KR101268570B1 - 도금 강판 또는 코일 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 강재와, 강재의 적어도 하나의 상부 표면에 용융 아연 도금법에 의해 아연 도금층이 형성되어 있는 기본 층을 구비하고 있는 도금 강판 또는 코일에 관한 것이다. 상기 도금 강판 또는 코일에 있어서, 아연 도금층은 높은 레벨의 내식성을 보장한다. 도금층의 두께가 두꺼울수록 내식성은 커진다. 따라서, 종래의 합금화된 아연 도금층에 있어서, DIN 50021에 따라 밝고 미도장된 샘플에 분무 시험을 한 결과 25 g/㎡의 도금층이 부착된 경우에 24 시간이 경과한 후에 적녹이 발생하였고, 반면에 70 g/㎡의 도금층이 부착된 경우에는 120 시간이 경과한 후에 적녹이 발생하였다. 종래의 기술에서 충분한 내식성을 위해 필요로 하는 도금층의 두께는 용접성과 관련하여 문제점을 야기한다. 특히 차제 제조 분야 또는 가전 분야에서 요구하는 것과 같이 최소한의 용접 갭도 없는 중첩 접합부에 침투 용접을 하기 위해 사용되는 레이저 용접을 높은 용접 속도로 하는 경우에 그러하다. 상기 용접에 의해 제조되는 이음매에는 관통 구멍이 없어야 하고, 실질적으로 크레이터와 미세 기공이 없어야 한다.
용융 아연 도금 강판, 용융 아연 도금, 내식성, 용접성
Description
본 발명은 하지 코팅된 강에 용융 아연 도금에 의해 적어도 한 층의 아연 도금층이 도포되어 피복된 강판 또는 스트립에 관한 것이다.
이러한 종류의 강판 또는 강 스트립 위의 아연 도금층은 내식성을 향상시킨다. 도금층의 두께가 두꺼울수록 내식성은 더욱 증가한다. 따라서 종래의 합금화된 아연 도금층을 가지고서 독일공업규격 50021(DIN 50021)에 따른 스프레이 시험을 밝고, 도장되지 않은 시편에 대해 수행할 때에, 25 g/㎡의 도금층의 경우에는 24 시간 경과 후에 적녹(red rust)이 발생한 반면에, 70 g/㎡의 도금층의 경우에는 120 시간이 경과할 때까지 적녹이 발생하지 않았다.
그러나, 종래의 기술에서 적절한 내식성을 위해 필요로 하는 도금층의 두께는 용접성에 있어서 문제를 초래한다. 특히, 자동차 샤시 제조 분야 또는 가전(domestic engineering) 분야에서와 같이, 중첩 접합부에 접합 갭을 생성하지 않으면서 레이저 용접에 의해 생성되는 전체적 용접(through-welding)을 높은 용접 속도로 하고자 하는 경우에는 더욱 그러하다. 상기 용접에 의해 형성되는 이음매(seam)에는 관통된 구멍이 없어야 하고, 큰 크레이터(crater)가 없어야 하며, 어떠한 미세 기공(open pore)도 없어야 한다.
도금 부착량을 감소시키는 동시에 내식성이 향상된 용융 아연 도금 강판의 제조를 위한 하나의 가능례가 유럽특허공보 EP 0 038 904 B1호에 개시되어 있다. 상기 종래 기술에 따르면, Al: 0.2 질량%와 Mg: 0.5 질량%를 함유하는 아연 도금층이 용융 아연 도금에 의해 강 기판 위에 피복되어 있다. 각 측면에 44 g/㎡의 도금 부착량으로 피복된 이러한 방식에 의해 획득된 용융 아연 도금 강 스트립은 마그네슘 성분이 첨가된 결과로 도장된 상태에서, 일본 산업 규격 JIS Z 2371에 기재되어 있는 조건 하에서 NaCl 용액으로 분무된 각 시편을 염 분무 시험한 결과 2,000 시간이 더 경과한 후에야 최초의 녹이 형성되었다. 녹이 발생하기까지의 이러한 긴 시간은 아연 도금층과 도장이 조합된 내식성에 의해 달성된 것이다.
