KR20140131203A - 표면품질, 도금밀착성 및 용접성이 우수한 고강도 용융아연도금강판 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소지강판을 탈지하는 단계; 상기 탈지된 소지강판을 소둔로에서 소둔하는 단계; 상기 소둔된 소지강판을 제 1 냉각하는 단계; 상기 냉각된 소지강판을 아연도금욕에 침지하여 도금하는 단계; 및 상기 도금된 소지강판을 제 2 냉각하는 단계를 포함하고, 상기 소지강판은 Mn, Si 및 Al로 구성된 그룹으로부터 선택된 2종 이상을 포함하는 제 1 성분 및 C, Mo, Cr, P, Ti, Nb, Ni, Cu, V, B, Sn, Sb로 구성된 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 제 2 성분을 포함하고, 상기 제 1성분은 Mn: 0.2 내지 25 중량%, Si: 0.05 내지 3.0 중량%, Al: 0.1 내지 8.0 중량%를 각각 포함하고, 상기 제 2성분은 C: 0.0001 내지 0.5 중량%, Mo: 0.5 중량% 이하, Cr: 1.0 중량% 이하, P: 0.03 중량% 이하, Ti: 0.2 중량% 이하, Nb: 0.2 중량% 이하, Ni: 1.0 중량% 이하, Cu: 1.0 중량% 이하, V: 0.2 중량% 이하, B: 0.1 중량% 이하, Sn: 1 중량% 이하, Sb: 0.5 중량% 이하를 각각 포함하고, 조성의 잔부가 철 및 제련에 따른 불가피한 불순물이고; 상기 소지강판 상부에 형성된 Fe-Zn합금층; 및 상기 Fe-Zn합금층 상부에 형성된 아연도금층으로 구성된 표면품질, 도금 밀착성 및 용접성이 우수한 용융아연도금강판 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 고강도 용융아연도금강판 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 표면품질, 도금밀착성 및 용접성이 우수한 고강도 용융아연도금강판 제조방법에 관한 것이다.
용융도금강판은 내식성이 우수하여 건축자재, 구조물, 가전제품 및 자동차 차체 등에 널리 사용되고 있다. 최근에 가장 많이 사용되고 있는 용융도금강판은 용융아연도금 강판(이하 GI강판) 및 합금화 용융아연도금강판(이하 GA강판)으로 나눌 수 있으며, GI강판은 철판에 용융아연을 도금한 강판으로서, 도금이 쉽고 내식성이 우수하여 자동차 차체로 많이 사용되고 있다.
최근 자동차용으로 사용되는 강판은 충돌안정성 및 연비향상을 위해 고강도화가 꾸준히 진행되고 있다. 그러나 강도를 높일 경우 상대적으로 연성이 떨어지는 문제점이 있다.
강도 향상과 더불어 연성을 높이기 위해 최근에는 강 중에 Mn, Si 및 Al을 첨가한 Dual Phase(Ferrite and Martensite Phase, 이하, DP)강, Complex Phase(Ferrite, Martensite and Precipitate Phase, 이하 CP)강, TRIP(Transformation Induced Plasticity)강, TWIP(Twin Induced Plasticity)강 등 고강도강 개발이 활발히 진행되고 있다. 이와 같이 강 중에 Mn, Si, Al을 첨가할 경우 강도 향상과 더불어 연성을 높인 강판을 제조할 수가 있다.
통상, 융융아연도금강판은 Al을 함유한 아연도금욕에 강판을 침지하여 도금층을 형성한 것으로서, 이러한 도금에 의해 소지강판과 아연도금층 계면에 합금화 억제층(Fe2Al5-xZnx)을 형성시키게 되고, 상기 합금화 억제층은 소지강판과 아연도금층 간의 밀착력을 증가시키는 역할을 하게 된다.
그러나, Si, Mn, Al등이 포함된 강판을 소둔하게되면 강판 표면에 산화물이 형성되게 되고 이들 산화물로 인해 강판이 도금욕중으로 들어가면, 도금욕중 Al과 소지강판의 반응을 억제하고 합금화 억제층의 형성을 방해하여 아연의 젖음성 불량 및 도금박리가 발생하게 된다. 산화물이 존재하는 부위에서는 아연의 젖음성이 나빠 아연이 부착되지 않지만, 산화물이 존재하지 않는 부위 또는 소지강판의 철이 아연으로 확산하는 것을 차단하지 못할 만큼 얇게 존재하는 부위에서는 Fe-Zn 합금층을 생성하게 된다. 이러한 Fe-Zn합금층이 생성 및 성장하면서 인접한 산화물의 전부 또는 일부를 침식시켜 미도금을 개선한다
상기와 같이 고강도강 중 Si, Mn 등이 소둔과정에서 표면으로 확산하여 산화물을 형성하는 것을 방지하기 위한 방법으로, 일본 특허공개 제2002-322551호에서는 소둔전 강판에 철을 10g/m2 부착량으로 선도금한 후 환원소둔을 실시하면, 소지강판의 철 중의 Si와 Mn이 Fe 선도금층으로 확산되지만, 통상적인 소둔 온도 및 시간 동안에는 표면까지 확산하지 못해, 표면에는 산화물이 존재하지 않아, 도금표면이 우수한 강판을 제조할 수 있는 방법이 게시되어 있다. 그러나 환원소둔 동안에 Si, Mn 등 산화성 성분이 표면까지 확산하는 것을 억제하기 위해서는 일본 특허공개 제2002-322551호의 실시예에서와 같이 선도금 부착량을 10g/m2만큼 두껍게 하여야 한다. 이 경우 두꺼운 선 도금층을 형성하기 위한 전기도금설비가 커지고, 이로 인한 비용 증가가 수반되는 문제가 있다.
