KR101568509B1 - 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판 및 그 제조방법 - Google Patents

내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 열연 강판을 숏 블라스팅 처리하여 열연 스케일을 제거하면서 처리 후 열연 강판에 -100 내지 -400MPa의 압축잔류응력을 부여하는 숏 블라스팅 처리 단계; 및 상기 열연 강판을 아연-알루미늄-마그네슘계 합금 도금욕에 침지하여 아연-알루미늄-마그네슘 도금하는 도금 단계를 포함하는 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금도금강판의 제조방법을 제공하며, 또한, 강판 및 상기 강판 상에 아연-알루미늄-마그네슘계 합금 도금층을 포함하며, 부식 조건하에서 도금층 계면 근방에 Zn6Al2(CO3)(OH)16·4H2O의 부식 생성물이 생성되어 내식성을 유지할 수 있는 아연-알루미늄-마그네슘계 합금도금강판을 제공한다.

Description

내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판 및 그 제조방법{HOT DIP Zn-Al-Mg ALLOY PLATED STEEL SHEET HAVING EXCELLENT CORROSION RESISTANCE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 건자재나 파이프, 가드레일 등에 사용되는 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
아연 도금법은 부식전위가 철보다 낮은 아연을 강판에 부착하는 강판의 내부식성 향상기법이다. 산화 분위기에서 철보다 빠른 아연의 부식을 유도하여 철의 부식을 억제하며 내식성 및 경제성이 우수한 고내식 특성을 갖는 강재를 제조하는데 널리 사용되고 있다.
아연도금재의 방식기구로는, 아연이 도금된 용융아연 도금강판은 부식환경에 노출되었을 때 철보다 산화환원전위가 낮은 아연이 먼저 부식되어 강판의 부식이 억제되는 희생방식(Sacrificial Corrosion Protection)의 특성을 가지며, 이와 더불어 도금층의 아연이 산화되면서 강판 표면에 치밀한 부식생성물을 형성시켜 산화 분위기로부터 강재를 차단함으로써 강판의 내부식성을 향상시킨다.
특히, 용융된 아연에 강재를 침지하여 도금층을 형성하는 용융아연 도금강판은 전기아연 도금강판에 비해 제조공정이 단순하고, 제품가격이 저렴하여 건축자재, 가전제품 및 자동차 부품 등의 산업전반에 걸쳐 그 수요가 증가하고 있다.
그러나, 산업 고도화에 따른 대기오염의 증가 및 부식환경의 악화가 증가하고 있고, 자원 및 에너지 절약에 대한 엄격한 규제로 인해 종래의 아연 도금강판 보다 더 우수한 내식성을 갖는 강재 개발의 필요성이 높아지고 있다.
그 일환으로 아연 가격의 상승으로 인해 도금원료의 사용량을 줄이면서 내식성을 향상시키고자 하는 산업계의 수요가 꾸준히 증가하고 있어, 최근 아연도금욕에 알루미늄(Al) 및 마그네슘(Mg) 등의 원소를 첨가하여 강재의 내식성을 향상시키는 아연(Zn)-알루미늄(Al)-마그네슘(Mg) 합금 도금강판에 대한 연구가 다양하게 진행되어 왔다.
한편, 아연(Zn)-알루미늄(Al)-마그네슘(Mg) 합금 도금강판은 내식성이 매우 우수하여 건자재나 파이프, 가드레일 등으로 사용된다. 또한, 아연(Zn)-알루미늄(Al)-마그네슘(Mg) 합금 도금액은 통상의 용융아연도금액에 비해 소지강판과의 상호작용력이 약해 도금 밀착성이 열위한 문제가 있다.
따라서, 용융도금 전 계면의 형상 제어 기술 및 도금층 조직제어를 통한 내식성의 확보가 매우 중요하다.
본 발명의 일 측면은, 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판 및 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 열연 강재 표면의 산화스케일 제거를 위한 산세공정을 단축하고, 나아가, 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판의 내식성을 향상시킬 수 있는 도금조직을 확보할 수 있는 방안을 제공하고자 한다.
본 발명은 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판 및 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것으로서, 일 구현예에 따르면, 상기 방법은 열연 강판을 숏 블라스팅 처리하여 열연 스케일을 제거하면서 처리 후 열연 강판에 -100 내지 -400MPa의 압축잔류응력을 부여하는 숏 블라스팅 처리 단계; 및 상기 열연 강판을 아연-알루미늄-마그네슘계 합금 도금욕에 침지하여 아연-알루미늄-마그네슘 도금하는 도금 단계를 포함한다.
