KR20230079833A - 프레스 성형성 및 도장 선영성이 우수한 도금강판용 조질압연 롤, 이를 이용한 도금강판 및 도금강판의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 프레스 성형성 및 도장 선영성이 우수한 도금강판용 조질압연 롤, 이를 이용한 도금강판 및 도금강판의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 프레스 성형성 및 도장 선영성이 우수한 도금강판용 조질압연 롤, 이를 이용한 도금강판 및 도금강판의 제조방법에 관한 것이다.
도금강판은 내식성, 용접성 및 도장성이 우수하여 자동차 강판으로 많이 사용되고 있다. 특히 용융아연도금강판(GI강판)은 자동차 외판으로 사용되기 때문에 미려한 표면외관은 물론 프레스 가공시 우수한 성형성 및 우수한 도장 선영성이 요구되고 있다.
그러나 GI강판의 도금층은 합금화 과정에서 표면에 미시적인 요철이 형성되는 합금화 용융아연도금강판(GA강판)과 달리, 순수한 아연(에타상, η상)으로 구성되어 있으므로 도금 후의 표면이 평활하며 피막 자체가 부드럽기 때문에, 프레스 성형시 금형과의 응착 발생으로 도금층이 탈락하는 골링 현상이 발생하기 용이하다는 문제가 있다.
골링(galling)은 도금층의 일부가 박리된 후 금형 표면에 냉간 압접되어, 새로운 소재가 프레스 내부로 유입되어 성형될 때 소재 표면에 스크래치(scratch) 또는 덴트(dent) 결함을 내거나, 성형 중에 소재와의 마찰로 인하여 금형 표면에 압접된 도금층이 박리되면서 금형 소재의 일부를 같이 박리시키는 것을 말한다. 이러한 GI강판의 프레스 성형시 발생하는 골링은 도금강판의 프레스 성형품의 표면 품질 및 금형 수명에 막대한 영향을 주기 때문에 프레스 가공비 상승 원인이 되고 있다.
또한, GI강판의 표면은 아연의 응고조직인 스팽글의 입계 또는 소지(강판) 표면의 요철인 굴곡 등의 표면 불균일을 가지고 있다. 이와 같이 GI강판의 표면 불균일은 GI강판을 자동차 부품 가공 후 도장 처리한 후에도 잔류하여 도장된 표면에 물체를 비췄을 때 상이 왜곡되어 도장 선영성을 저하시키게 된다.
한편, 도장 선영성에 미치는 요인은 도장 소재인 GI강판의 오렌지 필, 굴곡 등과 같은 소재적인 요인과, 도료 및 도장조건 등의 도장 요인으로 구분할 수 있다.
최근, 도장 및 도료 기술의 획기적인 진보로 자동차 사에서는 비용 절감을 위하여 기존의 전착도장의 하도, 프라이머 도장인 중도, 베이스 코팅 및 클리어 코팅의 상도로 구성된 3-코트 도장 시스템에서 프라이머 도장인 중도를 생략하는 2-코트 도장 시스템의 적용을 적극 추진하고 있다. 프라이머 도장의 목적은 도장될 GI강판의 표면에 존재할 수 있는 요철, 오렌지 필 등의 표면 불균일성을 조정하는(덮는) 역할을 수행하는 것이다. 이러한 프라이머 도장 공정이 생략됨에 따라 도장 시스템의 전체 두께가 크게 감소될 뿐만 아니라, 프라이머 도장의 기능을 발휘할 수 없으므로 GI강판 표면 불균일성이 도장 후 그대로 노출될 우려가 있다. 따라서, 프라이머 공정 생략형인 2-코트 도장 시스템의 적용 추세에 따라 도장 소재인 GI강판의 표면품질을 보다 엄격히 요구하고 있는 실정이다.
이와 같이 GI강판이 자동차 외판용으로 사용되기 위해서는 프레스 성형성과 도장 선영성이 동시에 요구되고 있으나 종래의 기술들은 다음과 같이 별개의 기술로 대응하고 있다.
예를 들면, GI강판의 프레스 성형성을 개선시키기 위한 기술로서 특허문헌 1에는 레이저 가공으로 규칙적인 요철을 가지는 조질압연 롤로 압연하여 GI강판의 단위 면적당 오목부(凹部) 체적의 합을 0.0001~0.001mm2로 제어하는 기술을 개시하고 있다.
