KR20200012864A - 연속 용융 도금 강 스트립 및 용융 도금 강 시트 제조 방법 - Google Patents

연속 용융 도금 강 스트립 및 용융 도금 강 시트 제조 방법 Download PDF

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KR20200012864A
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에드가 마티스 투세
마테우스 헨드릭 마리너스 휴이서트
페트루스 코르넬리스 요세프 비엔티에스
얀 보테마
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타타 스틸 이즈무이덴 베.뷔.
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Abstract

본 발명은 용융 도금 강 스트립 제조 방법에 관한 것으로, 상기 스트립을, Al, 잔류 금속으로 Zn, 불가피한 불순물들 및 선택적으로 최대 0.3%의 하나 이상의 추가 원소들을 포함하는 용융 금속 조를 통과하도록 유도함으로써 도금이 발생하며, 상기 조의 조성은 0.50%를 초과하는 알루미늄 함량을 갖도록 조절된다.

Description

연속 용융 도금 강 스트립 및 용융 도금 강 시트 제조 방법
본 발명은 연속 용융 도금 강 스트립뿐만 아니라 용융 도금 강 시트를 제조하는 방법에 관한 것이다.
아연 도금(galvanising)으로 연속 용융 도금 강 스트립뿐만 아니라 아연 도금 된 강 시트의 형태로 용융 도금 강 시트를 제조하는 방법은 철강 산업 전체에 널리 알려져 있다.
강 시트 제품들의 생산을 위한 연속 용융 도금 공정들은 세계 도처에서 널리 사용되고 이용된다. 용융 도금은 원래 아연 도금(아연-도금(zinc-coating))을 위해 개발되었으나 지금은 강 시트에 다른 금속들을 도포하는 데에도 사용된다. 본 방법은 매우 정교한 작업이 되었다.
원래 상기 제품은 고품질의 마무리 또는 높은 성형성을 요구하지 않는 적용처에 사용되었으나, 최근에는 자동차 후드(hood), 펜더(fender), 그리고 문과 같이 더욱 요구 사항이 많은 적용처에 용융 도금 강 시트가 점점 더 많이 사용된다. 이러한 적용처들은 성형성 및 결과 표면 품질 면에서 더욱 요구 사항이 많다. 용융 도금 시트는 0.25mm 내지 4.50mm의 두께로 생산된다.
연속 용융 도금에서, 강 스트립은 연속 리본으로서 200m/min까지의 속도로 용융 금속 조를 통과한다. 상기 용융 금속 조에서, 상기 강 스트립은 용융 금속과 반응하여 도금이 스트립 표면에 접착된다. 상기 스트립은 하나 이상의 침지된 롤(roll)들을 통과하고, 수직 방향으로 상기 용융 금속 조에서 나간다. 출구 지점 바로 위에서, 한 세트의 가스 나이프(gas knife)들이 과도한 용융 금속을 닦아내어, 보통 스트립 표면의 단위 면적당 도금 중량으로 표현되는 코팅 두께의 제어를 가능하게 한다. 냉각 후, 상기 스트립은 흔히 조질 압연기(스킨 패스 압연기(skin pass mill))를 포함하는 출구 단부로 공급된다. 와이핑 가스(wiping gas)로는, 공기 또는 질소 가스가 사용될 수 있다. 보다 높은 품질의 도금 제품들을 생산하기 위해서, 보통 질소 가스가 사용된다.
상기 강과 아연에 있어서, 적절한 접착 구역을 형성하는 것이 중요한데, 이는 보통, 대략 0.15% 내지 0.20%(여기서 모든 백분률은 중량%임)의 조절된 양의 알루미늄을 상기 용융 금속 조에 추가하고, 상기 용융 금속 조의 온도와 함께, 강 시트가 용융 금속 조로 들어가는 지점에서의 강 시트 온도를 조절함으로써 완수된다.
결과 도금은 근본적으로, 전형적으로 0.20% 및 0.30% 사이의 알루미늄을 함유하는, 아연 도금이다. 이 알루미늄의 양이 용융 금속 조 내 알루미늄의 양보다 높은 것은 알루미늄이 아연보다 철에 대해 더 큰 친연성을 갖기 때문이다. 상기 강이 아연 조로 들어가자마자, 알루미늄-철 층, 소위 억제 층이 형성되어 알루미늄이 강 아연 경계면에 집중된다.
위에 시사한 바와 같이, 요즘의 아연 도금 강 시트의 적용들을 위해서는, 성형성 외에도 표면 품질 요건을 충족시켜야 한다. 용융 아연 도금 강 기판의 표면 품질을 향상시키기 위한 종래의 방법이 GB-A-2517622에 개시된다. 이 공보는 아연 도금 금속 시트들이 그 외부 표면에 소위 파형을 가지며, 이는, 예를 들어 자동차 본체 부품들에서는 용인되지 않는, 소위 "오렌지 껍질" 양상을 갖게 되는 조건 하에서의 상당한 두께의 도색으로만 사전에 보상될 수 있다.
GB-A-2517622에 따르면, 조의 조성은 아연에 기초하며, 0.1 및 0.5 중량% 사이, 바람직하게는, 0.1 및 0.4% 사이, 더욱 바람직하게는 0.1 및 0.3% 사이의 알루미늄을 함유한다. 게다가, 만일 일정 매개변수들이 요건들, 조건들 및 수식들에 따라 설정되면, 도금의 응고 후 그리고 있을 수 있는 스킨-패스 전에, 0.55μm 이하 또는 일 실시예에서는 0.35μm 이하의 파형 Wa 0.8을 얻을 가능성을 제공할 수도 있다.
본 발명의 목적은 향상된 용융 도금 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 향상된 용융 도금 강을 제공하는 것이다.
이러한 목적들은 독립항들에 따라 이루어진다. 바람직한 실시예들은 각각의 종속항들에서 규정된다. 청구항들에 열거된 특징들은, 기술적으로 의미 있는 모든 방식으로 조합되어 본 발명의 추가 실시예들을 기술할 수 있음에 주의해야 한다. 다음 명세서는 본 발명들의 특징들을 설명하며, 본 발명의 추가 실시예들을 제안할 수 있다.
본 발명에 따르면, 본 방법은 조의 조성이 0.50%를 초과하는 알루미늄 함량을 갖도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법을 사용하면, 놀랍게도 한편으로는, 종래의 용융 아연 도금보다 훨씬 더 안정적인 용융 도금 작용이 구현되며, 다른 한편으로는, 특히 결과 표면과 관련하여서도, 탁월한 특성을 갖는 우수한 용융 도금 강을 얻을 수 있다.
위에 시사한 바와 같이, 강 기판과 용융 아연 사이에 (주로) 철-알루미늄 기반 계면 층 형성을 유발하기 위해 종래의 연속 아연 도금 라인의 아연 조에는, 관례적으로 적은 양의 알루미늄이 존재했다. 본 특허 출원에서 본 층은 내부 층이라고 불리며, 일반적으로 억제 층이라고도 불린다. 이러한 층의 형성 및 이러한 층의 알루미늄 의존도를 연구할 때 발명자들은, 상기 아연 조 내 알루미늄 농도들이 종래의 것인 경우, 억제 층 내 알루미늄 함량이, 아연 조로 들어갈 때의 스트립 온도(스트립 진입 온도, SET)와 아연 조 내 알루미늄 농도 모두에 크게 의존한다는 것을 발견했다. 반대로, 아연 조 내의 알루미늄 농도가 보다 높은 경우, 특히 0.50%를 초과할 때에는, 상기 억제 층의 알루미늄 함량이 놀랍게도 완전히 SET로부터 독립적이라는 것이 발견되었다.
발명자들이 이 사항을 더 연구함에 따라, 알루미늄 함량이 0.5%를 초과할 때, 특히 약 0.55% 또는 0.6%일 때, 억제 층 내 알루미늄 함량은 단지 SET로부터만 독립적인 것이 아니라, 아연 조 내 Al 농도의 변화들로부터도 매우 독립적이라는 것이 발견되었다.
