KR100690508B1 - 부동태화된 표면층을 갖는 오스테나이트계 스테인레스 강제품 - Google Patents
부동태화된 표면층을 갖는 오스테나이트계 스테인레스 강제품 Download PDFInfo
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Abstract
오스테나이트계 스테인레스 강 제품이 개시되며, 바람직스럽게는 관의 형태인 것이 개시된다. 상기 제품은 부동태화된 표면층을 가지는데, 이것은 관의 경우에는 관의 내부 표면상에 있다. 부동태화된 표면층은 Fe2O3 및, Cr2O3 를 가지는 산화물 성분 및, 제로(zero)의 원자가(valence)를 가진 Fe 및, 제로의 원자가를 가진 Cr 인 금속 성분을 가진다. 금속 성분의 중량 퍼센트에 대한 산화물 성분의 중량 퍼센트의 비율은 8:1 을 초과한다.
Description
도 1a 와 1b는 부동태화 시간의 함수로써 표면 성분을 나타내는 그래프들이다;
도 2는 부동태화 시간의 함수로써 철에 대한 금속의 비를 나타내는 그래프이다;
도 3은 부동태화 시간의 함수로써 Cr₂O₃: Cr 과 Fe₂O₃: Fe 의 비율 변화를 나타내는 그래프이다;
도 4a는 상대적 철 산화물과 유리 철 수준을 나타내주는 철 결합 에너지 주사를 나타내주는 그래프이다;
도 4b는 산화물의 감소와 유리철의 증가를 나타내는 1 분의 부동태화 후 철결합에너지를 나타내주는 그래프이다;
도 5a는 유리 크롬에 대한 상대적 산화물을 나타내는 무부동태화 물질의 크롬 결합에너지 주사를 나타내주는 그래프이다;
도 5b는 유리 크롬의 감소를 나타내는 60분 부동태화 후의 물질의 크롬 결합에너지 주사를 나타내주는 그래프이다;
도 6은 잔여 유리 철이 현저하게 나타나는 60분 부동태화된 물질의 결합에너 지 주사를 나타내는 그래프이다;
도 7은 전기 연마(electro-polished)되고 부동태화된 표면의 오거(Auger) 전자 분광술을 사용한 깊이 프로파일을 나타내주는 그래프이다; 그리고
도 8은 크롬 함유량의 함수로써 칼러 변화를 나타내는 서로 다른 세 가지 색을 띤 전기 연마된(electro-polished) 표면의 깊이 프로파일을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 부동태화된 표면층을 갖는 오스테나이트 스테인레스 강 제품, 특히 관의 형태로 되어있는 것에 관한 것이다.
오스테나이트 스테인레스 강, 특히 오스테나이트 스테인레스 강으로 된 관을 제조함에 있어서, 그 관을 사용하는 동안 그 표면이 산화하지 않도록 하기 위하여 부동태화시킴으로써, 만일 그렇지 않았다면 사용하는 동안 접하게 되는 환경과 반응하게 되는 것을 방지함이 바람직하다. 특히, 오스테나이트 스테인레스 강 관의 경우, 특별하게는 제약업에 있어서 사용되는 바와 같이 AISI 유형 316 스테인레스 강 관의 경우에, 사용하는 동안 내부 표면은 적색으로 나타나는 산화물 형태의 생성물로 변하게 된다. 이러한 현상을 일반적으로 "루징(rouging)" 이라 한다. 이러한 생성물은 여러가지 공업적 응용에 있어서 사용하는 동안 그 관을 통해 지나가는 물질을 오염시키는 원인이 될 수 있다.
따라서 본 발명의 주요 목적은 사용하는 동안 산화적 환경에 노출시 루징되지 않는 부동태화된 표면층을 갖는 오스테나이트 스테인레스 강 제품, 특히 관을 제공함에 있다.
본 발명에 따르면, 관의 형태일 수 있는 스테인레스 강 제품은 원자가(valence)가 0 인 Cr 과 원자가가 0 인 Fe을 각각 금속성분으로 하는 Cr₂O₃과 Fe₂O₃의 부동태화된 표면층을 갖는다. 금속 성분에 대한 산화물 성분의 비는 8/1 이상이다.
바람직스럽게는, 스테인레스 강은 오스테나이트 스테인레스 강이다.
바람직스럽게는, 스테인레스 강은 AISI 유형 316 오스테나이트 스테인레스 강이다.
바람직스럽게는, 부동태화된 표면층의 외부표면은 Fe 에 대한 Cr 의 전체적인 비율(total Cr to Fe ratio)이 적어도 1/1 의 비를 갖게 될 것이다.
부동태화된 표면층은 최대 산소 농도의 깊이에서 적어도 1.5/1 의 Fe 에 대한 Cr 의 전체적인 비율을 갖게 된다. 부동태화된 표면층은 전기 연마(elecro-polish)된 표면으로 구성됨이 바람직스럽지만 또한 기계적으로 연마된 표면, 예컨대 스월 또는 벨트 연마에 의해 생성될 수도 있다.
"Fe 에 대한 Cr 의 전체적인 비율(total Cr to Fe ratio)" 라는 언급에는 산화물 성분에 나타나는 Fe 와 Cr 이 포함된다.
"전기 연마된(electro-polished)" 이라는 용어는 그 성분 중 하나는 인산, 다른 하나는 대개 황산으로 이루어진 산용액과 전기적 작용의 결합에 의해 생성되는 금속 광택 표면을 의미한다.
모든 성분들은 다른 표시가 없으면 중량 퍼센트로 표시된다.
본 발명에 따르면, 바람직스럽게 부동태화된 표면층은 전기적 연마작용, 산화제를 수반한 전기적 연마작용에 의해 얻어지거나 또는 산화제에 의해 처리되는 기계적으로 연마된 표면이다. 그러므로 본 발명에 따라 부동태화된 표면층을 얻기 위한 부동태화 공정은 그 표면을 바람직스럽게 전기 연마(electro-polish)하거나 또는 그렇지 않으면 연마작용에 의하는 것과 같이 달리 연마된 후 그 표면을 산화제에 노출시킴으로써 달성된다. 이러한 작용에 있어서, 그 표면은 철에 대한 크롬 비의 증가; 표면 조도의 제거; 산소 침투 깊이의 증가; 흡장된 철과 같은 오염물의 제거 또는 스트레인 변형된 마르텐사이트의 제거; 개재물, 특히 마그네슘 황화물의 제거; 그리고 가시적 제조 결함들의 제거에 의해 특정적으로 개조될 수 있다.
