KR101345043B1 - 내식성이 우수한 윤활처리제, 이를 이용한 합금화용융아연도금강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

내식성이 우수한 윤활처리제, 이를 이용한 합금화용융아연도금강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

내식성 및 운송저장성이 우수한 윤활처리제, 이를 이용한 합금화용융아연도금강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 합금화용융아연도금강판은 베이스 강판; 상기 베이스 강판 상에 형성되는 합금화용융아연도금층; 상기 합금화용융아연도금층 상에 형성되는 윤활처리층;을 포함하고, 상기 윤활처리층은 인산용액 100 중량부에 대하여, 오산화인(P2O5) : 7~10중량부, 칼슘(Ca) : 3~5중량부, 아연(Zn) : 1~3중량부, 알루미늄(Al) : 0.5중량부 미만, 철(Fe) : 0.5중량부 미만, 유기화합물 : 0.5~1.5중량부가 포함되어 있는 윤활처리제의 고형분으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

내식성이 우수한 윤활처리제, 이를 이용한 합금화용융아연도금강판 및 그 제조 방법 {LUBRICATION TREATMENT MATERIAL WITH EXCELLENT CORROSION RESISTANCE, GALVANNEALED STEEL SHEET USING THE SAME AND METHOD OF MANUFACTURING THE GALVANNEALED STEEL SHEET}
본 발명은 합금화용융아연도금강판(GA 강판) 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내식성이 우수한 윤활처리제, 이를 이용한 합금화용융아연도금강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
합금화용융아연도금강판(GA 강판)은 자동차 외판용 강판으로 주로사용된다. 합금화용융아연도금강판은 순수한 용융아연도금강판의 단점인 용접성과 도장성을 보완하기 위해 도금층을 응고 직전에 재가열 (500~550℃) 함으로써 표면에 옅은 회백색의 철-아연 합금층으로 형성되어 있다.
이 합금화용융아연도금강판은 아연부착량이 뛰어나 드로잉 등의 가공을 받아도 도금층 박리가 적고, 부식 및 용접성에서도 용융아연도금강판에 비해 우수한 특성을 나타낸다.
그러나, 합금화용융아연도금강판의 경우, 윤활성이 다소 낮아 성형성이 떨어지는 문제가 있다. 이를 개선하기 위하여 합금화용융아연도금강판 표면에 고분자 수지를 기반으로 하는 왁스(wax) 계열 윤활제 및 각종 첨가제로 구성이 되는 유기, 유무기 타입의 윤활 처리제를 이용하여 강판 표면을 윤활 처리하고 있다. 그러나, 종래의 윤활 처리제의 경우, 운송안정성 및 내식성이 다소 낮은 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-0785989호(2007.12.14. 공고)에 개시되어 있는 고성형성을 부여한 무기인산염계 윤활처리 합금화용융아연도금강판 및 그 제조방법이 있다.
본 발명의 하나의 목적은 내식성 및 운송안정성 등 물성이 우수한 윤활처리제를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 윤활처리제가 적용된 합금화용융아연도금강판을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기의 윤활처리제가 적용된 합금화용융아연도금강판 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 윤활처리제는 인산용액 100 중량부에 대하여, 오산화인(P2O5) : 7~10중량부, 칼슘(Ca) : 3~5중량부, 아연(Zn) : 1~3중량부, 알루미늄(Al) : 0.5중량부 미만, 철(Fe) : 0.5중량부 미만, 유기화합물 : 0.1~1.5중량부가 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 합금화용융아연도금강판은 베이스 강판; 상기 베이스 강판 상에 형성되는 합금화용융아연도금층; 및 상기 합금화용융아연도금층 상에 형성되는 윤활처리층;을 포함하고, 상기 윤활처리층은 인산용액 100 중량부에 대하여, 오산화인(P2O5) 7~10중량부, 칼슘(Ca) : 3~5중량부, 아연(Zn) : 1~3중량부, 알루미늄(Al) : 0.5중량부 미만, 철(Fe) : 0.5중량부 미만, 유기화합물 : 0.1~1.5중량부가 포함되어 있는 윤활처리제의 건조물로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 윤활처리층은 0.3~0.5g/m2의 부착량으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
한편, 상기 합금화용융아연도금강판은 0.12~0.14의 마찰계수를 나타낼 수 있다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 합금화용융아연도금강판 제조 방법은 베이스 강판을 합금화용융아연도금하여, 합금화용융아연도금층을 형성하는 단계; 및 상기 합금화용융아연도금층 상에 윤활처리제를 도포 후 건조하여 윤활처리층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 윤활처리제는 인산용액 100 중량부에 대하여, 오산화인(P2O5) : 7~10중량부, 칼슘(Ca) : 3~5중량부, 아연(Zn) : 1~3중량부, 알루미늄(Al) : 0.5중량부 미만, 철(Fe) : 0.5중량부 미만, 유기화합물 : 0.1~1.5중량부가 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 윤활처리제가 적용된 합금화용융아연도금강판의 경우, 0.12~0.14의 낮은 마찰계수를 나타낼 수 있으면서, 아울러 우수한 내식성 및 운송저장성을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 합금화용융아연도금강판을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 합금화용융아연도금강판 제조 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내식성이 우수한 윤활처리제, 이를 이용한 합금화용융아연도금강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 합금화용융아연도금강판을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 도시된 합금화용융아연도금강판은 베이스 강판(110), 합금화용융아연도금층(120) 및 윤활처리층(130)을 포함한다.
