KR101536385B1 - Surface treated steel sheet and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 탄소를 낮게 함유하는 저탄소강에 있어서, 내부식성이 향상되도록 표면처리한 강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는, 전기전도도 등의 특성이 매우 우수한 그래핀(graphene)을 소지강판의 표면에 일정 두께를 갖는 층상으로 형성시켰으며, 이로 인해 윤활성과 내부식성이 우수한 표면처리강판을 얻을 수 있다.The present invention relates to a steel sheet surface-treated to improve corrosion resistance in a low carbon steel containing a low carbon content and a method for producing the same.
In order to accomplish the above object, the present invention provides a graphene having excellent properties such as electric conductivity and the like in the form of a layer having a predetermined thickness on the surface of the base steel sheet, Can be obtained.
Description
본 발명은 탄소를 낮게 함유하는 탄소강에 있어서, 내부식성이 향상되도록 표면처리한 강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a steel sheet surface-treated to improve corrosion resistance in a carbon steel containing carbon low and a method for producing the steel sheet.
일반적으로, 자동차의 차체 등에 적용되는 강판은 자동차사에서 차체를 조립한 후 인산염 처리와 도장을 거친다. 이때 조립된 자체 중 강판이 겹치는 부위가 여러 곳 발생하게 되는데, 이 겹쳐진 부위에는 인산염이나 도료가 침입하기 어려워 내식성이 취약해지는 문제점이 있다.Generally, a steel sheet applied to a vehicle body or the like is assembled in an automobile company, and then subjected to a phosphate treatment and painting. At this time, there are several places where the assembled self-weight steel sheets overlap, and phosphate or paint is difficult to penetrate into the overlapped portion, which causes a problem that the corrosion resistance becomes weak.
종래에는 이러한 문제를 해결하기 위해서, 강판이 겹쳐지는 부위에 실링(sealing) 처리하여 부식인자가 그 부위에 접근하는 것을 차단하는 방안이 적용된 바 있었다. 그러나, 이는 최종 제품의 생산성 하락과 함께 원가상승을 유발하는 문제가 있어, 결국 실링 처리를 배제하면서 내식성이 우수한 표면처리강판이 요구되고 있는 실정이다.
Conventionally, in order to solve such a problem, a method has been applied in which a sealing treatment is applied to a portion where steel plates are overlapped to prevent a corrosive factor from approaching the region. However, there is a problem in that the productivity of the final product is lowered and the cost is increased, so that a surface-treated steel sheet having excellent corrosion resistance is required while excluding the sealing treatment.
최근에는, 실링 처리를 생략한 표면처리강판으로서 소지강판 상에 유기피막을 도포한 강판에 대해 널리 연구되고 있으며, 실제로 일정 두께의 유기피막층을 갖는 표면처리강판이 상용화되고 있다.In recent years, a surface treated steel sheet having no sealing treatment has been extensively studied for a steel sheet coated with an organic coating on a base steel sheet, and a surface treated steel sheet having an organic coating layer having a certain thickness has been commercialized.
이와 같이, 유기피막층을 갖는 표면처리강판은 인산염이나 도장처리가 되지 않는 부위에서도 내식성을 확보할 수 있다는 장점이 있으나, 두꺼운 유기피막층에 의해 전기저항용접성이 저하되는 문제가 있다.
As described above, the surface-treated steel sheet having the organic coating layer has an advantage in that corrosion resistance can be secured even in areas not subjected to phosphate or coating treatment, but there is a problem that the electrical resistance weldability is lowered by the thick organic coating layer.
따라서, 내식성을 우수하게 확보하면서도, 이후의 가공처리에 영향을 미치지 않는 표면처리강판이 요구되고 있다.
Therefore, there is a demand for a surface-treated steel sheet that ensures excellent corrosion resistance and does not affect subsequent processing.
본 발명의 일 측면은, 윤활성과 내부식성이 우수하게 확보된 표면처리강판 및 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
One aspect of the present invention is to provide a surface-treated steel sheet excellent in lubricity and corrosion resistance and a method of manufacturing the same.
