KR101819393B1 - 용접성 및 프레스 가공성이 우수한 용융 아연계 도금강재 및 그 제조방법 - Google Patents

용접성 및 프레스 가공성이 우수한 용융 아연계 도금강재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

소지철과 상기 소지철 상에 형성된 용융 아연계 도금층을 포함하고, 상기 용융 아연계 도금층은 중량%로, Al: 0.01~0.5%, Mg: 0.01~1.5%, Mn: 0.05~1.5%, Fe: 0.1~6%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하며, 상기 소지철과 용융 아연계 도금층의 계면에는 Zn-Fe-Mn계 합금상이 존재하며, 상기 용융 아연계 도금층의 면적에 대한 상기 Zn-Fe-Mn계 합금상의 면적의 비는 1% 내지 60%인 용융 아연계 도금강재와 이를 제조하는 방법이 개시된다.

Description

용접성 및 프레스 가공성이 우수한 용융 아연계 도금강재 및 그 제조방법 {HOT DIP ZINC ALLOY PLATED STEEL MATERIAL HAVING EXCELLENT WELDABILITY AND PRESS FORMABILITY AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은 용접성 및 프레스 가공성이 우수한 용융 아연계 도금강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
용융아연도금강재는 철보다 낮은 부식전위를 가짐으로 부식환경에서 철보다 먼저 부식되어 강재의 부식이 억제되는 희생방식(Sacrificial Corrosion Protection)의 특성을 가지고 있어 자동차용, 가전용, 건자재용 등으로 그 수요가 증가되고 있다.
그러나, 산업 고도화에 따른 대기오염의 증가 및 부식환경의 악화가 증가하고 있고, 자원 및 에너지 절약에 대한 엄격한 규제로 인해 종래의 아연 도금 강재보다 더 우수한 내식성을 갖는 강재 개발의 필요성이 높아지고 있다.
내식성을 향상시키기 위해 아연 도금욕에 알루미늄(Al) 및 마그네슘(Mg) 등의 원소를 첨가하여 강판의 내식성을 향상시키는 연구가 다양하게 진행되어 왔다. 대표적인 아연합금계 도금강재인 갈바륨의 경우 55 중량%의 Al 및 1.6 중량%의 Si를 함유하는데, 이를 제조하기 위해서는 도금욕의 온도를 600℃ 이상으로 유지해야 하므로, 모재의 침식뿐만 아니라 철과 아연의 합금상이 형성되어 도금품질을 열화시키 뿐만 아니라 도금 작업성이 저하되고 싱크롤(sink roll) 등의 도금욕 내부 설비 침식이 가속화되어 설비의 수명이 짧아지는 단점이 있다.
또 다른 아연합금계 도금재로 Zn-Al 도금 조성계에 Mg을 추가로 첨가한 Zn-Al-Mg 용융아연합금 도금강판 제조기술에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 예컨대, 특허문헌 1 및 2에는 Al 및 Mg을 함유하는 도금욕 내에 각종의 첨가원소를 배합하거나 제조조건을 규제하는 것에 의해 내식성 및 제조특성을 개선시킨 용융아연합금 도금강판 제조방법이 개시되어 있다.
그런데, Mg의 경우 도금조성의 주 원소인 Zn에 비해 가볍고, 산화도가 높아, 용융과정 중에 다량의 Mg이 도금욕 상부로 부상하게 되고, 부상한 Mg은 도금욕면에서 대기 중에 도출된 후 산화반응을 일으켜 다량의 드로스를 발생시킨다. 이러한 현상은 도금과정 중 도금욕 내에 침지된 강재에 부착되어 드로스 결함을 일으키며, 이로 인해 강재에 형성된 도금층의 표면을 불량하게 하거나 또는 도금작업을 불가능하게 만들게 되는 문제가 있다.