유럽특허공보 EP 0 038 904 B1호에 의해 도금 부착량이 감소되고 동시에 우수한 내식성이 달성됨에도 불구하고, 이러한 방식에 의해 제조된 용융 아연 도금 강판은 여전히 용접성이 중요시되는 자동차 제조 분야에서 부과하는 사양을 만족시키지는 못한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 특히 자동차 샤시 제작 또는 가전제품용 재료로 사용되기에 적합한 강으로서, 높은 내식성과 최적의 용접성이 최적으로 조합된 평판형 강 제품을 생산하는 것이다.
상기 목적은, DIN 50021-SS에 따라 수행되는 염 분사 연무 시험(salt spray mist test)에서 250 시간이 경과한 후에 최초 적녹이 발생하는 것을 보증하는 강판으로, 하지 도금(ground coating)된 강재에 Al: 0.05-0.30 질량%와 Mg: 0.2-2.0 질량%와 잔부는 아연 및 불가피한 불순물을 함유하는 용융 금속으로 제조된 도금층을 각 측면위에 도금층 두께가 최대 3.5 ㎛ 및 도금 부착량이 최대 25 g/㎡인 적어도 하나의 도금층이 도금되어 있는 본 발명에 따르는 도금 강판 또는 스트립에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 용융 아연 도금 평판형 강 제품은, 각 측면에 도금 부착량이 최대 25 g/㎡인 종래 기술에 비해 도금 부착량이 감소되면서도 매우 우수한 내식성을 가지고 있다. 낮은 도금 부착량과 각 측면에의 최대 3.5 ㎛의 작은 도금층 두께와 고내식성의 조합은 본 발명에 따른 강판 또는 스트립이 특히 각 강판 부재를 용접하여 제조되는 구성요소의 생산에 적합하게 한다. 따라서, 본 발명에 따라 제조된 강판을 가지고서 자동차 샤시 또는 가전용품 분야의 부재들을 제조할 수 있는데, 특히 본 발명에 따른 강판 또는 스트립으로부터 제조된 각 강판 부재들이 높은 용접 속도로 레이저 빔 용접되어 경제적으로 용접될 수 있고 최적의 결과를 낳게된다.
본 발명에 따른 내식성은, 밝은 미도장된 강판 위에 부식제로서 중성 5% NaCl 용액이 챔버 내에서 35 ± 2 ℃의 온도에서 연속적으로 분무되는 부식 단기 시험 프로세스인 DIN 50021-SS에 따르는 염 분무 연무 시험에 기초하여 결정된다. 챔버 내에서 강판 샘플들은 수평 방향으로 65 내지 75° 기울어져서 위치하고 있다. 이러한 방식으로 수행된 실제 시험에서, 본 발명에 따라 도금된 강판과 스트립에는 시험 지속 시간이 300 시간 경과된 후에도 어떠한 적녹도 발생하지 않았다.
도금층을 위한 용융 금속 내의 마그네슘 성분은 본질적으로 변하지 않고 도금층 내에 잔류한다. 이와는 대조적으로, 본 발명에 따르는 완성된 강 스트립 내 도금층의 Al 성분 함량은 통상적으로 용융 금속 내의 함량보다 1.8 내지 3.2, 특히 2 내지 3배 높다. 최적의 방식(corrosion protection)은 도금층 내의 Mg 함량이 0.4-1.0 질량%, 특히 적어도 0.5 질량%일 때에 얻어진다.
강 기재에의 도금을 합금화 용융 아연 도금으로 하고자 하는 경우에는, 용융 금속은 Al을 0.15 질량% 미만 함유하는 것이 바람직하다. 이 경우에 표준에 적합한 용융 금속의 Al 함량은 0.12-0.14 질량% 범위이다.
