KR20210092258A - 표면 처리 강판 - Google Patents
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Abstract
우수한 가공부 내식성, 특히 단부 내식성이 우수한 표면 처리 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다. Al : 1.0 mass% 초과 15 mass% 이하를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 용융 Zn-Al 계 도금 피막을 갖는 용융 Zn-Al 계 도금 강판의 표면에, 막두께 3.0 ㎛ 이하의 화성 피막을 갖고, 상기 화성 피막은, Mg, Ca, Sr 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유한 화합물 및 AlH2P3O10·2H2O 를 합계로 3.0 ∼ 50 mass% 함유하는 표면 처리 강판.
Description
본 발명은 전기, 건재 등의 분야에서 이용되는 표면 처리 강판에 관한 것이다. 특히, 가공부 내식성 (단부 내식성) 이 우수한 표면 처리 강판에 관한 것이다.
도금층 중에 Al : 1 ∼ 15 mass% 를 함유하는 용융 Zn-Al 계 도금 강판은, 용융 Zn 도금 강판에 비해 우수한 내식성을 가지므로, 전기, 건재 분야를 중심으로 널리 사용되고 있다. 또한, Al 함유량이 15 mass% 를 초과한 용융 Zn-Al 계 도금 강판에서는, 지철 (地鐵)-도금 계면의 합금층이 두꺼워짐으로써 도금 밀착성이 저하되기 때문에, Al : 1 ∼ 15 mass% 를 함유한 용융 Zn-Al 계 도금 강판이 널리 적용되고 있다. 대표적인 용융 Zn-Al 계 도금 강판으로는, Al : 약 5 mass% 를 함유하는 갈판 (GF) 이 1980 년대부터 제조되어, 많이 사용되어 왔다. 한편, 최근에는, Mg 등의 원소를 도금 중에 함유시켜 고기능화한 용융 Zn-Al 계 도금 강판이 개발되어, 사용되도록 되어 왔다.
이러한 고기능화된 용융 Zn-Al 계 도금 강판으로는, 예를 들어, Al : 1.0 ∼ 10 mass% 와 Mg : 0.2 ∼ 1 mass% 를 도금층 중에 함유시켜, 갈판에서 문제가 된 조대 (粗大) 한 스팽글의 발생을 억제한 용융 Zn-Al 계 도금 강판 (예를 들어, 특허문헌 1) 이나, Al : 2 ∼ 19 mass% 와 Mg : 1 ∼ 10 mass% 를 도금층 중에 함유시켜, 내식성을 더욱 향상시킨 용융 Zn-Al 계 도금 강판 (예를 들어, 특허문헌 2) 이 있다.
또한, 전기, 건재 분야에서는, 용융 Zn-Al 계 도금 강판을 도장하지 않고 사용하는 경우가 많다. 그 때문에, 내흑변성이나 내식성 등을 보다 향상시키기 위해, 용융 Zn-Al 계 도금의 표면에, 화성 피막을 형성시킨 표면 처리 강판이 개발되어, 사용되고 있다.
용융 Zn-Al 계 도금 강판용의 화성 처리 기술은 많이 개발되고 있다. 최근에는, 환경에 대한 배려로부터, 공해 규제 물질인 6 가 크롬을 사용하지 않는 크로메이트 프리 화성 처리 기술이 개발되고 있다. 예를 들어, 티탄, 지르코늄계의 화성 처리 기술 (예를 들어, 특허문헌 3, 4) 이나, 인산계의 화성 처리 기술 (예를 들어, 특허문헌 5) 이 있다.
또한, 금속판 상에, 산화물 입자와 방청 첨가제를 복합으로 함유하는 수계 수지를 피복시킨, 도장막과의 밀착성이나 용접성이 우수한 표면 처리 강판 (특허문헌 6) 이 개발되어 있다.
용융 Zn-Al 계 도금 강판을 전기, 건재 분야에서 사용하는 경우, 가공부 내식성, 특히 단부 내식성이 문제가 되고 있다. 용융 Zn-Al 계 도금 강판은 일반적으로, 도금 및 필요에 따라 화성 처리까지를 실시한 후, 코일 형상, 또는 시트 형상으로 메이커에 제공되고, 필요한 사이즈로 전단 후, 목적으로 하는 형상으로 가공된다. 이 때문에, 전단부는 필연적으로 도금이 실시되어 있지 않은 강판 단면이 노출되어, 철 (Fe) 과 근방의 도금 피막에 포함되는 금속 (Zn, Al, Mg 등) 이 국부 전지를 형성함으로써, 단부를 기점으로 부식이 진행된다. 또, 180°굽힘 등의 심한 가공을 실시하여, 도금 피막에 크랙이 발생하여, 지철이나 계면 합금층이 노출된 경우에도 동일하게, 철 (Fe) 이나 계면 합금층 (Fe-Al 합금) 과 근방의 도금 피막에 포함되는 금속 (Zn, Al, Mg 등) 이 국부 전지를 형성함으로써, 크랙을 기점으로 부식이 진행된다.
특허문헌 1, 2 에 대해서는, 가공부 내식성, 특히 단부 내식성에 대해 검토되어 있지 않다.
