KR101585721B1 - 용접성이 우수한 아연도금강판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 망간(Mn) 8 중량% 내지 25 중량%를 포함하는 소지 강판; 및 상기 소지 강판의 적어도 일 면에 아연 도금층을 포함하고, 상기 소지 강판과 아연 도금층 사이에 부착량이 500㎎/㎡ 내지 5000 ㎎/㎡ 인 니켈(Ni) 층을 포함하는 용접성이 우수한 아연도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

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 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 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 용접 액상금속취화(Liquid Metal Embrittlement, 이하, 'LME'라 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, 베이나이트상, 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) 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 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.
일본공개특허 특개평 4-259325 국제공개공보 WO93/013233호 국제공개공보 WO99/001585호 국제공개공보 WO02/101109호 한국공개특허 제2012-0017955호 일본공개특허 특개 2006-249521 일본공개특허 특개 2006-265671
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소지 강판 및 아연 도금층 사이에 부착량이 500㎎/㎡ 내지 5000 ㎎/㎡인 니켈(Ni)층을 단일층으로 포함함으로써, 용접시 용접 열 영향부에서의 액상금속취화 균열의 발생을 방지하여 용접성이 우수한 아연도금강판 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
일 측면에서, 본 발명은, 망간(Mn) 8 중량% 내지 25 중량%를 포함하는 소지 강판; 상기 소지 강판의 적어도 일 면에 아연 도금층을 포함하고, 상기 소지 강판과 아연 도금층 사이에 니켈(Ni) 부착량이 500㎎/㎡ 내지 5000 ㎎/㎡ 인 니켈(Ni)층을 포함하는 용접성이 우수한 아연도금강판을 제공하고자 한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 망간(Mn) 8 중량% 내지 25 중량%를 포함하는 소지 강판을 준비하는 단계; 상기 소지 강판의 적어도 일면에 니켈(Ni) 부착량이 500㎎/㎡ 내지 5000 ㎎/㎡ 인 니켈(Ni)층을 형성하는 단계; 및 상기 니켈(Ni)층이 형성된 소지 강판 상에 아연 도금층을 형성하는 단계를 포함하는 용접성이 우수한 아연도금 강판의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 용접성이 우수한 아연도금 강판은 소지 강판과 아연 도금층 사이에 부착량이 500㎎/㎡ 내지 5000 ㎎/㎡ 인 니켈(Ni)층을 포함함으로써, 고망간강에 대한 추가적인 합금 원소의 첨가 없이도 용접성이 우수한 고망간강 아연도금 강판을 얻을 수 있어 매우 유리하다.
도 1은 니켈(Ni) 부착량에 따른 계면의 니켈(Ni) 농화도(濃化度)를 전자선 마이크로애널라이저(Electrone Probe X-ray Microanalyzer; EPMA)를 이용하여 측정한 면 분석 사진을 나타낸 것이다.
도 2는 비교예 3에 따른 용융아연도금 강판의 온도에 따른 인장응력 및 변형률 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 1에 따른 용융아연도금 강판의 온도에 따른 인장응력 및 변형률 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 실시예 1 내지 3 및 비교예 4 내지 6에 따른 용융아연도금 강판의 인장강도 및 변형률 변화를 나타낸 그래프이다.
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 LME은 용접 시 열영향부 어깨부의 도금층이 용융되어 형성된 액상이 고온 및 인장응력에 의해서 팽창한 소지 강판의 입계로 침투하여 발생되는 것을 알아내었다.
보다 구체적으로는, 용접 시 열영향부 어깨부는 인장응력이 작용함과 동시에 온도가 급격히 상승하여 최대 750℃ 정도까지 올라 가게 되는데 반해, 도금층은 약 420℃ 정도에서 용융이 시작되어 액상이 되고, 열영향부 어깨부의 온도가 올라갈수록 도금층이 용융되어 형성된 액상의 유동성이 급격히 증가하여 소지 강판의 입계로 침투하기 때문에 용접 LME 균열이 발생하게 되는 것이다.