한편, 상기 Zn-Al-Mg 용융아연합금 도금강판의 경우 도금층 내부에 Zn, Al 및 Mg 의 열역학적 상호반응에 의한 미세 금속간 화합물이 형성되게 되는데, 이러한 미세 금속간 화합물의 형성 및 형태를 규제하여 내식성을 향상시킨 도금기술이 제안되었다.
예컨대, 특허문헌 3에는 4~10 중량%의 Al, 1~4 중량%의 Mg 및 불가피적 불순물이 포함하고, Zn/Al/MgZn2 3원 공정조직 및 초정 Al 단상조직의 합이 80 용적%이상, Zn 단상조직이 15 용적% 이하를 갖는 것을 특징으로 하는 도금강판이 개시되어 있다. 또 다른 예로, 특허문헌 4에는 0.2~2.0 중량%의 Al 및 3.0~10.0%의 Mg를 함유하고, 평균 장경이 1~200㎛인 MgZn2 단상조직을 가지는 내식성 및 가공성이 우수한 도금강판이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 3은 Al 함량을 Mg 함량 대비 상대적으로 높게 유지함으로써 도금층 내 초정 Al 단상조직이 형성되어 도금재의 가공성 및 용접성이 열위하다는 문제점이 있다. 또한, 특허문헌 4는 Mg 함량을 Al 함량 대비 상대적으로 높게 유지함으로써 육방정계의 MgZn2 단상조직의 조대화를 유도하였는데, 형성된 MgZn2 단상조직의 경도가 매우 높아 도금재를 가공할 경우 도금층에 크랙이 발생하는 등 가공부 및 단면부 내식성이 취약하다는 문제점이 있다
일본 공개특허공보 제1999-140615호 국제 공개특허공보 제2006/002843호 일본 등록특허공보 제3179401호 일본 공개특허공보 제2010-275632호
본 발명의 여러 목적 중 하나는, 용접성 및 프레스 가공성이 우수한 용융 아연계 도금강재와 이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 소지철과 상기 소지철 상에 형성된 용융 아연계 도금층을 포함하고, 상기 용융 아연계 도금층은 중량%로, Al: 0.01~0.5%, Mg: 0.01~1.5%, Mn: 0.05~1.5%, Fe: 0.1~6%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하며, 상기 소지철과 용융 아연계 도금층의 계면에는 Zn-Fe-Mn계 합금상이 존재하며, 상기 용융 아연계 도금층의 면적에 대한 상기 Zn-Fe-Mn계 합금상의 면적의 비는 1% 내지 60%인 용융 아연계 도금강재를 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 중량%로, Al: 0.01~0.15%, Mg: 0.01~1.0%, Mn: 0.05~1.5%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하는 용융 도금욕을 준비하는 단계, 상기 용융 도금욕에 440~540℃로 유지된 소지철을 침지하여 용융 아연계 도금강판을 얻는 단계, 및 상기 용융 아연계 도금강판을 가스 와이핑 및 냉각하는 단계를 포함하는 용융 아연계 도금강재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 여러 효과 중 하나로서, 본 발명에 따른 용융 아연계 도금강재는 용접성 및 프레스 가공성이 우수한 장점이 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 이다.
도 1의 (a)는 발명예 13의 용융 아연계 도금층을 관찰한 전자현미경 사진이고, 도 1의 (b)는 비교예 2의 용융 아연계 도금층을 관찰한 전자현미경 사진이다.
도 2의 (a)는 발명예 13의 용융 아연계 도금층 표면의 Mg 분포를 EPMA(Electron Probe Micro Analysis)를 이용하여 관찰한 이미지이고, 도 2의 (b)는 비교예 2의 용융 아연계 도금층 표면의 Mg 분포를 EPMA(Electron Probe Micro Analysis)를 이용하여 관찰한 이미지이다.
도 3의 (a)는 발명예 13의 용융 아연계 도금강재를 700시간 동안 염수 분무 시험 후 그 표면을 관찰한 사진이고, 도 3의 (b)는 비교예 2의 용융 아연계 도금강재를 700시간 동안 염수 분무 시험 후 그 표면을 관찰한 사진이다.
