KR20090020751A

KR20090020751A - 알루미늄-실리콘-마그네슘계 용융합금도금욕과합금도금강판 및 합금도금강판의 제조방법

Info

Publication number: KR20090020751A
Application number: KR1020070085296A
Authority: KR
Inventors: 김종민; 정용석; 이재민; 정성배; 이영호
Original assignee: 동부제철 주식회사
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2009-02-27

Abstract

본 발명은 알루미늄-실리콘-마그네슘계 용융합금도금욕과 합금도금강판 및 합금도금강판의 제조방법에 관한 것으로서, 5~15중량부의 실리콘(Si)과 3~12중량부의 마그네슘(Mg)을 포함하고 나머지 알루미늄(Al) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 용융합금도금욕을 사용하여, 입욕온도 600~700℃에서 도금소재를 침적하여 도금한 다음, 5~30℃/sec의 냉각속도로 냉각하여 합금도금강판을 제조하므로, 도금욕의 드로스 발생을 억제하여 도금작업성을 개선하며, 가공성과 전단면 내식성이 향상된 합금도금강판을 제조할 수 있다는 효과가 있다.

합금도금강판, 알루미늄, 실리콘, 마그네슘, 내식성, 가공성, 드로스, 냉각속도

Description

알루미늄-실리콘-마그네슘계 용융합금도금욕과 합금도금강판 및 합금도금강판의 제조방법{Hot Dip Al-Si-Mg Alloy Plating Bath and Products and Method for Production}

본 발명은 내식성과 가공성이 우수한 알루미늄-실리콘-마그네슘계 용융합금도금욕과 이 용용합금도금액을 사용하여 도금처리한 합금도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

알루미늄 도금강판은 용융아연도금강판에 비하여 내식성과 내열성이 우수하여 자동차 머플러, 가전제품 내열소재 등에 많이 적용되고 있다. 1939년 샌드지마이어(Sendzimir) 라인에서 처음 제조된 알루미늄 도금강판은 1950년대 후반 미국의 자동차 회사에서 머플러용 강재로 적용되면서 일반화되기 시작하였다.

이러한 알루미늄 도금강판은 알루미늄과 철과의 급속한 확산 합금화층 형성으로 가공성이 현저하게 나빠지는 바, 이를 억제하고자 실리콘을 약 5~11중량부 첨가시켜 가공성을 떨어뜨리는 합금층의 성장을 억제하는 제1형과, 순수한 알루미늄만의 도금층으로 구성되는 제2형으로 분류된다.

제1형의 알루미늄 도금강판은 비교적 가공성이 우수하므로 자동차의 머플러, 온수기, 난방기, 전기밥솥 내피 등과 같은 내열부품에 많이 사용되며, 제2형은 수용액 및 대기중 내식성이 우수하여 건축용 자재와 배관라인의 내식성 강재로 이용되고 있다.

그러나, 제1형의 알루미늄 도금강판의 경우, 합금층의 형성 억제를 위해 첨가되는 실리콘이 오히려 도금강판의 표면외관을 해쳐 선명하지 못한 외관을 갖게 되는 문제점이 발생된다. 또한 제2형의 알루미늄 도금강판은 외관 특성은 우수하지만 피도금판과 알루미늄이 급격하게 반응하여 형성된 두터운 금속간 화합물층(intermetallic compound layer)으로 인하여 성형 가공성이 극도로 나빠지므로, 그 사용용도가 제한되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 알루미늄과의 합금이 쉽게 형성되면서 내식성 및 내열성이 우수한 것으로 알려진 크롬 및 마그네슘을 첨가하여 가공성을 향상시킨 알루미늄계 합금도금강판의 도금방법이 한국등록특허 제10-0409227호로 개시되어 있다.

상기 한국등록특허 제10-0409227호는 알루미늄계 합금도금강판을 도금함에 있어서 실리콘 5~15중량부, 크롬 0.1~1.5중량부, 마그네슘 0.01~3.0 중량부를 포함하는 도금욕에서 도금처리하는 방법이다.

그런데, 종래 5 ~ 15중량부의 실리콘을 함유하는 알루미늄 도금욕 조성에 크롬과 마그네슘을 소량 첨가함으로써 알루미늄계 합금도금강판의 입계간의 핵생성 제어에 의한 표면외관을 개선하고 내식성 및 가공성을 향상하기는 하였으나, 그 효과가 만족할 만하지 못하였다.

따라서, 본 발명은 알루미늄 도금강판의 피도금판과 알루미늄 사이에 형성되는 합금층을 제어하여 가공성과 전단면 내식성을 더욱 향상시키는 알루미늄-실리콘-마그네슘계 용융합금도금욕과 이 용용합금도금욕에서 도금처리한 합금도금강판 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 용융합금도금액은, 5~15중량부의 실리콘(Si)과 3~12중량부의 마그네슘(Mg)을 포함하고 나머지 알루미늄(Al) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 용융합금도금액은, 0.05 ~ 0.5중량부의 칼슘(Ca) 및/또는 스트론튬(Sr)을 함유할 수도 있다.

