KR20220074267A - 표면 품질, 도금 밀착성 및 성형성이 우수한 합금화 용융아연도금 강판 및 그 제조방법 - Google Patents

표면 품질, 도금 밀착성 및 성형성이 우수한 합금화 용융아연도금 강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 표면 품질, 도금 밀착성 및 성형성이 우수한 합금화 용융아연도금 강판 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 합금화 용융아연도금 강판은, 모재; 및 상기 모재 상에 형성되고, 아연, 알루미늄, 및 실리콘을 포함하는 도금층을 포함하고, 상기 도금층 내의 실리콘과 상기 알루미늄의 함량은 35.5 x [도금층의 Si 함량(중량%)] + 4.43 x [도금층의 Al 함량(중량%)] ≥ 212 를 만족한다.

Description

표면 품질, 도금 밀착성 및 성형성이 우수한 합금화 용융아연도금 강판 및 그 제조방법{Galva-annealed steel sheet having excellent surface quality, coating adhesion, and formability and method of manufacturing the same}
본 발명의 기술적 사상은 강재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 표면 품질, 도금 밀착성 및 성형성이 우수한 합금화 용융아연도금 강판 및 그 제조방법 합금화 용융아연도금 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차 외판용 강재는 차체 외관을 담당하는 부품으로, 차체 외관의 영구보존능력 향상을 위해 고강도화가 추진되어 왔다. 강재의 강도는 항복강도와 인장강도로 구분할 수 있으며, 차체 외관의 영구 보존능을 향상시키기 위해서는 강재의 탄성변형과 소성변형의 임계 응력인 항복강도가 높아야 한다. 따라서 최종적으로 제품에서는 높은 항복강도 특성을 보여야 하는 반면, 성형 중 굴곡과 같은 표면결함을 방지하기 위해 성형 전에는 낮은 항복강도를 요구하는 양면성을 갖는다.
따라서 초기 항복강도가 낮지만, 성형 중 항복강도의 증가량이 크고, 도장 소부 후 소부 경화능이 우수하여 최종 제품에서의 항복강도가 높은 이상조직강의 외판 적용이 확대되고 있다. 이상조직강은 페라이트 기지에 경질의 마르텐사이트가 포함된 복합조직강으로 주로 내식성 및 용접성이 우수한 합금화 용융아연도금 처리를 적용하여 자동차용 외판재로 사용 되고 있다.
그러나, 이러한 이상조직강의 페라이트 청정도 향상 및 강도 향상을 위해 첨가하는 실리콘과 알루미늄 등의 원소에 의해 표면 문제 및 성형 중 도금박리 등의 문제가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
한국특허출원번호 제2005-7018419호
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 고강도를 가지면서, 표면 품질, 도금 밀착성 및 성형성이 우수한 합금화 용융아연도금 강판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 표면 품질, 도금 밀착성 및 성형성이 우수한 합금화 용융아연도금 강판 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 합금화 용융아연도금 강판은, 모재; 및 상기 모재 상에 형성되고, 아연, 알루미늄, 및 실리콘을 포함하는 도금층을 포함하고, 상기 도금층 내의 실리콘과 상기 알루미늄의 함량이 하기의 식 1을 만족할 수 있다.
<식 1>
35.5 x [도금층의 Si 함량(중량%)] + 4.43 x [도금층의 Al 함량(중량%)] ≥ 212
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 도금층 내의 알루미늄의 함량과 상기 모재의 알루미늄의 함량이 하기의 식 2을 만족할 수 있다.
<식 2>
[도금층의 Al 함량(중량%)]/[모재의 Al 함량(중량%)] ≤ 0.5
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 크롬 및 상기 몰리브덴(Mo)은, 0.3 ≤ [Cr의 함량(중량%)] + 0.3 x [Mo의 함량(중량%)] ≤ 2.0의 관계식을 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 모재는, 중량%로, 탄소(C): 0.01% ~ 0.06%, 망간(Mn): 1.0% ~ 2.5%, 실리콘(Si): 0.02% ~ 0.1%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 1.0%, 크롬(Cr): 0% 초과 ~ 1.5%, 몰리브덴(Mo): 0% 초과 ~ 1.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.08%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 합금화 용융아연도금 강판은, 페라이트와 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 페라이트의 분율은 90% ~ 98% 범위이고, 상기 마르텐사이트의 분율은 2% ~ 10% 범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 합금화 용융아연도금 강판은, 인장강도(TS): 340 MPa 이상 및 연신율(El): 30% 이상을 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 합금화 용융아연도금 강판은, 모재; 및 상기 모재 상에 형성되고, 아연, 알루미늄, 및 실리콘을 포함하는 도금층을 포함하고, 상기 도금층 내의 알루미늄의 함량과 상기 모재의 알루미늄의 함량이 하기의 식 2을 만족할 수 있다.