또한 대한민국 공개특허 제2010-0030627호에는 소둔과정에서 공기와 연료를 공연비 0.80 내지 0.95로 포함하는 산화성 분위기의 직접 화염로(direct flame furnace) 내에서 상기 강판을 산화시켜 강판 내부의 일정한 깊이까지 Si, Mn 또는 Al 단독 혹은 복합산화물을 포함한 철 산화물을 형성시킨 후, 환원성 분위기에서 환원 소둔시켜 철 산화물을 환원하고 용융아연도금을 실시함으로써 도금품질이 우수한 용융아연도금 또는 합금화 용융아연도금 강판을 제조하는 방법이 제시되어 있다. 이와 같이 산화 및 환원 후에 표층부에는 주로 환원된 철 성분으로 구성되어 있기 때문에 용융도금시 도금 부착성이 우수하여 미도금을 획기적으로 개선할 수 있는 장점이 있지만, 환원된 철층 아래에 존재하는 산화물층으로 인해 강판을 프레스 가공시 환원층과 소지강판의 철 사이에 존재하는 산화물층이 취약하여 그 부위에서 밀착력이 크게 떨어지는 문제가 발생한다.
따라서 도금욕 중에 Al이 첨가되면 아연도금욕의 유동성이 높아지고, 높은 온도의 아연도금욕 중에서 소지강판이 과다하게 용출되는 것을 방지하기 위해, 아연도금욕 중에 Al을 0.12 내지 0.25중량% 첨가하는 것이 일반적이다.
그러나 Si, Mn, Al 등 산화가 용이한 성분을 다량으로 포함하는 고강도강의 경우에는, 소둔과정에서 표면에 이들 산화물이 농화되어 표면에 다량 존재한다. 표면산화물이 형성된 강판을 Al이 0.12 내지 0.25중량% 첨가된 아연도금욕 중에서 도금을 실시하게 되면 강판 계면에 Fe-Al 화합물 층이 형성된다. 이에 따라 계면에 Al이 농화되고, 또한 표층부에도 Al 산화물이 존재하게 된다. 따라서 이러한 강판을 점 용접(Spot welding) 하게 되면 표면의 Al 산화물이 통전을 방해하고, 계면의 Fe-Al화합물 층은 점 용접과정에서 저항열이 발생할 때 소지강판의 철이 도금층으로 확산하는 것을 저해한다. 이에 따라 저융점의 아연도금층이 융해 및 증발이 일어나 비산할 뿐만 아니라 융해된 아연과 용접 전극간의 합금화가 일어나 통전을 방해하게 되어 연속으로 용접할 경우 용접가능 타점수가 감소하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 고강도 용융아연도금강판의 표면품질 및 도금 밀착성을 향상시키고자 한다.
또한 본 발명은 상기 표면품질 및 도금 밀착성이 우수한 고강도 용융아연 강판의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 소지강판을 탈지하는 단계; 상기 탈지된 소지강판을 소둔로에서 소둔하는 단계; 상기 소둔된 소지강판을 제 1 냉각하는 단계; 상기 냉각된 소지강판을 아연도금욕에 침지하여 도금하는 단계; 및 상기 도금된 소지강판을 제 2 냉각하는 단계를 포함하고, 상기 소지강판은 Mn, Si 및 Al로 구성된 그룹으로부터 선택된 2종 이상을 포함하는 제 1 성분 및 C, Mo, Cr, P, Ti, Nb, Ni, Cu, V, B, Sn, Sb로 구성된 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 제 2 성분을 포함하고, 상기 제 1성분은 Mn: 0.2 내지 25 중량%, Si: 0.05 내지 3.0 중량%, Al: 0.1 내지 8.0 중량%를 각각 포함하고, 상기 제 2성분은 C: 0.0001 내지 0.5 중량%, Mo: 0.5 중량% 이하, Cr: 1.0 중량% 이하, P: 0.03 중량% 이하, Ti: 0.2 중량% 이하, Nb: 0.2 중량% 이하, Ni: 1.0 중량% 이하, Cu: 1.0 중량% 이하, V: 0.2 중량% 이하, B: 0.1 중량% 이하, Sn: 1 중량% 이하, Sb: 0.5 중량% 이하를 각각 포함하고, 조성의 잔부가 철 및 제련에 따른 불가피한 불순물이고; 상기 소지강판 상부에 형성된 Fe-Zn합금층; 및 상기 Fe-Zn합금층 상부에 형성된 아연도금층으로 구성된 표면품질, 도금 밀착성 및 용접성이 우수한 용융아연도금강판 제조방법을 제공한다.
상기 제 1성분은 0.3 내지 30중량% 범위로 포함하는 것이 바람직하다.
상기 Fe-Zn 합금층은 제타(ζ, FeZn13)상, 델타1(δ1, FeZn7)상, 또는 감마1(Γ1, Fe5Zn21)의 단상 또는 복합상의 형태로 구성될 수 있다.
또한, 상기 Fe-Zn 합금층은 두께가 소지강판을 제외한 전체 도금층을 기준으로 10 내지 60%인 것이 바람직하다.
상기 Fe-Zn 합금층은 Fe의 함량이 3 내지 30 중량%인 것이 바람직하다.
또한, 상기 아연도금층은 Al을 0.1중량% 미만으로 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소둔로는 내부 이슬점이 -70 내지 -30℃인 것이 바람직하고, 부피비로 1 내지 5% 수소와 조성의 잔부가 질소 및 불가피한 불순물로 구성된 분위기 가스를 포함할 수 있다.
상기 소둔은 소둔로에서 720 내지 850℃까지 가열하고, 10 내지 70초 유지하여 이루어진다.
상기 제 1 냉각단계는 부피비로 1 내지 70% 수소와 조성의 잔부가 질소 및 불가피한 불순물로 구성된 가스를 사용하여 300 내지 600℃ 이하로 냉각시키는 것이 바람직하다.
상기 아연도금욕은 0.08 중량% 미만의 Al과 조성의 잔부가 아연 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 도금은 440 내지 480℃의 아연 도금욕 중에 2 내지 8초 침지하여 이루어진다.
본 발명에 따르면, 고강도 용융아연도금강판의 표면품질, 도금 밀착성 및 용접성을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 표면품질, 도금 밀착성 및 용접성이 우수한 고강도 용융아연 강판을 제조할 수 있다.
