KR102663847B1 - 가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소지철; 및 상기 소지철 상에 형성된 용융합금도금층;을 포함하고, 상기 용융합금도금층은 중량%로, Al: 5%~30%, Mg: 2%~10%, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 상기 용융합금도금층 내 단면에서 MgZn2상의 면적분율은 20~70%이고, MgZn2상의 면적분율에 대한 Al 함유 상의 면적분율의 비율은 1~70%인 가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재를 제공한다.
Description
본 발명은 강재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재에 관한 것이다.
용융아연 도금 강판은 희생방식성이 우수하여 부식 환경 노출 시, 전위가 낮은 아연이 선제적으로 용출되어 강재의 부식을 방지하는 특성을 가진다. 이와 같은 우수한 부식특성 덕분에 용융아연 도금 강판은 가전, 건자재 및 자동차용 강판으로 사용되고 있다. 그러나 기술발전과 품질눈높이 향상으로 내식성에 대한 기대요구가 높아지면서 종래의 용융아연 도금 강판보다 더 우수한 내식성을 갖는 제품의 개발에 대한 필요성이 증대되고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 2000년대 초반부터 유럽과 일본에서 아연(Zn) 도금욕에 알루미늄(Al)과 마그네슘(Mg)을 첨가하여 내식성을 향상시키는 고내식 도금 강판을 생산하고 있다. 고내식 도금 강판은 Zn의 희생 방식성 외에 Mg과 Al 첨가로 인해 부식 환경에서 치밀한 부식 생성물을 형성시켜 산화 분위기로부터 강재를 차단하여 내부식성을 향상시킨다. 그러나 Zn-Al-Mg 도금 강판은 아연 도금 강판 대비 내식성은 우수하나, 가공성이 열위한 단점이 있다. Zn-Al-Mg의 금속간 화합물은 경도가 높아 크랙 저항성이 낮고, 이러한 크랙은 가공 공정에서 외관을 손상시키거나, 소지 강재를 노출시켜 내식성이 저하되는 문제점이 있다.
관련 선행 기술로는 일본공개특허 제2005-105367호가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재는 소지철; 및 상기 소지철 상에 형성된 용융합금도금층;을 포함하고, 상기 용융합금도금층은 중량%로, Al: 5%~30%, Mg: 2%~10%, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 상기 용융합금도금층 내 단면에서 MgZn2상의 면적분율은 20~70%이고, 상기 용융합금도금층 내 단면에서 MgZn2상의 면적분율에 대한 Al 함유 상의 면적분율의 비율은 1~70%이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재는 소지철; 및 상기 소지철 상에 형성된 용융합금도금층;을 포함하고, 상기 용융합금도금층은 중량%로, Al: 5%~30%, Mg: 2%~10%, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 상기 용융합금도금층은 표면에서 전체 MgZn2상 중에 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 0.5 이하인 MgZn2상의 면적분율이 70% 이하이다.
상기 가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재에서, 상기 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 0.5 이하인 MgZn2상은 상기 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 1/10 이상이고 1/2 이하일 수 있다.
상기 가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재에서, 상기 평균 단축길이(a)는 1~20㎛이고, 상기 평균 장축길이(b)는 2~200㎛일 수 있다.
상기 가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재에서, 상기 용융합금도금층은 표면에서 Al상과 Zn상으로 구성되는 Al-Zn 덴드라이트의 면적분율은 30% 이하일 수 있다.
상기 가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재에서, 상기 용융합금도금층은 표면에서 전체 MgZn2상 중에 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 0.5를 초과하는 MgZn2상의 면적분율이 30% 이상일 수 있다.
상기 가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재에서, 상기 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 0.5를 초과하는 MgZn2상의 단면적과 동일한 면적을 가지는 가상의 원의 직경은 1~50㎛일 수 있다.
상기 가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재에서, 상기 용융합금도금층은 중량%로, Fe: 0.05%~10% 및 Si: 0초과 1%미만을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재를 구현할 수 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 제 1 실험예에서 실시예2에 따른 용융합금도금층의 표면을 촬영한 사진이다.
도 2는 제 1 실험예에서 실시예2에 따른 용융합금도금층의 단면을 FE-SEM 1000배로 촬영한 사진이다.