다른 구현예에 따르면, 상기 숏 블라스팅은 0.3-0.8mm 직경의 숏볼을 40-78m/sec의 속도 및 800-1300㎏/min의 분사량으로 분사하여 수행하는 것이 바람직하다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 숏 블라스팅 처리 단계 전에 상기 열연 강판을 연신, 벤딩 또는 이들의 조합에 의해 열연 강판 표면의 열연 스케일에 균열을 발생시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 연신은 0.5-3% 범위의 연신율로 수행하고, 또, 상기 벤딩은 10-50mm의 벤딩량으로 수행하는 것이 바람직하다.
상기 숏 블라스팅 후에 산 용액으로 산세하여 스케일을 제거하는 산세 단계를 더 포함할 수 있다.
나아가, 상기 산세 단계 후에 상기 열연 강판을 환원 가열 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 다른 구현예에 따르면, 상기 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금욕은 0.1~15중량%의 알루미늄, 1~4중량%의 Mg 및 잔부로서 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 아연-알루미늄-마그네슘계 합금도금강판을 제공하고자 하는 것으로서, 일 구현예에 따르면, 강판 및 상기 강판 상에 아연-알루미늄-마그네슘계 합금 도금층을 포함하며, 부식 생성물로서 Zn6Al2(CO3)(OH)16·4H2O을 포함하는 아연-알루미늄-마그네슘계 합금도금강판을 제공한다.
상기 도금층은 Zn 단상, Zn-MgZn2 2원계 공정조직, Zn-Al-MgZn2 3원계 공정조직을 포함할 수 있다.
상기 계면층은 Fe2Al5, FeAl3 및 Fe3Zn10으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 금속간 화합물 조직을 기저조직으로 포함할 수 있다.
상기 도금층은 도금층 계면으로부터 1㎛ 높이에 Zn-Al-MgZn2 3원계 공정조직의 분포율이 면적대비 10% 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 도금층은 0.1~15중량%의 알루미늄, 1~4중량%의 Mg 및 잔부로서 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 용융도금 전, 숏 블라스팅을 통해 열연 강판 표면의 열연 스케일을 제거함으로써 표면의 형상을 제어할 수 있다.
또한, 상기 숏 블라스팅에 의해 강판 표면에 잔류응력을 부여함으로써, 계면층에 견고한 부식생성물로 Al이 포함된 Zn6Al2(CO3)(OH)16·4H2O를 형성할 수 있어, 적청 발생에 대한 내식성을 향상시킬 수 있다.
여기에 구체적으로 기재되지 않았으나, 이하의 상세한 설명에 기재된 사항으로부터 다양한 효과가 얻어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 통상의 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판을 제조하는 공정의 개략도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판을 제조하는 공정의 개략도를 나타낸 것이다.
종래, 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판을 제조하는 공정은 도 1에 나타낸 바와 같다. 먼저, 열간 압연된 열연 강판을 스케일 브레이커(4) 및 3~4개의 산세조(6)가 연속적으로 배열되어 있는 설비를 통과시켜 열연 스케일을 제거한 후 수세조(7)를 통과시켜 수세하고, 환원 가열로(9)를 거쳐 용융 도금조(10)에 침지함으로써 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금을 행하였다.
이후, 경우에 따라 상기 용융 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금액이 완전히 응고되지 않은 상태에서 용융 도금조(10)의 상부에 설치되어 있는 합금화 열처리 로(12)(Galva annealing furnace)에서 가열하여 합금화를 행한 후, 냉각대(13)에서 냉각하였다.
이와 같은 종래의 용융 합금 도금 공정을 통해 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판을 제조함에 있어서, 열연 스케일 제거를 위한 산세 설비가 길다. 또한, 열연 스케일 제거 후 열연 강판 표면의 형상을 제어할 수 있는 방법이 없어, 그 소재인 열연 강판의 표면 조도에 의존해야 하며, 이로 인해 소재 두께 차이 및 반곡에 의한 용융 도금부착량 편차가 크게 되는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명자들은 산세공정을 단축할 뿐만 아니라, 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판의 내식성을 향상시킬 수 있는 도금조직을 확보할 수 있는 방안을 제공하고자 한다. 이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 측면인 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판의 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판의 제조공정을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 본 발명은 도 2에 나타낸 바와 같이 열연 강판 표면에 존재하는 열연 스케일 제거하는 공정과 열연 스케일을 제거한 후에 열연 강판을 열처리 및 도금하는 공정 및 도금된 강판에 대한 후처리 공정으로 구별할 수 있다.
