KR20100076817A

KR20100076817A - 스팡글이 미세화되는 용융아연도금강판 제조방법

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Publication number: KR20100076817A
Application number: KR1020080134991A
Authority: KR
Inventors: 최홍철; 박준우; 우종명; 김길섭; 홍문희
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-07-06

Abstract

본 발명은 강판에 용융아연을 부착한 후에, 수용액 분사단계에서 질소를 함께 분사하므로써 스팡글을 미세화하는 용융아연도금강판 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 견지에 의하면, 용융아연부착단계, 용융아연 부착량 조절단계, 수용액 분사단계 및 냉각단계를 포함하는 용융아연도금 제조방법에 있어서, 상기 수용액 분사단계에서 강판에 질소가스를 분사함을 특징으로 하는 용융아연도금강판 제조방법이 제공된다. 강판에 수용액을 분사하는 단계에서 종래 에어(air) 대신 질소가스를 함께 분사하므로써 용융아연의 수용액의 미스트화에 의한 응고핵의 밀도증대 및 냉각효과가 더욱 증대되어 아연도금강판의 스팡글이 더욱 미세화된다. 스팡글의 미세화로 인하여 용융아연도금 강판의 표면외관이 미려해지고 도막과의 밀착성 및 강판의 내식성이 향상된다. 나아가, 종래의 에어 대신 비활성가스인 질소가 사용되므로 강판의 표면산화도 및 산소함량이 감소된다. 강판표면에서의 산소함량 감소로 인하여 강판의 내식성 및 용접성이 또한 향상된다. 이러한 우수한 물성을 갖는 본 발명의 일 구현에 의한 방법으로 제조된 용융아연도금강판은 자동차 차제의 내판 및 외판, 가전 및 건자재용, 도장용강판의 소재에 사용될 수 있다.

스팡글 미세화, 용융아연도금, 질소, 수용액분사, 강판 산소함량 감소, 내식성, 밀착성

Description

스팡글이 미세화되는 용융아연도금강판 제조방법{A Method for Preparing Galvanized Steel-Sheet Having Minimized Spangle}

본 발명은 스팡글이 미세화되는 용융아연도금강판 제조방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 강판에 용융아연을 부착한 후 용융아연응고전의 수용액 분사단계에서 질소를 함께 분사하므로써 스팡글을 미세화하는 용융아연도금강판 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 아연도금강판은 강판을 용융아연 도금액에 통과시키고 강판에 도포된 용융아연이 응고되어 아연도금강판으로 제조된다. 강판에 부착된 용융아연의 응고시, 수지상 모양의 스팡글(spangle)이라고 불리는 조대 결정립이 용융아연도금층 표면에 형성된다. 이러한 조대한 스팡글은 아연의 응고반응 특성으로 인하여 형성된다. 즉, 아연이 응고될 때, 응고초기에 응고핵을 기점으로 나무가지 형태의 수지상정(dendrite)이 매우 빠르게 성장하여 도금조직의 골격을 형성한 다음에 그 수지상정 사이에 남아있던 미응고된 용융아연 풀(pool)이 응고되어 응고반응이 종료되 며, 이로 인하여 스팡글이 형성된다. 즉, 스팡글의 크기는 응고 초기 단계에서 결정된 도금조직의 골격 크기에 좌우된다고 할 수 있다.

이러한 스팡글로 인하여 도금층 표면에 대한 도료의 밀착성 및 강판의 내식성이 불량하고, 도장 후에도 스팡글에 의한 표면요철이 제거되지 않고, 도료를 투과해 스팡글이 보여지므로 강판 표면외관이 불량해진다.

따라서, 용융아연도금강판에 형성되는 스팡글 크기의 최소화에 의한 용융아연도금강판의 물성개선이 요구된다. 종래 스팡글의 크기를 최소화하기 위한 방법으로는 예를들면 (1) 도금욕에 안티몬(Sb) 또는 납(Pb) 를 첨가하지 않는 도금욕을 사용하는 방법, (2) 도금후에 스킨패스 압연을 행하는 방법, (3) 아연도금층의 응고직전에 수용액(물 또는 무기염의 수용액)을 분사하는 방법등이 사용되어 왔다. 그러나, 상기한 종래의 방법에 의하여도 아연도금강판의 스팡글 크기가 충분히 미세화되지 않는 문제가 있다.

