KR101665800B1 - 고강도 냉연강판의 피막형성용 코팅조성물 및 그 피막이 형성된 냉연강판 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일측면은 고강도 냉연강판의 유무기 복합피막 형성용 코팅 조성물로서, 보론 화합물(Boron Compound) 2~8중량%, 폴리에틸렌 글리콜 (Polyethylene Glycol) 1~8중량%, 몰리브덴 화합물(Molybdenum Compound) 2~8중량% 및 잔부 물을 포함하는 코팅 조성물 및 상기 코팅 조성물에 의해 형성된 유무기 복합 피막을 강판 표면에 포함하는 고강도 냉연강판을 제공한다.

Description

고강도 냉연강판의 피막형성용 코팅조성물 및 그 피막이 형성된 냉연강판{COATING COMPOSITION FOR COLD-ROLLED STEEL SHEET HAVING HIGH STRENGTH AND COLD-ROLLED STEEL SHEET COATED WITH THE COMPOSITION}

본 발명은 고강도 냉연강판의 프레스 성형성 향상을 위한 피막 형성용 코팅 조성물 및 그 피막이 형성된 고강도 냉연강판에 관한 것이다.

자동차사는 차량의 연비를 높이기 위하여 차체 무게를 줄이는 노력을 기울이고 있다. 이러한 노력의 일환으로서, 한가지 방법은 강판의 두께를 줄이고자 하는 것이다. 그런데 이와 같은 노력은 자동차의 안정성에 심각한 문제를 야기시킬 수 있기 때문에 강판 두께가 얇아지는 만큼 강도를 높이는 것은 필수적이다.

따라서 자동차사의 보다 높은 안정성 요구에 부응하기 위하여 철강사는 강에 Mn, Si 등의 합금원소를 첨가하거나 높은 온도로 가열한 후 가공하는 등 강판의 강도를 극단적으로 높일 수 있는 방법들을 찾고 있다. 현재 자동차 부품용으로 사용하는 냉연강판은 인장강도 1300MPa급 마르텐사이트 강이 있으며, 판넬류로는 590Mpa급 DP(Dual Phase) 강이 있지만, 아직도 더 높은 강도를 얻기 위해 노력하고 있는 상황이다.

그러나, 강이 갖는 일반적인 특성 중의 하나는 강도를 높이면 그 만큼 연신율이나 소성 이방성이 나빠지게 되며, 이는 결국 가공성을 해치는 결과를 초래한다는 것이다. 따라서 고강도 강을 자동차의 심가공 부위나 부품으로 사용할 경우에는 크랙(crack)이나 네킹(necking)이 발생하기 때문에 그 사용량을 늘리는데 한계에 봉착하곤 한다.

이러한 한계를 극복하고자, 강 중에 Mn, Si 등과 같은 여러 가지 원소를 다량 첨가하거나 열처리 방법을 개선하고 있으나, 이들 원소는 대부분 산소와의 친화력이 강한 것들로 소둔시 강판 표층에서 쉽게 산화물을 형성하기 때문에 용접성이 나빠지거나 젖음성이 떨어져 용융아연도금시 미도금을 형성하기도 하는 등 많은 문제점을 가지고 있다.

따라서 자동차 판넬류나 부품 등에 사용하고자 하는 고강도 냉연강판은 가공성 향상을 위한 연구가 필수이다.

본 발명은 고강도 냉연강판에 코팅되는 조성물을 개선함으로써 고강도 강의 프레스 성형성을 향상시키고자 한다.

코팅 조성물은 고강도 냉연강판의 유무기 복합피막 형성용 코팅 조성물로서, 몰리브덴 화합물(Molybdenum Compound) 2~8중량%, 보론 화합물(Boron Compound) 2~8중량%, 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene Glycol) 1~8중량% 및 잔부 물을 포함한다.

또한 상기 코팅 조성물은 분산제(Dispersant) 0.5~5중량%를 추가로 포함할 수 있다.

상기 보론 화합물의 함량은 3~6중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 상기 보론 화합물은 붕산, 붕사 및 산화보론 중 1종 또는 2종 이상일 수 있다.

상기 폴리에틸렌 글리콜은 2~5중량%의 함량으로 포함할 수 있다.

상기 몰리브덴 화합물의 함량은 3~6중량%일 수 있으며, 상기 몰리브덴 화합물은 몰리브덴산암모늄, 인몰리브덴산나트륨, 몰리브덴산나트륨 중 1종 또는 2종 이상일 수 있다.

