KR20200076772A - 전기 저항 점용접성이 우수한 고강도 아연도금강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 점용접성이 우수한 아연도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 한가지 측면에 따른 아연도금강판은 소지강판 및 상기 소지강판 상부에 형성된 아연계 도금층을 포함하는 아연도금 강판으로서, 하기 식 1로 표현되는 소지강판의 표층부 탈탄율이 30% 이상일 수 있다.
[식 1]
표층부 탈탄율(%) = (1 - 표층부 평균 탄소 농도/벌크 탄소 농도)*100
단, 표층부라 함은 소지강판의 표면으로부터 35㎛ 깊이까지의 영역을 의미한다.

Description

전기 저항 점용접성이 우수한 고강도 아연도금강판 및 그 제조방법{ADVANCED HIGH STRENGTH ZINC PLATED STEEL SHEET HAVING EXCELLENT ELECTRICAL RESISTANCE SPOT WELDABILITY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 전기 저항 점용접성이 우수한 아연도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
환경 오염 등의 문제로 자동차 배출가스와 연비에 대한 규제는 날로 강화되어 가고 있다. 그로 인하여 자동차 강판의 경량화를 통한 연료 소모량의 감소에 대한 요구가 강해지고 있으며, 따라서 단위 두께 당 강도가 높은 여러 종류의 고강도 강판이 개발되어 출시되고 있다.
고강도 강이라 함은 통상 490MPa 이상의 강도를 가지는 강을 의미하는데, 반드시 이로 한정하는 것은 아니나, 변태유기소성(Transformation Inducced Plasticity; TRIP) 강, 쌍정유기소성(Twin Induced Plasticity; TWIP) 강, 이상조직(Dual Phase; DP) 강, 복합조직(Complex Phase; CP) 강 등이 이에 해당할 수 있다.
한편, 자동차 강재는 내식성을 확보하기 위하여 표면에 도금을 실시한 도금강판의 형태로 공급되는데 그 중에서도 아연도금강판(GI강판) 또는 합금화 아연도금강판(GA)는 아연의 희생방식 특성을 이용하여 높은 내식성을 가지기 때문에 자동차용 소재로 많이 사용된다.
그런데, 고강도 강판의 표면을 아연으로 도금할 경우, 점용접성이 취약해 진다는 문제가 있다. 즉, 고강도 강의 경우에는 인장강도와 더불어 항복강도가 높기 때문에 용접 중 발생하는 인장응력을 소성 변형을 통해 해소하기 어려워서 표면에 미소 크랙이 발생할 가능성이 높다. 고강도 아연도금강판에 대하여 용접을 실시하면 융점이 낮은 아연이 강판의 미소크랙으로 침투하게 되고 그 결과 액상금속취화(Liquid Metal Embrittlement; LME)라고 하는 현상이 발생하여 강판이 파괴에 이르게 되는 문제가 발생할 수 있으며, 이는 강판의 고강도화에 큰 걸림돌로 작용하고 있다.
또한, 고강도 강판의 경우 강판에 포함된 Mn, Al, Si 등의 합금성분들이 분위기와 반응하여 강판의 표면에 산화물을 형성하게 되는데, 이러할 경우 도금 밀착성이 크게 감소하는 등 도금강판의 표면품질에 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 한가지 측면에 따르면 점용접성이 우수한 아연도금강판 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명 명세서의 전반적인 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 한가지 측면에 따른 아연도금강판은 소지강판 및 상기 소지강판 상부에 형성된 아연계 도금층을 포함하는 아연도금 강판으로서, 하기 식 1로 표현되는 소지강판의 표층부 탈탄율이 30% 이상일 수 있다.
[식 1]
표층부 탈탄율(%) = (1 - 표층부 평균 탄소 농도/벌크 탄소 농도)*100
단, 표층부라 함은 소지강판의 표면으로부터 35㎛ 깊이까지의 영역을 의미한다.
본 발명의 다른 한가지 측면에 따른 아연도금강판의 제조방법은 강 슬라브를 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계; 상기 열연강판을 590~750℃의 온도에서 권취하여 열연강판을 얻는 단계; 산소를 0.5~2% 포함하는 질소 분위기로 상기 권취된 열연강판의 에지부를 600~800℃에서 5~24시간 가열하는 단계; 상기 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 얻는 단계; 상기 냉연강판을 40~130mpm의 통판 속도로 통판시키면서 650~900℃에서 -10~30℃ 의 이슬점의 분위기로 소둔하는 단계; 및 상기 소둔된 냉연강판을 용융아연도금하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 도금층 직하 소지철 표층부에 탈탄층을 형성하여 표면품질이 우수하면서 저항점용접 LME 저항성이 우수한 아연도금강판을 제작할 수 있다.
도 1은 탈탄도를 측정하기 위하여 탄소농도의 프로파일에 대하여 적분을 실시하는 구간을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서 아연도금강판이라고 함은 아연도금강판(GI 강판) 뿐만 아니라 합금화 아연도금강판(GA)는 물론이고 아연이 주로 포함된 도금강판 모두를 포함하는 개념임에 유의할 필요가 있다. 아연이 주로 포함된다는 것은 도금층에 포함된 원소 중 아연의 비율이 가장 높은 것을 의미한다. 다만, 합금화 아연도금강판에서는 아연 보다 철의 비율이 높을 수 있으며, 철을 제외한 나머지 성분 중 아연의 비율이 가장 높은 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 발명자들은 용접시 발생되는 액상금속취화(LME)가 강판의 표면에서부터 발생하는 미소 크랙에 그 원인이 있다는 것에 착안하여, 표면의 미소크랙을 억제하는 수단에 관하여 연구하고, 이를 위해서는 강판 표면을 연질화 하는 것이 필요하다는 것을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.
