KR20030077919A - 강 제품 코팅 조성물, 코팅된 강 제품 및 강 제품 코팅방법 - Google Patents
강 제품 코팅 조성물, 코팅된 강 제품 및 강 제품 코팅방법 Download PDFInfo
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Abstract
알루미늄-아연 코팅 합금을 사용하여 플레이트 및 쉬이트와 같은 강 제품을 코팅하는 방법은 코팅된 제품의 스팽글 파셋 크기를 감소시키는 양으로 입자 화합물 구성성분을 써서 코팅 용탕을 변성시켜서 브러슁 할 때 코팅된 표면 외양과 코팅된 제품 도장성을 향상시키는 단계를 포함한다. 구성성분은 티타늄 붕소화물 및 알루미늄 붕소화물과 같은 붕소화물, 티타늄 카바이드와 같은 카바이드, 티타늄 알루미나이드와 같은 알루미나이드를 포함한다. 본 발명은 도장을 위해 템퍼 압연을 필요로 하지 않는 코팅된 강 제품을 제조한다.
Description
본 발명은 강 제품 코팅 조성물, 코팅된 강 제품 및 강 제품 코팅방법, 특히 도장될 때 쉬이트의 외양과 인장 굽힘 녹 얼룩(tension bend rust stain) 성능을 향상 시키고 스팽글 파셋(faset) 크기를 감소시키도록 입자성 화합물을 유효량 사용하는 알루미늄-아연 코팅 조성물에 관계한다.
용융 도금이라 불리는, 알루미늄 기초 코팅합금을 사용한 강철 성분의 코팅은 당해 분야에서 공지이다. 한 가지 코팅 형태는 Galvalume( BIEC International,Inc. )로서 상표 등록되며 알루미늄-아연 코팅 합금으로 대표된다.
이들 재료는 내식성, 내구성, 열 반사성 및 도장성 때문에 건축 재료, 특히 벽 및 지붕 건설 재료로서 유리하다. 이들 재료는 쉬이트 또는 플레이트와 같은 강철 제품을 알루미늄, 아연 및 실리콘을 포함한 용융된 합금 코팅 조성물 조(Bath)에 통과시킴으로써 제조된다. 강철 제품에 적용된 코팅의 양은 와이핑에 의해서 조절되고 이후에 제품이 냉각된다. 강철 제품에 적용된 코팅의 한 가지 특성은 그레인 크기 또는 스팽글 파셋 크기이다.
미국 특허 제3,343,930호(Borzillo),제5,049,202호(Willis),제5,789,089호(Maki)는 알루미늄-아연 합금으로 코팅된 강철 제품 제조방법을 발표한다.
유럽 특허출원 제0 905 270A2호(Komatsu)는 아연, 알루미늄 및 마그네슘을 사용하는 또 다른 코팅공정을 발표한다. 이 출원은 합금원소로서 마그네슘을 함유한 조와 관련된 부식문제 해결에 치중한다. 게다가 마그네슘 함유 조에서 발생하는 바람직하지 않은 줄무늬 패턴이 마그네슘이 없다면 조에서 발생하지 않는다고 발표한다.
미국특허 제5,571,566호(Cho)는 알루미늄-아연-실리콘 합금을 사용하여 코팅된 강철 쉬이트를 제조하는 또 다른 방법을 발표한다. 이 특허의 목적은 더욱 효율적으로 코팅된 강철 쉬이트를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. Cho는 코팅에 스팽글의 후속 성장을 제한하는 많은 수의 스팽글 입자를 도입하여 스팽글의 크기를 균일하게 최소화함으로써 이 목적을 달성하는데, 이들 입자는 성장을 방해하여 스팽글 파셋 크기를 작게 만든다. 용융된 코팅 조성물의 일부로서 티타늄을 사용함으로써 시드(Seed)효과가 달성된다.
스팽글 파셋 크기를 최소화시키기 위해서 코팅조에 티타늄을 사용하는 유사한 문헌이 "코팅조에 티타늄을 첨가하여 Galvalume 스팽글 파셋 크기를 최소화"(Cho)라는 명칭으로 발표된다(Interzac 94 Conference,캐나다,1994). 이 문헌에서 티타늄, 붕소, 및 크롬과 같은 원소가 Galvalume 코팅에서 더욱 미세한 스팽글을 생성함이 발표된다.
Cho에 의해서 제시된 향상에도 불구하고 현재 사용되는 코팅강 제품은 여전히 단점을 가진다. 한 가지 단점은 코팅된 강 제품이 도장될 경우에 도장을 위해 제품을 평탄하게 하기 위해서 템퍼 압연이 필요하다는 점이다. 또 다른 문제는 제품이 쉬이트이고 구부려질 때 균열이다. 이러한 쉬이트 제품이 굽혀질 때 코팅은 균열될 수 있고 균열은 강철을 환경 및 조기 부식에 노출 시킨다. 현재 구매 가능한 강철 쉬이트에서 큰 균열이 형성될 수 있으므로 쉬이트 제품의 내식성을 저하시킨다.