도 3은 제 1 실험예에서 실시예2에 따른 용융합금도금층에 대하여 1T 굽힘 가공성 평가 후 가공부를 FE-SEM 500배로 촬영한 사진이다.
도 2는 제 1 실험예에서 실시예2에 따른 용융합금도금층의 단면을 FE-SEM 1000배로 촬영한 사진이다.
도 3은 제 1 실험예에서 실시예2에 따른 용융합금도금층에 대하여 1T 굽힘 가공성 평가 후 가공부를 FE-SEM 500배로 촬영한 사진이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재를 상세하게 설명한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 적절하게 선택된 용어들로서, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 이하에서는 연신율이 우수한 초고강도 고내식 도금 강판 및 그 제조 방법의 구체적인 내용을 제공하고자 한다.
앞에서 살펴본 바와 같이, Zn-Al-Mg 도금 강판은 아연 도금 강판 대비 내식성은 우수하나, 가공성이 열위한 단점이 있다. Zn-Al-Mg의 금속간 화합물은 경도가 높아 크랙 저항성이 낮고, 이러한 크랙은 가공 시 외관을 손상시키거나, 소지 강재가 노출되어 가공 시 내식성이 저하된다. 금속간 화합물 중 MgZn2는 경도가 가장 높아 MgZn2상의 형상과 크기를 억제하는 기술이 중요하다.
본 발명은 중량%로, Al: 5%~30%, Mg: 2%~10%, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 Zn-Al-Mg계 고내식 도금 강재에 대한 것이며 가공성 및 가공 내식성을 개선하기 위해 경도가 높은 MgZn2상의 미세조직을 제어하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재는 소지철; 및 상기 소지철 상에 형성된 용융합금도금층;을 포함하고, 상기 용융합금도금층은 중량%로, Al: 5%~30%, Mg: 2%~10%, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다. 나아가, 상기 용융합금도금층은 중량%로, 0.05%~10%의 Fe 및 0초과 1%미만의 Si을 더 포함할 수도 있다.
본 발명의 아연합금도금층은 초정 Al상(Zn 고용된 Al단상 조직), Zn 고용상, MgZn2(Al을 포함하는 MgZn2상, Mg2Zn11상 포함), Al/Zn/Mg 공정 조직으로 구성될 수 있다. 가공성 및 가공 내식성 개선을 위한 미세조직 측면에서 상기 Zn-Al-Mg 계 도금층의 표면에 MgZn2상 및 Al을 포함하는 MgZn2상은 폴리곤(Polygon) 형태와 로드(Rod) 및 침상 형태로 이루어질 수 있다.
상기 아연합금도금층은 중량%로, Al: 5%~30%, Mg: 2%~10%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물로 구성될 수 있다. 도금층 내 Mg과 Al은 내식성을 향상시키는 원소 중 하나로, 부식 생성물을 보다 치밀하게 형성시켜 내식성을 향상시킨다. Mg이 1.0중량% 미만인 경우 내식성에 기여하는 바가 미미하며, 종래에서는 2.0중량% 초과 시 Mg 산화 드로스에 의한 생산의 어려움이 있어 Mg을 2.0중량% 미만으로 사용하였다. 하지만 본 발명에서는 보다 우수한 내식성을 구현하기 위해 Mg을 2.0중량% 이상으로 첨가한다. 위에서 언급했듯, Mg을 2.0중량% 초과하여 첨가 시 산화 드로스에 의한 생산의 어려움이 있으나, Al을 5.0중량% 이상 첨가 시 용탕 중의 Mg 산화에 의한 드로스를 감소시킬 수 있다. 더불어 Al 첨가 시 초정 Al 생성과 Zn-Al-Mg 3원 공정상을 형성하여 내식성을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다. 한편, Mg을 10.0중량% 초과 첨가 시 상기 언급한 로드(Rod) 및 침상 형태의 MgZn2 또는 Al을 포함하는 MgZn2상이 전체 MgZn2의 면적분율 70%를 초과하도록 성장하여 도금층의 가공성이 열위해지며, 가공 시 도금층 크랙 발생에 의해 강재 혹은 Fe-Al-Zn 계면 합금화층 노출로 인해 내식성이 저하된다. 한편, Al을 30중량% 초과 첨가 시 도금욕 융점 상승으로 인해 강재와 도금층 사이 불연속적인 Fe-Al-Zn 계면 합금층이 과잉 성장하여 가공 시 계면 밀착성이 취약할 수 있다.
