KR102307954B1

KR102307954B1 - 가공성 및 내식성이 우수한 알루미늄계 합금 도금강판 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR102307954B1
Application number: KR1020190172300A
Authority: KR
Inventors: 이석규; 황현석; 김명수; 민광태; 강대영
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-09-30
Also published as: JP2023507638A; US11898252B2; JP7393553B2; EP4079927A4; MX2022007617A; KR20210079987A; WO2021125901A2; EP4079927A2; CN114761603A; WO2021125901A3; US20230026159A1; CN114761603B

Abstract

본 발명은 가공성 및 내식성이 우수한 알루미늄계 합금 도금 강판 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열간 성형 시 발생되는 마이크로 크랙의 발생을 억제하고, 또한 소착성 및 내식성이 우수한 알루미늄 합금 도금 강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

가공성 및 내식성이 우수한 알루미늄계 합금 도금강판 및 이의 제조방법{ALUMINIUM ALLOY PLATE STEEL SHEET HAVING EXCELLENT FORMABILITY AND CORROSION RESISTANCE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 가공성 및 내식성이 우수한 알루미늄계 합금 도금강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

종래부터 열간 성형을 위해 알루미늄(Al) 도금 강판이나 아연(Zn) 도금 강판을 사용하고 있으나, 마이크로 크랙이 발생하거나, 열처리 시 형성된 합금상으로 인해 내식성이 열화되는 문제점이 있었다. 또한, 열간 성형 시 도금층의 액화가 발생하여 롤에 융착하는 문제점이 있어, 900℃까지 급속하게 승온시키지 못하여 생산성이 저하되는 문제도 있었다. 또한, 알루미늄 도금 강판의 경우에는 알루미늄의 희생 방식성이 없으므로, 가공 후 내식성이 문제가 되는 경우가 있다.

이러한 내식성과 열간 성형성을 개선하기 위하여, 종래에는 도금욕 중에 Si를 4% 이하로 하고, 합금화 온도 700℃ 및 합금화 시간 20초로 하여 도금층을 합금화한 알루미늄 합금화 도금 강판을 개시하였다.

그러나, 상기의 조건에서는 합금화 시간이 20초로 장시간 소요되므로, 실 라인에서 합금화 처리하는 데 어려움이 있고, 합금화 후 강한 냉각이 필요한 문제점이 있다. 또한, Si 함량이 감소함에 따라 도금욕 온도가 700℃ 정도로 매우 높기 때문에, 도금욕에 침지되어 있는 싱크롤 등 구조물의 내구성이 현저하게 떨어지는 문제점이 있다.

한국 특허공개공보 1997-0043250호

본 발명의 일 측면에 따르면, 열간 성형 시 발생되는 마이크로 크랙의 발생을 억제하고, 또한 소착성 및 내식성이 우수한 알루미늄계 합금 도금 강판 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 과제는 전술한 내용에 한정하지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 본 발명 명세서 전반에 걸친 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는 데 어려움이 없을 것이다.

본 발명의 일 측면은,

소지 강판; 및

상기 소지 강판 상에 형성된 단층의 합금화 도금층을 포함하고,

상기 합금화 도금층은 중량%로, Fe: 35~50%, Zn: 1~20%, Mn: 5% 이하, Si: 0.1% 미만, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,

상기 합금화 도금층의 표면 조도 중심선으로부터, 합금화 도금층의 최하단선까지의 거리를 t라고 하였을 때, 상기 합금화 도금층의 표면 조도 중심선으로부터 3/4t까지의 영역 내에서 상기 소지 강판이 차지하는 면적의 비가 30% 이상인, 알루미늄계 합금 도금 강판을 제공한다.

한편, 본 발명의 또 다른 일 측면은,

소지 강판;

상기 소지 강판 상에 형성된 합금화 도금층을 포함하고,

상기 합금화 도금층은

중량%로, Fe: 35~50%, Zn: 1~20%, Mn: 5% 이하, Si: 0.1% 미만, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 제1 합금화 도금층; 및

중량%로, Fe: 30~40%, Zn: 1~22%, Mn: 2% 이하, Si: 0.1% 미만, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 제2 합금화 도금층을 포함하고,

본 발명의 일 측면은, 열간 프레스 성형에 이용되는 알루미늄계 도금 강판의 제조방법으로서,

소지 강판을 준비하는 단계;

상기 소지 강판을, 중량%로, Zn: 3~30%, Si: 0.1% 미만, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 도금욕에 침지하여 알루미늄 도금 강판을 얻는 단계;

알루미늄 도금 후, 200~300℃로 가열된 공기를 상기 알루미늄 도금 강판에 공급하여 알루미늄 도금 강판의 표면에 산화피막을 형성하는 냉각 단계; 및

상기 냉각 후 연속하여 650~750℃의 가열 온도 범위에서 1~20초 유지하여 열처리하는 온라인(on-line) 합금화를 통해 알루미늄계 도금 강판을 얻는 단계;를 포함하는, 알루미늄계 도금 강판의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은, 전술한 알루미늄계 합금 도금 강판을 열간 프레스 성형하여 얻어지는 열간 성형 부재를 제공한다.

본 발명에 의하면, 열간 성형 시 발생되는 마이크로 크랙을 억제하고, 소착성 및 내식성을 향상시킨 알루미늄계 합금 도금 강판 및 이를 이용한 열간 성형 부재를 효과적으로 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 제조방법이 구현된 제조장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 Si을 7% 정도로 첨가하고 Zn을 첨가하지 않은 종래 기술에 해당하는 알루미늄계 합금 도금 강판의 단면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다.
도 3은 발명예 1에 의해 제조된 알루미늄계 합금 도금 강판의 단면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다.
도 4는 발명예 6에 의해 제조된 알루미늄계 합금 도금 강판의 단면을 주사전자현미경(SEM)으로 관차한 사진이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 먼저, 본 발명의 일 측면인 알루미늄계 합금 도금 강판에 대하여 상세히 설명한다.

종래 기술에 따라 제조되는 알루미늄계 합금 도금 강판은 열간 성형 과정에서 마이크로 크랙이 발생하거나, 열간 성형 중에 롤의 융착이 발생하는 등 열간 성형성이 좋지 못했고, 또한 도금 강판의 내식성이 부족한 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 종래에는 내식성과 열간 성형성의 개선을 위해 도금욕에 Si를 4% 이하로 첨가하였다. 그러나, 이렇게 Al 도금욕에 Si가 소량 첨가될 경우에는 Fe-Al 합금상에 Si가 포함되므로, Fe의 확산을 억제하여 20초 이하의 짧은 시간에 합금화가 이루어지지 못하는 문제가 있었고, 또한 도금욕의 온도가 너무 높아짐에 따라 구조물의 내구성이 떨어지는 등의 문제를 해결할 수 없었다.

