KR100290976B1

KR100290976B1 - 저공해고속산세방법

Info

Publication number: KR100290976B1
Application number: KR1019970066196A
Authority: KR
Inventors: 전재호; 성진경; 정진호; 전중환
Original assignee: 홍상복; 포스코신기술연구조합; 신현준; 재단법인포항산업과학연구원
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 2001-06-01
Also published as: KR19990047688A

Abstract

본 발명은 저공해 고속 산세 방법에 관한 것으로,

기계적으로 산화스케일에 균열을 가한 열연 강판을 산세하는데 있어서,

상기 강판을 0.5-5%농도의 HCl 용액 또는 2-10% 농도의 NaCl과의 혼합 산세액을 채운 전해조에 장입하는 단계; 및

상기 전해조에서 음극에 걸고 실온∼80℃의 온도에서 최대 40초동안 전류 밀도 0.2-1.0A/㎠를 걸어 산세시키는 단계;를 포함하는 저공해 고속 산세 방법이 제공된다.

상기한 바에 따르면, 저농도의 HCl용액 또는 저농도의 NaCl과의 혼합 산세액내에서 실온-80℃ 범위내의 적절한 작업 온도하에, 0.2-1.0A/㎠의 전류 밀도를 인가하는 경우 품질 특성이 우수하면서도, 산세 시간을 40초 이하의 단시간으로 단축할 수 있다.

Description

저공해 고속 산세 방법

본 발명은 저공해 고속 산세 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 열연강판의 표면에 존재하는 스케일 제거용 저공해 고속 산세 방법에 관한 것이다.

탄소강이나 스테인레스강을 제조하는 공정에서, 그 슬래브를 고온에서 압연하여 강판을 제조하면 강판의 표면에는 화학적으로 안정하여 쉽게 제거되지 않는 스케일이 생성된다. 주로 철 산화물로 구성되는 이 스케일을 냉각압연과 같은 후속 공정에 들어가기 전에 제거하는 산세 공정을 거친다.

이와 같은 산세 공정은 열연 강판 표면의 산화층을 기화가 잘 되는 부식성이 강한 고온의 산을 사용하여 제거하기 때문에, 철강 제품의 생산 공정중 작업 환경이 가장 열악한 공정중 하나이며, 설비 관리 및 환경 문제의 측면에서도 많은 문제를 내포하고 있다.

또한 최근의 냉간 압연 라인의 고속화 경향에 대응하여 산세 공정에서도 고속 산세 기술의 개발이 요구되고 있다. 따라서 산세 공정에 관련된 최근의 기술 동향은 저공해 및 고속 산세 기술로 집약되고 있다.

저공해 및 고속 산세 기술의 일환으로 물 분무, 모래 분무, 고압전류의 급속 방전, 전해 펄스 처리 등의 여러 가지 방법들이 연구되어 왔으나, 표면 품질, 공정 용이성, 생산성 및 안정성 등을 고려할 때 초음파 처리와 전기 화학적 처리를 병행하는 것이 많은 잇점을 갖는 것으로 밝혀졌다(일본특허 평 4-341590, 일본특허 평 5-78874, ″Surface Technology″ 17 (1982), p.251-263 및 ″Hitachi Review″, Vol. 42, No.4, p.157-160).

이에 본 발명의 목적은 열연 강판을 압연한 다음 전기 화학적 처리를 거침으로써 저농도의 염산 또는 저농도의 NaCl과의 산세액으로 단시간에 저온에서 산세가능한 저공해 고속 산세 방법을 제공하고자 한다.

본 발명에 의하면,

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는 열연 강판을 압연한 다음 전기 화학 처리를 통해 산세액의 농도를 낮추고 단시간에 저온에서 산세가능한 고속 산세 방법을 제공한다.

우선 일반 열연 강판을 선택하고 압연을 3-4% 압하율로 주어, 열연 강판 표면에 존재하는 산화스케일에 균열을 주었다. 이 단계는 일반적인 기존의 산세 라인에서 화학적인 산세 작업을 실시하기 전에 거치는 기계적인 탈스케일 공정을 대체한 것이다.

이와 같이 제조된 시편을 적절한 탈지 작업을 통해 전해셀에 장입하게 된다. 이때 시편은 음극에 걸고, 양극으로는 Cu전극을 사용한다.

산세액으로는 HCl을 선택하였으며, 그 농도는 0.5-5%가 바람직하다. 용액 농도가 0.5% 이하인 경우에는 산세 효과가 거의 없으며, 상기 후속되는 산세 시간이 40초 이상 걸린다. 그리고 용액 온도가 5% 이상이면 산세 시간이 단축될 수 있으나, 작업 환경 및 원가 저감 차원에서 최대 5%가 바람직하다.

