KR101406351B1 - 표면외관이 우수한 전기아연도금강판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 전기아연도금강판 - Google Patents

표면외관이 우수한 전기아연도금강판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 전기아연도금강판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가전이나 건재용으로 주로 사용되는 전기아연도금강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 표면외관이 우수한 전기아연도금강판의 제조방법과 이에 의해 제조된 전기아연도금강판에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명에서는 소지강판에 전기아연도금을 실시하기 전, 철-아연합금 전기도금을 실시함으로써, 소지강판에 잔류하고 있던 미세 스케일 등이 전기아연도금시 에피텍시 성장하여 결함을 유발하는 문제를 해결할 수 있다.

Description

표면외관이 우수한 전기아연도금강판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 전기아연도금강판 {MANUFACTURING FOR METHOD OF ELECTRO-GALVANIZED STEEL SHEET HAVING EXCELLENT SURFACE APPEARANCE AND ELECTRO-GALVANIZED STEEL SHEET BY THE SAME METHOD}
본 발명은 가전이나 건재용으로 주로 사용되는 전기아연도금강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 표면외관이 우수한 전기아연도금강판의 제조방법과 이에 의해 제조된 전기아연도금강판에 관한 것이다.
전기아연도금강판은 표면이 미려하고 부착량 조절이 용이하여, 5~20g/m2의 저 부착량으로 가전 및 건재용에 적용되는 재료를 주로 생산한다. 이러한 전기아연도금강판은 소지강판 즉, 냉연강판의 방위나 형태에 따라 결정입자가 형성되는 에피택시(epitaxis) 성장을 한다. 따라서, 소지강판인 냉연강판에 미세한 결함이 존재할 경우, 전기아연도금 후에도 그대로 결함이 전사되는 민감한 도금구조를 가지고 있다. 때문에, 전기아연도금강판 제조를 위한 소지강판에는 어떠한 결함도 없어야하고, 이와 같이 깨끗한 표면에서 아연도금이 이루어질 경우 매우 미려한 표면을 얻을 수 있다.
그러나, 전기아연도금강판을 위한 소지강판에는 육안으로는 식별이나 관찰이 어려운 미세한 스케일(scale)이 존재하고, 이 부위에서 아연도금 후 바로 얼룩이 발생하여 결함으로 이루어지는 문제가 있다.
상기의 문제를 해결하기 위한 방안으로, 종래에는 산세공정을 거친 냉연강판에 니켈(Ni)을 얇게 도금한 후 아연도금을 실시할 경우 스케일(scale)에 의한 얼룩발생의 결함을 방지하였으나, 고가의 니켈을 사용함에 따라 제조원가가 상승함은 물론, 유럽에서는 인체에 알레르기 반응을 일으키는 물질로서 분류되어, 도금층에 Ni이 혼입된 제품을 기피하고 있다.
따라서, Ni 도금 없이도 냉연강판에 생성된 스케일(scale)에 의한 결함을 최소화할 필요가 있다.
본 발명의 일 측면은, 표면외관이 우수한 전기아연도금강판을 얻을 수 있는 전기아연도금강판의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 소지강판 표면에 1~1000mg/m2 부착량으로 철-아연합금 전기도금을 실시하여 철(Fe)계 합금층을 형성하는 단계; 및 상기 철(Fe)계 합금층 상부에 전기아연도금을 실시하여 아연도금층을 형성하는 단계를 포함하는 표면외관이 우수한 전기아연도금강판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면은, 소지강판; 상기 소지강판 상에 형성된 철(Fe)계 합금층; 및 상기 철(Fe)계 합금층 상에 형성된 아연도금층을 포함하는 표면외관이 우수한 전기아연도금강판을 제공한다.
본 발명에 의하면, 전기아연도금시 아연결정의 에피텍시 성장을 억제할 수 있으므로, 소지강판에 잔류하는 미세 스케일 등의 결함을 방지할 수 있고, 이로 인해 표면외관이 우수한 전기아연도금강판을 얻을 수 있다.
도 1은 발명예 및 비교예들의 표면 백색도 평가 결과를 나타낸 것이다.
