KR20190082972A - 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 강선을 아연 도금하여, 상기 강선에 Zn-Fe 합금층을 형성하는 제1도금단계; 상기 제1도금단계를 거친 아연 도금 강선을 아연 합금 도금조에서 아연 합금 도금하여, 아연 합금 도금층을 형성하는 제2도금단계;를 포함하여 이루어진 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선 제조방법과, 강선;과, 상기 강선에 도금되며, 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층;을 포함하여 이루어지며, 상기 아연 합금 도금층은, Zn-Fe, Zn-Fe-Al 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어진 제1층과, Zn-Fe-Al 조직을 포함하며, Zn, Zn-Al, Zn-Al-Mg-Fe 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 제2층과, Zn, Zn-Al-Mg, Mg-Zn, Zn-Al 조직 중 적어도 3개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 제3층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선에 관한 것이다.
Description
본 발명은 다층 구조로 이루어진 아연 합금층이 형성된 도금 강선 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무어링용 스틸로프(mooring steel rope), 호이스팅 스틸로프(hoisting steel rope), 산업용 강선 및 교량용 케이블(cable)등에 사용되며, 아연, 알루미늄, 마그네슘, 철 등의 원소로 구성된 합금상들이 분산되어 있는 아연 합금 도금층이 다층 구조로 이루어짐에 따라 내식성 및 내피로 특성이 우수한 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
해상 오일 및 가스 생산 설비의 무어링용 스틸로프(mooring steel rope), 호이스팅 스틸로프(hoisting steel rope), 산업용 강선 및 교량용 케이블(cable) 등에 용융 아연 도금 강선이 등이 사용되어 왔다. 이런 용도로 사용되는 스틸 로프 및 케이블의 수명에 영향을 주는 주요 인자로는 도금 강선의 부식과 피로 특성 등이 있다.
스틸 로프 및 케이블은 용융 아연도금이나 Zn-Al계 도금 강선이 사용되고 있으나, 최근 경량화 추세에 따라 고강도와 고수명이 동시에 요구되고 있다. 그러나 스틸 로프 및 케이블 등을 고강도화할 경우, 신선 냉간 가공중 도금 합금층에 크랙이 쉽게 발생하여 부식 저항성 및 피로특성이 저하되는 문제점이 발생하고 있다.
스틸 로프 및 케이블을 Zn-Al-Mg계로 도금을 수행할 경우 내식성이 우수한 것으로 알려져 있으나, 대부분이 강판에 적용되고 있고, 냉간 신선 가공성이 나뿐 문제점이 있으며, 내마모성이 용융 아연대비 미흡한 문제점이 있다.
또한, 스틸로프용 강선은 용융 합금 도금한 후 신선 공정을 통해 만들어지므로 신선 가공성이 안 좋으면 도금층의 박리되고, 이로 인해 피로 특성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 스틸로프용 강선은 우수한 도금층의 연성과 내마모성을 동시에 확보하는 것이 중요하다.
스틸로프와 케이블은 다수의 와이어로 이루어질 수 있는데 이와 같이 다수의 와이어로 이루어진 스틸로프와 케이블은 사용중 와이어간의 마모에 의해 도금층이 없어져 부식이 빨리 발생하는 경향이 있다. 따라서, 우수한 내식성과 동시에 우수한 내마모 특성을 갖는 도금 특성이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해서 창출된 것으로, 더욱 상세하게는 무어링용 스틸로프(mooring steel rope), 호이스팅 스틸로프(hoisting steel rope), 산업용 강선 및 교량용 케이블(cable)등에 사용되며, 아연, 알루미늄, 마그네슘, 철 등의 원소로 구성된 합금상들이 분산되어 있는 아연 합금 도금층이 다층 구조로 이루어짐에 따라 내식성 및 내피로 특성이 우수한 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다층 구조로 이루어진 아연 합금층이 형성된 도금 강선은 강선;과, 상기 강선에 도금되며, 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층;을 포함하여 이루어지며, 상기 아연 합금 도금층은, Zn-Fe, Zn-Fe-Al 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어진 제1층과, Zn-Fe-Al 조직을 포함하며, Zn, Zn-Al, Zn-Al-Mg-Fe 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 제2층과, Zn, Zn-Al-Mg, Mg-Zn, Zn-Al 조직 중 적어도 3개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 제3층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다. 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다층 구조로 이루어진 아연 합금층이 형성된 도금 강선의 상기 아연 합금 도금층의 조성은, Al: 0.3 이상 ~ 2.0 이하 중량 %, Mg: 0.3 이상 ~ 1.5 이하 중량 %, 나머지는 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하고, Al과 Mg의 합이 0.6 이상 ~ 3.5 이하 중량 % 이고, Al과 Mg의 합에 대한 Al의 비율(Al/(Al+Mg))이 0.3 이상 ~ 0.70인 것이 바람직하다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다층 구조로 이루어진 아연 합금층이 형성된 도금 강선의 상기 아연 합금 도금층의 조성은, Al: 0.3 이상 ~ 3.5 이하 중량 %, Mg: 0.3 이상 ~ 3.0 이하 중량 %, 나머지는 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하고, Al과 Mg의 합이 0.6 이상 ~ 6.5 이하 중량 % 이고, Al과 Mg의 합에 대한 Al의 비율(Al/(Al+Mg))이 0.3 이상 ~ 0.70인 것이 바람직하다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다층 구조로 이루어진 아연 합금층이 형성된 도금 강선의 상기 아연 합금 도금층 두께에 대한, 상기 제1층의 두께와 상기 제2층의 두께 합의 비율은 0.2 이상 ~ 0.6 이하인 것이 바람직하며, 상기 아연 합금 도금층의 조성은, Bi 또는 Sb 중 어느 하나, 또는 Bi와 Sb를 함께 포함하며, Bi와 Sb는 각각 1.0 중량 % 미만으로 포함되는 것이 바람직하다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다층 구조로 이루어진 아연 합금층이 형성된 도금 강선 제조방법은, Zn 이 98 중량 % 이상으로 조성된 아연 도금조에서 강선을 아연 도금하여, 상기 강선에 Zn-Fe 합금층을 형성하는 제1도금단계; 상기 제1도금단계를 거친 아연 도금 강선을, Al: 0.3 이상 ~ 2.0 이하 중량 %, Mg: 0.3 이상 ~ 1.5 이하 중량 %, 나머지는 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하고, Al과 Mg의 합이 0.6 이상 ~ 3.5 이하 중량 %, Al과 Mg의 합에 대한 Al의 비율(Al/(Al+Mg))이 0.30 이상 ~ 0.70 이하인 아연 합금 도금조에서 아연 합금 도금하여, 상기 아연 도금 강선에 아연 합금 도금층을 형성하는 제2도금단계;를 포함하여 이루어지며, 상기 제2도금단계를 거쳐 형성된 상기 아연 합금 도금층은, Zn-Fe, Zn-Fe-Al 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어진 제1층과, Zn-Fe-Al 조직을 포함하며, Zn, Zn-Al, Zn-Al-Mg-Fe 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 제2층과, Zn, Zn-Al-Mg, Mg-Zn, Zn-Al 조직 중 적어도 3개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 제3층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다층 