KR19980046890A - 가공성과 표면품질이 우수한 전기아연도금강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 카로젤(Carosel)형의 전기 도금조에서 아연을 도금 피막하는 방법에 관한 것이며, 그 목적은 가공성이 우수하고 표면 외관이 미려한 도금 피막을 얻는 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 카로젤형의 전기 도금조에서 도금을 완료하여 도금 강판을 얻은후, 아연 도금이 완료된 강판을 바로 250-450℃ 범위의 온도에서 5-30초간 가열하여 아연 도금강판의 표면 조직을 미약하게 합금화시킴으로써 표면이 미려하고 도금층의 가공성도 우수한 전기아연도금강판을 제조하는 방법을 기술 요지로 한다.

Description

가공성과 표면 품질이 우수한 전기아연도금강판의 제조 방법

본 발명은 카로젤(Carosel)형 전기 도금조에서 아연을 도금하는 방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는 도금이 완료된 후 강판을 250-450℃의 온도에서 5-30초간 가열해줌으로써 가공성이 우수하고 표면 외관이 미려한 도금 피막을 얻는 아연 도금 강판의 제조 방법에 대한 것이다.

카로젤형의 전기 도금조는 길이가 2060㎜이고 지름이 2440㎜인 전도롤이 도금 용액에 절반쯤 잠겨 있고 강판은 이 전도롤을 감고 돌면서 통전이 되면 용액에 잠겨 있는 강판 부분에서 도금이 이루어지는 구성이다. 이 전도롤은 가운데 700㎜ 부분만이 통전되도록 금속 도체(밴드)로 형성되고 나머지 부분은 합성 고무로 형성된다. 도금 용액의 온도가 통상 60℃이므로 전도롤의 표면은 이 온도까지 상승하게 되고 작업이 진행됨에 따라 전류의 흐름에 의해 열이 발생하여 합성 고무가 부풀게 된다. 이 고무가 지나치게 부풀면 전도롤의 통전부위인 밴드보다 고무의 높이가 높아져 강판과 밴드의 접촉이 불균일하게 되고 이 불균일 접촉 부위에는 전류가 집중하여 아래 (1)식과 같은 주울열(Q)을 발생하여 강판이 전도롤의 밴드에 융착되는 현상을 유발시킨다. 이와 같은 융착은 강판의 표면 품질에 문제를 야기시키는 것은 물론 전도롤에도 커다란 손상을 일으키기 때문에 이를 방지하기 위하여 투입 전류를 감소시키거나 라인 속도를 감소시켜 작업하므로서 생산성이 하락하는 문제를 초래한다.

[화학식 1]

Q = I²Rt

(여기에서 Q : 발생열(joule, watts×sec), I : 전류(A), R : 저항(Ω), t : 전류가 흐른 시간(sec))

상기 (1)식과 같이 발생하는 열(Q)은 전류(I)의 제곱에 비례하고 저항(R)과 시간(t)에 비례하기 때문에 저항이나 시간보다는 전류의 집중이 열의 발생에 가장 커다란 영향을 미친다. 따라서, 전도롤의 온도 상승을 억제하기 위하여 전도롤의 내부에 냉각수를 흘려보내고 강판과 밴드 사이에는 건조하지 않도록 순수한 물 혹은 도금 용액을 뿌린다. 또한 합성 고무는 금속 도체인 밴드보다 열팽창 게수가 큰점을 고려하여 상온에서는 밴드가 고무보다 약 0.7㎜ 높지만 작업이 진행되고 전도롤의 온도가 높아짐에 따라 고무가 부풀게 되면 결국은 높이가 같아지도록 구성된다. 그리고 강판과 전도롤이 완전하게 접촉하도록 강판에는 재질 및 두께에 따라 6-11㎏/㎟의 장력이 부여된다.