<식 2>
[도금층의 Al 함량(중량%)]/[모재의 Al 함량(중량%)] ≤ 0.5
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 모재는, 중량%로, 탄소(C): 0.01% ~ 0.06%, 망간(Mn): 1.0% ~ 2.5%, 실리콘(Si): 0.02% ~ 0.1%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 1.0%, 크롬(Cr): 0% 초과 ~ 1.5%, 몰리브덴(Mo): 0% 초과 ~ 1.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.08%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법은, 중량%로, 탄소(C): 0.01% ~ 0.06%, 망간(Mn): 1.0% ~ 2.5%, 실리콘(Si): 0.02% ~ 0.1%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 1.0%, 크롬(Cr): 0% 초과 ~ 1.5%, 몰리브덴(Mo): 0% 초과 ~ 1.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.08%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 열연강판을 제조하는 단계; 상기 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계; 상기 냉연강판을 760℃ ~ 840℃ 범위의 온도에서 소둔 열처리하는 단계; 상기 냉연강판을 용융아연 도금욕에 침지하여 450℃ ~ 550℃의 온도에서 용융아연도금을 수행하여 용융아연도금 강판을 제조하는 단계; 및 상기 용융아연 도금된 냉연강판을 450℃ ~ 550℃의 범위의 온도에서 합금화 열처리를 수행하여 합금화 용융아연도금 강판을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 합금화 용융아연도금 강판을 20℃/초 ~ 40℃/초 범위의 냉각 속도로 250℃ 이하의 온도로 급냉하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 급냉하는 단계를 수행한 후에, 상기 합금화 용융아연도금 강판을 조질 압연 하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 열연강판을 제조하는 단계는, 상기 합금 조성을 갖는 강재를 준비하는 단계; 상기 강재를 1,150℃ ~ 1,300℃ 범위에서 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강재를 820℃ ~ 920℃ 범위의 마무리압연 종료온도에서 열간 마무리 압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 및 상기 열연강판을 450℃ ~ 700℃ 범위에서 권취하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법에 의하여 제조된 합금화 용융아연도금 강판은, 페라이트와 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 포함하고, 상기 페라이트의 분율은 90% ~ 98% 범위이고, 상기 마르텐사이트의 분율은 2% ~ 10% 범위이고, 인장강도(TS): 340 MPa 이상 및 연신율(El): 30% 이상을 만족할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 도금층의 실리콘과 알루미늄의 함량을 관련시켜 제어하거나, 도금층의 알루미늄 함량과 모재의 알루미늄 함량을 관련시켜 제어함으로써, 표면 품질, 도금 밀착성 및 성형성이 우수한 합금화 용융아연도금 강판을 제조할 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
본 발명은 표면 품질, 도금 밀착성 및 성형성이 우수한 합금화 용융아연도금 강판 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 합금화 용융아연도금 강판의 깊이에 따른 원소의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 1을 참조하면, 상기 원소의 함량 분석은 글로우 방전-광학적 방출 분광법 (Glow-discharge optical emission spectrometer, GD-OES)분석을 이용하여 산출하였다. 합금화 용융아연도금 강판은 모재 상에 아연 도금층이 형성되어 있다. '도금층'은 합금화 용융아연도금 강판의 표면으로부터 아연 도금층과 강재로 구성된 모재의 계면까지를 지칭하며, '모재'는 상기 계면으로부터 모재 내부 방향으로 지칭된다. 상기 도금층의 두께와 상기 모재의 두께는 동일한 수준으로 도시되어 있다.
철(Fe)의 함량은 상기 모재에서 높고 상기 도금층 내로 갈수록 저하된다. 반면, 아연(Zn)의 함량은 도금층에서 높고 상기 모재 내로 갈수록 저하된다. 또한, 알루미늄(Al)과 실리콘(Si)은 모재에서 상대적으로 높은 함량을 보이며, 도금층에서는 상대적으로 낮다. 특히, 실리콘은 상기 계면에서 급격하게 저하되는 거동을 나타낸다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 합금화 용융아연도금 강판은, 340 MPa 이상의 인장강도와 30% 이상의 연신율, 및 12 개월 이상의 내시효 특성을 가질 것이 요구된다. 미세조직은 페라이트와 마르텐사이트의 2상 조직을 가질 수 있다. 또한, 합금화 용융아연도금 강판은 표면 품질이 우수하고, 도금 박리가 발생하지 않은 것을 요구한다.
이하에서는 본 발명의 기술적 사상에 따른 합금화 용융아연도금 강판에 대하여 설명하기로 한다.
