KR20040058490A - 자동차외판용 이종 수지피복 강판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차외판용 이종 수지피복 강판에 관한 것으로,
강판의 일면에 아연도금층, 그 상부에 화성처리피막 및 프리실드 피막이 형성되고, 상기 강판의 다른 면에는 유기 또는 유,무기 복합형 윤활용액으로 피막처리되어 윤활피막이 형성된, 자동차외판용 이종 수지피복 강판이 제공된다.
본 발명의 의하면 가공성이 낮은 기계적 특성을 나타내는 저가의 강판을 사용하여도 내식성 및 성형성이 우수한 자동차외판용 강판이 제공될 수 있다.

Description

자동차외판용 이종 수지피복 강판{HETEROGENEOUS RESIN COATED STEEL SHEET FOR AUTO BODY}
본 발명은 자동차외판용 이종 수지피복 강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가공성이 낮은 기계적 특성을 나타내는 저가의 강판을 사용하면서도 내식성 및 성형성이 우수한 자동차외판용 이종 수지피복 강판에 관한 것이다.
철강사에서 제조된 강판은 자동차사에서 차체를 조립한 후 인산염처리와 도장을 거치게 된다. 이때 조립된 차체 중 강판이 겹치는 부위가 여러 곳 발생하게 되는데, 대표적으로 자동차 문짝의 헴(Hem) 부위 등을 예로 들 수 있다. 이와 같이 차체 중 강판이 겹쳐있는 부위에는 인산염처리 용액이나 도료가 침투하기가 어렵기 때문에 내식성이 취약하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 자동차사에서는 강판이 겹치는 부위에 실링(Sealing)처리를 하여 부식인자가 그 부위에 접근하는 것을 차단해 주는 방법을 사용하고 있다. 그러나 이는 생산성 저하 및 원가상승을 유발하기 때문에 자동차사에서는 실링 공정을 생략할 수 있는 표면처리 강판을 철강사에 요구하고 있다.
이에 부응하기 위하여 유럽의 철강사들은 강판에 아연도금을 한 후 크로메이트 처리를 하고 그 상부에 약 4~10㎛두께의 유기피막을 도포한 강판(이하 '프리실드 강판'이라 명명함)을 생산하여, 자동차사에서 인산염 피막이나 도장처리가 되지 않는 부위도 내식성을 확보할 수 있게 함으로서, 자동차사가 실링 공정을 생략할 수 있게 되었다.
또한 강판의 표면 윤활성을 향상시켜 주어 재질이 낮은 저가형 강판을 사용하면서도 가공이 가능하게 해줌으로써 자동차 제조원가를 감소시키고자하는 요구가 자동차사로부터 지속적으로 요구되고 있다.
이에 철강사에서는 강판의 윤활성을 향상시키기 위해서 표면에 왁스성분이 함유된 유기 및 유,무기 복합형 피막이나 인산염 피막을 형성시키거나 또는 금속 및 금속염을 석출시키는 무기형 윤활처리 방법을 사용하고 있다. 이러한 방법으로 제조된 강판을 윤활강판이라 한다.
그러나 자동차 외판용 강판의 경우, 예를들면 상술한 바와 같은 프리실드 강판은 강판이 겹치는 자동차 외판용 강판의 내면은 프리실드 피막처리를 해주지만 자동차 도막이 충분히 형성되는 외면은 프리실드 피막처리를 하지 않은 편면 프리실드 피막처리 강판이 사용되고 있다. 통상 프리실드 피막은 왁스 성분이 첨가되어 윤활성이 충분하기 때문에 강판 양면에 프리실드 피막이 형성되면 강판의 성형성이 우수하게 되지만, 프리실드 피막 형성 비용이 고가이기 때문에 자동차 외판용 강판에는 이와 같이 편면 프리실드 피막처리된 강판이 사용되고 있다.
따라서 기계적 특성이 우수하여 가공성이 우수한 강판을 자동차 외판으로 사용할 경우에는 편면 프리실드 강판을 사용하여도 가공성에 문제가 없을 수 있으나, 강판의 기계적 특성이 열위한 저가의 강판을 사용할 경우에는 편면 프리실드 피막처리된 강판의 경우에는 양면의 윤활성 차이로 인해 성형시 강판에 주름이 생기거나 강판이 찢어지는 문제가 발생하게 된다. 이에 따라 가공성이 낮은 저가형 강판을 소재로 사용하여도 자동차 성형이 가능한 강판을 개발할 필요가 있다.
