WO2024248366A1 - 도금 강재 및 그 제조방법 - Google Patents

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    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese

Definitions

  • the present invention relates to a plated steel and a method for manufacturing the same, and more specifically, to a plated steel having excellent corrosion resistance at a processed portion and a method for manufacturing the same.
  • Hot-dip galvanized steel has excellent self-sacrificial properties and is widely used in construction materials and home appliances.
  • zinc (Zn) acts as a sacrificial anode on the exposed iron portion, causing zinc loss from the plating layer.
  • This sacrificial anode action of zinc plays an excellent role in suppressing rust of the base iron in a corrosive environment, but has the problem of somewhat low sacrificial anode efficiency.
  • the plating bath process in which magnesium (Mg) is added to zinc (Zn) has a problem that the surface quality deteriorates as the magnesium (Mg) content increases due to the reaction with oxygen in the air to generate oxides.
  • an inert gas nitrogen
  • an oxidation-free chamber is used to minimize contact with oxygen in the wiping process area.
  • the magnesium (Mg) content increases due to the characteristics of high-corrosion-resistant plating steel, corrosion resistance improves, but it has the disadvantage of requiring additional processes due to magnesium (Mg) oxidation and making operation difficult due to oxides.
  • magnesium (Mg) can be added with a low content, but the primary Zn phase formed during solidification of the plating layer is formed in a relatively coarse shape, and the area where the coarse primary Zn phase is formed in a corrosive environment develops into an area with poor corrosion resistance.
  • the magnesium (Mg) content is low, the amount of eutectic phase containing magnesium (Mg) is reduced, making it difficult to exhibit high corrosion resistance.
  • the eutectic phase containing magnesium (Mg) has high hardness, which acts as a starting point for cracks in the plating layer during processing, and the base iron exposed by the cracks causes a rapid decrease in corrosion resistance in a corrosive environment.
  • the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a highly corrosion-resistant plated steel having excellent corrosion resistance and crack resistance in a processed portion, and a method for manufacturing the same.
  • a method for manufacturing a plated steel comprises the steps of: (a) providing a base iron; (b) passing the base iron through a plating bath containing aluminum (Al), magnesium (Mg), and zinc (Zn), thereby forming a plating layer on the base iron, the plating layer comprising 1 to 3 wt% of aluminum (Al), 1 to 2 wt% of magnesium (Mg), and the remainder being zinc (Zn) and other unavoidable impurities; and (c) cooling the plating layer at a cooling rate of 10 to 30°C/sec, wherein the weight ratio of aluminum to magnesium in the plating layer is 1.2 or more.
  • the thickness of the plated layer may be 15 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the plating layer after performing the cooling step includes a primary Zn phase structure and a eutectic phase structure, and the primary Zn phase structure may have a multilayer structure in the height direction of the plating layer.
  • the area fraction of the primary Zn phase structure having the multilayer structure within the plated layer may be 30% or more.
  • the primary Zn phase structure may be formed first in the cooling step, and the eutectic structure may be formed after the formation of the primary Zn phase structure.
  • a plated steel material comprises: a base steel; and a plating layer formed on the base steel, the plating layer comprising 1 to 3 wt% of aluminum (Al), 1 to 2 wt% of magnesium (Mg), and the remainder being zinc (Zn) and other unavoidable impurities; wherein the weight ratio of aluminum to magnesium in the plating layer is 1.2 or more.
  • the plating layer includes a primary Zn phase structure and a eutectic phase structure, and the primary Zn phase structure may have a multilayer structure in the height direction of the plating layer.
  • the area fraction of the primary Zn phase structure having the multilayer structure within the plated layer may be 30% or more.
  • the thickness of the plated layer may be 15 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • a plated steel having excellent corrosion resistance at a processed portion and a method for manufacturing the same can be implemented. Specifically, by forming a structure of a primary Zn phase of a plating layer in a multilayer structure, a highly corrosion-resistant plated steel having excellent crack resistance at a processed portion and excellent corrosion resistance and a method for manufacturing the same can be implemented.
  • FIG. 1 is a flow chart illustrating a method for manufacturing a plated steel according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a photograph of a cross-section of a plating layer in a plated steel according to Comparative Example 5 as an experimental example of the present invention.
  • FIG. 3 is a photograph of a cross-section of a plating layer in a plated steel according to Example 3 as an experimental example of the present invention.
  • a plated steel having excellent corrosion resistance at a machined portion according to an embodiment of the present invention and a method for manufacturing the same are described in detail.
  • the terms described below are appropriately selected in consideration of their functions in the present invention, and the definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.
  • FIG. 1 is a flow chart illustrating a method for manufacturing a plated steel according to one embodiment of the present invention.
  • a method for manufacturing a plated steel includes (a) a step of providing a base steel (S10); (b) a step of annealing the base steel (S20); (c) a step of passing the annealed base steel through a plating bath containing aluminum (Al), magnesium (Mg), and zinc (Zn) to form a plating layer on the base steel composed of 1 to 3 wt% of aluminum (Al), 1 to 2 wt% of magnesium (Mg), and the remainder being zinc (Zn) and other unavoidable impurities (S30); and (d) a step of cooling the plating layer at a cooling rate of 10 to 30°C/sec (S40).
  • Al phase, Zn phase, and MgZn 2 phase are formed in the plating layer depending on the amount of Al and Mg added to the Zn plating bath.
  • a binary eutectic phase with a lamellar shape, a ternary eutectic phase with a MgZn 2 phase containing Al and a Zn phase having a lamellar shape, and a MgZn 2 phase with a polygonal structure are formed.
  • the Al phase with a dendritic structure and the MgZn 2 phase with a polygonal structure are mainly formed in compositions with high addition amounts of Al and Mg.
  • the composition range in which the Al phase with a dendritic structure and the MgZn 2 phase with a polygonal structure are formed is excluded in order to improve the workability of the plating layer.
  • the addition amount of Al in the present invention can be controlled to 3 wt% or less, and the addition amount of Mg can be controlled to 2 wt% or less.
  • the present invention improves the structure of the primary Zn phase of the plating layer in order to improve the phenomenon in which corrosion resistance is reduced due to crack propagation within the plating layer of the machined portion in a high-corrosion-resistant plating steel.
  • the fraction of the primary Zn phase must be increased, but this will simultaneously decrease the fraction of the process that improves corrosion resistance, thereby reducing the corrosion resistance again.
  • the primary Zn phase is formed as a single layer as shown in Fig. 2.
  • the primary Zn phase single layer structure can be defined as a plating layer microstructure structure in which the primary Zn phase is continuously connected from the plating layer surface to the base iron for at least 80% of the plating layer thickness based on the cross-section of the plating layer.