또한, GI강판의 도장 선영성을 개선시키기 위한 기술로서, 특허문헌 2에는 고체입자를 GI강판의 표면에 투사하여 GI강판의 평균표면조도(Ra)를 0.3~3㎛, 피크 수(PPI))를 250개/inch 이상(RPc의 경우 98개/㎝이상) 및 평균파상도(Wca)를 0.8㎛로 각각 조정하는 기술을 개시한다.
특허문헌 1과 특허문헌 3은 레이저 가공(LT)으로, 그리고 특허문헌 4는 전자 빔 가공(EBT)으로 조질압연 롤을 가공하여 롤의 조도 및 파상도를 조절한 롤을 사용하여 조질압연한 도금강판의 평균 표면조도(Ra) 및 단위 길이 당의 피크 수(RPc) 및 평균 파상도(Wca)를 제어하는 방법 등이 제안되어 있다.
그러나 상기 특허문헌 1에 의할 경우 GI강판의 단위면적당의 오목부(凹部) 체적의 합을 일정한 값 이상으로 조정하더라도 표면 요철의 형상에 따라 상이한 오일 함유량과 마찰 특성을 나타내므로 프레스 성형시 매우 다른 골링 거동을 나타내게 되고, 오목부의 합을 높이게 되면 선영성이 악화되는 문제가 발생하게 된다.
특허문헌 2 내지 4는 다양한 방법으로 조질압연 롤에 부여된 조도에 의해 GI강판의 형상 프로파일이 제거됨으로써 선영성이 향상될 수는 있으나, 골링성은 악회되는 문제가 있다.
즉, 자동차 외판용 GI강판은 프레스 성형성과 도장 선영성이 동시에 요구되고 있으나, 상기 종래의 기술들은 이를 고려하지 않고 있으며, 프레스 성형성이 만족되면 도장 선영성이 확보되지 않거나, 도장 선영성이 확보되면 프레스 성형성이 만족스럽지 못하다는 문제가 발생하였다.
본 발명의 일 측면은, 프레스 성형성과 도장 선영성이 모두 향상된 도금강판을 제조할 수 있는 조질압연 롤, 상기 롤을 이용한 도금강판 및 이의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제는 상술한 내용으로 한정되지 아니한다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 본 명세서의 전반적인 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 측면은, 상부 워크롤 및 하부 워크롤로 구성된 한 쌍의 조질압연 롤에 있어서, 상기 상부 워크롤 및 하부 워크롤은 표면에 미세요철을 포함하고,
적어도 하나의 워크롤(A)의 표면은 조도 스큐니스(Rsk) -0.1 이하, 평균조도(Ra) 2.5㎛ 이상이고, 다른 하나의 워크롤(B)의 표면은 조도 스큐니스(Rsk) -0.1 이하, 평균조도(Ra) 1.4㎛ 이하인 조질압연 롤을 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면은, 소지강판 및 상기 소지강판의 양면에 도금층을 포함하는 도금강판으로서,
상기 도금강판은 한 면의 오일 포켓 면적(V2)이 350nm 이상 및 반복마찰계수가 0.20 이하이고, 다른 한 면의 장파장 파상도(Wsa1-5)가 0.35㎛ 이하 및 DOI 값이 80 이상인 것을 특징으로 하는 프레스 성형성 및 도장 선영성이 우수한 도금강판을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 측면은, 도금강판을 준비하는 단계; 및 상기 도금강판을 조질압연 롤로 250톤 이상의 압하력(roll force)으로 조질압연하는 단계를 포함하는 도금강판의 제조방법으로서,
상기 조질압연 롤이 상부 워크롤 및 하부 워크롤의 한 쌍으로 구비되고, 적어도 하나의 워크롤(A)의 표면은 조도 스큐니스(Rsk) -0.1 이하, 평균조도(Ra) 2.5㎛ 이상이고, 다른 하나의 워크롤(B)의 표면은 조도 스큐니스(Rsk) -0.1 이하, 평균조도(Ra) 1.4㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 도금강판의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 추가적인 윤활처리 또는 스팽글 미세화 처리 등의 요구없이, 한 쌍의 워크롤로 구성된 조질압연 롤의 조도 형상, 조도 크기 등을 각각 제어함으로써 GI강판의 골링성 및 도장 선영성을 동시에 확보 가능한 효과가 있다.
추가로, 도금 과정에서 강판 표면에 형성된 흐름무늬, 스팽글의 크기 및 분포 불균일 등의 표면 결함이 본 발명의 조질압연 조건(롤, 조업 조건 등)에 의해 제거 가능하므로, 표면외관을 미려하게 확보할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 조질압연된 도금강판의 표면 형상을 SEM으로 측정한 사진을 나타낸 것이다.
