KR101403064B1 - 페라이트계 스테인리스 강판의 산세방법 - Google Patents

페라이트계 스테인리스 강판의 산세방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표면 품질을 요하는 페라이트계 스테인리스 냉연강판을 경제적으로 산세하기 위한 산세공정에 관한 것으로서, 추가적인 산세 공정을 적용하지 않고, 혼산 침지 전에 최대한으로 스케일을 제거하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 14% 이하의 저크롬 함유 페라이트계 스테인리스 강의 냉연 소둔으로 인해 생성된 산화스케일을 제거하는, 중성염 전해 산세공정, 황산, 불산 및 과산화수소를 포함하는 혼산 침지공정을 포함하는 산세방법에 있어서, 상기 혼산 침지 공정 이전에 연마입자를 포함하는 연삭 브러쉬로 연삭하여 산화스케일을 제거하는 연삭공정을 포함하는 페라이트계 스테인리스 냉연강판의 산세방법을 제공한다.

Description

페라이트계 스테인리스 강판의 산세방법{PROCESS FOR DESCALING A FERRITE STAINLESS STEEL STRIP USING NITRIC ACID FREE SOLUTIONS}
본 발명은 표면 품질을 요하는 페라이트계 스테인리스 냉연강판을 경제적으로 산세하기 위한 산세방법에 관한 것으로서, 추가적인 산세 공정을 적용하지 않고, 혼산 침지 단계 전에 최대한으로 스케일을 제거하는 산세방법에 관한 것이다.
스테인리스 냉연강판은 통상 냉간 압연 후 기계적 성질을 얻기 위해 800~1150℃의 열처리 과정을 거치게 되는데, 이때 로 내의 고온의 산소와 냉연강판 표면이 반응하여 산화스케일(SiO2, (Cr,Fe)3O4)이 생성된다. 그러나, 이러한 산화 스케일은 제품 외관을 불량하게 만드는 것은 물론, 이러한 산화 스케일은 강판 표면 부식의 출발점으로 작용하여 내식성 저하를 초래한다.
따라서, 미려한 표면품질을 얻고, 내식성을 향상시키기 위해서 산화스케일을 제거하는데, 통상적으로, 물리적 디스케일링(브러쉬, 숏볼 블라스팅), 전해 디스케일링(황산나트륨, 황산, 질산 전해질), 화학적 디스케일링(염욕, 혼산) 등의 다양한 방법을 조합하여 스테인리스 냉연강판을 제조하며, 이러한 과정을 산세공정이라 한다.
이러한 스테인리스 산세공정에서는 미려한 표면품질과 부동태 피막을 고르게 형성하여 내식성을 확보하기 위해, 질산 80~180g/L 및 불산 2~40g/L의 혼산을 이용함으로써 산세하여 왔다. 이중, 질산은 산세조 내의 pH를 낮추어 불산의 활동도를 높이고, 강판 표면에서 용해된 2가 철이온을 3가로 산화시켜 산세에 적정한 산화환원전위를 유지시켜 준다.
그러나, 이러한 질산이 사용됨에 따라 대기배출 규제물질인 NOx가 발생하고, 폐산 및 세척수에서 질산성 질소(NO3-N)가 포함되는바, 국내외 환경 규제 강화에 의해 배출 방류수의 총 질소 제한, 대기 배출시설의 NOx 농도 제한 등으로 산세 공정에 환경오염 방지시설의 추가 설치 및 운용비용에 의해 생산단가가 현저히 증가한다는 문제점이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 종래 기술로는 산세과정에서 질산을 염산 황산 등으로 대체하고, 부족한 산화력은 과산화수소, 과망간산칼륨, 3가 철이온 및 공기주입에 의해 대체한 질산을 포함하지 않는 산세용액을 사용하는 산세방법이 개발되어 왔다.
