KR20010059586A - 아연도금욕내 철용출 및 드로스 발생 감소방법 - Google Patents
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Abstract
연속 용융아연 도금공정에서, 도금욕에 부유하는 드로스는 강판 및 도금욕 구조물에 부착되어 표면 외관 및 내식성 저하를 유발시키며, 도장처리시 도장 선영성을 저해하는 원인이 되고 있으므로, 이를 방지하기 위하여 1) 도금욕의 Al농도 증가에 의한 도금소재(강판)와 도금층 계면에 균일하고 치밀한 금지층(Fe-Al 합금층) 형성과 2)강판침적온도/도금욕 온도 및 3) 침적시간 등과 같은 도금 조건 제어에 의한 상기 금지층의 균일도 향상 및 안정화 효과에 의해서, 가안으로부터 아연도금욕내로 용출하는 철(Fe)량 및 이로 인하여 발생하는 드로스(dross) 발생량을 감소시킨다.
Description
본 발명은 연속 용융아연 도금공정에서 도금소재(강판)으로부터 아연도금욕내로 용출하는 철(Fe)량 및 이로 인하여 발생하는 드로스(dross) 발생량의 감소 방안에 관한 것이고, 더 상세하게는 특히 도금욕 Al 농도, 강판침적온도/도금욕 온도 및 침적시간과 같은 도금조건의 최적화에 따른 강판으로부터 아연도금욕으로 용출되는 철량 및 드로스 발생량 감소시키는 방법에 관한 것이다.
최근, 용융아연도금강판(GI) 및 합금화 용융아연도금강판(GA)은 우수한 내식성과 경제성으로 인해 자동차 및 가전용 표면처리강판으로서 수요가 증대하고 있다.
이와 같이 고급강판으로 수요가 증대함에 따라 이들 제품의 표면품질에 대한 요구가 더욱 엄격해지고 있다.
특히, 자동차 외판용으로 사용되는 용융아연도금강판은 최종적으로 도장처리되기 때문에 스팡글 형성, 흐름무늬, 애쉬(ash)결함, 드로스 부착 등의 결함이 발생하지 않은 표면 외관을 요구하고 있다.
도금품질 문제의 하나로서 아연도금욕중으로 정출하는 드로스가 강판이나 도금욕 구조물에 부착하여 제품의 표면외관을 저해하는 것이다.
드로스는 도금욕중의 강판으로부터 용출되는 철이 알루미늄이나 아연과 반응하여 형성된 Fe-Al계(Fe2Al5) 및 Fe-Zn계(FeZn7)의 금속간화합물을 일컫는 것이다. 이러한 드로슨 용융아연 보다 비중이 다소 무겁기 때문에 비교적 큰 것은 용융아연 도금욕의 저부에 가라앉아 집적하게 된다.
그러나, 용융아연보다 비중이 크나 입경이 수μm으로 작은 드로스는 침강속도가 극히 작아 일반적으로 용융아연 도금욕중에 부유해서 떠 있는 상태가 되어 도금욕을 오염시키는 원인이 되며, 강판의 도금욕 통과로 발생하는 흐름에 의해서 이동하게 된다.
이처럼 드로스가 부유하고 있는 도금욕 중에서 도금을 행하게 되면, 강판 표면에 드로스가 부착하게 된다.
입경이 수십 μm이상인 드로스가 부착된 경우에는 도금외관성 악화, 미도금 또는 핀 홀 발생에 의한 내식성 악화 등 표면 결함의 원인이 되고, 제품의 품질을 현저히 저하시키는 문제가 있다.
특히, 이렇게 강판에 부착된 드로스는 프레스 가공시 프레스 핏트(press pit)라는 표면 결함을 일으키기 때문에 도장 선영성을 저해하게 된다.
