KR20220041502A - 로내 노점 제어를 통하여 가공성이 증가된 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법 - Google Patents

로내 노점 제어를 통하여 가공성이 증가된 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 로내 노점 제어를 통하여 가공성이 증가된 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법, 냉연강판을 제조하는 단계; 상기 냉연강판을 780 ~ 850℃에서 소둔 열처리하는 단계; 상기 소둔 열처리된 냉연강판을 450 ~ 500℃에서 용융아연도금하는 단계; 및 상기 용융아연도금된 냉연강판을 500℃ ~ 650℃에서 합금화처리하여, 합금화 용융아연도금 강판을 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 소둔 열처리 단계는, 상기 냉연강판에 내부 산화층을 형성하도록, 로내 노점을 -5℃ 내지 -20℃ 범위로 제어한다.

Description

로내 노점 제어를 통하여 가공성이 증가된 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법{Method of manufacturing galvannealed steel having excellent formability by controlling dew point}
본 발명의 기술적 사상은 합금화 용융아연도금 강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 로내 노점 제어를 통하여 가공성이 증가된 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법에 관한 것이다.
종래에는 합금화 용융아연도금 강판(GA 강판)의 강도 향상을 위해 망간(Mn), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 등의 첨가 원소를 강에 첨가하였다. 최근에는 연성 증가 및 원가 절감 등의 목적으로 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 등의 첨가 원소를 실리콘(Si) 또는 알루미늄(Al)으로 대체하고 있다. 하지만, 실리콘(Si)과 알루미늄(Al)은 산화성이 높아, 소둔 열처리 중에 산소 혹은 수증기와 반응하여 강판 표면에 단독 산화물 또는 복합 산화물을 형성하게 되고, 이는 후속의 아연도금 시 도금의 강판 표면의 젖음성과 균일한 확산을 방해하게 된다. 또한, 합금화 용융아연도금 강판의 아연-철 합금상과 같은 표면 조직을 조대화하고, 국부적인 크래이터를 형성시켜, 조도가 증가하고 표면 거칠기가 증가된다. 이와 같이, 조도가 증가한 합금화 용융아연도금 강판은 마찰계수가 높아져, 프레스 성형시 가공성이 열악해진다. 종래에는, 합금화 용융아연도금 강판의 조도를 감소시키고자 조질 압연을 실시하지만, 조대한 도금 조직 및 크래이터에 의한 조도 증가를 해결하기 어렵다.
한국특허출원번호 제2012-0144482호
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 로내 노점 제어를 통하여 가공성이 증가된 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 로내 노점 제어를 통하여 가공성이 증가된 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법은, 냉연강판을 제조하는 단계; 상기 냉연강판을 780 ~ 850℃에서 소둔 열처리하는 단계; 상기 소둔 열처리된 냉연강판을 450 ~ 500℃에서 용융아연도금하는 단계; 및 상기 용융아연도금된 냉연강판을 500℃ ~ 650℃에서 합금화처리하여, 합금화 용융아연도금 강판을 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 소둔 열처리 단계는, 상기 냉연강판에 내부 산화층을 형성하도록, 로내 노점을 -5℃ 내지 -20℃ 범위로 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 소둔 열처리하는 단계는, 냉연강판을 150 ~ 200℃로 예열하는 단계; 상기 냉연강판을 750℃ ~ 850℃로 가열하는 단계; 상기 냉연강판을 750℃ ~ 850℃에서 균일하게 가열하는 단계; 상기 냉연강판을 3 ~ 15℃/s의 냉각 속도로 650 ~ 670℃로 서냉하는 단계; 및 상기 냉연강판을 10 ~ 35℃/s의 냉각 속도로 300 ~ 450℃로 급냉하는 단계; 를 포함하고, 상기 가열하는 단계에서, 로내 노점을 -5℃ 내지 -20℃ 범위로 제어하기 위하여 물을 분사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 소둔 열처리 단계는, 3% ~ 20 %의 수소 농도 하에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 냉연강판을 제조하는 단계는, 상기 강 슬라브를 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강 슬라브를 열간 압연하여 열연강판을 형성하는 단계; 및 상기 열연강판을 냉간 압연하여 상기 냉연강판을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 냉연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.12% ~ 0.22%, 실리콘(Si): 0.5% ~ 2.4%, 망간(Mn): 1.5% ~ 3.0%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.5%, 크롬(Cr): 0% 초과 ~ 0.05%, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.05%, 몰리브덴(Mo): 0% 초과 ~ 0.05%, 니오븀(Nb): 0% 초과 ~ 0.05%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.005%, 및 잔부는 