KR101714935B1 - 용접성 및 가공부 내식성이 우수한 아연합금도금강재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

소지철과 아연합금도금층을 포함하는 아연합금도금강재에 있어서, 상기 아연합금도금층은 중량%로, Al: 0.1~5.0%, Mg: 0.1~5.0%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 소지철과 상기 아연합금도금층의 사이에는, 상기 소지철 상에 형성되고 치밀한 구조를 가지는 하부 계면층; 및 상기 하부 계면층 상에 형성되고, 네트워크(network)형 또는 아일랜드(island)형 구조를 가지는 상부 계면층을 포함하는 아연합금도금강재와 이를 제조하는 방법이 개시된다.

Description

용접성 및 가공부 내식성이 우수한 아연합금도금강재 및 그 제조방법{Zn ALLOY PLATED STEEL SHEET HAVING EXCELLENT WELDABILITY AND PROCESSED PART CORROSION RESISTANCE AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은 용접성 및 가공부 내식성이 우수한 아연합금도금강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

음극방식을 통해 철의 부식을 억제하는 아연도금법은 방식 성능 및 경제성이 우수하여 고내식 특성을 갖는 강재를 제조하는데 널리 사용되고 있다. 특히, 용융된 아연에 강재를 침지하여 도금층을 형성하는 용융아연 도금강재는 전기아연 도금강재에 비해 제조공정이 단순하고, 제품가격이 저렴하여 자동차, 가전제품 및 건축자재용 등의 산업전반에 걸쳐 그 수요가 증가하고 있다.

아연이 도금된 용융아연 도금강재는 부식환경에 노출되었을 때 철보다 산화환원전위가 낮은 아연이 먼저 부식되어 강재의 부식이 억제되는 희생방식(Sacrificial Corrosion Protection)의 특성을 가지며, 이와 더불어 도금층의 아연이 산화되면서 강재 표면에 치밀한 부식생성물을 형성시켜 산화분위기로부터 강재를 차단함으로써 강재의 내부식성을 향상시킨다.

그러나, 산업 고도화에 따른 대기오염의 증가 및 부식환경의 악화가 증가하고 있고, 자원 및 에너지 절약에 대한 엄격한 규제로 인해 종래의 아연 도금강재보다 더 우수한 내식성을 갖는 강재 개발의 필요성이 높아지고 있다.

그 일환으로, 아연 도금욕에 알루미늄(Al) 및 마그네슘(Mg) 등의 원소를 첨가하여 강재의 내식성을 향상시키는 아연합금계 도금강재 제조기술의 연구가 다양하게 진행되어 왔다. 대표적인 아연합금계 도금재로서 Zn-Al 도금 조성계에 Mg을 추가로 첨가한 Zn-Al-Mg계 아연합금도금강재 제조기술에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.

그런데, 이러한 Zn-Al-Mg계 아연합금도금강재는 다음과 같은 단점을 가진다.

첫째로, Zn-Al-Mg계 아연합금도금강재는 용접시 액상 금속 취화(LME, Liquid Metal Embrittlement) 균열이 쉽게 발생하며, 이로 인해 용접성이 열위한 단점이 있다. 즉, 상기와 같은 아연합금도금강재를 용접할 경우, 융점이 낮은 Zn-Al-Mg계 금속간 화합물이 용해되어 소지철의 결정립계 등을 따라 침투하게 됨으로써, 액상 금속 취화가 야기되는 것이다.

둘째로, Zn-Al-Mg계 아연합금도금강재는 가공부 내식성이 열위한 단점이 있다. 즉, 상기 아연합금도금강재는 도금층 내 Zn, Al 및 Mg의 열역학적 상호 반응에 의해 형성된 Zn-Al-Mg계 금속간 화합물을 다량 포함하는데, 이러한 금속간 화합물은 경도가 높기 때문에 굽힘 가공시 도금층 내 크랙을 야기하며, 이로 인해 가공부 내식성이 저하되는 것이다.

