KR100286668B1 - 아연-철계 합금도금강판의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 도금밀착성 및 피막의 균일성이 용융도금이나 전기도금에 의한 아연-철 합금도금강판에 뒤떨어지지 않으면서도 강판 편면당 평균 도금부착량이 폭넓게 제어되는 아연-철계 합금도금강판을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 냉연강판의 연속소둔시 과시효처리 및 최종냉각처리 사이에서 상기 강판을 420-720℃의 범위로 가열하는 단계; 가열된 강판을 아연분말로 구성된 환원성 분위기의 유동상대를 통과시켜 아연분말를 강판 편면당 10-300g/m2범위로 융착시키는 단계; 및 상기 아연이 융착된 강판을 상기 유동상대를 통과시킨 다음 5-30초 경과후 최종냉각시키는 단계를 포함하는 아연-철계 합금도금강판의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.
Description
본 발명은 아연-철 합금도금강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아연분말을 강판표면에 융착시킨 후 합금화시켜 도금하는 방법에 관한 것이다.
아연-철 합금도금강판은 도금층 중의 철함량이 대략 1-20%정도이고, 잔량이 아연으로 이루어져 있기 때문에 도장성, 내식성등이 우수하여 자동차 차체용 강판 및 가전기기의 내·외판용 강판으로 많이 사용되고 있다. 일반적으로 아연-철계 합금도금강판은 강판을 전기도금하거나 또는 용융도금하는 방법으로 제조되어 왔는 데, 이들은 다음과 같은 문제점들이 있다.
전기도금에 의하여 제조하는 방법은 냉간압연한 강판을 상소둔(batch annealing) 혹은 연속소둔하여 기계적인 성질을 확보한 후에 아연이온이 함유되었거나 혹은 아연과 철이온이 함유된 도금액 중에서 전기도금하여 목적하는 조성의 도금층을 얻는 방법으로, 이 방법은 도금부착량을 조절하기 쉬운 장점이 있지만, 소둔설비와는 별도로 전기도금설비가 필요하다는 단점이 있고, 또한 도금층의 두께가 증가할수록 도금에 소요되는 전기량이 많아지므로해서 후도금재의 경우 생산성이 떨어지는 문제가 있어 통상적으로 강판 편면당 도금부착량이 40g/m2이하인 강판을 주로 제조한다. 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, 도금시 강판표면에 부착된 아연이 응고 및 합금화 반응을 거치기 위한 시간이 소요되기 때문에 강판의 통판속도가 최대 분당 150m를 전후로 제한된다는 문제점과 도금부착량 조절이 어려워 편면당 도금부착량이 40g/m2이하인 경우는 제조가 곤란하다는 문제점이 있다.
또한, 상기와 같은 문제점들을 가지고 있는 용융도금 및 전기도금에 의한 아연-철계 합금화도금강판은 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 피막의 균일성이 용융도금이나 전기도금에 의한 아연-철 합금도금강판에 뒤떨어지지 않으면서도 강판 편면당 평균 도금부착량이 폭넓게 제어되는 아연-철계 합금도금강판을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 냉연강판의 연속소둔시 과시효처리와 최종냉각처리 사이에서 상기 강판을 420-720℃의 범위로 가열하는 단계; 가열된 강판을 아연분말로 구성된 환원성 분위기의 유동상대를 통과시켜 아연분말를 강판 편면당 10-300g/m2범위로 융착시키는 단계; 및 상기 아연이 융착된 강판을 상기 유동상대를 통과시킨 다음 5-30초 경과후 최종냉각시키는 단계를 포함하는 아연-철계 합금도금강판의 제조방법에 관한 것이다.
다시 말하면, 본 발명은 냉연강판의 연속소둔에 있어서 과시효처리와 최종냉각처리 사이에서 강판을 적정온도범위로 가열한 후 아연분말로 구성된 유동상대를 통과시켜 강판표면과 아연분말의 접촉을 일으키고, 상기 가열된 강판이 갖고 있는 잠열로서 아연분말이 강판표면에 융착하게 되는 효과를 이용하여 도금층을 형성시키고, 그후에 최종냉각처리까지 열처리를 계속하여 아연 및 철의 확산반응을 일으켜 소둔로내에서 아연-철계 합금도금강판을 제조하는 방법으로서, 이를 상기 각 단계별로 나누어 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 냉연강판의 연속소둔시 과시효처리와 최종냉각처리 사이에서 상기 강판을 420-720℃의 범위로 가열하는 단계를 설명한다. 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 강판의 온도가 720℃이상으로 가열되면 페라이트조직이 오스테나이트 조직으로 변화되는 A1변태가 발생되어 강판의 기계적성질이 변화될 위험이 있고, 아연-철의 합금화반응이 지나치게 증가되어 도금밀착성이 열화될 위험이 있기 때문에 강판온도를 420-720℃범위로 제한하는 것이다. 일반적인 연속소둔로의 과시효대의 온도는 통상적으로 400±50℃범위에서 작업이 행해지므로 상기 강판의 온도를 만족시키기 위해 강판을 재가열시킬 필요가 있는 경우도 있으며, 강판의 가열 방법으로는 가스버너에 의한 직접가열 혹은 인덕션 히터에 의한 방법등이 가능하다. 또한, 형성된 도금층과 강판과의 밀착력 확보를 위해 강판표면 및 아연분말 표면에는 산화물이 생성되지 말아야 하기 때문에 상기 강판 가열시의 상기 연속소둔로 내부는 외부보다 약간 높은 압력의 환원성 분위기가스로 채워짐이 바람직하다. 상기 환원성 분위기가스는 질소가스에 수소 또는 일산화탄소와 같은 환원성 가스가 혼합된 것 등을 일반적으로 사용하며, 통상의 냉연강판 제조용 연속소둔설비 정도의 분위기 가스 특성을 가지면 산화물의 생성은 거의 없는 것으로 알려져 있으며 본 발명의 제한 조건을 충분히 만족시킨다.
