KR102305753B1

KR102305753B1 - 가공부 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102305753B1
Application number: KR1020190169494A
Authority: KR
Inventors: 김흥윤; 김성주; 김용주; 강대영
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2021-09-27
Also published as: WO2021125630A1; EP4079924A4; US20230021399A1; EP4079924A1; CN114901853B; CN114901853A; KR20210077953A; JP2023507962A

Abstract

본 발명은 가공부 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 소지철; 및 상기 소지철 상에 형성된 용융합금도금층을 포함하고, 상기 용융합금도금층은 중량%로, Al: 8%초과~25%, Mg: 4%초과~12%, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 상기 용융합금도금층 내 MgZn2상의 분율은 10~45면적%이고, 상기 MgZn2상은 그 내부에 균열을 가지고, 상기 균열은 강판 두께 방향으로의 단면을 기준으로 할 때 관찰되는 시야에서 상기 강판 두께 방향의 수직 방향으로 100㎛당 3~80개 존재하는 가공부 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

가공부 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재 및 그 제조방법{Zn-Al-Mg BASED HOT DIP ALLOY COATED STEEL MATERIAL HAVING EXCELLENT CORROSION RESISTANCE OF PROCESSED PARTS AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 가공부 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

아연 도금 처리한 강재는 산화전위가 더 높은 아연이 소지철보다 먼저 용해되는 희생방식작용과 치밀하게 형성된 아연의 부식생성물이 부식을 지연시키는 부식억제작용 등에 의해 강재를 부식으로부터 보호한다. 그렇지만, 날로 악화되는 부식환경과 자원 및 에너지 절약 측면을 고려하여 내식성 향상에 많은 노력을 기울이고 있다.

일례로, 아연에 알루미늄을 5중량％ 또는 55중량％ 첨가한 아연-알루미늄 합금 도금이 검토되어 있다. 그러나, 상기 아연-알루미늄 합금 도금은 내식성은 우수하지만, 알칼리 조건에서는 알루미늄이 아연보다 용해하기 쉽기 때문에 장기 내구성 측면에서는 불리하다는 단점이 있다. 이상 기술한 도금 이외에도 다양한 합금 도금이 검토되고 있다.

최근 들어 이러한 노력의 성과로 도금욕에 Mg을 첨가하여 내식성을 대폭적으로 향상시키는 성과를 얻고 있다. 특허문헌 1은 Mg: 0.05~10.0％, Al: 0.1~10.0％및 잔부: Zn 및 불가피한 불순물로 구성되는 Zn-Mg-Al합금 도금층을 특징으로 하는 콘크리트 구조용 강재에 관한 것으로서, 조대한 도금조직의 형성으로 인하여 가공부에서 큰 균열이 발생되어 철의 부식을 효과적으로 억제하지 못하는 문제가 있다.

특허문헌 2는 용융아연도금강판, 전기아연도금강판 및 알루미늄강판 등의 소지강판의 일면에 고분자 폴리에스테르계 도료를 도포하여 도막균열을 흡수하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 칼라강판에 관한 것으로서, 가공에 의해 소지강판의 도금층에 생긴 균열이 일정 크기 이상이면 도막에서 균열을 흡수할 수 없어서 소지강판이 노출되어 도장강판의 부식을 효과적으로 보호하지 못하는 문제가 있다.

특허문헌 3은 도금층 내의 Cr 성분으로 금속간화합물을 제어하고, AlCr2상의 형성을 통해 도금층 박리 및 도금피막의 균열의 감소에 따른 가공 후 내식성을 확보하며, Mg2Si 합금상 및 산화피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 아연-알루미늄계 합금도금강판에 관한 것으로, Cr과 Si성분 첨가에 따라 도금욕 성분 관리가 곤란하고, 재생이 어려운 드로스가 생성되어 생산관리 및 생산비용이 증가하는 문제가 있다.

일본 공개특허공보 제1999-158656호 한국 공개특허공보 제2002-0004231호 한국 공개특허공보 제2014-0018098호

본 발명의 일측면은, 가공부 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 실시형태는 소지철; 및 상기 소지철 상에 형성된 용융합금도금층을 포함하고, 상기 용융합금도금층은 중량%로, Al: 8%초과~25%, Mg: 4%초과~12%, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 상기 용융합금도금층 내 MgZn2상의 분율은 10~45면적%이고, 상기 MgZn2상은 그 내부에 균열을 가지고, 상기 균열은 강판 두께 방향으로의 단면을 기준으로 할 때 관찰되는 시야에서 상기 강판 두께 방향의 수직 방향으로 100㎛당 3~80개 존재하는 가공부 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재를 제공한다.

