KR101648657B1 - 강제 도장 부재 - Google Patents

Abstract

용접부의 내식성이 우수한 강제 도장 부재를 제공한다. 강판끼리를 용접 접합해서 이루어지는 강제 부재를 화성 처리와 전착 도장을 실시해서 강제 도장 부재로 할 때에, 상기 화성 처리를, 인산 아연 콜로이드를 함유하는 표면 조정제를 이용한 표면 조정 처리를 실시한 후, 불소 농도가 100질량ppm이상인 인산 아연 처리제를 이용한 인산 아연 처리를 실시하는 처리로 한다.

Description

강제 도장 부재{COATED STEEL MEMBER}

본 발명은 자동차의 랜딩 부재 등에 바람직하고, 강판끼리를 용접 접합하여 또한 화성 처리, 전착 도장이 실시되어 이루어지는 강제 도장 부재에 관한 것으로서, 특히 용접부의 내식성 향상을 위한 화성 처리 방법에 관한 것이다.

자동차나 건축, 전기 기기 등의 분야에서는 탄소강을 접합하기 위해, 일반적으로는 Ar에 20%정도의 CO₂를 혼합시킨 실드 가스 중에서 용접을 실행하는 소모 전극식의 아크 용접이 이용된다. 또한, 이들 탄소강을 접합해서 얻어지는 부재는 내식성을 확보하기 위해, 용접 후, 계속해서 전착 도장되는 경우가 많다. 그러나, 전착 도장을 실시하고 있음에도 불구하고, 사용이 장기간에 걸치는 경우나, 엄격한 부식 환경에 노출되는 경우에, 용접부를 기점으로 해서 부식이 발생한다고 하는 과제가 있다.

도장 후의 부식은 용접부, 즉 용접 비드 바로 위 및 용접 비드 토우 단부 등의 비드부나 용접 열 영향부(용접 비드부 이면측 포함)로부터 발생하고, 시간 경과에 수반하여 용접부와 그 주변을 포함하는 넓은 범위에서 도포막 팽출을 발생시키면서 깊게 부식이 진행하는 경향이 있다. 이와 같이 해서 부식이 진행하면, 용접부와 용접부 근방의 두께가 감소하여 강도가 저하한다. 이 때문에, 사용 중에 특히 용접부가 하중을 받는 바와 같은 부재, 예를 들면 자동차의 랜딩 부재에서는 강도 부족에 의해서 부재 그 자체가 파괴될 가능성도 있다.

자동차 부재 중에서도 특히 자동차의 랜딩 부재(예를 들면, 하부 암 등)는 강도나 내식성을 확보하는 목적에서 비교적 두껍게 되어 있기 때문에, 자동차의 랜딩 부재의 고강도 박육화는 자동차 차체의 대폭적인 경량화로 이어지고, 자동차 연비 향상에 극히 유효하다. 그 때문에, 자동차의 랜딩 부재의 소재로서, 박판의 고강도 강판이 적용되고 있다. 고강도 강판을 이용해서 자동차의 랜딩 부재 등을 제조할 때에는 통상, 고강도 강판을 가공, 용접에 의해서 원하는 형상으로 성형한 후, 내식성을 부여하는 목적에서 전착 도장이 실시된다.

또, 전착 도장의 전처리로서 인산 아연 처리로 대표되는 화성 처리가 실시된다. 화성 처리는 기재로 되는 강판과 전착 도장에 의해서 형성되는 도포막의 밀착성을 향상시키는 목적에서 실시되는 처리이다. 예를 들면, 인산 아연 처리의 경우에는 기재로 되는 강판 및 용접부의 표면에 인산 아연 결정을 성장시키는 것에 의해, 기재와 도포막의 밀착성을 향상시키고 있다. 그러나, 이러한 조치가 취해지고 있음에도 불구하고, 시간 경과에 수반하여 용접부 및 그 근방에서 부식이 종종 관측된다.

이상과 같이, 용접부 및 그 근방의 내식성 향상은 항상 중요한 과제로 되어 있다. 여기서, 이러한 과제를 해결하기 위해, 자동차용 부재 등의 부재를 형성하는 기재로서 아연계 도금 강판이 이용되는 경우가 있다. 그러나, 아연계 도금 강판을 가공, 용접에 의해서 원하는 형상으로 형성할 때, 용접시의 가열에 의해 용접부 근방의 아연 도금이 국부적으로 증발해 버린다. 그 때문에, 비도금재에 비하면, 내식성 향상의 효과는 보이지만, 아연계 도금 강판의 효과는 한정적이다.

용접부 및 그 근방에 보이는 부식에 대해서는 종래 검토가 이루어지고 있으며, 부식의 주된 요인은 [1] 용접부의 주로 용접 비드상에 부착된 슬래그, [2] 용접부에 부착된 용접 퓸, 또는 [3] 용접부의 표면 산화를 들 수 있다.

상기 [1]∼[3]과 같이, 슬래그나 용접 퓸이 부착되거나 표면 산화가 생긴 부재에 화성 처리를 실시해도, 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 용접 비드상이나 용접 비드 토우 단부 근방(용접 비드 토우 단부로부터 약 4㎜이내)에 있어서, 화성 처리층이 형성되지 않는 영역이 남는다. 이와 같이 해서 화성 처리층이 형성되지 않는 영역에서는 전착 도장시에 도포막의 부착이 불충분하게 되거나, 형성되는 도포막의 밀착성을 충분히 확보할 수 없기 때문에, 내식성이 현저히 저하하고, 부식의 발생/진행에 수반하여 부재의 두께가 감소한다.

