KR100261522B1

KR100261522B1 - 프레스가공성과 내도금박리성이 우수한 합금화 용융아연도금강판

Info

Publication number: KR100261522B1
Application number: KR1019940004192A
Authority: KR
Inventors: 이소베마꼬또; 교노가즈아끼; 모리또노부유끼
Original assignee: 에모또 간지; 가와사끼 세이데쓰 가부시키가이샤
Priority date: 1993-03-04
Filing date: 1994-03-04
Publication date: 2000-07-15
Also published as: CN1096060A; EP0613961B1; CA2116984A1; DE69404338T2; DE69404338D1; JP3318385B2; CN1125188C; KR940021750A; TW380165B; EP0613961A1; JPH06256903A

Abstract

고도의 프레스가공성과 우수한 내도금박리를 갖는 합금화 용융아연도금강파을 제조하는 것을 목적으로하며, 극저탄소강판표면에 Fe 9 ~ 12중량%, A10.3~ 1.5중량%함유하는 합금화 용융아연도금층을 부착량 25 ~ 70g/㎡의 범위로 형성함으로써, 성형성이 우수하고, 또 파우더링성과 플레이킹성 모두 우수한 합금화 용융아연도금강판을 얻을 수 있다.

Description

프레스가공성과 내도금박리성이 우수한 합금화 용융아연도금강판

제1도는 비드식 인발시험의 설명도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 오목부재 2 : 시험편

3 : 볼록부재

본 발명은 자동차 차체 외판 등에 사용되는 프레스가공성과 내도금박리성이 우수한 합금화용융아연도금 강판에 관한 것이다.

근년에, 자동차차체의 방청력 강화가 요구되고, 그 향상책으로서 아연계의 표면처리강판이 등장하고 있다.

그중에서, 특히 용융아연도금강판은, 경제적으로 우수하고 또 가열처리에 의해 도금층을 Fe - Zn 합금(합금화 용융아연 도금(강판)으로 하여 용접성과 도장후의 내식성을 개선할 수 있다.

자동차차체의 외판으로 사용되는 합금화용융아연도금(이하 GA라 함) 강판은, 의장성을 높힐 목적으로 고도의 프레스가공이 시행되기 때문에 요구되는 재질로서 연성(신장율, E1)과 인발성(drawability)(랭크포드값, r값)이 높다.

이들의 해결책으로서는, 강판의 재질면에서는 강중의 C, N, P, S 등의 감소가 최다인 열연, 냉연프로세스와 함께 다수 개발되고 있다.

한편, GA강판의 도금층에 요구되는 특성으로서는, 가공시 강판의 변형에 따르지 않고 분말화하여 박리하는 파우더링(powdering) 및 프레스다이스에 물려서 주편상으로 박리하는 플레이킹(flaking)이 일어나지 않아야 한다.

이들은 프레스다이스에 쌓여 하자를 발생하거나, 또는 도금본래의 방식성을 훼손시키는 점이 문제가 된다.

GA강판의 도금층은 일반적으로는 저Fe함유율부터 순서대로 ζ, δ₁, Γ의 3개의 Zn-Fe 합금상인 것으로 예상되고, 파우더링에 대해서는, Γ상, 플레이킹에 대해서는 ζ상이 원인으로 되는 것으로 알려져있다.

그런데, C, N, P, S 저감재료에 용융아연도금을 하여 GA강판을 제조한 바, 연성과 r값은 만족하나, 합금화가 과속으로 일어나고 Γ상 변형량을 증가시켜 내파우더링성을 저하시킨다는 것이 합금업계에서 명백해졌다.

또한, 내파우더링성을 확보하는데는 사실상 Γ상이 생성되지않는 합금화도(Fe농도)로 억제할 필요가 있다.

그러나 이 경우, 예를들면 일본국 특개평 2-11745 호 공보에 개시한 바와 같이, 단순히 Γ상이 생기지 못하도록 Fe함유율만을 규정한 경우에는 제조조건에 따라 도금표층에 ζ상이 두껍게 존재하고, 프레스 가공시의 인발력이 강해지면 플레이킹성이 일어나기 쉽게된다는 새로운 문제를 유발한다.

