KR20220038469A - 금속 기판에 표면 질감을 제공하는 방법 및 질감이 제공된 금속 기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 질감 표면을 가진 금속 기판에 관한 것이며, 여기서 표면 질감은 복수의 함몰부를 포함하고, 가장 가까운 이웃 임의의 3개의 함몰부는 함몰부의 에지로부터 측정된 반경(r)을 가진 원에 의해 서로 이격되고, 산술 평균 반경(r_mean)은 최대 30㎛이고, 재료 면적 분율은 30% 이상이다.

Description

금속 기판에 표면 질감을 제공하는 방법 및 질감이 제공된 금속 기판

본 발명은 표면 질감(texture)을 가진 금속 기판에 관한 것으로, 여기서 표면 질감은 복수의 함몰부(depressions)를 포함하고, 여기서 각 3개의(triplet) 가장 가까운 이웃 함몰부들은 함몰부들의 에지로부터 측정된 반경(r)을 갖는 원에 의해 서로 이격되고, 여기서 산술 평균 반경(r_mean)은 우수한 프레스 성능과 파상도(waviness)를 동시에 제공하기 위해 최대 30㎛이며, 또한 본 발명은 이러한 표면 질감을 금속 기판에 적용하는 방법을 제공한다.

(코팅된) 금속 스트립의 마무리에서, 금속 스트립은 레벨링(levelling) 및/또는 조질 압연(temper rolling)을 받는다. 레벨링으로 스트립의 모양과 형태가 조정되고 조질 압연으로 금속 스트립의 기계적 특성이 스트립의 연장에 의해 향상된다. 또한, 외관, 표면 질감, 및 표면 기능(성)에 관한 한 스트립의 표면 품질이 향상된다. 조질 압연 단계에서, 특정 기능을 얻기 위해 작업 롤(work roll)에서 스트립의 표면으로 질감이 옮겨질 수 있다. 금속 스트립의 텍스터링(texturing)은 자동차 산업의 최종 사용자와 같은 최종 사용자의 요구 사항에 따라 수행된다.

금속 기판 표면의 중요한 기능적 측면은 프레스 성능과 관련이 있다. 금속 시트 성형에서, (금속 코팅된) 금속 시트로부터 프레스 도구로의 재료 이동과 프레스 도구상에 후속적인 재료 축적은 성형 동안 (금속 코팅된) 금속 시트에서 마모(galling)를 시작할 수 있다. 이것은 최종 부품의 우수한 시각적 외관에 지장을 주고, 부품의 폐기 및 프레스 도구의 값비싼 청소로 이어질 수 있다. 제품 성형 시 기판 표면이 프레스 공구를 따라 미끄러지며 이때 높은 접촉 마찰과 윤활 불량으로 인해 기판의 마모와 같은 표면 손상이 발생할 수 있으며 아연 코팅이 적용된 경우 프레스 도구의 아연 오염이 발생할 수 있다. 이러한 영향을 줄이기 위해, 현재 해결책은 윤활을 위해 오일을 바르는 것 외에 매우 매끄러운 도구 표면과 다소 거친 스트립 표면을 사용하는 것이다. 한 가지 가설은 스트립 상의 높은 거칠기가 우수한 윤활 특성을 위해 오일을 포획하는 데 도움이 된다는 것이다. 중요한 성형 조건에서 스트립 거칠기를 증가시켜 프레스 성능을 개선하는 이 전략은 프레스 공장에서 효과가 있는 것으로 입증되었다. 그러나 높은 거칠기는 일반적으로 도장 외관에 유해한 파상도를 증가시키므로 도장 공정 및 외관에도 부정적인 영향을 미친다.

따라서, 본 발명의 목적은 우수한 마모 성능 및 도장 외관을 동시에 제공하는 금속 기판을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 이러한 금속 기판을 얻는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 제1 측면에서, 표면 질감을 갖는 금속 기판이 제공되며, 여기서 표면 질감은 복수의 함몰부를 포함하고, 여기서 각 3개의 가장 가까운 이웃 함몰부들은 함몰부들의 에지(edge)로부터 측정된 반경(r)을 갖는 원에 의해 서로 이격되며, 여기서 산술 평균 반경(r_mean)은 최대 30㎛이고 재료 면적 분율(MAF: material area fraction)은 30% 이상이다.

