專(zhuān)利名稱:一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金及其制備方法,屬于鋼鐵材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
鋼鐵材料是目前應(yīng)用最為廣泛的金屬材料,但每年因腐蝕造成的損失約7000億美元,占各國(guó)國(guó)民生產(chǎn)總值的2 4%。熱浸鍍鋅作為鋼鐵材料的表面防護(hù)工藝之一,在交通、 建筑、通訊、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。由于熱浸鍍鋅的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,鍍層的耐腐蝕性能優(yōu)良,且厚度、韌性、表面狀態(tài)都能控制,因此,被廣泛應(yīng)用在鋼鐵保護(hù)中,具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)展前景。但是,隨著鋼鐵材料的發(fā)展以及人們對(duì)鍍層耐蝕性有更高更苛刻的要求,利用傳統(tǒng)熱鍍鋅技術(shù)已不能得到符合要求的鍍層。合金化鋅浴是改善鍍層性能的一種最佳途徑,它不僅能直接有效地抑制圣德林效應(yīng)的發(fā)生,還能增強(qiáng)鍍層的耐蝕性能,提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。鋁是最早被研究發(fā)現(xiàn)的添加元素,它不僅能改善鍍層外觀質(zhì)量和抑制熱浸鍍過(guò)程中浮渣的生成,而且還可以大大提高鍍層的耐蝕性。在對(duì)Ai-ai合金鍍層的不斷探索中,比利時(shí)研究中心于1978年成功開(kāi)發(fā)出&i-5%Al-0. 1%RE合金鍍層,商品名為“feilfan”。合金成分中加入0. 1%稀土元素(鈰-鑭稀土混合物)是為降低鍍液表面張力,提高鍍液對(duì)鋼基的浸潤(rùn)性能,從而改善漏鍍現(xiàn)象。&ι-5%Α1合金鍍層的焊接性能和涂裝性能不亞于純鋅鍍層。此外,由于鍍層中不含有脆性的中間合金層,塑性相當(dāng)好,特別適用于需進(jìn)行后續(xù)劇烈變形加工的場(chǎng)合,被廣泛地用作深沖構(gòu)件,應(yīng)用于車(chē)、儀表和家電行業(yè),也大量地用于建筑業(yè)和民用。根據(jù)Al-Si 二元相圖,Zn固溶體中鋁的溶解度范圍非常小,Galfan合金在快速冷卻熱浸鍍過(guò)程中形成的鍍層組織是在連續(xù)的共晶體相(β-Al +η-Zn)上分布著孤島狀的n- 相。20世紀(jì)90年代日本日新制鋼公司開(kāi)發(fā)了商品名為ZAM的鋅鋁鎂鍍層材料,其化學(xué)成分為ai-6%Al-3%Mg,其耐蝕性為傳統(tǒng)鍍鋅層(&ι-2%Α1)的18倍,并有獨(dú)特的耐損傷性,被稱為繼第三代高耐蝕鍍層(ialvalumejalfan以后的第四代高耐蝕鍍層材料。在ZAM中,鋅液中添加0.2 m的Mg時(shí),在ai/Ai共晶體中析出ai/Ai/ai2Mg三元共晶。當(dāng)鎂含量達(dá)到3%時(shí),鍍層由層狀ai/Ai共晶組織變成顆粒狀的ai/Ai/ai2Mg三元共晶,鎂均勻地分散在鍍層中。但是,Zn6%A13%Mg合金鍍層目前尚處于研究階段,其合適的助鍍劑以及浸鍍時(shí)間、浸鍍溫度還有待深入研究,鍍層的表觀質(zhì)量仍需改進(jìn)。由于鎂極易氧化,鋅液中添加的鎂使鋅渣增多,不僅影響鍍層外觀,且易造成鍍層的不均勻性。2000年日本新日鐵公司開(kāi)發(fā)出Si-Al-Mg-Si高耐蝕性鍍層鋼板“SUPEKDIMA”,并于2001年1月正式銷(xiāo)售。其化學(xué)成分為Al: 10% 12%,Mg:2% 4%,Si小于1%,其余為鋅。產(chǎn)品耐蝕性為鍍鋅板的15倍以上, 為(ialfan鍍層板的5 8倍,切口耐蝕性優(yōu)于(ialvalume鍍層,該鍍層板有優(yōu)異的成型性和耐損傷性,主要用于住宅建筑和道路建設(shè),可替代不銹鋼板和鋁板。然而,該鍍層材料除具有ZAM的鋅鋁鎂鍍層材料的不足外,鋅中添加較高含量的鋁,鍍液與鋼基體的浸潤(rùn)角增大, 使熔體與基體的浸潤(rùn)性變壞,容易產(chǎn)生漏鍍,并且鍍層鋼板的可焊性變差。另外,其熱浸鍍工藝溫度更高,操作更復(fù)雜。生產(chǎn)上述兩種熱鍍合金鍍層的產(chǎn)品,尤其是鋼絲鍍層,需對(duì)傳統(tǒng)熱鍍生產(chǎn)線進(jìn)行改造。