KR100701291B1 - 용융아연도금강판 제조를 위한 도금조직 미세화용액 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융아연도금강판 제조를 위한 도금조직 미세화용액을 제공하기 위한 것으로, 인산철계 화합물 또는 인산망간계 화합물의 2가지 중 1종 이상이 혼합되어 전체 인산염 화합물의 총량에 대해 적어도 30wt% 이상을 차지하는 인산염 화합물이, 물 1ℓ에 1~350g 용해되어 있고, 티타니움 콜로이달 화합물이 상기 인산염 화합물 중량에 대해서 0.01~0.3의 중량부로 첨가되어 있으며, 10~1,000나노미터의 크기를 갖는 콜로이달 실리카가 상기 인산염 화합물 중량에 대하여 0.01~0.3의 중량부로 첨가되어 용접성이 우수한 것을 특징으로 하는 용융아연도금강판 제조를 위한 도금조직 미세화 용액에 관한 것이다.

용융아연도금강판, 도금조직, 도장성, 프레스 성형성, 용접성

Description

용융아연도금강판 제조를 위한 도금조직 미세화용액 {Solution for minimizing plated texture to manufacture Galvanized steel sheet}

도 1은 본 발명의 일실예에 의한 용융아연도금강판을 제조방법의 흐름도.

본 발명은 용융아연도금강판 제조를 위한 도금조직 미세화용액 및 그 용액을 이용한 용융아연도금강판의 제조방법에 관한 것으로, 특히 발명은 용융아연도금 공정에 있어서 강판이 아연 포트에서 빠져나와 에어와이핑되어 아연 도금 부착량이 조정된 후에, 용융 상태의 도금층을 응고시키기 위해 분사하는데 사용되는 용액에 관한 것으로, 아연 도금층의 조직을 미세화시킬 수 있을 뿐만 아니라 자동차용 강판으로 요구되는 품질들을 향상시킬수 있는 용융아연도금강판 제조를 위한 도금조직 미세화용액 및 그 용액을 이용한 용융아연도금강판의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 용융아연도금강판의 도금특성은 도금층의 조성, 조직의 형태와 크기 그리고 도금층 표층부를 덮고 있는 물질에 의해 좌우된다.

용융아연도금강판에서는 통상 표면에 큰 아연조직(스팽글)이 나타나서 도장후 외관에 악영향을 미친다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 스팽글이 없는 제로스팽글이라는 표면 사상을 갖는 용융아연도금강판이 많이 사용되고 있다. 이 제로스팽글을 제조하기 위한 방법으로서 많은 기술들이 공지되어 있지만, 수용액을 분사하는 방법이 가장 작업하기가 간편하여 널리 사용되고 있다. 이때 인산염을 물에 용해한 수용액이 주로 사용된다.

강판 표면에 부착된 인산염 수용액 방울은 물의 증발과 함께 인산이 분해되면서 강판의 잠열을 빼앗고, 또한 표면에 남게되는 P₂O₅ 화합물은 응고의 핵으로 작용하여 그 핵을 중심으로 도금층이 응고하게 된다. 인산염 수용액을 분사하여 제조된 강판의 품질은 용액 분사방법과 용액 조성이 다르게 나타난다.

용융아연도금강판을 수용액을 강판에 분사하여 용융아연도금 조직을 미세화 시키는 기술은 대한민국 특허 출원 번호 2004-114090, 1999-63946등이 공지되어 있다.

상기 특허는 2류체 노즐로부터 강판을 향해 분사된 수용액 액적들을 고전압으로 대전시켜 강판에 효과적으로 부착시키는 방법들에 관한 것으로 스팡글의 크기를 감소시킴으로써 표면외관, 내흑변성 등을 향상시키는 것으로 알려져 있다. 이때 사용될 수 있는 처리용액 조성물로는 인산염계의 수용액이 알려져 있으며, 그 예로 대한민국특허 1994-28956, 1994-21071가 있다. 처리용액의 성분을 조정하여 도금층의 특성을 개량한 것으로 대한민국 특허 출원 1994-28955가 있다. 상기 발명은 수 용성 인산염계의 농도가 0.5-5.0 wt% 인 수용액에 이종원자 고리 화합물을 함유시켜 도금층의 내식성을 향상시키는 것을 요점으로 한다. 그러나 그 효과를 발휘하기 위하여는 크로메이트 처리를 실시해야 하는데, 크로메이트 처리에 사용되는 크롬 6가 화합물은 대표적인 환경 오염물질로 사용에 많은 제약이 발생하는 문제점이 있다.

