KR940000872B1 - 가공성 및 도금밀착성이 우수한 용융아연 열연강판의 제조방법 - Google Patents

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Description

가공성 및 도금밀착성이 우수한 용융아연 열연강판의 제조방법

제1도는 종래의 연속용융아연도금시 도금공정에 앞서 행하여지는 열처리 공정도.

제2도는 본 발명에 따라 연속용융아연도금시 도금공정에 앞서 행하여 열처리 공정도.

본 발명은 건축용 파이프, 가드레일, 데크플레이트(deck plate)등에 사용되는 용융아연 열연강판(Hot-rolled Galvanized Iron)을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 가공성 및 도금밀착성이 우수한 용융아연 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.

최근에 용융아연 도금강판의 사용분야가 확대되어, 예전에는 후물재 구조물의 경우 열연강판을 산세후 도장만을 실시하여 사용하였으나, 열연강판의 내식성 향상요구에 따라 용융아연 열연강판제품의 필요성이 절실해졌다.

또한, 용융아연 열연강판의 주요용도인 건축용파이프, 가드레일, 테크플레이트( deck plate)등의 구조물 제작시 심한 가공을 받게되어 가공성 및 도금밀착성이 우수한 용융아연 열연강판의 생산이 요구되고 있다.

지금까지 용융아연 열연강판을 제조하는 종래의 방법으로는 열연강판을 산세한 후 플럭스(Flux) 처리한 후 용융아연 도금욕에 침적시키거나, 기존의 냉연강판을 도금소재로 하는 연속용융 도금설비(Continuous Galvanizing Line : 이하, CGL이라 칭함)에서 산세처리를 거친 열연강판을 비연속식으로 투입하여 750-800℃로 연속소둔한 후 0.14-0.16% Al도 금욕에 침적하여 용융아연 도금열연강판을 제조하고 있다.

그러나 전자의 방법은 열연강판을 가공한 후 산세하여 용융도금을 실시하기 때문에 가공과정에 기인한 도금박리의 가능성은 적으나 연속적으로 대량생산을 할 수 없는 문제점이 있고, 후자의 경우에는 불필요한 열처리공정 및 강판온도 과다상승에 따른 에너지손실과 열연강판의 재질열화를 초래할 수 있는 문제점이 있다. 또한, 센지미어(S endzimir) 혹은 무산화로 방식의 CGL과 같이 직화가열에 의한 가스크리닝(Gas cleani ng) 처리를 받는 경우, 로내에서 과도한 미연소가스 분위기형성시 탄소가 강판에 증착하거나, 반대로 과도한 산화성분분위기에서 열처리 후 용융도금시 가공과정에서 치명적인 도금박리가 발생하는 문제점이 있다.

본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 수년에 걸친 연구와 수차의 실험을 통해 얻어진 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 일반저탄소 및 구조용 열연강판을 산세한 후, 불필요한 열처리공정을 생략함으로써 열연소재재질변화의 최소화에 따른 가공성 확보 및 성 에너지 절감효과를 얻을수 있고, 도금욕내 Al 농도의 조정과 적정저온 열처리조건을 설정하여 도금밀착성이 우수한 용융아연 열연강판을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 일반저탄소 또는 구조용 열연강판을 산세한 후 연속적으로 10-20%의 수소와 잔부질소의 혼합분위기로 유지되는 열처리로에 장입하여 예열대에서 150-200℃로 예열한 후, 가열대에서 520-550℃로 가열한 다음, 냉각대에서 440-470℃로 냉각하는 열처리단계와 0.2-0.25% Al과 잔부 Zn 및 불가피한 불순물로 조성되는 용융아연 도금욕에 상기와 같이 열처리된 열연강판을 침적하여 용융아연 도금하는 용융아연 도금단계를 포함하여 구성되는 가공성 및 밀착성이 우수한 용융아연 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.