상기 분산제는 메톡시 프로필 아세테이트계와 불소수지계 중 1종 또는 2종 이상일 수 있다.

상기 코팅 조성물은 pH 1.0 내지 4.0인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 일측면은 고강도 냉연강판으로서 상기 코팅 조성물로 형성된 코팅층을 포함하며 상기 코팅층은 건조 후 부착량 50-300㎎/㎡인 것이 바람직하다.

본 발명의 코팅 조성물은 탈지공정에서 알카리 용액을 산성화시키지 않으며, 다른 물성도 변화시키지 않는다.

또 본 발명의 코팅조성물에 의해 형성된 피막이 탈락되더라도 피막 물질은 알칼리 용액 내에서 이온화되기 때문에 침전물이나 슬러지(Sludge)를 형성하지 않으며, 강판 표면에 재부착하는 현상도 일어나지 않는다.

또한, 본 발명의 코팅 조성물은 중금속 물질인 Pb, Cr, Cd, As 및 F 등의 유해물질이 함유되어 있지 않은 친환경적이다.

나아가, 본 발명의 일 측면인 상기 코팅 조성물로 피막 처리된 고강도 냉연강판은 표면에 유, 무기계 복합체 피막을 포함함으로써, 고강도 냉연강판의 프레스 성형성 및 윤활성을 향상시키고 용접성을 향상시키는 효과도 있다.

본 발명은 고강도 냉연강판에 적용하여 우수한 프레스 성형성을 얻을 수 있는 유무기 복합피막 형성용 코팅 조성물을 제공하고자 하는 것으로서, 본 발명의 코팅 조성물은 보론 화합물, 폴리에틸렌 글리콜, 몰리브덴 화합물을 포함한다.

고강도 냉연강판에 적용되는 유무기 복합 피막 형성용 코팅 조성물은 필요에 따라서, pH 조절을 위한 알칼리 용액을 더욱 포함할 수 있으며, 나아가 용액의 강판에 대한 젖음성과 퍼짐성을 향상시키기 위하여 분산제를 소량 첨가할 수 있다. 본 발명의 코팅 용액에 있어서 잔부는 물을 사용한다.

이하, 본 발명의 일 측면인 피막 형성용 코팅 조성물에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명 코팅 조성물은 몰리브덴 화합물, 폴리에틸렌 글리콜 및 보론 화합물을 포함한 복합 조성물로서, 고강도 냉연강판에 피복시 고강도 냉연강판의 윤활성, 프레스성형성 및 용접성을 향상시킬 수 있다.

보론 화합물: 2~8중량%

보론 화합물은 고강도 냉연강판의 표면 윤활성을 개선시킬 수 있으며, pH 완충 효과도 제공한다. 이와 같은 효과를 발휘하기 위하여, 보론 화합물은 2중량% 이상으로 포함되는 것이 바람직하다. 또한, 적절한 코팅 조성물의 용액 안정성을 나타내기 위하여 그 함량은 8중량% 이하로 제어하는 것이 바람직하다. 더불어, 표면 윤활성과 pH 완충 효과를 더욱 상승시키기 위하여 상기 보론 화합물의 함량을 3~6중량%로 제어하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명에서 상기 보론 화합물은 특별히 한정하는 것은 아니나, 붕산, 붕사 및 산화보론을 들 수 있으며, 이들 보론 화합물은 1종을 사용할 수 있음은 물론, 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.

폴리에틸렌 글리콜: 1~8중량%

폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol)은 고강도 냉연강판의 프레스 성형성을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 효과를 발휘하기 위하여 상기 폴리에틸렌 글리콜은 함량이 1중량% 이상으로 포함되는 것이 바람직하다. 또한, 코팅 조성물의 용액 안정성을 확보하기 위하여 그 함량은 8중량% 이하로 제어하는 것이 바람직하다. 더불어, 프레스 성형성을 더욱 상승시키기 위하여 상기 폴리에틸렌 글리콜의 함량을 3~6중량%로 제어하는 것이 보다 바람직하다.

