KR20200057792A - 아연 코팅을 구비하는 페인팅된 스틸 시트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 아연 층 및 전기 이동에 의해 형성되는 페인트의 상단 층을 포함하는 코팅을 구비하는 스틸 시트에 관한 것이고, 아연 층은 6.10^-2 mbar 내지 2.10^-1 mbar 의 압력으로 유지되는 증착 챔버에서 음속 증기 제트를 사용하여 진공 증착 방법에 의해 형성된다. 본 발명 또한 그 관련된 제조 방법에 관한 것이다.

Description

아연 코팅을 구비하는 페인팅된 스틸 시트{PAINTED STEEL PLATE PROVIDED WITH A ZINC COATING}

본 발명은 페인트에 의해 덮혀진 아연의 층을 포함하는 코팅을 구비하는 스틸 시트에 관한 것이고, 상기 스틸 시트는 특히 자동차 부품들의 제조를 위해 의도된 것이지만, 상기 적용에 제한되지 않는다.

본질적으로 아연을 포함하는 아연 도금된 코팅들은 종래에 예를 들면 자동차 부문에서 또는 건설 산업에서 부식에 대해 효과적인 보호부를 제공하기 위해 사용되어 왔다.

다음의 텍스트에서, 아연 코팅은 제조 중에 취득되고 미량들로 존재하는 불가피한 불순물들을 잠재적으로 포함하는 순수 아연의 코팅을 의미한다.

이러한 방식으로 코팅된 시트들은 그 후, 예를 들면 스탬핑, 벤딩 또는 세이핑에 의해 절단되고 성형되어 부품을 형성할 수 있고, 상기 부품은 그 후 코팅의 상단에 페이트 필름을 형성하도록 페인팅될 수 있다. 이러한 페인트 필름은 전기 이동에 의해 일반적으로 적용된다.

스틸 시트의 표면 상에 아연 코팅을 성막 (deposit) 하는 데 가장 흔히 사용되는 방법들은 아연 도금 및 전기 아연 도금이다. 그러나, 이들 종래의 방법들은 높은 레벨들의 산화 가능한 원소들, 예를 들면 Si, Mn, Al, P, Cr 또는 B 을 포함하는 등급의 스틸을 코팅하는 것을 불가능하게 하고, 이는 새로운 코팅 방법들, 및 특히 진공 증착 기술들, 예를 들면 제트 증기 증착 (JVD) 의 개발에 이르게 되었다.

그럼에도 불구하고, 전기 이동에 의해 페인팅하는 단계에 이어지는 이들 진공 증착 방법들에 따라 코팅된 시트들의 표면들은, 성형된 부품들의 미학적 외관에 부정적인 영향을 주는 표면 결함들을 나타낸다.

따라서 본 발명의 목적은 양호한 표면 외관을 갖는 페인트의 층 및 진공 증착에 의해 아연으로 코팅된 스틸 시트를 이용함으로써 종래 기술 분야의 방법들을 사용하여 코팅된 스틸들의 단점들을 제거하는 것이다.

이를 위해, 본 발명의 제 1 과제는 제 1 항에 인용된 바와 같은 스틸 시트이다.

시트는 또한 개별적으로 또는 조합으로 구현되는 제 2 항 내지 제 5 항의 특징을 가질 수 있다.

본 발명의 부가적인 과제는 제 6 항에 인용된 바와 같은 방법이다.

상기 방법은 또한 개별적으로 또는 조합으로 구현되는 제 7 항 내지 제 8 항의 특징들을 가질 수 있다.

본 발명의 부가적인 특징들 및 이점들은 아래에 상세하게 설명된다.

본 발명을 예시하도록, 테스트들이 행해졌고 특히 첨부된 도면들을 참조하여 비제한적인 예들에 의해 설명될 것이다:

- 도 1 은 본 발명에 의해 청구된 방법을 실행하는 데 사용될 수 있는 제트 증기 증착 설치부를 예시한다.
- 도 2 는 종래 기술 분야에 따라 코팅된 시트의 4배 확대 사진이다.
- 도 3 은 본 발명에 따라 코팅된 시트의 4배 확대 사진이다.

