KR20190026057A - 금속 코팅된 강철 스트립 - Google Patents

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치양 리우
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아론 키퍼 뉴펠드
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Abstract

본 발명은 0.3-10 중량%의 Mg 및 0.005-0.2 중량%의 V를 함유한 Al-Zn-Si 합금의 코팅(피막)을 가지는 금속 스트립에 관한 것이다.

Description

금속 코팅된 강철 스트립{METAL COATED STEEL STRIP}
본 발명은 알루미늄(Al), 아연(Zn), 및 실리콘(Si)을 함유하고, 이를 근거로이하에서 "Al-Zn-Si 합금"으로서 지칭되는 합금의 내부식성 금속 합금 코팅을 갖는 스트립, 전형적으로는 강철 스트립에 관한 것이다.
배타적이진 않지만 특히, 본 발명은 합금 코팅(alloy coating) 내에 주요 성분으로서 알루미늄(Al), 아연(Zn), 실리콘(Si), 마그네슘(Mg)을 함유하고, 이를 근거로 이하에서 "Al-Zn-Si-Mg 합금"으로서 지칭되는 내부식성 금속 합금 코팅에 관한 것이다. 합금 코팅은 의도된(deliberate) 합금 첨가물 또는 불가피한 불순물로서 존재하는 기타 다른 성분을 함유할 수 있다.
배타적이진 않지만 특히, 본 발명은 상술한 Al-Zn-Si-Mg 합금으로 코팅된 강철 스트립에 관한 것이며, 이러한 스트립은 (예를 들어, 롤 성형에 의해) 지붕재 제품과 같은 최종용도 제품(end-use product)으로 냉각 성형될 수 있다.
전형적으로, 본 발명의 Al-Zn-Si-Mg 합금은 성분 Al, Zn, Si, 및 Mg을 하기 기재된 범위 내에서 포함한다:
Al: 40 내지 60 중량%
Zn: 30 내지 60 중량%
Si: 0.3 내지 3 중량%
Mg: 0.3 내지 10 중량%.
보다 구체적으로, 본 발명의 Al-Zn-Si-Mg 합금은 성분 Al, Zn, Si, 및 Mg을 하기 기재된 범위 내에서 포함한다:
Al: 45 내지 60 중량%
Zn: 35 내지 50 중량%
Si: 1.2 내지 2.5 중량%
Mg: 1.0 내지 3.0 중량%.
최종용도 적용예에 따라 금속 코팅된 스트립은 상기 스트립의 일면 또는 양면 상에 예를 들면 고분자 도료(polymeric paint)로 도포될 수 있다. 이러한 견지에서, 금속 코팅된 스트립은 최종용도 제품 자체로서 판매되거나 또는 표면의 일면 또는 양면 상에 도료 코팅을 하여 도포된 최종 제품으로서 판매될 수도 있다.
배타적이진 않지만 특히, 본 발명은 상술한 Al-Zn-Si-Mg 합금으로 코팅되고 또한 선택적으로 도료로 도포된 후, 건축 자재(예를 들면, 프로파일링된 벽 및 지붕 시트)와 같은 최종용도 제품으로 냉각 성형(예를 들어, 롤 성형)된 강철 스트립에 관한 것이다.
배타적이진 않지만 특히, 본 발명은 상술한 Al-Zn-Si-Mg 합금으로 코팅되고 또한 선택적으로 도료로 도포된 강철 스트립을 포함하는, 냉각 성형(예를 들어, 롤 성형)된 최종용도 제품(예를 들면, 프로파일링된 벽 및 지붕 시트)에 관한 것이다.
전형적으로, 내부식성 금속 합금 코팅은 용융 코팅법(hot-dip coating method)에 의해 강철 스트립 상에 형성된다.
통상적인 용융 금속 코팅법에서, 강철 스트립은 일반적으로 하나 이상의 열처리로(heat treatment furnace)를통과하고, 이후에 코팅 용기(coating pot)에 수용된 용융된 금속 합금의 전해조(bath) 내로 유입되어 이를 통과한다.
