專利名稱：金屬鍍覆鋼帶的制作方法
金屬鍍覆鋼帶本發(fā)明涉及帶材，特別是鋼帶，該帶材具有耐腐蝕金屬合金鍍層。本發(fā)明尤其涉及耐腐蝕金屬合金鍍層，其含有鋁_鋅-硅_鎂作為合金中的主要 元素，在這基礎(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。因此，詞組“Al-Zn-Si-Mg合金”被理解 為涵蓋含有這些其它元素的合金，并且其它元素可以為有意添加的合金添加劑或作為不可 避免的雜質(zhì)。本發(fā)明具體但不排他地涉及一種鋼帶，該鋼帶鍍覆有上述Al-Zn-Si-Mg合金，并 且能夠冷成型(例如軋制成型)為最終用途產(chǎn)品，例如屋面產(chǎn)品。通常，Al-Zn-Si-Mg合金包括其重量百分比為以下范圍的元素鋁、鋅、硅和鎂鋁40-60%鋅40-60%硅0.3-3%鎂0.3-10%。通常，通過熱浸鍍方法，將耐腐蝕金屬合金鍍層形成在鋼帶上。在普通的熱浸鍍金屬鍍覆方法中，鋼帶通常穿過一個或多個熱處理爐，之后進入 并且穿過裝在鍍覆鍋中的熔融金屬合金浴?？拷兏插伒臒崽幚頎t具有向下延伸至低于所 述合金浴的上表面的位置處的出口噴嘴。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)。帶材通常通過浸入到 浴中的細長的爐出口斜道或噴嘴形式的出口端部分離開熱處理爐。在浴內(nèi)，鋼帶繞著一個 或多個浸入導(dǎo)輥(Sink rolls)穿過浴并且從浴中向上穿出，在它穿過浴時鍍覆金屬合金。在離開鍍覆浴之后，鍍覆了金屬合金的鋼帶通過鍍層厚度控制工段，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，鍍有金屬合金的鋼帶通過冷卻工段進行強制冷卻。之后可視情況，經(jīng)過冷卻的鍍覆金屬合金的鋼帶相繼通過光整冷軋工段(也稱為 表面光軋工段)和拉伸矯直工段進行精整。在卷取工段處卷取精整過的鋼帶。55% Al-Zn合金鍍層為用于鋼帶的、公知的金屬合金鍍層。在固化之后，55% Al-Zn合金鍍層一般由α-Al枝晶以及位于鍍層枝晶間區(qū)域中的β-Zn相構(gòu)成。已知在熱浸鍍方法中，通過向鍍覆合金組分中添加硅，以防止在鋼基底和熔融鍍 層之間出現(xiàn)過度合金化(excessive alloying)。一部分硅參與四元合金層形成，但是大部 分硅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。本申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在55% Al-Zn-Si合金鍍層組分中含有Mg時，Mg通過改變 所形成的腐蝕產(chǎn)品特性，為產(chǎn)品性能帶來一定的有益效果，例如改善了割邊防護(cut-edge protection)0但是，本申請人還發(fā)現(xiàn)，Mg與Si反應(yīng)以形成M&Si相，而該Mg2Si相的形成以許多 方式損害了 Mg的上述有益效果。
作為本發(fā)明的重點的一種特定方式在于稱為“斑點(mottling)”的表面缺陷。本 申請人:已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在一定的固化條件下，在Al-Zn-Si-Mg合金鍍層中出現(xiàn)斑點。斑點與在鍍 層表面上存在Mg2Si相有關(guān)。更具體地說，斑點是一種缺陷，在該缺陷處，有大量的粗糙Mg2Si顆粒在鍍層表 面上團聚在一起，導(dǎo)致從美觀方面不能接受的布滿斑點的表面外觀。更具體地說，成團的 Mg2Si顆粒形成尺寸大約為l_5mm的較暗區(qū)域，并且在鍍層外觀中引入不均勻性，這使得該 鍍覆產(chǎn)品不適用于那些均勻外觀較為重要的應(yīng)用。上面的說明不應(yīng)作為在澳大利亞或其它地方中的公知常識。