KR100343010B1 - 자동차 외판용 고선영 합금화 용융아연도금강판의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동차 및 가전제품의 외판재용으로 사용되는 고선영 합금화 용융아연도금강판(GA)의 제조방법에 관한 것으로서, 냉간압연 로울중 후 압연공정측 강판표면조도관리용 압연로울을 가공모드는 용량(Capacity)(-)모드 또는 임펄스(Imp ulse)(+)모드로 방전가공 (EDT; Electro Discharge Texturing)하여 상부로울은 2.3㎛이하, 하부로울은 2.2㎛ 이하의 조도로 가공 관리된 압연 로울로 냉간압연하여 제조된 냉연강판중 표면상태가 파상도 0.5㎛이하 및 DOI 값이 90%이상인 냉연강판을 사용하여 용융아연도금하고, 다음 Fe-Zn 합금화열처리 및 조질압연을 실시하여 자동차 외판재 고선영 합금화용융아연도금(GA)강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 기본적으로 자동차 및 가전제품의 외판재용으로 사용되는 고선영합금화 용융아연도금강판(GA)의 제조방법에 관한 것으로서, 냉간압연 로울중 후 압연공정측 강판표면조도관리용 압연로울을 가공모드는 용량(Capacity)(-)모드 또는 임펄스(Impulse)(+)모드로 방전가공 (EDT; Electro Discharge Texturing)하여 상부 로울은 2.3㎛이하, 하부로울은 2.2㎛ 이하의 조도로 가공 관리된 압연 로울로 냉간압연하여 제조된 냉연강판중 표면상태가 파상도 0.5㎛이하 및 DOI 값이 90%이상인 냉연강판을 사용하여 용융아연도금하고, 다음 Fe-Zn 합금화열처리 및 조질압연을 실시하여 자동차 외판재 고선영 합금화용융아연도금(GA)강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.냉간압연강판(이하 "냉연강판"이라 함)은 표면이 미려하고 우수한 강도 및 가공성을 가지고 있으며, 대량생산이 가능하다는 장점이 있어 자동차 및 가전제품의 외판재로 주로 사용하고 있으나 성형 가공후 도장을 실시하므로 표면상태가 매우 중요하다.
이러한 냉연강판은 지금까지 고강도 및 가공성 측면에서 주로 연구 및 개발이 이루어져 왔으며, 주로 많이 사용하는 분야인 자동차산업에서는 자동차 경량화를 위하여 고강도 및 고성형성과 관련된 재질개발 및 품질향상에 주력해 왔다. 특히 자동차 외판재의 경우 고선영성이 요구되어 아연도금강판을 성형가공후 표면처리 또는 도장작업을 하게 되므로 최종제품의 표면상태는 도금강판의 표면상태와 밀접한 연관관계가 있으므로 도금강판의 표면상태는 아주 중요하다.
종래의 기술은 방전가공(EDT : Electro Discharge Texturing)을 이용하여 냉간압연 로울 및 조질압연 로울의 표면상태를 특정모드 용량(-)모드 또는 임펄스(+) 모드로 하여 적정한 조도및 파상도로 관리 가공된 로울을 사용하므로써 냉연강판의 표면조도 제어를 통하여 이루어지는 고선영 냉연강판 제조기술이 대부분이다.그동안 고선영 상태의 냉연강판을 사용하여 융융아연도금을 실시하기 위해 용융도금강판 표면상태를 고선영으로 하기 위한 연구가 진행되어 왔으나 용융아연도금 작업, 합금화열처리 및 조질압연등의 작업에 대한 변수가 많아 좋은 결과를 얻지 못하고 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 대안으로 용융아연도금강판에 다시 전기아연도금을 실시하여 고선영을 가진 제품을 사용하되 합금화 용융아연도금강판이 고선영을 가지게 하기 위해서는 용융아연도금 조건의 개선, Fe-Zn 합금화열처리조건 및 조질압연조건의 개선이 중요한 기술이다. 통상 도금강판은 용융아연도금만 실시한 용융아연도금강판(GI)과 열처리를 실시하는 합금화용융아연도금강판(GA)으로 나눌 수 있는데 아연도금층에서 순수 아연층이 많이 존재하면 아연의 특성상 표면에 요철이 발생하여 선영성이 악화될 가능성이 많아지며, 또한 Zn합금형태인 Fe-Zn 합금층이 과다하게 생성되면 표면의 색상이 변색될 수 있고 도금부착량이 증가하여 가공성 저하, 선영성 악화 및 경제성이 떨어진다.