일반적으로 금속 합금은 가열 유도체를 이용하여 코팅 용기 내에서 용융된 상태로 유지된다. 상기 스트립은 일반적으로 전해조 내에 담겨 있는 연장형 노 출구 슈트(furnace exit chute) 또는 돌출부의 형태인 출구 단부를 통해서 열처리로를 빠져 나간다. 전해조 내부에서 상기 스트립이 하나 이상의 싱크롤(sink roll) 둘레를 통과하고, 전해조의 외부 상방으로 인출되며, 상기 스트립이 전해조를 통과함에 따라 금속 합금으로 코팅된다.
코팅 전해조를 지나간 후, 금속 합금 코팅된 스트립은 가스 나이프 또는 가스 와이핑 스테이션(gas wiping station)과 같은 코팅 두께 제어 스테이션을 통과하며, 여기서 스트립의 코팅된 표면들은 코팅의 두께를 제어하기 위해 와이핑 가스의 제트흐름을 겪게 된다.
그런 다음, 금속 합금 코팅된 스트립은 냉각부를 통과하고, 강제 냉각을 겪게 된다.
그 이후, 냉각된 금속 합금 코팅된 스트립은 조질압연부(또는 템퍼 롤링부(temper rolling section)라고도 알려짐) 및 인장 교정부를 통해 연속적으로 코팅된 스트립을 통과시킴으로써 선택적으로 컨디셔닝 될 수 있다. 컨디셔닝된 스트립은 코일링 스테이션에서 권취된다.
내부식성을 위해 알루미늄과 아연이 강철 스트립 상의 Al-Zn-Si 합금 코팅 내에 제공된다.
내부식성을 위해 알루미늄, 아연 및 마그네슘이 강철 스트립 상의 Al-Zn-Si 합금 코팅 내에 제공된다.
용융 코팅법에서 강철 스트립과 용융된 코팅(molten coating) 사이에서의 과다한 합금 형성을 방지하기 위해 두 가지 합금 유형에 모두 실리콘이 첨가된다. 상기 실리콘의 일부는 4원 합금층(quaternary alloy layer)의 형성에 참여하지만, 대부분의 실리콘은 응고 도중에 바늘 형태의 순수한 실리콘 입자들로서 침전한다. 이들 바늘 형태의 실리콘 입자들은 코팅의 수지상정간 영역(inter-dendritic region)에서도 또한 존재한다.
호주 및 기타 지역에서 상당한 기간 동안 건축 자재, 특히 프로파일링된 벽 및 지붕 시트용으로 광범위하게 사용되는 하나의 내부식성 금속 코팅 조성물은 55% Al을 포함하는 Al-Zn-Si 합금 조성물이다. 상기 프로파일링된 시트는 일반적으로 페인팅되고 금속 합금 코팅된 스트립을 냉각 성형함으로써 제조된다. 전형적으로는, 상기 프로파일링된 시트는 페인팅된 스트립을 롤 성형함으로써 제조된다.
상기 공지된 55% Al-Zn-Si 코팅 조성물에 Mg를 추가하는 것이 수년 동안 특허문헌, 예를 들면 니폰 철강 회사의 미국 특허 제6,635,359호 등에서 제시되어 왔다. 그러나, 강철 스트립 상의 Al-Zn-Si-Mg 합금 코팅들은 호주에서 상업적으로 입수가능하지 않다.
상기 개시내용은 호주 또는 기타 지역에서 공통적이고 일반적인 공지사항의 허용으로서 받아들여지는 것은 아니다.
마그네슘과 바나듐이 55% Al-Zn-Si 합금 금속 코팅된 강철 스트립에서 구체적으로 부식 성능을 개선한다는 것이 본 출원인에 의해 밝혀졌다.
