KR102311502B1

KR102311502B1 - 가공성 및 내식성이 우수한 알루미늄계 합금 도금강판 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR102311502B1
Application number: KR1020190172332A
Authority: KR
Inventors: 이석규; 황현석; 김명수; 민광태; 오종기
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-10-13
Also published as: CN114829666B; JP2022551899A; US20240052495A1; EP4079928A2; CN114829666A; EP4079928A4; WO2021125887A3; JP7321370B2; KR20210080002A; MX2022004454A; WO2021125887A2

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 알루미늄계 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, 알루미늄계 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 합금화 도금층을 포함하고,

상기 합금화 도금층은 중량%로, Fe: 30~50%, Zn: 1~20%, Si: 0.1~1.5%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,

상기 합금화 도금층과 소지 강판의 계면 조도가 2.5㎛ 이하인, 알루미늄계 합금 도금 강판을 제공한다.

또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은,

열간 프레스 성형에 이용되는 알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법으로서,

소지 강판을 준비하는 단계;

상기 소지 강판을, 중량%로, Zn: 3~30%, Si: 0.1~1.5%, 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 합금 도금 강판을 얻는 단계;를 포함하는, 알루미늄계 합금 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 강판을 제공할 수 있다.

도 1은 비교예 4에 의해 제조된 알루미늄계 합금 도금 강판의 단면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다.
도 2는 발명예 1에 의해 제조된 알루미늄계 합금 도금 강판의 단면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다.
도 3은 발명예 1로부터 형성된 합금화 도금층에 대하여 XRD(X-Ray Diffraction)를 이용하여 상분석한 결과를 나타낸다.

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

종래의 기술은 알루미늄 도금욕에 Si를 다량 첨가함으로써, 도금층에 치밀한 Fe-Al-Si의 합금상이 형성되어 소지철이 도금층으로 확산하는 것을 억제하였다. 이로 인해 높은 합금화 온도와 긴 합금화 시간이 필요하였다.

이를 개선하기 위하여, Si의 함량을 0.5~4% 범위로 제한하여 온라인(on-line) 합금화를 시도하였으나, Si 함량이 감소함에 따라 Al-Fe의 합금상이 빨리 생성되고, 도금층의 융점이 높아지는 문제점이 있었다. 이로 인해, 소지철의 Fe가 도금층으로의 확산이 억제됨으로 인해, 온라인에서 합금화를 시키기 힘들다는 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 합금화 도금층의 조성 및 합금화 도금층과 소지 강판의 계면 조도를 제어함으로써, 전술한 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명에 의하면, 20초 이하의 비교적 짧은 시간에 도금층의 합금화가 가능해지고, 동시에 소착성, 내식성 및 도금층의 밀착성이 우수한 알루미늄계 합금 도금 강판을 효과적으로 제공할 수 있다.

[알루미늄계 합금 도금 강판]

