KR20140081623A - 가공성 및 가공부 내식성이 우수한 용융아연합금 도금강판 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
소지강판; 상기 소지강판 상에 형성된 용융아연합금 도금층; 및 상기 소지강판과 상기 용융아연합금 도금층 사이에 형성된 버퍼층을 포함하며, 상기 용융아연합금 도금층은 중량%로, Al: 0.5~5.0%, Mg: 1~5%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물로 이루어지며, 상기 Mg 및 Al의 함량은 [Al+Mg≤7]의 관계를 만족하는, 가공성 및 가공부 내식성이 우수한 용융아연합금 도금강판 및 그의 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 도금소재의 굽힘가공 및 프레스 가공시 도금층 표면에 형성되는 크랙을 저감시킬 수 있다. 또한, 크랙부 Fe 소지강판 노출을 최소화하고, 도금층의 Fe 소지강판에 대한 밀착성을 향상시킴으로써 도금소재의 가공성 향상 및 가공부의 내식성 향상을 도모할 수 있다.
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Description
본 발명은 가공성 및 가공부 내식성이 우수한 용융아연합금 도금강판 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
음극방식을 통해 철의 부식을 억제하는 아연도금법은 방식성능 및 경제성이 우수하여 고내식 특성을 갖는 강재를 제조하는데 널리 사용되고 있다. 특히, 용융된 아연에 강재를 침지하여 도금층을 형성하는 용융아연 도금강판은 전기아연 도금강판에 비해 제조공정이 단순하고, 제품가격이 저렴하여 자동차, 가전제품 및 건축자재용 등의 산업전반에 걸쳐 그 수요가 증가하고 있다.
아연이 도금된 용융아연 도금강판은 부식환경에 노출되었을 때 철보다 산화환원전위가 낮은 아연이 먼저 부식되어 강판의 부식이 억제되는 희생방식(Sacrificial Corrosion Protection)의 특성을 가지며, 이와 더불어 도금층의 아연이 산화되면서 강판 표면에 치밀한 부식생성물을 형성시켜 산화분위기로부터 강재를 차단함으로써 강판의 내부식성을 향상시킨다. 그러나, 산업 고도화에 따른 대기오염의 증가 및 부식환경의 악화가 증가하고 있고, 자원 및 에너지 절약에 대한 엄격한 규제로 인해 종래의 아연 도금강판보다 더 우수한 내식성을 갖는 강재 개발의 필요성이 높아지고 있다.
그 일환으로, 아연도금욕에 알루미늄(Al) 및 마그네슘(Mg) 등의 원소를 첨가하여 강재의 내식성을 향상시키는 아연합금계 도금강판 제조기술의 연구가 다양하게 진행되어왔다.
대표적인 아연합금계 도금재로서 [Zn-55wt%Al-1.6wt%Si] 도금강판이 있으나, 이 경우에는 높은 함량의 Al로 인해 도금층의 희생방식 능력이 저하되어, 절단면 및 절곡부와 같은 모재가 부식환경에 직접 노출된 부위에서 우선적으로 부식이 발생하는 문제가 있다. 또한, 도금욕 내의 Al 함량을 50wt% 이상으로 높게 함유하도록 하는 경우, 도금욕의 온도를 600℃ 이상으로 유지해야 하므로, 모재강판의 침식에 의한 도금욕 내 Fe 합금계 드로스 발생이 심해져, 도금 작업성이 저하되고 싱크롤(sink roll) 등의 도금욕 내부 설비 침식이 가속화되어 설비의 수명이 짧아지는 단점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 도금욕 내의 Al 함량을 줄이면서 강재의 내식성 향상을 위한 목적으로, Zn-Al계 도금욕 중에 Mg을 함유시킨 Zn-Al-Mg계 합금도금에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
예컨대, 특허문헌 1에서는 3~17wt%의 Al 및 1~5wt%의 Mg을 함유하는 도금욕을 이용하여 제조한 용융아연합금계 도금강판을 제조하는 방법을 제시하고 있으며, 특허문헌 2 내지 4에서는 상기와 동일한 조성을 갖는 도금욕 내에 각종의 첨가원소를 배합하거나 제조조건을 규제하는 것에 의해 내식성 및 제조특성을 개선시킨 도금기술이 제안되었다. 그러나, 도금성분 중에 Al 및 Mg가 포함되면서 도금층 응고시 Zn-Al 및 Zn-Mg계 금속간 화합물이 도금층 전체에 형성되고, 이는 도금층의 경도 증가를 유발하게 된다. 이러한 도금층 경도 증가 현상은 프레스 성형시 금형과 도금층 마찰에 의한 도금층 박리를 억제하여 금형의 오염을 줄이는 장점이 있으나, 90~180도 굽힘가공 및 심한 프레스 가공시 도금층 표면에 크랙을 유발하여, 가공부의 외관 및 내식성을 저하시킨다.
