KR20180072446A - 표면품질과 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연 도금강판 및 그 제조방법 - Google Patents

표면품질과 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연 도금강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표면품질과 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연 도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 중량%로, C: 0.05~0.3%, Mn: 6.5~20%, Si: 0.3~1.5%, Al: 0.001~0.5%, P 0.04% 이하(0은 제외), S: 0.015% 이하(0은 제외), N: 0.02% 이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 냉연강판과 상기 냉연강판 상에 형성되는 용융아연도금층을 포함하고, 상기 냉연강판과 용융아연도금층의 계면에 Fe-Al 합금상이 상기 냉연강판 표면 면적에 대하여 70면적%이상 형성되는 표면품질과 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연 도금강판 및 그 제종방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 인장강도가 900MPa 이상이고, 인장강도×연신율이 15,000MPa% 이상이며, 표면품질과 도금밀착성 또한 우수한 고강도 용융아연 도금강판을 제공할 수 있다.

Description

표면품질과 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연 도금강판 및 그 제조방법{HIGH STRENGTH GALVANIZED STEEL SHEET HAVING EXCELLENT SURFACE PROPERTY AND COATING ADHESION AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 표면품질과 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연 도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 지구환경 보전을 위한 이산화탄소의 규제에 따른 자동차의 경량화 및 자동차의 충돌 안정성을 향상하기 위한 자동차용 강판의 고강도화가 지속적으로 요구되고 있다.
이러한 요구를 만족시키기 위해서 최근 900MPa 이상의 고강도강판이 개발되어 자동차에 적용되고 있다.
강판의 강도를 높이는 위해서는 탄소를 비롯한 강의 강화성분들의 첨가량을 증가시키는 방법 등을 이용할 수 있으나, 자동차 차체용 강판의 경우 차체로 성형하는 과정에서 크랙이 발생하지 않아야 하므로 높은 강도 뿐만 아니라 우수한 연신율도 동시에 확보되어야 한다.
자동차용 강판의 강도와 연성을 동시에 확보하기 위해서 강 중에 주로 Mn, Si, Al, Cr, Ti 등의 성분을 첨가하고 있으며, 이들의 첨가량을 적절히 조절하고 제조공정 조건을 제어하면 높은 강도와 연성을 갖는 강판을 제조할 수 있다. 특히, 900MPa 이상의 강도를 갖는 자동차용 고강도 강판의 경우 강 중에 Si, Mn, Al 등의 성분을 다량 첨가하여 목표로 하는 강도와 연신율을 확보하고 있다.
일반적으로 자동차에 사용되는 강판은 자동차의 수명연장을 위해 내식성을 향상시킬 필요가 있고 이를 위해 용융아연도금강판이 사용되고 있다. 그러나, 앞서 언급된 Si, Mn, Al은 산화되기 쉬운 원소이므로, 이들 원소들을 포함하는 고강도 강판은 소둔로 중에 존재하는 미량의 산소 혹은 수증기와 반응하여 강판 표면에 Si, Mn 또는 Al 단독 혹은 복합산화물을 형성함으로써 아연의 젖음성을 저하시키고, 이에 따라, 도금강판 표면에 국부적 혹은 전체적으로 아연이 부착되지 않은 일명 미도금이 발생하여 도금강판 표면품질을 크게 떨어뜨린다.
또한, 소둔 후 강판 표면에 산화물이 존재할 경우, 이후 도금욕에 침지될 때 도금욕중 Al과 강판의 Fe가 반응하여 형성되는 Fe-Al 합금상이 형성되지 않아 도금층과 소지철의 밀착력이 약해 강판의 성형과정에서 도금층이 탈락하게 되는 일명 도금박리 현상이 발생하게 된다. 소둔 후 Si, Mn 또는 Al 단독 혹은 복합산화물 형성은 Si, Mn, Al 등 산화성 성분의 함량이 많을수록 심해지기 때문에 900MPa 이상의 고강도 강판의 경우에는 미도금 및 도금박리가 더욱 심해진다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 기술 중의 하나로, 특허문헌 1에는 소둔과정에서 공기와 연료를 공연비 0.80~0.95로 제어하여, 산화성 분위기의 직접 화염로 내에서 강판을 산화시켜 강판 내부 일정한 깊이까지 Si, Mn 또는 Al 단독 혹은 복합산화물을 포함한 철 산화물을 형성시킨 다음, 환원소둔에 의해 철 산화물을 환원시킨 후 용융아연도금하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 산화공정에서 생긴 철산화층 아래에 존재하는 Si, Mn 또는 Al의 내부 산화층은 환원공정에서 환원되지 않기 때문에 도금완료 후에 소지(환원 Fe층)/도금 계면 직하 소지철에 강판 표면과 평행한 방향으로 산화물층이 존재하게 되며, 프레스 가공시 상기 산화물층으로 인해 밀착력이 크게 떨어지는 문제가 있다.
상기 특허문헌 1의 문제점을 해결하기 위하여 여러 가지 기술이 제안되었다. 그 중 특허문헌 2는 소둔과정 중에 산화성 합금원소 Mn, Si 등이 표면으로 확산하여 산화되는 것을 방지하기 위하여 소둔 가열구간(650~750℃)에서는 수소2~8vol%의 환원 분위기에서 최대한 빠르게 강판을 가열하여 Si, Mn의 표면산화를 억제하고, 균열대에서 등온상태로 산소 0.01~1vol%를 공급하면서 1~10초간 통판하며 FeO 산화물을 형성한 후, 가열구간에서 최대 900℃까지 수소 2~8vol% 분위기에서 환원가열하여 FeO산화물을 Fe로 환원하고, 도금전까지 환원분위기에서 냉각하여 고강도강의 도금성을 확보하였다. 그러나, 이러한 방법의 경우에도 강판 표면에 환원 Fe를 형성하여 도금성을 확보할 수는 있지만 환원 Fe층 직하에 Si 및 Mn이 Fe층과 평행하게 농화되어 산화물 띠를 형성하게 되고, 이러한 산화물 띠는 취성이 높아 도금강판의 가공 및 성형 등의 굽힘 환경에서 가해지는 응력에 의해 깨어지면서 도금층을 박리시키는 문제점이 있다.
