KR100568354B1 - 냉연조건 제어를 통한 전자파 차폐성이 우수한 고강도용융도금강판 제조방법 - Google Patents
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Abstract
냉연조건 제어를 통한 전자파 차폐성이 유수한 고강도 용융도금강판 제조방법이 제공된다.
본 발명은, 중량%로, C+N+S: 0.0150%이하, Mn:0.2~0.8%, Al:0.6%이하, Si:0.4%이하, Cu와 Sn중 선택된 1종이상의 합:0.1~0.6%, 잔부 철 및 불가피한 불순물을 포함하여 조성되는 강 슬라브를 열간압연하는 단계; 상기 열연강판을 44~70%의 압하율로 냉간압연한 후 소둔하는 단계; 상기 소둔처리된 강판을 용융도금한 후 0.2~1.0%의 압하율로 경압하하는 단계;를 포함하는 전자파 차폐성이 우수한 고강도 용융도금강판 제조방법에 관한 것이다.
전자파 차폐, 전자기장 차폐, 강판, 항복강도, 냉간압연, 용융도금
Description
본 발명은 건축자재등에 사용되는 전자파 차폐강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 그 강조성 및 냉간 열처리조건을 적절히 제어함으로써 차폐능이 25dB(93%이상 차폐) 이상이며, 동시에 항복강도가 22 Kg/㎟이상인 용융도금강판 제조방법에 관한 것이다.
최근, 전자파의 유해성이 알려지기 시작하면서 이를 차단하기 위한 방법과 재료들이 등장하고 있다. 전자파란 전자기장 성분을 가지는 파동(wave)을 말하는데, 인체에 악영향을 미치는 파를 유해파라 한다. 특히, 최근에 들어 자기적 성질을 갖는 낮은 주파수의 저주파의 인체에 대한 유해성이 부각되고 있고, 송전탑 주위의 자기장(60Hz)이 발암과의 상관성이 알려지면서 국내외적으로 큰 반향을 불러일으키고 있다.
전자파가 초래하는 발암등의 위해성 논의 이외에도, 자기적 성질을 갖는 저 주파 전자파에 인체가 장기간 노출되면 인체 내에 유도전류가 생성되어 세포막내에 존재하는 Na+, K+, Cl- 등의 각종 이온의 불균형을 초래하여, 호르몬 분비 및 면역 세포에 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 또한, 자기장은 인체의 수면과 관련 있는 멜라토닌의 분비량을 변화시켜 장기 노출시 불면증과 등과 관계된다는 연구 결과가 보고되고 있다.
그러나 상기와 같은 문제를 초래하는 전자파를 차폐하기 위해서는 설비적 차폐기술은 물론 재료적 차폐기술이 병행되어야 하는데, 설비적 차폐 구조에 관한 기술로는 차폐방(shield room)을 구성을 제시하고 있는 미국특허 등록 2001-6282848, 일본 특허공개 평7-32136등을 들 수 있다. 그리고 현재 전자파 차단재로서는 주로 동 (일본 특허 공개 2001-217589)등 전도성이 우수한 재료가 사용되고 있으나 이는 고주파(1 kHz 이상) 전자파에만 효과적이다.
한편, 최근 문제가 되는 일반 전원용 주파수(60Hz)에서의 전자파는 저주파로서 시간에 따라 변화하는 시변(time varing) 전기장 및 자기장 성분으로 구성된다. 따라서 시변 전기장과 시변자기장을 함께 고려한 차폐 기술이 요구되고 있다. 그러나 현재까지 시변 전자기장을 효과적으로 차폐하는 강판에 관한 실용화 기술이 개발되어 있지 못한 실정이다.