  • the primary Zn-phase single-layer structure itself has excellent crack resistance in the plating layer, but cracks easily progress because there is little Zn in the surrounding process that can prevent crack propagation.
  • the single-layer Zn phase is not sufficient to form a strong passive film when corrosion progresses in a corrosive environment, so excessive production of the primary Zn-phase single-layer structure is not advantageous from the perspective of corrosion resistance.
  • the present invention discloses a technical idea of minimizing crack propagation and improving corrosion resistance by forming a structure of a primary Zn phase existing in a plating layer from a single-layer structure to a multi-layer structure.
  • the multilayer structure of the primary Zn phase refers to the microstructure of the plating layer in which the area fraction of two or more primary Zn phases overlapping and existing in a multilayer structure is 30% or more based on the cross-section of the plating layer, as shown in Fig. 3.
  • the existence of two or more primary Zn phases overlapping and existing in a multilayer structure may mean that when the plating layer is viewed vertically from the upper side to the lower side, two or more primary Zn phases exist in a multilayer structure in a position where they at least partially overlap.
  • the above-described primary Zn phase multilayer structure may include a structure in which the primary Zn phase is divided into two or more separate layers in the thickness height direction of the cross-section of the plating layer.
  • a predetermined separation space may be interposed between the primary Zn phases divided into separate layers in the above-described primary Zn phase multilayer structure, and the width of the predetermined separation space may have a range of 0.1 to 5 ⁇ m.
  • Each of the primary Zn phases constituting the above primary Zn phase multilayer structure may exist, for example, at least two or more throughout the thickness of the plating layer from the surface of the plating layer to the base iron.
  • composition range of the plating bath (plating layer) is proposed as aluminum (Al): 1 to 3 wt%, magnesium (Mg): 1 to 2 wt%, and the remainder zinc (Zn).
  • Al aluminum
  • Mg magnesium
  • Zn remainder zinc
  • the composition of the plating bath and the composition of the plating layer can be considered to be almost the same.
  • aluminum (Al) is added in an amount less than 1 wt%, it cannot sufficiently perform its role of reducing the oxidation of magnesium (Mg). If aluminum (Al) is added in an amount exceeding 3 wt%, a large amount of ternary process phase is generated, which may cause a large number of cracks to occur during processing.
  • magnesium (Mg) When magnesium (Mg) is added in amounts less than 1 wt%, the process fraction for exhibiting corrosion resistance is insufficient, and when magnesium (Mg) is added in amounts exceeding 2 wt%, cracks are more likely to occur during processing due to the formation of a large amount of process fraction.
  • the ratio of aluminum (Al) and magnesium (Mg) added to the plating bath should be at least 1:1 to minimize magnesium (Mg) oxidation, and preferably 1.2:1 or more. That is, the weight ratio of aluminum and magnesium in the plating bath is preferably 1.2 or more.
  • Aluminum (Al) present in the molten metal reacts with oxygen in the air to form a dense oxide film, which prevents oxygen from being supplied to the surface of the molten metal, thereby preventing magnesium (Mg) from being oxidized.
  • the order of phases generated during solidification is that the primary Zn phase is generated first, and the eutectic phase is solidified after the formation of the primary Zn phase structure.
  • the cooling rate In order to implement the composition intended for the invention within the plating layer, the cooling rate must be controlled within the range of 10 to 30°C/s, and can be strictly controlled within the range of 12 to 25°C/s.
  • the Zn single phase may solidify and exist as a single layer in the plating layer.
  • the cooling rate exceeds 30°C/s, there is a concern that the plating surface shape may be deformed by the high-pressure cooling gas.
  • the thickness of the plating layer In order for the primary Zn phase to form a multilayer structure in the plating layer, there is a limitation on the thickness of the plating layer.
  • the thickness of the plating layer must be at least 15 ⁇ m thick and 50 ⁇ m thinner. If the plating layer thickness is thinner than 15 ⁇ m, it is not sufficient to form a multilayer structure of the primary Zn single phase, and if the plating layer thickness exceeds 50 ⁇ m, a flow pattern is created on the plating surface during solidification, which deteriorates the plating quality.
  • the primary Zn phase of the multilayer structure In order for the primary Zn phase of the multilayer structure to sufficiently prevent crack propagation and improve corrosion resistance, the primary Zn phase of the multilayer structure must be composed of a phase fraction of 30% or more based on the cross-section of the plating layer.
  • a method for manufacturing a plated steel comprises the steps of: (a) providing a base steel; (b) passing the base steel through a plating bath containing aluminum (Al), magnesium (Mg), and zinc (Zn) to form a plating layer on the base steel, the plating layer comprising 1 to 3 wt% of aluminum (Al), 1 to 2 wt% of magnesium (Mg), and the remainder being zinc (Zn) and other unavoidable impurities; and (c) cooling the plating layer at a cooling rate of 10 to 30°C/sec, wherein the weight ratio of aluminum to magnesium in the plating layer is 1.2 or more, and the thickness of the plating layer may be 15 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the plating layer after performing the cooling step includes a primary Zn phase structure and a eutectic structure, wherein the primary Zn phase structure may have a multilayer structure in the height direction of the plating layer.
  • the area fraction of the primary Zn phase structure having the multilayer structure in the plating layer may be 30% or more.
  • the primary Zn phase structure is formed first, and the eutectic phase structure can be formed after the formation of the primary Zn phase structure.
  • a plated steel includes: a base steel; and a plating layer formed on the base steel, the plating layer comprising 1 to 3 wt% of aluminum (Al), 1 to 2 wt% of magnesium (Mg), and the remainder being zinc (Zn) and other unavoidable impurities; wherein a weight ratio of aluminum to magnesium in the plating layer is 1.2 or more.
  • the plating layer includes a primary Zn phase structure and a eutectic structure, and the primary Zn phase structure may have a multilayer structure in a height direction of the plating layer. An area fraction of the primary Zn phase structure having the multilayer structure in the plating layer may be 30% or more.
  • a thickness of the plating layer may be 15 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • a specimen by immersing a 0.7 mm thick steel sheet in an alkaline solution at 50°C for 30 minutes, then washing it with water to remove foreign substances and oil on the surface. This specimen is annealed and then plated. Annealing is performed in a reducing atmosphere consisting of 5 to 20% hydrogen and 80 to 95% nitrogen, and the annealing heat treatment temperature is 700 to 850°C.
  • Plating is performed by cooling the annealed heat-treated specimen to the plating bath temperature, immersing it in the plating bath for 2 seconds, then pulling it up and adjusting the plating thickness according to conditions through nitrogen wiping. At this time, the plating bath temperature is set to 430°C to 480°C.