일반적으로 열간압연 후에는 FeO, Fe2O3, Fe3O4와 같은 스케일들이 두껍게 형성되는데, 이러한 스케일은 이후 산세과정을 거쳐 제거한다. 그러나, 일부 스케일은 제거되지 못하고, 그대로 냉간압연 과정을 거치게 되면서 얇고 미세한 스케일로 남게된다. 이때의 스케일은 전기도금공정의 산세과정에서 제거되기도 하지만, 일부는 그대로 남아 아연도금시 결정성장을 방해하거나, 색이 변하는 결함을 유발한다.
이에, 본 발명자들은 미세한 스케일에 의한 결함을 방지할 수 있는 방안에 대해 깊이 연구한 결과, 소지강판에 전기아연도금층을 형성하기 전 철(Fe)을 주로하는 철(Fe)계 합금층을 형성할 경우 이전의 냉연공정 등에서 형성된 미세한 스케일들이 상기 철(Fe)계 합금층에 의해 덮어짐에 따라 표면외관이 우수한 전기아연도금강판을 제조할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에서 제공하는 전기아연도금강판의 제조방법은 소지강판 표면에 철(Fe)계 합금층을 형성하는 단계 및 상기 철(Fe)계 합금층 상부에 아연도금층을 형성하는 단계를 포함하는 과정에서 이루어질 수 있으며, 상기 방법에 의할 경우 표면외관이 우수한 전기아연도금강판을 제조할 수 있다.
이때, 소지강판은 전기아연도금강판을 위한 어떠한 강판도 가능하며, 바람직하게는 열연강판 또는 냉연강판일 수 있으며, 보다 바람직하게는 냉연강판일 수 있으며, 가장 바람직하게는 니켈 도금이 되지 않은 냉연강판인 것이 바람직하다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 표면외관이 우수한 전기아연도금강판을 제조하기 위해서, 전기도금에 의해 아연도금층을 형성하기 전, 철(Fe)계 합금층을 형성한다.
즉, 소지강판 표면에 1~1000mg/m2 부착량으로 철(Fe) 전기도금, 바람직하게는 철-아연합금 전기도금을 실시하여 철(Fe)계 합금층을 형성한다. 이때, 부착량이 1mg/m2 미만이면 소지강판에 형성된 미세한 스케일 등의 결함부를 충분히 덮기 어렵고, 반면 1000mg/m2을 초과하게 되면 철(Fe)계 합금층에 의한 효과가 포화될 뿐만 아니라, 비경제적이다. 또한, 전기도금 실시를 위한 도금용액으로는 황산욕, 염화물욕 어느 것이어도 무방하나, 철 이온이 산화물 또는 수산화물로 형성되어 슬러지로 변화되는 것을 방지하기 위해, pH를 2.0 이하로 유지시킴이 바람직하며, 보다 바람직하게는 pH를 0.5~2.0으로 유지시키는 것이 좋다. 도금용액의 pH가 0.5 미만이면 도금층의 용해속도가 증가하고 전류효율이 저하되는 문제가 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 의한 철-아연합금 전기도금은 철 이온 농도 20~50g/l, 아연 이온 농도 10~30g/l이고, pH 0.5~2.0, 온도 30~60℃로 유지되는 도금욕에서 전류밀도 10~100A/dm2으로 실시함이 바람직하다.
도금욕 내의 아연 이온은 철(Fe)계 합금층에 포함될 적정 Fe의 함량을 확보하기 위해 10~30g/l 만큼 첨가되는데, 10g/l 미만이면 도금 효율이 저하되고, 반면 30g/l을 초과하게 되면 표면의 광택이 저하되어 외관이 불량해질 수 있다. 도금욕 내의 철 이온은 20~50g/l만큼 첨가되는데, 20g/l 미만일 경우에는 철(Fe)계 합금층에 포함될 충분한 Fe의 함량을 확보할 수 없으며, 반면 50g/l을 초과하는 경우에는 도금효율이 크게 저하되고 용액에 슬러지가 많아지므로 바람직하지 못하다. 또한, 도금욕의 온도는 30~60℃로 제어되는데, 30℃ 미만이면 용액의 전기전도도가 하락하여 이온의 활동이 둔화되기 때문에 도금효율이 하락하고, 심할 경우 염이 석출될 수 있다. 반면 60℃를 초과하게 되면 도금액이 증발할 우려가 있으므로 바람직하지 못하다. 또한, 전류밀도는 10~100A/dm2으로 제어되는데, 전류밀도가 10A/dm2 미만이면 금속이온이 석출되는 속도보다 도금층 용해속도가 더 커져 목표로 하는 최소 부착량의 확보가 어렵고, 반면 100A/dm2을 초과하게 되면 한계전류밀도를 벗어나기 때문에 표면이 검게 탄 도금층이 얻어지는 문제점이 있다.
