KR20160057998A - 내식성 및 표면품질이 우수한 아연-알루미늄계 합금도금강판의 제조방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건축내외장재 및 가전제품에 사용되는 내식성과 표면품질이 우수한 용융아연합금 도금강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 기존 고내식 용융아연도금강판 제조에 사용되어지는 Zn-Al-Mg계 용융아연 도금욕을 바탕으로 하고 있으며, 미량의 Ba첨가를 통하여 제조공정 중의 Mg 산화물을 억제하여 우수한 내식성 및 표면품질의 확보가 가능 하도록 하였다.
그 구성은 아연 알루미늄 합금도금강판을 아연 92~95중량%, 알루미늄 3~5중량%, 마그네슘 1~3중량%, 바륨 0.01~0.001중량%를 나머지가 불가피하게 포함되는 불순물인 도금욕에서 도금처리함으로써, 표면 및 전단면 내식성이 우수하고 표면외관이 미려한 아연-알루미늄계 합금도금강판의 제조가 가능하다. 도금층내의 Mg 성분에 의한 금속간화합물의 MgZn2상의 형성으로 우수한 내식성을 보이며, Ba첨가로 인한 도금욕상부MgO 산화피막 형성을 방지하여 우수한 내식성과 표면품질이 우수한 아연-알루미늄계 합금도금강판의 제조가 가능해진다.

Description

내식성 및 표면품질이 우수한 아연-알루미늄계 합금도금강판의 제조방법 및 그 장치{PRODUCTION METHOD FOR ZN-AL ALLOY COATED STEEL SHEET AND ITS PRODUCTION DEVICE}

본 발명은 내식성 및 표면품질이 우수한 아연-알루미늄계 합금도금강판의 제조방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

소지강판의 내식성을 확보하고자 하는 일환으로 아연도금은 경제성과 풍부한 자원을 바탕으로 널리 이용되고 있으며, 현재에도 가장 많이 이용되고 있는 도금강판의 한 종류이다. 또한, 이러한 아연도금강판의 내식성을 향상시키고자 많은 연구가 이루어져 그 가운데에서도 55%Al-Zn(일명 Galvalume) 알루미늄도금강판이 1960년대 후반에 제안되어 현재 우수한 내식성과 미려한 외관을 나타내고 있다.

이러한 알루미늄 도금강판은 아연 도금강판과 비교하여 내식성과 내열성이 우수하여 자동차 머플러, 가전제품, 내열소재 등에 많이 적용되고 있다.

예컨대 일본국 특개소 57-47861호의 철 중에 Ti을 함유하는 알루미늄강판, 특개소 63-184043호의 철 중에 C, Si, Cu, Ni 및 소량의 Cr을 함유하는 알루미늄 도금강판, 특개소 60-243258호의 망간 0.01??4.0%, 티타늄0.001??1.5%, 실리콘3.0??15.0%을 함유한 알루미늄도금강판 등이다.

또한 알루미늄과 철과의 반응에 의한 Fe - Al 합금층의 성장이나 철속으로 알루미늄금속의 급속한 확산 등을 억제하기 위해서 알루미늄 도금욕에 10%이하의 Si를 첨가하고 있다. 이 방법에 의해 제조된 도금강판은 비교적 가공성 및 내열성이 우수하므로 자동차의 머플러, 온수기, 난방기, 전기밥솥 내피 등과 같은 내열부품에 많이 사용되고 있다.

그러나 합금층의 형성 억제를 위하여 첨가되는 실리콘이 경우에 따라서는 오히려 도금강판의 표면외관을 해쳐 선명하지 못한 외관을 갖게되는 문제점이 발생되는데, 이러한 실리콘 첨가에 의한 표면외관의 손상은 소량의 마그네슘의 첨가로 어느 정도 해결되는 것으로 알려져 있다.(U.S. Patent No. 3,055,771 to Sprowl)

또한 최근에는 특히 자동차 배기가스계에 사용되는 부품의 수명의 장기화에 따라 알루미늄이 도금되는 강판에 Cr을 함유하는 강판이 개발되어지고 있다. 예를 들면 일본국 특개소 63-18043호의 1.8 - 3.0 %의 크롬을 함유하는 도금강판이나 특개소 63-47456호와 같이 Cr을 2-3%함유하는 강판 등이다.

