KR20190138664A - 용융 아연 도금 강판의 제조 방법 - Google Patents

용융 아연 도금 강판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

Si 함유량이 0.2 질량％ 이상인 강판에 용융 아연 도금을 실시한 경우에도, 도금 밀착성이 높고 양호한 도금 외관을 얻을 수 있고, 또한, 인장 강도를 열화시키는 경우도 없는 용융 아연 도금 강판의 제조 방법을 제공한다. 본 개시에서는, 강판을 어닐링로의 내부에서, 가열대, 균열대 및 냉각대의 순서로 반송하고, 강판에 대하여 어닐링을 실시하고, 그 후, 냉각대로부터 배출되는 강판에 용융 아연 도금을 실시한다. 균열대에는, 환원성 또는 비산화성 가습 가스와, 환원성 또는 비산화성 건조 가스를 공급한다. 그 때, 균열대 내 가스의 배출부에 CO 가스 농도계를 형성하여 CO 가스 농도를 측정하고, 측정된 CO 농도로부터 상기 강판의 탈탄층 두께를 산출하고, 산출된 탈탄층 두께가 사전에 설정된 두께 이하가 되도록, 상기 가습 가스의 유량 및 노점의 적어도 일방을 제어한다.

Description

용융 아연 도금 강판의 제조 방법
본 발명은, 가열대, 균열대 및 냉각대가 이 순서로 나란히 설치된 어닐링로와, 상기 냉각대의 하류에 위치하는 용융 아연 도금 설비를 갖는 연속 용융 아연 도금 장치를 사용한 용융 아연 도금 강판의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 자동차, 가전, 건재 등의 분야에 있어서, 구조물의 경량화 등에 기여하는 고장력 강판 (하이텐 강판) 의 수요가 고조되고 있다. 하이텐 강판으로는, 예를 들어 강 중에 Si 를 함유함으로써 구멍 확장성이 양호한 강판이나, Si 나 Al 을 함유함으로써 잔류 γ 가 형성되기 쉬워 연성이 양호한 강판을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
그러나, Si 를 다량으로 (특히 0.2 질량％ 이상) 함유하는 고장력 강판을 모재로 하여 합금화 용융 아연 도금 강판을 제조하는 경우, 이하의 문제가 있다. 합금화 용융 아연 도금 강판은, 환원 분위기 또는 비산화성 분위기 중에서 600 ∼ 900 ℃ 정도의 온도에서 모재의 강판을 가열 어닐링한 후에, 그 강판에 용융 아연 도금 처리를 실시하고, 또한 아연 도금을 가열 합금화시킴으로써 제조된다.
여기서, 강 중의 Si 는 산화 용이성 원소이며, 일반적으로 사용되는 환원 분위기 또는 비산화성 분위기 중에서도 선택 산화되고 강판의 표면에 농화 (濃化) 되어, 산화물을 형성한다. 이 산화물은, 도금 처리시의 용융 아연과의 젖음성을 저하시켜, 불 (不) 도금을 발생시킨다. 그래서, 강 중 Si 농도의 증가와 함께, 젖음성이 급격히 저하되어 불도금이 많이 발생한다. 또한, 불도금에 도달하지 못한 경우에도, 도금 밀착성이 열화된다는 문제가 있다. 또한, 강 중의 Si 가 선택 산화되어 강판의 표면에 농화되면, 용융 아연 도금 후의 합금화 과정에서 현저한 합금화 지연이 발생하여, 생산성을 현저하게 저해시킨다는 문제도 있다.
이와 같은 문제에 대하여, 예를 들어 특허문헌 1 에는, 직화형 가열로 (DFF) 를 사용하여 강판의 표면을 일단 산화시킨 후, 환원 분위기하에서 강판을 어닐링함으로써, Si 를 내부 산화시켜 강판의 표면에 Si 가 농화되는 것을 억제하여, 용융 아연 도금의 젖음성 및 밀착성을 향상시키는 방법이 기재되어 있다. 가열 후의 환원 어닐링에 대해서는 상법 (常法) (노점 －30 ∼ －40 ℃) 이면 된다고 기재되어 있다.
특허문헌 2 에는, 차례로 가열대 전단, 가열대 후단, 보열대 및 냉각대를 갖는 어닐링로와 용융 도금욕을 사용한 연속 어닐링 용융 도금 방법에 있어서, 강판 온도가 적어도 300 ℃ 이상인 영역의 강판의 가열 또는 보열을 간접 가열로 하고, 각 대의 노내 분위기를 수소 1 ∼ 10 체적％, 잔부가 질소 및 불가피적 불순물로 이루어지는 분위기로 하고, 상기 가열대 전단에서 가열 중의 강판 도달 온도를 550 ℃ 이상 750 ℃ 이하로 하고, 또한, 노점을 ―25 ℃ 미만으로 하고, 이것에 계속 되는 상기 가열대 후단 및 상기 보열대의 노점을 ―30 ℃ 이상 0 ℃ 이하로 하고, 상기 냉각대의 노점을 ―25 ℃ 미만으로 하는 조건에서 어닐링을 실시함으로써, Si 를 내부 산화시켜 강판의 표면에 Si 가 농화되는 것을 억제하는 기술이 기재되어 있다. 또한, 가열대 후단 및/또는 보열대에, 질소와 수소의 혼합 가스를 가습하여 도입하는 것도 기재되어 있다.