철과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 합금화 용융아연도금 강판은, 0.5 μm 내지 1.5 μm 범위의 표면 거칠기(Ra)를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 합금화 용융아연도금 강판은, 0.11 내지 0.13 범위의 마찰계수를 가질 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 상기 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법은, 로내 노점을 -20℃ 이상으로 제어하여, 냉연강판의 내부에 내부 산화물을 형성시킴으로써, 표면 거칠기를 감소시키고, 마찰계수를 저감시켜 가공성을 향상시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 합금화 용융아연도금 강판의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법에서 사용되는 소둔 열처리 장치를 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 도 2의 소둔 열처리 장치에서, 분사부를 도시하는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 합금화 용융아연도금 강판의 제조 방법을 이용하여 형성한 용융아연도금 강판에 대한 결과를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 합금화 용융아연도금 강판의 제조 방법을 이용하여 형성한 합금화 용융아연도금 강판에 대한 결과를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 합금화 용융아연도금 강판의 제조 방법을 이용하여 형성한 합금화 용융아연도금 강판의 미세조직 형성 메커니즘을 설명하는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 합금화 용융아연도금 강판의 제조 방법을 이용하여 형성한 합금화 용융아연도금 강판의 마찰계수를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 합금화 용융아연도금 강판의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 상기 합금화 용융아연도금 강판의 제조 방법은, 냉연강판 제조단계(S10); 소둔 열처리 단계(S20); 용융아연도금 단계(S30); 및 합금화 처리 단계(S40)를 포함한다. 구체적으로, 상기 용융아연도금 강판의 제조 방법은, 냉연강판을 제조하는 단계(S10); 상기 냉연강판을 소둔 열처리하는 단계(S20); 상기 소둔 열처리된 냉연강판을 용융아연도금하는 단계(S30); 및 상기 용융아연도금된 냉연강판을 합금화처리하여, 합금화 용융아연도금 강판을 제조하는 단계(S40);를 포함한다.
구체적으로, 상기 합금화 용융아연도금 강판의 제조 방법은, 냉연강판을 제조하는 단계; 상기 냉연강판을 780 ~ 850℃에서 소둔 열처리하는 단계; 상기 소둔 열처리된 냉연강판을 450 ~ 500℃에서 용융아연도금하는 단계; 및 상기 용융아연도금된 냉연강판을 500℃ ~ 650℃에서 합금화처리하여, 합금화 용융아연도금 강판을 제조하는 단계;를 포함한다,
상기 냉연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.12% ~ 0.22%, 실리콘(Si): 0.5% ~ 2.4%, 망간(Mn): 1.5% ~ 3.0%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.5%, 크롬(Cr): 0% 초과 ~ 0.05%, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.05%, 몰리브덴(Mo): 0% 초과 ~ 0.05%, 니오븀(Nb): 0% 초과 ~ 0.05%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.005%, 및 잔부는 철과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
소둔 열처리 단계(S20)는, 상기 냉연강판에 내부 산화층을 형성하도록, 로내 노점을 -5℃ 내지 -20℃ 범위로 제어한다. 이와 같이 로내 노점을 -20℃ 이상으로 제어함에 따라, 산화력이 높은 실리콘이나 알루미늄이 냉연강판의 표면에 표면 산화층을 형성하는 것을 억제하고, 냉연강판의 내부에 내부 산화층을 형성하도록 유도할 수 있다.
이하에서는, 상기 용융아연도금 강판의 제조 방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.
냉연강판 제조단계 (S10)
상기 냉연강판 제조단계(S10)는, 중량%로, 탄소(C): 0.12% ~ 0.22%, 실리콘(Si): 0.5% ~ 2.4%, 망간(Mn): 1.5% ~ 3.0%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.5%, 크롬(Cr): 0% 초과 ~ 0.05%, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.05%, 몰리브덴(Mo): 0% 초과 ~ 0.05%, 니오븀(Nb): 0% 초과 ~ 0.05%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.005%, 및 잔부는 철과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 적용하여 냉연강판을 제조하는 단계이다. 상기 조성 비율은 상기 냉연강판 전체 중량에 대한 비율을 지칭한다
탄소(C): 0.12% ~ 0.22%
탄소(C)는 강의 강도, 인성 및 용접부 인성에 영향을 미치는 원소이다. 탄소(C)의 함량이 0.12% 미만인 경우에는, 원하는 항복강도 및 연신율 확보가 어렵다. 탄소(C)의 함량이 0.22%를 초과하는 경우에는, 초정 페라이트 형성으로 인한 슬라브에 크랙이 발생할 가능성이 높아지며, 인성의 저하 및 용접성의 저하를 초래한다. 따라서, 탄소(C)의 함량을 냉연강판 전체 중량의 0.12% ~ 0.22%로 첨가하는 것이 바람직하다.