한편, 위와 같은 Zn-Al 합금도금강판의 경우, 가공 절단부가 충분하게 내식성을 발휘하지 못하는 단점이 나타난다. 이러한 현상은 절단 단면부에 노출된 면이 아연-알루미늄 합금층으로 인하여 철의 부식을 막는 희생방식성 아연의 저감으로 인한 내식성 저하의 요인에 기인된 것이다. 또한, Zn-Al합금도금강판은 이종의 합금상을 가지지 않는 형태로 도금층이 형성됨으로 굴곡가공이나 드로잉 가공후 사용시에 경계면이 취약하여 가공후 내식성이 열하되는 단점을 가지고 있다.

이러한 특성을 개선하고자 한국등록특허 제10-0586437호의 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg-Si 합금도금강판의 강재에 있어서 Al 45~70 중량%, Mg 3~10중량%, Si 3~10중량%, 나머지가 Zn 및 불가피한 불순물로 이루어지는 도금욕에서 도금처리하는 방법이 제안된 바 있고, 한국등록특허 10-0928804호에는 내식성 및 가공성이 우수한 Zn-Al-Mg 합금도금강판 등이 제안되었다.

본 발명은 기존의 아연-알루미늄 조성 도금욕에 아연을 베이스로하여 마그네슘 및 바륨을 적절한 함량으로 동시에 도금욕조에 첨가하여 내식성과 표면품질이 우수한 아연-알루미늄계 합금도금강판의 도금방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 Zn-Al-Mg-Ba 조성계 도금을 함에 있어 발생하는 표면드로스(TOP DROSS)발생 및 소지강판에 흡착으로 인한 외관품질 저해문제를 해결하기 위하여 도금욕조의 표면으로부터 올라오는 도금강판의 둘레를 질소가스로 둘러싸서 상기 도금강판의 표면에 산화피막이 형성되는 것을 더욱 억제하는 질소장막형성장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 수단으로 본 발명은 아연 92~95중량%, 알루미늄 3~5%중량%, 마그네슘 1~3중량%, 바륨 0.01~0.001중량%를 반드시 포함하며, 나머지가 불가피하게 포함되는 불순물인 도금욕에서 도금처리함으로써, 내식성과 표면품질이 우수한 아연-알루미늄계 합금도금강판의 제조방법을 개시한다.

도금층은 일반적인 GI 도금에서의 Zn 단상을 기저로 하여 Al상, MgZn₂상, Al-Zn-Mg혼재상이 복합적으로 혼재된 조직을 형성한다.(도면 1 및 2 참조)

도금부착량은 저부착량에 따른 조직의 불안정 성장에 따른 내식성의 저하와 고부착량에 따른 경제성의 불합리를 기준으로 20~150g/m²(편면 기준)으로 설정함이 바람직하다.

Zn-Al 합금도금강판의 제조에 있어서 도금욕의 온도는 400~480℃로 하고, 도금후의 냉각속도는 15~60℃/sec로 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 도금욕 상부에서 발생하는 Zn, Al, Mg 산화물을 억제하고 도금층 표면에 흡착을 차단하기 위하여 Air Knife 하단부에 산화억제를 용이하게 하는 질소커튼 구간을 통과하여 표면외관 품질을 향상하는 것을 특징으로 한다.

즉 본 발명은 상기 아연-알루미늄계 합금도금강판을 제조하기 위한 도금욕조 표면과 에어나이프 설비 사이에 설치되어 상기 도금욕조에서 올라오는 도금강판의 둘레에 질소장막을 형성하기 위한 장치를 제공한다.

이러한 장치는 상기 도금욕조의 표면에서 일정거리 이격되어 상기 도금강판의 둘레를 따라 상기 도금욕조의 표면방향으로 질소가스를 배출하기 위한 하단질소배출바와 상기 하단질소배출바의 측면에서부터 상기 도금강판방향으로 상향경사지게 연장되는 측면커버와 상기 측면커버의 상단에 형성되어 하방으로 질소가스를 배출하는 상단질소배출바를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따르면, 도금욕 성분의 비를 적절히 조절하여 금속간화합물층 및 결정립의 크기를 제어하여 가공성과 내식성이 우수한 아연-알루미늄 합금도금강판의 제조가 가능하다.