특허문헌 3 에는, 연속 어닐링로에 있어서, 노내의 분위기 가스 흐름을 일정 상태로 유지하며, 노내 노점을 안정화시키는 것을 목적으로 하고, 분위기 칸막이로 구획된 연속 어닐링로에 있어서의 노내 분위기 흐름을 제어함에 있어서, 분위기 조건이 다른 대역의 사이에 서로 인접하는 대역으로부터의 가스가 유입되는 배기구가 형성된 완충대를 형성하고, 이 완충대의 상류에 있는 대역에 배기구를 형성한 연속 어닐링로에 있어서, 상기 완충대의 상류측에 있는 대역의 CO 농도를 검출하고, 목표하는 CO 농도가 되도록 상기 대역 및, 또는 완충대의 배기구의 열림도를 제어하는 방법이 기재되어 있다.
특허문헌 4 에는, Si 를 0.8 ∼ 3.5 질량％ 함유하는 소지 (素地) 강판을, 탄화수소 가스 및 일산화탄소 가스로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는 환원성 분위기에서 어닐링함으로써, 소지 강판 표층의 탈탄층의 두께를 0.5 ㎛ 이하로 함으로써 Si 의 표면 산화를 방지하는 기술이 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2010-202959호 국제 공개 제2007/043273호 일본 공개특허공보 평8-60254호 일본 공개특허공보 2016-117921호
그러나, 특허문헌 1 에 기재된 방법에서는, 환원 후의 도금 밀착성은 양호하기는 하지만, Si 의 내부 산화량이 부족하기 쉬워 강 중의 Si 의 영향으로 합금화 온도가 통상보다 30 ∼ 50 ℃ 고온이 되어 버려, 그 결과 강판의 인장 강도가 저하되는 문제가 있었다. 충분한 내부 산화량을 확보하기 위해서 산화량을 증가시키면, 어닐링로 내의 롤에 산화 스케일이 부착되어 강판에 눌림 흠, 이른바 픽업 결함이 발생한다. 그래서, 산화량을 단순히 증가시키는 수단은 취할 수 없다.
특허문헌 2 에 기재된 방법에서는, 가열대 전단, 가열대 후단, 보열대의 가열·보온을 간접 가열로 하고 있기 때문에, 특허문헌 1 의 직화 가열 경우와 같은 강판 표면의 산화가 잘 일어나지 않아, 특허문헌 1 과 비교해도 Si 의 내부 산화가 불충분하여, 합금화 온도가 높아진다는 문제가 보다 현저하다. 또한, 바깥 기온 변동이나 강판의 종류에 따라서 노내에 반입되는 수분량이 변화되는 데다가 혼합 가스 노점도 바깥 기온 변동에 따라서 변동되기 쉬워, 안정적으로 최적 노점 범위로 제어하는 것이 곤란하였다. 이와 같이 노점 변동이 큼으로써, 상기 노점 범위나 온도 범위여도, 불도금 등의 표면 결함이 발생하여, 안정된 제품을 제조하기는 곤란하였다.
특허문헌 3 에 기재된 방법은, 전기 강판용의 횡형 가열로이기 때문에, 용융 아연 도금 강판용의 종형 어닐링로에는 적용할 수는 없다. 원래 특허문헌 3 에서는, CO 농도를 일정하게 제어하는 것을 지향하고 있지만, 연속 용융 아연 도금 강판에서는, 통판되는 강판의 사이즈나 함유 탄소량이 적시에 변경된다. 또한, 통판 속도도 판 두께·판 폭에 따라서 변경된다. 그래서, 탈탄에 의한 CO 가스 발생량도 크게 변화된다. 따라서, CO 가스 농도를 일정하게 유지하는 것은 의미를 두지 않는다. 용융 아연 도금 강판의 경우, 도금 전 강판 표층의 탈탄이 과도하게 진행되면 연질의 페라이트층이 형성되기 때문에, 인장 강도가 저하된다. Si 의 내부 산화를 형성하여 합금화 온도를 저감시키는 데에 있어서는, 균열대 노점을 0 ℃ 정도까지 상승시키는 것이 유효하지만, 같은 노점에서도 과도하게 탈탄층이 형성되면, 원하는 기계 특성이 얻어지지 않는다는 문제가 있었다.
특허문헌 4 에 기재된 방법에서는, 탄화수소 가스 및 일산화탄소 가스로 이루어지는 어닐링 분위기에서 탈탄을 방지하는 것으로 되어 있지만, 조업상 불가피적으로 혼입되는 얼마 안되는 수분 (∼200 ppm 정도) 에서도 탈탄이 발생되어 버려 실현 불가능함과 함께, 탈탄량의 구체적인 감시 방법이 개시되어 있지 않기 때문에 실제 조업에 반영할 수 없다는 문제가 있었다.
그래서 본 발명은, 상기 과제를 감안하여, Si 함유량이 0.2 질량％ 이상인 강판에 용융 아연 도금을 실시한 경우에도, 도금 밀착성이 높고 양호한 도금 외관을 얻을 수 있고, 또한, 인장 강도를 열화시키는 경우도 없는 용융 아연 도금 강판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명자들이 예의 검토한 바, Si 함유량이 0.2 질량％ 이상인 강판을 통판하는 경우에는, 균열대 내에 건조 가스에 추가하여 가습 가스를 공급하여 노점을 높임으로써, Si 의 내부 산화가 촉진되어, 도금 밀착성이 높고 양호한 도금 외관을 얻을 수 있지만, 그것만으로는 불충분하고, 균열대 내에서의 강판 표층부의 탈탄의 정도를 항시 모니터하고, 그 결과에 따라 균열대에 대한 가습 가스의 유량 및 노점의 적어도 일방 (즉, 균열대에 대한 수분 공급량) 을 제어하여, 탈탄이 과도하게 진행되지 않게 함으로써, 인장 강도의 저하를 보다 확실하게 억제할 수 있다는 인식에 이르렀다. 그리고, 균열대 내의 가스의 배출부에 CO 가스 농도계를 형성하여, CO 가스 농도를 측정함으로써, 탈탄의 정도를 수시로 모니터할 수 있음을 알아냈다.
