CN110214195A - 金色钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了能够在没有改性层的剥离现象的情况下表现出颜色的金色钢板；以及能够通过普通退火过程形成有色改性层而无需昂贵的专用设备的金色钢板制造方法。根据本发明的一个实施方案，金色钢板制造方法可以通过将包含0.3重量％至1.5重量％的钛(Ti)的钢板在氮气(N2)气氛中在900℃至1200℃下退火30秒至300秒而在钢板的表面上形成TiN改性层。

Description

金色钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及有色钢板和用于对其表面进行改性的方法，更具体地，涉及如下金色钢板及其制造方法，所述金色钢板能够通过包含钛(Ti)的不锈钢的常规退火工艺形成TiN改性层而在钢板的表面上表现出美观的金色。
背景技术
在现代社会中，越来越期望通过使用颜色来在生活中创造各种美学，并且对于广泛用于日用品、家居用品和办公用品的钢板(例如不锈钢)也是如此。
已经为装饰涂层开发了多种方法，例如涂漆、阳极氧化、电镀(ECD)、扩散涂覆、热喷涂和瓷漆涂覆。化学气相沉积(CVD)法和物理气相沉积(PVD)法主要用作用于不锈钢的成色(color forming)方法。
CVD法是使用化学蒸气的金属沉积方法。将钢板暴露于金属化合物的蒸气并与输送气体一起在高温下保持在镀覆室中，以通过热解表面来沉积金属。PVD法也称为干式镀覆，其中金属在真空中气化并沉积在钢板上，PVD法可以分为真空沉积、溅镀和离子镀。PVD法能够镀覆高熔点材料(例如钛)，并且当非金属原子在真空中电离并反应时，可以镀覆化合物涂层(例如氮化钛(TiN))以主要用于钢板的颜色表现。
没有专用的真空和溅射设备，这样的沉积方法是不可能的，并且存在在工艺中产生高成本的问题。此外，由基材与沉积在基材的表面上的改性层之间的低粘合性所引起的剥离现象也被指出是一个问题。
(专利文献1)韩国专利特许公开第10-2011-0104631号(于2011年9月23日公布)
发明内容
技术问题
本发明提供了能够在没有改性层的剥离现象的情况下表现颜色的金色钢板，以及能够通过常规退火过程形成有色改性层而无需昂贵设备的制造金色钢板的方法。
技术方案
根据本发明的一个实施方案的金色钢板可以为这样的钢板：其包括基材和设置在基材的最外表面层上的改性层，其中改性层可以为包含30重量％或更多的Ti和10重量％或更多的N的TiN改性层，以及其中TiN改性层中的合金元素含量满足下式(1)。
(1)0.1重量％≤C+Si+Al+Mn+Cr+Ni+Nb+Zr≤35.0重量％
在此，C、Si、Al、Mn、Cr、Ni、Nb和Zr意指各元素的含量(重量％)。
此外，根据本发明的一个实施方案，TiN改性层的表面的L*a*b*颜色体系的b*值可以为25或更大。
此外，根据本发明的一个实施方案，基材可以包含0.003重量％或更少的N和0.015重量％或更少的C+N。
此外，根据本发明的一个实施方案，TiN改性层的厚度可以为10nm或更大。
此外，根据本发明的一个实施方案，TiN改性层的厚度可以为20nm至120nm。
此外，根据本发明的一个实施方案，金色钢板的点蚀电位可以为300mV或更大。
根据本发明的一个实施方案的用于制造金色钢板的方法可以包括通过在氮气(N2)气氛中的退火处理在包含0.3重量％至1.5重量％的钛(Ti)的钢板的表面上形成TiN改性层，其中TiN改性层中的合金元素含量可以满足下式(1)。
(1)0.1重量％≤C+Si+Al+Mn+Cr+Ni+Nb+Zr≤35.0重量％
在此，C、Si、Al、Mn、Cr、Ni、Nb和Zr意指各元素的含量(重量％)。
此外，根据本发明的一个实施方案，退火处理可以为连续光亮退火处理。
此外，根据本发明的一个实施方案，退火处理可以在900℃至1200℃下进行30秒至300秒。
此外，根据本发明的一个实施方案，钢板可以包含0.003重量％或更少的N。
此外，根据本发明的一个实施方案，钢板可以包含0.015重量％或更少的C+N。
有益效果
