CN115233106B - 防模具粘粉用电镀锌耐指纹涂层钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种防模具粘粉用电镀锌耐指纹涂层钢板及其制造方法，所述钢板包括钢坯、和包覆于所述钢坯表面上的镀锌层、以及包覆于所述镀锌层表面上的耐指纹皮膜，所述钢板的化学成分及重量百分比为：C：≤0.002、Si：≤0.01、Mn：0.06～0.12、P：≤0.012、S：≤0.009、Ti：0.065～0.085、Als：0.02～0.05、N：≤0.003，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明产品，经过高速、大变形量冲压后，产品表面耐磨无明显掉粉情况，大幅减少了产品经过加工后在模具上的粘粉情况，大幅降低了客户端的停机擦模频次，提高生产效率，降低生产成本。

Description

防模具粘粉用电镀锌耐指纹涂层钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及防模具粘粉用电镀锌耐指纹涂层钢板加工技术领域，具体涉及一种防模具粘粉用电镀锌耐指纹涂层钢板及其制造方法。

背景技术

电镀锌板主要应用于高端家电和汽车领域，其中包括用于大尺寸深冲压制造家电外板、汽车外板的电镀锌钢涂层产品。该类产品既要求具有优异的冲压性能，又要求具有优异的表面质量和耐指纹涂层性能(耐后续碱洗、烘烤、涂装性能等等)，但是普通电镀锌耐指纹材料在板条加工及冲压工序容易出现皮膜脱落的“掉粉”现象，这是由于电镀锌板在的加工条件下，模具产生了高温，同时模具间隙改变，模具与钢板之间产生了巨大的摩擦力。而为了满足客户的加工润滑性，电镀锌表面会涂覆一层润滑型耐指纹涂层，这种耐指纹皮膜的最上层为树脂层和润滑层的混合结构，当加工温度高于耐指纹皮膜的承受极限温度时，其表面的树脂层在高温下再次交联固化，润滑层中的蜡经过高温后会上浮至皮膜最表层积聚，在大变形量冲压加工期间，经过与模具的摩擦脱落而“掉粉”，粉末一般为表面润滑涂层及锌层的混合物。掉落的粉末积聚在模具表面，影响产品表面质量，造成客户停机清理，磨具擦拭频次高，不利于高速冲压现场生产，直接影响客户生产效率。

在所查公开发表文献中，有关于镀锌深冲钢的报道：许斌；吝章国；顾少伟等。一种Nb、Ti复合超深冲用镀锌板及生产方法。申请号：CN201210141737.6，描述一种Nb、Ti复合超深冲用镀锌板及生产方法。技术方案是包含炼钢、热轧、冷轧、镀锌工序，最终化学成分的质量百分比为wt％：C≤0.0022％；Si≤0.006％；Mn0.08～0.16％；P≤0.009％；S≤0.008％；Ti0.033～0.04％；Nb0.012～0.017％；Als0.025～0.045％；N≤28ppm，余量为Fe；最终产品屈服强度≤155MPa，抗拉强度为260～330MPa，延伸率≥44％，n90≥0.23，r90≥2.5，n45≥0.19，r45≥1.8。黄忠伟；金德林；卢臣等。一种生产无氰碱性电镀锌耐指纹卷板的工艺方法。申请号：CN200610039424.4。技术方案是采用高效除油粉将卷板放入至一个碱槽内进行预除油；然后采用高效除油粉将卷板先后放入至三个碱槽内进一步除油；对卷板进行酸洗；将卷板放入至电镀槽内电镀，电流密度为：2.3～2.7A/dm2，锌离子浓度为12±0.5g/L，烧碱与氧化锌的摩尔比为12∶1；对卷板进行镀后清洗处理；最后进行辊涂处理。由于本工艺主盐是络盐，极大地提高了锌层的沉积速度及结合强度，同时由于不需用铬酸进行表面转化处理，节省工序、降低成本，避免了铬酸对环境的污染，解决了目前国内外的耐指纹卷板都是属于单盐镀锌，而存在的镀层是片状结构粗糙、疏松，厚度不均匀等问题。朱岚报道了宝钢热镀锌无铬耐指纹钢板的各项表面特性(宝钢技术.2010(6).-36-39)，包括耐蚀性、耐指纹性、导电性等，并根据家电用户的使用特点，针对性地设计了耐湿热性、耐高温性、耐溶剂性、涂装性等性能的实验室评价方法，详细阐述了耐指纹膜厚度与该产品表面电阻值以及通过率之间的关系。冯冠文；杨芃；蔡捷等。一种单面电镀锌汽车油箱用钢及其生产方法。申请号：CN201310405772.9，技术方案是其组分及重量百分比含量为：C≤0.0015％，Si≤0.018％，Mn0.05～0.20％，P≤0.015％，S≤0.010％，Ti0.05～0.07％，Als0.02～0.06％，N≤0.003％，其余为铁及不可避免的杂质；其步骤：1)冶炼并连铸成坯；常规加热后热轧；常规水冷至卷取温度并卷取；冷轧；连续退火；光整；常规酸洗、刷洗电解脱脂、漂洗；对带钢进行重力法单面镀锌工艺。本发明在保证其力学性能屈服强度在120～170MPa，抗拉强度在270～330MPa，塑性应变比r90≥2.1，加工硬化指数n90≥0.23，延伸率A80mm≥42％下，直接接触汽油的镀层面，防腐蚀性能优良且表面质量高，非镀层面的有着良好的焊接性能，利于冲压后的油箱上下壳体进行密封焊接工艺。

