KR101115713B1

KR101115713B1 - 페라이트계 스테인리스강의 무소둔용 산세방법

Info

Publication number: KR101115713B1
Application number: KR1020040087570A
Authority: KR
Inventors: 류승기; 조대경
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2004-10-30
Filing date: 2004-10-30
Publication date: 2012-03-06
Also published as: KR20060038500A

Abstract

본 발명은 열간압연되고 소둔처리되지 않은 페라이트계 스테인레스 열연 스트립의 표면에 생성된 스케일을 제거하기 위한 산세방법에 관한 것으로서, 상기 열연 스트립을 초음파가 인가되고 있는 산세탱크의 염산용액에 통과시키고, 상기 염산용액에는 산화 촉진제가 포함되어 있는 것을 특징으로 하므로, 산세용액에 초음파를 부여함으로써 스테인리스강의 라인 속도를 약 100mpm 정도로 유지할 수 있고 또한 스테인리스강에 대한 산세효율을 향상시킬 수 있다.

초음파, 캐비테이션 효과, 진동소자

Description

페라이트계 스테인리스강의 무소둔용 산세방법{Method for pickling ferritic stainless steel without annealing}

도 1은 종래 일반강과 스테인리스강 겸용 산세장치가 설치되어 있는 냉연라인을 도시한 개략도;

도 2는 본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스강 산세장치가 설치되어 있는 냉연라인을 도시한 개략도;

도 3은 본 발명에 따른 산세장치의 초음파 발생부를 나타낸 도면;

도 4는 본 발명에 따른 산세장치의 일실시예를 나타낸 도면;

도 5는 산세시간에 따른 산세성을 비교하여 나타낸 사진;

도 6은 용액온도에 따른 산세성을 비교하여 나타낸 사진;

도 7은 용액농도에 따른 산세성을 비교하여 나타낸 사진;

도 8은 Fe³⁺에 따른 백색도를 비교하여 나타낸 사진;

도 9는 용존금속이온농도에 따른 산세성을 비교하여 나타낸 사진;

도 10은 산세전처리에 따른 산세시간에 따른 산세성을 비교하여 나타낸 사진;

도 11은 산세용액의 교반조건에 따른 산세성을 비교하여 나타낸 사진.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

20 : 산세전 처리장치

30 : 산세탱크

32 : 용액저장부

34 : 초음파 발생부

본 발명은 일반강과 스테인레스강을 겸용으로 산세처리하는 산세방법에 관한 것이고, 더 상세하게 열간압연되고 소둔처리되지 않은 스테인레스강의 산세속도를 100mpm 정도로 향상시키고 산세효율을 향상시킬 수 있는 페라이트계 스테인리스강의 무소둔용 산세방법에 관한 것이다.

일반적으로, 스테인리스강은 화학성분에 따라서 Fe-Cr 주성분의 페라이트계와 Fe-Cr-Ni 주성분의 300계로 분류될 수 있다. 이러한 스테인레스강은 일반강보다 원료가격 변동에 대한 의존성이 크므로, 시장변화에 더 능동적으로 대처하여 원가부담을 절감시키는 방안이 요구되고 있다. 예를 들어, 최근 Ni 가격의 상승에 대한 대처방안에 있어서, 300계 스테인리스강보다 Ni 가격변동에 상대적으로 민감하지 않은 페라이트계 스테인레스강의 생산량을 증가시키고 있다.

특히, 이러한 페라이트계 스테인리스강에 있어서, 409L계 스테인리스강은 주로 자동차 배기계용도로 사용되고 있으므로 요구되는 표면품질 수준이 상대적으로 높지 않아 일반강 용도의 냉간압연기로 사용되는 TCM(Tandem Cold Mill; 연속압연라인)을 통하여 고속으로 생산될 수 있다.

현재, 409L 스테인리스강의 생산공정은 크게 열연라인에서의 열간압연공정과, 소둔산세라인에서의 산세공정과, 냉연라인에서의 냉간압연공정으로 이루어지고 있다. 결과적으로, 냉연제품을 생산하기 위하여 3개의 공정을 거쳐야만 하므로 최종제품까지의 생산시간이 소요되고, 또한 개별적인 공정에서 코일을 감고 푸는 과정에서 표면결함이 발생할 확률이 높다는 문제점을 수반하게 된다.