또한 도금욕조에 적절한 비율의 Ba을 첨가하고 도금욕조로부터 올라오는 도금강판의 주변을 질소장막으로 둘러싸서 도금강판의 표면에 MgO 산화피막이 형성되는 것을 억제하여 도금층 표면품질을 저하시키는 단점을 해결하였다.

따라서, 건축 내외장재, 가전용 부품 및 내열용 소재 등의 내식성이 요구되는 분야에 널리 이용될 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명의 GI 도금욕 베이스 Mg-Al-Ba 첨가 도금강판 표면의 5,000배 확대사진이고,
도 2는 본 발명의 GI 도금욕 베이스 Mg-Al-Ba 첨가 도금강판 단면의 2,000배 확대사진이다.
도 3은 본 발명의 질소댐설비(질소장막형성장치)의 평면 모식도이고,
도 4는 도 3의 A-A'단면을 모식적으로 그린 도면이고,
도 5는 도 3의 정면도를 모식적으로 표현한 도면이다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 방법에서 도금욕조는 92~95중량%의 아연을 포함한다. 아연은 소지철보다 희생방식성을 가져 부식을 억제하는 역할을 한다. 92 중량% 이상의 확보가 필요한데, 이는 이 이하가 되면 도금욕의 온도가 상승하게 되고 이로 인한 Top 드로스의 증가와 함께 조업상의 지장을 초래하는 작업성이 나빠지게 된다. 또한, 95 중량% 이상의 경우는 도금강판의 비중의 상승으로 인한 원가가 상승하여 경제성이 저하하게 된다.

본 발명 도금욕조는 1~3중량%의 마그네슘을 포함한다.

상기 알루미늄과 함께 첨가되는 마그네슘의 도금층에 대한 영향은 도금층에 접하고 있는 공기 중의 산소와 결합하여 부동태 피막을 형성하여 합금층 내부로 산소가 확산되는 것을 방지하고, 추가적인 부식현상을 저지하여 내식성을 개선시킨다.

만일 마그네슘의 첨가량이 1중량% 이하이면 분산도 및 산화특성으로 인한 내식성 개선 효과가 적고, 3중량%를 초과하면 도금욕이 포화됨과 동시에 용융점이 높아져서 작업성이 저하되고 지속적인 상부드로스의 발생으로 표면품질이 저하하는 문제점으로 제조원가의 상승과 함께 생산공정상의 문제점이 증가하게 된다. 그러므로 마그네슘의 첨가량은 1.0~3.0중량%인 것이 바람직하다.

본 발명의 방법에서 도금욕조는 3~5 중량%의 알루미늄을 포함한다. 알루미늄의 함량이 3 중량% 이하에서는 도금층에 알류미늄에 의한 방식효과를 충분히 발현하지 못하여 내식성 향상효과가 부족하며 5 중량% 이상에서는 도금욕의 온도가 상승이 필요하며 이로 인한 Top 드로스의 증가와 함께 젖음성의 저하로 조업상의 지장을 초래하여 작업성이 나빠지게 된다.

도금욕에 첨가되는 바륨은 도금용탕 계면에 발생하는 마그네슘 산화물의 생성을 억제함으로 인하여 마그네슘 미세산화 피막이 도금강판 표면에 부착되어 외관품질을 저해하는 현상을 방지한다.

Mg용탕에 Ca, Be, Al, Sr 등을 첨가할 경우 고온에서도 용탕의 산화 및 발화가 상당히 억제되는 것으로 알려져 있다. 본 발명에서 바륨을 첨가하여 용탕의 산화력을 억제하는 방법의 메커니즘은 바륨 첨가에 의해 Mg용탕의 발화온도는 200℃ 이상 증가하는데 바륨의 첨가에 의해 Mg합금의 발화온도가 상승하는 것은 일반적으로 표면에 형성되는 산화층이 다공질의 산화층에서 치밀한 산화층으로 변화하여 산소의 유입을 효과적으로 차단 가능하다.