본 발명의 여러 목적 중 하나는, 용접성 및 가공부 내식성이 우수한 아연합금도금강재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면은, 소지철과 아연합금도금층을 포함하는 아연합금도금강재에 있어서, 상기 아연합금도금층은 중량%로, Al: 0.1~5.0%, Mg: 0.1~5.0%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 소지철과 상기 아연합금도금층의 사이에는, 상기 소지철 상에 형성되고 치밀한 구조를 가지는 하부 계면층; 및 상기 하부 계면층 상에 형성되고, 네트워크(network)형 또는 아일랜드(island)형 구조를 가지는 상부 계면층을 포함하는 아연합금도금강재를 제공한다.

본 발명의 다른 일 측면은, 소지철을 준비하는 단계, 상기 소지철을 표면 활성화하는 단계, 상기 표면 활성화된 소지철을 중량%로, Al: 0.1~5.0%, Mg: 0.1~5.0%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하는 아연합금 도금욕에 침지하고, 도금을 행하여 아연합금 도금강재를 얻는 단계, ?? 상기 아연합금도금강재를 가스 와이핑 후, 냉각하는 단계를 포함하는 아연합금도금강재의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 아연합금도금강재는 용접성이 매우 우수할 뿐만 아니라, 가공부 내식성이 매우 우수한 장점이 있다.

도 1은 실시예 1의 발명예 1에 따른 아연합금도금강판의 계면층을 관찰한 SEM 이미지이다.
도 2는 실시예 1의 비교예 1에 따른 아연합금도금강판의 계면층을 관찰한 SEM 이미지이다.
도 3은 실시예 2의 시편 번호 1에 따른 아연합금도금강판의 계면층을 관찰한 SEM 이미지이다.
도 4는 실시예 2의 시편 번호 2에 따른 아연합금도금강판의 계면층을 관찰한 SEM 이미지이다.
도 5는 실시예 2의 시편 번호 3에 따른 아연합금도금강판의 계면층을 관찰한 SEM 이미지이다.
도 6은 실시예 2의 시편 번호 4에 따른 아연합금도금강판의 계면층을 관찰한 SEM 이미지이다.

이하, 본 발명의 일 측면인 용접성 및 가공부 내식성이 우수한 아연합금도금강재에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 측면인 아연합금도금강재는, 소지철 및 아연합금도금층을 포함한다. 본 발명에서는 상기 소지철의 종류에 대해서는 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면, 강판 또는 강선재일 수 있다. 한편, 아연합금도금층은 소지철의 일면 또는 양면에 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에서는 소지철의 합금 조성에 대해서도 특별히 한정하지 않는다. 다만, 소지철이 Si, Mn 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 표면 농화 원소를 합계 0.1중량% 이상 포함할 경우, 상기 소지철 내 표면 농화 원소들 중 일부가 소지철과 도금층 사이에 형성되는 상,하부 계면층에 고용(합계 0.001중량% 이상)되어 본 발명의 효과를 보다 극대화할 수 있다.

아연합금도금층은 중량%로, Al: 0.1~5.0%, Mg: 0.1~5.0%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하는 것이 바람직하다.

아연합금도금층 내 Mg는 도금강재의 내식성을 향상시키는 역할을 하는 원소이다. 만약, 그 함량이 지나치게 낮을 경우 내식성 향상 효과가 미미한 문제가 있다. 따라서, 아연합금 도금층 내 Mg 함량의 하한은 0.1중량%인 것이 바람직하고, 0.5중량%인 것이 보다 바람직하며, 0.8중량%인 것이 보다 더 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 도금욕 내 Mg 산화에 의한 도금욕 드로스 발생의 문제가 있다. 따라서, 아연합금 도금층 내 Mg 함량의 상한은 5.0중량%인 것이 바람직하고, 3.0중량%인 것이 보다 바람직하며, 2.0중량%인 것이 보다 더 바람직하다.

아연합금도금층 내 Al은 Mg 산화물 드로스를 억제하는 역할을 하는 원소이다. 만약, 그 함량이 지나치게 낮을 경우 도금욕내 Mg 산화 방지효과가 미미하다. 따라서, 아연합금 도금층 내 Al 함량의 하한은 0.1중량%인 것이 바람직하고, 0.5중량%인 것이 보다 바람직하며, 0.8중량%인 것이 보다 더 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우, 도금욕 온도를 높여야하는 문제가 있다. 도금욕 온도가 높으면 도금설비의 침식등을 유발하게 된다. 따라서, 아연합금도금층 내 Al 함량의 상한은 5.0중량%인 것이 바람직하고, 3.0중량%인 것이 보다 바람직하며, 2.0중량%인 것이 보다 더 바람직하다.

