CN105112914A - 连续热镀锌装置和连续热镀锌方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种连续热镀锌装置和连续热镀锌方法。所述连续热镀锌装置包括：清洗部，对预镀锌钢带进行清洗；PVD真空镀镍部，对钢带进行预镀镍；退火炉，对预镀镍后的钢带进行退火；镀锌部，对退火后的钢带进行镀锌；本发明有效地避免了退火过程中钢中的合金元素发生选择性外氧化而恶化钢带浸润性的问题，避免高强钢带镀锌过程中的漏镀现象，提高了高强钢镀锌钢带的表面质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种连续热镀锌装置和一种连续热镀锌方法，更具体地讲，本发明涉及一种能够避免在退火过程中发生选择性外氧化并能够对形成过量的铁-锌合金层起到一定抑制作用的连续热镀锌装置和连续热镀锌方法。
背景技术
镀锌带钢是在冷轧或热轧钢带表面热浸镀一层锌。将带钢镀锌后，由于锌的化学性质活泼，因此锌能与空气中的水、二氧化碳和氧气发生化学反应，生成一层薄而致密的碱式碳酸锌膜，这层膜阻止了内部的锌进一步氧化。另外，锌的电位明显低于铁的电位，在镀锌层遭到破坏时，锌作为阳极对铁基体起到牺牲阳极的保护作用，防止钢板发生腐蚀。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种能够避免在退火过程中发生选择性外氧化的连续热镀锌装置和一种连续热镀锌方法。
根据本发明的一方面，一种连续热镀锌装置可包括：清洗部，对预镀锌钢带进行清洗；PVD真空镀镍部，对钢带进行预镀镍；退火炉，对预镀镍后的钢带进行退火；镀锌部，对退火后的钢带进行镀锌。
根据本发明的一方面，所述PVD真空镀镍部可包括：入口压差室，将大气压降压至预定真空度；真空脱气部，对钢带进行脱气；等离子清洗部，对钢带进行等离子表面清洗；镀镍部，对钢带进行预镀镍；出口压差室，将所述预定真空度升压至大气压。
根据本发明的一方面，一种连续热镀锌方法可包括：对预镀锌钢带进行清洗，以去除钢带表面的油污和铁锈；利用PVD真空镀镍方法对钢带进行预镀镍，以在钢带上形成镀镍层；对预镀镍后的钢带进行退火；在镀镍层上镀锌以形成镀锌层，其中，镍镀层的厚度为300nm～500nm。
根据本发明的一方面，所述利用PVD真空镀镍方法对钢带进行预镀镍的步骤可包括：将大气压降压至预定真空度；对钢带进行真空脱气；对钢带进行等离子表面清洗；将所述预定真空度升压至大气压。
根据本发明的一方面，所述将大气压降压至预定真空度是指，利用入口压差室实现将1x105Pa的大气压逐级降压至PVD真空镀所需的本底真空度的梯度压力下降，所述将所述预定真空度升压至大气压是指，利用出口压差室实现将PVD真空镀所需的本底真空度逐级升压至1x105Pa的大气压力的梯度压力升高，其中，PVD真空镀所需的本底真空度为2x10-3Pa～5x10-3Pa。
根据本发明的一方面，在450℃～520℃的温度下对钢带进行镀锌，用于镀锌的锌液中的铝含量为0.13％～0.3％。
根据本发明的一方面，对预镀镍后的钢带进行退火的步骤可包括：将预镀镍后的钢带升温至760℃～880℃，保温30s～120s时间，然后将退火后的钢带冷却到450℃～520℃。
根据本发明的一方面，可通过气刀喷吹来控制镀锌层的厚度，其中，气刀的压力可以为200bar～400bar，气刀距离用于镀锌的锌液面的高度可以为100mm～400mm。
根据本发明的一方面，所述气刀喷吹可采用压缩空气或高纯氮气。
根据本发明的一方面，所述镀锌钢带的带材可以为冷轧高强钢，所述带材包括Fe、Si、Mn、Cr和Al等元素。
