KR100441807B1 - 산화성합금원소를함유하는강판의아연도금방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 0.005 - 1 % 의 암모니아를 함유하는 비산화성 어닐링 분위기 하에서 강판을 어닐링하고, 상기 판을 아연도금욕에 열침지시키는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 산화성 합금 원소로서 0.2 % 초과량의 규소를 함유하는 강에 특히 적합하다. 아연도금욕에서의 강의 습윤성은, 원래의 기계적 및/또는 전기적 특성을 유지하면서 증가된다.

Description

산화성 합금 원소를 함유하는 강판의 아연도금 방법 {METHOD FOR GALVANISING A STEEL SHEET CONTAINING OXIDISABLE ALLOYING ELEMENTS}

본 발명은 산화성 합금 원소, 특히 규소를 함유하는 강판의 아연도금 (galvanizing) 방법에 관한 것이다.

특히 전기 분야와 같은 강판의 일부 응용 분야 또는 기계적 강도가 높은 강을 필요로 하는 응용 분야에서, 산화성 합금 원소, 특히 규소를 함유하는 여러 등급의 강이 사용된다.

이러한 용도에서는, 때로 높은 내부식성이 요구된다.

그러나, 지금까지는 아연도금에 의해 충분한 내부식성을 획득하는 것이 어렵다는 것이 판명되었다.

이 어려움은 상기 강판들의 아연도금욕 (galvanizing bath)에서의 습윤성이 불량하다는 사실에 기인하며, 이것은 강판이 함유하고 있는 산화성 합금 원소 (특히 규소의 경우) 와 관련이 있다. 이러한 습윤성의 불량은 피복의 질, 특히 피복의 균일성을 손상시킨다.

일례로서, 규소강의 경우, 습윤성 문제는 규소 함량이 약 0.2% 에 도달하자마자 발생하며, 때로는 이 함량 미만에서도 발생한다.

따라서 저함량의 산화성 합금 원소를 갖는 강은 통상적인 방법을 사용하여아연도금될 수 있다. 공지된 방법에서, 피복될 강판은 피복을 위해 아연도금욕에 열침지 (hot-dip)되기 전에, 세정 처리에 이어 비산화성 또는 환원성 분위기 중에서 어닐링 처리됨으로써 제조된다.

그러므로 아연도금과 관련된 문제는, 높은 내부식성 및 높은 기계적 강도 모두 또는 특수한 전기적 특성을 갖는 아연도금 강을 수득할 목적으로, 합금 원소의 함량이 높은 강을 사용할 필요가 있을 때 발생한다.

그러나 이러한 고농도의 산화성 합금 원소, 예컨대 0.3% 내지 3% 의 규소를 갖는 상기의 강에 대해서는, 강판을 아연도금욕에 열침지시키기 전에 추가적인 처리를 하는 아연도금 방법이 공지되어 있다. 예컨대 문헌 JP 51 40711 에는, 판을 질화철 (FeN)의 초박 복합층 (very thin composite layer)으로 피복하기 위해 처리용액 중에 침지시키는 것으로 이루어진 전기화학적 유형의 추가적인 처리 공정이 기술되어 있다.

1 g/㎡ 을 초과하는 두께를 갖는 상기 복합층은 3% 이하의 규소를 함유하는 강판에 적용될 수 있으며, 실질적으로 아연도금욕 내에서의 판의 습윤성을 향상시킨다.

그러나, 상기 문헌에 제시된 용액은 아연도금판의 제조 방법에서 추가 단계를 필요로 하는데, 이것은 경제적인 관점에서 부정적인 영향을 준다.

더구나, 판/아연도금층 계면에서의 과도하게 높은 강의 질화 (nitriding) 및/또는 1 g/㎡ 을 초과하는 계면에 해당하는 질화철 층의 과도한 두께는 강의 기계적 또는 전기적 성질의 악화를 초래할 수 있다.

현재, 이미 지적한 바와 같이, 정확하게는 산화성 합금 원소, 특히 규소를 함유하는 강은 그의 특성 기계적 및/또는 전기적 성질 때문에 사용되고 있다.

