갈바륨 이란? 갈바늄 강판의 성분과 용도 알아보기

갈바륨이란? 

 

철판의 부식을 방지하기 위해 기존에 아연을 도금한 철판을 사용하였다면 기존의 아연만이 아닌 아연과 알루미늄을 약 반씩 섞어 도금한 것을 갈바늄이라고 합니다. 알루미늄은 부식과 열에 아연보다 훨씬 강한 설질을 띄기 때문에 이 둘을 섞는 다면 부식이나 열에 약한 곳에서 사용하는 덕트나 자동차 부품의 내구성이 훨씬 좋아질 것입니다. 외제차나 국내 고급차의 경우 하부 강판이 갈바륨 60% 이상으로 되어있는 경우가 많습니다.

 

 

도금 조성은 중량 비율 55%의 알루미늄(표면 용적 비율은 80%)과 43.4%의 아연, 1.6%의 실리콘으로 되어 있습니다.

 

 

 

 

 

갈바륨 강판의 특징  

 

1. 장기 내구성이 우수하며, 아연도금강판에 비해 수명이 길다.

 

(동일한 도금두께 기준) 25년 이상의 옥외 폭로시험을 실시한 결과를 바탕으로, 편면 도금층 20μm(75g/m2) 두께의 갈바륨 도금강판은 거의 모든 분위기에서 편면 도금층 약 23μm의 G90 아연도금강판에 비해 동일한 환경하에서 3∼6배 정도의 강한 내식성을 가지고 있으며, 일부 분위기에서는 갈라진 틈새 같은 부분에서의 내식성이 알루미늄 강판에 비해 효과적인 것으로 나타났다. 특히, 갈바륨 강판은 절단면에서는 알루미늄 도금강판이 가지지 못하는 방식 능력이 뛰어난데, 이는 도금층 중의 아연이 우선적으로 부식되면서 소지 철에 대해 희생 방식 작용을 하기 때문이다. 또한 표면의 도금층이 취급 중 소지 철이 드러날 경우도 알루미늄 도금강판과는 달리 아연의 성분을 도금층 중에 가지고 있으므로써 희생 방식 능력을 가지고 있다. 

 

 

2. 내열성이 우수하다.

 

315℃에서 장시간 표면변색이나 산화 없이 사용이 가능하므로, 고온 용도에 적용되는 사례가 많다. 그 예로는 토스터, 오븐, 로재, 일반 드라이어 등이 있으며, 이들 제품의 용도에 대한 내구성, 저원가, 열반 사율, 외관 및 가공성 등 모든 항목을 충분히 만족하고 있어 그 수요는 점점 늘어나고 있다. 

 

 

3. 열반사성이 양호하다. 

 

갈바륨강판의 도금층은 체적 비로 환산하면 약 80%가 알루미늄으로 이루어져 있다. 따라서, 알루미늄 강판과 유사한 열반 사율을 나타낸다. 

 

4. 은백색의 미려한 표면외관을 지니고 있다. 

 

5. 아연도금강판과 거의 동등한 가공성과 도장성을 지니고 있다. 

 

6. 적절한 용접조건하에서 용접이 쉽다. 

 

 

 

 

▲ 갈바륨 강판의 단면도

 

 

 

 

 

▲ 갈바륨 도금 강판의 표면

 

 

 

 

 

갈바륨의 용도

 

1. 건축분야 

 

▲ 지붕, 벽체, 차고, 칸막이, 울타리, 덕트, Fence, 조립식 주택 

 

 

2. 농업분야 

▲ 농원용 파이프, 축사, Silo  

 

 

3. 자동차분야 

 ▲ 머플러, 연료 탱크, 배기 파이프, 트럭 하부 몸체, 에어클리너 커버 등 

 

4. 산업용기분야 

 

단열 및 보온 커버, 온수기, 열교환기, 건조기, 폐기물 소각기, 세탁기, 전자제품 프레임 등 

 

 

 

5. 전기, 전자 산업분야 

▲ 전자렌지, 스토브, 토스터, 오븐, 냉장고, 자동판매기, 에어컨 등 

 

 

 

 

갈바륨 강판의 종류 

 

1. 재질별 분류 

 

 가) Commercial Quality (CQ) 

 

 갈바륨강판의 생산 조업조건은 용융아연도금강판의 조업에 비해 알루미늄-아연 도금의 응고 과정에서의 냉각속도가 다소 빠르며, 도금욕 온도가 다소 높은 것을 제외하면, 특별히 다른 점은 없다. 다만, 도금욕 온도가 높으므