이와 관련된 기술로는 강판의 높은 투자율을 이용한 자기장 차폐 강판이 있을 수 있다. 그러나 종래에 제안된 기술들은 지구 자계와 같은 정자자계의 변화에 따른 TV와 모니터의 색변조를 막기 위한 정자계 차폐강판(일본 특허 공개 10-208670, 일본 특허 공개 평10-96067, 국제특허 PCT WO97/11204)으로서, 이는 정자계(static magnetic filed)하에서의 강판의 보자력, 투자율 등을 얻기 위한 것으로 이는 시변 자계에 대한 고려와 전기장에 대한 고려가 없어 전자파 차폐재와는 다소 거리가 있다.
또한, 최근의 전자파 차폐 요구에 따라 건축물의 자기장 차폐를 위한 구조용 강판으로서 규소 강판의 조성을 이용한 열연 후판 등이 제시되고 있다.(일본 특허 공개2001-107201,107202) 그러나 상기 강판들도 규소강판의 높은 정자계하의 투자율 만을 고려하였고, 전기장에 대한 기재가 없으며 냉연 강판이 아니라 열연 강판이므로 가공성, 도금성등에 대한 고려가 되지 않고 있다.
한편, 본 발명자들도 저주파에서 자기장 차폐능이 뛰어난 강재를 대한민국 특허출원 제1999-0052018호로 제시한 바 있다. 그러나 이 특허출원에 제시된 발명은 정자계 정자계(static magnetic filed)하에서 측정한 투자율과 전도도를 기준으로 얻은 예상 차폐능에 대한 것이므로 실제 차폐능과 차이가 있어 적용에 한계가 있었으며 시변자계 (time varing magnetic field) 하에서의 차폐평가가 필요하였다.
이에 따라, 주파수에 따른 강판의 자기장 차폐능을 실기 측정하는 기술(대한민국특허출원 번호2000-79907,80886)이 개발되어 현재 차폐재 실기 평가에 활용되고 있다.
여기에서, 강판의 차폐효율(shieldind efficiency)과 차폐효과(shield effect)는 통상 다음과 같은 방식으로 구해진다.
또는 차폐능을 표현하는 다른 단위인 데시벨(dB)로서 다음과 같이 차폐효과를 표현 할 수 있다.
즉, 차폐효율이 90%(1/10로 전자파감소)인 차폐재의 차폐능은 20dB에 해당되며 차폐효율 95%(1/20로 전자파 감소)인 차폐재의 차폐능은 약 26dB에 해당된다.
또한, 본 발명자들은 전자파 차폐능이 있는 냉연강판 표면에 원적외선 분말을 코팅하는 바이오 웨이브 강판을 대한민국 특허출원 제2000-81056호로 출원한 바 있다. 이 특허출원에서는, 시변자계 자기장에 대한 차폐능 향상, 즉 시변자계하에서 높은 투자율을 얻기 위해, 탄소함량이 0.02%이하이고 Si이 0.5-3.5% 포함된 고규소강판을 제시하고 있다.
그러나 일반 냉연강판에 있어서, 탄소함량이 0.02% 이하이면 강도가 부족하여 건자재 용도로 사용이 부적합하다. 즉, 탄소함량이 낮으면 강재조직의 입자크기가 조대해져서 자기장 차폐성은 우수해지지만, 강도는 하락하기 때문에 우수한 강도가 요구되는 소재로는 적용이 곤란한 것이다. 그리고 규소강판은 강도가 너무 높고 가공성이 매우 불량하여 가공성이 요구되는 건자재 및 가전용 판넬 소재로 적용하는데 많은 문제점을 안고 있다.
더욱이, 이러한 차폐강판을 건축 외장재등 부식성 환경하에서 사용하기 위해서는 내식성이 요구되며, 이에 따라 그 표면을 용융아연 도금처리할 것이 요구된다. 그러나 상기 실리콘등이 포함된 강판을 용융도금하면, 미도금등과 같은 도금결함이 발생하는 문제가 있다.
따라서 상기와 같은 전자파 차폐강판을 건축 외장재 등 부식성 환경이 강한 곳에 사용하기 위해서는 내식성이 있을 것이 요구되며, 이에 그 표면의 아연도금 부착량이 100g/mm2 이상인 용융아연 도금강판을 제조할 것이 요구되고 있다.
