KR100543286B1 - 내식성이 향상된 용융아연도금강판의 제조방법 - Google Patents

내식성이 향상된 용융아연도금강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 우수한 내식성을 가진 용융아연도금강판 제조 방법에 관한 것으로서, 5wt%Al-7~10wt%Ti 및 잔부 아연 및 불순물로 구성된 아연합금계를 도금욕 성분계로 하고, 상기 성분계가 470~500℃로 유지되는 도금욕에 통상의 도금소재를 침적 유지하여 도금한다음 자연공냉하는 것을 특징으로 하는 내식성이 향상된 용융아연도금강판의 제조 방법을 요지로 한다.
용융아연, 도금강판, 내식성, 도금욕, 티타늄

Description

내식성이 향상된 용융아연도금강판의 제조방법{Manufacturing method of galvanized steel sheets with excellent corrosion resistance}
도 1은 도금강판의 종류에 따른 적청발생시간 변화를 나타낸 그래프.
도 2는 티타늄 함량에 따른 적청발생시간 변화를 나타낸 그래프.
본 발명은 우수한 내식성을 가진 용융아연도금강판 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아연도금욕에 합금원소 첨가에 의한 아연도금층 표면에 치밀하고 안정한 부식생성물 형성으로 용융아연도금강판의 내식성을 향상시키는 용융아연도금강판의 제조 방법에 관한 것이다.
용융아연도금강판은 비교적 저렴하면서 뛰어난 희생방식 작용을 가짐으로서 오래 전부터 효과적인 방청처리 강판으로 널리 사용되고 있다. 즉 아연이 소지철보다 낮은 전위를 가지고 있어서 양극으로 작용하기 때문에 갈바닉 전류는 아연 도금층에서 소지철로 흐르게 되며, 그 결과 소지철은 음극으로 보호된다.
그러나 아연은 대기부식에서 황오염 물질, 특히 이산화황의 량에 의해서 부식속도가 좌우되는 금속중의 하나이다. 최근 석탄, 석유 등의 화석연료 사용이 증가함에 따라 대기중의 황 배출량이 크게 증가하므로 아연의 희생방식성 저하에 의한 아연도금층의 부식(백청) 촉진으로 결국 소지철까지 부식(적청)이 발생됨에 따라 대기환경 중에서 보다 큰 부식저항성을 가지는 아연도금강판 개발이 절실히 요구되고 있다.
지금까지 용융아연 도금강판의 내식성을 개선시키는 데 사용하는 방법은 아연도금층의 두께를 증가시키는 방법과 도금욕에 다른 원소(합금원소)를 첨가하여 아연도금층 자체의 질을 개선하는 방법이 있었다.
그러나 아연도금 부착량을 증가시키는 방법은 소지철에 대한 아연 도금층의 보호작용을 향상시키지만 도금부착량을 증가시킬 수 있는 량은 한정되어 있으며, 필요 이상의 도금부착량 증대는 표면품질을 저해할 뿐만 이니라 경제적으로도 바람직하지 않다. 또한 두꺼운 도금강판은 가공할 경우 도금층에 균열이 발생되거나 벗겨져서 외관을 저해하게 되므로 이러한 아연도금 부착량을 증가시키는 방법은 사실상 바람직하지 않다.
도금욕에 다른 합금원소를 첨가하는 방법은 도금층을 얇게 하면서도 내식성을 향상시키는 가장 경제적인 방법이다. 지금까지 내식성 향상을 위해서 첨가되는 합금원소는 대부분 Al, Mg, Mn, Ti, Bi, Co, Cr 및 Cu 등이며, 단독 또는 복합적으로 첨가하고 있다.
또한 0.2∼17wt%Al, 0.03∼0.15wt%Mg, 잔부 아연 및 불순물로 구성된 합금아 연욕을 사용하는 미국특허 제 4,027,478호와 0.35∼3wt%Al, 0.15∼1wt%Mg, 잔부 아연 및 불순물로 구성된 합금아연욕을 사용하는 일본 특허공개공보 소 56-183653호의 경우처럼, 공표된 대부분의 공지기술은 알루미늄을 제외하고 내식성 향상을 위해서 첨가되는 합금원소의 량은 1wt%이하의 미량을 첨가하고 있으며, 이에 따른 내식성 향상은 기존의 용융아연 도금강판과 대비해서 2∼3배 정도 향상되는 것이 대부분이다. 따라서 고내식이 요구되는 분야에 사용하기 위해서는 도금후 도장처리 및 유기복합피막 등과 같은 추가적인 방청처리가 요구되므로 추가적인 비용증가가 초래된다.