부동태화 공정, 부분적으로는 스테인레스 강 표면이 연마되거나 또는 전기연마에 의하는 것과 같이 달리 연마된 후 수 시간내 공기 중에서 발생하는 공정기간 동안, 크롬은 산소와 결합하여 불투성 크롬 산화물 장벽을 형성함으로써 이러한 부동태 또는 장벽 필름 밑의 물질이 더 반응하지 않도록 한다. 크롬 함유량이 증가할수록 그 필름이 더 좋은 장벽이 되도록 조건지워져 있다. 전기연마기간 동안, 그 표면상의 철과 다른 원소들은 그 표면상의 크롬성분이 증가되도록 하기 위해 선택적으로 제거된다. 결과적으로, 전기 연마(electro-polishing) 후에는, 철에 대한 크롬 비가 부동태화된 표면층상에서 현저하게 증가하게 된다. 도 7 에서 알 수 있듯이 평균 산소 침투 깊이는 부동태화된 층의 깊이를 재는 척도이다. 일반적으로, 산소가 더 깊이 침투될수록 부동태층은 더 두꺼워지고 그 물질이 갖게 되는 내식성은 더 증가하게 된다. 그러나 이러한 사실은 오직 산화물 성분들이 Cr₂O₃과 Fe₂O₃인 경우, 즉 모두 0 의 원자가(valence)를 갖는 금속 성분들 Cr 과 Fe 이 Fe₂O₃에 대한 Cr₂O₃의 비가 비교적 높도록 결합되어 있는 Cr₂O₃과 Fe₂O₃인 경우에 한해 그렇다. 이는 연마된 표면을 질산 또는 구연산과 같은 산화제에 Cr₂O₃와 Fe₂O₃에 완전하게 반응하도록 적절하게 결정된 기간동안 노출시킴으로써 달성될 수 있다. 조성 변화는 도 7에서 알 수 있듯이 부동태층의 함수로 간주될 수 있다.
부동태화는 기계적으로 연마된 유형 316L 스테인레스 강 관에 있어서 철에 대한 크롬 비에 현저한 영향을 미친다. 동일한 관의 부분들이 여러 부동태화 시간 동안 뜨거운 질산에 노출되고 그 부동태층이 XPS (X-Ray Photoelectron Spectroscopy)를 사용하여 분석되었다. 표면의 화학적 성질의 변화, 특히 부동태층에 있어서 기본적인 철의 양과 관련한 변화는 매우 상당하다. Cr : Fe 비와 크롬 산화물에 대한 크롬 원소의 비에는 현저한 차이들이 있었다. 특이한 양태를 나타내는 다른 원소들은 실리콘과 몰리브덴이었다. 전기연마된 관에서보다 기계적으로 연마된 관에서의 부동태층에 더 많은 철과 크롬 원소가 존재하는 데, 이는 기계적으로 연마된 관의 표면이 더 쉽게 부식될 수 있음을 암시한다.
유형 316L 스테인레스 강은 제약업에 있어서 고순도 물(High Purity Water (HP))과 분사용 물(Water for Injection (WFI)) 시스템들을 위해 선택된 재료이다. 이들 시스템들에 대해서는 두 가지 최종 조건들 즉 전기연마되고 기계적으로 연마되는 조건들이 사용된다. 그 관은 대개 ASTM A 270을 특정하기 위해 요구되는 데, 이는 그 현재의 형태로는 기존의 표면의 매끄러운 정도에 관계없이 기계적으로 연마되는 것을 필요로 한다. 기계적 연마는 두 가지 형태들, 스월 연마 또는 종방향의 벨트 연마 중 하나를 취하게 된다. 스월 연마는 관의 길이를 따라 위 아래로 움직이는 로터리 플래퍼 휠을 사용하여 단지 재료의 얇은 표면층만을 제거하고 "오염된 표면(smeared surface)"을 생성시킨다. 종방향의 벨트 연마는 관이 회전하는 동안 관의 길이를 따라 움직이는 연마 벨트를 사용하고 그 벨트가 표면 재료를 제거하도록 압력을 가하기 위해 공기 블레이더를 사용한다. 이러한 기술은 상당한 양의 재료, 0.0006-0.0008 인치를 제거하고 또한 Ra 수준(<8마이크로인치 또는 0.2마이크로인치)을 낮추기 위한 전기연마에 대한 선구이다. 두 방법들은 그 관이 만들어지는 스테인레스 강 판의 제조시 생기는 통상의 깊이의 부동태층을 제거한다.
때때로 기계적으로 연마된 표면의 변색이 생기는 데, 특히 뜨겁고 습기찬 날씨에 그렇다. 이는 기계적으로 연마된 관의 두 가지 타입 모두에 있어서 나타난다. 이러한 표면 변색은 밝은 황색에서 밝은 적색까지 나타나게 된다. 그것은 뜨거운 질산에 잠기게 한 다음 물로 세척함으로써 쉽게 제거될 수 있다. 일단 그 관이 산처리가 된다면, 그 처리가 충분히 오랜 시간 동안 상승된 온도에서 이루어지는 한 그것은 다시 변색되지 않는다.
여러 가지 질산 부동태화 시간에서 기계적으로 연마된 관의 표면에서 어떤 변화가 일어나는가를 결정하기 위한 연구가 시작되었었다. 그 산의 농도는 MIL STD QQ-P-35 와 ASTM A967-질산 3, 즉 120-140℉ (50-60℃) 의 특정한 온도에서 특정된 것이었다. 이러한 농도 및 온도는 표준 염 스프레이 시험에 따른 가장 좋은 결과를 제공한다. 이 연구에 있어서, 그 온도에서의 시간을 변화시키고 표면들을 X-레이 광전자 분광술(Ray Photoelectron Spectroscopy)(XPS)를 사용하여 분석하였다. 부동태화 연구 결과는 다음과 같이 나타난다.
시약 등급 질산은 탈이온화된 물로 20 체적 퍼센트(v/o)까지 희석시킨 후 소정의 136℉(58℃)까지 가열시켰다. 기계적으로 연마된 관의 5개 샘플들을 이 용액속에 각각 1, 5, 15, 30 및 60분씩 잠입시켰다. 하나의 샘플은 "연마된대로의" 조건에서 분석되었다. 세정 및 건조 후, 그 처리된 기계적으로 연마된 샘플들은 각각 XPS를 사용하여 평가되었다. 6개 샘플들 사이에는 어떠한 가시적 차이점들도 없었다. 모두 동일한 표면 광택들을 갖고 있었다.
X-선 광전자 분광술은 이용가능한 보다 새로운 분석도구들 중 하나이며 화학 분석용 전자 분광술(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis) 또는 ESCA 로 알려져 있다. XPS 동안, 샘플은 모노에너지 연 X-선 및 에너지 반응용으로 분석된 방사된 광전자로 조사된다. 이 실험을 위해 1486.7 일렉트론 볼트에서 단색 A1 Kα X-선을 사용하였다. 이 X-선들은 표면상의 원자들과 상호작용하고 광전자들을 방사한다. 이들 광전자들은 표면의 대략 30-50Å내에서 결과적으로 다음과 같이 표시되는 운동 에너지를 갖는 것으로 발생한다:
KE = hv-BE-Φs
여기서:
KE 는 운동에너지;
hv 는 광자의 에너지;
BE 는 전자가 발생하는 원자 궤도의 결합에너지; 그리고
Φs 는 스펙트로미터 일함수이다.
