專利名稱：合金化熱浸鍍鋅鋼板的制作方法
技術領域：
本發明涉及合金化熱浸鍍鋅鋼板，該鋼板具有優良的壓力加工性和抗鍍層剝離性，用作汽車體外板。
近年來，要求汽車車體具有增強的抗蝕性。因此，工業上試圖開發能滿足要求的熱浸鋅表面處理鋼板以滿足這種需求。已經發展了非常經濟的一類熱浸鍍鋅鋼板。另外，通過由包括一種Fe-Zn鍍層(合金化熱浸鍍鋅鋼板)和隨后使其熱處理而使改進鍍覆鋼板的焊接性和抗蝕性成為可能。
因為用于汽車車體外板的合金化熱浸鍍鋅鋼板(下面有時稱作“GA”)需經過深壓加工以改進其所設計的特征，因而要求它們具有較高的韌性(延伸率E1)和較高的塑性(Lankford值，r值)。為解決要同時獲得高韌性和高塑性這一問題，從鋼板材料性能角度，已開發了一系列的減少鋼中含有的C、N、P、S等含量的方法。也開發了最佳的熱軋和冷軋工藝。
將對鋼板的要求結合起來，對GA鋼板鍍覆層的特征要求是該鍍層必須不存在1)“碎粉顆粒”在加工過程中因為碎粉顆粒不隨鋼板產生變形而使含有碎粉顆粒的結構粉化和剝離，和2)“薄片”，當用壓模進行矯直時，含有薄片的結構以鱗片狀剝離。如果發生這種現象，剝離的鍍覆顆粒存留壓模中，因此，在鋼板表面會造成大量的所不希望的壓坑。還有，也損失鍍層自身的耐蝕性。
通常，基于低的Fe百分含量，認為GA鋼板的鍍層由三種Zn-Fe合金相ζ、δ1、Γ組成。認為粉化的原因起源于Γ相，而成片剝落的原因起源于ζ相。如果用熱浸鍍C、N、P、S含量少的材料制得GA鋼板，則韌性和r值是滿意的。然而，如果進行這種處理，則極快地加速鋼板晶界的合金化并增加形成Γ相的數量，因此，降低抗粉化性。為保證滿意的抗粉化性，必須嚴格地將合金化程度控制在基本不產生Γ相的水平(Fe的濃度)。然而在這種情況，如日本專利申請公開平2-11745A中所述，如果只將Fe的百分含量控制在不產生Γ相水平，取決于生產條件，則
相可能會在鍍層表面的厚層中形成，因此，當在加工過程中鍍層被強烈平直時很可能發生成片剝落。
因此，本發明的目的是獲得合金化熱浸鍍鋅鋼板，該鋼板同時具有滿意的抗粉化性和抗成片剝離性，通過使用減少鋼板中C、N、P、S含量的鋼板實現該目的。
依據本發明，提供了具有優越的壓力加工性和抗鍍層剝離性的合金化熱鍍鋅鋼板，其中在鋼板表面形成的合金化熱浸鍍鋅鍍層含有約9%以上約12%以下(重量)的Fe，約0.3%以上約1.5%以下(重量)的Al，約0.1%(重量)以下的Pb，所述鋼板含有約0.0015%(重量)以下C，約0.1%(重量)以下Si，約0.03%(重量)以上和約0.3%(重量)以下Mn，約0.01%(重量)以上和約0.1%(重量)以下Al，約0.01%(重量)以下P，約0.005%(重量)以下S，約0.005%(重量)以下O，約0.005%(重量)以下N，還含至少一種約0.03%(重量)以下Ti，或約0.03%(重量)以下Nb，其范圍為C/12≤Ti＊/48+Nb/93≤C/2，鍍層的厚度為約25g/m2以上和約70g/m2以下。
在這種條件下，當Ti-(48N/14+48S/32)≥0時，假定Ti＊是Ti-(48N/14+48S/32)，而當Ti-(48N/14+48S/32)＜0時假定Ti＊是0。另外，具有上述成份的鋼板可含約0.001%(重量)以下的B。