상기한 문제를 해결하기 위해, 예를 들면 특허문헌 1에는 아크 용접 후에 전착 도장되는 구조체의 아크 용접부 및 그 근방의 도장 후 내식성을 개선하는 기술에 관해, 전착 도장 전의 아크 용접부 및 그 근방에, pH가 2이하이고 액 온도가 30℃이상 90℃이하인 비산화성의 산을 이용한 스프레이 처리 혹은 침지 처리를 실시하는 기술이 제안되어 있다. 이러한 기술에 의하면, 구조물을 형성하는 모재나 용접 비드를 상기한 특정의 산성 용액으로 용해하는 것에 의해, 모재 표면이나 용접 비드 표면의 슬래그를 제거하는 것이 가능하게 되어 있다. 또, 용접 퓸이나 용접 열 영향부 등의 모재 표면에 있어서의 표면 산화에 기인해서 생긴 산화물을 상기한 특정의 산성 용액으로 용해 제거하는 것이 가능하게 되어 있다.

또, 특허문헌 2에는 내식성 향상을 위해 용접 후에 전착 도장되는 것을 전제로 한 탄소강의 가스 실드 메탈 아크 용접에 관해, 실드 가스 중의 산화성 가스(CO₂, O₂)의 양을 저감하는 기술이 제안되어 있다. 이러한 기술에 의하면, 슬래그의 발생이 억제되어 전착 도장성이 향상하는 동시에, 열 영향부에서의 산화가 억제되는 동시에 용접 퓸 부착이 억제되어, 용접부 및 그 근방의 도장 후의 내식성이 개선된다고 되어 있다.

또, 특허문헌 3에는 내식성 향상을 위해 용접 후에 전착 도장되는 것을 전제로 한 탄소강의 가스 실드 메탈 아크 용접에 관해, 모재와 용접 와이어에 포함되는 합계 Si량 및 합계 Mn량을 저감하는 기술이 제안되어 있다. 이러한 기술에 의하면, 슬래그를 구성하는 Si 및 Mn의 함유량이 저감되는 결과, 슬래그의 발생이 억제되어 도장 후의 내식성이 개선된다고 되어 있다.

특허문헌 1; 일본국 특허공개공보 평성9-20994호 특허문헌 2; 일본국 특허공개공보 평성8-33982호 특허문헌 3; 일본국 특허공개공보 평성8-33997호

그러나, 상술한 종래 기술에는 다음과 같은 문제점이 있다.

특허문헌 1에서 제안된 기술에서는 아크 용접부 및 그 근방에, 특정의 산성 용액을 이용한 스프레이 처리 혹은 침지 처리를 실시하고 있지만, 도장 공정 전에 상기 산성 용액을 세정하는 것이 필요하게 되며, 구조체나 부재의 제조 공정이 번잡하게 된다. 또, 강판을 가공, 용접해서 원하는 형상으로 성형된 부재는 복잡 다양한 형상이다. 그 때문에, 상기 세정시, 산성 용액을 충분히 다 세정할 수 없어 부재의 간극에 산성 용액이 체류하는 경우가 있으며, 심한 부식을 유발해 버리는 경우가 있다. 또한, 산성 용액을 사용하기 때문에, 제조 설비 그 자체가 부식 환경에 노출되게 되며, 설비가 부식되어 버리는 것이나, 폐액이나 산성 용액의 퓸 등이 발생하기 때문에 환경 부하가 큰 것도 큰 문제로 된다.

또, 특허문헌 2에서 제안된 기술과 같이, 용접 실드 가스 중의 산화성 가스(CO₂, O₂)의 양을 저감하는 경우. 슬래그가 형성되지 않아 내식성이 양호하게 되는 경향이 보이지만, CO₂ 가스를 저감함으로써 용접 아크가 불안정하게 되고, 용접 비드 용입 불량이 발생하는 경우가 있다. 이러한 비드 결함은 강 구조체의 강도 저하로 이어지기 때문에, 특허문헌 2에서 제안된 기술을, 자동차 부재와 같이 복잡한 형상을 갖는 부재에 대해 적용하는 것은 곤란하다.

또, 특허문헌 3에서 제안된 기술과 같이, 모재와 용접 와이어의 조성을 제한하고, 슬래그의 원인으로 되는 Si량이나 Mn량을 저감하면, 용접부 및 그 근방의 도장 후의 내식성 개선을 기대할 수 있다. 그러나, Si나 Mn은 강판 강도의 향상에 극히 유효한 원소이고, 근래, 자동차의 경량화를 목적으로 해서, Si나 Mn을 많이 포함하는 고강도 강판의 적용이 확대하고 있다. 이러한 추세에 반해, 특허문헌 3에서 제안된 기술에서는 Si량이나 Mn량을 저감한 강판을 적용하는 것이 필요하게 되기 때문에, 강판의 판 두께를 얇게 하면 원하는 강도를 확보할 수 없다. 따라서, 특허문헌 3에서 제안된 기술에서는 자동차 경량화의 효과를 기대할 수 없다.

