KR102547364B1 - 고강도강 용융아연도금강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 중량%로, 탄소(C): 0.05~0.25%, 망간(Mn): 0.5-3.5%, 실리콘(Si): 0.05~2.5%, 보론(B): 0.0001~0.005%, 알루미늄(Al): 0.01~1%, 크롬(Cr): 0.05~1.5%, 몰리브덴(Mo): 0.05~1%, 구리(Cu): 0.01~0.5%, 니오븀(Nb): 0.05~1.5%, 티타늄(Ti): 0.05~1.5% 인(P): 0.01이하, 황(S): 0.01%이하, 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지는 소지강판을 준비하는 단계; 700℃ 이하의 온도에서부터 이슬점 온도가 0 내지 10℃인 함습된 질소를 포함하는 분위기 가스를 투입하여 상기 강판의 온도를 50 내지 700℃로 가열하는 가열단계; 상기 가열된 강판을 소둔하는 소둔단계; 및 상기 소둔된 강판을 용융아연도금욕에 침지하는 도금단계;를 포함하는, 고강도강 용융아연도금강판의 제조방법 및 이 방법으로 제조된 고강도강 용융아연도금강판에 관한 내용을 개시한다.

Description

고강도강 용융아연도금강판 및 그 제조방법 {HOT-DIP GALVANIZED STEEL SHEET USING HIGH-STRENGTH STEEL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명의 일 구현예는, 도금성 및 실러도금밀착성이 우수한 고강도강을 사용한 용융아연도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
용융아연도금강판은 내식성, 용접성 및 도장성이 우수하여 자동차용 강판으로 많이 사용되고 있는데, 자동차 경량화에 의한 연비 향상 및 탑승자의 안정성 관점에서 자동차 차체 및 구조재의 고강도화가 요구되고 있다. 특히, 자동차 경량화를 위하여 자동차강판을 기가급 이상으로 고강도화하여 강판의 두께를 감소시키는 방안이 활발히 추진되고 있다. 또한, 고강도 자동차강판은 내판으로 사용되기 때문에 고강도 특성과 동시에 우수한 프레스 성형성이 요구되고 있다. 이와 같은 자동차강판의 고강도화와 우수한 프레스 성형성은 역산화성 원소인 보론(B), 실리콘(Si), 망간(Mn) 등의 합금원소를 첨가한 후 변태 강화를 통하여 확보하고 있다.
그러나, 이러한 고강도강을 도금소재로 사용하는 용융아연도금강판에서는 재질 확보 및 표면 활성화를 위해서 수소를 포함하는 질소 분위기에서 소둔하게 된다. 이러한 분위기는 도금소재인 철(Fe)에 대해서는 환원성 분위기이나, 고강도강의 보론(B), 실리콘(Si), 망간(Mn) 등과 같은 산화가 용이한 원소에 대해서는 산화성 분위기로 작용하게 된다. 따라서, 이러한 분위기에서 보론(B), 실리콘(Si), 망간(Mn) 등의 합금원소가 다량 첨가된 고강도강을 재결정 소둔하게 되면, 분위기 중에 미량 함유되어 있는 수분이나 산소에 의해서 이러한 합금원소가 선택적으로 산화되어 도금소재 표면에 주로 이들 합금원소의 표면산화물이 생성된다. 따라서 이들 합금원소가 다량 함유되어 있는 고강도강을 도금소재로 사용하는 경우, 도금 전 공정인 소둔과정에서 형성되는 표면산화물에 의해서 미도금이 발생하거나, 도금이 되더라도 가공 시 도금층이 박리되게 된다.
따라서, 상술한 한계를 극복하여 우수한 도금성 및 실러도금밀착성을 확보할 수 있는 고강도강 용융아연도금강판 및 이의 제조방법이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 보론계 내부산화물을 포함함으로써 도금성 및 실러도금밀착성이 우수한 기가급의 고강도강을 소지강판으로 사용하는 용융아연도금강판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 고강도강 용융아연도금강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.05 내지 0.25%, 망간(Mn): 0.5 내지 3.5%, 실리콘(Si): 0.05 내지 2.5%, 보론(B): 0.0001 내지 0.005%, 알루미늄(Al): 0.01 내지 1%, 크롬(Cr): 0.05 내지 1.5%, 니오븀(Nb): 0.05 내지 1.5%, 티타늄(Ti): 0.05 내지 1.5%, 인(P): 0.01% 이하(0%를 제외함), 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 소지강판 및 소지강판 표면 상에 위치하는 도금층을 포함하고, 소지강판 표면에서 소지강판 내부 방향으로 산화층이 위치하고, 상기 산화층은 보론계 산화물을 포함할 수 있다.
