鋼熱鍍鋅抑制層及其合金化鍍層界面結(jié)構(gòu)

金相法、掃描電鏡、x射線衍射等技術(shù)不能定量地分析熱鍍鋅層的相結(jié)構(gòu)。為此,通過掃描電鏡和電解剝離法分別對不同合金化時(shí)間的熱鍍鋅層進(jìn)行了相結(jié)構(gòu)分析,將其與掃描電鏡的觀察結(jié)果進(jìn)行對比。結(jié)果表明,電解剝離在足夠低的電位掃描速度下可以使鍍層中的各相逐相溶解,利用測得的極化曲線和各相的初始溶解電位對鍍層中各合金相實(shí)現(xiàn)定量分析。

利用合金化熱鍍鋅模擬的方法,研究了ti-if鋼基板晶粒對合金化熱鍍鋅鍍層的影響。首先利用不同的退火溫度分別獲得等軸晶和未再結(jié)晶基板,然后進(jìn)行熱鍍鋅并在不同溫度下進(jìn)行合金化處理,分別獲得純鋅、欠合金化及合金化鍍層。利用掃描電鏡和光學(xué)顯微鏡觀察鍍層的表面、截面形貌以及鍍層/基板界面上的fe-al阻擋層形貌。結(jié)果表明,等軸晶基板表面的ga鍍層"火山口"形貌明顯,微觀上鍍層厚度不均勻;未再結(jié)晶基板表面的ga鍍層則表面較平,無"火山口"形貌,鍍層厚度均勻。造成上述差異的原因是:等軸晶基板晶粒表面的fe-al阻擋層不均勻,而未再結(jié)晶基板晶粒表面的阻擋層均勻,從而導(dǎo)致合金化過程中合金化速度和程度的差異。

用裝配3點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置的掃描電鏡原位分析了ga鋼板變形情況下鍍層中裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展、鍍層斷裂及ga鋼板在塑性變形過程中鍍層與鋼基體界面交互作用的情況。試驗(yàn)及分析結(jié)果表明:鍍層承受拉應(yīng)力的一側(cè),裂紋在г/δ1相界面處產(chǎn)生,在δ1相中沿著垂直于鍍層平面的方向擴(kuò)展,并沿著г相/鋼基體界面延伸,鍍層塑性變形的跡象不明顯;鍍層承受壓應(yīng)力的一側(cè)表現(xiàn)出了明顯的塑性變形,存在裂紋之間的相互作用和不均勻變形情況。合金化鍍層無論承受拉應(yīng)力還是壓應(yīng)力,鍍層主要的破壞形式是斷裂,而與鍍層相接觸的鋼基體的主要破壞形式是局部不均勻塑性變形。

建立數(shù)學(xué)模型可確定熱浸鍍鋅合金化變化狀況,進(jìn)而可改進(jìn)其工藝,消除鋅層在沖壓時(shí)的粉化。在建模中是以鋅為主擴(kuò)散元素,還是以鐵為主,目前仍不統(tǒng)一?；跓峤冧\合金化過程中的組織演變規(guī)律及相變機(jī)理,以鋅為主擴(kuò)散元素,建立了一種合理的數(shù)學(xué)模型,采用數(shù)值解法及c語言編程來模擬合金化鍍層組織生長規(guī)律;同時(shí)應(yīng)用visualc++6.0平臺(tái)開發(fā)了ga鋼板鍍層組織模擬計(jì)算軟件。以連續(xù)鍍鋅合金化工藝最優(yōu)參數(shù),將合金化工藝參數(shù)輸入,計(jì)算出ζ,δ和γ相的生長厚度、鍍層鐵含量及zn濃度-距離分布,分析η和ζ相消失的合金化時(shí)間點(diǎn),能計(jì)算δ相內(nèi)無濃度梯度的合金化時(shí)間點(diǎn),以便控制γ相的快速生長。根據(jù)計(jì)算結(jié)果和合金化過程分析報(bào)告可優(yōu)化合金化參數(shù),模擬獲得最佳鍍層顯微組織。結(jié)果表明:該軟件具有較為全面的輸入?yún)?shù)、預(yù)測結(jié)果準(zhǔn)確和操作簡單等優(yōu)點(diǎn),對指導(dǎo)熱浸鍍鋅合金化工藝有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

對汽車用基板含微ｔｉ的熱浸鍍鋅板進(jìn)行合金化處理，用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡觀察了合金化鍍層的組織形貌，并用ｘ射線衍射方法和電子探針分析了合金層的相組成。研究表明，合金層的組織結(jié)構(gòu)與合金化溫度有關(guān)，并提出了合金化過程中的三種相變模式。