이에 본 발명의 발명자들은 용접LME 발생을 방지하기 위하여 연구를 거듭한 결과, 상대적으로 저 융점의 도금층이 용융되더라도 상기 용융된 액상이 소지 강판의 입계로 침투할 수 없도록 소지 강판 및 도금층의 계면에 상대적으로 고 융점을 갖는 니켈(Ni)층을 형성시킴으로써, 도금층이 용융되어 형성된 액상이 소지 강판의 입계로 침투하는 것을 방지하는데 매우 효과적임을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
보다 상세하게, 본 발명에 의하면, 용접 시 열영향부의 도금층이 용융되더라도 상기 용융된 액상이 소지 강판의 입계로 침투할 수 없도록, 소지 강판과 아연 도금층 사이에 부착량이 500㎎/㎡ 내지 5000 ㎎/㎡ 범위로 조절된 니켈(Ni)층을 포함함으로써, 고망간강 용융아연도금강판의 용접LME성을 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 용접성이 우수한 아연도금강판은, 망간(Mn) 8 중량% 내지 25 중량%를 포함하는 소지 강판; 및 상기 소지 강판의 적어도 일 면에 아연 도금층을 포함하고, 상기 소지 강판과 아연 도금층 사이에 부착량이 500㎎/㎡ 내지 5000 ㎎/㎡ 인 니켈(Ni)층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명에 사용되는 소지 강판은 고강도강 중 망간(Mn) 8 중량% 내지 25 중량%를 포함하는 고망간강인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
보다 구체적으로 예를 들면, 상기 소지 강판은, 중량%로, 탄소(C) 0.3% 내지 1%, 망간(Mn) 8% 내지 25%, 실리콘(Si) 0.1% 내지 3%, 알루미늄(Al) 0.1% 내지 8%, 크롬(Cr) 0.1% 내지 2%, 티타늄(Ti) 0.01% 내지 0.2%, 보론(B) 0.0005% 내지 0.01%, 인(P) 0.01% 내지 0.3%, 황(S) 0.0005% 내지 0.01%, 니켈(Ni) 0.06% 내지 2.0%, 주석(Sn) 0.02% 내지 0.2%, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 고망간 소지 강판 상에 아연 도금 부착량이 0 초과 65g/㎡ 이하가 되도록 상기 아연 도금층을 형성한다. 이때, 형성된 아연 도금층의 두께는 3㎛ 내지 7㎛인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은, 상기 소지 강판 및 아연 도금층 사이에 형성되는 니켈(Ni)층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때 상기 니켈(Ni)층은 열영향부인 어깨부의 도금층이 용융되어 그 액상이 소지 강판의 입계로 침투하는 것을 막는 장벽 역할을 하는 것이다.
여기서, 상기 니켈(Ni)층을 형성하는 니켈(Ni) 부착량은 예를 들면, 500㎎/㎡ 내지 5000㎎/㎡일 수 있다.
일반적으로 니켈(Ni)은 1000℃ 이상의 고 융점을 갖는다. 그러나, 본 발명과 같이 소지 강판 및 아연 도금층 사이에 니켈(Ni)층을 형성할 때, 상기 니켈(Ni)층이 단속적으로 배열된 점상으로 형성되거나, 치밀하지 못한 막을 형성할 때에는 아연 도금층 형성 전의 소둔 과정에서 소지 강판과의 반응에 의해서 Fe-Mn-Zn-Ni계 금속간 화합물로 이루어진 계면층을 형성하게 된다. 이 경우, 니켈(Ni) 고유의 특성인 고 융점을 갖는 특성을 잃게 되므로, 상기와 같은 도금층의 용융된 액상이 소지 강판의 입계로 침투하는 것을 막는 장벽 역할을 효과적으로 수행할 수 없다.
이해를 돕기 위하여, 도 1에는 니켈(Ni)층 형성시 니켈(Ni) 부착량에 따른 계면의 니켈(Ni) 농화도(濃化度)를 나타내었다. 도 1을 참조하면, 니켈(Ni) 부착량이 증가함에 따라 니켈(Ni)은 점상에서 얇은 피막을 거쳐 매우 치밀한 피막으로 변화된 형태로 형성됨을 알 수 있다. 보다 구체적으로, 니켈(Ni) 부착량이 100㎎/㎡ 이상인 경우에는 피막을 형성하고, 부착량이 증가하는 경우 피막의 치밀도도 증가하고 있으며, 니켈(Ni) 부착량이 500㎎/㎡ 이상인 경우에는 매우 치밀한 피막 (붉은색의 띠)를 형성하고 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 포함되는 상기 니켈(Ni)층의 부착량은 적어도 500㎎/㎡ 이상인 것이 바람직하다.
