KR102360526B1 - 내공식성이 우수한 도금강판 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
내공식성이 우수한 도금강판 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명은, 소지 강판의 일면 또는 양면에 도금층이 형성되어 있는 도금강판에 있어서, 상기 도금층은 Al, Zn, Mg, Si, 및 잔여 불가피한 불순물을 포함하고, Al과 Zn의 합이 도금층 자체 중량%로 60% 이상이며, 상기 도금층의 표층부에, 깊이 2㎛ 이상, 직경 30㎛ 이상의 표면 결함이 면적비 10% 이하로 존재하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 소지 강판의 일면 또는 양면에 도금층이 형성되어 있는 도금강판에 있어서, 상기 도금층은 Al, Zn, Mg, Si, 및 잔여 불가피한 불순물을 포함하고, Al과 Zn의 합이 도금층 자체 중량%로 60% 이상이며, 상기 도금층의 표층부에, 깊이 2㎛ 이상, 직경 30㎛ 이상의 표면 결함이 면적비 10% 이하로 존재하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 도금강판의 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내공식성이 우수한 도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
용융 도금법으로 제조되는 도금강판은 우수한 내식성 및 경제성을 바탕으로 건축 내외장재, 가전 및 자동차용 강판으로 주로 사용되고 있다.
특히, 도금층에 아연, 알루미늄 및 마그네슘을 포함하는 고내식 도금강판은 해양구조물 및 농축산업용 건자재와 같이 가혹한 부식환경에서 내식성이 요구되는 용도로 그 사용량이 증가되고 있는 추세이다.
그러나 일반 도금강판 3배 이상의 내식성을 가진 고내식 도금강판도 그 제조과정에서 용융 금속이 응고됨에 따라 필연적으로 발생하는 수축 현상에 의해 미세한 핀홀(Pin Hole), 기공(Prosity), 딤플(Dimple) 등의 결함이 도금층 표면에 잔존하며, 이러한 결함은 공식(Pitting Corrosion)을 유발하여 제품 수명 저하의 주요 원인으로 작용한다.
이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 기술로서 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재된 발명을 들 수 있다. 상기 특허문헌 1-2에서는 도금강판 표면에 유기계 또는 무기계 수지를 도포하여 내식성 및 내흑변성을 향상시키는 방법을 개시하고 있으나 공식의 개선효과는 미약하며, 용접성이 저하하고, 수지의 탈락에 의한 환경오염, 금형오염 및 제조 원가 상승의 단점이 있다.
따라서 본 발명의 일측면은 종래기술과는 달리 도금강판 표면에 별도의 유기계 또는 무기계 수지를 도포하지 않고도 내공식성이 우수한 도금강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명의 다른 측면은 도금강판 표면에 별도의 유기계 또는 무기계 수지를 도포하지 않고도 내공식성이 우수한 도금강판 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일측은, 소지 강판의 일면 또는 양면에 도금층이 형성되어 있는 도금강판에 있어서, 상기 도금층은 Al, Zn, Mg, Si, 및 잔여 불가피한 불순물을 포함하고, Al과 Zn의 합이 도금층 자체 중량%로 60% 이상이며, 상기 도금층의 표층부에, 깊이 2㎛ 이상, 직경 30㎛ 이상의 표면 결함이 면적비 10% 이하로 존재하는 것을 특징으로 하는 내공식성이 우수한 도금강판에 관한 것이다.
본 발명의 다른 측면은,
소지 강판을 도금 욕조에 장입하여 그 표면을 도금하는 공정; 및
그 표면에 도금층이 형성된 상기 도금 강판을 조질압연하는 공정;을 포함하고, 상기 조질압연 공정에서 도금강판을 20~300℃의 온도 범위에서 3,000~50,000㎫의 압력으로 2회 이상의 다단 조질압연을 실시하는 것을 특징으로 하는 내공식성이 우수한 도금강판의 제조방법에 관한 것이다.
상기 도금층은 Al, Zn, Mg, Si, 및 잔여 불가피한 불순물을 포함하고, Al과 Zn의 합이 도금층 자체 중량%로 60% 이상인 것이 바람직하다.
상기 소지 강판을 용융 도금 욕조에 침지하여 그 표면에 용융 도금층을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 도금층은 소지강판의 일면 또는 양면에 형성될 수 있으며, 편면당 두께를 2~100㎛로 제어함이 바람직하다.
상술한 구성의 본 발명에 따르면, 도금강판의 도금층 표층부에, 깊이 2㎛ 이상, 직경 30㎛ 이상의 핀홀, 기공, 딤플 등의 표면결함이 10% 이하의 면적비로 형성되는 내공식성이 우수한 도금강판을 효과적으로 제공할 수 있다.