최근에 용융도금강판의 품질이 향상됨에 따라 자동차용 용융아연도금강판이 자동차의 판넬용으로 사용되는 추세가 증가하고 있다. 자동차 판넬용으로 사용되기 위하여는 강판의 내식성 뿐만 아니라 프레스 성형성, 용접성 및 도장성이 우수한 것일 수록 자동차 차체 조립에 용이하다. 표면품질과 내흑변성은 도금조직의 크기에 따라 차이가 나지만, 프레스 성형성, 용접성 및 도장성의 향상을 위하여는 도금조직의 미세화와 함께 그 위에 새로운 피막층을 형성시켜 주는 것이 바람직하다.

그러나 기존의 공지된 분사용액으로는 한계가 있어 아직까지 용융아연도금강판이 널리 사용되지 못하고 있다. 이에 따라 자동차 회사들은 용융도금강판 보다 고가의 전기아연도금강판, 혹은 합금화 용융아연도금 강판을 선호하고 있어 차량 가격의 증가되어 자동차 구매자들에게 부담이 되고 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 수용액 분사 방식으로 도금조직을 미세화 시키는 용융도금강판 제조 방법에 사용되는 분사용액에 있어서, 강판을 향해 분사되어 표면에 부착된 수용액 액적들이 강판이 갖고 있는 잠열을 뺏어 효과적으로 도금조직을 미세화 시켜 표면외관을 향상시킴과 동시에, 수용액 중에 함유된 성분들이 강판이 가지고 있는 잠열에 의해 피막형성 반응을 일으켜서 강판의 내식성, 도장성, 프레스 가공성 및 용접성을 향상시키는 새로운 피막층을 형성할 수 있는 용융아연도금강판 제조를 위한 도금조직 미세화용액을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또다른 목적은 상기의 용융아연도금강판 제조를 위한 도금조직 미세화용액을 이용하여 도장성, 프레스 성형성 및 용접성이 우수한 용융아연도금강판의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 용융아연도금강판 제조를 위한 도금조직 미세화용액은 인산철계 화합물 또는 인산망간계 화합물의 2가지 중 1종 이상이 혼합되어 전체 인산염 화합물의 총량에 대해 적어도 30wt% 이상을 차지하는 인산염 화합물이, 물 1ℓ에 1~350g 용해되어 있고, 티타니움 콜로이달 화합물이 상기 인산염 화합물 중량에 대해서 0.01~0.3의 중량부로 첨가되어 있으며, 10~1,000나노미터의 크기를 갖는 콜로이달 실리카가 상기 인산염 화합물 중량에 대하여 0.01~0.3의 중량부로 첨가되어 용접성이 우수한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 용융아연도금강판의 제조방법은 아연도금욕에 강판을 침적하는 단계와; 상기의 강판을 에어나이프로 에어와이핑하여 아연도금부착량을 조정하는 단계와; 상기 아연도금부착량을 조정하는 단계 후, 물 1ℓ, 인산염 화합물이 1~350g, 티타니움 콜로이달 화합물이 상기 인산염 화합물 중량에 대해서 0.01~0.3의 중량부, 10~1,000나노미터의 크기를 갖는 콜로이달 실리카가 상기 인산염 화합물 중량에 대하여 0.01~0.3의 중량부로 이루어진 도금조직 미세화 용액을 분사하는 단계로 이루어진다.

삭제

삭제

삭제

삭제

또한, 상기 도금조직 미세화 용액을 분사하는 단계는 상기 도금조직 미세화 용액 중 인산염 화합물이 인산철계 화합물, 인산니켈계 화합물, 인산망간계 화합물이 1종 혹은 2종 이상이 혼합되어 전체 첨가된 인산염 화합물의 총량에 대해 적어도 30wt% 이상인 용액을 분사하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명, 용융아연도금강판 제조를 위한 도금조직 미세화용액의 구성과 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

인산염 화합물의 함량이 1 g/L 미만에서는 용액중 농도가 너무 낮아 처리효과가 나타나지 않는다. 인산염 화합물의 함량이 350 g/L 보다 많으면 포화용해도 이상이 될 가능성이 있어 용액중 미용해된 화합물들에 의해 용액 분사 노즐이 막힐 위험이 있다.

티타니움 콜로이달은 강판에 부착되어 자동차 차체 조립시 인산염 처리성을 향상시켜 도장성을 향상시키는 효과가 있다. 이때 용액 중에 티타니움 콜로이달 화합물이 인산염 화합물의 중량에 대하여 0.01~0.3의 비율이 적합하며, 그 이유는 다음과 같다. 비율이 중량비로 0.01 미만에서는 그 효과가 거의 없으며, 그 이상에서 도장성 향상 효과가 나타난다. 그러나 인산염화합물에 대한 티타니움 콜로이달의 중량비가 0.3 보다 커지면 인산염처리성의 문제는 없지만 용액을 분사하는데 사용하는 용액 분사 노즐 구멍이 막힐 위험이 있다.

