EP4540435A1 - Dressiertes, schmelztauchbeschichtetes stahlblech - Google Patents

Dressiertes, schmelztauchbeschichtetes stahlblech

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Publication number
EP4540435A1
EP4540435A1 EP23731585.8A EP23731585A EP4540435A1 EP 4540435 A1 EP4540435 A1 EP 4540435A1 EP 23731585 A EP23731585 A EP 23731585A EP 4540435 A1 EP4540435 A1 EP 4540435A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
weight
steel sheet
coating
hot
content
Prior art date
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Pending
Application number
EP23731585.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Folkert Schulze-Kraasch
Fabian JUNGE
Bastian Schöntaube
Felix Pfützenreuter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP4540435A1 publication Critical patent/EP4540435A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
    • C23C2/06—Zinc or cadmium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
    • C23C2/12—Aluminium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/26—After-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/22—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length
    • B21B1/227—Surface roughening or texturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/005—Rolls with a roughened or textured surface; Methods for making same
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C18/00—Alloys based on zinc
    • C22C18/04—Alloys based on zinc with aluminium as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent

Definitions

  • the invention relates to a tempered, hot-dip coated steel sheet.
  • an embossing of the stamp elements of the tempering roller in the substrate surface can be identified, which can be seen as an indication of the uniformity and/or quality of the embossing.
  • This fact becomes particularly clear through mathematical correlation evaluations of the topography data of the coated and stripped surfaces. Due to the stochastic/random topography/texture, spatial agreement between the coated and stripped measuring points is absolutely necessary. The associated correlation images of the coated and stripped surfaces hardly show any correlating sheet metal areas, so that particularly regularly recurring correlating sheet metal areas cannot be recognized.
  • the object of the invention is therefore to provide a tempered, hot-dip coated steel sheet with which the disadvantages of the prior art can be eliminated, in particular the uniformity and / or quality of the embossing can be increased.
  • the invention provides a tempered, hot-dip coated steel sheet, wherein at least one of the surfaces of the tempered, hot-dip coated steel sheet has deterministically arranged impressions, with height values z measured on the steel sheet in the hot-dip coated state and measured height values Uj on the steel sheet in the stripped state being measured via a cross-correlation function r z> u Condition in different Areas are compared, whereby the correlation coefficient r resulting from the cross-correlation function r z>u is at least 0.40.
  • the measuring or evaluation area should be at least 0.5 x 0.5 mm2 . From 1.5 x 1.5 mm2, shape and ripples can be eliminated using filter measures.
  • the determination of the correlation coefficient and the underlying formulas are state of the art.
  • the defining stamp elements of the temper roll surface are both planar in the plane of the sheet and vertically, especially in the layer structure, evenly distributed and can be found/detected, for example with the help of confocal reflected light microscopy.
  • Samples were created from coated steel sheets that were tempered according to the invention, each of which was measured in different areas with a surface in the coated and uncoated state after chemical stripping. The observation of the coated and stripped areas therefore do not overlap; this means that an examined sample is viewed in a defined measuring area in a first area in the coated state and, after decoating, in a defined measuring area in a second area, which is not the first Area corresponds, is viewed in the coated state.
  • the size of the measuring area is preferably identical. In particular, this can indicate the uniformity and/or quality of the embossing. If the correlation coefficient is high, at least 0.40, it is concluded that there is an improvement compared to the prior art, so that the embossing is uniform and/or good.
  • the correlation coefficient r is at least 0.450, preferably at least 0.480, preferably at least 0.50, particularly preferably at least 0.520, more preferably at least 0.550, 0.560, 0.570, 0.580, 0.590, 0.60, 0.610, 0.620, 0.630, 0.640, 0.650, 0.660, 0.670, 0.680, 0.690, 0.70, 0.710, 0.720, 0.730, 0.740.
  • a correlation coefficient of 1 would be theoretically possible, but is very likely never true in practice, so the correlation coefficient can be up to 1, in particular up to 0.90, preferably up to 0.850. It is assumed that the higher the correlation coefficient, the better the uniformity and/or quality of the embossing.
  • Sheet steel is generally understood to mean a flat steel product, which can be provided in sheet form (sheet metal) or in blank form (plate) or in strip form (steel strip).
