KR20030054469A

KR20030054469A - 내식성 및 도금작업성이 우수한 Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ계합금도금강판

Info

Publication number: KR20030054469A
Application number: KR1020010084634A
Authority: KR
Inventors: 김흥윤
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2003-07-02

Abstract

도금작업시 작업성 및 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 합금도금강판에 관한 것으로,

도금층의 중량을 기준으로 Mg 0.5~20.0중량%, Al함량은 Al(wt%) ≥((1/9)xMg²) + (0.4xMg)을 만족하는 양이며, Na 및 Ca중 최소 1성분 0.02~3.0중량% 및 잔부 Zn으로 구성되는 Zn-Al-Mg계 합금도금강판이 제공된다. 본 발명의 Zn-Al-Mg계 합금도금강판은 내식성 및 도금밀착성이 우수하며 또한, 도금시 용융금속욕 표면의 드로스 발생을 억제됨으로 제조시 작업성이 개선된다. 적업성 개선으로 인한 생산성이 또한, 증대된다.

Description

내식성 및 도금작업성이 우수한 Ｚｎ－Ａｌ－Ｍｇ계 합금도금강판 {Zn-Al-Mg Alloy Coating Steel Sheet Having Superior Corrosion Resistance And Plating Workability}

본 발명은 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 합금도금강판에 관한 것이며, 보다 상세하게는 도금작업시 작업성 및 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 합금도금강판에 관한 것이다.

아연 도금 처리한 강재에서는, 산화전위가 더 높은 아연이 소지철보다 먼저 용해되는 희생방식작용과 아연의 부식생성물이 치밀하여 부식을 지연시키는 부식억제작용등에 의해 부식으로부터 철강을 보호한다.

그렇지만 부식환경이 날로 악화되고, 자원 및 에너지 절약 차원에서 내식성 향상에 많은 노력을 기울여 왔고, 그 가운데에서도 특히 도금욕에 Mg을 첨가하여 내식성을 향상시키는 개발연구가 다양하게 진행되어왔다.

그러나 Mg을 첨가한 용융금속 용탕을 대기중에 노출시키면 Mg 원소의 산화반응으로 인하여 드로스가 발생되고, 경우에 따라서는 발화되어 위험하다. 이러한 현상은도금작업을 불량하게 하거나 혹은 불가능하게 된다.

따라서, 이러한 드로스 발생을 억제하기 위해서 몇 개의 공지기술이 제시되고 있다. 예를들면, 일본 특개평 10-226865 공지기술에서는 4.0~10%의 Al 및 1.0~4.0%의 Mg을 포함하는 Zn-Al-Mg 도금강판제조에 있어서, Al은 내식성향상과 드로스 억제작용을 하고 4.0%미만에서는 내식성향상 효과도 충분치 않고, 드로스 억제작용의 효가가 낮은 것으로 기술하고 있지만, 드로스 억제작용과 Al함량의 분명한 상관성을 제시하지 못하고 있고, 드로스억제를 위해서 추가로 성분원소를 첨가하지는 않고 있다.

또한, 일본 특개평 8-60324 공지기술에서는 0.06~0.25%의 Al 및 0.2~3.0%의 Mg을 포함하는 Zn-Al-Mg 도금강판제조 있어서, Ca, Be, Li중 1종 이상을 0.001~0.01%을 첨가하여 Al과 협동하여 도금욕성분의 산화방지 및 작업성을 개선하는 것으로 기술하고 있지만, 이들의 첨가량이 극미량이므로 거의 불순물 수준으로서 효과가 인정되지 않으며, 또한 Al함량이 매우 낮고, Mg함량이 오히려 Al함량 보다 훨씬 높은 합금조성을 대상으로 하고 있다.