본 발명은 도금욕의 Air Knife 하단부에 질소 커튼 설치를 통하여 산화억제분위기를 조성하며 TOP DROSS 부유물이 소지강판에 흡착하지 못하도록 한다. 소지 강판(Strip)이 도금욕에 침적후 욕계면에 상승시 발생하는 산화물을 산소와의 반응을 최소한으로 차단하여 억제 가능하며, 생성된 산화물이 소지강판에 접근하는 것을 차단하여 표면흡착을 방지 할 수 있다. 또한 Air Knife와 일체형으로 제작되어 도금부착량 제어시 용탕과 Knife 간극을 최소화 하여 도금부착량 제어가 용이하며, 하단부의 온도를 일정부분 감소시키는 부가적인 효과로 인하여 도금후 냉각속도 상승에 따른 표면품질 향상 효과를 실현할 수 있다.

Mg을 첨가한 도금강판 제품이 일반적인 GI, GL 도금욕의 경우보다 표면의 외관품질에 문제를 발생시키는 경우가 매우 많다. 이는 Mg원소의 특성인 산화성 때문에 발생되는 문제이다. Mg는 산화성이 매우 높은 원소로써 온도가 높은 도금욕조에서는 산화 반응성이 특히 높아지며 이로 인하여 기타원소와 결합한 산화물 또는 Mg 미세산화물이 Strip에 협착되어 도금강판 표면의 품질저하 문제를 발생시킨다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 도금욕조(포트)로부터 나오는 용탕에 침적된 strip이 대기중에 노출되어 냉각이 진행되는 구간에 산화를 방지하기 위한 무산화성 분위기를 형성하여 도금하는 방식 및 이를 위한 장치가 종래 잘 알려져 있다.

예컨대, 국제공개 WO２０１１／１０２４３４(D1), 일본특허공개５５－１４１５５４(D2), 일본특허공개 ２０１０－２０２９５１(D3), 일본특허공개２００２－３４８６５１(D4) 등이다.

그런데, Strip이 용탕에 침적된 이후 대기중에 나오는 구간에서 무산화 분위기 조성을 위한 방법 내지는 장치에 있어서는 기존에 방식 내지 장치는 여러가지 많은 문제점이 있다.

즉, 종래 무산화 분위기를 위한 장치는 도면(D1의 도 2, D2의도 2, D3의 도 2, D4의 도 3 등 참조) 에서 보듯이 도금용탕의 표면부터 상부 air Knife 장치 전부를 감싸는 Box Type으로 구성되어 있다.

일반적인 아연-알루미늄도금강판 도금욕의 온도는 460℃ 정도 되는데, 밀폐된 Box 형태로 인하여, 내부의 고온의 열기가 대기 중으로 제대로 방출되지 못하고 Box 안의 온도를 상승시키게 된다.

종래의 이러한 방식 내지 구조는 실제 공정에서는 아래와 같은 많은 문제점을 야기시킨다.

- 제한된 공간에서의 열로 인한 구조물 변형

: Air Knife Rip, Rip, Sink roll Arm 등의 구조물에 열변형을 유발 시킨다.

- Air Knife에 부착된 각종 센서, 모터 등 Air Knife 구동 전기장치의 오작동

: 이를 방지하기 위해서는 각종 전기 장치의 온도 상승을 방지하기 위한 냉각 장치를 별도로 구성 해야 하는 문제점. 각종 전기장치의 수명 또한 감소 시킨다.

- 도금 및 부착량 제어 이후 Spangle 제어가 용이하지 못함

: 도금된 강판의 표면에 Spangle Size 미세화는 제품 품질에 많은 영향을 미치는데, Spangle을 미세화 하기 위해서는 부착량 제어 후 빠른 냉각이 필수이나 Box Type의 경우 내부의 잠열로 인하여 냉각효율을 저하시킨다. 도금후 Strip의 냉각 속도를 높이기 위하여 Air를 분사하는 냉각기술 이외에 미스트 분사, 금속파우더 분사 등 여러 다른 기술이 실제 사용되어 지고 있는데, Box type 구조는 도금후 냉각을 오히려 방해하는 구조 내지 방식이다.

- 도금욕탕 상부에 발생하는 표면 산화물(Top Dross) 제거가 용이하지 못하다.

