JP2017508875A - 最適化されたワイピングによりZnAlMg被覆を有するシートを製造するための方法および対応するシート - Google Patents

最適化されたワイピングによりZnAlMg被覆を有するシートを製造するための方法および対応するシート Download PDF

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Abstract

最適化されたワイピングによりZnAlMg被覆を有するシートを製造するための方法および対応するシートこの方法では、式中Zは、噴出(E)の主方向に沿ったシート(1)とノズル(17)との間の距離であり、Zは、mで表され、は、閉じ込めゾーン(24)中の酸素の体積分率であり、dは、ノズル(17)の前方で走行するシート(1)の移動方向(S)に沿ったノズル(17)の出口(25)の平均高さであり、dはmで表され、Vは、ノズル(17)の前方で走行するシート(1)の移動速度であり、Vは、ms−1で表され、Pは、大気圧に比較したノズル(17)内のワイピングガスの過剰圧力であり、Pは、Nm−2で表される。

Description

本発明は、鋼鉄で作られた基材を製造するための方法であって、基材の少なくとも1つの表面は、AlおよびMgを含む金属被覆と、Zn、不可避的不純物および場合によりSi、Sb、Pb、Ti、Ca、Mn、Sn、La、Ce、Cr、ZrまたはBiの中から選択される1つ以上の追加元素からなる金属被覆の残部とによって被覆され、金属被覆における各追加元素の重量含有率は、0.3%未満であり、金属被覆は、0.5%から8%の間に含まれる重量含有率のAlと、0.3%から3.3%の間に含まれる重量含有率のMgとを有するものの製造方法において、
基材の準備工程と、
シートを得るために浴内に基材を浸漬させることによって、基材の少なくとも1つの表面上を覆う金属被覆を堆積させる工程と、
金属被覆の上にワイピングガスを少なくとも1つの出口を介して噴射する少なくとも1つのノズル手段により、金属被覆をワイピングする工程であって、シートは、ノズルの前方で走行され、ワイピングガスは、噴出の主方向に沿ってノズルから吐出され、閉じ込めボックスは、シート上のワイピングガスの衝突ゾーンの少なくとも下流に閉じ込めゾーンを画定する、ものである工程と、
金属被覆の固化工程と
を少なくとも備える方法に関する。
このようなシートは、特に、自動車のような陸上車両用の車体部品の製造のために、意図されている。
シートは、次に、車体部品または本体シェルを形成するために組み立てられる構成部品を製造するために、切断され、および変形される。
この本体シェルは、次に、塗装の膜(塗装系)により被覆され、塗装の膜(塗装系)は、良好な表面外観を提供し、および亜鉛系金属被覆と共に、腐食に対する保護を確実にすることに関与する。
これらのシートの一部は、塗装を施される前に肉眼で見える欠陥を有している可能性がある。
これらの欠陥は、金属被覆の外表面上で交互に入れ替わる鈍いゾーンおよび明るいゾーンから構成されている。これらのゾーンは、シートの長手方向、即ち、シートの製造工程の間のシートの移動方向に対応する方向に沿って、交互に入れ替わっている。
つや消しゾーンは、一般的に、明るいゾーンの長さの2倍の長さを有する。
自動車製造業者が要求するものが塗装工程後に満たされている場合であっても、肉眼で見えるこれらの欠陥は、自動車製造業者がシートの品質に対して有している認識に悪影響を与える。
また、これらの欠陥は、シートが塗装を施されない適用に対して、問題がある。
従って、本発明の目的は、基材を含むシートを製造するための製造方法を提供することであり、基材の少なくとも1つの表面は、亜鉛系金属被覆材料により被覆され、または、亜鉛系金属被覆材料に浸漬されていて、この亜鉛系金属被覆材料は、0.5重量%から8重量%の間のAlと、0.5重量%から3.3重量%のMgとを含み、金属被覆の外表面は、向上した美的外観を有する。
この目的を達成するために、本発明の対象は、請求項1に記載の方法に関する。
この方法は、また、個別にまたは組み合わせて考慮される、請求項2から9の特徴を含んでもよい。
本発明の対象は、また、請求項10に記載のシートに関する。
