KR100916050B1

KR100916050B1 - 열간 성형용 유/무기 강판 코팅 물질, 코팅 강판, 이를사용한 열간 성형 부재 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100916050B1
Application number: KR1020070064243A
Authority: KR
Inventors: 박영준; 스테판 고에딕케
Original assignee: 주식회사 포스코; 세페흐 스테판
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2009-09-08
Also published as: KR20090000295A

Abstract

본 발명은 자동차 차체의 구조부재나 보강재로 주로 사용되는 열간성형성이 우수한 코팅 물질, 코팅 강판, 이를 이용한 열간성형 부재 및 이들의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 습식 화학 코팅에 적용되는 코팅 조성물과 이를 사용하여 형성된 코팅층의 구조가 600℃이상의 고온에서 물리/화학적으로 변화하여, 열간 성형 이후에도 자동차용 구조 부재나 보강재로 사용하기에 적합한 코팅 물질 및 이를 이용한 부재에 관한 것으로, 특히 열간 성형시 스케일 생성을 방지할 뿐만이 아니라, 점용접을 포함한 저항 용접이 가능한 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 고온에 의하여 코팅층이 변화함으로써 강판의 성형성을 향상시키며, 용접, 특히 점용접이 가능할 정도로 충분한 전기 전도성을 갖게 되는 열간 성형 부재의 제조가 가능하다. 나아가 본 발명의 강판 코팅 물질은 당해 기술 분야에 알려진 저온 및 고온 열간 성형 공정에서 유용하게 사용될 수 있다.

열간 성형 부재, 스케일, 점용접, 인장전단강도, 교차전단강도, 금속 안료

Description

열간 성형용 유/무기 강판 코팅 물질, 코팅 강판, 이를 사용한 열간 성형 부재 및 그 제조 방법{Organic/Inorgarnic Coating Material, Coated Steel For Hot Press Forming, Hot Press Parts Made Of It And Manufacturing Method Thereof}

도 1은 본 발명에 의한 코팅 강판의 용접 가능 Current 범위를 측정한 실험 결과를 나타내는 그래프

도 2는 본 발명에 의한 점용접(spot weld)시, 인장전단강도 및 교차전단강도를 나타내는 그래프

본 발명은 자동차 차체의 구조부재나 보강재로 주로 사용되는 열간성형성이 우수한 코팅 물질, 코팅 강판, 이를 이용한 열간성형 부재 및 이들의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 습식 화학 코팅에 적용되는 코팅 조성물과 이를 사용하여 형성된 코팅층의 구조가 600℃ 이상의 고온에서 물리/화학적으로 변화하여, 열간 성형 이후에도 자동차용 구조 부재나 보강재로 사용하기에 적합한 코팅 물질 및 이를 이용한 부재에 관한 것으로, 특히 열간 성형시 스케일 생성을 방지할 뿐만이 아니라, 점용접을 포함한 저항 용접이 가능한 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

열간 성형을 통하여 고강도 강판을 제조하기 위하여 열연강판 또는 냉연강판을 750℃ 이상으로 가열하게 되면 표면이 산화되어 산화 스케일이 생성되는 경우가 많다. 이러한 스케일은 가열된 강판의 표면이 대기 중의 산소와 접촉할 때 수초 내에 형성되며, 열처리 온도를 높이면 스케일이 생성되는 속도는 더욱 빨라지는 경향이 있다.

또한, 생성된 스케일은 매우 취성(brittle)이 강하고 열간 성형 및 냉각 공정을 거치면서 강판의 표면으로부터 플레이크 형태로 탈락되기 때문에, 강판에 손상을 가져오며 이러한 손상은 성형 공정이 진행됨에 따라 점차 심해지게 되어 열간 성형 생산 라인에서 중대한 결함을 초래하므로, 열간 성형을 할 때마다 성형 금형판에 부착된 스케일을 청소해야 한다.

따라서 산화 스케일이 생성되지 않도록 하는 기술로는 HPF(Hot Press Forming) 생산 라인은 강판을 질소 또는 아르곤 등의 불활성 가스 분위기 하에서 연속적으로 전기 가열로, 유도 가열로 등으로 열처리하거나 최소한 가스 버너를 이용하여 가열로 내의 산소 농도를 최소화시키는 방법이 사용되고 있다.

그러나 가열로에서 성형을 위하여 배출된 강판은 매우 빠른 시간 내에 스케일이 생성되는 특징이 있어 이러한 방법만으로는 완전하게 스케일의 생성을 막는 것이 어렵고, 나아가 경제적/기술적 한계로 이송, 가열 및 성형 금형을 포함하는 전체 생산 공정에 걸쳐 공정 분위기를 불활성 가스 분위기로 유지하는 것도 곤란하다는 문제가 존재한다.

또한, 강판을 부식으로부터 보호하기 위한 다른 방법으로 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 아연 및 아연 합금층을 용융도금 방법으로 강판 표면에 처리하는 기술이 있는데, 이와 관련된 종래 기술로는 알루미늄, 철, 실리콘 성분으로 구성된 금속 합금층으로 구성된 열연강판을 용융 도금법에 의하여 제조하는 기술이 유럽특허(EP1013785호)에 기술되어 있다.

하지만, 상기 유럽특허 EP1013785호에 나타난 합금층은 열간 성형시 스케일 생성을 저지하는 것에 있어서는 어느 정도 효과적이지만, 복잡한 부품을 성형하기에는 부적합하다는 단점이 있다. 왜냐하면, 열처리시 합금화된 표층은 매우 단단하고 취성이 강하기 때문에 크랙이 쉽게 발생하기 때문이다.