본 발명의 일 측면은, 소지강판, 상기 소지강판 상에 형성된 침탄층 및 그래핀층(graphene layer)을 순차적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 표면처리강판을 제공한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a surface treated steel sheet comprising a base steel sheet, a carburized layer formed on the base steel sheet, and a graphene layer sequentially.
본 발명의 다른 일 측면은, 탄소(C)를 2.0중량% 이하(0%는 제외)로 함유하는 소지강판을 준비하는 단계;According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a steel sheet, comprising: preparing a base steel sheet containing carbon (C) in an amount of 2.0 wt% or less (excluding 0%);
상기 소지강판을 침탄 처리하여 상기 소지강판 표면에 탄소(C) 함량이 0.01~90 중량%인 침탄층을 형성하는 단계; 및Carburizing the ground steel sheet to form a carburized layer having a carbon (C) content of 0.01 to 90% by weight on the surface of the ground steel sheet; And
상기 침탄층이 형성된 소지강판을 고온 열처리한 후 냉각하여 상기 침탄층 표면에 그래핀층(graphene layer)을 형성하는 단계를 포함하고,And a step of forming a graphene layer on the surface of the carburized layer by cooling the green steel sheet having the carburized layer formed thereon by a high temperature heat treatment,
상기 침탄층 표면에 형성된 그래핀층(graphene layer)의 평균 두께는 1~50nm인 것을 특징으로 하는 탄소강 표면처리강판의 제조방법을 제공한다.
Wherein an average thickness of the graphene layer formed on the surface of the carburizing layer is 1 to 50 nm.
본 발명에 의하면, 강판 표면에 그래핀 층(graphene layer)을 형성시킴으로써 윤활성과 내부식성을 동시에 확보할 수 있다. According to the present invention, by forming a graphene layer on the surface of a steel sheet, lubricity and corrosion resistance can be secured at the same time.
또한, 본 발명의 또 하나의 측면에 따르면, 상술한 그래핀 층을 고온 열처리를 통해 형성함으로써 균일하고 일정한 두께의 그래핀 층을 포함하는 표면처리강판이 제조될 수 있다.
Further, according to another aspect of the present invention, a surface-treated steel sheet including a graphene layer having a uniform and constant thickness can be produced by forming the graphene layer described above through a high-temperature heat treatment.
본 발명자들은 자동차 자체 등에 적용되는 표면처리강판에 있어서, 기존의 표면처리강판에 비해 내부식성이 우수하고, 이후의 가공처리에도 적합하게 활용할 수 있는 표면처리강판을 도출해내기 위해 깊이 연구한 결과, 전기전도도, 기계적 강도 등의 물성이 매우 우수한 그래핀(graphene)을 일정 두께로 형성시킬 경우 균일하게 형성된 그래핀층에 의해 내식성, 윤활성 뿐만 아니라 그래핀이 갖는 여러 고유 물성들도 동시에 확보할 수 있는 표면처리강판을 제공할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
The inventors of the present invention have conducted intensive studies to obtain a surface treated steel sheet which is superior in corrosion resistance to a conventional surface treated steel sheet and can be suitably used in subsequent processing, When a graphene having excellent physical properties such as conductivity and mechanical strength is formed at a certain thickness, it is possible to simultaneously obtain various inherent physical properties of graphene as well as corrosion resistance and lubricity by a uniformly formed graphene layer Steel plate can be provided, and the present invention has been completed.
그래핀(Graphene)은 탄소 원자로 이루어지고, 원자 1개의 두께로 이루어진 얇은 막으로서, 탄소가 육각형의 형태로 연결된 벌집모양의 2차원 평면 구조를 이루는 물질로서, 전기전도도, 열전도도 및 기계적 강도가 우수한 특성을 갖는다.Graphene is a thin film made of carbon atoms and having a thickness of one atom. It is a honeycomb-like two-dimensional planar structure in which carbon is hexagonally connected and has excellent electrical conductivity, thermal conductivity and mechanical strength. .
본 발명에서는 상기 그래핀을 소지강판의 표면에 형성시킴으로써 신규한 개념의 표면처리강판을 제안한다. 즉, 본 발명의 발명자들의 연구결과에 따르면 상기 그래핀은 탄소계 재료로서 윤활성이 우수할 뿐만 아니라, 치밀한 조직을 가짐으로써 소지강판의 내부식성을 부여할 수 있다는 장점을 가질 수 있다.