: 질소가스를 분사하여 무산화성 분위기를 형성하는 목적은 도금용탕 표면에서 산화 발생을 억제하며, 발생된 산화물이 Strip에 흡착되는 것을 방지하는 목적인데, Box Type의 경우 용탕 표면에 발생한 표면산화물(Top Dross )제거가 용이하지 못한 구조이다

: 무산화성 분위기에서도 실제로 strip의 표면에 산화물은 상당량 발생하며, 이는 주기적으로 인력 또는 로봇장치를 이용하여 제거해야 하나, Box type 구조는 밀폐형으로서, strip의 표면에 산화물 제거를 위한 작업을 위해 개폐식 도어를 설치하여 개폐를 반복해야 하는 문제점이 발생한다. 이러한 경우 반복적인 개폐로 인하여 box 내부의 안정적인 질소 분위기 유지에도 어려움이 있다.

- 질소 가스 비용 증가

: Box Type 내부를 질소로 충진하는 방법은 두 가지가 있다. Air Knife에서 도금부착량 제어를 위한 분사되는 질소를 이용하여 충진하는 방법과 외부에서 다른 공급Line을 통하여 공급하는 방안이다.

: 실제 연속아연도금라인 Air Knife 에서 분사되는 질소량은 통상 3000~6000m3/hr 수준의 량으로 Box Type 내부 산소를 질소로 충진 하기에는 부족한 수준이며, 앞에서 언급하였듯이 용탕온도에 의한 열을 외부로 방출하기 위해 외부에서 추가적으로 질소 가스를 공급을 실시 하여야 하는데, 이를 위해, Air Knife에서 공급되는 질소 외에 3000~4000m3/hr 수준의 질소를 추가로 공급해 주어야 하며 이는 일반 질소 사용량의 2배 이상으로 제조원가에 상당한 비용으로 작용한다.

본원발명의 청구항 4항 내지 7항의 질소장막형성장치는 Al-Zn-Si-Mg 합금도금강판의 제조에 있어 앞서 언급한 문제를 해결하면서 우수한 내식성 및 표면외관 특성을 갖는 도금강판을 제조하는 장치이다.

도 4 내지 6에는 본 발명의 장치가 모식적으로 도시되어 있다.

본 발명의 장치는 도금욕조(3)의 표면에서부터 일정거리 이격되어 설치되어 리프팅수단(5)에 의해 상기 도금욕조(3)의 표면에서부터 에어나이프(2)사이에서 상하 이동가능하게 구성된다.

본 발명의 장치는 상기 도금욕조(3)의 표면에서부터 올라오는 도금강판(1)의 둘레를 따라 직사각 형태로 형성된 하단질소배출바(41, 42)를 포함한다. 상기 하단질소배출바(41, 42)는 측면의 질소공급파이프(46)로부터 질소를 공급받아 상기 도금욕조(3)의 표면방향으로 질소가스를 배출한다. 도시되지는 않았지만 상기 하단질소배출바(41, 42)의 하면에는 질소가스를 분출하는 구멍(노즐)이 일정 간격 다수개 형성되어 있다.

상기 하단질소배출바(41, 42)는 직사각형 형태의 파이프로서 일체로 형성된 것일 수도 있지만, 도면에 도시된 것처럼 제1바(41)와 제2바(42)로 분리되어 상기 제1바(41)와 제2바(42)가 서로 떨어져서 폭방향으로(도면에서 상하방향으로) 벌여질 수도 있다.

또한 본 발명의 장치는 상기 하단질소배출바(41, 42)의 측면에서부터 상기 도금강판(1)방향으로 상향경사지게 연장되는 측면커버(43)와 상기 측면커버(43)의 상단에 형성되어 하방으로 질소가스(10)를 배출하는 상단질소배출바(44, 45)를 포함한다.

상기 상단질소배출바(44, 45)는 도금욕조의 표면 방향으로 질소 배출구멍(미도시)이 형성된 파이프 형태의 것으로서, 상기 측면커버(43)의 상단에서 서로 마주보면서 형성되어 안쪽으로 질소가스를 분출한다. 상기 상단질소배출바(44, 45)는 상기 질소공급파이프(46)로부터 질소를 공급받는다.

한편, 상기 측면커버(43)는 상기 하단질소배출바(41, 42)에서부터 상기 상단질소배출바(44, 45)까지 상기 도금강판(1)방향으로 상향경사지게 형성되는데, 이에 따라 배출된 질소가스(10)가 흩어지지 않고 상기 도금강판(1)의 주변에 잡혀있도록 하게 해준다.

이상 설명한 본 발명의 질소장막 형성장치의 장점에 대해 종래의 장치(D1-D4)와 대비하여 설명하면 다음과 같다.