  • the cold rolled steel sheet constituting the above-mentioned steel has a composition of carbon: 0.15 wt%, manganese: 0.6 wt%, phosphorus: 0.05 wt%, sulfur: 0.05 wt%, and the remainder is iron (Fe).
  • Table 1 shows the composition and process conditions of the plated steel according to the experimental examples of the present invention, and the evaluation results for the processability of the plated layer, the corrosion resistance of the processed part, and the appearance quality of the plated surface according to the composition. It can be understood that the composition implementing the example among the experimental examples has a manufacturing tolerance of ⁇ 5% within the proposed composition range.
  • the Zn, Al, and Mg items represent the composition (unit: weight%) in the plating process
  • the plating thickness item is the thickness of the final plating layer
  • the cooling rate is the cooling rate in the cooling step (S40) illustrated in Fig. 1
  • the multilayer structure primary Zn phase fraction item represents the area fraction of the primary Zn phase multilayer structure based on the cross-section of the final plating layer.
  • ⁇ indicates a case where no cracks are observed with the naked eye
  • ⁇ indicates a case where relatively thin and fine cracks are observed with the naked eye
  • ⁇ indicates a case where relatively thick and small cracks are observed with the naked eye, but there are concerns about the plating layer peeling off due to the large number of cracks
  • X indicates a case where relatively thick and large cracks are observed with the naked eye.
  • ⁇ item corresponds to a case where the red rust occurrence time is 1,100 hours or longer
  • ⁇ item corresponds to a case where the red rust occurrence time is approximately 900 hours
  • ⁇ item corresponds to a case where the red rust occurrence time is approximately 700 hours
  • X item corresponds to a case where the red rust occurrence time is approximately 600 hours.
  • an item of ⁇ is a case where there is no visual flow pattern, no attachment of oxide dross, and no oxide wrinkles
  • an item of X is a case where there is any one of a visual flow pattern, oxide dross, or oxide wrinkle.
  • Examples 1 to 8 satisfy a composition range of aluminum (Al): 1 to 3 wt%, magnesium (Mg): 1 to 2 wt%, and the remainder being zinc (Zn), wherein the weight ratio of aluminum to magnesium is 1.2 or more, and the base iron is immersed in a plating bath having a temperature of 430 to 480°C, and then a plating layer having a thickness of 15 ⁇ m to 50 ⁇ m is formed by nitrogen wiping, and then cooling at a cooling rate of 10 to 30°C/sec, it can be confirmed that the area fraction of the primary Zn phase structure having a multilayer structure in the formed plating layer is 30% or more.
  • Comparative Example 1 is a Zn-Al plated steel without magnesium (Mg) added.
  • the time for red rust occurrence was evaluated by a salt spray test using a 5% NaCl solution at 35°C on the machined area after 3T bending. As a result, the time for red rust occurrence was measured to be approximately 600 hours, confirming that the corrosion resistance of the machined area is not good.
  • Comparative Example 3 is a case where the plating bath composition satisfies the composition range of aluminum (Al): 1 to 3 wt%, magnesium (Mg): 1 to 2 wt%, and the balance is zinc (Zn), but the weight ratio of aluminum to magnesium in the plating bath does not satisfy 1.2 or more and falls short. It can be confirmed that the degree of crack occurrence in the processed portion after 3T bending is not so great as to cause no visible cracks, but rather that relatively thin and fine cracks are observed with the naked eye, and that the appearance quality of the plating surface is not good.
  • the weight ratio of aluminum to magnesium in the plating bath does not satisfy 1.2 or more and falls short, the aluminum added to minimize magnesium (Mg) oxidation in the plating bath is insufficient to sufficiently prevent oxygen from being supplied to the surface layer of the molten metal, which causes magnesium (Mg) to be oxidized, which may result in poor appearance quality of the plating surface.
  • Comparative Example 4 is a case where the plating bath composition satisfies the composition range of aluminum (Al): 1 to 3 wt%, magnesium (Mg): 1 to 2 wt%, and the balance is zinc (Zn), and the weight ratio of aluminum and magnesium in the plating bath satisfies 1.2 or more, but the thickness of the plating layer does not satisfy the range of 15 ⁇ m to 50 ⁇ m and falls short. If the plating layer thickness is thinner than 15 ⁇ m, it is not sufficient to form a primary Zn single phase into a multilayer structure. It was confirmed that the area fraction of the primary Zn phase having a multilayer structure in the plating layer does not satisfy the range of 30% or more and falls short.
  • Comparative Example 5 satisfies the composition range of aluminum (Al): 1 to 3 wt%, magnesium (Mg): 1 to 2 wt%, and the balance zinc (Zn), the weight ratio of aluminum and magnesium in the plating bath is 1.2 or more, and the thickness of the plating layer satisfies the range of 15 ⁇ m to 50 ⁇ m, but in the cooling step of Fig.
  • the Zn single phase solidifies as a single layer in the plating layer, and it is confirmed that the area fraction of the primary Zn phase structure having a multilayer structure in the plating layer does not satisfy the range of 30% or more and falls below it, and after 3T bending, relatively thick and small cracks are observed with the naked eye in the processed area, but it is confirmed that the cracks are so numerous that the plating layer may fall off, and thus the plating layer processability is not good, and as a result of evaluating the time for occurrence of red rust in a salt spray test with a 5% NaCl solution at 35°C on the processed area after 3T bending, red rust It can be confirmed that the occurrence time is approximately 700 hours and less than 1100 hours.
  • Comparative Example 6 is a case where the plating bath composition satisfies the composition range of aluminum (Al): 1 to 3 wt%, magnesium (Mg): 1 to 2 wt%, and the balance zinc (Zn), and the weight ratio of aluminum to magnesium in the plating bath is 1.2 or more, but the thickness of the plating layer does not satisfy the range of 15 ⁇ m to 50 ⁇ m and exceeds it, and it can be confirmed that a flow pattern is created on the plating surface during solidification, and the appearance quality of the plating surface is not good.
  • Al aluminum
  • Mg magnesium
  • Zn balance zinc
  • Comparative Example 7 is a case where the aluminum (Al) content in the plating bath exceeds 3 wt%, and a large amount of ternary eutectic phase is generated within the plating layer, causing a large number of plating layer cracks to occur.
  • the corrosion resistance of the processed area decreases due to a decrease in the fraction of the primary Zn phase and an increase in the fraction of the ternary eutectic phase, which causes a large number of plating layer cracks to occur during processing.