  • the steel sheet is coated with a hot-dip coated coating.
  • the dressing of a steel sheet with a coating coated by hot-dipping thus takes place after coating in order to provide improved adhesion in the coating/substrate interface through the stamp elements designed according to the invention.
  • the steel sheet is hot-dip coated with a zinc-based coating.
  • the coating contains additional elements such as aluminum with a content of at least 0.1 up to 8.0% by weight and/or magnesium with a content of at least 0.1 up to 8.0% by weight. %.
  • Steel sheets with a zinc-based coating have very good cathodic corrosion protection, which has been used in automobile construction for years. If improved corrosion protection is provided, the coating additionally has magnesium with a content of at least 0.3% by weight, in particular at least 0.6% by weight, preferably at least 0.9% by weight.
  • aluminum can be present with a content of at least 0.3% by weight, in particular at least 0.6% by weight, in order, for example, to improve the bonding of the coating to the steel sheet and in particular the diffusion of iron from the steel sheet into the coating during a heat treatment of the coated steel sheet, so that, for example, good adhesive suitability can be guaranteed.
  • Unavoidable impurities and optional other components are limited to a maximum of 2.0% by weight.
  • the thickness of the coating can be between 1.5 and 15 pm, in particular between 2 and 12 pm, preferably between 3 and 10 pm.
  • the steel sheet is hot-dip coated with an aluminum-based coating.
  • the thickness of the coating can be between 1.5 and 15 pm, in particular between 2 and 12 pm, preferably between 3 and 10 pm.
  • the coating contains additional elements such as silicon with a content of up to 15% by weight, optionally iron up to 4% by weight, optionally alkali or alkaline earth metals up to 1.0% by weight and optional other components, the total content of which is limited to a maximum of 2.0% by weight.
  • the silicon content is either 0.2 to 4.5% by weight or 7 to 13% by weight, in particular 8 to 11% by weight.
  • the optional iron content comprises 0.2 to 4.5% by weight, in particular 1 to 4% by weight, preferably 1.5 to 3.5% by weight.
  • the optional content of alkali or alkaline earth metals comprises 0.01 to 1.0% by weight of magnesium, in particular 0.1 to 0.7% by weight of magnesium, preferably 0.1 to 0.5% by weight. -% magnesium.
  • the optional content of alkali or alkaline earth metals can in particular include at least 0.0015% by weight of calcium.
  • the aluminum-based coating contains additional elements such as zinc 2 to 24% by weight, silicon 1 to 7% by weight, optionally magnesium 1 to 8% by weight if the content of silicon should be between 1 and 4% by weight, optionally up to 0.3% by weight in total Pb, Ni, Zr or Hf.
  • the tempering of a hot-dip coated steel sheet takes place in a tempering stand and is passed between two tempering rolls. At least one of the tempering rolls has deterministically arranged stamp elements on its surface, whereby each stamp element on the surface of the tempering roll can have an area A P between 12.4 and 32,400 pm 2 .
  • the deterministically arranged stamp elements which are usually produced using laser ablation on the skin-pass roll, form a “positive” shape, which acts on the surface of a coated steel sheet during skin-passing and imprints a surface structure on the coated steel sheet as a “negative” shape.
  • a complete immersion of the stamp elements is practically not possible, so that a transfer of the shape of the geometry of the stamp elements into or onto the surface of the coated steel sheet is greater than 0%, in particular greater than 10%, preferably greater than 20% and smaller 100 °/o, in particular less than 90 °/o, preferably less than 85%.
  • Methods and devices for producing laser-textured temper rolls are state of the art, see, among others, EP 2 892 663 Bl.
  • Deterministic surface topography/surface structure or deterministically arranged stamp elements are understood to mean recurring surface structures which have a defined shape and/or design, cf. also EP 2 892 663 Bl.
  • stamp elements are introduced into or on the surface of the skin-pass roll by means of material removal, in which a positive influence can be exerted by targeted control of the energy, the pulse duration and selection of a suitable wavelength of a laser beam acting on the surface of the skin-pass roll.
  • a positive influence can be exerted by targeted control of the energy, the pulse duration and selection of a suitable wavelength of a laser beam acting on the surface of the skin-pass roll.