本發(fā)明為Al-Zn-Si-Mg合金鍍覆帶材，它在鍍層微結(jié)構(gòu)中具有M&Si顆粒，并且這 些Mg2Si顆粒的分布情況為鍍層的表面只有一小部分Mg2Si顆?；蛘咧辽倩旧蠜]有任 何％231顆粒。本申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Mg2Si顆粒在鍍層微結(jié)構(gòu)中的上述分布具有明顯的優(yōu)點，并且 可以通過以下手段中的一種或多種來實現(xiàn)(a)在鍍層合金中加入鍶；(b)對于離開鍍覆浴時給定的鍍層質(zhì)量(即鍍層厚度)，選擇在鍍覆帶材固化期間 的冷卻速度；以及(c)使鍍層厚度變化最小化。本申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在下面更詳細描述的Sr的加入控制了 M&Si相在 Al-Zn-Si-Mg合金鍍層的厚度方向上的分布特性，從而使得鍍層表面只有一小部分Mg2Si顆 ?；蛘咧辽倩旧蠜]有Mg2Si顆粒，由此使出現(xiàn)Mg2Si斑點的風(fēng)險明顯更低。具體地說，本申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將至少250ppm的Sr、優(yōu)選250-3000ppm的Sr加 入到包含Al-Zn-Si-Mg合金的鍍覆浴時，與鍍覆浴中沒有Sr時呈現(xiàn)的分布相比，通過這種 Sr的加入完全改變了 Mg2Si相在鍍層厚度方向上的分布特性。具體地說，申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn) 這些Sr的加入促進形成如下的鍍層表面，該鍍層表面只有一小部分Mg2Si顆?；蛘邲]有任 何Mg2Si顆粒，因此使得在表面上出現(xiàn)斑點的風(fēng)險明顯更低。本申請人還發(fā)現(xiàn)，將離開鍍覆浴的鍍覆鋼帶在固化期間的冷卻速度選擇為低于閾 值冷卻速度，對于鋼帶每側(cè)表面上的鍍層質(zhì)量小于100g/m2的情況，該冷卻速度通常低于 80°C /秒，這控制了 Mg2Si相的分布特性，從而使得該表面只有一小部分Mg2Si顆?；蛘咧?少基本上沒有Mg2Si顆粒，由此使得出現(xiàn)Mg2Si斑點的風(fēng)險明顯更低。本申請人還發(fā)現(xiàn)，使鍍層厚度變化最小化控制了 Mg2Si相的分布特性，從而使得表 面只有一小部分Mg2Si顆粒或者至少基本上沒有Mg2Si顆粒，由此使得出現(xiàn)Mg2Si斑點的風(fēng) 險明顯更低。與加入Sr以及選擇固化期間的冷卻速度一樣，所得到的鍍層微觀結(jié)構(gòu)在外觀 方面優(yōu)異，耐腐蝕性更強并且鍍層延展性更好。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種Al-Zn-Si-Mg合金鍍覆鋼帶，所述鋼帶包含位于鋼帶上 的Al-Zn-Si-Mg合金鍍層，并且該鍍層的微觀結(jié)構(gòu)包含Mg2Si顆粒，Mg2Si顆粒的分布情況 為在鍍層表面中只有一小部分Mg2Si顆?；蛘咧辽倩旧蠜]有Mg2Si顆粒。在鍍層表面區(qū)域中的那一小部分Mg2Si顆粒可不高于Mg2Si顆粒的IOwt %。通常，Al-Zn-Si-Mg合金包含以下重量百分比范圍的元素鋁、鋅、硅和鎂鋁40-60%