본 발명은 이러한 사정을 감안해서 이루어진 것으로서, 랜딩 부재 등, 자동차 부재를 비롯한 강제 도장 부재의 용접부에 있어서의 내식성을 개선하기 위한 기술을 제공한다. 구체적으로는 강판끼리를 용접 접합해서 이루어지는 강제 부재에 화성 처리를 실시한 후, 전착 도장이 실시되어 이루어지는 강제 도장 부재에 관해, 용접 비드 토우 단부로부터 2㎜미만의 부분에 있어서도 인산 아연 결정(화성 처리층)이 존재하고, 2㎜이상 떨어진 부분이 인산 아연 결정(화성 처리층)으로 완전히 덮이고, 도포막 밀착성이 우수한 강제 도장 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 바와 같이, 종래 기술에서는 용접 비드 토우 단부로부터 약 4㎜이상 떨어진 부분이면 인산 아연 결정으로 완전히 덮을 수 있지만, 용접 비드 토우 단부로부터 약 4㎜미만의 부분을 인산 아연 결정으로 완전히는 덮을 수 없었다. 또, 특허문헌 1∼3에서 제안된 기술은 용접 비드 토우 단부 근방에 인산 아연 결정을 형성할 수 있지만, 설비의 부식이나 비드 결함, 혹은 강판에 포함되는 합금 원소의 제약 등의 새로운 문제를 유발하는 것이었다. 본 발명은 이들 문제를 초래하지 않고, 용접 비드 토우 단부로부터 4㎜이상 떨어진 부분에서는 물론, 용접 비드 토우 단부로부터 2㎜밖에 떨어져 있지 않은 부분에서도 인산 아연 결정으로 완전히 덮이고, 또한 용접 비드 토우 단부로부터 2㎜미만의 부분에 있어서도 인산 아연 결정이 부분적으로 형성된 강제 도장 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

강제 도장 부재의 용접부에 있어서의 내식성의 열화는 용접부(용접 비드상, 용접 비드 토우 단부, 용접 열 영향부)에 부착된 슬래그나 용접 퓸, 또는 용접부에 발생한 표면 산화에 기인하는 것이다. 통상, 강제 부재에 화성 처리로서 인산 아연 처리를 실시하면, 인산 아연 처리제의 에칭 작용에 의해 피처리재인 강이 용해한다. 이 때, 수소 이온이 소비됨으로써, 고액 계면의 국부 영역에서 pH 상승이 일어나고, 강제 부재 표면에 인산 아연 결정(화성 처리층)이 석출된다. 그러나, 강제 부재의 용접부에서는 슬래그나 용접 퓸, 혹은 표면 산화의 존재에 의해, 강의 용해성이 저하하고, 결과적으로 인산 아연 결정이 생기기 어렵게 되어 있다. 그 때문에, 이들 부분에서는 인산 아연 결정의 형성이 불충분하게 되며, 도포막 밀착성을 충분히 확보할 수 없다.

그래서, 본 발명자들은 강판끼리를 용접 접합해서 이루어지는 강제 부재에 화성 처리로서 인산 아연 처리를 실시하는 경우에 있어서, 슬래그나 용접 퓸이 부착된 용접부, 및 표면 산화가 생긴 용접부나 용접부 이면측의 인산 아연 처리성(화성 처리성)을 개선하는 수단에 대해 예의 검토하였다. 그 결과, 소정의 불소 농도를 갖는 에칭성이 높은 인산 아연 처리제를 이용하는 것이 극히 유효한 수단인 것을 알아내었다. 즉, 소정의 불소 농도를 갖는 인산 아연 처리제를 이용하면, 해당 처리제의 강한 에칭 작용에 의해 용접 퓸이나 상기한 표면 산화 유래의 산화물이 용해 제거되기 때문에, 반응의 초기에 있어서 강의 용해가 저해되지 않고, 인산 아연 결정이 충분히 석출하는 것을 알아내었다.

그러나, 본 발명자들이 인산 아연 처리 후의 용접부에 대해 관찰한 결과, 상기한 강한 에칭 작용을 갖는 인산 아연 처리제를 이용해도, 또한 용접부에 부착된 용접 퓸이나 표면 산화의 산화물의 영향에 의해, 용접 비드 토우 단부 근방의 인산 아연 결정이 충분히 형성되지 않는 경우가 있는 것이 판명되었다. 이는 비드 토우 단부는 특히 용접 퓸의 퇴적이 현저하고 또한 용접 비드부를 제외한 표면 중에서, 입열에 의한 온도 상승이 가장 높아지는 부분이기 때문에, 표면 산화의 레벨도 높은 것에 기인한다. 이 때문에, 용접 비드 토우 단부에서는 에칭 효과를 갖고 있어도, 양호한 인산 아연 결정을 형성시키기 위해서는 불충분하다.

그래서, 본 발명자들은 용접 비드 토우 단부에도 인산 아연 결정을 충분히 석출시키는 수단에 대해 검토하였다. 그 결과, 소정의 불소 농도를 갖는 인산 아연 처리제의 사용시, 전처리로서, 인산 아연 콜로이드를 주성분으로 하는 표면 조정제를 이용하는 경우, 용접 비드 토우 단부에서의 결정 형성에 유리하게 되는 것을 알아내었다. 이는 예를 들면 Ti계 콜로이드 등 다른 표면 조정제에 비해, 인산 아연 콜로이드를 주성분으로 하는 표면 조정제는 표면 조정액 중에서의 콜로이드의 분산성이 높고 또한 표면 조정 후에 형성되는 인산 아연 결정과 동일한 성분이기 때문에, 석출 핵으로서 더욱 유효하게 작용하고, 산화물이 존재해도 용이하게 치밀한 인산 아연 결정으로 이루어지는 화성 처리층이 형성되기 때문이다.

