KR0144481B1 - X-선 회절법에 의한 합금화아연도금강판의 가공성능 평가방법 - Google Patents

Abstract

합금화아연도금강판의 가공성능 평가방법이 제공되며, 여기서

에 의해 산출된 값이 가공성을 측정하는데 지표로서 사용된다.

(식에서, I(ζ) = ζ상의 총 X-선 회절강도,

I(Г) = Г상의 총X-선 회절강도,

I_B(ζ) = ζ상의 백그라운드X-선 회절강도,

I(ζ) - I_B(ζ) = ζ 상의 참X-선 회절강도,

I(Г) - I_B(Г) = Г 상의 참X-선 회절강도,

Г = 합금화아연도금강판의 도금중의 Fe-Zn 금속간 화합물의 Г상,

ζ = 금속간 화합물의 ζ 상임 )

Description

X선 회절법에 합금화 아연도금 강판의 가공성능 평가방법

제1도는 도금부착량이 40.6g/㎡ 이고 평균 Fe농도가 8.81% 인 합금화 용융아연 도금강판의 회절각도 2θ에 대한 X-선 회절강도의 도표로서, I(ζ)는 ζ 상의 총 X-선 회절강도이고; I_B(ζ) 는 ζ 상의 백그라운드 X-선 회절강도이고; I(Г) 는 Г상의 총 X-선 회절강도이고, I_B(Г) 는 Г상의 백그라운드 X-선 회절강도를 나타내며,

제2도는 도금부착량이 70.0g/㎡ 이고 평균 Fe농도가 8.61% 인 합금화 융용아연도금강판의 회절각도 2 θ에 대한 X-선 회절강도의 도표로서, I(ζ) 는 ζ 상의 총 X-선의 회절강도이고; I_B(ζ) 는 ζ 상의 백그라운드 X-선 회절강도이고; I_B(Г) 은 Г상의 백그라운드 X-선 회절강도를 나타내며,

제3도는 컵인발 시험을 실행하는 방법을 예시하는 도면이고,

제4도는 박리시험을 수행하는 방법을 예시하는 도면이고,

제5도는 컵인발시험에서의 외부직경비와 본발명에 따른 평가치와의 상호 과계를 설명하는 도표로서, 상부 가로축에는 Co관구를 사용하는 평가치이고 하부 가로축에는 Cr관구를 사용하는 평가치를 나타내고,

제6도는 박리시험에서의 내-파우더링성과 본발명에 따른 평가치 사이의 상호관계를 설명하는 도표로서, 상부 가로축에는 Co관구를 사용하는 평가치이고 하부 가로축에는 Cr관구를 사용하는 평가치를 나타낸다.

본 발명은 X-선 회절에 의한 합금화아연도금강판의 가공성능을 평가하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 말하면 아연도금 및 아연도금후 가열처리에 의해 제조된 합금화 아연도금강판(galvannealed steel sheet)이 도금부착량에 의해 영향을 받지않고 비파괴적이며 연속적인 방식으로 X-선 회절법에 의해 자동차 차체용 방청강판과 같은 우수한 가공성( press formability )을 제공할 수 있는지 없는지를 평가하는 방법에 대한 것이다.

지금까지 아연도금강판의 내식성에 더하여 도장성, 도막밀착성, 용접성 및 가공성을 갖는 합금화 아연도금강판이 제조되어 왔으며 여러 산업분야에서 사용되어 오고 있다. 그러한 합금화 아연도금강판은 강판에 용융아연도금 ( hot dip galvanizin ), 전기아연도금 또는 진공증착아연도금을 한후 가열처리를 하여 아연도금층과 강판매트릭스를 합금화함으로써 제조된다.

아연도금후 강판이 가열처리될 때 FeZn₁₃, FeZn₇및 Fe₅Zn₂₁로 표시된 ζ, δ1 및 Г상은 합금이 진행됨에 따라 Fe와 Zn의 상호확산에 의해 순차적으로 성장된다. 합금화아연도금강판의 제조시에 합금화의 정도는 지금까지 도금중의 평균 Fe농도로 조절되어 왔다. 동시에 도금중의 평균 Fe농도로 합금화아연도금강판의 품질을 조절하는 지표로서 사용되어 왔다. 이것은 품질과 밀접한 상호관계를 갖는 도금의 구조( 각 상의 분포 )가 평균 Fe농도에 대응한다는 가정을 전제조건으로 한다.

