專利名稱：一種耐高溫鍍層鋼板制造方法及其耐高溫鍍層鋼板的制作方法
技術領域：
本發明涉及連續帶鋼熱浸鍍技術領域，特別涉及一種耐高溫性能優良的熱浸鍍層鋼板制造方法及其耐高溫性能優良的熱浸鍍層鋼板。
背景技術：
全世界約有10%的鋼材由于腐蝕而損失，鍍鋅是減少鋼材腐蝕損失的有效措施。 然而，傳統的鍍純鋅鋼板耐蝕性、耐磨性、耐高溫性能的不足，為提高其耐腐蝕、耐高溫等性能，開發了性能更好的鍍鋁、鍍鋁鋅等新型鍍層，均已經商業化。AlSi熱浸鍍鋼板是一種以熱軋或冷軋鋼板為基材，采用連續熱浸鍍工藝，在鋼板表面生成一層連續、致密的AlSi合金鍍層，具有耐高溫、耐腐蝕等特點，并且具有良好的表面外觀，特別適于在高溫環境中使用。AlSi鍍層鋼板具有良好的耐高溫性，在溫度低于 450°C時，AlSi鍍層鋼板會保持光亮的外觀，直到500°C以上才開始氧化和變色。AlSi鍍層鋼板優良的耐熱性與鍍層表面的氧化鋁膜有關，其鍍層所形成的氧化鋁膜與基底層結合很牢，且十分致密，厚度約有數十至一百納米左右。這種膜一旦受到劃傷，可以自動氧化愈合， AlSi鍍層鋼板的耐熱性遠高于不同鋅基鍍層鋼板。但是，AlSi鍍層在高溫下會出現軟化現象，強度下降，硬度下降。隨著強度的提高，鋼板成形性能降低，為解決此問題，發展了熱壓成型鋼，由于熱壓成形鋼鋼板在加熱及沖壓的過程中高溫下暴露在空氣中，所以將會不可避免地引起表面氧化，生成狗203和狗304的復合氧化物。因此，在熱沖壓成形過程中，如何對鋼板表面進行防氧化處理是一個關鍵性技術。鋁和鐵發生相互擴散，并增厚了其難熔而又致密的鐵鋁合金層。目前，熱壓成形鋼浸鍍AlSi合金，形成Al-8% Si鍍層，具備抗高溫和耐腐蝕的特點，是目前應用的最廣泛、最有效的防氧化工藝。但是鍍層在加熱和沖壓的過程中存在脆化、脫落現象，塑性嚴重降低。鍍鋁板難以克服鍍層硬度和韌性難以兼顧的矛盾，即提高涂層的硬度往往要以犧牲其韌性為代價，造成脆性增加，結果導致涂層與基體的匹配性與結合性下降，涂層易開裂，硬質相易脫落。納米技術的誕生使傳統材料的硬度和韌性同時得到很大提高，在此基礎上通過先進材料處理技術使具有高硬度、高化學穩定性能等諸多優點的納米硬質顆粒均勻彌散地分布于金屬基體表面，這樣就可以進一步提高材料的硬度與耐磨耐蝕性能同時又能夠保證材料的韌性不下降，從而大幅度提高傳統材料的耐磨耐蝕性能。納米涂層由于其硬度和韌性的同時提高使得涂層的耐磨損性能得以提高，同時納米涂層的劃痕抗力提高，摩擦系數減小，這些都有利于納米涂層提高耐磨性，納米硬質顆粒的引入，可以提供更多的形核核心， 細化鍍層微觀組織，提高鍍層成型性能。鍍層中納米顆粒的存在，提高了高溫下鍍層的強度和硬度。傳統的熱噴涂納米結構涂層主要存在兩個問題①納米顆粒的輸送問題。可供熱噴涂用的粉末粒度范圍一般為45 110 μ m，納米粉體是不能直接用于熱噴涂的，否則會產
3生燒損和飛揚等問題，并且由于納米材料本身的表面與界面效應，納米顆粒極易團聚，流動性差，會給輸送管道造成一定的堵塞。為了能夠充分利用納米顆粒優良性能并滿足現有工藝技術的要求，須將納米材料制備成能夠直接熱噴涂的微米級納米結構喂料。②納米顆粒的燒結長大問題。納米粒子比表面積大，表面活性高，致使熔點下降，噴涂過程中容易燒結長大而改變性狀，最終影響到涂層中納米晶結構的保持。
發明內容