본 발명에서 소지철 상에 용융합금도금층을 형성하는 예시적인 공정은 다음과 같다.
우선, 680~850℃에서 소둔한 소지철은 440~530℃의 도금욕에 침지 후 에어나이프를 통과하여 편면 기준 30~300g/m2를 만족하도록 한다. 단, 소둔 후 소지철의 진입 온도는 도금욕 온도와 ±20℃ 이상 차이가 나지 않도록 조절한다.
MgZn2상의 형태 및 분율은 냉각을 통해 면밀히 제어할 수 있다. 도금욕 침지 이후 200℃ 로 냉각되는 구간까지 3~30℃/s의 냉각속도로 냉각하여 도금층의 응고 시 생성되는 상의 형태를 제어할 수 있다. 보다 바람직하게는 5~20℃/s 의 냉각속도로 냉각할 수 있다. 냉각속도가 5℃/s 미만인 경우 초정 MgZn2상이 조대하게 성장하여 가공성이 열위하며, 액상 상태의 도금층이 산소와 반응하여 도금표면 외관을 저해하는 요소로 작용할 수 있다. 반면, 30℃/s 초과의 냉각속도로 냉각 시 불균일한 응고로 인해 도금층이 균일하게 형성되지 못하며, 판의 떨림으로 인해 생산성이 저하되는 단점이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 도금 강재는, 상기 용융합금도금층 내 단면(예를 들어, 종단면)에서 MgZn2상의 면적분율은 20~70%이고, 상기 용융합금도금층 내 단면(예를 들어, 종단면)에서 MgZn2상의 면적분율에 대한 Al 함유 상의 면적분율의 비율은 1~70%인 것을 특징으로 한다. 여기에서, 상기 Al 함유 상은 상기 용융합금도금층 내 단면에서, MgZn2상과 이격되어 존재하거나 MgZn2상 내부에 존재할 수 있다. 또한, 본 실시예에서, 상기 Al 함유 상은 i) Al단상 및 ii) Al을 20% 이상 함유하되, 불가피 불순물이 2% 이내이며 잔부가 Zn인 상을 의미한다.
예를 들어, 용융합금도금층은 단면에서 MgZn2상을 면적분율로 20~70% 포함한다. 즉, 상기 용융합금도금층의 전체 단면적(A1) 중에서 MgZn2상이 차지하는 단면적(A2)의 비율이 20~70%이며, (A2 / A1) X 100의 값은 10 내지 60의 범위를 만족한다. 한편, 용융합금도금층의 단면에서, MgZn2상과 이격되어 존재하는 Al 함유 상의 단면적(B1) 및 MgZn2상 내부에 존재하는 Al 함유 상의 단면적(B2)의 합이 전체 MgZn2상의 단면적(B3) 대비 1~70%의 비율을 가진다. 즉, [(B1 + B2) / B3] X 100의 값은 1 내지 70의 범위를 만족한다. 이러한 조직에 의하면, 크랙 저항성이 우수하며, 구체적으로, 굽힘 평가(3T 굽힘 평가, 1T 굽힘 평가)에서 크랙폭 평균이 30㎛ 이하일 수 있다.
본 발명의 도금 강재의 용융합금도금층은 표면에서 MgZn2상의 면적분율이 10~70%일 수 있으며, 상기 면적분율이 10% 미만은 형성이 불가하며, 70%를 초과하면 내크랙성이 저하된다. 여기에서, 용융합금도금층의 표면은 외부와 접하는 상부표면을 의미할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 도금 강재는, 상기 도금 강재의 용융합금도금층은 표면에서 전체 MgZn2상 중에 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 0.5 이하인 MgZn2상의 면적분율이 70% 이하일 수 있다. 예를 들어, 용융합금도금층의 표면에서 전체 MgZn2상 중 70% 이하의 MgZn2상은 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 1:2 내지 1:10으로 0.5 이하의 값을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 0.5 이하인 MgZn2상은 상기 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 1/10 이상이고 1/2 이하일 수 있다. 상기 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 0.5 미만인 경우 내크랙성이 저하된다. 상기 평균 단축길이(a)는 1~20㎛이고, 상기 평균 장축길이(b)는 2~200㎛일 수 있다. 1㎛ 미만의 평균 단축길이(a)와 2㎛ 미만의 평균 장축길이(b)는 형성이 불가능하며, 상기 평균 단축길이(a)가 20㎛를 초과하거나, 상기 평균 장축길이(b)가 200㎛를 초과하는 경우 내크랙성이 저하된다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 도금 강재의 용융합금도금층은 표면에서 Al상과 Zn상으로 구성되는 Al-Zn 덴드라이트의 면적분율은 30% 이하일 수 있다. Al-Zn 덴드라이트는 화성 처리성이나 내LME(Liquid Metal Embrittlement)성에 바람직한 영향을 주지 않기 때문에 그 면적분율은 낮은 것이 바람직하다. 따라서 본 실시예에 따른 도금층에서는 Al-Zn 덴드라이트의 면적분율을 30%이하로 한다.
