KR20170036700A - 알루미늄 합금으로 이루어진 부식 방지 코팅을 갖는 강 제품 및 이의 제조 방법 - Google Patents
알루미늄 합금으로 이루어진 부식 방지 코팅을 갖는 강 제품 및 이의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 알루미늄 합금으로 이루어진 금속 부식 방지 코팅을 갖는 강 제품, 특히 평강 제품, 및 상기와 같은 강 제품의 제조 방법에 관한 것이다. 강 제품이 높은 매체 내성, 특히 높은 내산성 및 내부식성을 포함하도록, 강 제품은 본 발명에 따라 알루미늄 및 불가피한 불순물 이외에 부가적으로 하기 원소로 구성된 알루미늄 합금을 포함하는 용융 코팅 조 내로 침지된다: Mn 0.2 내지 2 중량% 및/또는 Mg 0.2 내지 7 중량%, 필수 원소로서 Fe 0.5 내지 5 중량%, Ti 0.05 내지 0.4 중량% 및/또는 Zr 0.05 내지 0.4 중량%. 본 발명에 따른 방법은, 열간 압연 또는 냉간 압연 상태에서 강 제품, 특히 평강 제품을 제공하는 단계와, 강 제품의 표면으로부터 부동 산화물을 제거하기 위해 강 제품의 표면을 활성화시키는 단계와, 상술된 혼합물을 포함하는 알루미늄 합금을 포함하는 용융 코팅 조 내로 침지됨으로써 표면 활성화된 강 제품을 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 알루미늄 합금으로 이루어진 금속 부식 방지 코팅을 갖는 강 제품, 특히 평강 제품 및 상기와 같은 강 제품의 제조 방법에 관한 것이다.
본원에서, 평강 제품은 폭과 길이가 각각 그 두께의 배수인 강 제품으로 이해된다. 평강 제품은 예를 들어 강 스트립 또는 강 블랭크이다.
알루미늄의 내부식성은 알루미늄에 형성되는 Al2O3-커버층 및 이 층의 안정성에 의해 실질적으로 영향을 받는다. 알루미늄의 부식은 강산성 매체 또는 알칼리 용액에서만 발생한다. 따라서 알루미늄 합금의 적용 범위는 통상적으로 5 내지 8의 pH 범위로 제한된다. 이러한 점에서, 질산, 아세트산 및 인산과 같은 농축된 산소 함유 산과 관련하여 예외가 존재한다. 또한, 알루미늄은 NH3 용액에서 그 내성이 양호하거나 매우 양호하다.
강 제품용 알루미늄 코팅은 고온 응용 시에 스케일링에 대한 보호로서 사용하기 위해 통상 AlSi 합금의 형태로 사용된다. 예를 들어, AlSi 코팅의 목적은 열간 성형 공정에서 강판의 스케일을 방지하는 것이다. 열간 성형(프레스 경화)을 통해, 코팅은 취화되어 더 이상 바람직한 부식 방지를 제공하지 못한다.
그러나 AlSi 합금으로 이루어진 코팅은 열간 성형되지 않더라도 적절한 부식 방지만을 제공한다.
이러한 배경으로부터, 본 발명의 과제는 높은 매체 내성, 특히 높은 내산성 및 내부식성을 포함하는 강 제품, 특히 서두에 언급한 유형의 평강 제품을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제1항에 명시된 특징을 갖는 강 제품 및 제9항에 명시된 특징을 갖는 방법에 의해 해결된다. 본 발명에 따른 강 제품 또는 본 발명에 따른 방법의 바람직하고 유리한 구성은 제1항 또는 제9항에 인용되는 종속 청구항에 명시된다.
본 발명에 따른 강 제품, 특히 평강 제품에는 알루미늄 합금으로 이루어진 금속 부식 방지 코팅이 제공되며, 알루미늄 합금은 알루미늄 및 불가피한 불순물 이외에 부가적으로 하기 원소들을 포함한다:
Mn 0.2 내지 2 중량% 및/또는
Mg 0.2 내지 7 중량%
필수 원소로서 Fe 0.5 내지 5 중량%
Ti 0.05 내지 0.4 중량% 및/또는
Zr 0.05 내지 0.4 중량%를 포함한다.
따라서, 본 발명에 따른 방법은 하기 단계를 특징으로 한다:
- 열간 압연 또는 냉간 압연 상태에서 강 제품, 특히 평강 제품을 제공하는 단계와,
- 강 제품의 표면으로부터 부동 산화물을 제거하기 위해 강 제품의 표면을 활성화시키는 단계와,
- 알루미늄 및 불가피한 불순물 이외에 부가적으로 하기 원소로 구성된 알루미늄 합금을 포함하는 용융 코팅 조 내로 침지됨으로써 표면 활성화된 강 제품을 코팅하는 단계:
Mn 0.2 내지 2 중량% 및/또는
Mg 0.2 내지 7 중량%
필수 원소로서 Fe 0.5 내지 5 중량%
Ti 0.05 내지 0.4 중량% 및/또는
Zr 0.05 내지 0.4 중량%.