In the present invention, a surface treated steel sheet having a novel concept is proposed by forming the graphene on the surface of the base steel sheet. That is, according to the study results of the inventors of the present invention, the graphene is not only excellent in lubricity as a carbon-based material, but also has the advantage of being able to impart corrosion resistance to the base steel sheet by having a dense structure.
따라서, 본 발명에서는 윤활성과 내부식성이 우수한 표면처리강판으로서, 소지강판과 상기 소지강판의 편면 또는 양면에 침탄층과 그래핀 층(graphene layer)이 순차적으로 형성된 표면처리강판을 제안한다.
Accordingly, the present invention proposes a surface-treated steel sheet excellent in lubricity and corrosion resistance, in which a carburized layer and a graphene layer are successively formed on one side or both sides of the base steel sheet and the base steel sheet.
이때, 상기 소지강판의 편면 또는 양면에 형성되는 침탄층은 1μm 이하(0μm도 포함)의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 상기 침탄층은 이하에서 더욱 상세히 설명하겠지만, 그래핀 층을 형성하는데에 필수 역할을 하는 구성 요소로서, 본 발명에서는 에피택셜 성장(Epitaxial growth)법을 이용하여 상기 침탄층으로부터 그래핀 층을 형성시키고자 하였다. 따라서, 그래핀 층을 형성시키기 위해서는 침탄층이 1μm 이하의 두께로 형성됨이 바람직하며, 이러한 침탄층이 모두 그래핀 층으로 성장할 수 있으므로, 최종적으로 얻어지는 표면처리강판에는 침탄층이 포함되지 않을 수도 있다.
At this time, the carburized layer formed on one side or both sides of the base steel sheet preferably has a thickness of 1 μm or less (including 0 μm). The carburizing layer is a component essential for forming a graphene layer, which will be described in more detail below. In the present invention, a graphene layer is formed from the carburizing layer by an epitaxial growth method . Therefore, in order to form the graphene layer, it is preferable that the carburized layer is formed to a thickness of 1 탆 or less. Since all of the carburized layers can be grown as a graphene layer, the carburized layer may not be included in the finally obtained surface- .
상기 침탄층 상에 형성되는 그래핀 층의 평균 두께는 1~100nm 인 것이 바람직하다. 소지강판의 편면 또는 양면에 형성되는 그래핀 층의 평균 두께가 1nm 미만으로 너무 얇게 형성되면 그래핀 고유의 특성이 발현되기 어려우며, 반면 그래핀층이 100nm를 초과하여 형성되면 그래핀 특성을 발휘하기에는 문제가 없을 수 있으나 형성된 그래핀층이 균일하지 못하여 목적하는 특성을 얻기 어려운 문제가 있을 수 있다. The average thickness of the graphene layer formed on the carburized layer is preferably 1 to 100 nm. If the average thickness of the graphene layer formed on one side or both sides of the base steel sheet is too small to be less than 1 nm, the characteristics inherent to graphene are difficult to develop. On the other hand, if the graphene layer is formed over 100 nm, There may be a problem that it is difficult to obtain desired properties because the formed graphene layer is not uniform.
따라서, 본 발명에서 목적하는 바를 만족하는 표면처리강판을 제조하기 위해서는 평균 두께 1~100nm를 갖도록 그래핀 층을 형성함이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1~50nm의 평균 두께를 갖도록 형성함이 바람직하다.
Accordingly, in order to produce a surface-treated steel sheet satisfying the object of the present invention, it is preferable to form a graphene layer having an average thickness of 1 to 100 nm, more preferably an average thickness of 1 to 50 nm Do.
