KR102499192B1 - Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판의 제조방법 및 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건재, 산업 플랜트 용도에 사용되는 용융 Zn계 도금강판으로 고내식성을 가지는 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방법은, 아연(Zn), 알루미늄(Al) 및 마그네슘(Mg)을 용해한 용융 도금욕에, 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)의 화합물로 이루어진 분말을 첨가한 후, 강판의 용융 도금을 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판의 제조방법 및 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판 {Manufacturing method of Zn-Al-Mg-Si based alloy plated steel sheet and Zn-Al-Mg-Si based alloy plated steel sheet}

본 발명은 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판의 제조방법과 이 방법으로 제조된 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건재, 산업 플랜트 등에 사용되는 용융아연 도금강판으로 내식성과 기계적 특성이 향상된 합금도금강판의 제조방법과 이 방법에 의해 제조된 합금도금강판에 관한 것이다.

용융아연 도금강판은 전기아연 도금강판에 비해 제조 공정이 단순하고, 제품가격이 저렴하여 건축 자재, 가전제품 및 자동차용 등으로 그 수요가 확대되고 있다.

이중, 용융 Zn-Al계 도금 강판은 아연(Zn)의 희생 방식성과 함께 알루미늄(Al)에 의한 내식성 향상 효과를 얻을 수 있어, 외부에 노출되는 건물의 건재, 가드 레일, 배관, 방음벽 등에 널리 사용되고 있다.

또한, 상기 용융 Zn-Al계 도금층에 추가로 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)을 첨가하여 내식성 개선에 효과적인 Mg₂Si 상을 생성함으로써, 내식성을 더 향상시키는 기술이 알려져 있다.

이와 같이 내식성을 강화한 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판은, 용융로에 Zn, Al, Mg, Si를 첨가하여 용해시켜 도금욕을 만든 후, 도금욕에 강판을 침지시켜 부착시킨 후 급속냉각시키는 방법을 통해 제조되고 있다.

그런데 상기한 종래의 용융도금법에 의하면, 아연도금강판 제조과정에 0.2%의 알루미늄(Al)을 첨가하는데 이는 소지철과 도금층의 계면에 Fe₂Al₅ 층을 형성하기 위함이다. 이러한 Fe₂Al₅ 층을 형성하지 않을 경우, 도금과정에서 철(Fe)이 도금층으로 확산되어 순수한 아연도금이 형성되지 않는다. 실리콘(Si)이 첨가된 도금욕의 경우, 도금 과정에 소지철과 도금층의 계면에 Fe₂(Al,Si)₅ 층이 형성되기 쉬운데, Fe₂(Al,Si)₅ 층이 생성될 경우, Fe₂Al₅ 층과 동일한 특성을 나타내지만 도금 내부 및 최외곽에 내식성 향상을 위한 실리콘(Si) 화합물 형성이 어려워 내식성 향상에 기여할 수 없게 된다. 즉, 생성과정에서 알루미늄(Al) 함량, 실리콘(Si) 함량의 조절로 Fe₂(Al,Si)₅ 층 및 Mg₂Si 상의 석출 제어가 어려워, 제조된 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판내의 내식성 향상 및 품질관리를 어렵게 하는 문제점이 있다.

또한, 종래의 용융도금법에 의하면, 생성된 Mg₂Si 상이 합금도금층의 표면층에 충분히 생성되지 않고, 균질하게 분포하지 않아 내식성 향상 효과가 저하되는 문제점도 있다.

