KR100428019B1 - 표면품질이 우수한 전기아연도금강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 황화물 도금욕에서의 표면처리로 표면품질이 우수하며 경도가 높은 전기아연도금강판의 제조방법에 관한 것으로, 도금층의 구조를 제어하여 원하는 목적을 달성하도록 한 것으로, 그 수단으로서는 첫째는 탈지 후 산세 단계에서 염산농도를 제어함으로써 도금 소재의 표면 형상을 제어하고, 둘째는 도금욕의 온도, pH, 전류밀도 인가조건 등을 변화시키므로써 도금층의 결정구조를 제어함과 동시에 높은 경도를 갖는 전기아연도금강판을 제조할 수 있도록 한 것이다.

Description

표면품질이 우수한 전기아연도금강판의 제조방법{Manufacturing process of highly qualified, surface-treated zinc electroplated steel sheet}

본 발명은 황화물 도금욕에서의 표면처리로 표면품질이 우수한 전기아연도금강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소재의 표면 상태를 변화시켜 주기 위해 탈지 후 산세용액 및 농도와 전해셀에서의 인가전류밀도 범위, 도금욕 조건 등에 따른 제조방법에 관한 것이다.

전기아연도금강판은 연속라인에서 대량생산이 가능하며 아연의 희생방식 효과에 의해 소지철을 보호하여 부식을 억제시켜 주기 때문에 가전제품, 건자재, 자동차 등의 소재로서 널리 사용되고 있다. 특히 크로메이트 처리, 인산염 처리, 기능성 수지 처리가 가능하여 다양한 제품으로 많은 분야에 적용되고 있다.

그러나 실제 현장에서 주조, 압연, 냉연, 소둔, 전기도금 공정 등 여러 공정들을 거쳐 제품이 만들어지며 앞 공정들에서 소재 결함이 유발되면 이러한 결함이아연 전기도금에 의해 사라지지 않고 도금층에 그대로 전사되어 아연도금강판의 결함을 유발시킨다. 또한 소재로부터 유래된 아연도금강판의 결함은 후처리 공정들에 의하여 없어지지 않고 보다 현저해지는 경향이 있다. 따라서 소재의 결함을 은폐시킬 수 있는 도금조건 및 방법이 매우 중요하다. 또한 아연 자체가 매우 연하기 때문에 아연 도금층의 연질화 문제가 수요가로부터 불만사항으로 제기되고 있어 아연 도금층의 경도 향상을 위해서 아연도금층의 구조를 변화시켜주어야만 한다.

종래의 기술은 주로 도금액에 첨가제를 사용하여 결정립을 미세화시켜 이러한 목적을 달성하고자 하였다. 그러나 결정립 미세화제인 첨가제를 첨가하게 되면 도금층에 흡착되어 전기아연도금 강판의 백색도를 저하시키는 문제점이 발생하였다. 따라서 도금셀에서 초기 도금셀과 후반부 도금셀의 도금액을 따로 관리하는 기술이 제안되기도 하였다. 그러나 이러한 방법들은 설비개조에 비용이 들어가는데다 첨가제를 사용시 통상 부가적으로 새로운 문제들이 야기되어 왔다.

이에 본 발명자는 첨가제를 사용하거나 도금액을 따로 관리하지 않고도 탈지후 산세용액의 조건을 달리하여 소재 표면의 형상을 제어하고, 아울러 도금조건을 통해 도금층의 결정구조를 제어함으로써 상기와 같은 소재 결함에 의한 전기아연도금강판의 결함방지 및 도금층의 경도를 증가시킬 수 있도록 한 것이다.

본 발명에서는 상술한 소재결함성 전기아연도금강판의 도금층 불량 등의 결함을 방지함과 동시에 도금층의 경도를 증가시켜서 우수한 표면특성을 갖는 전기아연도금강판을 생산하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 탈지후 산세단계에서 고농도 (5% 이상)의 염산용액을 사용하여 표면에 미소조도를 형성함으로써 소재의 특성이 반영되지 않는 미세한 도금층을 얻어 우수한 표면특성 및 높은 경도를 갖는 전기아연도금강판을 제조하는 것을 그 특징으로 한다. 또한 이러한 효과를 극대화하기 위하여 도금셀에서 초기 전해셀 들에 높은 전류밀도가 인가되도록 하여 우수한 표면특성 및 높은 경도를 갖는 전기아연도금강판을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

제 1 도는 산세조건에 따른 표면형상 및 도금층의 결정구조를 나타낸 사진

제 2 도는 산세조건에 따른 아연도금층의 결정성 변화도

본 발명은 황화물 도금욕에서 전기아연도금을 행하는데 있어 표면을 양호하게 처리하고 도금층의 경도를 증가시키기 위한 전처리 공정 및 도금공정 등에서의 도금방법으로 제조되는 전기아연도금강판의 제조방법에 관한 것으로, 그 결과 표면 품질이 향상되도록 한 것이다. 이하 본 발명을 상세히 서술한다.

