KR102434611B1 - 용접액화취성균열 저항성이 우수한 용융아연도금강판, 및 이의 제조 방법 - Google Patents

용접액화취성균열 저항성이 우수한 용융아연도금강판, 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소지철 및 상기 소지철 표면에 도금된 아연도금층을 포함하는 용융아연도금강판으로, 상기 소지철은 중량%로, C: 0.15~0.3%, Al: 0.5~2%, Mn: 1.5~3.5%, Si: 0.01~0.5%, Cr: 0.1~1%, Mo: 0.1~0.5% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함하며, 표면에서부터 소지철 두께 방향으로 5~100 ㎛의 두께를 가지고, 면적분율 90% 이상의 페라이트로 이루어진 페라이트층을 포함하는 용융아연도금강판, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

용접액화취성균열 저항성이 우수한 용융아연도금강판, 및 이의 제조 방법 {Hot-dip galvanized steel sheet with excellent resistance to welding LME, and method of manufacturing the same}
본 발명은 용접액화취성균열 저항성이 우수한 용융아연도금강판, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터 자동차용으로 변태조직을 이용한 고강도 용융아연도금강판이 많이 사용되고 있으나, 점용접 시 아연도금층이 용해되어 소지철 입계를 따라 침투함으로서 균열을 발생시키는 현상이 발생한다. 이를 액화취성균열(LME, Liquid Metal Embrittlement Crack)이라고 부르며, 자동차 부품으로 사용되기 위해서는 이러한 액화취성균열 이 최소화 되어야 한다.
일본 등록특허 제2864960호에서는 C: 0.05-0.20 중량％, Mn: 0.50-2.50 중량％, Al: 0.02-2.00 중량％를 함유하고 가공성 및 용접성이 우수한 내마모 강을 발명하고, 소지철 중에 마르텐사이트의 면적분율이 5~50%임에 따라 가공성과 용접성이 우수하다고 개시하였다.
그러나 이러한 조성을 가지는 강을 범용의 용융아연도금 기술을 적용할 경우 소지철이 마르텐사이트와 페라이트 상을 가져 점용접 시 액화취성균열이 발생하는 문제점이 있다. 또한 Mn과 Al 함량을 다량 포함할 경우 소둔 시 표층의 소둔산화물 형성으로 용융아연 도금 시 미도금이 발생하는 문제점이 있다.
일본 등록특허 제2864960호 (1998.12.18)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고강도강을 용융아연 도금할 때 발생되는 용접 액화취성균열을 개선하면서 도금성도 우수한 용융아연도금강판 및 이의 제조 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
다만, 본 발명의 목적이 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양태는 소지철 및 상기 소지철 표면에 도금된 아연도금층을 포함하는 용융아연도금강판으로, 상기 소지철은 중량%로, C: 0.15~0.3%, Al: 0.5~2%, Mn: 1.5~3.5%, Si: 0.01~0.5%, Cr: 0.1~1%, Mo: 0.1~0.5% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함하며, 표면에서부터 소지철 두께 방향으로 5~100 ㎛의 두께를 가지고, 면적분율 90% 이상의 페라이트로 이루어진 페라이트층을 포함하는 용융아연도금강판에 관한 것이다.
상기 본 발명의 일 양태에 있어, 상기 소지철은 강 슬라브를 이슬점온도 -20 내지 25℃로 제어된 소둔로에서 재결정 소둔시켜 제조된 것일 수 있다.
상기 본 발명의 일 양태에 있어, 상기 소지철은 면적분율 1~15%의 잔류 오스테나이트 및 5~20%의 마르텐사이트를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 일 양태에 있어, 상기 소지철은 인장강도가 980 ㎫ 이상일 수 있다.