대한민국공개특허공보 제2017-012242호

본 발명의 과제는 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, Mg₂Si 상이 합금도금층의 표면층에 충분히 배치되면서 합금도금층 전체에 고르게 분산되어 내식성이 향상되고, 알루미늄(Al) 함량, 실리콘(Si) 함량의 제어가 용이한 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 과제는 합금도금층의 내식성과 기계적 특성이 향상될 수 있는 미세조직을 가지는 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판을 제공하는데 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면은, 아연(Zn), 알루미늄(Al) 및 마그네슘(Mg)을 포함하는 용융 도금욕에, 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)의 화합물로 이루어진 분말을 첨가한 후, 강판을 상기 용융 도금욕에 침지시켜 용융 도금을 수행하는 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면은, 강판의 표면에 아연(Zn), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 및 실리콘(Si)을 포함하는 합금도금층이 형성된 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판으로, 상기 합금도금층은 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)의 화합물로 이루어진 입자가 균질하게 분산된 상태인, Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 방법에 의하면, 아연(Zn), 알루미늄(Al) 및 마그네슘(Mg)을 용해한 용융 도금욕에, 융점이 약 1100℃ 정도로 높아 도금욕에 용해되지 않는 마그네슘과 실리콘의 화합물로 이루어진 분말을 투입하여 용해되지 않은 입자 상태로 용융 도금욕에 분산시켜 도금층에 포함되도록 함으로써, 종래의 합금도금층의 제조방법에서 발생하는 알루미늄(Al)과 실리콘(Si)의 함량 제어가 어려운 문제점을 해결할 수 있다.

또한, 본 발명에 의해 제조된 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판은, 종래의 방법에 의해 제조된 합금도금층의 표면층에 비해 많은 Mg₂Si 상이 분포하며, 이와 같이 표면층에 분포하는 Mg₂Si 입자는 부식환경에서 마그네슘(Mg), 실리콘(Si) 이온으로 용출되어 Mg(OH)₂ 및 SiO₂와 같은 치밀한 부식생성물의 형성하여 강판의 내식성을 향상시킬 뿐 아니라, Mg₂Si 상에 의한 입자강화 효과를 통해 기계적 특성이 향상된다.

또한, 본 발명에 의해 제조된 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판은, 합금도금층의 표면은 물론 내부까지 Mg₂Si 상이 균질하게 분산되어 포함되므로, 합금도금층이 완전히 제거될 때까지 우수한 내식성을 유지할 수 있게 된다.

도 1은 Mg₂Si 분말을 첨가하지 않은 Zn-Al-Mg계 합금도금층의 주사전자현미경 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법을 통해 형성된 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금층의 주사전자현미경 사진이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

그리고, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판의 제조방법은, 아연(Zn), 알루미늄(Al) 및 마그네슘(Mg)을 포함하는 용융 도금욕에, 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)의 화합물로 이루어진 분말을 첨가한 후, 강판을 상기 용융 도금욕에 침지시켜 용융 도금을 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 아연(Zn), 알루미늄(Al) 및 마그네슘(Mg)을 용해한 용융 도금욕의 온도는 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)의 화합물로 이루어진 분말의 융점에 비해 훨씬 낮기 때문에, 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)의 화합물로 이루어진 분말이 용해되지 않은 상태에서 분산되어 포함된 후, 강판의 침지 공정에서 강판의 표면에 부착된 후 급냉되어 도금층에 포함된다.

이에 따라, 종래의 방법에서 소지철과 도금층 계면에 Fe₂(Al, Si)₅ 상이 생성하는 것을 원천적으로 방지할 수 있게 되어, 합금도금층 내에서 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)의 함량을 제어하기 어려운 문제를 해결할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)의 화합물은 바람직하게 Mg₂Si(융점 약 1100℃)일 수 있다.

전술한 바와 같이, 종래의 방법에 의하면 합금도금층의 표면층에는 Mg₂Si 상이 잘 생성되지 않지만, 본 발명의 따른 방법에 의하면 합금도금층 표면층에도 다량의 Mg₂Si 상을 분포시키는 것이 가능하게 된다. 이와 같이 표면층에 포함되는 다량의 Mg₂Si 상은 부식환경에서 마그네슘(Mg) 및 실리콘(Si) 이온으로 용출되어 Mg(OH)₂ 및 SiO₂ 와 같은 치밀한 부식 생성물을 형성하여 부식 저항성을 높이는 역할을 하므로 강판의 내식성이 현저하게 향상될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)의 화합물로 이루어진 분말의 크기는 5㎛ 미만일 수 있다.

