KR20070116173A - 금속―코팅 강철 스트립 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스트립의 적어도 일 표면에 금속 코팅을 갖는 강철 스트립에 관한 것이다. 상기 스트립은 그 코팅이 마그네슘을 함유하는 알루미늄-아연-실리콘 합금을 포함하며, 작은 크기의 스팽글(spangle)들을 가짐을 특징으로 한다.
스트립, 금속 코팅, 알루미늄-아연-실리콘 합금, 마그네슘, 스팽글, 내부식성 금속 코팅

Description

금속―코팅 강철 스트립{METAL-COATED STEEL STRIP}
본 발명은 코팅 금속의 용융 욕(molten bath)에서 강철 스트립을 용융도금(hot dip) 방식으로 코팅함으로써 그 스트립에 형성되는 내부식성(corrosion-resistant) 금속 코팅을 갖는 강철 스트립에 관한 것이다.
본 발명은 특히 지붕용 자재와 같은 최종 소비자 제품으로 냉각 형성(예를 들면, 압연 형성에 의해)될 수 있는 금속 코팅 강철 스트립에 관한 것이지만, 그에 한정되지는 않는다.
본 발명은 더 상세하게는, 작은 스팽글(spangle)을 갖는 내부식성 금속 코팅, 즉 0.5mm 미만의 평균 스팽글 크기를 갖는 코팅을 갖는 전술한 형태의 금속 코팅 강철 스트립에 관한 것인데, 그렇지만 그것에만 특히 한정되지는 않는다.
본 발명은 더욱 상세하게는, 작은 크기의 스팽글(spangle)을 갖는 내부식성 금속 코팅을 구비하며, 마그네슘을 함유하는 알루미늄-아연-실리콘 합금을 포함하는 전술한 유형의 금속 코팅 강철 스트립에 관한 것인데, 그러나 그것에만 특별하게 한정되지는 않는다.
여기서 "알루미늄-아연-실리콘 합금(aluminium-zinc-silicon alloy)"이라는 용어는 알루미늄, 아연 및 실리콘 성분이 다음과 같은 중량% 범위를 갖는 합금을 의미하는 것으로 이해된다.
알루미늄: 45 - 60
아연: 37 - 46
실리콘" 1.2 - 2.3
알루미늄-아연-실리콘 합금 코팅된 강철 스트립 제품은 본 출원인에 의해, 예를 들면, 등록상표 "Zincalume®"로써 판매되고 있다.
또한 여기서 "알루미늄-아연-실리콘 합금(aluminium-zinc-silicon alloy)"이라는 용어는 예를 들면, 철, 바나듐 및 크롬 중의 어느 하나 또는 다수와 같은 다른 성분들을 포함하거나 포함하지 않는 합금을 의미하는 것으로 이해된다.
통상적인 용융도금 금속 코팅 방법에서 강철 스트립은 일반적으로 하나 또는 다수의 열처리 노(heat treatment furnace)를 통과하고, 그 다음에 코팅 용기에 유지되는 알루미늄-아연-실리콘 합금과 같은 용융 욕의 코팅 금속 안으로 통과해 지나가게 된다.
상기 열처리 노는 그것을 통해 수평 방향으로 스트립이 이동하도록 구성될 수 있다.
상기 열처리 노는 또한 스트립이 상기 노를 통해 수직으로 이동하고 일련의 상부 및 하부 가이드 롤러들 주위를 통과하도록 배열되어도 좋다.
상기 코팅 금속은 보통 가열 인덕터(heating inductor)를 사용해 코팅 용기에 용융된 상태로 유지된다.
상기 스트립은 통상 상기 용융 욕으로 침지되는 연장된 노 출구 활송장 치(chute) 또는 주둥이(snout)의 형태로 된 배출구 단부를 통해 상기 열처리 노를 벗어난다.
용융 욕 내에서 스트립은 하나 또는 다수의 싱크 롤들의 주위를 통과하고 상기 욕 바깥으로 상향으로 이동되는데, 그 욕을 통해 지나가면서 상기 코팅 금속으로 코팅된다.
코팅 욕을 벗어난 후에 상기 금속 코팅 스트립은 가스 나이프(gas knife) 또는 가스 와이핑 스테이션(gas wiping station)과 같은 코팅 두께 제어장치를 통과하게 되는데, 여기서 그 코팅된 표면들은 코팅의 두께를 컨트롤하기 위한 와이핑 가스의 분사를 받게 된다.
상기 코팅된 스트립은 그 다음에 냉각장치를 통과하여 강제 냉각(forced cooling) 상태에 놓이게 된다.