따라서, 이러한 Al 및 Mg계 금속간 화합물 형성에 기인된 도금층 경도 증가 및 그에 따른 가공부 크랙발생을 억제할 필요가 있으며, 현재 이에 대한 기술이 몇가지 제시되고 있다.
예컨대, 특허문헌 5에서는 도금층내에 형성된 Mg계 금속간 화합물의 미세조직을 제어하기 위하여 3 wt%이하의 미량원소를 첨가한 후 도금층 냉각속도를 5℃/sec 이상으로 조절하였고 금속간 화합물 조직의 사이즈를 균일하게 분산시킴으로써 가공성을 개선시키는 기술이 제시되고 있다.
또한, 특허문헌 6에서는 1~60 mass% 및 1~10 mass%를 포함하는 Zn-Al-Mg 합금계 도금강판을 제조함에 있어서,도금층 냉각속도를 0.1×도금욕 온도 - 10 (℃/sec) 이상으로 급냉하여 Zn-Mg계 금속간 화합물상 및 Al-Mg계 금속간 화합물의 사이즈를 10nm ~ 1㎛ 이하로 조절하여 합금도금강판의 가공성 및 가공부 내식성을 향상시키는 기술이 제시되고 있다.
그러나 상기 기술의 경우 단순한 도금층 금속간 화합물 분산에 의한 도금층 경도 저감효과를 기대하기 어렵고, 선재 굽힘가공과 같은 비교적 저강도 가공에는 효과가 있으나, 0-T 굽힘가공 및 프레스 가공과 같은 엄격한 심가공에서는 도금층 표면크랙이 명확히 관찰되어 가공성 개선이 불충분했다.
또 다른 기술로서, 특허문헌 7에서는 2~19wt%의 Al, 10wt%의 Mg 및 0.01wt%의 Si을 포함하는 Zn-Al-Mg 합금계 도금강판을 제조함에 있어서, 하지층(underlying layer)으로써 합금도금층과 모재 금속 사이에 Ni 도금층을 2g/m2 이하로 형성시켜 가공부에서 Ni-Al-Fe-Zn 화합물을 형성시켜 가공부 내식성을 개선하는 방법이 제안되었다. 그러나, 이 기술의 경우 Ni 도금량이 2g/m2 이하로 한정되어 가공부 내식성 향상 효능 검정이 쉽지 않으며, Ni의 경우 고가의 원소로서 합금도금층을 용융도금하기 전 모재 금속 표면에 형성시키는 방법으로는 전기도금법이 유일하여 설비비 증가를 초래하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 합금도금강재의 가공성 및 가공부 내식성 향상을 위해 Zn, Al 및 Mg계 도금층을 Fe 소지강판 위에 형성함에 있어서, 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 방안을 모색함이 필요하다.
