專(zhuān)利名稱(chēng)：使用Al/Zn基鍍層的防腐保護(hù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及具有合金鍍層的產(chǎn)品的制備，所述合金包含作為合金主要成分的鋁和鋅(下文中稱(chēng)作“Α /ai基合金鍍層產(chǎn)品”)。術(shù)語(yǔ)“Al/ai基合金鍍層產(chǎn)品”在這里應(yīng)當(dāng)理解為包括，例如，在產(chǎn)品的至少一部分表面上具有Ai/ai基合金鍍層的帶材、管材以及型材形式的產(chǎn)品。本發(fā)明更具體地，但絕非專(zhuān)門(mén)地，涉及金屬帶形式的Al/ai基合金鍍層產(chǎn)品，例如在至少一部分表面上具有Α /ai基合金鍍層的鋼帶，以及用Α /ai基合金鍍層帶材制造的
女口
廣 PFt οAi/ai基合金鍍層金屬帶材可以是出于防護(hù)、美觀或者其它原因而同時(shí)涂覆無(wú)機(jī)和/或有機(jī)化合物的帶材。本發(fā)明更具體地，但絕非專(zhuān)門(mén)地，涉及具有除了 Al和Si之外還含有多于一種元素的合金鍍層的ΑΙ/ai基合金鍍層鋼帶，所述多于一種元素例如Mg和Si，以多于痕量的形式存在。本發(fā)明更具體地，但絕非專(zhuān)門(mén)地，涉及具有包含Mg和Si的Al/ai基合金鍍層的 Al/Zn基合金鍍層鋼帶，其中以重量百分比計(jì)，包含20-95%的Al，不超過(guò)5%的Si，不超過(guò) 10%的Mg以及平衡量的Si和少量其它元素，一般每種其它元素少于0. 5%。應(yīng)當(dāng)注意，除非特別說(shuō)明，本說(shuō)明書(shū)中元素的百分比指的均是重量百分比。
背景技術(shù)：
通常在鋼帶的表面形成薄的(即2-100 μ m厚)ΑΙ/Si基合金鍍層來(lái)提供防腐蝕防護(hù)。Al/ai基合金鍍層通常，但不僅僅是，元素Al和Si的合金鍍層，合金中還可以含有 Mg、Si、Fe、Mn、Ni、Sn中的一種或者多種，以及少量的其它元素例如V、Sr、Ca、釙。Al/Zn基合金鍍層通常，但不僅僅是，通過(guò)將帶材穿過(guò)熔融合金浴對(duì)帶材進(jìn)行熱浸鍍而在鋼帶上形成的。鋼帶通常，但不必然，在浸鍍之前進(jìn)行加熱以促進(jìn)合金與帶材的結(jié)合。隨著帶材從熔融浴中被拉出，合金隨后在帶材上凝固，并且形成凝固的合金鍍層。Al/Zn基合金鍍層的顯微組織一般主要由枝晶形式的富Al的α相以及位于枝晶間區(qū)域的富ai的共晶相混合物構(gòu)成。當(dāng)適當(dāng)?shù)乜刂迫廴阱儗拥哪趟俣葧r(shí)(例如，如美國(guó)專(zhuān)利US3，782，909中記載的，將其通過(guò)交叉參考并入本文)，富Al的α相凝固成枝晶，該枝晶足夠細(xì)小，使得在枝晶間的區(qū)域形成通道的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)，并且富Si的共晶相混合物在該區(qū)域凝固。這些鍍層的性能取決于如下因素的結(jié)合(a)最初通過(guò)富Si的枝晶間共晶相混合物提供的鋼基體的犧牲性保護(hù)，以及(b)通過(guò)富Al的α相枝晶的支撐提供的屏障性保護(hù)。 富Si的枝晶間相混合物優(yōu)先被腐蝕，以提供對(duì)鋼基體的犧牲保護(hù)，并且，在特定的環(huán)境下， 一旦富Si的枝晶間相混合物被耗盡，富Al的α相在提供屏障保護(hù)的同時(shí)，也能繼續(xù)為鋼基體提供合適級(jí)別的犧牲保護(hù)。
