KR20160083313A - 단면 내식성이 우수한 도장강판 및 그 제조방법 - Google Patents

단면 내식성이 우수한 도장강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

단면 내식성이 우수한 도장강판 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면은, 소지강판; 상기 소지강판의 일면 또는 양면에 형성된 Zn-Mg-Al계 합금도금층; 상기 Zn-Mg-Al계 합금도금층 상에 형성된 하도 도막층; 및 상기 하도 도막층 상에 형성된 상도 도막층을 포함하는 도장강판을 제공한다.

Description

단면 내식성이 우수한 도장강판 및 그 제조방법{COATED STEEL SHEET HAVING EXCELLENT CORROSION RESISTANCE AT CUT END FACE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 단면 내식성이 우수한 도장강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 도장강판의 소지로는 아연도금강판이 널리 사용되고 있다. 아연도금강판은 강판의 표면에 아연(Zn)을 도금한 것으로써, 아연도금강판을 도장강판의 소지로 사용할 경우, 내부식성이 우수할 뿐만 아니라, 표면 외관이 우수한 장점이 있다.
그런데, 이와 같이 그 소지로 아연도금강판을 사용한 도장강판은, 평상시에는 도장층과 도금층이 모재인 철을 보호하고 있어 내부식성에 문제가 없으나, 가공 혹은 파손에 의해 도장강판의 절단면이 외부에 노출될 경우, 모재인 철이 그대로 외부에 노출되기 때문에 아연의 희생방식 기능만으로는 근본적인 방식이 보장되지 않는 문제가 있었다.
본 발명의 일 측면은, 가공 혹은 파손에 의해 도장강판의 절단면이 외부에 노출되더라도 그 절단면의 부식이 효과적으로 억제되는, 단면 내식성이 우수한 도장강판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은, 소지강판; 상기 소지강판의 일면 또는 양면에 형성된 Zn-Mg-Al계 합금도금층; 상기 Zn-Mg-Al계 합금도금층 상에 형성된 하도 도막층; 및 상기 하도 도막층 상에 형성된 상도 도막층을 포함하는 도장강판을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면은, 소지강판의 일면 또는 양면에 Zn-Mg-Al계 합금도금층이 형성된 Zn-Mg-Al계 합금도금강판을 준비하는 단계; 상기 Zn-Mg-Al계 합금도금강판의 일면에 하도 도막 조성물을 도포한 후, PMT(Peak Metal Temperature)가 180~260℃의 조건으로 건조하여 하도 도막층을 형성하는 단계; 및 상기 하도 도막층이 형성된 Zn-Mg-Al계 합금도금강판의 일면에 상도 도막 조성물을 도포한 후, PMT(Peak Metal Temperature)가 180~260℃의 조건으로 건조하여 상도 도막층을 형성하는 단계를 포함하는 도장강판의 제조방법을 제공한다.
덧붙여, 상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점 및 효과는 하기의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 도장강판은 단면부 내식성이 매우 우수하여, 가공 혹은 파손에 의해 도장강판의 절단면이 외부에 노출되더라도, 그 절단면의 부식이 효과적으로 억제되는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 일 측면인 단면 내식성이 우수한 도장강판에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면인 도장강판은, 소지강판; Zn-Mg-Al계 합금도금층; 하도 도막층; 및 상도 도막층을 포함한다.
본 발명에서는 상기 소지강판의 종류에 대해서는 특별히 한정하지 않으며, 예를 들면, 통상의 도금강판의 소지로 사용되는 열연강판 또는 냉연강판일 수 있다. 다만, 열연강판의 경우 그 표면에 다량의 산화 스케일을 가지며, 이러한 산화 스케일은 도금 밀착성을 저하시켜 도금 품질을 저하시키는 문제가 있으므로, 산 용액에 의해 미리 산화 스케일을 제거한 열연강판을 소지로 함이 보다 바람직하다.