더불어, 특허문헌 3은 용융아연도금 고강도 강판 제조시, 소둔 중 가열구간 200~650℃에서 강판표면을 5~100초간 대기 분위기에서 산화 처리하여 표면에 FeO산화물을 형성한 후, 가열온도 구간 600~900℃에서 60~600초간 환원 분위기에서 가열하여 표면 FeO산화물을 Fe로 환원시켜 도금성을 확보하는 방법을 사용하였다. 대기 분위기에서 특허문헌 3에 제시된 온도 분위기로 가열한 경우 높은 산소 분압의 가스가 소둔로 내에 투입되어 강판이 지나치게 산화되어 롤에 산화물이 묻어날 수 있고, 다른 온도영역대의 구간에 산소가 확산하여 환원 분위기 형성 및 이슬점 제어가 어려워질 수 있다. 또한, 높은 산소분압으로 인한 설비 열화 또는 부식이 가속화되어 수명이 감소할 수 있다. 이러한 문제점을 배제하고 용융도금 강판을 제조하여도 환원 Fe층 직하에 형성되어 있는 산화성 합금원소 Si, Mn 등의 산화물이 산화물 띠를 형성하여 도금 박리를 일으키는 문제점을 가진다.
고강도강의 도금성 향상을 위한 또 다른 방법으로 제시된 특허문헌 4는 소둔로내의 이슬점(Dew Point)을 일반적인 범위보다 높게 유지하여 소지철 내부 수 마이크로미터까지 산소분압이 산화성 합금원소인 Si, Mn, Al 등의 산화발생 임계산소분압보다 높게 형성하여, 소지철 내부 주로 결정립계에 산화물을 형성하여 표면산화물 형성을 억제하여 도금성을 향상시키는 방법을 개시하고 있다. 이 방법에 의해서 산화성 성분을 내부산화시키면 외부산화가 감소하여 도금성을 개선하는 특징이 있다. 그러나, 강판 표면 및 내부 산소분압이 높아지면서 소지철 내 고용원소인 탄소(C)의 산화에 의한 탈탄이 발생하여 표면재질이 열위해지며, 내부산화를 위해 연속용융도금 소둔설비 내 특정구간에 수증기를 주입 및 수증기 주입시 로내 이슬점을 정밀하게 측정하여 제어해야 하기 때문에, 추가설비 구축을 필요로 하며, 용융도금강판 생산공정제어가 까다로워져서 생산성이 감소하는 문제점을 발생시킬 수 있다. 또한, 강판을 프레스 성형시 강판에 응력이 가해지면 강 표층부에 내부산화된 내부산화물이 외부응력에 취약하여 파괴가 일어나기 쉽기 때문에 강판의 크랙이 발생하기 쉬운 문제가 있다.
한국 특허공개공보 제2010-0030627호 미국 특허공개공보 제2005-721138호 일본 특허공개공보 제1999-231442호 일본 공개특허공보 제2013-501959호
본 발명은 소지강판과 도금층간의 도금 밀착성을 향상시키며, 도금 품질이 우수한 고강도 용융아연도금강판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.05~0.3%, Mn: 6.5~20%, Si: 0.3~1.5%, Al: 0.001~0.5%, P 0.04% 이하(0은 제외), S: 0.015% 이하(0은 제외), N: 0.02% 이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 냉연강판과 상기 냉연강판 상에 형성되는 용융아연도금층을 포함하고, 상기 냉연강판과 용융아연도금층의 계면에 Fe-Al 합금상이 상기 냉연강판 표면 면적에 대하여 70면적%이상 형성되는 표면품질과 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연 도금강판을 제공한다.
본 발명의 다른 실시형태는 중량%로, C: 0.05~0.3%, Mn: 6.5~20%, Si: 0.3~1.5%, Al: 0.001~0.5%, P 0.04% 이하(0은 제외), S: 0.015% 이하(0은 제외), N: 0.02% 이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 냉연강판을 준비하는 단계; 상기 냉연강판을 이슬점 온도가 -80~-60℃로 제어된 환원 분위기의 소둔로에서 소둔하는 단계; 및 상기 소둔된 냉연강판을 냉각한 뒤, 상기 냉각된 냉연강판을 도금욕에 침지하여 용융아연 도금하는 단계를 포함하고, 상기 소둔로의 환원 분위기는 이슬점 온도가 -50~-35℃로 제어된 2~8부피% 수소와 잔부 질소 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 가스를 산화성 금속을 포함하는 환원관에 통과시킴으로써 얻어지는 것인 표면품질과 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연 도금강판의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 인장강도가 900MPa 이상이고, 인장강도×연신율이 15,000MPa% 이상이며, 표면품질과 도금밀착성 또한 우수한 고강도 용융아연 도금강판을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 하기 설명되는 합금조성의 %는 중량%를 의미한다.