用esem原位觀察了鋁含量不同的兩種熱鍍鋅鋼板合金化過程中鍍層表面和斷面鐵-鋅合金相的生長,并用gdoes分析了鍍層中元素分布和相結(jié)構(gòu)的變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:鋁含量對熱鍍鋅鋼板合金化過程中鍍層結(jié)構(gòu)的變化具有重要的影響。鋁含量為0.13%時(shí),鍍層從ζ相的形成到轉(zhuǎn)變?yōu)棣南嗟倪^程是均勻進(jìn)行的,鐵-鋅合金相均勻地生長,鍍層的相結(jié)構(gòu)以δ相為主;鋁含量為0.22%時(shí),界面處的鐵-鋅反應(yīng)不能同時(shí)進(jìn)行,合金化過程局部被延遲,鍍層中形成了大量的暴發(fā)組織,ζ相及δ相的形成時(shí)間不同且不能均勻有序地形成,鍍層的相結(jié)構(gòu)是δ和ζ相的混合物。

合金化熱鍍鋅鋼板已廣泛地用于汽車行業(yè),如何消除汽車用合金化熱鍍鋅鋼板鍍層粉化等缺陷是鋼鐵生產(chǎn)廠家和用戶極為關(guān)注的熱點(diǎn)問題。本文主要介紹汽車用合金化熱鍍鋅鋼板鍍層粉化、亮點(diǎn)、波紋和條紋等缺陷的產(chǎn)生原因及其消除措施,同時(shí)還側(cè)重介紹汽車用合金化熱鍍鋅鋼板今后需要研究的抗粉化課題。

合金化熱鍍鋅鋼板

合金化熱鍍鋅鋼板

利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡和能譜分析儀分析了合金化熱鍍鋅if鋼板表面的亮條紋缺陷。條紋部位與正常部位相比,鍍層的表面形貌、截面特征以及侵蝕鋅層后的鋼板表面形貌均有不同。造成條紋的直接原因是鋼板表面的微裂紋,而引起微裂紋的原因是al2o3顆粒。

用配備拉伸/三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)裝置的sem原位觀察分析了熱鍍鋅合金化鋼板變形時(shí)鍍層中裂紋產(chǎn)生、擴(kuò)展、鍍層斷裂及在塑性變形過程中鍍層與鋼基體界面的交互作用。結(jié)果表明,在拉應(yīng)力作用下,鍍層的破壞可以分為兩個(gè)過程:第一階段主要表現(xiàn)為粉化;第二階段主要表現(xiàn)為剝落。鍍層在復(fù)合應(yīng)力作用下的斷裂并非沿著某一固定的界面發(fā)生,而是在載荷作用的不同階段,發(fā)生不同類型的斷裂和脫落,在不同區(qū)域鍍層斷裂的界面不同。當(dāng)鍍層承受拉應(yīng)力時(shí),裂紋在γ/δ相界面產(chǎn)生,在δ相中沿著垂直于鍍層平面的方向擴(kuò)展,并沿著γ相/鋼基體界面延伸,鍍層塑性變形的跡象不明顯;但在壓應(yīng)力作用下,鍍層表現(xiàn)出了明顯塑性變形的跡象,在鍍層和基體的變形過程中存在裂紋之間的相互作用和不均勻變形的情況。

電解剝離試驗(yàn)是一種定量分析熱鍍鋅合金化鍍層相結(jié)構(gòu)的方法,但電解剝離的試驗(yàn)數(shù)據(jù)不能直接確定合金化鍍層中的fe-zn相結(jié)構(gòu),需要考慮試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的各種電化學(xué)副反應(yīng)的影響,本文優(yōu)化了電解剝離分析合金化鍍層相結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)參數(shù)。結(jié)果表明:在足夠低的電位掃描速度下,電解剝離試驗(yàn)可以使合金化鍍層中的各相逐相溶解,能夠準(zhǔn)確分析合金化鍍層中的鐵含量和η、ζ、δ、γ等相的厚度。利用電解剝離試驗(yàn)測得的極化曲線和提出的數(shù)據(jù)分析方法結(jié)合各相的初始溶解電位準(zhǔn)確測量了鋁含量不同的熱鍍鋅合金化鍍層中各相的厚度和含量。

利用掃描電鏡和電感耦合實(shí)驗(yàn)觀察了不同基板粗糙度的合金化熱鍍鋅鋼板表面形貌,測定了鍍層中的fe含量。結(jié)果表明,在相同的合金化工藝條件下,基板表面粗糙度越大,合金化鍍層中的fe含量越高。較大的基板粗糙度使鍍層中的微裂紋增多,鍍層均勻性變差。

為了研究合金化熱鍍鋅層與基體的剝離性能,設(shè)計(jì)了一種用于剝離合金化熱鍍鋅層的特殊試驗(yàn)裝置和專用膠。利用該裝置可以在普通的萬能拉伸儀上將合金化熱鍍鋅層從鍍鋅板基體上剝離下來,同時(shí)測定出其鍍層脫落過程的剝離力,發(fā)現(xiàn)鍍層剝離時(shí)剝離力曲線趨于水平線。掃描電鏡觀察結(jié)果顯示,鍍層整體與基體分離,x射線衍射分析剝離前試樣由г,г1,δ和α-fe相構(gòu)成,剝離后基體側(cè)含有г,г1,α-fe相,鍍層側(cè)只有г,г1和δ相。這說明合金化熱鍍鋅層在外力的作用下出現(xiàn)了沿鍍層與基體的交界層(г+г1)開裂而發(fā)生剝離。

