KR20160055858A - 부식에 대한 보호를 제공하는 금속성 코팅이 제공된 강 부품의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부식으로부터의 보호를 제공하는 잘 접착되는 금속성 코팅이 제공된 강 부품의 제조할 수 있는 방법을 제공한다. 본 발명에 의해 논의되는 과제는 특히 넓은 가공 변형 범위를 가능하게 하는 상응하는 열간 성형 공정을 제공하는 것이다. 본원에서는 장기간 지속되는 부식 보호가 아니라, 가공 특성의 높은 융통성이 더 강조되어 있다. 이를 위해, 5 ㎛ 미만, 바람직하게는 1 내지 4 ㎛ 범위, 더 바람직하게는 2 내지 4 ㎛ 범위의 평균 층 두께를 갖는 얇은 아연 층을, 열간 성형 공정에서 담금질에 의해 경화될 수 있고 150 내지 1100 MPa의 항복점 및 300 내지 1200 MPa의 인장 강도를 갖는 강 재료로 이루어진 평강 제품에 전해 수단에 의해 도포한다. 이어서, 상기 평강 제품으로부터 블랭크를 수득하고, 즉시 800℃ 이상으로 가열한 후에 강 부품으로 성형하거나, 또는 먼저 강 부품으로 성형한 후에 800℃ 이상으로 가열한다. 각각의 경우에 수득된 강 부품을 후속적으로 충분히 높은 온도로부터 충분히 신속하게 냉각시킴으로써 경화한다.

Description

부식에 대한 보호를 제공하는 금속성 코팅이 제공된 강 부품의 제조 방법 {METHOD FOR PRODUCING A STEEL COMPONENT PROVIDED WITH A METALLIC COATING PROVIDING PROTECTION AGAINST CORROSION}

본 발명은, 열간 가압 경화가능한 강, 바람직하게는 망간 강으로 이루어지고 성형 전에 아연 코팅이 제공된 평강 제품을 성형함으로써, 부식으로부터의 보호를 제공하는 금속성 코팅이 제공된 강 부품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

여기서 "평강 제품"은 강 스트립, 강판 또는 이로부터 수득된 블랭크 및 이와 유사한 것을 지칭한다.

현대의 차체 제작에 요구되는 낮은 중량과 최대 강도와 보호 효과의 조합을 부여하기 위해, 현재 고강도 강으로부터 열간 가압 성형에 의해 제조된 부품이, 충돌 시에 특히 높은 하중을 받을 수 있는 차체 부위에 사용되고 있다.

열간 성형이라고도 불리는, 열간 가압 경화의 경우에, 냉간 압연된 또는 열간 압연된 강 스트립으로부터 분리된 강 블랭크는 일반적으로 각각의 강의 오스테나이트화 온도보다 높은 가공 온도로 가열되고, 가열된 상태에서 성형 프레스의 다이에 넣어진다. 후속적으로 수행되는 성형 과정에서, 시트 블랭크 또는 이로부터 성형된 부품은 차가운 다이와 접촉함에 따라 빠르게 냉각된다. 여기서 냉각 속도는 경화된 미세구조가 부품 내에 생성되도록 설정된다.

열간 가압 경화에 적합한 강의 한 전형적인 예는 명칭 "22MnB5"로서 공지되어 있고 문헌(the 2004 German steel codex [Stahlschluessel])에 재료 번호 1.5528로서 수록되어 있다.

실제로, 열간 가압 경화에 특히 적합한 것으로 공지된 망간-붕소 강의 이점은, 망간을 함유하는 강이 일반적으로 습윤 부식에 대한 내성을 갖지 않으며 부동태화되기 어렵다는 단점에 의해서 상쇄된다. 높은 농도의 염소 이온에 노출 시에, 덜 고도로 합금화된 강에 비해 높으며 비록 국부적으로 제한적이긴 하지만 심각한 부식에 대한 경향성은, 고합금 강판의 재료 군에 속하는 강을 특히 차체의 제작에 사용하기 어렵게 한다. 게다가, 망간을 함유하는 강은 표면 부식의 경향을 가지며, 마찬가지로 이로써 그의 사용 범위는 제한된다.

종래 기술에서는, 열적으로 컨디셔닝된 상태에 있는 동안의 망간-함유 강에 의한 수소의 흡수를 저감하거나, 부식성 공격으로부터 강을 보호하는 금속성 코팅을 이러한 강에 제공하기 위한 다양한 안이 존재한다. 여기서 능동적 부식 방지 시스템과 수동적 부식 방지 시스템이 구별된다.

통상적으로 아연-함유 부식방지 코팅을 연속적으로 도포함으로써 능동적 부식 방지 시스템을 제조한다. 다른 한편으로는, 전형적으로, 부식성 공격에 대해 우수한 장벽 효과를 부여하는 알루미늄-기재의 코팅을 도포함으로써 수동적 부식 방지 시스템을 제조한다.

공지된 금속성 아연-함유 부식방지 코팅의 경우에는 부정적 및 긍정적 측면이 존재한다.