이와 대조적으로, 본 발명에 따라 통상적인 용융 아연 도금 강판의 경우에는, 용융 금속의 Al 함량은 적어도 0.15 질량%인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 평판형 제품이 특히 샤시 제조에 적합하게 하는 추가적인 놀라운 물성은 이러한 강판 또는 스트립에 도장을 할 때 더욱 명확해진다. 이에 따라서, 본 발명에 따르는 강판 또는 스트립에 DIN EN ISO 6860에 기초한 상온과 -20℃에서의 맨드럴 굽힘 시험은 우수한 도장 부착능을 보여준다. 특히 -20℃에서 기지 재료로부터의 도장 박리(flaking) 또는 도금층 박리의 징후가 전혀 없다.
도장 부착능을 결정하기 위해 실시된 시험에서, 알칼리 세정 및 인산염 피막 처리(phosphating) 후에 강판 시편 위에 완전한 도장 구조가 도포되었고, 상기 구조는 20 ㎛ 두께의 음극 용융 도장 도막, 그 위에 32 ㎛ 두께의 필러 도장 도막 및 40 ㎛ 두께의 기본 도금층을 포함한다. 원추형 맨드럴 위에서 수행된 굽힘은 상온 및 -20℃에서 도장 도막의 어떠한 분리(detachment)도 일으키지 않았다.
고내식성 및 우수한 도장 부착능 외에, 본 발명에 따른 강판 또는 스트립은 돌 충격(stone impact)에 대해 탁월하게 우수한 저항성을 구비하고 있다. 예를 들면, DIN 65996-1B에 따라 수행된 돌 충격 시험에서, 본 발명에 따른 강판 또는 스트립에 돌 충격을 가했을 때에 기본 도금층으로부터 어떠한 도금층의 박리도 야기되지 않았다.
본 발명에 따르는 강판을 제조하기 위해, 청정한 강 스트립이 전형적인 스트립 속도인 60 내지 150 m/min으로 작동하는 용융 아연 도금 설비에서 연속 용융 아연 도금된다. 이를 위해, 용융 아연 도금될 강판 또는 스트립은 우선 DFF로(Direct Fired Furnace) 또는 바람직하게는 RTF로(Radiant Type Furnace) 같은 로 내에서 어닐링된다. 로에서 나온 후에, 상기 강판 또는 스트립은 수소 3.5-75%의 보호성 가스 분위기로 유지되고 있는 환원로 설비로 들어간다. 어닐링을 거치는 동안에 온도는 720-850℃ 범위에 있게 된다.
상기 방식에 따라 어닐링된 강판 또는 스트립은 공기가 배제된 상태에서 노즐을 통해 Al: 0.05-0.30 질량%와 Mg: 0.2-2.0 질량%, 특히 각각을 0.4-1.0 질량%와 0.5-1.0 질량%와 잔부는 아연 및 불가피한 불순물을 함유하는 용융 금속으로 제조된 아연욕(zinc bath)으로 전달된다.
강판 또는 스트립이 용융 도금욕으로부터 나온 후에, 도금층의 두께는 스트리퍼 노즐을 사용하여 본래 알려져 있는 방식에 따라 각 측면 위에 최대 두께 3.5 ㎛로 제한되고, 그 결과로 본 발명에 따라 얻어지는 평판형 제품의 도금층 부착량은 각 측면에 최대 25 g/㎡로 제한된다.
용융 도금욕 위에 슬래그와 금속간화합물 상이 지나치게 생성되는 것을 방지하기 위해, 도금욕 표면 전체에 걸쳐 불활성 가스를 불어 넣을 수도 있다. 상기 불활성 가스 유동은 도금층의 두께를 조절하기 위해 사용되는 스트리퍼 노즐로부터 나올 수도 있고, 또는 불활성 가스를 연무 형태로 도금욕 표면에 분산시키는 별도의 노즐로부터 공급될 수도 있다. 선택적으로는, 용융 도금욕 전체는 불활성 분위기로 유지되는 하우징 인클로저에 의해 둘러싸일 수도 있다. 이러한 목적을 위한 불활성 가스로는 질소가 특히 적합하다.
