KR20010091632A

KR20010091632A - 합금화 용융아연도금강판의 제조방법

Info

Publication number: KR20010091632A
Application number: KR1020000013505A
Authority: KR
Inventors: 이중우; 이주승; 박기덕
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2001-10-23

Abstract

본 발명은 자동차 강판으로 사용되는 합금화 용융아연 도금강판의 제조방법에 관한 것으로서, Zn-Fe 합금화 열처리가 진행중인 용융아연도금강판 표면에 아연 파우더를 미량 분사시킴에 의해 표면의 요철을 상쇄시켜 균일한 도금층이 형성되도록 함으로써 도금층 두께 불균일에 의한 합금화 편차를 최대한 억제함과 동시에, 우수한 파우더링성, 용접성, 및 도장성을 제공할 수 있는 합금화 용융아연도금강판의 제조방법을 제공하고자 하는 것을, 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 합금화 열처리로의 균열대 개시로부터 전체 균열대 길이의 1/3~1/2지점에서 합금화 진행중인 용융아연도금강판 표면에 10마이크론 이하의 아연파우더를 0.1~0.3kg/㎠의 분사압으로 1~3g/㎡의 분사량으로 분사하는 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연도금강판의 제조방법을 그 기술적 요지로 한다.

Description

합금화 용융아연도금강판의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING ALLOYING HOT GALVANIZING STEEL SHEET}

본 발명은 자동차 강판으로 사용되는 합금화 용융아연 도금강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 합금화 처리된 도금강판 표면에 아연파우더를 분사함으로써 제조공정상 발생이 불가피한 그루브 마크(GROOVE MARK), 합금화 불량 등의 표면결함을 방지할 수 있는 합금화 아연도금강판의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 합금화 용융아연도금강판은 도장성, 용접성 및 도장후 내식성이 우수하여 자동차 강판으로 널리 사용하고 있는데, 이러한 특성은 합금화 용융아연 도금강판에 있어서 아연과 철의 합금화 도금층에 의해 발생하는 것이다.

상기 합금화 도금층은, 연속 용융도금공정중 용융아연도금욕조를 통과하여 아연도금된 강판의 표면에 형성된 아연도금층이 완전히 굳기전에 용융아연도금욕조의 직상부에 설치된 합금화 열처리로에서 아연과 소지철이 충분히 합금화가 형성되도록 도금층을 가열한 후 공기냉각대에서 급속 냉각시킴에 의해 제조된다. 이러한 합금화 열처리시, 용융상태에서 도금층의 아연과 소지의 철 성분은 확산반응에 의해 합금층을 형성하는데, 상온으로 냉각함에 따라 그 반응은 멈추게 된다.

이와 같이 하여 형성된 합금화 용융아연도금층에는 도4에 나타난 바와 같은상들이 존재한다. 먼저 소지철과의 계면에는 케피탈 감마(Γ)상과 케피탈 감마원(Γ₁)상이 존재하는데, 이 상들에는 철성분이 합금층중에 각각 24~31at.및 18.5~23.5at.함유되어 있고, 금속학적 격자구조는 체심입방정계와 면심입방정계이다. 이중 케피탈 감마상은 경도가 가장 높고 취약한 상으로서, 가공시 합금층의 파우더링(powdering)을 발생시킨다.

상기의 층 상부에는 델타(δ)상이 존재하는데, 철 성분은 8.5~18at.이고 격자구조가 육방정계로, 케피탈 감마층에 비해 가공성이 우수하고 마찰계수가 낮다.

제일 상층에 존재하는 제타(ζ)상은 철성분이 6.7~7.2at.이고 격자구조가 단사정계로, 합금상 중 가공성은 가장 좋으나 마찰계수가 높아 가공시 합금층의 플래킹(flaking)현상을 유발한다.

이러한 상들은 도금층 중의 아연과 소재의 철성분이 열확산에 의해 합금화 반응을 일으켜 생성되는데, 합금층상에서의 분포는 합금화 열처리 온도, 합금화 열처리 시간, 합금화 열처리후 냉각속도, 그리고 용융아연도금욕중의 성분에 따라 달라지게 된다.

일반적으로, 용융아연도금강판의 제조시에는 0.14~0.20wt.의 알루미늄, 0.01wt이하의 납 및 0.25wt.이하의 철 원소를 함유하는 용융아연도금욕에서 작업을 실시하게 된다.