  • the interaction time between the laser beam and the skin-pass roll surface increases and more material can be removed from the surface of the skin-pass roll.
  • a pulse leaves an essentially circular crater on the surface of the temper roll. Reducing the pulse duration has an influence on the formation of a crater; in particular, the diameter of the crater can be reduced.
  • the stamp elements are therefore the remaining raised areas on the surface of the skin pass roller that are not detected by the laser.
  • the bombardment pattern to be generated can be computer-assisted using the laser on the surface of the temper roller.
  • the skin pass roller is thus provided with a large number of raised stamp elements.
  • Each stamp element can have an area A P (n) between 12.4 and 32,400 pm 2 .
  • the surface area AP is in particular at least 50 pm 2 , preferably at least 150 pm 2 , preferably at least 300 pm 2 , more preferably at least 500 pm 2 and in particular at most 30,000 pm 2 , preferably at most 25,000 pm 2 , preferably at most 20,000 pm 2 , more preferably maximum 15000 pm 2 .
  • the average area A P , m of the stamp elements results from the material content Smr(c P ) divided by the number of stamp elements per unit area Snr(c P ).
  • a Pm Smr(c P ) / Snr(c P ),
  • each stamp element on the surface of the temper roll can have an area AP between 500 and 20,000 pm 2 , in particular between 750 and 15,000 pm 2 .
  • each stamp element on the surface of the temper roll can have an area A P between 1001 and 5000 pm 2 .
  • each stamp element can alternatively have an area A P of between 5001 and 10000 pm 2 on the surface of the temper roll.
  • both temper rollers are designed with stamp elements arranged deterministically on their surfaces, each stamp element on the surface of the temper roller having an area AP between 12.4 and 32,400 pm 2 .
  • the hot-dip coated steel flat sheet is tempered with the tempering roller or rollers with a tempering degree of at least 0.1% and a maximum of 2.5%, with a tempering degree of at least 0.3%, preferably at least 0.5%, being particularly preferred is set.
  • a tempering degree of at least 0.3% preferably at least 0.5%, being particularly preferred is set.
  • the degree of skin pass is in particular up to 2.0%, preferably up to 1.7%.
  • the skin-passing process and the setting of the skin-passing level are state of the art.
  • three coated steel sheets (steel strips) were tempered with a zinc-based coating (EDT1, LT1, LT3).
  • the thickness and composition of the steel strips as well as the thickness and composition of the zinc-based coating were the same for all three.
  • Three additional coated steel sheets (steel strips) with an aluminum-based coating were also tempered (EDT2, LT2, LT4).
  • the thickness and composition of the steel strips as well as the thickness and composition of the aluminum-based coating were the same for all three.
  • the skin pass was carried out on two steel strips with two differently stochastically structured EDT skin pass roller pairs (EDT1, EDT2) in a skin pass stand and on the remaining four steel strips with laser-textured, differently deterministic ones arranged stamp elements having tempering roller pairs (LT1, LT2, LT3, LT4) in a tempering stand.
  • the degree of dressing was the same in all experiments. Additional parameters are listed in Table 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein schmelztauchbeschichtetes, dressiertes Stahlblech.

Description

Dressiertes, schmelztauchbeschichtetes Stahlblech
Die Erfindung betrifft ein dressiertes, schmelztauchbeschichtetes Stahlblech.
