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《华南理工大学》 2011年
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钢铁高温(520-600℃)热浸镀锌的研究

刘仁彬  
【摘要】:一定含硅量的钢(通常在0.1%Si附近和0.25%Si以上)在440 ~ 460℃采用常规方法热浸镀锌时,铁锌反应剧烈,相过快生长,生成超厚、表面灰暗且粘附力差的镀层。这种现象在热镀锌行业称为Sandelin效应。高温热浸镀锌(520-600℃)可以消除相,是一种解决包括含硅量高于0.25%在内的所有含硅活性钢镀锌问题的可能途径之一。本文选取了四种典型含硅量的钢(0.02%Si, 0.11%Si, 0.20%Si和0.49%Si),利用光学金相显微镜、扫描电镜和电子探针等分析测试方法系统地研究了在不同锌液温度(440-600℃)下的镀层组织变化规律,探讨了高温热浸镀锌的可行性;利用自然对流条件下质量传输准数方程与溶解速率模型建立了固相Fe在520-600℃液相Zn中的溶解速率方程,并推算出了520-600℃下固相Fe在液相Zn中的扩散系数D。主要得出以下结论: 亚Sandelin(0.02%Si)钢和Sebisty(0.20%Si)钢在440℃和480℃热浸镀锌时,镀层组织均致密而连续,从钢基体向外依次为Γ、δ、ζ,以及最外层的自由锌η相组成,镀层生长遵循抛物线规律,主要由扩散机制控制;Sandelin(0.11%Si)钢在440℃和480℃时,从钢基体向外依次为Γ、锯齿层状、块状,以及最外层的自由锌相组成,440℃时镀层生长呈抛物线规律,主要由扩散机制控制;但在480℃时,镀层生长呈直线规律,主要为界面反应机制控制。过Sandelin(0.49%Si)钢在440℃和480℃热浸镀锌时,镀层为薄而连续层和破碎的块状相组成,均未发现Γ相。镀层生长呈直线规律,主要由界面反应机制控制。 在520℃热浸镀锌时,亚Sandelin钢、Sebisty钢、Sandelin钢和过Sandelin钢镀层组织均为极薄的Γ层,致密层k和疏松的p层组成,镀层生长均呈抛物线规律,主要由扩散机制控制。 在560℃和600℃热浸镀锌时,镀层组织为Γ层和致密的相层,部分粒子弥散分布在层中,镀层生长伴随有显著的相的溶解过程。与常规温度(440-460℃)镀锌相比, 520-600℃热浸镀锌时,亚Sandelin钢、Sebisty钢、Sandelin钢和过Sandelin钢镀层组织均为较连续致密的层状组织,没有出现相,镀层厚度易于控制。特别是对过Sandelin钢镀锌层效果尤为明显。 借助固相Fe在(520-600℃)液相Zn中的溶解速率方程分析了镀层生长控制步骤。固相Fe在520℃热浸镀锌时,镀层生长主要是由界面反应和Fe原子在合金相中的扩散控制的;而在560℃和600℃时,镀层的生长主要由Fe原子通过Fe/Zn界面处液相Zn中浓度边界层的扩散所决定。研究表明,固相Fe浸入520℃-600℃液相Zn中,随温度的升高Fe的扩散系数D变大,由520℃的7.79×10-10m~2·s~(-1)增加到560℃时的1.76×10-9m~2·s~(-1)和600℃时的2.01×10-9m~2·s~(-1)。锌液温度超过560℃后,镀层溶解速度加快,镀层过薄,镀层厚度难以达到标准要求,故推荐高温热浸镀锌温度为520-560℃。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG174.443

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