이하, 본 발명의 일 측면인 가공성이 우수한 용접성 및 프레스 가공성이 우수한 용융 아연계 도금강재에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면인 용융 아연계 도금강재는, 소지철 및 용융 아연계 도금층을 포함한다. 본 발명에서는 소지철의 종류에 대해서는 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면, 강판 또는 강선재일 수 있다. 또한, 본 발명에서는 소지철의 합금 성분 및 그 조성 범위에 대해서도 특별히 한정하지 않는다. 다만, 소지철의 합금 성분 중 불가피하게 함유되는 불순물인 P 함량에 대해서는 각별히 제어할 필요가 있다. 왜냐하면, 소지철 중 P는 Zn-Fe-Mn계 합금상의 형성을 억제하기 때문으로, 만약, 소지철 중 P의 함량이 과다할 경우 Zn-Fe-Mn계 합금상의 형성이 어려울 수 있다. 따라서, 소지철 중 P의 함량은 가능한 낮게 제어함이 바람직하며, 보다 구체적으로, 0.01% 미만으로, 보다 바람직하게는 0.009% 이하로, 보다 더 바람직하게는 0.008% 이하로 제어함이 바람직하다. 한편, 소지철 중 P의 함량이 낮을수록 목적하는 Zn-Fe-Mn계 합금상 형성에 유리하므로, 본 발명에서는 그 하한에 대해서는 특별히 한정하지 않는다.
이하, 용융 아연계 도금층의 합금 성분 및 바람직한 함량 범위에 대하여 상세히 설명한다. 후술하는 각 성분의 함량은 특별히 언급하지 않는 한 모두 중량 기준임을 미리 밝혀둔다.
Al: 0.01~0.5%
Al은 도금강재 제조 과정에서 도금욕 내 드로스를 억제하는 역할을 한다. 한편, 일반적으로 Al은 소지철과 용융 아연계 도금층의 계면에 Fe-Al계 합금상을 형성하여 도금성을 개선하는 역할을 하는 것으로 널리 알려져 있으나, 본 발명에서는 Fe-Al계 합금상이 아닌 Zn-Fe-Mn계 합금상을 형성시키는 것을 목표로 하는 바, 그 함량을 다소 낮게 관리할 필요가 있으며, 0.5% 이하로 한정한다. 다만, 그 함량이 지나치게 낮을 경우 도금욕 내 드로스 억제 효과가 충분치 못할 우려가 있을 뿐 아니라, Zn-Fe-Mn계 합금상이 과도하게 형성되어 가공성이 열화될 수 있는 바, 이를 고려하여 그 하한을 0.01%로 한정한다.
Mg: 0.01~1.5%
Mg는 도금강재의 내식성 개선에 주요한 역할을 하는 원소로써, 도금층 내부에 함유된 Mg는 가혹한 부식 환경에서 내식성 향상 효과가 적은 아연산화물계 부식 생성물의 생성을 억제하고, 내식성 향상 효과가 큰 아연 수산화물계 부식 생성물을 도금층 표면에서 안정화시키는 역할을 한다. 본 발명에서 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.01% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우 도금강재 제조 과정에서 도금욕 표면에 Mg 산화성 드로스가 과다 형성되어 드로스 결함이 야기되는 문제가 발생할 수 있다. 이를 고려하여 그 상한을 1.5%로 한정한다.
Mn: 0.05~1.5%
Mn은 용융 아연계 도금층의 경도를 증가시켜 프레스 가공성을 향상시키는 역할을 한다. 한편, 도금층에 Mg가 단독으로 첨가될 경우 Fe-Zn 반응이 억제되게 되나, 적정량의 Mn이 함께 첨가될 경우 Fe-Zn 합금화가 촉진되고, Fe의 일부가 Mn으로 치환되어 소지철과 용융 아연계 도금층의 계면에 Zn-Fe-Mn계 합금상이 형성되게 된다. 이와 같이 소지철과 용융 아연계 도금층의 계면에 Fe-Al계 합금상이 아닌 Zn-Fe-Mn계 합금상이 형성될 경우 도금강재의 용접성이 크게 개선되게 된다. 본 발명에서 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.05% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우 도금강재의 내식성이 열화될 우려가 있으며, 이에 본 발명에서는 그 상한을 1.5%로 한정한다.