이에, 본 발명자들은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 연구와 실험을 거듭하였으며, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하는 것으로, 본 발명은 강조성 뿐만 아니라 냉간 열처리조건을 적절히 제어함으로써 전자파 차폐성이 우수한 고강도 용융도금강판 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
중량%로, C+N+S: 0.0150%이하, Mn:0.2~0.8%, Al:0.6%이하, Si:0.4%이하, Cu와 Sn중 선택된 1종이상의 합:0.1~0.6%, 잔부 철 및 불가피한 불순물을 포함하여 조성되는 강 슬라브를 열간압연하는 단계; 상기 열연강판을 44~70%의 압하율로 냉간압연한 후 소둔하는 단계; 상기 소둔처리된 강판을 용융도금한 후 0.2~1.0%의 압하율로 경압하하는 단계;를 포함하는 전자파 차폐성이 우수한 고강도 용융도금강판 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 강 성분 및 그 제한사유를 설명한다.
본 발명에서 전자파 차폐능은 N,C,S와 같은 침입형 원소 또는 석출물을 만드는 원소의 함량에 의하여 크게 좌우된다. 또한 탄소, 질소, 유황과 같은 원소는 강중에서 침입형 원소로 작용하여 함량이 증가함에 따라 내부의 스트레인(strain)이 증가하고 Fe3C, AlN, 등의 석출물을 생성하기 때문에 강도를 높일 수 있다.
그러나 이와 같은 스트레인(strain)의 증가와 석출물의 생성은 투자율과 전도도를 크게 저하시켜 전자기장 차폐 특성을 크게 저하시키므로 침입형 원소를 첨가하여 강도를 확보하면서 93% 이상의 높은 차폐능을 얻는다는 것은 매우 어렵다. 따라서 본 발명에서는 전자기장의 차폐특성에 치명적인 영향을 주는 C+N+S을 0.015중량% 이하로 제한된다.
전자기장 차폐능과 가공성 확보를 위해 보다 바람직하게는, C와 N의 함량을 각각 0.0030%이하, S를 0.009%이하로 제어하는 것이다.
상기와 같이 침입형 원소인 C,N등의 함량을 최소조건으로 하면 재료의 강도저하를 초래하므로 다른 원소를 첨가하여 고용강화에 따른 강도증가를 유도하여야 한다. 그러나 강도증가를 위하여 첨가하는 원소가 투자율이나 전도도를 너무 저하시키면 전자기장 차폐능을 저하시킬 수도 있으므로 그 첨가원소 및 첨가량을 제한할 것이 요구된다. 특히 첨가 원소는 용융 도금성을 크게 영향을 주므로 용융도금성에 의하여 최적 성분 및 첨가량을 제한할 것이 요구된다.
먼저, 본 발명의 강판은 Mn을 포함하는데, 이때 그 첨가량을 0.2~0.8%로 제한한다. Mn을 0.2%이상 첨가하면, 전반적으로 자기장 차폐능이 우수하고 연신율도 우수하며, 또한, 적당한 항복강도를 갖는 강판을 얻을 수 있다. 그러나 0.8%이상으로 첨가되면 용융도금시 도금결함이 발생할 수 있기 때문이다.
본 발명에서 Si은 그 첨가량을 증대함에 따라 강판의 강도를 효과적으로 증가시킬 수 있으나, 자기장 차폐능은 그 첨가량에 따라 다소 감소한다.
본 발명에서 이러한 Si 함량을 0.4%이하로 제한하는데, 이 한도를 초과하면 산화성이 용이한 Si가 냉연강판 표면에 SiO2 게재물을 많이 형성하여 도금부착성이 불량해지고 미도금으로 인해 도금불량이 발생할 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명에서는 Al의 첨가량을 0.6%이하로 제한하는데, 이는 함량을 초과하면 도금 밀착성이 떨어지면서 미도금 불량이 발생할 수 있기 때문이다.
