KR101714986B1 - 고강도강판의 표면 처리 방법 및 도금 방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시의 일 실시 형태에 따른 고강도강판의 표면 처리 방법은 고강도강판을 가열한 후 냉각하여 Si계 및 Mn계 산화물이 형성된 고강도강판을 형성하는 단계; 및 상기 산화물이 형성된 고강도강판을 과시효 및 플라즈마 표면 처리하는 단계;를 포함할 수 있다. 상기 고강도강판은 플라즈마 표면 처리를 함으로써, 도금 공정 시 도금 밀착성을 향상시켜 미도금을 방지할 수 있다.
Description
본 개시는 고강도강판의 표면 처리 방법 및 도금 방법에 관한 것이다.
최근에는 일반적인 용융아연도금강판에 비하여 도금원료의 사용량을 줄이면서 내식성을 향상시키고자 하는 산업계의 수요가 꾸준히 증가하고 있다. 이에, 아연도금욕에 알루미늄(Al) 및 마그네슘(Mg) 등의 원소를 첨가하여 강재의 내식성을 향상시키는 아연(Zn)-알루미늄(Al)-마그네슘(Mg) 합금도금강판에 대한 연구가 다양하게 진행되어 왔다. 이와 같은 아연(Zn)-알루미늄(Al)-마그네슘(Mg) 합금도금강판은 내식성이 매우 우수하여 건자재나 파이프, 가드레일 등으로 사용되고 있다.
한편, 고강도강판을 이용하여 강관용 파이프나 가드레일로 이용되는 건자재를 제조하고 있으며, 이와 같은 용도로 사용되는 강에 대하여 경량화하려고 하는 노력이 진행되고 있다. 이러한 용도로서 사용되는 강재는 기본적으로 기계적 성질을 만족해야 함은 물론, 표면 외관이 우수하고, 또 내식성이 우수한 용융 아연 도금성을 확보하는 것이 기본적으로 요구되고 있다.
상기 고강도강판은 소둔 열처리시 고강도강판에 포함되어 있는 Si/Mn/Al 이 강판표면에 확산되면서 수십~수백 nm 수준의 Si/Mn/Al계 산화피막을 형성하게 된다. 이러한 Si/Mn/Al계 산화피막은 용융아연 도금시 용융아연의 부착을 막아서 미도금의 원인이 된다.
아연도금은 강재의 전기화학적 보호작용을 하므로, 아연도금이 되지 않은 경우, 내식성이 낮아 외부 프레임에 부적합하여, 고강도강판의 높은 강성에도 불구하고 외부 프레임으로 사용하지 못한다는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 소둔 산화물의 균열 또는 제거를 통하여 고강도강판의 용융아연도금의 밀착성 및 표면품질을 향상시키는 기술이 필요한 실정이다.
본 개시의 일 실시 형태는 고강도강판의 표면 처리 방법 및 도금 방법을 제공하는 것이다.
본 개시의 일 실시 형태에 따른 고강도강판의 표면 처리 방법은 고강도강판을 가열한 후 냉각하여 Si계 및 Mn계 산화물이 형성된 고강도강판을 형성하는 단계; 및 상기 산화물이 형성된 고강도강판을 과시효 및 플라즈마 표면 처리하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시 형태에 따른 고강도강판의 도금 방법은 고강도강판을 가열한 후 냉각하여 Si계 및 Mn계 산화물이 형성된 고강도강판을 형성하는 단계; 상기 산화물이 형성된 고강도강판을 과시효 및 플라즈마 표면 처리를 하는 단계; 및 상기 표면 처리된 고강도강판을 도금하여 도금강판을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시 형태에 따르면, 소둔 산화물의 균열 또는 제거를 통하여 고강도강판의 용융아연도금의 밀착성 및 표면품질을 향상시키는 고강도강판의 표면 처리 방법 및 도금 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 고강도강의 열처리 모식도 및 플라즈마 설비의 설치 위치를 나타낸 것이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리에 의하여 형성된 나노패턴을 나타낸 AFM(Atomic Force Microscopy) 사진이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리에 의하여 형성된 나노패턴을 나타낸 AFM(Atomic Force Microscopy) 사진이다.