상기와 같은 저농도 HCl 용액에 첨가가능한 NaCl의 농도는 2-10%의 범위내이다. NaCl은 용액의 전도도를 증가시키며, 열연 강판 표면에 있는 산화 스케일의 균열 사이로 침투하여 산세 작업 시간을 단축하는 효과를 갖는 것으로, 그 첨가량이 2% 이하인 경우에는 NaCl로 인한 용액의 전도도가 증가하지 않고, 산세 속도를 증가시키지 못하며, NaCl의 첨가량이 10% 이상인 경우에는 산세 속도 증가 효과가 거의 없다.

산세시 작업 온도는 실온∼80℃가 바람직하다. 용액 온도를 높이려면 산세조를 가열해야 하는데, 이 경우 전기비가 증가하여 에너지 증가를 수반한다. 그리고 용액의 온도가 증가하면 연기의 발생으로 인해 작업성이 나빠진다. 따라서 가능한한 작업 온도는 상온에 가까울수록 유리하다.

산세 작업시 인가되는 전류 밀도는 0.2-1.0A/㎠가 바람직하다. 전류 밀도도 가능한한 낮을수록 유리한데, 이는 전류 밀도가 증가하면 전기비가 증가하여 에너지가 증가하기 때문이다. 그러나 전류 밀도가 0.2A/㎠ 이하인 경우에는 산세 시간을 40초 이하로 할 수 없다. 한편 전류 밀도가 1.0A/㎠ 이상인 경우에는 산세처리후 시편의 표면품질이 나쁘게 된다. 즉, 표면에 피트가 발생하여 평균 표면조도(Ra) 및 최대 표면조도(Rmax)를 증가시키게 된다.

본 발명의 산세 방법을 거친 다음 시편의 품질 평가는 다음 실험에 의해 수행하였다.

(1) 산세도 측정

시편의 산세도를 수치화하기 위해서, 사진을 측정한 다음 영상 분석기(Image Analysis)를 이용하여 시편 표면의 산세도를 측정하였다. 시편의 100% 산세에 필요한 시간을 측정함으로써, 산세에 필요한 최소 공정 시간을 측정하였다.

(2) 표면 품질 특성 평가

전해 작업에 의한 산세 과정중 발생하기 쉬운 표면 피트 깊이를 정량화하기 위하여 표면조도기를 사용하여 평균 조도(Ra)와 최대 조도값(Rmax)를 측정하였다. 그 값을 기존의 산세 라인에서 제조된 제품을 기준으로 평균 조도가 1-2㎛이고 최대 조도가 10-20㎛인 경우에는 양호(○)한 것으로, 평균 조도가 2-4㎛이고, 최대 조도가 20-30㎛인 경우에는 보통(△)으로, 그리고 평균 조도가 4㎛이상이고, 최대 조도가 30㎛이상인 경우에는 불량(×)한 것으로 표시하였다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

〈저농도 HCl 산세액을 사용한 고속 산세 공정의 실시예〉

실시예 1-4:

열연 강판을 5×5cm 크기로 절단한 다음, 탈지하고 기계적 탈스케일링 공정을 모사하기 위하여 3-4% 압하율로 압연하여, 열연 강판 표면에 존재하는 산화스케일에 균열을 주었다. 상기 시편을 전해조에 장입하고, 시편은 음극에 걸고 양극에는 Cu전극을 사용하였다. 이 때 사용한 산세액은 HCl 농도를 0.5%로 고정하고 용액의 온도를 50℃와 80℃로 산세하였으며, 시편에 인가되는 전류 밀도는 0.6A/㎠과 1.0A/㎠으로 하였다.

산세에 필요한 최소 소요 시간과 표면 품질을 측정하고 하기표 1에 나타내었다.

실시예 5-9:

HCl 농도를 1%로 고정하고 전류 밀도를 0.2-1.0A/㎠으로 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 산세하고 그 결과를 하기표 1에 나타내었다.

실시예 10-16:

HCl 농도를 2%로 고정하고 용액의 온도를 각각 30℃, 50℃ 및 80℃로 변화시키고, 전류 밀도는 0.2-1.0A/㎠사이에서 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 산세하고 그 결과를 하기표 1에 나타내었다.

실시예 17-24:

HCl 농도를 5%로 고정하고 용액의 온도를 각각 30℃, 50℃ 및 80℃로 변화시키고, 전류 밀도는 0.2-1.0A/㎠사이에서 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 산세하고 그 결과를 하기표 1에 나타내었다.

비교예 1-5:

하기표 1에 기술된 값에 따라 HCl 농도와 온도 및 전류 밀도를 조절하였다.

