CN115874132A

CN115874132A - 长点焊寿命高耐蚀性能的冷轧热镀铝锌钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN115874132A
Application number: CN202111126867.8A
Authority: CN
Inventors: 闫秉昊; 魏宝民; 丁志龙; 王孝建; 陆伟星; 穆海玲
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-09-26
Filing date: 2021-09-26
Publication date: 2023-03-31

Abstract

本发明公开了长点焊寿命高耐蚀性能的冷轧热镀铝锌钢板及其制造方法，主要解决现有技术中冷轧热镀铝锌钢板点焊寿命短、耐蚀性能差的技术问题。技术方案为，长点焊寿命高耐蚀性能的冷轧热镀铝锌钢板，包括基板、覆盖在基板表面的铝锌镀层以及覆盖铝锌镀层表面的无铬耐指纹膜，所述基板的化学成分重量百分比为：C：0.01％～0.015％，Si≤0.035％，Mn：0.1％～0.2％，P≤0.018％，S≤0.0115％，Alt：0.025％～0.065％，N≤0.003％，Ti：0.01％～0.09％，余量为Fe和不可避免的夹杂元素；无铬耐指纹膜涂覆量为1.2～2.2g/m²，无铬耐指纹膜层电阻率<0.2mΩ。

Description

长点焊寿命高耐蚀性能的冷轧热镀铝锌钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种冷轧热镀铝锌钢板，特别涉及一种长点焊寿命高耐蚀性能的冷轧热镀铝锌钢板及其制造方法，属于铁基合金技术领域。

背景技术

冷轧镀铝锌钢板最早由美国伯利恒钢铁开发并注册专利，并与1972年开始商业化生产，经过多年工艺的优化改良，目前已被广泛应用于家电、建材、电器柜、汽车等领域。

家电领域产品如空调、洗衣机、冰箱底盘和背板的传统材料工艺为镀锌喷涂，喷涂工序会产生酸碱雾、有机涂料溶剂等污染排放物。

近些年，随着人们对绿色环保材料的要求的提高，镀锌喷涂的工艺路径已不符合绿色环保材料的发展要求。冷轧镀铝锌钢板由于其优异的耐蚀性而被越来越多的家电生产商所青睐。目前，多家企业等在空调底盘和底角、冰箱背板、洗衣机背板等领域正逐步采用镀铝锌替代镀锌喷涂。

铝锌相比纯锌，其优势在于前者耐蚀性较后者大幅提升。耐蚀性由两方面保证，一方面是镀层，另一方面是后处理膜层，镀层厚度和后处理膜厚越高，材料耐蚀性提升越明显，因此在产品设计时，要求具备较高的镀层厚度和后处理膜厚。然而，常规产品在耐蚀性提升的过程中，由于镀层和膜厚的提升，会导致焊接性下注下降。主要原因有两方面：一方面，由于铝锌镀层属于多元合金相，Al的加入导致铝锌镀层在焊接过程中焊接接头较纯锌镀层更容易粘锌，且镀层越厚，粘锌越明显，导电性越差；另一方面，传统的后处理膜层要想达到高耐蚀要求，必须保证一定的厚度，从而导致其电阻率很大，严重降低导电性。上述两方面，后处理膜对产品导电性的影响比镀层要更显著。在上述条件的作用下，导致很多产品比如空调外机底盘和底角焊接的过程中，焊接接头打火严重，接头寿命明显下降，焊合直径较小。

目前，家电领域市场竞争日趋激烈，家电企业降低生产成本的一条路径是增加加工设备零件的使用寿命，比如增加焊接接头使用寿命，同时需要产品保证其良好的耐蚀性能。传统的镀铝锌产品难以在满足耐蚀要求的同时兼顾焊接性。

申请公布号为CN105970105A的中国专利公布了一种超冲压用热镀铝锌板/带及制备方法，该专利主要涉及到钢板/带的冲压性能，其采用了传统的后处理膜，无法做到耐蚀性和焊接寿命的兼顾。