소지철과 아연합금도금층의 사이에는, 상기 소지철 상에 형성되고 치밀한 구조를 가지는 하부 계면층; 및 상기 하부 계면층 상에 형성되고 네트워크(network)형 또는 아일랜드(island)형 구조를 가지는 상부 계면층을 포함하는 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 이중 구조의 계면층을 형성시킴으로 인하여, 아연합금도금강재의 점용접시 주로 문제가 되는 LME(Liquid Metal Embrittlement) 균열 발생을 효과적으로 억제할 수 있으며, 굽힘가공에 의해 아연합금도금층 표면에 크랙이 발생하더라도 소지철 자체의 외부 노출을 효과적으로 방지함으로써 굽힘 가공성을 향상시킬 수 있다.

일 예에 따르면, 하부 계면층 면적 대비 상부 계면층의 면적 점유율은 10~90%일 수 있고, 바람직하게는 20~80%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 40~70%일 수 있고, 가장 바람직하게는 45~65%일 수 있다. 여기서, 면적 점유율이란, 강재의 상부에서 강재의 두께 방향으로 투영하여 바라보았을 때, 3차원적인 굴곡 등을 고려하지 않고 평면을 가정할 경우, 하부 계면층의 면적 대비 상부 계면층의 면적의 비를 의미한다. 만약, 상부 계면층의 면적 점유율이 10% 미만인 경우에는 상부 계면층의 면적이 지나치게 낮아 아연합금도금강재의 용접성 및 가공부 내식성이 열화될 우려가 있다. 한편, 90%를 초과하는 경우 취성에 의해 가공시 크랙이 발생할 우려가 있다.

여기서, 상기와 같은 이중 구조의 계면층이 형성되었는지 여부는 다음과 같은 방법에 의해 확인할 수 있다. 즉, 상기의 이중 구조의 계면층은 상술한 바와 같이 소지철과 아연합금도금층의 계면에 존재하는 것이므로 아연합금도금층을 제거하지 않으면, 그 구조 등을 확인하기 곤란하다. 따라서, 상기 이중 구조의 계면층을 손상시키지 않으면서, 그 상부의 아연합금도금층만을 화학적으로 용해시킬 수 있는 크롬산 용액에 아연합금도금강재를 30초간 담가 아연합금도금층을 모두 용해시킨 후, 이렇게 남겨진 계면층에 대해 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진을 촬영하고, 사진 분석을 통해 이중 구조의 계면층 형성 여부를 확인하고, 각 계면층의 두께를 측정하였다. 이때, 상기 크롬산 용액을 제조하기 위한 일 예로써, 1리터의 증류수에 CrO3 200g, ZnSO4 80g 및 HNO3 50g을 혼합하여 제조할 수 있다. 한편, 후술하는 각 계면층의 조성은 EDS(Energy Dispersive Spectroscopy)를 이용하여 분석할 수 있으며, 상부 계면층의 면적 점유율은 image analyzer를 통해 측정할 수 있다.

일 예에 따르면, 상,하부 계면층은 Fe-Al계 합금을 포함하고, 상기 Fe-Al계 합금은 Fe₂Al₅, FeAl₃ 및 FeAl로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상일 수 있다. 여기서, 상,하부 계면층이 Fe-Al계 합금을 포함한다는 의미는, 주된 성분(약 80중량% 이상)으로 Fe-Al계 합금을 포함하는 것임을 의미하는 것이고, 기타 유효한 성분 및 불가피한 불순물의 함유를 배제하는 것은 아니다.

일 예에 따르면, 상부 계면층은 중량%로, Al: 15~80%, Fe: 20~85% 및 Zn: 10% 이하(0% 포함)를 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 Al: 15~60%, Fe: 40~80% 및 Zn: 10% 이하(0% 포함)을 포함할 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 Al: 20~40%, Fe: 60~80% 및 Zn: 10% 이하(0% 포함)을 포함할 수 있다.

