KR100495620B1 - 자동차 외판용 합금화 용융아연도금강판 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표면외관 및 내크레터링성이 우수한 자동차 외판용 합금화 용융아연도금강판의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 도금소재인 냉연강판을 방전달롤 또는 전자빔달롤로 평균조도가 1.0㎛이하, 피크수(PPI)가 350이상이 되도록 압연하고 합금화 용융아연도금을 실시하는 것을 특징으로 하는 자동차 외판용 합금화 용융아연도금강판 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 표면외관 및 도장선영성이 우수한 GA재를 용이하게 제조할 수 있다. 특히 합금화 처리후 고압하로 조질압연을 행하는 기존 방법에 비해서 표면손상이 없기 때문에 가공시 파우더링 결함 발생 방지 효과 및 도금층이 검게 변하는 흑점을 방지할 수 있는 효과를 가진다.
Description
본 발명은 표면외관 및 내크레터링(anti-cratering)성이 우수한 자동차 외판용 합금화 용융아연도금강판의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 도금소재인 냉간압연강판의 조도 성분인 표면평균조도(Roughness average, Ra) 및 피크수(Peak count, 피크수/인치)의 최적화로 도금층 표면 크레터링 발생 및 국부적인 과합금화의 원인되는 아웃버스트(outburst)반응 방지로 합금화 용융아연도금강판의 표면외관의 평활성 및 내크레터링성을 비약적으로 향상시키는 것을 특징으로 하는 가전용 및 자동차 외판용 합금화 용융아연도금강판 제조 방법에 관한 것이다
합금화 용융아연도금강판(Galvannealed Iron, 이하 GA라 칭함)은 냉간압연강판을 용융아연도금 한 후, 연속적으로 합금화 처리함으로써 용융아연 도금층과 강판소지가 상호확산 반응하여 η상, ζ상, δ상, Γ상 등의 Fe-Zn계 금속간화합물로 된 Fe-Zn합금 도금강판이다. GA재는 용융아연도금강판 대비 점(spot)용접성, 나내식성 및 도장후 내식성이 우수하여 건자재용, 가전용 및 자동차용으로 그 수요가 증대하고 있으며, 최근에는 가전용 및 자동차 외판용으로 그 사용범위가 확대됨에 따라 우수한 표면품질이 요구되고 있다.
특히 가전용 및 자동차 외판용 GA재는 도장강판의 하지로 사용되기 때문에 표면요철은 도장선영성과 밀접한 관계를 갖게 되기 때문에, 이러한 표면결함이 없는 미려한 표면외관이 요구되고 있다.
GA재의 표면요철 발생은 합금화 반응이 주로 도금소재의 결정입계에서 먼저 핵생성이되어 합금화가 진행되기 때문인 것으로 알려져 있다. 즉 합금화 초기단계에서 도금소재의 결정입계을 따라 꽃뿌리 모양의 아웃버스트(outburst) 조직이 형성되어 인접지역의 액상의 용융아연을 흡입하여 보다 빠르게 성장하게 되기 때문에 아연이 고갈된 곳에는 분화구와 같은 크레터(crater)가 발생하게 되므로 GA재의 표면에는 미세한 요철을 나타내게 되는 것으로 알려져 있다.
이와 같이 GA재의 표면요철인 크레터링이 발생하게 되면 크레터 부분은 도금부착량이 작기 때문에 국부적으로 내식성 저하를 초래하고, 도장하지로 사용할 경우에는 도장층 표면으로 전사되므로 도장선영성을 저해하게 된다.
따라서 이와 같은 GA재 표면의 크레터링성 및 도장선영성을 개선하기 위한 방안으로는 1) 일본특허공개공보 평 5-269505호 및 일본특허공개공보 평 4-285147호와 같이 합금화 열처리후 조질압연 등으로 합금화 용융아연도금강판의 조도를 관리하는 방안과 2) 대한민국 특허출원 1999-57669호와 같이 강판인입온도, 도금욕의 Al농도, 합금화 온도 및 합금화 시간 등의 도금조건 및 합금화 조건을 조정하는 방안이 대부분을 차지하고 있다.