도 1에서는 베이스 강판 일면에 합금화용융아연도금층 및 윤활처리층이 형성된 것을 나타내었으나, 합금화용융아연도금층 및 윤활처리층은 베이스 강판 양면에 형성될 수 있다.
베이스 강판(110)은 열연강판 혹은 냉연강판이 될 수 있다.
합금화용융아연도금층(120)은 베이스 강판(110) 상에 형성되며, 용융아연도금 후 열처리에 의해 형성된다.
윤활처리층(130)은 합금화용융아연도금층(120) 상에 형성되며, 윤활처리제의 도포 및 건조에 의해 형성된다.
본 발명에 따른 윤활처리제는 윤활성잉 우수한 인산용액을 기반으로 한다.
이러한 인산용액으로, 0.5~2M 인산수용액을 이용하는 것이 바람직하다. 인산수용액에서 인산의 농도가 0.5M 미만일 경우, 충분한 윤활 특성을 나타내기 어렵다. 반대로, 인산수용액에서 인산의 농도가 2M을 초과하는 경우, 용액안정성이 저하될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 윤활처리제는 인산용액 100 중량부에 대하여, 오산화인(P2O5) : 7~10중량부, 칼슘(Ca) : 3~5중량부, 아연(Zn) : 1~3중량부, 알루미늄(Al) : 0.5중량부 미만, 철(Fe) : 0.5중량부 미만, 유기화합물 : 0.1~1.5중량부를 포함한다.
오산화인(P2O5)은 윤활처리제의 윤활성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 오산화인은 인산용액 100 중량부에 대하여, 7~10중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 오산화인의 첨가량이 7중량부 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 오산화인이 10중량부를 초과하면 용액안정성이 저하될 수 있다.
칼슘(Ca)은 윤활처리제의 내열성 및 내수성 향상에 기여한다.
상기 칼슘은 인산용액 100 중량부에 대하여 3~5중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 칼슘의 첨가량이 3중량부 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 칼슘의 첨가량이 5중량부를 초과하는 경우 윤활성을 저해할 수 있다.
아연(Zn)은 윤활처리제로부터 형성되는 윤활처리층의 경도 향상에 기여한다.
상기 아연은 인산용액 100 중량부에 대하여 1~3중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 아연의 첨가량이 1중량부 미만일 경우 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 아연의 첨가량이 3중량부를 초과하는 경우 윤활처리제의 도포 공정을 어렵게 할 수 있다.
알루미늄(Al)과 철은 상기 아연과 함께 윤활처리층의 경도 향상에 기여한다.
상기 알루미늄과 철은 인산용액 100 중량부에 대하여 각각 0.5중량부 미만으로 첨가되는 것이 바람직하다. 알루미늄 또는 철의 첨가량이 0.5주량부를 초과하는 경우 도포 공정을 어렵게 할 수 있으며, 용액 안정성을 저해할 수 있다.
유기화합물은 윤활처리층의 내식성 향상에 기여한다.
이러한 유기화합물은 시클로헥산, 톨루엔, 자일렌, 아크릴계 수지, 계면활성제 등이 1종 이상 이용될 수 있다.
