金屬鍍覆鋼帶的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及金屬帶材、特別是鋼帶的生產(chǎn)，其具有耐腐蝕金屬合金鍍層，該鍍層含 有鋁、鋅、硅和鎂作為合金中的主要元素，在此基礎(chǔ)上，下面稱之為"Al-Zn-Si-Mg合金"。
[0002] 特別地，本發(fā)明涉及在帶材上形成Al-Zn-Si-Mg合金鍍層的熱浸鍍金屬鍍覆方法， 該方法包含將未鍍覆的帶材浸入到恪融Al-Zn-Si-Mg合金浴中，并在帶材上形成合金鍍層。
[0003] 通常而言，本發(fā)明所述Al-Zn-Si-Mg合金包含以下wt%范圍的Al、Zn、Si和Mg元素： Ζη： 30ο/?-60% Si: 0.3%-3%
[0004] Mg;； 0.3%-10% 余量： A]和不可避:免的雜質(zhì)。
[0005] 更通常而言，本發(fā)明所述Al-Zn-Si-Mg合金包含以下wt %范圍的Al、Zn、Si和Mg元 素： Zm 35%-50% Si: 1.2%-2·5%
[0006] Mg； 1.0%-3.0% 余量： A:1和不可避免的雜質(zhì)。
[0007] 所述Al-Zn-Si-Mg合金鍍層可包含其它元素作為有意加入的合金添加元素或作為 不可避免的雜質(zhì)。因此在本文中，短語"Al-Zn-Si-Mg合金"理解為涵蓋了下述合金，該合金 包含此類其它元素作為有意加入的合金添加元素或作為不可避免的雜質(zhì)。所述其它元素可 包括例如Ca、T i、Fe、Sr、Cr和V中的任何一種或多種。
[0008] 根據(jù)最終用途，可以在帶材的一個或兩個表面上，例如使用聚合物涂料對金屬鍍 覆鋼帶進(jìn)行涂覆。在這方面，金屬鍍覆帶材本身可以作為最終產(chǎn)品出售，或者可以具有施用 到一個或兩個表面上的涂層產(chǎn)并作為涂覆的最終產(chǎn)品出售。
[0009] 具體而言(但并不唯一），本發(fā)明涉及鍍覆有上述Al-Zn-Si-Mg合金的鋼帶，該鋼帶 可任選涂覆有涂層，隨后進(jìn)行冷成型(例如通過乳制成型)得到最終產(chǎn)品、例如建筑產(chǎn)品（例 如型材壁或屋面板（profiled wall and roofing sheet))。
【背景技術(shù)】
[0010] 在澳大利亞和其它地區(qū)廣泛應(yīng)用于建筑產(chǎn)品（特別是型材壁和屋面板）的一種耐 腐蝕金屬鍍層組合物為55wt %A1-Zn鍍層組合物，該組合物還包含Si。應(yīng)當(dāng)注意的是，除非 另有說明，所有對百分?jǐn)?shù)的引用均指重量百分?jǐn)?shù)。
[0011]通常，通過將涂覆的金屬合金鍍覆帶材冷成型來制造型材板。通常，通過將涂覆帶 材乳制成型來制造型材板。
[0012]在型材板上，鍍層組合物的鍍層微觀結(jié)構(gòu)通常包括富A1枝晶和富Ζη枝晶間通道。
[0013] 在專利文獻(xiàn)中，數(shù)年來已經(jīng)提出向55%A1-Zn-Si鍍層組合物的這種已知組成中添 加 Mg，參見例如以新日本制鐵株式會社(Nippon Steel Corporation)名義申請的美國專利 6，635，359，但是鋼帶上的Al-Zn-Si-Mg鍍層在澳大利亞不是市售的。
[0014] 已經(jīng)確定的是，當(dāng)在55 %A1-Zn-Si鍍層組合物中包含Mg時，Mg對產(chǎn)品性能帶來一 定的有益效果，例如改善了割邊防護(hù)(cut-edge protection)。
[0015] 關(guān)于帶材（例如包括工廠試驗的鋼帶）上的Al-Zn-Si-Mg合金鍍層，申請人進(jìn)行了 廣泛的研發(fā)工作。本發(fā)明是此研發(fā)工作的一部分成果。
