KR101895197B1 - Zn계 도금 부품의 가공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, Zn을 포함하는 도금 금속이 피복되어 있는 Zn계 도금 강판(1)을 소재로 하여, 소성 가공을 행하여 소정의 형상으로 성형한 가공 부품(2)에 있어서, Zn계 도금층(3)의 가공 균열에 의한 가공 부분의 내식성의 저하를 억제한다. 즉, Zn계 도금 강판(1)의 소재에 대해 소성 가공을 행하여 소정의 형상의 가공 부품(2)을 얻고, 그 후에 가공 부분에 대해 판 두께 방향으로 가압 가공을 실시하여 도금 금속을 변형시켜서 도금 금속 가공 균열 폭을 작게 한다. 이에 의해, Zn계 도금 가공 부품의 가공 부분의 내식성 저하를 저감시킬 수 있다.

Description

Zn계 도금 부품의 가공 방법{METHOD FOR PROCESSING GALVANIZED COMPONENT}

본 발명은 Zn을 포함하는 도금 금속이 피복되어 있는 Zn계 도금 강판을 소재로 하여 소성 가공을 실시하고 소정의 형상을 갖는 가공 부품(즉, Zn계 도금 부품)으로 하는, Zn계 도금 부품의 가공 방법의 개량에 관한 것이다.

종래, 냉연 강판을 소성 가공하여 소정 치수의 형상을 만들고, 그 후에 Zn 도금을 실시하여(포스트 Zn 도금) 부품을 제조하는 것이 일반적이었지만, 최근의 자동차 부품이나 가전 부품 등에서는, 부품의 내식성이나 내구성의 향상 및 공정 생략에 의한 비용 저감의 목적을 위해, 소재로서 Zn이나 Zn 합금을 강판 표면에 피복한 Zn계 도금 강판을 사용하고, 그 강판을 소성 가공하여 부품을 제조하는 경우가 많아지고 있다.

또한, 본 명세서에서는 Zn이나 Zn을 포함하는 합금을 강판의 표면에 도금한 강판을 Zn계 도금 강판이라고 칭한다.

여기서 Zn계 도금 강판의 도금층은 하지의 강판보다도 연성이 떨어지기 때문에, 상기 도금 강판을 소재로 하여 소성 가공을 행하면, 도금층에 균열이 발생하는 경우가 있다. 일반적으로, 이 도금층의 균열은, 드로잉 가공보다도 도금층에 강한 인장 응력이 작용하기 쉬운 벌징 가공(bulging)의 경우에 현저해진다. 그리고, 이러한 도금층의 균열, 즉 가공 균열이 발생하면, 도금층이 분단되는 결과, 이 분단된 도금층끼리의 틈으로부터 하지의 강판이 노출되게 되고, 가공 부품의 내식성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 또한, 도금층이 Zn계 도금으로서 가공 균열의 정도가 경미하면, 하지 강판이 노출되어 있어도 Zn계 도금층의 희생 부식방지(防食) 작용에 의해 내식성의 저하는 눈에 띄지 않지만, 가공 균열의 정도가 크면, 하지 강판의 노출부로부터 붉은 녹이 발생하여 외관이 악화되거나, 하지 강판의 노출부로부터 부식이 진행되어 하지 강판의 판 두께가 감소하면 가공 부품의 강도 저하를 초래해버린다.

그래서, 상기의 가공 부분의 내식성 저하를 억제하는 방법으로서, 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 합금을 피복한 Zn-Al-Mg계 도금 강판을 소재로 하여 사용할 수도 있지만, 가공 균열을 막을 수는 없기 때문에, 붉은 녹의 발생을 방지하는 것은 어렵다.

