KR101220681B1 - 도금특성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법 - Google Patents

도금특성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 등에 사용되는 고강도 용융아연도금강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 소둔로에서 롤의 조도 및 장력을 제어하여 강판의 표면산화물을 불연속적으로 형성시킴으로써 용융아연도금시 아연과 소지철과의 젖음성을 향상시키고 도금밀착성을 향상시켜 도금특성이 우수한 고강도 용융아연도금강판을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일측면에 의하면, 강판을 이송시키는 롤을 내부에 구비한 소둔로에서 강판을 소둔한 후 아연함유도금욕에서 용융아연도금하여 용융도금강판을 제조하는 방법으로서, 상기 강판이 소둔시 표면산화물을 형성하는 원소를 함유하는 강이고, 그리고 상기 롤이 Ra: 0.5~4.0㎛, Rz: 1.0~8.0㎛, Rp: 1~7㎛의 조도를 갖고 상기 롤에 부여된 장력이 0.5~3ton/㎟ 인 것을 특징으로 하는 도금특성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 조업의 어려움 없이 도금성이 우수하고 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연도금강판을 제조할 수 있다.

Description

도금특성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법 {Method for Manufacturing High Stength Galvanized Steel Having Good Galvanizing Property}
본 발명은 자동차 등에 사용되는 고강도 용융아연도금강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소둔로 내의 롤 조도 및 장력을 적정하게 제어하여 도금특성이 우수한 고강도 용융아연도금강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
차체경량화와 안정성이 요구되는 자동차용 부품에 사용되기 위해서는 높은 강도와 내식성이 요구된다.
이러한 요구에 대응하기 위해 개발된 강의 일례로는 변태조직을 이용하여 강도를 높인 강(이하 AHSS강이라 함)을 들수 있으며, 이 강에는 Si과 Mn 등이 다량 함유되어 있다.
Si과 Mn은 변태조직강을 제조하는데 용이하게 사용되는 원소들이지만 내식성을 확보하기 위한 방법으로 용융아연도금강판을 제조하는 경우 소둔중에 Si과 Mn 등이 표면에 농화되어 산화물을 형성함으로서 아연도금시 젖음성을 저해한다.
이를 해결하기 위한 방법으로 미국 특허 공개 제20060108032호에서는 아연도금욕에 Cr을 첨가하여 도금성을 개선하고 있다.
그러나, 도금욕 중에 Cr을 첨가할 경우 용융아연에 대한 고용한도의 제한으로 Cr을 충분히 첨가할 수 없고 Cr이 도금욕 표면에 산화층을 형성시켜 드로스를 발생시키는 문제점이 있다.
또한, 미국특허 공개 제20080053576호에서는 강중에 Ni을 첨가함으로써 소둔중에 Ni의 내부산화를 통해 Si과 Mn의 표면농화를 억제하여 도금성을 확보하고 있다.
그러나, 강중 Ni첨가는 첨가원소가 비싸기 때문에 제조원가가 상승하는 문제점이 있다.
또한, 미국특허 제6913658호에서는 소둔로의 이슬점을 제어하여 도금성을 확보하고 있다.
그러나, 이러한 방법은 로내 이슬점을 제어하기 난해하며 다른 강종에는 표면산화를 일으킬 수 있는 문제점을 가지고 있다.
또한, 이들 강종을 합금화 용융아연도금으로 제조할 경우 표면에 농화되어 있는 Si이나 Mn의 산화물로 인해 합금화 온도가 증가되는 문제점이 있다.
합금화 온도가 증가할 경우 변태조직을 이용하여 강도를 확보하는 AHSS강은 합금화 후에도 잔류오스테나이트나 마텐사이트 조직이 잔존하여야 하나 합금화 온도의 증가로 이들 조직이 변태가 일어나 페라이트나 베이나이트 조직으로 바뀌게 된다. 이렇게 될 경우 적절한 강도와 인성을 확보할 수 없는 문제점이 발생한다.
한국공개특허 제2010-0046072호에서는 소둔전에 산화시킨 후 소둔할 때 환원성분위기에서 산화된 철산화물을 환원시켜 도금하는 방법을 제시하고 있다.
그러나 이 방법은 적절한 산화층 두께관리가 용이하지 못하므로 제조상에 문제가 많이 발생한다. 또한, 소둔전에 산화된 층에 Si나 Mn 등이 농화되어 용융아연도금 후 도금박리가 일어나는 문제점이 있다.
