KR101568614B1 - 도금성 및 점용접성이 우수한 용융아연도금강판 및 그 제조방법 - Google Patents

도금성 및 점용접성이 우수한 용융아연도금강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중량%로, C: 0.3~1%, Mn: 8~25%, Si: 0.1~3%, Al: 0.1~8%, Cr: 0.1~2%, Ti: 0.01~0.2%, B: 0.0005~0.01%, P: 0.01~0.3%, S: 0.0005%~0.01%, Ni: 0.06~2.0%, Sn: 0.02~0.2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 소지강판; 및 상기 소지강판 상에 질화철 피막을 포함하고, 상기 질화철 피막 위에 아연 도금층을 포함하는 도금성 및 점용접성이 우수한 용융아연도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

도금성 및 점용접성이 우수한 용융아연도금강판 및 그 제조방법{GALVANIZED STEEL HAVING GOOD SPOT WELDABITY AND COATABILITY, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 자동차 차체 및 구조재로 사용되는 아연도금강판 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도금성 및 점용접성이 우수한 용융아연도금강판 및 그 제조방법에 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 제안되고 있다. (특허문헌 1 내지 4)
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 용접 열영향부(Heat Affected Zone; HAZ)는 용접(입)열에 의해 용해되어 액상의 용융 아연으로 잔류하게 되고, 소지 조직은 고망간강의 높은 저항 값에 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 침투하여 균열을 발생시켜 취성파괴인 용접 액상금속취화(Liquid Metal Embrittlement, 이하, ‘LME’이라 함)를 일으키게 된다.
이러한 용접 LME 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 용접 LME 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(특허문헌 5), 2) 490MPa급 이상의 고강도 용융아연도금강판에서 LME 감도 지수인 E값 (E=［%C］＋［%Si］/17＋［%Mn］/7.5＋［%Ni］/17＋［%Nb］/2＋［%V］/1.5＋［%Zr］/2)을 만족하게 하는 성분조정법(특허문헌 6), 3) 580MPa 이상의 고강도강 용융아연도금강판에서 소지 조직의 40% 내지 95% 면적 분율이 페라이트 상, 베이나이트 상, 퍼얼라이트 상, 마르텐사이트 상 중 1종 또는 2종이며, 1% 내지 10% 면적 분율이 잔류오스테나이트로 구성되고, 평균 입도 3nm 내지 200㎚인 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 및 지르코늄(Zr)계 석출물 또는 복합 석출물이 분산되도록 미세조직을 조정하는 방법(특허문헌 7), 4) 고망간강에 저융점의 순수 아연도금계 도금층 대신 고융점의 아연 합금도금계 도금층으로 하는 방법(특허문헌 8) 등이 제안되었다.
그러나, 종래의 방법 1)은 고망간강 대비 점용접 시 입열량이 작은 DP(Dual Phase)강, TRIP(Transformation Induced Plasticity)강 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 보론(B) 함유량을 조정하여 용접 열영향부의 오스테나이트 입계를 강화하여 용접LME성을 개선하고자 한 것이나, 고망간강은 상온에서도 오스테나이트 조직을 가지고 있고 다량의 망간(Mn)을 함유하고 있기 때문에, 보론(B)에 의한 오스테나이트 입계 강화를 위해서는 많은 양의 보론(B)을 첨가하여야 하는 문제가 있다. 그 결과 보론(B) 첨가량이 LME 감도 지수인 0.24를 넘게 되고, 과잉의 보론(B) 첨가는 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 침투 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.