구조로 이루어진 아연 합금층이 형성된 도금 강선 제조방법의 상기 아연 합금 도금조는, Bi 또는 Sb 중 어느 하나, 또는 Bi와 Sb를 함께 포함하며, Bi와 Sb는 각각 1.0 중량 % 미만으로 포함되는 것이 바람직하다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다층 구조로 이루어진 아연 합금층이 형성된 도금 강선 제조방법은, Zn 이 98 중량 % 이상으로 조성된 아연 도금조에서 강선을 아연 도금하여, 상기 강선에 Zn-Fe 합금층을 형성하는 제1도금단계; 상기 제1도금단계를 거친 아연 도금 강선을, Al: 0.3 이상 ~ 3.5 이하 중량 %, Mg: 0.3 이상 ~ 3.0 이하 중량 %, 나머지는 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하고, Al과 Mg의 합이 0.6 이상 ~ 6.5 이하 중량 %, Al과 Mg의 합에 대한 Al의 비율(Al/(Al+Mg))이 0.30 이상 ~ 0.70 이하인 아연 합금 도금조에서 아연 합금 도금아여, 상기 아연 도금 강선에 아연 합금 도금층을 형성하는 제2도금단계;를 포함하여 이루어지며, 상기 제2도금단계를 거쳐 형성된 상기 아연 합금 도금층은, Zn-Fe, Zn-Fe-Al 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어진 제1층과, Zn-Fe-Al 조직을 포함하며, Zn, Zn-Al, Zn-Al-Mg-Fe 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 제2층과, Zn, Zn-Al-Mg, Mg-Zn, Zn-Al 조직 중 적어도 3개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 제3층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다층 구조로 이루어진 아연 합금층이 형성된 도금 강선 제조방법은 상기 제2도금단계를 거쳐 형성된 아연 합금 도금 강선을, 90% 이하의 신선 가공량으로 냉간 신선 가공하는 신선 가공 단계를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 아연 합금 도금조는, Bi 또는 Sb 중 어느 하나, 또는 Bi와 Sb를 함께 포함하며, Bi와 Sb는 각각 1.0 중량 % 미만으로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층은 Zn-Fe, Zn-Fe-Al 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어진 제1층과 Zn-Fe-Al 조직을 포함하며, Zn, Zn-Al, Zn-Al-Mg-Fe 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 제2층과 Zn, Zn-Al-Mg, Mg-Zn, Zn-Al 조직 중 적어도 3개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 제3층을 포함하여, 우수한 내식성 및 내피로 특성을 갖으며, 우수한 냉간 가공성을 갖는 도금 강선을 제공할 수 있는 장점이 있다.
아연 합금 도금층의 제1층은 Zn-Fe 조직을 통해 강선과 결합력을 향상시킬 수 있으며, 아연 합금 도금층의 제2층은 Zn, Zn-Al, Zn-Al-Fe, Zn-Al-Mg-Fe 조직을 통해 우수한 내마모성과 내식성을 발휘할 수 있으며, 아연 합금 도금층의 제3층(23)은 Zn, Zn-Al-Mg, Mg-Zn, Zn-Al조직 통해 우수한 내식성을 발휘할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라, Zn, Al-0.3 중량 %, Mg-0.3 중량 %의 조성을 갖는 아연 합금 도금조를 통해 형성된 아연 합금 도금층을 나타내는 도면이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따라, Zn, Al-0.9 중량 %, Mg-0.8 중량 %의 조성을 갖는 아연 합금 도금조를 통해 형성된 아연 합금 도금층을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라, Zn, Al-1.9 중량 %, Mg-1.5 중량 %의 조성을 갖는 아연 합금 도금조를 통해 형성된 아연 합금 도금층을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라, Zn, Al-2.5 중량 %, Mg-2.0 중량 %의 조성을 갖는 아연 합금 도금조를 통해 형성된 아연 합금 도금층을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라, Zn, Al-5.0 중량 %, Mg-5.0 중량 %의 조성을 갖는 아연 합금 도금조를 통해 형성된 아연 합금 도금층을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 강선의 화학성분을 나타내는 표이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라, 아연 합금 도금조의 Al 및 Mg 함량을 변화시켜 염수분무시험을 수행한 결과표이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라, 아연 합금 도금조의 Al 및 Mg 함량을 변화시켜 부식 속도를 측정한 그래프를 나타내는 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라, 아연 합금 도금조의 Al 및 Mg 함량을 변화시키고, 신선 가공량을 변화시켜 염회시험을 수행한 결과표이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라, 아연 합금 도금조의 Al 및 Mg 함량을 변화시키고, 신선 가공량을 변화시켜 염수분무시험을 수행한 결과표이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라, 제1차 도금단계, 제2차 도금단계(Zn, Al-0.9 중량 %, Mg-0.8 중량 %), 신선 가공 단계(90% 신선 가공량)를 거친 도금 강선을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라, Zn, Al-0.3 중량 %, Mg-0.3 중량 %의 조성을 갖는 아연 합금 도금조를 통해 형성된 아연 합금 도금층을 나타내는 도면이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따라, Zn, Al-0.9 중량 %, Mg-0.8 중량 %의 조성을 갖는 아연 합금 도금조를 통해 형성된 아연 합금 도금층을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라, Zn, Al-1.9 중량 %, Mg-1.5 중량 %의 조성을 갖는 아연 합금 도금조를 통해 형성된 아연 합금 도금층을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라, Zn, Al-2.5 중량 %, Mg-2.0 중량 %의 조성을 갖는 아연 합금 도금조를 통해 형성된 아연 합금 도금층을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라, Zn, Al-5.0 중량 %, Mg-5.0 중량 %의 조성을 갖는 아연 합금 도금조를 통해 형성된 아연 합금 도금층을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 강선의 화학성분을 나타내는 표이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라, 아연 합금 도금조의 Al 및 Mg 함량을 변화시켜 염수분무시험을 수행한 결과표이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라, 아연 합금 도금조의 Al 및 Mg 함량을 변화시켜 부식 속도를 측정한 그래프를 나타내는 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라, 아연 합금 도금조의 Al 및 Mg 함량을 변화시키고, 신선 가공량을 변화시켜 염회시험을 수행한 결과표이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라, 아연 합금 도금조의 Al 및 Mg 함량을 변화시키고, 신선 가공량을 변화시켜 염수분무시험을 수행한 결과표이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라, 제1차 도금단계, 제2차 도금단계(Zn, Al-0.9 중량 %, Mg-0.8 중량 %), 신선 가공 단계(90% 신선 가공량)를 거친 도금 강선을 나타내는 도면이다.