본 발명의 다른 실시형태는 소지철을 준비하는 단계; 상기 소지철을 중량%로 Al: 8%초과~25%, Mg: 4%초과~12%, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 도금욕에 통과시켜 용융도금하는 단계; 및 상기 용융도금된 소지철을 가스와이핑 및 냉각하여 상기 소지철 상에 용융합금도금층을 형성시키는 단계;를 포함하고, 상기 냉각은 이슬점 온도가 -5~50℃인 가스를 부여하는 제1단계; 강재와 수냉욕조의 온도차를 10~300℃가 되도록 하여 냉각하는 제2단계; 및 조질압연과 텐션레벨링을 적용하는 제3단계를 포함하는 가공부 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일측면에 따르면, 가공부 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재를 제공할 수 있어, 부식환경에 구조물의 수명을 연장시키는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재를 가공한 후의 가공부 모습을 나타내는 모식도이다.
도 2는 종래의 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재를 가공한 후의 가공부 모습을 나타내는 모식도이다.
도 3은 굴곡가공된 발명예 17의 단면을 전자현미경으로 관찰한 사진이다.
도 4는 굴곡가공된 발명예 17의 단면을 전자현미경으로 관찰한 사진이다.
도 5는 굴곡가공된 비교예 1의 단면을 전자현미경으로 관찰한 사진이다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 가공부 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재에 대하여 설명한다.

본 발명의 용융 합금도금 강재는 소지철; 및 상기 소지철 상에 형성된 용융합금도금층을 포함한다.

본 발명에서는 상기 소지철의 종류에 대해 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면, 열연강판, 열연산세강판, 냉연강판 등의 강판이나, 선재 또는 강선 등을 이용할 수 있다. 아울러, 본 발명의 소지철은 당해 기술분야에서 강재로 분류되는 모든 종류의 합금조성을 가질 수 있다.

상기 용융합금도금층은 중량%로, Al: 8%초과~25%, Mg: 4%초과~12%, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 Al은 용탕 제조시 Mg를 안정화하고, 또한 부식환경에서 초기부식을 억제하는 부식장벽 역할을 한다. 상기 Al이 8%이하인 경우에는 용탕 제조시 Mg를 안정화할 수 없어 용탕 표면에 Mg 산화물이 생성되는 단점이 있고, 25%를 초과하는 경우에는 도금욕의 온도를 상승시키고, 도금욕에 설치된 각종 설비의 용식이 심하게 발생하는 문제가 있다. 따라서, 상기 Al의 함량은 8%초과~25%인 것이 바람직하다. 상기 Al 함량의 하한은 10%인 것이 보다 바람직하다. 상기 Al 함량의 상한은 20%인 것이 보다 바람직하다. Mg는 내식성을 발현하는 조직을 형성하는 역할을 한다. 상기 Mg가 4%이하인 경우에는 내식성 발현이 충분하지 않고, 12%를 초과하는 경우에는 도금욕의 온도를 상승시킬 뿐만 아니라, Mg 산화물을 형성시켜 재질 열화와 비용상승 등의 다양한 문제를 야기한다. 따라서, 상기 Mg의 함량은 4%초과~12%인 것이 바람직하다. 상기 Mg 함량의 하한은 5%인 것이 보다 바람직하다. 상기 Mg 함량의 상한은 10%인 것이 보다 바람직하다.