이에, 본 발명자들은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 합금화 도금층의 표면과, 모재측에 접하는 최하단의 거리에 대하여 특정 지점이 되는 선을 기준으로, 상부측으로 소지 강판의 영역이 차지하는 면적을 특정량 이상 확보함으로써, 전술한 종래 기술의 문제를 해결할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

구체적으로, 본 발명에 따른 알루미늄계 합금 도금 강판은 합금화 도금층이 단층이거나, 혹은 2층인 경우를 포함하고, 이하에서는 각 경우를 나누어서 설명한다.

[합금화 도금층이 단층인 경우]

본 발명의 일 측면은,

소지 강판; 및

본 발명의 일 측면에 따른 알루미늄계 합금 도금 강판은, 소지 강판 및 소지 강판 상에 형성된 단층 또는 2층의 합금화 도금층(제1 합금화 도금층 및 제2 합금화 도금층)을 포함할 수 있고, 상기 단층 또는 2층의 합금화 도금층은 소지 강판의 일면 또는 양면에 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 소지 강판을 알루미늄 도금욕에 침지하여 도금한 후, 합금화 열처리의 과정을 거치면, 소지 강판의 Fe 및/또는 Mn이 도금층으로 확산한다. 이러한 확산의 결과, 도금층에 합금화가 일어나고, 이를 통해 소지 강판 상에 특정 조성을 가지는 단층 또는 2층의 합금화 도금층이 형성된다.

[합금화 도금층이 단층인 경우]

이하에서는 본 발명의 일 측면에 따른 알루미늄계 합금 도금 강판이 합금화 도금층을 단층으로 형성하는 경우에 대하여 우선 설명한다.

즉, 본 발명의 일 측면에 따른 합금화 도금층이 단층인 경우, 상기 합금화 도금층은 중량%로, Fe: 35~50%, Zn: 1~20%, Mn: 5% 이하(0%를 포함), Si: 0.1% 미만(0%를 포함), 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가질 수 있다.

혹은, 본 발명의 일 측면에 따르면, 합금화 도금층이 단층인 경우에, 합금화 도금층의 조성은 중량%로, Fe: 35~50%, Zn: 1~20%, Mn: 5% 이하(0%를 포함), Si: 0.1% 미만(0%를 포함), 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 합금화 도금층에 있어서, 상기 Zn은 도금 강판의 소착성 및 내식성을 향상시킬 뿐만 아니라, 합금화 처리 이후의 합금화 도금층의 밀착성을 향상시키는 역할을 한다. 따라서, 본 발명의 도금 강판에서는 합금화 도금층 내 Zn 함량이 1~20%인 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서, 상기 합금화 도금층 내 Zn 함량이 1% 미만이면, 소착성 및 내식성 향상의 효과를 기대할 수 없고, 상기 합금화 도금층 내 Zn 함량이 20%를 초과하면, 합금화 처리 후의 도금층의 밀착성이 떨어지는 문제가 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층에 있어서, 상기 Zn 함량의 하한은 바람직하게는 5%일 수 있고, 보다 바람직하게는 10%일 수 있다. 또한, 상기 Zn 함량의 상한은 바람직하게는 18%일 수 있고, 보다 바람직하게는 15%일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층에 있어서, 상기 Mn의 함량은 5% 이하일 수 있고, 0%인 경우를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에서, 합금화 도금층 내에 존재하는 Mn은 소지 강판에 존재하는 Mn이 합금화 처리를 통해 유입된 것으로서, Mn의 함량은 그 하한은 특별히 한정하지 않는다. 다만, Mn 함량의 상한은 미도금 발생 억제를 위한 도금성 확보의 차원에서 5% 이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층에 있어서, 상기 Si의 함량은 0.1% 미만일 수 있고, 0%인 경우를 포함한다. 즉, 본 발명에서는 용융 도금욕에 추가의 원소로서 Si 등의 원소를 0.1% 미만으로 포함할 수 있고, Si를 포함하지 않는 경우도 가능하므로, 그 하한은 별도로 한정하지 않는다. 한편, 전술한 가공 시 크랙의 저항성 확보라는 측면에서 상기 Si 함량은 0.1% 미만인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 합금화 처리에 의해 Fe 및/또는 Mn의 확산에 의해, 합금화 도금층에 있어서, Al의 함량은 40~60%이고, Fe의 함량은 35~50%인 것이 바람직하다. 전술한 조성을 만족함으로써, 본 발명에서 목적하는 소착성, 내식성을 확보할 수 있고, 또한 도금층의 밀착성도 확보할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 합금화 도금층에 있어서, Al 함량은 43~60%인 것이 도금 밀착성의 확보 측면에서 보다 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층의 두께는 5~25㎛일 수 있다. 상기 합금화 도금층의 두께가 5㎛ 이상이면, 내식성을 확보할 수 있고, 25㎛ 이하이면, 용접성을 확보할 수 있다. 따라서, 본 발명에 있어서 합금화 도금층의 두께는 5~25㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 상기 합금화 도금층의 하한은 10㎛일 수 있고, 상기 합금화 도금층의 상한은 20㎛일 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층은 전술한 제조 과정 중의 도금 후 합금화 처리에 의해, 소지 강판의 Fe 및/또는 Mn은 Al 및 Zn의 함량이 높은 알루미늄 도금층으로 확산되고, 그 결과 Fe 및 Al의 금속간 화합물로 주로 이루어지는 합금화 도금층이 형성될 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 합금화 도금층이 단층인 경우, 합금화 도금층을 주로 이루는 Fe-Al계 금속간 화합물의 합금상이 Fe₂Al₅인 것이 바람직하다.

즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 단층의 합금화 도금층은 Fe₂Al₅의 합금상을 80% 이상 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 Fe₂Al₅의 합금상을 90% 이상 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 상기 단층의 합금화 도금층은 Fe₂Al₅를 기본으로 Zn, Mn 및/또는 Si 등이 포함된 합금상으로 이루어질 수 있다.

본 명세서에 있어서, 상기 합금상으로 이루어진다는 것은, 기타 불가피한 불순물이 포함될 수도 있고, 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위에서 다른 성분을 포함할 수 있음을 내포한다.

