KR20140008723A - 도금성 및 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연도금강판 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동차 소재, 건축 자재, 가전제품 등에 사용되는 고강도 용융아연도금강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 고온에서 강판 표면에 산화물을 형성하는 합금 원소를 함유하는 소지강판을 이용하여 용융아연도금강판을 제조할 시, 직접가열로에서의 가열조건 및 소둔 열처리공정의 조건을 제어함으로써 도금특성이 우수한 용융아연도금강판을 얻을 수 있다.
보다 구체적으로, 고온에서 강판 표면에 산화물을 형성하는 합금 원소를 함유하는 소지강판을 이용하여 용융아연도금강판을 제조할 시, 직접가열로에서의 가열조건 및 소둔 열처리공정의 조건을 제어함으로써 도금특성이 우수한 용융아연도금강판을 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 자동차 소재, 건축 자재, 가전제품 등에 사용되는 고강도 용융아연도금강판 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도금성 및 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연도금강판 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 부각되고 있는 환경 문제에 따라, 자동차 연비 규제에 대해서도 엄격하게 규정하고 있다. 이에 대응하기 위한 방안으로서, 자동차 등의 소재에 고강도 강판을 적용하는 사례들이 증가하고 있으며, 이로 인해 고강도 강판에 대한 수요가 급증하고 있다.
현재, 상용화되고 있는 대표적인 고강도 강판으로는, 이상조직강(Dual Phase Steel; DP강), 변태유기소성강(Transformation Induced Plasticity Steel; TRIP강) 등의 마르텐사이트, 베이나이트, 잔류 오스테나이트 등의 저온조직을 이용한 변태강화강이 있다. 이러한 변태강화강들은 강도를 증가시키기 위해, Si, Mn, Cr 등의 원소를 첨가하는 것이 일반적이나, 이들 원소를 포함하는 강판을 용융아연도금 또는 합금화 용융아연도금공정을 수행하는 경우, 이들 원소들은 강판 표면에 산화물을 생성하여 도금시 용융아연과의 젖음성(Wettability)을 저하시키는 문제점이 있다.
통상, 용융아연도금공정시 강판은 수소(H2)를 포함하는 환원 분위기에서 최대 900℃까지 열처리를 수행하게 되는데, 이때 강에 함유되어 있는 Si, Mn 등의 원소들은 산소와의 친화도가 매우 높아 5% 이상의 수소(H2)를 함유하는 환원 분위기 내에서조차 산화되어 강판 표면에 농화된다. 강판 표면에 형성된 산화물들은 아연도금시 용융아연과 강판의 젖음성을 저하시켜 미도금이나 도금박리를 발생시킨다. 뿐만 아니라, 용융아연도금 후 Si 또는 Mn 산화물이 소지강판과 도금층 계면에 존재하게 되면 열처리 중 Fe와 Zn의 반응을 억제하여 도금층의 합금화를 지연시킨다. 그 결과, 합금화 용융아연도금강판의 생산성을 감소시키며, 파우더링과 같은 도금결함을 발생시킨다.
상술한 Si 또는 Mn 산화물에 의한 도금성 열화를 방지하기 위한 방안으로서, Fe, Ni와 같은 금속을 강판의 소둔이 진행되기 이전에 전기도금을 이용하여 도금하는 방법이 제시되었다. 그러나, 이 경우에는 추가적인 설비가 필요하여 비용 상승이 발생하여, 경제적인 측면에서 비효율적이다.
또한, 용융아연도금욕에 Al의 첨가량을 증가시켜 소지강판과 도금층 계면에 Fe-Al 합금층의 형성을 증가시키는 방안이 제시되었다. 이는, 도금욕 내의 Al의 함량이 증가함에 따라 강판 표면에도 Al의 함량이 증가하게 되면, 산화되기 쉬운 Al이 강판 표면에 형성되어 있는 산화물층을 환원시키기 때문에 용융아연도금성이 개선된다는 것이다. 그러나, 도금욕 내에 Al의 함량이 증가하게 되면, 강판 가공시 용접성을 열화시키는 문제가 발생하여, 실제로 이 방안을 적용하는데에는 어려움이 있다.
