專利名稱：金屬鍍覆鋼帶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶材、特別是鋼帶，該帶材具有含鋁、鋅和硅的合金的耐腐蝕金屬合金鍍層，在此基礎(chǔ)上，下面稱為“Al-Zn-Si合金”。本發(fā)明具體但不排他地涉及耐腐蝕金屬合金鍍層，其含有鋁、鋅、硅和鎂作為合金鍍層中的主要元素，在此基礎(chǔ)上，下面稱為“Al-Zn-Si-Mg合金”。該合金鍍層可以包含作為有意添加的合金添加劑或作為不可避免的雜質(zhì)存在的其它元素。本發(fā)明具體但不排他地涉及鍍覆有上述Al-Zn-Si-Mg合金的鋼帶，并且該鋼帶能夠冷成型(例如軋制成型)為最終用途產(chǎn)品，例如屋面產(chǎn)品。通常，本發(fā)明的Al-Zn-Si-Mg合金包含其重量百分比為如下范圍的元素Al、Zn、Si和Mg
Al 40%-60%Zn 30%-60%Si 0. 3%-3%Mg 0. 3%-10%。更通常，本發(fā)明的Al-Zn-Si-Mg合金包含其重量百分比為如下范圍的元素Al、Zn、Si 和 Mg Al 45%-60%Zn: 35%-50%Si: I. 2%-2. 5%Mg: 1.0%_3.0%。根據(jù)最終用途，可以在金屬鍍覆帶材的一個(gè)或兩個(gè)表面上涂覆例如聚合物涂料。在這點(diǎn)上，所述金屬鍍覆帶材可自身作為最終產(chǎn)品出售，或者可以在其一個(gè)或兩個(gè)表面上施用涂料鍍層并作為經(jīng)涂覆的最終產(chǎn)品出售。本發(fā)明具體但不排他地涉及鋼帶，該鋼帶鍍覆有上述Al-Zn-Si-Mg合金并且任選鍍覆有涂料，之后冷成型(例如軋制成型)為最終用途產(chǎn)品，比如建筑產(chǎn)品(例如型材壁和屋面板)。本發(fā)明具體但不排他地涉及包含鋼帶的冷成型(例如軋制成型)最終用途產(chǎn)品(例如型材壁和屋面板)，該鋼帶鍍覆有上述Al-Zn-Si-Mg合金并且任選鍍覆有涂料。
背景技術(shù)：
通常，通過(guò)熱浸鍍方法在鋼帶上形成耐腐蝕金屬合金鍍層。在普通的熱浸鍍金屬鍍覆方法中，鋼帶通常穿過(guò)一個(gè)或多個(gè)熱處理爐，之后進(jìn)入并且穿過(guò)裝在鍍覆鍋中的熔融金屬合金浴。通常使用加熱感應(yīng)器使金屬合金在鍍覆鍋中保持熔融狀態(tài)。帶材通常通過(guò)浸入到浴中的細(xì)長(zhǎng)的爐出口斜道或噴嘴形式的出口端部分離開(kāi)熱處理爐。在浴內(nèi)，鋼帶繞著一個(gè)或多個(gè)浸入導(dǎo)輥(sink rolls)穿過(guò)浴并且從浴中向上穿出，在它穿過(guò)浴時(shí)鍍覆金屬合金。
在離開(kāi)鍍覆浴(coating bath)之后,鍍覆了金屬合金的帶材通過(guò)鍍層厚度控制工段、例如氣刀或氣刮工段，在那里鍍覆表面受到刮擦氣體的噴射，以控制鍍層的厚度。然后，鍍覆有金屬合金的鋼帶通過(guò)冷卻段進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。之后可視情況，經(jīng)過(guò)冷卻的鍍覆金屬合金的鋼帶相繼通過(guò)光整冷軋段(也稱為表面光軋段)和拉伸矯直段進(jìn)行精整。在卷取工段處卷取精整過(guò)的鋼帶。在鋼帶上的Al-Zn-Si合金鍍層中提供鋁和鋅用于抗腐蝕。在鋼帶上的Al-Zn-Si合金鍍層中提供鋁、鋅和鎂用于抗腐蝕。在熱浸鍍方法中，在上述兩種合金類型中提供硅以防止在鋼帶和熔融鍍層之間出 現(xiàn)過(guò)度合金化(excessive alloying)。一部分娃參與四元合金層形成,但是大部分娃在固化期間沉淀析出成為針狀純硅顆粒。這些針狀硅顆粒也存在于鍍層的枝晶間區(qū)域中。已在澳大利亞和其它地方廣泛用于建筑產(chǎn)品、尤其是型材壁和屋面板許多年的一種耐腐蝕金屬鍍層組分為包含55%A1的Al-Zn-Si合金組分。該型材板通常通過(guò)將帶涂層的金屬合金鍍覆帶材冷成型而制成。通常，通過(guò)將帶涂層的帶材軋制成型制造出該型材板。