자동차용 외판재는 성형 중 칫수 정밀도 향상을 위해 저항복 특성을 가져야 한다. 이를 구현하기 위해, 1년 이상 내시효성을 확보 하기 위해 페라이트 및 마르텐사이트의 2상 조직에서 상기 마르텐사이트의 분율을 2.0% 이상 확보할 필요가 있다. 따라서, 상기 합금화 용융아연도금 강판은 페라이트 기지에 마르텐사이트 조직을, 예를 들어 2% ~ 10%로 함유할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 합금화 용융아연도금 강판은, 모재; 및 상기 모재 상에 형성되고, 아연, 알루미늄, 및 실리콘을 포함하는 도금층을 포함한다.
상기 모재는, 중량%로, 탄소(C): 0.01% ~ 0.06%, 망간(Mn): 1.0% ~ 2.5%, 실리콘(Si): 0.02% ~ 0.1%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 1.0%, 크롬(Cr): 0% 초과 ~ 1.5%, 몰리브덴(Mo): 0% 초과 ~ 1.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.08%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
이때, 상기 합금화 용융아연도금 강판에서, 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo)은 0.3 ≤ [Cr의 함량(중량%)] + 0.3 x [Mo의 함량(중량%)] ≤ 2.0의 관계식을 만족한다.
상기 도금층 내의 실리콘과 상기 알루미늄의 함량이 하기의 식 1을 만족할 수 있다.
<식 1>
35.5 x [도금층의 Si 함량(중량%)] + 4.43 x [도금층의 Al 함량(중량%)] ≥ 212
상기 식 1에 의하여, 상기 도금층 내의 실리콘과 알루미늄의 함량을 제어될 수 있고, 이에 따라 상기 합금화 용융아연도금 강판의 목표하는 특성을 만족할 수 있다. 상기 함량 제어를 위하여, 상기 도금층에서의 제어 및 상기 모재에서의 제어가 함께 요구될 수 있다.
또한, 실리콘 첨가에 따른 페욜라이트(Fayalite) 등과 같은 산화물 형성을 방지할 필요가 있다. 이를 위하여, 실리콘 함량을 감소시켜, 우수한 표면 특성 및 도금 특성을 가지는 자동차용 외판 소재를 제공할 수 있다. 이때, 도금층의 실리콘 함량이 감소되어 상기 식 1을 만족하지 못할 수 있다. 이 경우에는 모재 내의 알루미늄 성분을 증가시켜 하기의 식 2를 만족하게 하여, 우수한 표면 특성 및 도금 특성을 가지는 자동차용 외판 소재를 제공할 수 있다.
따라서, 상기 도금층 내의 알루미늄의 함량과 상기 모재의 알루미늄의 함량이 하기의 식 2을 만족할 수 있다.
<식 2>
[도금층의 Al 함량(중량%)]/[모재의 Al 함량(중량%)] ≤ 0.5
또한, 상기 식 1 및 상기 식 2를 동시에 만족하는 경우도, 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.
본 발명에 따른 합금화 용융아연도금 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 성분 원소의 함유량은 모두 강판 전체에 대한 중량%를 의미한다.
탄소(C): 0.01% ~ 0.06%
마르텐사이트 조직은 오스테나이트 조직에서 무확산 변태에 의한 과포화 탄소를 함유한 조직으로, 탄소는 이러한 마르텐사이트 조직 형성에 기여한다. 탄소의 함량이 0.01% 미만인 경우에는, 마르텐사이트 조직을 형성하기 어려울 수 있다. 탄소의 함량이 0.06%를 초과하는 경우에는, 강도가 증가하고, 연성이 감소하여 연신율 30% 이상을 확보하기 어려울 수 있다. 따라서, 탄소의 함량을 강판 전체 중량의 0.01% ~ 0.06%로 첨가하는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 1.0% ~ 2.5%
망간은 효과적인 소입성 원소로서, 소둔 처리 후 냉각시 마르텐사이트 형성에 기여한다. 망간의 함량이 1.0% 미만인 경우에는, 2상 조직의 구현이 어려울 수 있다. 망간의 함량이 2.5%를 초과하는 경우에는, 연성이 감소하고 표면산화에 의해 표면품질 열화를 야기 할 수 있다. 따라서, 망간의 함량을 강판 전체 중량의 1.0% ~ 2.5%로 첨가하는 것이 바람직하다.
실리콘(Si): 0.02% ~ 0.1%
실리콘은 페라이트 안정화 원소이며, 페라이트 내에 고용 되어 페라이트 강도를 증가시킬 수 있다. 실리콘의 함량이 0.02% 미만인 경우에는, 상기 효과가 불충분할 수 있다. 실리콘의 함량이 0.10%를 초과하는 경우에는, 열연공정 중 산세가 어려운 페욜라이트에 의한 붉은형 스케일이 발생하면서 표면결함을 야기할 수 있다. 따라서, 실리콘의 함량을 강판 전체 중량의 0.02% ~ 0.1%로 첨가하는 것이 바람직하다.