이 때 도금욕중의 알루미늄 성분은, 도금욕에서 소지강판과 먼저 반응하여소지철 표면에 알루미늄 합금층을 형성하고 그 후 아연과 반응하여 철-알루미늄-아연의 3원 합금을 이루어 소지철과 도금층의 계면에 존재함으로써, 밀착성을 향상시키는 역할을 한다.

상기 도금욕중의 납은 스팽글(spangle)이라고 부르는 아연고유의 응고 무늬를 생성시키는데, 현재 대부분의 수요가에서는 이러한 스팽글을 원하지 않으므로 그 함량을 0.01wt이하로 관리하여 스팽글의 생성을 억제하고 있다.

또한, 철 성분은 용융아연도금욕중에서 소지철이 용해하여 생성되는 것으로, 도금욕내에서 그 함량이 증가하게 되면 철-아연 화합물을 형성하고 도금욕내의 구동 부분에 융착하여 구동불량 및 표면불량을 유발하게 된다. 특히, 이러한 철성분은 용융아연도금욕내에서 알루미늄 함량이 낮을 때 많아지게 된다.

한편, 합금화 용융아연도금강판은 용융아연도금강판과 같은 공정에서 생산되지만, 제조공정에서 약간의 차이가 있다.

합금화 용융아연도금강판의 제조에 있어서, 소지강판은 먼저 0.10~0.14wt.알루미늄, 0.10wt.이하의 납 및 0.28wt.이하의 철을 함유하는 용융아연도금욕을 통과하게 된다. 이 때, 상기 알루미늄의 함량이 0.14wt.를 초과하면, 소지철과 도금층 계면에 생성되는 철-알루미늄-아연의 3원계 화합물의 두께가 두꺼워지는데, 이러한 3원계 화합물은 이후 합금화 열처리 과정시 소지철로부터의 철원자가 아연 도금층내로 확산되는 것을 억제하여 확산반응을 지연시키는 요인이 된다. 따라서, 합금화 용융아연도금 강판제조시에는 신속하고 균일한 합금화 열처리를 위해서는, 상기 알루미늄 함량을 용융아연도금강판 제조시 용융아연도금의 알루미늄 함량보다 낮은 0.10~0.14wt.로 유지하는 것이 바람직하다.

도금욕에 인입된 스트립(strip)은 도금욕 내부에 잠겨있는 씽크 롤과 접촉을 하게 된다. 씽크 롤의 재질은 용융아연에 대해 내식성이 강한 재질로 만들어졌으며, 내마모성이 강한 재질로 표면 코팅이 되어있다. 씽크롤 표면에는 도금욕내의 씽크 롤 회전효율을 높이기 위해 원형의 그루브가 만들어져 있다. 스트립이 씽크 롤을 통과할 때 한쪽면은 씽크 롤과 접촉하게 되는데, 이 접촉이 일정한 상태하에서 도금욕내부의 도금반응에 영향을 미친다. 따라서, 계속적으로 Fe와 Zn의 합금화에도 영향을 미친다. 씽크 롤 표면이 마모되었거나 손상되었거나 혹은 드로스(dross)가 부착된 경우에는, 스트립 도금 표면전면에 전사가 된다. 그러나, 그루브 마크는 씽크 롤이 새로운 롤이거나 표면손상이 없는 경우에도 나타나게 된다. 도 1은 씽크 롤에 전사된 그루브 마크를 나타내고 있는데, 이 그루브 마크는 자동차 외판재와 같은 도장작업후에도 미세한 흔적으로 나타나게 된다.

씽크 롤 그루브와 접촉한 강판의 부위는 편편한 부위와 접촉한 부분보다 합금화 도금후에 더 어둡게 나타난다. 이러한 현상은 다음과 같은 원리에 의해 발생한다.

먼저 소지강판이 소둔로를 빠져나와 아연도금욕조에 들어가 최초에 씽크 롤과 접촉할 때, 그루브 내부(A부분)에는 Fe-Al-Zn의 삼원계 성분이 존재하며, Al 성분이 편편한 부위보다 풍부한 상태이다.