통상, 고강도 강의 경우에는 강의 경화능이나 오스테나이트 안정성 등을 확보하기 위하여 C, Mn, Si, Cr, Mo, V 등의 원소를 다량 포함할 수 있는데, 이러한 원소들은 강의 크랙에 대한 감수성을 높이는 역할을 한다. 따라서, 이러한 원소들이 다량 포함된 강은 미소 크랙이 용이하게 발생하여 종국적으로는 용접시 액상금속취화의 원인이 된다. 본 발명자들의 연구 결과에 따르면 이와 같은 미소 크랙의 발생 거동은 탄소농도와 밀접한 관계가 있으며, 크랙이 표면에서부터 발생하여 내부로 전파되는 것이기 때문에 표면의 탄소농도가 높을 경우에는 미소 크랙의 발생 가능성이 높아지게 된다.
따라서, 본 발명의 한가지 구현례에서는 강의 전체적인 조성은 고강도를 위해 높은 탄소농도를 가지도록 하되, 크랙이 발생하는 지점인 표층부의 탄소농도는 크랙에 대한 저항성을 가질 수 있도록 낮은 탄소농도, 즉 높은 탈탄율을 가지도록 한다.
본 발명에서 표층부라 함은 강판 표면에서 깊이 방향으로 35㎛ 이내 지점을 의미하며, 표층부의 탈탄율은 아래의 식 [1]로 나타낼 수 있다.
[식 1]
표층부 탈탄율(%) = (1 - 표층부 평균 탄소 농도/벌크 탄소 농도)*100
상기 식 1에서 표층부 탄소농도는 표층부의 탄소 농도의 평균 값을 의미하는 것으로서, 도 1에 도시한 바와 같은 탄소의 GDS(GDOES 등 유사한 기기를 모두 포함하는 개념이다) 프로파일을 소지강판 표층부에서 깊이 35㎛까지 적분한 값을 깊이(35㎛)로 나눈 값으로 할 수 있다. 또한 벌크 탄소 농도는 GDS 프로파일 상에서 깊이 방향으로 이동하더라도 더이상 탄소 농도의 변화가 없을 때의 탄소농도를 의미하는 것으로서, 통상 강판 두께의 1/4 깊이의 탄소 농도를 의미한다. 이때, 강판 두께의 1/4 두께의 탄소농도는 강판의 일부를 깊이방향으로 제거하고 난 다음에 GDS 분석을 실시함으로써 얻을 수 있다.
본 발명의 한가지 구현례에서는 상기 표층부 탈탄율은 폭방향 중심부에서 측정한 값을 기준으로 할 수 있다. 그러나, 통상 강판 폭방향 중심부에 비하여 폭방향 에지부 탈탄율이 더욱 높은 값을 가지는 경우가 많기 때문에, 에지부에서의 탈탄율이 본 발명에서 규정하는 값을 충족할 경우 점용접성을 더욱 개선할 수 있다. 여기서 폭방향 에지부라 함은 강판을 폭방향으로 절단한 단면의 양 끝 지점을 의미하는 것이나, 상기 지점에 오염이 발생하는 등, 시편의 건전성에 문제가 있을 경우에는 끝지점으로부터 폭방향으로 1mm 내측의 지점을 의미할 수 있다.
상술하였듯이, 본 발명의 한가지 구현례에서 LME 발생 방지를 통한 충분한 점용접성을 확보하기 위하여 상기 탈탄율이 30% 이상일 수 있다. 본 발명의 다른 구현례에 따르면 상기 탈탄율은 40% 이상일 수 있으며, 또 다른 구현례에서는 상기 탈탄율은 50% 이상일 수 있다.
상기 탈탄율은 높을수록 유리하기 때문에 탈탄율의 상한은 특별히 제한하지 않아도 된다. 다만, 본 발명의 한가지 구현례에 따르면 상기 탈탄율의 상한은 90%로 정할 수 있으며, 다른 구현례에서는 상기 탈탄율의 상한은 80%로 정할 수 있으며, 또 다른 구현례에서는 상기 탈탄율의 상한은 70%로 정할 수 있다.
본 발명의 한가지 구현례에 따르면 소지강판의 표층부에는 내부산화물이 존재할 수 있다. 상기 내부산화물은 Si, Mn, Al 및 Fe 중 적어도 1종 이상을 포함할 수 있고, 그 밖에 소지강판의 조성으로부터 유래된 추가의 원소를 더 포함할 수도 있다.
본 발명에서 대상으로 하는 강판은 강도 490MPa 이상의 고강도 강판이라면 그 종류를 제한하지 아니한다. 다만, 반드시 이로 제한하는 것은 아니지만, 본 발명에서 대상으로 하는 강판은 중량 비율로, C: 0.05~1.5%, Si: 2.0% 이하, Mn: 1.0~30%, S-Al(산 가용성 알루미늄): 3% 이하, Cr: 2.5% 이하, Mo: 1% 이하, B: 0.005% 이하, Nb: 0.2% 이하, Ti: 0.2% 이하, V: 0.2% 이하, Sb+Sn+Bi: 0.1% 이하, N: 0.01% 이하를 포함하는 조성을 가질 수 있다. 나머지 성분은 철 및 기타 불순물이며, 그 밖에도 위에 열거되지 않되 강 중에 포함될 수 있는 원소들을 합계 1.0% 이하의 범위로 더 포함하는 것까지는 배제하지 아니한다. 본 발명에서 각 성분 원소의 함량은 특별히 달리 표현하지 아니하는 한 중량을 기준으로 표시한다. 상술한 조성은 강판의 벌크 조성 즉, 강판 두께의 1/4 지점의 조성을 의미한다(이하, 동일).