지금까지 이루어진 본발명자의 연구에 따르면 도금중의 평균 Fe농도가 도금의 구조와 반드시 일치되지 않기 때문에 지표로서 도금중의 평균 Fe농도를 사용함으로써 일정하게 적정한 품질을 갖추는 것이 불가능하다는 것을 발견하게 되었다. 이것은 진공증착아연도금 및 용융아연도금에 의해 제조된 강판을 들어 설명될 것이다. 합금후 예컨대 두강판은 평균 Fe농도 10%를 함유하나 용융아연도금에 의한 강판은 Г상과 더불어 주 δ1상에 더하여 한정된 비율로 ζ상을 포함한다. 반면에 진공증착 아연도금강판은 Г상이없는 주 δ1상에 더하여 두꺼운 ζ상을 포함한다. 합금화아연도금강판이 용융아연도금에 의해 Ti첨가되고 AQ킬드된 강판으로 제조되는 또다른 예에서도 동일한 평균 Fe농도에서 조차도 ζ 또는 Г상의 두께에 차이가 있다.

이러한 현상은 가열에 의한 Fe-Zn 합금이 비-평형상태하의 확산을 기초로 하여 진행된다는 사실에 기인하여 일어나는 것으로 간주하고 있다.

그래서 ζ또는 Г상의 두께와 같은 도금의 구조는 동일한 평균 Fe농도에서 조차도 다르다. 지표로서 도금중의 평균 Fe농도를 사용하여 품질관리를 수행하려면 엄격한 동일 제어하의 원판강의 종류 및 도금조건을 구비할 필요가 있으며, 또, 광범위한 합금화아연도금강판의 품질을 관리하는데 중요한 문제점이 있다. 화학분석에 의한 도금중의 평균 Fe농도를 측정하는데 있어 문제점은 합금화아연도금강판의 재단이 샘플림을 요구하며 분석에 시간이 많이 걸리고 합금화처리로의 피드백이 지체된다는 것이다.

최근 자동차 차체의 고방청화 요청에 부합하여 합금화아연도금강판이 많이 사용되고 있다. 특히 자동차의 방청강판용재료는 엄격한 인발을 수반한 가공성에 의해서 현재 주로 제조되고 있다. 합금화아연도금강판의 품질과 도금의 구조에 관한 지금까지의 연구겨과, 표면에 ζ 상이 다량 존재하는 도금의 구조는 합금화아연도금강판의 최상부 층상에 형성된 ζ 상이 비교적 유연하기 때문에 엄격한 인발과 관련하여 문제점을 일으킨다는 것을 알게 되었다. 달리 말하면 ζ 상이 가능한한 적은 것이 바람직하다.

이것은 다량의 ζ 상이 표면에 존재하는 도금구조의 합금화아연도금강판의 경우에 인발동안에 금형( 또는다이 )과의 표면마찰이 크게되어 강판의 금형내로의 피딩이 나쁘게되어 강판의 절단 또는 금형으로의 도금의 스틱킹을 초래하기 때문이다.

합금화 처리가 진행됨에 따라 도금의 표면으로부터 ζ 상이 사라지면서 Г상이 다량으로 성장할 때 Г상은 고화되어 부숴지게 되기 때문에 도금층은 가공성 동안에 박리하게되는 소위 파우더링 현상( powdering phenomenon )이 일어난다. 이 파우더링현상이 심하게 될 경우 거의 모든 도금층은 강판으로부터 떨어져 사라지게 되어서 도금의 내식성이 저하될 뿐만 아니라 가공성에도 악영향을 미치게 된다.

그래서 도금중의 ζ와 Г상의 양은 품질, 특히 합금화아연도금강판의 가공 성능과 밀접한 상호관계를 갖는다. 우수한 가공성을 갖는 합금화아연도금강판을 얻기 위해서 합금조건은 성장된 ζ 및 Г상의 양이 사용목적에 따라 합금화처리후 내파우더링성 및 인발성형성을 평가하여 적정치를 초과하지 않도록 조절되어야 한다. 도금의 표면상에 잔류하는 ζ 상의 양과 도금중에 형성된 Г상의 양이 상술한 바와같이 알려져 있기에 합금화 정도의 지표로서 도금중의 평균 Fe농도의 사용은 가공성을 개선시키기 위하여 합금조건을 조절할 수 없다.