또한, 도금층의 가공 균열을 억제할 수 있는 가공 방법으로서, 특허문헌 1에는 Zn계 도금 강판을 50℃ 이상 150℃ 이하 미만의 온도역으로 가열 유지하여, 목표 형상으로 가공하는 가공 방법이 개시되어 있다. 이 가공 방법은, 도금 강판을 가열 유지함으로써, 도금층의 연성이 증가한 상태로 가공을 가함으로써, 도금층의 가공 균열(크랙)을 억제하려고 하는 것이다.

일본국 특허공보 제4919427호

그러나, 특허문헌 1의 가공 방법으로는, 연신률을 20% 미만으로 제한하지 않으면, 도금층이 하지 강판의 소성 변형에 추종할 수 없게 되고, 가공 균열(크랙) 면적율이 5%를 넘어버린다. 또한, 이 방법으로는, 가열 장치를 준비해야 하기 때문에, 설비 투자 비용이 증가한다는 문제가 발생한다. 또한, Zn계 도금 강판을 어느 온도까지 가열하기 위한 가열 시간이 필요하고, 이에 따라 생산 효율이 저하되고, 따라서 비용 증가도 불가피하다.

따라서 본 발명에서는, 큰 설비 투자나 생산 효율의 저하를 초래하지 않고, 도금층의 가공 균열에 기인하는 붉은 녹의 발생을 저감시켜서 가공 부품의 내식성 향상을 가능하게 하는 Zn계 도금 강판을 소재로 한 가공 부품의 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 가공 방법은, 그 목적을 달성하기 위해, Zn계 도금 강판(1)을 소재로 하여 소성 가공을 행하여 소정의 형상을 갖는 가공 부품(2)으로 한 후, 추가로 상기의 가공 부분에 대해, 판 두께 방향으로 압축을 가하여 도금층(3)이 전연(展延)하도록 가압 가공을 실시하는 것을 특징으로 한다.

소성 가공에 의해 가공 균열(4)을 일으키고 있는 도금층(3)에 대해, 두께 방향으로 압축을 가하여 상기 도금층(3)이 전연하도록 가압 가공을 실시하면, 도금층(3)이 판 두께 방향으로 찌그러지는 동시에, 도금층(3)의 면내 방향으로 확산된다. 그 결과로서, 가공 균열(4)에 의해 생긴 틈을 통해 인접하고 있는 도금층(3)끼리의 간격이 좁아지고, Zn계 도금 금속에 의한 희생 부식방지 기능이 작동하기 쉬워져서 가공 부품(2)의 내식성 저하가 억제된다.

이 도금층(3)에 대한 가압 가공을 목적으로 한 판 두께 방향으로의 압축은, 도금층(3)이 면내 방향으로 확산되는, 즉, 도금층(3)이 전연하는 정도의 응력을 가할 필요가 있다. 따라서, 이러한 응력을 가할 수 있다면, 가공 부분의 형상에 따라 복수 회로 나누어 압축을 행해도 좋고, 가공 부품(2)을 더욱 정확한 소정의 형상으로 마무리하기 위한 리스트라이크(추가 가공)를 겸해서 행해도 상관없다.

본 발명의 Zn계 도금 부품의 가공 방법에 의하면, 가공 균열에 의해 생긴 틈을 통해 인접하고 있는 도금층끼리의 간격이 좁아져서, Zn계 도금 금속에 의한 희생 부식방지 기능이 작동하기 쉬워지고, 가공 부품의 내식성 저하가 억제된다. 즉, 도금층에 대해 두께 방향으로 압축을 가함으로써, 도금층의 가공 균열의 정도가 가볍게 된 것과 동일한 효과가 나타나는 것이다.

또한, 소재로서 내식성이 우수한 Zn-Al-Mg계 합금을 피복한 Zn-Al-Mg계 도금 강판을 사용하면, 희생 부식방지 작용이 보다 한층 강하게 작용하므로, 붉은 녹 발생의 억제 능력을 높일 수 있다.