상기 본 발명의 일 양태에 있어, 상기 용융아연도금강판은 점용접 시 액화취성균열의 길이가 20 ㎛ 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 중량%로, C: 0.15~0.3%, Al: 0.5~2%, Mn: 1.5~3.5%, Si: 0.01~0.5%, Cr: 0.1~1%, Mo: 0.1~0.5% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강 슬라브를 열간압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 상기 열연강판을 냉각압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 상기 냉연강판을 이슬점온도 -20 내지 25℃로 제어된 소둔로에서 재결정 소둔하여 소지철을 제조하는 단계; 및 상기 소지철을 용융아연욕에 침지하여 아연도금층이 도금된 용융아연도금강판을 제조하는 단계;를 포함하는 용융아연도금강판의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 용융아연도금강판은 합금 조성 및 함량이 C: 0.15~0.3%, Al: 0.5~2%, Mn: 1.5~3.5%, Si: 0.01~0.5%, Cr: 0.1~1%, Mo: 0.1~0.5% 및 잔부의 Fe를 포함함과 동시에, 재결정 소둔 시 이슬점온도를 -20 내지 25℃로 제어하여 소지철이 제조됨에 따라, 소지철 표층에 5~100 ㎛의 두께를 가지고, 면적분율 90% 이상의 페라이트로 이루어진 페라이트층을 형성시킬 수 있다.
이를 통해, 인장강도 980 ㎫ 이상 및 점용접 시 액화취성균열의 길이가 20 ㎛ 이하 등의 우수한 특성을 확보할 수 있으며, 용융아연 도금 시 미도금 영역이 발생하지 않을뿐더러 도금밀착성이 우수하여 아연도금층이 쉽게 박리되지 않는 장점이 있다.
도 1은 실시예 1 및 비교예 9에서 각각 제조된 소지철의 미세조직을 주사전자현미경(SEM)으로 측정한 사진이다.
도 2는 실시예 1 및 비교예 9에서 각각 제조된 용융아연도금강을 점용접한 후 LME 균열 길이를 SEM으로 측정한 사진이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 9에서 각각 제조된 소지철을 용융아연 도금하여 도금성을 평가한 사진이다.
이하 본 발명에 따른 용접액화취성균열 저항성이 우수한 용융아연도금강판, 및 이의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명의 일 양태는, 소지철 및 상기 소지철 표면에 도금된 아연도금층을 포함하는 용융아연도금강판으로, 상기 소지철은 중량%로, C: 0.15~0.3%, Al: 0.5~2%, Mn: 1.5~3.5%, Si: 0.01~0.5%, Cr: 0.1~1%, Mo: 0.1~0.5% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함하며, 표면에서부터 소지철 두께 방향으로 5~100 ㎛의 두께를 가지고, 면적분율 90% 이상의 페라이트로 이루어진 페라이트층을 포함하는 용융아연도금강판에 관한 것이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 용융아연도금강판은 합금 조성 및 함량이 C: 0.15~0.3%, Al: 0.5~2%, Mn: 1.5~3.5%, Si: 0.01~0.5%, Cr: 0.1~1%, Mo: 0.1~0.5% 및 잔부의 Fe를 포함함과 동시에, 재결정 소둔 시 이슬점온도를 -20 내지 25℃로 제어하여 소지철이 제조됨에 따라, 소지철 표층에 5~100 ㎛의 두께를 가지고, 면적분율 90% 이상의 페라이트로 이루어진 페라이트층을 형성시킬 수 있다.
이를 통해, 인장강도 980 ㎫ 이상 및 점용접 시 액화취성균열의 길이가 20 ㎛ 이하 등의 우수한 특성을 확보할 수 있으며, 용융아연 도금 시 미도금 영역이 발생하지 않을뿐더러 도금밀착성이 우수하여 아연도금층이 쉽게 박리되지 않는 장점이 있다.
반면, 상기 합금 조성 및 함량을 만족하더라도 이슬점온도가 -20 내지 25℃ 범위를 벗어날 경우 페라이트층이 형성되지 않거나, 5 ㎛ 미만의 두께를 가져 점용접 시 LME 균열 길이가 20 ㎛를 초과할 수 있다.
반대로 상기 5~100 ㎛의 두께를 가지고, 면적분율 90% 이상의 페라이트로 이루어진 페라이트층을 가지더라도 합금 조성 및 함량이 C: 0.15~0.3%, Al: 0.5~2%, Mn: 1.5~3.5%, Si: 0.01~0.5%, Cr: 0.1~1%, Mo: 0.1~0.5% 및 잔부의 Fe를 만족하지 못 할 시 인장강도가 980 ㎫ 미만으로 저하되어나 LME 균열 길이가 20 ㎛를 초과할 수 있으며, 또는 용융아연 도금 시 미도금 영역이 발생하거나 도금밀착성이 저하되어 아연도금층이 쉽게 박리되는 문제가 발생할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 예에서의 합금 성분 함량의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.