전형적으로 85 중량% 이상 및 98 중량% 이하 범위의 높은 아연 분율을 갖고 고온 침지 공정에 의해 코팅될 강 스트립에 도포되는 아연-기재의 부식방지 코팅을 갖는 강판은 비교적 장기간의 능동적 부식 보호를 부여한다. 그러나, 고온 침지 아연도금의 만족스럽지 못한 측면은 이러한 방식으로 코팅된 강 블랭크의 가공이 어느 정도 제한되어 있다는 점을 포함한다. 그 이유는 블랭크 온도가 너무 높으면 아연 성분이 적어지고/지거나; 아연-코팅된 강 블랭크 또는 이로부터 성형된 부품이 지나치게 오랫동안 가열되면 블랭크 또는 강 부품의 부식 내성이 저감되기 때문이다. 더욱이, 아연 용융물의 다른 성분, 흔히는 산소에 대해 친화력을 갖는 원소, 예컨대, 예를 들어, 알루미늄은 아연-기재의 부식방지 코팅의 표면 상에 경질 산화물을 형성한다. 이러한 산화물 층은, 사실은 아연의 증발로부터의 보호를 제공하지만, 그럼에도 불구하고 단지 제한된 용접성을 갖는다. 따라서, 일반적으로, 형성된 산화물 (전형적으로 알루미늄 산화물)을 제거하기 위해 강 부품을 블라스팅한다. 더욱이, 이러한 종류의 아연-기재의 코팅은, 그의 낮은 용융 온도 때문에, 균열되는 경향이 있고, 이러한 이유 때문에, 상응하게 코팅된 평강 제품을 가공하기에는 비용 집중적인 간접 열간 성형 공정만을 사용할 수 있다.

아연 코팅이 열 처리에 의해 아연-철 합금 층으로 전환되는, "합금화용융아연도금" 강판이 특히 능동적 부식 보호를 달성하기 위한 직접 열간 성형 공정을 위해 개발되었다. 그러나, 전형적으로, 이러한 종류의 아연-철 코팅은 아연 용융물로부터 유래된 다른 성분 또는 불순물을 다소 함유한다. 이러한 코팅의 단점 중 하나는 마찬가지로 제한된 공정 변형 범위이다. 지나치게 높은 온도는 아연 성분의 연소를 초래하고/하거나; 지나치게 오랫동안의 가열하면, 역시, 부식 내성이 감소된다. 더욱이, 아연 용융물의 다른 성분, 흔히는 산소에 대해 친화력을 갖는 다른 원소, 예컨대, 예를 들어, 알루미늄은 부식방지 코팅의 표면 상에 경질 산화물을 형성한다. 따라서, 일반적으로, 발생하는 산화물 (일반적으로 알루미늄 산화물)을 제거하기 위해 부품을 블라스팅한다. 마찬가지로 아연에 의해 초래되는 균열 위험이 있다. 게다가 가열 시 산소 친화력을 갖는 원소에 의해 형성된 경질 산화물 때문에, 마찰 계수가 다소 증가할 수 있다.

다른 한편으로는, 알루미늄-규소 코팅은 비교적 넓은 가공 변형 범위를 부여한다. 이러한 부식방지 코팅은 고온 침지 코팅 공정을 통해 평강 제품에 도포된다. 강 기판과 코팅 그 자체 사이에 경질 금속간 상이 형성된다. 이러한 경질 금속간 상 때문에, AlSi-코팅된 강판을 단지 제한적으로만 냉간 성형할 수 있는데, 왜냐하면 코팅이 부분적으로 벗겨질 것이며 벗겨진 부위에서 원치 않는 산화 및/또는 가장자리 탈탄이 일어나기 때문이다. 따라서, 통상적으로, AlSi-코팅된, 가압 경화가능한 강판은 직접 열간 성형 공정에서만 사용된다. 그러나 이러한 코팅을 사용해서는 수행할 수 없는 특정한 제조 공정이 존재한다. 더욱이, AlSi 코팅은 빠른 가열 공정에 대해 매우 제한된 적합성을 갖는데, 왜냐하면 이러한 공정은 원치 않는 용융을 야기하기 때문이다. 통상적인 가열 (전형적으로 오븐 가열) 후에는, 성형 공정 동안에 마찰 계수가 높고, 이는 어떤 경우에는 성형 특징에 나쁜 영향을 미친다.

고온 침지 공정에서 도포된 금속성 부식방지 코팅은 일반적으로 후속되는 빠른 가열 절차의 경우에, 특히 레이저 방사 또는 적외선 기술에 의한 가열의 경우에 단점을 갖는다. 그 이유는 이러한 경우에 액체 상의 형성, 및 결과적으로 저조한 흡수가 빈번하게 관찰될 수 있기 때문이다. 따라서, 그 결과로, 균일한 가열과 일정한 층 성질 중 어떤 것도 일반적으로 달성될 수 없다.

이에 따라, 본 발명의 목적은, 실제로 간편하게 수행될 수 있고, 부식으로부터의 보호를 제공하는 잘 접착되는 금속성 코팅이 제공된 강 부품을 비교적 낮은 복잡성으로 제조하는 것을 허용하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 구체적인 목적은 평강 제품을 부식으로부터 적절하게 보호할 수 있고 넓은 가공 변형 범위를 허용하는 방법을 제공하는 것이다. 본원에서는 장기간 지속되는 부식 보호가 아니라, 가공 특성의 높은 융통성에 더 많은 중점을 두고 있다.