シートは、また、個別にまたは組み合わせて考慮される、て請求項11から16の特徴を含んでもよい。
本発明を、以下に説明する添付の図面を参照することにより、純粋に情報のため、かつ限定することなく提供される明示の例により、説明する。
本発明に係るシートの構造を示す概略断面図である。 図1に示されるシートを製造するために使用されるタンクおよびワイピングノズルを示す概略側面図である。 図2の丸で囲んだ部分IIIの部分概略拡大図である。 図3の矢印IV方向での模式図であり、図3に示されるノズルの出口の形状を図示する。 既に上述した欠陥を有するシートの写真である。
図1に示されるシート1は、鋼鉄で作られた基材3であって、基材3の2つの表面5のそれぞれに金属被覆7により被覆された基材3を備える。
基材3と基材3を覆う別の層との相対的な厚さは、その提示を容易にするために、図1どおりではないことに留意されたい。
2つの表面5上に存在する被覆7は、類似しており、一方のみが以降で詳細に説明される。変形例(図示せず)としては、表面5の一方のみが、被覆7を有する。
被覆7は、一般的に、25μm以下である厚さであって、腐食に対して基材3を保護することを目的とする厚さを有する。
被覆7は、亜鉛、アルミニウムおよびマグネシウムを含む。
金属被覆7中のアルミニウムの重量含有率は、0.5%から8%の間に、好ましくは4.4%から5.6%の間に、より好ましくは0.5%から4.5%の間に、より好ましくは0.5%から3.9%の間に、より好ましくは1.0%から3.9%の間に、より好ましくは1.5%から3.9%の間に、さらにより好ましくは2%から3.9%の間に含まれる。金属被覆7中のマグネシウムの重量含有率は、0.3%から3.3%の間に、より好ましくは0.3%から1.5%との間に、より好ましくは0.3%から0.7%の間に、より好ましくは0.5%から3.3%の間に、より好ましくは1.0%から3.3%の間に、より好ましくは1.5%から3.3%の間に、より好ましくは2%から3.3%の間に、さらにより好ましくは2.5%から3.3%の間に含まれる。
これらの重量含有率レベルは、被覆7を生成するために使用される浴の重量含有率レベルに対応しており、浴は、後述する。
これらの重量含有率レベルは、例えばグロー放電分光分析によって、金属被覆7の表面において且つ質量において測定することができるものである。これらの重量含有率レベルは、被覆7と基材3との間の接合部分の構成を考慮していない。ここで、金属間化合物の形成は、アルミニウム含有率における局所的な増加をもたらす。
従って、本明細書に係る特許請求された重量含有率を測定するためには、化学溶解法を使用しないことを明記する。この化学溶解法は、金属被覆7およびこれらの金属間化合物の形成の同時溶解をもたらし、従って、金属被覆7の厚さに応じて、0.05%から0.5%の程度の重量含有率のアルミニウムの過大評価につながる。
シート1を生成するために、進行するのに適した方法は、例えば、以下のようなものであることができる。
例えば、熱間圧延、続いて冷間圧延によって得られる一片の形態における基材3が、使用される。
好ましくは、冷間圧延のために、基材3は、例えば0.2から2mmの間の厚さを有する基材3を得るためのやり方で、まず、一般的には60%から85%の間に含まれる縮小率で冷間圧延される。
冷間圧延された基材3は、次に、冷間加工後に基材3を再結晶化し、冷間圧延作業を受けている基材3を硬化する目的のため、還元雰囲気下でのアニール炉において従来の方法で実行されるアニール処理を施されてもよい。
再結晶化アニールは、また、この後の浸漬作業のために必要な化学反応に有利に働くために、基材3の表面5を活性化するのに役立つ。
鋼鉄の等級に応じて、再結晶アニーリングは、鋼鉄の再結晶および表面5の活性化に必要な時間の間、650℃から900℃の間に含まれる温度で実行される。
基材3は、この後、タンク15内に含まれる浴13の温度に近い温度まで冷却される。
浴13の組成物は、亜鉛系であり、
・0.5重量%から8重量%の間のアルミニウムであって、好ましくは4.4重量%から5.6重量%の間、より好ましくは0.5重量%から4.5重量%の間、より好ましくは0.5重量%から3.9重量%の間、より好ましくは1.0重量%から3.9重量%の間、より好ましくは1.5重量%から3.9重量%の間、さらにより好ましくは2%から3.9%の間のアルミニウムと、
