KR20210080018A

KR20210080018A - 가공성 및 내식성이 우수한 알루미늄계 합금 도금강판 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20210080018A
Application number: KR1020190172362A
Authority: KR
Inventors: 이석규; 황현석; 김명수
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-06-30
Also published as: WO2021125888A2; KR102311503B1; JP7393551B2; CN114761602A; WO2021125888A3; US11897229B2; MX2022007505A; CN114761602B; JP2023507328A; EP4079926A2; US20230012544A1

Abstract

본 발명은 가공성 및 내식성이 우수한 알루미늄계 합금 도금 강판 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열간 성형 시 발생되는 마이크로 크랙의 발생을 억제하고, 또한 소착성 및 내식성이 우수한 알루미늄계 합금 도금 강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

가공성 및 내식성이 우수한 알루미늄계 합금 도금강판 및 이의 제조방법{ALUMINIUM ALLOY PLATE STEEL SHEET HAVING EXCELLENT FORMABILITY AND CORROSION RESISTANCE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 가공성 및 내식성이 우수한 알루미늄계 합금 도금강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

종래부터 열간 성형을 위해 알루미늄(Al) 도금 강판이나 아연(Zn) 도금 강판을 사용하고 있으나, 마이크로 크랙이 발생하거나, 열처리 시 형성된 합금상으로 인해 내식성이 열화되는 문제점이 있었다. 또한, 알루미늄(Al) 도금 강판이나 아연(Zn) 도금 강판은 열간 성형 시 도금층의 액화가 발생하여 롤에 융착하는 문제점이 있어, 900℃까지 급속하게 승온시키지 못하여 생산성이 저하되는 문제도 있었다. 또한, 알루미늄 도금 강판의 경우에는 알루미늄의 희생 방식성이 없으므로, 가공 후 내식성이 문제가 되는 경우가 있다.

이러한 내식성과 열간 성형성을 개선하기 위하여, 종래에는 도금욕 중에 Si를 4% 이하로 하고, 합금화 온도 700℃ 및 합금화 시간 20초로 하여 도금층을 합금화한 알루미늄 합금화 도금 강판을 개시하였다.

그러나, 상기의 조건에서는 합금화 시간이 20초로 장시간 소요되므로, 실 라인에서 합금화 처리하는 데 어려움이 있고, 합금화 후 강한 냉각이 필요한 문제점이 있다. 또한, Si 함량이 감소함에 따라 도금욕 온도가 700℃ 정도로 매우 높기 때문에, 도금욕에 침지되어 있는 싱크롤 등 구조물의 내구성이 현저하게 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 도금층이 합금화 되었을 때, 최종적으로 pay-off reel까지 도달할 때, 많은 롤을 거쳐 이동하는데, 이때 이동 중 파우더링이 발생하여 롤에 부착되는 문제점을 발생시킨다.

한국 특허공개공보 1997-0043250호

본 발명의 일 측면에 따르면, 알루미늄 도금층이 합금화할 때 발생되는 파우더링성을 개선함과 동시에, 열간 성형 시 소착성 및 내식성이 우수한 알루미늄계 합금 도금 강판 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 과제는 전술한 내용에 한정하지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 본 발명 명세서 전반에 걸친 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는 데 어려움이 없을 것이다.

본 발명의 일 측면은,

소지 강판;

상기 소지 강판 상에 형성된 합금화 도금층; 및

상기 합금화 도금층 상에 형성된 비합금화 도금층을 포함하고,

상기 합금화 도금층은 중량%로, Fe: 35~50%, Zn: 1~20%, Si: 0.1~1.5%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,

상기 비합금화 도금층은 중량%로, Zn: 1~30%, Si: 0.1~1.8%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,

상기 합금화 도금층과 소지 강판의 계면 조도가 2.5㎛ 이하인, 알루미늄계 합금 도금 강판을 제공한다.

또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은,

열간 프레스 성형에 이용되는 알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법으로서,

소지 강판을 준비하는 단계;

상기 소지 강판을, 중량%로, Zn: 3~30%, Si: 0.1~1.5%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 도금욕에 침지하여 알루미늄 도금 강판을 얻는 단계;

알루미늄 도금 후, 200~300℃로 가열된 공기를 상기 알루미늄 도금 강판에 공급하여 알루미늄 도금 강판의 표면에 산화피막을 형성하는 냉각 단계; 및

상기 냉각 후 연속하여 550℃ 이상 650℃ 미만의 가열 온도 범위에서 1~20초 유지하여 열처리하는 온라인(on-line) 합금화를 통해 알루미늄계 합금 도금 강판을 얻는 단계;를 포함하는, 알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은, 전술한 알루미늄계 합금 도금 강판을 열간 프레스 성형하여 얻어지는 열간 성형 부재를 제공한다.

