一種熱浸鍍低密度鋼及其制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種熱浸鍍低密度鋼，其包括位于芯部的鋼基板和位于表面的鍍層；所述鋼基板與鍍層之間具有界面層，所述界面層包括鐵顆粒層，所述鐵顆粒層中具有分散覆蓋在鋼基板上的鐵顆粒，所述鐵顆粒上覆蓋有第一阻擋層；所述熱浸鍍低密度鋼含有質(zhì)量百分含量為3.0～7.0％的Al元素。相應(yīng)地，本發(fā)明還公開(kāi)了該熱浸鍍低密度鋼板的制造方法。本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼具有密度低，強(qiáng)度高，且可鍍性及鍍層附著性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種熱浸鍍低密度鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種低密度鋼，尤其涉及一種熱浸鍍低密度鋼。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著環(huán)保法規(guī)以及節(jié)能降耗的要求越來(lái)越高，輕量化是汽車(chē)發(fā)展的方向之一。從 材料角度實(shí)現(xiàn)汽車(chē)輕量化的路徑有:使用鋁、鎂等輕質(zhì)合金替代鋼材;使用更高強(qiáng)度的鋼替 代傳統(tǒng)的低強(qiáng)度鋼實(shí)現(xiàn)材料減薄;通過(guò)降低鋼材密度提高鋼材的比強(qiáng)度，即開(kāi)發(fā)低密度鋼。
[0003] 由于鋁的密度比鋼低的多，因此現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)在鋼種添加一定含量的鋁來(lái)實(shí)現(xiàn)降 低材料密度。
[0004] 例如，公開(kāi)號(hào)為CN104220609A，【公開(kāi)日】為2014年12月17日，名稱(chēng)為"高強(qiáng)度無(wú)晶隙 低密度鋼及所述鋼的制備方法"的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種高強(qiáng)度無(wú)晶隙低密度鋼及其制 備方法，為了降低密度，該鋼的A1含量的重量百分比為6-9%。
[0005] 又例如，公開(kāi)號(hào)為CN101755057A，【公開(kāi)日】為2010年6月23日，名稱(chēng)為"具有良好可壓 延性的低密度鋼"的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種熱乳鐵素體鋼片材，其中A1的含量為6%<A1
[0006] 連續(xù)熱浸鍍工藝是將經(jīng)過(guò)退火后的帶鋼浸入鍍液，在帶鋼表面鍍上一層金屬或合 金(如Zn、Zn-Al、Zn-Al-Mg等），從而提高帶鋼的耐蝕性。普通鋼種的熱鍍鋅已是公知的技 術(shù)，但添加了較高含量Si、Mn元素的高強(qiáng)鋼及先進(jìn)高強(qiáng)鋼的熱鍍鋅存在可鍍性的難題，其原 因是熱鍍之前的退火氣氛雖然對(duì)Fe是還原性的，但對(duì)Si、Mn是氧化性的，Si、Mn元素在帶鋼 表面形成的氧化膜會(huì)嚴(yán)重惡化鋅液對(duì)帶鋼的潤(rùn)濕性，從而造成露鐵、鍍層附著性差等質(zhì)量 問(wèn)題。
[0007] 在鋼中添加的合金元素中，Si元素的表面富集對(duì)可鍍鋅的影響最大，因此在需要 熱浸鍍的鋼種設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)?？刂苹w的Si含量，或者用其它元素替代Si?，F(xiàn)有技術(shù)中，已知 A1和Si對(duì)穩(wěn)定奧氏體的作用相似，因此熱鍍鋅相變誘導(dǎo)塑性鋼(TRIP鋼）中通常用A1替代 Si，改善帶鋼的可鍍性，但一般A1含量在2%左右。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的之一在于提供一種熱浸鍍低密度鋼，該熱浸鍍低密度鋼具有低密 度，高強(qiáng)度，可鍍性好的優(yōu)點(diǎn)。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種熱浸鍍低密度鋼，其包括位于芯部的鋼基 板和位于表面的鍍層;所述鋼基板與鍍層之間具有界面層，所述界面層包括鐵顆粒層，所述 鐵顆粒層中具有分散覆蓋在鋼基板上的鐵顆粒，所述鐵顆粒上覆蓋有第一阻擋層;所述熱 浸鍍低密度鋼含有質(zhì)量百分含量為3.0~7.0 %的A1元素。
[0010] 在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼中，A1元素的設(shè)計(jì)原理為:A1元素是鐵素體形成 元素。添加 A1元素可顯著降低鋼板的密度，因此，在本發(fā)明中，A1元素的質(zhì)量百分比含量不 低于3.0%。然而，A1元素的質(zhì)量百分比含量超過(guò)7.0%，會(huì)抑制奧氏體形成，另外，A1元素可 顯著增加鋼中奧氏體的堆垛層錯(cuò)能，因而A1元素的質(zhì)量百分比含量超過(guò)7.0%，會(huì)抑制鋼中 殘余奧氏體在形變時(shí)被誘導(dǎo)發(fā)生馬氏體相變，從而使鋼板難以獲得良好的強(qiáng)度和塑性匹 配。因此，本發(fā)明限定A1元素的質(zhì)量百分比含量為3.0~7.0%。
