KR20080109935A - 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품의 제조 방법 - Google Patents
부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 부식-저항성이 우수하고 동시에 작업 처리가 용이한 부식 방지 시스템을 구비한 평판형 강재 제품의 경제적인 제조를 가능하게 하는 방법에 관한 것이다. 다음과 같은 작업 단계가 적용된다.
- 강재 기판을 불활성 가스 분위기 하에서 예열하는 단계,
- 강재 기판을 스트립 진입구 온도까지 냉각하는 단계,
- 중간층 내에 최대 0.5 중량%의 Al 함량을 가진 금속성 부식 방지 코팅층이 강재 기판에 형성되도록, 아연 욕액 내에서 강재 기판을 고온 침지 코팅하는 단계,
- 과잉의 코팅 물질을 스크레이핑하여 제거함으로써, 용융물 욕액 내에서 강재 기판에 부착된 금속성 부식 방지 코팅층의 두께를 면당 3㎛ 내지 20㎛의 값으로 조정하는 단계,
- 금속성 부식 방지 코팅층을 구비한 강재 기판을 냉각하는 단계, 및
- 강재 기판의 금속성 부식 방지 코팅층에 유기 코팅층을 부착하는 단계.
Description
본 발명은 고온 침지 코팅(hot dip coating)에 의해 강재 스트립 또는 시트와 같은 강재 기판에 아연계 코팅층이 부착되고 아연계 코팅층에 유기 코팅층이 부착된 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품(flat steel product)의 제조 방법에 관한 것이다.
부식 저항성, 특히 강재 시트 또는 스트립의 부식 저항성의 향상을 위하여, 대부분의 응용 분야에 있어서는, 아연 또는 아연 합금을 기반으로 한 금속성 코팅층이 부착된다. 아연 또는 아연 합금 코팅층은, 그와 같이 코팅된 강재 시트의 실제 사용 시에, 코팅층의 장벽 효과 및 음극 방식 효과(cathodic protective effect)에 의해 양호한 보호성을 제공한다.
아연-코팅 금속판의 부식 저항성은, 실용적으로 여러 층으로 이루어진 래커 시스템(lacquer system)을 일반적으로 포함하는 유기 코팅층 부착에 의해 더욱 향상된다. 아연 코팅층을 구비한 강재 시트에 그러한 래커 시스템을 적용하기 위한 한 방법이 예를 들면 국제 공개특허공보 제WO 98/24857호에 기재되어 있다. 공지된 이 방법에 따르면, 우선 기판 표면이 세정된다. 그 후, 필요에 따라, 유기 및/또는 무기 전처리제(pre-treatment agent)가 코팅층에 도포된다. 그 후, 이와 같이 준비된 코팅층에는 접착 증진제로서 소위 하도제(primer)의 코팅층이 부여되고, 그 위에 분무, 침지, 스크레이핑(scraping), 롤링 또는 도포에 의해 아민-개질형(amine-modified) 에폭시 수지 및 가교에 적합한 망상화제(reticulation agent)를 함유하는 래커가 도포된다. 이 래커의 도포 후에 가열되고, 필요한 경우에, 이송 또는 추가 공정 중에 손상으로부터 래커 필름을 보호하기 위하여, 또는 특정 표면 물성이 나타나도록, 분리 가능하거나 영구히 부착되는 필름이 래커 필름 위에 배치된다. 이 방법에 의해 달성되는 장점에 의하면, 이에 따른 코팅층 표면의 준비에 의해, 하도제는 표면 결함을 거의 또는 전혀 나타내지 않고 접착 문제도 일어나지 않는다. 따라서, 이와 같이 코팅된 기판은 양호하고 균일한 표면 품질을 가지고, 양호한 성형성, 내구성, 화학물질에 대한 저항성, 내식성 및 내후성을 특징으로 한다.
전술한 종래 기술에 있어서는, 코팅 표면의 전처리에 대한 필요성이 주기적으로 존재하고, 이는 비용과 관련하여 단점일 뿐만 아니라, 특히 전처리제는 일반적으로 환경에 위해하다. 특별한 전처리 없이 미처리 표면에 직접 래커 시스템을 적용할 수 있는 하나의 방안이 독일 공개특허공보 제DE 103 00 751 A1호에 기재되어 있다. 이 공보에 기재된 방법에 따르면, 독일 공개특허공보 제DE 103 00 751 A1호에 보다 상세히 기재되어 있는 적절한 부식 방지 조성의 사용에 의하여, 특정 층 두께를 유지하여 코팅층의 특별한 가요성과 접착 강도를 안정화시키면서, 용융 아연 도금 시트 상에 추가 전처리 없이, 두께가 4㎛ ~ 8㎛에 불과하고 양호한 부식 저항성을 보장하는 코팅층을 제조할 수 있다. 그러나, 그와 같은 방법은, 실시에 있어서 고려되어야 할 영향과 작업 파라미터의 복잡성으로 인하여 상당한 노력을 필요로 하고, 실시 중에 정립되지 않은 전반적으로 작업 조건으로 인하여 그러한 작업 조건하에서 어렵게 구현될 수 있을 뿐이다.
