KR0128131B1 - 용접성 및 도장성이 우수한 미니스팡글 용융아연 도금강판의 제조방법 - Google Patents
용접성 및 도장성이 우수한 미니스팡글 용융아연 도금강판의 제조방법Info
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Abstract
본 발명은 미니스팡글 용융아연도금강판의 제조시 1차적으로 용융아연도금층을 미니스팡글화 시킨 다음, 2차적으로 Fe가 함유된 수용액을 분사하므로서, 용접성 및 도장성이 우수한 미니스팡글 용융아연도금강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 미니스팡글 용융아연도금강판의 제조방법에 있어서, 용융아연도금욕으로부터 인양된 강판에 부착된 용융아연이 응고하기 직전 1차적으로 1-2wt%의 인산계염 수용액을 분무한 다음, 2차적으로 Fe가 함유된 수용액을 분무함을 포함하여 구성되는 용접성 및 도장성이 우수한 미니스팡글 용융아연도금강판의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.
Description
본 발명은 가전제품 또는 자동차용 소재로 사용되는 미니스팡글 용융아연 도금강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도장성 뿐만아니라 용접성이 우수한 미니스팡글 용융아연 도금강판의 제조방법에 관한 것이다.
초기에 용융아연도금강판은 대부분 건자재로 사용되어 왔는데 근래에는 가혹한 가공조건에도 견딜 수 있는 용융아연 도금강판의 대량 생산이 가능하게 됨에 따라 그 용도가 각종 가전제품 또는 자동차용 소재로 광범위하게 확대되고 있다.
이와 같이 가전제품 또는 자동차용 소재로 그 사용범위가 넓어짐에 따라 그 소재의 품질특성, 예를들면 표면광택, 내식성, 용접성 및 도장성 등의 품질특성향상에 대한 요구도 점점 증가하고 있다.
그러나, 일반적으로 용융아연 도금강판의 표면에는 스팡글이 형성되기 때문에 이러한 스팡글이 있는 강판은 도장시 도료의 밀착성이 불량하고 도장후에도 스팡글에 의한 표면요철이 제거되지 않을 뿐만 아니라 그대로 투과되어 스팡글이 보여지므로 외관이 불량해지는 단점이 있다.
따라서, 이러한 스팡글에 의한 결점들을 방지하기 위하여 최근에는 스팡글에 미세화시킨 미니스팡글 용융아연 도금강판이 많이 개발되고 있다.
즉, 현재 용융아연 도금층의 표면에 형성되는 스팡글을 용융아연 도금공정에서 소실시키기 위하여 여러 가지 방법이 사용되고 있는데, 주로 사용되는 방법은 수용액 분사법이 널리 채용되고 있다. 이 방법은 수용성 무기염이 1종 이상 함유된 수용액을 강판에 부착된 용융상태의 아연도금표면에 분사하여 급냉시키므로서 스팡글을 미세화하는 방법으로서, 이 방법은 물의 증발잠열에 의한 냉각효과외에 용융아연 도금층 표면에 충돌되는 염의 미립자가 무수한 아연결정핵이 되도록하여 아연결정(스팡글)의 미세화를 조장하는 원리를 이용하고 있는 것이다.
하나의 예로서, 일본 공개특허공보(소) 45-26961호 및 (소)50-92831호에 제시된 바에 의하면 황산동, 초산나트륨, 인산나트륨, 인산암모늄 등의 염을 용융아연 표면층에 분사하여 스팡글을 미세화하는 방법이 제안되어 있다. 이러한 분사법을 이용하는 방법 중 그중에서도 분사용액으로 인산염류가 주로 사용되는데, 이는 용융아연 도금강판에 분무시 열분해에 따른 흡열반응특성 및 아연표면에 잔류된 염류가 후속되는 인산염처리 및 크로처리 등의 화성처리에 바람직하기 때문이다. 그러나, 상기 인산염을 사용하는 경우, 예를들면 가장 스팡글 미세화에 효과가 있는 인산 이수소암모늄 수용액의 경우 이용액이 아연도금강판온도에 의해 열분해되어 약190℃에서 분해된 암모니아 기체가 아연도금강판에 잔류되면서 이후의 도장처리시 도막에 미세한 핀홀을 생성시켜 도막밀착성을 열화시키는 원인이 되고 있다. 따라서, 미니스팡글 용액아연도금강판의 제조시 스팡글을 미세화하므로서 얻어지는 미려한 표면외관과 같은 장점을 살리기 위해서는 이러한 도막밀착성을 개선할 필요가 있다.