이에 본 발명의 목적은 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 합금도금강판을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 도금작업시 용융금속 용탕 표면에 생성되는 드로스가 효과적으로 억제되는 도금작업성 우수한 Zn-Al-Mg계 합금도금강판을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면,

도금층의 중량을 기준으로 Mg 0.5~20.0중량%, Al함량은 Al(wt%) ≥((1/9)xMg²) + (0.4xMg)을 만족하는 양이며, Na 및 Ca중 최소 1성분 0.02~3.0중량% 및 잔부 Zn으로 구성되는 Zn-Al-Mg계 합금도금강판이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

아연 도금층에 Mg성분이 첨가되면 내식성이 뚜렷이 향상되는 장점이 있는 반면, 문제점으로서 포함된 Mg성분에 의해서 용융금속 용탕 표면이 산화되어 드로스발생이 심해져서 도금작업이 곤란하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해서 다양한 조성의 Zn-Al-Mg합금도금 강판을 연구하여 드로스 발생이 Al함량과 Mg함량의 관계 및 Na, Ca등의 첨가성분의 함량과 관련됨을 발견하였다. 즉, 도금시, 강판 도금층중에 각 성분이 다음과 같은 함량이 되도록 도금함으로써 도금강판의 내식성이 우수할 뿐만 아니라, 용융도금시 드로스 형성이 효과적으로 억제된다.

도금층의 중량을 기준으로 도금충중 Mg의 함량은 0.5~20.0중량%이다. Mg의 첨가에 의해서 내식성 향상에 효과가 있다. Mg가 0.5중량% 미만이면 충분한 내식성을 나타내지 않으며, 첨가량 증가에 따라 그 효과는 증대되지만 Mg 함량이 증가할수록 내식성 향상 효과의 증가율이 떨어지므로 20.0중량%의 범위로 한정한다. 보다 바람직한 범위는 1.0~10.0중량%이다.

도금층 중에 Al의 함량은 하기 식 (1)과 같이 규정한다. Mg의 산화에 기인하는 드로스 발생에 관한 현상 연구 결과, 드로스 발생과 관련하여 2차원식으로 표현되는 Mg함량과 Al함량의 복잡한 관계를 밝혀냈다.

드로스는 용탕위에 부유되는 물질로서 거의 대부분 산화물로 구성된다. 드로스는 아연 용탕, 알루미늄 용탕을 그대로 도가니에 담아두면 드로스가 극표층에 얇게 형성되고 더 이상 증가하지 않는다. 그러나, Zn-Mg, Zn-Al-Mg등 Mg를 포함한 합금 용탕은 드로스가 점정 증가한다. 이것은 용탁이 손실되는 것임으로 작업성 및 경제성 측면에서 바람직하지 않다. 본 발명의 드로스 발생이 최소화되는 Al과 Mg의 함량관계는 Al함량과 Mg함량을 변화시켜가면서 드로스 생성량을 시험한 결과, 드로스가 급격히 증가하는 임계점이 있는데. 이를 수식으로 정리하여 상기 다음의 Al와 Mg의 함량 관계를 나타내는 식을 구하였다.

즉, Al함량은 도금특성에 영향을 주는데, 도금층과 소지철이 반응하여 생성하는 Zn-Fe합금층 형성을 억제하여 도금밀착성을 향상시키는 효과가 있으나, 함량이 많아지면 Al-Fe합금층의 성장으로 오히려 도금밀착성을 열화시킨다.

Al(wt%) ≥((1/9)xMg²) + (0.4xMg) --------- (식 1)

드로스 발생억제 및 도금작업성을 고려한 보다 바람직한 Al함량은 다음 식 2를 만족하는 값이다.