采用電化學(xué)阻抗譜法,分析了不同合金化熱鍍鋅鋼板在3.5wt%nacl溶液中的腐蝕行為。結(jié)果表明,鍍層充分合金化且具有適當(dāng)比例的zn-fe金屬相才具有良好的抗腐蝕能力。zn-fe合金相中鐵的比例越高,其平衡電位越高,熱力學(xué)穩(wěn)定性越好。合金化時(shí)間不同時(shí),生成兩種具有不同電化學(xué)特性的相結(jié)構(gòu),一種為合金化不完全的η相,一種為合金化完全的ζ相,在含cl-的溶液中,ζ相易于發(fā)生點(diǎn)蝕。鋅液中鋁含量為0.13wt%時(shí),ga鍍層和純鋅鍍層均表現(xiàn)出較好抗腐蝕性。

利用電沉積原理，提出了一種在鋼絲表面熱浸鍍鋅-10％鋁-稀土合金鍍層的工藝，在熱浸鍍合金之前電沉積一層鋅鍍層，以代替普通的“雙鍍法”。給出了各工序的溶液配方及工藝條件。指出重點(diǎn)應(yīng)放在鋼絲的預(yù)處理上。采用2道電解脫脂以及石英砂擦拭、水溢流漂洗工藝，得到非常清潔的鋼絲表面，才能保證鍍層質(zhì)量。給出了合金液溫度范圍（455～460℃）、氮?dú)饽ㄊ脺囟葏?shù)等技術(shù)要點(diǎn)。該工藝較“雙鍍法”節(jié)約能源，生產(chǎn)成本低。探討了影響鍍層質(zhì)量的富集鋁漂浮物的產(chǎn)生原因及處理辦法，使鍍層光滑，無“疙瘩”等缺陷。該工藝所得鋼絲的表面質(zhì)量穩(wěn)定，各項(xiàng)理化技術(shù)指標(biāo)達(dá)到y(tǒng)b／t4221-2010《機(jī)編鋼絲網(wǎng)用鍍層鋼絲》標(biāo)準(zhǔn)的要求。

分析了深沖合金化熱鍍鋅鋼dx53d+zf的鍍層組織結(jié)構(gòu)和微觀成分,測試了試驗(yàn)鋼的拉伸性能、成型性能和抗粉化性能特性。分析結(jié)果表明,產(chǎn)品具有良好的塑性應(yīng)變性能,鍍層厚度分布均勻;結(jié)構(gòu)細(xì)小致密;鍍層鐵含量平均為10%,梯度變化平緩。

鋁是熱浸鍍鋅中非常關(guān)鍵的金屬元素,鋅鍋中鋁含量決定了鍍層的結(jié)構(gòu)以及鋅鍋鋅浴行為。本文分析了大生產(chǎn)下的gi和ga板鍍層中的鋁含量,結(jié)果表明,不管是gi或ga,帶鋼的運(yùn)行速度即熱浸鍍時(shí)間將影響fe2al5抑制層的厚度,影響帶鋼從鋅液中帶走的鋁含量。純鋅gi板,在有效鋁含量為0.18%~0.20%的情況下,或者合金化ga板,在有效鋁含量為0.125%~0.135%的情況下,鍍鋅時(shí)間越長或速度越慢,抑制層越厚,鍍層中鋁含量越高。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中鋅錠的添加要考慮速度因素。本文目的是尋找鍍層消耗鋁的規(guī)律,為優(yōu)化鋅錠添加制度、穩(wěn)定控制鋅液成分做準(zhǔn)備。

從熱鍍鋅板鍍層的合金化機(jī)理著手,綜述了鍍鋅基板、鋅液成分、鍍層結(jié)構(gòu)、合金化溫度和時(shí)間等方面對合金化熱鍍鋅板鍍層的抗粉化性能的影響。

文章介紹了國內(nèi)外有關(guān)熱浸鋅合金技術(shù)研究及工業(yè)應(yīng)用情況,簡述了各種合金鍍層的性能及耐蝕原理,指出熱鍍鋅合金發(fā)展熱點(diǎn)和趨勢,對熱鍍鋅合金的研究工作具有指導(dǎo)意義。

據(jù)《日新制鋼技報(bào)》(1991,no.64,p57～65)報(bào)道,汽車制造廠最近正在擴(kuò)大應(yīng)用高強(qiáng)度鋼板,目的是通過薄壁化來減輕車體重量,從而降低油耗,以便與cafe(corporatedaveragefueleconomy,全公司平均油耗——美國政府公布的油耗標(biāo)準(zhǔn))限制相適應(yīng)。此外,為了提高車體的防銹能力。正在擴(kuò)大使用表面處理鋼板,特別是合金化熱鍍鋅

以復(fù)合含有nb、ti的if鋼的成分為基本成分,并添加適量的mn、p元素,在適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)條件,開發(fā)出了兩種深沖性優(yōu)良的390mpa級和440mpa級高強(qiáng)度合金化熱鍍鋅鋼板。經(jīng)過對質(zhì)量特性的測定,證明效果良好。