한편, 니켈(Ni)의 부착량이 5000㎎/㎡ 을 초과하는 경우에는 두꺼운 피막이 형성되어 밀착성의 저하를 가져올 뿐만 아니라, 비용이 증가되므로 경제적이지 못하다.
다음으로, 본 발명에 따른 용접성이 우수한 아연도금 강판은 Fe-Mn-Zn-Ni/Ni/Zn의 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다. 아연도금 강판이 Fe-Mn-Zn-Ni/Ni/Zn의 3층 구조를 포함하는 경우, 여기에 순수한 니켈(Ni) 단일층이 치밀한 피막 형태로 형성되기 때문에 도금층이 용융되어 형성된 액상이 소지 강판의 입계로 침투하는 것을 막는 장벽 역할을 수행할 수 있고, 결과적으로 용접 LME 발생 현상을 획기적으로 개선할 수 있다.
한편, 상기 니켈(Ni)층 및 아연 도금층은 인장온도 700℃에서의 변형률을 기준으로, 인장온도 750℃에서의 변형률 변화율이 0% 내지 5% 범위인 것이 바람직하다. 용접, 특히 점용접 시 용접 LME 균열이 일어나는 용접 어깨부의 온도는 최대 750℃ 정도 까지 급속히 상승하므로, 700℃에서의 변형률을 기준으로 상기 750℃에서의 변형률 변화율 수치가 낮을수록, 안정적으로 점용접을 수행할 수 있으므로 매우 유리하다.
다음으로, 본 발명에 따른 용접성이 우수한 아연도금강판의 제조방법을 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 용접성이 우수한 아연도금강판을 제조하는 방법은, 망간(Mn) 8 중량% 내지 25 중량%를 포함하는 소지 강판을 준비하는 단계; 상기 소지 강판의 적어도 일면에 부착량이 500㎎/㎡ 내지 5000 ㎎/㎡ 인 니켈(Ni)층을 형성하는 단계; 상기 니켈(Ni)층이 형성된 소지 강판을 소둔하는 단계; 및 상기 소둔하는 단계 후에 니켈(Ni)층이 형성된 소지 강판 상에 아연 도금층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 도금 소재로서 사용되는 망간(Mn) 8 중량% 내지 25 중량%를 포함하는 소지 강판에 대해서는 전술한 바와 같다.
다음으로, 상기 소지 강판의 적어도 일면에 부착량이 500㎎/㎡ 내지 5000㎎/㎡ 인 니켈(Ni)층을 형성한다. 이때, 니켈(Ni)층 형성은 당해 기술분야에 잘 알려진 방법을 통해 수행될 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
상기한 바에 따라, 니켈(Ni)층이 형성되면 소둔 하는 단계를 수행한다. 이때, 소둔 하는 단계는 이슬점 온도가 -30℃ 내지 -80℃인 환원분위기에서, 소둔 온도 700℃ 내지 850℃로 실시되는 것이 바람직하다.
본 발명의 경우 소둔 하는 단계를 수행하기 전에 니켈(Ni)층을 형성하기 때문에 이슬점 온도에 민감하지 않지만, 이슬점 온도를 -80℃ 미만으로 하기 위해서는 분위기 가스 내 산소나 수분을 제거하기 위해서 많은 정제장치가 필요하므로 바람직하지 못하다. 따라서, 소둔하는 단계에서 이슬점 온도는 -30℃ 내지 -80℃로 제어함이 바람직하다.
또한, 소둔 온도가 700℃ 미만으로 너무 낮으면 압연조직의 재결정이 국부적으로 발생되기 때문에 바람직하지 못하고, 소둔 온도가 850℃를 초과하여 너무 높으면 고온에 따른 재질연화와 함께 니켈(Ni) 피막이 소지 강판과 반응하여 니켈(Ni) 관련 합금층을 만들어 순수 니켈(Ni) 단일층이 없어지거나 얇아지게 되어 용접시 액상 아연이 소지 강판의 입계로 침투하는 것을 방지하는 것이 불가능하기 때문에 바람직하지 못하다.
