KR20190078431A - 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판 및 그 제조방법 - Google Patents

내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판은, 소지강판 및 용융 아연-알루미늄-마그네슘 도금층을 포함하고, 상기 도금층은, 중량%로, Al: 0.5~3%, Mg: 0.5~2.5%. 나머지 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 상기 도금층과의 계면을 형성하는 상기 소지강판의 표면에는 상기 소지강판의 길이방향을 따라 형성된 냉연홈을 가로지르는 곡선형의 미세요철이 형성될 수 있다.

Description

내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판 및 그 제조방법{Zn-Al-Mg alloy plated steel sheet having excellent corrosion resistance and manufacturing method for the same}
본 발명은 자동차 판넬, 가전기기 및 건축물에 사용되는 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 내식성을 효과적으로 확보한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
용융아연 도금강판은 전기아연 도금강판에 비해 제조 공정이 단순하고, 제품가격이 저렴하여 건축 자재, 가전제품 및 자동차용 등으로 그 수요가 확대되고 있다. 최근 아연가격의 상승에 따라 용융아연 도금강판에 비해 적은 도금량으로도 우수한 내식성을 확보 가능한 용융 아연-알루미늄 혹은 용융 아연-알루미늄-마그네슘 합금도금강판에 관한 기술이 개발되어 수요가 확대되고 있다.
대표적인 아연-알루미늄 합금도금강판으로서 아연-55%알루미늄 도금강판을 들 수 있다. 아연-55%알루미늄 도금강판은 도금층의 알루미늄 함량이 아연 함량에 비하여 높기 때문에, 희생 방식(sacrificial corrosion protection) 능력이 저하되고, 절단면과 같은 소지금속(underlying metal)이 노출되는 부위에서 조기에 부식이 발생하는 문제가 있다. 또한 용융 아연-55%알루미늄 도금의 경우, 도금욕의 온도를 600℃ 정도로 높게 설정해야 하기 때문에 도금욕내 드로스 발생이 심하고 싱크 롤 등 도금욕 내의 설비 침식으로 인해, 도금 작업성이 저하되고 설비의 수명이 짧아지는 문제점이 있다.
특허문헌 1은 알루미늄과 마그네슘의 합계 함량이 5~15wt% 수준인 아연-알루미늄-마그네슘 합금도금강판을 제안한다. 알루미늄과 마그네슘의 합계 함량이 5~15%의 수준이므로, 내식성이 우수하여 건재용으로 적합한 품질 특성을 나타내지만, 도금층의 알루미늄, 마그네슘 등의 합금성분이 높아 용접성 및 가공성 측면에서 불리한바 자동차용으로는 적용이 제한적이다.
또한, 알루미늄과 마그네슘의 합계 함량이 10wt% 이하인 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금층의 응고 개시 온도는 알루미늄과 마그네슘의 함량에 따라 다소 차이가 있지만 400~420℃ 범위이며, 아연-알루미늄-마그네슘 3원 공정조직의 최종적인 응고 종료 온도는 340℃ 부근으로서, 액상-고상 온도구간에서 마그네슘의 선택적 산화에 의한 흐름무늬 결함이 발생할 수 있다. 도금층이 응고하는 과정에서 미응고된 용융 금속 풀(pool)에는 알루미늄 및 마그네슘이 농화되고, 마그네슘의 농도가 높을수록 산화가 용이하므로, 유동성의 불균일이 발생하기 때문이다.
본 연구자들은 이러한 관점에 초점을 맞추어, 도금층 중 알루미늄과 마그네슘 함량을 가능한 낮추면서도 우수한 내식성을 얻을 수 있는 용융 아연-알루미늄-마그네슘 합금도금강판을 제안하였다.
일본 공개특허공보 특개평10-226865호(1998.08.25. 공개)
본 발명의 한 가지 측면에 따르면, 내식성을 효과적으로 확보한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판 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 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판은, 소지강판 및 용융 아연-알루미늄-마그네슘 도금층을 포함하고, 상기 도금층은, 중량%로, Al: 0.5~3%, Mg: 0.5~2.5%. 나머지 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 상기 도금층과의 계면을 형성하는 상기 소지강판의 표면에는 상기 소지강판의 길이방향을 따라 형성된 냉연홈을 가로지르는 곡선형의 미세요철이 형성될 수 있다.