C: 0.05~0.3%
C는 페라이트와 오스테나이트 내 고용강화와 마르텐사이트 강도 확보를 위하여 필요한 원소로서 0.05% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 그러나, 0.3%를 초과하는 경우에는 페라이트와 오스테나이트 강도와 마르텐사이트 분율 및 강도 상승이 과도해져 연성, 굽힘가공성이 나빠지고, 탄소화학당량 상승으로 인한 용접성이 감소하여 프레스 성형 및 롤가공성이 나빠지는 단점이 있다.
Mn: 6.5~20%
Mn은 페라이트 형성을 억제하고 오스테나이트를 안정하게 하는 경화능 증가원소이다. 또한, 강판의 강도 향상에 유리한 원소로서 강판의 인장강도를 900MPa 이상 확보하기 위해서 6.5% 이상 포함되는 것이 바람직하다. Mn함량이 증가할수록 강도 확보 및 잔류 오스테나이트의 안정화에 용이하지만, 20%를 초과하는 경우에는 소둔 과정에서 Mn의 표면산화량 증가에 의해 도금성 확보가 어려워진다는 단점이 있다.
Si: 0.3~1.5%
Si는 강의 항복강도를 향상시킴과 동시에 상온에서 잔류오스테나이트 및 페라이트를 안정화시키는 원소이다. Si는 냉각시 오스테나이트로부터 시멘타이트의 석출을 억제하고, 탄화물의 성장을 현저히 저지함으로써 TRIP(Tranformation Induced Plasticity)강의 경우 충분한 양의 잔류오스테나이트를 안정화시키는데 기여한다. 따라서, 본 발명에서와 같이 인장강도 900MPa 이상이면서 15,000 이상의 인장강도×연신율을 확보하는 데에 필수적이다. 상기 효과를 위해서는 Si가 0.3% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 그러나, 1.5%를 초과하는 경우에는 열간압연 부하가 증가하여 열연크랙을 유발할 뿐만 아니라, 다른 합금성분과 제조방법이 본 발명의 범위를 만족하더라도 소둔 후 강판 표면 Si농화량이 많아져 도금 밀착성이 열위해지는 단점이 있다.
Al: 0.001~0.5%
Al은 제강 공정에서 탈산을 위해 첨가되며, 페라이트 내 고용되어 고용강화를 발생하여 강도를 향상시키기 위하여 첨가되는 원소이며, 이러한 효과를 위해 0.001% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 그러나, 0.5%를 초과하는 경우에는 냉연재의 소둔과정에서 강판 표면에 필름형태의 연속적인 산화막이 형성되어 소지철의 Zn젖음성을 저하시키며, 강판 표면 Al농화량이 많아져 도금 밀착성이 열위해지는 단점이 있다.
P 0.04% 이하(0은 제외)
P의 함량은 0.04% 이하(0은 제외)가 바람직하다. 강 중 P는 불순물 원소로서 그 함량이 0.04%를 초과하면 용접성이 저하되고, 강의 취성이 발생할 위험성이 커지며, 또한, 덴트 결함의 유발 가능성이 높아지기 때문에, 그 상한을 0.04%로 한정하는 것이 바람직하다.
S: 0.015% 이하(0은 제외)
S의 함량은 0.015% 이하(0은 제외)가 바람직하다. S는 P와 마찬가지로 강 중 불순물 원소로서, 강판의 연성 및 용접성을 저해하는 원소이다. 그 함량이 0.015%를 초과하면 강판의 연성 및 용접성을 저해할 가능성이 높아지므로, 그 상한을 0.015%로 한정하는 것이 바람직하다.
N: 0.02% 이하(0은 제외)
N의 함량은 0.02% 이하(0은 제외)가 바람직하다. N은 0.02%를 초과하면 AlN의 형성에 의하여 연주시 크랙이 발생할 위험성이 크게 증가하므로, 그 상한을 0.02%로 한정하는 것이 바람직하다.
Cr: 0.1~1.0%
Cr의 함량은 0.1~1.0%가 바람직하다. Cr은 경화능 증가원소로서, 페라이트의 형성을 억제하는 장점이 있으며, 상기 효과를 위해서는 0.1% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 그러나, 1.0%를 초과하는 경우에는 합금 투입량 과다에 의한 원가 증가로 인해 그 상한을 1.0%로 제어하는 것이 바람직하다.
Mo: 0.1% 이하
Mo의 함량은 0.1%이하가 바람직하다. Mo는 Cr과 마찬가지로 강도 향상에 기여하는 효과적일 뿐만 아니라, 용융아연 젖음성을 저하시키지 않기 때문에 강도확보에 효과적이다. 0.1%를 초과하더라도 문제는 없으나, 경제적으로 바람직하지 않다.
Ti: (48/14)*[N]~0.1%
Ti의 함량은 (48/14)*[N]~0.1%가 바람직하다. Ti은 질화물 형성원소로서 강중 N의 농도를 감소하는 효과가 있으며, 이를 위해서는 화학당량적으로 (48/14)*[N]이상을 첨가할 필요가 있다. 그러나, 0.1%를 초과하는 경우에는 고용 N의 제거 외에 추가적인 탄화물 석출에 의한 마르텐사이트의 탄소 농도 및 강도 감소가 이루어지므로 그 상한을 0.1%로 제어하는 것이 바람직하다
Ni: 0.005~0.5%
Ni의 함량은 0.005~0.5%가 바람직하다. Ni은 강판의 강도 향상을 위해 첨가되며, 상기 효과를 위해서는 0.005% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 또한, Ni은 소둔과정에서 표면에 거의 농화되지 않으므로 도금성을 떨어뜨리지 않지만, 0.5%를 초과하는 경우에는 강판의 산세가 불균일해지므로 그 상한을 0.5%로 제어하는 것이 바람직하다.
