KR101543877B1 - 용접성이 우수한 아연도금강판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접성이 우수한 아연도금강판 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소(C) 0.3~1 중량%, 망간(Mn) 8~25 중량%, 실리콘(Si) 0.1~3 중량%, 알루미늄(Al) 0.1~8 중량%, 크롬(Cr) 0.1~2 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.2 중량%, 보론(B) 0.0005~0.01 중량%, 인(P) 0.01~0.3 중량%, 황(S) 0.0005%~0.01 중량%, 니켈(Ni) 0.06~2.0 중량%, 주석(Sn) 0.02~0.2 중량%, 잔부의 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루지는 소지 강판, 및 상기 소지 강판의 적어도 일 면에 아연도금 부착량이 0 초과 50g/㎡ 이하가 되도록 형성된 아연 도금층을 포함하는 용접성이 우수한 아연도금강판, 및 이의 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, Ni 부착량, 계면억제층의 두께 또는 합금화도를 조절하여 고망간강에 대한 추가적인 합금 원소의 첨가 없이도 용접성이 우수한 고망간강 아연도금강판의 제조가 가능하다.

Description

용접성이 우수한 아연도금강판 및 이의 제조 방법{GALVANIZED STEEL HAVING GOOD WELDABITY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 용접성이 우수한 아연도금강판 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차의 차체 및 구조재로 사용되며, 고강도 및 고연성을 가지고 있는 고망간강 아연도금강판으로서, 용접 시 용접열 영향부에서의 액상금속취화(Liquid Metal Embrittlement, 이하, 'LME'라 함) 균열의 발생을 방지할 수 있는 용접성이 우수한 아연도금강판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

아연도금강판은 내식성, 용접성 및 도장성이 우수하여 자동차용 강판으로 많이 사용되고 있다. 또한, 자동차 경량화에 의한 연비 향상 및 승객 안전성의 관점에서 자동차 차체 및 구조재의 고강도화가 요구됨에 따라 다양한 종류의 자동차용 고강도강이 개발되어 왔다.

그러나, 대부분의 강판 또는 강재는 고강도화에 따라 연성이 감소하게 되어, 결과적으로 부품으로의 가공에 있어서 많은 제한이 요구된다. 이러한 강판의 고강도화에 따른 연성 저하를 해결하기 위하여 많은 연구가 진행되어 왔으며, 그 결과 강재에 망간을 5 내지 35 중량% 포함시켜 강재의 소성변형 시 쌍정(TWIN)이 유발되도록 함으로써 고강도와 함께 연성을 획기적으로 향상시킨 오스테나이트계 고망간강이 JP1992-259325, WO 93/013233, WO 99/001585, WO 02/101109 등과 같은 선행 문헌에서 제안되고 있다.

이와 함께, 고강도 및 고연성을 가진 고망간강을 자동차용 강판으로 사용하기 위해 내식성에 대한 요구도 증가하고 있다. 예를 들어, 고망간강 용융아연도금강판을 자동차용 강판으로 사용하는 경우, 프레스 가공에 의해 부품을 가공한 후 점용접 또는 아크용접 등으로 용접하여 조립하게 되는데, 이때 고망간강 용융아연도금강판을 점용접하게 되면 열영향부인 용접 HAZ부는 용접(입)열에 의해 용해되어 액상의 용융 아연으로 잔류하게 되고, 소지 조직은 고망간강의 높은 저항값에 의해 타 강종 대비 고온이 되며, 높은 열팽창 계수에 의한 입계 확장이 일어나게 된다. 이러한 상태로 열영향부에 인장력이 작용하게 되면, 용접 열영향부 조직에서는 액상의 용융 아연이 소지 표면의 결정입계에 침입하여 균열을 발생시켜 취성파괴인 용접LME를 일으키게 된다.

이러한 용접LME 현상은 고강도강의 용융아연도금강판에서 일반적으로 일어나는 것이나, 특히 고망간강 용융아연도금강판의 경우에는 소지가 높은 저항 강도를 가지며, 소지 표면까지 오스테나이트 조직을 가지고 있기 때문에, 용접 열영향부의 온도가 높고 열팽창 계수가 높아 소지 입계의 균열을 조장하며, 따라서 용융아연의 입계 침투가 용이하게 되어 용접LME 발생에 민감하게 된다.