실리카는 도금층 표면에 잔존할 때 표면경도를 향상시켜 프레스 성형성을 향상시키는 역활을 한다. 이때 크기가 10 나노미터 미만에서는 용액중에서 실리카가 불안정한 상태가 되어 처리용액을 장기간 보관할 때 침전물이 발생하여 용액 분사 노즐 구멍이 막힐 가능성이 있다. 1,000 나노미터 보다 큰 실리카는 분사노즐의 구멍이 막혀서 용액이 분사되지 않는 문제점이 발생할 가능성이 있다. 콜로이달 실리카는 첨가된 인산염 화합물의 중량에 대하여 0.01~0.3의 비율로 제한되는 이유는 다음과 같다. 이 비율이 0.01 미만에서는 실리카에 의한 표면경도 향상효과가 나타나지 않아 프레스 성형성 향상 효과가 불충분하고, 중량비로 0.3 보다 클 때는 표면에 실리카 화합물이 비율이 너무 높아서 차체 조립시 인산염 처리성을 해칠 위험이 있다.

철, 니켈, 망간계 인산염 화합물을 1종 혹은 2종 이상 혼합하여 전체 인산염 화합물의 총량에 대해 최소 30% 이상 되게 제한하는 이유는 다음과 같다. 인산염화합물은 강판에 부착된 액적이 도금층을 응고시키고, 액적중에 수분이 건조되고 난후에 티타니움 콜로이달, 콜로이달 실리카 등이 분말상태로 존재하지 않고 도금층과 밀착성을 가지는 피막형태로 만들어 주는 가교역활을 한다. 이때 피막중에 철, 니켈 및/혹은 망간의 함량에 따라 용접특성이 달라지게 된다. 즉, 일반적으로 자동차 차체는 여러 모양의 프레스 성형품을 전기저항용접을 하여 조립된다. 용융아연도금강판은 저항용접 시에 용융된 아연도금층이 저항용접기의 팁과 합금화 반응을 일으켜 용접팁의 마모가 심해진다. 본 발명자들의 실험에 의하면 철, 니켈, 망간계 인산염 화합물을 1종 혹은 2종 이상 혼합하여 전체 인산염 화합물의 총량에 대해 최소 30% 이상 되게할 때 용접팁의 수명이 향상되는 효과가 있음을 확인하였고, 이는 용접작업 시에 순간적으로 용융 상태의 아연층과 용접팁 사이에 "본 발명에서 제안한 조성범위를 갖는 금속인산염 화합물들로 구성된 피막"이 존재하게 되어, 용접팁이 용융아연과 직접 접촉하는 것을 방지하여, 용융아연과 용접팁과의 합금화 반응이 억제되어 용접성이 향상되며, 30% 미만에서는 용접팁과 용융아연이 직접 접촉되는 것을 방지하는 효과가 불충분하기 때문으로 추정된다.

도 1은 본 발명의 일실예에 의한 용융아연도금강판을 제조방법의 흐름도이다.

이에 도시된 바와 같이, 상기의 용액을 이용한 용융아연도금강판의 제조방법은 아연 도금욕조에 강판을 침적시키는 단계(S10)와; 상기 침적시키는 단계 후 강판을 꺼내어 에어나이프로 에어와이핑을 하여 강판의 아연도금부착량을 조정하는 단계(S20)와; 상기의 용액 즉, 물 1ℓ, 인산염 화합물이 1~350g, 티타니움 콜로이달 화합물이 상기 인산염 화합물 중량에 대해서 0.01~0.3의 중량부, 10~1,000나노미터의 크기를 갖는 콜로이달 실리카가 상기 인산염 화합물 중량에 대하여 0.01~0.3의 중량부로 이루어지고, 상기 인산염 화합물은 인산철계 화합물, 인산니켈계 화합물, 인산망간계 화합물이 1종 혹은 2종 이상이 혼합되어 전체 첨가된 인산염 화합물의 총량에 대해 적어도 30wt% 이상인 도금조직 미세화 용액을 분사하는 단계(S30)로 이루어진다.

상기의 방법으로 제조된 용융아연도금강판은 도장성, 프레스 성형성 및 용접성이 매우 우수하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

(실시예)

Al 0.18 wt %의 조성을 갖는 도금욕에 두께가 0.8 mm인 강판을 침적(S10)하여 꺼내고, 에어와이핑하여 강판 양면에 아연의 합계가 140 g/㎡ 되게 부착(S20)시킨 후에, 2류체 분사노즐로 강판 표면에 인산염 수용액을 분사하여 도금조직을 미세화시킴과 동시에 도금층 위에 인산염 화합물 복합 피막층이 형성된 시편을 제조하였다(S30). 표 1은 발명의 효과를 측정하기 위하여 사용된 용액들의 조성을 나타낸 것으로 표1에서 사용한 인산염 화합물들에 있어서 인산철계, 인산니켈계 및 인산망간계를 제외한 나머지 인산염 화합물은 인산암모늄 화합물이다.

