TW201224224A - Galvanized carbon steel with stainless steel-like finish - Google Patents

Description

201224224 六、發明說明： 本發明申請案在此主張在2010年8月30曰申請之具有相 同標題之臨時專利申請案第61/378，194號之權益，^整個 揭示内容以引用的方式併入本文中。 【先前技術】 . 拋光不銹鋼比碳鋼昂貴。亦可難以移除諸如廚房器具等 焊接不銹鋼組件上之指紋及污點。針對該等原因已研發 出若干較低成本之「仿不銹鋼」替代物，包含塗漆碳鋼及 拋光或刷光熱浸鍍鋅（HDG)或電鍍辞碳鋼。然而，塗 漆產品不具有拋光不銹鋼之紋理。拋光/刷光Hdg/eg產品 之紋理與拋光不銹鋼更相似。然而，由於用於產生紋理化 表面之研磨作業移除部分或全部鍍鋅塗層，故其更難以生 產。此可影響材料之外觀均勻性及耐腐蝕性。 【發明内容】 在一實施例中，可藉由經調質軋延機使用花面輥加工鍍 辞碳鋼以形成「拋光」型表面來生產「仿不銹鋼」。在此 情形中，鍍鋅塗層不會因研磨而被移除，而是進行壓製從 而提供較常規拋光或刷光更均勾之基材。然後可使用透明 '錢薄膜塗佈所得㉟帶以提供其他外觀及腐姓益處，包含 .指紋抗性。 在一個態樣中，紋理化碳鋼包括具有鍍鋅塗層之碳鋼， 其中對鍍辞塗層實施壓製及紋理化。在一實施例中，紋理 化碳鋼具有有機塗層。 在一個態樣中，製造紋理化碳鋼之方法包括壓製碳鋼上 158526.doc 201224224 之鍵鋅塗層之步驟，其中該麼製在鐘辞塗層上產生紋理。 在一實施例中，該方法另外包括在鍍鋅塗層上塗佈有機塗 層之步驟。 自附圖及其說明將易知該等及其他目標及優勢。 【實施方式】 併入此說明書並構成此說明書之一部分之附圖圖解說明 實施例，並與上文所給之一般闡述及下文所給實施例之詳 細闡述一起用於解釋本發明之原理。 基於碳鋼之材料通常係鐵及碳與合金添加物之合金，該 等合金添加較良可加工十生、可成形[耐腐钱性及其他 =望性能特徵。由於表面之富鐵性f，該等材料易於因暴 路於大氣水分、化學品等中而腐蝕。在許多情形下使用 諸如鋅或料其他金屬塗佈碳鋼以改良腐錄能。錄辞鋼 廣泛用於π車車身板材、n具及建築產品。金屬塗佈碳鋼 通常不形成基於鐵之常見「紅鏽（red rust)」腐姓產物。在 該等塗佈產品之表面上形成之氧化物在鍍鋅鋼情形下係 白鏽（whne rust)」，而在富鋁表面上係較不可見之氧化 鋁。在許多情形下，使用有機塗層覆蓋金屬塗佈鋼以提供 額外之腐蝕保護以及外觀屬性。 除鐵、碳及與碳鋼相關之其他合金組份以外，不銹鋼含 有鉻、錄、或兩者。該等元素之存在改良耐腐钱性以及外 觀益處。大部分不銹鋼未塗漆，但經拋光表面加工以賦予 材料期望紋理。除諸如商用廚房、浴室固定裝置、汽車飾 件及建築板材等應用以外，拋光不錄鋼在家用器具應用中 158526.doc 201224224 正逐漸流行。不銹鋼之缺點之一 及加工#•里，盆# Jr 在於由於存在絡及錄以 及加工差異，其成本可超過 ^ © T # ^ ^ 火坪11倍或更多。不銹鋼亦易 於留下私、，文及其他難以移除之 其於忐太鈐彻+ 卜觀，可跡。因此.，期望利用 基於成本較低之碳鋼之產品， 夕i目尊H + _L Μ寻產品具有與不銹鋼相似 之視覺外觀且亦提供較不易 朴 # 留下心紋之表面。因此，已引 入右干種基於「仿不銹鋼 良反鋼之產品以滿足該等需 求。 :^ Η使電鍍鋅碳鋼條帶穿過調質乳延機，該 調質軋延機使用與用於對不錄鋼施加卫業「輥軋（r〇lled ⑻」表面處理者相同之花面工作輥(圖4)。