나아가 상기 유럽특허의 문제점을 해결하기 위한 기술로는 독일특허 DE10246614호가 존재한다. 독일특허 DE10246614호는, 저온성형 후 고온성형을 실시 하는 2단계 성형 과정에서 매우 단단하고 취성이 강해 성형성이 좋지 않은 합금화 도금층의 문제를 해결하기 위하여 유기계 용액에 의한 코팅 방법을 제안하였다. 특히 유기계 용액을 이용한 코팅 공정은 알루미늄을 도금하는 공정을 사용하지 않기 때문에 경제적인 측면뿐만이 아니라 공정을 단순화시킬 수 있다는 장점 역시 존재한다.

그러나 상기 독일특허 DE10246614호에는 고온에서 산화 스케일을 방지하기 위하여 아연 합금 강판을 사용하지만, 고온에서 발생하는 아연층의 증발과 산화에 의한 코팅층의 열화가 발생한다는 단점이 존재하여 그 사용이 극히 제한될 수 밖에 없어 문제가 된다.

그리고 다른 종래 기술로 아연성분의 안료를 수지와 혼합한 후, 아연 도금강판에 코팅하여 부식방지 목적으로 사용하는 기술도 알려져 있으나, 이러한 기술은 600℃ 이상의 고온에서는 내열 특성의 부족으로 사용될 수 없다는 문제가 있다. 즉, 현재까지 600℃ 이상의 고온에서 산화 스케일 형성을 억제함과 동시에 열처리 후에도 용접, 특히 저항 점용접이 가능한 아연도금강판 코팅기술은 나타나지 않았다.

본 발명은 600℃ 이상의 고온에서 코팅강판에 산화 스케일이 형성되는 것을 억제하면서 동시에 열처리 후에도 용접, 특히 저항 점용접이 가능하도록 해주는 강판 코팅 물질, 코팅 방법, 코팅 강판, 이를 이용하여 제조된 열간 성형 부재 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은, 바인더 20~50 중량%, 금속 안료 10~20 중량%, 용제 20~50 중량%, 무기 고체 윤활제 10~20 중량% 및 유기 고체 윤활제 3~8 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 코팅 물질에 관한 것이다.

나아가 본 발명은, 상술한 강판 코팅 물질을, C: 0.1~0.5 중량%, Si: 0.01~1.0 중량%, Mn: 0.5~4.0 중량%, P: 0.1 중량% 이하, S: 0.03 중량% 이하, 가용 Al: 0.1 중량% 이하, N: 0.01~0.1 중량%, W: 0.3 중량% 이하 및 기타 불가피한 불순물과 잔부 Fe로 조성되는 강판 표면에 도포하는 단계 및 상기 코팅층을 250~270℃에서 건조 및 경화시키는 건조 경화 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 강판의 제조 방법에 관한 것이다.

나아가 본 발명은, 상술한 강판 코팅 물질을, C: 0.1~0.5 중량%, Si: 0.01~1.0 중량%, Mn: 0.5~4.0 중량%, P: 0.1 중량% 이하, S: 0.03 중량% 이하, 가용 Al: 0.1 중량% 이하, N: 0.01~0.1 중량%, W: 0.3 중량% 이하 및 기타 불가피한 불순물과 잔부 Fe로 조성되는 강판 표면에 도포하는 코팅층 형성 단계, 형성된 상 기 코팅층을 250~270℃에서 건조 및 경화시키는 건조 경화 단계 및 건조 경화된 상기 강판을 600~1300℃에서 열간 성형하여 부재를 생산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 성형 부재의 제조 방법에 관한 것이다.

나아가 본 발명은, 중량%로 C: 0.1~0.5%, Si: 0.01~1.0%, Mn: 0.5~4.0%, P: 0.1% 이하, S: 0.03% 이하, 가용 Al: 0.1% 이하, N: 0.01~0.1%, W: 0.3% 이하 및 기타 불가피한 불순물과 잔부 Fe로 조성되는 강판 표면에 상술한 본 발명의 강판 코팅 물질로 이루어진 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 코팅 강판에 관한 것이다.

나아가 본 발명은, 중량%로 C: 0.1~0.5%, Si: 0.01~1.0%, Mn: 0.5~4.0%, P: 0.1% 이하, S: 0.03% 이하, 가용 Al: 0.1% 이하, N: 0.01~0.1%, W: 0.3% 이하 및 기타 불가피한 불순물과 잔부 Fe로 조성되는 강판 표면에 상술한 본 발명의 강판 코팅 물질로 이루어진 코팅층이 형성된 강판을 열간 성형한 것을 특징으로 하는 열간 성형 부재에 관한 것이다.

본 발명은 습식 화학 코팅에 적용되는 코팅 조성물과 이를 사용하여 형성된 코팅층의 구조가 600℃ 이상의 고온에서 물리/화학적 변화를 통하여 열간 성형 이후에 자동차용 구조 부재나 보강재로 사용하기에 적합하게 되는 것을 특징으로 하는 코팅 물질, 코팅 강판, 그 부재 및 제조방법에 관한 것으로, 열간 성형시 스케일 생성을 방지할 수 있으며 우수한 용접성을 갖는다.

특히 본 발명이 갖는 우수한 용접성은, 쉽게 산화되는 유기 또는 유기/무기 복합 바인더를 전기 전도성이 우수한 금속 또는 비금속 고체와 결합시키는 방법을 이용한 것으로, 열처리 이후에도 강판과 이를 포함한 부품 전체가 충분한 전기 전도성을 띄게 되어 저항 점용접이 가능한 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 강판 코팅 물질에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 강판 코팅 물질은 적절한 바인더 및 금속/비금속 고체 성분을 포함하며, 이러한 성분을 포함하는 코팅층은 열처리 공정을 거치는 동안 전기 전도성을 가지게 되어 800℃ 또는 그 이상의 고온에서 열간 성형한 이후에도 점용접이 가능한 특성을 갖는다.