본 발명의 목적은 상기 강의 기계적 및/또는 전기적 성질을 손상시키지 않으면서 경제적이고 효과적인, 고함량의 산화성 합금 원소, 특히 규소를 갖는 강판의 아연도금 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 주제는 산화성 합금 원소, 특히 규소를 함유하는 강판을 비산화성 어닐링 분위기 중에서 어닐링한 다음 아연도금욕에 열침지시키는 것으로 이루어진 강판의 아연도금 방법이며,

여기에서 상기 어닐링 분위기는 0.005% 내지 1% 의 암모니아를 함유하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명은 균일한 아연도금 피복이 수득될 수 있게 하는 아연도금욕 내에서의 강판의 습윤성을 저해할 정도의 비율로 산화성 합금 원소를 함유하는 강판에 적용된다.

본 발명은 특히 0.2% 초과량의 규소를 함유하는 강판에 적용된다.

본 발명은 또한 하기의 특성을 하나 이상 가질 수 있다:

- 상기 어닐링 분위기는 0.02% 내지 0.5% 의 암모니아를 함유한다;

- 상기 분위기 중에서의 상기 판의 체류 시간은 3 분 이하이다.

본 발명의 주제는 또한 조절된 분위기 중에서 판을 어닐링하고, 어닐링된 판을 아연도금욕에 열침지시키는 아래의 수단으로 공급하는 수단, 및 상기 분위기를 조절하는 수단을 포함하는 유형의, 본 발명에 의한 방법을 수행하기 위한 판-아연도금 장치이며,

여기에서 분위기-조절 수단은, 판이 어닐링 수단으로 유입되는 지점 근처에서 암모니아를 도입하고, 거기에서 암모니아의 농도를 0.005 내지 1% 로 유지하도록 고안된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 주제는 또한 본 발명에 의한 방법으로 아연도금되며, 강과 아연도금층 사이에, 고용된 질소를 함유하는 중간층을 갖는 유형의, 산화성 합금 원소, 특히 규소를 함유하는 강판이며,

여기에서 상기 중간층의 두께는 계면 표면 1 평방미터 당 1 그램 미만인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한, 추가적인 특징으로, 상기 강 내의 합금 원소로서 0.2% 이상의 규소 함량을 갖는다.

본 발명은 하기에서 비제한적인 예로 주어지는 명세서를 읽으면 좀 더 명확히 이해될 것이다.

사용되는 아연도금 플랜트 (plant)는, 조절된 분위기 중에서 판을 어닐링하고, 어닐링된 판을 아연도금욕에 열침지시키는 아래의 수단으로 공급하는 수단, 및 상기 분위기를 조절하는 수단을 포함한다.

어닐링 수단은 상이한 온도에 상응하는 몇몇 구획, 특히 판이 아연도금욕로 들어가기 전의 냉각 구획 등으로 구분되어질 수 있다.

이 냉각 구획의 분위기는 아연도금욕 표면 위의 분위기와 상호 교통할 수 있다.

분위기는 이들 구획 각각에서 조절된다.

판 어닐링 수단, 판 열침지 수단 및 분위기-조절 수단은 그 자체로서 공지되어 있다.

공지된 방법에서 분위기-조절 수단은 암모니아를 어닐링 구획으로 도입하고, 어닐링 분위기 중의 암모니아 양을 0.005 내지 1% 로 조절하도록 고안되어 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 암모니아는 판이 어닐링 수단으로 들어가는 지점 근처에서 어닐링 분위기로 도입된다.

아연도금 장치에 대한 이러한 특별한 배치는, 어닐링 분위기에 기체를 공급하는 통상적인 설계 (즉, 특히 질소 및 수소의 공급시, 기체는 기본적으로 판이 어닐링 수단을 떠나는 지점에서, 어닐링 수단 내에서 판에 역류로서 흐르는 방식으로 도입됨)와는 정반대이다.

이제 본 발명에 의한 아연도금 방법을 기술하겠다.

본 발명에 의한 방법은 산화성 합금 원소를 함유하는 강판에 적용할 수 있다.

본 발명에 의한 방법은 특히 0.2% 초과량의 규소를 함유하는 규소강판에 적용할 수 있다.

규소강판을 아연도금하기 위해, 상기의 플랜트에서 하기와 같이 공정을 수행한다:

아연도금될 규소강판을 공지의 방법에 의해, 예컨대 피복될 표면의 탈지(脫脂)를 위해 나판(bare sheet)을 불꽃에 통과시킴으로써 세정한다.