소지강판은, 성분 조성으로서 중량%로, 몰리브덴(Mo): 0.05 내지 1%, 구리(Cu): 0.01 내지 0.5% 및 황(S): 0.01% 이하(0%를 제외함) 중에서 선택되는 1종 이상의 원소를 더 포함할 수 있다.
보론계 산화물은 보론 또는 보론 및 실리콘을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 산화층에 형성된 실리콘계 산화물, 망간계 산화물, 실리콘-망간계 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 산화물을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 소지강판과 도금층의 계면에 보론, 실리콘 및 망간을 포함하는 산화물이 형성되지 않는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 고강도강 용융아연도금강판의 제조방법은, 중량%로, 탄소(C): 0.05 내지 0.25%, 망간(Mn): 0.5 내지 3.5%, 실리콘(Si): 0.05 내지 2.5%, 보론(B): 0.0001 내지 0.005%, 알루미늄(Al): 0.01 내지 1%, 크롬(Cr): 0.05 내지 1.5%, 니오븀(Nb): 0.05 내지 1.5%, 티타늄(Ti): 0.05 내지 1.5%, 인(P): 0.01% 이하(0%를 제외함), 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지는 소지강판을 준비하는 단계; 상기 소지강판을 가열로에 투입하여 가열하고, 상기 소지강판의 온도가 50 내지 700℃인 범위에서 투입된 함습된 질소를 포함하는 분위기 가스의 이슬점 온도를 0 내지 10℃로 조정하여 150 내지 225초 동안 유지하는 가열단계; 상기 가열된 강판을 소둔하는 소둔단계; 및 상기 소둔된 강판을 용융아연도금욕에 침지하는 도금단계;를 포함할 수 있다.
소지강판은, 성분 조성으로서 중량%로, 몰리브덴(Mo): 0.05 내지 1%, 구리(Cu): 0.01 내지 0.5% 및 황(S): 0.01% 이하(0%를 제외함) 중에서 선택되는 1종 이상의 원소를 더 포함할 수 있다.
소둔단계;는, 상기 가열된 강판을 소둔로에 투입하여 소둔하고, 상기 강판의 균열온도인 750 내지 850℃인 범위에서 투입된 함습된 질소를 포함하는 분위기 가스의 이슬점 온도를 0 내지 10℃로 조정하여 30 내지 50초 동안 유지하는 단계일 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 소둔단계; 이후에, 소둔된 강판을 20 내지 25℃/초의 냉각속도로 250 내지 350℃까지 급랭하는 냉각단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 냉각단계; 이후에, 냉각시킨 강판을 470 내지 490℃로 가열시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
용융아연도금욕은 도금욕온이 450 내지 470℃이고, 알미늄(Al)의 농도가 0.20 내지 0.25 중량%일 수 있다.
본 발명의 일 구현예는 보론, 실리콘 및 망간의 표면농화를 방지하는 것이 가능하기 때문에 미도금 발생이 없고, 실러도금박리 발생이 없는 기가급 고강도 용융아연도금강판을 얻을 수 있다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.
본 발명의 일 실시예에서 추가 원소를 더 포함하는 것의 의미는 추가 원소의 추가량 만큼 잔부인 철(Fe)을 대체하여 포함하는 것을 의미한다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명자는 강중에 보론(B), 실리콘(Si), 망간(Mn) 등의 합금원소가 다량 함유된 기가급의 인장강도를 갖는 고강도 용융아연도금강판의 실러도금박리 발생 원인을 규명하기 위하여 노력하였다.
명세서 전체에서, 이슬점을 조절하는 방법은 분위기 가스 내 가습된 질소의 량을 조절하고 여기에 수소를 혼합하는 방식으로 이루어졌다.
고강도강 용융아연도금강판의 제조방법
본 발명의 일 측면에 따른 고강도강 용융아연도금강판의 제조방법은, 중량%로, 탄소(C): 0.05 내지 0.25%, 망간(Mn): 0.5 내지 3.5%, 실리콘(Si): 0.05 내지 2.5%, 보론(B): 0.0001 내지 0.005%, 알루미늄(Al): 0.01 내지 1%, 크롬(Cr): 0.05 내지 1.5%, 니오븀(Nb): 0.05 내지 1.5%, 티타늄(Ti): 0.05 내지 1.5%, 인(P): 0.01% 이하(0%를 제외함), 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지는 소지강판을 준비하는 단계; 상기 소지강판을 가열로에 투입하여 가열하고, 상기 소지강판의 온도가 50 내지 700℃인 범위에서 투입된 함습된 질소를 포함하는 분위기 가스의 이슬점 온도를 0 내지 10℃로 조정하여 150 내지 225초 동안 유지하는 가열단계; 상기 가열된 강판을 소둔하는 소둔단계; 및 상기 소둔된 강판을 용융아연도금욕에 침지하는 도금단계;를 포함할 수 있다.
