KR101257178B1 - 오스테나이트 결정립 관찰용 부식액 및 이를 이용한 시편의 부식 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오스테나이트 결정립 관찰용 부식액 및 이를 이용한 시편의 부식 방법에 관한 것으로, 피크린산(Picric Acid) 포화 수용액 : 57.5 ~ 61.9 부피%, 염화구리(Copper Chloride): 0.1 ~ 0.5 부피% 및 계면활성제(Wetting Agent) : 38 ~ 42 부피%로 이루어지는 제1부식액을 제공하며, 상기 제1부식액에 20 ~ 30초 동안 시편을 침적하는 단계와, 상기 침적 단계를 1 ~ 3회 더 수행하여 시편 표면의 이물질을 제거하는 제1부식 단계와, 상기 제1부식액 100부피부에 염산 0.01 ~ 0.05 부피부가 더 첨가된 제2부식액에 상기 이물질이 제거된 시편을 침적하는 제2부식 단계 및 상기 시편의 표면에 부식피막이 균일하게 형성된 시점에서 침적된 상기 시편을 꺼내고, 상기 시편을 세척하는 단계를 포함하는 부식 방법을 제공하는 발명에 관한 것이다.

Description

오스테나이트 결정립 관찰용 부식액 및 이를 이용한 시편의 부식 방법{ETCHING SOLUTION FOR EXPOSURE OF AUSTENITE GRAIN SIZE AND METHOD FOR EXPOSURE OF AUSTENITE GRAIN SIZE USING THEREOF}

본 발명은 철강 소재에 대한 부식액 및 이를 이용한 시편의 부식 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오스테나이트 결정립 관찰을 위한 부식액으로 피크린산(Picric Acid) 및 염화구리(Copper Chloride)를 포함하는 부식액을 이용함으로써, 부식 조건 수립 및 재현성을 확보할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.

철강 소재의 물성을 예측하거나 철강의 조직과 물성의 관계를 해석하기 위하여, 오스테나이트(Austenite) 결정립을 관찰하고 분석하는 과정이 필요하다.

이때, 오스테나이트 결정립은 철강 소재의 최종 상이 형성되기 전의 조직이다.

따라서 오스테나이트 결정립을 미리 관찰하면, 최종 상의 상태를 예측할 수 있다.

본 발명은 부식 방법을 수행하는데 있어서, 1차적으로 약산 베이스(Base)의 부식액을 이용한 후, 2차적으로 강산을 첨가한 부식액을 이용함으로써, 오스테나이트 결정립 관찰을 보다 용이하고 정확하게 수행할 수 있도록 하는 철강 소재의 표면 부식 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

아울러, 본 발명은 약산 베이스의 부식액으로 피크린산(Picric Acid) 및 염화구리(Copper Chloride)를 포함하는 부식액을 제공하며, 추가적으로 염산을 더 포함하는 부식액을 제공함으로써, 부식 조건 수립 및 재현성 확보를 유리하게 할 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트 결정립 관찰용 부식액은 피크린산(Picric Acid) 포화 수용액 : 57.5 ~ 61.9 부피%, 염화구리(Copper Chloride): 0.1 ~ 0.5 부피% 및 계면활성제(Wetting Agent) : 38 ~ 42 부피%로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명의 다른 실시예에 따른 오스테나이트 결정립 관찰용 부식액은 상기 부식액 100 부피부에 대하여 0.01 ~ 0.05 부피부의 염산을 더 포함할 수 있다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 오스테나이트 결정립 관찰용 시편의 부식 방법은 피크린산(Picric Acid) 포화 수용액 : 57.5 ~ 61.9 부피%, 염화구리(Copper Chloride): 0.1 ~ 0.5 부피% 및 계면활성제(Wetting Agent) : 38 ~ 42 부피%로 이루어지는 제1부식액에 오스테나이트 결정립 관찰의 대상이 되는 시편을 침적하여, 상기 시편의 표면에 존재하는 이물질을 제거하는 제1부식 단계와, 상기 제1부식액 100부피부에 염산 0.01 ~ 0.05 부피부가 더 첨가된 제2부식액에 상기 시편을 침적하되, 상기 제2부식액에 의하여 상기 시편의 표면에 형성되는 부식피막이 상기 시편의 표면 전체에 형성될 때까지 수행하는 제2부식 단계 및 세척을 통하여 상기 시편에 형성된 상기 부식피막을 제거하는 세척 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 오스테나이트 결정립 관찰용 시편을 제조하기 위하여, 1차적으로 피크린산과 염화구리를 포함하는 약산 베이스의 부식액을 이용하여 대상 시편을 초기 부식시킨 후, 2차적으로 강산을 더 첨가한 부식액을 이용하여 나머지 부식을 실시한다. 따라서, 부식 초기의 급격한 부식 반응에 의한 결정립 손상을 방지할 수 있으며, 전체적인 부식반응 시간 및 에칭 정도를 쉽게 제어할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 오스테나이트 결정립 관찰용 부식액 및 시편을 부식 하는 방법을 이용할 경우 오스테나이트 결정립 관찰을 보다 용이하고 정확하게 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 비교예에 따른 오스테나이트 결정립 관찰 결과를 나타낸 시편 사진이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오스테나이트 결정립 관찰 결과를 나타낸 시편 사진이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오스테나이트 결정립 관찰용 부식액 및 오스테나이트 결정립 관찰용 시편의 부식 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 발명에서 '결정립 관찰'이라 함은 금속 재료에서 현미경적인 크기의 결정 입자(Grain)들을 관찰하는 것을 의미하며, '결정입도 관찰'이라 표현될 수도 있다.