공지 기술에서 존재하는 결함에 비추어서 개선된 굽힘성, 감소된 스팽글 파셋 크기, 도장된 표면의 개선된 외양을 갖는 알루미늄-아연 코팅된 강철 제품을 제공할 필요가 있다. 본 발명은 구부리는 동안 표면 균열이 일어날 때도 내식성을 가지며 코팅된 강 제품을 도장할 때 템퍼 압연을 필요로 하지 않는 강철 제품 코팅 방법, 코팅 조성물, 코팅된 강 제품을 제공함으로써 이러한 문제를 해결한다. 코팅 조성물은 붕소화 티타늄, 붕소화 알루미늄과 같은 화합물 입자로 변성된다.
또한 고급 알루미늄, 스텐레스강, 및 도어 킥 플레이트, 카운터 백 스플래쉬, 캐비넷 및 가구와 같은 내부 기능성/장식과 같은 건축 분야에서 사용되는 유사한 금속재료의 금속 외양을 제공하는 값싼 제품을 개발할 필요가 있다. 본 발명은 브러슁 된 스텐레스강 제품이나 알루미늄 제품의 외양을 제공하는 브러슁 된 55%Al 및 Zn 합금 코팅된 강 제품을 제공함으로써 이러한 요구를 해결할 수 있다. 본 발명 이전에 이러한 브러슁 된 금속 외양은 55%Al 및 Zn 합금 코팅된 강판 제품에서 얻을 수 없었다.
도1은 스팽글 파셋 크기와 티타늄 함량 측면에서 용융 도금 코팅용 용융물 첨가제로서 붕소화 티타늄과 티타늄의 사용을 비교하는 그래프이다.
도2는 스팽글 파셋 크기와 붕소 함량 측면에서 용융 도금 코팅용 용융물 첨가제로서 붕소화 티타늄과 붕소화 알루미늄의 사용을 비교하는 그래프이다.
도3은 스팽글 파셋 크기와 탄소 함량 측면에서 용융 도금 코팅용 용융물 첨가제로서 탄화 티타늄의 사용을 비교하는 그래프이다.
도4는 붕소화 티타늄과 티타늄으로 변성된 코팅 조성물에 대한 굽힘 테스트 비교 결과를 보여주는 그래프이다.
도5는 붕소화 티타늄을 함유한 코팅 조성물과 종래의 코팅된 강 제품의 균열 면적과 균열 개수를 비교하는 그래프이다.
도6a-6c는 종래의 방식으로 코팅된 제품과 TiB2-변성된 제품의 스팽글 파셋 크기를 보여주는 광학 현미경 사진이다.
도7a-7c는 티타늄을 함유 및 비-함유한 종래의 방식으로 코팅된 제품의 스팽글 파셋 크기를 보여주는 광학 현미경 사진이다.
도8a-8c는 종래의 방식으로 코팅된 제품과 TiC-변성된 제품의 스팽글 파셋 크기를 보여주는 광학 현미경 사진이다.
도9a-9c는 종래의 방식으로 코팅된 제품과 AlB2-AlB12변성된 제품의 스팽글 파셋 크기를 보여주는 광학 현미경 사진이다.
도10은 TiB2가 없이 전통적인 55%Al 및 Zn 합금 코팅된 제품(Galvalume)의 표면 외양을 보여주는 사진이다.
도10은 TiB2가 첨가된 55%Al 및 Zn 합금 코팅된 제품(Galvalume)의 표면 외양을 보여주는 사진이다.
도12는 브러쉬 처리된 최소 스팽글 Al-Zn 코팅과 Galvalume 코팅간의 표면 파형을 비교하는 막대그래프이다.
도13은 브러쉬 처리된 최소 스팽글 Al-Zn 코팅, Galvalume 코팅, 및 스테인레스강 간의 시각적 외양을 비교하는 막대그래프이다.
따라서 강 제품에 대해 개선된 용융 도금 코티 조성물을 제공하는 것이 본 발명의 제1 목적이다.
변성된 알루미늄-아연 코팅 합금을 사용한 강 제품 코팅방법도 본 발명의 목적이다.
개선된 인장 굽힘 녹 성능과 도장된 외양을 갖는 코팅된 강 제품을 제공하는 것도 본 발명의 목적이다.
변성된 코팅 합금 조성물을 사용한 코팅된 강 제품도 본 발명의 목적이다.
코팅된 강 제품이 도장 전 템퍼 압연을 필요로 하지 않는 강 제품 코팅방법과 도장방법도 본 발명의 목적이다.
브러슁 된(brushed) 전통적인 Galvalume 코팅에 비해서 개선된 시각적 외양을 갖는 브러슁 된 Al-Zn 합금 코팅을 제공하는 것도 본 발명의 목적이다.
값비싼 브러슁 된 알루미늄이나 브러슁 된 스텐레스강의 대체 재료 역할을 할 수 있는 개선된 시각적 외양을 갖는 브러슁 된 Al-Zn 합금 코팅을 제공하는 것도 본 발명의 목적이다.
본 발명은 알루미늄-아연 코팅 합금을 사용하여 강 제품 용융 도금 코팅 분야에서 개선점을 제공한다. 알루미늄-아연 합금 조성물은 티타늄과 알루미늄 중 하나를 함유한 붕소화물, 티타늄 및 알루미늄을 함유한 알루미나이드 화합물, 티타늄, 바나듐, 텅스텐 및 철을 함유한 카바이드 화합물에서 선택된 화합물 입자를 유효량 첨가함으로써 변성된다. 특히, TiC, TiB2, AlB2, AlB12,TiAl3이 선호된다.