스트립의 압착에 의해 그루브 바깥부분의 아연 및 Al이 그루브 쪽으로 밀려나면서, 도금층이 얇게 형성되는데 비해, 그루브 부위는 스트립의 압착을 덜받기 때문에 Al 농도 및 부착량이 상대적으로 높아 Fe₂Al₅의 중간상 화합물을 형성하고 비중이 낮은 Fe₂Al₅화합물은 에어 와이핑(AIR WIPING)에 의해 쉽게 깍여 나감으로써 편편한 부분 대비 도금량이 적게 된다. 그러한 상태에서 합금화 열처리를 통과하면서 편편한 부위 대비 얇게 형성된 아연도금층 피막의 영향으로 Fe 합금화가 더 빨리 진행되어 상대적으로 어두운 색상을 띠게 된다. 따라서 이러한 색상차로 인한 줄무늬를 그루브 마크라 일컫는데, 종래에는 이 그루브 마크를 감소하기 위해서 씽크 롤 그루브 타입을 변경하고 스트립의 장력을 낮추는 등 여러가지 조치를 취해도 근본적으로 그루브 마크를 완전히 없애는 것은 불가능하였다. 그러나, 전자의 경우 그루브의 라운드(ROUND) 부위를 조정하더라도 그루브 띠 마크의 폭은 감소하나 완전히 줄일 수는 없고, 후자는 전반적으로 그루브 마크 발생정도를 약화시킬 수 있으나, 스트립의 진동발생으로 쿨링 타워 텐션(COOLING TOWER TENSION)을 낮추는데 한계가 있기 때문에, 완전히 그루브 마크를 제거하기는 사실상 불가능하였다.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 Zn-Fe 합금화 열처리가 진행중인 용융아연도금강판 표면에 아연 파우더를 미량 분사시킴에 의해 표면의 요철을 상쇄시켜 균일한 도금층이 형성되도록 함으로써 도금층 두께불균일에 의한 합금화 편차를 최대한 억제함과 동시에, 우수한 파우더링성, 용접성, 및 도장성을 제공할 수 있는 합금화 용융아연도금강판의 제조방법을 제공하고자 하는 것을, 그 목적으로 한다.

도1은 씽크 롤(SINK ROLL)에 전사된 그루브 마크(GROOVE MARK) 모식도

도2(a)는 종래 합금화 용융아연도금강판의 제조장치를 나타내는 개략도

도2(b)는 본 발명에 의한 합금화 용융아연도금강판의 제조장치를 나타내는 개략도

도3은 아연파우더의 분사장치

도4는 본 발명에 의해 제조된 합금화 용융아연 도금강판의 단면도

* 도면 주요부분에 대한 부호의 설명*

1…용융아연 도금 욕조, 2…스나우트(Snout)

3…소지강판, 4…씽크 롤

5…에어나이프(AIR KNIFE), 6…합금화 열처리로

7…아연파우더 분사장치, 8…색도계

71…블로우어(BLOWER), 72…블로우어 박스(BLOWER BOX)

73…재순환 에어배관, 74…아연 피더(ZINC FEEDER)

75…호퍼(HOPPER)

본 발명은, 합금화 열처리로의 균열대 개시로부터 전체 균열대 길이의 1/3~1/2지점에서 합금화 진행중인 용융아연도금강판 표면에 10마이크론 이하의 아연파우더를 0.1~0.3kg/㎠의 분사압으로 1~3g/㎡의 분사량으로 분사하는 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연도금강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도2(a)에는 종래 합금화 용융아연도금강판의 제조장치가, 2(b)에는 본 발명에 의한 합금화 용융아연도금강판의 제조장치가 개략적으로 나타나 있고, 도 3에는 아연파우더를 분사하는 장치의 개략도가 나타나 있다. 도 2(a)에 나타난 바와 같이, 합금화 용융아연 도금장치는 통상적으로 크게 용융아연 도금욕조(1)와 합금화 열처리로(6)로 구성되어 있다. 즉, 통상의 합금화 용융아연 도금장치는 용융아연 도금욕조(1), 일정한 온도로 소둔처리후 스나우트(2)를 통해 용융아연 도금욕조(1)로 들어오는 소지강판(3)을 지지하면서 진행방향을 바꾸어 주는 씽크롤(4), 공기압에 의해 강판에 용융도금된 아연을 깍아내주어 도금량을 조절하는 에어나이프(5), 합금화 열처리로(6), 그리고 합금화 열처리후 강판 표면의 백색도를 측정할 수 있는 색도계(8)를 포함하여 구성되어 있다.