申请公布号为CN103625034A的中国专利公布了一种自润滑高耐蚀镀铝锌钢板及制备方法，该专利主要涉及到钢板的润滑性，没有涉及焊接性的相关内容，此外钢板后处理涂层含Cr元素，为非环保型材料，难以满足目前的环保要求。

申请公布号为CN105038437A的中国专利公布了一种无铬耐指纹涂层液和热镀铝锌板的制备方法，该专利主要涉及到钢板的耐热性、耐水性和附着性，其耐蚀性只能保证120h为5％，耐蚀性能低；该专利也未涉及钢板的焊接性能。

申请公布号为CN112301342A的中国专利公布了一种镀铝锌板用无铬钝化组合物及其制造和使用方法，该专利主要涉及到钢板的耐蚀性、耐碱性，但无法做到耐蚀性和焊接寿命的兼顾。

发明内容

本发明的目的是提供一种长点焊寿命高耐蚀性能的冷轧热镀铝锌钢板及其制造方法，主要解决现有技术中冷轧热镀铝锌钢板点焊寿命短、耐蚀性能差的技术问题，本发明冷轧热镀铝锌钢板的点焊寿命长、耐蚀性能优异，满足了空调、洗衣机、冰箱等家用电器的冲压用底盘、底角结构件的制造需求。

本发明采用的技术方案是，一种长点焊寿命高耐蚀性能的冷轧热镀铝锌钢板，包括基板、覆盖在基板表面的铝锌镀层以及覆盖铝锌镀层表面的无铬耐指纹膜，所述基板的化学成分重量百分比为：C：0.01％～0.015％，Si≤0.035％，Mn：0.1％～0.2％，P≤0.018％，S≤0.0115％，Alt：0.025％～0.065％，N≤0.003％，Ti：0.01％～0.09％，余量为Fe和不可避免的夹杂元素；

所述铝锌镀层的化学成分重量百分比为：Al：52.5％～55.5％，Zn：43％～44％，Si：1.3％～1.7％，Re：0.01％～0.04％，各组分重量和为100％；

所述无铬耐指纹膜组分的重量百分比为：水性有机树脂70％～83％，导电助剂2％～5％，硅烷偶联剂7％～13％，抗蚀剂6％～12％，润滑助剂0.3％～1.5％，各组分重量和为100％；

0.8-1.2mm厚冷轧热镀铝锌钢板的屈服强度R_P0.2为180～280MPa，抗拉强度R_m为280～370MPa，断后伸长率A_80mm为30％～42％；

冷轧热镀铝锌钢板镀层单面重量为70～90g/m²，无铬耐指纹膜涂覆量为1.2～2.2g/m²，无铬耐指纹膜层电阻率<0.2mΩ。

对本发明冷轧热镀铝锌钢板用钨电极进行电阻点焊，电阻点焊4500点后焊核直径为4.3～7.0mm，240h盐雾实验钢板表面白锈面积≤5％。

一种长点焊寿命高耐蚀性能的冷轧热镀铝锌钢板的制造方法，该方法包括：

对厚度为0.8-1.2mm的冷轧热镀铝锌基板进行热浸镀铝锌、平整、涂膜、烘干得到成品的步骤；

所述冷轧热镀铝锌基板为冷轧轧硬带钢经卧式连续退火炉退火后得到，冷轧热镀铝锌基板的化学成分重量百分比为：C：0.01％～0.015％，Si≤0.035％，Mn：0.1％～0.2％，P≤0.018％，S≤0.0115％，Alt：0.025％～0.065％，N≤0.003％，Ti：0.01％～0.09％，余量为Fe和不可避免的夹杂元素；冷轧热镀铝锌基板的屈服强度R_P0.2为190～290MPa，抗拉强度R_m为280～370MPa，断后伸长率A_80mm为29％～42％；

所述热浸镀铝锌步骤，带钢通过锌锅进行热浸镀铝锌，铝锌液化学成分重量百分比为：Al：52.5％～55.5％；Zn：43％～44％；Si：1.3％～1.7％；Re：0.01％～0.04％，各组分重量和为100％；