Bei Dressierprozessen von schmelztauchbeschichteten Stahlflachmaterial gemäß dem Stand der Technik, bei dem die Formelemente der Dressierwalze(n) in der Regel stochastisch/zufällig auf der Dressierwalzenoberfläche verteilt sind, ist keine erkennbare gleichmäßig über die gesamte Oberfläche verteilte Übertragung der Formelemente durch die Beschichtung bis in die Substratschicht zu beobachten. Die aus dem Stand der Technik bekannte konfokale Auflichtmikroskopie kann zur Beurteilung herangezogen werden, um einen Nachweis zu liefern, inwieweit eine Gleichmäßigkeit und/oder Güte der Verprägung stattgefunden hat. Dazu werden Proben erstellt, welche jeweils mit einer Oberfläche in beschichtetem sowie unbeschichtetem Zustand nach beispielsweise chemischem Entschichten vermessen werden. Anhand der optischen Erscheinung der Oberflächen kann bereits ein Durchprägen der Stempelelemente der Dressierwalze in der Substratoberfläche identifiziert werden, welches als Indiz für eine Gleichmäßigkeit und/oder Güte der Verprägung gewertet werden kann. Besonders deutlich wird dieser Umstand durch mathematische Korrelationsauswertungen der Topographiedaten der beschichteten und entschichteten Oberflächen. Aufgrund der stochastischen/zufälligen Topgraphie/Textur ist eine räumliche Übereinstimmung der beschichteten sowie entschichteten Messstellen zwingend notwendig. Die dazu gehörenden Korrelationsbilder der beschichteten sowie entschichteten Oberflächen zeigen kaum korrelierende Blechbereiche, so dass auch besonders regelmäßig wiederkehrende korrelierende Blechbereiche nicht erkennbar sind.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher, ein dressiertes, schmelztauchbeschichtetes Stahlblech anzugeben, mit welchem die Nachteile aus dem Stand der Technik behoben werden können, insbesondere die Gleichmäßigkeit und/oder Güte der Verprägung gesteigert werden kann.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung sieht ein dressiertes, schmelztauchbeschichtetes Stahlblech vor, wobei mindestens eine der Oberflächen des dressierten, schmelztauchbeschichteten Stahlblechs deterministisch angeordnete Einprägungen aufweist, wobei über eine Kreuzkorrelationsfunktion rz>u gemessene Höhenwerte z, am Stahlblech von schmelztauchbeschichteten Zustand und gemessene Höhenwerten Uj am Stahlblech im entschichteten Zustand in unterschiedlichen Bereichen verglichen werden, wobei der sich aus der Kreuzkorrelationsfunktion rz>u ergebende Korrelationskoeffizient r mindestens 0,40 beträgt.
Sz u
Der Korrelationskoeffizienten r ergibt sich aus der Kreuzkorrelationsfunktion rz>u mit rz u = s
, wobei sz,u die Kovarianz ist und bestimmt wird durch sz u = -^=1^1 — z) * (ut — u) mit den Mittelwerten z = -S”=i zL und it = -£”= 1 ut sowie den Standardabweichungen und su = .
Die Mess- bzw. Auswertefläche sollte mindestens 0,5 x 0,5 mm2 betragen. Ab 1,5 x 1,5 mm2 können Form und Welligkeiten durch Filtermaßnahmen beseitigt werden. Die Ermittlung des Korrelationskoeffizienten sowie die dahinterliegenden Formeln sind Stand der Technik.
Im Gegensatz zum Stand der Technik sind die prägenden Stempelelemente der Dressierwalzenoberfläche sowohl planar in der Blechebene als auch vertikal insbesondere im Schichtaufbau gleichmäßig verteilt und aufzufinden/nachweisbar, beispielsweise mit Hilfe der konfokalen Auflichtmikroskopie darstellbar. Aus erfindungsgemäß dressierten beschichteten Stahlblechen sind Proben erstellt worden, welche jeweils mit einer Oberfläche in beschichtetem sowie unbeschichtetem Zustand nach chemischem Entschichten in unterschiedlichen Bereichen vermessen worden sind. Die Betrachtung des be- und entschichteten Bereichs überdecken sich somit nicht, soll heißen, dass eine untersuchte Probe in einer definierten Messfläche in einem ersten Bereich im beschichteten Zustand betrachtet wird und nach dem Entschichten in einer definierten Messfläche in einem zweiten Bereich, der nicht dem ersten Bereich entspricht, im beschichteten Zustand betrachtet wird. Die Größe der Messfläche ist bevorzugt identisch. Insbesondere kann dadurch auf eine Gleichmäßigkeit und/oder Güte der Verprägung hingewiesen. Ist der Korrelationskoeffizient hoch, mindestens 0,40, wird auf eine Verbesserung als im Stand der Technik geschlossen, so dass sich somit eine Gleichmäßigkeit und/oder Güte der Verprägung ergibt.