먼저, 열간 압연을 거친 열연 강판을 준비한다. 상기 열간 압연을 거친 열연 강판은 그 표면에 산화스케일이 형성되어 있으며, 이를 '열연 스케일'이라 부른다. 이러한 열연 스케일은 후속되는 도금공정에서 도금 밀착성을 저하시키고, 결국 표면품질의 저하를 야기하는 문제가 있기 때문에, 제거를 요한다.
이를 위해, 상기 열연 강판의 표면에 형성되어 있는 열연 스케일에 균열(crack)을 발생시킨다. 한편, 상기 열연 스케일에 균열을 발생시킴에 있어서는 물리적인 수단으로 열연 스케일에 균열을 발생시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정하지 않으며, 통상적으로 열연 강판을 연신 및 벤딩하여 열연 스케일에 균열을 발생시키는 장치로서, 스케일 브레이커(4)를 이용할 수 있다.
상기 스케일 브레이커는 장력 및 연신을 부여할 수 있는 텐션 브라이들 롤(Tension bridle roll), 안티-캠버 롤(Anti-camber roll), 레벨러 롤(Leveller roll) 및 벤딩 롤(Bending roll)로 구성될 수 있으며, 이중 안티-캠버 롤과 레벨러 롤은 열연 강판의 형상을 평탄하게 고정해주는 역할을 한다.
한편, 상기와 같은 스케일 브레이커를 이용하여 스케일에 크랙을 발생시키는 경우, 열연 강판에 부여되는 연신 및 벤딩량이 클수록 표면에 존재하는 스케일 층에 크랙을 발생시키는 효과는 증가하지만, 너무 과도하게 연신 및 벤딩을 가하는 경우에는 열연 강판의 재질을 손상 또는 변형시킬 위험이 있다.
따라서, 상기 열연 강판에 대하여는 0.5~3.0% 범위의 연신율을 가하는 것이 바람직하며, 또한, 벤딩 롤에 의한 벤딩량도 10~50㎜로 제한하는 것이 바람직하다. 연신율이 0.5% 미만이거나 벤딩량이 10㎜ 미만이면 스케일의 크랙 발생 효과가 미흡하고, 반면 연신율이 3% 초과하거나 벤딩량이 50㎜를 초과하게 되면 재질이 경하게 되고, 형상교정이 과도하게 되는 문제가 있다.
상기한 바에 따라 열연 강판 표면에 형성되어 있는 열연 스케일에 균열을 발생시킨 후, 열연 강판의 표면을 숏 블라스팅 처리하는 단계를 포함한다. 상기 숏 블라스팅 처리는 숏 볼을 폭 방향으로 균일하게 분사하여 열연 강판의 표면에 존재하는 크랙이 가해진 열연 스케일을 제거할 수 있다. 이와 같은 숏 블라스팅된 열연 강판은 표층부 열연 스케일이 약 30~70% 제거되는 효과를 얻을 수 있다.
나아가, 숏 블라스팅 처리를 수행함으로써 숏 볼에 의한 충격으로 열연 강판 표면에 압축잔류응력을 부여할 수 있다. 이에 의해 부여된 압축잔류응력은 용융 합금 도금 후에 소지강판과 도금층 간의 계면층 직상에 Al이 함유된 Zn-Al-MgZn2 3원계 공정조직의 형성을 유도한다.
압축잔류응력은 상기 숏 볼이 열연 강판에 충격을 가함으로 인해 강판 표면에 변형을 줌으로써 형성된 것으로, 숏 볼의 분사속도 또는 분사량이 증가할수록 압축잔류응력이 증가하게 된다.
상기와 같은 압축잔류응력의 증가는 열연 강판에 열역학적으로 높은 표면에너지를 제공하며, 도금욕 중의 Al과의 반응을 활성화시킨다. 이로 인해 후속되는 도금공정에서 도금욕 내의 아연-알루미늄-마그네슘계 합금 도금액과 활발히 반응하여 계면에 Fe2Al5, FeAl3, Fe3Zn10 등의 금속간 화합물의 형성을 촉진시키며, 이에 의해 계면층에는 Fe2Al5 또는 FeAl3과 같은 Fe와 Al 금속간 화합물이 존재하며, 일부 Fe3Zn10 조직도 관찰된다.