鋅40-60%硅0.3-3%鎂0.3_10%。該Al-Zn-Si-Mg合金還包含有其它元素，例如鐵、釩、鉻和鍶中的任一種或多種。通常，所述鍍層的厚度小于30 μ m。優(yōu)選的是，所述鍍層的厚度大于7 μ m。 優(yōu)選的是，所述鍍層包含有大于250ppm的Sr,并且Sr的加入促進了在所述鍍層中 形成Mg2Si顆粒的上述分布。優(yōu)選的是，所述鍍層包含大于500ppm的Sr。優(yōu)選的是，所述鍍層包含大于IOOOppm的Sr。優(yōu)選的是，所述鍍層包含小于3000ppm的Sr。Al-Zn-Si-Mg-Sr合金鍍層可包含其它元素作為有意添加的元素或作為不可避免 的雜質(zhì)。優(yōu)選的是，所述鍍層厚度的變化最小。根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種用于在鋼帶上形成耐腐蝕Al-Zn-Si-Mg合金鍍層的熱 浸鍍方法，其特征在于，讓所述鋼帶通過含有Al、Zn、Si、Mg和大于250ppm的Sr以及任選 其它元素的熱浸鍍浴，并且在所述鋼帶上形成合金鍍層，該合金鍍層的鍍層微觀結(jié)構(gòu)中具 有Mg2Si顆粒，并且Mg2Si顆粒的分布情況為在鍍層表面中只有一小部分Mg2Si顆粒或者 基本上沒有Mg2Si顆粒。在鍍層表面區(qū)域中的那一小部分M&Si顆?？刹桓哂贛&Si顆粒的IOwt %。優(yōu)選的是，所述鍍層包含大于500ppm的Sr。優(yōu)選的是，所述鍍層包含至少IOOOppm的Sr。優(yōu)選的是，所述熔融浴包含小于3000ppm的Sr。該Al-Zn-Si-Mg-Sr合金鍍層可以包括其它元素作為有意添加的元素或作為不可 避免的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種在鋼帶上形成耐腐蝕Al-Zn-Si-Mg合金鍍層的熱浸鍍 方法，其特征在于，讓所述鋼帶通過含有Al、Zn、Si和Mg以及任選其它元素的熱浸鍍浴，在 所述鋼帶上形成合金鍍層，在鍍層固化期間以受控的速度使離開鍍覆浴的鍍覆鋼帶冷卻， 從而使Mg2Si顆粒在鍍層微觀結(jié)構(gòu)中的分布情況為在鍍層表面中只有一小部分Mg2Si顆粒 或者基本上沒有Mg2Si顆粒。在鍍層表面區(qū)域中的那一小部分M&Si顆?？刹桓哂贛&Si顆粒的IOwt %。優(yōu)選的是，該方法包括將用于離開鍍覆浴的鍍覆鋼帶的冷卻速度選擇為低于閾值 冷卻速度。在任意給定的情況中，所需冷卻速度的選擇與鍍層厚度(或鍍層質(zhì)量)相關(guān)。優(yōu)選的是，該方法包括對于鋼帶每側(cè)表面上的鍍層質(zhì)量不高于75g/m2的情況，將 離開鍍覆浴的鍍覆鋼帶的冷卻速度選擇為小于80°C /秒。優(yōu)選的是，該方法包括對于鋼帶每側(cè)表面上的鍍層質(zhì)量為75-100g/m2的情況，將 離開鍍覆浴的鍍覆鋼帶的冷卻速度選擇為小于50°C /秒。通常，該方法包括將冷卻速度選擇為至少lit /秒。
例如，對于平均厚度為22 μ m的鍍層而言，在固化期間冷卻速度優(yōu)選如下(a)在600-530°C的溫度范圍內(nèi)為55°C /秒；(b)在530_500°C的溫度范圍內(nèi)為70°C /秒；(c)在500_300°C的溫度范圍內(nèi)為80°C /秒；鍍覆浴和在浴中鍍覆的鋼帶上的鍍層可含有Sr。根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種在鋼帶上形成耐腐蝕Al-Zn-Si-Mg合金鍍層的熱浸鍍 方法，其特征在于，讓所述鋼帶通過含有Al、Zn、Si和Mg以及任選其它元素的熱浸鍍浴，在 所述鋼帶上形成鍍層厚度變化最小的合金鍍層，從而使Mg2Si顆粒在鍍層微觀結(jié)構(gòu)中的分 布情況為在鍍層表面中只有一小部分Mg2Si顆?；蛘呋旧蠜]有Mg2Si顆粒。在鍍層表面區(qū)域中的那一小部分Mg2Si顆?？刹桓哂贛g2Si顆粒的IOwt %。優(yōu)選的是，在任意給定的5mm直徑的鍍層部分中，鍍層厚度變化應(yīng)不大于40%。更優(yōu)選的是，在任意給定的5mm直徑的鍍層部分中，鍍層厚度變化應(yīng)不大于30%。在任意給定的情況中，適當(dāng)厚度變化的選擇與鍍層厚度(或鍍層質(zhì)量)相關(guān)。例如，對于22 μ m的鍍層厚度而言，優(yōu)選的是，在直徑大于Imm的任意鍍層區(qū)域中 的最大厚度應(yīng)為27 μ m。