다만, 본 발명의 몇몇 구현례에서는 상기 고강도 강판으로 TRIP강 등을 대상으로 할 수 있다. 각각의 강들은 다음과 같은 조성을 가질 수 있다.
강 조성 1: C: 0.05~0.30%(바람직하게는 0.10~0.25%), Si: 0.5~2.5%(바람직하게는 1.0~1.8%), Mn: 1.5~4.0%(바람직하게는 2.0~3.0%), S-Al: 1.0% 이하(바람직하게는 0.05% 이하), Cr: 2.0% 이하(바람직하게는 1.0% 이하), Mo: 0.2% 이하(바람직하게는 0.1% 이하), B: 0.005% 이하(바람직하게는 0.004% 이하), Nb: 0.1% 이하(바람직하게는 0.05% 이하), Ti: 0.1% 이하(바람직하게는 0.001~0.05%), Sb+Sn+Bi: 0.05% 이하, N: 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함함. 경우에 따라 위에 열거되지 않되 강 중에 포함될 수 있는 원소들을 합계 1.0% 이하의 범위까지 더 포함할 수 있음.
강 조성 2: C: 0.05~0.30%(바람직하게는 0.10~0.2%), Si: 0.5% 이하(바람직하게는 0.3% 이하), Mn: 4.0~10.0%(바람직하게는 5.0~9.0%), S-Al: 0.05% 이하(바람직하게는 0.001~0.04%), Cr: 2.0% 이하(바람직하게는 1.0% 이하), Mo: 0.5% 이하(바람직하게는 0.1~0.35%), B: 0.005% 이하(바람직하게는 0.004% 이하), Nb: 0.1% 이하(바람직하게는 0.05% 이하), Ti: 0.15% 이하(바람직하게는 0.001~0.1%), Sb+Sn+Bi: 0.05% 이하, N: 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함함. 경우에 따라 위에 열거되지 않되 강 중에 포함될 수 있는 원소들을 합계 1.0% 이하의 범위까지 더 포함할 수 있음.
또한, 상술한 각 성분 원소들 중 그 함량의 하한을 한정하지 않은 경우는 이들을 임의 원소로 보아도 무방하며 그 함량이 0%가 되어도 된다는 것을 의미한다.
본 발명의 한가지 구현례에 따르면, 상기 강판의 표면에는 한 층 이상의 도금층이 포함될 수 있으며, 상기 도금층은 GI(Galvanized) 또는 GA(Galva-annealed) 등을 포함하는 아연계 도금층일 수 있다. 본 발명에서는 상술한 바와 같이 Ceq 비율을 적절히 제어하였으므로, 아연계 도금층이 강판의 표면에 형성되더라도 점용접시 발생하는 액상금속취화의 문제를 억제할 수 있다.
상기 아연계 도금층이 GA 층일 경우에는 합금화도(도금층 내 Fe의 함량을 의미함)를 8~13중량%, 바람직하게는 10~12중량%로 제어할 수 있다. 합금화도가 충분하지 못할 경우에는 아연계 도금층 중의 아연이 미소크랙으로 침투하여 액상금속취화의 문제를 일으킬 가능성이 잔류할 수 있으며, 반대로 합금화도가 너무 높을 경우에는 파우더링 등의 문제가 발생할 수 있다.
또한, 상기 아연계 도금층의 도금 부착량은 30~70g/m2 일 수 있다. 도금 부착량이 너무 작을 경우에는 충분한 내식성을 얻기 어려우며, 반면 도금 부착량이 너무 클 경우에는 제조원가상승 및 액상금속취화의 문제가 발생할 수 있으므로 상술한 범위 내로 제어한다. 보다 바람직한 도금 부착량의 범위는 40~60g/m2 일 수 있다. 본 도금 부착량은 최종 제품에 부착된 도금층의 양을 의미하는 것으로서 도금층이 GA층일 경우에는 합금화에 의해 도금 부착량이 증가하기 때문에 합금화 전은 조금 그 중량이 조금 감소할 수 있으며, 합금화도에 따라 달라지기 때문에 반드시 이로 제한하는 것은 아니나 합금화 전의 부착량(즉, 도금욕으로부터 부착되는 도금의 양)은 그보다 약 10% 정도 감소된 값일 수 있다.
이하, 본 발명의 강판을 제조하는 한가지 구현례에 대하여 설명한다. 다만, 본 발명의 강판은 반드시 하기하는 구현례에 의하여 제조될 필요는 없으며, 하기의 구현례는 본 발명의 강판을 제조하는 한가지 바람직한 방편이라는 것에 유의할 필요가 있다.
우선, 상술한 조성의 강 슬라브를 열간압연 한 후 권취하는 과정에 의해 열연강판을 제조할 수 있다. 슬라브의 가열(직송압연의 경우에는 온도 관리) 또는 열간압연 등의 조건에 대해서는 특별히 제한하지 아니하나, 본 발명의 한가지 구현례에서는 권취 온도를 다음과 같이 제한할 수 있다.