따라서, 용융아연도금강판에서 스팡글의 크기를 더욱 미세화하여 강판의 내식성, 밀착성 및 표면외관 특성을 개선하는 방법이 요구된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 일 구현은 스팡글의 크기가 미세화되는 용융아연도금강판 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 구현은 표면산화층의 형성이 최소화되는 용융아연도금강판 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 구현은 표면외관, 내식성, 밀착성 및 용접성이 우수한 용융아연도금강판 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 견지에 있어서,

용융아연부착단계, 용융아연 부착량 조절단계, 수용액 분사단계 및 냉각단계를 포함하는 용융아연도금강판 제조방법에 있어서,

상기 수용액 분사단계에서 강판에 질소가스를 분사함을 특징으로 하는 용융아연도금강판 제조방법이 제공된다.

본 발명의 일 구현에 의한 강판에 수용액을 분사하는 단계에서 종래 에어(air) 대신 질소가스를 함께 분사하므로써 용융아연의 수용액의 미스트화에 의한 응고핵의 밀도증대 및 냉각효과가 더욱 증대되어 아연도금강판의 스팡글이 더욱 미세화된다. 스팡글의 미세화로 인하여 용융아연도금 강판의 표면외관이 미려해지고 도막과의 밀착성 및 강판의 내식성이 향상된다. 나아가, 종래의 에어 대신 비활성가스인 질소가 사용되므로 강판의 표면산화도 및 산소함량이 감소된다. 강판표면에서의 산소함량 감소로 인하여 강판의 내식성 및 용접성이 또한 향상된다. 이러한 우수한 물성을 갖는 본 발명의 일 구현에 의한 방법으로 제조된 용융아연도금강판은 자동차 차체의 내판 및 외판, 가전 및 건자재용, 도장용강판의 소재에 사용될 수 있다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

일반적으로 용융아연도금강판은 강판에 대한 용융아연부착단계, 용융아연 부착량 조절단계, 수용액 분사단계 및 냉각단계를 거쳐 제조된다. 이러한 공정단계로 제조되는 용융아연도금강판의 표면에는 용융아연의 냉각시 스팡글이 형성되며 스팡글은 강판의 표면외관, 내식성 및 밀착성등을 손상하므로 스팡글의 미세화가 요구된다.

본 발명은 용융아연도금강판의 스팡글 크기를 더욱 미세화하기 위해 제안된 것으로 상기한 수용액 분사단계에서 종래 수용액 분사와 함께 적용되던 에어(air) 대신 질소가스를 분사함을 특징으로 한다. 이하, 질소 가스와 함께 수용액이 분사되는 단계를 포함하는 본 발명의 일 구현에 의한 용융아연도금강판의 제조방법에 대하여 설명한다.

용융아연도금 제조과정중 용융아연부착단계에서는 강판을 아연도금액에 통과시켜 강판에 용융아연을 부착시킨다. 본 발명의 일 구현에 의한 방법에서 용융아연부착단계는 특히 제한되지 않는 것으로 용융아연도금을 제조하기 위해 이 기술분야에서 일반적으로 적용되는 어떠한 조성의 아연도금액 및 아연도금조건을 적용하여 강판 표면에 용융아연을 부착할 수 있다. 아연도금액은 일반적으로 알루미늄(Al), 안티몬(Sb) 및/또는 납(Pb)을 포함하는 아연도금액이 사용될 수 있으며, 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 구체적인 예로서 일반적으로 알루미늄을 0.13-0.3wt% 포함하는 아연도금액 욕조에 강판을 침지하여 강판에 용융아연을 부착시킬 수 있다. 강판 또한 특히 한정되지 않으며 용융아연도금에 일반적으로 사용되는 것으로 알려진 어떠한 강판이 사용될 수 있다.

아연도금액에 강판을 침지한 후, 아연부착량 조절단계에서 아연도금액을 에어와이핑하여 강판에 과잉으로 부착된 도금액을 제거하여 도금부착량을 조절한다. 도금 부착량은 강판의 용도등 필요에 따라 이 기술분야의 기술자가 이 기술분야에서 일반적으로 알려져 있는 범위에서 적절하게 조절가능한 것으로 특히 한정되지 않으나, 예를들어, 강판 일면의 1㎡당 아연으로 환산하여 약 40~300 g/㎡로 조절할 수 있다.

이와 같이, 강판에 대한 용융아연의 부착량을 조절한 후에 용융아연의 응고를 제어하여 스팡글의 크기가 최소화되도록 강판에 수용액을 분사한다. 종래, 수용액분사시에는 강판에 수용액 분사와 동시에 에어가 분사되었다.

수용액분사단계에서 수용액 및 에어의 분사는 용융아연도금강판 표면의 스팡글 크기를 미세화하기 위해 행하여져 왔으나, 수용액과 에어의 분사에 의하여도 스팡글이 충분히 미세화되지 않는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 종래 에어 대신 강판에 수용액과 함께 질소를 분사하므로써 스팡글의 크기를 더욱 미세화한다.