아연의 표준 전극 전위는 -0.76V이고, 소지 금속인 철은 -0.44V이므로 아연이 철보다 전기화학적으로 비하다. 따라서, 철과 아연이 갈바닉 전지를 형성하게 되면 철보다 아연이 우선적으로 부식되는 현상을 이용하여 강판 위에 아연을 도금하면 아연이 먼저 부식되어 희생방식의 작용을 하기 때문에 오래 전부터 아연 도금강판이 사용되고 있다. 그러나, 아연의 결정 구조는 육방 조밀 격자로 구성되었고 녹는 온도가 460℃로 낮기 때문에 금속의 단단함을 나타내는 경도가 철이나 아연철 합금보다 상당히 낮다. 따라서, 외부의 작은 응력에 의해서도 쉽게 손상되는 특징을 가진다. 이는 상기 설명한 전기 도금시 전도롤 밴드의 가장 자리에서 발생되는 도금층의 눌린 자국(밴드 마크)을 보면 쉽게 알 수 있다. 전도롤의 밴드는 내마모 및 내산은 물론 녹는 온도가 매우 높을 것이 요구된다.

따라서, 경도도 상당히 높기 때문에 아연 도금층과 균일하게 접촉되면 상관없으나 강판이 높은 장력으로 감고 돌기 때문에 밴드 가장자리에는 눌린 자국을 형성하게 된다. 카로젤형의 전기 도금조는 하나의 도금 단위에 여러개의 전도롤로 이루어졌기 때문에 하나의 전도롤을 거칠 때마다 한 줄의 밴드 마크를 형성하게 되면 10개의 전도롤을 거치면 10개의 밴드 마크가 형성되어 이와 같이 형성된 밴드 마크가 정상적인 도금층 표면과 색상 및 광택에 영향을 미쳐 도금층 표면의 외관을 해치고 도장후에도 그대로 전사되기 때문에 제품의 품질을 저하시켜 수요가들의 많은 불만의 대상이 된다.

또한, 상기 설명한 바와 같이, 아연 도금층은 경도가 낮고 조밀 육방 격자로 구성되어 주위 온도가 영하로 저하한 경우 가공을 하게 되면 도금층이 취약해져 균열을 유발시키고 가공시 마찰을 크게 할 뿐만 아니라 가공 다이에 아연 분말이 흡착되는 결과를 초래하여 가공 작업성을 떨어뜨리기도 한다.

아연 도금층의 밴드 마크는 크게 두가지 방법으로 제거하는 데, 강판의 장력을 줄여 도금조에서 밴드 마크가 발생되지 않도록 하는 것과, 전도롤의 밴드 높이를 고무보다 낮게 하는 방법이 생각되나 어느 경우나 도금층이 밴드에 융착되는 아크 스폿(Arc Spot)을 야기시키기 때문에 더욱 심각한 문제를 야기한다. 따라서, 현재는 스킨패스밀(Skin Pass Mill)에 의해 롤과 롤 사이를 강판이 통과하면서 일정한 압하율로 눌러줌으로써 밴드 마크를 제거하나 이러한 방식은 별도의 공장에서 작업이 이루어져야 하므로 하나의 공장을 더거침에 따른 원가 상승 및 작업 공정의 불균형을 초래하며, 차기 공정을 거치면서 도금층에 손상이 발생하는 등의 문제가 존재한다.

따라서, 본 발명은 상기 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 카로젤형의 전기 도금조에서 도금이 완료된 후, 강판을 일정 온도에서 가열하여 아연 도금층의 표면 조직을 미약하게 합금화시킴으로써 표면이 미려하고 도금층의 가공성도 우수한 전기 아연도금 강판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 전기아연도금강판에 대하여 가열 시간을 20초로 일정하게 유지하면서 온도를 변화시키면서 가열한 경우의 강판 표면의 마찰 계수의 변화를 도시한 그래프도,

도 2는 전기 아연 도금 강판에 대하여 가열 온도를 350℃로 일정하게 유지하면서 가열 시간을 변화시키면서 가열한 후, 강판 표면의 마찰 계수의 변화를 도시한 그래프도,