[0011] 此外，本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼的表面具有鐵顆粒層，該鐵顆粒層可以使得 本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼具有優(yōu)異的可鍍性及鍍層附著性。
[0012] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼中，所述鋼基板鄰接鐵顆粒層處具有 內(nèi)氧化層，所述內(nèi)氧化層中含有A1的氧化物。
[0013] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼中，所述內(nèi)氧化層中還含有Μη的氧化 物。
[0014] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼中，所述內(nèi)氧化層的厚度為0.2-10μπι。
[0015] 在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼中，當(dāng)內(nèi)氧化層的厚度〈〇 . 2μπι時(shí)，無(wú)法有效抑制 Α1元素的外氧化，當(dāng)內(nèi)氧化層厚度>10μπι時(shí)可能會(huì)影響鋼基板內(nèi)氧化層的成形性能，因此， 優(yōu)選地，所述的內(nèi)氧化層的厚度控制為0.2-10μπι。
[0016] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼中，所述內(nèi)氧化層中的氧化物存在于 晶界和晶內(nèi)。所述內(nèi)氧化層中的氧化物主要是Α1的氧化物和Μη的氧化物，氧化物同時(shí)分布 在內(nèi)氧化層中的晶粒內(nèi)部和晶界位置。
[0017] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼中，所述界面層的厚度為0.1-5μπι。
[0018] 在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼中，當(dāng)界面層厚度〈0. lum時(shí)，鍍層附著性較差；當(dāng) 界面層厚度>5um時(shí)，需要更長(zhǎng)的退火保溫時(shí)間形成鐵顆粒層，因此本發(fā)明控制界面層的厚 度為0 · l-5um。優(yōu)選的，控制界面層厚度為0 · 3-3um〇
[0019] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼中，所述鐵顆粒的粒徑為0.1-5μπι。
[0020] 在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼中，粒徑〈0 . lum時(shí)，鐵顆粒的厚度及覆蓋面積較 少，鍍層附著性較差;當(dāng)粒徑>5um時(shí)，會(huì)導(dǎo)致鐵顆粒層過(guò)厚。
[0021] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼，所述鐵顆粒覆蓋鋼基板表面30%以 上的面積。
[0022] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼，相鄰鐵顆粒之間的間距最大不超過(guò) 鐵顆粒平均粒徑的10倍。
[0023] 上述方案中，若相鄰鐵顆粒之間的間隔最大超過(guò)鐵顆粒平均粒徑的10倍，則在熱 鍍鋅時(shí)，鋅液可能無(wú)法完全浸潤(rùn)鐵顆粒之間的間隔，并且也會(huì)影響鋅液潤(rùn)濕性及鋅層附著 性。因此，優(yōu)選地，本發(fā)明限定了相鄰鐵顆粒之間的間距最大不超過(guò)鐵顆粒平均粒徑的10 倍。
[0024] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼，所述鋼基板表面未覆蓋鐵顆粒的位 置覆蓋有第二阻擋層。
[0025] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼，所述第二阻擋層的厚度小于第一阻 擋層的厚度。
[0026]進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼，所述第二阻擋層含有Fe、Al和Zn元 素。
[0027]進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼，所述第一阻擋層含有Fe、Al和Zn元 素。
