KR100592567B1 - 스테인레스강의 산세 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스테인레스강의 산세 방법에 관한 것으로서, 스테인레스강을 40℃ 이상의 온도에서 염산 수용액으로 처리하는 것을 그 특징으로 한다. 또한 염산 수용액에 산화제를 부가하여 산세시간을 감소시키는 것을 그 특징으로 한다.

Description

스테인레스강의 산세 방법{PROCESS FOR PICKLING STAINLESS STEEL}

도 1은 80℃의 온도에서 실시예 1-4에 따른 스테인레스강(등급: AISI 409)의 산세를 수행했을 때 산세 시간의 변화를 보여주는 다이어그램이다.

도 2는 90℃의 온도에서 실시예 1-4에 따른 스테인레스강(등급: AISI 409)의 산세를 수행했을 때 산세 시간의 변화를 보여주는 다이어그램이다.

도 3은 산화제 과염소산의 농도 변화에 따른 산세 시간의 변화를 보여주는 다이어그램이다.

도 4는 스테인레스강의 등급을 AISI 430으로 변화시켰을 때 실시예 1-4에 따른 산세 시간의 변화를 보여주는 다이어그램이다.

도 5는 스테인레스강의 등급을 AISI 304로 변화시켰을 때 실시예 1-4에 따른 산세 시간의 변화를 보여주는 다이어그램이다.

본 발명은 스테인레스강을 산세(pickling)하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 염산 수용액 또는 염산 수용액에 산화제를 첨가하여 스테인레스강을 산세하는 방법에 관한 것이다.

탄소강을 염산으로 산세하는 방법은 지난 몇년 동안에 전세계적으로 확립되어져 왔으며, 사실상 모든 나라 및 강 작업에 사용되고 있다. 그러나 스테인레스강(미국 표준 AISI 200, 300 및 400에서 특정되는 강 등급을 의미한다)의 산세에 있어서는 다른 수준의 스케일(scale) 형성으로 인해 이 방법이 사용될 수 없다는 기술적 편견이 항상 있었다. 그러나 놀랍게도 스테인레스강을 염산으로 처리하여도 산세 효과를 가장 확실히 성취할 수 있다는 사실이 알려졌으나, 스케일이 없는(scale-free) 표면을 얻기 위해 요구되는 산세 시간이 탄소강에 비해 매우 길었다. ST 12 등급의 강 스트립(strip)을 산세하는 데는 80℃에서 최대 30초가 소요되는 반면, AISI 409 등급의 스트립에 대해서는 90℃에서 10분이나 소요된다. 이렇게 극히 긴 산세 시간은 실제 응용에는 적합하지 아니한데, 그 이유는 스테인레스강에 대한 산세 플랜트가 매우 길어야 하기 때문이다.

따라서 본 발명의 목적은 스테인레스강을 보다 합리적으로 산세할 수 있는 방법을 제공하는 것이며, 보다 구체적으로는 스테인레스강을 40℃ 이상의 온도에서 염산 수용액으로 산세하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법에 산화제를 첨가하여 스테인레스강의 산세 시간을 감소시키는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 산세 공정 중에 염화철(Ⅲ)의 함량을 결정하는 방법을 제공하는 것이다.

산세하는 동안에 염산에 산화제를 첨가함에 의해 놀라운 효과를 성취할 수 있었고, 이전의 산세 시간을 50% 감소시킬 수 있게 되었다. 사용되는 산화제로는 통상의 산화제를 사용할 수 있으며, 그 예로는 질산, 염소, 과산화 수소, 염소 산소 화합물, 과염소산과 같은 염소를 함유한 다른 산, CrO₃와 같은 크롬 산소 화합물, 및 염화철(Ⅲ) 등이 있다. 첨가되는 양은 산세용 산에 존재하며, 산세 작용에 의해 용해되어 염화철(Ⅲ)을 형성하는 철의 산화 정도에 의존한다.

본 발명에 따르면, 산세 시간에 있어서 적절한 효과를 얻기 위해, 이 농도는 산세 작용에 의해 용해되는 금속의 1/3 이상이어야 하며, 1/2 이상이 바람직하다.