비교예 6-9:

시편에 전류를 인가하지 않은 상태의 산세 결과를 보여준다. 이중에서 특히 비교예 9는 기존의 산세 라인에서 실시되는 조건을 모사하였다.

구분	HCl 농도(%)	용액 온도(℃)	전류 밀도(A/㎠)	특성 평가
구분	HCl 농도(%)	용액 온도(℃)	전류 밀도(A/㎠)	산세 소요 시간(sec)	표면 품질
실시예 1	0.5	50	0.6	40	○
실시예 2	0.5	50	1.0	40	○
실시예 3	0.5	80	0.6	35	○
실시예 4	0.5	80	1.0	30	○
실시예 5	1	50	0.2	40	○
실시예 6	1	50	0.6	40	○
실시예 7	1	50	1.0	30	○
실시예 8	1	80	0.2	20	○
실시예 9	1	80	1.0	20	○
실시예 10	2	30	0.6	40	○
실시예 11	2	30	1.0	40	○
실시예 12	2	50	0.2	20	○
실시예 13	2	50	0.6	20	○
실시예 14	2	50	1.0	20	○
실시예 15	2	80	0.2	15	○
실시예 16	2	80	1.0	15	○
실시예 17	5	30	0.2	40	○
실시예 18	5	30	0.6	30	○
실시예 19	5	30	1.0	30	○
실시예 20	5	50	0.2	30	○
실시예 21	5	50	0.6	15	○
실시예 22	5	50	1.0	15	○
실시예 23	5	80	0.2	15	○
실시예 24	5	80	1.0	10	○
비교예 1	0.3	80	1.0	60	○
비교예 2	0.5	30	1.0	80	○
비교예 3	1	30	1.0	60	○
비교예 4	2	50	1.2	20	△
비교예 5	2	50	2.0	10	×
비교예 6	2	30	0	240	○
비교예 7	2	50	0	80	○
비교예 8	2	80	0	60	○
비교예 9	10	80	0	30-40	○

상기표 1에서 알 수 있듯이, HCl 농도가 0.5%인 경우에는 산세액의 온도가 30℃ 이상에서는(비교예 2), 산세 시간이 40초 이상 걸리지만, 산세액의 온도가 50℃ 이상에서 전류 밀도 0.6-1.0A/㎠을 인가하는 경우(실시예 1-4), 40초 이하로 산세가 가능하다. 그러나 HCl 농도가 0.3%가 되면(비교예 1), 산세 시간이 길어지게 된다. 또한 HCl 농도가 1%인 경우에는 용액 온도가 50℃ 이상에서 전류 밀도를 0.2-1.0A/㎠으로 하는 경우(실시예 6-9), 40초 이하로 산세가 가능하였다. 또한 온도가 낮으면 산세 시간이 길어지게 된다(비교예 3).

HCl 농도가 2%인 경우에는 용액 온도가 30℃ 이상에서 전류 밀도를 0.2-1.0A/㎠으로 하는 경우(실시예 10-16), 40초 이하로 산세가능하였다. 특히 전류 밀도가 1.2A/㎠이상의 경우에는(비교예 4-5), 산세 시간이 빨라지기는 하나, 표면에 피트의 발생으로 인하여 표면 품질이 불량하게 된다.

한편 HCl의 농도가 5%인 경우에도 용액 온도 30℃ 이상에서 전류 밀도를 0.2-1.0 A/㎠으로 하면(실시예 17-24), 40초 이하로 산세가 가능하였다.

〈저농도 HCl과 NaCl 혼합 산세액을 사용한 고속 산세 공정〉

실시예 25-28:

열연 강판을 5×5cm 크기로 절단한 다음, 전해조에 장입하고, 시편은 음극에 걸고 양극에는 Cu전극을 사용하였다. 이 때 산세액은 HCl 농도가 0.5%이고 NaCl 농도가 5%인 혼합 산세액에서 50℃와 80℃에서 각각 산세하였으며, 시편에 인가되는 전류 밀도는 0.6A/㎠과 1.0A/㎠으로 하였다.

산세에 필요한 최소 소요 시간과 표면 품질을 측정하고 하기표 2에 나타내었다.

실시예 29-33:

HCl 농도를 1%로 고정하고 전류 밀도를 0.2-1.0A/㎠으로 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 25와 동일한 방법으로 산세하고 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.

실시예 34-40:

HCl 농도를 2%로 고정하고 전류 밀도를 0.2-1.0A/㎠으로 변화시키고 용액의 온도를 30℃, 50℃ 및 80℃로 한 것을 제외하고는 실시예 25와 동일한 방법으로 산세하고 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.