본 발명은 소둔시 표면산화물을 형성하는 원소를 함유하는 강판을 소둔로의 롤의 조도 및 장력을 제어하여 강판의 표면산화물을 불연속적으로 형성시킴으로써 용융아연도금시 아연과 소지철과의 젖음성을 향상시키고 도금밀착성을 향상시켜 도금특성이 우수한 고강도 용융아연도금강판을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명의 일측면에 의하면, 강판을 이송시키는 롤을 내부에 구비한 소둔로에서 강판을 소둔한 후 아연함유도금욕에서 용융아연도금하여 용융도금강판을 제조하는 방법으로서, 상기 강판이 소둔시 표면산화물을 형성하는 원소를 함유하는 강이고, 그리고 상기 롤이 Ra: 0.5~4.0㎛, Rz: 1.0~8.0㎛, Rp: 1~7㎛의 조도를 갖고 상기 롤에 부여된 장력이 0.5~3ton/㎟ 인 것을 특징으로 하는 도금특성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법이 제공된다.
상기 강판은 변태조직을 이용하여 강도를 높이는 변태조직강일 수 있다.
상기 강판으로는 wt%로, C: 0.01 ~ 0.2%, Si: 0.5 ~ 3.0%, Mn: 0.5 ~ 3.0%, P: 0.1%이하, S: 0.01%이하, Al: 2%이하, B: 0.01%이하, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 이루어진 강을 들 수 있다.
상기 롤의 조도는 소둔로 내 균열(soaking)대에서 도금욕 인입전까지의 롤에 부여될 수 있다.
또한, 상기 롤 장력은 소둔로 내 균열(soaking)대에서 도금욕 인입전까지의 롤에 부여될 수 있다.
상기 도금욕에는 0.1~0.5wt%의 Al이 함유될 수 있다.
상기 용융아연도금강판의 제조방법은 상기와 같이 제조된 용융도금강판을 합금화처리하여 합금화 용융아연도금강판을 제조하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 조업의 어려움 없이 도금성이 우수하고 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연도금강판을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 조도를 부여한 롤을 사용하여 소둔하는 경우 롤 조도에 의한 강판의 표면산화물상태 변화를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따라 소둔한 후의 강판의 표면산화물 손상부를 나타내는 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명을 벗어난 조건으로 소둔한 후의 강판 및 본 발명에 따라 소둔한 강판의 표면산화물층의 FIB-TEM분석결과도이다.
도 4는 본 발명을 벗어난 조건으로 소둔한 후의 강판 및 본 발명에 따라 소둔한 강판을 용융아연도금하여 제조된 용융아연도금강판의 표면외관을 나타내는 사진이다.
도 5는 본 발명을 벗어난 조건으로 소둔한 후의 강판 및 본 발명에 따라 소둔한 강판을 용융아연도금하여 제조된 용융아연도금강판의 도금박리성을 평가한 결과도이다.
이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 소둔로 내의 롤 조도를 일정수준으로 가공하여 롤 표면의 거칠기를 부여하고 소둔로 내의 롤 장력을 이용하여 소둔 중에 형성된 표면산화층을 연속적에서 불연속적으로 형성하는 것이다.
본 발명에 적용되는 소둔로는 통상적으로 사용되는 것이라면, 특별히 한정되지 않는다.
통상적으로, 소둔로는 예를 들면, 예열대, 균열대, 서냉대, 급속냉각대, 과시효대를 포함하며, 소둔로에는 강판을 이송시키는 롤이 다수개 구비되어 있다.
상기 롤들은 일부는 강판의 상면과 접하도록 구비되고 다른 일부는 강판의 하면과 접하도록 구비되어 있다.
상기와 같이 소둔로 내의 롤 조도 및 장력을 제어하는 경우에는 아연과 소지철과의 젖음성이 향상되고 도금밀착성이 향상되어 도금특성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조가 가능하게 된다.
본 발명에 적용될 수 있는 강으로는 소둔시 표면산화물을 형성하는 원소를 함유하는 강이라면, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, Si, Mn, P, B, Al 등의 원소를 함유하고 있는 변태조직강을 들수 있다.
예를 들면, wt%로, C: 0.01 ~ 0.2%, Si: 0.5 ~ 3.0%, Mn: 0.5 ~ 3.0%, P: 0.1%이하, S: 0.01%이하, Al: 2%이하, B: 0.01%이하, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 이루어진 강을 들 수 있다.
