용융도금된 590DP강에서의 내파우더링과 미세 조직에 관한 연구

Abstract

아연도금합금 강판(GA, Galvannealed Steel)은 아연도금 강판(GI, Galvanized Steel) 제조 중 부가적인 열처리 공정을 더한 것으로 아연욕에서 도금된 아연금속이 굳어지기 전에 annealing 공정을 적용하여 강판과 아연 도금층 사이에 Fe-Zn 금속간 화합물이 형성되도록 한 것이다. 이 금속간 화합물은 총 4가지 Γ, Γ1, δ, ζ층으로 구성되어 있으며, 가장 먼저 Fe의 함량이 가장 적은 ζ층이 형성되며 FeZn13의 monoclinic 구조로 Fe의 함량은 대략 5~6 wt%를 가지게 된다. 두번째로 생성되는 화합물은 δ층으로 FeZn10의 HCP 구조를 가지며 Fe의 함량은 대략 7~11.5 wt%를 가지게 된다. 마지막으로 생성되는 화합물은 Γ와 Γ1층으로 Γ1층은 Fe5Zn21의 FCC 구조를 가지며 Fe의 함량은 대략 17~19.5 wt%이며 Γ층은 Fe3Zn10의 BCC 구조로 Fe의 함량은 금속간 화합물 중 가장 많은 23.5~28 wt%를 가진다. 아연도금합금 강판은 아연도금 강판에 비해 용접성, 접착성 및 도장성이 매우 우수하여 자동차용 외판재 강판으로 사용되나, 매우 경한 금속간 화합물 특성 때문에 성형시 모재 위에 존재하는 금속간 화합물이 떨어져 나가는 파우더링(powdering)이 발생한다. 이로 인해 모재는 부식 환경에 노출되게 되어 상기 기술한 특성 및 내식성의 저하를 유발한다. 성형시 발생하는 파우더링에 가장 큰 영향을 미치는 화합물은 Γ와 Γ1층으로써, 가장 경한 특성을 가지고 있다. 이번 연구에서는 annealing 공정의 온도를 480 ℃, 500 ℃, 520 ℃, 540 ℃로 조절하여 이 때 생성되는 Γ와 Γ1층의 변화를 분석한 후 파우더링 실험을 통해 상관관계를 규명하고자 하였다. 금속간 화합물 형성에 영향을 미치는 또 다른 인자 중의 하나는 이슬점(DP, Dew Point)이며, 모재가 용융아연 욕에 들어가기 전에 모재 표면에 산화층을 형성하여 용융아연이 모재와 반응하는 시간을 지연시켜, 모재의 Fe가 Zn로 확산되어 금속간 화합물을 형성하는 반응을 지연시키게 된다. 이 실험에서는 DP를 -40 ℃로 고정하였으며 상기 기술한 지연반응으로 인해, Fe의 함량이 가장 많은 Γ층은 존재하지 않았으며, 나머지 Γ1, δ, ζ층 만이 존재하였다. 실험 결과, annealing 온도가 증가할수록 모재 표면에 존재하는 Γ1층의 두께가 증가하였으며 이는 SEM(Scanning Electron Microscop)를 이용한 시편 절단면 관찰 및 TEM(Transmisson Electron Microscop)을 이용한 관찰에서 확인되었다. 파우더링 또한 annealing 온도가 증가할수록 모재 표면에서 떨어져 나가는 양이 증가하였으며 이는 금속간 화합물 중 가장 경한 Γ1층의 두께가 온도에 따라 증가하면서 파우더링 실험 중 모재에 발생하는 응력 변화에 대한 연신, 압축률을 Γ1층이 따라가지 못하면서 모재와 Γ1층, Γ1층과 다른 금속간 화합물층 사이에서 박리가 발생하면서 파우더링이 발생한 것으로 생각된다. 이를 알아보기 위하여 ABAQUS 프로그램을 이용하여 전산모사를 실시하여 Γ1층의 두께 변화에 따른 응력 및 변형률 관계를 알아보고자 하였다.