與上文所論述 研磨方法之一主要差里A於 .^ 在於在紋理化作業期間藉由軋延 機輥施加之力壓製而非研磨辞塗層。因此，在加工期間移 除之鋅塗層之量極低。作為調質軋延機之替代方案，可使 用配備有賦予基材紋理之花面工作輕之鋼加工較乾機。與 移除部分表面之帶式拋光或刷光相關 由軋延機輥施加之壓力壓製基材表面 的研磨作業相反，藉 。調質軋延機之輕軋 力可在500,00㈣至U0M00碎力之範圍内或在6〇〇 〇啊 至900,000磅力之範圍内，以確保自工作輥充分轉移紋理 而不會損壞EG塗層。 紋理可具有約5微英吋至約60微英吋、或約20微英吋至 約40微英吋之表面粗縫度。紋理可主要係單向平行紋或 線β可藉由Byk Mirror Tri Gloss儀器以60。量測表面光澤； 其可係100或更大’或200或更大。在量測此光澤時紋理化 碳鋼上無有機塗層。 158526.doc 201224224 由於調質軋延機施加於不銹鋼表面上之力較大且事實上 工紋理化表面係厚度小於Q 5密耳（q剛5英忖）之金屬塗 層…個問題在於，較軟鋅表面對工作輥之反應與不錄鋼 不同此外’大部分不銹鋼穿過不使用潤滑液之「乾」調 質軋延機，而在碳鋼調質中，在許多情形下，在加工期間 用；s /月液淹沒其表面。因此，可預期該等問題會導致辞之 磨損、開裂或剝落在工作輕上積累，從而導致表面外觀之 又形及不一致。在當前方法中，控制調質軋延機施加於 EG表面上之壓力’以確保工作輥圖案之充分轉移但不足 以使鋅塗層劣化。 可藉由在碳鋼上電鍍鋅來產生鍍鋅塗層。在一實施例 中塗層可選自鋅、鋅_錦、鋅-鐵、铭、或辞-铭。另一選 擇係可藉由熱次碳鋼條帶來施加該等塗層。由於該方法 之壓製）·生質，可使用相對輕之鋅或其他金屬塗層重量，例 如30G/30G(每一側面上3〇 g/m2)。塗層重量可係約2〇 至約90 g/m或可係約3〇 g/m2至約6〇 。使用研磨技術 難以加工較輕塗層重量，此乃因相對薄之塗層之完整性更 有可此文損。藉由該方法製造之紋理化碳鋼之顯微照片顯 不’大部分EG塗層得以保留（圖5)。 該程序賦予軟鋅表面與在拋光不銹鋼上所見圖案相似之 、’文理製程條件與彼等用於對不銹鋼施加親軋表面處理者 相似。一旦完成紋理作業’隨後使用聚合物薄膜塗佈卷 材’ 5亥聚合物薄膜提供外觀、腐蝕及防指紋保護。該薄膜 亦可含有抗菌添加劑’例如基於銀離子/沸石之agi〇n®。 158526.doc 201224224 在一實施例中’使用有機塗層塗佈紋理化碳鋼，該有機 塗層提供可根據最終應用而變化之額外腐蝕保護及外觀屬 f·生塗層可係透明聚醋薄膜，但亦可使用環氧樹脂、丙婦 酸系樹脂、聚胺基甲酸酯。塗層厚度可係〇·5密耳（〇 〇〇〇5 英叶）但可自約0.1密耳變化至約1.0密耳，或自約0.2密耳 變化至0.6密耳。可調整塗層之光澤以提供期望程度之反 射性及防指紋性。如藉由Byk Mirror Tri Gloss儀器所量 測’典型60。光澤範圍可係1〇至85，其中較低反射程度促 進防指紋性能且較高範圍提供「閃耀」或反射性外觀。光 澤可在20至40之範圍内（用於防指紋性）或在65至85之範圍 内（用於最大反射性）。在一實施例中，塗層可係半透明或 不透明的’以向基材提供顏色或特定色調。諸如基於銀之 抗菌劑或聚合物纖等添加劑可含於塗層調配物中，以提供 諸如抗菌保護等其他益處或改良可成形性。塗層之鉛筆硬 度可具有F至5H之範圍或η至3H之範圍。 所得經有機塗佈且經紋理化及金屬塗佈之碳鋼將能夠使 用習用金屬成形或成型設備來加工，且能使其經受彎曲、 拉拔、拉伸作業且外觀臨界表面未出現剝落、破碎或其他 損壞。