KR101915446B1 - 흑색 도금 강판을 제조하는 방법, 흑색 도금 강판을 제조하는 장치 및 흑색 도금 강판을 제조하는 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 도금 강판의 흑색화해야 할 영역을 보다 균일하게 흑색화할 수 있는, 흑색 도금 강판을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은, Al 및 Mg를 함유하는 용융 Al, Mg 함유 Zn 도금층을 가지는 도금 강판을 밀폐 용기의 내부에서 수증기와 접촉시켜서 흑색 도금 강판을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은, 밀폐 용기의 내부에 배치한 상기 도금 강판을, 이슬점이 항상 도금 강판 온도 미만인 가스의 존재하에서 가열하는 제1 공정과, 상기 가열된 밀폐 용기 내부의 분위기 가스를 배기하여, 상기 밀폐 용기의 내부의 기체의 압력을 70 kPa 이하로 만드는 제2 공정과, 상기 내부의 기체의 압력을 70 kPa 이하로 한 밀폐 용기의 내부에 수증기를 도입하여 상기 도금층을 흑색화하는 제3 공정을, 이 순서로 행한다.
Description
본 발명은, 흑색 도금 강판을 제조하는 방법, 흑색 도금 강판을 제조하는 장치 및 흑색 도금 강판을 제조하는 시스템에 관한 것이다.
건축물의 지붕재나 외장재, 가전제품, 자동차 등의 분야에서는, 의장성 등의 관점에서 흑색 외관을 가지는 강판의 요구가 높아지고 있다. 강판의 표면을 흑색화하는 방법으로서는, 강판의 표면에 흑색 도료를 도포하여 흑색 도막을 형성하는 방법이 있다. 그렇지만, 상기 분야에서는, 내식성의 관점에서 용융 Zn 도금이나 용융 Al 함유 Zn 도금, 용융 Al, Mg 함유 Zn 도금 등의 도금을 실시한 도금 강판이 사용되는 일이 많고, 이러한 도금 강판의 표면은 금속 광택이 있는 은백색의 색조를 가진다. 따라서, 흑색 도료의 도포에 의해 의장성 높은 흑색 외관을 얻기 위해서는, 도막을 두껍게 하여 기초색을 은폐하지 않으면 안되어, 도장 코스트가 비싸게 되어 버린다. 또, 이와 같이 도막을 두껍게 하면, 스폿 용접 등의 저항용접을 행하지 못하게 된다는 문제도 있다.
흑색 도막을 형성하지 않고, 도금 강판의 금속 광택 및 은백색의 색조를 은폐하는 방법으로서, 도금층 그 자체를 산화시켜서 흑색화하는 방법이 제안되어 있다. 이러한 방법으로서, 예를 들면 특허문헌 1에는, 용융 Al, Mg 함유 Zn 도금 강판(이하, 간단하게「도금 강판」이라고도 함)을 밀폐 용기의 내부에서 수증기와 접촉시켜(이하, 흑색화하기 위해 도금 강판과 수증기를 접촉시키는 일을, 간단하게 「수증기 처리」라고도 함), 용융 Al, Mg 함유 Zn 도금층(이하, 간단하게 「도금층」이라고도 함)이 흑색화한 산화 피막을 형성하는 방법이 기재되어 있다.
또, 특허문헌 2에는, 도금 강판의 사이에 스페이서를 배치하여 강판을 수증기 처리하는 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 2에 의하면, 도금 강판의 사이에 스페이서를 배치함으로써, 도금 강판의 주연부와 중심부에 수증기를 동일하게 접촉시킬 수 있기 때문에, 도금층의 표면을 보다 균일하게 흑색화할 수 있다.
특허문헌 2에 기재된 바와 같이, 도금층을 보다 균일하게 흑색화하기 위해서는, 도금 강판의 흑색화해야 할 영역의 전체에 수증기를 충분히 널리 퍼지게 하여, 상기 영역을 보다 균일하게 수증기 처리하는 것이 바람직하다.
그래서, 본 발명자들은, 상기 도금 강판의 흑색화해야 할 영역의 전체에 수증기를 보다 충분히 널리 퍼지게 하여, 도금층을 보다 균일하게 흑색화하여, 도금 강판의 외관을 보다 보기좋게 할 수 있는, 수증기 처리의 조건을 더욱 자세히 검토하였다.
본 발명은, 상기 검토 결과에 기초하는 것이며, 도금 강판의 흑색화해야 할 영역을 보다 균일하게 흑색화할 수 있는, 흑색 도금 강판을 제조하는 방법, 및 그러한 방법에 이용할 수 있는 장치 및 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은, 기재 강판과, 기재 강판의 표면에 형성된 용융 Al, Mg 함유 Zn 도금층을 가지는 도금 강판을 밀폐 용기의 내부에서 수증기와 접촉시켜서, 흑색 도금 강판을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은, 밀폐 용기의 내부에 배치한 상기 도금 강판을, 이슬점이 항상 도금 강판 온도 미만인 가스의 존재하에서 가열하는 제1 공정과, 상기 가열된 밀폐 용기의 내부의 분위기 가스를 배기하여, 상기 밀폐 용기 내부의 기체의 압력을 70 kPa 이하로 만드는 제2 공정과, 상기 내부의 기체의 압력을 70 kPa 이하로 만든 밀폐 용기의 내부에 수증기를 도입하여 상기 도금층을 흑색화하는 제3 공정을, 이 순서로 행한다.
또, 본 발명은, 흑색 도금 강판을 제조하는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는, 기재 강판과, 기재 강판의 표면에 형성된 용융 Al, Mg 함유 Zn 도금층을 가지는 도금 강판을 배치할 수 있는 배치부를 가지는 밀폐 용기와, 상기 밀폐 용기의 내부를 가열하는 가열부와, 상기 밀폐 용기의 내부의 분위기 가스를 배기하여, 상기 밀폐 용기 내부의 기체의 압력을 70 kPa 이하로 만드는 배기부와, 상기 밀폐 용기의 내부에 수증기를 도입하는 수증기 도입부를 가진다.
또, 본 발명은, 흑색 도금 강판을 제조하는 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 시스템은, 상기 본 발명의 장치와, 상기 가열부, 상기 배기부 및 상기 수증기 도입부의 동작을 제어하여, 상기 밀폐 용기의 상기 배치부에 배치된 도금 강판을 상기 밀폐 용기의 내부에서 수증기와 접촉시켜서, 흑색 도금 강판을 제조하게 하는 제어부를 가진다.
본 발명에 의하면, 도금 강판의 흑색화해야 할 영역을 보다 균일하게 흑색화할 수 있는, 흑색 도금 강판을 제조하는 방법, 및 그러한 방법에 이용할 수 있는 장치 및 시스템이 제공된다.
도 1은, 본 발명에 따른 흑색 도금 강판을 제조하는 방법의 한 형태의 플로차트이다.
도 2는, 본 발명에 따른 흑색 도금 강판을 제조하는 방법의 다른 형태의 플로차트이다.
도 3은, 본 발명에 따른 흑색 도금 강판을 제조하는 장치의 일례를 나타내는 모식 단면도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 흑색 도금 강판을 제조하는 시스템의 제어계의 주요부의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명에 따른 흑색 도금 강판을 제조하는 방법의 다른 형태의 플로차트이다.
도 3은, 본 발명에 따른 흑색 도금 강판을 제조하는 장치의 일례를 나타내는 모식 단면도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 흑색 도금 강판을 제조하는 시스템의 제어계의 주요부의 일례를 나타내는 도면이다.
1. 흑색 도금 강판을 제조하는 방법
본 발명에 따른 흑색 도금 강판을 제조하는 방법(이하, 간단하게 「본 발명의 방법」이라고도 함)은, Al 및 Mg를 함유하는 용융 Al, Mg 함유 Zn 도금 강판을 밀폐 용기의 내부에서 수증기와 접촉시켜서 흑색 도금 강판을 제조하는 방법이다.
