KR100244643B1 - 무산세에 의한 용융도금 열연강판의 제조방법 - Google Patents

무산세에 의한 용융도금 열연강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 내외판 또는 가전제품 등의 소재로 사용되는 용융도금 열연강판의 제조방법에 관한 것이며, 그 목적은 산세공정을 생략하면서도 도금밀착성이 우수한 용융도금열연강판을 제공함에 있다.
본 발명은 용융 도금 열간압연강판의 제조방법에 있어서, 통상의 열간압연 강판을 산세 공정을 거치지 않고 바로 환원가열장치로 이송하는 단계; 상기 환원가열장치의 분위기를 20-30%농도의 수소 분위기로 조절하는 단계; 및 상기 강판을 A1변태점이하로 부터 650℃의 온도범위에서 30-400초 동안 유지하여 환원열처리하는 단계를 포함하여 구성되는 무산세에 의한 용융도금 열연강판의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

무산세에 의한 용융도금 열연강판의 제조방법
제1도는 본 발명및 종래방법에 따른 제조 공정도.
제2도는 본 발명과 종래방법에 따른 열처리 곡선도.
제3도는 본 발명에 의한 용융도금 열연강판의 현미경 단면 조직 사진.
제4도는 본 발명및 종래방법에 의한 용융열연 강판의 도금 밀착성 시험 결과도.
본 발명은 자동차 내외판 또는 가전제품등의 소재로 사용되는 용융도금 강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산세공정을 생략하면서도 도금 젖음성 및 도금 밀착성이 우수한 용융 도금 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.
통상 용융도금 열연강판(Pickled & Galvanized Steel)과 같은 용융도금 열연강판은 제 1도(a)와 같은 제조공정을 거쳐 제조된다. 즉, 열간압연후 생산되는 열연산세강판(Pickled & Oiled Steel)을 보다 우수한 내식성을 부여하기 위해서 열연판을 산세한 후 용융도금을 실시하여 강판의 부가가치를 증대시킨다. 이때, 상기 열간압연공정 중 조압연 과정 이후에 형성되는 스케일을 2차 스케일이라 하는데, 이 스케일은 공기와 접촉하는 최외층에 헤마타이트(Hematite), 계속하여 기지조직 쪽으로 마그네타이트(Magnetite)그리고 기지조직과 인접한 뷔스타이트(Wustite)층으로 구성되며 두께는 약 10-15(㎛)이다.
용융아연도금열연강판 제조공정에서 이러한 스케일은 도금밀착성을 아주 저해시키므로 산세공정에서 염산 혹은 황산용액과 부식억제제를 혼합한 산세액으로 완전히 제거시킨다.
산세공정에서 스케일층을 산세법에 의해 제거시킬때, 형성된 스케일층의 조성에 따라 산세성의 큰차이가 있으므로 기지조직의 일부는 과산세되어 소지철이 노출되어 강판표면이 거칠고 수소취성, 철손실 및 산손실 등의 문제가 발생될 뿐 아니라 짧은 시간내에 산세가 완료 되어야 하기 때문에 가열조건, 산농도관리, 부식억제제 적정농도관리 등 복잡한 조업조건 유지가 상당히 힘들다. 또한, 독성과 부식성이 강한 염산 또는 황산 등이 산세용액으로 사용되기 때문에 산회수 처리 시설 및 폐용액 처리시설 등의 관리 등 제조원가 상승은 물론이고 심각한 환경오염 문제를 야기시킬수 있다. 그리고, 강종에 실리콘(Si)이 약 0.1-0.3%이상이 되면 도금밀착성은 현저히 저하되는데, 고강도 고가공성의 용도로 사용되는 Si이 0.1wt% 이상 첨가된 열연강판의 스케일층과 기지조직의 경계에는 폐올라이트 (2FeO, SiO2)가 형성되며 키잉효과(Keying Effect)에 의해 산세공정에서 완전히 산세되지 않고 잔존된다.
