KR100574403B1

KR100574403B1 - 용융아연도금강판의 가공결함 평가방법

Info

Publication number: KR100574403B1
Application number: KR1020010086079A
Authority: KR
Inventors: 전선호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2006-04-27
Also published as: KR20030055946A

Abstract

본 발명은 나판상태의 용융아연도금강판의 표면결함의 평가에 관한 것으로, 그 목적은 육안으로는 관찰되지 않으나 프레스 성형후 나타나는 표면결함을 검사공정에서 평가하는데 있다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 용융아연도금강판의 표면결함 평가방법은, 평가하고자 하는 용융아연도금강판을 40% 이하로 프레스 가공한 후, 표면에 도출된 결함의 크기가 5㎛이하인 경우 양품으로 판정하는 것을 그 특징으로 한다.

용융아연도금강판, 표면결함, 표면조도, 프레스, 가공

Description

용융아연도금강판의 가공결함 평가방법{A method for evaluating surface pop-up defect on a galvanized steel sheet}

도1은 본 발명에 따른 용융아연도금강판의 가공결함 평가 장치 개략도.

도2는 가공결함 평가장치로 가공된 시험편의 외관 사진.

도3은 가공조건에 따른 변형율(a) 및 최대 변형율 변화(b)를 보이는 그래프.

도4는 용융아연도금강판의 가공결함 형태로서, 도4a는 돌출형이고, 도4b는 덴트(dent)형 결함을 보이는 사진.

도5는 가공시험편의 공정에 따른 가공결함의 조도 변화에 대한 모식도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 .... 펀치실린더 2 .... 펀치

3 .... 바인더 받침(binder base), 4 .... 바인더(binder)

5 .... 안전장치 센서 6 .... 하부 다이(low die)

7 .... 다이 받침(die base), 8 .... 블랭킹 실린더(blanking cylinder)

9 .... 프레임

본 발명은 나판상태의 용융아연도금강판의 표면결함의 평가에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 육안으로는 관찰되지 않으나 프레스 성형후 나타나는 표면결함을 검사공정에서 평가하는 방법에 관한 것이다.

최근 합금화 용융아연도금강판(GA 재)을 포함한 용융아연도금강판(GI 재)은 우수한 내식성과 경제성으로 인해 자동차 및 가전용 표면처리강판으로서 수요가 증대되고 있다. 용융아연도금강판이 고급강판으로서 수요가 증대함에 따라 이들 제품의 표면품질에 대한 요구가 더욱 엄격해지고 있다. 특히, 가전용 및 자동차 외판용 GI재 및 GA재는 도장강판의 하지로 사용되기 때문에 요철을 가진 표면결함은 도장선영성 및 표면외관과 밀접한 관계를 갖게 되기 때문에 이러한 표면결함이 없는 미려한 표면외관이 요구된다.

도금품질 문제의 하나로서 상기 표면결함은 아연도금욕중에서 끝임없이 형성되는 금속간화합물(드로스 등), 기타 도금욕내 불순물 및 도금욕 표면의 Zn-Al산화물이 도금시 강판으로 쉽게 끌려들어가는(pick up) 현상으로 인해 도금층 표면 및 도금층내 존재하여 발생되는 것이다. 도금층 표면에 노출되는 금속간화합물 및 불순물들은 검사공정에서 제거할 수 있으나, 도금층 내에 존재하는 금속간화합물 및 불순물들은 검사공정에서 제거되지 못하고 프레스 성형후에 프레스 피트(press pit)이라는 표면결함을 가져오게 된다.

이와 같이 나판상태에서는 육안으로 관찰되지 않으나 프레스 성형후에 나타나는 표면결함을 평가하기 위한 종래의 방법으로는 도금후 나판상태의 도금층 표면을 연마용 지석(숫돌) 또는 사포(sand paper)등을 이용하여 문질러 도금층 내에 잔 존하는 표면결함을 돌출시켜 식별하는 방법(특허출원 제1997-10524호, 제1996- 30619호)이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은 도금층내에 다양한 깊이로 존재하는 결함들을 노출시키는 것이 불가능하고, 지석에 의한 줄무늬 발생으로 결함 검출이 난이하며, 지석연마는 대부분이 온라인 상에서 작업자가 설비에 접근하여 실시하기 때문에 안전문제가 발생하게 된다.