根据本发明的一方面，一种连续热镀锌钢带可包括：镍镀层，蒸镀在钢带上方，镍镀层的厚度为300nm～500nm；镀锌层，热浸镀在镍镀层上。
根据本发明，可以取得但不限于以下有益效果：
(1)避免退火过程中钢中的合金元素(如Si、Mn、Cr、Al等)发生选择性外氧化而恶化钢带浸润性的问题，避免高强钢带镀锌过程中的漏镀现象，提高高强钢镀锌钢带的表面质量。
(2)一定程度上抑制了Fe-Zn之间的扩散反应，防止形成过量的脆性的Fe-Zn合金相，提高镀锌层与钢基体之间的结合力，有利于高强钢镀锌钢带的成形。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：
图1是根据本发明的一个示例性实施例的连续热镀锌装置。
具体实施方式
在下文中，将参照附图更充分地描述本发明的示例性实施例。然而，它们可以以不同的形式实施，而不应解释为局限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并将把示例实施例的范围充分地传达给本领域技术人员。
图1是根据本发明的一个示例性实施例的连续热镀锌装置。以下将参照图1描述根据本发明的示例性实施例的连续热镀锌装置。
参照图1，连续热镀锌装置可包括：清洗部10，对预镀锌钢带进行清洗；PVD真空镀镍部20，对钢带进行预镀镍；退火炉30，对预镀镍后的钢带进行退火；镀锌部40，对退火后的钢带进行镀锌。
根据本发明的示例性实施例，清洗部10可包括化学清洗部和电解清洗部，从而可进行化学清洗和电解清洗，以去除钢带表面的油污和铁锈。
根据本发明的示例性实施例，PVD真空镀镍部20可使用PVD方法对钢带进行预镀镍。PVD(物理气相沉积)是指在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。因此，根据本发明的示例性实施例，可使用PVD方法将镍镀覆在钢带上。
根据本发明的示例性实施例，PVD真空镀镍部20可装配有相应的真空获得系统，例如，真空泵、真空阀门、真空管路和真空计等，从而可根据具体工艺要求来实现不同的真空度，可通过例如真空泵经由真空管路抽真空来获得真空度并保持该真空度。
根据本发明的示例性实施例，PVD真空镀镍部20可包括：入口压差室21，以将大气压降压至预定真空度；真空脱气部22，对钢带进行脱气；等离子清洗部23，对钢带进行等离子表面清洗；镀镍部24，对钢带进行预镀镍；出口压差室25，将所述预定真空度升压至大气压。
入口压差室21可使外界的大气压降压至预定真空度。根据本发明的示例性实施例，预定真空度可以是适合于PVD真空镀镍所需的真空度。此外，根据本发明的示例性实施例，可使外界的大气压呈梯度地降压至预定真空度。也就是说，可通过入口压差室21的全部或部分长度，使入口压差室21的入口处的大气压降压，从而在入口压差室21与真空脱气部22的相连接处，使真空度适合于PVD真空镀镍所需的真空度。
与入口压差室21相对应地，出口压差室25可使预定真空度升压至外界的大气压。根据本发明的示例性实施例，预定真空度可以是适合于PVD真空镀镍所需的真空度。此外，根据本发明的示例性实施例，可使预定真空度呈梯度地升压至外界的大气压。也就是说，可通过出口压差室25的全部或部分长度，使镀镍部24与出口压差室25的连接处的真空度升压，从而在出口压差室25的出口处，使压力升至大气压。
真空脱气部22可用于脱除空气。
等离子清洗部23可用于对钢带进行等离子表面清洗，从而为接下来的在镀镍部24中对钢带进行预镀镍做必要的准备。
根据本发明的示例性实施例，退火炉30可用于对预镀镍后的钢带进行退火，以使钢带获得所需的力学性能。