이하의 개시에서 본 발명의 여러가지 측면들을 구체적으로 설명한다.
본 개시에서, 상하 또는 수평적인 위치관계는 설명의 편의를 위한 상대적인 것을 의미할 뿐, 본 발명의 대상이 반드시 그와 같은 위치 관계 하에서 생산되거나 사용되어야 한다는 것을 의미하는 것은 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 또한, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다. 또한, 주로 용융아연도금(GI)강판을 예를 들어 본 발명을 설명하나, 본 발명에서 대상으로 하는 도금강판은 반드시 용융아연도금강판에 한정되지 아니하며, 전기도금, 전기합금도금강판, 합금화 용융아연도금강판, 용융알루미늄도금강판 및 알루미늄도금강판 등 모든 종류의 도금강판에 적용할 수 있다는 점에 유의할 필요가 있다.
본 발명의 발명자들은 조질압연되어 얻어지는 도금강판의 프레스 성형성과 도장 선영성을 동시에 확보하기 위해서는 조질압연 롤 표면에 미세요철을 가지도록 하면서, 상기 미세요철의 상태가 제어되어야 함을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.
본 발명의 발명자들의 연구 결과에 따르면, 도금강판의 프레스 성형성을 향상시키기 위해서는 표면에 상대적으로 큰 조도(Ra)를 가지면서, 조도 스큐니스(Roughness Skewness, Rsk)가 음(-)의 값을 가지는 조질압연 롤을 이용하는 것이 유리하다.
구체적으로, 도 1에 나타낸 바와 같이, GI강판의 상면에 형성된 조대한 미세압흔과 같이, 이 미세압흔의 골(valley)이 프레스 가공시 윤활작용을 하는 윤활유 등의 오일이 잔류할 수 있는 오일포켓(oil pocket)으로 작용하기 때문에 오일함유량을 나타내는 V2(Lubricant Filled Profile Valley Area)를 극대화할 수 있다. 또한, 이 때문에 프레스 성형시 윤활작용으로 반복마찰계수(μ=마찰힘/하중)를 낮춰 골링 발생을 억제할 수 있다.
여기서, 미세요철의 산(peak)과 골(valley)의 크기나 모양을 나타내는 조도 형상인자인 조도 스큐니스(Rsk)는 산의 높이와 골의 깊이(Rsk=산의 높이/골의 깊이)의 비를 나타내므로, 이 값이 양(+)의 값을 가지는 경우 산의 높이가 골의 깊이보다 크게 되고, 반대로 음(-)의 값을 가지면 산의 높이가 골의 깊이보다 작게 됨을 의미한다.
한편, 이와 같이 조대한 미세압흔을 형성한 GI강판은 덴트 및 스크래치 등의 표면 결함 등이 조질압연에 의해 제거되지 않고 표면에 잔존하여 GI강판의 표면품질을 저해할 뿐만 아니라, 5% 가공 후 장파장 파상도인 Wsa1-5의 값이 커지며, 도장 선영성을 나타내는 DOI(Distinctness of Image, 도장강판에 물체를 비출 때 물체의 윤곽이 왜곡없이 선명하게 보이는 정도를 수치화한 값)이 낮아지는 문제가 있다.
이에, 추가로 연구한 결과, GI강판의 도장 선영성은 조도 스큐니스(Rsk)가 음의 값을 가지지만, 조도(Ra)가 작은 조질압연 롤을 이용하는 경우 향상됨을 발견하였다.
구체적으로, 도 1에 나타낸 바와 같이, GI강판의 하면에 형성된 미세압흔과 같이, 미세요철의 평균 조도가 작고, 압흔의 수가 많은 경우 도금공정에서 형성된 덴트, 스크래치, 스팽글 입계 등의 표면 결함들을 조질압연을 통해 용이하게 제거할 수 있다. 따라서, 표면외관이 미려하면서, 5% 가공 후 장파장 파상도(Wsa1-5) 값이 작아지므로 도장 선영성을 나타내는 DOI 값을 높일 수 있다. 그러나, 이 경우 프레스 가공시 윤활유 등의 오일이 잔류할 수 있는 오일포켓으로 작용하는 미세압흔의 골(valley)이 상대적으로 작기 때문에, 오일함유량을 나타내는 V2가 매우 낮아져 골링이 발생할 우려가 있다.