以上专利主要针对钢板的拉伸性能进行了要求，或者电镀锌普通耐指纹产品，以及焊接性能较电镀锌差的热镀锌耐指纹产品，使用此类产品难于适应于加工、防模具粘粉的技术要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术的不足，提供一种防模具粘粉用电镀锌耐指纹涂层钢板及其制造方法。采用软钢成分工艺设计，进行电镀后耐指纹后处理，优化电镀工艺、改良耐指纹中润滑成分，优化润滑蜡颗粒度及熔点，控制后处理烘干温度与熔点匹配，降低皮膜厚度为600-800mg/m²，控制烘干板温70-90℃，控制润滑颗粒在表面析出富集，在保证耐蚀性盐雾试验性能的同时具有优异的冲压加工及耐指纹润滑性能，即使在高速大变形量冲压的高温及剧烈摩擦条件下，润滑颗粒也不会在表面聚集，从而大幅降低加工期间表面掉粉现象。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供一种防模具粘粉用电镀锌耐指纹涂层钢板，所述钢板包括钢坯、和包覆于所述钢坯表面上的镀锌层、以及包覆于所述镀锌层表面上的耐指纹皮膜，所述钢板的化学成分及重量百分比为：C：≤0.002、Si：≤0.01、Mn：0.06～0.12、P：≤0.012、S：≤0.009、Ti：0.065～0.085、Als：0.02～0.05、N：≤0.003，其余为Fe和不可避免的杂质。

优选的，所述耐指纹皮膜中润滑蜡颗粒的粒度为30-50nm。

进一步优选的，所述耐指纹皮膜中润滑蜡颗粒的熔点需高于耐指纹皮膜的烘干温度。

再进一步优选的，所述润滑蜡颗粒选自高分子量聚丙烯蜡、高分子量聚丁烯蜡。

优选的，所述耐指纹皮膜的厚度为600-800mg/m²。

第二方面，本发明提供一种制造防模具粘粉用电镀锌耐指纹涂层钢板的方法，包括转炉冶炼、连铸钢坯、热连轧、冷连轧、连续退火、平整、电镀锌、耐指纹处理工艺，其中耐指纹处理工艺中，采用辊涂法将耐指纹液均匀涂覆带钢表面，然后经过红外烘干固化皮膜，烘干板温为70-90℃。

优选的，电镀锌过程中，电镀需连续经过多个电镀槽后完成，在前一个镀槽内进行电镀，进入下一个镀槽断开与整流器的连接，直至出最后一个镀槽，完成电镀过程。

优选的，所述耐指纹皮膜中润滑蜡颗粒的熔点需高于90℃。

优选的，退火温度820-840℃。

优选的，延伸率控制在0.5～0.6％。

优选的，冷轧压下率控制在73～85％。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明成品具有优良的冲压成形性能，适用于加工，防模具粘粉。在客户进行高速大变形量的冲压加工过程中，可以大幅降低表面掉粉、模具粘粉发生率，减少人工停机擦模频次，提高生产效率。