그 다음, 냉각된 금속 코팅 스트립은 스킨 패스 압연부(skin pass rolling section)(템퍼 롤링 섹션으로도 지칭됨) 및 장력 수평화부(tension levelling section)을 통해 연속적으로 코팅된 스트립을 통과시킴으로써 선택적으로 상태가 조절될 수도 있다. 상기한 상태가 조절된 스트립은 코일화 장치부에서 코일로 감기게 된다.
일반적인 관점에서, 본 발명은 코팅의 내부식성 및 연성의 특성들의 조합의 견지에서 현재 이용가능한 제품들과 비교할 때 개선된 제품인 금속 코팅 강철 스트립을 제공하는 것과 관련된다.
더 특정한 관점에서, 본 발명은 코팅의 내부식성, 연성 및 표면 결함의 특성 들의 조합의 견지에서 현재 이용가능한 제품들과 비교할 때 개량된 제품인 금속 코팅 강철 스트립을 제공하는 것과 관련된다.
여기서 "표면 결함(surface defects)"이라는 용어는 "거친 코팅(rough coating)" 및 "바늘구멍(pinhole)-비코팅" 결함으로서 본 출원인에 의해 기술된 코팅의 표면상의 결함들을 의미하는 것으로 이해된다.
전형적으로, 상기한 "거친 코팅" 결함이란 1mm 길이의 스트립에 대하여 10 미크론(micron) 내지 40 미크론 사이에서 그 두께가 변화하는 코팅의 실질적인 변화를 갖는 영역이다.
전형적으로, "바늘구멍(pinhole)-비코팅" 결함이란 코팅 되지 않은 매우 작은 영역(직경이 0.5mm 미만인)이다.
본 출원인은 용융 욕의 표면상의 산화물이 전술한 표면 결함의 하나의 주요 원인이라 믿고 있다. 상기 표면 산화물은 용융 욕 위의 주둥이 부위(snout)에서의 수증기와 용융 금속 간의 반응의 결과로부터 용융 욕에 있는 금속으로부터 형성되는 고체상태의 산화물들이다. 본 출원인은 표면 산화물들이 스트립이 용융 욕에 투입될 때 산화막 층을 통해 스트립이 통과함에 따라 그 스트립에 의해 취해진다고 믿고 있다.
일반적 관점에서 본 발명은 스트립의 적어도 일 표면에 금속 코팅을 갖는 강철 스트립을 제공하는데, 그것은 그 코팅은 마그네슘을 함유하는 알루미늄-아연-실리콘 합금을 포함하며, 작은 크기의 스팽글(spangle)들을 가짐을 특징으로 한다.
알루미늄-아연-실리콘 합금에 마그네슘을 첨가하는 것은 코팅의 내부식성을 향상시키고, 그리고 작은 스팽글 크기는 코팅의 연성을 향상시키며 또한 코팅의 연성에 대한 마그네슘의 역효과를 보상해준다.
상기한 "작은 크기의 스팽글"이라는 용어는 호주 공업표준 AS1733에 기술된 바와 같이, 평균 인터셉트 거리 측정법(average intercept distance method)을 사용하여 측정할 때, 0.5mm 미만의, 바람직하게는, 0.2mm 미만의 스팽글들을 갖는 금속 코팅 스트립을 의미하는 것으로 이해된다.
바람직하게는, 마그네슘 농도는 8중량% 미만이다.
바람직하게는, 마그네슘 농도는 3중량% 미만이다.
바람직하게는, 마그네슘 농도는 적어도 0.5중량%이다.
바람직하게는, 마그네슘 농도는 1 내지 5 사이의 중량%이다.
바람직하게는, 마그네슘 농도는 1 내지 2.5 사이의 중량%이다.
알루미늄-아연-실리콘 합금은 다른 성분들을 함유할 수도 있다.
바람직하게는, 상기 알루미늄-아연-실리콘 합금은 스트론튬(strontium) 및/또는 칼슘(calcium)을 함유한다.
상기 알루미늄-아연-실리콘 합금에 대한 스트론튬 및/또는 칼슘의 추가는 전술한 표면 결함의 수를 본질적으로 줄여주고 또한 마그네슘에 의해 야기되는 표면 결함의 수의 증가에 대해 보상해준다.
스트론튬 및 칼슘은 개별적으로 또는 조합해서 첨가되어도 좋다.
상기 스트론튬 및/또는 칼슘은 임의의 적절한 양만큼 추가되어도 좋다.
바람직하게는, (i) 스트론튬 또는 (ii) 칼슘 또는 (iii) 스트론튬 및 칼슘의 농도는 적어도 2ppm이다.