실리콘(Si): 0.5% ~ 2.4%
실리콘(Si)은 탈산제로 작용하며, 고용강화에 효과적으로 작용하는 원소이고, 강의 인성 및 연성을 개선하는 작용을 하는 원소이다. 실리콘(Si)의 함량이 0.5% 미만인 경우에는, 실리콘 첨가 효과가 미약하다. 실리콘(Si)의 함량이 2.4%를 초과하는 경우에는, 실리콘-리치 산화물에 의하여 미도금 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 실리콘(Si)의 함량을 냉연강판 전체 중량의 0.5% ~ 2.4%로 첨가하는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 1.5% ~ 3.0%
망간(Mn)은 철(Fe)과 비슷한 원자 직경을 갖는 치환형 원소로서, 고용강화에 매우 효과적이며 강의 경화능을 향상시켜 열처리 후 강도확보에 효과적인 원소이다. 망간(Mn)의 함량이 1.5% 미만인 경우에는, 망간 첨가 효과가 미약하다. 망간(Mn)의 함량이 3.0%를 초과하는 경우에는, MnS 개재물을 생성하고, 슬라브/코일에 중심편석 등을 발생시킴으로써 강의 연성 및 충격특성을 크게 저하시킨다. 따라서, 망간(Mn)의 함량을 냉연강판 전체 중량의 1.5% ~ 3.0%로 첨가하는 것이 바람직하다.
알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.5%
알루미늄(Al)은 탈산제로 사용되는 동시에 실리콘과 같이 시멘타이트 석출을 억제하고 오스테나이트를 안정화하는 역할을 하며 강도를 향상시키는 역할을 한다. 알루미늄(Al)의 함량이 0.01% 미만인 경우에는, 알루미늄 첨가 효과가 미약하다. 알루미늄의 함량이 0.5%를 초과하는 경우에는, 알루미늄 산화물 등에 의하여 열간 취성이 발생하여 크랙 발생과 연성이 저하될 수 있고, 강 내에 존재하는 질소(N)와 결합하여 조대한 AlN계 질화물을 생성하는 문제가 있다. 따라서, 알루미늄(Al)의 함량을 냉연강판 전체 중량의 0.01% ~ 0.5%로 첨가하는 것이 바람직하다.
크롬(Cr): 0% 초과 ~ 0.05%
크롬(Cr)은 고용 강화에 효과적으로 작용하여 강도를 향상시키는 원소로서, 강의 경화능을 향상시켜 고강도를 확보할 수 있게 한다. 크롬(Cr)의 함량이 0.05%를 초과하는 경우에는, 인성이 저하되고, 내용접 균열특성이 저하될 수 있다. 따라서, 크롬(Cr)의 함량을 냉연강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.05%로 첨가하는 것이 바람직하다.
티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.05%
티타늄(Ti)은 결정립 미세화, 균일화를 통한 고항복 및 높은 굽힘성을 위해 첨가한다. 티타늄(Ti)은 BN의 형성을 억제하고, TiC를 형성하여 마르텐사이트의 경도를 감소시키고 페라이트의 경도를 증가시킨다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.01% 미만인 경우에는, AIN 또는 BN 석출물이 과다하게 석출될 수 있다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.05%를 초과하는 경우에는, 재결정 온도가 지나치게 올라가 불균일 조직을 유발할 수 있다. 따라서, 티타늄(Ti)의 함량을 냉연강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.05%로 첨가하는 것이 바람직하다.
몰리브덴(Mo): 0% 초과 ~ 0.05%
몰리브덴(Mo)은 탄화물 성장을 억제하여, 탄화물의 크기를 제어하는 역할을 할 수 있다. 다만, 몰리브덴이 0.05%를 초과하는 경우에는, 상기 효과가 포화되고, 제조 원가 상승의 단점이 있다. 따라서, 몰리브덴(Mo)의 함량을 냉연강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.05%로 첨가하는 것이 바람직하다.