본 발명에 의하면, 알루미늄 도금층이 합금화할 때 발생되는 파우더링성을 개선함과 동시에, 열간 성형 시 소착성 및 내식성이 우수한 알루미늄계 합금 도금 강판 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

도 1은 발명예 1에 의해 제조된 알루미늄계 합금 도금 강판의 단면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다.
도 2는 비교예 1에 의해 제조된 알루미늄계 합금 도금 강판의 단면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다.
도 3은 각 발명예 1 및 비교예 1에 대하여 파우더링성을 평가한 결과를 나타낸 사진이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 먼저, 본 발명의 일 측면인 알루미늄계 합금 도금 강판에 대하여 상세히 설명한다.

종래의 기술은 알루미늄 도금욕에 Si를 다량 첨가함으로써, 도금층에 치밀한 Fe-Al-Si의 합금상이 형성되어 소지철이 도금층으로 확산하는 것을 억제하였다. 이로 인해 높은 합금화 온도와 긴 합금화 시간이 필요하였다.

이를 개선하기 위하여, Si의 함량을 0.5~4% 범위로 제한하여 온라인(on-line) 합금화를 시도하였으나, Si 함량이 감소함에 따라 Al-Fe의 합금상이 빨리 생성되고, 도금층의 융점이 높아지는 문제점이 있었다. 이로 인해, 소지철의 Fe가 도금층으로의 확산이 억제됨으로 인해, 온라인에서 합금화를 시키기 힘들다는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 이러한 방법으로 도금층을 합금화시킬 경우, brittle한 합금상으로 인해 조입 시 롤에 의한 응력 발생으로 파우더링이 발생하는 문제가 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 예의 검토한 결과, 도금층의 구성을 일정부분 합금화한 합금상과 합금화되지 않은 비합금상(Al 도금층)의 2층으로 구성하고, 합금화 도금층과 소지 강판 사이의 계면 조도를 제어함으로써, 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하여, on-line 조업 시 파우더링이 발생하지 않고, 안정적인 생산을 할 수 있을 뿐만 아니라, 도금층에 형성된 합금상으로 인해 내열성과 내식성을 향상시킬 수 있는 점을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명에 의하면, 20초 이하의 비교적 짧은 시간에 도금층의 합금화가 가능해지고, 동시에 소착성, 내식성 및 도금층의 밀착성이 우수할 뿐만 아니라, 파우더링성이 개선된 알루미늄계 합금 도금 강판을 효과적으로 제공할 수 있다.

[알루미늄계 합금 도금 강판]

즉, 본 발명의 일 측면은,

소지 강판;

상기 소지 강판 상에 형성된 합금화 도금층; 및

즉, 본 발명의 일 측면에 따른 알루미늄계 합금 도금 강판은, 소지 강판 및 상기 소지 강판 상에 형성된 합금화 도금층을 포함할 수 있고, 상기 합금화 도금층은 소지 강판의 일면 또는 양면에 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 비합금화 도금층은 상기 합금화 도금층 상에 형성될 수 있다.