상술한 바에 따라, 소둔 하는 단계를 수행한 후에 용융아연도금을 실시함으로써 본 발명에 따른 고망간강 용융아연도금강판을 제조할 수 있다. 이때, 상기 용융아연도금강판의 제조를 위한 용융아연도금은 알루미늄(Al)을 중량%로 0.20% 내지 0.25% 포함하는 용융아연 도금욕에서 480℃ 내지 520℃의 침지 온도로 침지하여 실시함이 바람직하다. 도금욕 내 알루미늄(Al)의 농도 및 침지 온도가 상기 수치범위를 만족하는 경우 표면 및 외관 특성이 우수한 아연도금 강판을 얻을 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
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 조압연 온도 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 니켈(Ni) 피막의 부착량이 1000mg/m2이 되도록 전기도금을 실시하였다. 다음으로, 상기 니켈(Ni)층이 형성된 냉연강판을 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 알루미늄(Al)농도가 0.23 중량% 이하이고, 도금욕 온도가 460℃인 아연도금욕에 3초간 침적하여 한 면 당 도금부착량이 60g/㎡이 되도록 에어나이프로 조정하여 용융아연도금강판을 제조하였다.
실시예 2 내지 3 및 비교예 1 내지 6
하기 [표 1]에 기재된 함량으로 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 아연도금 강판을 제조하였다.
구분 Ni부착량
(㎎/㎡)		 합금화도
(Fe+Mn)(%)		 아연도금 부착량(g/㎡)
실시예 1 500 0 60
실시예 2 700 0 60
실시예 3 1000 0 60
비교예 1 0 5 60
비교예 2 10 2.5 60
비교예 3 30 1.5 60
비교예 4 50 1 60
비교예 5 100 0.5 60
비교예 6 300 0 60
실험예 1 - 변형률 변화율 측정
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 6과 같이 제조된 용융아연도금강판에 대한 변형률 변화율 측정은 고온인장시험기를 사용하여 수행하였다. 인장 시험을 위해 시편으로 제조된 시험편의 한쪽 면에 열전대를 부착하여 고온인장시험기에 장착한 후 통전하여 700℃ 및 750℃로 각각 급속 가열한 후, 인장하여 인장응력 및 변형률 관계를 측정하였다.
다음으로, 700℃에서의 변형률을 기준으로 750℃에서 측정한 변형률 변화율을 백분율로 계산하였다. 결과는 하기 [표 2]에 나타내었다.
실험예 2 - 점용접부에 대한 물성 평가
실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 6과 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 2]에 나타내었다.
본 발명의 고망간강 용융아연도금강판의 점용접 LME 평가 기준은 용접 LME 균열 발생 여부로 평가하였다.
구분 용접 후 도금층 구조 700℃에서의 변형률을 기준으로, 750℃에서의 변형률 변화율 (%) 액상금속취화 균열 깊이(㎛)
실시예 1 Fe-Mn-Zn-Ni/Ni/Zn 0 0
실시예 2 Fe-Mn-Zn-Ni/Ni/Zn 1.75 0
실시예 3 Fe-Mn-Zn-Ni/Ni/Zn 3.5 0
비교예 1 Fe-Mn-Zn/Zn 82.5 120
비교예 2 Fe-Mn-Zn/Zn 82.5 120
비교예 3 Fe-Mn-Zn/Zn 82.5 105
비교예 4 Fe-Mn-Zn-Ni/Zn 73.7 75
비교예 5 Fe-Mn-Zn-Ni/Zn 35.1 54
비교예 6 Fe-Mn-Zn-Ni/Zn 17.5 15
상기 [표 2]에 나타낸 바와 같이, 본 발명과 같이 니켈(Ni) 부착량이 500㎎/㎡ 이상인 실시예 1 내지 3에 따른 아연도금강판의 경우, 니켈(Ni) 단일층이 존재하고, 이로 인해 용접 LME 균열이 발생하지 않은 것을 알 수 있다. 그러나, 니켈(Ni) 부착량이 0 이거나 500㎎/㎡ 미만인 비교예 1 내지 6의 경우, 니켈(Ni) 단일층이 존재하지 않고, 이로 인해 도금층에서 용융된 액상이 소지 강판 입계로 침투하여 용접 LME 균열이 발생한 것을 알 수 있다.