이에 본 발명의 목적은 기존 자동차외판용으로 사용되고 있는 편면 프리실드 강판의 문제점인 양쪽면 마찰계수 차이에 의한 성형성 열화문제를 해결함으로써, 가공성이 낮은 기계적 특성을 나타내는 저가의 강판을 사용하면서도 내식성 및 성형성이 우수한 자동차외판용 강판을 제공하는 것이다.
도 1은 본 실시예에 사용된 강판의 내식성 평가용 시편을 나타낸 것이다.
본 발명의 일견지에 의하면,
강판의 일면에 아연도금층, 그 상부에 화성처리피막 및 프리실드 피막이 형성되고, 상기 강판의 다른 면에는 유기 또는 유,무기 복합형 윤활용액으로 피막처리되어 윤활피막이 형성된, 자동차외판용 이종 수지피복 강판이 제공된다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 강판의 일면은 아연도금층에 프리실드 피막처리하고, 다른 면은 윤활처리되어 가공성이 낮은 재질의 강판을 사용하면서도 높은 성형성을 갖는 자동차외판용 이종 수지피복 강판에 관한 것이다.
본 발명의 강판의 한쪽 면은 아연 또는 아연계 합금도금을 하고 그 상부에 화성처리(크로메이트 처리 또는 크롬프리 화성처리)를 하며, 그 화성처리 피막 상부에 금속 또는 금속화합물 분말과 왁스성분 등이 함유된 유기피막을 처리하여 프리실드 피막을 형성하여 획득될 수 있다.
상기 프리실드 피막이 처리되는 강판면의 도금은 아연 또는 아연계 합금도금이 가능하며, 아연계 합금도금의 경우 철, 니켈, 코발트 등과 같은 이종 금속을 아연과 합금으로 도금하여 얻어질 수 있다. 도금방법은 전기도금, 용융도금 및 진공도금 등 이 기술분야에 알려진 여러가지 방법이 가능하다.
상기 화성처리는 크로메이트 피막처리의 경우 금속크롬으로 환산하여 부착량 1~200mg/㎡으로 피복하고, 크롬프리 피막의 경우 통상 0.01~1.0㎛의 두께로 피복하게 된다. 처리방법은 화성처리 용액을 침지하는 반응형과 롤 코팅방법에 의한 도포형이 모두 가능하다. 화성피막 중 크로메이트 피막의 두께를 규정하는 이유는 금속크롬으로 환산하여 1mg/㎡이하에서는 부착량이 너무 적어 충분한 내식성을 확보할 수 없으며, 200mg/㎡이상에서는 충분한 내식성이 확보되어 추가의 크로메이트 피막 형성이 불필요하기때문이다. 크롬프리 피막의 경우에는 예를들어, HENKEL 사의 GRANODINE 시리즈 혹은 PPG 사의 NUPAL 시리즈 등 및 이에 상응하는 특성의 용액이면 모두 사용될 수 있으며, 통상 0.01㎛이하의 피막두께의 경우 내식성 열화가 발생하고, 1.0㎛이상이면 충분한 내식성이 확보되어 추가의 피막형성이 불필요하다.
또한 통상의 화성피막 처리방법과 달리 진공증착법을 적용하여 매우 치밀한 특수 피막을 형성하는 경우에는 상기 범위의 두께보다 적은 두께의 피막으로 충분한 내식성을 확보할 수 있다.
상기 프리실드 피막은 통상의 프리실드 용액을 사용하여 형성될 수 있으며, 예를들어, HENKEL 사의 GRANOCOAT 용액, PPG 사의 BONAZINC 용액, BASF 사의 COILPRIME 용액 또는 이에 상응하는 프리실드 용액이 사용가능하다. 프리실드 피막두께는 1.5~10㎛가 바람직하다. 1.5㎛이하의 프리실드 피막두께는 내식성이 충분히 발휘되지 못하며, 10㎛이상인 경우 제조원가 상승 및 용접성 열화의 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 강판의 다른 쪽 면은 강판 상태 그대로 또는 아연 또는 아연계 합금도금을 실시하고, 그 상부에 왁스성분이 함유된 유기 또는 유,무기 복합형 피막이나 인산염 피막을 형성시키거나 또는 금속 및 금속염을 석출시키는 방법으로 윤활피막처리를 행하여 얻어진다.