도 3(가)는 가열을 실시하지 않은 순수 전기아연도금강판의 표면 조직 사진이며, (나)는 본 발명에 따라 가열을 실시한 전기아연도금강판의 표면 조직 사진이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 카로젤형의 전기 도금조에서 도금이 완료된 후 강판을 250-450℃의 온도범위에서 5-30초 가열하여 아연 도금층의 표면 조직을 미약하게 합금화시킴으로써 표면이 미려하고 도금층의 가공성도 우수한 전기 아연 도금 강판을 제조하는 방법을 제공한다.

이하에서는 양호한 실시예와 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에서 사용되는 도금조는 레이디얼(Radial) 카로젤형이고, 도금이 완료되어 얻어진 강판을 250-450℃의 온도범위에서 5-30초 가열하여 강판표면을 미약하게 합금화하는 것을 기술 요지로 하는 데, 도금 강판의 가열 온도를 250-450℃로 한정하는 것은, 250℃ 이하에서는 도금층의 합금화가 용이하지 아니하기 때문에 표면에 변화가 없어 밴드 마크를 제거할 수 없고 따라서 가공성도 향상하지 않기 때문이며, 450℃ 이상으로 가열하면 밴드 마크는 제거되나 도금층이 변색되고 과도한 합금화로 도금 밀착성이 열화하기 때문이다.

가열 시간을 5-30초로 한정한 것은 5초 이하인 경우 너무 단시간이므로 합금화가 일어나지 않으므로 밴드 마크 제거와 가공성에서 전혀 효과를 볼 수 없고 30초 이상 가열하는 경우 과도한 합금화로 변색이 발생하여 도금 밀착성이 불량하게 되는 등 오히려 역효과가 나타나기 때문이다.

이하에서는 실시에와 관련하여 본 발명을 설명한다.

[실시예 1]

도 1 및 도 2에는 가열 온도와 시간에 따른 전기 아연 도금 강판의 표면 마찰 계수의 변화를 나타내고 있는 데, 여기에서 사용한 아연 도금강판은 앙면 도금된 것으로 부착량 20g/㎡의 것을 사용하였으며, 시편의 크기는 길이가 400㎜이고, 폭이 40㎜가 되도록 절단하여 적외선 가열로에서 온도와 시간을 변화시켰고 방청유를 도포한 후 드로오비이드 시험 장치를 사용하여 아래 식(2)을 통해 마찰 계수를 측정하였다.

[화학식 2]

μ = 마찰 하중/가압력 = (F_D- R_D)/π F_P

(여기에서 F_D: 고정 비이드를 사용할 때의 인발 하중, R_D: 롤러 비이드를 사용할 때의 인발 하중, F_P: 고정 비이드를 사용할 때의 가압력)

eh 1은 가열 시간을 20초로 일정하게 유지하고 온도만 변화시키면서 마찰계수를 측정한 결과이고, 도 2는 가열 온도는 350℃로 일정하게 유지하고 가열시간을 변화시키면서 마찰 계수를 측정하여 얻은 결과를 나타낸 것이다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 가열시키지 않은 강판은 마찰 계수가 0.4로 대단히 높고 가열 온도가 증가함에 따라 점점 감소하여 250℃의 가열 온도부터는 0.25의 낮은 마찰 계수를 나타내고 있다. 또한, 도 2 도시로부터 알 수 있는 바와 같이, 가열 시간이 5초를 경과한 시점에서 마찰 계수가 급격하게 감소하여 가공성이 우수한 것을 알 수 있다. 이러한 현상의 원인은 도금층을 가열함에 따라 표면에서 아연-철의 합금화가 약간 진행되어 표면 강도가 증가하였기 때문인 것이다.