幾年前專利文獻(xiàn)中已經(jīng)提出在這種已知的55%A1-Zn-Si鍍層組分中加入Mg，例如以新日本制鐵株式會(huì)社(Nippon Steel Corporation)的名義申請(qǐng)的美國(guó)專利6，635，359。但在澳大利亞市場(chǎng)上，鋼帶上的Al-Zn-Si-Mg合金鍍層尚無(wú)法商購(gòu)。上面的說(shuō)明不應(yīng)視為承認(rèn)在澳大利亞或其它地方中的公知常識(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，鎂和釩增強(qiáng)了 55%A1-Zn-Si合金金屬鍍覆鋼帶的腐蝕性能的特定方面。尤其是，本申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在55%A1-Zn-Si鍍層組分中含有Mg時(shí)，Mg通過(guò)改變?cè)诤Ｑ蠡蛩嵊戥h(huán)境中所形成的腐蝕產(chǎn)物特性，為產(chǎn)品性能帶來(lái)一定的有益效果，例如改善了割邊防護(hù)(cut-edge protection)。通過(guò)本申請(qǐng)人進(jìn)行的研究工作(包括由本申請(qǐng)人進(jìn)行的全面加速腐蝕試驗(yàn)和室外暴露試驗(yàn))，證明了對(duì)腐蝕性能方面的這一改進(jìn)。對(duì)于鎂的加入，對(duì)具有涂料鍍層的金屬鍍覆鋼在邊緣根切(edge undercutting)水平方面的改進(jìn)比起在海洋環(huán)境下金屬鍍層的裸露表面腐蝕方面的改進(jìn)更為明顯。本申請(qǐng)人也已經(jīng)發(fā)現(xiàn),當(dāng)在Al-Zn-Si合金鍍層組分中含有V時(shí)，V對(duì)產(chǎn)品性能帶來(lái)一定的有益效果。本申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于各種環(huán)境，在室外暴露中測(cè)定的裸露(未涂覆)金屬鍍覆鋼帶表面的質(zhì)量損失水平減少了平均33%。不同于鎂，在裸露(未涂覆)表面的鍍層損失方面的改進(jìn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于在具有涂料鍍層的金屬鍍覆鋼帶的邊緣根切水平方面的改進(jìn)。本發(fā)明為金屬帶材、特別是鋼帶，所述鋼帶具有Al-Zn-Si合金鍍層，該鍍層含有0. 3wt%-10wt%的Mg和0. 005wt%-0. 2wt%的V,從而利用該鍍層的腐蝕性能的上述互補(bǔ)方面。更具體而言，Mg和V的加入使帶材的裸露質(zhì)量損失(bare mass loss)和經(jīng)涂覆的金屬鍍層帶材的邊緣根切得以改進(jìn)，達(dá)到比分別更多地單獨(dú)加入各相應(yīng)元素所能獲得的更高的水平。所述鍍層合金可以為Al-Zn-Si-Mg合金，該Al-Zn-Si-Mg合金包含其重量百分比為如下范圍的元素Al、Zn、Si和Mg
Al 40%-60%Zn 30%-60%Si 0. 3%-3%Mg 0. 3%-10%o所述鍍層合金可以為Al-Zn-Si-Mg合金，該Al-Zn-Si-Mg合金包含其重量百分比為如下范圍的元素Al、Zn、Si和Mg Al 45%-60%Zn: 35%-50%Si I. 2%-2. 5%Mg I. 0%-3. 0%。所述鍍層合金可含有低于0. 15wt%的V。所述鍍層合金可含有低于0. lwt%的V。所述鍍層合金可含有至少0. 01wt%的V。所述鍍層合金可含有至少0. 03wt%的V。所述鍍層合金可含有其他元素。所述其他元素可作為不可避免的雜質(zhì)和/或作為有意添加的合金添加劑存在。舉例來(lái)說(shuō)，所述鍍層合金可含有Fe、Cr、Mn、Sr和Ca中的任何一種或多種。所述鍍層可為單層，而非多層。所述鍍層可為不包含非平衡相的鍍層。所述鍍層可為不包含非晶相的鍍層。所述經(jīng)鍍覆金屬帶材在合金鍍層外表面上可具有涂料鍍層。同時(shí)，本發(fā)明為包含鋼帶的冷成型(例如軋制成型)最終用途產(chǎn)品(例如型材壁和屋面板)，該鋼帶鍍覆有上述鍍層合金并且任選鍍覆有涂料。