바람직하게는, 상기한 (i) 스트론튬 또는 (ii) 칼슘 또는 (iii) 스트론튬 및 칼슘의 농도는 적어도 0.2중량% 미만이다.
더욱 바람직하게는, 상기한 (i) 스트론튬 또는 (ii) 칼슘 또는 (iii) 스트론튬 및 칼슘의 농도는 150ppm 미만이다.
전형적으로, 상기한 (i) 스트론튬 또는 (ii) 칼슘 또는 (iii) 스트론튬 및 칼슘의 농도는 적어도 100ppm 미만이다.
더욱 바람직하게는, 상기한 (i) 스트론튬 또는 (ii) 칼슘 또는 (iii) 스트론튬 및 칼슘의 농도는 적어도 50ppm 이하이다.
알루미늄-아연-실리콘 합금이 스트론튬을 함유하고 어떤 칼슘도 함유하지 않는 상황에서는, 바람직하게는, 스트론튬의 농도는 2-4ppm의 범위이다.
더욱 바람직하게는, 스트론튬 농도는 3ppm이다.
상기 알루미늄-아연-실리콘 합금이 칼슘을 함유하나 어떤 스트론튬도 함유하지 않는 상황에서는, 바람직하게는, 상기 합금은 4-8ppm 범위의 칼슘을 함유한다.
더욱 바람직하게는, 칼슘의 농도는 6ppm이다.
상기 알루미늄-아연-실리콘 합금이 칼슘과 스트론튬도 함유하는 상황에서는, 바람직하게는, 상기 스트론튬과 칼슘의 농도는 적어도 4ppm 이다.
바람직하게는, 상기 스트론튬과 칼슘의 농도는 2-12ppm의 범위에 있다.
바람직하게는, 상기한 알루미늄-아연-실리콘 합금은 베들레헴 스틸 코퍼레이션에 의해 출원된 국제출원 제PCT/US00/23164호(WO 01/27343)에 기술된 것과 같은 티타늄 붕산화물-변형(titanium boride-modified) 알루미늄-아연-실리콘 합금이다. 상기 국제출원의 명세서의 기재사항은 본 명세서에 상호참조로 삽입된다. 상기 국제출원은 티타늄 붕산화물이 알루미늄-아연-실리콘 합금의 스팽글 크기를 최소화한다고 기재하고 있다.
바람직하게는, 상기한 알루미늄-아연-실리콘 합금은 의도적인 합금 성분으로서 바나듐 및/또는 크롬을 함유하지 않는데, 이는 예를 들어 용융 욕에서의 오염으로 인해 미량으로 존재하는 것과는 반한다.
본 발명은 또한 강철 스트립에 금속 코팅을 형성하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은:
열처리 노와 전술한 것과 같은 마그네슘을 함유하는 알루미늄-아연-실리콘 합금의 용융 욕을 통해 강철 스트립을 연속적으로 통과시키는 과정과; 그리고
(a) 열처리 노에서 상기 강철 스트립을 열처리하는 과정과; 그리고
(b) 상기 용융 욕에서 상기 스트립을 용융도금으로 처리하고 상기 강철 스트립에 작은 스팽글을 갖는 상기 합금의 코팅을 형성하는 과정을 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 용융 욕에서의 (i) 스트론튬 또는 (ii) 칼슘 또는 (iii) 스트론튬 및 칼슘의 농도가 적어도 2ppm이 되도록 조절하는 과정을 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 용융 욕에서의 (i) 스트론튬 또는 (ii) 칼슘 또는 (iii) 스트론튬 및 칼슘의 농도가 0.2중량% 미만이 되도록 조절하는 과정을 포함한다.
더욱 바람직하게는, 상기 방법은 용융 욕에서의 (i) 스트론튬 또는 (ii) 칼슘 또는 (iii) 스트론튬 및 칼슘의 농도가 150ppm 미만이 되도록 조절하는 과정을 포함한다.
전형적으로, 상기 방법은 용융 욕에서의 (i) 스트론튬 또는 (ii) 칼슘 또는 (iii) 스트론튬 및 칼슘의 농도가 100ppm 미만이 되도록 조절하는 과정을 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은 용융 욕에서의 (i) 스트론튬 또는 (ii) 칼슘 또는 (iii) 스트론튬 및 칼슘의 농도가 50ppm 이하가 되도록 조절하는 과정을 포함한다.
상기한 (i) 스트론튬 또는 (ii) 칼슘 또는 (iii) 스트론튬 및 칼슘의 농도는 임의의 적절한 수단으로 조절되어도 좋다.
