KR100625952B1 - 표면의 외관 및 광택도가 우수한 용융아연도금강판 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 도금소재의 두께 및 목표 아연도금층 두께에 따라서 용융아연 도금전에 도금소재의 표면평균조도를 조정하여 흐름무늬 결함을 방지하는 것을 특징으로 하는 표면의 외관 및 광택도가 우수한 용융아연도금강판 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 용융아연 도금전에 도금소재의 표면평균조도가 목표 아연도금층 두께와 도금소재 두께와의 다음과 같은 관계식이 성립하도록 표면조도를 부여하고 용융아연도금을 실시하는 것을 특징으로 하는 표면의 외관 및 광택도가 우수한 용융아연도금강판 제조 방법을 제공한다.
0.5×10-3 t + 0.066H ≤ Ra ≥ 0.4×10-3t + 0.05H ---------------- (1)
여기서 t : 도금소재 두께(㎜), H : 아연도금층 두께(㎛),
Ra : 도금소재의 평균조도(㎛)
용융아연도금, 도금강판, 표면조도, 광택도
Description
본 발명은 제로스팡글(zero spangle) 용융아연 도금강판의 대표적인 표면결함인 흐름무늬(ripple mark)를 방지하기 위한 것으로, 보다 상세하게는 도금소재의 두께 및 목표 아연도금층 두께에 따라서 용융아연 도금전에 도금소재의 표면평균조도(Roughness average, Ra)를 조정하여 흐름무늬 결함을 방지하는 것을 특징으로 하는 표면의 외관 및 광택도가 우수한 용융아연도금강판 제조 방법에 관한 것이다.
용융아연도금강판은 내식성이 우수한 표면처리강판을 경제적으로 생산할 수 있기 때문에 종전의 건자재용으로는 물론 가전용 및 자동차용 강판 등의 고급강판으로 수요가 증가하고 있다.
특히 가전용 및 자동차 외판용으로 사용되는 용융아연도금강판은 최종적으로 도장처리 되기 때문에 도금층 표면의 스팡글이 육안으로 관찰되지 않는 제로스팡글 이 요구되며, 도금층 표면은 도장처리시 도장층 표면으로 전사되는 흐름무늬가 발생하지 않는 미려한 표면외관이 요구되고 있다. 이러한 용융아연 도금강판의 흐름무늬 결함은 도금층 표면의 작은 응고선(sag line)들 이며, 오션웨이브(Ocean wave)와 같이 보이게 된다. 또한 흐름무늬 결함은 아연도금 두께 차에 의한 표면 요철현상으로써 일정한 간격(pitch)과 진폭(높이)을 가지고 있으므로 도장처리시 표면에 전사되어 표면외관을 저해할 뿐 아니라 표면 거칠기를 증가시키고 광택도를 저하시키며, 가공이나 조질압연시 흐름무늬 결함이 우선적으로 가공되므로 시간이 경과함에 따라 경시적으로 흑점화되어 표면외관을 저해하게 된다.
이러한 도금층의 흐름무늬 발생 원인으로는 1) 도금욕의 유동성이 라인스피드(line speed)와 적절히 조화되지 못하는 경우, 2) 도금후 응고공정에서 강판이 진동하는 경우, 3) 도금층 표면의 산화피막과 도금층 내부의 용융아연의 유동성 차가 크게 되는 경우 등이다. 따라서 종래의 공지 기술은 이러한 요인을 최소화하거나 제거하는 데 연구를 집중하고 있다.
대한민국 특허출원 97-77443호에서와 같이, 도금욕의 Al농도를 기존의 0.18~0.20%에서 0.18~0.28%로 높게 관리하고, 도금욕 온도 및 강판침적온도 등의 도금조건 조정에 의한 도금욕의 유동성 향상으로 도금층 표면에 형성되는 산화피막과 도금층 내부의 유동성 차를 줄여서 흐름무늬를 방지하고자 하였다.
또한 강판과 에어나이프 립(lip)과의 거리 및 도금욕면에서 에어나이프 립까지의 거리를 최소화하여 고압에 의한 강판의 진동을 최소화하는 방법과, 도금욕내 구조물의 지지물(arm) 두께를 두껍게 하거나 싱크롤(sink roll)의 슬리브(sleeve) 및 부쉬(bush)의 내마모성을 향상시키므로 구조물의 진동에 의해서 유발되는 강판의 진동을 최소화하는 것과, 싱크롤과 탑롤(top roll)간의 장력제어의 최적화에 의한 강판 진동 최소화로 흐름무늬를 감소하고자 하였다.
미국 특허 4,330,574호에서와 같이, 전 도금공정을 불활성 질소분위기의 챔버(chamber)로 밀폐시키고 도금부착량 조절 장치인 에어나이프를 이 챔버 내에 위치시키며, 와이핑 가스는 고순도 질소를 사용하는 방법이 주로 사용되고 있다. 이 방법은 도금욕을 빠져 나온 용융상태의 아연도금층을 에어나이프 상부까지 불활성 분위기로 유지하여 도금층 표면의 산화를 방지하며, 도금층 표면과 도금층 내부의 용융아연의 유동성 차이가 없게 하여 흐름무늬 결함을 방지하고자 하였다.
