KR19990053135A - 고강도 용융아연 도금강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 강판으로 사용되는 고강도 용융아연 도금강판의 도금부착성을 향상시키는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강중 실리콘 함량이 0.3∼2.0WT% 함유한 냉연강판을 대상으로 0.15∼0.20WT%의 알루미늄을 포함한 통상의 용융아연 도금욕에서 바나듐을 0.01∼0.10WT% 첨가하여 일반 저탄소강과 동등한 도금부착성을 갖는 고강도 용융아연 도금강판을 제조하는 방법을 요지로 한다.

Description

고강도 용융아연 도금강판의 제조방법.

본 발명은 자동차용 강판으로 사용되는 고강도 용융아연 도금강판의 도금부착성을 향상시키는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강중 실리콘 함량이 0.3∼2.0WT% 함유한 냉연강판을 대상으로 0.15∼0.20WT%의 알루미늄을 포함한 통상의 용융아연 도금욕에서 바나듐을 0.01∼0.10WT% 첨가하여 일반 저탄소강과 동등한 도금부착성을 갖는 고강도 용융아연 도금강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

지구환경보전을 위한 과제로서 연비규제가 강화되고, 이에 대응한 자동차의 연비 개선의 대책으로서 자동차 경량화를 도모할 필요가 있다. 자동차 경량화 대책의 하나로서 강판의 고장력화에 의한 자동차 소재의 무게 감소가 효과적이기 때문에 자동체 차체용 고장력 용융아연 도금강판의 수요가 증가하고 있다. 그러나 통상의 P,Mn등의 고용강화 원소를 이용하는 고강도강의 제조방법은 가공성증가에 한계가 있어 최근에 개발된 초심가공용 고장력강은 Si,Mn,P등의 난도금성 원소를 모두 함유하는 특징을 나타내고 있다. 특히 실리콘은 강의 강도를 크게 감소시키지 않고연성을 유지시킬수 있는 원소로 유망하다. 그러나 강성분에 Si 농도가 0.3WT%이상 함유 시에는 통상의 용융아연 열연강판의 제조공정에서 열간압연과정 및 연속소둔 열처리 공정 중에서 강판표면으로 확산되어 이들 원소의 농도가 모재(bulk)보다 10∼100배 정도 높게 된다. 이와 같이 결정입계나 입내에 농화된 실리콘은 로내 분위기중의 극미량 수분이나 불순량과 반응하여 SiO₂산화물 피막을 형성하므로 용융아연 도금공정에서 용융아연괴의 도금부착성(wettability)을 크게 저하시킨다. 그 결과 젖음성확보가 곤란하게 되어 미도금현상이 다발하게 되거나, 용융도금이 되더라도 도금밀착성을 열화시켜 가공시 도금박리가 발생하는 문제점이 있다.

Si함유강의 도금부착성 문제를 해결하기 위하여 기존에 발표된 기술로 용융아연 도금욕의 Al첨가량 증가(0.10∼0.20WT%→0.21∼0.25WT%)에 의해서 소지철과 도금층계면에 Zn-Fe-Al-Si계 및 Fe-Al-Si계의 합금층 생성량을 증가시켜 합금원소의 산화층을 환원시키는 효과에 의해, 계면에서 합금원소의 산화피막으로 인한 융용도금 젖음성저하를 방지하는 방법이다. 그러나 도금욕내 알루미늄증가는 미니스팡글강판 제조시 도금욕에 불가피하게 불순물로 첨가되는 Pb와 공존시 입계부식이 발생하기 용이하기 때문에 경시도금박리가 발생할 가능성이 높다. 또한 도금욕내 알루미늄농도의 증가는 도금욕내 상부드로스 발생량을 증가시키는 문제점이 있다.

두 번째로 용융도금 전에 Fe,Ni, Fe-O, Fe-C계 및 기타 다양한 합금원소계의 무전해 또는 전기도금에 의한 예비도금(pre-coating)을 실시하는 방법이다. 이는 고온소둔에 의해서 소지철계면에 합금원소가 농화되어서 예비도금층 하부에 농화됨으로써, 소둔과정 또는 가열과정시 분위기중 수분과의 반응을 차단하기 때문에 실리콘의 산화가 방지되므로서 도금부착성 및 합금화처리성이 크게 향상된다. 그러나 강판표면에 예비도금하는 방법을 통상 전기도금방식으로 실시하기 때문에 소지철의 요철이 큰 열연산세강판을 도금소재로 하는 경우, 짧은 도금공정에 의해서 요철부에 도금부착량 편차가 발생한다. 즉 요철부는 평활한 도금층 표면보다 양극과의 간격차이가 있기 때문으로 볼록부는 평활한 표면보다 도금부착량이 많게 되나. 오목부분은 도금부착량이 적게 되거나 또는 전혀 도금이 되지 않는 문제점이 발생할 가능성이 있다. 따라서 이를 방지하기 위해서 전기도금공정을 길게 하거나, 감속작업을 행하는 방법이 있으나, 블록부에서의 과도금이 발생하므로 바람직하지 않다. 특히 이와 같이 예비도금하는 원소는 경도가 크고 연성이 부조한 원소로서 도금부착량이 큰 경우, 가동시 도금박리가 발생하는 문제가 있다. 또한 전처리 공정에서 예비도금을 전기도금방식으로 실시할 경우, 설비가 복잡하기 때문에 경제적으로도 바람직하지 않다.