본 발명의 요지는 5wt%Al-7~10wt%Ti 및 잔부 아연 및 불순물로 구성된 아연합금계를 도금욕 성분계로 하고, 이러한 성분계가 470~500℃로 유지되는 도금욕에 도금소재를 침적 유지하여 도금하여 자연냉각하는 내식성이 우수한 용융아연도금강판 제조 방법이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 5wt%Al-7~10wt%Ti 및 잔부 아연 및 불순물로 구성된 아연합금계를 도금욕 성분계로 하고, 상기 성분계가 470~500℃로 유지되는 도금욕에 통상의 도금소재를 침적 유지하여 도금한다음 자연공냉하는 것을 특징으로 하는 내식성이 향상된 용융아연도금강판의 제조 방법을 제 공한다.
다음은 본 발명의 내식성을 향상시키기 위해 도금욕에 첨가되는 합금원소의 성분 한정 이유를 설명한다.
용융아연도금에서 Al이 내식성 향상을 가져오는 것은 2상의 미세구조를 가져오는 것에 기인한다. 즉 용융아연도금에서 Al농도가 증가함에 따라 Zn-rich상보다 안정화된 부동태 피막의 부식생성물을 생성하는 Al-rich상의 형성을 촉진하기 때문에 도금층 전체적으로 부식이 저하되는 결과를 가져오게 된다.
또한 Al은 도금욕의 유동성 향상 효과가 있기 때문에 본 발명과 같이 다량의 Ti이 첨가되는 아연도금욕에서는 유동성 확보를 위해서 Al농도를 증가시킬 필요가 있다. 그러나 Al농도가 공정(Eutectic reaction)조성인 5wt%일 경우에는 융점이 낮아서 통상적인 융융아연도금과 같은 도금조건에서 제조가 가능하나, Al농도가 5wt%이상인 경우에는 활성인 Al과 소지철과의 우선적인 반응으로 인하여 도금층과 소지철과의 계면에서 두꺼운 Fe-Al계 합금층이 형성되어 가공성이 저하되므로 바람직하지 않다.
또한 Al농도가 5wt%이상에서는 도 1에서 알 수 있는 것과 같이 Al농도 증가 대비 내식성 증가 효과가 크지 않기 때문에 비경제적이다. 따라서 본 발명에서는 Al농도를 아연과의 공정조성인 5wt%로 한정한다.
용융아연도금에서의 Ti는 치밀하고 안정한 부동태 피막의 아연부식 생성물인 수산화 아연(Zn(OH)2) 및 염기성 염화아연(ZnCl2 4Zn(OH)2)의 형성을 촉진하고, 또 탈수에 의한 수산화 아연이 보호효과가 없고, 도금층과의 밀착성이 좋지 않아 도금층의 부식을 촉진하는 산화아연(ZnO)으로의 변화를 억제하기 때문에 내식성 향상을 가져오게 된다.
따라서 도금욕에 첨가되는 Ti량이 증가함에 따라 도금층 표면에 형성되는 치밀하고 안정한 부동태 피막의 부식생성물인 수산화 아연피막이 균일하고 두꺼워지므로, 도 2와 같이 적청발생시간이 도금욕의 Ti첨가량 증가에 비례하여 증가함을 볼 수 있다.
그러나 도금욕에 첨가되는 Ti량이 7wt%미만일 경우에는 내식성이 우수한 수산화 아연 피막이 불균일하고 얇게 형성되어 내식성 향상을 가져오지 못하게 된다. 또한 Ti첨가량이 10%를 초과하면, 드로스가 과다하게 발생하여 도금층 표면의 드로스 부착으로 표면외관 저하 및 젖음성 저하에 의한 미도금 발생으로 대기노출시에는 불균일한 수산화 아연피막의 형성으로 국부적인 내식성 저하를 가져오므로 바람직하지 않다. 따라서 본 발명에서의 도금욕에 첨가되는 Ti량은 7~10wt%으로 한정한다.
또한 상기와 같은 본 발명의 도금욕 성분계에서 도금한 합금계 용융아연도금강판 표면에 균일하고 치밀한 부식피막을 형성시키기 위해서는 도금욕의 유동성과 젖음성을 확보하여야 한다. 본 발명의 Zn-Al-Ti계 합금용융아연도금강판에서는 아연과의 고용도가 낮은 Ti이 다량으로 함유되기 때문에 상기에서 언급한 도금욕의 Al농도 증가 뿐만 아니라 강판침적온도(강판인입온도) 및 도금욕 온도를 적절히 관리하여야 한다.
즉 470℃미만의 도금욕 온도에서는 유동성 및 젖음성 저하로 인한 도금층 표면의 미도금 발생으로 국부적으로 내식성 저하를 초래한다. 또한 500℃보다 높은 도금욕 온도에서는 도금욕의 유동성 향상을 가져 올 수 있으나 도금층 내부에서의 잠열에 의해서 도금층 표면이 흘려내려 표면에 흐름무늬를 형성하기 때문에 표면외관을 저해할 뿐만 아니라 이러한 표면 불균일부에서의 부식생성물의 치밀도 및 두께차이로 내식성 저하를 가져오게 된다. 따라서 본 발명에서의 도금욕 온도는 유동성과 젖음성 확보가 가능하고, 이에 따라 균일하고 치밀한 부식생성물 형성이 가능한 470~500℃로 한정한다.
이하 본 발명의 실시예에 대해서 상세히 설명한다.