본 발명의 유리한 표면처리강판을 제조하는 방법으로는 소지강판의 편면 또는 양면에 그래핀 층을 형성할 수 있는 방법이라면 특별히 제한하지는 않는다. 다만, 통상 생각할 수 있는 바와 같이 그래핀을 미리 제조한 후 제조된 그래핀을 소지강판의 표면에 층을 이루도록 도포하는 방법 등이 있을 수 있으나, 이러한 방법들은 공정의 효율성 또는 부착강도 등에 문제가 있을 수 있다.The method for producing the advantageous surface-treated steel sheet of the present invention is not particularly limited as long as it is a method capable of forming a graphene layer on one side or both sides of the base steel sheet. However, as is generally conceivable, there may be a method in which graphene is prepared in advance and then graphenes are applied on the surface of the base steel sheet so as to form a layer, but these methods are problematic in terms of process efficiency or adhesion strength .
따라서, 본 발명의 일 측면은 그래핀을 제조하지 않는 방법으로서 보다 바람직한 방법을 제안한다. 즉, 본 발명에서는 에피택셜 성장(Epitaxial growth)법을 이용하여 소지강판의 표면에 그래핀 층을 형성한다.Therefore, one aspect of the present invention proposes a more preferable method as a method of not producing graphene. That is, in the present invention, a graphene layer is formed on the surface of a base steel sheet by using an epitaxial growth method.
에피택셜 성장(Epitaxial growth)법은 실리콘 카바이드(SiC)의 열분해를 이용한 합성법으로서, 실리콘 카바이드를 고온에서 열처리하게 되면 탄소가 표면의 결을 따라 성장하여 그래핀층을 형성하게 된다. 이러한 에피택셜 성장법은 절연성 기판에 직접 그래핀을 성장시킬 수 있는 방법으로 잘 알려져 있다.Epitaxial growth method is a synthesis method using pyrolysis of silicon carbide (SiC). When silicon carbide is heat-treated at a high temperature, carbon grows along the surface texture to form a graphene layer. Such an epitaxial growth method is well known as a method capable of directly growing graphenes on an insulating substrate.
이에, 본 발명자들은 에피택셜 성장법이 탄소를 함유하는 실리콘 카바이드를 이용한다는 점으로부터, 탄소를 함유하는 철강재에도 이러한 방법을 적용한다면 그래핀을 형성시킬 수 있을 것으로 판단하였다. 특히, 강판 표층에 탄소를 투입시키는 방법으로 잘 알려진 침탄법(carburization)을 함께 적용한다면 탄소 함량이 낮은 탄소강에서도 그래핀을 충분히 형성시킬 수 있을 것으로 판단하였다.
Therefore, the inventors of the present invention determined that epitaxial growth using silicon carbide containing carbon could form graphene if such a method is applied to steel containing carbon. Particularly, it was concluded that carbon wells with low carbon content could form graphene sufficiently if carburization well known as a method of injecting carbon into the surface layer of the steel sheet is applied.
이하에서는 본 발명 일 측면에 따른 표면처리강판의 제조방법의 구체적인 일 구현례를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 구현례에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 통상의 기술자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 구현례를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
Hereinafter, a specific embodiment of a method of manufacturing a surface-treated steel sheet according to one aspect of the present invention will be described in detail. It should be understood, however, that there is no intent to limit the invention to the particular embodiments disclosed, and that those skilled in the art, upon reading and understanding the spirit of the invention, Or other implementations falling within the scope of the present invention may be easily suggested, but this also falls within the scope of the present invention.
이하, 본 발명의 일 측면인 표면처리강판의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, a method for producing a surface-treated steel sheet as one aspect of the present invention will be described in detail.
본 발명의 표면상에 그래핀 층을 갖는 표면처리강판을 제조하기 위한 바람직한 일 예로서, 낮은 함량의 탄소를 함유하는 소지강판을 침탄처리하여 침탄층을 형성한 후, 상기 침탄층이 형성된 소지강판을 고온에서 열처리한 후 냉각하는 단계를 포함한다.
As a preferred example for producing a surface-treated steel sheet having a graphene layer on the surface of the present invention, a base steel sheet containing a low content of carbon is carburized to form a carburized layer, Treated at a high temperature and then cooled.