본 발명의 바인더 물질은 600℃ 이상의 온도에서 10분 이내에 산화되어 가스상의 물질과 전기 전도성을 갖는 카본 블랙으로 변환된다. 반면, 코팅 물질에 포함된 금속 안료 성분은 바인더 성분이 연소되는 과정에서 환원성 분위기가 형성되므로 산화되지 않는다. 즉, 코팅층 내에 존재하는 전기 절연성 성분은 고온 처리 과정에서 자연히 연소되어 제거되고, 금속 안료와 비금속성의 전기 전도성 입자가 모재의 표면과 결합되어 전체적으로 전기 전도성을 갖는 표면 특성을 나타내게 된다.

본 발명의 상기 바인더는 폴리우레탄, 폴리에스터, 에폭시 수지, 알키드 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 아크릴 및 메타크릴 수지로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 유기 화합물이 사용될 수 있으며, 알킬알콕시실란, 알킬알콕시실란과 알콕시실란의 가수분해 및 축합반응으로 생성된 폴리실록산 및 올리고 폴리실록산의 유/무기 복합 화합물 및 실리케이트, 인산염, 알루미노 실리케이트, 금속 알콕사이드 및 금속 알콕사이드와 금속염의 축합물을 포함하는 무기 화합물도 사용이 가능하며, 그 함량은 20~50 중량%(강판 코팅 물질의 중량 기준이며, 이하 같다.)가 첨가될 수 있다. 상기 바인더의 함량이 20 중량% 미만인 경우에는 가열 및 경화 후에 금속에 포함된 안료, 금속 입자들의 결합에 문제가 발생할 수 있으며, 반면 50 중량%를 초과하는 경우에는 고온 성형 이후에 전도성이 저하되고 산화 스케일의 발생이 많이 나타나는 문제가 발생하므로, 그 함량은 20~50 중량%로 한정한다.

본 발명의 상기 금속 안료로는 Al, Zn, Fe, Sn, Cu, Mg, 스테인리스 스틸, Ag 및 금, 팔라듐, 백금족 원소인 백금, 이리듐, 오스뮴, 로듐, 루테늄 등의 이른바 귀금속 물질을 단독으로, 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 금속 안료는 10~20 중량% 첨가할 수 있는데, 금속 안료가 10 중량% 미만인 경우에는 전도성 및 산화스케일 측면에서 특성이 저하되는 문제가 발생하며, 반면 20 중량%를 초과한다면 코팅 용액의 점도가 급상승해서 코팅시 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 코팅 물질 제조에 사용되는 용제는 부톡시 에탄올, 부틸디글리콜 및 부틸 아세테이트를 단독 또는 혼합하여 사용한다. 상기 용제는 20~50 중량% 포함되는데, 용제의 함량이 20 중량% 미만인 경우에는 코팅 용액의 점도가 너무 높아서 코팅시 문제가 있으며, 50 중량%를 초과하는 경우에는 용액이 너무 묽어지므로 성분 물질들이 침전되는 문제가 나타날 수 있다.

본 발명의 상기 무기 고체 윤활제로는 흑연, 카본 블랙, 붕소 질화물, 티타늄 질화물, 몰리브덴 이황화합물 및 텅스텐 이황화합물을 단독 또는 혼합하여 사용 가능하며, 이것은 코팅 물질에 10~20 중량% 첨가된다. 상기 무기 고체 윤활제는 고온(특히, 900℃ 이상)에서 열간성형시 윤활제의 역할을 해서 강판의 크랙을 방지하는 역할을 한다. 만일 그 함량이 10 중량% 미만일 경우에는 그러한 특성의 효과가 저하된다는 문제가, 20 중량%를 초과하는 경우에는 용액의 점도가 높아지고 내열 특성이 저하된다는 문제가 발생할 수 있으므로 10~20 중량%로 한정한다.

본 발명의 상기 유기 고체 윤활제는 천연 왁스, 합성 왁스 또는 이들의 혼합물인 고체 윤활제, PTFE(polytetrafluorethylene), FEP(fluorethylenpropylene) 또는 이들의 혼합물인 불소계 고분자 물질, 폴리에틸렌, 폴리아마이드, 스테아레이트 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 열가소성 고분자 물질 및 Al, Zn, Mn, Li으로부터 유도된 비누상 물질이 사용될 수 있 다. 이러한 유기 고체 윤활제는 상온에서 성형시 강판의 윤활성을 향상시켜 크랙을 방지하는 역할을 하므로 3~8 중량% 첨가되는데, 3 중량% 미만인 경우에는 윤활특성이 부족해지는 문제가, 8 중량%를 초과하는 경우에는 전도성이 저하되며 열간성형 이후에 외관이 불량해지는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 본 발명의 강판 코팅 물질은 물성의 향상을 위하여 첨가제를 추가적으로 포함할 수 있으며, 이러한 첨가제에는 강판의 부식을 방지하는 부식 방지 첨가제, 용접성 향상을 위하여 첨가되는 용접성 향상 첨가제 및 전도성을 향상시키는 전도성 향상 첨가제가 있다.