로 인해, 신속한 Upleg Cooling 및 급격한 냉각속도 등이 필요하며, 이는 용융아연도금강판에 비해 Carbon quench aging에 대해 더욱 민감해지는 결과를 가져온다. 따라서, 갈바늄 강판의 CQ 재질은 동일한 재질의 용융아연도금강판에 비해 항복강도 및 인장강도는 약 10% 정도 높은 반면 연신율은 다소 낮은 경향을 보이며, 이로 인하여 고강도를 요구하는 곳에는 아연도금강판에 비해 소지의 두께를 10% 정도 얇게 하여도 동일한 강도를 유지하게 된다. 그러나, 용융아연도금강판이나 알루미늄 도금강판이 적용되는 용도에서 요구하는 Roll 성형성 등에 대해서는 갈바륨 강판도 충분히 만족시킬 수 있다.

 

 

 나) Drawing Quality (DQ) 

 

 DQ 재질 갈바륨 강판의 인장 특성은 양호하며, 과거에 Flux 법으로 생산된 DQ 재질의 아연도금강판과 동일한 기계적 성질을 가진다. 초기에는 Open-Coil 방식으로 DQ 재질의 갈바늄 강판을 생산하였으나, 현재는 주로 IF Steel을 사용한다. DQ 재질은 가공성(드로잉 성)이 뛰어나며, CCL에서 페인트 건조를 위해 오븐을 통과하더라도 에이징(Aging) 효과는 발생하지 않는다. IF Steel은 재결정이 완전히 일어날 수 있도록 다소 높은 온도인 850∼870℃에서 작업한다.   IF Steel은 일반 Al 킬드강 또는 캡드강에 비해 도금욕 내에서의 합금 생성 속도가 상대적으로 빠르므로, 강판의 도금욕 인입 온도를 정밀하게 조절하여야 한다. 

 

다) Forming Quality (FQ) 

 

 초기에 BHP에서는 설비적인 한계로 인하여 DQ 재질의 갈바륨 강판을 생산할 수 없었으나, 대신 FQ 재질의 갈바륨강판을 개발하였다. FQ 재질은 CQ 재질의 갈바늄강판을 약 371℃에서 Post-annealing하여 생산하였다. CQ 재질의 갈바륨강판을 Post-annealing 하게 되면, 항복강도는 약 5 kgf/㎜ 정도로 감소하고, 연신율을 7% Point까지 증가하게 되어, Forming성을 약간 개선하였다. 또한, Al-Zn 도금층의 균질화를 통해 분위기 중에서의 내식성을 어느 정도 향상할 수 있다. 하지만, FQ 재질의 갈바륨 강판이 실제로 DQ 재질에서 요구하는 정도의 충분한 가공성을 나타내지는 못한다 할지라도, CQ 재질로서는 만족시킬 수 없는 특별한 용도에 적용 가능한 정도의 물성을 지니고 있다. 

 

 라) Full Hard (F/H) 

 

 갈바늄 강판의 F/H 재질은 강판을 Furnace내에서 재결정을 피하면서 판면을 청정화할 수 있도록 약 600℃(설비에 따라 다소 다름) 전후로 가열한 다음, 균열대 및 냉각대를 거쳐 도금욕을 통과하며, 도금욕을 나온 뒤 CQ 재질과 동일한 조건으로 냉각된다. 이러한 조업조건을 적용함으로써, F/H 갈바늄 강판은 동일 두께의 F/H 용융아연도금강판에 비해 보다 양호한 기계적 물성을 얻을 수 있다. 예를 들면, 0.48mm 두께의 F/H 갈바륨 강판의 인장강도는 약 62kg/mm2 인 데 반해 용융아연도금강판은 69kg/mm2 이상이며, 연신율은 다소 높다. 

 

2. 후처리 별 분류 

 

 가) 크로메이트 처리(Chromate Passivation) 

 