본 발명의 방법은, 도 1에 나타내는 것처럼, 밀폐 용기의 내부에 배치한 용융 Al, Mg 함유 Zn 도금 강판을, 이슬점이 항상 도금 강판 온도 미만인 가스(이하, 「저수증기 가스」라고도 함)의 존재하에서 가열하는 제1 공정(공정 S110)과, 상기 밀폐 용기 내부의 분위기 가스를 배기하여, 상기 밀폐 용기 내부의 기체의 압력을 70 kPa 이하로 만드는 제2 공정(공정 S120)과, 상기 밀폐 용기의 내부에 수증기를 도입하여 상기 도금층을 흑색화하는 제3 공정(공정 S130)을, 이 순서로 행한다. 본 발명의 방법은, 도 2에 나타내는 것처럼, 상기 제3 공정(공정 S130)의 뒤에, 상기 밀폐 용기 내부의 분위기 가스를 배기하여, 상기 밀폐 용기의 내부의 기체의 압력을 70 kPa 이하로 만드는 제4 공정(공정 S140)과, 상기 밀폐 용기의 내부에 이슬점이 항상 도금 강판 온도 미만인 가스(저수증기 가스)를 도입하여 상기 도금 강판을 냉각하는 제5 공정(공정 S150)을, 이 순서로 행해도 좋다. 한편, 분위기 가스란, 밀폐 용기의 내부에 존재하는 가스를 의미하며, 본 명세서에 기재된 대기, 수증기, 수소를 함유하는 수증기 및 저수증기 가스의 총칭이다.
이하, 각 공정에 대해서 보다 자세하게 설명한다.
(제1 공정)
제1 공정(공정 S110)에서는, 밀폐 용기의 내부에 배치한 도금 강판을 저수증기 가스의 존재하에서 가열한다.
밀폐 용기는, 도금 강판을 배치하는 배치부를 그 내부에 가지고, 분위기 가스의 배기에 의한 내부 기체의 압력 저하, 수증기 도입, 가열, 냉각 등에 견딜 수 있는 강도를 가지고 있으면 좋다. 밀폐 용기는, 그 외부로부터 내부로의 기체의 유입 및 그 내부로부터 외부로의 기체의 유출이 실질적으로 불가능한 밀폐 상태와, 외부로부터 내부로의 도금 강판의 반입이 가능한 개방 상태의 어느 것도 다 가능하도록 구성되어 있다. 밀폐 용기는, 후술하는 배기 배관, 수증기 공급 배관, 가스 도입 배관 및 드레인 배관 등을 접속시킬 수 있는 개구를 그 벽면 또는 저면에 가지고 있어도 좋고, 이 때, 이러한 배관에 설치된 밸브을 폐쇄함으로써, 용기의 내부를 밀폐 상태로 할 수 있으면 된다. 또, 밀폐 용기는, 용기의 내부를 밀폐 상태로 할 수 있는 한, 후술하는 가열부를 가지고 있어도 좋다.
도금 강판은, 기재 강판과, 기재 강판의 표면에 형성된 용융 Al, Mg 함유 Zn 도금층을 가진다.
기재 강판의 종류는, 특히 한정되지 않는다. 예를 들면, 기재 강판으로서 저탄소강, 중탄소강, 고탄소강 및 합금강 등으로 이루어지는 강판을 사용할 수 있다. 양호한 프레스 성형성을 필요로 하는 경우는, 저탄소 Ti 첨가강 및 저탄소 Nb 첨가강 등의 딥드로잉(Deep drawing)용 강판이 기재 강판으로서 바람직하다. 또, P, Si, Mn 등을 첨가한 고강도 강판을 이용해도 좋다.
용융 Al, Mg 함유 Zn 도금층은, 수증기와의 접촉에 의해 흑색화하는 조성을 가지면 된다. 수증기와의 접촉에 의해 도금층이 흑색화하는 메카니즘은 불분명하지만, 하나의 가설로서는, 수증기와의 접촉에 의해 도금층 표면 및 도금층중에 산소 결핍형의 결함 구조를 가지는 Zn, Al, Mg의 산화물(예를 들면, ZnO1 -x나 Al2O3 - x등)이 생성되어 도금층이 흑색화한다고 추측된다. 이와 같이 산소 결핍형의 산화물이 생성되면, 그 결함 준위에 빛이 트랩되기 때문에, 산화물이 흑색 외관을 나타내게 된다.
예를 들면, Al: 0.1질량% 이상 60질량% 이하, Mg: 0.01질량% 이상 10질량% 이하, Zn: 잔부의 조성을 가지는 도금층은, 수증기와의 접촉에 의해서 매우 적합하게 흑변할 수 있다. Al 또는 Mg의 함유량을 상기 상한값 이하로 하면, 도금 시에 드로스가 보다 발생하기 어렵기 때문에, 도금층의 외관을 양호한 것으로 만들 수 있다. 한편, Al의 함유량을 상기 하한값 이상으로 하면, 도금의 밀착성을 보다 높일 수 있다. 또, Mg의 함유량을 상기 하한값 이상으로 하면, 보다 단시간에 도금층을 흑색화할 수 있다.
한편, 본원 명세서에 있어서 도금층 중의 각 성분의 함유량의 값은, 도금층에 포함되는 각 금속 성분의 질량을 도금층에 포함되는 전체 금속의 질량으로 나눈 것을 백분율로 나타낸 것이다. 즉, 수증기 처리에 의해서 발생하는 산화물이나 수화 산화물 등에 포함되는 산소 및 수소의 질량은, 도금층 중의 성분으로서 포함되지 않는다. 따라서, 수증기 처리 시에 금속 성분의 용출이 일어나지 않는 경우, 수증기 처리의 전후에 있어서 도금층 중의 각 성분의 함유량 값은 변화하지 않는다.
현재, 시장에서 가장 많이 유통되고 있는 용융 Al, Mg 함유 Zn 도금 강판은, 도금층 중에 Al를 6질량, Mg를 3질량% 정도 포함하고 있다. 이러한 도금 조성의 경우, 도금층의 금속 조직은, 주로, 초정(初晶)의 Al상과 Al/Zn/Zn2Mg의 3원 공정조직이 혼재된 것으로 이루어진다. 여기서 Al/Zn/Zn2Mg의 3원 공정조직을 형성하는 각 상(Al상, Zn상 및 Zn2Mg상)은, 각각 불규칙한 크기 및 형상을 하고 있으며, 서로 뒤얽혀 있다. 초정의 Al상과 Al/Zn/Zn2Mg의 3원 공정조직 중의 Al상은, Al-Zn-Mg의 3원계 평형 상태도에 있어서 고온에서의 Al”상(Zn을 고용(固溶)하는 Al 고용체이며, 소량의 Mg를 포함한다)에 유래하는 것이다. 이 고온에서의 Al”상은, 상온에서는 통상 미세한 Al상과 미세한 Zn상으로 분리해서 나타난다. 3원 공정조직중의 Zn상은, 소량의 Al를 고용하고, 경우에 따라서는 한층 더 Mg를 고용하는 Zn고용체이다. 3원 공정조직중의 Zn2Mg상은, Zn-Mg의 2원계 평형 상태도에 있어서 Zn이 약 84질량%인 점 부근에 존재하는 금속간 화합물상이다.