알루미늄(Al): 0.01% ~ 1.0%
알루미늄은 탈산제로서 사용될 뿐만 아니라, 특히 Ar3 변태를 지연시켜 오스테나이트 내 탄소 농화도를 높일 수 있는 원소로서, 0.025 중량% 이하의 낮은 탄소함량으로도 소둔 처리 후 냉각 과정에서 마르텐사이트를 만드는데 효과적이 원소이다. 또한, 알루미늄이 첨가되면 합금화를 제어하여 도금품질 향상을 도모할 수 있다. 알루미늄의 함량이 0.01% 미만인 경우에는, 소둔 중 이상역 온도 구간에서 오스테나이트 분율이 급격히 증가하여 재질편차가 증가할 뿐만 아니라, 오스테나이트 내 탄소 농화도가 감소하여 냉각 시 베이나이트 또는 펄라이트와 같은 탄화물 조직이 형성되어 항복강도를 높이고, 내시효성도 열화시키게 된다. 알루미늄의 함량이 1.0%를 초과하는 경우에는, Ar3 온도가 증가하여 소둔 중 이상역 분율이 감소하게 되고 최종적으로 마르텐사이트 조직의 생성이 억제될 뿐만 아니라, 개재물 증가의 위험과 소둔 과정에서 표면산화 현상을 야기 할 수 있고, 도금 품질을 열화시킬 수 있다. 따라서, 알루미늄의 함량을 강판 전체 중량의 0.01% ~ 1.0%로 첨가하는 것이 바람직하다.
크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo)
무확산 변태조직인 마르텐사이트 조직은 오스테나이트조직의 급냉에 의해 형성될 수 있다. 그러나, 냉각속도에 한계가 있으므로, 상기 마르텐사이트를 대신하여 냉각 도중에 확산에 의해 항복강도는 높고, 상대적으로 인장강도는 낮은 베이나이트 조직이 형성될 수 있다. 이러한 베이나이트 조직이 발생할 경우, 저항복비를 얻을 수 없으므로, 상기 베이나이트의 형성은 가능한 방지하여야 한다. 따라서, 냉각과정에서 확산조직 형성 억제를 위하여, 크롬(Cr)과 몰리브덴(Mo)의 함량을 하기의 식 3과 같이 제어할 수 있다.
<식 3>
0.3 ≤ [Cr의 함량(중량%)] + 0.3 x [Mo의 함량(중량%)] ≤ 2.0
상기 [Cr의 함량(중량%)] + 0.3 x [Mo의 함량(중량%)]이 0.3 미만인 경우에는, 크롬과 몰리브덴 첨가에 따른 소입성 강화 효과를 충분히 발휘하기 어렵다. 상기 [Cr의 함량(중량%)] + 0.3 x [Mo의 함량(중량%)]이 2.0을 초과하는 경우, 소입성 효과가 포화되어, 효율 대비 가격경제성이 저하될 수 있다.
또한, 크롬(Cr)의 소입 효과가 1.3 중량% 이상에서 포화 되므로, 크롬을 0% 초과 ~ 1.5%로 관리할 수 있다.
이에 따라, 몰리브덴은 상기 식 3을 만족하면서 적정량의 크롬과 반응하여 소입성 강화효과를 얻기 위하여 0% 초과 ~ 1.0%로 관리될 수 있다.
그러나, 상기 크롬과 몰리브덴의 함량은 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니며, 상술한 상한에 비하여 더 높은 크롬 및 몰리브덴을 함유하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.
인(P): 0% 초과 ~ 0.08%
인은 인장강도와 항복강도를 동시에 증가시키는 고용강화 원소로 인장강도 및 항복강도를 보완하기 위해 첨가된다 인의 함량이 0.08% 를 초과하는 경우에는, 합금화를 저하시켜 합금화용융강판의 미합금을 야기시킬 수 있다. 따라서, 인의 함량을 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.08%로 제한하는 것이 바람직하다.
황(S): 0% 초과 ~ 0.01%
황은 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, 망간과 결합하여 MnS 개재물을 형성하여 소입 원소인 망간의 첨가 효과를 감소시키며 함량 증가에 따라 개재물, 석출물이 증가하여 성형성에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 황의 함량을 강판 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.01%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 합금화 용융아연도금 강판의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제강 과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다.
