[发明专利]一种镀锌生产线合金化工艺的实验室模拟设备及方法

说明书

技术领域

本发明属于镀锌生产线合金镀层退火(不同金属元素合金化扩散)技术领域，特别是提供了一种镀锌生产线合金化工艺的实验室模拟设备及方法。

背景技术

合金化热镀锌钢板是当前热镀锌钢板研究中最活跃的领域之一。与普通的热镀锌钢板相比，它具有更好的耐腐蚀性、耐热性、涂着性、焊接性和成形性。热镀锌钢板合金化生产工艺为：经过表面处理后的钢板进入锌锅进行镀锌，镀锌后的钢板经过气刀控制锌层厚度。此时，镀锌钢板的表面温度约为420℃，到锌锅上面的合金化炉之前，温度将会降到约370℃，在合金化炉内将会在1-2s内快速升温到合金化温度，一般为520℃-550℃。然后，经过保温炉进行扩散退火处理，通过Fe和Zn的相互扩散，使锌层转变成Fe-Zn合金层，生成η、ζ、δ(包括δ_1k和δ_1p)、Γ₁等镀层组织。由于镀层由多种金属间化合物组成，锌铁合金相的生长机理复杂，钢带入炉温度、合金化时间、起始合金化温度、保温时间、冷却速度、镀层厚度、钢带表面组织遗传、表面缺陷等方面对于镀层的耐腐蚀性、涂装性、焊接性等性能关系复杂。

国际研究者对于镀锌生产线合金化工艺的研究主要采用两种工艺方法：1)采用大型生产线和中试生产线的方法，直接进行合金化镀层的在线生产与研究。这种方式耗资巨大，参与人员众多，工艺参数调整复杂，只能作为已经成熟产品的调试工作，并不适合进行合金化工艺研究；2)采用实验室设备进行模拟研究的方法。实验室的合金化研究装置一般为单台电阻式加热炉，电阻加热方式存在升温速度缓慢、整体维修复杂、温度调节滞后等问题。由于大工业生产线的合金化加热速度一般在100℃/s以上，对于碳棒电阻加热方式无法达到。另外，电阻式加热炉只能单纯地设定一个合金化保温温度和保温时间，无法模拟钢带入炉温度、起始合金化温度、冷却速度等关键参数，存在诸多不确定因素和数据误差，难以实现对于现场工艺的有效模拟研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种镀锌生产线合金化工艺的实验室模拟设备及方法，实现了模拟机各个控制参数和控制方式与镀锌生产线合金化工艺参数一一对应，设备结构简单，实用性强，准确性高，试样温度精度在2℃范围内。控制试样均热区在100mm×100mm范围，同时试验过程清洁无任何声、光、电的污染，可实现在实验室条件下对于镀锌生产线合金化工艺的实验室模拟研究。

本发明的设备包括空压系统、空气压力调节器、冷却器、热电偶、试样、驱动装置、红外加热炉、电磁感应炉、双色红外测温仪、驱动电机。实验装置成线性排列，中间为红外加热炉，其前面为冷却器，冷却器连接空气压力调节器和空压系统，红外加热炉后面为电磁感应炉，电磁感应炉内部镶嵌双色红外测温仪，焊接热电偶的试样在驱动装置和驱动电机的带动下，在红外加热炉、冷却器和电磁感应炉内部往复运动。

本发明的方法是，采用热电偶测温与双色红外测温仪相结合的测温和控温方式，同时对处于电磁感应炉内的试样进行温度测量和控制，避免了电磁场对温度测量精度的影响；工艺步骤如下：

a、将试样(5)安装于驱动装置(6)的夹具之中，将热电偶(4)(视工艺要求的不同，可自由选取铂铹合金、镍铬镍硅等测温热电偶)点焊于试样(5)(上下表面各一组)，接通信号电路；式样宽度为200mm、长度为200mm，保证边部垂直度±2mm、边部平行度±1mm；

b、按照镀锌生产线的合金化工艺要求或者按照合金镀层退火工艺的研究要求，调整中频电磁感应炉(8)的输出功率(1％-100％)和输出时间(1s-30s)，调整红外加热炉(7)输出功率(1％-100％)和输出时间；

c、驱动装置(6)驱动试样(5)按照镀锌生产线的合金化工艺要求，以一定速度(1m/min-100m/min)在不同设备内运行；

d、镀层在完成合金化工艺后，生成不同比例的扩散相，例如，视合金化参数不同，生成η、ζ-FeZn₁₃、δ-FeZn₇、Γ-Fe₃Zn₁₀等合金相。