본 발명은 피크린산 수용액, 염화구리 및 계면 활성제의 첨가량을 최적화함에 의하여, 탄소함유량 및 강종에 관계없이 적용될 수 있으며 짧은 시간 내에 오스테나이트 결정립을 현출할 수 있는 부식액을 제공한다.

그 일례로, 본 발명에 따른 오스테나이트 결정립 관찰용 부식액은 피크린산(Picric Acid) 포화 수용액 : 57.5 ~ 61.9 부피%, 염화구리(Copper Chloride): 0.1 ~ 0.5 부피% 및 계면활성제(Wetting Agent) : 38 ~ 42 부피%로 이루어지는 제1부식액과, 제1부식액 100 부피부에 대하여 0.01 ~ 0.05 부피부의 염산을 더 포함한 제2부식액을 제공한다.

먼저 제1부식액에 적용되는 수용액의 농도 및 첨가량의 제한이유를 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에서 피크린산(Picric acid) 수용액은 강의 표면에 전면부식을 일으키는데 유효한 성분으로, 상기 피크린산 수용액의 농도가 포화상태이어야 한다.

피크린산 수용액의 농도가 불포화상태이거나, 피크린산 수용액의 첨가량이 부식액 전체 부피의 57.5 부피% 미만이면 전면부식이 발생되지 않는다. 반대로, 피크린산 수용액의 농도가 과포화상태이거나 첨가량이 61.9 부피%를 초과하면 전면부식이 지나치게 수행되어 결정립이 명확하게 나타나지 않는 문제가 있다.

따라서, 상기 피크린산 수용액의 농도는 포화상태의 것을 사용하되, 첨가량은 57.5 ~ 61.9 부피%로 제한하는 것이 바람직하다.

다음으로, 염화구리(Copper chloride)는 오스테나이트의 결정립을 현출시키는데 유효한 본 발명의 가장 핵심이 되는 성분이다. 구리 성분이 오스테나이트 결정립에 착색되어 관찰이 용이해진다.

따라서, 염화구리의 첨가량이 0.1 부피% 미만일 경우 착색효과가 거의 나타나지 않고, 염화구리의 첨가량이 0.5 부피%를 초과할 경우에는 착색이 너무 과도하게 되어 결정립의 경계나 뚜렷하게 나타나지 않고 관찰이 어려워지는 문제가 있다.

그 다음으로, 계면활성제는 염화구리에 의해서 강의 표면이 과부식되는 현상을 억제시키면서 오스테나이트 결정립 관찰을 용이하게 하는 역할을 한다.

이러한 계면활성제로는 농도 40 ~ 50%의 도데실벤젠 설폰 산 나트륨염(C₁₂H₂₅C₆H₄SO₃Na) 수용액을 사용할 수 있다.

여기서, 농도 40 ~ 50%란 도데실벤젠 설폰 산 나트륨염(C₁₂H₂₅C₆H₄SO₃Na) 용액을 물에 40 ~ 50중량%의 비율로 혼합한 것을 의미한다.