本发明电镀锌板主要应用于高端家电和汽车领域，用于大尺寸深冲压制造，采用低碳含钛软钢成分工艺，C、N原子被固定存在无间隙固溶原子，得到纯净的铁素体，有利于提高变形能力，具有超深冲性能和非时效性，具备较好的冲压性能，良好的屈服、延伸率性能，具有优异的冲压性能。

本发明润滑蜡为有机聚合物，颗粒度保证在30-50nm之间，熔点控制在高于烘烤板温(70-90℃)，在生产过程中不会受热融解上浮，在这种小颗粒尺度的润滑蜡条件下及熔点下，在生产过程中，润滑蜡镶嵌在涂料体系内，耐指纹涂层可以对润滑蜡进行有效的包裹，不会浮出聚集在涂层的表面；同时在客户端冲压加工过程中，小的润滑蜡粒子不会在摩擦过程中被拔出，在兼顾润滑性的同时，减少了掉粉现象的产生。

本发明耐指纹皮膜厚度控制在600-800mg/m²，这个膜厚范围是经过大生产摸索得出的最优化范围，该类型耐指纹的厚度控制在该范围内，具备较好的加工性能(耐后续碱洗、烘烤、涂装性能等等)。低于下限时，产品可能会产生盐雾锈蚀、润滑性不良问题；而厚度超过上限范围时，可能会出现在客户端经过高温烘烤时的表面黄变缺陷、焊接不良放炮等缺陷问题。

本发明烘干板温控制为70-90℃，这个温度范围是经过大生产摸索得出的最优化范围，在该温度范围内，耐指纹涂层可以在表面充分交联固化，在钢板表面形成耐指纹涂层，同时润滑蜡的熔点高于该烘干板温，在生产过程中润滑蜡不会受热融解上浮，在这种小颗粒尺度的润滑蜡条件下及熔点下，润滑蜡镶嵌在交联固化的耐指纹涂层体系内，耐指纹涂层可以对润滑蜡进行有效的包裹，不会浮出聚集在涂层的表面，从而减少了冲压掉粉现象的产生。

附图说明

图1为本发明实施例1产品与普通产品经过冲压加工后表面掉粉对比图。

其中，1a为普通产品，1b为本发明产品。

图2为本发明实施例1产品与普通产品经过冲压加工后模具表面粘粉对比图；其中，2a为普通产品，图2b为本发明产品。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是不能理解为对本专利的限制，仅作举例而已。

下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。

实施例1：

1)熔炼成分

钢板的化学成分按重量百分比计为：C：0.002、Si：0.01、Mn：0.12、P：0.012、S：0.009、Ti：0.085、Als：0.05、N：0.003，其余为Fe和不可避免的杂质。

2)生产工艺

经冶炼并浇铸成板坯，然后进行热连轧→冷连轧→连续退火→平整→电镀锌→耐指纹处理工艺。热轧在轧钢过程中控制板型，并进行平整处理保证板型。热轧及卷取：热轧轧钢：终轧温度910℃；喷水冷却及卷取：卷取温度710℃。

酸轧联合机组对热轧钢带进行酸洗，随后进行5道次的冷轧，冷轧压下率控制在73％范围内。然后经过均热温度为840℃的连续退火，控制退火带钢走带速度稳定在150m/min的某一固定值，促进γ取向织构晶粒初始形核及长大，从而获得良好的深冲性能，生产过程中要求温度保持稳定。连续退火后的带钢经过平整工序，延伸率控制在0.5％。