상기 합금화 용융아연도금 강판은, 페라이트와 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 포함할 수 있다. 상기 페라이트의 분율은 90% ~ 98% 범위이고, 상기 마르텐사이트의 분율은 2% ~ 10% 범위일 수 있다. 상기 분율은 강판의 미세조직 사진을 이미지 분석기를 통하여 도출한 면적비율을 의미한다.
상기 합금화 용융아연도금 강판은, 인장강도(TS): 340 MPa 이상 및 연신율(El): 30% 이상을 만족할 수 있다. 상기 합금화 용융아연도금 강판은, 인장강도(TS): 340 MPa ~ 590 MPa 및 연신율(El): 30% ~ 40%를 만족할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법에 관하여 설명한다.
합금화 용융아연도금 강판의 제조방법
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법은, 상기 조성의 강재를 이용하여 열연강판을 제조하는 단계(S110), 상기 열연강판을 냉간 압연하여 냉연강판을 제조하는 단계(S120); 상기 냉연강판을 소둔 열처리하는 단계(S130); 상기 냉연강판을 용융아연 도금하는 단계(S140); 및 상기 용융아연 도금된 냉연강판을 합금화 열처리하는 단계(S150)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법은, 합금화 용융아연도금 강판을 급냉하는 단계(S160)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법은, 상기 급냉하는 단계(S160)를 수행한 후에, 상기 합금화 용융아연도금 강판을 조질 압연하는 단계를 더 포함할 수 있다.
열연강판 제조단계(S110)
상기 합금 조성을 갖는 강괴 또는 강 슬라브와 같은 강재를 준비한다. 상기 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.01% ~ 0.06%, 망간(Mn): 1.0% ~ 2.5%, 실리콘(Si): 0.02% ~ 0.1%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 1.0%, 크롬(Cr): 0% 초과 ~ 1.5%, 몰리브덴(Mo): 0% 초과 ~ 1.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.08%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
이때, 상기 강재에서, 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo)은 0.3 ≤ [Cr의 함량(중량%)] + 0.3 x [Mo의 함량(중량%)] ≤ 2.0의 관계식을 만족한다.
상기 강재를, 예를 들어 1,150℃ ~ 1,300℃ 범위의 재가열 온도(Slab Reheating Temperature, SRT)에서 재가열한다. 이러한 재가열을 통해, 주조 조직을 파괴하여 오스테나이징 처리를 실시하며 이때 주조 시 편석된 성분의 재고용 및 석출물의 재고용이 발생할 수 있다. 상기 재가열 온도가 1,150℃ 미만인 경우에는, 열간압연하중이 급격히 증가하는 문제가 발생할 수 있다. 상기 재가열 온도가 1,300℃를 초과하는 경우에는, 표면 스케일량이 증가하여 재료의 손실로 이어질 수 있고, 에너지가 낭비될 수 있다.
상기 재가열 후 통상의 방법으로 열간압연을 행하고, 예를 들어 820℃ ~ 920℃ 범위의 마무리압연 종료온도(finish delivery temperature, FDT)에서 열간 마무리 압연을 수행하여 열연강판을 제조할 수 있다. 상기 마무리 압연 종료온도가 820℃ 미만인 경우에는, 상변화에 의하여 압연성이 저하될 수 있다. 상기 마무리 압연 종료온도가 920℃를 초과할 경우에는, 결정립이 조대하게 되어, 강도 및 항복비 특성이 저하될 수 있다.
이어서, 상기 열연강판을, 예를 들어 450℃ ~ 700℃ 범위의 권취온도까지 냉각한다. 상기 냉각은 공냉 또는 수냉 모두 가능하며, 예를 들어 5℃/초 ~ 150℃/초의 냉각속도로 냉각할 수 있다. 상기 냉각은 공랭 또는 수냉으로 수행될 수 있다. 상기 냉각은 권취 온도까지 냉각하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 열연강판을, 예를 들어 440℃ ~ 700℃ 범위의 권취온도(coiling temperature, CT)에서 권취한다. 상기 귄취온도의 범위는 냉간 압연성, 표면 성상의 관점에서 선택할 수 있다. 상기 권취온도가 450℃ 미만인 경우에는, 조직이 미세하기 되어 강도와 인성은 증가할 수 있으나, 연신율이 저하될 수 있고, 냉간압연 시 압연 부하가 현저하게 증가 할 수 있다. 상기 권취 온도가 700℃를 초과할 경우에는, 조대립의 형성으로 항복비가 증가하고, 강도가 저하될 수 있다.
냉연강판 제조단계(S120)
상기 열연강판을 산으로 세정하는 산세 처리를 수행한다. 이어서, 상기 산세 처리된 열연강판을, 예를 들어 40% ~ 70%의 평균 압하율로 냉간압연을 실시하여 냉연강판을 형성한다. 상기 평균 압하율이 높을수록, 조직 미세화 효과로 인한 성형성이 상승되는 효과가 있다. 상기 평균 압하율 40% 미만인 경우에는, 균일한 미세조직을 얻기 어렵다. 상기 평균 압하율이 70%를 초과하는 경우에는, 롤 힘이 증가되어 공정부하가 증가된다.