이러한 드로스 결함을 방지하기 위한 공지의 기술로는 1) 특개소 53-88633호 공보에서는 용융아연 도금욕과 별도로 설치한 보조 도금욕에 용융아연을 옮긴 후 온도를 저하시킨 것에 의해서 드로스를 정출, 침강시킨 다음, 용융아연 도금욕의 온도와 동일한 온도로 승온시킨 후, 용융아연 도금욕으로 되돌리는 방법과, 2) 특개평 4-99258호 공보에서는 보조 도금욕으로 옮긴 용융아연을 고온으로 유지하고, Al을 첨가하여, 2FeZn7+ 5Al → Fe2Al3+ 14Zn의 반응이 일어나게 하여 침강성의 드로스인 FeZn7을 비중이 용융아연보다 낮은 Fe2Al5의 상부드로스로 부상시켜 제거하고, 다음으로 용융아연 도금욕 온도와 동일한 온도로 냉각한 후 용융아연 도금욕으로 되돌리는 방법과, 3) 특개평 3-47956호 공보에서는 통판과 욕중의 롤회전에 의한 드로스의 부상을 방지하기 위하여 도금욕 바닥과 싱크롤 사이에 차단막을 설치하는 방법 등이 제안되고 있다.
그러나, 이러한 드로스 결함 방지 방안은 각 각 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.
즉, 종래 기술 1)은 용융아연 도금욕 온도가 460℃에 비해서 보조도금욕 온도는 430℃이기 때문에 욕 온도차는 30℃이다. 이 정도의 온도 저하에서는 과포화된 철의 량이 작기 때문에 정출하는 드로스의 크기는 10μm이하가 되고, 이것이 보조도금욕 하부에 침강하기 위해서는 많은 시간을 필요하기 때문에 실제로는 드로스가 거의 침강되지 않고, 욕중에 부상한 채 용융아연 도금욕으로 되돌아갈 가능성이 높다.
또한, 종래 기술 2)는 보조도금욕 중에서 용융아연 도금욕에 순수 Al를 첨가하여 Al농도를 높게 하기 때문에, 이 용융아연 도금욕을 용융아연 도금욕으로 다시 돌아갈 때에는 순수 아연으로 욕 Al농도를 조정할 필요가 있다.
따라서, 이러한 방법으로 욕조성을 자주 조정하면 욕의 량이상으로 증가하게 된다. 또 Al농도가 변동하기 쉽게 된다.
특히, 상기 종래 기술 1) 및 2)는 용융아연 도금욕과는 별도로 보조도금욕 설치가 요구되므로 비용 증가를 초래하고 있다.
한편, 종래 기술 3)은 도금욕 하부에 침적되어 있는 드로스의 부상 및 부유를 방지할 수 있으나, 계속적으로 생성되는 드로스의 방지가 불가능하므로 시간이 경과함에 따라 설치된 차단막 상부에 드로스가 쌓이게 되는 문제점이 발생하게 된다.
이상과 같이 지금까지의 드로스 방지 방안은 대부분이 형성된 드로스의 제거 및 부상방지 방안에 집중되어 있다.
본 발명은, 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 생성된 드로스의 제거 및 도금욕 저부에 집적된 드로스의 부상 방지보다도 드로스 발생의 근본적인 원인이 되는 강판으로부터 아연도금욕으로 용출되는 철량을 방지하는 방안을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 목적을 달성하기 위하여, 강판을 도금욕에 침적하여 연속 아연도금을 수행하는 공정에서 도금욕 내에 철용출량을 감소시키고 드로스 발생량을 감소시키는 방법은 상기 도금욕에 침적되는 강판의 온도를 440℃ 내지 460℃로 유지하는 단계와, 상기 강판을 상기 도금욕에 1초 내지 5초동안 침적시키는 단계로 이루어지고, 상기 도금욕 내 알루미늄 농도는 0.23% 내지 0.25%로 유지되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 도금욕내 Al 농도변화에 따른 철용출량의 변화를 나타낸 그래프.
도 2는 도금욕내 Al 농도변화에 따른 철용출량의 변화를 나타낸 그래프.
도 3은 도금욕내 Al 농도변화에 따른 도금층의 Al농도변화를 나타낸 그래프.
도 4는 강판침적온도 및 도금욕 온도에 따른 철용출량 변화를 나타낸 그래프.
도 5는 도금욕내 Al 농도변화에 따른 드로스 발생량의 변화를 나타낸 그래프.
도 6은 도금욕내 Al 농도변화에 따른 드로스 발생량의 변화를 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따르면, 연속 용융아연 도금공정에 있어서, 도금욕의 Al농도, 강판침적온도/도금욕 온도 및 침적시간 등의 도금조건을 적절히 조정함으로써 강판으로부터 도금욕으로의 철용출량을 감소시키고, 이로 인하여 발생하는 드로스 발생량을 감소시킨다.