Fe: 0.1~6%
Fe는 도금강재 제조 과정에서 불가피하게 유입되는 원소로써, 그 함량이 지나치게 낮을 경우 Zn-Fe-Mn계 합금상 형성이 억제되어 용접성이 열화될 수 있으며, 그 함량이 지나치게 높을 경우, 과도한 Zn-Fe-Mn계 합금상 형성으로 가공시 도금층이 탈락되는 문제를 유발할 수 있다. 이를 고려하여, Fe의 함량은 0.1~6%로 한정한다.
상기 조성 이외에 나머지는 Zn이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불가피한 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다.
한편, 상기 조성 이외에 유효한 성분의 첨가가 배제되는 것은 아니며, 예를 들어, K. Ca 및 Li로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 합계로 0.0001~1% 더 포함할 수 있다. 상기 원소들은 철보다 전기 음성도가 낮기 때문에, 도금층 내 이들 원소가 포함될 경우 도금강재의 내식성이 보다 향상될 수 있다.
소지철과 용융 아연계 도금층의 계면에는 Zn-Fe-Mn계 합금상이 존재한다. 전술한 바와 같이, 본 발명에서는 소지철과 용융 아연계 도금층의 계면에 통상의 Fe-Al계 합금상이 아닌 Zn-Fe-Mn계 합금상이 존재하는 것을 주요한 특징으로 하며, 이에 따라, 도금강재의 용접성이 현저히 개선되는 장점이 있다. 본 발명에서는 Zn-Fe-Mn계 합금상의 구체적인 종류에 대해서는 특별히 한정하지 않으나, 일 예에 따르면, Zn-Fe-Mn계 합금상 (Fe,Mn)Zn7일 수 있다.
일 예에 따르면, 용융 아연계 도금층의 면적에 대한 Zn-Fe-Mn계 합금상의 면적의 비는 1% 내지 60%일 수 있다. 만약, Zn-Fe-Mn계 합금상이 지나치게 적게 형성될 경우에는 목적하는 용접성 확보가 어려울 수 있으며, 반면, 지나치게 많이 형성될 경우에는 목적하는 프레스 가공성 확보가 어려울 수 있으며, 표면 품질이 열화될 수 있다. 도장후 내식성 또한 열화될 수 있다. 따라서, Zn-Fe-Mn계 합금상의 면적을 적절히 관리할 필요가 있다.
본 발명에서는 용융 아연계 도금층의 부착량에 대해서 특별히 한정하지 않으나, 제한되지 않는 일 예에 따르면, 상기 용융 아연계 도금층의 편면 부착량은 10~200g/m2일 수 있다. 만약, 편면 부창량이 10g/m2 미만일 경우 방식 특성을 기대하기 어려울 수 있으며, 반면, 200g/m2을 초과할 경우 경제적인 측면에서 불리할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 용융 아연계 도금강재는 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 그 제조방법은 특별히 제한되지 않는다. 다만, 바람직한 일 예로써, 다음과 같은 방법에 의해 제조될 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 측면인 용접성 및 프레스 가공성이 우수한 용융 아연계 도금강재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 중량%로, Al: 0.01~0.15%, Mg: 0.01~1.0%, Mn: 0.05~1.5%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하는 용융 도금욕을 준비한다. 용융 도금욕 내 Al, Mg, Mn을 첨가하는 이유는 전술한 바와 같으며, 다만 여기서는 Al의 함량의 상한이 0.15%인 점에 유의할 필요가 있다. 즉, 통상의 GI재(Galvanized Steel) 제조시, 용융 도금욕 내 Al 함량은 0.16중량% 이상으로 관리되는데, 이 경우, 소지철과 용융 아연계 도금층의 계면에 Zn-Fe-Mn계 합금상이 아닌 Fe-Al계 합금상이 형성되게 되어 용접성이 열화되게 된다. 한편, 용융 도금욕은 K. Ca 및 Li로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 합계로 0.0001~1중량% 더 포함할 수 있으며, 그 이유는 전술한 바와 같다.