본 발명에 부합되는 합금화 용융아연 도금장치는 도 2(b)에도 나타나 있는 바와 같이, 통상적인 합금화 용융아연 도금장치에 열처리후 아연 파우더를 분사해주는 아연파우더 분사장치(7)를 추가로 포함하여 구성된다.

본 발명의 아연파우더 분사장치는, 도3에 나타난 바와 같이, 아연 파우더를 스프레이 하기 위한 블로우어(blower)(71)와 블로잉 박스(blowing box)(72), 재순환 에어배관(73)과 아연 피딩 시스템(Zn feeding sys')으로 구성되어 있다.

상기 아연파우더 분사장치는 아연 파우더가 배관(73)을 통해서 스트립 전면과 후면으로 공급되어 블로우어(71)에 의해서 2~4kg/hr로 분사되도록 구성되어 있다. 그리고, 아연 피딩 시스템은 아연 피더(74)와 파우더를 공급하기 위한 호퍼(75)로 구성되어 있다.

상기와 같이 구성된 합금화 용융아연 도금강판의 제조장치의 작용을 살펴보면 다음과 같다. 즉, 용융아연도금된 소지강판은 합금화로 가열대 및 이동식 균열대를 통과하면서 직상부에 설치된 아연 파우더 분사장치를 통과하는데, 이 때 공기와 섞인 아연 파우더가 합금화가 진행중인 도금층 표면에 분사된다. 그 후, 합금화로 고정식 균열대를 마저 통과하면서 합금화 온도 500~600℃, 합금화 시간 5~10초의 조건하에서 합금화 열처리가 진행되게 된다. 상기와 같은 과정을 거쳐 소지강판의 표면에는 아연-철 합금층이 균일하게 생성되어 그루브 마크가 발생되지 않게 된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

상기한 바와 같은, 합금화 용융아연도금강판의 제조장치에서, 본 발명의 합금화 용융아연도금강판은 다음과 같이 제조된다. 먼저, 통상의 도금욕 조건에 따라, 온도가 450~470℃이고 0.132~0.142wt.의 알루미늄이 함유된 용융아연 도금욕조에서 편면도금량 40~60g/㎡(두께 5.5~8㎛)로 용융도금을 실시한 후, 합금화 가열로를 통과하면서 합금화를 실시한다.

합금화를 위한 합금화 열처리로는 크게 가열대, 및 균열대로 이루어지는데, 먼저 용융아연도금된 강판은 가열대에서 4~7초간 체류하면서 500~550℃에서 합금화 열처리되고, 다음 아연-철 합금층을 형성하면서 균열대를 통과한다.

이 때, 본 발명에서는 가열대에서 승온된 온도를 유지한 채 지속적으로 합금화 반응을 유도한 다음, 합금화 열처리로 균열개시로부터 균열대 전체 길이의 1/3~1/2지점에서 상기 용융아연도금강판에 아연 파우더를 분사하는데 특징이 있다. 그 후, 상기 강판에 대하여 2차 합금화 열처리를 실시하는데, 2차 합금화 열처리는 500~550℃의 온도범위에서 5~8초간 균열대를 마저 통과시키는 식으로 행한다.

상기 제조공정 중, 아연도금강판에 아연파우더를 분사하는 시점을 합금화 열처리로 균열개시로부터 균열대 전체 길이의 1/3~1/2지점으로 설정한 이유는 다음과 같다. 즉, 합금화 열처리로 균열개시로부터 균열대 전체 길이의 1/3지점보다 아래인 가열대 근처에서 아연파우더를 분사하면, 강판의 온도가 충분히 승온되지 않는 문제가 있고, 합금화 열처리로 균열개시로부터 균열대 전체 길이의 1/2 지점보다 먼 곳에서 아연파우더를 분사하면, 2차 합금화가 충분히 이루어지지 않은 상태에서 공냉이 시작되기 때문에 바람직하지 않다.

상기 아연파우더는 평균크기가 10마이크론 이하인 것이 바람직하다. 만일, 아연파우더가 10마이크론보다 크면 분사시 피팅 마크로 인한 거친 조도를 형성하게 되어, 표면 색상의 불균일을 유발할 수 있다.