통상적으로 아연계 도금층과 소지철의 계면에 형성되는 계면층 내 Al의 함량은 약 10중량% 내외의 값을 나타내나, 본 발명에 따른 아연합금도금강재는 상부 계면층 내 함유된 Al의 함량이 다소 높은 것을 특징으로 한다. 만약, 상기 상부 계면층 내 Al의 함량이 15% 미만인 경우에는 LME 균열 저감 효과가 미흡할 우려가 있으며, 반면, 80%를 초과하는 경우에는 취성에 의해 가공시 크랙이 발생할 우려가 있다.

일 예에 따르면, 상기 상부 계면층의 두께는 50~1000nm일 수 있고, 바람직하게는 70~800nm일 수 있고, 보다 바람직하게는 75~450nm일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 90~420nm일 수 있다. 만약, 상부 계면층의 두께가 50nm 미만인 경우에는 용접시 LME 균열 저감 효과가 미흡할 우려가 있으며, 반면, 1000nm를 초과하는 경우에는 가공시 오히려 크랙의 면적이 넓어질 우려가 있다.

일 예에 따르면, 상기 하부 계면층의 두께는 500nm 이하(0nm는 제외)일 수 있고, 보다 바람직하게는 300nm 이하(0nm는 제외)일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 100nm 이하(0nm는 제외)일 수 있다. 상기 하부 계면층은 상기 상부 계면층과 달리 소지철의 전면의 표면을 균일하게 덮고 있어야 하는데, 하부 계면층의 두께가 500nm를 초과하는 경우에는 하부 계면층이 소지철의 표면을 균일하게 덮고 있지 않을 가능성이 크다. 한편, 하부 계면층이 소지철의 표면을 균일하게 덮고 있다는 전제 하에 그 두께가 얇을수록 통상적으로 균일도가 증가하므로, 그 하한에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.

이상에서 설명한 본 발명의 아연합금도금강재는 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 그 제조방법은 특별히 제한되지 않는다. 다만, 그 일 구현예로써 다음과 같은 방법에 의하여 제조될 수 있다.

이하, 본 발명의 다른 일 측면인 용접성 및 가공부 내식성이 우수한 아연합금도금강재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

표면 활성화 단계

소지철을 준비한 후, 상기 소지철의 표면 활성화를 수행한다. 본 단계는 소지철과 아연합금도금층 사이에 이중 구조의 Fe-Al계 합금층을 보다 용이하게 형성하기 위해 실시되는 단계이다.

일 예에 따르면, 표면 활성화된 소지철의 중심선 평균 조도(Ra)는 0.8~1.2㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.9~1.15㎛일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 1.0~1.1㎛일 수 있다. 여기서, 중심선 평균 조도(arithmetical average roughness, Ra)란, 중심선(centerline, arithmetical mean line of profile)에서 단면 곡선까지의 평균 높이를 의미한다.

또한, 일 예에 따르면, 표면 활성화된 소지철의 10점 평균 조도(Rz)는 7.5~15.5㎛일 수 있다. 여기서, 10점 평균 조도(ten point median height, Rz)란, 채취 부분의 기준길이(cut-off) 내의 조도 곡선(roughness profile)에서 제일 높은 곳에서부터 3번째의 봉우리와 가장 낮은 곳에서부터 3번째의 골을 각각 지나고, 중심선에 평행한, 두 평행선 간의 거리를 의미한다.

또한, 일 예에 따르면, 표면 활성화된 소지철의 최대 높이 조도(Rmax)는 8~16.5㎛일 수 있다. 여기서, 최대 높이 조도(maximum height roughness, Rmax)란, 채취 부분의 기준길이(cut-off) 내의 조도 곡선(roughness profile)에서 중심선(centerline, arithmetical mean line of profile)에 평행하고, 그 곡선의 최고점과 최저점을 지나는 두 평행선 간의 상하 거리를 의미한다.

소지철의 표면 조도(Ra,Rz,Rmax)를 상기와 같은 범위로 제어할 경우, 소지철과 도금액 간 반응이 보다 활발히 일어나 이중 구조의 계면층을 보다 용이하게 형성시킬 수 있다.

본 발명에서는 소지철의 표면을 활성화하는 방법에 대해서는 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 플라즈마 처리 또는 액시머 레이저 처리에 의할 수 있다. 플라즈마 처리 또는 액시머 레이저 처리시 구체적인 공정 조건에 대해서는 특별히 한정하지 않으며, 소지철의 표면을 상기와 같은 범위로 활성화시킬 수 있는 정도라면 어떠한 장치 및/또는 조건도 적용할 수 있다.

