一种具有优良表面摩擦特性的热镀锌钢板的生产方法

摘要

本发明公开了一种具有优良表面摩擦特性的热镀锌钢板的生产方法，其包括基本制造步骤以及热镀锌、光整、拉矫、表面后处理、干燥、涂油等步骤。本发明通过采用上述技术方案，使得生产的热镀锌钢板在其表面形成了具有优良表面性能的无机化学转化膜，该无机化学转化膜具有润滑功能，可以改善热镀锌钢板的表面摩擦特性，还可以改善热镀锌钢板的冲压成型性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢板的制造方法，尤其涉及一种热镀锌钢板的制造方法。

背景技术

热镀锌钢板是冶金生产领域的一种常见产品，其基本的生产工艺步骤包括：开卷、拉矫、焊接、脱脂、退火、镀锌、冷却、光整、拉矫、涂油、卷取。早期的热镀锌钢板主要应用于建筑行业。

随着热镀锌钢板在家电行业的推广应用，出现了耐指纹热镀锌钢板。如公开号为CN1974836，公开日为2007年6月6日，名称为“一种热镀锌耐指纹钢板的制造方法”的中国专利文献公开了热镀锌耐指纹钢板的制造方法，该制造方法是在传统热镀锌钢板的生产工序中增加了辊涂耐指纹膜处理工序。该技术方案是通过辊涂处理的方式在热镀锌钢板表面形成一层有机薄膜，以提高钢板的耐腐蚀性能和抗沾污性能。该产品主要应用于家电行业或者建筑行业。

随着热镀锌钢板生产工艺的发展和进步，由于热镀锌钢板具有优越的耐腐蚀性能与表面质量，以及良好的焊接性与涂装性，使得其近几年在汽车行业，特别是在轿车行业，得到了广泛的应用。由于汽车行业产品的生产特性，用于汽车行业产品的热镀锌钢板，其表面通常是不经过任何处理的(其不具有公开号为CN1974836的专利文献所涉及的表面有机薄膜)。同时，热镀锌钢板的镀锌层硬度低，在冲压成形时与模具之间具有较大的摩擦力，这会影响钢板的成形性，甚至会导致冲压时钢板开裂；此外在冲压成形时，较大的摩擦力还会导致模具容易发生粘锌现象，从而影响冲压件表面质量。

为解决上述问题，日本提出了在热镀锌层表面上再电镀一层硬质铁系合金层的技术方案。这一技术方案虽然可以较好地解决上述热镀锌钢板表面摩擦力大的问题，但是该技术需要在热镀锌生产线增加电镀处理工序，增加电镀处理工序后不仅使得热镀锌生产工序复杂，而且大大增加了生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优良表面摩擦特性的热镀锌钢板的生产方法，其通过在热镀锌钢板的表面形成一无机化学转化膜，旨在解决现有热镀锌钢板在冲压成形时与模具之间摩擦力大、成形性能不佳、冲压件表面质量不良等问题。

本发明的技术构思为：在热镀锌钢板表面形成一层极薄的无机化学转化膜，形成的无机化学转化膜具有润滑功能，可以改善热镀锌钢板的表面摩擦特性，还可以改善热镀锌钢板冲压成形过程中的流动性，即改善钢板的冲压成型性能；同时，该无机化学转化膜对后续的生产工序还不应当有任何不良影响。

根据上述发明目的，本发明提供了一种具有优良表面摩擦特性的热镀锌钢板的生产方法，包括下列步骤：

(1)制造基板；

(2)将基板进行热镀锌处理后冷却：热镀锌的锌液中含有0.19～0.21wt％的Al，锌液温度为455～465℃，将锌液中杂质Pb或Sb的含量控制在0.003wt％以内；

(3)对热镀锌钢板进行光整至热镀锌钢板的表面粗糙度Ra为0.7～1.3μm；

(4)拉矫；

(5)表面后处理：采用辊涂的方式在热镀锌钢板表面均匀地涂敷表面处理剂，所述表面处理剂为Mn(H₂PO₄)₂、H₃PO₄和水溶性聚合物RO(CH₂CH₂O)_nH的混合水溶液，所述混合水溶液的pH值为2～3，所述混合水溶液中Mn²⁺的浓度为2～4g/L，PO₄^3-/Mn²⁺控制在4.5～6，水溶性聚合物RO(CH₂CH₂O)_nH的浓度为0.1～0.5g/L，所述水溶性聚合物RO(CH₂CH₂O)_nH中，R为H或者为12个C以下的脂肪醇，当R为H时，n的取值范围为100～300，当R为12个C以下的脂肪醇时，n的取值范围为8～10；