니오븀(Nb): 0% 초과 ~ 0.05%
니오븀(Nb)은 탄소 및 질소와 결합하여 탄화물 또는 질화물을 형성하여 강도를 증가시킬 수 있는 석출 경화형 원소이다. 니오븀(Nb)의 함량이 0.05%를 초과하는 경우에는, 항복 강도 및 항복비가 증가하고 연신율이 감소하여 가공성을 저하시킨다. 따라서, 니오븀(Nb)의 함량을 냉연강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.05%로 첨가하는 것이 바람직하다.
인(P): 0% 초과 ~ 0.02%
인(P)은 강도 향상에 일부 기여하나, 용접부 인성 및 저온 충격인성을 저하시키고, 중심 편석은 물론 미세 편석도 형성하여 재질에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다. 따라서, 인(P)은 함량이 낮으면 낮을수록 좋다. 따라서, 인(P)의 함량을 냉연강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.02%로 제한하는 것이 바람직하다.
황(S): 0% 초과 ~ 0.005%
황(S)은 인(P)과 함께 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, MnS 와 같은 비금속개재물을 형성하고, 저융점 원소로서 입계 편석 가능성이 높아 인성을 저하시킨다. 따라서, 황(S)의 함량을 냉연강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.005%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 냉연강판의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다.
상기 냉연강판 제조단계(S10)는 상기 강 슬라브를 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강 슬라브를 열간 압연하여 열연강판을 형성하는 단계; 상기 열연강판을 권취하는 단계; 및 상기 열연강판을 냉간 압연하여 상기 냉연강판을 형성하는 단계;를 포함하여 구성될 수 있고, 이에 따라 상기 냉연강판을 제조할 수 있다. 상기 권취하는 단계는 선택적으로 생략될 수 있다.
상기 강 슬라브 재가열 단계는 상기 냉연강판은 상기 강 슬라브를 재가열하는 단계이다. 예를 들어, 상기 재가열은, 상기 강 슬라브를 1200 ~ 1250℃로 가열하는 단계; 및 상기 가열된 강 슬라브를 1150 ~ 1200℃에서 가열 유지하는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 가열구간 1200 ~ 1250℃에서 오스테나이트 조직을 균일화 하는 한편, 석출물을 재용해한 후, 상기 강 슬라브를 추출하기 전에 유지구간 1150 ~ 1200℃에서 10분 ~ 30분 동안 유지하여 석출물의 핵을 미세하게 분포시킨다. 상기 가열 및 가열 유지 시간을 포함하는 강 슬라브의 재가열 시간은 1 ~ 2 시간 일수 있다.
상기 열간 압연 단계는 상기 재가열된 강 슬라브를 880 ~ 930℃의 마무리 압연온도에서 열간 압연하는 단계이다. 상기 마무리 압연온도 조건으로 열간 압연 시, 상기 도금 강판의 결정립 크기가 적절하게 형성되어 강도가 우수하고, 균일한 미세조직이 발생하여 성형성이 우수할 수 있다.
상기 권취 단계는 상기 열간 압연된 강 슬라브를 권취하여 열연 코일을 제조하는 단계이다. 상기 권취는 600 ~ 750℃의 권취온도에서 이루어질 수 있다. 상기 온도로 권취 시 내시효성, 성형성 및 강도가 모두 우수할 수 있다.
상기 냉간 압연 단계는 상기 열연 코일을 언코일링하여 산세 후, 냉간 압연하는 단계이다. 상기 냉간 압연은 70 ~ 80%의 압하율로 실시될 수 있다.
소둔 열처리 단계(S20)
상기 소둔 열처리 단계(S20)는 상기 냉연강판을 소둔 열처리하는 단계이다. 상기 소준 열처리 단계는 연속 소둔 방식으로 실시할 수 있다. 상기 소둔 열처리는 -5℃ 내지 -20℃의 로내 노점 및 780 ~ 850℃에서 이루어질 수 있다. 상기 소둔 열처리는, 상기 냉연강판을 소둔 열처리로(또는 환원로)에 장입하여 가열 구간과 냉각 구간을 순차적으로 거쳐 실시할 수 있다.