몰리브덴 화합물: 2~8중량%

몰리브덴 화합물은 고강도 냉연강판의 가공성과 용접성을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 효과를 발휘하기 위하여 상기 몰리브덴 화합물은 2중량% 이상의 함량으로 포함되는 것이 바람직하다. 그러나, 과량으로 첨가되는 경우에는 비용 증대를 초래하게 되는바, 용접성과 가공성 향상 효과 및 경제성을 고려하여 상기 몰리브덴 화합물은 8중량% 이하의 함량으로 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 몰리브덴 화합물은 용접성을 더욱 증대시키기 위하여 3~6중량%의 함량으로 포함하는 것이 보다 바람직하다.

상기 몰리브덴 화합물의 특별히 한정되는 것은 아니나, 몰리브덴산암모늄, 인몰리브덴산나트륨 및 몰리브덴산나트륨을 본 발명에서 보다 적합하게 사용할 수 있으며, 이들 몰리브덴 화합물은 1종을 사용할 수 있음은 물론, 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기와 같은 성분을 포함하는 코팅 조성물을 고강도 냉연강판 표면에 적용하여 유무기 복합피막을 형성하는 경우, 윤활성, 프레스 성형성 및 용접성이 매우 우수한 강판을 얻을 수 있다. 다만, 본 발명의 코팅 조성물은 다음의 분산제를 추가로 포함할 수 있으며, 이를 포함함으로써 본 발명의 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.

분산제: 0.5~5중량%

분산제(Dispersant)는 강판에 대한 코팅조성물의 젖음성과 퍼짐성을 좋게 하는 역할을 수행하는 것으로서, 본 발명의 코팅 조성물 중에 추가로 포함될 수 있다. 상기 분산제는 고강도 냉연강판의 조도에 따른 균일한 코팅층이 형성되도록 도와주는 역할을 하고, 강판에 대한 용액의 젖음성을 향상시키는 역할을 한다.

이러한 효과를 발휘하기 위하여 상기 분산제는 0.5중량% 이상의 함량으로 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, 과량 첨가되는 경우에는 코팅 조성물의 용액 안정성을 해할 우려가 있는바, 5중량% 이하의 함량으로 첨가되는 것이 바람직하다. 더불어, 균일한 코팅층 형성을 위한 상기 분산제의 함량은 1 내지 4중량%의 범위를 갖는 것이 보다 바람직하며, 2~3중량%로 포함되는 것이 가장 바람직하다.

본 발명에 적용될 수 있는 분산제로는 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 메톡시 프로필 아세테이트계 및 불소수지계 등을 들 수 있고, 이들 중 어느 하나를 단독으로 사용할 수 있음은 물론, 2종을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 메톡시 프로필 아세테이트계 분산제로는 반드시 이로 한정하는 것은 아니지만, 프로필렌 글리콜 모노 메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 프로피온산, 프로필렌 글리콜 모노 메틸 에테르, 헥실 케톤 시클로 헥사논 등을 들 수 있으며, 상기 불소수지계로는, 반드시 이에 한정하는 것은 아니지만, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF), 폴리플루오린화비닐(PVF) 등을 들 수 있다.

물: 잔부

본 발명의 상기 코팅 조성물은 물을 용매로서 포함한다. 물은 상기 코팅 조성물에서 잔부로 물을 포함하며, 보다 바람직하게는 상기 물은 고형분 함량이 6-10중량%, 예를 들면, 고형분 함량이 7-9중량%가 되도록 포함될 수 있다.

코팅 조성물은 pH에 의하여 용액의 안정성 및 피막 형성 후 밀착력 등의 특성의 변화를 유발할 수 있는바, 코팅 조성물의 구성 비율에 맞도록 pH를 조정하는 것이 요구된다. 본 발명의 코팅 조성물은 1.0 내지 4.0의 pH 범위를 갖는 것이 바람직하다. pH가 1.0 미만인 경우에는 강판의 피복 표면 상태가 검게 나타나거나, 얼룩이 형성될 우려가 있다. 한편, 상기 코팅 조성물의 부착량을 향상시키고, 피막 밀착력을 증대시킬 수 있는 측면에서, 상기 코팅 조성물의 pH는 4.0을 초과하지 않는 것이 바람직하다. 나아가, 용액 안정성 및 피막 형성 후 밀착력 등의 특성을 제어하기 위하여, 상기 코팅 조성물은 2.0 내지 3.0 범위로 pH를 제어하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명 코팅 조성물의 pH 조정은 특별히 한정하지 않으나, 암모니아수나 수산화나트륨과 같은 알칼리 용액을 첨가하여 조정할 수 있다. 그러나 양이온이 남지 않는 암모니아수 등을 첨가하여 pH를 조정하는 것이 보다 바람직하며, 각 비율의 특성에 맞게 용액이 안정되도록 조절하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명의 코팅 조성물을 이용하여 고강도 냉연강판의 표면에 코팅층을 형성시킬 수 있다. 상기 코팅층을 형성하는 방법은 특별히 한정하지 않는 것으로서, 통상적으로 사용되는 방법을 본 발명에서도 적절하게 사용할 수 있다. 예를 들면, 침지, 분사, 도포 등을 들 수 있다.