한편, 합금화 도금층이 단층으로 형성되는 경우로서, 본 발명에 따른 알루미늄계 합금 도금 강판은, 상기 합금화 도금층의 표면 조도 중심선으로부터, 합금화 도금층의 최하단선까지의 거리를 t라고 하였을 때, 상기 합금화 도금층의 표면 조도 중심선으로부터 3/4t까지의 영역 내에서 상기 소지 강판이 차지하는 면적의 비가 30% 이상이다.

본 명세서에 있어서, 상기 합금화 도금층의 최하단선은 강판의 두께 방향에 수직인 방향으로 합금화 도금층의 가장 하단을 그린 선을 의미한다. 또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 최하단선은 상기 표면 조도 중심선과 수평이 되도록 그린 선을 의미할 수 있다.

구체적으로, 본 발명에 따른 합금화 도금층이 단층으로 형성되는 경우를 도 4에 나타내었고, 도 4에서 볼 수 있듯이 단층인 합금화 도금층은 상기 합금화 도금층의 표면 조도 중심선으로부터 3/4t까지의 영역 내에서 상기 소지 강판이 차지하는 면적의 비가 30% 이상이 되도록, 합금화 도금층과 소지 강판의 계면이 톱니 형태로 형성된다.

본 발명의 일 측면에 따른 합금화 도금층은, 모재인 소지 강판과의 경계를 전술한 바와 같이 톱니의 형태로 형성함으로써, 가공 시의 크랙이 유발되는 것을 억제할 수 있어 우수한 크랙 저항성을 확보할 수 있다.

본 발명에 있어서, 소지 강판 상에 합금화 도금층이 형성된다는 것은, 소지 강판 상에 합금화 도금층이 접하도록 형성되는 것을 의미한다. 또한, 본 발명에 있어서, 합금화 도금층이 단일층으로 형성된다는 것은 합금화 도금층으로서 단일의 층을 형성한다는 의미이지, 상기 합금화 도금층 상에 다른 층을 구비할 수 없다는 것을 의미하는 것은 아니다.

[합금화 도금층이 2층인 경우]

한편, 이하에서는 본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 알루미늄 합금 도금 강판이 합금화 도금층을 2층으로 형성하는 경우 대하여 우선 설명한다.

구체적으로, 본 발명의 또 다른 일 측면은,

소지 강판;

상기 소지 강판 상에 형성된 합금화 도금층을 포함하고,

상기 합금화 도금층은

본 발명의 일 측면에 따르면, 합금화 도금층이 제1 합금화 도금층 및 제2 합금화 도금층을 포함하는 2층으로 형성되는 경우에는,

상기 제1 합금화 도금층은 중량%로, Fe: 35~50%, Zn: 1~20%, Mn: 5% 이하(0%를 포함), Si: 0.1% 미만(0%를 포함), 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,

상기 제2 합금화 도금층은 중량%로, Fe: 30~40%, Zn: 1~22%, Mn: 2% 이하(0%를 포함), Si: 0.1% 미만(0%를 포함), 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가진다.

구체적으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 합금화 도금층은 중량%로, Fe: 35~50%, Zn: 1~20%, 및 Mn: 5% 이하(0%를 포함), Si: 0.1% 미만(0%를 포함), 잔부 Al을 포함하고, 이외에 기타 불가피한 불순물 및 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위에서 다른 원소를 포함할 수 있다. 혹은, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 합금화 도금층은 중량%로, Fe: 35~50%, Zn: 1~20%, Mn: 5% 이하, Si: 0.1% 미만(0%를 포함), 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 합금화 도금층에 있어서, Al 함량은 중량%로, 40~60%일 수 있고, 보다 바람직하게는 43~60%일 수 있다. 한편, 상기 제1 합금화 도금층에 있어서, 상기 Al 함량을 만족함으로써 목적하는 소착성, 내식성 및 도금층의 밀착성을 용이하게 확보할 수 있다.

마찬가지로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 합금화 도금층에 있어서, Fe 함량은 중량%로, 35~50%인 것이 바람직하고, 제1 합금화 도금층에 있어서 상기 Fe 함량을 만족함으로써 목적하는 소착성, 내식성 및 도금층의 밀착성을 용이하게 확보할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제2 합금화 도금층은 중량%로, Fe: 30~40%, Zn: 1~22%, Mn: 2% 이하(0%를 포함), Si: 0.1% 미만(0%를 포함), 및 잔부 Al을 포함하고, 이외에 기타 불가피한 불순물 및 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위에서 다른 원소를 포함할 수 있다. 혹은, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제2 합금화 도금층은 중량%로, Fe: 30~40%, Zn: 1~22%, Mn: 2% 이하(0%를 포함), Si: 0.1% 미만(0%를 포함), 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제2 합금화 도금층에 있어서, Al 함량은 중량%로, 40~65%일 수 있고, 바람직하게는 44~65%일 수 있고, 보다 바람직하게는 44~60%일 수 있다. 한편, 상기 제2 합금화 도금층에 있어서, 상기 Al 함량을 만족함으로써 목적하는 소착성, 내식성 및 도금층의 밀착성을 용이하게 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제2 합금화 도금층에 있어서, Fe 함량은 중량%로, 30~40%인 것이 바람직하고, 제2 합금화 도금층에 있어서 상기 Fe 함량을 만족함으로써 목적하는 소착성, 내식성 및 도금층의 밀착성을 용이하게 확보할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 합금화 도금층 및 제2 합금화 도금층이 전술한 특정의 조성을 가짐으로써, 도금 강판의 소착성 및 내식성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 합금화 처리 후의 도금층의 밀착성이라는 본 발명의 목적하는 효과를 발휘할 수 있다. 따라서, 전술한 제1 합금화 도금층 및 제2 합금화 도금층의 조성으로서, 어느 하나의 성분 함량이라도 만족하지 못하는 경우에는 본 발명에 의한 우수한 소착성, 내식성 및 밀착성의 효과를 기대할 수 없다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 합금화 도금층 및 제2 합금화 도금층에 있어서, 상기 Si의 함량은 0.1% 미만일 수 있고, 0%인 경우를 포함한다. 즉, 본 발명에서는 용융 도금욕에 추가의 원소로서 Si 등의 원소를 0.1% 미만으로 포함할 수 있고, Si를 포함하지 않는 경우도 가능하므로, 그 하한은 별도로 한정하지 않는다. 한편, 전술한 가공 시 크랙의 저항성 확보라는 측면에서 상기 Si 함량은 0.1% 미만인 것이 바람직하다.