상기 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)의 화합물로 이루어진 분말의 크기가 1㎛를 초과할 경우 합금도금층의 표면에 과도하게 화합물이 분포하여 표면결함을 유발할 수 있기 때문에 1㎛ 미만이 바람직하고, 보다 바람직한 분말의 크기는 0.8㎛ 이하이다.

또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)의 화합물로 이루어진 분말은 대략 구형으로 이루어질 수 있다.

이는 분말의 형상이 구형으로 이루어지는 것이 분말의 제어에 더 유리하기 때문이지만, 분말의 형상이 반드시 구형에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)의 화합물로 이루어진 분말은 상기 용융 도금욕에 용해되지 않고 분말 상태로 도금층에 혼입될 수 있다. 분말이 도금욕에 용해될 경우, 종래의 도금법과 같은 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)의 화합물로 이루어진 분말은 상기 도금층의 공정(eutectic) 영역에 존재할 수 있다.

용해되지 않는 입자 상태로 존재하는 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)의 화합물로 이루어진 분말은 대부분이 가장 늦게 응고되는 공정(eutectic) 영역에 위치하게 되기 때문이며, 이러한 이유로 도금층 전체에 걸쳐서 고른 분산이 가능해질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 아연(Zn), 알루미늄(Al) 및 마그네슘(Mg)을 용해한 용융 도금욕은, 중량%로 알루미늄(Al) 1 ~ 55%, 마그네슘(Mg) 0 ~ 6% 이하, 나머지 아연(Zn)과 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

용융 도금욕에 포함되는 알루미늄(Al)의 함량은 1 ~ 55 중량%로 하는 것이 바람직한데, 알루미늄(Al)의 함량이 1 중량% 미만일 경우 내식성 향상 효과가 미비하고, 55 중량% 초과일 경우 도금욕 600℃ 이상으로 높아져야 되고, 따라서 공정 설비에 열손상 및 도금욕이 불안정해지기 때문에 생산이 어렵다. 상기 마그네슘(Mg)의 함량은 1 ~ 6 중량%로 하는 것이 바람직한데, 마그네슘(Mg)의 함량이 1 중량% 미만일 경우 내식성 향상 효과가 미비하고, 6 중량% 초과일 경우 도금욕 내 과도한 드로스 발생으로 조업 조건이 불안정하기 때문이다.

본 발명에 있어서 불가피한 불순물이란 원료 또는 제조과정에 의도하지 않게 혼입된 물질을 의미하며, 불가피한 불순물은 1 중량% 이하, 바람직하게는 0.1 중량% 이하로 포함될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)의 화합물로 이루어진 분말은 상기 용융 도금층 전체 중량에 대해 1% 이하가 되도록 첨가될 수 있다.

이는 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)의 화합물로 이루어진 분말이 상기 용융 도금욕 전체 중량에 대해 1% 초과하여 첨가될 경우, 합금도금층의 표면에 과도하게 화합물이 분포하여 표면결함을 유발할 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명에 따른 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판은 강판의 표면에 아연(Zn), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 및 실리콘(Si)을 포함하는 합금도금층이 형성된 것으로, 상기 합금도금층은 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)의 화합물로 이루어진 입자를 다수개 포함하고, 상기 입자들은 합금도금층에 균질하게 분산된 상태를 이루는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판에 있어서, 상기 합금도금층은 알루미늄(Al) 1 ~ 55 중량%, 마그네슘(Mg) 1 ~ 6 중량%, 나머지 아연(Zn)과 불가피한 불순물을 포함하는 기지에 Mg₂Si 입자가 분산된 것일 수 있다.

상기 기지의 알루미늄(Al)의 함량은 1 ~ 55 중량%로 하는 것이 바람직한데, 알루미늄(Al)의 함량이 1 중량% 미만일 경우 내식성 향상 효과가 미비하고, 55 중량% 초과일 경우 도금욕 600℃ 이상으로 높아져야 되고, 따라서 공정 설비에 열손상 및 도금욕이 불안정해지기 때문에 생산이 어렵다. 상기 마그네슘(Mg)의 함량은 1 ~ 6 중량%로 하는 것이 바람직한데, 마그네슘(Mg)의 함량이 1 중량% 미만일 경우 내식성 향상 효과가 미비하고, 6 중량% 초과일 경우 도금욕 내 과도한 드로스 발생으로 조업 조건이 불안정하기 때문이다.