이러한 고강도강 용융아연도금강판의 LME를 방지하기 위한 방법으로는 1) 예비전류펄스(Pre-pulse)로 가접하고, 예비전류펄스 보다 높은 용접전류펄스로 본 용접하여 용접을 완료하는 프리펄스 용접법(한국공개특허 제2012-0017955호), 2) 490MPa급 이상의 고강도 용융아연도금강판에서 액상금속취화(LME) 감도 지수인 E값(E=［%C］＋［%Si］/17＋［%Mn］/7.5＋［%Ni］/17＋［%Nb］/2＋［%V］/1.5＋［%Zr］/2)을 만족하게 하는 성분조정법(일본특허 특개2006-249521), 3) 580MPa 이상의 고강도강 용융아연도금강판에서 소지 조직의 40~95% 면적 분율이 페라이트 상, 베이나이트상, 퍼얼라이트 상, 마르텐사이트 상 중 1종 또는 2종이며, 1~10% 면적 분율이 잔류오스테나이트로 구성되고, 평균 입도 3~200㎚인 Ti, Nb, Mo, 및 Zr계 석출물 또는 복합 석출물이 분산되도록 미세조직을 조정하는 방법(일본특허 2006-265671)등이 제안되었다.

그러나, 종래의 방법 1)은 고망간강 대비 점용접 시 입열량이 작은 이상조직(DP)강, TRIP강 등에서는 효과를 나타내지만, 상온에서도 오스테나이트 조직을 가지고 있어 높은 저항값과 높은 입열량을 나타내는 고망간강에서는 효과적이지 않으며, 종래의 방법 2)는 490MPa 이상의 DP강 또는 TRIP강에서의 B 함유량을 조정하여 용접 열영향부의 오스테나이트 입계를 강화하여 용접LME성을 개선하고자 한 것이나, 고망간강은 상온에서도 오스테나이트 조직을 가지고 있고 다량의 Mn을 함유하고 있기 때문에, B에 의한 오스테나이트 입계 강화를 위해서는 많은 양의 B를 첨가하여야 하는 문제가 있다. 그 결과 B 첨가량이 LME 감도 지수인 0.24를 넘게 되고, 과잉의 B첨가는 반대로 LME을 조장하고 소둔 시 계면에 보론 산화물(B2O5)을 형성하여 도금성을 저해하게 되므로 바람직하지 않다. 한편, 종래의 방법 3)은 용접 시 형성되는 오스테나이트 상을 제2상의 퍼얼라이트 상 및 마르텐사이트 상이 미세하게 분할하므로 오스테나이트 상이 미세하게 되고, 이로 인하여 액상 용융아연의 침입 경로를 복잡하게 하여 점용접 시의 용접LME 발생을 방지할 수는 있으나, 모든 온도에서 오스테나이트 단상인 고망간강에서는 상기 제2상을 형성시킬 수 없으므로 용접LME를 개선하기 어려운 문제가 있다.

따라서, 고망간강 아연도금강판에 있어서 점용접 시 용접 열 영향부에서의 액상금속취화 균열의 발생을 방지할 수 있는 아연도금강판 및 이의 제조방법이 제공되는 경우 관련 분야에서 유용하게 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

이에 본명의 한 측면은 용접성이 우수한 아연도금강판을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 견지에 의하면, 탄소(C) 0.3~1 중량%, 망간(Mn) 8~25 중량%, 실리콘(Si) 0.1~3 중량%, 알루미늄(Al) 0.1~8 중량%, 크롬(Cr) 0.1~2 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.2 중량%, 보론(B) 0.0005~0.01 중량%, 인(P) 0.01~0.3 중량%, 황(S) 0.0005%~0.01 중량%, 니켈(Ni) 0.06~2.0 중량%, 주석(Sn) 0.02~0.2 중량%, 잔부의 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루지는 소지 강판, 및 상기 소지 강판의 적어도 일 면에 아연도금 부착량이 0 초과 50g/㎡ 이하가 되도록 형성된 아연 도금층을 포함하는 용접성이 우수한 아연도금강판이 제공된다.