본 출원인에 의해 선호되는 하나의 선택은 용융 욕에 대해 알루미늄-아연-실리콘 합금을 형성하도록 제공되는 알루미늄에서 스트론튬 및/또는 칼슘의 최소농도를 지정하는 것이다.
다른 방법도 있지만, 또 다른 하나의 선택은 상기 농도를 필요한 농도로 유지하기 위해 요구되는 스트론튬 및/또는 칼슘의 양으로써 상기 용융 욕에 주기적으로 첨가하는 것이다.
베들레헴 스틸 코퍼레이션에 의해 출원된 국제출원 제PCT/US00/23164호(WO 01/27343)에 기술된 것과 같은, 용융 욕에 티타늄 붕산화물 입자들(이 용어는 파우더를 포함한다)을 첨가하는 것과 같은 임의의 적절한 과정들로 작은 스팽글들이 형성될 수도 있다.
바람직하게는, 상기한 열처리 노(furnace)는 상기 욕으로 연장되는 신장된 형태의 노 출구 활송장치(chute) 또는 노즐 주둥이(snout)를 구비한다.
본 발명에 따르면, 전술한 금속 코팅 강철 스트립으로부터 제조된 냉각 형성 제품들이 제공된다.
본 발명은 본 출원인에 의해 수행된 연구 작업 도중에 고안되었으며, 첨부한 도면들을 참고하여 이하에서 예를 들어 더 설명될 것이다.
도 1a, 도 1b, 및 도 2는 다른 조건하에서 테스트 된 알루미늄-아연-실리콘 합금에 있어서의 모서리 언더컷팅(edge undercutting) 대 마그네슘 농도의 그래프들이다;
도 3은 다른 마그네슘 농도를 함유하는 알루미늄-아연-실리콘 합금의 코팅에 대한 코팅 연성(크랙 감도 등급(crack sensitivity rating)으로 측정됨) 대 코팅 두께의 그래프이다;
도 4는 동일 마그네슘 농도와 다른 스팽글 크기를 갖는 알루미늄-아연-실리콘 합금의 코팅에 대한 코팅 연성(크랙 감도 등급으로 측정됨) 대 코팅 두께의 그래프이다; 그리고
도 5는 본 발명의 방법에 따른 알루미늄-아연-실리콘 합금으로 코팅된 강철 스트립을 제조하기 위한 연속 생산라인의 일 실시예를 예시하는 개략적 도면이다.
도 1 내지 도 4에 예시되고 아래에서 더 상세히 기술된 실험 작업의 결과에 따르면, 다음과 같은 점이 인식된다:
(a) 알루미늄-아연-실리콘 합금에 마그네슘을 첨가함으로써 강철 스트립 상의 합금 코팅의 내부식성을 향상시키고(도 1 및 도 2 참조);
(b) 알루미늄-아연-실리콘 합금에 마그네슘을 첨가함으로써 강철 스트립에 대한 합금 코팅의 연성을 감소시키며(도 3 참조); 그리고
(c) 알루미늄-아연-실리콘 합금의 코팅을 정상적인 스팽글 크기와는 반대로 작은 크기로 형성함으로써 코팅의 연성을 향상시킨다(도 4 참조).
(a) 내부식성에 대한 마그네슘의 영향
코팅 혼합물에서의 다른 농도의 마그네슘을 사용한 강철 스트립 테스트 패널에 대한 코팅의 내부식성은 (a) 실외 노출 테스트 및 (b) 염 분무 테스트로서 평가되었다.
실외 노출 테스트는 0중량%, 0.5중량 %, 1.0중량% 및 2.0중량%의 Mg를 함유하는 "Zincalume®"(55중량% Al)로써 스트립의 표면에 도포된 강철 스트립의 일련의 패널들에 대해 실시되었다. 각 금속 코팅 패널들의 상부 면은 크롬산염 전처리(chromate pre-treatment) 과정이 이루어졌고, 그 다음 우선 초벌용 프라이머(primer)가 입혀지고, 그 후에 폴리에스터 탑 코팅(polyester top coat)이 도포되었다.