권취온도: 590~750℃
열간압연된 강판은 이후 코일 형태로 권취되어 보관되는데, 권취된 강판은 서냉 과정을 거치게 된다. 이와 같은 과정에 의하여 강판 표층부에 포함된 산화성 원소들이 제거되게 되는데, 슬라브의 권취 온도가 너무 낮을 경우에는 이들 원소의 산화 제거에 필요한 온도 보다 낮은 온도에서 코일이 서냉되므로 충분한 효과를 거두기 어렵다. 반대로 권취온도가 너무 높을 경우에는 폭방향 중심부와 에지부 사이의 온도 편차가 커지고 그에 따라 재질편차가 증가하게 된다. 이러할 경우 냉간 압연성이 열위해지고, 더불어 최종 제품의 강도가 저하될 뿐만 아니라 성형성도 나빠질 우려가 있다. 또한, 표면산화 관점에서도 권취 온도가 너무 높을 경우에는 스케일의 재산화가 발생하여 Fe2O3가 생성될 수 있는데, 이러할 경우 표면품질이 열위해 질 수 있다. 따라서, 본 발명의 한가지 구현례에서는 상기 권취 온도의 상한을 750℃로 정할 수 있다.
열연 코일 에지부 가열: 600~800℃에서 5~24시간 실시
본 발명의 한가지 구현례에서는 에지부의 탈탄율을 높이기 위하여 열연 코일 에지부를 가열한다. 열연 코일 에지부 가열이라 함은 귄취된 코일의 폭방향 양쪽 단부, 즉 에지부를 가열하는 것을 의미하는 것으로서 에지부 가열에 의하여 에지부가 산화에 적합한 온도로 우선 가열된다. 즉, 권취된 코일은 내부는 고온으로 유지되나 에지부는 상대적으로 신속하게 냉각되는데, 이로 인하여 내부 산화에 적합한 온도에서 유지되는 시간이 에지부에서 보다 짧게 된다. 따라서, 폭방향 중심부에 비하여 에지부에서의 산화성 원소의 제거가 활발하지 못하게 된다. 에지부 가열은 에지부의 산화성 원소 제거를 위한 한가지 방안으로 사용될 수 있다.
즉, 에지부 가열을 실시할 경우 권취 후 냉각의 경우와는 반대로 에지부가 우선 가열되고 따라서 폭방향 에지부의 온도가 내부 산화에 적합하게 유지되는데 그 결과 에지부의 내부 산화 층 두께가 증가하게 된다. 이를 위해서는 상기 에지부 가열 온도는 600℃ 이상(강판 에지부의 온도를 기준으로 함)일 필요가 있다. 다만 온도가 너무 높을 경우에는 가열 중에 에지부에 스케일이 과도하게 형성되거나 다공질의 고산화 스케일(hematite)가 형성되어 산세 후 표면상태가 나빠질 수 있으므로 상기 에지부 온도는 800℃ 이하일 수 있다. 보다 바람직한 에지부 가열 온도는 600~750℃이다.
또한, 권취시에 발생한 폭방향 에지부와 중심부 사이의 표층부 Ceq 값의 불균일을 해소하기 위해서는 상기 에지부 가열 시간은 5시간 이상일 필요가 있다. 다만, 에지부 가열 시간이 너무 길 경우에는 스케일이 과도하게 형성되거나 오히려 에지부의 표층부 탈탄율 값이 너무 높아질 수 있다. 따라서, 에지부 가열 시간은 24시간 이하일 수 있다.
본 발명의 한가지 구현례에 따르면 상기 에지부 가열은 공연비 조절을 통한 연소 가열 방식에 의해서 이루어질 수 있다. 즉, 공연비 조절에 의하여 분위기 중의 산소 분율이 달라질 수 있는데, 산소 분압이 높을 수록 강판의 표층과 접하는 산소 농도가 능가하여 탈탄이나 내부 산화가 증가할 수 있다. 반드시 이로 한정하는 것은 아니나, 본 발명이 한가지 구현례에서는 공연비 조절을 통하여 산소를 0.5~2체적% 포함하는 질소 분위기로 제어할 수 있다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 특별한 어려움 없이 공연비 조절을 통하여 산소 분율을 제어할 수 있으므로 이에 대해서는 별도로 설명하지 아니한다.
상술한 과정을 거친 열연 강판에 대하여 필요에 따라 산세를 실시한 후 냉간압연을 실시할 수 있다. 상술한 냉간압연 과정 이후에는 강판을 소둔하는 과정이 후속될 수 있다. 강판의 소둔 과정에서도 표층부 탈탄율이 크게 달라질 수 있으므로, 본 발명의 한가지 구현례에서는 표층부 탈탄율을 적절히 제어하는 조건으로 소둔 공정을 제어할 수 있으며, 그 중 통판 속도와 소둔로내 이슬점은 다음과 같은 조건으로 제어할 수 있다.
통판 속도: 40~130mpm
충분한 생산성을 확보하기 위하여 상기 냉연강판의 통판속도는 40mpm 이상일 필요가 있다. 다만, 통판 속도가 과다하게 빠를 경우에는 재질 확보 측면에서 불리할 수 있으므로, 본 발명의 한가지 구현례에서는 상기 통판속도의 상한을 130mpm으로 정할 수 있다. 그 뿐만 아니라 통판속도는 내부 산화층의 두께에 영향을 미치는 것으로서, 통판속도가 느릴 수록 내부 산화물의 두께가 증가하고 탄소함량이 감소하는 경향이 있으므로, 과다하게 빠른 통판속도는 내부산화층의 두께가 충분하게 형성되지 못하게 하는 요인이 될 수 있다. 일례에 따르면 130mpm 초과의 통판속도에서는 내부 산화층이 3㎛ 이하의 두께로 형성될 수 있다.