본 발명은 소지강판을 탈지하는 단계; 상기 탈지된 소지강판을 소둔로에서 소둔하는 단계; 상기 소둔된 소지강판을 제 1 냉각하는 단계; 상기 냉각된 소지강판을 아연도금욕에 침지하여 도금하는 단계; 및 상기 도금된 소지강판을 제 2 냉각하는 단계를 포함하고, 상기 소지강판은 Mn, Si 및 Al로 구성된 그룹으로부터 선택된 2종 이상을 포함하는 제 1 성분 및 C, Mo, Cr, P, Ti, Nb, Ni, Cu, V, B, Sn, Sb로 구성된 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 제 2 성분을 포함하고, 상기 제 1성분은 Mn: 0.2 내지 25 중량%, Si: 0.05 내지 3.0 중량%, Al: 0.1 내지 8.0 중량%를 각각 포함하고, 상기 제 2성분은 C: 0.0001 내지 0.5 중량%, Mo: 0.5 중량% 이하, Cr: 1.0 중량% 이하, P: 0.03 중량% 이하, Ti: 0.2 중량% 이하, Nb: 0.2 중량% 이하, Ni: 1.0 중량% 이하, Cu: 1.0 중량% 이하, V: 0.2 중량% 이하, B: 0.1 중량% 이하, Sn: 1 중량% 이하, Sb: 0.5 중량% 이하를 각각 포함하고, 조성의 잔부가 철 및 제련에 따른 불가피한 불순물이고; 상기 소지강판 상부에 형성된 Fe-Zn합금층; 및 상기 Fe-Zn합금층 상부에 형성된 아연도금층으로 구성된 표면품질, 도금 밀착성 및 용접성이 우수한 용융아연도금강판 제조방법에 관한 것이다.
상기와 같은 조성의 소지강판은 통상의 방법으로 도금할 경우 미도금의 문제가 심각하게 되는 강판이므로, 본 발명의 효과가 더욱 유리하게 나타날 수 있다.
본 발명에 따른 용융아연도금강판은 IF (Interstitial Free) 고강도강, Dual Phase (Ferrite and Martensite Phase, 이하, DP)강, Complex Phase (Ferrite, Martensite and Precipitate Phase, 이하 CP)강, TRIP(Transformation Induced Plasticity)강, TWIP(Twin Induced Plasticity)강일 수 있다.
상기 소지강판은 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 냉간압연 강판을 사용하는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명에 따른 표면품질, 도금 밀착성 및 용접성이 우수한 용융아연도금강판을 얻기 위해, 하기 원소를 포함하는 소지강판이 제공된다.
상기 소지강판은 Mn, Si 및 Al로 구성된 그룹으로부터 선택된 2종 이상을 포함하는 제 1 성분 및 C, Mo, Cr, P, Ti, Nb, Ni, Cu, V, B, Sn, Sb로 구성된 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 제 2 성분을 포함하고, 조성의 잔부가 철 및 제련에 따른 불가피한 불순물로 구성된다.
상기 제 1성분은 Mn: 0.2 내지 25 중량%, Si: 0.05 내지 3.0 중량%, Al: 0.1 내지 8.0 중량%를 각각 포함하는 것이 바람직하다.
상기 Mn은 경화능을 향상시켜서, 항복강도를 높인다. 또한, 오스테나이트의 형성을 촉진하여 마르텐사이트 변태 개시 온도 (Ms)를 낮추고, 이에 따라 오스테나이트를 안정화시킨다. Mn의 함량이 0.2 중량% 미만일 경우 경화능을 향상시키기에는 불충분하고, 25 중량% 초과일 경우 고온에서 Mn이 산화되어 연속 주조 또는 열간 압연 중에 내부에 크랙을 유발할 수 있다.
상기 Si는 강의 항복강도를 향상시킴과 동시에 실온에서 페라이트 및 잔여 오스테나이트를 안정화시킨다. Si는 냉각시 오스테나이트로부터 시멘타이트의 석출을 억제하고, 탄화물의 성장을 저지함으로써, TRIP (변태유기소성: transformation-induced plasticity) 효과를 얻기에 충분한 양의 잔여 오스테나이트를 안정화시키는데 기여한다. Si의 함량이 0.05 중량% 미만일 경우, 소지강판의 항복강도를 향상시키기에는 불충분하고, 3.0 중량% 초과일 경우 오스테나이트 온도가 높아지기 때문에 통상 오스테나이트역에서 압연하게 되는 열간 압연이 어려워진다.
상기 Al은 Si와 마찬가지로, 소지강판이 냉각될 때, 페라이트를 안정화시키고 페라이트의 형성을 촉진시키며, 페라이트 결정을 미세화시킨다. Al의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우, 페라이트를 안정화시키기에는 불충분하고, 8.0 중량% 초과일 경우 페라이트 온도가 높아지기 때문에 열간 압연이 어려워진다.
상기 제 1성분은 2이상의 성분이 소지강판에 포함될 경우 상기 2이상의 성분의 합은 0.3 내지 30중량%인 것이 바람직하다. 상기 2이상의 성분의 합이 0.3중량% 미만일 경우 산화 용이한 성분인 Mn, Si 및 Al의 함량이 적어 고강도강으로서의 역할을 할 수 없고, 30중량% 초과일 경우 특수강에 해당되어, 자동차, 가전 및 건재용 강판으로 사용되지 않는다.
상기 제 2성분은 C, Mo, Cr, P, Ti, Nb, Ni, Cu, V, B, Sn, Sb로 구성된 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 또한 상기 제 2성분은 C: 0.0001 내지 0.5 중량%, Mo: 0.5 중량% 이하, Cr: 1.0 중량% 이하, P: 0.03 중량% 이하, Ti: 0.2 중량% 이하, Nb: 0.2 중량% 이하, Ni: 1.0 중량% 이하, Cu: 1.0 중량% 이하, V: 0.2 중량% 이하, B: 0.1 중량% 이하, Sn: 1 중량% 이하, Sb: 0.5 중량% 이하를 각각 포함하는 것이 바람직하다.