상기 미세요철의 평균 깊이는 0.1~2㎛이고, 평균 폭은 0.1~0.5㎛이며, 평균 간격은 50~300㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판의 제조방법은, 회전형 브러쉬에 의해 소지강판의 표면에 곡선형 미세요철을 부여하고, 중량%로, Al: 0.5~3%, Mg: 0.5~2.5%. 나머지 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용융 아연-알루미늄-마그네슘 도금욕에 상기 소지강판을 침지하여 도금층을 형성할 수 있다.
상기 곡선형 미세요철은 냉간압연에 의해 상기 소지강판의 표면에 길이방향을 따라 형성된 직선형의 냉연홈을 가로지르도록 형성될 수 있다.
상기 곡선형 미세요철의 평균 깊이는 0.1~2㎛이고, 평균 폭은 0.1~0.5㎛이며, 상기 미세요철의 평균 간격은 50~300㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네? 합금 도금강판 및 그 제조방법은, 도금층에 표면측에서의 Mg 농도를 효과적으로 조절하여 내식성이 효과적으로 향상된 도금강판 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판 및 그 제조방법에 에 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 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판의 제조방법은, 소지강판 및 용융 아연-알루미늄-마그네슘 도금층을 포함하고, 상기 도금층은, 중량%로, Al: 0.5~3%, Mg: 0.5~2.5%. 나머지 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 소지강판은 용융아연 도금에 제공되는 모든 강판을 포함할 수 있으나, 본 발명의 일 구현예에 따른 소지강판은 냉연강판일 수 있다.
이하, 본 발명의 도금층의 성분 제한 이유에 대하여 상세히 설명한다. 이하, 특별히 언급하지 않는 한, 본 발명의 %는 중량을 기준으로 한다.
일반적으로 아연 성분을 포함하는 도금강판은 부식 환경 하에서 징사이트(Zincite, ZnO), 하이드로징사이트(Hydrozincite, Zn5(CO3)2(OH)6), 시몬콜라이트(Simonkolleite, Zn5(OH)8Cl2) 등의 부식 생성물을 형성하며, 이 중 시몬콜라이트는 치밀한 부식 생성물로서 우수한 부식 억제 효과를 가지는 것으로 알려져 있다. 도금층의 표면측에 MgZn2 상이 다량 형성된 경우, 부식 환경 하에서 주로 시몬콜라이트를 형성할 수 있으며, 우수한 내식특성을 발휘할 수 있다. 즉, 도금층의 표면측에 Mg 성분이 농화되는 경우, 도금층의 표면측에 다량의 MgZn2 상이 형성된 것을 의미하여, 그에 따라 부식 환경 하에서 도금강판의 내식 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 아연-알루미늄-마그네슘 합금도금강판은 도금층의 표면에 보다 많은 MgZn2 상을 형성하고자 하며, 그에 따라 도금강판의 내식성을 더욱 향상시키고자 한다.
Mg은 내식성 향상을 위해 첨가되는 원소이다. 따라서, 본 발명의 도금층은 내식성 향상을 위해 0.5% 이상의 Mg를 포함할 수 있다. 반면, 도금층 내에 Mg 함량이 과다하게 첨가되는 경우, Mg 첨가에 따른 내식성 향상 효과는 포화되는 반면, 도금강판의 가공성 및 용접성이 열위해질 수 있다. 따라서, 본 발명은 도금층에 포함되는 Mn 함량의 상한을 2.5%로 제한할 수 있다.
특히, 도금층에 포함되는 Mn 함량이 2.5% 이하인 경우, 도금층 응고시 Zn 단상이 먼저 응고된 후 Zn-Al-MgZn2 3원 공정조직 및 MgZn2 2원 공정조직이 형성되는 반면, 도금층에 포함되는 Mg 함량이 2.5%를 초과하는 경우, Zn 단상이 아닌 MgZn2 상이 초정으로 정출되는바, Mg 함량의 증가에 비해 도금층 표면부에서 농화되는 Mg의 농도는 오히려 저하될 수 있다. 즉, 도금층에 포함되는 Mn 함량이 2.5%를 초과하는 경우, Mg 첨가량의 증가에도 불구하고 부식환경 하에서 시몬콜라이트 형성량의 증가 폭이 감소할 수 있는바, Mg 첨가에 따른 내식성 향상 효과가 포화될 수 있다.
