WO2011065628A1 - 도금 조성물, 이를 이용한 도금 강재의 제조방법 및 도금 조성물이 코팅된 도금 강재 - Google Patents

도금 조성물, 이를 이용한 도금 강재의 제조방법 및 도금 조성물이 코팅된 도금 강재 Download PDF

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WO2011065628A1
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plating
composition
phase
plating composition
steel material
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PCT/KR2010/001155
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김종민
안덕수
정춘호
이재민
장삼규
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동부제철 주식회사
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
    • C23C2/12—Aluminium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/42—Electroplating: Baths therefor from solutions of light metals
    • C25D3/44—Aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/10—Alloys based on aluminium with zinc as the next major constituent

Definitions

  • the present invention relates to a plating composition, a method for manufacturing a plated steel using the same, and a plated steel coated with a plating composition, and more particularly, to an Al-Zn alloy plating composition having an excellent corrosion resistance and workability, and a plating surface, and plating using the same. It relates to a method for producing steel and a plated steel coated with a plating composition.
  • Galvanized steel sheet using zinc which has a higher tendency to ionize than iron, has been used for a long time because of its excellent corrosion resistance to prevent corrosion of iron.
  • Galvanized steel is now widely used in the fields of automobiles, appliances, and shafting materials.
  • galvanized steel sheet used in the field of building materials is increasing the demand for improved corrosion resistance as the level of consumer desire increases.
  • an Al-Zn plated steel sheet called galvalume was developed and used as a corrosion-resistant plated steel sheet in the field of building materials.
  • the Al-Zn plated steel sheet has excellent corrosion resistance compared to the conventional galvanized steel sheet, but the problem of poor corrosion resistance was found in the cut portion exposed to the base iron.
  • an object of the present invention is to solve the above problems, a plating composition which is effective in improving corrosion resistance and also ensures workability, excellent plating surface properties, a method of manufacturing a plated steel material using the same and a plated steel coated with the plating composition To provide.
  • the present invention is Zn: 30 ⁇ 50wt%, Mg: 2 ⁇ 10wt%, Si: 2 ⁇ 8wt%, 32.00 ⁇ 65.97wt% based on the total weight of the plating composition %, And forms a Mg 2 Si phase in the plating layer during plating on the steel.
  • the plating composition further comprises one or more selected from V: 0.01 to 0.5wt%, Cr: 0.01 to 0.5wt%.
  • the plating composition further comprises Sr: 0.01 ⁇ 0.5wt%.
  • the Si content satisfies the formula Si [wt%] ⁇ Al [wt%] ⁇ 0.03 + Mg [wt%] ⁇ 0.58.
  • the plating composition is coated to form an Al-Zn alloy plating layer on a surface thereof, and the Mg 2 Si phase is included in the plating layer.
  • the plating layer is a structure in which the Al phase, the Zn phase, the MgZn 2 phase, and the ternary phase of Al / Zn / MgZn 2 are mixed in addition to the Mg 2 Si phase.
  • the Mg 2 Si phase is a polygonal phase having a size within 10 ⁇ m.
  • the Mg 2 Si phase is a Chinese Script phase.
  • the present invention is Al-Zn-based alloy plating composition containing Zn, Mg, Si and the balance Al to perform the plating so that Mg 2 Si phase (polygonal or Chinese character shape within 10 ⁇ m) is formed in the plating layer, between the components
  • Mg 2 Si phase polygonal or Chinese character shape within 10 ⁇ m
  • FIG. 1 is a tissue photograph showing a Chinese script (Chinese Script) Mg 2 Si phase.
  • Figure 2 is a tissue photograph showing a micrograph of the plated layer cross-section according to the plating composition ratio.
  • the plating composition of the present invention is an Al-Zn-based alloy plating composition, which comprises Zn, Mg, Si, and the balance Al.
  • the plating composition comprises Zn: 30-50 wt%, Mg: 2-10 wt%, Si: 2-8 wt%, and the balance Al with respect to the total weight of the composition.
  • the composition is substantially a composition of the plating bath.
  • the plating composition further includes at least one selected from V: 0.01 to 0.5 wt% and Cr: 0.01 to 0.5 wt%.
  • the plating composition may further include Sr: 0.01 to 0.5wt% in the composition.
  • the balance Al is included in the range of 32.00 ⁇ 65.97wt%.
  • the plating composition controls the size and shape of the structure and the intermetallic compound in the plating layer when forming the plating layer on the steel to improve the corrosion resistance, processability and plating surface properties.
  • the plating steel coated with the plating composition (Al-Zn-based alloy plating steel) includes an Mg 2 Si phase in the plating layer to improve corrosion resistance.
  • Mg 2 Si phase is a polygonal phase or Chinese script (Chinese Script) phase of the size within 10 ⁇ m.
  • the Chinese character is one of metal structures exhibiting angular morphology.
  • the crystal growth interface is formed in a non-faceted form and in a faceted form.
  • the growth direction is changed to a zigzag in a specific direction by adding the factors of adhesion of atoms, which are crystal growth mechanisms.
  • the factors of atomic attachment are twinning, screw dislocation, rotation boundaries, and the like.
  • Zn dissolves ahead of Fe, the base iron, to retard the corrosion of Fe. This is called sacrificial corrosion resistance, and sacrificial corrosion resistance is ensured at a content of 30 wt% or more based on the total weight of the composition. On the other hand, if the content of Zn exceeds 50wt% with respect to the total weight of the composition, the profit on the cost is not large due to the increase of the composition specific gravity.
  • Mg is an important element for improving corrosion resistance.
  • Mg improves the original corrosion resistance of Al-Zn-based alloy plated steel by covering the surface of the coating layer and the bare iron exposed part with corrosion products including Mg when the coated steel coated with Al-Zn-based alloy plating composition is exposed to the corrosive environment. Let's do it.
  • Mg in the plating layer is combined with Si to form an intermetallic compound [Mg 2 Si] phase.
  • the Mg 2 Si phase promotes the formation of stable corrosion products in the corrosive environment and becomes a source of Mg components.
  • the plating layer surface is quickly covered with a uniform corrosion product.
  • this corrosion product acts as a stable protective film to improve the corrosion resistance of the plating layer.
  • Mg is involved in the sacrificial corrosion resistance of the plated steel together with Zn. Mg is involved in sacrificiality in keeping the sacrificial action long.
  • Mg reacts with Al to block the diffusion of oxygen, significantly improving the shear corrosion resistance after processing.
  • Mg is combined with Zn to form an intermetallic compound [MgZn 2 ] phase.
  • the MgZn 2 phase acts as an element to further improve corrosion resistance.