통상, 산세공정에서 산세된 열연강판에는 약 100-570Å정도의 잔존 산화피막층이 형성된다. 이러한 잔존 산화 피막층은 용융도금처리후 도금밀착성을 크게 저하시키는 요인으로 작용한다. 그러므로 제 2도와 같이, 가열대에서 490-550℃의 온도에서 5-10%의 수소농도 분위기에서 아래 반응식(1-4)과 같은 기구에 의해 잔존 산화피막을 완전히 환원시킨후 용융아연욕조에서 도금 처리를 행한다(US3673980, DE2633872).
3Fe2O3+ H2→ 2Fe3O4+ H2O ………………………… (1)
Fe3O4+ H2→ 3FeO + H2O ………………………… (2)
FeO + H2→ Fe + H2O ………………………… (3)
Fe3O4+ 4H2→ 3Fe + 4H2O ………………………… (3)
그러나, 산세공정에서도 완전히 제거되지 않은 상기 잔존 스케밀 층은 종래 방법에 의해 계속되는 가열대에서의 환원 작용으로도 크게 제거되지 않고 여전히 잔존되어 있는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 용융도금 열연강판 제조시 열연강판의 산세공정을 생략하고 다음 공정인 환원가열대에서 직접 열연강판의 표면에 형성된 스케일 층을 완전히 환원시킬수 있도록 조업조건을 적절히 설정함으로써, 공정의 단순화와 더불어 환경오염을 방지함은 물론 도장 밀착성이 우수한 용융도금 열연강판의 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
이하, 본 발명을 설명한다.
본 발명은 용융 도금 열간압연강판의 제조방법에 있어서, 통상의 열간압연 강판을 산세 공정을 거치지 않고 바로 환원가열장치로 이송하는 단계; 상기 환원가열장치의 분위기를 20-30%농도의 수소 분위기로 조절하는 단계; 및 상기 강판을 A1변태점이하로 부터 650℃의 온도범위에서 30-400초 동안 유지하여 환원열처리하는 단계를 포함하여 구성되는 무산세에 의한 용융도금 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
우선, 본 발명은 종래의 용융 도금 열연강판의 제조공정에서 열간 강판에 형성된 스케일층을 산세하여 제거시키는 산세공정을 생략하고 제 1도(b)에 도시된 바와같이, 바로 용융도금포트(pot)직전에 있는 환원가열대에서 열처리 온도, 시간 및 환원작용을 하는 수소(H2)가스의 조성을 적정화 시킴에 특징이 있다.
이로 인해 본 발명에서는 종래방법과는 달리 열연강판의 스케일층을 산세하기 위한 3단계 산세 설비와 수세설비및 건조설비가 생략되어 제조공정 라인의 길이 단축 및 산세 공정에 기인된 환경문제를 해소시킬수 있다. 즉, 종래의 용융도금 열연강판 제조공정에서 산세성을 향상시키기 위한 염산용액과 황산용액의 혼합비율, 그리고 철손실, 산세비용 증가 및 산세피트(Pit)형성 등의 과산세를 방지하기 위한 부식억제제의 첨가량, 그리고 산세 속도를 증가 시키기 위한 산세조의 온도관리 등의 복잡한 조업조건을 적정하게 관리하지 않아도 되기 때문에 간편하게 작업할 수 있다.
한편, 상기 가열대에서는 열연강판 상에 형성된 2차 스케일을 완전히 제거될수 있도록 20-30%의 농도의 수소 환원 분위기를 형성시키는 것이 중요하다. 만일 가열대에서 수소 농도가 20%미만일때는 환원작용이 충분하지 않아 스케일 제거가 미흡하며, 30%를 초과할 때는 더이상의 환원증가효과가 없다. 이러한 사실을 하기(5)식에서도 결졍된다.
여기서, dno/dt는 단위시간 단위면적당 환원된 산소원자의 갯수,
PH2및 PH20는 각각 수소 및 수증기의 분압
A, B, C는 온도에 의해 결정되는 상수
즉, 마그네타이트가 순철로 환원될 때의 상기 환원속도식(5)에 의하면 PH20가 0일때 500℃에서 충분한 환원력을 갖으며, 또한 수소 농도가 높을수록 그리고 열처리가 높을수록 매우 빨라지기 때문에 본 발명에서는 종래의 수소농도보다도 많은 20-30%의 수소농도로 분위기를 조절할 필요가 있다.