본 발명의 표면처리강판 제조방법에 적용되는 소지강판은 특별히 한정되지 않으나, 탄소(C)를 낮게 함유하는 어떠한 강판도 가능하다. 예컨대, 탄소(C)를 2.0중량% 이하(0%는 제외)로 포함하면서, 이외의 적절한 성분계를 갖는 탄소강이 사용될 수 있으며, 보다 바람직하게는 탄소(C)를 0.001~0.1 중량%로 함유하는 저탄소강을 이용함이 적절할 것이다. 일 구현례로서, 탄소(C): 2.0중량% 이하(0%는 제외), 망간(Mn): 0.03~0.20%, 인(P): 0.015% 이하, 황(S): 0.003~0.025%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지는 강재일 수 있다.
The base steel sheet to be applied to the surface-treated steel sheet production method of the present invention is not particularly limited, but any steel sheet containing carbon (C) can be used. For example, carbon steel having an appropriate component system other than carbon (C) in an amount of not more than 2.0% by weight (excluding 0%) can be used, more preferably 0.001 to 0.1% by weight of carbon It would be appropriate to use low-carbon steel. In one embodiment, the carbon (C) content is not more than 2.0% by weight (excluding 0%), manganese (Mn) is 0.03 to 0.20%, phosphorus (P) is 0.015% The balance Fe and unavoidable impurities.
상술한 바와 같은 소지강판이 준비되면, 이 소지강판을 침탄 처리하여 소지강판의 표면에 침탄층을 형성시킬 수 있다.When the base steel sheet as described above is prepared, the base steel sheet can be carburized to form a carburized layer on the surface of the base steel sheet.
본 발명에서는 탄소를 낮게 함유하는 강재에서 탄소의 함량을 높이기 위한 목적으로 침탄 처리를 실시하는 것이며, 이를 위해서는 통상의 침탄법을 이용할 수 있다. 예컨대, 고체 침탄법, 액체 침탄법, 가스 침탄법, 진공 침탄법 및 이온 주입(ion implantation) 침탄법으로 구성된 그룹에서 선택된 한 종류의 침탄법을 이용할 수 있으며, 환경적 및 효율성의 면을 고려하여 이온 주입 침탄법을 이용함이 바람직할 것이다.In the present invention, a carburizing treatment is carried out for the purpose of increasing the content of carbon in a steel material containing a low carbon, and a general carburizing method can be used for this purpose. For example, one type of carburizing method selected from the group consisting of a solid carburization method, a liquid carburization method, a gas carburization method, a vacuum carburization method, and an ion implantation carburization method can be used. In consideration of environmental and efficiency, It is preferable to use the ion implantation carburizing method.
이온 주입(ion implantation)법은 이온 도핑(Ion Dopping)이라고도 하는데, 소재 표면에 주입하고 싶은 원소를 이온화하여, 수십~수백 keV의 가속 에너지로 고체표면에 충돌시켜, 그 원소를 일정 깊이(0.1μm정도)까지 주입하는 방법이다. 이는, 반도체에 불순물을 첨가하기 위한 기술로써 개발되었으나, 금속재료의 내식성을 향상시키기 위하여 철 표면에 Si+, Cr+, Ti+을 주입하여 철 표면의 용해를 억제하는 방법이나, 세라믹, 고분자 재료 등의 표면 또는 표층의 구조, 조성의 제어나 특성개선을 위하여 각종의 원소이온 주입이 연구되고 있다.The ion implantation method is also called ion doping. It ionizes an element to be implanted on the surface of a workpiece and collides with the solid surface at an acceleration energy of several tens to several hundreds keV, Of the total weight of the solution. Although this technique has been developed as a technique for adding impurities to semiconductors, a method of suppressing dissolution of iron surfaces by injecting Si + , Cr + , and Ti + to iron surfaces to improve the corrosion resistance of metal materials, Various kinds of element ion implantation have been studied for the purpose of controlling and improving the structure and composition of the surface or surface layer.
