JP2022548125A - 決定論的表面構造を有する鋼板 - Google Patents

Abstract

本発明は、決定論的表面構造（２）を有するようにスキンパス圧延された、特に被覆鋼板（１）およびその製造方法に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、決定論的表面構造でスキンパス圧延された鋼板、より詳細には被覆鋼板に関する。本発明はさらに、決定論的表面構造でスキンパス圧延された鋼板、より詳細には被覆鋼板の製造方法に関する。

先行技術は、決定論的表面構造でスキンパス圧延された鋼板、より詳細には被覆鋼板を一般的に開示している。例えば、欧州特許第２８９２６６３Ｂ１号を参照されたい。

欧州特許第２８９２６６３Ｂ１号

既知の従来技術を、特に油の表面重量の低減に関して最適化する必要がある。

したがって、目的は、決定論的表面構造でスキンパス圧延され、従来技術と比較して同等またはより良好な特性を油使用量の低減と同時にもたらす鋼板、より詳細には被覆鋼板を提供することである。

この目的は、請求項１の特徴によって達成される。

本発明者らは、決定論的表面構造でスキンパス圧延された鋼板、より具体的には被覆鋼板の場合において、表面構造が鋼板、特に被覆鋼板の表面から出発して鋼板、特に被覆鋼板に型押しされれば、従来技術と比較して同等またはより良好な特性、特に油使用量の低減を同時に提供できることを見出した。そこでは、表面構造が表面から出発して谷領域まで下りる逃げ面領域を有し、本発明によれば、好ましくは油の所要量を最小限に抑えるために、少なくとも谷領域が３００ｎｍ未満の粗さＲａを有する。粗さＲａを（Ｒａの値を決定するための測定方法はＤＩＮ ＩＳＯ ＥＮ ４２８７に規定されている）、表面構造の少なくとも谷領域において３００ｎｍ未満、より具体的には２５０ｎｍ未満、好ましくは２００ｎｍ未満、より好ましくは１５０ｎｍ未満、非常に好ましくは１００ｎｍ未満の粗さＲａに制限することにより、特に局所的なオイル分布に影響を及ぼすことが可能であり、したがって構造内では、逃げ面領域の方向に作用する毛細管力の状況において、油は、谷領域をわずかな部分でのみ濡らすかまたは全く濡らさず、逃げ面領域に沿って蓄積する。谷領域で確立された粗さＲａが低いほど、逃げ面領域の方向の毛細管力の可能な影響が大きくなり、したがって決定論的表面構造の本発明による特性は、実際に、油所要量の低減を特徴とする鋼板、より詳細には被覆鋼板を提供することを可能にする。

「決定論的表面構造」という用語は、規定の形状および／または設計を示す反復表面構造を指す。欧州特許第２８９２６６３Ｂ１号を参照されたい。特に、これは、（準）確率的態様を有するが、それでも決定論的テクスチャリング加工によって印加され、したがって決定論的形状要素から構成される表面も含む。

「鋼板」という用語は、一般に、板形状またはプレート形状またはストリップ形状で提供され得る平坦鋼製品を指す。

本発明に従って構成された鋼板は、未被覆であっても、または好ましくは被覆されていてもよい。鋼板が被覆されている場合、被覆鋼板のコーティングは金属コーティングを含む。

さらなる有利な改良および発展は、以下の説明から明らかである。特許請求の範囲、明細書、または図面からの１つ以上の特徴は、それらからの１つ以上の他の特徴と連結されて、本発明のさらなる改良を与えることができる。独立請求項からの１つ以上の特徴が、１つ以上の他の特徴によって連結されることも可能である。

本発明による鋼板の一実施形態によれば、表面構造は、表面から出発して谷領域まで下り、鋼板、より詳細には被覆鋼板の垂線に対して１°～８９°の角度で構成される逃げ面領域を有する。構成された角度は、特に５０°～８７°、好ましくは６０°～８５°、特に好ましくは６５°～８２°であってもよい。表面構造の谷および逃げ面領域（ネガティブ形状）は、鋼板、より詳細には被覆鋼板への対応する作用によって表面構造を構成または型押しするスキンパス圧延の表面（ポジティブ形状）に本質的に対応する。表面構造を縁取り、構成する逃げ面領域は、逃げ面領域に一体に接続された谷領域と共に、スキンパス圧延によって鋼板、より詳細には被覆鋼板に型押しされる表面構造の閉鎖容積を画定する。成形方法によるその後の加工のために、空容積と呼ばれる閉鎖容積は、適用される成形流体、より具体的には油に適合させることができる。