또 다른 방안으로서, 강판을 미리 산화성 분위기에서 가열하여 표면에 Fe 산화물을 형성한 후, 소둔로 내 환원 분위기에서 이 산화물을 환원시켜 도금성을 개선시키는 방안이 제시되었다. 일예로서 특허문헌 1을 살펴보면, 특허문헌 1에서는 소둔전 직화로(DFF)에서 공기/연료 비를 통상의 0.9에서 1.05로 증가시켜 가열함으로써 철 산화물을 생성시킨 후, 이를 환원 열처리하면 순수한 Fe층이 강판 표면에 형성되므로 안정적인 도금성 확보가 가능하다고 개시하고 있다. 그러나, Si, Mn의 함량이 높은 고강도강의 경우에서는 상기 기술을 적용할 시, Si 또는 Mn 산화층이 계면에서 농화되어 도금박리가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 측면은, 용융아연도금강판에 관하여 소둔시 강 중에 함유되어 있던 난도금성 원소들이 강판의 표면으로 확산되어 산화물을 형성하는 것을 억제함으로써 강판의 젖음성을 향상시켜 도금공정에서 도금성 및 도금밀착성을 우수하게 확보할 수 있는 기술을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면은, 소지강판을 준비하는 단계; 상기 소지강판을 직접가열로에서 가열하여 상기 소지강판 표면에 50~500nm 두께의 Fe 산화물(Fe Oxide)층을 형성하는 단계; 상기 Fe 산화물(Fe Oxide)층이 형성된 소지강판을 이슬점온도 -60~0℃, 질소 분위기에서 소둔 열처리하는 단계; 및 상기 소둔 열처리된 강판을 용융아연도금욕에 침지하여 도금하는 아연도금단계를 포함하는 도금성 및 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면은, 소지강판; 상기 소지강판 표면에 환원된 Fe층 및 아연도금층을 포함하며, 상기 환원된 Fe층의 계면으로부터 상기 소지강판 방향으로 1μm 이내에 SiO2, MnO, MnO2, Mn2SiO4, 및 MnSiO3 중 1종 또는 2종 이상의 총량이 1g/m2 이하로 포함하는 것을 특징으로 하는 도금성 및 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연도금강판을 제공한다.
본 발명에 의하면, 고온에서 강판 표면에 산화물을 형성하는 합금 원소를 함유하는 강판을 소지강판으로 이용하여 도금강판을 제조할 시, 직접가열로에서 가열하는 조건과 소둔 열처리공정의 조건을 제어함으로써 도금특성이 우수한 용융아연도금강판을 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 환원 분위기로 소둔 열처리하여 제조한 용융아연도금강판의 두께 방향 단면사진 및 이의 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 종래의 방법과 본 발명에서 제안하는 방법에 따라 제조되는 용융아연도금강판의 두께 방향의 모식도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 용융아연도금강판의 두께 방향 단면사진을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 비환원 분위기로 소둔 열처리하여 제조된 미도금 소둔강판의 두께 방향 합금 원소의 분포를 관찰한 것이다.
도 2는 종래의 방법과 본 발명에서 제안하는 방법에 따라 제조되는 용융아연도금강판의 두께 방향의 모식도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 용융아연도금강판의 두께 방향 단면사진을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 비환원 분위기로 소둔 열처리하여 제조된 미도금 소둔강판의 두께 방향 합금 원소의 분포를 관찰한 것이다.
본 발명자들은 고강도강의 제조를 위해 포함하는 Si 또는 Mn 등의 원소들이 도금공정을 행할 시 강판 표면에 산화물을 형성함에 따라 강판의 도금특성이 저하되는 문제점을 해결하기 위한 방안을 깊이 연구한 결과, 강판을 소둔전 직접가열로에서 가열하고, 이후 수행되는 소둔 열처리공정의 조건을 제어함으로써 강 중에 함유된 난도금성 원소들의 강판 표면으로의 확산을 방지함으로써 강판 표면에서의 산화물 형성을 제어할 수 있음을 확인하고, 본 발명에 이르게 되었다.
이하, 본 발명의 일 측면인 용융아연도금강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 용융아연도금강판을 제조할 시, 먼저 소지강판을 준비한다.