본 발명의 목적은 부식-저항성이 우수한 평판형 강재 제품의 경제적인 생산을 가능하게 하고 그와 동시에 제조 공정도 용이한 방법을 구체화하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 강재 스트립 또는 시트로서의 강재 기판에 아연계 코팅층을 부착하고 아연계 코팅층에 유기 코팅을 부착하여, 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품을 제조하는 방법은, 다음과 같은 작업 단계를 포함한다.
- 강재 기판을 예열로(preheating oven) 내에서 불활성 가스 분위기 하에서 720℃ 내지 850℃의 스트립 온도까지 예열하는 단계,
- 강재 기판을 400℃ 내지 600℃의 스트립 진입구 온도까지 냉각하는 단계,
- 공기가 차단된 조건 하에서, 아연 욕액(zink bath) 내에서 강재 기판을 고온 침지 코팅하는 단계로서, 아연 욕액은, 아연 및 불가피한 불순물과 더불어, 중량 %로, 0.15% ~ 5% Al, 0.2% ~ 3% Mg, 및 선택적으로 Pb, Bi, Cd, Ti, B, Si, Cu, Ni, Co, Cr, Mn, Sn 및 희토류 원소로 이루어진 그룹으로부터의 합계 0.8% 이하의 1종 이상의 원소를 함유하고, 욕액 온도는 420℃ ~ 500℃이고, 강재 기판 상에, 중량 %로 0.25% 내지 2.5% Mg, 0.2% 내지 3.0% Al, 4.0% 이하의 Fe, 선택적으로 Pb, Bi, Cd, Ti, B, Si, Cu, Ni, Co, Cr, Mn, Sn 및 희토류 원소로 이루어진 그룹으로부터의 합계 0.8% 이하의 1종 이상의 원소, 잔부 아연 및 불가피한 불순물을 함유하는 금속성 부식 방지 코팅층이 형성되도록, 그리고, 평판형 강재 제품의 표면에 바로 인접한 표면층과 강재 기판에 인접한 경계층(border layer) 사이에 형성된 중간층 내에 Al 함량이 최대 0.5 중량%이고 두께가 부식 방지 코팅층의 전체 두께의 적어도 20%에 이르도록, 스트립 침지(immersion) 온도와 욕액 온도의 차이를 -20℃ 내지 +100℃의 범위에서 변화시키는 고온 침지 코팅 단계,
- 과잉의 코팅 물질을 스크레이핑하여 제거(scraping away)함으로써, 용융물 욕액 내에서 강재 기판에 부착된 금속성 부식 방지 코팅층의 두께를 면당 3㎛ ~ 20㎛의 값으로 조정하는 단계,
- 금속성 부식 방지 코팅층을 구비한 강재 기판을 냉각하는 단계, 및
- 강재 기판의 금속성 부식 방지 코팅층에 유기 코팅층을 부착하는 단계.
본 발명에 따르면, 얇은 강재 시트(fine steel sheet) 또는 스트립의 형태로 존재하는 강재 기판은 코팅 공정을 거치고, 각 작업 단계들은 대규모 실시의 경제성의 관점에서 연속 라인(continuous passage)으로 실시되는 것이 바람직하다. 실시에 있어서 설정된 통과 속도(through speed)는, 해당 작업 단계에 필요한 효율과 시간에 의존하며, 60m/분 ~ 150m/분의 범위일 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 일부로서, 우선 강재 기판은 예열된다. 예열은 예를 들면 직접 가열로(Direct Fired Furnace, DFF) 또는 복사관로(Radiant Tube Furnace, RTF) 유형의 예열로 내에서 실시된다. 가열 시에 강재 기판의 표면 산화를 방지하기 위하여, 공지되어 있는 방식으로, 수소 비율이 3.5 부피% 이상이고 전형적으로 75 부피% 이하인 불활성 가스 하에서 해당 소둔이 실시된다.
후속하는 코팅 단계에 최적화된 강재 기판을 준비하기 위하여, 도달되는 최대 스트립 온도는 강종에 따라 720℃ 내지 850℃로 설정된다.
가열 후에 강재 기판은 공기가 차단된 조건 하에서 아연 욕액으로 진입한다. 이들 달성하기 위하여, 공지의 방법으로, 예를 들면 소둔로의 내부와 연결되고 개구부가 용융물 욕액 내에 잠긴 통풍 파이프(blow pipe)를 통해 용융물 욕액 내로 기판이 도입된다.
용융물 욕액은, 아연 및 제조에 기인하는 통상의 불순물과 더불어, 마그네슘과 알루미늄의 함량을 가진 용융물을 포함한다. 용융물의 조성은, 강재 기판 상에 Zn-Mg-Al-Fe를 함유하는 부식 방지 코팅층이 형성되도록 선정된다. 코팅층이 함유하는 합금 원소의 분포에 의하여, 이러한 코팅층은 한편으로는 강재 기판과의 최적의 부착성을 가지고, 다른 한편으로는 복잡한 전처리 없이 유기 코팅층의 직접 적용에 적합한 표면 조성을 가진다. 동시에, 코팅층은 본 발명에 따른 평판형 강재 제품이 점용접(spot welding)에 특히 적합하게 하는 우수한 용접성을 가진다.