소둔 열처리 단계(S130)
상기 냉연강판을 통상의 서냉각 구간이 있는 연속 소둔로에서 소둔 열처리한다. 상기 소둔 열처리는, 예를 들어 760℃ ~ 840℃의 범위의 온도에서 수행된다. 이러한 소둔 열처리는, 강재의 강도 및 저항복비 특성 및 내시효성을 확보하는 공정으로 340 MPa 이상의 인장강도를 확보하기 위해 760℃ ~ 840℃의 범위의 온도에서 30초 이상 열처리를 수행할 수 있다. 상기 소둔 열처리는 초기 오스테나이트 분율을 50% 이상 확보하기 위하여 수행된다. 상기 소둔 열처리 온도가 760℃ 미만인 경우에는, 초기 오스테나이트 분율이 확보되지 않아 강도가 확보되지 않을 수 있다. 상기 소둔 열처리 온도가 840℃를 초과하는 경우에는, 초기 오스테나이트 분율이 너무 높아져 냉각 중 펄라이트 및 베이나이트 등과 같은 제3상의 변태 제어가 어려울 수 있다.
상기 소둔 열처리를 수행한 후에, 상기 냉연강판은 상온으로, 예를 들어 0℃ ~ 40℃ 범위의 온도로 냉각되거나 또는 하기의 용융아연도금 단계를 수행하기 위하여, 용융아연 도금욕에 침지될 수 있다. 이러한 경우에는, 상기 냉연강판은 상기 도금욕의 온도와 유사한 온도로 냉각될 수 있다.
용융아연 도금단계(S140)
용융아연 도금단계(S140)에서, 상기 냉연강판을 용융아연 도금욕에 침지하여, 상기 냉연강판 표면에 용융아연 도금층이 형성되어 용융아연도금 강판을 형성할 수 있다. 상기 냉연강판을, 예를 들어 450℃ ~ 550℃의 범위의 온도에서 30초 ~ 100초 범위의 시간 동안 유지하여 용융아연 도금을 수행한다. 이어서, 1℃/초 ~ 100℃/초의 냉각속도로 상온으로 냉각시켜 용융아연도금 강판을 제조할 수 있다.
합금화 열처리단계(S150)
합금화 열처리 단계(S150)에서, 상기 용융아연 도금된 냉연강판을, 예를 들어 450℃ ~ 550℃의 범위의 온도에서 10초 ~ 100초의 시간 동안 합금화 열처리를 실시될 수 있다. 합금화 열처리 단계(S150)는 이전의 용융아연 도금 단계를 수행한 후에 냉각하지 않고 연속하여 수행할 수 있다. 상기 조건으로 합금화 열처리시 용융아연 도금층이 안정적으로 성장되면서, 도금층의 밀착성이 우수할 수 있다. 상기 합금화 열처리 온도가 450℃ 미만인 경우에는, 합금화가 충분히 진행되지 못해 용융아연 도금층의 건전성이 저하될 수 있다. 상기 합금화 열처리 온도가 550℃를 초과하는 경우에는, 이상역 온도 구간으로 넘어가게 되면서 재질의 변화가 발생할 수 있다. 이어서, 상온으로 냉각시켜 합금화 용융아연도금 강판을 제조할 수 있다.
급냉 단계(S160)
급냉 단계에서는, 합금화 용융아연도금 강판을 20℃/초 ~ 40℃/초 범위의 냉각 속도로 250℃ 이하의 온도, 예를 들어 0℃ ~ 250℃ 범위의 온도로 급냉한다. 상기 급냉에 의하여 원소의 확산을 억제하여, 오스테나이트 조직을 마르텐사이트 조직으로 형성한다.
조질 압연 단계(S170)
조질 압연 단계(S170)에서, 상기 합금화 용융아연도금 강판의 형상 제어 및 표면 품질 향상을 위해 실시한다. 조질 압연이 과다할 경우에는, 항복강도 및 항복비가 증가 하기 때문에 1.0% 이하로 제한할 수 있다.
실험예
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
하기 표 1의 조성(단위: 중량%)을 갖는 강을 준비하고, 상술한 바와 같은 소정의 열연, 냉연 공정, 용융아연 도금 및 합금화 열처리를 거쳐 강판을 준비하였다. 실시예와 비교예의 원소 함량은 동일하였다. 표 1에서 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물이다.