상기 소지강판은 고온에서 강판 표면에 산화물을 형성하는 합금 원소를 함유하는 강판으로서, 보다 구체적으로, Si, Mn 및 Al 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 강판을 소지강판으로 이용함이 바람직하다. 일 예로서, 상기 소지강판은 DP강, TRIP강, CP강, MART강 또는 TWIP강 일 수 있다.
상기 소지강판은 중량%로, Si: 0.1~3.0%, Mn: 0.1~6.0% 및 Al: 1% 이하(0은 제외) 중 1종 또는 2종 이상으로 함유됨이 바람직한데, 이는 상기 합금 원소들이 다량 함유된 강종은 미도금현상이나 도금박리현상이 주로 문제가 될 수 있기 때문에, 이와 같이 한정함으로써 도금특성이 우수한 강판을 얻기 위한 것이다.
그리고, 상기 소지강판은 냉연강판일 수 있으며, 통상적인 탈지방법에 의해 탈지공정이 실시된 냉연강판일 수 있다.
이후, 상기 준비된 소지강판을 직접가열로에서 가열할 수 있다.
종래에서는, 고온에서 강판 표면에 산화물을 쉽게 형성하는 Si 또는 Mn 등의 합금 원소를 함유하는 강판을 직접가열로에서 가열함으로써 강판 표면에 Fe 산화물(Fe Oxide)층을 형성시키고, 이후 환원소둔공정에서 상기 형성된 Fe 산화물층을 환원 Fe층으로 환원시켰다. 상기 환원된 Fe층은 소둔시 형성되는 Si 또는 Mn 산화물층, 예컨대 SiO2, MnO 등과 같은 단독산화물 또는 Mn2SiO4, MnSiO3 등과 같은 복합산화물들이 단독 혹은 2종 이상으로 혼합되어 형성된 산화물층들이 강판 표면으로 확산되는 것을 억제하므로 도금특성이 개선된다고 하였으나, Si 또는 Mn 산화물층과 Fe층은 밀착성이 부족하여, Si 또는 Mn 산화물층과 환원된 Fe층 사이 계면에서 박리가 발생하기 쉬웠다 (도 1 및 도 2의 (a)).
이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는, 소지강판을 직접가열로에서 가열할 시 Fe 산화물층의 두께를 제어함으로써, 이후 소둔 열처리에 의한 난도금성의 산화물 형성을 Fe 산화물층 내부에서 발생토록 하여, 난도금성 산화물이 강판 표면으로 확산되는 것을 억제하였다. 또한, 강판 표면에는 일부 Fe 산화물층이 남아있게 되어, 이후의 도금공정시 향상된 도금성을 보인다 (도 2의 (b) 참조).
보다 구체적으로, 최종적으로 강판의 도금특성을 향상시키기 위해서는 상기 강판 표면에 형성되는 Fe 산화물층 두께의 제어가 필요하며, 바람직하게는 50~500nm의 두께로 Fe 산화물층을 형성하는 것이 바람직하다.
이때, Fe 산화물층의 두께가 50nm 미만으로 너무 얇으면 Si 또는 Mn의 표면 확산을 효과적으로 억제하지 못하여 도금시 강판 표면에 Si 또는 Mn 산화물이 존재하여 미도금이 발생하게 된다. 반면, Fe 산화물층의 두께가 500nm를 초과하여 너무 두껍게 형성되면 분위기 내에서 Fe 산화물층의 환원이 어려워 Fe 산화물 형태가 그대로 존재하게 되어, 도금시 도금이 어려울 뿐만 아니라 도금 후 도금층과 소지강판 사이에 Fe 산화물이 존재하여 도금박리를 발생시키는 문제가 있다.
따라서, Fe 산화물층의 두께를 제어함이 바람직하다. 이때, Fe 산화물층의 두께를 제어하기 위한 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직한 일 예로서, 직접가열로의 공기/연료 비(공연비) 및 강판온도를 제어함이 바람직하다. 직접가열로의 공기/연료 비(공연비)와 강판온도는 Fe 산화물층 형성에 직접적인 영향을 미치는 요인이므로, 공기/연료 비는 1.01~1.40으로 제한하고, 직접가열로 출구측의 강판온도를 550~750℃로 제어하는 것이 바람직하다. 한편, Fe 산화물층의 두께 제어는 소둔로 내에서 O2 또는 공기, 수증기를 직접 주입하는 방법을 통해서도 가능하다. 이는 소둔로 전단에서 산화 가능한 가스를 주입하여 강판 표면을 산화하는 방법으로 산소량에 따라 Fe 산화물층의 두께 조절이 가능하다. 통상적으로 소둔로 내에서 주입된 산화 가스의 급격한 반응을 억제하기 위해 산소 분위기는 1% 미만으로 제어한다.