본 발명에 따른 방법의 사용에 의하여, 표면에 바로 인접하고 두께가 코팅층 두께의 10% 이하로 제한된 표면 경계층(surface border layer) 내에, 원소 Mg와 Al이 처음에 산화물로서 농화(enrichment)되어 존재하도록, 코팅층의 층 구조가 형성될 수 있다. 또한, Zn 산화물이 표면에 존재한다. 표면 인접부(immediate surface)에 농화된 Al의 양은 대략 최대 1 중량%이다. 아연 합금 코팅층에 형성된 산화물 층은 표면을 부동태화(passivation)하고, 래커가 직접 부착되는 것을 가능하게 한다.
표면 경계층이 얇을수록, 고온 침지 방법에서 생성된 금속 부식 방지 코팅층의 코팅성과 용접성은 더욱 양호하다. 따라서, 본 발명에 따른 아연 침지 코팅에 대한 작업 파라미터는, 표면 경계층의 두께가 금속 코팅층 전체 두께의 5% 미만, 특히 1% 미만이 되도록 설정되는 것이 바람직하다.
표면 경계층 다음에는, 코팅층의 전체 두께의 적어도 25%의 두께까지, 최대 0.25 중량%의 Al 함량을 가진 중간층이 존재한다. 한편으로는 중간층에 인접하고 다른 한편으로는 강재 기판에 인접한 경계층 내에서, Al 함량은 강재 기판으로의 경계에서 4.5%까지 상승한다. 코팅층의 표면 인접부에서의 Mg 농화는 Al 농화보다 현저히 크다. 여기서, Mg 비율은 10%까지에 이른다. 따라서, Mg 비율은 중간층을 지나면서 감소하고, 코팅층의 전체 두께의 대략 25%의 깊이에서 0.5% 내지 2%가 된다. 경계층에 걸쳐서, 강재 기판의 방향으로 Mg 함량의 증가가 존재한다. 강재 기판으로의 경계에서, Mg 함량은 3.5%까지에 이른다. 중간층에서의 낮은 Al 함량은 특히 양호한 용접성과 평탄한 표면 형성을 보장하고, 경계층 내로 합금화된 Fe는 특히 코팅층의 강재 기판으로의 양호한 부착성을 보장한다. 작은 코팅층의 두께에 의해서도 달성되는 코팅층의 우수한 부식 방지 효과는 경계층 내의 Mg와 Al의 높은 함량에 의해 보장된다.
명세서 및 청구범위에 기재된 부식 방지 코팅층의 구조 및 각 층들에 대한 데이터는 GDOS(글로 방전 발광 분석) 측정에 의해 결정된 층 프로파일과 관련이 있다. 예를 들어 "재료 기술의 VDI 소사전(VDI Glossary of Material Technology)"(후버트 그래펜 발행, VDI-페르라크 GmbH, 뒤셀도르프, 1993)에 기재된 GDOS 측정 방법은 코팅층의 농도 프로파일의 신속한 검출을 위한 표준 방법이다.
특히, 용융물 욕액의 Al 함량이 0.15 중량% ~ 0.4 중량%일 경우에, 본 발명에 따라 제조된 금속성 부식 방지 코팅층에 의해, 앞서 제시된 물성들이 달성된다. 본 발명의 실시를 위한 방법에서 사용된 용융물 욕액의 비교적 낮은 Al 함량에 의하여, 적절한 스트립 침지 및/또는 욕액 온도의 설정은 그 자체가 본 발명에 따른 바람직한 층 시스템의 구조에 직접 영향을 미칠 수 있다는 점이 밝혀졌다.
본 발명에 따른 방법에서, 고온 침지 코팅 중에 달성되는 바에 의하면, 높은 Al 및 Mg 함량이 강재 기판에 인접한 금속성 부식 방지 코팅층의 경계층 내에 농화되고, 중간층에는 특히 낮은 Al 함량이 존재한다. 침지 시의 스트립의 온도와 용융물 욕액의 온도 사이의 차이는 특히 중요한 의미를 가진다. 이 차이는 -20℃부터 100℃까지, 바람직하게는 -10℃부터 70℃까지의 범위 내에서 변화하므로, 본 발명에 따라 중간층 내에 최소화된 Al의 존재는 의도적인 방식으로 확실하게 설정될 수 있다.
본 발명에 따라 설정된 금속성 부식 방지 코팅층의 층 구조의 형성을 더욱 지지하기 위하여, 용융물 욕액의 Mg 함량은 0.2 중량% 내지 2.0 중량%, 특히 0.5 중량% 내지 1.5 중량%로 한정될 수 있다. 본 발명에 따라 제조된 부식 방지 코팅층 내에는, Pb, Bi, Cd, Ti, B, Si, Cu, Ni, Co, Cr, Mn, Sn 및 희토류(rate earth)로 이루어진 그룹의 원소들이 본 발명에 따른 코팅층 내에 0.8 중량%의 합계 함량까지 존재할 수 있다. Pb, Bi 및 Cd는 조대한 결정 구조(아연화)(flower of zinc)를 형성하는 역할을 하고, Ti, B, Si는 성형성을 향상시키고, Cu, Ni, Co, Cr, Mn은 경계층 반응에 영향을 미치고, Sn은 표면 산화에 영향을 미치고, 희토류 원소 특히 란탄과 세륨은 용융물의 유동 거동을 향상시킨다. 본 발명에 따른 부식 방지 코팅층 내에 함유될 수도 있는 불순물은 고온 침지 코팅의 결과에 의해 강재 기판으로부터 표면 코팅층 내로 유입되는 원소를 포함하나, 그 양은 표면 코팅층의 물성에 영향을 미치지 않는다.