상기 Zn-Mg-Al계 합금도금층은 상기 소지강판의 일면 또는 양면에 형성될 수 있으며, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 합금도금층은 중량%로, Mg: 0.1~15%, Al: 0.1~15%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
Mg는 도장강판의 단면 내식성 향상에 매우 중요한 역할을 하는 원소이다. 특히, Mg는 Zn보다 이온화 경향이 큰 금속으로, 부식 환경에서 Zn보다 먼저 이온화되어 전자를 방출하며, 방출된 전자는 Zn 및 Fe에 지속적으로 공급되어, Zn 및 Fe가 이온화되는 것을 방지함으로써 도장강판의 단면 내식성을 향상시킨다. 또한, 이온화된 마그네슘 이온(Mg2 +)은 주변의 부식 인자와 반응하여 그 표면에 MgCO3, Mg(OH)2 등의 부식생성물을 형성함으로써 물리적인 방식에 의해 도장강판의 단면 내식성을 향상시킨다. 뿐만 아니라, Mg는 매우 안정한 상태의 치밀한 부식 생성물인 시몬콜라이트(Simonkolleite, Zn5(OH)8Cl?2O) 형성을 촉진시키고 안정화시키는 역할을 한다. 본 발명에서 이러한 효과를 나타내기 위해서는 상기 Mg는 0.1중량% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우 브리틀(Brittle)한 특성을 가진 금속간 화합물의 양이 증가하여 도금층 박리 및 크랙(Crack)을 유발하기 때문에, 상기 Mg 함량의 상한은 15중량%인 것이 바람직하다.
Al 역시 도장강판의 단면 내식성 향상에 중요한 역할을 하는 원소이다. 더욱이 Al은 용융 Zn-Mg-Al계 도금강판 제조시, 도금욕 내 마그네슘의 산화 반응에 의해 발생하는 Mg계 드로스 발생 억제에도 도움을 준다. 본 발명에서 이러한 효과를 나타내기 위해서는 상기 Al은 0.1중량% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 과다할 경우 브리틀(Brittle)한 특성을 가진 금속간 화합물의 양이 증가하여 도금층 박리 및 크랙(Crack)을 유발하기 때문에, 상기 Al 함량의 상한은 15중량%인 것이 바람직하다.
상기 조성 이외에 나머지는 Zn이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다. 한편, 상기 조성 이외에 유효한 성분의 첨가가 배제되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 Zn-Mg-Al계 합금도금층의 편면 도금 부착량은 60~450mg/m2일 수 있다. 만약, 도금 부착량이 60mg/m2 미만인 경우 충분한 내식성을 화보하기 어려울 우려가 있으며, 반면, 450mg/m2을 초과하는 경우 도금층 박리 및 크랙(Crack)이 발생 할 우려가 있다.
상기 하도 도막층은 상기 Zn-Mg-Al계 합금도금층 상에 형성되며, 후술할 상도 도막층과의 밀착력을 부여하고, 도장강판의 내식성 및 가공성을 향상시키는 역할을 한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 하도 도막층은 폴리에스테르(Polyester) 수지 및 불소(Fluoride) 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 20~70중량% 포함할 수 있다. 상기 수지 외 잔부는 안료 및 기타 첨가제일 수 있다. 한편, 본 발명에서는 상기 첨가제의 종류에 대해서는 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면 소포제, 평활제, 소광제일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 하도 도막층의 두께는 2.0~10.0㎛일 수 있다. 만약, 그 두께가 2.0㎛ 미만인 경우 도장강판의 내식성이 저하될 우려가 있으며, 반면, 10.0㎛을 초과하는 경우 도장강판의 가공성 및 밀착성을 저하시킬 우려가 있다.