소지강판은, 성분 조성으로서 중량%로, 몰리브덴(Mo): 0.05 내지 1%, 구리(Cu): 0.01 내지 0.5% 및 황(S): 0.01% 이하(0%를 제외함) 중에서 선택되는 1종 이상의 원소를 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 대상으로 하는 고강도 용융아연도금강판의 소지강판 성분 조성에 대해 설명한다.
강의 화학 조성과 관련하여, 탄소(C)는 0.05 내지 0.25 중량% 일 수 있다. 탄소(C)는 필요한 강도 확보와 이를 위한 조직을 얻기 위한 필수 불가결한 원소이다. 탄소량이 0.05 중량% 미만인 경우, 소지강판의 강도가 불충분하고, 0.25 중량% 를 초과하면 소지강판의 용접성이 열화될 수 있다.
망간(Mn)은 0.5 내지 3.5 중량% 일 수 있다. 망간은 강의 고강도화에 효과적인 원소이다. 소지강판의 기계적인 특성과 강도를 확보하기 위해서 망간 0.5 중량% 이상이 필요하나, 3.5 중량%를 초과하면 용접성, 강도 및 연성 균형 확보가 어렵다. 또한, 망간은 산화가 잘 되는 원소이므로 3.5 중량%를 초과하게 되면 소둔과정에서 표면 확산 및 농화로 도금성 확보가 불가능하다.
실리콘(Si)은 0.05 내지 2.5 중량% 일 수 있다. 실리콘은 고용 강화와 원하는 조직을 얻기 위해 필수 불가결한 원소이고, 실리콘을 포함함으로써 연성을 열화시키지 않고 고강도화를 도모할 수 있다. 0.05 중량% 미만에서는 기가급의 고강도를 얻을 수 없고, 2.5 중량%를 초과하면 실리콘의 높은 산화도로 인해 소둔과정에서 표면 확산 및 농화로 도금성 확보가 불가능하다.
보론(B)은 0.0001 내지 0.005 중량% 일 수 있다. 보론은 경화도가 커서 소량으로 강도를 크게 향상시킬 수 있어 경제적이므로, 고강도 강화시 강화원소로 많이 활용된다. 그러나 0.0001 중량% 미만에서는 강화 효과가 미비하고, 0.005 중량%를 초과하면 표면 농화 및 산화로 도금밀착성을 열화시킬 수 있다.
알루미늄(Al)은 0.01 내지 1 중량% 일 수 있다. 알루미늄은 강도와 원하는 조직을 얻기 위해 중요한 원소이다. 또한, 규소와 유사한 효과를 얻을 수 있어 결과적으로 규소 첨가량을 감소시킬 수 있으며, 규소 첨가강보다 도금밀착성 개선에 유리하므로 필요에 따라 첨가한다. 상기의 효과를 얻기 위해서는 0.01 중량% 이상 함유하는 것이 바람직하나, 1 중량%를 초과하면 도금성이 열화될 수 있다
크롬(Cr)은 0.05 내지 1.5 중량% 일 수 있다. 크롬은 경화원소로, 고강도강의 강화을 위해서 중요한 원소이나, 0.05 중량% 미만에서는 이러한 효과를 얻을 수 없어 바람직하지 않다. 그리고 0.5 중량%를 초과하면 용접성 및 내수소취성이 열화되고, 소둔시 표면 농화 및 산화로 도금성이 열화될 수 있다.
몰리브덴(Mo)은 0.05 내지 1 중량% 일 수 있다. 몰리브덴은 고가이지만 오스테나이트 중에 편석하고, 필요 강도와 원하는 조직을 얻기 위해 중요할 뿐만 아니라 도금밀착성을 향상시키는 효과도 가진다. 0.05 중량% 미만에서는 강도 및 도금성 개선 효과가 미비하고, 1 중량%를 초과하면 경제성이 열화될 수 있다.