조성 C Mn Si Al Cr Mo P S
함량 0.03 1.5 0.05 0.5 0.8 0.5 0.01 0.005
표 2는 본 발명의 일실시예에 따른 합금화 용융아연도금 강판에 대한 실시예와 비교예의 도금층에서의 실리콘과 알루미늄의 함량 및 모재에서의 알루미늄 함량을 나타낸다. 상기 함량은 각각 중량%이다. 표 2에서, 식 1 또는 식 2의 조건을 만족하지 못하는 경우는 "X"로 표시되어 있고, 식 1 또는 식 2의 조건을 만족하는 경우는 "O"로 표시되어 있다.
구분 도금층 모재 식 1 식 2
Si Al Al 계산값 ≥212 계산값 ≤0.5
비교예1 3.56 16.54 18.52 199.52 X 0.89 X
비교예2 3.41 17.76 12.03 179.67 X 1.48 X
비교예3 3.54 16.43 15.10 198.32 X 1.09 X
비교예4 2.83 16.30 11.38 172.72 X 1.43 X
실시예1 4.64 24.29 184.80 272.48 O 0.13 O
실시예2 5.10 23.88 183.27 286.95 O 0.13 O
실시예3 5.09 17.50 18.50 258.15 O 0.95 X
실시예4 4.95 16.59 17.90 249.09 O 0.92 X
실시예5 2.97 16.54 185.30 178.53 X 0.09 O
실시예6 3.04 17.29 179.00 184.51 X 0.10 O
표 2를 참조하면, 비교예들은 식 1과 식 2의 조건을 만족하지 못하는 경우이다. 실시예1과 실시예2는 식 1과 식 2의 조건을 모두 만족하는 경우이고, 실시예3과 실시예4는 식 1의 조건은 만족하고 식 2의 조건은 만족하지 못하는 경우이고, 실시예5와 실시예6은 식 1의 조건은 만족하지 못하고 식 2의 조건은 만족하는 경우이다.
표면 품질을 검토하기 위하여, 육안 상의 표면 품질과 도금 박리 방지 정도를 평가하였다. 상기 도금 박리 방지는 HCI(Hat-bead contrast index)를 이용하여 평가하였다. 도금 박리 시험에서 클램프 힘은 30kN, 펀치 속도는 300 mm/s, 드로잉(drawing) 높이는 65 mm 이었다. 높은 HCI은 많은 양의 도금층이 박리됨을 의미하며, 낮은 도금성을 나타낸다. 반면, 낮은 HCI는 적은 양의 도금층이 박리됨을 의미하며, 높은 도금성을 나타낸다. 하기에서는, 높은 HCI의 결과는 도금박리방지가 불량함으로 기재하고, 낮은 HCI의 결과는 도금박리방지가 양호함으로 기재하기로 한다.
표 3은 본 발명의 일실시예에 따른 합금화 용융아연도금 강판에 대한 실시예와 비교예의 기계적 성질과 표면 품질을 나타낸다. 표 3에서, "O"는 제품으로서 양호를 의미하고, "X"는 제품으로서 불량을 의미한다.
구분 인장강도
(MPa)		 연신율
(%)		 표면 품질 도금박리방지
비교예1 473 35 O X
비교예2 525 33 O X
비교예3 434 38 O X
비교예4 517 32 O X
실시예1 431 36 O O
실시예2 464 37 O O
실시예3 506 33 O O
실시예4 542 31 O O
실시예5 506 32 O O
실시예6 515 33 O O
표 3을 참조하면, 인장 강도와 연신율, 및 표면 품질은 비교예와 실시예 모두 목표를 달성하였다. 반면, 도금 박리 방지에 대하여는 다른 결과를 나타내었다. 식 1과 식 2의 조건을 모두 만족하지 못하는 비교예들은 도금 박리 현상이 두드러지게 나타났다. 반면, 식 1과 식 2의 조건 중에 적어도 어느 하나를 만족하는 실시예들은 모든 경우에 도금 박리가 거의 발생하지 않아 우수한 도금박리 방지를 제공함을 알 수 있다.