망간(Mn)은 철 함유 상 또는 침상(needle phase)이 덜 유해한 형태(morphology)로 결합되거나 변환되도록 하여, 알루미늄 기반의 다른 코팅과 비교하여 내부식성이 현저히 증가된다. 0.2 중량%보다 낮은 용융 코팅 조의 Mn 함량의 경우, 본 발명자는 이러한 양호한 효과를 확인할 수 없었다. 7.0 중량%를 초과하는 Mn 함량은 이러한 효과를 더 개선하는 것이 아니라, 코팅 조(용융 조)에서 슬래그 형성을 증가시키는데, 이는 코팅의 품질에 바람직하지 못하게 영향을 미칠 수 있다. 0.2 중량%의 Mn 함량으로부터 시작하여, Mn 함량의 증가에 따라 고온 강도의 증가가 확인될 수 있다. 그 이유는 망간의 재결정 억제 효과 때문일 수도 있다.
합금 원소로서의 마그네슘(Mg)은 고용 경화에 뿐만 아니라, (예를 들어 규소와 같은) 다른 합금 원소와 결합되어 시효 경화에도 영향을 미칠 수 있다. 본 발명자는, 7 중량%까지의 Mg 함량을 갖는 알루미늄 합금이 높은 내부식성을 포함하는 것을 확인하였다. 그러나 5 중량%를 초과하는 Mg 함량으로부터, 결정질 부식이 관찰되었지만, 이는 코팅의 균질화를 위한 코팅 강 제품의 어닐링을 통해 방지될 수 있다.
또한, 본 발명자는, 코팅 조에서 합금 원소 Mn 및 Mg의 조합이 코팅의 기계적 특성을 증가시키고 냉간 성형시에 강도를 더욱 증가시킨다는 것을 추가로 인식하였다.
본 발명에 따르면, 용융 코팅 조는 필수 원소로서 0.5 내지 5 중량%의 Fe를 함유해야 한다. 코팅 조(용융 조) 내의 철(Fe)은 코팅 조에 침지된 강 제품으로부터 철의 너무 강한 용해에 대해 조를 포화시킨다. 0.5 중량%보다 낮은 Fe 함량에서는 상기 효과가 충분하지 못하지만, 이에 반해, 5 중량%보다 높은 Fe 함량에서, 증가된 슬래그 형성이 발생할 수 있는데, 이는 강 제품의 코팅 품질에 바람직하지 못한 영향을 미칠 수 있다.
본 발명에 따른 코팅 조의 티타늄(Ti) 및 지르코늄(Zr)의 합금 원소는 개별적으로 또는 조합되어, 용융 침지 코팅에 의해 생성된 강 제품의 부식 방지 코팅이 미세 결정질 구조를 포함하는데 기여할 수 있다. 미세 결정질 구조에 의해, 유해 상은 부식 방지 코팅의 매트릭스 내에 미세하게 분포되어 내부식성이 증가된다. 이러한 효과는 미립화 예비 합금(grain-refining prealloy)의 첨가를 통해 달성될 수 있다. 본 발명자는, Ti 함량 또는 Zr 함량이 각각 0.05 중량%보다 낮을 경우, 내부식성의 증가와 관련하여 바람직한 효과를 확인할 수 없다는 것을 인식하였다. 마찬가지로, 0.4 중량%보다 각각 높은 Ti 함량 또는 Zr 함량에서도 상술한 바람직한 효과가 더 증가될 수 없다. 따라서 경제적 관점에서, 코팅 조의 Ti 함량 또는 Zr 함량에 대한 상한이 설정된다. Ti의 첨가는 강 제품의 내부식성을 증가시킬 뿐만 아니라, 추가로 내부식성 코팅의 염수 및 알칼리에 대한 내성이 더욱 증가될 수 있다.
본 발명의 바람직한 구성에 따라, 코팅 조 또는 부식 방지 코팅은 추가로 하나 이상의 하기 원소를 포함한다:
Si 0.1 내지 15 중량%
Ni 0.05 내지 2 중량%
Sb 0.05 내지 0.4 중량%
Cr 0.05 내지 0.4 중량%
Co 최대 0.4 중량%
Cu 최대 0.1 중량%
Zn 최대 0.1 중량%.
추가의 트램프 원소, 예를 들어 붕소, 탄소 및/또는 질소는 코팅 조 및/또는 본 발명에 따른 부식 방지 코팅 내에 마찬가지로 선택적으로 약간 존재할 수 있으며, 이 경우에 개별적인 함량은 0.05 중량%보다 높지 않아야 하고, 그 합은 0.15 중량%의 최대값을 초과해서는 안된다.