욕 온도를 380-450℃로 조절하면 슬래그 생성이 또한 감소될 수 있다. 이와 동일한 목적을 위해, 특히 스트립의 침지 영역에서의 산화 경향을 감소시키기 위해 침지되는 스트립의 온도는 360-500℃로 제한될 수 있다.
용융 도금욕으로부터 나온 후에, 도금 스트립은 적어도 10 K/s의 냉각 속도로 냉각된다.
필요하다면, 0.3-1.5%의 압하율로 인-라인 압연 장치에 의해 압연되어, 표면 위에 원하는 집합조직(texture)을 얻을 수도 있다.
도금 강판이 인-라인으로 300-600℃ 범위의 온도에서 가열되기 때문에, ZnMg 도금층 내에서 재분배(redistribution)가 일어나거나 ZnFeMg 도금층으로의 전반적인 합금화가 일어난다. 상기의 도금층을 제조하는 데에 사용되는 용융 금속은 Al을 0.15 질량 % 미만, 특히 0.12-0.14 질량% 함유하는 것이 바람직하다.
응용 범위를 확장하기 위해, 본래 알려져 있는 방식에 의해 도금층 위에 박막 층을 부착시키는 것도 가능하다.
본 발명에 의해 달성되는 효과들은 실험을 통해 확인이 되었는데, 먼저 통상적인 IF 강으로부터 심하게 압연된 두께 0.82 ㎜의 강 스트립이 알칼리 분무 세정, 브러쉬 세척 및 전해 세척되었다.
그리고 나서 상기 세척된 강을 보호성 가스(5% H2, 잔부 N2) 분위기에서 800℃로 어닐링하였다. 어닐링 시간은 60초이다.
상기 방식에 따라 어닐링된 강 스트립을, 최대로 산소를 10 ppm 함유하는 보호성 가스 분위기 하에서 하우징 인클로저 내에 수용되어 있는 용융 도금욕 내로 침지 온도 465℃로 침지되도록 냉각하였다. 상기 용융 도금욕은 불가피한 불순물(예를 들면, 스트립에 의해 용융 도금욕 내에 도입되는 철 성분)외에도 Al: 0.2 질량%와 Mg: 0.8 질량%를 함유하는 Zn 용융 금속으로 구성되어 있다. 침지 시간은 2초이다.
용융 도금욕에서 꺼내진 후에, 여전히 용융 도금욕 하우징 인클로저 내에 유지되면서 하우징 인클로저 내에 설치되어 있는 스트리퍼 노즐을 사용하여 각 측면 위에 3 ㎛의 도금층 두께(각 측면 당 도금 부착량 21 g/㎡에 상당)로 강 스트립의 양쪽 측면 위에 부착된 도금층의 두께가 조절된다. 스트리핑도 질소 가스에 의해 수행될 수도 있다.
마지막으로 강 스트립을 드레스한다. 얻어진 용융 도금 강 스트립은 스탈아이젠 시험 데이터시트 에스이피 1940(StahlEisen Test Datasheet SEP 1940)에 따라 측정된 Pc 값이 46 ㎝-1, Ra 값이 1.8 ㎛이다.
도금층의 부착과 그 성형성을 측정하기 위해, 완성된 도금 강 스트립으로부 터 채취한 시편을 가지고서 스탈아이젠 시험 데이터시트 에스이피 1931(StahlEisen Test Datasheet SEP 1931)에 따라 볼 충격 경도 시험을 하였다. 상기 결과는 우수한 부착과 우수한 성형능에 해당하는 스테이지 1(stage 1)로 분류될 수 있다.