직접가열로의 공연비(空燃比)가 1.01 미만이면 Fe의 산화가 충분히 일어나지 않아 충분한 두께의 Fe 산화물층을 얻기 어려우며, 반면 공연비가 1.40을 초과할 경우에는 직접가열로 가열설비의 역화 현상이 발생되므로, 공연비를 1.01 내지 1.40으로 제한함이 바람직하다. 또한, 직접가열로 출구측의 강판온도가 550℃ 미만이면 강판 내 Fe의 산화가 충분히 발생되지 않기 때문에, 이후 소둔 열처리시 Si 또는 Mn 산화물의 표면으로의 확산을 억제하기 어려우며, 반면 750℃를 초과할 경우에는 Fe 산화물의 표면으로의 확산속도가 너무 증가되어 농화물의 양이 너무 많아지는 한편, 목표 온도에 도달하기 위해 라인 속도(Line speed)를 감소시켜야 하기 때문에 생산량 저감을 초래할 수 있다. 따라서, 직접가열로 출구측에서의 강판온도를 550~750℃로 제어함이 바람직하다.
소지강판의 가열을 위해 사용되는 직접가열로는 DFF(Direct Fired Furnace) 또는 DFI(Direct Flame Impingement)를 사용할 수 있으며, 상기 DFF 또는 DFI 가열 설비는 주로 가열대의 전반부에 위치하고 있으나, 본 발명에서 제안하는 목표 열처리 온도의 확보 및 Fe 산화물층의 형성에 있어서는 어느 위치나 무관하다.
상술한 바에 따라, 직접가열로에서 가열된 소지강판을 소둔 열처리를 수행할 수 있다. 이때, 질소 분위기에서 수행하는 것이 바람직하다.
통상, 소둔 열처리시 환원 분위기 즉, 5~15%H2를 포함한 분위기에서 열처리를 수행하는데, 상기 분위기에서는 강판 표면에 형성된 Fe 산화물층이 쉽게 환원된다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 환원 분위기에서의 산소 분압은 약 10-23atm 정도의 낮은 상태이므로 강판 표면의 Fe 산화물층은 환원되고, 환원된 Fe층 내로 분위기 가스 내의 산소가 침투하여 계면에서 Si 또는 Mn 산화물층이 형성된다 (도 2의 (a)).
이에 반면, 본 발명에서는 소둔 열처리시 분위기를 질소 분위기로 적용하는 것이 바람직하다. 상기 질소 분위기에서는 산소 분압이 10-8atm 내지 10-11atm 정도의 산화 분위기이므로 강판 표면의 Fe 산화물층이 분위기 가스에 의해 환원되지 않고, 강 중에서 이동되어온 일부 Si 또는 Mn에 의해 Fe 산화물층의 내부에서 환원이 일어나며, Si 또는 Mn은 산소와의 친화력이 좋기 때문에 소지강판과 환원된 Fe층 계면 부근에서 Si 또는 Mn 산화물을 형성하여 비연속적으로 분포하게 된다. 이러할 경우, 상기 가열단계에서 50~500nm의 두께로 형성된 Fe 산화물층의 내부는 소둔 열처리에 의해 환원되어 환원된 Fe(Reduced Fe)층을 형성하고, 강판의 가장 최상층은 환원되지 않은 Fe 산화물층이 남아있는 상태가 된다 (도 2의 (b)). 상기 강판의 가장 최상층에 남아있는 Fe 산화물층이 Si 또는 Mn 산화물의 표면 확산을 억제하며, 상기 Fe 산화물층은 이후 도금공정에서 도금욕 내의 Al에 의해 환원된다. 이때, 도금성에는 영향을 미치지 않는데, 도금욕 내의 Al은 산화력이 매우 우수한 금속으로서, Fe 산화물을 환원시킨 후 자신은 Al2O3의 형태로 도금욕 내에 확산되기 때문이다.
