KR20140001557A

KR20140001557A - 표면외관이 우수한 합금도금강판의 제조방법

Info

Publication number: KR20140001557A
Application number: KR1020120069433A
Authority: KR
Inventors: 김상헌; 진영술; 조수현; 유봉환; 오민석; 김수영; 임광수; 김태철
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2014-01-07

Abstract

본 발명은 용융상태의 합금도금층과 열연강판의 젖음성을 좋게 하여, 도금 표면 외관을 향상시킨 합금도금강판과 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

Description

표면외관이 우수한 합금도금강판의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING ALLOY PLATED STEEL SHEET HAVING EXCELLENT SURFACE APPEARANCE}

본 발명은 합금도금층을 포함하는 강판, 특히 용융 아연-알루미늄-마그네슘 합금도금층을 포함하는 합금도금강판에 관한 것이다.

아연도금강판은 건축 자재, 가전제품 및 자동차용 등으로 그 수요가 확대되고 있다. 특히, 최근 아연가격의 상승에 따라 용융아연도금강판에 비해 적은 도금량에서도 내식성이 우수한 용융아연-알루미늄 (이하 "Zn-Al계" 라고 칭함) 혹은 용융 아연-알루미늄-마그네슘 합금도금강판 (이하 "Zn-Al-Mg계" 라고 칭함) 등에 관한 기술이 개발되어 수요가 확대되고 있다.

한편, 열연강판은 고온에서 열간압연함으로서, 열연강판의 표면에 수~수십 미크론(㎛) 두께의 스케일(철산화물, scale)층이 생성되게 된다. 따라서, 열연강판을 도금하기 위해서는 상기 스케일을 제거하는 것이 필요하다.

상기 스케일을 제거하면서, 용융아연도금강판을 제조하는 방법은, 스케일 브레이커를 이용하여 열연강판의 표면에 형성된 스케일을 분쇄한 후, 산세조 및 수세조를 포함하는 산세설비에서 염산 또는 황산을 이용하여 스케일을 제거한 다음, 용융아연도금공정에서 도금하는 방법을 행하였다.

상기 용융아연도금강판은 내식성이 우수하며, 제조공정이 용이하고, 제품가격이 저렴하여 가전제품 및 자동차용으로 광범위하게 사용되고 있으나, 최근 아연가격의 상승에 따라 적은 부착량에서도 내식성 향상이 가능한 아연-알루미늄(Zn-Al) 또는 아연-알루미늄-마그네슘(Zn-Al-Mg) 합금도금강판(이하, 합금도금강판)에 관한 기술이 대두되고 있다.

상기 Zn-Al-Mg 합금도금강판에 대해서는 특허문헌 1에 개시된 바 있다. 상기 특허문헌 1에서는 Zn에 Al이 0.05~5중량%, Mg가 1~4중량%인 조성을 갖는 합금도금강판이 개시되어 있다. 상기 특허문헌 1에 개시된 합금도금강판은 도금층의 응고시, 429℃ 부근에서 아연 초정이 응고되며, 그 후에 아연-알루미늄 공정 조직이 형성되고, 최종적으로 아연-알루미늄-마그네슘을 함유한 상이 응고되어, 도금층 응고 반응이 종료되게 되며 이때의 온도는 340℃ 부근이 된다.

상기와 같이, 마그네슘을 함유한 합금도금에 있어서 표면외관 결함은 부착량 조절을 위한 에어 와이핑, 도금층 응고 반응 및 용융상태의 도금층 표면 산화반응에 의해 생성된다.

먼저, 에어와이핑 단계에서 발생하는 표면결함은 표면에 물결 무늬 형태의 굴곡이 발생하며 이는 도금두께 불균일로 인해 나타난다. 그 원인은 불확실하지만 에어와이핑시에 용융도금층 중의 마그네슘 산화물이 발생하여 용융아연의 유동성이 저하되어 발생되는 것으로 추정된다.

한편, 용융도금층이 응고반응은 도금층의 조성에 따라 다르지만, 공통적으로는 초정조직이 응고되고, 응고가 진행됨에 따라 미응고된 용융 금속 풀(pool)에는 알루미늄 및 마그네슘이 농화되고, 아연-알루미늄 공정조직이 응고되고, 남아 있는 용융금속 풀에는 마그네슘의 농도가 더욱 증가하게 된다. 최종적으로 남아 있는 용융금속 풀에는 마그네슘의 농도가 높게 됨에 따라 비중이 적지만 마그네슘 산화물에 의한 점성이 증가하여 유동성이 저하된다. 이러한 용융도금층의 물리적 특성변화는 도금층 표면외관의 불균일로서 나타난다.