따라서, 큰 설비 투자나 생산 효율의 저하를 초래하지 않고, 도금층의 가공 균열에 기인하는 붉은 녹의 발생을 저감시켜서 가공 부품의 내식성 향상을 가능하게 하는 Zn계 도금 강판을 소재로 한 가공 부품의 가공 방법을 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 가공 방법에 의한 가공 공정의 일례를 나타낸 단면 모식도이고, (a)는 가공 전의 소재, (b)는 소정의 형상으로의 소성 가공, 그리고 (c)는 가공 부분에 대해 판 두께 방향의 가압 가공을 각각 나타내는 도면.
도 2는, 가압 전은, 가공부 표면에서 관찰한 가공부에 발생한 도금층의 가공 균열 상황이고, 가압 후는, 가공부에 판 두께 방향으로 압축을 가한 가압 가공 후의 가공 균열의 상황을 나타내는 도면 대용 사진.
도 3은, 가공 부분에 작용시킨 가압력과, 가압 후의 하지 강판의 표면 노출률(즉, 하지 강판 노출률)과의 관계를 나타내는 도면.
도 4는, 중성 염수 분무 사이클 시험의 조건을 나타내는 흐름도.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1의 (a)는, 가공 전의 Zn계 도금 강판(1)의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다. 소성 가공 전의 상태이기 때문에, 도금층(3)은 아직 가공 균열을 일으키고 있지 않고, 이 도면이 나타내는 바와 같이, 하지 강판(7)의 표면은 도금층(3)으로 피복되어 있다.

도 1의 (b)는 Zn계 도금 강판(1)에 대해, 펀치(5), 다이(6)와 압력판(12)에 의해 소성 가공을 행하여, 소정의 형상을 갖는 가공 부품(2)을 제조하는 공정을 나타낸 것이다. 이때, 도금층(3)에는 불규칙한 가공 균열(4)이 발생한다. 소성 가공은 드로잉 가공보다도 벌징 가공의 경우의 쪽이 도금층(3)에 강한 인장 응력이 작용하기 쉬우므로, 도금층(3)의 가공 균열(4)은 현저해지기 쉽고, 또한, 벌징 높이가 높은 등 소성 가공의 가공도가 높을수록, 가공 균열(4)의 깊이나 폭이 커진다. 그리고, 서로 이웃한 가공 균열(4)의 간격이 넓어져서 하지 강판(7)이 표면으로부터의 노출이 커지면, 하지 강판(7)으로부터 붉은 녹이 발생하여 가공 부품(2)의 내식성이 저하되어 버린다. 이것은, 가공 균열(4)의 간격이 넓어져서 도금 금속의 희생 부식방지 작용이 미치지 않게 되기 때문이다.

이 가공 균열(4)의 간격을 줄이기 위해, 본 발명에서는 도 1(c)에 일례를 나타낸 바와 같이, 가공 부분에 대해, 가압용 펀치(8)와 가압용 다이(9)를 사용하여 판 두께 방향으로 압축한다. 이에 의해, 도금층(3)이 하지 강판(7)의 면내 방향으로 전연하도록 소성 변형된다. 그 결과, 도금층(3)의 가공 균열(4)의 간격이 좁아지고, 가공 균열(4)의 주변의 도금 금속의 희생 부식방지 작용에 의해 붉은 녹의 발생이 억제된다.

가압용 펀치(8)와 가압용 다이(9)에 의한 가압은, 가공 부품(2)이 소정 형상으로 마무리되어 있는 경우에는, 도금층(3)을 변형시킬 만큼의 가압을 행하면 좋고, 가공 부품(2) 자체의 형상이 변화하는 경우는 없다. 가공 부품(2)을 리스트라이크하여 소정의 형상으로 마무리하는 경우에는, 리스트라이크와 동시에 도금층(3)에 대한 가압 가공도 함께 실시할 수 있다.