[0028] 在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼中，第一阻擋層及第二阻擋層由Fe、Al、Zn組成， 第一阻擋層覆蓋鐵顆粒與鍍層接觸的表面，第二阻擋層為鋼基板表面未覆蓋鐵顆粒的位 置。這是因?yàn)楫?dāng)鋼板浸入鍍液時(shí)，鍍液中的A1元素及少量Zn元素首先和表面覆蓋鐵顆粒層 的鋼板Fe反應(yīng)形成第一阻擋層，并且基板表面無(wú)鐵顆粒覆蓋的位置或者鐵顆粒之間的空隙 位置的基板表面也可以形成少量含F(xiàn)e、Al、Zn的第二阻擋層，但其厚度比鐵顆粒表面的阻擋 層薄。
[0029] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼，所述鋼基板的微觀組織為鐵素體和 殘余奧氏體。
[0030] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼，所述殘余奧氏體的相比例為6-30%。
[0031] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼，所述殘余奧氏體中C元素的質(zhì)量百分 含量不低于0.8%。
[0032] 在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼中，C是重要的固溶強(qiáng)化元素，促進(jìn)奧氏體生成， 在富含A1元素的低密度鋼中，若殘余奧氏體中的C的質(zhì)量百分比低于0.8%時(shí)，殘余奧氏體 的含量和力學(xué)穩(wěn)定性相對(duì)較低，因而鋼板的強(qiáng)度和延展性均較低。因此，本發(fā)明所述的熱浸 鍍低密度鋼中殘余奧氏體中C含量不低于0.8%。
[0033]進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼，其密度<7500kg/m3。
[0034]進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼，所述鋼基板的化學(xué)元素質(zhì)量百分含 量為:C:0.25~0.50%，Μη:0·25~4.0%，Α1:3·0~7.0%，余量為Fe和其他不可避免的雜 質(zhì)。
[0035] 上述不可避免的雜質(zhì)主要是指S、P和N元素，可以控制P<0.02%，S<0.01%，N< 0·01%〇
[0036]上述熱浸鍍低密度鋼中的各化學(xué)元素的設(shè)計(jì)原理為：
[0037] C:C是重要的固溶強(qiáng)化元素，促進(jìn)奧氏體生成，在富含A1的低密度鋼中，C質(zhì)量百分 含量低于〇. 25 %時(shí)，殘余奧氏體的含量和力學(xué)穩(wěn)定性相對(duì)較低，因而鋼板的強(qiáng)度和延展性 均較低;C質(zhì)量百分含量高于0.5%時(shí)，片層狀碳化物和分布在鐵素體晶界處的碳化物顆粒 粗大，從而降低鋼板的乳制變形能力。因此，本發(fā)明控制C質(zhì)量百分比為0.25~0.50%。 [0038] Mn:Mn能增加奧氏體的穩(wěn)定性，降低鋼淬火時(shí)臨界冷卻速度以及提高鋼的淬透性。 Μη還能夠提尚鋼的加工硬化性能，從而提尚鋼板的強(qiáng)度。但是，過(guò)尚的Μη含量會(huì)引起板還中 Μη偏析以及熱乳板中明顯的帶狀組織分布，從而降低鋼板的延展性和彎曲性能;并且，過(guò)高 的Μη含量容易造成熱乳板在冷乳變形時(shí)產(chǎn)生裂紋。因此，本發(fā)明控制Μη質(zhì)量百分含量為 0.25 ~4.0%〇
[0039] Α1元素是鐵素體形成元素。添加 Α1元素可顯著降低鋼板的密度，因此，在本發(fā)明 中，Α1元素的質(zhì)量百分比含量不低于3.0%。然而，Α1元素的質(zhì)量百分比含量超過(guò)7.0%，會(huì) 抑制奧氏體形成，另外，Α1元素可顯著增加鋼中奧氏體的堆垛層錯(cuò)能，因而Α1元素的質(zhì)量百 分比含量超過(guò)7.0%，會(huì)抑制鋼中殘余奧氏體在形變時(shí)被誘導(dǎo)發(fā)生馬氏體相變，從而使鋼板 難以獲得良好的強(qiáng)度和塑性匹配。因此，本發(fā)明限定Α1元素的質(zhì)量百分比含量為3.0~ 7.0%〇
[0040] Ρ:Ρ是固溶強(qiáng)化元素;但是Ρ會(huì)增加鋼的冷脆性，降低鋼的塑性，使冷彎性能和焊接 性能變壞。因此，本發(fā)明限定Ρ質(zhì)量百分含量<0.02%。
[0041 ] S: S使鋼產(chǎn)生熱脆性，降低鋼的延展性和韌性，使焊接性能變壞，降低鋼的耐蝕性。 因此，本發(fā)明限定S質(zhì)量百分含量<0.01 %。
[0042] N:N與A1形成A1N，凝固過(guò)程中可細(xì)化柱狀枝晶，但N含量過(guò)高時(shí)，形成的粗大A1N顆 粒影響鋼板的延展性。另外，過(guò)量A1N會(huì)降低鋼的熱塑性。因此，本發(fā)明限定N質(zhì)量百分含量 <0.01% 〇
[0043] 此外，本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼還可以含有Si、Ti、Nb、V、Cr、Mo、Ni、Cu、B、Zr、 Ca元素的至少其中之一。
