KR100468158B1 - 스테인레스강의 부식발생 지연을 위한 무산화 열처리방법 - Google Patents

Abstract

오스테나이트 계열의 스테인레스강에 형성되는 부동태막이 절삭등의 가공에 의해 파괴되면 공식(pitting)과 같은 부식이 발생하는데, 이러한 부식 발생을 지연시켜 내식성을 확보함으로써 제품의 품질을 향상시킬 수 있도록 한 스테인레스강의 부식발생 지연을 위한 무산화 열처리방법이 개시되어 있다. 상기 무산화 열처리방법은 공기 중에서 일차 부동태막이 형성된 스테인레스강을 가공한 후에, 무산소 분위기의 열처리로에서 900∼1,150℃의 열처리온도로 약 10∼15분 동안 열처리하는 것을 특징으로 한다.

Description

스테인레스강의 부식발생 지연을 위한 무산화 열처리방법{NON-OXIDIZING HEATING METHOD FOR RETARDING CORROSION OF STAINLESS STEEL}

본 발명은 스테인레스강의 부식발생 지연을 위한 무산화 열처리방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 오스테나이트 계열의 스테인레스강에 형성되는 부동태막이 절삭등의 가공에 의해 파괴되면 공식(pitting)과 같은 부식이 발생하는데, 이러한 부식 발생을 지연시켜 내식성을 확보함으로써 제품의 품질을 향상시킬 수 있도록 한 스테인레스강의 부식발생 지연을 위한 무산화 열처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 모든 금속은 부식되며 그 환경의 조건에 따른 부식의 속도가 어느 정도의 속도로 진행하는가가 중요한 관건이 되며, 이런 이유로 해서 부식의 속도를 저하시키기 위한 방법을 강구하는 연구들이 계속해서 진행되어 왔었다.

스테인레스강도 부식이 잘 되지 않는 금속이기는 하지만, 공식(pitting)과 같은 부식의 형태로 부식이 진행되기도 한다.

공식이라함은 스테인레스강이나 티타늄 등과 같이 표면에 생성하는 부동태막에 의해 내식성이 유지되는 금속 및 합금의 경우, 표면의 일부가 파괴되어 새로운 표면이 노출되면 그 일부가 용해하여 국부적으로 부식이 진행하는 것이다.

즉, 스테인레스강은 공기중에 노출되면 합금원소인 크롬이 공기중의 산소와 결합하여 산화크롬층을 표면에 형성하게 되는데, 이러한 산화크롬층이 부동태막인 것이다. 이러한 산화크롬층 부동태막은 부식의 발생이나 진행을 억제시키는 역할을 한다.

일반적으로 핸드폰용 카메라의 각도조절노브는 스테인레스강으로 제작되고, 그 각도조절노브는 사양에 따라 적절히 가공되어야(절삭가공 또는 HAIRLINE가공) 한다. 즉, 스테인레스강으로 된 각도조절노브는 일차적으로 산화크롬층의 부동태막이 형성된 상태인데, 절삭가공등에 의한 표면의 거친 가공면으로 인하여 부동태막이 파괴된다.

이렇게 부동태막이 파괴되면, 손상된 표면의 거칠기가 크기 때문에 재부동태막의 형성이 이루어지지 않는다. 따라서, 파괴된 표면이 염분(NaCl)이나 수분 등에 노출되어 부식이 발생하고 급속하게 진행하는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 스테인레스강의 내식성을 크게 향상시키기 위하여 표면 가공 후에 공기중에서 재부동태막이 형성될 수 있도록 한 스테인레스강의 부식발생 지연을 위한 무산화 열처리방법을 제공하는 데 있다.

도 1a는 본 발명에 따른 무산화 열처리로의 작동을 개략적으로 도시한 도면.

도 1b는 도 1a의 부분 사시도.

도 2는 열처리를 하지 않은 스테인레스강의 제품으로서,

(a)는 24시간이 지난 후 제품의 부식 정도를 나타낸 사진,

(b)는 72시간이 지난 후 제품의 부식 정도를 나타낸 사진,

(c)는 168시간이 지난 후 제품의 부식 정도를 나타낸 사진.

도 3은 본 발명에 따른 무산화 열처리를 한 스테인레스강의 제품으로서,

(a)는 24시간이 지난 후 제품의 부식 정도를 나타낸 사진,

(b)는 72시간이 지난 후 제품의 부식 정도를 나타낸 사진,

(c)는 168시간이 지난 후 제품의 부식 정도를 나타낸 사진.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 열처리로 11 : 입구

13 : 출구 20 : 가열히터

30 : 컨베이어 33 : 입구 가스분출관

35 : 출구 가스분출관 50 : 제품

F : 화염

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 스테인레스강의 부식발생 지연을 위한 무산화 열처리방법은 공기 중에서 일차 부동태막이 형성된 스테인레스강을 가공한 후에, 무산소 분위기의 열처리로에서 900∼1,150℃의 열처리온도로 약 10∼15분 동안 열처리하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 스테인레스강의 부식발생 지연을 위한 무산화 열처리방법을 상세히 설명한다.

오스테나이트(Austenite)계 스테인레스강으로 된 핸드폰용 카메라의 각도조절노브 등과 같은 제품은 일차적으로 공기중의 산소와 접촉하여 그 표면에 크롬산화층의 부동태막을 형성한다. 그런데, 상기 제품을 절삭가공하게 되면 그 표면에 형성된 부동태막이 파괴되고 파괴된 부분은 표면 거칠기가 심하여 재부동태막이 형성되지 않는다.