  • Mg is present as an oxide in the pole surface layer of the plating layer, thereby contributing to the improvement of corrosion resistance, and even when the content is a small amount, the effect of improving corrosion resistance is great.
  • Mg is required to add 2wt% or more based on the total weight of the composition.
  • Mg has a strong oxidizing property, when it exceeds 10wt%, the plating bath becomes saturated and the melting point becomes high, making it difficult to handle the plating bath. And an Mg oxide film is produced
  • Si is added to suppress the growth of the Fe—Al alloy layer formed at the base iron and the interface, and to improve the fluidity of the plating bath to give gloss. When generation of the Fe—Al alloy layer is suppressed, workability is improved.
  • the Mg 2 Si phase containing Mg is formed with respect to Si addition. This phase is effective in improving the corrosion resistance of the plated layer front face and the processed portion. Therefore, the amount of Si must be increased to produce a metal structure in which Mg 2 Si phase is mixed in the solidification structure of the plating layer.
  • Si should be added 2wt% or more with respect to the total weight of the composition can be expected the effect described above. However, when added in excess of 8wt%, needle-like Si needles in the plating layer are precipitated, which significantly lowers the corrosion resistance and workability of the plating layer.
  • Al-Zn-based alloy plating composition may further include one or more selected from 0.01 to 0.5wt% of V, Cr in addition to Mg, Si addition.
  • the V or Cr element is added to reduce the size of the spangle and to make the size and distribution of the intermetallic compound such as the Mg 2 Si phase uniform.
  • the size and distribution of the intermetallic compound are uniform, the workability of the plating layer is improved and the cracking of the plating layer is prevented, thereby improving the plating surface property.
  • Spangle is a fine and uniform distribution of the flower pattern appearing in the plating layer makes the plating surface beautiful.
  • Al-Zn-based alloy plating composition may be added with one or more selected from 0.01, 0.5wt% of V, Cr and Sr in addition to Mg, Si addition.
  • the Sr element is added to spheroidize the needle-shaped Si needle formed in the plating layer, and to refine and uniformize the Mg 2 Si phase formed into a polygon within 10 ⁇ m. This prevents cracks during processing and delays propagation of cracks, thereby suppressing cracking of the plating layer as a whole.
  • the growth of the Mg 2 Si phase is further delayed to refine the twinning, which is a growth mechanism, and to refine the grain due to the miniaturization of the twin boundary, which acts as a nucleation site of the matrix structure. ), The workability is improved.
  • At least one selected from V, Cr and Sr should be added at least 0.01wt% to expect the above-mentioned effect. On the other hand, if it exceeds 0.5wt%, a large amount of dross is generated in the plating bath, thereby causing a problem of deteriorating the appearance of the plating surface due to the dross adsorption.
  • the plating composition of this invention contains the said component, and remainder is Al. Such a plating composition is also allowed to be finely mixed with inevitable impurities of 0.001wt% or less as an element contained according to the situation of raw materials, materials, manufacturing facilities and the like.
  • Fe can be incorporated up to 0.5wt% from the manufacturing equipment or the steel to be plated.
  • the content of Si in the plating composition satisfies the component relation Si [wt%] ⁇ Al [wt%] ⁇ 0.03 + Mg [wt%] ⁇ 0.58.
  • the above equation is a relational formula for controlling the shape of the Mg 2 Si phase to improve the plating workability and to minimize the precipitation of the Si single phase of the surface and the inside of the plating layer due to the extra Si to improve the surface properties and workability.
  • the Mg 2 Si phase improves corrosion resistance but may act as a factor that inhibits plating workability. Therefore, the Mg 2 Si phase is controlled to a Chinese script phase by adjusting the ratio between the plating composition components to improve plating processability.
  • a polygonal Mg 2 Si phase in the interface between the brittle and the Chinese character is high, but the number of the base coating layer strength of the write phase of its defect (defect) relative to the Mg 2 Si is larger.
  • the Chinese character Mg 2 Si phase grows with the help of physical defects in the direction of minimizing the energy of the system, and because the twin size is fine compared to the polygon, the machinability is superior to the Mg 2 Si phase of the polygon.
  • the content of Si is important for Mg 2 Si phase formation. This is because Si suppresses the growth of the alloy layer formed between the base iron and the plating layer and acts on the formation of the Mg 2 Si phase.
  • Si content required for suppressing alloy layer growth is 0.03 times Al content.
  • the amount of Si required to form the Mg 2 Si phase is 0.58 times the Mg content calculated by the molecular formula.
  • the content of Si in the plating composition is determined by the component relation Si [wt%] ⁇ Al [wt%] ⁇ 0.03 + Mg [wt%] ⁇ 0.58 If it does not satisfy the Mg 2 Si phase will form a polygonal phase having a size of 10 ⁇ m or more.
  • a plating composition is prepared in a range satisfying the relation Si [wt%] ⁇ Al [wt%] ⁇ 0.03 + Mg [wt%] ⁇ 0.58.
  • the present invention also provides a method of forming an Al-Zn alloy plating layer by coating the plating composition of the present invention on a steel material.
  • Method for coating the plating composition on the steel comprising the steps of heating the plating composition having the composition described above to produce a hot-dip plating bath of 550 ⁇ 650 °C; And coating the plating composition on the surface by immersing the steel in a plating bath and then cooling to room temperature at a cooling rate of 5 to 30 ° C / sec.
  • the steel may be a cold rolled steel sheet or a hot rolled steel sheet or an annealing steel sheet after cold rolling.
  • the steel is then immersed in the plating bath after being adjusted to the plating bath temperature before being immersed in the plating bath.
  • the steel After the steel is immersed in the plating bath, it is pulled up to adjust the coating amount by air wipe (Air Wiper). If necessary, it can pass through a mini-spingle chamber or galvannealing furnace. At this time, the plating deposition amount is adjusted to 60 ⁇ 200g / m 2 .
  • the temperature of the plating bath molten metal is less than 550 degreeC, the fluidity of a plating bath will fall and the appearance of a plating film will become poor and plating adhesiveness will fall.
  • it exceeds 650 ° C the amount of Fe elution from the internal facilities of the plating bath is increased to increase the dross generation amount, causing insufficient cooling during the solidification process after plating, and causing defects such as flow marks in the plating layer.
  • the cooling rate is less than 5 ° C / sec, a large hexagonal Mg 2 Si phase is formed.
  • the large polygonal Mg 2 Si phase deteriorates the plating workability.
  • the cooling rate exceeds 30 ° C / sec, the surface of the plating layer is roughened by subcooling, and a problem occurs that Mg 2 Si phase is not formed.