특히, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 합금화 도금층 및 제2 합금화 도금층에 있어서, Zn은 도금 강판의 소착성 및 내식성을 향상시킬 뿐만 아니라, 합금화 처리 이후의 도금층의 밀착성을 향상시키는 중요한 역할을 한다. 따라서, 본 발명의 도금 강판에서는 상기 제1 합금화 도금층 내 Zn 함량이 1~20%이고, 제2 합금화 도금층 내 Zn 함량이 1~22%인 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서, 상기 상기 제1 합금화 도금층 및 제2 합금화 도금층 내 Zn 함량의 하한을 충족하지 못하면, 소착성 및 내식성 향상의 효과를 기대할 수 없고, 상기 상기 제1 합금화 도금층 및 제2 합금화 도금층 내 Zn 함량의 상한을 충족하지 못하면, 합금화 처리 후의 도금층의 밀착성이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 합금화 도금층 내 Zn 함량은 1~20%이고, 제2 합금화 도금층 내 Zn 함량은 1.5~22%인 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제2 합금화 도금층 내 Zn 함량이 상기 제1 합금화 도금층 내 Zn 함량보다 클 수 있고, 이는 소지 강판을 도금욕에 침지한 후, 냉각 및 합금화 처리의 과정을 거치면서, 소지 강판 중의 Fe의 확산의 결과, 소지 강판으로부터 거리가 먼 제2 합금화 도금층에서의 Zn이 농화되기 때문이다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 합금화 도금층 내 Mn 함량이 상기 제2 합금화 도금층 내 Mn 함량보다 클 수 있다. 또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 합금화 도금층 내 Fe 함량이 상기 제2 합금화 도금층 내 Fe 함량보다 클 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 제조 과정 중의 알루미늄 도금욕에 소지강판을 침지하여 도금을 행한 후, 합금화 열처리에 의해, 소지 강판의 Fe 및/또는 Mn이 알루미늄 도금층으로 확산되고, 그 결과 Fe 및 Al의 금속간 화합물로 주로 이루어지는 제1 합금화 도금층 및 제2 합금화 도금층이 형성된다.

한편, 이것으로 한정되는 것은 아니나, 본 발명의 일 측면에 따르면, 바람직하게는 상기 제1 합금화 도금층은 Fe₂Al₅의 합금상을 주로 포함할 수 있고, 상기 제2 합금화 도금층은 FeAl₃의 합금상을 주로 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 합금화 도금층은 Fe₂Al₅의 합금상을 80% 이상 포함할 수 있고, 상기 제2 합금화 도금층은 FeAl₃의 합금상을 80% 이상 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 합금화 도금층은 Fe₂Al₅의 합금상을 90% 이상 포함할 수 있고, 상기 제2 합금화 도금층은 FeAl₃의 합금상을 90% 이상 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 합금화 도금층은 Fe₂Al₅을 기본으로 Zn, Mn 및/또는 Si 등이 포함된 합금상으로 이루어지고, 상기 제2 합금화 도금층은 FeAl₃을 기본으로 Zn, Mn 및/또는 Si 등이 포함된 합금상으로 이루어질 수 있다.

즉, 본 명세서에 있어서, 상기 합금상으로 이루어진다는 것은, 기타 불가피한 불순물이 포함될 수도 있고, 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위에서 다른 성분을 포함할 수 있음을 내포한다.

한편, 합금화 도금층이 2층으로 형성되는 경우로서, 본 발명에 따른 알루미늄계 합금 도금 강판은, 상기 합금화 도금층의 표면 조도 중심선으로부터, 합금화 도금층의 최하단선까지의 거리를 t라고 하였을 때, 상기 합금화 도금층의 표면 조도 중심선으로부터 3/4t까지의 영역 내에서 상기 소지 강판이 차지하는 면적의 비가 30% 이상이다.

본 명세서에 있어서, 상기 합금화 도금층의 최하단선은 강판의 두께 방향에 수직인 방향으로 합금화 도금층의 가장 하단을 그린 선을 의미한다. 또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층의 최하단선은 상기 표면 조도 중심선과 수평이 되도록 그린 선을 의미할 수 있다.

구체적으로, 본 발명에 따른 합금화 도금층이 2층으로 형성되는 경우를 도 3에 나타내었고, 도 3에서 볼 수 있듯이, 상기 합금화 도금층의 표면 조도 중심선으로부터 3/4t까지의 영역 내에서 상기 소지 강판이 차지하는 면적의 비가 30% 이상이 되도록, 합금화 도금층과 소지 강판의 계면이 톱니 형태로 형성된다.

한편, 상기 합금화 도금층이 2층으로 형성되는 경우, 전술한 합금화 도금층과 소지 강판의 경계라는 의미는, 제1 합금화 도금층이 모재인 소지 강판 상에 형성되는 것이므로, 구체적으로는 제1 합금화 도금층과 소지 강판의 경계를 의미하는 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 합금화 도금층의 두께는 1~25㎛일 수 있고, 상기 제2 합금화 도금층의 두께는 4~20㎛일 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 합금화 도금층의 두께를 1㎛ 이상으로 함으로써 내식성의 효과가 발휘되고, 제1 합금화 도금층의 두께를 25㎛ 이하로 함으로써 밀착성을 확보할 수 있다. 또한, 상기 제2 합금화 도금층의 두께를 4㎛ 이상으로 함으로써 내식성의 효과가 발휘되고, 상기 제2 합금화 도금층의 두께를 25㎛ 이하로 함으로써 밀착성을 확보할 수 있다.

한편, 본 발명에 있어서, 제1 합금화 도금층 상에 제2 합금화 도금층이 형성된다는 것은, 제1 합금화 도금층 상에 제2 합금화 도금층이 접하도록 형성되는 것을 의미한다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 합금화 도금층이 1층 또는 2층으로 형성되는 경우 모두, 알루미늄계 도금 강판에 포함되는 소지 강판은 열간 프레스 성형용 강판으로서, 열간 프레스 성형에 사용된다면 특별히 한정하지 않는다.

다만, 한가지 비제한적인 예를 든다면, 소지 강판으로서 Mn을 1~25%의 범위로 포함하는 강판을 사용할 수 있다. 혹은, 보다 바람직하게는 소지 강판으로서, 중량%로, C: 0.05~0.3%, Si: 0.1~1.5%, Mn: 0.5~8%, B: 50ppm이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가지는 소지 강판을 사용할 수 있다.

즉, 본 발명에 의하면, 열간 성형시 발생되는 프레스 다이(die)나 롤에 부착되는 도금층의 소착을 억제할 수 있는 동시에, 내식성 및 도금층의 밀착성이 우수한 도금 강판을 제공할 수 있다.