각 3개의 가장 가까운 이웃 함몰부들의 산술 평균 반경(r_mean)을 제한함으로써, 금속 기판의 프레스 성능이 증가되고 마모가 감소되는 반면 파상도는 여전히 양호한 도장 외관을 나타내는 것으로 관찰되었다. 산술 평균 반경(r_mean)이 30㎛을 초과하면, 프레스 성능이 저하되고, 훨씬 더 많은 양의 도구 오염 및 마모가 관찰된다. 산술 평균 반경(r_mean)의 하한은 특별히 제한되지 않고 표면 질감의 준비에 의해 결정된다. 표면 질감의 함몰부가 레이저 삭마에 의해 얻어지는 경우, 1㎛의 산술 평균 반경(r_mean)이 적절한 하한선이 되는 반면, 함몰부가 예를 들어 질감이 형성된 작업 롤을 통해 각인에 의해 얻어지는 경우, 3㎛의 산술 평균 반경(r_mean)이 실현 가능할 수 있다.

재료 면적 분율(MAF)은 30% 이상이다. 재료 면적 분율은 성형 중 접촉 면적을 나타낸다. 재료 면적 분율이 높을수록 국부 접촉 압력이 낮아진다. 하중은 표면 질감의 높은 높이 영역 또는 피크에 의해 그리고 표면 질감의 함몰부 내 윤활유에서 생성된 정수압에 의해 전달될 수 있다. 30% 미만의 재료 면적 분율은 높은 국부 접촉 압력을 발생시킬 수 있으므로 표면 결함을 유발할 수 있다. 바람직하게는 재료 면적 분율은 40% 이상, 보다 바람직하게는 60% 이상, 가장 바람직하게는 80% 이상이다. 재료 면적 분율은, 예를 들어 공초점 현미경으로 얻어진 높이 프로파일에서 계산할 수 있다.

금속 기판은 결정론적, 의사결정론적, 또는 확률론적 표면을 가질 수 있다. 표면 질감을 적용할 때, 산술 평균 반경(r_mean)은 특히 결정론적 및 의사결정론적 표면 질감의 경우 최대 30㎛으로 설정할 수 있다. 표면 질감은 나중에 분석될 수도 있다는 점에 유의해야 한다. 상기 원들은 함몰부들 사이에 수학적으로 끼워질 수 있으며 원들은 표면 질감 자체의 일부가 아니다. 그 다음 모든 끼워진 원들의 반경의 합을 끼워진 원들의 수로 나누어 산술 평균 반경(r_mean)을 얻는다. 원들은 matlab과 같은 이미지 처리 소프트웨어를 사용하여 표면의 이미지, 바람직하게는 3D 측정 높이 맵 상에 끼워질 수 있다. 산술 평균 반경(r_mean)은 랜드 영역(land areas)의 평균 크기를 나타낸다. 각 3개의 가장 가까운 이웃 함몰부들 사이의 원형 공간의 산술 평균 반경(r_mean)을 줄이면 평균적으로 더 작은 랜드 영역이 된다. 이러한 랜드 영역은 프레스 조건하에서 높은 하중을 받기 때문에, 가장 손상되기 쉽다. 이론에 얽매이지 않는다면, 산술 평균 반경(r_mean)을 30㎛으로 제한하면 손상된 랜드 영역이 작은 마모 입자를 생성하여, 도구 오염 및 마모를 줄이고, 따라서 더 나은 프레스 성능을 보장할 것으로 믿어진다.

함몰부(depression), 오목부(recess) 또는 딤플(dimple)이라는 용어는 상호교환적으로 사용되며 임의의 모양의 함몰부, 오목부 또는 딤플을 포함한다.