상기 부식 방지 첨가제는 실리케이트, 인산염, 탄닌 유도체, 알칼리 및 알칼리 금속으로부터 유도된 설포네이트, 유기산의 아연 금속염, 크로메이트, 칼슘계 몰리베이트, Mg, Zn 또는 Al 등으로 5 중량% 이하가 첨가될 수 있다. 상기 부식 방지 첨가제는 부식 환경 노출시에 부식 방지 특성을 강화하는 기능을 수행하지만, 고가의 성분들이므로 그 함량이 5 중량%를 초과하는 경우에는 경제성에 문제가 되는바 그 첨가량은 5 중량% 이하로 제한한다.

상기 용접성 향상 첨가제는 반도체 안료로서 Cu, Sn, 흑연, 카본블랙, 실리콘 카바이드, 스테인레스 안료 등으로 5 중량% 이하가 첨가될 수 있다. 상기 용접성 향상 첨가제는 강판 용접시 용접성을 향상시키는 특성을 강화시켜 주지만, 고가 의 첨가제이므로 그 함량이 5 중량%를 초과하면 경제성에 문제가 있으며, 더 이상 좋은 효과가 나타나지 않으므로, 그 첨가량은 5 중량% 이하로 제한한다.

상기 전도성 향상 첨가제는 금속염, 금속 알콕사이드, 철의 카바이드 및 인화물(carbides and phosphides of iron), Cu, W, Al, antimony-tin-oxide (ATO), indium tin oxide (ITO) 등으로 5 중량% 이하가 첨가될 수 있다. 상기 전도성 향상 첨가제는 강판의 전도성을 향상시켜서 용접, 특히 점용접에 기여하지만, 그 함량이 5 중량%를 초과해도 더 이상 전도성의 향상은 나타나지 않고 초과되는 함량만큼 다른 성분이 첨가되지 못하게 되므로 그 첨가량은 5 중량% 이하로 제한한다.

본 발명은 상술한 성분을 가지는 강판 코팅 물질을 이용하여 코팅 강판을 제조하는 방법을 제공하는바, 이하 이러한 코팅 강판 및 그 제조방법에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명에서 제공하는 코팅 강판은 일반적인 도금 강판을 사용하는 것도 가능하지만, 바람직하게는 C: 0.1~0.5 중량%, Si: 0.01~1.0 중량%, Mn: 0.5~4.0 중량%, P: 0.1 중량% 이하, S: 0.03 중량% 이하, 가용 Al: 0.1 중량% 이하, N: 0.01~0.1 중량%, W: 0.3 중량% 이하 및 기타 불가피한 불순물과 잔부 Fe로 조성되는 강판을 이용하여 제조한다.

이하 상기 강판의 조성(이하 중량%는 강판의 중량을 기준)을 한정한 이유에 관하여 설명한다.

상기 C는 강판의 강도를 증가시키는 데 필수적인 원소로서, 오스테나이트 및 마르텐사이트 등의 경질상을 생성시키고, 높은 인장 강도를 얻기 위해서는 C의 함량을 0.1 중량% 이상 첨가하여야 한다. 따라서, C의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우 오스테나이트 단상역에서 열처리를 행하여도 목표로 하는 강도 확보가 어려우며, 반면, 0.5 중량%를 초과하게 되면 인성 및 용접성의 저하가 발생할 가능성이 높아지고, 열연강판의 산세와 압연공정에서 강판의 용접을 어렵게 할 뿐만 아니라, 소둔 및 도금 공정에서 강판의 강도를 현저히 상승시켜 강판의 통판성을 나쁘게 하는 등 제조공정에서 심각한 문제를 초래할 수 있기 때문에 그 함량은 0.1~0.5 중량%로 제한한다.

상기 Si는 고용강화 원소로서 강판의 강도 상승에 기여하므로 0.01~1.0 중량% 첨가한다. 만일 그 함량이 0.01% 미만인 경우 열연강판의 표면 스케일(scale)을 제거하는데 어려움이 있으며, 반대로 1.0 중량%를 초과하면 제조원가가 상승하는 문제점이 있다.

상기 Mn은 고용강화 원소로 강도 상승에 크게 기여할 뿐만 아니라 오스테나이트에서 페라이트로의 변태를 지연시키는데 중요한 역할을 하므로 0.5~4.0 중량% 를 첨가한다. 만일 그 함량이 0.5 중량% 미만이면 강판을 오스테나이트 단상역에서 열처리하는데 높은 열처리 온도가 필요하여 강판의 산화를 가속시키게 되므로 도금강판을 사용하더라도 내식성에 영향을 미치게 된다. 또한, 페라이트, 오스테나이트 이상역 열처리에 의해 목적하는 1470MPa 이상의 강도를 확보하기 곤란하다. 반면, 4.0 중량%를 초과하게 되면 용접성, 열간압연성 등에 문제가 발생하므로, 그 함량을 0.5~4.0 중량%로 제한한다.

상기 P은 강을 강화시키는 효과를 보이지만, 과잉의 P첨가로 가공성이 열화 될 수 있기 때문에 0.1% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 S은 강 중 불순물 원소로서 강판의 연성 및 용접성을 저해할 가능성이 높기 때문에 0.03% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 가용 Al은 강의 탈산을 위해서 첨가되는 원소이나, 그 함량이 0.1%를 초과하게 되면 그 효과가 포화될 뿐만 아니라, 과다 생성된 Al₂O₃ 등의 개재물이 AlN을 형성함으로써 고용 N이 감소하고 항복강도의 상승이 억제되는 문제점이 나타날 수 있다. 따라서, 상기 가용 Al의 함량은 0.1 중량% 이하로 제한한다.