즉, 본 발명의 일 측면은,

소지 강판; 및

상기 소지 강판 상에 형성된 합금화 도금층을 포함하고,

본 발명의 일 측면에 따른 알루미늄계 합금 도금 강판은, 소지 강판 및 상기 소지 강판 상에 형성된 합금화 도금층을 포함할 수 있고, 상기 합금화 도금층은 소지 강판의 일면 또는 양면에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층은 중량%로, Fe: 30~50%, Zn: 1~20%, Si: 0.1~1.5%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층은 중량%로, Fe: 30~50%, Zn: 1~20%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 2% 이하(0%를 포함), 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층에 있어서, Zn은 도금 강판의 소착성 및 내식성을 향상시킬 뿐 아니라, 합금화 처리 이후의 합금화 도금층의 밀착성을 향상시키는 중요한 역할을 한다. 따라서, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층 내 Zn 함량이 1~20%인 것이 바람직하고, 상기 합금화 도금층 내 Zn 함량이 1% 미만이면, 내식성의 효과를 기대할 수 없고, 상기 합금화 도금층 내 Zn 함량이 20%를 초과하면, 도금 밀착성이 떨어지는 문제가 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층 내 Si 함량은 0.1~1.5%인 것이 바람직하고, 상기 합금화 도금층 내 Si 함량이 0.1% 미만이면, 합금화 도금층과 소지 강판 사이의 계면 조도가 너무 커져서 도금층이 밀착성 확보 측면에서 문제가 생기고, 상기 합금화 도금층 내 Si 함량이 1.5%를 초과하면, Fe-Al의 합금상에 Si가 고용됨으로써 소지철에서 확산되는 Fe의 확산을 억제할 수 있고 이에 따라 합금화 온도가 높아질 수 있어 바람직하지 않다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층은 선택적으로 Mn을 더 포함할 수 있고, 이는 소지 강판을 알루미늄 도금욕에 침지하여 도금한 후, 합금화 열처리를 통해 소지 강판에 포함되는 성분인 Mn이 도금층측으로 유입되기 때문이다. 이러한 확산의 결과, 알루미늄계 합금 도금 강판의 합금화 도금층 내에는 2% 이하의 Mn을 더 포함할 수 있다. Mn 함량의 상한은 도금밀착성 확보 차원에서 2% 이하인 것이 바람직하다. Mn은 Al-Fe 합금상 형성에서 Fe를 치환하는 원소로 소지철과의 밀착성을 향상시키는 역할을 하나, 2% 이상일 경우 Al-Fe의 합금상이 치밀한 Al-Fe(Mn)상으로 형성되어 합금화가 지연될 수 있다. 또한, 합금화 도금층 내 Mn 함량은 0%인 경우를 포함하므로, 그 하한은 별도로 한정하지 않는다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 합금화 처리를 통해, 소지 강판에 포함되는 Fe 등의 성분이 확산함에 따라, 합금화 도금층에 있어서, Fe의 함량은 30~50%인 것이 바람직하다. 전술한 조성을 만족함으로써, 본 발명에서 목적하는 소착성, 내식성을 확보할 수 있고, 또한 도금층의 밀착성도 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층에 있어서, Al 함량은 40~60%인 것이 본 발명의 목적 달성을 위해 바람직하고, 40.5~53.9%인 것이 보다 바람직하다.

구체적으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층 내 Al 함량을 40% 이상으로 함으로써, 고융점을 가지는 Fe-Al 합금상을 형성함으로서 소착성과 마이크로 크랙 발생 억제의 효과가 있고, 상기 합금화 도금층 내 Al 함량을 60% 이상일 경우, Al-base 합금상 형성으로 융점이 낮아져 열처리시 소착성이 열위되는 문제점이 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층의 두께는 5~25㎛일 수 있다. 상기 합금화 도금층의 두께가 5㎛ 이상으로 함으로써 내식성을 확보할 수 있고, 25㎛ 이하로 함으로써 용접성을 확보할 수 있다. 따라서, 본 발명에 있어서 합금화 도금층의 두께는 5 내지 25㎛인 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층은 전술한 제조 과정 중의 도금 후 합금화 처리에 의해, 소지 강판에 포함되는 Fe(또는 Mn) 등은 Al 및 Zn의 함량이 높은 알루미늄 도금층으로 확산되고, 그 결과 Fe 및 Al의 금속간 화합물로 주로 이루어지는 합금화 도금층이 형성될 수 있다. 이것으로 한정되는 것은 아니나, 상기 합금화 도금층을 주로 이루는 Fe-Al계 금속간 화합물의 합금상으로 주로 이루어질 수 있고, Zn, Mn, Si 등의 원소는 상기 합금화 도금층 내에 고용되어 존재할 수 있다.