마모를 줄이기 위한 목적을 가진 표면 질감이 금속 기판의 전체 너비와 길이에 걸쳐 존재할 수 있다. 대안으로, 블랭크 또는 스트립과 같은 금속 기판의 특정 부분만이 표면 질감을 포함하는 반면, 표면의 나머지 부분은, 제품의 최종 사양에 따라, 다른 목적을 가진 다른 표면 질감을 갖는다. 예를 들어, 최종 부품의 형성이 알려져 있고, 성형 기판-도구 접촉 응력이 특정 영역으로 제한되는 경우, 금속 기판은 이들 대응하는 영역들에만 표면 질감을 포함할 수 있다.

바람직한 실시형태에서, 산술 평균 반경(r_mean)은 최대 25㎛, 보다 바람직하게는 최대 20㎛, 훨씬 더 바람직하게는 최대 15㎛, 가장 바람직하게는 최대 10㎛ 또는 심지어 5㎛이다. 산술 평균 반경을 제한하면, 마모 입자들의 평균 크기가 더 작아질 가능성이 있고 프레스 성능이 더욱 향상된다.

바람직한 실시형태에서, 3개의 가장 가까운 이웃 함몰부들 사이에 끼워진 원들의 90% 이상은 최대 30㎛의 반경(r)을 갖는다. 표면 질감에 따라, 함몰 분포가 다를 수 있다. 확률론적 또는 의사결정론적 구조는 결정론적 구조보다 각 3개의 가장 가까운 이웃 함몰부들 사이의 반경(r)에 대해 더 큰 통계적 분산을 갖는다. 원치 않는 도구 오염과 이에 따른 마모를 줄이기 위해, 3개의 가장 가까운 이웃 함몰부들 사이의 원들의 90% 이상은 반경(r)이 최대 30㎛이어야 하는 것으로 관찰되었다. 따라서, 반경이 최대 30㎛, 바람직하게는 최대 25㎛, 보다 바람직하게는 최대 20㎛인 3개의 가장 가까운 이웃 함몰부들 사이에 끼워진 원들의 백분율은 90% 이상, 바람직하게는 95% 이상, 보다 바람직하게는 97% 이상, 훨씬 더 바람직하게는 98% 이상, 가장 바람직하게는 99.5% 이상이다.

바람직한 실시형태에서 표면 질감은 결정론적이거나 의사결정론적이다. 결정론적 또는 의사결정론적 표면 질감은 더 한정된 표면 질감을 생성하여, 넓은 랜드 영역과 마모의 가능성을 줄인다. 또한, (의사)결정론적 표면 질감은 파상도가 더 낮아서, 일반적인 확률론적 표면 질감과 비교하여 더 나은 도장 외관을 제공한다. 질감 패턴은 함몰부들의 완벽한 배열을 생성하는 완전히 결정론적인 방식으로(즉, 딤플들이 서로 비스듬한 선들에 있음) 예를 들어 입방체 또는 육각형 배열로 적용될 수 있다. 이러한 질감은 파상도가 우수하고 프레스 성능이 좋다. 그러나 이것은 모아레 패턴과 같이 특정 각도에서 볼 때 도장된 제품에서 매우 눈에 띄는 패턴을 초래할 수 있다. 이러한 이유로 함몰부들은 특정 각도에서 볼 때 이러한 종류의 원치 않는 간섭 패턴이 보이는 것을 방지하는 의사결정론적 방식으로 제공될 수도 있다. 의사결정론은, 육각형 배열에 기초하지만 자기상관이 감소되도록 육각형 배열의 각 표면 특징의 제어된 변위를 갖는 공간 분포를 포함하지만 이에 국한되지 않는다. 이것은, 평가 창에서 표면 특징의 특정 공간 분포는 고유하며 평가 창을 특정 거리 또는 각도로 이동할 때 표면 특징의 동일한 공간 분포가 발견되지 않는다는 것을 의미한다. 또한, 표면이 겹치는 것을 허용하지 않는 것과 같은 특정 경계 조건의 고려하에서 표면의 명백한 무작위 생성이 소위 의사결정론적 공간 분포라고 불리는 것으로서 포함된다.

