KR100766165B1 - 고강도 합금화 용융아연 도금 강판의 제조 방법 및 제조 설비 - Google Patents

고강도 합금화 용융아연 도금 강판의 제조 방법 및 제조 설비 Download PDF

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Abstract

Si 0.4 내지 2.0wt% 함유하는 고강도 강판을 연속적으로 용융아연도금 할 때, 환원대의 대기를 H2 1 내지 60wt%를 포함하고 나머지N2,H2O,O,CO2,CO 및 불가피한 불순물로 구성된 대기로 하고 상기 대기 중의 이산화탄소 분압과 수소 분압의 log(PCO2/PH2)를 log(PCO2/PH2)≤-0.5로 제어하고 물 분압과 수소 분압의 log(PH2O/PH2)를 log(PH2O/PH2)≤-0.5로, 이산화탄소 분압 PCO2와 물 분압 PH2O의 총 분압 PT와 수소 분압의 log(PT/PH2)를 -3≤log(PT/PH2)≤-0.5로 제어하는 단계를 포함하는, all-radiant tube 타입의 어닐링 로를 사용하는 용융아연도금강판 제조설비를 통해 고강도 합금화 용융아연 도금 강판을 생산하는 제조방법 및 그 제조설비를 제공한다.

Description

고강도 합금화 용융아연 도금 강판의 제조 방법 및 제조 설비{PROCESS OF PRODUCTION AND PRODUCTION EQUIPMENT OF HIGH STRENGTH GALVANNEALED STEEL SHEET}
본 발명은 고강도 합금화 용융아연 도금 강판(galvannealed steel sheet)의 제조 방법 및 제조 설비에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다양한, 예를 들어, 건축자재 또는 자동차용 강판과 같은 제품에 사용될 수 있는 도금 강판에 관한 것이다.
양호한 내식성을 갖는 도금 강판으로는 합금화 용융아연 도금 강판이 있다. 이 합금화 용융아연 도금 강판은 통상 강판을 탈지하는 단계, 비 산화로에서 예열하는 단계, 표면을 깨끗하게 하고 품질을 확보하기 위해 환원로 내에서 환원 어닐링하는 단계, 용융아연 도금 배스(bath)에 침지시키는 단계, 부착량을 제어하는 단계 및 그 후 합금하는 단계에 의해 생산된다. 뛰어난 내식성, 도금 밀착성 등의 특성으로 인해, 합금화 용융아연 도금 강판은 자동차, 건축자재 및 다른 제품에 광범위하게 사용되고 있다.
특히, 최근에는 자동차 분야에서, 아연도금 강판은 충돌시 승객을 보호하는 기능과 연료 효율성을 개선하기 위해 무게를 줄이는 기능 양자를 달성하기 위해 더 고강도로 제조되어야 한다.
또한, 최근, 어닐링시 강판 표면에서의 반응을 더 균일하게 하고 도금 외관을 개선하기 위해, 올 레이디언트 튜브형(all radiant tube type)의 어닐링 로를 사용하는 아연도금강판 제조 시스템이 널리 사용되고 있다.
가공성을 감소시키지 않고 강판의 강도를 높이기 위해 Si,Mn,P와 같은 원소들을 첨가하는 것이 효과적이다. 이러한 요소들은 환원 어닐링 단계에서 선택적으로 산화되며 강판의 표면에 농축된다. 특히, 강판의 표면에 농축된 Si 산화물은 강판과 용융 아연의 습윤도를 떨어뜨리는 원인이 된다. 심한 경우에는, 용융아연이 강판에 흡착되지 않게 된다.
따라서, 인(P)과 같은 원소가 첨가된 강판을 용융아연으로 도금하기 위해, 예를 들면, 일본 특허 제 2513532호와 같이, 철 산화막의 두께를 적당한 범위로 해서 Si, Mn, P와 같은 원소의 산화물 층의 생성을 억제하고 습윤도를 향상시키는 방법, 또는 예를 들면, 코까이(kokai)의 일본 미심사 특허 출원 평 2-38549호와 같이, 프리 플레이팅(pre-plating)하여 습윤도를 향상시키는 방법이 사용되어 왔다.
또한, 예를 들어, 코까이(kokai)의 일본 미심사 특허 출원 제 2001-323355호와 같이, 도금 습윤도를 개선하기 위해 SiO의 내부 산화를 일으키도록 환원성 대기를 적절히 제어하는 단계를 포함하는 제조 방법도 제안되었다.
그러나, 일본 특허 제 2513532호와 코까이(kokai)의 일본 미심사 특허 출원 제 2001-323355호에 개시된 기술은 비산화성 대기에서 가열하여 환원성 대기에서 어닐링하는 센지미어(Sendzimir) 타입의 용융아연 도금 강판 제조시스템을 사용한 기술이며, 올 레이디언트 튜브 타입의 어닐링 로를 사용하는 용융아연 도금 강판의 제조 설비에서는 사용될 수 없다.