본 발명에 의한 합금도금강판은 상기 용융합금도금욕에서 도금처리하되, 입욕온도 600~700℃에서 도금소재를 침적하여 도금한 다음, 5~30℃/sec의 냉각속도로 냉각하여 제조한다.

본 발명에 의한 용융합금도금욕과 도금방법은 도금욕의 드로스 발생을 억제하여 도금작업성을 개선하며, 용융합금도금욕과 도금방법으로 제조한 합금도금강판은 가공성과 전단면 내식성이 더욱 향상된 효과가 있다.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 용융합금도금욕 중 실리콘(Si)은 합금층의 성장을 억제하는 한편 도금욕의 유동성을 향상시켜서 광택을 부여하므로 5중량부 이상 첨가한다. 그러나 실리콘(Si)을 15중량부 이상 첨가하면 도금층 내에 판상의 실리콘 상이 석출되어서 도금층의 가공성을 현저하게 저하시킨다. 따라서 실리콘의 첨가량은 5~15중량부로 하는 것이 바람직하다. 또한, Si 첨가에 의한 도금층의 응고조직 중에 [Mg₂Si상]이 정출되는데, 이 [Mg₂Si상]은 전단면 및 가공부의 내식성을 향상하므로 상기 범위(5~15중량부)내에서 Si의 첨가량을 높여 도금층의 응고 조직 중에 [Mg₂Si상]이 혼재된 금속 조직을 형성시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 용융합금도금액 중 마그네슘(Mg)은 내식성을 향상시키는 중요한 요소이다. Mg성분은 용융 Al계 도금강판이 부식환경에 노출될 때 도금층 표면 및 소지철 노출부를 'Mg를 포함한 부식생성물'로 덮게 하여 이것으로 인하여 용융 Al계 도금강판 본래의 내식성을 더욱 향상시킨다. 즉, 도금층 중에 Mg 성분은 Si와 반응하여 금속간 화합물 Mg₂Si를 형성하고 이러한 금속간 화합물은 부식환경에서 안정한 부식생성물 형성을 촉진하고 또한 Mg성분의 공급원이 된다. 이 때문에 도금층 표면은 신속하게 균일한 부식생성물로 덮히고, 이 부식생성물은 안정한 보호피막으로 작용하여 도금면의 내식성을 향상시킨다. 즉 Mg성분은 도금면의 내식성을 향상시키는 한편 희생방식 작용을 오래 유지하는 효과를 나타낸다. 또한 알루미늄과 반응하여 산소의 확산을 차단하여 가공 후 전단면 내식성을 현저히 개선시킨다.

상기 Mg는 도금층의 극표층에서 산화물로 존재하여, 내식성 향상에도 기여하는데, 그 함량이 미량인 경우에도 내식성 효과는 크다. Mg는 뚜렷한 내식성 효과를 위해 3.0중량부 이상 첨가하는 것이 바람직하며, 강산화성인 마그네슘이 과량 포함될 경우 도금욕이 포화됨과 동시에 용융점이 높아져서 도금욕을 다루기가 어렵고 드로스 발생량이 증가하므로 상한치는 12중량부로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 용융합금도금액은 0.05 ~ 0.5중량부의 Ca 및 Sr를 1종 또는 2종 함유하는 것이 바람직한데, Ca 와 Sr은 도금 표층에 생성되는 피막의 부동태화를 더욱 촉진하여 내식성을 더욱 향상시킨다. Ca 와 Sr을 0.05중량부보다 적게 첨가할 경우에는 내식성의 향상효과가 거의 없으며, 0.5중량부보다 많이 첨가하면 드로스의 부착 등에 의한 외관불량 등, 도금 후의 외관이 조잡하게 한다.

상기 용융합금도금욕을 사용하여 입욕온도 600~700℃에서 도금소재(소지강판)를 침적하여 도금한 다음, 5~30℃/sec의 냉각속도로 냉각하여 합금도금강판을 제조하는데, 소지강판의 입욕온도가 600℃이하가 되면 도금피막의 외관이 불량해지고 도막 밀착성이 저하하며, 소지강판의 입욕온도가 700℃이상이 되면 소지강판의 열적확산이 빨라져 합금층의 이상 성장을 초래하므로 가공성이 떨어지고 도금욕내 산화물 층이 과다생성된다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 제시하여 설명한다. 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

강판의 두께와 폭과 길이가 0.7mm x 180mm x 220mm인 냉연강판을 50℃ 알카리 용액에 30분 동안 침지시킨 후 물로 세척하여 표면의 이물질과 기름을 제거하여 시편을 준비한다.