바람직한 실시형태에서 함몰부는 25 - 120㎛ 범위, 바람직하게는 25 - 70㎛ 범위, 가장 바람직하게는 30 - 45㎛ 범위의 직경을 갖는다. 이 범위의 함몰부 직경을 갖는 표면 질감은 오일링 및 마모 입자를 포착하여 도구 오염을 더욱 줄이고 텍스처링으로 인한 파상도 증가를 방지하는 데 유용하다. 또한, 이 범위에서 도장 외관이 양호할 것이다. 25㎛ 이하에서는 함몰부를 준비하는 것이 어려울 것이다. 압연 공정으로 표면 질감을 만드는 경우 거칠기 전달이 덜 견고해진다. 레이저로 표면을 만드는 경우, 레이저 빔의 높은 집속으로 인해 공정이 덜 효율적이고 견고하다. 또한, 함몰부는 마모 입자를 효율적으로 포착하기에는 너무 작을 수 있다. 120㎛ 이상에서는 표면 질감의 길이 규모가 너무 거칠어지고 파상도가 증가하여 도장 외관이 더 나빠질 수 있다.

바람직한 실시형태에서, 함몰부는 2 내지 12㎛ 범위, 바람직하게는 2 내지 5㎛ 범위의 깊이를 갖는다. 이 범위의 함몰 깊이를 갖는 표면 질감은 오일을 바르고 마모 입자를 포착하여 도구 오염을 더욱 줄이고 적용된 표면 질감으로 인한 파상도 증가를 방지하는 데 유익할 수 있다. 2㎛ 미만에서는 표면 질감의 거칠기가 불충분해져서, 윤활 저장 효과에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 12㎛ 초과에서는 함몰부가 상층을 완전히 관통할 수 있다. 이것은 예를 들어 금속 기판이 아연 코팅된 강철인 경우 부식 문제로 이어질 수 있다.

바람직한 실시형태에서 함몰부는 제곱 밀리미터당 100 내지 10000 범위의 밀도를 갖는다. 금속 기판은 이미 생산 과정, 예를 들어 템퍼 밀(temper mill)의 작업 롤에서 얻은 각각의 파상도와 거칠기를 가진 질감 패턴을 가지므로, 적용된 질감 패턴은 일반적으로 패턴의 변경과 파상도의 증가를 초래한다. 이러한 추가 파상도는 바람직하게는 도장 성능을 위해 최소화되어야 한다. 상기 추가 파상도는 거칠기 Ra < 1.5㎛을 갖는 그라운드 표면을 갖는 매끄러운 롤로 실현되었을 파상도와 비교하여 본 발명의 표면 질감에 의해 도입된 추가 파상도로서 정의된다. 양호한 도장 성능을 얻기 위해, 상기 추가 파상도는 바람직하게는 0.1㎛ 미만, 더욱 바람직하게는 0.05㎛ 미만이다. 상기 추가 파상도를 최소화하기 위해 딤플 밀도는 제곱 밀리미터당 100개 이상의 딤플, 보다 바람직하게는 제곱 밀리미터당 150개 이상의 딤플, 가장 바람직하게는 제곱 밀리미터당 180개 이상의 딤플이다. 더 높은 밀도는 텍스처링 방법에 의해 제한되며, 예를 들어 제곱 밀리미터당 10000개의 딤플 밀도는 초미세 레이저 텍스처링으로 가능하지만, 각인은 제곱 밀리미터당 600개 딤플의 밀도로 제한될 수 있다.