  • the cooling rate not only controls the size and shape of the Mg 2 Si phase but also affects the surface gloss.
  • the cooling rate is more preferably in the range of 10 to 20 ° C / sec.
  • the plating adhesion amount is less than 60 g / m 2, the corrosion resistance is insufficient. If the plating adhesion amount is more than 200 g / m 2 , the plating layer becomes excessively thick due to excessive adhesion amount, thereby deteriorating the adhesion of the plating layer itself and deteriorating the surface gloss and deteriorating the appearance.
  • Immersion is carried out for 1-3 seconds. Immersion may lower the plating adhesion when less than 1 second, and when the thickness exceeds 3 seconds, the plating layer may be thickened, resulting in poor appearance.
  • the plating composition is coated to form an Al—Zn alloy plating layer on the steel surface, and the Mg 2 Si phase is included in the plating layer.
  • the plating layer is a structure in which the Al phase, the Zn phase, the MgZn 2 phase and the ternary process phases of Al / Zn / MgZn 2 are mixed in addition to the Mg 2 Si phase.
  • an alloy layer having a thickness of 1 to 2 ⁇ m is formed between the base iron and the plating layer.
  • the first to be formed thereon is the Al ultra-phase or Mg 2 Si phase with the highest melting point.
  • an Al resin phase, a Zn phase, and a MgZn 2 phase are formed, and finally, an Al / Zn / MgZn 2 ternary process phase fills the matrix to form a plating layer.
  • the matrix structure of the plating layer is A l resin (dendrite).
  • Cold rolled steel sheets having a thickness, width, and length of 1.2 mm, 180 mm, and 220 mm, respectively, are immersed in an alkali solution at 50 ° C. for 30 minutes, and then washed with water to remove foreign substances and oil from the surface to prepare a specimen.
  • the specimen is annealed and plated.
  • Annealing is carried out in a reducing atmosphere consisting of 10-30% hydrogen and 70-90% nitrogen, and the annealing heat treatment temperature is 750-850 ° C.
  • the annealing is carried out in a reducing atmosphere because Al has a strong affinity with Fe and a high reactivity with oxygen, and thus is easy to form a pointless plating.
  • the plating is performed by cooling the annealing heat-treated specimen to the plating bath temperature, immersing it in the plating bath for 3 seconds, and then pulling it up to adjust the plating adhesion amount to 60 to 200 g / m 2 using an Air Wiper. Cool to room temperature at the cooling rate and solidify. Plating bath temperature shall be 550-650 degreeC.
  • Table 1 shows the plating bath component ratio and the physical property evaluation according to the embodiment of the present invention and the other comparative example.
  • Comparative Example 3 Inventive Example 1 to Inventive Example 7 formed a distinct sequins.
  • KS D 9502 ASTM B-117
  • rust generation at the shear surface was evaluated by a saline spray test at 5% NaCl at 1500C for 1500 hours.
  • Comparative Example 1 Comparative Example 3, and Comparative Example 4, the corrosion resistance was inferior. Among them, the corrosion resistance of Comparative Example 1 in which Mg was not added was inferior.
  • Inventive Examples 1 to 7 were excellent in corrosion resistance with a red blue color generation rate of 10% or less. In particular, the corrosion resistance of Inventive Example 3 to Example 7 containing more Zn content was better.
  • the specimen was bent 180 ° to 1T thickness (bending test) and the cross section was observed under a microscope to determine the crack ratio per unit length. At this time, the crack is limited only to crossing the entire plating layer.
  • Comparative Example 2 Comparative Example 4, and Comparative Example 5, the crack generation rate exceeded 20%.
  • Comparative Example 2 is excellent in corrosion resistance due to the addition of Mg, but seems to be due to the precipitation of a polygonal Mg 2 Si phase and needle-like Si phase of 10 ⁇ m or more in the plating layer due to excessive Si content.
  • Comparative Example 4 and Comparative Example 5 also had a lower Si content than Comparative Example 2, but the relation Si [wt%] ⁇ Al [wt%] ⁇ 0.03 + Mg [wt%] ⁇ 0.58 was not satisfied, resulting in poor workability.
  • the physical properties of the plating layer according to the plating bath temperature (the temperature of the plating bath molten metal) and the cooling rate after coating the plating composition were examined.
  • the composition of the plating composition to form the plating bath was to include Zn: 36.2wt%, Mg: 4.3wt%, Si: 5.2wt% and the balance Al and impurities.
  • the steel is then immersed in the plating bath after being adjusted to the plating bath temperature before being immersed in the plating bath.
  • the degree of staining on the surface of the plating according to the plating bath temperature was visually observed.
  • the specimen was bent 180 ° to 1T thickness (bending test) and the cross section was observed under a microscope to determine the crack ratio per unit length. At this time, the crack is limited only to crossing the entire plating layer.
  • the plating surface appearance was bad when the plating bath temperature was less than 550 degreeC. This seems to be because the plating bath fluidity is lowered. When the plating bath temperature exceeded 650 ° C., stains such as flow marks occurred in the plating layer.
  • the cooling rate was less than 5 °C / sec Polygonal Mg 2 Si phase having a size of 10 ⁇ m or more was formed. This resulted in more than 20% cracking in workability. And when a cooling rate exceeds 30 degreeC / sec, surface gloss fell.
  • FIG. 2 is a tissue photograph showing a micrograph of the plated layer cross section according to the plating composition ratio.
  • Figure 2 (a) is a case of coating the steel with a plating composition consisting of Zn: 35.1wt%, Si: 6.6wt%, Mg: 7.2wt% and the balance Al, (b) is Zn: 36.2wt%, Si : 4.3 wt%, Mg: 5.2 wt% and the structure picture when the steel is coated with a plating composition consisting of the balance Al.
  • the plating bath temperature was adjusted to an air wipe so that the plating bath temperature was 600 ° C. and the coating weight was 150 g / m 2 , and cooling after plating was performed at 20 ° C./sec.
  • the Si content does not satisfy the formula Si [wt%] ⁇ Al [wt%] ⁇ 0.03 + Mg [wt%] ⁇ 0.58, and in (b) the Si content is the formula Si [wt%] ⁇ It satisfies Al [wt%] ⁇ 0.03 + Mg [wt%] ⁇ 0.58.
  • the Al-Zn-based alloy plating composition including Zn, Mg, Si and the balance Al is plated to form an Mg 2 Si phase in the plating layer, but the plating layer is controlled by controlling the ratio between components.
  • the plating layer is controlled by controlling the ratio between components.