특허문헌 3, 4 와 같은 티탄, 지르코늄계의 화성 처리를 실시한 용융 Zn-Al 계 도금 강판을 사용한 경우에도, 가공부 내식성, 특히 단부 내식성을 충분히 개선할 수 없다.
특허문헌 5 의 표면 처리 강판은, 용융 Zn-Al 계 도금 상에, 인산염을 포함하는 화성 피막을 형성함으로써 가공부 내식성을 개선시키고 있다. 그러나, 특허문헌 5 와 같은 표면 처리 강판을 사용해도, 가공부 내식성, 특히 단부 내식성을 충분히 개선할 수는 없다.
또한, 특허문헌 6 과 같은 산화물 입자와, 방청 첨가제를 복합으로 함유하는 수계 수지를 피복시킨 용융 Zn-Al 계 도금 강판을 사용한 경우에도 또한, 도금 피막의 조성이나 산화물 입자, 방청 첨가제에 대해 구체적으로 특정되어 있지 않아, 가공부 내식성, 특히 단부 내식성을 반드시 충분히 개선할 수 있는 것은 아니다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 도금 밀착성을 갖고, 또한 우수한 가공부 내식성, 특히 단부 내식성이 우수한 표면 처리 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기의 과제를 해결하기 위하여 검토를 거듭한 결과, 강판 표면에 형성된 특정한 조성을 갖는 용융 Zn-Al 계 도금 피막의 표면에, Mg, Ca, Sr 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유한 화합물 및 AlH2P3O10 을 함유시킨 화성 피막을 추가로 형성시킴으로써, 종래에 없는 우수한 가공부 내식성, 특히 단부 내식성이 얻어지는 것을 알아내었다.
본 발명은 이상과 같은 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.
[1] Al : 1.0 mass% 초과 15 mass% 이하를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 용융 Zn-Al 계 도금 피막을 갖는 용융 Zn-Al 계 도금 강판의 표면에, 막두께 3.0 ㎛ 이하의 화성 피막을 갖고, 상기 화성 피막은, Mg, Ca, Sr 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유한 화합물 및 AlH2P3O10·2H2O 를 합계로 3.0 ∼ 50 mass% 함유하는 표면 처리 강판.
[2] 상기 Mg, Ca, Sr 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유한 화합물은, MgO, MgAl2O4, CaO, SrO 에서 선택되는 1 종 이상의 산화물인 [1] 에 기재된 표면 처리 강판.
[3] 상기 화성 피막은 SiO2 를 추가로 함유하고, 상기 SiO2, 상기 Mg, Ca, Sr 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유한 화합물, 및 상기 AlH2P3O10·2H2O 를 합계로 3.0 ∼ 50 mass% 함유하는 [1] 또는 [2] 에 기재된 표면 처리 강판.
[4] 추가로, 상기 용융 Zn-Al 계 도금 피막은, Mg : 0.1 ∼ 10 mass% 를 함유하는 [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 표면 처리 강판.
[5] 추가로, 상기 용융 Zn-Al 계 도금 피막은, Si, Ca, Ti, Cr, Ni 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 합계로 0.01 ∼ 1.0 mass% 함유하는 [1] ∼ [4] 중 어느 하나에 기재된 표면 처리 강판.
본 발명에 의하면, 가공부 내식성, 특히 단부 내식성이 우수한 표면 처리 강판이 얻어진다. 본 발명의 표면 처리 강판을 전기, 건재 분야에서 사용함으로써, 가전의 제품 수명이나 건물 수명의 연명이 가능해진다.
도 1 은, 단면 내식성 평가용 샘플의 모식도이다.
본 발명은, Al : 1.0 mass% 초과 15 mass% 이하를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 용융 Zn-Al 계 도금 피막을 갖는 용융 Zn-Al 계 도금 강판의 표면에, 막두께 3.0 ㎛ 이하의 화성 피막을 갖고, 화성 피막은, Mg, Ca, Sr 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유한 화합물 및 AlH2P3O10·2H2O 를 합계로 3.0 ∼ 50 mass% 함유하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 본 발명의 표면 처리 강판의 구성인, 하지가 되는 용융 Zn-Al 계 도금 강판의 도금 피막에 대해 설명한다. 도금 피막으로는, Al : 1.0 mass% 초과 15 mass% 이하를 함유하는 용융 Zn-Al 계 도금 피막을 사용한다.
용융 Zn-Al 계 도금 피막에 Al : 1.0 mass% 초과 15 mass% 이하를 함유시킴으로써, 내식성을 향상시키는 효과가 얻어진다. Al 함유량이 1.0 mass% 이하에서는, 내식성의 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, Al 함유량이 15 mass% 를 초과하면, 내식성의 향상 효과가 포화될 뿐만 아니라, 지철-도금 계면에 Fe-Al 합금층이 현저하게 성장하여, 도금 밀착성이 저하된다. 안정적으로 우수한 도금 밀착성을 얻기 위해서는, Al 함유량을 11 mass% 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 전술한 바와 같이, 용융 Zn-Al 계 도금 피막은, 부식시에 안정적인 부식 생성물을 형성한다. 그 결과, Al 량이 1.0 mass% 이하인 도금 피막을 사용한 표면 처리 강판의 경우에 비해, 내식성이 우수하다.