상기 용융합금도금층은 Mg 안정화를 위하여, Be, Ca, Ce, Li, Sc, Sr, V 및 Y로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 합계량으로 0.0005~0.009%의 범위로 추가로 포함할 수 있다. 상기 추가 합금원소들의 함량이 0.0005%미만인 경우에는 실질적으로 Mg 안정화 효과가 나타나지 않고, 0.009%를 초과하는 경우에는 용융도금층이 늦게 응고되어 우선부식이 일어남에 따라 내식성을 해치고, 비용 또한 상승시키는 문제가 있다. 따라서, 상기 Be, Ca, Ce, Li, Sc, Sr, V 및 Y로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 합계량은 0.0005~0.009%의 범위인 것이 바람직하다. 상기 추가 합금원소들의 합계량의 하한은 0.003%인 것이 보다 바람직하다. 상기 합금원소들의 합계량의 상한은 0.008%인 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재는 용융합금도금층 내 다양한 응고상들을 포함한다. 상기 응고상들은 고용상, 공정상, 금속간화합물 등 다양한 상을 포함할 수 있다. 상기 단일상은 고용Al상, 고용Mg상, 고용Zn상일 수 있고, 상기 공정상은 상기 Al, Mg 및 Zn을 포함하는 2원공정상 혹은 3원공정상일 수 있으며, 상기 금속간화합물은 MgZn2, Mg2Zn11, Mg32(Al,Zn)49 등을 포함할 수 있다. 아울러, Mg 안정화를 위하여 추가적으로 첨가될 수 있는 Be, Ca, Ce, Li, Sc, Sr, V 및 Y로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상이 상기 용융합금도층에 포함되는 경우에는 상기 Be, Ca, Ce, Li, Sc, Sr, V 및 Y 중 1종 이상의 원소가 상기 고용상, 공정상 또는 금속간화합물에 포함될 수 있다.

상기 용융합금도금층 내 MgZn2상의 분율은 10~45면적%인 것이 바람직하다. 상기 MgZn2상은 내식성 발현과 고경도를 보이는 상으로서, 그 분율이 10% 미만인 경우에는 수분환경 및 염수환경에서 내식성이 충분하지 않고, 응력분산으로 균열이 생성되지 않는다는 단점이 있다. 상기 MgZn2상의 분율이 45%까지는 내식성이 증가하나, 45%를 초과하는 경우에는 과대 균열발생으로 오히려 가공부 내식성에 악영향을 주는 문제가 있다. 따라서, 상기 용융합금도금층 내 MgZn2상의 분율은 10~45면적%인 것이 바람직하다. 상기 MgZn2상 분율의 하한은 20%인 것이 보다 바람직하다. 상기 MgZn2상 분율의 상한은 35%인 것이 보다 바람직하다.

한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재는 다양한 가공을 통하여 사용될 수 있다. 일례로, 파이프조관, 굽힘가공, 프레스가공 등을 통해 실내외용 건축자재, 가전 및 자동차용 등의 소재로 적용 가능하다. 그러나, 이러한 가공시 형성되는 가공부에서는 용융합금도금층이 연신한계를 초과하는 경우 균열이 발생된다. 이때 발생된 균열은 가공부의 내식성을 열화시키며, 상기 균열의 간격이 크면 더 이상 모재를 보호하지 못하게 되어 모재가 부식된다.

따라서, 본 발명자들은 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재의 가공시 형성되는 가공부의 내식성을 향상시키고자 연구한 결과, 상기 아연합금도금층의 균열을 미세한 간격으로 제어함으로써 내식성을 향상시킬 수 있다는 것을 알게 되었다. 보다 구체적으로는, 용융합금도금층 내 존재하는 다양한 상들 중 경도가 높은 조직인 MgZn2상에 미세한 균열을 사전에 보유하게 하는 방법이며, 이를 위하여, 상기 MgZn2상 내부에 균열을 가지게 하고, 상기 균열은 강판 두께 방향으로의 단면을 기준으로 할 때 관찰되는 시야에서 상기 강판 두께 방향의 수직 방향으로 100㎛당 3~80개 존재하도록 한다. 여기서, 상기 언급된 관찰되는 시야란 강판의 단면을 현미경으로 관찰한 사진을 의미한다. 상기 균열의 수가 100㎛당 3개 미만인 경우에는 가공시 용융합금도금층에 조대한 균열이 발생하여 가공부의 내식성을 효과적으로 향상시키기 어려우며, 80개를 초과하는 경우에는 균열에 의해 도금층이 분리됨에 따라 결국 도금층이 소지강판으로부터 탈락되므로 오히려 내식성에 악영향을 준다. 아울러, 상기 MgZn2상 내부에 존재하는 균열은 그 길이의 합이 3~300㎛일 수 있다. 상기 균열 길이의 합이 3㎛ 미만인 경우에는 가공시 가공부의 균열 간격이 조대해지게 되어 내식성이 저하될 수 있고, 300㎛를 초과하는 경우에는 횡방향의 균열이 많아지면서 도금층이 실질적으로 분체로 변하게 되고, 이로 인해, 상업적으로 활용이 곤란해지는 문제가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재를 가공한 후의 가공부 모습을 나타내는 모식도이고, 도 2는 종래의 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재를 가공한 후의 가공부 모습을 나타내는 모식도이다. 전술한 바와 같이 제공되는 본 발명의 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재(100)는 가공시 소지철(10) 상에 형성된 용융합금도금층(20)에 존재하는 미세 균열(30)로 인해 소지철이 외부 환경으로부터 노출되는 것을 방지하여 내식성을 향상시킬 수 있다. 반면, 종래의 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재(100')는 가공시 소지철(10') 상에 형성된 용융합금도금층(20')에 조대 균열(30')이 발생하게 되고, 이로 인하여 상기 용융합금도금층 상에 형성되는 피복층(40) 또한 조대 균열이 발생하게 되어, 결국, 소지철이 외부 환경에 노출되어 소지철의 부식이 발생하게 된다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 따른 가공부 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재의 제조방법에 대하여 설명한다.