구리(Cu)는 0.01 내지 0.5 중량% 일 수 있다. 구리는 오스테나이트 중에 편석하여 강도와 원하는 조직을 얻기 위해 중요할 뿐만 아니라 도금밀착성 개선 효과도 있다. 상기 효과를 얻기 위해서는 0.01 중량% 이상이 요구되고, 0.5 중량%를 초과하면 비용 상승을 초래할 수 있다.
니오븀(Nb)은 0.05 내지 1.5 중량% 일 수 있다. 니오븀은 석출강화 원소로, 0.05 중량% 미만일 경우에는 강도 개선 효과가 미비하고, 1.5 중량%를 초과하면 비용 상승을 초래할 수 있다.
티타늄(Ti)은 0.05 내지 1.5중량% 일 수 있다. 티타늄은 니오븀과 같은 석출강화 원소로, 니오븀과 복합 첨가시 강도 개선 효과가 증폭되고, 선형결함과 같은 표면결함 감소효과가 있다. 0.05 중량% 미만에서는 강도 개선 효과가 미비하고, 1.5 중량% 이상에서는 선형결함이 발생할 수 있다.
인(P) 및 황(S)은 각각 0,0001 내지 0.01 중량% 일 수 있다. 또한, 0.01 중량%를 초과하여 함유하게 되면 용접성을 열화시킬 수 있다. 특히, 인은 0.01 중량%를 초과하여 함유하게 되면 합금화시 합금화를 지연시켜 합금화 온도 상승을 초래하게 되어 합금화층의 도금밀착성을 저하시킬 수 있다.
가열단계는, 소지강판의 온도가 50 내지 700℃인 범위에서 함습된 질소를 포함하는 분위기 가스를 투입한 후 이슬점 온도를 0 내지 10℃로 조절하여 실시될 수 있다.
이슬점 온도가 0 내지 10℃라고 하더라도 소지강판의 온도가 700℃를 초과할 경우에는, 보론의 표면 농화 및 산화로 표면산화물이 형성될 뿐, 소지 직하에 내부 산화물이 형성되지 않으므로 바람직하지 않다.
또한, 소지강판의 온도가 50 내지 700℃인 범위에서 투입한 함습된 질소를 포함하는 분위기 가스의 이슬점 온도를 0℃ 미만으로 조정하는 경우에도 역시, 보론 표면산화물이 형성될 뿐 소지 직하에 내부 산화물이 형성되지 않으므로 바람직하지 않다. 또한, 이슬점 온도가 10℃를 초과하는 경우에는, 분위기 가스 내 산소농도가 과다하여 소지강판의 내부 뿐만 아니라 표면에도 산화물이 생성될 수 있어 바람직하지 않다.
소둔단계;는, 상기 가열된 강판을 소둔로에 투입하여 소둔하고, 상기 강판의 균열온도인 750 내지 850℃인 범위에서 투입된 함습된 질소를 포함하는 분위기 가스의 이슬점 온도를 0 내지 10℃로 조정하여 30 내지 50초 동안 유지하는 단계일 수 있다.
보론을 포함하는 기가급 고강도강은 변태강화를 통해서 강도를 확보하기 때문에 소둔온도는 단일상을 확보할 수 있는 750℃ 이상이 요구되나, 850℃를 초과할 경우에는 가열 및 소둔과정에서 소지 직하에 내부산화물로 고정되지 못한 보론, 실리콘, 망간 등의 합금원소가 표면 농화 및 산화로 표면산화물을 형성하므로, 용융아연도금시 미도금 또는 실러도금박리가 발생할 수 있어 바람직하지 않다.
그리고, 저온 조건에서 가열하여 강 중 보론을 소지 직하 및 입계에 내부산화물로 고정시키더라도, 연속되는 상기 소둔단계에서, 소둔로 내 소지강판의 온도가 750 내지 850℃ 범위일 때 투입된 함습질소를 포함한 분위기 가스의 이슬점온도가 0℃ 미만인 경우에는, 소둔과정에서 실리콘, 망간 등 산화가 용이한 원소가 소지 표면으로 확산 및 산화되어 실리콘 및/또는 망간을 포함하는 산화물을 형성할 수 있다. 또한 소둔로의 분위기 가스의 이슬점 온도가 10℃를 초과할 경우에는, 이들 합금원소의 내부산화물 형성 뿐만 아니라, 소지 표면의 철산화물 형성에 의한 미도금 발생 또는 실러도금밀착성 저하가 발생할 수 있으므로 바람직하지 않다. 특히, 고온의 소둔온도에서 분위기 이슬점 온도를 10℃를 초과하여 유지할 시 소지철 표면 탈탄으로 강도 저하를 가져올 수 있으므로 바람직하지 않다.