먼저, 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 용융아연도금강판은 강 슬라브를 재결정 소둔하여 제조된 소지철을 용융아연으로 도금하여 제조된 것일 수 있다.
본 발명의 일 예에 있어, 상기 강 슬라브는, 전술한 바와 같이, 중량%로, C: 0.15~0.3%, Al: 0.5~2%, Mn: 1.5~3.5%, Si: 0.01~0.5%, Cr: 0.1~1%, Mo: 0.1~0.5% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함한다.
C: 0.15~0.3 중량%
탄소(C)는 강의 강도 확보를 위해 첨가되는 필수 원소로서, 충분한 강도를 확보하기 위해서는 0.15~0.3 중량%의 범위로 첨가되는 것이 바람직하며, 보다 좋게는 0.18~3 중량%로 첨가함이 더욱 바람직하다. 그 함량이 0.15 중량% 미만으로 첨가될 경우 강도가 저하되며, 0.3 중량%를 초과하게 되면 용접성이 저하되어 프레스 성형 및 롤 가공성이 나빠지는 문제가 있다.
Al: 0.5~2 중량%
알루미늄(Al)은 강의 강도를 향상시키고 페라이트 면적분율을 확대하기 위한 원소로서, 이를 위해서는 0.5~2 중량%로 Al을 첨가함이 바람직하며, 보다 좋게는 1.5~2 중량%로 첨가함이 더욱 바람직하다. 그 함량이 0.5 중량% 미만일 시 강도가 저하될 수 있고 90% 이상의 면적분율을 가지는 페라이트층의 확보가 어려울 수 있다. 반대로 그 함량이 2 중량%를 초과하게 되면 소둔 시 표층 내 소둔산화물 형성으로 용융아연 도금 시 미도금 영역이 발생할 수 있으며, 도금이 되었더라도 점용접 시 마르텐사이트, 마르텐사이트 상 계면으로 침투하는 액상의 용융아연에 의한 균열을 방지하기 어려운 문제가 있다.
Mn: 1.5~3.5 중량%
망간(Mn)은 오스테나이트를 안정하게 하는 경화능 향상 원소로 잘 알려져 있다. 또한, 강의 강도 향상에 유효한 원소로서, 본 발명에서 목표로 하는 인장강도를 확보하기 위해서는 1.5 중량% 이상으로 Mn을 첨가하는 것이 바람직하며, 보다 좋게는 2.5~3.5 중량%로 첨가함이 더욱 바람직하다. 이러한 Mn의 함량이 높을수록 강도 확보에는 용이하나, Mn이 3.5 중량% 초과로 첨가될 시 소둔 고정에서 표층 내 소둔산화물이 형성되어 용융아연 도금 시 미도금 영역이 발생할 수 있으며, 도금이 되었더라도 점용접 시 마르텐사이트, 마르텐사이트 상 계면으로 침투하는 액상의 용융아연에 의한 균열을 방지하기 어려운 문제가 있다.
Si: 0.01~0.5 중량%
규소(Si)는 강의 강도를 향상시킴과 동시에 페라이트를 안정화시키는데 유효한 원소로서, 본 발명에서 목표로 하는 인장강도를 확보하기 위해서는 0.01 중량% 이상으로 Si을 첨가하는 것이 바람직하다. 다만 Si가 과량 첨가되면 소지철 표면에 산화층을 형성하여 표층의 탈탄이 억제됨에 따라 Si는 0.5 중량% 이하로 첨가됨이 바람직하다. 보다 좋게는 0.1~0.5 중량%의 Si를 첨가하는 것이 1200 ㎫ 이상의 인장강도 및 10 ㎛ 이하의 액화취성균열 길이를 확보함에 있어 더욱 바람직하다.
Cr: 0.1~1 중량%
크롬(Cr)은 강의 강도 향상에 기여하는 효과가 큰 원소로서, 본 발명에서 목표하는 980 ㎫ 이상의 인장강도 및 20 ㎛ 이하의 액화취성균열 길이를 확보하기 위해서는 0.1 중량% 이상으로 첨가함이 바람직하나, 그 함량이 1 중량%를 초과하게 되면 합금 투입량이 과다해져 원가상승을 유발하는 문제가 있다. 보다 좋게는 0.5~1 중량%의 Cr을 첨가하는 것이 1200 ㎫ 이상의 인장강도 및 10 ㎛ 이하의 액화취성균열 길이를 확보함에 있어 더욱 바람직하다.