특히, 본 출원인은 Mg가 55% Al-Zn-Si 코팅 조성물에 포함되는 경우에 Mg는 해양 환경이나 산성비 환경에서 형성된 부식 산물의 특성을 변경시킴으로써, 절단된 가장자리 보호의 개선과 같은 제품 성능에 유리한 효과를 야기한다는 것을 밝혀냈다. 이러한 부식 성능의 개선은 본 출원인에 의해 수행된 광범위 가속 부식 테스트 및 실외 노출 테스트와 같은 연구 작업에 의해 시험하여 나타냈다. 마그네슘 첨가에 대하여, 도료 코팅을 갖는 금속 코팅된 강철에 대한 가장자리 하방침식 수준에 있어서의 향상이 해양 환경에서 금속 코팅의 드러낸 표면(bare surface)부식에서의 향상보다도 더 나음을 밝혔다.
또한, 본 출원인은 V가 Al-Zn-Si 합금 코팅 조성물에 포함되는 경우에 V는 제품 성능에 유리한 효과를 야기한다는 것을 밝혀냈다. 본 출원인은 실외 노출에 대한 실험에서 드러낸(즉, 미도포(unpainted)) 금속 코팅된 강철 스트립으로부터의 질량 손실(mass loss) 수준이 광범위한 환경들에서 평균 33% 정도로 감소함을 밝혔다. 마그네슘과는 전혀 다르게, 드러낸(즉, 미도포) 표면으로부터의 코팅 손실에서의 개선이 도료 코팅을 갖는 금속 코팅된 강철 스트립에 대한 가장자리 하방침식 수준에 있어서의 개선보다 훨씬 더 크다.
본 발명은 코팅의 부식 성능의 상기 기술한 상보적인 측면을 이용하기 위해 0.3-10 중량%의 Mg 및 0.005-0.2 중량%의 V를 함유한 Al-Zn-Si 합금의 코팅(피막)을 가지는 금속 스트립, 전형적으로는 강철 스트립에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 마그네슘 및 바나듐의 첨가는, 스트립의 미도포 질량 손실 및 도포되고 금속 코팅된 스트립의 가장자리 하방침식의 두 측면 모두에서 각각 개별 성분을 독자적으로 더 많이 첨가한 것에 의해 수득될 수 있는 것보다 더 높은 수준으로까지 향상시킨다.
상기 코팅 합금은 하기 중량% 범위의 성분 Al, Zn, Si, 및 Mg를 포함하는 Al-Zn-Si-Mg 합금일 수 있다:
Al: 40 내지 60 중량%
Zn: 30 내지 60 중량%
Si: 0.3 내지 3 중량%
Mg: 0.3 내지 10 중량%
상기 코팅 합금은 하기 중량% 범위의 성분 Al, Zn, Si, 및 Mg를 포함하는 Al-Zn-Si-Mg 합금일 수 있다:
Al: 45 내지 60 중량%
Zn: 35 내지 50 중량%
Si: 1.2 내지 2.5 중량%
Mg: 1.0 내지 3.0 중량%
상기 코팅 합금은 0.15 중량% 미만의 V를 함유할 수 있다.
상기 코팅 합금은 0.1 중량% 미만의 V를 함유할 수 있다.
상기 코팅 합금은 적어도 0.01 중량%의 V를 함유할 수 있다.
상기 코팅 합금은 적어도 0.03 중량%의 V를 함유할 수 있다.
상기 코팅 합금은 기타 다른 성분들을 포함할 수 있다.
상기 기타 다른 성분들은 불가피한 불순물로서 및/또는 의도된 합금 첨가물로서 제공될 수 있다.
예를 들면, 상기 코팅 합금은 Fe, Cr, Mn, Sr, 및 Ca 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 코팅(coating)은 다중층과는 반대로 단일층일 수 있다.
상기 코팅은 비-평형 상(non-equilibrium phase)을 포함하지 않는 코팅일 수 있다.
상기 코팅은 비결정성 상(amorphous phase)을 포함하지 않는 코팅일 수 있다.