상기에 따라 철-아연합금 전기도금을 실시하게 되면, 철(Fe) 함량이 90% 이상이고, 아연(Zn)의 함량이 10중량% 이하(0% 포함)인 철(Fe)계 합금층을 얻을 수 있다. 이때, 철(Fe)계 합금층 내의 철 함량이 90% 미만이면, 저 전류밀도일 경우 도금층의 용해속도가 커져 부착량 확보에 어려움이 있으며, 또한 이후의 아연도금시 에피텍시 결정성장을 하기 때문에 얼룩결함이 발생될 우려가 있으므로, 바람직하지 못하다.
이후, 상기 철(Fe)계 합금층 상부에 전기아연도금을 실시하여 아연도금층을 형성한다.
상기 아연도금층 형성단계는 아연 이온 농도 50~100g/l이고, pH 0.3~1.5, 온도 40~60℃로 유지되는 황산욕에서 전류밀도 40~120A/dm2으로 실시함이 바람직하다.
황산욕 내의 아연 이온 농도는 50~100g/l만큼 첨가되는데, 50g/l 미만에서는 탄도금이 발생할 수 있고 생산성이 낮아질 수 있으며, 반면 100g/l을 초과할 경우에는 도금액의 온도가 낮아질 때 아연염의 석출이 발생할 수 있으므로 문제가 되고, 금속이온이 다량 함유되므로 불필요한 비용이 증가할 수 있으므로 바람직하지 못하다. 또한, 황산욕 내의 pH는 0.3~1.5로 유지되는데, pH가 0.3 미만이면 도금효율이 크게 떨어지고 도금층의 재용해가 일어날 수 있으며, 반면 1.5를 초과하게 되면 금속아연을 용해시키는데에 오랜시간이 소요되기 때문에 용액 중 아연 이온의 확보에 어려움이 많아 바람직하지 못하다. 그리고, 황산욕의 온도는 40~60℃로 제어되는데, 40℃ 미만이면 전기전도도가 낮아져 도금효율이 저하하고 아연염이 석출할 수 있으며, 반면 60℃를 초과하게 되면 도금액이 증발할 우려가 있으므로 바람직하지 못하다.
이와 같은 조건으로 유지되는 황산욕에서 전기도금을 행할 시, 전류밀도는 40~120A/dm2의 범위로 한정될 수 있는데, 전류밀도가 40A/dm2 미만일 경우에는 생산성이 저하될 수 있으며, 입자의 조대화에 의해 표면외관이 불량해질 우려가 있으며, 반면 120A/dm2을 초과할 경우에는 강판에 아연 이온의 공급이 원활하지 않아 탄도금이 발생할 수 있다.
상기한 바에 따라 제조된 전기아연도금강판은 일정한 후처리 공정을 거칠 수 있다. 통상 후처리로는 인산염 처리, 내지문 처리, 기타 수지코팅 처리 또는 이들의 복합적인 적용이 가능할 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 구현례에 의해 제조된 전기아연도금강판에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 전기아연도금강판은 소지강판; 상기 소지강판 상에 형성된 철(Fe)계 합금층; 및 상기 철(Fe)계 합금층 상에 형성된 아연도금층을 포함하여 이루어질 수 있다.
이때, 소지강판은 전기아연도금강판을 위한 어떠한 강판도 가능하며, 바람직하게는 열연강판 또는 냉연강판일 수 있으며, 보다 바람직하게는 냉연강판일 수 있다.