상기와 같은 코팅 조성물을 고강도 냉연강판 표면에 적용함으로써 보론 화합물, 폴리에틸렌 글리콜 및 몰리브덴으로 이루어진 비정질 피막을 강판 표면에 형성할 수 있다.

본 발명의 코팅조성물을 사용하여 형성된 비정질 피막은 강판 표면에 미끄러짐성을 제공하여, 일종의 윤활피막으로 작용할 수 있다. 따라서, 고강도 냉연강판 표면에 본 발명에 따른 코팅조성물을 사용하여 형성된 유무기계 복합 피막의 윤활성에 의해 그 자체가 프레스 다이와 강판의 직접 접촉을 방지하고, 피막이 가지는 미끄러짐성 때문에 윤활성과 프레스 성형성 등을 향상시킬 수 있다.

고강도 냉연강판은 강판의 고강도를 구현하기 위해 Mn, Si 등의 성분을 다량 포함하는데, 이러한 성분들은 용접성을 해치는 Mn, Si 등의 산화물들을 강판의 표면에 다량 생성시킨다. 그러나, 본 발명에서와 같이 보론 화합물, 폴리에틸렌 글리콜, 몰리브덴 화합물을 포함하는 조성물로 형성된 비정질 피막이 강판 표면상에 형성됨으로써 강판 표면의 산화물과 용접전극 사이에 배리어(barrier)를 형성하는 역할을 얻을 수 있으며, 또한, 피막에 고융점의 몰리브덴 화합물이 존재함으로써 용접전극의 수명을 연장시키는 효과를 얻을 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 유무기 복합피막 형성용 코팅 조성물을 고강도 냉연강판에 적용하여 형성된 유무기 복합 코팅층을 형성할 수 있다. 이때, 상기 코팅층은 코팅 조성물을 강판 표면에 적용한 후 수세없이 즉시 분위기 온도 200-350℃에서 1~5초간 건조함으로써 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 코팅층의 피막 부착량은 건조 후 부착량으로서, 50~300㎎/㎡인 것이 바람직하다. 상기와 같은 피막 부착량을 갖는 매우 얇은 코팅층이 고강도 냉연강판 상에 형성되기 때문에 전도성에도 악영향을 끼치지 않아 프레스 성형성과 용접성에서도 매우 좋은 성능을 나타낼 수 있다.

실시예

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 구체적인 실시형태를 예를 들어 설명하는 것으로서, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다.

실시예 1 내지 3 및 비교예 1

물을 용매로 하여, 하기 표 1에 기재된 성분 조성을 만족하는 코팅 조성물을 제조하였다.

알칼리 탈지한 1.0mm 두께의 590DP(인장강도 590Mpa급) 냉연강판에 바코터(bar coater) #3으로 상기 코팅 조성물을 균일하게 도포한 후, 340℃의 열풍 건조로에서 5초 동안 건조하여 피막을 형성하였다(실시예 1 내지 3).

한편, 상기 실시예와의 비교를 위해, 동일한 강판 표면에 아무런 코팅 처리를 수행하지 않은 강판을 준비하였다(비교예 1).

구분	구성물질 종류	첨가량(g/l)
실시예 1	붕산	30
	몰리브덴산암모늄	60
	폴리에틸렌글리콜	20
실시예 2	산화보론	40
	몰리브덴산암모늄	50
	폴리에틸렌글리콜	10
실시예 3	붕사	20
	몰리브덴산암모늄	70
	폴리에틸렌글리콜	20

실시예 1 내지 3과 비교예 1에 대하여, 컵가공하여 최대 드로우잉 하중 및 한계 드로우잉 하중 값을 측정하여 가공성 평가를 수행하고, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 상기 가공성 평가는 아래와 같은 방법에 의해 수행하였다.

<컵가공성 시험 및 평가방법>

최대 드로우잉하중(Max. Drawing Force)

실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 고강도 냉연강판을 지름 95mm가 되도록 원형으로 펀칭 가공한 후, 그 위에 P-DBH 세정유를 도포하였다.