종래의 냉연강판을 도금소재로 하는 CGL 열처리 공정을 나타내는 제1도에서 알 수 있는 바와 같이, CGL을 통화시켜 용융아연 열연강판을 제조하는 종래의 연속용융아연 열연강판의 제조방법의 경우에는 열연강판을 염산산세후 도유처리를 행한 강판을 비연속적으로 투입하여, 청정라인에서 알칼리 탈지하여 일부 압연유등의 불순물을 제거한 후 연소폐열을 이용하는 예열로 (Preheating Furnace)에 인입시키고, 여기서 강판온도를 약 250℃로 승온시킨 다음, 직화가열로 (Direct Fired Furnace : DFF)에 인입시켜 강판온도를 650-700℃로 급속가열하여 잔손오일을 휘발제거시키는데, 이 DFF는 동시에 강판표면에 존재하는 철산화 피막의 두께를 최소화시키는 환원작용도 하게된다. 다음에, 상기 열연강판은 DFF를 지나 간접가열로인 가열대(Heating) 및 균열대(Soa king)로 이동되고, 여기서, 강판온도가 750-800℃가 되도록 가열하고, 급속 냉각대(G as-jet cooling), 과시효대(Overaging) 및 최종냉각대(Final cooling)를 거쳐 약 460℃의 강판온도로 냉각된 다음, 도금욕에 인입된다.

상기한 종래법에 의해 연속용융 열연강판을 제조하는 경우에는 산세공정 및 열처리공정이 비연속적으로 행해짐에 따라 작업성이 떨어지며 불필요한 열처리공정 및 높은 열처리 온도로 인한 재질열화를 초래하게 되며, 열처리 온도를 낮추는 경우에는 잔존압연유의 휘발제거가 어렵고 과도한 환원분위기 형성에 따른 도금 박리현상이 발생될 가능성이 높게 된다.

본 발명의 산세 및 용융도금설비(Picking & Galvanizing Line ; 이하, ＂PGL＂이라 칭함)상에서의 열처리공정을 나타내는 제2도에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 PGL 설비를 이용하여 용융아연 열연강판을 제조할 경우에는 염산산세를 거친 열연강판을 연속적으로 로내 연소폐열을 이용하여 예열대에서 150-200℃로 예열하고, 간접가열로인 가열대에서 최대 520-550℃로 가열한 후, 가스냉각대를 통과시켜 용융도금에 적당한 온도인 440-470℃로 냉각한 다음, 도금욕에 인입시킨다.

이하, 상기 열처리조건 및 도금욕조건의 한정이유에 대하여 상세히 설명한다.

용융아연 열연강판의 기계적성질은 냉연강판을 도금소재로 하는 CGL과 달리 제강성분과 열간압연 공정에서 거의 결정되므로 열연강판을 도금소재로 하는 본 발명의 PGL의 열처리공정에서는 가능한 재질변화를 일으키지 않도록 하여야 하는데, 일반적으로 환원열처리시 로내 강판의 온도가 낮은 것이 기계적성질의 변화를 최소화하는 측면에서 유리하지만, 가열대내의 강판온도가 520℃ 미만으로 너무 낮게되면 로내 수소분위기가스에 의한 강판환원능력이 미약하여 도금박리가 발생할 가능성이 높게 된다.

환원불량에 따른 도금박리를 방지하기 위해 가열대의 강판온도를 높이면 도금밀착성은 개선되나 모재의 기계적성질이 열화되는 문제점이 있는데, 이는 스킨패스(skin pass) 조질압연을 거쳐 들어온 열연강판을 로내의 비교적 저온에서 가열시 변형시효에 의해 항복강도와 항복점연신율이 증가하여 가공성이 열화되기 때문이다. 일례로서 용융도금작업 후 권취시 강판표면에 곱쇄발생 또는 피이프조관시 판꺽임등의 결함발생율이 높다. 변형시효의 원인으로 강중의 탄소와 질소원자가 열처리과정중 전위(Disloca tion)로 확산하여 전위 주위에 코트렐(Cottrell) 분위기를 형성하여 전위의 이동을 방해하기 때문에 항복점이 상승하고 항복점연신율이 증가한다는 이론등이 제시되고 있다.

용융도금전 열처리에 따른 변형시효현상을 억제하기 위해서는 강중에 고용되어 있는 탄소나 질소를 안정한 탄화물이나 질화물로 만들어 고용된 양을 줄이는 것이 바람직하다.