[알루미늄계 합금 도금 강판의 제조 방법]

이하, 본 발명의 일 측면에 따른 열간 프레스 성형에 사용되는, 알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법에 대한 한가지 예를 설명하면 하기와 같다. 다만, 하기의 열간 프레스 성형용 알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법은 한가지 예시로서 본 발명의 열간 프레스 성형용 알루미늄계 합금 도금 강판이 반드시 본 제조방법에 의해 제조되어야 한다는 것은 아니다.

본 발명의 또 다른 일 측면은, 열간 프레스 성형에 이용되는 알루미늄계 도금 강판의 제조방법으로서,

소지 강판을 준비하는 단계;

먼저, 알루미늄 합금 도금강판을 제조하기 위하여 소지 강판을 준비한다. 상기 소지 강판에 대해서는 전술한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 측면에 따른 알루미늄계 도금 강판은 소지강판의 표면에 중량%로, Zn: 3~30%, Si: 0.1% 미만, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 도금욕을 이용하여 용융 알루미늄 도금을 실시하고, 도금 공정에 연속하여 냉각한 후, 이어서 곧바로 열처리하는 온라인(on-line) 합금화 처리를 실시함으로써 얻을 수 있다.

구체적으로, 소지 강판을 용융 알루미늄 도금욕에 침지함으로써 도금을 행한다. 한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 도금욕의 조성은 Zn: 3~30%, Si: 0.1% 미만, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용융 알루미늄 합금 도금욕일 수 있고, 보다 바람직하게는 Zn: 3~30%, Si: 0.1% 미만 및 Al: 70~97%을 포함할 수 있고, 이외에 기타 불가피한 불순물도 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 알루미늄 도금욕에는 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위에서 추가의 원소를 더 첨가할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 용융 알루미늄 합금 도금욕은 Zn: 3~30%, Si: 0.1% 미만, Al: 70~97% 및 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 알루미늄 도금욕에 첨가되는 Zn은 중량%로, 3~30%로 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 Zn 함량이 30%를 초과하면, 도금욕의 애쉬(ash)가 다량 발생하기 때문에 분진 발생 등으로 인해 작업성이 떨어지는 문제가 생긴다. 또한, 상기 Zn 함량이 3% 미만이면, 도금욕의 용융점이 크게 감소하지 않고, 합금화 시 Zn의 증발로 인해 도금층 중에 Zn이 잔류하지 않게 되어 내식성의 향상을 얻을 수 없다.

다만, 본 발명의 효과를 보다 극대화하기 위해서, 상기 Zn 함량의 하한은 5%인 것이 바람직하고, 10%인 것이 보다 바람직하다. 마찬가지로, 본 발명의 효과를 보다 극대화하기 위하여, 상기 Zn 함량의 상한은 25%인 것이 바람직하고, 20%인 것이 보다 바람직하다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 도금욕의 온도는 도금욕의 용융점 대비 20~50℃ 정도로 높게 관리하는 것이 바람직하다. 상기 도금욕의 온도를 20℃ 이상으로 제어함로써, 도금욕의 유동성으로 인한 도금 부착량의 제어가 가능해지고, 상기 도금욕의 온도를 50℃ 이하로 제어함으로써 도금욕 중의 구조물 침식을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 도금 시, 편면당 도금량은 20~100g/m²일 수 있다. 상기 도금 시, 편면당 도금량이 20g/m² 이상이면, 내식성 효과가 발휘되고, 상기 도금시 편면당 도금량이 100g/m² 이하이면, 밀착성이 확보되는 효과가 발휘될 수 있다.

이어서, 알루미늄 도금 후, 200~300℃로 가열된 공기를 상기 알루미늄 도금 강판에 공급하여 알루미늄 도금 강판의 표면에 산화피막을 형성하도록 냉각할 수 있다. 이러한 냉각 단계는 균일한 합금층을 형성하는 수단인 점에서 본 발명에서 중요하다. 즉, 냉각 시 200~300℃로 가열된 공기를 알루미늄 도금 강판에 공급하여 노출시킴으로써, 알루미늄 도금 강판의 표면에는 산화 피막(알루미늄 산화막; AlO_x)을 형성하게 된다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 바와 같이 합금화 처리 전에, 산화 피막을 알루미늄 도금 강판의 표면에 용융 알루미늄 도금층 전체 두께에 대하여 10% 이상 형성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 산화 피막을 10% 이상 형성함으로써, 도금층에 포함되는 Zn이 합금화 처리 과정에서 휘발되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 우수한 소착성, 내식성 및 도금층의 밀착성을 확보할 수 있다.

다음으로, 전술한 냉각 후 바로 연속하여 열처리하는 온리안(on-line) 합금화 처리를 실시할 수 있다. 이러한 합금화 열처리를 통해, 소지 강판의 Fe 및/또는 Mn이 알루미늄 도금층으로 확산되고, 이로 인해 도금층의 합금화가 이루어질 수 있다.

구체적으로, 본 발명에 있어서, 상기 합금화 열처리 온도는 650~750℃ 범위이고, 유지시간은 1~20초일 수 있다.

본 발명에 있어서, 온라인 합금화 처리는 도 1에 도시된 개략도에서 볼 수 있는 바와 같이, 용융 알루미늄 도금 후 승온하여 열처리하는 공정을 의미한다. 본 발명에 따른 온라인 합금화 열처리 방식에서는 용융 알루미늄 도금 후 도금층이 냉각되어 굳어지기 전에 합금화를 위한 열처리가 시작되기 때문에 짧은 시간에 합금화가 가능하다. 종래 알려진 알루미늄 도금 강판의 도금층 성분계에서는 합금화 속도가 느려 짧은 시간 안에 충분한 합금화를 완료시킬 수 없었기 때문에, 도금 후 바로 열처리하는 온라인(on-line) 합금화 방법을 적용하기 어려웠다. 그러나, 본 발명에서는 합금화 속도에 영향을 미치는 도금욕의 조성 및 제조 조건 등을 제어함으로써 1~20초의 비교적 짧은 열처리 시간에도 불구하고 알루미늄 도금층의 합금화를 이룰 수 있다.