본 발명은 무어링용 스틸로프(mooring steel rope), 호이스팅 스틸로프(hoisting steel rope), 산업용 강선 및 교량용 케이블(cable)등에 사용되며, 아연, 알루미늄, 마그네슘, 철 등의 원소로 구성된 합금상들이 분산되어 있는 아연 합금 도금층이 다층 구조로 이루어짐에 따라 내식성 및 내피로 특성이 우수한 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선은 동색용 및 정색용으로 사용될 수 있는 것이다. 동색용은 아연 합금 도금 후에 냉간 신선 가공을 해야하는 케이블, 로프, 와이어 등에 사용되는 것이며, 정색용은 아연 합금 도금 후에 냉간 신선 가공을 하지 않아도 되는 케이블, 로프, 와이어 등에 사용될 수 있는 것이다. 동색용과 정색용은 후술할 제2도금단계에서 아연 합금 도금조의 조성 비율을 다르게 하여 제작된다. 정색용은 제2도금단계가 최종적인 공정이 될 수 있으나, 동색용은 냉간 신선 가공 단계를 더 거쳐 사용된다. 동색용에는 무어링용 스틸로프(mooring steel rope), 해상 크레인 로프(offshore crane rope), 육상 크레인 로프 및 광산용 로프(mining rope) 등이 있으며, 정색용에는 스파이럴 스트랜드(spiral strand), 구조용(structure) 및 교량용(bridge) 로프 및 케이블(cable) 등이 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선은 강선(10)과 상기 강선(10)에 도금되며, 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층(20)을 포함하여 이루어진다.
상기 강선(10)은 무어링용 스틸로프(mooring steel rope), 호이스팅 스틸로프(hoisting steel rope), 산업용 강선 및 교량용 케이블(cable) 등에 사용되는 강선으로 이루어져 있다.
상기 아연 합금 도금층(20)은 다층 구조로 이루어진 것으로, Zn-Fe, Zn-Fe-Al 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어진 제1층(21)과, Zn-Fe-Al 조직을 포함하며, Zn, Zn-Al, Zn-Al-Mg-Fe 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 제2층(22)과, Zn, Zn-Al-Mg, Mg-Zn, Zn-Al 조직 중 적어도 3개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 제3층(23)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제1층(21)은 Zn-Fe 조직을 포함하여 이루어질 수 있으나, 후술할 제2도금단계에서 Zn-Fe 조직이 제거되어 Zn-Fe-Al 조직만 남아있게 될 수도 있으며, Zn-Fe 및 Zn-Fe-Al 조직이 동시에 남아 있을 수도 있다.
상기 아연 합금 도금층(20)에서 상기 제1층(21) 및 상기 제2층(22)이 차지하는 비율은 20% 이상 내지 60% 이하인 것이 바람직하다. 즉, 상기 아연 합금 도금층(20)에 대한, 상기 제1층(21)과 상기 제2층(22)의 비율은 0.2 이상 ~ 0.6 이하로 이루어질 수 있는 것이다. 구체적으로, 상기 아연 합금 도금층(20)의 두께에 대한, 상기 제1층(21)의 두께와 상기 제2층(22)의 두께 합의 비율이 0.2 이상 ~ 0.6 이하로 이루어질 수 있는 것이다. ((상기 제1층(21)의 두께 + 상기 제2층(22)의 두께) / 상기 아연 합금 도금층(20)의 두께의 값이 0.2 이상 ~ 0.6으로 이루어질 수 있는 것이다.)
상기 아연 합금 도금층(20)에서 상기 제1층(21) 및 상기 제2층(22)이 차지하는 비율이 20% 미만인 경우 도금 밀착성 및 내마모성이 미흡하고, 상기 아연 합금 도금층(20)에서 상기 제1층(21) 및 상기 제2층(22)이 차지하는 비율이 60% 초과인 경우 도금층의 크랙 문제가 발생할 수 있다. 따라서 상기 아연 합금 도금층(20)에서 상기 제1층(21) 및 상기 제2층(22)이 차지하는 비율은 20% 이상 내지 60% 이하인 것이 바람직하다.
아연 합금 도금 후에 냉간 신선 가공을 해야 하는 동색용으로 도금 강선을 사용할 경우, 상기 아연 합금 도금층(20)의 조성은 Al: 0.3 이상 ~ 2.0 이하 중량 %, Mg: 0.3 이상 ~ 1.5 이하 중량 %, 나머지는 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하고, Al과 Mg의 합이 0.6 이상 ~ 3.5 이하 중량 % 이고, Al과 Mg의 합에 대한 Al의 비율(Al/(Al+Mg))이 0.3 이상 ~ 0.70일 수 있다.
아연 합금 도금 후에 냉간 신선 가공을 하지 않아도 되는 정색용으로 도금 강선을 사용할 경우, 상기 아연 합금 도금층(20)의 조성은 Al: 0.3 이상 ~ 3.5 이하 중량 %, Mg: 0.3 이상 ~ 3.0 이하 중량 %, 나머지는 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하고, Al과 Mg의 합이 0.6 이상 ~ 6.5 이하 중량 % 이고, Al과 Mg의 합에 대한 Al의 비율(Al/(Al+Mg))이 0.3 이상 ~ 0.70일 수 있다.
여기서, Al과 Mg의 합은 알루미늄의 함량과 마그네슘의 함량을 의미하고, Al과 Mg의 합에 대한 Al의 비율은 알루미늄 함량과 마그네슘 함량을 합한 것에 대한 알루미늄 함량의 비율을 의미한다.
아연 합금 도금 후에 냉간 신선 가공을 해야하는 동색용으로 도금 강선을 사용하는 경우, Al이 0.3 중량 % 미만인 경우에 내식성이 미흡하고, 2.0 중량 %를 초과하는 경우에는 냉간 신선 가공성이 저하되기 때문에, Al은 0.3 이상 ~ 2.0 이하 중량 %를 함유하는 것이 바람직하다. 아연 합금 도금 후에 냉간 신선 가공을 하지 않아도 되는 정색용으로 도금 강선을 사용하는 경우, Al이 0.3 중량 % 미만인 경우에 내식성이 미흡하고, 3.5 중량 %를 초과하는 경우에는 내식성의 향상이 미미하고, 드로스(Dross) 문제로 도금 작업성도 저하되기 때문에, Al은 0.3 이상 ~ 3.5 이하 중량 %를 함유하는 것이 바람직하다.
아연 합금 도금 후에 냉간 신선 가공을 해야하는 동색용으로 도금 강선을 사용하는 경우, Mg가 0.3 중량 % 미만인 경우에 내식성이 미흡하고, 1.5 중량 %를 초과하는 경우에는 냉간 가공성이 저하되기 때문에, Mg의 함량은 0.3 이상 ~ 1.5 이하 중량 %를 함유하는 것이 바람직하다. 아연 합금 도금 후에 냉간 신선 가공을 하지 않아도 되는 정색용으로 도금 강선을 사용하는 경우, Mg가 0.3 중량 % 미만인 경우에 내식성이 미흡하고, 3.0 중량 %를 초과하는 경우에는 내식성 향상이 미미하고 도금 작업성이 나빠지기 때문에, Mg의 함량은 0.3 이상 ~ 3.0 이하 중량 %를 함유하는 것이 바람직하다.