如上所述，在电镀锌之前需要对带钢进行退火。然而，当在有还原气氛的保护气氛中退火时，钢中与氧亲和力较强的元素在钢板表面发生氧化，而金属Fe不发生氧化，这种氧化现象称之为选择性外氧化。发生选择性外氧化的元素与氧具有很强的亲和力，其生成的氧化物自由焓比Fe的氧化物自由焓低，因此易在钢带表面形成氧化物，这些化学元素可以是钢中常见的合金添加元素，例如Al、Si、Mn、Cr等。这些氧化物的形成直接阻隔了钢带镀锌过程Fe与Zn的接触，导致钢带的表面浸润性变差，使镀锌钢带表面易出现漏镀等缺陷，影响产品质量。
通过利用PVD方法对钢带进行预镀镍形成镍镀层，利用这层镍镀层可隔离钢中易氧化的合金元素(例如Al、Si、Mn、Cr等)与退火保护气氛，从而可避免钢带在退火炉30中发生选择性外氧化。
此外，在现有技术中，普遍认为在钢基体和镀锌层界面处形成一定量的Fe-Zn合金层有利于镀锌层的附着性。然而，当形成过量的Fe-Zn合金层时，会使得钢带的脆性增大，不利于钢带的变形。因此，通过预镀镍形成的镍镀层，可在一定程度上抑制Fe-Zn之间的扩散反应，从而防止形成过量的Fe-Zn合金相。
根据本发明的示例性实施例，镀锌部40可用于对退火后的钢带进行镀锌，从而形成镀锌钢带。
以下将参照图1描述根据本发明的示例性实施例的连续热镀锌方法。
首先，利用清洗部10对通过连续热镀锌装置的钢带进行清洗，例如，可通过化学清洗和电解清洗，从而去除钢带表面的油污和铁锈。
根据本发明的一个示例性实施例，钢带的带材可以为例如冷轧高强钢，冷轧高强钢可包括Fe、Si、Mn、Cr和Al等。
接下来，通过利用PVD真空镀镍部20采用PVD真空镀镍方法对钢带进行预镀镍，以形成镍镀层。
利用PVD真空镀镍方法对钢带进行预镀镍的步骤可包括：在入口压差室21中将大气压降压至预定真空度；在真空脱气部22中对钢带进行真空脱气；在等离子清洗部23中对钢带进行等离子表面清洗；在镀镍部24中对钢带进行预镀镍，从而形成镀镍层；在出口压差室25中将预定真空度升压至大气压。
将大气压降压至预定真空度是指，利用入口压差室实现将1x105Pa的大气压逐级降压至PVD真空镀所需的本底真空度的梯度压力下降，将所述预定真空度升压至大气压是指，利用出口压差室实现将PVD真空镀所需的本底真空度逐级升压至1x105Pa的大气压力的梯度压力升高，其中，PVD真空镀所需的本底真空度为2x10-3Pa～5x10-3Pa。
其中，可利用PVD真空镀镍部20装配的相应的真空获得系统(例如，真空泵、真空阀门、真空管路和真空计等)根据具体工艺要求来实现不同的真空度，可通过例如真空泵经由真空管路抽真空来获得真空度并保持该真空度。
当通过入口压差室21将PVD真空镀镍部20中的真空度降至预定真空度后，可通过真空脱气部22进一步脱除钢带表面吸附的空气。接下来，在等离子清洗部23中对钢带进行等离子表面清洗。然后，在镀镍部24中对钢带进行预镀镍，形成镍镀层。如上所述，利用这层镍镀层可隔离钢中易氧化的合金元素(例如Al、Si、Mn、Cr等)与退火保护气氛，从而可避免钢带在退火炉30中发生选择性外氧化。
根据本发明的一个示例性实施例，对钢带进行预镀镍形成的镍镀层的厚度可以为300nm～500nm。如果镍镀层的厚度小于300nm，一方面，不能有效地防止氧亲和力较强的元素(例如Al、Si、Mn、Cr等)在钢板表面发生选择性外氧化；另一方面，也不能有效地防止Fe-Zn之间的扩散反应，使得形成过量的脆性Fe-Zn合金相，不利于钢带的变形。如果镍镀层的厚度大于500nm时，则会造成不必要的镍材料的浪费，还会影响到镀锌层和钢基体的结合力，导致镀锌层的附着性变差。
形成镍镀层之后，通过出口压差室25，将预定真空度升压至大气压。