  • Comparative Example 8 is a case where the cooling speed exceeds 30°C/sec, and due to the high cooling pressure, uneven oxide wrinkles are generated on the plating surface, which deteriorates the appearance quality of the plating surface.
  • Comparative Example 9 is a case where the plating bath composition exceeds 2 wt% of magnesium (Mg), and a large amount of two-phase phase is generated within the plating layer, resulting in a large number of plating layer tracks. Even in this case, as in Comparative Example 7, a large number of cracks are generated in the plating layer during processing due to a decrease in the fraction of the primary Zn phase and an increase in the fraction of the two-phase phase, thereby reducing the corrosion resistance of the processed area.
  • Mg magnesium
  • the structure of the primary Zn phase of the plating layer can be controlled from a single layer to a multilayer structure, thereby realizing a highly corrosion-resistant plating steel having excellent crack resistance at the processed part and corrosion resistance and a manufacturing method thereof.

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Abstract

본 발명의 도금 강재는 소지철; 및 상기 소지철 상에 형성된, 알루미늄(Al): 1 ~ 3중량%, 마그네슘(Mg): 1 ~ 2중량% 및 잔부가 아연(Zn)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 도금층; 을 포함하며, 상기 도금층 내 알루미늄과 마그네슘의 중량비는 1.2 이상이며, 상기 도금층은 초정 Zn상 조직 및 공정상 조직을 포함하되, 상기 초정 Zn상 조직은 상기 도금층의 높이 방향으로 다층 구조를 가지며, 상기 도금층 내 상기 다층 구조를 가지는 초정 Zn상 조직의 면적분율은 30% 이상이며, 상기 도금층의 두께는 15㎛ ~ 50㎛인 것을 특징으로 한다.

Description

도금 강재 및 그 제조방법
본 발명은 도금 강재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가공부 내식성이 우수한 도금 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
기존 용융아연 도금 강재는 자기 희생성이 우수하여 건자재와 가전재 등에 많이 적용되고 있다. 용융아연 도금 강재는 부식환경 노출 시, 철이 노출된 부분에 대하여 아연(Zn)이 희생양극으로 작용하여 도금층에서 아연의 소실이 발생하게 된다. 이러한 아연의 희생양극 작용은 부식환경에서 소지철의 녹 발생 억제에 탁월한 역할을 하지만 희생양극 효율이 다소 떨어지는 문제가 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 근래 일본과 유럽에서 아연(Zn) 도금욕에 마그네슘(Mg)을 첨가하여 부식환경에서 치밀한 부식 생성물을 생성시키고 희생양극 효율을 향상시켜 우수한 내식성을 발현하는 고내식 도금 제품이 생산되고 있다.
그러나 아연(Zn)에 마그네슘(Mg)이 첨가된 도금욕 공정은 마그네슘(Mg) 함량이 증가함에 따라 공기 중에 산소와 반응하여 산화물을 생성시켜 표면 품질이 저하되는 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 도금량을 제어하는 와이핑(wipping) 공정에 불활성 가스(질소)를 이용하여 도금량을 제어하고 있다. 또한 와이핑(wipping) 공정 영역에서 산소 농도를 최소화하기 위해 무산화 챔버(chamber)를 이용하여 산소와 접촉을 최소화하고 있다. 고내식 도금 강재의 특성상 마그네슘(Mg) 함량이 증가함에 따라 내식성은 향상되는 장점을 가지고 있는 반면에 마그네슘(Mg) 산화로 인하여 추가적인 공정이 증가하고 산화물에 의해 조업이 어려워지는 단점을 가지고 있다.
이러한 문제를 최소화하기 위해서 마그네슘(Mg) 함량이 낮도록 첨가될 수 있으나 도금층의 응고 시 생성되는 초정 Zn상은 상대적으로 형상이 조대한 형태로 생성되며, 부식환경에서 조대한 초정 Zn상이 생성된 영역은 내식성이 취약한 영역으로 발전하게 된다. 뿐만 아니라 마그네슘(Mg) 함량이 낮아지게 되면 마그네슘(Mg)을 포함하고 있는 공정상의 생성량이 감소하게 되어 고내식성을 발현하기 어렵게 된다. 한편, 마그네슘(Mg)을 포함하고 있는 공정상은 높은 경도를 가지고 있어 가공시 도금층 크랙의 발생 시점으로 작용하며 크랙에 의해서 노출된 소지철은 부식환경에 내식성이 급격히 감소하게 되는 원인이 된다.
관련 선행 기술로는 일본공개특허 제2005-105367호가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 가공부 크랙 저항성이 있으며 내식성이 우수한 고내식 도금 강재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 도금 강재의 제조방법은 (a) 소지철을 제공하는 단계; (b) 상기 소지철을 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 및 아연(Zn)을 함유하는 도금욕에 통과시켜, 상기 소지철 상에 알루미늄(Al): 1 ~ 3중량%, 마그네슘(Mg): 1 ~ 2중량% 및 잔부가 아연(Zn)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 도금층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 도금층을 10 ~ 30℃/sec의 냉각속도로 냉각하는 단계;를 포함하되, 상기 도금층 내 알루미늄과 마그네슘의 중량비는 1.2 이상이다.
상기 도금 강재의 제조방법에서, 상기 도금층의 두께는 15㎛ ~ 50㎛일 수 있다.
상기 도금 강재의 제조방법에서, 상기 냉각하는 단계를 수행한 후의 상기 도금층은 초정 Zn상 조직 및 공정상 조직을 포함하되, 상기 초정 Zn상 조직은 상기 도금층의 높이 방향으로 다층 구조를 가질 수 있다.
상기 도금 강재의 제조방법에서, 상기 도금층 내 상기 다층 구조를 가지는 초정 Zn상 조직의 면적분율은 30% 이상일 수 있다.
상기 도금 강재의 제조방법에서, 상기 냉각하는 단계에서 상기 초정 Zn상 조직이 먼저 생성되고 상기 공정상 조직은 상기 초정 Zn상 조직의 생성 이후에 생성될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 도금 강재는 소지철; 및 상기 소지철 상에 형성된, 알루미늄(Al): 1 ~ 3중량%, 마그네슘(Mg): 1 ~ 2중량% 및 잔부가 아연(Zn)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 도금층; 을 포함하며, 상기 도금층 내 알루미늄과 마그네슘의 중량비는 1.2 이상이다.
상기 도금 강재에서, 상기 도금층은 초정 Zn상 조직 및 공정상 조직을 포함하되, 상기 초정 Zn상 조직은 상기 도금층의 높이 방향으로 다층 구조를 가질 수 있다.
상기 도금 강재에서, 상기 도금층 내 상기 다층 구조를 가지는 초정 Zn상 조직의 면적분율은 30% 이상일 수 있다.