Mo: 0.1~0.5 중량%
몰리브덴(Mo)은 상기 Cr과 마찬가지로 강의 강도 향상에 기여하는 효과가 큰 원소로서, 용융아연 젖음성을 저해하지 않으면서 강도 확보에 유리한 원소이다. 다만, 이러한 Mo의 함량이 과다하면 경제적으로 바람직하지 못하므로, 그 함량을 0.1~0.5 중량%로 제한함이 바람직하다. 보다 좋게는 0.3~0.5 중량%의 Mo을 첨가하는 것이 1200 ㎫ 이상의 인장강도 및 10 ㎛ 이하의 액화취성균열 길이를 확보함에 있어 더욱 바람직하다.
잔부의 Fe
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
또한, 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 소지철은 표면에서부터 소지철 두께 방향으로 5~100 ㎛의 두께를 가지고, 면적분율 90% 이상의 페라이트로 이루어진 페라이트층이 그 표층에 형성된 것일 수 있다. 보다 바람직하게 상기 페라이트층은 면적분율 95% 이상, 더욱 바람직하게는 면적분율 99% 이상의 페라이트로 이루어진 것일 수 있으며, 가장 바람직하게는 페라이트만으로 이루어진 것일 수 있다.
이와 같은 페라이트층은 점용접 시 액화취성균열을 감소시키는 장점이 있으며, 용융도금 시 미도금 문제를 개선할 수 있어 좋다. 반면, 페라이트층의 두께가 5 ㎛ 미만일 시 점용접 후 액화취성균열의 길이가 20 ㎛를 초과할 수 있으며, 페라이트층의 두께가 100 ㎛ 초과일 시 피로강도가 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
이처럼, 소지철 표층에 5~100 ㎛의 두께를 가진 페라이트층을 형성시키기 위해서는 재결정 소둔 시 소둔로 내의 산소 농도를 높여 소지철 표층을 탈탄시켜야 한다. 탈탄이란 소지철 표층에서 강 중 탄소가 빠져나가는 현상으로, 표층의 탄소 함량이 낮아져 오스테나이트에서 페라이트로의 변태를 촉진시키는 역할을 한다. 고강도강의 경우 Mn이나 Si을 첨가하여 변태조직을 형성하고 강도를 향상시키는데, 이들 원소는 소둔 중에 표면에 산화층을 형성시키기 때문에 표층의 탈탄이 억제되는 경향이 있다.
때문에, 탈탄 촉진을 위해서 강 성분 조성 및 함량 제어뿐만 아니라 소둔 조건을 적절히 제어해야 한다. 구체적으로 상기 소지철은 강 슬라브를 이슬점온도 -20 내지 25℃로 제어된 소둔로에서 재결정 소둔시켜 제조된 것일 수 있다. 상기 조성 및 함량을 만족하는 강 슬라브를 이슬점온도 -20 내지 25℃로 제어된 소둔로에서 재결정 소둔할 경우, 표면에서부터 소지철 두께 방향으로 5~100 ㎛의 두께를 가지고, 면적분율 90% 이상의 페라이트로 이루어진 페라이트층을 형성할 수 있다. 반면, 상기 조성 및 함량을 만족하는 소지철을 사용하더라도 재결정 소둔 시 이슬점온도를 -20 내지 25℃로 제어하지 않으면 LME 균열 길이가 길어지거나 용융아연 도금 시 일부 영역이 미도금되는 문제가 발생할 수 있어 좋지 않다. 또한, 이슬점온도가 25℃를 초과하면 소지철 표층의 페라이트층 두께가 100 ㎛를 초과하는 문제가 발생할 수 있다.
다음으로, 소지철의 조직에 대하여 설명한다.