상기 소지 강판과 아연 도금층 사이에, Ni 부착량이 0 초과 30㎎/㎡인 Ni 전처리층을 추가로 포함하는 것이 바람직하다.

상기 소지 강판과 아연 도금층 사이에, 0 초과 20nm 이하 두께의 Fe-Al-Zn계 또는 Fe-Mn-Al-Zn계 계면억제층을 추가로 포함하는 것이 바람직하다.

상기 아연도금층은 합금화도 9% 이상의 Fe-Mn-Zn 합금층인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, Ni 부착량, 계면억제층의 두께 또는 아연도금층의 합금화도를 조절하여 고망간강에 대한 추가적인 합금 원소의 첨가 없이도 용접성이 우수한 고망간강 아연도금강판의 제조가 가능하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.

고강도강 아연도금강판의 용접LME 발생을 방지하기 위한 방안으로는 소지 강판의 입계를 강화하거나 입내와 입계의 경도 차를 없애는 방안 등이 알려져 있으나, 고망간강은 상온에서도 오스테나이트 조직을 가지고 있어 높은 용접 입열량과 열팽창 계수를 나타내므로, 고망간강을 도금 소재로 하는 아연도금강판에서는 이와 같은 방안이 효과적이지 않다.

이와 관련하여 용접 시 도금층의 변화를 살펴보면, 용접 시에 열영향부 어깨부의 도금층이 용해되어 형성된 액상이 소지 강판의 입계로 침입하여 용접 LME 균열이 발생하는 것이므로, 도금층의 융점과 용접LME 발생은 밀접한 관계가 있다. 이에 따라, 도금층의 융점을 높이는 방법으로 용접 시 도금층이 액상을 형성하여 소지 강판의 입계로 침투하기 전에 도금층이 높은 융점의 Fe-Mn-Zn계 합금층을 형성하도록 합금화하는 방법이 효과적임에 착안하여 본 발명을 완성하였다.

보다 상세하게, 본 발명에 의하면 아연도금층의 부착량을 조절하고, 소지 강판과 아연 도금층 사이에 추가되는 Ni 전처리층의 부착량, 계면억제층의 두께 또는 아연도금층의 합금화도를 조절하여 용접 시 열영향부의 도금층이 용접 입열량에 의해서 융점이 높은 합금층을 형성하되도록 합금화를 조절하여 고망간강 용융아연도금강판의 용접LME성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 사용되는 될 수 있는 강판은 고강도강 중 바람직하게는 고망간강이며, 탄소(C) 0.3~1 중량%, 망간(Mn) 8~25 중량%, 실리콘(Si) 0.1~3 중량%, 알루미늄(Al) 0.1~8 중량%, 크롬(Cr) 0.1~2 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.2 중량%, 보론(B) 0.0005~0.01 중량%, 인(P) 0.01~0.3 중량%, 황(S) 0.0005%~0.01 중량%, 니켈(Ni) 0.06~2.0 중량%, 주석(Sn) 0.02~0.2 중량%, 잔부의 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루지는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 탄소(C) 0.3~1 중량%, 망간(Mn) 8~25 중량%, 실리콘(Si) 0.1~3 중량%, 알루미늄(Al) 0.1~8 중량%, 크롬(Cr) 0.1~2 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.2 중량%, 보론(B) 0.0005~0.01 중량%, 인(P) 0.01~0.3 중량%, 황(S) 0.0005%~0.01 중량%, 니켈(Ni) 0.06~2.0 중량%, 주석(Sn) 0.02~0.2 중량%, 잔부의 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루지는 소지 강판, 및 상기 소지 강판의 적어도 일 면에 아연도금 부착량이 0 초과 50g/㎡ 이하가 되도록 형성된 아연 도금층을 포함하는 용접성이 우수한 아연도금강판이 제공된다.