그러므로, 본발명의 목적은 지금까지 상술한 기술로 사용된 합금화 정도의 지표에 대한 부수적인 문제점을 해결하기 위한 것이다. 일반목적 및 고가공성에 사용되는 합금화아연도금강판의 제조를 가능하게 하기 위해서 가공성을 위한 적정한 평가치가 설정되며 이것은 도금 제조라인에 바로 피드백된다. 달리 말해서 본발명은 도금 제조라인이 조업을 하면서 도급부착량에 영향을 미치지 않고 비파괴적인 연속방식으로 지표로서 상술값을 사용함으로서 합금화아연도금강판의 가공성을 평가하는 것이 그 목적이다.

합금화아연도금강판이 합금처리를 받을 때 도금의 표면으로부터 η상이 사라진후 ζ, δ1 및 Г상이 차례로 성장한다. 합금화처리 정도에 따라 형성된 ζ 또는 Г상의 비율은 기타 상과함께 변한다. 본발명자들은 각상의 비율이 합금화처리 정도에 따라 달라지는 각각의 다종 도금의 ζ 및 Г상의 X-선 회절의 강도를 시험하여 왔다. 그 결과 ζ 및 Г상의 두께 또는 양은 ζ 및 Г상의 총 X-선 회절강도 I(ζ) 및 I(Г) 에 대응한다는 것을 알게 되었다. 더 연구를 진행하여 다음 관계식이 제품의 품질에 우수한 상호관계를 갖는다는 것을 알게 되었다 :

식에서, I(ζ) = ζ 상의 총 X-선 회절강도,

I(Г) = Г상의 총X-선 회절강도,

I_B(ζ) = ζ 상의 백그라운드X-선 회절강도,

I(ζ) - I_B(ζ) = ζ 상의 참X-선 회절강도,

I(Г) - I_B(Г) = Г 상의 참X-선 회절강도이다.

즉, 전자는 컵인발시험으로 인발 깊이가 일정하게 될 때 인발전 디스크의 직경대 인발후 플랜지으 직경의( 외부직경 ) 비와의 우수한 상관을 나타내며 후자는 벤딩 및 벤딩-백후 박리시험에서의 박리량과 우수한 상관을 나타낸다. 도금제조라인상 또는 도금제조라엔에서 떨어져서 측정 가능한 ζ 및 Г상의 X-선 회절강도로부터 산출된 상기-정의한 비율은 가공성을 평가하기 위한 지표로서 사용될 수 있어서, 상기 목적을 달성하게 된다.

보다 상세하게 말하면, 본 발명은 합금화아연도금강판의 가공성을 평가하기 위한 방법을 제공하며, 여기서

로 산출된 값은 가공성능을 측정하는 지표로서 사용되는데, 전자는 인발성을 후자는 내-파우더링성을 평가하는데 사용된다.

식에서, I(ζ) = ζ 상의 총 X-선 회절강도,

I(Г) = Г상의 총X-선 회절강도,

I_B(ζ) = ζ 상의 백그라운드X-선 회절강도,

I(ζ) - I_B(ζ) = ζ 상의 참X-선 회절강도,

I(Г) - I_B(Г) = Г 상의 참X-선 회절강도,

Г = 합금화아연도금강판의 도금중의 Fe-Zn 금속간 화합물의 Г상,

ζ = 금속간 화합물의 ζ 상이다.

합금화아연도금강판의 가공성을 평가하는 본발명의 원리를 용융아연도금에 의해 제공된 합금화아연도금강판을 참조하여 지금부터 기술한다.

제1도 및 제2도에 예시한 바와같이 합금화아연도금강판의 각각 약 1.26Å 및 약 1.22Å의 격자면간격(d)을 갖는 ζ 및 Г상의 X-선 회절강도 I(ζ) 및 I(Г)와 대응 백그라운드 X-선 회절강도 I_B(ζ) 및 I(B)(Г)를 측정한다.