본 발명에 따른 코팅 조 내의 규소(Si)는 강 제품과 그에 적용된 부식 방지 코팅 사이의 반응 층의 과도한 성장을 억제하고, 따라서 용융 침지 코팅 강 제품의 형성 용량을 개선시킬 수 있다. 본 발명자는, 코팅 조 또는 강 제품에 적용된 부식 방지 코팅이 0.1 중량%보다 낮은 Si 함량을 포함하는 경우, 상기 바람직한 효과가 더 이상 확인될 수 없다는 것을 인식하였다. 코팅 조 또는 강 제품에 적용된 부식 방지 코팅이 15 중량%보다 높은 Si 함량을 함유하는 경우, 규소가 이미 결정 형태로 현저하게 침전될 수 있으며, 이는 부식 방지 코팅의 특성에 바람직하지 못하게 영향을 미칠 수 있다.
강 제품에 적용된 부식 방지 코팅의 합금 원소로서의 또는 코팅 조 내의 니켈(Ni)은, 열적으로 안정화된 침전물을 형성함으로써 강도, 특히 고온 강도를 증가시킨다. 니켈은 본 발명에 따른 코팅 조에 최대 2 중량%까지 첨가될 수 있다.
안티몬(Sb)은 티타늄과 유사하게, 염수 및 알칼리에 대한 본 발명에 따른 강 제품의 내성을 증가시킨다. 이러한 바람직한 효과는 코팅 조의 Sb 함량이 0.05 중량%보다 낮은 경우, 본 발명자에 의해 관찰되지 않았다. 다른 한편으로, 코팅 조의 Sb 함량이 0.4 중량%보다 높은 경우, 이러한 효과가 현저하게 개선될 수 없었다.
부식 방지 코팅의 합금 원소로서의 크롬(Cr)은 0.4 중량%까지의 함량에서 응력 균열 부식에 대한 코팅의 민감도의 감소를 구현할 수 있다.
부식 방지 코팅의 합금 원소로서의 코발트(Co)는 코팅의 고온 강도를 증가시킨다. 코발트는 고온에서 입자 성장을 억제한다. 특히, 코발트는 본 발명에 따른 부식 방지 코팅의 경도 및 연성을 개선한다. 0.4 중량%까지의 코발트가 선택적으로 부식 방지 코팅 또는 코팅 조의 알루미늄 합금에 첨가된다.
부식 방지 코팅의 합금 원소로서의 구리(Cu)는 마찬가지로 코팅의 고온 강도를 증가시킨다. 종래의 알루미늄 합금에는 5 중량%의 함량까지 구리가 첨가된다. 그러나 다른 한편으로, 1 내지 3 중량% 범위 내의 구리 함량은 고온 균열 성향의 증가를 야기한다. 0.1 중량%까지의 구리가 선택적으로 부식 방지 코팅 또는 코팅 조의 알루미늄 합금에 첨가된다.
부식 방지 코팅의 합금 원소로서의 아연(Zn)은 특히 마그네슘과 결합되어 코팅의 강도와 경도를 증가시킨다. 그러나 높은 Zn 함량에서 응력 균열 부식의 위험이 증가한다. 0.1 중량%까지의 아연이 부식 방지 코팅 또는 코팅 조의 알루미늄 합금에 선택적으로 첨가된다.
본 발명의 다른 구성에서, 강 제품의 부식 방지 코팅 또는 코팅 조의 알루미늄 합금이 0.2 내지 1.5 중량% 범위 내의 Mn 함량을 포함한다. 본 발명자의 시험에 따르면, 이러한 유형의 Mn 함량에 의해, 특히 높은 내부식성, 특히 산 및 알칼리 매체에 대한 높은 내성이 달성될 수 있고, 결과적으로, 코팅 품질에 바람직하지 못한 영향을 미칠 수 있는 슬래그 형성이 현저하게 감소될 수 있다는 것을 보여 준다. 이는, 특히, 본 발명의 다른 바람직한 구성에 따라, 알루미늄 합금이 1.5 초과 내지 5 중량%, 특히 바람직하게는 3 초과 내지 5 중량% 범위 내의 Fe 함량을 포함하는 경우에 해당한다.
본 발명의 대안적인 구성에서, 본 발명에 따른 강 제품의 부식 방지 코팅 또는 코팅 조의 알루미늄 합금이 1.5 내지 2 중량% 범위 내의 Mn 함량을 포함한다. 본 발명자의 시험에 따르면, 이러한 Mn 함량에 의해, 다시, 특히 높은 내부식성, 특히 산 및 알칼리 매체에 대한 높은 내성이 달성될 수 있고, 결과적으로, 마찬가지로, 코팅 품질에 바람직하지 못한 영향을 미칠 수 있는 슬래그의 형성이 명확히 감소되는 것을 보여준다. 이 경우에, 바람직하게는 알루미늄 합금의 Fe 함량은 1.5 초과 내지 5 중량% 범위 내에, 특히 바람직하게는 1.5 초과 내지 3 중량% 범위 내에 있도록 선택된다. 이러한 한계는 각각 슬래그의 형성을 감소시킨다.