이외에도 도금후 강판을 사각체 모양의 팬(pan)으로 가공하고, 관찰면인 사각 평탄부를 지석으로 연마하여 도금층 내의 결함을 돌출시켜 평가하는 방법(카나다 스텔코사 R/D report 95R036) 등이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법은 평탄부의 변형율이 최대 2% 이하로 도금층의 가공이 거의 없으므로 도금층내 잔존하는 결함을 표면으로 도출시키는 것이 불가능하며, 실세 자동차 외판용이나 가전용에서 가공되는 15~ 40%의 가공도에도 미치지 못하기 때문에 검사과정에서 검출되지 않는 결함이 실제 가공시에 돌출하는 경우가 발생한다.

본 발명은 나판상태의 GI재 및 GA재에서는 관찰되지 않으나 자동차 외판 또는 가전용으로 프레스 가공시 나타나는 표면결함을 검사단계에서 검출하는 방법을 연구한 결과, 가전용 및 자동차 외판용의 다양한 가공도 부여가 가능하고 이러한 가공도에서 도금층내 잔존하는 드로스 및 불순물이 도금층 표면으로 돌출할 수 있도록 2축 변형 가공하여 용융아연도금강판의 표면결함의 형태 및 크기 등이 도장에 미치는 영향을 정량적으로 평가하는데 그 목적이 있다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명은 용융아연도금강판의 표면결함을 평가하는 방법에 있어서,

평가하고자 하는 용융아연도금강판을 40% 이하로 프레스 가공한 후, 표면에 도출된 결함의 크기가 5㎛이하인 경우 양품으로 판정하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 용융아연도금강판의 표면결함 평가방법은, 우선 나판 상태의 용융아연도금강판을 검사하는 단계에서 강판이 자동차 및 가전 외판으로 가공되는 가공도와 동일한 가공도를 가지며, 도금층내 존재하는 결함을 도출시키기 위하여 가공후 지석연마 등의 추가적인 공정 없이 프레스 성형으로 도금층내 존재하는 불순물이나 드로스 등의 결함을 도금층 표면으로 도출시켜 표면결함을 평가한다.

본 발명에 따른 평가방법을 구현하기 위하여 도1과 같은 평가장치(10)를 이용한다. 구체적으로 본 발명에 따른 표면결함 평가는 도1과 같이, 대략 600x 600㎜로 절단한 표면결함이 없는 GI재 및 GA재를 관찰면이 아래로 향하도록 하부다이(6)에 올려놓는다. 그리고, 유압을 작동시켜 블랭킹 실린더(8)가 하부에서 상부로 이동하여 상부의 바인더(4)와 완전히 밀착되도록 한다. 상부의 펀치실린더(1)의 작동으로 직경이 약 185㎜인 펀치(2)가 상부에서 하부로 내려오면서 강판을 성형하게 된다. 이때, 하부다이(6)에는 드로잉(drawing)시 강판이 하부 다이(6)와 바인더(4)사이에서 실린더 내부로 빨려 들어가지 못하도록 하는 방지턱을 가지고 있다. 이 때문에 도2와 같이 가공된 강판은 가운데가 튀어 나온 원뿔모양을 하게 된다. 특히, 상기 펀치(2)는 직경이 185㎜으로 시험편의 가공되는 500x 500㎜에 비해 매우 작기 때문에 가공되는 부분은 하부다이(6)의 벽면과 접촉하지 않게 되고, 2축 변형(2 axis strain) 가공이 되게 된다. 이와 같이, 2축 변형은 시험편을 양쪽 방향에서 인장하는 효과를 나타내게 되므로 도금층 내에 존재하는 불순물이나 드로스가 도금층 표면으로 도출하게 된다. 또한, 시편보다 작은 원형 펀치(2)로 시험편의 가운데 부분을 누르기 때문에 하부다이(6)와 바인더(4)에 의해서 고정되는 에지부분에서 펀치(2)에 의해서 가공되는 중심부까지의 가공도는 도3과 같이 시편의 위치별로 다르게 되며, 가공높이에 따라 최대 변형율을 40%까지 변화시킬 수 있다. 따라서, 실제 가전 및 자동차 외판용 강판의 15~40% 가공도를 모사할 수 있기 때문에 실제 가공시에 도금층 표면으로 도출하는 결함을 검사단계에서 검출하는 것이 가능하다.