圖1是凹腔型拉撥試驗裝置的示意圖。
作為本發明的、具有優越的壓力加工性和抗鍍層剝離性的合金化熱浸鍍鋅鋼板在下面詳述。但應理解的是，下面的說明只是為了指出用來說明附圖的本發明的特定實施方案，而不是為了定義或限定本發明(與所附的權利要求不同)。
首先，鋼板中所含的用作鍍覆材料的成份被如下確定，以得到滿意的所需性能及非常經濟的產品。
CC是直接決定鋼強度的元素。為獲得本發明目的的非常高的加工性(高E1、r值)，其含量越少越好。因此其含量應為0.0015%(重量)以下。
N、P和S在鋼的組織中的N、P和S降低E1和r值。與C的情況相同，它們的含量越少越好。確定N、P和S必須分別為0.005%(重量)以下，約0.01%(重量)以下和約0.005%(重量)以下。
O如果鋼中含有過量的O則它以氧化物形式沉淀，由此，降低E1和r值。因此，其含量最高為約0.005%(重量)。
Mn如果鋼中加入Mn，它與S結合然后沉淀而變得無什么影響。因此，當加入少量的Mn時，從材料的觀點來看不存在明顯的影響。但，如果其含量超過約0.3%(重量)，E1和r值會逐漸降低。因此，Mn的含量必須為約0.03%(重量)以上而約0.3%(重量)以下。
Si與Mn相同，鋼中含大量Si降低E1和r值并損壞鍍層的焊接性。因此，Si含量最高約0.1%。
Ti和NbTi和Nb與C結合并以TiC和NbC的形式沉淀，因此改進加工性。因此，Ti和Nb對C的原子比需大于1。但，因加入過多的這種元素會增加成本，則原子式最大約為6。另外，考慮每種成份的最大含量為約0.03%(重量)。但，因為Ti與N或S的結合性比與C的結合性更強烈，因此必須確定Ti的含量時應減去N和S的當量。特別地，Ti、Nb的量應滿足下式C/12≤Ti＊/48+Nb/93≤C/2式中，當Ti-(48N/14+48S/32)≥0時，Ti＊為Ti-(48N/14+48S/32);當Ti-(48N/14+48S/32)＜0時，Ti＊為0。
Al在添加Ti、Nb的情況下，出于防止氧化損失的目的，Al有必要加入0.01%(重量)以上，而且Al與鋼中的N、S化合后消除了其影響。此外，如果添加量高于0.1%(重量)，則已飽和且不經濟。
并且，在本發明的鋼板中，除有上述的基本組成外，若加入0.001%(重量)的B會更好。因為B對強化晶界，改善鍍層的焊接性和冷加工脆性都有效。如果加入量高于0.001%(重量)，則塑性損失，因而上限是0.001%(重量)。
另外，對于鍍層中的成份限制理由下述。
合金化熱浸鍍鋅鋼板是將鋼板浸漬到熱浸鍍鋅浴中后，對鋼板加熱，那么原鋼板中的Fe擴散到鍍層中形成Zn-Fe合金層，這樣比原單純的鍍鋅鋼板的耐蝕性、化學處理性、鍍層焊接性都顯著地提高，這些性能可通過將鍍覆層中的Fe含量調整到約9%以上而較佳地獲得。另外，Fe含量必須到約9%(重量)以上以防止
相層的生長。另一方面，如果Fe含量超過約12%(重量)，甚至將鍍層中Al含量控制在下面所述范圍內時，則硬的、易碎г相會出現，因此有害于壓力加工性。因此，在鍍層中的Fe含量必須為約9-12%(重量)。
鍍層中所含Al量影響在合金化時形成的Zn-Fe合金的相組成。如果Al含量小于約0.3%(重量)，則形成г相，因此會導致不希望的粉化。如果Al含量超過約1.5%(重量)，不能實現充分的合金化。因此，鍍層中Al含量約為0.3%(重量)-約1.5%(重量)。