따라서, 만일 종래의 아연 도금으로부터 한 걸음 떨어져서, 대신에 본 발명에 따라 작업한다면, 용융 도금 제품의 점 용접성(spot weldability), 아연 접착성 및 골링(galling) 작용과 같은 측면에서 제품에 부정적인 영향을 주는 변화들 없이, 매우 안정적인 얇은 억제 층이 형성된다는 것이 발견되었다. 발명자들은 또한, 예를 들면, 아연 조 내의 상대적으로 낮은 알루미늄 함량으로 인해, 억제 층이 언제나 완전히 마감되지는 않으며, 모든 구역에서, 강 기판으로부터 아연 조 안으로 향하는 철의 (추가적인) 용해를 완전히 방지할 수 없을 것이라는 점에서, 종래의 아연 도금에는 아연 도금 라인의 공정 설정들에 있어서 상당한 억제 층 민감성이 존재한다는 것을 깨달았다. 그에 반해서, 만일 본 발명에 따른 방법이 수행되면, 더 적은 철이 아연 내에서 용해될 것이며, 결과적으로 더 적은 찌꺼기 형성, 더 적은 오염, 더 적은 표면 결함 및 더 적은 하이 스폿(high spot)들로 이어진다.
발명자들은, 종래의 용융 아연 도금에서 조 내의 0.15% 및 0.20% 사이의 상대적으로 낮은 알루미늄 농도 때문에, 강 스트립 바로 옆의 얇은 층에서 알루미늄의 소모가 일어날 수 있음을 발견했다. Fe2Al5 억제 층에 의해 제공되는 장벽을 폐쇄하기 위해서는 시간이 좀 걸린다. 종래의 아연 도금에서 철이 억제 결정체들 옆에서 여전히 용해되어, 억제 층 두께가 더 두꺼워지는 것은 아마도 이러한 이유 때문일 것이다. 0.15% 내지 0.20%의 낮은 알루미늄 농도들을 가진 종래의 아연 도금 조들에서는, 철 용해율, 철 용해도 및 형성된 금속 찌꺼기 입자들의 양이 상당히 높다. 이러한 금속 찌꺼기 입자들은 상부 찌꺼기 제거 실시에 의해 일부 제거되고, 금속 찌꺼기 입자들의 일부는 롤(roll)들과 같은 도금 조의 하드웨어에 침전되고, 금속 찌꺼기 입자들의 다른 일부는 아연 도금에 포함될 것이다.
도금 조의 하드웨어에 금속 찌꺼기 입자들이 침전되면, 베어링 마모와, 롤들에 의한 반복적인 각인 및 스트립 진동에 대한 불량한 제어를 초래함으로써 아연 도금된 스트립 표면 품질의 저하를 초래한다. 게다가, 금속 찌꺼기 입자들은 아연 도금 내에서도 발견된다. 이러한 금속 찌꺼기 입자들은 비정상적인 와이핑 패턴(wiping pattern)(표면 결함)을 야기하기 때문에, 때때로 스트립 표면에서 눈에 보인다. 일부 금속 찌꺼기 입자들은 보이지 않는 상태로 남아서, 표면 검사에 의해 기록되지 않는다. 그러면, 이 입자들은 우려를 자아내는데, 이는 프레스 공장에서 (소위 하이 스폿이라 불리는) 작고 반짝이는 반점들로 나타날 수 있고, 그러면 불합격의 원인이 되기 때문이다. 따라서, 도금 조 내 금속 찌꺼기 입자들의 존재는 가능한 한 방지해야 한다는 것이 명백하다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 용융 도금 강 스트립 제조 방법이 제안되며, 상기 도금은, 스트립을, Al, 잔류 금속으로 Zn, 불가피한 불순물들 및 최대 0.3%의 하나 이상의 추가 원소들을 포함하는 조를 통과하도록 유도함으로써 발생한다.
상기 하나 이상의 추가 원소들은 Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Mg, Sn, La, Ce, Cr, Zr 또는 Bi로부터 선택될 수 있다. 소량의 이러한 원소들이 상기 조에 추가될 수 있다.
상기 조의 조성은 0.55% 이상 또는 0.60% 이상의 알루미늄 함량을 갖도록 제어될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 이는 안정적인 작동뿐만 아니라 제조되는 상품에 있어서 유리하다.
상기 조의 조성은 0.9% 이하 또는 0.8% 이하의 알루미늄 함량을 갖도록 제어될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 이는 생산 및 상품에 유리하다.
본 발명에서 개발된 상품의 최종 특성들을 이해하기 위해서는, 응고 동안 어떤 일이 일어나는지를 고려해야 한다. 이를 위해서, 알루미늄-아연의 상태도(phase diagram)를 고려한다. 상태도에서 볼 수 있듯이, 알루미늄 비율이 1.1% 미만인 경우, 상기 조를 떠난 후 액체 아연 도금의 냉각 동안, 우선 아연이 분리되고, 알루미늄 및 잔류 아연이 뒤를 따른다. 알루미늄 비율이 더 높은 경우에는, 표면 품질을 저하시킬 수 있기 때문에 원치 않는, ZnAl 상들(상태도에서 β 상)이 형성될 수 있다. 비평형 상황들에서조차, 와이핑 동안의 전형적인 매우 높은 도금 냉각 속도들의 경우 흔히 있는 일이지만, 1.1% 미만의 Al 비율에서 ZnAl 상들이 발견되었다.
라인 조건들에 따라 그리고 특히 낮은 라인 속도들 및 늦은 냉각에서는, 확산이 일어날 수 있기 때문에, 보다 낮은 Al 비율에서 ZnAl 상들이 만들어질 수 있다. 이 때문에, 유의미한 양의 ZnAl 상들이 발생되지 않도록 보장하기 위해, 알루미늄 비율을 0.9% 이하로 유지하는 것이 더 좋으며, 0.8% 이하의 경우 더욱 좋다.
상기 조 안에 스트립이 잠겨있는 동안 있을 수 있는 철 용해의 결과로서, 상기 조 내 Fe-함량은 70ppm 미만, 바람직하게 50ppm 미만, 더욱 바람직하게 30ppm 미만, 가장 바람직하게 20ppm 미만일 수 있다. 발명자들은, 즉, 아연 조 내에 알루미늄 함량을 보다 높임으로써, 아연 조 안에 스트립이 잠겨있는 순간에 철 용해를 이제 감소시킬 수 있음을 깨달았다. 이렇게 해서, 스트립 표면 근처에서의 임계적인 알루미늄 소모가 방지되며, Fe2Al5 억제 층이 즉시, 가장 빠른 시기에 진정한 장벽이 되기 시작하여, 상기 조로의 철 용해가 줄어든다. 게다가, 모든 철 용해를 허용하는 도금 내 모든 결함들이 신속히 보수되기 때문에, 놀랍게도 형성된 억제 층이 보다 얇게 유지된다는 점, 즉, 그 성장이 중지된다는 것을 발견했다.
이상은 모두, 평형상태: 2Fe + 2Al <=> Fe2Al5가 알루미늄 추가로 인해 오른쪽으로 밀리기 때문에, 아연 조 내의 보다 높은 알루미늄 농도는 더 많은 찌꺼기 입자들로 이어진다는 편견을 거스른다. 이와 반대로, 사실은 더 많은 알루미늄의 추가가 더 적은 철이 강 스트립으로부터 액체 아연으로 용해되도록 해서, 금속 찌꺼기 입자들의 양이 제한되는 일이 발명자들에게 일어났다. 더우기, 이는 매우 안정적인 상태이다: 용해된 알루미늄의 양이 "초과로" 유지되는 한, 철의 양은 낮으며, 낮은 상태가 유지된다.
공정에서의 전형적인 SET 온도들은 420℃ - 490℃ 범위이고, 바람직하게는 450℃ - 470℃ 범위이다.
