KR100286667B1

KR100286667B1 - 아연도금강판의 제조방법

Info

Publication number: KR100286667B1
Application number: KR1019960030682A
Authority: KR
Inventors: 김상헌; 곽영진; 조뇌하
Original assignee: 이구택; 포항종합제철주식회사
Priority date: 1996-07-26
Filing date: 1996-07-26
Publication date: 2001-04-16
Also published as: KR980009498A

Abstract

본 발명은 도금밀착성 및 내식성이 용융도금이나 전기도금에 의한 아연도금강판에 뒤떨어지지 않으면서도 강판 편면당 평균 도금부착량이 폭넓게 제어되는 아연도금강판을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 강판을 비산화 또는 환원성 분위기에서 420-720℃의 범위로 가열하는 단계; 가열된 강판을 입도가 0.5-100μm의 범위를 갖는 아연분말로 구성된 비산화 또는 환원성 분위기의 유동상대를 통과시켜 아연분말를 강판 편면당 1-500g/m²범위로 융착시키는 단계; 상기 아연이 융착된 강판을 융착 후 10초 이내에 200-300℃ 범위로 냉각시키는 단계; 및 상기 냉각된 강판을 통상의 방법으로 조질압연하는 단계를 포함하는 아연도금강판의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

아연도금강판의 제조방법

본 발명은 아연도금강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아연분말을 강판표면에 융착시켜 도금하는 방법에 관한 것이다.

아연도금강판은 내식성이 우수하여 자동차 차체용 강판, 가전기기의 내·외판용 및 건축용강판으로 많이 사용되고 있다. 일반적으로 아연도금강판은 강판을 전기도금하거나 또는 용융도금하는 방법으로 제조되어 왔는데, 이들은 다음과 같은 문제점들이 있다.

전기도금에 의하여 제조하는 방법은 냉간압연한 강판을 상소둔(batch annealing) 혹은 연속소둔하여 기계적인 성질을 확보한 후에 아연이온을 함유한 도금액 중에서 전기도금하여 목적하는 부착량의 아연도금층을 얻는 방법으로, 이 방법은 도금부착량을 조절하기 쉬운 장점이 있지만, 도금층의 두께가 증가할수록 도금에 소요되는 전기량이 많아지므로해서 후도금재의 경우 생산성이 떨어지는 문제가 있어 통상적으로 강판 편면당 도금부착량이 40g/m²이하인 강판을 주로 제조하며, 제조된 강판은 박막의 도금부착량을 요구하는 가전용 및 자동차용으로 주로 사용된다. 또한 강판의 생산량을 증가시키기 위해서는 도금조의 길이가 길어야 하고, 공해물질의 배출방지를 위한 폐수처리 설비가 반드시 필요하여 설비비가 많이 드는 단점도 있다.

그리고, 용융도금에 의한 방법은 소둔후 동일설비에서 도금을 하기 때문에 전기도금에 비해 제조비용이 적게 들고 공정 특성상 후도금이 가능한 장점이 있지만, 용융아연욕에 침적된 강판과 싱크롤 등이 침식되어 아연과 철의 합금상이 주성분인 드로스가 발생되며, 상기 드로스가 강판표면에 부착될 경우에는 제품결함을 유발시키며, 특히 싱크롤의 경우는 부식이 되면 만족할 만한 성능을 발휘하지 못하므로 주기적으로 생산을 중단하고 이를 교체해야 하는 문제점이 있다. 또한 용융욕조로 부터 나온 강판을 도금부착량조절을 위해 강판 표면을 에어와이핑함에 따라 강판의 진동이 많이 발생하여 최고 생산속도는 200mpm으로 제한될 뿐만아니라 소음이 많이 발생하여 작업환경을 해치고, 도금부착량 조절이 어려워 편면당 도금부착량이 40g/m²이하인 경우는 제조가 곤란하여 주로 용융도금 강판은 많은 부착량을 요구하는 건재용으로 많이 사용된다.