이러한 목적으로 Al, V, Ti, Nb 및 B를 첨가하나, 이는 강종단순화 및 제조원가 상승측면에서 불리하다. 이 문제를 공업적으로 해결하는 일반적인 방법은 용융도금후 조질압연을 하여 금속을 항복점연신 이상으로 변형시키고, 그것이 시효되기 전에 사용하는 것이다. 환언하면 항복현상이 없는 상태에서 소성가공이 되기 때문에 변형시효에 의한 스트레처 스트레인(Stretcher Strain)의 발생을 막을 수 있다. 실제로 연속 용융아연 도금라인에서 용융도금후 조질압연을 행할 경우 항복강도와 항복점 연신율이 감소하나, PGL의 경우 조질압연 연신율을 저탄소강에서 0.5% 이상, 구조용강에서 0.3% 이상으로 작업시 도금층 표면의 스팽글(Spangle)이 파손되어 표면외관을 헤치는 문제가 발생하므로 적정 연신율 이하로 관리하여야 한다. 결과적으로 도금층표면 외관이 손상되지 않는 낮은 조질압연 연신율에서 항복점연신율을 최소화하기 위해서는 도금전 열처리온도를 가능한 낮추어 탄소, 질소등의 침입원자의 전위로의 이동을 억제하여 변형시효를 최소화 해야 한다.

본 발명에 있어서 열연강판을 가열대에서 최대 520-550℃까지 가열하는데, 강판의 가열온도가 550℃를 초과하게 되면, 재질열화에 따른 가공성 열화가 야기되고, 블리스터(blister)라고 불리는 도금층 결함의 발생이 용이하여 도금밀착성을 저하시킨다. 이 블러스터는 수소를 함유한 분위기에서 환원열처리시 강판이 분위기 가스중의 수소를 흡수하여 용융도금 후 이 수소를 강판표면과 도금층 계면사이에 방출시켜 도금층을 팽창시킴으로서 발생하는데 도금밀착성을 크게 저하시킨다.

환원가열로내에서 강판의 환원속도는 강판온도 및 로내 수소가스 농도증가에 따라 증가하여 도금밀착성을 향상시키는 작용을 하나, PGL의 경우 열처리에 따른 재질열화를 최소화하기 위해 상술한 바와 같이 강판 온도는 520-550℃로 한정하였으며, 열처리 로내의 수소농도는 도금밀착성, 설비안정성 및 경제성을 고려하여 10-20%로 한정하는 것이 바람직하며, 강판 입욕온도는 도금자국 및 도금층의 흐름무늬등의 표면결함을 최소화할 수 있도록 440-470℃로 한정하는 것이 바람직하다.

한편, 연속 용융도금 작업시에 발생되는 합금층은 단시간 침적(dipping)에 의해 스트립(strip) 표면에 생성되는 금속간화합물로서 소지철계면으로부터 Γ, δ, ζ, η 상으로 구성되어 있는데, 이중 Γ 상은 특히 취약하여 가공시 도금밀착성의 열화요인이 된다. 용융도금욕(melting pot)내 첨가되는 Al은 도금광택도 향상, 소지철 산화피막의 일부 환원작용 및 취약한 Fe-Zn 합금층의 발달을 억제하는 작용을 하여 도금밀착성을 향상시키고 또한 도금층의 내식성을 향상시키는 원소로 알려져 있는데, 특히, PGL의 경우 염산산세 후 강판에 잔류한 산화피막 두께는 CGL에서의 도금소재인 냉연강판의 100-200Å에 비해 약 3-4배 두껍고, 환언 열처리로가 짧으므로 도금욕내 Al 농도 상향조정에 따른 강판산화피막의 환원작용이 중요시 된다.

본 발명에 있어서는 도금욕중에 첨가되는 Al의 함유량을 0.2-0.25%로 한정하고 있는데, 이는 Al 함유량이 0.2% 미만인 경우에는 취약한 Fe-Zn 합금층형성에 따른 도금박리 발생율이 높고, 도금욕중의 Fe와 선택적으로 반응하므로서 상부 드로스(top dross)를 형성하여 소모되는 양을 고려하면 도금욕내의 Al 함량은 0.2% 이상이 요구되지만, 0.25% 이상일 때에는 고온, 다습한 분위기에서 장시간 보관시 도금층 표면외관이 어둡게 변색되는 흑청(black stain) 발생율이 높고, 고가의 Zn-Al 조합잉고트 사용에 따른 제조원가가 상승하는 단점이 있기 때문이다.

본 발명이 적용되는 열연강판으로는 일반저탄소 또는 구조용 열연강판에만 한정되는 것은 아니며, 우수한 가공성 및 도금밀착성을 동시에 요구하는 열연강판이라면 어떠한 것이든지 적용될 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.