앞에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재에서, 상기 Zn-Al-Mg 계 도금층의 표면에 MgZn2상 및 Al을 포함하는 MgZn2상은 폴리곤(Polygon) 형태와 로드(Rod) 및 침상 형태로 이루어져 있으며, 로드(Rod) 및 침상 형태의 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비는 1:2 ≤ a:b ≤ 1:10 인 것을 특징으로 한다. 전체 MgZn2 중에 로드 및 침상 형태의 MgZn2상은 표면에 70% 이하의 면적분율로 분포되어 있으며, 보다 바람직하게는 50% 미만의 면적분율로 분포되어 있으며, 잔부 MgZn2는 폴리곤(Polygon) 형상으로 분포되어 있다.
상기 용융합금도금층은 표면에서 전체 MgZn2상 중에 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 0.5를 초과하는 MgZn2상의 면적분율이 30% 이상인 것을 특징으로 한다. 예를 들어, 용융합금도금층은 표면에서 전체 MgZn2상 중 30% 이상의 MgZn2상은 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 0.5를 초과하는 1:1.5, 1:1.2 등의 값을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 0.5를 초과하는 MgZn2상의 단면적과 동일한 면적을 가지는 가상의 원의 직경(평균직경)은 1~50㎛일 수 있다. 상기 평균직경이 1㎛ 미만은 형성이 불가능하며 50㎛를 초과하는 경우 내크랙성이 저하된다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예들을 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
제 1 실험예
1. 시편의 조성 및 공정조건
소지 강판으로 1.2㎜ 냉연 소재를 준비하였고, 성분은 탄소(C): 0.15중량%, 규소(Si): 0.01중량%, 망간(Mn): 0.6중량%, 인(P): 0.05중량%, 황(S): 0.05중량% 및 나머지 철(Fe)의 조성을 가진다. 질소 - 5~10% 수소 분위기 가스에서 760℃의 온도로 소둔 후 소둔 시편을 도금욕과 20℃ 이상 차이 나지 않는 온도까지 냉각 후 도금욕에 1~5초간 침적하였다. 485℃ 온도의 도금욕 침지 이후 질소 와이핑으로 도금 두께를 20㎛ 내외로 조절하였으며, 7℃/s의 냉각 속도로 냉각하여 Zn-Al-Mg계 도금 강판을 얻었다. 상기 도금욕의 조성은 중량%로, Al: 5%~30%, Mg: 2%~10%, 잔부 Zn인 범위를 만족한다.
2. 도금층 조성 및 미세조직 평가
표 1은 본 발명의 제 1 실험예에 따른 도금 강재에서 용융합금도금층의 조성(단위: 중량%)과 미세조직을 평가한 결과를 나타낸 것이다.
| 구분 | Zn | Al | Mg | Rod/침상형MgZn 2 면적(%) | 계면 합금층 두께(㎛) |
| 실시예1 | Bal. | 10 | 3.2 | 20 | 1.12 |
| 실시예2 | Bal. | 10 | 5 | 38 | 0.65 |
| 실시예3 | Bal. | 15 | 5 | 42 | 1.58 |
제조된 각각의 도금 강판에 대하여 로드(Rod) 및 침상형 MgZn2 면적은 FE-SEM 으로 500배 표면 관찰 후 이미지 프로그램을 이용하여 측정하였다. 계면 합금층의 두께는 단면을 1000배로 확대하여 측정하였다.