본 발명에 따른 방법에서 아연 도금 단계를 통과한 후에, 표면 코팅층의 두께는 3㎛ ~ 20㎛로 설정되고, 이는 면당 20g/㎡ ~ 140g/㎡의 금속성 부식 방지 코팅층의 코팅 질량에 해당한다. 본 발명에 따라 형성된 코팅층의 우수한 부식 방지 효과는, 코팅층의 두께를 4㎛ ~ 12㎛의 값으로 제한하는 것을 가능하게 하고, 이는 면당 30g/㎡ ~ 85g/㎡의 코팅 질량에 해당한다. 코팅층이 그와 같이 얇은 강재 기판은 특히 양호하게 추가 처리될 수 있다.
코팅 두께의 설정을 위한 과잉 표면 코팅 물질의 제거는, 예를 들면 노즐 스크레이퍼 시스템(nozzle scraper system)에 의해 적용되는 가스 분사(gas jet)에 의해 공지의 방법으로 달성될 수 있다. 코팅층의 표면 산화를 가급적 제한하기 위하여, 가스 분사용 가스는 질소인 것인 바람직하다.
Mg와 Al을 함유하는 아연계 금속성 부식 방지 코팅층을 구비한 강재 기판이 아연 욕액 외부로 안내된 후에, 계획된 방식으로 냉각된다. 최종 도달 온도는 전형적으로 실온에 해당한다.
그 후, 금속성 부식 방지 코팅층을 구비한 강재 기판에는, 후속 코팅에 최적으로 적합한 표면 조직(surface texturing)이 달성되도록 조질 압연(temper rolling)이 실시될 수 있다. 제어 냉각과 실시된 조질 압연 모두는, 비용과 효율의 관점에서, 라인 내에서 아연 도금 공정과 연속적으로 실시되는 것이 바람직하다.
최종적으로, 본 발명의 방식으로 코팅된 강재 기판은 유기적으로 코팅된다. 이는 별도의 스트립 코팅 설비 내에서 실시될 수 있거나, 냉각 및/또는 필요한 추가 조질 처리 직후에 라인 내에서 실시될 수도 있다. 여기에서, 선행 작업 단계 후에 후속 공정이 연속적으로 실시되는 것이 바람직하며, 그 이유는 제조된 직후의 새로운 금속성 표면에 바로 코팅층이 부착될 수 있어 작업 결과가 특히 양호하기 때문이다. 특히, 라인 내에서 선행 작업 단계에 이어서 유기 코팅이 실시되는 경우에, 금속성 코팅층이 시효, 도유(oiling) 또는 탈지(degreasing)에 의해 변성되는 것이 방진된다.
그러나, 원론적으로는 공지의 방식으로 불연속적으로, 별도의 코일 코팅 설비에 의해 유기 코팅층이 부착되는 방법도 고려될 수 있다. 이러한 목적으로, 코팅층을 구비하는 강재 기판은, 아연 도금, 냉각 또는 압연 후에 일시적인 부식 방지를 보장하기 위하여 우선 도유될 수 있다.
다른 변형 실시예는 기판의 "밀봉(sealing)"과 아연 도금이다. 이를 위하여, 간단한 부식 방지체로서, 특히 열 또는 UV 경화에 의해 부착될 수 있는 추가 처리 보조체로서, 폴리아크릴레이트 또는 폴리에스테르로 이루어진 대략 두께 2㎛의 층이 부착될 수 있다.
경이롭게도, 아연 도금 단계 직후에 세정과 전처리 없이 존재하는 표면으로서, 추가 처리 단계에 의해 영향을 받지 않은 표면은, 유기 코팅층을 직접 부착하기에 특히 적합하다는 점이 밝혀졌다. 본 발명의 따른 방법의 한 시점에서 코팅층의 표면 세정이 실시된 경우에, 금속성 코팅층 상에 존재하는 자연적인 산화물 층이 최소한의 침식(attack)을 받도록, 약한 세정(mild cleaning)이 적합하다는 점이 입증되었다. 이와 관련하여 "약한 세정"이라는 용어는, 금속성 부식 방지 코팅층의 표면이 약알칼리 세정제[pH 값 9 ~ 10, 자유 알칼리도(free alkalinity) 14 이하]로 처리되거나, 강알칼리(pH 값 12 ~ 12.5, 자유 알칼리도 5)이지만 농도가 낮은 세정제로 처리된 경우의 세정을 지칭한다. 이러한 목적에 적합한 세정제는 예를 들면 인산염-함유 칼륨 또는 나트륨 알칼리액(lye)에 기초한 유체이고, 세정제의 온도는 40℃ ~ 70℃의 범위이다.