그 다음 이 판을, 어닐링 분위기의 조성, 온도 및 시간 조건하에서, 특히 목적하는 강의 재결정 및, 필요할 경우 세정 후 판 표면에 존재하는 모든 철 산화물을 환원시키기 위한 공지의 방법에 따라 설계된, 플랜트 중의 어닐링 수단에서 어닐링한다.

본 발명에 의하면, 어닐링 분위기의 조성에 관한 상기 조건 외에, 0.005% 내지 1% 이어야 하는 상기 분위기 중의 암모니아 함량과 관련된 조건이 있으며, 이것은 상기의 분위기-조절 수단에 의해 달성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 암모니아 함량은 0.02% 내지 0.5% 에서 유지된다.

어닐링 시간, 즉 판이 어닐링 수단을 통과하는 시간은 바람직하게 3 분 미만이다.

어닐링 온도는 통상 500 ℃ 내지 900 ℃ 이다.

또한 상기 어닐링 조건은, 필요할 경우, 판을 아연도금욕에 열침지시키기 전에, 냉각을 목적으로 제공되는 어닐링 수단의 한 영역에서의 냉각 단계를 포함할 수 있다.

암모니아 함유 분위기 중에서 경우에 따라 판-냉각 단계를 포함하는 판의 어닐링 공정을 수행한 후, 어닐링된 판을 실제로 아연도금하는 공정을 공지의 방법으로 수행한다.

이렇게 해서, 예컨대 판을 아연도금욕에 열침지시키고, 아연도금욕로부터 판을 제거하고, 소정 두께의 아연도금 피복을 수득하기 위해, 판상에 비말동반된 아연도금 용액층을 흘려내 버리고, 판을 냉각시킨다.

따라서 본 발명에 의하면, 어닐링 분위기 중의 암모니아 함량은 매우 낮아서 1% 미만을 유지함에도 불구하고, 산화성 합금 원소, 특히 규소를 0.2% 초과량으로 함유하는 강에 대하여 아연도금욕에서의 판의 습윤성을 향상시키는 예상된 효과가 얻어진다.

이 효과는 통상적인 아연도금판 제조 방법에 한 단계도 추가시키지 않고, 사용된 강의 기계적 및/또는 전기적 성질을 손상시키지 않으면서 얻어진다.

놀랍게도, 이 효과는 어닐링 시간, 즉 판이 암모니아에 노출되는 시간이 3 분 이하임에도 불구하고, 매우 낮은 암모니아 농도로도 얻어진다.

본 발명에 의한 방법으로 수득된 판은, 어닐링 후 강판의 표면상에 또는 강/아연도금층 계면에, 고용된 질소를 함유하는 강 및/또는 질화물로 이루어진 중간층을 갖는다.

바람직하게, 이 중간층은 1 g/㎡ 미만의 두께를 갖는다.

이 작은 중간층의 두께는 강의 기계적 및 전기적 성질을 유지하는 역할을 한다.

본 발명에 의해, 규소강 아연도금판의 표면 외관 및 내부식성을 향상시킴과 동시에 초기의 기계적 및/또는 전기적 성질을 유지하는 것이 가능하게 되었다.

본 발명에 의한 상기의 바람직한 구현예에 의해, 판이 어닐링 수단으로 들어가는 지점 근처에서 암모니아를 어닐링 분위기로 도입하는 아연도금 장치를 사용할 때, 강의 습윤성은 더욱 향상된다.

유리하게는, 본 발명은 또한 규소 이외의 산화성 합금 원소, 특히 티타늄,망간, 크롬 및 알루미늄을 갖는 강에도 적용된다.

하기의 예는 본 발명을 설명하는 것이다.

비교예 1

이 예의 목적은 본 발명이 해결하고자 하는 문제를 예증하는 것이다.

아연도금될 표본은 규소 0.3% 를 함유하는 강판이다.

아연도금 방법에서, 상기 표본은 15% 의 수소를 함유하는 환원 분위기 (나머지는 불가피한 불순물을 갖는 질소이다) 중에서 어닐링된다.

아연도금 방법에 대한 다른 조건들은, 약 140 g/㎡ 의 아연 피복을 수득하기 위한 공지의 방법에서 확립된다.