본 발명의 코팅된 금속 스트립은 상기 합금 코팅의 외부 표면 상에 도료 코팅을 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 코팅 합금으로 코팅되고, 선택적으로 도료로 도포된 강철 스트립을 포함하는, 냉각 성형(예를 들어, 롤 성형)된 최종용도 제품(예를 들면, 프로파일링된 벽 및 지붕 시트)에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 예로서 본 발명을 상세하게 기술한다.
도 1은 본 발명의 방법에 따라 알루미늄-아연-실리콘-마그네슘 합금으로 코팅된(도금된) 강철 스트립을 생산하는 연속적인 생산라인의 일 실시예의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 합금 코팅의 일 실시예를 포함하는, 코팅 합금들의 비교를 나타낸 Anodic Tafel 도표이다.
도 1을 참고하면, 사용 시에는 냉간 압연된 강철 스트립의 코일은 언코일링 스테이션(1)에서 언코일링되고, 연속적인 언코일링된 길이의 스트립은 용접기(2)에 의해 단부와 단부가 용접되어서, 연속 길이의 스트립을 형성한다.
이어, 상기 스트립은 축열기(accumulator, 3), 스트립 세정부(4) 및 노 조립체(5)를 연속적으로 통과한다. 노 조립체(5)는 예열기, 예열 환원로(preheat reducing furnace)및 환원로(reducing furnace)를포함한다.
상기 스트립은 공정 변수를 조심스럽게 제어함으로써 노 조립체(furnace assembly, 5)에서 열처리되며, 이때 상기 공정 변수로는 (i) 노 내에서의 온도 프로파일, (ii) 노 내의 환원 가스의 농축, (iii) 노를 통한 가스 유속, 및 (iv) 노 내의 스트립 체류 시간(즉, 선속)을 들 수 있다.
노 조립체(5)에서의 공정 변수는 상기 스트립의 표면으로부터 산화철 잔류물을 제거하고, 상기 스트립의 표면으로부터 잔류 오일 및 철 미립자를 제거하도록 제어된다.
이어, 열처리된 스트립은 출구 돌출부를 경유하여 코팅 용기(6)에 수용된 Al-Zn-Si-Mg 합금을 함유하는 용융된 전해조 내로 하방으로 유입되어 이를 통과하고, Al-Zn-Si-Mg 합금으로 코팅된다. 상기 Al-Zn-Si-Mg 합금은 가열 유도체(미도시)를 사용함으로써 코팅 용기에서 용융된 상태로 유지된다. 전해조 내부에서는 상기 스트립이 싱크롤 둘레를 통과하고, 전해조 외부로 상방으로 인출된다. 상기 스트립의 양 표면은 스트립이 전해조를 통과함에 따라 Al-Zn-Si-Mg 합금으로 코팅된다.
코팅 전해조(coating bath, 6)를 지나간 후, 상기 스트립은 가스 와이핑 스테이션(미도시)을 수직으로 통과하며, 여기에서 상기 스트립의 코팅된 표면은 코팅의 두께를 제어하기 위해 와이핑 가스의 제트 흐름을 겪게 된다.
이어, 코팅된 스트립이 냉각부(7)를 통과하고, 강제 냉각을 겪게 된다.
이어 상기 냉각되고 코팅된 스트립은 코팅된 스트립의 표면을 컨디셔닝하는 압연부(rolling section, 8)를 통과한다.
그런 다음, 상기 코팅된 스트립은 코일링 스테이션(10)에서 권취된다.
상기에서 언급하였듯이, 본 발명은 본 출원인에 의해 공지된 강철 스트립 상의 55% Al-Zn-Si 합금 코팅에 대해 수행된 연구 작업에 기초한 것이며, 이에 의해서 마그네슘과 바나듐이 상기 코팅된 강철 스트립의 부식 성능을 개선한다는 것을 밝혀냈다.