이하에서는 합금화 도금층과 비합금화 도금층에 대하여 나누어서 설명하고, 우선 합금화 도금층에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 합금화 도금층은 중량%로, Fe: 35~50%, Zn: 1~20%, Si: 0.1~1.5%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가지고, 상기 비합금화 도금층은 중량%로, Zn: 1~30%, Si: 0.1~1.5%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가진다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층에 있어서, Zn은 도금 강판의 소착성 및 내식성을 향상시킬 뿐 아니라, 합금화 처리 이후의 합금화 도금층의 밀착성을 향상시키는 중요한 역할을 한다. 따라서, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층 내 Zn 함량이 1~20%인 것이 바람직하고, 상기 합금화 도금층 내 Zn 함량이 1% 미만이면, 내식성의 효과를 기대할 수 없고, 상기 합금화 도금층 내 Zn 함량이 20%를 초과하면, 소착성이 떨어지는 문제가 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층 내 Si 함량은 0.1~1.5%인 것이 바람직하고, 상기 합금화 도금층 내 Si 함량이 0.1% 미만이면, 합금화 도금층과 소지 강판 사이의 계면 조도가 너무 커져서 도금층이 밀착성 확보 측면에서 문제가 생기고, 상기 합금화 도금층 내 Si 함량이 1.5%를 초과하면, Fe-Al의 합금상에 Si가 고용됨으로써 소지철에서 확산되는 Fe의 확산을 억제할 수 있고 이에 따라 합금화 온도가 높아질 수 있어 바람직하지 않다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층은 선택적으로 Mn을 더 포함할 수 있고, 이는 소지 강판을 알루미늄 도금욕에 침지하여 도금한 후, 합금화 열처리를 통해 소지 강판에 포함되는 성분인 Mn이 도금층측으로 유입되기 때문이다. 이러한 확산의 결과, 알루미늄계 합금 도금 강판의 합금화 도금층 내에는 2% 이하의 Mn을 더 포함할 수 있다. Mn 함량의 상한은 도금밀착성 확보 차원에서 2% 이하인 것이 바람직하다. Mn은 Al-Fe 합금상 형성에서 Fe를 치환하는 원소로 소지철과의 밀착성을 향상시키는 역할을 하나, 2% 이상일 경우 Al-Fe의 합금상이 치밀한 Al-Fe(Mn)상으로 형성되어 합금화가 지연될 수 있다. 또한, 합금화 도금층 내 Mn 함량은 0%인 경우를 포함하므로, 그 하한은 별도로 한정하지 않는다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 합금화 처리를 통해, 소지 강판에 포함되는 Fe 등의 성분이 확산함에 따라, 합금화 도금층에 있어서, Fe의 함량은 35~50%인 것이 바람직하다. 전술한 조성을 만족함으로써, 본 발명에서 목적하는 소착성, 내식성을 확보할 수 있고, 또한 내파우더링성도 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층에 있어서, Al 함량은 30~65%인 것이 본 발명의 목적 달성을 위해 바람직하고, 31.4~63.5%인 것이 보다 바람직하다. 상기 합금화 도금층 내 Al 함량을 30% 이상으로 함으로써, 고융점을 가지는 Fe-Al 합금상을 형성함으로서 소착성과 마이크로 크랙 발생 억제의 효과가 있다. 다만, 상기 합금화 도금층 내 Al 함량이 65%를 초과하면, Al-base 합금상 형성으로 융점이 낮아져 열처리시 소착성이 열위되는 문제점이 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층의 두께는 5~25㎛일 수 있다. 상기 합금화 도금층의 두께가 5㎛ 이상으로 함으로써 내식성을 확보할 수 있고, 25㎛ 이하로 함으로써 용접성을 확보할 수 있다. 따라서, 본 발명에 있어서 합금화 도금층의 두께는 5~25㎛인 것이 바람직하고, 10~25㎛인 것이 보다 바람직하다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층은 도금 후 합금화 열처리에 의해, 소지 강판에 포함되는 Fe(또는 Mn) 등의 성분이 알루미늄 도금층으로 확산되고, 그 결과 Fe 및 Al의 금속간 화합물로 주로 이루어지는 합금화 도금층이 형성될 수 있다. 상기 합금화 도금층은 Fe-Al계 금속간 화합물의 합금상으로 주로 이루어질 수 있고, Zn, Mn, Si 등의 원소는 상기 합금화 도금층 내에 고용되어 존재할 수 있다. 구체적으로, 상기 합금화 도금층은 FeAl₃, Fe₂Al₅등의 상기 Fe-Al계 금속간 화합물을 80% 이상 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 90% 이상 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층은 전술한 합금상을 기본으로 Zn, Mn 및/또는 Si 등이 포함된 합금상으로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 도금층과 소지 강판의 계면 조도가 2.5㎛ 이하일 수 있고, 이를 통해 양호한 도금층의 밀착성을 확보할 수 있다. 한편, 본 명세서에 있어서, 상기 계면 조도(Ra)란, 합금화 도금층과 소지 강판의 사이에 형성된 계면에 대하여, 아래 수학식 1과 같이 프로파일 중심선에서의 상/하로 벗어남의 정도를 산술적으로 계산한 평균값을 의미한다. 따라서, 수학적으로는 거칠기 곡선의 모든 산(peak)과 골(vally)의 면적의 합과 동일한 면적을 가진 직사각형 면적의 높이(진폭)에 해당하게 된다.