각 원소 및 화합물은 고유의 결합에너지 세트을 갖고 있다. 그러므로 분석되는 표면의 원소 농도를 구별하고 표면의 종류의 결합에너지를 결정하는 데 XPS를 사용할 수 있다. 이것은 부동태화 시간의 함수로서 부동태층의 조성변화를 확인할 수 있기 때문에 매우 유용한 기능이다.
각 표면 주사를 따라 그 표면은 약 25Å의 물질(또는 약 8 원자 깊이)을 제거하기 위해 이온화된 아르곤에 의한 충돌("스퍼터링")을 받게 되고, 새로운 표면이 다시 분석되었다. 이것은 최대 산소 침투 깊이에 도달될때까지 또는 더 이상 조성변화가 없을 때까지 계속되었다.
일정한 깊이의 각 샘플에 대해, 서베이 주사가 원소 조성을 결정하기 위해 1200-0 eV 의 에너지 범위내에서 이루어졌다. 그 다음, 대상이 되는 각 원소에 대해, 중심 피크 주위의 약 20 eV 의 협대역이 표면 종류의 결합 에너지를 결정하기 위해 고에너지 분해 모드로 분석되었다. XPS 에서의 피크 천이는 공유 원자가의 척도로 간주되며, 금속 상호간의 화합물과 같은 더 많은 이온 화합물이 순수 원소의 피크치로부터 현저하게 천이되거나 또는 천이되지 않는다. 각 원소에 대해 얻어진 결합에너지는 기존 발행 문헌의 표준치 또는 화학 결합에 기초한 이론적 표준치와 비교된다. 오버랩핑의 존재, 다중결합에너지는 구별을 어렵게 만들 수 있다. 광전자 분석술의 핸드북(Handbook of Photoelectron Spectroscopy,J.F. Moulder et al., Physical Electronics, Inc., Eden Prarie, Minnesota, 1995) 및 오거 및, X 레이 광전자 분석술에 의한 표면 분석(Practical Surface Analysis by Auger and X-Ray Photoelectron Spectroscopy, D. Briggs et al., J. Wiley & Sons, Chichester, England, 1983) 로부터의 데이터가 화합물에 대한 결합에너지의 부여를 위해 사용되었다.
분석을 위해 사용된 XPS 시스템은 물리 전자 모델(Physical Electronics Model) 5700 이다. 결합에너지 값들은 국제 표준, 284.7 eV 로 설정된, 대기 노출로부터의 탄소로 교정되었다. 그 데이터에 대한 정량적 수치는 전술한 디 브리그(D. Briggs) 출판물에 개시된 감도 요소들의 사용에 의해 얻어지는 데, 이는 순수 원소들에 대해 계산된 결과를 바탕으로 하고 있다. 그 분석된 정보는 잘해야 반정량적(semi-quntitative)인 것으로 취급되야하며 오직 비교를 위해서만 가장 적절하게 사용되야 한다.
모든 표본들은 동일한 관으로부터 그리고 서로 1 인치(25mm)이내에서 취해지므로, 샘플들 중 오직 하나만이 핸들링으로부터의 오염을 제거하기 위한 이소프로파놀 세정 후, 수용 상태로 분석되었다. 산으로 처리된 각 표면은 XPS 로 분석되었다. 게다가, 수용된 샘플과 30 및 60 분 부동태화 된 샘플들은 깊이의 함수로서 원소 조성 및 산화 상태를 결정하기 위해 스퍼터되었다.
표 1은 유형 316L 스테인레스 강 샘플들을 뜨거운 질산에서 여러 시간 지난 후에 관찰한 표면 화학 성분을 요약한 것이다. 그 데이터는 표면의 40Å(12 원자들)내에서 원자번호 3이상의 원소들의 원자 백분율 조성을 나타낸다. 도면 1a 와 1b 는 부동태화 시간 함수로서 금속들의 오직 원자 표면 농도를 그래프로 나타낸 것이다.
| 표 1 :질산 부동태화 시간 함수로서의 원소들의 표면 조성 | ||||||||||||||
| 부동태화시간(분) | C | N | O | Na | Mg | Al | Si | P | S | Ca | Cr | Fe | Ni | Mo |
| 0 | 41.8 | 2.4 | 39.9 | 0.4 | - | - | 1.8 | - | 0.3 | - | 2.6 | 9.4 | 0.5 | 0.2 |
| 1 | 24.3 | 2.3 | 47.3 | 0.1 | 0.2 | 0.4 | 1.8 | 0.7 | 0.4 | 0.1 | 10.6 | 9.7 | 1.4 | 0.7 |
| 5 | 24.1 | 2.3 | 48.6 | 0.4 | - | 0.1 | 0.8 | 0.7 | 0.2 | 0.2 | 11.8 | 8.6 | 1.5 | 0.7 |
| 15 | 23.3 | 2.6 | 47.7 | 0.2 | 0.2 | 0.4 | 0.8 | 0.7 | 0.3 | 0.2 | 12.2 | 9.1 | 1.7 | 0.7 |
| 30 | 25.1 | 1.6 | 51.4 | - | - | 0.3 | 0.9 | 0.8 | - | 0.1 | 13.0 | 5.7 | 0.7 | 0.3 |
| 60 | 28.8 | 1.8 | 49.9 | - | - | - | 1.1 | 0.4 | - | - | 10.5 | 6.7 | 0.5 | 0.3 |
그 데이터에 의하면, 크롬과 산소 농도는 부동태화 30 분 후 최대치에 도달하고 철은 최저치를 갖는 것을 알 수 있다. 그 데이터를 표 2와 도 2에 있어서와 같이 철에 대한 금속비와 비교할 때, 최대 Cr/Fe비는 부동태화 30분 후에 발생한다. 어떤 설명할 수 없는 이유로 인해, 15 및 60 분의 부동태화는 모두 Cr/Fe 비의 감소를 보여준다. Ni/Fe 와 Mo/Fe 비들은 모두 15분에 최대치에 도달되었고 30 분의 부동태화 후 감소하기 시작했다.
| 표 2: 질산 부동태화 시간 함수로서의 철에 대한 중요 원소들의 비율 | ||||
| 부동태화 시간(분) | Si/Fe | Cr/Fe | Ni/Fe | Mo/Fe |
| 0 | 0.191 | 0.277 | 0.055 | 0.024 |
| 1 | 0.188 | 1.088 | 0.141 | 0.068 |
| 5 | 0.089 | 1.367 | 0.176 | 0.075 |
| 15 | 0.90 | 1.351 | 0.186 | 0.078 |
| 30 | 0.165 | 2.299 | 0.131 | 0.050 |
| 60 | 0.166 | 1.578 | 0.073 | 0.039 |
0분, 30분, 및 60 분 부동태화된 표본들은 이온화된 아르곤으로 스퍼터링되었으며 원소 조성은 깊이의 함수로서 결정되었다. 그 데이터는 수용된 표본에 대해 표 3에 요약되어 있다. 표 4는 30 분 부동태화된 표본이고 표 5는 60 분 부동태화된 표본이다.