또한, 본 발명자들은 강판끼리를 용접 접합해서 이루어지는 강제 부재에, 상기와 같이 원하는 표면 조정 처리 및 인산 아연 처리를 실시하는 것에 의해, 용접 비드 토우 단부로부터 2㎜를 넘어 떨어진 부분은 물론, 용접 비드 토우 단부로부터 2㎜밖에 떨어져 있지 않은 부분도 인산 아연 결정(화성 처리층)으로 덮인 강제 부재가 얻어지는 것을 알아내었다. 이러한 강제 부재에 전착 도장을 실시하는 것에 의해, 용접부의 내식성이 비약적으로 향상된 강제 도장 부재가 얻어지는 것을 알아내었다.

본 발명은 상기의 지견에 의거하여 완성된 것으로서, 그 요지는 다음과 같다.

[1] 강판끼리를 용접 접합해서 이루어지는 강제 부재를 화성 처리함에 있어서, 해당 화성 처리를, 인산 아연 콜로이드를 함유하는 표면 조정제를 이용한 표면 조정 처리를 실시한 후, 불소 농도가 100질량ppm이상인 인산 아연 처리제를 이용한 인산 아연 처리를 실시하는 처리로 하는 것을 특징으로 하는 강제 부재의 화성 처리 방법.

[2] [1]에 있어서, 상기 강판은 합금화 용융 아연 도금 강판인 것을 특징으로 하는 강제 부재의 화성 처리 방법.

[3] 강판끼리를 용접 접합해서 이루어지는 강제 부재에 화성 처리와 전착 도장을 실시해서 강제 도장 부재로 하는 강제 도장 부재의 제조 방법으로서, 상기 강제 부재에 [1]에 기재된 화성 처리를 실시한 후, 전착 도장을 실시하는 것을 특징으로 하는 강제 도장 부재의 제조 방법.

[4] [3]에 있어서, 상기 강판은 합금화 용융 아연 도금 강판인 것을 특징으로 하는 강제 도장 부재의 제조 방법.

[5] [3] 또는 [4]에 있어서, 상기 강제 도장 부재는 자동차의 랜딩 부재인 것을 특징으로 하는 강제 도장 부재의 제조 방법.

[6] [3] 내지 [5] 중의 어느 하나의 제조 방법을 이용해서 제조된 강제 도장 부재로서, 적어도 용접 비드 토우 단부로부터 2㎜ 떨어진 부분이 인산 아연 결정으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 강제 도장 부재.

[7] [6]에 있어서, 상기 강제 도장 부재는 자동차의 랜딩 부재인 것을 특징으로 하는 강제 도장 부재.

본 발명에 따르면, 강판끼리를 용접 접합해서 이루어지는 강제 부재에 화성 처리를 실시한 후, 전착 도장이 실시되어 이루어지는 강제 도장 부재에 있어서, 용접부의 내식성을 대폭 개선할 수 있다. 그 때문에, 엄격한 부식 환경에서 사용되고, 종래, 부재의 박육화가 곤란하게 되어 있던 자동차의 랜딩 부재 등을 박판의 고강도 강판에 의해서 형성하는 것이 가능하게 되며, 산업상 현저한 효과를 갖는다.

도 1은 실시예에서 사용한 필렛 용접 시험편의 형상을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도 중, 용접부를 확대한 도면이다.
도 3은 실시예에서 사용한 부식 촉진 시험의 시험 조건을 나타내는 도면이다.
도 4의 (a)는 비교예(조건 1, 시험편(11A))의 용접 비드 토우 단부로부터 100㎛ 떨어진 위치에 있어서의 SEM사진이다. 도 4의 (b)는 비교예(조건 1, 시험편(11A))의 용접 비드 토우 단부로부터 2㎜ 떨어진 위치에 있어서의 SEM사진이다. 도 4의 (c)는 비교예(조건 1, 시험편(11A))의 용접 비드 토우 단부로부터 4㎜ 떨어진 위치에 있어서의 SEM 사진이다.
도 5의 (a)는 본 발명예(조건 3, 시험편(31A))의 용접 비드 토우 단부로부터 100㎛ 떨어진 위치에 있어서의 SEM사진이다. 도 5의 (b)는 본 발명예(조건 3, 시험편(31A))의 용접 비드 토우 단부로부터 2㎜ 떨어진 위치에 있어서의 SEM 사진이다. 도 5의 (c)는 본 발명예(조건 3, 시험편(31A))의 용접 비드 토우 단부로부터 4㎜ 떨어진 위치에 있어서의 SEM 사진이다.
도 6의 (a)는 강판끼리를 아크 용접 접합해서 이루어지는 강제 부재에, 종래의 화성 처리를 실시한 경우에 있어서의 용접 비드부 주변의 단면을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 6의 (b)는 강판끼리를 아크 용접 접합해서 이루어지는 강제 부재에, 본 발명의 화성 처리를 실시한 경우에 있어서의 용접 비드부 주변의 단면을 모식적으로 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명의 강제 부재의 화성 처리 방법은 강판끼리를 용접 접합해서 이루어지는 강제 부재를 화성 처리함에 있어서, 해당 화성 처리를, 인산 아연 콜로이드를 함유하는 표면 조정제를 이용한 표면 조정 처리를 실시한 후, 불소 농도가 100질량ppm이상인 인산 아연 처리제를 이용한 인산 아연 처리를 실시하는 처리로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 강제 부재를 구성하는 강판의 종류는 특히 한정되지 않으며, 통상의 열연 강판, 냉연 강판, 혹은 아연계 도금 강판의 어느 것이라도 적용 가능하다. 특히, 아연계 도금 강판을 사용한 경우에, 용접시의 가열에 의해, 비드부 근방의 아연 도금이 일부 증발하고, 도금이 얇아지는 부분이 존재한다. 본 발명의 기술을 적용한 경우, 화성 처리 피막이 비드부 근방에서도 건전하게 형성되기 때문에, 상기와 같이 도금이 얇아지는 부분에 있어서도, 내식성 개선 효과가 충분히 얻어진다. 또, 강제 부재를 구성하는 강판으로서 합금화 용융 아연 도금 강판을 적용한 경우에는 도금에 의한 효과에 의해 더욱 내식성이 향상된다.