도 1은 도금강판의 단면을 나타내는 그림으로서, (a)는 종래 통상적인 조질압연을 거친 도금강판의 도금층 표층부에 조대한 핀홀, 기공, 딤플 등의 표면결함이 잔류하는 경우를, (b)는 본 발명에 따른 다단 조질압연을 거친 도금강판의 도금층 표층부에 그 크기나 분율이 감소한 표면결함이 잔류하는 경우을 나타낸다.
도 2는 도금강판의 실제 표면 사진으로서, (a)는 종래 통상적인 조질압연을 거친 도금강판의 표면결함(d) 사진을, (b)는 본 발명에 따른 다단 조질압연을 거친 도금강판의 표면결함(d) 사진을 나타낸다.
도 3은 복합 부식시험을 거친 도금강판의 실제 표면 사진으로서, (a)는 종래 통상적인 조질압연을 거친 도금강판의 표면공식(p) 발생 사진을, (b)는 본 발명에 따른 다단 조질압연을 거친 도금강판의 표면공식(p) 발생 사진을 나타낸다.
도 2는 도금강판의 실제 표면 사진으로서, (a)는 종래 통상적인 조질압연을 거친 도금강판의 표면결함(d) 사진을, (b)는 본 발명에 따른 다단 조질압연을 거친 도금강판의 표면결함(d) 사진을 나타낸다.
도 3은 복합 부식시험을 거친 도금강판의 실제 표면 사진으로서, (a)는 종래 통상적인 조질압연을 거친 도금강판의 표면공식(p) 발생 사진을, (b)는 본 발명에 따른 다단 조질압연을 거친 도금강판의 표면공식(p) 발생 사진을 나타낸다.
이하, 본 발명을 설명한다.
종래 도금강판의 경우, 그 제조과정에서 용융 금속이 응고됨에 따라 필연적으로 발생하는 수축 현상에 의해 미세한 핀홀, 기공, 딤플 등의 결함이 도금층 표면에 잔존하며, 이러한 결함이 공식을 유발하는 문제가 발생함은 전술한 바와 같다. 따라서 본 발명자들은 이러한 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여, 연구를 거듭하였으며, 그 결과, 도금강판을 도금층 형성 직후에 조질압연하는 단계에서 2회 이상 다단 조질압연하여, 도금층 표층부의 핀홀, 기공, 딤플 등의 결함을 제거함으로써 가혹한 부식환경에서도 내공식성이 우수한 도금강판을 제조할 수 있음을 확인하고 본 발명을 제시하는 것이다.
따라서 본 발명의 내공식성이 우수한 도금강판은, 소지 강판의 일면 또는 양면에 도금층이 형성되어 있는 도금강판에 있어서, 상기 도금층은 Al, Zn, Mg, Si, 및 잔여 불가피한 불순물을 포함하고, Al과 Zn의 합이 도금층 자체 중량%로 60% 이상이며, 상기 도금층의 표층부에, 깊이 2㎛ 이상, 직경 30㎛ 이상의 표면 결함이 면적비 10% 이하로 존재하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 도금강판의 단면을 나타내는 그림으로서, (a)는 종래 통상적인 조질압연을 거친 도금강판의 도금층 표층부에 조대한 핀홀, 기공, 딤플 등의 표면결함이 잔류하는 경우를, (b)는 본 발명에 따른 다단 조질압연을 거친 도금강판의 도금층 표층부에 그 크기나 분율이 감소한 표면결함이 잔류하는 경우을 나타낸다.
도 1(a)에 나타난 바와 같이, 종래의 도금강판의 경우, 소지강판(1)과 도금층(5) 사이에 경질의 합금층(3)을 포함하고, 상기 도금층(5) 표층부에 조대한 핀홀, 기공, 딤플 등의 표면결함(7)이 형성되어 있는 구조로 되어 있다. 이러한 표면 결함(7)은 도금공정에서 용융 금속이 응고됨에 따라 필연적으로 발생하는 수축 현상에 의해 형성되어 진다.
이에 반하여, 본 발명의 다단 조질압연을 이용하는 도금강판의 경우, 도 1(b)와 같이, 표층부 결함(17)의 크기가 작고 분율이 낮게 형성되어 있다. 구체적으로, 본 발명의 도금강판의 구조를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 도금강판은 소지강판(11)을 포함한다. 본 발명에서 상기 소지강판(11)으로 탄소강 등을 이용함이 바람직하나 이에 제한되지 않으며 다양한 성분조성을 갖는 소재를 이용할 수 있다.