따라서, 공정시간의 단축을 위하여, 열연라인에서의 열간압연공정 후에 소둔산세라인을 거치지 않고 산세와 냉간압연을 연속으로 실시하는 연속공정이 개발되었다. 예를 들어, 미국에 소재하는 AK Steel 회사에서는 일반강 산세라인에서 일반강과 스테인리스강을 겸용으로 산세한 후에 냉간압연을 실시하는 연속공정을 실제로 사용하고 있으며, 이러한 연속공정은 도 1에 개략적으로 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 열연라인에서 열간압연되어 생산된 열연코일(1)에서 권취해제된 열연 스트립(1a)은 용접기(11)와, 텐션 레벨러(13)를 경유한 후 산세탱크(15)에서 산세처리된다. 잔존하는 산세용액이 세척탱크(17)을 통과하는 동안 제거된 열연 스트립(1a)이 냉간압연기(19)에서 냉간압연된 후 권취기(3)에서 냉연코일로 권취된다.

상술된 연속공정에 있어서, 산세라인은 텐션 레벨러(13)와, 산세탱크(15)와 세척탱크(17)로 구성되어 있다. 텐션 레벨러(13)는 산세전 스케일에 기계적 비틀림을 주기위한 설비로서 일반강에는 산세전처리 효과가 있으나 스테인리스강에는 산세전처리 효과를 나타내지 못하고 있다.

또한, 산세탱크(15)는 일반강 용도에 적합한 6~18%의 HCl을 산세용액으로 사용하고 있으므로, 황산 + 질산/불산의 혼합산을 산세용액으로 사용하는 스테인리스강에 대한 산세효율이 저하되는 문제점이 있다.

그리고, 상술된 일반강 용도의 연속공정에서 스테인리스강을 산세처리하는 경우에, 스테인리스강에 대한 산세효율을 향상시키기 위해서는 예를 들어, 라인 속도(line speed)는 약 30mpm 미만으로 유지하여야 하였다. 이는 상기 연속공정에서 일반강의 라인속도가 약 100mpm 정도임에 비하여 상대적으로 스테인리스강의 생산효율이 저하됨을 의미한다.

또한, 산세용액을 스테인리스강에 적합한 용액으로 변경하는 경우에는 일반강에 대한 산세효율이 저하되는 문제점이 있다.

이외에도, 페라이트계 스테인리스강은 300계 스테인리스강에 비하여 상대적으로 산세성이 열위하므로, 페라이트계 스테인리스강의 생산량이 급속하게 증가하면 산세공정에서의 산세품질이 상대적으로 저하되는 문제점을 수반하게 되었다.

본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 페라이트계 스테인리스강의 경쟁력 확보를 위하여 열연강판에 대한 소둔공정을 생략하면서 일 반강 용도의 냉연라인에서 산세 및 냉간압연을 실시하는 경우에 스테인리스강의 라인 속도를 약 100mpm 정도로 유지될 수 있고 또한 스테인리스강에 대한 산세효율을 향상시킬 수 있도록 개선된 일반강과 스테인리스강 겸용의 페라이트계 스테인리스강의 무소둔용 산세방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 열간압연되고 소둔처리되지 않은 페라이트계 스테인레스 열연 스트립의 표면에 생성된 스케일을 제거하기 위한 산세방법은 상기 열연 스트립을 초음파가 인가되고 있는 산세탱크의 염산용액에 통과시키고, 상기 염산용액에는 산화 촉진제가 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스강 무소둔용 산세장치는 산세전 처리장치(20)와, 산세탱크(30)를 포함한다. 산세전 처리장치(20)는 열연강판 스트립(1a)의 표면에 생성된 스케일을 파괴하기 위한 장치로서, 텐션 레벨러, 숏 블라스터(short blaster), 스킨 패스롤 중에서 선택되는 적어도 하나의 기구를 의미한다. 열연강판 스트립(1a)은 열연라인에서 열간압연된 후에 소둔처리되지 않은 무소둔 강판을 의미한다.