구성성분은 변성단계의 일부, 예컨대 알루미늄을 함유한 조 또는 선구물질 또는 마스터 합금 잉곳의 일부로서 다양한 방식으로 제조될 수 있으며, 필요한 비율로 알루미늄-아연 조에 마스터 합금이 첨가되어 변성제 성분의 결과로서 본 발명의 잇점을 제공하고 코팅에 적합한 최종 조 조성물에 도달한다. 구성성분은 화합물 입자로서 마스터 합금에 첨가되거나 현장에서 마스터 합금에 형성되어서 실제 코팅 조에 첨가된다.
코팅 조의 조성물은 다음에 의해서 변성될 수 있다: (1) 코팅 조 또는 코팅 조에 공급되는 사전-용융물 단지에 입자(분말로서)를 직접 첨가하거나; (2) 필요한입자를 함유한 잉곳을 첨가하고; 잉곳은 입자 함유 알루미늄, 입자 함유 아연, 입자 함유 아연-알루미늄이며; 잉곳이 주 코팅 단지나 프리-멜트 단지에 첨가되거나; (3) 필요한 입자를 함유한 용융 조를 첨가하고; 액체는 입자 함유 알루미늄, 입자 함유 아연, 입자 함유 아연-알루미늄이며; (4) 알루미늄 공급 용융물에서 티타늄 및 붕소와 같은 원소의 반응이나 공급 용융물 단지상의 염의 반응에 의해서 입자를 생성함으로써 주 단지 또는 프리-멜트 단지에서 현장 반응.
코팅 조에서 구성성분의 입자 크기는 0.01내지 25마이크론 이다. 본 발명을 실시하면 코팅된 제품의 스팽글 파셋 크기가 0.05내지 2.0mm가 된다.
구성성분의 유효량은 코팅된 제품의 스팽글 파셋 크기를 감소시키고 종래의 알루미늄-아연 코팅된 제품보다 적은 균열 크기를 유지하면서 균열의 개수를 증가시키고 도장할 때 템퍼 압연을 요구하지 않을 정도이다. 합금 조에 기초하여 구성성분, 붕소화물, 카바이드, 알루미나이드의 총 중량%는 0.0005내지 3.5%이다. 구성성분이 붕소화물일 경우 코팅 조의 일부로서 구성성분의 선호되는 중량비는 0.001내지 0.5%이다. 구성성분이 카바이드일 경우 코팅 조의 일부로서 구성성분의 선호되는 중량비는 0.0005내지 0.01%이다.
본 발명은 강 제품에 적용된 코팅 조성물과 화합물 입자 구성성분을 함유한 코팅을 사용하여 코팅된 강 제품을 제공한다.
본 발명은 알루미늄-아연 합금 용탕, 예컨대 Galvalume탕을 사용하여 강 제품, 특히 플레이트 및 쉬이트 제품을 용융도금 도는 코팅하는 기술을 지보 시켰다. 본 발명에 다르면 입자성 화합물 구성성분으로 코팅 용탕이 변성되어서 코팅된 강제품의 파셋 크기를 감소시킨다. 입자성 구성성분의 첨가로 인장 굽힘 녹 오염(tension bend rust staining) 측면에서 코팅된 강 제품의 성능이 개선될 수 있다. 인장 굽힘 녹 오염(tension bend rust staining)은 금속 코팅 및 페인트의 균열에 의해서 초래된, 예비-도장 및 롤 성형된 빌딩 패널의 리브를 따라 진행하는 이산 적색 녹 패턴이다.
코팅된 강 제품의 표면은 종래의 Galvalume제품 보다 탁월한 도색된 외양을 생성한다. 이것은 템퍼 압연할 필요가 없이 매끈한 코팅된 강철 쉬이트 제품을 제조할 수 있게 한다. 템퍼 압연 가공단계의 제거는 에너지 소모를 감소시키고 템퍼 압연과 관련된 폐기물을 제거하며 제조 공정을 단순화 시킨다.
본 발명은 강 제품 코팅용 신규 조성물, 이러한 코팅 제조방법, 제조된 물품에 관계한다.
알루미늄-아연 코팅 용탕으로 강 제품을 코팅할 때 필요한 조성으로 용탕을 형성하는 단계와 코팅될 강 제품을 용탕에 통과시키는 단계는 공지이다. 결과적으로 이러한 전통적인 코팅을 수행하는 공지 방법 및 장치에 대한 추가 설명은 본 발명의 이해에 불필요한 것으로 여겨진다.
공지 기술의 알루미늄-아연 합금 용탕 조성물은 공지이다( Borzillo,Cho의 특허). 일반적으로 용탕은 55%알루미늄,1.6중량%의 실리콘, 나머지 아연으로 구성된다.