기재 강판과 도금층과의 밀착성을 보다 높이기 위하여, 도금층은, 0.005질량% 이상 2.0질량% 이하의 Si를 함유해도 좋다. 도금층에서의 Si의 함유량이 0.005 질량% 이상이면, 기재 강판과 도금층의 계면에서 Al-Fe 합금층의 성장이 억제되어, 상기 밀착성이 보다 높아진다. 도금층에서 Si의 함유량이 2.0질량% 이하이면, Si계 산화물이 도금층 표면에 생성되기 어려우며, 상기 Si계 산화물에 의한 흑색화의 저해가 일어나기 어렵다. 또, Zn11Mg2상이 과잉하게 생성 및 성장하여, 외관 및 내식성에 악영향을 주는 것을 억제하기 위하여, 도금층은, Ti, B, Ti-B 합금, Ti 함유 화합물 또는 B 함유 화합물을 함유해도 좋다. 도금층에서 이러한 화합물의 함유량은, Ti의 양이 0.001질량% 이상 0.1질량% 이내, 또한, B의 양이 0.0005질량% 이상 0.045질량% 이내인 것이 바람직하다. 도금층에서 Ti 또는 B의 함유량이 상기 하한 이상이면, 상기 Zn11Mg2상의 생성 및 성장이 보다 억제된다. 도금층에서 Ti 또는 B의 함유량이 상기 상한 이하이면, 도금층으로의 석출물 성장이 일어나기 어렵다. 또한, 도금층이 Ti, B, Ti-B 합금, Ti 함유 화합물 또는 B 함유 화합물을 함유함에 따른, 수증기 처리에 의한 흑색화로의 영향은 무시할 수 있는 범위이다.
도금층의 두께는, 특히 한정되지 않지만, 3μm 이상 100μm 이하인 것이 바람직하다. 도금층의 두께가 3μm 이상이면, 취급시에 일어난 상처가 기재 강판에 도달하기 어렵기 때문에, 흑색 외관의 유지성 및 내식성이 보다 높아진다. 한편, 도금층의 두께가 100μm 이하이면, 압축을 받았을 때의 도금층과 기재 강판의 연성이 다름에 따른, 가공부에서의 도금층과 기재 강판의 박리가 보다 생기기 어렵게 된다.
도금 강판의 형상은, 수증기 처리에 의해 흑색화해야 할 도금층의 영역이 수증기와 접촉 가능하다면, 특히 한정되지 않는다. 예를 들면, 도금 강판의 형상은, 그 도금된 면이 평탄한 형상(예를 들면, 평판상 이라도 좋고, 그 도금된 면이 굴곡진 형상(예를 들면, 코일상) 이라도 좋다. 한편, 코일상이란, 도금 강판에 의해 구성되는 금속띠가 지름 방향으로 간격을 두고 감긴 형상을 의미한다. 밀폐 용기 내부로의 배치의 용이성 및 그 후의 반송의 용이성의 관점에서는, 도금 강판의 형상은 코일상인 것이 바람직하다. 수증기를 용이하게 침입시키기 위해, 상기 간격은 지름 방향으로 서로 이웃하는 표면끼리의 최단 거리가 0.05mm 이상이 되도록 설정되는 것이 바람직하다.
예를 들면, 코일상 도금 강판에 있어서 상기 간격은, 감긴 도금 강판의 표면간에 스페이서를 배치하는 등으로 마련할 수 있다. 상기 스페이서의 형상은, 코일상의 도금 강판에 수증기를 널리 퍼지게 할 수 있으면 되며, 선상의 스페이서도 좋고, 면상의 스페이서도 좋다. 선상의 스페이서는, 도금 강판의 표면의 일부에 배치되는 선재이다. 면상의 스페이서는, 도금 강판의 표면의 적어도 일부에 배치되는 평판상의 부재이다. 강판과 스페이서가 접촉하는 면적은 작은 것이 바람직하고, 하나의 접촉점에서의 접촉 면적은 15 mm2 이하인 것이 보다 바람직하다. 스페이서의 재료는, 수증기 처리중에 현저한 열화, 발화, 도금 강판과의 융착 또는 용해가 일어나지 않으면 특히 한정되지 않지만, 금속 및 수지가 바람직하고, 수증기 투과성을 가지는 재료인 것이 보다 바람직하다.
또, 도금 강판의 표면의 일부에 흑색화되지 않는 부분을 형성할 때는, 알루미늄 테이프 또는 수지 테이프에 의한, 상기 흑색화되지 않는 부분의 형상을 가지는 마스킹이 상기 표면의 일부에 실시되어 있어도 좋다.
도금 강판은, 밀폐 용기의 내부에 단층으로 배치되어도 좋고, 적층하여 배치되어도 좋다. 예를 들면, 상기 코일상의 도금 강판은, 아이업(eye up; 감긴 코일의 원통 구멍을 위로 향하게)으로 배치할 수 있다. 또, 2개 이상의 상기 코일상의 도금 강판을 동시에 흑색화할 때는, 상기 2개 이상의 상기 코일상의 도금 강판을 모두 아이업으로 상기 밀폐 용기의 내부에 배치하고, 또한, 상기 2개 이상의 도금 강판은 겹쳐서 배치할 수 있다. 한편, 이 때도 수증기를 용이하게 침입시키기 위해, 도금 강판은 서로 이웃하는 표면끼리의 최단 거리가 0.05mm 이상이 되도록 적층 또는 배치되는 것이 바람직하다. 도금 강판끼리의 상기 간격도, 서로 이웃하는 도금 강판의 사이에 상기 스페이서를 배치하는 등으로 마련할 수 있다. 또, 임의의 형상으로 가공된 도금 강판을 흑색화해도 좋고, 그 때는, 밀폐 용기의 내부에 설치한 선반을 상기 배치부로서, 가공된 도금 강판을 상기 선반에 실어도 좋고, 가공된 도금 강판을 상기 선반에 매달아도 좋다.
도금 강판은, 이슬점이 항상 도금 강판 온도 미만인 가스(저수증기 가스)의 존재하에서 가열된다. 다시 말하면, 본 공정에서 밀폐 용기의 내부에 존재하는 분위기 가스는 저수증기 가스이다. 작업을 용이하게 하는 관점에서는, 저수증기 가스는 대기인 것이 바람직하지만, 흑색화가 가능한 한, 불활성 가스로 해도 좋다. 불활성 가스의 예에는, Ar, N2, He, Ne, Kr, H2, Xe 및 이러한 혼합 가스 등이 포함된다. 이들 중, 저렴한 가격으로 입수할 수 있는 Ar, N2, He 및 N2와 H2의 혼합 가스가 바람직하다. 저수증기 가스는, 후술하는 가스 도입부로부터 밀폐 용기의 내부로 도입할 수 있다.
가열전의 도금 강판의 온도는, 통상 상온 정도이다. 또, 도금 강판의 열용량은 크다. 그 때문에, 종래와 같이 이슬점이 도금 강판 온도 이상이 되는, 수증기를 많이 함유하는 가스의 존재하에서 도금 강판을 가열하면, 도금 강판의 표면 근방의 분위기 가스가 도금 강판에서 냉각되어 수증기가 응축하여, 도금 강판의 표면에 결로가 발생하는 일이 있다. 도금 강판의 표면에 결로가 생기면, 결로가 생긴 부분에는 수증기가 접촉하지 못해 흑색화가 저해되기 때문에, 도금층을 균일하게 흑색화할 수 없을 우려가 있다. 또, 결로에 의해서 도금 강판 표면이 부식하여, 백청(하얀 녹)으로 덮힘으로써 외관을 손상시키는 일이 있다. 이에 대해, 본 발명의 방법에서는, 저수증기 가스의 존재하에서 도금 강판을 가열하기 때문에, 상기 수증기의 응축에 의한 결로가 발생하기 어렵다. 그 때문에, 본 발명의 방법에서는, 상기 도금층을 보다 균일하게 흑색화하여 도금 강판의 외관을 보다 보기좋게 할 수 있다. 상기 관점에서, 본 공정에서 분위기 가스의 이슬점은 상온 이하인 것이 보다 바람직하고, 예를 들면, 본 공정에서의 분위기 가스는 대기로 할 수 있다. 또, 가열에 수반하여 도금 강판의 온도는 상승해 가므로, 가열 시작시의 상기 분위기 가스의 이슬점이 도금 강판의 온도보다 낮은 상태이면, 통상, 분위기 가스의 이슬점은 항상 도금 강판 온도 미만이 된다.