為了克服上述現有技術的缺點，本發明所要解決的技術問題是提供一種在不改變傳統的熱浸鍍層連續生產線工藝布置的前提下，提高現有鍍層鋼板的表面硬度，細化鍍層微觀組織，提高鍍層鋼板的耐磨、耐高溫性能、成型性能。本發明的主要內容如下一種耐高溫鍍層鋼板的制造方法，其特征在于在連續熱浸鍍生產線上，帶鋼出熔融鍍液并經過氣刀吹掃之后，納米硬質顆粒輸送裝置將納米尺寸硬質顆粒均勻輸送到帶鋼表面并與處于熔融狀態的鍍層相結合，冷卻后在鍍層表面形成一層分布有硬質納米顆粒的表面層，成為納米硬質顆粒改性鍍層鋼板。納米硬質顆粒輸送裝置安裝在連續熱浸鍍生產線帶鋼出氣刀以后，鍍層沒有凝固之前；該裝置為一套電場發生裝置，生產時將納米硬質顆粒粉末均勻送入電場，納米硬質顆粒在電場的作用下向熔融鍍層運動并結合。納米硬質顆粒可以是陶瓷、金屬基陶瓷，也可以是熔點、硬度相對較高的金屬間化合物、金屬氧化物的一種或幾種。帶鋼經氣刀吹掃后的溫度應高于鍍層金屬熔點10度以上，優選30度以上。納米顆粒選擇粒徑為IOnm lOOnm。鍍層可以是鍍鋁，鍍鋁鋅，也可以是鍍鋁合金。耐磨抗劃傷納米鍍層鋼板，其特征在于，鋼板鍍層中分布有納米尺寸的硬質顆粒， 顆粒與鍍層有著良好的結合；納米顆粒的硬度遠高于鍍層本身，納米顆粒的熔點高于鍍層材料的熔點。鍍層可以是鍍鋁，鍍鋁鋅，也可以是鍍鋁合金。選擇納米尺寸的硬質顆粒是要利用其納米尺寸效應，對鍍層進行納米改性，尺寸增加，納米尺寸效應消失。只有當納米顆粒的硬度遠高于鍍層本身時，才能起到增強耐磨、 抗劃傷性能的作用。只有納米顆粒的熔點高于鍍層材料的熔點，在與熔融狀態的鍍層結合時才能夠保持穩定存在。不改變常規連續熱浸鍍生產線的工藝布置，只需要在生產線上增加一套電場發生裝置，大大提高了本發明的適用性，可以廣泛應用的現有熱鍍生產線。電場的強度依據帶鋼的運行速度、鍍層厚度、納米顆粒的尺寸而進行調整，目的在于保證鍍層中的顆粒具有一定的分布密度，一般選擇IOKV 100KV。鋼板出氣刀之后的溫度應高于鍍層金屬熔點10度以上，優選30度以上。這是因為必須保證有一定的過熱度，才能夠保證鍍液的流動性，可以與納米顆粒進行充分的浸潤、
纟口口。在不改變現有連續熱浸鍍鋁/鋁鋅生產線工藝布置的情況下，可以利用納米硬質
4顆粒對熱浸鍍層進行納米表面改性，提高了熱鍍鋁鋼板的耐磨、耐高溫性能以及成型性能。
具體實施例方式實施例1 一種納米WC-Co陶瓷顆粒改性熱浸鍍鋁鋼板納米顆粒選擇粒徑為IOnm 50nm的納米WC-Co陶瓷顆粒，在鋼板出鋅鍋之后，以 80KV 100KV的電壓將粉末輸送到鍍鋅板表面，與熔融狀態的鍍層鋁液結合，之后風冷，形成納米WC陶瓷顆粒表面改性熱浸鍍鋅板，鋅鍋溫度為730°C左右。得到的表面改性鋼板表面硬度是傳統熱浸鍍鋁鋼板一倍以上，細化鍍層晶粒尺寸至微米級以下。實施例2 一種納米MAl金屬間化合物顆粒改性熱浸鍍鋁鋼板納米顆粒選擇粒徑為40nm IOOnm的納米NiAl金屬間化合物顆粒，在鋼板出鋅鍋之后，以50KV 90KV的電壓將粉末輸送到鍍鋅板表面，與熔融狀態的鍍層鋁液結合，之后風冷，形成納米MAl金屬間化合物顆粒表面改性熱浸鍍鋁板，鋅鍋溫度為750°C左右。得到的表面改性鋼板表面硬度是傳統熱浸鍍鋁鋼板一倍以上，細化鍍層晶粒尺寸至微米級以下。實施例3:一種納米S^2氧化物顆粒改性熱浸鍍鋁鋅鋼板納米顆粒選擇粒徑為30nm 80nm的納米SW2氧化物顆粒，在鋼板出鋅鍋之后， 以80KV 100KV的電壓將粉末輸送到鍍鋅板表面，與熔融狀態的鍍層鋁鋅液結合，之后風冷，形成納米SiA氧化物顆粒表面改性熱浸鍍鋅板，鍍液成分為95% Zn5% Al，鋅鍋溫度為 650 °C左右。得到的表面改性鋼板表面硬度是傳統熱浸鍍鋁鋅鋼板一倍以上，細化鍍層晶粒尺寸至微米級以下。