상기 아연도금 부착량이 50g/㎡를 초과하는 경우에는 짧은 용접 시간 내에 도금층을 완전히 합금화시키기 어렵기 때문에 합금화되지 않은 아연 도금층이 액상으로 용해되어 국부적으로 형성된 합금층을 통과하고 소지의 입계를 침입하여 용접 LME를 발생시킬 수 있다.

한편, 용접 시 도금층이 액상을 형성하여 소지 강판의 입계로 침투하기 전에 Fe-Mn-Zn계 합금층을 형성하도록 하기 위해서는 소지 강판 상에 하기와 같은 추가의 층을 형성하여 아연 도금층과 소지 강판인 고망간강 사이에 이와 같은 층이 포함되도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 고망간강의 적어도 일 면에 Ni 부착량이 0 초과 30㎎/㎡인 Ni 전처리층을 추가로 포함하거나, 0 초과 20nm 이하 두께의 Fe-Al-Zn계 또는 Fe-Mn-Al-Zn계 계면억제층을 추가로 포함하는 것이 바람직하다.

용접, 특히 점용접 시 용접LME 균열이 일어나는 용접 어깨부의 온도는 최대 800℃까지 급속히 상승하는데 반해, 아연도금층은 420℃ 정도에서 용해가 시작되어 액상이 되고, 용접 어깨부의 온도가 더욱 올라갈수록 용융아연의 유동성이 급격히 증가하여 소지의 입계에 침입함에 따라 용접LME을 발생시키므로, 상기와 같은 추가의 층을 형성하여 아연도금층이 용해되어 액상으로 되기 전 또는 액상으로 되어 소지의 입계로 침입하기 전에 아연도금층을 급속하게 Fe-Mn-Zn계의 합금층으로 합금화시켜 고정시킬 수 있다.

상기 본 발명의 고망간강 소지 강판이 Ni 전처리층을 추가로 포함하는 경우, 상기 Ni 전처리층의 Ni 부착량은 0 초과 30㎎/㎡인 것이 바람직하다. 상기 Ni 부착량이 30㎎/㎡ 이하인 경우에는 Ni 전처리층이 소지의 입계에만 불균일하게 형성되어 소지의 Fe 및 Mn이 아연 도금층으로 확산하는데 장벽으로 작용하지 않으나, Ni 부착량이 30㎎/㎡를 초과하는 경우에는 Ni 전처리층이 입계 뿐만 아니라 입내에도 형성되어 Fe 및 Mn의 아연 도금층으로의 확산을 방해하게 되어 아연 도금층이 용해되고, 그 결과 액상으로 형성되어 소지의 입계로 침입하여 용접 LME를 발생시키게 된다.

한편, Fe-Al-Zn계 또는 Fe-Mn-Al-Zn계 계면억제층을 형성하는 경우, 상기 계면억제층의 두께는 0 초과 20nm인 것이 바람직하다. 도금욕에는 Al이 함유되어 있기 때문에 강판이 도금욕에 침적되면 소지 표면에서는 Fe 및 Mn의 용출과 동시에 Fe-Al-Zn 또는 Fe-Mn-Al-Zn계 계면억제층이 형성된다.

상기 계면억제층의 두께가 0 초과 20㎚이하인 경우에는 Fe-Al-Zn 또는 Fe-Mn-Al-Zn계 계면억제층이 소지의 Fe 및 Mn이 아연 도금층으로 확산하는데 장벽으로 작용하지 않으나, 상기 계면억제층의 두께가 20㎚을 초과하는 경우에는 상기 계면억제층이 Fe 및 Mn가 도금층으로 확산하는 것을 방해하는 장벽으로 작용하게 되어, 아연 도금층이 액상으로 용해되고 소지 입계를 침입하여 용접 LME를 발생시키게 된다.

한편, 상기와 같은 추가의 층을 구현하지 않는 경우 상기 아연도금층은 합금화도 9% 이상의 Fe-Mn-Zn 합금층인 것이 바람직하다. 즉, 아연도금층 전체를 Fe-Zn-Mn 합금층으로 하고, 그 합금화도 (Fe+Mn)%가 9% 이상이 되도록 한다. 상기 아연도금층이 Fe-Zn-Mn 합금층으로 형성되는 경우, 아연도금층의 융점이 상승하여 용접 시 도금층이 용융되어 액상으로 진행되는 것을 방지할 수 있다. 그러나, 상기 Fe-Mn-Zn 합금층의 합금화도 (Fe+Mn)%가 9% 미만인 경우에는 도금층의 융점이 500℃ 이하가 되기 때문에 도금층이 액상으로 용해되어 용접 LME를 발생시키게 된다.