상기 지견에 의거하여 완성된 본 발명의 요지 구성은 이하와 같다.
[1] 가열대와, 균열대와, 냉각대가 이 순서로 나란히 설치된 어닐링로와, 상기 냉각대의 하류에 위치하는 용융 아연 도금 설비를 갖는 연속 용융 아연 도금 장치를 사용한 용융 아연 도금 강판의 제조 방법으로서,
강판을 상기 어닐링로의 내부에서, 상기 가열대, 상기 균열대 및 상기 냉각대의 순서로 반송하고, 상기 강판에 대하여 어닐링을 실시하는 공정과,
상기 용융 아연 도금 설비를 사용하여, 상기 냉각대로부터 배출되는 강판에 용융 아연 도금을 실시하는 공정을 갖고,
상기 균열대에는, 환원성 또는 비산화성 가습 가스와, 환원성 또는 비산화성 건조 가스를 공급하고,
상기 균열대 내 가스의 배출부에 CO 가스 농도계를 형성하여 CO 가스 농도를 측정하고,
측정된 CO 농도로부터 상기 강판의 탈탄층 두께를 산출하고,
산출된 탈탄층 두께가 사전에 설정된 두께 이하가 되도록, 상기 가습 가스의 유량 및 노점의 적어도 일방을 제어하는 것을 특징으로 하는 용융 아연 도금 강판의 제조 방법.
[2] 이하의 식 (1) 에 기초하여 상기 탈탄층의 두께를 산출하는, 상기 [1] 에 기재된 용융 아연 도금 강판의 제조 방법.
D＝9.53×10－7×V·GCO/(LS·W·C) …(1)
D : 탈탄층의 두께 [㎛]
V : 균열대에 유입되는 가스량 [N㎥/hr]
GCO : CO 가스 농도 [ppm]
LS : 통판 속도 [m/s]
W : 강판의 판 폭 [m]
C : 강판의 탄소량 [질량％]
[3] 상기 탈탄층의 두께가 20 ㎛ 이하가 되도록 하는, 상기 [1] 또는 [2] 에 기재된 용융 아연 도금 강판의 제조 방법.
[4] 상기 연속 용융 아연 도금 장치는 상기 용융 아연 도금 설비의 하류에 위치하는 합금화 설비를 갖고,
상기 합금화 설비를 사용하여, 상기 강판에 실시된 아연 도금을 가열 합금화하는 공정을 추가로 갖는, 상기 [1]∼ [3] 중 어느 한 항에 기재된 용융 아연 도금 강판의 제조 방법.
본 발명의 용융 아연 도금 강판의 제조 방법에 따르면, Si 함유량이 0.2 질량％ 이상인 강판에 용융 아연 도금을 실시한 경우에도, 도금 밀착성이 높고 양호한 도금 외관을 얻을 수 있고, 또한, 인장 강도를 열화시키는 경우도 없다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에서 사용하는 연속 용융 아연 도금 장치 (100) 의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2 는 도 1 에 있어서의 균열대 (12) 에 대한 가습 가스 및 건조 가스의 공급계를 나타내는 모식도이다.
먼저, 본 발명의 일 실시형태에 따른 용융 아연 도금 강판의 제조 방법에 사용하는 연속 용융 아연 도금 장치 (100) 의 구성을, 도 1 을 참조하여 설명한다. 연속 용융 아연 도금 장치 (100) 는, 가열대 (10), 균열대 (12) 및 냉각대 (14, 16) 가 이 순서로 나란히 설치된 종형 어닐링로 (20) 와, 냉각대 (16) 의 강판 통판 방향 하류에 위치하는 용융 아연 도금 설비로서의 용융 아연 도금욕 (22) 과, 이 용융 아연 도금욕 (22) 의 강판 통판 방향 하류에 위치하는 합금화 설비 (23) 를 갖는다. 본 실시형태에 있어서 냉각대는, 제 1 냉각대 (14) (급랭대) 및 제 2 냉각대 (16) (서랭대) 를 포함한다. 제 2 냉각대 (16) 와 연결된 스나우트 (18) 는, 선단이 용융 아연 도금욕 (22) 에 침지되어 있고, 어닐링로 (20) 와 용융 아연 도금욕 (22) 이 접속되어 있다.
강판 (P) 은, 가열대 (10) 하부의 강판 도입구로부터 가열대 (10) 내에 도입된다. 각 대 (10, 12, 14, 16) 에는, 상부 및 하부에 1 개 이상의 허스 롤이 배치된다. 허스 롤을 기점으로 강판 (P) 이 180 도 되접어 꺾이는 경우, 강판 (P) 은 어닐링로 (20) 의 소정의 대의 내부에서 상하 방향으로 복수 회 반송되어, 복수 패스를 형성한다. 도 1 에서는, 가열대 (10) 에서 2 패스, 균열대 (12) 에서 10 패스, 제 1 냉각대 (14) 에서 2 패스, 제 2 냉각대 (16) 에서 2 패스의 예를 나타냈지만, 패스 수는 이에 한정되지 않고, 처리 조건에 따라 적절히 설정할 수 있다. 또한, 일부 허스 롤에서는, 강판 (P) 을 되접어 꺾지 않고 직각으로 방향 전환시키고, 강판 (P) 을 다음 대로 이동시킨다. 이와 같이 하여 강판 (P) 을 어닐링로 (20) 의 내부에서, 가열대 (10), 균열대 (12) 및 냉각대 (14, 16) 의 순서로 반송하여, 강판 (P) 에 대하여 어닐링을 실시할 수 있다.