所述平整步骤，平整延伸率为0.3％～0.7％；

所述涂膜步骤，采用辊涂工艺将无铬耐指纹涂料直接涂覆在热镀铝锌钢板表面，辊涂工艺采用逆涂方式，带液辊与带钢速度比为105％～115％，涂覆辊与带钢速度比120％～155％，带液辊与涂覆辊辊压为0.3～0.5kN；

所述的无铬耐指纹涂料，其组分的重量百分比为：水性有机树脂14％～20.75％，导电助剂0.4％～1.25％，硅烷偶联剂1.4％～3.25％，抗蚀剂1.2％～3％，润滑助剂0.06％～0.375％，余量为水，各组分重量和为100％；所述的水性有机树脂为改性水性聚氨酯树脂；所述的导电助剂为银粉、镍粉、钛白粉、水性聚苯胺的一种或多种混合物；所述的硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种混合物；所述的抗蚀剂为五氧化二钒、偏钒酸钠、偏钒酸铵、碳酸锆铵、氟锆酸铵、氟钛酸钾、氟钛酸铵、钛酸四丁酯中的任意三种的混合物以及三种以上的混合物；所述的润滑助剂为聚乙烯蜡、聚四氟乙烯蜡中的一种或二种混合物；无铬耐指纹涂料的PH值为7.0～9.2，密度为1.0～1.1g/cm³；

所述烘干步骤，用烘干炉对钢板进行烘干，烘干方式为电磁感应加热+热风烘干，钢板烘干温度为105～135℃。

本发明方法生产的冷轧热镀铝锌钢板的屈服强度R_P0.2为180～280MPa，抗拉强度R_m为280～370MPa，断后伸长率A_80mm为30％～42％。

将本发明方法生产的冷轧热镀铝锌钢板用钨电极进行电阻点焊，电阻点焊4500点后焊核直径为4.3～7.0mm，240h盐雾实验钢板表面白锈面积≤5％。

申请人经长期研究发现，冷轧热镀铝锌产品的耐蚀性和点焊寿命主要受两方面影响，一方面是镀层，另一方面是后处理膜层，而后处理膜层的影响比镀层更为显著。现有产品提升耐蚀性的途径是增加镀层和后处理膜层厚度，提升点焊寿命的途径是降低镀层和后处理膜层厚度，由此可见，耐蚀性提升的同时会导致点焊寿命下降，反之亦然，两种性能不能兼顾，随着产品的升级，高端家电领域的空调底盘底角要求材料同时兼具高耐蚀和良焊接特性。申请人通过对冷轧热镀铝锌钢板热浸镀工艺、平整工艺、辊涂工艺的控制，使材料具备优良的耐蚀性、冲压成型性，同时对传统的后处理膜层配方进行优化，优选水性树脂体系，并创造性的加入了导电助剂，通过涂膜和烘干工序的工艺参数科学配置的精准控制，保证膜层在具备优良耐蚀性的情况下(一定的厚度)依然具备优异的点焊寿命，彻底解决现有技术中冷轧热镀铝锌钢板点焊寿命与耐蚀性不能同时兼顾的技术问题，拓展了产品在高端家电领域的市场。

本发明采取的生产工艺的理由如下：

1、热浸镀铝锌工艺的设定

通过研究发现，镀液的成分对镀层的质量有明显的影响，当铝锌镀液Al含量为55％左右、Zn含量为43％左右，硅含量为1.6％左右，并带有微量稀土元素，可以获得耐蚀性优良、韧性较好的镀层，本发明在长期对镀液成分进行探索的条件下，设定铝锌液化学成分重量百分比：Al：52.5％～55.5％；Zn：43％～44％；Si：1.3％～1.7％；Re：0.01％～0.04％，各组分重量和为100％。