나아가, 이와 같은 조직이 형성된 계면층의 직상부에는 Al의 집중으로 인해 Zn-Al-MgZn2 3원계 조직의 분포가 증대하게 된다. 이로 인해 상기 계면층 직상부의 Zn-Al-MgZn2의 3원계 공정조직은 면적 대비 10% 이상으로 분포한다. 상기 Zn-Al-MgZn2의 3원계 공정조직은 바람직하게는 10-50%의 분포율을 갖는 것이 보다 바람직하다. 계면층 직상부의 상기 Zn-Al-MgZn2 3원계 공정조직의 분포율은 소지철과 도금층의 계면부터 1㎛ 높이까지의 분포 정도를 측정한 것으로서, ×500의 배율로 FE-SEM을 사용하여 촬영한 후, Image Analyser로 단면 면적을 분석함으로써 측정할 수 있다.
상기한 바와 같이, 계면층에는 Al의 분포율이 증가하게 되는데, 이러한 계면층의 Al 분포량 증가는 내식성을 향상시키는 기본 요소로 작용한다. 즉, 계면층 주위에 Zn-Al-MgZn2 조직 형성 비율이 높아짐으로써 추후 부식이 진행될 때 견고한 부식생성물로서 Al이 포함된 Zn6Al2(CO3)(OH)16·4H2O를 형성하게 된다. 이와 같은 부식생성물은 적청 발생에 대한 내식성이 매우 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판을 제공한다.
한편, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상술한 숏 블라스팅 처리에 의해 열연 스케일이 제거된 열연 강판은 -100~-400MPa의 압축잔류응력을 갖는 것이 바람직하다. 숏 블라스팅 처리 후 열연 강판의 압축잔류응력이 -100MPa 보다 높으면 합금층 내 숏에 의한 핵 성장 반응의 향상에 크게 기여하지 못하며, 반면 -400MPa 보다 낮으면 지나친 압축잔류응력 증가로 도금층 내의 크랙 생성에 의한 도금층의 파우더링성 발생 등의 문제가 있다.
상기 숏 블라스팅 처리에 사용되는 숏 볼은 직경 0.3~0.8mm의 것을 사용할 수 있다. 숏 블라스팅 처리에 의해 강판 표면에 부여하고자 하는 압축잔류응력에 따라 숏볼의 크기를 조절할 수 있는 것으로서, 적은 압축잔류응력을 얻고자 하는 경우에는 직경 0.3~0.6mm의 숏 볼을 사용할 수 있다. 만약, 사용되는 숏 볼이 직경 0.3mm 미만이면 열연 스케일 제거 효율이 저하되며, 반면 사용되는 숏 볼의 직경이0.8mm를 초과하면 표면조도가 너무 커져 표면조도 조절이 어려워지는 문제가 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기와 같이 숏 볼을 열연 강판 표면에 분사할 때, 숏 볼의 분사속도는 40~78m/s, 분사량은 800~1300kg/min으로 행할 수 있다. 상기 숏 볼의 분사속도는 숏 볼에 의해 열연 강판에 전달되는 운동에너지 및 충격량을 대변하는 물리량으로, 숏 볼의 분사속도가 증가하면 숏 볼의 운동에너지는 상기 분사속도의 제곱으로 증가하여, 열연 강판에 부착되어 있는 열연 스케일의 제거가 용이하게 된다.
상기 숏 볼의 분사속도가 40m/s 미만인 경우에는 숏 볼에 의해 열연 강판에 전달되는 충격량이 작아 열연 스케일 제거가 용이하지 않으며, 반면, 78m/s를 초과하는 경우에는 열연 강판 표면의 침식이 크게 일어나 계면에 잔존하는 압축잔류응력이 크므로 도금층에 크랙을 유발할 수 있다.
한편, 상기 숏 볼의 분사량은 열연 강판의 단위 면적당 충돌하는 숏 볼의 개수와 직결되는데, 이는 열연 스케일의 제거 효율 및 제거의 균일성과 관련된다. 상기 숏 볼의 분사량이 800kg/min 미만인 경우에는 열연 강판의 단위 면적당 충돌하는 숏 볼의 개수가 미미하여 열연 스케일 제거가 용이하지 않으며, 반면, 1300kg/min을 초과하는 경우에는 열연 강판 표면의 침식이 크게 일어나 강판의 압축잔류응력이 과도하게 되는 문제가 있다.