또한 본 발명의 도금강판은, 상기 소지강판(11)과 도금층(15) 사이에 형성된 경질의 합금층(13)을 포함한다. 이러한 경질의 합금층(13)은 도금층을 이루는 성분 금속과 소지 철 성분과의 반응 등에 의해 형성되는 금속간화합물로 이루어져 있다.
한편 본 발명에서 상기 도금층(15)는 상기 소지강판(11)의 일면 또는 양면에 형성될 수 있으며, 편면당 2~100㎛의 두께를 가질 수 있다. 또한 상기 도금층(15)은 Al, Zn, Mg, Si, 및 잔여 불가피한 불순물을 포함하고, Al과 Zn의 합이 도금층 자체 중량%로 60% 이상으로 조성되어 있음이 바람직하다.
그리고 발명에서는 도 1(b)와 같이, 상기 도금층(15)의 표층부는 표면결함(17)을 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 종래 통상적인 조질압연을 거친 도금강판의 경우, 도금층(5) 표층부에 조대한 핀홀, 기공, 딤플 등의 결함(7)이 형성되어 있다. 이에 대하여, 본원발명은 도금강판의 표면에 2회 이상의 다단 조질압연을 실시함으로써 표면결함(17)의 크기 및 분율이 현저히 감소된 도금강판을 제공함을 특징으로 한다. 이러한 다단 조질압연을 통하여 상기 표면결함(17)의 크기 및 분율이 감소되어, 부식을 유발하는 이온이 상기 표면결함(17)부위에 농화되는 것을 방지함으로써 내공식성을 향상시키는 작용을 할 수 있는 것이다.
구체적으로, 본 발명에서는 상기 도금층(15)의 표층부에, 깊이 2.0㎛ 이상, 직경 30㎛ 이상의 표면 결함이 면적비 10% 이하로 존재하는 것이 바람직하며, 보다 더 바람직하게는 5% 이하, 가장 바람직하게는, 1% 이하의 면적비를 가지도록 하는 것이다. .
도 2는 도금강판의 실제 표면 사진으로서, (a)는 종래 통상적인 조질압연을 거친 도금강판의 표면결함(d) 사진을, (b)는 본 발명에 따른 다단 조질압연을 거친 도금강판의 표면결함(d) 사진을 나타낸다. 구체적으로, 도 2(a)는 그 깊이가 2㎛ 이상이고 직경이 30㎛이상인 핀홀, 기공, 딤플 등과 같은 표면결함(d)을 10%를 초과하는 면적비로 포함하는 경우인 통상적인 조질압연을 거친 도금강판의 표면결함(d) 사진을 나타내며, 도 2(b)는 그 깊이가 2㎛ 미만, 직경 30㎛ 미만인 핀홀, 기공, 딤플 등과 같은 표면결함(d)을 10% 이하의 면적비로 제어된 경우인 본 발명에 따른 다단조질압연을 거친 도금강판의 표면결함(d) 사진을 나타낸다
한편 도 3은 복합 부식시험을 거친 도금강판의 실제 표면 사진으로서, (a)는 종래 통상적인 조질압연을 거친 도금강판의 표면공식(p) 발생 사진을, (b)는 본 발명에 따른 다단 조질압연을 거친 도금강판의 표면공식(p) 발생 사진을 나타낸다. 도 3(a)에 나타난 바와 같이, 그 깊이가 2㎛ 이상이고 직경이 30㎛이상인 핀홀, 기공, 딤플 등과 같은 표면결함을 10%를 초과하는 면적비로 포함하는 경우로서, 부식환경에서 수산화이온(OH-), 염화이온(Cl-) 등이 쉽게 결함 부위에 농화되어 공식(p)을 유발함을 알 수 있으며, 이는 본 발명에 따른 다단 조질압연을 거친 도금강판의 표면공식(p) 발생 사진을 나타내는 도 3(b)와 대비된다.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 내공식성이 우수한 도금강판 제조방법을 설명한다.
본 발명의 도금강판 제조방법은, 소지 강판을 도금 욕조에 장입하여 그 표면을 도금하는 공정; 및 그 표면에 도금층이 형성된 상기 도금 강판을 조질압연하는 공정;을 포함하고, 상기 조질압연 공정에서 도금강판을 20~300℃의 온도 범위에서 3,000~50,000㎫의 압력으로 2회 이상의 다단 조질압연을 실시하는 것을 특징으로 하다.