然而，在很多情況下由富Al的α相枝晶提供的屏障保護(hù)和犧牲保護(hù)的程度是不足的，鍍層鋼帶的性能會(huì)遭受損害。下文中記載了三種這樣的情況1.在含有高濃度的氮氧化物和硫氧化物的“酸雨”或者“污染的”環(huán)境中；2.在海水環(huán)境中漆膜的下面；3.在金屬鍍層被破壞的切割邊緣或者其它部分露出鋼基體的海水環(huán)境下。舉例來(lái)說(shuō)，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋼帶上的ΑΙ/Si基合金鍍層特別薄時(shí)(即每平方米鍍層的總鍍層質(zhì)量小于200g，一般小于150g/m2，這相當(dāng)于當(dāng)鋼帶的兩面具有相等的鍍層厚度時(shí)，在鋼帶的每個(gè)表面上每平方米鍍層小于100g，一般小于75g/m2)，若使用標(biāo)準(zhǔn)的冷卻速度(通常從irC /s到100°C /s)，顯微組織將更加趨向于從鋼帶向鍍層表面延伸的柱狀組織或者竹狀組織。這種顯微組織包含(a)富Al的α相枝晶以及(b)富Si的共晶相混合物所形成的一系列分離的柱狀通道，所述通道直接從鋼帶延伸至鍍層表面。申請(qǐng)人:還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)具有這樣的包含柱狀顯微組織的薄Al/ai基合金鍍層的鋼帶暴露在低PH值的環(huán)境(通常被稱(chēng)作“酸雨”環(huán)境)時(shí)，或者暴露在具有高濃度的硫氧化物或者氮氧化物的環(huán)境(通常被稱(chēng)作“污染的”環(huán)境)時(shí)，富Si的枝晶間的共晶相混合物被很快腐蝕，而且這種相混合物中的從鋼帶直接延伸到鍍層表面的柱形通道成為了通往鋼帶的直接腐蝕通道。存在這樣的從鍍層表面通向鋼帶的直接腐蝕通道的情況下，鋼帶很可能被腐蝕，并且腐蝕的產(chǎn)物(鐵的氧化物)能自由地轉(zhuǎn)移到鍍層表面，呈現(xiàn)熟知的“紅銹著色”外觀。紅銹著色使鍍覆的鋼產(chǎn)品的外觀美感降低，并且會(huì)使產(chǎn)品的性能降低。例如，紅銹著色能夠降低用作屋頂材料的鍍覆鋼產(chǎn)品的熱效率。申請(qǐng)人:還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)薄的Al/ai基鍍層以劃傷、裂縫或者其它方式被破壞而露出鋼帶從而暴露在“酸雨”環(huán)境或者“污染的”環(huán)境中時(shí)，即使不存在柱狀組織或者竹狀組織，也會(huì)發(fā)生紅銹著色。還已知，在“酸雨”環(huán)境或者“污染的”環(huán)境中，富Al的α相無(wú)法對(duì)鋼帶提供犧牲保護(hù)。這里的“酸雨”環(huán)境應(yīng)當(dāng)理解為雨和/或形成在鍍覆鋼帶上的凝聚物具有小于5. 6 的PH值。舉例來(lái)說(shuō)，“污染的”環(huán)境可一般地，但絕非專(zhuān)門(mén)地，定義為IS09223中的Ρ2或者 Ρ3的類(lèi)別。再例如，在海水環(huán)境中，通常認(rèn)為富Al的α相枝晶可以為鋼基體提供良好的犧牲保護(hù)，這種能力由于在金屬鍍覆鋼帶上面涂覆的漆膜下方微環(huán)境的改變而消退。上述內(nèi)容在澳大利亞或者其它地方將不認(rèn)為其屬于公知常識(shí)承認(rèn)的范疇。

發(fā)明內(nèi)容
申請(qǐng)人:發(fā)現(xiàn)，ΑΙ/Si基合金鍍覆的鋼帶在“酸雨”或者“污染的”環(huán)境中的紅銹著色可通過(guò)下述方式來(lái)預(yù)防或者降至最低形成Al-Zn-Si-Mg合金鍍層形式的鍍層，以及保證鍍層中OT SDAS比率大于0.5 1的值，其中OT是帶材的表面上的覆蓋厚度，SDAS是鍍層中富Al的α相枝晶的二級(jí)枝晶臂的間隔的測(cè)量值。這里的術(shù)語(yǔ)“覆蓋厚度”應(yīng)當(dāng)理解為帶材上鍍層的總厚度減去鍍層金屬間合金層的厚度，這里的金屬間合金層指的是對(duì)帶材進(jìn)行鍍覆時(shí)，由于熔融的鍍層與鋼基體反應(yīng)而形成的緊鄰鋼基體的Al-Fe-Si-Zn四元金屬間相的層(Al-Fe-Si-Zn quaternaryintermetallic phase layer)。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種在金屬帶材上，一般在鋼帶上形成抗腐蝕的Al-Zn-Si-Mg 合金鍍層的方法，所述金屬帶材適用于例如“酸雨”或者“污染的”環(huán)境中，該方法包括(a)使金屬帶材穿過(guò)Al-Zn-Si-Mg合金的熔融浴，并且在帶材的一個(gè)或者兩個(gè)表面上形成該合金的鍍層；(b)將鍍層在帶材上凝固，并且形成具有如下顯微組織的凝固鍍層該顯微組織包含從金屬帶材延伸的富Al的α相枝晶以及富Si的共晶相混合物的枝晶間通道，并且在枝晶間通道內(nèi)具有相微粒；并且該方法包括控制步驟(a)和(b)以及形成OT SDAS比率大于0. 