일반적으로 용융상태의 아연 도금층이 냉각될 때 응고핵이 생성되고 핵이 성장하는 과정을 통해 도금층이 응고되며, 스팡글은 도금층의 응고과정에서 아연의 응고반응 특성으로 인하여 형성된다. 스팡글의 크기가 미세화된 용융아연도금강판이 되도록 강판에 용융아연도금하기 위해서는 이러한 응고반응에서 응고핵 생성을 촉진하고 응고핵의 성장을 억제하여야 한다. 즉, 도금층의 응고 반응단계에서 응고핵 밀도를 증가시키고 수지상정이 발생, 성장하지 못한 상태에서 응고가 종료되도록 하여야 한다. 따라서, 종래 아연 응고핵을 많게 하여 수지상정이 발생, 성장하지 못하도록 하기 위해서 수용액을 강판에 분사하여 응고핵의 밀도를 증가시켜 왔다. 이러한 수용액 분사시 에어를 함께 분사하므로써 수용액이 미스트(mist)화되어 응고핵의 밀도가 더욱 증가된다. 또한, 에어를 분사하므로써 420℃ 전후의 뜨거운 강판의 상승 및/또는 좌우 기류와 아연도금욕의 뜨거운 상승기류에도 불구하고 미스트화된 수용 액이 강판에 도달하여 응고핵으로 작용할 수 있게 된다. 본 발명에서는 종래 상기한 바와 같은 작용을 위해 수용액과 함께 분사되던 에어 대신 질소가 수용액과 함께 분사된다. 질소를 분사하므로써 수용액이 보다 단시간내에 미스트화되고 강판에 더욱 빨리 도달하게 되므로 용융아연의 냉각효과가 가속화되어 스팡글이 더욱 미세화된다.

즉, 에어대신 질소를 분사하는 경우에, 동일유량에서 질소는 에어(공기, O₂)에 비하여 빠른 대류속도 및 열전도도(냉각효과)를 나타낸다. 즉, 하기 반응식 (1) 및 (2)에서 알 수 있듯이, 질소 분사시에는 산소에 비하여 대류속도가 약 7~14% 증가한다. 따라서, 질소를 사용하므로써 수용액은 보다 단시간내에 미스트화되어 더욱 많은 응고핵을 형성하고 용융아연이 냉각되도록 하므로 스팡글의 크기가 더욱 미세하게 된다. 이와 같이 질소가스를 분사하므로써 더욱 많은 응고핵이 강판에 형성되므로 수지상정이 성장하지 못한 상태에서 냉각되어 아연도금이 응고되어 스팡글의 크기가 최소화된다.

[수학식 1]

ｖ²= k/m (v는 가스의 운동속도, m은 가스의 질량, k는 상수)

[수학식 2]

λ∝ h/ρ(식중, λ는 가스의 열전도도, h는 열전달계수, ρ는 가스질량임.)

상기 수용액과 함께 질소가스를 분사하는 방법으로 제조된 용융아연도금강판은 스팡글의 크기가 미세화되어 개선된 내식성, 밀착성 및 표면외관을 나타낸다. 또한, 에어(산소)대신 비활성 가스인 질소가스가 분사되므로 종래 에어분사시 발생할 수 있는 강판 표면산화가 또한 방지되고 강판에의 산소부착량이 감소되며, 강판표면에서의 산소함량 감소로 인하여 강판의 내식성 및 용접성이 또한 향상된다.

강판에는 상기 질소가스와 함께 수용액이 분사된다. 즉, 에어와이핑 처리된 상기 강판 표면에 용융아연도금처리온도-419℃의 강판온도를 분사개시 온도로 그리고 417-415℃의 강판온도를 분사종료 온도로 하여 수용액을 분사한다. 수용액의 분사는 용융아연도금처리온도-417℃의 강판온도, 바람직하게는 460-419℃, 보다 바람직하게는 430-419℃ 그리고 가장 바람직하게는 바람직하게는 420-419℃의 강판온도에서 개시하는 것이 좋다. 상기 '용융아연도금처리온도'는 도금공정에서 에어와이핑 처리된 상태의 강판의 온도를 말하며, 용융아연도금처리온도시 부터 강판에 수용액을 분사하므로써 강판이 냉각되고 용융아연이 응고된다. 그러나, 실험에 의하면 419℃의 강판온도 부근에서 부착된 액적만이 응고핵 역할을 할 수 있으며, 용융아연의 응고가 시작되기 전 혹은 응고가 시작된 후에 강판에 분사된 수용액은 강판의 열량을 빼앗는 역할만한다. 따라서, 다수의 응고핵이 형성되도록 하기 위해서는 반드시 419℃부근에서 강판에 수용액을 분사하여야 한다. 즉, 용액 분사를 시작할 때 의 강판온도가 419℃ 보다 낮아지면 도금조직이 커지고 수지상정의 흔적이 발생할 위험이 있다. 다만, 생산되고 있는 강판의 온도를 정확히 측정하는 것은 어려우므로 용융아연도금강판이 완전히 용융상태인 419℃이상에서 분사하는 것이 도금조직이 조대화되는 것을 방지할 수 있어 안전하지만, 가능한한 419℃에 근접시키는 것이 바람직하다. 또한, 강판 온도가 417℃ 보다 높을 때 용액 분사를 중지하면 생성되었던 응고핵이 재용융될 위험이 있고 최대 415℃로 냉각하면 충분히 응고 및 냉각되므로 수용액의 분사를 종료한다. 가장 좋게는 약 417℃의 강판온도에서 분사를 종료하는 바람직하다.

