KR850001322B1 - 내식성이 우수한 알루미늄-아연 합금 피복 철금속제품의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

내식성이 우수한 알루미늄-아연 합금 피복 철금속제품의 제조방법

제 1 도는 알루미늄-아연계 평형 상태도의 일부.

제 2 도는 종래의 알루미늄-아연 합금 피복강판을 공업적 분위기에서 22개월 도안 노출시킨 후, 그 단면을 1000배로 확대한 현미경 조직사진.

제 3 도는 본 발명에 따른 알루미늄-아연 합금 피복강판을 공업적 분위기에서 22개월 동안 노출시킨 후, 그 단면을 1000배로 확대한 현미경 조직사진.

제 4 도는 본 발명에 따라 알루미늄-아연 합금 피복 철금속제품을 생산하기 위한 공정계통도.

본 발명은 금속 피복 철금속 피복제품의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 용체화 처리하여 내식성이 개선된 알루미늄-아연 합금을 피복한 연속 강 스트립(steel strip) 또는 강판의 제조방법에 관한 것이다.

하부 기재의 부식을 방지하기 위하여 철금속제품상에 금속 피복물을 이용하는 수단이 개발된 이래로 철금속제품의 수명을 연장하고 이용범위를 넓히기 위하여 피복물의 개선에 관한 광범위한 연구가 진행되어 왔다. 이를테면 가장 주목할만한 금속 피복물중의 하나는 아연으로서, 널리 사용되고 있는 아연도금강을 일예로 들 수 있다.

아연도금강은 표면 다듬질이 서로 다른 강 기재와의 비합금, 부분합금 또는 완전합금 등의 다양한 상태로 제조되고 있으며, 이는 피복제품의 개선을 위한 연구가 경주된 결과이다.

예를 들면 미합중국 특허 제2,110,893호에는 연속 아연도금 공정이 기술되어 있는데, 이 공정은 강 스트립을 고온산화로 내로 통과시켜 강 스트립에 박막의 산화 피복물을 형성시키는 방법이다. 다음에 이 강스트립은 환원성 분위기의 제 2 로에 통과되어 여기에서 강스트립 표면상의 산화 피복물의 환원이 일어남으로써 강스트립상에 불순물을 함유하지 않은 철층이 단단히 고착되는 것이다. 이 강스트립은 약 456℃의 온도로 유지된 응용아연욕에 침지될 때까지 환원성 분위기하에 존재하게 된다. 다음에 상기 강스트립을 공기 냉각시키면 광휘 스팽글(spangled)된 표면이 얻어진다. 상기 피복물은 강 기재와 비교적 두꺼운 유리(free)아연의 오우버레이(overlay)와의 사이에 엷은 철-아연 금속간층을 구성하고 있음을 특징으로 한다. 이와 같은 피복물은 성형은 가능하나 그 표면의 스팽글 때문에 도색용으로는 적합치 못하다.

용이하게 도색할 수 있는 노오 스팽글(non-spangled) 표면을 얻는 방법으로서는 갈바닐링(galvannealing)이라고 알려진 방법이 개발되어 미합중국 특허 3,322,558호 및 제3,056,694호에 게재되어 있다. 상기 갈바닐링 방법은 아연피복욕 내에 강스트립을 침지시킨 후, 즉시 아연과 강기재 피복물과의 반응을 촉진시키기 위하여 강스트립을 아연의 응용 온도, 즉 약 421℃ 이상까지 가열함으로써 강기재로부터 피복물의 표면까지 금속간층을 성장시키는 것이다. 즉 발바닐링된 강스트립의 특징은 완전 합금 피복물이며 스팽글이 존재하지 않는 것이다.