즉, 강판을 통상의 소둔조건에서 열처리하고, 강판침적온도가 440∼460℃되도록 냉각한 다음, 도금욕 Al농도가 0.23∼0.25중량%(이하, %)이고, 도금욕 온도가 440∼460℃인 도금욕에 1∼5초 동안 침적하여 도금한다.
일반적인, 연속 용융아연 도금공정에서 강판을 도금욕에 침적하게 되면, 강판 표면에는 Fe-Zn 화합물 또는 Fe-Al 화합물로 된 합금층이 형성하고 철은 아연도금욕으로 용출하게 된다.
용융아연 도금, 즉 철-아연의 상호반응은 이 합금층 형성과 철용출의 2가지 반응이다. 이 반응중에서 아연도금욕으로 용출하는 철은 알루미늄이나 아연과 반응하여 Fe-Al계(Fe2Al5) 및 Fe-Zn계(FeZn7)의 금속간 화합물인 드로스를 생성시키게 된다.
따라서, 본 발명자는 드로스 발생량을 감소시키기 위하여 연구한 결과, 도금욕 Al농도, 강판침적온도/도금욕 온도 및 침적시간 등의 도금조건을 적절히 조정함으로써, 강판을 도금욕에 침적시 강판표면에 형성되는 Fe-Zn계 화합물 및 Fe-Al계 화합물의 합금층을 균일하고 치밀하게 형성시켜 도금욕으로 용출되는 철량을 획기적으로 감소시킬 수 있음을 확인하였다.
즉, 강판침적온도 및 도금욕 온도가 460℃일 때, 도금욕 Al 농도와 도금욕으로 용출된 철량을 침적시간별로 나타낸 도 1 및 도 2와 같이 도금욕에 Al을 첨가하지 않은 경우에는 도금욕으로 용출되는 철량은 매우 크나, 도금욕에 Al을 첨가할 경우에는 Al농도 증가에 따라 도금욕으로 용출되는 철량은 급격히 감소하고 있다.
특히, 침적시간이 3초이고, 도금욕 Al농도가 0.23∼0.25%일 경우에는 철용출량이 0.05g/m2으로 급감하는 것을 볼 수 있다.
이와 같이, 도금욕의 Al 농도가 증가함에 따라 도금욕으로 용출되는 철랴이 감소되는 것은 다음과 같은 작용에 의한 것으로 판단된다.
일반적으로, Al은 활성원소이기 때문에 소둔로에서 환원된 강판이 도금욕에 침적시 다른 합금원소보다 우선적으로 반응하여 강판과 도금층 계면에 금지층인 Fe-Al-Zn합금층 형성을 조장한다.
따라서, 강판과 도금층 계면에 이러한 금지층가 형성되면 이 피막이 강판으로부터 철 용출을 방해하는 장벽으로 작용하기 때문에 도금욕으로 용출되는 철량이 감소하는 것으로 판단된다.
즉, 도금욕으로 용츌되는 철량은 강판과 도금층 계면에 형성되는 Fe-Al-Zn계 합금층의 균일도 및 두께에 의해서 크게 좌우되는 것으로 판단된다.
따라서, 침적시간이 10초 이하의 단시간일 경우, 도금욕의 Al농도가 증가함에 따라 Fe-Al-Zn계 합금층의 균일도 및 두께가 증가하기 때문에 철용출량이 감소하는 것으로 판단된다.
이는 도금욕 Al 농도 변화에 따른 도금욕중의 Al 농도 변화를 나타내 도 3과도금층 단면조직관찰 및 투과전자 현미경 등의 도금층 계면분석에 의해서 확인할 수 있었다.
그러나, 도금욕의 Al 농도가 0.25%로 증가할 경우에는 도금욕 Al농도 증가에 의한 철용출량 감소 효과는 완만하게 나타나고, 특히 침적시간이 60초로 장시간인 경우에는 오히려 철용출량이 증가하는 경향을 나타내게 된다.