[실시예]
두께가 0.8mm인 일반저탄소강의 냉연강판을 가로 100mm, 세로 200mm로 절단하여 시험편으로 제작하였다. 이 시험편을 알칼리 용액에서 침적하여 탈지한 후 750℃의 소둔환원온도에서 열처리하였다. 이렇게 열처리된 도금소재를 표 1과 같은 도금욕 조성에서 도금욕 온도 450∼500℃로 3초간 침적하여 단면 도금부착량이 90g/㎡되게 도금한 후, 공기 중에서 자연냉각하여 용융아연도금강판을 제조하였다.
이와 같이 제조된 용융아연도금강판의 드로스 발생 유무를 육안으로 관찰하였으며, 내식성 평가는 염수분무시험법으로 하였다. 염수분무시험은 JIS Z2371 규 정에 따라 실시하였으며, 이때 내식성 평가는 소지철의 부식생성물인 적청이 5%발생할 시점까지 걸리는 시간으로 하였다.
내식성은 평가기준은 용융아연 도금강판의 나내식성이 2000시간 이상을 만족하는 경우로하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
도금욕 조성(wt%) 도금욕 온도 및 강판침적온도(℃) 단면도금 부착량 (g/㎡) 도금품질특성평가
알루미늄 (Al) 티타늄 (Ti) 기타원소 (Si,Ce,La) 드로스 발생정도 (○, ×) 염수분무 시험시간 (시간)
종례예 1 0.2 - - 450 98 ○ 210
종례예 2 5 - 0.5(Ce+La) 460 90 ○ 325
종례예 3 55 - 1.6Si 460 90 ○ 440
종례예 4 100 - - 680 90 ○ 710
비교예 5 5 0.2 - 480 90 ○ 550
비교예 6 5 0.5 - 480 90 ○ 765
비교예 7 5 1 - 480 90 ○ 1050
비교예 8 5 5 - 480 90 ○ 1850
발명예 9 5 7 - 480 90 ○ 2250
비교예 10 5 7 - ≤460 90 ○ 1360
비교예 11 5 7 - ≥510 90 × 1470
발명예 12 5 10 - 480 90 ○ 2500
비교예 13 5 12 - 480 90 × 2570
표 1에서 보듯이, 5wt%Al-7∼10wt%Ti-Zn계 합금도금욕 조성에서 470∼500℃의 도금욕 온도로 도금한 본 발명예(9, 12)는 드로스 및 흐름무늬 발생이 없이 도금층 표면에 치밀하고 안정된 부식생성물(부동태 피막인 수산화아연 피막)이 형성됨으로서 염수분무시험결과 적청발생시간이 2250∼2500시간을 나타내었다. 본 발명의 내식성이 종래의 용융아연도금강판(4) 및 Zn-Al계 용융아연도금강판(1∼3) 대비 4∼10배 이상 크게 향상되었다.
이에 반해 도금욕에 첨가되는 Ti의 함유량이 7wt%이하인 비교예(5~8)는 드로스 부착 및 미도금 발생에 의한 도금층 표면의 불균일한 부식생성물 형성으로 내식성을 충분히 확보하는 것이 불가능하였다.
특히 Ti첨가량이 10%를 초과하는 비교예(13)은 내식성이 우수한 것으로 나타나 있으나, 드로스가 과다하게 발생하여 도금층 표면의 드로스 부착으로 표면외관 저하 및 젖음성 저하에 의한 미도금 발생으로 대기노출시에는 불균일한 수산화 아연피막의 형성으로 국부적인 내식성 저하를 가져오게 된다.
또한 도금욕 온도가 본 발명의 기준인 470∼500℃을 벗어나는 비교예(10~11)는 유동성 저하, 드로스 부착으로 표면외관이 불량하고 도금층 표면의 부식생성물이 불균일하여 목표로 하는 내식성 확보가 불가능하였다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 도금욕에 Al과 Ti의 합금원소를 첨가하고 도금조건 조정으로 도금층 표면에 치밀하고 안정한 부동태 피막인 수산화아연 피막 형성에 의해서 용융아연도금강판의 내식성이 비약적으로 향상되었으며, 이로 인해 도금층 두께 감소 및 부가적인 도장처리가 필요하지 않으므로 환경오염방지 및 제조비용 절감이 가능하게 된다.

Claims (1)

  1. 5wt%Al-7~10wt%Ti 및 잔부 아연 및 불순물로 구성된 아연합금계를 도금욕 성분계로 하고, 상기 성분계가 470~500℃로 유지되는 도금욕에 통상의 도금소재를 침적 유지하여 도금한다음 자연공냉하는 것을 특징으로 하는 내식성이 향상된 용융아연도금강판의 제조 방법.
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