따라서, 본 발명은 스테인레스강을 40℃ 이상의 온도에서 염산 수용액으로 처리하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 구성은 스테인레스강을 아조트로픽 염산의 끊는점 이하의 온도에서 염산 수용액으로 처리하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구성은 염산 수용액에 산화제를 첨가하는 그 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구성은 질산, 염소, 과산화 수소, 염소 산소 화합물, 과염소산과 같은 염소를 함유한 다른 산, CrO₃와 같은 크롬 산소 화합물, 및 염화철(Ⅲ) 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 산화제로 사용하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구성은 산화제를 산세 작용 중에 분해되는 금속의 1/3 이상, 바람직하게는 1/2 이상이 염화철(Ⅲ)의 형태로 존재하도록 하는 방식으로 부가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 개선은 밀도, 전도도 또는 산화 환원 전위를 측정함에 의해, 또는 광도법(photomery)에 의해, 또는 이 측정방법들의 조합에 의해 산세 용액에 존재하는 염화철(Ⅲ)의 함량을 결정하는 것을 그 특징으로 하며, 측정된 수치에 기초해서 염화철(Ⅲ)의 함량은 설정되거나 또는 제어될 수 있다.

실시예

실시예 1

각각의 길이가 20 m인 3개의 산세 탱크를 포함하여 이루어진 산세 플랜트에서, AISI 409 등급의 스테인레스강 스트립에 대한 산세 시험을 실시하였다. 플랜트의 작동 조건은 다음과 같다:

첫 번째 산세 탱크 - 총 216 g의 염산, 84 g의 Fe²⁺와 약 1 g의 Fe³⁺로 이루어진 85 g의 용존철, 9 g의 Cr³⁺/l;

두 번째 산세 탱크 - 총 200 g의 염산, 모두 Fe²⁺로 이루어진 60 g의 용존철, 약 7 g의 Cr³⁺/l; 및

세 번째 산세 탱크 - 총 195 g의 염산, 33 g의 Fe²⁺와 약 2 g의 Fe³⁺로 이루어진 35 g의 용존철, 4 g의 Cr³⁺/l;

모든 산세 탱크내의 산세 온도는 80℃ ± 2℃였다. 상기 산세용 산은 산세 탱크에 할당된 순환 탱크에서 150 m³/hr의 속도로 산세 탱크에 공급되고, 이 양이 출구를 통해 순환 탱크로 되돌아 온다.

최초의 스트립을 산세 탱크를 통해 30 m/min의 속도(산세 시간 120초)로 이송하였으나, 상기 프로세스 후에도 전혀 산세 되지 아니하였다. 상기 스트립을 다시 산세 탱크를 통과시킨 후에는 약 50%만 스케일이 제거되었다. 상기 스트립을 15 m/min의 속도로 또 다시 통과시킨 후에야 스케일이 완전히 제거되었다. 따라서 전체 산세 시간은 약 480초가 소요되었다.

실시예 2

다음 스트립에 대한 시험을 실시하기 전에 순환 탱크 및 산세 탱크에 염소 기체를 부가하여 산세 탱크의 염화철(Ⅲ) 농도를 다음과 같이 설정하였다:

첫 번째 산세 탱크 - 총 216 g의 염산, 54 g의 Fe²⁺와 31 g의 Fe³⁺로 이루어진 85 g의 용존철, 9 g의 Cr³⁺/l;

두 번째 산세 탱크 - 총 200 g의 염산, 38 g의 Fe²⁺와 22 g의 Fe³⁺로 이루어진 60 g의 용존철, 7 g의 Cr³⁺/l; 및

세 번째 산세 탱크 - 총 195 g의 염산, 22 g의 Fe²⁺와 13 g의 Fe³⁺로 이루어진 35 g의 용존철, 4 g의 Cr³⁺/l.

모든 산세 탱크의 산세 온도는 80℃ ± 2℃였다.

상기 스트립을 15 m/min의 감소된 속도로 산세 탱크를 통과시켰음에도 불구하고, 2번의 통과 후에야 스케일이 완전히 제거되었다. 따라서 전체 산세 시간은 실시예 1과 같이 약 480초가 소요되었다.

실시예 3

다음 스트립에 대한 시험을 실시하기 전에 원심 펌프로 통하는 흡입관에 과산화 수소를 부가하여 산세 탱크의 염화철(Ⅲ) 농도를 다음과 같이 설정하였다:

첫 번째 산세 탱크 - 총 216 g의 염산, 38 g의 Fe²⁺와 47 g의 Fe³⁺로 이루어진 85 g의 용존철, 9 g의 Cr³⁺/l;

두 번째 산세 탱크 - 총 200 g의 염산, 26 g의 Fe²⁺와 34 g의 Fe³⁺로 이루어진 60 g의 용존철, 7 g의 Cr³⁺/l; 및

세 번째 산세 탱크 - 총 195 g의 염산, 15 g의 Fe²⁺와 20 g의 Fe³⁺로 이루어진 35 g의 용존철, 4 g의 Cr³⁺/l.