또, 본 발명의 효과는 열 영향부의 산화막에 기인한 화성 처리 불량을 개선하는 것이다. 그 때문에, 본 발명에서는 강판끼리를 용접 접합할 때의 용접의 종류에 대해서도 특히 불문하며, 아크 용접, 스폿 용접, 심 용접 등, 종전 공지의 용접을 적용할 수 있다. 이들 중에서도, 특히 아크 용접의 경우, 용접부에 있어서 부식에 관한 과제가 생기기 쉽기 때문에, 본 발명은 아크 용접을 적용하는 경우에 특히 유효하다. 여기서 말하는 아크 용접은 MAG 용접, MIG 용접, TIG 용접, 탄산 가스 아크 용접 등을 포함하는 것이며, 특히 한정할 필요는 없다.

또한, 강판끼리를 용접 접합함에 앞서 강판을 가공 성형해도 좋고, 강판끼리를 용접 접합한 후에 원하는 부재 형상으로 성형해도 좋다. 혹은, 강판을 가공 성형한 후 강판끼리를 용접 접합하고, 또한 가공 성형해서 원하는 부재 형상으로 성형해도 좋다. 또, 강판의 단부끼리를 용접 접합해서 얻어지는 강관도 본 발명에 있어서의 강제 부재에 포함되는 것으로 한다.

본 발명의 화성 처리 방법은 상기와 같이 강판끼리를 용접 접합해서 이루어지는 강제 부재에, 표면 조정 처리를 실시하는 공정과, 이에 계속되는 인산 아연 처리를 실시하는 공정으로 이루어진다. 본 발명은 인산 아연 콜로이드를 함유하는 표면 조정제를 이용하는 것, 및 불소 농도가 100질량ppm이상인 인산 아연 처리제를 이용하는 것을 최대의 특징으로 한다.

<인산 아연 콜로이드를 함유하는 표면 조정제>

인산 아연 콜로이드를 함유하는 표면 조정제는 Ti계 콜로이드를 포함하는 표면 조정제 등의 다른 표면 조정제에 비해, 표면 조정액 중에서의 콜로이드의 분산성이 높다. 또한, 인산 아연 콜로이드는 표면 조정 처리 후에 형성되는 인산 아연 결정과 동일한 성분이기 때문에, 인산 아연 결정의 석출핵으로서 더욱 유효하게 작용한다. 따라서, 용접 퓸이나 표면 산화 유래의 산화물이 존재하는 경우에도, 후술하는 원하는 인산 아연 처리를 실시하는 것에 의해, 치밀한 인산 아연 결정으로 이루어지는 화성 처리 피막을 용이하게 형성할 수 있다.

인산 아연 콜로이드를 함유하는 표면 조정제로서는 예를 들면, 일본 페인트(주)(NIPPON PAINT Co., Ltd.)제의 서프 파인(SURF FINE) GL-1, 일본 파카라이징(주)(Nihon Parkerizing Co., Ltd.)제의 프레파렌(PREPALENE) X나 프레파렌 XG 등을 들 수 있다. 또, 이들 표면 조정제를 이용해서 표면 조정 처리를 실시할 때에는 특별한 공정을 마련할 필요는 없으며, 상법에 따라 실시하면 좋다. 예를 들면, 원하는 표면 조정제를 소정의 탈 이온수로 용해시키고, 충분히 교반한 후, 규정의 온도(통상은 상온, 25∼30℃)의 처리액으로 하고, 해당 처리액 중에 강판을 소정 시간(20∼30초) 침지시킨다. 계속해서 건조시키지 않고, 다음 공정의 인산 아연 처리를 실행한다.