본 발명의 일 측면은 굽힘가공 및 프레스 가공시 도금층 표면에 형성되는 크랙을 저감시키고, 소지강판에 대한 도금층의 밀착성을 향상시킴으로써 합금도금재의 가공성 향상 및 가공부의 내식성을 향상시킬 수 있는 용융아연합금 도금강판 및 그의 제조방법을 제시하고자 한다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 소지강판; 상기 소지강판 상에 형성된 용융아연합금 도금층; 및 상기 소지강판과 상기 용융아연합금 도금층 사이에 형성된 버퍼층을 포함하며, 상기 용융아연합금 도금층은 중량%로, Al: 0.5~5.0%, Mg: 1~5%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물로 이루어지며, 상기 Mg 및 Al의 함량은 [Al+Mg≤7]의 관계를 만족하는, 가공성 및 가공부 내식성이 우수한 용융아연합금 도금강판을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 소지강판에 버퍼층을 형성시키는 단계; 형성된 버퍼층을 진공 분위기, 불활성 분위기 또는 질소 분위기에서 냉각 또는 보관하는 단계; 용융아연합금 도금욕 내에 버퍼층이 형성된 소지강판을 침지하고, 도금을 행하여 도금강판을 제조하는 단계; 및 상기 도금강판을 가스와이핑하여 냉각하는 단계를 포함하며, 상기 용융아연합금 도금욕은 중량%로, Al: 0.5~5.0%, Mg: 1~5%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하며, 상기 Mg 및 Al의 함량은 [Al+Mg≤7]의 관계를 만족하는 것인, 가공성 및 가공부 내식성이 우수한 용융아연합금 도금강판의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 소지강판과 도금층 사이에 버퍼층을 형성시켜 도금소재의 굽힘가공 및 프레스 가공시 도금층 표면에 형성되는 크랙을 저감시킬 수 있다. 또한, 도금층 경도증가에 의한 크랙이 형성되더라도 크랙부 Fe 소지강판 노출을 최소화하고, 도금층의 Fe 소지강판에 대한 밀착성을 향상시킴으로써 도금소재의 가공성 향상 및 가공부의 내식성 향상을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융아연합금 도금강판의 도금층 단면사진 및 도금층 표면사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 합금 도금층의 0-T 굽힘가공 전 및 0-T 굽힘가공 후의 표면 형상을 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융아연합금 도금강판의 제조방법을 설명하는 플로우차트이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용융아연합금 도금강판의 단면도이다.
도 5는 합금 도금층 도금량별 0-T 굽힘가공시 버퍼층 도금량에 따른 합금 도금층 표면의 크랙 면적변화를 도시한 그래프이다.
도 6은 합금 도금층 도금량별 0-T 굽힘가공시 버퍼층 도금량에 따른 합금 도금층 표면에 노출된 Fe 소지강판의 면적 변화를 도시한 그래프이다.
도 7은 버퍼층 도금량에 따른 용융아연합금 도금강판의 가공부 적청발생정도(내식성)을 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 합금 도금층의 0-T 굽힘가공 전 및 0-T 굽힘가공 후의 표면 형상을 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융아연합금 도금강판의 제조방법을 설명하는 플로우차트이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용융아연합금 도금강판의 단면도이다.
도 5는 합금 도금층 도금량별 0-T 굽힘가공시 버퍼층 도금량에 따른 합금 도금층 표면의 크랙 면적변화를 도시한 그래프이다.
도 6은 합금 도금층 도금량별 0-T 굽힘가공시 버퍼층 도금량에 따른 합금 도금층 표면에 노출된 Fe 소지강판의 면적 변화를 도시한 그래프이다.
도 7은 버퍼층 도금량에 따른 용융아연합금 도금강판의 가공부 적청발생정도(내식성)을 나타낸 사진이다.
본 발명은 자동차, 가전제품 및 건축자재 등에 널리 사용되는 용융아연합금 도금강판 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 용융아연합금 도금강판의 제조를 위해 Zn, Al 및 Mg 용융합금 도금욕을 이용하여, 이때 제조되는 합금도금층과 Fe 소지강판과 사이에 버퍼층을 형성시켜 가공시 발생하는 표면 크랙 형성을 억제함으로써 가공성 및 가공부 내식성을 향상시키고자 한다.