다음으로, 가열된 강판을 아연분말로 구성된 환원성 분위기의 유동상대를 통과시켜 아연분말를 강판 편면당 10-300g/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 아연분말에 의해 '덴트'라 하는 점상의 결함이 유발될 가능성이 매우 높기 때문이다. 상기 유동상이라는 것은 미립의 금속입자가 기체와 혼합되어 구름과 같이 균일하게 부유되어 있는 상태를 말하는 것으로, 이런 상태에서 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 아연부착량이 10-300g/m2범위의 합금도금강판 제조가 가능하다. 아연부착량이 10g/m2이하가 되면 도금층 및 강판계면에서의 과합금화반응층(캐피탈 감마층)이 차지하는 분율이 증가하여 도금밀착성이 나쁘게 되며, 도금층에 의한 내식성 향상효과가 감소하여 충분한 내식성 확보가 곤란하고, 또한 아연부착량이 300g/m2이상이 되면 융착되는 아연 입자들 사이에 기공이 많이 존재하여 피막의 균일성이 불량해지며, 도금층 표면까지 합금화를 시킬 때는 도금층과 강판의 계면에서 과합금화가 발생하여 도금층의 밀착성이 열화되기 때문에 10-300g/m2의 범위로 제한한다. 상기 유동상을 구성하는 아연입자의 평균크기는 0.5-10μm로 제한됨이 바람직한데 그이유는 입자의 크기가 0.5μm이하로 극미분인 경우는 입자의 가격이 바싸서 경제적이지 못할 뿐만아니라 취급이 매우 어려운 문제점이 있고, 입자크기가 10μm이상인 입자는 10g/m2과 같이 도금부착량이 적은 경우 철표면이 도금층에 의해 완전히 피복되지 못하고 노출되는 피복균일성 측면에서 문제가 발생한다. 상기 유동상대의 분위기 가스는 아연분말과 강판표면의 산화반응에 의한 도금 밀착성의 불량을 방지하기 위해 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 상기 유동상대를 통과시킨 다음 5-30초 경과후 최종냉각시키는 단계에 대하여 설명한다. 도금층 중의 적정한 철함량을 확보하기 위해서는 아연의 용융부착후 합금화 처리가 필요하기 때문에 강판이 유동상대를 통과하여 아연이 피복된 후에 5-30초간 계속적인 합금화 열처리를 실시한다. 상기 강판이 유동상대를 통과한 후에 합금화처리에 필요한 시간은 분위기 온도, 도금부착량 및 강판의 화학조성 뿐만아니라 목표로하는 도금층 중의 철함량에 따라서도 차이가 나지만 본 발명에서 제한하는 조건하에서는 5-30초의 합금화열처리를 실시하면 도금층중의 철함량이 중량비로 1-20%가 확보된다. 즉, 합금화 처리시간이 5초이하이면 도금층중의 철함량이 1%이하로 아연-철 합금도금층이 불충분하게 생성되며, 합금화 처리시간이 30초이상이면 도금층 중의 철함량이 20%이상으로 과도한 합금층이 생성될 위험이 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
실시예
냉간압연된 강판을 소둔하는 과정중에 강판이 유동상대를 통과하여 도금되는 방법인 본 발명의 조건에 준하면서, 연속소둔 모사장치를 이용하여 하기표 1과 같은 조건으로 도금층을 형성시킨 후 두께 0.8mm, 크기 10cm×20cm의 시편을 제조하였다. 상기 연속소둔 모사장치의 분위기 가스 및 아연분말의 유동상 형성시 분위기 가스는 이슬점 온도가 0℃이하가 되도록 질소가스와 수소가스를 혼합하였고, 유동상내에 시편을 체류시키는 시간을 조절하여 도금부착량을 제어하였다. 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. 또한, 도금층중의 철 함량은 도금층을 염산에 용해한 후 그 용액을 원자흡광분석계를 이용하여 분석하고, 그 결과도 하기표 1에 나타내었다.