상기 분사개시 및 종료온도 범위에서 강판 단위 면적당 많은 갯수의 액적을 강판에 부착시키는 것이 중요하다. 이를 고려하면 동일한 용액 분사량에서 액적의 크기가 큰 것 보다는 액적의 크기를 작게 하여 분사하는 것이 액적의 갯수를 많게 할 수 있어 유리하다.

따라서, 수용액 액적을 고전압 대전전극을 통과시켜 수용액 액적이 정전기를 띄게하여 강판과의 전기적 인력에 의해 강판에 부착되도록 한다. 고전압 대전전극으로는 메쉬형태의 대전전극을 사용하는 것이 대전전극이 형성하는 전기장이 균일하므로 고전압에 의한 효과가 보다 효과적이다. 수용액 액적이 메쉬형태의 고전압 대전전극을 관통할 때 정전미립화 현상이 일어나서 큰 액적들이 작은 액적들로 분화되어 액적들의 평균크기가 감소하며, 액적의 수가 증가된다. 또한, 큰 액적 뿐만 아 니라 작은 액적들도 강판과의 전기적 인력에 의해 부착되어 부착효율이 향상되며 따라서, 도금조직을 작게 할 수가 있다.

나아가, 정전기적 인력에 의해 수용액 액적이 강판에 부착되므로 큰 운동량을 갖는 큰 액적과 용융 상태의 아연도금층의 충돌에 의한 파임현상이 발생이 방지되며, 이에 따라 외관 손상이 방지된다.

이 효과는 인가된 전압이 높을수록 뚜렷하게 나타난다. 상기 고전압 대전전극에는 -1 kV ∼ -50 kV의 고전압을 인가하는 것이 바람직하다. 전압이 -1kv 미만이면 조대 도금조직이 형성되며 전압을 지나치게 증가시키면 대전전극과 강판에 전기 스파크가 발생할 가능성이 있어 -50 kV이하로 하는 것이 바람직하다. 이때 고전압은 직류, 펄스 혹은 직류에 펄스 고전압을 부가하여 인가할 수가 있다. 이때 펄스 고전압은 주파수가 1000Hz이하인 것이 바람직하다. 1000Hz 보다 크게 되면 펄스 고전압이 갖는 부착효율 향상 효과가 나타나지 않아 고가의 펄스 장치를 사용하는 효과가 나타나지 않게 된다.

나아가, 강판에 수용액 분사시, 수용액은 2류체 분사노즐에 의해 액적이 분사되는 것이 바람직하다. 이는 2류체 분사노즐을 사용하는 것이 액적의 미세화에 바람직하기 때문이다.

상기 수용액은 도금층의 응고핵 생성을 촉진하는 것으로 물 또는 무기물의 수용액이 사용될 수 있다. 응고핵으로 작용할 수 있는 무기물로는 인산염이 사용될 수 있다. 강판에 부착된 인산염 수용액은 물의 증발과 함께 인산이 분해되면서 강판의 잠열을 빼앗아 가며, 표면에 남게되는 P₂O₅화합물이 응고핵으로 작용하여 그 응고핵을 중심으로 도금층이 응고된다. 개략적으로 하나의 응고핵은 하나의 스팡글을 형성하므로 동일한 수용액 분사량에서 수용액의 방울이 작을수록 응고핵의 밀도가 증가되어 스팡글이 없는 용융도금강판의 제조에 유리하다. 따라서, 응고반응에서 응고핵의 생성을 보다 촉진하기 위하여 적정 농도의 인산염 수용액을 분사하는 것이 바람직하다.