결과적으로, 종래의 환원성 분위기에서는 소둔 열처리시 강중의 Si 또는 Mn이 강판의 표면으로 이동하여 산화물을 형성하였지만, 본 발명에서는 질소 분위기에서 소둔 열처리를 수행함으로써 Si 또는 Mn 산화물의 강판 표면으로 확산되는 것을 억제함으로써, 이후 도금공정시 도금성의 열화를 방지할 수 있다.
또한, 소둔 열처리시 질소 분위기를 유지하기 위해서는 이슬점 온도를 -60~0℃로 제어하는 것이 바람직하며, 소둔 열처리는 소둔온도 750~850℃에서 수행되는 것이 바람직하다.
이슬점 온도가 -60℃ 미만에서는 강판 표면의 Fe 산화물이 분위기에 의해 쉽게 환원되어 강판의 가장 최상층까지 환원된 Fe 층이 형성되어, 소지철 내의 Si, Mn이 표면으로 확산되는 것을 억제하기 어렵다. 반면, 이슬점 온도가 0℃를 초과하게 되면 산소 및 수증기의 분압으로 인해 소둔시 Fe 산화물의 환원이 어렵다.
또한, 강판 표면의 Fe 산화물이 소지철 내부의 Si, Mn에 의해 환원되기 위해서는 소둔온도를 750~850℃로 설정함이 바람직하다. 소둔온도가 750℃ 미만일 경우에는 강판 표면의 Fe 산화물이 미량의 Si, Mn과 반응하여 충분히 환원되지 않으며, 반면 소둔온도가 850℃를 초과하게 되면 Fe 산화물 직하에서 Si 또는 Mn이 급격하게 산화되어 필름(film) 형상으로 형성됨으로써 도금밀착성을 저하시킨다.
상기 소둔 열처리공정의 설비는 특별히 한정되는 것은 아니며, 통상의 연속소둔라인에서 수행할 수 있다. 즉, 연속적으로 열처리를 행하여 강판의 기계적 성질을 확보하고, 질소 분위기를 조성하는데에 문제가 없다면 설비종류와 조업조건은 무관하다. 예를들면, 통상의 소둔 열처리 설비는 예열대(Preheating section), 가열대(Heating section), 균열대(Soaking section), 급냉대(Fast cooling section), 서냉대(Slow cooling section), 과시효대(Overageing section), 재가열대(Reheating section) 등으로 구성되며, 상기 열처리 섹션(Section)들의 배열과 수량을 필요에 따라 변경할 수 있다.
이후, 상기 소둔 열처리공정을 완료한 소지강판을 도금욕에 침지하여 도금층을 형성할 수 있으며, 이때 도금층을 형성하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다.
일예로, 도금공정이 용융아연도금일 경우, 통상 0.12~0.25중량%의 Al 및 잔부 Zn을 포함하고, 460~480℃의 용융아연도금욕에서 3~5초간 침지하여 용융아연도금을 수행할 수 있다.
본 발명에서는 용융도금강판으로서, 일 예로 용융아연도금강판에 대해 기술하였지만, 상기 용융도금강판은 용융알루미늄도금강판, 용융아연알루미늄도금강판 및 Al-Zn-Mg-Si, Al-Zn-Mg, Al-Mg, Zn-Mg 등의 용융합금도금강판일 수 있다. 예컨대, 용융알루미늄도금강판의 경우에는 5~12중량%의 Si 및 잔부 Al을 포함하고 660~680℃의 도금욕에서, 용융아연알루미늄도금강판의 경우에는 50~60중량%Al-40~50중량%Zn을 포함하고 590~610℃의 도금욕에서 합금 원소의 녹는점과 설비능력에 따라 조업조건을 변경하여 도금공정을 수행할 수 있다.
상기 용융아연도금욕에서 아연도금층을 형성하여 제조한 용융아연도금강판에 추가적으로 합금화 열처리를 수행할 수 있다.
