KR101639877B1 - 표면이 미려한 고내식 아연합금 도금강판 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고급 건축 내장재, 가전제품 등에 적용 가능한 합금도금강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표면이 미려한 고내식 아연합금 도금강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 기존 스테인리스 강판과 동일·유사한 정도의 광택도를 가지면서, 표면이 미려하고, 내식성이 우수한 저가형의 도금강판을 제공할 수 있다.

Description

표면이 미려한 고내식 아연합금 도금강판 및 이의 제조방법 {ZN ALLOY PLATED STEEL SHEET HAVING EXCELLENT ANTI-CORROSION AND GOOD SURFACE APPERANCE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 고급 건축 내장재, 가전제품 등에 적용 가능한 합금도금강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표면이 미려한 고내식 아연합금 도금강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고내식성이 요구되는 제품에는 Ni과 Cr의 다량 첨가로 내식성을 향상시킨 스테인리스 강판이 주로 사용되고 있다.

스테인리스 강판의 내식성 향상을 위해 첨가되는 Ni과 Cr은 강 표면에 투명하고 전기적으로 절연성의 표면산화물을 자체적으로 형성함으로써 별도의 특수 처리 없이도 내식성이 매우 우수하고, Fe를 주로 함유하는 강판 고유의 금속성 표면이 유지되므로, 표면이 미려한 장점이 있다.

이와 같이, 미려한 표면외관을 갖고, 내식성이 우수한 스테인리스 강판은 고급 건축 내장재나 가전제품 등의 다양한 산업에 널리 사용되고 있다.

그러나, 스테인리스 강판에 필수적으로 첨가되는 Ni과 Cr은 가격이 매우 높아 제품 자체의 가격이 상승함에 따라 비경제적이면서, 고급 건축 내장재나 가전제품 등에 적용한 후 표면에 손 등이 접촉될 때 지문자국이 생기는 등 외부 물질에 의해 쉽게 오염되는 경향이 있어, 표면에 추가 도장을 행하거나 화학적 후처리가 요구된다. 하지만, 이 경우에도 스테인리스 표면의 산화물과 표면코팅처리한 물질의 화학적 반응성이 낮아 도장 부착성 등에 문제가 존재한다.

한편, 아연도금법은 부식전위가 철보다 낮은 아연을 강판에 부착함으로써 강판의 내부식성을 향상시키는 기법 중 하나이다. 산화분위기에서 부식정도가 철보다 빠른 아연의 부식을 유도하여 철의 부식을 억제하면서, 내식성 및 경제성이 우수한 고내식 특성을 갖는 강재를 제조하는데 널리 사용되고 있다. 특히, 아연도금법은 제조공정이 단순하고, 제품가격이 저렴하여 고내식성 성능이 필요한 산업전반에 걸쳐 그 수요가 증가하고 있는 실정이다.

아연도금재의 방식기구를 보다 상세히 설명하면, 아연이 도금된 아연도금강판은 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 산화분위기로부터 강재의 노출을 차단함으로써 강판의 내부식성을 향상시킨다.

그러나, 산업 고도화에 따른 대기오염의 증가, 부식환경이 점진적으로 악화되고 있고, 자원 및 에너지 절약에 대한 엄격한 규제로 인해 종래의 아연도금강판 보다 더 우수한 내식성을 갖는 강재 개발의 필요성이 높아지고 있다.

그 일환으로 아연 가격의 상승으로 인하여 도금원료의 사용량을 줄이면서 내식성을 향상시키고자하는 산업계의 수요가 꾸준히 증가하고 있으며, 최근 아연도금욕에 알루미늄(Al) 및/또는 마그네슘(Mg) 등의 원소를 첨가하여 강재의 내식성을 향상시킨 아연합금계 도금강판을 제조하기 위한 연구가 다양하게 진행되고 있다.

일 예로, 특허문헌 1에서는 3~17중량%의 Al 및 1~5중량%의 Mg을 함유하는 도금욕을 이용하는 용융아연합금 도금강판의 제조방법에 대해 개시하고 있으며, 특허문헌 2 내지 4에서는 상기와 동일한 조성을 갖는 도금욕 내에 여러 첨가원소를 배합하거나 제조조건을 규제함으로써 내식성 및 제조특성을 개선시킨 용융아연합금 도금강판의 도금방법에 대해 개시하고 있다.

이와 같이, 도금욕 내에 Al, Mg 등의 원소를 첨가하는 것으로부터 내식성을 향상시킬 수는 있으나, Al 및/또는 Mg이 첨가된 도금재의 표면은 기존 스테인리스 강판 등의 Fe 베이스 강판에 비해 광택도가 떨어지고, Fe 고유의 금속성 표면에 비하여 심미성이 떨어져 미려한 표면특성이 요구되는 고급 건축 내장재 및 가전제품 등에 바로 사용될 수 없는 단점이 있다.