이 비교예의 결론은, 아연도금욕에서의 표본의 습윤성에 문제가 있다는 것이다. 이것은 접착 및 피복의 균일성, 나아가서는 그것이 제공하는 내부식성에 유해하다.

실시예 1

이 예의 목적은 본 발명에 의한 아연도금 방법을 예증하는 것이다.

본 발명에 의한 어닐링 분위기는 0.03% 의 암모니아를 함유한다는 차이점을 제외하고는, 비교예 1 에서와 동일한 종류의 표본에 대해 비교예 1 에서와 동일한 공정을 수행한다.

아연도금욕에서의 표본의 습윤성에 대한 문제는 관찰되지 않으며, 이를 통해 표본의 효과적인 부식 보호를 제공하는 아연 피복이 형성된다.

따라서, 어닐링 분위기 중의 초저농도의 암모니아는 비교예 1 에서 직면한 습윤성 문제를 해결하여, 아연도금된 판의 제조 공정에 추가적인 단계를 더할 필요가 없다.

실시예 2

이 예의 목적은, 본 발명에 따라 아연도금 전의 어닐링 분위기 중에 존재하는 저농도의 암모니아는 규소강 (종종 '고강도 ("HS", "High Strength") 강' 이라 불림) 판의 기계적 성질을 실질적으로 변형시키지 않는다는 것을 예증하는 것이다.

암모니아 함량만 다른 분위기 중에서 어닐링한 후, 아연도금된 강판 표본의 기계적 성질을 측정한다.

암모니아 함량 ("NH₃함량") 을 제외하고는, 아연도금 조건은 실시예 1 과 동일하다.

사용된 강의 등급은 0.2 내지 0.3% 의 규소를 함유하고 있는, SOLLAC 사에서 "SOLDUR 490" 이라 불리는 강에 해당한다.

실시예 1 에서처럼, 습윤성 문제는 관찰되지 않았다 (적어도 어닐링 분위기가 초저함량으로라도 암모니아를 함유하는 경우).

기계적 성질을 평가하기 위해, 0.2% 내력 (R_p0.2) 및 장력 (R_m) 을 통상적인 방법으로 측정한다. 측정 단위는 메가파스칼 (MPa) 이다.

얻어진 결과는 하기의 표에 주어진다.

따라서, 본 발명에 의해 어닐링 분위기 중의 암모니아 함량이 1% 이하를 유지하는 한, 감지할 수 있을 정도의 기계적 성질의 변화는 관찰되지 않는다.

어닐링 분위기 중의 암모니아 함량이 1% 를 초과하자마자, 즉 종래 기술에서 이미 기술된 어떤 조건이든지 적용되는 상황이 되자마자, 실질적인 기계적 성질의 악화가 관찰된다.

비교예 2

이 예의 목적은, 문헌 GB 1,396,419 에서처럼, 본 발명에서보다 높은 농도의 암모니아를 함유하는 분위기 중에서 강을 어닐링시키는 강판 아연도금 방법의 적용과 관련된 단점을 예증하는 것이다.

이 예의 또다른 목적은, 본 발명에서처럼 저농도의 암모니아를 함유하는 분위기 중에서 강을 어닐링시키는 아연도금 방법을, 고농도의 산화성 합금 원소를 함유하는 강이 아닌 다른 강에 적용하는 것과 관련된 단점을 예증하는 것이다.

공정은 실시예 2 에서처럼 수행되나, 250 ppm 미만의 규소를 함유하는 "IF Ti" (즉, "Interstitial Free" (다시 말해서 침입 원소가 없는)) 라 불리는 강 표본상에서 수행된다. "IF Ti" 강은 액체 강을 제조하는 동안 공지의 방법으로 티타늄을 도입함으로써 수득되는데, 여기에서 티타늄은 강이 함유하고 있는 탄소를 석출시켜 탄소가 침입 위치(interstitial site)를 차지하는 것을 막는 역할을 한다.

수득된 기계적 결과는 하기의 표에 주어진다.

따라서, 암모니아 중에서의 어닐링은 강판의 기계적 성질을 상당히 변화시킨다는 것을 볼 수 있다.