한편, 내식성을 향상시킬 목적으로 아연도금을 행하는 아연계통의 도금강판들은 도금층으로 인하여 상대적으로 용접성이 악화되며 용접조건설정에 큰 어려움이 따른다. 예를들면, 박판용접시 주로 사용되는 저항 용접법의 하나인 스폿용접으로 아연도금강판에 용접을 행하는 경우 너겟(nugget)의 생성이 어렵게 되는데, 이는 순수아연의 융점이 420℃로 낮아 용접초기에 아연이 먼저 녹아 판과 전극과의 접촉면적을 넓히면서 전류밀도를 저하시키기 때문이다. 이러한 현상은 일반적으로 순수한 용융아연 도금강판의 표면층에는 Fe가 존재하지 않기 때문에 발생되는 것으로서, 종래에는 이러한 결점을 방지하여 용접성을 향상시키기 위해서 용융도금층에 Fe성분을 잔류시키는 방안이 시도되었다. 즉, 합금화열처리를 통해 도금층에 Fe함량을 8-10%로 잔류시키므로서 도금층의 융점을 상승시켜 용접성을 개선하는 방법이 많이 사용되고 있다. 그러나, 이 합금화 열처리방법은 부가적인 합금화 열처리를 필요로 하며 과도한 합금화 열처리시 오히려 파우더링 현상이 발생하는 단점을 갖고 있다. 따라서, 용융아연 도금강판의 용접특성을 향상시킬 수 있는 방법은 하나의 과제이면서 매우 중요한 문제이다. 더욱이 최근 용융아연 도금강판이 대부분 용접이 필요한 자동차 또는 가전제품용 소재로 많이 사용되면서 이러한 문제는 더욱 시급히 요청된다. 특히, 표면외관이 미려한 장점을 갖고 있는 미니스팡글 용융아연 도금강판의 경우 간단한 방법으로 용접성 뿐만아니라 도장성을 향상시킬 수 있는 방안이 필요하다. 이에 본 발명자는 고가의 설비를 필요로 하지 않으면서 용접성 및 도장성을 향상시킬 수 있는 간단한 처리방법에 대하여 연구와 실험을 거듭한 결과, 본 발명을 제안하게 되었다.
즉, 본 발명은 미니스팡글 용융아연 도금강판의 제조시 1차적으로 용융아연 도금층을 미니스팡글화 시킨 다음, 2차적으로 Fe가 함유된 수용액을 분사하므로서, 용접성 및 도장성이 우수한 미니스팡글 용융아연 도금강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
이하, 본 발명을 설명한다.
본 발명은 미니스팡글 용융아연 도금강판의 제조방법에 있어서, 용융아연도금욕으로부터 인양된 강판에 부착된 용융아연이 응고하기 직전 1차적으로 1-2wt% 의 인산계염 수용액을 분무한 다음, 2차적으로 Fe가 함유된 수용액을 분무함을 포함하여 구성되는 용접성 및 도장성이 우수한 미니스팡글 용융아연도금강판의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본발명에 대하여 상세히 설명한다.
우선 본 발명은 용융아연도금욕으로부터 인양된 강판에 부착된 용융아연이 응고하기 직전에 1차적으로 흡열성이 우수한 인산염계 수용액을 적정량 분무하여 표면광택도가 우수한 인산암모늄 또는 인산나트륨 등의 인산염계 수용액을 사용하며, 용액의 적정농도는 1-2wt%를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 수용액중에 함유된 분무입자들의 입경은 작을수록 바람직한데, 본 발명에서는 30㎛이하의 분무입경을 갖는 것이 좋다.
1차적으로 상기 인산염계 수용액이 분무되면 인산염이온의 흡열반응에 의한 과냉 및 인산염이온이 무수한 아연결정립의 핵생성위치로 작용하여 미니스팡글화가 이루어지는 동시에 분무입자의 충돌에 의한 충격을 최소화하여 표면조도가 작게 되어 표면광택도가 증가하는 것이다. 이때, 미니스팡글화 처리시 분사온도, 분소노즐 압력, 분사시간 등의 조건은 통상의 방법으로 적절히 조정하면 된다. 또한, 분무시 용융아연이 응고하기 직전의 온도, 즉 420-422℃의 온도에서 분무하는 것이 좋다. 이와같이 1차 수용액 분무하게 되면 용융아연표면에 분사용액이 충돌되어 백색반점(pitting)이 없으면서 도금층 표면조도가 0.6㎛이하로 작게 유지되는 고광택을 갖는 미니스팡글 용융아연도금강판이 얻어진다.