상기 가열구간에서는, 공기 및 연료의 혼합기체를 강판 표면에서 연소시켜 가열할 수 있다. 상기 가열구간에서는 직접 가열로(direct fired furnace: DFF)를 이용하여 상기 냉연강판을 10 ~ 20℃/s의 가열 속도로 급속 가열한 다음, 상기 급속 가열된 냉연강판을 질소 및 수소를 포함하는 환원 가스 분위기에서, 간접 가열로(radiant tube furnace: RTF)를 이용하여 가열할 수 있다. 상기 수소 농도는 3% ~ 20 % 범위일 수 있다. 상기 냉연강판은 가열구간에서 780℃ ~ 850℃로 가열될 수 있다. 상기 온도 범위로 가열 시, 상기 강판 표면의 산화물 환원 효과가 우수하여 도금성이 우수하고, 결정립이 미세화될 수 있으며, 이에 따라 상기 강판의 물성 및 가공성이 향상될 수 있다. 상기 가열구간은, 예열 구간, 가열 구간, 및 균열 구간을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 냉각구간에서는, 상기 냉연강판을 서냉한 다음, 급랭할 수 있다. 상기 서냉은 3 ~ 15℃/s의 냉각 속도로 실시될 수 있다. 상기 조건으로 냉각 시, 상기 강판의 성형성이 우수할 수 있다. 상기 급랭은, 상기 냉연강판을 급랭하여 마르텐사이트 온도영역까지 냉각할 수 있다. 상기 냉각은 10 ~ 35℃/s의 냉각 속도로 실시될 수 있다. 상기 조건으로 냉각 시, 본 발명의 도금 강판의 성형성이 우수할 수 있다. 상기 서냉 및 급랭은, 상기 냉연강판을 롤 ??칭(Roll Quenching) 방식 및 가스젯 방식(Gas Jet) 등을 사용하여 냉각할 수 있다.
또한, 필요한 경우, 상기 소둔 열처리 단계는 과시효 구간을 더 포함할 수 있다. 상기 과시효 구간에서는 상기 냉각된 냉연강판을 420 ~ 500℃에서 20 ~ 200초 동안 과시효 처리할 수 있다. 상기 조건에서 고용된 탄소(C)를 최대한 석출하여 상기 강판의 물성 및 도금 밀착성을 향상시킬 수 있다.
상기 소둔 열처리는 하기에 설명한 바와 같이, 열처리로 내부에 물을 분사하여 상기 로내 노점을 제어하여 수행될 수 있다. 참고로, 노점(露點)은 공기가 냉각되면서, 함유하는 수증기가 포화되어 상기 수증기의 응결이 시작되는 온도이다. 공기의 온도와 이슬점의 온도가 같아지는 순간 공기 안의 수증기가 액화된다. 따라서, 로내 노점은 소둔 열처리가 수행되는 로 내에서의 수증기 증기압에 따른 이슬점의 온도를 의미한다.
용융아연도금 단계(S30)
상기 용융아연도금 단계(S30)는 상기 소둔 열처리된 냉연강판을 아연 도금액에 침지하여 용융아연도금하는 단계이다. 상기 소둔 열처리된 냉연강판을 용융아연 도금액에 침지하여 강판 표면에 도금층을 형성할 수 있다. 상기 용융아연 도금은 450 ~ 500℃에서 이루어질 수 있다. 상기 용융아연도금을 통하여 강판의 내식성을 확보할 수 있다.
합금화 처리 단계(S40)
상기 용융아연도금층이 형성된 냉연강재를 합금화 열처리하여 합금화 용융아연도금 강판을 형성하는 단계이다. 상기 합금화 열처리는 500℃ ~ 650℃에서 10초 ~ 60초 동안 실시될 수 있다. 상기 조건으로 합금화 열처리시 용융아연도금층이 안정적으로 성장되면서, 도금층의 밀착성이 우수할 수 있다. 상기 합금화 열처리 온도가 500℃ 미만인 경우에는, 합금화가 충분히 진행되지 못해 용융아연도금층의 건전성이 저하될 수 있다. 상기 합금화 열처리 온도가 650℃를 초과하는 경우에는, 이상역 온도 구간으로 넘어가게 되면서 재질의 변화가 발생할 수 있다.
상술한 방법에 의하여 제조된 합금화 용융아연도금 강판은, 0.5 μm 내지 1.5 μm 범위의 표면 거칠기(Ra)를 가질 수 있다.
또한, 상기 합금화 용융아연도금 강판은, 0.11 내지 0.13 범위의 마찰계수를 가질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법에서 사용되는 소둔 열처리 장치(100)를 도시하는 개략도이다.