한편, 아연도금층이 얇을 경우 합금층 생성이 미약하고 내식성이 떨어질 수 있어 합금화 상태에 따라 가공시 도금층의 박리가 일어나기 쉽고 부식등에 의한 크랙(crack) 등이 발생되어 최종 제품의 표면상태에 지대한 영향을 미칠 수도 있다.
따라서, 종래의 경우 고선영 도금강판의 제조기술은 주로 Ni 도금후 아연도금을 실시하거나, 아연욕에 알류미늄, 주석 및 철 등의 특정 성분을 추가 또는 관리하는 기술이 주된 내용이었다.
전술한 바와 같이, 고선영냉연강판의 선영성은 용융아연도금작업, 합금화열처리작업등에 의해 영향을 받긴 하지만, 기본적으로 도금강판 표면상태를 실질적으로 결정하는 냉연강판의 표면상태에 크게 좌우된다. 따라서, 본 발명은 용융아연도금작업조건, 합금화열처리조건 및 조질압연조건 등을 장시일 연구끝에 개선하므로써 제조된 강판의 표면상태가 파상도(Wca) 0.35㎛이하 선영도지수DOI(Distinctness Of Image) 값이 90%이상인 고선영 냉연강판을 사용하여 용융아연도금, Fe-Zn 합금화열처리, 및 조질압연 공정을 거쳐 자동차 외판재 고선영 합금화용융아연도금강판을 제조하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.여기에서 선영도지수(DOI)란 표준광원을 강판의 수평방향으로부터 60도 각도로 강판에 조사시켰을 때 0.3도 이내로 모아지는 빛의 량을 말하는데 DOI값 90% 이상이라야 선영성이 우수한 것으로 인정된다.
본 발명은 고선영 합금화 용융아연도금강판을 제조하기 위한 것으로, 사용하는 냉연강판은 도금강판의 표면상태에 많은 영향을 미치므로 본 발명은 냉연강판의 표면상태가 파상도 0.35㎛이하 DOI(Distinctness Of Image) 값이 90% 이상인 냉연강판을 사용하여 용융아연도금을 하는 단계와, 일정 온도범위에서 Zn-Fe 합금화열처리하는 단계 및 조질압연을 실시하는 단계로 이루어져 있다.강판의 표면상태가 파상도 0.35㎛이하 및 DOI 값이 90%이상인 냉연강판을 사용하여 냉간압연 로울중 후압연공정측 압연 로울중 강판표면조도관리용 압연로울을 방전가공(EDT; Electro Discharge Texturing)으로 표면가공하되 가공모드는 용량(-)모드 또는 임펄스(+) 모드로 하여 상부로울은 2.3㎛이하, 하부로울은 2.2㎛이하의 조도로 관리된 압연 로울을 사용한다.여기에서, 제 1단계인 용융아연도금단계에서 재료로 사용되는 냉연강판을 압연가공하기 위한 압연로울(roll)은 그 강판의 표면에 조도를 부여하므로써 강판표면에 조도를 부여하게 되므로 이 로울의 표면조도를 소정의 조도로 만들어주기 위하여 숏블라스트(shot blast) 또는 전기방전가공(Electro Discharge Texturing:EDT)을 행하는 바, 종래기술로서의, 이 전기방전가공(EDT)은 전류의 흐름에 따라 중립(Neutral), 임펄스(impulse)+, -, 그리고 용량(capacity)+, -의 5가지 제반 가공모드에 따라 가공형태가 달라진다.본발명에서는 냉간압연로울 중 후압연공정측 일부 압연로울을 전기방전가공(EDT)하되 가공모드는 전술한 바와 같이 용량(-)모드 또는 임펄스(+)모드로 가공하여 상부로울을 2.3㎛이히, 하부로울은 2.2㎛이하의 조도로 관리된 압연로울을 사용하여 냉연강판을 압연가공후 용융도금조에 투입한다.
전술한 바와 같이 고선영 냉연강판을 사용하는 이유는 도금강판의 표면상태는 냉연강판의 표면상태에 영향을 받는다는 것이 확인되었기 때문이다.