優(yōu)選的是，該方法包括將離開鍍覆浴的鍍覆帶材在固化期間的冷卻速度選擇為小 于閾值冷卻速度。鍍覆浴和在浴中鍍覆的鋼帶上的鍍層可含有Sr。熱浸鍍方法可以為上述普通的方法，或者任意其它合適的方法。本發(fā)明的優(yōu)點包括以下優(yōu)點 消除了斑點缺陷并且改善的第一時間段生產(chǎn)率。至少基本上消除了斑點缺陷的 風(fēng)險，并且所得到的鍍層的表面保持漂亮的銀色光澤金屬外觀。因此，第一時間段生產(chǎn)率得 到改善，并且提高了收益率； 通過加入Sr來防止斑點缺陷，使得能夠采用更高的冷卻速度，縮短了浴鍋后 所需的冷卻設(shè)備的長度。
實施例本申請人已經(jīng)在一系列55% Al-Zn-L 5% Si_2. 0% Mg合金組分上進行了試驗，所 述合金組分鍍覆在鋼基底上，且具有不高于3000ppm的Sr。這些試驗的目的在于研究Sr對于鍍層表面中的斑點的影響。

圖1概括了由申請人進行的一組對本發(fā)明進行說明的試驗的結(jié)果。該圖的左側(cè)包括鍍覆鋼基底的俯視圖和貫穿鍍層的剖面圖，所述鍍層包含55% Al-Zn-L 5% Si-2.0% Mg合金并且不含Sr。沒有考慮固化期間冷卻速度的選擇和上述鍍 層厚度的變化來形成鍍層。由于這種鍍層組分而導(dǎo)致的斑點由俯視圖中的箭頭表示。從該剖面圖中看出， Mg2Si顆粒在整個鍍層厚度上分布。由于上述原因，這成為一個問題。該圖的右側(cè)包括鍍覆鋼基底的俯視圖和貫穿鍍層的剖面圖，所述鍍層包含55% Al-Zn-L 5% Si-2.0% Mg合金和500ppm的Sr。從俯視圖中可以看到完全沒有斑點。另 外，剖面圖顯示出在鍍層表面處以及在與鋼基底的界面處的上下區(qū)域完全沒有Mg2Si顆粒，并且Mg2Si顆粒局限于鍍層的中間帶。由于上述原因，這是有利的。該圖的顯微照片清楚地顯示出向Al-Zn-Si-Mg鍍層合金加入Sr的好處。試驗發(fā)現(xiàn)，在圖的右側(cè)中所示的微觀結(jié)構(gòu)是加入250-3000ppm的Sr而形成的。本申請人還對鍍覆在鋼基底上的55% Al-Zn-L 5% Si_2. 0% Mg合金組分(不包 含Sr)進行了在線試驗。這些試驗的目的在于研究冷卻速度和鍍層質(zhì)量對于鍍層表面中的斑點的影響。這些試驗覆蓋了鋼帶每側(cè)表面上的鍍層質(zhì)量范圍為60-100g/m2的情況，并且冷卻 速度不高于90°C /秒。本申請人在試驗中發(fā)現(xiàn)有兩個因素影響鍍層微觀結(jié)構(gòu)，尤其是影響Mg2Si顆粒在 鍍層中的分布。第一個因素為在完成鍍層固化之前離開鍍覆浴的帶材的冷卻速度的影響。本申請 人發(fā)現(xiàn)控制冷卻速度使得避免斑點成為可能。例如，本申請人發(fā)現(xiàn)，對于AZ150級鍍層(帶材每側(cè)表面上的鍍層質(zhì)量為75g/m2， 參見澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS1397-2001)而言，若冷卻速度大于80°C /秒，在鍍層表面上形成Mg2Si 顆粒。特別地，在冷卻速度大于100°C /秒時，則出現(xiàn)斑點。本申請人還發(fā)現(xiàn)，對于相同鍍層而言，冷卻速度最好不要太低，尤其不要低于 ire /秒，因為在該情況下，鍍層形成有缺陷的“竹子”結(jié)構(gòu)，由此富鋅相形成從鍍層表面到 鋼界面的垂直腐蝕通道，這損害了鍍層的腐蝕性能。因此，對于AZ150級鍍層而言，在所測試的試驗條件下，應(yīng)該將冷卻速度控制在 11-80°C /秒的范圍內(nèi)以避免表面上的斑點。另一方面，本申請人還發(fā)現(xiàn)，對于AZ200級鍍層而言，如果冷卻速度大于50°C /秒， 則在鍍層表面上形成Mg2Si顆粒并且出現(xiàn)斑點。因此，對于AZ200級鍍層而言，在所測試的試驗條件下，理想的冷卻速度在 11-50°C /秒的范圍內(nèi)。