한편, Cu와 Sn은 자기장 차폐능의 큰 저하없이 강판의 강도를 향상시키는 원소들로서, 본 발명에서는 이들을 복합하여 첨가할 수 있으며, 또한 단독으로도 첨가할 수 있다.
본 발명에서는 Cu와 Sn중 선택된 1종이상의 합을 0.1~0.6%범위로 제한한다. 왜냐하면 이들의 합이 0.1%미만이면 첨가에 따른 효과가 미약하거나 목표강도(항복강도 22kg/mm2이상)를 확보할 수 없으며, 0.6%를 초과하면 자기장 차폐능이 감소하고 용융도금성이 불량하기 때문이다.
그리고 이러한 Cu와 Sn은 Si,Al,Mn과 복합 첨가하는 것이 전자기장 차폐능, 강도면에서 유리하는데, 본 발명에서는 복합첨가시 용융도금특성을 고려하여 Cu+Sn+Al+Mn+Si 값을 1%이하로 제한함이 보다 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 강판 제조방법을 설명한다.
철(Fe)은 강자성체로서 그 제조방법에 따라 결정입도(grain size), 내부 변형(strain)등이 변화되기 때문에 시변자계(60Hz)하의 최대투자율과 전도도 또한 크 게 달라져 전자기장 차폐특성이 달라지게 된다.
특히, 냉간 압하율에 따라 결정입도를 변화시키거나 강판 제조후 경압연(skin pass)을 함에 따라 내부변형이 변화하게 되면, 시변자계(60Hz)하의 최대투자율 및 전도도가 변화됨과 아울러, 입자미세화 및 가공 경화와 같은 잘 알려진 강화기구로 인하여 기계적 특성도 달라지게 된다.
따라서 본 발명자들은 상술한 바와 같이, C,N,S,Si,Al,Mn,,Cu,Sn등의 성분원소를 제어하는 외에 냉간압연 조건으로 냉간압하율 ((열연두께-냉연두께)/ 열연두께*100 )과 skin pss 압하율(압하전 두께-압하후두께)/압하전두께*100)이 변화하면 차폐능, 강도등이 변화한다는 것을 알게 되었으며, 많은 실험을 통하여 다음과 같은 최적 냉간압연조건을 도출할 수 있었다.
즉, 상기와 같이 조성된 강판은 통상의 조건으로 열간압연을 거친후 냉간 압연되는데, 이 과정에서 전자파 차폐능은 크게 변화한다. 다시 말하면, 전자파 차폐능은 결정입도에 따라 크게 좌우되는데 결정입도가 큰 소재는 입자내 자기 도메인(magnetic domain)의 이동이 자유로워져서 차폐능이 향상하게 된다.
냉간압연중 냉간 압하율이 낮으면 낮을수록 냉간압연후 열연조직이 깨지지 않고 변형된 상태로 유지되며, 이에 따라 소둔시 재결정이 일어나는 핵생성 Site의 수가 감소되어 소둔후 입자크기가 커질 수 있다. 그러나 연속냉간압연시 압하율이 작게 되면 형상제어가 어렵게 되어 형상이 불량하고 통판성이 불량하게 되며, 생산 속도가 감소되어 생산성이 열악해지는 단점이 있다. 이와 반대로 냉간압하율이 너 무 높으면 냉연 판의 결정립이 미세화되어 전자기장 차폐능을 해칠 수 있다.
따라서 이를 고려하여, 본 발명에서는 냉간압연시 압하율을 44~70%로 제한함이 바람직하다.
한편, 상기 냉간압연된 강판은 소둔과정을 거쳐 용융도금을 하게 되는데, 용융도금후 강판에 조도를 부여하거나 표면결함을 줄이기 위하여 경압연(skin pass)을 거칠 수 있다. 그러나 이 공정으로 강판 내부에 변형이 도입되면 시변 자계에 의한 투자율은 급격히 저하하고 이에 따라 자기장 차폐능 저하를 초래한다.