意大利研發(fā)的含30%鋁,少量鎂其余為鋅的Lavegal鋼板。鋁對(duì)鋅鍋和浸在鋅液中的鍍鋅機(jī)部分腐蝕嚴(yán)重,使用壽命很低,同時(shí)因鋁加速鐵的溶解,產(chǎn)生了大量的i^e-Al-ai 渣,增加鋅耗又嚴(yán)重影響鍍層質(zhì)量;另外,對(duì)設(shè)備的要求更高,傳統(tǒng)的熱浸鍍鋅工藝需做很大的變動(dòng)。鋅鋁合金鍍層的主要腐蝕形式是晶間腐蝕,稀土是改善鋅鋁合金鍍層耐蝕性的重要合金化元素。國(guó)內(nèi)外對(duì)稀土在鋅基鋁熱鍍合金中應(yīng)用研究開(kāi)展了大量的工作, 在專(zhuān)利文獻(xiàn)中不乏見(jiàn)諸有關(guān)稀土熱浸鍍鋅鋁合金的技術(shù)報(bào)導(dǎo)。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào) CN101429604A “一種鋅-鋁-稀土中間合金及其在熱鍍鋅合金生產(chǎn)中的應(yīng)用”的配方為 3^5%的鋁,6 10%的稀土金屬,其余為鋅。由于稀土原子半徑比鋅的原子半徑大得多,根據(jù)原子半徑相近的固溶理論,稀土在鍍液中的固溶度很小,若含量過(guò)高,大量稀土復(fù)合相偏聚于晶界,鍍層附著力下降,易造成鋼板漏鍍。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金,該鋅-鋁-鈦-稀土合金,能有效保證熱浸鍍層表面光潔度,均勻度,顯著提高熱浸鍍鋼板的耐腐蝕性能,同時(shí)可以避免出現(xiàn)孤島狀的n-ai相和鋼板漏鍍現(xiàn)象。本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備方法,該工藝要求低,能滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金,其特征在于,組成質(zhì)量百分配比為鋁 5. 5-6. 5%,鈦 0. 03 0. 05%,稀土金屬 0. 05 0. 15%,余量為鋅。所述鋅為工業(yè)鋅,其質(zhì)量百分比純度> 99. 98% ;所述鋁工業(yè)鋁,其質(zhì)量百分比純度彡99. 95% ;所述鈦工業(yè)鈦,其質(zhì)量百分比純度> 99. 96 ;所述稀土金屬為商品化富鈰混合稀土,其元素組成的質(zhì)量百分比為50 60%的鋪,18 28%的鑭,4 6%的鐠,12 20%的釹。一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備方法,制備步驟如下
1)鋁-稀土中間合金的制備稀土金屬的熔點(diǎn)高并且極易氧化,不能直接添加到鋅液中,需在保護(hù)氣體保護(hù)下制備鋁-稀土中間合金。首先以感應(yīng)加熱方式將鋁加熱熔化并升溫到72(T780°C,然后在保護(hù)氣體保護(hù)下,加入稀土金屬,升溫到80(T85(TC,并在 80(T85(TC保溫,直至稀土金屬全部熔解,攪拌均勻、冷卻,澆注鋁-稀土中間合金小錠。稀土在鋁-稀土中間合金中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 10%。上述步驟中所用保護(hù)氣體為氮?dú)狻鍤?、氦氣中的一種或任意幾種。2)鋁-鈦中間合金的制備金屬鈦的熔點(diǎn)高達(dá)1668°C,不能直接添加到鋅液中。將鋁加熱熔化并升溫至72(T780°C,加入鈦金屬,然后升溫到150(Γ1550 ,并在150(Tl55(rC 保溫直至鈦金屬全部熔解,攪拌均勻、冷卻,澆注鋁-鈦中間合金小錠。鈦在鋁-鈦中間合金中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)5 10%。
3)鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備將鋅加熱熔化熔化并升溫到470°C ^490°C,加入鋁和上述制備的鋁-稀土中間合金和鋁-鈦中間合金小錠,470°C、90°C保溫至上述合金全部熔解后攪拌均勻,制得用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金。本發(fā)明的有益效果在于