더욱이, 이렇게 가공결함 평가장치에서 도금층 표면으로 도출된 결함의 크기나 발생정도가 다양하고, 대부분이 후공정인 도장처리를 실시하기 때문에 이러한 결함이 도장에 미치는 영향을 정량적으로 평가할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 결함의 종류 및 형태, 크기 등이 각 공정수행에 따른 변화를 조사하여 정량적인 평가기준을 정립할 수 있다.

본 발명의 가공결함 평가장치(10)에 의해서 도출된 표면결함은 도5와 같이, GI재 및 GA재에 관계없이 도금층 표면위로 튀어 나오는 돌출형과 도금층으로 함몰하는 덴트(dent)형으로 양분된다. 상기 도출된 표면결함의 성분을 EDS로 분석한 결과, 대부분이 생각한 드로스와 달리 아연산화물(ZnO)로 밝혀졌으며, 이러한 불순물이 어떠한 장소에서 어떠한 원인으로 발생하는 가는 보다 많은 연구가 필요할 것이 다. 또한 결함의 크기는 높이 및 깊이가 5~40㎜이고 폭이 180~600㎜정도였다. 이러한 다양한 형태 및 크기의 표면 결함이 후공정인 도장공정에서 어떻게 영향을 미치는 지를 체계적으로 연구한 결과, 도장하기 위한 전단계인 통상적인 인산염 처리 공정에서 돌출형은 높이가 1~2㎛정도 증가하고 폭은 10~20㎛정도 증가하나, 덴트형은 깊이가 1~2㎛정도 감소하고 폭이 50~60㎛감소하는 것으로 나타났다. 즉 인산염 처리과정에서 돌출형 및 덴트형 모두 표면결함의 정도가 감소하는 방법으로 진행됨을 알 수 있었다.

인산염 처리된 표면결함을 자동차 외판용 기준인 약 20㎛두께로 도장처리한 결과, 돌출형은 높이가 5~15㎛정도 감소하고, 폭은 10~200㎛정도 감소하며, 덴트형은 깊이가 5~15㎛정도 감소하고 폭이 100~300㎛정도 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 돌출형 결함은 도장처리에 의해서 결함이 묻히게 되기 때문에 결함의 높이와 폭이 감소하게 되고, 함몰형의 덴트형 결함은 도장처리에 의해서 결함이 메워지므로 결함의 깊이가 낮아지고 폭이 증가하는 것으로 판단된다. 이 결과에 의하면 표면결함의 어느 경우에도 결함의 높이 및 깊이가 5㎛이하인 경우에는 인산염 처리 및 도장처리에 의해서 결함이 제거됨을 알 수 있다. 따라서 본 발명에서는 도장결함을 일으키지 않은 가공결함의 허용크기를 5㎛이하로 한정함이 바람직하다.