・0.3重量%から3.3重量%の間のマグネシウムであって、より好ましくは0.3重量%から1.5重量%の間、より好ましくは0.3重量%から0.7重量%の間、より好ましくは0.5重量%から3.3重量%との間、より好ましくは1重量%から3.3重量%との間、より好ましくは1.5重量%から3.3重量%の間、より好ましくは2重量%から3.3重量%の間、さらにより好ましくは2.5重量%から3.3重量%の間のマグネシウムと
を含む。
一般的な方法では、本明細書において上述で示したように、各アルミニウム含有率の範囲は、浴13を形成するために、マグネシウム含有率の範囲の各々と組み合わせて使用されてもよい。
アルミニウムの重量含有率が4.4%から5.6%の間にあるとき、マグネシウムの重量含有率は、好ましくは0.3%から1.5%の間にある。
アルミニウムの重量含有率が1.5%から3.9%の間にあるとき、マグネシウムの重量含有率は、好ましくは1.0%から3.3%の間にある。
浴13のための組成物は、また、Si、Sb、Pb、Ti、Ca、Mn、Sn、La、Ce、Cr、Ni、ZrまたはBiのような任意の追加元素を0.3重量%まで含んでもよい。
これらの異なる元素は、とりわけ、被覆の耐食性を向上させることを可能にするのに、または、実際に、例えば、被覆の脆弱性または接着性の点で機能強化を提供するのに、役立つことができる。
被覆の特性におけるそれらの影響を知っている当業者は、所望の追加の目的に応じて、それらを使用することについて知っているはずである。また、それらの元素が、本発明に係る方法によって得られた固定波(settle wave)の制御を妨害しないことが確認された。
最後に、浴13は、タンクの供給インゴットから、または、さらには浴13における基材3の貫通路から導かれる不可避的不純物を含んでもよい。この文脈において、特に、鉄が言及され得る。
基材3は、浴13を通過した後、シート1を得るために、被覆7によって基材3の両方の表面5に被覆されている。
図2に示されるように、シート1は、この後、シート1の両面に配置されたノズル17によってワイピング処理を施される。ワイピング処理は、被覆7の外表面21に向かって、ワイピングガス、好ましくは不活性ガスを噴射する。ワイピングガスは、噴出Eの主方向に沿って、各ノズル17から噴出される。各ノズル17の吐出Eの主方向は、図2および図3に実質的に破線で示されている。
示される例では、方向Eは、水平方向であり、およびシート1に対して直交する。他の実施形態では、方向Eは、シート1に対して他の傾きを有してもよい。
使用される製造ライン上を走行し、従ってノズル17の前方を走行する基材3の移動速度Vは、一般的に、80m/分から300m/分の間にあり、好ましくは、120m/分よりも大きく、または、さらには150m/分よりも大きい。
被覆7の酸化を制限するために、この方法は、シート1のワイピングガスの衝突ゾーンIの少なくとも下流においてシート1の周囲の雰囲気を閉じ込めるために、閉じ込めボックス23を提供する。用語「下流」は、本明細書において、ノズル17の前方を走行しているシート1の移動方向Sに対して使用されていると、理解される。
閉じ込めボックス23は、変形例の方法により、浴13の表面までまたはノズル17と浴13の表面との間の中間位置まで上流方向に延びることができる。
閉じ込めボックス23は、閉じ込めゾーン24であって、金属シート1上のワイピングガスの衝突ゾーンIを囲み、少なくとも下流方向にゾーンから延びる閉じ込めゾーン24を画定する。
本明細書において上述した例では、ノズル17は、シート1に関連する類似した構造および位置決め仕様を有し、および類似の設定により機能する。従って、図2の右側にあるノズル17のみが、本明細書において、図3を参照して以下で説明する。また、右側にあるノズル17のみが図3に示されていることに留意されたい。
変形例により、ノズル17は、異なる設定を用いて、異なる構造、異なる位置および/または機能を有してもよい。また、シート1の片面のみにノズルが設けられることが可能である。