(6)干燥：使热镀锌钢板表面达到80～150℃进行干燥，从而使热镀锌钢板表面的表面处理剂固化；

(7)涂油：在热镀锌钢板表面涂覆0.5～2g/m²的防锈润滑油。

上述具有优良表面摩擦特性的热镀锌钢板的生产方法还包括步骤(8)卷取。

需要说明的是，虽然本案的技术核心在于在表面后处理步骤形成无机化学转化膜，但是如果只强调表面后处理步骤，而没有其他各步骤中适当工艺参数的配合，该无机化学转化膜的形成效果也是不佳的，也不能实现本技术方案所要达到的技术效果。具体来说：

在热镀锌步骤中，锌液中的Al含量除了影响镀锌层与基板之间的结合力外，还会影响热镀锌钢板的表面性能，对于本技术方案来说，Al含量低于0.19wt％，则由于在镀锌层与基板之间形成过多的Zn-Fe合金层，而导致锌层结合力降低，冲压成形过程中会出现锌层脱落；Al含量高于0.21wt％，则会影响后续的表面后处理步骤中表面处理剂与锌层之间的反应，从而影响本技术方案的实施效果。控制锌液温度在455～465℃是为了保证锌层的结合力，锌液温度过低或者过高，均会导致锌层结合力下降；

光整步骤同样与本技术方案所述的热镀锌钢板的表面性能密切相关，如果粗糙度Ra太小，则热镀锌钢板表面涂油后对油品的吸附性降低，不利于贮存并保持油膜，这会影响钢板的冲压成形性能；而如果粗糙度Ra太大，又会不利于热镀锌钢板表面摩擦力的降低；

在干燥步骤中，如果温度低于80℃，则不利于形成具有润滑功能的无机化学转化膜，如果温度高于150℃，又会导致无机化学转化膜发生氧化；

在涂油步骤中，在钢板表面涂以0.5～2g/m²的防锈润滑油，可以进一步提高热镀锌钢板的冲压润滑性能。

在上述具有优良表面摩擦特性的热镀锌钢板的生产方法中，所述步骤(5)中采用辊涂的方式涂敷表面处理剂的工艺参数为：热镀锌钢板的上表面涂敷辊的速度为热镀锌钢板运行速度的130～140％，上表面带料辊的速度为热镀锌钢板运行速度的100～110％，上表面带料辊和上表面涂敷辊之间的压力为45～55kg；热镀锌钢板的下表面涂敷辊的速度为热镀锌钢板运行速度的130～140％，下表面带料辊的速度为热镀锌钢板运行速度的100～110％，下表面带料辊和下表面涂敷辊之间的压力为100～110kg。

在上述具有优良表面摩擦特性的热镀锌钢板的生产方法中，所述步骤(5)中热镀锌钢板的运行速度为100～200m/min。

上述涂敷工艺参数是建立在大量试验基础上的，按照该涂敷工艺参数生产的热镀锌钢板，可以在热镀锌钢板表面形成厚度均匀、没有条纹缺陷、具有润滑功能的无机化学转化膜，从而使得热镀锌钢板具有非常好的表面摩擦特性，可以大幅降低热镀锌钢板的表面摩擦系数，并在冲压摩擦过程中保持稳定，极大地改善热镀锌钢板冲压成形过程中的流动性，即改善了钢板的冲压成型性能。

在本技术方案中，表面处理剂为水溶液，而且浓度较低，因此其粘度非常低。发明人在试验过程中发现，热镀锌钢板表面形成的无机化学转化膜的重量主要取决于表面处理剂的浓度，而与涂敷工艺参数的关系不明显。但涂敷工艺参数与形成的无机化学转化膜的表面质量有直接的关系。试验证明，如果涂敷辊速度或者带料辊速度与热镀锌钢板运行速度的没有适当匹配，或者是上/下表面带料辊和涂敷辊之间压力匹配不适当，均无法在热镀锌钢板表面形成理想的无机化学转化膜，容易产生各种表面缺陷，还会影响热镀锌钢板的使用性能。

在上述具有优良表面摩擦特性的热镀锌钢板的生产方法中，所述步骤(2)的热镀锌处理过程中采用N₂进行气刀喷吹。采用N₂作为气刀的气体可以获得表面性能良好的镀锌层表面，如果采用空气作为气刀的气体，则会导致锌层表面的氧化，进而影响表面后处理步骤中表面处理剂与锌层之间的反应。

在上述具有优良表面摩擦特性的热镀锌钢板的生产方法中，所述步骤(2)的热镀锌处理过程中，基板进入锌锅的温度为460～480℃。将基板进入锌锅的温度控制在该范围内是为了保证基板与锌层的结合力，防止锌层脱落。