또한, 코까이(kokai)의 일본 미심사 특허 출원 평 2-38549호에 개시된 기술에서, 프리 플레이팅 시스템은 필수적이다. 설치 공간이 없다면 사용될 수 없다. 또한, 프리 플레이팅 시스템의 설치에 따른 비용 상승을 피할 수 없다.
도1은 본 발명에 따른 합금화 용융아연 도금 강판 제조 설비의 일 실시예의 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 합금화 용융아연 도금 강판의 제조 설비의 다른 실시예의 측면도이다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 올 레이디언트 튜브 타입의 어닐링 로를 사용하는 용융아연 도금 강판의 제조 설비에 의한 고강도 합금화 용융아연 도금 강판의 제조 방법 및 이를 위한 제조 설비를 제안한다.
본 발명자들은 올 레이디언트 튜브 타입의 어닐링 로를 사용하는 용융아연 도금 강판의 제조 설비에 의한 고강도 합금화 용융아연 도금 강판을 제조하는 제조 방법에 대한 집중적인 연구를 진행했으며, 그 결과, 환원대에서의 대기를 1 내지 60 wt% 양의 H2를 포함하고 나머지 N2,H2O,O2,CO2,CO 및 불가피한 불순물로 구성되는 대기로 형성하고, 상기 대기 중의 이산화탄소 분압과 수소 분압의 log(PCO2/PH2)를 log(PCO2/PH2)≤-0.5로, 물의 분압과 수소의 분압의 log(PH2O/PH2)를 log(PH2O/PH2)≤-0.5로 제어하고, 이산화탄소 분압 PCO2와 물의 분압 PH2O의 총 분압 PT와 수소 분압의 log(PT/PH2)를 -3≤log(PT/PH2)≤-0.5로 제어함으로써, 고강도 합금화 용융아연 도금 강판을 제조하는 것이 가능하다는 것을 밝혔다. 또한, 올 레이디언트 튜브 타입의 어닐링 로를 1 내지 100 wt%의 CO2와 나머지 N2, H2O, O2, CO와 불가피한 불순물로 구성된 가스를 충전함으로써, 고강도 합금화 용융아연 도금 강판을 제조하는 것이 가능하다는 것을 밝혔다.
즉, 본 발명의 핵심은 다음과 같다.
(1) 0.4 내지 2.0 wt%의 Si 성분을 함유하는 고강도 강판을 연속 용융아연 도금하는 단계를 포함하는 고강도 합금화 용융아연 도금 강판을 제조하는 방법에 있어서, 환원대의 대기를, 1 내지 60wt% 까지의 H2를 포함하고 나머지 N2, H2O, O2, CO2, CO 및 불가피한 불순물로 구성되는 대기로 형성하는 단계와, 상기 대기 중에서 이산화탄소의 분압과 수소의 분압의 log(PCO2/PH2)를 log(PCO2/PH2)≤-0.5로 제어하고, 물 분압과 수소 분압의 log(PH2O/PH2)를 log(PH20/PH2) ≤-0.5로 제어하고, 이산화탄소 분압 PCO2와 물의 분압 PH2O의 총 분압 PT와 수소 분압의 log(PT/PH2)를 -3≤log(PT/PH2) ≤-0.5로 제어하는 단계와, 상기 환원대에서의 어닐링을 720℃ 내지 880℃의 페라이트-오스테나이트 이상 온도 영역에서 수행하는 단계와, 도금 배스까지 냉각하고 용융아연 도금을 수행하여 상기 냉연강판의 표면에 용융아연 도금 층을 형성하는 단계와, 상기 용융아연 도금 층이 형성된 강판에 460 내지 550℃에서 합금화 열처리를 수행하는 단계를 포함하는 고강도 합금화 용융아연 도금 강판의 제조방법
(2) (1)에 있어서, 상기 용융아연 도금은 0.07wt% 이상의 배스 내 유효 Al 농도와 나머지 Zn과 불가피한 불순물로 구성된 조성성분의 용융아연 도금 배스 내에서 수행하고, 상기 합금화는
450≤T≤410×exp(2×[Al%])
여기서, [Al%]: 용융아연 도금 배스 내의 유효 Al 농도(wt%)
를 만족하는 온도 T에서 수행하는 것을 특징으로 하는 고강도 합금화 용융아연 도금 강판의 제조방법.
(3) (1) 또는 (2)에 있어서,
[Al%]≤0.092-0.01×[Si%]2
여기서,[Si%] : 강판의 Si 함유량(wt%)
을 만족하는 배스 내의 유효 Al 유효농도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 밀착성이 뛰어난 고강도 합금화 용융아연 도금 강판의 제조방법.
(4) (1)의 고강도 합금화 용융아연 도금 강판의 제조 방법을 실시하기 위해, 용융아연 도금 배스를 배치하고, 강판에 연속적으로 용융아연 도금을 실시하는 용융아연 도금 강판 제조 설비이며, 올 레이디언트 튜브 방식의 어닐링 로와, 상기 어닐링 로에 CO2로 구성된 가스 또는 CO2를 포함하고, N2, H2O, O2, CO 및 불가피한 불순물로 구성된 가스를 도입하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융아연 도금 강판 제조설비.