Nb: 0.1% 이하
Nb의 함량은 0.1% 이하가 바람직하다. Nb은 오스테나이트 입계에 탄화물 형태로 편석되어 소둔열처리시 오스테나이트 결정립의 조대화를 억제하여 강도를 증가시키는데 유리한 원소이다. 그러나, 0.1%를 초과하는 경우에는 합금 투입량 과다에 의한 원가 증가로 그 상한을 0.1%로 제어하는 것이 바람직하다.
B: 0.005% 이하
B의 함량은 0.005% 이하가 바람직하다. 강중 B은 강도 확보를 위해 첨가될 수 있다. 다만, B의 함량이 0.005%를 초과하는 경우에는 소둔 후 제품 표면에 농화되어 도금성을 크게 떨어뜨리게 되므로, 그 상한을 0.005%로 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명 강판의 나머지 성분은 Fe이며, 탈산 및 탈탄을 위해 불가피하게 투입하는 성분들로 인한 불순물과 일정량의 철스크랩을 투입함으로써 생기는 불순물, 예를 들면, Cu, Mg, Zn, Co, Ca, Na, V, Ga, Ge, As, Se, In, Ag, W, Pb, Cd 등이 각각 0.03% 미만으로 함유하게 되더라도 본 발명의 효과를 떨어뜨리지 않는다.
본 발명의 용융아연 도금강판은 상기와 같은 합금조성을 갖는 냉연강판과 상기 냉연강판 상에 형성되는 용융아연도금층을 포함한다. 이 때, 상기 냉연강판과 용융아연도금층의 계면에 Fe-Al 합금상이 상기 냉연강판 표면 면적에 대하여 70면적%이상 형성되는 것이 바람직하다. 상기 Fe-Al 합금상은 용융아연도금시 용융상태의 아연의 젖음성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 상기 Fe-Al 합금상이 70면적% 이상으로 형성되는 경우 강판 전면에 양호한 도금성을 부여할 수 있다.
또한, 본 발명의 용융아연 도금강판은 페라이트상, 베이나이트상, 마르텐사이트상, 오스테나이트상 중 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다.
아울러, 본 발명의 용융아연 도금강판은 900MPa 이상의 인장강도와 15,000MPa% 이상의 인장강도×연신율을 가질 수 있다.
이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
우선, 전술한 합금조성을 갖는 냉연강판을 준비한다. 상기 냉연강판 준비는 본 발명의 합금조성을 만족하는 강 슬라브를 1100~1300℃의 온도에서 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강 슬라브를 마무리 열간압연 온도 Ar3 이상의 온도로 사상압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및 상기 열연강판을 산세한 후 냉간압연하여 냉연강판을 얻는 단계를 포함할 수 있다.
상기 재가열하는 단계는 1100~1300℃의 온도 범위에서 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 재가열 온도가 1100℃ 미만인 경우에는 열간압연 하중이 급격히 증가하는 문제가 발생할 수 있으며, 1300℃를 초과하는 경우에는 재가열 비용의 상승 및 표면 스케일 양이 증가하는 문제가 발생할 수 있다.
상기 재가열된 강 슬라브를 마무리 열간압연 온도 Ar3 이상의 온도로 사상압연하여 열연강판을 얻는 것이 바람직하다. 이는 Ar3 미만에서는 페라이트+오스테나이트의 2상역 혹은 페라이트역 압연이 이루어져서 혼립조직이 만들어지며, 열간압연 하중의 변동으로 인한 오작이 우려되므로 상기와 같이 제어하는 것이 바람직하다.
상기 열연강판을 얻는 단계 후, 상기 열연강판을 700℃ 이하의 온도로 권취하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 권취 온도가 700℃를 초과하는 경우에는 강판 표면의 산화막이 과다하게 생성되어 결함을 유발할 수 있으므로 상기 온도를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이 700℃ 이하의 온도라면 그 하한은 특별히 한정하지 않는다. 다만, 300℃ 미만인 경우에는 냉간압연 부하를 증가시키는 문제를 야기할 수 있으므로, 권취온도는 300℃ 이상인 것이 보다 바람직하다.