본 용융아연도금강판의 소지철은 잔류 오스테나이트 및 마르텐사이트를 포함하며, 잔류 오스테나이트의 면적분율은 5~15%, 마르텐사이트의 면적분율은 5~30%일 수 있다. 이와 같은 범위에서 우수한 강도를 가지면서도 점용접 시 액화휘성균열이 감소되는 효과를 달성할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 예에 따른 아연도금층은 당업계에서 통상적으로 사용되는 방법을 통해 형성될 수 있으며, 용융아연 도금욕에 소지철을 침지시켜 소지철의 표면에 아연도금층을 도금할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태는 전술한 용융아연도금강판의 제조 방법에 관한 것으로, 강 슬라브를 준비한 후 [재가열 - 열간압연 - 냉간압연 - 재가열 소둔 - 아연도금]의 공정을 거쳐 용융아연도금강판을 제조할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 용융아연도금강판의 제조 방법은,
중량%로, C: 0.15~0.3%, Al: 0.5~2%, Mn: 1.5~3.5%, Si: 0.01~0.5%, Cr: 0.1~1%, Mo: 0.1~0.5% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강 슬라브를 열간압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 상기 열연강판을 냉각압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 상기 냉연강판을 이슬점온도 -20 내지 25℃로 제어된 소둔로에서 재결정 소둔하여 소지철을 제조하는 단계; 및 상기 소지철을 용융아연욕에 침지하여 아연도금층이 도금된 용융아연도금강판을 제조하는 단계;를 포함한다.
재가열 공정
먼저, 상술한 성분 조성을 만족하는 강 슬라브를 일정 온도범위로 재가열 하는 것이 바람직하다.
이때, 재가열 온도 범위는 1100~1300℃인 것이 바람직한데, 만일 그 온도가 1100℃ 미만이면 열간압연 하중이 급격히 증가하는 문제가 있으며, 반면 1300℃를 초과하게 되면 재가열 비용이 상승할 뿐만 아니라, 표면 스케일 양이 과다해지는 문제가 있으므로 바람직하지 못하다.
열간압연 공정
상기에 따라 재가열된 강 슬라브를 열간압연, 구체적으로 마무리 열간압연하여 열연강판으로 제조하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 마무리 열간압연 시 마무리 압연온도는 Ar3 이상인 것이 바람직하다. 만일, 마무리 압연온도가 Ar3 미만이면 열간 압연하중의 변동으로 인한 오작이 우려되므로 바람직하지 못하다.
이후 열연강판은 권취될 수 있다. 이때, 상기 권취는 700℃ 이하에서 행함이 바람직하며, 보다 유리하게는 400~700℃에서 실시함이 바람직하다. 만일, 권취 온도가 700℃를 초과하게 되면 강판 표면에 산화막이 과다하게 형성되어 결함을 유발할 우려가 있으며, 반면 400℃ 미만이면 열연강판의 강도가 너무 높아져 후속하는 냉간압연 시 압연롤에 부하가 커지므로 바람직하지 못하다.
냉간압연 공정
이후, 상기 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판으로 제조함이 바람직하다.
상기 냉간압연 시 냉간압하율에 대해 특별히 한정하지 아니하나, 압연공정 부하 등을 고려하여 60% 이하로 실시함이 바람직하다.
재가열 소둔 공정
이후, 상기에 따라 제조된 냉연강판을 소둔로에 장입하여 소둔 열처리를 실시하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 우수한 강도를 가진 소지철을 제조하고, 용융아연 도금 시 도금성을 향상시키기 위한 측면에서 이슬점온도(dew point)를 적절히 제어하여 주는 것이 필요하다.
구체적으로, 전술한 바와 같이, 상기 냉연강판을 이슬점온도 -20 내지 25℃로 제어된 소둔로에서 재결정 소둔하여 소지철을 제조할 수 있다.
상기 합금 조성 및 함량을 만족하더라도 이슬점온도가 -20 내지 25℃ 범위를 벗어날 시 소지철 표층에 페라이트가 형성되지 않을 수 있으며, 또는 인장강도가 980 ㎫ 미만으로 저하되어나 LME 균열 길이가 20 ㎛를 초과할 수 있으며, 또는 용융아연 도금 시 미도금 영역이 발생하거나 도금밀착성이 저하되어 아연도금층이 쉽게 박리되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 이슬점온도가 25℃를 초과하면 소지철 표층의 페라이트층 두께가 100 ㎛를 초과하는 문제가 발생할 수 있다.