본 개시의 실시 형태는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 개시를 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
또한, 본 개시의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 개시의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 본 개시에 의한 고강도강판의 표면 처리 방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 개시의 일 실시 형태의 고강도강판의 표면 처리 방법은 고강도강판을 가열한 후 냉각하여 Si계 및 Mn계 산화물이 형성된 고강도강판을 형성하는 단계; 및 상기 산화물이 형성된 고강도강판을 과시효 및 플라즈마 표면 처리하는 단계;를 포함한다.
상기 고강도강판은 600~900℃의 온도로 가열한 후 400~500℃의 온도로 냉각한 것일 수 있다.
상기 고강도강판의 표면은 Si계 및 Mn계 산화물이 형성될 수 있다.
상기 Si계 및 Mn계 산화물은 용융아연 도금시 용융아연의 부착을 막아서 미도금의 원인이 될 수 있다.
따라서, 상기 Si계 및 Mn계 산화물이 도금공전 이전에 제거되면, 미도금 발생을 방지할 수 있다.
도금공정 이전에, 과시효 공정에서 상기 고강도강판의 표면에 형성된 상기 Si계 및 Mn계 산화물에 플라즈마를 조사하는 플라즈마 표면 처리를 할 수 있다.
상기 플라즈마는 선형 이온빔 소스를 이용한 이온빔 플라즈마 일 수 있다.
상기 과시효 및 플라즈마 표면 처리하는 단계는 400~500℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 플라즈마 표면 처리는 상기 고강도강판의 표면에 형성된 상기 산화물에 균열 발생 또는 제거할 수 있다. 이로 인해, 상기 고강도강판의 표면 특성을 향상시킬 수 있어, 미도금의 형성을 방지할 수 있다.
상기 플라즈마 표면 처리는 상기 고강도강판의 표면에 나노패턴을 형성할 수 있다. 이로 인해, 상기 고강도강판의 표면의 도금 밀착성을 향상시킬 수 있다.
상기 플라즈마 표면 처리 시, 상기 고강도강판과 이온빔 플라즈마 조사 장치의 거리는 3~20mm 일 수 있으며, 바람직하게는 5~15mm 일 수 있다.
상기 고강도강판과 이온빔 플라즈마 조사 장치의 거리는 가까울수록 플라즈마 표면 처리의 효율이 우수할 수 있다.
상기 고강도강판과 이온빔 플라즈마 조사 장치의 거리가 3mm 미만이면, 상기 고강도강판의 진동에 의하여 플라즈마 조사 장치에 충격을 줄 수 있어, 설비의 안정성에 문제가 될 수 있다.
상기 고강도강판과 이온빔 플라즈마 조사 장치의 거리가 20mm을 초과하면, 상기 고강도강판의 표면에 형성된 상기 Si계, Mn계 및 Al계 산화물을 제거하는 효과가 현저히 감소할 수 있다.
상기 고강도강판에 상기 플라즈마의 조사 시간을 증가하여, 상기 Si계, Mn계 및 Al계 산화물 제거의 효율성을 높일 수 있다. 또한, 상기 플라즈마의 조사량에 따라 상기 산화물 제거의 효과를 제어할 수 있다.
상기 플라즈마의 조사량은 10~100 μA/cm2 일 수 있으며, 바람직하게는 20~80 μA/cm2 일 수 있다.
상기 플라즈마의 조사량이 10μA/cm2 미만이면, 상기 산화물의 식각 효율이 낮아 상기 고강도강판의 진행속도를 늦춰야하므로, 제조공정에서 생산성이 감소할 수 있다.
상기 플라즈마의 조사량이 100μA/cm2 인 경우는 다량의 플라즈마 가스를 필요하므로, 상기 조사량의 제어가 어려울 수 있다.