연속 아연도금강에 있어서 강기재의 성형성을 개선시키기 위한 방법에 미합중국 특허 제3,297,499호, 제3,111,435호 및 제3,028,269호에 게재되어 있는데, 이 방법은 아연도금된 강스트립을 소둔(annealing)하여 강기재의 연성을 개선시키는 방법이다. 또 알루미늄 클래드(clad)강에서 강기재의 연성을 개선시키기 위한 방법이 미합중국 특허 제2,965,963호에 게재되어 있는데, 이 방법은 알루미늄 클래드강을 371℃ 내지 577℃의 온도범위에서 가열하는 방법이다. 피복제품을 소둔하는 방법에 관계되는 전술한 각 특허방법의 특징은 피복물 그 자체 또는 개선점에는 야금학적 효과를 미치지 않고 강기재에 대한 변화 및 개선을 도모한 것이다.

알루미늄-아연 합금 피복강에 대하여는 미합중국 특허 제3,343,930호, 제3,393,089호, 제3,782,909호 및 제4,053,663호 등에 기술되어 있다. 이들 특허상의 알루미늄-아연 합금 피복물은 금속간층과 단일상이 아닌 2상 구조를 갖는 오우버레이로 구성됨을 특징으로 한다. 보다 구체적으로 서술하면 피복 오우버레이를 조사한 결과 알루미늄 함량이 풍부한 유심(cored) 수지상정과 아연 함량이 풍부한 수지상점간 성분으로 된 기지임이 관찰되었다. 이들 특허에 있어서는 기재물질상에 피복조작을 행한 후 기재물질과 기재물질상의 피복물에 대하여 고온처리를 행하지 않는다.

이와 같은 문제점에 따라 본 발명은 알루미늄 함량이 풍부한 기지와 아연 함량이 풍부한 수지상정간 성분 및 금속간층의 조합이나 그들간의 독특한 상호작용에 의해 알루미늄-아연 합금 피복을 개선시킴으로써 내식성을 향상시켜 강 기재를 그대로 보존하는데 있다.

따라서 본 발명에 의하면 철금속제품의 알루미늄-아연 합금 피복 오우버레이가 25 내지 75중량%의 알루미늄, 소량의 규소 및 나머지는 아연으로 구성된 2상 조직이고, 알루미늄-아연 합금 피복 오우버레이를 용체화 처리하기 위해서 철금속제품을 약 343° 내지 약 399℃에서 2상중 1상의 고용온도까지 충분한 시간동안 가열한 후, 알루미늄이 풍부한 기지와 기지내에 불연속적으로 분산된 아연이 풍부한 미세한 분산물로 구성된 피복 오우버레이를 생성하기 위해 약 83℃/분 이하이 속도로 적어도 약 177℃까지 서냉시켜 내식성이 증진된 알루미늄-아연 합금 피복 철금속제품을 제조하는 방법이 제공된다.

바람직하게는 알루미늄-아연 합금 피복 강스트립을 약 343℃ 내지 약 399℃의 온도에서 충분한 시간동안 용체화 처리를 행하여, 아연 함량이 풍부한 수지상정간 성분을 고용시키고, 알루미늄 함량이 풍부한 기지(α-알루미늄)내에 아연 함량이 풍부한 상(β-아연)의 미세분산물로 구성되는 피복물조직이 전개되도록 적어도 172℃까지 서냉시키는 것이 효과적이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 강스트립의 연속 응용 피복에 의해 제조되는 알루미늄-아연 합금 피복 철금속제품에 관한 것으로서, 합금 피복물의 용체화 처리에 의해 대기중에서 상기 제품의 내식성이 향상된다. 본 발명의 효과를 평가하기 위해서는 대기중에서 알루미늄-아연 합금 피복강의 부식거동에 대한 기구와 형태(morphology)를 관찰해 보는 것이 바람직하다. 본 명세서에서 사용되는 알루미늄-아연 합금 피복물이란 용어는 전술한 미합중국 특허 제3,343,930호, 제3,393,089호, 제3,782,909호 및 제4,053,663호에 기재된 피복물로 포함하는 것이다. 알루미늄-아연 합금 피복물은 25 내지 70중량%의 알루미늄, 알루미늄 함량에 대하여 0.5중량% 이상의 규소와 나머지 아연으로 조성된다. 전술한 조성범위내에서 조합가능한 여러 가지의 조성의 피복물중에서도 알루미늄 약 55%, 규소 약 1.6% 및 나머지 아연으로 조성되는 피복물(이하 55Al-Zn이라 칭함)이 바람직하다.