이후, 상기 열연강판을 산세한 후 냉간압연하여 냉연강판을 얻고, 이렇게 얻어지는 냉연강판에 대하여 소둔 처리를 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명에서와 같이 높은 강도와 연신율을 갖는 강판을 제조하기 위해서는 다량의 Mn, Si 및 Al이 첨가된다. 이러한 강판을 일반적인 소둔 공정을 적용하는 경우 도금성 및 도금밀착성이 열위해지게 된다. 다량의 Si, Al, Mn이 첨가된 강판을 냉연한 후 환원 분위기 내에서 소둔을 실시하면, 로내에 존재하는 산소와 수증기로부터 산소가 투입되어 강판표면에서 내부까지 일정한 산소 농도구배를 형성한다. 이때의 산소농도가 상기 합금원소들이 산화되기 위하여 필요로 하는 임계산소농도 이상이고, 합금원소가 독립적으로 존재하는 것보다 산화반응하여 깁스자유에너지가 낮아져 에너지적으로 안정하게 되는 경우 합금원소는 산화되어 산화물을 생성한다. 산화물 형성에 따른 에너지 안정화는 합금원소가 표면 방향으로 확산할 수 있는 구동력을 제공하며, 에너지 안정화 정도는 합금원소에 따라 상이하다. Mn, Si, Al은 대표적인 산화성 원소로서 산화물 형성에 따른 에너지 안정화도가 타원소와 비교하여 상대적으로 높다. 따라서, 환원소둔 중에 표면으로 빠르게 확산하여 강판표면 0.1㎛ 이내 영역에서 고갈층을 형성하며 표면에 다량의 산화물을 형성한다. 이때, 환원소둔된 강판의 표면은 대부분 산화물로 덮이게 되어 강판이 아연도금욕에 침지될 때 도금욕과 소지철 간의 물리적 접촉을 차단하여 아연의 젖음성을 크게 떨어뜨려 아연이 부착되지 않은 일명 미도금이 발생할 뿐 아니라, 도금이 되더라도 강판과 아연도금층 계면에 Fe-Al 합금상이 형성되지 않아 아연도금층과 소지철 간의 밀착력이 떨어져 도금박리가 발생하게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 상기 소둔 공정시 이슬점 온도가 -80~-60℃로 제어된 환원 분위기의 소둔로에서 행한다. 상기 이슬점 온도가 -60℃보다 높은 경우에는 강성분인 Mn, Si의 산화물 형성에 요구되는 임계산소 농도보다 높아져 소둔로내 가열 중 Mn, Si가 강판 표면에 농화되어 산화물을 형성하여 도금성을 열위하게 하는 단점이 있다. 한편, 이슬점 온도를 -80℃보다 낮게 제어하는 것은 기술적으로 어렵기 때문에 본 발명에서는 상기 이슬점 온도 범위를 -60~-80℃의 범위로 제어하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 소둔은 750~950℃의 온도에서 5~120초 동안 이루어지는 것이 바람직하다. 강판의 충분한 재결정을 위해서는 상기 소둔 온도를 750℃ 이상으로 제어하는 것이 바람직하나, 950℃를 초과하는 경우에는 소둔로의 수명이 감소하는 단점에 있으므로, 상기 소둔 온도는 750~950℃로 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 소둔 시간은 균일한 재결정조직을 얻기 위해서 최소 5초가 필요하며, 120초를 초과하는 경우에는 균열 가열 시간이 과도하여 강성분이 표면으로 확산하여 산소와 반응할 수 있는 충분한 시간이 주어져 강판 표면에 산화물을 형성하여 용융아연 도금욕 내 Al과 강판의 Fe간 화학반응에 의한 Fe-Al 합금상을 충분히 형성하지 못하여, 용융아연과 강판 간 젖음성이 확보되지 않아 미도금이 발생하거나, 도금밀착성이 열위하게 되는 단점이 있다.
아울러, 상기 소둔로의 환원 분위기는 이슬점 온도가 -50~-35℃로 제어된 2~8부피% 수소와 잔부 질소 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 가스를 산화성 금속을 포함하는 환원관에 통과시킴으로써 얻어지는 것이 바람직하다. 상기 분위기 가스 중 수소 함량이 2부피% 미만인 경우에는 강판 표면에 존재하는 철 산화물의 환원이 불충분하다는 단점이 있다. 한편, 8%를 초과하더라도 강판 표면의 철산화물의 환원 효과는 우수하지만, 경제성을 감안하여 그 상한을 8%로 제어하는 것이 바람직하다. 더하여, 상기 분위기 가스의 이슬점 온도 범위는 본 발명의 기술 분야에서 통상적으로 이용되는 범위이나, 본 발명에서는 상기 이슬점 온도 범위의 분위기 가스를 산화성 금속을 포함하는 환원관에 통과시킴으로써 가스 내 불순물로서 포함되는 산소의 함량을 극도로 저감시킴으로써 상기 분위기 가스의 이슬점 온도를 효과적으로 -60℃ 이하로 낮출 수 있다. 보다 상세하게는, 상기 환원관은 STS 재질의 관으로 이루어질 수 있고, 그 내부에는 분말 또는 괴상의 형태의 산화성 금속이 채워질 수 있다. 상기 환원관은 소둔 가스가 외부로 누출되지 않도록 소둔 가스 공급관과 채결될 수 있다. 상기 환원관의 형태는 원통형일 수 있으며, 이 때, 원통의 직경은 소둔 가스 공급관의 직경보다 3배 이상인 것이 바람직하다. 이를 통해, 소둔 가스가 공급관을 거쳐 환원관 내부로 통과할 때 상기 소둔 가스의 유속이 느려지게 되면서 환원성 금속관 내에 머무는 즉, 산화성 금속과의 접촉 시간이 길어지게 되어 충분한 환원 시간을 확보할 수 있게 된다.
한편, 상기 산화성 금속은 Li, Ca 및 Mg로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다. 상기 Li, Ca 및 Mg는 산소친화도가 높은 금속으로 극소의 산소분압에서도 산화물을 형성하는 것이 특징이다. 예를 들어, 용융아아연도금 소둔라인 내 공급되는 소둔 가스의 이슬점 온도는 대략 -50~-35℃ 범위를 가지며, 이 때 가스온도가 820℃일 때 산소 분압은 약 8.0×10-24~6.0×10- 26bar의 범위를 가진다. 이러한 수준 또한 극소의 산소 분압이라 할 수 있으나, 본 발명에서는 -80~-60℃의 이슬점 온도로 환원 분위기를 형성하는 것을 특징으로 하므로, 소둔 가스를 상기 Li, Ca 및 Mg에 접촉시킴으로써 이들 금속의 높은 산소친화도에 의해 금속 산화물이 형성되도록 하여 소둔 가스 내 산소를 소모함으로써 산소 분압을 5.0x10-26~1.0x10-28bar의 범위로 낮추어, 본 발명이 제안하는 이슬점 온도인 -80~-60℃의 수준을 갖도록 할 수 있다. Li, Ca 및 Mg 이외의 금속이 사용되는 경우에는 산소 친화력의 한계로 인해 소둔가스의 이슬점 온도 저하 효과가 떨어지거나 없게 된다.