실외 노출 테스트는 호주, 뉴 사우쓰 웨일즈, 벨람비 포인트에서 본 출원인의 테스트 시설에서 상기 패널들을 배치함으로써 수행되었다. 상기한 벨람비 포인트 현장은 격심한 해양성 환경으로서 평가되고 있다. 한 세트의 패널들이 도포된 표면을 강우 등에 노출되도록 배치되었다. 그리하여 도포된 표면들은 빗물로써 씻겨지도록 하였다. 제2 세트의 패널들이 상기 현장에서의 보호된 장소에 배치되었으며, 이로써 도포된 표면들이 강우에 직접 노출되지 않도록 하였고, 따라서 빗물로써 씻겨지지 않도록 하였다. 씻겨진 패널 세트에 대해서는 83개월, 그리고 빗물로 씻겨지지 않은 패널에 대해서는 52개월의 테스트 기간의 종료시, 상기 패널들에 대한 시각적인 검사가 이루어졌고 그 패널들의 금속 코팅 모서리들로부터 부식이 서서히 진행됨에 의해 야기된 페인트 층의 모서리 언더컷팅(edge undercutting) 부분을 확인하기 위한 측정이 수행되었다.
상기한 실외노출 테스트의 결과는 도 1(a) 및 1(b)에 요약되어 있다. 상기 도면들은 금속 코팅 강철 스트립의 내부식성(페인트 표면의 모서리 언더컷팅에 의해 평가됨)이 금속 코팅 혼합물에서의 마그네슘 농도가 증가함에 따라 감소하는 것을 나타내고 있다.
전술한 염 분무(slat spray) 테스트는 0중량%, 1.0중량% 및 2.0중량%의 Mg를 함유하는 "Zincalume®"(55중량% Al)로써 스트립의 표면에 코팅된 일련의 강철 스트립 패널들에 대해 실시되었다. 각각의 금속 코팅 패널들의 상부 면에 대해서는 크롬산염 전처리(chromate pre-treatment) 과정이 이루어졌고, 그 다음으로 우선 초벌용 프라이머(primer)가 입혀지고, 그 후에 플루오르화탄소(fluorocarbon) 상부 면 코팅(top coat) 물질로써 도포되었다.
상기 염 분무 테스트는 "ASTM B117" 표준에 따라서 염 스프레이를 사용하여 소위 "표준 시험 가속 부식(standard laboratory accelerated corrosion)" 방법으로 실시되었다. 상기 패널들은 1250 시간 동안 테스트가 계속되었다. 테스트 기간의 종료시 상기 패널들은 시각적으로 검사되었으며 그 패널들의 금속 코팅 모서리들로부터 부식이 서서히 진행됨에 의해 야기된 페인트 층의 모서리 언더컷팅(edge undercutting) 부분을 확인하기 위한 측정이 수행되었다.
상기 실외 노출 테스트의 결과는 도 2에 요약되어 있다. 다이아몬드 형 데이터 포인트들에 의해 정의된 도표는 폴리에스터 탑 코팅 물질로 코팅된 패널들에 관한 것이고, 그리고 사각형 데이터 포인트들에 의해 정의된 도표는 플루오르화탄소 탑 코팅으로 코팅된 패널들에 관한 것이다. 상기 도면은 금속 코팅 강철 스트립의 내부식성(페인트 표면의 모서리 언더컷팅 부분에 의해 평가됨)이 금속 코팅 혼합물에서의 마그네슘 농도가 증가함에 따라 감소하였음을 나타내고 있다.
(a) 코팅의 연성에 대한 마그네슘의 영향
서로 다른 코팅 두께에서 일련의 상이한 코팅 혼합물을 사용해 코팅된 강철 스트립 테스트 절편들에 대한 코팅물질들의 연성(ductibility)이 본 출원인에 의해 개발된 표준 기법을 이용하여 평가되었다.
상기 방법은 각 테스트 절편에 대한 2T 벤드(bend) 테스트를 실행한 연후에 15x 확대율을 갖는 광학 현미경 하에서 0 등급(최소 크래킹)에서 10 등급(가장 심 한 크래킹)까지의 일단의 등급 표준을 이용하여 벤드에 대한 코팅 크랙 가혹도(coating crack severity) 등급을 매기는 과정을 포함하고 있다. 상기한 코팅 크랙 가혹도에 대해서는, 예를 들면, Willis, D. J. 및 Zhou, Z. F. 씨가 저술한 "Factors Influencing the Ductility of 55%Al-Zn Coatings"(Galvatech 1995년판)라는 간행물의 페이지 455-462에 기술되어 있다.
상기한 코팅의 크랙 가혹도 등급은 코팅물질의 연성에 대한 측정인바, 더 높은 등급은 더 낮은 코팅 연성을 나타내도록 되어 있다.
이러한 작업을 위한 시험 코팅의 조성과 본 명세서의 다음 부분에서 논의된 코팅 연성에 대한 스팽글 크기의 영향을 평가함에 관한 작업은 다음의 표 1에 기술되어 있다.