상기 방법은 스트립을 상기 조의 표면 준위 아래의 롤을 통해 상기 조의 출구로 유도하는 단계와, 하나 이상의 배출구를 통해 와이핑 가스를 도금된 강 스트립으로 분사하는 하나 이상의 가스 나이프로, 상기 조를 나가는 스트립을 와이핑하는 단계를 포함할 수 있으며, D*In(HS*US)≤130이도록 매개변수 D, HS 및 US가 선택되는 특징을 가지며, 이때, D는 mm로 스트립 표면까지의 가스 나이프 배출구의 최단 거리이고, HS는 mm로 상기 조 표면 위 가스 나이프의 높이이고, US는 mm로 상기 롤의 상부 가장자리와 상기 조 표면 사이 거리이다. 매개변수들의 이런 설정은, 특히 표면 특성들, 특히 용융 코팅 강의 파형과 관련하여 우수한 용융 도금을 가능하게 한다. 상기 가스 나이프들은 일반적으로, 0.8mm 내지 1.3mm의 평균 슬릿 폭을 갖는, 슬릿(slit) 모양의 대체로 직사각형 배출구를 갖는다는 점을 여기서 언급한다.
D*In(HS*US)의 값은 120 이하, 바람직하게 110 이하, 더욱 바람직하게 100 이하, 더욱 바람직하게 90 이하, 더욱 바람직하게 80 이하, 가장 바람직하게 70 이하일 수 있다. 이는, 우수한 용융 도금 강을 구현하기 위해 용융 도금이 조정되는 추가적인 척도이다.
상기 방법은 하나 이상의 배출구를 통해 와이핑 가스를 도금된 강 스트립으로 분사하는 하나 이상의 가스 나이프로, 상기 조를 나가는 스트립을 와이핑하는 단계를 포함할 수 있으며, 용융 도금 및 와이핑은 다음과 같이 수행되며,
[(P-24)÷(5.95D^0.96V^1.39)]^-0.81≤150,
여기서, P는 mbar로 상기 가스 나이프의 와이핑 압력이고, D는 mm로 스트립 표면까지의 상기 가스 나이프 배출구의 최단 거리이고, V는 m/min으로 스트립의 속도이다.
일 양상에서, 상기 방법은 다음의 특징을 갖는다.
[(P-24)÷(5.95D^0.96V^1.39)]^-0.81≤100,
[(P-24)÷(5.95D^0.96V^1.39)]^-0.81≤70,
바람직하게, [(P-24)÷(5.95D^0.96V^1.39)]^-0.81≤60.
만일 이러한 조건들이 만족되면, 우수한 표면 특징들을 얻으면서도, 보다 얇은 용융 도금 층들이 도포될 수 있다. 70g/m2 미만의 도금 중량들이 바람직하며, 60g/m2 미만의 도금 중량들이 더욱 바람직하다. 결과 용융 도금 제품들은 더 적은 아연을 필요로 하며 더 가볍다(예를 들어, 대략 1%까지). 게다가, 보다 낮은 도금 중량들은 보다 나은 용접성뿐만 아니라 파형으로 이어진다.
D는 9mm 이하, 바람직하게는 8mm 이하, 더욱 바람직하게는 7mm 이하일 수 있다. 실질적인 이유들로, 스트립과 와이핑 장치 사이에 일정 최소 거리가 늘 존재할 필요가 있다는 것은 명백하지만, D 값이 더 작을 경우 용융 도금 공정 및 제조된 제품들을 향상시킬 수 있다. 밝혀진 바와 같이, 상기 거리가 작을수록, 와이핑 장치의 매니폴드 내 압력이 낮을 수 있으며, 이로 인해 "젖은" 도금 표면의 방해가 더 적어진다고 여겨지며, 이는 결과적으로 (더 낮은) 결과 파형을 위해 더 낫다.
HS는 550mm 이하, 바람직하게는 400mm 이하, 바람직하게는 300mm 이하, 더욱 바람직하게는 250mm 이하, 더더욱 바람직하게는 200mm 이하일 수 있다. 보다 낮은 HS 값이 용융 도금 제품의 파형과 관련하여 더 나은 결과를 제공한다는 것이 발견되었다. 최소 값으로, 115mm가 언급될 수 있으며, 이것 미만에서는 상기 조 내부 및 표면 근처에 복잡하고 원치 않는 흐름 패턴이 발생할 수 있다.
용융 도금되기 전에, 강 스트립은 미리 정해진 조도(Ra)를 갖는 한 쌍의 작업 롤을 포함하는 밀 스탠드(mill stand)를 갖는 냉간 압연기에서 냉간 압연될 수 있다. 상기 방법은 Ra가 4.5μm 이하, 바람직하게는 1.5μm 이하, 더욱 바람직하게는 0.6μm 이하인 특징을 갖는다. 이 조도 및 따라서 용융 도금 전 스트립의 표면은 최종 제품이 가질 수 있는 품질 면에서 한몫을 한다. 이것은 와이핑 장치 통과 후 위로 이동하는 용융 도금 재료의 흐름 현상과 관련이 있다.
추가적인 양상에 따르면, 강 기판 및 Zn-Al 도금 층을 포함하는 용융 도금 강이 제안된다. 상기 Zn-Al 도금 층은 상기 강 기판 바로 근처의 내부 층과 도금 강 표면 층과 상기 내부 층 사이에 깔려 있는 외부 층을 포함하며, 상기 외부 층의 알루미늄 함량은 0.4% - 1.0% 범위이며, 총 Zn-Al 도금 층의 알루미늄 함량은 0.71% - 0.95%이다. 이러한 제품은 위와 아래에 언급되는 모든 이점들을 가지며, 특히 자동차 적용들과 관련하여, 놀랍게도 종래의 용융 아연 도금 강의 품질을 넘어서는 제품이다. 상기 내부 층은, 도입부에서 기술한 바와 같이, 용융 금속과 강의 최초 접속 시 형성된 억제 층에 해당하며, 상기 외부 층은, 마찬가지로 각 도면을 참고로 다음에서 추가로 설명되는 바와 같이, 도금된 강의 표면 층과 상기 내부 층 사이에 깔려 있다.
제안된 용융 도금 강 스트립 제조 방법과 관련하여 기술된 특징들은 제안된 용융 도금 강의 특징을 추가로 설명하기 위해 사용될 수 있으며, 그 반대도 같다는 점에 주의해야 한다.
상기 제안된 용융 도금 강은 제안된 제조 방법의 제품으로 제조될 수 있으며, 그리고/또는 제안된 제조 방법의 제품일 수 있으며, 우수한 도색 외관을 갖는 자동차 본체 패널들을 위한 사용과 같은, 특히 자동차용 목적들 및 특히 완전 가공 (노출되는) 목적들에 적합한 제품이다.
일 양상에서, 상기 용융 도금 강은, 도금 층이 Al, 도금 층 잔류물인 Zn, 불가피한 불순물들, 그리고 선택적으로 0.3% 미만의 하나 이상의 추가 원소들을 포함하는 특징을 갖는다. 다른 원소들이 도금에 함유될 수 있지만, 이 제품은 약간의 알루미늄을 포함하는 아연 기반 도금을 포함하며, 상기 알루미늄 함량은 종래의 용융 아연 도금 강들에서보다 상당히 높다.
상기 하나 이상의 추가 원소(들)은 Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Mg, Sn, La, Ce, Cr, Zr 또는 Bi로부터 선택될 수 있다. 이는 상기 추가 원소들을 더 상세하게 규정한다.
상기 외부 층의 Fe-함량은 70ppm 미만, 바람직하게는 50ppm 미만, 더욱 바람직하게는 30ppm 미만, 가장 바람직하게는 20ppm 미만일 수 있다. Fe-함량이 낮을수록, 소규모 찌꺼기 입자들이 더 적게 도금 아연 합금 층에 포함되며, 이는 도금 강의 외관에 영향을 끼칠 수 있다. 프레스 작업을 통해 외부 자동차 부품들로 성형되는 강들에 있어, 이는 특히 중요하다. 포함된 단단한 입자들은, 비록 자동차 부품들의 비노출 측면에 존재할 때에도, 아주 작은 돌출부들 및 벌지(bulge)들과 같은 표면 결함들 및 불균일들을 초래하는 비균질 변형을 야기할 수 있다. 표면의 요철은 원치 않는 반사들("반짝이는 반점들")을 초래하여, 외관이 용납할 수 없게 영향을 받는다. 이러한 현상은 "하이 스폿" 결함들로도 지칭된다.