상기 Al과 Mg는 모두 도금층의 내식성을 향상시키는 원소이므로, 이들 원소의 함량이 증가하면 내식성이 향상된다. 그러나 냉간 신선 가공을 해야 하는 동색용으로 도금 강선을 사용하는 경우, Al과 Mg 함량의 합이 0.6 중량 % 미만에서는 내식성이 미흡하고, 3.5 중량 %를 초과하면 냉간 가공성이 저하되기 때문에 Al과 Mg 함량의 합은 0.6~3.5 중량 %인 것이 바람직하다. 아연 합금 도금 후에 냉간 신선 가공을 하지 않아도 되는 정색용으로 도금 강선을 사용하는 경우, Al과 Mg 함량의 합이 0.6 중량 % 미만에서는 내식성이 미흡하고, 6.5 중량 %를 초과하면 내식성 향상 효과가 크지 않기 때문에 도금욕 중의 Al과 Mg 함량의 합은 0.6~6.5 중량 %인 것이 바람직하다.
또한, 냉간 신선 가공을 해야 하는 동색용으로 도금 강선을 사용하는 경우 및 냉간 신선 가공을 하지 않아도 되는 정색용으로 도금 강선을 사용하는 경우 모두, Al의 함량과 Mg의 함량의 합에 대한 Al 함량의 비율인 Al/(Al+Mg)이 0.3 미만에서는 Mg 함량 증가에 따라 도금욕의 산화가 심하게 발생하고 도금욕 중에 드로스(Dross) 형태의 MgZn2의 금속간 화합물 입자가 부유하여 도금층의 결함이 발생될 수 있게 된다. Al의 함량과 Mg의 함량의 합에 대한 Al 함량의 비율인 Al/(Al+Mg)이 0.70을 초과하는 경우에는 도금층에 Mg 합금층의 비율이 줄어들어 내식성이 저하될 수 있다. 따라서 Al/(Al+Mg)은 0.3 이상 내지 0.70 이하로 유지하는 것이 바람직하다.
상술한 본 발명의 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선은 강선을 제조하는 방법은 다음과 같다.
다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선 제조방법은 강선(10)은 아연 도금조에서 도금하는 제1도금단계와, 상기 제1도금단계를 거친 아연 도금 강선을 아연 합금 도금조에서 도금하는 제2도금단계를 포함하여 이루어진다.
상기 제1도금단계는 Zn 이 98 중량 % 이상으로 조성된 아연 도금조에서 강선(10)을 아연 도금하여, 상기 강선(10)에 Zn-Fe 합금층을 형성하는 단계이다. Zn-Fe 합금층은 Fe를 함유하고 있는 상기 강선(10)과 Zn이 반응하여 형성된 것이다. 여기서, 상기 아연 도금조의 조성은 Zn이 98 중량 % 이상으로 형성되는 것이 바람직하다. Zn의 조성이 98 중량 % 미만에서는 불순물에 의해 외관 품질이 미흡하고, 불순물이 후술하는 제2도금단계에서 용해되어 아연 합금 도금조를 오염시키기 때문에 Zn의 함량을 98 중량 % 이상으로 유지한다.
상기 제2도금단계는 상기 제1도금단계를 거친 아연 도금 강선을 아연 합금 도금조에서 아연 합금 도금 하여 아연 합금 도금층을 형성하는 단계이다. 상기 제2도금단계에서 상기 아연 합금 도금조의 조성은 냉간 신선 가공을 해야 하는 동색용으로 도금 강선을 사용하는 경우와 냉간 신선 가공을 하지 않아도 되는 정색용으로 도금 강선을 사용하는 경우에 따라 상기 아연 합금 도금조의 조성이 다르게 형성된다.
냉간 신선 가공을 해야 하는 동색용으로 도금 강선을 사용하는 경우에는 상기 아연 합금 도금조의 조성은, Al: 0.3 이상 ~ 2.0 이하 중량 %, Mg: 0.3 이상 ~ 1.5 이하 중량 %, 나머지는 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하고, Al과 Mg의 합이 0.6 이상 ~ 3.5 이하 중량 %, Al과 Mg의 합에 대한 Al의 비율(Al/(Al+Mg))이 0.30 이상 ~ 0.70 이하로 형성된다.
냉간 신선 가공을 하지 않아도 되는 정색용으로 도금 강선을 사용하는 경우 상기 아연 합금 도금조의 조성은, Al: 0.3 이상 ~ 3.5 이하 중량 %, Mg: 0.3 이상 ~ 3.0 이하 중량 %, 나머지는 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하고, Al과 Mg의 합이 0.6 이상 ~ 6.5 이하 중량 %, Al과 Mg의 합에 대한 Al의 비율(Al/(Al+Mg))이 0.30 이상 ~ 0.70 이하로 형성된다.
이와 같이 상기 제1도금단계 및 상기 제2도금단계를 거치면, 상기 강선(10)에는 다층 구조를 이루고 있는 상기 아연 합금 도금층(20)이 형성된다. 구체적으로, 상기 아연 합금 도금층(20)은 Zn-Fe, Zn-Fe-Al 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어진 제1층(21)과, Zn-Fe-Al 조직을 포함하며, Zn, Zn-Al, Zn-Al-Mg-Fe 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 제2층(22)과, Zn, Zn-Al-Mg, Mg-Zn, Zn-Al 조직 중 적어도 3개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 제3층(23)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 아연 합금 도금층(20)이 다층 구조를 형성하는 과정을 살펴보면 다음과 같다. 상기 제1도금단계에서 형성된 Zn-Fe 합금층 중 일부가 상기 제2도금단계에서 Al, Mg와 반응하게 되어, Fe, Mg, Al, Zn 중 적어도 3종 이상으로 구성된 조직을 포함하는 상기 제2층(22)을 형성하게 된다.
즉, 상기 제1도금단계에서 형성된 Zn-Fe 합금층이 상기 제2도금단계를 거치면서 상기 제1층(21) 및 상기 제2층(22)으로 형성되는 것이다. 여기서, 상기 제1도금단계의 Zn-Fe 합금층의 비율은 상기 제2도금단계에서 상기 제1층(21) 및 상기 제2층(22)을 얻을 수 있도록 적절한 수준으로 형성한다.
상기 제3층(23)은 상기 제2도금단계의 상기 아연 합금 도금조의 조성에 따라 Zn, Mg, Al이 반응하여 형성되는 것으로, Zn, Mg, Al으로 구성된 조직을 포함하여 형성된다.
구체적으로, 상기 제1층(21)은 Zn-Fe, Zn-Fe-Al 조직 중 적어도 1개 이상의 조직이 형성되며, 상기 제2층(22)은 Zn-Fe-Al 조직을 포함하며, Zn, Zn-Al, Zn-Al-Mg-Fe 조직 중 적어도 1개 이상의 조직이 형성되며, 상기 제3층(23)은 Zn, Zn-Al-Mg, Mg-Zn, Zn-Al 조직 중 적어도 3개 이상의 조직이 형성된다.