바람직한 실시형태에서, 질감 패턴은 높은 폐쇄 공극 체적을 갖는다. 양호한 성형 특성을 위해, 상기 폐쇄 공극 체적은 바람직하게는 적어도 600 mm³/m², 보다 바람직하게는 적어도 800 mm³/m², 가장 바람직하게는 적어도 1000 mm³/m²이어야 한다. 이론에 얽매이지 않는다면, 이러한 폐쇄 공극 체적은 상호 연결되지 않은 딤플을 갖는 질감 패턴에 해당하므로 바람직하다고 믿어진다. 하중은 높은 높이 영역 또는 피크에 의해 그리고 폐쇄된 딤플의 윤활제에 생성된 정수압에 의해 운반될 수 있다. 하중 영역 외부의 딤플에 상호 연결된 딤플은 제한된 정수압을 생성할 가능성이 있으므로 하중 운반 용량에 그다지 기여하지 않는다. 딤플들의 통합된 체적은 해당 분야의 전문가에 알려진 매개변수인 폐쇄 공극 체적으로 지칭된다.

바람직한 실시형태에서, 질감 패턴은 최적의 도장 성능을 얻기 위해 최대 0.3㎛의 파상도(Wsa)를 갖는다. 바람직하게는, Wsa는 최대 0.25㎛, 더욱 바람직하게는 0.20㎛이다. Wsa는 SEP1941에 따라 측정할 수 있다.

바람직한 실시형태에서, 질감 패턴은 0.2㎛ 내지 3㎛, 보다 바람직하게는 0.5㎛ 내지 2㎛ 범위의 거칠기(roughness)(Ra)를 갖는다. 이 범위의 거칠기를 갖는 본 발명에 따른 금속 기판은 양호한 시각적 외관을 유지하면서 양호한 프레스 성능 및 양호한 도장 접착성을 제공할 것이다. 0.2㎛ 미만의 거칠기는 접지력이 너무 낮고 프레스 중에 일반적으로 사용되는 오일이 적절히 분배되지 않기 때문에 프레스 성능이 미흡할 수 있다. 그러나 거칠기가 3㎛을 초과하면 낮은 파상도를 얻을 수 없으며 도장 외관이 나빠진다. 거칠기(Ra)는 ISO 4287 또는 EN 10091에 따라 측정할 수 있다. Ra는 강판 표면을 특징짓는 데 일반적으로 사용되는 매개변수이지만 실제 표면이나 세부적인 표면 특성에 대한 세부 정보를 제공하지 않는다는 점에 유의해야 한다.

추가의 바람직한 실시형태에서, 질감 패턴은 더 나은 도장 접착성과 이미지를 더 잘 반사하는 더 매끄러운 도장 표면을 얻기 위해 센티미터당 30 - 190 범위의 피크 카운트(peak count)(RPc)를 갖는다. 바람직하게는 상기 피크 카운트는 센티미터당 75 - 160, 더 바람직하게는 센티미터당 75 - 110 범위에 있다. RPc는 피크 간격에 대한 측정값이다(EN 10094).

바람직한 실시형태에서 금속 기판은 블랭크 또는 스트립이다. 금속 기판은 블랭크, 또는 블랭크가 절단될 수 있는 스트립인 것이 바람직하며, 여기서 각 블랭크는 자체 기준점을 가질 수 있다. 후자의 경우 기준점은 스트립을 미리 정의된 크기의 블랭크로 절단하기 위해 절단 장치를 작동시키는 데 사용된다. 금속은 원칙적으로 모든 금속일 수 있지만, 대부분의 경우 강철이 될 것이며, 자동차 용도의 경우 예를 들어 A, B, C, (D) 필러(pillar)와 같은 부품을 위한 고강도 강과, 외부 패널용의 더 부드럽고 더 나은 성형성의 강을 포함한다.

바람직한 실시형태에서 금속 기판은 금속 코팅층을 포함한다. 강철 스트립 또는 블랭크의 경우, 재료는 일반적으로 기판의 부식을 방지하기 위해 금속 코팅이 제공된다. 대부분의 경우 이러한 금속 코팅은 질감 패턴을 적용하기 전에 금속 기판 위에 제공된다. 그러나 예를 들어 PVD를 사용하여 매우 얇은 코팅이 적용되는 경우, 코팅을 적용하기 전에 질감 패턴이 적용될 수 있다. 금속 코팅은 Zn 코팅과, ZnAl, ZnMg, ZnAIMg 코팅과 같은 Zn 합금 코팅과, Cr 및 Cr 합금 코팅과, Sn 및 Sn 합금 코팅을 포함한다.