의 합금화아연도금강판의 인발성 및 내파우터링성과의 상호관계로부터 X-선 회절강도가 측정가능한 도금부착량이 100g/㎡ 또는 그이하 일 때 평가치의 증가는 도금량에 상관없이 인발성 및 내-파우더링성의 저하와 상관을 갖는다는 것을 알 수 있다. 따라서 실제 허용가능한 가공성에 대응하는 평가치를 측정할 수 있다. 평가치가 도금부착량과 관련이 없는 이유는 도금부착량이 클수록 ζ 및 Г상의 X-선 회절강도 I(ζ) 및 I_B(Г) 가 도금부착량과의 상관관계에서 직선상으로 증가하기 때문이다. 지금까지 합금화처리 정도의 지표로서 사용되어온 도금중의 평균 Fe농도를 사용하지 않고 I(ζ), I(Г), I_B(ζ), I_B(Г)를 X-선 최절법에 의해 측정하여

에 의해 평가치를 산출함으로써 합금화처리조건이 상술한 소정범위내로 조절되어 가공성을 가진 합금화아연도금 강판을 제조할 수 있다. 본발명의 방법은 기타 도금방법에 의한 합금화아연도금강판의 합금에도 물론 적용가능하다.

ζ 및 Г상의 X-선 회절강도 I(ζ) 및 I(Г) 가 약 1.26Å 및 약 1.22Å 이외의 값을 갖는 격자면간격(d) 으로 측정될 때 또는 통상 사용된 Cr관구 이외의 X-선 관구가 X-선원으로서 사용될 때 조차도 예로서 제5도 및 제6도에 도시된 바와같이 평가치가 변하나 가공성과 상관 관계가 성립한다는 것을 확인하게 되었다.

[실시예]

본발명에 따른 방법을 지금부터 실시예 1-7 및 비교실시예 1-6을 들어 보다 상세히 예시하나 이에 국한되지는 않는다.

본방법을 합금화아연도금강판을 제조하기 위한 제조라인에 적용하였다.

이 제조라인에서 도금라인은 센드지미르형 무산화로방식의 연속용융 도금라인 이었으며 도금원판으로서 0.8㎜ 두께 × 1,000㎜ 폭의 Ti를 함유하는 강판( C:0.003%, Ti:0.08%, Si:0.016% 및 Mn:0.14% )을 사용하여 50∼150m/ 분의 라인속도로 통과시켰다. 합금화처리를 위해서 강판의 앞뒤쪽의 단부 및 중앙부에 해당하는 위치에 위치된 직화형버너( direct-flame burner )를 다수포함하는 합금화처리로( alloying furnace )를 사용하여 각 버너에 공급된 연소가스의 유량을 독립적으로 제어하였다. 각 실시예 및 비교실시예에서 용융로에서 도금금속으로부터 공급된 강판에 가스를 취입하기 위한 가스위핑장치(gas wiping eguipment )를 통하여 가스를 위핑하는 유량을 조정함으로써 도금부착량을 조절하였다.

X-선 회절강도를 다음조건하에서 측정하였다.

X-선 관구:Cr( 평행 비임광학계 )

관전압 및 관전류: 40㎸ 및 70㎃

솔라슬릿: 0.6°

필터: V

검출기: 비례계수 카운터

격자면간격: ζ상( 약 1.26 Å)

Г상(약 1.22 Å)

X-선 회절강도를 측정하기 위해서 본발명에 따른 합금화처리의 측정장치를 1부에 1왕복 비율로 합금화아연도금강판상을 폭방향으로 반복하여 트레버스 시켰으며, 그동안에 매편도마다 세지점에서 측정하였다.

그렇게 측정한 ζ 및 Г상의 X-선 회절강도 I(ζ) 및 I(Г) 와 대응 백라운드 X-선회절 강도 I_B(ζ) 및 I_B(Г) 로부터,

에 의해 평가치를 산출하여서 합금화처리로에서의 온도를 조절하기 위하여 합금화처리로 다시 공급함으로서 평가치가 실시에 1∼7에서는 0.3 또는 그 이하내지 0.40또는 그이하로 설정되었는데, 이값은 합금화아연도금강판을 측정함으로써 인발성 및 내파우더링성이 양호한 것으로 이미 판명된 바 있다.

비교실시예에서 평가치는 상기 범위를 벗어났다.