2、平整工艺的设定

通过研究发现平整对钢的性能有一定的影响，随着平整量加大材料屈服强度明显上升，不利于材料的冲压成形，通过试验确定本发明合适的平整延伸率为0.3％～0.7％。

3、涂膜工艺的设定

辊涂工艺的设定：本发明辊涂工艺采用逆涂方式；无铬耐指纹涂料涂覆量为1.2～2.2g/m²，当涂料涂覆量小于1.2g/m²时，钢板耐蚀性、加工性能均会劣化，无法满足高耐蚀的要求；当涂料涂覆量大于2.2g/m²时，钢板电阻点焊性能会劣化，同时辊涂时容易造成局部不均匀，形成色差缺陷，涂料涂覆量还过大会导致制造成本的升高。为保证涂料涂覆量为1.2～2.2g/m²，需要控制带液辊与带钢速度比为105％～115％，涂覆辊与带钢速度比为120％～155％，带液辊与涂覆辊辊压为0.3～0.5kN。辊速与辊压是影响涂料涂覆量的关键因素，若带液辊与带钢速度比小于105％，涂覆辊速度与带钢速度比小于120％，辊压大于0.5kN，则单位时间带液量减少，导致涂料涂覆量低于1.2g/m²，无法达到涂覆量下限，导致钢板耐蚀性、加工性能劣化；若带液辊带钢速度比大于115％，涂覆辊速度与带钢速度比大于155％，辊压小于0.3kN，则单位时间带液量增加，涂料涂覆量高于2.2g/m²，超过涂覆量上限，导致钢板电阻点焊性能劣化，涂膜不均，成本升高。

耐指纹涂料组分的设定，本发明中的水性有机树脂重量百分比为14％～20.75％，低于14％，涂层的耐蚀性下降，高于20.75％，皮膜耐溶剂能力、点焊性不足。导电助剂重量百分比为0.4％～1.25％，低于0.4％，涂层导电性不足，无法满足高导电要求，高于1.25％，涂料稳定性恶化，同时涂层耐蚀性不足。硅烷偶联剂重量百分比为1.4％～3.25％，低于1.4％，涂层在钢板表面的附着性会不够，同时耐蚀性也会下降，高于3.25％，涂料稳定性会恶化，影响导电和耐蚀性。抗蚀剂重量百分比为1.2％～3％，低于1.2％，涂层耐蚀性下降，高于3％，涂层在钢板表面的附着性、导电性不足，同时会影响涂料的稳定性。润滑助剂占总干膜重量百分比为0.06％～0.375％；低于0.06％，涂层润滑性不够，可能导致加工过程的发黑，高于0.375％，涂层导电性、耐蚀性、耐溶剂性均会下降。与现有耐指纹涂料相比，上述无铬耐指纹涂料的优点是：1)通过导电助剂的加入，显著增加膜层的导电性能，保证膜层较厚时依然具备优异的导电性能，解决了高耐蚀和良导电难以兼顾的问题，满足了材料的超长焊接寿命要求；2)通过改性水性聚氨酯与抗蚀剂的优选，进一步提升了涂料的耐蚀性；3)涂料为环境友好型，不含Cr等有毒有害元素，切合环保理念。

4、烘干工艺的设定

本发明设定带钢烘干温度为105％～135℃，是因为针对本发明设计的无铬耐指纹高导电涂料，在此温度区间钢板可充分固化，若板温大于135℃，卷取前带钢冷却不充分，会导致表面色差、膜层磨损等缺陷，造成膜层局部耐蚀性下降，同时也会增加能耗，增加制造成本；若板温小于105℃，耐指纹膜中水分不能充分挥发，皮膜中的有效物质交联固化分散不充分，耐蚀性、导电性均会严重劣化。