이때, 도데실벤젠 설폰 산 나트륨염 수용액의 농도가 40% 미만일 경우에는 계면활성제로서의 특성이 완전하게 나타나지 않는다. 반대로, 도데실벤젠 설폰 산 나트륨염 수용액의 농도가 50%를 초과할 경우에는 부식 정도를 제어하기 힘들어 결정립 관찰이 용이하지 않을 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 계면활성제의 첨가량이 38 부피% 미만이면 그 첨가 효과가 불충분할 수 있다. 반대로, 계면활성제의 첨가량이 42 부피%를 초과하면 부식을 제어하기가 힘든 문제가 있다.

이상에서 설명한 피크린산 수용액, 염화구리 및 도데실벤젠 설폰 산 나트륨염을 이용하여 제1부식액을 제조한 후에, 2차적으로 강산을 첨가한 제2부식액을 이용함으로써, 오스테나이트 결정립 관찰을 보다 용이하고 정확하게 수행할 수 있도록 한다.

이때, 제2부식액에 사용되는 강산은 염산을 이용할 수 있다. 상기 강산은 제1부식액 100부피부에 대하여, 0.01 ~ 0.05 부피부로 첨가되는 것이 바람직하다. 강산의 첨가량이 0.01 부피부 미만일 경우에는 제2부식액 사용에 대한 효과를 얻을 수 없다. 반대로, 강산의 첨가량이 0.05 부피부를 초과할 경우에는 강표면의 부식이 과도하게 수행되어 오스테나이트 결정립 관찰이 어려워 질 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에서 약산 베이스 기반인 제1부식액을 1차적으로 사용한 이유는 초반 부식 반응을 효율적으로 제어하도록 하기 위함이다.

강산의 경우 부식의 정도를 제어하기 힘들다. 이는 표면 반응이 급격히 일어나기 때문이다. 이러한 경우 오스테나이트 결정립계뿐만 아니라 페라이트, 펠라이트 등의 소재의 현재 조직의 결정립계 까지 강하게 부식되어 원하는 부분을 관찰하기 어려울 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 초반 부식 반응의 시간 및 에칭정도를 용이하게 조절하기 위해서 상기와 같은 제1부식액을 사용한 것이다.

그리고, 2차적으로 제2부식액을 사용함으로써, 1차 용액에 의해 선택적으로 부식된 오스테나이트 결정립이 보다 명확하게 나타나도록 한다. 이때, 제1부식액을 사용하지 않고 제2부식액만 사용하여도 결정립이 관찰될 수는 있으나, 하기 도 2에 나타난 것과 같이 명확한 결과를 얻을 수 없었다.

이하, 본 발명에 따른 제1 및 제2 부식액들을 이용한 오스테나이트 결정립 관찰용 시편의 부식 방법에 대하여 살펴본다.

본 발명에 따른 오스테나이트 결정립 관찰용 시편의 제조 방법은 제1부식 단계, 제2부식 단계 및 세척 단계를 포함한다.

제1부식 단계에서는 제1부식액에 오스테나이트 결정립 관찰의 대상이 되는 시편을 침적하여, 상기 시편의 표면을 초기 부식시킨다. 이 과정에서 시편의 표면에 존재하는 이물질이 제거될 수 있다.

제1부식액은 전술한 바와 같이, 피크린산 포화 수용액 : 57.5 ~ 61.9 부피%, 염화구리: 0.1 ~ 0.5 부피% 및 농도 40 ~ 50%의 도데실벤젠 설폰 산 나트륨염 : 38 ~ 42 부피%로 이루어진 것을 이용할 수 있다.

이와 같이 약산 베이스 부식액으로 시편 표면을 초기 부식시킴으로써 이물질을 제거하고, 아울러 급격한 부식 반응을 방지하여 부식시간 및 부식정도를 쉽게 제어할 수 있다.

상기 제1부식액을 75 ~ 80℃로 가열한 상태에서 20 ~ 30초 동안 시편을 침적한다.

이때, 제1부식액을 이용한 총 침적 과정의 온도가 75℃ 미만이거나, 침적 시간이 20초 미만으로 수행될 경우에는 부식 반응이나 표면 착색이 완전하게 이루어지지 않아서 오스테나이트 결정립 관찰이 용이하지 않을 수 있다.