용융도금 실험은 용융도금 시뮬레이터를 이용하여 어닐링(풀림)하고 도금한다. 상기 시뮬레이터는 등록특허 제10-0336424호에 개시된 바와 구조로 되어 있다. 어닐링 조건으로서 어닐링 분위기 가스는 수소 10~30% 및 질소 70~90%로 구성된 환원분위기 가스이고, 어닐링 열처리 사이클은 요구되는 기계적 성질에 적합하게 750~850℃로 한다. 그 후 도금조건으로서 시편은 도금욕의 온도와 같게 되도록 냉각하고 도금욕에 약 3~5초간 침적 후 끌어올려서 에어 와이퍼(Air Wiper)로 도금 부착량이 약 100~150g/㎡(양면)으로 조정하고 10~20℃의 냉각속도로 냉각하여 응고시켜 합금도금강판을 제조한다. 이때 종래예와 비교예 및 실시예의 도금욕 조성은 하기 [표 1]에 기재되어 있다.

이와 같이 제조된 합금도금강판의 시험평가항목으로 도금욕 드로스 발생정도, 전단면 내식성 및 가공성의 결과가 [표 1]에 기재되어 있다.

시험평가방법은 다음과 같다.

1. 드로스 발생정도 : 도금 조성별 융해 후 15시간 동안 유지한 다음 도금욕 상면에 발생한 드로스를 육안으로 관찰하였다.

○ : 드로스가 거의 발생되지 않음

△ : 드로스 발생이 약간 관찰되나, 도금층에 부착되지 않음.

× : 드로스 발생으로 도금처리하기가 곤란함.

2. 전단면 내식성 : KS D 9502(ASTM B-117)규정에 따라 5%, 35℃ NaCl 염수분무시험법으로 하였다. 이때 시험편 전단면은 위 아래쪽만 피복하고 양 가장자리(Edge)는 피복하지 않았으며, 1500시간 경과후 육안으로 외관의 적청 발생을 관찰하였다.

◎ : 적청 발생율 5% 이하

○ : 적청 발생율 5% 초과 10% 이하

△ : 적청 발생율 10% 초과 30% 이하

× : 적청 발생율 30% 초과

3. 가공성 : 시험편을 180°3T 벤딩(Bending)시험을 한 후 현미경으로 단면을 관찰하여 단위길이당 발생한 클랙 비율을 측정하였다. 이때 크랙은 도금층 전체를 가로지르는 것으로만 한정하였다.

○ : 크랙비율 5% 이하

△ : 크랙비율 5% 초과 12% 이하

× : 크랙비율 12% 초과

[표 1]

구분	도금액의 조성(중량부)								물성평가
구분	Mg	Si	Sr	Ca	Zn	Ti	Mn	기타	드로스 발생정도	전단면 내식성	가공성
종래예		9.3						Al및 불순물	○	△	○
비교예1	3.4				26.6			"	△	○	×
비교예2	1				25	1.7		"	△	○	×
비교예3	4.5	8.6			1.8			"	×	○	○
비교예4	7	8.6					0.1	"	×	○	○
실시예1	1.4	9.2						"	○	○	○
실시예2	4	8.9						"	○	○	○
실시예3	5.6	8.8						"	○	◎	○
실시예4	7.8	8.6						"	○	◎	△
실시예5	11.3	8.2						"	○	○	△
실시예6	6.2	8.7		0.5				"	○	◎	○
실시예7	7	8.6	0.1					"	○	◎	○

상기 [표 1]에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예의 드로스 발생정도가 양호하고, 전단면 내식성 및 가공성이 우수함을 할 수 있다. 비교예 1, 2와 같이 Si를 함유하지 않을 때 크랙발생비율은 12%를 초과하여 가공성이 나쁘고, 실시예5와 같이 Mg 함유량이 10 중량부 이상일 경우에는 가공성이 약간 떨어진다. 실시예6,7과 같이 추가로 0.05~0.5중량부의 Ca 및/또는 Sr을 함유한 결과는 양호하지만, 비교예3, 4와 같이 Zn, Mn을 첨가한 경우에는 드로스 발생으로 도금처리가 곤란함을 알 수 있다.

Claims

5~15중량부의 실리콘(Si)과 3~12중량부의 마그네슘(Mg)을 포함하고 나머지 알루미늄(Al) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄-실리콘-마그네슘계 용융합금도금욕.
청구항 1에 있어서,

0.05 ~ 0.5중량부의 칼슘(Ca) 및/또는 스트론튬(Sr)을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 알루미늄-실리콘-마그네슘계 용융합금도금욕.
청구항 1 또는 청구항 2 중의 어느 하나로 된 용융합금도금욕에서 도금처리하되, 입욕온도 600~700℃에서 도금소재를 침적하여 도금한 다음, 5~30℃/sec의 냉각속도로 냉각하여 제조하는 것을 특징으로 하는 알루미늄-실리콘-마그네슘계 합금도금강판의 제조방법.
청구항 3의 제조방법으로 제조한 알루미늄-실리콘-마그네슘계 합금도금강판.