상술한 바와 같이 상기 제1도금단계 및 상기 제2도금단계를 거쳐 상기 아연 합금 도금층(20)은 다층 구조를 이루게 되지만, 상기 제2도금단계의 상기 아연 합금 도금조의 조성에 따라 상기 아연 합금 도금층(20)의 형태는 달라질 수 있다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 상기 아연 합금 도금조의 Al 및 Mg의 함량을 변화시켜 형성된 상기 아연 합금 도금층(20)을 나타내는 것이다.
도 2는 상기 아연 합금 도금조를 Zn, Al-0.3 중량 %, Mg-0.3 중량 %로 조성하여 상기 아연 합금 도금층(20)을 형성한 것이며, 도 3은 상기 아연 합금 도금조를 Zn, Al-0.9 중량 %, Mg-0.8 중량 %로 조성하여 상기 아연 합금 도금층(20)을 형성한 것이며, 도 4는 상기 아연 합금 도금조를 Zn, Al-1.9 중량 %, Mg-1.5 중량 %로 조성하여 상기 아연 합금 도금층(20)을 형성한 것이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 제2도금단계의 상기 아연 합금 도금조의 Al 및 Mg의 함량이 증가함에 따라 상기 제1도금단계에서 형성된 Zn-Fe 합금층이 Al과 반응하여, Zn-Fe-Al 조직을 포함하며, Zn, Zn-Al, Zn-Al-Mg-Fe 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하는 상기 제2층(22)이 더 많이 형성되고, Zn-Fe 합금층이 감소하는 것을 할 수 있다.
이와 같이 Zn-Fe 합금층이 감소하고 상기 제2층(22)이 증가하면, 냉간 신선 가공시 상기 강선(10)과 상기 제1층(21) 사이의 소성변형 계수의 차이를 감소시켜 상기 강선(10)과 상기 제1층(21) 사이의 크랙 발생을 억제 시켜 냉간 가공성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제2층(22)은 Zn-Fe 합금층이 Al과 반응하여 Zn-Fe-Al 조직을 포함하며, Zn, Zn-Al, Zn-Al-Mg-Fe 조직 중 적어도 1개 이상으로 구성된 조직을 포함하여 우수한 내 마모성을 갖게 된다. 따라서, 상기 제2층(22)의 증가에 따라 내식성이 우수하면서도 내마모성을 향상시킬 수 있게 된다.
이와 함께 상기 제3층(23)은 Zn, Mg, Al으로 구성된 조직을 포함하여 형성되는 것으로, Zn, Zn-Al-Mg, Mg-Zn, Zn-Al 조직 중 적어도 3개 이상의 조직이 형성된다. 상기 제3층(23)은 Zn-Al-Mg, Mg-Zn, Zn-Al 등과 같은 상(phase)이 증가하여 내식성 향상에 크게 기여할 수 있게 된다.
도 5는 상기 아연 합금 도금조를 Zn, Al-2.5 중량 %, Mg-2.0 중량 %로 조성하여 상기 아연 합금 도금층(20)을 형성한 것이며, 도 6은 상기 아연 합금 도금조를 Zn, Al-5.0 중량 %, Mg-5.0 중량 %로 조성하여 상기 아연 합금 도금층(20)을 형성한 것이다.
상기 제1층(21)의 Zn-Fe 조직은 Al 함량이 0.9 중량 %까지는 상기 제1층(21)에 남아 있으나 Al 함량이 1.9 중량 %로 증가하면 크게 줄어들어 계면에 국부적으로 남아있게 된다.
도 5를 참조하면, Al 함량이 2.5 중량 %로 증가하면, 상기 제1층(21)의 Zn-Fe 조직은 상당히 감소하며, 상기 제1층(21)의 Al 조직 농도(Zn-Fe-Al 조직 농도)가 증가한다. 또한, 도 6을 참조하면, Al 함량이 3.5 중량 %까지 더 증가하면 계면에는 고 농도의 Al 조직(Zn-Fe-Al 조직)이 존재하는 면적이 증가하게 된다. 이와 같이 상기 제1층(21)에 Al 조직 농도(Zn-Fe-Al 조직 농도)가 증가하면, 상기 강선(20)과 상기 제1층(21) 사이의 결합력이 저하된다. 또한, Mg의 함량 증가는 도금층의 연성 저하를 가져오게 된다.
이와 같이 상기 아연 합금 도금조에서 Al 및 Mg의 함량이 증가하면, 상기 강선(20)과 상기 제1층(21) 사이의 결합력이 저하되고, 이에 따라 냉간 가공성, 신선성이 저하된다. 즉, 상기 제1층(21)에 있는 Zn-Fe 조직이 없어지고 Al 조직(Zn-Fe-Al 조직 농도)의 농도가 증가하면 계면의 결합력이 저하되고, 이로 인해 신선 가공 중에 계면에 크랙이 발생하게 되는 것이다.
따라서, 상기 제1도금단계 및 상기 제2도금단계를 거친후 냉간 신선 가공을 해야 하는 동색용 도금 강선은, 상기 제2도금단계의 상기 아연 합금 도금조의 조성을 Al은 2.0 이하 중량 %, Mg는 1.5 이하 중량 % 로 하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 아연 합금 도금 후에 냉간 신선 가공을 해야하는 동색용으로 도금 강선을 사용하는 경우, 상기 아연 합금 도금조의 조성에서 Al이 0.3 중량 % 미만인 경우에 내식성이 미흡하고, 2.0 중량 %를 초과하는 경우에는 냉간 신선 가공성이 저하되기 때문에, Al은 0.3 이상 ~ 2.0 이하 중량 % 인 것이 바람직하다.
아연 합금 도금 후에 냉간 신선 가공을 하지 않아도 되는 정색용으로 도금 강선을 사용할 경우에는, 상기 아연 합금 도금조의 조성에서 Al이 0.3 중량 % 미만인 경우에 내식성이 미흡하고, 3.5 중량 %를 초과하는 경우에는 내식성의 향상이 미미하고, 드로스(Dross) 문제로 도금 작업성도 저하되기 때문에, Al은 0.3 이상 ~ 3.5 이하 중량 % 인 것이 바람직하다.
아연 합금 도금 후에 냉간 신선 가공을 해야하는 동색용으로 도금 강선을 사용하는 경우, 상기 아연 합금 도금조의 조성에서 Mg가 0.3 중량 % 미만인 경우에 내식성이 미흡하고, 1.5 중량 %를 초과하는 경우에는 냉간 가공성이 저하되기 때문에, Mg의 함량은 0.3 이상 ~ 1.5 이하 중량 % 인 것이 바람직하다. 아연 합금 도금 후에 냉간 신선 가공을 하지 않아도 되는 정색용으로 도금 강선을 사용하는 경우, 상기 아연 합금 도금조의 조성에서 Mg가 0.3 중량 % 미만인 경우에 내식성이 미흡하고, 3.0 중량 %를 초과하는 경우에는 내식성 향상이 미미하고 도금 작업성이 나빠지기 때문에, Mg의 함량은 0.3 이상 ~ 3.0 이하 중량 % 인 것이 바람직하다.