本申請人發(fā)現(xiàn)的第二個重要因素在于整個帶材表面上鍍層厚度的均勻性。本申請人發(fā)現(xiàn)，在帶材表面上的鍍層通常具有厚度變化，這些變化為(a)長范圍 (long range)厚度變化(在整個帶材寬度上，通過在50mm直徑圓盤上進行“重量-帶材-重 量”方法而測量出)；以及(b)短范圍(short range)厚度變化(在沿著帶材寬度方向上， 每隔25mm的長度，在放大倍數(shù)為500x的顯微鏡下在鍍層剖面中測量出)。在生產(chǎn)情況中， 一般將長范圍厚度變化調(diào)節(jié)為滿足如在相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的最小鍍層質(zhì)量要求。在生 產(chǎn)情況下，就本申請人所知道的而言，對于短范圍厚度變化沒有任何規(guī)定，只要滿足如在相 關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的最小鍍層質(zhì)量要求。但是，本申請人發(fā)現(xiàn)，短范圍鍍層厚度變化可以非常高，并且必須應(yīng)用專門的操 作測量來使這些變化處于控制當(dāng)中。即使在產(chǎn)品完全滿足如在相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的最 小鍍層質(zhì)量要求時，在5mm這么短的距離上，通過兩個或多個因素來改變鍍層厚度在試驗 工作中也并不罕見。這一短范圍的鍍層厚度變化對在鍍層表面中的Mg2Si顆粒具有顯著的影響。例如，申請人發(fā)現(xiàn)，對于AZ150級鍍層而言，即使在如上所述的理想的冷卻速度范 圍內(nèi)，如果短范圍鍍層厚度變化在整個帶材表面上5mm距離內(nèi)高于額定(nominal)鍍層厚
8度的40%，則在鍍層表面上形成Mg2Si顆粒，由此出現(xiàn)斑點的風(fēng)險增大。因此，在所測試的試驗條件下，在整個帶材表面上的5mm距離內(nèi)，應(yīng)該將短范圍鍍 層厚度的變化控制為不大于額定鍍層厚度的40%，從而避免斑點。由本申請人對于Al-Zn-Si-Mg鍍層的固化進行的研究工作(該工作是詳盡的并且 部分地在上面進行了描述)已經(jīng)幫助本申請人理解了在鍍層中形成Mg2Si相以及影響該相 在鍍層中分布的因素。雖然本申請人不希望受到下面討論的約束，但還是在下面給出這種理解。在將Al-Zn-Si-Mg合金鍍層冷卻至560°C附近的溫度，則α -鋁相是成核的初生相 (first phase) 0然后，該α-鋁相生長為枝晶形式。隨著α -鋁相的生長，Mg和Si與其它 溶質(zhì)元素受到排斥進入熔融液相，因此在枝晶間區(qū)域中的剩余熔融液體富集了 Mg和Si。當(dāng)Mg和Si在枝晶間區(qū)域中的富集達到一定水平時，Mg2Si相開始形成，這也對應(yīng) 于大約465°C的溫度。為了簡化，假設(shè)在鍍層外表面附近的枝晶間區(qū)域為區(qū)域A，在鋼帶表 面處位于四元金屬間合金層附近的另一枝晶間區(qū)域為區(qū)域B。還將假設(shè)，在區(qū)域A中與在區(qū) 域B中，Mg和Si的富集水平相同。在465°C或更低溫度下，Mg2Si相在區(qū)域A中和在區(qū)域B中具有相同的成核趨勢。 但是，物理冶金學(xué)的原理教導(dǎo)我們，新相將優(yōu)選在其中所產(chǎn)生的系統(tǒng)自由能最小的部位處 成核。如果鍍覆浴不含有Sr (含Sr鍍層情況下Sr的作用在下文中討論)，Mg2Si相一般優(yōu) 選在區(qū)域B中的四元金屬間合金層上成核。本申請人相信，這是根據(jù)上述原理，四元金屬 間合金相和Mg2Si相之間在晶格結(jié)構(gòu)方面有一定的類似性，通過使系統(tǒng)自由能方面的任何 增加最小化來利于Mg2Si相成核。