상기 유기화합물은 인산용액 100 중량부에 대하여 0.1~1.5중량부로 첨가되는 것이 바람직하다. 유기화합물의 첨가량이 0.1중량부 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 유기화합물의 첨가량이 1.5중량부를 초과하는 경우, 윤활성이 저하될 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 합금화용융아연도금강판에서, 윤활처리층은 편면 기준, 0.3~0.5g/m2의 부착량으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 윤활처리제의 부착량이 0.3 g/m2 미만일 경우, 충분한 윤활성을 발휘하기 어렵다. 반대로, 윤활처리제의 부착량이 0.5g/m2를 초과하는 경우, 더 이상의 윤활 효과 향상없이 제조 비용 상승을 초래할 수 있다.
상기와 같은 윤활처리층이 형성된 합금화용융아연도금강판은 0.12~0.14의 낮은 마찰계수를 나타낼 수 있으며, 우수한 내식성 및 운송저장성을 나타낼 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 합금화용융아연도금강판 제조 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 도시된 합금화용융아연도금강판 제조 방법은 합금화용융아연도금 단계(S210) 및 윤활처리층 형성 단계(S220)를 포함한다.
합금화용융아연도금 단계(S210)에서는 베이스 강판을 합금화용융아연도금하여, 합금화용융아연도금층을 형성한다.
다음으로, 윤활처리층 형성 단계(S220)에서는 합금화용융아연도금층 상에 전술한 윤활처리제를 스프레이 코팅, 롤 코팅 등의 방식으로 도포 후, 오븐 건조, 열풍 건조 등의 방식으로 건조하여 윤활처리층을 형성한다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 시편의 제조
실시예 1
1M 인산용액 100 중량부에 대하여, 오산화인(P2O5) 8중량부, 칼슘 4중량부, 아연 2중량부, 알루미늄(Al) 0.1중량부, 철(Fe) 0.2중량부, 시클로헥산 1.0중량부가 포함되어 있는 윤활처리제를 마련하였다.
상기의 윤활처리제를 두께 0.65mm의 합금화용융아연도금강판(ATS539, 현대하이스코 제조) 표면에 롤 코팅 방식으로 코팅한 후 PMT 50℃에서 열풍 건조하였다. 이때, 형성된 윤활처리층의 경우, 부착량이 편면 기준 0.4g/m2이었다.
비교예 1
윤활처리제가 순수 80중량부에 인산아연 및 인산 각각 5중량부, 친수성 계면활성제 2중량부, 질산니켈 2중량부로 이루어진 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 윤활처리층을 형성하였다.
2. 물성 평가
(1) 마찰계수
실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 시편에 대하여 방청유를 도포하고, draw bead test를 통하여 마찰계수값을 구하였다.
비교예 1에 따른 시편의 경우 마찰계수가 0.13으로 나타났으며, 실시예 1에 따른 시편의 경우 마찰계수가 0.124를 나타내어, 실시예 1 및 비교예 1에 따른 시편 모두 마찰계수는 유사한 값을 나타내었다.
(2) 윤활비
실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 시편의 성형성을 평가하기 위하여, 윤활처리를 한 시편과 윤활처리를 하지 않은 시편을 성형하여, 두 시편의 최대하중을 측정한 뒤, 최대하중의 비율을 계산하여, 윤화처리를 실시한 시편의 윤활비(%)를 나타내었다. 윤활비가 높을수록 성형성이 높다고 볼 수 있다.
비교예 1에 따른 시편의 경우 윤활비가 4.6%을 나타내었으며, 실시예 1에 따른 시편 역시 윤활비가 4.6을 나타내었다.
따라서, 실시예 1 및 비교예 1에 따른 시편의 경우, 윤활 특성은 거의 동일하다고 볼 수 있다.
(3) 내식성
실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 시편의 내식성은 ASTM B 117에 의거, 염수분무시험 48시간 후 백청 및 적청발생 정도를 나타내었다. 적청이 발생한 경우, 내식성이 좋지 못하다.
비교예 1에 따른 시편의 경우 염수분무시험 48시간 후 적청이 개시되었으나, 실시예 1에 따른 시편의 경우 백청이 5% 미만이었다.
따라서, 실시예 1에 따른 시편의 경우가 내식성이 현저히 우수하다고 볼 수 있다.