표 1의 실시예1 내지 실시예3을 참조하면, Rod 및 침상형 MgZn2의 면적비율이 50% 미만으로 가공성이 우수함을 확인할 수 있다. 발명자는 실시예에 대한 비교예로서 Rod 및 침상형 MgZn2상의 면적이 급격히 증가하는 것을 확인하였으며, 도금욕의 온도 상승으로 계면 합금층이 10㎛를 초과하여 형성되어 가공성이 열위한 경우를 확인할 수 있었다.
도 1은 제 1 실험예에서 실시예2에 따른 용융합금도금층의 표면을 촬영한 사진이다. 도 1을 참조하면, Zn-Al-Mg 계 도금층의 표면에 로드(Rod) 및 침상 형태로 나타나는 MgZn2상은 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 1:2 ≤ a:b ≤ 1:10 의 범위를 만족함을 확인할 수 있다. 또한, 전체 MgZn2 중에 로드 및 침상 형태의 MgZn2상은 표면에 70% 이하의 면적분율로 분포됨을 확인할 수 있다.
도 2는 제 1 실험예에서 실시예2에 따른 용융합금도금층의 단면을 FE-SEM 1000배로 촬영한 사진이다. 도 2를 참조하면, 실시예2에 따른 용융합금도금층에서 Fe-Al계면 합금층의 성장이 10㎛ 이하임을 확인할 수 있다.
3. 굽힘 가공성 평가
표 2는 본 발명의 제 1 실험예에 따른 도금 강재에 대한 굽힘 가공성 평가 결과를 나타낸 것이다. 3T 굽힘, 1T 굽힘 후 굽힘 가공부를 FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope)으로 200배, 500배 관찰한 후, 굽힘 크랙의 폭을 측정 후 평균화하여 평가하였다. 3T(크랙 폭) 및 1T(크랙 폭)에서 '◎'항목은 굽힘 평가에서 크랙 폭 평균이 15㎛ 이하인 경우를 의미하며, '○'항목은 굽힘 평가에서 크랙 폭 평균이 15㎛ 초과 30㎛ 이하인 경우를 의미하며, '△'항목은 굽힘 평가에서 크랙 폭 평균이 30㎛ 초과 40㎛ 이하인 경우를 의미한다.
또한, 3T 굽힘, 1T 굽힘 후 굽힘 가공부를 FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope)으로 100배 관찰한 후 이미지 프로그램을 이용하여 크랙의 면적분율을 계산하여 평가하였다. 3T(크랙면적분율) 및 1T(크랙면적분율)에서 '◎'항목은 굽힘 평가에서 크랙 면적분율이 30% 이하인 경우를 의미하며, '○'항목은 굽힘 평가에서 크랙 면적분율이 30% 초과 50% 이하인 경우를 의미하며, '△'항목은 굽힘 평가에서 크랙 면적분율이 50% 초과 70% 이하인 경우를 의미한다.
| 구분 | Zn | Al | Mg |
3T
(크랙 폭) |
1T
(크랙 폭) |
3T
(크랙면적분율) |
1T
(크랙면적분율) |
| 실시예1 | Bal. | 10 | 3.2 | ◎ | ○ | ◎ | △ |
| 실시예2 | Bal. | 10 | 5 | ◎ | △ | ◎ | △ |
| 실시예3 | Bal. | 15 | 5 | ○ | △ | ○ | △ |
표 2의 실시예1 내지 실시예3을 참조하면, 로드 및 침상형 MgZn2의 형성이 비교적 적게 발달되어 크랙의 폭이 40㎛ 이내로 구성됨을 확인할 수 있다. 발명자는 실시예에 대한 비교예로서 Rod 및 침상형 MgZn2의 면적분율이 70%를 초과하는 경우, 경도가 높은 MgZn2 상에서의 크랙 뿐 아니라, 입계를 따라 크랙이 진행되어 크랙의 폭이 평균 40㎛를 초과하는 경우를 확인할 수 있었다. 또한, 발명자는 실시예에 대한 비교예로서 MgZn2상이 Rod형으로 발달된 경우, 크랙의 폭 뿐 아니라, 크랙의 빈도수가 증가하여, 크랙의 면적이 70%를 초과하여 열위한 것을 확인할 수 있었다.