적당한 몰드 내에서 원형 강판 블랭크로부터 모자-형상의 부재를 드로잉하는 딥 드로잉 시험에서, 최대 0.45 g/㎡의 매우 낮은 마찰값(friction value)를 얻었다.
레이저-빔 용접된 이음매에 있어서, 모든 경우에서 매우 우수한 용접성을 얻을 수 있었다. 예를 들면, 최대 용접 속도 5 m/min으로 접합부 갭 "0"인 레이저 빔 용접한 경우에 에러가 없는(error-free) 결과가 달성되었다.
전술한 방법으로 도금된 미도장의 밝은 시편에 대해 DIN 50021 SS에 따라 실시된 염 분무 시험에서, 분무 후 312 시간이 경과한 후에도 적녹이 생성되지 않았다. 각 측면에 도금 부착량 25 g/㎡으로 아연 도금된 통상의 강판의 경우에는 24 시간이 경과한 후에 이미 적녹이 생성되었다.
DIN EN ISO 6860에 기초한 원추형 맨드럴 굽힘 시험에서, 본 발명에 따라 도금된 샘플에의 도장 부착성은 상온과 -20℃ 모두에서 우수하였다. DIN 55996-1B에 따른 돌 충격 시험에서도 강 기본 층으로부터 도금층이 전혀 박리되지 않았다.
Claims (5)
- 도금 강판 또는 스트립의 적어도 어느 한쪽 면에 Al: 0.05-0.30 질량%, Mg: 0.2-2.0 질량%, 잔부는 아연 및 불가피한 불순물로 이루어진 도금층이 부착되어, DIN 50021-SS에 따라 실시되는 염 분무 연무 시험에서 250 시간이 경과한 후에야 적녹이 최초로 생성되는 상태를 제공하며,- 미도금 강 스트립을 어닐링하는 단계,- 어닐링 후에 강 스트립을 수소 3.5-75%의 보호성 가스 분위기로 유지되고 있는 환원로 설비를 통과하게 안내하는 단계, 어닐링을 거치는 동안의 온도는 720-850℃ 범위임,- 어닐링된 강 스트립을 Al: 0.05-0.30 질량%, Mg: 0.2-2.0 질량%, 잔부는 아연 및 불가피한 불순물로 이루어진 용융 아연 도금욕에서 60 내지 150 m/min의 처리 속도로 도금하는 단계, 및- 용융 아연 도금 욕으로부터 꺼내진 상기 강 스트립 위의 도금층 두께를 스트리퍼 노즐로 조절하는 단계를 연속적으로 수행하는 도금 강판 또는 스트립의 제조 방법에 있어서,- 슬래그의 생성 또는 금속간화합물 상들의 생성을 방지하기 위해 상기 용융 아연 도금 욕의 표면이 불활성 가스가 유동하는 상태로 유지되고, 상기 불활성 가스 유동은 도금층의 두께를 조절하기 위해 사용되는 스트리퍼 노즐로부터 공급되거나 불활성 가스를 연무 형태로 욕 표면에 분산시키는 별도의 노즐로부터 공급될 수 있으며,- 도금층의 두께가 각 측면에서 최대 3.5 ㎛, 각 측면의 도금 부착량이 최대 25 g/㎡가 되도록 스트리퍼 노즐에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 도금 강판 또는 스트립 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 도금층은 Mg를 0.4-1.0 질량% 함유하는 것을 특징으로 하는 도금 강판 또는 스트립 제조 방법.
- 제2항에 있어서,상기 도금층은 Mg를 0.5 질량%를 초과하여 함유하는 것을 특징으로 하는 도금 강판 또는 스트립 제조 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,용융 아연 도금 욕의 Al 함량이 0.12-0.14 질량%인 것을 특징으로 하는 도금 강판 또는 스트립 제조 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,용융 아연 도금 욕의 Al 함량이 적어도 0.15 질량%인 것을 특징으로 하는 도금 강판 또는 스트립 제조 방법.
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