KR20050050174A

KR20050050174A - 인산염처리성과 도장성이 우수한 고강도 고장력 강판의 제조방법

Info

Publication number: KR20050050174A
Application number: KR1020030083855A
Authority: KR
Inventors: 임기영; 문만빈; 신철수
Original assignee: 현대하이스코 주식회사
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2005-05-31

Abstract

본 발명은 고강도 고장력 강판에 관한 것으로 인산염처리 및 도장성을 향상시키기 위하여 이 고강도 고장력(C : 0.1~0.15, Si : 1.0~1.5, Mn : 1.0~2.0)강판표면에 니켈 플래쉬 도금을 실시한 것이다. 더 상세하게는 고강도 고장력 강 성분 중 Si(실리콘), Mn(망간)은 산화성 원소로 강 표면에 산화피막을 형성하여 인산염 피막의 형성을 저해시킨다. 인산염의 처리의 목적은 도장처리시 강판에 대한 페인트의 밀착성을 높이기 위한 것인데 Si, Mn의 다량 함유로 인해 인산염 결정이 조대해지고 페인트의 밀착성이 떨어지며 도장후 표면이 거칠어진다. 또한 용접성이나 기타 표면처리특성도 저하된다.

상기 강판에 니켈 플래쉬 도금을 하여 인산염처리를 하면 니켈과 철의 전기화학적 전위차가 생겨 인산염 용액내에서 니켈이 철의 용출을 촉진시키며, 이로 인해 인산염 결정핵의 생성을 촉진시켜 미세하고 세밀한 인산염 결정층이 생성되고, 이로 인하여 도장성 개선 및 표면처리성도 우수해진다.

Description

용접성과 도장성이 우수한 고강도 고장력 강판의 제조방법{The process for high strength and high tensile steel sheet with good phosphate coating and painting properties}

본 발명은 고강도 고장력 강에 대한 인산염처리 및 도장성을 향상시키기 위하여 변태유기소성강인 TRIP(Transformation induced plasticity) 강 등과 같은 고강도 고장력(C : 0.1~0.15, Si : 1.0~1.5, Mn : 1.0~2.0) 강판표면에 니켈 플래쉬 도금을 실시하고 인산염처리를 한 인산염처리 및 도장성이 우수한 고강도 고장력 강판의 제조방법에 관한 것이다.

고강도 고장력 강의 성분 중 Si (실리콘), Mn (망간)은 산화성 원소로 강 표면에 산화피막을 형성하여 인산염 피막의 형성을 저해시킨다. 즉, 고강도 고장력 강은 Mn, Si 등의 함유량이 높으므로 인산염 피막이 불균일하게 형성되어 도장성이 확보되지 않는다. 따라서, 인산염 처리의 목적를 통해서 도장처리시 강판에 대한 페인트의 밀착성을 높이는 것이 필요하다. 그러나, 종래의 고강도 고장력 강은 Si, Mn의 다량 함유로 인해 인산염 결정이 조대해지고 페인트의 밀착성이 떨어지며, 도장후 표면이 거칠어 진다. 또한 용접성이나 기타 표면처리 특성도 저하 된다.

종래 기술의 예를 보면 냉연강판을 세정하고 황산 용액등으로 활성화시킨 후 0.1~0.3g/㎡의 니켈 플래쉬도금한 다음 열처리로에 통과시켜 표면에 Ni를 농화 시키는 것으로 알려져 있다. 또 다른 예를 보면 0.01~0.03g/㎡의 니켈 플래쉬 도금하여 고강도 고장력 강판을 제조하는 것으로 알려져 있다.

종래의 기술로서 특허공개공보 1994-14902호에 개시된 내용을 보면 플래시 이층도금강판을 제조하기 위하여 합금화 용융아연 도금강판을 하층으로 하고 그 상부에 철계합금 전기도금을 행하는 플래쉬 전기도금강판의 제조방법이 개시되어 있는데, 상층의 합금전기도금전에 하층인 합금화 용융아연 도금강판의 표면을 전해 연마하여 그 평균조도가 0.4~0.7㎛ 되도록 처리하는 플래쉬 이층도금강판의 제조방법이다. 또한, 최근의 공개기술로서는 아연강판을 산화층 균열기를 통과하여 표면의 산화층 제거에 용이한 표면균열을 형성하고, 다음 표면균열이 형성된 강판을 산세조에서 제거한 후, 이 강판을 수세조에 수용시켜 산성용액을 제거하고 산성용액이 제거된 강판표면의 표면거칠기를 균일하게 조정하며, 이 표면거칠기가 조정된 강판을 Ni도금조에서 도금하여 강판표면에 30% 이상의 농도를 가진 Ni도금층이 강판표면에 300Å 이상의 두꼐로 형성되게 한 기술도 개시되어 있다.