가열은, 도금층의 표면 온도가, 수증기와의 접촉에 의해서 도금층이 충분히 흑색화 되는 온도(이하, 간단하게 「흑색 처리 온도」라고도 함)에 이를 때까지 행한다. 예를 들면, 가열은 밀폐 용기의 내부에 설치한 온도 측정 센서로 도금층의 표면의 온도를 측정하면서 행하여, 도금층의 온도가 상기 흑색 처리 온도를 초과한 후에 종료하면 된다.
또한, 도금 강판은 열용량이 크기 때문에, 표면의 온도가 한결같이 상승하지 않고, 표면의 온도에 편차가 발생하는 일이 있다. 그 때문에, 도금층의 표면 중 복수의 점 또는 영역, 또는 표면 전체의 온도를 측정하면서 가열을 행하고, 측정된 온도가 가장 낮은 점 또는 영역(이하, 간단하게 「최냉점」이라고도 함)의 온도가 상기 흑색 처리 온도에 달할 때까지 가열을 행하는 것이 바람직하다. 단, 측정 데이터를 축적하면, 온도를 실측하지 않아도 조건 설정만으로 가열 공정을 종료하는 것도 가능하다.
상기 흑색 처리 온도는, 도금층의 조성(예를 들어, 도금층 중의 Al 및 Mg의 양) 또는 두께, 또는 필요로 하는 명도 등에 따라 임의로 설정할 수 있지만, 50℃ 이상 350℃ 이하인 것이 바람직하고, 105℃ 이상 200℃ 이하인 것이 보다 바람직하다. 흑색 처리 온도가 105℃ 이상이면, 흑색화를 보다 단시간에 행할 수 있다. 한편, 흑색 처리 온도가 350℃ 이하이면, 흑색화 장치의 대형화 및 수증기의 가열을 위한 에너지 소비를 저감할 수 있어, 한층 더 도금층의 흑색화 정도를 용이하게 제어 가능하게 된다.
가열 방법은, 도금층의 표면을 상기 흑색 처리 온도로 할 수 있다면, 특히 한정되지 않는다. 예를 들면, 밀폐 용기의 내측 커버와 외측 커버의 사이에 설치한 가열부에 의해서 가열해도 좋고, 열풍을 밀폐 용기의 내부로 도입하여 가열해도 좋다. 상기 도금 강판을 균일하게 가열하기 위해, 밀폐 용기의 내부에서 상기 분위기 가스를 교반하면서 가열을 행해도 좋다.
(제2 공정)
제2 공정(공정 S120)에서는, 밀폐 용기 내부의 분위기 가스를 배기하여, 상기 밀폐 용기 내부의 기체의 압력을 70 kPa 이하로 만든다. 예를 들면, 밀폐 용기 밖에 설치한 배기 펌프로 밀폐 용기 안의 분위기 가스를 배출함으로써, 밀폐 용기의 내부를 배기하여 밀폐 용기의 내부의 기체의 압력을 상기 범위로 만들 수 있다. 본 공정에서, 분위기 가스의 배기는 1회만 행해도 좋지만, 밀폐 용기의 내부에 잔존하는 수증기 이외의 기체 성분의 양을 보다 줄이기 위하여, 분위기 가스의 배기와 저수증기 가스의 도입을 반복해서 행해도 좋다.
본 발명의 방법에서는, 본 공정에서의 밀폐 용기의 내부의 분위기 가스를 배기하여 밀폐 용기 내부의 기체의 압력을 낮추고 있기 때문에, 후술하는 제3 공정(공정 S130)에서 도입되는 수증기를 도금 강판 사이의 틈새에까지 충분히 널리 퍼지게 할 수 있다. 그 때문에, 흑색화해야 할 도금층의 전체를 보다 균일하게 수증기 처리할 수 있어, 흑색화의 편차를 발생시키기 어렵게 할 수 있다. 또, 본 공정에서의 배기에 의해, 제3 공정에서 수증기를 도입한 후의 밀폐 용기내의 산소 농도를 13% 이하로 할 수 있다. 상기 관점에서는, 본 공정에서 상기 밀폐 용기 내부의 기체 압력을 70 kPa 이하로 하는 것이 바람직하고, 50 kPa 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
(제3 공정)
제3 공정(공정 S130)에서는, 밀폐 용기의 내부에 수증기를 도입하여 상기 도금층을 흑색화한다.
본 공정에서의 흑색화를 균일하게 행하는 관점에서는, 도금층의 표면 중 복수의 점 혹은 영역, 또는 표면의 전체 중, 측정된 온도가 가장 높은 점 또는 영역(이하, 간단하게 「최온점」이라고도 함)의 온도와, 상기 최냉점의 온도의 차이가 30℃ 이하, 바람직한 것은 20℃ 이하, 한층 더 바람직한 것은 10℃ 이하가 된 후에, 제3 공정(공정 S130)을 행하는 것이 바람직하다. 상기 관점에서는, 상기 최온점의 온도와 상기 최냉점의 온도가 거의 일치한 뒤, 제3 공정(공정 S130)을 행하는 것이 보다 바람직하다. 상기 온도의 차이를 상기 범위내로 하기 위해, 제1 공정과 제2 공정의 사이, 또는 제2 공정과 제3 공정의 사이에, 도금 강판을 가만히 두고 도금층의 표면 온도를 균일화시키는 온도 균일화 공정을 마련해도 좋다.
수증기 처리중의 밀폐 용기의 내부는, 분위기 온도가 105℃ 이상이고, 또한, 상대습도가 80% 이상 100% 이하인 것이 바람직하다. 분위기 온도를 105℃ 이상으로 하고, 수증기의 상대습도를 80% 이상으로 함으로써, 흑색화를 보다 단시간에 행할 수 있다. 또, 분위기 온도를 105℃ 이상으로 함으로써, 도금층을 충분히 흑색화하여, 예를 들면 L*a*b* 색공간에 있어서의 도금층의 명도 L*를 60 이하, 바람직한 것은 40 이하, 한층 더 바람직한 것은 35 이하로까지 저하시킬 수 있다. 한편, 상기 도금층 표면의 명도(L*값)는, 분광형 색차계를 이용해 분광 반사 측정법으로 측정된다. 또, 분위기 온도를 105℃ 이상으로 함으로써, 수분을 응축하기 어렵게 하여 밀폐 용기의 내부 또는 도금층의 표면에의 결로 발생을 억제할 수 있다. 상기 분위기 온도는, 105℃ 이상 350℃ 이하인 것이 보다 바람직하고, 105℃ 이상 200℃ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 상기 상대습도는, 거의 100%인 것이 보다 바람직하다. 또, 수증기 처리중의 밀폐 용기의 내부는, 산소 농도가 13% 이하인 것이 바람직하다. 상기 산소 농도를 13% 이하로 하면, 흑색화의 편차의 발생을 억제할 수 있다.
상기 분위기 온도를 유지하기 위해, 본 공정에서 밀폐 용기의 내부를 가열해도 좋다. 가열 방법은, 밀폐 용기의 내부 온도 및 상대습도가 상기 범위로 제어되는 한 특히 한정되지 않는다. 예를 들면, 후술하는 가열부를 작동시키거나, 도입되는 수증기를 가열함으로써, 밀폐 용기의 내부를 가열할 수 있다.