실시예 41-43:

NaCl 농도를 2-10%로 변화시키고, 용액의 온도는 50℃로 고정하며, 전류 밀도는 1A/㎠으로 고정한 것을 제외하고는 실시예 34와 동일한 방법으로 산세하고 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.

실시예 44-51:

HCl 농도를 5%로 고정한 것을 제외하고는 실시예 34와 동일한 방법으로 산세하고 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.

비교예 10-11:

비교예 10은 2% HCl 용액에 NaCl 농도를 1%로, 그리고 비교예 11은 NaCl 농도를 12%로 혼합하고 50℃의 온도에서 산세 실험을 하였다. 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.

구분	HCl 농도(%)	NaCl농도(%)	용액 온도(℃)	전류 밀도(A/㎠)	특성 평가
구분	HCl 농도(%)	NaCl농도(%)	용액 온도(℃)	전류 밀도(A/㎠)	산세 소요 시간(sec)	표면 품질
실시예 25	0.5	5	50	0.6	35	○
실시예 26	0.5	5	50	1.0	35	○
실시예 27	0.5	5	80	0.6	30	○
실시예 28	0.5	5	80	1.0	25	○
실시예 29	1	5	50	0.2	35	○
실시예 30	1	5	50	0.6	30	○
실시예 31	1	5	50	1.0	25	○
실시예 32	1	5	80	0.2	15	○
실시예 33	1	5	80	1.0	15	○
실시예 34	2	5	30	0.6	35	○
실시예 35	2	5	30	1.0	30	○
실시예 36	2	5	50	0.2	25	○
실시예 37	2	5	50	0.6	15	○
실시예 38	2	5	50	1.0	15	○
실시예 39	2	5	80	0.2	10	○
실시예 40	2	5	80	1.0	10	○
실시예 41	2	2	50	1.0	20	○
실시예 42	2	8	50	1.0	15	○
실시예 43	2	10	50	1.0	15	○
실시예 44	5	5	30	0.2	35	○
실시예 45	5	5	30	0.6	20	○
실시예 46	5	5	30	1.0	20	○
실시예 47	5	5	50	0.2	15	○
실시예 48	5	5	50	0.6	10	○
실시예 49	5	5	50	1.0	10	○
실시예 50	5	5	80	0.2	10	○
실시예 51	5	5	80	1.0	10	○
비교예 10	2	1	50	1.0	40	○
비교예 11	2	12	50	1.2	15	△

상기 표2에 따르면, 저농도의 HCl용액에 NaCl을 첨가하면 표 1의 NaCl을 첨가하지 않은 경우에 비해 약 5-10초의 산세 단축 효과를 갖음을 알 수 있다. 특히 실시예 41-43에서는 NaCl을 첨가할 경우에는 약 2-10% 정도가 적절한 것을 보인다.

NaCl농도가 너무 작은 경우에는(비교예 10), 산세 시간을 단축시키지 못하며, NaCl농도가 12% 이상인 경우에는(비교예 11), 뚜렷한 증가 효과를 일으키지 못하였다.

상기한 바에 따르면, 저농도의 HCl 또는 저농도의 NaCl과의 혼합 산세액에서 실온-80℃ 범위내의 적절한 온도하에 0.2-1.0A/㎠의 전류 밀도를 인가하는 경우, 품질 특성이 우수하면서도, 산세 시간을 40초 이하의 단시간으로 단축할 수 있다.

Claims

기계적으로 산화스케일에 균열을 가한 열연 강판을 산세하는데 있어서,

상기 강판을 0.5-5%농도의 HCl 용액을 채운 전해조에 장입하고,

전해조에 음극을 걸고 실온~80℃ 온도범위에서 최대 40초동안 0.2~1.0A/㎠의 전류밀도를 인가하여 산세시킴을 포함하여 이루어지는 전공해 고속산세 방법
제1항에 있어서, 상기 HCl농도가 0.5%인 경우에는 용액의 온도는 50~80℃ 그리고 전류 밀도는 0.6-1.0A/㎠를 인가함을 특징으로 하는 저공해 고속산세 방법
제1항에 있어서, 상기 HCl농도가 1%인 경우에는 용액의 온도는 50-80℃ 그리고 전류 밀도는 0.2-1.0A/㎠를 인가함을 특징으로 하는 저공해 고속산세 방법
제1항에 있어서, 상기 HCl농도가 2-5%인 경우에는 용액의 온도는 30-80℃ 그리고 전류 밀도는 0.2-1.0A/㎠를 인가함을 특징으로 하는 저공해 고속산세 방법
제2항에 있어서, 상기 HCl에 2-10% 농도의 NaCl을 혼합한 혼합 산세액을 사용함을 특징으로 하는 저공해 고속산세 방법