1) 본원발명의 장치는 Air Knife 하단에 일부 공간에만 질소장막을 형성하여, 종래 Box Type에서 발생되는 잠열로 인한 구조물 변형 및 도금후 냉각능 저하에 따른 Spangle 미세화 방해 요소가 전혀 없다.

: 본원발명의 방식 내지 장치는 도금용탕 표면부터 도금 부착량을 제어하는 Air Knife 전체를 감싸는 인용발명과 같은 Box 형태가 아니라, 산화가 최초 발생하거나 도금용탕 표면에 Dross가 Strip에 흡착될 수 있는 Air Knife 하단부 구간에 노즐을 이용한 질소 커튼(질소장막)을 형성하여 질소DAM을 형성하는 방법(구조)이다. 밀폐된 공간에 질소를 충진하는 방법이 아니라 Air Knife 하단부 구간의 상하부에 질소노즐을 이용하여 질소장막(47)을 형성하고 내부를 질소분위기로 유지하기 때문에 장치내부에서 외부로의 가스 유동이 원활하여 잠열을 유지하지 않는다.

: 본원발명의 질소장막(47)은 도면에서 볼 수 있듯이 Air Knife 하단 일부 공간에만 형성되므로, 도금용탕 표면 및 도금이 진행되고 있는 Strip 이외에는 어떠한 구조물(부품)에도 영향을 미치지 않는다. 따라서 종래 Box Type에서 발생하는 열로 인한 구조물 변형 및 각종 센서, 모터 등 Air Knife 구동을 위한 전기장치의 열로 인한 오류의 발생 가능성도 낮다.

2) 상부 표면 산화물(Top Dross) 제거가 용이하다.

: 본발명의 제조장치의 경우 도금용탕 표면과 직접접촉 또는 침적된 분위기가 아니라 도금용탕 표면에서 일정거리 이격 되어 있어 이 공간을 통하여 Dross를 인력 또는 로봇을 이용하여 제거 시 어떠한 방해요소도 없게 된다. 또한 Top Dross 제거를 위해 이격된 공간에 장치 또는 도구를 삽입시에도 노즐을 통하여 분사되는 질소커튼 형태의 장막을 항시 유지 하기 때문에 질소 분위기 유지에도 효과 적이다.

3) 도금용탕 상부 Top Dross의 Strip 흡착 방지 효과

: Mg 첨가 합금도금강판의 제조에 있어 도금용탕 포트 부위를 질소로 충진 하더라도 실제로 일부 Top Dross 및 산화성이 높은 Mg에 의한 미세 산화 피막을 완벽하게 방지할 수는 없다. 다만 그 양을 현저하게 줄일 수 있기 때문에 질소가스를 분사하는 제조방법을 적용한다.

: 본 발명에서는 Top Dross 및 도금용탕 상부의 미세산화 피막을 억제하기 위해 질소 분위기를형성함과 동시에 이러한 Top Dross 및 미세 산화피막이 Strip에 흡착되는 것을 물리적으로 방지하는 효과도 포함하고 있다.

: 본발명은 하단 질소 배출바(41, 42)에서 아래로 질소 분사시 도금포트의 측면방향으로 질소장막을 형성시킨다.(도 4- 6 참조) 이는 도금용탕 상부에 부유하고 있는 Top Dross 및 미세 산화 피막의 Strip 부근으로의 이동을 물리적으로 방지하여 Strip에 흡착되지 못하게 하는 효과를 발생기킨다.

: 따라서 질소 분위기 형성과 동시에 도금 이후 Strip에 흡착을 방지하는 효과를 내는 본 발명의 방법은 기존 질소 분위기만 형성하여 산화물을 억제하는 종래의 장치와는 차이가 있다.

4) 질소 가스 비용 절감

: 본원발명의 장치는 Air Knife 하단에 필요한 일부 공간에 대해서만 질소분위기를 형성 시키기 때문에, 하단 질소 배출바(41, 42)에서 나오는 적은양의 질소만으로도, 질소 장막을 유지할 수가 있으며, 상압보다 높은 압력으로 유지하면서 질소를 공급하는 Box Type 보다 효율적이다.