相比之下，對于Mg2Si相在區(qū)域A中的鍍層表面氧化物上 成核而言，系統(tǒng)自由能方面的增加將會更大。一旦在區(qū)域B中成核，Mg2Si相沿著枝晶間區(qū)域中的熔融液體通道，朝著區(qū)域A向 上生長。在Mg2Si相的生長前沿(區(qū)域C)處，與在區(qū)域A中相比，熔融液相變得耗盡了 Mg 和Si (取決于Mg和Si在液相和Mg2Si相之間的分配系數(shù))。因此，在區(qū)域A和區(qū)域C之間 形成擴散對。換句話說，在熔融液相中的Mg和Si將從區(qū)域A向區(qū)域C擴散。要指出的是， 在區(qū)域A中的α -Al相的生長意味著區(qū)域A總是富集Mg和Si，并且Mg2Si相在區(qū)域A中成 核的趨勢總是存在，因為相對于M&Si相，所述液相是“過冷卻(imdercooled)，，的。Mg2Si相是否要在區(qū)域A中成核，或者Mg和Si是否要保持從區(qū)域A向區(qū)域C擴 散，將取決于與局部溫度相關(guān)的Mg和Si在區(qū)域A中的富集水平，這轉(zhuǎn)而取決于由于α -Al 生長而排斥到那個區(qū)域中的Mg和Si量和由于擴散而移出那個區(qū)域的Mg和Si量之間的平 衡。在發(fā)生L(其中，L表示熔融液相)一Al-Zn共晶反應(yīng)之前，擴散可用的時間也受到限 制，因為Mg2Si成核/生長過程必須在大約380°C的溫度下完成。本申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對擴散可用的時間與Mg和Si的擴散距離之間的平衡進行控 制，能夠控制Mg2Si相隨后的成核或生長，或者控制Mg2Si相在鍍層厚度方向上的最終分布。具體地說，本申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于設(shè)定的鍍層厚度而言，應(yīng)該將冷卻速度調(diào)節(jié)到 特定的范圍，并且更具體地說是不超過閾值溫度，以避免出現(xiàn)Mg2Si相在區(qū)域A中成核的風(fēng) 險。這是因為對于設(shè)定的鍍層厚度而言(或者，區(qū)域A和C之間相對恒定的擴散距離)，更 高的冷卻速度將驅(qū)使α -Al相更快速地生長，從而導(dǎo)致更多的Mg和Si被排斥到區(qū)域A中的 液相中，并且造成Mg和Si更為富集，或者Mg2Si相成核的風(fēng)險更高(這是不期望出現(xiàn)的)。
另一方面，對于設(shè)定的冷卻速度而言，越厚的鍍層(或者更厚的局部鍍覆區(qū)域)將 增大區(qū)域A和區(qū)域C之間的擴散距離，從而導(dǎo)致更少量的Mg和Si能夠在設(shè)定時間內(nèi)從區(qū) 域A向區(qū)域C運動，并且轉(zhuǎn)而造成Mg和Si更為富集，或者Mg2Si相在區(qū)域A中成核的風(fēng)險 更高(這是不期望出現(xiàn)的)。實際上，申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為了實現(xiàn)本發(fā)明的Mg2Si顆粒的分布，即避免在鍍覆帶 材表面上出現(xiàn)斑點缺陷，對于鋼帶每側(cè)表面上的鍍層質(zhì)量不高于75g/m2的情況，離開鍍覆 浴的鍍覆鋼帶的冷卻速度必須在11-80°C /秒的范圍內(nèi)；并且對于鋼帶每側(cè)表面上的鍍層 質(zhì)量為75-100g的情況，離開鍍覆浴的鍍覆帶材的冷卻速度必須在11-50°C /秒的范圍內(nèi)。 還必須將短范圍鍍層厚度變化控制為在帶材表面上5mm距離內(nèi)不大于額定鍍層厚度的 40%，從而實現(xiàn)本發(fā)明的Mg2Si顆粒的分布。本申請人還發(fā)現(xiàn)，在鍍覆浴中存在Sr時，Mg2Si成核的上述動力學(xué)會受到明顯影 響。