| 구분 | 도금층 형성조건 | 피막품질 | ||||||
| 분위기 가스 | 아연분말크기(μm) | 강판가열온도(℃) | 분말융착량(g/m2) | 합금화열처리시간(초) | 도금층중Fe(%) | 도금 밀착성 | 피막 균일성 | |
| 발명예1 | 환원성 | 0.5 | 420 | 50 | 15 | 3 | ○ | ○ |
| 발명예2 | 환원성 | 1 | 500 | 50 | 15 | 9 | ○ | ○ |
| 발명예3 | 환원성 | 5 | 500 | 10 | 15 | 20 | ○ | ○ |
| 발명예4 | 환원성 | 10 | 500 | 300 | 15 | 5 | ○ | ○ |
| 발명예5 | 환원성 | 5 | 550 | 50 | 10 | 8 | ○ | ○ |
| 발명예6 | 환원성 | 5 | 550 | 50 | 20 | 15 | ○ | ○ |
| 발명예7 | 환원성 | 5 | 550 | 50 | 30 | 18 | ○ | ○ |
| 발명예8 | 환원성 | 5 | 550 | 50 | 5 | 5 | ○ | ○ |
| 발명예9 | 환원성 | 5 | 420 | 10 | 5 | 1 | ○ | ○ |
| 발명예10 | 환원성 | 5 | 720 | 300 | 30 | 20 | ○ | ○ |
| 비교예1 | 환원성 | 12 | 600 | 50 | 20 | 15 | ○ | × |
| 비교예2 | 산화성 | 5 | 550 | 50 | 15 | 12 | × | × |
| 비교예3 | 환원성 | 5 | 730 | 50 | 20 | 17 | × | ○ |
| 비교예4 | 환원성 | 5 | 410 | 50 | 20 | - | × | × |
| 비교예5 | 환원성 | 5 | 550 | 5 | 5 | 30 | × | ○ |
| 비교예6 | 환원성 | 5 | 550 | 330 | 20 | 8 | ○ | × |
| 비교예7 | 환원성 | 0.3 | 550 | 50 | 15 | 12 | ○ | ○ |
| 비교예8 | 환원성 | 5 | 420 | 50 | 4 | 0.8 | ○ | ○ |
| 비교예9 | 환원성 | 5 | 420 | 50 | 35 | 21 | × | ○ |
상기표 1에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명에서 제한하는 범위내의 조건으로 제조된 발명예(1-10)은 모두 도금밀착성 및 피막 균일성이 우수하고, 도금층 중의 철함량도 1-20%를 만족하고 있다. 이에 반하여, 비교예(1-6 및 8-9)는 발명예(1-10)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 환원성분위기에서 가열된 강판을 아연의 유동상대를 통과시켜 아연-철계 합금도금강판을 제조하는 방법으로, 본 발명에 의하면 종래의 전기도금방법 및 용융도금방법에 비해 높은 생산성을 보이면서도 물성이 뒤떨어지지 않는 아연도금강판이 제공된다.
Claims (3)
- 냉연강판의 연속소둔시 과시효처리와 최종냉각처리 사이에서 상기 강판을 420-720℃의 범위로 가열하는 단계; 가열된 강판을 아연분말로 구성되고 상온-420℃의 온도를 갖는 환원성 분위기의 유동상대를 통과시켜 아연분말를 강판 편면당 10-300g/m2범위로 융착시키는 단계; 및 상기 아연이 융착된 강판을 상기 유동상대를 통과시킨 직후 5-30초 유지한 다음, 최종냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아연-철계 합금도금강판의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 냉연강판의 연속소둔을 행하는 소둔로의 내부가 외부보다 높은 압력의 환원성 가스상태인 것을 특징으로 하는 아연-철계 합금도금강판의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 아연분말의 평균입자크기가 0.5~10㎛임을 특징으로 하는 아연-철계 합금도금 강판의 제조방법.
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| KR1019960030683A KR100286668B1 (ko) | 1996-07-26 | 1996-07-26 | 아연-철계 합금도금강판의 제조방법 |
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ID=37514825
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100356163B1 (ko) * | 1998-07-15 | 2002-11-18 | 주식회사 포스코 | 준합금화 용융아연도금강판 제조방법 |
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|---|---|---|---|---|
| JPH07150330A (ja) * | 1993-10-06 | 1995-06-13 | Nippon Steel Corp | スプレーめっきによる合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 |
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1996
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| KR100356163B1 (ko) * | 1998-07-15 | 2002-11-18 | 주식회사 포스코 | 준합금화 용융아연도금강판 제조방법 |
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