표 3: 연마된 표본에 대한 깊이 함수로서의 조성
| 깊이Å | C | N | O | Si | S | Ar | Cr | Fe | Ni | M |
| 0 | 41.8 | 2.4 | 39.9 | 1.8 | 0.3 | - | 2.6 | 9.4 | 0.5 | 0.2 |
| 25 | 4.1 | - | 32.7 | 0.6 | 0.2 | 1.2 | 13.4 | 42.2 | 4.6 | 0.7 |
| 50 | 4.2 | - | 14.9 | 0.8 | - | 2.1 | 11.0 | 59.2 | 6.5 | 1.2 |
| 100 | 3.8 | - | 9.4 | 0.9 | - | 2.5 | 13.4 | 63.5 | 4.8 | 1.6 |
| 200 | 2.1 | - | 7.2 | 0.6 | - | 2.5 | 15.0 | 65.7 | 4.8 | 1.9 |
| 400 | 1.5 | - | 5.4 | 0.9 | - | 2.5 | 15.8 | 66.1 | 5.7 | 2.0 |
| 800 | 1.6 | - | 3.8 | 0.5 | - | 2.4 | 16.1 | 68.4 | 4.9 | 2.2 |
| 1600 | 1.4 | - | 3.1 | 0.3 | - | 2.5 | 16.6 | 68.8 | 4.8 | 2.2 |
표 4: 30 분간 질산으로 부동태화된 유형 316L 의 깊이 함수로서의 조성
| 깊이Å | C | N | O | Si | Ar | Ca | Cr | Fe | Ni | Mo |
| 0 | 2.51 | 1.6 | 51.4 | 0.9 | - | 0.1 | 13.0 | 5.7 | 0.7 | 0.3 |
| 25 | 3.7 | 0.2 | 48.1 | 0.7 | 1.4 | 0.1 | 21.5 | 20.4 | 3.0 | 0.5 |
| 50 | 3.1 | 0.3 | 43.3 | 0.7 | 1.7 | 0.1 | 20.6 | 26.1 | 3.2 | 0.6 |
| 100 | 2.3 | - | 39.3 | 0.2 | 2.0 | 0.1 | 20.9 | 31.4 | 2.9 | 0.8 |
| 200 | 1.9 | - | 34.4 | 0.3 | 2.2 | 0.1 | 20.7 | 36.4 | 3.1 | 0.9 |
| 400 | 2.1 | - | 28.8 | - | 2.3 | - | 19.3 | 42.8 | 3.3 | 1.2 |
| 800 | 1.8 | - | 21.2 | - | 2.3 | 0.1 | 18.4 | 50.7 | 4.1 | 1.5 |
| 1600 | 1.9 | - | 11.6 | - | 2.4 | 0.1 | 17.4 | 59.9 | 4.8 | 1.9 |
각 원소에 대한 특정한 결합 에너지 피크(peak)의 검사가 표시하는 것은 산화물과 금속이 모두 존재한다는 것이며, 즉, 원자가(valence)가 제로(zero)인 금속이 존재한다는 것이다. 철의 경우에, 산화물과 원소 철이 상당한 량으로 존재한다. 이것은 특히 30 분 미만의 부동태화 시간에서 원소 철에 대한 경우이다. 표 6 과 도 3 은 그들 각각의 산화물에 대한 철과 크롬의 비율을 나타낸다.
이러한 데이타가 표시하는 것은 철 산화물이 1 분 이후에 갑자기 감소하여 크롬 산화물이 15 내지 30 분 사이의 어느 지점인 포화 지점에 근접하도록 도달될때까지 계속 하강한다는 것을 나타낸다. 30 분이 지난 후에는, 비록 증가 비율이 철 산화물보다 크롬 산화물에 대해서 더 크다 할지라도, 양측 비율이 증가한다. 이것은 표면이 고온의 질산에 오랜동안 노출되어 더욱 부동태화된다는 것을 나타낸다.
표 5:60 분간 질산으로 부동태화된 유형 316L 에 대한 깊이 함수로서의 조성
| 깊이Å | C | N | O | Si | P | Ar | Ca | Cr | Fe | Ni | Mo |
| 0 | 28.8 | 1.8 | 49.9 | 1.1 | 0.4 | - | - | 10.5 | 6.7 | 0.5 | 0.3 |
| 25 | 8.6 | 0.3 | 49.8 | 0.9 | 0.3 | 1.2 | 0.1 | 17.2 | 19.6 | 1.7 | 0.4 |
| 50 | 5.6 | 0.4 | 47.8 | 0.8 | 0.1 | 1.5 | 0.2 | 17.1 | 24.0 | 2.1 | 0.5 |
| 100 | 4.0 | 0.3 | 45.2 | 0.5 | 0.1 | 1.7 | - | 18.1 | 27.7 | 2.1 | 0.5 |
| 200 | 4.0 | 0.3 | 45.2 | 0.5 | 0.1 | 1.7 | - | 18.1 | 27.7 | 2.1 | 0.6 |
| 400 | 3.0 | - | 29.1 | 0.1 | - | 1.7 | - | 17.2 | 35.8 | 2.3 | 0.8 |
| 800 | 2.0 | - | 33.7 | - | - | 1.8 | 0.1 | 17.3 | 41.3 | 2.7 | 1.1 |
| 1600 | 2.1 | - | 24.3 | - | - | 1.8 | - | 17.7 | 49.2 | 3.4 | 1.4 |
| 3200 | 1.8 | - | 12.8 | - | - | 2.1 | - | 17.1 | 60.0 | 4.3 | 1.9 |
표 6 :다양한 부동태화 시간동안의 금속에 대한 철 및 크롬 산화물의 비율
| 0 분 | 1 분 | 5 분 | 15분 | 30 분 | 60 분 | |
| Fe2O3/Fe0 | 1.0:1 | 0.5:1 | 0.4:1 | 0.3:1 | 1.5:1 | 3.8:1 |
| Cr2O3/Cr0 | 3.2:1 | 4.5:1 | 4.5:1 | 4.5:1 | 8.5:1 | 13.0:1 |
기계적으로 연마된 316L 유형 스테인레스 강의 부동태화 처리는 그것의 내부식성을 향상시키도록 필요한 것으로 보인다. 기계적인 연마는 스트립과 튜브의 제조중에 형성된 부동태 층을 파괴시킨다. 부동태 층은 매우 얇으며, 50 내지 400 Å 정도이거나 또는 12 내지 150 의 원자 두께이다. 비록 스월 연마(swirl polishing)가 적절한 양의 금속을 제거하지는 못할지라도, 부동태 층은 표면 산화에 의해서 입증되는 바와 같이 파괴된다. 이러한 산화 표면들이 고온의 질산내에 담겨졌을때 색상이 사라짐으로써 철 산화물의 제거를 나타낸다. 따라서, 연마에 이은 부동태화는 필요한 작업이다.