본 발명에 따르면 스팽글 파셋 크기 감소, 개선된 표면 마무리,이낭 굽힘 녹 오염의 개선 측면에서 개선을 위해서 알루미늄-아연 합금 용탕이 입자성 화합물 구성성분으로 변성된다. 입자성 화합물 구성성분은 붕소화물, 카바이드 또는 알루미나이드이다. 붕소화물은 붕소화 티타늄(TiB2)과 붕소화 알루미늄(AlB2, AlB12)을 포함한다. 카바이드는 탄화티타늄, 탄화바나듐, 탄화텅스텐 또는 탄화철이며, 알루미나이드는 티타늄 알루미나이드(TiAl3) 또는 철 알루미나이드이다. 티타늄 존재 여부와 관계없이 종래의 코팅에 비해서 스팽글 파셋 크기를 효과적으로 감소시키는 양으로 입자성 화합물 구성성분의 양이 설정된다. 유효량은 선택된 화합물에 달려있지만 코팅 용탕 조성물에 대해서 0.0005내지 3.5중량%의 탄소, 붕소 또는 알루미나이드가 사용된다. 탄소의 경우에 선호되는 범위는 용탕의 0.005내지 0.10%이다. 티타늄 농도 측면에서 붕소화 티타늄을 함유한 코팅 용탕은 용탕 중량의 0.001내지 0.1%의 티타늄 농도를 갖는다. 붕소화물의 경우에 용탕에서 붕소의 중량비는 0.001내지 0.5%이다.
표1은 단일형 입자가 첨가될 때 입자 첨가 범위를 보여준다.
| 코팅용탕 조성물(중량%)공칭55%Al-1.6%Si-bal. Zn | 용융물에서입자의 중량% | |||
| Ti | B | C | ||
| TiB2 | 0.0012-1.0 | 0.001-0.5 | -- | 0.007-3.5 |
| AlB2 | -- | 0.001-0.5 | -- | 0.010-5.0 |
| AlB12 | -- | 0.001-0.5 | -- | 0.005-2.5 |
| TiC | 0.0019-1.9 | -- | 0.0005-0.5 | 0.0025-2.5 |
예컨대 100g의 용융물에서 첨가된 TiB2입자의 양은 0,007-3.5g이다.
표1의 첨가량은 화학양론적인 값이다. 과잉 Ti(TiC 또는 TiB2의 경우에)가 가능하지만 불필요하다.
표2는 선호되는 또는 최적의 입자 첨가 범위를 보여준다.
| 입장종류 | 코팅용탕 조성물(중량%)공칭55%Al-1.6%Si-bal. Zn | 용융물에서입자의 중량% | ||
| Ti | B | C | ||
| TiB2 | 0.01-0.05 | 0.002-0.1 | -- | 0.014-0.7 |
| AlB2 | -- | 0.02-0.05 | -- | 0.2-0.5 |
| AlB12 | -- | 0.02-0.05 | -- | 0.2-0.5 |
| TiC | 0.011-0.38 | -- | 0.003-0.1 | 0.015-0.5 |
입자 구성성분의 크기는 0.01내지 25마이크론이다. 본 발명의 방법을 사용하여 강 제품을 코팅함으로써 0.05내지 2.0mm의 스팽글 파셋이 생성된다.
강 제품 코팅에 사용되며 변성된 알루미늄-아연 합금 조성물을 함유한 용탕은 여러 가지 방식으로 제조되 수 있다. 한 방법에서 마스터 알루미늄 합금이 제조되고 입자성 화합물 구성성분으로 변성된다. 이 용탕이 알루미늄-아연 코팅 용탕에 첨가되고 두 용탕의 비율이 계산되어서 유효량의 입자성 화합물 구성성분을 함유한 목표 용탕 조성물에 도달한다. 변성된 합금 용탕은 입자성 화합물 구성성분의 유효량이 총 용탕의 중량에 비해서 적은 비율이기 때문에 이러한 형태의 코팅 용탕에서 전형적인 중량비의 알루미늄, 아연 및 실리콘, 예컨대 55%알루미늄, 1-2%실리콘, 나머지 아연을 함유한다. 마스터 합금 제조방법은 미국특허 5,415,708(Young), 3,785,807에 제시된다.
이후에 입자를 함유한 마스터 합금이 고체 잉곳 형태로 코팅 용탕에 첨가될 수 있다. 잉곳은 스팽글 정련 입자를 함유한 Al, Zn, 또는 Zn, Al, Si를 함유한 합금일 수 있다.
혹은 입자성 화합물 구성성분이 강 제품 코팅에 앞서 알루미늄-아연 용탕에 직접 첨가될 수 있다.
용탕 변성제로서 붕소화 알루미늄을 사용할 경우에 용융물 속으로 입자의 삽입을 촉진하고 용융물 전체에 균일하게 분포하도록 알루미늄 마스터 합금에 붕소 입자가 첨가될 수 있다. 혹은 적절한 양으로 알루미늄-아연 용탕에 붕소화 알루미늄입자가 첨가될 수 있다.
붕소화 티타늄과 같은 입자성 화합물 구성성분을 함유한 알루미늄 마스터 합금을 제조할 경우에 용탕에 과잉량의 티타늄이 존재할 수 있다. 이러한 과잉량은 첨가된 붕소 총량에 대해서 0.01-10%일 수 있다. 화학양론적인 측면에서 2몰의 붕소에 대해서 1몰 과량으로 티타늄 첨가는 0.002-4.2 과량 몰일 수 있다. 붕소화 티타늄이나 탄화티타늄과 같은 티타늄 함유 화합물 사용을 통해서 존재하는 과잉 티타늄은 본 발명과 관련된 스팽글 정련에 필요없다.