일반적으로 전기아연도금층은 도금소재의 결정학적 방위에 많은 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 즉, 소재에 미세구조적 결함이 존재할 때에는 이러한 특성들이 도금층에 그대로 전사되어 전기아연도금강판에 결함을 유발시키며 이러한 결함들은 인산염처리, 크로메이트처리, 내지문 처리와 같은 후처리 공정처리에 의해 사라지지 않고 보다 현저해지는 경향이 있다. 이러한 결함 유발로 인해 생산성과 수익성이 나빠지게 된다.

따라서 본 발명에서는 크게 두 가지로 도금층의 구조를 제어하고자 하였다. 하나는 도금소재의 표면형상을 제어하고자 한 것이고, 두 번째로는 도금층의 구조자체를 제어하고자 한 것이다. 즉 도금소재와 도금층의 구조 및 형상을 동시에 제어함으로써 효과적으로 도금층의 결함을 감소시킬 수 있게 한 것이다.

먼저, 산세용액으로 황산용액이 아닌 염산용액을 사용하였다. 황화물 도금액을 사용하기 때문에 황산용액에서 산세할 수 있으나, 표면에칭 효과를 극대화하기 위하여 에칭력이 보다 강한 염산용액을 선택하였으며 통상적으로 사용해 오던 기존의 5-7% 염산용액보다 농도를 증가시켰다. 기존의 염산농도에서는 산세 후 표면이 매우 부드러운 형상을 보이나 10% 이상의 염산농도 사용 시 염산 농도가 증가함에 따라 표면에 미소조도(micro-roughness)가 형성된다.

제 1 도에서와 같이 부드러운 표면형상을 갖는 표면에서의 아연 도금층은 결정성이 잘 발달한 에피택시(epitaxy) 결정면들을 보였다.

그러나 10% 이상의 염산 용액에서 산세하여 표면에 미소조도가 형성된 시편들에서는 에피택시(epitaxy) 결정면들이 사라지고 입상의 미세한 아연도금층들이 형성되었다. 즉 도금소재의 표면특성을 산세조건을 통해 변화시켜 줌으로써 아연 도금층의 구조와 형상을 바꾸어 줄 수 있었다. 각 염산 농도에 따른 도금층의 결정성은 제 2 도와 같이 염산 농도가 증가함에 따라 에피택시도(epitaxy degree)는 저하되어 아연도금 결정립의 방향성이 사라지면서 조직이 미세해지는 경향을 확인할 수 있다.

아연 도금층의 구조는 초기에 형성되는 결정의 특성에 많은 영향을 받는다. 도금소재 위에 초기에 형성되는 아연 결정들은 소재의 결정학적 특성이 반영되어 에피택시(epitaxy) 결정성장을 하며 도금 부착량이 증가함에 따라 이러한 결정면들의 방향이 각각 바뀌어 결정구조가 임의로(random) 성장을 한다.

도금층의 미세구조는 도금 부착량이 증가함에 따라 바뀌게 되기 때문에, 초기에 형성되는 아연 도금층의 결정구조를 임의로(random) 미세하게 만들어 주면 이러한 에피택시 결정면들의 형성을 억제함으로써 도금층의 결정학적 특성을 변화시켜 줄 수 있다. 초기에 미세하고 임의로(random) 결정들을 형성시켜 주기 위해서는 도금 과전압을 높여 줄 필요가 있다. 도금 과전압을 높여주기 위하여 도금욕, 즉 도금액은 온도를 낮추어 주고 도금액의 수소이온농도 pH를 상향조정하였다. 이때 도금액의 온도는 통상의 작업조건인 60-65℃에서 50∼60℃범위로 하향조정관리하도록하였으며, 도금액의 pH는 1.5∼1.7의 범위에서 1.8∼2.5 이상으로 증가시켜 줌으로써 이는 모두 아연 도금시 과전압이 크게 걸리게 하여 초기에 형성되는 아연 도금 결정립을 미세하고 임의로 성장할 수 있도록 해 주었다.