현재의 기술에서는 100℃를 초과하는 분위기에서의 상대습도나 이슬점, 수증기 분압 그 자체를 직접 측정하는 것은 곤란하다. 본 공정에서, 수증기의 도입 시작 후는 밀폐 용기의 내부가 거의 수증기이기 때문에, 밀폐 용기의 내부를 모니터 할 수 있는 압력계의 값을, 그 때 온도에서의 포화 수증기압으로 나눈 것이 밀폐 용기의 내부의 상대습도가 된다. 그러나, 도금층이 흑색화하기 시작하면, 도금층의 금속과 수증기와의 반응 부산물인 수소 가스가 발생하기 때문에, 압력계로 측정되는 밀폐 용기의 내부의 기체 압력은, 밀폐 용기 내부의 수증기 분압과 수소 분압을 합한 전압(total pressure)이 된다. 이 수소 가스가 수증기 처리중의 밀폐 용기의 내부 분위기 가스내에 혼입하면, 상대습도가 상기 바람직한 범위보다 낮아지는 일이 있다. 이에 대해, 상기 상대습도를 유지하기 위하여, 본 공정에서, 밀폐 용기의 내부에 수증기를 도입한 후, 밀폐 용기의 내부로부터 일정량의 분위기 가스를 배출하고, 또한, 상기 밀폐 용기에 수증기를 다시 도입해도 좋다. 밀폐 용기의 내부로부터 일정량의 분위기 가스를 배출하고, 또한, 상기 밀폐 용기의 내부로 수증기를 다시 도입하면서 본 공정을 행함으로써, 밀폐 용기 내부의 상기 수소 가스의 농도를 보다 높아지기 어렵게 하고, 상대습도를 상기 바람직한 범위내로 유지하면서 본 공정을 행할 수 있다. 상기 다시 도입하는 수증기의 양은, 상기 배출하는 가스의 양과 동일한 양으로 하는 것이 바람직하다. 상기 분위기 가스의 배출 및 수증기의 도입은, 본 공정의 시작부터 종료까지 연속해서 행해도 좋고, 한번만 행해도 좋고, 일정한 간격을 두고 여러 차례 행해도 좋다. 도금층이 소망하는 정도로 흑색화 되는 한, 상기 밀폐 용기의 내부로부터의 분위기 가스의 배출 및 내부로의 수증기의 도입을 행하지 않고, 본 공정을 행해도 좋다.
또, 상기 분위기 온도 및 상대습도를 유지하기 위해, 상기 수증기의 도입 및 분위기 가스의 배출 이외는, 제3 공정은 밀폐 상태에서 행해지는 것이 바람직하다.
또, 밀폐 용기의 내부 전체를 상기 상대습도로 하고, 흑색화의 편차를 막기 위해, 본 공정에서, 상기 밀폐 용기의 내부에 수증기를 도입한 후, 도금층이 흑색화되고 있을 때, 밀폐 용기의 내부의 분위기 가스를 교반해도 좋다.
수증기 처리의 처리 시간은, 도금층의 조성(예를 들면, 도금층 중의 Al 및 Mg의 양) 또는 두께, 및 필요로 하는 명도 등에 따라 임의로 설정할 수 있다.
(제4 공정)
제4 공정(공정 S140)에서는, 밀폐 용기의 내부의 분위기 가스를 배기하여, 상기 밀폐 용기 내부의 기체 압력을 70 kPa 이하로 만든다. 예를 들면, 밀폐 용기 바깥에 설치한 배기 펌프로 밀폐 용기 내부의 분위기 가스를 배출함으로써, 밀폐 용기 내부의 분위기 가스를 배기하여 압력을 낮출 수 있다.
후술하는 제5 공정(공정 S150)에서, 밀폐 용기의 내부에 수증기가 남은 채 상기 도금 강판을 냉각하면, 도금 강판의 틈새 등에 남은 수증기가 냉각되어 응축하여, 도금 강판의 표면 또는 밀폐 용기의 내부에 결로가 생기는 일이 있다. 본 공정에서 도금 강판의 표면에 결로가 생기면, 흑색 도금 강판의 표면에 수분이 부착하여, 도금 강판의 흑색에 편차가 생길 가능성이 있다. 이에 대해, 본 발명의 방법에서는, 밀폐 용기 내부의 분위기 가스를 배기하여 밀폐 용기 내부의 수증기량을 줄인 후에 도금 강판을 냉각하기 때문에, 상기 결로가 생기기 어렵다. 상기 관점에서는, 본 공정에서 상기 밀폐 용기 내부의 기체 압력을 70 kPa 이하로 하는 것이 바람직하고, 30 kPa 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
(제5 공정)
제5 공정(공정 S150)에서는, 밀폐 용기의 내부에 이슬점이 항상 도금 강판 온도 미만인 가스를 도입하여 상기 도금 강판을 냉각한다. 본 공정에서 도입되는 가스는, 가열되어 있지 않은 것이 바람직하지만, 필요에 따라서, 상기 밀폐 용기 내부의 분위기 온도보다 저온으로 가열되어 있어도 좋다.
예를 들면, 본 공정에서 도입되는 가스는, 불활성 가스 또는 대기로 할 수 있다. 본 공정에서 도입되는 가스는, 상기 제1 공정에서의 저수증기 가스와 동일해도 좋고, 달라도 좋다. 작업을 용이하게 하는 관점에서는, 밀폐 용기를 대기 개방하여 대기를 도입하는 것이 바람직하다.
(효과)
상기 본 발명의 방법에 의하면, 수증기가 도금 강판의 틈새에까지 충분히 퍼지고, 또한, 도금 강판의 표면에 결로가 생기기 어렵기 때문에, 도금 강판의 흑색화해야 하는 영역을 보다 균일하게 흑색화할 수 있다.
2. 흑색 도금 강판을 제조하는 장치
(장치의 구성)
본 발명에 따른 흑색 도금 강판을 제조하는 장치(이하, 간단히 「본 발명의 장치」라고도 함)(100)는, 그 일례를 나타내는 모식 단면도인 도 3에 나타내는 바와 같이, 도금 강판(1)을 착탈가능하게 배치할 수 있는 배치부(12)를 가지는 밀폐 용기(10)와, 상기 밀폐 용기의 내부를 가열하는 가열부(20)와, 상기 밀폐 용기 내부의 분위기 가스를 배기하는 배기부(30)와, 상기 밀폐 용기의 내부에 수증기를 도입하는 수증기 도입부(40)를 가진다. 본 발명의 장치(100)는, 또 상기 밀폐 용기의 내부로 가스를 도입하는 가스 도입부(50)를 가지고 있어도 좋다. 본 발명의 장치(100)는 또 도금 강판(1)의 표면 온도를 측정하는 온도 계측부(60)를 가지고 있어도 좋다. 본 발명의 장치(100)는, 또 밀폐 용기(10)의 내부의 분위기 가스를 교반하는 교반부(70)를 가지고 있어도 좋다. 본 발명의 장치(100)는, 또 도 4에 나타내는 것처럼, 가열부(20), 배기부(30) 및 수증기 도입부(40)의 동작을 제어하고, 밀폐 용기(10)의 배치부(12)에 배치된 도금 강판(1)을 밀폐 용기의 내부에서 수증기와 접촉시켜서 흑색 도금 강판을 제조하게 하는 제어부(80)를 가지고 있어도 좋다. 본 발명의 장치(100)는 가스 도입부(50) 또는 교반부(70)를 가지고 있을 때, 제어부(80)가 가스 도입부(50)의 동작을 제어하여 상기 흑색 도금 강판을 냉각시켜도 좋고, 교반부(70)의 동작을 제어하여 밀폐 용기(10) 내부의 분위기 가스를 교반해도 좋다. 본 발명의 장치(100)가 후술하는 드레인 배관(35) 및 드레인 밸브(36)를 가지고 있을 때, 제어부(80)는 드레인 밸브(36)의 동작을 제어하여 장치 내부에서 외부로 물을 배출시켜도 좋다.
본 발명의 장치(100)는, 밀폐 용기(10)의 내부에 수증기를 도입한 후, 도금층이 흑색화되어 있을 때, 밀폐 용기(10)의 내부로부터 일정량의 가스를 배출하기 위한 가스 배출부(도면표시 않음)를 가지고 있어도 좋다. 또한, 상기 가스 배출부는, 배기부(30)에 그 역할을 겸하게 하여도 좋다. 또 본 발명의 장치(100)는 수증기 도입 후에 장치 내부의 강판 이외의 부분에서 수증기가 결로하여 발생하는 결로수를 시스템 바깥으로 배출시키기 위한 드레인 배관(35) 및 드레인 밸브(36)를 가지고 있어도 좋다.