각 대 (10, 12, 14, 16) 는, 모두 종형 노이며, 그 높이는 특별히 한정되지 않지만 20 ∼ 40 m 정도로 할 수 있다. 또한, 각 대의 길이 (도 1 내의 좌우 방향) 는, 각 대 내에서의 패스 수에 따라 적절히 결정하면 되고, 예를 들어 2 패스의 가열대 (10) 이면 0.8 ∼ 2 m 정도, 10 패스의 균열대 (12) 이면 10 ∼ 20 m 정도, 2 패스의 제 1 냉각대 (14) 및 제 2 냉각대 (16) 이면, 각각 0.8 ∼ 2 m 정도로 할 수 있다.
어닐링로 (20) 에 있어서, 서로 이웃하는 대는, 각각의 대의 상부끼리 또는 하부끼리를 접속하는 연통부를 개재하여 연통되어 있다. 본 실시형태에서는, 가열대 (10) 와 균열대 (12) 는, 각각의 대의 하부끼리를 접속하는 스로트 (스로틀부) 를 개재하여 연통된다. 균열대 (12) 와 제 1 냉각대 (14) 는, 각각의 대의 하부끼리를 접속하는 스로트를 개재하여 연통된다. 제 1 냉각대 (14) 와 제 2 냉각대 (16) 는, 각각의 대의 하부끼리를 접속하는 스로트를 개재하여 연통된다. 각 스로트의 높이는 적절히 설정하면 되지만, 각 대의 분위기의 독립성을 높이는 관점에서, 각 스로트의 높이는 가능한 한 낮은 것이 바람직하다. 어닐링로 (20) 내의 가스는, 노의 하류에서 상류로 흘러, 가열대 (10) 하부의 강판 도입구로부터 배출된다.
(가열대)
본 실시형태에 있어서, 가열대 (10) 에서는 라디언트 튜브 (RT) 또는 전기 히터를 사용하여, 강판 (P) 을 간접 가열할 수 있다. 가열대 (10) 내부의 평균 온도는 700 ∼ 900 ℃ 로 하는 것이 바람직하다. 가열대 (10) 에는, 균열대 (12) 로부터 가스가 흘러 들어감과 동시에, 별도로 환원성 가스 또는 비산화성 가스가 공급된다. 환원성 가스로는, 통상 H2-N2 혼합 가스가 사용되고, 예를 들어 H2 : 1 ∼ 20 체적％, 잔부가 N2 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 가스 (노점 : －60 ℃ 정도) 를 들 수 있다. 또한, 비산화성 가스로는, N2 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 가스 (노점 : －60 ℃ 정도) 를 들 수 있다. 가열대 (10) 에 대한 가스 공급은, 특별히 한정되지 않지만, 가열대 내에 균등하게 투입되도록, 높이 방향 2 군데 이상, 길이 방향 1 군데 이상의 투입구로부터 공급하는 것이 바람직하다. 가열대에 공급되는 가스의 유량은, 배관에 형성된 가스 유량계 (도시하지 않음) 에 의해 측정되고, 특별히 한정되지 않지만, 10 ∼ 100 (N㎥/hr) 정도로 할 수 있다.
(균열대)
본 실시형태에 있어서 균열대 (12) 에서는, 가열 수단으로서 라디언트 튜브 (도시하지 않음) 를 사용하여, 강판 (P) 을 간접 가열할 수 있다. 균열대 (12) 내부의 평균 온도는 700 ∼ 1000 ℃ 로 하는 것이 바람직하다.
균열대 (12) 에는 환원성 가스 또는 비산화성 가스가 공급된다. 환원성 가스로는, 통상 H2-N2 혼합 가스가 사용되고, 예를 들어 H2 : 1 ∼ 20 체적％, 잔부가 N2 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 가스 (노점 : －60 ℃ 정도) 를 들 수 있다. 또한, 비산화성 가스로는, N2 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 가스 (노점 : －60 ℃ 정도) 를 들 수 있다.
본 실시형태에서는, 균열대 (12) 에 공급되는 환원성 가스 또는 비산화성 가스는, 가습 가스 및 건조 가스 두가지 형태이다. 여기서, 「건조 가스」란, 노점이 ―60 ℃ ∼ －50 ℃ 정도의 상기 환원성 가스 또는 비산화성 가스로, 가습 장치에 의해 가습되지 않은 것이다. 한편, 「가습 가스」란, 가습 장치에 의해 노점이 0 ∼ 30 ℃ 로 가습된 가스이다.
여기서, Si 를 0.2 질량％ 이상 함유하는 성분 조성을 갖는 고장력 강판의 제조시에는, 균열대 내의 노점을 상승시키기 위해서, 건조 가스에 추가하여 가습 가스를 균열대 (12) 에 공급한다. 이에 비해, Si 함유량이 0.2 질량％ 미만인 강판 (예를 들어 인장 강도 270 MPa 정도의 보통 강판) 의 제조시에는, 강판 표면의 산화를 회피하기 위해서, 건조 가스만을 균열대 (12) 에 공급하고, 가습 가스는 공급하지 않는다.
도 2 는, 균열대 (12) 에 대한 가습 가스 및 건조 가스의 공급계를 나타내는 모식도이다. 가습 가스는, 가습 가스 공급구 (42A, 42B, 42C) 와, 가습 가스 공급구 (44A, 44B, 44C) 와, 가습 가스 공급구 (46A, 46B, 46C) 의 3 계통으로 공급된다. 도 2 에 있어서, 상기 환원성 가스 또는 비산화성 가스 (건조 가스) 는, 가스 분배 장치 (24) 에 의해 일부는 가습 장치 (26) 로 보내지고, 잔부는 건조 가스의 상태로 건조 가스용 배관 (32) 을 통과하여, 건조 가스 공급구 (48A, 48B, 48C, 48D) 를 통해서 균열대 (12) 내에 공급된다. 부호 33 은, 건조 가스용 유량계이다.