ノズル17は、出口25を有し、出口25を介してワイピングガスが、被覆7に対向するように配置された被覆7の外表面21に向かって噴出される。様々な外部形態が、場合によっては、ノズル17のために想定されてもよい。
ノズル17の出口25は、噴出Eの主方向に沿ってシート1から距離Zだけ離れて配置されている。
Eがシート1に直交していない場合は、Zは、シート1とノズル17の間の最小距離ではない。図4に示されるように、出口25は、一般的に、シート1の幅に少なくとも等しい幅Lにわたって、方向Lおよび図3の平面に対して直交して延びるスロットの形態で表されている。
一般的に、出口25の高さ、即ち、ノズル17の前方を走行するシート1の移動方向Sと平行な出口25の寸法は、図4に示されるように、一定である。こうした次第であるが、幾つかの変形実施形態において、この高さは、出口25の幅にわたって変化してもよい。従って、出口25は、出口25の端部(蝶ネクタイの形状)に向かって、例えばわずかにフレア形状を有してもよい。
高さにおけるこれらの可能な変形例および様々な異なる可能な実施形態を考慮するために、続いて、出口25の幅Lにわたる出口25の平均高さdについて考察が与えられるだろう。
大気圧と比較したノズル17内のワイピングガスの過剰圧力は、Pで示され、および閉じ込めゾーン24内の酸素の体積分率は、
Figure 2017508875
で示される。言い換えれば、Pは、ノズル17内のワイピングガスの圧力と大気圧との差である。
本発明によれば、
Figure 2017508875
式中、
Zは、mで表され、
dは、mで表され、
Vは、ms−1で表され、
Pは、Nm−2で表される。
一般的に、パラメータVは、基材3の等級と基材3の再結晶アニーリングゾーンにおける加熱能力とによって与えられる。高さdは、生産工程に対して選択される。このことは、せいぜい、
Figure 2017508875
が、上述の引用された要件を満たすために調整されるようにする。
Figure 2017508875
は、例えば、ゾーン24におけるサンプリングの後に、測定される。
典型的には、このようなサンプリングは、衝突ゾーンIのレベルにおける酸素の体積分率を代表するように、衝突ゾーンIに比較的近い、例えば、3Z以下の距離において実行されるであろう。
また、封じ込めを向上させ、式(A)を満たすために、閉じ込めボックス23を拡張すること、または、閉じ込めボックス23を修正することが、必要でありうる。
本明細書において以下に詳述されるように、上述の条件の遵守は、被覆7の固化の後におよび場合によっては塗装を施される前に、向上した美的外観を得るための能力を提供する。
被覆7は、この後、被覆7を固化するために制御された方法で放冷される。
被覆7が完全に冷却されたときに、シート1は、シート1の後続の形成を容易にするテクスチャを被覆7の外表面21に与えるために、スキンパス圧延作業を受けてもよい。
実際には、スキンパス作業は、シート1の被覆7の外表面21に十分な粗さを転写するという目的に役立つ。この十分な粗さは、この形成が、この形成の前にシート1に加えられるオイルの良好な保持を促進することにより、良好な状態で実行されることを保証するために必要とされている。スキンパス作業中のシート1の伸び率は、一般的に、0.5%から2%の間にある。
スキンパス作業は、一般的に、自動車の車体部品の製造での使用のために意図されたシート1に対して、実行される。
シート1が、家庭用電化製品の製造における使用のために意図されているとき、例えば、この追加作業は、実行される必要がない。
シート1は、スキンパスによって処理されてもされなくても、例えば、深絞り、曲げまたはプロファイリングによって、各被覆7に膜または塗装(または塗装系)を形成するために、この後に、塗装を施されうる部品を生成するために、続いて切断され、この後に形成される。
家電用電化製品用の部品の場合には、最終的に、塗装膜に、これ自体既知の物理的および/または化学的手段によりアニール処理を施すことも可能である。
この目的のために、処理は、熱風炉または誘導炉を介して、または、紫外線ランプの下または電子ビームを拡散する装置の下で、塗装された部品を通過させることを、含んでもよい。