在一定的Sr濃度水平下，Sr強烈地偏析(segregate)進入四元合金層(即，改變四元 合金相的化學(xué)特性)。Sr還改變了熔融鍍層的表面氧化特性，從而使得鍍層表面上的表面 氧化物更薄。這些變化明顯改變了 Mg2Si相的優(yōu)選成核部位，因此，改變了 Mg2Si相在鍍層 厚度方向上的分布模式。具體地說，申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在鍍覆浴中，濃度為250-3000ppm的 Sr使得Mg2Si相實際上不可能在四元合金層上或表面氧化物上成核，推測是由于會另外產(chǎn) 生很高水平的系統(tǒng)自由能增加。相反，Mg2Si相只能在厚度方向上在鍍層的中央?yún)^(qū)域處成 核，從而形成在鍍層外表面區(qū)域和鋼表面附近的區(qū)域處基本上沒有Mg2Si的鍍層結(jié)構(gòu)。因 此，提出加入250-3000ppm范圍內(nèi)的Sr作為實現(xiàn)Mg2Si顆粒在鍍層中所期望的分布的有效 手段之一。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對上述本發(fā)明作出許多修改。在該上下文中，作為用于實現(xiàn)Mg2Si顆粒在鍍層中所期望的分布(即在鍍層表面 中至少基本上沒有Mg2Si顆粒)的手段，本發(fā)明的上述說明其重點在于(a)向Al-Zn-Si-Mg 鍍層合金中加入Sr ;(b)冷卻速度(對于給定的鍍層質(zhì)量)；以及(c)控制短范圍鍍層厚度 的變化。雖然如此，本發(fā)明不會因此受到限制，并且可以擴展到使用任意合適的手段來實現(xiàn) Mg2Si顆粒在鍍層中所期望的分布。
權(quán)利要求
一種Al Zn Si Mg合金鍍覆鋼帶，它包括鋼帶上的Al Zn Si Mg合金鍍層，所述鍍層的微觀結(jié)構(gòu)包含Mg2Si顆粒，這些Mg2Si顆粒的分布情況為在鍍層的表面中只有一小部分Mg2Si顆?；蛘咧辽倩旧蠜]有Mg2Si顆粒。
2.如權(quán)利要求1所述的合金鍍覆鋼帶，其中在所述鍍層表面區(qū)域中的一小部分Mg2Si 顆粒不高于Mg2Si顆粒的IOwt %。
3.如權(quán)利要求1或2所述的合金鍍覆鋼帶，其中所述Al-Zn-Si-Mg合金包括重量百分 比為以下范圍的元素鋁、鋅、硅和鎂鋁40-60%鋅40-60%硅0· 3-3%鎂0. 3-10%。
4.如前面權(quán)利要求中任一項所述的合金鍍覆鋼帶，其中所述鍍層厚度小于30μ m。
5.如前面權(quán)利要求中任一項所述的合金鍍覆鋼帶，其中所述鍍層厚度大于7μ m。
6.如前面權(quán)利要求中任一項所述的合金鍍覆鋼帶，其中所述鍍層包含有大于250ppm 的Sr,并且所述Sr的加入促進了在所述鍍層中形成Mg2Si顆粒的上述分布。
7.如權(quán)利要求6所述的合金鍍覆鋼帶，其中所述鍍層包含大于500ppm的Sr。
8.如權(quán)利要求6所述的合金鍍覆鋼帶，其中所述鍍層包含大于IOOOppm的Sr。
9.如前面權(quán)利要求中任一項所述的合金鍍覆鋼帶，其中所述鍍層包含小于3000ppm的Sr。
10.一種用于在鋼帶上形成耐腐蝕Al-Zn-Si-Mg合金鍍層的熱浸鍍方法，其特征在 于，讓所述鋼帶通過含有Al、Zn、Si、Mg和大于250ppm的Sr以及任選其它元素的熱浸鍍 浴，在所述鋼帶上形成合金鍍層，所述合金鍍層的鍍層微觀結(jié)構(gòu)中具有Mg2Si顆粒，并且所 述Mg2Si顆粒的分布情況為在所述鍍層表面中只有一小部分Mg2Si顆?；蛘呋旧蠜]有 Mg2Si顆粒。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中在所述鍍層表面區(qū)域中的一小部分Mg2Si顆粒不 高于Mg2Si顆粒的IOwt %。