본 발명에서는 강중의 C, N, S를 저감시킨 강재질로 된 강판을 소재로하여 내파우더링성과 내플레이킹성을 모두 갖는 합금화 용융아연도금강판을 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명은,

C 0.0015중량%이하,

Si 0.1중량%이하,

Mn 0.03중량%이상, 0.3중량%이하,

Al 0.01중량%이상, 0.1중량%이하,

P 0.01중량%이하,

S 0.005중량%이하,

O 0.005중량%이하,

N 0.005중량%이하,

를 함유하고, 다시 0.03중량이하의 Ti 또는 0.03중량%이하의 Nb 중에서 선택된 적어도 1종 이상을,

C/12 ≤ Ti*/48 + Nb/93 ≤ C/2

를 만족하는 범위로 함유하고 또한 100중량%의 나머지로서 철 및 불가피한 불순물을 함유하는 것으로된 강판표면에,

Fe 9중량%이상, 12중량%이하,

Al 0.3중량%이상, 1.5중량%이하,

Pb 0.1중량%이하,

를 함유하고 또한 100중량%의 나머지로서 아연 및 불가피한 볼순물을 함유하는 것으로된 합금화 용융아연도금층이 25g/㎡이상, 70g/㎡이하의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 프레스가공성과 내도금박리성이 우수한 합금화 용융아연도금강판이다.

단, 이때의 Ti*는 Ti-(48N/14+48S/32)≥ 0이면 Ti* = Ti-(48N/14 + 48S/32)이고, Ti-(48N/14 + 48S/32) ＜ 0 이면 Ti* = 0으로 한다.

또한, 상기 강판조성에 다시 B를 0.001 중량%이하의 양으로 함유해도좋다.

이하에, 본 발명의 목적인 가공성과 내도금박리성이 우수한 합금화 용융아연도금강판에 대해 설명한다.

우선, 도금소재로 되는 강판의 강중의 성분은 요구되는 재질을 만족하고, 또 경제적으로 생산할 목적에서 아래와 같이 결정된다.

C: C는 강의 강도를 직접결정하는 원소로서, 본 발명의 목적인 극히 높은 가공성(고E1 및 고r값)을 얻는데는 함유량은 적을수록 좋고, 0.0015중량%이하인 것을 필요로 한다.

N, P, S: N, P, S는 모두 강속에 고용하여 E1 및 r값을 저하시킨다.

따라서, C의 함량은 적을수록 좋고, 각각 0.005중량%, 0.01중량%, 0.005중량%이하가 필요할 것으로 생각된다.

O: O은 강중에 과잉으로 존재하면 산화물로서 석출하고, E1 및 r값을 저하시키므로 0.005중량%를 상한으로 한다.

Mn: Mn을 첨가하면, 강중에 고용하는 S와 화합하여 석출됨으로써 무해한 상태로 된다. 첨가량이 적으면 재질에 대하여 현저한 영향을 미치지않는다. 그러나, 0.3중량%을 초과하면 천천히 E1, r값을 저하시킨다. 따라서 0.03중량%이상, 0.3중량%이하로 한다.

Si: Si도 Mn과 같이 다량으로 강속에 존재하면 E1 및 r값을 저하시키고 또한 도금부착성을 저하시킨다. 따라서 상한을 0.1중량%로 한다.

Ti, Nb: Ti, Nb는 C와 화합하여 TiC, NbC로서 석출하여 가공성을 향상시킨다. 따라서, C와의 원자비가 1이상이어야한다.

단 과잉첨가시, 경제성을 훼손하기 때문에 원자비 상한값은 6으로 한다.

또한 각각의 첨가량도 상한값을 0.03중량%로 하는 것이 바람직하다.

다만, Ti는 C이상으로 N, S와 화합하기 쉽기때문에 N 및 S의 당량을 뺀 값으로 Ti의 양을 결정해야한다. 결국, Ti, Nb의 양은 하기식을 만족한다.

C/12≤Ti*/48 + Nb/93≤C/2

(여기서 Ti*는, Ti-(48N/14+48S/32)≥ 0 이면 Ti* =Ti-(48N/14 + 48S/32)이고, Ti - (48N/14 + 48S/32) ＜ 0 이면 Ti* = 0으로 함)

Al: Al는 Ti, Nb를 첨가할 때 이들이 산화하여 손실하는 것을 방지하기 위해 0.01중량%이상 필요하며, 또한 강중의 N, S와 화합하여 무해한 상태가 되는 효과가 있다. 그러나, 0.1중량% 초과 첨가시, 효과가 포화되어 경제적이지 않다.

B: 또한, 본 발명의 강판에 있어서는, 상기 기본조성에 다시 B를 0.001중량% 이하로 함유하는 것이 더 바람직하다. B는 입자경계를 강화하고 점용접성과 2차 가공성을 개선하는데 유효하기 때문이다. 그러나, 0.001중량% 초과량을 첨가하면 인발성을 훼손하므로 상한을 0.001중량%로 한다.

그다음, 도금층 구성성분의 조성을 한정한 이유를 서술한다.