이하에, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 장치(100)의 예시적인 양상에 대해 자세히 설명한다.
밀폐 용기(10)는, 저부 프레임(11), 배치부(12), 내측 커버(13) 및 외측 커버(14)를 가진다. 저부 프레임(11)은 밀폐 용기(10)의 저부를 구성하는 부재이다. 배치부(12)는 도금 강판(1)을 배치할 수 있는 형상 및 사이즈를 가지는 부재이다. 내측 커버(13)는 저부 프레임(11)을 덮도록 저부 프레임(11)상에 배치된, 단면이 대략 ㄷ자형인 부재이다. 외측 커버(14)는, 내측 커버(13)보다 대형의, 단면이 대략 ㄷ자형의 부재이며, 내측 커버(13)의 외면을 덮도록 저부 프레임(11)상에 배치된다. 내측 커버(13)가 저부 프레임(11)에 설치된 홈에 끼워지면, 내측 커버(13) 및 저부 프레임에 둘러싸인 공간(이하, 간단히 「밀폐 용기(10)의 내부」라고도 함)은 밀폐된다. 밀폐 용기(10)는, 분위기 가스의 배기에 의한 내부의 기체 압력 저하, 수증기 도입에 의한 내부 압력의 상승, 가열, 냉각 등에 견딜 수 있는 강도를 가지고 있다.
저부 프레임(11) 또는 내측 커버(13)는, 후술하는 배기 배관(31), 수증기 공급 배관(41) 및 가스 도입 배관(51) 등을 접속할 수 있는 개구를 그 벽면 또는 저면에 가지고 있어도 좋고, 이 때, 이러한 배관에 설치된 밸브를 폐쇄함으로써, 용기의 내부를 밀폐 상태로 할 수 있으면 된다.
배치부(12)는, 도금 강판(1)을 배치할 수 있는 형상이면 되고, 도 3에 나타내는 것처럼 저부 프레임(11)상에 배치된 베이스 부재로 해도 좋고, 도금 강판을 싣거나, 또는 매달 수 있는 선반 모양의 부재로 해도 좋다.
배치부(12)에는 도금 강판(1)이 배치된다. 예를 들면, 도금 강판(1)이 코일상일 때는, 코일축 방향이 연직 방향을 따르도록 배치부(12)상에 배치할 수 있다. 도금 강판(1)은, 스페이서(2)에 의해서 적층되어도 좋다. 또, 임의의 형상으로 가공된 도금 강판을 상기 선반 모양의 부재에 실어도 좋고, 임의의 형상으로 가공된 도금 강판을 상기 선반 모양의 부재에 매달아도 좋다.
도금 강판의 일부에 흑색화시키지 않는 부분이 있을 때는, 상기 흑색화하지 않는 부분을 가지는 면이 배치부(12)와 접촉하도록, 도금 강판(1)을 배치부(12)에 배치하는 것이 바람직하다.
배치부(12)의 도금 강판(1)이 배치되는 면에는, 도금 강판(1)의 금속띠 간의 틈새와 배치부(12)의 내부를 연통하도록 관통공이 형성되고, 배치부(12)의 내부는, 상기 관통공과 배치부(12)의 외부를 연통하도록 중공상으로 형성된다. 예를 들면, 도 3에서는, 배치부(12)가, 도금 강판(1)의 하부로부터 배치부(12)의 내부로 유출한 분위기 가스를 임펠러(71) 부근으로 불어내기 위한 유통로를 가지는 상부 대좌 및 하부 대좌로 이루어지고, 하부 대좌는 상부 대좌와 연통하는 관통공을 가진다. 이러한 구성으로 하면, 밀폐 용기(10) 내부의 기체가 도금 강판(1)의 금속띠 간의 틈새를 통해 순환하여 교반되기 때문에, 도금 강판(1)에 보다 균일한 상대습도를 가지는 분위기 가스를 접촉시킬 수 있어 바람직하다.
가열부(20)는 밀폐 용기(10)의 내부를 가열하기 위한 수단이며, 예를 들면, 외측 커버(14)의 둘레 방향을 따라서 서로 간격을 두고 배치된 복수의 송풍부로 되어있고, 각각의 송풍부는 외측 커버(14)와 내측 커버(13)의 사이에 형성되는 공간에 열풍을 송풍 가능하도록 구성된다. 또한, 밀폐 용기(10)의 내부를 가열하기 위한 수단은 가열부(20)에 한하지 않고, 내측 커버(13)의 내부에 직접 가열 대기를 도입하여 도금 강판을 가열하거나, 도금 강판 하부에 IH 히터를 설치하여 강판 자체를 발열시킴과 동시에 내측 커버(13) 내부 분위기를 가열하는 방법도 생각할 수 있다.
배기부(30)는, 배기 배관(31), 배기 밸브(32) 및 배기 펌프(33)를 가진다. 배기 배관(31)은, 밀폐 용기(10)의 내부와 밀폐 용기(10)의 외부를 연통하도록 저부 프레임(11)을 관통하여 설치된 배관이다. 예를 들면, 밀폐 용기(10) 내부의 저수증기 가스 또는 수증기 처리 후의 밀폐 용기(10)의 내부의 분위기 가스는, 배기 배관(31)을 통해 외부로 배기된다. 배기 배관(31)은, 배기 밸브(32)를 경유하여 배기 펌프(33)와 연통한다. 배기부(30)는, 상기 분위기 가스의 배기에 의해 밀폐 용기 내부의 기체의 압력을 70 kPa 이하로 만들 수 있도록 구성된다. 또, 상기 배기를 하지 않을 때는, 배기 밸브(32)는 폐쇄되어 배기 배관(31)을 통한 밀폐 용기(10)의 내부와 외부 사이의 가스의 유통은 차단된다.
드레인 배관(35)은, 밀폐 용기(10)의 내부와 밀폐 용기(10)의 외부를 연통하도록 저부 프레임(11)을 관통하여 설치된 배관이다. 밀폐 용기(10) 내부의 액체(결로수 등)는, 드레인 배관(35)을 통해 외부로 배출된다. 보다 많은 액체를 배출하기 쉽게 하는 관점에서는, 드레인 배관의 개구가 저부 프레임(11)과 동일한 높이나 그것보다 낮은 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 드레인 배관(35)은, 드레인 밸브(36)를 경유해 밀폐 용기(10)의 외부와 연통한다. 상기 액체의 배출을 하지 않을 때는, 드레인 밸브(36)는 폐쇄되어 드레인 배관(35)을 통한 밀폐 용기(10)의 내부와 외부 사이의 액체의 유통은 차단된다.
수증기 도입부(40)는, 수증기 공급 배관(41) 및 수증기 공급 밸브(42)를 가지고, 임의로, 예를 들면 저수 탱크 및 히터로 구성되는 수증기 공급원(43) 및 수증기 히터(44)를 가진다. 수증기 공급 배관(41)은, 예를 들면 수증기 공급원(43)과 밀폐 용기(10)의 내부를, 수증기 공급 밸브(42)를 경유해 연통한다. 수증기 히터(44)는, 도입되는 수증기의 온도가 수증기 처리중의 밀폐 용기(10) 내부의 분위기 온도에 달하도록, 수증기를 가열한다. 또, 수증기의 공급을 하지 않을 때는, 수증기 공급 밸브(42)는 폐쇄되어, 수증기 공급 배관(41)을 통한 밀폐 용기(10) 내부로의 수증기의 도입은 차단된다. 또, 다른 장치에서 제조한 수증기를 이용할 때는, 밀폐 용기내가 소정의 상대습도가 되도록 수증기 공급 밸브(42)로 압력 제어하여 공급해도 좋다.