소둔 조건: 650~900℃에서 -10~30℃ 의 이슬점의 분위기로 실시
본 발명에서 소둔을 실시하는 온도는 충분한 내부 산화 효과가 나타나는 온도인 650℃ 이상일 수 있다. 다만, 온도가 너무 높을 경우에는 Si 등의 표면 산화물이 형성되어 산소가 내부로 확산하는 것을 방해할 뿐만 아니라, 균열대 가열 중 오스테나이트가 과도하게 발생하여 탄소 확산속도가 저하되고 그로 인하여 탈탄 정도가 감소될 수 있으며, 또한 소둔로의 부하를 발생시켜 설비 수명을 단축시키고 공정비용을 증가시키는 문제점을 야기할 수 있기 때문에 상기 이슬점을 제어하는 온도는 900℃ 이하일 수 있다. 본 발명에서 소둔을 실시하는 온도라 함은 균열대의 온도를 의미한다.
이때, 충분하고 균일한 내부 산화층을 형성시키기 위하여 소둔로내 분위기의 이슬점을 제어하는 것이 유리하다. 이슬점이 너무 낮을 경우에는 내부 산화가 아니라 표면 산화가 발생하여 표면에 Si나 Mn 등의 산화물이 생성될 우려가 있다. 따라서, 이슬점은 -10℃ 이상으로 제어할 필요가 있다. 반대로 이슬점이 너무 높을 경우에는 Fe의 산화가 발생할 우려가 있으므로, 이슬점은 30℃ 이하로 제어될 필요가 있다.
이때, 이슬점은 수소를 1~10부피% 포함하는 습질소(N2+H2O)를 소둔로 내에 투입함으로써 조절할 수 있다.
이와 같은 과정에 의하여 소둔된 강판은 바로 도금욕에 침지하여 용융 아연 도금을 실시한다.
이와 같은 과정에 의하여 소둔된 강판은 도금욕 온도 이상(460~500℃)으로 재가열 한 후 도금욕에 침지하여 용융 아연 도금을 실시한다. 본 발명의 한가지 구현례에 따르면 도금욕에 침지되는 소둔된 강판의 두께는 1.0~2.0mm로 조절될 수 있다. 본 발명의 한가지 구현례에 따르면 상기 도금욕은 아연계 도금욕으로서 Zn 을 50중량% 이상 포함할 수 있다.
합금화(GA) 온도: 480~560℃
480℃ 미만에서는 Fe확산량이 적어 합금화도가 충분하지 못해 도금물성이 좋지 않을 수 있으며, 560℃를 초과하게 되는 경우 과도한 합금화로 인한 파우더링(powdering) 문제가 발생할 수 있고, 잔류 오스테나이트의 페라이트 변태로 재질이 열화될 수 있으므로 합금화 온도를 상술한 범위로 정한다.
본 발명의 한가지 구현례에서 상기 충분한 합금화도를 확보하기 위해서는 상기 합금화 열처리 시간은 1초 이상일 수 있다. 다만, 합금화 열처리 시간이 너무 길 경우에는 합금화도가 본 발명에서 규정하는 범위를 초과할 수 있으므로, 상기 합금화 열처리 시간의 상한은 5초로 정할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기하는 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 정해지는 것이기 때문이다.
(실시예)
하기 표 1에 기재된 조성을 가지는 강 슬라브(표에서 기재되지 않은 나머지 성분은 Fe 및 불가피하게 포함되는 불순물임. 또한 표에서 B와 N은 ppm 단위로 표시하였으며, 나머지 성분들은 중량% 단위로 표시함)를 열간압연 한 후, 열연 코일에 대하여 산소를 포함하는 질소 분위기에서 에지부 가열을 실시하였으며, 그 후 산세 한 후, 얻어진 냉연강판을 소둔로에서 소둔한 후 강판을 480℃로 재가열하고 Al을 0.13중량%를 포함하는 아연계 도금욕에 침지하여 용융아연도금을 실시하였다. 얻어진 용융아연도금강판에 필요에 따라 4초간 합금화(GA) 열처리를 실시하여 최종적으로 합금화 용융아연도금강판을 얻었다.
또한, 합금화를 실시하지 않고 단지 용융아연도금강판을 얻을 경우에는 상기 냉연강판을 소둔로에서 소둔하고 재가열 한 후, Al을 0.24중량% 포함하는 아연계 도금욕에 침지하여 도금을 실시하였으며, 이후 에어나이핑을 후에 강판을 냉각하여 최종적으로 용융아연도금(GI)강판을 얻었다.
모든 실시예에서 냉간압연시 압하율은 52%로 하였으며, 소둔시 균열대 온도를 830℃로 그리고 소둔로내 습질소에 포함된 수소의 비율을 5.0체적%로 정하였다. 그 밖의 각 실시예별 조건은 표 2에 기재한 바와 같다(표에서 B와 N은 ppm 단위로 표시하였으며, 나머지 성분들은 중량% 단위로 표시하였다).