[실시예 2]

도 3에는 실시예 1의 350℃에서 20초간 가열한 도금강판과 전혀 가열하지 않은 순수 아연 도금강판에 대해 전자 현미경으로 관찰한 표면 조직을 나타내었다. 도 3(가)는 순수 아연 도금당판의 표면 조직 사진이고, (나)는 가열한 아연 도금 강판의 표면 조직사진인데, 가열에 의해 표면이 합금화되면서 원래 가지고 있던 순수 아연 조직이 변화된 것을 볼 수 있다. 이와 같은 조직의 변화 및 합금화는 도금층 표면의 경도를 증가시키고 나아가서 마찰 계수를 저하시키므로 가공성이 향상된다. 그러나, 450℃ 이상 가열한 경우 과도한 합금화를 초래하여 표면을 변색시키고 도금 밀착성을 열화시킨다.

[실시예 3]

전기 아연 도금강판의 가열 온도와 가열 시간을 변화시키면서 밴드 마크의 존재 유무, 도금층 박리 정도 및 표면 마찰 계수를 측정하여 표 1에 나타내었다.

[표 1]

*도금층 박리 : 다량← ×△□◎ → 없음

표 1에서 도금 밀착성의 평가는 강판을 100㎜×25㎜로 절단하여 -5℃의 분위기에서 10분간 냉각시킨 후 꺼내어 즉시 투명 테이프를 길이 방향으로 한면에 접착시킨 다음 1.0T로 벤딩하여 이때 테이프에 묻어 나오는 도금 피막의 양을 육안으로 관찰하여 가장 심한 경우를 ×로, 가장 우수한 경우를 ◎로 나타내었다. 또한, 밴드 마크 제거 유무를 판정하기 위하여 전기도금 공장에서 생산한 두께 0.6㎜의 양면에 20g/㎡의 도금층을 갖는 아연도금강판을 사용하였고 밴드 마크가 발생된 부위를 절단하여 시험이 완료된 후 육안으로 밴드 마크 존재 유무를 판정하였다. 표면 마찰 계수는 실시예 1과 동일한 방법으로 측정하였다.

강판을 가열하지 않은 종래예의 경우 밴드 마크가 선명하고 도금층의 박리도 다량 발생하며 표면 마찰 계수도 0.4로서 대단히 높은 값을 가지고 있으나 비교예 1 내지 비교예 6에서 알 수 있는 바와 같이, 일단 강판을 가열하면 표면 마찰계수가 감소하거나 도금층의 박리 발생량이 감소하는 것을 알 수 있으며, 밴드 마크도 가열 온도가 높거나 낮은 것에 관계없이 가열 시간이 길면 소멸되는 것을 알 수 있다. 그러나 비교예의 경우는 어느것도 3가지 항목을 모두 만족시키지는 못한다.

발명예에서 알 수 있는 바와 같은 일정 범위의 가열 온도 및 가열 시간을 벗어나면 3가지 항목을 모두 만족시킬 수 없다. 특히, 가열 온도가 450℃ 이상이 되거나 450℃라 할지라도 가열 시간이 30초를 초과하면 산화에 의해 도금층 표면의 색상이 어두워지고 도금 밀착성이 갑자기 열악해지는 결과를 초래한다.

따라서, 상기 설명한 본 발명의 전기 아연 도금강판의 제조 방법에 의하면, 도금 완료후 아연 도금된 강판을 250-450℃ 범위 온도에서 5-30초간 가열함으로써 강판 표면에서의 미약한 합금화에 의해 도금층의 표면 경도를 높여 가공성을 향상시키고 동시에 도금조에서 발생한 밴드 마크를 제거하여 줌으로써 표면 외관이 미려한 전기 아연 도금 강판을 얻을 수가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 카로젤(Carosel)형의 전기 도금조에서 아연 도금을 실시하여 도금 강판을 얻은 후, 아연 도금이 완료된 강판을 바로 250-450℃ 범위의 온도에서 5-30초간 가열하여 아연 도금강판의 표면 조직을 미약하게 합금화시킴으로써 표면이 미려하고 가공성도 우수한 전기아연도금강판을 제조하는 방법.