다음으로, 용융 도금욕에 440~540℃로 유지된 소지철을 침지하여 용융 아연계 도금강판을 얻는다. 만약, 소지철 인입 온도가 440℃ 미만인 경우 Zn-Fe-Mn계 합금상이 형성되지 않을 수 있으며, 반면, 540℃를 초과할 경우 Fe-Mn-Zn계가 과도하게 성장하여 가공시 도금 박리가 일어날 우려가 있다.
다음으로, 용융 아연계 도금강판을 가스 와이핑 및 냉각한다. 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.
한편, 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, 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 의하여 결정되는 것이기 때문이다.
( 실시예 )
도금용 시험편으로 두께 0.8mm, 폭 100mm, 길이 200mm인 저탄소 냉연강판을 소지철로 준비한 후, 상기 소지철을 아세톤에 침지하고 초음파 세척하여 표면에 존재하는 압연유 등의 이물질을 제거하였다. 도금을 수행하기 전 모든 시편은 일반 용융도금 현장에서 강판의 기계적 특성 확보를 위하여 실행하는 750℃에서 환원 분위기 열처리 과정을 거쳤다. 이후, 소지철을 하기 표 1의 조성을 갖는 도금욕에 침지하여 도금하였으며, 이때 도금 조건은 도금욕 온도와 도금욕에 침지되는 소지철 온도를 제외하고는 모든 예에 있어서 동일하게 처리하였으며, 도금욕 온도는 Al 함량에 따른 융점 상승을 고려하여 440~600℃로 조절하였다. 도금욕에 침지되는 소지철 온도는 하기 표 1에 함께 나타내었다. 도금 완료 후, N2 가스와이핑을 이용하여 편면 도금 부착량이 70g/m2이 되도록 조절하고, 냉각하였다.
이후, 제조된 용융 아연계 도금강판의 도금층 성분을 분석하였으며, 하기 표 1에 함께 나타내었다.
이후, 드로스 결함 여부를 육안 판정하고, 하중 1g 조건 하 비커스 경도를 측정한 후, 용접성 및 내식성을 평가한 후, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 구체적으로, 용접성 평가를 위해 가압력 270MPa, 용접시간 3cycle, 용접전류 5.0kA 조건으로 점용접 후 너깃경(Nugget size)가 4mm에 도달하는데 걸리는 타점수를 측정하였으며, 내식성 평가를 위해 KS-C-0223에 준하는 염수 분무 규격시험 후 적청 5% 발생시간을 측정하였다.
