KR20190078411A - 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판은, 소지강판 및 아연도금층을 포함하고, 상기 아연도금층은 상기 아연도금층의 표면으로부터 100nm 이내에 형성된 연속적인 Al 농화층을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 도금층의 표면결함을 효과적으로 억제하여 표면외관이 효과적으로 향상된 열연용융아연도금강판 및 제조방법에 관한 것이다.
용융아연도금강판은 용융도금에 의해 소지강판의 표면에 아연도금층이 형성된 강판을 의미하며, 열연용융아연도금강판은 용융도금에 의해 열연강판의 표면에 아연도금층이 형성된 강판을 의미한다. 일반적으로, 열연용융아연도금강판은 스케일 브레이킹(scale breaking), 산세, 열처리, 도금욕 침지 및 에어 와이핑(air wiping) 처리 등의 일련의 공정에 의해 제조될 수 있다.
산세공정은 열연 과정에서 형성된 산화 스케일(scale)을 제거하기 위하여 수행되는 공정으로, 산성 용액을 이용하여 열연강판 표면의 산화 스케일을 제거하는 화학적 산세공정이 주로 이용된다. 이러한 화학적 산세의 경우, 황산 또는 염산과 같은 강산성 용액을 주로 사용하는바, 환경에 유해하며, 반응시간 증가에 따라 모재를 심하게 부식시키는 문제가 있다. 따라서, 열연강판 표면의 스케일을 효과적으로 제거함과 동시에, 환경오염의 문제를 최소화할 수 있는 스케일 제거 기술이 요구되는 실정이다.
또한, 에어 와이핑 공정은 도금욕 침지 이후 고압의 유체를 분사하여 도금강판 표면의 도금량을 조절하는 필수적인 공정이나, 도금층의 응고가 완료되지 않은 상태에서 도금층을 향해 고압의 유체를 분사하는바, 흐름무늬 결함과 같은 표면결함을 유발할 수 있다. 도금층의 표층부에는 상대적으로 유동성이 낮은 산화피막이 형성되며, 도금층의 내부에는 상대적으로 유동성이 높은 용융아연이 존재하는바, 도금층의 두께방향을 따라 유동성 차이가 발생한다. 에어나이프 장치에서 분사된 고압의 유체가 도금층 표층부에 도달하여 산화피막에 균열 형성을 유발하며, 도금층 내부의 용융아연은 산화피막에 형성된 균열을 통해 외부로 노출될 수 있다. 에어나이프 장치를 통과한 직후 도금층은 급속히 응고되며, 그에 따라 도금층 표층부에는 골과 마루의 형상이 연속적으로 나타나는 흐름무늬 결함이 발생하게 된다.
흐름무늬 결함을 방지하기 위하여, 비산화성 분위기의 조성을 위한 실링 박스(sealing box)를 도입하여 산화피막의 형성 자체를 방지하는 기술이 제시되었다. 하지만, 실링박스의 도입에 의해 도금층 표층부의 산화피막 형성을 어느 정도 억제할 수 있으나, 설비 구조가 지나치게 복잡해지고, 증발 아연 배출을 용이하게 하기 위해 도금욕과 실링박스 사이에 간극이 존재하는 경우, 외부 공기와 도금욕간 반응으로 도금욕 표면에 과량의 드로스가 발생하여 오히려 도금강판의 표면 품질이 저하되는 문제가 발생하였다.
특허문헌 1은 흐름무늬 결함의 발생 자체를 억제하기보다는, 도금층 형성 후 조질압연에 의해 흐름무늬 결함을 기계적으로 제거하는 기술을 제시한다. 하지만, 흐름무늬 제거를 위해서는 가급적 높은 압하력으로 강판을 가압해야 하는바, 정상 도금층의 손상 및 도금층 경시 박리가 발생할 위험성이 높다. 따라서, 도금층 표면의 흐름무늬 결함 효과적으로 억제하여 도금강판의 표면품질 저하를 방지 가능한 기술의 도입이 시급한 실정이다.
본 발명의 한 가지 측면에 따르면, 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판 및 그 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 않는다. 통상의 기술자라면 본 명세서의 전반적인 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열연용융아연도금강판은, 소지강판 및 아연도금층을 포함하고, 상기 아연도금층은 상기 아연도금층의 표면으로부터 100nm 이내에 형성된 연속적인 Al 농화층을 포함할 수 있다.
상기 Al 농화층은 알루미늄 산화물(Al2O3)층일 수 있다.
상기 Al 농화층의 두께는 50nm 이하(0nm 제외)일 수 있다.
상기 아연도금층과의 계면을 형성하는 상기 소지강판 표면의 표면조도가 중심선 평균 거칠기(Ra) 기준으로 0.7~2.5㎛일 수 있다.
상기 아연도금층은, 중량 %로, Al: 0.2~0.6%, 나머지 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열연용융아연도금강판의 제조방법은, 소지강판을 제1 연신율로 연신하여 상기 소지강판 표면의 스케일에 균열을 유발하고; 상기 소지강판의 표면에 물리적 충격을 부여하여 상기 소지강판 표면의 스케일을 기계적으로 제거하고; 상기 소지강판의 표면을 산성 용액과 반응시켜 상기 소지강판의 표면을 화학적으로 산세하고; 상기 소지강판을 제2 연신율로 조질압연하여 상기 소지강판의 표면을 평탄화하고; 중량 %로, Al: 0.2~0.4%, 나머지 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용융아연도금욕에 상기 소지강판을 침지하여 아연도금층을 형성할 수 있다.