5 1的凝固鍍層，其中OT是覆蓋厚度，SDAS是鍍層中富Al的α相枝晶的二級(jí)枝晶臂的間隔。這里的術(shù)語(yǔ)“富Si的共晶相混合物”應(yīng)當(dāng)理解為是共晶反應(yīng)的產(chǎn)物的混合物，該混合物包含富Si的β相和Mg:Si化合物相，例如Mgav根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種在帶材的一個(gè)或者兩個(gè)表面上具有Al-Zn-Si-Mg合金鍍層的金屬帶材，其適用于例如“酸雨”或者“污染的”環(huán)境中，其鍍層所具有的顯微組織包含從金屬帶材上延伸的富Al的α相枝晶以及富Si的共晶相混合物的枝晶間通道，并且在枝晶間通道內(nèi)具有Mg2Si微粒，并且該鍍層的OT SDAS比率大于0.5 1，其中OT是覆蓋厚度，SDAS是鍍層中富Al的α相枝晶的二級(jí)枝晶臂的間隔。應(yīng)當(dāng)注意到，在帶材的兩面都具有鍍層的情況下，根據(jù)鍍覆帶材的需要，每個(gè)表面的覆蓋厚度可以不同或者相同。在任何情況下，本發(fā)明要求兩個(gè)表面的任何一個(gè)的 OT SDAS比率要大于0.5 1。OT SDAS比率可以大于1 1。OT SDAS比率可以大于2 1。鍍層可以是薄鍍層。在本文中，這里的金屬(例如鋼)帶材上的“薄”鍍層，應(yīng)當(dāng)理解為是帶材的兩個(gè)表面上的鍍層具有小于200g/m2的總鍍層質(zhì)量，這相當(dāng)于在鋼帶的一個(gè)表面上每平方米鍍層小于100g，但也不一定總是這種情況。鍍層的覆蓋厚度可大于3 μ m。鍍層的覆蓋厚度可小于20 μ m。鍍層的覆蓋厚度可小于30 μ m。鍍層的覆蓋厚度可以是5-20 μ m。Al-Zn-Si-Mg合金可包含20 % -95 %的Al，不超過(guò)5 %的Si，不超過(guò)10 %的Mg以及平衡量的Si和少量其它元素，一般每種其它元素少于0. 5%。 Al-Zn-Si-Mg 合金可包含 40 % -65 % 的 Al。Al-Zn-Si-Mg 合金可包含 45 % -60 % 的 Al。Al-Zn-Si-Mg 合金可包含 35% -50% 的 Zn。Al-Zn-Si-Mg 合金可包含 39% -48% 的 Zn。Al-Zn-Si-Mg 合金可包含 1 % _3 % 的 Si。Al-Zn-Si-Mg 合金可包含 1. 3 % -2. 5 % 的 Si。Al-Zn-Si-Mg合金可包含小于5%的Mg。
Al-Zn-Si-Mg合金可包含小于3%的Mg。Al-Zn-Si-Mg合金可包含大于1 %的Mg。Al-Zn-Si-Mg 合金可包含 1. 2% -2. 8%的 Mg。Al-Zn-Si-Mg 合金可包含 1. 5% -2. 5%的 Mg。Al-Zn-Si-Mg 合金可包含 1. 7 % -2. 3 % 的 Mg。金屬帶材可以是鋼帶。在其它情況，或者如果不能保持上述的OT SDAS比率以及鍍層具有小于0.5 1 的OT SDAS比率的情況下，申請(qǐng)人還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)選擇鍍層合金的成分(主要是Mg和Si) 以及控制鍍層的顯微組織，仍然可以在鋼帶表面上的薄Al-Zn-Si-Mg合金鍍層中阻止或者減小在“酸雨”或者“污染的”環(huán)境中的紅銹著色以及在海水環(huán)境中的切割邊緣的腐蝕。上述成分的選擇以及顯微組織的控制對(duì)薄鍍層和/或者具有OT SDAS比率小于0.5 1的鍍層尤其有用，但是并不限于這些鍍層，也可以用于厚的鍍層和/或者具有 OT SDAS比率大于0.5 1的鍍層。申請(qǐng)人:還發(fā)現(xiàn)，在敏感的ΑΙ/Si基鍍層中，能夠通過(guò)以下方法消除或者減小海水環(huán)境下的鍍覆鋼帶的切割邊緣的腐蝕以及“酸雨”或者“污染的”環(huán)境下的紅銹著色1、阻塞沿著富Si的枝晶間通道通向鋼帶的侵蝕，和/或，2、激活這些環(huán)境中的富Al的α相，從而能夠?qū)︿搸峁奚Ｗo(hù)。