이때, 소둔로의 온도는 750~950℃, 소둔로 가스 분위기는 3~70 부피%의 수소(H2) 및 잔부의 질소(N2)로 제어될 수 있으며, 소둔 시간은 10초 내지 100초로 수행하는 것이 바람직하다.
다음으로, 통상적인 방법으로 냉각하여 소지철을 준비할 수 있다.
용융아연도금 공정
이후, 상기 소지철을 용융아연도금욕에 침지하여 용융아연도금강판을 제조할 수 있다.
이때, 상기 소지철을 450~500℃로 재가열 또는 재냉각한 후, Al 0.13~0.3 중량%, 잔부의 Zn 및 불가피한 불순물로 아루어진 용융아연 도금욕에 침지할 수 있으며, 상기 용융아연도금욕은 440~500℃로 유지될 수 있다. 도금 시 도금욕에 침지된 소지철을 꺼내어 도금부착량을 조절한 후 냉각하여 용융아연도금강판을 제조할 수 있다.
상기 도금욕의 온도가 440℃ 미만이면 아연의 점도가 증가하여 도금욕 내 롤의 구동성이 저하되는 문제가 있으며, 반면 500℃를 초과하게 되면 증발되는 아연이 증가하므로 바람직하지 못하다.
또한, 상기 도금욕 내 Al 함량이 0.13 중량% 미만이면 소지철과 도금층 계면에 형성되는 Fe-Al 합금상 형성이 억제되어 도금박리가 발생할 우려가 있으며, 반면 0.3 중량%를 초과하게 되면 도금층 내 Al 함량이 증가하여 용접성을 저해하는 문제가 있으므로 바람직하지 못하다.
이하, 실시예를 통해 본 발명에 따른 용접액화취성균열 저항성이 우수한 용융아연도금강판, 및 이의 제조 방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 % 단위는 중량%이다.
[실시예 1 내지 8, 및 비교예 1 내지 12]
하기 표 1의 성분 조성을 갖는 강을 용해한 후 각각의 강 슬라브를 제조하였다. 상기 각각의 강 슬라브를 1200℃에서 1시간 동안 재가열한 후 900℃에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 제조하였다.
이후, 각각의 열연강판을 650℃까지 냉각한 후 650℃로 유지된 보온로에서 1시간 동안 유지시킨 후 로냉을 실시하였다. 상기 냉각이 완료된 열연강판의 열연크랙 발생 여부를 육안으로 관찰한 다음, 냉각된 강판을 50%의 압하율로 냉간압연을 행하여 냉연강판을 제조하였다.
상기 각각의 냉연강판은 하기 표 1의 이슬점 온도 조건으로 재결정 소둔을 수행하였으며, 이때 소둔 온도 870℃, 소둔 시간 50초로 열처리 하였고, 소둔로 내의 가스 분위기는 95 부피% N2, 5 부피% H2로 조절하였다.
또한, 재결정 소둔된 시편을 460℃의 용융아연 도금욕에 침지시켜 도금을 하였고, 도금량은 편면 60 g/㎡으로 일정하게 유지하였다. 도금 후 질소를 이용하여 냉각하였다.
함량 (중량%) 이슬점온도
(℃)
C Mn Al Si Cr Mo
실시예 1 0.18 2.7 1.5 0.3 0.5 0.3 -20
실시예 2 0.18 2.7 1.5 0.3 0.5 0.3 25
실시예 3 0.18 2.7 1.5 0.3 0.5 0.3 5
실시예 4 0.15 2.7 1.5 0.5 0.5 0.3 5
실시예 5 0.15 1.5 0.5 0.01 0.1 0.1 -20
실시예 6 0.15 1.5 0.5 0.01 0.1 0.1 25
실시예 7 0.3 3.5 2.0 0.5 1 0.5 -20
실시예 8 0.3 3.5 2.0 0.5 1 0.5 25
비교예 1 0.3 3.5 2.0 0.5 1 0.5 30
비교예 2 0.18 2.7 2.2 0.3 0.5 0.3 20
비교예 3 0.18 2.7 2.2 0.3 0.5 0.3 30
비교예 4 0.18 3.6 1.0 0.3 0.5 0.3 10
비교예 5 0.18 3.6 0.4 0.3 0.5 0.3 -40
비교예 6 0.18 2.7 1.5 0.7 0.5 0.3 -40
비교예 7 0.18 2.7 1.5 0.3 0.5 0.3 30
비교예 8 0.18 2.7 1.5 0.3 0.5 0.3 -40
비교예 9 0.14 2.7 1.5 0.3 0.5 0.3 -40
비교예 10 0.32 2.7 1.5 0.5 0.1 0.1 5
비교예 11 0.18 2.7 1.5 0.3 0.5 0.05 5
비교예 12 0.18 2.7 0.4 0.3 0.5 0.3 5
[특성 평가]
페라이트 두께는 용융아연 도금 전 재결정 소둔된 시편을 이용하여 측정하였고, 하기 평가 기준으로 도금된 용융아연 도금 강 시편의 인장강도, 점용접 시험(LME 균열) 및 도금성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 표기하였다.