우선, 소지철을 준비한다. 상기 소지철 준비시, 오일 등 강판 표면에 묻어있는 불순물들을 제거함으로써 상기 소지철의 표면 청정화를 위하여, 탈지, 세정 또는 산세 공정을 행할 수 있다.

이후, 상기 소지철은 용융도금 전, 당해 기술분야에서 통상적으로 행하여지는 열처리를 행할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 상기 열처리 조건에 대해서 특별히 한정하지 않는다. 다만, 예를 들면, 열처리 온도는 400~900℃일 수 있다. 또한, 예를 들면, 분위기 가스로는 수소, 질소, 산소, 아르곤, 일산화탄소, 이산화탄소, 수분 등을 이용할 수 있으며, 5~20부피%의 수소와 80~95부피%의 질소 가스 등을 이용할 수 있다.

이후, 상기 소지철을 중량%로 Al: 8%초과~25%, Mg: 4%초과~12%, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 도금욕에 통과시켜 용융도금한다. 상기 도금욕은 Be, Ca, Ce, Li, Sc, Sr, V 및 Y로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 합계량으로 0.0005~0.009%의 범위로 추가로 포함할 수 있다. 한편, 본 발명에서는 도금욕 온도에 대해서 특별히 한정하지 않으며, 당해 기술분야에서 통상적으로 이용되는 도금욕 온도를 이용할 수 있고, 예를 들면, 통상적인 도금욕의 온도는 400~550℃일 수 있다.

이후, 상기 용융도금된 소지철을 가스와이핑 및 냉각하여 상기 소지철 상에 용융합금도금층을 형성시킨다. 상기 가스와이핑을 통해 도금부착량을 제어함으로써 얻고자 하는 두께의 용융합금도금층을 형성시킬 수 있다. 한편, 본 발명에서는 상기 냉각시, 아래 설명되는 3단계에 걸친 공정을 수행함으로써 본 발명이 얻고자 하는 미세 균열이 형성된 용융합금도금층을 형성시키는 것을 특징으로 한다. 만일, 아래 3단계의 공정에 부합되지 않는 경우에는 미세 균열이 형성되지 않을 뿐만 아니라, 이로 인해, 내식성을 충분히 확보할 수 없으며, 작업환경이 열악해지고, 제조비용이 증가하며, 표면결함 발생이 증가하는 단점이 있다.

먼저, 이슬점 온도가 -5~50℃인 가스를 부여하는 제1단계를 수행한다. 상기 가스의 이슬점 온도가 -5℃ 미만인 경우에는 MgZn2상에 균열이 미흡하게 발생되고, 50℃를 초과하는 경우에는 MgZn2상에 균열 생성이 포화되며, 작업환경이 나빠지게되는 문제가 있다. 상기 이슬점 온도의 하한은 0℃인 것이 보다 바람직하다. 상기 이슬점 온도의 상한은 30℃인 것이 보다 바람직하다.