상기 도금 강재에서, 상기 도금층의 두께는 15㎛ ~ 50㎛일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 가공부 내식성이 우수한 도금 강재 및 그 제조방법을 구현할 수 있다. 구체적으로, 도금층의 초정 Zn상의 구조를 다층 구조로 형성함으로써 가공부 크랙 저항성이 우수하고 내식성이 우수한 고내식 도금 강재 및 그 제조방법을 구현할 수 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도금 강재의 제조방법을 도해하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실험예로서 비교예5에 따른 도금 강재에서의 도금층 단면을 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 실험예로서 실시예3에 따른 도금 강재에서의 도금층 단면을 촬영한 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술분야에서 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 발명의 실시예에 따른 가공부 내식성이 우수한 도금 강재 및 그 제조방법을 상세하게 설명한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 적절하게 선택된 용어들로서, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도금 강재의 제조방법을 도해하는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도금 강재의 제조방법은 (a) 소지철을 제공하는 단계(S10); (b) 상기 소지철을 소둔 처리하는 단계(S20); (c) 상기 소둔 처리된 소지철을 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 및 아연(Zn)을 함유하는 도금욕에 통과시켜, 상기 소지철 상에 알루미늄(Al): 1 ~ 3중량%, 마그네슘(Mg): 1 ~ 2중량% 및 잔부가 아연(Zn)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 도금층을 형성하는 단계(S30); 및 (d) 상기 도금층을 10 ~ 30℃/sec의 냉각속도로 냉각하는 단계(S40);를 포함한다.
고내식 도금 강재의 경우 Zn 도금욕에 Al 및 Mg 첨가량에 따라 도금층에 Al상, Zn상과 MgZn2상이 라멜라 형태를 가지는 이원 공정상, Al을 포함하는 MgZn2상과 Zn상이 라멜라 형태를 가지는 삼원 공정상, 다각형 구조의 MgZn2상 등이 생성된다.
수지상 구조의 Al상과 다각형 구조의 MgZn2상은 Al과 Mg의 첨가량이 높은 조성에서 주로 형성된다. 본 발명에서는 수지상 구조의 Al과 다각형 구조의 MgZn2상이 생성되는 조성 범위는 도금층의 가공성 향상을 위해 제외한다. 이를 위하여, 본 발명에서 Al의 첨가량은 3중량% 이하로 제어하며, Mg의 첨가량은 2중량% 이하로 제어할 수 있다.
본 발명은 고내식 도금 강재에서 가공부의 도금층 내 크랙 전파에 의해 내식성이 감소하는 현상을 개선하기 위해서 도금층의 초정 Zn상의 구조를 개선하였다.
고내식 도금 강재의 경우, 도금층에 존재하는 금속간 화합물인 공정상에서 크랙이 대부분 시작하여 도금층과 소지철이 만나는 경계까지 크랙이 전파되어 소지철이 노출되게 된다. 이렇게 형성된 도금층 크랙이 외부 부식환경에 노출 시 급격히 내식성이 감소하는 원인이 된다.
이러한 크랙의 수를 최소화시키기 위해서는 초정 Zn상의 분율을 증가시켜야 하는데 그렇게 되면 동시에 내식성을 향상시키는 공정상의 분율 감소로 내식성이 다시 감소하게 된다. 또한 초정 Zn상의 분율을 증가시키기 위해 초정 Zn상을 조대화시키게 되면 초정 Zn상이 도 2와 같이 단일층으로 생성된다.
초정 Zn상 단일층 구조는 도금층 단면 기준으로 초정 Zn상이 도금층 표면으로부터 소지철까지 도금층 두께의 적어도 80%까지 연속적으로 연결되어 생성되는 도금층 미세조직 구조로 정의할 수 있다.
초정 Zn상 단일층 구조는 자체로는 도금층 크랙 저항성이 우수하지만 주위에 있는 공정상에서 크랙의 전파를 저지할 수 있는 Zn이 적기 때문에 쉽게 크랙이 진행된다. 또한, 부식환경에서 부식 진행시 단일층 Zn상은 견고한 부동태 막을 생성하기에 충분치 못하므로, 초정 Zn상 단일층 구조의 과다 생성은 내식성 관점에서 유리하지 않다.
이러한 기술적 문제를 해결하기 위해서 본 발명에서는 도금층 내에 존재하는 초정 Zn상의 구조를 단일층 구조에서 다층 구조로 형성시킴으로써 크랙 전파를 최소화하고 내식성을 향상시키는 기술적 사상을 개시한다.
초정 Zn상 다층 구조는 도 3에서 나타난 것 같이 도금층 단면 기준으로 초정 Zn상이 2개 이상 겹쳐서(overlap) 다층 구조로 존재하는 상의 면적분율이 30%이상인 도금층의 미세조직 구조를 말한다. 여기에서, 초정 Zn상이 2개 이상 겹쳐서 다층 구조로 존재한다는 것은 도금층의 상측에서 하측으로 수직 방향으로 도금층을 투시하는 경우 2개 이상의 초정 Zn상이 적어도 일부 오버랩하는 위치로 다층 구조로 존재한다는 것을 의미할 수 있다.
또한, 상기 초정 Zn상 다층 구조는 도금층 단면의 두께 높이 방향에서 초정 Zn상이 2개 이상의 별개의 층으로 나뉘어 존재하는 구조를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 초정 Zn상 다층 구조에서 별개의 층으로 나뉘어 존재하는 초정 Zn상들 사이에는 소정의 이격 공간이 개재될 수 있으며, 상기 소정의 이격 공간의 폭은 0.1 ~ 5 ㎛의 범위를 가질 수 있다.
상기 초정 Zn상 다층 구조를 구성하는 초정 Zn상들의 각각은, 예를 들어, 도금층 표면으로부터 소지철까지 도금층 두께에 걸쳐 적어도 2개 이상 존재할 수 있다.
본 발명의 미세조직을 구성하기 위해서는 알루미늄(Al)과 마그네슘(Mg) 성분 비율과 냉각속도를 통한 응고상 형상을 제어함으로써 가능하다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 도금욕(도금층)의 조성 범위는 알루미늄(Al): 1 ~ 3중량%, 마그네슘(Mg): 1 ~ 2중량% 및 잔부가 아연(Zn)로 제안한다. 본 명세서에서, 도금욕의 조성과 도금층의 조성은 거의 동일하다고 간주할 수 있다.
알루미늄(Al)이 1중량% 미만으로 첨가될 경우 마그네슘(Mg)의 산화를 감소시키는 역할을 충분하게 수행할 수 없다. 알루미늄(Al)이 3중량%를 초과하여 첨가되는 경우 다량의 3원 공정상의 생성으로 가공 시 다량의 크랙을 발생시킬 수 있다.