一般來(lái)說(shuō)，在上述兩種情況下，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種在帶材的一個(gè)或者兩個(gè)表面上具有Al-Zn-Si-Mg合金鍍層的金屬帶材，其適用于例如“酸雨”或者“污染的”環(huán)境中， 該鍍層包含的顯微組織中包含從金屬帶材上延伸的富Al的α相枝晶以及富Si的共晶相混合物的枝晶間通道，并且在枝晶間通道內(nèi)具有Mg2Si相微粒。在有關(guān)Ife2Si相的內(nèi)容中的術(shù)語(yǔ)“微?！睉?yīng)當(dāng)理解為是這種相在顯微組織中的析出物的物理形態(tài)的表示。這里應(yīng)當(dāng)理解，“微?！笔窃阱儗幽痰倪^(guò)程中從溶液中析出而形成的，并且不是上述成分的特定添加物。1、阻塞根據(jù)本發(fā)明，提供了一種在金屬帶材，一般是鋼帶上形成Al-Zn-Si-Mg合金的抗腐蝕鍍層的方法，所述金屬帶材適用于例如“酸雨”或者“污染的”環(huán)境中，該方法包括(a)使金屬帶材穿過(guò)Al-Zn-Si-Mg合金熔融浴，并且在帶材的一個(gè)或者兩個(gè)表面上形成該合金的鍍層；(b)將鍍層在帶材上凝固，并且形成具有如下顯微組織的凝固鍍層，該顯微組織包含從金屬帶材上延伸的富Al的α相枝晶以及富Si的共晶相混合物的枝晶間通道，并且在枝晶間通道內(nèi)具有M&Si相；并且該方法包括選擇Mg和Si的濃度以及在步驟(b)中控制冷卻速度，從而在凝固鍍層內(nèi)的枝晶間通道內(nèi)形成Mg2Si相微粒來(lái)阻塞沿著枝晶間通道的侵蝕。作為解釋?zhuān)诰哂兄ЫM織的ΑΙ/Si基鍍層中，Si是以類(lèi)似薄片形態(tài)的微粒存在的，并且，盡管它不會(huì)被腐蝕，但它不會(huì)填充并阻塞枝晶間腐蝕通向鋼帶的枝晶間通道。申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，加入到含有Si的Al/ai基鍍層中的Mg能夠與Si結(jié)合，在富Al的α相枝晶臂之間的枝晶間通道內(nèi)形成Mg2Si相微粒。這些微粒具有合適的尺寸和形態(tài)，能夠阻塞本來(lái)通向鋼帶的直接腐蝕通道，并且?guī)椭綦x位于下面的鋼基體陰極。通過(guò)控制鍍層的凝固，即
7冷卻速度，可以形成合適尺寸和形態(tài)的微粒。特別地，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，在鍍層凝固過(guò)程中的冷卻速度CR應(yīng)當(dāng)維持在小于 170-4. 5CT，其中CR是以。C/秒為單位的冷卻速度，而CT是以微米為單位的帶材表面上的
鍍層厚度。合適尺寸的Mg2Si相微粒的形態(tài)可描述為以平面圖像觀察時(shí)具有“漢字”的形式， 而以三維圖像觀察時(shí)具有花瓣的形式。作為示例，在

圖12和13中示出該形態(tài)，并且在下文中進(jìn)一步討論。Mg2Si微粒的花瓣可具有小于8 μ m的厚度。Mg2Si相微粒的花瓣可具有小于5 μ m的厚度。Mg2Si相微粒的花瓣可具有在0. 5-2. 5 μ m范圍內(nèi)的厚度。Mg的濃度可選擇大于0. 5%。低于此濃度，就沒(méi)有足夠的Mg2Si相微粒來(lái)填充和阻塞枝晶間通道。Mg的濃度可選擇小于3%。高于此濃度，就會(huì)形成對(duì)于阻塞枝晶間腐蝕無(wú)效的立方形態(tài)的大Mg2Si微粒。特別地，Al-Zn-Si-Mg合金可含有超過(guò)1 %的Mg。對(duì)于Si濃度從0. 5%到2%的鍍層，與其它含Si相相比，枝晶間M&Si相的體積分?jǐn)?shù)可大于50%。與其它含Si相相比，枝晶間M&Si相的體積分?jǐn)?shù)可大于80%。為了提供對(duì)于枝晶間通道的良好的阻塞，位于鍍層的覆蓋厚度的下面三分之二部分的枝晶間M&Si相的比例可以大于鍍層內(nèi)M&Si相的總體積分?jǐn)?shù)的70%。