따라서 본 발명의 일 실시예에서는 연속 용융도금라인 가열로의 50 내지 700℃의 온도영역에서 부터 함습질소(Wet N2)을 투입하여 가열로내 이슬점 온도를 0 내지 10℃로 조정하여 강 중 보론을 입계 또는 소지 직하에서 내부산화물으로 고정하고, 750 내지 850℃의 균열온도에서 소둔로 내 이슬점 온도를 0 내지 10℃로 소둔 열처리하여 소지 직하에 실리콘계, 망간계 및 실리콘-망간계 내부산화물이 형성되도록 하여, 보론 뿐만 아니라 실리콘, 망간의 표면 농화 및 산화를 방지하여 용융아연과의 젖음성 개선으로 미도금 및 실러도금박리가 없는 고강도강 용융아연도금강판을 제조할 수 있다.
소둔단계; 이후에, 상기 소둔된 강판을 20 내지 25℃/초의 냉각속도로 250 내지 350℃까지 급랭하는 냉각단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 조건으로 급냉함으로써, 상기 소둔된 강판이 변태강화되어 기가급 고강도 재질을 확보할 수 있다.
냉각단계; 이후에, 냉각시킨 강판을 470 내지 490℃로 가열기시는 단계;를 더 포함할 수 있다. 냉각시킨 강판을 도금욕온보다 높은 온도로 가열함으로써, 도금단계에서 강판이 도금욕의 온도를 뺏지 않게 되고, 욕의 유동성이 향상되어 젖음성이 향상될 수 있다.
용융아연도금욕은 도금욕온이 450 내지 470℃이고, 알루미늄(Al)의 농도가 0.20 내지 0.25 중량% 일 수 있다.
용융아연도금욕의 알루미늄 농도는 0.20~0.25 중량%가 적당하다. 도금욕의 알루미늄은, 소둔 처리된 강판이 도금욕에 침적될 때, 강판과 우선적으로 반응하여 강판 표면에 잔류하는 산화피막을 환원시키고, 연성의 Fe-Al-Zn계의 계면억제층을 형성시켜 취약한 Zn-Fe 금속간 화합물의 성장을 억제하는 역할을 하게 되므로 도금욕의 알루미늄농도는 0.20 중량% 이상인 것이 바람직하나, 도금욕 알루미늄 농도가 0.25 중량% 초과인 경우에는, Fe-Al의 부유드로스가 발생하기 쉽고 도금층이 흘러내리는 흐름무늬가 발생할 수 있다.
고강도강 용융아연도금강판
본 발명의 다른 일측면에 따른 고강도강 용융아연도금강판은, 상기 고강도강 용융아연도금강판의 제조방법에 따라 제조된 것일 수 있다.
하기에서, 전술한 고강도강 용융아연도금강판의 제조방법와 관련하여 중복되는 설명은 생략하였다.
고강도강 용융아연도금강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.05 내지 0.25%, 망간(Mn): 0.5 내지 3.5%, 실리콘(Si): 0.05 내지 2.5%, 보론(B): 0.0001 내지 0.005%, 알루미늄(Al): 0.01 내지 1%, 크롬(Cr): 0.05 내지 1.5%, 니오븀(Nb): 0.05 내지 1.5%, 티타늄(Ti): 0.05 내지 1.5%, 인(P): 0.01% 이하(0%를 제외함), 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 소지강판 및 소지강판 표면 상에 위치하는 도금층을 포함하고, 소지강판 표면에서 소지강판 내부 방향으로 산화층이 위치하고, 상기 산화층은 보론계 산화물을 포함할 수 있다.
소지강판은, 성분 조성으로서 중량%로, 몰리브덴(Mo): 0.05 내지 1%, 구리(Cu): 0.01 내지 0.5% 및 황(S): 0.01% 이하(0%를 제외함) 중에서 선택되는 1종 이상의 원소를 더 포함할 수 있다.
보론계 산화물은 보론 또는 보론 및 실리콘을 포함할 수 있다.
상기 소지강판 표면에서 소지강판 내부 방향으로 위치한 산화층에 보론계 산화물이 형성됨으로써, 소둔 처리시 보론의 표면 농화 및 산화를 방지할 수 있고, 나아가, 용융아연과의 젖음성 저하로 도금밀착성이 저해되는 것 또한 방지할 수 있다. 구체적으로 보론계 산화물은 산화층 내의 입계에 형성될 수 있다.