본 발명의 전기아연도금강판은 소지강판과 아연도금층 사이에 철(Fe)계 합금층을 포함함으로써, 최초 소지강판 상에 잔류하는 미세 스케일 등의 결함을 방지할 수 있다. 이로 인해, 표면외관이 우수한 전기아연도금강판을 얻을 수 있다.
한편, 상기 철(Fe)계 합금층은 90중량% 이상의 철(Fe) 및 10중량% 이하의 아연(0% 포함)으로 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
( 실시예 )
전기아연도금강판 제조를 위한 도금재로는 0.7mmt의 냉연강판을 100×250mm로 절단한 것을 소지강판으로 이용하였다. 상기 소지강판에 대해, 철-아연합금 전기도금 또는 니켈 전기도금의 사전도금을 처리 또는 미처리한 강판에 전기아연도금하여 전기아연도금강판을 제조하였다. 이때, 전기도금은 순환형 전기도금장치를 이용하였으며, 전기아연도금은 아연이온농도 50~100g/l, pH 0.3~1.5 및 온도 40~60℃로 유지되는 황산욕에서 전류밀도 40~120A/dm2로 실시하였다.
도금재 1 내지 7에 대해서는, 철이온 농도 30g/l, 아연이온 농도 10g/l, 온도 50℃, pH 1.0인 도금욕에서 전류밀도 50A/dm2로 도금시간(부착량)을 변화시켜가면서 철-아연합금 전기도금을 실시한 후, 20g/m2의 부착량으로 전기아연도금을 실시하여 각각의 전기아연도금강판을 제조하였다.
도금재 8 및 9에 대해서는, 도금용액 조건은 상기 도금재 1 내지 7과 동일하고, 단지 도금시간(부착량)만을 다르게 하여 철-아연합금 전기도금을 실시한 후, 20g/m2의 부착량으로 전기아연도금을 실시하여 각각의 전기아연도금강판을 제조하였다.
도금재 10 및 11에 대해서는, 니켈이온 농도 40g/l, 온도 60℃, pH 4인 도금욕에서 전류밀도 60A/cm2로 도금시간(부착량)을 변화시켜가면서 니켈 전기도금을 실시한 후, 20g/m2의 부착량으로 전기아연도금을 실시하여 각각의 전기아연도금강판을 제조하였다.
도금재 12에 대해서는, 소지강판에 바로 20g/m2의 부착량으로 전기아연도금을 실시하여 전기아연도금강판을 제조하였다.
이후, 각각의 전기아연도금강판에 대해, 경제성 및 백색도를 측정 및 평가하였다. 이때, 경제성은 고가의 니켈이 도금층에 함유된 경우와, 도금부착량이 본 발명에서 제안하는 범위를 상회한 경우에 따라 ×: 낮음, △: 보통, ○: 우수로 평가하였다. 또한, 백색도는 색차계 Juki JP7200C로 백색도를 측정하여 85 이상은 양호, 그 이하는 불량으로 판정하였으며, 그 결과를 하기 표 1 및 도 1에 나타내었다.
또한, 전기아연도금을 실시하기 전, 철-아연합금 전기도금을 실시한 도금재에 대해서는 철(Fe)계 합금층 내의 철 함량을 측정하였다.
하기 표 1에는 각 전기도금시 조건 및 제조된 전기아연도금강판의 경제성과 백색도 평가 결과를 나타내었다.
도금재
No		 사전 도금 아연도금
부착량
(g/m2)		 경제성 표면
백색도
비고
부착량
(mg/m2)		 철함량
(중량%)
1 1 90 20 ○ 90 발명예 1
2 50 90 20 ○ 89 발명예 2
3 350 95 20 ○ 88 발명예 3
4 500 95 20 ○ 87 발명예 4
5 1000 100 20 ○ 86 발명예 5
6 20 100 20 ○ 87 발명예 6
7 900 90 20 ○ 86 발명예 7
8 0.5 95 20 ○ 81 비교예 1
9 1100 95 20 △ 88 비교예 2
10 10 Ni 100 20 × 85 비교예 3
11 300 Ni 100 20 × 86 비교예 4
12 0 0 20 ○ 80 비교예 5
(상기 표 1에서 도금재 10 및 11의 부착량은 Ni 도금 부착량을 의미하는 것이다.)