따라서, 본 발명에서는 일차 부동태막이 파괴된 부분에 재부동태막이 용이하게 형성될 수 있도록 하기 위하여, 가공이 완료된 제품을 무산화 열처리시킨다. 그 열처리방법은 부동태막이 파괴된 스테인레스강의 제품을 무산화 열처리로에서 900∼1,150℃의 온도로 약 10분 동안 시행하는 것이다. 이러한 열처리를 통해 가공된 거친 표면의 거칠기는 낮아지고, 그 표면은 공기중에서 산화크롬층의 재부동태막을 형성하는 것이다.

이하, 열처리 장치에 대해 살펴보면, 도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 무산화 열처리로의 작동을 개략적으로 도시한 도면으로, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와같이, 무산화 열처리로(10)는 제품이 투입되는 입구(11)와 그 입구(11)에 대향하여 반대쪽에 출구(13)가 형성되어 있으며, 상기 입구(11) 및 출구(13)에 걸쳐서 제품을 이송하기 위한 컨베이어(30)가 설치되어 있다. 상기 컨베이어(30)는 메쉬형 컨베이어로서, 하부로부터 이송된 가스가 관통될 수 있는 구조를 갖는다.

또한, 상기 입구(11)측의 컨베이어(30) 하부에는 암모니아(NH₃) 가스의 분출을 위한 입구가스분출관(33)이 설치되고, 상기 출구(13)측의 컨베이어(30) 하부에도 암모니아(NH₃) 가스의 분출을 위한 출구가스분출관(35)이 설치된다.

이의 작동을 간략하게 설명하면, 제품(50)을 메쉬형 컨베이어(30)에 적재하여 열처리로 내부로 이송한다. 이때, 열처리로(10)의 입구(11) 및 출구(13)는 예열용 버너(미도시)를 이용하여 800℃ 온도로 가열되고, 그와 동시에 입구가스분출관(33) 및 출구가스분출관(35)으로부터 암모니아 가스가 분출되어 점화되게 되는데, 이때 점화된 화염(F)들이 외부로부터의 산소 유입을 차단한다. 또한, 처음 점화시 열처리로 내부에 존재하던 산소는 질소가스를 방출하여 제거한다.

이렇게 하여, 열처리로 내부로 이송된 제품은 내부에 장착된 다수의 가열히터(20)에 의해 가열되는데, 이때의 가열온도는 900∼1,150℃인 것이 바람직하고, 가장 바람직하게는 1,150℃인 것이 좋다.

상기 가열히터(20)는 SIC(Silicon Carbide - 고순도 탄화규소를 고온에서 재결정하여 봉으로 만든 비금속 전기발열체)봉에 전기를 가하여 1,200℃이상의 열을 얻는 방식이다.

SIC 가열히터(20)에 공급하는 전력량을 제어하여 온도를 1,500℃로 조절하고, 열처리로(10)의 내부에 온도측정센서(미도시)를 부착하여 온도를 측정하고, 미세한 온도편차 발생 시 컨베이어의 이송속도를 조절함으로서 최적의 온도를 유지한다.

이와 같이, 가공이 완료된 제품(10)은 열처리로(10)에서 적정한 온도의 범위내에서 열처리를 하게 되는데, 이때 열처리로(10)의 내부는 무산소 분위기가 되어야 하고, 그를 위해 상기 열처리로(10)의 입구(11) 및 출구(13)는 암모니아 가스를 발화시켜 산소의 유입이 차단된다.

만약에 열처리로(10)에 산소가 공급되어 제품(10)이 열처리되게 되면, 고온에서 금속이 산화하여 표면에 검은색의 산화피막이 생성되고 부동태 피막이 생성되지 않을 수도 있다.

도 2 및 도 3은 열처리를 하지 않은 스테인레스강으로 제작된 제품과 본 발명에 따라 무산화 열처리를 한 스테인레스강으로 제작된 제품을 염수분무 시험방법(KSD 9502)에 의해 실험한 결과를 촬영한 사진이다.

실험은 염수(NaCl 5%)를 35℃에서 분무하여 녹발생 정도를 육안으로 파악하여 식별함으로써 이루어진다.

이러한 방법에 의한 실험결과는 도 2 및 도 3에 명확하게 나타난 바와 같이, 열처리를 하지 않은 종래의 제품은 최초 24시간 후부터 녹이 발생하여 72시간 후에는 전면적으로 확장되는 것을 알 수 있으며, 본 발명에 따른 무산화 열처리를 한제품은 168시간(7일)이 지날 때까지 처음의 상태에서 전혀 변화가 없음을 알 수 있는 것이다.

상기에 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 스테인레스강의 부식발생 지연을 위한 무산화 열처리방법에 따르면, 일차 부동태막이 형성된 스테인레스강의 제품을 절삭가공 등의 가공 후에 열처리함으로써 공기 중에서 재부동태막의 형성을 용이하게 하여 내식성을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (2)

1. 공기 중에서 일차 부동태막이 형성된 스테인레스강을 가공한 후에, 무산소 분위기의 열처리로에서 900∼1,150℃의 열처리온도로 약 10∼15분 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 스테인레스강의 부식발생 지연을 위한 무산화 열처리방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 열처리온도는 1,150℃인 것을 특징으로 하는 스테인레스강의 부식발생 지연을 위한 무산화 열처리방법.