또한, 용융 Zn-Al 계 도금 피막은, 추가로 Mg : 0.1 ∼ 10 mass% 를 함유시키는 것이 바람직하다. Mg : 0.1 ∼ 10 mass% 를 함유시킴으로써, 도금 강판이 부식될 때, 부식 생성물을 안정화시켜 내식성을 현저하게 향상시키는 효과가 얻어진다. Mg 함유량이 0.1 mass% 미만에서는, 내식성의 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 또한, Mg 함유량이 10 mass% 를 초과하면, 내식성의 향상 효과가 포화될 뿐만 아니라, Mg 를 함유한 산화물계 드로스가 발생하기 쉬워지고, 입상의 드로스가 부착되는 드로스 결함의 발생에 의해, 외관이 열화된다. 또한, 바람직하게는 1.0 mass% 이상이고, 바람직하게는 5.0 mass% 이하이다.
또한, 용융 Zn-Al 계 도금 피막은, 추가로, Si, Ca, Ti, Cr, Ni 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 합계로 0.01 ∼ 1.0 mass% 함유하는 것이 바람직하다. 이들 원소를 단독, 또는 복합으로 용융 Zn-Al 계 도금 피막에 함유시킴으로써, 용융 Zn-Al 계 도금 강판에 있어서의 후술하는 효과를 얻을 수 있다.
Si, Cr, Ni 는, 주로 도금 강판의 지철-도금의 계면에 형성하는 계면 합금층에 포함되고, 이러한 계면 합금층을 형성한 용융 Zn-Al 계 도금 강판에서는 도금 밀착성이 향상된다. 또한, Ca 를 도금 피막 중에 함유하는 용융 Zn-Al 계 도금 강판의 도금 외관이 향상된다. 또한, Ti 는, 주로 α-Al 상이 초정 (初晶) 으로서 석출되는 피막 조성이고, α-Al 상의 석출핵으로서 기능하는 TiAl3 으로서 석출되어, 조대한 α-Al 상의 형성을 억제하는 결과, 불균일한 부식이 억제되어, 용융 Zn-Al 계 도금 강판의 내식성이 향상된다.
Si, Ca, Ti, Cr, Ni 에서 선택되는 1 종 이상의 원소의 합계 함유량이 0.01 % 미만에서는, 상기에 나타낸 각 기능의 향상 효과가 발현되지 않는다. 한편, 합계 함유량이 1.0 mass% 를 초과하면, 각 효과가 포화될 뿐만 아니라, 다량 발생하는 드로스의 부착에 의해, 도금 피막의 외관 품위가 저해되고, 그 결과, 표면 처리 강판의 내식성이 열화되는 경우가 있다. 따라서, Si, Ca, Ti, Cr, Ni 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유시키는 경우의 합계 함유량은, 0.01 ∼ 1.0 mass% 이하로 한다. 또한, 보다 바람직하게는, 0.05 mass% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.5 mass% 이하이다.
잔부는 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어진다.
또한, 상술한 용융 Zn-Al 계 도금 피막의 조성이 도금욕의 조성과 거의 동등해지기 때문에, 이 용융 Zn-Al 계 도금 피막의 조성은, 도금욕의 조성을 제어함으로써 조정할 수 있다.
또한, 용융 Zn-Al 계 도금 피막의 도금 부착량은, 강판에 대해 충분한 희생 방식능을 얻기 위해, 30 g/㎡ 이상 (편면당 부착량) 이 바람직하다. 그러나, 부착량이 많으면 180°굽힘 등의 고가공을 실시할 때, 도금 박리가 일어나는 경우가 있으므로, 200 g/㎡ 이하 (편면당 부착량) 가 바람직하다.
다음으로, 본 발명에서 가장 중요해지는 화성 피막에 대해 설명한다.
본 발명의 표면 처리 강판에서는, 화성 피막의 막두께를 3.0 ㎛ 이하로 한다. 막두께가 3.0 ㎛ 를 초과하면, 가공시에 화성 피막이 파우더링하는 문제가 발생하는 데다가, 제조 비용도 든다. 한편, 막두께의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 안정적으로 화성 피막의 효과를 얻기 위해서는, 0.1 ㎛ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 바람직하게는 0.5 ㎛ 이상이고, 바람직하게는 1.0 ㎛ 이하이다.
다음으로, 본 발명의 표면 처리 강판의 화성 피막은, Mg, Ca, Sr 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유한 화합물과, AlH2P3O10·2H2O 를 합계로 3.0 ∼ 50 mass% 포함하는 것을 특징으로 한다.
화성 피막에 AlH2P3O10·2H2O 를 함유시키면, 가공부가 부식될 때, 화성 피막으로부터 용출되는 P3O10 5- 가, 하지의 용융 Zn-Al 계 도금 강판으로부터 용출되는 Al3 + , Zn2+, Fe2+, 및 Fe3+ 를 킬레이트하여, 부동태 피막을 형성하는 결과, 하지 강판의 부식 속도를 저하시키는 효과가 발현된다.