마그네슘(Mg)이 1중량% 미만으로 첨가되는 경우에는 내식성을 발현하기 위한 공정상의 분율이 충분치 않으며 마그네슘(Mg)이 2중량%를 초과하여 첨가되는 경우에는 다량의 공정상의 형성으로 가공 시 크랙 발생이 많아진다.
또한 도금욕에 첨가되는 알루미늄(Al)과 마그네슘(Mg) 첨가 비율은 마그네슘(Mg) 산화를 최소화시키기 위해 최소 1:1 비율 이상으로 첨가되어야 하며 바람직하게는 1.2:1이상 되어야 한다. 즉, 상기 도금욕 내 알루미늄과 마그네슘의 중량비는 1.2 이상인 것이 바람직하다.
용탕에 존재하는 알루미늄(Al)은 공기 중에 산소와 반응하여 치밀한 산화막을 형성함으로써 용탕의 표층으로 산소가 공급되는 것을 저지하게 되고 이로 인하여 마그네슘(Mg)이 산화되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 조성 범위에서는 응고 시 생성되는 상의 순서는 가장 먼저 초정 Zn상이 먼저 생성되고 상기 초정 Zn상 조직의 생성 이후에 공정상이 응고된다. 도금층 내에 발명이 이루고자 하는 구성을 구현하기 위해서는 냉각속도가 10 ~ 30℃/s 범위로 제어해야 하며, 엄격하게는 12 ~ 25℃/s로 제어할 수 있다.
냉각속도가 10℃/s 미만에서 도금층에 Zn 단상이 단일층으로 응고되어 존재할 수 있다. 냉각속도가 30℃/s 초과 시 고압의 냉각 가스에 의해서 도금 표면 형상이 변형될 우려가 있다.
또한 도금층에 초정 Zn상이 다층 구조를 이루기 위해서는 도금층 두께에 대한 제한이 있다. 도금층의 두께는 적어도 15㎛ 이상 두꺼워야 하며 50㎛ 이하로 얇아야 한다. 도금층 두께가 15㎛보다 얇은 경우에는 초정 Zn 단상을 다층 구조로 만들기에 충분치 않으며 도금층 두께가 50㎛를 초과하는 경우 응고 시 도금 표면에 흐름 무늬를 만들게 되어 도금 품질이 저해된다. 다층 구조의 초정 Zn상이 충분한 크랙 전파 방지 및 내식성 향상에 기여하기 위해서는 도금층 단면 기준으로 다층 구조의 초정 Zn상이 30% 이상의 상분율로 구성되어야 한다.
앞에서 설명한 본 발명의 기술적 사상에 따른 도금 강재 및 그 제조방법은 다음과 같이 요약할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도금 강재의 제조방법은 (a) 소지철을 제공하는 단계; (b) 상기 소지철을 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 및 아연(Zn)을 함유하는 도금욕에 통과시켜, 상기 소지철 상에 알루미늄(Al): 1 ~ 3중량%, 마그네슘(Mg): 1 ~ 2중량% 및 잔부가 아연(Zn)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 도금층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 도금층을 10 ~ 30℃/sec의 냉각속도로 냉각하는 단계;를 포함하되, 상기 도금층 내 알루미늄과 마그네슘의 중량비는 1.2 이상이며, 상기 도금층의 두께는 15㎛ ~ 50㎛일 수 있다. 상기 냉각하는 단계를 수행한 후의 상기 도금층은 초정 Zn상 조직 및 공정상 조직을 포함하되, 상기 초정 Zn상 조직은 상기 도금층의 높이 방향으로 다층 구조를 가질 수 있다. 상기 도금층 내 상기 다층 구조를 가지는 초정 Zn상 조직의 면적분율은 30% 이상일 수 있다. 상기 냉각하는 단계에서 상기 초정 Zn상 조직이 먼저 생성되고 상기 공정상 조직은 상기 초정 Zn상 조직의 생성 이후에 생성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 도금 강재는 소지철; 및 상기 소지철 상에 형성된, 알루미늄(Al): 1 ~ 3중량%, 마그네슘(Mg): 1 ~ 2중량% 및 잔부가 아연(Zn)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 도금층; 을 포함하며, 상기 도금층 내 알루미늄과 마그네슘의 중량비는 1.2 이상이다. 상기 도금층은 초정 Zn상 조직 및 공정상 조직을 포함하되, 상기 초정 Zn상 조직은 상기 도금층의 높이 방향으로 다층 구조를 가질 수 있다. 상기 도금층 내 상기 다층 구조를 가지는 초정 Zn상 조직의 면적분율은 30% 이상일 수 있다. 상기 도금층의 두께는 15㎛ ~ 50㎛일 수 있다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예들을 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실험예
두께 0.7mm의 소지철을 50℃ 알칼리 용액에 30분 동안 침지시킨 후, 물로 세척하여 표면의 이물질과 기름을 제거한 시편을 준비한다. 이 시편을 소둔 처리한 후 도금한다. 소둔은 수소 5~ 20%, 질소 80 ~ 95%로 구성된 환원 분위기에서 실시하며, 소둔 열처리 온도는 700 ~ 850℃이다.
도금은 소둔 열처리한 시편을 도금욕 온도로 냉각한 후, 도금욕에 2초간 침적시킨 후 끌어올려 질소 와이핑으로 조건별로 도금 두께를 조절하고, 이때 도금욕 온도는 430℃ ~ 480℃로 한다.
상기 소지철을 구성하는 냉연 강판은 탄소: 0.15중량%, 망간: 0.6중량%, 인: 0.05중량%, 황: 0.05중량% 및 잔부가 철(Fe)인 조성을 가진다.
표 1은 본 발명의 실험예에 따른 도금 강재의 조성 및 공정 조건과 이에 따른 도금층 가공성, 가공부 내식성, 도금표면 외관품질에 대한 평가 결과를 나타낸 것이다. 실험예 중 실시예를 구현하는 조성은 제안된 조성범위 내에서 ±5%의 제조 공차를 가지는 것으로 이해할 수 있다.
표 1에서 Zn, Al, Mg 항목은 도금 공정에서의 조성(단위: 중량%)을 나타낸 것이며, 도금 두께 항목은 최종 도금층의 두께이며, 냉각속도는 도 1에 도시된 냉각하는 단계(S40)에서의 냉각속도이며, 다층구조 초정 Zn상 분율 항목은 최종 도금층 단면 기준으로 초정 Zn상 다층 구조의 면적분율을 의미한다.