한편, 종래방법 4)는 저융점인 아연도금계 대비 융점이 높은 합금아연도금계인 Zn-Ni도금계, Zn-Fe도금계 등이 개시되어 있고, 이들은 각각 Ni 및 Fe 등의 합금원소 함유량이 증가함에 따라 융점이 증가하게 된다. 그러나 이들 합금아연도금계에서 합금원소를 함유할 수 있는 합금량은 공정 및 도금성에 따라 제한되며, 이를 감안할 때 Zn-Ni계에서는 Ni함량은 통상 10중량% 전후이고, 이때의 융점은 490℃로 점용접시 LME균열이 발생하는 용접부 어깨부의 최대온도가 800℃이상인 것에 비해 매우 낮아 LME 균열을 방지하기 어렵다. 또한, Zn-Fe도금계에서의 가공시에 도금층이 분말 형태로 박리되는 파우더링이 일어나지 않는 적정 Fe함량은 8~12%이고, 이때의 융점은 600~650℃로 LME 균열을 완전히 방지하는 것이 불가능하며, LME 균열을 방지하기 위해서는 융점 665℃이상을 가지도록 도금층의 Fe함량을 12%이상으로 유지되도록 하여야 한다.
따라서, 고망간강 아연도금강판에 있어서 용접 LME성을 획기적으로 개선시켜 용접 열 영향부에서의 액상금속취화 균열을 방지하고, 미도금 및 박리 발생도 방지할 수 있는 용융아연도금강판 및 이의 제조방법의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
일본공개특허 특개평 4-259325 국제공개공보 WO93/013233호 국제공개공보 WO99/001585호 국제공개공보 WO02/101109호 한국공개특허 제2012-0017955호 일본공개특허 특개 2006-249521 일본공개특허 특개 2006-265671 한국출원번호 제2013-0151804호
본 발명은 상기와 같은 요구에 따라서, 고망간강인 소지강판을 도금하기 전에 소둔시 분위기 가스를 암모니아 가스로 하여 소지강판 표면에 질화철 피막을 형성시킨 다음 도금함으로써, 용접 LME성을 획기적으로 개선시켜 용접 열 영향부에서의 액상금속취화 균열을 방지하고, 미도금 및 박리 발생도 방지할 수 있는 도금성 및 점용접성이 우수한 용융아연도금강판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 도금성 및 점용접성이 우수한 용융아연도금강판은 중량%로, C: 0.3~1%, Mn: 8~25%, Si: 0.1~3%, Al: 0.1~8%, Cr: 0.1~2%, Ti: 0.01~0.2%, B: 0.0005~0.01%, P: 0.01~0.3%, S: 0.0005%~0.01%, Ni: 0.06~2.0%, Sn: 0.02~0.2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 소지강판; 상기 소지강판 상에 형성된 질화철 피막; 및 상기 질화철 피막 위에 형성된 아연 도금층을 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면인 도금성 및 점용접성이 우수한 용융아연도금강판의 제조방법은 중량%로, C: 0.3~1%, Mn: 8~25%, Si: 0.1~3%, Al: 0.1~8%, Cr: 0.1~2%, Ti: 0.01~0.2%, B: 0.0005~0.01%, P: 0.01~0.3%, S: 0.0005%~0.01%, Ni: 0.06~2.0%, Sn: 0.02~0.2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 소지강판을 준비하는 단계; 상기 소지강판을 암모니아 가스 분위기에서 가열하여 질화철 피막을 형성하는 단계; 및 상기 질화철 피막 위에 아연 도금층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 고망간강에 추가적인 합금원소 첨가없이 고망간강인 소지강판의 표면에 얇고 치밀한 질화철 피막을 형성함으로써, 점용접 시 용접 열 영향부에서의 액상금속취화 균열을 방지하면서도, 미도금 및 박리 발생을 방지할 수 있는 도금성 및 점용접성이 우수한 용융아연도금강판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
고강도강 아연도금강판의 용접 LME 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.
이에 본 발명의 발명자들은 용접 시 용접 LME 발생을 방지하기 위한 기술을 개발하기 위하여, 용접 시 도금층의 변화를 면밀히 검토하였다. 그 결과, 용접 시에 열영향부 어깨부의 도금층이 용해되어 형성된 액상이 소지 강판의 입계로 침투하여 용접 LME 균열이 발생되는 것을 알아내었다. 어깨부란 돔 형태의 용접전극의 탭(TAP)부를 지칭하는 것으로서, 어깨부에서는 내부로 냉각수가 흐르지 않기 때문에 중심부에 비해서 타 부분보다 온도가 높아 LME가 주로 발생한다.