이하, 도 3에 도시된 플로우차트를 참조하면서 본 발명에 따른 용융아연합금 도금강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 용융아연합금 도금강판의 제조방법은 소지강판에 버퍼층을 형성시키는 단계; 형성된 버퍼층을 진공 분위기, 불활성 분위기 또는 질소 분위기에서 냉각 또는 보관하는 단계; 용융아연합금 도금욕 내에 버퍼층이 형성된 소지강판을 침지하고, 도금을 행하여 도금강판을 제조하는 단계; 및 상기 도금강판을 가스와이핑하여 냉각하는 단계를 포함한다.
본 발명에서는 합금도금재의 가공성 및 가공부 내식성을 향상시키기 위하여 소지강판(100)과 합금도금층(120) 사이에 버퍼층(110)을 형성시킨다. 소지강판과 합금도금층 사이에 경도가 낮고 유연한 버퍼층을 삽입함으로써 가공부 크랙면적 저감을 유도하고 크랙부위의 Fe 소지강판의 노출면적을 현저히 감소시켜 합금도금재의 전체적인 가공부 내식특성을 향상시킬 수 있다.
상기 버퍼층은 Zn, In, Ga, Sn, Si, Ca, Na, Al, Cu, Ni, Au 및 Ag 중에서 선택되는 1종 이상 또는 이들의 합금을 상기 소지강판에 코팅함으로써 형성될 수 있으며, 또한 상기 버퍼층은 단층 혹은 다층으로 구성될 수 있다.
버퍼층의 형성방법으로는 전기도금, 스퍼터링, 열증착기(thermal evaporator), 전자빔 증착기(e-beam evaporator), 펄스 레이저 증착기 또는 용융도금 등 다양한 방법이 사용가능하며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 버퍼층(110) 형성을 완료한 후, 버퍼층이 대기에 노출되지 않도록 유지하는 것이 중요하다. 상기 버퍼층의 성분 모두 산화도가 매우 높은 원소로써 대기에 노출되면 표면에 산화막을 형성시키고, 이는 추후 수행될 용융아연합금 도금시 Fe 소지강판에 대한 용융도금욕의 표면 젖음성을 떨어뜨려 미도금 및 결함을 유발할 수 있기 때문이다. 따라서, 형성된 버퍼층을 산소가 차단된 분위기에서 냉각 또는 보관한다. 버퍼층의 냉각 및 보관 시 사용되는 분위기로는 저산소 분위기, 예를 들어, 진공 분위기, 아르곤, 질소와 같은 불활성 가스 분위기를 이용할 수 있으며, 이 중 진공을 이용함이 보다 바람직하다. 이때, 상기 진공 분위기의 진공도는 10-3 Torr 미만인 것인 것이 바람직하다.
이어서, 버퍼층(110)이 형성된 소지강판(100)을 용융아연합금 도금욕에 침지하여 합금도금층(120)을 형성시킨다.
본 발명에 이용되는 용융아연합금 도금욕은 중량%로, Al: 0.5~5.0%, Mg: 1~5%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하며, 상기 Mg 및 Al의 함량은 [Al+Mg≤7]의 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 용융아연합금 도금욕 내의 성분 중 Mg은 도금층의 내식성 향상에 매우 주요한 역할을 하는 원소로서, 도금층 내부에 함유된 Mg은 가혹한 부식 환경에서 내식성 향상효과가 적은 아연산화물계 부식생성물의 성장을 억제하고, 치밀하며 내식성 향상효과가 큰 아연수산화물계 부식생성물을 도금층 표면에서 안정화시킨다.
다만, 상기 Mg 함량이 1 중량% 미만일 경우에는 Zn-Mg계 금속간화합물 생성에 의한 내식성 향상효과가 충분치 않고, 그 함량이 5 중량%를 초과할 경우에는 내식성 향상효과가 포화되고, Mg 산화성 드로스가 도금욕 욕면에 급증하는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 도금욕 내의 Mg 함량을 1~5 중량%로 제어함이 바람직하다.
상기 Al은 Mg을 첨가한 용융아연합금 도금욕 내에서 Mg 산화반응에 의해 발생하는 드로스(dross)를 감소시키기 위한 목적으로 첨가하며, Al은 Zn 및 Mg와 조합하여 도금강판의 내부식성을 향상시키는 역할도 한다.