본 발명의 일실시예에 따른 용융도금법을 이용한 도금강판 제조공정은 대략, 소지강판의 전처리, 열처리, 도금, 다단조질압연, 형상교정, 후처리 등의 과정을 거칠 수 있다.
본 발명에서는 소지강판을 도금조에 침지하여 도금을 행하기 전에, 필요에 따라 소지강판의 표면을 세척하는 전처리 공정을 거칠 수도 있으며, 이는 화학적, 물리적 또는 전기화학적 방법을 사용할 수 있다.
그리고 상기 전처리된 소지 강판을 필요에 따라 가열하는 열처리공정을 행할 수도 있으며, 이는 강판에 사용 목적에 적합한 기계적 성질을 부여함과 아울러, 후속하는 용융도금공정에 용융상태의 도금물질과 동일한 온도를 유지하여 균일한 도금이 가능하게 하기 위함이다.
이어, 본 발명에서는 상기 전처리 등이 된 소지강판을 도금조 등에 침지하여 소지 강판의 표면을 코팅함으로써 소지 강판의 표면에 도금층을 형성한다.
본 발명에서는 상기 도금하는 방법으로 용융도금법을 이용할 수 있다. .
상기 도금을 통하여 형성된 도금층은 Al, Zn, Mg, Si, 및 잔여 불가피한 불순물을 포함하고, Al과 Zn의 합이 도금층 자체 중량%로 60% 이상인 것이 바람직하다. 왜냐하면, Al과 Zn는 도금층의 주성분으로 그 합이 60% 미만이면 Al의 부동태피막과 Zn의 희생방식에 의한 내식성을 충분히 확보할 수 없기 때문이다.
이후, 본 발명에서는 상기 도금층이 형성된 도금강판을 다단 조질압연한다.
종래에는 도금조로부터 배출된 도금강판의 도금층의 표면사상 조정과 항복점연신을 제거하기 위하여 상온에서 1회 조질압연을 실시하였으나, 본 발명에서는 상기 목적에 더하여 핀홀, 기공, 딤플 등의 결함을 물리적으로 제거하기 위하여 조질압연장치에 압연롤을 추가하여 고압으로 2회 이상 조질압연하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 본 발명에서는 상기 다단 조질압연 온도 범위를 20~300℃로 제어하는 것이 바람직하다. 만일 다단 조질압연 온도가 20℃미만이면, 냉간 취성의 증가로 핀홀, 기공, 딤플 등의 결함을 충분히 제거할 수 없으며, 300℃를 초과하면 도금층이 합금화되어 취성이 증가하는 현상이 나타날 수 있다.
한편, 본 발명에서는 상기 온도 범위를 유지하기 위하여 수냉장치를 이용하여 냉각하였으나 냉각방법으로서 수냉 또는 공냉방식 등을 모두 이용할 수 있으며, 특정한 냉각방법에 제한되지 않는다.
또한, 본 발명에서는 상기 다단 조질압연 압력을 3,000~50,000㎫로 제어함이 바람직하다. 만일 상기 다단 조질압연 압력이 3,000㎫ 미만이면, 표면사상과 항복점연신을 제어할 수 없고, 핀홀, 기공, 딤플 등의 결함을 충분히 제거할 수 없으며, 50,000㎫을 초과하면 가공경화가 발생하여 요구사양에 적합한 기계적성질을 확보하기 어려울 수 있다.
또한 상기 다단 조질압연된 도금강판의 도금층 표층부에는, 핀홀, 기공, 딤플 등의 표면결함이 존재할 수 있으며, 상기 표면결함은 2㎛ 이상의 깊이와 30㎛ 이상의 직경을 가진 것들도 존재할 수 있다.
본 발명에서 2㎛ 이상의 깊이와 30㎛ 이상의 직경을 가진 표면결함이 10% 이하의 면적비를 갖도록 제어하는 것이 보다 바람직하며, 보다 더 바람직하게는 5% 이하, 가장 바람직하게는, 1% 이하의 면적비를 가지는 것이다.
후속하여, 본 발명에서는 필요에 따라 형상교정기를 이용하여 도금강판의 반곡 등의 결함을 교정하는 형상교정 공정을 거칠 수도 있다.
나아가 상기 형상교정 공정 이후, 필요에 따라 도금 강판상에 일시방청제 등을 요구 사양에 맞게 도포할 수도 있으며, 이어, 운반 및 취급이 용이하도록 생산된 도금강판 제품을 포장할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
(실시예)
용융 도금 모사장치를 이용하여 두께가 1.0mm인 판재 형태의 강판을 각각 마련하였다. 상기와 같이 마련된 강판들을, Al, Zn, Mg 및 Si를 포함하고, Al+Zn의 자체 중량비(%)가 하기 표 1같이 제어된 용융도금조에 침지한 후, 꺼내어 그 표면에 용융도금층이 형성된 도금강판을 제조하였다.