상기 표 1 및 도 1에 나타낸 바와 같이, 소지강판에 철의 함량이 90% 이상이 되도록 1~1000mg/m2의 부착량으로 철-아연합금 전기도금을 실시한 후, 전기아연도금하여 전기아연도금강판을 제조한 발명예 1 내지 7의 경우에는 아연도금층의 표면 백색도가 모두 86 이상으로 나타나 표면외관이 우수한 전기아연도금강판이 얻어졌다.
이에 반해, 철-아연합금 전기도금시 부착량을 0.5mg/m2으로 실시한 비교예 1의 경우에는 얼룩 결함이 발생하여 표면 백색도가 81로 낮게 나타났으며, 부착량을 1100mg/m2으로 실시한 비교예 2의 경우에는 철 함량이 충분한 철(Fe)계 합금층의 형성으로 표면 백색도 결과는 좋았지만, 1000mg/m2 이하에서도 동일한 효과를 얻을 수 있으므로 경제성면에서 불리한 결과를 보였다.
또한, 본 발명에 따른 철-아연합금 전기도금 대신에 Ni 전기도금을 실시한 비교예 3 및 4의 경우에는, Ni 도금으로 표면 백색도는 모두 우수하였지만, 고가의 Ni을 사용하였다는 점에서 비경제적이고, Ni이 인체에 유해한 측면에서 바람직하지 못하였다.
또한, 어떠한 사전도금 처리 없이, 바로 전기아연도금을 실시한 비교예 5의 경우에는 경제성 면에서는 유리한 반면, 표면 백색도가 80으로 크게 저하된 것으로 보아, 표면에 다량의 얼룩결함이 발생하였음을 알 수 있다.
상기의 결과에 따라, 본 발명에 따른 철-아연합금 전기도금으로 사전도금 처리할 경우, 최종 제품에서 표면 결함을 효과적으로 방지할 수 있으며, 이로써 표면외관이 우수한 전기아연도금강판을 얻을 수 있다.

Claims (8)

  1. 소지강판 표면에 1~1000mg/m2 부착량으로 철 전기도금 또는 철-아연합금 전기도금을 실시하여 철(Fe)계 합금층을 형성하는 단계; 및
    상기 철(Fe)계 합금층 상부에 전기아연도금을 실시하여 아연도금층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 철(Fe)계 합금층은 90중량% 이상의 철(Fe) 및 10중량% 이하의 아연(0% 포함)을 포함하는 표면외관이 우수한 전기아연도금강판의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 철(Fe)계 합금층 형성단계는 철 이온 농도 20~50g/l, 아연 이온 농도 10~30g/l이고, pH 0.5~2.0, 온도 30~60℃로 유지되는 도금욕에서 전류밀도 10~100A/dm2으로 실시하는 표면외관이 우수한 전기아연도금강판의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 아연도금층 형성단계는 아연 이온 농도 50~100g/l이고, pH 0.3~1.5, 온도 40~60℃로 유지되는 황산욕에서 전류밀도 40~120A/dm2으로 실시하는 표면외관이 우수한 전기아연도금강판의 제조방법.
  5. 소지강판; 상기 소지강판 상에 형성된 철(Fe)계 합금층; 및 상기 철(Fe)계 합금층 상에 형성된 아연도금층을 포함하고,
    상기 철(Fe)계 합금층은 90중량% 이상의 철(Fe) 및 10중량% 이하의 아연(0% 포함)을 포함하는 표면외관이 우수한 전기아연도금강판.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 소지강판은 열연강판 또는 냉연강판인 표면외관이 우수한 전기아연도금강판.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 소지강판은 냉연강판인 표면외관이 우수한 전기아연도금강판.
  8. 삭제
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JPH06158390A (ja) * 1992-11-30 1994-06-07 Nkk Corp 塗装仕上がり性に優れた複層めっき鋼板及びその製造方法
KR19990018150A (ko) * 1997-08-26 1999-03-15 이구택 인산염처리성이 우수한 아연-철 합금 전기도금강판의 제조방법

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