상기와 같은 숏 블라스팅 처리를 수행함에 있어서, 숏 블라스팅 챔버(5)는 열연 강판의 라인 스피드에 따라 조절할 수 있는 것으로서, 예를 들어, 2~6개의 숏 블라스팅 챔버(5)를 설치할 수 있다.
상기 숏 블라스팅 처리 후에는 산 용액으로 산세 처리하는 산세단계를 더 포함할 수 있다. 상기 산세 처리는 통상의 방법에 따를 수 있는 것으로서, 예컨대 75~85℃에서 10 내지 18%의 염산(HCl)이 담지된 산세조(6)에 강판을 통과시킴으로써 수행할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 산세 처리 후, 수세조(7)를 통과시켜 산세액을 제거한 후, 환원 가열로(9)에서 상기 열연 강판을 환원 가열 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 환원 가열 처리 전에, 필요에 따라, 스킨패스(8) 단계를 수행할 수 있다. 상기 환원 가열처리는 통상의 방법에 의하며, 특별히 제한되는 것은 아니며, 예컨대, 수소 10~20부피%를 포함하는 질소가스와 같은 환원 분위기에서 500~550℃의 온도로 가열할 수 있다.
이후, 상기 열연 스케일이 제거된 본 발명의 열연 강판을 아연-알루미늄-마그네슘계 합금 도금욕이 담지된 용융 도금조(10)에 침지하여 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금을 행한다. 상기한 바와 같이, 숏 블라스팅 처리에 압축잔류응력을 갖는 열연 강판에 대하여 Zn-Al-Mg의 용융 합금 도금을 행함으로써 도금층에 미세한 Zn 단상, Zn-MgZn2 2원계 공정조직, Zn-Al-MgZn2 3원계 공정조직을 포함하고, 계면층 기저는 Fe2Al5, FeAl3, Fe3Zn10 중 한 개 이상의 조직을 가지며, 특히 계면층 직상부에 Zn-Al-MgZn2 3원계 조직이 면적 비율로 10% 이상으로 형성된 강판을 얻을 수 있다.
상기 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금은 0.1~15중량%의 알루미늄, 1~4 중량%의 Mg 및 잔부로서 Zn 및 불가피한 불순물로 이루어지는 아연-알루미늄-마그네슘계 합금 도금욕에서 행할 수 있다.
상기 용융아연 도금욕 내의 Al 함량이 0.1중량% 미만인 경우에는 열연 강판과 도금층 계면에 Fe-Al계 금속간 화합물의 형성이 미약하여 도금 밀착성이 열위하게 나타나며, 반면 15중량%를 초과하는 경우에는 도금욕의 융점이 높아져서 도금욕 관리 및 도금 후 냉각 관리 등의 문제가 있다.
또한, 상기 용융아연 도금욕 내의 Mg 함량이 1중량% 미만인 경우에는 Mg 첨가에 의한 내식성 향상 효과를 얻을 수 없으며, 반면 4중량%를 초과하는 경우 도금욕 내 드로스 형성이 과다하여 도금욕 관리가 어려울 뿐만 아니라, 도금 표면품질이 저하되는 문제가 있다.
또한, 상기 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금은 통상의 도금 조건에서 행하며, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 도금욕 온도가 440~500℃일 수 있다.
상기 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금된 도금강판을 도금조 상단의 공기 또는 질소를 사용하는 가스 와이퍼(11)로 도금 부착량을 조절할 수 있으며, 이때 도금 부착량은, 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 40~800g/m2로 조절할 수 있다.
이어서, 합금화 열처리로(12)에 의해 도금층을 합금화한 후, 냉각대(13)를 통과시키는 냉각처리에 의해 도금층을 응고시키는 단계를 거치게 되며, 그 후 스킨패스 처리(14) 및 텐숀 레벨러(15)에 의해 표면조정 및 형상 교정을 행할 수 있으며, 필요에 따라 크롬산 처리, 수지코팅 또는 방청유 처리 등의 후 처리(16)를 실시할 수 있으며, 텐숀 릴(17)에서 열연 강판을 코일 형태로 감음으로써, 최종 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판을 제조할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 구현예에 대한 예시로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
열간 압연된 일반 중저탄소강(탄소(C): 0.04중량% 함유, 두께 2.0mm)을 스케일 브레이커로 텐션 브라이들 롤을 사용하여 표면의 열연 스케일층에 균열을 발생시켰다. 이때, 열연 강판에 대하여 연신율 2% 및 벤딩량 25㎜로 장력 및 연신을 부여하였다.