본 발명에서는 롤 조도로서 Ra, Rp 및 Rv값을 제어한다.
상기 Ra는 표면에 형성된 산과 골의 차를 평가길이로 산술평균한 값으로 Ra가 같더라도 표면의 거칠기는 매우 다를 수 있으며 표면에 형성된 산화층에 영향을 다르게 줄 수 있다. 보통 표면산화물층의 깊이는 50~100nm 정도이므로 이보다 큰 높 낮이를 가지는 롤이 필요하다.
또한, 표면산화물층은 매우 안정적인 상이므로 화학적으로 환원시키기 매우 어렵다. 이러한 표면산화물층은 보통 연속적으로 소지철 표면을 덮고 있기 때문에 불연속적으로 만들어 주면 소지철이 불연속층으로 노출되기 때문에 용융아연과의 젖음성이 향상되어 미도금이 개선된다.
이러한 산화물층의 형상을 바꾸기 위해서는 조도값 중 Rz 및 Rp가 유용하다.
상기 Rz는 평가길이 내에서 최대 산-골 5개의 평균 높이를 나타낸 값이며, 상기 Rp는 중심선에서부터 가장 높은 단면산의 높이를 나타낸다.
본 발명에서는 상기한 롤 조도 값중에서 Ra, Rp 및 Rz값을 제어한 것으로서,이들 값이 일정수준이면 소둔 중 연속적으로 형성된 표면산화물을 불연속적으로 만들 수 있다.
상기 소둔로의 롤 조도값 중 Ra값이 0.5 미만일 경우 소둔 중 형성된 표면산화물에 영향을 미치지 못하고 연속적인 산화피막이 존재하게 되어 도금후에도 도금밀착성이 떨어지고, 4.0㎛를 초과하는 경우에는 소지철에 손상을 입히게 되어 도금 후 표면이 열위하게 되므로, 상기 롤의 Ra값은 0.5~4.0㎛로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 롤의 Rp값이 1㎛ 미만일 경우에는 표면산화물층에 영향을 미치지 못하고 Rp값이 7㎛를 초과하는 경우에는 표면에 결함을 유발할 가능성이 있으므로, 상기 롤의 Rp값은 1~7㎛로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 Rz값이 1㎛미만일 경우에는 역시 표면산화물층에 영향을 미치지 못하고, Rz값이 8.0㎛를 초과하는 경우에는 표면에 결함을 유발할 가능성이 있으므로, 상기 Rz값은 1~8.0㎛로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 롤의 조도는 소둔로 내 균열(soaking)대에서 도금욕 인입전까지의 롤에 부여될 수 있다.
소둔로의 균열대 이전의 롤에 조도를 부여할 경우 표면산화물 피막의 형성이 크지 않고 강판에 부여된 조도사이에 표면농화물이 형성될 수 있으므로 효과가 떨어지기 때문이다.
한편, 본 발명에서는 소둔로 내의 롤의 장력을 적절히 제어하여 에지(edge)부까지 균일하게 미도금성을 개선한다.
소둔로 내의 롤에 부여되는 장력이 0.5ton/㎟ 미만인 경우에는 강판의 양쪽 끝 3㎝ 내에서 현저히 떨어지기 때문에 강판과 롤과의 접촉이 줄어들고 이로 인해 표면에 형성된 표면산화물들이 그대로 존재하게 되므로 용융아연도금한 후 도금밀착성이 저하되고, 3ton/㎟를 초과하는 경우에는 강판에 스크레치(scratch) 및 덴트(dent)를 유발시킬 수 있으므로, 상기 롤에 부여되는 장력은 0.5~3ton/㎟로 제한하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상기한 롤 조도 및 롤 장력이외의 소둔조건은 통상적으로 사용되는 것이라면, 충분하고, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 소둔온도를 700~900℃로 할 수 있다.
도 1에는 본 발명에 따라 조도를 부여한 롤을 사용하여 소둔하는 경우 롤 조도에 의한 강판의 표면산화물상태 변화가 나타나 있다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 소둔하는 경우에는 불연속적인 표면산화물층을 갖는 강판의 제조가 가능함을 알 수 있다.
본 발명에 따라 소둔한 후의 강판의 표면산화물층은 5면적%이상의 불연속영역을 갖는 것이 바람직하다.