이후, 상기 소둔된 냉연강판을 냉각한 뒤, 상기 냉각된 냉연강판을 도금욕에 침지하여 용융아연 도금한다. 상기 용융아연 도금시에는 상기 냉각된 냉연강판을 도금욕 온도-20℃~도금욕 온도+100℃로 재가열하거나, 또는 재냉각한 후 0.1~0.3중량%의 Al과 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 450~500℃의 도금욕에 침지하는 것으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 재가열 또는 재냉각 온도 즉, 도금욕 인입온도가 도금욕온도-20℃ 보다 낮은 경우에는 아연의 젖음성이 떨어지며, 도금욕온도+100℃를 초과하는 경우에는 국부적으로 도금욕온도를 상승시켜 도금욕 온도관리가 어려운 단점이 있다. 또한, 도금욕 내 Al 함량이 0.1중량% 미만일 경우에는 소지철과 도금층 계면에 형성되는 Fe-Al합금상의 형성이 억제되는 단점이 있으며, 0.3중량%를 초과하는 경우에는 도금층 내 Al 함량이 증가하여 용접성을 떨어뜨리는 문제가 있다. 아울러, 도금욕 온도가 450℃ 미만인 경우에는 아연의 점도가 증가하여 도금욕 내 롤의 구동성이 떨어지고, 500℃를 초과하는 경우에는 아연의 증발이 증가하기 때문에 바람직하지 않다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
하기 표 1의 합금조성을 갖는 강을 용해한 후, 슬라브를 제조하였다. 제조된 각각의 강 슬래브를 활용하여 1200℃의 온도에서 1시간 유지 후, 900℃에서 마무리 압연한 다음 650℃까지 냉각하여 650℃로 유지된 보온로에서 1시간 동안 유지시킨 후 로냉을 실시하였다. 냉각이 완료된 열연강판은 열연크랙 발생 여부를 육안 관찰하고 60℃, 17부피% HCl 용액으로 30초간 산세를 실시하여 강판 표면의 산화철을 용해시켰다. 일부 시편에서 30초 동안의 산세가 불충분할 경우 동일 조건에서 추가 산세를 20초간 실시하였으며, 산세가 완료된 강판은 55% 압하율로 냉간압연을 실시하였다.
강종 화학조성(중량%)
C Mn Si Al P S N Cr Mo Ti Ni Nb B
1 0.215 6.514 1.484 0.003 0.0015 0.003 0.0026 0.3 - 0.009 - 0.082 -
2 0.157 8.415 1.451 0.003 0.001 0.0027 0.001 0.2 0.08 - - - 0.0015
3 0.146 14.981 2.458 0.003 0.0085 0.0026 0.0009 - - - 0.24 - 0.0009
4 0.207 15.544 1.475 0.423 0.001 0.003 0.0034 0.5 - 0.0215 - - 0.0015
5 0.221 18.367 0.512 2.045 0.001 0.0015 0.0023 - 0.095 0.0146 - 0.091 0.0009
6 0.057 10.145 0.312 0.003 0.0012 0.0024 0.0012 0.45 - - - - 0.0008
7 0.157 12.087 1.452 0.004 0.0014 0.0024 0.009 - - 0.0557 0.26 0.056 0.0015
8 0.132 18.451 1.345 0.453 0.001 0.0021 0.0013 0.32 0.096 - - - 0.0008
9 0.147 22.154 1.465 0.125 0.0009 0.0018 0.0021 - 0.093 0.0154 - - 0.0012
10 0.057 19.545 1.085 0.005 0.0031 0.0021 0.0018 - 0.082 - 0.21 - 0.0031
11 0.127 23.214 0.417 0.008 0.0026 0.002 0.0023 - - 0.0148 - - 0.0026
12 0.202 6.543 1.487 0.003 0.0011 0.0024 0.0032 - - 0.0154 - - 0.0017
13 0.201 6.551 1.485 0.003 0.0009 0.0021 0.0029 - - - 0.17 - -
14 0.212 6.675 1.475 0.003 0.0011 0.0023 0.0028 - - - - - 0.0013
15 0.151 8.418 1.451 0.003 0.0015 0.0027 0.0013 - - - - 0.094 -
16 0.153 8.394 1.412 0.003 0.0013 0.0016 0.003 - - - - - -
17 0.052 10.143 0.312 0.003 0.0012 0.0024 0.0012 - 0.01 - - - 0.0012
18 0.052 10.143 0.312 0.003 0.0012 0.0024 0.0012 0.31 - - - - -
19 0.051 10.139 0.398 0.002 0.0024 0.0017 0.0009 - - - - - 0.0015
이렇게 얻어진 냉연강판은 전처리를 통해 표면에 묻은 이물질을 제거하고 하기 표 2에 기재된 조건으로 소둔을 실시한 다음 도금욕 인입온도 480℃, 도금욕 온도 456℃, 도금욕내 Al농도 0.23중량%의 도금조건으로 도금을 실시한 후 에어나이프를 사용하여 편면기준 도금부착량 60g/m2으로 조절하고 냉각하여 도금강판을 제조하였다.