(5) (1)의 고강도 합금화 용융아연 도금 강판의 제조 방법을 실시하기 위해, 용융아연 도금 배스를 배치하고, 강판에 연속적으로 용융아연 도금을 실시하는 용융아연 도금 강판 제조 설비이며, 올 레이디언트 튜브 방식의 어닐링 로와, 상기 어닐링 로 중에서 CO 또는 탄화수소를 연소시키고, CO2로 구성된 가스 또는 CO2를 포함하고, N2, H2O, O2, CO 및 불가피한 불순물로 구성된 가스를 발생시키는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융아연 도금 강판 제조설비.
또한, 본 발명에서, 다음에서 정의되는 조건 하에 본 발명이 목표하는 고강도 합금화 용융아연 도금 강판을 제조하는 것이 가능하다.
1) 상기 (1)에서 (5) 중의 어느 하나에서 언급된 고강도 합금화 용융아연 도금 강판의 제조 공정에 있어서, 상기 강판은 0.5 내지 10℃/sec의 평균 냉각 속도로 최고 도달 온도에서 650℃까지 냉각된 후, 650℃에서 도금 배스까지 적어도 3℃/sec의 평균 냉각속도로 냉각된다.
2) 상기 (1)에서 (5) 중의 어느 하나에서 언급된 고강도 합금화 용융아연 도금 강판의 제조 공정에 있어서, 상기 강판은 0.5 내지 10℃/sec의 평균 냉각 속도로 최고 도달 온도에서 650℃까지 냉각된 후, 650℃에서 500℃까지 3℃/sec 이상의 평균 냉각 속도로 냉각되고, 500℃부터 420 내지 460℃까지 0.5℃/sec의 평균 냉각 속도로 더 냉각되고, 500℃부터 도금 배스까지 25초 내지 240초 동안 유지한 후, 용융아연 도금이 수행된다.
3) 상기 (1)에서 (5) 중의 어느 하나에서 언급된 고강도 합금화 용융아연 도금 강판의 제조 공정에 있어서 용융아연 도금 후 400℃ 이하의 온도로 냉각할 때까지의 시간은 30초에서 120초까지로 한다.
4) 상기 (1)에서 (5) 중의 어느 하나에서 언급된 고강도 합금화 용융아연 도금 강판의 제조 공정에 있어서 상기 강판은 어닐링 후 400 내지 450℃ 까지 냉각된 후, 430℃ 내지 470℃까지 재가열되어 용융아연 도금이 수행된다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 올 레이디언트 튜브 타입의 어닐링 로를 사용하는 용융아연 도금 강판 제조 설비에 의해 0.4 내지 2.0 wt%의 Si를 함유하는 연속적으로 용융아연도금되는 고강도 강판을 포함하며, 그 과정에서 환원대의 대기 형성은 철을 산화시키지 않고 SiO2의 내부 산화를 유발시키도록 한다. 여기서, "Si의 내부 산화"란 강판 내에 확산된 산소가 합금의 표면층 근처에서 Si와 반응하여 산화물로서 석출되는 현상이다. 내부 산화 현상은 산소의 내부로의 확산 속도가 규소의 외부로의 확산 속도보다 훨씬 빠를 때, 즉, 대기 중의 산소 포텐셜이 상대적으로 높을 때 일어난다. 이 때, Si는 결코 많이 움직이지 않으며 제자리에서 산화되어 도금 흡착성 저하의 원인, 즉, 강판 표면에서의 Si의 집중을 막을 수 있다.
구체적으로는, 본 발명은 환원대의 대기를 1 내지 60wt%의 H2를 포함하고 나머지 N2, H2O, O2, CO2, CO 및 불가피한 불순물로 구성되는 대기로 형성하는 단계, 대기 중의 이산화탄소 분압 및 수소 분압의 log(PCO2/PH2)를 log(PCO2/PH2) ≤-0.5로 제어하고, 물 분압과 수소 분압의 log(PH2O/PH2)를 log(PH2O/PH2)≤-0.5로 제어하는 단계, 이산화탄소 분압 PCO2와 물 분압 PH2O의 총 분압 PT와 수소 분압의 log(PT/PH2)을 -3≤log(PT/PH2)≤-0.5로 제어하는 단계 및 페라이트-오스테나이트 이상(二相) 온도 영역의 720℃ 내지 880℃의 환원대에서 어닐링을 수행하는 단계를 포함한다.
환원대에서는, 1% 내지 60% 범위의 H2를 포함하는 가스가 사용된다. H2를 1% 내지 60% 로 제한하는 이유는, 1% 미만이라면 어닐링 전에 강판의 표면에 생성된 산화막이 충분히 환원될 수 없고 도금 습윤도가 확보될 수 없으며, 반면에 60%를 초과하면 환원작용이 향상되지 않고 비용이 증가하기 때문이다.