상기 상도 도막층은 상기 하도 도막층 상에 형성되며, 목적하는 색상을 구현하고, 도장강판에 내약품성, 내식성, 내습성, 내후성 등의 기능성을 부여하는 역할을 한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 상도 도막층은 폴리에스테르(Polyester) 수지, 불소(Fluoride) 수지 및 에폭시(Epoxy) 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 20~70중량% 포함할 수 있다. 상기 수지 외 잔부는 안료 및 기타 첨가제일 수 있다. 한편, 본 발명에서는 상기 첨가제의 종류에 대해서는 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면 소포제, 평활제, 소광제일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 상도 도막층의 두께는 1.0~60.0㎛일 수 있다. 만약, 그 두께가 1.0㎛ 미만인 경우 내약품성 및 내식성, 내습성, 내후성 등의 물성이 저하되어 도장강판의 기능을 충분히 발휘하지 못 할 우려가 있으며, 반면, 60.0㎛을 초과하는 경우 도장강판의 가공성 및 내열성이 저하될 우려가 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 Zn-Mg-Al계 합금도금층과 하도 도막층 사이에 형성된 화성 도막층을 더 포함할 수 있다. 상기 화성 도막층은 Zn-Mg-Al계 합금도금층과 하도 도막층 간 밀착성을 보다 증진시키고, 도장강판의 내식성을 보다 증진시키는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 화성 도막층은 Cr, Zr, Si 및 Ti으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 5.0~20.0중량% 포함할 수 있다. 상기 금속 외 잔부는 용제, 무기화합물, 표면장력조정제, 증류수 및 가교제일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 화성 도막층의 부착량은 편면 기준으로 15~100mg/m2일 수 있다. 만약, 그 부착량이 15mg/m2 미만인 경우 그 효과가 충분치 못할 우려가 있으며, 반면, 100mg/m2를 초과할 경우 오히려 도장강판의 내식성을 저하시킬 우려가 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 상도 도막층 상에 형성된 클리어 도막층을 더 포함할 수 있다. 상기 클리어 도막층은 최종 제품의 색상과 광택도를 부여하고, 최종 제품의 외관을 화학적, 기계적 마찰 등 외부 환경으로부터 보호해 주는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 클리어 도막층은 아크릴(Acrylic) 수지, 멜라민(Melamine) 수지, 폴리에스테르(Polyester) 수지 및 불소(Fluoride) 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 20.0~70.0중량% 포함할 수 있다. 상기 수지 외 잔부는 안료 및 기타 첨가제일 수 있다. 한편, 본 발명에서는 상기 첨가제의 종류에 대해서는 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면 소포제, 평활제, 소광제일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 클리어 도막층의 두께는 1.0~30.0㎛일 수 있다. 만약, 그 두께가 1.0㎛ 미만인 경우 도장강판의 외관을 보호하는 기능이 저하될 우려가 있으며, 반면, 30.0㎛을 초과하는 경우 도장강판의 가공성 및 광택에 영향을 미칠 우려가 있다.
이하, 본 발명의 다른 일 측면인 단면 내식성이 우수한 도장강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 소지강판의 일면 또는 양면에 Zn-Mg-Al계 합금도금층이 형성된 Zn-Mg-Al계 합금도금강판을 준비한다. 본 발명에서는 상기 Zn-Mg-Al계 합금도금강판을 준비하는 단계에 대해서는 특별히 한정하지 않으며, 통상의 용융 도금 또는 전기 도금에 의해 준비할 수 있으며, 이러한 준비에는 제조된 Zn-Mg-Al계 합금도금강판의 표면에 잔존하는 스케일이나 먼지 등의 이물질을 제거하는 것이 포함될 수 있다.
이후, 상기 Zn-Mg-Al계 합금도금강판의 일면에 하도 도막 조성물을 도포한 후, PMT(Peak Metal Temperature)가 180~260℃의 조건으로 건조하여 하도 도막층을 형성한다.
여기서, PMT(Peak Metal Temperature)란 건조 과정 중 강판이 받는 최고 온도를 의미하며, 만약, PMT가 180℃ 미만일 경우 상기 하도 도막층이 완전히 건조되지 아니하여 제품의 외관에 악영향을 줄 수 있으며, 반면, 260℃를 초과하는 경우 상기 하도 도막층 내 수지 성분의 변형을 야기할 수 있으며 이로 인한 최종 제품의 외관 결함을 야기할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 하도 도막층 형성 전, 상기 Zn-Mg-Al계 합금도금강판의 일면 또는 양면에 화성처리액을 도포하고, PMT(Peak Metal Temperature)가 60~130℃의 조건으로 건조시켜 화성 도막층을 형성할 수 있다.