由Mg2Si相阻塞的枝晶間通道的比例可以大于通道總數(shù)量的60%，一般大于 70%。申請(qǐng)人:還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)本發(fā)明使之可能的改善防護(hù)可實(shí)施在一系列顯微組織上從 OT SDAS為0.5 1比率的粗大枝晶組織到OT SDAS為6 1比率的細(xì)小枝晶組織。因此可以減緩在“酸雨”或者“污染的”環(huán)境中通常沿著這些通道進(jìn)行的腐蝕，以及特別是通過(guò)這些通道進(jìn)行的紅銹著色。如美國(guó)專(zhuān)利3，782，909中公開(kāi)的，在ΑΙ/Si合金鍍層中，沿著枝晶間通道進(jìn)行的腐蝕還可通過(guò)減小通道的尺寸來(lái)限制(通道尺寸減小是在凝固過(guò)程中增加冷卻速度的結(jié)果)，并且因此減小了鍍層的SDAS。然而，雖然這樣可以減慢鍍層的表面腐蝕(經(jīng)常通過(guò)質(zhì)量損失測(cè)試來(lái)確定)，但是它也限制了為鋼基體提供犧牲保護(hù)的富鋅相混合物的可用性。因此，更容易發(fā)生鋼基體的腐蝕。2、α相的激活根據(jù)本發(fā)明，提供了一種在金屬帶材上，一般在鋼帶上形成抗腐蝕的Al-Zn-Si-Mg 合金鍍層的方法，所述金屬帶材適用于例如“酸雨”或者“污染的”環(huán)境中，該方法包括(a)使金屬帶材穿過(guò)Al-Zn-Si-Mg合金熔融浴，在帶材的一個(gè)或者兩個(gè)表面上形成該合金的鍍層；(b)將鍍層在帶材上凝固，并且形成具有如下顯微組織的凝固鍍層，該顯微組織包含從金屬帶材延伸的富Al的α相的枝晶以及富Si的共晶相混合物的枝晶間通道，并且在枝晶間通道內(nèi)具有M&Si相；
并且該方法包括選擇Mg和Si的濃度以及在步驟(b)中控制冷卻速度，從而在凝固鍍層中的枝晶間通道內(nèi)形成Mg2Si相微粒，該微粒具有一定尺寸范圍、形態(tài)以及空間分布，所述空間分布激活富Al的α相以提供犧牲保護(hù)。特別地，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，Mg2Si相自身是易反應(yīng)的，并且容易被腐蝕。然而，申請(qǐng)人還發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致Mg2Si相鈍化，能夠阻塞通道，并且提升和增強(qiáng)富Al的α相在鋼帶的犧牲保護(hù)中的活化作用。特別地，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，在ΑΙ/Si基合金鍍層成分中增加合適的Mg和Si的濃度，以及選擇使合金成分的鍍層在帶材上凝固的冷卻速度，能夠引導(dǎo)Mg2Si相形成為在枝晶間通道內(nèi)處于合適的分布和位置，從而激活富Al的α相，使其在特定的海水、“酸雨”以及“污染的”環(huán)境中提供對(duì)鋼材的犧牲保護(hù)。富Al的α相的激活能力能夠使更細(xì)小的枝晶組織的應(yīng)用成為可能，而不會(huì)在露出鋼基體的切割邊緣或者其它區(qū)域造成隨之發(fā)生的犧牲保護(hù)能力的喪失。Mg和Si濃度以及冷卻速度的選擇與標(biāo)題為“阻塞”的后續(xù)關(guān)于這些參數(shù)的描述相一致。特別地，在冷卻速度方面，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，在鍍層凝固過(guò)程中的冷卻速度CR應(yīng)當(dāng)維持在小于170-4. 5CT，其中CR是以。C /秒為單位的冷卻速度，而CT是以微米為單位的帶材