그리고, 제 2도에 도시된 바와 같이, 상기한 분위기내에서의 열처리 온도는 강판의 A1변태점 이하에서 부터 650℃의 범위로 하고, 유지시간은 30-400초로 함이 바람직하다.
열처리온도가 A1변태점 이상이면 재질의 변화가 예상되기 때문에 바람직하지 않으며, 650℃미만에서는 환원소요시간이 장시간 소요되기 때문에 바람직하지 않다.
보다 바람직하게는 열처리온도를 680-720℃로 유지하는 것이다.
또한, 유지온도는 30초 이하로 하게 되면 스케일 환원을 위한 시간이 충분치 않아 환원작용이 미흡하고, 400초이상으로 하면 더이상의 유지시간을 행하는 만큼 환원 효과가 크지 않고 재질 및 생산성에도 문제가 있어 좋지 않다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.
[실시예]
용융도금 시뮬레이터를 이용하여 50(mm)×200(mm)t의 열연판을 탈지한후 용융도금시 큘레이터에서 가열대의 열처리온도는 500,550,650,700℃, 열처리 유지시간은 30,150,400초로 유지시키고, 수소농도를 10,20,30%로 변화시키면서 열처리한후 용융아연도금조에서 도금한후 용융아연도금 열연강판을 제조하였다.
제조된 강판상의 스케일층 환원상태 및 계면의 도금 밀착성을 분석할 목적으로 현미경을 이용하여 650℃ × 150초 × 30% H2: 700℃ × 30초 × 30% H2: 700℃ × 400초 ×20% H2및 700℃ × 400초 ×30 H2의 경우에 대하여 단면조직을 관찰하고, 그 결과를 제 3도에 나타내었다.
또한, 도금 밀착성을 평가하기 위해 전체 시편에 대하여 굽힘 시험기(bending machine)을 이용하여 각 강판을 180°로 굽힘 시험하는 0두께(zero thickness)굽힘 시험을 행한후, 테이프를 붙여 탈락되는 도금층 박리를 관찰하고, 그 결과를 제 4도에 나타내었다.
제 3도에 나타난 바와같이, 본 발명에 의해 처리된 시편에서도 열처리 온도와 열처리 유지시간이 증가할수록 스케일층은 환원이 용이해지며, 특히 700℃에서 30%의 수소농도일때 30초-400초 열처리한 경우와 700℃에서 20%의 수소농도에서 400초 열처리한 경우가 스케일층이 거의 환원되고 있음을 알 수 있었다.
또한, 제 4도에 나타난 바와같이, 본 발명에 의해 처리된 시편의 경우 도금밀착성이 우수한 반면 본 발명의 조건범위를 벗어나는 경우에는 도금층 박리가 현저함을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명에 따라 소정의 열처리온도, 열처리유지시간 및 수소농도로 유지된 가열대에서 환원처리를 실시하면 산세공정이 필요없이 용융아연도금 열연강판을 제조할 수 있다.
상술한 바와같이, 본 발명은 종래의 방법과는 달리 열연강판의 스케일층 산세를 위한 산세공정을 생략할수 있으며, 산세공정에서 제거되기 어려운 페올라이트 등의 스케일결함을 제거시키지 않고 가열대에서 스케일층을 환원시킴으로써 제조원가를 크게 저감시키면서 도금밀착성이 우수한 용융도금 열연강판을 제조할수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 용융 도금 열간압연강판의 제조방법에 있어서, 통상의 열간압연 강판을 산세 공정을 거치지 않고 바로 환원가열장치로 이송하는 단계; 상기 환원가열장치의 분위기를 20-30%농도의 수소 분위기로 조절하는 단계; 및 상기 강판을 A1변태점이하로 부터 650℃의 온도범위에서 30-400초 동안 유지하여 환원열처리하는 단계를 포함하여 구성되는 무산세에 의한 용융도금 열연강판의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 환원열처리 온도는 680-720℃의 범위로 함을 특징으로 하는 무산세에 의한 용융도금 열연강판의 제조방법.
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