강종 C Si Mn S-Al Cr Mo B Nb Ti V Sb Sn Bi N
A 0.245 1.35 2.235 0.0032 0 0 14 0 0.032 0 0 0 0 16
B 0.194 1.405 2.295 0.031 0.014 0.04 15 0.03 0.019 0 0.01 0 0 14
C 0.156 1.425 2.645 0.0025 0.035 0 17 0 0.031 0 0 0.011 0 17
D 0.214 0.356 6.457 0.02 0.098 0 16 0.02 0.029 0 0.02 0 0 15
E 0.107 0.045 4.598 0.003 0 0 11 0 0.034 0.05 0 0 0.02 15
강종　 구분 권취
온도
(℃)		 에지부 가열 　 　 소둔 　 합금화
가열
온도
(℃)		 가열
시간
(hr　)		 산소
분율
(%)　		 통판속도
(mpm)		 균열대
　이슬점(℃)		 온도
(℃)
B 비교예1 621 741 12 0.8 91 13 445
A 발명예1 601 701 11 0.7 66 14 GI
E 비교예2 612 704 42 0.9 75 14 514
B 비교예3 841 721 8 1.1 62 8 527
D 발명예2 614 635 6 0.7 68 13 512
E 비교예4 650 864 12 0.8 88 12 GI
A 비교예5 450 712 6 0.7 67 9 548
A 비교예6 601 712 11 1.1 84 -20 GI
C 비교예7 594 655 11 0.9 25 14 521
A 발명예3 605 705 10 0.7 67 15 515
B 발명예4 621 705 12 1.2 68 13 GI
C 비교예8 615 615 10 1.4 98 42 GI
C 발명예5 685 685 7 1.3 66 14 GI
D 비교예9 631 548 7 0.8 85 8 531
E 발명예6 601 714 11 1.2 58 20 510
B 비교예10 631 705 10 4.5 74 16 505
E 비교예11 594 732 11 1.2 95 41 521
B 발명예7 604 684 11 1.3 71 11 542
E 비교예12 615 701 12 1.1 192 12 512
B 비교예13 594 674 14 1 68 -21 GI
D 발명예8 624 705 12 0.8 81 14 GI
A 비교예14 615 684 11 0.01 74 14 517
C 발명예9 595 654 14 1.2 72 12 548
D 비교예15 612 654 10 1.4 64 39 GI
A 비교예16 605 685 11 1.2 95 12 584
A 비교예17 584 712 1 0.8 84 13 521
상술한 과정에 의하여 제조된 합금화 용융아연도금(GA) 강판의 특성을 측정하고, 점용접시 액상금속취화(LME가 발생하였는지 여부를 관찰한 결과를 표 3에 나타내었다. 점용접은 강판을 폭방향으로 절단하여 각 절단된 가장자리 부위를 따라서 실시하였다. 점용접 전류를 2회 가하고 통전 후 1 cycle의 hold time을 유지하였다. 점용접은 2종 3겹으로 실시하였다. 평가소재-평가소재-GA 980DP 1.4t재 순으로 적층하여 점용접을 실시하였다. 점용접시 새 전극을 연질재에 15회 용접한 후 전극을 마모시킨 후 점용접 대상 소재로 날림(expulsion)이 발생하는 상한전류를 측정한다. 상한전류를 측정한 후 상한전류보다 0.5 및 1.0kA 낮은 전류에서 점용접을 용접전류별 8회 실시하고, 점용접부의 단면을 방전가공으로 정밀히 가공한 후 에폭시 마운팅하여 연마하고 광학현미경으로 크랙길이를 측정하였다. 광학현미경 관찰시 배율은 100배로 지정하고, 해당 배율에서 크랙이 발견되지 않으면 액상금속취화가 발생하지 않은 것으로 판단하고, 크랙이 발견되면 이미지 분석 소프트웨어로 길이를 측정하였다. 점용접부 어깨부에서 발생하는 B-type 크랙은 100㎛ 이하, C-type 크랙은 미관찰 시 양호한 것으로 판단하였다.
탈탄율은 GDOES를 이용하여 성분에 따른 깊이별 농도값을 이용하여 계산하였다. 표층부 탈탄율은 상술한 바와 같이 식 1에 따라 계산하였다. 인장강도는 JIS-5호 규격의 C방향 샘플을 제작하여 인장시험을 통해 측정하였다. 합금화도와 도금부착량은 염산 용액을 이용한 습식용해법을 이용하여 측정하였다. 실러밀착성은 자동차용 구조용 접착제 D-type을 도금표면에 접착한 후 강판을 90도로 굽혀 도금이 탈락하는지 확인하였다. Powdering은 도금재를 90로 굽힌 후 테이프를 굽힌 부위에 접착 후 떼어내어 테이프에 도금층 탈락물이 몇 mm 떨어지는 지 확인하였다. Flaking은 'ㄷ'자 형태로 가공 후 가공부에 도금층이 탈락하는지 확인하였다.