도 2를 참조하면, 소둔 열처리 장치(100)는, 예열대(110)(preheating section, PHS), 가열대(120)(heating section, HS), 균열대(130)(soaking section. SS), 서냉대(140)(slow cooling section, SCS), 및 급냉대(150)(rapid cooling section. RCS)를 포함한다.
냉연강판(M)은 예열대(110), 가열대(120), 균열대(130), 서냉대(140), 및 급냉대(150)를 연속적으로 이동하면서 소둔 열처리될 수 있다. 이러한 장치는 "환원로"로 지칭될 수 있다.
예열대(110)는 상기 냉연강판(M)을 150 ~ 200℃로 예열하는 구간이다. 예열대(110)는 가열대(120)의 폐가스 열을 예열을 위한 에너지로서 사용할 수 있다.
가열대(120)는 상기 냉연강판(M)을 소둔 열처리 온도, 예를 들어 780℃ ~ 850℃로 가열하는 구간이다.
균열대(130)는 상기 냉연강판(M)을 상기 소둔 열처리 온도, 예를 들어 780℃ ~ 850℃에서 균일하게 가열하는 구간이다. 균열대(130)에서는 냉연강판의 두께방향 또는 폭방향으로의 온도 편차가 없도록 균일하게 가열한다.
서냉대(140)는 상기 냉연강판(M)을 3 ~ 15℃/s의 냉각 속도로 650 ~ 670℃로 서냉하는 구간이다.
급냉대(150)는 상기 냉연강판(M)을 10 ~ 35℃/s의 냉각 속도로 300 ~ 450℃로 급냉하는 구간이다.
가열대(120)는, 로내 노점을 -5℃ 내지 -20℃ 범위로 제어하기 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이. 내부에 물을 분사하는 분사부(124)가 설치된다.
소둔 열처리 장치(100)를 이용한 상기 소둔 열처리 단계는, 냉연강판을 150 ~ 200℃로 예열하는 단계; 상기 냉연강판을 750℃ ~ 850℃로 가열하는 단계; 상기 냉연강판을 750℃ ~ 850℃에서 균일하게 가열하는 단계; 상기 냉연강판을 3 ~ 15℃/s의 냉각 속도로 650 ~ 670℃로 서냉하는 단계; 및 상기 냉연강판을 10 ~ 35℃/s의 냉각 속도로 300 ~ 450℃로 급냉하는 단계; 를 포함한다. 또한, 상기 가열하는 단계에서, 로내 노점을 -5℃ 내지 -20℃ 범위로 제어하기 위하여 물을 분사할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 도 2의 소둔 열처리 장치에서, 분사부를 도시하는 개략도이다.
도 3을 참조하면, 도 2의 A 영역 또는 B 영역이 확대되어 도시되어 있다. 냉연강판(M)은 이송롤(122)에 의하여 상하 방향으로 이송된다. 이송롤(122)의 상측에 분사부(124)가 배치되어 있고, 분사부(124)로부터 물이 가열대(120)의 내부에 분사되어 로내 노점을 -5℃ 내지 -20℃ 범위로 제어한다. 분사부(124)에서 분사된 물은 상기 냉연강판(M)에 직접적으로 분사될 수 있다. 분사부(124)는 롤의 형태를 가질 수 있고, 상기 롤의 표면에 형성된 분사홀에 의하여 분사가 이루어질 수 있다. 또한, 이러한 경우에는 분사부(124)는 냉연강판(M)의 이송을 가이드하는 가이드롤의 기능을 수행할 수 있다.
분사부(124)는 상기 A 영역에 배치되는 이송롤(122)의 전부 또는 일부에 상응하여 설치될 수 있다. 또한, 분사부(124)는 상기 B 영역에 배치되는 이송롤(122)의 전부 또는 일부에 상응하여 설치될 수 있다. 또한, 분사부(124)는 상기 A 영역 및 상기 B 영역에 배치되는 이송롤(122)의 전부에 설치되거나, 또는 일부에 대하여 설치될 수 있다. 또한, 분사부(124)는 하측에 배치된 이송롤(122) 뿐만 아니라 상측에 배치된 이송롤에 상응하여 설치될 수 있다.
그러나, 이러한 분사부(124)는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 다양한 양태로서 설치된 분사부를 포함할 수 있다. 예를 들어 로의 내부에 기 설치된 가습장치(humidifier)를 분사부(124)로서 사용할 수 있다.