나아가 본 발명의 발명자들은 용접 시 용접 LME 발생을 방지하기 위한 방안으로, 용융된 아연이 소지의 입계로의 침입하는 것을 방지하는 방법이 매우 효과적임에 착안하여 연구를 거듭한 결과, 저 융점의 아연도금층이 용융되더라도 소지의 입계로 침입할 수 없도록 도금층과 소지강판 사이에 고 융점의 치밀한 질화철 피막을 형성시켜 액상(용융)아연이 소지강판의 입계에 침투하는 것을 방지하는 장벽 역할을 하도록 함으로써, 용접 LME성을 획기적으로 개선시켜 용접 열 영향부에서의 액상금속취화 균열을 방지하고, 미도금 및 박리 발생도 방지할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 일 측면에 따른 도금성 및 점용접성이 우수한 용융아연도금강판은 중량%로, C: 0.3~1%, Mn: 8~25%, Si: 0.1~3%, Al: 0.1~8%, Cr: 0.1~2%, Ti: 0.01~0.2%, B: 0.0005~0.01%, P: 0.01~0.3%, S: 0.0005%~0.01%, Ni: 0.06~2.0%, Sn: 0.02~0.2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 소지강판; 상기 소지강판 상에 형성된 질화철 피막; 및 상기 질화철 피막 위에 형성된 아연 도금층을 포함한다.
질화철 피막은 고 융점을 갖기 때문에 용접시 저 융점의 아연도금층이 용융되더라도 질화철 피막은 용융되지 않으며 액상(용융)아연이 소지강판의 입계에 침투하는 것을 방지하는 장벽 역할을 할 수 있다.
또한, 고망간강인 소지강판에 상기 질화철 피막이 형성되면 소지강판의 성분 중 Mn, Al, Si 등의 표면확산 및 산화를 막는 장벽으로 작용하기 때문에 소둔 후 도금공정에서 미도금 결함이 발생하지 않으며 도금박리 발생을 방지할 수 있다.
이때, 바람직하게는 상기 질화철 피막의 두께는 10~90nm일 수 있다.
질화철 피막의 두께가 10㎚ 미만인 경우에는 질화철이 입계에만 주로 형성되고 입내에는 형성되지 않기 때문에, Mn, Al, Si 등의 합금원소가 입내를 통해서 표면확산 및 산화되는 것을 막을 수 없어 미도금 및 도금박리가 발생하는 문제점이 있다. 또한, 점용접시 액상(용융)아연이 소지강판의 입계에 침투하는 것을 완전히 방지하지 못하는 문제점 이 있다. 반면에, 질화철 피막의 두께가 90㎚를 초과하는 경우에는 입내 뿐만 아니라 입계에도 두꺼운 질화철 피막이 형성되므로 부품 가공시 가공결함이 발생할 수 있다. 따라서, 질화철 피막의 두께는 10~90nm임이 바람직하다.
이때, 본 발명에 사용되는 소지 강판은 고강도강 중 Mn: 8~25중량%를 포함하는 고망간강인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
보다 구체적으로 예를 들면, 상기 소지 강판은, 소지강판은 중량%로, C: 0.3~1%, Mn: 8~25%, Si: 0.1~3%, Al: 0.1~8%, Cr: 0.1~2%, Ti: 0.01~0.2%, B: 0.0005~0.01%, P: 0.01~0.3%, S: 0.0005%~0.01%, Ni: 0.06~2.0%, Sn: 0.02~0.2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 일 측면인 도금성 및 점용접성이 우수한 용융아연도금강판의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 다른 일 측면인 도금성 및 점용접성이 우수한 용융아연도금강판의 제조방법은 중량%로, C: 0.3~1%, Mn: 8~25%, Si: 0.1~3%, Al: 0.1~8%, Cr: 0.1~2%, Ti: 0.01~0.2%, B: 0.0005~0.01%, P: 0.01~0.3%, S: 0.0005%~0.01%, Ni: 0.06~2.0%, Sn: 0.02~0.2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 소지강판을 준비하는 단계; 상기 소지강판을 암모니아 가스 분위기에서 가열하여 질화철 피막을 형성하는 단계; 및 상기 질화철 피막 위에 아연 도금층을 형성하는 단계를 포함한다.