표 1
샘플 종류 성분(wt%)
Al Zn Si Fe Mg B Ti
Zincalume 1.5%Si (control) 55.6 42.5 1.45 0.35 - - -
Zincalume 1.5%Si+0.5%Mg 53.6 43.8 1.60 0.36 0.61 - -
Zincalume 1.5%Si+1%Mg 55.1 42.0 1.46 0.36 1.00 - -
Zincalume 1.5%Si+1.5%Mg 54.2 42.3 1.50 0.37 1.57 - -
Zincalume 1.5%Si+2%Mg 53.7 42.5 1.52 0.39 1.91 - -
Zincalume 1.5%Si+2%Mg, 0.015%Ti 51.2 38.3 1.42 0.38 2.17 0.002 0.016
전술한 바와 같이, Zincalume®은 알루미늄-아연-실리콘 합금으로 코팅된 강 철 스트립 제품과 관련하여 사용되는 본 출원인의 등록된 상표이다.
표 1에서 "성분" 칸에 표기된 조성성분 함량은 유도결합형 플라즈마 분광법(Inductively Coupled Plasma Spectrometry : ICP)을 사용한 습식 화학분석법에 의해 결정되었다. 상기 표에서 "샘플 종류" 칸에 기재된 세부사항은 각각의 시험 코팅에 대한 목표 도금조(target pot)의 조성성분을 나타낸다.
0.5, 1.0, 1.5, 및 2.0 wt.% Mg를 갖는 Zinclaume 합금 및 Zincalume 컨트롤 코팅(0 wt.% Mg)에 대한 연성 테스트의 결과는 도 3에 요약되어 있다.
코팅의 연성은 Zincalume 코팅에서 Mg 농도를 증가시킴에 따라 감소한다는 것이 도 3으로부터 명백하다.
(c) 연성에 대한 스팽글 크기의 영향
연성에 대한 스팽글 크기의 영향은 상이한 코팅 두께에서 일련의 다른 코팅 성분들로 코팅된 테스트용 절편을 이용하여 평가되었다.
특히, 상술한 표 1을 참조하면, 테스트용 절편들은 (a) "정상" 크기의 스팽글을 갖는 Zincalume 컨트롤 코팅, (b) "정상" 크기의 스팽글을 갖는 2wt.% Mg를 함유한 Zincalume, 및 (c) "작은" 크기의 스팽글을 갖는 2wt.% Mg와 TiB를 함유한 Zincalume으로 코팅되었다.
상기한 테스트용 절편들은 전술한 것과 같은 테스트 기법을 사용해 평가되었다.
연성 테스트의 결과는 도 4에 요약되어 있다.
같은 성분 및 "정상" 크기의 스팽글로 이루어진 코팅의 연성에 비교하여 "작은" 크기의 스팽글을 갖는 2wt.% Mg를 함유한 Zincalume 코팅을 형성함으로써 코팅의 연성을 향상시킨다는 것이 도 4로부터 명백하다.
도 5는 본 발명에 따른 알루미늄-아연-실리콘 합금으로 코팅된 강철 스트립을 생산하기 위한 연속 생산라인의 일 실시예를 예시하는 개요도이다.
도 5를 참조하면, 사용시, 냉연(cold rolled) 강철 스트립의 코일이 코일풀기 장치(uncoiling station)(1)에서 풀리게 되고 연속적인 풀린 코일의 스트립은 접합기(2)에 의해 단부와 단부가 서로 접합되어 연속적인 길이의 스트립을 형성하게 된다.
그 다음, 상기 스트립은 연속적으로 축적장치(accumulator)(3), 스트립 세척부(4) 및 노 집합체(5)를 통과하게 된다. 상기 노 집합체(5)는 예열기, 예열 환원로, 및 환원로(reducing furnace)를 구비하고 있다.
상기 스트립에 대해서는 (i) 노에서의 온도 프로파일, (ⅱ) 노의 환원 가스 농도, (ⅲ) 노를 통한 가스 유동율, 및 (ⅳ) 노에서의 스트립 체류 시간(즉, 라인 속도)을 포함하는 공정 변수들을 주의 깊게 제어함으로써 노 집합체(5)에서 열처리가 수행된다.
상기한 노 집합체(5)에서의 공정 변수들은 스트립의 표면으로부터의 철 산화물 잔류물의 제거와 스트립 표면으로부터의 잔류 오일과 철 분광입자의 제거가 되도록 조절된다.
그 다음, 열처리 된 상기 스트립은 코팅조(6)에 유지되어 있는 용융 합금을 함유하는 욕(bath) 안으로 출구 주둥이(snout)를 경유해 통과되어 해당 합금 물질로 코팅된다.