根据本发明的制造金色钢板的方法是经济的，因为其可以通过常规退火工艺形成有色改性层而无需昂贵的设备。此外，通过从材料的内部富集到其表面中的钛(Ti)和氮(N)的扩散的反应可以形成改性层，使得可以生产没有剥离现象的金色钢板。
此外，根据本发明生产的钢板可以表现出L*a*b*颜色体系的b*值为25或更大的美观金色。
此外，根据本发明生产的钢板的TiN改性层具有高的点蚀电位，具有优异的耐腐蚀性。
附图说明
图1是示出普通钢中的钛和氮的行为的示意图。
图2是示出根据本发明的钛和氮的行为的示意图。
图3是示出TiN改性层的耐腐蚀性的图。
图4是示出L*a*b*颜色体系的颜色空间的示意图。
图5是通过FIB-TEM技术拍摄的最外表面层的TiN改性层的照片。
图6是示出最外表面层的合金元素行为的图。
最佳实施方式
根据本发明的一个实施方案的金色钢板是这样的钢板：其包括基材和设置在基材的最外表面层上的改性层，其中改性层为包含30重量％或更多的Ti和10重量％或更多的N的TiN改性层，以及其中TiN改性层中的合金元素含量满足下式(1)。
(1)0.1重量％≤C+Si+Al+Mn+Cr+Ni+Nb+Zr≤35.0重量％
在此，C、Si、Al、Mn、Cr、Ni、Nb和Zr意指各元素的含量(重量％)。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述本公开内容的实施方案。提供以下实施方案以向本领域普通技术人员传递本公开内容的技术概念。然而，本公开内容不限于这些实施方案，并且可以以另外的形式实施。在附图中，为了使本公开内容清楚起见，可以不示出与描述无关的部分，并且此外，为了易于理解，或多或少放大地示出了部件的尺寸。
根据本发明的用于制造金色钢板的方法的特征不在于通过常规的物理气相沉积或化学气相沉积施加钛(Ti)，而是在于通过使钢组成中包含的钛从钢板的内部富集到其表面来形成TiN改性层。
根据本发明的一个实施方案的用于制造金色钢板的方法，可以通过在氮气(N2)气氛中的退火处理在包含0.3重量％至1.5重量％的钛(Ti)的钢板的表面上形成TiN改性层。
在本发明中，钢中包含的钛(Ti)通过退火处理富集在表面中并氮化。充分富集在表面层中的钛与扩散在钢中的活化的氮(N)结合而形成氮化层的TiN改性层，使得可以在钢的表面上表现出有吸引力的金色。
根据本发明的一个实施方案的制造金色钢板的方法可以在钢组成中包含0.3重量％至1.5重量％的钛(Ti)，使得在退火处理期间富集到表面层中可以是顺利的。当钛(Ti)的含量小于0.3重量％时，到表面层的富集不顺利，并且TiN改性层的形成是困难的。当含量超过1.5重量％时，炼钢能力减弱。
图1是示出普通钢中的钛和氮的行为的示意图。通常，钛(Ti)表现出与钢中包含的碳(C)和氮(N)的高反应性，因此其在退火处理期间与碳或氮键合并在基体中析出为TiC或TiN。具有比铬(Cr)更高的碳化物形成能力的钛(Ti)通过形成TiC而防止铬不足，并且通过形成TiN而改善耐磨性。然而，在钛的富集期间钢中包含的碳和氮具有TiC或TiN析出的问题，因此需要控制碳和氮的含量。
因此，根据本发明的一个实施方案的制造金色钢板的方法可以包含0.3重量％至1.5重量％的钛(Ti)和0.003重量％或更少的氮(N)。当氮(N)的含量大于0.003重量％时，TiN在退火处理期间析出而降低富集在表面层中的钛的含量，使得可能难以形成TiN改性层。
根据本发明的一个实施方案的制造金色钢板的方法的特征在于碳(C)含量和氮(N)含量的总和(在下文中，称为C+N)可以为0.015重量％或更小。当C+N的含量超过0.015重量％时，在退火热处理期间促进TiC和TiN的析出，并且富集在表面层中的钛(Ti)的含量降低。因此，C+N的含量优选为0.015重量％或更少。
图2是示出根据本发明的钛和氮的行为的示意图。参照图2，当通过退火处理将钢加热至再结晶温度或更高温度时，钛(Ti)可以扩散和移动。钛对氮具有强的亲和力，并且可以与扩散到钢中的活化的氮(N)键合而形成TiN改性层。由于活化的氮持续地扩散到钢中，因此具有强亲和力的钛持续地富集在表面层中，并且通过与活化的氮键合，TiN改性层可以形成为达到足够的厚度。