건조 가스 공급구의 위치 및 수는 특별히 한정되지 않고, 여러 조건을 고려하여 적절히 결정하면 된다. 그러나, 건조 가스 공급구는, 균열대의 길이 방향을 따라 동일한 높이 위치에 복수 배치되는 것이 바람직하고, 또한, 균열대의 길이 방향으로 균등하게 배치되는 것이 바람직하다.
가습 장치 (26) 에 의해 가습된 가스는, 가습 가스용 배관 (34) 을 통과하고, 가습 가스 분배 장치 (30) 에서 상기 3 계통으로 분배되고, 각각의 가습 가스용 배관 (36) 을 경유하여, 가습 가스 공급구 (42A ∼ C) 와, 가습 가스 공급구 (44A ∼ C) 와, 가습 가스 공급구 (46A ∼ C) 를 통해서 균열대 (12) 내에 공급된다.
가습 가스 공급구의 위치 및 수는 특별히 한정되지 않고, 여러 조건을 고려하여 적절히 결정하면 된다. 그러나, 균열대 (12) 의 상하 방향으로 2 분할, 입출 방향으로 2 분할한 총 4 구역에 각각 1 군데 이상 형성하는 것이 바람직하다. 이로써, 균열대 (12) 전체를 균일하게 노점 제어할 수 있기 때문이다. 부호 38 은 가습 가스용 유량계, 부호 40 은 가습 가스용 노점계이다. 가습 가스의 노점은, 가습 가스용 배관 (34, 36) 내의 얼마 안되는 결로 등으로 변화되는 경우가 있으므로, 노점계 (40) 는, 가습 가스 공급구 (42, 44, 46) 바로 앞에 설치하는 것이 바람직하다.
가습 장치 (26) 내에는, 불소계 혹은 폴리이미드계 중공사막 또는 평막 등을 갖는 가습 모듈이 있고, 막의 내측에는 건조 가스를 흘려 보내고, 막의 외측에는 순환 항온 수조 (28) 에서 소정 온도로 조정된 순수를 순환시킨다. 불소계 혹은 폴리이미드계 중공사막 또는 평막이란, 물 분자와의 친화력을 갖는 이온 교환막의 일종이다. 중공사막의 내측과 외측에 수분 농도차가 생기면, 그 농도차를 균등하게 하고자 하는 힘이 발생하고, 수분은 그 힘을 드라이빙 포스로서 낮은 수분 농도 쪽으로 막을 투과하여 이동한다. 건조 가스 온도는, 계절이나 1일의 기온 변화에 따라서 변화하지만, 이 가습 장치에서는, 수증기 투과막을 통한 가스와 물의 접촉 면적을 충분히 취함으로써 열 교환도 실시할 수 있기 때문에, 건조 가스 온도가 순환 수온보다 높거나 낮아도, 건조 가스는 설정 수온과 동일한 노점까지 가습된 가스가 되어, 고정밀도한 노점 제어가 가능해진다. 가습 가스의 노점은 5 ∼ 50 ℃ 의 범위에서 임의로 제어할 수 있다. 가습 가스의 노점이 배관 온도보다 높으면 배관 내에서 결로되어 버려, 결로된 물이 직접 노내에 침입할 가능성이 있으므로, 가습 가스용 배관은 가습 가스 노점 이상이며 또한 바깥 기온 이상으로 가열·보열되어 있다.
여기서 본 실시형태에서는, 균열대 내에 공급하는 가습 가스의 수분에서 기인되어 일어나는 강판의 탈탄의 정도를 고려하여, 가습 가스의 유량 및 노점의 적어도 일방을 제어하는 것이 중요하다. 균열대를 가습하여, 균열대 노점을 ―20 ℃ 이상으로 하면, 강판 표층에서는 수분과 Si 의 반응에서 Si 의 내부 산화가 촉진됨과 함께, 수분과 강판 표층의 탄소가 반응하여 탈탄 현상이 일어난다. 즉,
H2O＋C → H2＋CO
의 반응이다. 이 관계식에서 1 몰의 탄소 (C) 에 대하여 1 몰의 CO 가스가 발생한다.
그리고, 강판 표층의 탈탄이 과도하게 진행되면 연질의 페라이트층이 형성되기 때문에, 인장 강도가 저하된다. 그래서, 본 실시형태에서는, 도 2 를 참조하며, 균열대 내 가스의 배출부에 CO 가스 농도계 (60) 를 형성하여 CO 가스 농도를 측정하고, 측정된 CO 농도로부터 강판의 탈탄층 두께를 산출하고, 산출된 탈탄층 두께가 사전에 설정된 두께 이하가 되도록, 가습 가스의 유량 및 노점의 적어도 일방 (즉, 균열대에 대한 수분 공급량) 을 제어한다. 이와 같이 조업 중 CO 농도를 항상 모니터함으로써, 탈탄의 정도를 파악하고, 가습 가스의 유량 및 노점의 적어도 일방을 수시로 제어함으로써, 강판의 인장 강도의 저하를 충분히 억제할 수 있다.
또한, 발생되는 CO 가스 농도와 탈탄층의 관련에 대해서 예의 검토한 결과, 발명자들은 하기 (1) 이 성립되는 것을 알아냈다. 그래서, 이하의 식 (1) 에 기초하여 상기 탈탄층의 두께를 산출하는 것이 바람직하다.