C는 0.0001 내지 0.5 중량% 포함하는 것이 바람직하다. 탄소는 소지강판의 연성과 강도 밸런스를 맞추기 위해 첨가량이 조절된다. 즉 탄소 함량이 낮을수록 소지강판의 강도는 감소하고 연신율은 증가한다. 따라서 강도가 비교적 낮고 연성이 높은 강판을 제조하기 위해서는 적은 양의 탄소가 첨가된다. 탄소의 함량이 0.0001 중량% 미만일 경우, 탈탄 비용이 증가하는 문제점이 있고, 0.5 중량% 초과일 경우 용접성이 떨어지는 문제점이 있다.
Mo, Cr, P, Ti, Nb, Ni, Cu, V, B, Sn, Sb는 첨가하지 않아도 표면품질, 도금 밀착성 및 용접성을 얻는데 큰 문제는 없다.
다만, 0.5 중량% 이하의 Mo은 마르텐사이트의 형성을 촉진하고, 내식성을 증가시킨다. Mo의 함량이 0.5 중량% 초과일 경우, 용접 구역에서 저온 균열이이 촉진되고, 소지강판의 인성을 저하시킬 수 있다. 이에 따라 소지강판의 제조비용이 상승하는 문제점이 있다.
또한, 1.0 중량% 이하의 Cr은 소지강판 중에 미세한 탄화물을 형성하여 굽힘가공시 크랙발생을 억제한다. 다만, Cr의 함량이 1.0 중량% 초과일 경우 아연의 젖음성을 저해하는 문제점이 있다.
또한, 0.03 중량% 이하의 P는 탄화물의 석출을 억제함으로써 잔여 오스테나이트의 안정도를 증가킨다. 다만 P의 함량이 0.03 중량% 초과일 경우, 취성을 일으키는 문제점이 있다.
0.2 중량% 이하의 Ti는 항복강도를 향상시킨다. 다만 Ti의 함량이 0.2 중량% 초과일 경우 인성을 저하시킨다.
0.2 중량% 이하의 Nb은 탄질화물의 석출을 향상시키고, 이로써 항복강도를 증가시킨다. 다만 Nb의 함량이 0.2 중량% 초과일 경우 용접성 및 고온 성형성이 악화된다.
1.0 중량% 이하의 Ni은 항복 강도를 증가시킨다. Ni의 함량은, 높은 비용으로 인해, 일반적으로 1.0 중량% 로 제한된다.
1.0 중량% 이하의 Cu는 항복 강도를 증가시키며, 소둔과정에서 Si, Mn, Al 등의 산화성 성분들의 표면확산을 방해하는 성분이지만, 높은 비용으로 인해, 일반적으로 1.0 중량%로 제한된다.
0.2 중량% 이하의 V는 결정립 미세화에 의해 항복 강도를 향상시키고, 강의 젖음성을 향상시킨다. 다만 V의 함량이 0.2 중량% 초과일 경우, 강의 인성이 악화되고, 용접부에 크랙이 발생할 위험이 있다.
0.1 중량% 이하의 B는 소량으로도 항복 강도를 크게 향상시킨다. 다만 B의 함량이 0.1 중량% 초과일 경우 저온취성이 발생할 수 있으며, 아연의 젖음성을 해치는 문제점이 있다.
Sn과 Sb는 소둔과정에서 입계에 편석되어 표면산화유발 성분인 Si, Mn 또는 Al이 입계를 통해 표면으로 확산하는 것을 억제시키는 효과가 있으나, 너무 많은 양이 첨가되면 입계취성을 유발하므로 각각 1 중량% 이하의 Sn 및 0.5 중량% 이하의 Sb로 제한함이 바람직하다
조성의 잔부는, 철 및 통상적으로 발견될 것으로 예상되고 강의 제련에 따라 발생하는 불순물인 다른 원소이며, 여기서 이들의 비율은 원하는 특성에 영향을 미치지 않는다.
상기한 조성을 갖는 강판은, 용융아연도금하려면 우선 소둔을 실시해야하고 소둔과정에서 불가피하게 강판 표면에 Si, Mn, Al등의 산화물이 형성된다.
상기 소지강판은 상부에 Fe-Zn 합금층이 형성된다. 상기 Fe-Zn 합금층은 소지강판을 아연도금한 후, 소지강판의 철이 아연도금층으로 확산하면서 형성된 것이다
상기 Fe-Zn합금층의 예로는 철 함량이 낮은 제타(ζ, FeZn13)상, 델타1(δ1, FeZn7)상, 또는 감마1(Γ1, Fe5Zn21) 등이 있으며, 이외에 발견되지 않은 다른 Fe-Zn 합금층이 될 수 있다. 또한 본 발명의 Fe-Zn 합금상은 단상 형태뿐만 아니라, 복합상의 형태로도 형성될 수 있다.
또한, 상기 Fe-Zn합금층은 두께가 소지강판을 제외한 전체 도금층을 기준으로 10 내지 60%인 것이 바람직하다. 본 발명의 고강도강은 소둔 표면산화물이 존재하기 때문에 도금욕중에서 아연이 강판에 붙지 않는다. 따라서 도금욕중 Al을 0.08 중량% 미만 첨가하면, 도금욕중에서 Fe-Zn합금층이 형성되며, 표면산화물을 용출시키는 역할을 한다. 이렇게 형성된 Fe-Zn합금층은 강판 가공 후 점용접시에 발생하는 저항열로 인해, 도금층 전체의 합금화가 빨라져 도금층이 고융점의 Fe-Zn층이 된다. 이러한 Fe-Zn층은 아연의 비산을 억제하고 구리계열인 용접 전극과의 Zn의 합금화를 억제하여 고강도강의 수명을 연장하는 효과가 있다.
상기 Fe-Zn합금층은 두께가 소지강판을 제외한 전체 도금층을 기준으로 10%미만일 경우, 상기 수명을 연장하는 효과가 적고, 60%를 초과할 경우 Fe-Zn합금층의 경도가 높아 성형시 도금층의 일부가 탈락되는 문제점이 있다.
