KR20000043801A - 실리콘 함유강판의 용융아연도금 열연강판의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 함유강판을 이용한 용융 아연도금 열연강판의 제조 방법에 관한 것으로서, 난도급성 원소인 실리콘을 0.15% 이상 함유하는 고장력 및 고가공성 열연강판을 용융아연 도금하기 위하여 열연강판의 제조 공정에 있어서, 산세공정 및 예비도금 공정을 생략하면서 도금욕조 이전 공정인 환원가열로에서의 열처리 온도는 650 내지 750 ℃, 유지시간은 60초 이상, 수소농도는 30% 이상으로 유지하면서 열연강판의 스케일층을 선택적으로 환원처리한 후, 도금욕 이전의 제어 냉각 속도를 5 내지 25 ℃/sec 범위로 설정하여 특정 스케일 조성으로 형성시킨 다음에 용융아연 도금을 할 수 있는 용융 아연도금 열연강판의 제조 방법을 개시한다.
Description
본 발명은 실리콘 함유강판의 용융아연도금 열연강판의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 제철의 용융아연도금 열연강판의 제조 공정(Pickling & alvanizing Line)에 있어서, 난도금성 원소인 실리콘을 함유한 열연강판의 표면에 형성된 스케일(scale)층을 산세공정이나 기계적 박리공정에서 제거시키지 않고, 도금조 이전에 설치되어 있는 환원가열대에서 열연판의 스케일층을 환원시키므로서 스케일 제거로 유발되는 환경 문제 뿐만 아니라 실리콘 함유강판의 젖음성을 향상시키기 위한 예비도금(pre-coating) 등을 생략시킬 수 있고, 제조원가를 절감시키면서 기존의 용융도금 열연강판과 동등 이상의 도금밀착성을 가질 수 있는 실리콘 함유강판을 이용한 용융아연도금 열연강판의 제조 방법에 관한 것이다.
최근에는 자동차 재료의 고 강도화 및 고 가공성이 요구되고 있어 실리콘을 0.2 중량% 이상 함유하는 실리콘첨가강이 많이 사용되고 있다. 실리콘은 연성을 감소시키지 않고 강도를 향상시키는 잇점이 있어 실리콘 함유강판은 자동차용 고강도 용융 아연도금 열연강판으로 사용이 전망된다. 그러나, 0.1 중량% 이상의 실리콘이 첨가된 열연강판에서는 열연스케일층과 소지철 계면에서 저융점 화합물인 페올라이트-뷔스타이트 공정 화합물(Fe2SiO4-FeO)을 형성시켜 산세공정 후에도 잔존하는 스케일 결함을 유발시키므로 젖음성 확보가 더욱 곤란하게 되어 미도금 현상이 다발하게 되고, 도금이 되더라도 도금 밀착성이 열화되어 가공시 도금박리가 발생하게 된다. 또한, 실리콘은 산화되기가 용이하기 때문에 종래 방법에 의한 산세후 도금전의 열처리 공정에서 강판표면으로 확산되어 표면층에서의 실리콘 농도는 강중의 농도보다 약 10 내지 100 배 높게 된다.
이와 같이 결정입계나 입내에 농화된 실리콘은 가열로 분위기 중의 극미량 수분이나 불순물과 반응하여 실리콘 산화물(SiO2)을 강판 표면에 형성시키므로서 도금공정에서 용융아연과의 젖음성을 급격히 저하시킨다.
그러므로, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 종래의 공지기술로,
첫째, 환원 열처리로의 수소가스의 유량증기 또는 노내압 상승 등에 의한 산소가스 혼합방지 및 재료시간 연장으로 환원능을 증가시키는 방법이 있으나, 실리콘 함유강판에 대해서는 큰 효과가 없으며 생산라인의 속도를 감속시켜야 하므로 생산성 저하의 문제가 있다.