본 발명의 다른 바람직한 구성은, 명시된 Mn 함량을 갖는 망간에 부가적으로, 본 발명에 따른 강 제품의 부식 방지 코팅 또는 코팅 조의 알루미늄 합금이 0.2 내지 0.6 중량% 미만 범위 내의 Mg 함량을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 한계는 슬래그 형성을 감소시킨다.
최적의 코팅 결과를 얻기 위해, 본 발명에 따른 방법의 바람직한 구성에 따라, 코팅 조가 650 내지 750℃ 범위, 바람직하게는 680 내지 750℃ 범위 내의 코팅 조 온도로 작동되는 경우 바람직하다. 이러한 범위를 초과하거나 하회하는 코팅 조 온도에서는 결과적으로 최적의 코팅 결과가 달성되지 않는데, 그 이유는, 예를 들어 강 제품과 용융 코팅 조 사이의 반응 속도가 너무 낮거나 강한 슬래그의 형성이 발생되었기 때문이다.
강 표면을 전반적으로 금속성 철로 형성하기 위해 코팅 조에 침지하기 이전에 강 표면으로부터 부동 산화물을 제거하기 위한 강 제품의 표면 활성화는 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 강 제품의 표면 활성화와 관련된 본 발명에 따른 방법의 다른 신뢰성 있는 과정 또는 구성은, 강 제품의 표면이 예를 들어 염산 또는 황산을 사용하여 산세(pickling)를 통해 활성화되는 것을 특징으로 한다. 후속 헹굼, 플럭싱 및 건조는 이러한 활성화를 완료하고, 주위 산소에 의한 역 부동화를 방지해야 한다. 이렇게 처리된 강 제품은 코팅 조의 온도에 상응하는 온도로 가열되거나 코팅 조의 온도보다 최대 50℃ 높은 온도로 가열된다. 이러한 공정 순서는 특히 열간 압연 원재료에 적합하다.
강 제품의 표면 활성화와 관련된 본 발명에 따른 방법의 신뢰성 있는 과정 또는 구성은, 강 제품의 표면이 예를 들어 염산 또는 황산을 사용하여 산세, 헹굼 및 어닐링에 의해 활성화되며, 상기 어닐링은 수소-질소 분위기에서 500 내지 900℃ 범위 내의 유지 온도에서 수행되며, 이렇게 처리된 강 제품은, 코팅 조의 온도에 상응하거나 코팅 조의 온도보다 최대 50℃ 높은 온도로 가열 또는 냉각되는 것을 특징으로 한다. 표면 활성화를 완료하거나 표면의 역 부동화를 방지하기 위해, H2 분율은 1 용적% H2 를 초과하거나 같아야 한다. 반면, 50 용적%를 초과하는 H2 분율에서는 추가의 바람직한 효과가 더 이상 나타나지 않으므로, 이러한 높은 H2 분율은 비경제적인 것으로 회피되어야 한다. 같은 이유로, H2-N2 분위기의 이슬점은 -60℃ 내지 0℃의 범위 내에 있어야 한다. -60℃ 보다 낮은 이슬점은 산업적으로 구현되기가 어려울 수 있고 바람직한 효과를 가져 오지 못할 수도 있다. 반면, 0℃보다 높은 이슬점에서, 강 표면의 재산화가 배제되지 못할 수도 있으므로, 높은 이슬점은 회피되어야 한다. 이러한 변형예는 열간 압연 원재료에 적합하다.
본 발명에 따른 방법의 다른 변형예에 따르면, 강 제품의 표면은 어닐링에 의해 활성화되고, 강 제품은 수소-질소 분위기에서 600 내지 1100℃의 범위 내의 유지 온도로 가열된다. 경우에 따라 존재하는 표면 산화물을 감소시키고 어닐링 중에 표면 산화물이 형성되는 것을 방지하기 위해, H2 분율은 1 용적% H2 를 초과하거나 같아야 한다. 반면, 50 용적%를 초과하는 H2 분율에서는 추가의 바람직한 효과가 더 이상 나타나지 않으므로, 이러한 높은 H2 분율은 비경제적인 것으로 회피되어야 한다. 같은 이유로, H2-N2 분위기의 이슬점은 -60℃ 내지 0℃의 범위 내에 있어야 한다. -60℃보다 낮은 이슬점은 산업적으로 구현되기가 어려울 수 있고 바람직한 효과를 가져 오지 못할 수도 있다. 반면, 0℃보다 높은 이슬점에서, 강 표면의 재산화가 배제되지 못할 수도 있으므로, 높은 이슬점은 회피되어야 한다. 이렇게 처리된 강 제품은 코팅 조의 온도에 상응하는 온도로 가열되거나 코팅 조의 온도보다 최대 50℃ 높은 온도로 가열되거나 냉각된다. 이러한 변형예는 특히 냉간 압연 원재료에 적합한데, 그 이유는 이 경우에, 강의 미세 구조가 유지 온도에서 재결정될 수 있기 때문이다. 600℃ 를 하회하는 유지 온도는 회피되어야 하는데, 그 이유는 그렇지 않으면 완전한 재결정화가 형성될 수 없기 때문이다. 반면, 1100℃를 초과하는 유지 온도에서는 거친 입자 형성의 위험이 있다. 유지 온도에서의 체류 시간은 적어도 30초 그리고 최대 90초이어야 한다. 체류 시간이 30초를 하회하면, 완전한 재결정이 형성될 수 없다. 지속 시간(체류 시간)이 90초를 초과하면, 거친 입자 형성의 위험이 있다.