또한, 화성 피막에, Mg 를 함유하는 화합물 (Mg 화합물) 과, AlH2P3O10·2H2O 를 복합으로 함유시키면, 부식시에 pH 완충 작용이 작용하여, 부식부의 pH 가 Al 이나 Zn 의 용해 속도가 작아지는 10 정도로 안정화되어, 용융 Zn-Al 계 도금 피막의 용해 속도가 저하된다.
또한 Mg 화합물 대신에, 또는 동시에, 화성 피막 중에 Ca 를 함유하는 화합물 (Ca 화합물), Sr 을 함유하는 화합물 (Sr 화합물) 에서 선택되는 1 종 이상과 AlH2P3O10·2H2O 를 복합으로 함유시켜도, 부식시에 형성하는 부식 억제 효과가 높아진다. 이 현상의 메커니즘은 반드시 분명한 것은 아니지만, 부식시에 Ca, Sr 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유한 화합물로부터 Ca2+ 나 Sr2+ 가 용출되어, 그것들을 함유하는 안정적인 부식 생성물이 형성되는 결과, 이후의 부식 진행을 억제하는 효과를 발현하는 것으로 생각할 수 있다.
따라서, 화성 피막에 Mg, Ca, Sr 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유한 화합물 및 AlH2P3O10·2H2O 를 함유함으로써, 부식시에 부동태 피막의 형성 및/또는 pH 완충 작용의 발현이 일어나, 얻어지는 용융 Zn-Al 계 도금 강판의 부식 속도를 저하시킬 수 있다.
또한, 전술에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 표면 처리 강판은, Al : 1.0 mass% 초과 15 mass% 이하를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 용융 Zn-Al 계 도금 피막을 갖는 용융 Zn-Al 계 도금 강판을 사용한다. 이 용융 Zn-Al 계 도금 강판은, 부식시에 안정적인 부식 생성물을 형성한다. 그 결과, 표면 처리 강판의 하지로서 Al 량이 1.0 mass% 이하인 도금 피막의 경우에 비해 내식성이 우수하다.
또한 본 발명의 표면 처리 강판에 있어서, Mg, Ca, Sr 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유한 화합물을 함유시킨 용융 Zn-Al 계 도금 강판을 하지에 사용하면, 부식시에 도금 피막으로부터 Mg, Ca, Sr 이 용출된다. 이 때문에, 화성 피막에 함유하는 Mg 화합물, Ca 화합물, Sr 화합물의 효과와 동일하게, AlH2P3O10·2H2O 와 공존했을 때에 부식 속도를 저하시키는 효과를 발현시킬 수 있다. 단, 화성 피막 중의 Mg 화합물, Ca 화합물, Sr 화합물에 의한 효과 쪽이, 도금 피막 중의 Mg, Ca, Sr 의 효과보다 내식성에 크게 기여한다. 따라서, 화성 피막에 Mg, Ca, Sr 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유한 화합물을 함유하는 것을 필수로 한다.
Mg, Ca, Sr 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유한 화합물과 AlH2P3O10·2H2O 의 합계 함유량이 3.0 mass% 미만에서는, 내식성의 개선 효과를 충분히 얻을 수 없다. 한편, 합계 함유량이 50 mass% 를 초과하면, 내식성의 개선 효과가 포화될 뿐만 아니라, 바인더가 되는 수지의 양이 상대적으로 감소함으로써, 피막이 취약해진다. 따라서, Mg, Ca, Sr 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유한 화합물과, AlH2P3O10·2H2O 의 합계 함유량은 3.0 ∼ 50 mass% 로 한다. 또한, 합계 함유량은, 바람직하게는 5.0 mass% 이상이고, 바람직하게는 30 mass% 이하이다.
또한, Mg 화합물, Ca 화합물, Sr 화합물로는, 상기의 부식 속도를 저하시키는 효과를 발현시킬 수 있으면, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 산화물, 질산염이나 황산염이나 금속간 화합물이어도 된다. 본 발명에 있어서는, Mg 화합물은, MgO 또는 MgAl2O4 에서 선택되는 1 종 이상의 산화물인 것이 바람직하다. 이들 산화물은 안정적이고, 또한 저렴하기 때문에 바람직하다. 또한, Ca 화합물로는, 예를 들어, CaO, CaCO3, Ca(OH)2, Ca(NO3)2·4H2O, CaSO4·2H2O 등을 들 수 있고, 또, Sr 화합물로는, 예를 들어, SrO 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 있어서, 부식 속도 저하의 효과가 보다 큰 점에서, 특히 MgO, MgAl2O4, CaO, SrO 에서 선택되는 1 종 이상의 산화물을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서는, 화성 피막에 SiO2 를 함유시키는 것이 바람직하다. SiO2 를 함유시키는 경우에는, SiO2, Mg, Ca, Sr 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유한 화합물, 및 AlH2P3O10·2H2O 의 합계가 3.0 ∼ 50 mass % 가 되도록, SiO2 를 함유시키면 된다. SiO2 를 함유시킴으로써, 용융 Zn-Al 계 도금 강판의 내식성이 향상될 수 있다.