즉, 본 발명에 의해 고망간강 소지 강판 표면에 상기와 같은 추가의 층을 형성하여 후속적으로 아연도금층을 형성하거나, 아연도금층의 합금화도를 조절하는 경우에는 최종적으로 용접 후 전체 도금층의 합금화도가 9% 이상이 되어 융점이 680℃ 이상으로 상승하게 되므로 용접LME가 일어나는 용접부 어깨부의 온도가 680℃까지 용해되지 않고 고상으로 유지되는 사이에 소지강판으로부터의 Fe 및 Mn의 확산이 일어나 전체 도금층의 합금화가 더욱 진행되고, 그에 따라 도금층의 융점이 더욱 증가하기 때문에 도금층의 용융 및 액상에 의한 용접LME 발생을 방지할 수 있다.

나아가, 본 발명에 의하면 용접성이 우수한 아연도금강판의 제조방법이 제공되며, 보다 상세하게 본 발명의 용접성이 우수한 아연도금강판의 제조방법은 탄소(C) 0.3~1 중량%, 망간(Mn) 8~25 중량%, 실리콘(Si) 0.1~3 중량%, 알루미늄(Al) 0.1~8 중량%, 크롬(Cr) 0.1~2 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.2 중량%, 보론(B) 0.0005~0.01 중량%, 인(P) 0.01~0.3 중량%, 황(S) 0.0005%~0.01 중량%, 니켈(Ni) 0.06~2.0 중량%, 주석(Sn) 0.02~0.2 중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루지는 소지 강판을 준비하는 단계; 및 상기 소지 강판의 적어도 일 면에 아연도금 부착량이 0 초과 50g/㎡ 이하가 되도록 아연 도금층을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 고망간 소지 강판 상에 아연도금 부착량이 0 초과 50g/㎡ 이하가 되도록 아연 도금층을 형성한다. 아연도금 부착량이 50g/㎡를 초과하는 경우에는 짧은 용접 시간 내에 도금층을 완전히 합금화시키기 어렵기 때문에 합금화되지 않은 아연 도금층이 액상으로 용해되어 국부적으로 형성된 합금층을 통과하고 소지의 입계를 침입하여 용접 LME를 발생시킬 수 있다.

본 발명에 있어서 부착량은 소지 강판의 일 면을 기준으로 한다.

한편, 상기 아연 도금층을 형성하는 단계의 수행 전에, 상기 소지 강판의 적어도 일 면에 Ni 부착량이 0 초과 30㎎/㎡ 이하가 되도록 Ni 전처리층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 것이 바람직하며, 상기 Ni 부착량이 30㎎/㎡ 이하인 경우에는 Ni 전처리층이 소지의 입계에만 불균일하게 형성되어, 소지의 Fe 및 Mn이 아연 도금층으로 확산하는데 장벽으로 작용하지 않으나, Ni 부착량이 30㎎/㎡를 초과하는 경우에는 Ni 전처리층이 입계 뿐만 아니라 입내에도 형성되어 Fe 및 Mn의 아연 도금층으로의 확산을 방해하게 되어 아연 도금층이 용해되고, 그 결과 액상으로 형성되어 소지의 입계로 침입하여 용접 LME를 발생시키게 된다.

택일적으로, 상기 아연 도금층을 형성하는 단계의 수행 전에, Fe-Al-Zn계 또는 Fe-Mn-Al-Zn계 계면억제층을 0 초과 20nm 이하의 두께로 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 계면억제층의 두께가 20㎚을 초과하는 경우에는 상기 계면억제층이 Fe 및 Mn의 도금층으로의 확산을 방해하는 장벽으로 작용하게 되어, 아연 도금층이 액상으로 용해되고 소지 입계를 침입하여 용접 LME를 발생시키게 된다.