가장 드라마틱한 표면 화학에서의 변화는 고온 질산내에서 단지 1 분 이후에 발생하는데, 이러한 시간동안 표면의 Cr/Fe 비율은 0.26:1 로부터 1.1:1 로 변화한다. 이러한 비율은 사용된 분석 기구의 유형에 따라서 달라질 수 있다. 오거 전자 분광술(auger electron spectroscopy:AES)은 XPS 보다 낮은 값을 나타내는 경향이 있다. 이러한 변화의 많은 부분은 도 4a 및, 도 4b 에 도시된 바와 같이 표면 철 산화물의 용해로 보인다. 철과 크롬에 대한 결합 에너지 곡선을 주의 깊게 검사하면, 금속성 크롬(원자가(valence)가 제로(zero)임)이 도 5a와 도 5b에 도시된 바와 같이 부동태화 시간이 증가함에 따라서 점진적으로 하강하고 크롬 산화물은 증가한다는 것을 나타낸다. 그러나, 도 6 에 도시된 바와 같이, 60 분의 부동태화 이후에서 조차도 금속성 철은 중요한 종류로서 잔류한다. 비교예로서 전기 연마된 물질은 금속성 철을 거의 나타내지 아니하며, 이는 그것이 보다 나은 내부식성을 가질 것이라는 점을 의미한다.
부동태화에 대한 메카니즘은 제 1 단계로서 크롬의 점진적인 산화에 관련된 것으로 보인다. 일단 유리 크롬(free chromium)이 소모된다면, 철은 그것의 산화물을 형성하기 시작한다. 수용된 것으로서의 물질내에 우세하였던 분위기 형성 철 산화물은 고온의 질산내에서 급속하게 용해되며, 금속성 철은 최장 30 분까지 우세한 종류로 남아있는데, 여기에서 산화물의 양은 결국 금속성 철의 양을 초과하게 된다. 진정한 부동태화는 금속성의 원소가 모두 산화물로 변환될때까지 발생하지 않는 것으로 보인다. 기계적으로 연마된 물질에 대해서는 고온의 질산내에서 부동태화하는데 60 분을 넘게 될 것이다.
다음은 이러한 실험적인 작업으로부터 결론된 것이다.
1. 기계적으로 연마된 316L 유형의 표면 화학에서는 부동태화 하는 동안에 상당히 드라마틱한 변화가 발생한다. 규소, 니켈 및, 몰리브덴이 그런것처럼 철이 감소한다. 산소와 크롬은 모두 증가한다. Cr/Fe 비율은 부동태화 시간과 함께 증가한다.
2. 부동태화 메카니즘은 금속성 크롬이 3 가의 산화물로 산화됨으로써 제어될 수 있을 것으로 보인다. 크롬이 만족되고서야 비로소 철은 감지할 수 있을 정도의 3 가 산화물을 형성하기 시작한다.
3. 고온 질산내에서의 60 분 동안의 부동태화 이후에서조차, 명확한 금속성 철 피이크가 여전히 존재하며, 이는 부동태화가 더 발생할 수 있다는 점을 나타낸다.
제약 및, 반도체 산업과 같은 매우 제한된 분야를 제외하고, 전기 연마는 향상된 마무리를 제공하는 수단으로서 인식되지 않았다. 전기 연마는 크롬 도금에 필적하는 고광택 표면과 함께, 우연한 철의 오염으로부터 자유롭고, 극히 매끄러우며, 표면의 흠으로부터 자유로운 표면을 제조하는 수단으로서 인정된다. 또한, 전기 연마된 표면은 기계 연마된 표면에 비해 향상된 내부식성을 가진 것으로 인식된다.
전문화된 분석 장비의 출현으로, 표면에 무엇이 발생하고 있는지 정확하게 측정할 수 있었다. 오거 전자 분광술(AES)은 이러한 기술들중 최초의 것이었으며 단지 30 년전에 처음 소개되었다. 얼마 이후에, 이온화된 아르곤으로 하는 "스퍼터링"이 개발되었는데, 이것은 AES 가 표면으로부터의 거리의 함수로서 조성을 측정할 수 있게 하였다. 도 7 은 전기 연마된 표면의 전형적인 AES 깊이 프로파일을 나타낸다. AES 가 가진 주요 문제점은 원소들만이 보고되며, 그것의 분자 형태는 보 고되지 않는다는 것이다.
대략 같은 시기에 개발된 다른 매우 유용한 분석 기술은 에너지 분산 분광술(Energy Dispersive Spectroscopy:EDS)이다. 이것도 원소 분석 방법이며 강철내 함유물과 같은 작은 입자의 조성을 식별하는 마이크로프로브(microprobe)와 같은 주사 전자 현미경과 함께 사용될 수 있다.
X 레이 광전자 분석 또는 XPS 로서도 알려진, 보다 새로운 기술인 화학 분석용 전자 분광술(ESCA)은 전자 대신에 X 레이를 사용한다. 이러한 방법은 분자 종류의 식별에 장점을 가진다. XPS, AES 및, EDS 에 대하여 보고된 값들 사이에는 일부 차이점이 존재한다. 그에 대한 이유는 완전하게 이해되지 않지만, 분석 깊이, 점(spot)의 크기 및, 발생된 스펙트럼들 유형에서의 차이에 전체적으로 기인한다. 이러한 세가지 분석 기술의 비교는 표 7 에 나타나 있다.
표 7: 분석 기술의 비교
| 기술 | 오거 전자 분광술 (AES) | X 레이 광전자 분광술 (XPS) | 에너지 분산 분광술 (EDS) |
| 프로브 비임 | 전자 | X 레이 | 전자 |
| 디텍션 비임 | 오거 전자 | 광전자 | X 레이 |
| 원소 범위 | 3-92 | 2-92 | 5-92 |
| 디텍션 깊이 | 30Å | 30Å | 1㎛ |
| 디텍션 한계 | 1X10-3 | 1X10-4 | 1X10-5 |
| 정확도 | 30% | 30% | 10% |
| 조직의 식별? | 아니오 | 일부 | 아니오 |
| 화학적 상태 식별? | 일부 | 예 | 아니오 |
XPS 는 원소의 화학적 상태를 식별할 수 있고 깊이 프로파일을 휙득하도록 스퍼터링과 함께 사용될 수 있기 때문에, 내부식성을 향상시키는 표면 처리의 평가를 가능하게 한다. 이러한 이유로, XPS 는 주요한 평가 도구로서 사용되었다. 비교 의 주요 수단은 Cr/Fe 비율이었다. 흥미있는 다른 비율은 산화물 Cr2O3/Cr0:Fe
2O3/Fe0 의 비율을 포함하였다. 후자의 비율은 상이한 금속에 대한 상대적인 산화 비율을 따를 수 있게 하므로, 아마도 부동태화 기술을 서술하는데 있어서 최적일 것이다.
다른 실험적인 작업들이 내부식성을 향상시키는 수단으로서 전기 연마 및 부동태화를 시험하도록 수행되었다. 더욱이, 향상된 특성으로써 표면상에 원주 용접(orbital welding)하는 효과가 고려되었다.