Zn계 도금 강판(1)으로서는, Zn과 Al과 Mg를 포함하는 도금 금속을 피복한 도금 강판인 Zn-Al-Mg계 도금 강판을 사용함으로써, 희생 부식방지 작용을 보다 한층 높일 수 있다. Zn-Al-Mg계 도금 강판에서는, 가공 균열(4)에 의해 하지 강판(7)이 노출된 경우, 가공 균열(4)의 주변의 도금 금속이 용출하고, 그것들의 용출된 성분에 의해 Mg를 함유한 치밀한 Zn 부식 생성물이 가공 균열(4)의 주변의 하지 강판(7)을 덮음으로써 부식이 억제된다. 이 Mg 함유 Zn 부식 생성물은, Zn 도금 강판의 Zn 부식 생성물보다도 보호성이 높기 때문에, 보다 강력한 희생 부식방지 작용을 발현할 수 있다.

실시예

이하에, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것은 아니다.

소재로서, 판 두께가 1.2㎜이고, 편면당의 도금 부착량이 140g/㎡의 Zn-6중량% Al-3중량%의 Mg 합금 도금 강판을 사용하여, 도 1에 나타낸 공정에 의해 벌징 가공과 가공 부분에 대한 가압을 행하였다.

벌징 가공에 사용한 펀치(5)는 직경 200㎜, 견부(肩部)의 곡률 반경이 10㎜의 원주 형상이다. 한편, 다이(6)는 내경 203㎜, 견부의 곡률 반경이 10㎜이다. 압력판(12)은 내경 202㎜이다. 그리고, 도 1의 (b)에 나타낸 바와 같이, 이들 펀치(5), 다이(6), 그리고 압력판(12)에 의해, 내경 200㎜, 높이 40㎜의 벌징 가공 부품(2)을 제작했다.

이어서, 이 가공 부품(2)의 가공 부분에 대한 가압 가공을 행하였다. 이러한 가압 가공은, 도 1의 (c)에 나타내는 바와 같이, 가압용 펀치(8)와, 가압용 다이(9), 그리고 압력판(12)을 사용하여 행하였다. 가압용 펀치(8), 가압용 다이(9)의 형상은 가공 부품(2)의 두부(10) 및 세로 벽부(11)의 형상과 동일한 것으로 했다.

그리고 상기 가압 가공의 가압력은, 30kN, 40kN, 60kN의 3수준으로 하고, 가압 방향은 도 1의 (c)의 도 중에 흰색 화살표로 나타낸 바와 같이, 가공 부품(2)의 두부(10)에 대해 지면 윗방향에서 아래방향으로 했다.

여기서, 도 1의 (c)에 있어서, 두부(10)는 흰색 화살표의 방향에 대해 수직이므로, 가압력 그 자체가 「판 두께 방향으로 압축하는 힘」으로서 작용한다. 그러나, 흰색 화살표의 방향에 대해 다소 경사진 세로 벽부(11)에서는, 흰색 화살표로 나타낸 가압력이 「세로 벽부(11)의 벽면에 수직인 분력」과 「세로 벽부(11)의 벽면에 평행한 분력」으로 분압된다. 따라서 세로 벽부(11)에서는 「판 두께 방향으로 압축하는 힘」이 두부(10)에 작용하는 것보다 약간 저하하게 된다. 그러나, 가압용 펀치(8), 가압용 다이(9)의 형상이 가공 부품(2)의 세로 벽부(11)의 형상과 동일한 것이므로, 「세로 벽부(11)의 벽면에 평행한 분력」이 세로 벽부(11) 표면의 도금층(3)을 면내 방향으로 확산시킬 수 있도록 작용한다. 그 결과, 세로 벽부(11)에 있어서도 두부(10)와 대략 같은 정도까지 도금층(3)의 가공 균열(4)의 간격을 좁힐 수 있게 된다.