Insbesondere beträgt der Korrelationskoeffizient r mindestens 0,450, vorzugsweise mindestens 0,480, bevorzugt mindestens 0,50, besonders bevorzugt mindestens 0,520, weiter bevorzugt mindestens 0,550, 0,560, 0,570, 0,580, 0,590, 0,60, 0,610, 0,620, 0,630, 0,640, 0,650, 0,660, 0,670, 0,680, 0,690, 0,70, 0,710, 0,720, 0,730, 0,740. Ein Korrelationskoeffizient von 1 wäre theoretisch möglich, trifft aber mit hoher Wahrscheinlichkeit in der Praxis nie zu, so dass der Korrelationskoeffizient bis 1, insbesondere bis 0,90, vorzugsweise bis 0,850 betragen kann. Es wird angenommen, dass je höher der Korrelationskoeffizient, umso besser die Gleichmäßigkeit und/oder Güte der Verprägung.
Unter Stahlblech ist allgemein ein Stahlflachprodukt zu verstehen, welches in Blechform (Blech) bzw. in Platinenform (Platine) oder in Bandform (Stahlband) bereitgestellt werden kann.
Das Stahlblech ist mit einem schmelztauchbeschichteten Überzug beschichtet. Das Dressieren eines Stahlblechs mit einem mittels Schmelztauchen beschichteten Überzugs erfolgt somit nach dem Beschichten, um durch die erfindungsgemäß ausgeprägten Stempelelemente eine verbesserte Haftung im Interface Beschichtung/Substrat anzugeben.
Beispielsweise ist das Stahlblech mit einem zinkbasierten Überzug schmelztauchbeschichtet.
Insbesondere enthält der Überzug neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Aluminium mit einem Gehalt von mindestens 0,1 bis zu 8,0 Gew.-% und/oder Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,1 bis zu 8,0 Gew.-%. Stahlbleche mit zinkbasiertem Überzug weisen einen sehr guten kathodischen Korrosionsschutz auf, welche seit Jahren im Automobilbau eingesetzt werden. Ist ein verbesserter Korrosionsschutz vorgesehen, weist der Überzug zusätzlich Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,3 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,6 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,9 Gew.-% auf. Aluminium kann alternativ oder zusätzlich zu Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,3 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,6 Gew.-% vorhanden sein, um beispielsweise eine Anbindung des Überzugs an das Stahlblech zu verbessern und insbesondere eine Diffusion von Eisen aus dem Stahlblech in den Überzug bei einer Wärmebehandlung des beschichteten Stahlblechs im Wesentlichen zu vermeiden, damit beispielsweise eine gute Klebeignung gewährleistet werden kann. Unvermeidbare Verunreinigungen und optionale weitere Bestandteile sind in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt.
Dabei kann eine Dicke des Überzugs zwischen 1,5 und 15 pm, insbesondere zwischen 2 und 12 pm, vorzugsweise zwischen 3 und 10 pm betragen.
Gemäß einer alternativen Variante ist das Stahlblech mit einem aluminiumbasierten Überzug schmelztauchbeschichtet. Dabei kann eine Dicke des Überzugs zwischen 1,5 und 15 pm, insbesondere zwischen 2 und 12 pm, vorzugsweise zwischen 3 und 10 pm betragen. Insbesondere enthält der Überzug neben Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Silizium mit einem Gehalt bis zu 15 Gew.-%, optional Eisen bis zu 4 Gew.-%, optional Alkali- oder Erdalkalimetalle bis zu 1,0 Gew.-% und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind.
Bei einer bevorzugten Variante beträgt der Siliziumgehalt entweder 0,2 bis 4,5 Gew.-% oder 7 bis 13 Gew.-%, insbesondere 8 bis 11 Gew.-%. Bei einer bevorzugten Variante umfasst der optionale Eisengehalt 0,2 bis 4,5 Gew.-%, insbesondere 1 bis 4 Gew.-%, bevorzugt 1,5 bis 3,5 Gew.-%. Bei einer bevorzugten Variante umfasst der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen 0,01 bis 1,0 Gew.-% Magnesium, insbesondere 0,1 bis 0,7 Gew.-% Magnesium, bevorzugt 0,1 bis 0,5 Gew.-% Magnesium. Weiterhin kann der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen insbesondere mindestens 0,0015 Gew.-% Calcium umfassen.