본 발명에서는 앞서 설명한 바와 같이, 강재의 탄소 함량을 높이기 위한 목적으로서 상기의 이온 주입법을 이용하여 탄소 이온(플라즈마)을 강재 표면으로 주입할 수 있으며, 이러할 경우 소지강판 표면에 탄소(C) 함량이 0.01~90 중량%인 침탄층을 형성할 수 있다. 이때, 형성되는 침탄층의 두께는 이하에서도 설명하겠지만 상기 침탄층으로부터 충분한 두께의 그래핀층을 형성하기 위해서는 0.1~1.0μm 정도로 형성시킴이 바람직하다.In the present invention, carbon ions (plasma) can be injected onto the surface of the steel material by the ion implantation method as described above for the purpose of increasing the carbon content of the steel material. In this case, the carbon (C) 0.01 to 90% by weight can be formed. At this time, the thickness of the carburized layer to be formed is preferably about 0.1 to 1.0 mu m to form a graphene layer having a sufficient thickness from the carburized layer, as will be described below.
상기 침탄층은 0.01~90 중량% 이외에, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 조성될 수 있다.
The carburizing layer may be composed of, in addition to 0.01 to 90% by weight, the balance Fe and unavoidable impurities.
상기의 이온 주입 침탄법을 이용하여 본 발명의 소지강판에 탄소함량이 높은 침탄층을 형성하는 방법에 대하여 하기에 구체적으로 설명한다.A method of forming a carburized layer having a high carbon content on the base steel sheet of the present invention using the above-described ion implantation carburizing method will be specifically described below.
먼저, 준비된 소지강판을 이온 주입에 의한 침탄을 실시하기 위한 챔버(chamber)에 위치시킬 수 있다. 이때, 탄소 이온(플라즈마)을 공급할 수 있는 기판, 예컨대 탄소를 99% 이상으로 함유하는 탄소 기판을 상기 소지강판과 평행하게 위치시킨다. 이후, 상기 챔버 내에 비활성 가스(예컨대, 아르곤(Ar) 가스)를 주입하면서 전압 및 전류의 공급으로 전기적 에너지를 가해주어 상기 탄소 기판으로부터 탄소 이온(플라즈마)을 방출시키고, 방출된 탄소 이온(플라즈마)을 소지강판의 표면에 충돌시켜 주입시킨다. 이때, 이온 주입은 0.1~1.0μm 평균 두께의 침탄층이 형성될 때까지 지속함이 바람직하다. 그리고, 침탄 실시시 챔버는 진공상태로 유지할 수 있다.
First, the prepared base steel sheet can be placed in a chamber for carrying out carburization by ion implantation. At this time, a substrate capable of supplying carbon ions (plasma), for example, a carbon substrate containing 99% or more of carbon, is placed in parallel with the base steel sheet. Thereafter, an inert gas (for example, argon (Ar) gas) is injected into the chamber, electrical energy is applied by supplying voltage and current to release carbon ions (plasma) from the carbon substrate, Is impinged on the surface of the base steel sheet. At this time, the ion implantation is preferably continued until a carburizing layer having an average thickness of 0.1 to 1.0 mu m is formed. The chamber can be maintained in a vacuum state at the time of carburization.
이후, 0.1~1.0μm 평균 두께의 침탄층이 형성된 소지강판을 고온으로 열처리할 수 있다.Thereafter, the base steel sheet having the carburized layer having an average thickness of 0.1 to 1.0 mu m can be heat-treated at a high temperature.
이때, 고온 열처리는 상기에서 형성된 침탄층으로부터 그래핀층(graphene layer)을 형성하기 위해서 실시하는 것이다. 본 발명에서 상기 고온 열처리에 의한 그래핀층의 형성은, 그래핀을 제조하는 기존의 방법들 중 에피택셜 성장법(epitaxial growth)의 원리를 이용하는 것으로 볼 수 있다.At this time, the high-temperature heat treatment is performed to form a graphene layer from the carburized layer formed above. In the present invention, the formation of the graphene layer by the high-temperature heat treatment can be considered to utilize the principle of epitaxial growth among the existing methods of manufacturing graphene.
보다 구체적으로, 상기에 의해서 일정 두께의 침탄층 형성이 완료되면, 상기 챔버를 500~2000℃로 30분 이하 동안 열처리 함으로써 침탄층에서 그래핀이 형성되도록 한다. More specifically, when the formation of the carburized layer having a predetermined thickness is completed, the chamber is annealed at 500 to 2000 ° C. for 30 minutes or less to form graphene in the carburized layer.