상기 인산염의 종류는 특별히 제한되는 것은 아니며, 일반적으로 사용되는 인산염이면 무방하며, 그 예로서는 인산일암모늄((NH₄)H₂PO₄), 인산이암모늄((NH₄)₂HPO₄), 인산칼슘암모늄, 인산나트륨 암모늄등을 들 수 있다.

또한, 상기 수용액중 인산염의 농도는 인산으로 환산하여 중량비로 0.01~5wt % 함유되면 좋다. 인산함량이 0.01 wt% 미만이면 인산염 사용효과가 없어서 바람직하지 않으며, 5wt%를 초과하면 용해되지 않고 입자 상태로 존재하는 인산염 화합물이 노즐 막힘을 유발할 가능성이 있으므로 바람직하지 않다.

본 발명에서 제안하는 도금조직을 얻기 위해서 필요한 인산염 수용액중 인산염의 양은 강판이 갖고 있는 잠열에 따라 다르지만, 강판 표층부에 부착된 인으로 환산하여 0.1-500 mg/㎡가 바람직하다. 0.1mg/㎡미만에서는 응고핵 생성에 중요한 작용을 하는 인의 부착량이 너무 적어서 도금조직이 미세화되지 않고, 500 mg/㎡를 초과하면 인의 부착량이 너무 많아서 자동차 도장공정에서 인산염 처리성에 악영향을 미칠 위험이 있다. 강판 표층부에 부착된 인의 양은 용액중의 인산함량 및 수용액의 분사량을 조절시키므로써 제어가능하다.

한편, 연속아연도금라인에서는 강판이 이동될 때에 강판을 따라 이동하는 기류, 뜨거운 용융아연도금 포트에서 올라오는 상승기류 그리고 뜨거운 강판 온도에서 비롯된 기류등 액적의 부착을 방지하는 여러 요인의 유체의 흐름이 존재한다. 크기가 작은 액적일수록 이러한 기류의 영향을 크게 받아 강판에 부착되기 힘들어진다. 따라서 이를 극복하기 위하여 수용액과 질소의 분사압력 및 수용액 압력/질소 압력 비율을 조절할 필요가 있다.

상기의 이유로 분사시 수용액의 압력은 0.3~5 kgf/㎠, 질소 압력은 0.5~7 kgf/㎠ 그리고 수용액의 압력/질소압력의 비율은 1/10~8/10로 하는 것이 바람직하다. 수용액의 압력이 0.3 kgf/㎠미만이면 아연결정 입자크기의 미세화 효과가 없으며, 수용액의 압력이 5kgf/㎠를 초과하면 강판 표면에 용액 액적이 충돌하여 발생하는 피팅(pitting)마크가 발생하여 외관이 손상되므로 바람직하지 않다.

질소압력이 0.5 kgf/㎠ 미만이면 너무 분사 압력이 낮아 분사된 용액 액적이 강판에 부착되기 힘들므로 바람직하지 않고, 질소압력이 7kgf/㎠ 를 초과하면 분사 액적의 운동에너지가 너무 커서 액적에 의해 도금층 표면이 파이는 피팅 마크가 발생하여 표면외관이 손상되므로 바람직하지 않다. 수용액압력/질소압력의 비율이 1/10미만인 경우에는 수용액이 분사되지 않아 도금조직 미세화 효과를 나타내지 않으며, 8/10을 초과하면 드롭마크가 발생하여 표면외관이 손상된다.

분사조 하단에 에어커튼을 설치하여 용융아연조로 부터 올라오는 기류를 차단하여 가능한한 용액 분사조의 유동상태를 일정하게 유지함과 동시에 용액 분사시 강판의 온도를 일정하게 유지하는 것이 좋다. 또한, 용액 분사조에서 도금조로 낙하되는 액적들은 에어커튼으로 취입되는 공기에 의해 제거되므로, 에어커튼은 분사조에서 도금조 낙하되는 액적을 제거한다. 따라서, 에어커튼은 용액 분사조에서 도금조로 낙하되는 액적들을 차단하는 작용을 한다. 강판에 액적이 부착되면 물은 수증기 형태로 증발하며, 또한 강판에 부착되지 못한 일부의 수용액 액적들을 용액 분사조 상단의 흡기후드에 의해 제거되어 쾌적한 작업환경을 유지할 수 있다.

상기와 같이 스팡글의 크기가 최소화 되도록 강판에 부착된 용융아연이 응고되기 전에 수용액 및 질소 가스를 분사한 후, 냉각하므로써 용융아연도금 강판이 얻어진다. 냉각은 이 기술분야에 알려져 있는 어떠한 방법으로 행할 수 있으며, 이로써 본 발명의 일 구현에 의한 방법을 특히 한정하는 것은 아니다.