Beispielsweise enthält der aluminiumbasierte Überzug bei einer alternativen Variante neben Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Zink 2 bis 24 Gew.- %, Silizium 1 bis 7 Gew.-%, optional Magnesium 1 bis 8 Gew.-%, wenn der Gehalt von Silizium zwischen 1 und 4 Gew.-% liegen sollte, optional bis zu 0,3 Gew.-% in Summe Pb, Ni, Zr oder Hf.
Das Dressieren eines schmelztauchbeschichteten Stahlblechs, wobei ein Stahlsubstrat mit einem schmelztauchbeschichteten Überzug bereitgestellt wird, erfolgt in einem Dressiergerüst und wird zwischen zwei Dressierwalzen hindurchgeführt. Mindestens eine der Dressierwalzen weist deterministisch angeordnete Stempelelemente auf ihrer Oberfläche auf, wobei jedes Stempelelement auf der Oberfläche der Dressierwalze einen Flächeninhalt AP zwischen 12,4 und 32400 pm2 aufweisen kann.
Die auf der Dressierwalze in der Regel mittels Laser-Ablation hergestellten, deterministisch angeordneten Stempelelemente bilden eine „positive“ Form, welche beim Dressieren auf die Oberfläche eines beschichten Stahlblechs einwirken und eine Oberflächenstruktur auf dem beschichteten Stahlblech als „negative“ Form einprägen. Ein vollständiges EinprägenZ-tauchen der Stempelelemente ist praktisch nicht möglich, so dass eine Übertragung der Form der Geometrie der Stempelelemente in bzw. auf die Oberfläche des beschichteten Stahlblechs größer 0 °/o, insbesondere größer 10 °/o, vorzugsweise größer 20 % und kleiner 100 °/o, insbesondere kleiner 90 °/o, vorzugsweise kleiner 85 % ist. Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von lasertexturierten Dressierwalzen sind Stand der Technik, vgl. u. a. EP 2 892 663 Bl . Unter deterministischer Oberflächentopografie/ Oberflächenstruktur bzw. deterministisch angeordnete Stempelelemente sind wiederkehrende Oberflächenstrukturen zu verstehen, welche eine definierte Form und/oder Ausgestaltung aufweisen, vgl. auch EP 2 892 663 Bl .
Mittels Laser werden deterministisch angeordnete Stempelelemente in die bzw. auf der Oberfläche der Dressierwalze mittels Materialabtrag eingebracht, indem durch gezielte Ansteuerung der Energie, der Pulsdauer und Wahl einer geeigneten Wellenlänge eines auf die Oberfläche der Dressierwalze einwirkenden Laserstrahls positiv Einfluss genommen werden kann. Mit hoher bzw. höherer Pulsdauer steigt die Wechselwirkungszeit von Laserstrahl und Dressierwalzenoberfläche und es kann mehr Material auf der Oberfläche der Dressierwalze abgetragen werden. Ein Puls hinterlässt auf der Dressierwalzenoberfläche einen im Wesentlichen kreisrunden Krater. Eine Reduktion der Pulsdauer hat Einfluss auf die Ausbildung eines Kraters, insbesondere kann der Durchmesser des Kraters verringert werden. Die Stempelelemente sind somit die verbleibenden, vom Laser nicht erfassten, erhabenen Bereiche auf der Oberfläche der Dressierwalze. Insbesondere kann das zu erzeugende Beschussmuster mittels des Lasers auf der Oberfläche der Dressierwalze computerunterstützt erfolgen.
Die Dressierwalze wird so mit einer Vielzahl an erhabenen Stempelelementen versehen. Die Anzahl n der Stempelelemente in einer Referenz(-teil)fläche Aref ergibt eine Anzahl zu Flächenverhältnis Snr = n/Aref.
Jedes Stempelelement kann einen Flächeninhalt AP(n) zwischen 12,4 und 32400 pm2 aufweisen. Der Flächeninhalt AP beträgt insbesondere mindestens 50 pm2, vorzugsweise mindestens 150 pm2, bevorzugt mindestens 300 pm2, weiter bevorzugt mindestens 500 pm2 und insbesondere maximal 30000 pm2, vorzugsweise maximal 25000 pm2, bevorzugt maximal 20000 pm2, weiter bevorzugt maximal 15000 pm2.