可使用在紋理化之後但在塗佈之前對碳鋼之表面處 理來改良有機薄膜對表面之黏附。表面處理之實例包含鋅 或鐵之填酸鹽、鉻酸鹽或基於水之用於促進有機塗層對金 屬基材之黏附的環氧樹脂。對於一些應用而言，使用基於 水之透明型環氧樹脂較佳。 在一實施例中’經有機塗佈及紋理化之碳鋼具有5微英 158526.doc 201224224 吋至40微英吋或15微英吋至3〇微英吋之範圍之表面粗糙 度。60。光澤可在〗〇至85、或15至8〇之範圍内。如藉由引 伸珠模擬器（Draw Bead Simulator)測試所量測，摩擦係數 可在0·03至〇.〇7之範圍内、或在0 4至〇 〇6之範圍内。有機 塗層厚度可係0.1密耳至約1〇密耳厚，或約〇 2密耳至約〇 6 岔耳。鉛筆硬度可在F至5Η、或H至3U之範圍内。 實例1 可在用於拋光不銹鋼之生產線上加工電鍍辞碳鋼條帶。 藉由與研磨帶接觸來形成表面紋理。紋理化通常限於一個 表面。條帶之速度、研磨帶之速度、所施加壓力、研磨劑 之性質及磨料粒度以及所加工材料之硬度均會影響抛光產 品之外觀。由於電鍍鋅鋼上之鋅表面相對於不銹鋼表面之 較軟性質，故需要調整以確保在拋光期間不會完全移除鋅 塗層。檢查來自以此方式加工之卷材之樣品的鋅塗層完整 性’且發現自塗層重量觀點而言，在加工後保留約5〇% 辛”、；而所加工材料之剖面顯示，存在幾乎完全移除鋅 塗層之隔離區域（圖υ。隨後使用透明聚合物薄膜塗佈該抛 光奴鋼，以提供額外之障壁型腐蝕及防指紋保護。可調配 塗層以提供不同程度之光澤及反射性。然而，在使用基於 研磨之方法中’控制鋅移^之量並由此控制外觀—致性及 性能的能力存在問題。 在有機塗佈之前暴露於室内環境條件中時，以此方式加 之板材开y成較小「紅鏽」隔離區域，此表明所保留用以 保護鋼基材之鋅不足。如在圖2中所顯示，在循環腐钱測 158526.doc 201224224 试之後，經有機㈣之板材㈣絲小腐 陷。測試條件與在實例3中所論述者相同。此、 之應用限制為彼等有最低腐钱或表面外觀要_。、以材料 實例2 使用電鍍鋅碳鋼條帶實施第二試驗，盆 丫对表面連讀输 加研磨刷型輥而非研磨帶。就辞移除而言，此程序往往户 。然而’此程序導致視覺外觀偏離通常與拋光不 錄:相關之期望紋理(圖3”藉由改變加工條件，例如親及 條帶之相對速度、輥軋力及輥磨料及紋理，可形成更人音 之外觀。然而，如同其他基於研磨之加工，同樣存在難： 控制鋅移除之量之問題。因此’可能難以維持外觀之均勻 性及腐银性能。在加工後對材料進行之視覺檢查顯示，所 形成顯示於圖3中之表面紋理與拋光不錢鋼顯著不同，從 而將該材料之應用限定於諸如裝舞性建築板材等專門應 用。因此’研磨刷型幸昆之使用不會適用於較大體積之家用 器具型應用。 實例3 十來自使用調質札延機加工並隨後利用透明聚合物薄膜 塗佈之電鍍鋅碳鋼卷材之樣品實施性能評估測試。移除之 鍍鋅塗層之量極低。對樣品實施腐钱及可成形性測試。在 下文圖6中顯示腐蝕結果。 濕/乾循環腐㈣試已顯示，具有輥軋紋理表面處理及 有機塗層之電鍍辞鋼呈現之表面點蝕少於拋光43〇不銹 鋼所琪J „式之無有機塗層樣品亦未出現點姓，但呈現鑛辞 158526.doc 201224224 鋼常見之白鏽區域。在4x6英吋樣品邊緣上貼膠帶以消除 切邊效應，且將樣品在5%鹽溶液中浸泡15分鐘。然後將 樣風乾90分鐘且在6代之濕度箱中置放約72小時。、重複 循％之浸泡/乾燥部分且將樣品在濕度箱中再置放、物小 時，之後移出。視覺評估樣品以比較在各表面上所發現之 腐敍程度及類型。 