介绍镀锌钢板生产方法

介绍镀锌钢板生产方法

1.介绍镀锌钢板生产方法 篇一

随着汽车向节能、环保、安全、舒适方向发展, 车身在向轻量化方向发展的同时, 对耐蚀性的要求也越来越高, 迫使汽车用钢板向经过涂镀处理的高强钢方向发展。与此同时, 热镀锌IF钢由于兼具较高的强度和良好的深冲性能, 以及优异的耐蚀性和抗冲撞性, 越来越多地用于车身的内外板、结构件等变形较复杂、强度要求较高的零件, 逐渐成为汽车车身用钢的主流。

为满足汽车工业对镀锌板的需求, 开发了许多强度高、性能好的热镀锌板。常用的热镀锌汽车板的主要钢种如表1。

2 汽车用热镀锌钢板的性能要求

2.1 力学性能

在减重、节能的要求下, 汽车内外板厚度在不断减薄的同时, 要求具有优良的深冲性能、良好的抗凹陷能力和足够的强度, 以适应复杂断面的成形加工要求, 避免在制造和使用中产生凹陷, 并有一定的防冲撞能力。主要力学性能指标体现在:高的塑性应变比r值、高的应变硬化指数n值、高的伸长率A、低的屈强比、低的时效指数 (AI值=0) 和适当的烘烤硬化值 (BH值为40 MPa左右) 等, 对这些指标各个钢厂和汽车厂均有不同要求。为满足这些要求, 目前常用的钢种材料有IF钢、BH钢、DP钢和TRIP钢等, 如表1。

2.2 焊接性能

汽车内外板和车身骨架在冲压成形后, 其基本的制造和装配的连接方式是电阻点焊。一个车身平均有3 000~6 000个焊点, 因此要求汽车板具有良好的点焊性。

热镀锌汽车内外板要求镀层有良好的焊接性能, 在一定的焊接条件内, 必须达到规定的连续焊点数, 且焊点周边材料的强度和性能不发生大的变化, 保证材料的有效连接。纯锌层的焊接性能差, 合金化镀层的焊接性能明显优于纯锌镀层, 并且焊极寿命也高出许多。

镀锌板在进行电弧焊时容易产生气孔和飞溅现象。在电阻点焊时, 镀锌层由于与铜电极反应形成化合物而降低电极寿命。对于纯锌镀层板的焊接, 电极寿命会从焊接裸板的10 000个焊点降至1 500~2 000个焊点, 这样会因为频繁地更换和调整电极而影响生产率。电极寿命的降低是由于电阻点焊时电极和镀锌板之间的温度 (800℃) 大大高于纯锌的熔点 (419℃) , 这样锌和铜/铬/锆电极会发生化学反应而形成黄铜, 黄铜的力学性能比电极合金的力学性能低, 在焊接时会使电极活化面直径随焊点增多而增大, 呈蘑菇状, 如图1[1]。电极活化面直径的增加会减小焊接电流密度而使焊接时熔核的尺寸减小, 从而使焊接质量下降。

2.3 镀层的附着性和成形性

热镀锌汽车板要求镀层与基体的附着性强, 并要求镀层均匀、延展性好, 在冲压成形时无开裂、颈缩、起皱、拉毛、麻点等缺陷, 纯锌镀层不发生剥落, 合金化镀层的粉化量要少。另外, 对防锈油的要求也高, 除了具有良好的防锈和脱脂性能, 还要具有优良的润滑性能。

镀层与基体钢板的结合力是镀层板的基本性能, 结合力高, 则随后的冷弯、翻边等成形加工时就不会发生剥落, 结合力高的镀层, 在涂漆后亦有较高的腐蚀抗性。涂层与基体结合力的高低表现形式有两种:粉状剥落 (或粉化) 和层状剥落, 前者是镀层内部失效而形成的细小颗粒物或片状物, 这类剥落的颗粒大小和片层大小均低于镀层厚度;而后者则是镀层与基体之间界面分离而形成的片状物, 片状物厚度通常等于镀层厚度。粉状剥落和层状剥落如图2[2]。

2.4 镀层的耐蚀性

一些国家对汽车板的要求:10年耐穿孔腐蚀、15年耐外观腐蚀。这也促使各汽车厂改用镀锌板。纯锌镀层的耐蚀性主要与镀层厚度有关, 合金化镀层的耐蚀性还与镀层成分和相结构有关。各生产厂家主要通过提高镀层厚度、改善镀层配方和合金化等方法达到耐蚀性能的要求。

镀锌层在腐蚀环境下会形成一层多孔的锌的氧化物薄膜, 形成的机制是锌的溶解或者再沉淀。热镀锌层的大气腐蚀情况如表2[3], 虽然锌的腐蚀速度随腐蚀环境的不同而异, 但在相同的条件下锌的腐蚀速度相对钢来说要慢得多, 在暴露条件相同时锌的抗腐蚀能力是钢铁的25倍。由此可见, 镀锌层的寿命由腐蚀环境和镀层厚度所决定。