또한, 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 Fe₂Al₅을 기본으로 Zn, Mn 및/또는 Si 등이 포함된 합금상으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층과 소지 강판의 계면 조도가 2.5㎛ 이하일 수 있고, 이를 통해 양호한 도금층의 밀착성을 확보할 수 있다. 한편, 본 명세서에 있어서, 상기 계면 조도(Ra)란, 합금화 도금층과 소지 강판의 사이에 형성된 계면에 대하여, 아래 수학식 1과 같이 프로파일 중심선에서의 상/하로 벗어남의 정도를 산술적으로 계산한 평균값을 의미한다. 따라서, 수학적으로는 거칠기 곡선의 모든 산(peak)과 골(vally)의 면적의 합과 동일한 면적을 가진 직사각형 면적의 높이(진폭)에 해당하게 된다.

[수학식 1]

본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 도금 강판에 포함되는 소지 강판은 열간 프레스 성형용 강판으로서, 열간 프레스 성형에 사용된다면 특별히 한정하지 않는다. 다만, 한가지 비제한적인 예를 든다면, 소지 강판으로서 Mn을 1~10%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 알루미늄계 합금 도금 강판을 제공할 수 있다.

[알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법]

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.

또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은,

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 합금 도금 강판은 소지강판의 표면에 중량%로, Zn: 3~30%, Si: 0.1~1.5%, 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 행하고, 상기 도금욕의 조성은 Zn: 3~30%, Si: 0.1~1.5%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 Zn: 5~30%, Si: 0.1~1.5%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

혹은, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 용융 알루미늄 도금욕은 Zn: 5% 이상 30% 이하, Si: 0.1% 이상 0.5% 이하, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있고, 혹은 Zn: 5% 이상 30% 이하, Si: 0.1% 이상 0.5% 미만, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 알루미늄 도금욕에는 본 발명의 목적을 해치지 않는 범위에서 추가의 원소를 더 첨가할 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, 상기 Zn 함량의 상한은 20%인 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 알루미늄 도금욕에 첨가되는 Si는 중량%로, 0.1~1.5%인 것이 바람직하다. 상기 알루미늄 도금욕 중의 Si 함량이 0.1% 미만이면 합금화 도금층과 소지 강판 사이의 계면 조도가 너무 커져서 도금 밀착성 향상의 효과를 얻을 수 없고, 상기 알루미늄 도금욕 중의 Si 함량이 1.5%를 초과하면 Fe-Al의 합금상에 Si가 고용됨으로써 소지철에서 확산되는 Fe의 확산을 억제하기 때문에 합금화 온도가 높아지는 문제점이 있다.

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 20~100 g/m²일 수 있다. 상기 도금시 편면당 도금량이 20g/m² 이상이면, 내식성 효과가 발휘되고, 상기 도금시 편면당 도금량이 100g/m² 이하이면, 도금층을 전체적으로 합금화 가능해지는 효과가 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 온라인(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 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.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 열처리 온도는 650~750℃ 범위일 수 있다. 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 과합금화되어 밀착성이 열위될 뿐만 아니라 합금화된 강판의 냉각이 용이하지 않으므로 탑롤(top roll)에 도금층이 탈락하여 롤에 부착되는 문제가 생긴다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 열처리 시 유지 시간은 1~20초 범위에서 행할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 합금화 열처리 시 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 2초일 수 있고, 보다 바람직하게는 5초일 수 있다. 마찬가지로, 상기 합금화 열처리 시 유지 시간의 상한은 15초일 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 도금욕으로부터 배출된 강판을 300℃의 온도 범위까지 5~50℃/s의 냉각속도로 냉각할 수 있다. 한편, 상기 냉각은 공냉(Air cooling), 수냉(mist cooling)일 수 있고, 본 발명의 일 측면에 따르면, 가장 바람직하게 상기 냉각은 수냉(mist cooling)일 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 보다 바람직하게 상기 냉각속도를 10~30℃/s로 함으로써 on-line 상에서 기존 용융도금라인을 이용하여 추가 설비없이 냉각할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 냉각은 5~20초 동안 실시할 수 있고, 상기 냉각 시간을 10초 이상으로 함으로써 충분한 냉각효과가 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]

160 - 0.41×[T]+3.35×10^-4×[T²] - 0.3×[wt%Zn]- 3×[wt%Si] ≤ [wt%Fe] ≤ 180 - 0.41×[T]+3.35×10^-4×[T²] - 0.3×[wt%Zn]- 3×[wt%Si]

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

(실시예)

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.