따라서, 본 발명의 발명자들은 프레스 성형시 금형과의 접촉이 발생하여 프레스 성형성이 요구되는 GI강판의 한 면에 대해서는 오일 함유량 관련 인자인 V2를 크게하여 프레스 성형성이 우수한 표면 상태를 가지도록 하는 한편, 다른 한 면에 대해서는 평균조도(Ra) 및 장파장 파상도(Wsa1-5)가 작아 가공 후에도 작은 장파장 파상도를 가짐으로써 도장 후 도장 선영성이 우수한 도금강판을 제공하고자 하였다.
즉, 본 발명은 도금강판의 한 면은 프레스 성형성에 적합한 표면 상태를 가지도록 하면서, 다른 한 면은 도장 선영성 확보에 적합한 표면 상태를 가질 수 있도록, 상기 도금강판의 각 면에 적용되는 조질압연 롤의 표면을 최적화함에 기술적 의의가 있다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 조질압연 롤에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 프레스 성형성 및 도장 선영성이 우수한 도금강판용 조질압연 롤을 제공하며, 구체적으로 상부 워크롤 및 하부 워크롤로 구성된 한 쌍의 조질압연 롤일 수 있다.
상기 상부 워크롤과 하부 워크롤은 각 표면에 미세요철을 포함하며, 이 한 쌍의 워크롤 중 하나의 워크롤(A)은 조도 스큐니스(Rsk) -0.1 이하, 평균조도(Ra) 2.5㎛ 이상의 표면을 가지며, 다른 하나의 워크롤(B)은 조도 스큐니스(Rsk) -0.1 이하, 평균조도(Ra) 1.4㎛ 이하의 표면을 가지는 것이 바람직하다.
다시 말해서, 상기 상부 워크롤 및 하부 워크롤 모두 표면에 존재하는 미세요철의 산(peak) 분율을 골(valley)의 분율 보다 작게 함으로써, 음(-)의 값의 조도 스큐니스 값을 가지도록 하는 것이다.
상기 워크롤(A)의 조도 스큐니스(Rsk) 값이 -0.1을 초과하거나 평균조도(Ra)가 2.5㎛ 미만이면 도금강판을 조질압연시 워크롤의 미세요철이 상기 도금강판 표면에 충분히 전사되지 못할 뿐만 아니라, 도금강판 표면의 V2를 극대화시키기 어려워진다.
또한, 상기 워크롤(B)의 조도 스큐니스(Rsk) 값이 -0.1을 초과하거나 평균조도(Ra)가 1.4㎛를 초과하게 되면 역시 워크롤의 미세요철이 도금강판 표면에 충분히 전사되지 못할 뿐만 아니라, 도금강판의 장파장 파상도가 커져 도장 선영성이 열위하는 문제가 있다.
상기 워크롤(A)는 단위 길이당 평균 피크 수(RPc)가 140개/cm 이하이고, 상기 워크롤(B)의 경우 단위 길이당 평균 피크 수가 150개/cm 이상인 것이 바람직하다.
상기 워크롤(A)의 RPc가 140개/cm을 초과하게 되면 조질압연된 도금강판의 V2를 극대화시키기 어려우며, 반면 워크롤(B)의 RPc가 150개/cm 미만이면 도금강판의 장파장 파상도를 낮출 수 없게 되어 도장 선영성이 열위하게 된다.
본 발명에서 상기 조질압연 롤을 구성하는 각 워크롤의 미세요철을 가공하는 방법에 대해 특별히 한정하지 아니하며, 비제한적인 예로서 크롬 도금롤(TCT), 레이저 빔 롤(LBT, LT), 전자빔 롤(EBT) 및 에칭롤 중 적어도 하나의 롤 조도 부여 방법을 적용할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 일 측면인 프레스 성형성 및 도장 선영성이 우수한 도금강판에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 도금강판은 소지강판 및 상기 소지강판 상의 양면에 도금층을 포함하는 도금강판으로서, 상기 도금강판의 한 면은 오일 포켓 면적(V2)이 350nm 이상 및 반복마찰계수가 0.20 이하이고, 다른 한 면은 장파장 파상도(Wsa1-5)가 0.35㎛ 이하 및 DOI 값이 80 이상인 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명의 도금강판은 앞서 언급한 본 발명의 조질압연 롤을 이용하여 조질압연을 행함으로써 얻을 수 있다.