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Abstract

본 발명은 도금 조성물, 이를 이용한 도금 강재의 제조방법 및 도금 조성물이 코팅된 도금 강재에 관한 것이다. 본 발명의 도금 조성물은 Zn: 30~50wt%, Mg: 2~10wt%, Si: 2~8wt%, Al: 32.00~65.97wt%%를 포함하고, 강재에 도금시 도금층 중에 Mg2Si상을 형성한다. 도금 강재의 제조방법은 상기 도금 조성물을 가열하여 550~650℃의 용융 도금욕을 제조하는 단계; 및 상기 도금욕에 강재를 침지하여 표면에 상기 도금 조성물을 피복한 후 5~30℃/sec의 냉각속도로 상온까지 냉각하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면 Zn, Mg, Si 및 잔부 Al을 포함하는 Al-Zn계 합금 도금 조성물로 도금을 수행하며, 성분간의 비율 조절을 통해 도금층 내 조직과 금속간 화합물의 크기 및 형상을 제어함으로써 내식성과 가공성 및 도금 표면성이 우수한 도금 강재(Al-Zn계 합금 도금 강재)를 제조할 수 있는 이점이 있다.

Description

도금 조성물, 이를 이용한 도금 강재의 제조방법 및 도금 조성물이 코팅된 도금 강재
본 발명은 도금 조성물, 이를 이용한 도금 강재의 제조방법 및 도금 조성물이 코팅된 도금 강재에 것으로, 더욱 상세하게는 우수한 내식성 및 가공성, 도금 표면을 가지도록 하는 Al-Zn계 합금 도금 조성물, 이를 이용한 도금 강재의 제조방법 및 도금 조성물이 코팅된 도금 강재에 관한 것이다.
철보다 이온화 경향이 큰 아연을 이용한 아연도금 강판은 철의 부식을 막는 내식성이 우수하여 오래 전부터 사용되어 왔다. 현재 아연도금 강판은 자동차, 가전용 기구와 전축 재료 분야에서 널리 이용되고 있다.
그러나 건축 재료 분야에서 사용되는 아연도금 강판은 소비자의 욕구 수준이 높아짐에 따라 내식성 향상에 대한 요구가 더욱 증대되고 있다.
이에 1960년 후반에 갈바륨(Galvalume)이라 불리는 Al-Zn도금 강판이 개발되어 건축 재료 분야의 내식성 도금 강판으로 사용되었다. 그러나 Al-Zn도금 강판은 평판부의 내식성은 기존 아연도금 강판에 비해 우수하나 소지철이 노출된 절단부에서 내식성이 열위한 문제점이 발견되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 내식성 향상에 효과적이면서도 가공성, 우수한 도금 표면성도 확보할 수 있는 도금 조성물, 이를 이용한 도금 강재의 제조방법 및 도금 조성물이 코팅된 도금 강재를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 도금 조성물 총중량에 대하여 Zn: 30~50wt%, Mg: 2~10wt%, Si: 2~8wt%, 32.00~65.97wt%%를 포함하고, 강재에 도금시 도금층 중에 Mg2Si상을 형성한다.
상기 도금 조성물은 V: 0.01~0.5wt%, Cr: 0.01~0.5wt% 중 선택된 1종 이상을 더 포함한다.
상기 도금 조성물은 Sr: 0.01~0.5wt%를 더 포함한다.
상기 Si함량은 식 Si[wt%]≤Al[wt%]×0.03+Mg[wt%]×0.58를 만족한다.
상기 도금 조성물을 가열하여 550~650℃의 용융 도금욕을 제조하는 단계; 및 상기 도금욕에 강재를 1~3초 동안 침지하여 표면에 상기 도금 조성물을 피복한 후 5~30℃/sec의 냉각속도로 상온까지 냉각하는 단계를 포함한다.
상기 도금 조성물이 코팅되어 표면에 Al-Zn계 합금 도금층이 형성되고, 상기 도금층 중에 Mg2Si상이 포함된다.
상기 도금층은 상기 Mg2Si상 외에 Al상, Zn상, MgZn2상 및 Al/Zn/MgZn2의 3원 공정상이 혼재된 조직이다.
상기 Mg2Si상은 크기가 10㎛ 이내인 다각형상이다.
상기 Mg2Si상은 중국문자형(Chinese Script)상이다.
본 발명은 Zn, Mg, Si 및 잔부 Al을 포함하는 Al-Zn계 합금 도금 조성물로 도금층 중에 Mg2Si상(10㎛ 이내인 다각형상 또는 중국문자형상)이 형성되게 도금을 수행하며, 성분간의 비율 조절을 통해 도금층 내 조직과 금속간 화합물의 크기 및 형상을 제어하여 내식성과 가공성 및 도금 표면성이 우수한 도금 강재(Al-Zn계 합금 도금 강재)를 제조한다.
따라서, 자동차, 가전용 기구와 전축 재료 분야 등 우수한 내식성을 요하는 분야에 널리 상용화될 수 있는 유용한 효과가 있다.
도 1은 중국문자형(Chinese Script) Mg2Si상을 보인 조직사진.
도 2는 도금 조성물 비율에 따른 도금층 단면의 현미경 사진을 보인 조직사진.
이하, 본 발명에 의한 도금 조성물, 이를 이용한 도금 강재의 제조방법 및 도금 조성물이 코팅된 도금 강재에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 도금 조성물은 Al-Zn계 합금 도금 조성물로, Zn, Mg, Si 및 잔부 Al을 포함하여 이루어진다.
구체적으로, 도금 조성물은 조성물 총중량에 대하여 Zn: 30~50wt%, Mg: 2~10wt%, Si: 2~8wt% 및 잔부 Al을 포함하여 이루어진다. 상기 조성은 실질적으로는 도금욕의 조성이다.
도금 조성물은 V: 0.01~0.5wt%, Cr: 0.01~0.5wt% 중 선택된 1종 이상을 더 포함한다. 또한, 도금 조성물은 상기 조성에 Sr: 0.01~0.5wt%를 더 포함할 수 있다.
잔부 Al의 경우 32.00~65.97wt% 범위로 포함된다.
도금 조성물은 강재에 도금층 형성시 도금층 내 조직과 금속간 화합물의 크기 및 형상을 제어하여 내식성과 가공성 및 도금 표면성을 향상시킨다.
도금 조성물이 코팅된 도금 강재(Al-Zn계 합금 도금 강재)는 내식성 향상을 위해 도금층 중에 Mg2Si상이 포함된다.
Mg2Si상은 크기가 10㎛ 이내인 다각형상 또는 중국문자형(Chinese Script)상이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 중국문자형상은 모난형태(Angular morphology)를 나타내는 금속 조직의 하나이다.