도 1에 본 발명의 용융아연도금 제조방법에 사용될 수 있는 용융아연도금강판 제조장치를 나타내었다. 도 1에 도시한 용융아연도금강판을 참조하여 본 발명에 의한 스팡글의 크기가 미세화된 용융아연도금강판 제조방법에 대하여 설명한다.

예를들어, 용융아연부착단계에서는 강판(2)이 용융아연도금조(1)에 침지되고 강판(2)은 용융아연도금조(1)내의 싱크롤(3)과 안정화롤(4)을 통과하여 분사조(6)에 제공된다. 싱크롤(3)은 도금조(1)내에 유입된 강판의 방향을 바꾸는 작용을 하며, 안정화롤(4)는 강판(2)이 분사조(6)으로 도입될 때 흔들리지 않도록 고정하는 역할을 한다.

분사조(6)는 에어나이프(5) 상단의 적당한 위치에 위치한다. 적당한 위치란 용융아연 도금조건 및 분사시 강판온도 제한에 구속되는 위치를 말하며, 이 기술분야의 기술자는 이러한 요소를 고려하여 적합하게 분사조(6)의 위치를 정할 수 있다. 예를들어, 강판 두께, 라인스피드, 도금부착량이 많아질수록 분사조와 에어나이프 사이의 거리는 멀어지게 된다. 에어나이프(5)에서는 에어와이핑되어 강판(2)에 부착된 용융아연의 양이 조절된다.

분사조(6) 내부에는 분사노즐(7) 및 대전전극(8)이 위치한다. 분사노즐(7)은 강판(2)과 적당한 거리에서 분사노즐(7)이 강판(2)을 향하도록 위치된다. 분사노즐(7)은 하나 또는 그 이상일 수 있으며 상기한 바와 같이 2류체 분사노즐인 것이 바람직하다. 대전전극(8)은 강판(2)과 분사노즐(7) 사이에 대전전극(8)이 강판(2)면을 향하도록 위치된다.

이러한 구조를 가지므로써 분사노즐(7)을 통해 분사된 수용액 액적이 고전압으로 대전된 메쉬형태의 고전압 대전전극(8)을 관통할 때 정전대전되고 그 후, 강판(2)에 부착된다.

대전전극(8)은 하나 또는 그 이상일 수 있다. 또한 강판(2)과 메쉬형태의 대전전극(8)사이의 거리는 분사노즐(7)과 대전전극(8)사이의 거리 보다 짧아야 한다. 이렇게 함으로써 대전전극(8)과 강판(2)사이에 전기장이 효과적으로 형성될 수 있고, 액적들의 부착효율이 높아진다. 한편, 상기 분사노즐(7) 및 대전전극(8)을 통한 수용액 분사시, 질소가스가 또한 강판에 분사된다.

분사조(6) 하단에 에어커튼(9)이 추가로 설치되어 용융아연 도금조(1)로 부터 올라오는 기류를 차단하여 분사조(6)의 유동상태를 가능한한 일정하게 유지함과 동시에 용액 분사시 강판의 온도가 일정하게 유지될 수 있다.

에어커튼(9)는 또한 용액 분사조(6)에서 아연 도금조(1)로 낙하되는 액적들을 차단한다. 상기 에어커튼(9)는 강판(2) 표면에 평행한 슬릿(slit) 모양의 공기분사 구멍을 갖는다.

분사조(6) 상단에는 흡기 후드(10)가 추가로 설치되어 분사된 액적들이 분사조(6) 상단에서 강판(2)을 따라 공장내로 비산되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 강판에 액적이 부착된 후, 수증기의 형태로 증발되는 물 및 강판에 부착되지 못하고 증발되는 일부의 수용액 액적을 분사조(6) 상단의 흡기 후드(10)로 제거하면 쾌적한 작업환경을 유지할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다. 하기 실시예는 단지 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이로써 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