미국 등록특허공보 제3,505,043호 일본 공개특허공보 제2000-104154호 일본 공개특허공보 제1999-140615호 국제공개공보 WO2006-002843호

본 발명의 일 측면은, 고내식성을 갖는 합금도금강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스테인리스 강판 수준의 금속성 광택을 갖으면서, 미려한 표면외관을 갖을 뿐만 아니라 경제적으로도 유리한 고내식 아연합금 도금강판 및 이의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 측면은, 소지강판을 준비하는 단계; 상기 소지강판의 편면 또는 양면에 Al, Mg, Sn 및 Sb 중 1종 이상의 원소와 잔부 Zn 및 불가피한 불순물로 이루어지는 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 도금층 표면에 연속적으로 압력을 가하는 단계를 포함하는 표면이 미려한 고내식 아연합금 도금강판의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 다른 일 측면은, 소지강판 및 상기 소지강판의 편면 또는 양면에 도금층을 포함하고, 상기 도금층은 Al: 0.5~15%, Mg: 0.5~5%, Sn: 1~10% 및 Sb: 0.5~5% 중 1종 이상의 원소와 잔부 Zn 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것인 표면이 미려한 고내식 아연합금 도금강판을 제공한다.

본 발명에 의하면, 기존 스테인리스 강판과 동일·유사한 정도의 광택도를 가지면서, 표면이 미려하고, 내식성이 우수한 저가형의 도금강판을 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 시편에 가해지는 압력에 따른 도금층 표면광택도의 변화를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 시편에 가해지는 압력에 따른 도금층의 표면을 SEM으로 관찰한 결과를 나타낸 것이다.

본 발명자들은 고내식성이 요구되는 산업에서 주로 사용되는 고가의 스테인리스 강판을 대체할 수 있는 도금강판을 개발하기 위해 깊이 연구한 결과, 도금조성으로서 아연합금 도금조성을 이용하여 아연합금 도금층을 형성하면서, 이러한 도금층의 표면경도를 높게 제어하는 경우, 광택도 및 표면특성이 우수한 도금강판을 제조할 수 있으며, 이러한 도금강판은 상기 스테인리스 강판을 대체할 수 있을 뿐만 아니라, 비용 측면에서도 유리하여 고내식성이 요구되는 산업 분야에 널리 적용할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

한편, 본 발명자들은 일반적으로 사용되는 아연도금강판의 아연 도금층의 경도를 높이는 시도를 해보았으나, 아연 도금층의 연한 특성으로 인해 도금층이 탈리되거나, 표면에 압흔이 형성되어 표면특성이 저하되는 문제가 있음을 발견하였다.

이에, 본 발명에서는 소지강판 표면에 아연도금층이 아닌 아연합금 도금층을 형성시키고자 하였으며, 이로 인해 하기에 구체적으로 설명하는 표면이 미려한 고내식 아연합금 도금강판을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 일 측면에 따른 표면이 미려한 고내식 아연합금 도금강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 아연합금 도금강판의 제조방법은, 미리 준비된 소지강판 상에 도금층을 형성한 후 이 도금층 표면에 압력을 가하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상술한 방법을 통해 의도하는 아연합금 도금강판을 제조함에 있어서, 그 소지강판은 특별히 한정하지 아니하며, 일반적으로 도금강판을 제조하는데에 적용되는 강판이면 충분하다.

일 예로, 소둔처리된 냉연강판을 이용하는 것이 바람직하나, 미소둔(Full Hard)된 냉연강판을 이용할 수도 있다.

상기 준비된 소지강판 상에 도금층을 형성하는 것이 바람직하며, 이때 도금층은 아연합금 도금층인 것이 바람직하다.

상기 아연합금 도금층을 형성함에 있어서, 그 성분조성이 Al: 0.5~15%, Mg: 0.5~5%, Sn: 1~10% 및 Sb: 0.5~5% 중 1종 이상의 원소와 잔부 Zn 및 불가피한 불순물로 이루어지도록 합금도금을 행하는 것이 바람직하다. 상기 각각의 성분조성이 하한값을 만족하지 아니하면 형성되는 아연합금 도금층의 경도가 낮은 문제가 있으며, 반면 그 함량이 상한값을 초과하게 되면 도금욕 상부에 산화물이 다량 발생하여 도금재 표면에 결함을 야기시키는 문제가 있다.