表面的鍍層厚度。在成分方面，作為示例，在“酸雨”或者“污染的”環(huán)境以及“酸性的”微環(huán)境中，為形成M&Si，Mg的濃度可以大于0. 5%。Mg的濃度可大于來(lái)保證α相的有效激活能力。Mg的濃度應(yīng)當(dāng)小于3%。在更高濃度下，可能會(huì)形成粗大的、分布廣泛的初級(jí)M&Si 相，其不能提供富Al的α相的均勻激活。特別地，Al-Zn-Si-Mg合金可包含超過(guò)1 %的Mg。申請(qǐng)人:還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)本發(fā)明使之可能的改善的犧牲保護(hù)實(shí)施在一系列顯微組織上，從OT SDAS為0.5 1比率的粗大枝晶組織到OT SDAS為6 1比率的細(xì)小枝晶組織。申請(qǐng)人:還發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明制備并且隨后刷漆的Al-Zn-Si-Mg合金鍍覆帶材，作為富Al的α相激活的結(jié)果，顯示出更窄的、更均勻的腐蝕鋒面，以及在海水環(huán)境中邊緣鉆蝕程度的降低。在申請(qǐng)人開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)室工作中，與傳統(tǒng)的ΑΙ/Si鍍層相比，根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的樣品顯示出從切割邊緣進(jìn)行的“邊緣蠕變”速度或者“鉆蝕”速度的降低。改善的性能已經(jīng)通過(guò)適用于一系列鍍層結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用在一系列漆膜上得以體現(xiàn)。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明示例的Al-Zn-Si-Mg合金鍍層的測(cè)試樣品在海水環(huán)境中邊緣鉆蝕與Mg的濃度的關(guān)系曲線圖；圖2-4是測(cè)試板照片以及腐蝕鋒面圖像，表明了根據(jù)本發(fā)明示例的Al-Zn-Si-Mg 合金鍍層在海水環(huán)境中性能得到改善；圖5是實(shí)驗(yàn)室加速測(cè)試板的照片，示出了根據(jù)本發(fā)明的金屬鍍覆鋼帶的改善的表面風(fēng)化以及改善的犧牲保護(hù)；
圖6-11是測(cè)試板照片，表明了根據(jù)本發(fā)明的鋼帶上示例的Al-Zn-Si-Mg合金鍍層在“酸雨”或者“污染的”環(huán)境中性能得到改善；圖12是根據(jù)本發(fā)明Al-Zn-Si-Mg合金鍍層的掃描電子顯微圖像的平面圖像，其示出了圖像中所示顯微組織中M&Si相微粒的形態(tài)；以及，圖13是圖12中Al-Zn-Si-Mg合金鍍層中的Mg2Si相微粒形態(tài)網(wǎng)絡(luò)狀的三維圖像。根據(jù)本發(fā)明示例的Al-Zn-Si-Mg合金鍍覆的鋼帶改善的腐蝕性能已經(jīng)由申請(qǐng)人通過(guò)將測(cè)試樣品暴露在實(shí)際的“酸雨”、“污染的”以及海水環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)得以證明。測(cè)試樣品包括由申請(qǐng)人制備的測(cè)試板，以提供關(guān)于鍍層腐蝕的信息。圖1-5以及表格1和2證明了根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的鋼帶上示例的Al-Zn-Si-Mg合金鍍層在海水環(huán)境下改善的性能。在海水環(huán)境下的性能通過(guò)在具有ISO等級(jí)C2至C5的現(xiàn)場(chǎng)，按照AS/NZS 1580. 457. 1. 1996附錄B進(jìn)行的室外暴露測(cè)試，以及通過(guò)實(shí)驗(yàn)室循環(huán)腐蝕測(cè)試(CCT)，進(jìn)行評(píng)估。表1示出了根據(jù)本發(fā)明示例的Al-Zn-Si-Mg合金鍍覆鋼鐵測(cè)試板在惡劣的海水環(huán)境中進(jìn)行沖刷式暴露的情況下，其對(duì)于不同金屬鍍層質(zhì)量(單位mm)在刷漆的邊緣鉆蝕程度上改善的性能的數(shù)據(jù)。