本发明通过采用上述技术方案，使得生产的热镀锌钢板在其表面形成了具有优良表面性能的无机化学转化膜，该无机化学转化膜具有润滑功能，可以改善热镀锌钢板的表面摩擦特性，还可以改善热镀锌钢板的冲压成型性能。

附图说明

图1为表面后处理步骤所采用的辊涂机的结构示意图。

图2显示了本发明实施例1-4所涉及的热镀锌钢板与对比例所涉及的热镀锌钢板的表面摩擦系数-摩擦次数曲线图。

具体实施方式

采用下述步骤制备热镀锌钢板，表1列出了实施例1-4中各步骤的具体工艺参数：

(1)依次进行开卷、拉矫、焊接、脱脂、退火制造基板，基板为IF钢，规格为0.55×924mm；

(2)将基板进行热镀锌处理：热镀锌的锌液中含有0.19～0.21wt％的Al，锌液温度为455～465℃，基板进入锌锅的温度为460～480℃，采用N₂进行气刀喷吹，基板两表面锌层的厚度均为60g/m²；

(3)冷却；

(4)对热镀锌钢板进行光整至热镀锌钢板的表面粗糙度Ra为0.7～1.3μm；

(5)拉矫；

(6)采用如图1所示的辊涂机(其中1表示涂敷辊，2表示带料辊，P表示热镀锌钢板的运行方向，Q表示表面处理剂)在热镀锌钢板表面均匀地涂敷Mn(H₂PO₄)₂、H₃PO₄和水溶性聚合物RO(CH₂CH₂O)_nH的混合水溶液(表面处理剂)，混合水溶液的pH值为2～3，混合水溶液中Mn²⁺的浓度为2～4g/L，PO₄^3-/Mn²⁺控制在4.5～6，水溶性聚合物含量为0.1～0.5g/L；涂敷工艺参数控制为：热镀锌钢板的运行速度为100～200m/min；热镀锌钢板的上表面涂敷辊的速度为热镀锌钢板运行速度的130～140％，上表面带料辊的速度为热镀锌钢板运行速度的100～110％，上表面带料辊和上表面涂敷辊之间的压力为45～55kg；热镀锌钢板的下表面涂敷辊的速度为热镀锌钢板运行速度的130～140％，下表面带料辊的速度为热镀锌钢板运行速度的100～110％，下表面带料辊和下表面涂敷辊之间的压力为100～110kg；

(7)干燥：采用热风干燥，使热镀锌钢板表面达到80～150℃；

(8)冷却；

(9)在热镀锌钢板表面涂覆0.5～2g/m²的防锈润滑油；

(10)卷取。

表1.

表1中，上涂敷辊转速、上带料辊转速、下涂敷辊转速和下带料辊转速均表示为热镀锌钢板运行速度的百分比。

实施效果评价：

(1)平板拉延法测试：采用平板拉延法测试实施例1～4与对比例(采用常规方法制得的热镀锌钢板)样品的表面摩擦系数(或称为初始摩擦系数)，同时测试经过反复摩擦后的摩擦系数。测试条件：正压力P＝2000N，拉延速度V＝300mm/min，涂550HN油4小时后测量，每次测量的拉延长度110mm。

(2)冲杯试验：按照GB/T15825.3-2008，对实施例1～4与对比例(采用常规方法制得的热镀锌钢板)样品进行冲杯试验。测试样品的最大拉深力(试样φ＝100mm)、样品开裂时的最大杯高(凸模位移)(试样φ＝120mm)。试验条件：凸模φ＝50mm，V＝15mm/min，涂550HN油。

表2和图2列出了上述两试验的结果。

表2.

表2中，摩擦系数变化指实施例相对对比例初始摩擦系数变化的百分比；最大拉深力变化指实施例相对对比例最大拉深力变化的百分比；最大杯高变化指实施例相对对比例最大杯高变化的百分比。

从表2和图2显示的结果可以看出：

(1)与对比例相比，实施例1-4所涉及的热镀锌钢板的表面摩擦系数明显降低，初始摩擦系数降低幅度超过10％；随着反复摩擦次数的增加，对比例样品的表面摩擦系数急剧增大，而实施例1-4所涉及的热镀锌钢板的摩擦系数不但没有增加反而略有下降。

(2)与对比例相比，实施例1-4所涉及的热镀锌钢板的最大拉深力均不同程度下降，最大杯高不同程度增大。

由此，可见采用本发明所述的技术方案生产热镀锌钢板可以有效改善热镀锌钢板的表面摩擦特性，改善热镀锌钢板冲压成形过程中的流动性，即改善钢板的冲压成型性能。

要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。