도 3은 제 1 실험예에서 실시예2에 따른 용융합금도금층에 대하여 1T 굽힘 가공성 평가 후 가공부를 FE-SEM 500배로 촬영한 사진이다. 도 3을 참조하면, 실시예2에 따른 용융합금도금층에서 로드 및 침상형 MgZn2의 형성이 비교적 적게 발달되어 크랙의 폭이 40㎛ 이내로 구성되며, Rod 및 침상형 MgZn2의 면적분율이 70% 이하로 나타남을 확인할 수 있다.
상술한 제 1 실험예의 결과에 의하면, 가공성에 불리한 경도가 높은 MgZn2상이 형성되어도 로드 및 침상형 MgZn2상의 성장을 억제하고 면적분율을 조절하여 가공성이 우수한 도금강판을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.
제 2 실험예
1. 시편의 조성 및 공정조건
소지 강판으로 1.2㎜ 냉연 소재를 준비하였고, 성분은 탄소(C): 0.15중량%, 규소(Si): 0.01중량%, 망간(Mn): 0.6중량%, 인(P): 0.05중량%, 황(S): 0.05중량% 및 나머지 철(Fe)의 조성을 가진다. 질소 - 5~10% 수소 분위기 가스에서 760℃의 온도로 소둔 후 소둔 시편을 도금욕과 20℃ 이상 차이 나지 않는 온도까지 냉각 후 도금욕에 1~5초간 침적하였다. 485℃ 온도의 도금욕 침지 이후 질소 와이핑으로 도금 두께를 20㎛ 내외로 조절하였으며, 7℃/s의 냉각 속도로 냉각하여 Zn-Al-Mg계 도금 강판을 얻었다. 상기 도금욕의 조성은 중량%로, Al: 5%~30%, Mg: 2%~10%, 잔부 Zn인 범위를 만족한다. 용융합금도금층은 5중량% 이상 30중량% 이하의 Al, 2중량% 이상 10중량% 이하의 Mg, 0.05중량% 이상 10중량% 이하의 Fe, 0중량% 초과 1중량% 미만의 Si 및 잔부의 Zn과 기타 소지철에서 확산된 성분을 포함한다.
2. 도금층 단면의 미세조직 및 굽힘 가공성 평가
표 3은 본 발명의 제 2 실험예에 따른 도금 강재에서 용융합금도금층 단면에서의 MgZn2상 면적분율(%)과 용융합금도금층 단면에서의 MgZn2상 면적분율에 대한 Al 단상 면적비율(%)에 따른 굽힘 가공성 평가 결과를 나타낸 것이다. 표 3에서 굽힘 가공성 평가는 3T 굽힘 후 굽힘 가공부를 FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope)으로 200배, 500배 관찰한 후, 굽힘 크랙의 폭을 측정후 평균화하여 평가하였다. '○' 항목은 굽힘 평가에서 크랙 폭 평균이 0 초과 30 ㎛ 이하인 경우를 의미하고, 'X' 항목은 굽힘 평가에서 크랙 폭 평균이 30㎛를 초과하는 경우를 의미한다.
| 시편 | 도금층 단면에서의 MgZn2면적분율 (%) |
도금층 단면에서의 MgZn2면적에 대한 Al단상 면적 비율 (%) |
굽힘가공성 평가 |
| 1 | 60 | 20 | ○ |
| 2 | 58 | 68 | ○ |
| 3 | 31 | 70 | ○ |
| 4 | 23 | 11 | ○ |
| 5 | 62 | 18 | X |
| 6 | 58 | 71 | X |
| 7 | 20 | 72 | X |
| 8 | 24 | 75 | X |
표 3을 참조하면, 시편1, 2, 3, 4는 용융합금도금층 내 단면에서 MgZn2상의 면적분율은 20~70%의 범위를 만족하고, 동시에, MgZn2상의 면적분율에 대한 Al 함유 상의 면적분율의 비율은 1~70%의 범위를 만족하는 경우에 해당하며, 3T 굽힘 후 굽힘 가공부에서 크랙 폭 평균이 모두 30 ㎛ 이하로 나타남을 확인할 수 있다.