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

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, 이후 공냉으로 냉각하여 알루미늄 합금 도금 강판을 제조하였다.

비고	도금욕 조성 [wt%]			합금화 온도 [℃]	합금화 유지 시간 [초]
비고	Al	Zn	Si	합금화 온도 [℃]	합금화 유지 시간 [초]
비교예 1	100	0	0	750	15
비교예 2	bal.	0	1	770	20
비교예 3	bal.	0	9	820	35
비교예 4	bal.	3	0	740	15
비교예 5	bal.	5	0	630	20
발명예 1	bal.	5	0.1	650	5
발명예 2	bal.	5	0.5	680	10
발명예 3	bal.	5	1.5	750	12
비교예 6	bal.	5	0.5	780	35
비교예 7	bal.	5	0.7	750	35
비교예 8	bal.	20	0.5	630	35
발명예 4	bal.	20	0.1	650	5
발명예 5	bal.	20	0.5	680	3
비교예 9	bal.	20	2	780	20
비교예 10	bal.	20	3	750	25
비교예 11	bal.	30	1.5	630	30
발명예 6	bal.	30	0.1	650	5
발명예 7	bal.	30	1.5	680	3
비교예 12	bal.	32	1	650	30

한편, 전술한 방법으로 제조된 알루미늄 합금 도금 강판에 있어서, 합금화 도금층에서의 각 성분 함량 및 두께를 측정하여 하기 표 3에 나타내었다. 상기 합금화 도금층에서의 성분은 ICP(Inductive Coupled Plasma Stectroscopy)를 이용하여 습식방법으로 측정하였고, 두께는 전자현미경으로 단면을 관찰하여 측정하였다.

또한, 상기 발명예 1로부터 형성된 합금화 도금층에 대하여 XRD(X-Ray Diffraction)를 이용하여 상분석한 결과를 도 3에 나타내었고, 합금화 도금층은 Fe₂Al₅또는 FeAl₃기본으로 한 합금상으로 80% 이상 이루어지는 것을 확인하였다.

한편, 알루미늄 합금 도금 강판의 물성 평가를 위해, 하기와 같은 방법으로 소착성, 내식성 및 도금 밀착성을 평가하였고, 평가 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

[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 60° 밴딩(banding) 실험한 후 밴딩 내부에 테이프를 부착하고 떼어낸 후 테이프에 부착되어 있는 도금층의 넓이를 측정하였고, 하기와 같은 기준으로 평가하였다.

○: 4㎜ 이하

×: 4㎜ 초과

비고	도금층 성분(wt%)					두께 [㎛]	소착성	내식성	도금 밀착성
비고	Al	Zn	Si	Fe	Mn	두께 [㎛]	소착성	내식성	도금 밀착성
비교예 1	bal.	0	0	25	4	5	X	X	X
비교예 2	bal.	0	1	41	3	5	O	X	X
비교예 3	bal.	0	9	50	1	10	O	X	O
비교예 4	bal.	1	0	45	4	5	O	X	X
비교예 5	bal.	2	0	15	2	20	X	O	O
발명예 1	bal.	2	0.1	43	1	5	O	O	O
발명예 2	bal.	1.5	0.5	44	0.5	15	O	O	O
발명예 3	bal.	1.5	1.5	48	2	15	O	O	O
비교예 6	bal.	1.5	0.5	48	2.2	30	O	O	X
비교예 7	bal.	1	0.7	46	2	30	O	O	X
비교예 8	bal.	17	0.5	25	1.5	30	X	O	O
발명예 4	bal.	15	0.1	39	1	15	O	O	O
발명예 5	bal.	12	0.5	39	3	20	O	O	O
비교예 9	bal.	12	2	40	3.5	20	O	O	X
비교예 10	bal.	10	3	41	2	20	O	O	X
비교예 11	bal.	23	1.5	35	1	20	X	O	O
발명예 6	bal.	17	0.1	36	1.5	15	O	O	O
발명예 7	bal.	20	1.5	36	2	20	O	O	O
비교예 12	Bal.	23	1	35	1	20	O	O	X