1) 페라이트 두께(㎛): 전자현미경을 이용하여 재결정 소둔된 시편의 페라이트 두께를 측정하였다.
2) 인장강도(㎫): JIS5호로 인장시험을 실시하였다.
3) 점용접 시험: ISO 18278-2 기준에 의거 점용접을 수행하였고, 점용접 후 용접부 어깨부분에서 발생되는 LME 균열의 길이(㎛)를 주사전자현미경(SEM)으로 측정하였다.
4) 도금성: 도금 후 육안으로 미도금 여부를 관찰한 후 도금밀착성을 평가하였으며, 미도금이 발생하지 않았으며 도금밀착성이 양호한 경우 O, 미도금이 발생하였거나 도금박리가 발생한 경우 X로 평가하였다.
페라이트 두께 (㎛) 인장강도 (㎫) LME 균열 길이 (㎛) 도금성
실시예 1 30 1230 15 O
실시예 2 100 1230 5 O
실시예 3 60 1230 7 O
실시예 4 50 1130 10 O
실시예 5 5 1050 12 O
실시예 6 100 1050 3 O
실시예 7 5 1390 18 O
실시예 8 100 1390 9 O
비교예 1 120 1390 14 X
비교예 2 90 1255 12 X
비교예 3 90 1255 12 X
비교예 4 70 1270 11 X
비교예 5 70 940 73 O
비교예 6 100 1270 91 X
비교예 7 110 1230 5 X
비교예 8 0 1230 56 X
비교예 9 0 890 35 X
비교예 10 50 1310 25 O
비교예 11 3 1230 22 O
비교예 12 110 910 O X
상기 표 1 및 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 제시한 소지철 합금 조성 및 함량을 만족하면서 재결정 소둔 시 이슬점온도를 -20 내지 25℃로 제어한 실시예 1 내지 8의 경우 소지철 표층이 두께 1~100 ㎛의 페라이트로 구성되었으며, 인장강도 980 ㎫ 이상, LME 균열의 길이 20 ㎛ 이하의 특성을 보였으며, 용융아연 도금 시 미도금이 발생하지 않았고 도금밀착성 또한 우수하였다.
반면, 비교예 1의 경우, 실시예 7 및 8과 동일한 합금 조성의 슬라브 강을 사용하였으나 재결정 소둔 시 이슬점온도를 30℃로 다소 높게 제어함에 따라, 용융아연 도금 시 일부 영역이 미도금되는 문제가 발생하였다.
비교예 2의 경우, Al이 2.2 중량%로 다소 많이 첨가됨에 따라 용융아연 도금 시 일부 영역이 미도금되는 문제가 발생하였다.
비교예 3의 경우에도, Al이 2.2 중량%로 다소 많이 첨가되고, 재결정 소둔 시 이슬점온도를 30℃로 다소 높게 제어함에 따라, 용융아연 도금 시 일부 영역이 미도금되는 문제가 발생하였다.
비교예 4의 경우, Mn이 3.6 중량%로 다소 많이 첨가됨에 따라 용융아연 도금 시 일부 영역이 미도금되는 문제가 발생하였다.
비교예 5의 경우, Mn이 3.6 중량%로 다소 많이 첨가되고, Al이 0.4 중량%로 다소 소량 첨가되었으며, 재결정 소둔 시 이슬점온도 역시 -40℃로 낮게 제어됨에 따라 인장강도가 저하되고, LME 균열의 길이가 길어지는 문제가 발생하였다.