다만, 소지철의 표면을 활성화하기 위한 가장 바람직한 일 예로써 다음과 같은 방법을 이용할 수 있다.

소지철의 표면 활성화는 RF 전원(RF Power) 150~200W의 조건 하 플라즈마 처리에 의할 수 있다. RF 전원을 상기와 같은 범위로 제어할 경우, 하부 계면층 면적 대비 상부 계면층의 면적 점유율을 최적화할 수 있으며, 이에 따라 매우 우수한 용접성 및 가공부 내식성을 확보할 수 있다.

또한, 소지철의 표면 활성화는 불활성 가스 분위기에서 실시할 수 있으며, 이 경우, 불활성 가스 분위기는 질소 가스 분위기 또는 아르곤 가스 분위기 중 어느 하나일 수 있다. 이와 같이 불활성 가스 분위기 하 표면 활성화를 수행할 경우, 소지철 표면에 존재하는 산화막이 제거되어 도금액과 소지철의 반응성이 보다 향상되게 되며, 이에 따라, 소지철과 아연합금도금층 사이에 이중 구조의 Fe-Al계 합금층을 보다 용이하게 형성할 수 있게 된다.

표면 산화물층 형성 단계

소지철을 열처리하여 그 표면에 표면 산화물층을 형성한다. 다만, 본 단계는 소지철이 중량%로, Si, Mn 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 합계 0.1% 이상 포함하는 경우에, 상기 Si, Mn 및 Ni의 표면 농화를 유도하여, 후 공정에 의해 형성되는 계면층 내에 상기 Si, Mn 및 Ni가 충분히 고용될 수 있도록 하기 위한 것으로, 필수적인 단계는 아니다.

한편, 본 단계는 도금강재를 얻는 단계 전에 수행되는 것이라면 공정 순서는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 소지철의 표면 활성화 후, 표면 활성화된 소지철에 표면 산화물층을 형성할 수도 있고, 표면 산화물층을 형성한 후, 표면 산화물층이 형성된 소지철을 표면 활성화 할 수도 있다.

일 예에 따르면, 상기 열처리시, 열처리 온도는 700~900℃일 수 있고, 보다 바람직하게는 750~850℃일 수 있다. 만약, 열처리 온도가 700℃ 미만일 경우에는 그 효과가 충분치 못할 우려가 있으며, 반면, 900℃를 초과하는 경우에는 공정 효율 저하의 우려가 있다.

아연합금도금강재를 얻는 단계

표면이 활성화된 소지철 또는 표면이 활성화되고 표면 산화물층이 형성된 소지철을 중량%로, Al: 0.1~5.0%, Mg: 0.1~5.0%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하는 아연합금 도금욕에 침지하고, 도금을 행하여 아연합금 도금강재를 얻는다.

이때, 도금욕의 온도는 통상의 도금욕 온도를 적용할 수 있다. 일반적으로 도금욕 내의 성분 중 Al의 함량이 높아지면, 융점이 높아지므로 도금욕 내부 설비가 침식되어 장비의 수명 단축을 초래할 뿐만 아니라, 도금욕 내 Fe 합금 드로스가 증가하여 도금재의 표면이 불량해질 수 있다. 그런데, 본 발명에서는 Al의 함량을 0.5~3.0중량%로 비교적 낮게 제어하기 때문에, 도금욕의 온도를 높게 설정할 필요가 없으며, 통상의 도금욕 온도를 적용함이 바람직하다. 예를 들면, 430~480℃일 수 있다.

이후, 아연합금도금강재를 가스 와이핑 처리하여 도금 부착량을 조절한다. 상기 가스 와이핑 처리는 도금 부착량을 조정하기 위한 것으로, 그 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니다. 이때, 사용되는 가스로는 공기 또는 질소를 이용할 수 있으며, 이 중 질소를 이용함이 보다 바람직하다. 이는, 공기를 사용할 경우 도금층 표면에서 Mg 산화가 우선적으로 발생함으로써 도금층의 표면결함을 유발할 수 있기 때문이다.