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其中所述鍍層包含大于500ppm的Sr。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述鍍層包含至少IOOOppm的Sr。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述熔融浴包含小于3000ppm的Sr。
15.一種在鋼帶上形成耐腐蝕Al-Zn-Si-Mg合金鍍層的熱浸鍍方法，其特征在于，讓所 述鋼帶通過含有Al、Zn、Si和Mg以及任選其它元素的熱浸鍍浴，在所述鋼帶上形成合金鍍 層，在鍍層固化期間以受控的速度使離開鍍覆浴的鍍覆鋼帶冷卻，從而使Mg2Si顆粒在鍍層 微觀結(jié)構(gòu)中的分布情況為在鍍層表面中只有一小部分Mg2Si顆?；蛘呋旧蠜]有Mg2Si顆 粒。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中在所述鍍層表面區(qū)域中的一小部分Mg2Si顆粒不 高于Mg2Si顆粒的IOwt %。
17.如權(quán)利要求15或16所述的方法，所述方法包括將離開鍍覆浴的鍍覆鋼帶的冷卻速 度選擇為小于閾值冷卻速度。
18.如權(quán)利要求15至17中任一項所述的方法，所述方法包括對于鋼帶每側(cè)表面上的鍍層質(zhì)量不高于75g/m2的情況，將離開鍍覆浴的鍍覆鋼帶的冷卻速度選擇為小于80°C / 秒。
19.如權(quán)利要求15至18中任一項所述的方法，所述方法包括對于鋼帶每側(cè)表面上 的鍍層質(zhì)量為75-100g/m2的情況，將離開鍍覆浴的鍍覆鋼帶的冷卻速度選擇為小于50°C / 秒。
20.如權(quán)利要求15至19中任一項所述的方法，所述方法包括將所述冷卻速度選擇為至 少ire/秒。
21.如權(quán)利要求15或16所述的方法，所述方法包括對于平均厚度為22μ m的鍍層而 言，將離開鍍覆浴的鍍覆鋼帶在固化期間的冷卻速度選擇為(a)在600-530°C的溫度范圍內(nèi)為55°C/秒；(b)在530-500°C的溫度范圍內(nèi)為70°C/秒；以及(c)在500-300°C的溫度范圍內(nèi)為80°C/秒。
22.—種在鋼帶上形成耐腐蝕Al-Zn-Si-Mg合金鍍層的熱浸鍍方法，其特征在于，讓所 述鋼帶通過含有Al、Zn、Si和Mg以及任選其它元素的熱浸鍍浴，在所述鋼帶上形成鍍層厚 度變化最小的合金鍍層，從而使Mg2Si顆粒在鍍層微觀結(jié)構(gòu)中的分布情況為在鍍層表面中 只有一小部分Mg2Si顆粒或者基本上沒有Mg2Si顆粒。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中在任意給定的5mm直徑的鍍層部分中，所述的鍍層 厚度變化不大于40%。
24.如權(quán)利要求22或23所述的方法，其中在任意給定的5mm直徑的鍍層部分中，所述 的鍍層厚度變化不大于30%。
25.如權(quán)利要求22至24中任一項所述的方法，其中對于22μ m的鍍層厚度而言，在直 徑大于Imm的任意鍍層區(qū)域中的最大厚度為27mm。
26.如權(quán)利要求22至25中任一項所述的方法，所述方法包括將離開鍍覆浴的鍍覆鋼帶 在固化期間的冷卻速度選擇為小于閾值冷卻速度。全文摘要
本發(fā)明公開了一種Al-Zn-Si-Mg合金鍍覆的帶材，其在鍍層微觀結(jié)構(gòu)中具有Mg2Si顆粒。Mg2Si顆粒的分布情況為鍍層表面只有一小部分Mg2Si顆?；蛘咧辽倩旧蠜]有任何Mg2Si顆粒。
文檔編號C23C2/28GK101910446SQ200980101619
公開日2010年12月8日 申請日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月13日
發(fā)明者喬·威廉斯, 劉啟陽, 韋恩·倫肖 申請人:藍野鋼鐵有限公司