용융아연도금강판 (흔희 GI 철판이라고 함)

[조용범]

용융아연도금강판

 가. 용융아연도금강판 개요

 아연도금강판(Galvanized Steel Sheet, Zinc Coated Steel Sheet, 일명 아연도강판)은 아연을 도금한 강판 전체를 총칭하는 것으로 그 제조방법에 따라 용융아연도금강판(Hot Dipped Galvanized -Iron, HDGI, CGI, GI)과 전기도금아연강판(Electrolytic Galvanized Iron, EGI)으로 대별된다.

 용융아연도금강판은 순아연도금 이외에 합금화용융아연도금강판(Galvannealed Steel Sheets, GA), 갈바륨강판 및 갈판 등의 용융아연알루미늄합금도금강판 등이 있으며 전기아연도금강판은 순아연도금 이외에 아연철, 아연-니켈 등 전기아연합금도금강판이 있다. 여기서는 용융아연도금강판을 중심으로 설명하기로 한다. 생활수준 향상에 따라 강판에 대한 수요가 늘어나는 추세를 보이고 있으며 철의 최대 단점인 녹을 방지하고 철의 장점인 강성과 경제성을 최대한 살릴 수 있는 표면처리강판의 수요가 크게 늘어나고 있다. 그 중 아연도강판은 경제성 있는 도금성과 뛰어난 희생방식성을 갖고 있는 강판으로 각광받고 있다.

 용융아연도금은 1741년 프랑스 화학자인 Pall Jacgnes Melouin이 아연을 녹여 철표면에 도금시험한 기록이 남아 있으며 1836년 프랑스 Sorel씨와 영국의 H.W.Crowford씨가 Flux의 발명특허를 취득하면서 아연도금이 산업화되었으며 1846년 Moerwood씨와 Rogers씨가 도금가마 뒤에 롤을 부착함으로써 산업도금이 본격화 됐으며 용융아연도금강판은 이러한 절판식 도금방식에서 근래에는 연속용융 아연도금방식으로 변천해 왔다.

 

용융아연도금설비

 나. 일반용융아연도금강판

 용융아연욕조에 냉연강판 또는 열연강판을 담그어 그 표면에 아연피막을 입힌 것으로 아연도금층이 두껍고 내식성이 우수하다. 수요가의 희망에 따라 꽃모양의 아연결정을 만들어 자동차용이나 가전제품용 등에 광범위하게 사용되고 있다.

 다. 합금화아연도금강판

 아연에 알루미늄을 합금화하면 내식성이 현저히 개선된다는 것은 이전부터 알려져 있었으나 1970년대에 들어서 미국 베들레헴 스틸사에 의해 Zn+55% Al + 1.6% Si성분계의 합금도금강판이 개발되었으며 1970년대 후반에는 유럽 및 일본에서 Zn+4.5∼5% Al+0.1% Mischmetal 혹은 0.2% Mg 도금강판이 개발되었다. 그 외에 30% Al, 15% Al, 1% Al 등이 상용화되어 있다.       

 

합금화용융아연도금설비

  1) 합금화용융아연도금강판(Galvannealed Sheet Steel, GA)

 용융아연도금 후 500℃ 정도의 고온에서 재가열하며 도금층속에 철(Fe)을 확산시켜서 철농도 10% 정도의 철-아연합금층을 형성시킨 것으로 내식성과 함께 도장밀착성이 뛰어나 자동차의 내외판용, 내부구조용으로 많이 사용되고 있다. 또한 내식성을 높이기 위해 합금도금층 위에 철박판을 전기도금한 신제품도 실용화되고 있다.

  2) 갈판(Galfan)

 1970년대 International Lead and Zinc Research Organization에서 개발된 아연-알루미늄합금도금강판으로 Zn + 5% Al계는 내식성이 용융아연도금강판보다 2∼3배 우수하고 도장 후 내식성이 우수한 것으로 알려져 있으며 제조조건은 용융아연도금강판과 거의 동일하지만 점상의 흑점(Black Spot)이 발생하기 쉽다는 문제점이 있다.  란탄(La) 및 세륨(Ce)의 미슈메탈(Mischmetal)은 도금Wetting성을 개선시키고 마그네슘(Mg)은 입계부식에 의한 도금밀착성 열화방지를 위해 첨가하게 된다.

 고온다습한 환경에서 비교적 단시간에 흑변하는 단점이 있으며 크로메이트(Chromate) 처리전 코발트(Co), 니켈(Ni) 등을 화학치환하거나 코발트, 니켈, 철 등의 금속염수용액을 분무처리하는 것이 유효한 것으로 알려져 있다.