또한 대한민국 특허출원 1999-60602호에서와 같이 상기와 같은 조정에 의해서 제어되지 않고, 이미 형성된 흐름무늬를 조질압연의 압하력 및 워크롤 조도부여 방법을 조정하여 기계적으로 제거하고자 하였다.
그러나 상기의 종래기술에 있어서 도금욕 Al농도, 강판침적온도, 도금욕온도, 강판과 에어나이프와의 거리, 에어나이프 높이 등의 도금조건의 최적화와 싱크롤의 슬리브/부쉬의 내마모성 개선 및 싱크롤과 탑롤 간의 장력 제어와 같은 설비조건의 최적화에 의한 흐름무늬 결함 방지는 어느 정도 효과를 나타낼 수 있으나 흐름무늬 결함이 나타나지 않을정도로 완벽하게 방지하는 것은 거의 불가능하다. 또 상기 종래기술중 미국 특허 4,330,574호는 도금후 에어나이프 까지는 불활성분위기로 밀폐되기 때문에 도금층 표면의 산화를 방지할 수 있으나 이어지는 용액분사 제로스팡글 제조 장치에 들어가기 전까지의 구간에서 산화되기 때문에 흐 름무늬를 완전히 방지하는 것은 불가능하며, 추가적인 설비 보완 및 개조를 전제로 하기 때문에 경제적으로 바람직하지 않다.
상기 대한민국 특허출원 1999-60602호는 조질압연에 의한 미세한 흐름무늬 결함은 용이하나 조대한 흐름무늬 결함 제거를 위해서는 고압하력으로 조질압연을 실시하여야 하기 때문에 심한 도금층 손상으로 경시적으로 검게 변하는 흑변 현상을 발생시킬 수 있으며, 특히 Pb함유 도금욕을 사용할 경우에는 고압하시 경시도금밀착성 저하를 조장할 수 있기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 흐름무늬 발생 요인들을 체계적으로 연구한 결과, 도금소재의 표면조도성분 최적화에 의한 도금층 표면의 산화피막과 도금층 내부의 용융아연과의 유동성 차 제거로 흐름무늬 발생이 없고 표면의 외관 및 광택도를 비약적으로 향상시키는 용융아연도금강판 제조 방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 용융아연 도금전에 도금소재의 표면평균조도가 목표 아연도금층 두께와 도금소재 두께와의 다음과 같은 관계식이 성립하도록 표면조도를 부여하고 용융아연도금을 실시하는 것을 특징으로 하는 표면의 외관 및 광택도가 우수한 용융아연도금강판 제조 방법을 제공한다.
0.5×10-3 t + 0.066H ≤ Ra ≥ 0.4×10-3t + 0.05H ---------------- (1)
여기서 t : 도금소재 두께(㎜), H : 아연도금층 두께(㎛),
Ra : 도금소재의 평균조도(㎛)
이하, 본 발명에 대하여 설멸한다.
본 발명자는 흐름무늬 발생 원인을 검토한 결과, 흐름무늬의 발생은 도금욕을 빠져 나온 강판이 에어나이프의 고압의 에어 및 대기와 접촉하면서 형성되는 도금층 표면 산화피막의 유동성이 그 내부의 용융상태 아연의 유동성 보다 작기 때문에 도금층 표면의 산화피막이 분리되면서 도금층 표면 밑으로 들어가는 과정이 반복되면서 도금층 두께 차이로 나타나는 표면요철 현상임을 밝혀내고, 도금층 표면산화 피막과 도금층 내부의 용융아연과의 유동성 차이를 줄이기 위한 방안을 연구한 결과, 용융아연 도금전에 도금소재의 표면조도 조정이 도금층 내부의 용융아연의 유동성을 제어 가능함을 도출하였다.
즉 도금소재의 표면조도 증가는 도금층 내부의 용융아연과의 접촉 가능한 표면적 증가 뿐만 아니라 표면거칠음이 용융아연 흐름을 감소시키는 역할을 하게 되므로 도금층 내부의 유동성과 도금층 표면의 산화피막의 유동성과 차이가 없어지기 때문에 결과적으로 흐름무늬가 감소되는 것으로 판단된다.
그러나 이와 같은 효과는 도금소재의 표면조도를 크게 관리하는 것 만으로 해결되는 것은 아니었다. 즉 도금소재 두께가 얇고 목표 도금부착량이 작을 때, 도금소재의 표면조도를 크게 하면, 도금층내 용융아연의 유동성 감소로 흐름무늬 결함을 방지할 수 있으나 도금소재 조도가 도금층 표면까지 전사되어 표면조도가 증가하므로 광택도 저하 및 도장처리시 도장선영성 저하를 초래할 수 있다. 이에 반해서 도금소재 두께가 두껍고, 목표 도금부착량이 큰 후물/후도금재의 경우에는 후도금재인 도금층의 높은 잠열 뿐만 아니라 후물재인 도금소재의 높은 잠열을 갖고 있기 때문에 통상의 도금층 두께 증가나 도금부착량 증가에 의한 표면조도 증가분 보다 더 높은 표면조도를 필요로 한다.