1)本發(fā)明一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金,保證了熱浸鍍層組織為連續(xù)的共晶體相(β-Al + η-Zn),消除了 (ialfan合金熱浸鍍層雙相組織中孤島狀的相, 提高了耐蝕性能;2)少量稀土的加入,增加了鍍液的流動(dòng)性,凈化了鋼基表面,從而提高了鍍液的浸潤(rùn)性和鍍層的附著力,從而改善了鋼板漏鍍現(xiàn)象;另一方面,稀土細(xì)化了鍍層的共晶組織晶粒,從而降低鍍層脆性;3)微量鈦?zhàn)柚沽虽\向鐵晶體界面的擴(kuò)散,從而有效地抑制鐵鋅反應(yīng),顯著降低鋅耗;同時(shí),提高了鍍層組織的自腐蝕電位,改善鍍層表觀質(zhì)量, 能大大提高鍍層的耐蝕性能;4)本發(fā)明提供的制備方法,工藝要求低,能滿足工業(yè)化生產(chǎn)要求,設(shè)備投資少、操作簡(jiǎn)便。綜上所述,本發(fā)明提供的鋅-鋁-鈦-稀土熱浸鍍鋅合金材料可以有效保證熱浸鍍層表面光潔度,顯著提高耐鹽霧腐蝕性能,適合海洋環(huán)境等相對(duì)苛刻的腐蝕工作場(chǎng)合的應(yīng)用。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體的實(shí)施例子對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。下述實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的描述,并不對(duì)本發(fā)明的范圍有任何限制。實(shí)施例1:
一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金,其組成按質(zhì)量百分比為5. 5%A1, 0. 03%Ti,0. 05%RE,余量為鋅。一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備方法,其步驟為
1)鋁-稀土中間合金的制備按照95%A1、5%RE的質(zhì)量百分比配料。首先將鋁加熱熔化并升溫至720V,在氬氣保護(hù)氣體下,加入稀土金屬,在800°C的條件下保溫,直至稀土金屬全部熔解,攪拌均勻、冷卻,澆注鋁-稀土中間合金小錠。2)鋁-鈦中間合金的制備按照95%Al、5%Ti的質(zhì)量百分比配料,將鋁加熱熔化并升溫至720°C,加入鈦金屬,然后升溫到1500°C保溫直至鈦金屬全部熔解,攪拌均勻、冷卻, 澆注鋁-鈦中間合金小錠。3)鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備將鋅加熱熔化,把步驟1)和步驟2)中的鋁-稀土中間合金、鋁-鈦中間合金及工業(yè)純鋁分別按質(zhì)量百分比1%A1-RE、0. 6%A1-Ti、4. 0%A1、 其余為Si進(jìn)行配料;將鋅加熱熔化并升溫到470°C,加入工業(yè)純鋁、鋁-稀土中間合金和鋁-鈦中間合金小錠,470°C保溫至上述合金全部熔解后攪拌均勻,制得用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金材料。實(shí)施例2
一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金,其組成按質(zhì)量百分比為6%A1, 0. 03%Ti,0. 08%RE,余量為鋅。余量為鋅。一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-招-鈦-稀土合金的制備方法,其步驟為鋁-稀土中間
1)合金的制備按照92%A1、8%RE的質(zhì)量百分比配料,首先將鋁加熱熔化并升溫至7500C,在氦氣保護(hù)氣體下,加入稀土金屬,升溫到820°C,并在820°C的條件下保溫,直至稀土金屬全部熔解,攪拌均勻、冷卻,澆注鋁-稀土中間合金小錠。2)鋁-鈦中間合金的制備按照95%Al、5%Ti的質(zhì)量百分比配料,將鋁加熱熔化并升溫至730°C,加入鈦金屬,然后升溫到1510°C保溫直至鈦金屬全部熔解,攪拌均勻、冷卻, 澆注鋁-鈦中間合金小錠。3)鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備將鋅加熱熔化,把步驟1和步驟2中的鋁-稀土中間合金、鋁-鈦中間合金及工業(yè)純鋁分別按質(zhì)量百分比1%A1-RE、0. 6%A1-Ti、4. 5%A1、 其余為Si進(jìn)行配料。將鋅加熱熔化并升溫到470°C,加入工業(yè)純鋁、鋁-稀土中間合金和鋁-鈦中間合金小錠,470°C保溫至上述合金全部熔解后攪拌均勻,制得用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金材料。實(shí)施例3