상기 내부 층은 150mg/m2[제곱 미터 당 밀리그램] 미만, 그리고 바람직하게는 120mg/m2 미만의 알루미늄 함량을 가질 수 있다. 이러한 값들은, 강 기판 바로 근처의 내부 층이 얇아, 향상된 용접성으로 이어진다는 것을 나타낸다. 게다가, 보다 얇은 내부 층이 더욱 안정적이다. 마지막으로, 도금 층이 덜 균열된다. 다른곳에 기술된 실험들 및 도 2와 관련하여, 실제의 경우 알루미늄 함량 값들이 약간 더 높다는 점을 언급한다. 이는 165mg/m2 미만의 값들이 바람직하다는 것을 의미한다.
상기 내부 층은 500nm 이하, 바람직하게는 300nm 이하, 더욱 바람직하게는 200nm 이하, 가장 바람직하게는 100nm 이하의 평균 두께를 가질 수 있다.
전체 도금 층의 알루미늄 함량은 0.71% 내지 1.1% 범위 내에 있을 수 있으며, 이는 도금 조뿐만 아니라 도금 층 내 Fe2Al5 입자들의 존재를 최소화할 것이다.
전체 도금 층의 알루미늄 함량은 0.75% 이상일 수 있다. 이는 상기 입자들을 더 감소시킬 것이다.
전체 도금 층의 알루미늄 함량은 0.90% 이하 그리고 가능한 한 0.86% 이하일 수 있다. 이는 전체 용융 도금 층 내 Zn-Al 상들을 감소시킨다.
본 발명에 따른 이러한 모든 강들이 성능이 매우 좋음을 발견하였다.
상기 도금 강으로 만들어진, 5% 2축 변형된 컵 모양 물품의 외부 표면은 0.35μm 이하의 압연 방향으로 측정된 Wsa를 가질 수 있다. 이 특징에 따른 바와 같이 낮은 파형은, 차체 패널의 외부 측면에서와같이 외관이 매력적이어야 하는 자동차 적용처들에 있어 중요하다. 여기에 언급된 바와 같은 파형(Wsa)은 표준 SEP 1941: 2012, '냉간 압연 금속 편평 제품들에서의 파형 특성 값 Wsa (1-5) 측정'에서 규정된다.
상기 도금 강으로 만들어진, 5% 2축 변형된 컵 모양 물품의 외부 표면은 0.30μm 이하, 바람직하게는 0.25μm 이하의 압연 방향으로 측정된 Wsa를 가질 수 있다. 이는 자동차의 외부 패널들과 같이 중요한 적용들에 있어서 바람직한 값들이다.
본 발명은 이제 다음의 비제한적 도면들 및 예시들을 이용해 더 설명될 것이다. 도면들에(만) 개시된 또는 도면들과(만) 관련하여 개시된 설명들 및 특징들은, 여기서 분명하게 제외되지 않는 한, 별개로 발췌되거나 다른 특징과 결합될 수 있다.
개략도들에서:
도 1은 SET와 아연 조 내 알루미늄 함량의 함수로서 아연 층 내 총 Al 함량과 관련하여 발명자들이 발견한 것을 나타내고;
도 2는 SET와 아연 조 내 알루미늄 함량의 함수로서 억제 층 내 Al 함량과 관련하여 발명자들이 발견한 것을 나타내고;
도 2a는 식별될 수 있는 층들을 표시하는 용융 도금 강 기판 형성 단면의 개략도를 보여주고;
도 2b는 용융 도금 층 내의 상이한 층들 및 상기 층들 사이 경계들 내 상이한 위치에서의 Al 함량을 나타내고;
도 2c는 용융 도금 층 내 상이한 위치에서의 Fe 함량을 나타내고;
도 2d는 한쪽은 본 발명에 따른 재료 1-3 그리고 다른 한쪽은 종래의 재료 4-6에 있어서, 용융 도금의 내부 층 내 Al 중량을 나타내고;
도 3은 용융 도금 장치를 나타내고;
도 4는 (측면 당) 도금 중량의 함수로서, 본 발명에 따라 제조된 용융 도금 강들의 표본들의 용융 도금 층 내 총 Al 함량을 나타내고;
도 5는 본 발명에 따라 제조된 용융 도금 강 표본들의 용융 도금 층 외부 층의 Fe-함량을 나타내고;
도 5a는 본 발명에 따라 제조된 용융 도금 강 재료들의 용융 도금 층 외부 층의 Fe-함량을 나타내고;
도 6은 강 기판에 대한 용융 도금의 부착에 대한 가장 엄격한 OEM 시험을 통과한 시험 조각을 나타내고;
도 7은 (부분적으로) 강 기판, 내부 층, 그리고 외부 층의 관점에서 용융 도금 강 시트를 관통하는 단면을 나타내고;
도 8은 종래의 용융 아연 도금 강들과 비교하여, 본 발명에 따른 용융 도금 강들의 골링 성능을 나타내고;
도 9는 가스 나이프 직후부터 응고까지 파형의 전개를 나타내고;
도 10은 조질 압연기 전 도금의 최종 파형을 개략적으로 나타내고;
도 11은 아연-알루미늄 합금들의 유동성을 나타내고;
도 12는 Zn 및 Al의 상태도를 나타낸다.
Zn 내 Al
발명자들은 용융 도금 변수들에 대한 용융 도금 제품들의 특성 의존도에 대하여 광범위한 연구들을 수행하였다. 일 실험 설정에서, 총 용융 도금 층 내 총 Al 함량이 SET와 아연 조 내 알루미늄 함량의 함수로서 나타나는, 도 1에서 한 세트의 결과들을 볼 수 있다. 이 결과들에 따르면, 아연 조 내 Al 함량이 보다 높은 경우, 결과 용융 도금 강의 도금 층 내 총 Al이 SET로부터 독립적이 된다는것이 명백하다. 시험된 전형적인 SET 온도들은 300℃ - 600℃ 범위 내에 있었다.
내부 층 내 Al
다른 방식으로 제시된 연구들의 결과들은 SET와 도금 조 내 알루미늄 함량의 함수로서 내부 층 내 Al 함량을 보여준다. 도 2를 참조하라. 도시된 바와 같이, Al 함량 0.50%부터 내부 층이 안정적인 것으로 나타나고 있으며, 이는 이때 내부 층이 완전히 마감되고 기판으로부터 도금 조로의 Fe의 확산이 더 이상 발생하지 않는다는 것을 의미한다. 결과적으로 이것 및 그 외가 제품에 더 적은 찌꺼기, 더 적은 표면 문제들과 제품에 더 적은 하이 스폿들을 제공한다.
외부 층 및 내부 층 내 Al, Fe의 측정
도 2a에서는, 표면 층(SL), (때때로 오버레이(overlay)라고도 불리는) 외부 층(OL), 그리고 (때때로 억제 층이라고도 불리는) 내부 층(IL), 세 개 층들이 함께 강 기판(StS) 위의 용융 도금된 전체 아연 도금을 구성한다는 것이 설명된다. 상기 표면 층은 일탈적 Al 및 Fe 함량에 의해 상기 외부 층으로부터 구별될 수 있다.
이 층들에서의 Al 및 Fe 함량을 측정할 수 있기 위해서는, 다음 과정이 뒤따라야 한다:
(통상적으로 90×130mm 크기를 가진) 분석할 재료 표본의 중앙부에 마스킹 테이프(maksing tape) 한 조각(통상적으로 60×120mm)을 적용시킨 후, 표본의 상부, 절단 가장자리들 및 하부 모두를 두 겹의 보호 스프레이 페인트로 코팅한다. 페인트 건조 후, 상기 마스킹 테이프를 제거하여, 상기 마스킹 테이프 크기의 비보호 영역만을 갖는 완전히 보호되는 표본을 만든다.
상기 표본을 비보호 영역이 위를 향하도록 페트리 접시에 수평으로 놓고, 비보호 영역 위로 염산을 붓는다. 반드시 비보호 영역이 산 용액으로 완전히 덮여야 하지만 전체 표본이 용액에 잠겨야 할 필요는 없다. 이 산 용액은 농축 염산(37%) 270ml를 2리터의 탈이온수 안에 담가 준비한다. 또한 강 기판의 용해를 방지하기 위해 억제제를 첨가한다.