상기 N는 본 발명에서 매우 중요한 성분이다. N는 고용강화 원소임과 동시에 Ti, Nb, Al 등과 결합하여 질화물을 형성함으로써 항복강도를 상승시킨다. 본 기술 분야에서는 열처리특성 및 도장 후 항복강도 상승을 위해서 N를 충분히 첨가하는 경우가 있는데, 이는 N가 도장 전 결정립 내에 고용 N 형태로 잔류해 있다가 도장 후 전위의 이동을 방해하여 항복점을 상승시켜 강재의 항복강도를 급격히 상승시키기 위함이다. 그러나 상기 N의 함량이 0.01 중량% 미만의 경우에는 이러한 효과를 기대하기 어렵고, 0.1 중량%를 초과하면 강판의 용해 및 연주를 어렵게 할 뿐만 아니라, 가공성 열화나 용접시 블로우 홀(blow hall) 등 제조공정에서 문제를 초래할 수 있기 때문에, N의 함량은 0.01~0.1 중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 W은 강판의 열처리 경화능을 향상시키는 원소임과 동시에, W 함유 석출물이 강도 확보에 유리하게 작용하기 때문에 0.3 중량% 이하를 첨가하나, 그 함량이 0.3 중량%를 초과하면 이러한 효과가 포화될 뿐만 아니라, 제조 비용이 높아지므로 0.3% 이하로 제한한다.

상기와 같은 강 성분에 추가로, 경화능 향상 원소인 Mo 및 Cr에서 선택된 1종 이상, 석출강화 원소인 Ti, Nb 및 V에서 선택된 1종 이상 및 강도 향상 원소인 Cu와 Ni에서 선택된 1종 이상 및 B을 첨가할 수 있다.

상기 Mo과 Cr은 경화능을 크게 할 뿐만 아니라 열처리형 강판의 인성을 증가시키기 때문에 높은 충돌에너지 흡수성을 특징으로 하는 강판에 첨가하면 그 효과가 매우 크다. 또한, 경화능을 향상시키기 때문에 고온 성형가공시 금형과 직접 접촉하지 않는 부분의 강도저하를 방지할 수 있다. Mo 또는 Cr의 함량은 1.5 중량%를 초과하면 그 첨가량이 계속 증가하여도 경화능은 크게 증가하지 않고 강판제조에 필요한 제조원가를 크게 상승시키므로 1.5 중량% 이하로 제한한다.

상기 Ti, Nb 및 V은 강판의 강도 상승, 입경 미세화 및 열처리특성을 향상시키는 원소이므로 0.1 중량% 이하를 첨가하나, 그 함량이 0.1 중량%를 초과하게 되면 제조비용 상승 및 과다한 탄, 질화물 생성으로 목표로 하는 강도 및 항복강도 확보가 어려우므로 그 함량을 0.001~0.1%로 제한한다.

상기 Cu는 미세한 Cu 석출물을 생성하여 강도를 향상시키는 원소이므로 1.0 중량% 이하 첨가하나, 1.0%를 초과하면 가공성 열화를 수반하므로, 그 함량을 1.0 중량% 이하로 제한한다.

상기 Ni은 강도 상승 및 열처리특성을 향상시키는 원소이므로 2.0 중량% 이하를 첨가하나, 2.0 중량%를 초과하면 제조비용 상승 및 가공성 열화가 나타날 수 있으므로, 그 함량을 2.0 중량% 이하로 제한한다.

상기 B은 경화능이 매우 큰 원소로서, 미량 첨가하여도 열처리강에서 높은 강도를 확보할 수 있으므로 0.01 중량%를 첨가한다. 그러나 B는 그 첨가량이 계속 증가하여도 경화능은 크게 증가하지 않고 오히려 열간 가공성의 열화를 초래하므로 0.01 중량% 이하로 제한한다.

상기와 같은 조성을 가지는 강판이 본 발명의 코팅 강판에 사용되는 것이 바람직하며, 나아가 이러한 조성의 열연강판, 냉연강판 또는 표층에 알루미늄 도금층, 아연도금층, 합금화 아연도금층 중 어느 하나의 도금층을 가지는 도금강판이 사용 가능하다.

이하 본 발명에 의해 코팅 강판을 제조하는 방법의 제조 조건을 한정한 이유에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명에서 제공하는 코팅 강판의 제조 방법은, 상술한 강판 코팅 물질 성분을 용제에 혼합 및 교반하여 제조된 강판 코팅 물질을 제조하고, 상기 강판 코팅 물질을 강판에 도포하여 코팅층을 형성한 후, 상기 코팅층을 250~270℃에서 건조 및 경화시키는 단계를 포함한다.

상기 강판 코팅 물질은 물질에 따라 적절한 시간 동안 용제에 섞어 교반하여 혼합시킨다. 그리고 상기 강판 코팅 물질을 강판에 코팅하게 되는데, 여기에서 사용되는 코팅 방법은 롤코터에 의한 코일 코팅, 커튼 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 침적 코팅 등 이외에도 당해 기술 분야에 모든 코팅 방법을 포함한다. 특히, 롤코터에 의한 코팅 이외의 다른 코팅 방법에 의하여 본 발명은 평판 형상 이외에도 입체 형상을 가진 부재나 부품에도 코팅이 가능하다는 장점을 갖게 된다.

상기 코팅층은 건조막 두께를 20㎛ 이하, 습도막 두께를 기준으로 100㎛ 이하의 두께로 도포할 수 있다. 상기 두께를 초과하는 두께로 코팅시에는 코팅 강판의 전기전도성이 저하되어 용접성에 문제가 발생할 수 있으며 코팅용액의 낭비가 심해질 수 있으므로 두께를 제한한다.