합금화 용융아연도금강판은 용융아연욕에 강판을 침지하고, 그후 이 강판을 가열하여 소재강판의 Fe를 도금층중에 확산시켜 Zn-Fe합금층을 형성시켜 제조된 것으로서, 단순한 아연도금 강판보다 내식성, 인산염처리성(phosphatability), 점용접성을 현저히 향상시킨다. 이러한 기능은 도금층의 Fe함유량을 9중량% 이상으로하면 적절히 달성된다. 또한, 플레이킹의 원인이 되는 ζ층을 성장시키지 않기 위해서는 9중량%이상이 필요하다. 한편, Fe함유량이 12중량%를 넘으면 도금층의 Al함유량을 후술하는 범위로 제한하더라도 딱딱하고 잘 부서지는 Γ층을 생성하여 프레스성형성을 저해한다. 따라서, 도금층의 Fe함유량은 9~12중량% 이어야한다.

도금층의 Al함유량은 함금화처리시에 형성되는 Zn-Fe합금의 상조성에 영향을 주며, 그 양이 0.3중량% 미만이면 Γ층이 발달해 파우더링이 발생하기 쉽게되고, 1.5중량%를 넘으면 충분한 합금화가 얻어지기 어렵다. 따라서, 도금층의 Al함유량은 0.3~1.5중량%로 한다.

도금층중의 Pb는 내식성에 악영향을 미치므로 0.02중량%이하로 제어한다.

도금층의 부착량은 내식성 측면에서 25g/㎡이상 필요하나, 너무 두꺼우면 프레스성형시에 강판의 변형에 부합할 수 없게되어 파우더링을 발생시키므로 상한값은 70g/c㎡로 한다.

본 발명의 강판의 제조방법은 특별히 한정된 것은 아니나, 그 적합한 제조예에 대해 설명하자면 다음과 같다.

전기한 조성으로 조정된 용강을 연속주조법에 따라 슬랩으로하여 열간압연, 냉간압연을 거쳐 냉간강판으로 한다. 열연에서는 고가공성을 얻기위해 마무리온도는 Ar₃변태점 전후의 850~920℃가 바람직하고, 권취온도는 600℃이상으로 하는 것이 바람직하다.

용융아연도금에 있어서는, 우선 소둔환원에 앞서 강판표면을 청정화하며 탈지, 산세척 및 연소 등의 방법이 좋다.

그후 강판을 소둔환원하나, 수%~수십%의 N₂를 함유한 H₂분위기에서 행하는 것이 적당하며, 이슬점은 0℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

재질확보를 위해 소둔환원온도는 재결정온도 이상이 필요하나 생산성을 고려하면 780℃이상으로 하는 것이 바람직하다.

소둔환원후의 강판은 환원가스중에서 냉각후 그대로 용융아연도금욕에 공급하며 이 도금욕의 성분 및 온도는 아래와 같이 결정된다.

도금욕속의 Al농도: 본 발명은 도금욕에서 생성하는 Al-Fe합금층의 양을 제어하여 δ₁상 주체의 합금화를 도모하고, 내파우더링성과 내플레이킹성을 확보하나, 그러기위해서는 Al-Fe합금층량이 합금내 Al함유량은 0.15g/㎡이상으로 되는 것이 좋고 욕중의 Al량은 0.13중량%이상이 필요하고, 우수한 효율로서 Al-Fe합금층을 형성하기 위해서는 0.145중량%이상이 바람직하다.

한편, Al-Fe합금충량은 Al량이 0.5g/㎡를 초과하도록 증가할 경우 합금화의 제어가 과잉되어 생산량을 저해할 염려가 있다.

결국 합금화 후의 도금층에서는 Al-Fe층 이외의 도금층의 Al을 포함한 Al의 양은 1.5중량%을 상한으로 하는 것이 좋다. 따라서 도금욕의 Al농도 상한은 0.2중량%로 된다.

도금욕의 Pb농도: Pb는 Al과 달리 용융도금시 농축되지 않는다. 그러나, 도금층내의 Pb농도가 0.1중량%를 넘으면 내식성이 저하되므로 Pb농도의 상한은 0.1중량%로 한다.

또한, 본 발명의 강판은 자동차, 가전, 건재 등의 각종 용도에 그대로, 프리코트, 포스트코트(post-coation), 적층, 또는 크로메이트처리, 인산염처리등 각종 처리를 한 형태로 사용할 수 있으나, 합금화 용융아연도금층의 상층에 다시 Fe, Zn, Ni의 1종이상을 함유하는 도금층을 도장하면 내식성이나 도장성이 더 향상되어 좋다.