그 다음, 상기 미니스팡글화된 강판에 2차로 Fe가 함유된 수용액을 분무하여 흡열반응에 의한 2차냉각 효과 및 아연도금표면에 잔류하는 철성분에 의해 미니스팡글 아연도금강판의 용접성 및 도장성을 향상시키는데, 이때, 본 발명에서 사용되는 Fe함유 수용액으로는 인산철(FePO4), 황산철(FeSO4), 염화철(FeCl2) 등의 수용액을 사용한다. 그중에서도 1차분사 용액과의 혼합배출시 폐수의 재활용성, 흡열냉각성, 내식성 등을 고려할 때 인산출수용액이 적합하다. 그리고, 상기 분사용액의 농도는 1-5wt%의 범위가 바람직한데, 그 이유는 1wt%이하의 농도에서 분사시 용접성 및 도장성의 현저한 향상이 확인되지 않으며, 5wt%를 초과시 용접성 및 도장성의 증가는 적은 반면, 철성분에 의한 과도한 슬러지 생성에 따른 노즐막힘이 심하게 발생하여 제품생산에 지장을 초래하고 또한 비용면에서도 유리하지 못하기 때문이다.
이와같이 미니스팡글 용융아연도금강판에 Fe함유수용액을 분무하므로서 강판의 용접성이 향상되는 이유는 2차분사용액에 함유된 철성분이 아연표면에 잔류하게 되어 용융아연도금층의 융점이 향상되기 때문으로 추정된다. 또한, 아연표면의 Fe에 의하여 도장성이 향상되는 것은 도장전처리단계인 인산염 처리시 피막결정의 열파괴가 적으며 도막과의 결합성이 우수한 포스포필라이트(phosphophyllite : Zn2Fe(PO4)2·4H2O)계의 인산염 결정피막의 생성을 촉진하기 때문인 것으로 생각된다. 즉 순수한 아연도금강판 표면의 인산염 처리시는 침상형태의 결정조직으로 도장밀착성이 떨어지는 호파이트(Hopeit : Zn3(PO4)2·4H2O)인산염 결정피막만 형성되는 반면, 철성분이 함유된 아연표면에서 생성되어 성장하는 인산염 결정은 서로 성장을 견제하여 보다 치밀하고 미세한 입상결정형태의 포스포필라이트 인산염 피막이 형성되기 때문으로 추정된다.
한편, 본 발명에 따른 분무용액의 분사방법은 통상의 미니스팡글 발생장치내에 분무용액을 달리하는 2단계분사노즐을 사용할 수 있다. 즉, 하부분사노즐을 통해 1차적으로 흡열성이 우수한 인산계염 수용액을 분무한 후, 상부의 분사노즐에서 2차적으로 Fe가 함유된 분무용액을 분사하면 가능하다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
냉연강판을 소재로하여 용융아연도금하고, 용융아연이 응고하기 직전에, 미니스팡글장치의 하부노즐을 사용하여 2wt% NH4H2PO4용액을 분사하여 1차적으로 미니스팡글화 시킨 후, 2차로 상부노즐에서 2wt%인산나트륨(Na2HPO4)용액을 분무하여 스팡글을 더욱 미세화시킨 강판을 A(비교예), 2wt% FePO4용액을 분무하여 제조한 미니스팡글 아연도금강판을 B(발명예 1)로, 2wt% FeSO4용액을 분사시켜 제조한 미니스팡글 아연도금강판을 C(발명예 2)로, 2wt% FeCl2용액을 분사시켜 제조한 미니스팡글 아연도금강판을 D(발명예 3)로하여 용접성 및 도장성을 평가하고, 그 결과를 하기 표1에 나타내었다. 이때, 용접성 및 도장성을 평가하고, 그 결과를 하기 표1에 나타내었다. 이때, 용접성 및 도장성에 대한 평가기준은 다음과 같았다.
1) 용접성
교류식 스폿용접기를 사용하여 760A로 용접전류를 고정시킨 후, 연속적으로 스폿용접을 실시하였다. 이때, 타점방법은 1초에 1타점씩 20타점을 연속 실사한 다음 40초간 휴지하는 공정을 반복하였는데 100타점마다 전단인장시험편을 채취하여 강도를 측정하였다. 이때의 전단인장강도값이 공업규격의 B급 강도이하로 되는 시점의 타점수와 파단형태가 플러그(plug)형 파단에서 인터페이스(interface)형 파단으로 전화되는 타점수를 포함하여 연속타점수로 용접성을 평가하였다.
2) 도장성
도장전처리로서 인산염처리는 전산도 15, 유리산도 15, 처리시간 8초, 용액온도 섭씨 70도를 갖는 상용의 용액에서 실시하였다. 하부 프라이머도료는 점도 130의 상용도료를 사용하여 약 2㎛로 피복한 후, 280℃에서 30초간 소부경화처리를 하였으며, 상부도료(top coat)는 점도 130의 상용도료를 사용하여 약 20㎛로 피복한 후 280℃에서 60초간 소부경화처리하여 도장강판을 제조하였다. 상기와 같이 도장을 실시한 소재에 대해서 다음과 같은 방법으로 도막밀착성을 평가하였다.