그러나 상기 1)의 방안은 GA재 표면의 미세한 요철인 크레터를 제거하기 위해서는 높은 압하력으로 조질압연을 행해야 하나, 고압하 조질압연시 GA재의 합금상중에서 가장 취약한 Γ상에서 부터 균열이 발생하여 도금층이 탈락하는 파우더링(powdering)이 일어나므로 바람직하지 않다.
또한 상기 방안 2)는 합금화 반응이 열역학적으로 불안정한 도금소재의 결정입계에서 일어나기 때문에 근본적으로 크레터 발생을 없앨 수 없으며, 또한 파우더링성이나 플레이킹(flaking)성 등의 GA재의 특성을 고려할 때 합금화도는 일정한 값(9~12%)으로 한정되기 때문에 합금화도를 임의로 조정할 수 없으므로 바람직하지 않다.
따라서 본 발명은 GA재의 표면외관 및 도장선영성 저해 원인이 되는 크레터링을 제거하기 위한 방안을 연구한 결과, 도금소재인 냉간압연강판의 조도 성분인 표면평균조도 및 피크수(peak count, 피크수/인치)를 인위적으로 조정함으로써 크레터링의 원인이 되는 아웃버스트 반응이 도금소재의 결정입계에서만 아니라 입내에서도 동시에 일어나도록 도금소재 표면에 많은 결정핵 사이트(site)를 부여함으로써 궁극적으로 아웃버스트 반응이 없이 합금화 반응이 균일하게 일어나도록 하는 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연도금강판의 표면평활성 및 내크레터링성을 비약적으로 향상시키는 데 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 도금소재인 냉연강판을 방전달롤 또는 전자빔달롤로 도금소재인 냉연강판의 평균조도가 1.0㎛이하이면서 피크수(PPI)가 350이상이 되도록 압연하고, 합금화 용융아연도금을 실시하는 것을 특징으로 하는 자동차 외판용 합금화 용융아연도금강판 제조 방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
합금화 용융아연도금강판의 크레터링은 불균일한 합금화 형상인 아웃버스트 반응이 도금소재의 결정입계에서 국부적으로 일어나면서 인접한 부분의 액상아연을 흡입, 소비하면서 보다 빠르게 성장하게 되고, 이에 따라 아연이 고갈된 곳에 분화구 모양의 크레터가 형성되면서 나타나는 GA재의 표면요철 현상인 것으로 밝혀졌다.
따라서 본 발명자는 도금소재인 냉연강판의 표면상태가 크레터링 현상에 미치는 영향을 상세히 분석한 결과, 크레터링의 원인이 되는 아웃버스트 반응이 결정입계 뿐만 아니라 표면의 스크래치(scratch), 파임, 압흔 등의 표면결함부에서도 동일하게 발생함을 확인하고, 계속적으로 냉간압연의 최종 스탠드 롤의 조도부여 방법으로 인위적으로 표면조도를 부여한 후 합금화 처리시 크레터링 발생 여부를 조사한 결과, 표면조도를 구성하고 있는 여러가지 조도성분 중에서 피크수(Peak count, 피크수/인치) 및 표면평균조도와 밀접한 관계가 있음을 밝혀 내었다.
즉 조도성분 중에서 피크수라는 것은 평균선에서 일정한 높이(Slice level, 0.25㎛)와 깊이를 벗어난 산과 골의 수를 말한다. 이에 반해 평균조도(Roughness average, Ra)는 평균길이 내에서 중심선으로 분리되는 단면의 산술평균값으로, 하나의 짧은 파장을 의미하고 있다. 그러므로 피크가 산이라면 평균조도는 산맥을 의미하는 것과 같다.