30초 후, 상기 샘플에서 산을 제거하고 탈이온수로 상기 샘플을 헹군다. 상기 산 용액 및 물은 플라스크에 수집한다.
용해 반응이 완전히 중단되어, Zn 도금이 표면으로부터 완전히 제거되었음을 시사할 때까지, 이 단계를 여러 번 반복하고, 매번 산 용액 및 헹굼수는 별도의 플라스크에 수집한다.
ICP-OES(유도 결합 플라스마 원자 방출 분석) 기술을 이용하여 각 플라스크 내의 Zn, Al 및 Fe 양을 측정한다. 결과들에서 Zn 도금 중량, 총 Al 및 총 Fe이 쉽게 산출될 수 있으며, 도 2b 및 2c에서 각각 나타난 바와 같이, Al 및 Fe의 뎁스 프로파일들 또한 준비될 수 있다.
도 2b를 참고하면, 상이한 층들(SL, OL 및 IL) 내 Al 함량을 다음 절차에 따라 측정하였다: 총 도금 층 두께의 40% 및 총 도금 층 두께의 60% 사이 위치들에서의 Al 함량의 평균을 구하여 이를 외부 층의 Al 함량으로 지정한다. 이어서, 표면 층 및 외부 층 사이 경계를 다음과 같이 측정한다: 40% 위치로부터 좌측으로 이동하여 Al 함량이 상기 측정된 평균으로부터 5% 넘게 벗어나는 위치를 찾는다. 이 위치를 상기 표면 층 및 외부 층 사이의 경계(B)로 여긴다. 알려진 표면 층과 외부 층 사이 경계(B)로, 표면 층 내 Al의 양을 차후에 산출할 수 있다.
표면 층을 제외하고, Zn 층의 잔류물 내 Al 함량이 외부 층을 위한 상기 과정으로 측정된 것과 동일하다는 가정 하에, 이제 내부 층의 Al 함량을 산출할 수 있다. 도 2d는 종래의 아연 도금 재료들(재료 4, 5 및 6) 및 본 발명에 따른 용융 도금된 재료들(재료 1, 2 및 3)에 대하여 이것의 일부 예시들을 제공한다.
상기 과정에 따른 경계(B)의 식별로, 도 2c에 나타난 측정들로부터 상기 층들 내 Fe 함량을 유사한 방식으로 산출할 수 있다.
용융 도금 매개변수들
도면들에서 동일한 참조 번호가 적용될 때는 언제나, 이 번호들이 동일한 부분들을 지칭한다.
도금 강 시트로 이어지는 제조 단계들, 뿐만 아니라, 본 발명의 도금 강 시트를 프레스 성형되거나 도색된 자동차 본체 부품들로 바꾸는 일부 순차적인 단계들의 전형적인 흐름은 알려져 있다. 강 슬래브의 주조 후, 열간 압연기에서 열간 압연하여 강 스트립을 제공하고, 산세 라인에서의 처리, 냉간 압연기에서의 냉간 압연, 연속 어닐링 라인에서의 어닐링, 용융 도금 라인에서 어닐링 된 스트립에 용융 도금 제공, 스킨 패스 압연기에서의 스킨 패싱(skin passing)이라고도 일컬어지는, 조질 압연기에서 조질 압연, 고객들에게로 제품 운송, 프레스 성형 및 도색이 이어진다. 이러한 작업들 중 일부는 생략될 수 있으며, 또한 일부 다른 작업들이 이러한 연속적인 일들에 추가될 수 있다.
물론 냉간 압연기에 도달한 강의 표면 품질 또한 최종 제품의 결과 특성들에 결정적인 역할을 하지만, 특히 용융 도금에서 발생하는 일이 본 발명과 관련된다. 따라서, 본 발명의 공표가 용융 도금 공정에 집중하고 있지만, 다른 처리 단계들이 중요하지 않은 것이 아니며, 통상의 높은 품질 기준이 유지되어야 한다는 점을 명확히 언급한다.
일반적으로, 표들 또는 본문에서 다르게 특정하지 않는 한, 본 발명에 따른 용융 도금 공정의 설정들은 다음과 같다:
- 용융 금속 조 내 알루미늄 함량: 대략 0.6%
- D(가스 나이프에서 스트립 표면까지의 최단 거리): 6 - 12mm
- HS(상기 조 표면 위 가스 나이프의 높이): 200 - 550mm
- US(롤의 상부 가장자리와 상기 조 표면 사이 거리): 110 - 160mm
- P(와이핑 압력): 100 - 600mbar
- V(속도): 60 - 160mpm
- Ra: 0.6 - 6.5μm
이제 도 3을 언급하면, 도 3은 이동 강 스트립(14)의 표면(12, 13)에 아연 기반 도금을 제공하는 용융 아연 도금 장치(11)로, 상기 이동 강 시트(14)에 제공될 용융 도금 재료(16)의 액체 조를 수용하는 통(15)을 포함하는 장치의 일부를 나타낸다.
도 3은 이동 강 스트립(14)이 상기 조를 통과하도록 안내하는 안정화 롤(17) 및 침하 롤(sink roll)(21)의 적용을 보여준다. 상기 안정화 롤(17)은 도면에서 상기 액체 조의 표면 준위(18) 위에 "깊이"로 표시된 미리 규정된 깊이(US)에 제공된다. 이 US는 상기 액체 조의 표면 준위(18)과 상기 안정화 롤(17)의 상부 가장자리 사이 거리로 정의된다. 다수의 안정화 롤의 적용 또는 안정화 롤의 비적용 또한 가능하며, 그러면, 상기 US 매개변수는 스트립이 상기 조를 나가기 전 상기 스트립에 접촉하는 최상위 롤과 관련된다는 점을 언급한다.
상기 액체 조 위에, 하나 이상의 가스 나이프(19)가 제공되며, 상기 가스 나이프는 상기 가스 나이프(19)를 따라 통과하는 상기 강 스트립(14)의 표면(12, 13)에 제공되는 도금에 와이핑 가스를 분사하기 위한 배출구(20)를 갖는다. 도 3은, 도면에서 "높이(H)"로 표시된, 상기 액체 조의 표면 준위(18)와 관련된 액체 조 위 가스 나이프 또는 나이프들(19)의 HS 및 도시된 두 개의 공기 나이프들(19)의 도금 강 스트립(14) 표면까지의 거리(D)를 보여준다.
통과 강 스트립(14)과 관련한 상기 하나 이상의 가스 나이프(19)의 거리(D), 상기 액체 조(16) 위 상기 하나 이상의 가스 나이프(19)의 높이(HS) 및 US는 식 D*In(HS*US)≤130을 만족시키는 값들에서 선택된다. 여기서, US는 스트립에 접촉하는 액체 조의 표면 준위(18) 아래의 최종 롤(17)의 깊이를 의미한다.
표 1은, 상기 도금 강 스트립(14)로 만들어진 5% 2축 변형된 컵 모양 물품의 외부 표면을 압연 방향으로 측정하여 결정된 파형(Wsa)에 대한 HS 및 D의 영향을 보여준다.
표 1 - 3에 기술된 실험들에서 상기 조 내 알루미늄 함량은 0.6%였다.
높이 HS (mm) D (mm) US (mm) D*In(HS*US) Wsa (μm)
400 7 117.5 75.3 0.28
400 9 117.5 96.8 0.29
200 7 117.5 70.4 0.27
200 9 117.5 90.6 0.30
400 12 117.5 129.1 0.38
400 9 117.5 96.8 0.30
D*In(HS*US) 값이 낮을수록, Wsa가 낮을 것이라는 점이 발견되었음을 언급한다. 따라서, D*In(HS*US) 값은 120, 110, 100, 90, 80, 70 이하인 것이 바람직하다.
표 2는 상기 액체 조 위 가스 나이프(19)의 높이(HS) 및 상기 액체 조의 표면 준위(18) 아래의 하나 이상의 안정화 롤(17)의 깊이(US)의 영향을 보여준다.