一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金,其組成按質(zhì)量百分比為6%A1, 0. 04%Ti, 0. 10%RE,余量為鋅。一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備方法,其步驟為
1)鋁-稀土中間合金的制備按照93%A1、7%RE的質(zhì)量百分比配料,首先將鋁加熱熔化并升溫至740°C,在氮?dú)獗Wo(hù)氣體下,加入稀土金屬,升溫到810°C,并在810°C的條件下保溫,直至稀土金屬全部熔解,攪拌均勻、冷卻,澆注鋁-稀土中間合金小錠。2)鋁-鈦中間合金的制備按照94%Al、6%Ti的質(zhì)量百分比配料,將鋁加熱熔化并升溫至750°C,加入鈦金屬,然后升溫到1520°C保溫直至鈦金屬全部熔解,攪拌均勻、冷卻, 澆注鋁-鈦中間合金小錠。3)鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備將鋅加熱熔化,把步驟1和步驟2中的鋁-稀土中間合金、鋁-鈦中間合金及工業(yè)純鋁分別按質(zhì)量百分比1. 4%A1-RE、0. 5%A1-Ti、4. 2%A1、 其余為Si進(jìn)行配料。將鋅加熱熔化并升溫到480°C,加入工業(yè)純鋁、鋁-稀土中間合金和鋁-鈦中間合金小錠,480°C保溫至上述合金全部熔解后攪拌均勻,制得用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金材料。實(shí)施例4
一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金,其組成按質(zhì)量百分比為6%A1, 0. 05%Ti,0. 12%RE,余量為鋅。一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-招-鈦-稀土合金的制備方法,其步驟為
1)鋁-稀土中間合金的制備按照92%A1、8%RE的質(zhì)量百分比配料,首先將鋁加熱熔化并升溫至760°C,在體積比為9 :1的氮?dú)夂秃獗Wo(hù)氣體下氮?dú)獗Wo(hù)氣體下,加入稀土金屬,升溫到830°C,并在830°C的條件下保溫,直至稀土金屬全部熔解,攪拌均勻、冷卻,澆注鋁-稀土中間合金小錠。2)鋁-鈦中間合金的制備按照92%Al、8%Ti的質(zhì)量百分比配料,將鋁加熱熔化并升溫至760°C,加入鈦金屬,然后升溫到1530°C保溫直至鈦金屬全部熔解,攪拌均勻、冷卻, 澆注鋁-鈦中間合金小錠。3)鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備將鋅加熱熔化,把步驟1和步驟2中的鋁-稀土中間合金、鋁-鈦中間合金及工業(yè)純鋁分別按質(zhì)量百分比1. 5%A1-RE、0. 6%Al-Ti、4%Al、 其余為Si進(jìn)行配料。將鋅加熱熔化并升溫到480°C,加入工業(yè)純鋁、鋁-稀土中間合金和鋁-鈦中間合金小錠,480°C保溫至上述合金全部熔解后攪拌均勻,制得用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金材料。實(shí)施例5
一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金,其組成按質(zhì)量百分比為6. 5%A1, 0. 05%Ti,0. 15%RE,余量為鋅。一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-招-鈦-稀土合金的制備方法,其步驟為
1)鋁-稀土中間合金的制備按照92%A1、8%RE的質(zhì)量百分比配料,首先將鋁加熱熔化并升溫至780°C,在體積比為2 8的氮?dú)夂蜌鍤獗Wo(hù)氣體下,加入稀土金屬,升溫到850°C, 并在850°C的條件下保溫,直至稀土金屬全部熔解,攪拌均勻、冷卻,澆注鋁-稀土中間合金小錠。2)鋁-鈦中間合金的制備
按照90%Al、10%Ti的質(zhì)量百分比配料,將鋁加熱熔化并升溫至780°C,加入鈦金屬,然后升溫到1550°C保溫直至鈦金屬全部熔解,攪拌均勻、冷卻,澆注鋁-鈦中間合金小錠。3)鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備