상기 제1 연신율은 0.2~1.5%일 수 있다.
상기 소지강판의 표면을 숏블라스팅 처리하여 상기 소지강판의 표면의 스케일을 기계적으로 제거할 수 있다.
상기 숏블라스팅은 평균 직경 0.18~0.6mm의 숏볼을 800~1800kg/min의 평균 투사량 및 65~90m/s의 평균 투사속도로 투사할 수 있다.
70~85℃의 온도범위로 구비되는 5~20%농도의 염산 수용액에 상기 소지강판을 15~35간 침지하여 상기 소지강판의 표면을 화학적으로 산세할 수 있다.
중심선 평균 거칠기(Ra) 기준으로 표면조도가 0.1~0.8㎛인 브라이트롤에 의해 상기 소지강판이 조질압연될 수 있다.
상기 조질압연된 소지강판의 표면조도는 중심선 평균 거칠기(Ra) 기준으로 0.7~2.5㎛일 수 있다.
상기 제2 연신율은 0.5~2.5%일 수 있다.
상기 제1 연신율 및 제2 연신율의 합은 0.7~4.0%일 수 있다.
상기 제2 연신율은 상기 제1 연신율보다 더 클 수 있다.
상기 소지강판의 상기 용융아연도금욕 침지온도는 450~500℃일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판 및 그 제조방법은, 아연도금층 표면의 흐름무늬 결함의 발생을 효과적으로 억제하는바, 표면품질이 우수한 열연용융아연도금강판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판 및 그 제조방법은, 소지강판에 대한 기계적 스케일 제거 및 화학적 산세을 순차적으로 실시하는바, 화학적 산세에 사용되는 화학 용액의 사용을 최소화하면서도 소지강판 표면의 잔류 스케일을 효과적으로 제거할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판의 표층부를 FIB-TEM을 이용하여 분석한 결과이다.
도 4 내지 도 6은 불연속적인 알루미늄 산화물층을 가지는 열연용융아연도금강판의 표층부를 FIB-TEM을 이용하여 분석한 결과이다.
도 4 내지 도 6은 불연속적인 알루미늄 산화물층을 가지는 열연용융아연도금강판의 표층부를 FIB-TEM을 이용하여 분석한 결과이다.
본 발명은 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하고자 한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판은 소지강판 및 소지강판의 표면에 형성된 아연도금층을 포함할 수 있다. 본 발명의 소지강판은 열연강판일 수 있으나, 반드시 이에 국한되는 것은 아니며, 도금이 가능한 모든 종류의 강판을 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판은, 아연도금층의 표면으로부터 100nm 이내의 깊이에서 연속적으로 분포하는 Al 농화층을 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 Al 농화층은 도금강판의 표면으로부터 일정한 깊이에서 도금강판의 표면과 나란한 방향을 따라 연속적으로 분포할 수 있다. 또한, 본 발명의 Al 농화층의 두께는 50nm 이하(0nm 제외) 일 수 있다. 즉, 본 발명의 Al 농화층은 도금강판의 표면으로부터 일정한 깊이에 형성되며, 일정한 두께로 도금강판의 표면과 나란한 방향을 따라 연속적으로 분포될 수 있다.
본 발명의 Al 농화층은 알루미늄 산화물(Al2O3)층일 수 있다. 본 발명의 아연도금층에서 Al의 함량은 Zn의 함량에 비해 상대적으로 소량임에도 불구하고, 아연도금층의 표층부에는 알루미늄 산화물(Al2O3)이 농화된 층이 연속적으로 형성될 수 있다. 이는 Al은 Zn에 대비하여 높은 산소 친화력을 가지는 원소이며, 도금층 형성 시 도금층 내의 Al이 도금층의 표층부로 이동하여 산소와 결합하여 산화물을 형성하기 때문이다. 즉, 본 발명의 아연도금층의 표층부에서는 알루미늄 산화물 층이 아연 산화물보다 먼저 형성될 수 있으며, 연속적인 알루미늄 산화물층이 형성됨에 따라 알루미늄 산화물층의 표면에서의 아연 산화가 억제될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 표면외관이 우수한 용용아연도금강판의 소지강판은 계면을 형성하는 표면의 표면조도가 중심선 평균 거칠기(Ra) 기준으로 0.7~2.5㎛일 수 있다. 즉, 본 발명의 소지강판은 중심선 평균 거칠기(Ra) 기준으로 0.7~2.5㎛의 표면조도를 가지는 평탄한 표면을 구비하는바, 소지강판 표면의 산화도 편차를 최소화할 수 있으며, 그에 따라 도금층 형성 시 연속적인 형태로 분포하는 알루미늄 산화물층을 형성할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판의 표층부를 FIB-TEM을 이용하여 분석한 결과이다. 도 4 내지 도 6은 불연속적인 알루미늄 산화물층을 가지는 열연용융아연도금강판의 표층부를 FIB-TEM을 이용하여 분석한 결과이다.