상기 Fe-Zn합금층은 Fe의 함량이 3 내지 30 중량%인 것이 바람직하다.
또한, 상기 Fe-Zn합금층의 상부에는 아연도금층이 형성된다. 이때, 상기 아연도금층은 Al을 0.1중량% 미만으로 포함하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 Al의 중량%가 0.02 미만인 것이 바람직하다. 도금층내의 Al이 0.1 중량% 이상인 경우에는 도금강판을 겹쳐 점용접할 경우, 표면 Al산화물이 통전을 발해하여 높은 전압과 전류가 필요하게 되므로 아연의 비산이 증가하는 문제점이 있다.
상기 소지강판은 표면에 존재하는 유분 또는 철분 등을 제거하기 위해 탈지를 실시한다. 상기 탈지는 통상적으로 사용되는 방법이라면 특별히 한정하지 않으나, 알칼리 탈지방법이 비용 측면에서 유리하다.
상기 탈지된 소지강판은 수세 및 건조를 거쳐 소둔로에 들어가게 된다.
상기 소둔로는 내부의 이슬점은 특별히 한정하지 않으나, -70 내지 -30℃로 유지하는 것이 바람직하다. 이슬점이 -70℃ 미만일 경우, 이슬점을 낮추기 위해서 소둔로 내부로 들어가는 가스의 정제가 필요하며, 이에 따라 비용이 증가하는 문제점이 있다. -30℃ 초과일 경우, Mn, Si, Al 등 산소와 친화력이 높은 성분의 일부 혹은 전부가 소지강판 내부에서 산화되어 내부산화물을 형성하는 문제점이 있다. 이러한 내부산화물은 용융아연도금강판의 강도와 인성을 감소시킨다.
상기 소둔로는 수소 1 내지 5%와 조성의 잔부가 질소 및 불가피한 불순물로 구성된 환원성 분위기 가스를 포함한다. 이는 압연과정에서 형성된 표면의 철산화물을 환원시키기 위함이다. 상기 수소의 부피비가 1% 미만일 경우 소지강판 표면에 생성된 철 산화물을 소둔과정에서 충분히 환원시키지 못해 소둔 후에도 강판표면에 그대로 존재할 가능성이 있다. 또한 5% 초과일 경우 수소가스의 안전성 및 경제성 측면에서 바람직하지 않다.
또한 상기 소둔은 상기 탈지된 소지강판을 소둔로에서 720 내지 850℃까지 가열시킨 후 10 내지 70초 동안 유지시키는 것이 바람직하다. 이는 충분한 부피비의 오스테나이트를 형성하기 위함이다.
보다 구체적으로, 상기 온도범위에서 상기 소지강판은 단상 또는 페라이트와 오스테나이트로 이루어진 2상 (dual phase) 미세조직이 형성된다. 720 ℃ 미만이면 냉간압연된 강판이 재결정이 충분히 일어나지 않아 목표로한 재질을 확보할 수 없고, 850 ℃ 초과이면, 규소, 알루미늄 및 망간의 외부 선택적 산화가 증대되어 강의 표면에 산화물이 매우 두껍게 형성되기 때문이다.
또한 본 발명에 의한 소지강판은 충분한 소둔을 위해 소둔로에서 가열 후 일정한 시간을 유지시켜 주는 것이 바람직하다. 10 초 미만의 시간동안 유지되면, 충분한 소둔이 이뤄지지 않고, 또한 70초 초과이면, 형성 후 강의 항복강도 (Re) 가 제한되고, 강의 경화능이 낮아지는 문제점이 있다.
또한 상기 제 1 냉각 단계는 상기 소둔된 소지강판을 부피비로 1 내지 70% 수소와 조성의 잔부가 질소 및 불가피한 불순물로 구성된 가스를 사용하여 300 내지 600℃ 이하로 냉각시키는 것이 바람직하다. 냉각된 강판은 도금욕에 침지되기전 도금욕 온도와 같거나 최대 30℃까지 높은 상태로 유지하여 도금욕에 침지되어야 한다. 강판 인입온도가 도금욕 온도보다 낮을 경우 강판과 처음 접촉하는 용융아연의 온도가 낮아져서 Fe-Zn반응이 느려지는 문제가 있으며, 30℃를 초과할 경우 Fe-Zn반응은 활발하게 일어나지만, 아연증발량이 증가하므로 바람직하지 않다.
상기 수소의 부피비가 1% 미만일 경우 냉각과정에서 철의 산화가 일어나는 문제점이 있고, 70% 초과일 경우 수소가스의 안전성 및 경제성 측면에서 바람직하지 않다.
상기 냉각된 소지강판은 아연도금욕에 침지하여 도금된다. 상기 아연도금욕은 0.08 중량% 미만의 Al과 조성의 잔부가 아연 및 불가피한 불순물을 포함한다.
아연도금욕에 Al을 포함하지 않는 경우, 소둔과정에서 강판표면에 산화물이 형성된 소지강판을 도금욕에 침지할 때, 산화물이 존재하지 않거나 얇게 형성된 부위에서 아연이 소지강판의 철과 반응하여 소지강판의 철이 용출되고, 상기 철이 용출되는 부위와 인접한 위치의 산화물층이 떨어져 나가면서 Fe-Zn합금층이 형성된다. 이러한 용출의 결과로 도금욕 중에서 강판표면 산화물 전부 혹은 대부분이 떨어짐으로써 Fe-Zn합금층이 형성되고, 이에 따라 아연의 젖음성이 우수하게 된다. 이로 인해 상기 Fe-Zn합금층 상에 아연 도금층이 형성되어 미도금이 없는 우수한 도금강판을 제조할 수 있다.