Al은 도금층과 소지강판의 밀착성 확보에 기여하는 원소로서, 이러한 효과를 달성하기 위해 본 발명은 도금층에 포함되는 Al의 함량을 0.5% 이상으로 제한할 수 있다. 반면, 도금욕 내에 Al 함량이 과다하게 첨가되는 경우, 도금욕의 온도 상승이 불가피하며, 이로 인한 상부드로스 증가 및 젖음성 저하에 의해 조업상 지장을 초래할 수 있다. 따라서, 본 발명의 도금층에 포함되는 Al 함량의 상한은 2.5%로 제한할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판은, 소지강판 및 용융 아연-알루미늄-마그네슘 도금층을 포함하고, 상기 도금층과의 계면을 형성하는 상기 소지강판의 표면에는 상기 소지강판의 길이방향을 따라 형성된 냉연홈을 가로지르는 곡선형의 미세요철이 형성될 수 있다.
일반적으로, 냉연가공에 의해 제공되는 소지강판의 표면에는 소지강판의 길이방향과 나란한 방향을 따라 형성되는 냉연홈이 구비될 수 있다. 냉연홈은 냉간압연 시 냉연롤과의 접촉에 의해 자연스럽게 발생하는 스크레치의 일종으로 강판의 진행방향과 나란하게 발생하며, 실험에 의하면 이러한 냉연홈은 Zn 단상의 응고핵생성에 미치는 영향이 미비한 것으로 확인되었다.
본 발명의 미세요철은 연마작업에 의해 형성될 수 있으며, 바람직하게는 회전형 연마 브러쉬에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 미세요철은 특정 방향을 향해 형성되는 것은 아니며, 특히, 회전형 연마 브러쉬에 의해 형성되는 미세요철은 사방을 향하도록 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 미세요철은 소지강판의 표면에 형성된 냉연홈들을 가로지르도록 연장되어 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 회전형 연마 브러쉬에 의해 형성될 수 있는바, 냉연홈과 대비되는 곡선형으로 형성될 수 있다.
본 발명의 연구자들은 전술한 함량의 Al 및 Mg을 포함하는 도금층의 내식성을 향상시키는 방안에 대한 연구를 수행하였으며, 소지강판의 반응 표면적과 도금강판의 내식성 사이에 일정한 관련성이 존재함을 알 수 있었다. 즉, Al: 0.5~3%, Mg: 0.5~2.5%. 나머지 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 도금층 형성 시, 소지강판에 형성된 미세요철의 크기가 일정 요건을 충족하는 경우에 한하여 목적하는 내식성 향상 효과가 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 도금층 내에 Mg 함량을 과다하게 첨가하지 않고서도 소지강판 표면의 조도 부여에 따란 도금층의 내식 특성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
동일한 크기의 소지강판에 있어서, 소지강판과 도금용액이 반응하는 표면이 거칠수록 도금층 계면측에서 Zn 단상의 형성이 촉진될 수 있다. 즉, 소지강판의 투영 면적 대비 실제 면적이 증가할수록 응고 핵생성이 촉진되는바, 도금층의 계면측에서 Zn 단상의 형성이 촉진될 수 있으며, Zn 단상의 응고가 진행됨에 따라 Mg 성분은 도금용액으로 확산 이동하게 된다. 따라서, 도금층 표면측의 Mg 성분의 농도가 도금층의 계면측에 대비하여 상대적으로 상승하게 되며, 이는 도금층의 표면측에 MgZn2 2원 공정조직이 다량 형성된 것을 의미할 수 있다.
연마작업에 의해 형성되는 미세요철의 경우, 연마작업의 경과에 따라 미세요철의 폭은 넓어지는 반면, 미세요철의 깊이는 감소하게 된다. 또한, 연마작업이 진행됨에 따라 미세요철 사이의 간격은 좁아지게 된다. 따라서, 적정 수준의 크기를 가지는 미세요철이 소지강판의 표면에 형성된 경우에 한하여 도금층 표면측에서의 Mg 성분의 농도 상승 효과를 얻을 수 있다.
