 wt%-3 wt%。
10. 如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鋼帶，其中鎂濃度為1.5 wt%-2.5 wt%。
11. 如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鋼帶，其中所述鋁-鋅-硅合金為如在這里所述的二硼化鈦改性的合金。
12. 如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鋼帶，其中所述鋁-鋅-硅合金包 含鍶和/或f丐。
13. 如權(quán)利要求12所述的鋼帶，其中(i)鍶或(ii)鈣或(iii)鍶和鈣的濃 度為至少2 ppm。
14. 如權(quán)利要求12或13所述的鋼帶，其中(i)鍶或(ii)鈣或(iii)鍶和鈣 的濃度為小于0.2 wt%。
15. 如權(quán)利要求12~14中任一項(xiàng)所述的鋼帶，其中(i)鍶或(ii)鈣或(iii) 鍶和鈣的濃度為小于100卯m。
16. 如權(quán)利要求12~15中任一項(xiàng)所述的鋼帶，其中(i)鍶或(ii)鈣或(iii) 鍶和^丐的濃度為不超過50ppm。
17. 如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鋼帶，其中所述鋁-鋅-硅合金不 包含磯和/或鉻作為可考慮的合金元素，即反對它們以痕量存在例如因?yàn)?在熔融浴中出現(xiàn)污染而作為不可避免的雜質(zhì)。
18. —種在鋼帶上形成鋁-鋅-硅合金鍍層的方法，其包括下列步驟 讓鋼帶向上行進(jìn)穿過容納有鋁-鋅-硅合金浴且在底壁設(shè)有開口的鍍覆鍋； 以及在鋼帶上形成合金鍍層；所述方法的特征在于，將鋼帶在鍍覆鍋中 浸入鋁-鋅-硅合金浴的停留時(shí)間最小化。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述停留時(shí)間為小于0.75秒。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述停留時(shí)間為小于0.5秒。
21. 如權(quán)利要求18~20中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述停留時(shí)間為至少0.2秒。
22. 如權(quán)利要求18 21中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述鋁-鋅-硅合金 包含小于1.2wt。/。的硅，并且可選為包含鎂的合金。
23. 如權(quán)利要求18 22中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述鋁-鋅-硅合金 包含鎂。
24. 如權(quán)利要求18~22中任一項(xiàng)所述的方法，還包括以下步驟讓 鋼帶連續(xù)穿過熱處理爐和熔融的鋁-鋅-硅合金??；并且(a) 在熱處理爐中對鋼帶進(jìn)行熱處理；以及(b) 在熔融浴中對鋼帶進(jìn)行熱浸鍍并在鋼帶上形成帶有小鋅花的合 金鍍層。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種在帶材的至少一個(gè)表面上具有鋁-鋅-硅合金鍍層的鋼帶。所述鋼帶的特征在于所述鋁-鋅-硅合金包含小于1.2wt％的硅，還包含鎂。本發(fā)明還披露了一種在鋼帶上形成鋁-鋅-硅合金鍍層的方法。所述方法包括下列步驟讓鋼帶向上行進(jìn)穿過容納有鋁-鋅-硅合金浴且在底壁設(shè)有開口的鍍覆鍋；以及在鋼帶上形成合金鍍層。所述方法的特征在于將鋼帶在鍍覆鍋中浸入鋁-鋅-硅合金浴的停留時(shí)間最小化。
文檔編號C23C2/04GK101517118SQ200780035748
公開日2009年8月26日 申請日期2007年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月30日
發(fā)明者喬·威廉斯, 劉啟陽, 羅斯·麥可道爾·史密斯 申請人:藍(lán)野鋼鐵有限公司