상기와 같이, 본 발명에 따라 소둔된 강판을 아연함유도금욕에서 용융아연도금하여 용융도금강판을 제조한다.
상기 도금욕에는 0.1~0.5wt%의 Al이 함유될 수 있다.
본 발명에서는 상기와 같이 제조된 용융도금강판을 합금화처리하여 합금화 용융아연도금강판을 제조하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
상기 용융아연도금시 용융아연도금욕 온도는 예를 들면, 450~470℃로 할 수 있고, 상기 합금화처리 시 합금화처리온도는 예를 들면, 450~600℃로 할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예)
wt%로, C: 0.08%, Si: 1.5%, Mn: 1.6%, P: 0.01%, B: 0.0001%, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 이루어진 강판을 하기 표 1 및 표 2과 같이 조도가 부여된 롤을 내부에 구비한 소둔로에서 하기 표 1 및 표 2와 같은 조건으로 롤에 장력을 부여하면서, 800℃에서 소둔한 후 0.2%의 Al 함유아연도금욕에서 용융아연도금하여 용융아연도금강판을 제조한 후, 도금젖음성 및 도금밀착성을 측정하고 그 결과를 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다.
하기 표 1은 롤에 부여된 조도 및 장력중 적어도 하나의 값이 본 발명의 범위를 벗어나는 것을 나타내고 그리고 표 2는 롤에 부여된 조도 및 장력 모두의 값이 본 발명의 범위에 부합되는 것을 나타낸다.
하기 표 1 및 2에서 도금젖음성은 육안으로 미도금 존재 여부를 관찰하여 평가한 것으로서, ◎:우수 ○:양호 △:보통 X:불량으로 나타내었고, 도금밀착성은 록 포밍(Lock forming)시험기를 이용하여 강판을 벤딩한(bending)한 후 테이프(tape)를 가공부에 접착시키고 떼어낸 후 도금층 탈락여부를 육안으로 관찰하여 평가한 것으로서, ◎:우수 X:불량으로 나타내었다.
상기 도금젖음성 평가에서, 우수는 미도금이 전혀 발생하지 않은 것을, 양호는 미도금이 10%이하로 발생한 것을, 보통은 미도금이 10-30%발생한 것을, 그리고 불량은 미도금이 30%이상 발생한 것을 나타낸다.
또한, 상기 도금밀착성 평가에서, 우수는 도금층 박리가 전혀 발생되지 않은 것을, 그리고 불량은 도금층 박리가 발생한 것을 나타낸다.
  Ra Rz Rp 장력(R/F) 미도금 도금밀착성 비고
비교예1 0.3 1.0 0.8 0.3 X X 슬립발생
비교예2 0.3 1.0 0.8 5.0 X X
비교예3 0.5 1.2 1.0 0.3 X
비교예4 0.5 1.2 1.0 3.5 롤 덴트(Roll Dent) 발생
비교예5 0.5 1.0 0.5 0.5 롤 덴트발생
비교예6 3.5 8.5 8.0 3.0  롤 덴트발생
비교예7 5.0 11.0 10.0 0.3 슬립발생
비교예8 5.0 11.0 10.0 5.0 롤 덴트 발생
비교예9 0.5 1.0 0.5 0.5 X X  
비교예10 0.5 0.5 0.5 3.0 X X  
  Ra Rz Rp R/F 미도금 도금밀착성
발명예1 0.5 1.2 1.0 0.5
발명예2 0.5 1.2 1.0 3.0
발명예3 2.5 4.2 4.0 0.5
발명예4 2.5 4.2 4.0 3.0
발명예5 3.5 7.3 7.0 0.5
발명예6 3.5 7.3 7.0 3.0
발명예7 0.7 2.0 1.0 0.5
발명예8 0.7 2.0 1.0 3.0
발명예9 2.5 4.2 4.0 0.5
발명예10 2.5 4.2 4.0 3.0
발명예11 3.5 7.3 7.0 0.5
발명예12 3.5 7.3 7.0 3.0
발명예13 2.5 4.0 2.5 0.5
발명예14 2.5 4.0 2.5 3.0
발명예15 2.5 4.2 4.0 0.5
발명예14 2.5 4.2 4.0 3.0
발명예17 4.0 7.3 7.0 0.5
발명예18 4.0 7.3 7.0 3.0
상기 표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이, 롤에 부여된 조도 및 장력중 적어도 하나의 값이 본 발명의 범위를 벗어나는 것을 사용하는 경우에는 도금젖음성 및 도금밀착성중 적어도 하나의 특성이 좋지 않거나 도금젖음성 및 도금밀착성이 모두 우수하다고 하더라도 롤에 덴트가 발생하는 문제가 있음을 알 수 있다.