(4) 용액안정성
실시예 1 및 비교예 1에 이용된 윤활처리제의 저장안정성은 표면처리제 각각200ml를 밀봉하고 40℃의 항온조에서 120시간동안 유지시킨 후, 개봉하여 응집, 침전, 악취발생, 변색 여부로 평가하였다.
표 1은 실시예 1 및 비교예 1에 따른 시편의 용액안정성을 나타낸 것이다.
[표 1]
Figure 112012051135923-pat00001
표 1을 참조하면, 실시예 1에 따른 시편의 경우, 시간이 경과하여도용액안정성이 그대로 유지되는 반면, 비교예 1에 따른 시편의 경우, 시간 경과에 의하여 상대적으로 용액 안정성이 저하되는 것을 볼 수 있다.
실시예 1에 따른 시편과 비교예 1에 따른 시편을 종합적으로 보면,윤활 특성은 실시예 1 및 비교예 1 모두 유사하였다. 그러나, 내식성 및 용액안정성의 경우, 실시예 1에 따른 시편의 경우가 훨씬 우수하였다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
110 : 베이스 강판
120 : 합금화용융아연도금층
130 : 윤활처리층

Claims (11)

  1. 인산용액 100 중량부에 대하여, 오산화인(P2O5) : 7~10중량부, 칼슘(Ca) : 3~5중량부, 아연(Zn) : 1~3중량부, 알루미늄(Al) : 0중량부 초과 내지 0.5중량부 미만, 철(Fe) : 0중량부 초과 내지 0.5중량부 미만, 유기화합물 : 0.1~1.5중량부가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 윤활처리제.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인산용액은
    0.5~2M 인산수용액인 것을 특징으로 하는 윤활처리제.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유기화합물은
    시클로헥산, 톨루엔, 자일렌, 아크릴계 수지 및 계면활성제 중에서 1종 이상 포함되는 것을 특징으로 하는 윤활처리제.
  4. 베이스 강판;
    상기 베이스 강판 상에 형성되는 합금화용융아연도금층;
    상기 합금화용융아연도금층 상에 형성되는 윤활처리층;을 포함하고,
    상기 윤활처리층은
    인산용액 100 중량부에 대하여, 오산화인(P2O5) : 7~10중량부, 칼슘(Ca) : 3~5중량부, 아연(Zn) : 1~3중량부, 알루미늄(Al) : 0중량부 초과 내지 0.5중량부 미만, 철(Fe) : 0중량부 초과 내지 0.5중량부 미만, 유기화합물 : 0.1~1.5중량부가 포함되어 있는 윤활처리제의 건조물로 형성되는 것을 특징으로 하는 합금화용융아연도금강판.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유기화합물은
    시클로헥산, 톨루엔, 자일렌, 아크릴계 수지 및 계면활성제 중에서 1종 이상 포함되는 것을 특징으로 하 는 합금화용융아연도금강판.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 윤활처리층은
    0.3~0.5g/m2의 부착량으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 합금화용융아연도금강판.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 합금화용융아연도금강판은
    0.12~0.14의 마찰계수를 나타내는 것을 특징으로 하는 합금화용융아연도금강판.
  8. 베이스 강판을 합금화용융아연도금하여, 합금화용융아연도금층을 형성하는 단계 ; 및
    상기 합금화용융아연도금층 상에 윤활처리제를 도포 후 건조하여 윤활처리층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 윤활처리제는
    인산용액 100 중량부에 대하여, 오산화인(P2O5) : 7~10중량부, 칼슘(Ca) : 3~5중량부, 아연(Zn) : 1~3중량부, 알루미늄(Al) : 0중량부 초과 내지 0.5중량부 미만, 철(Fe) : 0중량부 초과 내지 0.5중량부 미만, 유기화합물 : 0.5~1.5중량부가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 합금화용융아연도금강판 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 인산용액은
    0.5~2M 인산수용액인 것을 특징으로 하는 합금화용융아연도금강판 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 유기화합물은
    시클로헥산, 톨루엔, 자일렌, 아크릴계 수지 및 계면활성제 중에서 1종 이상 포함되는 것을 특징으로 하는 합금화용융아연도금강판 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 윤활처리층은
    편면 기준 0.3~0.5g/m2의 부착량으로 형성되는 것을 특징으로 하는 합금화용융아연도금강판 제조 방법.
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