구분 탈탄율
(%)		 인장
강도
(MPa)		 도금
종류		 Fe
합금화도
(wt%)		 도금
부착량
(g/m2)		 Powd
ering
(mm)		 Flaking 실러
밀착성		 LME 발생
B-type
길이
(㎛)		 C-type
길이
(㎛)
비교예1 68 932 GA 5.1 53 2 불량 - 48 0
발명예1 35 1154 GI - 54 - - 양호 45 0
비교예2 54 1105 GA 9.3 48 4 양호 - 24 0
비교예3 41 425 GA 9.6 49 1 양호 - 19 0
발명예2 61 1152 GA 9.2 59 1 양호 - 27 0
비교예4 43 907 GI - 59 - - 양호 43 0
비교예5 24 11920 GA 10.5 53 2 양호 - 245 384
비교예6 15 1184 GI - 60 - - 불량 195 752
비교예7 39 945 GA 10.5 49 3 양호 - 51 0
발명예3 55 1195 GA 11.2 51 2 양호 - 27 0
발명예4 39 952 GI - 59 - - 양호 14 0
비교예8 48　 954 GI - 61 - - 불량 32 0
발명예5 59 945 GI - 61 - - 양호 52 0
비교예9 17 1148 GA 10.3 49 3 양호 - 156 512
발명예6 48 1178 GA 10.2 42 4 양호 - 63 0
비교예10 48 948 GA 10.5 51 1 양호 - 26 0
비교예11 65 1178 GA 10.4 45 4 양호 - 34 0
발명예7 41 921 GA 11.9 42 1 양호 - 15 0
비교예12 24 1154 GA 9.6 58 1 양호 - 165 194
비교예13 14 962 GI - 56 - - 불량 152 592
발명예8 51 1151 GI - 51 - - 양호 52 0
비교예14 21 1125 GA 10.4 52 2 양호 - 154 254
발명예9 46 1195 GA 9.1 42 1 양호 - 35 0
비교예15 59 1154 GI - 62 - - 불량 27 0
비교예16 38 1154 GA 16.5 42 11 양호 - 31 0
비교예17 21 1102 GA 10.2 44 4 양호 - 214 114
※1/4t Ceq는 강판 두께 1/4 지점의 Ceq를 의미함. 표에서 각 Ceq의 단위는 중량%임.
발명예 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 및 9는 강조성을 본 발명에서 제시하는 범위를 만족하였으며, 제조방법 또한 본 발명의 범위를 만족하여 인장강도, 도금품질, 도금부착량 및 점용접 LME 크랙 길이도 양호하였다.
비교예 1은 GA합금화 과정에서 합금화 온도가 본 발명이 제시하는 범위보다 낮게 제어된 경우이다 그 결과 합금화도가 기준보다 낮게 형성되어 표면이 지나치게 밝아서 표면품질이 불량하고, flaking이 발생하여 도금표면품질이 열위하였다.
비교예 2는 에지부 열처리시 가열 시간이 본 발명에서 규정하는 범위를 초과한 경우로서, 열처리 과정 중 에지부에 과산화가 발생하여 표면 스케일이 붉은 색의 헤마타이트(hematite)계 스케일을 형성하고, 스케일의 두께가 과도하게 두꺼워졌다. 또한, 열연 후 산세 과정에서 에지부가 과도하게 산세되면서 표면조도가 높아져 도금 이후 표면 형상이 불균일하고 표면색상이 중앙부와 상이한 색상 불균일 결함이 발생하였다.
비교예 3은 열연 공정 중 권취 온도가 본 발명에서 제시하는 범위 보다 높게 제조되었다. 따라서 열연 과정 중에 발생하는 탈탄이 충분히 발생하고 소둔 중 이슬점을 높게 작업하여 표층부 탈탄율이 40% 이상으로 형성되고, 도금표면품질 및 LME 저항성이 우수하여도 폭방향 재질편차가 발생하여 냉간압연성이 열위하고 인장강도가 열위하였다.
비교예 4는 열처리로 가열로 온도가 본 발명에서 제시하는 범위를 초과한 경우로서, 열처리 과정 중 에지부에 과산화가 발생하여 표면에 붉은 색의 헤마타이트(hematite)계 스케일이 형성되고, 스케일의 두께가 과도하게 두꺼워졌다. 또한, 열연 후 산세 과정에서 에지부가 과도하게 산세되면서 표면조도가 높아져 도금 이후 표면 형상이 불균일하고 표면색상이 중앙부와 상이한 색상 불균일 결함이 발생하였다.
비교예 5는 열연 공정 중 권취 온도가 본 발명에서 제시하는 범위 보다 낮게 제어된 경우이다. 따라서 열연 과정 중에 발생하는 탈탄이 충분히 발생하지 못하여 LME 특성이 열위하였다.
비교예 6 및 13은 소둔 중 로내 이슬점이 본 발명이 제시하는 범위보다 낮았던 경우이다. 열연 및 열처리로 가열 공정 중 전폭에 충분한 탈탄층을 발생시켜도, 냉간압연 후 소둔 과정 중 이슬점이 충분히 높지 않아 탄소의 균질화가 일어나 충분한 탈탄 수준을 형성하지 못하여 점용접 LME 크랙 길이가 전폭 불량하였다. GI재의 경우는 이슬점이 낮아 충분한 내부산화를 발생시키지 못해 표면산화물이 과도하게 발생하여 도금밀착성이 열위하였다.
비교예 7은 소둔 내 강판의 통판속도가 본 발명이 제시하는 범위보다 낮았던 경우이다. 소둔 로내 수증기와 강판이 반응하는 탈탄 반응에 대한 충분한 시간이 주어져서 점용접 LME 크랙 평가 시 기준을 만족하지만 제조 시간이 길어져 생산성이 열위하여 제조 조건으로 적합하지 않았다.
비교예 8, 11 및 15는 소둔 중 로내 이슬점이 본 발명이 제시하는 범위보다 높게 제어된 경우이다. 열연 중 탈탄과 더불어 소둔 중 탈탄이 충분히 발생하여 LME 저항성 및 도금표면품질은 양호하였지만, Mn계 산화물이 과도하게 발생하면서 소둔로 내 하쓰 롤(hearth roll) 표면에 산화물이 물리적으로 부착되어 강판에 찍힘 결함인 덴트(dent)를 유발시켜 조업성이 열위하였다.