: 따라서 종래의 Box Type 내부를 질소로 충진하는 방법 대비하여 본 발명에 제조방법이 질소 사용량도 절감이 가능하다. 또한 동일한 양의 질소라 하더라도 본원발명이 종래의 방식보다 훨씬 효과적인 산화물 생성억제, 흡착방지 효과를 나타낼 수 있는 제조 방법이다.

본 발명은 종래의 알루미늄과 아연을 함유하는 도금욕에 바륨과 마그네슘을 동시에 적절한 조성으로 첨가하여 핵생성 기회를 많이 만들어줌으로써 스팽글(spangle)을 미세화 한다는 것에 근거한다.

한편, 도금욕 용탕내 입욕할 때의 소지강판의 온도는 400~480℃, 용탕온도는 4200~470℃로 설정하는 것이 바람직하다. 소지강판의 입욕온도가 400℃ 이하가 되면 도금욕의 유동성이 떨어져 도금피막의 외관이 불량해지고 도막밀착성이 저하되며, 반면 4800℃ 이상이 되면 소지강판의 열적 확산이 빨라져서 합금층의 이상 성장을 초래하게 되어 가공성이 떨어짐과 동시에 용탕내 Fe산화물층이 과다 생성되는 문제점이 발생되기 때문이다.

도금부착량은 편면기준으로 20~150g/㎡로 하는 것이 바람직한데, 만일 도금부착량을 20g/㎡ 이하로 하면 부착량을 제어하는 에어 나이프 설비의 공기압력이 과다하게 증가되어 도금부착량의 편차가 발생되며 이와 함께 용탕내 표면산화물의 급속한 증가로 인해 피막의 외관 손상 및 산화 드로스의 부착이 발생된다. 또한 150g/㎡ 이상이 되면 도금층의 잠열로 인한 냉각속도가 저하하게 되며 이로 인하여 표면에 스팽글형성으로 인한 외관품질 저하되는 문제점이 있다.

이하, 본 발명을 실시예와 비교예를 대비하여 설명하고자 한다. 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체화하나 본 발명이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

강판두께 0.8㎜, 폭 120㎜, 길이 250mm크기의 탈지된 냉연강판을 용융도금 시뮬레이터를 이용하여 도금을 실시하였다. 표 1과 같이 도금욕의 조성을 변화시켜 아연-알루미늄계 합금도금강판을 제조하였다. 또한 도 4 내지 6에 도시한 질소장막형성장치를 통해서 질소장막을 형성하였다.

도금부착량은 에어 나이프로 조절하였으며, 제조된 아연-알루미늄계 합금도금강판의 편면 도금부착량을 기준으로 한 평가결과를 표 1에 나타내었다.

평가항목으로서 내식성은 KSD 9504 시험법에 따라 5%, 35℃ NaCl 염수분무시험 분위기에서 초기 적청 발생시간(5%)으로 비교, 평가하였으며, 도금층 표면 마그네슘 산화물은 광학현미경(microscope) 관찰 및 EDAX 성분분석장비와 X-선 회절(XRD) 장비를 이용하였다.

구체적인 시험평가방법에 따른 평가결과는 아래와 같다.

1. 드로스 발생정도 : 도금 조성별 용해 도금시편 제작 후, 도금욕 상부에 발생한 드로스량을 측정한 결과이다.

◎ : 도금욕 대비 드로스 발생량 5% 이하

△ : 도금욕 대비 드로스 발생량 10~20%

X : 도금욕 대비 드로스 발생량 20% 이상

2. 표면외관 : 도금층의 표면외관의 스팽글 선명도와 형성 정도를 육안으로 관찰한 결과이다.

◎ : 스팽글 형성이 뚜렷하고 광택이 높음

△ : 스팽글 형성이 뚜렷하지 않음

X : 스팽글 형성이 미약하고 외관이 불량함

3. 전단면 내식성 : 염수분무시험 1,000시간 실시 후의 적청발생 정도를 평가하였다.

◎ : 적청발생비율 5% 이하

△ : 적청발생비율 10~20%

X : 적청발생비율 30% 이상

4. 평판 내식성 : 염수분무시험 2,500시간 실시 후의 적청발생 정도를 평가하였다.

◎ : 적청발생비율 5% 이하

△ : 적청발생비율 20~30%

X : 적청발생비율 30% 이상

(표 1)

* 중량% 기준이며, 잔부는 아연임.