비고 도금욕 조성 (중량%) 인입온도
(℃)		 도금층 조성 (중량%)
Al Mg Mn Al Mg Mn Fe
발명예 1 0.01 0.01 0.05 440 0.01 0.015 0.05 5.5
발명예 2 0.01 0.02 0.05 460 0.02 0.03 0.05 6
발명예 3 0.1 0.1 0.05 500 0.2 0.15 0.05 3.5
발명예 4 0.1 1 0.05 480 0.2 1.5 0.05 3.2
발명예 5 0.1 1 0.5 480 0.2 1.5 0.5 3.2
발명예 6 0.1 1 1 480 0.2 1.5 1 3.2
발명예 7 0.13 0.5 1.5 480 0.3 0.75 1.5 2.5
발명예 8 0.13 0.13 0.05 480 0.3 0.195 0.05 2.5
발명예 9 0.13 0.5 0.5 480 0.3 0.75 0.5 2.5
발명예 10 0.13 1 0.5 480 0.3 1.5 0.5 2.5
발명예 11 0.13 1 1.5 480 0.3 1.5 1.5 2.5
발명예 12 0.15 0.5 0.5 500 0.4 0.75 0.5 0.1
발명예 13 0.15 1 1 520 0.5 1.5 1 0.2
발명예 14 0.15 1 1.5 540 0.5 1.5 1.5 0.3
비교예 1 0.005 0.01 0.05 480 0.008 0.015 0.05 6.2
비교예 2 0.01 0.005 0 440 0.01 0.0075 0 5.5
비교예 3 0.01 0.005 0.03 480 0.02 0.0075 0.03 5.8
비교예 4 0.13 0.005 1 500 0.3 0.0075 1 3.1
비교예 5 0.13 1.2 1.5 500 0.3 1.8 1.5 3.1
비교예 6 0.13 1.2 0.5 500 0.3 1.8 3 3.1
비교예 7 0.13 1.2 1.7 560 0.3 1.8 1.7 3.1
비교예 8 0.16 0.01 0.05 480 0.55 0.015 0.05 0.06
비교예 9 0.16 1 1.5 540 0.7 1.5 1.5 0.08
비교예 10 0.16 1 1.5 430 0.6 1.5 1.5 0.03
비교예 11 0.16 1 1.5 550 0.7 1.5 1.5 0.09
비고 Fe-Mn-Zn 합금상 물성
형성 여부
(O,X)		 면적율(%) 용접 타점수 드로스 결함 적청 발생 시간 (hr) 도금층 경도 (Hv)
발명예 1 O 55 1400 미발생 440 86
발명예 2 O 60 1500 미발생 450 85
발명예 3 O 40 1300 미발생 500 83
발명예 4 O 30 1300 미발생 630 82
발명예 5 O 35 1300 미발생 650 82
발명예 6 O 40 1300 미발생 700 124
발명예 7 O 30 1250 미발생 550 143
발명예 8 O 15 1250 미발생 520 80
발명예 9 O 28 1250 미발생 550 102
발명예 10 O 20 1250 미발생 700 104
발명예 11 O 25 1250 미발생 700 146
발명예 12 O 1.5 1000 미발생 550 100
발명예 13 O 3 1100 미발생 700 120
발명예 14 O 10 1150 미발생 680 140
비교예 1 O 90 1500 미발생 80 64
비교예 2 X - 1400 미발생 72 60
비교예 3 O 80 1420 미발생 72 62.4
비교예 4 O 70 1290 미발생 72 120
비교예 5 O 0.4 1290 발생 750 139
비교예 6 O 0.2 1290 발생 720 98
비교예 7 O 0.7 1290 발생 680 158
비교예 8 O 0.2 500 미발생 300 64
비교예 9 O 0.8 520 미발생 520 135
비교예 10 O 0.6 450 미발생 520 132
비교예 11 O 0.9 530 미발생 520 136
표 2를 참조할 때, 본 발명에서 제안하는 도금층 조성 및 제조 조건을 모두 만족하는 발명예 1 내지 14의 경우, 용접성 및 내식성이 매우 우수할 뿐 아니라, 드로스 결함의 발생이 없고, 도금층 경도가 높은 것을 확인할 수 있다.
이에 반해, 비교예 1의 경우, Al 함량이 지나치게 낮아 도금층 내 Fe 함량이 과다하여 가공시 도금층이 탈락하는 문제가 발생하였으며, 비교예 2 내지 4의 경우, Mg 함량이 지나치게 낮아 내식성이 열위하게 나타났다. 또한, 비교예 5 내지 7의 경우 Mg 함량이 지나치게 높아 드로스 결함이 발생하였고, 비교예 8 내지 11의 경우 Al 함량이 지나치게 높아 Zn-Fe-Mn계 합금상의 형성이 억제되고, Fe-Al계 합금상이 형성되었으며, 도금층 중 Fe 함량이 낮아 용접성이 열위하게 나타났다. 또한, 비교예 10의 경우 소지철의 인입온도가 지나치게 낮아 Zn-Fe-Mn계 합금상이 잘 형성되지 않았으며, 이에 따라, 용접성이 열위하게 나타났다. 또한, 비교예 7의 경우, 소지철의 인입온도가 지나치게 높아 합금상이 과도하게 성장하였으며, 이에 따라, 가공시 도금층이 탈락하는 문제가 발생하였다.