도 1에 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판의 동일 단면에 대해 FIB-TEM을 이용하여 분석한 결과로, 각각 Zn, Al, O의 분포를 나타낸다. 도 2 및 도 3에 나타난 바와 같이, Al 및 O는 아연도금층의 표면측에서 연속적으로 분포하는바, 아연도금층의 표면측에서 알루미늄 산화물 형태의 농화물층이 연속적으로 형성되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 1에 나타난 바와 같이, Zn은 알루미늄 산화물의 하부에서 위치하는바, 알루미늄 산화물층의 표면에는 Zn이 거의 존재하지 않는 것을 확인할 수 있다. 즉, 알루미늄 산화물층의 표면에는 Zn 결핍층이 형성되며, 그에 따라 아연도금층의 표면측에 아연 산화물이 거의 존재하지 않는 것을 확인할 수 있다.
반면, 도 4 내지 도 6에 나타난 바와 같이, 불연속적인 알루미늄 산화물층이 형성된 아연도금층의 경우, Al 및 O가 도금층의 표면측에서 단속적으로 분포하는바, 알루미늄 산화물층이 단속적으로 형성된 것을 확인할 수 있다. 즉, 알루미늄 산화물층이 단속된 지점을 통해 Zn과 O의 반응이 발생하며, 그에 따라 도금층의 표면에 불균일한 아연 산화물이 노출되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 도금층의 표면측에 알루미늄 산화물층이 단속적으로 존재하는 경우, 도금욕 침지 후의 에어와이핑 작업에서 도금층의 외부에 노출된 아연 산화물의 균열이 유발되며, 도금층 내부의 용융아연이 도금층 외부로 유출되어 흐름무늬 결함을 유발할 수 있다.
또한, 본 발명의 아연도금층은, 중량%로, Al: 0.2~0.6%, 나머지 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 본 발명의 아연도금층의 성분은 후술하는 용융아연도금욕의 성분에 영향을 받는바, 본 발명의 아연도금층의 조성 함량에 대한 설명은 후술할 용융아연도금욕 성분에 대한 설명으로 대신하도록 한다. 다만, 통상적인 용융아연도금시 도금층에 포함되는 Al의 함량은 도금욕에 포함되는 Al 함량에 비해 다소 높은 함량을 나타내는바, 본 발명의 아연도금층에 포함되는 Al의 함량은 용융아연도금욕의 Al 함량보다 다소 높은 수준으로 포함될 수 있다. 즉, 본 발명의 아연도금층에 포함되는 Al 함량의 상한 0.6%는 전술한 사항을 고려한 함량 범위이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열연용융아연도금강판은 아연도금층의 표층부에 연속적인 알루미늄 산화물(Al2O3)층을 구비하는바, 아연도금층의 표면에 불균일한 아연 산화물이 형성되는 것을 효과적으로 방지할 수 있으며, 그에 따라 용융 아연계 도금강판의 표면에 형성되는 흐름무늬 결함을 효과적으로 억제할 수 있다.
이하, 본 발명의 제조방법에 대해 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판의 제조방법은, 소지강판을 제1 연신율로 연신하여 상기 소지강판의 표면 스케일에 균열을 발생시키고; 상기 소지강판의 표면에 물리적 충격을 부여하여 상기 소지강판 표면의 스케일을 기계적으로 제거하고; 상기 소지강판의 표면을 산성 용액과 반응시켜 상기 소지강판의 표면을 화학적으로 산세하고; 상기 소지강판을 제2 연신율로 조질압연하여 상기 소지강판의 표면을 평탄화하고; 중량 %로, Al: 0.2~0.4%, 나머지 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용융아연도금욕에 상기 소지강판을 침지하여 아연도금층을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판의 제조방법은, 스케일 브레이커(scale breaker)에서 제1 연신율로 소지강판을 연신하여 소지강판 표면의 스케일을 제거하고, 숏 블라스팅(shot blasting)에 의해 소지강판의 표면에 잔류하는 스케일을 기계적으로 제거하며, 산성 용액에 숏 블라스팅 처리된 소지강판을 침지하여 소지강판의 표면에 잔류하는 스케일을 산세할 수 있다. 따라서, 열연강판의 제조 공정에서 발생한 열연 스케일을 효과적으로 제거할 수 있으며, 그에 따라 소지강판 표면의 청정도를 효과적으로 확보할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판의 제조방법은, 스케일이 제거된 소지강판을 조질압연하여 조도를 부여하여 소지강판의 표면을 평탄화한 후, 용융아연 도금욕에 소지강판을 침지하여 아연도금층을 형성할 수 있다. 즉, 조질압연에 의해 소지강판의 표면을 평탄도를 일정 수준 이상으로 확보하는바, 소지강판 표면에서의 산화도 편차를 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 그에 따라 연속적으로 분포하는 Al 농화층을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 제조방법을 구성하는 각각의 제조공정에 대해 구체적으로 설명한다.
스케일 브레이킹(scale breaking)
소지강판인 열연강판의 표면에 형성된 열연 산화물을 제거하기 위한 사전 공정으로 스케일 브레이킹을 실시할 수 있다. 스케일 브레이킹에서는 소지강판을 제1 연신율로 연신하므로, 소지강판의 표면에 형성된 열연 산화물에 균열을 발생시킬 수 있다. 따라서, 스케일 브레이킹을 통해 소지강판 표면의 열연 산화물에 균열이 유발되는바, 이후의 기계적 스케일 제거 및 화학적 산세에서의 스케일 제거 효율을 효과적으로 개선할 수 있다.