이때, 합금화 열처리 온도를 480℃ 이상으로 제어함으로써 아연도금층 내에 충분한 Fe 함유량을 확보할 수 있으며, 열처리 온도의 상한을 560℃ 이하로 제어함으로써 아연도금층 내에 Fe 함유량이 너무 과다하여 가공하는 과정에서 도금층이 탈락하는 파우더링(Powdering) 현상을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 일 측면인 용융아연도금강판에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명에서는 상기 용융아연도금강판은 합금화 용융아연도금강판일 수 있다.
본 발명에 따른 용융아연도금강판은 소지강판을 포함할 수 있으며, 상기 소지강판은 중량%로 Si: 0.1~3.0%, Mn: 0.1~6.0% 및 Al: 1% 이하(0은 제외) 중 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다.
상기 용융아연도금강판은 상기 소지강판 상에 형성된 환원된 Fe층과 그 위에 형성된 아연도금층을 포함하며, 상기 환원된 Fe층의 계면으로부터 상기 소지강판 방향으로 1μm 이내에는 Si계, Mn계 및 MnSi계 산화물 중 1종 또는 2종 이상을 총량 1g/m2 이하로 함유하는 농화층을 포함할 수 있다.
상기 Si계, Mn계, MnSi계 산화물은 SiO2, MnO, MnO2, Mn2SiO4 및 MnSiO3 일 수 있다.
본 발명에 따른 용융아연도금강판의 단면상을 관찰하여 보면, 환원된 Fe층의 계면으로부터 소지강판 방향으로 최대 1μm 깊이에 최대길이가 장방향으로 1μm 이하인 상기 산화물들이 응집된 농화층이 형성되어 있으며, 상기 산화물들은 500nm 이하의 평균 간격을 갖고 분포되어 있다. 또한, 단면상에서 상기 산화물의 밀도는 소지강판 방향 1μm 이내에 면적비로 10% 이하로 포함되어 있다.
환원된 Fe층의 계면으로부터 소지강판 방향으로 1μm를 초과하는 깊이에서 산화물들을 형성하기 위해서는 소둔공정시 산화성 분위기가 높아야 하는데, 이러할 경우 강판 표면에 Fe 산화물이 다량 형성되기 때문에 용융아연과의 젖음성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 소지강판 내부에 형성되는 산화물은 최대 1μm 깊이까지 형성됨이 바람직하다.
또한, 환원된 Fe층의 계면으로부터 소지강판 방향으로 1μm 이내에 존재하는 Si 또는 Mn 산화물의 최대길이가 장방향으로 1μm를 초과하게 되면, 산화물과 도금층간의 밀착성이 저하되어 가공시 가공부위에서 도금밀착성의 확보가 어렵다. 따라서, 도금밀착성을 확보하기 위해서는 이러한 산화물들이 분산되도록 형성시킴이 바람직하다.
한편, 소지강판 내부에 형성되는 산화물의 총량은 1g/m2 이하로 포함될 수 있으며, 산화물의 총량은 열처리 온도에 의해서도 변화할 수 있으므로 최대 총량을 1g/m2 이하로 제어함이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에 따른 용융아연도금강판은 금속산화물의 형성을 강판 표면에서는 배제하고 강판 내부에 형성시킴으로써 용융도금시 도금성을 향상시켜 용융도금 후 표면품질이 우수한 강판을 제공할 수 있는 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(
실시예
)
TRIP, DP, CP강들을 이용함에 있어서, 난도금성 원소인 Si와 Mn을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 함유하고, 두께가 1.0mm인 미소둔 냉연강판(Full Hard Steel Sheets)을 소지강판으로 하여, 하기 표 1의 나타낸 조건의 직화가열로에서 가열하였다. 이후, 하기 표 1에 나타낸 소둔 열처리 조건으로 열처리를 수행한 후, 통상의 조업조건으로 용융아연도금을 실시하여 용융아연도금강판을 제조하였다.
이후, 상기 용융아연도금강판의 도금품질, 즉 도금성 및 도금밀착성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 1에 함께 나타내었다.
이때, 도금품질을 평가하는 방법 및 기준은 다음과 같이 설정하였다.