實例4 可使用典型之金屬成形作業順利-曲、拉拔、及拉伸具 有透明有機塗層之紋理化電鑛鋅碳鋼之樣品（圖7)。在該等 作業期間，表面未出現剝離、開裂或龜裂。該材料具有低 摩擦係數有機塗層之@有益處，其可增強材料之可成形 性。在許多情形下，將不需要使用其他濕型拉拔潤滑劑或 黏合性塑膠薄膜。 利用Hille Wallace通用杯測試機形成大約丨乃英吋深之 方杯。所使用工具係丨.375英吋打孔機及具有31/64半徑之 U83英忖底模。使用866型MTS成形壓機形成大約g仍英 寸深之平坦頂部」^&1*(^11131(；穹頂。工具包含3.875英吋 直徑打孔機及4.0英吋底模。使用Diacr〇巧叫以Brake及

Wabash液壓機'形成彎曲樣品。所有樣品皆係以經加工狀態 (碳鋼基材+具有輥軋表面處理之EG塗層+有機透明塗層）來 形成，而不施加其他基於油的成形潤滑劑或塑膠保護薄 膜。 雖然已藉由闡述若干實施例來闡釋本發明且已相當詳細 地闡述說明性實施例，但申請人並不意欲將隨附申請專利 158526.doc 201224224 =^範圍限定或以任何方式限制於該等細節。熟習此項 w者可容易地瞭解其他優勢及修改形式。 【圖式簡單說明】 θ 1 a纷不抛光e g碳鋼之立丨】面之搂;处，. 次沖3 < σ<| ¢3工柙抱電子顯微鏡顯微照 片。非紋理化頂部表面。 圖1時不拋光EG碳冑之剖面之掃描電子顯微鏡顯微照 片。紋理化底部表面。大部分Ε(}塗層已移除。 圖2繪示對拋光EG碳鋼及經調質軋延機紋理化之£(5碳鋼 之循環腐蝕測試結果。 圖3a%示常規拋光不銹鋼之光學顯微鏡影像。 圖3b繪示刷光EG碳鋼之光學顯微鏡影像。 圖4係紋理化方法之實施例之示意圖。 圖5繪示經EG塗佈之碳鋼薄板之剖面在調質軋延機紋理 化之後的掃描電子顯微鏡顯微照片。 圖6繪示對不銹鋼、紋理化eg碳鋼及具有有機塗層之紋 理化EG碳鋼之循環腐蝕測試結果。 圖7繪示對具有有機塗層之經調質軋延機紋理化之eg碳 鋼之成型測試結果。 158526.doc

Claims (1)

1. 201224224 七、申請專利範園： 1· 種紋理化後鋼，其包括具有鐘鋅塗層之碳鋼，其中該 鑛鋅塗層經壓製及紋理化，其中該紋理具有約5微英吋 至約60微英吋之表面粗糙度。 2.如請求項1之紋理化碳鋼，其中該鍍鋅塗層係選自鋅、 辞-鎮、鋅'•鐵、銘、或辞-鋁。 3·如前述請求項中任一項之紋理化碳鋼，其中該鍍鋅塗層 係經電鍍鋅。 4.如剛述請求項中任一項之紋理化碳鋼，其中該鍍鋅塗層 具有約20 g/m2至約9〇 g/m2之塗層重量。 女月）述明求項中任一項之紋理化碳鋼，其中該鋼另外包 括選自t gg、環氧樹脂、丙稀酸系樹脂、及聚胺基甲酸 酯之有機塗層。 6·如刖述請求項中任一項之紋理化碳鋼，其中該鋼另外包 括有機塗層’其中該有機塗層具有0.1密耳至約1.0密耳 之厚度。 7.如叫求項5及6中任一項之紋理化碳鋼，其中該經有機塗 佈之鋼具有5?至511之鉛筆硬度範圍。 8·如叫求項5至7中任一項之紋理化碳鋼，其中該經有機塗 佈之紋理化碳鋼之表面具有5微英吋至40微英吋之表面 '°度至85之60。光澤、及〇.〇3至0.07之摩擦係數。 9.、種焱造紋理化碳鋼之方法，其包括壓製碳鋼上之鍍鋅 塗層之步驟’其中該壓製在該鍍鋅塗層上產生紋理。 10·如請求項9夕 之方法’其另外包括在該鍍辞塗層上塗佈有 158526.doc 201224224 機塗層之步驟。 11.如請求項9或10中任一項之方法，其中藉由調質軋延機 以500,000磅至1，100,000磅之力提供壓製。 158526.doc S