한편, 상기 합금화 열처리 온도는 열처리되는 강판의 표면온도를 기준으로 하고, 상기 열처리 온도가 650℃ 미만이면 도금층의 합금화가 불충분해지는 문제가 발생할 수 있고, 반면 상기 열처리 온도가 750℃를 초과하면 도금강판의 냉각에 문제가 생겨 도금 밀착성이 열화되는 문제가 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 합금화 열처리 온도를 조절함으로써 합금화 도금층의 구성이 달라지게 되는데, 합금화 열처리 온도가 650~680℃에서는 합금화 도금층이 2층(전술한 제1 합금화 도금층 및 제2 합금화 도금층에 대응)으로 형성되는 반면, 680~750℃에서는 합금화 도금층이 단층으로 형성된다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 열처리 시 유지 시간은 1~20초 범위에서 행할 수 있다. 본 발명에서 유지시간이라 함은 강판에서 상기 가열 온도(편차 ±10℃ 포함)가 유지되는 시간을 의미한다. 상기 유지 시간을 1초 이상으로 함으로써 충분한 합금화가 가능해지고, 상기 유지 시간을 20초 이하로 함으로써 생산성 확보의 효과가 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 효과를 보다 향상시키기 위해, 상기 합금화 열처리 시 유지 시간의 하한은 1초일 수 있고, 보다 바람직하게는 3초일 수 있다. 마찬가지로, 상기 합금화 열처리 시 유지 시간의 상한은 20초일 수 있고, 보다 바람직하게는 10초일 수 있다.

전술한 바와 같이, 종래 기술에서는 Si가 포함됨으로써 Fe의 확산이 억제되므로 20초 이하의 짧은 시간에 합금화가 이루어지는 것이 불가능했던 반면, 본 발명에 의하면, 도금욕의 조성 및 합금화 열처리 시의 조건을 제어함으로써, 20초 이하라는 비교적 짧은 시간에 합금화가 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른 알루미늄 합금 도금강판의 제조방법은, 상기 합금화 처리 후에 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 냉각은 합금화로부터 배출된 강판을 300℃의 온도 범위까지 15~25℃/s의 냉각 속도로 냉각할 수 있다. 한편, 상기 냉각은 공냉(air cooling), 급냉(mist cooling)일 수 있고, 본 발명의 일 측면에 따르면, 가장 바람직하게 상기 냉각은 공냉 및 급냉일 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 냉각속도를 15℃/s 이상으로 함으로써, 강판의 온도를 300℃이하로 냉각시켜 롤에 흡착되는 문제점을 방지할 수 있고 상기 냉각속도를 25℃/s 이하로 함으로써 조업속도를 상승시킬 수 있는 효과가 발휘된다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 냉각은 6~30초 동안 실시할 수 있고, 상기 냉각 시간을 6초 이상으로 함으로써 원하는 강판온도까지 냉각시킬 수 있는 효과가 발휘되고, 상기 냉각 시간을 30초 이하로 함으로써 생산성을 최대화 하면서 강판온도를 원하는 온도까지 냉각시킬 수 있는 효과가 발휘될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명을 통해 제조되는 도금 강판에 있어서, 합금화 도금층 중의 Fe 함량은 하기와 같은 관계식 1로 나타낼 수 있고, 합금화 중의 열처리 온도 및 도금욕에서의 Zn 함량을 적정 범위로 제어함으로써, 우수한 소착성, 내식성 및/또는 도금층 밀착성의 효과를 용이하게 발휘할 수 있다.

[관계식 1]

150 - 0.4×[T]+3.3×10-4×[T]² - 0.38×[wt%Zn] ≤ [wt%Fe] ≤ 180 - 0.4×[T]+3.3×10-4×[T]² - 0.38×[wt%Zn]

(상기 관계식 1 중, [T]는 합금화 열처리 온도(℃)를 나타내고, [wt%Zn]은 도금욕에서의 Zn 중량% 함량을 나타내고, [wt%Fe]는 합금화 도금층에서의 Fe 중량% 함량을 나타낸다.)

한편, 본 발명의 또 다른 일 측면은, 전술한 알루미늄 합금 도금 강판을 열간 프레스 성형하여 얻어지는 열간 성형 부재를 제공한다.

상기 열간 프레스 성형은 당해 기술분야에서 일반적으로 이용되는 방법을 이용할 수 있다. 예컨대 도금 강판을 800~950℃의 온도범위에서 3~10분 가열한 후, 프레스(press)를 이용하여 상기 가열된 강판을 원하는 형상으로 열간 성형할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 열간 프레스 성형 부재의 소지강판의 조성은 전술한 소지강판의 조성과 동일할 수 있다.

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

(실험예 1)

먼저, 소지 강판으로 하기 표 1의 조성을 가지는 두께 1.2㎜인 열간 프레스 성형용 냉연강판을 준비한 후, 소지강판을 침지하고 초음파 세척하여 표면에 존재하는 압연유 등의 물질을 제거하였다.

이후, 이를 환원성 분위기로 유지되고 있는 로(Furnace)에서 소둔 온도 800℃, 소둔시간 50초에서 열처리한 후에, 상기 소지 강판을 하기 표 2에 나타낸 도금욕 조성 및 도금욕 온도 조건으로 도금욕에 침지하여 알루미늄 도금을 실시하였다. 상기 도금욕 침지 시, 침지 온도는 도금욕의 온도와 동일하게 유지하였고, 도금욕의 온도는 각각의 도금 성분계의 용융점에 대해 일괄적으로 40℃ 상향시킨 온도로 도금욕을 유지하였다. 도금량은 합금화를 비교하기 위하여 에어와이핑을 이용하여 편면 60g/m²으로 일정하게 유지하였다.

이어서, 알루미늄 도금된 강판을 200~300℃로 가열된 공기를 상기 알루미늄 도금 강판에 공급하여 냉각하였고, 이후, 표 2에 나타낸 합금화 열처리 조건으로 합금화 열처리를 실시하였고, 이를 공냉으로 냉각하여 알루미늄 합금 도금 강판을 제조하였다.

원소	C	Si	Mn	Al	Ti	B	Fe
함량 (%)	0.22	0.25	1.3	0.03	0.03	25ppm	bal.