이러한 Al의 함량이 0.5 중량% 미만일 경우에는 Mg 첨가에 의한 도금욕 표층부 산화를 방지하는 효과가 미흡하고, 내식성 향상 효과가 적다. 반면, Al의 함량이 5.0 중량%를 초과할 경우에는 도금욕에 침지된 강판의 Fe 용출량이 급증하여 Fe 합금계 드로스가 형성되고, 더욱이 도금층의 용접성이 저하되는 문제가 발생한다. 따라서, 본 발명에서는 도금욕 내의 Al 함량을 0.5~5.0 중량%로 제어함이 바람직하다.
상기 Al과 Mg은 모두 도금층의 내식성을 향상시키는 원소로서 이들 원소의 합이 증가할수록 내식성은 향상될 수 있다. 그러나, 도금욕 중 Al과 Mg의 중량%의 합이 7.0%를 초과하게 되면 내식성 향상 효과가 포화되는 반면, 용접성 및 도장성이 열화되거나 처리방법의 개선을 필요로 하는 등의 문제점이 있다. 따라서, 상기 Mg 및 Al의 함량은 [Al+Mg≤7]의 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
상기 용융아연합금 도금욕의 온도는 통상의 용융아연 도금욕 온도를 적용할 수 있으며, 바람직하게는 380~450℃ 범위의 도금욕 내에서 도금을 수행할 수 있다.
상기 도금을 완료한 후, 합금도금층이 형성된 강판을 가스와이핑 처리하여 도금 부착량을 조절할 수 있다. 상기 가스와이핑은 도금 부착량을 조정하기 위한 것으로, 그 방법에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니다.상기 가스와이핑의 처리로 도금층의 도금 부착량을 조정한 후, 도금층 냉각을 수행한다.
상기와 같은 방법으로 제조된 본 발명의 용융아연합금 도금강판은 소지강판; 상기 소지강판 상에 형성된 용융아연합금 도금층; 및 상기 소지강판과 상기 용융아연합금 도금층 사이에 형성된 버퍼층을 포함한다.
상기 소지강판은 Fe계 소지강판으로서 냉연강판, 열연강판 등 제한없이 사용할 수 있다.
상기 용융아연합금 도금층은 상기 용융아연합금 도금욕 내의 성분이 그대로 도금층을 형성한 것으로서, 상기 용융아연합금 도금층은 중량%로, Al: 0.5~5.0%, Mg: 1~5%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물로 이루어지며, 상기 Mg 및 Al의 함량은 [Al+Mg≤7]의 관계를 만족한다.
또한, 상기 용융아연합금 도금층의 도금 조직은 도 1에 나타낸 바와 같이, Zn-Al-MgZn2 3원 공정조직을 기지조직으로 하여, Zn-MgZn2 2원 공정조직이 분산된 도금조직을 포함하고, Zn-Al 공정조직 및 Zn 단상조직이 균일하게 분포한 결정조직을 포함하고, 잔부 MgZn2 조직을 포함한다. 이렇게 형성된 Zn-Al-Mg계 금속간화합물 조직은 Al 및 Mg 성분에 따라 변하고, 도금층의 경도 변화에 영향을 준다. Al 및 Mg 함량에 따른 도금층의 경도 변화를 표 1에 나타내었다.