[0016] 在工廠試驗的過程中，申請人注意到Al-Zn-Si-Mg合金鍍覆鋼帶表面上具有缺陷。 使用具有以下組成的Al-Zn-Si-Mg合金（以wt%計)進(jìn)行工廠試驗：53Al-43Zn-2Mg-l. 5Si-0.45Fe和不可避免的雜質(zhì)。申請人驚異于該缺陷的發(fā)生。申請人并沒有在Al-Zn-Si-Mg合金 鍍層的大量實驗室工作中發(fā)現(xiàn)缺陷。此外，自從注意到在工廠試驗中存在缺陷，申請人一直 未能在實驗室中重現(xiàn)該缺陷。申請人沒有觀察到在標(biāo)準(zhǔn)的55%A1-Zn合金鍍覆鋼帶上的缺 陷，該鋼帶已在澳大利亞和其它地區(qū)市售多年。
[0017]申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該缺陷有許多不同的形式，包括條紋（streaks )、斑塊(patches) 和木紋圖案(wood grain pattern)。申請人在內(nèi)部將該缺陷描述為"灰"跡。
[0018] 圖1中示出了缺陷嚴(yán)重的實例，該實例為在室外觀察條件-低角度陽光直射進(jìn)行拍 攝的情況下，來自工廠試驗的Al-Zn-Si-Mg合金鍍覆鋼帶的部分表面的照片。在圖1中，缺陷 本身顯示為具有多種形狀的較暗區(qū)域。在此實例中，灰跡缺陷表現(xiàn)為(a)斑塊(一律比周圍 區(qū)域更暗的清楚界定的區(qū)域）、（b)條紋(沿帶材長度方向延伸的窄的區(qū)域，該區(qū)域比周圍區(qū) 域更暗)和(c)在"最佳"光照下以低視角觀察時在鍍覆鋼帶表面上的木紋圖案(沿帶材長度 方向延伸的區(qū)域，該區(qū)域在較暗線之間具有清楚的較暗線和較亮線，即類似于木紋）。申請 人發(fā)現(xiàn)，隨著視角向垂直方向增加，缺陷的視覺差別迅速減小直到無法看到，在表面沒有明 顯的鍍層偽跡(artefacts )，例如金屬點、浮渣或閃光(spangl e)變化。
[0019] 申請人發(fā)現(xiàn)該缺陷并不局限于圖1所示的形態(tài)，可以是較暗區(qū)域的其它構(gòu)造。
[0020] 申請人從鍍覆帶材美觀的立場關(guān)注了該缺陷的應(yīng)用。這在商業(yè)上是非常重要的問 題。
[0021] 上面的說明不應(yīng)視為承認(rèn)在澳大利亞或其它地區(qū)中的公知常識。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0022]申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，上述灰跡缺陷是因為在Al-Zn-Si-Mg合金鍍層表面上的Al/Zn比 的變化，具體而言是在缺陷區(qū)域內(nèi)的表面Al/Zn比的降低，而該Al/Zn比的降低是由于在鍍 層表面上的富Zn枝晶間通道平均寬度的增加。
[0023]申請人已觀察到，與缺陷相關(guān)的Al/Zn比的變化處于鍍層橫截面的最外層1-2μπι 中，但并不限于此。
[0024]申請人還發(fā)現(xiàn)，通過使用電子探針顯微分析儀對缺陷邊界進(jìn)行元素映射 (elemental mapping)最容易檢測到該缺陷。
[0025]本發(fā)明提供了在基材、例如但不限于鋼帶上形成Al-Zn-Si-Mg系合金鍍層的方法， 該方法的特征在于通過控制(a)包含用于對基材進(jìn)行鍍覆的Al-Zn-Si-Mg系合金浴中的條 件和(b)熔融鍍覆浴的下游中的條件，從而使得在基材上形成的鍍層表面上具有均一的A1/ Zn比。
[0026] 在本文中，術(shù)語"均一的"在Al/Zn比的上下文中理解為在任何兩個或多個獨立的 ImmX 1mm區(qū)域之間，通過X-射線能量分散譜(EDS)測定的Al/Zn比變化通常小于0.1。盡管上 述Al/Zn比變化受到限定，該鍍層在商業(yè)用途方面的適用性和由此的詞語"均一的"其含義 由在最佳光照條件下的視覺表面外觀所定義。
[0027] 本發(fā)明提供了在鋼帶上形成Al-Zn-Si-Mg合金鍍層以形成上述Al-Zn-Mg-Si鍍覆 鋼帶的方法，該方法包括將鋼帶浸入到熔融Al-Zn-Si-Mg合金浴中，并在暴露的鋼帶表面上 形成合金鍍層;該方法包括對鍍覆浴的下游和熔融鍍覆浴中的條件進(jìn)行控制，從而使得在 鋼帶上形成的鍍層表面具有均一的Al/Zn比。