고강도강 용융아연도금강판은, 산화층에 형성된 실리콘계 산화물, 망간계 산화물, 실리콘-망간계 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나인 산화물을 더 포함할 수 있다. 상기 산화층에 실리콘, 망간계 산화물 및 실리콘-망간계 내부산화물이 형성되도록 하여 실리콘 및 망간의 표면 농화 및 산화를 방지하여 용융아연과의 젖음성 개선으로 미도금 및 실러 도금박리가 없는 고강도강 용융아연도금강판을 얻을 수 있다.
고강도강 용융아연도금강판은, 소지강판과 도금층의 계면에 보론, 실리콘 및 망간을 포함하는 산화물이 형성되지 않는 것을 특징으로 할 수 있다. 소지강판과 도금층 사이에 상기 산화물이 형성되면, 미도금이 발생하거나, 도금이 되더라도 가공시 도금층의 박리가 발생할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
제조예
하기 표 1에 나타낸 성분조성을 갖고, 두께가 1.0 mm인 1.2 Gpa급 고강도강을 소지강판을 제조하였다. 하기 비교예 및 실시예에는 표 1의 조성을 갖는 소지강판이 사용되었다.
화학 조성 (중량%)
C Mn Si B Al Cr Mo Cu Nb Ti P S
0.125 2.6 0.5 0.0018 0.025 0.7 - - 0.025 0.02 0.016 -
비교예 및 실시예
가열로 내 가열대의 소지강판 온도가 50 내지 800℃인 범위에서 투입된 함습된 질소(Wet N2)를 포함하는 분위기 가스의 이슬점 온도를 -50 내지 5℃가 되도록 조정하여 하여 최대 225초 간 가열처리하였다.
연속적으로, 소둔로 내에서, 함습된 질소를 포함한 분위기 가스의 이슬점을 -50 내지 5℃가 유지되도록 조정하여 소지강판의 온도가 770 내지 850℃인 범위에서 투입한 뒤 40초 간 유지하여 소둔처리하였다. 그 후, 소지강판을 최대 25℃/초의 냉각속도로 300℃까지 급냉하고, 다시 480℃까지 가열한 후 도금욕온이 460℃이고, 도금욕의 Al농도가 0.23wt%인 용융아연 도금욕에 침적하여, 한 면의 도금부착량이 60g/㎡ 되도록 에어나이프로 조정하여 용융아연도금을 실시하였다. 상기 비교예 및 실시예 제조단계의 구체적인 조건은 하기 표 2에 기재하였다.
실험예
상기 비교예 및 실시예에서 얻어진 용융아연도금강판의 도금품질 평가는 다음과 같은 기준으로 미도금 발생 정도와 도금밀착성 우열 정도를 평가하였다.
내부산화물 형성 유무는 아연도금강판의 단면을 노출시키고 소지철 직하 에칭하여 100㎛ 깊이까지 주사전자현미경(SEM, FE-SEM, JEOL JEM2100F)으로 관찰하여 평가하고, 내부산화물의 조성은 글로우방전분광분석기(GDS, LECO 850A)의 깊이방향 성분분석으로 실시하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
미도금 정도는 용융아연도금 후 표면외관을 화상 처리하여 미도금 부분의 평균 크기(지름)을 구한 다음, 다음과 같은 기준으로 등급을 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
- 도금 : 미도금 결함 없음
- 점상 미도금 : 미도금 평균지름이 3 mm 미만의 점상 미도금
- 완전 미도금 : 미도금 평균지름이 3 mm 이상의 면상 미도금
또한, 용융아연도금강판의 도금밀착성은 실러도금밀착성 평가법(SBT, Sealer Bending Test)으로 평가하였다. 실러도금밀착성 평가법은 자동차용 도금강판의 고강도에 의한 경량화 및 품질 강화로, 프레스 성형 부품간의 접속 방법이 기존의 점용접에서 실러접착제 사용으로 전환됨에 따라 사용이 확대되고 있다. 특히, 실러도금밀착성 평가법은 기존의 0T-굽힘시험법(0T-Bending Test, Lock Forming Test)보다 엄격하기 때문에 보다 높은 도금밀착성을 요구하고 있다. 실러도금밀착성 평가 방법은 도금층 표면에 자동차용 구조용 실러(주성분: 에폭시 수지, 전단접촉강도: 24.5 MPa이상, 충격박리강도: 35 N/㎜이상)를 50 ㎜(길이) x8 ㎜(폭) x 5 ㎜(두께) 크기로 부착한 후 건조하고, 건조된 실러접착제 길이(50㎜)의 가운데 부분(25㎜)이 평가 장치 노치의 끝단에 오도록 고정한 뒤, 90˚로 레버를 돌려서 실러와 도금층 표면이 분리되도록 한 다음, 분리된 실러에 부착된 도금층의 박리 정도를 다음과 같은 기준으로 평가하였다.