본 발명에 따른 제2 측면에서, 청구항 1 내지 12에 따라 코팅된 금속 기판을 얻기 위한 방법은 다음 단계를 포함한다:

a. 금속 기판을 제공하는 단계;

b. 선택사항으로, 상기 금속 기판을 조질 압연하는 단계;

c. 텍스처링 수단에 의해 청구항 1 - 12에 따라 표면 질감을 제공하는 단계.

제1 단계에서 금속 기판이 제공된다. 금속 기판은 코팅되거나 코팅되지 않을 수 있으며, 스트립 또는 시트, 예를 들어 코일형 강철 스트립으로 제공될 수 있다. 선택사항으로, 금속 기판은 스트립의 초기 낮은 거칠기를 얻기 위해 제2 단계에서 조질 압연이 수행될 수 있다. 바람직하게는, 금속 기판은 거칠기가 산술 평균 높이 Ra < 1.2㎛, 더욱 바람직하게는 Ra < 0.9㎛까지로 조질 압연이 이루어진다. 이러한 거칠기는 금속 기판을 자동차 용도에 특히 적합하게 만들 것이다. 마지막으로 표면 질감이 텍스처링 수단에 의해 금속 기판에 제공될 것이며, 여기서 표면 질감은 복수의 함몰부를 포함하고, 여기서 각 3개의 가장 가까운 이웃 함몰부들은 함몰부의 에지로부터 측정된 반경(r)을 갖는 원에 의해 이격되며, 여기서 산술 평균 반경(r_mean)은 최대 30㎛이다. 예를 들어 표면 질감이 템퍼 밀과 같은 텍스처링 수단에 의해 제공되는 경우, 표면 질감이 적용되는 동일한 단계 동안 금속 기판을 조질 압연하는 것도 가능하다.

바람직한 실시형태에서, 텍스처링 수단은 금속 기판에 함몰부 패턴을 생성하는 레이저 삭마이거나 또는 금속 기판에 표면 질감을 각인시키는 질감 작업 롤에 의한 것일 수 있다.

제품에는 높은 외관 기준을 충족해야 하는 한 면 또는 양면이 있지만, 자동차 산업용 제품과 같이 대부분의 경우 가장 높은 외관 기준을 충족해야 하는 한 면만 있다. 반대쪽은 덮여 있고 일반적으로 보이지 않으며 외관이 훨씬 덜 중요할 것이다. 그러나 마찰 특성과 프레스 성능은 양쪽에서 똑같이 중요하다. 따라서, 금속 기판의 한 면에만 질감 패턴이 제공되거나, 금속 기판의 대향 측면에 서로 다른 질감 패턴 및/또는 서로 다른 영역에 질감 패턴이 제공된다. 예를 들어 레이저 삭마를 사용하여 한 면에만 상기 방법에 따라 질감 패턴이 적용되는 경우, 다른 측면은 여전히 금속 기판의 조질 압연으로 인한 질감을 갖게 된다.

본 발명은 도면 및 실험 결과에 도시된 실시형태에 따라 더 설명될 것이다.
도 1은 선행 기술 및 본 발명에 따른 표면 질감 패턴을 보여주는 금속 기판의 평면도이다.
도 2a는 확률론적 표면(s), 의사결정론적 표면(p) 및 결정론적 표면(d)에 대해 3개의 이웃한 함몰부들 사이에 반경이 r인 원이 끼워져 있는 표면 질감의 도식적 표현이다.
도 2b는 0.7 ㎛²/㎛³의 투영 영역에서 선행 기술(EDT) 및 본 발명에 따라 시험된 샘플의 이미지 처리 데이터를 보여준다.