D＝9.53×10－7×V·GCO/(LS·W·C) …(1)
D : 탈탄층의 두께 [㎛]
V : 균열대에 유입되는 가스량 [N㎥/hr]
GCO : CO 가스 농도 [ppm]
LS : 통판 속도 [m/s]
W : 강판의 판 폭 [m]
C : 강판의 탄소량 [질량％]
또, 이미 서술한 바와 같이 어닐링로 (20) 내의 가스는, 노의 하류에서 상류로 흘러, 가열대 (10) 하부의 강판 도입구로부터 배출된다. 따라서, 본 실시형태에 있어서, 균열대 (12) 에 유입되는 가스량은, 균열대 (12) 에 투입되는 가습 가스 및 건조 가스의 유량, 그리고 냉각대 (14, 16) 에 투입되는 가스 유량의 총합이 된다.
그리고, 인장 강도의 저하를 보다 충분히 억제하는 관점에서, 탈탄층의 두께 D 가 20 ㎛ 이하가 되도록 가습 가스의 유량 및 노점의 적어도 일방을 제어하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 통판 속도 LS, 강판의 판 폭 W, 및 강판의 탄소량 C 의 적어도 하나가 변경된 경우에는, 변경 후의 값을 식 (1) 에 대입한 다음에, 계속해서 CO 가스 농도 GCO 를 모니터하고, D 가 소정의 값 이하가 되도록 가습 가스의 유량 및 노점의 적어도 일방을 제어하면 된다.
또, CO 농도는, 균열대 (12) 내에 분포가 있기 때문에, 균열대 내의 가스가 집합되는 가스 유출구에서 측정하는 것이 바람직하다. 일반적으로 가열대 (10) 와 균열대 (12) 가 연접되는 경우에는, 균열대 (12) 의 가스는 가열대 (10) 에 유출되어 가열대용 가스에 사용된다. 따라서, 도 2 에 나타내는 바와 같이, CO 농도계 (60) 는 가열대와 균열대의 연접부에 설치하는 것이 바람직하다.
균열대 (12) 내에 공급되는 가습 가스의 유량은, 상기와 같이 제어되는 한 특별히 한정되지 않지만, 대체로 100 ∼ 400 (N㎥/hr) 의 범위 내로 유지된다. 또한, 균열대 (12) 내에 공급되는 건조 가스의 유량은, 특별히 한정되지 않지만, Si 를 0.2 질량％ 이상 함유하는 성분 조성을 갖는 고장력 강판을 통판할 때에는, 대체로 10 ∼ 300 (N㎥/hr) 의 범위 내로 유지된다.
(냉각대)
본 실시형태에 있어서 냉각대 (14, 16) 에서는, 강판 (P) 이 냉각된다. 강판 (P) 은, 제 1 냉각대 (14) 에서는 480 ∼ 530 ℃ 정도로까지 냉각되고, 제 2 냉각대 (16) 에서는 470 ∼ 500 ℃ 정도로까지 냉각된다.
냉각대 (14, 16) 에도, 상기 환원성 가스 또는 비산화성 가스가 공급되지만, 여기서는 건조 가스만이 공급된다. 냉각대 (14, 16) 에 대한 건조 가스의 공급은 특별히 한정되지 않지만, 냉각대 내에 균등하게 투입되도록, 높이 방향 2 군데 이상, 길이 방향 2 군데 이상의 투입구로부터 공급하는 것이 바람직하다. 냉각대 (14, 16) 에 공급되는 건조 가스의 합계 가스 유량은, 배관에 형성된 가스 유량계 (도시하지 않음) 에 의해 측정되고, 특별히 한정되지 않지만, 200 ∼ 1000 (N㎥/hr) 정도로 할 수 있다.
(용융 아연 도금욕)
용융 아연 도금욕 (22) 을 사용하여, 제 2 냉각대 (16) 로부터 배출되는 강판 (P) 에 용융 아연 도금을 실시할 수 있다. 용융 아연 도금은 정법 (定法) 에 따라 실시하면 된다.
(합금화 설비)
합금화 설비 (23) 를 사용하여, 강판 (P) 에 실시된 아연 도금을 가열 합금화할 수 있다. 합금화 처리는 정법에 따라 실시하면 된다. 본 실시형태에 따르면, 합금화 온도가 고온이 되지 않기 때문에, 제조된 합금화 용융 아연 도금 강판의 인장 강도의 저하를 억제할 수 있다. 단, 본 발명에서 합금화 설비 (23) 나, 그것에 따른 합금화 처리는 필수가 아니다. 양호한 도금 외관과 높은 인장 강도를 얻는다는 효과는, 합금화 처리를 하지 않은 경우에도 얻을 수 있기 때문이다.
(강판의 성분 조성)
어닐링 및 용융 아연 도금 처리의 대상으로 하는 강판 (P) 은 특별히 한정되지 않지만, Si 를 0.2 질량％ 이상 함유하는 성분 조성의 강판, 즉 고장력 강판의 경우, 본 발명의 효과를 유리하게 얻을 수 있다. 이하, 강판의 바람직한 성분 조성에 대해서 설명한다. 이하의 설명에서 ％ 로 나타내는 단위는 전부 질량％ 이다.