실험예
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예에서는, 소둔 열처리시 로내 노점을 변화시킨 것 외에는 동일한 조성과 공정 조건으로 합금화 용융아연도금 강판을 제조하였다.
실시예와 비교예의 냉연강판의 조성은, 중량%로, 탄소(C): 0.16%, 실리콘(Si): 1.5%, 망간(Mn): 2.0%, 알루미늄(Al): 0.3%, 크롬(Cr): 0.01%, 티타늄(Ti): 0.01%, 몰리브덴(Mo): 0.01%, 니오븀(Nb): 0.01%, 인(P): 0.005%, 황(S): 0.002%, 및 잔부는 철과 기타 불가피한 불순물을 포함하였다.
용융도금모사장비를 이용하여 수행하였다. 비교예는 로내 노점을 -50℃로 유지하여 소둔 열처리를 수행하였고, 실시예는 로내 노점을 -20℃로 유지하여 수행하였다. 아연 도금욕은 아연(Zn), 0.11~0.14 중량%의 알루미늄(Al) 및 포화 철(Fe)을 포함하고, 460℃의 진입 온도를 가졌다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 합금화 용융아연도금 강판의 제조 방법을 이용하여 형성한 용융아연도금 강판에 대한 결과를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 냉연강판을 용융아연도금 처리하여 형성한 용융아연도금 강판에서, 비교예의 경우에는, 그래프와 단면 사진으로부터 냉연강판의 표면에 산화층이 집중적으로 형성된 것을 알 수 있다. 반면, 실시예의 경우에는 그래프에 냉연강판의 일정 깊이 내에서 내부 산화가 발생하여 내부 산화층이 발생한 것을 나타내고 있으며, 이는 단면 사진에서 흰색 영역 내의 흑색 물질들이 내부 산화층임을 알 수 있다. 이러한 내부 산화층은 비교예의 경우에는 관찰되지 않는다.
비교예의 경우에는, 냉연강판의 표면에 실리콘 산화물 또는 망간 산화물 등에 의한 표면 산화층이 형성되어, 상기 냉연강판과 아연 사이의 접촉을 방해하게 되어, 아연 도금욕 내에서 철과 아연의 합금화 반응이 국부적으로 발생하게 된다. 반면, 실시예의 경우에는, 소둔 열처리 중 로내 노점을 -20℃ 이상으로 상승시킴에 따라, 냉연강판의 내부에 실리콘 산화물 또는 망간 산화물 등에 의한 내부 산화층이 형성되어 상기 표면 산화층의 형성이 억제될 수 있고, 이에 따라 아연 도금욕 내에서 철과 아연의 합금화 반응이 균일하게 발생할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 합금화 용융아연도금 강판의 제조 방법을 이용하여 형성한 합금화 용융아연도금 강판에 대한 결과를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 용융아연도금 강판을 합금화 처리하여 형성한 합금화 용융아연도금 강판에서, 비교예의 경우에는, 표면 조직이 조대화되고 표면 거칠기가 증가되었고, 또한 크레이터가 생성된 것을 알 수 있다. 반면, 실시예는 표면 조직이 미세화되고, 표면 거칠가 감소되었고, 크레이터는 관찰되지 않았다. 실시예에서는, 내부산화층이 여전히 존재함을 확인할 수 있었다. 비교예의 표면 거칠기(Ra)는 2.1 μm 이었고, 실시예의 표면 거칠기(Ra)는 1.4 μm 이었다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 합금화 용융아연도금 강판의 제조 방법을 이용하여 형성한 합금화 용융아연도금 강판의 미세조직 형성 메커니즘을 설명하는 개략도이다.
도 6을 참조하면, 소둔 열처리 후, 비교예에서는 냉연강판의 표면에 표면 산화층이 형성되는 반면, 실시예에서는 로내 노점이 -20℃ 이상으로 산소를 제공할 수 있는 물이 충분히 많은 산화 환경이 형성되어, 냉연강판의 내부에 내부 산화층을 형성하게 되고, 상기 표면 산화층은 형성되지 않거나 억제될 수 있다. 이어서, 용융아연도금강판을 형성하면, 비교예에서는 표면 산화층이 상기 냉연강판의 표면을 차지하게 되어 철-아연 금속간화합물(Fe-Zn IMC)의 형성이 제한되게 되는 반면, 실시예에서는 상기 표면 산화층이 상대적으로 적으므로 냉연강판의 표면에 철-아연 금속간화합물이 형성되기 용이하게 된다. 이어서, 합금화 용융아연도금강판을 형성하면, 비교예에서는 먼저 형성된 철-아연 금속간화합물이 상대적으로 적으므로 합금화가 불충분하고 표면에 불균일하게 이루어지게 되어 크레이터의 형성 및 표면 거칠기가 증가되는 반면, 실시예에서는 먼저 형성된 철-아연 금속간화합물이 상대적으로 많으므로, 합금화가 충분하고 표면에 균일하게 이루어지게 되어, 크레이터의 형성을 방지하고 또한 표면 거칠기가 감소될 수 있다.