이상과 같은 가압 가공에서의 가압 전후에서의 도금층(3)의 가공 균열 상황을 도 2에 나타낸다. 이 도 2는, 가압 전의 가공 부품(2)의 두부(10)의 상황과, 같은 개소에 대해 각각의 가압력으로 가압한 후의 도금층(3)의 가공 균열 상황을 광학 현미경으로 200배로 확대하여 사진 촬영한 것이다. 또한, 이 도 2에 부호는 붙어 있지 않지만, 도면 중의 흰 부분이 도금층(3)이고, 도면 중의 검은 부분이 가공 균열(4)에 의해 하지 강판(7)이 노출되어 있는 부분이다.

이 도면이 나타내는 바와 같이, 가압 가공을 실시함으로써, 서로 이웃하는 도금층(3)의 가공 균열(4)의 간격이 좁아지고 있는 것을 알 수 있다.

또한, 가공 부분의 가압을 행하는 전후에 있어서, 가공 부품(2)의 두부(10)에서의 도금층(3)의 가공 균열(4)의 상황을 광학 현미경에 의해 200배로 확대하여 관찰하고, 관찰 면적 5㎟에 대한 도금층(3)의 가공 균열(4)에 의해 하지 강판(7)이 노출되어 있는 면적율(=하지 강판 노출률)을 평가했다.

하지 강판 노출률의 가압에 의한 변화를 도 3에 나타낸다. 이 도면이 나타내는 바와 같이, 가압함으로써 하지 강판(7)의 노출률은 저감하는 것, 그리고 가압력이 높을수록 노출률은 작아지고, 붉은 녹 발생을 억제하는 효과가 큰 것을 엿볼 수 있다.

또한, 가압 전의 가공 부품(2)과, 30kN으로 가압한 가공 부품(2)을, 중성 염수 분무 사이클 시험에 제공하여 내식성을 평가했다. 중성 염수 분무 사이클 시험의 조건은 도 4에 나타낸 것이다. 사이클 수는 100으로 했다.

상기 100 사이클의 시험 결과, 가압없는 가공 부품(2)에서는 두부로부터 붉은 녹이 발생하고 있었지만, 30kN으로 두부에 가압한 가공 부품(2)의 두부로부터 붉은 녹은 발생하지 않았고, 본 발명의 가공 방법에 의해 Zn계 도금 가공 부품(2)의 내식성 저하를 억제할 수 있는 것이 확인되었다.

본 발명에 따른 Zn계 도금 가공 부품의 가공 방법은, Zn계 도금 강판을 소재로 한 가공 부품의, 소성 가공에 의한 도금층의 가공 균열에서 유래하는 내식성의 저하를 억제하여, 양호한 내식성을 유지하기 위해 유용하다.

1 … Zn계 도금 강판
2 … 가공 부품
3 … 도금층
4 … (도금층의)가공 균열
5 … 펀치
6 … 다이
7 … 하지 강판
8 … 가압용 펀치
9 … 가압용 다이
10 … (가공 부품의)두부
11 … (가공 부품의)세로 벽부
12 … 압력판

Claims (2)

1. Zn계 도금 강판(1)의 소재에 대해 소성 가공을 행하여 소정의 형상의 가공 부품(2)을 제조하는 Zn계 도금 가공 부품의 가공 방법으로서,
   상기 가공 부품(2)의 가공 부분에 대해, 추가로, 상기 가공 부분의 제품 형상에 추종하는 형상의 가공용 펀치(8) 및 가공용 다이(9)를 사용하여 판 두께 방향으로 압축을 가하고, 도금층(3)이 하지 강판(7)의 면내 방향으로 전연(展延)하여 상기 도금층(3)의 가공 균열(4)의 간격이 좁아지도록 가압 가공을 실시하는 것을 특징으로 하는, Zn계 도금 가공 부품의 가공 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 Zn계 도금 강판(1)으로서, Zn, Al 및 Mg를 포함하는 도금 금속을 피복한 강판을 사용하는 것을 특징으로 하는, Zn계 도금 가공 부품의 가공 방법.

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