GA/Zn-Al-Mg鍍層汽車用鋼鍍后相結(jié)構(gòu)的對比研究

方 芳 畢玉梅 杜小峰 陳一鳴

(1.武漢鋼鐵有限公司技術(shù)中心 湖北 武漢：430080；2.武漢鋼鐵有限公司制造部 湖北 武漢：430080)

GA/Zn-Al-Mg鍍層汽車用鋼鍍后相結(jié)構(gòu)的對比研究

方 芳1畢玉梅2杜小峰1陳一鳴1

(1.武漢鋼鐵有限公司技術(shù)中心 湖北 武漢：430080；2.武漢鋼鐵有限公司制造部 湖北 武漢：430080)

在3種鍍液成分配比下進(jìn)行熱鍍試驗，包括0.15%Al-Zn(GA)、2.1%Al-1.3%Mg-Zn (LAMZ)、7.2%Al-1.6%Mg-Zn (HAMZ)，對其進(jìn)行鍍后相結(jié)構(gòu)對比分析。結(jié)果顯示，在3種鍍液下進(jìn)行連續(xù)熱鍍后，試樣表面平滑、無肉眼可見漏鍍點，鍍層厚度均在10～25μm。鍍液中添加Mg后，鍍層由四種相構(gòu)成復(fù)雜的微觀組織：富鋅相，Zn和硬的金屬間化合物MgZn2組成的二元共晶相，同時包含前兩項以及富鋁相的三元共晶相和富鋁相枝晶結(jié)構(gòu)。對3種鍍層質(zhì)量進(jìn)行對比，在熱鍍工藝參數(shù)不變的條件下，GA和LAMZ鍍層質(zhì)量良好，HAMZ有較多粗大枝晶結(jié)構(gòu)。

GA；Zn-Al-Mg；相結(jié)構(gòu)；熱浸鋅鋼板

據(jù)統(tǒng)計，全球每年因為腐蝕問題而報廢的金屬產(chǎn)品大約相當(dāng)于全球金屬年產(chǎn)量的1/3。僅經(jīng)過涂漆的冷軋鋼板現(xiàn)在已不能滿足生產(chǎn)中對抗腐蝕方面的要求了，于是，耐腐蝕性能較好并且成本較低的熱浸鍍鋅鋼板受到了各界普遍的青睞[1]，并已經(jīng)成為了汽車制造用薄板的主體。如今，人們更是發(fā)現(xiàn)Mg元素對于鋅基鍍層耐腐蝕性能具有較大的提高作用[2,3]。本文針對熱浸鍍鋅鋼板中普遍應(yīng)用的合金化(GA)鍍層，以及在鍍液中添加Mg的Zn-Al-Mg鍍層進(jìn)行鍍層質(zhì)量的研究對比。

1 實驗材料和方法

采用冷硬態(tài)超低碳深沖鋼(0.06C-0.35Mn)作為試驗鋼。在生產(chǎn)現(xiàn)場經(jīng)過連鑄、熱軋和酸軋。剪切成220mm×110mm標(biāo)準(zhǔn)試樣，擦拭表面油污后經(jīng)超聲波清洗，在熱浸鍍工藝模擬試驗機上進(jìn)行連續(xù)熱鍍工藝模擬。主要熱鍍工藝參數(shù)如下：以5℃/s加熱到700℃保溫60s，快冷到475℃保溫30s，鍍液溫度455℃，在不同鍍液成分的鍍鍋中浸潤4s，爐內(nèi)氣氛控制在露點-30℃、5%H2-95%N2。對于GA鍍層來說合金化溫度520℃，合金化時間20s。其中，GA鋼板所用鍍液成分0.15%Al-Zn(以下簡稱GA)，Zn-Al-Mg鍍層鋼板所用鍍液成分為2.1%Al-1.3%Mg-Zn(以下簡稱LAMZ)和7.2%Al-1.6%Mg-Zn(以下簡稱HAMZ)。利用SEM (HITACHI-S-4300)對鍍層相結(jié)構(gòu)及形貌進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 GA的鍍層質(zhì)量

試驗鋼GA鍍層的宏觀、截面和表面形貌如圖1所示。試樣表面的宏觀鍍層完整(圖1a)，無可視漏鍍點，顏色為灰色。鍍層表面呈柱狀的是ζ-相，呈顆粒狀的是δ-相，而韌性較好的ζ-相占有較大比例，對鋼板表面鋅層的抗粉化性有積極作用，ζ-相在鋼基體晶界處快速反應(yīng)而形成爆發(fā)組織，鍍層表面的粗糙度增加。圖1c顯示，表面鋅粒顆粒尺寸較為均勻，無較大尺寸偏差。

圖1 試驗鋼GA鍍鋅形貌

2.2 LAMZ的鍍層質(zhì)量

由圖2a可見，LAMZ鍍層干凈、無肉眼可見漏鍍點，鍍層光亮，呈鏡面反射效果。圖2b中LAMZ鍍層的截面形貌顯示，鍍層厚度15μm左右，鍍層內(nèi)由大塊純鋅、小塊連續(xù)的鋅鋁共晶和細(xì)小的鋅鋁鎂三元共晶組成，鋅鋁鎂三元共晶所占體積分?jǐn)?shù)最大，是鍍層的主要組成部分，鍍層與鋼基之間存在極薄的合金層。表面形貌顯示鍍層由大的Zn晶粒和Zn-Al-Mg三元共晶組成，其中Zn 晶粒呈花瓣狀(圖2c)。