[실시예]

조질압연을 행한 2.0mm 두께의 일반저탄소 열연강판을 염산용액에서 산세한 후 10-20%의 수소농도분위기에서 가열대내의 강판온도를 하기 표 1과 같이 변경하여 열처리한 다음, 용융아연도금욕내의 Al 농도가 0.20%인 도금욕내에 5초간 침적하여 도금부착량이 150g/㎡이 되도록 용융아연도금을 행한후 0.3% 조질압연을 거친 도금강판에 대해 기계적성질을 측정하고, 그 측정결과를 하기 표 1에 나타내었다.

[표 1]

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 용융아연도금 강판인 발명재(1-2)는 본 발명의 가열온도 보다 높은 온도에서 열처리된 비교재(b)에 비하여 PGL 열처리를 행하지 않은 열연강판 대비 항복강도 및 항복점연신율의 증가폭이 적어 비교적 가공성도 우수하게 나타나며, 본 발명의 가열온도보다 낮은 온도에서 열처리된 비교재(a)의 경우는 발명재(1-2)와 거의 동일한 기계적성질을 나타냄을 알 수 있다.

또한, 종래의 CGL 열처리공정을 통과시켜 제조한 용융아연 열연강판의 경우 항복점 연신율의 증가폭이 크고, 인장강도가 저하되는 등의 재질변화가 크게 나타남을 알 수 있다.

상기 열연강판을 하기표 2와 같은 조건으로 열처리한 후 하기표 2와 같이 용융아연 도금욕내의 Al 농도를 변화시킨 460℃의 도금욕내에 5초간 침적하여 도금부착량이 150g/㎡이 되도록 용융아연도금한 다음, 각각의 시편에 대하여 여러가지 방법에 의해 도금밀착성 시험을 행하고, 그 시험결과를 하기표 2에 나타내었다.

하기 표 2에서 180°굽힘시험은 굽힘 시험기를 사용하여 행한 것이고, 에리센( Erichsen) 시험은 소지철이 파단시까지 컵모양의 변형을 준 후 도금밀착 상태를 판정한 것이고, 로크포밍(Lock-forming) 시험은 연속용융도금라인에서 통상 채택하고 있는 방법으로 강판을 폭방향 또는 길이방향으로 다수의 롤(roll)을 통과시킬 때 ＂o＂t 굽힘시험효과를 나타내며, 비교적 심한 변형을 나타낸다. 또한, 도금밀착성 평가기준은 각 밀착성 시험후 육안 및 테이프 밀착시험을 통해 도금중 탈락이 거의 없을 때를 ＂양호＂로 판정하였다.

[표 2]

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 열처리된 다음, 본 발명범위의 용융아연 도금욕내에서 용융아연 도금된 발명재(3-6)가 본 발명의 범위를 벗어난 열처리조건 및 도금욕조건에서 열처리되거나 또는 본 발명의 범위를 벗어난 도금욕에서 도금되어 제조된 비교재(c-k)에 비하여 도금밀착성이 양호함을 알 수 있다.

또한, 소지철과 도금층의 정량적인 가공성 한계 판단자료로 널리 사용되고 있는 성형성 한계도(Forming Limit Diagram ; FLD)를 작성한 결과 소지철이 파단될 때까지 도금박리가 발생되지 않음이 확인되었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 종래의 연속용융 아연도금시 열처리 공정단순화 및 최대열처리온도를 520-550℃로 낮춤으로써, 성에너지 절감 및 재질변화 최소화에 따른 가공성확보 및 도금욕내 Al 조성과 도금전 열처리조건을 변경하여 우수한 도금밀착성을 확보함으로써, 결과적으로 경제성 및 품질을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는 것이다.

Claims (1)

1. 용융아연 열연강판을 제조하는 방법에 있어서, 일반저탄소 또는 구조용 열연강판을 산세한 후 연속적으로 10-20%의 수소와 잔부질소의 혼합분위기로 유지되는 열처리로에 장입하여 예열대에서 150-200℃로 예열한 후, 가열대에서 520-550℃로 가열한 다음, 냉각대에서 440-470℃로 냉각하는 열처리단계와 0.2-0.25% Al과 잔부 Zn 및 불가피한 불순물로 조성되는 용융아연도금욕내에 상기와 같이 열처리된 열연강판을 침적하여 용융아연도금하는 용융아연도금단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 가공성 및 도금밀착성이 우수한 용융아연 열연강판의 제조방법.