따라서 경압연은 가능한 최소한도로 하는 것이 좋으나, 이를 실시하지 않으면 제조공정상 판휨등의 결함을 제어할 수 없다. 따라서 판휨등의 결함이 발생시에는 최소한의 경압연, 즉 0.2% 연신이 불가피하나, 그 압하량이 1%를 초과할 경우에는 급격한 내부 스트레인(strain) 도입으로 전자기장 차폐능이 급격히 감소할 수 있다.
그러므로 경압연을 불가피하게 실시할 경우 경압연 압하량은 0.2~1.0%로 제어함이 바람직하다.
한편, 본 발명에서 이러한 경압연을 실시하면, 냉간 압하율 44~50%범위의 낮은 압하율에 기인한 판휨 결함을 효과적으로 해결할 수 있다. 즉, 경압연을 할 경우 최소 냉간 압하율이 50%에서 44%까지 확장시킬 수 있다.
즉, 본 발명에서는 냉간 압하율 50~70%에서는 판휨결함이 발생하지 않으므로 상술한 경압연 공정을 생략할 수 있다.
상술한 바와 같이, 강 조성성분 뿐만 아니라 그 냉연조건을 최적화함으로써 항복강도(YS)가 22kg/㎟이상이고, 60Hz에서 시변 전자계에 의한 전자기장 실기 차폐능이 두께 1 mm 기준하여 93%이상(25dB이상)인 용융도금강판 제조할 수 있는 것있다.
또한, 본 발명에서는 상기와 같이 용융도금된 강판에 색상을 부여하기 위하여, 그 표면에 유기수지 코팅을 행할 수도 있다.
즉, 본 발명에서는 강판에 색상안료를 포함하고 있는 폴리에틸렌등 유기 수지도장처리(소위 PCM 도장:Pre coted Metal)를 하여도 전자기장 차폐능, 기계적 성질이 그대로 유지되는데, 이는 유기수지 및 수지에 들어가는 안료는 비자성 물질로 25㎛정도의 극박 도장을 하기 때문에 차폐능에 변화를 주지 않은 것으로 생각된다.
또한, 본 발명에서는 상기 용융도금강판에 원적외선 방사기능을 부여하기 위해 그 표면에, 원적외선 방사효율이 0.9이상인 원적외선 방사분말을 함유한 두께 15~60㎛의 코팅층을 형성할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 원적외선 분말은 그 비표면적이 1m2/g이상이고, Mg(OH)2성분이 17~99%포함되어 이루어진 것을 이용하는 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
[실시예1]
중량%로, C:0.003%이하, N: 0.003%이하, S:0.008%, Mn:0.2%, Al:0.2%, Si:0.2%, Cu:0.2% 및 Sn:0.2%를 포함하여 조성된 강성분 30kg을 다수 진공용해하여 용해재를 얻었다.
이러한 용해재들를 1200℃로 재가열한후, 마무리압연온도 910℃, 권취온도 680℃를 적용하여 열간압연하여 1.8, 2.0, 3.0, 4.0mm두께의 열연강판을 각각 제조하였으며, 이후 제조된 강판들을 산세하여 열연스케일을 제거하였다. 그리고 산세된 열연강판들을 1mm두께가 되도록 표 1과 같이 압하율을 달리하면서 냉간압연하였으며, 이후 850℃에서 소둔한 후 연속하여 아연 부착량이 180g/m2이 되도록 아연을 용융도금시켰다. 이어, 이러한 용융도금된 강판들중 일부를 그 압하율을 달리하면서 경압연하여 연신율(=두께감소율)을 변화시켰다.
이렇게 냉간압하율 및 경압연 압하량을 달리하는 용융도금강판들을 전자기장 차폐능 분석장치를 사용하여 60 Hz에서의 전자기장 차폐능을 분석하여 그 결과를 표 1에 나타내었으며, 아울러, 만능시험기로 기계적 특성(항복강도)을 측정하여 그 결과를 또한 표 1에 나타내었다.