소지강판을 준비하는 단계
본 발명에 사용되는 소지 강판은 고강도강 중 Mn: 8~25중량%를 포함하는 고망간강인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
보다 구체적으로 예를 들면, 상기 소지강판은 중량%로, C: 0.3~1%, Mn: 8~25%, Si: 0.1~3%, Al: 0.1~8%, Cr: 0.1~2%, Ti: 0.01~0.2%, B: 0.0005~0.01%, P: 0.01~0.3%, S: 0.0005%~0.01%, Ni: 0.06~2.0%, Sn: 0.02~0.2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
질화철 피막을 형성하는 단계
상기 소지강판을 암모니아 가스 분위기에서 가열온도 600~850℃에서 60~240초간 가열하여 질화철 피막을 형성한다.
도금 전 소둔의 비교적 짧은 시간에 소지강판에 질화철 피막을 형성시키기 위해서는 통상적인 질소와 수소 혼합가스 분위기 또는 질소만의 분위기에서는 불가능하다. 질화철 피막을 형성하기 위해서는 분자 상태인 질소가스가 질소 원자로 해리하여야 하는데, 이는 약 800℃인 통상적인 소둔조건에서는 불가능하기 때문이다.
즉, 질소 가스는 통상 이원자 분자상태(N2)로 존재하며, 하나의 시그마 결합과 두 개의 파이결합으로 구성되어 있는 삼중결합(N≡N)을 하고 있기 때문에 3000℃이상으로 가열하여도 약간의 해리가 일어날 뿐이므로, 통상적인 질소와 수소 혼합가스 분위기 또는 질소만의 분위기에서는 소지강판에 질화철 피막을 형성시키기 어려운 문제점이 있다.
이와 달리, 본 발명에서는 암모니아(NH3) 가스를 분위기 가스로 사용하며, 상기 암모니아(NH3) 가스는 600℃이상으로 가열된 소지강판 표면의 촉매작용에 의한 열분해에 의해서 [2NH3 = 3H2 + 2N]와 같이 수소가스(H2)와 활성화 된 질소원자(N)로 분리된다.
상기 분해된 질소원자(N)은 소지강판 극표면부로 확산되어 소지강판의 표면에 얇고 치밀한 질화철 피막을 만들게 된다.
고망간강인 소지강판에 상기 질화철 피막이 형성되면 소지강판의 성분 중 Mn, Al, Si 등의 표면확산 및 산화를 막는 장벽으로 작용하기 때문에 소둔 후 도금공정에서 미도금 결함이 발생하지 않으며 도금박리 발생을 방지할 수 있다.
또한, 질화철 피막은 도금 후에도 소지강판과 도금층 사이에 존재하기 때문에 점용접시 용접 LME 균열이 발생하는 용접 어깨부의 온도가 최대 온도인 850℃까지 올라가더라도 저 융점의 도금층은 용융되지만 고 융점의 질화철 피막은 용융되지 않으며, 액상(용융)아연의 소지철 입계로 침입하는 것을 방지하는 장벽 역할을 하기 때문에 용접 LME 균열이 발생하지 않게 된다.