因為Pb對鍍層的耐蝕性有不利作用，因此，將鍍層中Pb含量控制在約0.2%(重量)以下。
由耐蝕性來看，所鍍的鍍層量必須為約25g/m2。但，如鍍層太厚，在進行壓力加工時，則鍍層不能伴隨鋼板變形，會導致粉化。因此，鍍到鋼板上的鍍層最大數量確定為約70g/cm2。
盡管根據本發明沒有將鋼板的制造方法限定為某一特定方法，但在下面說明優選的制造實施例。
用連續鑄造方法將調整到上述成份的熔融鋼水洗鑄成鋼坯。用熱軋和冷軋將鋼坯軋成冷的成型鋼板。在熱軋時，終軋溫度需為接近Ar3相變點的約850℃-920℃以得到高的加工性能。希望卷繞溫度為約600℃以上。另外，在冷軋步驟，希望軋制壓下率為約50%以上。
在熱浸鍍鋅時，在進行退火還原之前將鋼板表面凈化。脫脂、酸洗或燃燒都是可用方法。然后將鋼板進行退火還原。使用含百分之幾到百分之幾十的N2的H2氣氛是合適的。也希望露點為0℃以下。盡管退火還原溫度需高于重結晶溫度以獲得較佳的材質，希望退火還原溫度為約780℃以上。
在進行退火還原之后，將鋼板在還原氣氛中冷卻并引至熱浸鍍鋅浴中。鍍鋅浴液的成分和溫度如下確定。
鍍鋅浴液中Al的濃度本發明的一個目的是通過控制在熱浸鍍鋅浴液中形成的Al-Fe合金層的數量來得到主要的δ1相合金化而實現抗粉性和抗薄片剝落性。應調整Al-Fe合金層的量，為此目的在合金中的Al含量應為0.15g/m2以上。因此，在鍍鋅浴液中Al含量應為約0.13%(重量)以上。為了有效地形成Al-Fe合金層，希望Al含量為約0.145%(重量)以上。另一方面，如果Al-Fe層的量增加導致Al含量超過約0.5g/m2，則合金化是被非常嚴格限定的，由此導致其可生產性是不利的。同樣，在進行合金化之后的鍍層中，希望Al含量，包括在鍍層中所含的Al量(而不是在Al-Fe層中)，最大為約1.5%(重量)。因此，含在鍍鋅溶液中最大的Al濃度為約0.2%(重量)。
鍍鋅浴液中的Pb濃度與Al不同，在浴液中的Pb在熱浸鍍鍍覆時不富集。但，如果在鍍層中的Pb濃度超過約0.1%(重量)，會降低耐蝕性。因此，浴液中Pb濃度的上限為約0.1%(重量)。
本發明的鋼板可以用作各種應用，包括汽車、家電、建材等外露條件，和/或進行予鍍覆、后鍍覆、層壓、鉻酸鹽處理、磷酸鹽處理等。還有，如果合金化熱浸鍍鋅鍍覆層的表層再用含至少一種Fe、Zn和Ni的鍍覆層鍍覆，則耐蝕性會進一步改進。
在鋼板浸在鍍覆浴液之后，將其進行合金化工序以得到GA鋼板，其中的合金化程度(Fe)是9-12%。
在上述工藝中，可以獲得具有優越的壓力加工性和抗鍍層剝離性的合金化熱浸鍍鋼板。
實施例參照本發明的實施例可以說明本發明的優越性。用垂直型熱浸鍍鋅實驗設備作為浸鍍設備，將70mm×200mm的鋼板在含氮的5%氫氣退火還原氣氛中進行鍍覆。用加熱烤箱進行鍍覆的合金化處理，該烤箱控制通過直接給鍍覆鋼板通電而由電阻產生的熱量。
用真空熔化爐將鋼板試樣軟化，用熱軋和冷軋來調整鋼板的厚度至0.7mm。將鋼板進行電解脫脂并用鹽酸酸洗之后，將其插入鍍覆設備中。熱軋終止溫度為900℃。暫時冷卻后，在盤卷之后，依照所得到的加熱經歷，將鋼板同樣地在700℃加熱1小時。冷卻和酸洗后，在軋制壓下率為75%下將鋼板進行冷軋。