 갈바륨 강판(다른 도금강판 포함)은 운송 또는 보관 중에 수분과 접촉하게 되면 발청 하기 쉬운 특징이 있으며, 이를 방지하기 위하여 각 생산업체에서는 독자적인 크로메이트 처리를 실시한다. 크로메이트처리는 또한 일반적인 대기중에서의 표면 변색을 지연시키는 역할을 하기도 한다. 일반적으로, 갈바늄강판에 20∼25mg/m2 (Cr) 정도 크로메이트처리하는 경우, 크롬산의 일시적인 방청 효과에 의해, 전체 수명중의 약 10%정도의 내식성을 향상시키며, 인접한 강판간의 색차 또는 변색 없이 균일하고 밝은 표면을 얻을 수 있다. 그러나, 부착량이 과도한 경우  강판 표면의 황변을 유발할 수도 있다.  크로메이트처리 종류는 반응형과 도포형으로 나눌 수 있다. 반응형은 말 그대로 크로메이트 용액이 강판 표면과 화학적 반응을 일으키는 것을 말한다. 크로메이트 용액에 특정한 첨가제를 첨가함으로써, 극 표층의 방식 산화피막을 에칭 하고, 그 아래의 도금층 표면이 크로메이트 용액과 반응할 수 있도록 구성되어 있다. 주로 Spray and Squeeze 방식을 적용하며, 적정온도 이상에서 가열된 공기로 건조한다.  도포형은 Applicator Roll이 강판 표면과 접촉하여 Coating 하는 방법이다. 반응형에 비해 부착량 조절이 용이하며 반응은 건조과정 도중에 일어나며, 건조온도는 크게 구애를 받지 않는다. 

 

 나) 유기피복 수지 처리(Organic Resin Treatment) 

 

 갈바늄 강판은 도금층의 약 80%(부피비)가 알루미늄으로 이루어져 있으므로, Roll Forming 작업을 할 때 도금층이 Forming Roll에 갈바륨 강판의 도금층이 긁히거나, 도금층이 Roll에 들러붙는 경우가 많다. 그에 따라, 별도의 윤활유를 도포하지 않고 Roll Forming 작업을 할 수 있으며, 보관 및 운송 시의 긁힘 등을 방지할 수 있는 방법으로 유기피복 수지 처리법을 개발하게 되었다. 주로 열경화성 또는 열가소성의 아크릴수지가 주로 적용되고 있으며, Roll Coating 후 Oven에서 Curing시킨다.   유기피복수지 처리의 특징은 내식성 및 Roll Forming시의 윤활성이 매우 뛰어나며, 내지 문성 또한 우수하다. 시공 후 Spray에 의한 도장성이 우수한 것이 대부분이다.   처리방법은 대부분 Roll Coating 방식을 채택하고 있으며, 크로메이트 처리한 위에 유기피복 수지를 코팅하는 방법과 크로메이트 처리를 생략하고 유기피복 수지만 코팅하는 방법이 있다. 후자의 경우, 수지 내에 크롬 성분을 함유하는 경우가 많다.

 

 

갈바늄 강판의 금속학적 특징- 출처:google

 

 최초 BIEC에서 알루미늄과 아연의 합금인 갈바륨 강판을 개발하기 위하여 알루미늄의 함유비율을 0%에서 70%까지 변화시킴면서 합금도금의 성능을 시험하였으며, 그 결과 내구성이 우수하면서 저렴하게 생산할 수 있으며, 소지 강판에 대한 아연의 희생 방식 효과를 극대화할 수 있는 조성인 55% Al-Zn합금도금강판을 개발하여 상업화하였다. 여기에, Al-Zn합금 용액이 소지 강판과 격렬한 합금 반응을 일으키는 것을 억제하기 위하여 Si을 약 1.6% 첨가함으로써, 갈바늄 도금욕의 조성 55% Al-43.4% Zn-1.6% Si(다음 페이지의 Phase Diagram 참조)으로 결정되어 오늘에 이르렀으며, 각 생산 업체별로 내구성 향상 및 스팽글 크기 조절 등의 목적에 따라 극미량의 다른 원소를 첨가하기도 한다. 강판이 도금욕을 통과한 후 Upleg Cooler에서 급랭 되는 동안, 부피비로 약 80%의 Al조성을 가진 수지 상정(Dendritic Structure)이 먼저 고체로 응고되고, 냉각이 계속되면서 수지 상정은 성장하며 잔존하는 액상에는 아연이 다량 함유하게 된다. 이 잔존 액상은 수지상의 가지 사이에서 최종 응고되며, 도금층은 그림에서 보는 바와 같이 약 80 VOL%의 Al-rich 수지 상정과 약 19% VOL%의 Zn-rich로 구성된다. 도금층의 단면에서는 소지와 접하여 금속 간 화합물층이 형성되는데, 이 층은 약 48% Al, 24% Fe, 14% Zn, 11% Si의 조성이며, 일반적으로 약 1∼3μm의 두께로 이루어지고 있다.

 

 

이상 갈바륨 도금 강판에 대해 알아봤습니다.