이때, 만약 PMT가 60℃ 미만인 경우 부착성이 저하될 우려가 있으며, 반면, 130℃를 초과하는 경우 경화반응이 일어나지 않고 열량손실만 가져오므로 바람직하지 않다.
이후, 상기 하도 도막층이 형성된 Zn-Mg-Al계 합금도금강판의 일면에 상도 도막 조성물을 도포한 후, PMT(Peak Metal Temperature)가 180~260℃의 조건으로 건조하여 상도 도막층을 형성한다.
이때, 만약 PMT가 180℃ 미만일 경우 상기 상도 도막층이 완전히 건조되지 아니하여 제품의 외관에 악영향을 줄 수 있으며, 반면, 260℃를 초과하는 경우 상기 상도 도막층 내 수지 성분의 변형을 야기할 수 있으며 이로 인한 최종 제품의 외관 결함을 야기할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 상도 도막층 형성 후, 상기 상도 도막층이 형성된 Zn-Mg-Al계 합금도금강판의 일면에 클리어 도료를 도포한 후, PMT(Peak Metal Temperature)가 180~260℃의 조건으로 건조하여 클리어 도막층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 만약 PMT가 180℃ 미만일 경우 상기 클리어 도막층이 완전히 건조되지 아니하여 제품의 외관에 악영향을 줄 수 있으며, 반면, 260℃를 초과하는 경우 상기 클리어 도막층 내 수지 성분의 변형을 야기할 수 있으며 이로 인한 최종 제품의 외관 결함을 야기할 수 있다.
한편, 상기 화성처리액, 하도 도막 조성물, 상도 도막 조성물 및 클리어 도료를 도포하는 방식은 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 접촉식인 경우 롤 코팅 방식으로, 비접촉식인 경우 다이코팅 방식으로 수행할 수 있다.
또한, 상기 건조 수단은 본 발명에서 특별히 한정하지 아니하나, 적외선을 이용한 IR 히터(Infrared Ray Heater), 인덕션 히터(Induction Heater) 및 열풍오븐(Dry Oven) 등의 열원을 제어할 수 있는 장치인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예의 기재는 본 발명의 실시를 예시하기 위한 것일 뿐 이러한 실시예의 기재에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.
( 실시예 )
냉연강판의 표면에, 중량%로, 7.0중량%의 Mg, 5.0중량%의 Al을 포함하는 Zn-Mg-Al계 합금도금층이 형성된 Zn-Mg-Al계 합금도금강판(편면 도금 부착량: 80mg/m2)을 준비하였다. 이후, 상기 합금도금강판의 표면에 하도 도막 조성물(불소수지 55중량%, 안료 12중량%, 용제 25중량% 및 기타 첨가제 3중량% 함유)을 도포한 후, PMT 220℃의 조건으로 건조하여 건조 도막 두께 5.0㎛의 하도 도막층을 형성하고, 상기 하도 도막층이 형성된 합금도금강판의 표면에 상도 도막 조성물(불소수지 60중량%, 안료 15중량%, 용제 22% 및 기타 첨가제 3중량% 함유)을 도포한 후, PMT 249℃의 조건으로 건조하여 건조 도막 두께 20.0㎛의 상도 도막층을 형성하여 도장강판(발명예 1)을 얻었다.
이후, 제조된 도장강판의 단면부 내식성 평가를 위해, 7.0mm(폭) × 15.0mm(너비)의 크기로 시편을 절단하고, ASTM D B1117에 준하는 염수분무규격시험에 의해 2000시간 동안 부식촉진시험을 수행한 후, 절단 단면부에서의 백청 발생 여부 및 도막부풀음 전파 깊이를 측정하였다.
한편, 비교를 위해, 통상의 Zn 도금강판(편면 도금 부착량: 80mg/m2)을 준비하고, 발명예 1과 동일한 조건으로 그 표면에 하도 도막층 및 상도 도막층을 형성하여 도장강판(비교예 1)을 얻은 후, 단면부 내식성을 평가하였다.