[0028] 雖然不希望受限于以下論述，申請人認(rèn)為該缺陷可能是由于鍍層微觀結(jié)構(gòu)中的 Mg2Si的非均一表面/亞表面分布造成的。申請人已觀察到在缺陷區(qū)域中鍍層橫截面的下半 部之內(nèi)，Mg 2Si的成核速率增加。
[0029] 本方法可以包括在鍍覆浴的下游和熔融鍍覆浴中控制任何適合的條件。
[0030] 舉例來說，本方法可以包括:控制熔融鍍覆浴的任何一種或多種組成；以及在鍍覆 鋼帶離開熔融鍍覆浴之后，控制鍍覆鋼帶的冷卻速率。
[0031 ]通常，本方法包括控制熔融鍍覆浴的Ca濃度。
[0032] 通常，由行業(yè)中通用的標(biāo)準(zhǔn)實踐對熔融鍍覆浴的Ca濃度進(jìn)行測定，即取鍍覆浴樣 品并通過多種已知的分析選項(例如XRF和ICP)的任何一種對樣品進(jìn)行分析，測量誤差通常 為正/負(fù)lOppm。
[0033] 本方法可以包括將Ca濃度控制為至少lOOppm。
[0034] 本方法可以包括將Ca濃度控制為至少120ppm。
[0035] 本方法可以包括將Ca濃度控制為小于200ppm。
[0036] 本方法可以包括將Ca濃度控制為小于180ppm。
[0037] Ca濃度可以為任何其它適合的濃度范圍。
[0038] 通常，本方法包括控制熔融鍍覆浴的Mg濃度。
[0039] 通常，由行業(yè)中通用的標(biāo)準(zhǔn)實踐對熔融鍍覆浴的Mg濃度進(jìn)行測定，即取鍍覆浴樣 品并通過多種已知的分析選項(例如XRF和ICP)的任何一種對樣品進(jìn)行分析，測量誤差通常 為正/負(fù)lOppm。
[0040] 本方法可以包括將Mg濃度控制為至少0.3%。
[0041 ]本方法可以包括將Mg濃度控制為至少1.8%。
[0042] 本方法可以包括將Mg濃度控制為至少1.9%。
[0043] 本方法可以包括將Mg濃度控制為至少2%。
[0044] 本方法可以包括將Mg濃度控制為至少2.1 %。
[0045] Mg濃度可以為任何其它適合的濃度范圍。
[0046] 本方法可包括使鍍覆帶材溫度處于400°C_510°C的溫度范圍內(nèi)的同時，將經(jīng)歷鍍 覆浴之后的冷卻速率控制為小于40°C/s。
[0047] 申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，400°C_510°C的鍍覆溫度范圍對于已測試的鍍層合金組成是重 要的，而且由于在此范圍內(nèi)的快速冷卻將Al/Zn比的變化加劇到了使得差異變得明顯可見 (作為灰跡缺陷）的程度，因此是不期望的。在此溫度范圍內(nèi)，基于使Al/Zn比的加劇變化的 程度最小化，將冷卻速率選擇為小于40°C/s。
[0048]申請人已發(fā)現(xiàn)，低于400°C的鍍覆溫度對于鍍層表面的Al/Zn比沒有顯著的影響。 [0049]申請人已發(fā)現(xiàn)，高于510°C的溫度對于Al/Zn比的均一性沒有顯著的影響。
[0050] 需要強調(diào)的是，在任何給定的情況下，對顯著溫度范圍的限度將取決于鍍層合金 組成，本發(fā)明不必限定于400°C_510°C的鍍覆溫度范圍。
[0051] 本方法可以包括使鍍覆帶材溫度處于400°C_510°C的溫度范圍內(nèi)的同時，將經(jīng)歷 鍍覆浴之后的冷卻速率控制為小于35°C/s。
[0052] 本方法可以包括在400°C_510°C的溫度范圍內(nèi)，將經(jīng)歷鍍覆浴之后的冷卻速率控 制為大于10°c/s。
[0053] 本方法可以包括在400°C_510°C的溫度范圍內(nèi)，將經(jīng)歷鍍覆浴之后的冷卻速率控 制為大于15°C/s。
[0054] 通常，鍍覆帶材的冷卻速率是通過計算機模型控制的。
[0055] 申請人認(rèn)為，對Ca濃度、Mg濃度和經(jīng)歷鍍覆浴之后的冷卻速率中