도금욕 침지후의 강판은 합금화처리하여 합금화도(Fe) 9~12%의 GA강판을 수득한다.

이상에 의해 프레스가공성과 내도금박리성이 우수한 합금화용융아연도금강판이 제조할 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명의 효과에 대하여 실시예를 통해 설명한다.

도금에는 장치로서 종형의 용웅아연도금 실험장치를 사용하고, 소둔환원가스로는 5% 수소함유질소를 사용하여 70mm × 200mm의 강판에 도금을 했다.

도금의 합금화처리에는 도금강판에 직접 통전하여 저항발열량을 제어하는 형태의 가열로를 사용했다.

시험강판은 진공용해로에서 용제하고 미리 열연 및 냉연처리로 판두께를 0.7mm으로하고 도금장치 삽입전에 전해탈지 및 염산세척을 했다.

열연마무리온도변화는 900℃이다. 임시냉각 후, 강판은 코일권취후의 열특성(heat history)에 따라 700℃에서 1시간동안 균일하게 가열했다. 그후 냉각 및 산세척한 뒤 압하율 75℃로 냉연했다.

시험강판의 성분을 제1표에, 도금조건 및 합금화처리전의 도금층의 조성 및 합금화후의 도금강판의 특성을 제2표에 나타낸다.

또한, 강판재질은 합금화 용융아연도금사이클에서 CGL(Continuous Galvanizing Line)에 따라 열처리하여 수득하고 그후 냉연처리를 실행했다. 냉연후의 강판을 850℃에서 20초간 소둔하고, 500℃에서 30초간 냉각하였다. 표1은 강판의 성분을 보여준다.

제 2표의 Al-Fe량의 측정에서는 합금화처리전의 도금강판을 발연질산에 침지하여 아연(η)상을 제거하고, 용해되지않고 부동태로 남아있는 Al-Fe합금층을 염산으로 용해하여 Al량을 원자흡광법으로 측정했다.

도금강판 평가시 강판재질의 신장율 즉 E1 및 r값을 인장시험으로 구하고, 도금층의 특성으로서는 내파우더링성과 내플레이킹성을 구했다.

파우더링성의 평가 합금화후 도금강판을 90도로 굽히고, 굽힌걸 펴서 박리한 도금을 미리 첨부한 셀로판테이프로 채취하여 그 양에 대해 1~5 단계로 평가했다. ①은 양호, ⑤는 불량이다.

내플레이킹성은 합금화후의 강판을 10mm폭으로 절단하고, 제1도에 나타낸 비드식(bead type)인발시험기로 시험했다.

비드식 일반시험기는 오목부재(1)과 볼록부재(3)사이의 굴곡통로를 통하여 시험편(2)를 인발하는 것이다.

도포유를 바르지않은 시험편을 압하중 100kgf, 인발속도 500mm/분으로 인발시험하여 박리한 도금을 셀로판테이프로 채취하여 육안으로 플레이킹 유무를 O X의 2단계로 평가했다.

표1 및 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의해 가공성과 내도금박리성이 우수한 합금화 용웅아연도금강판이 제조된다.

Claims

C : 0.015중량%이하,

Si : 0.1중량%이하,

Mn : 0.03중량%이상, 0.3중량%이하,

Al : 0.01중량%이상, 0.1중량%이하,

P : 0.01중량%이하,

S : 0.005중량%이하,

O : 0.005중량%이하,

N : 0.005중량%이하

를 함유하고 또한 0.03중량%이하의 Ti 또는 0.03중량%이하의 Nb 중에서 선택된 적어도 1종 이상을

C/12 ≤ Ti*/48 + Nb/93 ≤ C/2

의 식을 만족하는 범위로 함유하고 또한 100중량%의 나머지로서 철 및 불가피한 불순물을 함유하여된 강판표면에,

Fe : 9중량%이상, 12중량%이하,

Al : 0.3중량%이상, 1.5중량%이하,

Pb : 0.1중량%이하

를 함유하고 또한 100중량%의 나머지로서 아연 및 불가피한 불순물을 함유하여된 합금화 용웅아연도금층이 25g/㎡이상 70g/㎡이하의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 프레스가공성과 내도금박리성이 우수한 합금화용융아연도금강판.

(단, Ti*는 Ti - (48N/14 + 48S/32) ≥ 0 일때는 Ti* = Ti - (48N/14 + 48S/32) 이고, Ti - (48N/14 + 48S/32) ＜ 0 일때는 Ti* = 0으로함).
제1항에 있어서, 또한 B를 0.001중량%이하의 양으로 함유하는 것을 특징으로하는 프레스가공성과 내도금박리성이 우수한 함금화 용융아연도금강판.