코팅용 합금용탕을 제조함에 있어서 입자 화합물 구성성분은 분말로서 도입되거나 용탕 자체에서 형성될 수 있다. 예컨대 붕소화 티타늄 분말이 적절한 중량비로 알루미늄 용탕에 첨가될 수 있다. 혹은 원소 티타늄과 붕소가 알루미늄 용융물에 첨가되고 충분히 높은 온도로 가열되어서 붕소화 티타늄 입자를 형성한다. 에너지 소모 측면에서 화합물 입자를 마스터 합금에 첨가하는 것이 선호된다. 유사한 기술이 카바이드 및 알루미나이드에 사용될 수 있다.
코팅 용탕에 티타늄과 붕소의 존재는 붕소화티타늄과 같은 화합물 입자를 첨가하는 것에 비해서 그레인 정련 효과를 생성하지 못한다. 알루미늄 주조에서 알루미늄 용융물에 티타늄과 붕소를 별도로 첨가하면 1000℃(1832℉)미만에서 첨가될 경우 붕소화티타늄 입자를 생성하지 못한다. 대신에 티타늄은 알루미늄과 반응하여 TiAl3입자를 형성한다. 훨씬 저온(593℃(1100℉))에서 코팅공정이 수행되므로 Al-Zn코팅조에 원소 형태로 티타늄과 붕소의 첨가는 유사한 양상을 가져올 것이다. 추가로 티타늄과 붕소의 용해 속도는 낮은 코팅온도에서 매우 느릴 것이다. 따라서 용탕에서 붕소화티타늄을 형성할 때 본 발명에서 필요한 입자를 형성시키기 위해서 종래의 용융 매개변수를 변화시킬 필요가 있다.
본 발명의 코팅방법은 코팅이 위에서 언급된 입자 화합물 구성성분을 포함한 코팅조성물로 구성된 코팅 물품을 제공한다. 코팅 물품은 템퍼 압연이나 스킨 패스 없이 공지된 바와 같이 코팅될 수 있다.
스팽글 정련제로서 티타늄 및 알루미늄 붕소화물과 티타늄 알루미나이드가 예시될 지라도 바나듐 카바이드, 텅스텐 카바이드, 철 카바이드, 및 철 알루미나이드와 같은 알루미늄 화합물 역시 본 발명의 범위에 속한다.
본 발명과 관련된 예기치 못한 효과를 설명하기 위해서 알루미늄 티타늄 마스터 합금과 알루미늄 티타늄 붕소화물 마스터 합금을 사용하여 코팅된 강 제품이 비교된다. 도1은 위에서 언급된 마스터 합금에 기초한 두개의 곡선을 비교하는데 곡선은 중량%로 용융물의 티타늄 함량과 스팽글 파셋 크기를 관련시킨다. 티타늄 붕소화물을 함유한 마스터합금은 훨씬 낮은 티타늄 첨가량에서도 스팽글 파셋 크기를 크게 정련시킨다. 예컨대 0.02중량%티타늄 함량에서 스팽글 파셋 크기는 티타늄만 사용될 경우의 스팽글 파셋 크기 1.4mm에 비교되는 0.3mm이다. 따라서 붕소화물 정련제는 스팽글 파셋 크기를 감소시킬 뿐만 아니라 필요한 티타늄의 양을 감소시킴으로써 비용을 감소시킨다.
도2는 티타늄 붕소화물을 함유한 마스터 합금과 알루미늄 및 붕소의 마스터 합금을 비교하는데 티타늄 붕소화물 정련제가 단지 알루미늄 및 붕소의 마스터 합금에 비해서 최대 0.03중량% 붕소 함량에서 스팽글 파셋 크기를 감소시킨다. 그러나 도1과 도2를 비교하면 알루미늄 붕소화물 입자 화합물 구성성분은 스팽글 파셋 크기를 감소시키는데 단지 티타늄에 비해서 더욱 효과적이다.
도3은 도1의 TiB2-변성된 코팅과 유사한, 티타늄 카바이드로 변성된 코팅조성물의 양태를 보여주는 그래프이다.
스팽글 파셋 크기를 최소화할 뿐만 아니라 본 발명에 따라 입자 화합물 구성성분의 사용은 코팅된 강 제품이 균열 없이 더욱 심한 구부림을 견딜 수 있게 한다. 도4에서 단지 티타늄을 사용한 코팅 용탕 합금 조성물과 0.05중량% 티타늄 붕소화물을 사용한 조성물로 코팅이 비교된다. 티타늄 붕소화물이 사용될 때 스팽글 파셋 크기가 1.5mm에서 0.1mm로 감소된다. 코팅된 제품이 원뿔형 굽힘 테스트를 받을 때 균열이 발생되지 않은 반경에 대해서 제품의 코팅 두께가 도시된다. 원뿔형 굽힘 테스트는 ASTM D522-93a을 따르는 테스트이다. 코팅 조에서 입자 화합물 구성성분으로서 티타늄 붕소화물을 사용하는 제품은 비-균열 반경을 23% 감소시킨다.