[0044] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼，其延伸率>25 %，抗拉強(qiáng)度> 800MPa〇
[0045] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼，所述鍍層厚度為5_200μπι。帶鋼出鋅 鍋經(jīng)過(guò)氣刀時(shí)，通過(guò)控制氣刀流量及氣刀與帶鋼的夾角，限定鍍層在5_200μπι。
[0046] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述的熱浸鍍低密度鋼的制造方法，通過(guò)該方法 可以制造得到上述任意一項(xiàng)熱浸鍍低密度鋼。
[0047] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種所述的熱浸鍍低密度鋼的制造方法，包括 步驟：
[0048] (1)制造帶鋼；
[0049] (2)對(duì)帶鋼進(jìn)行連續(xù)退火:加熱至均熱溫度750-950°C后保溫30-600S，其中退火氣 氛的露點(diǎn)為-15°C~20°C;
[0050] (3)熱浸鍍。
[0051] 在本技術(shù)方案中，步驟(2)連續(xù)退火的均熱溫度及保溫時(shí)間的選取主要是為了在 連續(xù)退火后在鋼板表面形成鐵顆粒層。將均熱溫度控制在750°C-95(TC，保溫時(shí)間限定在 30-600S，是因?yàn)?均熱溫度低于750°C，保溫時(shí)間低于30s，則熱浸鍍低密度鋼鋼基板中的馬 氏體尚未充分發(fā)生奧氏體逆相變生成奧氏體顆粒，熱浸鍍低密度鋼鋼基體中的碳化物尚未 完全溶解生成奧氏體顆粒，并且條狀的高溫鐵素體無(wú)法充分進(jìn)行動(dòng)態(tài)再結(jié)晶而細(xì)化，并且 會(huì)使得退火后的鋼板表面的鐵顆粒層未充分形成，對(duì)鍍液潤(rùn)濕、可鍍性及鍍層附著性不利。 而當(dāng)均熱溫度高于950°C，保溫時(shí)間高于600s時(shí)，均熱處理后鋼板基板組織中奧氏體晶粒粗 化，鋼中奧氏體穩(wěn)定性降低，從而引起退火后鋼板基體中殘余奧氏體含量減少，并且殘余奧 氏體穩(wěn)定性也會(huì)降低。相應(yīng)的，退火后鋼板的力學(xué)性能惡化，在均熱溫度高于950°C，保溫時(shí) 間高于600s時(shí)，會(huì)使得退火后鋼板表面的鐵顆粒粒徑過(guò)大，內(nèi)氧化層厚度過(guò)厚，而這都是不 利于鋼板的表面成形性能的。
[0052]此外，本發(fā)明所述的技術(shù)方案限定了退火氣氛的露點(diǎn)為_(kāi)15°C~20°C，在上述露點(diǎn) 范圍內(nèi)，退火氣氛對(duì)Fe都是還原性的，因此會(huì)把氧化鐵還原。若退火氣氛露點(diǎn)低于-15°C，則 上述退火氣氛對(duì)帶鋼中的A1元素依然是氧化的，帶鋼中的A1會(huì)在帶鋼表面形成連續(xù)致密的 Al2〇3薄膜，從而影響熱鍍鋅時(shí)的鋼板性能。若退火氣氛露點(diǎn)高于20°C，則退火氣氛中的氧勢(shì) 過(guò)高，〇原子向鋼基體擴(kuò)散的能力加大，在鋼板表面與Al、Mn等合金元素形成內(nèi)氧化層過(guò)厚， 影響鋼板表面的成形性能。優(yōu)選地，對(duì)于本技術(shù)方案來(lái)說(shuō)，為了實(shí)現(xiàn)更好的實(shí)施效果，退火 氣氛露點(diǎn)控制為-10~〇°C。
[0053]優(yōu)選地，對(duì)于本技術(shù)方案來(lái)說(shuō)，為了實(shí)現(xiàn)更好的實(shí)施效果，均熱保溫時(shí)間限定為 30_200s 〇
[0054] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼的制造方法，在所述步驟（1)中，采用 1000-1250 °C加熱鑄坯，保溫時(shí)間為0.5-3h，控制終乳溫度為800-900°C，然后在500-750°C 下卷取熱乳板，將熱乳卷開(kāi)卷后進(jìn)行酸洗及冷乳，冷乳壓下量為30-90 %。
[0055] 在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼的制造方法中，在所述步驟（1)中限定加熱溫度 為1000-1250 °C，是因?yàn)?加熱溫度超過(guò)1250 °C時(shí)，會(huì)造成鋼板的板還過(guò)燒，板還內(nèi)晶粒組織 粗大導(dǎo)致其熱加工性能降低，并且超高溫會(huì)引起板坯表面嚴(yán)重脫碳;加熱溫度低于l〇〇〇°C 時(shí)，板坯經(jīng)高壓水除鱗和初乳后，精乳溫度過(guò)低，會(huì)造成板坯變形抗力過(guò)大，從而難以制造 出既無(wú)表面缺陷又具有規(guī)定厚度的鋼板。
[0056] 在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼的制造方法中，在所述步驟（1)中限定保溫時(shí)間 為0.5_3h，是因?yàn)?保溫時(shí)間超過(guò)3h，會(huì)造成鋼板的板坯內(nèi)晶粒組織初大和板坯表面脫碳嚴(yán) 重，保溫時(shí)間低于0.5h，板坯內(nèi)部尚未均勻。