강 제품의 표면의 어닐링을 수반하는 강 제품의 표면 활성화의 상술된 변형예에서, 어닐링 후에 강 표면의 역 부동화를 방지하기 위해, 본 발명의 방법에 따른 추가의 구성에서, 어닐링된 강 제품은 중성 또는 환원성 불활성 가스 분위기가 존재하는 노즐을 통해 보호 방식으로 코팅 조 내로 도입된다. 불활성 가스로서 바람직하게는 질소 또는 질소-수소 혼합물이 사용되며, 상기 언급된 이유로, 이는 -60℃ 내지 0℃ 범위 내의 이슬점에서 사용된다.
합금된 강 제품이 상술된 어닐링 가스 활성화를 이용하여, 본 발명에 따른 알루미늄 합금에 의해 용융 침지를 통해 코팅되어야 하는 경우, 어닐링 중에 어닐링 가스-금속 반응이 (예를 들어, Mn, Al, Cr, B, Si... 과 같은) 강의 산소 친화성 합금 원소의 외부 산화가 방지되도록 작동되는 것은 바람직할 수 있다. 여기서 공통으로, "합금된"이란 Mn, Al, Si 및 Cr 군으로부터 하나 이상의 합금 원소의 분율이 0.2 중량%를 초과하거나 같고, Mn 분율이 최대 30.0 중량%이고, 알루미늄 또는 규소의 분율이 최대 10.0 중량%이고, Cr 분율이 최대 5.0 중량%인 것을 의미한다. 이러한 경우에, 본 발명에 따른 방법의 다른 구성에 따라, 강 제품의 어닐링은 바람직하게는, 추가로, 강 제품의 예비 산화(preoxidation), 강 제품의 표면 질화, 제어된 이슬점 작업 또는 이러한 조치들의 조합이 실행되도록 수행된다. "예비 산화"는 강 표면의 산화-환원 처리를 의미한다. 이 경우, 예를 들어, 제1 단계에서, 유지 온도로의 가열 단계 중에, 그리고 유지 온도에서의 체류 시간의 시작 시에, 강 표면은, 목표한 FeO를 형성하기 위해, 적어도 1초 내지 최대 15초 동안 적어도 0.1 용적% 내지 최대 3.0 용적% 의 산소를 함유하는 분위기에 노출된다. 예비 산화 시간 및 산소 분율이 너무 낮게 선택되는 경우, 이러한 FeO 형성은 충분히 수행될 수 없다. 예비 산화 시간 및 산소 분율이 너무 높게 설정되면, 너무 많은 FeO가 형성되어, 이는 유지 온도로 수소-질소 분위기에서의 체류 시간 동안 더 이상 완전히 환원될 수 없다. "표면 질화"의 경우, 유지 온도로의 가열 단계 중에, 그리고 유지 온도에서의 체류 시간의 시작 시에, 강 표면은, 산소 친화성 합금 원소에 대한 산화 경로를 차단하는 강 내에서 표면에 가깝게 질화물을 목표한 대로 형성하기 위해, 적어도 1초 내지 최대 15초 동안 적어도 3.0 용적% 내지 최대 10.0 용적% 까지 NH3 함유 분위기에 노출된다. 질화 시간 및 NH3 분율이 너무 낮게 선택되면, 질화물 형성이 너무 낮게 될 수 있다. 질화 시간 및 NH3 분율이 너무 높게 설정되면, 추가적인 바람직한 효과가 관찰되지 않을 수 있다. 제어된 이슬점 작업은, 언급된 또는 바람직한 한계 내에서 상이한 노(furnace) 구역 내에서 이슬점이 목표한 대로 각각의 강 합금에 대해 설정되어, 바그너 기준에 따라 합금 원소의 선택적인 산화가 외부보다 내부적으로 진행되도록 하는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 방법의 다른 바람직한 구성에서, 강 제품의 어닐링은, 탈탄, 특히 강 제품의 표면 탈탄이 달성되도록 실행된다. 표면 탈탄 시, 기체 형태의 H2O와의 반응에 의해, 강 제품으로부터 표면 가까이에서 목표한 어닐링 가스-금속 반응을 통해 탄소가 추출된다. 이를 위해, 대기의 이슬점이 -20℃ 내지 0℃의 범위로 설정되어, H2O가 어닐링 가스 분위기 내에 충분히 포함된다. 이러한 표면 탈탄은 강 합금의 탄소 분율이 0.1 중량% 내지 0.4 중량%의 범위 내에 있는 경우에 특히 적합하다. 이에 의해 강판의 성형성이 개선된다.