그러나 소둔시 분위기 가스로 암모니아 가스를 사용하더라도 소둔온도가 낮은 경우에는 소둔시간을 길게 유지하더라도 암모니아의 분해(해리)가 거의 일어나지 않아 질화철 피막을 형성하지 못한다. 소둔온도가 너무 높은 경우에는 암모니아 의 분해가 과다하여 소둔시간을 60초 미만으로 짧게 유지하더라도 두꺼운 피막이 형성되어 가공시 가공 열화가 발생한다. 따라서 소둔온도는 600~850℃인 것이 바람직하다.
이러한 질화철 피막을 형성하는 단계는 상기 질화철 피막의 두께가 10~90nm가 되도록 행할 수 있다. 질화철 피막의 두께가 10㎚ 미만인 경우에는 질화철이 입계에만 주로 형성되고 입내에는 형성되지 않기 때문에, Mn, Al, Si 등의 합금원소가 입내를 통해서 표면확산 및 산화되는 것을 막을 수 없어 미도금 및 도금박리가 발생하는 문제점이 있다. 또한, 점용접시 액상(용융)아연이 소지강판의 입계에 침투하는 것을 완전히 방지하지 못하는 문제점 이 있다. 반면에, 질화철 피막의 두께가 90㎚를 초과하는 경우에는 입내 뿐만 아니라 입계에도 두꺼운 질화철 피막이 형성되므로 부품 가공시 가공결함이 발생할 수 있다. 따라서, 질화철 피막의 두께가 10~90nm가 되도록 행하는 것이 바람직하다.
상기의 본 발명의 실시 형태에서 소지철 표면에 질화물 피막을 형성하는 방법으로 암모니아 가스의 열분해법을 사용하였으나 그에 한정하지 않고 플라즈마로 질소분자를 원자로 해리(분해)하는 이온질화법 등 모든 방법에서도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
아연 도금층을 형성하는 단계
상기 질화철 피막이 형성된 소지강판을 통상적인 용융아연도금강판 제조방법에 의해 아연도금욕에 침지하여 용융아연도금강판으로 제조한다.
보다 구체적으로 예를 들면, 도금욕 온도가 460~500℃인 아연도금욕에 3~5초간 침적하여 한 면의 도금부착량이 45~90g/㎡가 되도록 에어나이프로 조정하여 용융아연도금강판을 제조할 수 있다.
이와 같이 본 발명에서는 고망간강 도금소재를 도금전 소둔시 분위기 가스를 암모니아 가스로 하고, 이를 600~850℃에서 60~240초간 가열처리하여 소지철 극 표면에 질화철 피막의 두께가 10~90㎚ 정도 형성되도록 함으로써, 질화철 피막이 점용접시 용융아연의 소지철 입계로 침입하는 것을 방지하는 장벽으로 작용하도록 하여 용접 LME 균열을 방지하고, 소지강판의 성분 중 Mn, Al, Si 등의 표면확산 및 산화를 막는 장벽으로 작용하도록 하여 소둔 후 도금공정에서 미도금 결함을 발생하지 않게 하고 도금박리 발생을 방지할 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 용접 LME 균열이 발생하므로, 본 발명을 적용하는 경우 역시 용접 LME 균열을 방지하는 효과를 획득할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
( 실시예 )
중량%로, C: 0.55%, Mn: 15%, Si: 0.6%, Al: 2%, Cr: 0.1%, Ti: 0.1%, B: 0.001%, P: 0.017%, S: 0.0005%, Ni: 0.3%, Sn: 0.03%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 고망간강의 슬라브를 제조하였다. 상기 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 냉연강판을 100% 암모니아 가스이고, 이슬점 온도가 -40℃인 불활성 분위기 하에서, 하기 [표 1]에 나타낸 소둔온도 500~900℃ 및 소둔시간 30~240초로 가열처리 한 후, 480℃로 냉각하였다.
후속적으로, 도금욕 Al농도가 0.13%이고, 도금욕 온도가 460℃인 아연도금욕에 3~5초간 침적하여 한 면의 도금부착량이 45g/㎡ 되도록 에어나이프로 조정하여 용융아연도금강판을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 강판에 대하여 질화철 피막 두께, 도금성 및 점용접 균열깊이를 측정하고, 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.