| 구분 | 도금층 조성 (중량%) | 경도 (Hv) | ||||||
| Al | Mg | 1회 | 2회 | 3회 | 4회 | 5회 | 평균 | |
| 1 | 0.2 | - | 52.1 | 55.4 | 51.4 | 52.7 | 53.1 | 52.9 |
| 2 | 0.4 | - | 64.6 | 72.8 | 77.2 | 67.8 | 73.4 | 71.1 |
| 3 | - | 9 | 144.9 | 162.5 | 146.9 | 141.3 | 152.1 | 149.5 |
| 4 | 1 | 1 | 119.9 | 121.7 | 118.4 | 115.3 | 116.7 | 118.4 |
| 5 | 1.6 | 1.6 | 121.8 | 131.3 | 118.8 | 116.1 | 114.6 | 120.5 |
| 6 | 2 | 3 | 140.8 | 114.5 | 152.3 | 132.2 | 128.4 | 133.6 |
| 7 | 3 | 4 | 164.4 | 154.5 | 148.5 | 152.1 | 163.3 | 156.5 |
| 8 | 5 | 1 | 138.4 | 128.5 | 134.1 | 129.6 | 138.2 | 133.7 |
| 9 | 6 | 3 | 156 | 149.2 | 151.8 | 145.1 | 159.5 | 152.3 |
| 10 | 23 | 3 | 161.1 | 148 | 156.3 | 134.2 | 138.1 | 147.5 |
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, Al 및 Mg의 함량이 증가할수록 도금층의 경도가 증가하고, 도금층의 경도증가에 의하여 용융아연합금 도금강판의 절곡 및 굽힘가공시 도 2에 나타낸 바와 같이 도금층 표면에 크랙이 형성된다. 합금도금층의 내식성 향상을 위해 첨가되는 Al 및 Mg은 Zn와 반응하여 Zn-Al 및 Zn-Mg계 금속간화합물을 형성시키고, 이는 합금도금층의 경도 증가를 초래하여, 결과적으로 도금층이 가공에 취약해진다. 따라서 합금도금층의 굽힘가공, 드로잉 및 절단 등 가공작업시 표면에 크랙이 발생되며, 형성된 크랙은 소지강판까지 수직으로 전파되어 크랙부에 Fe 소지강판이 대기에 노출되게 되고, 이는 합금도금층의 밀착성 및 가공부 내식성의 열화를 초래한다.
본 발명에서는 상기 용융아연합금 도금층과 상기 소지강판 사이에 경도가 낮고 유연한 버퍼층을 형성시킴으로써 굽힘가공 및 프레스 가공시 도금층 표면에 형성되는 크랙을 저감시킬 수 있다. 또한, 크랙부위의 Fe 소지강판의 노출면적을 현저히 감소시켜 합금도금재의 전체적인 가공부 내식특성을 향상시킬 수 있다.
상기 버퍼층은 용융아연합금 도금층 하부에 편면기준 20~60g/m2의 도금량으로 단층 또는 다층으로 부착됨이 바람직하다. 편면을 기준으로 도금량이 20g/m2 미만일 경우에는 가공부의 방식특성 향상을 기대하기 어려우며, 편면기준 도금량이 60g/m2을 초과하는 경우에는 가공부 방식특성 향상도가 포화되어 경제적인 측면에서 불리하다. 따라서, 용융아연합금 도금강판의 가공부의 내식성을 향상시키기 위해서는 상기 범위의 도금량으로 버퍼층을 형성시키는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 상기 버퍼층으로는 Zn, In, Ga, Sn, Si, Ca, Na, Al, Cu, Ni, Au 및 Ag 중에서 선택되는 1종 이상 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며 이로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
[
실시예
]
강판의 두께 0.8 mm, 폭 120 mm, 길이 200 mm인 냉연강판을 아세톤에 침지시킨 상태로 초음파로 세척하여 표면의 이물질과 기름을 제거하여 시편을 준비하였다. 본 연구를 위한 용융도금 실험은 용융도금 시뮬레이터를 이용하여 소둔 및 도금하였다. 상세하게 설명하면, 소둔조건으로서 분위기 가스는 수소 10% 및 질소 90%로 구성된 환원분위기이고, 소둔온도 700~820℃로 열처리하였다.
합금도금을 하기 전에 버퍼층 형성을 위하여 환원분위기에서 열처리된 시편을 도금욕 온도인 460 ℃로 냉각하고 중량%로 Al: 0.2%, 잔부 Zn으로 구성된 용융아연도금욕에 약 3초간 침적 후 끌어올려 에어 와이퍼(Air Wiper)로 버퍼층 부착량을 조절하였다. Al: 0.2%은 소지강판과 도금욕과의 반응을 줄이기 위하여 첨가한 것이다. 버퍼층 부착량은 편면기준으로 10 ~ 90 g/m2으로 조절하여 테스트하였다. 그 후, 버퍼층이 형성된 강판을 로드 록(load lock) 챔버로 이송 후 용융아연합금 도금욕에 침지되기 전까지 진공상태 (<10-3 Torr)에서 냉각 및 보관하였다. 상기 버퍼층의 경도는 약 50 Hv였다.