도 1은 종래 기술(EDT) 및 본 발명(LT1 - LT4)에 따른 전형적인 질감 패턴을 포함하는 금속 기판의 평면도를 도시한다. 직경이 50㎛인 원이 랜드 영역의 표시로서 상부에 표시된다. LT1-LT4는 초기 정사각형 배열 내 열이 모두 수직 방향으로 이동하므로 의사결정론적이다. 비교예인 LT6은 함몰부를 무작위로 적용하여 생성된다. 도 1로부터, LT1과 같은 더 작은 r_mean을 갖는 표면 질감이 더 작은 랜드 영역을 초래하고, 이는 차례로 더 나은 프레스 성능을 제공한다는 것을 관찰할 수 있다.

도 1에 도시된 샘플들은 다음와 같이 준비되었다: 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 바와 같이 표준 강철 시트를 열간압연 및 냉간압연으로 제조 및 마무리하고, 냉간압연 후 강철 시트를 어닐링하고 아연 합금으로 용융 아연도금한 후 조질 압연으로 마무리하였다. 레이저 텍스처링 예의 경우, 강철 시트는 거칠기 Ra < 0.5㎛로 매끄럽게 스킨-패스되었고(smooth skin passed) 질감 패턴은 WO20217125497에 설명된 대로 레이저 텍스처링에 의해 적용되었다. 의사결정론적 질감은 레이저 텍스처링으로 준비되었다. 확률론적 표면(EDT) 질감을 가진 추가 샘플은 EDT 질감 작업 롤을 사용하는 기존의 압연 공정으로 준비되었다. 추가적인 비교예로서, 조질 압연 전에 아연 배스에서 직접 얻은 스킨 패스되지 않은(non-skin passed) 강철 시트(NSP)가 포함되었다.

모든 샘플은 r_mean, 30㎛ 초과의 r의 %, 및 MAF를 결정하기 위해 3차원 높이 맵을 생성하는 공초점(confocal) 현미경으로 특징지어졌다. 측정 영역은 확률론적 및 의사결정론적 표면 질감의 대표적인 평가를 보장하기 위해 2x2 mm²의 치수를 가졌다. 측정된 높이 프로파일은 측정 잡음을 제거하기 위해 2.5 x 2.5 ㎛²의 컷오프로 ISO 16610-61에 따라 필터링했다. 이어서 수평면 내의 단면이, 이 단면 위의 재료 체적이 0.7 ㎛³/㎛²인 높이에서, 선택된다. 상기 단면을 투영 영역이라고 하며 샘플 재료와 도구 사이의 접촉이 예상되는 위치를 높은 영역이라고 하고, 샘플과 도구 사이의 접촉이 예상되지 않는 위치를 나타내는 위치를 함몰부라고 한다. 재료 면적 분율(MAF)에 해당하는 높은 영역은 도 2에서 검정색으로 표시되고 함몰부는 흰색으로 표시된다. 투영 영역에 원을 끼워서 추가 분석을 수행했다. 여기서 원은 함몰부의 에지에 해당하는 국부 높은 영역(local high area)의 3개의 가장 가까운 에지들로 정의된다. 국부 높은 영역에서 가장 큰 원의 반경(r)은 국부 높은 영역의 크기에 대한 특성 척도로서 도 2에 표시된다. 비교예(EDT)와 같은 기존 표면의 경우, 평균 특성 반경(r_mean)이 30㎛ 초과인 것으로 나타났다. 본 발명의 표면은 공초점 현미경의 분석에 의해 확인된 r_mean < 30㎛이 되도록 설계되었다.

당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 다중 마찰(multi frottement) 시험에 따른 전형적인 성형 조건에서 표면 질감의 마찰 성능을 평가하기 위해 모든 샘플을 시험했다. 500MPa의 평균 접촉 압력을 생성하는 5 kN의 하중(Fn)에서 50mm 너비의 스트립을 연마된 평평한 도구와 연마된 원통형 도구 사이에 고정하였으며, 50mm의 슬라이딩 거리를 20mm/분의 속도로 이동하도록 상기 스트립이 당겨졌다. 윤활제로 1g/m² Zeller & Gmelin PL61이 적용되었다. 각 샘플에 대해 6회 수행했다. 매회 강철 스트립의 외관이 분석되었고 도구 위에 축적된 아연은 6회 후에 분석되었다.