带钢经过碱洗、刷洗、电解脱脂、漂洗等工序清洗后进入立式电镀锌槽，采用重力法电镀工艺，电镀锌镀液的主要成分为硫酸锌和硫酸，主盐提供镀液中的锌离子。镀液中杂质离子要严格控制：Fe²⁺≤3000ppm，Fe³⁺≤1000ppm，Pb²⁺＜1.4ppm，Cu²⁺＜5ppm。硫酸锌浓度会影响采用的电流密度和沉积速度，硫酸锌浓度控制在110g/L。酸性环境下可确保镀液中锌离子的补充，PH过高容易形成Zn(OH)₂沉淀，PH过低则有析氢的可能，使电流效率大大降低，镀液的PH值控制在1.8。镀液的温度在50℃，镀液温度过低中会有结晶析出。带钢的速度要与镀槽的长度、槽液配方和采用的电流密度相适应，通过电镀槽速度120m/min。电镀经过16个电镀槽后完成，1#、3#、5#......15#、16#镀槽进行电镀，2#、4#、6#......14#镀槽断开与整流器的连接，用自身带酸性镀液对锌层进行微溶解，去除浅层粗大的锌层晶粒，以产生细小致密的锌层晶粒。表面锌层晶粒细小，具有细晶强化作用，表面锌层耐冲压。

电镀锌后带钢进入耐指纹后处理工序，改良耐指纹涂层中润滑成分，润滑蜡颗粒选用高分子量聚丙烯蜡，其粒度为30nm，熔点为150℃。采用辊涂法将耐指纹液均匀涂覆带钢表面，然后经过红外烘干固化皮膜，烘干板温为90℃，得到600mg/m²厚度的耐指纹皮膜，控制润滑颗粒在表面析出富集。可以为带钢兼备提供良好的耐蚀性和润滑性，同时皮膜在客户使用的拉矫及大变形量冲压加工期间不易脱落，减少擦模次数，提高用户生产效率。

实施例2：

1)熔炼成分

钢板采用含Nb超低碳成分设计：C：0.001、Si：0.008、Mn：0.06、P：0.012、S：0.009、Ti：0.065、Al：0.02、N：0.002，其余为Fe和不可避免的杂质。

2)生产工艺

经冶炼并浇铸成板坯，然后进行热连轧→冷连轧→连续退火→平整→电镀锌→耐指纹处理工艺。热轧在轧钢过程中控制板型，并进行平整处理保证板型。

热轧及卷取：热轧轧钢：终轧温度950℃；喷水冷却及卷取：卷取温度740℃。冷轧：冷轧轧钢：冷轧总压下率83％；冷轧薄板经连续退火，均热温度为840℃，快冷终点温度为470℃。

连续退火后钢板进行平整，平整延伸率为：0.6％。连续退火后的带钢经过碱洗、刷洗、电解脱脂、漂洗等工序清洗后进入立式电镀锌槽，采用重力法电镀工艺。

硫酸锌浓度控制在110g/L，镀液的PH值控制在1.2，镀液的温度在58℃，带钢通过电镀槽速度80m/min。镀液中杂质离子要严格控制：Fe²⁺≤3000ppm，Fe³⁺≤1000ppm，Pb²⁺＜1.4ppm，Cu²⁺＜5ppm。电镀经过16个电镀槽后完成，1#、3#、5#......15#、16#镀槽进行电镀，2#、4#、6#......14#镀槽断开与整流器的连接，用自身带酸性镀液对锌层进行微溶解，去除浅层粗大的锌层晶粒，以产生细小致密的锌层晶粒。表面锌层晶粒细小，具有细晶强化作用，表面锌层耐冲压。

电镀锌后带钢进入耐指纹后处理工序，改良耐指纹涂层中润滑成分，润滑蜡颗粒选用高分子量聚丁烯蜡，其粒度为40nm，熔点为145℃。采用辊涂法将优化耐指纹涂覆在钢板表面，经过红外烘干，板温达到70℃，得到700mg/m²厚度的耐指纹皮膜。

实施例3：

1)熔炼成分

钢板采用含Nb超低碳成分设计：C：0.001、Si：0.009、Mn：0.08、P：0.012、S：0.009、Ti：0.075、Al：0.04、N：0.002，其余为Fe和不可避免的杂质。

2)生产工艺

经冶炼并浇铸成板坯，然后进行热连轧→冷连轧→连续退火→平整→电镀锌→耐指纹处理工艺。热轧在轧钢过程中控制板型，并进行平整处理保证板型。

热轧及卷取：热轧轧钢：终轧温度930℃；喷水冷却及卷取：卷取温度720℃。冷轧：冷轧轧钢：冷轧总压下率82％；冷轧薄板经连续退火，均热温度为830℃，快冷终点温度为460℃。