Al(wt%) ≥((1/9)xMg²) + (0.6xMg) --------- (식 2)

도금층의 중량을 기준으로 도금충중에 Na, Ca 또는 그 혼합물이 0.02~3.0중량%으로 함유된다. Mg를 함유하는 용융금속욕에서 Na 및 Ca는 금속표면의 산화를 억제한다. 0.02중량%미만에서는 금속표면의 산화억제 효과가 미미하고 3.0중량%를 초과하면 오히려 도금층의 입계에 편석하여 내식성을 저해한다. 바람직한 함량은 0.1~1.0%이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

<실시예>

강판의 두께와 폭과 길이가 각각 0.8mm x 110mm x 220mm인 경질 냉연 강판을 아세톤에 침지시킨 상태로 초음파로 세척하여 표면의 이물질과 기름을 제거하여 시편을 준비한다. 준비된 시편은 10%수소-90%질소인 환원분위기에서 요구되는 기계적 성질에 적합하게 700~820℃로 열처리한 다음, 도금욕의 온도와 같게 되도록 냉각하고 용융금속욕에 침적하여 도금한다. 약 3초간 침적후 끌어올려서 에어 와이퍼(AirWiper)로 도금부착량이 약 150g/m2(편면)으로 조정하고 약 10℃/초의 냉각속도로 약 350℃까지 냉각하여 응고시킨다.

각종 물성을 측정하는 방법은 하기의 방법으로 실시하였다.

도금층 조성분석 : 희석한 염산 약 30cc와 헥사민 1~2방울을 떨어뜨린 용액으로 도금층을 용해하고, 도금층이 용해된 용액을 ICP(Inductively couples plasma)로 측정하였다.

내식성 : 각 도금조성으로 제조된 도금시편의 무게를 측정해 놓는다. 그 다음 SST에 의한 부식촉진시험을 120시간동안 실시한다. 그후 부식생성물을 제거하고 무게감량을 측정한다. 무게감량은 작을수록 내식성이 우수한 것을 의미한다.

○: 무게감량이 10g/m2미만

△: 무게감량이 10 ~ 30g/m2

x : 무게감량이 30 ~ 90g/m2

드로스억제효과 : 용융금속 탕면을 30분시간동안 대기에 방치한 후 이를 걷어내어 무게측정(g/m2)

○: 0~499g/m2

△: 500~999g/m2

x : 1000g/m2이상

도금밀착성 : 굴곡가공하여 180°로 밀착한 다음 굴곡가공부를 셀로판 테이프로 착탈시험

○: 도금층 크랙 및 도금박리가 없어 밀착성이 양호

△: 도금층의 일부에 Crack이 관찰되지만, 도금박리는 없음

x : 도금층이 일부 혹은 전부가 박리되어 도금밀착성이 불량

[표 1]

상기 표1에서 알수 있는 바와 같이, 도금층에는 Mg함량이 0.5~20.0wt%이고, Al함량은 0.2~53%로서 식(1)을 만족할 때 우수한 내식성과 드로스 억제효과를 나타내고, Ca 및 Na가 0.02~3.0%범위에서는 드로스가 더욱 억제되는 효과를 보이고 있다.

본 발명의 Zn-Al-Mg계 합금도금강판은 내식성 및 도금밀착성이 우수하며 또한, 도금시 용융금속욕 표면의 드로스 발생을 억제됨으로 제조시 작업성이 개선된다.

적업성 개선으로 인한 생산성이 또한, 증대된다.

Claims

도금층이 도금층의 중량을 기준으로 Mg 0.5~20.0중량%, Al함량은 Al(wt%) ≥((1/9)xMg²) + (0.4xMg)을 만족하는 양이며, Na 및 Ca중 최소 1성분 0.02~3.0중량% 및 잔부 Zn으로 구성되는 Zn-Al-Mg계 합금도금강판.
제 1항에 있어서, 상기 Mg 함량은 1.0~10.0중량%임을 특징으로 하는 Zn-Al-Mg계 합금도금강판.
제 1항에 있어서, 상기 Al 함량은 Al(wt%) ≥((1/9)xMg²) + (0.6xMg)을 만족하는 양임을 특징으로 하는 Zn-Al-Mg계 합금도금강판.
제 1항에 있어서, 상기 Na 및 Ca중 최소 1성분의 함량은 0.1~1.0중량%임을 특징으로 하는 Zn-Al-Mg계 합금도금강판.