윤활피막처리되는 강판면은 강판 그대로 윤활피막처리되거나 또는 도금을 실시한 다음, 그 상부에 윤활피막처리될 수 있다. 도금을 실시할 경우에는 상기 프리실드 피막처리되는 면과 같은 아연 또는 아연계 합금도금이 이용된다.
윤활피막은 예를들어, 유기 또는 유,무기 복합형 피막, 도포형 인산염피막,반응형 인산염 피막 또는 금속 및 금속염 피막을 형성하는 것과 같이, 이 기술분야에 알려진 통상의 방법에 의해 형성될 수 있다.
유기 또는 유,무기 복합형 피막 혹은 도포형 인산염피막의 경우에는, 통상의 분무기에 의해 강판에 뿌려준 후 롤에 의해 짜주는 방법을 사용하거나 롤 코팅방법을 이용하며, 0.3~2.0㎛의 두께를 유지하는 것이 적절하다. 두께가 0.3㎛이하로 너무 얇으면 불안정한 피막의 형성으로 윤활성이 부족하며, 2.0㎛이상에서는 용접성 열화 및 생산원가 증가 문제가 발생한다.
반응형 인산염피막의 경우에는, 한면에 프리실드 피막이 형성된 강판을 인산염 용액에 침지함으로써 다른 면에 인산염 피막을 형성할 수 있으며, 통상 인산염 피막 부착량은 0.3~4.0g/㎡가 적절하다. 부착량이 0.3g/㎡이하에서는 윤활성이 부족하며, 반응형의 경우 4.0g/㎡이상의 피막은 형성되기 어렵다.
금속 및 금속염 피막을 형성시키는 경우에는, 전해형이나 침지형을 주로 사용하며, 통상 0.02~1.0g/㎡의 부착량이 적절하다. 부착량이 0.02g/㎡이하에서는 윤활성이 부족하며, 1.0g/㎡이상에서는 제조원가 상승의 문제점이 발생하게 된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
실시예
1. 본 발명의 강판 제조
아연도금 부착량 60g/㎡을 갖는 양면 아연도금강판 위에 한쪽 면은 금속크롬으로 환산하여 부착량 50mg/㎡으로 도포형 크로메이트 처리를 행한 후, HEKEL 사의 GRANOCOAT ZE 용액을 이용하여 피복하고 소부온도 230 에서 10초간 소부하여 피막두께 4㎛의 프리실드 피막을 형성시켰다. 다른 쪽 면은 DPI 사의 유,무기 복합형 윤활용액(PL-2000)을 피복하여 100 에서 10초간 소부하여 피막두께 1.0㎛의 윤활피막을 형성시켰다.
2. 내식성 평가
내식성은 복합염수분무시험기(CCT: Cyclic Corrosion Tester)를 이용하여 염수분무 18시간, 70℃에서 2시간동안 고온건조, 염수침지 2시간, 자연건조 2시간의 순서로 순환하였으며, 이러한 순환을 100회 실시한 후 부식상태를 조사하였다. 염수분무 조건은 JIS Z 2371 조건으로 실시하였다.
내식성 평가용 시편은 상기 제조된 본 발명의 강판을 이용하여 도 1과 같이 제작하였으며, 프리실드 피막처리된 면이 강판의 겹치는 쪽에 위치하도록 하였다. 이와 같이 제작된 시편을 자동차 도장공정 조건으로 인산염처리와 전착도장처리를 행하여 상기와 동일한 조건하에서 복합 염수분무시험을 행하였다.
복합염수분무시험이 완료된 후, 겹친 강판을 분리시켜 강판이 겹쳐진 부위에서 부식에 의해 감소한 강판의 두께를 측정하였으며, 평가기준은 다음과 같다.