그러나, 종래의 기술로는 기본적으로 강판표면이 거칠고 표면처리를 하여도 치밀한 도장층 조직을 얻기 어려웠다. 즉, 강판표면의 미려한 도장성과 내식성을 아울러 확보할 수 없었던 것이다.

본 발명은 전술한 바와 같이 니켈 플래쉬 도금을 고강도 고장력 강에 실시하므로써 인산염 결정이 균일하고 인산염 부착량도 증가되게 하며, 니켈 플래쉬 도금을 행하고, 인산염 처리, 도장을 할 경우 일층내식성이 증가되도록 한 것으로 이들 종래기술과 달리 니켈 플래쉬 도금을 하고 인산염 처리를 실시하여 인산염 결정핵의 치밀한 결정층을 생성시키므로써 도장성을 현저히 개선하고 표면처리성을 일층 향상시킨 발명이다.

본 발명은 상술한 종래의 기술상의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 고강도 고장력 강에 니켈 플래쉬 도금을 하여 표면품질 안정화시키고 치밀한 인산염 피막 생성을 통해 우수한 도장성과 내식성을 확보 할 수 있는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 전술한 바와 같이 고강도 고장력 강판의 도장성을 현저히 향상시키고 표면품질을 안정화시키기 위하여 치밀한 그리고 내식성을 가진 인산염 피막을 생성시키기 위해 냉간압연된 상기 강판을 니켈 플래쉬 도금하는 것에 관한 것이다. 이 때 도금액으로서 니켈 설파민산염(Nikel Sulfamate){Ni(NH₂SO₃)₂}의 니켈 도금액을 사용하고 전류밀도를 조정하여 니켈 플래쉬 도금을 하도록 한 것으로, 특히 니켈 플래쉬 도금용액의 적용조건을 일정조건하에 제어하므로써 인산염 피막의 형성을 치밀하고 안정되게 하는 것을 요지로 한다.

이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

전술한 바와 같이, 일반적으로 C : 0.1~0.15중량%, Si : 1.0~1.5중량%, Mn : 1.0~2.0중량%로 된 고강도 고장력 강판을 소재로 선택하고 이 강판표면에 인산염 피막을 형성하기 위하여 인산용액 중에서 강판의 용해반응을 활성화시켜 인산염 결정화를 촉진시키는 Ni성분을 얻기 위한 연구결과 본 발명은 도금욕으로서 니켈 설파민산염[Ni(NH₂SO₃)₂]을 50~90중량부, 보론산(H₂BO₃) 5~20중량부, 사카린 0.1~2중량부 도금욕 온도를 50~60℃로 온도조정하여 제조된 니켈 플래쉬 도금용액으로 전류밀도 30A/d㎡~80A/d㎡의 범위에서 조정하여 니켈 도금을 한 고강도 고장력 강판에 관한 것으로 니켈이 강표면 편면에 0.31g/㎡~1.0g/㎡ 정도의 피복층을 얻을 수 있다. 이 피복층은 종래의 0.3g/㎡ 이하의 피복층 형성이 가능한 데 비해 일층 증가된 두께까지 가능함을 나타내는 것이다.

일반적으로 니켈 플래쉬 처리를 하면 인산용액 중에서 강판의 용해반응을 활성화시켜 인산염 결정화를 촉진시킨다.

즉, 강판의 Ni핵이 존재하면 존재하는 곳과 존재하지 않는 부위 사이에 인산염 용액 중에서 전기화학적 전위차가 발생하여, 국부적으로 귀(貴)한 니켈이 음극으로 작용하고 비(卑)한 철이 양극으로 작용하여 철의 용해가 일어난다.

이 때 음극인 니켈 핵 부위에서는 음극반응인 수소가 환원되어 PH가 상승하고, 이로 인해 Ni핵에서 인산염 결정의 핵 생성 및 성장이 일어나게 된다.