스케일 브레이킹 이후의 기계적 스케일 제거 및 화학적 산세에서의 잔류 스케일 제거의 효과를 충분히 얻기 위하여, 스케일 브레이킹에서의 연신율은 일정 수준 이상이어야 한다. 기계적 스케일 제거 및 화학적 산세에 의하더라도, 일정량 이상의 잔류하는 스케일이 존재하는 경우, 미도금 또는 도금층의 박리가 발생할 수 있는바, 본 발명의 제1 연신율은 0.2% 이상일 수 있다. 반면, 제1 연신율이 일정 수준을 초과하는 경우, 소지강판의 재질이 경화되며, 조질압연에 의하더라도 평탄화 효과를 충분히 얻을 수 없으므로, 본 발명의 제1 연신율은 1.5% 이하로 제한될 수 있다.
기계적 스케일 제거
스케일 브레이킹이 종료된 소지강판에 대해 숏블라스팅(shot blasting) 처리를 실시할 수 있다. 숏 블라스팅은 미세한 숏볼(shot ball)을 소지강판의 표면에 투사함으로써 실시될 수 있다. 투사된 숏볼의 충돌에 의해 소지강판 표면의 스케일에 형성된 균열의 성장이 가속화되며, 그에 따라 소지강판의 표면에 잔류하는 스케일이 소지강판의 표면으로부터 탈락될 수 있다.
본 발명의 숏블라스팅에 이용되는 숏볼의 직경은 0.18~0.6mm 일 수 있다. 숏볼의 직경이 0.18mm 미만인 경우, 소지강판에 인가되는 충격량이 미비하여 스케일 제거효율을 떨어지며, 숏볼의 직경이 0.60mm를 초과하는 경우, 스케일 제거에 요구되는 충격량을 초과할 뿐만 아니라 강판 충격부에 국부적인 요철이 심화될 수 있기 때문이다.
본 발명의 숏블라스팅에서 숏볼의 평균 투사량은 800~1800kg/min 일 수 있다. 숏볼의 평균 투사량이 과소한 경우, 강판과의 충돌 확률이 낮아짐에 따라 잔류 스케일 제거의 효과를 기대할 수 없으므로, 숏볼의 평균 투사량은 800kg/min 이상일 수 있다. 반면, 숏볼의 평균 투사량이 과다한 경우, 스케일 제거의 효율 상승에 비해 과다한 비용이 소요될 수 있는바, 숏볼의 평균 투사량은 1800kg/min 이하일 수 있다.
본 발명의 숏 블라스팅에서 숏볼의 평균 투사속도는 5~90m/s 일 수 있다. 숏볼의 평균 투사속도가 일정 수준 이하인 경우, 개별 투사체의 운동 에너지가 감소되어 소지강판에 전달되는 충격량이 일정 수준에 미치지 못하므로, 숏볼의 평균 투사속도는 65m/s 이상일 수 있다. 다만, 숏볼의 평균 투사속도가 과다한 경우, 소지강판에 필요 이상의 충격량이 전달되어 표면 요철이 심화될 수 있는바, 숏볼의 평균 투사속도는 90m/s 이하일 수 있다.
화확적 산세
숏블라스팅 처리가 종료된 소지강판의 표면을 산성 용액에 반응시켜 화학적으로 산세할 수 있다. 산세 효율은 주로 산세 용액의 농도, 온도 및 반응시간 등의 인자에 영향을 받는바, 이들 요소를 적절히 제어하여 화학적 산세 효율을 최적으로 관리할 수 있다. 일반적으로 산세 용액은 염산 또는 황산이 사용될 수 있으나, 염산이 황산에 대비하여 침식성이 강하며, 표면 스케일 제거능이 우수하고, 수소취성의 발생 정도가 작은 장점이 있는바, 본 발명의 화학적 산세에서는 염산 용액이 사용될 수 있다.
본 발명의 화학적 세척에 이용되는 염산 용액은 산세 효율을 고려하여 5%농도 이상으로 염산을 포함할 수 있다. 반면, 염산 농고가 과도하게 높은 경우, 염화철(FeCl2)의 농도가 과포화 상태에 도달하여 반응이 중단되며, 석출점 근처에서는 산세효율이 일정해지거나 오히려 산세효율이 떨어지는 문제가 발생하는바, 본 발명의 화학적 산세에 이용되는 염산 용액은 20%농도 이하의 염산을 포함할 수 있다.
본 발명의 화학적 산세는 산세능 확보를 위해 70℃ 이상의 온도범위에서 실시될 수 있다. 반면, 화학적 산세의 온도가 과다하게 높은 경우, 산세능의 향상 정도는 미비해지나, 과산세로 인해 소지강판의 과다부식이 유발될 수 있으며, 산성 용액의 증발량이 급증하여 경제적인 측면에서 바람직하지 않은바, 본 발명의 화학적 산세는 85℃ 이하의 온도에서 실시될 수 있다.