  3) 갈바륨(Zinc Aluminium Alloy Coated Steel Sheets, 일명 Galvalume)

 미국 베들레헴 스틸사가 1965년경에 개발한 아연-알루미늄합금도금강판으로 특수한 무늬를 갖고 있으며 아연도금과 알루미늄도금의 중간적 성질을 지니고 있다. 이 Zn + 55% Al계의 합금도금강판은 아연의 희생방식작용과 알루미늄의 부동태작용을 가미한 것으로 용융아연도금강판에 비해 동일부착량에서 수배의 내식성을 나타낸다.

 도금욕 온도는 600℃ 전후로 용융아연도금강판에 비해 높고 1.6% Si는 소지철과 계면에 형성되는 Fe-Zn-Al 합금층성장을 억제하여 도금밀착성을 개선시키기 위해 첨가된다.

 라. 용융아연도금강판 특징

 용융아연도금강판의 특징은 우선 아연 특유의 희생방식 효과가 뛰어나 높은 내식성을 갖고 있으며 오랜 기간동안 사용해도 부식방지 효과가 그대로 지속됨으로써 최고의 경제성을 지니고 있다. 또한 각 용도에 따른 수요가들의 요구에 대응할 수 있는 다양한 종류의 제품개발이 가능한 특징도 갖고 있다.

 마. 용융아연도금강판 종류 및 용도

용융아연도금강판은 표면형태에 따라 레귤러 스팽글(Regular Spangle), 미니마이즈드 스팽글(Minimized Spangle), 제로 스팽글(Zero Spangle), 고급표면아연도강판(Extra Smooth), 초고급표면아연도강판(Ultra Smooth), 합금화용융아연도강판(Galvannealed), 고급합금화아연도강판(Super Galva), EGI대용 아연도 강판(Light GI) 등으로 구분된다. 용도에 따라 구분하면 일반용 용융아연도금강판, 가공용 용융아연도금강판, 구조용 용융아연도금강판, 용융알루미늄도금강판, 용융아연도금후판, 합금화용융아연도금강판, 하이코팅용융아연도금강판, UL용융아연도금강판 등이 있으며 형상으로 구분하면 Slited, Corrogated,Sheet, Coil 등이며 아연도금강판은 주로 자동차용, 가전용, 건재용 등 범용성이 가장 크다.        

지붕재로 사용된 아연도금강판

  1) 레귤러 스팽글(Regular Spangle)

 아연의 희생방식에 의한 철의 부식방지를 이용한 용융아연도금강판으로 응고시 아연결정이 자연스럽게 꽃무늬를 형성한 일반아연도금강판으로 수요자의 요구에 따라 아연부착량을 선택할 수 있는 가공성과 일반 내식성이 대체로 양호하며 용도상 범용성이 있다.

 주사용처는 지붕, 벽체, Deck Plate, Duct 등 일반건축재와 가전용품등 중요하지 않은 제품에 사용된다.

  2) 미니마이즈드 스팽글(Minimized Spangle)

 레귤러 스팽글의 단점인 아연층의 요철을 줄이고 외관을 미려하게 하기 위해 꽃무늬의 크기를 최소로 줄인 아연도강판이며 주사용처는 레귤러 스팽글보다 나은 표면성, 상품성을 요구하는 제품에 사용된다.

  3) 제로 스팽글(Zero Spangle, 일명 Zespan)

 제로 스팽글 용융아연도금강판으로 고도의 표면성을 요하는 용도에 맞게 도금욕조성을 조정하여 꽃무늬가 없는 미려하고 균일한 용융아연도금강판으로 도금층에 연(Pb)성분이 없기 때문에 도장 후 내식성이 뛰어나며 아연부착 균일성과 미려함이 미니마이즈드 스팽글보다 우수한 특성을 지니고 있다. 주 사용처는 가전용, 건축자재, 도장용 등이다.

                                               

제로 스팽글 제조공정도

  4) 고급표면아연도금강판(Extra Smooth)

 특별히 도장용으로 개발된 제품으로 대부분의 용융아연도금강판이 지니고 있는 미세한 줄무늬와 미세한 표면요철 등으로 나타나는 연신응력을 조질압연을 통해 제거한 용융아연도금강판으로 소재는 미니마이즈드 스팽글이나 제로 스팽글을 사용한다. 미려한 도장면을 가질 수 있도록 표면요철이 거의 없으나 광택이 저하되는 단점이 있으며 주사용처는 도장용으로 PCM용 소재나 일반가정용 소재로 사용된다.

  5) 초고급표면아연도금강판(Ultra Smooth)

 고급용 도장소재로 고급표면아연도금강판이 지닌 단점인 광택을 살리고 표면이 보다 우수한 용융아연도금강판으로 미려한 도장면을 갖고 있으며 특히 유광도장용으로 그 특성이 뛰어난 광택을 갖는 고급표면제품이며 주사용처는 고급도장용 및 PCM용에 사용된다.