표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 발명예가 표면외관 및 내식성이 우수함을 알 수 있다. 즉 발명예의 경우 마그네슘 중량비가 1~3일경우가 내식성에 있어서도 발명예의 경우 평단부 및 전단부 적청은 도금부착량이 편면기준 70g/m2에서 2,500시간 이상으로 나타나 기존의 조성에 비해 훨씬 우수함을 알 수 있다. 그러나 중량비 4이상일 경우에 드로스 발생량도 많으며 내식성도 저하되는 결과를 알 수 있다. 알루미늄의 경우 함량이 증가할수록 내식성은 증가되나 드로스 발생 및 표면외관품질이 저하되며 3~4중량비 일경우가 우수한 내식성 및 표면외관을 나타내었다. 바륨의 경우 마그네슘중량비 대비하여 0.1중량비 이상 첨가되면 표면 산화물 생성억제로 외관이 우수한 결과를 나타낸다.

1: 도금강판(STRIP) 3: 도금용탕(도금욕조)
5: 리프팅수단(설비전체를 상하로 이동)
41: 하부질소배출노즐바 42: 상부질소배출노즐바
43: 측면 커바 44: 측면 질소배출노즐바
45: 질소장막 46: 질소공급배관

Claims (7)

1. 아연-알루미늄계 합금도금강판을 아연 92~95중량%, 알루미늄 3~5%중량%, 마그네슘 1~3중량% 바륨 0.001~0.01중량% 및 나머지가 불가피하게 포함되는 불순물인 도금욕에서 도금처리함으로써, 내식성과 표면품질이 우수한 아연-알루미늄계 합금도금강판을 제조하는 방법
2. 1항에 있어서 상기 도금층은 일반적인 아연-알루미늄 합금도금강판 조직의 전형적인 표면 조직에 MgZn₂상, Al-Zn-Mg혼재상, Al-Zn혼재상, 표면부 Ba 단상 또는 BaO산화물이 복합적으로 혼재된 조직을 형성하는 것을 특징으로 하는 아연-알루미늄계 합금도금강판 제조방법
3. 1항에 있어서 도금부착량은 20~150g/m²(편면 기준)으로 설정하며, 제조에 있어서 도금욕의 온도는 400~480℃로 하고, 도금 및 질소 커튼구역 통과후 냉각속도는 15~60℃로 제어하는 것을 특징으로 특징으로 하는 아연-알루미늄계 합금도금강판의 도금방법.
4. 1항 내지 3항 중 어느 한 항 기재의 아연-알루미늄계 합금도금강판을 제조하기 위한 도금욕조 표면과 에어나이프 설비 사이에 설치되어 상기 도금욕조에서 올라오는 도금강판의 둘레에 질소장막을 형성하기 위한 장치로서,
   상기 도금욕조(3)의 표면에서 일정거리 이격되어 상기 도금강판(1)의 둘레를 따라 상기 도금욕조(3)의 표면방향으로 질소가스를 배출하기 위한 하단질소배출바(41, 42);
   상기 하단질소배출바(41, 42)의 측면에서부터 상기 도금강판(1)방향으로 상향경사지게 연장되는 측면커버(43);
   상기 측면커버(43)의 상단에 형성되어 하방으로 질소가스를 배출하는 상단질소배출바(44, 45)를 포함하여 구성되는 질소장막형성장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 하단질소배출바(41, 42)의 하면에는 질소가스를 분출하는 구멍(노즐)이 일정 간격 다수개 형성되어, 질소공급파이프(46)로부터 질소를 공급받아 상기 도금욕조(3)의 표면방향으로 질소가스를 배출하는 것을 특징으로 하는 용융도금강판을 제조하기 위한 질소장막형성장치.
6. 제 4항에 있어서, 상기 하단질소배출바(41, 42)는 제1바(41)와 제2바(42)로 분리되어 상기 제1바(41)와 제2바(42)가 서로 떨어져서 폭방향으로 벌어질 수 있도록 된 것임을 특징으로 하는 용융도금강판을 제조하기 위한 질소장막형성장치.
7. 제 4항에 있어서, 상기 장치는 상기 리프팅수단(5)에 의해 상기 도금욕조(3)의 표면에서부터 상기 에어나이프(2)사이에서 상하 이동가능하게 구성됨을 특징으로 하는 용융도금강판을 제조하기 위한 질소장막형성장치.

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