도 1의 (a)는 발명예 13의 용융 아연계 도금층을 관찰한 전자현미경 사진이고, 도 1의 (b)는 비교예 2의 용융 아연계 도금층을 관찰한 전자현미경 사진이다. 도 1을 참조할 때, 본 발명의 용융 아연계 도금강판은 Fe-Al계 합금상 대신에 Zn-Fe-Mn계 합금상이 소지철과 용융 아연계 도금층의 계면에 균일하게 분포됨을 시각적으로 확인할 수 있다.
도 2의 (a)는 발명예 13의 용융 아연계 도금층 표면의 Mg 분포를 EPMA(Electron Probe Micro Analysis)를 이용하여 관찰한 이미지이고, 도 2의 (b)는 비교예 2의 용융 아연계 도금층 표면의 Mg 분포를 EPMA(Electron Probe Micro Analysis)를 이용하여 관찰한 이미지이다. 도 2를 참조할 때, 본 발명의 용융 아연계 도금층은 Mg가 도금층 표층의 결정립 계면에 균일하게 분포되어 있는 것을 시각적으로 확인할 수 있다. 이와 같이 Mg가 결정립 계면에 균일하게 분포될 경우, 부식 환경 하 입계 부식을 억제할 뿐만 아니라, Mg2 + 양이온이 용출되어 안정된 부식 생성물을 형성시킴으로써 내식성이 개선되게 된다.
도 3의 (a)는 발명예 13의 용융 아연계 도금강재를 700시간 동안 염수 분무 시험 후 그 표면을 관찰한 사진이고, 도 3의 (b)는 비교예 2의 용융 아연계 도금강재를 700시간 동안 염수 분무 시험 후 그 표면을 관찰한 사진이다. 도 3을 참조할 때, 본 발명의 용융 아연계 도금강재는 내식성이 매우 우수함을 시각적으로 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (7)

  1. 소지철과 상기 소지철 상에 형성된 용융 아연계 도금층을 포함하고,
    상기 용융 아연계 도금층은 중량%로, Al: 0.01~0.5%, Mg: 0.01~1.5%, Mn: 0.05~1.5%, Fe: 0.1~6%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하며,
    상기 소지철과 용융 아연계 도금층의 계면에는 Zn-Fe-Mn계 합금상이 존재하며, 상기 용융 아연계 도금층의 면적에 대한 상기 Zn-Fe-Mn계 합금상의 면적의 비는 1% 내지 60%인 용융 아연계 도금강재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Zn-Fe-Mn계 합금상은 (Fe,Mn)Zn7인 용융 아연계 도금강재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소지철은 P를 0.01% 미만으로 포함하는 용융 아연계 도금강재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용융 아연계 도금층은 K. Ca 및 Li로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 합계로 0.0001~1중량% 더 포함하는 용융 아연계 도금강재.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 용융 아연계 도금층의 편면 부착량은 10~200g/m2인 용융 아연계 도금강재.
  6. 중량%로, Al: 0.01~0.15%, Mg: 0.01~1.0%, Mn: 0.05~1.5%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하는 용융 도금욕을 준비하는 단계;
    상기 용융 도금욕에 440~540℃로 유지된 소지철을 침지하여 용융 아연계 도금강판을 얻는 단계; 및
    상기 용융 아연계 도금강판을 가스 와이핑 및 냉각하는 단계;
    를 포함하는 용융 아연계 도금강재의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 용융 도금욕은 K. Ca 및 Li로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 합계로 0.0001~1중량% 더 포함하는 용융 아연계 도금강재의 제조방법.
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