둘째, 용융아연 도금욕의 알루미늄 첨가량을 증가시키므로서 실리콘 산화층의 환원 효과를 얻을 수 있으므로 계면의 합금원소 산화층으로 인한 용융아연의 젖음성 저하를 방지하고자 하였으나, 도금욕의 알루미늄 증가조업은 도금욕의 불순물인 납과의 공존에 의한 입계부식으로 인한 경시도금 박리 문제와 도금욕 상부드로스(top dross) 발생의 증가에 의한 도금층 표면결함 유발 가능성이 높게 된다.
셋째, 용융도금전 강판에 미리 Fe, Ni, Cu 또는 Fe-Mn 등을 전해도금(일본특허공보 소 60-56418, 특개평 5-156416)하므로서 고온 소둔에 의해서 소지철 계면에 합금원소가 농화되어도 전해도금층 하부에 농화되므로 소둔과정 또는 가열과정에서의 분위기 가스 중의 수분과의 반응을 차단하여 합금원소의 산화가 방지되기 때문에 소지철의 요철이 큰 열연 산세강판을 도금 소재로 하는 경우 짧은 도금공정에 의해 요철부의 도금부착량 편차가 발생하게 된다.
또한, 이를 방지하기 위해 전해도금 공정을 길게 하거나 감속 작업을 행하는 경우가 있는데, 이 방법으로 패인 부분의 미도금은 해결 가능하나 돌출부는 과도금 될 것이다. 또 예비도금하는 합금원소는 경도가 크고 연성이 부족한 원소로 도금 부착량이 큰 경우 가공시에 도금박리의 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위해 열연강판의 스케일층의 제거 공정을 생략하고 환원 가열처리 공정에서 실리콘 함유 열연강판의 표면에 형성된 스케일층을 환원시켜 스케일층을 스폰지 상의 다공질 구조로 선택적으로 환원시키므로서 소지철 표면에 실리콘이 농화되는 것에 기인된 미도금 없이 난도금성 원소인 실리콘을 함유강판을 이용한 용융 아연도금 열연강판의 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실리콘 함유강판을 이용한 용융 아연도금 열연강판의 제조 방법은 난도급성 원소인 실리콘을 0.15% 이상 함유하는 고장력 및 고가공성 열연강판을 용융아연 도금하기 위하여 열연강판의 제조 공정에 있어서, 산세공정 및 예비도금 공정을 생략하면서 도금욕조 이전 공정인 환원가열로에서의 열처리 온도는 650 내지 750 ℃, 유지시간은 60초 이상, 수소농도는 30% 이상으로 유지하면서 열연강판의 스케일층을 선택적으로 환원처리한 후, 도금욕 이전의 제어 냉각 속도를 5 내지 25 ℃/sec 범위로 설정하여 특정 스케일 조성으로 형성시킨 다음에 용융아연 도금을 하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래방법에 의한 제조공정과 본 발명에 의한 제조공정을 비교한 개략도.
도 2는 본 발명에 의한 실리콘 함유 용융아연도금 열연강판의 단면 미세조직도.
도 3은 본 발명에 의해 제조된 실리콘 함유 용융 아연도금 열연강판의 제조 조건별 도금 밀착성 비교 결과도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 기존 실리콘 함유 강판의 용융아연도금 열연강판 제조공정과 본발명에 의한 제조공정의 개략도이고, 도 2는 본 발명에 의한 실리콘 함유강판을 이용한 용융도금 열연강판 단면의 미세 조직도이고, 도 3은 본 발명에 의해 제조된 실리콘 함유강판을 이용한 용융 아연도금 열연강판의 제조 조건별 도금 밀착성 비교 결과도이다.