용융 엔트로피가 2.0 이상의 경우 결정성장 계면이 각면이 형성되지 않은(non-faceted )형태에서 각면이 형성된(faceted)형태로 우선 성장 방향이 생기게 되며, 이러한 성장 형태의 경우 특정조건(냉각속도, 기지의 화학조성)이 주어지면 결정성장 기구인 원자의 부착 작용 요인이 추가됨으로써 특정방향으로 성장방향이 지그재그로 바뀌게 되는데 이때 나타나는 형상이 중국문자형상이다.
여기서, 원자 부착 작용 요인은 쌍정(twinning), 비틀림 전위(screw dislocation), 회전 경계면 (roation boundaries) 등이다.
이하, 본 발명의 도금 조성물을 이루는 구성 요소들의 기능 및 함량의 한정 이유에 대해 설명한다.
Zn: 30~50wt%
Zn은 소지철인 Fe보다 우선 용해되어 Fe의 부식을 지체시킨다. 이를 희생방식성이라 하며, 희생방식성은 조성물 총 중량에 대하여 Zn의 함량이 30wt% 이상에서 확보된다. 반면, 조성물 총 중량에 대하여 Zn의 함량이 50wt%를 초과하면 조성물 비중의 상승으로 원가에 대한 이익이 크지 않다.
Mg: 2~10wt%
Mg는 내식성을 향상시키는 중요한 원소이다.
Mg는 Al-Zn계 합금 도금 조성물이 코팅된 도금 강재가 부식환경에 노출될 때 도금층 표면 및 소지철 노출부를 Mg를 포함한 부식생성물로 덮게 하여 Al-Zn계 합금 도금 강재 본래의 내식성을 한층 더 향상시킨다.
도금층 중 Mg는 Si와 결합되어 금속간 화합물[Mg2Si] 상을 형성한다. Mg2Si상은 부식환경에 있어 안정한 부식생성물 형성을 촉진하고, Mg 성분의 공급원이 된다. 이로 인해, 도금층 표면은 신속하게 균일한 부식생성물로 덮힌다. 그리고 이 부식생성물은 안정한 보호피막으로 작용하여 도금층의 내식성을 향상시킨다.
또한, Mg는 Zn과 함께 도금 강재의 희생방식성에 관여한다. Mg는 희생방식 작용이 오래 유지되도록 하는 것에서 희생방식성에 관여한다.
또한, Mg는 Al과 반응하여 산소의 확산을 차단함으로써 가공 후 전단면 내식성을 현저히 개선시킨다.
또한, Mg는 Zn과 결합되어 금속간 화합물[MgZn2] 상을 형성한다. MgZn2 상은 내식성을 보다 향상시키는 원소로 작용한다.
또한, Mg는 도금층의 극표층에서 산화물로 존재하여 내식성 향상에 기여하며 그 함량이 미량인 경우에도 내식성 향상 효과가 크다.
뚜렷이 차별화되는 내식성을 확보하기 위해 Mg는 조성물 총중량에 대하여 2wt% 이상 첨가가 필수적이다. 하지만 Mg는 강산화성을 가지므로 10wt%를 초과하면 도금욕이 포화됨과 동시에 용융점이 높아져 도금욕을 다루기가 어렵게 된다. 그리고, 도금욕 표면에 Mg 산화막이 생성되어 도금 표면성이 저하된다.
Si: 2~8wt%
Si는 소지철과 계면에 형성되는 Fe-Al 합금층 성장을 억제하고 도금욕의 유동성을 향상시켜 광택을 부여하기 위해 첨가된다. Fe-Al 합금층 생성이 억제되면 가공성이 향상된다.
Si 첨가에 대해 Mg가 함유된 Mg2Si상이 형성된다. 이 상은 도금층 전단면 및 가공부의 내식성 향상에 효과가 있다. 따라서 Si 첨가량을 높여 도금층의 응고 조직 중에 Mg2Si상이 혼재된 금속 조직을 제작해야 한다.
Si는 조성물 총중량에 대하여 2wt% 이상 첨가되어야 상술한 효과를 기대할 수 있다. 하지만 8wt%를 초과하여 첨가되면 도금층 내 바늘형상의 Si 침상이 석출되어 도금층의 내식성 및 가공성을 현저하게 저하시킨다.
0.01~0.5wt%의 V, Cr 중 선택된 1종 이상, 또는 0.01~0.5wt%의 V, Cr 중 선택된 1종 이상 및 0.01~0.5wt%의 Sr.
Al-Zn계 합금 도금 조성물은 Mg, Si 첨가 외에 0.01~0.5wt%의 V, Cr 중 선택된 1종 이상이 더 포함될 수 있다.
V 또는 Cr 원소는 스팽글(Spangle) 크기를 작게 하고 Mg2Si상과 같은 금속간 화합물의 크기 및 분포를 균일하게 하기 위해 첨가된다. 금속간 화합물의 크기 및 분포가 균일해지면 도금층의 가공성이 향상되고 도금층의 균열이 방지되어 도금 표면성이 좋아진다. 스팽글(Spangle)은 도금층 나타나는 꽃무늬를 형상으로 미세하고 균일하게 분포하면 도금 표면을 미려하게 한다.
Al-Zn계 합금 도금 조성물은 Mg, Si 첨가 외에 0.01~0.5wt%의 V, Cr 중 선택된 1종 이상 및 Sr이 더 첨가될 수 있다.
Sr 원소는 도금층 내에 형성된 바늘형상의 Si 침상을 구상화하고, 다각형으로 형성된 Mg2Si상을 10㎛이내로 미세화시키고 균일하게 하기 위해 첨가된다. 이는 가공시 크랙의 발생을 막고 발생한 크랙의 전파가 지연되게 하여 전체적으로 도금층의 균열 발생을 억제한다.
Sr 원소를 Cr, V 등과 함께 첨가하면 Mg2Si상의 성장을 더욱 지연시켜 성장 기구인 쌍정(twinning)을 미세화시키고 기지조직의 핵생성 사이트로 작용하는 쌍정 경계의 미세화로 인한 결정립 미세화(10㎛이내) 효과로 가공성이 향상된다.
V, Cr 및 Sr 중 선택된 1종 이상은 0.01wt% 이상 첨가되어야 상술한 효과를 기대할 수 있다. 반면, 0.5wt%를 초과하면 도금욕 중에 드로스(Dross)를 다량으로 발생시켜 드로스 흡착으로 인한 도금 표면의 외관을 해치는 문제가 발생한다.
그리고, V, Cr, Sr 원소는 동시첨가할 경우 가공성 및 도금 표면성 개선 효과는 더욱 증대된다.