또한, 도금욕의 Al농도가 0.25%이상일 경우에는 도금후 응고시 도금층 표면이 산화되기 용이하기 때문에 도금층 표면과 도금층 내부의 용융아연과의 유동성 차이에 의한 흐름무늬 발생으로 표면외관을 저해하기 때문에 본 발명에서는 도금욕의 Al 농도를 0.23∼0.25%으로 한정한다.
또한, 침적시간에 따른 도금욕으로 용출되는 철량은 10초 이하의 단시간에서는 직선적으로 증가하나, 그 이상의 침적시간에서는 완만하게 증가하는 것을 볼 수 있다.
이는 철용출량을 결정하는 도금층 계면의 금지층 형성시간과 밀접한 관계가 있는 것으로 판단된다.
즉, 침적시간이 10초 이하일 경우에는 도금층 계면에 금지층가 형성되나 불균일하므로 철용출량이 직선적으로 나타나지만, 그 이상의 침적시간에서는 금지층가 균일하게 형성되므로 철용출량이 완만히 증가하는 것으로 판단된다.
그러나, 도금욕의 Al농도가 0.23%이상으로 높고, 침적시간이 10초 이상으로 장시간일 경우, 금지층가 붕괴되어 철용출량은 포물선형에서 직선형으로 바뀌기 때문에 미세하게 증가하게 된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 침적시간은 1∼5초 정도로 유지한다.
침적시간이 5초이고, 도금욕 Al농도가 각 각 0.18∼0.19% 및 0.23∼0.25%일 때, 강판침적온도 및 도금욕 온도에 따른 도금욕으로 용출되는 철량을 나타낸 도 4와 같이, 강판침적온도 및 도금욕 온도 증가에 따라 용출되는 철량은 비례하여 증가하고 있다.
이는 도금층 표면에 형성되는 금지층가 강판침적온도 및 도금욕 온도 증가에 의해서 불안정해져 철용출량이 증가하는 것으로 판단된다.
즉, 도금욕의 Al농도가 0.23∼0.25%이고, 강판침적온도 및 도금욕 온도가 440∼460℃인 경우에는 금지층이 안정적이기 때문에 철용출량은 매우 작다. 이는 비교적 높은 도금욕 Al농도에 의해서 금지층가 치밀하게 형성되기 때문인 것으로 판단된다.
또한, 강판침적온도 및 도금욕 온도가 440℃이하일 경우에는 도금욕으로 용출되는 철량은 매우 낮으나 욕의 유동성이 크게 저하되어 도금층 표면에 흐름무늬 결함을 발생시키므로 바람직하지 않는다.
따라서, 본 발명에서는 강판침적온도 및 도금욕 온도를 440∼460℃로 한정한다.
또한, 도금욕 Al 농도에 따른 도금욕내 드로스 발생량은 도 5 및 도 6과 같이 철용출량과 동일한 경향을 나타내고 있다.
이는 드로스가 강판에서 용출된 철이 아연이나 알루미늄과 반응하여 형성된 금속간 화합물이기 때문이다.
따라서 도금욕의 Al농도가 증가함에 따라 철용출량이 감소하므로 드로스가 감소하는 것으로 판단된다.
이러한 경향은 도금욕 Al농도뿐만 아니라 침적시간, 강판침적온도 및 도금욕 온도 등과 같은 도금 조건 변화에 의해서도 도금욕내 철용철량 거동과 거의 동일하였다.
실시예
두께가 0.7mm인 일반저탄소강을 200×100mm으로 절판하여 시험재로 하였다.
시험재는 케로신 및 아세톤으로 탈지한 후, 초기 무게를 평량(Wo)하고, 용융도금 모험시험기를 사용하여 760℃에서 60초간 소둔처리한 후, 표 1 및 표 2의 도금욕 Al농도, 침적시간, 강판침적온도 및 도금욕 온도 범위에서 단면의 도금부착량이 150g/m2되도록 도금하였다.
도금 조건에 따른 강판이 총 철반응량, 합금층중의 철량 및 철용출량 측정방법은 다음과 같다.
즉, 도금후의 강판은 0.05%, inhibitor를 첨가한 10% HCl 용액 중에 아연도금층을 완전히 제거한 다음 강판 무게를 다시 측량(W)하였다.