將鋅加熱熔化,把步驟1和步驟2中的鋁-稀土中間合金、鋁-鈦中間合金及工業(yè)純鋁分別按質(zhì)量百分比1. 5%A1-RE、0. 5%A1-Ti、4. 7%A1、其余為Si進(jìn)行配料。將鋅加熱熔化并升溫到490°C,加入工業(yè)純鋁、鋁-稀土中間合金和鋁-鈦中間合金小錠,490°C保溫至上述合金全部熔解后攪拌均勻,制得用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金材料。
權(quán)利要求
1.一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金,其特征在于,組成質(zhì)量百分配比為 鋁5. 5-6. 5%,鈦0. 03 0. 05%,稀土金屬0. 05 0. 15%,余量為鋅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金,其特征在于,所述鋅的質(zhì)量百分比純度彡99. 98% ;所述鋁的質(zhì)量百分比純度彡99. 95% ;所述鈦的質(zhì)量百分比純度彡99. 96%;所述稀土金屬為富鈰混合稀土,其元素組成的質(zhì)量百分比為 50 60%的鈰,18 28%的鑭,4 6%的鐠,12 20%的釹。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備方法,制備步驟如下1)鋁-稀土中間合金的制備將鋁加熱熔化并升溫至72(T780°C,在保護(hù)氣保護(hù)下, 加入稀土金屬,升溫到80(T85(TC,并在80(T85(TC下保溫,直至稀土金屬全部熔解,攪拌均勻、冷卻,澆注鋁-稀土中間合金小錠;稀土在鋁-稀土中間合金中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 10% ;2)鋁-鈦中間合金的制備將鋁加熱熔化并升溫至72(T780°C,加入鈦金屬,升溫到 150(Γ1550 ,并在150(Γ1550 下保溫,直至鈦金屬全部熔解,攪拌均勻、冷卻,澆注鋁-鈦中間合金小錠;鈦在鋁-鈦中間合金中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 10% ;3)鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備將鋅加熱熔化并升溫到47(T490°C,加入如權(quán)利要求 1所述的一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金配比所需的鋁和上述制備的鋁-稀土中間合金、鋁-鈦中間合金小錠,47(T490°C保溫至上述合金全部熔解后攪拌均勻,制得用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備方法, 其特征在于,所述步驟1)所用保護(hù)氣體為氮?dú)?、氬氣、氦氣中的一種或任意幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金的制備方法, 所述步驟1)和2)中的加熱方式為50HZ工頻感應(yīng)加熱。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于熱浸鍍鋼板的鋅-鋁-鈦-稀土合金及其制備方法,屬于鋼鐵材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域。該熱浸鍍鋅合金材料的組份及質(zhì)量配比為鋁(Al)5.5-6.5%,鈦(Ti)0.03~0.05%,稀土金屬(RE)0.05~0.15%,余量為鋅(Zn);熱浸鍍鋅合金材料的制備方法為將鋁加熱熔化,分別加入稀土金屬和鈦金屬制備一定質(zhì)量比的鋁-稀土中間合金和一定質(zhì)量比的鋁-鈦中間合金;然后將鋅加熱熔化,再按給定配比加入鋁和上述中間合金材料,待全部熔化并攪拌均勻后得到所需的鋅-鋁-鈦-稀土合金。該熱浸鍍合金材料保證熱浸鍍層表面光潔度,顯著提高了鋼板的耐鹽霧腐蝕性能;同時(shí)其制備方法的工藝要求低,操作簡(jiǎn)便,易滿足工業(yè)化生產(chǎn)的要求。
文檔編號(hào)C23C2/06GK102162048SQ20111008826
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月9日
發(fā)明者劉子利, 劉希琴, 周桂斌, 張全成, 徐文龍, 徐斌, 王懷濤 申請(qǐng)人:張家港市新港星科技有限公司