먼저 용융아연도금을 실시하는 단계는 상술한 바와 같이 파상도 0.35㎛이하, 선영도지수인 DOI값이 90%이상인 냉연강판을 사용하여 용융아연도금하는 단계로서, 아연폿(Pot) 설비를 이용하여 연속도금 방식으로 용융아연도금을 실시할 때 스트립(Strip)의 침적시간은 약 2초∼2.5초 정도로 하며, 아연욕 온도는 약 455∼465℃로 관리한다. 이는 용융아연도금시 침지시간과 아연욕의 온도는 Fe-Zn 합금층 생성정도 및 도금부착량과 밀접한 연관관계가 있음을 알게된 것인데, 위 침지시간 범위보다. 침지시간이 짧게되면 냉연강판 표면의 Fe가 Zn과 반응할 수 있는 시간이 짧아 합금층 생성이 미약하게 되고, 도금부착량이 작아지게 되어 내식성등 제품 품질이 떨어지며, 성형 가공시 도금층 박리 등으로 가공성이 저하된다. 또한, 침지시간이 길게되어 Fe-Zn 합금층이 과다하게 생성되면 도금부착량이 많아지게 되며, 이에 따른 과다한 합금층 생성으로 표면이 변색될 수가 있어 제품 품질의 저하를 가져오며, 아울러 아연소비량이 늘어나 생산원가의 상승 등 경제적인 문제가 발생될 수 있으므로 본 발명에서는 이 점에 착안하여 침지시간을 실험 ·연구끝에 적정침지시간을 찾아낸 것이다.
한편, 도금폿의 아연욕 온도도 중요한 인자로서 아연욕의 관리온도가 위 온도범위보다 온도가 낮으면 Fe-Zn 합금층의 미생성하게 되는 상기의 침지시간이 짧은 경우와 유사한 현상이 발생될 수 있으며, 반대로, 위 온도범위보다 아연욕 온도가 초과되면 합금층의 과다 생성 등 상기의 침지시간이 긴 경우와 유사한 현상이 발생될 수 있다. 도금공정에서 침지시간과 아연욕 온도는 도금강판의 품질에 서로 유사한 영향을 미치게 되나 하나의 인자에 편중되게 되면 작업성이 저하되거나 제품품질이 떨어질 수 있다. 이러한 용융아연도금 공정에서 상기의 도금공정 조건하에 아연부착량은 약 100∼125g/㎡으로 관리한다. 여기서 아연부착량을 한정한 것은 자동차 외판재로 사용하기 위해서 요구되는 내식성을 만족시키며, 아울러 생산공정에서 합금화열처리 및 조질압연후 고선영성을 가지기 위한 최적의 조건으로 도출되었기 때문이다.
다음은 에어 나이프(air knife) 상단(후지점) 약 55∼60cm에 설치된 가열설비 Fe-Zn 합금화열처리 단계이다. 이 단계는 본 발명의 중요한 단계로서 아연 도금된 스트립(Strip)을 약 515∼525℃의 온도로 가열하기 위하여 가열로는 통상 10℃ 정도 높은 530℃로 가열하게 되는데 이유는 대기 중에서 도금스트립이 자연공랭 되는 온도의 저하를 감안했기 때문이다. 상기 온도에서 아연도금 층은 냉연강판의 소지철인 Fe가 아연도금 층으로 확산되어 Fe-Zn 합금화가 이루어짐으로서 도금 부착성이 강화되어 가공성이 향상되며, 도금강판 표면이 고선영성을 유지할 수 있다. 도금스트립의 가열온도를 위와 같이 한정한 이유는 가열온도 515℃보다 낮을 경우 합금화 진행상태가 늦어지는 문제점이 있으며, 가열온도가 525℃보다 높을 경우 합금화 진행상태가 빨라져 합금층이 균일성을 가지지 못하고 불규칙하게 형성될 수 있어 도금강판의 표면상태에 악영향을 미칠 수 있다. 즉, 가열온도를 상술한 온도범위로 설정한 또 한가지 이유는 실험실적으로 여러 온도 범위에서 수 차례에 걸쳐 철이 아연층으로 확산되어져 나가는 속도와 형상을 측정 분석하여 적정한 온도구간을 도출해본 결과 상기 온도범위가 생산공정에 적합하고 제품의 파상도가 양호한 값을 나타낼 때의 온도범위임을 알게된 것이다. 즉 합금화 가열온도가 상기 온도범위의 상한치를 초과하여 너무 높으면 도금강판 표면의 아연이 산화되어 누른 색으로 변색될 수 있으며, Fe가 아연도금층으로 확산되어져 나오는 속도가 빨라져 합금화가 많이 진행된 결과 표면이 검게 변색이 될 수도 있다. 또한, 가열온도가 상기 온도범위 하한치보다 낮으면 철이 아연층으로 확산되어져 나오는 속도가 느려져서 합금화에 필요한 시간이 길게 되어 설비의 제약 및 작업성이 저하되게 된다. 상기 온도범위에서의 보열시간, 즉, 가열 유지시간은 약 9∼10초 정도가 필요하게 되는데 합금화에 필요한 최적 소요시간이다.