방법에 관해서, 이러한 목적은, 본 발명의 제1 변형양태에 따라, 강 부품의 제조에서 실행되는 청구항 제1항에 제시된 방법 단계들에 의해 달성된다.

마찬가지로 상기에서 언급된 목적을 달성하는, 본 발명의 방법의 대안적인 변형양태는 청구항 제2항에 제시되어 있다.

본 발명의 방법의 제1 변형양태는 "직접 열간 성형" (직접 가압 경화)에 의한 강 부품의 성형에 관한 것이고, 반면에 제2 방법 변형양태는 본 발명에 따라 코팅된 강 블랭크를 먼저 냉간 성형한 후에 오스테나이트화 온도로 가열하고 후속적으로 빠른 냉각을 통해 템퍼링 또는 경화된 미세구조 상태로 전환시키는 "간접 방법" (간접 가압 경화)에 의한 강 부품의 성형에 관한 것이다.

본 발명의 방법 변형양태의 유리한 개선양태는 청구항 제1항 및 제2항의 종속항인 청구항들에 제시되어 있고 하기에 설명된다.

부식으로부터의 보호를 제공하는 금속성 코팅이 제공된 강 부품을 제조하는 본 발명의 방법에서는, 가장 먼저, 열간 성형 공정에서 담금질에 의해 경화가능하고 150 내지 1100 MPa의 항복점 및 300 내지 1200 MPa의 인장 강도를 갖는 강 재료로부터 제조된 평강 제품, 즉 강 스트립 또는 강판이 제공된다.

이러한 강 재료는 전형적으로 통상적인 조성의 고강도 망간-붕소 강일 수 있다. 따라서, 철 및 불가피한 불순물 이외에도, 본 발명에 따라 가공된 강은 (중량%로) 0.2 내지 0.5%의 C, 0.5 내지 3.0%의 Mn, 0.002 내지 0.004%의 B, 및 또한, 임의로, "Si, Cr, Al, Ti" 군의 하나 이상의 원소를 하기 양으로 포함할 수 있다: 0.1 내지 0.3%의 Si, 0.1 내지 0.5%의 Cr, 0.02 내지 0.05%의 Al, 0.025 내지 0.04%의 Ti.

사용되는 평강 제품은 바람직하게는 재결정화 냉간 스트립이고, 이러한 종류의 강 스트립은 전해 코팅 장치에서 상대적으로 저비용으로 코팅될 수 있다는 것이 분명하다.

상응하게 형성되고 제공된 평강 제품에 매우 균일하게 얇고 매우 순수한 아연 층이 전해 코팅을 통해 도포된다. 여기서 전해 코팅은 아연 층이 5 ㎛ 미만, 바람직하게는 1 내지 4 ㎛ 범위, 더 바람직하게는 2 내지 4 ㎛ 범위의 평균 층 두께를 갖도록 하는 방식으로 수행된다. 층 두께에 있어서 특히 높은 균일도 (즉, 기판의 너비 또는 길이 전체에 걸친, 매우 작은 두께 변동)는 특히 얇은 층 두께로부터 초래되는데, 왜냐하면 층 두께의 불균일성은 비교적 두꺼운 층 두께에서만 높은 정도로 일어나기 때문이다. 평균 층 두께가 1 ㎛ 미만이어서는 안 되는데, 왜냐하면 그렇지 않으면 평강 제품의 표면 상에 국부적인 결함, 즉 코팅되지 않은 부위가 존재할 수 있기 때문이다.

아연 층의 매우 얇은 두께로 인해, 후속적인 열간 성형에서는 액체 아연이 덜 형성되는데, 왜냐하면 철 (Fe)은 기판에 가까운 곳으로부터 층의 전체 두께에 걸쳐 아연 층 내로 확산하여 아연과 충분히 반응할 수 있기 때문이다. 따라서 아연 층은 실질적으로 완전히 Zn-Fe 합금으로 전환된다.

전해에 의해 침착된 얇은 아연 층은 특히 스케일링(scaling)으로부터 강 기판을 보호하고 또한 열간 성형 동안에 (더 작은 마찰로 인해) "윤활성"을 개선하는 역할을 한다. 매우 취성이고 낮은 윤활성을 갖는 알루미늄 산화물과는 달리 상당히 개선된 윤활성을 초래하는 아연 산화물이 아연 층 상에 형성된다. 따라서, 마찰공학적 시스템에서, 마찰 계수는 저감되고 따라서 성형성이 개선된다.

본 발명의 방법의 맥락에서, 아연 층의 전해 침착을 바람직하게는 연속 스트립 코팅 공정으로서 수행한다.

얇은 아연 층은 부가적으로 이미 열간 성형된 강판 또는 이미 열 처리된 코일의 운반 동안에 적녹(red rust) 형성을 저감하거나 심지어는 방지하는 역할을 한다.

본 발명의 방법의 한 유리한 개선양태에서, 아연 코팅이 평강 제품의 면마다 상이한 층 두께로 도포되도록 하는 방식으로 전해 코팅을 수행한다. 그 결과로, 아연 코팅은 요건에 부합할 수 있다.

본 발명의 방법의 또 다른 유리한 개선양태에서, 아연 코팅은 평강 제품의 한 면에만 도포된다. 이러한 변형양태는 또한 요건에 부합하는 아연 코팅이다.