도금층 가공성 평가에서는 3T 벤딩 후 가공부의 크랙 발생 정도에 따라 아래와 같은 판단 기준으로 평가를 진행하였다. ◎ 항목은 육안성 크랙이 관찰되지 않는 경우이고, ○ 항목은 육안상 상대적 얇고 미세한 크랙이 관찰되는 경우이고, △ 항목은 육안상 상대적 굵고 소량 크랙이 관찰되지만 크랙이 많아 도금층 탈락이 우려되는 경우이고, X 항목은 육안상 상대적 굵고 다량의 크랙이 관찰되는 경우에 해당한다.
가공부 내식성 평가에서는 3T 벤딩 후 가공부에 대하여 5% NaCl 용액, 35℃에서 염수분무시험으로 적청 발생 시간을 평가하였다. ◎ 항목은 적청 발생 시간이 1100시간 이상이고, ○항목은 적청 발생 시간이 900시간 내외이고, △ 항목은 적청 발생 시간이 700시간 내외이고, X 항목은 적청 발생 시간이 600시간 내외인 경우에 해당한다.
도금표면 외관품질 평가에서 ○ 항목은 육안상 흐름무늬가 없고 산화 드로스(Dross) 부착이 없고 산화주름이 없는 경우이고, X 항목은 육안상 흐름무늬, 산화 드로스, 산화주름중 어느 하나라도 있는 경우에 해당한다.
구분 Zn Al Mg 도금두께
(㎛)		 냉각속도
(℃/s)		 다층구조
초정Zn상
분율 		도금층
가공성		 가공부
내식성		 도금표면
외관 품질
비교예1 Bal. 0.2 - - - - ◎ X ○
비교예2 Bal. 1 0.5 15 12 5 ◎ ○ ○
비교예3 Bal. 1 2 15 12 31 ○ ◎ x
비교예4 Bal. 2 1 10 12 17 △ △ ○
비교예5 Bal. 2 1.2 15 5 23 △ △ ○
비교예6 Bal. 2 1.2 52 12 62 ◎ ◎ X
비교예7 Bal. 3.5 1.2 20 10 41 △ △ ○
비교예8 Bal. 2 1.2 25 35 38 ◎ ◎ X
비교예9 Bal. 2 2.2 52 12 25 △ △ ○
실시예1 Bal. 2 1 15 12 35 ○ ○ ○
실시예2 Bal. 2 1.2 20 12 36 ○ ○ ○
실시예3 Bal. 2 1.5 25 15 40 ◎ ◎ ○
실시예4 Bal. 2 1.5 20 25 51 ◎ ◎ ○
실시예5 Bal. 2.5 1.5 30 20 54 ◎ ◎ ○
실시예6 Bal. 1.7 1 30 15 67 ◎ ◎ ○
실시예7 Bal. 1.5 1 25 10 62 ○ ○ ○
실시예8 Bal. 1.8 1.4 20 10 52 ◎ ◎ ○
표 1을 참조하면, 실시예1 내지 실시예8은 알루미늄(Al): 1 ~ 3중량%, 마그네슘(Mg): 1 ~ 2중량% 및 잔부가 아연(Zn)인 조성범위를 만족하고 그 중 알루미늄과 마그네슘의 중량비가 1.2 이상이면서 온도가 430℃ ~ 480℃인 도금욕에 소지철을 침적시킨 후 질소 와이핑으로 15㎛ ~ 50㎛ 두께의 도금층을 형성하고 10 ~ 30℃/sec의 냉각 속도로 냉각시킴으로써, 형성된 도금층 내 다층 구조를 가지는 초정 Zn상 조직의 면적분율이 30% 이상인 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 실시예1 내지 실시예8은 3T 벤딩 후 가공부에서 육안성 크랙이 관찰되지 않아 도금층 가공성이 매우 우수하고, 3T 벤딩 후 가공부에 대하여 5% NaCl 용액, 35℃에서 염수분무시험으로 적청 발생 시간을 평가한 결과 적청 발생 시간이 1100시간 이상으로 가공부 내식성이 매우 우수하고, 나아가, 도금표면 외관품질이 양호함을 확인할 수 있다.
이에 반하여, 비교예1은 마그네슘(Mg)을 첨가하지 않은 Zn-Al계 도금 강재로서 3T 벤딩 후 가공부에 대하여 5% NaCl 용액, 35℃에서 염수분무시험으로 적청 발생 시간을 평가한 결과 적청 발생 시간이 600시간 내외로 측정되었는바, 가공부 내식성이 양호하지 못함을 확인할 수 있다.
비교예2는 마그네슘(Mg): 1 ~ 2중량%인 범위를 만족하지 못하고 하회하는 경우로서, 도금층 내 다층 구조를 가지는 초정 Zn상 조직의 면적분율이 30% 이상인 범위를 만족하지 못하고 하회하며, 3T 벤딩 후 가공부에 대하여 5% NaCl 용액, 35℃에서 염수분무시험으로 적청 발생 시간을 평가한 결과 적청 발생 시간이 900시간 내외로 1100시간에 미치지 못함을 확인할 수 있다. 또한, 마그네슘(Mg)이 1중량% 미만으로 첨가되는 경우에는 내식성을 발현하기 위한 공정상의 분율이 충분치 않아 가공부 내식성이 충분하지 않을 수 있다.
비교예3은 도금욕 조성이 알루미늄(Al): 1 ~ 3중량%, 마그네슘(Mg): 1 ~ 2중량% 및 잔부가 아연(Zn)인 조성범위를 만족하지만, 도금욕 내 알루미늄과 마그네슘의 중량비가 1.2 이상을 만족하지 못하고 하회하는 경우로서, 3T 벤딩 후 가공부의 크랙 발생 정도는 육안성 크랙이 관찰되지 않는 경우까지는 미치지 못하며 육안상 상대적 얇고 미세한 크랙이 관찰되는 정도임을 확인할 수 있으며, 도금표면 외관품질이 양호하지 못함을 확인할 수 있다. 도금욕 내 알루미늄과 마그네슘의 중량비가 1.2 이상을 만족하지 못하고 하회하는 경우, 도금욕의 마그네슘(Mg) 산화를 최소화하기 위해서 첨가되는 알루미늄이 부족하여 용탕의 표층으로 산소가 공급되는 것을 충분히 저지하지 못하고 이로 인하여 마그네슘(Mg)이 산화되므로 도금표면 외관품질이 불량할 수 있다.