표2는 표1의 용액으로 제조한 시편들의 강판의 품질 특성을 평가한 결과를 나타낸 것이다.

제조된 강판의 품질 중 프레스 성형성은 지름 50 mm 시 높이 30 mm되는 반구형태로 드로잉 가공한 후에, 도금층이 탈락되어 프레스 다이에 뭍어 있는 정도로 평가하였으며, ○는 전혀 탈락되지 않은 상태, △는 육안으로 간신히 1~2개 정도 확인되는 상태, X는 도금층의 탈락정도를 육안으로 쉽게 식별할수 있는 수준이다. 제조된 강판의 품질 중 도장성은 자동차사에서 차체 도장시에 사용되는 조건으로 인산염 피막을 형성시켜, 그 품질을 평가하였다. ○는 통상의 인산염 피막보다 더 치밀한 인산염 피막이 형성된 상태, △는 통상적인 인산염 피막상태, X는 통상적인 인산염 피막 상태보다 불량한 경우로 평가하였다. 제조된 강판의 품질 중 용접성은 강판의 연속타점을 평가하였다. ○는 통상의 용융아연도금강판 보다 용접기의 팁 수명이 길어진 경우, △는 통상의 용융아연도금강판과 유사한 수준의 용접기 팁 수명의 경우, X는 통상적인 용융아연도금강판 보다 용접기 팁 수명이 단축된 경우이다. 강판의 품질은 아니지만 표1의 용액을 사용하여 분사하여 시편을 제조할때 분사 노즐 막힘이 발생하지 않은 경우는 ○, 노즐 막힘 현상이 발생한 경우는 X로 표2에 함께 표시하였다.

본 발명에서 제안하는 범위에 포함된 용액을 사용한 발명예 1~11는 모두 노즐 막힘 현상없이 양호한 도장성, 용접성 및 프레스 성형성을 나타내었다. 인산염화합물의 농도가 제안 범위 보다 낮은 비교예 1은 처리농도가 너무 낮아 용액 분사효과가 거의 나타나지 않았으며, 인산염 화합물의 농도가 제안범위를 초과한 비교예 2의 경우는 미용해 인산염화합물이 용액중에 잔존하여 노즐 막힘 현상이 관찰되는 문제가 있었다. 인산화합물의 비율이 본 발명의 제안 범위 보다 낮은 비교예 3의 경우는 용접성의 개선효과가 부족하였으며, 티타니움 콜로이달 함량이 미달된 비교예 4의 경우는 도장성이 만족스럽지 못하였다. 티타니움 콜로이달의 함량이 초과된 비교예 5의 경우는 노즐 막힘 문제가 발생하였다. 콜로이달 실리카의 크기가 제안범위 보다 작거나 큰 비교예 6, 7의 경우는 노즐 막힘 문제가 발생하였다. 콜로이달 실리카의 첨가량이 본 발명의 제안범위 보다 작은 비교예 8의 경우는 프레스 성형성이 만족스럽지 못하였으며, 콜로이달 실리카의 첨가량이 본 발명의 제안범위를 초과한 비교예 9에서는 도장성이 불량하였다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 용융아연도금강판 제조를 위한 도금조직 미세화용액 및 그 용액을 이용한 용융아연도금강판의 제조방법은 첫째, 강판을 향해 분사되어 표면에 부착된 수용액 액적들이 강판이 갖고 있는 잠열을 뺏어 효과적으로 도금조직을 미세화시켜 표면외관을 향상시키는 효과가 있다.

둘째, 수용액 중에 함유된 성분들이 강판이 가지고 있는 잠열에 의해 피막형성 반응을 일으켜서 강판의 내식성, 도장성, 프레스 가공성 및 용접성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 인산철계 화합물 또는 인산망간계 화합물의 2가지 중 1종 이상이 혼합되어 전체 인산염 화합물의 총량에 대해 적어도 30wt% 이상을 차지하는 인산염 화합물이, 물 1ℓ에 1~350g 용해되어 있고, 티타니움 콜로이달 화합물이 상기 인산염 화합물 중량에 대해서 0.01~0.3의 중량부로 첨가되어 있으며, 10~1,000나노미터의 크기를 갖는 콜로이달 실리카가 상기 인산염 화합물 중량에 대하여 0.01~0.3의 중량부로 첨가되어 용접성이 우수한 것을 특징으로 하는 용융아연도금강판 제조를 위한 도금조직 미세화 용액.
3. 삭제
4. 삭제

Images