구체적으로, 상기 도금강판의 특정 한 면은 워크롤(A)에 의해, 또 다른 한 면은 워크롤(B)에 의해 조질압연됨으로써, 의도하는 표면을 가질 수 있는 것이다.
바람직하게, 상기 워크롤(A)에 의해 조질압연된 면은 오일 포켓 면적(V2) 및 반복마찰계수가 제어된 표면이며, 상기 워크롤(B)로 조질압연된 면의 장파장 파상도(Wsa1-5) 및 DOI 값이 제어된 표면이다.
본 발명에서 상기 장파장 파상도(Wsa1-5)는 조질압연된 도금강판을 5% 컵핑 가공 후에 측정된 것을 의미한다.
상기 워크롤(A)에 의해 조질압연된 면의 오일 포켓 면적(V2)이 350nm 미만이면 도금강판의 프레스 성형시 반복마찰계수가 높아져 프레스 성형성이 열위하는 문제가 있다. 상기 오일 포켓 면적이 제어된 면은 단위 길이당 평균 피크 수(RPc)가 70개/cm 이하일 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 워크롤(B)에 의해 조질압연된 면의 장파장 파상도(Wsa1-5)가 0.35㎛를 초과하게 되면 도장 선영성을 나타내는 DOI 값이 낮아지는 문제가 있다. 상기 장파장 파상도가 제어된 면은 단위 길이당 평균 피크 수(RPc)가 100개/cm 이상일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 프레스 성형성 및 도장 선영성이 우수한 도금강판은 다음의 방법을 통해 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이 소지강판 및 상기 소지강판 상의 양면에 도금층을 포함하는 도금강판을 준비한 후, 상기 도금강판을 본 발명의 조질압연 롤을 이용하여 일정 압하력으로 조질압연함으로써 제조할 수 있다.
여기서, 상기 소지강판으로 사용될 수 있는 강판은 특별히 제한되는 것은 아니며, 도금강판 예컨대, 용융아연도금(GI)강판, 전기도금강판, 전기합금도금강판, 합금화 용융아연도금강판, 용융알루미늄도금강판 및 알루미늄도금강판 등 모든 종류의 도금강판에 적용 가능한 강판이라면 어떠한 강판도 가능하다.
상기에 따라 준비된 도금강판을 통상의 조질압연기 내에 장입하여 조질압연을 행할 수 있으며, 본 발명에서는 상기 조질압연시 상/하부 워크롤로 구성된 롤의 각 표면이 제어된 상태에서 실시하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 조질압연 공정은 본 발명의 궁극적인 목표를 달성하기 위해 매우 중요한 공정으로서, 후술하는 바와 같이 조질압연 조건을 최적화함으로써 최종적으로 프레스 성형성 및 도장 선영성이 향상된 도금강판을 제조할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에서 목표로 하는 프레스 성형성 및 도장 선영성이 우수한 도금강판이기 위해서, 상기 조질압연은 적어도 하나의 워크롤(A)의 표면이 조도 스큐니스(Rsk) -0.1 이하, 평균조도(Ra) 2.5㎛ 이상이고, 다른 하나의 워크롤(B)의 표면이 조도 스큐니스(Rsk) -0.1 이하, 평균조도(Ra) 1.4㎛ 이하인 것을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 워크롤(A)가 상부에 위치하는 경우, 상기 워크롤(B)는 하부에 위치하는 것이 바람직하며, 이 위치가 반대여도 무방하다.
상기 워크롤(A)에 의해 조질압연된 도금강판의 표면은 오일 포켓 면적(V2)이 350nm 이상 및 반복마찰계수가 0.20 이하인 것이 바람직하며, 상기 워크롤(B)에 의해 조질압연된 도금강판의 표면은 장파장 파상도(Wsa1-5)가 0.35㎛ 이하 및 DOI 값이 80 이상인 것이 바람직하다.
한 가지 예로서, 상기 워크롤(A)에 의한 도금강판의 표면은 도 1의 상면과 같을 수 있으며, 상기 워크롤(B)에 의한 도금강판의 표면은 도 1의 하면과 같을 수 있다.
상기 상부 및 하부에 위치한 워크롤을 이용하여 조질압연을 행하는 경우, 250톤 이상의 압하력(roll force)으로 행하는 것이 바람직하다.
상기 조질압연시 압하력이 250톤 미만이면 조질압연 롤의 미세요철이 도금강판 표면에 충분히 전사되지 못하여 도금강판의 표면을 의도하는 형상으로 확보할 수 없다.