상기 침탄층은 강제적으로 이온을 주입함으로써 형성된 것이기 때문에 소지철과 합금을 이루기 보다는 고용되어있는 상태로 존재하게 되며, 이를 열처리 할 경우 확산에 의해 표면쪽으로 탄소원자들이 이동하게 되며, 후속되는 냉각 공정에 의해 얇고 결정성이 높은 그래핀층을 형성하게 된다.
Since the carburizing layer is formed by forcibly injecting ions, it exists in a solid state rather than an alloy with the base iron. When the heat treatment is performed, the carbon atoms are moved toward the surface by diffusion, and the subsequent cooling process Thereby forming a thin and highly crystalline graphene layer.
상기 고온 열처리가 완료되면 냉각을 실시할 수 있다.When the high-temperature heat treatment is completed, cooling can be performed.
이때, 냉각은 통상의 강판을 냉각시킬 수 있는 어떠한 방법도 이용가능하나, 공정의 효율성을 고려하여 챔버 내에서 비활성 가스 등의 공급을 통해 이루어짐이 바람직하다.
At this time, any method of cooling a normal steel sheet can be used for cooling, but it is preferable that the cooling is performed through supply of inert gas or the like in the chamber in consideration of process efficiency.
상기 냉각까지 완료되면 소지강판의 표면에서 평균 두께 1~100nm의 그래핀 층을 얻을 수 있으며, 상기 두께로 그래핀 층이 형성될 경우 앞서 설명한 바와 같이 그래핀 고유의 물성을 충분히 확보할 수 있다.Upon completion of the cooling, a graphene layer having an average thickness of 1 to 100 nm can be obtained on the surface of the base steel sheet. When the graphene layer is formed to have the thickness, the physical properties inherent to graphene can be sufficiently secured as described above.
형성되는 그래핀 층의 두께가 두꺼울수록 그래핀의 물성의 확보나 내부식성 측면에서 우수할 것으로 생각된다. 다만, 그 두께가 100nm를 초과하도록 두껍게 형성시키기 위해서는 장시간 고온 열처리가 실시되어야할 것인데, 이러할 경우 소지강판 자체에 손상이 입혀질 수 있다. The greater the thickness of the formed graphene layer, the better the properties of graphene and the better the corrosion resistance. However, in order to make the thickness thicker than 100 nm, a high-temperature heat treatment must be performed for a long time, which may damage the substrate steel itself.
따라서, 본 발명에서는 목적하는 바를 만족하는 표면처리강판을 제조하기 위해서는 형성되는 그래핀층이 1~100nm 의 평균 두께를 갖도록 함이 바람직할 것이며, 보다 바람직하게는 1~50nm의 평균 두께를 갖도록 함이 좋다.
Accordingly, in the present invention, in order to produce a surface-treated steel sheet satisfying the objective, it is preferable that the formed graphene layer has an average thickness of 1 to 100 nm, more preferably an average thickness of 1 to 50 nm good.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기하는 실시예는 예시를 통하여 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. It should be noted, however, that the following examples are intended to illustrate the present invention by way of illustration and not to limit the scope of the present invention. The scope of the present invention is determined by the matters set forth in the claims and the matters reasonably inferred therefrom.
(( 실시예Example ))
저탄소강(0.001~0.02중량% 탄소 함유)을 소지강판으로하여, 각각의 소지강판을 탄소를 99% 이상으로 함유하는 탄소 기판이 설치된 챔버 내에 상기 탄소 기판과 평행하도록 상기 소지강판을 위치시킨다. 이후, 상기 챔버 내에 아르곤(Ar) 가스를 주입하면서 5kV, 10mA로 상기 탄소 기판으로부터 탄소 이온을 방출시키고, 상기 방출된 탄소 이온이 소지강판 표면에 충돌시켜 주입시킴으로써, 약 0.1μm 두께의 침탄층을 형성시켰다. 이후, 상기 침탄층이 형성된 강판을 1500~2000℃에서 3~5분간 열처리하여 두께 약 30nm의 그래핀층을 형성시켰다.The base steel sheet is placed in a chamber in which a low carbon steel (containing 0.001 to 0.02% by weight carbon) is used as a base steel sheet and each base steel sheet is provided with a carbon substrate containing 99% or more of carbon. Thereafter, carbon ions are discharged from the carbon substrate at 5 kV and 10 mA while argon (Ar) gas is injected into the chamber, and the discharged carbon ions collide with the surface of the substrate, / RTI > Then, the steel sheet on which the carburized layer was formed was heat-treated at 1500 to 2000 ° C for 3 to 5 minutes to form a graphene layer having a thickness of about 30 nm.