본 발명의 화학적 산세는 소지강판 표면상에 잔류하는 스케일의 제거에 충분한 시간을 제공하기 위하여 15초 이상 실시될 수 있다. 다만, 화학적 산세가 과다하게 장시간 실시되는 경우, 과산세에 의한 소지강판의 과다부식이 유발되며, 후속 공정에서 염소 이온의 제거에 상대적으로 긴 시간이 소요되어 효율성 측면에서 바람직하지 않은바, 본 발명의 화학적 산세는 35초 이하로 실시될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 의한 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판의 제조방법은, 숏블라스팅에 의한 기계적 스케일 제거 및 염산용액에 의한 화학적 산세를 혼합하여 실시하는바, 화학적 산세 단독의 경우에 비해 단시간에 스케일을 제거할 수 있으며, 산성 용액의 사용량을 효과적으로 저감할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 구현예에 의한 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판의 제조방법은, 숏블라스팅에 의한 기계적 스케일 제거 및 염산용액에 의한 화학적 산세를 복합적으로 실시하는바, 소지강판의 표면에 잔류하는 스케일을 효과적으로 제거하여 소지강판 표면의 청정성을 효과적으로 확보할 수 있다.
조질압연
기계적 스케일 제거 및 화학적 산세 후 브라이트롤을 이용하여 소지강판의 표면을 가압함으로써 조질압연이 실시될 수 있다. 브라이트롤의 표면 중심선 평균 거칠기(Ra) 기준으로 0.1~0.8㎛의 평균조도를 가질 수 있으며, 브라이트롤의 가압에 의해 소지강판은 제2 연신율로 연신될 수 있다.
소지강판 표면의 평탄도 확보를 위한 제2 연신율의 하한은 0.4% 이상일 수 있다. 다만, 제2 연신율이 과도한 경우, 소지강판 표면의 조도 평탄화 효과는 포화되는 반면, 과도한 연신에 따른 소지강판의 형상 변형 및 재질의 경화가 문제되는바, 제2 연신율의 상한은 2.5%로 제한될 수 있다.
전술한 스케일 브레이킹에서는 소지강판의 표면 스케일에 균열을 유발하기 위하여 제1 연신율로 소지강판을 연신 가공하는 반면, 조질압연에서는 소지강판의 표면 평탄도 확보를 위해 제2 연신율로 소지강판을 연신 가공한다. 따라서, 효과적인 조도 평탄화 효과를 달성하기 위해 조질압연시 스케일 브레이킹의 제1 연신율보다 더 큰 제2 연신율을 적용하여 소지강판을 연신 가공할 수 있다. 제1 연신율이 제2 연신율보다 더 큰 경우, 스케일 브레이킹에서 발생된 재질 경화로 인해 조질압연에 의한 충분한 표면조도 확보가 어렵기 때문이다.
또한, 소지강판의 표면청정도 및 조도 평탄화를 달성하기 위해 제1 및 제2 연신율의 합은 0.7% 이상일 수 있다. 다만, 제1 연신율 및 제2 연신율의 합이 일정 수준을 초과하는 경우, 조질압연기에 과도한 압연부하를 야기하여 롤 사용수명이 단축되고, 과도한 압하로 인해 소재의 변형이 발생할 수 있는바, 제1 연신율 및 제2 연신율의 합은 4% 이하일 수 있다.
조질압연 후의 소지강판 표면의 조도는 중심선 평균 거칠기(Ra) 기준으로 0.7~2.5㎛ 수준일 수 있다. 용융아연 도금욕의 침지 초기단계에서 반응성이 높은 Al이 먼저 소지강판의 Fe와 반응하여 Fe-Al 합금상을 형성하며, 그에 따라 경질의 Fe-Zn 금속간 화합물의 성장을 억제할 수 있다. 따라서, 소지강판의 유효 반응 표면적이 넓어지는 경우, Fe-Zn 금속간 화합물의 성장이 억제되어 도금층의 기계적 물성 향상에 기여하며, 그에 따라 도금 박리를 효과적으로 방지할 수 있다. 따라서, 이러한 효과를 달성하기 위하여 소지강판의 표면조도가 중심선 평균 거칠기(Ra) 기준으로 0.7㎛ 이상을 만족하도록 조질압연을 실시할 수 있다. 반면, 소지강판의 조도 편차가 과도한 경우, 조도 편차가 큰 영역에서 Al의 산화가 집중되며, 그에 따라 알루미늄 산화물이 국부적으로 형성되어 단속적인 알루미늄 산화물층이 형성될 수 있다. 따라서, 도금층 표면측에서 연속적으로 분포하는 알루미늄 산화물층을 확보하기 위해, 소지강판의 표면조도가 중심선 평균 거칠기(Ra) 기준으로 2.5㎛ 이하를 만족하도록 조질압연을 실시할 수 있다.
용융아연 도금욕 침지
조질압연이 완료된 소지강판은 아연계 도금욕에 침지될 수 있으며, 그에 따라 아연도금층이 형성될 수 있다. 본 발명의 용융아연 도금욕은, 중량 %로, Al: 0.2~0.4%, 나머지 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. Al은 도금욕에 유동성을 부여하며, 아연도금층과 소지강판의 결합력 향상에 기여하는 원소인바, 본 발명의 용융아연 도금욕은 0.2% 이상의 Al을 포함할 수 있다. 다만, Al 함량이 과다하게 첨가되는 경우, 도금욕 유동성 향상 효과는 포화되는 반면, Fe 침식 촉진에 의해 드로스의 발생이 증가하는바, 본 발명의 용융아연 도금욕의 Al 함량은 0.4% 이하일 수 있다. 바람직한 용융아연 도금욕의 Al 함량은 0.2~0.24% 일 수 있다.