위에서 설명되고 나타낸 바와 같이, 기계적으로 연마된 표면들은 매우 낮은 Cr/Fe 비율을 가진다. 이것은 표 8 에 나타난 데이타에 의해서 표시된다. 또한 위에서 설명되고 나타낸 바와 같이, "공기 부동태화"는 Cr/Fe 비율을 향상시키지 아니한다. 공기 부동태화된 표면을 부동태화 없이 사용하게 두는 것은 높은 순도의 물의 적용예에 있어서 "루징(rouging)"을 가속시킬 수 있다. 적절한 부동태화는 모든 경우에 있어서 Cr/Fe 비율을 현저하게 향상시키게 될 것이다.
표 8 : 다양한 연마 기술을 사용한 관의 Cr/Fe 비율의 비교
| 연마 방법 | Cr/Fe 비율 |
| 전기연마, 부동태화 없음 | 0.82 |
| 길이 방향 벨트, 부동태화 없음 | 0.28 |
| 로타리 스월, 부동태화 없음 | 0.33 |
전기 연마는 단순히 역전된 전기 도금이다. 그 과정은 직류 전기를 인가하는 동안에 농축된 황산 및, 인산의 용액을 튜브의 내부를 통해 펌핑하는 것을 포함한다. 금속은 튜브(애노드)로부터 용해되며, 금속들이 도금될 정도로 빠르게 금속을 용해하도록 용액의 화학적 성절이 평형화되지 않았다면 캐소드는 도금될 것이다. 산소가 튜브의 표면에서 유리되기 때문에, 결과적인 부동태 층은 높은 Cr2O3/Fe2
O3 비율을 가진다. 그 결과는 고광택과 함께 매우 매끄러운 표면이다. 그러한 과정에 대한 완전한 설명은 "전기 연마된 스테인레스 강 관의 제작" (제이. 씨. 베르베그, TPJ-관 및, 파이프 저널, 1998.9월/10월호)에 개시되어 있다.
정상적으로는, 표면 마무리가 프로필로미터(frofilometer)로써 측정되며, 정상적으로는 Ra 또는 평균 거칠기로써 표현된다. 그러나, 거칠기만으로는 표면의 진정한 특성을 설명하는데 충분하지 않다. 프로필로미터와 함께 주사 전자 현미경을 사용하는 것이 최고의 표면 분석이 된다.
통상적으로는 최대 10 마이크로인치(0.25마이크로미터) 또는 최대 15 마이크로인치(0.38마이크로미터)의 표면 거칠기인 전기 연마된 관을 산업적으로 이용하게 된다. 전기 연마되기 이전에 표면들이 어떻게 준비되었는가에 따라서, 이러한 두가지의 마무리를 휙득하는 방법에서 차이점이 존재한다. 일반적으로, 위에서 설명한 바와 같이, 두가지 방법의 기계적인 연마가 표면을 준비하는데 사용된다. 가장 매끄러운 표면에 대해서는 내부의 관 표면이 길이 방향의 벨트를 사용하여 연마된다. 이것은 제조상에서 야기된 결함의 깊이 아래에 있는 ID 표면으로부터 대부분의 금속을 제거한다. 전기 연마되었을때, 2 내지 5 마이크로인치(0.05 내지 0.12 마이크로미터)의 표면 마무리는 보기 드문것이 아니다. 기계적인 연마의 다른 방법은 스월 마무리(swirl finish)를 발생시키는 회전 플래퍼 휘일(flapper wheel)을 이용한다. 전기 연마되었을때, 8 내지 13 마이크로인치 (0.20 내지 0.33 마이크로미터) 범위의 표면 마무리가 달성된다. 스월 연마는 금속을 거의 제거하지 않고 "오염된(smeared)" 표면을 발생시키며, 따라서 표면의 흠이 거의 제거되지 않는다. 고도의 냉간 상태에서 작업되고 그리고 수소 어니일링된 밝은 표면은 동일한 표면 마무리를 초래하게 될 것이다. 양측 경우에 있어서 Cr/Fe 비율은 거의 같을 것이다.
위에서 설명된 실험적인 작업에 의해서 나타낸 바와 같이, 부동태화는 산소를 표면층에 도입하고 다른 원소를 용해시켜서, 크롬과 철을 두가지의 주요한 표면 금속으로서 남기는 효과를 가진다. 탄소와 산소는 모두 높은 농도로 존재한다. 일부 탄소 및, 산소는 폐색된 이산화탄소로부터의 것이다. 탄소는 전기 연마된 표면 보다는 기계 연마된 표면에서 보다 높게 나타난다.
지금까지의 조사로는 50℃ 및, 25℃ 에서 20 % 의 질산과, 50℃ 및, 25℃ 에서의 20% 질산 1 % 의 불화수소산을 포함하였다. 부동태화 시간은 용액과 온도에 따라서 변화하였다. 두개의 다른 부동태화 처리는 이후의 연구를 위해서 계획된 것이다.:10 % 구연산 +5% EDTA 와 5% 의 오르토인산.
부동태 층의 조성에 있어서 칼러 착색(color tinted)된 전기 연마 표면의 효과가 연구되었다. 골드 착색은 모든 Cr0 및, Fe0 를 3 가 산화물로 산화시키는 것으로 보이며 극히 높은 Cr/Fe 비율을 나타낸다. 칼러가 블루(blue)로로 변화될때, 철은 Fe2O3FeO 로도 표현되는 Fe3O4 를 형성하기 시작하며, 크롬 함량은 도 9 의 깊이 프로파일에서 보는 바와 같이 떨어진다.
최근의 부동태화 연구는 스월 연마된 표면, 스월 연마 + 전기 연마된 표면 및, 길이 방향 벨트 + 전기 연마된 표면들을 포함한다. 가장 큰 Cr/Fe 비율인 4.04 는 단지 고온의 질산에서 20 분 이후에 스월 연마로 달성되었으며, Cr/Fe 비율은 30 분 이후에 3.15 로 감소되었다. 표 9 는 다양한 부동태화 처리를 상이한 출발 물질에 대해서 비교한 것이다.
표 9: Cr/Fe 비율에 대한 다양한 부동태 처리의 효과
| 처리 | 부동태없음 | 50℃에서 20%HNO3 | 25℃에서 20%HNO3 | 50℃에서 20%HNO3+1% HF | 25℃에서 20%HNO3+1%HF | ||||||
| 0 분 | 20 분 | 30 분 | 10 분 | 30 분 | 5 분 | 10 분 | 20 분 | 5 분 | 10 분 | 30 분 | |
| 스월(만) | 0.33 | 4.04 | 3.15 | 2.95 | 2.09 | 2.59 | 1.52 | 1.15 | 2.58 | 2.45 | 1.58 |
| 스월+EP | 1.33 | 2.23 | 1.94 | 2.34 | 2.04 | 1.82 | 1.52 | 2.07 | 2.13 | 2.08 | 2.20 |
| 벨트+EP | 0.82 | 1.69 | 1.91 | 2.05 | 2.01 | 2.16 | 1.77 | 2.15 | 1.75 | 2,24 | 2.20 |
Cr/Fe 비율이 부동태화 시간이 연장됨에 따라 감소하는 각 경우에 있어서, 크롬 산화물에 대한 크롬 금속 및, 철 산화물에 대한 유리 철의 양이 증가한다. 이것은 표면층이 용해되고 있고, 그리고 기판이 적절한 Cr/Fe 균형을 다시 얻도록 하고 있다는 것을 의미한다. 이것은 불화 수소산의 사용으로써 논리적인데, 이는 그것이 크롬을 용이하게 공격하는 할로겐화 수소산이기 때문이다.