本発明の鋼板の一実施形態によれば、鋼板は、溶融めっきによって塗布される亜鉛ベースのコーティングで被覆され、コーティング中には、亜鉛および不可避不純物に加えて、さらなる元素、例えばコーティング中最大５重量％の含有量のアルミニウムおよび／または最大５重量％の含有量のマグネシウムが存在し得る。亜鉛ベースのコーティングを有する鋼板は、非常に良好な陰極防食性を特徴とし、自動車製造において長年使用されてきた。改善された防食が提供される場合、コーティングは、マグネシウムを少なくとも０．３重量％、特に少なくとも０．６重量％、好ましくは少なくとも０．９重量％の含量でさらに含む。アルミニウムは、特にコーティングの鋼板への付着を改善するために、および特に被覆鋼板の熱処理時に鋼板からの鉄の拡散を実質的に防止するために、少なくとも０．３重量％の含有量でマグネシウムの代わりにまたはそれに加えて存在してもよく、それにより、例えば高い接合適合性を確保することができる。この場合のコーティングは、１～１５μｍ、より詳細には２～１２μｍ、好ましくは３～１０μｍの厚さを有することができる。最小限度を下回ると、十分な陰極防食性が確保されない場合があり、最大限度を超えると、本発明の鋼板またはそれから製造された部品が別の部品に接合される場合に接合問題が生じる得る。特に、コーティング厚さが指定された最大限度を超える場合には、熱接合または溶接の安定した実施を保証することができない。

本発明の鋼板の一実施形態によれば、鋼板、より具体的には被覆鋼板は、追加的に油を注油され、特に油は、表面構造において最大２ｇ／ｍ^２の表面重量で吸収される。表面構造の寸法に起因して、油の所要量はわずかであり、したがって表面重量は最大２ｇ／ｍ^２、より具体的には最大１．５ｇ／ｍ^２、好ましくは最大１．２ｇ／ｍ^２、より好ましくは最大１ｇ／ｍ^２に制限される。逃げ面領域の方向の強い毛細管力および谷領域における最小限粗さの具体的な結果として、注油後の油は、実質的に表面構造の逃げ面領域に沿って、および／または逃げ面領域と谷領域との間の変わり目において堆積され、潤滑を改善し、摩擦、したがって成形手段、成形装置、例えば好ましくは（深絞り）プレスの摩耗を低減するために、さらなる作業、例えば成形作業、好ましくは深絞り作業に利用可能である。特に、実際の接触ゾーンまたは摩擦ゾーンへの油の供給に寄与しない、トライボロジー的に好ましくない領域での油の蓄積の効果的な抑制を達成することが可能である。したがって、油の表面重量が低減された本発明の鋼板は、従来技術から知られている注油された鋼板と比較して、非常に良好なトライボロジー特性を有し、特に資源の使用量が低減されているため、より環境に優しい。

第２の態様において本発明は、決定論的表面構造でスキンパス圧延された鋼板、より具体的には被覆鋼板の製造方法に関し、方法は、
－鋼板、より具体的には被覆鋼板を提供する工程、
－スキンパス圧延機で鋼板、より具体的には被覆鋼板をスキンパス圧延する工程を含み、鋼板、より具体的には被覆鋼板の表面に作用するスキンパス圧延機の表面は、スキンパス圧延後に、表面構造が鋼板、より具体的には被覆鋼板の表面から出発して鋼板、より具体的には被覆鋼板に型押しされるように、決定論的表面構造を備え、表面構造は、表面から出発して谷領域まで下りる逃げ面領域を有し、少なくとも谷領域は、３００ｎｍ未満の粗さＲａを有する。