또한, 화성 피막의 바인더에는 수지를 사용한다. 사용하는 수지는 특별히 제한은 없고, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 아크릴 수지, 아크릴 실리콘 수지, 알키드 수지, 폴리에스테르 수지, 에틸렌 수지, 불소 수지 등을 사용할 수 있다. 특히 내식성의 관점에서는, OH 기 및/또는 COOH 기를 갖는 유기 고분자 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
OH 기 및/또는 COOH 기를 갖는 유기 고분자 수지로는, 예를 들어, 에폭시 수지, 아크릴계 공중합체 수지, 에틸렌-아크릴산 공중합체 수지, 알키드 수지, 폴리부타디엔 수지, 페놀 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리아민 수지, 폴리페닐렌 수지류 및 이들 수지 2 종 이상의 혼합물 혹은 부가 중합물 등을 들 수 있다.
에폭시 수지로는, 비스페놀 A, 비스페놀 F, 노볼락 등을 글리시딜에테르화한 에폭시 수지, 비스페놀 A 에 프로필렌옥사이드, 에틸렌옥사이드 또는 폴리알킬렌글리콜을 부가하고, 글리시딜에테르화한 에폭시 수지, 나아가서는 지방족 에폭시 수지, 지환식 에폭시 수지, 폴리에테르계 에폭시 수지 등을 사용할 수 있다.
우레탄 수지로는, 예를 들어, 오일 변성 폴리우레탄 수지, 알키드계 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르계 폴리우레탄 수지, 폴리에테르계 우레탄 수지, 폴리카보네이트계 폴리우레탄 수지 등을 들 수 있다.
아크릴 수지로는, 예를 들어, 폴리아크릴산 및 그 공중합체, 폴리아크릴산에스테르 및 그 공중합체, 폴리메타크릴산 및 그 공중합체, 폴리메타크릴산에스테르 및 그 공중합체, 우레탄-아크릴산 공중합체 (또는 우레탄 변성 아크릴 수지), 스티렌-아크릴산 공중합체 등을 들 수 있고, 또한 이들 수지를 다른 알키드 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지 등에 의해 변성시킨 수지를 사용해도 된다.
아크릴 실리콘 수지로는, 예를 들어 주제로서 아크릴계 공중합체의 측사슬 또는 말단에 가수분해성 알콕시실릴기를 포함하고, 이것에 경화제를 첨가한 것 등을 들 수 있다. 이들 아크릴 실리콘 수지를 사용한 경우, 우수한 내후성을 기대할 수 있다.
알키드 수지로는, 예를 들어, 오일 변성 알키드 수지, 로진 변성 알키드 수지, 페놀 변성 알키드 수지, 스티렌화 알키드 수지, 실리콘 변성 알키드 수지, 아크릴 변성 알키드 수지, 오일 프리 알키드 수지, 고분자량 오일 프리 알키드 수지 등을 들 수 있다.
에틸렌 수지로는, 예를 들어, 에틸렌-아크릴산 공중합체, 에틸렌-메타크릴산 공중합체, 카르복실 변성 폴리올레핀 수지 등의 에틸렌계 공중합체, 에틸렌-불포화 카르복실산 공중합체, 에틸렌계 아이오노머 등을 들 수 있고, 또한, 이들 수지를 다른 알키드 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지 등에 의해 변성시킨 수지를 사용해도 된다.
불소 수지로는, 플루오로올레핀계 공중합체가 있고, 이것에는 예를 들어, 모노머로서 알킬비닐에테르, 시클로알킬비닐에테르, 카르복실산 변성 비닐에스테르, 하이드록시알킬알릴에테르, 테트라플루오로프로필비닐에테르 등과, 불소 모노머 (플루오로올레핀) 를 공중합시킨 공중합체가 있다. 이들 불소 수지를 사용한 경우에는, 우수한 내후성과 우수한 소수성도 기대할 수 있다.
상기의 유기 수지는 1 종 또는 2 종류 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 내식성이나 가공성의 향상을 목적으로 하여, 특히 열경화성 수지를 사용하는 것이 바람직하지만, 이 경우, 우레아 수지 (부틸화 우레아 수지 등), 멜라민 수지 (부틸화 멜라민 수지), 부틸화 우레아·멜라민 수지, 벤조구아나민 수지 등의 아미노 수지, 블록 이소시아네이트, 옥사졸린 화합물, 페놀 수지 등의 경화제를 배합할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 용융 Zn-Al 계 도금 피막의 하지 강판의 종류에 특별한 제한은 없고, 예를 들어, 산세 탈스케일한 열연 강판 혹은 강대 (鋼帶), 또는 그것들을 냉간 압연하여 얻어진 냉연 강판, 혹은 강대 등을 사용할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 표면 처리 강판의 제조 방법에 대해 설명한다.
하지 강판으로서 사용하는 강판은, 용도에 따라 공지된 강판으로부터 적절히 선정하면 되고, 특별히 한정할 필요는 없으며, 상기 서술한 바와 같이, 예를 들어, 산세 탈스케일한 열연 강판 혹은 강대, 또는 그것들을 냉간 압연하여 얻어진 냉연 강판, 혹은 강대 등을 사용할 수 있다. 이 강판 (하지 강판) 을 용융 Zn-Al 계 도금욕에 침지하여 열침 (熱浸) (용융) 도금을 실시한 후, 동 도금욕으로부터 끌어올려 냉각시키고, 강판 표면에 용융 Zn-Al 계 도금층을 형성하여, 용융 Zn-Al 계 도금 강판을 얻는다. 또한, 상기 서술한 바와 같이, 용융 Zn-Al 계 도금 피막의 조성이 도금욕의 조성과 거의 동등해지기 때문에, 이 용융 Zn-Al 계 도금 피막의 조성은, 도금욕의 조성을 제어함으로써 조정할 수 있다.