도금전의 강판 중량(Wo)과 도금후의 강판의 중량(W)와의 차(ΔW)가 철감량(iron loss)이 된다. 즉, 철감량은 도금처리중에 합금층을 형성하기 때문에 소비되는 철분과 아연욕중으로 용출되는 철분의 합이다. 또, 이것은 Fe-Zn상호반응 중의 총 철반응량에 해당하는 것이다.
아연도금층을 용해시킨 HCl 수용액중의 철분은 습식법에 의해서 정량화하였다. 이 분석에 의해서 구해진 철분은 HCl 수용액에 용해된 도금강판의 도금층중의 철량(ΔW2)을 나타내게 된다.
이렇게 해서 구해진 합금층중의 철량(ΔW2)를 전술의 Fe-Zn간의 상호반응량을 나타내는 중량차로부터 빼는 것에 의해서, 도금처리중에 강판으로부터 아연도금욕 중으로 용출된 철량(ΔW1)이 구해진다.
즉, ΔW1= ΔW-ΔW2의 식이 성립된다.
드로스는 도금욕으로 용출된 철이 금속간 화합물을 형성하기 때문에 그 화합물이 아연욕과 분리되지 않으며, 드로스 중의 철농도는 습식분석 결과 최고 3%정도이므로 이를 환산하여 표 1 및 표 2에 나타내었다.
이 표에 의하면 본 발명이 제시한 도금욕 Al농도, 강판침적온도/도금욕 온도 및 침적시간 등의 도금조건에서 도금한 경우(표 1의 No.16, 17과 표 2의 No.5,6)에는 철용출량이 1g/m2이하이고 드로스 발생량이 30g이하로 드로스 결함이 발생하지 않았다는 것을 알 수 있다.
이에 비해서, 도금욕 Al농도, 강판침적온도 및 도금욕 농도, 침적시간 등의 도금조건이 본 발명의 범위를 벗어나는 경우, 도금욕내 철용출량 및 드로스 발생이 크게 증가하여 강판 표면에 드로스가 부착되는 드로스 결함이 발생하였다.
표 1.
표 2.
따라서, 본 발명에 따르면, 도금조건 조정에 의해서 드로스 발생의 근본적인 원인이 되는 강판으로부터 아연도금욕으로 용출되는 철량을 방지하는 본 발명 방법은 생성된 드로스의 제거 및 도금욕 저부에 집적된 드로스의 부상을 방지하는 종래의 방법과 달리 보조도금욕이나 부상방지용 차단막 등과 같은 추가적인 공정 및 설비가 필요하지 않으므로, 공정이 간단하고 용이하게 철용출 및 드로스 발생을 감소시킬 수 있다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.
Claims (1)
- 강판을 도금욕에 침적하여 연속 아연도금을 수행하는 공정에서 도금욕 내에 철용출량을 감소시키고 드로스 발생량을 감소시키는 방법에 있어서,상기 도금욕에 침적되는 강판의 온도를 440℃ 내지 460℃로 유지하는 단계와,상기 강판을 상기 도금욕에 1초 내지 5초동안 침적시키는 단계로 이루어지고,상기 도금욕 내 알루미늄 농도는 0.23% 내지 0.25%로 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019990067105A KR20010059586A (ko) | 1999-12-30 | 1999-12-30 | 아연도금욕내 철용출 및 드로스 발생 감소방법 |
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Publications (1)
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| KR20010059586A true KR20010059586A (ko) | 2001-07-06 |
Family
ID=19634224
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| KR1019990067105A KR20010059586A (ko) | 1999-12-30 | 1999-12-30 | 아연도금욕내 철용출 및 드로스 발생 감소방법 |
Country Status (1)
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|---|---|
| KR (1) | KR20010059586A (ko) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01316444A (ja) * | 1988-06-14 | 1989-12-21 | Kobe Steel Ltd | 熱間圧延鋼板の溶融亜鉛めっき方法 |
| JPH0499258A (ja) * | 1990-08-09 | 1992-03-31 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 溶融亜鉛めっきにおけるドロスの除去方法 |
| JPH11350096A (ja) * | 1998-06-03 | 1999-12-21 | Nkk Corp | 表面外観に優れた合金化溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法 |
-
1999
- 1999-12-30 KR KR1019990067105A patent/KR20010059586A/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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