비고	도금욕 조성(wt%)		합금화
비고	Al	Zn	온도[℃]	시간[초]
비교예 1	100		750	20
발명예 1	bal.	3	700	7
비교예 2	bal.	5	630	30
발명예 2	bal.	5	650	10
발명예 3	bal.	5	680	10
발명예 4	bal.	5	750	5
비교예 3	bal.	20	630	20
발명예 5	bal.	20	650	10
발명예 6	bal.	20	680	5
발명예 7	bal.	20	750	3
비교예 4	bal.	30	630	15
발명예 8	bal.	30	650	10
발명예 9	bal.	30	680	7
발명예 10	bal.	30	750	3
비교예 5	bal.	32	630	25
비교예 6	bal.	32	650	25
비교예 7	bal.	32	680	20
비교예 8	bal.	32	750	10

비고	합금화 도금층이 단층인 경우 또는 제1 합금화 도금층					제2 합금화 도금층
	성분[wt%]				두께[㎛]	성분[wt%]				두께[㎛]
	Al	Zn	Mn	Fe	두께[㎛]	Al	Zn	Mn	Fe	두께[㎛]
비교예 1	bal		2	45	10	bal	0.0	1.5	0	12
발명예 1	bal	1	0	46	10	bal	1.5	1	38	5
비교예 2	bal	2	0.3	44	10	bal	1.0	0.1	0	15
발명예 2	bal	2	1	44	1	bal	4.0	0.3	39	20
발명예 3	bal	2	1	45	5	bal	3.5	0.5	40	15
발명예 4	bal	1	2	50	15	bal	-	-	-
비교예 3	bal	17	0.5	37	10	bal	19.0	1	0	15
발명예 5	bal	15	1	38	15	bal	17.0	1.2	34	5
발명예 6	bal	12	2	39	17	bal	14.0	1.5	35	3
발명예 7	bal	10	3	48	20	bal	-	-	-
비교예 4	bal	23	1.5	35	5	bal	25.0	1	0	10
발명예 8	bal	20	2	35	20	bal	22.0	1.5	32	4
발명예 9	bal	18	3	36	15	bal	20.0	2	33	3
발명예 10	bal	15	5	40	25	bal	-	-	-
비교예 5	bal	27	2	33	10	bal	29.0	1	0	20
비교예 6	bal	25	4	34	10	bal	27.0	2	30	18
비교예 7	bal	23	5	35	12	bal	25.0	3	31	16
비교예 8	bal	22	6	35	30	-	-	-	-

한편, 전술한 방법으로 제조된 알루미늄 합금 도금 강판에 있어서, 합금화 도금층이 단층인 경우 또는 2층인 경우로서 제1 합금화 도금층 및 제2 합금화 도금층에서의 각 성분 함량 및 두께를 측정하여 상기 표 3에 나타내었다. 상기 도금층에서의 성분은 EDS(Energy Dispersive Spectroscopy)의 방법으로 점분석으로 측정하였고, 두께는 전자현미경으로 단면의 두께를 측정하였다.

또한, 상기 발명예 4의 단일층으로 형성된 합금화 도금층에 대하여 XRD(X-Ray Diffraction)의 방법으로 합금상을 분석하였으며 합금화 도금층은 Fe₂Al₅의 합금상으로 주로 이루어지는 것을 확인하였다.

또한, 상기 발명예 1의 2층으로 형성된 합금화 도금층에 대하여 도XRD(X-Ray Diffraction)의 방법과 EDS분석으로 합금상 분석을 행하여, 제1 합금화 도금층은 Fe₂Al₅의 합금상으로 주로 이루어지고, 제2 합금화 도금층은 FeAl₃의 합금상으로 주로 이루어지는 것을 확인하였다.

이렇게 제조된 도금 강판에 대하여, 전체 도금층 중 상부 도금층이 차지하는 비율을 SEM(주사식 전자현미경)을 이용하여 단면두께의 비율을 측정하여 하기 표 4에 나타내었다.

또한, 도금 강판의 물성 평가를 위해, 하기와 같은 방법으로 도금층 상부 비율, 소착성, 내식성 및 도금 밀착성을 평가하였다.

[소착성]

이렇게 제조된 도금 강판에 대하여, 도금의 물성 평가를 위해 900℃의 조건에서 5분간 가열한 후, 합금화 도금층이 다이(die)에 융착되어 있는 지를 육안으로 관찰하여 하기와 같은 기준으로 평가하였다.

○: 소착없음

×: 도금층 용융으로 인한 다이 흡착이 발생

[내식성]

도금 강판에 대하여 염수 분무 실험을 한 후 720시간 동안 방치하였고, 이후에 표면에 형성된 부식 생성물을 제거하여 표면에 형성되어 있는 부식 생성물의 최대 깊이를 측정하였다.

내식성: 720시간 염수 분무 실험을 한 후, 표면에 형성된 부식 생성물을 제거하고, 부식에 의해 형성된 부식의 깊이를 측정하여 하기와 같이 기준치(70㎛) 이하일 경우를 양호로 표시하였다.

○: 70㎛ 이하

×: 70㎛ 초과

[도금 밀착성]

도금 밀착성은 합금화 후 도금층을 편면마찰실험을 통해 도금층에 전단응력을 가했을 경우 크랙(crack)이 발생하여 도금층이 박리되는 정도를 테이프를 이용하여 박리되는 정도를 무게로 환산하여 측정하였고, 하기와 같은 기준으로 평가하였다.

○: 0.5g/㎡이하

×: 0.5g/㎡초과

	도금층의 상부 비율(%)	소착성	내식성	도금 밀착성	도금층의 구성
비교예 1	55%	×	×	○	이중층
발명예 1	33%	○	○	○	이중층
비교예 2	60%	×	×	○	이중층
발명예 2	95%	○	○	○	이중층
발명예 3	75%	○	○	○	이중층
발명예 4	0%	○	○	○	단상
비교예 3	60%	×	○	○	이중층
발명예 5	25%	○	○	○	이중층
발명예 6	15%	○	○	○	이중층
발명예 7	0%	○	○	○	단상
비교예 4	67%	×	○	○	이중층
발명예 8	17%	○	○	○	이중층
발명예 9	17%	○	○	○	이중층
발명예 10	0%	○	○	○	단상
비교예 5	67%	×	○	×	이중층
비교예 6	64%	○	○	×	이중층
비교예 7	57%	○	○	×	이중층
비교예 8	0%	○	○	×	단상

상기 표 1~4에서와 같이, 본 발명에서 규정하는 도금욕의 조성 및 합금화 조건을 충족하는 발명예 1~10의 경우, 소착성, 내식성 및 도금 밀착성이 모두 양호하였고, 이에 따라 열간 성형 시 발생되는 프레스 다이나 롤에 도금층이 소착되거나, 마이크로 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있었다.

반면, 본 발명에서 규정하는 도금욕의 Zn 함량을 충족하지 못하거나, 합금화 조건을 충족하지 못하는 비교예 1~8의 경우, 소착성, 내식성 및 도금 밀착성 중 하나 이상의 물성이 좋지 않았고, 이에 따라 열간 선형 시 프레스 다이나 롤에 도금층이 소착되거나, 마이크로 크랙이 발생하는 등의 문제가 발생하였다.