본 발명에 따른 방법의 다른 구성에서, 본 발명에 따른 알루미늄 합금을 포함하는 코팅 조를 사용하여, 표면 활성화된 강 제품을 코팅하는 단계에는 열적, 화학적 및/또는 기계적 후처리가 후속될 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 다른 바람직한 구성에서, 용융 침지 코팅된 강 제품의 표면이 조질 압연(dressing)된다. 표면의 조질 압연을 통해, 본 발명에 따라 코팅된 강 제품 상에 임의의 거칠기 또는 표면 구조가 생성될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 다른 바람직한 구성은 용융 침지 코팅된 강 제품의 표면을 애노드 처리하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 본 발명에 따른 부식 방지 코팅의 내마모성이 증가될 수 있으며, 동시에 코팅의 장식용 착색이 수행될 수 있다. 애노드 처리는 종래의 1.4301 유형의 스테인리스 강보다 명확히 높은 내마모성의 증가를 유도한다.
이하, 본 발명이 실시예를 참조로 상세히 설명된다.
본 발명에 따른 알루미늄 피복을 갖는 강 제품, 통상 평강 제품은 강 제품의 코팅은 용융 코팅 조 내로 강 제품을 단시간 침지시켜 수행됨으로써, 따라서 여기서 용융 알루미늄 도금(hot dip aluminizing)이라고도 언급될 수 있다. 강재 기판 상에 코팅 물질의 양호한 습윤 및 부착을 달성하기 위해, 강 표면을 활성화시키기 위한 전처리가 수행된다. 이러한 전처리 및 용융 알루미늄 도금은 바람직하게는 연속적으로 그리고 연속적인 공정 순서로 실행된다. 이러한 공정 순서는 하기 단계를 포함한다:
a) 강 제품, 바람직하게는 평강 제품을 열간 압연 또는 냉간 압연 상태로 제공하는 단계와,
b) 강 제품 표면의 세정하는 단계와, (선택적)
c) 강 제품 표면의 활성화하는 단계와,
d) 알루미늄을 기반으로 하는 본 발명에 따른 코팅 조 구성물에서의 용융 알루미늄 도금, 즉, 용융 침지 코팅하는 단계와,
e) 열적, 화학적 또는 기계적 후처리하는 단계 (각각 선택적).
표면 활성화를 통해, 강 제품의 표면으로부터 부동 산화물이 제거됨으로써, 강 표면이 활성화 이후 전반적으로 금속성 철로 형성된다. 이는 다양한 방식으로, 더욱이 하기 방식으로 달성될 수 있다:
c1) 강 표면의 산세, 헹굼, 플럭싱 및 건조를 포함하며, 코팅 조에 강 제품을 침지하기 전에 조 침지 온도로의 강 제품의 템퍼링을 포함하는 화학적 표면 활성화. 이러한 표면 활성화 또는 공정 순서는 특히 원재료로서의 열간 압연된 강에 적합하다.
c2) 500℃ 내지 900℃의 범위 내의 유지 온도에서 (이슬점 -60℃ 내지 0℃를 갖는) 수소-질소 분위기에서, 산세, 헹굼, 어닐링 및 조 침지 온도로의 냉각을 포함하는 화학/어닐링 가스 활성화의 조합. 선택적으로, 표면 활성화된 강 제품의 침지 이전에 오버에이징(overaging) 공정이 수행될 수 있다. 또한, 이러한 표면 활성화 또는 공정 순서는 원재료로서의 열간 압연된 강에 적합하다.
c3) (이슬점 -60℃ 내지 0℃를 갖는) 수소-질소 분위기에서, 600℃ 내지 1100℃ 범위 내의 유지 온도의 범위 내의 유지 온도로 가열 및 조 침지 온도로의 냉각을 포함하는 어닐링 가스 활성화. 선택적으로, 코팅 조 내로의 표면 활성화된 강 제품의 침지 이전에, 마찬가지로 오버에이징 공정이 수행될 수 있다. 표면 활성화 또는 공정 순서의 이러한 변형예는 특히 원재료로서의 냉간 압연된 강에 적합한데, 그 이유는 강의 미세 구조가 유지 온도에서 재결정화될 수 있기 때문이다.