상기 플라즈마 표면 처리 단계는 외부와 차단된 진공 챔버에서 수행할 수 있다.
상기 플라즈마는 상기 고강도강판에서 300~2000mm의 범위를 조사할 수 있으며, 상기 고강도강판의 폭방향으로 균일하게 상기 소둔 산화물을 제거할 수 있다.
상기 진공 챔버(evacuated chamber)의 진공도는 10-4~10-3 torr 일 수 있다.
상기 진공도가 10-4torr 미만이면 이온빔 플라즈마에 의한 상기 산화물 제거의 효과가 미비할 수 있으며, 상기 진공도가 10-3 torr를 초과하면 이온빔 플라즈마가 불안정하여, 이온빔을 생성하는 필라멘트의 손상이 발생할 수 있다.
상기 플라즈마의 조사에너지는 1~10keV 일 수 있다.
상기 조사에너지가 1keV 미만이면, 상기 플라즈마의 투과 깊이(panetration depth)가 1nm 수준으로 상기 산화물 피막을 제거하거나 균열을 주는데 한계가 있다.
상기 조사에너지가 10keV를 초과하면, 상기 투과 깊이 10nm 이상이므로 상기 산화물 피막에 제거 또는 균열을 주는데 영향을 미칠 수 있다.
상기 플라즈마는 강판의 속도에 따라 수개의 연속배치가 가능할 수 있으며, 5~10단의 이온빔 플라즈마를 배치할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 플라즈마 표면 처리 단계 이전에, 상기 고강도강판의 표면의 탄화를 방지하도록 비활성 가스를 공급하여 비활성 분위기를 형성하는 분위기 형성단계;를 포함할 수 있다.
상기 비활성 가스는 Ne, Ar, Kr, Xe 및 Rn 중 선택된 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
이하, 본 개시에 의한 고강도강판의 도금 방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 개시의 일 실시 형태에 따른 고강도강판의 도금 방법은 고강도강판을 가열한 후 냉각하여 Si계 및 Mn계 산화물이 형성된 고강도강판을 형성하는 단계; 상기 산화물이 형성된 고강도강판을 과시효 및 플라즈마 표면 처리를 하는 단계; 및 상기 표면 처리된 고강도강판을 도금하여 도금강판을 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 Si계 및 Mn계 산화물을 형성하는 단계는 상기 고강도강판을 600~900℃의 온도로 가열한 후 400~500℃의 온도로 냉각하여 형성될 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 고강도강의 열처리 모식도 및 플라즈마 설비의 설치 위치를 나타낸 것이다.
도 1은 참조하면, 일반적으로 소둔 공정은 소둔로 내에서 가열대, 균열대, 서냉대, 급냉대 및 균질대의 순서로 진행된다. 압연된 고강도강판은 600~900℃의 온도로 가열하는 가열대를 거쳐 균열대에서 일정온도유지 후, 서냉대 및 급냉대를 거처 400~500℃의 온도로 냉각된다. 상기 냉각된 고강도강판은 균질대(overaging section)에서 과시효된다.
본 개시에 따른 고강도강판의 도금 방법은 도금 공정 이전에 상기 균질대에서 플라즈마 표면 처리를 할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 균질대에서는 과시효 처리 및 플라즈마 표면 처리가 수행될 수 있다.
상기 균질대 공정 설비의 전후에 진공을 잡아주는 롤(roll)이 배치될 수 있다.
상기 롤은 상기 균질대 내에 이물질의 유입을 차단할 수 있다.
상기 균질대의 분위기는 진공 및 비활성 기체를 사용하여 진공을 유지할 수 있다.
상기 균질대 공정 설비는 이온빔 플라즈마 설비가 배치될 수 있다.
상기 이온빔 플라즈마 처리 장치는 5~10단이 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 이온빔 플라즈마 처리 장치가 5~10단이 배치되면, 상기 플라즈마 표면 처리 단계의 공정시간을 단축할 수 있다.