또한, 환원대에서는, SiO2의 내부 산화를 유발하기 위해, 하나 또는 둘 이상의 H2O, O2, CO2 및 CO가 환원성 대기로 도입되고, 대기 중의 이산화탄소 분압과 수소 분압의 log(PCO2/PH2)이 log(PCO2/PH2)≤-0.5로 제어되고, 물 분압과 수소 분압의 log(PH2O/PH2)가 log(PH2O/PH2) ≤-0.5로 제어되고, 이산화탄소 분압 PCO2과 물 분압 PH2O의 총 분압 PT와 수소 분압의 log(PT/PH2)가 -3≤log(PT/PH2) ≤-0.5로 제어된다.
이산화탄소 분압과 수소 분압의 Log(PCO2/PH2)과 물 분압과 수소 분압의 log(PH2O/PH2)는 CO2와 수증기를 로에 도입함으로써 제어된다.
log(PCO2/PH2)를 -0.5 이하로 하는 이유는, log(PCO2/PH2)가 -0.5를 초과하면, 어닐링 전에 강판의 표면에 생성된 산화막이 충분히 환원될 수 없고 도금 습윤도가 확보될 수 없기 때문이다. 또한, log(PH2O/PH2)를 -0.5 이하로 하는 이유는, log(PH2O/PH2)가 -0.5를 초과하면, 어닐링 전에 강판의 표면에 생성된 산화물 막이 충분히 환원될 수 없고 도금 습윤도가 확보될 수 없기 때문이다.
이산화탄소 분압 PCO2와 물 분압 PH2O와 수소 분압의 log(PT/PH2)를 -0.5 이하로 하는 이유는, log(PT/PH2)가 -0.5를 초과하면, 어닐링 전에 강판의 표면에 생성된 산화물 막이 충분히 산화될 수 없고 도금 습윤도가 확보될 수 없기 때문이다. 또한, log(PT/PH2)를 -3 이상으로 하는 이유는, log(PT/PH2)이 -3 미만이라면, Si의 외부 산화가 발생하고, SiO2가 강판의 표면에 생성되며, 도금 습윤도가 떨어지게 되기 때문이다.
O2와 CO는 의도적으로 도입될 필요는 없지만, H2O와 CO2가 주 어닐링 온도와 대기의 로에 도입되면, 일부가 H2에 의해 환원되고, O2와 CO2가 발생된다.
H2O와 CO2는 오직 필요한 양으로 도입될 필요가 있다. 도입 방법은 특별히 제한은 없으나, 예를 들어 CO와 H2의 혼합물로 구성된 가스를 연소하고 생성된 H2O와 CO2를 도입하는 방법, CH4, C2H6, C8H8 또는 다른 탄화수소의 기체나, LNG 또는 다른 탄화수소의 혼합물을 연소하는 방법, 가솔린, 경유, 중유 또는 다른 액체 탄화수소의 혼합물을 연소시켜서 생성된 H2O와 CO2를 도입하는 방법, CH3OH, C2H5OH 또는 다른 알코올 또는 그 혼합물, 또는 다양한 형태의 유기 용매를 연소해서 생성된 H2O, CO2 등을 도입하는 방법 등이 있을 수 있다.
CO만을 연소해서 생성된 CO2를 도입하는 방법도 고려될 수 있으나, CO2를 주 어닐링 온도와 대기의 로에 도입하면 일부분을 H2에 의해 환원될 수 있다. H2O와 CO2를 도입해서 CO와 H2O를 생성하는 경우와 본질적인 차이는 없다.
또한, 연소에 의해 생성된 상기 H2O와 CO2를 도입하는 방법에 추가하여, CO와 H2의 혼합물가스, CH4, C2H6, C8H8 또는 다른 탄화수소의 가스, LNG 또는 다른 탄화수소의 혼합물, 가솔린, 경유 또는 다른 액체 탄화수소의 혼합물, CH3OH, C2H5OH 또는 다른 알코올 또는 그 혼합물, 및 다양한 타입의 유기용매 등을 산소와 동시에 어닐링 로 내에 도입해서 로 내에서 연소하여 H2O와 CO2를 생성하는 방법도 사용될 수 있다.
인라인 어닐링 타입의 연속 용융아연 도금 제조 설비에 의해 어닐링할 때, 어닐링 온도는 720℃ 내지 880℃의 페라이트-오스테나이트 이상영역으로 된다. 어닐링 온도가 720℃ 미만이면, 재결정이 불충분하다. 강판에 필요한 프레스 가공성을 얻을 수 없다. 880℃를 넘는 온도로 어닐링하면 비용 상승이 초래되어 바람직하지 않다.
다음으로, 강대(鋼帶)는 도금 배스에 침지하는 과정에 의해 냉각되지만, 특별히 엄격한 처리 조건을 갖는 부재의 사용을 목적으로 하지 않는 경우에는, 특별한 냉각과정을 거치지 않을 수 있다. 용융아연 도금이 수행되어 강판 표면에 용융아연 도금 층이 형성되고 난 후, 상기 용융아연 도금층이 형성된 강판은 460℃ 내지 550℃에서 합금화를 위해 열처리되어 고강도 합금화 용융아연 도금 강판이 제조된다.