본 발명의 방법의 추가의 유리한 개선양태에서, 블랭크 또는 강 부품의 가열을 5 부피% 내지 25 부피%의 산소, 바람직하게는 15 부피% 내지 22 부피%의 산소를 포함하는 오븐 분위기에서 수행한다. 수소의 흡수의 저감에 대한 추가의 죄적화는, 본 발명의 방법의 추가의 개선양태에 따라 블랭크 또는 강 부품의 가열을 건조 기체에서, 바람직하게는 건조 공기를 포함하는 오븐 분위기에서 수행하는 경우에 이루어진다. 이러한 방식으로 오븐 분위기는 인공적으로 낮은 이슬점으로 된다.

본 발명의 방법의 추가의 유리한 개선양태에서, 블랭크 또는 강 부품의 가열은 블랭크 또는 강 부품의 부분적으로 상이한 열 처리이거나 이러한 열처리를 포함한다. 블랭크 또는 강 부품의 이러한 부분적 열 처리를 바람직하게는 유도 가열 또는 레이저-보조 가열을 통해 수행한다. 이로써, 예를 들어, 제조될 강 부품 상에 상이한 강도 특성을 갖는 영역을 생성할 수 있다.

본 발명은 도면 및 실시예에 의해 하기에 상세하게 개시된다.

도 1은 어닐링 처리 후의 전해 아연도금된 망간-붕소 평강 제품의 샘플의 단면을 보여준다.
도 2는 전해에 의해 도포된 아연 층이 1 ㎛의 평균 층 두께를 갖는, 본 발명에 따라 코팅된 어닐링되지 않은 망간-붕소 평강 제품의 추가의 샘플의 단면을 보여준다.
도 3은 전해에 의해 도포된 아연 층이 3 ㎛의 평균 층 두께를 갖는, 본 발명에 따라 코팅된 어닐링되지 않은 망간-붕소 평강 제품의 추가의 샘플의 단면을 보여준다.
도 4는 전해에 의해 도포된 아연 층이 5 ㎛의 평균 층 두께를 갖는, 본 발명에 따라 코팅된 어닐링되지 않은 망간-붕소 평강 제품의 추가의 샘플의 단면을 보여준다.

도 1은 예를 들어 어닐링 처리 후의 전해 아연도금된 평판 망간-붕소 강 제품의 한 부분을 보여준다. 열 처리의 결과로, 철 (Fe) 및 망간 (Mn)은 기재 (망간-붕소 강) 상에 침착된 아연 층 내로 확산되었고, 그 결과로 아연 층은 아연-철 층 및 이러한 층 상의 매우 얇은 아연-망간 산화물 층으로 전환되었다. 망간을 갖지 않는 기재의 경우에, 아연-철 층 상에 아연 산화물 층만이 형성될 것이다. 예를 들어, 본 발명에 따라 코팅된 평강 제품으로부터 성형된 강 부품의 코팅성을 개선하기 위해, 아연 산화물 또는 아연-망간 산화물 층을 바람직하게는 블라스팅 공정을 통해 제거한다.

도 2 내지 4는 수직으로 본 발명에 따라 코팅된 망간-붕소 강판의 세 가지 샘플을 제시한다. 각각의 강판에는, 전해에 의해 도포된, 1 ㎛, 3 ㎛ 또는 5 ㎛의 평균 층 두께를 갖는 얇은 아연 코팅이 제공된다. 제시된 샘플은 어닐링되지 않은 상태의 전해 아연도금된 망간-붕소 강판을 보여준다.

광학현미경 사진으로서 제시된 샘플은, 1 ㎛의 평균 아연 층 두께에서, 국부적인 결함이 코팅 내에 발생한 것을 보여주고 (도 2를 참조), 반면에 3 ㎛의 평균 층 두께에서는, 응착성의 균일한 아연 코팅이 이미 달성된 것을 보여준다 (도 3을 참조). 5 ㎛의 평균 층 두께에서도, 아연 코팅의 층 두께 분포는 균일하다 (도 4를 참조).

본 발명에 따라, 아연 코팅의 얇은 평균 층 두께를 달성하기 위해, 전해 코팅의 공정 파라미터가 상응하게 설정된다. 전해 코팅의 "공정 파라미터"는, 예를 들어, 코팅될 기판 상에서의 유동의 종류, 전해질의 유동 속도, 코팅되는 특정한 강 기판에 대한 전해질 유동의 방향, 전류 밀도, 온도, 전해질의 pH, 및 전해 전지 내에서 코팅되는 기판의 처리의 유지 시간 또는 지속 시간을 포함한다. 본 발명에 따라, 이들 파라미터는, 아연 코팅이 본 발명에 따라 지정된 층 두께를 갖도록 하는 방식으로 서로 조화를 이루어야 한다. 이를 위해, 언급된 변수들은, 이용가능한 특정한 설비 기술에 따라, 각각 하기와 같이 변동할 수 있다.

- 코팅될 기판 상에서의 유동의 종류: 층류 또는 난류; 코팅 성과는 코팅될 평강 제품 상에서의 전해질의 층류와 난류 둘 다의 경우에서 우수하다. 그러나, 실제로 이용가능한 많은 코팅 장치의 경우에, 난류가, 실제로 전해질과 강 기판 사이의 교환이 더 집중적이기 때문에 바람직할 것이다;

- 전해질의 유동 속도: 0.1 내지 6 m/s;

- 코팅되는 특정한 강 기판에 대한 전해질 유동의 방향: 강 기판은 수직으로 정렬된 전지와 수평으로 정렬된 전지 둘 다에서 코팅될 수 있다;

- 전류 밀도: 10 내지 140 A/dm²;

- 전해질의 온도: 30 내지 70℃;

- 전해질의 pH: 1 내지 3.5;

- 전해 전지에서의 통과 지속 시간/유지 시간:1 내지 15 분.