상술한 성분조성의 아연합금 도금층을 형성하기 위한 도금방법으로는, 용융상태의 도금욕 내에 소지강판을 침지하는 방법을 이용할 수 있으며, 상술한 성분조성으로 조절 가능하다면 진공증착법, 전기도금법 등의 어떠한 도금방법을 이용하여도 무방하다.

한편, 상술한 성분조성을 갖는 아연합금 도금층은 그 표면경도가 100Hv 이상으로서, 만일 상기 도금층의 표면경도가 100Hv 미만이면 후속하는 공정에서 도금층이 손상되는 문제가 있으므로 바람직하지 못하다.

상기와 같은 아연합금 도금층의 형성이 완료되면, 상기 도금층 표면에 일정한 압력을 가하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 도금 후 도금층 표면에 압력을 가하는 것은, 최종 제조되는 아연합금 도금강판의 표면에 미려한 금속성 광택을 부여하기 위한 것이다.

이를 위해, 상기 도금층 표면에 연속적으로 일정한 압력을 가하여 마찰을 일으키는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 10MPa 이상, 30MPa 미만의 범위 내로 압력을 가하여 마찰력을 부여하는 것이 바람직하다. 이때, 도금층의 표면 손상을 방지하기 위해 세정유를 도포할 수 있다.

상기 가해지는 압력이 10MPa 미만이면 표면의 광택도 향상 효과가 거의 없으며, 반면 30MPa 이상으로 가해지게 되면 도금층 표면에 크랙(crack)이 발생하거나 도금층의 밀착성이 저하하는 문제가 있다.

상술한 범위 내로 압력을 가하는 방법으로는 특별히 한정하지 아니하며, 예를들어 마찰볼이나 롤(roll)을 이용할 수 있다. 이때, 헤드를 고정시키는 것이 바람직하며, 만일 헤드가 움직이게 되면 도금층 표면에 마찰이 발생하기 보다는 압연처리 효과가 나타날 수 있으므로 바람직하지 못하다. 일 예로, 고정된 헤드를 도금층 표면에 압착한 후 한 방향으로 헤드를 이동시킴으로써 마찰력을 부여할 수 있으며, 이러할 경우 광택도가 깨끗하고 미려하게 증가된 마찰면을 얻을 수 있다.

상기에 따라 아연합금 도금층 표면에 일정의 압력이 가해진 본 발명의 아연합금 도금강판은 표면 광택도가 우수하고, 고내식성을 갖는 특징이 있다.

한편, 상기 표면 광택도가 향상된 도금강판의 표면에 백청, 적청 등의 녹 발생을 방지하기 위한 목적에서, 피막처리를 행할 수 있다.

이때, 피막처리로는 인산처리, 크로메이트 혹은 논-크로메이트(크롬프리) 처리를 행하여 후처리 도막층을 형성하거나, 이러한 후처리 도막층의 형성없이 투명 클리어 도료 또는 색소가 함유된 유색도료 등을 이용한 화학처리를 행할 수 있다.

이하, 본 발명의 다른 일 측면인 표면이 미려한 고내식 아연합금 도금강판에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 아연합금 도금강판은 소지강판 및 상기 소지강판의 편면 또는 양면에 형성된 도금층을 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 아연합금 도금강판은 소지강판 상에 아연 이외의 합금성분을 함유하는 아연합금 도금층을 가짐으로써, 표면의 광택도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

보다 구체적으로, 상기 아연합금 도금층은 Al: 0.5~15%, Mg: 0.5~5%, Sn: 1~10% 및 Sb: 0.5~5% 중 1종 이상의 원소와 잔부 Zn 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 아연합금 도금강판은 상기 아연합금 도금층 상부에 피막처리층을 더 포함할 수 있으며, 상기 피막처리층은 외부오염으로부터 강판을 보호하는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예의 기재는 본 발명의 실시를 예시하기 위한 것일 뿐 이러한 실시예의 기재에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

( 실시예 )

강판의 두께, 폭 및 길이가 각각 0.8 mm × 120 mm × 200 mm인 냉연강판을 아세톤에 침지시킨 상태에서 초음파로 세척하여 표면의 이물질과 기름을 제거하여 시편을 준비하였다. 이후, 상기 시편을 분위기 가스가 수소 10% 및 질소 90%로 구성된 환원분위기에서 소둔 열처리하였으며, 상기 소둔 열처리시 온도는 요구되는 기계적 성질에 적합하게 700~820℃로 하였다.