상기 Al과 Mg는 모두 도금층의 내식성을 향상시키는 원소이므로, 이들 원소의 함량이 증가하면 내식성이 향상된다. 그러나 냉간 신선 가공을 해야 하는 동색용으로 도금 강선을 사용하는 경우, 상기 아연 합금 도금조에서 Al과 Mg 중량 %의 합이 0.6 중량 % 미만에서는 내식성이 미흡하고, 3.5%를 초과하면 냉간 가공성이 저하되기 때문에 Al과 Mg 함량의 합은 0.6~3.5 중량 %인 것이 바람직하다. 아연 합금 도금 후에 냉간 신선 가공을 하지 않아도 되는 정색용으로 도금 강선을 사용하는 경우, 상기 아연 합금 도금조에서 Al과 Mg 중량 %의 합이 0.6 중량 % 미만에서는 내식성이 미흡하고, 6.5%를 초과하면 내식성 향상 효과가 크지 않기 때문에 Al과 Mg 함량의 합은 0.6~6.5 중량 %인 것이 바람직하다.
또한, 냉간 신선 가공을 해야 하는 동색용으로 도금 강선을 사용하는 경우 및 냉간 신선 가공을 하지 않아도 되는 정색용으로 도금 강선을 사용하는 경우 모두, 상기 아연 합금 도금조에서 Al의 함량과 Mg의 함량의 합에 대한 Al 함량의 비율인 Al/(Al+Mg)이 0.3 미만에서는 Mg 함량 증가에 따라 상기 아연 합금 도금조의 산화가 심하게 발생하고, 드로스(Dross) 형태의 MgZn2의 금속간 화합물 입자가 부유하여 도금층의 결함이 발생될 수 있게 된다. 상기 아연 합금 도금조에서 Al의 함량과 Mg의 함량의 합에 대한 Al 함량의 비율인 Al/(Al+Mg)이 0.70을 초과하는 경우에는 도금층에 Mg 합금층의 비율이 줄어들어 내식성이 저하될 수 있다. 따라서 Al/(Al+Mg)은 0.3 이상 내지 0.70 이하로 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선 제조방법에서 상기 제1도금단계에서의 상기 아연 도금조 및 상기 제2도금단계에서의 상기 아연 합금 도금조의 온도는 430℃ 이상 내지 470℃ 이하로 유지되는 것이 바람직하다. 상기 아연 도금조 및 상기 아연 합금 도금조의 온도가 430℃ 미만에서는 용융 합금의 점성이 높아 도금 외관이 거칠어지고, 470℃ 초과에서는 Mg 및 Al 산화물이 많이 생겨서 도금 외관이 안 좋아지기 때문에 상기 아연 도금조 및 상기 아연 합금 도금조의 온도는 430℃ 이상 내지 470℃ 이하로 유지되는 것이 바람직하다.
아연 합금 도금 후에 냉간 신선 가공을 해야하는 동색용으로 도금 강선을 사용하는 경우에, 본 발명의 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선을 제조하는 방법은 상기 제2도금단계를 거쳐 형성된 아연 합금 도금 강선을 90% 이하의 신선 가공량으로 냉간 신선 가공하는 신선 가공 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서 신선 가공량은 (1-(신선된 도금 강선 직경/도금 강선 직경)2)x 100이다.
냉간 신선가공의 신선 가공량이 90%를 초과하는 경우 피로수명과 관련 있는 염회 품질이 저하뿐만 아니라 도금층에 크랙이 발생하기 때문에 신선가공량은 90% 이하가 바람직하다. (냉간 신선 가공이 되지 않는 경우는 신선된 도금 강선 직경과 도금 강선 직경이 같게 되어, 신선 가공량이 0%가 된다. 즉, 신선가공량은 0% 초과 내지 90 % 이하로 이루어질 수 있는 것이다.)
이하, 본 발명의 구체적 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 물론, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
[실시예 1]
실시예 1에 의해 상기 아연 합금 도금조의 Al과 Mg 함량에 따른 내식성을 확인하였다.
직경이 8mm이며, 도 7의 표 1과 같은 성분을 갖는 상기 강선(10)을 상기 제1도금단계에서 아연 도금하고, 도 8의 표 2의 조성을 갖는 상기 아연 합금 도금조에서 상기 제2도금단계를 수행하여 7가지의 샘플을 제조하였다.
여기서 상기 제1도금단계를 수행하는 상기 아연 도금조의 온도는 450℃였고, 상기 아연 도금조에서 23초간 침지 하였으며, 상기 아연 도금조의 조성은 Zn 99.6 중량 %로, 나머지는 불순물을 포함하였다. 상기 제2도금단계의 조성은 도 8의 표 2에 있는 것과 같으며 상기 아연 합금 도금조의 온도는 445℃로 하였고, 침지시간은 20초였다. 가스 와이핑은 질소 가스를 이용하였다.
내식성 평가는 염수분무시험(KS-C-0223에 준하는 염수분무 규격시험)과 전기화학 평가(Electrochemical test)를 실시하였다. 염수분무시험은 시편 표면에 적청이 발생하는 면적이 5%가 될 때까지 경과된 시간을 측정하는 것이며, 그 결과를 도 8의 표 2(Salt Pray)에 나타냈었다. 전기화학 평가(Electrochemical test)는 퍼텐쇼스탯(Potentiostat)을 사용하여 평가하였으며, 그 결과를 도 9에 나타내었다. 구체적으로 도 9는 Al 및 Mg 함량에 따른 부식 속도를 나타내는 그래프이며 부식속도가 높을수록 내식성은 저하되는 것을 의미한다.
도 8의 표 2를 살펴보면, Al의 함량과 Mg의 함량의 합(이하, "Al+Mg"이라 함)이 0.2 중량 % 이하에서는 염수분무 시험이 650 시간으로 내식성이 비교적 낮게 나왔고, Al+Mg이 0.6 중량 % 부터 염수분무 시험이 2243 시간으로 내식성이 우수하게 나왔다. 특히 Al+Mg이 3.4 중량 %에서는 염수분무시험이 4625시간으로 내식성이 매우 우수한 것으로 나타났다. Al+Mg이 4.5 중량 % 이상에서는 염수분무시간 증가가 미약하다. 이는 Al-Zn 바이너리(binary)상의 조대화에 기인한 것으로 보인다.
도 9의 내식성 부식속도를 살펴보면, 염수 분무시험 결과와 유사하게 내식성이 Al+Mg 함량이 3.4 중량 %까지는 향상되다가 6.8 중량 % 부터 향상이 미미한 경향을 보여주고 있다. 이는 우수한 내식성이 Al+ Mg 함량이 0.6~ 6.8 중량 %에 얻어지는 것을 의미한다.