이어서 본 발명에 따라 코팅된 평강 제품으로부터 강 블랭크를 형성시킨다. 이러한 블랭크를 특정한 강 스트립 또는 강판으로부터 통상적인 방식으로 분리할 수 있다. 그러나, 코팅 단계에서 이미 후속되는 부품 성형에서 요구되는 형상, 즉 블랭크에 상응하는 형상을 갖는 평강 제품도 고려될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 매우 얇은, 실질적으로 순수한 아연 코팅을 갖는 강 블랭크를 후속적으로 본 발명의 방법의 제1 변형양태에 따라 800℃ 이상의 블랭크 온도로 가열하고, 이러한 단계에서 가열된 블랭크로부터 강 부품을 성형한다. 이와 반대로, 제2 방법 변형양태에 따라, 가장 먼저 강 부품을 적어도 블랭크로부터 예비성형하고, 그 이후에만 가열을 800℃ 이상의 부품 온도로 수행한다. 블랭크 또는 부품 온도로의 가열 과정에서, 각각, 미리 도포된 얇은 아연 층에서 Zn-Fe 합금으로의 전환이 일어난다.

본 발명의 방법의 제1 변형양태에 따라, 본 발명에 따라 800℃ 이상의 온도로 가열된 블랭크를 성형하여 강 부품을 얻는다. 이를, 예를 들어, 블랭크를, 가열 직후에, 사용되는 각각의 성형 다이로 운반함으로써, 수행할 수 있다. 성형 다이로의 운반 중에, 블랭크의 냉각은 일반적으로 불가피하며, 따라서 이러한 가열 후의 열간 성형의 경우에, 성형 다이의 입구에서의 블랭크의 온도는 전형적으로 오븐의 출구에서의 블랭크의 온도보다 더 낮다. 성형 다이에서, 강 블랭크를 통상적인 방식으로 성형하여 강 부품을 얻는다.

경화 또는 템퍼링된 미세구조의 형성을 위한 충분히 높은 온도에서 성형을 수행하는 경우에, 그 결과의 강 부품을, 각각의 온도에서 시작하여, 템퍼링 또는 경화된 미세구조가 강 기판 내에 생기도록 하기에 충분한 냉각 속도로 냉각시킬 수 있다. 이러한 과정을 열간 성형 다이 그 자체 내에서 특히 경제적으로 수행할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따라 코팅된 평강 제품은 강 기판 내의 균열 및 마모에 대해 민감하지 않기 때문에, 본 발명의 방법은, 한 번에 하나의 다이에서, 이전에 수행된, 블랭크 온도로의 가열로부터 나온 열을 활용하는, 열간 성형되고 냉각된 강 부품에 관한 일단계 열간 가압 성형에 특히 적합하다.

제2 방법 변형양태의 경우에, 먼저 블랭크를 성형하고 이어서 열 처리를 거치지 않고서 이러한 블랭크로부터 강 부품을 성형한다. 이러한 경우에 강 부품의 성형을 전형적으로, 하나 이상의 냉간 성형 공정을 수행하는 냉간 성형 공정에서 수행한다. 여기서 냉간 성형 정도는 그 결과의 강 부품이 실질적으로 완전한 완성 상태로 성형되는 정도일 수 있다. 그러나, 1차 성형을 예비성형으로서 수행하고 가열 후에 성형 다이에서 강 부품을 완성 상태로 성형하는 것도 고려될 수 있다. 경화를 적합한 성형 다이에서 성형-경화로서 수행하는 경우에, 이러한 완성 상태로의 성형을 경화 공정과 병행할 수 있다. 이러한 경우에, 강 부품을 그의 완성된 최종 형태를 본뜬 다이 내에 넣고, 원하는 경화 또는 템퍼링된 미세구조가 발생하기에 충분히 빠르게 냉각시킨다. 이러한 방식으로, 성형-경화는 강 부품의 일부의 특히 우수한 형상 보유를 가능하게 한다. 성형-경화 동안의 형상의 변형은 통상적으로 미미하다.

본 발명의 방법의 두 가지의 변형양태 중 어떤 것을 사용하는지에 상관없이, 경화 또는 템퍼링된 미세구조가 발생하는 데 필요한 성형과 냉각 중 어떤 것도 종래 기술과 상이한 특별한 방식으로 수행할 필요는 없다. 그 대신에, 이를 위해 공지된 방법 및 이용가능한 장치를 사용할 수 있다. 본 발명에 따라, 매우 얇고 비교적 균일하고 실질적으로 순수한 아연 층이 성형될 평강 제품 상에 제조되기 때문에, 열간 성형 또는 승온에서의 성형의 경우에, 아연 코팅이 연화될 위험이 전혀 없고, 따라서 코팅 재료가 상기 재료와 접촉하는 다이 표면에 달라붙을 위험이 없다.