특히, 고강도와 좋은 프레스 가공성 양자를 얻기 위해, Si와 Mn이 다량으로 첨가된 강판이 어닐링되고 난 후, 도금 배스로 침지하는 과정에서 최고도달온도로부터 650℃까지 평균 0.5 내지 10℃/sec로 냉각되고, 그 후, 650℃에서 도금 배스까지 평균 최소 3℃/sec 이상으로 냉각된다. 650℃까지의 냉각속도는 평균 0.5 내지 10℃/sec로 되어, 가공성을 향상시키기 위해 페라이트의 체적 백분율을 증가시키고, 동시에 생성 자유에너지를 낮추기 위해 오스테나이트의 C 농도를 증가시키며, 마르텐사이트 변태 개시온도를 도금 배스 온도 이하로 한다. 650℃까지의 평균 냉각 속도를 0.5℃/sec 미만으로 하기 위해서는, 연속 용융아연 도금 제조설비의 라인 길이를 더 길게 하고 비용을 증가시키는 것이 요구되기 때문에, 650℃까지의 평균 냉각 속도는 0.5℃/sec 이상으로 한다.
650℃까지의 평균 냉각 속도를 0.5℃/sec 이하로 하기 위해서는, 최대 도달 온도를 낮추고 오스테나이트 체적 백분율이 작은 온도에서 어닐링하는 것이 고려될 수도 있지만, 이 경우 적절한 온도범위가 실제 조업에서 허용되는 온도범위에 비해 좁고, 어닐링 온도가 다소 낮다면, 오스테나이트가 형성되지 않아서 목적을 달성하지 못하게 된다.
한편, 650℃까지의 평균 냉각 속도가 10℃/sec를 초과하게 하면, 페라이트의 체적 백분율의 증가가 불충분해질 뿐만 아니라, 오스테나이트의 C 농도의 증가도 작아지게 된다. 따라서, 강대가 도금 배스에 침지되기 전에 그 일부분은 마르텐사이트로 변태되고 그 마르텐사이트는 뜨임 처리되어 그 후의 합금화처리를 위한 가열에 의해 시멘타이트로 침전된다. 따라서, 고강도와 좋은 가공성을 모두 달성하기란 어렵게 된다.
650℃에서 도금 배스까지의 평균 냉각 속도는 냉각 도중에 오스테나이트가 펄라이트로 변태되는 것을 피하기 위해 3℃/sec 이상으로 한다. 3℃/sec 미만의 냉각속도로는, 강판은 본 발명에서 정의된 온도로 어닐링된다. 또한, 650℃까지 냉각하더라도 펄라이트의 생성은 피할 수 없다. 평균 냉각 속도의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 평균 냉각 속도가 20℃/sec를 초과하지 않도록 강대를 냉각하는 것은 건조한 대기에서는 어렵다.
또한, 뛰어난 가공성의 고강도 합금화 용융아연 도금 강판을 제조하기 위해, 강판은 650℃에서 500℃까지 3℃/sec 이상의 평균 냉각 속도로 냉각되고, 500℃에서 420℃ 내지 460℃까지 0.5℃/sec이상의 평균 냉각 속도로 더욱 냉각되어, 500℃에서 도금 배스까지 25초 내지 240초 동안 유지된 후, 용융아연도금이 수행된다.
650℃에서 500℃까지의 평균 냉각 속도는 3℃/sec 이상으로 되어 냉각 도중에 오스테나이트가 펄라이트로 변태되는 것이 방지되었다. 3℃/sec 미만의 냉각속도로는, 본 발명에서 정의된 온도로 어닐링하거나 650℃까지 냉각하더라도 펄라이트의 생성을 피할 수 없다. 평균 냉각 속도의 상한이 특별히 제한되지는 않지만, 20℃/sec의 평균 냉각 속도를 초과하지 않도록 강대를 냉각하는 것은 건조한 대기에서는 어렵다.
500℃부터의 평균 냉각 속도는 냉각 도중에 오스테나이트가 펄라이트로 변태되는 것을 피하기 위해 0.5℃/sec 이상으로 한다. 0.5℃/sec 미만의 냉각 속도로는, 본 발명에서 정의된 온도에서 어닐링하거나 500℃로 냉각한다 할지라도, 펄라이트의 생성을 피할 수 없다. 평균 냉각 속도의 상한은 특별히 제한되지 않지만, 20℃/sec의 평균 냉각 속도를 초과하지 않도록 강대를 냉각하는 것은 건조한 대기에서는 어렵다. 또한, 냉각 완료 온도는 420℃ 내지 460℃로 되어 오스테나이트의 C 농도를 촉진시키고 가공성이 뛰어난 고강도 합금화 용융아연 도금을 얻었다.