상술한 바의 합금화열처리 조건에 의하여 약 9∼11% 합금화도를 이루었고, 이러한 합금화도에서 도금강판의 표면상태가 가장 양호한 것으로 나타냈다. 물론, 상기 합금화도에 따라 순수 아연층 두께가 달라지게 된다.
상기 합금화열처리의 다음 단계는 상기와 같이 작업된 도금강판을 조질압연하는 단계로서 조질압연 로울을 임펄스(+)모드로 조도는 상부로울을 1.8㎛이하, 하부로울은 1.7㎛이하로 방전가공된 로울을 사용하며 소재 두께별로 다음과 같은 산술식에 의하여 계산된 압하력으로 조질압연한다. 이때의 연신율은 약 0.3∼0.4%이다. 이 조질압연시 다음의 산출식에 의하여 압하력을 결정하므로써 것은 도금층의 손실 방지 및 파상도를 제어할 수 있다.
압하력 = {두께(t)×(5∼7)×10톤}
여기에서 상기와 같이 제어된 압연로울을 사용하는 것은 수차에 걸친 생산공정실험에 의하여 확인된 것으로서 상술한 조건하에 상기 제어된 압하력으로 조질압연후 파상도(Wca) 0.35㎛ 이하 및 DOI값 90% 이상의 고선영 도금강판을 얻을 수 있었다.
실시예 1
냉연강판의 표면상태가 도금강판 표면에 영향을 미친다는 것이 확인됨에 따라 본 발명에서는 표 1과 같은 표면상태를 가진 고선영성의 냉연강판 제품을 사용하였다.
표 1
상기와 같은 고선영 냉연강판으로 용융아연도금후 합금화 열처리 및 조질압연을 실시한 도금강판의 표면상태는 아래의 표 2와 같이 나타났다.
표 2
본 발명은 상술한 바와 같이 파상도 Wca 0.5 이하, DOI값 90% 이하로 관리된 냉연강판을 사용하여 용융아연도금, 합금화 열처리실시 및 임펄스(+)모드로 상부로울을 1.8㎛ 이하, 하부로울 1.7㎛ 이하로 방전가공된 로울로 조질압연을 실시하므로써 파상도(Wca) 0.35㎛ 이하 및 DOI값 90% 이상의 고선영 합금화 아연도금강판으로 제조할 수 있게 된 것이다.
Claims (1)
- 냉간압연강판을 이용하여 도금 및 합금화 열처리하므로써 고선영합금화 용융아연도금강판을 제조하기 위한 방법에 있어서, 냉간압연로울중 후압연공정측 강판표면조도관리용 압연로울을 통상의 용량(Capacity)(-)모드 또는 임펄스(Impulse)(+)모드로 전기방전가공(EDT:Electro Discharge Texturing)하여 상부로울은 2.3㎛이하, 하부 로울은 2.2㎛이하의 조도로 가공관리된 압연로울로 냉간압연하여 제조된 냉연강판중 표면상태가 파상도 0.5㎛이하, 선영도지수(DOI)값이 90%이상인 냉연강판을 사용하여 455℃∼465℃의 도금폿(Pot)에서 2초∼2.5초 정도 침지하여 용융아연도금하는 단계와, 도금 후 515∼525℃의 온도에서 9∼10초간 합금화 열처리하는 단계 및 상기 임펄스(Impulse)(+)모드로 상부로울 1.8㎛ 이하, 하부로울 1.7㎛ 이하로 방전가공된 로울로 조질압연하는 단계와로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고선영 합금화 용융아연도금(GA)강판 제조방법.
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