接下来，将预镀镍后的钢带送入退火炉30，对钢带进行退火。根据本发明的示例性实施例，可将预镀镍后的钢带升温至760℃～880℃，保温30s～120s时间，然后将退火后的钢带冷却到450℃～520℃。当钢带的退火温度不在760℃～880℃或者退火保温时间不在30s～120s范围内时，不利于钢带的再结晶。
通过首先在钢带上形成镍镀层，可在对钢带进行退火时，防止氧亲和力较强的元素(例如Al、Si、Mn、Cr等)在钢板表面发生选择性外氧化。
接下来，对退火后的钢带进行镀锌以形成镀锌层。根据本发明的一个示例性实施例，可在450℃～520℃的温度下对钢带进行镀锌，如果镀锌温度低于450℃，则镀锌过程中钢带会从锌锅中带走很多热量，增加锌锅加热负担。如果镀锌温度高于520℃，则会引起Fe-Zn相组织快速生长，是镀锌层脆性增加，影响镀锌层的成形性。根据本发明的一个示例性实施例，用于镀锌的锌液中的铝含量为0.13％～0.3％，如果铝含量低于0.13％，则无法形成Fe-Al抑制层，导致Fe-Zn相组织快速生长。如果铝含量高于0.3％，则会在锌锅表面形成大量面渣，影响镀锌钢带表面质量。
通过首先在钢带上形成镀镍层，然后在镀镍层上形成镀锌层，可抑制在对钢带进行镀锌时Fe-Zn之间的扩散反应，从而防止形成过量的脆性的Fe-Zn合金层。
根据本发明的示例性实施例，可通过气刀来控制镀锌层的厚度。气刀可以是喷吹出压缩空气或高纯氮气的装置。其中，气刀的压力可以为200bar～400bar，气刀距离用于镀锌的锌液面的高度可以为100mm～400mm。
在形成镀锌层之后，使钢带经过冷却部(诸如，空气冷却和水淬冷却)以降低钢带表面的温度，当表面温度降至室温后，可利用热风吹干带钢。然后，利用光整和拉矫工序来改善镀锌板的板形和表面质量。
接下来，使镀锌钢带经过涂油或钝化等后处理工序，最后将钢带卷取为成品卷。
实施例1
选用冷轧高强钢作为基带材质，冷轧高强钢含有Fe、Si、Mn、Cr和Al等成分。
钢带表面经过化学清洗和电解清洗，去除表面油污及铁锈，经热风烘干后进入连续PVD真空镀区段。连续PVD真空镀区段在真空气氛下，采用直流磁控溅射或者蒸镀的PVD技术在高强钢基带上镀镍，镀层厚度约400nm。
根据工艺要求，各真空装置配有真空泵、真空阀门、真空管路和真空计等，以匹配工艺要求的不同的真空度，真空度通过真空泵经由真空管路抽真空获得并保持。利用入口多级压差室使1x105Pa的大气压按照梯度降低至PVD真空镀所需的本底真空度3x10-3Pa，利用出口多级压差室使PVD真空镀所需的本底真空度3x10-3Pa按照梯度升压至大气压力1x105Pa。
当高强钢基带连续运行通过连续PVD真空镀镍区段时，顺次完成真空烘烤脱气、等离子表面清洁及PVD真空镀镍，然后经由出口多级压差室回到大气环境。
经过真空镀镍的钢带进入退火炉，在760℃～880℃温度范围内迅速完成再结晶退火，得到所需的力学性能。
退火后的钢带冷却到450℃～520℃范围内，进入锌锅进行热镀锌，锌锅温度450℃～480℃，锌液铝含量0.13％～0.3％，其余为锌及锌锭中所含杂质。
钢带出锌锅后，采用气刀控制镀锌层厚度，气刀喷吹出压缩空气或高纯氮气，气刀压力200bar～400bar，气刀距离锌液面100mm～400mm。
镀锌后，钢带经过空气冷却和水淬冷却，表面温度降至室温，经热风吹干后，经过光整和拉矫工序，以改善镀锌板的板形和表面质量。
镀锌钢带经过涂油或钝化等后处理工序，然后卷取为成品卷。