냉각이 완료된 상기 강판을 준비된 Al: 2.5% 및 Mg: 3%이 함유된 용융아연합금 도금욕에 약 5초간 침적 후 끌어올려 에어 와이핑하여 용융아연합금 도금층의 부착량을 편면기준 70 g/m2 및 100 g/m2으로 조절하였고 약 10 ℃/초의 냉각속도로 약 350 ℃까지 냉각하여 응고시켰다.
도금이 완료된 강판을 굽힘가공기를 이용하여 0-T(180도) 굽힘가공을 실시하였다.
도 5는 용융아연합금 도금층 도금량별 0-T 굽힘가공시 버퍼층의 도금량에 따른 용융아연합금 도금층 표면 크랙 면적 변화를 도시한 그래프이다. 도 5을 참조하면, 용융아연합금 도금층 도금량이 70g/m2과 100g/m2 인 경우 모두에서, 버퍼층을 형성시키지 않은 경우에 비하여 버퍼층을 형성시킨 경우가 0-T 굽힘가공시 도금층 표면 크랙면적이 감소하는 것으로 나타났다.
이러한 도금층 표면 가공 크랙 면적 감소는 버퍼층의 도금량이 20g/m2 이상에서 나타났다. 버퍼층의 도금량이 60g/m2 이상에서는 버퍼층의 두께에 의한 도금층 굽힘 곡률이 증가하여 도금층 크랙면적이 오히려 증가하는 경향을 보였다.
도 6은 용융아연합금 도금층 도금량별 0-T 굽힘가공시 버퍼층 도금량에 따른 용융아연합금 도금층 표면에 노출된 Fe 소지강판의 면적 변화를 도시한 그래프이다. 도 6을 참조하면, 용융아연합금 도금층과 소지강판 사이에 버퍼층이 없으면, 용융아연합금 도금층의 도금량 70g/m2을 기준으로 크랙면적이 32.3%일 때 Fe 노출량은 31.6%로 나타났다. 이를 통해 0-T 굽힘가공에 의하여 도금층 표면에 크랙이 발생할 때 크랙부의 소지강판이 대부분 대기에 노출됨을 알 수 있다. 또한, 버퍼층의 두께가 증가할수록 상기 크랙부 Fe 노출면적이 줄어듦을 알 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 버퍼층 코팅량 60g/m2 이상시 크랙의 면적은 증가하나 크랙부 Fe 노출량은 약 7%로 그 면적이 크게 감소하였으며 이는 버퍼층에 의하여 소지강판이 보호됨을 나타낸다. 이는 실시예에 사용된 Zn 버퍼층의 연성이 높아 0-T 굽힘가공시 크랙이 발생하지 않았기 때문이다. 이렇듯 0-T 굽힘가공과 같은 심가공에서도 버퍼층에 크랙이 발생되지 않아 소지강판을 보호하고 더 나아가 소지강판과 합금도금층 사이에서 응력을 완화시키는 완충역할을 하여 상부 합금도금층의 크랙면적을 감소시킴을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제작된 용융아연합금 도금강판의 가공부 내식성을 나타낸 사진이다.
용융아연합금 도금층의 도금량은 동일하게 편면기준으로 100g/m2이며 동일한 조건으로 0-T 굽힘가공을 실시했다. 시편을 염수분무시험기에 장입한 후 염수분무시험 공인규격(KS-C-0223)으로 1000 시간 부식촉진시험을 수행한 후 도금층 표면의 적청 발생 경향을 관찰하였다. 도 7을 참조하면, 용융아연합금 도금층과 소지강판 사이의 버퍼층 도금량이 증가함에 따라 가공부 적청 면적이 감소함을 알 수 있다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 가공부의 크랙형성 부위의 Fe 소지 노출면을 버퍼층이 보호함으로써 소지강판의 직접적인 부식환경에 대한 노출을 방지하고, 더 나아가 표면에 안정적인 아연함유 부식생성물을 형성시키기 때문인 것으로 판단된다.