스월 연마된 316L 스테인레스 강 튜브의 원주 용접은 XPS 를 사용하여 분석되었다. 이러한 연구에서는 용접 비이드, 용접 비이드상의 슬래그 퇴적물 및, 열의 영향을 받은 영역에서의 흑색 산화물이 분석되었다. 데이타는 표 10 에 나타나있다.
표 10 :원주 용접 성분의 조성
| 원소 | Cr | Fe | Ni | Mo | Mn | Si | Al | Ca | Cr/Fe |
| 용접비드 | 4.3 | 37.8 | 0.8 | 0.3 | 4.6 | 0.5 | - | - | 0.11 |
| 슬래그점 | 1.9 | 5.3 | - | - | 2.0 | 4.0 | 1.4 | 12.9 | 0.36 |
| HAZ 산화물 | 16.2 | 3.0 | - | 0.1 | 21.5 | 2.7 | - | 0.3 | 5.40 |
| 베이스 금속 | 14.9 | 23.6 | - | 0.1 | 3.0 | 0.8 | - | 0.4 | 0.63 |
상기 결과는 부동태화되지 아니한 용접이 매우 낮은 Cr/Fe 비율을 가진다는 점을 나타낸다. 이상적으로는, Cr/Fe 비율이 합리적으로 양호한 내부식성을 가지도록 1.0 또는 그 이상이어야만 한다. 이러한 부위에는 XPS 를 사용한 깊이 프로파일이 이루어지지 않았지만, EDS 분석에 기초하여, 크롬의 함량이 깊이와 함께 증가하였다. 크롬은 샘플에 따라서 고도로 가변적이었으며, 아마도 전자 탐침이 델타 페라이트 또는 오스테나이트를 분석하는지의 여부에 따라서 가변적이었다. 그 결과는 다른 EDS 분석 작업과 일치하였는데, 여기에서 용접 표면은 항상 많은 망간과 적은 크롬을 나타내었다.
마찬가지로, 슬래그 얼룩(slag patch)도 다른 발견물과 일치한다. 슬래그는 용접 풀(pool)의 산화를 가능하게 하는 불완전 개스 범위 또는 강철내 함유물의 축적으로 보인다. 이러한 경우에, 슬래그 점은 강철내 함유물로부터 왔던 것으로 보이며 강철은 칼슘과 알루미늄으로 환원되었다.
열의 영향을 받은 영역에 걸친 흑색 산화물 부위는 분석이 이루어진 부위들 중에서 가장 높은 크롬 레벨과 가장 낮은 철을 가진다. 현장에서의 실제의 부식 실폐 사례들과 비교하면, 흑색 산화물은 손상되지 않은 상태로 유지되는 것으로 보이며, 흑색 산화물 아래에 발생하는 크레비스 부식과 함께 크레비스 형성자로서 작용 한다. 이것은 크롬이 많은 것이 이러한 흑색 산화물을 내부식성으로 만들며, 따라서 갈바니 부식이 표면을 산화물 아래에 부착시킬 수 있게 한다.
몇가지의 중요한 관찰은 기계 연마 표면, 전기 연마 표면, 부동태화된 표면 및, 원주 용접 표면 사이의 차이점을 나타내었다. 이들은 다음과 같다.
1. 기계 연마된 표면은 합금에서 나타나는 모든 요소들을 가지며, 대략 같은 비율로 가진다.
2. 전기 연마되고 부동태화된 표면들은 몰리브덴을 나타내지 않으며 니켈도 거의 나타내지 않는다. 비록 규소가 가변적이고 그리고 전기 연마된 표면들의 경우에 그 원자가 형태가 변화될 수 있을지라도, 실제로 중요한 단지 두개의 요소들은 크롬과 철이다.
3. 전기 연마된 표면은 부동태화된 표면보다 산소 침투의 깊이가 더 깊은 경향이 있다.
4. 적절한 시간동안 부동태화된 표면들은 보다 높은 표면 Cr/Fe 비율을 가지는 것으로 보이지만, 산소 침투의 깊이는 그러하지 않다.
5. Cr2O3/Cro 비율은 부동태화 과정을 제어하는 것으로 보인다.
6. Fe2O3/Feo
비율은 Cr/Fe 비율보다 부동태화에 대해서, 따라서 내부식성에 대해서 큰 영향을 줄 수 있다. Fe0
가 낮을수록 부동태 층은 보다 안정적이다.
7. 원주 용접은 크롬이 매우 적고 철이 많은 표면을 가진다. 망간도 마찬가 지로 상승한다.
8. 원주 용접의 열에 의해 영향을 받은 영역에 걸친 흑색 산화물은 크롬이 매우 많고, 철이 적으며, 그리고 일반적으로 현장에서 크레비스 부식과 연관된다.
9. 원주 용접 표면상에 이따금 나타나는 슬래그 퇴적물은 강철 또는 용접 풀의 산화물내 함유물로부터 발생된 저 용융 내화 성분들인 것으로 보인다.
이러한 관찰들은 부동태층이 실제로 본질에 있어서 결정체일 수 있다는 점을 의미한다. 가장 근접한 결정 형태는 아크롬산염 첨정석이며, 이것은 (Fe,Mg)O.(Cr,Fe)2O3 의 일반적인 조성을 가진다. 이러한 결정은 면심 입방 격자상에 배치된 산소 원자를 가지며 (다나(Dana) 등, 광물학의 교과서, 존 윌리& 선, 뉴욕, 1951), 따라서 오스테나이트계 스테인레스 강의 결정 격자와 맞는다. 또한, 결정의 조성 때문에, 부동태화되고 전기 연마된 물질의 표면층에서 특정 원소의 결여를 설명하게 되며, 부동태화 과정이 결정을 형성할 수 있게 하는데 산화 용액내에서 시간이 걸리는 이유를 제공한다. 철이 많은 표면은 적절한 결정을 형성하지 않게 되며, 따라서 화학적 안정성이 결여될 것이다.
원주 용접의 조성은 크롬이 적기 때문에, 그로부터 초래되는 표면 결정은 적철광(Fe2O3) 또는 자철광(Fe3O4)일 것이며, 이들은 모두 내부식성을 가지지 않는다. 따라서, 표면은 처음에 과도한 철을 용해시키도록 산으로 부동태화되어야 하며, 이후에 크롬이 우세한 원소가 될 수 있도록 해야한다.