상기 합금은 다음 물질들을 함유하는 알루미늄-아연-실리콘 합금이다:
(a) 코팅의 내부식성에 기여하는 8 wt.% 미만의 마그네슘,
(b) 코팅의 스팽글 크기를 최소화하기 위한 티타늄 붕산화물(boride), 및
(c) 전술한 표면 결함의 수를 최소화하기 위한 0.2 wt.% 미만의 스트론튬 및 칼슘.
상기한 알루미늄-아연-실리콘 합금은 바람직하게는 바나듐 및/또는 크롬을 함유하지 않는다.
상기 알루미늄-아연-실리콘 합금은 가열 인덕터(미도시)를 이용하여 코팅조(coating pot)에서 용융 상태로 유지된다.
상기 도금 욕(bath) 내부에서 스트립은 싱크 롤 주위를 통과하고 그 욕 바깥으로 상향으로 올려진다. 스트립의 양면은 그것이 상기 욕을 통과함에 따라 그 욕에서 합금으로 코팅된다.
상기 용융 욕에서 스트립 상에 형성되는 코팅은 마그네슘 및 스트론튬 및/또는 칼슘을 함유하는 알루미늄-아연-실리콘 합금의 형태로 되어 있다.
상기 코팅은 스트론튬 및 칼슘 덕분에 상대적으로 적은 수의 전술한 표면 결함들을 갖게 된다.
상기 코팅은 티타늄 붕산화물로 인해 작은 스팽글(spangle)을 갖는다.
용융 욕(6)을 벗어난 다음, 상기 코팅된 스트립은 가스 와이핑(gas wiping) 장치(미도시)를 수직으로 통과하는데, 거기서 그 코팅된 표면들에 대해 와이핑 가스의 분사가 이루어짐으로써 해당 코팅의 두께를 조절하게 된다.
그 다음, 코팅된 스트립은 냉각장치(7)를 통과하여 강제 냉각이 실시된다.
상기한 냉각된 코팅 스트립은 압연장치(8)를 통과하여 코팅된 스트립의 표면의 상태를 마감한다.
상기 코팅된 스트립은 그 다음으로 코일링 장치(10)에서 코일 상태로 감긴다.
이상 본 발명은 여러 가지의 실시예들을 참조하여 전술한 도면과 설명으로 상세히 기술하고 예시하였지만, 그러한 기술은 단지 예시적인 것으로서 그 성격에 있어 제한적인 것은 아니며, 그리고 본 발명은 개시된 실시예에만 한정되는 것은 아니라는 점을 이해하여야 할 것이다. 본 발명은 오히려 발명의 영역과 정신의 범위 내에 들어가는 모든 변형과 변경 그리고 균등물을 모두 망라하는 것으로 해석되어야 할 것이다. 본 발명의 정신과 영역을 이탈함이 없이 상술한 바와 같은 본 발명에 대하여 많은 변형이 이루어질 수도 있다.
특히, 전술한 실험 작업은 본 출원인에 의해 실시된 본 발명에 대한 실험적 작업의 단지 하나의 선택에 불과하다는 점을 유의하여야 할 것이다. 특정한 예를 듦으로써 본 출원인은 여기에 설명된 2 wt.%를 초과하여 8 wt.%까지에 이르는 마그네슘의 농도를 함유하는 알루미늄-아연-실리콘 합금에 대한 실험 작업을 실시하였으며, 그 결과는 여기서 설명된 결과와 일치하였다.

Claims (24)

  1. 스트립의 적어도 일 표면에 금속 코팅을 갖는 강철 스트립에 있어서,
    상기 코팅은 마그네슘을 함유하는 알루미늄-아연-실리콘 합금을 포함하며, 여기에 정의된 바와 같은 작은 크기의 스팽글(spangle)들을 가짐을 특징으로 하는 강철 스트립.
  2. 제1항에 있어서, 상기 마그네슘 농도는 8 중량% 미만인 것을 특징으로 하는 강철 스트립.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 마그네슘 농도는 3중량% 미만인 것을 특징으로 하는 강철 스트립.
  4. 선행하는 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 마그네슘 농도는 적어도 0.5중량%인 것을 특징으로 하는 강철 스트립.
  5. 선행하는 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 마그네슘 농도는 1 내지 5 사이의 중량%인 것을 특징으로 하는 강철 스트립.
  6. 선행하는 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 마그네슘 농도는 1 내지 2.5 사이의 중량%인 것을 특징으로 하는 강철 스트립.
  7. 선행하는 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄-아연-실리콘 합금은 스트론튬(strontium) 및/또는 칼슘(calcium)을 함유하는 것을 특징으로 하는 강철 스트립.