55Al-Zn 피복물을 조사해본 결과 알루미늄 함량이 유심 수지상정과 아연 함량이 풍부한 수지상정간 성분으로 된 기지 및 그 하층의 금속간층으로 구성되는 오우버레이로 나타났다.

대기하에서 55Al-Zn 피복물의 부식거동을 관찰하기 위하여 가속부식시험을 행하였다.

실험실용 염화물 또는 황산염 용액에 노출시킨 55Al-Zn 피복물에 대한 부식 포텐셜은 시간의 경과에 따라 2단계로 뚜렷이 구별된다. 처음 피복물을 침지시킨 다음에는 피복물은 동일한 조건하에 노출시킨 아연피복물과 근사한 부식포텐셜을 나타낸다. 상기 제 1 단계에서는 피복물중 아연 함량이 풍부한 부위가 소모되는데, 정확한 소모시간은 피복물의 두께(부식될 아연의 양)와 분위기의 부식성 정도(아연부식속도)에 좌우된다. 아연 함량이 풍부한 부위가 소모된 다음에는 부식 포텐셜이 상승되어 알루미늄 피복물의 부식 포텐셜에 근사해진다. 상기 제 2 단계에 있어서 피복물의 부식거동은 알루미늄 피복물과 비슷하여 황산염 내에는 부동태로 작용하지만, 염화물 내에서는 강에 대해 양극성을 나타낸다. 대기중에 노출시키는 동안 55Al-Zn 피복물은 부식에 요하는 시간이 오래 걸리기는 하지만 전술한 실험실용 용액중에서 관찰되는 것과 유사하게 진행된다. 피복물중 아연 함량이 풍부한 수지상정간 부위가 선택적으로 부식된다. 아연 부식이 이와 같이 진행되는 동안 피복물은 강보다 먼저 부식되기 더문에 얇은 강판의 절단부가 아연 도금에 의해 보호된다. 55Al-Zn 피복물에 있어서 노출된 아연 면적이 비교적 적기 때문에 총괄적인 초기부식속도는 아연도금된 피복물의 부식보다 느리다.

피복물 중 아연 함량이 풍부한 부위가 서서히 부식됨에 따라 수지상정간 간극이나 기공은 아연과 알루미늄 부식생성물로 메워지게 된다. 이와 같이 되어 피복물은 수지상정간 미로중에 기계적으로 채워진 아연 및 알루미늄 부식생성물과 알루미늄 함량이 풍부한 기지로 구성되는 복합물로 전환된다. 아연 및 알루미늄 부식생성물은 하층의 강기재에 부식을 전달하는 매체의 물리적 장애물로 작용하기 때문에 강기재는 계속 보호된다.

미합중국 특허 제3,782,909호에 기재된 가속냉각방법으로 제조되는 주방품 그대로의 조직을 갖는 알루미늄-아연 합금 피복물은 알루미늄 함량이 풍부한 유심 수지상정과 아연 함량이 풍부한 수지상정간의 성분을 갖는 미세한 비평형 조직이다. 본 발명에서는 미합중국 특허 제3,782,909호에 게재된 방법에 의해 얻어지는 주방품 그대로의 조직을 재질시켜 α-Al의 기지내에 β-Zn의 미세분산물을 형성시킨다. 상기 내용은 첨부도면 1을 참조하여 명료하게 설명한다. 제 1 도는 알루미늄-아연계 평형상태도의 일부를 도시한 것이며, 이 도면상의 알루미늄 함량이 풍부한 쪽 끝부분은 α로 나타낸 넓은 α-단상 영역으로 특징지어진다. 본 발명자들은 알루미늄-아연 피복강 주방품 그대로를 α영역 내의 온도로 가열하면 아연 함량이 풍부한 수지상정간 성분이 고용되며, 다음에 서서히 냉각을 행하면, 즉 노냉시키면 β-아연 석출물의 미세분산물이 생성됨을 발견하였다. 주방품 그대로의 조직과는 반대로, 용체화처리된 조직내의 아연 함량이 풍부한 상은 피복표면으로부터 하층의 금속간층까지 연속되지 않는다. 상기 용체화 처리에 의하여 대기중에서 알루미늄-아연 합금 피복강의 부식거동이 바뀐다. 55Al-Zn(주방품) 피복강과 본 발명에 의해 처리된 55Al-Zn 피복강을 도심지밖의 시험장소에서 5년 6개월간 노출시킨 후 대기중의 부식속도를 비교해 본 결과, 본 발명에 따라 처리된 피복물의 중량감소가 20% 감소되었다.