[0057] 在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼的制造方法中，在所述步驟（1)中限定終乳溫度 800-900°C，是為了完成對(duì)鑄坯的熱乳，終乳溫度過(guò)低會(huì)造成板坯變形抗力過(guò)高，從而難以 制造出所需厚度規(guī)格并且無(wú)表面和邊部缺陷的熱乳鋼板和冷乳鋼板;另外，對(duì)于本發(fā)明來(lái) 說(shuō)，當(dāng)終乳溫度低于800°C時(shí)，板坯內(nèi)部熱乳條狀高溫鐵素體無(wú)法獲得充分回復(fù)和再結(jié)晶而 細(xì)化。由于板坯在出爐后的熱乳過(guò)程中板溫會(huì)自然下降，要控制終乳溫度高于900°C難度較 大。
[0058]在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼的制造方法中，在所述步驟（1)中限定500-750 °C 下卷取熱乳板，如果卷取溫度高于750°C，容易引起扁卷，并且熱乳卷的頭部、中部、尾部材 料顯微組織不均勻性增加;如果卷取溫度低于500°C，熱乳卷抗拉強(qiáng)度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致冷乳乳制 困難。
[0059] 在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼的制造方法中，在所述步驟（1)中限定冷乳壓下 量是為了 ：對(duì)酸洗后的熱乳鋼板實(shí)施冷乳變形至規(guī)定厚度，冷乳壓下量>30%可以在后續(xù) 退火過(guò)程中提高奧氏體形成速率，有助于形成形變高溫鐵素體以及提高退火鋼板的組織均 勻性，從而提高退火鋼板的延展性。但冷乳壓下量>90%，因加工硬化導(dǎo)致材料的變形抗力 非常高，使得制備規(guī)定厚度和良好板型的冷乳鋼板變得異常困難。因此，本發(fā)明所述的熱浸 鍍低密度鋼的冷乳壓下量控制在30-90%。
[0060] 優(yōu)選地，對(duì)于本技術(shù)方案來(lái)說(shuō)，為了實(shí)現(xiàn)更好的實(shí)施效果，冷乳壓下量為50-80%。
[0061] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼的制造方法，在所述步驟(2)中，加熱 段和保溫段的氣氛米用N2和H2混合氣體，其中H2的體積含量為0.5-20 %。優(yōu)選地，對(duì)于本技 術(shù)方案來(lái)說(shuō)，為了實(shí)現(xiàn)更好的實(shí)施效果，H2的體積含量為1-5%。
[0062] 在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼的制造方法中，在所述步驟(2)中，加熱及均熱段 的氣氛采用N2和H2混合氣體，其中H2含量為0.5-20%，加入H2目的是還原帶鋼表面的氧化 鐵，加熱速率為l_20°C/s。
[0063] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼的制造方法，在所述步驟(3)中，將連 續(xù)退火后的帶鋼冷卻至帶鋼入鋅鍋溫度，其中冷卻速度為l-150°C/s，帶鋼入鋅鍋溫度比鍍 液溫度高0-20Γ ;然后將帶鋼浸入鋅鍋中的鍍液進(jìn)行熱浸鍍;其中，鍍液溫度高于所選鍍液 成分的熔點(diǎn)30-60°C。
[0064] 在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼的制造方法中，控制冷卻速度在l-150°C/s是為 了避免鋼板在冷卻過(guò)程中奧氏體分解。本技術(shù)方案在帶鋼入鋅鍋選擇比鍍液溫度高0-20 °C，有利于鋅鍋保持熱平衡。帶鋼入鋅鍋溫度過(guò)高會(huì)加快帶鋼中的Fe向鍍液中的溶解速度， 增加鋅渣的量，而且會(huì)導(dǎo)致鍍液與帶鋼之間的擴(kuò)散速度增加，存在形成鋅鐵合金相的風(fēng)險(xiǎn)。 帶鋼入鋅鍋溫度過(guò)低，則不利于鍍液中的A1和Fe反應(yīng)生成阻擋層，從而影響鋅層附著性。其 中，鍍液溫度高于所選鍍液成分的熔點(diǎn)30-60°C，是因?yàn)?鍍液溫度過(guò)高會(huì)增加鍍液與帶鋼 的反應(yīng)，鍍液中Fe含量增加，鍍液溫度過(guò)低也會(huì)影響鍍液中的A1和基板表面的Fe反應(yīng)形成 阻擋層。
[0065] 優(yōu)選地，對(duì)于本技術(shù)方案來(lái)說(shuō)，為了實(shí)現(xiàn)更好的實(shí)施效果，冷卻速度控制10-50°C/ So
[0066] 優(yōu)選地，對(duì)于本技術(shù)方案來(lái)說(shuō)，為了實(shí)現(xiàn)更好的實(shí)施效果，帶鋼入鋅鍋溫度比鍍液 溫度高0-10 °c。