이 때, 질화철 피막의 두께는 주사전자현미경(SEM) 및 글로우방전분광 분석기(GDS)로 측정하였다.
또한, 고망간강 용융아연도금강판의 도금성은 하기와 같은 기준으로 미도금 발생 정도와 도금밀착성 우열 정도를 평가하였다.
미도금 발생 정도는 용융아연도금 후 표면외관을 화상 처리하여 미도금 부분의 면적을 구하여 아래의 기준으로 등급을 부여하였다.
-1등급 : 미도금 결함 없음
-2등급 : 미도금 평균지름이 1mm 미만
-3등급 : 미도금 평균지름이 1~2mm분포
-4등급 : 미도금 평균지름이 2~3mm 분포
-5등급 : 미도금 평균지름이 3mm이상
도금밀착성은 0T-굽힘시험후 굽힘 외권부를 테이핑 테스트시 도금층의 발생 정도를 다음과 같은 기준으로 평가하였다.
-1등급 : 박리 없음
-2등급 : 5%미만 박리
-3등급 : 5~10%미만 박리
-4등급 : 10~30%미만 박리
-5등급 : 30%이상 박리
또한, 하기 [표 1]의 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 4와 같이 제조된 용융아연도금강판을 이용하여 동일한 소재 2매를 겹쳐서 용접하는 2겹 용접을 실시하였다. 용접방법으로는 프리펄스용접을 실시하였으며, 전류는 직류 전류를 사용하였다. 전극 성분은 Cu-Cr합금을 사용하였고, 돔 직경은 6㎜이었다. 프리펄스는 용접전류 5.5kA에서 11 싸이클 실시하고, 1 싸이클 냉각한 후, 2펄스에서는 약 12싸이클 실시하였다. 이때 가압력은 3.6KN이였다.
상기 점 용접후의 점용접 균열길이를 측정하고, 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.
이 때, 점 용접부의 용접LME 균열 깊이는 너겟부의 단면을 광학현미경으로 관찰하여 점용접 열영향부인 어깨부의 표면으로부터 소지 내부로 진전된 균열의 길이로 측정한 것이다.
본 발명의 고망간강 용융아연도금강판의 점용접 LME 평가 기준은 용접 LME 균열 발생 여부로 평가하였다.
구분 소둔조건 질화철두께
(nm)		 도금성 점용접
균열깊이(㎛)
온도
(℃)		 시간
(초)		 미도금
좋음1<-->5나쁨 		도금박리
좋음1<-->5나쁨
실시예1 600 180 12 2 2 0
실시예2 700 180 45 1 1 0
실시예3 800 180 70 1 1 0
실시예4 850 180 90 1 1 0
실시예5 850 90 40 1 1 0
실시예6 850 60 15 1 1 0
실시예7 600 240 18 2 2 0
비교예1 500 240 0 2 2 150
비교예2 900 60 150 1 1 0
비교예3 850 30 5 3 3 80
비교예4 600 50 0 3 3 150
상기 [표 1]에서도 알 수 있듯이, 분위기 가스를 암모니아 가스로 사용하여 강판온도 600~850℃에서 180초간 가열 처리한 경우(실시예 1 내지 4), 강판온도 850℃에서 60초간 가열처리한 경우(실시예 5 및 6) 및 강판온도 600℃에서 240초간 가열 처리한 경우(실시예 7)에는 소지강판 표면에 질화철 피막의 두께가 10~90㎚로 형성되어 고망간강의 합금원소의 표면확산을 방지하여 용융도금 시 미도금 및 도금박리가 발생하지 않았으며, 점용접시 용융아연의 침입을 방지하는 장벽으로 작용하여 용접 LME 균열이 발생하지 않았다.