또한, 코팅층의 건조 및 경화 단계는 당해 기술 분야에서 잘 알려진 방법 및 장비에 의하여 수행할 수 있는바, 고온의 열풍, 근적외선, 적외선 및 자외선 등의 복사열, 전자 빔, 유도 가열 등을 사용하는 방법이 이용될 수 있다. 이 경우, 건조 및 경화 온도를 250~300℃로 한정할 수 있는데, 250℃ 미만의 경우에는 건조 및 경화 효율이 저하될 수 있으며, 300℃를 초과하면 산화분위기가 강해져서 금속 안료까지 산화되어 전도성이 저하될 수 있는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 코팅 강판을 열간 성형하여 제조된 열간 성형 부재 및 그 제조 방법을 제공하는바, 이하 이에 대하여 상세히 설명한다. 단, 본 발명에서 '열간 성형 부재' 또는 '열간 성형 부품'이란 표현은 강판을 일정형태로 가공한 가공물을 의미하는 것으로, 본 발명의 강이 갖는 물리적 특성을 이용할 수 있는 용도에 적용되는 모든 부품을 포함한다.

본 발명의 코팅 강판은 고온에서 열처리되어 열간 성형 부재로 제조되는데, 상기 열처리 과정에서 상기 강판 코팅층의 바인더 물질은 산화되어 되어 환원분위기를 만들며, 코팅 물질에 포함된 금속 안료 성분은 바인더 성분이 연소되는 과정에서 환원성 분위기가 형성되므로 산화되지 않고 남게 되므로, 금속 안료와 비금속성의 전기 전도성 입자가 모재의 표면과 결합되어 전체적으로 용접, 특히 점용접에 적합한 충분한 전기 전도성을 갖는 열간 성형 부재가 제조된다.

상기 열간 성형 부재를 제조하기 위하여 본 발명에 의한 코팅 강판을 600~1300℃, 바람직하게는 750~1000℃에서 열처리한다. 열처리 온도가 600℃ 미만이면 충분한 오스테나이트의 형성이 일어나지 않아 열간 성형 이후에 충분한 마르텐사이트가 생성되지 않으므로 강도가 저하되는 문제가 있으며, 1300℃를 초과하면 제조 비용이 상승하며 오스테나이트 입자가 조대화될 수 있으므로, 그 온도 범위는 600~1300℃로 제한한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

(실시예 1)

폴리에스터 폴리올 (Desmophen T1775 SN, Bayer) 170g을 이소시아네이트(Desmodur BL 3175 SN, Bayer) 95g과 혼합한 후 여기에 교반기를 이용하여 알루미늄 안료 (Stapa Hydroxal DC 2000, Eckart) 100g 및 흑연파우더 100g을 추가한다. 이후 부톡시 에탄올과 부틸디글리콜 아세테이트의 1대 1 혼합물 220g을 교반하면서 투입하고, 왁스 성분(Ceridust 3910, Clariant) 30g을 최소 3시간 이상 교반하여 혼합시킨다. 생성물은 은빛의 색상을 띄게 되며, 도료의 형태로 즉시 사용할 수 있다.

제조된 코팅 용액은 바코터 또는 롤 코터를 이용하여 습도막 두께 기준으로 30~45㎛ 두께로 강판 위에 코팅한 후 약 250℃의 온도로 유지되는 대류형 오븐에서 약 5분간 경화시켰다.

이후 코팅된 강판을 900 ~ 970℃의 오븐에서 약 5~10분간 열처리한 후 냉각시켜 스케일 생성을 관찰한 결과 산화 스케일이 생성되지 않았다. 또한, 아르곤 또는 질소를 오븐에 주입시켜 산소 농도를 최소화한 후 열처리된 시편의 전기 저항도는 1~10 mΩ의 범위를 나타내어 저항 점용접에 적합한 범위에 해당하였다.

(실시예 2)

실리콘 수지(Baysilone M120, Bayer) 용액 100g을 반응조 내에 투입한 후 입자 크기가 10㎛ 이하인 흑연 파우더 30g을 분산기로 혼합하였다. 여기에 부틸아세테이트 70g, 폴리에틸렌 왁스 분산제 15g, 알루미늄 안료 (Stapa Hydroxal DC 2000, Eckart) 및 아연 파우더 (zinc flake GTT, Eckart) 혼합물 30g 및 PTFE를 차 례로 투입한 후 교반기로 약 5시간 균일하게 혼합하였다.

이렇게 제조된 강판 코팅 물질을 스프레이 코팅을 위하여 부톡시 에탄올에 용해시켜 스프레이 코팅에 적합한 점도가 되도록 점도를 저하시킨 후 스프레이 건 (e.g. Sata Jet HVLP, nozzle 1.4 mm)을 이용하여 알카리 탈지된 강철판에 균일하게 코팅시켰다. 이때 두께는 습도막 기준으로 10~40㎛였으며, 금속 표면의 온도를 250℃로 유지시키면서 약 10분간 경화시켰다.

이후 코팅된 강판을 900~970℃의 오븐에서 약 5~10분간 열처리한 후 냉각시켜 스케일 생성을 관찰한 결과 산화 스케일이 생성되지 않았으며, 점용접이 가능하였다.

(실시예 3)

실리콘 수지 용액 100g (Baysilone M120, Bayer)을 반응조에 투입한 후 입자 크기가 10㎛ 이하인 흑연 파우더를 교반기로 분산시켰다. 여기에 p-자일렌 100g, 폴리에틸렌 왁스 10g (고형분 함량 20%)를 교반하여 혼합하고, 알루미늄 안료 페이스트 (Decomet High gloss, Al 1002/10, Schlenk) 30g을 다시 혼합한 후 약 5시간 균일하게 교반하였다.