세 번째 방법으로 최근 실린콘 첨가강의 도금성을 향상하기 위해 직화로(direct fired furance)에서 과잉의 공기를 투입하여 산화피막을 형성한후, 10%H₂-90%H₂환원분위기의 가열로(RTS)에서 환원처리를 함으로서 크게 향상시킬수 있어, 이에 대한 연구가 활발이 진행되고 있다. 예로서 직화로에서 공기비를 통상의 0.9에서 1.05로 증가시켜서 철산화물 두께를 증가시킨 후, 환원열처리하면 순수한 Fe층이 강판표면에 형성될수 있다. 그러나 만일 산화피막이 두껍게 잔존하면 도금박리가 발생한다. 또한 실리콘이 강판표면에 농화되면 아연도금층은 강판표면에 강하게 밀착되지 못하거나 미도금이 발생한다. 그러므로 작화로에서 철산화물의 두께를 적절하게 조절하는 것이 매우 중요하며, 따라서 현장 적용이 곤란함 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 미도금발생 억제 및 도금부착성이 향상되고 일반 저탄소강과 동등한 도금부착성을 갖는 고강도 용융아연도금 강판의 제조가 가능하므로서 생산성을 향상시키고 표면품질 불량을 크게 감소시킬 수 있는 고강도 용융아연 도금강판의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실리콘 함량이 0.3∼2.0WT% 함유된 고강도 용융아연 도금강판을 제조하는 방법에 있어서, 0.15∼0.20WT%의 알루미늄을 포함한 통상의 용융아연 도금욕에서 바나듐을 0.01∼0.20WT% 첨가하여 일반 저탄소강과 동등한 도금부착성을 갖는 것을 특징으로하는 고강도 용융아연 도금강판의 제조방법에 의하여 달성된다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 실리콘 함량이 0.3∼2.0WT% 함유된 고강도 용융아연 도금강판을 제조하는 방법에 있어서, 강판표면을 0.15∼0.20WT%의 알루미늄을 포함한 통상의 용융아연 도금욕에서 바나듐을 0.01∼0.10WT% 첨가하여 일반 저탄소강과 동등한 도금부착성을 갖는 고강도 용융아연 도금강판을 제조함으로서 생산성을 향상시키고 품질불량을 감소시키기 위한 것으로서 이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는 강도를 증가시키기 위하여 강중의 실리콘 농도를 0.3∼2.0WT%로 한정시켰다. 강중실리콘 함량이 0.3WT% 미만에서는 강도 증가가 뚜렷하지 않으며, 2.0WT%를 초과하면 과도한 실리콘 산화물의 편석으로 인해 도금욕에 바나듐을 첨가하더라도 미도금이 발생하였다.

고강도 용융아연 도금강판 제조시 용융아연 도금욕의 알루미늄 성분을 통상적인 0.15∼0.20%로 관리하는 이유는 용융아연 도금욕중의 알루미늄 함량이 0.20% 이상으로 높을 경우 도금욕에 상부 드로스(Fe₂Al₅)가 많이 발생하고, 도금욕에 불가피하게 불순물로 첨가되는 Pb의 공존시 입계부식이 발생하기 용이하기 때문에 경시도금박리가 발생할 가능성이 높다. 반면 0.15WT% 미만에서는 하부 드로스(FeZn₇)가 다량으로 생성되고 취약한 케피탈 감마(Γ)상이 두껍게 발달하여 도금밀착성이 현저히 열화된다. 따라서, 고강도 용융아연 도금강판 제조시에는 도금밀착성 확보 및 드로스 관리를 위해 알루미늄 함량을 0.15∼0.20%로 관리한다.

본 발명에서는 도금부착성을 향상시키기 위해 용융아연 도금욕에 바나듐을 0.01∼0.10WT%첨가하여 수둔열처리시 강판표면으로 편석되는 실리콘 산화물과 우선적으로 결합하여 도금부착성을 열화시키는 실리콘 산화물을 실리콘으로 환원시키로서 미도금 발생억제 및 일반 저탄소강과 동등한 도금부착성을 가능하게 하여, 표면품질 및 생산성을 향상하게 하는 것을 그 목적으로 한다. 또한 본 발명에서 바나듐을 첨가시 도금욕의 표면장력을 크게 감소시켜 미도금 발생 억제 및 도금부착성을 향상시키는 작용을 하는 것으로 추정되었다. 실예로서, 0.18WT%알루미늄-0.10WT%바나듐을 함유한 460℃ 아연도금욕에서 용융도금시 얻어진 도금층내부의 바나듐의 분포위치를 알기 위해서는 도금층의 깊이방향으로 GDS(Glow Discharge Spectrometer)로 분석한 결과, 도금층/조지철계면에 알루미늄과 함께 농화되어 있음을 볼 수 있다. 또한 실리콘 산화물에 의한 산화물층이 거의 없는 것으로 나타났다. 이는 도금욕에 침적시 소지철/도금층 계면에 편석된 실리콘 산화물이 바나듐에 의해 실리콘으로 환원되어 도금부착성에 악영향을 미치지 못하는 것으로 판단된다.