한편, 상기 조질압연시 압하력의 상한은 특별히 한정하지 아니하나, 너무 과도할 경우 미세요철이 전사되는 영역이 소지강판까지 영향을 미칠 우려가 있으므로, 이를 고려하여 대략 500톤 이하로 제한할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에서 제공하는 조질압연 롤에 의해 도금강판을 조질압연하는 경우, 프레스 성형시 금형과의 접촉이 발생하여 표면에 대해서는 프레스 성형성을 향상시킬 수 있으며, 동시에 다른 한 표면에 대해서는 가공 후에도 작은 장파장 파상도를 가짐으로써 도장 선영성을 향상시킬 수 있다.
결과적으로, 프레스 성형성 및 도장 선영성이 모두 향상된 도금강판을 제공함으로써, 자동차 외판용으로 적합하게 적용 가능한 효과가 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
소지강판으로 인장강도 590MPa급 냉연강판을 준비한 후, 상기 냉연강판의 한 면의 도금 부착량이 60g/m2이 되도록 용융아연도금을 행하여 용융아연도금(GI)강판을 얻었다.
이후, 상기 GI강판을 평균조도(Ra)가 1.2~2.8㎛이고, 단위 길이당 피크수(RPc)가 120~170개/㎝이며, 조도 스큐니스(Rsk)가 -0.6~0.1인 조질압연 워크롤(work roll)을 이용하여 150~350톤의 롤 압하력(roll force)으로 조질압연하여 GI강판의 표면에 미세 요철을 전사시켰다.
상기에 따라 조질압연된 GI강판의 표면에 대하여, 미세압흔의 평균조도(Ra), 단위 길이당 피크수(RPc) 및 장파장 파상도(Wsa1-5) 등의 조도 값과, 파상도 값은 2차원 조도계(HOSAKAWA사)로 SEP1941 규정에 따라 측정하였다. 또한, 조도 스큐니스(Rsk)와 V2 등의 형상 인자는 3차원 표면조도계(Veeco사, NT8000)를 사용하여 측정하였다.
한편, 조질압연된 GI강판의 골링성은 반복마찰계수와 반복마찰시험시 도금층의 탈락 여부로 평가하였다. 이때, 반복마찰계수는 고속회전마찰시험기를 이용하여 길이 200×200mm의 도금강판 표면을 크기가 18×28mm인 팁(tip)에 하중을 5MPa로 초당 200mm의 속도로 40회 반복한 후의 마찰계수 값으로 나타내었다. 또한, 골링 발생 여부는 상기 반복마찰시험 후 도금층의 탈락 여부를 주사형 전자현미경(SEM)으로 관찰하여 평가하였다. 그 결과가 반복마찰계수 0.2 이하, 반복마찰시험 완료 후 도금층 탈락이 발생하지 않은 경우에 대하여 골링이 발생하지 않은 것으로 평가하였다.
그리고, 각 도금강판의 선영성은 도장을 행하지 아니한 GI강판을 성형시험기로 평가 면인 평탄부의 변형율이 5%가 되도록 컵핑 테스트(cupping test)하여 가공한 후, 장파장 파상도(Wsa1-5)를 측정하였다.
또한, 도장 후의 선영성을 평가하기 위하여 도장처리를 실시하였다. 이때, GI강판의 파상도의 영향을 확인하기 위하여 중도를 생략한 하도/상도(클리어 도장 포함)의 2코트(coat) 2베이크(bake) 방식으로 실시하였으며, 도장 부착량은 70~80㎛이었다. 도장 후 선영성을 나타내는 DOI는 SUGA사의 DOI 측정 장치를 사용하였으며, DOI값이 80 이상의 결과에 대하여 선영성이 우수한 것으로 평가하고, 그 값을 도장 선영성을 확보하는 기준으로 적용하였다.