退火处理可以在氮气(N2)气氛中进行。由于氮原子(N)的渗透对于富集在表面层中的钛(Ti)的TiN改性层的形成是必要的，因此退火处理可以在氮气(N2)气氛中进行。
此外，退火处理可以为光亮退火线(BAL)中的连续光亮退火处理。光亮退火是在无氧气氛中进行的退火，因此与在氧气氛中进行的退火酸洗相比，不形成高温氧化物。因此，光亮退火主要用于可以保持其原始光泽并且需要美观表面的建筑物内部和家用器具。通过在氮气(N2)气氛中进行光亮退火，可以抑制TiO2的分数，并且可以使TiN的分数最大化。
退火处理可以在氮气(N2)气氛的炉中在900℃至1200℃下进行30秒至300秒。
当退火处理温度低于900℃时，氮分子(N2)难以分解成能够与富集在钢表面中的钛(Ti)反应的活化的氮(N)。当退火温度超过1200℃时，粒度可能变大。因此，退火处理温度范围合适地为900℃至1200℃，更优选为950℃至1150℃。
当退火时间短于30秒时，难以获得足够厚度的TiN改性层。如果退火时间长于300秒，则粒度变大并且可成形性(例如弯曲)可能降低。因此，退火处理持续30秒至300秒是合适的，更优选持续30秒至100秒。
活化的氮(N)可以通过氮气(N2)气氛中的退火处理渗透并扩散到钢板的表面层中。
同时，为了使活化的氮(N)在钢中顺利地扩散，可以伴随控制干扰活化的氮(N)的渗透和扩散的微量元素的含量的合金组分设计。当钢中合金元素的氮亲和力较大时，活化的氮(N)的渗透和扩散较容易。因此，当具有相对较低的氮亲和力的元素(例如碳(C)、硼(B)、硅(Si)、钴(Co)、铜(Cu)、钨(W)和钼(Mo)、锰(Mn))的含量较低时更有利。
TiN改性层可以通过退火处理通过钢中钛(Ti)的富集，并通过在高温下产生的活化的氮(N)的渗透和扩散来形成。富集在表面层中的钛与活化的氮反应而形成TiN，其厚度可以通过控制退火温度和时间来控制。为了在钢的表面上表现出金色，优选厚度为至少10nm或更大。为了形成稳定的TiN改性层，例如改善硬度以及表现出金色，更优选形成厚度为20nm至120nm的层。
在根据本发明的一个实施方案的制造金色钢板的方法中，可以通过在钢表面上形成TiN改性层而表现出金色。通过退火处理在钢表面上形成的TiN改性层由于其特性而表现出金色。为了在钢的表面上表现出美观的金色，TiN改性层中的钛(Ti)和氮(N)的含量应为一定水平或更多，钛的含量应优选为至少30重量％或更多，氮的含量应优选为至少10重量％或更多。此外，TiN改性层中除钛(Ti)和氮(N)之外的合金元素的含量的总和可以满足下式(1)。
(1)0.1重量％≤C+Si+Al+Mn+Cr+Ni+Nb+Zr≤35.0重量％
式(1)的下限基于普通低合金碳钢或IF(无间隙原子)钢的合金组成。普通低合金碳钢包含碳(C)和氮(N)，IF钢还可以在TiN改性层中包含微量的合金元素，因为钛(Ti)、铌(Nb)和铝(Al)用于除去碳和氮。相反，式(1)的上限可以为包含大量的合金元素(例如铬(Cr)和镍(Ni))的不锈钢。当TiN改性层中的合金元素含量的总和超过35.0重量％时，钛(Ti)和氮(N)的含量低，并且可能难以表现出金色。
TiN改性层可以由于氮化的涂层的性质而表现出高硬度，并且点蚀电位可以为300mV或更大。点蚀是其中在钝化金属或合金(例如不锈钢、铝合金或钛)的表面中形成孔或坑的腐蚀。点蚀电位表示对表面的点蚀的抵抗力。
图3是示出TiN改性层的耐腐蚀性的图。参照图3，由于TiN改性层，因此通过根据本发明的一个实施方案的制造金色钢板的方法所生产的钢板可以具有比STS 304钢更高的点蚀电位，STS 304钢对硫酸的耐腐蚀性和对盐水的耐腐蚀性是优异的。即，钢表面上的TiN改性层可以为钢板提供优异的耐腐蚀性。
通过根据本发明的一个实施方案的制造金色钢板的方法所生产的钢板在L*a*b*颜色体系中的b*值可以为25或更大。L*a*b*颜色体系是表现对象的颜色的所有领域中最流行的颜色体系。L*表示亮度，a*和b*分别表示颜色和饱和度。