이후, 강재와 수냉욕조의 온도차를 10~300℃가 되도록 하여 냉각하는 제2단계를 수행한다. 상기 도금을 통해, 용융합금도금층이 어느 정도 응고가 되면, 상기 용융합금도금층이 형성된 강재를 수냉욕조에 침지하고, 이 때, 상기 강재와 수냉욕조의 온도차를 10~300℃가 되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 온도차가 10℃ 미만인 경우에는 MgZn2상에 균열 생성이 포화되며, 300℃를 초과하는 경우에는 표면품질이 열화되는 문제가 있다. 상기 온도차의 하한은 30℃인 것이 보다 바람직하다. 상기 온도차의 상한은 150℃인 것이 보다 바람직하다.

이후, 상기 용융합금도금층이 형성된 강재에 조질압연을 적용하는 제3단계를 수행한다. 통상적으로 조질압연은 강판의 두께 조정을 목적으로 하지 않고, 강판의 표면에만 영향을 주는 수준으로 압연을 행하는 것으로서, 연속변형, 표면조도부여 및 강판형상 교정 등의 효과를 얻을 수 있는 것으로 알려져 있다. 상기 조질압연은 상기와 같은 효과를 얻기 위해 상업생산용 연속용융도금공정에 포함되어 수행된다. 본 발명에서는 상기 조질압연을 적용하는 것만으로도 본 발명이 얻고자 하는 충분한 효과를 얻을 수 있으며, 연속변형, 표면조도부여 및 형상교정의 효과를 얻을 수만 있다면 구체적인 조건에 대해서 특별히 한정하지 않는다. 상기 조질압연을 적용하지 않을 경우에는 항복점 연신이 발생되고, 표면조도가 원하는 수준으로 조정되지 않으며, 캠버 및 웨이브 등의 형상불량이 생길 수 있어 상업용 제품으로써 적합한 품질을 얻을 수 없게 된다. 한편, 앞서 언급한 바와 같이, 본 발명에서는 상기 조질압연 조건에 대해서 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 2%이하(0%는 제외)의 압하율을 적용할 수 있다. 만일, 2%를 초과하는 경우에는 도금층이 롤에 부착되어 표면결함을 유발할 수 있다. 상기 조질압연의 압하율의 하한은 0.5%인 것이 보다 바람직하고, 상기 조질압연의 연신율의 상한은 1.5%인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 조질압연과 본 발명간의 관련성은 아직 밝혀지지 않았지만, 다음과 같이 추정된다. 아연합금도금층을 조질압연하면 도금층 내 MgZn2상 내부에 균열이 집중적으로 형성되는데, 이것은 MgZn2상이 높은 경도값을 갖고 육방정계 결정구조를 갖기 때문으로 추정된다. 또한, 상기 제1단계 및 제2단계 처리는 조질압연의 작용을 쉽게 받을 수 있는 유리한 용융합금도금 조직의 형성을 유도하게 되어, 상기 조질압연 효과를 상승시키는 것으로 추정된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

(실시예)

두께가 0.8mm인 저탄소강 냉연강판을 준비한 뒤, 상기 냉연강판을 탈지하고, 이후, 10vol%수소-90vol%질소로 구성되는 환원성 분위기에서 800℃로 소둔 열처리하였다. 이후, 상기 열처리된 소지강판을 하기 표 1에 기재된 450℃의 도금욕에 침적하여 용융도금한 후, 용융합금도금층의 두께가 약 10㎛가 되도록 가스와이핑을 통해 도금부착량을 제어하고, 가스 냉각, 수냉각과 조질압연(SPM)하여 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재를 제조하였다. 이 때, 상기 가스 냉각 및 수냉각시 하기 표 1에 기재된 조건을 이용하였다. 상기 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재에 에폭시 계열의 피복을 10㎛의 두께로 피복하였다. 이와 같이 제조된 상기 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재에 대해서 용융합금도금층의 합금조성을 측정한 뒤, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 상기 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재를 곡률반경 5R, 90°로 굴곡가공한 뒤, 용융합금도금층 내 MgZn2상의 분율 및 균열의 수, 피복층의 균열발생 여부, 가공부 내식성 등을 평가한 뒤, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

용융합금도금층 내 MgZn2상의 분율은 XRD를 이용하여 측정하였다.

용융합금도금층 내 MgZn2상의 균열 수는 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재의 단면을 SEM을 이용하여 2000배로 확대하여 관찰하였다. 상기 균열 수는 강판 두께 방향으로의 단면을 기준으로 할 때 관찰되는 시야에서 상기 강판 두께 방향의 수직 방향으로 100㎛당 존재하는 개수를 측정하였다.