본 발명의 도금 조성물은 상기 성분을 함유하고, 잔부는 Al이다. 이러한 도금 조성물은 원료, 자재, 제조설비 등의 상황에 따라 함유되는 원소로서 0.001wt% 이하의 불가피한 불순물의 미세한 혼입도 허용된다.
특히 Fe의 경우는 제조설비 또는 도금되는 강제로부터 0.5wt%까지 혼입될 수 있다.
도금 조성물 중 Si의 함량은 성분 관계식 Si[wt%]≤Al[wt%]×0.03+Mg[wt%]×0.58를 만족한다.
상기 식은 Mg2Si상의 형상을 제어하여 도금 가공성을 향상시키고 여분의 Si으로 인한 도금층 표면 및 내부의 Si 단상의 석출을 최소화하여 표면성 및 가공성을 향상시키기 위한 관계식이다.
Mg2Si상은 내식성을 향상시키지만 도금 가공성을 저해하는 요인으로 작용할 수 있다. 따라서 도금 조성물 성분간 비율 조정을 통해 Mg2Si상을 중국문자형(Chinese Script)상으로 제어하여 도금 가공성을 개선한다.
다각형의 Mg2Si상은 중국문자형 Mg2Si상에 비해 결함(defect)의 수가 적어 상 자체의 강도는 높으나 도금층 기지와의 계면에서 취성은 더 크다. 반면, 중국문자형 Mg2Si상은 시스템의 에너지를 최소화 하는 방향으로 물리적 결함들의 도움을 받아 성장하고 쌍정의 크기가 다각형에 비해 미세하므로 다각형의 Mg2Si상에 비해 가공성이 우수하다.
Mg2Si상 형성을 위해 Si의 함량이 중요하다. 이는 Si가 소지철과 도금층 사이에 형성되는 합금층의 성장을 억제하고 Mg2Si상의 형성에 작용하기 때문이다.
합금층 성장 억제를 위해 필요한 Si의 함량은 Al함량의 0.03배이다. 또한, Mg2Si상을 형성하는데 필요한 Si양은 분자식을 통해 계산하면 Mg함량의 0.58배가 된다.
Mg2Si상 형성시 Si양이 과도하면 크기가 10㎛ 이상인 다각형상의 Mg2Si상이 형성되어 도금 가공성이 저하된다. 또한, Si함량의 초과량은 도금층 사이에 바늘 형상의 Si 침상으로 형성되어 가공성을 더욱 악화시키게 된다. 또한, 도금층의 응고과정에서 초과분의 Si가 표면에 농축되어 형성되면 Al-Zn합금 도금 강판의 외향적인 특징인 스팽글의 형성을 막아 도금 표면성을 악화시키게 된다.
이는 상을 형성하기 위한 성분들의 확산 이동 거리의 차이에 기인하는 것으로, 특히, 도금 조성물 중 Si의 함량은 성분 관계식 Si[wt%]≤Al[wt%]×0.03+Mg[wt%]×0.58를 만족하지 못하는 경우 Mg2Si상이 크기가 10㎛ 이상인 다각형상의 상을 형성하게 된다.
따라서, 관계식 Si[wt%]≤Al[wt%]×0.03+Mg[wt%]×0.58를 만족하는 범위로 도금 조성물을 제조한다.
본 발명은 또한, 본 발명의 도금 조성물을 강재에 코팅하여 Al-Zn계 합금 도금층을 형성하는 방법을 제공한다.
도금 조성물을 강재에 코팅하는 방법은, 상술한 조성을 갖는 도금 조성물을 가열하여 550~650℃의 용융 도금욕을 제조하는 단계; 및 도금욕에 강재를 침지하여 표면에 상기 도금 조성물을 피복한 후 5~30℃/sec의 냉각속도로 상온까지 냉각하는 단계를 포함한다.
강재는 냉연강판 또는 열연강판 또는 냉간압연 후 소둔 처리된 강판일 수 있다. 그리고, 강재는 도금욕에 침지하기 전 도금욕 온도로 조정된 후 도금욕에 침지된다.
강재를 도금욕에 침지시킨 후에는 끌어올려 에어 와이프(Air Wiper)로 도금 부착량을 조절한다. 필요에 따라 미니스팽글 챔버나 갈바어닐링 노를 통과할 수 있다. 이때, 도금 부착량은 60~200g/m2이 되게 조정한다.
도금욕 용탕의 온도는 550℃ 미만이면 도금욕의 유동성이 떨어져 도금 피막의 외관이 불량해지고 도금 밀착성이 저하된다. 반면, 650℃를 초과하면 도금욕 용탕 내부 설비로부터의 Fe 용출량이 증가하여 드로스 발생량을 증가시키고, 도금 후 응고과정에서 불충분한 냉각을 유발하여 도금층에 흐름 자국과 같은 결함을 발생시킨다.
냉각속도는 5℃/sec 미만이면 크기가 큰 육방정의 Mg2Si상이 형성된다. 크기가 큰 다각형상의 Mg2Si상은 도금 가공성을 저하시킨다. 반면, 냉각속도는 30℃/sec를 초과하면 과냉으로 도금층의 표면이 거칠어지고 Mg2Si상이 형성되지 않는 문제가 발생한다.
냉각속도는 Mg2Si상의 크기 및 형상을 조절하는 것은 물론 표면 광택에도 영향을 미친다. 표면 광택을 향상을 위해 냉각속도는 10~20℃/sec 범위인 경우가 더 바람직하다.
도금 부착량은 60g/m2 미만이면 내식성이 불충분하고, 200g/m2를 초과하면 과도한 부착량에 의해 도금층이 지나치게 두꺼워져 도금층 자체의 밀착성이 저하되는 동시에 표면 광택이 저하되어 외관이 나빠진다.
침지는 1~3초 동안 실시한다. 침지는 1초 미만이면 도금 부착성이 낮아지고, 3초를 초과하면 도금층이 두꺼워져 외관이 나빠질 수 있다.
이와 같이 도금 조성물이 코팅되어 강재 표면에 Al-Zn계 합금 도금층이 형성되고, 도금층 중에 Mg2Si상이 포함된다.
도금층은 상기 Mg2Si상 외에 Al 상, Zn 상, MgZn2 상 및 Al/Zn/MgZn2의 3원 공정상이 혼재된 조직이다.
도금층의 형성 과정은 우선, 소지철과 도금층 사이에 1~2㎛의 합금층이 형성된다. 그리고 그 위에 가장 먼저 형성되는 것은 Al 초정상 또는 용융점이 가장 높은 Mg2Si상 이다. 다음으로 Al수지상, Zn상, MgZn2상이 형성되고 마지막으로 Al/Zn/MgZn2 3원 공정상이 매트릭스(Matrix)를 채워 도금층을 형성하게 된다. 여기서, 도금층의 기지조직은 Aㅣ수지(덴드라이트)상이다.