[수학식 1]

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 합금화 도금층 상에는 비합금화 도금층이 형성되고, 상기 비합금화 도금층은 중량%로, Zn: 1~30%, Si: 0.1~1.8%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다. 이렇듯, 합금화 도금층 상에 비합금화 도금층을 형성함으로써, 비교적 연질의 도금층을 표면에 형성하게 되고, 이에 따라 브리틀(brittle)한 합금상으로 인해 조업 시 롤에 의한 응력에 기인한 파우더링의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 비합금화 도금층 중의 Zn 함량은 합금화 도금층 중의 Zn 함량보다 클 수 있고, 혹은 비합금화 도금층 중의 Si 함량은 합금화 도금층 중의 Si 함량보다 크거나 같을 수 있다. 혹은, 비합금화 도금층 중의 Al 함량은 합금화 도금층 중의 Al 함량에 비하여 클 수 있다. 전술한 조성을 충족함으로써, 파우더링성을 개선할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 비합금화 도금층 중의 Zn 함량은 1.5~30%일 수 있고, 혹은 비합금화 도금층 중의 Al 함량은 65~98.9%일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 비합금화 도금층의 두께는 0.5~15㎛인 것이 바람직하고, 1~10㎛인 것이 보다 바람직하며, 비합금화 도금층의 두께는 합금화 도금층의 두께보다 작거나 같을 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전체 도금층에 있어서 Fe-Al계 금속간 화합물의 합금상의 분율은 50% 이상인 것이 바람직하고, 70% 이상인 것이 보다 바람직하다.

전술한 합금상의 분율을 만족함으로써, 소착성, 내식성, 파우더링성을 개선할 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 비합금화 도금층의 두께는 합금화 도금층의 두께보다 작을 수 있고, 이를 통해 파우더링성을 개선할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 도금 강판에 포함되는 소지 강판은 열간 프레스 성형용 강판으로서, 열간 프레스 성형에 사용된다면 특별히 한정하지 않는다. 다만, 한가지 비제한적인 예를 든다면, 소지 강판으로서 Mn을 1~10%의 범위로 포함하는 강판을 사용할 수 있다. 혹은, 보다 바람직하게는 소지 강판으로서, 중량%로, C: 0.05~0.3%, Si: 0.1~1.5%, Mn: 0.5~8%, B: 50ppm이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가지는 소지 강판을 사용할 수 있다.

즉, 본 발명에 의하면, 열간 성형시 발생되는 프레스 다이(die)나 롤에 부착되는 도금층의 소착을 억제할 수 있는 동시에, 내식성 및 도금층의 밀착성이 우수한 알루미늄계 합금 도금 강판을 제공할 수 있다.

[알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법]

이하, 본 발명의 일 측면에 따른 열간 프레스 성형에 사용되는, 알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법에 대한 한가지 예를 설명하면 하기와 같다. 다만, 하기의 열간 프레스 성형용 알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법은 한가지 예시로서 본 발명의 열간 프레스 성형용 알루미늄계 합금 도금 강판이 반드시 본 제조방법에 의해 제조되어야 한다는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은,

소지 강판을 준비하는 단계;

먼저, 알루미늄 합금 도금강판을 제조하기 위하여 소지 강판을 준비한다. 상기 소지 강판에 대해서는 전술한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 측면에 따른 알루미늄계 도금 강판은 소지강판의 표면에 중량%로, Zn: 3~30%, Si: 0.1~1.5%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 도금욕을 이용하여 용융 알루미늄 도금을 실시하고, 도금 공정에 연속하여 냉각한 후, 이어서 곧바로 열처리하는 온라인(on-line) 합금화 처리를 실시함으로써 얻을 수 있다.