피복층의 균열발생 여부는 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재의 단면을 SEM을 이용하여 2000배로 확대한 뒤, 아래와 같은 기준으로 평가하였다.

○: 피복층 균열 및 도금층 균열로 소지철이 외부환경에 노출

×: 피복층에 균열이 발생하지 않아 소지철이 외부환경에 노출되지 않음

가공부 내식성은 염수분무시험을 수행한 뒤, 아래와 같은 기준으로 평가하였다. 이때, 염수분무시험조건은 염도: 5%, 온도: 35℃, pH: 6.8, 염수분무량: 2ml/80㎠·1Hr으로 분무하였다.

○: 10일 경과 후 관찰시 부식생성물 생성 없음

×: 10일 경과 후 관찰시 부식생성물 생성

구분	제1단계	제2단계	제3단계	합금조성(중량%)
구분	가스 이슬점 온도 (℃)	강재와 수냉욕조의 온도차(℃)	SPM 적용여부	Al	Mg	기타 성분
발명예1	20	52	적용	12	6	-
발명예2	20	86	적용	15	7	-
발명예3	50	150	적용	20	9	-
발명예4	-5	300	적용	18	11	-
발명예5	-5	10	적용	16	5	-
발명예6	50	65	적용	8	4	-
발명예7	50	300	적용	25	12	-
비교예1	20	74	적용	6	3	-
비교예2	20	10	적용	20	13	-
발명예8	0	86	적용	12	6	Li: 0.0005
발명예9	0	67	적용	12	6	Li: 0.0090
비교예3	0	35	적용	12	6	Li: 0.0500
발명예10	0	89	적용	12	6	Ca: 0.0090
발명예11	-5	121	적용	12	6	Ce: 0.0090
발명예12	0	57	적용	12	6	Be: 0.0090
발명예13	50	66	적용	12	6	Sc: 0.0090
발명예14	0	95	적용	12	6	Sr: 0.0090
발명예15	0	300	적용	12	6	V: 0.0090
발명예16	0	55	적용	12	6	Y: 0.0090
발명예17	0	54	적용	12	5	-
발명예18	-5	10	적용	12	5	-
발명예19	50	300	적용	12	5	-
비교예4	-10	8	미적용	12	5	-
비교예5	55	320	적용	12	5	-
비교예6	0	84	미적용	12	5	-

구분	MgZn2상 분율 (면적%)	MgZn2상 내 균열 수 (개/100㎛)	피복층 균열발생 여부	가공부 내식성
발명예1	30	35	×	○
발명예2	33	30	×	○
발명예3	38	58	×	○
발명예4	42	68	×	○
발명예5	22	3	×	○
발명예6	10	20	×	○
발명예7	45	80	×	○
비교예1	8	0	○	×
비교예2	52	92	○	×
발명예8	28	43	×	○
발명예9	31	58	×	○
비교예3	25	47	○	×
발명예10	27	35	×	○
발명예11	22	20	×	○
발명예12	28	33	×	○
발명예13	36	73	×	○
발명예14	33	58	×	○
발명예15	34	47	×	○
발명예16	31	37	×	○
발명예17	29	38	×	○
발명예18	12	20	×	○
발명예19	36	55	×	○
비교예4	5	2	○	×
비교예5	50	103	○	×
비교예6	26	0	○	×

상기 표 1 및 2를 통해 알 수 있듯이, 본 발명이 제안하는 용융합금도금층의 합금조성, 용융합금도금층 내 MgZn2상 분율, 상기 MgZn2상 내 균열의 수 및 제조조건을 만족하는 발명예 1 내지 19의 경우에는 가공부 내식성이 우수한 수준임을 알 수 있다.

비교예 1은 본 발명의 용융합금도금층의 Al 및 Mg 함량을 만족하지 않는 경우로서, 본 발명이 제안하는 용융합금도금층 내 MgZn2상 분율, 상기 MgZn2상 내 균열의 수를 충족하지 않아, 가공부 내식성이 양호하지 않음을 알 수 있다.

비교예 2는 본 발명의 용융합금도금층의 Mg 함량을 만족하지 않는 경우로서, 본 발명이 제안하는 용융합금도금층 내 MgZn2상 분율, 상기 MgZn2상 내 균열의 수를 충족하지 않아, 가공부 내식성이 양호하지 않음을 알 수 있다.