500℃와 도금 배스 사이에서 25초부터 240초 미만의 유지 시간을 제한하는 이유는, 유지시간이 25초 미만이면, 오스테나이트의 C 농도가 불충분하고 오스테나이트의 C 농도가 실온에서의 오스테나이트의 잔류를 가능하게 하는 수준에 도달하지 않기 때문이다. 240초를 초과하면, 바이나이트 변태가 과하게 진행되지 않고, 오스테나이트 양이 더욱 적어지고, 충분한 잔류 오스테나이트 양이 생성될 수 없다.
또한, 500℃부터 도금 배스까지 유지되는 동안, 강판이 갑자기 400 내지 450℃의 온도로 냉각된다. 유지시, 오스테나이트 C 농도는 촉진되고 가공성이 뛰어난 고강도 합금화 용융아연 도금이 얻어진다. 그러나, 430℃ 이하에서 도금 배스에 강판을 계속해서 침지하면, 도금 배스는 냉각되고 응고된다. 따라서, 430 내지 470℃의 온도까지 재가열한 후, 용융아연 도금을 수행하는 것이 필요하다.
본 발명의 합금화 용융아연 도금 강판의 제조에 있어서, 좋은 가공성의 합금화 용융아연 도금 강판을 제조하기 위해, 사용되는 용융아연 도금 배스는 배스 내의 유효 Al 농도가 0.07 내지 0.092wt%인 Al 농도로 조정되어야 한다. 여기서, 도금 배스 내의 유효 Al 농도란 배스 내의 Al 농도에서 배스 내의 Fe 농도를 제외한 값이다.
유효 Al 농도를 0.07 내지 0.092wt%로 제한하는 이유는, 유효 Al 농도가 0.07% 미만이면, 도금 개시 시에 합금화 방벽으로 작용하는 Fe-Al-Zn 상의 형성이 불충분해지고, 도금시 도금 강판의 경계면에서 불안정한 Γ 상이 두껍게 형성되어서, 가공시에 도금코팅밀착력이 떨어지는 합금화 용융아연 도금 강판만이 얻어질 수 있다. 한편, 유효 Al 농도가 0.092%보다 높으면, 오랜 시간 높은 온도에서 합금화하는 것이 필요하게 되고, 강판에 잔류하는 오스테나이트가 펄라이트로 변태하여, 결국 고강도 및 좋은 가공성 양자를 구현하는 것은 어렵게 된다. 또한, 본 발명에서 합금화 시의 합금화 온도를
450≤T≤410×exp(2× [Al%])
여기서 [Al%] : 용융아연 도금 배스 내의 유효 Al 농도(wt%)
을 만족하는 온도 T로 하는 것이 좋은 가공성의 고강도 합금화 용융아연 도금 강판의 제조에 효과적이다.
합금화 온도를 450℃ 이상 내지 410×exp(2×[Al%])℃ 이하로 하는 이유는, 합금화 온도 T가 450℃보다 낮으면, 합금화가 진행되지 않거나 합금화가 충분히 진행되지 않아서 합금화가 미처리되어, 도금층이 밀착성이 떨어지는 η 상으로 피복된다. 또한, T가 410×exp(2×[Al%])℃ 보다 높게 되면, 합금화가 너무 진행되고 불안정한 Γ 상이 도금 강판의 경계면에 두껍게 형성되어, 가공시 도금 밀착 강도가 떨어진다.
본 발명에서, 합금화 온도가 너무 높으면, 강에 잔류하는 오스테나이트가 펄라이트로 변태하여 고강도와 좋은 가공성을 모두 만족하는 강판을 얻기 어려워진다. 따라서, 첨가되는 Si의 양이 많아지고 합금화가 어려워질수록, 배스 내의 유효 Al 농도를 낮추고 합금화 온도를 낮추는 것이 가공성을 향상시키는데 더 효과적이게 된다.
구체적으로는, 도금은
[Al%]≤0.092-0.001×[Si%]2
여기서, [Si%] : 강판 내의 Si 함유량(wt%)
을 만족하는 배스 내의 유효 Al 농도(wt%)에서 수행된다.
유효 Al 농도를 0.092-0.001×[Si%]2% 이하로 제한하는 이유는, 유효 Al 농도가 0.092-0.001×[Si%]2% 보다 높으면, 높은 온도에서 오랜 시간 합금화하는 것이 요구되고, 강에 잔류하는 오스테나이트가 펄라이트로 변태되어 가공성이 나빠지기 때문이다.
용융아연 도금 후 400℃ 이하의 온도로 냉각할 때까지의 시간을 30초 내지 120초로 하는 이유는 30초 미만이면, 합금화가 불충분해지고 합금화가 불완전하게 되며, 도금의 표면층이 밀착성이 떨어지는 η 상으로 덮히게 되며, 반면에 120초를 넘게 되면, 펄라이트는 변태가 과하게 진행되고, 오스테나이트의 양은 작아져 충분한 양의 잔류 오스테나이트를 생성할 수 없다.