특히, 마그네슘의 농도가 높을 경우에는 헤어라인이라는 머리카락 모양의 미세한 선상결함이 발생하기 쉬워진다. 이는 표면에 금속 산화막이 부분적으로 두텁게 생성되어 나타나는 것으로 마그네슘 산화물 생성에 기인한 것이기 때문에 특히 마그네슘 함량이 증가할수록 그 경향은 심해진다.

상기 마그네슘을 포함한 합금도금층에서 나타나는 3가지 표면결함은 마그네슘의 강한 산화성에 기인하여 나타나는 공통점이 있다.

발명자들의 경험에 의하면 에어와이핑에 의한 물결무늬 결함과 응고 반응에 기인한 결함은 마그네슘의 농도가 1중량 %이상에서 나타나기 시작하며, 헤어라인 결함은 마그네슘의 농도가 0.5 중량 % 이상에서 나타났다.

일본 특개소46-003644

본 발명의 일측면은 도금시에 강판에 부착되는 용융상태의 합금도금층과 열연강판의 젖음성을 좋게 하여, 도금 표면 외관을 향상시킨 합금도금강판을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 열연강판을 준비하는 단계;

상기 열연강판의 표면에 형성된 스케일을 분쇄하는 단계;

상기 분쇄된 스케일을 제거하고 열연강판 표면에 조도를 부여하는 단계;

상기 조도가 부여된 열연강판을 산세한 후 수세하는 단계;

상기 수세 후 열연강판을 조질압연하는 단계;

상기 조질압연 후, 열연강판을 500~700℃의 온도범위로 열처리하는 단계; 및

상기 열처리된 열연강판에 합금도금층을 형성하는 단계를 포함하는 합금도금강판의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 종래 합금도금강판을 제조함에 있어서, 물결무늬결함, 헤어라인 결함 등의 표면결함이 없는 표면외관이 우수한 합금도금강판을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 산세처리를 종전에 비해 간소화함으로서, 산증기 발생, 산 회수 및 폐산처리 공정을 생략하거나 대폭적으로 감소할 수 있으므로, 공해방지 및 환경오염을 저감할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 용융아연도금강판의 제조공정을 나타낸 모식도임.
도 2는 본 발명의 합금도금강판의 제조공정을 나타낸 모식도임.
도 3은 합금도금 공정을 나타낸 모식도임.

이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 합금도금강판을 제조하는 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명의 합금도금강판은 열연강판을 준비하는 단계, 상기 열연강판의 표면에 형성된 스케일을 분쇄하는 단계, 상기 분쇄된 스케일을 제거하고 열연강판 표면에 조도를 부여하는 단계, 상기 조도가 부여된 열연강판을 산세한 후 수세하는 단계, 상기 수세 후 열연강판을 조질압연하는 단계 및 합금도금층을 형성하는 단계를 포함한다.

도 1은 종래의 합금도금강판을 제조하는 공정의 일예를 나타낸 모식도이다. 도 1을 참고하면, 종래에는 페이오프 릴(1), 용접기(2) 및 루퍼(3)를 통과한 열연강판을 스케일 브레이커(4)를 이용하여, 강판 표면의 스케일을 분쇄한 후, 산세조(6) 및 수세조(7)를 포함하는 산세공정에 의해 스케일을 제거한 다음, 환원 가열로(9)에서 가열처리하고, 합금도금공정(10)을 통해 합금도금강판을 제조하였다.

상기와 같이 종래의 방법에 의할 때, 합금도금강판 표면에 물결무늬결함, 헤어라인 결함 등의 표면 결함이 발생하는 것을 인지하고, 본 발명에 이르게 되었다.

이하, 도 2를 참고하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명 제조방법의 일예를 나타낸 모식도이다.

본 발명에서는 열연강판을 준비한다. 상기 열연강판은 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니며, 통상적으로 사용되는 극저 탄소강, 저탄소강, 고강도 탄소강 등이 적용될 수 있으며, 일반 가공용 저탄소강이나 50kg급 고강도강 등 합금도금강판으로 사용될 수 있는 것이면 어느 것이든 무방하다. 상기 열연강판은 열간압연 등의 제조과정에서 스케일(철산화물, scale)이 형성된 것일 수 있다.

상기 열연강판의 표면에 형성된 스케일을 분쇄한다. 상기 스케일의 분쇄는 스케일 브레이커(4)를 이용하여 행하는 것이 바람직하다. 상기 스케일 브레이커(4)는 장력 및 연신율을 부여하는 텐션 브라이들 롤(tension bridle roll), 안티 캠버 롤(anti-camber roll), 레벨러 롤(leveller roll), 벤딩 롤(bending roll)로 구성되며, 상기 안티 캠버 롤과 레벨러 롤은 열연강판의 형상을 평탄하게 교정해 준다.