고강도 고장력 강판에도 니켈 플래쉬 도금을 하여 인산염처리를 하면 니켈과 철의 전기화학적 전위차가 생겨 인산염 용액 내에서 니켈이 철의 용출을 촉진시키며, 이로 인해 인산염 결정핵의 생성을 촉진시켜 미세하고 세밀한 인산염 결정층이 생성되고, 이로 인하여 도장성 개선 및 표면처리성도 우수해진다.

도 1은 냉간압연된 고강도 고장력 강(C : 0.1~0.15, Si : 1.0~1.5, Mn : 1.0~2.0)에 니켈 플래쉬 도금 유무에 따른 인산염 피막처리를 한 결과를 표면처리상태 사진으로 나타낸 것이다.

니켈 플래쉬 도금을 하기 전의 고강도 고장력 강에서는 인산염 결정이 불균일하고 조대하며 인산염 부착량도 감소하였다.

그러나 니켈 플래쉬 도금을 한 고강도 고장력 강의 경우 인산염 결정이 균일하며 인산염 부착량도 증가하였다.

도 2는 냉간압연된 고강도 고장력 강(C : 0.1~0.15, Si : 1.0~1.5, Mn : 1.0~2.0)에 대한 염수분무시험의 결과이다. 니켈 플래쉬 도금을 행하고 인산염처리, 도장을 하였을 경우 염수분무시험에서도 니켈 플래쉬 도금전보다 훨씬 내식성도 증가하였으며 또한 전착도장 두께에서도 약 2~3㎛ 이상 두껍게 도막이 형성됨을 알게 되었다.

본 발명상의 니켈 플래쉬(Ni-Flash) 도금 및 인산염처리를 위한 작업조건은 다음 표와 같다.

종래의 경우 고강도 고장력 강에 니켈-플래시(Ni-Flash) 도금을 행하려면 세정-활성화-도금-수세 공정을 거쳐야 하는데 이를 위해서는 별도의 거대하고 복잡처처리장비를 필요로 한다.

본 발명은 종래의 방법을 탈피하여 조업속도가 빠른 생산라인에서 적절한 용액조성과 온도, 농도 등 도금용액 관리를 기하므로써 종래 할 수 없었던 본원 발명상의 방법을 가능케 하였다.

한편, 본 발명은 상기 표 1의 성분 외에도 도금층의 표면을 보다 미려하기 유지하기 위하여 나트륨 라우릴 황산염(Na Lauryl Sulfate)를 1중량부 이하로 첨가한다.

사카린(Saccharine)은 첨가제로서 광택을 내게 하고 응력을 완화시켜 주며, 소재층과 도금층 사이의 응력을 완화시켜 도금층의 밀착성을 향상시키며, 나트륨 라우릴 황산염(Na Lauryl Sulfate)은 계면활성제로서 금속표면과 용액 간의 계면에너지를 줄이고, 수소 거품의 제거를 쉽게 하여 도금층의 표면이 거칠어지는 것을 방지할 수 있다. 또한 도금층이 밝아지는 효과(광택도 향상)도 나타낸다. 그러나, 상기 첨가 하한치는 효과가 없는 수치이며, 상기 첨가물의 상한치를 초과할 경우 용접성, 도장성에 영향을 미치고 용액제어가 어려운 용액물성변동을 가져오기 쉽다.

[실시예]

C : 0.12중량%, Si : 1.3중량%, Mn : 1.6중량%로 된 고강도 고장력 강을 니켈 플래시 도금을 행하기 위하여 다음 표 3의 조성으로 된 도금욕을 제조하였다.

위 표 3의 조성으로 된 도금욕에 HS60 트립(TRIP) 강판을 니켈 플래시 도금하여 편면이 0.7g/㎡를 목표로 제조한 뒤 인산염 처리하였다.

이 때의 인산염처리공정은 다음과 같았다.

위와 같이 도금 및 인산염처리된 상기 TRIP 강판을 200V에서 28℃에서 3분간 통전하여 도장하였더니 도막 두께 평균 20㎛를 얻었으며 3분간 도장후 스프레이 분사수세하고 약 10분간 피도장체를 셋팅하였다가 160℃×10분간 건조시켰다.