가) 크로스커트(cross cut)시험
시편의 도막을 1㎜간격으로 100개의 크로스커트를 도금면까지 내어 스카치테이프를 사용하여 도막박리상태를 관찰하였다.
나) 충격변형시험
듀풍식 충격시험기를 사용하여 50㎝높이로부터 시편에 추를 낙하시킨 후, 도금층 표면의 도막박리상태를 관찰하였다. 이때 사용한 추는 500g이고 추의 선단지름은 12.7㎜이였다.
다) 굽힘시험
굽힘시험기를 사용하여 굽힘부의 곡률반경이 시편두께의 2배가 되도록 변형시킨 다음, 굴곡된 면에 테이프를 접착하여 박리시킨 후, 도막의 박리상태를 조사하였다.
라) 내수밀착성시험
40℃증류수에 240시간 침지후 건조시켜 바둑모양의 크로스커트(눈금간격 2㎜)를 긋고 그 위에 스카치테이프를 밀착시킨 후 떼어내어 도막의 박리정도를 조사하였다.
상기 도막밀착성은 아래와 같은 기준에 의해 5점법으로 상대평가하였다.
5 : 우수(박리 및 균열없음)
4 : 양호(균열 및 박리일부관찰 : 5%이내)
3 : 보통(균열 및 박리 관찰 : 15%이내)
2 : 열화(균열 및 박리 관찰 : 35%이내)
1 : 심각(도막박리발생 정도 극심함 : 35%이상)
상기표1에 나타낸 바와같이, 본 발명의 조건범위를 만족하는 발명예(1-3)의 경우 용접성 및 도막밀착성이 우수한 미니스팡글 용융아연도금강판의 제조가 가능한 반면에 비교예의 경우 아연도금층 표면에 Fe가 잔류하지 않아 용접성 및 도막밀착성이 열화됨을 알 수 있다. 그러나, 발명예(2), 및 (3)의 경우 용접성 및 도장성이 우수하나 도금층 표면에 SO, Cl이온이 잔류시 내식성을 열화시킬 가능성이 있으며, 흡열성이 인산염계 수용액인 발명예(1)에 비해 떨어지며 1차분 사용액과 혼합되어 배출시 재활용성 등의 문제점이 있으므로 신중하게 결정할 필요가 있다.
(실시예2)
실시예 1과 동일한 방법으로 냉연강판을 소재로하여 용융아연도금하고, 용융아연이 응고하기 직전에, 미니스팡글장치의 하부노즐을 사용하여 2wt% NHHPO용액을 분사하여 1차적으로 미니스팡글화 시킨 후, 2차로 상부노즐에서 2wt%인산나트륨(NaHPO)용액을 분무하여 스팡글을 더욱 미세화시킨 강판을 a(비교예 1), 2wt% FePO용액을 분무하여 제조한 미니스팡글 아연도금강판을 b(발명예 4)로, 2wt% FeSO용액을 분사시켜 제조한 미니스팡글 아연도금강판을 c(비교예 2)로하여 각각의 강판에 대하여 실시예1과 동일한 방법으로 용접성 및 도장성을 평가하고, 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.
상기 표2에서 보듯이, 1%이하의 농도에서는 용접성 및 도장성의 현저한 향상이 확인되지 않으며, 5%를 초과시 용접성 및 도장성의 증가는 적은 반면, 철성분에 의한 과도한 슬러지생성에 따른 노즐막힘이 심하게 발생하여 제품생산에 지장을 초래하고 또한 비용면에서도 유리하지 못함을 알 수 있다.
상술한 바와같이, 본 발명은 1차적으로 인산염이온의 강한 흡열반응에 의해 스팡글을 미세화시킴과 동시에, 2차 분사용액에 함유된 Fe가 아연도금강판표면에 잔류시키므로서, 종래의 합금화 열처리를 행하지 않고 간단한 방법으로 우수한 미니스팡글 용융아연도금강판이 제공되며, 이러한 미니스팡글 용융아연도금강판은 대부분 용접이 필요한 자동차 또는 가전제품의 소재로 이용될 수 있어 그 공업적 가치가 크다.
Claims (2)
- 미니스팡글 용융아연도금강판의 제조방법에 있어서, 용융아연도금욕으로부터 인양된 강판에 부착된 용융아연이 응고하기 직전 1차적으로 1-2wt%의 인산계염 수용액을 분무한 다음, 2차적으로 Fe가 함유된 수용액을 분무함을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 용접성 및 도장성이 우수한 미니스팡글 용융아연도금강판의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 Fe함유 수용액은 1-5wt%의 FePO4용액임을 특징으로 하는 제조방법.
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