연신율과 벤딩 량이 클수록 스케일 층의 크랙 발생 효과는 증가하나 과도한 연신율은 열연강판의 재질을 손상할 수 있으므로 연신율은 0.5~3.0%, 벤딩 롤에 의한 벤딩 량은 10~50㎜ 범위가 적정하다. 연신율 0.5% 및 벤딩 량 10㎜ 미만에서는 크랙 발생 효과가 미흡하고, 연신율 3% 및 벤딩 량 50㎜ 초과에서는 재질이 경하게 되고 형상 교정이 과도하게 된다.

상기 스케일 분쇄한 후, 분쇄된 스케일을 제거하고, 열연강판의 표면에 조도를 부여한다. 상기 스케일 제거 및 조도를 부여하는 과정은 숏 블라스팅 공정(5)을 통해 행하는 것이 바람직하다. 상기 숏 블라스팅 공정(5)에서는 분사되는 숏 볼에 의해 분쇄된 스케일이 분리되어 제거되며, 동시에 강판의 표면에 조도가 부여된다. 상기 과정을 통해, 열연강판의 표면에서는 스케일이 제거됨과 동시에 용융 합금도금층을 함유할 수 있는 포켓역할을 하는 반구 모양의 요철이 형성된다.

강판이 도금포트에서 빠져 나온후에 표면에 반구형태의 요철은 용융아연을 일정량 저장하는 포켓의 역할을 할 수 있으며, 에어 와이핑이나 도금층이 응고될 때 포켓내의 용융아연의 응고는, 특히 마그네슘이 다른 포켓으로 이동되는 것이 억제되며 포켓 내에 갇힌 상태에서 도금층 응고가 종료하게 된다. 따라서 통상의 산세처리 방법에 의해 준비된 열연소재를 사용했을 때 보다 마그네슘의 농화반응이 적게됨에 따라 마그네슘의 산화도 적게 일어나게 되고 표면결함이 감소되는 특징이 있다.

상기 강판에 형성된 요철의 평균조도는 2.0~4.0㎛인 것이 도금 후 표면외관을 향상키는 점에 유리하다. 상기 표면조도가 2.0㎛ 미만인 경우에도 강판 표면품질에는 큰 영향이 없으나, 조도를 미세하기 형성하기 위해서 숏볼의 크기가 작아져서, 숏볼의 비용이 증가하는 문제가 있으며, 4.0㎛를 초과하는 경우에는 표면이 너무 거칠어져, 도금 후 표면이 매끄럽게 되기 어려운 문제가 있다.

상기 숏 블라스팅 공정(5)에서 열연강판의 라인 스피드에 따라 2~6개의 숏 블라스팅 챔버를 사용할 수 있고, 상기 숏 블라스팅 공정(5)에서 숏볼의 직경은 0.3~0.8㎜인 것이 바람직하다.

한편, 상기 숏볼의 분사속도는 60~78m/sec인 것이 바람직하고, 숏볼의 분사량은 800~1200㎏/min이 바람직하다.

상기 조도를 부여한 다음, 열연강판을 산세(6) 및 수세(7)를 행한다. 상기 산세(6) 및 수세(7)는 열연강판에 잔존한 스케일을 제거하는 과정으로서, 본 발명의 기술분야에서 행하여지는 통상의 방법에 의한다.

다만, 본 발명과 종래 산세기술에서는 다음과 같은 차이가 있다. 산세조의 개수가 적다. 이는 도 1 및 2에서 나타난 바와 같이, 종래에는 산세에 의해서 스케일 제거가 주로 이루어지나, 본 발명에서는 대분분의 스케일이 제거된 열연강판에 대해, 잔존한 스케일 제거만을 위해서 행하므로 1~2개 정도의 산세조만으로 충분하다. 따라서, 산세처리를 종전에 비해 간소화함으로서, 산증기 발생, 산 회수 및 폐산처리 공정을 생략하거나 대폭적으로 감소할 수 있으므로, 공해방지 및 환경오염을 저감할 수 있다.

한편, 상기 수세처리 후 열연강판을 조질압연(8)한다. 상기 조질압연(8)은 스케일이 제거되고, 조도가 부여된 열연강판에 대해, 강판의 형상을 교정함과 동시에 표면에 과도하게 조도가 부여된 부분을 완화시키는 역할을 한다. 조질압연의 압하율은 연신율을 기준으로 0.5~2%로 행해지는 것이 바람직하다.