또한, 상기와 같은 문제점들을 가지고 있는 용융도금 및 전기도금에 의한 아연도금강판은 냉연강판에 비해 우수한 내식성을 나타내어 수요가들이 요구하는 품질수준을 만족시키기는 하지만 생산성이 냉연강판에 비해 크게 떨어지기 때문에 제품가격이 냉연강판에 비해 훨씬 비싸다는 문제점도 있다.

본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제한하게 된 것으로, 본 발명은 도금밀착성 및 내식성이 용융도금이나 전기도금에 의한 아연도금강판에 뒤떨어지지 않으면서도 강판 편면당 평균 도금부착량이 폭넓게 제어되는 아연도금강판을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 강판을 비산화 또는 환원성 분위기에서 420-720℃의 범위로 가열하는 단계; 가열된 강판을 입도가 0.5-100μm의 범위를 갖는 아연분말로 구성된 비산화 또는 환원성 분위기의 유동상대를 통과시켜 아연분말를 강판 편면당 1-500g/m²범위로 융착시키는 단계; 상기 아연이 융착된 강판을 융착 후 10초 이내에 200-300℃ 범위로 냉각시키는 단계; 및 상기 냉각된 강판을 통상의 방법으로 조질압연하는 단계를 포함하는 아연도금강판의 제조방법에 관한 것이다.

다시 말하면, 본 발명은 강판을 적정온도범위로 가열한 후 아연분말로 구성된 유동상대를 통과시켜 강판표면과 아연분말의 접촉을 일으키고, 상기 가열된 강판이 갖고 있는 잠열로서 아연분말이 강판표면에 융착하게 되어 도금층을 형성하고, 상기 도금층 형성후 급속냉각을 통해 도금층과 강판의 계면에서 합금층성장을 억제하여 아연도금층과 강판과의 도금밀착성을 향상시키는 것이며, 이를 상기 각 단계별로 나누어 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 강판을 비산화 또는 환원성 분위기에서 420-720℃의 범위로 가열하는 단계를 설명한다. 형성된 도금층과 강판의 밀착력 확보를 위해 철판표면과 아연분말표면에 산화물이 생성되지 않도록 비산화 또는 환원성 분위기에서 가열이 행해져야 되며, 도금층을 형성시키기 위한 강판표면온도는 부착된 아연분말 중 일부 또는 전부를 용해시킬 수 있는 온도인 것이 바람직한데 이는 강판온도가 아연의 융점인 420℃ 이상이어야 한다는 의미이고, 또한 융착된 아연과 강판과의 계면에서 아연-철 합금층이 발달하게 되면 강판을 가공할 때 도금박리 혹은 파우더링과 같은 도금밀착성이 불량해지기 때문에 합금층이 발달되지 않도록 강판온도를 720℃이하로 제한하는 것이다. 상기 비산화 또는 환원성 분위기는 질소가스 단독 또는 질소가스에 수소 또는 일산화탄소와 같은 환원성 가스가 혼합된 것 등을 사용한 경우를 들 수 있으며, 통상의 냉연강판 제조용 혹은 용융도금강판 제조용 연속소둔설비 정도의 분위기 가스 특성을 가지면 산화물의 생성은 거의 없는 것으로 알려져 있으며 본 발명의 제한 조건을 충분히 만족시킨다.