구체적으로, 소지 강판을 용융 알루미늄 도금욕에 침지함으로써 도금을 행하고, 상기 도금욕의 조성은 Zn: 3~30%, Si: 0.1~1.5%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있고, 보다 바람직하게는 Zn: 5~30%, Si: 0.1~1.5%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 혹은, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 용융 알루미늄 도금욕은 Zn: 5~30%, Si: 0.1~0.5%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 알루미늄 도금욕에 첨가되는 Zn은 중량%로, 3~30%로 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 Zn 함량이 30%를 초과하면, 도금욕의 애쉬(ash)가 다량 발생하기 때문에 분진 발생 등으로 인해 작업성이 떨어지는 문제가 생긴다. 또한, 상기 Zn 함량이 3% 미만이면, 도금욕의 용융점이 크게 감소하지 않고, 합금화 시 Zn의 증발로 인해 도금층 중에 Zn이 잔류하지 않게 되어 내식성의 향상을 얻을 수 없다. 다만, 본 발명의 효과를 보다 극대화하기 위해서, 상기 Zn 함량의 하한은 5%인 것이 바람직하고, 상기 Zn 함량의 상한은 20%인 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 알루미늄 도금욕에 첨가되는 Si는 중량%로, 0.1~1.5%인 것이 바람직하다. 상기 알루미늄 도금욕 중의 Si 함량이 0.1% 미만이면 합금화 도금층과 소지 강판 사이의 계면 조도가 너무 커져서 도금 밀착성 향상의 효과를 얻을 수 없고, 상기 알루미늄 도금욕 중의 Si 함량이 1.5%를 초과하면 Fe-Al의 합금상에 Si가 고용됨으로써 소지철에서 확산되는 Fe의 확산을 억제하기 때문에 합금화 온도가 높아지는 문제점이 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 도금욕의 온도는 도금욕의 용융점 대비 20~50℃ 정도로 높게 관리하는 것이 바람직하다. 상기 도금욕의 온도를 20℃ 이상으로 제어함로써, 도금욕의 유동성으로 인한 도금 부착량의 제어가 가능해지고, 상기 도금욕의 온도를 50℃ 이하로 제어함으로써 도금욕 중의 구조물 침식을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 도금 시, 편면당 도금량은 20~100 g/m²일 수 있다. 상기 도금시 편면당 도금량이 20g/m² 이상이면, 내식성 효과가 발휘되고, 상기 도금시 편면당 도금량이 100g/m² 이하이면, 도금층을 전체적으로 합금화 가능해지는 효과가 있다.

이어서, 알루미늄 도금 후, 200~300℃로 가열된 공기를 상기 알루미늄 도금 강판에 공급하여 알루미늄 도금 강판의 표면에 산화피막을 형성하도록 냉각할 수 있다. 이러한 냉각 단계는 균일한 합금층을 형성하는 수단인 점에서 본 발명에서 중요하다. 즉, 냉각 시 200~300℃로 가열된 공기를 알루미늄 도금 강판에 공급하여 노출시킴으로써, 알루미늄 도금 강판의 표면에는 산화 피막(알루미늄 산화막; AlO_x)을 형성하게 된다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 바와 같이 합금화 처리 전에, 산화 피막을 알루미늄 도금 강판의 표면에 용융 알루미늄 도금층 전체 두께에 대하여 10% 이상 형성할 수 있다. 전술한 바와 같이, 산화 피막을 10% 이상 형성함으로써, 도금층에 포함되는 Zn이 합금화 처리 과정에서 휘발되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 우수한 소착성, 내식성 및 도금층의 밀착성을 확보할 수 있다.

다음으로, 전술한 냉각 후 바로 연속하여 열처리하는 온라인(on-line) 합금화 처리를 실시할 수 있다. 이러한 합금화 열처리를 통해, 소지 강판의 Fe 및/또는 Mn이 알루미늄 도금층으로 확산되어, 합금화 도금층을 형성할 수 있다.

구체적으로, 본 발명에 있어서, 상기 합금화 처리 온도는 550℃ 이상 650℃ 미만이고, 유지시간은 1~20초일 수 있다. 본 발명에 있어서, 온라인 합금화 처리는 용융 알루미늄 도금 후 승온하여 열처리하는 공정을 의미한다. 본 발명에 따른 온라인 합금화 열처리 방식에서는 용융 알루미늄 도금 후 도금층이 냉각되어 굳어지기 전에 합금화를 위한 열처리가 시작되기 때문에 짧은 시간에 합금화가 가능하다. 종래 알려진 알루미늄 도금 강판의 도금층 성분계에서는 합금화 속도가 느려 짧은 시간 안에 충분한 합금화를 완료시킬 수 없었기 때문에, 도금 후 바로 열처리하는 온라인(on-line) 합금화 방법을 적용하기 어려웠다. 그러나, 본 발명에서는 합금화 속도에 영향을 미치는 도금욕의 조성 및 제조 조건 등을 제어함으로써 1~20초의 비교적 짧은 열처리 시간에도 불구하고 알루미늄 도금층의 합금화를 이룰 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 열처리 온도는 550℃ 이상 650℃ 미만의 범위일 수 있다. 상기 합금화 열처리 온도는 열처리되는 강판의 표면온도를 기준으로 하고, 상기 합금화 열처리 온도가 550℃ 미만이면 도금층의 합금상이 50% 이하로 형성되는 문제가 있고, 상기 합금화 열처리 온도가 650℃ 이상이면 도금층이 완전히 합금화되어 파우더링성이 발생할 수 있는 문제가 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 합금화 열처리 시 유지 시간은 1~20초 범위에서 행할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 합금화 열처리 시 유지시간이라 함은 강판에서 상기 가열 온도(편차 ±10℃ 포함)가 유지되는 시간을 의미한다. 상기 유지 시간을 1초 이상으로 함으로써 충분한 합금화가 가능해지고, 상기 유지 시간을 20초 이하로 함으로써 생산성 확보의 효과가 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명의 효과를 보다 향상시키기 위해, 상기 합금화 열처리 시 유지 시간의 하한은 2초일 수 있고, 보다 바람직하게는 5초일 수 있다. 마찬가지로, 상기 합금화 열처리 시 유지 시간의 상한은 15초일 수 있고, 보다 바람직하게는 10초일 수 있다.