连续退火后钢板进行平整，平整延伸率为：0.6％。连续退火后的带钢经过碱洗、刷洗、电解脱脂、漂洗等工序清洗后进入立式电镀锌槽，采用重力法电镀工艺。

硫酸锌浓度控制在95g/L，镀液的PH值控制在1.6，镀液的温度在55℃，带钢通过电镀槽速度100m/min。镀液中杂质离子要严格控制：Fe²⁺≤3000ppm，Fe³⁺≤1000ppm，Pb²⁺＜1.4ppm，Cu²⁺＜5ppm。电镀经过16个电镀槽后完成，1#、3#、5#......15#、16#镀槽进行电镀，2#、4#、6#......14#镀槽断开与整流器的连接，用自身带酸性镀液对锌层进行微溶解，去除浅层粗大的锌层晶粒，以产生细小致密的锌层晶粒。表面锌层晶粒细小，具有细晶强化作用，表面锌层耐冲压。

电镀锌后带钢进入耐指纹后处理工序，改良耐指纹涂层中润滑成分，润滑蜡颗粒选用高分子量聚丙烯蜡和高分子量聚丁烯蜡，其润滑蜡颗粒度为50nm，熔点为150℃。采用辊涂法将优化耐指纹涂覆在钢板表面，经过红外烘干，板温达到80℃，得到800mg/m²厚度的耐指纹皮膜。

本发明以实施例1制得的产品为例，对其涂装效果进行说明，其中实施例2和实施例3的涂装效果与实施例1基本相同，本发明不做赘述。

从图1可以看出，普通产品冲压后表面掉粉严重，本发明产品的冲压后表面良好，明显优于普通产品。从图2可以看出，普通产品加工后模具粘粉严重，本发明产品加工后模具粘粉大幅改善。本发明产品，经过高速、大变形量冲压后，产品表面耐磨无明显掉粉情况，大幅减少了产品经过加工后在模具上的粘粉情况，大幅降低了客户端的停机擦模频次，提高生产效率，降低生产成本。

下表为本发明各实施例产品与对比例(常规工艺产品)的性能对比

从上表可知，相比于现有工艺产品，本发明产品的力学性能优良、锌层硬度、杯突值较对比例高，动摩擦系数低，杯突后盐雾腐蚀面积小，说明了本产品具有良好的加工性能，耐刮擦、可有效防模具粘粉。

以上，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，其余未详细说明的为现有技术。

Claims (4)

1.一种防模具粘粉用电镀锌耐指纹涂层钢板，其特征在于，所述钢板包括钢坯、和包覆于所述钢坯表面上的镀锌层、以及包覆于所述镀锌层表面上的耐指纹皮膜，所述钢板的化学成分及重量百分比为：C：≤0.002、Si：≤0.01、Mn：0.06～0.12、P：≤0.012、S：≤0.009、Ti：0.065～0.085、Als：0.02～0.05、N：≤0.003，其余为Fe和不可避免的杂质；

所述耐指纹皮膜中润滑蜡颗粒的粒度为30-50nm，所述润滑蜡颗粒选自高分子量聚丙烯蜡、高分子量聚丁烯蜡，烘干板温为70-90℃，所述耐指纹皮膜中润滑蜡颗粒的熔点需高于90℃，所述耐指纹皮膜的厚度为600-800mg/m²；

所述钢板的制造方法包括转炉冶炼、连铸钢坯、热连轧、冷连轧、连续退火、平整、电镀锌、耐指纹处理工艺，其中耐指纹处理工艺中，采用辊涂法将耐指纹液均匀涂覆带钢表面，然后经过红外烘干固化皮膜。

2.根据权利要求1所述的防模具粘粉用电镀锌耐指纹涂层钢板，其特征在于，电镀锌过程中，电镀需连续经过多个电镀槽后完成，在前一个镀槽内进行电镀，进入下一个镀槽断开与整流器的连接，直至出最后一个镀槽，完成电镀过程。

3.根据权利要求1所述的防模具粘粉用电镀锌耐指纹涂层钢板，其特征在于，退火温度820-840℃。

4.根据权利要求1所述的防模具粘粉用电镀锌耐指纹涂层钢板，其特征在于，延伸率控制在0.5～0.6％，冷轧压下率控制在73～85％。