알루미늄-아연 합금 피복강 주방품을 냉간압연한 다음 피복해도 좋다. 약 1/3 정도 압연 수축된 시판품은 약 45~50KSi로부터 80KSi의 큰 인장강도를 가지며, 그 피복물은 스팽글이 없는 매끄러운 특징을 가진다. 냉간압연시 피복물은 두께가 감소되며 금속간층에는 미세균열이 전개된다. 본 발명의 용체화 처리에 의하여 금속간층내의 미세균열을 제거할 수는 없으나, 용체화 처리에 의해 아연 함량이 풍부한 망상조직을 제거시킴으로써 금속간층으로 통하는 용이한 부식통로를 없앨 수 있다.

전술한 사항은 제 2 도와 제 3 도와를 비교해 보면 알 수 있다. 제 2 도는 냉간압연한 종래의 55Al-Zn 피복강 주방품을 공업적 분위기에서 22개월 동안 노출시킨 후 1,000배로 확대한 현미경 조직 사진이다. 피복물(1)은 얇은 금속간층(2)과 오우버레이(3)로 구성된다. 오우버레이(3)는 아연 함량이 풍부한 수지상정간 성분의 부식에 의한, 즉 이전에는 아연 함량이 풍부한 수지상정간 성분이었던 망상 공극(4)이 특징적이다. 제 3 도는 399℃에서 16시간 동안 용체화처리하고 노출 전에 노냉각된 냉간압연 피복강으로부터 취한 시편인 점을 제외하고는 제 2 도와 유사하다. 제 3 도에 도시된 바와 같이 본 발명의 용체화처리에 의해 금속간층으로 통하는 용이한 부식통로가 제거되었다. 전술한 바와 같이 용체화 처리에 의해 아연 함량이 풍부한 수지상정간 성분의 고용이 일어나서 알루미늄 함량이 풍부한 기지(6)내에 아연 함량이 풍부한 상(5)(제 3 도상에 반점으로 나타냈음)의 미세분산물로 구성되는 알루미늄-아연 합금 피복조직이 생성된다.

한편, 냉간압연 피복제품의 내식성을 개선시킬 수 있는 다른 효과적인 방법으로서는 용체화 처리한 알루미늄-아연 합금 피복 주방품의 단면을 압연 수축시키는 방법. 즉 압연 수측단계를 용체화 처리전으로부터 그 이후로 전환시키는 방법이다.

제 1 도로부터 가열온도의 범위는 알루미늄-아연 피복물의 조성에 따라 달라짐을 알 수가 있다. 55Al-Zn의 최적가열온도는 약 343℃ 이상, 바람직하게는 약 343℃ 내지 약 399℃이다. 상기 온도에의 유지시간은 비교적 짧다. 아연 함량이 풍부한 수지상정간의 성분을 고용시키는 데에는 통상 상기 온도에서 단지 수분만이 요구되나, 목적하는 결과를 얻기 위해서는 34시간 동안 가열하여도 나쁘지는 않다. 시효경화를 일으킬 수 있는 과포화 고용체로부터 아연은 석출시키는데에는 2상(α+β) 영역을 통과하는 최소한 177℃까지의 냉각속도가 83℃/분을 초과해서는 안된다. 시효 경화, 즉 연성의 저하를 해결하는 내용에 대해서는 동시출원중인 “연성을 개선한 열처리 금속 피복 철금속제품 및 이의 제조방법”이란 명칭의 명세서에 기재되어 있다.