根据本发明的示例性实施例，通过在对钢带进行退火处理之前，利用PVD真空镀镍方法在钢带的表面上镀覆镍镀层，可防止钢中的合金元素发生选择性外氧化而恶化钢带浸润性的问题。此外，该镍镀层有效抑制了Fe-Zn之间的扩散反应，防止形成过量的脆性的Fe-Zn合金相，提高镀锌层与钢基体之间的结合力，有利于高强钢镀锌钢带的成形。
此外，根据本发明的示例性实施例的方法的步骤简单，具有工艺可靠、易操作、效率高的特点。
虽然已表示和描述了本发明的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。
Claims (11)
1.一种连续热镀锌装置，其特征在于，所述连续热镀锌装置包括：
清洗部，对预镀锌钢带进行清洗；
PVD真空镀镍部，对钢带进行预镀镍；
退火炉，对预镀镍后的钢带进行退火；
镀锌部，对退火后的钢带进行镀锌。
2.根据权利要求1所述的连续热镀锌装置，其特征在于，所述PVD真空镀镍部包括：
入口压差室，将大气压降压至预定真空度；
真空脱气部，对钢带进行脱气；
等离子清洗部，对钢带进行等离子表面清洗；
镀镍部，对钢带进行预镀镍；
出口压差室，将所述预定真空度升压至大气压。
3.一种连续热镀锌方法，其特征在于，所述方法包括：
对预镀锌钢带进行清洗，以去除钢带表面的油污和铁锈；
利用PVD真空镀镍方法对钢带进行预镀镍，以在钢带上形成镀镍层；
对预镀镍后的钢带进行退火；
在镀镍层上镀锌以形成镀锌层，
其中，镍镀层的厚度为300nm～500nm。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用PVD真空镀镍方法对钢带进行预镀镍的步骤包括：
将大气压降压至预定真空度；
对钢带进行真空脱气；
对钢带进行等离子表面清洗；
将所述预定真空度升压至大气压。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将大气压降压至预定真空度是指，利用入口压差室实现将1x105Pa的大气压逐级降压至PVD真空镀所需的本底真空度的梯度压力下降，所述将所述预定真空度升压至大气压是指，利用出口压差室实现将PVD真空镀所需的本底真空度逐级升压至1x105Pa的大气压力的梯度压力升高，其中，PVD真空镀所需的本底真空度为2x10-3Pa～5x10-3Pa。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在450℃～520℃的温度下对钢带进行镀锌，用于镀锌的锌液中的铝含量为0.13％～0.3％。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对预镀镍后的钢带进行退火的步骤包括：
将预镀镍后的钢带升温至760℃～880℃，保温30s～120s时间，然后将退火后的钢带冷却到450℃～520℃。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过气刀喷吹来控制镀锌层的厚度，其中，气刀的压力为200bar～400bar，气刀距离用于镀锌的锌液面的高度为100mm～400mm。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述气刀喷吹采用压缩空气或高纯氮气。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述镀锌钢带的带材为冷轧高强钢，所述带材包括Fe、Si、Mn、Cr和Al。
11.一种连续热镀锌钢带，其特征在于，所述热镀锌钢带包括：
镍镀层，设置在钢带上方，镍镀层的厚度为300nm～500nm；
镀锌层，设置在镍镀层上。
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