본 발명에서는 기존 방법에서의 산세후 가열대에서 환원처리할 때 실리콘이 표면으로 농화되는 현상을 방지함과 아울러 미산세 혹은 과산세에 의한 도금강판의 표면결함을 해소시키기 위하여 기존 방법에서의 중요공정인 열연강판 스케일층 산세를 위한 3단계 산세설비와, 수세설비 및 건조설비가 생략되어 제조공정 라인의 길이단축 및 산세공정에 기인된 환경문제를 해소시킬 수 있다. 그러므로, 기존의 용융도금 열연강판의 제조 공정에서 산세성을 향상시키기 위한 염산용액과 황산용액의 혼합 비율을 그리고 철손실, 산세비용 증가 및 산세피트(pit) 형성 등의 과산세를 방지하기 위한 부식 억제제의 첨가량 그리고 산세속도를 증가시키기 위한 산세조의 온도관리 등의 복잡한 조업조건을 적정하게 관리하지 않아도 되기 때문에 매우 간편하게 작업할 수 있다. 또한, 실리콘이 표면에서 농화되어 미도금을 유발하는 실리콘 산화물 형성을 방지시키거나 용융 아연도금층과 직접 접촉되지 않도록 하기 위하여 Cu, Ni, Nn 등의 합금원소를 미리 도금처리 하는 예비도금 공정과 이에 따른 수세 및 건조공정을 생략할 수 있어 제조 원가를 크게 절감할 수 있을 것이다.
실리콘 함유강은 열연강판 제조 공정 중 산화될 때 실리콘이 이온화되므로서 스케일 중에 중성의 공공을 형성시키게 되며, 이 공공은 조대화되어 기공으로 된다. 또한 실리콘은 열연 스케일층과 소지철 계면에 농화되는 합금원소로서 실리콘과 철산화물의 공정 화합물을 형성시켜 소지철과 열연 스케일의 계면 밀착성을 향상시키는 작용을 한다. 실리콘 함유강의 열연 스케일른 열연공정에서 슬라브(slab)의 재가열 온도에 따라 차이가 있으나, 1180 ℃ 이상에서 형성된 열연 스케일층은 기공을 다소 보유하고 있어 용융아연 도금공정의 환원 가열대에서 오히려 환원을 촉진시키는 작용을 할 것이나 실리콘 미함유강에 비해 열연 스케일층이 약 10 내지 30 % 정도 두껍기 때문에 환원 열처리 소요시간이 다소 길어질 것이다. 환원처리를 하게 되면, 열연 스케일층은 다공질로 변화되고, 스폰지 상의 기공 및 터널을 따라 모세관 현상에 의해 용융아연은 스케일층에 채워질 것이며, 스폰지 상의 기공 및 터널을 따라 모세관 현상에 의해 용융아연은 스케일층에 채워질 것이고, 또한 스케일층과 소지철 계면에 존재하는 페올라이트 화합물과 반응하여 Fe-Al-Zn-Si 계 화합물을 형성시키므로서 도금 밀착성을 향상시킬 수 있다. 실리콘 함유 열연강판의 스케일층을 환원시키기 위한 환원 가열대 온도는 550 ℃ 이상이면 가능하나, 환원 열처리에 의한 기계적 성질의 변화를 우려하여 최대한 짧은 시간으로 할 목적으로 Ar3변태점 근처인 650 내지 750 ℃로 하였으며, 570 ℃ 이상에서 안정한 스케일 조성인 뷔스타이트가 도금욕 온도인 450 ℃로 냉각될 때의 온도구간에서 환원성이 나쁜 마그네타이트와 순철로 변태되지 않도록 하기 위해서 환원 가열 온도후 도금욕 온도로 제어 냉각될 때의 냉각속도가 5 내지 25 ℃/sec로 되도록 하는 것이 도금 밀착성이 우수한 실리콘을 함유한 용융 아연도금 열연강판을 제조할 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다.