높이 HS (mm) D (mm) US (mm) D*In(HS*US) Wsa (μm)
550 8 120 88.8 0.28
500 8 130 88.7 0.28
550 8 130 89.4 0.29
550 8 135 89.7 0.29
505 8 140 89.3 0.28
550 8 150 90.6 0.31
표 1 및 표 2로 미루어 볼 때, 하나 이상의 가스 나이프(19)의 통과 강 시트(14)까지의 거리(D)는 바람직하게 9mm 이하, 바람직하게 8mm 이하, 그리고 더욱 바람직하게는 7mm 이하이며, 그러면, 아연 기반 도금의 액체 조 위 하나 이상의 가스 나이프의 높이(HS) 및 US 값은 결과 용융 도금 강의 Wsa와 관련하여 최적의 결과들을 얻도록 본 발명에 따라 선택된다.
또는, 표 1 및 표 2로 미루어 볼 때, 아연 기반 도금의 액체 조(16) 위 하나 이상의 가스 나이프(19)의 높이(HS)는 550mm 이하, 바람직하게 400mm 이하, 바람직하게 300mm 이하, 더욱 바람직하게 250mm 이하, 그리고 더더욱 바람직하게는 200mm 이하이며, 거리(D)가 본 발명에 따라 선택된다.
도 3은, 본 발명이 실행되는 경우, 달성 가능한 Wsa 값들의 반복성을 보여준다.
표본 식별 높이 HS (mm) D (mm) 깊이 US (mm) Wsa (μm)
A 500 8 150 0.23
B 500 8 150 0.24
C 500 8 150 0.24
D 500 8 150 0.24
E 500 8 150 0.27
F 500 8 150 0.25
G 500 8 150 0.25
H 500 8 150 0.27
I 500 8 150 0.24
J 500 8 150 0.24
K 500 8 150 0.25
표 3의 상기 모든 경우에, D*In(HS*US)가 89.80이다.
본 발명에 따른 강 시트 도금 방법은 결과적으로, 한 배치(batch)의 도금 강 시트들이 0.25μm o의 평균 파형 값(Wsa)을 갖게 되었다. 일부 표본들에서는 0.22μm 정도로 낮은 값조차 발견되었음이 여기서 반드시 언급되어야 한다. 이 모든 경우에서 Wsa는, 압연 방향(RD)으로 측정된, 본 발명에 따른 (본 발명에 따라 만들어진) 용융 도금 강의 일부로 만들어진 5% 2축 변형 컵 모양 물품의 외부 표면에서 발견되는 파형을 의미한다.
도 4에는, 본 발명에 따른 용융 도금 강들의 제조 결과들이 나타난다. 표본들은 DX52, DX54 및 BH180과 같은 강 기판들을 이용해 만들었으며, 공정 설정은 본 발명에 따라 선택하였고, 따라서 상이한 도금 중량들이 구현되었다. 도금 중량은 (측면 당) 35g/m2 내지 75g/m2였다. 도 4에서 볼 수 있듯이, 총 용융 도금 층 내 Al-함량은 0.71% 내지 0.86% 범위였다. 도 2b에서는, 본 발명에 따라 제조된 세 가지 표본 재료들에 있어서의 외부 층(OL) 내 Al-함량이 제공된다. 상기 외부 층의 Al 함량이 약 0.6%였음을 확인할 수 있다.
여기서 발명자들은 용융 도금 제품들과 관련하여 파형 사안에 대한 그들의 관점을 설명하고자 한다. 성형된 최종 물품의 표면 파형은 변형되지 않은 것, 즉, 평평한 강 시트의 표면 파형과 물품의 성형에 의해 도입된 파형 변화의 결과이다. 성형된 물품의 파형과 비변형 강 시트의 파형 간의 차이는 델타 파형(ΔWsa)이라 불린다. 강 스트립 생산 공정의 특정 성질 때문에, 성형된 표면은 패턴과 같은 선을 드러내며, 상기 선들은 압연 방향에 수직이다. 이러한 관찰이 암시하는 바는, 델타 파형이 다른 방향들에서보다 압연 방향(RD)에서 더 높다는 것이다. 압연 방향에 수직인 방향은 횡 방향(TD)으로 지칭한다. 이러한 방향의 효과는 도색 외관 값들에도 강하게 존재하며, 따라서, 압연 방향의 델타 파형이 최소화되는 것이 중요하다.
이러한 패턴들은 기판 내 사소한 국부적 경도 차이들에 기인하며, 이는 성형 단계에서의 비균질 변형으로, 따라서, 높이 차이로 이어지고, 결국 파형 증가로 이어진다. 이러한 경도 차이들은, 기판 내 입자들이 충분히 작지 않거나, 조질 압연기 전 파형이 너무 높을 때 발생한다. 이 후자의 경우, 보다 높은 영역들이 조질 압연 작업에 의해 기판 안으로 눌려, 국부적 경도 차이들로 이어진다.
본 발명에 따르면, 조질 압연기 전 파형이 감소되어 성형 동안 파형 증가가 제한되거나, 아예 존재하지 않도록 보장한다. 조질 압연 전 용융 도금 층의 파형 준위는, 표면 장력과 중력 사이 상호 작용으로 인해 도금 표면의 레벨링(levelling)과 관련된다. 이를 더 잘 이해하기 위해, 가스 나이프들로부터 응고까지 파형 전개의 개략적인 묘사를 도 9를 참고하여 논한다.
우선, 가스 나이프들에서는, 용융 도금 층이 원하는 두께까지 감소된다. 가스 나이프들에 의해 분사되는 가스 흐름의 높은 격동 특성 때문에, 도금 표면이 본래 기판 파형보다 더 높은 파형을 갖게 될 것이다(도 9의 1 참조). 스트립이 나이프들을 통과한 후 처음 몇 분 동안, 표면 장력이 표면을 평평하게 할 것이며, 이는 파형 하락으로 이어진다(도 9의 2 참조). 장파들은 단파들보다 더 천천히 퇴조하며, 이 때문에 반드시, 나이프들에서 높은 파장을 갖는 파동들이 생성되지 않도록 하는 것이 중요하다는 점을 유의할 수 있다. 이 최초 레벨링 후, 도금은 아래로 이동하기 시작한다. 하향 속도가 매우 낮지만, 도금이 본래 기판 표면에 일치하기 시작하기 때문에, 파형에 중대한 영향을 끼친다고 여겨진다(도 9의 3 참조). 도금이 응고하는 순간에 도금의 최종 파형이 결정된다. 도금 파형과 기판 파형 간의 차이가 도 9의 4로 표시된다.
조질 압연기 전 용융 도금의 최종 파형이 개략적으로 도 10에 나타난다. 기판과 도금 파형 간의 차이(도 10의 2 참조)는 표면 장력과 중력의 평형에 의해 결정된다. 기판 파형을 낮추는 것은 도금 파형에 대해 매우 긍정적인 영향을 주지만, 매우 낮은 기판 파형의 경우에는 변동이 없다. 최종 준위는 도 10의 1로 표시되며 주로 나이프 영향에 의해 결정된다.
본 발명의 상이한 양상들에 따르면, 여러 해로운 영향들이 성공적으로 최소화되며, 이는 결합하여 특히 파형과 관련하여 우수한 표면 품질로 이어진다. 아연 조 내 증가된 알루미늄의 영향에 대한 설명은, 도금이 나이프들을 통과할 때 도금의 변화된 유동성 때문에, 가스 나이프로부터 나오는 가스의 난류가 본 발명에 따른 도금에 의해 더 잘 처리된다는 것일 수 있다. 용융 금속의 유동성은 응고 온도 범위(freezing range)에 역비례한다. 달리 말해, 응고 온도 범위가 길수록, 유동성이 낮다. 아연-알루미늄 합금들에 있어서의 유동성이 도 11에 나타난다. 알루미늄의 추가로 인해 유동성이 감소하는 것이 명백하다. 상기 조 내의 알루미늄 함량들이 보다 높은 경우, 예를 들어 0.5%보다 높은 경우, 높은 열 이동에 기인한, 나이프로부터 분사되는 가스의 충돌 구역 내에서 아연 분리가 이미 일어나는 것을 보장할 만큼 유동성이 충분히 낮을 수 있다. 이는 이 영역 내의 점도를 상당히 증가시켜, 결과적으로 나이프들의 압력 변동 영향이 최소화 되도록 보장하며, 그렇게, 와이핑 공정으로 인한 파형 증가가 감소된다. 나이프들 후에, 분리된 아연은 다시 녹아서, 양호한 레벨링을 보장할 만큼 충분히 점도를 낮춘다.