鋼板、より詳細には被覆鋼板の表面への力の作用によって、スキンパス圧延機の表面（ポジティブ形状）は、谷および逃げ面領域（ネガティブ形状）を画定し、スキンパス圧延機の表面（ポジティブ形状）に本質的に対応する表面構造を構成する。決定論的表面構造を構成するために、スキンパス圧延機は、例えばレーザーなどの適切な手段を用いて作動させることができる。欧州特許第２８９２６６３Ｂ１号を参照されたい。さらに、スキンパス圧延機上に表面を確立するために、材料除去の他の方法を使用してもよく、幾何学的に画定されるまたは画定されない切断による切削加工、化学的または電気化学的、光学的またはプラズマ誘起加工である例は、スキンパス圧延用の被覆鋼板の表面構造の少なくとも谷領域において、３００ｎｍ未満の粗さＲａを実現するのに適している。代替的または追加的に、スキンパス圧延機はまた、後加工作業、好ましくは研削作業に供されてもよく、これで鋼板、より詳細には被覆鋼板の谷領域を形成するスキンパス圧延機の部分が特に平滑化し、この場合の前記部分は、スキンパス圧延機の表面上の対応するピーク領域またはプラトーであり、これにより、粗さをさらに低減することが可能な場合がある。

繰り返しを避けるために、決定論的表面構造でスキンパス圧延された本発明の鋼板、より具体的には、本発明の被覆鋼板に関する記述がそれぞれ参照される。

本発明の方法の一実施形態によれは、鋼板を提供する前に、鋼板は溶融めっきにより被覆される。溶融めっき用の溶融物は、亜鉛および不可避不純物に加えて、好ましくはさらなる元素、例えば最大５重量％の含有量のアルミニウムおよび／または最大５重量％の含有量のマグネシウムを含み得る。

本発明の方法の一実施形態によれば、スキンパス圧延後の鋼板は、さらに油を注油され、油は、最大２ｇ／ｍ^２の表面重量、好ましくは最大１ｇ／ｍ^２の表面重量で塗布される。

本発明の特定の実施形態を、以下で図を参照してさらに完全に詳細に説明する。図面および得られた特徴の説明は、各実施形態を限定するものとして読まれるべきではなく、例示的な実施形態の説明に役立つべきである。さらに、それぞれの特徴は、本発明の可能なさらなる発展および改良のために、特に図示されていない追加の実施形態の文脈において、互いと共に、さらに上記の特徴と共に利用することができる。同一の部分には、常に同じ参照符号を付す。

図１ａ）および図１ｂ）は、決定論的表面構造を有するスキンパス圧延被覆鋼板の、それぞれ本発明の第１および第２の例示的な実施形態の部分断面の概略図である。 図２ａ）～図２ｃ）は、従来技術に従って被覆され、スキンパス圧延された確率的表面構造を有する鋼板の部分的表示である。 図３ａ）～図３ｃ）は、スキンパス圧延された決定論的表面構造を有する、本発明の第３の例示的な実施形態の被覆鋼板の部分的表示である。

図１ａ）および図１ｂ）は、決定論的表面構造（２）を有するスキンパス圧延被覆鋼板（１）、それぞれ本発明の第１および第２の例示的な実施形態の部分断面の概略図を表す。表面構造（２）は、鋼板（１）の表面（１．１）から出発して、鋼板（１）に型押しされ、表面構造（２）は、表面（１．１）から出発して谷領域（２．２）まで下りる逃げ面領域（２．３）を有する。少なくとも谷領域（２．２）は、３００ｎｍ未満の粗さＲａを有する。被覆鋼板（１）を圧延するための、対応するスキンパス圧延機（図示せず）を操作するために使用される材料除去の方法に応じて、谷領域（２．２）は、スキンパス圧延機（図示せず）上の対応する領域（ピーク領域／プラトー）によって確立され得る。スキンパス圧延機は、研削作業によって追加的に後加工されてもよく、ピーク領域／プラトーはそれに応じて平滑化され、谷領域（２．２）での粗さＲａのさらなる低減を実現することができる。さらに、図１ａ）および図１ｂ）において、表面構造（２）が、表面（１．１）から始まって谷領域（２．２）まで下り、被覆鋼板（１）の垂線（Ｏ）に対して１°～８９°の角度（α）で構成された逃げ面領域（２．３）を有することは容易に明らかである。逃げ面領域（２．３）に一体に付着されまたは接続された谷領域（２．２）と共に、表面構造（２）を縁取り、構成する逃げ面領域（２．３）は、スキンパス圧延によって被覆鋼板（１）に型押しされる表面構造（２）の閉鎖容積を画定する。図１ｂ）は、図１ａ）と比較して、谷領域（２．２）におけるより滑らかな、したがって低い粗さＲａを示し、図示されない研削されたスキンパス圧延機によって加工されており、したがって決定論的表面構造（２）を被覆鋼板（１）上に作製することができ、この構造は、表面構造（２）の少なくとも谷領域（２．２）における、より詳細には２５０ｎｍ未満、好ましくは２００ｎｍ未満、より好ましくは１５０ｎｍ未満、非常に好ましくは１００ｎｍ未満の粗さＲａで確立されることが可能である。本発明による表面構造の実施形態はまた、未被覆の鋼板に実施されてもよい。