각 실시예 및 비교실시예에서 각기 길이 2000m의 합금화아연도금강판의 코일 100 개를 제조하여 각 코일의 상부, 중부 및 선단부의 단부 및 중앙부로부터 시험편을 취하였다. 인발성을 컵인발시험에서 외부직경비에 의해 평가하였으며 내파우더링성은 밴딩 및 밴딩-백후 도금의 박리시험으로 평가하였다. 컵인발시험을 동일 방청유를 사용하여 제3도에 개략적으로 예시된 조건하에서 실행하였으며 박리시험을 제4도에 개략적으로 예시된 조건하에서 수행하였다.

컵인발시험:

시험편

인발전 디스크직경(Do) : 75㎜

인발에 사용된 강판의 두께: t㎜

금형

인발에 사용된 펀치직경(d): 40㎜

인발에 사용된 펀치직경의 선단반경: 5㎜

인발에 사용된 펀치직경의 쇼율더반경: 5t㎜

인발동안의 블랭크홀더압력: 1000㎏f

시험후 상태

인발깊이: 20㎜

인발후 플랜지직경: D1㎜

박리시험

시험면을 내측으로하여 시험편의 두께(t)의 6배 직경을 갖는 만곡을 형성하기 위해서 시험편을 180°굴곡시킨다음 다시 굽혔다. 셀로판부착테이프를 시험면에 가한다음 박리하여 부착테이프에 부착한 파우더양을 시각적으로 관찰하였다.

평가를 다음 기준으로 판단하였다.

5: 부착도금금속 없음

4: 부착도금금속량 소

3: 부착도금금속량 중

2: 부착도금금속량 대

1: 테이프를 적용하지 않고도 다량의 분상도금 금속이 박리됨.

등급 5-3은 실제 문제가 없다.

그결과를 다음 도표에 도시한다.

상기 도표의 결과로부터 상술한 범위내의 평가치로 합금화처리를 행하였던 실시예 1-7에서 거의 모든 시험편( 정확하게 99.9% ) 은 우수한 인발성 및 내파우더링성을 나타내었다. 본발명의 범위를 벗어나는 평가치로 합금화처리를 시행하였던 비교실시예 1-6 에서는 거의 모든 시험편(정확하게 99.9% ) 은 저조한 인발성 또는 내파우더링성을 나타내었다. 비교실시예의 제품 모두는 저조한 것으로 판정되었다.

X-선 회절에 의해 측정하는 합금화아연도금강판의 가공성을 평가하는 본발명에 다르면 아연도금 및 그후 열처리( 합금화처리 )에 의해 제조된 합금화 아연도금 강판의 가공성은

로 산출된 지표로서의 평가치를 사용하여 평가할 수 있다. 그래서 제조라인의 조업동안에 도금부착량의 변화에 무관하게 비파괴적인 연속방식으로 가공성을 평가할 수 있다. 평가치를 합금화처리조건으로 즉시 피딩하여 적정치하에서 제어함으로서 코일의 길이방향으로 우수한 가공성을 가진 균일하고 안정한 합금화아연도금강판을 제조할 수 있다. 그결과, 모든 진행중의 시험이 생략될 수 있어 생력화 및 제조 코스트절감과 같은 이점을 초래한다. 본발명으로 기존의 합금화아연도금강판의 고가공성도 용이하게 평가할 수 있다. 그래서 본발명은 공업적가치가 대단히 큰 것이다.

Claims (1)

1. 합금화아연도금강판의 가공성능 평가방법에 있어서,

   (식에서, I(ζ) = ζ 상의 총 X-선 회절강도,

   I(Г) = Г상의 총X-선 회절강도,

   I_B(ζ) = ζ 상의 백그라운드X-선 회절강도,

   I(ζ) - I_B(ζ) = ζ 상의 참X-선 회절강도,

   I(Г) - I_B(Г) = Г 상의 참X-선 회절강도,

   Г = 합금화아연도금강판의 도금중의 Fe-Zn 금속간 화합물의 Г상,

   ζ = 금속간 화합물의 ζ 상이다 )

   에 의해 산출된 값이 가공성을 측정하기 위한 지표로서 사용되며, 전자가 인발성을 후자가 내파우더링성을 평가하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 합금화아연도금강판의 가공성능 평가방법.