  8. 제7항에 있어서, 상기한 (i) 스트론튬 또는 (ii) 칼슘 또는 (iii) 스트론튬 및 칼슘의 농도는 적어도 2ppm인 것을 특징으로 하는 강철 스트립.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기한 (i) 스트론튬 또는 (ii) 칼슘 또는 (iii) 스트론튬 및 칼슘의 농도는 적어도 0.2중량% 미만인 것을 특징으로 하는 강철 스트립.
  10. 제7항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기한 (i) 스트론튬 또는 (ii) 칼슘 또는 (iii) 스트론튬 및 칼슘의 농도는 50ppm 미만인 것을 특징으로 하는 강철 스트립.
  11. 제7항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄-아연-실리콘 합금이 스트론튬을 함유하고 어떤 칼슘도 함유하지 않는 상황에서, 상기 스트론튬의 농도는 2-4ppm의 범위인 것을 특징으로 하는 강철 스트립.
  12. 제7항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄-아연-실리콘 합금이 칼슘을 함유하나 어떤 스트론튬도 함유하지 않는 상황에서, 상기 합금은 4-8ppm 범위의 칼슘을 함유하는 것을 특징으로 하는 강철 스트립.
  13. 제7항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄-아연-실리콘 합금이 칼슘과 스트론튬을 함유하는 상황에서는, 상기 스트론튬과 칼슘의 농도는 적어도 4ppm인 것을 특징으로 하는 강철 스트립.
  14. 선행하는 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서, 상기한 알루미늄-아연-실리콘 합금은 티타늄 붕산화물-변형(titanium boride-modified) 알루미늄-아연-실리콘 합금인 것을 특징으로 하는 강철 스트립.
  15. 선행하는 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서, 상기한 알루미늄-아연-실리콘 합금은, 상기 용융 욕에서의 오염으로 인해 미량으로 존재하는 것을 제외하고는, 의도적인 합금 성분으로서 바나듐 및/또는 크롬을 함유하지 않음을 특징으로 하는 강철 스트립.
  16. 강철 스트립에 금속 코팅을 형성하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    열처리 노와, 선행하는 청구항들 중의 어느 한 항에 정의된 것과 같은 마그 네슘을 함유하는 알루미늄-아연-실리콘 합금의 용융 욕을 통해 상기 강철 스트립을 연속적으로 통과시키는 과정과;
    (a) 상기 열처리 노에서 상기 강철 스트립을 열처리하는 과정과; 그리고
    (b) 상기 용융 욕에서 상기 스트립을 용융도금으로 처리하고 상기 강철 스트립에 작은 스팽글을 갖는 상기 합금의 코팅을 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 코팅 형성 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 방법은 용융 욕에서의 (i) 스트론튬 또는 (ii) 칼슘 또는 (iii) 스트론튬 및 칼슘의 농도가 적어도 2ppm이 되도록 조절하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 코팅 형성 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 방법은 용융 욕에서의 (i) 스트론튬 또는 (ii) 칼슘 또는 (iii) 스트론튬 및 칼슘의 농도가 0.2중량% 미만이 되도록 조절하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 코팅 형성 방법.
  19. 제16항 내지 제18항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 용융 욕에서의 (i) 스트론튬 또는 (ii) 칼슘 또는 (iii) 스트론튬 및 칼슘의 농도가 150ppm 미만이 되도록 조절하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 코팅 형성 방법.
  20. 제16항 내지 제19항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 용융 욕에서의 (i) 스트론튬 또는 (ii) 칼슘 또는 (iii) 스트론튬 및 칼슘의 농도가 50ppm 이하가 되도록 조절하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 코팅 형성 방법.
  21. 제16항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 용융 욕에 대해 알루미늄-아연-실리콘 합금을 형성하도록 제공되는 알루미늄에서 스트론튬 및/또는 칼슘의 최소 농도를 지정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 코팅 형성 방법.
  22. 제16항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 농도를 필요한 농도로 유지하기 위해 요구되는 스트론튬 및/또는 칼슘의 양으로써 상기 용융 욕에 주기적으로 첨가하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 코팅 형성 방법.
  23. 제16항 내지 제22항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄-아연-실리콘 합금이 티타늄 붕산화물을 함유하도록 상기 용융 욕에 티타늄 붕산화물 입자들(파우더를 포함함)을 첨가함으로써 상기 강철 스트립에 작은 스팽글들을 갖는 코팅을 형성하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 코팅 형성 방법.
  24. 제1항 내지 제15항 중의 어느 한 항에서 정의된 금속 코팅된 강철 스트립으로부터 제조된 냉각 형성 강철 스트립 제품.
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