<불소 농도가 100질량ppm이상인 인산 아연 처리제>

본 발명에 있어서는 인산 아연 처리에서 이용하는 인산 아연 처리제의 불소 농도를 100질량ppm이상으로 하는 것을 필요로 한다. 불소 농도가 100질량ppm미만인 경우, 인산 아연 처리제의 에칭능이 불충분하게 되며, 용접부에 부착된 용접 퓸이나 표면 산화 유래의 산화물을 용해 제거할 수 없고, 인산 아연 결정의 석출에 필요하게 되는 강의 용해 반응을 충분히 촉진할 수 없다. 따라서, 불소 농도는 100질량ppm이상으로 한다. 바람직하게는 250질량ppm이상이다. 한편, 불소 농도가 과잉으로 높아지면, 불용성의 불화물이 생성되기 쉬워지고, 불용성의 불화물이 화성 처리 후에 잔류하면, 습윤 환경하에서의 도포막 밀착성이 저하되는 것이 우려된다. 그 때문에, 피처리재의 종류에도 의존하지만, 불소 농도는 1500질량ppm이하로 하는 것이 바람직하다. 또, 1000질량ppm이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

상기와 같은 원하는 불소 농도를 갖는 인산 아연 처리제는 시판 중인 인산 아연 처리제, 일반적으로는 알루미늄과 강을 공용해서 처리할 수 있는 시판의 강/알루미늄 병용형의 처리제를 이용하며, 그 불소 농도를 조정하는 것에 의해 얻어진다. 구체적으로는 일본 파카라이징(주)제의 팔본드(PALBOND) AX-35 등의 시판중인 처리제에, 불산이나 불화 수소 나트륨, 불화 나트륨, 불화 암모늄 등의 불화물, 혹은 규불산, 규불화나트륨, 지르콘불산 등의 착불화물 등의 1종 또는 2종 이상을 첨가해서 불소 농도를 조정하는 것에 의해 얻어진다. 시판중인 인산 아연 처리제가 원하는 불소 농도를 갖는 경우에는 불소 농도를 조정하지 않고 그대로 사용할 수 있는 것은 물론이다. 또한, 불소 농도는 시판중인 불소 이온 미터를 이용해서 측정할 수 있다. 불소 농도의 조정은 예를 들면 상기한 일본 파카라이징(주)의 처리제의 경우, 첨가 조정제(예를 들면 AD-4905)의 첨가량을 적절히 변경함으로써 조정할 수 있다.

본 발명에서는 상기와 같이 원하는 불소 농도로 조정된 인산 아연 처리제를 이용해서 인산 아연 처리를 실시한다. 이 인산 아연 처리는 강이나 아연 도금 강판 등에 일반적으로 사용되는 인산 아연 결정을 주체로 한 피막이 형성되는 소위 인산 아연 처리이면 특히 한정되는 것은 아니다. 즉, 인산 아연 처리를 실시할 때에는 인산 아연 처리제의 불소 농도를 필요에 따라 조정하는 것 이외에는 특별한 공정을 마련할 필요는 없으며, 상법에 따라 실시하면 좋다.

예를 들면, 상기한 표면 조정 처리를 실시한 강제 부재 표면에, 원하는 불소 농도로 조정한 인산 아연 처리제를 탈 이온수에 용해시킨 수용액에 침지 또는 해당 수용액의 스프레이 등의 방법에 따라 소정 시간(통상은 2분∼3분) 접촉시키는 것에 의해, 인산 아연 결정을 석출시키고, 원하는 두께의 결정 피막으로 하면 좋다. 또한, 원하는 내식성을 얻기 위해서는 편면당 인산 아연 피막 중량으로서 1∼4g/㎡, 더욱 바람직하게는 1.5∼3g/㎡로 하면 좋다.

이상과 같은 본 발명의 화성 처리 방법에 따르면, 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이, 용접 비드 토우 단부로부터 2㎜ 넘어 떨어진 부분은 물론, 용접 비드 토우 단부로부터 2㎜의 부분도 인산 아연 결정으로 완전히 덮을 수 있다. 또한, 용접 비드 토우 단부로부터 100㎛ 떨어진 부분에 있어서도 20%이하의 덮이지 않는 면적률(인산 아연 결정이 생성되어 있지 않은 면적률)에서 인산 아연 결정을 석출시킬 수 있다. 즉, 종래의 화성 처리 방법에서는 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 용접 비드 토우 단부 근방(용접 비드 토우 단부로부터 약 4㎜이내)에 있어서 화성 처리층이 형성되지 않는 영역이 남아 버리는 것에 반해, 본 발명의 화성 처리 방법에 의하면. 용접 비드 토우 단부 근방을 포함시켜 용접부 전체에 걸쳐 인산 아연 결정을 충분히 석출시킬 수 있다.