이후, 열처리된 시편을 미리 준비한 2중량%의 Al 및 3중량%의 Mg이 함유된 합금용융도금욕(잔부 Zn 및 불가피한 불순물) 용탕에 약 5초간 침적 후 꺼낸 다음, 가스 와이핑을 이용하여 아연합금 도금층의 부착량을 편면기준 70g/m²으로 조절하였다. 이로부터 형성된 아연합금 도금층의 표면경도를 측정해본 결과 120Hv로 측정되었다. 본 실시예에서는 별도로 기재하지 않으나 본 발명에 따른 성분조성을 만족하는 아연합금 도금층은 그 표면경도가 모두 100Hv 이상이었다.

다음으로, 상기에 따라 형성된 아연합금 도금층 표면에 일정한 압력을 가하여 마찰을 일으켰다. 이때, 마찰을 일으키는 헤드의 하중을 조절하여 시편에 가해지는 압력을 1~33 MPa로 조절하였다. 상기 헤드의 이동거리는 200mm, 이동속도는 20mm/sec로 설정하였으며, 마찰중에 도금층 표면의 손상을 방지하기 위하여 P-DBH 세정유를 도포한 상태에서, 시편당 10회의 마찰을 가하였다.

이후, 시편에 가해지는 압력에 따른 도금층 표면광택도의 변화를 측정하여 도 1에 나타내었다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 도금층 표면에 가해지는 마찰압력이 10MPa 이상으로 되면 도금층의 표면광택도가 크게 향상되는 것을 확인할 수 있다.

도 2는 시편에 가해지는 압력에 따른 도금층의 표면을 SEM으로 관찰한 결과를 나타낸 것이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 마찰을 일으키기 전((a) 0MPa)과 비교하여 8Mpa(b)의 압력으로 마찰을 가한 시편의 경우 표면 변화가 거의 없었으며, 반면 11Mpa 이상(c~f)의 압력으로 마찰을 가할 경우에는 도금층이 평탄해지는 것을 확인할 수 있다.

한편, 30Mpa 이상의 압력으로 마찰력을 가하는 경우 도금층 표면에 크랙이 형성됨을 확인할 수 있으며, 이와 같이 도금층 표면에 크랙이 형성되면 크랙 사이로 대기중의 전해질이 침투하여 도금층의 내식성을 악화시키게 되는 문제가 있다. 따라서, 이러한 표면 크랙의 형성은 억제하는 것이 바람직하다.

비교를 위하여, 일반적인 아연도금강판에 5Mpa의 압력으로 마찰을 가한 후 그 표면조직을 관찰해본 결과(h), 일정한 압력으로 마찰을 가했을 때 도금층 표면광택도가 향상되는 본 발명의 아연합금 도금강판에 비해 일반적인 아연도금강판은 다른 결과를 보였다. 보다 구체적으로, 도면을 통해 확인할 수 있듯이 5Mpa의 작은 마찰력에 의해서도 아연도금층의 표면이 심하게 손상되었으며 도금층의 탈락도 관찰됨을 알 수 있다.

Claims (8)

1. 소지강판을 준비하는 단계;
   상기 소지강판의 편면 또는 양면에 Al: 0.5~15%, Mg: 0.5~5%와 잔부 Zn 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 표면경도가 100Hv 이상인 도금층을 형성하는 단계; 및
   상기 형성된 도금층 표면에 연속적으로 10MPa 이상, 30MPa 미만의 마찰압력을 가하는 단계
   를 포함하는 표면이 미려한 고내식 아연합금 도금강판의 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 도금층은 Sn: 1~10% 및 Sb: 0.5~5% 중 1종 이상의 원소를 더 포함하는 것인 표면이 미려한 고내식 아연합금 도금강판의 제조방법.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 마찰압력을 가하는 단계 후, 상기 도금층 표면에 피막처리하는 단계를 더 포함하는 것인 표면이 미려한 고내식 아연합금 도금강판의 제조방법.
   
6. 소지강판 및 상기 소지강판의 편면 또는 양면에 도금층을 포함하고,
   상기 도금층은 Al: 0.5~15%, Mg: 0.5~5%와 잔부 Zn 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 상기 도금층은 10MPa 이상, 30MPa 미만의 마찰압력이 가해진 것이며,
   상기 마찰압력이 가해지기 전 상기 도금층은 표면경도가 100Hv 이상인 표면이 미려한 고내식 아연합금 도금강판.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 도금층의 상부에 피막처리층을 더 포함하는 것인 표면이 미려한 고내식 아연합금 도금강판.
8. 제 6항에 있어서,
   상기 도금층은 Sn: 1~10% 및 Sb: 0.5~5% 중 1종 이상의 원소를 더 포함하는 것인 표면이 미려한 고내식 아연합금 도금강판.

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