본 발명과 관련하여 또 다른 예기치 못한 결과는 쉬이트 제품의 종래적인 알루미늄-아연 합금 코팅에 비해서 더욱 많은 수의 더 작은 균열을 형성시킨다. 도5에서 티타늄 붕소화물-변성된 알루미늄 아연으로 코팅된 강 제품은 종래의 알루미늄 아연보다 많은 수의 균열을 갖는다. 그러나 종래의 제품은 티타늄 붕소화물-변성된 제품에 비해서 훨씬 증가된 균열 면적을 갖는다. 본 발명의 더 작지만 더 균일하게 분포된 균열은 페인트 필름에 의한 균열 연결을 촉진시킨다. 이러한 연결은 종래의 알루미늄 아연 코팅과 관련된 더 큰 균열 보다 빠르게 제품 부식을 억제한다. 따라서 티타늄 붕소화물-코팅된 제품은 공지 제품에 비해서 향상된 내식성을 보인다.
도5의 그래프는 1/16"원통형 벤드상의 코팅된 샘플을 구부리는 것에 관계한다. 구부린 이후에 균열의 크기가 측정되고 균열의 개수와 그 크기를 위해서 19.71제곱 밀리미터의 표면 부위가 검사된다. 본 발명 제품에서 최대 균열 크기는 종래의 제품의 최대 균열 크기의 절반 미만(41%)이다. 이것은 인장 굽힘 녹 오염을 방지 또는 감소시키는데 이득이 된다. 최악의 균열 크기는 코팅의 인장 굽힘 녹 오염 경향을 조절하는 것이다.
본 발명의 또 다른 중요한 성질은 코팅된 강 제품의 표면 품질과 도장 적합성이다. 표3은 종래적으로 알루미늄-아연 코팅된 제품과 티타늄 붕소화물 변성된 알루미늄 아연 합금으로 코팅된 제품에 대한 표면 거칠기 측정 결과를 도시한다. 종래의 제품은 표3에서 Galvalume코팅으로 표시된다. 본 발명의 코팅된 제품의 표면 파동(waviness, Wca)은 코팅되고 템퍼 압연된 종래의 Galvalume제품보다 낮다. 코팅되고 티타늄 붕소화물 변성된 쉬이트의 평균 파동은 동일 조건하에서 제조된 코팅된 Galvalume제품보다 67% 더 양호하다. 본 발명 제품의 최소 스팽글 Galvalume 파동은 더 큰 스팽글 밀 제조된 템퍼 압연된 Galvalume보다 50% 더 양호하다. 티타늄 붕소화물-변성된 최소 스팽글 Galvalume는 파동 감소를 위해서 템퍼 압연을 요하지 않으며 고속 코일 코팅 분야에 이상적이다. 도장된 제품의 외양은 스팽글이 큰, 코팅 및 스킨 패스된 Galvalume에 비해서 탁월하다.
| 코팅공정/라인 | 표면 ID/조건 | Ra(μin) | Rt(μin) | Wca(μin) | PC(ppi) |
| Galvalume w/TiB2마스터합금 | 코팅된 | 24.3 | 273.4 | 15.9 | 167 |
| 파일럿라인종래의 Galvalume | 코팅된 | 16.7 | 196.1 | 48.4 | 58.0 |
| 평균 및 제조된 Galvalume | 코팅된 | 21.6 | 271.2 | 61.3 | 97.5 |
| 코팅 및 템퍼 압연된 | 47.3 | 354.9 | 39.6 | 153.5 |
도6a-9c는 본 발명을 공지 기술과 비교하며 스팽글 파셋 크기 감소를 보여준다. 도6a-6c는 Al-5%Ti-1%B 마스터 합금 형태로 첨가된 TiB2의 효과를 보여주며 종래의 Galvalume코팅에 비해서 큰 스팽글 파셋 크기 정련이 이루어진다. 스팽글 파셋 크기에서 유사한 감소가 변성제로서 티타늄 카바이드 및 알루미늄 붕소화물이 사용될 때 도8a-8c 및 9a-9c에서 도시된다. 도6a-6c와 도7a-7c, 특히 도6c와 도7c를 비교할 경우 티타늄만 첨가하면 동일한 스팽글 파셋 크기 감소를 가져오지 않는다. 사실상 TiB2에 비해서 단지 티타늄만의 존재는 스팽글 파셋 크기를 조금 감소시킨다.
도10에서 전통적인 Galvalume코팅된 제품 브러슁이 매우 불균질하고 매력이 없는 표면을 생성하며 결과의 브러슁 된 표면은 불량 도색된 표면과 관련된 오렌지 피일 외양을 갖는다는 것이 고온-딥 코팅 분야에서 공지이다. 추가로 이러한 브러슁 된 Galvalume코팅된 제품은 고온-딥 코팅된 표면에 존재할 수 있는 표면 불규칙성을 심화한다.