이후, 상기와 같이 제조된 각각의 도금강판을 하기 표 1과 같은 조건으로 다단 조질압연하여 도금층 표층부에 핀홀, 기공, 딤플 등의 표면결함이 감소한 도금강판을 얻었다.
| 구분 | Al+Zn 중량비(%) | 다단 조질압연 | |
| 온도(℃) | 압력(MPa) | ||
| 종래예 | 90 | 20 | 2,500 |
| 비교예1 | 90 | 15 | 2,500 |
| 비교예2 | 50 | 50 | 5,000 |
| 비교예3 | 50 | 350 | 60,000 |
| 발명예1 | 60 | 50 | 10,000 |
| 발명예2 | 99 | 100 | 20,000 |
이렇게 얻어진 도금강판의 내공식성을 평가하기 위하여 핀홀, 기공, 딤플 등의 표면결함을 주사전자현미경을 이용하여 촬영하고 표면결함의 깊이, 직경 및 면적비를 화상 분석기를 이용하여 측정하였다.
또한, 결함의 감소에 따른 내공식성을 평가하기 위하여 KS D 9502 시험표준에 의거 중성염수분무시험을 240시간 동안 실시하고 화상분석기를 이용하여 공식 부위 면적을 측정하였으며, 그 평가 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 구분 | 결함 깊이(㎛) | 결함 직경(㎛) | 결함 면적비(%) | 공식 면적비(%) |
| 종래예 | 2.6 | 33.2 | 69 | 24 |
| 비교예1 | 3.1 | 42.7 | 73 | 27 |
| 비교예2 | 2.2 | 26.4 | 38 | 19 |
| 비교예3 | 2.4 | 32.3 | 45 | 20 |
| 발명예1 | 2.1 | 30.8 | 8 | 5 |
| 발명예2 | 0.8 | 5.2 | 3 | 1 |
상기 표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이, 도금층 성분과 다단 조질압연 조건이 본 발명의 범위를 만족하는 발명예 1-2는 도금층 표층부에 소정의 면적비와 크기를 갖는 표면결함이 형성되어 내공식성이 우수함을 알 수 있다.
즉, 본 발명예에서 깊이 2㎛ 이상, 직경 30㎛ 이상의 핀홀, 기공, 딤플 등의 표면결함의 면적비가 10% 이하로 종래예 대비 1/8로 감소함에 따라 공식 면적도 1/5로 감소되어 종래예 대비 우수한 내공식성을 가짐을 알 수 있다.
이에 반하여, 종래예와 동일한 방법으로 도금하면 도금층의 Al, Zn의 합이 중량비 60% 이상인 경우에도 공식 현상을 유발하는 표면결함이 도금층 표면에 다수 잔존함을 확인할 수 있다.
또한 비교예 1 내지 비교예 3에서는 도금층 성분, 다단조질압연 조건이 본 발명의 범위를 벗어나 결함이 충분히 제거되지 않았으며, 내공식성도 열위함을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Claims (8)
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- 삭제
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- 소지 강판을 도금 욕조에 장입하여 그 표면을 도금하는 공정; 및
그 표면에 도금층이 형성된 상기 도금 강판을 조질압연하는 공정;을 포함하고, 상기 조질압연 공정에서 도금강판을 20~300℃의 온도 범위에서 3,000~50,000㎫의 압력으로 2회 이상의 다단 조질압연을 실시하는 것을 특징으로 하는 내공식성이 우수한 도금강판의 제조방법.
- 제 4항에 있어서, 상기 도금층은 Al, Zn, Mg, Si, 및 잔여 불가피한 불순물을 포함하고, Al과 Zn의 합이 도금층 자체 중량%로 60% 이상(100%는 제외)인 것을 특징으로 하는 내공식성이 우수한 도금강판의 제조방법.
- 제 4항에 있어서, 상기 소지 강판을 용융 도금 욕조에 침지하여 그 표면에 용융 도금층을 형성하는 것을 특징으로 하는 내공식성이 우수한 도금강판의 제조방법.
- 제 4항에 있어서, 상기 도금층은 소지강판의 일면 또는 양면에 형성될 수 있으며, 편면당 두께를 2~100㎛로 제어함을 특징으로 하는 내공식성이 우수한 도금강판의 제조방법.
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