다음으로, 상기 열연 강판에 대하여 표 1에 나타낸 바와 같은 숏 블라스트 처리 조건으로 숏블라스팅 처리를 수행하였다. (단, 비교예 1 및 2는 숏블라스팅 처리를 수행하지 않았다.)
상기 숏 블라스팅 처리된 열연 강판을 Al 2.5중량%, Mg 함유량은 3중량% 및 잔부 아연 및 기타 불가피 불순물을 포함하는 용융도금욕에 침지하여 용융도금을 수행하였다. 이때, 용융도금욕의 온도 및 침지 시간은 표 1에 나타낸 바와 같다.
상기 강판을 용융도금욕으로부터 꺼내어 질소가스를 사용하는 가스와이핑으로 도금부착량을 표 1과 같이 조절한 후, 강판을 10℃/sec의 냉각속도로 냉각하여 도금액을 응고함으로써 도금강판을 제조하였다.
구분 숏 블라스팅 조건 도금욕 조건 편면 도금
부착량
(g/㎡)
숏 볼
직경(mm)		 분사 속도
(m/s)		 분사량
(kg/min)		 도금욕
온도(℃)		 침지 시간
(sec)
발명예 1 0.3 40 800 440 5 50
발명예 2 0.4 48 1000 440 5 120
발명예 3 0.5 65 1150 450 5 150
발명예 4 0.7 72 1300 460 5 180
비교예 1 - - - 460 5 120
비교예 2 - - - 460 5 180
비교예 3 0.25 36 800 440 5 100
비교예 4 0.85 78 1300 460 5 150
비교예 5 1.0 65 1500 460 5 180
비교예 6 0.3 86 900 440 5 100
비교예 7 0.1 45 750 440 5 40
상기 표 1의 조건으로 얻어진 각각의 용융 합금 도금 강판에 대하여 압축 잔류 응력, 계면층 직상의 Zn-Al-MgZn2 3원계 공정조직 분포량(%), 도금 밀착성 및 내식성을 다음과 같이 테스트하여 평가하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
-압축잔류응력-
숏 블라스팅 처리 후 열연 강판의 압축 잔류 응력은 RIGAKU-DMAX2200의 X-선 회절장치를 사용하는 X-선 회절을 통해 압축잔류응력을 측정하였다. X-선은 Cu 타겟을 이용하여 0.154nm 파장을 사용하였다.
-계면층 직상 Zn-Al-MgZn2 조직의 분포율-
계면층 직상의 Zn-Al-MgZn2 3원계 공정조직의 분포율은 소지철과 도금층의 계면부터 1㎛ 높이까지의 분포 정도를 측정한 것으로서, ×500의 배율로 FE-SEM을 사용하여 촬영한 후, Image Analyser로 단면 면적을 분석하였다.
-도금 밀착성-
도금밀착성은 Lock Forming Test를 통해 평가하였으며, 도금 강판을 180℃로 폴딩하고, 폴딩 면에 투명 비닐 테이프를 부착한 후 제거하여 테이프에 도금층이 묻어나오는 정도를 육안으로 관찰하고, 다음 기준에 따라 평가하였다.
1-매우 양호: 도금층이 묻어나지 않음
2-양호: 박리가 발생하며, 박리 면적이 3% 이하.
3-보통: 박리 면적이 3 초과 5% 이내
4-불량: 박리 면적이 5% 초과
-내식성 평가-
내식성 평가는 5% 염수를 분무하는 염수분무 시험(SST, 5% NaCl 분위기, 35℃, pH 6.5~7.2)에 의해 수행하였다. 이와 같은 염수분무 시험에 의해 적청이 발생할 때까지 소요된 분무시간을 측정하여 기록하였다.
구분 압축잔류응력
(MPa)		 계면층 직상
Zn-Al-MgZn2 분포율(%)		 도금 밀착성 적청 발생
시간(hrs)
발명예 1 -120 15 1 700
발명예 2 -150 20 1 900
발명예 3 -290 45 1 1200
발명예 4 -350 50 1 1400
비교예 1 -20 5 2 650
비교예 2 0 3 3 700
비교예 3 -60 10 3 650
비교예 4 -520 60 4 700
비교예 5 -470 55 3 750
비교예 6 -80 9 2 650
비교예 7 -10 3 2 500
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 숏 블라스팅 처리로 열간 스케일이 제거된 열연 강판은 압축 잔류응력이 존재하여 도금 밀착성이 우수할 뿐만 아니라, 계면 직상에 Zn-Al-MgZn2 3원계 공정조직 분포의 증가로 내식성이 우수하였다.