본 발명에 따라 코팅된 시트는 첫째 자동차 본체 부품들을 제조하기 위해 사용될 수 있도록 바람직하게 열간 압연된, 그 후 냉간 압연된 스틸 기재를 포함한다. 본 발명은 이러한 분야에 제한되지 않지만, 그 의도된 최종 사용과 관계없이 임의의 스틸 부품을 위해 사용될 수 있다.

스틸 기재는 특히 다음의 등급들의 VHS (Very High 강도 steel, 일반적으로 450 내지 900 MPa) 또는 UHS (Ultra High 강도, 일반적으로 900 MPa 보다 높음) 스틸 중 하나일 수 있고, 이들은 높은 레벨들의 산화 가능한 원소들을 포함한다:

- 최대 0.1중량% Ti 를 포함할 수 있는, 격자간 원소들이 없는 (IF, Interstitial Free) 스틸들;

- 최대 1중량% Si, Cr 및/또는 Al 과 관련하여 최대 3중량% Mn 을 포함할 수 있는 듀얼-페이즈 스틸들, 예를 들면 DP 500 스틸들, 최대 DP 1200 스틸들,

- 예를 들면, 거의 1.6중량% Mn 및 1.5중량% Si 를 포함하는 TRIP (TRansformation Induced Plasticity) 스틸들, 예를 들면 TRIP 780 스틸;

- 인을 포함하는 TRIP 스틸들 또는 듀얼 페이즈 스틸들;

- 높은 함유량의 Mn (일반적으로 17 - 25중량%) 을 갖는 TWIP (TWinning Induced Plasticity) 스틸들,

- 예를 들면 최대 10중량% Al 을 포함할 수 있는 저밀도 스틸들, 예를 들면 Fe-Al 스틸들;

- 다른 합금 원소들 (Si, Mn, Al 등) 과 관련하여 높은 농도의 크롬 (일반적으로 13-35중량%) 을 갖는 스테인레스 스틸들.

스틸 시트는 최종 제품의 원하는 특성들에 적합한 방식으로 아연 층 뿐만 아니라 하나 이상의 부가적인 층들로 선택적으로 코팅될 수 있다. 아연 층은 바람직하게 코팅의 상단 층일 것이다.

본 발명에 따른 스틸 시트의 제조를 위한 방법은 진공 증착 챔버 (2) 를 포함하는 설치부 (1) 를 도시하는 도 1 에 보다 구체적으로 예시된다. 이러한 챔버는 코팅될 스틸 시트 (3) 가 순환하는 진입 로크 및 진출 로크 (도시 생략) 를 포함한다. 시트 (3) 는 스트립이 지지될 수 있는 임의의 적절한 수단, 예를 들면 회전하는 지지 롤러에 의해 이동될 수 있다.

슬롯 (8) 이 구비된 방출 챔버 (7) 는 코팅될 스트립의 표면을 마주보며 위치되고, 슬롯 (8) 의 상부 부품은 예를 들면, 코팅될 스트립의 표면으로부터 20 내지 60 mm 의 간격 (d) 으로 위치된다. 이러한 챔버 (7) 는 스틸 스트립 (3) 의 표면 상에 성막될 액체 아연 (9) 을 포함하는 증기화 도가니 (4) 상에 장착된다. 증기화 도가니 (4) 에는 유리하게 증기의 형성을 가능하게 하는 유도-가열 디바이스 (5) 가 구비된다. 증기는 그 후 도가니로부터 도관 (10) 을 통해 탈출하고 상기 도관은 바람직하게 방출 챔버 (7) 및 코팅될 기재의 표면을 향해 지향된 제트를 형성하도록 캘리브레이팅된 슬롯 (8) 으로 증기를 안내한다. 슬롯 (8) 의 존재는 균일한 성막을 달성하는 이점을 갖도록 슬롯 (소닉 스로트 (sonic throat)) 을 따라 일정한 음속으로 증기의 질량 유량의 규제를 허용한다. 두문자어 "JVD" (제트 증기 증착) 를 사용하는 이러한 기술은 아래에 참조된다. 이러한 기술에 대한 부가적인 정보는 특허 EP07447056 에 제공된다.