또한 검사단계에서 이러한 결함을 판별하는 기준으로는 도금강판의 종류 및 결함 형태에 따라 상기와 같은 허용결함 크기의 표면결함 형상을 기준형상으로 설정하고 이를 기준으로 검출되는 결함을 육안비교 평가하거나 레이저나 CCD카메라 등으로 결함형상을 촬영하여 상기와 같은 기준형상과 반복적으로 비교하여 자동으 로 가공결함을 평가하게 된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

단면 도금부착량이 각각 150g/㎡ 및 50g/㎡인 GI재 및 GA재를 연속용융아연도금공정에서 1일 동안 매 코일마다 전폭에 대해서 600㎜로 절단하여 채취하였다. 이렇게 채취된 강판을 600x 600㎜로 절단하여 시험편으로 하였다. 이 시험편을 본 발명에 제시한 가공결함 평가장치에서 5~40%의 가공도를 가지도록 2축 변형가공하였다. 이 결과 검출되는 표면결함을 표 1과 같이 결함의 형태별로 분류하고, 결함의 높이(깊이) 및 폭을 3차원 조도계 및 2차원 조도계로 측정하였다. 또한 후공정인 인산염 처리 및 도장처리는 자동차 사에서 사용하고 있는 조건에 준하여 실시하였다. 즉, 아세톤에 탈지한 시험편을 150초간 침적하여 표면조정하고 산도(전산도, 유리산도) 및 촉진도가 조정된 약 47℃의 인산염 용액에서 약 150초간 인산염 처리하고 인산염 처리된 시편을 음극으로 하는 음극전착방식을 채택하여 도막두께가 약 20㎛정도 되도록 전착도장을 행하였다. 각 공정을 실시한 다음 표면결함의 크기 변화를 표면조도계로 측정하였다. 또한, 도장후 결함잔존 유무는 표면결함의 도장후 조도값 측정 결과를 근거로 하여 도금강판의 종류 및 결함 형태에 따른 허용결함 크기 결정하고, 이 결함의 표면결함 형상을 기준형상으로 설정하여, 이를 기준으로 검출되는 결함과 반복적으로 육안으로 비교하여 가공결함을 평가하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 표1에서 도장후 결함 잔존 유무 평가는 다음과 같은 기준으로 평가하였다.

○(우수): 돌출형 및 덴트형 표면결함의 높이 및 깊이가 각각 5㎛ 이하인 경우

×(열악): 돌출형 및 덴트형 표면결함의 높이 및 깊이가 각각 5㎛ 이상인 경우

상기 표1의 결과에 의하면, 본 발명에서 가공후 도출된 표면결함이 제시한 기준(No.12~14, 21~22, 27~30)에서는 도장처리후 표면결함이 관찰되지 않으므로 가 전용, 자동차 외판용으로 사용할 수 있었다. 이에 반해 표면결함이 본 발명에서 제시한 기준을 초과하는 경우(No.1~6, 9~11, 17~20, 24~26)에는 인산염 처리 및 도장처리에도 결함이 잔존하여 표면외관 및 도장선영성을 저해함으로 바람직하지 않았다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 가전용 및 자동차 외판용의 다양한 가공도를 부여하여 이러한 가공도에서 도금층내 잔존하는 드로스 및 불순물이 도금층 표면으로 돌출할 수 있도록 하므로써, 가공결함이 도장후 잔존유무를 판단할 수 있는 평가 기준을 통하여 프레스 가공 공정에서 발생할 수 있는 가공결함을 검사단계에서 판단, 제거할 수 있으므로 고객불만 해소 및 제품신뢰성 향상이 가능하다.

Claims

용융아연도금강판의 표면결함을 평가하는 방법에 있어서,

평가하고자 하는 용융아연도금강판을 테두리에서 지지하고 중심부의 소정 영역에만 접촉하는 펀치에 의해 상기 테두리와 상기 펀치의 접촉면 이외의 영역이 2축 인장에 의해 변형되도록 40% 이하로 프레스 가공한 후, 표면에 도출된 결함의 크기가 인산염 처리 및 도장처리에 의해서 결함이 제거되는 5㎛이하인 경우 양품으로 판정하는 것을 특징으로 하는 것을 용융아연도금강판의 표면결함 평가 방법.