전술한 바와 같이, 종래 기술에서는 Si가 포함됨으로써 Fe의 확산이 억제되므로 20초 이하의 짧은 시간에 합금화가 이루어지는 것이 불가능했던 반면, 본 발명에 의하면, 도금욕의 조성 및 합금화 열처리 시의 조건을 제어함으로써, 20초 이하라는 비교적 짧은 시간에 합금화가 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따른 알루미늄 합금 도금강판의 제조방법은, 상기 합금화 처리 후에 냉각하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 냉각은 도금욕으로부터 배출된 강판을 300℃의 온도 범위까지 5~50℃/s의 냉각속도로 냉각할 수 있다. 한편, 상기 냉각은 공냉(Air cooling), 수냉(mist cooling)일 수 있고, 본 발명의 일 측면에 따르면, 가장 바람직하게 상기 냉각은 수냉(mist cooling)일 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 보다 바람직하게 상기 냉각속도를 10~30℃/s로 함으로써 on-line 상에서 기존 용융도금라인을 이용하여 추가 설비없이 냉각할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 냉각은 5~20초 동안 실시할 수 있고, 상기 냉각 시간을 10초 이상으로 함으로써 충분한 냉각효과가 발휘될 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 일 측면은, 전술한 알루미늄 합금 도금 강판을 열간 프레스 성형하여 얻어지는 열간 성형 부재를 제공한다.

상기 열간 프레스 성형은 당해 기술분야에서 일반적으로 이용되는 방법을 이용할 수 있다. 예컨대 도금 강판을 800~950℃의 온도범위에서 3~10분 가열한 후, 프레스(press)를 이용하여 상기 가열된 강판을 원하는 형상으로 열간 성형할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 열간 프레스 성형 부재의 소지강판의 조성은 전술한 소지강판의 조성과 동일할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에서 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.

(실시예)

먼저, 소지 강판으로 하기 표 1의 조성을 가지는 두께 1.2㎜인 열간 프레스 성형용 냉연강판을 준비한 후, 소지강판을 침지하고 초음파 세척하여 표면에 존재하는 압연유 등의 물질을 제거하였다.

원소	C	Si	Mn	Ti	B	Fe
함량(%)	0.22%	0.25%	Mn:1.3%	0.03%	25ppm	bal

이후, 이를 환원성 분위기로 유지되고 있는 로(Furnace)에서 소둔 온도 800℃, 소둔시간 50초에서 열처리한 후에, 상기 소지 강판을 Zn: 3~30%, Si: 0.1~1.5%, 잔부 Al의 조성을 충족하는 도금욕에 침지하여 알루미늄 도금을 실시하였다. 상기 도금욕 침지 시, 침지 온도는 도금욕의 온도와 동일하게 유지하였고, 도금욕의 온도는 각각의 도금 성분계의 용융점에 대해 일괄적으로 40℃ 상향시킨 온도로 도금욕을 유지하였다. 도금량은 합금화를 비교하기 위하여 에어와이핑을 이용하여 편면 60g/m²으로 일정하게 유지하였다.

이어서, 알루미늄 도금된 강판을 200~300℃로 가열된 공기를 상기 알루미늄 도금 강판에 공급하여 냉각하였다. 이후, 합금화 열처리 하여, 하기 표 2에 나타낸 알루미늄계 합금 도금 강판을 제조하였다. 한편, 하기 표 2의 실험예들 중, 완전합금화로 표시된 예는 650~750℃의 범위에서 합금화를 실시하였고, 부분합금화로 표시된 예는 550℃ 이상 650℃ 미만의 범위에서 합금화를 실시하였다.