예시되지 않은 또 다른 실시형태에서, 도가니 및 방출 챔버는 코팅될 기재의 표면을 향해 지향된 슬롯을 포함하는 일체의 그리고 동일한 부품이다. 이러한 실시형태에서, 아연을 가열함으로써 생성된 증기는 슬롯을 향해 바로 상승되고 코팅될 기재의 표면을 향해 지향된 제트를 형성한다.

증착 챔버 (2) 에서의 압력 P_챔버 은 6·10^-2 mbar 내지 2·10^-1 mbar 의 압력에서 유지된다.

증착 챔버 (2) 에서의 압력 P_챔버 및 방출 챔버 (7) 에서의 압력 P_방출 은 P_챔버 대 P_방출 의 비가 2·10^-3 내지 5.5·10^{- 2} 로 되도록 선택적으로 유지되고, 이는 이러한 코팅들의 일시적인 보호부의 개선을 허용한다.

이송 전에 또는 최종 제품으로 변환 전에 시트가 습식 및/또는 염분 환경에서 저장될 때에 오일의 층은 시트의 표면에 선택적으로 적용되고 따라서 일시적인 보호부를 제공하도록 코팅된다.

그 후 스킨 패스 단계를 거칠수 있거나 또는 거칠 필요가 없는 시트 1 은 예를 들면 스탬핑, 벤딩 또는 세이핑에 의해 절단되고 성형되어 부품을 형성할 수 있고 상기 부품은 그 후 코팅 상에 페인트 필름을 형성하도록 페인팅될 수 있다.

자동차 적용들에 대해, 인산염 처리 후에, 각각의 피스는 전기 이동 욕에서 담금질되고 프라이머 페인트의 층, 베이스 페인트의 층 및 선택적으로 피니시 바니시 코팅이 연속적으로 적용된다.

부품에 전기 이동 층의 적용 전에, 부품은 먼저 탈지되고 그 후 전기 이동 층의 접착을 보장하도록 인산염 처리된다.

전기 이동 층은 부식에 대해 부품을 위한 부가적인 보호부를 제공한다. 일반적으로 페인트 건으로 적용되는 프라이머 페인트의 층은 부품의 최종 외관을 제조하고 그릿 (grit) 에 대해 그리고 UV 방사선에 대해 부품을 보호한다. 베이스 페인트 층은 부품에 그 컬러 및 그 최종 외관을 부여한다. 바니시 층은 부품의 표면에 양호한 기계적 강도, 공격적인 화학 작용제들에 대한 저항성 및 양호한 표면 외관을 부여한다.

일반적으로, 인산염 층의 중량은 1.5 내지 5 g/㎡ 이다.

부품들의 최적의 표면 외관을 보호하고 보장하도록 사용되는 페인트 필름들은 예를 들면, 15 내지 25 ㎛ 의 두께를 갖는 전기 이동 층, 35 내지 45 ㎛ 의 두께를 갖는 프라이머 페인트의 층 및 40 내지 50 ㎛ 의 두께를 갖는 베이스 페인트의 층을 포함한다.

페인트 필름들이 또한 바니시의 층을 포함하는 경우에, 페인트의 상이한 층들의 두께는 일반적으로 다음과 같다:

- 전기 이동 층: 15 내지 25 ㎛, 바람직하게 20 ㎛ 보다 작음.

- 프라이머 페인트의 층: 45 ㎛ 보다 작음,

- 베이스 페인트의 층: 20 ㎛ 보다 작음, 및

- 바니시의 층: 55 ㎛ 보다 작음.

페인트 필름들은 또한 전기 이동 층을 포함하지 않을 수 있고 단지 하나의 프라이머 페인트의 층 및 하나의 베이스 페인트의 층, 및 선택적으로 바니시의 층을 포함할 수 있다.