이에 반하여, 시편5는 용융합금도금층 내 단면에서 MgZn2상의 면적분율은 20~70%의 범위를 만족하지 못하고, 시편6, 7, 8은 용융합금도금층 내 단면에서 MgZn2상의 면적분율에 대한 Al 함유 상의 면적분율의 비율은 1~70%의 범위를 만족하지 못하는 경우에 해당하며, 이 경우, T 굽힘 후 굽힘 가공부에서 크랙 폭 평균이 30㎛를 초과함을 확인할 수 있다.
| CASE1 | CASE2 | |||||
| 시편 | 면적분율 (%) |
면적분율 (%) |
평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비 |
평균단축길이(㎛) | 평균장축길이(㎛) | 굽힘가공성 평가 |
| 본발명 | 30% 이상 | 70% 이하 | 1:2~1:10 | 1~20 | 2~200 | 30 이하 |
| A1 | 70 | 30 | 1 : 2 | 10.2 | 20.0 | ◎ |
| A2 | 62 | 38 | 1 : 9.5 | 10.3 | 97.9 | ◎ |
| A3 | 68 | 32 | 1 : 10.2 | 4.0 | 40.8 | ○ |
| A4 | 66 | 34 | 1 : 9.1 | 20.5 | 84.1 | ○ |
| A5 | 62 | 38 | 1 : 8.9 | 29.1 | 200.8 | ○ |
| B1 | 59 | 41 | 1 : 10 | 5.2 | 52.0 | ◎ |
| B2 | 51 | 49 | 1 : 2.1 | 8.8 | 18.5 | ◎ |
| B3 | 52 | 48 | 1 : 10.1 | 4.8 | 48.5 | ○ |
| B4 | 55 | 45 | 1 : 2.3 | 20.1 | 197.0 | ○ |
| B5 | 57 | 43 | 1 : 9.8 | 20.5 | 200.5 | ○ |
| C1 | 39 | 61 | 1 : 10 | 20.0 | 200.0 | ◎ |
| C2 | 30 | 70 | 1 : 2.1 | 18.7 | 39.3 | ◎ |
| C3 | 31 | 69 | 1 : 10.2 | 2.2 | 22.4 | ○ |
| C4 | 39 | 61 | 1 : 4.1 | 20.3 | 83.2 | ○ |
| C5 | 35 | 65 | 1 : 6.9 | 29.0 | 200.1 | ○ |
| D1 | 27 | 73 | 1 : 2 | 3.0 | 6.0 | ○ |
| D2 | 29 | 71 | 1 : 2 | 18.0 | 36.0 | ○ |
| D3 | 25 | 75 | 1 : 5 | 10.8 | 54.0 | ○ |
| D4 | 29 | 71 | 1 : 9.5 | 2.0 | 19.0 | ○ |
| D5 | 28 | 72 | 1 : 10.2 | 2.0 | 20.4 | ○ |
표 4는 본 발명의 제 2 실험예에 따른 도금 강재에서 용융합금도금층 표면에서의 MgZn2상 면적분율(%)과 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비에 따른 굽힘 가공성 평가 결과를 나타낸 것이다. CASE1은 도금층 표면에서의 전체 MgZn2 중에 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b) 비가 0.5를 초과하는 MgZn2에 관한 것이며, CASE2는 도금층 표면에서의 전체 MgZn2 중에 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b) 비가 0.5 이하인 MgZn2에 관한 것이다. 표 4에서 굽힘 가공성 평가는 도금층 단면에서의 MgZn2 면적분율이 20~70%이고, 상기 MgZn2상 내부에 존재하는 또는 상기 MgZn2상과 이격되어 존재하는 Al 함유 상이 MgZn2상의 단면적 대비 1~70%의 비율로 존재하는 도금 강판으로 굽힘 가공성 평가를 하되, 굽힘 가공성 평가는 3T 굽힘 후 굽힘 가공부를 FE-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope)으로 200배, 500배 관찰한 후, 굽힘 크랙의 폭을 측정후 평균화하여 평가하였으며, '◎' 항목은 3T 굽힘 평가에서 크랙 폭 평균이 0 초과 15㎛ 이하인 경우를 의미하고, '○'항목은 3T 굽힘 평가에서 크랙 폭 평균이 15㎛ 초과 30㎛ 이하인 경우를 의미한다.