공정 단계 순서 c1), c2) 또는 c3)의 선택과는 무관하게, 용융 코팅 조는 650℃ 내지 750℃의 범위, 바람직하게는 680℃ 내지 750℃ 범위 내의 코팅 조 온도에서 작동된다. 코팅될 표면 활성화된 강 제품은 바람직하게는 650℃ 내지 800℃의 범위 내의 조 침지 온도로 냉각된다.
합금강으로 이루어진 강 제품이 공정 단계 순서 c2) 또는 c3) 중 하나를 사용하여, 본 발명에 따라 용융 알루미늄 도금되어야 하는 경우, 여기서, 어닐링 동안, (예를 들어, Mn, Al, Cr, B, Si... 과 같은) 산소 친화성 합금 원소의 외부 산화가 방지되도록, 어닐링 가스-금속 반응을 실행하는 것이 요구될 수 있다. 이를 위해, 어닐링 가스-금속 반응이 추가로, 예를 들어, 예비 산화, 표면 질화, 제어된 이슬점 작업, 또는 이들 추가적인 조치들의 조합을 포함할 수도 있다. 마찬가지로, 강 제품의 성형성을 개선하기 위해, 표면 활성화와 병행하여 표면 탈탄을 수행하는 것도 본 발명의 범주 내에 있다.
공정 단계 순서 c2) 또는 c3)에서 어닐링 후 강 표면의 역 부동화를 방지하기 위해, 조 침지 온도로 냉각된 강 제품을 코팅 조로 이송하는 것이 노즐을 통해 달성되며, 노즐 내에는 강재 기판에 대해 중성, 또는 환원된 제어된 질소 또는 질소-불활성 가스 또는 질소-수소 불활성 가스 분위기가 존재한다.
본 발명에 따라 코팅된 강 제품의 표면의 선택적인 조질 압연을 통해, 원하는 거칠기 또는 표면 구조가 제공될 수 있다. 후속 연결된 선택적인 양극 산화 공정에서, 본 발명에 따른 강 제품의 코팅의 내마모성이 증가될 수 있다. 애노드 처리는 종래 스테인리스 강(1.4301)보다 약 3배 더 내마모성을 증가시킨다.
본 발명에 따라, 상술된 바와 같이 코팅 조 및 공정 단계 순서를 이용하여 용융 알루미늄 도금된 강 제품의 피복은 알루미늄 및 불가피한 불순물 이외에 부가적으로 하기 원소를 포함한다:
Mn 0.2 내지 2 중량% 및/또는
Mg 0.2 내지 7 중량%
필수 원소로서의 Fe 0.5 내지 5 중량%
Ti 0.05 내지 0.4 중량% 및/또는
Zr 0.05 내지 0.4 중량%.
표 1에는, 본 발명에 따른 금속 코팅 조(용융 조)의 화학적 구성물에 대한 여러 실시예가 표시된다. 표 1에 표시된 V1 및 V3 유형의 용융물은 산 및 알칼리 매체에 대해 특히 높은 내부식성을 포함한다. V2 유형의 용융물은 해수 및 알칼리에 대해 증가된 내성을 갖는다.
본 발명에 따른 부식 방지 코팅이 제공된 평강 제품은 납땜, 용접, 접착 등과 같은 통상적인 모든 접합 기술을 위해 적합하고, 구성 부품에 대한 냉간 성형이나 열간 성형에 의해 하나 이상의 단으로 처리될 수 있다. 이러한 유형의 평강 제품 또는 구성 부품은 통상적인 기계 공학 분야, 항공기-조선 분야, 가전 분야, 특히 외장재용 구조물, 휴대폰 및 노트북용 하우징과 같은 일상 소비기의 장식 요소, 그리고 광산 장비에 대해 적합하다. 본 발명에 따른 부식 방지 코팅 또는 이러한 평강 제품으로부터 제조된 구성 부품을 갖는 평강 제품의 사용은 예를 들어, 사일로 컨테이너, 부도체, 음료 캔 등과 같은 물품 및 정적으로 적재된 설비 구성 요소와 같은 화학 산업 분야 및 식품 산업 분야에서 특히 바람직하다. 식품 산업 분야의 응용예에서, 본 발명에 따른 알루미늄 기반 부식 방지 코팅은 식품 산업 분야에서 "EU-규정 1935/2004"에 따라 그리고 "식품 접촉 재료로서 사용되는 합금 및 곡식에 대한 EU-지침(2001년 3월 9일)"에 따라 규정된 스테인리스 강을 저 합금강으로 대체할 수 있다.