상술한 바와 같이 용융아연합금 도금층의 Al 및 Mg 첨가에 의해 형성되는 Zn-Al 및 Zn-Mg계 금속간화합물에 의한 도금층 경도증가와 그로부터 기인된 도금층 가공부 표면 크랙은 용융아연합금 도금층과 Fe 소지강판 사이에 버퍼층을 형성시킴으로써 저감 및 방지할 수 있다. 경도가 낮고 유연한 버퍼층을 용융아연합금 도금층 하부에 형성시켜 도금소재 가공시 가공부 크랙면적을 저감시킴으로써 크랙부의 Fe 노출량을 현저히 감소시켜 용융아연합금 도금강판의 전체적인 가공부 내식성을 향상시킬 수 있다.
100: 소지강판 110: 버퍼층 120: 합금도금층
Claims (7)
- 소지강판;
상기 소지강판 상에 형성된 용융아연합금 도금층; 및
상기 소지강판과 상기 용융아연합금 도금층 사이에 형성된 버퍼층을 포함하며,
상기 용융아연합금 도금층은 중량%로, Al: 0.5~5.0%, Mg: 1~5%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물로 이루어지며,
상기 Mg 및 Al의 함량은 [Al+Mg≤7]의 관계를 만족하는, 가공성 및 가공부 내식성이 우수한 용융아연합금 도금강판. - 제 1항에 있어서,
상기 용융아연합금 도금층은 Zn-Al-MgZn2 3원 공정조직을 기지조직으로 하여, Zn-MgZn2 2원 공정조직이 분산된 도금조직을 포함하고, Zn-Al 공정조직 및 Zn 단상조직이 균일하게 분포한 결정조직을 포함하고, 잔부 MgZn2 조직을 포함하는 것인, 가공성 및 가공부 내식성이 우수한 용융아연합금 도금강판. - 제 1항에 있어서,
상기 버퍼층은 Zn, In, Ga, Sn, Si, Ca, Na, Al, Cu, Ni, Au 및 Ag 중에서 선택되는 1종 이상 또는 이들의 합금으로 이루어지는 것인, 가공성 및 가공부 내식성이 우수한 용융아연합금 도금강판. - 제 1항에 있어서,
상기 버퍼층은 편면기준 20~60g/m2의 도금량으로 단층 또는 다층으로 부착된 것인, 가공성 및 가공부 내식성이 우수한 용융아연합금 도금강판. - 소지강판에 버퍼층을 형성시키는 단계;
형성된 버퍼층을 진공 분위기, 불활성 가스 분위기에서 냉각 또는 보관하는 단계;
용융아연합금 도금욕 내에 버퍼층이 형성된 소지강판을 침지하고, 도금을 행하여 도금강판을 제조하는 단계; 및
상기 도금강판을 가스와이핑하여 냉각하는 단계를 포함하며,
상기 용융아연합금 도금욕은 중량%로, Al: 0.5~5.0%, Mg: 1~5%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하며, 상기 Mg 및 Al의 함량은 [Al+Mg≤7]의 관계를 만족하는 것인, 가공성 및 가공부 내식성이 우수한 용융아연합금 도금강판의 제조방법. - 제 5항에 있어서,
상기 버퍼층은 Zn, In, Ga, Sn, Si, Ca, Na, Al, Cu, Ni, Au 및 Ag 중에서 선택되는 1종 이상 또는 이들의 합금을 상기 소지강판에 코팅함으로써 형성되는 것인, 가공성 및 가공부 내식성이 우수한 용융아연합금 도금강판의 제조방법. - 제 5항에 있어서,
상기 진공 분위기의 진공도는 10-3 Torr 미만인 것인, 가공성 및 가공부 내식성이 우수한 용융아연합금 도금강판의 제조방법.
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