상기 연구 작업은 연장된 기간 동안 산성 환경 및 해양 환경에서 수행된 가속 부식 테스트 및 실외 노출 테스트를 포함한다.
도 2의 Anodic Tafel 도표는 상기 연구 작업의 일부의 결과들을 나타낸다. 상기 도표는 3개의 합금 조성물들에 대한 전극 전위(Volt에서)에 대한 전류 밀도 ("J" - A/cm2에서)의 대수(logarithm)를 나타낸다. 상기 도표는 (a) 공지된 55% Al-Zn-Si 합금 ("AZ"), (b) Ca를 함유하는 Al-Zn-Si-Zn 합금 ("AM(Ca)"), 및 (c) 본 발명의 일 실시예에 따른 V를 함유하는 Al-Zn-Si-Zn 합금 ("AM(V)")의 코팅들에 대한 연구 작업의 결과를 나타낸 것이다.
도 2의 도표는 합금 코팅 (a), (b), 및 (c)의 부식 성능을 비교한 것이다. 본 출원인에 의해 수득된 상기 도표 및 다른 결과들은 하기를 지시한다:
(a) 본 발명의 AM(V)합금 코팅은 다른 합금 코팅들보다 주어진 부식 전위에서 더 낮은 부식 전류를 갖는다 (AM(V)는 AM(Ca)보다 1.5-2배 개선됨).
(b) 본 발명의 AM(V)합금 코팅은 AM(Ca)와 비교하여 보다 귀한 부식 전위(noble corrosion potential)를 갖는다 (각각 +0.03 V, +0.11 V).
(c) 본 발명의 AM(V)합금 코팅은 AM(Ca)와 비교하여 보다 귀한 피팅 전위(noble pitting potential)를 갖는다 (각각 +0.04 V, +0.18 V).
(d) 본 발명의 AM(V)합금 코팅은 애노드 분극 하에서 현저히 낮은 산화 전류를 갖는다 - AM(Ca)과 비교하여 -0.25 V에서, AM(V)에 대한 산화 전류는 약 20000배 낮다.
상기 합금 층의 애노드 용해(anodic dissolution)에 대한 내성에서의 이러한 개선은 부식제(염, 산, 및 용존산소)에 본 발명의 합금 코팅을 노출할 경우 금속 상(metallurgical phase)이 느린 속도로 부식될 것이며, 부식의 형태 또한 전체적으로 일어날 것이며, 국부적이거나 공식(pitting corrosion) 형태일 가능성이 낮아질 것임을 암시한다. 이러한 특성들로 인해 적녹 스테이닝, 금속 코팅 블리스터링(blistering) 및 기판 천공이 덜 일어나게 함으로써 최종용도 제품의 수명을 길게 할 것이다.
본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않는 한, 상술한 바와 같이 본 발명에 대해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.

Claims (7)

  1. 40 내지 60 중량%의 Al, 35 내지 60 중량%의 Zn, 1.2 내지 2.5 중량%의 Si, 1.0 내지 3.0 중량%의 Mg 및 0.03 내지 0.2 중량%의 V로 구성된 Al-Zn-Si-Mg 합금의 코팅을 가지는, 강철 스트립.
  2. 제1항에 있어서, 상기 합금 코팅은 0.15 중량% 미만의 V를 함유한 것인 강철 스트립.
  3. 제2항에 있어서, 상기 합금 코팅은 0.1 중량% 미만의 V를 함유한 것인 강철 스트립.
  4. 제1항에 있어서, 상기 합금 코팅은 적어도 0.03 중량%의 V를 함유한 것인 강철 스트립.
  5. 제1항에 있어서, 상기 합금 코팅은 Fe, Cr, Mn, Sr 및 Ca로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 다른 성분을 포함하는 것인 강철 스트립.
  6. 제1항에 있어서, 상기 합금 코팅은 단일층인 강철 스트립.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 강철 스트립을 포함하는 냉간 성형된 강철.
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