이후, 상기 도금 부착량이 조절된 아연합금도금강재를 냉각한다. 본 발명에서는 상기 냉각시, 냉각속도 및 냉각종료온도에 대해서는 특별히 한정하지 않으며, 통상의 냉각 조건에 의할 수 있다. 한편, 상기 냉각시, 냉각방법에 대해서도 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면, Air jet cooler를 이용하거나 N₂ 와이핑 또는 water fog 등을 분무함으로써 냉각을 수행할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기하는 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.

( 실시예 1)

도금용 시험편으로 두께 0.8mm, 폭 100mm, 길이 200mm인 저탄소 냉연강판을 준비한 후, 그 표면을 플라즈마 처리하여 표면 활성화하였다. 여기서, 표면 활성화된 소지철의 Ra, Rz 및 Rmax는 하기 표 1에 나타내었다. 이후, 상기 표면 활성화된 소지철을 하기 표 1의 조성을 갖는 아연합금 도금욕에 침지하여 아연합금도금강재를 제조하였다. 이후, 상기 아연합금도금강재를 가스 와이핑하여 도금 부착량을 편면당 70g/m²으로 조절하였으며, 10℃/sec의 평균 냉각 속도로 상온(약 25℃)까지 냉각하였다.

이후, 제조된 각각의 아연합금도금강재의 계면층의 조성, 두께, 면적 점유율 등을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다. 그 측정 방법은 전술한 바와 같다.

이후, 제조된 각각의 아연합금도금강재의 용접성 및 가공부 내식성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

용접성은 다음과 같은 방법에 의해 평가하였다.

선단경 6mm인 Cu-Cr 전극을 사용하여 용접 전류 7kA를 흘려주며, 가압력 2.1kN으로 11Cycles(여기서, 1Cycle은 1/60초를 의미함, 이하 동일)의 통전 시간과 11Cycles의 홀딩(Holding) 시간 조건에서 용접을 실시하였다. 각각의 실시예에 있어서 총 5개의 시편을 제작하였으며, 5개의 시편에서 발생한 모든 LME 균열의 길이를 측정하고, 평균 LME 균열 길이 및 최고 LME 균열 길이를 도출하였다. 그 결과, 평균 LME 균열 길이가 20㎛ 이하인 경우, "합격", 20㎛ 초과인 경우, "불합격"으로 평가하였으며, 최고 LME 균열 길이가 100㎛ 이하인 경우, "합격", 100㎛ 초과인 경우, "불합격"으로 평가하였다.

가공부 내식성은 다음과 같은 방법에 의해 평가하였다.

각각의 도금강재를 180℃ 굽힘 가공(0T 벤딩)한 후, 굽힘 가공된 각각의 도금강판을 염수 분무 시험기에 장입하였으며, 국제 규격(ASTM B117-11)에 의해 적청 발생 시간을 측정하였다. 이때, 5% 염수(온도 35℃, pH 6.8)를 이용하였으며, 시간당 2ml/80cm²의 염수를 분무하였다. 적청 발생 시간이 500시간 이상인 경우 "합격", 500시간 미만인 경우 "불합격"으로 평가하였다.

비고	표면조도 (㎛)	도금욕 조성(중량%)		상부 계면층			하부 계면층
		Al	Mg	조성 (중량%)	두께 (nm)	점유율 (면적%)	조성 (중량%)	두께 (nm)
발명예1	Ra: 1.04 Rz: 8.57 Rmax: 10.5	1	1	Al: 20.10 Fe: 77.63 Zn: 1.11	830	25	Al: 9.8 Fe: 88.8 Zn: 1.35	80
비교예1	Ra: 0.56 Rz: 9.26 Rmax: 13.7	1	1	-	-	-	Al: 10.3 Fe: 88.65 Zn: 1.01	50
비교예2	Ra: 1.57 Rz: 15.2 Rmax:12.8	1.6	1.6	-	-	-	Al: 12.5 Fe: 86.34 Zn: 1.15	60

비고	용접성				가공부 내식성
	평균 LME 균열 길이 (μm)		최고 LME 균열 길이 (μm)		적청 발생 시간 (h)
발명예1	18	합격	94	합격	500	합격
비교예1	30	불합격	179	불합격	300	불합격
비교예2	34	불합격	125	불합격	350	불합격

표 1 및 2를 참조할 때, 본 발명의 조건을 모두 만족하는 발명예 1의 경우, 평균 LME 균열 길이가 20㎛ 이하이고, 최고 LME 균열 길이가 100㎛ 이하로 용접성이 우수할 뿐만 아니라, 적청 발생 시간이 500시간 이상으로 가공부 내식성이 매우 우수함을 확인할 수 있다. 이에 반해, 비교예 1 및 2는 이중 구조 계면층의 미형성으로 인하여 용접성과 가공부 내식성이 열위하게 나타남을 확인할 수 있다.