바람직하게, 페인트 필름들의 총 두께는 120 ㎛ 보다 작거나, 또는 심지어 100 ㎛ 보다 작을 것이다.

종종 전기 이동 층의 적용 후에 이어지는 시트의 표면 상에, 크레이터-타입 결함들이 관찰되는 데, 이는 스틸 시트들에서 부식이 기원하는 특정적인 장소들이고 시트의 표면의 외관을 상당히 열화시킨다. 이들 크레이터들은 전기 이동 층의 표면에 나타나는 원뿔대형 구멍들의 형태이고 가능하게는 스틸 기재의 표면에 도달하도록 코팅을 통해 연장될 수 있다; 이것들은 일반적으로 베이스에서 100 내지 500 ㎛ 및 정상에서 5 내지 20 ㎛ 의 직경을 갖는다.

본 발명은 이제부터 비제한적인 예들에 의해 수행되는 테스트들을 기초로 아래에 설명될 것이다.

테스트들

허용 기준 (Acceptance criteria)

크레이터-타입 결함들의 외관 리스크에 대한 제품의 민감성을 평가하도록, 이러한 시트가 폴리싱을 거친 후에 코팅된 스틸 시트 10 cm x 15 cm 에 존재하는 결함들의 수에 대한 기준이 존재한다. 허용되는 코팅된 스틸 시트에 대해, 10 x 15 ㎠ 플레이트 당 네개보다 적은 결함들을 가져야 하며, 이는 제곱 데시미터 당 2.7 보다 작은 결함들과 동등하다.

테스트들

아연 코팅 7.5 ㎛ 두께를 갖는 ArcelorMittal 에 의해 시장에서 입수 가능한 타입의, 3 시리즈의 냉간 압연된 IF 스틸 시트들, 타입 DC06 가 구성되었다.

양 견본들에 대해, 코팅은 증착 챔버에서 상이한 압력으로 JVD 증착에 의해 적용되었고, 추출 [원문 그대로; ejection] 챔버의 슬롯의 상부 부품과 코팅될 동일한 스트립의 표면 사이의 간격 (d) 은 거의 35 mm 와 동등하다.

* 본 발명에 따름

견본들은 그 후 1.2 g/㎡ ± 0.3 g/㎡ 로 Quaker Ferrocoat oil N 6130 으로 코팅되고 그 후 인산염 및 그 후 전기 이동 단계들을 거친다. 이미지 캡쳐 및 프로세싱 디바이스, 예를 들면 상업적으로 입수 가능한 TalySurf CLI 2000 는 그 후 코팅된 스트립의 표면에 존재하는 상기 규정된 바와 같은 크레이터-타입 결함들의 수를 연산하는 것을 가능하게 한다. 이들 크레이터들은 전기 이동 층의 표면에 나타나는 원뿔대형 구멍들의 형상이고 가능하게는 스틸 기재의 표면에 도달하도록 코팅을 통해 연장될 수 있다.　

본 발명에 따른 견본 No. 2 은 따라서 견본 No. 1 과 대조적으로 허용 기준을 만족한다.

도 2 는 페인트의 코팅이 전기 이동 프로세스를 사용하여 적용된 종래 기술 분야의 스틸 시트의 4 배로 확대된 사진이다. DC06 의 냉간 압연된 IF 스틸 시트의 이러한 시트는 증착 챔버에서의 압력이 10^-2 mbar 보다 낮은 압력으로 유지되는 JVD 프로세스를 사용하여 7.5 ㎛ 의 Zn 으로 코팅되었고, 간격 (d) 은 35 mm 와 동등하였다. 이러한 방식으로 코팅된 시트는 1.2 g/㎡ ± 0.3g/㎡ 로 Quaker Ferrocoat oil N 6130 의 층으로 코팅되어 표면의 일시적인 보호부를 제공하였고, 그 후 전기 이동-페인트팅 단계를 거쳤다. 상기 규정된 바와 같은 크레이터-타입 결함들 (11) 은 이러한 시트의 표면에서 관찰되었다. 이들 결함들은 시트의 표면 외관을 상당히 열화시킨다.