우수한 파형을 얻기 위한 추가 개선 사항들이 위에 및 청구항들에 기술된다.
기판
WsaSUBSTR		 용융 도금
WsaNTR		 델타
ΔWsaKNIVES		 평평한 Wsa
TR		 형성된
Wsa		 델타
Wsa
RD 0.166 0.216 0.050 0.198 0.226 0.028
TD 0.097 0.145 0.049 0.246 0.238 -0.008
표 4(상이한 단계들에서의 Wsa 값 (μm))에는, 모두 압연 방향으로 측정된, 용융 도금 전 냉간 압연 강 기판, 조질 압연 전(비 조질 압연(NTR)) 용융 도금 표면, 본 발명에 따른 평평한 비변형 용융 도금 강, 그리고 본 발명에 따른 도금 강으로 만들어진 5% 2축 변형 컵 모양 물품의 외부 표면의 파형(Wsa) 값의 예시들이 제시된다.
본 발명에 따른다면, 조질 압연 전 용융 도금의 파형(Wsa)(WsaNTR)은 기판의 파형(Wsa)(WsaSUBSTR)과 밀접하게 관련된다. 특히, WsaNTR 및 WsaSUBSTR 간 파형 차가 ΔWsaKINVES = WsaNTR - WsaSUBSTR로 정의될 때, 다음 관계를 유지한다는 것을 발견한다:
ΔWsaKNIVES < MAX (0.06 ; 0.16 - 0.6 * WsaSUBSTR)
표 5의 예시들을 참조하라.
예시 WsaSUBSTR WsaNSKP ΔWsaKNIVES
1 0.166 0.216 0.050
2 0.166 0.220 0.054
3 0.507 0.324 -0.144
도 5 및 도 5a에는 본 발명에 따라 제조된 용융 도금 강들 외부 층의 Fe-함량 측정 결과들이 도시된다. 발명자들의 연구 결과들 및 숙고에 비추어 예상되었던 바와 같이, 제품 외부 층의 Fe 함량은 매우 낮으며, 시험을 거친 표본들에서는 20ppm 미만이었다. 그러나, Fe 함량이 30ppm, 50ppm, 그리고 70ppm 미만인 경우에, 만족스러운 제품들이 얻어질 수도 있다는 점이 언급되어야 한다. DX52는 DX52D+Z를 의미하고, DX54는 DX54D+Z, 그리고 BH180은 HX180BD+Z를 의미한다(EN10346: 2015 참조).
본 발명에 따른 용융 도금 강 제품의 최종 특성들을 이해하기 위해, 발명자들은 도금 층의 응고 동안 무슨 일이 일어나는지를 고려하였다. 여기에, 알루미늄-아연의 상태도를 고려하였다. 도 12을 참고하라. 가스 나이프들을 통과한 후 액체 아연 도금의 냉각 동안, 우선 아연이 분리되고, 알루미늄 비율이 1.1% 미만일 경우, 알루미늄과 아연 잔류물이 뒤를 잇는다.
알루미늄 비율이 보다 높은 경우에는, ZnAl 상들이 형성되며, 이들은 표면 품질을 저하시킬 수 있기 때문에 원치 않는 바이다. 비-평형 상태 하에서는, 와이핑 동안의 전형적인 매우 높은 도금 냉각 속도들에 있어서 흔한 일이지만, Al 비율이 1.0%일 때 ZnAl 상들이 발견되었다. 이 때문에, 반드시 사소한 양의 ZnAl 상들만이 생성되도록, 알루미늄 비율을 1.0% 미만, 즉 0.9% 미만으로 유지하는 것이 좋으며, 또는 가능한 한 0.8% 미만이면 더욱 좋다.
골링 작용을 시험하기 위해, 일정 힘으로 서로를 미는 두 개의 도구들 사이에서 도금 스트립을 잡아당기는 실험들을 수행하였다.
프레스 작업을 최상의 방법으로 모방하기 위해, 평면 도구 및 원통형 도구를 사용하였고, 둘 다 0.4μm의 미리 규정된 조도(Ra)를 갖고 있었다. 이 작업은, 프레스 공장에서 일반적으로 발견되는 것과 유사한 형성을 얻기 위해, 후속 통과들 사이에 재윤활 없이 6회 반복하였다. 결과들은 도 8에 도시된다. 세 개의 선들 중, 삼각형 데이터 점들을 갖는 선은 종래 방식으로 아연 도금된 DX54의 골링 작용을 나타내고, 다이아몬드 모양의 점들을 갖는 선은 알루미늄 함량이 0.66%인 도금조에서 용융 도금된 BH180의 골링 작용을 나타내고, 데이터 점들로 사각형을 갖는 선은 알루미늄 함량이 0.64%인 도금 조에서 용융 도금된 DX54의 골링 작용을 나타낸다.
발명자들은 보다 높은 Al 비율을 가진 재료의 경우 2번의 통과 이후로 마찰 계수가 증가하지 않는 반면, 참조용은 증가한다는 것을 발견했다. 이 결과는 극도로 양호하며, 이 시험 작업 수행에서 발견된 최상에 해당한다. 모든 후속 통과들 후에도, 마찰 계수는 참조 재료보다 덜 강력하게 증가하며, 본 발명에 따른 제품의 우수함을 보였다.
본 발명에 따른 강 제품에 대한 점 용접 결과들은 매우 양호하다. 이는 작은 두께의 억제 층과 관련될 수 있다. 도 7에서는, 도금 층의 형성을 볼 수 있다. 사진 하부의 회색 영역은 강 기판을 나타내고, 사진 상부의 백색 내지 밝은 회색 영역은 외부 층을 나타낸다. 그 사이에 매우 얇은 억제 층(진회색 층)을 볼 수 있는데, 상이한 위치에서 각각 50.24nm, 66.99nm, 55.82nm, 94.90nm 그리고 128.4nm의 두께를 갖는다.
연구들 중, SEP1220-6에 따른 광범위한 접착 결합 시험 프로그램이 있었다. 전단 강도, 전단 결과 및 필(peel) 결과와 관련하여, 종래의 아연 도금 제품들에 비해, 본 발명에 따른 제품들의 성능이 동일하게 좋거나 더 나은 것으로 드러났다.
도 6은 (모든 표본들이 받았지만) 강 기판에 대한 도금 층의 부착과 관련하여 가장 엄격한 OEM 시험을 성공적으로 통과한, 본 발명에 따른 시험 표본을 나타낸다.
요컨대, 광범위한 연구 및 개발을 포함하는 본 발명의 작업을 수행하면서, 발명자들은 본 발명의 영역에서 놀랍게도, 아연 조 내 알루미늄 함량을 높이는 경우, 억제 층이 더 두꺼워지지 않고 더 얇아진다는 것을 발견했다. 이는, 보다 얇은 층은 더욱 연성이며 더 나은 전극 수명을 제공하기 때문에 유리하다. 이는 또한, 용융 도금 작업을 SET로부터 독립적으로 만들기 때문에 유리하다. 이러한 얇은 억제 층은 최적의 도금 부착성 및 스폿 용접에서 양호한 전극 수명을 제공한다. 외부 층에서의 알루미늄 함량이 높을수록, 아마도 상기 층이 더 큰 경도를 가지기 때문에, 더 나은 골링 작용을 제공한다. 마지막으로, 보다 높은 함량의 알루미늄은 도금에 상이한 점도 및 응고 작용을 제공하며, 이는, 특히 파형과 관련해서도, 제조 및 특히 결과 도금 제품에 유리하다는 것을 증명한다.