한편, 도 1은 종래 기술에 따라 알루미늄 도금욕에 Si를 7% 첨가한 추가의 실험예에 대한 알루미늄계 도금 강판의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진을 나타낸 것이다. 이 경우, 합금화 도금층의 표면 조도 중심선으로부터 3/4t까지의 영역 내에서 상기 소지 강판이 차지하는 면적의 비가 30% 미만이었다.

반면, 도 2는 상기 발명예 1에 의해 제조된 알루미늄 합금 도금 강판의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진으로서, 2층의 합금화 도금층을 형성한 예로서, Zn 첨가에 의해 합금화 도금층과 모재인 소지 강판의 경계가 톱니 형태로 형성되었고, 이에 따라 전술한 합금화 도금층의 표면 조도 중심선으로부터 3/4t까지의 영역 내에서 상기 소지 강판이 차지하는 면적의 비가 30% 이상임을 확인하였다.

또한, 도 3은 발명예 6에 의해 제조된 알루미늄계 합금 도금 강판의 단면을 관찰한 주사전자현미경으로 사진으로서, 마찬가지로 Zn 첨가에 의해 합금화 도금층과 모재인 소지 강판의 경계가 톱니 형태로 형성되었고, 이에 따라 전술한 합금화 도금층의 표면 조도 중심선으로부터 3/4t까지의 영역 내에서 상기 소지 강판이 차지하는 면적의 비가 30% 이상이었다.

1: 열처리로
2: 알루미늄 도금욕
3: 냉각 장치
4: 합금화 열처리 장치

Claims

소지 강판; 및
상기 소지 강판 상에 형성된 단층의 합금화 도금층을 포함하고,
상기 합금화 도금층은 중량%로, Fe: 35~50%, Zn: 1~20%, Mn: 5% 이하, Si: 0.1% 미만, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
상기 합금화 도금층의 표면 조도 중심선으로부터, 합금화 도금층의 최하단선까지의 거리를 t라고 하였을 때, 상기 합금화 도금층의 표면 조도 중심선으로부터 3/4t까지의 영역 내에서 상기 소지 강판이 차지하는 면적의 비가 30% 이상 100% 미만인, 알루미늄계 합금 도금 강판.
소지 강판;
상기 소지 강판 상에 형성된 합금화 도금층을 포함하고,
상기 합금화 도금층은
중량%로, Fe: 35~50%, Zn: 1~20%, Mn: 5% 이하, Si: 0.1% 미만, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 제1 합금화 도금층; 및
중량%로, Fe: 30~40%, Zn: 1~22%, Mn: 2% 이하, Si: 0.1% 미만, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 제2 합금화 도금층을 포함하고,
상기 합금화 도금층의 표면 조도 중심선으로부터, 합금화 도금층의 최하단선까지의 거리를 t라고 하였을 때, 상기 합금화 도금층의 표면 조도 중심선으로부터 3/4t까지의 영역 내에서 상기 소지 강판이 차지하는 면적의 비가 30% 이상 100% 미만인, 알루미늄계 합금 도금 강판.
제 1 항에 있어서,
상기 합금화 도금층의 두께는 5~25㎛인 것인, 알루미늄계 합금 도금 강판.
제 1 항에 있어서,
상기 합금화 도금층은 Fe₂Al₅의 합금상을 80% 이상 100% 이하 포함하는, 알루미늄계 합금 도금 강판.
제 1 항에 있어서,
상기 합금화 도금층 내 Al의 함량은 40~60%인 것인, 알루미늄계 합금 도금 강판.
제 2 항에 있어서,
상기 제2 합금화 도금층 내 Zn 함량이 상기 제1 합금화 도금층 내 Zn 함량보다 큰 것인, 알루미늄계 합금 도금 강판.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 합금화 도금층 내 Zn 함량은 1~20%이고,
상기 제2 합금화 도금층 내 Zn 함량은 1.5~22%인 것인, 알루미늄계 합금 도금 강판.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 합금화 도금층 내 Al 함량은 40~60%이고,
상기 제2 합금화 도금층 내 Al 함량은 40~65%인, 알루미늄계 합금 도금 강판.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 합금화 도금층의 두께는 1~25㎛이고,
상기 제2 합금화 도금층의 두께는 4~20㎛인 것인, 알루미늄계 합금 도금 강판.
제 2 항에 있어서,
상기 제1 합금화 도금층은 Fe₂Al₅의 합금상을 80% 이상 100% 이하 포함하고,
상기 제2 합금화 도금층은 FeAl₃의 합금상을 80% 이상 100% 이하 포함하는, 알루미늄계 합금 도금 강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 소지 강판은 중량%로, C: 0.05~0.3%, Si: 0.1~1.5%, Mn: 0.5~8%, B: 0% 초과 50ppm 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는, 알루미늄계 합금 도금 강판.
열간 프레스 성형에 이용되는 알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법으로서,
소지 강판을 준비하는 단계;
상기 소지 강판을, 중량%로, Zn: 3~30%, Si: 0.1% 미만, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 도금욕에 침지하여 알루미늄 도금 강판을 얻는 단계;
알루미늄 도금 후, 200~300℃로 가열된 공기를 상기 알루미늄 도금 강판에 공급하여 알루미늄 도금 강판의 표면에 산화피막을 형성하는 냉각 단계; 및
상기 냉각 후 연속하여 650~750℃의 가열 온도 범위에서 1~20초 유지하여 열처리하는 온라인(on-line) 합금화를 통해 알루미늄계 도금 강판을 얻는 단계;를 포함하는, 알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법.
제 12 항에 있어서,
하기 관계식 1을 충족하도록 합금화 온도를 제어하는 것인, 알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법.
[관계식 1]
150 - 0.4×[T]+3.3×10-4×[T]² - 0.38×[wt%Zn] ≤ [wt%Fe] ≤ 180 - 0.4×[T]+3.3×10-4×[T]² - 0.38×[wt%Zn]
(상기 관계식 1 중, [T]는 합금화 열처리 온도(℃)를 나타내고, [wt%Zn]은 도금욕에서의 Zn 중량% 함량을 나타내고, [wt%Fe]는 합금화 도금층에서의 Fe 중량% 함량을 나타낸다.)
제 12 항에 있어서,
상기 산화 피막은 표면에 용융 알루미늄 도금층 전체 두께에 대하여 10% 이상 형성되는 것인, 알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법.
제 1 항 또는 제 2 항의 알루미늄계 합금 도금 강판을 열간 프레스 성형하여 얻어지는, 열간 성형 부재.