實施例4 一種納米Al2O3氧化物顆粒改性熱浸鍍鋁鋅鋼板納米顆粒選擇粒徑為IOnm IOOnm的納米Al2O3氧化物顆粒，在鋼板出鋅鍋之后， 以80KV 100KV的電壓將粉末輸送到鍍鋅板表面，與熔融狀態的鍍層鋁鋅液結合，之后風冷，形成納米Al2O3氧化物顆粒表面改性熱浸鍍鋅板，鍍液成分為95% Zn5% Al，鋅鍋溫度為670°C左右。得到的表面改性鋼板表面硬度是傳統熱浸鍍鋁鋅鋼板一倍以上，細化鍍層晶粒尺寸至微米級以下。實施例5 一種納米SiC顆粒改性熱浸鍍鋁鋅鋼板納米顆粒選擇粒徑為30nm IOOnm的納米SiC顆粒，在鋼板出鋅鍋之后，以 80KV 100KV的電壓將粉末輸送到鍍鋅板表面，與熔融狀態的鍍層鋁鋅液結合，之后風冷， 形成納米SiC顆粒表面改性熱浸鍍鋅板，鍍液成分為95% Zn5% Al，鋅鍋溫度為670°C左
右ο
5
得到的表面改性鋼板表面硬度是傳統熱浸鍍鋁鋅鋼板一倍以上，細化鍍層晶粒尺寸至微米級以下。實施例6 一種納米SiC+Al203顆粒改性熱浸鍍鋁鋅鋼板納米顆粒選擇粒徑為30nm IOOnm的納米SiC+Al203顆粒，在鋼板出鋅鍋之后， 以80KV 100KV的電壓將粉末輸送到鍍鋅板表面，與熔融狀態的鍍層鋁鋅液結合，之后風冷，形成納米SiC+Al203顆粒表面改性熱浸鍍鋅板，鍍液成分為95% Zn5% Al，鋅鍋溫度為 670 °C左右。得到的表面改性鋼板表面硬度是傳統熱浸鍍鋁鋅鋼板一倍以上，細化鍍層晶粒尺寸至微米級以下。
權利要求
1.一種耐高溫鍍層鋼板的制造方法，其特征在于在連續熱浸鍍生產線上，帶鋼出熔融鍍液并經過氣刀吹掃之后，納米硬質顆粒輸送裝置將納米硬質顆粒均勻輸送到帶鋼表面并與處于熔融狀態的鍍層相結合，冷卻后在鍍層表面形成一層分布有硬質納米顆粒的表面層。
2.根據權利要求1所述的耐高溫鍍層鋼板的制造方法，其特征在于所述的納米硬質顆粒輸送裝置為電場發生裝置，安裝在連續熱浸鍍生產線帶鋼出氣刀后。
3.根據權利要求1或2所述的耐高溫鍍層鋼板的制造方法，其特征在于所述的納米硬質顆粒是陶瓷、金屬基陶瓷、金屬、金屬間化合物、金屬氧化物的一種或幾種。
4.根據權利要求1或2所述的耐高溫鍍層鋼板的制造方法，其特征在于帶鋼經氣刀吹掃后的溫度應高于鍍層金屬熔點10度以上。
5.根據權利要求1或2所述的耐高溫鍍層鋼板的制造方法，其特征在于帶鋼經氣刀吹掃后的溫度應高于鍍層金屬熔點30度以上。
6.根據權利要求1或2所述的耐高溫鍍層鋼板的制造方法，其特征在于所述的納米顆粒粒徑為10 lOOnm。
7.根據權利要求1或2所述的耐高溫鍍層鋼板的制造方法，其特征在于所述的鍍層是鍍鋁、鍍鋁鋅或者鍍鋁合金。
8.一種根據權利要求1或2所述制造方法生產的耐高溫鍍層鋼板，其特征在于鍍層中分布有納米尺寸的硬質顆粒。
9.根據權利要求8所述耐高溫鍍層鋼板，其特征在于所述的鍍層是是鍍鋁、鍍鋁鋅或者鍍鋁合金。
全文摘要
本發明公開了一種耐高溫鍍層鋼板制造方法及其耐高溫鍍層鋼板，其特征在于在連續熱浸鍍生產線上，帶鋼出熔融鍍液并經過氣刀吹掃之后，納米硬質顆粒輸送裝置將納米硬質顆粒均勻輸送到帶鋼表面并與處于熔融狀態的鍍層相結合，冷卻后在鍍層表面形成一層分布有硬質納米顆粒的表面層。納米硬質顆粒輸送裝置為電場發生裝置，安裝在連續熱浸鍍生產線帶鋼出氣刀后。納米硬質顆粒是陶瓷、金屬基陶瓷、金屬間化合物、金屬氧化物的一種或幾種。該制造方法生產的鋼板提高了熱鍍鋁鋼板的耐磨、耐高溫性能以及成型性能。
文檔編號C23C2/26GK102400079SQ20101027647
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月7日 優先權日2010年9月7日
發明者呂家舜, 康永林, 李鋒, 楊洪剛 申請人:鞍鋼股份有限公司