제조된 도료를 부톡시 에탄올에 용해시켜 스프레이 코팅에 적합한 점도가 되 도록 점도를 저하시킨 후 스프레이 건 (e.g. Sata Jet HVLP, nozzle 1.4 mm)을 이용하여 알카리 탈지된 강철판에 균일하게 코팅시켰다. 이때 두께는 습도막 두께 기준으로 10~40 ㎛였으며, 금속 표면의 온도를 260℃로 유지시키면서 약 10분간 경화시켰다.

제조된 코팅 용액을 롤코터를 이용하여 코팅한 후 유도 가열로를 이용하여 PMT 260-270℃로 경화시키고, 상기 코팅된 강판을 900~970℃의 오븐에서 약 5~10분간 열처리한 후 냉각시켜 스케일 생성을 관찰한 결과 산화 스케일이 생성되지 않았으며, 점용접이 가능하였다.

(실시예 4)

상기 실시예 2에 의해 제조된 1.4mm 두께의 열간 성형 코팅 강판의 점용접 특성을 측정하기 위하여 점용접 실험을 수행하였다. 용접 조건은 ISO-18278에 의하였으며, 주파수는 단상 AC 60Hz, 용접 전극 압력은 4.0kN, 팁 지름은 6mm로 19회 를 수행하였다. 그 결과, 용접이 가능한 범위(Weld Range)가 5.4~7.5kA로 존재하여 고온에서 열간 성형한 본 발명의 강판을 점용접하는 것이 가능함을 알 수 있었다. 이러한 결과를 도 1에 나타냈다.

(실시예 5)

상기 실시예 4에 의하여 용접된 강판의 인장전단강도(TSS) 및 교차전단강도(CTS)를 측정하여, 충분한 용접부의 강도를 확보할 수 있는지 여부를 시험하였다. 본 실시예에서 용접 전류가 용접 가능 범위 내인 6.6kA인 경우에 TSS가 20.31kN 및 CTS가 5.64kN으로 얻어졌다. 이 경우 연성비(Ductility Ratio, CTS/TSS))는 0.28로서 자동차용 강재로 사용하기에 충분한 특성을 나타냄을 알 수 있었다. 본 발명에 의한 강판의 점용접시 나타나는 인장전단강도 및 교차전단강도의 결과를 도 2에 나타냈다.

이러한 열처리에 의하여 표면 코팅층을 변화시킴으로써 강판의 성형성을 향상시키며 용접, 특히 점용접이 가능할 정도로 충분한 전기 전도성을 갖게 되는 열간 성형 부재를 제조할 수 있다. 나아가 본 발명의 강판 코팅 물질은 당해 기술 분야에 알려진 모든 저온 및 고온 열간 성형 공정에 사용될 수 있다.

Claims

(a) 폴리우레탄, 실리콘 수지, 이소시아네이트, 폴리에스터, 에폭시 수지, 알키드 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 아크릴 및 메타크릴 수지로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 유기 화합물;

알킬알콕시실란, 알킬알콕시실란과 알콕시실란의 가수분해 및 축합반응으로 생성된 폴리실록산 및 올리고 폴리실록산의 유/무기 복합 화합물; 및

실리케이트, 인산염, 알루미노 실리케이트, 금속 알콕사이드 및 금속 알콕사이드와 금속염의 축합물을 포함하는 무기 화합물;

로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상으로, 열처리시 산화되어 환원분위기를 형성하는 바인더 20~50 중량%,

(b) 금속 안료 10~20 중량%,

(c) 용제 20~50 중량%,

(d) 흑연, 카본 블랙, 붕소 질화물, 티타늄 질화물, 몰리브덴 이황화합물 및 텅스텐 이황화합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 무기 고체 윤활제 10~20 중량% 및

(e) 천연 왁스, 합성 왁스 또는 이들의 혼합물인 고체 윤활제;

PTFE(polytetrafluorethylene), FEP(fluorethylenpropylene) 또는 이들의 혼합물인 불소계 고분자 물질;

폴리에틸렌, 폴리아마이드, 스테아레이트 또는 이들의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 열가소성 고분자 물질; 및

Al, Zn, Mn, Li으로부터 유도된 비누상 물질;

로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 유기 고체 윤활제 3~8 중량%

를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 코팅 물질.
삭제
제1항에 있어서, 상기 금속 안료는 Al, Zn, Fe, Sn, Cu, Mg, 스테인리스 스 틸, Ag 및 귀금속 물질로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 것임을 특징으로 하는 강판 코팅 물질.
제1항에 있어서, 상기 용제는 부톡시 에탄올, p-자일렌, 부틸디글리콜 및 부틸아세테이트로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 것임을 특징으로 하는 강판 코팅 물질.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 강판 코팅 물질은 실리케이트, 인산염, 탄닌 유도체, 알칼리 및 알칼리 금속으로부터 유도된 설포네이트, 유기산의 아연 금속염, 크로메이트, 칼슘계 몰리베이트, Mg, Zn 또는 Al으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 것임을 특징으로 하는 부식 방지 성분 5 중량% 이하를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 코팅 물질.
제1항에 있어서, 상기 강판 코팅 물질은 반도체 안료로서 Cu, Sn, 흑연, 카본블랙, 실리콘 카바이드 및 스테인레스 안료로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 것임을 특징으로 하는 용접성 향상 성분 1~5 중량% 이하를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 코팅 물질.
제1항에 있어서, 상기 강판 코팅 물질은 금속염, 금속 알콕사이드, 철의 카바이드 및 인화물(carbides and phosphides of iron), Cu, W, Al, antimony-tin-oxide (ATO) 및 indium tin oxide (ITO)로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 것임을 특징으로 하는 전도성 향상 성분 1~5 중량% 이하를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 강판 코팅 물질.
제1항, 제3항 내지 제4항 및 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항의 강판 코팅 물질을,