  6) 합금화용융아연도금강판(Galvannealed)

 용융아연도금강판이 냉연강판보다 용접성이 저하되고 있는 단점을 보완하고 간단한 전처리설비로 우수한 도장성을 갖도록 개발된 제품으로 아연도금층을 철과 아연의 합금으로 변화시킨 용융아연도금강판으로 주사용처는 세탁기, 전자렌지 등 가전제품이다.

  7) 고급합금화아연도금강판(Super Galva)

 동부제강에서 개발된 용융아연도금강판으로 합금화용융아연도금강판의 단점인 아연분말성을 극소화시키고 대등하고 미려한 표면성을 갖는 합금화용융아연도금강판으로 주사용처는 내식성을 요구하며 고표면성을 필요로 하는 가전제품이나 용접성을 요하는 자동차부품 등에 사용된다.

  8) EGI대용아연도금강판(Light GI)

 전기아연도금(EGI)강판에 대응하는 용융아연도박판으로 고광택 표면의 용융아연도금강판이다. EGI에 대응하는 표면성, 용접성, 가공성을 지니고 있으며 고광택용 도장소재 측면에서 EGI보다 우수한 표면성을 가지고 있다. 주 사용처는 EGI용도의 대체용으로 사용된다.

 바. 용융아연도금방법

 연속용융아연도금방식에는 미소둔코일(풀하드,Full Hard)를 사용하는 Sendzimir방식과 N.O.F Sendzimir방식이 있으며 소둔코일을 사용하는 Selas방식과 Dry Flux방식 등으로 분류된다.

  1) 미소둔코일을 사용하는 방식

 미소둔코일을 사용하여 라인내에서 소둔작업을 함으로써 소둔코일을 사용하는 방식보다 비용이 절감되지만 고온에 의한 열변형이나 박판의 절판사고 등 때문에 조업이 어려운 단점이 있다. 따라서 스트립(Strip)의 열변형을 교정시키기 위해 조질압연, 텐션레벨러가 필요하며 스트립 ㅡ산화방지를 위해 수소등 환원성 분위기 가스를 사용한다.

   가) Sendzimir Process

 T. Sendzimir씨의 특허를 사용해 Armco Steel사에서 1936년 최초로 건설했는데 스트립에 있는 압연유를 산화로에서 열분해시켜 태워버리는 방식이다. 그 후 환원성 분위기가스 상태의 고온의 Reduction Furnace에서 압연유 제거시 생성된 산화막을 환원시켜 제거하는 동시에 스트립을 소둔 시킨다.

   나) N.O.F Sendzimir

 이 방식은 N.O.F로에서 스트립에 잔류한 압연유 등을 고온도 무산화로에서 열분해하여 제거하는 방식으로 Sendzimir방식과는 달리 스트립표면에 산화막이 생성되지 않으며 환원성 분위기의 소둔로에서 소둔시킨다. 이 방식은 Sendzimir방식보다는 최신예 방식이다.

  2) 소둔코일을 사용하는 방식

 소둔한 코일을 사용함으로써 라인내에서 고온열처리를 하지 않아도 되기 때문에 소재의 기계적 성질이 변하지 않고 가공성이 양호한 제품을 얻을 수 있다.

   가) Dry Flux Process

 도금처리 전에 용제(Flux)를 사용하는 것이 특징이며 용제를 도금전에 처리하고 건조시켜 아연을 도금함에 따라 아연욕에 용제가 없이 알루미늄첨가가 가능하다. 다만 용제가 알루미늄과 반응하여 작업환경 오염이 심하고 알루미늄소모량이 타 방식에 비해 많다는 단점이 있으나 작업이 용이하다는 장점도 갖고 있다.

◆ 공정순서

산세

→

수세

→

Scrubber

→

산세

→

수세

→

Scrubber

→

Flux

→

Flux Dryer

→

도금

   나) Selas Process

 용제(Flux)처리를 하지 않고 Selas로에서 스트립을 예열하는 방식으로 Dry Flux방식과 비슷하지만 용제처리로 대신 Selas로를 설치하여 스트립을 약 500℃로 예열 후 도금하는 방식이다. 예열시에는 산화방지를 위해 무산화분위기 또는 환원성 가스를 넣어 조업한다.

[윤철우]

아연도금강판사용하시는 분들은 매 로트소재 입고시마다 철저히 구분하셔야 합니다. 매로트마다 도금방식이 다를 수가 있으므로..... 도금방식이 다른 철판은 절곡시 각도가 심하게는 5도 정도 흔들립니다.

[도건호]

기본을 알게되어 고맙습니다.

[김용찬(안양)]

어렵네요... ㅎㅎ