KR100198050B1

KR100198050B1 - 내면에 알루미늄 진공증착층을 갖는 내식성이 우수한 스테인레스강관

Info

Publication number: KR100198050B1
Application number: KR1019950041482A
Authority: KR
Inventors: 최기덕; 전재호; 신정철
Original assignee: 서정욱; 한국신철강기술연구조합
Priority date: 1995-11-15
Filing date: 1995-11-15
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR970028023A

Abstract

본 발명은 스테인레스관 내면에 알루미늄 진공증착층을 형성시켜서 된 내식성이 우수한 스테인레스강관에 관한 것이다.

종래에는 스테인레스강판에 알루미늄을 용융도금법에 의하여 도금하였으나 본 발명은 진공증착법에 의해 도금하여 도금층의 밀착력 확보가 용이하고 도금부착량의 제어가 용이하며 산화막을 제거하는 전처리가 필요없어 제조공정이 간단하다.

Description

내면에 알루미늄 진공증착층을 갖는 내식성이 우수한 스테인레스강관

제1도는 본 발명의 스테인레스강관의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 스테인레스강관 2 : 알루미늄 진공증착층

본 발명은 스테인레스관 내면에 알루미늄 진공증착층을 형성시켜서 된 스테인레스강관에 관한 것이다.

본 발명의 스테인레스관은 응축수에 대한 내식성을 향상시켜 주기 위하여 스테인레스판 일면에 알루미늄을 진공증착시키고 상기 알루미늄이 증착된 면을 관의 내면이 되도록 조관하여 제조된다.

스테인레스강관은 내식성과 내열성이 우수하여 자동차용 배기계 재료 등 고온 및 내식성이 요구되는 곳에 많이 사용되고 있다. 자동차배기계의 테일파이프(tail pipe)는 배기가스의 응축수로 인한 부식이 심하여 용융알루미늄 도금강판에서 스테인레스강판으로 그 사용재료가 바뀌어지고 있는 실정이다. 현재 스테인레스 409L이 주로 사용되고 있으나, 배기가스 응축수에 대한 내식성을 향상시키기 위해 스테인레스강판의 합금성분을 변화시키는 방법과 표면에 다른 금속을 도금하는 방법이 연구되고 있다. 스테인레스강판에 알루미늄을 도금하면 내열성이 향상되며 또한 알루미늄이 스테인레스강판 보다 부식전위(腐植電位)가 낮아 소지강판을 보호함으로써 강판의 내식성을 향상시킨다고 알려져 있다.

지금까지 스테인레스강판에 알루미늄을 도금하는 방법으로는 대기중에서 알루미늄을 용융시킨 후 용융알루미늄을 스테인레스강판에 적셔 도금하는 용융도금법이 개발되어 왔다. 그러나 본 발명에서는 용융도금법 대신에 진공상태에서 알루미늄을 전자빔으로 가열 증발시킴으로 알루미늄을 스테인레스강판에 증착시키는 진공증착법을 사용하였다. 진공증착법은 용융도금법에 비해 도금층의 밀착력 확보가 용이하고 도금부착량의 제어가 용이하다는 장점을 가진다. 스테인레스강판은 그 표면이 치밀한 산화막으로 덮혀 있어 용융도금법으로 알루미늄을 도금할 경우 용융알루미늄의 소지강판에 대한 젖음성이 열악하므로 도금층의 밀착성을 확보하는 것이 주요 과제이다. 이에 반하여 진공증착법은 스테인레스강판 표면의 산화층에도 불구하고 양호한 밀착성을 확보할 수 있다.

본 발명은 기존의 스테인레스강관의 배기가스 응축수에 대한 내식성을 증가시키기 위해 기존의 방법보다 제조공정이 간단하고 산화막을 제거하는 전처리가 필요없는 진공증착법으로 알루미늄을 스테인레스강판에 연속적으로 증착시키고 이를 조관하여서 된 알루미늄 증착층을 내면에 갖는 스테인레스강관에 관한 것이다.

본 발명의 제조공정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 소지강판인 코일상태의 스테인레스강판 표면을 탈피(脫皮)처리를 하고 알루미늄을 증착시키기 위한 연속진공도금장치의 진공챔버에 장입한다. 증발물질인 알루미늄을 진공조내에 있는 세라믹 도가니에 채우고 장치 전체를 진공배기한 후 알루미늄을 전자빔을 사용하여 증발시키게 된다. 이때 스테인레스강판은 도금층의 밀착성을 증가시키기 위해 예열조에서 기판온도가 200∼500℃ 범위가 되도록 가열하게 된다. 여기서 기판온도가 200℃ 이하가 되면 기판과 도금층과의 밀착력이 떨어지게 되며 제관공정시 알루미늄 도금층이 떨어져서 보호능력이 없어진다. 기판온도가 500℃ 이상이 되면 알루미늄증착물이 가지는 잠열과 더불어 강판이 과열되어 증착작업이 불안정할 뿐 아니라 강판의 예열 온도를 올린다는 것은 전자빔 사용전력을 증가시키게 되어 많은 에너지를 소모하게 됨으로 도금 밀착성이 확보되는 온도범위로 관리되어야 한다. 그리고 알루미늄의 도금층 두께는 5∼20㎛ 사이로 제조하여야 한다. 왜냐하면 도금층의 두께가 5㎛ 이하가 되면 도금층내에 핀홀이 많이 존재하기 때문에 내식성 증가 효과를 가져오지 못한다. 그리고 도금층의 두께가 20㎛ 이상이 되면 연속적인 알루미늄도금 작업시 증착후 스테인레스강판의 온도를 지나치게 상승시켜서 조업상 불안정을 가져오기 때문이다.