한편, 도 1은 실시예 1의 발명예 1에 따른 아연합금도금강판의 계면층을 관찰한 SEM 이미지이고, 도 2는 실시예 1의 비교예 1에 따른 아연합금도금강판의 계면층을 관찰한 SEM 이미지이다.

( 실시예 2)

플라즈마 처리 조건에 따른 상부 계면층의 면적 점유율 등의 변화와 이에 따른 아연합금도금강재의 용접성과 가공부 내식성을 평가하기 위하여, 실시예 1과 다른 조건은 동일하게 하되, 도금욕 조성(1.4중량%의 Al, 1.4중량%의 Mg, 잔부 Zn) 및 플라즈마 처리 조건만을 달리하여 아연합금도금강재를 제조하였다. 각각의 예에 있어서의 플라즈마 처리 조건은 하기 표 3에 나타내었다.

이후, 제조된 각각의 아연합금도금강재의 계면층의 조성, 두께, 면적 점유율 등을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 함께 나타내었다. 그 측정 방법은 전술한 바와 같다.

이후, 제조된 각각의 아연합금도금강재의 용접성 및 가공부 내식성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 그 평가 방법은 전술한 바와 같다.

시편 번호	플라즈마 처리 조건		상부 계면층			하부 계면층
	RF 파워 (W)	분위기	조성 (중량%)	두께 (nm)	점유율 (면적%)	조성 (중량%)	두께 (nm)
1	50	Air	Al:16 Fe:81.5 Zn:2.5	25	36	Al:11.5 Fe:82.9 Zn:5.6	60
2	100	질소	Al:25 Fe:71.9 Zn:3.1	55	24	Al:18.4 Fe:78 Zn:3.6	55
3	150	질소	Al:25.3 Fe:72.2 Zn:2.5	150	48	Al:26.4 Fe:72.1 Zn:1.5	60
4	200	아르곤	Al:46.2 Fe:50.2 Zn:3.6	350	61	Al:16.4 Fe:81.8 Zn:1.8	55
5	250	아르곤	Al:79 Fe:15.2 Zn:5.8	460	72	Al:9.8 Fe:86.7 Zn:3.5	55

시편 번호	용접성		가공부 내식성
	평균 LME 균열 길이(μm)	최고 LME 균열 길이(μm)	적청 발생 시간 (h)
1	28.6	102.5	500
2	18.8	96.7	550
3	11	68	800
4	9.4	59	900
5	8.5	57	600

표 3 및 표 4를 참조할 때, 상부 계면층의 면적 점유율이 40~70%로 제어된 시편 3 및 4의 경우, 다른 시편들과 비교할 때, 용접성 및 가공부 내식성이 월등히 우수하게 나타남을 확인할 수 있다.

한편, 도 3은 실시예 2의 시편 번호 1에 따른 아연합금도금강판의 계면층을 관찰한 SEM 이미지이고, 도 4는 실시예 2의 시편 번호 2에 따른 아연합금도금강판의 계면층을 관찰한 SEM 이미지이며, 도 5는 실시예 2의 시편 번호 3에 따른 아연합금도금강판의 계면층을 관찰한 SEM 이미지이고, 도 6은 실시예 2의 시편 번호 4에 따른 아연합금도금강판의 계면층을 관찰한 SEM 이미지이다.