도금성: 용융도금 물질이 소지강판에 잘 코팅되어 있는 정도로서, 육안으로 도금강판의 외관을 관찰하였다. 평가기준은 미도금(Bare spot)이 없고, 자동차 외판용으로 사용될 만할 수준일 경우; 1~2등급, 미도금 극 미세 관찰, 자동차 내판용 및 기타 제품수준으로 사용될 만한 수준일 경우; 3~5등급, 및 미도금이 다소 관찰되고, 제품으로 사용되기 불가능할 경우; 등급외로 설정하였다.
도금밀착성: 소지강판에 부착된 도금층이 가공 및 사용시 박리문제를 일으키는지의 여부를 평가하는 특성으로서, 도금강판을 O-T 벤딩(bending)한 후, 벤딩부에 테이프를 부착하여 떼어냈을 때 테이프에 박리된 도금층이 뭍어 나오는지 여부를 관찰하였다. 평가기준은 박리현상이 전혀 없어 매우 우수할 경우; ◎, 에지(edge)부에서 5mm 지점 이내에만 박리가 발생하는 경우(이 경우는 제품 생산시 site trimming을 처리하면 이상 없음); ○, 전체적으로 박리현상이 발생하는 경우; X로 설정하였다.
| 강 조성 | 강종 | 직화가열로 | Fe층 두께 |
소둔로분위기 |
도금품질 | 구분 | ||||||
| Si (wt%) |
Mn (wt%) |
공연비 | 온도 (℃) |
H2 (%) |
N2 (%) |
이슬점온도 | 도금성 | 도금 밀착성 |
||||
| 1 | 1.5 | 1.5 | TRIP | 0.95 | 630 | - | 5 | 95 | -50 | 등급외 | X | 비교예 |
| 2 | 1.5 | 1.5 | TRIP | 1.1 | 700 | 225 | 5 | 95 | -50 | 1~3 | X | 비교예 |
| 3 | 1.5 | 1.5 | TRIP | 1.1 | 750 | 280 | 5 | 95 | -50 | 1~3 | X | 비교예 |
| 4 | 1.5 | 1.5 | TRIP | 1.2 | 630 | 230 | 5 | 95 | -30 | 1~3 | X | 비교예 |
| 5 | 1.5 | 1.5 | TRIP | 1.1 | 630 | 160 | 10 | 90 | 0 | 1~3 | X | 비교예 |
| 6 | 1.5 | 1.5 | TRIP | 1.1 | 630 | 160 | 0 | 100 | -50 | 1~3 | ◎ | 발명예 |
| 7 | 0.1 | 2.0 | DP | 1.1 | 630 | 420 | 0 | 100 | -50 | 1~3 | ◎ | 발명예 |
| 8 | 0.2 | 2.5 | CP | 1.1 | 630 | 310 | 0 | 100 | -50 | 1~3 | ◎ | 발명예 |
| 9 | 1.5 | 1.5 | TRIP | 1.1 | 580 | 60 | 0 | 100 | -50 | 3~5 | ○ | 발명예 |
| 10 | 1.5 | 1.5 | TRIP | 1.1 | 650 | 190 | 0 | 100 | -50 | 1~3 | ◎ | 발명예 |
| 11 | 1.5 | 1.5 | TRIP | 1.1 | 680 | 210 | 0 | 100 | -50 | 1~3 | ◎ | 발명예 |
| 12 | 1.5 | 1.5 | TRIP | 1.2 | 630 | 230 | 0 | 100 | -50 | 1~3 | ◎ | 발명예 |
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 직접가열로의 공연비를 만족하지 않고, 소둔로의 분위기가 환원성 분위기로 조성되는 경우에는 도금성이 등급외로 나타나거나, 도금성은 우수하더라도 박리현상이 발생하여 도금밀착성이 우수하지 않음을 알 수 있다.
그러나, 본 발명에서 제안하는 조건을 만족하는 경우에는 강판표면의 외관뿐만 아니라, 도금밀착성도 우수하여 제품으로 적용 가능한 품질을 갖는 용융아연도금강판을 제조할 수 있다.
또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 용융아연도금강판의 두께 방향 단면을 관찰해본 결과, 소둔 열처리시에 강 중에 함유된 Si 또는 Mn에 의해 Fe 산화물층이 환원되면서 환원된 Fe층이 형성되고, 이와 함께 Si 또는 Mn 산화물층이 소지강판과 환원된 Fe층 계면이나 환원된 Fe층 부근에서 비연속적으로 그물 형태로 형성됨을 확인할 수 있다. 즉, 이와 같이 Si 또는 Mn 산화물층의 강판 표면으로의 확산을 억제함으로써 우수한 도금특성을 확보할 수 있는 것이다.