또한 이때 도금강판의 형상을 육안으로 관찰하여 강판의 형상불량이 발생하는지 여부를 조사하여 그 결과를 또한 나타내었다.
| 구분 | 냉간 압하율(%) | SPM율(%) | 자기장 차폐능 (dB) | 전기장 차폐능 (dB) | 항복강도 (Kg/mm2) | 강판의 형상 |
| 비교예1 | 44 | 0 | 27.2 | 40.5 | 24.8 | 불량 |
| 발명예1 | 50 | 0 | 25.4 | 40.4 | 25.7 | 양호 |
| 발명예2 | 67 | 0 | 25.2 | 40.1 | 26.2 | 양호 |
| 비교예2 | 75 | 0 | 24.3 | 40.0 | 26.9 | 양호 |
| 발명예3 | 50 | 0.2 | 25.2 | 40.2 | 25.5 | 양호 |
| 발명예4 | 50 | 0.4 | 25.1 | 40.1 | 25.7 | 양호 |
| 발명예5 | 67 | 0.3 | 25.0 | 40.0 | 26.3 | 양호 |
| 비교예3 | 75 | 0.7 | 22.7 | 39.6 | 27.0 | 양호 |
| 발명예6 | 44 | 0.5 | 25.6 | 40.3 | 25.0 | 양호 |
| 비교예4 | 50 | 1.2 | 23.5 | 39.7 | 26.0 | 양호 |
표 1에 나타난 바와 같이, 냉간압하율이 44~70%, 그리고 경압연 압하량 0.2~1.0%로 제어된 본 발명예(1~6)의 경우, 모두 전자기장 차폐능이 우수하고 형상불량이 발생하지 않았다. 특히, 냉간압하율이 50~70%로 제어된 본 발명예(1~2)의 경우는 용융도금후 별도로 경압연을 행하지 않더라도 좋은 결과치를 얻을 수 있었다.
이에 대하여, 냉간압연율 50%미만에서 경압연을 행하지 않은 비교예(1)에서는 형상불량이 발생하였으며, 냉간압연율이 70%를 초과하는 비교예(2-3)은 전자기장 차폐능이 급격하게 감소하였다.
또한, 경압연시 압하량이 1.0%를 초과하는 비교예(4)는 강판내부에 큰 변형(strain)의 도입됨에 따라 투자율 및 전도율이 저하하여 전자기장 차폐능이 급격히 감소하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 상술한 바와 같이, 본 발명은 강성분 뿐만 아니라 냉연조건을 최적으로 제어함으로써 전자파 차폐능이 우수하고 내식성도 우수 한 고강도 용융도금강판을 효과적으로 제조할 수 있어, 이를 저주파에 노출이 심한 송전선로 부근의 주택이나 학교등 건축용 외장재와 변전실 벽재로 효과적으로 적용할 수 있는 것이다.
Claims (5)
- C+N+S: 0.0150중량%이하, Mn:0.2~0.8중량%, Al:0.6중량%이하, Si:0.4중량%이하, Cu와 Sn중 선택된 1종이상의 합:0.1~0.6중량%, 잔부 철 및 불가피한 불순물을 포함하여 조성되는 강 슬라브를 열간압연하는 단계;상기 열연강판을 44~70%의 압하율로 냉간압연한 후 소둔하는 단계; 및상기 소둔처리된 강판을 용융도금한 후 0.2~1.0%의 압하율로 경압연하는 단계;를 포함하는 전자파 차폐성이 우수한 고강도 용융도금강판 제조방법.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, Mn+Cu+Sn+Si+Al: 1.0중량%이하인 것을 특징으로 하는 고강도 용융도금강판 제조방법.
- 제 1항의 있어서, C와 N이 각각 0.0030중량%이하, 그리고 S는 0.009중량%이하인 것을 특징으로 하는 고강도 용융도금강판 제조방법.
- 삭제
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2001
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