이에 반하여, 숏 블라스팅 처리를 수행하지 않은 비교예 1 및 2는 전반적으로 도금 밀착성이 낮아 도금이 박리되는 현상이 발견되었으며, 비교적 빠른 시간 내에 적청이 발생하였다.
또한, 비교예 3 내지 7은 숏 볼 직경, 숏 볼의 분사속도 및 숏 볼의 분사량 중 하나 이상이 본 발명이 제어하는 범위를 벗어나는 경우로서, 도금 밀착성 및 내식성이 열악한 결과를 나타내었다.
상기와 같은 결과로부터, 발명예의 강은 숏블라스팅 처리 후 강판 표면의 압축잔류응력이 -100 내지 -400MPa의 범위에 존재하는 것임을 알 수 있다. 또한, 이들은 계면층 직상의 Zn-Al-MgZn2의 3원 공정조직 분포율이 10% 이상임을 알 수 있다.
발명예 2에 따라 얻어진 도금강판의 단면을 SEM 촬영하고, 도 3에 나타내었다. 한편, 비교예 2에 의해 숏블라스팅 처리를 수행하지 않은 도금강판의 단면을 SEM 촬영하고, 이를 도 4에 나타내었다.
숏 블라스팅 처리를 수행한 열연강판에 대하여 도금처리를 수행한 경우에는 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 계면층 직상에 Zn-Al-MgZn2의 3원 공정 조직의 생성량이 많음을 확인할 수 있다.
그러나, 숏 블라스팅 처리를 수행하지 않은 열연 강판에 대하여 도금처리를 수행한 경우에는 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 계면층 직상에는 Zn-MgZn2의 2원 공정 조직과 Zn-Al-MgZn2의 3원 공정 조직이 어떠한 선택성 없이 분포하고 있음을 확인할 수 있다.
이와 같은 차이는 숏 블라스팅 처리에 의해 강판 표면이 활성화됨으로써 계면층에 Al의 집중을 유도하여 계면층 직상에 Zn-Al-MgZn2의 3원 공정 조직의 생성량이 증대함으로 인한 것이다.
1: 페이오프 릴 2: 용접기
3: 루퍼 4: 스케일 브레이커
5: 숏 블라스팅 챔버 6: 산세조
7: 수세조 8: 스킨패스
9: 환원가열로 10: 용융도금조
11: 가스와이퍼 12: 합금화 처리로
13: 냉각대 14: 스킨패스
15: 텐션 레벨러 16: 후처리
17: 텐션 릴

Claims (14)

  1. 열연 강판을 0.5-0.7mm 직경의 숏볼을 65-72m/s의 분사속도 및 1150-1300kg/min의 분사량으로 숏 블라스팅 처리하여 열연 스케일을 제거하되, 열연 강판에 -290 내지 -350MPa의 압축잔류응력을 부여하는 숏 블라스팅 처리 단계; 및
    상기 열연 강판을 0.1~15중량%의 알루미늄, 1~4중량%의 Mg 및 잔부로서 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하는 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금욕에 침지하여 150-180g/㎡의 부착량으로 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금하는 도금 단계
    를 포함하는 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금도금강판의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 숏 블라스팅 처리 단계 전에 상기 열연 강판을 연신, 벤딩 또는 이들의 조합에 의해 열연 강판 표면의 열연 스케일에 균열을 발생시키는 단계를 더 포함하는 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금도금강판의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 연신은 0.5-3% 범위의 연신율로 수행하는 것인 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금도금강판의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 벤딩은 10-50mm의 벤딩량으로 수행하는 것인 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금도금강판의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 숏 블라스팅 후에 산 용액으로 산세하여 스케일을 제거하는 산세 단계를 더 포함하는 것인 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금도금강판의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 산세 단계 후에 상기 열연 강판을 환원 가열 처리하는 단계를 더 포함하는 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금도금강판의 제조방법.
  8. 삭제
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  10. 삭제
  11. 삭제
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  13. 삭제
  14. 삭제
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