비교예4는 도금욕 조성이 알루미늄(Al): 1 ~ 3중량%, 마그네슘(Mg): 1 ~ 2중량% 및 잔부가 아연(Zn)인 조성범위를 만족하고, 도금욕 내 알루미늄과 마그네슘의 중량비가 1.2 이상을 만족하지만, 도금층의 두께는 15㎛ ~ 50㎛인 범위를 만족하지 못하고 하회하는 경우로서, 도금층 두께가 15㎛보다 얇은 경우에는 초정 Zn 단상을 다층 구조로 만들기에 충분치 않는바, 도금층 내 다층 구조를 가지는 초정 Zn상 조직의 면적분율이 30% 이상인 범위를 만족하지 못하고 하회하는 것으로 확인되며, 3T 벤딩 후 가공부에서 육안상 상대적 굵고 소량 크랙이 관찰되지만 크랙이 많아 도금층 탈락이 우려되는 수준으로 확인되어 도금층 가공성이 양호하지 못하며, 3T 벤딩 후 가공부에 대하여 5% NaCl 용액, 35℃에서 염수분무시험으로 적청 발생 시간을 평가한 결과 적청 발생 시간이 700시간 내외로 1100시간에 미치지 못함을 확인할 수 있다.
비교예5는 도금욕 조성이 알루미늄(Al): 1 ~ 3중량%, 마그네슘(Mg): 1 ~ 2중량% 및 잔부가 아연(Zn)인 조성범위를 만족하고, 도금욕 내 알루미늄과 마그네슘의 중량비는 1.2 이상이며, 도금층의 두께는 15㎛ ~ 50㎛인 범위를 만족하더라도, 도 1의 냉각하는 단계에서 냉각속도가 10 ~ 30℃/sec인 범위를 만족하지 못하고 하회하는 경우, 도금층에 Zn 단상이 단일층으로 응고되어 존재하게 되어 도금층 내 다층 구조를 가지는 초정 Zn상 조직의 면적분율이 30% 이상인 범위를 만족하지 못하고 하회하는 것으로 확인되며, 3T 벤딩 후 가공부에서 육안상 상대적 굵고 소량 크랙이 관찰되지만 크랙이 많아 도금층 탈락이 우려되는 수준으로 확인되어 도금층 가공성이 양호하지 못하며, 3T 벤딩 후 가공부에 대하여 5% NaCl 용액, 35℃에서 염수분무시험으로 적청 발생 시간을 평가한 결과 적청 발생 시간이 700시간 내외로 1100시간에 미치지 못함을 확인할 수 있다.
비교예6은 도금욕 조성이 알루미늄(Al): 1 ~ 3중량%, 마그네슘(Mg): 1 ~ 2중량% 및 잔부가 아연(Zn)인 조성범위를 만족하고, 도금욕 내 알루미늄과 마그네슘의 중량비가 1.2 이상을 만족하지만, 도금층의 두께는 15㎛ ~ 50㎛인 범위를 만족하지 못하고 상회하는 경우로서, 응고 시 도금 표면에 흐름 무늬를 만들게 되어 도금표면 외관품질이 양호하지 못함을 확인할 수 있다.
비교예7은 도금욕 조성의 알루미늄(Al) 3중량% 초과되는 경우로 도금층 내에 다량의 3원 공정상의 생성으로 도금층 크랙이 다량 발생하는 경우가 된다. 이러한 경우에는 초정 Zn상 분율의 감소 및 3원 공정상 분율의 증가로 가공시 도금층 크랙 다량 생성으로 가공부 내식성이 감소하게 된다.
비교예8은 냉각속도가 30℃/sec를 초과하는 경우로 높은 냉각 압력으로 인해서 도금 표층에 불균일한 산화주름이 생성되어 도금표면 외관품질이 저해되는 경우가 된다.
비교예9는 도금욕 조성이 마그네슘(Mg) 2중량% 초과되는 경우로 도금층 내에 다량의 2원공정상의 생성으로 도금층 트랙이 다량 발생하는 경우가 된다. 이러한 경우에도 비교예 7과 같이 초정 Zn상 분율의 감소 및 2원 공정상의 분율증가로 가공시 도금층 크랙 다량 생성으로 가공부의 내식성이 감소하게 된다.
상술한 실험예에 따르면, 알루미늄(Al)과 마그네슘(Mg) 성분 비율과 도금층의 두께를 조절하고, 냉각속도를 통한 응고상 형상을 조절함으로써, 도금층의 초정 Zn상의 구조를 단층에서 다층 구조로 제어하여 가공부 크랙 저항성이 우수하고 내식성이 우수한 고내식 도금 강재 및 그 제조방법을 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. (a) 소지철을 제공하는 단계;
    (b) 상기 소지철을 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 및 아연(Zn)을 함유하는 도금욕에 통과시켜, 상기 소지철 상에 알루미늄(Al): 1 ~ 3중량%, 마그네슘(Mg): 1 ~ 2중량% 및 잔부가 아연(Zn)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 도금층을 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 도금층을 10 ~ 30℃/sec의 냉각속도로 냉각하는 단계;를 포함하되,
    상기 도금층 내 알루미늄과 마그네슘의 중량비는 1.2 이상인,
    도금 강재의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도금층의 두께는 15㎛ ~ 50㎛인 것을 특징으로 하는,
    도금 강재의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각하는 단계를 수행한 후의 상기 도금층은 초정 Zn상 조직 및 공정상 조직을 포함하되, 상기 초정 Zn상 조직은 상기 도금층의 높이 방향으로 다층 구조를 가지는 것을 특징으로 하는,
    도금 강재의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 도금층 내 상기 다층 구조를 가지는 초정 Zn상 조직의 면적분율은 30% 이상인,
    도금 강재의 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 냉각하는 단계에서 상기 초정 Zn상 조직이 먼저 생성되고 상기 공정상 조직은 상기 초정 Zn상 조직의 생성 이후에 생성되는 것을 특징으로 하는,
    도금 강재의 제조방법.
  6. 소지철; 및
    상기 소지철 상에 형성된, 알루미늄(Al): 1 ~ 3중량%, 마그네슘(Mg): 1 ~ 2중량% 및 잔부가 아연(Zn)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 도금층; 을 포함하며,
    상기 도금층 내 알루미늄과 마그네슘의 중량비는 1.2 이상인,
    도금 강재.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 도금층은 초정 Zn상 조직 및 공정상 조직을 포함하되,
    상기 초정 Zn상 조직은 상기 도금층의 높이 방향으로 다층 구조를 가지는,
    도금 강재.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 도금층 내 상기 다층 구조를 가지는 초정 Zn상 조직의 면적분율은 30% 이상인,
    도금 강재.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 도금층의 두께는 15㎛ ~ 50㎛인 것을 특징으로 하는,
    도금 강재.
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