C 는, 강 조직으로서 잔류 오스테나이트층이나 마텐자이트상 등을 형성시킴으로써 가공성을 향상시키기 쉽게 하기 위해, 0.025 ％ 이상이 바람직하지만, 본 발명에서는 특별히 하한을 규정하는 것은 아니다. 한편, 0.3 ％ 를 초과하면 용접성이 열화되기 때문에, C 량은 0.3 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
Si 는 강을 강화시켜 양호한 재질을 얻는 데에 유효한 원소이기 때문에, 고장력 강판에는 0.2 ％ 이상 첨가한다. Si 가 0.2 ％ 미만에서는 고강도를 얻기 위해 고가의 합금 원소가 필요해진다. 한편, 2.5 ％ 를 초과하면 산화 처리에서의 산화 피막 형성이 억제되어 버린다. 또한, 합금화 온도도 고온화되기 때문에, 원하는 기계 특성을 얻는 것이 곤란해진다. 따라서, Si 량은 2.5 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
Mn 은 강의 고강도화에 유효한 원소이다. 590 MPa 이상의 인장 강도를 확보하기 위해서는, 0.5 ％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, 3.0 ％ 를 초과하면 용접성이나 도금 밀착성, 강도 연성 밸런스의 확보가 곤란해지는 경우가 있다. 따라서, Mn 량은 0.5 ∼ 3.0 ％ 로 하는 것이 바람직하다. 인장 강도가 270 ∼ 440 MPa 인 경우에는, 1.5 ％ 이하로 적절히 첨가한다.
P 는 강의 고강도화에는 유효한 원소이지만, 아연과 강의 합금화 반응을 지연시키기 때문에, Si 를 0.2 ％ 이상 첨가하는 강의 경우에는, 0.03 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 그 이외는 강도에 따라 적절히 첨가한다. 또, 정련 비용의 관점에서 P 함유량은 0.001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
S 는 강 강도에 대한 영향은 적지만, 열간 압연·냉간 압연시의 산화 피막 형성에 영향을 미치기 때문에, 0.005 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, 정련 비용의 관점에서 S 함유량은 0.0002 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또, 상기한 원소에 더하여, 예를 들어 Cr, Mo, Ti, Nb, V, B 등의 원소 중 1 종 또는 2 종 이상을 임의로 첨가할 수도 있고, 그 이외의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이 된다.
실시예
(실험 조건)
도 1 및 도 2 에 나타내는 연속 용융 아연 도금 장치를 사용하여, 표 1 에 나타내는 성분 조성 (잔부는 Fe 및 불가피적 불순물) 의 강판을 표 2 에 나타내는 각종 어닐링 조건에서 어닐링하고, 그 후 용융 아연 도금 및 합금화 처리를 실시하였다.
가열대는, 용적이 200 ㎥ 인 RT 노로 하였다. 가열대 내부의 평균 온도는 700 ∼ 800 ℃ 로 하였다. 가열대에는, 건조 가스로서, 15 체적％ 의 H2 로 잔부가 N2 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 가스 (노점 : －50 ℃) 를 사용하였다. 가열대에 대한 건조 가스의 유량은 100 N㎥/hr 로 하였다.
균열대는, 용적이 700 ㎥ 인 RT 노로 하였다. 균열대 내부의 평균 온도는 표 2 에 나타내는 것으로 설정하였다. 건조 가스로는, 10 체적％ 의 H2 로 잔부가 N2 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 가스 (노점 : －50 ℃) 를 사용하였다. 이 건조 가스의 일부를, 중공사막식 가습부를 갖는 가습 장치에 의해 가습하고, 가습 가스를 조제하였다. 중공사막식 가습부는, 10 대의 막 모듈로 이루어지고, 최대 100 ℓ/min 의 순환수를 흘려보내도록 하였다. 건조 가스 공급구 및 가습 가스 공급구는, 도 2 에 나타내는 위치에 배치하였다. 균열대에 대한 건조 가스 및 가습 가스의 공급 유량은 표 2 에 나타냈다.
표 2 중 균열대의 「노점」란에는, 도 2 의 노점 측정구 (50) 의 위치에서 측정된 균열대 내의 노점을 나타냈다. 또한, 「가습 가스 노점」은, 도 2 의 가습 가스용 노점계 (40) 로 측정한 노점을 나타냈다.
제 1 냉각대 및 제 2 냉각대에는, 각 대의 최하부로부터 상기 건조 가스 (노점 : －50 ℃) 를 표 2 에 나타내는 유량으로 공급하였다.
도금욕 온도는 460 ℃, 도금욕 중 Al 농도 0.130 ％, 부착량은 가스 와이핑에 의해 편면당 50 g/㎡ 로 조절하였다. 또한, 용융 아연 도금을 실시한 후에, 피막 합금화도 (Fe 함유율) 가 10 ∼ 13 ％ 가 되도록 유도 가열식 합금화 노에서 합금화 처리를 실시하였다. 그 때의 합금화 온도는 표 2 에 나타낸다.
각 수준의 조업에 있어서, 도 2 에 나타내는 위치에 설치한 CO 농도계에 의해 균열대 내의 CO 가스를 수시로 모니터하였다. 그리고, 표 2 에 나타내는 CO 농도가 검출되었을 때에, 균열대 내에 위치한 강판으로부터 얻어진 합금화 용융 아연 도금 강판의 샘플에 대해서, 이하의 도금 외관 평가와 인장 강도의 측정을 실시하였다.
또, 표 2 의 No. 1 및 No. 5 는, 가습 가스를 공급하지 않은 비교예이다. 또한, 표 2 의 No. 2 ∼ 4 (강 A) 와 No. 6 ∼ 8 (강 B) 에서는, 목표 탈탄층 두께를 모두 20 ㎛ 이하로 설정하였다. 그리고, 표 2 의 CO 농도 GCO, 통판 속도 LS, 강판의 판 폭 W, 강판의 C 량, 및 균열대에 유입되는 가스량 V (균열대의 가습 가스 유량 및 건조 가스 유량, 그리고 냉각대의 가스 유량의 총합) 를 식 (1) 에 대입하여 계산한 탈탄층의 두께를 표 2 의 「계산 탈탄층 두께 D」에 나타낸다. 표 2 의 「탈탄층 판정」란에는, 계산된 탈탄층 두께 D 가 목표 탈탄층 두께 이하가 된 경우를 「○」, 되지 않은 경우를 「×」로 하여 나타냈다.