自動車の用途のために、ホスフェート処理の後に、各構成部品は、電気泳動槽に浸漬され、プライマー塗装の被膜、ベース塗装の層および場合により最上の被覆ワニスの層の連続的な適用が続く。構成部品に電気泳動層を加える前に、構成部品は、予め脱脂され、この後、電気泳動処理の密着性を確保するような方法でリン酸化される。
このように、電気泳動被膜は、構成部品に、腐食に対する保護の余分な層を与える。通常、スプレーガンで塗布されたプライマー塗装の層は、構成部品に、この層の最終的な外観を準備し、欠けに対して保護し、および紫外線から保護する。ベース塗装の被膜は、構成部品に、構成部品の色および構成部品の最終的な外観を与える。ワニスの被膜は、構成部品の表面に、良好な機械的耐性、活動的な化学物質に対する耐性および良好な表面外観を与える。
一般的に、ホスフェート層の重量は、1.5g/mから5g/mの間に含まれる。
構成部品を保護するために、および最適な外観を有することを保証するために使用される塗装膜は、例えば、15μmから25μmの厚さを有する電気泳動被膜と、35μmから45μmの厚さを有するプライマー塗装の被膜と、40μmから50μmの厚さを有するベース塗装の被膜と、を含む。
塗装膜がワニスの被膜をさらに備える場合、塗装の様々な異なる被膜の厚さは、一般的に以下の通りである。
電気泳動塗装の被膜:15μmから25μmの間、好ましくは20μm未満、
プライマー塗装の被膜:45μm未満、
ベース塗装の被膜:20μm未満および
ワニスの被膜:55μm未満、である。
塗装膜は、また、場合によっては、いかなる電気泳動塗装層を含まなくてもよく、プライマー塗装の1つの被膜およびベース塗装の1つの被膜および場合によってはワニスの1つの被膜のみを含んでもよい。
好ましくは、塗装膜の全厚さは、120μm未満またはさらには100μm未満であろう。
ここに、本発明を、情報のためであってかつ限定することなく提供する明示的な試験により説明する。
本明細書における以下の表Iは、様々な異なる値
Figure 2017508875
で実行された一連の試験の条件を詳述する。
これらの試験において、被覆7は、約3.7%のアルミニウムおよび約3.1%のマグネシウムの重量含有率のレベルを有していた。被覆7の厚さは、約10μmであった。これらの被覆7を生成するために使用される浴の温度は、約420℃であった。使用されたワイピングガスは、窒素系であり、被覆7の固化までの被覆7の冷却速度は、14℃/秒から15℃/秒の間であった。
Figure 2017508875
右端の欄は、各試験に対して、パラメータが式(A)を満たすか否かおよび既に上述した欠陥が存在したか(文字Y)または観察可能ではなかったか(文字N)を示す。
図5は、これらの欠陥が存在していた試験を示す。
このとき、被覆7の外表面に、鈍いゾーン31および明るいゾーン33の交互のパターンを視覚的に観察することが可能である。
条件
Figure 2017508875
を満たし、かつ式(A)を満たすことは、上述の表Iに示されるように、これらの欠陥の発生を回避させ、これによって被覆7のシート金属1の美的外観を向上させる能力を与える。
Figure 2017508875

Claims (16)

  1. 鋼鉄で作られた基材(3)を含むシート(1)を製造するための方法であって、前記基材(3)の少なくとも1つの表面(5)は、AlおよびMgを含む金属被覆(7)と、Zn、不可避的不純物および場合によりSi、Sb、Pb、Ti、Ca、Mn、Sn、La、Ce、Cr、ZrまたはBiの中から選択される1つ以上の追加元素からなる前記金属被覆(7)の残部とによって被覆され、前記金属被覆(7)における各追加元素の重量含有率は、0.3%未満であり、前記金属被覆(7)は、0.5%から8%の間に含まれる重量含有率のAlと、0.3%から3.3%の間に含まれる重量含有率のMgとを有するものの製造方法において、
    前記基材(3)の準備工程と、
    前記シート(1)を得るために、浴内に前記基材(3)を浸漬させることによって、少なくとも1つの表面(5)上を覆う金属被覆(7)を堆積させる工程と、