다음으로, 가열된 강판을 입도가 0.5-100μm의 범위를 갖는 아연분말로 구성된 비산화 또는 환원성 분위기의 유동상대를 통과시켜 아연분말을 강판 편면당 1-500g/m²범위로 융착시키는 단계에 대하여 설명한다. 본 발명에서 아연분말을 유동상대로 만드는 이유는 아연분말을 분사할 경우 불균일 도포가 일어날 가능성이 높고, 강판에 부착되지 않은 분말을 완전히 다시 회수하는 것이 거의 불가능하여 외부로 방출되어 작업환경을 해칠 위험이 매우 높기 때문이다. 상기 유동상이라는 것은 미립의 금속입자가 기체와 혼합되어 구름과 같이 균일하게 부유되어 있는 상태를 말하는 것으로, 이런 상태에서의 입자의 부착은 매우 균일하게 이루어질 수 있다. 유동상을 형성하기 위한 분위기 가스, 기체의 유속 및 유동상 설비에 대한 것은 이미 알려진 기술(미국 Butterwort-Heinemann출판사의 Fluidization Engineering, 저자:Kunii등)이기 때문에 쉽게 적용할 수 있다. 본 발명에서는 유동상대의 단위 체적당 아연분말의 갯수 및 유동상대의 강판 통과시간을 조절하여 아연 부착량의 제어가 가능하여, 강판 편면당 1g/m²의 박도금에서 부터 500g/m²의 후도금까지 제조가 가능하다. 아연분말의 부착량이 1g/m²이하가 되면 도금부착량이 지나치게 적어 내식성을 확보할 수 없으며, 500g/m²이상이 되면 아연이 필요이상으로 많이 부착되어 제조비용이 증가되고, 융착된 아연 입자들 사이에 기공이 많이 존재하여 도금층 중의 일부가 박리될 위험이 있으며, 더 이상의 부착량 증대에 의한 내식성 효과도 기대되지 않기 때문에 1-500g/m²의 범위로 제한한다. 상기 유동상을 구성하는 아연입자의 크기는 0.5-100μm로 제한되는데 그이유는 입자의 크기가 0.5μm이하로 극미분인 경우는 입자의 가격이 비싸서 경제적이지 못할 뿐만아니라 취급이 매우 어려운 문제점이 있고, 입자크기가 100μm이상인 입자는 1g/m²과 같이 도금부착량이 적은 경우에는 도금층 형성에 필요한 아연 입자의 갯수가 적어 외부로 노출된 철표면적이 증가하여 내식성이 감소하는 경향을 나타내기 때문이다. 상기 유동상대의 분위기 가스는 아연분말과 강판표면의 산화반응에 의한 도금 밀착성의 불량을 방지하기 위해 비산화성 또는 환원성의 특성을 갖는 것이다. 또한, 유동상을 형성하는 아연입자들이 용융되어 서로 응집될 위험이 있기 때문에 상기 분위기 가스의 온도는 420℃를 초과하지 않아야 하는 것으로 상온-420℃의 온도범위가 바람직하다.

다음으로, 아연이 융착된 강판을 융착 후 10초 이내에 200-300℃ 범위로 냉각시키는 단계에 대하여 설명한다. 아연도금층과 강판과의 도금밀착성을 향상시키기 위해서는 계면에서 과도한 합금층 형성의 억제가 필요하기 때문에 확산에 의한 합금층이 형성되기 전에 급냉시킨다. 강판이 라인을 통과하면서 텐션브라이들 롤, 탑롤 등과 같은 각종 롤과 접촉할 때 도금층이 박리되어 롤에 부착되는 현상을 방지하기 위해서는 200-300℃ 까지 급냉시킨다. 상기 급냉시 냉각속도는 유동상대 통과직전의 강판온도, 강성분에 의해 차이는 있지만 상기 온도범위까지 강판온도를 낮추는데 소요되는 시간은 10초 이하인 냉각조건이면 충분한데, 그 이유는 냉각에 10초 이상이 소요되면 도금층과 강판계면에 과도한 합금층이 성장하여 도금밀착성이 불량해질 위험이 있기 때문이다. 강판의 냉각이 2초 이하로 매우 빠른 급냉인 경우에는 도금층의 품질에는 문제가 발생하지 않지만, 급냉에 의한 강판의 국부적인 온도 불균일에 의해 강판에 굴곡이 발생되어 형상불량을 유발할 위험이 있기 때문에 작업에 주의가 필요하다.

다음으로, 냉각된 강판을 통상의 방법으로 조질압연하는 단계에 대하여 설명한다. 강판이 도금된 직후에 조질압연을 실시하는 것은 강판의 형상을 교정할 뿐만아니라 과도하게 형성된 큰 요철을 제거하여 표면을 균일하게 하는 효과가 있을 뿐만아니라 이러한 요철부위가 으깨어지면서 면적이 증가되어 외부로 노출된 강판 표면적을 감소시켜 내식성이 향상되는 효과가 있다. 조질압연의 정도는 통상 도금강판에 대해 이루어지는 압하율 0.1-1% 정도이면 충분한 효과를 얻는다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예