분무, 침지 또는 롤 코터(roll coater)의 사용에 의한 유기 코팅층의 부착 전에, 금속성 표면을 부동태화하고 금속 코팅층과 래커 사이의 접착성을 확보하기 위한 전처리가 스트립 표면에 실시될 수 있다. 이러한 전처리는 바람직하게는 CrVI가 존재하지 않는 시스템이고, 바람직하게는 Cr과는 전혀 무관한 전처리이며, 이는 예를 들면 Ti, Zr, P 및/또는 Si에 기초하여 생성된다. 그러나, 코팅층을 구비하는 강재 기판 상에 생성된 자연적인 산화물 층은 실용상 중요한 다수의 용도에 있어서 이미 우수한 표면 부동태화를 보장하므로, 그러한 전처리는 완전히 생략될 수도 있고, 탈지만이 실시된 금속성 기판에 래커가 직접 부착될 수도 있다.
유기 코팅층은 롤 코터, 분무, 침지 등에 의해 공지의 방식으로 적어도 하나의 층(래커 및 적용 가능한 필름)의 형태로 부착될 수 있다. 이와 같이, 단층 또는 다층 구조가 형성될 수 있으며. 아래와 같은 층 또는 층 시스템이 구현되거나 가능하다면 조합될 수 있다.
1. 래커
2. 래커 - 필름
3. 래커 - 필름 - 래커
4. (접착제를 구비하거나 구비하지 않는) 래커
그 후에, 열 공급 또는 복사에 의해 코팅층의 경화가 일어난다. 공정의 경제성 측면에서, 복사에 의한 경화, 특히 UV 복사에 의한 경화가 바람직하다. 복사에 의한 경화는 방출된 용제의 열적 재연소(afterburning)를 필요로 하지 않는다. 또한, UV 경화를 위한 시스템은, 열 건조를 필요로 하는 순환 공기 가열로(circulating air oven)의 경우에 필요한 길이보다도, 실질적으로 구조체의 길이가 짧도록 구현될 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 금속성 및 유기 코팅층을 구비하는 평판형 강재 제품은 코팅 두께가 감소하고, 종래 방식으로 코팅된 강재 기판보다도 실질적으로 우수한 절개 표면(open cut surface)의 방식성과, 찰과 상흔(scratch)이나 절단 가장자리(cutting edge)에서의 향상된 이동성(migration property)을 가진다.
CrVI를 함유하지 않는 전처리제를 사용하는 본 발명에 따른 방법에서 그에 상응하는 전처리가 필요한 경우에 달성된 부식 방지 특성은, CrVI를 함유하는 전처리제를 사용하는 종래 기술에 따라 처리된 제품만큼 양호하거나 우수하다.
도 1은 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품의 제조를 위한 방법의 제1 실시예의 작업 단계의 절차이다.
도 2는 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품의 제조를 위한 방법의 제2 실시예의 작업 단계의 절차이다.
도 3은 강재 기판에 부착된 제1 부식 방지 코팅층에 걸쳐서 GDOS 측정에 의해 결정한 Zn, Mg, Al 및 Fe 함량의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 4는 강재 기판에 부착된 제2 부식 방지 코팅층에 걸쳐서 GDOS 측정에 의해 결정한 Zn, Mg, Al 및 Fe 함량의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 5 내지 도 8은 부식 방지 코팅층을 구비한 평판형 강재 제품의 층 구조를 나타낸다.
도면의 예시적 실시 형태를 참조하여, 이하에서 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 구성 내에서 본 발명에 따른 방법의 각 작업 단계의 2가지 가능한 절차가 도 1과 도 2에 예시적으로 도시되어 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 모든 작업 단계는 연속 라인으로 실시된다. 해당 강재 기판(시트 또는 스트립 강재)은 우선 가열된 후에 용융 아연 도금되고, 기판 상에 생성된 금속 코팅층의 두께 설정 후에, 압연되어 변형도가 낮은 최적의 표면 구조를 형성한다. 그 후, 하도제(primer)와 래커(lacquer)로 형성된 유기 코팅 시스템이 금속성 부식 방지 코팅층 상에 중간 세정 및 예비 처리 없이 직접 부착되거나, 압연에 이어서 세정과 적용 가능한 전처리가 실시된 후에 금속 부식 방지 코팅층 상에 부착된다.
도 2에 도시된 절차에서, 작업 단계 "예열", "아연 도금", "두께 조정" 및 "압연"은 도 1에서와 같이 연속 라인으로 실시된다. 부식 방지 코팅층으로 코팅된 강재 기판의 압연 후에, 강재 기판은 우선 일시적으로 보관되고, 유기 코팅이 제공될 표면의 세정 후에, 별개의 코팅 설비 내에서 하도제와 래커로 형성된 유기 코팅 시스템으로 코팅된다. 대기 시간 중의 부식으로부터의 보호를 위하여, 유기적으로 코팅될 금속성 부식 방지 코팅층의 표면은 압연 후에 도유되거나 "밀봉"된다.
본 발명의 따른 방법을 시험하기 위하여, 고급강(high-grade steel)을 포함하는 강재 스트립을 강재 기판으로 사용하여, B1 내지 B8의 작업 테스트를 실시하였다. 강재 스트립의 조성은 표 1에 기재되어 있다.
| C | Si | Mn | P | S | Ti | Al | Fe, 불순물 |
| 0.07 | 0.04 | 0.40 | 0.012 | 0.005 | 0.005 | 0.04 | 잔부 |
작업 테스트 중에 설정된 작업 파라미터, 각 용융물 욕액 조성 및 강재 기판에서 형성된 부식 방지층의 분석 결과는 표 2에 기재되어 있다.