위와 같이 하여 제조된 강판을 적당한 크기로 잘라 도막박리시험으로 도막박리상태를 비교하고 도막의 내식성을 시험하기 위하여 35℃, 5% NaCl에서 800시간 분무후 크로스커트(cross-cut)부로부터 1시간내에 테이프테스트를 행하여 스크랫치부에서 박리폭을 측정한 바 합격기준인 박리폭 3mm(편측) 이내인 0.8mm를 얻을 수 있었다.

한편, 상기 TRIP 강을 인산염처리하기 전에 종래의 인산염처리방법으로 처리(인산염 부착량 2.7g/㎡)한 시편과 본 발명상의 니켈 플래시(Ni-Flash) 도금을 통하여 0.35g/㎡의 Ni을 도금하고 인산염처리(3.6g/㎡)하여서 된 시편의 인삼염 부착특성과 본 발명상의 Ni-플래시 도금 및 인산염처리에 의한 인산염 부착특성을 상호 대비한 결과는 도 1과 같았다. 여기에서 알 수 있듯이 TRIP 강의 경우 종래의 인산염처리방법을 통해서는 2.7g/㎡의 낮은 인산염 부착량 뿐만 아니라 인산염 부착특성도 불량함을 알 수 있다. 그러나 본 발명상의 니켈 플래시 도금을 통한 인산염처리에서는 종래의 인산염처리에서 보다는 우수한 인산염 부착량(3.6g/㎡)과 미세한 결정립을 확인할 수 있다.

현지 인산염 결정 SIZE의 HMC 기준은 10㎛ 이하인데 본 발명에 따른 니켈 플래시 도금을 통한 TRIP 강의 인산염 특성은 만족할 만하다 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하여 고강도 고장력 강에 니켈 플래쉬 도금을 행하면 인산염 피막성, 도장밀착성을 향상시킬 수 있으며, 표면품질을 향상시킬 수 있다. 또한 전착도장시 전착도막의 두께를 증가시킬 수 있으며 이를 통해 짧은 시간안에 필요한 안정적인 도막을 확보 할 수 있으며 또한, 니켈 플래쉬 도금을 통해 미려한 도장성과 내식성도 아울러 향상시킬 수 있다.

도 1은 냉간 압연된 고강도 고장력 강판(C : 0.1~0.15, Si : 1.0~1.5, Mn : 1.0~2.0)에 니켈 플래쉬 도금 유무에 따른 인산염 피막처리상태를 확대한 사진이 다.

도 1의 (a)는 니켈 플래쉬 도금을 행하지 않은 고강도 고장력 강판의 인산염 피막의 사진,

도 1의 (b)는 니켈 플래쉬 도금을 행한 고강도 고장력 강판의 인산염 피막의 사진이다.

도 2는 냉간압연된 고강도 고장력 강판(C : 0.1~0.15, Si : 1.0~1.5, Mn : 1.0~2.0)에 대한 염수분무시험 결과를 강판의 표면상태로 나타낸 것이다.

도 2의 (a)는 니켈 플래쉬 도금을 행하지 않은 고강도 고장력 강판의 염수분무시험 후의 강판의 표면사진,

도 2의 (b)는 니켈 플래쉬 도금을 행한 고강도 고장력 강판의 염수분무시험 후의 강판의 표면사진이다.

Claims

C : 0.1~0.15중량%, Si : 1.0~1.5중량%, Mn : 1.0~2.0중량%의 조성을 가진 냉간압연된 고강도 고장력 강을 니켈설파민산[Ni(NH₂SO₃)₂] 50~90중량부, 보론산 5~20중량부, 사카린 0.1~2중량부로 되고, 온도 50~60℃내에서 온도조정되는 도금욕에서 니켈 플래시(Ni-Flash) 도금을 행하고, 이 때의 전기도금의 전류밀도는 30~80A/d㎡의 범위내에서 제어되도록 한 것을 특징으로 하는 용접성과 도장성이 우수한 고강도 고장력 강판의 제조방법
제 1항에 있어서, 상기 고강도 고장력 강판은 변태유기소성강(TRIP강)의 강판으로 되고 이 변태유기소성강(TRIP강)의 강판에 니켈 플래시 도금시 상기 첨가물 외에 나트륨 라우릴 황산염(Na Lauryl Sulfate)을 첨가하여 도금층 표면을 계속 미려하도록 유지해 주는 것을 특징으로 하는 용접성과 도장성이 우수한 고강도 고장력 강판의 제조방법