산세탱크(30)는 산세용액이 저장되어 있는 용액저장부(32)와, 용액저장부 (32)에 초음파를 발생시키는 초음파 발생부(34)로 이루어진다. 바람직하게, 용액저장부(32)와 초음파 발생부(34)의 사이에는 수밀형 격벽(36)이 제공되어, 용액저장부(32)의 산세용액이 초음파 발생부(34)로 유입되는 것을 차단한다.

초음파 발생부(34)에는 용액저장부(32)의 산세용액에 초음파를 인가하는 복수개의 진동소자(34-1)가 제공되어 있으며, 바람직하게, 진동소자(34-1)들은 하기에 설명되는 바와 같이 초음파에 의한 캐비테이션(Cavitation) 효과를 향상시키기 위하여 매트릭스 방식으로 설치된다. 진동소자(34-1)에는 전류를 공급하여 초음파를 유도하는 발진장치(34-2)가 연결된다.

따라서, 발진장치(34-2)에 의해서 진동소자(34-1)가 진동하면, 용액저장부(32)의 산세용액에 초음파가 인가된다. 결과적으로, 진동소자(34-1)로부터 인가되는 초음파의 음압효과와 캐비테이션 효과 뿐만 아니라 산세용액의 산세효과가 서로 상승작용하여 열연강판 스트립(1a)의 표면에 잔류하는 스케일을 효과적으로 제거하게 된다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이 산세탱크(30)가 복수개의 소형탱크(30a, 30b, 30c)로 구성되어 있는 경우에, 초음파 발생부(34a)는 산세용액의 산농도가 가장 낮은 제1소형탱크(30a) 즉, 열연강판 스트립의 진행방향에서 전방에 위치하는 제1소형탱크(30a)의 하부에 제공된다. 예를 들어, 신규의 염산용액이 제3소형탱크(30c)에 보충됨에 따라서 인접하는 소형탱크(30a, 30b, 30c)들 사이에서 산세용액은 스트립(1a)의 진행방향의 반대방향으로 오버플로우된다. 즉, 결과적으로, 소형탱크(30a, 30b, 30c)들에서 염산용액의 산농도는 각 각 약 4~6%, 13 ~ 15% 및 16 ~ 18%이다. 그리고 소형탱크(30a, 30b, 30c) 각각에서 금속이온농도는 약 120g/l, 약 40g/l 및 약 10g/l이다.

이때, 약 6% 이하의 낮은 산농도가 유지되어 있는 제1소형탱크(30a)에 본 발명에 따른 초음파 발생부를 설치함으로써, 염산용액에 인가되는 초음파에 의해서 열연 스트립의 표면에 생성된 스케일에 균열부위를 형성하고, 이러한 스케일의 균열부위를 통해서 저농도의 염산용액이 침투하여 스트립의 표면에 대한 손상없이 스케일에 대한 산세효과를 향상시킨다. 또한, 후속 소형탱크(30b, 30c)에서의 염산용액은 상대적으로 높은 산농도를 갖고 있으므로 스케일에 대한 산세효과를 향상시킬 수 있다.

[실시예]

열연라인에서 열간압연되고 소둔처리되지 않은 무소둔의 블랙코일을 50mm x 50mm의 크기로 절단하여 페라이트계 조성의 시편들을 준비한다. 상기 시편들은 초음파가 인가되는 산세탱크의 염산용액에 침적시켰다.

이때, 도 5는 염산농도가 140g/l이고, 금속농도가 40g/l이며, 온도가 85℃인 산세조건을 갖는 염산용액에서 산세시간에 따른 시편의 산세성을 나타내는 사진들이다. 이로부터, 산세시간이 증가함에 따라 산세성이 향상됨을 알 수 있다.

도 6은 염산농도가 140g/l이고, 금속농도가 40g/l인 염산용액에 60초 동안 시편들을 침지시켰을 때 용액온도에 따른 시편의 산세성을 나타내는 사진들이다. 이로부터, 용액온도가 올라감에 따라 산세성이 향상됨을 알 수 있다.