該表格還包括與傳統(tǒng)的ΑΙ/Si基合金鍍層測(cè)試板的對(duì)比數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種在金屬帶材上，一般在鋼帶上形成抗腐蝕的Al-Zn-Si-Mg合金鍍層的方法，所述金屬帶材適用于例如“酸雨”或者“污染的”環(huán)境中，所述方法包括(a)使金屬帶材穿過(guò)所述Al-Zn-Si-Mg合金熔融浴，在所述帶材的一個(gè)或者兩個(gè)表面上形成所述合金的鍍層；(b)將所述鍍層在所述帶材上凝固，形成具有如下顯微組織的凝固鍍層，所述顯微組織包含從所述金屬帶材上延伸的富Al的α相枝晶以及富Si的共晶相混合物的枝晶間通道， 并且在所述枝晶間通道內(nèi)具有Mg2Si相微粒；并且所述方法包括控制步驟(a)和(b)，以及形成OT SDAS比率大于0.5 1的所述凝固鍍層，其中OT是覆蓋厚度，而SDAS是所述鍍層中富Al的α相枝晶的二級(jí)枝晶臂的間隔。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述OT SDAS比率大于1 1。
3.—種在帶材的一個(gè)或者兩個(gè)表面上具有Al-Zn-Si-Mg合金鍍層的金屬帶材，該帶材適用于例如“酸雨”或者“污染的”環(huán)境中，所述鍍層包括這樣的顯微組織，該顯微組織包含從所述金屬帶材上延伸的富Al的α相枝晶以及富Si的共晶相混合物的枝晶間通道，并且在所述枝晶間通道內(nèi)具有Mg2Si相微粒，并且所述鍍層具有大于0.5 1的OT SDAS比率，其中OT是覆蓋厚度，而SDAS是所述鍍層中富Al的α相枝晶的二級(jí)枝晶臂的間隔。
4.如權(quán)利要求3所述的鍍覆金屬帶材，其中所述OT SDAS比率大于1 1。
5.如權(quán)利要求3或4所述的鍍覆金屬帶材，其中所述鍍層在所述帶材的兩個(gè)表面上的總鍍層質(zhì)量具有小于200g/m2，這相當(dāng)于當(dāng)所述帶材僅僅在一個(gè)表面上進(jìn)行鍍覆時(shí)，在所述帶材的一個(gè)表面上每平方米鍍層小于100g，并且兩個(gè)表面上的鍍覆厚度相等。
6.如權(quán)利要求3-5中任一項(xiàng)所述的鍍覆金屬帶材，其中所述鍍層的所述覆蓋厚度大于 3 μ m0
7.如權(quán)利要求3-5中任一項(xiàng)所述的鍍覆金屬帶材，其中所述鍍層內(nèi)的所述富Al的α 相枝晶的SDAS大于3 μ m但小于20 μ m。
8.如權(quán)利要求3-7中任一項(xiàng)所述的鍍覆金屬帶材，其中所述Al-Zn-Si-Mg合金含有 20 % -95 %的Al，不超過(guò)5 %的Si，不超過(guò)10 %的Mg，以及平衡量的Si和少量其它元素，一般每種其它元素小于0.5%。
9.如權(quán)利要求3-8中任一項(xiàng)所述的鍍覆金屬材料，其中所述金屬帶材是鋼帶。
10.一種在金屬帶材上，一般在鋼帶上形成抗腐蝕的Al-Zn-Si-Mg合金鍍層的方法，所述金屬帶材適用于例如“酸雨”或者“污染的”環(huán)境中，所述方法包括(a)使金屬帶材穿過(guò)Al-Zn-Si-Mg合金熔融浴，在所述帶材的一個(gè)或者兩個(gè)表面上形成所述合金的鍍層；(b)將所述鍍層在所述帶材上凝固，并且形成具有如下顯微組織的凝固鍍層，所述顯微組織包含從所述金屬帶材上延伸的富Al的α相枝晶以及富Si的共晶相混合物的枝晶間通道，并且在所述凝固鍍層的所述枝晶間通道內(nèi)具有Mg2Si相；并且所述方法包括選擇Mg和Si的濃度以及在步驟(b)中控制冷卻速度，以在所述的枝晶間通道內(nèi)形成M&Si相微粒。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中包括選擇所述Mg的濃度大于0.5%。
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其中包括選擇所述Mg的濃度大于1%。
13.如權(quán)利要求10-12中任一項(xiàng)所述的方法，其中包括選擇所述Mg的濃度小于3%。