本发明冷轧热镀铝锌钢板，在满足材料冲压和耐蚀的同时，具有优异的焊接性，接头寿命明显明显提升，焊合直径满足要求，具有优良的综合性能。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、与传统钢板相比，本发明通过对后处理涂料成分和制造工艺的优化，在保证冷轧热镀铝锌钢板具备优异耐蚀性的同时具备超长的点焊寿命。2、本发明冷轧热镀铝锌钢板具备优异的综合性能，1)高耐蚀性，240h盐雾实验钢板表面白锈面积≤5％；2)超长焊接寿命，后处理膜层电阻率<0.2mΩ，电阻点焊4500点后焊核直径4.3-7.0mm；3)良加工性，满足冲压加工要求。3、本发明冷轧热镀铝锌钢板，其表面耐指纹层为无铬型，不含铬酸盐，完全满足欧盟REACH法规和ROSH指令要求，是一种环保型材料，同时可实现对传统热镀锌喷涂钢材料的代替。4、与现有耐指纹膜相比，本发明冷轧热镀铝锌钢板的耐指纹膜的优点是，1)通过导电助剂的加入，显著增加膜层的导电性能，保证膜层较厚时依然具备优异的导电性能，解决了高耐蚀和良导电难以兼顾的问题，满足了材料的超长焊接寿命要求；2)通过改性水性聚氨酯与抗蚀剂的优选，进一步提升了膜的耐蚀性；3)无铬耐指纹膜为环境友好型，不含Cr等有毒有害元素，切合环保理念。

具体实施方式

下面结合实施例1～5对本发明作进一步说明，如表1～8所示。

所述平整步骤，平整延伸率为0.3％～0.7％；

所述无铬耐指纹涂料，其组分的重量百分比为：水性有机树脂14％～20.75％，导电助剂0.4％～1.25％，硅烷偶联剂1.4％～3.25％，抗蚀剂1.2％～3％，润滑助剂0.06％～0.375％，余量为水，各组分重量和为100％；所述的水性有机树脂为改性水性聚氨酯树脂；所述的导电助剂为银粉、镍粉、钛白粉、水性聚苯胺的一种或多种混合物；所述的硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种混合物；所述的抗蚀剂为五氧化二钒、偏钒酸钠、偏钒酸铵、碳酸锆铵、氟锆酸铵、氟钛酸钾、氟钛酸铵、钛酸四丁酯中的任意三种的混合物以及三种以上的混合物；所述的润滑助剂为聚乙烯蜡、聚四氟乙烯蜡中的一种或二种混合物；无铬耐指纹涂料的PH值为7.0～9.2，密度为1.0～1.1g/cm³；

表1为本发明实施例冷轧热镀铝锌钢板的基板的化学成分(按重量百分比计)，余量为Fe及不可避免杂质。

表1本发明实施例热镀铝锌钢板的基板的化学成分，单位：重量百分比。

表2本发明实施例热镀铝锌钢板的基板的力学性能

表3本发明实施例热浸镀铝锌的铝锌液化学成分，单位：重量百分比。

元素	Al	Zn	Si	Re
					本发明	52.5～55.5	43～44	1.3～1.7	0.01～0.04
实施例1	55.05	43.27	1.66	0.02
					实施例2	54.98	43.44	1.56	0.02
实施例3	54.77	43.67	1.53	0.03
					实施例4	55.1	43.25	1.62	0.03
实施例5	54.43	43.88	1.67	0.02

实施例1～5中，平整延伸率分别为：0.45％，0.50％，0.56％，0.34％，0.57％。

表4本发明实施例涂膜工艺中辊涂工艺控制参数

表5本发明实施例涂膜工艺中耐指纹涂料组分

表6本发明实施例涂膜工艺中耐指纹涂料组分，单位：重量百分比。

组分	水性有机树脂	导电助剂	硅烷偶联剂	抗蚀剂	润滑助剂
						本发明	14～20.75	0.4～1.25	1.4～3.25	1.2～3	0.06～0.375
实施例1	17.01	0.94	2.14	2.12	0.09
						实施例2	16.46	0.81	2.14	2.27	0.14
实施例3	16.68	0.78	1.99	1.99	0.17
						实施例4	17.37	1.04	2.58	2.42	0.28
实施例5	16.71	0.91	2.34	2.52	0.22