표 4를 참조하면, 시편 A1, A2, B1, B2, C1, C2에서 상기 용융합금도금층 표면에서 전체 MgZn2상 중에 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 0.5를 초과하는 MgZn2상의 면적분율이 30% 이상이며, 상기 용융합금도금층 표면에서 전체 MgZn2상 중에 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 0.5 이하인 MgZn2상의 면적분율이 70% 이하이며, 상기 용융합금도금층 표면에서 전체 MgZn2상 중에 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 1/10 이상이고 1/2 이하이고, 상기 평균 단축길이(a)는 1~20㎛이고, 상기 평균 장축길이(b)는 2~200㎛인 경우를 모두 만족하며, 이 경우, 3T 굽힘 평가에서 크랙 폭 평균이 15㎛ 이하임을 확인할 수 있다.
이에 반하여, 시편 D1, D2, D3, D4, D5는 용융합금도금층 표면에서 전체 MgZn2상 중에 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 0.5를 초과하는 MgZn2상의 면적분율이 30% 이상인 범위를 만족하지 못하며, 용융합금도금층 표면에서 전체 MgZn2상 중에 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 0.5 이하인 MgZn2상의 면적분율이 70% 이하인 범위를 만족하지 못하는 경우이며, 이 경우, 3T 굽힘 평가에서 크랙 폭 평균이 15㎛를 초과함을 확인할 수 있다.
또한, 시편 A3, B3, C3, D5는 용융합금도금층 표면에서 전체 MgZn2상 중에 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 1/10 이상이고 1/2 이하인 범위를 만족하지 못하는 경우이며, 이 경우, 3T 굽힘 평가에서 크랙 폭 평균이 15㎛를 초과함을 확인할 수 있다.
또한, 시편 A4, B4, C4는 용융합금도금층 표면에서 전체 MgZn2상 중에 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 0.5 이하인 MgZn2상의 면적분율이 70% 이하이며, 상기 용융합금도금층 표면에서 전체 MgZn2상 중에 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 1/10 이상이고 1/2 이하인 범위를 만족하더라도 상기 평균 단축길이(a)가 1~20㎛인 범위를 만족하지 못하는 경우이며, 이 경우, 3T 굽힘 평가에서 크랙 폭 평균이 15㎛를 초과함을 확인할 수 있다.
또한, 시편 A5, B5, C5는 용융합금도금층 표면에서 전체 MgZn2상 중에 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 0.5 이하인 MgZn2상의 면적분율이 70% 이하이며, 상기 용융합금도금층 표면에서 전체 MgZn2상 중에 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 1/10 이상이고 1/2 이하인 범위를 만족하더라도 상기 평균 장축길이(b)가 2~200㎛인 범위를 만족하지 못하는 경우이며, 이 경우, 3T 굽힘 평가에서 크랙 폭 평균이 15㎛를 초과함을 확인할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
Claims (8)
- 삭제
- 소지철; 및
상기 소지철 상에 형성된 용융합금도금층;을 포함하고,
상기 용융합금도금층은 중량%로, Al: 5%~30%, Mg: 2%~10%, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
상기 용융합금도금층은 표면에서 전체 MgZn2상 중에 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 0.1 이상 및 0.5 이하인 MgZn2상의 면적분율이 30% 이상 및 70% 이하인 것을 특징으로 하는,
가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재. - 삭제
- 제 2 항에 있어서,
상기 평균 단축길이(a)는 1~20㎛이고, 상기 평균 장축길이(b)는 2~200㎛인,
가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재. - 제 2 항에 있어서,
상기 용융합금도금층은 표면에서 Al상과 Zn상으로 구성되는 Al-Zn 덴드라이트의 면적분율은 0% 초과 및 30% 이하인,
가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재. - 제 2 항에 있어서,
상기 용융합금도금층은 표면에서 전체 MgZn2상 중에 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 0.5 초과 및 1.0 미만인 MgZn2상의 면적분율이 30% 이상 및 70% 이하인 것을 특징으로 하는,
가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재. - 제 6 항에 있어서,
상기 평균 단축길이(a)와 평균 장축길이(b)의 비가 0.5 초과 및 1.0 미만인 MgZn2상의 단면적과 동일한 면적을 가지는 가상의 원의 직경은 1~50㎛인 것을 특징으로 하는,
가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재. - 제 2 항에 있어서,
상기 용융합금도금층은 중량%로, Fe: 0.05%~10% 및 Si: 0초과 1%미만을 더 포함하는,
가공성 및 내식성이 우수한 도금 강재.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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