상기 조질압연(8)을 행한 후, 추가적으로, 강판 표면을 연마 브러쉬 롤을 이용하여 연마하는 것이 바람직하다. 상기 연마 브러쉬 롤은 나이론 수지의 연마 입자를 함유하는 것이 바람직하고, 거칠기가 #100~#240인 연마 브러쉬 롤을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 연마 브러쉬 롤의 회전속도는 600~1200rpm으로 행하는 것이 바람직하다.

상기 조질압연(8) 후, 합금도금처리 전에 상기 열연강판을 열처리(9)를 행할 수 있다. 상기 열처리는 500~700℃의 온도범위에서 행하는 것이 바람직하다. 상기 열처리는 강판의 도금전에 도금욕에 인입하기 위한 강판의 인입온도를 맞추기 위한 것이며, 표면에 잔존할 수 있는 산화물도 환원시키는 과정이다. 상기 온도범위는 특별히 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술분야에서 행하여지는 통상의 온도조건이며, 바람직하게는 500~700℃로 행한다.

상기 열처리(9)를 행한 후, 합금도금처리를 행하여 합금도금층을 형성한다. 합금도금층을 형성하는 공정은 본 발명에서 특별히 한정하는 것은 아니며, 통상의 합금도금강판 제조공정에서 사용되는 방법에 의한다.

도 3은 상기 합금도금공정의 일예에 대한 공정 모식도를 나타낸 것이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 도금조(11)에 수용된 도금욕에 상기 열처리된 강판을 침지한 후, 가스와이핑(12) 처리하여 도금부착량을 조절하고, 냉각대(14), 스킨패스(15), 텐션 레벨러(16) 및 후처리 설비(17)를 거쳐 최종 합금도금강판이 제조된다.

본 발명에서 상기 합금도금강판에 사용되는 도금욕의 조성에 대한 일예로는 Al: 1~10중량%, Mg: 1~5중량%, 나머지는 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하는 도금욕을 사용할 수 있고, 상기 도금욕의 온도는 420~460℃인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 합금도금강판에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 합금도금강판은 종래의 합금도금강판에 비해, 우수한 표면외관을 확보할 수 있다. 특히, 물결무늬결함, 헤어라인 결함 등의 표면 결함이 최소화되며, 강판과 도금층과의 젖음성이 우수한 장점을 갖는다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의이해를 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다.

(실시예 1)

C 0.04중량%, Mn 0.2중량%, Si 0.01중량%를 포함하는 저탄소 열연강판(두께 2.5㎜, 폭 1200㎜)를 도 2 및 도 3의 제조공정(라인 스피드 60mpm)을 이용하고, 하기 표 1의 공정조건으로 Zn-Al-Mg 합금도금강판을 제조하였다. 이에 대비되는 종래의 합금도금강판은 도 1의 통상 공정순서에 따라, 스케일 브레이커로 분쇄 후, 산세 및 수세를 거쳐, 도금되어 제조되는 합금도금강판을 의미한다.

구분	처리 조건
스케일 브레이커	연신율 1.2%, 벤딩 량 25㎜
숏 블라스팅	숏 블라스팅 챔버 3개, 볼 크기 0.3~0.5㎜, 볼 분사속도 70m/sec, 볼 분사량 1100kg/min
조질 압연	롤 표면조도 0.6, 압하율 1.5%
연마 브러쉬 롤	브러쉬롤 4쌍(전단 롤 2쌍: #120, 후단 롤 2쌍: #180) 회전수 800rpm
환원 가열로	수직형 머플로, 분위기 가스: 질소+5%수소, 가열온도: 500℃
도금 조건	도금욕 조성: Zn+2%Al+3%Mg 도금욕 온도: 440℃ 에어 와이핑 후 도금부착량: 180g/㎡ 도금 후 스킨패스: 0.5%

상기 조건으로 제조된 합금도금강판(발명예)은 통상의 방법으로 제조된 합금도금강판(종래예)에 비해, 물결무늬결함, 헤어라인 결함이 발생하지 않았다.

(실시예 2)

C 0.1중량%, Mn 1.2중량%, Si 0.4중량%를 포함하는 인장강도 450㎏/㎟급 고강도 열연강판(두께 3.0㎜, 폭 1200㎜)를 도 2 및 도 3의 제조공정(라인 스피드 60mpm)을 이용하고, 하기 표 2의 공정조건으로 Zn-Al-Mg 합금도금강판을 제조하였다.