구분 강종 환원관 내
금속 종류
소둔온도
(℃)
소둔시간
(s)
분위기가스
조성
(부피%)
환원관 통과 전
분위기 가스
이슬점 온도
(℃)
소둔로 내
분위기 가스
이슬점 온도
(℃)
발명예1 1 Li 847 108 5H2-N2 -42 -67
발명예2 2 Li 852 117 5H2-N2 -37 -72
발명예3 4 Ca 860 108 8H2-N2 -40 -72
발명예4 6 Li 870 119 5H2-N2 -42 -78
발명예5 7 Li 865 108 5H2-N2 -41 -78
발명예6 10 Ca 854 114 5H2-N2 -39 -75
발명예7 12 Li 847 108 5H2-N2 -35 -67
발명예8 13 Li 847 108 5H2-N2 -37 -67
발명예9 15 Li 852 117 5H2-N2 -41 -72
발명예10 17 Li 870 119 5H2-N2 -42 -78
발명예11 18 Li 870 119 5H2-N2 -41 -78
비교예1 3 Mg 838 119 5H2-N2 -40 -73
비교예2 5 Mg 830 115 8H2-N2 -41 -75
비교예3 9 Li 850 109 5H2-N2 -42 -78
비교예4 11 Li 853 119 7H2-N2 -39 -69
비교예5 1 - 850 118 5H2-N2 -30 -30
비교예6 4 - 862 119 8H2-N2 -45 -45
비교예7 6 - 865 117 5H2-N2 -37 -37
비교예8 8 - 852 108 5H2-N2 -45 -45
비교예9 10 - 851 114 5H2-N2 -35 -35
비교예10 6 Li 856 157 5H2-N2 -35 -64
비교예11 8 Li 854 147 5H2-N2 -44 -75
비교예12 10 Li 849 148 5H2-N2 -44 -75
비교예13 1 Cu 847 108 5H2-N2 -38 -38
비교예14 2 Ni 852 117 5H2-N2 -41 -41
비교예15 4 Mo 860 108 8H2-N2 -35 -35
발명예12 14 Li 847 108 5H2-N2 -37 -67
발명예13 16 Li 852 117 5H2-N2 -41 -72
발명예14 19 Li 870 119 5H2-N2 -43 -78
상기 얻어지는 도금강판에 대하여 표면의 미도금부위 존재 여부 및 정도를 육안으로 확인한 뒤, 그 표면품질을 평가하여 하기 표 3에 나타내었다. 표 3에서 ○는 미도금 부위가 없는 경우, △는 직경 2mm이하 크기의 미도금이 존재하는 경우, ×는 직경 2mm를 초과하는 크기의 미도금이 존재하는 경우를 의미한다.
아울러, 용융아연도금층을 용해 및 제거한 후 표면을 SEM(Scanning Electron Microscope)으로 촬영하여 이미지 분석 소프트웨어를 이용함으로써 용융아연도금층과 소지강판 계면에 형성된 Fe-Al 합금상의 면적%를 측정한 뒤, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
또한, 각각의 강판에 대한 도금 밀착성을 평가하고, 그 결과를 표 3에 나타내었다. 상기 도금 밀착성 평가는 강판 표면에 자동차 구조용 접착제를 도포한 후, 건조하여 응고를 완료한 다음 90도로 굽혀 접착제와 도금강판을 분리시킴으로써 수행하였으며, 도금층이 박리되어 접착제에 묻어 나오는지를 여부를 확인하여 도금밀착성을 평가하고, 그 결과를 ○ 및 ×로 표 3에 나타내었다. 표 3에서 ○는 도금층이 박리되어 접착제가 묻어나지 않는 경우로서, 도금밀착성이 양호한 것을 나타내며, ×는 도금층이 박리되어 접착제가 묻어나는 경우로서, 도금밀착성이 불량함을 나타낸다.
그리고, 도금강판에 대하여 JIS5호로 인장시험을 실시하여 강판의 인장강도와 연신율을 측정하고, 인장강도와 인장강도(MPa)×연신율(%) 형태로 환산하여, 그 값을 표 3에 나타내었다.
구분 인장강도
(Mpa)
인장강도×연신율
(MPa%)
Fe-Al 합금상 분율(면적%) 표면품질 도금 밀착성
발명예1 915 19,307 84
발명예2 932 20,690 86
발명예3 952 29,626 87
발명예4 980 22,246 87
발명예5 951 24,289 75
발명예6 942 29,711 86
발명예7 904 18,080 85
발명예8 907 16,326 83
발명예9 912 17,328 84
발명예10 932 17,149 83
발명예11 927 17,984 84
비교예1 952 27,084 34 × ×
비교예2 986 30,349 32 × ×
비교예3 1,185 48,040 43 × ×
비교예4 976 40,543 47 × ×
비교예5 991 21,049 21 × ×
비교예6 987 29,067 54 ×
비교예7 954 22,371 51 × ×
비교예8 963 29,834 47 × ×
비교예9 932 27,887 48 × ×
비교예10 928 20,834 57 ×
비교예11 994 31,560 46 ×
비교예12 1,007 32,707 38 × ×
비교예13 921 19,691 28 × ×
비교예14 927 21,822 38 × ×
비교예15 947 28,524 49 × ×
발명예12 908 16,132 82
발명예13 907 16,575 79
발명예14 912 16,790 86
상기 표 1 내지 3에서 알 수 있듯이, 본 발명이 제안하는 합금조성과 제조조건을 만족하는 발명예 1 내지 14의 경우에는 인장강도가 900MPa 이상이면서도, 인장강도×연신율이 15,000MPa% 이상으로써 우수한 기계적 물성을 확보하고 있음을 알 수 있다. 또한, 냉연강판과 용융아연도금층의 계면에 Fe-Al 합금상이 70면적%이상 형성되어 미도금 발생이 없이 우수한 표면품질을 가지고 있을 뿐만 아니라, 도금밀착성 또한 우수함을 알 수 있다.