3 热镀锌IF钢的生产

目前, 生产热镀锌汽车板 (即GA板) 最常用的工艺是美钢联法, 是将冷轧带钢的连续退火线与热镀锌锅连接到一起, 连续的带钢经过清洗后进入退火炉, 先在预热区进行预热, 然后进入到辐射管加热区, 加热到退火温度后冷却到470℃左右, 进入锌锅进行热浸镀锌。镀锌后经过感应加热炉进行合金化退火, 然后冷却到室温, 经过光整后涂油, 最后卷取。

3.1 退火工艺

由于带钢在冷轧时形成了压扁的变形晶粒, 冷硬的带钢要经过退火才能够使用。冷轧带钢通过退火主要完成以下功能。

(1) 将带钢在退火炉加热到一定温度后均热, 使带钢完成再结晶退火, 消除轧制应力, 改善力学性能。带钢进入冷却段后冷却带钢, 准确控制带钢进入锌锅的温度, 使带钢在最佳镀锌温度下完成镀层工艺。带钢在连续退火炉中的加热曲线如图3 (虚线表示不需要进行锌层退火的产品的镀后冷却曲线) 。

(2) 清洁带钢表面, 在完成退火过程的同时, 带钢表面的一层微氧化膜被炉内氢气还原成纯铁层, 为热镀锌准备好附着力极强的表面状态。

(3) 保持或改善镀锌带钢的板形。

在美钢联法中, 由于采用辐射管加热, 燃烧气氛不直接接触钢板, 因而可通过往炉内通入氮氢混合气, 使炉内保持还原性气氛, 获得表面活性良好的钢板。在退火后的冷却阶段, 采用喷射式冷却, 通过3~5组喷射冷却单元, 将还原性的氮氢混合气喷射到钢板表面, 以冷却带钢。

3.2 镀锌工艺

热镀锌工艺一般是将钢板浸入460℃左右的纯锌镀液中, 经过短时间的浸镀, 在钢板表面形成一定厚度的锌层。现代连续热镀锌为了控制镀层厚度, 采用气刀喷吹带钢表面未凝固的锌液, 从而实现镀锌量的精确控制。连续热镀锌常用的镀锌装置如图4。

利用气刀控制钢板镀锌量时, 根据生产线带钢运行速度, 合理设定气刀的喷气压力、气刀嘴与钢板的距离以及气刀距离锌液的高度等参数, 实现镀锌量的精确控制。

3.3 合金化工艺

纯锌的焊接性较差, 不能满足汽车生产中的焊接要求, 因此需要对镀层进行合金化退火, 使钢板中的铁向锌层扩散, 形成成形性和焊接性良好的锌-铁合金层。镀层中铁含量约为5 g/m2。

合金化工艺如图3, 一般通过感应加热将锌层从镀锌后的460℃加热到550℃左右, 通过保温炉进行保温, 然后进行喷气冷却至300℃左右。

通过合金化处理, 在镀层表面形成δ1相, 产品表面失去了锌花光泽而变为银灰色, 但是δ1相所构成的表面却有如下优点。

(1) 表面平整无光, 利于涂装使用, 具有良好的表面涂装性能, 使涂料的附着力增强。

(2) δ1相的电极电位在锌与铁之间, 使其大气腐蚀速度低于纯锌层, 而且对铁仍具有阴极保护作用。

(3) δ1相组织的熔点为640℃, 高于纯锌熔点, 所以在使用中, 其耐热性能比一般热镀锌钢板稍好。

(4) 焊接性较好, 因为表面是锌-铁合金层, 而不是焊接时易燃烧氧化和易挥发的纯锌层, 可减少对电极的污染, 从而提高电极的使用寿命和增加焊接强度。

4 小结

热镀锌板广泛应用于汽车工业, 尤其是中高档次的轿车, 所使用的镀层板占所用冷轧薄板的70%以上。由于汽车的类型、生产厂家以及使用地区的不同, 对镀层板的品种、性能又有不同的要求。

为了满足汽车厂对镀层板防腐性能的更高要求, 在镀层板工艺中增加了钝化处理和皮膜处理, 后者既可保护镀层, 又可作为润滑层, 有利于改善成形性。

围绕着汽车轻量化、降低价格和成本、保护环境等因素, 新的镀层钢板正在开发和研制中, 尤其是围绕汽车轻量化应用的先进高强度钢AHSS和热镀锌板工艺中的退火工艺相结合, 使AHSS镀层板的生产与镀层工艺相结合, 取得双重效果[4]。

参考文献

[1]Gobez P.Improvement of Electrode Life in Resistance Spot Welding[J].Stahl and Eisen, 1992:96-99.

[2]Arimura M, et al.Effects of Press Forming Factors and Flash Plating on Coating Exfoliation of Galvannealed Steel Sheets[A].GALVATECH’95[C].Chicago:Iron and Steel Society, 1995.733.

[3]黄建中.汽车腐蚀及其表面涂镀防护技术的现状与进展[J].汽车工艺与材料, 2006, (2) .