그 후 펀치 지름 50mm, R6 및 상부 tool 지름 51.75mm, R6로 구성된 성형시험장치의 홀더(holder)에 올려 놓고 0.5ton의 Blank Holding Force로 시편을 누른 상태에서 230mm/분의 속도로 펀치를 들어 올려 컵을 성형하였다.

이때, 각 시편에 걸리는 하중을 기록하고, 컵 성형이 모두 끝나면 이들 중 가장 큰 하중 값을 최대 드로우잉 하중으로 선정하였다.

한계 드로우잉하중(Limit Drawing Force)

실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 고강도 냉연강판을 지름 95mm가 되도록 원형으로 펀칭 가공한 후, 그 위에 P-DBH 세정유를 도포하였다.

그 후, 펀치 지름 50mm, R6 및 상부 tool 지름 51.75mm, R6로 구성된 성형시험장치의 holder에 시편을 올려 놓고 Blank Holding Force(BHF)를 1ton에서부터 점차 증가시키면서 크랙이 발생하는 BHF까지 성형한 후 크랙이 발생하기 직전의 BHF값을 측정하고, 이를 한계 드로우잉 하중으로 하였다.

구분	최대 드로우잉 하중 (ton)	한계 드로우잉 하중 (ton)	비고
실시예 1	4.7	3.5
실시예 2	4.5	4.0
실시예 3	4.8	4.0
비교예 1	6.5	1.5	코팅처리 하지 않음

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 코팅처리 하지 않은 비교예 1의 고강도 냉연강판에 비하여, 실시예 1 내지 3의 최대 드로우잉 하중은 4.5~4.8톤으로 낮게 나타났다. 이러한 결과는 코팅처리를 함으로써 그만큼 윤활특성이 좋아졌다는 것을 의미하는 것이다. 이에 반하여, 비교예 1은 컵 성형시 6.5톤의 하중이 걸리는 것으로 나타났는데, 이는 그만큼 윤활특성이 없어 하중이 많이 걸린다는 것을 의미한다.

또한 컵 성형하면서 crack이 발생하는 한계 BHF를 측정한 결과 비교예 1의 경우는 1.5톤까지만 성형이 가능한 반면, 실시예 1 내지 3은 최소 3.5톤에서 최대 4.0톤까지 성형이 가능한 것으로 나타나, 무코팅재 대비 약 2.5배 정도의 성형성 향상을 기대할 수 있다.

Claims (13)

1. 보론 화합물(Boron Compound) 2~8중량%, 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene Glycol) 1~8중량%, 몰리브덴 화합물(Molybdenum Compound) 2~8중량%, 분산제(Dispersant) 0.5~5중량% 및 잔부 물을 포함하는 코팅 조성물에 의해, 표면에 유무기 복합피막이 형성된 고강도 냉연강판.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 보론 화합물은 3 내지 6중량%의 함량으로 포함되는 것인 고강도 냉연강판.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 보론 화합물은 붕산, 붕사 및 산화보론으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종인 고강도 냉연강판.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 폴리에틸렌 글리콜은 2 내지 5중량%의 함량으로 포함되는 것인 고강도 냉연강판.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 몰리브덴 화합물은 3 내지 6중량%의 함량으로 포함되는 것인 고강도 냉연강판.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 몰리브덴 화합물은 몰리브덴산암모늄, 인몰리브덴산나트륨 및 몰리브덴산나트륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 1종인 고강도 냉연강판.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 분산제는 메톡시 프로필 아세테이트계, 불소수지계 또는 이들의 혼합물인 고강도 냉연강판.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 메톡시 프로필 아세테이트계 분산제는 프로필렌 글리콜 모노 메틸 에테르 아세테이트, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 프로피온산, 프로필렌 글리콜 모노 메틸 에테르 및 헥실 케톤 시클로 헥사논으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 고강도 냉연강판.
   
10. 제 8항에 있어서,
    상기 불소수지계 분산제는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF) 및 폴리플루오린화비닐(PVF)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 고강도 냉연강판.
    
11. 제 1항에 있어서,
    상기 코팅 조성물은 1.0 내지 4.0의 pH를 갖는 것인 고강도 냉연강판.
    
12. 삭제
13. 제 1항에 있어서,
    상기 유무기 복합피막은 건조 후 부착량이 50-300㎎/㎡인 고강도 냉연강판.