參照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步例舉說(shuō)明，其中圖I為根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)Al-Zn-Si-Mg合金鍍覆鋼帶的連續(xù)作業(yè)線的一個(gè)實(shí)施方式的示意圖；以及圖2為示出各鍍覆合金間比較的陽(yáng)極Tafel曲線圖，所述鍍覆合金包括如本發(fā)明所述的合金鍍層的實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)DI，在使用中，在開(kāi)卷工段I將冷軋鋼帶卷開(kāi)卷，接著通過(guò)焊接機(jī)2將連續(xù)開(kāi)卷長(zhǎng)度的帶材頭尾焊接以形成連續(xù)長(zhǎng)度的帶材。然后將該帶材連續(xù)穿過(guò)累積器3 (accumulator)、帶材清潔段4和爐組件5。爐組件5包括預(yù)熱裝置、預(yù)熱還原爐和還原爐。通過(guò)小心控制過(guò)程變量，在爐組件5中對(duì)帶材進(jìn)行熱處理，所述過(guò)程變量包括
(i)爐中的溫度曲線；(ii)爐中的還原氣濃度；(iii)通過(guò)爐的氣體流量；以及(iv)帶材在爐中的停留時(shí)間(即線速度)。
控制爐組件5中的過(guò)程變量，使得從帶材表面清除氧化鐵殘余物并且從帶材表面清除殘余的油和鐵屑。然后使經(jīng)過(guò)熱處理的帶材向下通過(guò)出口爐嘴，通入并且穿過(guò)裝在鍍覆鍋6中的包含Al-Zn-Si-Mg合金的熔融浴，使帶材鍍覆Al-Zn-Si-Mg合金。通過(guò)使用加熱感應(yīng)器(未示出)使Al-Zn-Si-Mg合金在鍍覆鍋中保持熔融。在浴內(nèi)，帶材繞著浸入導(dǎo)輥穿過(guò)浴并從浴中向上穿出。在帶材穿過(guò)浴時(shí)，它的兩個(gè)表面均鍍覆Al-Zn-Si-Mg合金。在離開(kāi)鍍覆浴6后，帶材垂直通過(guò)氣刮工段(未示出)，帶材的鍍覆表面在該工段處受到刮擦氣體的噴射，以控制鍍層的厚度。然后，鍍覆帶材通過(guò)冷卻段7并且受到強(qiáng)制冷卻。然后，經(jīng)冷卻的鍍覆帶材通過(guò)軋制段8，用來(lái)精整鍍覆帶材的表面。之后在卷取工段10處卷取所述鍍覆帶材。如上所述，本發(fā)明基于本申請(qǐng)人對(duì)鋼帶上已知的55%A1-Zn-Si合金鍍層進(jìn)行的研究工作，所述研究工作發(fā)現(xiàn)鎂和釩增強(qiáng)了所述鍍覆鋼帶的腐蝕性能的特定方面。所述研究工作包括在酸性和海洋環(huán)境下的一段較長(zhǎng)時(shí)間的室外暴露試驗(yàn)和加速腐蝕試驗(yàn)。圖2中的陽(yáng)極Tafel曲線圖表明了部分所述研究工作的結(jié)果。所述曲線圖顯示出3種合金組分的電流密度(“J”-以A/cm2為單位)的對(duì)數(shù)隨電極電位(以伏為單位)的變化情況。所述曲線顯示出對(duì)于如下鍍層的研究工作的結(jié)果(a)已知的55%A1-Zn-Si合金(“AZ”)； (b)含有Ca的Al-Zn-Si-Zn合金(“AM(Ca)，，) JP(C)如本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所述含有 V 的 Al-Zn-Si-Zn 合金(“AM (V) ”)。圖2的曲線對(duì)合金鍍層(a)、(b)和(C)的腐蝕性能進(jìn)行了比較。所述曲線和由本申請(qǐng)人得到的其它結(jié)果表明(a)相比于其它合金鍍層，本發(fā)明的AM(V)合金鍍層在給定的腐蝕電位下具有較低的腐蝕電流(AM(V)相對(duì)于AM(Ca)改進(jìn)了 I. 5-2倍)；