이후, 그래핀층이 형성된 강판의 내식성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 비교를 위해, 일단 탄소강(2.0중량% 초과하여 탄소 함유)의 내식성을 함께 평가하였다.Then, the corrosion resistance of the steel sheet on which the graphene layer was formed was evaluated, and the results are shown in Table 1 below. For comparison, the corrosion resistance of carbon steel (containing more than 2.0% by weight of carbon) was evaluated together.
내식성 평가는 제조된 강판을 염수 분무시험으로 평가하였으며, 백청 발생면적이 시편 표면적의 5%가 될 때까지의 경과 시간으로 평가하였다.
The corrosion resistance was evaluated by the salt spray test and the elapsed time until the white surface area was 5% of the surface area of the sample.
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 표층에 그래핀층이 없는 일반 탄소강의 경우 내식성이 열위한 반면, 저탄소강을 이용하여 본 발명에 따라 침탄층을 형성시킨 후 이로부터 일정 두께의 그래핀층을 형성시킨 발명예의 경우 내식성이 우수함을 확인할 수 있다.
As shown in Table 1, in the case of ordinary carbon steel having no graphene layer on the surface layer, corrosion resistance is improved. On the other hand, when a carburized layer is formed using low carbon steel according to the present invention, In the case of the example, it can be confirmed that the corrosion resistance is excellent.
상기 결과를 통해, 본 발명에 따라 그래핀층을 갖는 표면처리강판을 제조하는 경우, 내식성이 우수한 강판을 얻을 수 있다.According to the above results, when a surface treated steel sheet having a graphene layer is produced according to the present invention, a steel sheet excellent in corrosion resistance can be obtained.
Claims (8)
상기 소지강판을 침탄 처리하여 상기 소지강판 표면에 탄소(C) 함량이 0.01~90 중량%인 침탄층을 형성하는 단계; 및
상기 침탄층이 형성된 소지강판을 고온 열처리한 후 냉각하여 상기 침탄층 표면에 그래핀층(graphene layer)을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 침탄층 표면에 형성된 그래핀층(graphene layer)의 평균 두께는 1~100nm인 것을 특징으로 하는 탄소강 표면처리강판의 제조방법.
(C): not more than 2.0 wt% (excluding 0%), manganese (Mn): 0.03 to 0.20 wt%, phosphorus (P): not more than 0.015 wt%, sulfur (S): 0.003 to 0.025 wt% And an unavoidable impurity are prepared;
Carburizing the ground steel sheet to form a carburized layer having a carbon (C) content of 0.01 to 90% by weight on the surface of the ground steel sheet; And
And a step of forming a graphene layer on the surface of the carburized layer by cooling the green steel sheet having the carburized layer formed thereon by a high temperature heat treatment,
Wherein the average thickness of the graphene layer formed on the surface of the carburizing layer is 1 to 100 nm.
상기 침탄 처리 단계는 고체 침탄법, 액체 침탄법, 가스 침탄법, 진공 침탄법 및 이온 주입(ion implantation) 침탄법으로 구성된 그룹에서 선택된 한 종류의 침탄법을 이용하는 것을 특징으로 하는 저탄소강 표면처리강판의 제조방법.
The method according to claim 6,
Wherein the carburizing step is carried out using one type of carburizing method selected from the group consisting of a solid carburizing method, a liquid carburizing method, a gas carburizing method, a vacuum carburizing method, and an ion implantation carburizing method. ≪ / RTI >
상기 고온 열처리 단계는 500~2000℃, 30분 이하 동안 실시되는 저탄소강 표면처리강판의 제조방법.The method according to claim 6,
Wherein the high-temperature heat treatment step is performed at 500 to 2000 ° C for 30 minutes or less.
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