또한 아연도금욕에 Al의 함량이 0.08 중량% 미만 포함된 경우, 소둔과정에서 강판표면에 산화물이 형성된 소지강판을 도금욕에 침지할 때, 산화물이 존재하지 않는 부위에서 국부적으로 Fe-Al 화합물이 형성된다. 한편, 강판 표면 상에 산화물 또는 Fe-Al 화합물이 형성되지 않은 부위에서 아연이 소지강판의 철과 반응하여 소지강판의 철이 용출된다. 상기 철이 용출되는 부위와 인접한 위치의 Fe-Al 화합물 및 산화물이 떨어져 나가면서 Fe-Zn합금층이 형성된다. 이에 따라 아연의 젖음성이 우수하게 되고. 이로 인해 상기 Fe-Zn합금층 상에 아연 도금층이 형성되어 미도금이 없거나 적은 우수한 도금강판을 제조할 수 있다.
그러나, 아연도금욕에 Al의 함량이 0.08 중량% 이상일 경우, 소둔과정에서 강판표면에 산화물이 형성된 소지강판을 도금욕에 침지할 때, 산화물이 존재하지 않는 부위에 전체적으로 Fe-Al 화합물이 형성된다. 따라서, 강판 표면은 산화물 및 Fe-Al 화합물로 덮혀 소지강판으로부터 철이 용출되기 어려워지며, 소지 강판 상의 산화물층을 철의 용출을 통해 떨어뜨리는 효과를 얻을 수 없게 된다. 이로 인해, 양호한 도금 밀착성을 얻을 수 없으며, 우수한 표면 품질의 도금강판을 얻을 수 없다.
상기 도금은 상기 냉각된 소지강판을 440 내지 480℃의 아연도금욕 중에 침지하여 수행하는 것이 바람직하다. 이에 의해 소지강판의 철이 아연도금층까지 확산함으로써 Fe-Zn 합금층을 형성할 수 있다. 아연도금욕의 온도가 440℃ 미만일 경우 아연의 젖음성을 향상시킬 수 있을 정도의 Fe-Zn 합금층을 얻기 어렵고, 480℃ 초과일 경우 도금욕 상부의 공기중으로 아연 증발이 심해지는 문제점이 있다.
또한, 상기 도금은 상기 냉각된 소지강판을 상기와 같은 온도 범위의 아연도금욕 중에 2 내지 8초 동안 침지하여 수행하는 것이 바람직하다. 또한 상기 침지는 시간이 2초 미만일 경우 산화물 용출효과가 적고, 8초 초과일 경우 소지강판의 철 용출량이 증가하여 도금욕 내 드로스(Dross) 발생량이 증가하는 문제점이 있다.
또한 제 2냉각을 통해, 가열된 상기 소지강판을 상온까지 냉각시킨다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1 내지 8
본 발명에서 사용한 냉간압연 강판은 두께가 1.2mm로 동일한 A 내지 F 강종을 사용하였다. A 내지 F의 냉간압연 강판의 조성은 하기 표 1과 같고, 상기 냉각압연 강판은 알칼리 용액 중에서 탈지를 실시하여 표면의 이물질과 압연유를 제거하였다.
| 강종 | C | Mn | Si | Al | Mo | Cr | P | Ti | Nb | Ni | Cu | V | B |
| A | 0.001 | 1.3 | 0.1 | 0.01 | - | 0.01 | 0.015 | - | - | - | - | - | - |
| B | 0.05 | 1.8 | 0.5 | 0.03 | 0.01 | 0.05 | 0.015 | 0.001 | - | 0.01 | 0.01 | - | 0.0005 |
| C | 0.1 | 2 | 1.5 | 0.03 | - | 0.02 | 0.025 | - | 0.001 | - | - | 0.001 | - |
| D | 0.1 | 6 | 1.5 | 2 | - | - | 0.015 | - | - | 0.01 | 0.01 | - | - |
| E | 0.15 | 3 | 0.5 | 6 | - | - | 0.015 | - | - | 0.02 | - | - | - |
| F | 0.4 | 16 | 1.5 | 2 | 0.001 | 0.05 | 0.02 | - | - | 0.01 | 0.02 | - | - |
탈지가 완료된 시편은 하기 표 2에 나타낸 조건으로 연속소둔 용융도금설비의 가열 및 유지구간에서 이슬점온도, 수소농도, 소둔온도, 유지시간을 변경하여 소둔시켰다. 또한 냉각구간에서 수소농도와 온도를 변화시켜 냉각한 후 Al함량과 온도가 제어된 도금욕에 침지하여 도금을 실시하였다. 소둔 후 냉각온도가 480℃ 보다 높은 경우 480℃가 될 때까지 서냉하여 강판의 도금욕 인입직전의 온도는 480℃로 일정하게 하였으며, 480℃ 인입직전의 온도가 480℃보다 낮을 경우 추가로 가열 처리를 실시하였다.
| 구분 | 강종 | 가열 및 유지구간 | 냉각구간 | 도금욕 | |||||||
| 이슬점 온도(℃) |
수소 함량 (Vol%) |
소둔 온도 (℃) |
유지시간 (초) |
수소 함량 (Vol%) |
온도 (℃) |
유효Al함량 (중량%) |
온도 (℃) |
침지 시간 (초) |
|||
| 실 시 예 |
1 | A | -50 | 5 | 830 | 45 | 10 | 550 | 0 | 455 | 2 |
| 2 | B | -50 | 5 | 780 | 45 | 5 | 550 | 0 | 460 | 3 | |
| 3 | C | -65 | 2 | 800 | 60 | 60 | 400 | 0 | 460 | 3 | |
| 4 | D | -40 | 4 | 780 | 32 | 60 | 480 | 0 | 460 | 5 | |
| 5 | E | -45 | 5 | 790 | 25 | 5 | 440 | 0 | 445 | 5 | |
| 6 | F | -60 | 5 | 800 | 40 | 5 | 420 | 0.001 | 450 | 5 | |
| 7 | C | -60 | 5 | 780 | 50 | 10 | 550 | 0.01 | 460 | 5 | |
| 8 | F | -50 | 5 | 760 | 55 | 10 | 570 | 0.05 | 450 | 7 | |
| 비 교 예 |
1 | C | -50 | 5 | 780 | 45 | 10 | 500 | 0.2 | 458 | 3 |
| 2 | D | -60 | 5 | 780 | 43 | 5 | 400 | 0.24 | 457 | 5 | |
| 3 | E | -45 | 3 | 800 | 35 | 5 | 450 | 0.18 | 460 | 5 | |
| 4 | F | -45 | 3 | 800 | 40 | 5 | 400 | 0.11 | 460 | 3 | |
| 5 | D | -45 | 5 | 800 | 42 | 55 | 500 | 0 | 450 | 1 | |
| 6 | E | -60 | 3 | 780 | 48 | 10 | 380 | 0.02 | 425 | 3 | |
도금이 완료된 강판은 곧바로 도금 부착량이 편면기준 60g/m2이 되도록 에어 나이프(Air Knife)를 사용하여 조절한 후 상온까지 냉각하여 용융아연도금강판을 제조하였다.