상기 아연분사에 있어서, 분사압은 0.1~0.3kg/㎠으로 설정하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 상기 분사압이 0.1kg/㎠ 미만인 경우에는, 스트립에 충분히 균일하게 분사되지 않는 문제가 있고, 0.3kg/㎠보다 높은 경우에는 분사 충격에 의해 표면에 피팅 마크(pitting mark)(찍힘 마크)가 생길 수 있기 때문이다. 따라서, 균일한 스프레이를 유지하기 위해서는 분사압을 0.1~0.3kg/㎠으로 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 아연분사량은 1~3g/㎡으로 설정하는 것이 바람직하다. 만일, 아연분사량이 3g/㎡보다 많은 경우에는, 도포된 아연 파우더층이 두터워져 기존의 합금화층과 완전한 2차 합금화를 이루지 못하기 때문에, 도금층 표면까지 충분히 Fe가 확산하지 못하고 표면 미합금화 현상이 발생하여 용접성이 저하될 가능성이 높게 된다. 반면에, 그 량이 1g/㎡ 보다 적으면 도금층 두께의 불균일을 충분히 보상해주지 못하여 합금화 편차가 생기고, 이에 따른 그루브 마크가 여전히 강판에 존재하게 되는 문제가 생긴다.

한편, 블로잉(BLOWING)온도는 대기온도로 유지하므로 어느정도 강판의 냉각은 발생하지만, 파우더 분사량이 미량이고 곧바로 500℃ 이상의 직상부 합금화 균열대로 진입하기 때문에 파우더 분사에 의한 열손실은 무시할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

(실시예)

1.0mm두께의 저탄소강(CQ)을 테스트 소재로 하고, 작업 도금량 60g/㎟, 도금욕 인입되는 소지강판의 온도 450~470℃, 합금화로 가열대 및 균열대 온도 550±5, 라인속도(LINE SPEED)를 60±2 M/MIN로 하여 작업을 실시하였다. 다음, 하기 표1의 조건을 적용하여 합금화 열처리로내에서 아연파우더를 분사하고, 백색도 편차, 용접성, 및 표면품질을 검사하여 그 결과를 하기 표1에 나타내었다. 상기 백색도 편차는 쿨링 타워 상부에 설치된 색도계를 이용 폭방향의 백색도 편차값을 측정하여 상호 비교하였다. 백색도 편차에 있어서, 1은 백색도 편차가 낮음을, 5로 갈수록 높아짐을 나타낸다.

용접성 및 표면품질 평가에 있어서도, 1은 우수함을, 5로 갈수록 열위함을 나타낸다.

구분	테스트조건	품질평가
구분	분사량(g/㎡)	분사압(kg/㎠)	백색도 편차	용접성	표면품질
비교예1	0.7	0.15	3	1	2
비교예2	0.7	0.25	3	1	3
비교예3	1.5	0.07	2	1	3~4
비교예4	2.5	0.07	1	2	3~4
비교예5	3.5	0.15	1	3~4	2
비교예6	3.5	0.25	1	3~4	4
비교예7	1.5	0.40	2	1	4
비교예8	1.5	0.40	1	2	4
발명예1	1.2	0.13	2	1	1
발명예2	1.8	0.17	1	1	1
발명예3	2.2	0.13	1	1	1
발명예4	2.8	0.17	1	2	1
발명예5	1.2	0.23	2	1	2
발명예6	1.8	0.27	1	1	2
발명예7	2.2	0.23	1	2	1
발명예8	2.8	0.27	1	2	1
종래예	－	－	4~5	1	3

표1에서 알 수 있는 바와 같이, 그루브 마크 억제하고 최상의 표면품질을 확보할 수 있는 작업조건은 분사압을 0.1~0.3kg/㎠의 조건에서 아연 파우더를 1~3g/㎡으로 분사해주어야 한다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 강판 표면의 도금량 요철을 상쇄시켜 균일한 도금층 형성이 가능해 도금층 두께 불균일에 의한 합금화 편차를 최대한 억제함과 동시에 동일한 특성의 파우더링성, 용접성, 그리고 도장성이 우수한 합금화 용융 아연도금강판의 제조가 가능한 효과가 있는 것이다.

Claims

합금화 열처리로의 균열대 개시로부터 전체 균열대 길이의 1/3~1/2지점에서 합금화 진행중인 용융아연도금강판 표면에 10마이크론 이하의 아연파우더를 0.1~0.3kg/㎠의 분사압으로 1~3g/㎡의 분사량으로 분사하는 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연도금강판의 제조방법.