반대로, 온도가 80℃ 초과이거나, 침적시간이 30초를 초과할 경우에는 부식 반응이 과도하게 수행되어 오스테나이트 결정립 관찰이 어려워질 수 있다.

여기서, 전술한 바와 같이 제1부식액을 이용하는 것을 초기 시편의 표면 상태를 미세하게 조절하는 것이므로, 주기적으로 현미경을 이용하여 시편의 표면을 모니터링하면서, 상기 침적 과정을 1 ~ 3회 더 수행하는 것이 바람직하다.

따라서 총 침적 과정이 2회 미만으로 수행 될 경우에는 오스테나이트 결정립이 명확하게 나타나지 않을 수 있으며, 총 침적 과정이 4회를 초과할 경우에는 부식 반응이 과도하게 수행되어 오스테나이트 결정립이 손상되고 관찰이 어려워질 수 있다.

그 다음으로, 본 발명에서는 오스테나이트 결정립 상태를 보다 명확하게 현출하기 위해서 상기 제1부식액 100부피부에 염산 0.01 ~ 0.05 부피부가 더 첨가된 제2부식액을 제조하고, 여기에 상기 제1부식액에 대한 초기 1차 부식이 완료된 시편을 다시 2차 부식시키는 방법을 사용한다.

이때, 제2부식액도 75 ~ 80℃를 유지하도록 하고, 시간은 시편의 표면에 이물질 막이 균일하게 형성된 시점까지 수행한다.

제2부식액의 온도가 75℃ 미만일 경우에는 균일한 이물질막 형성이 어렵고, 제2부식액의 온도가 80℃를 초과할 경우에는 과부식이 이루어져 결정립 관찰이 어려워진다.

여기서 '이물질 막이 균일하게 형성되는 시점'이라 함은 시편 표면의 금속성 광택이 사라지고, 표면의 전면에 검은색의 부식피막이 생성되는 시점을 의미한다. 이는 시료마다 차이가 있기 때문에 특정된 시간을 정하기 어렵다.

다만, 다양한 시편들의 평균 시간을 측정해 본 결과 제2부식액을 이용한 침적 유지시간은 30초 ~ 1분이 적절하였으나 이에 제한되는 것은 아니다.

다음으로, 상기와 같이 2차 부식이 완료된 시편은 표면에 형성된 부식피막으로 인해서 오스테나이트 결정립 관찰이 어려우므로, 별도의 세척 공정을 수행하여, 상기 부식피막을 제거한다.

이때, 세척은 시편을 흐르는 물에 1차적으로 세척한 후에 알콜을 이용하여 2차 세척한 후 건조하는 방식으로 수행하는 것이 바람직하다.

여기서, 1차 및 2차 세척으로 수행하는 이유는 부식피막을 완전히 제거하지 못했을 경우 부식피막이 얼룩으로 잔류하여, 오스테나이트 결정립 관찰이 용이해지지 않을 수 있기 때문이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 시편을 부식하는 방법을 사용하면 보다 선명한 오스테나이트 결정립을 현출할 수 있다.

따라서 그 구체적 실시예를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 하기 표 1과 같은 피크린산 수용액, 염화구리, 도데실벤젠 설폰 산 나트륨염 수용액의 농도와 첨가량을 갖는 제1부식액에 30초씩 총3회에 걸쳐서 시편을 침적하였으며, 이때의 부식반응 및 표면변색 결과는 하기 표 1과 같다.

[표 1]

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 범위에 따른 실시예 1 및 2의 제1부식액은 선명한 오스테나이트 결정립을 현출하기에 적합한 것으로 나타났으며, 본 발명의 범위를 벗어난 비교예 1 ~ 5의 부식액은 결정립 현출에 적합하지 않은 것을 알 수 있다.

다음으로, 실시예 1 및 2에 염산을 첨가하여 제2부식액을 제조하되, 하기 표 2의 조건으로 수행하였다.

그리고, 각각의 경우에 있어서 오스테나이트 결정립 관찰을 수행하고, 관찰 정도에 따라서 ◎는 우수, ○는 양호, △는 미흡, ㅧ는 불량으로 하여 그 결과를 나타내었다.