전해 코팅에 대한 최적의 성과를 보장하기 위해, 전해 코팅 전에 평강 제품을 통상적인 방식으로 전처리에 적용할 수 있는데, 이러한 전처리에서는 강 기판의 표면을, 이것이 후속적으로 부식방지 코트를 사용하여 수행되는 코팅을 위해 최적으로 준비된 표면 상태를 갖도록 하는 방식으로 처리한다. 이를 위해, 하기에 열거되는 전처리 단계 중 하나 이상을 실행할 수 있다:

- 탈지 욕에서의 평강 제품의 알칼리 탈지. 전형적으로 탈지 욕은 5 내지 150 g/ℓ, 더 특히 10 내지 20 g/ℓ의 계면활성제 세정제를 함유한다. 여기서 탈지 욕의 온도는 20 내지 85℃이며, 특히 우수한 활성은 65 내지 75℃의 욕 온도에서 달성된다. 이는 특히 탈지가 전해를 통해 수행되는 경우에 그러하며, 이러한 경우에 샘플이 양극 및 음극 극성을 갖는 한 번 이상의 사이클이 실행될 때 특히 우수한 세정 성과가 달성된다. 이러한 경우에 알칼리 세정에서 전해 침지-탈지뿐만 아니라, 전해 세정 전에 알칼리성 매질을 사용한 분무/솔 세정이 수행될 때 유리한 것으로 판명될 수 있다.

- 백수 또는 완전 탈염수를 사용하여 수행되는, 평강 제품의 헹굼.

- 평강 제품의 산세. 산세에서는, 평판 제품을, 이로부터 산화물 층을 씻어내면서도 평강 제품 그 자체의 표면을 손상시키지 않는 산 욕에 통과시킨다. 제어된 산세 단계를 통해, 그 결과의 표면이 전해 스트립 아연도금을 위해 유리하게 설정되도록 하는 방식으로 산화물의 제거가 조절된다. 산세를 수행한 후에는, 산세에서 사용된 산 잔류물을 평강 제품으로부터 제거하기 위해, 평강 제품을 추가로 헹구는 것이 유용할 수 있다.

- 평강 제품의 헹굼을 수행하는 경우에, 그의 표면으로부터 또한 단단한 입자를 제거하기 위해 헹굼 단계 동안에 평강 제품을 기계적으로 솔질할 수 있다.

- 전처리된 평강 제품을 전해질 욕에 넣기 전에 상기 제품 상에 여전히 존재하는 액체를 통상적으로 스퀴즈 롤을 사용하여 제거한다.

전해 코팅에 대한 특히 우수한 성과를 내도록 해 주는 전처리의 실시예는 하기 변형양태를 포함한다:

실시예 1:

등급 22MnB5 (1.5528)의 어닐링된 냉간 스트립을 알칼리 분무 탈지 및 또한 전해 탈지에 적용한다. 탈지 욕은, 25% 초과의 수산화나트륨, 1 내지 5%의 지방 알콜 에테르, 및 5 내지 10%의 에톡실화, 프로폭실화 및 메틸화 C12-18 알콜을 갖는 시판 세정제를 약 15 g/ℓ의 농도로 함유한다. 욕 온도는 약 65℃이다. 분무 탈지에서 유지 시간은 약 4 내지 6 초이다. 이어서, 솔 세정을 수행한다. 추가의 과정에서, 스트립을 양극 및 음극 극성에서 15 A/dm²의 전류 밀도를 사용하여 약 3초의 유지 시간 동안 전해 탈지시킨다. 이어서, 배치된 솔을 사용하여, 실온에서 완전 탈염수를 사용하는 다단계 헹굼을 수행한다. 헹굼에서 유지 시간은 약 2 내지 4 초이다. 이후에 염산 산세를 약 10 내지 12 초의 유지 시간 동안 실행한다 (20 g/ℓ; 온도 35 내지 38℃). 완전 탈염수를 사용하여 약 7 내지 9 초 동안 헹군 후에, 금속판을 스퀴즈 장치에 통과시키고 이어서 수평으로 정렬된 전해 전지에 옮긴다. 이러한 전지에서 강 스트립 또는 강판을 본 발명에 따라 코팅한다. 이러한 처리를 위해 설정된 공정 파라미터는 하기와 같았다:

- 전해질의 Zn 함량: 80 내지 150 g/l;

- 전해질의 Na2SO4 함량: 23 내지 28 g/l;

- 전해질의 pH: 1.4 내지 1.6;

- 전해질의 온도: 60 내지 70℃;

- 전류 밀도: 10 내지 40 A/dm²;

- 전해질의 유동 속도: 0.1 내지 6 m/s;

- 전해 전지 내에서의 실행/처리 시간: 2 내지 8 분.

전해 코팅 공정열로부터 나온 평강 제품을, 실온에서 물 및 완전 탈염수를 사용하는 다단계 헹굼에 적용할 수 있다. 이어서, 후속적으로 평강 제품을 또한 건조부에 통과시킨다.