[0067] 優(yōu)選地，對(duì)于本技術(shù)方案來(lái)說(shuō)，為了實(shí)現(xiàn)更好的實(shí)施效果，鍍液溫度為420-480°C。
[0068] 進(jìn)一步地，在所述的熱浸鍍低密度鋼的制造方法，其特征在于，在所述步驟(3)中， 鍍液成分的質(zhì)量百分含量為:〇.1〇彡A1彡6%，0<Mg彡5%，余量為Zn及其他不可避免的雜 質(zhì)。
[0069] 在本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼的制造方法中，鍍液中添加0.1-6%的A1的目的 是當(dāng)帶鋼浸入鋅鍋時(shí)，鍍液中的A1首先和帶鋼反應(yīng)形成阻擋層，從而抑制Zn和Fe之間的擴(kuò) 散，避免形成對(duì)鍍層成形性能有不利影響的鋅鐵合金相。鍍液中添加 Mg有利于進(jìn)一步提高 鍍層的耐蝕性，然而Mg含量超過(guò)5 %，則表面氧化增加，不利于生產(chǎn)，因此，本發(fā)明的技術(shù)方 案中限定Mg在0-5%。并且Al、Mg含量過(guò)高鍍層硬度增加，會(huì)惡化鍍層的成形性能。
[0070] 本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼的有益效果在于：
[0071] (1)通過(guò)控制鍍前退火氣氛的露點(diǎn)，抑制了低密度鋼表面Al2〇3外氧化的形成，將其 轉(zhuǎn)化成基板表層的內(nèi)氧化，同時(shí)在基板表層形成了鐵顆粒，從而提高了帶鋼的可鍍性及鍍 層附著性。
[0072] (2)本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼的延伸率>25%，抗拉強(qiáng)度>800MPa，其密度< 7500kg/m3。
[0073] 本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼的制造方法實(shí)現(xiàn)上述優(yōu)點(diǎn)以外，還可以在現(xiàn)有高強(qiáng) 鋼連續(xù)熱浸鍍生產(chǎn)線(xiàn)上完成，而無(wú)需做較大調(diào)整，具有很好的推廣應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0074] 圖1為本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0075] 圖2為本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼的截面金相組織。
[0076]圖3為乳硬鋼、對(duì)照例B1以及實(shí)施例A4在退火后熱浸鍍前鋼表面0_5μπι范圍內(nèi)A1元 素深度分布曲線(xiàn)。
[0077]圖4為乳硬鋼、對(duì)照例Β1以及實(shí)施例Α4在退火后熱浸鍍前鋼表面0_5μπι范圍內(nèi)Fe元 素深度分布曲線(xiàn)。
[0078]圖5為對(duì)照例B1和實(shí)施例A4熱浸鍍Zn-0.2%A1之后Al、Fe、Zn三個(gè)元素的深度分布 曲線(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0079] 下面將結(jié)合【附圖說(shuō)明】和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的一種熱鍍鋅低密度鋼及其 制造方法做進(jìn)一步的解釋和說(shuō)明，然而該解釋和說(shuō)明并不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案構(gòu)成不當(dāng)限 定。
[0080] 圖1顯示了本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，本發(fā)明所述的熱鍍 鋅低密度鋼板包括鋼基板1和位于表面的鍍層3,其中鋼基板1與鍍層3之間具有界面層，界 面層包括鐵顆粒層4。其中，鐵顆粒上覆蓋有第一阻擋層5以及未覆蓋鐵顆粒的第二阻擋層 6。鋼基板1鄰接鐵顆粒層4處還具有內(nèi)氧化層2。
[0081] 圖2顯示了本發(fā)明所述的熱浸鍍低密度鋼的截面金相組織。如圖2所示，在本發(fā)明 所述的熱浸鍍低密度鋼中，通過(guò)控制退火氣氛的露點(diǎn)抑制Al 2〇3表面的鐵顆粒層4的外氧化 的形成，并將其轉(zhuǎn)化成內(nèi)氧化層2的內(nèi)氧化，第一阻擋層及第二阻擋層由Fe、Al、Zn組成，第 一阻擋層覆蓋鐵顆粒與鍍層接觸的表面，第二阻擋層為鋼基板表面未覆蓋鐵顆粒的位置。 這是因?yàn)楫?dāng)鋼板浸入鍍液時(shí)，鍍液中的A1元素及少量Zn元素首先和表面覆蓋鐵顆粒層的鋼 板Fe反應(yīng)形成第一阻擋層，并且基板表面無(wú)鐵顆粒覆蓋的位置或者鐵顆粒之間的空隙位置 的基板表面也可以形成少量含F(xiàn)e、Al、Zn的第二阻擋層，但其厚度比鐵顆粒表面的第一阻擋 層薄。其中，內(nèi)氧化層2的厚度為0.2-10μπι，且內(nèi)氧化層2的氧化物存在于晶界和晶內(nèi)，界面 層的厚度為〇 · 1-5μηι。