상기 출원에서는 본 발명의 용체화 처리를 뱃치(batch)식 처리조작으로 수행하였다. 즉 상기의 뱃치식 처리조작은 피복한 다음의 어느 시점에서 수행한다. 즉 알루미늄-아연 피복욕 내에 강스트립을 침지시킨 다음 피복물의 응고 및 상온으로 냉각을 수행하는 것이다. 그러나 용체화 처리온도에서의 최소시간은 비교적 짧기 때문에 직렬(in-line)처리 또는 연소처리를 채용하여도 좋다. 본 발명의 전술한 점은 미합중국 특허 제3,782,909호에 기재된 알루미늄-아연 합금 피복강의 제조실시예를 참조하면 이해할 수 있을 것이다. 제 4 도에 개략 도시한 바와 같이 본 발명은 미합중국 제3,782,909호의 실시예를 개량시킨 것이다. 상기 개선시킨 실시예는 로(10)내에서 약 690℃의 온도로 가열한 다음 피복하기 전에 환원조건(유지 및 냉각영역(12))하에 강스트립을 유지시킴으로써 용융 알루미늄-아연 합금 피복물이 피복될 수 있도록 강스트립 기질을 예비처리하는 단계를 포함한다. 강스트립이 영역(12)을 나온 다음 바로 알루미늄-아연 합금의 용융 피복욕(14)내에 침지된다. 다음에 강스트립이 피복욕(14)을 나온 후에 피복물 무게조절다이(16)를 통과한 다음 가속 냉각영역(18)에 이송되어 피복물이 거의 완전 응고되는 동안에 적어도 11℃/초의 속도로 알루미늄-아연 합금 피복물이 냉각된다. 55Al-Zn 피복물의 경우에 가속냉각의 온도범위는 약 593℃ 내지 약 371℃이다. 강 기재 내의 잔열이 피복물을 응고범위 이상으로 재가열시키는 현상을 방지하기 위해 완전응고 온도 또는 그 이하의 온도에 도달하는 즉시 응고된 피복물과 강기재의 냉각속도를 억제한다. 즉 알루미늄-아연합금 피복물을 상기와 같은 방법으로 용체화 처리할 수 있는 충분한 시간 동안, α온도범위내의 온도, 통상 약 371℃ 내지 약 343℃ 온도로 유지되는 용체화 처리로 (20)내로 상기 피복제품을 도입한다. 피복물의 용체화처리를 행한 후 피복된 강스트립은 공기냉각수단(22)에 의해서 적어도 177℃까지 서서히 냉각된 다음 24에서 권취된다. 이 연속식 또는 직렬식 처리는 뱃치식 처리의 결점이 해소되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 내식성이 우수한 Al-Zn 합금 피복 철금속제품의 제조에 있어서, 철금속제품의 피복 오우버레이가 25-75w/o Al, 소량의 si 및 나머지 Zn으로 조성된 2상 조직이며, 상기 Al-Zn 합금 피복 철금속제품을 343℃-399℃의 범위에서 피복 오우버레이의 2상중 1상이 고용되기에 충분한 시간 동안 가열하는 용체화 처리후, 83℃/분 이하의 냉각속도로 적어도 177℃까지 서냉시킴으로써 상기 Al-Zn 합금 피복 오우버레이가 알루미늄이 풍부한 기지와 기지내에 불연속적으로 분산된 아연이 풍부한 분산물로 구성되도록 하는 것을 특징으로 하는 알루미늄-아연 합금 피복 철금속 제품의 제조방법.

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