본 발명에 따른 샘플들은 비교 샘플과 비교하여 현저하게 적은 마모 및 도구 오염이 있으면서도, 양호 내지 우수한 파상도를 유지함을 표로부터 관찰할 수 있다. 금속 기판 표면 및 도구의 검사는 본 발명의 샘플에서 훨씬 더 적은 마모 및 도구 오염을 보여주었다. 또한, 본 발명의 샘플은 더 낮은 마찰 축적(COF)을 나타내는 것으로 관찰되었다.

가장 낮은 r_mean(< 20㎛)을 갖는 LT1은 최상의 결과를 제공했으며 6회 중 어느 것에서도 마모를 보이지 않았다. 또한, 본 발명에 따른 LT4는 만족스러운 결과를 제공한 반면, 본 발명의 범위 밖의 r_mean을 갖는 NSP, EDT 및 LT6은 3회 후 이미 마모를 보였고 도구를 상당히 오염시켰다.

따라서, 본 발명에 따른 표면 질감을 적용함으로써, 양호한 파상도 및 프레스 성형 특성을 가진 제품을 얻을 수 있다.

Claims (15)

1. 표면 질감을 가진 금속 기판으로서,
   상기 표면 질감은 복수의 함몰부를 포함하고, 각 3개의 가장 가까운 이웃 함몰부들은 반경(r)을 갖는 원에 의해 이격되고, 여기서 상기 반경은 상기 함몰부들의 에지로부터 측정된 것이고, 산술 평균 반경(r_mean)은 최대 30㎛이고, 재료 면적 분율은 30% 이상인, 표면 질감을 가진 금속 기판.
2. 제1항에 있어서,
   3개의 가장 가까운 이웃 함몰부들 사이의 원들의 90% 이상은 최대 30㎛의 반경(r)을 가진, 표면 질감을 가진 금속 기판.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 표면 질감은 결정론적 또는 의사결정론적 표면 질감인, 표면 질감을 가진 금속 기판.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 산술 평균 반경(r_mean)은 최대 25㎛인, 표면 질감을 가진 금속 기판.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 함몰부는 직경이 25 - 120㎛의 범위인, 표면 질감을 가진 금속 기판.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 함몰부는 깊이가 2 - 12㎛의 범위, 바람직하게는 2 - 5㎛의 범위인, 표면 질감을 가진 금속 기판.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 함몰부는 밀도가 제곱 밀리미터당 100 내지 10000, 바람직하게는 제곱 밀리미터당 180 내지 600 범위인, 표면 질감을 가진 금속 기판.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   파상도(Wsa)가 ≤0.3㎛인, 표면 질감을 가진 금속 기판.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 산술 평균 높이(Ra)는 0.5 내지 2㎛의 범위인, 표면 질감을 가진 금속 기판.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료 면적 분율이 40% 이상인, 표면 질감을 가진 금속 기판.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 기판이 블랭크 또는 스트립인, 표면 질감을 가진 금속 기판.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 기판이 금속 코팅을 포함하는, 표면 질감을 가진 금속 기판.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 금속 기판을 얻는 방법으로서,
    금속 기판을 제공하는 단계;
    선택사항으로 상기 금속 기판을 조질 압연하는 단계;
    텍스처링 수단에 의해 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 표면 질감을 제공하는 단계;
    를 포함하는, 금속 기판에 표면 질감을 제공하는 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 금속 기판이 금속 코팅을 포함하는, 금속 기판에 표면 질감을 제공하는 방법.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 텍스쳐링 수단은 질감 작업 롤 또는 레이저인, 금속 기판에 표면 질감을 제공하는 방법.

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