즉, 본 발명의 미세요철의 평균 깊이 및 폭은 각각 0.1~2㎛ 및 0.1~0.5㎛일 수 있으며, 미세요철의 평균 간격은 50~300㎛ 일 수 있다. 미세요철의 크기가 해당 범위를 벗어나는 경우, 도금층 계면측에서 Zn 단상 형성을 촉진시킬 수 있는 정도의 소지강판의 투영 면적을 확보할 수 없기 때문이다. 다만, 본 명세서에서 미세요철의 깊이는 미세요철의 높이를 의미하는 것으로 해석될 수도 있다. 또한, 미세요철간의 평균 폭이 300㎛를 초과하는 경우, 도금층에 형성된 스팽글의 크기가 300㎛를 초과하는 경향이 있는바, 표면 외관 측면에서 바람직하지 않다.
이하, 본 발명의 제조방법에 대해 보다 자세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판 제조방법은, 회전형 브러쉬에 의해 소지강판의 표면에 곡선형 미세요철을 부여하고, 용융 아연-알루미늄-마그네슘 도금욕에 소지강판을 침지하여 도금층을 형성할 수 있다.
본 발명의 미세요철의 형성에 제공되는 연마부재는, 소지강판 표면에 형성되는 요철의 크기 및 조도 부여 효율을 고려하여 150~250 메시의 샌드페이퍼 일 수 있으며, 바람직하게는 200~230 메시의 샌드페이퍼 일 수 있다. 또한, 연마부재는 회전형 브러쉬에 제공되어 소지강판의 표면 연마작업을 실시할 수 있으며, 바람직하게는 연마작업에 의해 형성되는 곡선형 미세요철이 소지강판의 표면에 형성된 직선형 냉연홈을 가로지르도록 연마작업을 실시할 수 있다.
회전형 브러쉬에 의해 형성되는 미세요철의 평균 깊이 및 폭은 각각 0.1~2㎛ 및 0.1~0.5㎛일 수 있으며, 미세요철의 평균 간격은 50~300㎛ 일 수 있다. 본 발명의 미세요철의 크기 및 간격은 전술한 도금강판의 미세요철 크기 및 간격에 대응하는바, 이에 대한 설명은 전술한 도금강판의 미세요철 크기 및 간격에 대한 설명으로 대신하도록 한다.
또한, 본 발명의 도금욕은, 중량 %로, Al: 0.5~3%, Mg: 0.5~2.5%. 나머지 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 본 발명의 도금욕의 조성 함량은 전술한 도금층의 조성 함량과 대응하는바, 본 발명의 도금욕의 조성 함량의 제한 이유에 대한 설명은 전술한 도금층의 조성 함량의 제한 이유에 대한 설명으로 대신하도록 한다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
(실시예)
두께 0.8mm의 저탄소 냉연강판을 시편의 표면 탈지 후, 아래의 표 1의 조건으로 시편을 연마하여 시편 표면에 조도를 부여하였으며, 각각의 시편 표면에 평성된 미세요철의 크기를 측정하였다. 표 1에서 연마 회수는 #220 메시의 샌드페이퍼로 연마를 실시한 회수를 의미한다. 조도 부여 후 표 1의 조성 함량으로 구비된 도금욕에 침지하여 도금을 실시하고, 질소 가스에 의한 가스와이핑을 실시하여 도금강판을 제조하였다. 각각의 도금강판 시편에 대해 염수분무시험(KS-C-0223에 준하는 염수분무 규격시험)을 실시하였으며, 각 시편 표면에서의 적청 발생면적이 전체 도금강판 면적의 5%에 도달할 때까지 경과된 시간을 측정하였다.