따라서 피크가 실제적으로 용융아연과 접촉하는 결정핵 사이트 역할을 하게 되고, 그 피크수가 적을 경우에는 평균조도가 결정핵 사이트 역할을 하는 것을 확인하였다. 즉 합금화 용융아연도금강판의 크레터링 방지는 도금소재인 냉연강판의 표면조도 성분인 표면평균조도 및 피크수 조정에 의해서 가능함을 알 수 있었다.
즉 도금소재의 피크수에 따른 크레터링 지수 변화를 나타낸 도 1에서 볼 수 있는 것처럼, 피크수가 350이상인 경우에는 많은 결정핵 사이트에서 아웃버스트 반응이 일어나기 때문에 국부적인 아웃버스트 반응이 없어지고 균일하게 합금화가 진행되므로 크레터링 발생을 방지할 수 있음을 볼 수 있다. 그러나 도금소재의 피크수가 350이하이거나 피크수가 350이상이더라도 평균조도가 1.0㎛이상인 경우에는 짧은 파형인 평균조도 성분이 하나의 결정핵 역할을 하기 때문에 국부적으로 아웃버스트가 발생하여 도금층 표면에는 크레터링이 발생하게 된다.
따라서 본 발명에서는 도금소재인 냉연강판의 표면평균조도 및 피크수를 각각 1.0㎛이하, 350이상으로 한정한다.
이와 같은 도금소재인 냉연강판의 평균조도 및 피크수 등의 조도성분은 냉간압연의 최종 스탠드 롤의 조도 부여 방법에 따라 크게 변하기 때문에 롤 조도 부여 단계부터 제어할 필요가 있다.
표 1과 같이 냉간압연의 최종 스탠드 롤의 워크롤로 연마된 브라이트 롤(Bright roll)을 사용하여 냉간압연한 강판을 도금소재로 사용하는 경우, 스크래치(scratch)모양의 압흔으로 평균조도가 0.3㎛이하이고 피크수가 280이하이기 때문에 국부적으로나 전체적으로 아웃버스트 반응이 일어나지 않으므로 반응속도가 늦어 일반적인 합금화 조건에서 완전히 합금화되지 않았다.
또한 숏블라스트 달롤(Shot blast Texturing Dull Roll)로 냉간압연한 도금소재는 무정형의 요철을 부여하기 때문에 압하력 및 롤조도 증가에 따른 피크수 증가보다는 평균조도 증가가 더 커서 국부적인 아웃버스트 발생으로 크레터링 방지가 불가능하였다. 방전달롤(Electric Discharge Texturing Dull roll)의 경우에는 도금소재 표면에 전사된 압흔이 분화구 모양으로 일정하고 다소 치밀하기 때문에 압하력 및 롤조도 증가에 의해서 피크수 및 평균조도가 비례적으로 증가하여 일정한 조건에 한해서 국부적으로 아웃버스트 반응을 억제할 수 있었다.
특히 전자빔달롤(Electron Beam Texturing Dull roll)로 냉간압연한 경우에는 방전달롤 보다 표면에 전사되는 요철이 더 치밀하고 모양도 구형으로 일정한 패턴을 나타내므로 평균조도 증가에 비하여 피크수 증가가 휠씬 더 크기 때문에 비교적 작은 조도 및 압하력에서도 목표로 하는 피크수 확보가 가능하므로 국부적인 아웃버스트 반응을 방지할 수 있었다.
따라서 도금소재인 냉연강판의 조도 부여 방법을 방전달롤 및 전자빔 달롤로 한정한다.
상기와 같이, 도금소재인 냉연강판의 평균조도 및 피크수를 방전달롤 및 전자빔달롤로 제어할 경우 표면외관 향상 및 크레터링 방지가 가능하다.
이하 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.