구분	처리 조건
스케일 브레이커	연신율 1.5%, 벤딩 량 30㎜
숏 블라스팅	숏 블라스팅 챔버 3개, 볼 크기 0.3~0.5㎜, 볼 분사속도 75m/sec, 볼 분사량 1200kg/min
조질 압연	롤 표면조도 1.0, 압하율 1.5%
연마 브러쉬 롤	브러쉬롤 4쌍(전단 롤 2쌍: #120, 후단 롤 2쌍: #180) 회전수 1000rpm
환원 가열로	수직형 머플로, 분위기 가스: 질소+5%수소, 가열온도: 500℃
도금 조건	도금욕 조성: Zn+3%Al+3%Mg 도금욕 온도: 440℃ 에어 와이핑 후 도금부착량: 140g/㎡ 도금 후 스킨패스: 0.5%

(실시예 3)

C 0.04중량%, Mn 0.2중량%, Si 0.01중량%를 포함하는 저탄소 열연강판(두께 3.2㎜, 폭 1000㎜)를 도 2 및 도 3의 제조공정(라인 스피드 80mpm)을 이용하고, 하기 표 2의 공정조건으로 Zn-Al-Mg 합금도금강판을 제조하였다.

구분	처리 조건
스케일 브레이커	연신율 1.2%, 벤딩 량 30㎜
숏 블라스팅	숏 블라스팅 챔버 3개, 볼 크기 0.4~0.7㎜, 볼 분사속도 70m/sec, 볼 분사량 1150kg/min
산세 처리	산세조 1개(길이 15m) 염산농도 15% 온도 60℃
조질 압연	롤 표면조도 2.0, 압하율 0.5%
연마 브러쉬 롤	브러쉬롤 2쌍 (#120) 회전수 800rpm
환원 가열로	수직형 머플로, 분위기 가스: 질소+5%수소, 가열온도: 500℃
도금 조건	도금욕 조성: Zn+6%Al+3%Mg 도금욕 온도: 440℃ 에어 와이핑 후 도금부착량: 480g/㎡ 도금 후 스킨패스: 0.5%

1.....페이오프 릴 2.....용접기
3.....루퍼 4.....스케일 브레이커
5.....숏 블라스팅 6.....산세조
7.....수세조 8.....조질압연기
9.....가열로 10.....도금공정
11.....도금조 12.....가스 와이핑
14.....도금 냉각대 15.....도금 후 조질압연기
16.....텐숀 레벨러 17.....후처리
18.....텐숀 릴

Claims

열연강판을 준비하는 단계;
상기 열연강판의 표면에 형성된 스케일을 분쇄하는 단계;
상기 분쇄된 스케일을 제거하고 열연강판 표면에 조도를 부여하는 단계;
상기 조도가 부여된 열연강판을 산세한 후 수세하는 단계;
상기 수세 후 열연강판을 조질압연하는 단계;
상기 조질압연 후, 열처리하는 단계; 및
상기 열처리된 열연강판에 합금도금층을 형성하는 단계
를 포함하는 표면외관이 우수한 합금도금강판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 스케일의 분쇄는 스케일 브레이커(sacle breacker)를 이용하여 행하는 표면외관이 우수한 합금도금강판의 제조방법.
청구항 2에 있어서,
상기 스케일 브레이커는 장력 및 연신율을 부여하는 텐션 브라이들 롤(tension bridle roll), 안티 캠버 롤(anti-camber roll), 레벨러 롤(leveller roll) 및 벤딩 롤(bending roll)을 포함하는 표면외관이 우수한 합금도금강판의 제조방법.
청구항 2에 있어서,
상기 스케일 브레이커를 이용하여 부여되는 연신율은 0.5~3.0%이고, 벤딩 량은 10~50㎜인 표면외관이 우수한 합금도금강판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 스케일을 제거하고 조도를 부여하는 단계는 숏 블라스팅(short blasting)으로 행하는 표면외관이 우수한 합금도금강판의 제조방법.
청구항 5에 있어서,
상기 숏 블라스팅에서 사용되는 숏볼의 직경 0.3~0.8㎜이고, 분사속도 60~78m/sec이며, 분사량은 800~1200kg/min인 표면외관이 우수한 합금도금강판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 형성되는 조도의 평균크기는 2.0~4.0㎛인 표면외관이 우수한 합금도금강판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 조질압연 후, 열연강판을 500~700℃의 온도범위로 열처리하는 표면외관이 우수한 합금도금강판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 합금도금층은 Al 1~10중량%, Mg: 1~5중량%, 나머지는 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하고, 420~460℃의 도금욕에 침지하여 형성하는 표면외관이 우수한 합금도금강판의 제조방법.