열의 영향을 받은 영역에 걸친 흑색 산화물은 아크롬산염, FeCr2O4 또는 FeOCr2O3 의 일반적인 조성을 가진다. 조성은 상당한 변화를 가질 수 있지만, 모든 경우에 있어서 크롬이 매우 많다. 이것은 산화 매체내에 있는 결정체에 우수한 내부식성을 부여하며, 아마도 이것이 포괄하는 금속보다도 훨씬 우수할 것이다. 이것은 갈바니 부식(크레비스 부식)에 대한 조건에 이르게 되며, 용접하는 동안에 불량한 개스 범위를 가져왔던 시스템들에서 관찰되는 부식의 유형을 설명한다. 유일한 교정은 화학적으로 산화물을 용해시키는 것인데, 통상적으로 질산 + 불화수소산으로 이루어지며, 이것은 전체 시스템을 부동태화시켜야 한다. 그러나, 이러한 처리는 전기 연마된 표면을 파괴할 수 있다.
다음은 이러한 부가적인 실험 작업으로부터 결론되고 정립되었던 것이다.
1. 스테인레스 강 관의 내부는 사용 수명을 증가시키도록 조절될 수 있다. 두가지의 가장 통상적인 시스템은 전기 연마 및, 산 부동태화이다. 각 경우에 있어서, Cr/Fe 비율은 가장 좋은 내부식성을 달성하도록 1.0 에 도달하거나 초과할 필요가 있다.
2. 부동태층에서의 유리 철의 양은 층의 안정을 위해서 중요하다. 유리 철이 철 산화물을 초과한다면, 막은 안정적이지 않게 될 것이며, 이것은 사용중에 파괴에 이르게 될 수 있다.
3. 부동태화는 상대적으로 짧은 시간내에 최적의 Cr/Fe 비율에 도달하게 되며, 이후에는 자체를 역전시키는 것으로 보인다.
4. 부동태층의 일부 특성은 그것이 결정질일 수 있으며, 아크롬산염 첨정석의 특성을 취한다는 것을 시사한다.
5. 원주 용접 표면에는 철과 망간이 많지만, 크롬이 매우 적으며, 이것은 용접 표면이 내부식성에 있어서 불량하다는 점을 시사한다.
6. 열의 영향을 받은 용접 영역을 포괄할 수 있는 흑색 산화물은 크롬이 매우 많고 철이 적다. 이것은 산화물이 아크롬산염이어서 매우 양호한 내부식성을 가진다는 것을 시사한다.
7. 때때로 용접 표면상에 나타나는 슬래그 점은 강철로부터의 축적 함유물이다. 불량한 개스 범위의 조건하에서 이러한 슬래그 점은 용융된 용접 풀 내부의 규소, 철 및, 크롬의 산화일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예들이 본원에 개시된 발명의 명세서 및, 실시로부터 당업자들에 명백하게 될 것이다. 본 발명의 진정한 범위 및, 사상들은 다음의 청구 범위에 의해서 한정되는 것과 함께, 본 발명의 명세서 및, 예들은 단지 모범적인 예로서만 간주될 것으로 의도된다.
본 발명의 따른 스테인레스 강철 제품은 내부식성이 우수하며, 관의 표면 처리에 이용될 수 있다.
Claims (20)
- 부동태화된 표면층을 가지는 오스테나이트계 스테인레스 스틸 제품으로서, 상기 부동태화된 표면층은 Cr2O3 및, Fe2O3 를 가지는 산화물 성분과, 원자가(valence)가 제로(zero)인 Fe 및, 원자가(valence)가 제로(zero)인 Cr 을 가지는 금속 성분으로 구성되고, 금속 성분의 중량 퍼센트에 대한 산화물 성분의 중량 퍼센트의 비율은 8:1 을 초과하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스 스틸 제품.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 오스테나이트계 스테인레스 스틸은 AISI 유형 316 인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스 스틸 제품.
- 제 1 항에 있어서,상기 부동태화된 표면층의 노출 표면은 적어도 1:1 인, 전체적인 Cr 중량 퍼센트:Fe 중량 퍼센트의 비율을 가지는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스 스틸 제품.
- 제 1 항에 있어서,상기 부동태화된 표면층은 최대 산소 농도의 깊이에서 적어도 1.5 :1 인, 전체적인 Cr 중량 퍼센트:Fe 중량 퍼센트의 비율을 가지는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스 스틸 제품.
- 오스테나이트계 스테인레스 스틸 관 제품의 전기 연마된(electro-polished) 내부 표면상에 부동태화된 내부 표면층을 가진 스테인레스 스틸 관으로서, 상기 부동태화된 표면층은 Fe2O3 및, Cr2O3 를 가지는 산화물 성분과, 원자가(valence)가 제로(zero)인 Fe 및, 원자가가 제로인 Cr 을 가지는 금속 성분으로 구성되며, 금속 성분의 중량 퍼센트에 대한 산화물 성분의 중량 퍼센트의 비율은 8:1 을 초과하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스 스틸 관.
- 삭제
- 제 6 항에 있어서,상기 오스테나이트계 스테인레스 스틸은 AISI 유형 316L 인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스 스틸 관.
- 오스테나이트계 스테인레스 스틸 제품의 기계적으로 연마된 표면상에 부동태화된 표면층을 가진 오스테나이트계 스테인레스 스틸 제품으로서, 상기 부동태화된 표면층은 Fe2O3 및, Cr2O3 를 가지는 산화물 성분과, 원자가(valence)가 제로(zero)인 Fe 및, 원자가가 제로인 Cr 을 가지는 금속 성분으로 구성되며, 금속 성분의 중량 퍼센트에 대한 산화물 성분의 중량 퍼센트의 비율은 8:1 을 초과하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스 스틸 제품.
- 삭제
- 제 9 항에 있어서,상기 오스테나이트계 스테인레스 스틸은 AISI 유형 316 인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스 스틸 제품.
- 제 9 항에 있어서,상기 부동태화된 표면층의 노출 표면은 적어도 1:1 인, 전체적인 Cr 중량 퍼센트:Fe 중량 퍼센트의 비율을 가지는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스 스틸 제품.
- 제 9 항에 있어서,상기 부동태화된 표면층은 최대 산소 농도의 깊이에서 적어도 1.5 :1 인, 전체적인 Cr 중량 퍼센트:Fe 중량 퍼센트의 비율을 가지는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스 스틸 제품.
- 제 6 항에 있어서,상기 부동태화된 표면층의 노출 표면은 적어도 1 :1 인, 전체적인 Cr 중량 퍼센트:Fe 중량 퍼센트의 비율을 가지는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스 스틸 관.
- 제 6 항에 있어서,상기 부동태화된 표면층은 최대 산소 농도의 깊이에서 적어도 1.5:1 인, 전체적인 Cr 중량 퍼센트:Fe 중량 퍼센트의 비율을 가지는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스 스틸 관.
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- 삭제
- 제 16 항에 있어서,상기 스테인레스 스틸은 AISI 유형 316 인 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스 스틸 관.
- 제 16 항에 있어서,상기 부동태화된 표면층의 노출 표면은 적어도 1:1 인, 전체적인 Cr 중량 퍼센트:Fe 중량 퍼센트의 비율을 가지는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스 스틸 관.
- 제 16 항에 있어서,상기 부동태화된 표면층은 최대 산소 농도의 깊이에서 적어도 1.5 :1 인, 전체적인 Cr 중량 퍼센트:Fe 중량 퍼센트의 비율을 가지는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스 스틸 관.
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