[실시예 2]
실시예 1에 의해, 상기 제2도금단계를 거친 아연 합금 도금 강선 샘플 7가지를 85%, 90%, 92%의 신선 가공량으로 신선하여 21가지 샘플을 제조하고, 염회 시험 및 염수 분무시험을 실시하여 품질 수준을 평가하였다. 여기서 신선 가공량은 (1-(신선된 도금 강선 직경/도금 강선 직경)2)x 100으로 계산한다. 이때, 신선 속도는 5m/sec, 다이당 평균감면율은 19%로 하였다.
염회 시험은 시편길이를 8인치로 하고 비틀림 속도를 분당 60회로 시험한다. 염회 시험은 강선이 절손될 때까지 360도 회전하면서 비틀림을 받는 횟수를 측정하는 것으로, 염회 시험의 값이 높으면 내피로 특성이 좋고, 염회 시험 값이 낮으면 내피로 특성이 좋지 않은 것이다. 염수분무 시험은 상술한 바와 같이 내식성을 평가하기 위한 것이다. 실시예 2의 염회 시험 결과는 도 10의 표3으로 나타내었으며, 실시예 2의 염수분무 시험 결과는 도 11의 표4로 나타내었다.
도 10의 표3에 기재된 바와 같이, 신선가공량이 90%까지는 Mg+Al 함량이 0.6 중량 %에 양호한 염회 품질이 얻어졌다. 염회 특성이 우수하다는 것은 내피로 특성이 우수하다는 것을 의미한다. 그러나 신선 가공량이 92%에서는 염회 품질이 8회 이하로 저하됨을 알 수 있다. 특히 Mg + Al 함량이 각 4.5 중량 % 초과시 염회 품질이 현저히 저하되었다. 또한, 도 11의 표4를 보면, 염수분무시험시간(내식성)이 신선가공량이 92%으로 증가하면 Mg+ Al 함량이 0.6 중량 % 이상인 모든 샘플(샘플 No 2~7)에서 현저한 저하가 관찰되었다.
이와 같은 현상은 92%의 신선가공량에서 아연합금 도금층(20) 또는 강선(10) 표층에 크랙이 생성되고, 이러한 크랙이 소지 금속의 내부로 전파되어 발생 되었다. 90% 신선가공량에서는 Mg + Al 함량이 0.6 중량 % 에서 3.4 중량 % 범위에 있는 샘플 모두가 1800시간 이상으로 양호하였고, 도 12를 참조하면, 신선된 도금 강선은 도금내 합금상들이 잘 분포해 있고 크랙의 발생도 없는 것을 알 수 있다. 따라서 신선가공량은 90% 이하가 적합하다.
상술한 본 발명의 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선 및 이의 제조방법은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명의 다층 구조로 이루어진 상기 아연 합금 도금층(20)은 Zn-Fe, Zn-Fe-Al 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어진 상기 제1층(21)과, Zn-Fe-Al 조직을 포함하며, Zn, Zn-Al, Zn-Al-Mg-Fe 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 상기 제2층(22)과, Zn, Zn-Al-Mg, Mg-Zn, Zn-Al 조직 중 적어도 3개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 상기 제3층(23)을 포함하여 이루어져 있다.
상기 제1층(21)은 Al의 고용으로 연성이 향상된 Zn-Fe 조직(또는 Zn-Fe-Al조직)을 통해 상기 강선(10)과 상기 아연 합금 도금층(20)의 결합을 강력하게 할 수 있는 장점이 있다. Al이 고용된 Zn-Fe 조직(또는 Zn-Fe-Al조직)은 상기 제1도금단계에서 Zn과 상기 강선(10)의 스틸이 반응하여 형성된 Zn-Fe 층이 상기 제2도금단계에서 Al의 고용으로 형성된 연화된 조직이다. 이와 같은 Al이 고용된 Zn-Fe 조직(또는 Zn-Fe-Al조직) 통해 상기 강선(10)과 상기 아연 합금 도금층(20)의 결합력을 향상시킬 수 있다.
상기 제2층(22)은 상기 제1도금단계에서 형성된 Zn-Fe층을 상기 제2도금단계에서 Al 및 Mg과 반응시켜, Fe, Mg, Al, Zn 중 적어도 3종 이상으로 구성된 조직을 포함하여 이루어진 도금층을 만드는 것이다. 구체적으로 상기 제2층(22)은 Zn-Fe-Al 조직을 포함하며, Zn, Zn-Al, Zn-Al-Mg-Fe 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어질 수 있다. 이와 같은 상기 제2층(22)은 우수한 내마모성과 내식성을 갖게 된다.
이는 Al과 Mg이 첨가되면 Al 및 Mg이 순수 용융 아연도금시 생성되는 경화조직인 Zn-Fe 합금층과 반응하여 연성이 우수한 새로운 조직(Zn-Al 또는 Zn-Al-Fe 상이 분산되어 있는 조직)을 만들면서 경화조직이 없어지기 때문이다.
상기 제3층(23)은 Mg, Al, Zn 중 적어도 1종 이상으로 구성된 조직을 포함하여 이루어진 것으로, 구체적으로 Zn, Zn-Al-Mg, Mg-Zn, Zn-Al 조직 중 적어도 3개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 것이다. 상기 제3층(23)은 Zn, Zn-Al-Mg, Mg-Zn, Zn-Al조직을 통해 우수한 내식성을 발휘할 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 상기 제1층(21), 상기 제2층(22), 상기 제3층(23)을 포함하여 이루어짐에 따라 상기 강선(10)과의 결합력이 강하면서도, 우수한 내식성 및 내마모성 특성을 발휘할 수 있고, 이를 통해 내식성 및 내피로 특성이 우수한 도금 강선을 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 아연 합금 도금 후에 냉간 신선 가공을 해야하는 동색용으로 도금 강선을 사용하는 경우에 냉간 신선 가공성을 향상시킬 수 있고, 냉간 신선 가공 단계에서 신선 가공량을 90% 이하로 신선 가공 함에 따라 내식성 및 내마모성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제2도금단계의 상기 아연 합금 도금조의 조성에는 Bi(비스무트) 또는 Sb(안티몬) 중 어느 하나, 또는 Bi와 Sb를 함께 포함될 수 있다. 이때, Bi의 함량과 Sb의 함량은 각각 1.0 중량 % 미만이 되도록 조성된다.
상기 Bi의 함량과 Sb의 함량을 각각 1.0 중량 % 미만으로 첨가하면, 용융 아연 합금의 표면장력(surface tension) 및 점성(viscosity)이 낮아져서 표면조도를 감소시키게 되며, 도금욕 중에 드로스 형태의 MgZn2 금속간 화합물이 부유하여 만드는 표면결함(lumpy 등)이 줄어들어 균일한 표면조도를 얻을 수 있게 된다. 상기 Bi 와 Sb의 함량이 1.0 중량 % 초과하면 마모 특성이 현저히 증가(acccelerated material wear)을 유발시켜 아연 합금 도금조를 손상시키고 도금층 표면이 거칠어지므로 바람직하지 못하다.