(평가 방법)
도금 외관의 평가는, 광학식의 표면 결함계에 의한 검사 (φ0.5 이상의 불도금 결함이나 롤 픽업에 의한 흠을 검출) 및 육안에 의한 합금화 불균일 판정을 실시하여, 모든 항목이 합격이면 ○, 경도의 합금화 불균일이 있는 경우에는 △, 1 개라도 불합격이 있으면 × 로 하였다. 결과를 표 2 에 나타낸다.
또한, 인장 강도에 관해서는 강 A 는 980 MPa 이상, 강 B 는 780 MPa 이상을 합격으로 하였다. 결과를 표 2 에 나타낸다.
(평가 결과)
비교예의 No. 1 및 No. 5 에서는, 가습 가스를 공급하지 않았기 때문에, Si 의 내부 산화가 촉진되지 않아, 도금 외관이 손상되었다. 또한, 합금화 온도가 높고, 그래서 인장 강도도 불합격이 되었다. 비교예 No. 2 및 No. 6 에서는, 가습 가스를 공급하였기 때문에, 도금 외관은 합격이었다. 그러나, 계산된 탈탄층 두께가 목표 탈탄층 두께보다 두꺼워지는 조업 조건이었기 때문에, 인장 강도가 불합격이었다. 이는, 표층에 연질의 페라이트가 형성되었기 때문으로 볼 수 있다. 반면에 발명예의 No. 3, 4 및 No. 7, 8 에서는, 가습 가스를 공급한 다음에, 계산된 탈탄층 두께가 목표 탈탄층 두께보다 얇은 조업 조건이었기 때문에, 도금 외관도 인장 강도도 합격이었다.
이런 점에서, 조업 중에 CO 농도를 모니터하여, CO 농도 측정값으로부터 계산된 탈탄층 두께를 소정 이하로 하도록 가습 가스를 제어함으로써, 우수한 도금 외관 및 높은 인장 강도의 용융 아연 도금 강판을 안정적으로 제조할 수 있음을 이해할 수 있다.
Figure pct00001
Figure pct00002
산업상 이용가능성
본 발명의 용융 아연 도금 강판의 제조 방법에 따르면, Si 함유량이 0.2 질량％ 이상인 강판에 용융 아연 도금을 실시한 경우에도, 도금 밀착성이 높고 양호한 도금 외관을 얻을 수 있고, 또한, 인장 강도를 열화시키는 경우도 없다.
100 : 연속 용융 아연 도금 장치
10 : 가열대
12 : 균열대
14 : 제 1 냉각대 (급랭대)
16 : 제 2 냉각대 (서랭대)
18 : 스나우트
20 : 어닐링로
22 : 용융 아연 도금욕
23 : 합금화 설비
24 : 건조 가스 분배 장치
26 : 가습 장치
28 : 순환 항온 수조
30 : 가습 가스 분배 장치
32 : 건조 가스용 배관
33 : 건조 가스용 유량계
34, 36 : 가습 가스용 배관
38 : 가습 가스용 유량계
40 : 가습 가스용 노점계
42A, 42B, 42C : 가습 가스 공급구
44A, 44B, 44C : 가습 가스 공급구
46A, 46B, 46C : 가습 가스 공급구
48A, 48B, 48C, 48D : 건조 가스 공급구
50 : 노점 측정구
52A : 상부 허스 롤
52B : 하부 허스 롤
60 : CO 농도계
P : 강판

Claims (4)

  1. 가열대와, 균열대와, 냉각대가 이 순서로 나란히 설치된 어닐링로와, 상기 냉각대의 하류에 위치하는 용융 아연 도금 설비를 갖는 연속 용융 아연 도금 장치를 사용한 용융 아연 도금 강판의 제조 방법으로서,
    강판을 상기 어닐링로의 내부에서, 상기 가열대, 상기 균열대 및 상기 냉각대의 순서로 반송하고, 상기 강판에 대하여 어닐링을 실시하는 공정과,
    상기 용융 아연 도금 설비를 사용하여, 상기 냉각대로부터 배출되는 강판에 용융 아연 도금을 실시하는 공정을 갖고,
    상기 균열대에는, 환원성 또는 비산화성 가습 가스와, 환원성 또는 비산화성 건조 가스를 공급하고,
    상기 균열대 내 가스의 배출부에 CO 가스 농도계를 형성하여 CO 가스 농도를 측정하고,
    측정된 CO 농도로부터 상기 강판의 탈탄층 두께를 산출하고,
    산출된 탈탄층 두께가 사전에 설정된 두께 이하가 되도록, 상기 가습 가스의 유량 및 노점의 적어도 일방을 제어하는 것을 특징으로 하는 용융 아연 도금 강판의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    이하의 식 (1) 에 기초하여 상기 탈탄층의 두께를 산출하는, 용융 아연 도금 강판의 제조 방법.
    D＝9.53×10－7×V·GCO/(LS·W·C) …(1)
    D : 탈탄층의 두께 [㎛]
    V : 균열대에 유입되는 가스량 [N㎥/hr]
    GCO : CO 가스 농도 [ppm]
    LS : 통판 속도 [m/s]
    W : 강판의 판 폭 [m]
    C : 강판의 탄소량 [질량％]
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탈탄층의 두께가 20 ㎛ 이하가 되도록 하는, 용융 아연 도금 강판의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연속 용융 아연 도금 장치는 상기 용융 아연 도금 설비의 하류에 위치하는 합금화 설비를 갖고,
    상기 합금화 설비를 사용하여, 상기 강판에 실시된 아연 도금을 가열 합금화하는 공정을 추가로 갖는, 용융 아연 도금 강판의 제조 방법.
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