<실시예>
강성분이 0.04%C, 0.17%Mn, 0.01%P, 0.01%S, 0.05%Al인 강판을 냉간압연공정의 최종 스탠드 롤의 조도를 브라이트롤, 숏블라스트달롤, 방전달롤, 전자빔달롤 등에 각각 부여하여 두께 0.7㎜으로 냉간압연하고, 표 1과 같은 표면조도를 갖은 냉연강판(full hard)을 제조하였다. 이것을 도금소재로 하여, 760℃에서 60초 동안 소둔처리한 후 0.135%Al, 0.01%Pb, 잔부가 Zn인 도금욕 성분에 침적한 후 과잉의 아연을 가스와이핑 장치로 조정하여, 단면 도금부착량이 60g/㎡이 되도록 하고, 계속해서 480℃에서 10초 동안 합금화 처리를 실시하였다.
냉간압연공정에서의 물성평가는 표면조도계로 표면평균조도 및 피크수를 측정하였으며, 용융아연도금공정에서는 도금소재의 조도성분이 용융도금 후에 어떻게 미치는 지를 평균조도 측정으로 평가하였다. 또한 도금소재의 표면조도 성분에 따른 반응성을 도금층 중의 철함량 및 도금층/소지철 계면에서의 아웃버스트 조직 형성 유무로 평가하였다.
특히 최종적으로 합금화 용융아연도금공정에서는 표면평균조도, 합금화도등을 평가하였으며, 크레터링성은 표면조도, 도장성, 파우더링성, 내식성 등을 평가한 결과 다음과 같은 기준으로 4등급으로 구분하여 표 1에 나타내었다.
- 1등급(우수) : 크레터 발생분율이 5%이하인 경우
- 2등급(양호) : 크레터 발생분율이 5~10%인 경우
- 3등급(불량) : 크레터 발생분율이 10~20%인 경우
- 4등급(매우 불량) : 크레터 발생분율이 20%이상인 경우
표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명이 제시한 냉간압연 워크롤 조도 부여 방법으로 표면평균조도 및 피크수를 조정한 냉연강판을 도금소재로 사용할 경우 본 발명의 예인 No.10, 11, 13~17은 국부적인 아웃버스트 반응 및 크레터링 발생이 없이 표면외관이 우수하였다.
이에 반해서 냉간압연 워크롤 조도부여 방법이 본 발명의 범위를 벗어나거나(비교예 No.1~8), 워크롤 조도부여 방법은 본 발명을 만족하나 표면평균조도 및 피크수가 본 발명의 범위를 벗어나는 경우(비교예 No.9, 12)에는 국부적인 아웃버스트 반응 및 크레터링이 발생함으로 바람직하지 않다.
합금화 용융아연 도금공정에서 도금소재인 냉연강판의 워크롤 조도 부여 방법 및 조도성분을 최적화하는 본 발명에 의하면, 표면외관 및 도장선영성이 우수한 GA재를 용이하게 제조할 수 있다. 특히 합금화 처리후 고압하로 조질압연을 행하는 기존 방법에 비해서 표면손상이 없기 때문에 가공시 파우더링 결함 발생 방지 효과 및 도금층이 검게 변하는 흑점을 방지할 수 있는 효과를 가진다.
도1은 도금소재의 피크수 및 냉간압연 롤조도 부여방법에 따른 크레터링성 지수 변화를 나타낸 그래프.
Claims (2)
- 합금화 용융아연도금강판의 제조 공정에서 도금소재인 냉연강판의 평균조도가 1.0㎛이하이면서 피크수(피크수/인치)가 350이상이 되도록 압연하고, 합금화 용융아연도금을 실시하는 것을 특징으로 하는 자동차 외판용 합금화 용융아연도금강판 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 도금소재의 냉연강판의 최종 압연 워크롤로써 방전달롤 또는 전자빔달롤을 적용하는 것을 특징으로 하는 자동차 외판용 합금화 용융아연도금강판 제조 방법.
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|---|---|---|---|---|
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