Die Flächeninhalte der Stempelelemente werden in einer Schnittebene cp gemessen, in der d2Smr(c0)/dc2, die zweite Ableitung der Firestone-Abbott Kurve Smr(c), ein Maximum besitzt: d2Smr(c0)/dc2 = (Smr(c0 + Ac) - 2 Smr(c0) + Smr(c0 - Ac) ) / (Ac)2 d2Smr(cP)/dc2 = Maximum c ist Abstand der Schnittebene, sprich Tiefe, unterhalb einer Referenzebene wie z. B. einem Höhenwert. Zur Rauschunterdrückung kann es vorteilhaft sein, die Funktion Smr(c) mittels eines Mittelwertfilters mit einer Breite von 1 pm zu glätten. Der Diskretisierungsabstand Ac kann kleiner als 0,1 pm berücksichtigt werden.
Der durchschnittliche Flächeninhalt AP,m der Stempelelemente ergibt sich aus dem Materialanteil Smr(cP) dividiert durch die Anzahl der Stempelelemente pro Flächeneinheit Snr(cP) mit
AP.m = Smr(cP) / Snr(cP),
Beispielsweise kann jedes Stempelelement auf der Oberfläche der Dressierwalze einen Flächeninhalt AP zwischen 500 und 20000 pm2, insbesondere zwischen 750 und 15000 pm2 aufweisen.
Beispielsweise kann jedes Stempelelement auf der Oberfläche der Dressierwalze einen Flächeninhalt AP zwischen 1001 und 5000 pm2 aufweisen.
Beispielsweise kann jedes Stempelelement alternativ auf der Oberfläche der Dressierwalze einen Flächeninhalt AP zwischen 5001 und 10000 pm2 aufweisen.
Beispielsweise sind beide Dressierwalzen mit jeweils auf ihren Oberflächen deterministisch angeordneten Stempelelementen ausgebildet, wobei jedes Stempelelement auf der Oberfläche der Dressierwalze einen Flächeninhalt AP zwischen 12,4 und 32400 pm2 aufweist.
Das schmelztauchbeschichtete Stahlflachblech wird mit der Dressierwalze bzw. mit den Dressierwalzen mit einem Dressiergrad von mindestens 0,1 % und maximal 2,5 % dressiert, wobei ein Dressiergrad insbesondere von mindestens 0,3 %, vorzugsweise von mindestens 0,5 % als besonders bevorzugt eingestellt wird. Bei einem Dressiergrad von mehr als 2,5 % würden sowohl die mechanischen Eigenschaften negativ beeinflusst werden. Um die Maßhaltigkeit und Oberflächenbeschaffenheit zu optimieren beträgt der Dressiergrad insbesondere bis zu 2,0 %, vorzugsweise bis zu 1,7 %. Der Dressierprozess sowie die Einstellung des Dressiergrads sind Stand der Technik. In einem praktischen Versuch wurden drei beschichtete Stahlbleche (Stahlbänder) mit einem zinkbasierten Überzug dressiert (EDT1, LT1, LT3). Dicke und Zusammensetzung der Stahlbänder sowie Dicke und Zusammensetzung des zinkbasierten Überzugs waren bei allen drei gleich. Drei weitere beschichtete Stahlbleche (Stahlbänder) mit einem aluminiumbasierten Überzug wurden ebenfalls dressiert (EDT2, LT2, LT4). Dicke und Zusammensetzung der Stahlbänder sowie Dicke und Zusammensetzung des aluminiumbasierten Überzugs waren bei allen drei gleich Das Dressieren wurde an zwei Stahlbändern mit zwei unterschiedlich stochastisch strukturierten EDT-Dressierwalzenpaaren (EDT1, EDT2) in einem Dressiergerüst und an den restlichen vier Stahlbändern mit lasertexturierten, unterschiedlich deterministisch angeordneten Stempelelementen aufweisenden Dressierwalzenpaaren (LT1, LT2, LT3, LT4) in einem Dressiergerüst durchgeführt. Der Dressiergrad war bei allen Versuchen gleich. Weitere Parameter sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1
Aus den sechs dressierten, beschichteten Stahlbändern wurden jeweils 10 Proben entnommen, welche näher untersucht wurden. Dabei wurden sowohl die Höhenwerte der beschichteten wie auch die Höhenwerte der chemisch entschichteten Proben mittels konfokaler Auflichtmikroskopie und einer Messfläche mit 0,8 x 0,8 mm2 in unterschiedlichen Bereichen vermessen. Entschichtet wurde wie folgt: Abspülen der Proben mit Ethanol und Trocknen; Entzinken mit inhibierter Salzsäure (im Wesentlichen vollständiges Entfernen der Beschichtung); Abspülen mit Ethanol und Trocknen. Die vermessenen Oberflächen der beschichteten und entschichteten Proben wurden einer mathematischen Korrelationsauswertung der Topographiedaten unterzogen (psoft analysis premium 6.2.6967) und der Korrelationskoeffizient r ermittelt, s. Tabelle 2.