이하, 본 발명을 실시예와 다른 비교예를 대비하여 상세히 설명하고자 한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
강판의 두께, 폭, 길이가 각각 1.2mm, 180mm, 220mm인 냉연 강판을 50℃알카리 용액에 30분 동안 침지시킨 후 물로 세척하여 표면의 이물질과 기름을 제거하여 시편을 준비한다.
이 시편을 소둔처리 한 후 도금한다. 소둔은 수소 10~30%, 질소 70~90%로 구성된 환원분위기에서 실시하며, 소둔 열처리 온도는 750~850℃이다. 여기서, 소둔을 환원분위기에서 실시하는 것은 Al이 Fe과 친화력이 강하고 산소와의 반응성이 커 점상의 무도금을 형성하기 쉽기 때문에 이를 방지하기 위한 것이다.
도금은 소둔 열처리한 시편을 도금욕 온도로 냉각한 후 도금욕에 3초간 침적시킨 후 끌어올려 에어 와이프(Air Wiper)로 도금 부착량이 60~200g/m2이 되게 조정하고, 20℃/sec의 냉각속도로 상온까지 냉각하여 응고시킨다. 도금욕 온도는 550~650℃로 한다.
표 1은 본 발명의 실시예와 다른 비교예의 도금욕 성분비 및 그에 따른 물성평가를 나타낸 것이다.
표 1
구분 도금욕(도금 조성물)의 조성(단위:wt%) 물성평가
Zn Si Mg V Cr Sr 잔부 Al[wt%]×0.03+Mg[wt%]×0.58 MgSi형상 도금표면성 전단면내식성 가공성
비교예1 43.4 1.6 - - - - Al 및 불순물 1.7 - ○ × ◎
비교예2 40.5 11 7.4 - - - Al 및 불순물 5.5 다각형 × ◎ ×
비교예3 22.2 4.5 7.1 - - - Al 및 불순물 6.1 중국문자형 ○ △ ○
비교예4 22.8 6.2 4.9 - - - Al 및 불순물 4.8 다각형 × △ △
비교예5 35.1 6.6 7.2 - - - Al 및 불순물 5.7 다각형 △ ○ △
발명예1 36.2 4.3 5.2 - - - Al 및 불순물 4.6 중국문자형 ○ ○ ○
발명예2 34.4 6.5 6.9 0.3 - 0.3 Al 및 불순물 5.6 다각형 ○ ○ ○
발명예3 40.5 4.9 7.5 0.3 - - Al 및 불순물 5.8 중국문자형 ○ ◎ ◎
발명예4 40.1 4.7 7.2 - 0.3 - Al 및 불순물 5.6 중국문자형 ○ ◎ ◎
발명예5 40.4 4.5 6.8 0.3 - 0.3 Al 및 불순물 5.4 중국문자형 ○ ◎ ◎
발명예6 39.8 4.8 7.3 - 0.3 0.3 Al 및 불순물 5.7 중국문자형 ○ ◎ ◎
발명예7 40.3 4.5 7.1 0.3 0.3 0.3 Al 및 불순물 5.5 중국문자형 ○ ◎ ☆
<도금 표면성>
도금 조성물에 따른 도금 표면의 스팽글 선명도와 형성 여부를 육안으로 관찰하였다.
○: 뚜렷한 스팽글이 형성
△: 스팽글은 형성되나 뚜렷하지 않음
×: 스팽글을 형성하지 않음
비교예 5는 스팽글이 형성되나 뚜렷하지 않고, 비교예 2, 비교예 4는 스팽글이 형성되지 않았다.
모두 관계식 Si[wt%]≤Al[wt%]×0.03+Mg[wt%]×0.58를 만족하지 않았기 때문으로 보이며 그 정도에 따라 차이가 나타나는 것으로 보인다.
반면, 비교예 3, 발명예 1 내지 발명예 7은 뚜렷한 스팽글이 형성되었다.
<전단면 내식성>
KS D 9502(ASTM B-117)규정에 따라 NaCl 5%, 35℃ 에서 1500시간 염수분무 시험으로 전단면(잘린 가장자리) 부분의 녹 발생을 평가하였다.
이때, 시편 전단면은 위 아래쪽만 피복하고 양 가장자리는 피복하지 않았으며 1500시간 경과 후 외관을 육안으로 관찰 적청 발생을 관찰하였다.
◎: 적청 발생율 5% 이하
○: 적청 발생율 5% 초과 10% 이하
△: 적청 발생율 10% 초과 30% 이하
×: 적청 발생율 30% 초과
비교예 1, 비교예 3, 비교예 4에서 내식성이 열위하였다. 그 중에서도 Mg가 첨가되지 않은 비교예 1의 내식성이 가장 열위하였다.
반면, 발명예 1 내지 발명예 7은 적청 발생율이 10% 이하로 내식성이 우수하였다. 특히, Zn 함량이 좀 더 많이 포함된 발명예 3 내지 발명예 7의 내식성이 더 우수하였다.
<가공성>
시편을 1T 두께로 180°구부린 후(벤딩시험) 현미경으로 단면을 관찰하여 단위길이당 발생한 크랙 비율을 측정하였다. 이때, 크랙은 도금층 전체를 가로지르는 것으로만 한정한다.
☆: 크랙 발생 없음
◎: 크랙 발생율 10% 이하
○: 크랙 발생율 10% 초과 20% 이하
△: 크랙 발생율 20% 초과 30% 이하
×: 크랙 발생율 30% 초과
비교예 2, 비교예 4, 비교예 5에서 크랙 발생율이 20%를 초과하였다.
비교예 2는 Mg첨가로 내식성은 우수하나 Si함량 과다로 도금층 내 10㎛ 이상의 다각형상의 Mg2Si상과 침상의 Si 상이 석출된 때문으로 보인다.
비교예 4와 비교예 5도 비교예 2에 비해 Si함량은 낮았으나 관계식 Si[wt%]≤Al[wt%]×0.03+Mg[wt%]×0.58가 만족되지 않아 가공성이 열위하였다.
발명예 2의 경우 Si함량이 관계식 Si[wt%]≤Al[wt%]×0.03+Mg[wt%]×0.58를 만족하지 않아 다각형상의 Mg2Si상이 석출되었으나 V 및 Sr의 첨가로 가공성이 개선되었다.