Claims (19)

1. 소지철과 아연합금도금층을 포함하는 아연합금도금강재에 있어서,
   상기 아연합금도금층은 중량%로, Al: 0.1~5.0%, Mg: 0.1~5.0%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하고,
   상기 소지철과 상기 아연합금도금층의 사이에는, 상기 소지철 상에 형성되고 치밀한 구조를 가지는 하부 계면층; 및 상기 하부 계면층 상에 형성되고, 네트워크(network)형 또는 아일랜드(island)형 구조를 가지는 상부 계면층을 포함하며,
   상기 상, 하부 계면층은 Fe-Al계 합금을 포함하고, 상기 Fe-Al계 합금은 Fe₂Al₅, FeAl₃ 및 FeAl로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상인 아연합금도금강재.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 하부 계면층 면적 대비 상기 상부 계면층의 면적 점유율은 10~90%인 아연합금도금강재.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 하부 계면층 면적 대비 상기 상부 계면층의 면적 점유율은 40~70%인 아연합금도금강재.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 상부 계면층은 중량%로, Al: 15~80%, Fe: 20~85% 및 Zn: 10% 이하(0% 포함)을 포함하는 아연합금도금강재.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 상부 계면층의 두께는 50~1000nm인 아연합금도금강재.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 상부 계면층의 두께는 75~450nm인 아연합금도금강재.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 하부 계면층의 두께는 500nm 이하(0nm 제외)인 아연합금도금강재.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 소지철은 Si, Mn 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 합계 0.1중량% 이상(100중량% 제외) 포함하고,
   상기 상, 하부 계면층은 Si, Mn 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상: 0.001중량% 이상(100중량% 제외)을 더 포함하는 아연합금도금강재.
   
10. 소지철을 준비하는 단계;
    상기 소지철을 표면 활성화하는 단계;
    상기 표면 활성화된 소지철을 중량%로, Al: 0.1~5.0%, Mg: 0.1~5.0%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하는 아연합금 도금욕에 침지하고, 도금을 행하여 아연합금도금층을 형성하는 단계; 및
    상기 아연합금도금층이 형성된 소지철을 가스 와이핑 후, 냉각하는 단계를 포함하고,
    상기 소지철과 상기 아연합금도금층의 사이에는, 상기 소지철 상에 형성되고 치밀한 구조를 가지는 하부 계면층; 및 상기 하부 계면층 상에 형성되고, 네트워크(network)형 또는 아일랜드(island)형 구조를 가지는 상부 계면층을 포함하며,
    상기 상, 하부 계면층은 Fe-Al계 합금을 포함하고, 상기 Fe-Al계 합금은 Fe₂Al₅, FeAl₃ 및 FeAl로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상인 아연합금도금강재의 제조방법.
    
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 표면 활성화된 소지철의 중심선 평균 조도(Ra)는 0.8~1.2㎛이고, 10점 평균 조도(Rz)는 7.5~15.5㎛이며, 최대 높이 조도(Rmax)는 8~16.5㎛인 아연합금도금강재의 제조방법.
    
12. 제10항에 있어서,
    상기 소지철의 표면 활성화는 플라즈마 처리 또는 액시머 레이저 처리에 의해 이루어지는 아연합금도금강재의 제조방법.
    
13. 제10항에 있어서,
    상기 표면 활성화는, RF 전원(RF Power) 150~200W의 조건 하 플라즈마 처리에 의해 이루어지는 아연합금도금강재의 제조방법.
    
14. 제10항에 있어서,
    상기 표면 활성화는 불활성 가스 분위기에서 실시하는 아연합금도금강재의 제조방법.
    
15. 제14항에 있어서,
    상기 불활성 가스 분위기는 질소 가스 분위기, 아르곤 가스 분위기 및 질소와 아르곤 혼합 가스 분위기 중 어느 하나인 아연합금도금강재의 제조방법.
    
16. 제10항에 있어서,
    상기 소지철은 중량%로, Si, Mn 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 합계 0.1% 이상 포함하는 아연합금도금강재의 제조방법.
    
17. 제16항에 있어서,
    상기 표면 활성화된 소지철을 아연합금 도금욕에 침지하기 전, 상기 표면 활성화된 소지철을 열처리하여 표면 산화물층을 형성하는 단계를 더 포함하는 아연합금도금강재의 제조방법.
    
18. 제16항에 있어서,
    상기 소지철을 표면 활성화하기 전, 상기 소지철을 열처리하여 표면 산화물층을 형성하는 단계를 더 포함하는 아연합금도금강재의 제조방법.
    
19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    상기 열처리시, 열처리 온도는 700~900℃인 아연합금도금강재의 제조방법.

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