상기 이온빔 플라즈마 설비가 소둔로 내의 균질대 공정 설비에 배치되면, 도금욕조 근처의 설비의 간섭이 없으며, 도금욕의 Zn 증발에 의한 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 상기 균질대는 상기 고강도강판의 재질 보강을 위한 영역으로 균질화된 품질을 얻을 수 있어, 상기 플라즈마 설비를 배치하기에 적절하다.
상기 플라즈마 표면 처리는 상기 고강도강판의 표면에 형성된 상기 산화물에 균열 발생 또는 제거할 수 있다. 이로 인해, 상기 고강도강판의 표면 특성을 향상시킬 수 있어, 미도금의 형성을 방지할 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시 형태에 따른 플라즈마 처리에 의하여 형성된 나노패턴을 나타낸 AFM(Atomic Force Microscopy) 사진이다.
상기 플라즈마 표면 처리는 상기 고강도강판의 표면에 나노패턴을 형성할 수 있다. 이로 인해, 상기 고강도강판의 표면의 도금 밀착성을 향상시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 고강도 강판의 표면에서는 이온빔 플라즈마의 식각과 열에 의하여 확산 현상이 함께 작용하여, 자기 조립형의 질서를 가지는 나노패턴이 형성된다. 이로 인해, 상기 고강도강판의 표면과 Zn의 상호작용을 균일하게 하여, 도금밀착성을 향상시킬 수 있다.
도금공정은 고강도강판으로 도금공정을 수행하여 도금강판을 제조함으로써, 고강도강판의 내식성을 향상시킬 수 있다.
그러나, 도금 공정 시 고강도강판에 미도금이 발생하게 되면, 고강도강판의 높은 강성에도 불구하고, 내식성이 낮아지게 된다.
본 개시의 고강도강판의 도금 방법은 도금 공정 이전에, 고강도강판의 표면에 플라즈마 처리를 하여 Si계, Mn계 및 Mn계 산화물을 제거함으로써, 고강도강판의 도금 공정 시 미도금 발생을 방지할 수 있다.
상기 고강도강판의 미도금을 방지하면, 고강도강판의 강성을 유지하며, 강판의 내식성 및 표면품질을 향상시킬 수 있다.
상기 도금강판을 형성하는 단계는 상기 표면 처리된 고강도강을 Zn-Al-Mg계 도금욕에 넣어 도금할 수 있다.
상기 도금 공정은 420~460℃의 온도에서 수행할 수 있다.
본 개시는 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다.
따라서, 청구범위에 기재된 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 개시의 범위에 속한다고 할 것이다.
Claims (6)
- 고강도강판을 가열한 후 냉각하여 Si계 및 Mn계 산화물이 형성된 고강도강판을 형성하는 단계;
소둔로 내의 균질대 공정 설비에서 상기 산화물이 형성된 고강도강판에 과시효와 플라즈마 표면 처리를 동시에 수행하는 단계; 및
상기 표면 처리된 고강도강판을 도금하여 도금강판을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 과시효와 플라즈마 표면 처리를 동시에 수행하는 단계에서는 상기 고강도강판의 표면에 나노패턴이 형성되며,
상기 도금강판은 Zn-Al-Mg 합금도금강판인 것을 특징으로 하는 고강도 강판의 도금 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 표면 처리 단계는 외부와 차단된 진공 챔버에서 수행하는 고강도 강판의 도금 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 플라즈마의 조사에너지는 1~10keV인 고강도 강판의 도금 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 플라즈마 처리단계는 이전에 상기 고강도강판 표면의 탄화를 방지하도록 비활성 가스를 공급하여 비활성 분위기를 형성하는 분위기 형성 단계;를 더 포함하는 고강도 강판의 도금 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 비활성 가스는 Ne, Ar, Kr, Xe 및 Rn 중 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 고강도 강판의 도금 방법.
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|---|---|---|---|---|
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