구분 연마
회수		 미세요철 평균 크기(㎛) 도금층 조성
(wt%)		 5% 적청 발생
염수분무 시간(Hr)		 비고
폭 깊이 간격 Al Mg
1-1 1 0.08 0.5 500 0.5 0.5 240 비교예 1
1-2 5 0.1 0.3 250 0.5 0.5 360 발명예 1
1-3 20 0.2 0.2 50 0.5 0.5 360 발명예 2
1-4 50 0.3 0.05 40 0.5 0.5 260 비교예 2
2-1 1 0.08 0.5 480 2 2 480 비교예 3
2-2 5 0.1 0.3 250 2 2 560 발명예 3
2-3 20 0.2 0.2 50 2 2 560 발명예 4
2-4 50 0.3 0.06 40 2 2 480 비교예 4
3-1 2 0.09 0.5 400 2.5 3 960 비교예 5
3-2 5 0.1 0.3 250 2.5 3 960 비교예 6
3-3 20 0.2 0.2 50 2.5 3 960 비교예 7
3-4 50 0.4 0.05 40 2.5 3 960 비교예 8
발명예 1 및 2의 경우, 시편 표면의 연마를 1회 실시한 비교예 1에 비해 5% 적청 발생시까지의 시간이 120시간 가량 증가하였는바, 도금강판의 내식성이 효과적으로 향상된 것을 확인할 수 있다. 즉, 동일한 조건의 도금욕에 침지되어 도금층이 형성되었음에도, 비교예 1에 비해 발명예 1 및 2의 내식성이 현저히 향상된 것을 확인할 수 있다. 반면, 비교예 2의 경우, 도금 전 시편의 표면이 과도하게 연마되었는바, 비교예 1 대비 5% 적청 발생시까지의 시간이 20시간 가량 향상되었는바, 발명예 1 및 2에 비해 내식성 향상의 효과가 크지 않음을 확인할 수 있다.
발명예 3 및 4의 경우, 시편 표면의 연마를 1회 실시한 비교예 3에 비해 5% 적청 발생시까지의 시간이 80시간 가량 증가하였는바, 도금강판의 내식성이 효과적으로 향상된 것을 확인할 수 있다. 즉, 비교예 3, 발명예 3 및 4는 모두 동일한 조건의 도금욕에 침지되어 도금층이 형성되었음에도, 비교예 3에 비해 발명예 3 및 4의 내식성이 현저히 향상된 것을 확인할 수 있다. 반면, 비교예 4의 경우, 도금 전 시편의 표면이 과도하게 연마되었는바, 비교예 1 대비 5% 적청 발생시까지의 시간이 동일한 수준임을 확인할 수 있다.
비교예 5 내지 8의 경우, 도금층 내의 Mg 함량이 본 발명의 범위를 초과하는바, 도금 전 시편 표면의 연마에 불구하고, 내식성의 향상의 이루어지지 않은 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판 및 그 제조방법은, 도금층에 표면측에서의 Mg 농도집중을 효과적으로 유발하여 도금강판의 내식성을 효과적으로 향상시킬 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 (5)

  1. 소지강판 및 용융 아연-알루미늄-마그네슘 도금층을 포함하고,
    상기 도금층은, 중량%로, Al: 0.5~3%, Mg: 0.5~2.5%. 나머지 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
    상기 도금층과의 계면을 형성하는 상기 소지강판의 표면에는 상기 소지강판의 길이방향을 따라 형성된 냉연홈을 가로지르는 곡선형의 미세요철이 형성된, 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미세요철의 평균 깊이는 0.1~2㎛이고, 평균 폭은 0.1~0.5㎛이며, 상기 미세요철의 평균 간격은 50~300㎛인, 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판.
  3. 회전형 브러쉬에 의해 소지강판의 표면에 곡선형 미세요철을 부여하고,
    중량 %로, Al: 0.5~3%, Mg: 0.5~2.5%. 나머지 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용융 아연-알루미늄-마그네슘 도금욕에 상기 소지강판을 침지하여 도금층을 형성하는, 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 곡선형 미세요철은 냉간압연에 의해 상기 소지강판의 표면에 길이방향을 따라 형성된 직선형의 냉연홈을 가로지르도록 형성되는, 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 곡선형 미세요철의 평균 깊이는 0.1~2㎛이고, 평균 폭은 0.1~0.5㎛이며, 상기 미세요철의 평균 간격은 50~300㎛인, 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판의 제조방법.
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