상기 아연 합금 도금층(20)의 조성에는 Bi 또는 Sb 중 어느 하나, 또는 Bi와 Sb를 함께 포함하며, Bi와 Sb는 각각 1.0 중량 % 미만으로 포함될 수 있다. 상기 아연 합금 도금조의 조성에서 Bi(비스무트) 또는 Sb(안티몬) 중 어느 하나, 또는 Bi와 Sb를 함께 포함하는 경우, 상기 제1층(21)은 Zn-Fe, Zn-Fe-Al 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어질 수 있고, 상기 제2층(22)은 Zn-Fe-Al 조직을 포함하며, Zn, Zn-Al, Zn-Al-Mg-Fe 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어질 수 있고, 상기 제3층(23)은 Mg, Al, Zn 3종에 Bi, Sb 중 적어도 1종 이상으로 구성된 조직을 포함하여 이루어질 수 있다. (구체적으로 상기 제3층(23)은 Bi-Mg, Sb-Mg 결정조직이 포함될 수 있으며, Zn, Zn-Al-Mg, Mg-Zn, Zn-Al 조직에 Bi,Sb 중 적어도 1종 이상이 포함될 수 있다.) 또한, 상기 제3층(23) 위에 Zn-Bi, Zn-Sb와 같은 결정조직이 형성될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 많은 변형이 제공될 수 있다.
Claims (10)
- 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선에 있어서,
강선;과,
상기 강선에 도금되며, 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층;을 포함하여 이루어지며, 상기 아연 합금 도금층은,
Zn-Fe, Zn-Fe-Al 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어진 제1층과,
Zn-Fe-Al 조직을 포함하며, Zn, Zn-Al, Zn-Al-Mg-Fe 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 제2층과,
Zn, Zn-Al-Mg, Mg-Zn, Zn-Al 조직 중 적어도 3개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 제3층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선. - 제1항에 있어서,
상기 아연 합금 도금층의 조성은,
Al: 0.3 이상 ~ 2.0 이하 중량 %, Mg: 0.3 이상 ~ 1.5 이하 중량 %, 나머지는 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하고,
Al과 Mg의 합이 0.6 이상 ~ 3.5 이하 중량 % 이고,
Al과 Mg의 합에 대한 Al의 비율(Al/(Al+Mg))이 0.3 이상 ~ 0.70인 것을 특징으로 하는 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선. - 제1항에 있어서,
상기 아연 합금 도금층의 조성은,
Al: 0.3 이상 ~ 3.5 이하 중량 %, Mg: 0.3 이상 ~ 3.0 이하 중량 %, 나머지는 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하고,
Al과 Mg의 합이 0.6 이상 ~ 6.5 이하 중량 % 이고,
Al과 Mg의 합에 대한 Al의 비율(Al/(Al+Mg))이 0.3 이상 ~ 0.70인 것을 특징으로 하는 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선. - 제1항에 있어서,
상기 아연 합금 도금층 두께에 대한, 상기 제1층의 두께와 상기 제2층의 두께 합의 비율은 0.2 이상 ~ 0.6 이하인 것을 특징으로 하는 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선. - 제1항에 있어서,
상기 아연 합금 도금층의 조성은,
Bi 또는 Sb 중 어느 하나, 또는 Bi와 Sb를 함께 포함하며,
Bi와 Sb는 각각 1.0 중량 % 미만으로 포함되는 것을 특징으로 하는 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선. - 다층 구조로 이루어진 아연 합금층이 형성된 도금 강선 제조방법에 있어서,
Zn 이 98 중량 % 이상으로 조성된 아연 도금조에서 강선을 아연 도금하여, 상기 강선에 Zn-Fe 합금층을 형성하는 제1도금단계;
상기 제1도금단계를 거친 아연 도금 강선을, Al: 0.3 이상 ~ 2.0 이하 중량 %, Mg: 0.3 이상 ~ 1.5 이하 중량 %, 나머지는 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하고, Al과 Mg의 합이 0.6 이상 ~ 3.5 이하 중량 %, Al과 Mg의 합에 대한 Al의 비율(Al/(Al+Mg))이 0.30 이상 ~ 0.70 이하인 아연 합금 도금조에서 아연 합금 도금하여, 상기 아연 도금 강선에 아연 합금 도금층을 형성하는 제2도금단계;를 포함하여 이루어지며,
상기 제2도금단계를 거쳐 형성된 상기 아연 합금 도금층은,
Zn-Fe, Zn-Fe-Al 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어진 제1층과, Zn-Fe-Al 조직을 포함하며, Zn, Zn-Al, Zn-Al-Mg-Fe 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 제2층과, Zn, Zn-Al-Mg, Mg-Zn, Zn-Al 조직 중 적어도 3개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 제3층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선 제조방법. - 제6항에 있어서,
상기 아연 합금 도금조는,
Bi 또는 Sb 중 어느 하나, 또는 Bi와 Sb를 함께 포함하며,
Bi와 Sb는 각각 1.0 중량 % 미만으로 포함되는 것을 특징으로 하는 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선. - 다층 구조로 이루어진 아연 합금층이 형성된 도금 강선 제조방법에 있어서,
Zn 이 98 중량 % 이상으로 조성된 아연 도금조에서 강선을 아연 도금하여, 상기 강선에 Zn-Fe 합금층을 형성하는 제1도금단계;
상기 제1도금단계를 거친 아연 도금 강선을, Al: 0.3 이상 ~ 3.5 이하 중량 %, Mg: 0.3 이상 ~ 3.0 이하 중량 %, 나머지는 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하고, Al과 Mg의 합이 0.6 이상 ~ 6.5 이하 중량 %, Al과 Mg의 합에 대한 Al의 비율(Al/(Al+Mg))이 0.30 이상 ~ 0.70 이하인 아연 합금 도금조에서 아연 합금 도금아여, 상기 아연 도금 강선에 아연 합금 도금층을 형성하는 제2도금단계;를 포함하여 이루어지며,
상기 제2도금단계를 거쳐 형성된 상기 아연 합금 도금층은,
Zn-Fe, Zn-Fe-Al 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어진 제1층과, Zn-Fe-Al 조직을 포함하며, Zn, Zn-Al, Zn-Al-Mg-Fe 조직 중 적어도 1개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 제2층과, Zn, Zn-Al-Mg, Mg-Zn, Zn-Al 조직 중 적어도 3개 이상의 조직을 포함하여 이루어지는 제3층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 제2도금단계를 거쳐 형성된 아연 합금 도금 강선을,
90% 이하의 신선 가공량으로 냉간 신선 가공하는 신선 가공 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 아연 합금 도금조는,
Bi 또는 Sb 중 어느 하나, 또는 Bi와 Sb를 함께 포함하며,
Bi와 Sb는 각각 1.0 중량 % 미만으로 포함되는 것을 특징으로 하는 다층 구조로 이루어진 아연 합금 도금층이 형성된 도금 강선.
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