| 원소 [ 중량% ] | |||||
| 시험 용융물 | Mn | Mg | Si | Fe | Al |
| V1 (AlMnSi) | 0.98 | 3.23 | 0.96 | 잔량 | |
| V2 (AlMg) | 5 | 3.5 | 잔량 | ||
| V3 (AlMgMn) | 2 | 7 | 3.5 | 잔량 | |
Claims (18)
- 알루미늄 합금으로 이루어진 금속 부식 방지 코팅을 갖는 강 제품, 특히 평강 제품이며, 알루미늄 합금은 알루미늄 및 불가피한 불순물 이외에 부가적으로 하기 원소들을 포함하는 강 제품:
Mn 0.2 내지 2 중량% 및/또는
Mg 0.2 내지 7 중량%
필수 원소로서 Fe 0.5 내지 5 중량%
Ti 0.05 내지 0.4 중량% 및/또는
Zr 0.05 내지 0.4 중량%. - 제1항에 있어서, 알루미늄 합금은 하나 이상의 하기 원소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 강 제품:
Si 0.1 내지 15 중량%
Ni 0.05 내지 2 중량%
Sb 0.05 내지 0.4 중량%
Cr 0.05 내지 0.4 중량%
Co 최대 0.4 중량%
Cu 최대 0.1 중량%
Zn 최대 0.1 중량%. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 알루미늄 합금은 0.2 내지 1.5 중량% 범위 내의 Mn 함량을 포함하는 것을 특징으로 하는 강 제품.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 알루미늄 합금은 1.5 초과 내지 2 중량% 범위 내의 Mn 함량을 포함하는 것을 특징으로 하는 강 제품.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 알루미늄 합금은 1.5 초과 내지 5 중량% 범위 내의 Fe 함량을 포함하는 것을 특징으로 하는 강 제품.
- 제3항에 있어서, 알루미늄 합금은 3 초과 내지 5 중량% 범위 내의 Fe 함량을 포함하는 것을 특징으로 하는 강 제품.
- 제4항에 있어서, 알루미늄 합금은 1.5 초과 내지 3 중량% 범위 내의 Fe 함량을 포함하는 것을 특징으로 하는 강 제품.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 알루미늄 합금은 명시된 Mn 함량을 갖는 Mn에 부가적으로, 0.2 내지 0.6 미만 중량% 범위 내의 Mg 함량을 포함하는 것을 특징으로 하는 강 제품.
- 알루미늄 합금으로 이루어진 금속 부식 방지 코팅을 갖는 강 제품, 특히 평강 제품의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은
- 열간 압연 또는 냉간 압연 상태에서 강 제품, 특히 평강 제품을 제공하는 단계와,
- 강 제품의 표면으로부터 부동 산화물을 제거하기 위해 강 제품의 표면을 활성화시키는 단계와,
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따라 구성된 알루미늄 합금을 포함하는 용융 코팅 조 내로의 침지를 통해 표면 활성화된 강 제품을 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강 제품의 제조 방법. - 제9항에 있어서, 코팅 조는 650 내지 750℃의 범위 내의 코팅 조 온도로 작동되는 것을 특징으로 하는 강 제품의 제조 방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서, 강 제품의 표면은 산세, 헹굼 및 플럭싱 및 건조에 의해 활성화되며, 이렇게 처리된 강 제품은, 코팅 조의 온도에 상응하거나 코팅 조의 온도보다 최대 50℃ 높은 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 강 제품의 제조 방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서, 강 제품의 표면은 산세, 헹굼 및 어닐링에 의해 활성화되며, 어닐링은 수소-질소 분위기에서 500 내지 900℃ 범위 내의 유지 온도에서 수행되며, 이렇게 처리된 강 제품은, 코팅 조의 온도에 상응하거나 코팅 조의 온도보다 최대 50℃ 높은 온도로 가열 또는 냉각되는 것을 특징으로 하는 강 제품의 제조 방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서, 강 제품의 표면은 어닐링에 의해 활성화되고, 강 제품은 수소-질소 분위기에서 600 내지 1100℃의 범위 내의 유지 온도로 가열되며, 이렇게 처리된 강 제품은, 코팅 조의 온도에 상응하거나 코팅 조의 온도보다 최대 50℃ 높은 온도로 가열 또는 냉각되는 것을 특징으로 하는 강 제품의 제조 방법.
- 제12항 또는 제13항에 있어서, 어닐링된 강 제품은 중성 또는 환원성 불활성 가스 분위기가 존재하는 노즐을 통해 보호 방식으로 코팅 조 내로 도입되는 것을 특징으로 하는 강 제품의 제조 방법.
- 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 강 제품의 어닐링은, 강 제품의 예비 산화, 강 제품의 표면 질화, 제어된 이슬점 작업 또는 이들의 조합이 실행되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 강 제품의 제조 방법.
- 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 강 제품의 어닐링은 강 제품의 탈탄이 달성되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 강 제품의 제조 방법.
- 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 침지 코팅된 강 제품의 표면은 조질 압연되는 것을 특징으로 하는 강 제품의 제조 방법.
- 제9항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 침지 코팅된 강 제품의 표면은 애노드 처리되는 것을 특징으로 하는 강 제품의 제조 방법.
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