도 7은 산세시간 40초, 용액온도 85℃인 산세조건에서 용액농도에 따른 시편의 산세성을 나타내는 사진들이다. 이로부터, 산농도가 증가함에 따라 시편의 산세성이 향상됨을 알 수 있다.

또한, 스테인리스강의 산세효과를 향상시키기 위하여, 염산용액에 산화 촉진제를 첨가한다. 산화 촉진제는 Fe³⁺이온을 방출할 수 있는 성분, 예를 들어 FeCl₃를 사용하였다. Fe³⁺의 첨가에 따른 백색도를 나타내는 도 8을 참조하면, 염산농도에 거의 무관하게 Fe³⁺의 농도가 20g/l로 증가함에 따라 산세성이 증가함을 알 수 있다.

도 9는 염산농도 100g/l, 용액온도 85℃, 산세시간 60초의 산세조건에서 용존금속이온농도에 따른 시편의 산세성을 나타내는 사진들이다. 이로부터, 용존금속이온농도가 증가함에 따라 산세성이 급격하게 감소됨을 알 수 있다.

상술된 산세성의 결과로부터, 산세탱크에서의 산세조건은 용액온도는 80℃ ~ 90℃이고, 염산농도는 5~7%이고, 용존금속이온농도는 100g/l의 염산농도 대비 40g/l 이하임을 알 수 있다. 또한, 산화 촉진제는 20g/l 이상이 바람직함을 알 수 있다.

그리고, 블랙코일을 산세전처리한 후에 염산용액에서의 산세성을 평가하였다. 도 10을 참조하면, 열간압연되고 소둔처리되지 않은 블랙코일의 열연 스트립을 염산용액에서 산세처리하기 전에 숏 블라스팅, 2% 스킨 패스 및 5% 스킨 패스에 의한 산세전처리를 실시하였다. 숏 블라스팅과 2% 스킨 패스에 의해서 양호한 산세성이 나타난 반면에 5% 스킨 패스에 의해서는 산세성이 떨어짐을 알 수 있다. 이는 압하량이 크면 스케일에 크랙을 발생시킴과 동시에 스트립 표면에 스케일이 압입되기 때문이다.

이에 부가하여, 염산용액에서 시편을 산세처리하였을 때, 염산용액에서의 교반여부에 따른 산세성을 평가하였다. 즉, 도 11을 참조하면, 숏 블라스터에 의해서 산세전처리된 블랙코일의 열연 스트립을 85℃의 온도에 유지된 염산용액에 100mpm의 라인 속도로 통과시켰을 때, 교반작용이 없는 염산용액에서는 스케일이 잔존한 반면에 교반되고 있는 염산용액에서는 스케일이 제거되었음을 알 수 있었다. 또한, 염산용액에 20g/l의 Fe³⁺가 첨가된 경우에는 산세성이 향상되었음을 알 수 있었다.

상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

본 발명은 열연강판에 대한 소둔공정을 생략하면서 일반강 용도의 냉연라인에서 산세 및 냉간압연을 실시하는 경우에 산세용액에 초음파를 부여하고 염산용액 에서의 산세조건을 구체화시킴으로써 스테인리스강의 라인 속도를 약 100mpm 정도로 유지할 수 있고 또한 스테인리스강에 대한 산세효율을 향상시킬 수 있다.

Claims

열간압연되고 소둔처리되지 않은 페라이트계 스테인레스 열연 스트립의 표면에 생성된 스케일을 제거하기 위한 산세방법에 있어서,

상기 열연 스트립을 초음파가 인가되고 있는 산세탱크의 염산용액에 통과시키고, 상기 염산용액에는 산화 촉진제가 포함되어 있으며,

상기 산세탱크는 80℃ ~ 90℃의 용액온도, 5~7%의 산농도, 100g/l의 염산농도 대비 40g/l 이하의 금속농도의 산세조건으로 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강의 무소둔용 산세방법.
삭제
제1항에 있어서,

상기 산세탱크의 염산용액에는 20g/l 이상의 Fe³⁺가 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강의 무소둔용 산세방법.