1: 부식에 의한 두께 감소: 0~0.05mm
2: 부식에 의한 두께 감소: 0.05~0.1mm
3: 부식에 의한 두께 감소: 0.1~0.15mm
4: 부식에 의한 두께 감소: 0.15~0.2mm
5: 부식에 의한 두께 감소: 0.2mm이상
3. 용접성 평가
용접성 평가를 위해 AC 공압식 점 용접기를 사용하여 용접전류 8kA에서 가압력 250kgf, 통전시간 16 싸이클의 조건으로 용접을 실시하였으며, 이때 용접전극은 Cu-Cr합금의 RWMA Class II를 사용하였다.
용접성은 연속 타점성을 평가하였으며, 평가용 시편은 길이 80mm, 너비 20mm로 절단된 시편 두장을 끝에서 20mm되는 지점까지 겹친 후, 겹친 부위의 가운데에 한 점 용접을 한 후 인장시험기를 이용해 용접부가 떨어지는 타점수를 조사하였으며, 이 타점수를 연속 타점수라고 하며, 평가기준은 다음과 같다.
1 : 연속타점수 1000~1500
2 : 연속 타점 수 500~1000
3 : 연속 타점 수 300~500
4 : 연속 타점 수 100~3000
5 : 용접 불가
4. 가공성 평가
가공성 평가는 마찰계수를 측정하였으며 시편을 300×40mm로 절단한 후 가장자리의 거친표면을 제거한 다음 평면 마찰시험기를 이용하여 다이의 가압력 600Kg,인발속도 분당 1000mm로 하여 인발한 후 60mm 지점에서 인발하중을 가압하중으로 나누어 줌으로써 마찰계수를 구하였다.
상기의 방법으로 평가한 시험에 대한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 1과 같이 편면 윤활피복처리가 되어있는 경우에는 프리실드 피복처리가 되어 있지 않아 내식성이 나쁠 뿐 아니라 양쪽 면의 마찰계수 차이가 심해 성형성이 좋지 않으며, 비교예 2~4와 같이 프리실드 피막 두께가 너무 얇은 경우에도 처리하지 않은 것에 비하여 내식성과 마찰계수가 개선되기는 하지만 우수한 내식성과 성형 특성을 발휘하기에는 부족한 것으로 나타났다.
비교예 5~9와 같이 프리실드 피막의 부착량이 너무 많은 경우에도 용접성 부족 뿐만 아니라 제조원가 상승의 문제점도 있는 것으로 나타났다.
또한 비교계 10과 같이 한쪽 면에 프리실드 피막처리만 되어 있는 경우에는 양쪽 면간의 마찰계수차이가 커서 성형성이 나쁘며, 비교예 11, 12와 같이 윤활피막 두께가 너무 얇은 경우에도 충분한 성형성을 얻기가 어려웠다. 비교예 13~19와 같이 윤활피막의 두께가 너무 두꺼운 경우에는 용접성이 나쁘게 나타날 뿐 아니라 제조원가 상승도 유발하게 된다.
반면 발명예에서는 내식성, 용접성 및 가공성이 우수하게 나타난 것을 알 수 있다.
본 발명에 의해, 기존 자동차외판용으로 사용되고 있는 편면 프리실드 강판의 문제점인 양쪽면 마찰계수 차이에 의한 성형성 열화문제를 해결함으로써, 가공성이 낮은 기계적 특성을 나타내는 저가의 강판을 사용하면서도 내식성 및 성형성이 우수한 자동차외판용 강판이 제공되며 따라서 자동차사의 제조원가가 절감될 수있다.

Claims (3)

  1. 강판의 일면에 아연도금층, 그 상부에 화성처리피막 및 프리실드 피막이 형성되고, 상기 강판의 다른 면에는 유기 또는 유,무기 복합형 윤활용액으로 피막처리되어 윤활피막이 형성된, 자동차외판용 이종 수지피복 강판.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 화성처리피막은 크로메이트 피막처리되는 경우에는 금속크롬으로 환산하여 부착량 1~200mg/㎡으로 피복되고, 크롬프리 피막처리되는 경우에는 0.01~1.0㎛의 두께로 피복된 것임을 특징으로 하는 자동차외판용 이종 수지피복 강판.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 윤활피막은 도포형 인산염 피막을 형성하거나 또는 금속 및 금속염을 석출시키는 무기형 윤활처리방법으로 형성된 것임을 특징으로 하는 자동차외판용 이종 수지피복 강판.
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