실시예 2:

등급 22MnB5 (1.5528)의 (산세된) 열간 스트립을 알칼리 분무 탈지 및 전해 탈지에 적용한다. 탈지 욕은, 1 내지 5%의 C12-C18 지방 알콜 폴리에틸렌 글리콜 부틸 에테르 및 0.5 내지 2%의 수산화칼륨을 포함하는 세정제를 20 g/ℓ의 농도로 함유한다. 욕 온도는 약 75℃이다. 수평 분무 헹굼에서 유지 시간은 약 10 내지 12 초이다. 이어서, 이중 솔 세정을 수행한다. 추가의 과정에서, 스트립을 양극 및 음극 극성에서 약 10 A/dm²의 전류 밀도를 사용하여 약 8 내지 10 초의 유지 시간 동안 전해 탈지시킨다. 이어서, 배치된 솔을 사용하여, 실온에서 완전 탈염수를 사용하는 다단계 헹굼을 수행한다. 헹굼에서 유지 시간은 약 2 내지 4 초이다. 이후에 염산 산세를 약 26 내지 28 초의 유지 시간 동안 실행한다 (100 g/ℓ; 실온). 솔질 및 신선한 물을 사용한 분무 헹굼을 병행한 후에, 금속판을 스퀴즈 장치에 통과시키고 이어서 수평으로 정렬된 전해 전지에 옮기고, 이러한 전지에서 아연 코팅의 침착을 본 발명에 따라 수행한다. 이러한 처리를 위해 설정된 공정 파라미터는 하기와 같았다:

- 전해질의 Zn 함량: 100 내지 130 g/l;

- 전해질의 Na2SO4 함량: 23 내지 27 g/l;

- 전해질의 pH: 1.4 내지 1.6;

- 전해질의 온도: 60 내지 75℃;

- 전류 밀도: 20 내지 40 A/dm²;

- 전해질의 유동 속도: 0.1 내지 6 m/s;

- 전해 전지 내에서의 실행/처리 시간: 2 내지 6 분.

전해 코팅 후에, 이제 본 발명에 따라 코팅된 평강 제품을 40℃에서 물 및 완전 탈염수를 사용하는 2-단계 헹굼에 적용한다. 그 후에 평강 제품을 75℃의 순환-공기 온도를 갖는 공기-순환 팬을 갖는 건조부에 통과시킨다.

상기에 주어진 실시예의 맥락에서, 블랭크 또는 부품 온도가, 그 자체로 공지된 방식으로, 920℃ 이하, 더 특히 830 내지 905℃일 때, 최적의 가공 결과가 얻어졌다. 이는 특히, 특정한 온도 손실을 허용하고서, 가열된 블랭크 ("직접" 공정) 또는 가열된 강 부품 ("간접" 공정)을 각각의 경우에 후속적으로 사용되는 성형 다이에 삽입하는 방식으로 블랭크 또는 부품 온도로의 가열을 수행한 후에, 강 부품의 성형을 열간 성형으로서 수행하는 경우에 그러하다. 최종 열간 성형을, 블랭크 또는 부품 온도가 850 내지 880℃일 때 각각의 경우에 특정한 공정 신뢰도에서, 수행할 수 있다.

그 자체로 공지된 방식으로, 블랭크 또는 부품 온도로의 가열을 연속 오븐에 통과시킴으로써 수행할 수 있다. 여기서 전형적인 어닐링 시간은 3 내지 15 분 범위이다. 그러나, 대안으로서, 유도 또는 전도 가열 장치를 사용하여 가열을 수행할 수도 있다. 이는 지정된 특정한 온도로의 특히 빠르고 정확한 가열을 허용한다.

가열 과정에서, 오븐 분위기의 산소 함량은 15% 내지 25%, 바람직하게는 19% 내지 21%이어야 한다. 본 발명에 따라 코팅되는 강 기판에 의한 수소의 흡수의 저감에 대한 추가의 최적화는 건조 기체, 바람직하게는 건조 공기의 도입에 의해 달성될 수 있다. 그 결과로, 오븐 분위기는 인공적으로 낮은 이슬점으로 된다.

따라서 본 발명은 하기 이점을 부여한다:

원치 않는 코팅 성분, 예컨대 산소에 대해 친화력을 갖는 원소, 예를 들어, 특히 알루미늄이 본 발명에 따른 접근방안의 경우에는 배제될 수 있음;

순수한 아연 층이 도포됨;

고온 침지 코팅에서 형성되는 종류의 경계층 (금속간 상)이 매우 잘 방지됨;

가열 동안 기재의 스케일링이 방지됨;

고온 침지 코팅의 경우에서보다 더 균일한 층 두께가 달성될 수 있음;

매우 얇은 아연 층 두께로 도포할 수 있어서, 열간 성형 동안 아연의 액화를 저감함으로써 균열 경향을 저감할 수 있음;

단순한 방식으로, 한 면에만 있는 코팅, 및 재료의 각 면에서 상이한 층 두께를 갖는, 양면에 있는 코팅이 구현될 수 있음;

(부식 방지 효과 없음으로부터 능동적 부식 제어에 이르기까지) 요건에 따라 원하는 부식 방지 효과를 구성할 수 있음 ;

직접 열간 성형의 경우에 마찰 계수가 저감되고 성형성이 더 우수해짐;

얇은 아연 층 두께는 빠른 가열 방법, 특히 부분적 열 처리 및/또는 부분적 가압 경화를 사용하는 것을 허용함;

매우 짧은 확산 경로는 철이 아연 층으로 부분적으로 확산되는 것을 허용함;

냉간 성형성이 부분적 간접 열간 성형 공정 또는 완전 간접 열간 성형 공정에 우수함;

아연 코팅을 용접선 부위에서 제거할 필요가 없기 때문에, AlSi 코팅에 비해, 맞춤식 용접 블랭크에 대해 높은 적합성을 가짐;

코팅된 평강 제품의 가열 동안에 불활성 기체 분위기가 필요하지 않음 - 산화물의 형성이 허용 가능함;

미리 블라스팅이 수행된 경우와 그렇지 않은 경우에 코팅성이 높음;

부품의 처리를 위한 부식 방지 오일을 절약할 수 있음.