발명예

도 1에 도시한 바와 같은 아연도금장치를 사용하여 아연도금강판을 제조하였다. 불가피하게 존재하는 Fe를 포함한 불순물, Al 0.18 wt % 및 잔부 용융아연을 포함하는 용융아연 도금액 욕조에 두께가 0.8 mm인 강판 코일을 80m/min.의 이동속도로 아연도금욕에 침지하고 에어와이핑하여 강판 편면당 70 g/㎡로 용융아연을 부착시켰다. 그 후, 2류체 분사노즐로 강판 표면에 3중량%인 인산일암모늄((NH₄)H₂PO₄) 수용액을 분사하여 용융도금이 부착된 강판에 응고핵을 부여하여 도금층을 형성시켰다. 2류체 분사노즐과 강판사이에는 메쉬형태의 고전압 대전전극을 위치시켜 분사 노즐을 통과한 인산일암모늄 수용액은 대전전극을 통하여 강판에 부착되도록 하였다. 이때, 전압은 -1KV로 하였다. 상기 인산일암모늄 수용액의 분사와 동시에 강판에 질소를 분사하였다. 이때, 인산일암모늄 수용액의 분사압력은 1.8 kgf/㎠ 그리고 질소의 분사압력은 3 kgf/㎠, 수용액/질소의 압력비는 0.6으로 하였다. 인산일암모늄 수용액은 420℃의 강판온도에서 분사를 시작하고 417℃의 강판온도에서 분사를 종료하였다. 한편, 분사노즐의 하단에는 에어커튼이 그리고 분사조 상부에는 흡기후드를 설치하여 도금하였다. 발명예에서 얻어진 용융아연도금강판의 중심선 평균조도(Ra)는 1.23㎛ 그리고 시험편 형상조도(Wca)는 0.352㎛였다. 발명예 강판의 조도가 후술하는 비교예 강판의 조도 보다 작으며, 이로부터 수용액 분사시 질소가스를 분사하므로써 스팡글의 크기가 더욱 미세화되고 이에 따라 표면조도도 더 낮고 균일해짐을 확인하였다.

비교예

도 1에 도시한 바와 같은 아연도금장치를 사용하여 아연도금강판을 제조하였다. 불가피하게 존재하는 Fe를 포함한 불순물과 Al 0.18 wt % 및 잔부 용융아연을 포함하는 용융아연 도금액 욕조에 두께가 0.8 mm인 강판 코일을 80m/min.의 이동속도로 아연도금욕에 침지하고 에어와이핑하여 강판 편면당 70 g/㎡로 용융아연을 부착시켰다. 그 후, 2류체 분사노즐로 강판 표면에 3중량%인 인산일암모늄((NH₄)H₂PO₄) 수용액을 분사하여 용융도금이 부착된 강판에 응고핵을 부여하여 도금층을 형성시켰 다. 2류체 분사노즐과 강판사이에는 메쉬형태의 고전압 대전전극을 위치시켜 분사노즐을 통과한 인산수소 암모늄 수용액은 대전전극을 통하여 강판에 부착되도록 하였다. 이때, 전압은 -1KV로 하였다. 상기 인산수소암모늄 수용액의 분사와 동시에 강판에 에어를 분사하였다. 이때, 인산수소암모늄 수용액의 분사압력은 1.8 kgf/㎠ 그리고 산소의 분사압력은 3 kgf/㎠ , 수용액/에어의 압력비는 0.6으로 하였다. 인산수소암모늄 수용액은 420℃의 강판온도에서 분사를 시작하고 417℃의 강판온도에서 분사를 종료하였다. 한편, 분사노즐의 하단에는 에어커튼이 그리고 분사조 상부에는 흡기후드를 설치하여 도금하였다. 비교예에서 얻어진 용융아연도금강판의 중심선 평균조도(Ra)는 1.43㎛ 그리고 시험편 형상조도(Wca)는 0.512㎛였다.

실시예: 물성평가

상기 발명예 및 비교예에서 얻어진 용융아연도금강판에 대한 물성을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다.

(1) 스팡글의 크기측정

스팡글의 크기는 다음과 같이 측정하였다. 광학현미경 및 SEM을 측정한 사진에 세로 및 가로로 각각 10개의 직선을 긋는다. 이때 직선의 간격은 임의로 한다. 그러면 그 직선들이 지나는 총 스팡글의 개수를 알 수 있고 직선 길이의 합을 총 스팡글의 수로 나누면 사진상의 한 개의 스팡글의 크기를 측정할 수 있다.(직선 길이 합/총 스팡글 개수 = 사진 상의 한 개의 스팡글 길이) 그 결과 발명예에서 제조된 강판의 스팡글 크기는 63 ~70㎛ 였으며, 비교예에서 제조된 강판의 스팡글 크기는 80~100㎛였다. 발명예와 비교예에서 얻어진 용융아연도금강판의 스팡글 크기를 확인할 수 있는 사진을 도 2a(발명예) 및 도 2b(비교예)에 나타내었다.

이로부터, 수용액 분사시 질소가스를 함께 분사하므로써 스팡글의 크기가 더욱 미세화됨을 확인할 수 있었다.