또, 본 발명의 강제 도장 부재의 제조 방법은 강판끼리를 용접 접합해서 이루어지는 강제 부재를 화성 처리와 전착 도장을 실시해서 강제 도장 부재로 하는 강제 도장 부재의 제조 방법으로서, 상기한 본 발명의 화성 처리 방법에 의해서 얻어진 화성 처리 완료의 강제 부재에 전착 도장을 실시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서의 전착 도장은 통상 사용되는 양이온형의 전착 도장이면 특히 한정되지 않는다. 전착 도장에 의해서 형성하는 도포막의 막 두께는 강제 도장 부재의 용도에 따라 다르지만, 건조 상태의 도포막에서 10㎛이상 30㎛이하 정도로 하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 강제 도장 부재는 상기한 본 발명의 제조 방법을 이용해서 제조된 강제 도장 부재로서, 적어도 용접 비드 토우 단부로부터 2㎜ 떨어진 부분이 인산 아연 결정으로 덮여 있는 것을 특징으로 한다. 상술한 바와 같이, 강판끼리를 용접 접합해서 이루어지는 강제 부재에 본 발명의 화성 처리를 실시하면, 용접 비드 토우 단부로부터 4㎜이상 떨어진 부분은 물론, 용접 비드 토우 단부로부터 2∼4㎜ 떨어진 부분도 인산 아연 결정으로 완전히 덮을 수 있다. 이와 같이 용접 비드 토우 단부 근방을 인산 아연 결정으로 완전히 덮는 것에 의해, 계속되는 전착 도장에 의해서 형성된 도포막의 밀착성이 비약적으로 향상되고, 용접부의 내식성이 대폭 개선된 강제 도장 부재를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 강제 도장 부재는 용접부를 포함시켜 우수한 내식성을 나타내지만, 강제 도장 부재의 용도에 따라 전착 도장 후에 덧칠 도장 등을 실시해도 좋다.

본 발명은 하부 암 등, 자동차의 랜딩 부재에 바람직하다. 자동차의 랜딩 부재는 통상, 강 소재를 소정 형상으로 성형한 후, 인산 아연 처리(화성 처리) 및 전착 도장을 실시하는 것에 의해 제조된다.

본 발명의 화성 처리 방법을 이용해서 얻어진 랜딩 부재에서는 용접부의 내식성이 대폭 개선되고, 용접부에 있어서의 부식 및 박육화가 억제되고 있다. 그 때문에, 본 발명에 의하면, 종래 곤란하게 되어 있던 랜딩 부재의 대폭적인 박육화가 가능하게 된다.

[실시예]

표 1에 나타내는 성분의 열연 강판(두께 2.6㎜) 또는 표 1에 나타내는 성분의 열연 강판(두께 2.6㎜)의 양면에 합금화 용융 아연 도금 처리(편면당 도금 부착량:45g/㎡)를 실시한 합금화 용융 아연 도금 강판과, 표 2에 나타내는 용접봉을 이용해서, 도 1과 같은 필렛 용접 시험재를 제작하였다. 도 2는 도 1의 A-A선 단면도 중, 용접부를 확대한 도면이다. 용접은 Ar-20vol%CO₂를 이용한 MAG 펄스 용접이며, 용접 조건을 표 3에 나타낸다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

다음에, 이들 시험편에 40℃의 알칼리 탈지액: FC-E2001(일본 파카라이징(주)제, 알칼리도:18.3pt 또는 18.5pt)에 120초간 침지하는 탈지 처리를 실시한 후, 표 4에 나타내는 3종류의 조건에서, 표면 조정 처리 및 인산 아연 처리를 순차 실시하는 화성 처리를 실시하였다. 조건 1 및 조건 2는 비교예, 조건 3은 본 발명예이다.

표면 조정 처리는 탈지 처리 후의 시험편을 표 4에 나타내는 각종 표면 조정제(실온)에 20초간 침지하는 것에 의해 실행하였다. 또, 인산 아연 처리는 표 4에 나타내는 각종 시판의 인산 아연 처리제(35℃)에 120초간 침지하는 것에 의해 실행하였다.

[표 4]

상기한 3종류의 처리 조건에서, 열연 강판을 이용한 경우와, 합금화 용융 아연 도금 강판을 이용한 경우의 각각에 대해, 각 처리 조건에 대해 7개의 시험편을 이용하였다.

각 처리 조건에 대해, 7개의 시험편 중 2개는 인산 아연 처리의 상태로 하고, 이하에 나타내는 방법으로 용접부 주변의 인산 아연 결정의 건전성을 평가하였다.

용접 비드 토우 단부(용접 비드와 강판의 계면)에서 100㎛ 떨어진 위치(도 2의 a점), 용접 비드 토우 단부로부터 2㎜ 떨어진 위치(도 2의 b점), 용접 비드 토우 단부에서 4㎜ 떨어진 위치(도 2의 c점), 용접 비드 토우 단부로부터 7㎜ 떨어진 위치(도 2의 d점), 및 용접 비드상(도 2의 e점)을 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰하고(배율: 500 및 1500배, 각 5시야), 이하의 기준에 따라 평가하였다.

◎: 관찰 5시야의 영역의 전부가 인산 아연 결정으로 완전히 덮여 있다.

○: 관찰 5시야의 평균 덮이지 않는 면적이 20%이하의 상태에서 인산 아연 결정이 석출하고 있다.

△: 관찰 5시야의 평균 덮이지 않는 면적이 20%초과의 상태에서 인산 아연 결정이 석출하고 있다.

x: 관찰 5시야 영역의 전부에 있어서, 인산 아연 결정이 석출하고 있지 않다.

평가 결과를 표 5에 나타낸다. 또, 표 5 중, 시험편 No.11A(조건 1, 열연 강판, 비교예), 시험편 No.31A(조건 3, 열연 강판, 본 발명예)의 SEM사진을 도 4, 도 5에 나타낸다. 또한, 도 4, 도 5에 있어서, (a)는 용접 비드 토우 단부로부터 100㎛ 떨어진 위치(도 2의 a점)에 있어서의 SEM사진(배율: 1500배)이고,(b)는 용접 비드 토우 단부로부터 2㎜ 떨어진 위치(도 2의 b점), (c)는 용접 비드 토우 단부로부터 4㎜ 떨어진 위치(도 2의 c점)에 있어서의 SEM사진(배율: 500배)이다.