Tabelle 2
In Figur 1 für die Ausführung EDT1 ist das Ergebnis der Kreuzkorrelationsfunktion in einer Messfläche anhand der Auflichtmikroskopie vermessen und miteinander verglichenen Höhen- werte im be- und entschichteten Zustand dargestellt. Der helle zentrale Punkt symbolisiert ein örtliches Hauptmaximum wieder, welches sich lediglich bei Deckungsgleichheit, d. h. der Bereich der gemessenen Höhenwerte im be- und entschichteten Zustand ist gleich. Gut zu erkennen ist, dass in der gesamten Darstellung keine Gleichmäßigkeit und/oder Güte der Verprägung vorliegt. Es ist somit kein wiederkehrendes Muster zu erkennen. Anders in Figur 2 für die Ausführung LT1 sind lokale Maxima, in Form von Nebenmaxima, welche insbesondere durch Verschiebung der betrachteten Bereiche, d.h. dass der erste Bereich im beschichteten Zustand nicht dem betrachteten zweiten Bereich im entschichteten Zustand entspricht, welche widerkehrend in der Darstellung zu erkennen sind, was auf eine Gleichmäßigkeit und/oder Güte der Verprägung schließen lässt.

Claims

Patentansprüche
1. Dressiertes, schmelztauchbeschichtetes Stahlblech, wobei mindestens eine der Oberflächen des dressierten, schmelztauchbeschichteten Stahlblechs deterministisch angeordnete Einprägungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Kreuzkorrelationsfunktion rz,u gemessene Höhenwerte Zj am Stahlblech von schmelztauchbeschichteten Zustand und gemessene Höhenwerten Uj am Stahlblech im ent- schichteten Zustand in unterschiedlichen Bereichen verglichen werden, wobei der sich aus der Kreuzkorrelationsfunktion rz>u ergebende Korrelationskoeffizient r mindestens 0,40 beträgt.
2. Stahlblech nach Anspruch 1, wobei das Stahlblech mit einem zinkbasierten Überzug schmelztauchbeschichtet ist.
3. Stahlblech nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei im Überzug neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Aluminium mit einem Gehalt von mindestens 0,1 bis zu 8,0 Gew.-% und/oder Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,1 bis zu 8,0 Gew.-% in dem Überzug enthalten sein können.
4. Stahlblech nach Anspruch 1, wobei das Stahlblech mit einem aluminiumbasierten Überzug schmelztauchbeschichtet ist.
5. Stahlblech nach Anspruch 4, wobei im Überzug neben Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Silizium mit einem Gehalt bis zu 15 Gew.-%, optional Eisen bis zu 4 Gew.-%, optional Alkali- oder Erdalkalimetalle bis zu 1,0 Gew.-% und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, in dem Überzug enthalten sein können.
6. Stahlblech nach Anspruch 4, wobei im Überzug neben Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Zink 2 bis 24 Gew.-%, Silizium 1 bis 7 Gew.- %, optional Magnesium 1 bis 8 Gew.-%, wenn der Gehalt von Silizium zwischen 1 und 4 Gew.-% liegen sollte, optional bis zu 0,3 Gew.-% in Summe Pb, Ni, Zr oder Hf, in dem Überzug enthalten sein können.
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