(실시예)
본 발명에 의한 난도금성 원소인 실리콘을 함유한 용융 아연도금 열연강판을 제조 하기 위해서 하기 표 1에 나타낸 일반 저탄소강과 실리콘 함유 열연강판 100(㎜)×200(㎜)×1.2(㎜)의 크기로 절단하여 탐지한 후, 용융도금 시뮬레이터를 이용하여 서로 비교하기 위하여 열연 스케일 상태의 열연판과 산세처리한 열연판에 대해서 가열대의 열처리 온도 550 내지 750 ℃, 열처리 유치시간 60 내지 400 초, 수소농도 30%로 유지시키면서 환원 열처리한 다음에 5 내지 25 ℃/sec의 냉각속도로 도금소재를 제어 냉각시킨 후 도금욕의 알루미늄 성분이 약 0.2% 그리고 450 ℃로 유지된 용융도금조에서 도금한 다음에 스케일층의 환원상태, 도금층 미세조직 및 계면의 도금 밀착성을 분석할 목적으로 단면의 현미경 미세조직을 관찰한 결과, 도 2에 도시된 바와 같이 열연 스케일층 내부에 선택적으로 Fe-Zn-Al 화합물이 형성되어 아연 도금층과 스케일층 및 소지철을 단단하게 결속시켜 주는 역할을 함을 알 수 있다.
그리고 도금 밀착성을 평가하기 위해서 굽힙 시험기(bonding machine)를 이용하여 용융아연 도금강판을 180°로 굽힘시험하는 0 두께(zero thickness) 벤딩 시험을 행한 대표적인 결과로 20℃/sec로 제어 냉각된 후 용융 아연도금된 예를 도 3에 도시하였다. 여기서 알 수 있듯이, 550 ℃에서는 시간에 무관하게 비교재 및 실리콘 함유재 모두 도금 밀착성이 나쁘며, 650 ℃ 및 750 ℃의 경우는 60초 이상의 환원 열처리 시간에서는 도금 밀착성이 양호함을 알 수 있다.
본 발명에서는 소정의 환원 열처리 온도, 유지 시간 및 도금욕 이전의 제어 냉각 속도를 적정하게 유지하며, 소정의 알루미늄 농도로 유지된 도금욕조에서 도금을 실시하므로서 산세공정이나 예비도급 공정이 필요없이 도금 밀착성이 우수한 실리콘 함유강에 대한 용융 아연도금 열연강판을 제조할 수 있다.
| 구분 | C | Mn | Si | P | S | Cr | Ni | Cu | sol-Al |
| 일반저탄소강 | 0.035 | 0.23 | 0.005 | 0.016 | 0.014 | - | - | - | 0.056 |
| Si 함유탄소강 | 0.092 | 0.39 | 0.35 | 0.081 | 0.006 | 0.042 | 0.016 | 0.27 | 0.029 |
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 난도금성 원소인 실리콘이 0.1% 이상 함유된 열연강판에 산세공정을 실시할 필요가 없게되면서 도금 밀착성 향상을 위한 예비도금 공정이 필요없이 미도금의 문제를 해결할 수 있으며, 도금 밀착성이 우수한 실리콘 함유강에 대한 용융 아연도금 열연강판을 제조하는 것이 가능하다. 또한, 종래의 습식산세 공정을 생략시킬 수 있으므로 복잡하게 관리 운용되고 있던 습식산세 설비 및 주변설비를 생략할 수 있어 향후 환경친화적 제조 공정을 구축할수 있는 효과가 있다.
Claims (1)
- 난도급성 원소인 실리콘을 0.1% 이상 함유하는 고장력 및 고가공성 열연강판을 용융아연 도금하기 위한 열연강판의 제조방법에 있어서,산세공정 및 예비도금 공정을 생략하면서 도금욕조 이전 공정인 환원가열로에서의 열처리 온도를 650 내지 750 ℃, 유지시간은 60초 이상, 수소농도는 30% 이상으로 유지하면서 열연강판의 스케일층을 선택적으로 환원처리하는 단계와; 도금욕 이전의 제어 냉각 속도를 5 내지 25 ℃/sec 범위로 설정하여 특정 스케일 조성으로 형성시킨 다음에 용융아연 도금을 실시하는 단계와;로 이루어진 것을 특징으로 하는 실리콘 함유강판의 용융 아연도금 열연강판의 제조 방법.
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