한편, 롤에 부여된 조도 및 장력 모두의 값이 본 발명의 범위에 부합되는 것을 사용하는 경우에는 도금젖음성 및 도금밀착성이 모두 우수함을 알 수 있다.
도 2에는 상기 표 2의 발명예(10)에 따라 소둔한 후의 강판 표면산화물 손상부의 SEM 사진이 나타나 있다.
도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 강판을 소둔하는 경우에는 표면에 형성된 산화피막이 롤의 산에 의해 손상을 받아 소지철을 노출시켜 용융아연도금욕 중에 들어갈 경우 아연과의 반응성이 향상되어 도금젖음성이 양호해진다.
도 3에는 비교예(1)[도 3의 (a)] 및 발명예(10)[도 3의 (b)]에 따라 소둔 후의 강판의 표면산화물층의 FIB-TEM분석결과가 나타나 있다.
도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 범위를 벗어난 조건으로 소둔한 경우에는 강판표면에 형성된 산화물층이 연속적임에 반하여, 본 발명에 따라 강판을 소둔하는 경우에는 표면에 형성된 산화물층이 불연속성을 가지고 있음을 알 수 있다.
도 4에는 비교예(1)[도 4의 (a)] 및 발명예(10)[도 4의 (b)]에 따라 소둔한 후, 용융아연도금하여 제조한 용융아연도금강판의 표면사진이 나타나 있다.
도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 범위를 벗어난 조건으로 소둔한 후 용융아연도금한 경우에는 미도금이 발생함에 반하여, 본 발명에 따라 강판을 소둔한 후 용융아연도금한 경우에는 미도금이 발생하지 않고 표면이 매우 양호함을 알 수 있다.
도 5에는 비교예(1) [도 5의 (a)] 및 발명예(10)[도 5의 (b)]에 따라 소둔한 후, 용융아연도금하여 제조한 용융아연도금강판의 도금박리성 평가결과가 나타나 있다.
도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명의 범위를 벗어난 조건으로 소둔한 후 용융아연도금한 경우에는 강판의 에지부분에서 도금층 박리가 발생됨에 반하여, 본 발명에 따라 강판을 소둔한 후 용융아연도금한 경우에는 에지부분에서도 도금층 박리가 발생되지 않음을 알 수 있다.

Claims (7)

  1. 강판을 이송시키는 롤을 내부에 구비한 소둔로에서 강판을 소둔한 후 아연함유도금욕에서 용융아연도금하여 용융도금강판을 제조하는 방법으로서, 상기 강판이 소둔시 표면산화물을 형성하는 원소를 함유하는 강이고, 그리고 상기 롤이 Ra: 0.5~4.0㎛, Rz: 1.0~8.0㎛, Rp: 1~7㎛의 조도를 갖고 상기 롤에 부여된 장력이 0.5~3ton/㎟ 인 것을 특징으로 하는 도금특성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 강판이 wt%로, C: 0.01 ~ 0.2%, Si: 0.5 ~ 3.0%, Mn: 0.5 ~ 3.0%, P: 0.1%이하, S: 0.01%이하, Al: 2%이하, B: 0.01%이하, 잔부 Fe 및 기타 불순물로 이루어진 강인 것임을 특징으로 하는 도금특성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 롤의 조도는 소둔로 내 균열(soaking)대에서 도금욕 인입전까지의 롤에 부여되는 것을 특징으로 하는 도금특성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 롤 장력은 소둔로 내 균열(soaking)대에서 도금욕 인입전까지의 롤에 부여되는 것을 특징으로 하는 도금특성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 도금욕에는 0.1~0.3wt%의 Al이 함유되는 것을 특징으로 하는 도금특성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 용융도금강판을 합금화처리하여 합금화 용융아연도금강판을 제조하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 도금특성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.
  7. 제1항에서 제6항중의 어느 한 항에 있어서, 소둔 후의 강판 표면에는 산화물층이 형성되어 있고, 그리고 이 산화물층은 불연속적 영역을 갖고, 이 불연속 영역이 5면적%이상인 것을 특징으로 하는 도금특성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.
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