본 발명은 되도록이면, 모두 중량 %로, 최대 0.007의 C, 최대 1.2의 Mn, 최대 0.5의 Si, 최대 0.1의 Al, 최대 0.15의 P, 0.003 - 0.045의 S, 최대 0.01의 N, Ti, Nb, Mo을 포함하는 조성을 갖는 강 기판으로, 만일 Ti ≥ 0.005이고 Nb ≥ 0.005이면, 0.06 ≤ 4Ti+4Nb+2Mo ≤ 0.60이고, 그렇지 않으면 0.06 ≤ Ti+2Nb+2Mo ≤ 0.60인 강 기판과 하나 이상의 선택적 원소들, 즉 최대 0.10의 Cu, 최대 0.06의 Cr, 최대 0.08의 Ni, 최대 0.0015의 B, 최대 0.01의 V, 최대 0.01의 Ca, 최대 0.01의 Co, 최대 0.01의 Sn, 잔류물로 철, 그리고 불가피한 불순물들의 조합으로 수행된다.
마지막으로, 공식의 *는 곱셈을, ^는 거듭제곱, ÷는 나눗셈을 의미한다는 점을 언급한다.

Claims (29)

  1. 높은 표면 품질의 용융 도금 강 스트립 제조 방법으로서,
    상기 스트립을, Al, 잔류 금속으로 Zn, 불가피한 불순물들 및 선택적으로 최대 0.3%의 하나 이상의 추가 원소들을 포함하는 용융 금속 조를 통과하도록 유도함으로써 도금이 발생하며, 상기 조의 조성은 0.50%를 초과하는 알루미늄 함량을 갖도록 조절되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 추가 원소들이 Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Mg, Sn, La, Ce, Cr, Zr 또는 Bi 중에서 선택되는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 조의 조성이 0.55% 이상의 알루미늄 함량을 갖도록 조절되는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조의 조성이 0.6% 이상의 알루미늄 함량을 갖도록 조절되는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조의 조성이 1.1% 이하의 알루미늄 함량을 갖도록 조절되는, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조의 조성이 1.0% 이하의 알루미늄 함량을 갖도록 조절되는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조의 조성이 0.9% 이하의 알루미늄 함량을 갖도록 조절되는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조의 조성이 0.8% 이하의 알루미늄 함량을 갖도록 조절되는, 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조 내 Fe-함량이 90ppm 미만, 바람직하게는 70ppm 미만, 바람직하게는 50ppm 미만, 더욱 바람직하게는 30ppm 미만, 가장 바람직하게는 20ppm 미만인, 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스트립을 상기 조의 표면 준위 아래의 롤을 통해 상기 조의 출구로 유도하는 단계와, 하나 이상의 배출구를 통해 와이핑 가스를 도금된 강 스트립으로 분사하는 하나 이상의 가스 나이프로, 상기 조를 나가는 스트립을 와이핑하는 단계를 포함하며,
    D*In(HS*US)≤130이도록 매개변수 D, HS 및 US가 선택되며, 여기서, D는 mm로 스트립 표면까지의 가스 나이프 배출구의 최단 거리이고, HS는 mm로 상기 조 표면 위 가스 나이프의 높이이고, US는 mm로 롤의 상부 가장자리와 상기 조 표면 사이 거리인, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    D*In(HS*US)가 120 이하, 바람직하게는 110 이하, 더욱 바람직하게는 100 이하, 더욱 바람직하게는 90 이하, 더욱 바람직하게는 80 이하, 가장 바람직하게는 70 이하인, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 배출구를 통해 와이핑 가스를 도금된 강 스트립으로 분사하는 하나 이상의 가스 나이프로, 상기 조를 나가는 스트립을 와이핑하는 단계를 포함하며,
    용융 도금 및 와이핑이 아래의 조건으로 수행되며,
    [(P-24)÷(5.95D^0.96V^1.39)]^-0.81≤150,
    여기서, P는 mbar로 상기 가스 나이프의 와이핑 압력이고, D는 mm로 스트립 표면까지의 상기 가스 나이프 배출구의 최단 거리이고, V는 m/min으로 스트립의 속도인, 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 배출구를 통해 와이핑 가스를 도금된 강 스트립으로 분사하는 하나 이상의 가스 나이프로, 상기 조를 나가는 스트립을 와이핑하는 단계를 포함하며,
    용융 도금 및 와이핑이 아래의 조건으로 수행되며,
    [(P-24)÷(5.95D^0.96V^1.39)]^-0.81≤100,
    여기서, P는 mbar로 상기 가스 나이프의 와이핑 압력이고, D는 mm로 스트립 표면까지의 상기 가스 나이프 배출구의 최단 거리이고, V는 m/min으로 스트립의 속도인, 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    [(P-24)÷(5.95D^0.96V^1.39)]^-0.81≤70,
    바람직하게는, [(P-24)÷(5.95D^0.96V^1.39)]^-0.81≤60인, 방법.
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    D가 9mm 이하, 바람직하게는 8mm 이하, 그리고 더욱 바람직하게는 7mm 이하인, 방법.
  16. 제10항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    HS가 550mm 이하, 바람직하게는 400mm 이하, 바람직하게는 300mm 이하, 더욱 바람직하게는 250mm 이하, 그리고 더더욱 바람직하게는 200mm 이하인, 방법.
  17. 제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    용융 도금되기 전에, 상기 강 스트립은 미리 정해진 조도(Ra)를 갖는 한 쌍의 작업 롤을 포함하는 밀 스탠드(mill stand)를 갖는 냉간 압연기에서 냉간 압연되며, Ra가 4.5μm 이하, 바람직하게는 1.5μm 이하, 더욱 바람직하게는 0.6μm 이하인, 방법.
  18. 강 기판 및 Zn-Al 도금 층을 포함하는 용융 도금 강으로서,
    상기 도금 층이 상기 강 기판 바로 근처의 내부 층과 도금 강 표면 층으로부터 내부 층까지 깔려있는 외부 층을 포함하며, 상기 외부 층의 알루미늄 함량은 0.4% - 1.0% 범위이며, 총 Zn-Al 도금 층의 알루미늄 함량은 0.71% - 0.95%인, 용융 도금 강.
  19. 제18항에 있어서,
    자동차를 목적으로 하는, 용융 도금 강.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서,
    완전 가공 (노출) 목적의, 용융 도금 강.
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도금 층이 Al, 도금 층 잔류물인 Zn, 불가피한 불순물들, 그리고 선택적으로 최대 총 0.3%의 하나 이상의 추가 원소들을 포함하는, 용융 도금 강.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 하나 이상의 추가 원소(들)이 Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Mg, Sn, La, Ce, Cr, Zr 또는 Bi인, 용융 도금 강.
  23. 제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    오버레이 내 Fe 함량이 70ppm 미만, 바람직하게는 50ppm 미만, 더욱 바람직하게는 30ppm 미만, 그리고 가장 바람직하게는 20ppm 미만인, 용융 도금 강.
  24. 제18항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 층이 165mg/m2 미만, 바람직하게는 150mg/m2 미만, 더욱 바람직하게는 120mg/m2 미만의 알루미늄 함량을 갖는, 용융 도금 강.
  25. 제18항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Zn-Al 도금 층의 알루미늄 함량이 0.72% 이상인, 용융 도금 강.
  26. 제18항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Zn-Al 도금 층의 알루미늄 함량이 0.75% 이상인, 용융 도금 강.
  27. 제18항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Zn-Al 도금 층의 알루미늄 함량이 0.90% 이상인, 용융 도금 강.
  28. 제18항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도금 강으로 만들어진, 5% 2축 변형된 컵 모양 물품의 외부 표면이 0.35μm 이하의 압연 방향으로 측정된 Wsa를 갖는, 용융 도금 강.
  29. 제18항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도금 강으로 만들어진, 5% 2축 변형된 컵 모양 물품의 외부 표면이 0.32μm 이하, 바람직하게는 0.29μm 이하, 더욱 바람직하게는 0.26μm 이하의 압연 방향으로 측정된 Wsa를 갖는, 용융 도금 강.
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