- 미박리 : 분리된 실러에 도금층이 전혀 부착되지 않음
- 점박리 : 분리된 실러에 도금층이 점상으로 부착
- 면박리 : 분리된 실러에 도금층이 연속적인 면으로 부착
상기와 같은 방법으로 평가한 미도금 및 실러도금밀착성 평가법에 따른 도금밀착성에 대한 결과를 표 2에 나타내었다.
No 가열조건 소둔조건 도금욕조건 내부산화물 조성 도금표면품질 비고
wet N2투입 강판온도
(℃) 		이슬점
온도
(℃)		 Wet N2투입 강판온도
(℃) 		이슬점
온도
(℃)		 Al농도
(%)		 온도
(℃)		 도금성 SBT밀착성
1 50 -50 770 -50 0.23 460 점상 미도금 면박리 종래예
2 50 -50 800 -50 0.23 460 점상 미도금 면박리 종래예
3 50 -50 830 -50 0.23 460 완전 미도금 면박리 종래예
4 50 -50 850 -50 0.23 460 완전 미도금 면박리 종래예
5 800 -50 800 -50 0.23 460 점상 미도금 면박리 비교예
6 800 -30 800 -30 0.23 460 점상 미도금 면박리 비교예
7 800 0 800 0 0.23 460 Si-O 도금 점박리 비교예
8 800 5 800 5 0.23 460 Si-O 도금 점박리 비교예
9 750 0 800 0 0.23 460 Si-O 도금 점박리 비교예
10 750 5 800 5 0.23 460 Si-O 도금 점박리 비교예
11 700 -50 800 -50 0.23 460 점상 미도금 면박리 비교예
12 700 -30 800 -30 0.23 460 점상 미도금 면박리 비교예
13 700 0 800 0 0.23 460 B-O
및
B-Si-O		 도금 미박리 실시예
14 700 5 800 5 0.23 460 B-O및
B-Si-O		 도금 미박리 실시예
15 600 -50 800 -50 0.23 460 점상 미도금 점박리 비교예
16 600 -30 800 -30 0.23 460 점상 미도금 점박리 비교예
17 600 0 800 0 0.23 460 B-O
및
B-Si-O		 도금 미박리 실시예
18 600 5 800 5 0.23 460 B-O및
B-Si-O		 도금 미박리 실시예
19 550 0 800 0 0.23 460 B-O및
B-Si-O		 도금 미박리 실시예
20 550 5 800 5 0.23 460 B-O및
B-Si-O		 도금 미박리 실시예
21 50 0 800 0 0.23 460 B-O및
B-Si-O		 도금 미박리 실시예
22 50 5 800 5 0.23 460 B-O및
B-Si-O		 도금 미박리 실시예
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 함습 질소를 포함하는 분위기 가스를 소지강판의 적절한 온도 범위에서 가열로에 투입하고, 투입된 분위기 가스의 이슬점 온도를 적절히 조절하여 가열 처리한 후, 연속적으로, 소지강판의 온도가 800℃ 이상인 소둔처리 과정에서 소둔로에 투입된 함습 질소를 포함하는 분위기 가스의 이슬점 온도를 적절하게 조정하여 소둔 처리한 경우(실시예, No.13, 14, 17 내지 22)에는, 산화층에 보론 산화물(B-O) 및 보론-실리콘 산화물(B-Si-O)의 내부산화물을 형성되어 보론(B) 및 실리콘(Si)의 표면농화가 방지되기 때문에, 미도금 발생이 없고 실러도금박리(SBT)의 발생이 없는 도금성이 우수한 기가급 고강도 용융아연도금강판 제조가 가능하였다.
반면, 기존처럼 단순히 소둔 처리만 하는 경우(No.1 내지 4), 가열처리 과정에 합습된 질소를 포함하는 분위기 가스를 투입하더라도, 분위기 가스의 이슬점 온도가 0℃ 미만(No.5, 6, 11, 12, 15, 16)이거나, 가열처리 과정 내 소지강판의 온도가 700℃를 초과하는 경우(No.7, 10)에는, 가열처리 과정에서 산화층에 보론(B)을 포함한 내부산화물이 형성되지 않아 소둔처리 시 보론의 표면농화 및 산화피막 형성으로 미도금 발생하게 되고, 도금이 되더라도 계면에 형성된 산화물에 의해서 가공시 도금층이 박리되므로 도금성이 열위한 것으로 나타났다.