14.如權(quán)利要求10-13中任一項(xiàng)所述的方法，其中選擇所述Mg和Si的濃度以及在步驟(b)中控制所述冷卻速度，在所述的枝晶間通道內(nèi)形成具有合適尺寸和形態(tài)的相微粒，從而阻塞沿著所述枝晶間通道的腐蝕。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中在所述枝晶間通道內(nèi)的所述Mg2Si相微粒的形態(tài)以平面圖像觀察時(shí)具有“漢字”的形式，以三維圖像觀察時(shí)具有花瓣的形式。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述花瓣的厚度小于5μ m。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述花瓣的厚度在0.5-2. 5μπι范圍內(nèi)。
18.如權(quán)利要求10-14中任一項(xiàng)所述的方法，其中選擇所述Mg和Si的濃度以及在步驟 (b)中控制所述冷卻速度從而在所述的枝晶間通道內(nèi)形成Mg2Si相微粒的步驟，在所述凝固鍍層的枝晶間通道內(nèi)形成具有一定尺寸范圍和空間分布的Mg2Si相微粒，所述空間分布激活所述富Al的α相來(lái)提供犧牲保護(hù)。
19.如權(quán)利要求10-18中任一項(xiàng)所述的方法，其中在鍍層凝固過(guò)程中的所述冷卻速度 CR小于170-4. 5CT，其中CR是以。C /秒為單位的冷卻速度，CT是以微米為單位的所述帶材表面上的所述鍍層厚度。
20.一種在帶材的一個(gè)或者兩個(gè)表面上具有Al-Zn-Si-Mg合金鍍層的金屬帶材，其適用于例如“酸雨”或者“污染的”環(huán)境中，所述鍍層包括這樣的顯微組織，所述顯微組織包含從所述金屬帶材上延伸的富Al的α相枝晶以及富Si的共晶相混合物的枝晶間通道，并且在所述枝晶間通道內(nèi)具有M^Si相微粒。
21.如權(quán)利要求20所述的鍍覆金屬帶材，其中所述Al-Zn-Si-Mg合金含有20%-95% 的Al，不超過(guò)5%的Si，不超過(guò)10%的Mg以及平衡量的Si和少量其它元素，一般每種其它元素少于0. 5%。
22.如權(quán)利要求21所述的鍍覆金屬帶材，其中所述Mg的濃度大于0.5%。
23.如權(quán)利要求21所述的鍍覆金屬帶材，其中所述Mg的濃度大于1%。
24.如權(quán)利要求21所述的鍍覆金屬帶材，其中所述Mg的濃度小于3%。
25.如權(quán)利要求21-24中任一項(xiàng)所述的鍍覆金屬帶材，其中對(duì)于Si濃度為0.5%到2% 的鍍層，相對(duì)于其它的含Si相，枝晶間的Ife2Si相的體積分?jǐn)?shù)大于50%。
26.如權(quán)利要求21-25中任一項(xiàng)所述的鍍覆金屬帶材，其中相對(duì)于其它的含Si相，枝晶間的Mg2Si相的體積分?jǐn)?shù)大于80%。
27.如權(quán)利要求2116中任一項(xiàng)所述的鍍覆金屬帶材，其中在所述鍍層中，超過(guò)Mg2Si 相的總體積分?jǐn)?shù)的70%的Mg2Si相位于所述鍍層的鍍覆厚度的下面三分之二部分。
28.如權(quán)利要求21-27中任一項(xiàng)所述的鍍覆金屬帶材，其中超過(guò)60%的所述枝晶間通道由M&Si相微?！白枞?。
全文摘要
Al/Zn鍍覆鋼帶在“酸雨”或者“污染的”環(huán)境中產(chǎn)生的紅銹著色可通過(guò)形成OT∶SDAS比率大于0.5∶1的Al-Zn-Si-Mg合金鍍層來(lái)降至最低，其中OT是帶材表面的覆蓋厚度，SDAS是鍍層中富Al的α相枝晶的二級(jí)枝晶臂的間隔的測(cè)量值。在“酸雨”或者“污染的”環(huán)境中的紅銹著色以及在海水環(huán)境下的邊緣鉆蝕可通過(guò)對(duì)鋼帶上的Al-Zn-Si-Mg合金鍍層進(jìn)行成分選擇(主要是Mg和Si)、凝固控制(主要通過(guò)冷卻速度)以及在枝晶間通道內(nèi)形成特定形態(tài)的Mg2Si相微粒來(lái)降至最低。
文檔編號(hào)C23C2/12GK102341523SQ201080010526
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者喬·威廉斯, 亞倫·基亞爾·紐費(fèi)爾德, 劉啟陽(yáng), 布賴(lài)恩·安德魯·謝登, 戴維德·詹姆斯·諾蘭, 羅斯·姆可道爾·史密斯, 韋恩·倫肖 申請(qǐng)人:藍(lán)野鋼鐵有限公司