[0082] 實(shí)施例Α1-Α16以及對(duì)照例Β1-Β6
[0083]表1列出了實(shí)施例Α1-Α16的熱鍍鋅低密度鋼以及對(duì)照例Β1-Β6的常規(guī)鋼板的化學(xué) 元素的成分的質(zhì)量百分比 [0084] 表1.(被％，余量為卩〇)
[0085]
[0086] 從表1中可以看出，成分Ι、ΙΙ、ΙΙΙ中化學(xué)元素質(zhì)量百分含量范圍控制在:C:0.25~ 0.50%，]^:0.25~4.0%，厶1 :3.0~7.0%，？彡0.02%，5彡0.01%小彡0.01%，且成分1中還 添加了 Si。
[0087] 實(shí)施例A1-A16中的熱鍍鋅低密度鋼以及B1-B6的常規(guī)鋼板采用以下步驟制得： [0088] (1)制造帶鋼：按照表1的成分冶煉鋼，且采用1000-1250 °C加熱鑄坯，保溫時(shí)間為 0.5-3h，控制終乳溫度為800-900°C，然后在500-750°C下卷取熱乳板，將熱乳卷開(kāi)卷后進(jìn)行 酸洗及冷乳，冷乳壓下量為30-90 %。
[0089] (2)對(duì)帶鋼進(jìn)行連續(xù)退火:加熱至均熱溫度750-950°C后保溫30-600S，其中加熱速 率為l-20°C/s，加熱段和保溫段的氣氛采用仏和出混合氣體，其中H2的體積含量為0.5-20%，退火氣氛的露點(diǎn)為-15°C~20°C。
[0090] (3)熱浸鍍:將連續(xù)退火后的帶鋼冷卻至帶鋼入鋅鍋溫度，其中冷卻速度為1-150 °C/s，帶鋼入鋅鍋溫度比鍍液溫度高0_20°C ;然后將帶鋼浸入鋅鍋中的鍍液進(jìn)行熱浸鍍;其 中，鍍液溫度高于所選鍍液成分的熔點(diǎn)30-60°C。其中，鍍液成分的質(zhì)量百分含量為:0.10$ A1彡6%，0<Mg彡5%，余量為Zn及其他不可避免的雜質(zhì)。
[0091] 表2列出了實(shí)施例A1-A16中的熱浸鍍低密度鋼板以及B1-B6的常規(guī)鋼板的具體工 藝參數(shù)
[0092]
[0093]圖3為乳硬鋼、對(duì)照例B1以及實(shí)施例A4在退火后熱浸鍍前鋼表面0-5μπι范圍內(nèi)A1元 素深度分布曲線(xiàn)。從圖中可以看出，對(duì)照例B1的帶鋼表面存在A1富集，對(duì)應(yīng)退火后帶鋼表面 Al2〇3薄膜;實(shí)施例A4的帶鋼表面A1富集消失，而在內(nèi)氧化層存在A1元素富集，說(shuō)明外氧化轉(zhuǎn) 變?yōu)閮?nèi)氧化。
[0094]圖4為乳硬鋼、對(duì)照例B1以及實(shí)施例A4在退火后熱浸鍍前鋼表面0_5μπι范圍內(nèi)Fe元 素深度分布曲線(xiàn)，其中對(duì)照例B1的帶鋼表面Fe含量較低，而實(shí)施例的鐵顆粒層Fe峰值明顯。 [0095]圖5為對(duì)照例B1和實(shí)施例A4在熱浸鍍Zn-0.2%A1的鍍液之后A1、Fe、Zn三個(gè)元素的 深度分布曲線(xiàn)，其中對(duì)照例B1的在鍍層/基板界面位置A1元素平滑過(guò)渡，無(wú)峰值變化，而實(shí) 施例A4在鍍層/基板界面位置A1元素出現(xiàn)峰值，說(shuō)明對(duì)照例B1未在鍍層/基板界面上形成第 一阻擋層及第二阻擋層，而實(shí)施例A4在鍍層/基板界面上形成了有效的第一阻擋層及第二 阻擋層，從而使得對(duì)照例B1的可鍍性及鍍層附著性較差。
[0096] 表3列出了實(shí)施例A1-A16中的熱浸鍍密度鋼板以及B1-B6的常規(guī)鋼板的各性能參 數(shù)。
[0097] 其中，可鍍性的判斷方法是:使用肉眼直接觀察鍍后帶鋼外觀。若表面無(wú)明顯露鐵 則可鍍性良好(用?表示），若表面有明顯露鐵則可鍍性較差（用X表示）。
[0098]鍍層附著性的檢測(cè)方法是：在帶鋼上取長(zhǎng)200mm、寬100mm的試樣，進(jìn)行180度折彎 后壓平，使用膠帶粘折彎位置。若無(wú)鋅層被膠帶粘下或者被膠帶粘過(guò)的折彎面鍍層表面不 起毛，則表示鍍層附著性良好（用?表示）；如有鍍層被膠帶粘下或者被膠帶粘過(guò)后的折彎 面鍍層起毛，則表示鍍層附著性較差(用X表示）。
[0099]表3.
[0100]
[0101] 由表3可以看出，實(shí)施例A1-A16的密度均<7500kg/m3,延伸率均>25%，抗拉強(qiáng)度 > 800MPa，并且可鍍性以及鍍層附著性均優(yōu)于對(duì)照例B1-B6。
[0102] 這是由于：由于實(shí)施例基板表層存在鐵顆粒層，因此當(dāng)帶鋼浸入鍍液時(shí)，鍍層中的 A1和Fe首先反應(yīng)形成了阻擋層，而對(duì)照例由于基板表面未形成有效的鐵顆粒層，而是連續(xù) 致密的Al2〇3氧化膜，阻礙了鍍液中的A1和基板的Fe反應(yīng)，因此未形成有效的阻擋層。