본 발명은 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (11)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.05 내지 0.25%, 망간(Mn): 0.5 내지 3.5%, 실리콘(Si): 0.05 내지 2.5%, 보론(B): 0.0001 내지 0.005%, 알루미늄(Al): 0.01 내지 1%, 크롬(Cr): 0.05 내지 1.5%, 니오븀(Nb): 0.05 내지 1.5%, 티타늄(Ti): 0.05 내지 1.5%, 인(P): 0.01% 이하(0%를 제외함), 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 소지강판 및 소지강판 표면 상에 위치하는 도금층을 포함하고,
    소지강판 표면에서 소지강판 내부 방향으로 산화층이 위치하고,
    상기 산화층은 보론계 산화물을 포함하며,
    상기 보론계 산화물은 보론 산화물 및 보론-실리콘 산화물을 포함하되,
    상기 보론 산화물 및 보론-실리콘 산화물은 내부 산화물 형태로 존재하고,
    이로 인해 보론(B) 및 실리콘(Si)의 표면농화되지 않고,
    실러도금박리(SBT)의 발생이 저감된 고강도강 용융아연도금강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소지강판은,
    성분 조성으로서 중량%로, 몰리브덴(Mo): 0.05 내지 1%, 구리(Cu): 0.01 내지 0.5% 및 황(S): 0.01% 이하(0%를 제외함) 중에서 선택되는 1종 이상의 원소를 더 포함하는, 고강도강 용융아연도금강판.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산화층에 형성된 실리콘계 산화물, 망간계 산화물, 실리콘-망간계 산화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 산화물을 더 포함하는, 고강도강 용융아연도금강판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소지강판과 도금층의 계면에 보론, 실리콘 및 망간을 포함하는 산화물이 형성되지 않는 것을 특징으로 하는, 고강도강 용융아연도금강판.
  6. 중량%로, 탄소(C): 0.05 내지 0.25%, 망간(Mn): 0.5 내지 3.5%, 실리콘(Si): 0.05 내지 2.5%, 보론(B): 0.0001 내지 0.005%, 알루미늄(Al): 0.01 내지 1%, 크롬(Cr): 0.05 내지 1.5%, 니오븀(Nb): 0.05 내지 1.5%, 티타늄(Ti): 0.05 내지 1.5%, 인(P): 0.01% 이하(0%를 제외함), 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지는 소지강판을 준비하는 단계;
    상기 소지강판을 가열로에 투입하여 가열하고, 상기 소지강판의 온도가 50 내지 700℃인 범위에서 투입된 함습된 질소를 포함하는 분위기 가스의 이슬점 온도를 0 내지 5℃로 조정하여 150 내지 225초 동안 유지하는 가열단계;
    상기 가열된 강판을 소둔하는 소둔단계; 및
    상기 소둔된 강판을 용융아연도금욕에 침지하는 도금단계;를 포함하고,
    상기 소둔단계;는,
    상기 가열된 강판을 소둔로에 투입하여 소둔하고, 상기 강판의 균열온도인 750 내지 850℃인 범위에서 투입된 함습된 질소를 포함하는 분위기 가스의 이슬점 온도를 0 내지 5℃로 조정하여 30 내지 50초 동안 유지하는 단계이며,
    상기 소둔단계; 이후에, 상기 소둔된 강판을 20 내지 25℃/초의 냉각속도로 250 내지 350℃까지 급랭하는 냉각단계;를 포함하며,
    상기 냉각단계; 이후에,
    상기 냉각시킨 강판을 470 내지 490℃로 가열시키는 단계;를 더 포함하며,
    상기 냉각시킨 강판을 도금욕온보다 높은 온도로 가열하는,
    고강도강 용융아연도금강판의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 소지강판은,
    성분 조성으로서 중량%로, 몰리브덴(Mo): 0.05 내지 1%, 구리(Cu): 0.01 내지 0.5% 및 황(S): 0.01% 이하(0%를 제외함) 중에서 선택되는 1종 이상의 원소를 더 포함하는, 고강도강 용융아연도금강판의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제6항에 있어서,
    상기 용융아연도금욕은 도금욕온이 450 내지 470℃이고, 알루미늄(Al)의 농도가 0.20 내지 0.25 중량%인, 고강도강 용융아연도금강판의 제조방법.
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