[표 5]

또한, 상기에 의해서 얻어진 7개의 시험편 중의 나머지 5개에 대해, 도장 후 내식성의 평가를 실행하기 위해. 인산 아연 처리 후의 시험편에 자동차용 전착 도장을 실시하였다. 전착 도장의 막 두께는 평탄부에서 20±1㎛가 되도록 조정하였다. 또한, 자동차용 전착 도장 조건은 다음과 같다.

도료의 종류: 상품명 GT-10(간사이 페인트(주)(KANSAI PAINT CO., LTD.)제)

전착욕의 온도: 28℃

부하 전압: 200∼220V(시험편에 의해 적절히 변경)

소결 온도: 170℃(PMT(=도달판 온도)로서)×20분

내식성의 평가에서는 전착 도장 시험편을, SAEJ2334에 준거한 부식 촉진 시험(복합 사이클 시험)에 제공하였다. 즉, 도 3에 나타내는 바와 같이, 각 시험편을 (i) 상대 습도 100%, 50℃의 습윤 환경에 6시간 유지한 후, (ⅱ) 25℃의 소금물(0.5질량%NaCl + 0.1질량%CaCl₂ + 0.075질량%NaHCO₃)에 15분간 침지하고, 다음에 (ⅲ) 상대 습도 50%, 60℃의 건조 환경에 17시간 45분 유지하는 일련의 사이클(i)∼(ⅲ)을 평일의 5일간 실행하고, 휴일의 2일간은 상기 (ⅲ)에 계속해서 (ⅳ) 상대 습도 30%, 50℃의 건조 환경에 3시간 유지하는 일련의 사이클(i)∼(ⅳ)를 실행하였다. 평일 및 휴일의 합계 120사이클의 시험을 거친 각 시험편에 대해, 도포막 박리제((주)네오스(NEOS COMPANY LIMITED)제, 상품명:CS500)을 이용해서 전착 도장을 박리하고, ISO8407에 준거해서 부식 생성물을 제거하였다. 각 시험편의 용접 비드 토우 단부 근방(시험편의 폭 방향 양 에지 5㎜를 제외하고, 용접 비드 토우 단부에서 60㎜까지의 위치)의 부식부에 대해, 우선, 눈으로 부식 깊이가 깊은 부분을 선택하고, 부식에 의해 박육화된 부분의 두께를 마이크로 미터로 측정하여 부식 깊이(원래의 판 두께와의 차)를 구하였다. 이것을 10회 이상 반복하고, 가장 큰 값을 최대 부식 깊이로서 구하였다. 평가 결과를 표 6에 나타낸다.

[표 6]

표 5 및 도 4, 도 5에 나타내는 바와 같이, 비교예(조건 1의 시험편)에서는 열연 강판의 경우, 용접 비드 토우 단부로부터 2㎜ 떨어진 위치에서 인산 아연 결정이 전혀 석출하고 있지 않고, 합금화 용융 아연 도금 강판의 경우, 용접 비드 토우 단부로부터 2㎜ 떨어진 위치에서 인산 아연 결정의 석출이 보이지만, 덮이지 않은 영역이 관찰된다. 또, 열연 강판, 합금화 용융 아연 도금 강판의 어느 것에 있어서도, 용접 비드 토우 단부로부터 100㎛ 떨어진 위치에서는 인산 아연 결정이 전혀 석출하고 있지 않다. 비교예(조건 2의 시험편)에 있어서도 용접 비드 토우 단부로부터 2㎜ 떨어진 위치에서는 덮이지 않은 영역이 관찰된다. 이에 반해, 본 발명예(조건 3)에서는 용접 비드 토우 단부로에서 4㎜ 떨어진 위치는 물론, 용접 비드 토우 단부로부터 2㎜ 떨어진 위치도 인산 아연 결정으로 완전히 덮여 있다. 본 발명예에서는 용접 비드 토우 단부로부터 100㎛ 떨어진 위치에 있어서도 인산 아연 결정의 석출이 확인되며, 용접부 및 용접부 주변의 인산 아연 결정이 건전하게 생성되고 있다.

또, 표 6의 내식성 평가 결과가 나타내는 바와 같이, 비교예(조건 1 및 조건 2)에 비해 본 발명예(조건 3)에서는 부식 깊이가 작으며, 내식성이 개선되어 있다.

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 합금화 용융 아연 도금 강판끼리를 용접 접합해서 이루어지는 강제 부재에 화성 처리와 전착 도장을 실시하여 제조된 강제 도장 부재로서,
   인산 아연 콜로이드를 함유하는 표면 조정제를 이용한 표면 조정 처리를 실시한 후, 불소 농도가 100질량ppm이상인 인산 아연 처리제를 이용한 인산 아연 처리를 실시하는 화성 처리를 한 후, 전착 도장을 실시하되,
   적어도 용접 비드 토우 단부로부터 2㎜ 떨어진 부분이 인산 아연 결정으로 덮여 있는 것을 특징으로 하는 강제 도장 부재.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 강제 도장 부재는 자동차의 랜딩 부재인 것을 특징으로 하는 강제 도장 부재.
   

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