도1 및 도2는 본 발명에 따른 용융아연 도금 강판의 제조설비의 예를 측면도로 도시한다. 상기 도면에서, 도면 부호 1은 0.4 내지 2.0wt%의 Si 성분을 갖는 고강도 강판, 도면 부호 2는 어닐링 로의 가열대, 도면 부호 3은 어닐링 로의 균열대, 도면 부호 4는 어닐링 로의 냉각대, 도면 부호 5는 로 내 롤, 도면 부호 6은 강판 진행 방향, 도면 부호 7은 용융아연 도금 탱크, 도면 부호 8은 용융아연, 도면 부호 9는 스나우트, 도면 부호 10은 싱크 롤, 도면 부호 11은 가스 와이핑 노즐, 도면 부호 12는 합금화 로, 도면 부호 13은 가스유량조절밸브, 도면 부호 14는 환원가스배관, 도면 부호 15는 환원가스유동방향, 도면 부호 16은 버너, 도면 부호 17은 연소가스배관, 도면 부호 18은 연소가스유동방향, 도면 부호 19는 연료가스배관, 도면 부호 20은 연료가스유량방향, 도면 부호 21은 공기배관, 도면 부호 22는 공기유동방향, 도면 부호 23은 로 내에 설치된 버너를 나타내고 있다.
실시예 1
표1에서 R로 표시된 조성으로 된 슬래브는 1150℃까지 가열되어 마감온도 910 내지 930℃에서 4.5mm의 열간압연강대를 얻었다. 이는 580 내지 680℃에서 권취되었다. 산 세척 후 냉간압연하여 1.6mm의 냉간압연강대를 얻은 후, 올 레이디언트 튜브 타입의 어닐링 로를 사용하는 연속 용융아연 도금 설비가 표2에서 나타난 것과 같은 조건 하에 열처리 및 도금에 사용되어 합금화 용융아연 도금을 제조했다.
연속 용융아연 도금 설비는 CO와 H2의 혼합물로 구성된 가스를 연소해서 생성된 H2O와 CO2를 도입하는 장치를 구비하였고, 이산화탄소 분압 PCO2와 물 분압 PH2O의 전체 분압 PT와 수소 분압의 log(PT/PH2)는 표2에 나타난 값이 되도록 조절되었다.
인장강도(TS)와 연신율(El)은 상기 강판으로부터 JIS 5호 시험편들을 잘라내어 상온에서 인장시험을 수행하여 구하였다.
도금 부착량은 반응억제제 내의 염산에 피막을 용해시켜서 중량법으로 측정하여 결정했다.
습윤도는 다음과 같이 압연 코일의 도금 간극의 면적률을 평점하여 판단했다.
3 이상의 평점은 합격으로 판단했다.
4 : 1% 미만의 도금 간극 면적률
3 : 1% 이상 5% 미만의 도금 간극 면적률
2 : 5% 이상 10% 미만의 도금 간극 면적률
1 : 10% 이상의 도금 간극 면적률
평가 결과는 표2에서 나타난다. 샘플 1은 이산화탄소 분압 PCO2와 물 분압 PH2O의 총 분압과 수소 분압의 log(PT/PH2)가 본 발명의 범위를 벗어나 있어서, 어닐링 전에 강판의 표면에 생성된 산화막이 충분히 환원될 수 없었으며, 도금 습윤도가 불합격한 것으로 판단되었다. 샘플 7은 이산화탄소 분압 PCO2와 물 분압 PH2O의 총 분압과 수소 분압의 log(PT/PH2)이 본 발명의 범위를 벗어나 있어서, Si의 외부 산화가 발생하여 SiO2가 강판의 표면에 생성되었고, 도금 습윤도가 불합격한 것으로 판단되었다.
본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 나머지 강판들은 도금 습윤도가 뛰어난 고강도 합금화 용융아연 도금 강판이었다.
실시예 2
표1에 제시된 조성으로 된 슬래브는 1150℃까지 가열되어 마감온도 910 내지 930℃에서 4.5mm의 열간압연강대를 얻었다. 이는 580 내지 680℃에서 권취되었다. 산 세척 후 냉간압연하여 1.6mm의 냉간압연강대를 얻은 후, 올 레이디언트 튜브 타입의 어닐링 로를 사용하는 연속 용융아연 도금 설비가 표3에서 나타난 것과 같은 조건 하에 열처리 및 도금에 사용되어 합금화 용융아연 도금을 제조했다.
연속 용융아연 도금 설비는 CO와 H2의 혼합물로 구성된 가스를 연소해서 생성된 H2O와 CO2를 도입하는 장치를 구비하였고, 이산화탄소 분압 PCO2와 물 분압 PH2O의 전체 분압 PT와 수소 분압의 log(PT/PH2)가 -1 내지 -2가 되도록 조절했다.
인장강도(TS)와 연신율(El)은 강판으로부터 JIS 5호 시험편들을 잘라내어 상온에서 인장시험을 수행하여 구하였다.
도금부착량은 반응억제제 내의 염산에 피막을 용해시켜서 중량법으로 측정하여 결정했다.