(b )相比于AM (Ca)，本發(fā)明的AM (V)合金鍍層具有更高的腐蝕電位(分別為+0. 03V和 +0. IIV)；(C)相比于AM(Ca),本發(fā)明的AM(V)合金鍍層具有更高的點(diǎn)蝕電位(pittingpotential)(分別為 +0. 04V 和 +0. 18V);以及(d)相比于AM(Ca),本發(fā)明的AM(V)合金鍍層在陽(yáng)極極化(anodic polarisation)下具有顯著更低的氧化電流；在-0. 25V時(shí)，對(duì)于AM(V)而言，所述氧化電流低約20000倍。在合金層的陽(yáng)極溶解抗性方面的這些改進(jìn)意味著，當(dāng)本發(fā)明的合金鍍層暴露至腐蝕物(鹽、酸和溶解氧)時(shí)，金相(metallurgical phase)將以緩慢的速率腐蝕，并且腐蝕模式將廣泛化，而不大會(huì)傾向于局部化和點(diǎn)蝕腐蝕模式。這些性質(zhì)將賦予最終用途產(chǎn)品更長(zhǎng)的壽命，這是因?yàn)榧t銹侵蝕(red rust staining)、金屬鍍層起泡(metal coatingblistering)和襯底穿孔(substrate perforation)的可能性較小。在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對(duì)如上所述的本發(fā)明作各種修改。
權(quán)利要求
1.一種金屬帶材，所述金屬帶材具有Al-Zn-Si合金鍍層,所述Al-Zn-Si合金鍍層含有O.3wt%-10wt% 的 Mg 和 O. 005wt%-0. 2wt% 的 V。
2.如權(quán)利要求I所述的金屬帶材，其中，所述鍍層合金為Al-Zn-Si-Mg合金，所述Al-Zn-Si-Mg合金包含其重量百分比為如下范圍的元素Al、Zn、Si和Mg Al 40%-60% Zn 30%-60% Si O. 3%-3% Mg O. 3%-10%ο
3.如權(quán)利要求I或2所述的金屬帶材，其中，所述鍍層合金為Al-Zn-Si-Mg合金，所述Al-Zn-Si-Mg合金包含其重量百分比為如下范圍的元素Al、Zn、Si和Mg Al 45%-60% Zn 35%-50%Si I. 2%-2. 5%Mg I. 0%-3. 0%。
4.如在前的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的金屬帶材，其中，所述合金鍍層含有低于O.15wt%的V。
5.如在前的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的金屬帶材，其中，所述合金鍍層含有低于O.1被％的V。
6.如在前的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的金屬帶材，其中，所述合金鍍層含有至少O.01wt%的V。
7.如在前的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的金屬帶材，其中，所述合金鍍層含有至少O.03wt%的V。
8.如在前的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的金屬帶材，其中，所述合金鍍層含有作為不可避免的雜質(zhì)和/或作為有意添加的合金添加劑存在的其它元素。
9.如在前的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的金屬帶材，其中，所述合金鍍層為單層。
10.一種冷成型最終用途產(chǎn)品，所述產(chǎn)品包含在前的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的金屬帶材。
全文摘要
一種具有Al-Zn-Si合金鍍層的鋼帶，所述Al-Zn-Si合金鍍層含有0.3wt%-10wt%的Mg和0.005wt%-0.2wt%的V。
文檔編號(hào)C23C30/00GK102712988SQ201180005572
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月6日
發(fā)明者喬·威廉斯, 劉啟陽(yáng), 斯科特·羅賓·格里菲思, 羅斯·姆可道爾·史密斯, 阿倫·基弗·諾伊菲爾德 申請(qǐng)人:藍(lán)野鋼鐵有限公司