C: 0.1~0.5 중량%, Si: 0.01~1.0 중량%, Mn: 0.5~4.0 중량%, P: 0.1 중량% 이하, S: 0.03 중량% 이하, 가용 Al: 0.1 중량% 이하, N: 0.01~0.1 중량%, W: 0.3 중량% 이하 및 기타 불가피한 불순물과 잔부 Fe로 조성되는 강판 표면에 도포하는 코팅층 형성 단계; 및

상기 코팅층을 250~270℃에서 건조 및 경화시키는 건조 경화 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 강판의 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 강판은,

Mo, Cr 중 적어도 1종 이상 0.01~2.0 중량%;

Ti, Nb, V 중 적어도 1종 이상 0.001~0.1 중량%;

Cu: 0.005~1.0 중량%, Ni: 0.005~2.0 중량% 중의 적어도 1종 이상; 및

B: 0.0001~0.01 중량%;

로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 성분을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 강판의 제조 방법.
제10항의 코팅층 형성 단계는 롤코터에 의한 코일 코팅, 커튼 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅 및 침적 코팅으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 코팅 방법에 의한 것임을 특징으로 하는 코팅 강판의 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 강판은 열연강판, 냉연강판 또는 표층에 알루미늄 도금층, 아연도금층, 합금화 아연도금층 중 어느 하나의 도금층을 가지는 도금강판임을 특징으로 하는 코팅 강판의 제조 방법.
제1항, 제3항 내지 제4항 및 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항의 강판 코팅 물질을,

C: 0.1~0.5 중량%, Si: 0.01~1.0 중량%, Mn: 0.5~4.0 중량%, P: 0.1 중량% 이하, S: 0.03 중량% 이하, 가용 Al: 0.1 중량% 이하, N: 0.01~0.1 중량%, W: 0.3 중량% 이하 및 기타 불가피한 불순물과 잔부 Fe로 조성되는 강판 표면에 도포하는 코팅층 형성 단계;

상기 코팅층을 250~270℃에서 건조 및 경화시키는 건조 경화 단계; 및

건조 경화된 상기 강판을 600~1300℃에서 열간 성형하여 부재를 생산하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 성형 부재의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 강판은,

Mo, Cr 중 적어도 1종 이상 0.01~2.0 중량%;

Ti, Nb, V 중 적어도 1종 이상 0.001~0.1 중량%;

Cu: 0.005~1.0 중량%, Ni: 0.005~2.0 중량% 중의 적어도 1종 이상; 및

B: 0.0001~0.01 중량%;

로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 성분을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 성형 부재의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 강판은 열연강판, 냉연강판 또는 표층에 알루미늄 도금층, 아연도금층, 합금화 아연도금층 중 어느 하나의 도금층을 가지는 도금강판임을 특징으로 하는 열간 성형 부재의 제조 방법.
중량%로 C: 0.1~0.5%, Si: 0.01~1.0%, Mn: 0.5~4.0%, P: 0.1% 이하, S: 0.03% 이하, 가용 Al: 0.1% 이하, N: 0.01~0.1%, W: 0.3% 이하 및 기타 불가피한 불순물과 잔부 Fe로 조성되는 강판 표면에 제1항, 제3항 내지 제4항 및 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항의 강판 코팅 물질로 이루어진 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 코팅 강판.
제17항에 있어서, 상기 강판은,

Mo, Cr 중 적어도 1종 이상 0.01~2.0 중량%;

Ti, Nb, V 중 적어도 1종 이상 0.001~0.1 중량%;

Cu: 0.005~1.0 중량%, Ni: 0.005~2.0 중량% 중의 적어도 1종 이상; 및

B: 0.0001~0.01 중량%;

로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 성분을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 강판.
제17항에 있어서, 상기 강판은 열연강판, 냉연강판 또는 표층에 알루미늄 도금층, 아연도금층, 합금화 아연도금층 중 어느 하나의 도금층을 가지는 도금강판임을 특징으로 하는 코팅 강판.
중량%로 C: 0.1~0.5%, Si: 0.01~1.0%, Mn: 0.5~4.0%, P: 0.1% 이하, S: 0.03% 이하, 가용 Al: 0.1% 이하, N: 0.01~0.1%, W: 0.3% 이하 및 기타 불가피한 불순물과 잔부 Fe로 조성되는 강판 표면에 제1항, 제3항 내지 제4항 및 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항의 강판 코팅 물질로 이루어진 코팅층이 형성된 강판을 열간 성형한 것을 특징으로 하는 열간 성형 부재.
제20항에 있어서, 상기 강판은,

Mo, Cr 중 적어도 1종 이상 0.01~2.0 중량%;

Ti, Nb, V 중 적어도 1종 이상 0.001~0.1 중량%;

Cu: 0.005~1.0 중량%, Ni: 0.005~2.0 중량% 중의 적어도 1종 이상; 및

B: 0.0001~0.01 중량%;

로 구성되는 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 성분을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 성형 부재.
제20항에 있어서, 상기 강판은 열연강판, 냉연강판 또는 표층에 알루미늄 도금층, 아연도금층, 합금화 아연도금층 중 어느 하나의 도금층을 가지는 도금강판임을 특징으로 하는 열간 성형 부재.