[표 2]

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 제1부식액을 사용하더라도, 제2부식액을 잘 못 사용할 경우 보다 선명한 오스테나이트 결정립을 현출할 수 없었다.

도 1은 본 발명의 비교예에 따른 오스테나이트 결정립 관찰 결과를 나타낸 시편 사진이다.

도 1의 시편은 열처리가 된 API X50 강종을 사용하였으며, 상기 비교예 4에 따라서 피크린산(Picric Acid) 포화 수용액 57.5ml, 염화구리(Copper Chloride) 510mg(0.51ml) 및 농도 51%의 도데실벤젠 설폰 산 나트륨염 수용액 41.99ml를 혼합하여 제1부식액을 제조하였다.

다음으로, 제1부식액을 75 ~ 80℃로 가열한 상태에서 30초 동안 침적하는 단계를 3회에 걸쳐서 수행하였다.

그 다음으로, 제1부식액 100중량부에 염산을 0.01 중량부만큼 첨가한 제2부식액을 이용하여 최종 부식을 완료하고, 세척한 후에 시편의 단면에 대한 오스테나이트 결정립을 관찰하였다.

그 결과는 도시된 바와 같이 부식상태도 미흡하고, 염화구리 과다 첨가에 의한 과변색의 특성이 나타났으며, 표면 관찰이 어려운 상태가 되었음을 알 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 오스테나이트 결정립 관찰 결과를 나타낸 시편 사진이다.

도 2의 시편은 열처리가 된 API X50 강종을 사용하였으며, 피크린산(Picric Acid) 포화 수용액 60.0ml, 염화구리(Copper Chloride) 100mg(0.1ml) 및 도데실벤젠 설폰 산 나트륨염 용액 39.9ml를 혼합하여 제1부식액을 제조하였다.

다음으로, 제1부식액을 75 ~ 80℃로 가열한 상태에서 30초 동안 침적하는 단계를 3회에 걸쳐서 수행하였다.

그 다음으로, 제1부식액 100중량부에 염산을 0.01 중량부만큼 첨가한 제2부식액을 이용하여 최종 부식을 완료하고, 세척한 후에 시편의 단면에 대한 오스테나이트 결정립을 관찰하였다.

그 결과는 도시된 바와 같이, 선명하고 깨끗한 결정립 이미지를 얻을 수 있었으며, 명확한 오스테나이트 결정립 관찰 결과를 얻을 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 부식 방법을 수행하는데 있어서, 1차적으로 약산 베이스(Base)의 부식액을 이용한 후, 2차적으로 강산을 첨가한 부식액을 이용함으로써, 오스테나이트 결정립 관찰을 보다 용이하고 정확하게 수행할 수 있다.

아울러, 본 발명은 약산 베이스의 부식액으로 피크린산(Picric Acid) 및 염화구리(Copper Chloride)를 포함하는 부식액을 제공하며, 추가적으로 염산을 더 포함하는 부식액을 제공함으로써, 부식 조건 수립 및 재현성 확보를 유리하게 할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 피크린산(Picric Acid) 포화 수용액 : 57.5 ~ 61.9 부피%, 염화구리(Copper Chloride): 0.1 ~ 0.5 부피% 및 계면활성제(Wetting Agent) : 38 ~ 42 부피%로 이루어지는 제1부식액에 오스테나이트 결정립 관찰의 대상이 되는 시편을 75 ~ 80℃의 온도에서 20 ~ 30초 동안 침적하여, 상기 시편의 표면에 존재하는 이물질을 제거하는 과정을 2 ~ 4회 실시하는 제1부식 단계;
   상기 제1부식액 100부피부에 염산 0.01 ~ 0.05 부피부가 더 첨가된 제2부식액에 상기 시편을 침적하되, 상기 제2부식액에 의하여 상기 시편의 표면에 형성되는 부식피막이 상기 시편의 표면 전체에 형성될 때까지 75 ~ 80℃의 온도에서 수행하는 제2부식 단계; 및
   세척을 통하여 상기 시편에 형성된 상기 부식피막을 제거하는 세척 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트 결정립 관찰용 시편의 부식 방법.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제4항에 있어서,
   상기 세척 단계는
   유수를 이용하여 상기 시편을 1차 세척한 후, 알콜을 이용하여 2차 세척하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트 결정립 관찰용 시편의 부식 방법.

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