상술한 방법에 의하여 제조된 합금화 용융아연도금 강판은, 0.5 μm 내지 1.5 μm 범위의 표면 거칠기(Ra)를 가질 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 합금화 용융아연도금 강판의 제조 방법을 이용하여 형성한 합금화 용융아연도금 강판의 마찰계수를 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 1000N의 하중, 0.2 m/min의 비드 이동속도, 및 0.1 g/m2의 도유량을 이용하여 측정한 마찰계수가 나타나 있다. 비교예의 경우에는, 0.135 내지 0.15 범위의 마찰계수를 가지고, 평균 0.143의 마찰계수를 가졌다. 실시예의 경우에는, 0.11 내지 0.13 범위의 마찰계수를 가지고, 평균 0.125의 마찰계수를 가졌다. 따라서, 실시예는 비교예에 비하여 낮은 마찰계수를 가지게 되고, 이에 따라 합금화 용융아연도금 강판의 가공성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (7)

  1. 냉연강판을 제조하는 단계;
    상기 냉연강판을 780 ~ 850℃에서 소둔 열처리하는 단계;
    상기 소둔 열처리된 냉연강판을 450 ~ 500℃에서 용융아연도금하는 단계; 및
    상기 용융아연도금된 냉연강판을 500℃ ~ 650℃에서 합금화처리하여, 합금화 용융아연도금 강판을 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 소둔 열처리 단계는, 상기 냉연강판에 내부 산화층을 형성하도록, 로내 노점을 -5℃ 내지 -20℃ 범위로 제어하는,
    합금화 용융아연도금 강판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 소둔 열처리하는 단계는,
    냉연강판을 150 ~ 200℃로 예열하는 단계;
    상기 냉연강판을 750℃ ~ 850℃로 가열하는 단계;
    상기 냉연강판을 750℃ ~ 850℃에서 균일하게 가열하는 단계;
    상기 냉연강판을 3 ~ 15℃/s의 냉각 속도로 650 ~ 670℃로 서냉하는 단계; 및
    상기 냉연강판을 10 ~ 35℃/s의 냉각 속도로 300 ~ 450℃로 급냉하는 단계; 를 포함하고,
    상기 가열하는 단계에서, 로내 노점을 -5℃ 내지 -20℃ 범위로 제어하기 위하여 물을 분사하는,
    합금화 용융아연도금 강판의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 소둔 열처리 단계는, 3% ~ 20 %의 수소 농도 하에서 수행되는,
    합금화 용융아연도금 강판의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉연강판을 제조하는 단계는,
    상기 강 슬라브를 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 강 슬라브를 열간 압연하여 열연강판을 형성하는 단계; 및
    상기 열연강판을 냉간 압연하여 상기 냉연강판을 형성하는 단계;를 포함하는,
    합금화 용융아연도금 강판의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉연강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.12% ~ 0.22%, 실리콘(Si): 0.5% ~ 2.4%, 망간(Mn): 1.5% ~ 3.0%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 0.5%, 크롬(Cr): 0% 초과 ~ 0.05%, 티타늄(Ti): 0% 초과 ~ 0.05%, 몰리브덴(Mo): 0% 초과 ~ 0.05%, 니오븀(Nb): 0% 초과 ~ 0.05%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.005%, 및 잔부는 철과 기타 불가피한 불순물을 포함하는,
    합금화 용융아연도금 강판의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 합금화 용융아연도금 강판은, 0.5 μm 내지 1.5 μm 범위의 표면 거칠기(Ra)를 가지는,
    합금화 용융아연도금 강판의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 합금화 용융아연도금 강판은, 0.11 내지 0.13 범위의 마찰계수를 가지는,
    합금화 용융아연도금 강판의 제조방법.
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