상기 작업조건상의 온도, pH의 조정범위는 각각 하한치 미만일 경우 도금액의 도금효율이 떨어지거나 과전압이 걸리기 어렵고, 상한치를 초과할 경우에는 도금액 증발손실, 지나친 과전압으로 표면품질이 오히려 열화되는 문제가 있다.

또한 전류밀도는 도금층의 결정구조에 많은 영향을 준다. 일반적으로 전기아연도금강판을 생산하는 연속전기도금라인의 경우 대량생산이 가능해야 하기 때문에 황산욕과 염산욕을 주로 사용하며 여러 개의 전해셀을 갖추고 있다. 황산욕 도금액은 염산욕에 비하여 전기전도도가 낮아 상대적으로 용액의 과전압이 크기 때문에 상대적으로 낮은 전류밀도에서 작업을 한다.

초기에 형성되는 전기아연 도금층의 결정구조가 매우 중요하기 때문에 초기에 도금이 이루어지는 전해셀에서의 인가 전류밀도의 크기는 매우 중요하다. 즉 초기 전해조(cell)에서 60A/d㎡ 이상의 전류밀도가 인가되도록 하여 초기에 형성되는 아연 결정립들의 크기를 미세하고 임의의 것으로 성장할 수 있도록 하였다. 목표 아연부착량인 20g/㎡ 중 5g/㎡까지는 높은 전류밀도를 인가해 주어야 하는데 이는 초기에 형성되는 미세한 결정들이 이후에 지속적으로 성장할 수 있도록 하기 위함이다.

실시예

두께 0.6∼0.8mm의 일반 저탄소 냉연강판을 사용하여 현장 실라인에서 표 1에서와 같이 여러조건으로 나누어 전기도금을 행하였다. 전기도금을 산세농도와 전해액 온도, 전해액 pH, 초기 셀의 전류밀도를 변화시켜 행한 것이다. 그 후, 연속소둔라인 (CAL)의 검사대에서 표면을 관찰하여 소재에서 발생하는 결함들의 수(냉연코일의 수)와 연속전기아연도금라인(EGL)에서 관찰되는 발생결함 빈도수(아연도금강판의 코일 수)의 변화를 통하여 본 발명상의 개선효과를 측정하였다.

여기에서, 본 발명예는 조건 3과 조건 4의 경우로서, 다른 비교예(조건 1, 조건 2, 조건 5)에 비하여 결함발생빈도가 현저히 낮은 것을 알 수 있다.

즉, 본 발명에 따라 기존의 작업 범위에서 전해액 온도를 낮추고 pH를 증가시킴에 따른 초기과전압형성으로 개선효과가 나타나기 시작하였으며 초기 전류밀도와 산세농도를 증가시킴에 따라 소재로부터 유래된 전기아연도금강판의 결함발생빈도가 급격히 저하된 것으로 보아 본 발명범위의 조건에서 작업시 결함발생빈도가 거의 100% 가까이 개선됨을 알 수 있다.

또한 생산제품의 표면외관을 색차계를 이용하여 백색도를 측정한 결과, 백색도는 전반적으로 85 이상의 높은 값을 보여 우수한 표면외관 특성을 보였다.

표 1. 각 조건 변화에 따른 현장 라인의 결함발생확률

이상과 같이 본 발명에 의하면, 소재로부터 기인되는 전기아연도금강판의 결함을 거의 100% 가까이 방지할 수 있으며 또한 미세한 아연 도금층을 얻을 수 있어 도금층의 경도를 증가시킬 수 있게 되었고, 따라서 소재로부터 유발되는 전기아연도금강판의 결함을 방지함으로써 생산성 향상과 불량감소에 따른 제조원가 절감으로 제품의 경쟁력을 더욱 향상시킬 수 있게 되었다. 또 다른 효과로는 도금층의 강도를 증가시킴으로써 품질을 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 황화물 도금욕에서 전기아연도금을 행하는 전기아연도금강판의 제조방법에 있어서, 10% 이상 20% 미만의 염산용액으로 산세하여 표면에 미소조도가 형성된 냉연강판의 전기도금공정에서 도금욕의 조업조건이, 온도 50~60℃, 도금액 pH 1.8~2.5 에서 과전압이 걸릴 경우 목표아연부착량중, 초기 5g/㎡ 로 전기도금될 때까지 초기 전해조에서 60A/d㎡ 이상의 전류밀도를 인가하여서 제조되는 것을 특징으로 하는 전기아연도금강판의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 도금욕에는 첨가제로서의 결정립미세화제를 첨가하지 않고도 제조가능하게 되는 것을 특징으로 하는 전기아연도금강판의 제조방법.