각 결과에 대해 하기 표 1에 나타내었다.
| 강 종 |
조질압연 조건 | 표면조도 | 프레스 성형성 | 선영성 | 구분 | |||||||
| 롤 조건 | 롤 압하력 (톤) |
평균 조도 (Ra, ㎛) |
RPc (개/cm) |
V2 (nm) |
반복 마찰 계수 |
골링 발생 유무 |
5% 가공 후 Wsa1-5 |
DOI | ||||
| Ra (㎛) |
Rsk | RPc (개/cm) |
||||||||||
| 1 | 2 | -0.6 | 140~145 | 150 | 0.95 | 75 | 250 | 0.24 | 유 | 0.30 | 85 | 비교예 |
| 2 | 2 | -0.6 | 250 | 1.05 | 77 | 300 | 0.22 | 유 | 0.35 | 80 | 비교예 | |
| 3 | 2 | -0.6 | 300 | 1.20 | 90 | 350 | 0.19 | 무 | 0.37 | 65 | 비교예 | |
| 4 | 2 | -0.1 | 140~145 | 150 | 1.05 | 75 | 230 | 0.25 | 유 | 0.32 | 87 | 비교예 |
| 5 | 2 | -0.1 | 250 | 1.22 | 85 | 250 | 0.23 | 유 | 0.38 | 55 | 비교예 | |
| 6 | 2 | -0.1 | 300 | 1.25 | 95 | 270 | 0.22 | 유 | 0.40 | 55 | 비교예 | |
| 7 | 2 | 0.1 | 120~130 | 150 | 0.95 | 70 | 180 | 0.3 | 유 | 0.30 | 85 | 비교예 |
| 8 | 2 | 0.1 | 250 | 1.05 | 85 | 210 | 0.25 | 유 | 0.31 | 85 | 비교예 | |
| 9 | 2 | 0.1 | 350 | 1.25 | 90 | 250 | 0.23 | 유 | 0.35 | 80 | 비교예 | |
| 10 | 2.8 | -0.6 | 125~135 | 250 | 1.40 | 70 | 410 | 0.179 | 무 | 0.39 | 60 | 발명예 (골링성) |
| 11 | 2.8 | -0.3 | 250 | 1.35 | 65 | 470 | 0.165 | 무 | 0.38 | 65 | 발명예 (골링성) |
|
| 12 | 2.8 | -0.1 | 250 | 1.30 | 65 | 550 | 0.15 | 무 | 0.37 | 65 | 발명예 (골링성) |
|
| 13 | 2.8 | 0.1 | 135~140 | 250 | 1.33 | 73 | 250 | 0.25 | 유 | 0.37 | 65 | 비교예 |
| 14 | 1.2 | -0.6 | 150~160 | 250 | 0.80 | 140 | 250 | 0.25 | 유 | 0.27 | 95 | 발명예 (선영성) |
| 15 | 1.2 | -0.3 | 250 | 0.85 | 150 | 275 | 0.22 | 유 | 0.25 | 98 | 발명예 (선영성) |
|
| 16 | 1.2 | -0.1 | 250 | 0.90 | 150 | 300 | 0.21 | 유 | 0.20 | 98 | 발명예 (선영성) |
|
| 17 | 1.2 | 0.1 | 160~170 | 250 | 1.05 | 130 | 80 | 0.30 | 유 | 0.37 | 65 | 비교예 |
(표 1에서 '표면조도', '프레스 성형성' 및 '선영성'은 각 조건으로 조질압연된 도금강판에 대해 측정한 결과를 의미한다.)
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 미세요철의 산(peak)부분의 분율이 골(valley)부분의 분율 보다 작으므로 조도 스큐니스(Rsk) 값이 -0.1 이하를 갖고, 롤의 평균조도(Ra)를 2.5㎛ 이상으로 가지도록 조정한 조질압연 롤을 사용하여 250톤 이상으로 조질압연한 도금강판(No. 10~12)은 오일포켓으로 작용하는 미세압흔의 V2가 350㎚ 이상으로 반복마찰계수가 0.2 이하이고, 반복마찰 횟수 40회까지도 도금층이 탈락하지 않으므로 프레스 성형성이 우수하였다. 하지만, 5% 컵핑 가공 후의 장파장 파상도(Wsa1-5)가 0.35㎛이상으로 크고, DOI가 80 이하로 도장 선영성은 열위한 결과를 보였다.
이에 반해, 미세요철의 산(peak)부분의 분율이 골(valley)부분의 분율 보다 작은 -0.1 이하의 조도 스큐니스(Rsk)를 갖고, 롤의 평균조도(Ra)를 1.4㎛ 이하로 가지도록 조정한 조질압연 롤을 사용하여 250톤 이상으로 조질압연한 도금강판(No. 14~16)은 5% 컵핑 가공 후의 장파장 파상도(Wsa1-5)가 0.35㎛ 이하이고, DOI가 80 이상으로 도장 선영성이 매우 우수하였다. 하지만, 오일포켓으로 작용하는 미세압흔의 V2가 300nm 미만으로 반복마찰계수가 0.2 미만으로 나타났고, 반복마찰 횟수가 40회에 도달하기 이전부터 도금층이 탈락하여 프레스 성형성이 열위한 결과를 보였다.