상기 표 3에서와 같이, 본 발명에서 규정하는 도금층의 조성 및 제조 조건을 충족하는 발명예 1~7의 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 전 냉각 조건 및 합금화 처리 조건을 충족하지 못하는 비교예 1~12의 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, 상기 비교예 4에 의해 제조된 알루미늄계 합금 도금 강판의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진을 도 1에 나타내었다. 이 경우, 합금화 도금층과 소지 강판의 계면 조도가 2.5㎛를 초과하였고, 내식성 및 도금 밀착성이 좋지 않았다.

반면, 발명예 1에 의해 제조되는 알루미늄계 합금 도금 강판의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진을 도 2에 나타내었다. 이 경우, 합금화 도금층과 소지 강판의 계면 조도가 2.5㎛ 이하를 충족하였고, 소착성, 내식성 및 도금 밀착성이 모두 우수하였다.

Claims

소지 강판; 및
상기 소지 강판 상에 형성된 합금화 도금층을 포함하고,
상기 합금화 도금층은 중량%로, Fe: 30~50%, Zn: 1~20%, Si: 0.1~1.5%, Mn: 0.5~3%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
상기 합금화 도금층과 소지 강판의 계면 조도가 0㎛ 초과 2.5㎛ 이하인, 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 Al 함량은 중량%로 40.5~53.9%인 것인, 알루미늄계 합금 도금 강판.
제 1 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.
제 1 항에 있어서,
상기 합금화 도금층 내 Si 함량은 0.1~0.5%인, 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: 0.1~1.5%, 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 합금 도금 강판을 얻는 단계;를 포함하는, 알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법.
제 7 항에 있어서,
상기 합금화 처리 후 냉각하는 단계를 더 포함하는, 알루미늄계 합금 도금강판의 제조방법.
제 7 항에 있어서,
상기 도금 시, 편면당 도금량은 20~100g/m²인 것인, 알루미늄계 합금 도금강판의 제조방법.
제 8 항에 있어서,
상기 합금화 처리 후 냉각은 공냉인 것인, 알루미늄계 합금 도금강판의 제조방법.
제 7 항에 있어서,
상기 산화 피막은 표면에 용융 알루미늄 도금층 전체 두께에 대하여 10% 이상 형성되는 것인, 알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법.
제 7 항에 있어서,
하기 관계식 1을 충족하도록 합금화 온도를 제어하는 것인, 알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법.
[관계식 1]
160 - 0.41×[T]+3.35×10^-4×[T²] - 0.3×[wt%Zn]- 3×[wt%Si] ≤ [wt%Fe] ≤ 180 - 0.41×[T]+3.35×10^-4×[T²] - 0.3×[wt%Zn]- 3×[wt%Si]
[상기 관계식 1 중, [T]는 합금화 열처리 온도(℃)를 나타내고, [wt%Zn]은 도금욕에서의 Zn 중량% 함량을 나타내고, [wt%Si]는 도금욕에서의 Si 중량% 함량을 나타내고, [wt%Fe]는 합금화 도금층에서의 Fe 중량% 함량을 나타낸다.]
제 1 항의 알루미늄계 합금 도금 강판을 열간 프레스 성형하여 얻어지는, 열간 성형 부재.