이와 같은 계면억제층의 두께는 도금욕의 Al 농도, 도금욕의 온도, 침적 시간 등에 의해서 조절할 수 있으며, 상기 도금욕의 Al 농도는 바람직하게는 0 초과 내지 0.23 중량%이고, 도금욕의 온도는 440 내지 500℃이며, 이와 같은 조건의 도금욕 내에 3초 내지 5초간 침적하는 경우 상기 Fe-Al-Zn계 또는 Fe-Mn-Al-Zn계 계면억제층을 0 초과 20nm 이하의 두께로 형성할 수 있다.

또한, 택일적으로 상기 아연도금층을 합금화도 9% 이상의 Fe-Mn-Zn 합금층으로 구성할 수 있다. 즉, 아연도금층 전체를 Fe-Zn-Mn 합금층으로 하고, 그 합금화도 (Fe+Mn)%가 9% 이상이 되도록 한다. 상기 아연도금층이 Fe-Zn-Mn 합금층으로 형성되는 경우, 아연도금층의 융점이 상승하여 용접 시 도금층이 용융되어 액상으로 진행되는 것을 방지할 수 있다. 그러나, 상기 Fe-Mn-Zn 합금층의 합금화도 (Fe+Mn)%가 9% 미만인 경우에는 도금층의 융점이 500℃ 이하가 되기 때문에 도금층이 액상으로 용해되어 용접 LME를 발생시키게 된다.

즉, 본 발명과 같은 방법에 의해 아연도금강판을 제조하는 경우에는 최종적으로 용접 후 전체 도금층의 합금화도가 9% 이상이 되어 융점이 680℃ 이상으로 상승하게 되므로 용접LME가 일어나는 용접부 어깨부의 온도가 680℃까지 용해되지 않고 고상으로 유지되는 사이에 소지강판으로부터의 Fe 및 Mn의 확산이 일어나 전체 도금층의 합금화가 더욱 진행되고, 그에 따라 도금층의 융점이 더욱 증가하기 때문에 도금층의 용융 및 액상에 의한 용접LME 발생을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 방법에 의해 제조될 수 있는 아연도금강판은 용융아연도금강판인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에 널리 알려진 전기 도금, 증착 도금 등과 같은 방법에 의한 아연도금강판에도 제한 없이 적용될 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서 용접성이 향상될 수 있는 용접 방법은 점용접일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에 널리 알려진 아크 용접, 레이저 용접 등과 같은 용접에 있어서도 열영향부에 응력이 작용하게 되면 열영향부에서 용접LME 균열이 발생하므로, 본 발명을 적용하는 경우 역시 용접LME 균열을 방지하는 효과를 획득할 수 있다.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예

1. 용융아연도금강판의 제조

중량%로 탄소 0.55%, 망간 15%, 실리콘 0.6%, 알루미늄 2%, 티타늄 0.1%, 크롬 0.1%, 보론 0.001%, 인 0.017%, 황 0.0005%, 니켈 0.3% 및 주석 0.03%의 조성을 갖는 고망간강의 슬라브를 제조하였다. 이러한 슬라브를 1150℃의 슬라브 재가열 온도에서 균질화 처리하고, 마무리 조압연온도 1080℃가 되도록 고압수 탈스케일하였으며, 마무리 열간 온도 900℃에서 열간압연하여 두께 2.4㎜의 열연강판을 제조하였다. 상기 열연강판은 권취 온도 450℃에서 권취하였다. 나아가, 열간압연이 끝난 열연강판의 스케일을 제거하기 위하여 열연강판을 염산 수용액에 침적하여 산세하였으며, 이때 염산 수용액의 농도는 13%였고, 산세 온도는 80℃였으며, 산세는 50초 동안 수행하였다. 산세 공정 후 압하율 50%로 냉간압연하여 두께 1.2㎜의 냉연강판으로 제조하였다.

상기 냉연강판은 수소가 5 부피%이고 나머지가 질소로 이루어지며, 이슬점 온도가 -40℃인 환원 분위기 하에서, 40초간 소둔 온도 750℃에서 가열처리하고, 도금 소재를 480℃로 냉각하였다.