본 발명의 제조 방법에 있어서 사용되는 용융 Zn-Al 계 도금욕 (이하, 간단히 도금욕이라고 칭하는 경우도 있다) 은, Zn 을 주체로 하고, 이것에 Al 이 1.0 mass% 초과 15 mass% 이하 포함되는 욕 조성을 갖는다. 도금욕 중의 Al 은, 용융 Zn-Al 계 도금 강판의 내식성을 향상시키는 효과와, 도금욕 중에 추가로 Mg 를 함유시키는 경우에 드로스의 발생을 억제하는 효과를 갖는다. Al 함유량이 1.0 mass% 이하에서는, 내식성의 향상 효과가 충분하지 않고, 또한 Mg 를 함유한 산화물계 드로스의 발생을 억제하는 효과도 낮다. 한편, Al 함유량이 15 mass% 를 초과하면, 내식성의 향상 효과가 포화될 뿐만 아니라, 지철-도금 계면에 Fe-Al 합금층이 현저하게 성장하여, 도금 밀착성이 저하된다. 안정적으로 우수한 도금 밀착성을 얻기 위해서는, Al 함유량을 11 mass% 이하로 하는 것이 바람직하다.
또, 도금욕 중에는, 필요에 따라, 추가로 Mg : 0.1 ∼ 10 mass% 이하를 함유시킬 수 있고, 이와 같은 Mg 의 첨가는 내식성의 관점에서 바람직하다. Mg 는, 용융 Zn-Al 계 도금 강판이 부식될 때, 부식 생성물을 안정화시켜 내식성을 현저하게 향상시키는 효과를 갖지만, Mg 함유량이 10 mass% 를 초과하면, 그러한 내식성의 향상 효과가 거의 포화된다. 도금욕 중에 Mg 를 함유시키는 경우, Mg 함유량이 0.1 mass% 미만에서는 내식성의 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 따라서, Mg 함유량은 0.1 ∼ 10 mass% 로 하는 것이 바람직하다.
또한, 도금욕 중에 Mg 를 함유시키는 경우, 도금욕 중의 Mg 함유율 [Mg] 과 Al 함유율 [Al] 의 질량비는, [Mg]/[Al] ≤ 5 로 하는 것이 바람직하고, [Mg]/[Al] ≤ 1 로 하는 것이 보다 바람직하다. [Mg]/[Al] > 5 에서는, Al 에 의한 드로스 (Mg 를 함유한 산화물계 드로스) 의 발생을 억제하는 효과가 저하되기 때문에, 입상의 드로스가 부착되는 드로스 결함이 발생하기 쉬워져, 도금 강판의 외관 열화가 발생하기 쉬워진다. 즉, [Mg]/[Al] ≤ 5 로 함으로써, 드로스 결함의 발생을 억제할 수 있고, [Mg]/[Al] ≤ 1 로 함으로써, 더욱 안정적으로 드로스 결함의 발생을 억제할 수 있다.
또, 도금욕 중에는, 필요에 따라, 추가로 Si, Ca, Ti, Cr, Ni 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 합계로 0.01 ∼ 1.0 mass% 함유시킬 수 있다.
도금욕 중에, Si, Cr, Ni 를 함유시키면, 용융 Zn-Al 계 도금 강판의 지철-도금 계면에 Si, Cr, Ni 가 포함되는 계면 합금층이 형성되기 때문에, 도금 밀착성이 향상된다. 특히 Ni 를 포함하는 계면 합금층은, 도금의 두께 방향으로 침상으로 형성되기 때문에, 앵커 효과를 발현함으로써 도금 상층과의 밀착성이 향상된다. 또한, 도금욕 중에 Ca 를 함유시키면, Mg 산화물을 주체로 한 산화물계 드로스의 형성이 억제되어, 드로스 부착에 의한 표면 결함이 감소하는 결과, 도금 외관이 향상된다. 또한, 도금욕 중에 Ti 를 첨가시키면, TiAl3 이 초정으로서 석출되고, 본래 α-Al 상이 초정으로서 석출되는 피막계에 있어서, α-Al 상의 석출핵으로서 기능한다. 그 결과, 불균일한 부식을 일으키는 조대한 α-Al 상의 형성을 억제하는 것이 가능해진다.
도금욕 중의 Si, Ca, Ti, Cr, Ni 에서 선택되는 1 종 이상의 원소의 합계 함유량이 0.01 mass% 미만에서는, 상기에 나타낸 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, 합계 함유량이 1.0 mass% 를 초과하면, 각 효과가 포화될 뿐만 아니라, 다량 발생하는 드로스의 부착에 의해, 외관 품위가 저해되는 경우가 있다. 따라서, 도금욕 중의 Si, Ca, Ti, Cr, Ni 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유시키는 경우의 합계 함유량은 0.01 ∼ 1.0 mass% 로 한다.