한편, 실제 점용접시 용접 LME 발생 조건을 유사하게 모사하여 정량적으로 평가하기 위해, 실시예 1 및 비교예 3에 따른 용융아연도금 강판으로 700℃ 및 750℃에서 측정한 인장응력 및 변형률 관계에 대한 그래프를 하기 도 2 및 도 3에 나타내었다. 도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, 니켈(Ni) 부착량이 500㎎/㎡인 실시예 1에 따른 용융아연도금 강판의 경우 700℃ 및 750℃에서 변형률 차이가 거의 발생하지 않았다. 그러나, 니켈(Ni) 부착량이 30㎎/㎡인 비교예 3에 따른 용융아연도금 강판의 경우 700℃에서의 변형률은 0.58이나 용접 LME가 발생하는 온도인 750℃에서의 변형률은 0.17로 변형률이 70% 이상 감소하였다.
이는 비교예 3의 경우, 점용접시 가열되는 용접 어깨부의 온도가 700℃인 경우에는 도금층의 용융된 액상이 소지 강판의 입계로 침투하지 못하여 인장시 연신되면서 변형율이 0.58을 나타내나, 750℃에서는 상기 용융된 액상이 소지 강판의 입계로 침투, 즉 용접 LME가 발생하여 크랙(crack)을 유발하는 쐐기 역할을 하기 때문이다. 즉, 용접 LME가 발생함으로써 인장 시 연신되지 못하고 바로 파단이 일어나기 때문에 연신율이 0.17로 급격히 떨어지게 되는 것이다. 그러나, 실시예 1의 경우, 750℃에서도 소지 강판 입계로 도금층의 용융 액상이 침투하지 못하기 때문에 700℃에서와 동일하게 인장 시 연신이 이루어지므로 변형률 변화가 거의 없는 것이다.
다음으로, 도 4에는 소지 강판 및 아연 도금층 계면의 니켈(Ni) 부착량에 따른 고온인장시험을 750℃에서 수행하여 인장응력 및 변형률 관계를 나타내었다.
도 4를 참조하면, 실시예 1 내지 3에 따른 용융아연도금 강판과 같이 니켈(Ni) 부착량이 500㎎/㎡이상인 경우에는 변형률이 0.58 로 변화가 없음을 알 수 있다. 이를 통해, 니켈(Ni) 부착량이 500㎎/㎡이상인 경우 도금층에서 용융된 액상이 소지 강판의 입계로 침투하지 못함을 알 수 있다. 또한, 이는 소둔 처리 후 아연 도금층 형성시에도 니켈(Ni)층이 단일 피막층으로 존재하는 경우 얻을 수 있는 효과이다.
왜냐하면, 소지 강판 및 도금층 계면의 니켈(Ni)층은 소둔 및 도금시 소지 강판 및 아연과 반응하여 다양한 금속간화합물을 형성하게 되는 데, 이렇게 될 경우 니켈 피막 고유한 고 융점 특성을 소실하게 되므로 용접 시 도금층이 용융되어 형성된 액상 아연이 소지 강판 입계로 침투하는 것을 막는 장벽으로서의 역할을 수행할 수 없기 때문이다.
보다 구체적으로, 본 발명과 같이 니켈(Ni)층의 니켈(Ni) 부착량이 500㎎/㎡ 이상인 아연도금 강판은, 소둔 처리 및 도금 후에도 Fe-Mn-Zn-Ni계 금속간화합물의 계면층뿐만 아니라 니켈(Ni) 단일층을 포함하고, 이러한 고 융점의 니켈(Ni) 단일층이 존재함으로써, 용접 시 발생하는 도금층의 용융 액상이 소지 강판 입계로 침투하는 것을 방지하는 장벽 역할을 하게 되므로, 용접LME 발생을 방지하는데 매우 효과적이다.