图4是示出L*a*b*颜色体系的颜色空间的示意图。参照图4，+a*表示红色方向，-a*表示绿色方向，+b*表示黄色方向，-b*表示蓝色方向，并且随着值越大，颜色越清晰。为了表现出美观的金色，表示黄色的b*值应该高。为此，TiN改性层中的钛(Ti)和氮(N)的含量可以分别为至少30重量％或更多和10重量％或更多。优选L*a*b*颜色体系的b*值为27或更大以表现出更美观的金色。
在下文中，将参照实施例更详细地描述本发明。
实施例
使厚度为3mm的包含1.3重量％的钛(Ti)的冷轧钢板在氮气气氛的炉中在1100℃下经历连续光亮退火处理60秒。在退火处理之后，通过使用ColorQuest XE(Hunter Lab/U.S.A.)设备测量钢表面的色度。此外，将钢板的表面用#600砂纸抛光，在室温下使用3.5％NaCl溶液测量点蚀电位。结果示于下表1中。
[表1]
参照表1，通过在1100℃的退火温度下进行光亮退火处理60秒而获得厚度为65nm至75nm的TiN改性层。通过使用FIB-TEM技术拍摄实施例4的钢板并示于图5中。发现形成约75nm的TiN改性层。
图6是示出根据距离实施例1的钢板的表面的深度的合金元素的行为的图，其中从表面至约60nm，钛和氮的含量分别为30重量％或更多和10重量％或更多，并且其他合金元素的含量的总和为0.1重量％至35.0重量％。因此，满足本发明的预期TiN改性层的组成。
在未经历根据本发明的连续光亮退火处理的比较例中，表示黄色的b*值为1.77并且根本没有表现出金色。相反，在实施例1至6的每一者中，b*值为28或更大，并且可以表现出美观的金色。
此外，在所有实施例1至6中，点蚀电位为400mV或更高，表示优异的耐腐蚀性。
虽然已经参照示例性实施方案具体描述了本公开内容，但是本领域技术人员应理解，在不脱离本公开内容的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上做出各种改变。
工业实用性
根据本发明的实施方案的金色钢板可以应用于诸如室内装饰管、建筑物内部/外部材料或家用电器外部材料的应用。

Claims (11)

1.一种金色钢板，包括基材和设置在所述基材的最外表面层上的改性层，
其中所述改性层为包含30重量％或更多的Ti和10重量％或更多的N的TiN改性层，以及
其中所述TiN改性层中的合金元素含量满足下式(1)：
(1)0.1重量％≤C+Si+Al+Mn+Cr+Ni+Nb+Zr≤35.0重量％
在此，C、Si、Al、Mn、Cr、Ni、Nb和Zr意指各元素的含量(重量％)。
2.根据权利要求1所述的金色钢板，其中所述TiN改性层的表面的L*a*b*颜色体系的b*值为25或更大。
3.根据权利要求1所述的金色钢板，其中所述基材包含0.003重量％或更少的N和0.015重量％或更少的C+N。
4.根据权利要求1所述的金色钢板，其中所述TiN改性层的厚度为10nm或更大。
5.根据权利要求4所述的金色钢板，其中所述TiN改性层的厚度为20nm至120nm。
6.根据权利要求1所述的金色钢板，其中所述金色钢板的点蚀电位为300mV或更大。
7.一种用于制造金色钢板的方法，包括：
通过在氮气(N2)气氛中的退火处理在包含0.3重量％至1.5重量％的钛(Ti)的钢板的表面上形成TiN改性层，
其中所述TiN改性层中的合金元素含量满足下式(1)：
(1)0.1重量％≤C+Si+Al+Mn+Cr+Ni+Nb+Zr≤35.0重量％
在此，C、Si、Al、Mn、Cr、Ni、Nb和Zr意指各元素的含量(重量％)。
8.根据权利要求7所述的用于制造金色钢板的方法，其中所述退火处理为连续光亮退火处理。
9.根据权利要求7或8所述的用于制造金色钢板的方法，其中所述退火处理在900℃至1200℃下进行30秒至300秒。
10.根据权利要求7所述的用于制造金色钢板的方法，其中所述钢板包含0.003重量％或更少的N。
11.根据权利要求10所述的用于制造金色钢板的方法，其中所述钢板包含0.015重量％或更少的C+N。
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