비교예 6의 경우, Si가 0.7 중량%로 다소 과량 첨가되고, 재결정 소둔 시 이슬점온도 역시 -40℃로 낮게 제어됨에 따라 LME 균열의 길이가 길어지는 문제가 발생하였으며, 용융아연 도금 시 일부 영역이 미도금되는 문제가 발생하였다.
비교예 7의 경우, 실시예 1 내지 3과 동일한 합금 조성의 슬라브 강을 사용하였으나, 재결정 소둔 시 이슬점온도가 30℃로 다소 높게 제어됨에 따라 용융아연 도금 시 일부 영역이 미도금되는 문제가 발생하였다.
비교예 8의 경우 역시, 실시예 1 내지 3과 동일한 합금 조성의 슬라브 강을 사용하였으나, 재결정 소둔 시 이슬점온도가 -40℃로 낮게 제어됨에 따라 소지철 표층에 페라이트가 형성되지 않았으며, 용융아연 도금 시 일부 영역이 미도금되는 문제가 발생하였다.
비교예 9의 경우, C가 0.14 중량%로 다소 소량 첨가되고, 재결정 소둔 시 이슬점온도가 -40℃로 낮게 제어됨에 따라 소지철 표층에 페라이트가 형성되지 않았으며, 인장강도가 저하되고, LME 균열의 길이가 길어졌으며, 용융아연 도금 시 일부 영역이 미도금되는 문제가 발생하여, 측정된 모든 특성이 좋지 않았다.
비교예 10의 경우, C가 0.32 중량%로 다소 많이 첨가됨에 따라 LME 균열의 길이가 20 ㎛ 이상으로 길어지는 문제가 발생하였으며, 비교예 11의 경우에도, Mo가 0.05 중량%로 다소 소량 첨가됨에 따라 LME 균열의 길이가 20 ㎛ 이상으로 길어지는 문제가 발생하였다.
비교예 12의 경우, Al이 0.4 중량%로 다소 소량 첨가됨에 따라, 페라이트층의 두께가 100 ㎛를 초과하여 피로강도가 감소하는 문제가 발생하였으며, 용융아연 도금 시 일부 영역이 미도금되는 문제가 발생하였다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 소지철 및 상기 소지철 표면에 도금된 아연도금층을 포함하는 용융아연도금강판으로,
    상기 소지철은 중량%로, C: 0.15~0.3%, Al: 0.5~2%, Mn: 1.5~3.5%, Si: 0.01~0.5%, Cr: 0.1~1%, Mo: 0.1~0.5% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함하며, 표면에서부터 소지철 두께 방향으로 5~100 ㎛의 두께를 가지고, 면적분율 90~100% 이상의 페라이트로 이루어진 페라이트층을 포함하며,
    상기 용융아연도금강판은 인장강도가 980 ㎫ 이상이고, 점용접 시 액화취성균열의 길이가 20 ㎛ 이하인, 용융아연도금강판.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 소지철은 강 슬라브를 이슬점온도 -20 내지 25℃로 제어된 소둔로에서 재결정 소둔시켜 제조된 것인, 용융아연도금강판.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 소지철은 면적분율 1~15%의 잔류 오스테나이트 및 5~20%의 마르텐사이트를 포함하는 것인, 용융아연도금강판.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 중량%로, C: 0.15~0.3%, Al: 0.5~2%, Mn: 1.5~3.5%, Si: 0.01~0.5%, Cr: 0.1~1%, Mo: 0.1~0.5% 및 잔부의 Fe와 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 강 슬라브를 열간압연하여 열연강판을 제조하는 단계;
    상기 열연강판을 냉각압연하여 냉연강판을 제조하는 단계;
    상기 냉연강판을 이슬점온도 -20 내지 25℃로 제어된 소둔로에서 재결정 소둔하여 소지철을 제조하는 단계; 및
    상기 소지철을 용융아연욕에 침지하여 아연도금층이 도금된 용융아연도금강판을 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 소지철은 표면에서부터 소지철 두께 방향으로 5~100 ㎛의 두께를 가지고, 면적분율 90~100%의 페라이트로 이루어진 페라이트층을 포함하며,
    상기 용융아연도금강판은 인장강도가 980 ㎫ 이상이고, 점용접 시 액화취성균열의 길이가 20 ㎛ 이하인, 용융아연도금강판의 제조 방법.
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