(2) 내식성 평가

염수분무 시험은 JIS Z 2371에 준하여 염수농도:5±1중량%, pH:6.9, 온도:35 ±1℃, 분무량:1cc/hr 시간의 조건으로 72시간 동안 염수를 분무하여 강판 표면에 발생한 백청(white rust)과 적청(red rust) 발생 상태로 평가하였다. 3시간 이후부터 72시간까지 일정시간마다 염수를 분무하여 백청과 적청의 발생상태를 육안으로 확인하였다. 발명예 및 비교예에서 얻어진 용융아연도금강판의 백청 및 적청 발생상태를 하기 표 1 및 도 3a(발명예) 및 비교예(3b)에 나타내었다.

[표 1]

시간	3시간	6시간	12시간	24시간	48시간	72시간
발명예	백청 85면적%	백청 90면적%	백청 95면적%	백청 100면적%	백청 100면적%	적청 10면적%
비교예	백청 85면적%	백청 90면적%	백청 95면적%	백청 100면적%	백청 100면적%	적청 30면적%

상기 표 1과 도 3a 및 도 3b에서 확인할 수 있듯이, 발명예 및 비교예 강판 모두 3시간경과시 전체면적의 85면적%에서 백청이 발생하였으며, 24시간 이후에는 모두 전체면적의 100면적%에서 백청이 발생하여 백청 발생은 동일하였다. 그러나, 72시간후 경과시, 발명예 강판에서 적청은 전체면적의 10면적%에서 발생한 반면, 비교예 강판에서는 전체면적의 30면적%에서 발생하였다. 이로부터, 수용액 분사시 질소가스를 함께 분사하여 제조한 강판의 경우에 내식성이 향상됨을 확인할 수 있었다.

(3) 강판표면중의 산소함량 평가

미소부분석장치(EPMA, Electron Probe Micro-Analysis)는 특정원소의 면분석시 이용되는 장치로서 표면에 분석대상 원소가 존재하면 없는 부분과 색상이 다르게 표시되어 원소의 존재를 알 수 있다.

EPMA로 강판표면중 산소함량에 대하여 평가하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4(a)는 발명예에 의한 강판의 산소함량을 보여주는 시험결과이며, 도 4(b)는 비교예에 의한 강판의 산소함량을 보여주는 시험결과이다. 도 4(a) 및 4(b)에서 우측의 적색-황색-녹색-청색 그래프중 적색부분의 면적이 넓을수록 평가대상 원소가 다량 함유됨을 그리고 청색함량의 면적이 넓을수록 평가대상 원소가 소량 함유됨을 나타낸다.

도 4(a)는 도 4(b)에 비하여 적색부분이 적으며, 도 4(b)에서 국부적으로 적색이 많다. 이로부터 발명예 강판의 산소함량이 비교예 강판의 산소함량보다 적음을 확인하였다.

도 1은 본 발명에 의한 용융아연도금방법에 사용되는 장치를 나타내는 개략도이다.

도 2(a)는 발명예 강판의 광학현미경사진(배율 x 100)이며,

도 2(b)는 비교예 강판의 광학현미경사진(배율 x 100)이며,

도 3(a)는 발명예 강판의 백청 및 적청 발생을 나타내는 사진이며,

도 3(b)는 비교예 강판의 백청 및 적청 발생을 나타내는 사진이며,

도 4(a)는 발명예 강판의 EPMA 분석결과를 나타내며,

도 4(b)는 비교예 강판의 EPMA 분석결과를 나타낸다.

* 도면의 주요부위에 대한 간단한 설명 *

1… 아연도금조 2… 강판

3...싱크 롤 4… 안정화 롤

5… 에어 나이프 6… 분사조

7… 분사노즐 8… 대전전극

9… 에어 커튼 10…흡기 후드

Claims

용융아연부착단계, 용융아연 부착량 조절단계, 수용액 분사단계 및 냉각단계를 포함하는 용융아연도금강판 제조방법에 있어서,

상기 수용액 분사단계에서 강판에 질소가스를 분사함을 특징으로 하는 용융아연도금강판 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 수용액은 물 또는 인산염 수용액임을 특징으로 하는 용융아연도금강판 제조방법.
제 2항에 있어서, 상기 인산염은 인산일암모늄((NH₄)H₂PO₄), 인산이암모늄 ((NH₄)₂HPO₄), 인산칼슘암모늄, 인산나트륨 암모늄로 구성되는 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 용융아연도금강판 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 수용액은 강판 표면에 용융아연도금처리온도~ 419℃의 강판온도를 분사개시온도로 그리고 417~415℃의 강판온도를 분사종료 온도로 하여 분사 됨을 특징으로 하는 용융아연도금강판 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 수용액은 대전전극을 통과하여 강판에 분사됨을 특징으로 하는 용융아연도금강판 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 질소는 0.5~7 kgf/㎠ 압력으로 강판에 분사됨을 특징으로 하는 용융아연도금강판의 제조방법.