본 발명의 소지강판은 450~500℃의 침지온도로 용융아연 도금욕에 침지될 수 있다. 용융아연 도금욕의 온도보다 소지강판의 온도가 낮은 경우, 용융아연 도금욕의 유동성이 저하되어 흐름무늬 결함이 발생할 가능성이 높아지는바, 소지강판은 도금욕의 온도보다 높은 온도로 유지되어 가열되어 도금욕에 침지되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 소지강판은 450℃ 이상의 침지온도로 용융아연 도금욕에 침지될 수 있다. 또한, 소지강판의 침지온도가 용융아연 도금욕의 온도보다 높은 경우, Fe 용출이 가속화되어 드로스 발생이 증가하며, 도금층 표면에 드로스 찍힘 등의 표면 결함을 유발할 수 있다. 따라서, 본 발명의 소지강판은 500℃ 이하의 침지온도로 용융아연 도금욕에 침지될 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
(실시예)
3.2mm 두께의 JS-SPHC (시편 1, 인장강도 350MPa), 2.9mm 두께의 JS-SAPH400 (시편 2, 인장강도 400MPa)를 시험편으로 선정하였다. 본 발명이 반드시 후물재 수준의 열연강판에 적용되는 것은 아니나, 3mm급 두께를 가지는 열연강판을 선택함으로써 흐름무늬 결함 개선에 가혹한 환경을 부여하였다. 아래의 표 1에 기재된 제1 연신율, 기계적 스케일 제거, 화학적 산세를 적용하여 시험편 표면의 스케일을 제거하였으며, 조도(Ra)가 0.2㎛인 브라이트롤을 이용하여 각 시험편을 조질압연하여 제2 연신율로 연신가공하였다. 조질압연 후 압연유의 탈지 및 건조를 실시하였으며, 시험편의 표면에 아연도금을 실시하였다. 도금은 이와타니社 다기능 용융도금 시뮬레이터 (Iwatani Corp., Multi Functional Process Simulator)를 활용하여 실시하였으며, 아래의 표 2와 같이 열처리 및 도금 조건을 설정하여 용융아연도금 시편을 제조하였다. 용융아연도금 시편 제조시, 구간별 온도 조건(PHS, DFF, HRS, GJS, TDS)은 모두 동일하게 적용하였으나, 소지강판의 침지온도만 달리 설정하였다.
| 구분 | 시편 | 제1 연신율 (%) |
숏 블라스트 | 산세 (염산) | 제2 연신율 (%) |
연신율 합 (%) |
도금 | ||||
| 투사량 (kg/min) |
투사 속도 (m/s) |
농도 (%) |
온도 (℃) |
처리 시간 (초) |
도금욕 Al (%) |
침지 온도 (℃) |
|||||
| 실시예1 | 1 | 0.40 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 28 | 0.51 | 0.91 | 0.22 | 470 |
| 실시예2 | 1 | 0.25 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 28 | 0.51 | 0.76 | 0.22 | 470 |
| 비교예1 | 1 | 0.15 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 28 | 0.51 | 0.66 | 0.22 | 470 |
| 실시예3 | 1 | 0.40 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 28 | 0.83 | 1.23 | 0.22 | 470 |
| 실시예4 | 1 | 0.40 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 28 | 1.23 | 1.63 | 0.22 | 470 |
| 실시예5 | 1 | 0.40 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 28 | 1.61 | 2.01 | 0.22 | 470 |
| 비교예2 | 1 | 0.25 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 28 | 0.25 | 0.50 | 0.22 | 470 |
| 실시예6 | 1 | 0.40 | 950 | 80 | 15 | 80 | 28 | 1.23 | 1.63 | 0.22 | 470 |
| 비교예3 | 1 | 0.40 | 750 | 80 | 15 | 80 | 28 | 1.23 | 1.63 | 0.22 | 470 |
| 실시예7 | 1 | 0.40 | 1550 | 80 | 15 | 80 | 28 | 1.23 | 1.63 | 0.22 | 470 |
| 비교예4 | 1 | 0.40 | 1850 | 80 | 15 | 80 | 28 | 1.23 | 1.63 | 0.22 | 470 |
| 실시예8 | 1 | 0.40 | 1200 | 70 | 15 | 80 | 28 | 1.23 | 1.63 | 0.22 | 470 |
| 비교예5 | 1 | 0.40 | 1200 | 60 | 15 | 80 | 28 | 1.23 | 1.63 | 0.22 | 470 |
| 실시예9 | 1 | 0.40 | 1200 | 85 | 15 | 80 | 28 | 1.23 | 1.63 | 0.22 | 470 |
| 비교예6 | 1 | 0.40 | 1200 | 95 | 15 | 80 | 28 | 1.23 | 1.63 | 0.22 | 470 |
| 실시예10 | 1 | 0.40 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 18 | 1.23 | 1.63 | 0.22 | 470 |
| 비교예7 | 1 | 0.40 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 13 | 1.23 | 1.63 | 0.22 | 470 |
| 비교예8 | 1 | 0.40 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 28 | 1.23 | 1.63 | 0.22 | 440 |
| 비교예9 | 1 | 2.00 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 28 | 0.51 | 2.51 | 0.22 | 470 |