구분	합금화 도금층						비합금화 도금층				비고	도금층 에서의 합금상 분율
	성분					합금층 두께	성분			미합금층두께
	Al	Zn	Mn	Fe	Si	합금층 두께	Al	Zn	Si	미합금층두께
비교예 1	bal	1	0	46	0	10	bal	-	-	-	완전합금화	100%
비교예 2	bal	1	2	50	7	30	bal	1.5	8.4	5	부분합금화	86%
비교예 3	bal	2	1	44	2	20	bal	-	-	-	완전합금화	100%
비교예 4	bal	2	1	45	5	30	bal	3	6	5	부분합금화	86%
비교예 5	bal	10	3	47	2	20	bal	-	-	-	완전합금화	100%
비교예 6	bal	12	2	39	8	5	bal	18	9.6	20	부분합금화	20%
비교예 7	bal	15	1	38	2	5	bal	-	-	-	완전합금화	100%
비교예 8	bal	20	2	35	8	10	bal	30	9.6	20	부분합금화	33%
비교예 9	bal	25	3	36	9	10	bal	37.5	10.8	15	부분합금화	40%
비교예 10	bal	35	5	40	1	25	bal		1.2		완전합금화	100%
발명예 1	bal	1	0.5	35	0.1	10	bal	1.5	0.1	10	부분합금화	50%
발명예 2	bal	1	0.3	50	1.5	20	bal	1.5	1.8	5	부분합금화	80%
발명예 3	bal	5	1	37	0.1	10	bal	7.5	0.12	5	부분합금화	67%
발명예 4	bal	5	0.5	48	1.5	20	bal	7.5	1.8	1	부분합금화	95%
발명예 5	bal	15	0.5	46	0.1	15	bal	22.5	0.1	1	부분합금화	94%
발명예 6	bal	15	0.1	42	1	15	bal	22.5	1.2	5	부분합금화	75%
발명예 7	bal	15	0.7	35	1.5	20	bal	22.5	1.8	6	부분합금화	77%
발명예 8	bal	20	1.5	47	0.1	12	bal	30	0.1	12	부분합금화	50%
발명예 9	bal	20	1	43	1	15	bal	30	1.2	10	부분합금화	60%
발명예 10	bal	20	2	36	1.5	25	bal	30	1.8	5	부분합금화	83%

전술한 방법으로 제조된 알루미늄 합금 도금 강판에 있어서, 합금화 도금층에서의 각 성분 함량 및 두께를 측정하여 상기 표 3에 나타내었고, 상기 합금화 도금층에서의 성분은 ICP(Inductive Coupled Plasma Stectroscopy)를 이용하여 습식방법으로 측정하였고, 두께는 전자현미경으로 단면을 관찰하여 측정하였다.

한편, 알루미늄 합금 도금 강판의 물성 평가를 위해, 하기와 같은 방법으로 소착성, 내식성 및 파우더링성을 평가하였고, 평가 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

[소착성]

이렇게 제조된 도금 강판에 대하여, 도금의 물성 평가를 위해 900℃의 조건에서 5분간 가열한 후, 합금화 도금층이 다이(die)에 융착되어 있는 지를 육안으로 관찰하여 하기와 같은 기준으로 평가하였다.

○: 소착없음

×: 도금층 용융으로 인한 다이 흡착이 발생

[내식성]

720시간 염수 분무 실험을 한 후, 표면에 형성된 부식 생성물을 제거하고, 부식에 의해 형성된 부식의 깊이를 측정하여 하기와 같이 기준치(70㎛) 이하일 경우를 양호로 하기 표 3에 나타내었다.

○: 70㎛ 이하

×: 70㎛ 초과

[파우더링성]

60° 밴딩(bending) 실험을 이용하여 도금층의 박리여부를 평가하여 하기 표 3에 나타내었다.

	합금화온도 [℃]	합금화시간 [초]	소착성	내식성	파우더링성
비교예 1	720	15	○	○	X
비교예 2	680	20	○	○	X
비교예 3	700	15	○	○	X
비교예 4	670	20	○	○	X
비교예 5	680	15	○	○	X
비교예 6	650	20	X	X	○
비교예 7	680	10	○	X	X
비교예 8	670	20	X	○	○
비교예 9	680	15	X	○	○
비교예 10	700	10	○	○	X
발명예 1	620	5	○	○	○
발명예 2	640	10	○	○	○
발명예 3	630	5	○	○	○
발명예 4	630	10	○	○	○
발명예 5	600	5	○	○	○
발명예 6	580	5	○	○	○
발명예 7	630	5	○	○	○
발명예 8	590	10	○	○	○
발명예 9	610	7	○	○	○
발명예 10	640	5	○	○	○