비교예 9는 에지부 열처리시 열처리로 가열온도가 본 발명의 범위보다 낮았던 경우이다. 열연 중 충분한 탈탄층이 형성되지 않아 점용접 LME 크랙 평가시 기준을 만족하지 못하여 불량하였다.
비교예 10은 열처리로 가열 온도 및 시간이 본 발명이 제시하는 범위를 만족하지만 산소분율이 범위를 초과하였다. 열처리 과정 중 엣지부에 과산화가 발생하여 표면 스케일이 붉은 색의 헤마타이트(hematite)계 스케일을 형성하고, 스케일의 두께가 과도하게 두꺼워졌다. 또한, 열연 후 산세 과정에서 엣지부가 과도하게 산세되면서 표면조도가 높아져 도금 이후 표면 형상이 불균일하고 표면색상이 중앙부와 상이한 색상 불균일 결함이 발생하였다.
비교예 12는 소둔 열처리시 강판의 통판속도가 본 발명이 제시하는 범위보다 높게 제어된 경우이다. 소둔로내 수증기와 강판이 반응하는 탈탄 반응에 대한 충분한 시간이 주어지지 않아 소둔 후 강판 표층부 탈탄율이 충분하지 않아서, 점용접 LME 크랙이 기준을 초과하여 발생하였다.
비교예 14는 열처리로 가열 온도 및 시간이 본 발명이 제시하는 범위를 만족하지만 산소분율이 범위보다 낮았던 경우이다. 열연 탈탄층이 충분히 형성되지 않아 점용접 LME 크랙 평가시 기준을 만족하지 못하여 불량하였다.
비교예 16은 GA합금화 과정에서 합금화 온도가 본 발명이 제시하는 범위를 초과하였다. Fe 합금화도가 높아 색상이 어둡게 나타나 표면품질이 불량하였다. GA파우더링 평가시 파우더링이 과도하게 발생하였다.
비교예 17은 열처리로 가열온도는 본 발명의 범위를 만족하지만, 열처리로 가열 시간이 본 발명이 제시하는 범위보다 짧았던 경우이다. 충분한 열연 탈탄층이 형성되지 않아 점용접 LME 크랙 평가시 기준을 만족하지 못하여 불량하였다.

Claims (10)

  1. 소지강판 및 상기 소지강판 상부에 형성된 아연계 도금층을 포함하는 아연도금 강판으로서,
    하기 식 1로 표현되는 소지강판의 표층부 탈탄율이 30% 이상인 고강도 아연도금강판.
    [식 1]
    표층부 탈탄율(%) = (1 - 표층부 평균 탄소 농도/벌크 탄소 농도)*100
    단, 표층부라 함은 소지강판의 표면으로부터 35㎛ 깊이까지의 영역을 의미한다.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 표층부 탈탄율은 40% 이상인 고강도 아연도금강판.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 강판의 인장강도는 490Mpa 이상인 것을 특징으로 하는, 표면품질 및 용접성이 우수한 고강도 용융도금 강판.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 아연계 도금층의 도금 부착량은 30~70g/m2 인 점 용접성이 우수한 아연도금강판.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 아연계 도금층이 합금화도가 8~13중량%인 합금화 용융아연도금(GA) 층인 고강도 아연도금강판.
  6. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강판이 C: 0.05~1.5%, Si: 2.0% 이하, Mn: 1.0~30%, S-Al(산 가용성 알루미늄): 3% 이하, Cr: 2.5% 이하, Mo: 1% 이하, B: 0.005% 이하, Nb: 0.2% 이하, Ti: 0.2% 이하, V: 0.2% 이하, Sb+Sn+Bi: 0.1% 이하, N: 0.01% 이하를 포함하는 조성을 가지는 점 용접성이 우수한 아연도금강판.
  7. 강 슬라브를 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계;
    상기 열연강판을 590~750℃의 온도에서 권취하여 열연강판을 얻는 단계;
    산소를 0.5~2% 포함하는 질소 분위기로 상기 권취된 열연강판의 에지부를 600~800℃에서 5~24시간 가열하는 단계;
    상기 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 얻는 단계;
    상기 냉연강판을 40~130mpm의 통판 속도로 통판시키면서 650~900℃에서 -10~30℃ 의 이슬점의 분위기로 소둔하는 단계; 및
    상기 소둔된 냉연강판을 용융아연도금하는 단계
    를 포함하는 점 용접성이 우수한 아연도금강판의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 용융아연도금된 냉연강판을 합금화 열처리하는 단계를 더 포함하는 점 용접성이 우수한 아연도금강판의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 합금화 열처리는 480~560℃의 온도에서 수행되는 점 용접성이 우수한 아연도금강판의 제조방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강 슬라브가 C: 0.05~1.5%, Si: 2.0% 이하, Mn: 1.0~30%, S-Al(산 가용성 알루미늄): 3% 이하, Cr: 2.5% 이하, Mo: 1% 이하, B: 0.005% 이하, Nb: 0.2% 이하, Ti: 0.2% 이하, V: 0.2% 이하, Sb+Sn+Bi: 0.1% 이하, N: 0.01% 이하를 포함하는 조성을 가지는 점 용접성이 우수한 아연도금강판.
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