후속적으로, 도금욕의 Al농도가 0 초과 0.23 중량% 이하이고, 도금욕 온도가 460℃인 아연도금욕에 3~5초간 침적하여 한 면 당 도금부착량이 10 내지 60g/㎡이 되도록 에어나이프로 조정하여 용융아연도금강판을 제조하였다.

한편, 일부 용융아연도금강판은 연속적으로 가열하여 도금층의 합금화도가 5~20%가 되도록 합금화 처리하였으며, 일부 냉연강판은 Ni 피막의 부착량이 10 내지 50㎎/㎡이 되도록 전기도금을 실시하였으며, 이렇게 Ni 선도금한 냉연강판을 상기와 같은 소둔 조건 및 도금 조건으로 도금하여 용융아연도금강판을 제조하였다.

보다 구체적인 도금층의 구조 및 합금화도는 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.

	도금층의 구조
	Ni부착량 (㎎/㎡)	계면억제층 두께(㎚)	합금화도 (Fe+Mn)(%)	아연도금층 두께(g/㎡)
실시예 1	0	0	0	10
실시예 2	0	0	0	30
실시예 3	0	0	0	50
비교예 1	0	0	0	60
실시예 4	0	10	0	50
실시예 5	0	20	0	50
비교예 2	0	30	0	50
비교예 3	0	50	0	50
비교예 4	0	20	0	60
실시예 6	10	0	0	50
실시예 7	30	0	0	50
비교예 5	50	0	0	50
비교예 6	10	0	0	60
비교예 7	0	0	5	10
비교예 8	0	0	7	50
실시예 8	0	0	9	50
실시예 9	0	0	12	50
실시예 10	0	0	15	50
실시예 11	0	0	18	50

2. 점용접부에 대한 물성 평가

상기 1.과 같이 제조된 용융아연도금강판을 이용하여 동일한 소재 2매를 겹쳐서 용접하는 2겹 용접을 실시하였다. 용접 방법으로는 프리펄스 용접을 실시하였으며, 전류는 직류 전류를 사용하였다. 전극 성분은 Cu-Cr합금을 사용하였고, 돔 직경은 6㎜이었다. 프리펄스는 용접 전류 5.5kA에서 11 싸이클 실시하고, 1 싸이클 냉각한 후, 2펄스에서는 약 12싸이클 실시하였다. 이때 가압력은 3.6KN이였다.

이러한 용접된 점용접부의 용접LME 균열 깊이는 너겟부의 단면을 광학현미경으로 관찰하여 점용접 열영향부인 어깨부의 표면으로부터 소지 내부로 진전된 균열의 길이로 측정하였다. 이와 같은 균열의 길이, 즉 용접LME의 깊이를 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

본 발명의 고망간강 용융아연도금강판의 점용접LME 평가 기준은 용접LME 균열 발생 여부로 평가하였다.

	용접후 도금층 구조		용융금속취화 균열 깊이(㎛)
	도금층 구조	합금화도(Fe+Mn)(%)
실시예 1	Fe-Mn-Zn	20	0
실시예 2	Fe-Mn-Zn	18	0
실시예 3	Fe-Mn-Zn	14	0
비교예 1	Fe-Mn-Zn/Zn	8	120
실시예 4	Fe-Mn-Zn	16	0
실시예 5	Fe-Mn-Zn	15	0
비교예 2	Fe-Mn-Zn/Zn	9	48
비교예 3	Fe-Mn-Zn/Zn	7	37
비교예 4	Fe-Mn-Zn/Zn	8	42
실시예 6	Fe-Mn-Zn	18	0
실시예 7	Fe-Mn-Zn	16	0
비교예 5	Fe-Mn-Zn/Zn	8	45
비교예 6	Fe-Mn-Zn/Zn	8	32
비교예 7	Fe-Mn-Zn/Zn	8	24
비교예 8	Fe-Mn-Zn/Zn	10	15
실시예 8	Fe-Mn-Zn	15	0
실시예 9	Fe-Mn-Zn	19	0
실시예 10	Fe-Mn-Zn	24	0
실시예 11	Fe-Mn-Zn	29	0

상기 표 2에 나타난 결과에 의하면, 소지 강판 표면에 Ni 부착량이 30㎎/㎡ 이하이면서, 아연도금 부착량이 50g/㎡이하인 실시예 6 및 실시예 7의 경우에는 점용접 시 용접부 어깨부의 도금층이 Fe-Mn-Zn으로 완전히 합금화 되었고, 이때 합금화도는 16% 이상으로 용접LME균열이 발생하지 않았다.