시험된 시험편 내의 표면 산화를 포함하는 표면 경계층의 두께는 최대 0.2㎛이었고, GDOS 측정에 의해 결정된 층 프로파일과 관련하여, 전체 층 두께의 2.7%까지의 범위 내에 존재하였다. 표면에 농화된 Al의 양은 대략 최대 1 중량%이다. 표면 경계층에 이어서, 최대 0.25 중량%의 낮은 Al 함량의 중간층이 전체 코팅 두께의 적어도 25%의 두께로 존재하였다. 경계층 내에서, Al 함량은 강재 기판으로의 경계에서 4.5%로 증가한다. 코팅층의 표면 인접부에서의 Mg 농화는 Al 농화보다 명확히 크다. 여기서, 20%까지의 Mg 비율이 달성된다. 그 후, Mg 비율은 중간층에서 감소하고, 코팅층의 전체 층 두께의 대략 25%의 깊이에서 0.5% 내지 2%에 이른다. 경계층에 걸쳐서, 강재 기판의 방향으로 Mg 함량의 증가가 또한 존재한다. 강재 기판으로의 경계에서 Mg 함량은 3.5%에 이른다.
두께(D)(표면에서 D = 0㎛)에 걸쳐서 대응하는 분포가 예시적으로 도 3과 도 4에 도시되어 있으며, 이는 본 발명에 따라 강재 기판에 생성된 금속성 부식 방지 코팅층의 2가지 전형적인 층 구조의 GDOS 측정 결과를 나타낸다.
도 3과 도 4는, 해당 코팅층의 표면에서, 산화가 일어난 결과로서 Al 함량이 높은 표면 경계층이 형성되었음을 나타낸다. 이 표면 경계층의 두께는 최대 0.2㎛이고, 따라서 점용접 또는 레이저 용접 시에 용접 결과의 품질을 손상시키지 않으면서 용이하게 파열될 수 있다.
표면 경계층에 이어서, Al 함량이 0.2% 미만인 대략 2.5㎛ 두께의 중간층이 존재한다. 따라서, 중간층의 두께는 7㎛의 부식 방지 코팅층의 전체 층 두께의 대략 36%이다.
중간층은 강재 기판에 인접한 경계층으로 변화하고, 여기에서 Al, Mg 및 Fe의 함량은 중간층의 대응 함량보다도 명확히 증가한다.
도 5는 본 발명에 따라 제조되고 구성된 평판형 강재 제품 일부의 단면도를 나타내며, 단면도는 실제 비율에 따라 도시되어 있지는 않다. 강재 시트로서 존재하는 강재 기판(S)의 A쪽은 사용 시에 외측에 높이고 특히 심한 부식성 침식에 노출되는데, 도 5의 구성에 따르면, 강재 기판(S)의 A쪽에는, 우선 본질적으로 Zn, Al, Mg 및 Fe를 포함하는 대략 7.5㎛ 두께의 금속성 부식 방지 코팅층(K)이 부착된다.
부식 방지 코팅층(K)의 표면에는 하도제 층(P)이 직접 도포되는데, 다시 말하자면, 다른 전처리 없이 도포된다. 종래의 하도제 제품에 의한 하도제 층(P)의 두께는 대략 5㎛이다. 소위 "후층 하도제(thick layer primer)"가 사용될 경우, 하도제 층(P)의 두께는 20㎛까지 이를 수 있다.
하도제 층(P) 상에는 래커 층(L)이 대략 20㎛의 두께로 도포된다. 래커 도포를 위한 준비 중에 총 건조 시간을 단축하기 위하여, 하도제 층(P)은 우선 UV 복사에 의해 전처리될 수 있다.
래커 층에는 17㎛ 두께까지의 커버 래커 코팅층(D)이 최종적으로 도포된다. 하도제 층(P), 래커 층(L) 및 커버 래커 층(D)은 함께 유기 코팅층을 형성하고, 부식 방지 코팅층(K)의 표면의 전처리가 생략되더라도, 금속 부식 방지 코팅층(K)과 더불어, 부식에 대하여 강재 기판(S)을 특히 양호하게 보호한다.
실제 사용 시에 부식에 의해 덜 심하게 침식되는 강재 기판(S)의 내측(I)에는, 우선 본질적으로 Zn, Al, Mg 및 Fe를 포함하는 대략 7.5㎛ 두께의 금속성 부식 방지 코팅층(Ki)이 부착된다. 부식 방지 코팅층(Ki)의 표면에는 두께 5㎛ 내지 10㎛의 래커 층(Li)이 직접 도포된다.
도 5에 도시된 유형의 평판형 강재 제품은 차량 구조 분야의 용도에 특히 적합하다.
도 6은 본 발명에 따른 구성으로 제조되고 차량 구조의 분야의 용도에도 특히 적합한 제2 평판형 강재 제품의 일부의 단면도를 나타내며, 단면도는 실제 비율에 따라 도시되어 있지는 않다. 이에 따르면, 강재 시트로서 존재하는 강재 기판의 사용 시에 특히 부식성 침식에 노출되는 외측에, 본질적으로 Zn, Al, Mg 및 Fe를 포함하는 대략 5㎛ 두께의 금속성 부식 방지 코팅층(K)이 우선 부착된다.