(실시예 2)
도금욕 온도(도금욕 용탕의 온도) 및 도금 조성물 피복 후의 냉각속도에 따른 도금층의 물성을 알아보았다. 이때, 도금욕을 형성하는 도금 조성물의 조성은 Zn: 36.2wt%, Mg: 4.3wt%, Si: 5.2wt% 및 잔부 Al과 불순물을 포함하도록 하였다. 그리고, 강재는 도금욕에 침지하기 전 도금욕 온도로 조정된 후 도금욕에 침지된다.
표 2
구분 도금욕 온도(℃) 냉각속도(℃/sec) 물성평가 비고
도금 표면성 가공성 Mg2Si상(Chinese Script)
1 530 25 × ○ 생성 비교예
2 550 25 ○ ◎ 생성 발명예
3 600 25 ○ ◎ 생성 발명예
4 650 25 ○ ◎ 생성 발명예
5 700 25 △ ◎ 생성 비교예
6 600 2 ○ △ 다각형 Mg2Si상 비교예
7 600 5 ○ ○ 생성 발명예
8 600 30 ○ ◎ 생성 발명예
9 600 35 × ○ 미생성 비교예
<도금 표면성>
도금욕 온도에 따른 도금 표면에 얼룩이 나타난 정도를 육안으로 관찰하였다.
○: 미려
△: 표면 흐름 작국 등의 얼룩 생성
×: 심한 얼룩으로 외관 불량, 표면광택 저하
<가공성>
시편을 1T 두께로 180°구부린 후(벤딩시험) 현미경으로 단면을 관찰하여 단위길이당 발생한 크랙 비율을 측정하였다. 이때, 크랙은 도금층 전체를 가로지르는 것으로만 한정한다.
◎: 크랙 발생율 10% 이하
○: 크랙 발생율 10% 초과 20% 이하
△: 크랙 발생율 20% 초과 30% 이하
×: 크랙 발생율 30% 초과
1.도금욕 온도
도금욕 온도가 550℃ 미만인 경우 도금 표면 외관이 불량했다. 이는 도금욕 유동성이 저하된 때문으로 보인다. 도금욕 온도가 650℃를 초과하는 경우 도금층에 흐름 자국과 같은 얼룩이 발생하였다.
2. 냉각속도
도금 후 냉각속도가 5℃/sec 미만에서는 10㎛ 이상의 크기를 가진 다각형 Mg2Si상이 형성되었다. 그에 따라 가공성시 20%를 초과하는 크랙이 발생하였다. 그리고, 냉각속도가 30℃/sec를 초과하는 경우에는 표면 광택이 저하되었다.
도 2에는 도금 조성물 비율에 따른 도금층 단면의 현미경 사진을 보인 조직사진이 도시되어 있다.
도 2의 (a)는 Zn:35.1wt%, Si: 6.6wt%, Mg: 7.2wt% 및 잔부 Al로 이루어진 도금 조성물로 강재를 코팅한 경우이고, (b)는 Zn:36.2wt%, Si: 4.3wt%, Mg: 5.2wt% 및 잔부 Al로 이루어진 도금 조성물로 강재를 코팅한 경우의 조직 사진이다.
도금욕 온도는 600℃, 도금 부착량은 150g/m2가 되게 에어 와이프로 조정했으며 도금 후 냉각은 20℃/sec로 수행하였다.
(a)의 경우 Si함량이 식 Si[wt%]≤Al[wt%]×0.03+Mg[wt%]×0.58를 만족하지 않고, (b)의 경우 Si함량이 식 Si[wt%]≤Al[wt%]×0.03+Mg[wt%]×0.58를 만족한다.
도 2에 도시된 바에 의하면, Si함량이 식 Si[wt%]≤Al[wt%]×0.03+Mg[wt%]×0.58를 만족하지 않는 (a)는 크기가 10㎛ 이상인 다각형의 Mg2Si상이 형성되었다.
반면, Si함량이 식 Si[wt%]≤Al[wt%]×0.03+Mg[wt%]×0.58를 만족하는 (b)는 중국문자형상(Chinese Script)의 Mg2Si상이 형성되었다.
상술한 실험결과에서 뒷받침되는 바와 같이, Zn, Mg, Si 및 잔부 Al을 포함하는 Al-Zn계 합금 도금 조성물로 도금층 중에 Mg2Si상이 형성되게 도금을 수행하되, 성분간의 비율 조절을 통해 도금층 내 조직과 금속간 화합물의 크기 및 형상을 제어하는 것에서 내식성과 가공성 및 도금 표면성이 우수한 도금 강재(Al-Zn계 합금 도금 강재)를 제조할 수 있음이 확인된다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.

Claims (9)

  1. 도금 조성물 총중량에 대하여
    Zn: 30~50wt%, Mg: 2~10wt%, Si: 2~8wt%, Al: 32.00~65.97wt%%를 포함하고, 강재에 도금시 도금층 중에 Mg2Si상을 형성하는 것을 특징으로 하는 도금 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 도금 조성물은 V: 0.01~0.5wt%, Cr: 0.01~0.5wt% 중 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도금 조성물.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 도금 조성물은 Sr: 0.01~0.5wt%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도금 조성물.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Si함량은 식 Si[wt%]≤Al[wt%]×0.03+Mg[wt%]×0.58를 만족하는 것을 특징으로 하는 도금 조성물.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 도금 조성물을 가열하여 550~650℃의 용융 도금욕을 제조하는 단계; 및
    상기 도금욕에 강재를 1~3초 동안 침지하여 표면에 상기 도금 조성물을 피복한 후 5~30℃/sec의 냉각속도로 상온까지 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도금 조성물을 이용한 도금 강재의 제조방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 도금 조성물이 코팅되어 표면에 Al-Zn계 합금 도금층이 형성되고,
    상기 도금층 중에 Mg2Si상이 포함된 것을 특징으로 하는 도금 조성물이 코팅된 도금 강재.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 도금층은 상기 Mg2Si상 외에 Al상, Zn상, MgZn2상 및 Al/Zn/MgZn2의 3원 공정상이 혼재된 조직인 것을 특징으로 하는 도금 조성물이 코팅된 도금 강재.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 Mg2Si상은 크기가 10㎛ 이내인 다각형상인 것을 특징으로 하는 도금 조성물이 코팅된 도금 강재.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 Mg2Si상은 중국문자형(Chinese Script)상인 것을 특징으로 하는 도금 조성물이 코팅된 도금 강재.
PCT/KR2010/001155 2009-11-30 2010-02-24 도금 조성물, 이를 이용한 도금 강재의 제조방법 및 도금 조성물이 코팅된 도금 강재 WO2011065628A1 (ko)

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