또한, 본 발명에 따른 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판에 있어서, 상기 Mg₂Si 입자는 단면의 미세조직에서 1 ~ 5%의 면적분율로 포함될 수 있다. 상기 Mg₂Si 입자의 면적분율이 0.5% 미만일 경우 내식성과 기계적 특성 강화효과가 충분하지 않을 수 있고, 5%를 초과할 경우 표면결함을 유발할 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명에 따른 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판에 있어서, 상기 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)의 화합물로 이루어진 입자의 크기는 5㎛ 미만일 수 있고, 더 바람직하게는 2.5㎛ 이하일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판에 있어서, 상기 마그네슘(Mg)과 실리콘(Si)의 화합물로 이루어진 입자는 Zn-Al-Mg 3원 공정(eutectic) 영역에 석출되어 있을 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판에 있어서, 상기 합금도금층의 미세조직에 Fe₂(Al, Si)₅ 상이 실질적으로 존재하지 않을 수 있다. 이는 첨가된 Mg₂Si가 도금욕 내에서 용해되지 않고 분말 상태로 존재하게 되며. 침지 도금 후 도금 응고과정에서 석출되기 때문이다.

[실시예]

코일 형태의 스트립으로 공급되는 강판은 소둔로(annealing furnace, 미도시)를 통해 열처리된 후 스나우트 슈트(Snout chute, 미도시)에 의해 Zn-Al-Mg가 용해된 도금욕으로 투입되어 롤러를 통과하여 상부로 배출되는 과정을 통해 도금층이 형성된다.

본 발명의 실시예에서는 Zn-Al-Mg가 용해된 도금욕에 입도가 1㎛ 이하인 미세한 Mg₂Si 분말을 투입되는데, Mg₂Si는 용융점이 1100℃로 용융 도금욕의 온도에 비해 수백도가 높기 때문에 투입되어도 도금욕에 거의 용해되지 않는 상태를 유지한다. 이에 따라서, 투입된 미세한 Mg₂Si 분말은 그 상태로 상기 도금층에 분산된 상태로 강판의 표면에 부착되어 도금층을 형성한다.

도 1은 Mg₂Si 분말을 첨가하지 않은 Zn-Al-Mg계 합금도금층의 주사전자현미경 사진이고, 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법을 통해 형성된 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금층의 주사전자현미경 사진이다.

도 1과 도 2에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방법에 의해 형성된 합금도금층에는 Mg₂Si 입자가 석출된 상태로 관찰된다. 이러한 미세조직을 가지는 합금도금층은 종래의 합금도금층에 비해 표면층에 많은 Mg₂Si 입자가 분포할 뿐 아니라, Mg₂Si 입자에 의한 입자 강화효과를 통해 종래의 방법으로 형성된 합금도금층에 비해 향상된 내식성과 기계적 특성을 가질 것으로 예상된다.

Claims (14)

1. 알루미늄(Al) 1 ~ 55 중량%, 마그네슘(Mg) 1 ~ 6 중량%, 나머지 아연(Zn)과 불가피한 불순물을 포함하는 용융 도금욕에 Mg₂Si 분말을 첨가한 후,
   강판을 상기 용융 도금욕에 침지시켜 용융 도금을 수행하는 Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판의 제조방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 Mg₂Si 분말의 크기는 0 초과 ~ 1㎛ 미만인, Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 Mg₂Si 분말은 구형으로 이루어진, Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 Mg₂Si 분말은 상기 용융 도금욕에 용해되지 않고, 분말 상태로 도금층에 혼입되는, Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판의 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 Mg₂Si 분말은 상기 용융 도금으로 형성된 도금층의 공정(eutectic) 영역에 혼입되는, Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판의 제조방법.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 Mg₂Si 분말은 상기 용융 도금욕 전체 중량에 대해 0% 초과 ~ 10% 이하가 되도록 첨가하는, Zn-Al-Mg-Si계 합금도금강판의 제조방법.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제

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