더욱이, 도 4는 본 발명에 따라 소둔 열처리된 미도금 강판의 단면을 분석한 결과로서, 도 3에 나타낸 비연속적인 Si, Mn 산화물을 보다 뚜렷하게 확인할 수 있다. 즉, 200nm 내외의 두께로 형성된 Fe 층의 위, 아래에 Si 또는 Mn 산화물이 형성되어 있음을 확인할 수 있으며, 이들 Si 또는 Mn 산화물은 단독으로 존재하기 보다는 동일 위치에서 복합산화물로 존재함을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 의하면 강판의 표면 품질을 저하시키는 Si 또는 Mn 산화물층의 강판 표면으로의 확산을 효과적으로 억제함으로써 우수한 도금특성을 확보할 수 있다.
Claims (11)
- 소지강판을 준비하는 단계;
상기 소지강판을 직접가열로에서 가열하여 상기 소지강판 표면에 50~500nm 두께의 Fe 산화물(Fe Oxide)층을 형성하는 단계;
상기 Fe 산화물(Fe Oxide)층이 형성된 소지강판을 이슬점온도 -60~0℃, 질소 분위기에서 소둔 열처리하는 단계; 및
상기 소둔 열처리된 강판을 용융아연도금욕에 침지하여 도금하는 아연도금단계
를 포함하는 도금성 및 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 소지강판은 중량%로, Si: 0.1~3.0%, Mn:0.1~6.0% 및 Al: 1% 이하(0은 제외) 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 도금성 및 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 직접가열로에서의 가열은 공기/연료 비(공연비)를 1.01 내지 1.40으로 하고, 직접가열로 출구측의 강판온도가 550~750℃로 되도록 가열하는 것을 특징으로 하는 도금성 및 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 소둔 열처리단계는 750~850℃의 소둔온도에서 수행되고, 환원된 Fe층을 형성하는 것을 특징으로 하는 도금성 및 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 용융아연도금욕은 중량%로, 0.12~0.25%의 Al 및 잔부 Zn을 포함하고, 용융아연도금욕의 온도는 460~480℃인 도금성 및 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 제조방법은 상기 아연도금단계 후, 480~560℃에서 합금화 열처리하는 단계를 추가로 포함하는 도금성 및 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연도금강판의 제조방법.
- 소지강판; 상기 소지강판 표면에 환원된 Fe층 및 아연도금층을 포함하며,
상기 환원된 Fe층의 계면으로부터 상기 소지강판 방향으로 1μm 이내에 Si계, Mn계 및 MnSi계 중 1종 또는 2종 이상의 산화물 총량이 1g/m2 이하로 함유하는 농화층을 포함하는 것을 특징으로 하는 도금성 및 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연도금강판.
- 제 7항에 있어서,
상기 용융아연도금강판의 단면상에서 상기 환원된 Fe층의 계면으로부터 상기 소지강판 방향으로 1μm 이내에 존재하는 상기 산화물의 최대길이가 장방향으로 1μm 이하인 것을 특징으로 하는 도금성 및 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연도금강판.
- 제 7항에 있어서,
상기 용융아연도금강판의 단면상에서 상기 환원된 Fe층의 계면으로부터 상기 소지강판 방향으로 1μm 이내에 존재하는 상기 산화물의 평균 간격이 500nm 이하인 것을 특징으로 하는 도금성 및 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연도금강판.
- 제 7항에 있어서,
상기 용융아연도금강판의 단면상에서 상기 환원된 Fe층의 계면으로부터 상기 소지강판 방향으로 1μm 이내에서 상기 산화물의 밀도는 면적비로 10% 이하인 것을 특징으로 하는 도금성 및 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연도금강판.
- 제 7항에 있어서,
상기 소지강판은 중량%로, Si: 0.1~3.0%, Mn:0.1~6.0% 및 Al: 1% 이하(0은 제외) 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 도금성 및 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연도금강판.
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