이에 반해, 비교예 4 내지 6에 따른 용융아연도금 강판과 같이 니켈(Ni) 부착량이 500㎎/㎡ 미만인 경우에는 니켈(Ni) 부착량이 감소함에 따라 변형률도 0.47, 0.38. 0.14 정도로 매우 낮아짐을 알 수 있다.
이는, 소지 강판 및 아연 도금층의 계면에 형성되는 니켈(Ni)층의 니켈(Ni) 부착량이 500㎎/㎡ 미만인 경우, 상기 니켈(Ni)층이 단속적인 점상 형태로 형성되거나 치밀하지 못한 피막 형태로 형성되며, 이로 인해 도금 전의 소둔 과정에서 소지 강판과의 반응에 의해 Fe-Mn-Zn-Ni계 금속간화합물의 계면층을 형성하여 니켈(Ni) 피막의 고유 특성인 고 융점을 잃게 되므로 상기와 같은 액상 아연의 장벽 효과를 얻을 수 없게 되기 때문이다.
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 (8)

  1. 중량%로, 탄소(C) 0.3% 내지 1%, 망간(Mn) 8% 내지 25%, 실리콘(Si) 0.1% 내지 3%, 알루미늄(Al) 0.1% 내지 8%, 크롬(Cr) 0.1% 내지 2%, 티타늄(Ti) 0.01% 내지 0.2%, 보론(B) 0.0005% 내지 0.01%, 인(P) 0.01% 내지 0.3%, 황(S) 0.0005% 내지 0.01%, 니켈(Ni) 0.06% 내지 2.0%, 주석(Sn) 0.02% 내지 0.2%, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 소지 강판; 및
    상기 소지 강판의 적어도 일 면에 아연 도금층을 포함하고,
    상기 소지 강판과 아연 도금층 사이에 부착량이 500㎎/㎡ 내지 5000 ㎎/㎡ 인 니켈(Ni) 단일층이 치밀한 피막 형태로 형성되어 있는 용접성이 우수한 아연도금강판.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 니켈(Ni) 단일층과 상기 소지 강판 사이에 Fe-Mn-Zn-Ni계 금속간화합물의 계면층을 더 포함하는 용접성이 우수한 아연도금강판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 니켈(Ni) 단일층 및 아연 도금층은 인장온도 700℃에서의 변형율을 기준으로, 인장온도 750℃에서의 변형율 변화율이 0% 내지 5%인 용접성이 우수한 아연도금강판.
  5. 중량%로, 탄소(C) 0.3% 내지 1%, 망간(Mn) 8% 내지 25%, 실리콘(Si) 0.1% 내지 3%, 알루미늄(Al) 0.1% 내지 8%, 크롬(Cr) 0.1% 내지 2%, 티타늄(Ti) 0.01% 내지 0.2%, 보론(B) 0.0005% 내지 0.01%, 인(P) 0.01% 내지 0.3%, 황(S) 0.0005% 내지 0.01%, 니켈(Ni) 0.06% 내지 2.0%, 주석(Sn) 0.02% 내지 0.2%, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 소지 강판을 준비하는 단계;
    상기 소지 강판의 적어도 일면에 부착량이 500㎎/㎡ 내지 5000 ㎎/㎡ 인 니켈(Ni) 단일층을 치밀한 피막 형태로 형성하는 단계;
    상기 니켈(Ni) 단일층이 형성된 소지 강판을 소둔하는 단계; 및
    상기 소둔하는 단계 후에 니켈(Ni) 단일층이 형성된 소지 강판 상에 아연 도금층을 형성하는 단계를 포함하는 용접성이 우수한 아연도금 강판의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    소둔하는 단계는 이슬점 온도가 -30℃ 내지 -80℃인 환원분위기에서, 소둔온도 700℃ 내지 850℃로 실시하는 것인 용접성이 우수한 아연도금 강판의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 아연 도금층을 형성하는 단계는 알루미늄(Al)을 중량%로 0.20% 내지 0.25% 포함하는 용융아연도금욕에서 480℃ 내지 520℃의 온도로 침지하여 실시하는 것인 용접성이 우수한 아연도금 강판의 제조방법.
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