한편, 비교예 1 내지 4의 경우에는 본 발명이 제안하는 Mn, Si, Al의 함량을 만족하지 않아 상기 원소들의 표면 농화로 인한 표면산화물이 형성됨에 따라 70면적%이상 Fe-Al 합금상이 확보되지 않았으며, 이로 인해 미도금이 발생하여 양호한 표면품질이 확보되지 않았고, 도금밀착성 또한 열위함을 알 수 있다.
비교예 5 내지 9의 경우에는 본 발명이 제안하는 합금조성은 만족하나, 당해 기술분야에서 통상적으로 이용되는 이슬점 온도로 소둔을 실시한 것으로서, 이슬점 온도가 본 발명의 조건음 만족하지 않아, Fe-Al 합금상을 70면적%이상 확보하지 못함으로써 표면품질과 도금밀착성이 열위함을 알 수 있다.
비교예 10 내지 12의 경우에는 본 발명이 제안하는 합금조성은 만족하나, 소둔 공정시 시간이 본 발명이 제안하는 조건을 초과하여 강판 표면에 산화물이 형성됨에 따라 충분한 Fe-Al 합금상을 확보하지 못하였으며, 이에 따라 표면품질과 도금밀착성이 열위함을 알 수 있다.
비교예 13 내지 15의 경우에는 본 발명이 제안하는 환원관 내 산화성 금속인 Li, Ca 및 Mg 대신 Cu, Ni, 및 Mo를 사용한 경우이며, 낮은 산소친화력으로 인해 소둔 가스 내 산소와의 충분한 반응을 일으키지 못하여 소둔 가스의 이슬점 온도가 저하되지 않아, 결국, 우수한 표면품질과 도금밀착성을 확보하지 못하고 있음을 알 수 있다.

Claims (10)

  1. 중량%로, C: 0.05~0.3%, Mn: 6.5~20%, Si: 0.3~1.5%, Al: 0.001~0.5%, P 0.04% 이하(0은 제외), S: 0.015% 이하(0은 제외), N: 0.02% 이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 냉연강판과 상기 냉연강판 상에 형성되는용융아연도금층을 포함하고,
    상기 냉연강판과 용융아연도금층의 계면에 Fe-Al 합금상이 상기 냉연강판 표면 면적에 대하여 70면적%이상 형성되는 표면품질과 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연 도금강판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉연강판은 Cr: 0.1~1.0%, Mo: 0.1% 이하, Ti: (48/14)*[N]~0.1%, Ni: 0.005~0.5%, Nb: 0.1% 이하 및 B: 0.005% 이하로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 추가로 포함하는 표면품질과 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연 도금강판.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 용융아연 도금강판은 인장강도가 900MPa 이상이고, 인장강도×연신율이 15,000MPa% 이상인 표면품질과 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연 도금강판.
  4. 중량%로, C: 0.05~0.3%, Mn: 6.5~20%, Si: 0.3~1.5%, Al: 0.001~0.5%, P 0.04% 이하(0은 제외), S: 0.015% 이하(0은 제외), N: 0.02% 이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 냉연강판을 준비하는 단계;
    상기 냉연강판을 이슬점 온도가 -80~-60℃로 제어된 환원 분위기의 소둔로에서 소둔하는 단계; 및
    상기 소둔된 냉연강판을 냉각한 뒤, 상기 냉각된 냉연강판을 도금욕에 침지하여 용융아연 도금하는 단계를 포함하고,
    상기 소둔로의 환원 분위기는 이슬점 온도가 -50~-35℃로 제어된 2~8부피% 수소와 잔부 질소 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 가스를 산화성 금속을 포함하는 환원관에 통과시킴으로써 얻어지는 것인 표면품질과 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연 도금강판의 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 냉연강판은 중량%로, Cr: 0.1~1.0%, Mo: 0.1% 이하, Ti: (48/14)*[N]~0.1%, Ni: 0.005~0.5%, Nb: 0.1% 이하 및 B: 0.005% 이하로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 추가로 포함하는 표면품질과 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연 도금강판의 제조방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 냉연강판을 준비하는 단계는,
    강 슬라브를 1100~1300℃의 온도에서 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 강 슬라브를 마무리 열간압연 온도 Ar3 이상의 온도로 사상압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및
    상기 열연강판을 산세한 후 냉간압연하여 냉연강판을 얻는 단계를 포함하는 표면품질과 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연 도금강판의 제조방법.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 열연강판을 얻는 단계 후, 상기 열연강판을 700℃ 이하의 온도로 권취하는 단계를 추가로 포함하는 표면품질과 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연 도금강판의 제조방법.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 소둔하는 단계는 750~950℃의 온도에서 5~120초 동안 이루어지는 표면품질과 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연 도금강판의 제조방법.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 산화성 금속은 Li, Ca 및 Mg로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 표면품질과 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연 도금강판의 제조방법.
  10. 청구항 4에 있어서,
    상기 용융아연 도금하는 단계는 상기 냉각된 냉연강판을 도금욕 온도-20℃~도금욕 온도+100℃로 재가열하거나, 또는 재냉각한 후 0.1~0.3중량%의 Al과 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 450~500℃의 도금욕에 침지하는 것으로 이루어지는 표면품질과 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연 도금강판의 제조방법.
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