도금이 완료된 용융도금강판은 육안으로 강판표면을 검사하여 미도금 존재 유무 및 정도에 따라 표면품질을 판정하였고, 30°V-Bending을 실시한 후 표면에 투명 테이프를 붙였다 떼어내어 테이프에 도금물질이 묻어나오는 정도로 도금밀착성을 평가하여 하기 표 3에 나타내었다. 또한, 도금층 중 Al, Zn, Fe함량을 분석하기 위해 소지강판의 철을 제외하고 Fe-Al합금층, Fe-Zn합금층 및 Zn도금층 전부를 용해한 후 ICP(Inductively Coupled Plasma spectrometry)분석법으로 분석하여 도금층 내 Al함량은 소지강판의 철을 제외한 평균 Al함량으로 하여 하기 표 3에 나타내었다. 또한 도금강판 단면을 절단하고 연마 및 에칭하여 전자현미경으로 도금층 단면을 3000배의 배율로 촬영된 사진에서 소지강판을 제외한 전체 도금층 중 계면의 Fe-Zn 합금층의 비율(Fe-Zn합금층(%) = Fe-Zn합금층 면적/(Fe-Zn합금층 + Zn 도금면적) *100)을 이미지 분석법(Image Analyzer)을 사용하여 분석하고 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
아연도금강판의 용접성 평가는 강판을 겹친 후 점용접기로 계속해서 용접을 실시하면서 용접 너깃(Nugget) 크기를 측정하여 너깃 반지름이 4√t (t는 강판두께)보다 큰 최대 타점수를 용접성으로 평가하였다.
| 구분 | 강종 | 도금층내 Al함량(중량%) | Fe-Zn합금층 면적비(%) | 표면품질 | 도금밀착성 | 용접성 (연속타점수) |
|
| 실 시 예 |
1 | A | 0 | 42 | ◎ | ◎ | 3400 |
| 2 | B | 0.001 | 48 | ◎ | ◎ | 3240 | |
| 3 | C | 0.001 | 25 | ◎ | ◎ | 2873 | |
| 4 | D | 0.008 | 27 | ◎ | ◎ | 2780 | |
| 5 | E | 0.011 | 19 | ◎ | ◎ | 2750 | |
| 6 | F | 0.004 | 36 | ◎ | ◎ | 2640 | |
| 7 | C | 0.015 | 32 | ○ | ◎ | 2759 | |
| 8 | F | 0.065 | 24 | ○ | ◎ | 2440 | |
| 비 교 예 |
1 | C | 0.64 | 0.5 | X | X | 1780 |
| 2 | D | 0.77 | 0 | X | X | 1547 | |
| 3 | E | 0.58 | 0 | X | X | 1429 | |
| 4 | F | 0.22 | 4.5 | X | △ | 1650 | |
| 5 | D | 0.006 | 2.1 | △ | △ | 2773 | |
| 6 | E | 0.037 | 0 | X | X | 2418 | |
※ 표면품질:
◎ 극히 우수 (도금강판 10m2내에 미도금이 전혀 없는 강판)
○ 우수(0.5mm 미만의 점상 미도금이 100cm2당 2개 이하 관찰되는 강판)
△ 불량(0.5mm 내지 3mm크기의 점상 미도금이 100cm2 내에서 다량 관찰되는 강판)
X 극히 불량(3mm를 초과 하는 크기의 미도금이 100cm2 내에서 관찰되는 강판)
※ 도금밀착성:
◎ 박리 없음
△ 소량 박리(30°V-Bending된 면적의 20%미만에서 도금층이 탈락)
X 심한 박리(30°V-Bending된 면적의 20%이상에서 도금층이 탈락)
상기 표 2 및 3에 나타낸 바와 같이 본 발명에 부합되는 실시예 1 내지 8의 경우에는 A 내지 F의 냉간압연 강판을 사용하여 강판 표면에 이물질 제거를 위한 전처리를 실시한 후, 소둔로 내부 이슬점을 -70 내지 -30℃, 수소함량이 부피비로 1 내지 5% 및 나머지는 질소와 불가피한 불순물로 구성된 분위기 가스의 소둔로에서 상온에서부터 소둔 온도인 720 내지 850℃까지 가열시킨 후 10 내지 70초 동안 유지시키는 가열 및 유지시킨 후 강판을 부피비로 1 내지 70% 수소, 나머지가 질소 및 불가피한 불순물로 구성된 가스를 사용하여 600℃ 이하로 냉각시키고, Al을 포함하지 않거나 유효 Al농도가 중량%로 0.08중량% 미만으로 포함하고 나머지는 아연 및 불가피한 불순물을 포함하는 440 내지 480℃의 아연도금욕 중에 2 내지 8초 동안 침지하여 도금한 후 부착량을 제어하고 냉각하여 용융아연도금강판을 제조하였다.
실시예 2 내지 8에 의해 제조된 용융아연도금강판은 표면품질이 우수하거나 극히 우수하고, 도금밀착성 평가에서도 박리가 발생하지 않았으며, 도금층내 Al이 존재하지 않거나, 0.065중량% 이하로 존재하고 소지강판의 철 상부의 Fe-Zn합금층 면적비도 19 내지 48% 높아 연속타점수 평가에서도 2440타점 이상으로 우수하였다. 도금욕 중에 Al을 첨가하지 않은 경우에 도금층내 Al이 소량 존재하는 이유는 강중에 Al이 Fe와 함께 도금층으로 확산하여 Fe-Zn도금층을 만들 때 일부가 혼입된 것이다.