| 비교예10 | 1 | 2.00 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 28 | 1.23 | 3.23 | 0.22 | 470 |
| 실시예11 | 2 | 0.60 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 28 | 0.76 | 1.36 | 0.22 | 470 |
| 실시예12 | 2 | 0.35 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 28 | 0.76 | 1.11 | 0.22 | 470 |
| 비교예11 | 2 | 0.15 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 28 | 0.76 | 0.91 | 0.22 | 470 |
| 실시예13 | 2 | 0.60 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 28 | 1.08 | 1.68 | 0.22 | 470 |
| 실시예14 | 2 | 0.60 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 28 | 1.70 | 2.30 | 0.22 | 470 |
| 실시예15 | 2 | 0.60 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 28 | 2.45 | 3.05 | 0.22 | 470 |
| 비교예12 | 2 | 0.60 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 28 | 2.76 | 3.36 | 0.22 | 470 |
| 비교예13 | 2 | 0.60 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 28 | 0.27 | 0.87 | 0.22 | 470 |
| 비교예14 | 2 | 2.20 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 28 | 0.76 | 2.96 | 0.22 | 470 |
| 비교예15 | 2 | 2.20 | 1200 | 80 | 15 | 80 | 28 | 1.70 | 3.90 | 0.22 | 470 |
| 시작온도 (℃) | 예열대 (℃) |
직화로 (℃) |
환원대 (℃) |
가스젯 냉각대 (℃) |
턴다운 섹션 (℃) |
도금욕 온도 (℃) |
| 20 | 265 | 592 | 630 | 506 | 465 | 460 |
도금 후 동일한 조건의 에어와이핑을 실시하였으며, 각각의 용융아연도금 시편의 표면 및 도금층을 관찰한 결과는 아래의 표 3과 같다. 각각의 시편에 대한 표면품질 및 Al 농화층의 분포범위, 연속적 분포 여부, 및 최대 두께를 각각 측정하였다. 표면품질은 각각의 시편을 육안으로 관찰하여 평가하였으며, 구체적으로 ○ (우수, 흐름무늬 결함 또는 미도금 미발생), X (미흡, 흐름무늬 결함 또는 미도금 발생)을 의미한다. Al 농화층의 분포범위, 연속적 분포 여부, 및 최대 두께는 FIB(이온빔 가속장치) 가공 후 TEM(투과전자현미경)으로 분석하였다. 또한, 각각의 시편의 도금 전 각각의 소지강판의 잔류스케일을 평가하였으며, 그 결과 역시 표 3과 같다. 소지강판의 잔류스케일 평가는 후방산란 모드(Back-scattering mode)에서 200배 배율의 SEM 이미지를 확인한 뒤 이미지 상에서 스케일 영역의 분율을 이미지 분석장치(Image analyzer)로 산출하였다.
| 구분 | 표면품질 | 도금 전 소지강판 표면조도 (㎛) |
도금 전 소지강판 잔류 스케일 (%) |
Al 농화층 분포범위 (nm) |
Al 농화층 연속성 |
Al 농화층 최대두께 (nm) |
| 실시예1 | ○ | 2.05 | 1% 미만 | 60 미만 | 연속 | 30 |
| 실시예2 | ○ | 2.15 | 2.5% | 80 미만 | 연속 | 40 |
| 비교예1 | X | 1,95 | 4% | 100 초과 | 불연속 | 400 |
| 실시예3 | ○ | 1.65 | 1% 미만 | 50 미만 | 연속 | 10 |
| 실시예4 | ○ | 1.15 | 1% 미만 | 40 미만 | 연속 | 10 |
| 실시예5 | ○ | 0.8 | 1% 미만 | 40 미만 | 연속 | 10 |
| 비교예2 | X | 3.10 | 1% 미만 | 100 초과 | 불연속 | 60 |
| 실시예6 | ○ | 1.20 | 3% | 60 미만 | 연속 | 10 |
| 비교예3 | X | 1.65 | 18% | 100 초과 | 불연속 | 500 |
| 실시예7 | ○ | 1.55 | 1% 미만 | 80 미만 | 연속 | 30 |
| 비교예4 | X | 2.35 | 1% 미만 | 100 초과 | 불연속 | 60 |
| 실시예8 | ○ | 1.30 | 1% 미만 | 60 미만 | 연속 | 30 |
| 비교예5 | X | 1.50 | 3% | 100 초과 | 불연속 | 100 |
| 실시예9 | ○ | 1.15 | 1% 미만 | 60 미만 | 연속 | 20 |
| 비교예6 | X | 1.75 | 2.5% | 100 초과 | 불연속 | 100 |
| 실시예10 | ○ | 1.25 | 2% | 50 미만 | 연속 | 40 |
| 비교예7 | X | 1.65 | 5% | 100 초과 | 불연속 | 200 |
| 비교예8 | X | 1.65 | 1% 미만 | 100 초과 | 불연속 | 80 |
| 비교예9 | X | 3.65 | 1% 미만 | 100 초과 | 불연속 | 500 |
| 비교예10 | X | 2.85 | 1% 미만 | 100 초과 | 불연속 | 500 |
| 실시예11 | ○ | 2.40 | 1% 미만 | 60 미만 | 연속 | 30 |
| 실시예12 | ○ | 2.25 | 3% | 60 미만 | 연속 | 40 |
| 비교예11 | X | 2.55 | 12% | 100 초과 | 불연속 | 500 |
| 실시예13 | ○ | 1.90 | 1% 미만 | 50 미만 | 연속 | 10 |
| 실시예14 | ○ | 1.25 | 1% 미만 | 40 미만 | 연속 | 10 |