냉간압연된 강판을 사용하여 하기표 1과 같은 조건으로 도금층을 형성시킨 후 두께 0.8mm, 크기 10cm×20cm의 시편을 제조하였다. 유동상내에 시편을 체류시키는 시간을 조절하여 도금부착량을 제어하였다. 강판의 내식성 평가방법은 일본국 시험규격 JIS Z 2371에 기재된 염수분무시험방법에 준하여 실시하였으며, 적청이 발생할 때까지의 염수분무시간으로 평가하였다. 또한, 도금층의 밀착성은 도금된 강판을 45도 벤딩 테스트시 박리된 정도로 평가하였고, 피막의 균일성은 육안관찰하여 평가한 것으로 기존의 아연도금강판 수준의 도금밀착성, 피막균일성을 나타낸 경우는 "○", 그보다 떨어지는 수준의 경우는 "×"로 각각 하기표 1에 나타내었다.

구분	도금층 형성조건	피막품질
구분	분위기 가스	아연분말크기(μm)	강판가열온도(℃)	분말융착량(g/m²)	냉각시소요시간(초)	내식성 (시간)	도금 밀착성	피막균일성
발명예1	환원성	0.5	420	120	7	120	○	○
발명예2	환원성	1	600	120	7	120	○	○
발명예3	환원성	10	600	1	10	24	○	○
발명예4	환원성	100	600	500	5	196	○	○
발명예5	비산화	10	650	120	7	120	○	○
발명예6	비산화	10	650	120	7	120	○	○
발명예7	환원성	10	420	120	5	120	○	○
발명예8	환원성	10	720	500	10	196	○	○
비교예1	환원성	200	600	120	4	96	○	×
비교예2	산화성	10	600	120	7	120	×	×
비교예3	환원성	10	730	120	7	120	×	○
비교예4	환원성	10	410	120	7	2	×	×
비교예5	환원성	10	600	0.5	4	2	×	○
비교예6	환원성	20	600	600	3	196	○	×
비교예7	환원성	0.3	600	120	7	120	○	○
비교예8	환원성	20	600	120	12	120	×	○

상기표 1에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명에서 제한하는 범위내의 조건으로 제조된 발명예(1-8)은 모두 도금밀착성 및 피막 균일성이 우수하고, 도금부착량이 감소할수록 아연도금층의 희생방식효과가 감소하여 적청 발생까지의 소요기간이 감소하였지만, 기존의 용융도금 혹은 전기도금에서와 유사한 수준을 나타내었다. 이에 반하여, 비교예(1-6 및 8)은 발명예(1-8)에 비하여 피막품질이 뒤떨어지는 결과를 나타내었으며, 비교예(7)은 아연분말의 크기가 0.3μm의 적은 경우로 상기표 1에 나타난 바와같이 피막품질에는 문제가 없기는 하지만 작업시 취급이 어렵고, 유동상대로 부터 배출되는 가스중에 미분이 포함되어 있으며 이를 완전히 회수하는 것이 곤란하였다.

상기에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명은 환원성분위기 또는 불활성분위기에서 가열된 강판을 아연의 유동상대를 통과시켜 아연도금강판을 제조하는 방법으로, 본 발명에 의하면 종래의 전기도금방법 및 용융도금방법에 비해 높은 생산성을 보이면서도 물성이 뒤떨어지지 않는 아연도금강판이 제공된다.

Claims

강판을 비산화 또는 환원성 분위기에서 420-720℃의 범위로 가열하는 단계; 가열된 강판을 입도가 0.5-100㎛의 범위를 갖는 아연분말로 구성되고 상온-420℃의 온도를 갖는 비산화 또는 환원성 분위기의 유동상대를 통과시켜 아연분말을 강판편면당 1-500g/m²범위로 융착시키는 단게; 상기 아연이 융착된 강판을 융착 직후 냉각을 개시하여 10초이내에 200-300℃ 범위까지 냉각시키는 단계; 및 상기 냉각된 강판을 통상의 방법으로 조질압연하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아연도금강판의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 아연이 융착된 강판을 융착후 2-10초 이내에 냉각시키는 것을 특징으로 하는 아연도금강판의 제조방법.