따라서 도금소재의 표면조도와 도금소재 두께 및 도금부착량과의 관계를 고려하여 흐름무늬 발생정도 및 표면조도, 표면광택도 등의 표면품질 특성을 평가한 결과, 상기 (1)식과 같은 회귀식이 만족할 때 흐름무늬 방지 및 도금품질 특성이 우수한 용융아연도금강판을 제조할 수가 있었다.
따라서 도금소재 두께 및 목표 도금부착량에 따라 상기 (1)식의 회귀식이 만족하도록 냉간압연의 최종 스탠드 워크롤의 조도 부여 방법, 조도크기, 압연율 등을 조정하여 도금소재의 표면조도를 조정한다.
여기서 도금소재의 표면조도 조정 방법으로 냉간압연의 최종 스탠드 워크롤의 조건을 변경하여 제어하였으나 이것에 한정하지 않고, 산세 및 전기에칭과 같은 화학적인 방법과 브러쉬 롤 등의 기계적인 방법으로도 조정 가능하다. 또한 표면조도 조정방법으로 도금전에 조질압연 장치를 설치하여 실제 도금후의 표면상태를 확 인하면서 즉시 대응하는 방안 등 어느 것도 상관 없이 적용 가능하다.
이하 본 발명의 실시예에 대해서 상세히 설명한다.
<실시예>
냉간압연공정의 최종 스탠드 워크롤 조도크기, 조도부여 방법 등을 조정하여, 표면 평균조도가 0.42~0.68㎛이고, 소재두께가 0.46∼1.47㎜인 냉연강판을 제조하였다. 이것을 도금소재로 하여 760℃에서 60초 동안 환원 소둔처리한 후 460℃로 냉각하고, 도금욕 Al농도가 0.20%인 도금욕에 3초간 침적한 다음 표 1과 같은 도금부착량이 갖도록 가스와이핑 장치로 도금부착량을 조정하였으며, 연속적으로 용액분사식 제로스팡글 제조 장치를 통과시켜 도금층 표면의 스팡글이 육안으로 관찰되지 않는 제로스팡글로 제조하였다.
이렇게 제조된 용융아연도금강판의 표면품질 평가는 표면조도, 표면광택도 등을 측정하였으며, 흐름무늬 발생 정도는 표면조도계에 의한 흐름무늬의 발생 간격(pitch) 및 발생 높이 측정 결과와 흐름무늬결함 정도를 다음과 같은 기준으로 5등급으로 구분하여 표 1에 나타내었다.
- 1등급 : 흐름무늬가 전혀 발생되지 않은 경우
- 2등급 : 흐름무늬가 미세하게 발생하여 수평으로는 보이지 않으나 기울였을 때 희미하게 보이는 경우
- 3등급 : 육안구분이 가능하나 골과 마루가 비연속적인 경우
- 4등급 : 육안구분이 가능하고 골과 마루가 연속적인 경우
- 5등급 : 육안구분이 가능하고 골과 마루가 확연하게 드러나 촉감으로 확인 가능한 경우
표 1에 나타낸 바와 같이, 도금소재의 표면평균조도가 도금소재 두께 및 도 금층 두께와의 관계식(1)를 만족하는 경우, 즉 본 발명예 No.1, 4, 7, 10, 11, 14, 15, 19에는 흐름무늬 결함이 없었으며, 표면광택과 조도가 우수한 용융아연 도금강판을 제조할 수 있음을 알 수 있다. 이에 반해 비교예들은 평균표면조도가 도금소재 두께 및 아연도금층 두께와의 관계식(1)을 만족하지 못하는 경우로써 흐름무늬가 잔존하거나 도금소재의 표면조도가 도금층 표면에 전사되어 표면조도 증가 및 표면광택도가 크게 저하됨을 알수 있다.
단순히 도금소재의 두께 및 목표 도금부착량에 따라 표면평균조도를 조정하는 본 발명에 의하면 추가적인 설비보완 및 개조 없이 흐름무늬 발생이 없고 표면광택이 우수한 가전용 및 자동차 외판용 용융아연도금강판을 용이하게 생산하는 것이 가능하다.
Claims (1)
- 용융아연도금강판 제조 공정에서 용융아연 도금전의 도금소재의 표면평균조도를 도금소재 두께 및 목표 아연도금층 두께에 따라 다음의 관계식이 성립하도록 표면조도를 부여하고 용융아연도금을 실시하는 것을 특징으로 하는 표면의 외관 및 광택도가 우수한 용융아연도금강판 제조 방법.0.5×10-3 t + 0.066H ≤ Ra ≥ 0.4×10-3t + 0.05H(여기서 t : 도금소재 두께(㎜), H : 아연도금층 두께(㎛),Ra : 도금소재의 평균조도(㎛))
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