이 경우에 부식 방지 코팅층(K)의 표면은 우선 전처리되고, 부식 방지 코팅층(K) 상에는 얇은 전처리 코팅층(V)이 잔존한다. 전처리 코팅층(V) 상에는 대략 8㎛ 두께의 하도제 층(P1)이 도포된다.
하도제 층(P1)은 대략 5㎛ 두께의 접착제 층(E)을 지지하고, 하도제 층(P1)의 상방에는 접착제 층(E) 상에 배치된 대략 52㎛ 두께의 적층 필름(F)이 접착된다. 적층 필름(F)의 외측에는 또 다른 하도제 층(P2)이 도포되고, 하도제 층(P2)은 대략 20㎛ 두께의 커버 래커 층(D)을 지지한다. 커버 래커 층(D)은, 하도제 층(P1), 접착제 층(E), 적층 필름(F), 하도제 층(P2) 및 커버 래커 층(D)으로 형성된 유기 코팅 시스템의 최외측(outer termination)을 형성한다.
사용 시에 부식에 의해 덜 심하게 침식되는 강재 기판(S)의 내측에도, 우선 본질적으로 Zn, Al, Mg 및 Fe를 포함하는 두께 5㎛의 금속성 부식 방지 코팅층(Ki)이 부착된다. 이 경우에 부식 방지 코팅층(Ki)의 표면은 우선 전처리되어 얇은 전처리 층(Vi)을 형성한다. 전처리 층(Vi)에는, 전형적으로 5㎛ 두께의 래커 층이 도포된다.
도 7은 본 발명에 따른 구성으로 제조되고 일반적으로 외부 구조물 용도에 특히 적합한 제3 평판형 강재 제품의 일부의 단면도를 나타내며, 단면도는 실제 비율에 따라 도시되어 있지는 않다. 강재 시트로서 존재하는 강재 기판(S)의 외측은 사용 시에 특히 부식성 침식에 노출되는데, 도 7의 구성에 따르면, 강재 기판(S)의 외측에는, 우선 본질적으로 Zn, Al, Mg 및 Fe를 포함하는 대략 10㎛ 두께의 금속성 부식 방지 코팅층(K)이 부착된다. 이 경우에도 부식 방지 코팅층(K)의 표면은 우선 전처리되어, 얇은 전처리 층(V)이 부식 방지 코팅층(K) 상에 잔존한다.
전처리 층(V)에는 대략 5㎛ 두께의 하도제 층(P)이 도포되고, 하도제 층은 20㎛ 두께의 커버 래커 층(D)을 지지한다.
커버 래커 층(D) 자체는 그 외측에 박리형 보호 필름(removable protection film)(U)을 지지하고, 보호 필름은 이송 및 보관 중에 평판형 강재 제품을 보호한다.
그러나, 보호 필름(U)은 표면 특성의 향상을 위하여 영구 부착 필름으로 설계될 수도 있다.
실제 사용 시에 부식에 의해 덜 심하게 침식되는 강재 기판(S)의 내측에도, 우선 본질적으로 Zn, Al, Mg 및 Fe를 포함하는 대략 10㎛ 두께의 금속성 부식 방지 코팅층(Ki)이 부착된다. 이 경우에도, 부식 방지 코팅층(Ki)의 표면은 우선 전처리되어 얇은 전처리 층(Vi)이 형성된다. 그 후, 전처리 층(Vi) 상에는, 전형적으로 두께가 15㎛인 래커 층(Li)이 도포된다.
도 8은 본 발명에 따른 구성으로 제조되고 특히 가정용 기기 구조에 적합한 제4 평판형 강재 제품의 일부의 단면도를 나타내며, 단면도는 실제 비율에 따라 도시되어 있지는 않다. 강재 시트로서 존재하는 강재 기판(S)의 외측은 사용 시에 부식성 침식에 심하게 노출되는데, 도 8의 구성에 따르면, 강재 기판의 외측에는 우선 본질적으로 Zn, Al, Mg 및 Fe를 포함하는 대략 4㎛ 내지 5㎛ 두께의 금속성 부식 방지 코팅층(K)이 부착된다.
부식 방지 코팅층(K)의 표면에는 대략 8㎛ 두께의 하도제 층(P)이 직접 도포되는데, 다시 말하자면, 추가 전처리 없이 도포된다. 여기서 사용된 하도제는, 돌출부와 오목부로 구조화된 표면을 형성하는 소위 "구조화 하도제(structure primer)"이다.
그 후, 하도제 층(P)에는 대략 두께가 20㎛인 래커 층(L)이 도포된다.
적용 가능하다면, 래커 층에는 예를 들어 특히 표면 특성을 향상시키는 작용을 하는 영구 부착 보호층이 부착될 수도 있다.
부식에 의해 덜 심하게 침식되는 강재 기판(S)의 내측에도, 우선 본질적으로 Zn, Al, Mg 및 Fe를 포함하는 대략 두께 4㎛ 내지 5㎛의 금속성 부식 방지 코팅층(Ki)이 부착된다. 부식 방지 코팅층(Ki)의 표면에는, 7㎛ 내지 10㎛ 두께의 래커 층(Li)이 직접 도포된다.