図２ａ）、図２ｂ）および図２ｃ）は、従来技術に従って被覆され、確率的表面構造でスキンパス圧延された鋼板の部分的表示を示す。表面構造は、ＥＤＴテクスチャ加工され、続いて研削されたスキンパス圧延機（図示せず）を使用して付与された。図２ａ）には、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって測定された、亜鉛コーティングが施された板トポグラフィの詳細が示されている。６０×１２．５μｍ^２の面積（Ｕ）に基づく粗さＲａは、谷領域で決定され、Ｒａについて分かった値は３２３ｎｍである。ＥＤＴテクスチャ加工およびその後研削されたスキンパス圧延機（図示せず）を使用して圧延され、亜鉛コーティングが施された板トポグラフィ上の油の分布が例証として示され、図２ｂ）は、光学顕微鏡によって詳細を示し、図２ｃ）は同じ詳細をラマン分光法によって示しており、表面油は光として示されている。表面構造の谷領域は、部分的に油で完全に満たされており、油の表面重量は２ｇ／ｍ^２を超えていた。

本発明の第３の例示的な実施形態、図３ａ）、図３ｂ）および図３ｃ）において、決定論的表面構造でスキンパス圧延された被覆鋼板（１）の部分的表示に注目すると、異なる結果が明らかである。表面構造は、レーザーで構造化され、続いて研削されたスキンパス圧延機（図示せず）を使用して付与された。決定論的表面構造（２）は、絶えず繰り返されるＩ字型圧痕の例を使用して開始された。他の実施形態も同様に考えられ、使用可能であり、Ｉ字型圧痕に限定されない。図３ａ）、図３ｂ）および図３ｃ）は、互いに隣接して配置された２つのＩ字型圧痕を示す。図３ａ）は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって測定された、亜鉛コーティング（１．２）が施された板トポグラフィ（１，２）の詳細を示す。６０×１２．５μｍ^２の面積（Ｕ）に基づく粗さＲａは、谷領域（２．２）で決定され、Ｒａについて分かった値は７７ｎｍである。ＥＤＴテクスチャ加工およびその後研削されたスキンパス圧延機（図示せず）を使用して圧延され、亜鉛コーティングが施された板トポグラフィ上の油の分布が例証として示され、図２ｂ）は、光学顕微鏡によって詳細を示し、図２ｃ）は同じ詳細をラマン分光法によって示しており、表面油は光として示されている。表面構造（２）の谷領域（２．２）は、実質的に油で濡れておらず、毛細管効果、および谷領域（２．２）の低減した３００ｎｍ未満の粗さＲａによって、油は逃げ面領域（２．３）に沿って、および／または逃げ面領域（２．３）と谷領域（２．２）との間の変わり目に蓄積した。油の表面重量は、最大１．５ｇ／ｍ^２まで、より具体的には最大１ｇ／ｍ^２まで減少した。

さらなる研究のために、４つの被覆したスキンパス圧延鋼板（Ｖ１～Ｖ４）を製造した。すべての鋼板に対して同じタイプのコーティング、すなわち溶融めっき作業で塗布される、約７μｍの厚さを有する亜鉛ベースのコーティング（亜鉛および不可避不純物）を選択した。Ｖ１およびＶ２は本発明の鋼板（１）に対応し、Ｖ３およびＶ４は参照板を形成し、スキンパス圧延機が確率的表面構造を有し、スキンパス圧延機の表面が、例えばＥＤＴによってテクスチャ加工されている点でＶ１およびＶ２とは異なり、確率的表面構造が参照板にも型押しされたことを意味する。表１は、本発明による鋼板（１）を参照板と対比している。