도11에서 본 발명에 따라 제조된 스팽글 최소화된 고온 딥 Al-Zn코팅된 제품이 브러슁될 경우에 브러슁된 스텐레스강, 알루미늄 등을 모방한 바람직한 완성 표면이 생성된다. 결과의 바람직한 완성 표면은 브러슁 된 종래의 Galvalume코팅에 존재하는 오렌지 피일 외양이나 눈에 띄는 표면 불규칙성이 없다. 따라서 브러슁 된 Galvalume의 바람직하지 않은 외양에 관한 과거의 가르침에 비추어서 우리의 결과는 예견되지 않은 것이다. 본 발명의 최소화된 스팽글 표면을 브러슁 함으로써 브러슁된 스텐레스강, 알루미늄 또는 브러슁된 기타 유사한 금속에 대한 저렴한 대체물에 대한 오랜 숙원을 만족시킨 코팅된 제품을 제조할 수 있다는 발견은 더욱 놀랍고 예견치 못한 것이다.
우리는 본 발명의 최소화된 스팽글 표면을 3M Scotch Brite 브러쉬와 같은 부직포 현가된 연마재 브러쉬나 와이어브러쉬와 같은 섬유 브러쉬를 써서 브러슁함으로써 브러슁된 스텐레스강, 알루미늄을 모방한 제품을 제조할 수 있다. 브러슁 공정은 도11의 사진에서 도시된 대로 브러슁된 스텐레스강, 알루미늄 쉬이트를 모방한 균일한 은백색의 금속 마감성을 부여한다. 55%Al,Zn 및 기타 화합물을 포함한 최소화된 스팽글 코팅은 전통적으로 코팅된 Galvalume 제품을 브러슁 하여 얻을 수 없는 개선된 외양과 탁월한 장기간 내식성을 제공한다. 종래의 Galvalume코팅 제품의 브러슁은 코팅된 표면에 오렌지 피일 외양이나 눈에 띄는 표면 불규칙성을 생성하므로 코팅된 표면이 미학적으로 매력이 없다. 반면에 본 발명의 브러슁 된 표면은 균일한 외양을 가지며 단지 브러쉬 스크래취 패턴만이 표면에서 가시적이다. 다양한 브러슁 방법을 사용하여 코팅된 표면에 다양한 브러쉬 스크래취 패턴이 생성될 수 있다. 다음 실시예는 본 발명에 따라 제조된 최소화된 스팽글 Al-Zn 합금 코팅된 제품에 다양한 브러쉬 스크래취 패턴을 생성하는 두 가지 방법을 보여준다.
실시예1
강판이 고온-딥 코팅되어 본 발명에서 제시된 스팽글 최소화된 코팅을 형성한다. 고온-딥 코팅된 시편이 3회 브러슁 공정에서 브러슁 되어서 고온-딥 코팅된 표면에 광택이 나는 피니쉬 스크래취 패턴을 생성한다. 브러슁 동안에 시편은 50피트/분의 라인 속도로 3M Scotch Brite 7S SFN Clean & Finish Flap 브러쉬 사이에 공급되고 브러슁 된 표면에 물이 연속적으로 적용된다. 적용된 물 흐름은 윤활제, 냉각제 및 브러슁 된 표면에서 브러슁 파편을 제거하는 세척액을 제공한다. 브러쉬는 샘플 폭 1인치당 약 0.3hp의 전원을 사용하여 약 3600표면 피트/분의 속도로 회전된다.
실시예2
유사하게 강판이 고온-딥 코팅되어 본 발명에서 제시된 스팽글 최소화된 코팅을 형성한다. 고온-딥 코팅된 시편이 3회 브러슁 공정에서 브러슁 되어서 고온-딥 코팅된 표면에 조잡한 피니쉬 스크래취 패턴을 생성한다. 브러슁 동안에 시편은 50피트/분의 라인 속도로 3M Scotch Brite 7A Med Cut & Polish Flap 브러쉬 사이에 공급되고 브러슁 된 표면에 물이 연속적으로 적용된다. 적용된 물 흐름은 윤활제, 냉각제 및 브러슁 된 표면에서 브러슁 파편을 제거하는 세척액을 제공한다. 브러쉬는 샘플 폭 1인치당 약 0.3hp의 전원을 사용하여 약 3600표면 피트/분의 속도로 회전된다.
브러슁 이후에 실시예1 및 2의 시편에 대해서 표면 특성이 측정된다. 시편과 브러슁에 의해서 샘플에 부여된 거칠기에 따라서 브러슁 된 표면을 따라 20-45마이크로 인치의 파동(Wca)이 관찰된다. 또한 브러슁 된 표면을 따라 24.0-34.0마이크로 인치의 거칠기(Ra)와 70-120ppi의 피크 카운트(PC)가 관찰된다. 실시예1 및 2의 브러슁 공정은 코팅면 마다 55%Al-Zn 합금 코팅 질량의 5%이상을 제거하지 못한다. 그러나 브러슁에 의해서 제거된 코팅의 양은 브러슁 매개변수를 최적화함으로써 최소화되며 브러슁 공정에서 이러한 변화도 본 발명의 범위에 속한다. 가능한 브러슁 변환을 고려하여 브러슁 이후 표면 피니쉬는 다음 특성을 가지며 시각적 외양 측면에서 허용 가능한 수준이다: Wca=10.0-57.0μin;Ra=20.0-50.0μin;Pc=45-200ppi.