도 3 은 본 발명에 따른 스틸 시트의 4 배 확대된 사진이다. DC06 의 냉간 압연된 IF 스틸 시트의 이러한 시트는 증착 챔버의 압력이 1.1·10^-1 mbar 의 압력으로 유지되는 JVD 프로세스를 사용하여 7.5 ㎛ 의 Zn 으로 코팅되었고, 간격 (d) 은 35 mm 과 동등하였다. 이러한 방식으로 코팅된 시트는 1.2 g/㎡ ± 0.3g/㎡ 으로 Quaker Ferrocoat oil N 6130 의 층으로 코팅되어 표면의 일시적인 보호부를 제공하였고, 그 후 전기 이동-페인팅 단계를 거쳤다. 이러한 스틸 시트의 표면에 크레이터-타입 결함들이 존재하지 않는 것이 명백하다.　 도면에서 나타나는 그레이의 음영들은 스틸 시트의 표면의 거칠기에 관련된 것이며 상기 설명된 의미의 결함과 관련된 것은 아니다.

동일한 결과들이 Quaker Ferrocoat 대신에 1.2 g/㎡ 에서 Fuchs Anticorite oil RP 4107s 의 사용으로 관찰될 수 있다.

본 발명자들은 또한 증착 챔버 내측의 압력의 변화가 스틸 시트의 표면 상에 코팅의 증착 속도에 영향을 주지 않는다는 것에 주목하였다.

Claims (8)

1. 제조 중에 취득되고 미량들로 존재하는 불가피한 불순물들을 잠재적으로 포함하는 적어도 하나의 순수 아연 층 및 전기 이동 (cataphoresis) 에 의해 적용되는 페인트의 상단 층을 포함하는 코팅을 구비하는 스틸 시트로서,
   상기 아연 층은 페인트 층의 적용 전에 상기 코팅의 상단 층이고,
   상기 아연 층은 6·10^-2 mbar 내지 2·10^-1 mbar 의 압력 P_챔버 로 유지되는 증착 챔버에서 제트 증기 증착 프로세스에 의해 성막되는, 스틸 시트.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 증착 챔버 내측의 압력 P_챔버 대 아연 방출 챔버 내측의 압력 P_방출 의 비가 2·10^-3 내지 5.5·10^{- 2} 인 방법에 의해 얻어진 스틸 시트.
3. 제 1 항에 있어서,
   방출 챔버 (7) 의 슬롯 (8) 의 상부 부분과 코팅될 상기 스틸 시트 사이의 간격 (d) 은 20 내지 60 mm 인 방법에 의해 얻어진 스틸 시트.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 시트의 표면은 제곱 데시미터 당 2.7 보다 많지 않은 크레이터-타입 결함들을 갖는, 스틸 시트.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   코팅된 상기 스틸은 초고강도 스틸 (Very High Strength Steel) 인, 스틸 시트.
6. 코팅되고 페인팅된 스틸 시트의 제조 방법으로서,
   6·10^-2 mbar 내지 2·10^-1 mbar 사이의 압력 P_챔버 으로 유지되는 증착 챔버 내측에서 아연의 음속 증기 제트에 의한 상기 시트의 코팅을 포함하는, 코팅되고 페인팅된 스틸 시트의 제조 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 증착 챔버 내측의 압력 P_챔버 대 방출 챔버 내측의 압력 P_방출 의 비는 2·10^-3 내지 5.5·10^-2 인,^, 코팅되고 페인팅된 스틸 시트의 제조 방법.
8. 제 6 항에 있어서,
   방출 챔버 (7) 의 슬롯 (8) 의 상부 부분과 코팅될 스틸 시트 사이의 간격 (d) 은 20 내지 60 mm 인, 코팅되고 페인팅된 스틸 시트의 제조 방법.

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