또한, 도금욕의 성분 조정과 관리의 관점에서, Si, Ca, Ti, Cr, Ni 는, 단독으로 함유시키는 것이 보다 바람직하다.
또한, 용융 Zn-Al 계 도금욕으로부터 끌어올린 도금 강판의 냉각 속도는 특별히 한정되지 않지만, 5 ∼ 30 ℃/초로 하는 것이 바람직하다.
또한, 도금욕 온도는, 도금욕의 응고 개시 온도에 대해 +40 ∼ +60 ℃ 의 범위로 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 얻어진 용융 Zn-Al 계 도금 강판의 표면에 화성 피막을 형성한다. 화성 피막을 형성하는 방법으로는, 예를 들어 도포법, 침지법, 스프레이법 등에 의해 본 발명의 화성 피막을 형성하는 화성 처리액으로 처리한 후, 가열 건조를 실시한다. 화성 처리액은 Mg, Ca, Sr 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유한 화합물과, AlH2P3O10·2H2O 를 함유하고, 용매는 물·유기 용매 중 어느 것이어도 상관없다.
화성 처리액의 도포 처리 방법으로는, 롤 코터 (3 롤 방식, 2 롤 방식 등), 스퀴즈 코터 등 중 어느 방법이어도 된다. 또, 스퀴즈 코터 등에 의한 도포 처리, 혹은 침지 처리, 스프레이 처리 후에, 에어 나이프법이나 롤 드로잉법에 의해 도포량의 조정, 외관의 균일화, 막두께의 균일화를 실시하는 것도 가능하다.
또한, 가열 건조의 수단으로는, 드라이어, 열풍로, 고주파 유도 가열로, 적외선로 등을 사용할 수 있다. 화성 처리액을 강판에 접촉시켜 가열을 실시할 때, 강판의 온도는 25 ℃ 이상인 것이 바람직하고, 접촉 후에는 1 초 이상 경과시킨 후에, 20 ℃/초 이상의 승온 속도로 가열하는 것이 바람직하다. 이들 조건으로부터 벗어나는 경우에는, 도금 계면의 농화층을 충분히 형성할 수 없어, 내식성이나 내흑변성, 내한성이 저하된다. 또한, 가열 처리는, 도달판 온도에서 200 ℃ 이하, 바람직하게는 180 ℃ 이하이다. 가열 온도가 200 ℃ 를 초과하면 비경제적일 뿐만 아니라, 피막에 결함이 발생하여 내식성이 저하된다.
본 발명을 실시함에 있어서, 도금욕이나 도금 피막, 및 화성 피막의 조성의 측정은 임의의 방법으로 실시할 수 있다. 도금욕의 조성은, 예를 들어, 도금욕의 일부를 퍼내어, 응고시킨 후, 염산 등에 침지하여 용해시키고, 그 용액을 ICP 발광 분광 분석이나 원자 흡광 분석함으로써 확인 (측정) 할 수 있다. 또한, 도금 피막의 조성은, 예를 들어 염산으로 도금 피막을 용해시킨 후, 그 용해액을 ICP 발광 분광 분석이나 원자 흡광 분석함으로써 확인 (측정) 할 수 있다. 화성 피막의 조성은 형광 X 선에 의한 각 원소의 강도 측정에 의해 확인할 수 있다. 또한, 화성 피막 중에 존재하는 결정성의 화합물은, 박막 X 선 회절에 의해 동정할 수 있다. 또한, 피막 형성 전의 도금 강판의 강도를 백그라운드로서 측정함으로써, 화성 피막만의 조성을 특정할 수 있다. 피막 형성 전의 강판이 얻어지지 않는 경우, 상기의 백그라운드 측정이 곤란해지기 때문에, 다른 방법을 사용한다. 예를 들어, 강판의 단면 시료를 제조하고, 화성 피막 (도금 최표면으로부터 화성 피막 최표면) 을 주사형 전자 현미경 (SEM), 전자선 마이크로 애널라이저 (EPMA), 투과형 전자 현미경 (TEM) 등으로 관찰하고, 에너지 분산형 X 선 분석 (EDS) 이나 파장 분산형 X 선 분석 (WDS) 을 사용하여 조성 분석, 및 정량화하는 방법을 사용하면 된다.
실시예
통상의 방법으로 제조한 판두께 1.0 ㎜ 의 냉연 강판을 하지 강판으로 하고, 연속식 용융 도금 설비에 있어서, 편면당 목표 도금 부착량 70 ∼ 80 g/㎡ (양면에서의 목표 도금 부착량 140 ∼ 160 g/㎡) 의 조건으로 용융 Zn-Al 계 도금 강판을 제조하였다.