상기 표 3에서와 같이, 본 발명에서 규정하는 합금화 도금층의 조성, 비합금화 도금층의 조성 및 제조 조건을 충족하는 발명예 1~10은 소착성, 내식성 및 파우더링성 개선의 효과가 우수함을 확인하였다. 반면, 본 발명에서 규정하는 합금화 도금층의 조성, 비합금화 도금층의 조성 및 제조 조건 중 어느 하나라도 만족하지 못하는 비교예 1~10은 소착성, 내식성 및 파우더링성 중 어느 하나의 효과가 좋지 못하였다.

또한, 발명예 1에 해당하는 알루미늄계 합금 도금 강판의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진을 도 1에 나타내었고, 이로부터 측정되는 합금화 도금층과 소지 강판의 계면 조도가 2.5㎛ 이하임을 확인하였다.

반면, 비교예 1에 해당하는 알루미늄계 합금 도금 강판의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진을 도 2에 나타내었고, 이로부터 측정되는 합금화 도금층과 소지 강판의 계면 조도는 2.5㎛를 초과하였다. 이러한 상기 발명예 1 및 비교예 1에 대한 파우더링성을 평가한 결과를 도 3에 나타내었고, 도 3(a)가 발명예 1을, 도 3(b)가 비교예 1을 나타낸다.

Claims

소지 강판;
상기 소지 강판 상에 형성된 합금화 도금층; 및
상기 합금화 도금층 상에 형성된 비합금화 도금층을 포함하고,
상기 합금화 도금층은 중량%로, Fe: 35~50%, Zn: 1~20%, Si: 0.1~1.5%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
상기 비합금화 도금층은 중량%로, Zn: 1~30%, Si: 0.1~1.8%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
상기 합금화 도금층과 소지 강판의 계면 조도가 2.5㎛ 이하인, 알루미늄계 합금 도금 강판.
제 1 항에 있어서,
상기 합금화 도금층의 두께는 5~25㎛이고,
상기 비합금화 도금층의 두께는 1~10㎛인, 알루미늄계 합금 도금 강판.
제 1 항에 있어서,
비합금화 도금층 중의 Zn 함량은 합금화 도금층 중의 Zn 함량보다 큰 것인, 알루미늄계 합금 도금 강판.
제 1 항에 있어서,
전체 도금층에서의 합금상 분율은 50% 이상인, 알루미늄계 합금 도금 강판.
제 1 항에 있어서,
상기 소지 강판은 중량%로, 중량%로, C: 0.05~0.3%, Si: 0.1~1.5%, Mn: 0.5~8%, B: 50ppm이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는, 알루미늄계 합금 도금 강판.
제 1 항에 있어서,
상기 합금화 도금층 내 Si 함량은 0.1~0.5%인, 알루미늄계 합금 도금 강판.
열간 프레스 성형에 이용되는 알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법으로서,
소지 강판을 준비하는 단계;
상기 소지 강판을, 중량%로, Zn: 3~30%, Si: 0.1~1.5%, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 도금욕에 침지하여 알루미늄 도금 강판을 얻는 단계;
알루미늄 도금 후, 200~300℃로 가열된 공기를 상기 알루미늄 도금 강판에 공급하여 알루미늄 도금 강판의 표면에 산화피막을 형성하는 냉각 단계; 및
상기 냉각 후 연속하여 550℃ 이상 650℃ 미만의 가열 온도 범위에서 1~20초 유지하여 열처리하는 온라인(on-line) 합금화를 통해 알루미늄계 합금 도금 강판을 얻는 단계;를 포함하는, 알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법.
제 7 항에 있어서,
상기 합금화 처리 후 냉각하는 단계를 더 포함하는, 알루미늄계 합금 도금강판의 제조방법.
제 7 항에 있어서,
상기 도금 시, 편면당 도금량은 20~100g/m²인 것인, 알루미늄계 합금 도금강판의 제조방법.
제 8 항에 있어서,
상기 합금화 처리 후 냉각은 공냉인 것인, 알루미늄계 합금 도금강판의 제조방법.
제 7 항에 있어서,
상기 산화 피막은 표면에 용융 알루미늄 도금층 전체 두께에 대하여 10% 이상 형성되는 것인, 알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법.
제 1 항의 알루미늄계 합금 도금 강판을 열간 프레스 성형하여 얻어지는, 열간 성형 부재.