表面パラメータＲａ（算術平均粗さ）、Ｒｚ（平均粗さ深度）およびＲＰｃ（定義された長さに沿って測定された、上記の場合では１ｍｍ当たりのピーク計数）の決定は、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ４２８７、およびＳＥＰ １９４１に従って長波うねりＷｓａ（算術平均うねり）の特性値から導出することができる。４つの鋼板Ｖ１～Ｖ４すべてについて同じ条件下で実施されたストリップ絞り試験、すなわちＤＩＮ ＥＮ １６６９によるカップ絞り試験に関する表１のデータは、驚くべきことに、Ｖ１／Ｖ２とＶ３／Ｖ４との比較においてより良好な結果が達成可能であったことを示す。以下の基準で評価した。

＋＋は、ストリップ絞り試験で決定された摩擦係数だけでなく、成形された鋼板上のパンチ先端部の出射部における間引きも減少していることを意味し（元の鋼板厚の５％未満という、低いレベルの間引き）、
＋は、再成形鋼板の最小間引きが元の鋼板厚の５％超１０％未満であることを意味し、
０は、もはや許容範囲ではない（元の鋼板厚の１５％～２５％）、破断のない著しく認識可能な間引きを示し、
－は、破断が生じていることを意味する。

同時に、本発明に従って被覆され、決定論的表面構造でスキンパス圧延された鋼板Ｖ１およびＶ２上の油の表面重量を１．５ｇ／ｍ^２未満に減少させることがさらに可能であり、量は適切に良好な結果を達成するのに十分であった。

Claims (10)

1. 決定論的表面構造（２）でスキンパス圧延された鋼板（１）であって、前記表面構造（２）が、前記鋼板（１）の表面（１．１）から出発して前記鋼板（１）に型押され、前記表面構造（２）が、前記表面（１．１）から出発して谷領域（２．２）まで下りる逃げ面領域（２．３）を備え、少なくとも前記谷領域（２．２）が、３００ｎｍ未満の粗さＲａを有することを特徴とする、鋼板。
2. 前記鋼板（１）が被覆されていない、請求項１記載の鋼板。
3. 前記逃げ面領域（２．３）が、前記鋼板（１）の垂線（Ｏ）に対して１°～８９°の角度（α）で構成される、請求項１または２記載の鋼板。
4. 前記鋼板が、溶融めっきによって塗布される亜鉛ベースのコーティング（１．２）で被覆され、前記コーティング（１．２）中には、亜鉛および不可避不純物に加えて、さらなる元素、例えば前記コーティング（１．２）中最大５重量％の含有量のアルミニウムおよび／または最大５重量％の含有量のマグネシウムが存在し得る、請求項１または３記載の鋼板。
5. 前記鋼板（１）が、追加的に油を注油され、前記油が特に、前記表面構造（２）において最大２ｇ／ｍ^２の表面重量で吸収される、請求項１～４のいずれか一項記載の鋼板。
6. 決定論的表面構造（２）を有するスキンパス圧延鋼板（１）の製造方法であって、
   －鋼板を提供する工程、
   －スキンパス圧延機で前記鋼板をスキンパス圧延する工程を含み、前記鋼板の表面に作用する前記スキンパス圧延機の表面が、前記スキンパス圧延後に、前記表面構造（２）が前記鋼板（１）の表面（１．１）から出発して前記鋼板（１）に型押しされるように、決定論的表面構造を備え、前記表面構造（２）が、前記表面（１．１）から出発して谷領域（２．２）まで下りる逃げ面領域（２．３）を有し、少なくとも前記谷領域（２．２）が、３００ｎｍ未満の粗さＲａを有する方法。
7. 前記鋼板を提供する前に、前記鋼板が溶融めっきにより被覆される、請求項６記載の方法。
8. 前記溶融めっき用の溶融物が、亜鉛および不可避不純物に加えて、さらなる元素、例えば最大５重量％の含有量のアルミニウムおよび／または最大５重量％の含有量のマグネシウムを含み得る、請求項７記載の方法。
9. 前記スキンパス圧延後の前記鋼板（１）に、さらに油が注油され、前記油が最大２ｇ／ｍ^２の表面重量で適用される、請求項６～８のいずれか一項記載の方法。
10. 前記油が最大１ｇ／ｍ^２の表面重量で適用される、請求項９記載の方法。

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