따라서, 알루미늄과 실리콘의 조성으로부터 도출된 상기 식 1 과 식 2는 상기 합금화 용융아연도금 강판의 품질 제어에 효과적인 기준이 될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (14)

  1. 모재; 및
    상기 모재 상에 형성되고, 아연, 알루미늄, 및 실리콘을 포함하는 도금층을 포함하고,
    상기 도금층 내의 실리콘과 상기 알루미늄의 함량이 하기의 식 1을 만족하는,
    <식 1>
    35.5 x [도금층의 Si 함량(중량%)] + 4.43 x [도금층의 Al 함량(중량%)] ≥ 212
    합금화 용융아연도금 강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도금층 내의 알루미늄의 함량과 상기 모재의 알루미늄의 함량이 하기의 식 2을 만족하는,
    <식 2>
    [도금층의 Al 함량(중량%)]/[모재의 Al 함량(중량%)] ≤ 0.5
    합금화 용융아연도금 강판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 크롬 및 상기 몰리브덴(Mo)은, 0.3 ≤ [Cr의 함량(중량%)] + 0.3 x [Mo의 함량(중량%)] ≤ 2.0의 관계식을 만족하는,
    합금화 용융아연도금 강판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 모재는, 중량%로, 탄소(C): 0.01% ~ 0.06%, 망간(Mn): 1.0% ~ 2.5%, 실리콘(Si): 0.02% ~ 0.1%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 1.0%, 크롬(Cr): 0% 초과 ~ 1.5%, 몰리브덴(Mo): 0% 초과 ~ 1.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.08%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는,
    합금화 용융아연도금 강판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 합금화 용융아연도금 강판은,
    페라이트와 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 포함하는,
    합금화 용융아연도금 강판.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 페라이트의 분율은 90% ~ 98% 범위이고,
    상기 마르텐사이트의 분율은 2% ~ 10% 범위인,
    합금화 용융아연도금 강판.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 합금화 용융아연도금 강판은,
    인장강도(TS): 340 MPa 이상 및 연신율(El): 30% 이상을 만족하는,
    합금화 용융아연도금 강판.
  8. 모재; 및
    상기 모재 상에 형성되고, 아연, 알루미늄, 및 실리콘을 포함하는 도금층을 포함하고,
    상기 도금층 내의 알루미늄의 함량과 상기 모재의 알루미늄의 함량이 하기의 식 2을 만족하는,
    <식 2>
    [도금층의 Al 함량(중량%)]/[모재의 Al 함량(중량%)] ≤ 0.5
    합금화 용융아연도금 강판.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 모재는, 중량%로, 탄소(C): 0.01% ~ 0.06%, 망간(Mn): 1.0% ~ 2.5%, 실리콘(Si): 0.02% ~ 0.1%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 1.0%, 크롬(Cr): 0% 초과 ~ 1.5%, 몰리브덴(Mo): 0% 초과 ~ 1.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.08%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는,
    합금화 용융아연도금 강판.
  10. 중량%로, 탄소(C): 0.01% ~ 0.06%, 망간(Mn): 1.0% ~ 2.5%, 실리콘(Si): 0.02% ~ 0.1%, 알루미늄(Al): 0.01% ~ 1.0%, 크롬(Cr): 0% 초과 ~ 1.5%, 몰리브덴(Mo): 0% 초과 ~ 1.0%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.08%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 열연강판을 제조하는 단계;
    상기 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계;
    상기 냉연강판을 760℃ ~ 840℃ 범위의 온도에서 소둔 열처리하는 단계;
    상기 냉연강판을 용융아연 도금욕에 침지하여 450℃ ~ 550℃의 온도에서 용융아연도금을 수행하여 용융아연도금 강판을 제조하는 단계; 및
    상기 용융아연 도금된 냉연강판을 450℃ ~ 550℃의 범위의 온도에서 합금화 열처리를 수행하여 합금화 용융아연도금 강판을 제조하는 단계;를 포함하는,
    합금화 용융아연도금 강판의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 합금화 용융아연도금 강판을 20℃/초 ~ 40℃/초 범위의 냉각 속도로 250℃ 이하의 온도로 급냉하는 단계;를 더 포함하는,
    합금화 용융아연도금 강판의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 급냉하는 단계를 수행한 후에,
    상기 합금화 용융아연도금 강판을 조질 압연 하는 단계;를 더 포함하는,
    합금화 용융아연도금 강판의 제조방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 열연강판을 제조하는 단계는,
    상기 합금 조성을 갖는 강재를 준비하는 단계;
    상기 강재를 1,150℃ ~ 1,300℃ 범위에서 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 강재를 820℃ ~ 920℃ 범위의 마무리압연 종료온도에서 열간 마무리 압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 및
    상기 열연강판을 450℃ ~ 700℃ 범위에서 권취하는 단계;를 포함하는,
    합금화 용융아연도금 강판의 제조방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 합금화 용융아연도금 강판의 제조방법에 의하여 제조된 합금화 용융아연도금 강판은,
    페라이트와 마르텐사이트가 혼합된 혼합 조직을 포함하고,
    상기 페라이트의 분율은 90% ~ 98% 범위이고, 상기 마르텐사이트의 분율은 2% ~ 10% 범위이고,
    인장강도(TS): 340 MPa 이상 및 연신율(El): 30% 이상을 만족하는,
    합금화 용융아연도금 강판의 제조방법.
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