습윤도는 다음과 같이 압연 코일의 도금 간극의 면적률을 평점하여 판단했다.
4 : 1% 미만의 도금 간극 면적률
3 : 1% 이상 5% 미만의 도금 간극 면적률
2 : 5% 이상 10% 미만의 도금 간극 면적률
1 : 10% 이상의 도금 간극 면적률
평가 결과는 표3에 나타나고 있다.
본 발명의 제조 방법을 사용하면, 습윤도에서 뛰어난 고강도 합금화 용융아연 도금 강판을 제조하는 것이 가능하다.
특히, 샘플 4, 5, 6, 10, 11, 13, 14, 16, 17, 20, 21, 22, 25, 31, 32, 34, 35, 36에 나타난 제조 방법은 적절한 어닐링 로 내의 냉각속도, 용융 아연도금 배스 내의 유효 Al 농도, 합금화 온도를 갖기 때문에, 좋은 가공성의 고강도 합금화 용융아연 도금 강판을 제조할 수 있었다.
본 발명에 따르면, 올 레이디언트 튜브 타입의 어닐링 로를 사용하는 연속 용융아연 도금 설비를 사용하여 Si 함유량이 0.4 내지 2.0wt%인 고강도 강판을 도금하는 제조방법 및 이를 위한 장치를 제공할 수 있다. 산업 발전에 대한 기여는 매우 크다.

Claims (5)

  1. 0.4 내지 2.0 wt%의 Si 성분을 함유하는 고강도 강판을 연속 용융아연 도금하는 단계를 포함하는 고강도 합금화 용융아연 도금 강판을 제조하는 방법이며, 환원대의 대기를, 1 내지 60wt% 까지의 H2를 포함하고 나머지 N2, H2O, O2, CO2, CO 및 불가피한 불순물로 구성되는 대기로 형성하는 단계와, 상기 대기 중에서, 이산화탄소의 분압과 수소의 분압의 log(PCO2/PH2)를 log(PCO2/PH2)≤-0.5로 제어하고, 물 분압과 수소 분압의 log(PH2O/PH2)를 log(PH20/PH2)≤-0.5로 제어하고, 이산화탄소 분압 PCO2와 물의 분압 PH2O의 총 분압 PT와 수소 분압의 log(PT/PH2)를 -3≤log(PT/PH2)≤-0.5로 제어하는 단계와, 상기 환원대에서의 어닐링을 720℃ 내지 880℃의 페라이트-오스테나이트 이상 온도 영역에서 수행하는 단계와, 도금 배스까지 냉각하고 용융아연 도금을 수행하여 상기 냉연강판의 표면에 용융아연 도금 층을 형성하는 단계와, 상기 용융아연 도금 층이 형성된 강판에 460 내지 550℃에서 합금화 열처리를 수행하는 단계를 포함하는 고강도 합금화 용융아연 도금 강판의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용융아연 도금은 0.07wt% 이상의 배스 내 유효 Al 농도와 나머지 Zn과 불가피한 불순물로 구성된 조성성분의 용융아연 도금 배스 내에서 수행하고, 상기 합금화는
    450≤T≤410×exp(2×[Al%])
    여기서, [Al%]: 용융아연 도금 배스 내의 유효 Al 농도(wt%)
    를 만족하는 온도 T에서 수행하는 것을 특징으로 하는 고강도 합금화 용융아연 도금 강판의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    [Al%]≤0.092-0.01×[Si%]2
    여기서, [Si%] : 강판의 Si 함유량(wt%)
    을 만족하는 배스 내의 유효 Al 유효농도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 밀착성이 뛰어난 고강도 합금화 용융아연 도금 강판의 제조방법.
  4. 제1항의 고강도 합금화 용융아연 도금 강판의 제조 방법을 실시하기 위해, 용융아연 도금 배스를 배치하고, 강판에 연속적으로 용융아연 도금을 실시하는 용융아연 도금 강판 제조 설비이며,
    올 레이디언트 튜브 방식의 어닐링 로와,
    상기 어닐링 로에 CO2로 구성된 가스 또는 CO2를 포함하고, N2, H2O, O2, CO 및 불가피한 불순물로 구성된 가스를 도입하는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융아연 도금 강판 제조설비.
  5. 제1항의 고강도 합금화 용융아연 도금 강판의 제조 방법을 실시하기 위해, 용융아연 도금 배스를 배치하고, 강판에 연속적으로 용융아연 도금을 실시하는 용융아연 도금 강판 제조 설비이며,
    올 레이디언트 튜브 방식의 어닐링 로와,
    상기 어닐링 로 중에서 CO 또는 탄화수소를 연소시키고, CO2로 구성된 가스 또는 CO2를 포함하고, N2, H2O, O2, CO 및 불가피한 불순물로 구성된 가스를 발생시키는 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융아연 도금 강판 제조설비.
KR1020067003273A 2003-08-19 2004-08-19 고강도 합금화 용융아연 도금 강판의 제조 방법 및 제조 설비 KR100766165B1 (ko)

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