그 결과, 발명예 1과 비교예 1은 모두 백청은 발생하였으나, 발명예 1의 도막 부풀음 전파 깊이는 3.5mm로, 비교예 1의 도막 부풀음 전파 깊이 7.5mm와 비교할 때, 단면부 내식성이 현저히 향상되었음을 확인할 수 있었다.

Claims (16)

  1. 소지강판;
    상기 소지강판의 일면 또는 양면에 형성된 Zn-Mg-Al계 합금도금층;
    상기 Zn-Mg-Al계 합금도금층 상에 형성된 하도 도막층; 및
    상기 하도 도막층 상에 형성된 상도 도막층을 포함하는 도장강판.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 Zn-Mg-Al계 합금도금층과 하도 도막층 사이에 형성된 화성 도막층을 더 포함하는 도장강판.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 상도 도막층 상에 형성된 클리어 도막층을 더 포함하는 도장강판.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 Zn-Mg-Al계 합금도금층은 중량%로, Mg: 0.1~15%, Al: 0.1~15%, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하는 도장강판.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 Zn-Mg-Al계 합금도금층의 편면 도금 부착량은 60~450mg/m2인 도장강판.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 하도 도막층은 폴리에스테르(Polyester) 수지 및 불소(Fluoride) 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 20~70중량% 포함하는 도장강판.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 하도 도막층의 두께는 2.0~10.0㎛인 도장강판.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 상도 도막층은 폴리에스테르(Polyester) 수지, 불소(Fluoride) 수지 및 에폭시(Epoxy) 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 20~70중량% 포함하는 도장강판.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 상도 도막층의 두께는 1.0~60.0㎛인 도장강판.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 화성 도막층은 Cr, Zr, Si 및 Ti으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 5.0~20.0중량% 포함하는 도장강판.
  11. 제 2항에 있어서,
    상기 화성 도막층의 부착량은 편면 기준으로 15~100mg/m2인 도장강판.
  12. 제 3항에 있어서,
    상기 클리어 도막층은 아크릴(Acrylic) 수지, 멜라민(Melamine) 수지, 폴리에스테르(Polyester) 수지 및 불소(Fluoride) 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 20~70중량% 포함하는 도장강판.
  13. 제 3항에 있어서,
    상기 클리어 도막층의 두께는 1.0~30.0㎛인 도장강판.
  14. 소지강판의 일면 또는 양면에 Zn-Mg-Al계 합금도금층이 형성된 Zn-Mg-Al계 합금도금강판을 준비하는 단계;
    상기 Zn-Mg-Al계 합금도금강판의 일면에 하도 도막 조성물을 도포한 후, PMT(Peak Metal Temperature)가 180~260℃의 조건으로 건조하여 하도 도막층을 형성하는 단계; 및
    상기 하도 도막층이 형성된 Zn-Mg-Al계 합금도금강판의 일면에 상도 도막 조성물을 도포한 후, PMT(Peak Metal Temperature)가 180~260℃의 조건으로 건조하여 상도 도막층을 형성하는 단계를 포함하는 도장강판의 제조방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 하도 도막층 형성 전, 상기 Zn-Mg-Al계 합금도금강판의 일면 또는 양면에 화성처리액을 도포하고, PMT(Peak Metal Temperature)가 60~130℃의 조건으로 건조시켜 화성 도막층을 형성하는 단계를 더 포함하는 도장강판의 제조방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 상도 도막층 형성 후, 상기 상도 도막층이 형성된 Zn-Mg-Al계 합금도금강판의 일면에 클리어 도료를 도포한 후, PMT(Peak Metal Temperature)가 180~260℃의 조건으로 건조하여 클리어 도막층을 형성하는 단계를 더 포함하는 도장강판의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200076388A (ko) * 2018-12-19 2020-06-29 주식회사 포스코 이층 강판 표면처리용 조성물 및 이를 이용하여 표면처리된 강판
CN111450322A (zh) * 2020-04-13 2020-07-28 北京科技大学 一种医用可降解多层Mg/Zn复合材料及其制备方法

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