실시예1 및 2의 브러슁 된 시편이 종래의 Galvalume코팅 제품과 비교되고 두그룹의 파동의 평균이 측정되어 도12의 막대그래프로 표시된다. 표면 파동은 오렌지 피일 외양을 정량하는데 사용된 한 가지 방법이다. 위와 동일한 3회 브러슁 공정을 사용하여 Galvalume코팅 제품이 브러슁 된다. 도12에 도시된 대로 본 발명의 브러슁 된 최소 스팽글 쉬이트는 브러슁된 종래의 Galvalume코팅 제품에 비해서 브러슁 된 표면을 따라 파동이 26% 적다.
외양을 정량하기가 곤란하기 때문에 브러슁 된 스텐레스강 시편, 브러슁 된 최소 스팽글 시편, 브러슁된 종래의 Galvalume 시편이 제조된다. 제조된 시편을 강철 산업 및 고온-딥 코팅 전문가에게 제공한다. 각 전문가는 시편의 시각적 외양의 등급을 매기고 냉장고와 같은 가정용품 제조에 어느 시편을 선호하는지 물었다. 등급1-10이 사용되며, (1)은 시각적으로 불량이고 (10)은 시각적으로 우수함을 나타낸다. 등급의 평균을 내고 도13에 결과가 도시된다. 스텐레스강 시편은 최고 등급(9.2)을 받았고 최소 스팽글 시편은 7.2이고 종래의 Galvalume 시편은 5.1이다. 이 결과는 본 발명의 브러슁 된 최소 스팽글 Al-Zn합금 코팅된 제품이 브러슁 된 종래의 Galvalume 코팅된 제품에 비해서 시각적 외양이 개선됨을 보여준다. 또한 본 발명의 브러슁 된 최소 스팽글 Al-Zn합금 코팅된 제품은 브러슁 된 스텐레스강의 시각적 외양과 근접하므로 이러한 브러슁 된 최소 스팽글 제품은 다양한 분야에서 값비싼 브러슁 된 스텐레스강이나 알루미늄의 대체물로서 고려될 수 있다.
Claims (16)
- 티타늄과 알루미늄중 하나를 함유한 붕소화물, 티타늄 또는 철을 함유한 알루미나이드 화합물, 티타늄, 바나듐, 철 또는 텅스텐을 함유한 카바이드 화합물에서 선택된 화합물 입자를 유효량을 포함한 브러슁 된 알루미늄-아연 합금 코팅이 적용된 강철 기판을 포함하고 상기 브러슁 된 알루미늄-아연 합금 코팅은 균일한 외양을 갖는 코팅된 강철 제품
- 제 1항에 있어서, 상기 브러슁 된 알루미늄-아연 합금 코팅이 Wca=10μin이상의 파동을 가짐을 특징으로 하는 제품
- 제 1항에 있어서, 상기 브러슁 된 알루미늄-아연 합금 코팅이 Wca=19.0-57.0μin의 파동을 가짐을 특징으로 하는 제품
- 제 1항에 있어서, 상기 브러슁 된 알루미늄-아연 합금 코팅이 Wca=20.0-45.0μin의 파동을 가짐을 특징으로 하는 제품
- 제 1항에 있어서, 상기 브러슁 된 알루미늄-아연 합금 코팅이 Ra=50μin미만의 거칠기를 가짐을 특징으로 하는 제품
- 제 1항에 있어서, 상기 브러슁 된 알루미늄-아연 합금 코팅이 Ra=20.0-50.0μin의 거칠기를 가짐을 특징으로 하는 제품
- 제 1항에 있어서, 상기 브러슁 된 알루미늄-아연 합금 코팅이 Ra=24.0-34.0μin의 거칠기를 가짐을 특징으로 하는 제품
- 제 1항에 있어서, 상기 브러슁 된 알루미늄-아연 합금 코팅이 PC=200미만의 피크 카운트를 가짐을 특징으로 하는 제품
- 제 1항에 있어서, 상기 브러슁 된 알루미늄-아연 합금 코팅이 PC=45-200의 피크 카운트를 가짐을 특징으로 하는 제품
- 제 1항에 있어서, 상기 브러슁 된 알루미늄-아연 합금 코팅이 PC=70-120의 피크 카운트를 가짐을 특징으로 하는 제품
- 제 1항에 있어서, 화합물 입자가 TiC, TiB2, AlB2, AlB12,또는 TiAl3임을 특징으로 하는 제품
- 제 1항에 있어서, 화합물 입자의 크기가 0.01-25μm임을 특징으로 하는 제품
- 제 1항에 있어서, 화합물 입자가 카바이드 화합물이고 합금 용탕에서 입자 화합물의 양이 탄소의 0.0005-0.01중량%임을 특징으로 하는 제품
- 제 1항에 있어서, 화합물 입자가 붕소화물이고 합금 용탕에서 입자 화합물의 양이 붕소의 0.001-0.5중량%임을 특징으로 하는 제품
- 제 1항에 있어서, 코팅이 0.05-2.0mm의 스팽글 파셋 크기를 가짐을 특징으로 하는 코팅된 강 제품
- 제 1항에 있어서, 브러슁 된 코팅된 강 제품상에 도장된 표면을 더욱 포함하는 제품
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