본 발명에서 도금욕내 바나듐의 첨가농도를 0.01∼0.10WT%로 한정한 이유는 0.01WT%미만으로 첨가시 표면장력감소 및 실리콘 산화물의 환원효과가 적어서 도금부착성의 개선이 뚜렷하지 않기 때문이다. 반면 0.1WT%를 초과하면 도금부착성은 향상되나, 도금욕 상부에 바나듐에 기인한 드로스 발생량이 많게 되어 표면품질이 열화되고 바나듐이 고가이므로 경제적으로 바람직하지 않다.

이하 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

하기의 표 1은 본 발명에 의한 실시예를 나타낸 것으로서, 실리콘이 각각 0.01, 0.5, 1.5WT% 함유된 0.8mm 두께의 냉연강판을 사용하여 연속용융 도금공정에서 도금욕내 알루미늄함량 및 바나듐함량을 변화시킨 도금욕에 3초간 침적하고, 도금부착량을 단면기준으로 120g/m²으로 제조한 고강도 용융아연 도금강판을 여러 가지 방법으로 도금부착성을 시험한 결과를 하기의 표 1에 나타내었다. 이때 도금욕에 바나듐 첨가는 Zn-2%V 모합금을 제조하여 첨가하였다.

도금조건과 도금부착성

구분	도금조건	부착성 시험방법
	강중 Si(WT%)	V농도(WT%)	Al농도(WT%)	180굽힘시험	에리센시험	로크포밍 시험
본 발명예1	0.5	0.01	0.15	양호	양호	양호
본 발명예2	1.5	0.01	0.20	양호	양호	양호
본 발명예3	1.5	0.10	0.15	양호	양호	양호
본 발명예4	1.5	0.10	0.20	양호	양호	양호
비교예1	0.5	-	0.18	불량	불량	불량
비교예2	1.5	0.005	0.18	양호	불량	불량
비교예3	1.5	0.15	0.18	양호	양호	양호
비교예4	0.01	-	0.15	양호	양호	양호

상기 표 1에서 알수 있는 바와 같이 본 발명의 조건을 만족하는 발명예(1,2,3,4)는 일반 저탄소강(비교예 4)과 동등한 도금부착성을 나타내었으나, 비교예(1,2)와 같이 강중 Si함량이 0.3%를 초과시 바나듐을 첨가하지 않거나, 본 발명의 첨가량보다 낮으면 미도금 및 도금부착성의 불량이 발생하였다. 또한 비교예 3과 같이 바나듐 첨가량이 1.0WT%보다 높으면, 도금부착성은 양호하더라도, 도금욕 상부에 바나듐에 기인한 드로스 발생량이 많게 되어 표면품질이 열화되고 바나듐이 고가이므로 경제적으로 바람직하지 않다. 따라서 본 발명의 아연도금욕내 바나듐을 0.01∼0.10WT%로 첨가하여 사용하면, 강중 실리콘이 0.3∼2.0WT% 함유된 고강도강에서도 일반 저탄소강과 동등한 도금부착성을 갖는 고강도 용융아연 도금강판을 얻을 수 있었다. 또한 본 발명예의 경우 형성한계도(forming limit diagram: 링)를 작성한 결과 소지철이 파단될 때까지 도금층 박리기 발생하지 않았다.

상술한 바와 같이 본 발명은 실리콘이 함량이 0.3∼2.0WT% 함유된 고강도 합금화 용융아연 도금강판을 제조하는 방법에 있어서, 통상의 용융아연 도금욕에 0.01∼0.10WT%의 바나듐을 첨가하여 , 미도금발생 억제 및 도금부착성이 향상되고 일반 저탄소강과 동등한 도금부착성을 갖는 고강도 용융아연도금 강판의 제조가 가능하므로서 생산성을 향상시키고 표면품질 불량을 크게 감소시킬수 있어 산업상 이용효과가 매우 우수한 발명이다.

Claims (1)

1. 실리콘 함량이 0.3∼2.0WT% 함유된 고강도 용융아연 도금강판을 제조하는 방법에 있어서, 0.15∼0.20WT%의 알루미늄을 포함한 통상의 용융아연 도금욕에서 바나듐을 0.01∼0.20WT% 첨가하여 일반 저탄소강과 동등한 도금부착성을 갖는 것을 특징으로하는 고강도 용융아연 도금강판의 제조방법.