비교예 1 내지 8
비교예 1 내지 4의 경우, 상기 표 2 및 3에 나타낸 바와 같이 강 성분이 본 발명에서 한정한 범위 이내인 각각 다른 강종으로서, 가열 및 유지구간 조건, 냉각구간의 조건, 도금욕 온도 및 도금욕 침지시간은 본 발명 범위를 만족하지만, 도금욕 중 Al함량이 본 발명에서 한정한 범위보다 높아, 도금후 표면품질이 극히 불량하였으며, 도금밀착성 평가에서도 소량 박리 및 심한 박리가 발생하였으며, 소지강판의 철 상부의 Fe-Zn합금층의 면적비도 4.5% 이하로 낮아 연속타점수도 2000타점 미만으로 불량하였다.
한편 비교예 5의 경우에는, 상기 표 2 및 3에 나타낸 바와 같이 강 성분, 가열 및 유지구간 조건, 냉각구간의 조건, 도금욕 중 Al함량및 도금욕 온도는 본 발명 범위를 만족하지만, 도금욕 침지시간이 본 발명에서 한정한 범위보다 짧은 경우로서, 강판표면 산화물이 도금욕내에서 충분히 용출되지 않아 표면품질이 불량하고 도금박리도 소량 발생하였다.
비교예 6의 경우에는, 상기 표 2 및 3에 나타낸 바와 같이 강 성분, 가열 및 유지구간 조건, 냉각구간의 조건, 도금욕 중 Al함량 및 도금욕 침지시간은 본 발명 범위를 만족하지만, 도금욕 온도가 본 발명에서 한정한 범위보다 낮은 경우로서, 도금욕 중에서 소지강판의 철과 아연의 반응이 느리기 때문에 산화물 탈락이 미미하여 도금표면품질이 극히 불량하고 도금박리도 심하게 발생하였다.
Claims (12)
- 소지강판을 탈지하는 단계;
상기 탈지된 소지강판을 소둔로에서 소둔하는 단계;
상기 소둔된 소지강판을 제 1 냉각하는 단계;
상기 냉각된 소지강판을 아연도금욕에 침지하여 도금하는 단계; 및
상기 도금된 소지강판을 제 2 냉각하는 단계를 포함하고,
상기 소지강판은 Mn, Si 및 Al로 구성된 그룹으로부터 선택된 2종 이상을 포함하는 제 1 성분 및 C, Mo, Cr, P, Ti, Nb, Ni, Cu, V, B, Sn, Sb로 구성된 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 제 2 성분을 포함하고,
상기 제 1성분은 Mn: 0.2 내지 25 중량%, Si: 0.05 내지 3.0 중량%, Al: 0.1 내지 8.0 중량%를 각각 포함하고,
상기 제 2성분은 C: 0.0001 내지 0.5 중량%, Mo: 0.5 중량% 이하, Cr: 1.0 중량% 이하, P: 0.03 중량% 이하, Ti: 0.2 중량% 이하, Nb: 0.2 중량% 이하, Ni: 1.0 중량% 이하, Cu: 1.0 중량% 이하, V: 0.2 중량% 이하, B: 0.1 중량% 이하, Sn: 1 중량% 이하, Sb: 0.5 중량% 이하를 각각 포함하고,
조성의 잔부가 철 및 제련에 따른 불가피한 불순물이고;
상기 소지강판 상부에 형성된 Fe-Zn합금층; 및
상기 Fe-Zn합금층 상부에 형성된 아연도금층으로 구성된 표면품질, 도금 밀착성 및 용접성이 우수한 용융아연도금강판 제조방법. - 제 1항에 있어서, 상기 제 1성분은 0.3 내지 30 중량% 범위로 포함하는 표면품질, 도금 밀착성 및 용접성이 우수한 용융아연도금강판 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 Fe-Zn합금층은 제타(ζ, FeZn13)상, 델타1(δ1, FeZn7)상, 또는 감마1(Γ1, Fe5Zn21)의 단상 또는 복합상의 형태로 구성된 표면품질, 도금 밀착성 및 용접성이 우수한 용융아연도금강판 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 Fe-Zn합금층은 두께가 소지강판을 제외한 전체 도금층을 기준으로 10 내지 60%인 표면품질, 도금 밀착성 및 용접성이 우수한 용융아연도금강판 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 Fe-Zn합금층은 Fe의 함량이 3 내지 30 중량%인 표면품질, 도금 밀착성 및 용접성이 우수한 용융아연도금강판 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 아연도금층은 Al의 중량%가 0.1미만인 표면품질, 밀착성 및 용접성이 우수한 용융아연도금강판 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 소둔로는 내부 이슬점이 -70 내지 -30℃인 표면품질, 도금 밀착성 및 용접성이 우수한 용융아연도금강판 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 소둔로는 부피비로 1 내지 5% 수소와 조성의 잔부가 질소 및 불가피한 불순물로 구성된 환원성 분위기 가스를 포함하는 표면품질, 도금 밀착성 및 용접성이 우수한 용융아연도금강판 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 소둔은 소둔로에서 720 내지 850℃까지 가열하고, 10 내지 70초 유지하는 표면품질, 도금 밀착성 및 용접성이 우수한 용융아연도금강판 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 제 1 냉각 단계는 부피비로 1 내지 70% 수소와 조성의 잔부가 질소 및 불가피한 불순물로 구성된 가스를 사용하여 300 내지 600℃로 냉각시키는 표면품질, 도금 밀착성 및 용접성이 우수한 용융아연도금강판 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 아연도금욕은 0.08 중량% 미만의 Al과 조성의 잔부가 아연 및 불가피한 불순물을 포함하는 표면품질, 도금 밀착성 및 용접성이 우수한 용융아연도금강판 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 도금은 440 내지 480℃의 아연도금욕 중에 2 내지 8초 침지하는 표면품질, 도금 밀착성 및 용접성이 우수한 용융아연도금강판 제조방법.
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