가스 도입부(50)는, 가스 도입 배관(51) 및 가스 도입 밸브(52)를 가진다. 가스 도입 배관(51)은, 밀폐 용기(10)의 내부와 밀폐 용기(10)의 외부 또는 도면표시 하지 않은 가스 공급원을 연통하도록, 저부 프레임(11)을 관통하여 설치된 배관이다. 가스 도입 밸브(52)가 열리면, 가스 공급원으로부터 공급되는 이슬점이 항상 도금 강판 온도 이하인 가스 또는 밀폐 용기(10)의 외부의 대기는, 가스 도입 배관(51)을 통해 밀폐 용기(10)의 내부로 도입된다. 또, 상기 가스의 도입을 하지 않을 때는, 가스 도입 밸브(52)는 폐쇄되어 가스 도입 배관(51)을 통한 밀폐 용기(10)의 내부와 외부 사이의 가스의 유통은 차단된다.
온도 계측부(60)는, 도금 강판의 표면 중 각각 다른 영역에 당접하여 설치된 복수의 온도센서이며, 예를 들면, 열전대를 이용할 수 있다. 온도계측부(60)는 도금 강판의 표면 온도를 측정한다. 또한, 도금 강판을 코일상으로 했을 경우, 코일의 판 사이에 열전대를 삽입해도 좋다.
교반부(70)는, 내측 커버(13)의 내부에 배치된 임펠러(71)와, 임펠러(71)를 회전 구동하는 구동 모터(72)를 가진다. 구동 모터(72)가 임펠러(71)를 회전시키면, 수증기 처리중의 밀폐 용기(10) 내부의 분위기 가스는, 도 3에서 화살표로 나타내는 것처럼, 배치부(12)의 측부로부터 배치부(12)의 외주면과 내측 커버(13)의 내벽면 사이의 공간으로 유입하여, 도금 강판(1)의 외주면과 내측 커버(13)의 내벽면 사이의 공간을 통과해서, 도금 강판(1)의 상부로부터 금속띠간의 틈새로 유출하여, 도금 강판(1)의 하부로부터 배치부(12)의 내부로 유출하고, 다시 배치부(12)의 측부로부터 배치부(12)의 외주면과 내측 커버(13)의 내벽면 사이의 공간에 유입하여, 밀폐 용기(10)의 내부를 순환한다. 이와 같이 하여, 수증기 처리중의 밀폐 용기(10)의 내부의 분위기 가스는 교반된다.
교반부(70)는, 가열부(20)에 의한 도금 강판의 가열중에 밀폐 용기(10) 내부의 분위기 가스를 교반해도 좋다.
제어부(80)는, 후술하는 것처럼, 본 발명의 장치(100)의 동작을 제어한다.
3. 흑색 도금 강판을 제조하는 시스템
이하에, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 장치(100)의 예시적인 동작과 흑색 도금 강판을 제조하는 시스템에 대해 자세히 설명한다.
배치부(12)에 도금 강판(1)이 배치되고, 또한, 내측 커버(13) 및 외측 커버(14)가 저부 프레임(11) 위에 장착되어 밀폐 용기(100)가 밀폐된 후에, 제어부(80)는, 아래와 같이, 가열부(20), 배기부(30), 수증기 도입부(40), 가스 도입부(50) 및 교반부(70)의 동작을 제어한다.
가열부(20)는, 외측 커버(14)와 내측 커버(13)의 사이에 형성되는 공간에 열풍을 송풍하여, 저수증기 가스의 존재하에서 상기 밀폐 용기의 내부를 가열한다. 이에 의해 도금 강판(1)은 가열된다. 이 때, 제어부(80)는, 미리 설정된 도금 강판을 수증기 처리하는 온도를 참조하여, 온도 계측부(60)가 측정한 도금층의 온도, 바람직한 것은 상기 최냉점의 온도가 상기 흑색 처리 온도 이상이 될 때까지, 가열부(20)를 작동시킨다. 또, 필요에 따라, 교반부(70)는, 상기 가열부(20)에 의한 가열시에 구동 모터(72)를 구동하여 임펠러(71)를 회전시켜서, 내측 커버(13) 내부의 분위기 가스를 교반하여 순환시켜도 좋다.
그 후, 배기부(30)는, 배기 밸브(32)를 개방하고 배기 펌프(33)를 작동시켜서, 밀폐 용기(10)의 내부의 분위기 가스를 배기 배관(31)을 통해 배출한다. 이에 의해, 밀폐 용기(10) 내부의 기체 압력은 70 kPa 이하로 된다(제1의 배기). 그 후, 배기부(30)는 배기 밸브(32)를 폐쇄하여 배기 배관(31)을 통한 밀폐 용기(10)의 내부와 외부 사이의 가스의 유통을 차단한다.
그 후, 수증기 도입부(40)는, 수증기 공급 밸브(42)를 개방하여, 수증기 공급원(43)이 수증기를 공급하도록 한다. 이에 의해, 수증기 공급원(43)으로부터의 수증기가 수증기 공급 배관(41)을 통해 밀폐 용기(10)의 내부로 도입된다. 수증기 도입부(40)는, 온도 계측부(60)가 측정한 상기 최온점 온도와 상기 최냉점 온도의 차이가 소정 범위가 되었음을 제어부(80)가 인식한 후에, 수증기 공급 밸브(42)를 개방하는 것이 바람직하다. 이 때, 도입되는 수증기를 수증기 히터(44)로 가열해도 좋다.
이 때, 필요에 따라, 수증기 도입부(40)는, 밀폐 용기(10)의 내부로 도입되는 수증기를 수증기 히터(44)에 의해 가열되도록 해도 좋다. 또, 필요에 따라서, 교반부(70)는 구동 모터(72)를 구동하여 임펠러(71)를 회전시켜, 밀폐 용기(10) 내부의 분위기 가스를 순환시켜 교반해도 좋다.
또, 필요에 따라서, 도면표시 않은 가스 배출부 또는 배기부(30)는, 밀폐 용기(10) 내부의 분위기 가스를 일정량만 배출해도 좋다. 이 때, 배출된 분위기 가스의 양과 동일 양의 수증기를 밀폐 용기(10)의 내부로 도입하도록, 수증기 공급 밸브(42)가 개방된다.
수증기를 도입하기 시작한 후, 흑색화 처리를 위한 시간이 경과하면, 수증기 도입부(40)는 수증기 공급 밸브(42)를 폐쇄하여, 수증기 공급 배관(41)을 통한 밀폐 용기(10)의 내부와 외부 사이의 가스의 유통을 차단한다. 그 후, 필요에 따라서, 배기부(30)는 배기 밸브(32)를 개방하여, 배기 펌프(33)에 밀폐 용기(10) 내부의 분위기 가스를 배출시킨다. 이에 의해, 밀폐 용기 내부의 기체 압력은 70 kPa 이하로 된다(제2의 배기). 그 후, 배기부(30)는 배기 밸브(32)를 폐쇄하여, 배기 배관(31)을 통한 밀폐 용기(10)의 내부와 외부 사이의 가스의 유통을 차단한다.
그 후, 가스 도입부(50)는 가스 도입 밸브(52)를 개방한다. 이에 의해, 가스 도입 배관(51)을 통해 밀폐 용기(10)의 내부로 이슬점이 항상 도금 강판 온도 미만인 가스가 도입된다. 이렇게 하여 도입된 가스에 의해, 도금 강판(1)은 냉각된다.
이 때, 임의의 시점에서 드레인 밸브(36)의 동작을 제어하여, 장치 내부로부터 외부로 액체를 배출시켜도 좋다. 드레인 밸브(36)의 동작 제어는, 상기 본 발명의 장치(100)의 동작중, 1회만 행해도 좋고, 여러 차례 행해도 좋다. 도금층이 소망하는 정도로 흑색화되는 한, 상기 동작중인 동안 드레인 밸브(36)는 폐쇄된 채이어도 좋다.
(효과)
상기 본 발명의 장치 및 시스템에 의하면, 수증기를 도금 강판의 틈새에까지 충분히 널리 퍼지게 할 수 있고, 또한, 도금 강판의 표면에 결로가 발생되기 어렵기 때문에, 도금 강판의 흑색화해야 할 영역을 보다 균일하게 흑색화할 수 있다.