表1表明鋼板試樣的成份、鍍覆的條件和合金化處理之前提供的鍍覆層的成份。表2表明進行合金化處理后鍍覆鋼板的特性。鋼板冷軋后，通過在合金化熱浸鍍鋅循環中按照CGL(連續熱浸鍍鋅生長線)進行熱處理即得到鋼板材質。該鋼板然后于850℃退火20秒并在500℃冷卻30秒。表1還表明了鋼板的成份。
表2中所示Al-Fe量的測量是在鍍覆的鋼板進行合金化處理之前將其浸在發煙硝酸中以去除鋅(η)相，將殘留未溶的純態Al-Fe合金溶于鹽酸中，然后用原子吸收方法測量Al量。
通過拉伸試驗測得鋼板的延伸率(E1)和r值以評價鍍覆鋼板的特性。測得抗粉化性和成片剝落抗性以得到鍍層的特性。抗粉化性采用5級評價標準進行評價，將已經合金化處理的鍍覆鋼板彎曲90°，再使其復原，用預先貼上的玻璃紙膠帶收集剝離的鍍層顆粒來測量其數量。在試驗中“1”表示為可接受，而“5”表示不能被接受。
用已經合金化處理的10mm寬鋼板切片，使用圖1所示的凹腔型拉撥試驗裝置測量成片剝落抗性。在凹腔型拉撥試驗裝置中，試片2通過凹型部件1和凸型部件3之間的彎曲路徑而被拉撥。在如下條件將不涂油的試片拉撥壓載荷為100kgf，拉撥速度為500mm/分。用玻璃紙膠帶來收集剝落鍍覆顆粒，用肉眼來觀察是否出現成片剝落，采用二級(有/無)評價標準。
根據表1和2所示結果，本發明成功地實現了合金化熱浸鍍鋅鋼板的生產方法，使該鋼板具有高的加工性和優越的抗鍍層剝離性。還有依據本發明，使生產具有高的加工性和優越的抗鍍層剝離性的合金化熱浸鍍鋅板成為可能。
權利要求
1.一種具有優良的壓力加工性和抗鍍層剝離性的合金化熱浸鍍鋅鋼板，其中在鋼板表面形成的合金化熱浸鍍鋅鍍層含約9%(重量)以上約12%(重量)以下的Fe，約0.3%(重量)以上約1.5%(重量)以下的Al，和約0.1%(重量)以下的Pb，該鋼板含約0.0015%(重量)以下的C，約0.1%(重量)以下的Si，約0.03%(重量)以上和約0.3%(重量)以下的Mn，約0.01%(重量)以上和約0.1%(重量)以下的Al，約0.01%(重量)以下的P，約0.005%(重量)以下的S，約0.005%(重量)以下的O，約0.005(重量)以下的N，和至少一種約0.03%(重量)以下的Ti或約0.03%(重量)以下的Nb，其范圍為C/12≤Ti*/48+Nb/93≤C/2，該鍍層的厚度為約25g/m2以上約70g/m2以下，式中當Ti-(48N/14+48S/32)≥0時，Ti*為Ti-(48N/14+48S/32)，當Ti-(48N/14+48S/32)＜0時，Ti*為0。
2.權利要求1的合金化熱浸鍍鋅鋼板，其中所述的鋼板還含約0.001%(重量)以下的B時，所述鋼板具有優良的壓力加工性和抗鍍層剝離性。
全文摘要
一種具有高壓力加工性和優良的鍍層剝離抗性的熱浸鍍鋅鋼板。通過在超低碳鋼板表面形成含9—12％(重量)Fe和0.3—1.5％(重量)Al的合金化熱浸鍍鋅鍍層而得到合金化熱浸鍍鋅鋼板，其中該鍍層的附著量為25g/m
文檔編號C23C2/28GK1096060SQ94104090
公開日1994年12月7日 申請日期1994年3月4日 優先權日1993年3月4日
發明者磯部誠, 京野一章, 森戶延行 申請人:川崎制鐵株式會社