그러나, 소지 강판 표면의 Ni 부착량이 30㎎/㎡ 이상이거나, 아연도금 부착량이 60g/㎡이상인 비교예 9 및 비교예 10의 경우에는 도금층의 일부만이 Fe-Mn-Zn으로 합금화되고, 그 상부는 아연으로 존재하여 점용접시 용접LME 균열이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 계면억제층의 두께가 20㎚이하이고, 아연도금 부착량이 50g/㎡이하인 실시예 4 및 실시예 5의 경우에는 점용접시 용접부 어깨부의 도금층이 Fe-Mn-Zn으로 완전히 합금화되고, 합금화도가 15% 이상으로 용접LME 균열이 발생하지 않았다.

그러나, 계면억제층의 두께가 20㎚이상이거나, 아연도금부착량이 60g/㎡이상인 경우인 비교예 6 내지 비교예 8의 경우에는 도금층의 일부만이 Fe-Mn-Zn층으로 합금화되고, 그 상부는 아연으로 존재하여 점용접 시 용접LME 균열이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.

한편, 본 발명의 고망간강 강판 상에 아연도금 부착량을 50g/㎡ 이하로 하여 아연 도금층을 형성한 실시예 1 내지 3의 경우에는 점용접 시 용접부 어깨부의 도금층이 Fe-Mn-Zn으로 완전히 합금화되고, 합금화도가 14% 이상으로 용접LME 균열이 발생하지 않았다.

그러나, 아연도금 부착량이 50g/㎡ 이상인 비교예 1의 경우에는 도금층의 일부만이 Fe-Mn-Zn층으로 합금화되고, 그 상부는 아연으로 존재하여 점용접 시 용접LME 균열이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 아연도금층 전체가 Fe-Zn_Mn의 합금층이고, 그 합금화도 (Fe+Mn)%가 9% 이상인 실시예 8 내지 실시예 11의 경우에는 점용접 시 합금화가 더욱 진전되어 용접LME 균열이 발생하지 않았으나, 합금층의 합금화도가 9% 미만인 비교예 11 및 비교예 12의 경우에는 도금층이 용해되고 액상으로 되어 점용접 시 용접LME 균열이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (4)

1. 탄소(C) 0.3~1 중량%, 망간(Mn) 8~25 중량%, 실리콘(Si) 0.1~3 중량%, 알루미늄(Al) 0.1~8 중량%, 크롬(Cr) 0.1~2 중량%, 티타늄(Ti) 0.01~0.2 중량%, 보론(B) 0.0005~0.01 중량%, 인(P) 0.01~0.3 중량%, 황(S) 0.0005%~0.01 중량%, 니켈(Ni) 0.06~2.0 중량%, 주석(Sn) 0.02~0.2 중량%, 잔부의 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 소지 강판, 및
   상기 소지 강판의 적어도 일 면에 아연도금 부착량이 0 초과 50g/㎡ 이하가 되도록 형성된 아연 도금층을 포함하고
   상기 아연 도금층은 합금화도(Fe+Mn) 9% 이상의 Fe-Mn-Zn 합금층인 용접성이 우수한 아연도금강판.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 소지 강판과 아연 도금층 사이에, Ni 부착량이 0 초과 30㎎/㎡인 Ni 전처리층을 추가로 포함하는 용접성이 우수한 아연도금강판.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 소지 강판과 아연 도금층 사이에, 0 초과 20nm 이하 두께의 Fe-Al-Zn계 또는 Fe-Mn-Al-Zn계 계면억제층을 추가로 포함하는 용접성이 우수한 아연도금강판.
   
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