본 출원은 2016년 3월 1일에 출원한 일본 출원 번호 2016-038848호에 기초하는 우선권을 주장하는 출원으로서, 해당 출원의 특허청구범위, 명세서 및 도면에 기재된 내용은 본 출원에 원용된다.
<산업상의 이용 가능성>
본 발명의 방법은, 도금 강판의 가열시에 생기는 결로를 억제하고, 도금층이 보다 균일하게 흑색화되어, 외관이 보다 보기좋은 도금 강판을 제조할 수 있기 때문에, 흑색화 된 도금 강판의 더한층의 보급에 공헌하는 일이 기대된다.
1 도금 강판
10 밀폐 용기
11 저부 프레임
12 배치부
13 내측 커버
14 외측 커버
20 가열부
30 배기부
31 배기 배관
32 배기 밸브
33 배기 펌프
35 드레인 배관
36 드레인 밸브
40 수증기 도입부
41 수증기 공급 배관
42 수증기 공급 밸브
43 수증기 공급원
44 수증기 히터
50 가스 도입부
51 가스 도입 배관
52 가스 도입 밸브
60 온도 계측부
70 교반부
71 임펠러
72 구동 모터
80 제어부
10 밀폐 용기
11 저부 프레임
12 배치부
13 내측 커버
14 외측 커버
20 가열부
30 배기부
31 배기 배관
32 배기 밸브
33 배기 펌프
35 드레인 배관
36 드레인 밸브
40 수증기 도입부
41 수증기 공급 배관
42 수증기 공급 밸브
43 수증기 공급원
44 수증기 히터
50 가스 도입부
51 가스 도입 배관
52 가스 도입 밸브
60 온도 계측부
70 교반부
71 임펠러
72 구동 모터
80 제어부
Claims (19)
- 기재 강판과, 기재 강판의 표면에 형성된 용융 Al, Mg 함유 Zn 도금층을 가지는 도금 강판을 밀폐 용기의 내부에서 수증기와 접촉시켜서, 흑색 도금 강판을 제조하는 방법으로서,
밀폐 용기의 내부에 배치한 상기 도금 강판을, 이슬점이 항상 도금 강판 온도 미만인 가스의 존재하에서 가열하는 제1 공정과,
상기 가열된 밀폐 용기 내부의 분위기 가스를 배기하여, 상기 밀폐 용기 내부의 기체 압력을 70 kPa 이하로 만드는 제2 공정과,
상기 밀폐 용기의 내부에 수증기를 도입하여 상기 도금층을 흑색화하는 제3 공정과,
상기 도금층을 흑색화한 흑색 도금 강판이 배치된 밀폐 용기 내부의 분위기 가스를 배기하여, 상기 밀폐 용기 내부의 기체 압력을 70 kPa 이하로 만드는 제4 공정과,
상기 밀폐 용기의 내부에 이슬점이 항상 도금 강판 온도 미만인 가스를 도입하여 상기 도금 강판을 냉각하는 제5 공정을,
이 순서로 행하는, 흑색 도금 강판을 제조하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 도금 강판의 형상은 코일상인, 흑색 도금 강판을 제조하는 방법. - 제2항에 있어서,
상기 코일상의 도금 강판은, 아이업으로 상기 밀폐 용기의 내부에 배치되는, 흑색 도금 강판을 제조하는 방법. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
2개 이상의 상기 코일상의 도금 강판이, 모두 아이업으로 상기 밀폐 용기의 내부에 배치되고, 상기 2개 이상의 도금 강판은 겹쳐서 배치되는, 흑색 도금 강판을 제조하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 도금 강판은 성형 가공된 도금 강판인, 흑색 도금 강판을 제조하는 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 공정에서, 상기 가스는 대기인, 흑색 도금 강판을 제조하는 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 공정에서, 상기 밀폐 용기의 내부에서 상기 가스를 교반하면서 상기 도금 강판을 가열하는, 흑색 도금 강판을 제조하는 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제3 공정에서, 상기 밀폐 용기 내부의 분위기 온도는 105℃ 이상이고, 상기 밀폐 용기 내부의 상대습도는 80% 이상인, 흑색 도금 강판을 제조하는 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제3 공정에서, 가열부로부터의 가열에 의해 상기 밀폐 용기의 내부를 가열하는, 흑색 도금 강판을 제조하는 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제3 공정에서, 상기 밀폐 용기의 내부에 수증기를 도입한 후에, 상기 밀폐 용기의 내부로부터 일정량의 분위기 가스를 배출하고, 또한, 상기 밀폐 용기에 수증기를 더 도입하는, 흑색 도금 강판을 제조하는 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제3 공정에서, 상기 밀폐 용기의 내부에 수증기를 도입한 후에, 상기 밀폐 용기 내부의 분위기 가스를 교반하는, 흑색 도금 강판을 제조하는 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 용융 Al, Mg 함유 Zn 도금층은, Al를 0.1질량% 이상 60질량% 이하의 양으로 함유하고, Mg를 0.01질량% 이상 10질량% 이하의 양으로 함유하는, 흑색 도금 강판을 제조하는 방법. - 기재 강판과, 기재 강판의 표면에 형성된 용융 Al, Mg 함유 Zn 도금층을 가지는 도금 강판을 배치 가능한 배치부를 가지는 밀폐 용기와,
상기 밀폐 용기의 내부를 가열하는 가열부와,
상기 밀폐 용기 내부의 분위기 가스를 배기하여, 상기 밀폐 용기 내부의 기체 압력을 70 kPa 이하로 만드는 배기부와,
상기 밀폐 용기의 내부에 수증기를 도입하는 수증기 도입부와,
상기 밀폐 용기의 내부에 이슬점이 항상 도금 강판 온도 미만인 가스를 도입하는 가스 도입부를 가지는, 흑색 도금 강판을 제조하는 장치. - 제13항에 있어서,
상기 밀폐 용기 내부의 분위기 가스를 교반하는 교반부를 더 가지는, 흑색 도금 강판을 제조하는 장치. - 제13항 또는 제14항에 기재된 흑색 도금 강판을 제조하는 장치와,
제어부를 가지고,
상기 제어부는,
상기 가열부의 동작을 제어하여, 상기 밀폐 용기 내부에 배치한 상기 도금 강판을, 이슬점이 항상 도금 강판 온도 미만인 가스의 존재하에 가열시키고,
상기 배기부의 동작을 제어하여, 상기 가열된 밀폐 용기 내부의 상기 분위기 가스를 배기시켜, 상기 밀폐 용기 내부의 기체 압력을 70 kPa 이하로 만들고,
상기 수증기 도입부의 동작을 제어하여, 상기 밀폐 용기의 내부에 수증기를 도입시키고,
상기 배기부의 동작을 제어하여, 상기 도금층을 흑색화한 흑색 도금 강판이 배치된 밀폐 용기 내부의 분위기 가스를 배기시켜, 상기 밀폐 용기 내부의 기체 압력을 70 kPa 이하로 만들고,
상기 가스 도입부의 동작을 제어하여, 상기 밀폐 용기의 내부에 이슬점이 항상 도금 강판 온도 미만인 가스를 도입시켜서 상기 도금 강판을 냉각하는, 흑색 도금 강판을 제조하는 시스템. - 제15항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 밀폐 용기 내부의 분위기 가스를 교반하는 교반부의 동작을 제어하여, 상기 밀폐 용기 내부의 분위기 가스를 교반시키는, 흑색 도금 강판을 제조하는 시스템. - 제15항에 있어서,
상기 용융 Al, Mg 함유 Zn 도금층은, Al를 0.1질량% 이상 60질량% 이하의 양으로 함유하고, Mg를 0.01질량% 이상 10질량% 이하의 양으로 함유하는, 흑색 도금 강판을 제조하는 시스템.
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