圖2 試驗鋼LAMZ鍍鋅形貌

2.3 HAMZ的鍍層質(zhì)量

與LAMZ的鍍液相比，HAMZ鍍液Al、Mg含量均有提高。圖3a顯示，肉眼觀察所得HAMZ較LAMZ鍍層厚，沒有LAMZ光亮，較為灰暗，與GA鍍層的灰色不同，仍然有部分鏡面反射效果。與LAMZ類似，圖3b、3c顯示，鍍層包括三種不同形貌組織：亮白色Zn顆粒、粗大富Al相、細(xì)小密布富Mg相。鍍層厚度為20～25μm。出現(xiàn)大量的粗大枝晶狀組織，有的枝晶可貫穿整個視場。在相同的工藝和氣刀參數(shù)下進(jìn)行熱鍍，HAMZ較LAMZ有明顯的鍍層增厚現(xiàn)象，且枝晶狀組織和Zn晶粒均更為粗大，截面多處出現(xiàn)黑色的孔洞?？烧J(rèn)為粗大的富Al相較硬脆，與其它兩相的結(jié)合力較小，易剝離脫落。

圖3 試驗鋼HAMZ鍍鋅形貌

2.4 LAMZ鍍層能譜分析

綜合圖1～圖3，3種鍍層與基體的結(jié)合處連續(xù)，未發(fā)現(xiàn)鍍層脫落，鍍層厚度均勻、無漏鍍。由于GA鍍層有多處文獻(xiàn)進(jìn)行分析討論，且HAMZ鍍層中的3個相結(jié)構(gòu)差異較大，本文將對LAMZ鍍層進(jìn)行深入分析。

根據(jù)熱力學(xué)特征，鋅鋁共晶、純鋅、鋅鋁鎂三元共晶的凝固點從高到低的順序為鋅鋁共晶、純鋅、鋅鋁鎂三元共晶，但其差異較小，且純鋅、鋅鋁共晶的過冷度較大，因此在快速凝固條件下，鋅鋁共晶、純鋅、鋅鋁鎂三元共晶完全可以同時凝固，從而出現(xiàn)如圖4的鍍層結(jié)構(gòu)。圖4面掃描結(jié)果顯示，細(xì)小針狀組織Al分布集中，較為粗大的枝狀組織有Mg的集中，邊部圓潤的基本為純鋅。掃描結(jié)果中Mg含量較少，這與鍍液中Mg含量為1.3%有關(guān)，導(dǎo)致鍍層中合金相中Mg含量普遍較低。

圖4 LAMZ面掃描形貌和元素分布

圖5為LAMZ鍍層表面能譜形貌，表面主要成分仍以Zn元素為主，Al 以細(xì)小針狀或顆粒狀存在，與Zn構(gòu)成鋅鋁二元共晶相。鍍層中部無法檢測到Mg元素的存在，而表面則有明顯的富鎂、鋁相存在，這與圖4所示的面掃描分析結(jié)果一致。

圖5 LAMZ鍍層中掃描能譜檢測各元素含量

3 結(jié)論

對GA、LAMZ、HAMZ鍍層形貌和成分進(jìn)行分析對比，結(jié)果如下：

(1)以不同的鍍液成分在相同的工藝參數(shù)下完成熱浸鍍試驗，試樣表面均平滑無肉眼可見漏鍍點，實驗選用的冷軋薄板在3種鍍液中均具有良好的浸潤性。鍍層截面形貌顯示鍍層與基板結(jié)合處平滑，并有較好的附著性，厚度均在10～25μm。

(2)鍍液添加Mg，鍍層相組成發(fā)生改變：LAMZ和HAMZ鍍層表面由四種不同的相構(gòu)成的復(fù)雜微觀組織，主要的物相為富鋅相，Zn和硬的金屬間化合物MgZn2組成的二元共晶相，同時包含前兩項以及富鋁相的三元共晶相和富鋁相枝晶結(jié)構(gòu)。

[1] 阿保谷和洋,廣畑和宏,喜安哲也,等.具有優(yōu)良成型性和表面質(zhì)量的汽車用熱鍍鋅鋼板[J].鞍鋼技術(shù),2003,(2):59-63.

[2] Hiseshi F, Rie K, Hiroshi I. Hot-dip Zn-5%Al alloy-coated steel sheets[J]. JFE Technical Report,2009,14(12):41-45.

[3] Morimoto Y, Honda K, Nishimura K, et al. Excellent corrosion-resistant Zn-Al-Mg-Si alloy hot-dip galvanized steel sheet “Super DYMA”[J]. Nippon steel technical report,2003:87.

ComparisonofPhaseStructureforGA/Zn-Al-MgCoatedAutoSteel

Fang Fang1Bi Yumei2Du Xiaofeng1Chen Yiming1

(1.R&D Center of Wuhan Iron &Steel Co., Ltd, Wuhan 430080, Hubei; 2.Manufacturing department, Wuhan Iron & Steel Co., Ltd., Wuhan 430080, Hubei)

Three different coatings were compared in the paper to study the effect of melted metal on phase structure. The contents of melted metal include: 0.15%Al-Zn(GA)、2.1%Al-1.3%Mg-Zn (LAMZ)、7.2%Al-1.6%Mg-Zn (HAMZ). The results show that, the sample coating surface is flat and with no leakage, and coating thickness is within 10 m. When Mg is added in the melt, coating consists with four complex phases: Zn rich, dual eutectic of Zn and MgZn2, ternary eutectic of Zn, MgZn2and Al rich phase, Al rich dendrite structure. Comparing the three coating qualities, the GA and LAMZ coating are better than HAMZ, as the latter has coarser dendrite structure with the same hot dipping parameters.

GA; Zn-Al-Mg; phase structure; hot dipping Zn steel plate

TG142.1+5

A

1671-3524(2017)03-0009-03

2017-08-10

2017-08-20

方 芳(1982～)，女，博士，高級工程師.E-mail：fangfang_82@baosteel.com

(責(zé)任編輯：李文英)