    前記金属被覆(7)の上にワイピングガスを少なくとも1つの出口(25)を介して噴射する少なくとも1つのノズル(17)手段により、前記金属被覆(7)をワイピングする工程であって、前記シート(1)は、前記ノズルの前方で走行され、前記ワイピングガスは、噴出(E)の主方向に沿って前記ノズル(17)から噴出され、閉じ込めボックス(23)は、前記シート(1)上への前記ワイピングガスの衝突ゾーン(I)の少なくとも下流に閉じ込めゾーン(24)を画定するものである、工程と、
    前記金属被覆(7)の固化工程と
    を少なくとも備え、
    Figure 2017508875
    式中、
    Zは、噴出(E)の前記主方向に沿った前記シート(1)と前記ノズル(17)との間の距離であり、Zは、mで表され、
    Figure 2017508875
    は、前記閉じ込めゾーン(24)中の酸素の体積分率であり、
    dは、前記ノズル(17)の前方で走行する前記シート(1)の移動方向(S)に沿った前記ノズル(17)の前記出口(25)の平均高さであり、dは、mで表され、
    Vは、前記ノズル(17)の前方で走行する前記シート(1)の移動速度であり、Vは、ms−1で表され、かつ、
    Pは、大気圧と比較した前記ノズル(17)内の前記ワイピングガスの過剰圧力であり、Pは、Nm−2で表される、方法。
  2. 前記被覆堆積工程の前に、シート(1)の冷間圧延工程を備える、請求項1に記載の方法。
  3. 前記被覆固化工程の後に、シート(1)のスキンパス圧延工程を備える、請求項1または2に記載の方法。
  4. 金属被覆(7)中のAlの重量含有率が、0.5%から3.9%の間に含まれる、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 金属被覆(7)中のAlの重量含有率が、1.5%から3.9%の間に含まれる、請求項4に記載の方法。
  6. 金属被覆(7)中のAlの重量含有率が、4.4%から5.6%の間に含まれる、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  7. 金属被覆(7)中のMgの重量含有率が、1.0%から3.3%の間に含まれる、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 金属被覆(7)中のMgの重量含有率が、2.5%から3.3%の間に含まれる、請求項7に記載の方法。
  9. 金属被覆(7)中のMgの重量含有率が、0.3%から1.5%の間に含まれる、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  10. 請求項1から9のいずれか一項に記載の方法に従って得られるシート(1)であって、
    前記シート(1)は、鋼鉄で作られた基材(3)を備え、前記基材(3)の少なくとも1つの表面(5)は、AlおよびMgを含む金属被覆(7)と、Zn、不可避的不純物および場合によりSi、Sb、Pb、Ti、Ca、Mn、Sn、La、Ce、Cr、ZrまたはBiのうちから選択される1つ以上の追加元素からなる前記金属被覆(7)の残部とによって被覆され、前記金属被覆(7)における各追加元素の重量含有率は、0.3%未満であり、前記金属被覆(7)は、0.5%から8%の間に含まれる重量含有率のAlと、0.3%から3.3%の間に含まれる重量含有率のMgとを有する、シート(1)。
  11. 金属皮膜(7)中のAlの重量含有率が、0.5%から3.9%の間に含まれる、請求項10に記載のシート。
  12. 金属皮膜(7)中のAlの重量含有率が、1.5%から3.9%の間に含まれる、請求項11に記載のシート。
  13. 金属皮膜(7)中のAlの重量含有率が、4.4%から5.6%の間に含まれる、請求項10に記載のシート。
  14. 金属被覆(7)中のMgの重量含有率が、1.0%から3.3%の間に含まれる、請求項10から13のいずれか一項に記載のシート。
  15. 金属被覆(7)中のMgの重量含有率が、2.5%から3.3%の間に含まれる、請求項14に記載のシート。
  16. 金属被覆(7)中のMgの重量含有率が、0.3%から1.5%の間に含まれる、請求項10から13のいずれか一項に記載のシート。
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