이 결과는 아연도금 분야의 당업자들이, 특히 기계적 성질을 제어하고자 하는 (그리고 기계적 성질의 초기 수준을 유지하고자 하는) 강의 아연도금을 위해, 암모니아 중에서 어닐링 작업을 하는 것을 단념시키기에 충분하다.

상기 문헌 GB 1,396,419 에는 고농도의 암모니아 (〉15%) 를 함유하는 환원 분위기 중에서의 어닐링 처리를 포함하는 강선의 질화 방법이 기술되어 있다. 이것은 피복될 표면을 질화시키는 효과를 갖는다.

상기의 특별한 아연도금 방법은 강선 (판에는 적용되지 않음) 및 '발포 강' (effervescent steels) 이라 불리는 강에 적용된다. 발포 강은 산화성 합금 원소를 함유하지 않는 "비-킬드" (non-killed) 강이므로, 따라서 아연도금욕에서의 습윤성 문제를 유발하지 않는다.

상기 문헌에서, 아연도금 전에 강 표면을 질화시키는 것이 목적하는 효과는, 특히 강선에서 중대한 문제인 아연도금된 피복의 접착을 개선시키는 것이다.

따라서, 상기 문헌에 기술된 방법, 즉 고농도의 암모니아를 어닐링 분위기 중으로 도입하는 것은, 본 발명의 분야에서의 강이 아닌 다른 강에 적용되며, 이러한 종류의 강에서는 습윤성은 더이상 문제를 유발하지 않으므로, 습윤성과 관련된 특별한 결과는 없다.

더욱이, 산화성 합금 원소를 함유하지 않는 강, 예컨대 IFS 강 (IFS = "Interstitial Free Steel") 에 상기 문헌에 기술된 방법을 적용하는 것은, 상기 표의 결과에 보여진 대로 (NH₃함량 : 2, 5 및 10%), 기계적 성질을 저하시키는 단점을 갖는다.

이러한 이유로 아연도금 분야의 당업자들은, 기계적 성질의 저하를 염려하여, 고강도 강의 습윤성 문제를 해결하기 위해 이러한 질화 방법을 적용하는 것을 단념할 것이다.

특히 본 발명에 의한 저함량의 암모니아 (NH₃함량 : 0.5 및 1%) 로 얻어진 결과로부터 알 수 있듯이, 기계적 성질의 변화에 대한 비교예 2 의 결론은 본 발명에 의한 실시예 2 의 결론과는 정반대이다. 즉, 저농도의 암모니아를 포함하는 비교예 2 의 경우에서는 실질적인 기계적 성질의 저하가 일어나지만, 저농도의 암모니아에 대한 실시예 2 의 경우에서는 그 성질이 잘 유지된다.

Claims (6)

1. 비산화성 어닐링 분위기 중에서 강판을 어닐링한 다음, 이 강판을 아연도금욕에 열침지시키는 것으로 이루어진, 산화성 합금 원소, 특히 규소를 함유하는 강판의 아연도금(galvanizing) 방법에 있어서,

   상기 어닐링 분위기는 0.005% 내지 1% 의 암모니아를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 어닐링 분위기는 0.02% 내지 0.5% 의 암모니아를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 강판이 상기 분위기 중에서 체류하는 시간은 3 분 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 조절된 분위기 중에서 판을 어닐링하고, 어닐링된 판을 아연도금욕에 열침지시키는 아래의 수단으로 공급하는 수단, 및 상기 분위기를 조절하는 수단을 포함하는 유형의, 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법을 수행하는 판-아연도금 장치에 있어서,

   상기 분위기-조절 수단은, 암모니아를 상기 분위기에 도입하여, 분위기 내에서 0.005 내지 1 %의 농도를 유지하도록 되어 있고, 상기 암모니아는 상기 판이 어닐링 수단으로 들어가는 지점 근처에서 상기 분위기로 도입되는 것을 특징으로 하는 판-아연도금 장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법으로 아연도금되고, 강과 아연도금층 사이에 고용된 질소를 함유하는 중간층을 갖는, 산화성 합금 원소, 특히 규소를 함유하는 강판에 있어서,

   상기 중간층의 두께는 계면 표면 1 평방미터 당 1 그램 미만인 것을 특징으로 하는 강판.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 강에서 상기 산화성 합금 원소는 0.2% 이상의 농도의 규소를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판.