비교예 1과 같이, 분위기 가스를 암모니아 가스로 사용하여 소둔시 강판온도가 500℃이하에서 240초 이상 장시간 가열처리한 경우에서는 분위기 가스인 암모니아 가스가 해리되지 않아 아무리 장시간 가열처리하여도 소지강판 표면에 질화철 피막이 형성되지 않았다. 다만, 저온 소둔으로 고망간강의 합금원소의 표면농화 및 산화가 방지되어 미도금 및 도금박리성은 비교적 양호하였으나, 점용접시에는 계면에 질화철 피막이 형성되지 않아 아연도금층이 용해 및 액상으로 되어 소지강판에 침입하여 점용접시 용접 LME 균열이 발생하였다.
비교예 2와 같이, 분위기 가스를 암모니아 가스로 사용하고 소둔시 강판온도가 900℃이상인 경우에는 60초의 짧은 가열처리에도 소지 표면에 150㎚이상의 두꺼운 질화철 피막이 형성되었다. 이와 같이 두꺼운 질화철 피막이 형성된 경우 용융도금시 미도금 및 도금박리가 발생하지 않았으며, 점용접시 용융아연의 침입을 방지하는 장벽으로 작용하여 용접 LME 균열이 발생하지 않았으나, 두꺼운 질화철 피막 형성으로 부품 가공시 가공결함이 발생함으로 바람직하지 않았다.
분위기 가스를 암모니아 가스로 사용하고 소둔시 강판온도 850℃에서 30초간 가열처리한 경우(비교예 3) 및 강판온도 600℃에서 50초간 가열처리한 경우(비교예 4)에는 분위기 가스인 암모니아 가스가 수소분자와 질소원자로 분해는 가능하였으나, 유지시간이 짧아 소지 표면에 질화철 피막을 충분히 형성시키는 것이 불가능하여 용융도금시 부분적으로 미도금 및 도금박리가 발생하였고, 점용접시 용융아연이 소지 입계로 침입하여 용접 LME 균열이 발생하였다.
이상에서 본 명의 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 (5)

  1. 중량%로, C: 0.3~1%, Mn: 8~25%, Si: 0.1~3%, Al: 0.1~8%, Cr: 0.1~2%, Ti: 0.01~0.2%, B: 0.0005~0.01%, P: 0.01~0.3%, S: 0.0005%~0.01%, Ni: 0.06~2.0%, Sn: 0.02~0.2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 소지강판;
    상기 소지강판 상에 형성된 질화철 피막; 및
    상기 질화철 피막 위에 형성된 아연 도금층을 포함하는 도금성 및 점용접성이 우수한 용융아연도금강판.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 질화철 피막의 두께는 10~90nm인 도금성 및 점용접성이 우수한 용융아연도금강판.
  3. 중량%로, C: 0.3~1%, Mn: 8~25%, Si: 0.1~3%, Al: 0.1~8%, Cr: 0.1~2%, Ti: 0.01~0.2%, B: 0.0005~0.01%, P: 0.01~0.3%, S: 0.0005%~0.01%, Ni: 0.06~2.0%, Sn: 0.02~0.2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 소지강판을 준비하는 단계;
    상기 소지강판을 암모니아 가스 분위기에서 가열하여 질화철 피막을 형성하는 단계; 및
    상기 질화철 피막 위에 아연 도금층을 형성하는 단계를 포함하는 도금성 및 점용접성이 우수한 용융아연도금강판의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 질화철 피막을 형성하는 단계는 가열온도 600~850℃에서 60~240초간 가열하는 것을 특징으로 하는 도금성 및 점용접성이 우수한 용융아연도금강판의 제조방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 질화철 피막을 형성하는 단계는 상기 질화철 피막의 두께가 10~90nm가 되도록 행하는 도금성 및 점용접성이 우수한 용융아연도금강판의 제조방법.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114686651A (zh) * 2020-12-31 2022-07-01 通用汽车环球科技运作有限责任公司 具有降低的液态金属致脆(lme)敏感性的锌涂覆的钢

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