비스페놀 A 형의 폴리우레탄 수지에, 표 1 에 나타내는 무기 화합물을 첨가한 화성 처리액을 조제하였다. 또한, 상기 용융 Zn-Al 계 도금 강판의 표면을 60 ℃ 의 순수 (탈이온수) 를 사용하여 처리하여, 표면의 오염을 제거하였다. 다음으로, 수세, 건조시킨 후, 상기 화성 처리액으로 처리하였다. 그 후 즉시, 강판 표면 온도가 수 초 ∼ 수십 초에서 소정 온도가 되도록 가열 건조시켜, 화성 피막을 형성시켜, 표면 처리 강판을 얻었다. 화성 피막의 막두께는, 피막 조성물의 고형분 (가열 잔분) 이나 처리 시간 등에 따라 0.8 ㎛ 의 두께로 조정하였다. 용융 Zn-Al 계 도금 강판의 도금 피막 조성, 도금 부착량 (편면 부착량), 화성 처리 피막의 조성을 표 1, 2 에 나타낸다.
또한, 도금 피막의 조성은, 이하와 같이 하여 확인 (측정) 하였다.
<도금 피막 조성의 측정>
샘플이 되는 용융 Zn-Al 계 도금 강판을 100 ㎜φ 로 타발하고, 발연 질산에 침지하여 도금 피막 (계면 합금층을 제외한 도금층) 을 박리시켰다. 그 박리액에 염산을 첨가하여 용해 잔여물의 Al 을 완전히 용해시킨 후, 용액을 ICP 발광 분광 분석함으로써 조성을 확인 (측정) 하였다. 또한, 화성 피막의 두께는, 표면 처리 강판을 냉동 크래킹 가공하여, 피막 파단면을 주사형 전자 현미경 (SEM) 으로 관찰하고, 측정하였다.
또한, 얻어진 표면 처리 강판의 성능 평가는, 이하와 같이 하여 실시하였다.
<도금 밀착성의 평가>
샘플이 되는 용융 Zn-Al 계 도금 강판을 50 ㎜ × 50 ㎜ 로 전단하고, 격심경 (擊心徑) 이 3/8 인치, 추 중량이 1.0 ㎏, 낙하 높이가 1000 ㎜ 인 조건으로 듀퐁 충격 시험을 실시하였다. 시험 후의 장출부 외면에 셀로판 테이프를 강하게 첩부 (貼付) 한 후, 박리하여, 장출부 외면의 상태, 및 셀로판 테이프의 상태로부터, 하기의 기준으로 도금 밀착성을 판정하였다.
5 점 (합격) : 크랙이나 박리가 없다
4 점 (합격) : 미소 크랙이 있지만 박리가 없다
3 점 (합격) : 크랙이 있지만, 박리가 없다
2 점 (불합격) : 약간 박리 있음
1 점 (불합격) : 현저한 박리 있음
<단부 내식성의 평가>
표면 처리 강판을 70 ㎜ (상하) × 150 ㎜ (좌우) 사이즈로 전단 후, 평가면의 상하의 단부 10 ㎜ 및 비평가면 (배면) 에 테이프로 시일 처리를 실시하여, 좌우 각 150 ㎜ 의 전단 단부를 노출시킨 것을 샘플로 하였다. 이 평가용 샘플 (도 1) 을 사용하여, 염수 분무 시험 (SST) : JIS Z2371 을 480 시간 실시하고, 전단 단부로부터 진행되는 도금 표면의 녹 길이 (단부로부터의 최대 부식폭) 를 측정하고, 하기의 기준으로 단부 내식성을 평가하였다.
A : 최대 부식폭 ≤ 20 ㎜
B : 최대 부식폭 ≤ 25 ㎜
C : 최대 부식폭 > 25 ㎜
결과를 표 1, 2 에 나타낸다.
표 1, 2 에 의하면, 용융 Al-Zn 계 도금 강판의 표면에, Mg, Ca, Sr 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유한 화합물과, AlH2P3O10·2H2O 를 복합으로 함유한 화성 피막을 형성시킨 표면 처리 강판은, 우수한 단부 내식성을 나타내는 것을 알 수 있다.
Claims (5)
- Al : 1.0 mass% 초과 15 mass% 이하를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 용융 Zn-Al 계 도금 피막을 갖는 용융 Zn-Al 계 도금 강판의 표면에, 막두께 3.0 ㎛ 이하의 화성 피막을 갖고,
상기 화성 피막은, Mg, Ca, Sr 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유한 화합물 및 AlH2P3O10·2H2O 를 합계로 3.0 ∼ 50 mass% 함유하는 표면 처리 강판. - 제 1 항에 있어서,
상기 Mg, Ca, Sr 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유한 화합물은, MgO, MgAl2O4, CaO, SrO 에서 선택되는 1 종 이상의 산화물인 표면 처리 강판. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 화성 피막은, SiO2 를 추가로 함유하고, 상기 SiO2, 상기 Mg, Ca, Sr 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유한 화합물, 및 상기 AlH2P3O10·2H2O 를 합계로 3.0 ∼ 50 mass% 함유하는 표면 처리 강판. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
추가로, 상기 용융 Zn-Al 계 도금 피막은, Mg : 0.1 ∼ 10 mass% 를 함유하는 표면 처리 강판. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
추가로, 상기 용융 Zn-Al 계 도금 피막은, Si, Ca, Ti, Cr, Ni 에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 합계로 0.01 ∼ 1.0 mass% 함유하는 표면 처리 강판.
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- 2021-06-18 PH PH12021551445A patent/PH12021551445A1/en unknown
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