[0103] 需要注意的是，以上列舉的僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，顯然本發(fā)明不限于以上實(shí) 施例，隨之有著許多的類(lèi)似變化。本領(lǐng)域的技術(shù)人員如果從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直接導(dǎo)出或 聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種熱浸鍍低密度鋼，其包括位于芯部的鋼基板和位于表面的鍍層;其特征在于： 所述鋼基板與鍍層之間具有界面層，所述界面層包括鐵顆粒層，所述鐵顆粒層中具有 分散覆蓋在鋼基板上的鐵顆粒，所述鐵顆粒上覆蓋有第一阻擋層； 所述熱浸鍍低密度鋼含有質(zhì)量百分含量為3.0~7.0 %的Al元素。2. 如權(quán)利要求1所述的熱浸鍍低密度鋼，其特征在于，所述鋼基板鄰接鐵顆粒層處具有 內(nèi)氧化層，所述內(nèi)氧化層中含有Al的氧化物。3. 如權(quán)利要求2所述的熱浸鍍低密度鋼，其特征在于，所述內(nèi)氧化層中還含有Mn的氧化 物。4. 如權(quán)利要求2或3所述的熱浸鍍低密度鋼，其特征在于，所述內(nèi)氧化層的厚度為O . 2-IOum05. 如權(quán)利要求2所述的熱浸鍍低密度鋼，其特征在于，所述內(nèi)氧化層中的氧化物存在于 晶界和晶內(nèi)。6. 如權(quán)利要求1所述的熱浸鍍低密度鋼，其特征在于，所述界面層的厚度為0.1_5μπι。7. 如權(quán)利要求1所述的熱浸鍍低密度鋼，其特征在于，所述鐵顆粒的粒徑為0.1_5μπι。8. 如權(quán)利要求1所述的熱浸鍍低密度鋼，其特征在于，所述鐵顆粒覆蓋鋼基板表面30 % 以上的面積。9. 如權(quán)利要求1所述的熱浸鍍低密度鋼，其特征在于，相鄰鐵顆粒之間的間距最大不超 過(guò)鐵顆粒平均粒徑的10倍。10. 如權(quán)利要求1所述的熱浸鍍低密度鋼，其特征在于，所述鋼基板表面未覆蓋鐵顆粒 的位置覆蓋有第二阻擋層。11. 如權(quán)利要求10所述的熱浸鍍低密度鋼，其特征在于，所述第二阻擋層的厚度小于第 一阻擋層的厚度。12. 如權(quán)利要求10或11所述的熱浸鍍低密度鋼，其特征在于，所述第二阻擋層含有Fe、 Al和Zn元素。13. 如權(quán)利要求1所述的熱浸鍍低密度鋼，其特征在于，所述第一阻擋層含有Fe、Al和Zn 元素。14. 如權(quán)利要求1所述的熱浸鍍低密度鋼，其特征在于，所述鋼基板的微觀組織為鐵素 體和殘余奧氏體。15. 如權(quán)利要求14所述的熱浸鍍低密度鋼，其特征在于，所述殘余奧氏體的相比例為6-30% 〇16. 如權(quán)利要求14或15所述的熱浸鍍低密度鋼，其特征在于，所述殘余奧氏體中C元素 的質(zhì)量百分含量不低于0.8%。17. 如權(quán)利要求1所述的熱浸鍍低密度鋼，其特征在于，其密度<7500kg/m3。18. 如權(quán)利要求1或17所述的熱浸鍍低密度鋼，其特征在于，所述鋼基板的化學(xué)元素質(zhì) 量百分含量為:C:0.25~0.50%，Mn:0.25~4.0%，A1:3.0~7.0%，余量為Fe和其他不可避 免的雜質(zhì)。19. 如權(quán)利要求18所述的熱浸鍍低密度鋼，其特征在于，其延伸率>25%，抗拉強(qiáng)度> 8OOMPa〇20. 如權(quán)利要求1所述的熱浸鍍低密度鋼，其特征在于，所述鍍層厚度為5-200μπι。21. 如權(quán)利要求1-20中任意一項(xiàng)所述的熱浸鍍低密度鋼的制造方法，其特征在于，包括 步驟： (1) 制造帶鋼； (2) 對(duì)帶鋼進(jìn)行連續(xù)退火:加熱至均熱溫度750-950 °C后保溫30-600S，其中退火氣氛的 露點(diǎn)為_(kāi)15°C~20°C; (3) 熱浸鍍。22. 如權(quán)利要求21所述的熱浸鍍低密度鋼的制造方法，其特征在于，在所述步驟(1)中， 采用1000-1250 °C加熱鑄坯，保溫時(shí)間為0.5-3h，控制終乳溫度為800-900 °C，在500-750 °C 下卷取熱乳板，將熱乳卷開(kāi)卷后進(jìn)行酸洗及冷乳，冷乳壓下量為30-90 %。23. 如權(quán)利要求21或22所述的熱浸鍍低密度鋼的制造方法，其特征在于，在所述步驟 (2)中，加熱段和保溫段的氣氛采用他和出混合氣體，其中H2的體積含量為0.5-20%。24. 如權(quán)利要求21所述的熱浸鍍低密度鋼的制造方法，其特征在于，在所述步驟（3) 中，將連續(xù)退火后的帶鋼冷卻至帶鋼入鋅鍋溫度，其中冷卻速度為l-150°C/s，帶鋼入鋅鍋 溫度比鍍液溫度高0-20Γ ;然后將帶鋼浸入鋅鍋中的鍍液進(jìn)行熱浸鍍;其中，鍍液溫度高于 所選鍍液成分的熔點(diǎn)30-60°C。25. 如權(quán)利要求24所述的熱浸鍍低密度鋼的制造方法，其特征在于，在所述步驟(3)中， 鍍液成分的質(zhì)量百分含量為:〇.1〇彡Al彡6%，0<Mg彡5%，余量為Zn及其他不可避免的雜 質(zhì)。
【文檔編號(hào)】C21D1/74GK105908089SQ201610486476
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月28日
【發(fā)明人】金鑫焱, 楊旗, 王利, 胡廣魁
【申請(qǐng)人】寶山鋼鐵股份有限公司