Claims (16)
- 고온 침지 코팅에 의해 강재 스트립 또는 시트와 같은 강 기판에 아연계 코팅층을 부착하고, 아연계 코팅층에 유기 코팅층을 부착하여, 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품을 제조하는 방법으로서,- 강재 기판을 예열로 내에서 불활성 가스 분위기 하에서 720℃ 내지 850℃의 스트립 온도까지 예열하는 단계,- 강재 기판을 400℃ 내지 600℃의 스트립 진입구 온도까지 냉각하는 단계,- 공기가 차단된 조건 하에서, 아연 욕액 내에서 강재 기판을 고온 침지 코팅하는 단계로서,아연 욕액은, 아연 및 불가피한 불순물과 더불어, 중량 %로, 0.15% ~ 5% Al, 0.2% ~ 3% Mg, 선택적으로 Pb, Bi, Cd, Ti, B, Si, Cu, Ni, Co, Cr, Mn, Sn 및 희토류 원소로 이루어진 그룹으로부터의 합계 0.8% 이하의 1종 이상의 원소를 함유하고, 욕액 온도는 420℃ ~ 500℃이고,강재 기판 상에, 중량 %로 0.25% 내지 2.5% Mg, 0.2% 내지 3.0% Al, 4.0% 이하의 Fe, 선택적으로 Pb, Bi, Cd, Ti, B, Si, Cu, Ni, Co, Cr, Mn, Sn 및 희토류 원소로 이루어진 그룹으로부터의 합계 0.8% 이하의 1종 이상의 원소, 잔부 아연 및 불가피한 불순물를 함유하는 금속성 부식 방지 코팅층이 형성되도록, 그리고, 평판형 강재 제품의 표면에 바로 인접한 표면층과 강재 기판에 인접한 경계층 사이에 형성된 중간층 내에 Al 함량이 최대 0.5 중량%이고 두께가 부식 방지 코팅층의 전 체 두께의 적어도 20%에 이르도록, 스트립 침지 온도와 욕액 온도의 차이를 -20℃ 내지 +100℃의 범위에서 변화시키는 고온 침지 코팅 단계,- 과잉의 코팅 물질을 스크레이핑하여 제거함으로써, 용융물 욕액 내에서 강재 기판에 부착된 금속성 부식 방지 코팅층의 두께를 면당 3㎛ ~ 20㎛의 값으로 조정하는 단계,- 금속성 부식 방지 코팅층을 구비한 강재 기판을 냉각하는 단계, 및- 강재 기판의 금속성 부식 방지 코팅층에 유기 코팅층을 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품 제조 방법.
- 제1항에 있어서,작업 단계들은 연속 라인으로 실시 가능한 것을 특징으로 하는 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품 제조 방법.
- 제2항에 있어서,강재 기판이 작업 단계들을 통과하는 속도는 60m/분 ~ 150m/분인 것을 특징으로 하는 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품 제조 방법.
- 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,스트립 침지 온도와 욕액 온도 사이의 차이는 -10℃부터 70℃까지의 범위에 서 변화하는 것을 특징으로 하는 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품 제조 방법.
- 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,아연 욕액 내의 Al 함량은 0.15 중량% 내지 0.4 중량%인 것을 특징으로 하는 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품 제조 방법.
- 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,아연 욕액 내의 Mg 함량은 0.2 중량% 내지 2.0 중량%인 것을 특징으로 하는 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품 제조 방법.
- 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,아연 욕액 내의 Mg 함량은 0.5 중량% 내지 1.5 중량%인 것을 특징으로 하는 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품 제조 방법.
- 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,Zn-Mg-Al 코팅층의 두께를 형성하기 위한 과잉 코팅 물질의 제거는 가스 분사에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품 제조 방법.
- 제8항에 있어서,가스 분사에 사용되는 가스는 질소인 것을 특징으로 하는 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품 제조 방법.
- 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,Zn-Mg-Al 코팅층을 구비한 강재 기판에 조질 압연이 실시되는 것을 특징으로 하는 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품 제조 방법.
- 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,Zn-Mg-Al 코팅층의 두께는, 면당 30g/㎡ ~ 85g/㎡의 코팅 질량에 상당하는 4㎛ ~ 12㎛로 설정되는 것을 특징으로 하는 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품 제조 방법.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,강재 기판에 부착된 Zn-Mg-Al 코팅층의 표면은 미리 세정이나 전처리되지 않고 유기 코팅층이 직접 부착되는 것을 특징으로 하는 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품 제조 방법.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,유기 코팅층의 부착 전에, 강재 기판에 부착된 Zn-Mg-Al 코팅층의 표면은 세 정되는 것을 특징으로 하는 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품 제조 방법.
- 제1항 내지 제11항 또는 제13항 중 어느 한 항에 있어서,유기 코팅층 부착 전에, 강재 기판의 표면에 부착된 Zn-Mg-Al의 표면에 CrVI를 함유하지 않는 전처리제로 화학적 전처리가 실시되는 것을 특징으로 하는 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품 제조 방법.
- 제14항에 있어서,전처리제는 Cr을 함유하지 않은 것을 특징으로 하는 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품 제조 방법.
- 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,유기 코팅층은 UV 복사에 의해 경화되는 것을 특징으로 하는 부식 방지 시스템으로 코팅된 평판형 강재 제품 제조 방법.
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