| 실시예15 | ○ | 0.75 | 1% 미만 | 35 미만 | 연속 | 10 |
| 비교예12 | X | 0.65 | 1% 미만 | 60 미만 | 연속 | 30 |
| 비교예13 | X | 3.60 | 1% 미만 | 100 초과 | 불연속 | 100 |
| 비교예14 | X | 4.15 | 1% 미만 | 100 초과 | 불연속 | 700 |
| 비교예15 | X | 3.25 | 1% 미만 | 100 초과 | 불연속 | 700 |
본 발명의 조건을 만족하는 실시예 1 내지 15의 경우, 아연도금층의 표면으로부터 100nm 이내에 연속적인 Al 농화층이 형성되었으며, Al 농화층의 최대 두께가 50nm를 초과하지 않는 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1 내지 15의 경우, 도금 전 소지강판의 잔류스케일이 3% 이하의 수준으로 우수한 표면 청정성을 확보하며, 그에 따라 연속적인 Al 농화층이 형성된 것을 확인할 수 있다. 따라서, 실시예 1 내지 15의 경우 흐름무늬 결함 또는 미도금 발생의 표면 결함이 발생하지 않았는바, 우수한 표면외관을 구비하는 것을 확인할 수 있다,
반면, 본 발명의 조건을 만족하지 않는 비교예 1 내지 15의 경우, Al 농화층이 단속적으로 형성되며, Al 농화층의 최대 두께까 50nm를 초과하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 불균일하고 불연속적인 Al 농화층이 형성됨으로써 도금층의 표면에 아연 산화물이 불균일하게 형성되었으며, 그에 따라 흐름무늬 결함 또는 미도금 발생의 표면 결함이 발생하였음을 확인할 수 있다.
이상에서 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.
Claims (16)
- 소지강판 및 아연도금층을 포함하고,
상기 아연도금층은 상기 아연도금층의 표면으로부터 100nm 이내에 형성된 연속적인 Al 농화층을 포함하는, 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판. - 제1항에 있어서,
상기 Al 농화층은 알루미늄 산화물(Al2O3)층인, 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판. - 제1항에 있어서,
상기 Al 농화층의 두께는 50nm 이하(0nm 제외)인, 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판. - 제1항에 있어서,
상기 아연도금층과의 계면을 형성하는 상기 소지강판 표면의 표면조도가 중심선 평균 거칠기(Ra) 기준으로 0.7~2.5㎛인, 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판. - 제1항에 있어서,
상기 아연도금층은, 중량 %로, Al: 0.2~0.6%, 나머지 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는, 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판. - 소지강판을 제1 연신율로 연신하여 상기 소지강판 표면의 스케일에 균열을 유발하고;
상기 소지강판의 표면에 물리적 충격을 부여하여 상기 소지강판 표면의 스케일을 기계적으로 제거하고;
상기 소지강판의 표면을 산성 용액을 반응시켜 상기 소지강판의 표면을 화학적으로 산세하고;
상기 소지강판을 제2 연신율로 조질압연하여 상기 소지강판의 표면을 평탄화하고;
중량 %로, Al: 0.2~0.4%, 나머지 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용융아연도금욕에 상기 소지강판을 침지하여 아연도금층을 형성하는 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 제1 연신율은 0.2~1.5%인, 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 소지강판의 표면을 숏블라스팅 처리하여 상기 소지강판의 표면의 스케일을 기계적으로 제거하는, 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 숏블라스팅은 평균 직경 0.18~0.6mm의 숏볼을 800~1800kg/min의 평균 투사량 및 65~90m/s의 평균 투사속도로 투사하는, 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판의 제조방법. - 제6항에 있어서,
70~85℃의 온도범위로 구비되는 5~20%농도의 염산 수용액에 상기 소지강판을 15~35간 침지하여 상기 소지강판의 표면을 화학적으로 산세하는, 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판의 제조방법. - 제6항에 있어서,
중심선 평균 거칠기(Ra) 기준으로 표면조도가 0.1~0.8㎛인 브라이트롤에 의해 상기 소지강판이 조질압연되는, 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 조질압연된 소지강판의 표면조도는 중심선 평균 거칠기(Ra) 기준으로 0.7~2.5㎛인, 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 제2 연신율은 0.5~2.5%인, 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 제1 연신율 및 제2 연신율의 합은 0.7~4.0%인, 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 제2 연신율은 상기 제1 연신율보다 더 큰, 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판의 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 소지강판의 상기 용융아연도금욕 침지온도는 450~500℃인, 표면외관이 우수한 열연용융아연도금강판의 제조방법.
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