본 발명의 구체적인 실시예를 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1 ∼3]

폭 300mm, 두께 1.2mm인 STS409L 스테인레스강판의 코일을 알카리 탈지한다. 이 코일을 연속진공도금장치의 챔버에 장입한 후 증발물질인 알루미늄을 진공조내에 있는 세라믹 도가니에 채우고 장치 전체를 진공배기하였다. 증착조의 세라믹 도가니의 알루미늄은 전자빔층으로 용융 및 증발시켰다. 스테인레스 코일을 분당 5미터의 속도로 이송시키면서 알루미늄을 5㎛ 증착시켰다. 이때 예열조에서 스테인레스강판을 전자빔층으로 예열하는데, 기판온도가 200(실시예1), 300(실시예2), 500℃(실시예3)되게 하였다.

본 알루미늄층 스테인레스강판을 자동차용배기계 강관으로 제조하기 위하여 폭 118mm로 절단하였고, 파이프생산 조관기에서 연속적으로 강관을 생산하였다. 이때 용접은 텅스텐불활성가스 방법을 사용하였으며 파이프의 규격은 지름 43.8mm이었다. 알류미늄이 도금된 면이 파이프 내면이 되도록 한다.

실시예에 따른 밀착성 및 내식성 평가결과는 표 1에 나타내었다.

[실시예 4∼6]

실시예 1에서 처럼 STS409L 스테인레스 코일에 알루미늄을 진공증착시켜 알루미늄증착 스테인레스강판 및 파이프를 제조하였다. 이때 알루미늄의 두께는 10㎛이었고 기판의 온도는 200(실시예4), 300(실시예5), 500℃(실시예6)에서 실시하였다.

[비교예 1 ∼3]

본 비교예는 실시예 4처럼 STS409L 스테인레스 코일 위에 알루미늄 도금층 두께가 10㎛되도록 증착시켰다. 이때의 기판온도는 각각 상온(비교예1) 100℃(비교예2) 및 600℃(비교예3)에서 실시하였다.

[비교예 4]

본 비교예는 실시예 4처럼 STS409L 스테인레스 코일 위에 알루미늄 도금층 두께가 3㎛되도록 증착시켰다. 기판의 온도는 300℃에서 실시하였다.

[비교예 5]

본 비교예는 알루미늄을 증착하지 않은 STS409L 스테인레스파이프를 사용하였다.

상기와 같이 제조된 시편을 다음과 같은 방법으로 그 특성평가를 실시하여 표 1에 나타내었다.

[(1) 밀착성 시험]

발명제품과 비교제품의 밀착성을 비교평가하기 위하여 강판의 경우 180℃ Ot굴곡후 접착테이프를 이용하여 도금층의 박리 정도를 비교하였으며, 파이프의 경우는 제조된 파이프 내부에 접착테이프를 붙였다가 떼어내어 박리여부를 관찰하였다.

[(2) 내식성 평가]

자동차용배기계의 일부인 테일파이프(Tail pipe)에 사용되는 것을 가정하여 응축수에 대한 내식성을 평가하였다. 내식성 평가용 응축수내는 Cl^-이온이 1000ppm, SO₄ ^2-이온이 5000ppm, CO₃ ^2-이온이 3000ppm, NO₃ ^-이온이 100ppm이 되도록 용액을 제조하였다. 시험에 사용된 pipe를 깊이 60mm로 절단하여 비이커에 넣고 응축수를 약 100cc 부은 후, 비이커를 덮은 후 로에서 가열하였다. 이때 가열방법은 상온에서 200까지 60분 동안 상온시키고, 200에서 2시간동안 유지한 후 3시간에 걸쳐 상온까지 냉각시키는 것을 1주기로 하여 15회, 30회, 50회까지 시험하였다. 내식성의 평가방법으로는 표면의 부식정도를 부식면적 및 부식심화정도를 다음과 같이 비교하여 정하였다.

표 1의 실시예에서 보여주듯이 스테인레스강판의 예열온도 200∼500℃ 범위에서 양호한 밀착성을 나타내었을 뿐 아니라 파이프제조시 성형롤에 의한 강판의 성형과 압착에 대해서도 양호한 밀착성을 나타내었다. 따라서 진공증착방법을 활용하여 알루미늄증착 스테인레스강판을 연속적으로 생산할 수 있음이 확인된 것이다. 비교예 1∼3의 경우처럼 이 온도범위를 벗어나면 밀착성이 나쁘게 나타났는데 이 결과는 실험실적 규모의 결과와 동일한 것이다.

표 1의 실시예에서 보듯이 알루미늄을 도금한 STS409L의 경우 알루미늄이 전혀 증착되지 않은 비교예 5에 비해 응축수에 대한 내식성이 우수함을 알 수 있다. 이는 알루미늄이 스테인레스에 대한 희생방식의 역할을 하여 소지강판을 보호하기 때문이다. 알루미늄의 부착량에 대해서는 알루미늄의 증착두께가 5㎛이상 20㎛이하가 되도록 한다. 이는 알루미늄증착시 5㎛이 되어야 도금층의 핀홀(pin hole)이 적어 양호한 도금층을 얻을 수 있기 때문이며 20㎛이상의 후도금은 증착후 강판이 온도를 지나치게 상승시켜 조업상 불안정을 가져오기 때문이다.

Claims

스테인레스강관에 있어서, 관내면(管內面)이 알루미늄 진공증착층을 갖는 내식성이 우수한 스테인레스강관.
제1항에 있어서, 알루미늄 증착층의 두께가 5∼20㎛인 내식성이 우수한 스테인레스강관.