이를 통해 볼 때, 도금강판의 프레스 성형성과 도장 선영성을 동시에 우수하게 확보하기 위해서는, 프레스 성형성이 요구되는 표면과 도장 선영성이 요구되는 표면을 서로 다른 미세요철을 가지는 조질압연 롤의 적용이 요구되는 것이다.
한편, 조질압연 롤의 조도(Ra)가 2㎛인 경우에는, 조도 스큐니스(Rsk) 값을 변경하더라도 프레스 성형성이 만족하면 도장 선영성이 열위하거나, 반대로 도장 선영성이 우수하면 프레스 성형성이 열위한 특성을 나타내었다 (No. 1~9).
평균조도는 2.8㎛이나 조도 스큐니스 값이 0.1인 조질압연 롤을 이용한 경우(No. 13)에는 V2 값이 낮을 뿐만 아니라, 5% 가공 후 장파장 파상도(Wsa1-5) 값도 0.35㎛를 초과하게 됨에 따라 프레스 성형성 및 도장 선영성이 모두 열위하였다.
뿐만 아니라, 평균조도는 1.2㎛이지만 조도 스큐니스 값이 0.1인 조질압연 롤을 이용하는 경우(No. 17)에도 V2 값이 상당히 낮았으며, 가공 후 장파장 파상도 값도 높아 프레스 성형성 및 도장 선영성이 모두 열위한 것을 알 수 있다.
Claims (6)
- 상부 워크롤 및 하부 워크롤로 구성된 한 쌍의 조질압연 롤에 있어서,
상기 상부 워크롤 및 하부 워크롤은 표면에 미세요철을 포함하고,
적어도 하나의 워크롤(A)의 표면은 조도 스큐니스(Rsk) -0.1 이하, 평균조도(Ra) 2.5㎛ 이상이고,
다른 하나의 워크롤(B)의 표면은 조도 스큐니스(Rsk) -0.1 이하, 평균조도(Ra) 1.4㎛ 이하인 조질압연 롤.
- 제 1항에 있어서,
상기 평균조도가 2.5㎛ 이상인 워크롤(A)의 단위 길이당 평균 피크 수가 140개/cm 이하,
상기 평균조도가 1.4㎛ 이하인 워크롤(B)의 단위 길이당 평균 피크 수가 150개/cm 이상인 조질압연 롤.
- 제 1항에 있어서,
상기 상부 워크롤 및 하부 워크롤의 미세요철은 크롬 도금롤(TCT), 레이저 빔 롤(LBT, LT), 전자빔 롤(EBT) 및 에칭롤 중 적어도 하나의 롤 조도 부여 방법에 의해 형성된 것인 조질압연 롤.
- 소지강판 및 상기 소지강판의 양면에 도금층을 포함하는 도금강판으로서,
상기 도금강판은 한 면의 오일 포켓 면적(V2)이 350nm 이상 및 반복마찰계수가 0.20 이하이고,
다른 한 면의 장파장 파상도(Wsa1-5)가 0.35㎛ 이하 및 DOI 값이 80 이상인 것을 특징으로 하는 프레스 성형성 및 도장 선영성이 우수한 도금강판.
- 도금강판을 준비하는 단계; 및 상기 도금강판을 조질압연 롤로 250톤 이상의 압하력(roll force)으로 조질압연하는 단계를 포함하는 도금강판의 제조방법으로서,
상기 조질압연 롤이 상부 워크롤 및 하부 워크롤의 한 쌍으로 구비되고,
적어도 하나의 워크롤(A)의 표면은 조도 스큐니스(Rsk) -0.1 이하, 평균조도(Ra) 2.5㎛ 이상이고,
다른 하나의 워크롤(B)의 표면은 조도 스큐니스(Rsk) -0.1 이하, 평균조도(Ra) 1.4㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 도금강판의 제조방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 도금강판은 워크롤(A)로 조질압연된 면의 오일 포켓 면적(V2)이 350nm 이상 및 반복마찰계수가 0.20 이하이고,
상기 워크롤(B)로 조질압연된 면의 장파장 파상도(Wsa1-5)가 0.35㎛ 이하 및 DOI 값이 80 이상인 도금강판의 제조방법.
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2021
- 2021-11-29 KR KR1020210166992A patent/KR20230079833A/ko unknown
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