비교예 3은 본 발명의 용융합금도금층의 Li 함량을 만족하지 않는 경우로서,가공부 내식성이 양호하지 않음을 알 수 있다.

비교예 4는 본 발명의 제조조건 중 제1단계 내지 제3단계 처리 공정을 만족하지 않는 경우로서, 본 발명이 제안하는 용융합금도금층 내 MgZn2상 분율, 상기 MgZn2상 내 균열의 수를 충족하지 않아, 가공부 내식성이 양호하지 않음을 알 수 있다.

비교예 5는 본 발명의 제조조건 중 제1단계 및 제2단계 처리 공정을 만족하지 않는 경우로서, 본 발명이 제안하는 용융합금도금층 내 MgZn2상 분율, 상기 MgZn2상 내 균열의 수를 충족하지 않아, 가공부 내식성이 양호하지 않음을 알 수 있다.

비교예 6은 본 발명의 제조조건 중 제3단계 처리 공정을 만족하지 않는 경우로서, 본 발명이 제안하는 용융합금도금층 내 MgZn2상 분율, 상기 MgZn2상 내 균열의 수를 충족하지 않아, 가공부 내식성이 양호하지 않음을 알 수 있다.

도 3 및 4는 굴곡가공된 발명예 17의 단면을 전자현미경으로 관찰한 사진이다. 도 5는 굴곡가공된 비교예 17의 단면을 전자현미경으로 관찰한 사진이다. 도 3 내지 5를 통해 알 수 있듯이, 발명예 1의 경우에는 용융합금도금층 내에 미세 균열이 발생되어 있는 것을 확인할 수 있는 반면, 비교예 1의 경우에는 용융합금도금층 내에 균열이 형성되어 있지 않은 것을 확인할 수 있다.

10, 10': 소지철
20, 20': 용융합금도금층
30, 30': 조대 균열
40: 피복층
100, 100': Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재

Claims

소지철; 및
상기 소지철 상에 형성된 용융합금도금층을 포함하고,
상기 용융합금도금층은 중량%로, Al: 8%초과~25%, Mg: 4%초과~12%, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
상기 용융합금도금층 내 MgZn2상의 분율은 10~45면적%이고,
상기 MgZn2상은 그 내부에 균열을 가지고, 상기 균열은 강판 두께 방향으로의 단면을 기준으로 할 때 관찰되는 시야에서 상기 강판 두께 방향의 수직 방향으로 100㎛당 3~80개 존재하는 가공부 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재.
청구항 1에 있어서,
상기 용융합금도금층은 Be, Ca, Ce, Li, Sc, Sr, V 및 Y로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 합계량으로 0.0005~0.009%의 범위로 추가로 포함하는 가공부 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재.
청구항 1에 있어서,
상기 균열은 그 길이의 합이 3~300㎛인 가공부 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재.
소지철을 준비하는 단계;
상기 소지철을 중량%로 Al: 8%초과~25%, Mg: 4%초과~12%, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 도금욕에 통과시켜 용융도금하는 단계; 및
상기 용융도금된 소지철을 가스와이핑 및 냉각하여 상기 소지철 상에 용융합금도금층을 형성시키는 단계;를 포함하고,
상기 냉각은 이슬점 온도가 -5~50℃인 가스를 부여하는 제1단계; 강재와 수냉욕조의 온도차를 10~300℃가 되도록 하여 냉각하는 제2단계; 및 조질압연을 적용하는 제3단계를 포함하는 가공부 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재의 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 도금욕은 Be, Ca, Ce, Li, Sc, Sr, V 및 Y로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 합계량으로 0.0005~0.009%의 범위로 추가로 포함하는 가공부 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재의 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 소지철을 용융도금하는 단계 전, 상기 소지철을 400~900℃에서 열처리하는 단계를 추가로 포함하는 가공부 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재의 제조방법.
청구항 6에 있어서,
상기 열처리는 부피%로, 5~20%의 수소 및 80~95%의 질소로 구성되는 환원성 분위기에서 행하여지는 가공부 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재의 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 도금욕의 온도는 400~550℃인 가공부 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재의 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 조질압연시 압하율은 2%이하(0%는 제외)인 가공부 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 용융합금도금 강재의 제조방법.