表7本发明实施例烘干工艺控制参数

烘干工艺参数	钢板烘干温度/℃
		本发明	105～135
实施例1	125
		实施例2	110
实施例3	130
		实施例4	120
实施例5	120

将本发明得到的热镀铝锌钢板按照《GB/T228.1～2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行拉伸试验。

将本发明得到的热镀铝锌钢板采用MCP-T700表面低阻抗分析仪测定电阻率，试验参数：ESP型4针探头，MCP-TP08P，RMH114，针距：5mm。

将本发明得到的热镀铝锌钢板采用游标卡尺测定电阻点焊4500次后的焊核直径。

将本发明得到的热镀铝锌钢板按照《ASTM B117-16》进行240h盐雾实验，测定钢板表面白锈面积。

本发明方法生产的冷轧热镀铝锌钢板的屈服强度R_P0.2为180～280MPa，抗拉强度R_m为280～370MPa，断后伸长率A₈₀ _mm为30％～42％。

将实施例冷轧热镀铝锌钢板用钨电极进行电阻点焊，电阻点焊4500点后焊核直径为4.3～7.0mm，240h盐雾实验钢板表面白锈面积≤5％。

表8本发明实施例热镀锌钢板的性能指标

本发明的热镀铝锌钢板，与传统钢板相比，在保证产品具备优异耐蚀性的同时具备超长的焊接寿命。保证了240h盐雾白锈面积≤5％，后处理膜层电阻率<0.2mΩ，电阻点焊4500点后焊核直径：4.3-7.0mm，同时满足零件冲压要求，是一款综合性能优良的产品。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种长点焊寿命高耐蚀性能的冷轧热镀铝锌钢板，其特征是，包括基板、覆盖在基板表面的铝锌镀层以及覆盖铝锌镀层表面的无铬耐指纹膜，所述基板的化学成分重量百分比为：C：0.01％～0.015％，Si≤0.035％，Mn：0.1％～0.2％，P≤0.018％，S≤0.0115％，Alt：0.025％～0.065％，N≤0.003％，Ti：0.01％～0.09％，余量为Fe和不可避免的夹杂元素；

0.8-1.2mm厚冷轧热镀铝锌钢板的屈服强度R_P0.2为180～280MPa，抗拉强度R_m为280～370MPa，断后伸长率A_80mm为30％～42％。

2.如权利要求1所述的长点焊寿命高耐蚀性能的冷轧热镀铝锌钢板，其特征是，冷轧热镀铝锌钢板镀层单面重量为70～90g/m²，无铬耐指纹膜涂覆量为1.2～2.2g/m²，无铬耐指纹膜层电阻率<0.2mΩ。

3.如权利要求1所述的长点焊寿命高耐蚀性能的冷轧热镀铝锌钢板，其特征是，对冷轧热镀铝锌钢板用钨电极进行电阻点焊，电阻点焊4500点后焊核直径为4.3～7.0mm，240h盐雾实验钢板表面白锈面积≤5％。

4.一种长点焊寿命高耐蚀性能的冷轧热镀铝锌钢板的制造方法，所述的方法包括：

所述平整步骤，平整延伸率为0.3％～0.7％；

5.如权利要求4所述的长点焊寿命高耐蚀性能的冷轧热镀铝锌钢板的制造方法，其特征是，冷轧热镀铝锌钢板的屈服强度R_P0.2为180～280MPa，抗拉强度R_m为280～370MPa，断后伸长率A_80mm为30％～42％；冷轧热镀铝锌钢板镀层单面重量为70～90g/m²，无铬耐指纹膜涂覆量为1.2～2.2g/m²，无铬耐指纹膜层电阻率<0.2mΩ。

6.如权利要求4所述的长点焊寿命高耐蚀性能的冷轧热镀铝锌钢板的制造方法，其特征是，对冷轧热镀铝锌钢板用钨电极进行电阻点焊，电阻点焊4500点后焊核直径为4.3～7.0mm，240h盐雾实验钢板表面白锈面积≤5％。