모든 산세 탱크의 산세 온도는 80℃ ± 2℃였다.

상기 스트립을 15 m/min의 속도로 산세 탱크를 단지 1회 통과시킴으로써 스케일이 완전히 제거되었다. 따라서 전체 산세 시간은 단지 240초가 소요되었다. 산화제를 더 많이 부가하여 전체 철 함량을 염화철(Ⅲ)의 형태로 바꾸더라도 산세 시간은 더 이상 현저히 감소되지는 아니하였다(실시예 4). 도 1에 표시된 다이어그램은 상기 실시한 시험(실시예 1-4에서 나타난 산세 시간의 감소)의 결과를 보여준다.

산세 온도를 90℃로 증가시킴에 의해, 스트립의 이송 속도를 동일한 농도에서 18 m/min로 증가시킬 수 있으며, 따라서 전체 산세 시간을 실시예 3에서 200초로 감소시킬 수 있었다. 이 시험은 90℃로 승온시켜, 산세 산과 함께 실시예 1-4와 동일한 방법으로 수행하였다(도 2).

다른 산화제가 부가된 또 다른 실시를 통해, 산세 시간의 적당한 감소를 성취하기 위해서는 적어도 용존 금속의 50%가 염화철(Ⅲ)의 형태로 존재하여야 한다는 것이 밝혀졌다. 예를 들면 산세 탱크에 과염소산을 산세 용액 부피의 10%씩 증가하여 부가할 때, 산세 시간이 도 3에 나타난 바와 같이 감소하였다.

또한 산세 배스(bath)에 부가되는 산화제의 양이 충분히 존재하도록 하기 위해서 시험 중에 염화철(Ⅲ)의 농도를 연속적으로 모니터하는 것이 유익하다는 사실을 발견하였다.

상기 언급한 조건하에서 AISI 304, 316, 430 등급의 스테인레스강을 사용한 산세 시험의 결과도 유사한 산세 시간의 감소를 나타내었다. 이 결과는 도 4 및 도 5에 요약되어 있다.

또 다른 산세 시험에서는 스트립 표면에 약하게 부착되어 있는 스케일을 제거하기 위해 산세 탱크 사이에 브러쉬를 설치하였으며, 이것에 의해 산세 시간이 5 - 10% 더 감소하였다. 실리콘 카바이드 또는 산화알루미늄과 같은 연마제를 브러쉬모의 성분으로 사용한 브러쉬의 사용이 보다 바람직하다.

상기한 본 발명의 구성에 따르면 스테인레스강을 40℃ 이상의 온도에서 산세할 수 있는 효과를 도모할 수 있으며, 또한 산화제를 첨가함에 의해 스테인레스강의 산세 시간을 감소시킬 수 있는 효과를 도모할 수 있다.

Claims (12)

1. 스테인레스강을 40℃ 이상의 온도에서 염산 수용액으로 처리하는 스테인레스강의 산세 방법에 있어서, 상기 염산 수용액에 산화제를 부가하고, 상기 산화제를 산세 중에 분해되는 금속의 1/2 이상이 염화철(Ⅲ)의 형태로 존재하도록 하는 방식으로 부가하며, 산세 용액에 존재하는 염화철(Ⅲ) 함량을 밀도, 전도도 또는 산화 환원 전위를 측정함에 의해, 또는 광도법(photomery)에 의해, 또는 이 측정방법들의 조합에 의해 결정하고, 상기 염화철(Ⅲ) 함량을 측정된 수치에 기초해 설정하거나 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 스테인레스강을 아조트로픽 염산의 끓는점 이하의 온도에서 염산 수용액으로 처리하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 질산, 염소, 과산화 수소, 염소 산소 화합물, 과염소산과 같은 염소를 함유한 다른 산, CrO₃와 같은 크롬 산소 화합물, 및 염화철(Ⅲ) 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 상기 산화제로 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제1항에 있어서, 상기 산화제를 산세 탱크 각각에 대한 순환 펌프로 통하는 흡입관에 부가하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 산화제를 각 산세 탱크에 할당된 순환 탱크에 부가하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제1항에 있어서, 스트립 표면을 기계적으로 세척하기 위해 각각의 산세 탱크 사이에 브러쉬를 설치하는 것을 특징으로 하는 방법.

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