Claims (10)

1. 부식에 대해 보호하는 금속성 코팅이 제공된 강 부품을 제조하는 방법으로서,
   a) 열간 성형 공정에서의 담금질에 의해 경화가능하고 150 내지 1100 MPa의 항복점 및 300 내지 1200 MPa의 인장 강도를 갖는 강 재료로부터 제조된 평강 제품을 제공하는 작업 단계,
   b) 평강 제품을, 아연 이외에는 불가피한 불순물만을 함유하는, 아연으로 이루어진 부식방지 코팅으로 전해 코팅하며, 여기서 상기 코팅을 전해 침착된 부식방지 코팅이 5 ㎛ 미만, 바람직하게는 1 내지 4 ㎛ 범위, 더 바람직하게는 2 내지 4 ㎛ 범위의 평균 층 두께를 갖도록 하는 방식으로 수행하는 작업 단계,
   c) 코팅된 평강 제품으로부터 형성된 블랭크를 800℃ 이상의 블랭크 온도로 가열하는 작업 단계,
   d) 성형 다이에서, 블랭크로부터 강 부품을 성형하는 작업 단계, 및
   e) 강 부품을, 강 부품이 템퍼링 또는 경화된 미세구조의 형성에 적합한 상태에 있을 때의 온도로부터, 템퍼링 또는 경화된 미세구조의 형성에 충분한 냉각 속도로 냉각시킴으로써 경화시키는 작업 단계
   를 포함하는, 금속성 코팅이 제공된 강 부품의 제조 방법.
2. 부식에 대해 보호하는 금속성 코팅이 제공된 강 부품을 제조하는 방법으로서,
   a) 열간 성형 공정에서의 담금질에 의해 경화가능하고 150 내지 1100 MPa의 항복점 및 300 내지 1200 MPa의 인장 강도를 갖는 강 재료로부터 제조된 평강 제품을 제공하는 작업 단계,
   b) 평강 제품을, 아연 이외에는 불가피한 불순물만을 함유하는, 아연으로 이루어진 부식방지 코팅으로 전해 코팅하며, 여기서 상기 코팅을 전해 침착된 부식방지 코팅이 5 ㎛ 미만, 바람직하게는 1 내지 4 ㎛ 범위, 더 바람직하게는 2 내지 4 ㎛ 범위의 평균 층 두께를 갖도록 하는 방식으로 수행하는 작업 단계,
   c) 성형 다이에서, 평강 제품으로부터 형성된 블랭크로부터 강 부품을 성형하는 작업 단계,
   d) 강 부품을 800℃ 이상의 부품 온도로 가열하는 작업 단계, 및
   e) 강 부품을, 강 부품이 템퍼링 또는 경화된 미세구조의 형성에 적합한 상태에 있을 때의 온도로부터, 템퍼링 또는 경화된 미세구조의 형성에 충분한 냉각 속도로 냉각시킴으로써 경화시키는 작업 단계
   를 포함하는, 금속성 코팅이 제공된 강 부품의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 강 부품의 성형 (작업 단계 c))을 예비 성형으로서 수행하는 것, 및 가열 (작업 단계 d)) 후에 강 부품을 완성 상태로 성형하는 것을 특징으로 하는, 금속성 코팅이 제공된 강 부품의 제조 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 부식방지 코팅이 평강 제품의 면마다 상이한 층 두께로 도포되도록 전해 코팅을 수행하는 것을 특징으로 하는, 금속성 코팅이 제공된 강 부품의 제조 방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 부식방지 코팅을 평강 제품의 한 면에만 도포하는 것을 특징으로 하는, 금속성 코팅이 제공된 강 부품의 제조 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 블랭크 또는 강 부품의 가열을 5 부피% 내지 25 부피%의 산소, 바람직하게는 15 부피% 내지 22 부피%의 산소를 포함하는 오븐 분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는, 금속성 코팅이 제공된 강 부품의 제조 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 블랭크 또는 강 부품의 가열을 건조 기체에서, 바람직하게는 건조 공기를 포함하는 오븐 분위기에서 수행하는 것을 특징으로 하는, 금속성 코팅이 제공된 강 부품의 제조 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 블랭크 또는 강 부품의 가열은 블랭크 또는 강 부품의 부분적으로 상이한 열 처리이거나 그러한 열 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는, 금속성 코팅이 제공된 강 부품의 제조 방법.
9. 제8항에 있어서, 블랭크 또는 강 부품의 부분적 열 처리는 유도 가열 또는 레이저-보조 가열에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는, 금속성 코팅이 제공된 강 부품의 제조 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제공된 평강 제품은 재결정화 냉간 스트립인 것을 특징으로 하는, 금속성 코팅이 제공된 강 부품의 제조 방법.

Images