이러한 질산을 포함하지 않는 용액을 사용하는 전해는 페라이트계 스테인리스 스틸의 냉연 소둔 후 산화 스케일을 제거하기 위해 중성염 전해산세-질산을 포함하지 않는 혼산 용액에 대한 침지 공정에 의해 수행된다. 그러나, 이 경우에는 미산세의 산세불량이 발생하는 문제가 있었다.
일반적으로 질산을 포함하지 않는 용액에 대한 혼산 침지공정은 질산을 적용한 혼산조보다 모재 손상을 최소화시킨 공정으로서, 스케일만을 선택적으로 제거하는 공정이다. 따라서, 전처리 공정에서 산화스케일을 최대한으로 제거하지 못하면 질산을 포함하지 않는 혼산용액에 대한 혼산 침지공정의 처리 시간이 길어지고, 미산세 불량의 문제가 발생하게 된다.
따라서, 산세능을 향상시키기 위해서는 추가적인 전해 산세공정이 필요하다. 그러나, 추가 전해산세 공정을 도입하게 되면, 이에 따른 설비 및 공정 비용이 추가로 필요하게 되는 문제가 발생한다.
본 발명은 황산, 불산, 과산화수소로 이루어지는 산액에 침적하여 수행하는 혼산 산세방법에 있어서, 페라이트계 스테인리스강의 냉연 소둔 후에 혼산에 침지하기 전에 최대한으로 스케일을 제거함으로써, 추가적인 산세공정의 적용이 불필요하고, 또, 혼산 침지 공정의 공정처리 시간을 단축시킬 수 있는 저비용의 산세방법 및 상기 산세방법을 적용할 수 있는 산세 장치를 제공한다.
본 발명은 14% 이하의 저크롬 함유 페라이트계 스테인리스 강의 냉연 소둔으로 인해 생성된 산화스케일을 제거하는, 중성염 전해 산세공정, 황산, 불산 및 과산화수소를 포함하는 혼산 침지공정을 포함하는 산세방법에 있어서, 상기 혼산공정 이전에 연마입자를 포함하는 연삭 브러쉬로 연삭하여 산화스케일을 제거하는 연삭공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 산세공정을 제공한다.
바람직하게는, 상기 연삭공정은 중성염 전해공정 중, 후 또는 이들 모두에서 수행될 수 있다.
또, 상기 연마입자는 탄화규소로 될 수 있으며, KSL 6001 규격에 의한 입도번호 #100 내지 #240인 것이 바람직하다.
상기 연삭 브러쉬는 브러쉬 모재가 폴리아미드계 합성수지로 된 것이고, 브러쉬 모의 직경이 0.8 내지 1.2mm인 것이 바람직하다.
상기 중성염 전해공정은 50~90℃ 온도의 황산나트륨 용액 100~250g/L을 전해질로 사용하고, 강판 표면의 전위가 +, -, +의 순서로 대전될 수 있도록 10~30A/dm2의 전류를 5~55초 동안 냉연강판표면에 인가함으로써 수행될 수 있으며, 상기 혼산 침지공정은 혼산 용액의 초기 조성이 황산 70~200g/L, 자유불산 0.5~10g/L및 과산화수소 농도 7g/L 이상을 포함하고, 철 이온을 실질적으로 포함하지 않는 혼산 용액 내에 강판을 10~100초 동안 침지함으로써 수행될 수 있다.
본 발명의 방법 및 장치를 적용함으로써, 페라이트계 스테인리스계 냉연강판을 산세함에 있어서, 질산을 사용하지 않아 폐수처리 및 배기가스에 대한 처리의 부담이 없음은 물론, 혼산에 침지하기 전에 최대한으로 스케일을 제거함으로써, 짧은 시간 안에 혼산 산세가 가능하며, 추가적인 산세공정의 적용이 불필요하고, 또, 혼산 침지 공정의 공정처리 시간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 산세 공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.
본 발명은 14% 이하의 저크롬 함유 페라이트계 스테인리스 강의 냉연 소둔으로 인해 생성된 산화스케일을 제거하는, 중성염 전해 산세공정, 황산, 불산 및 과산화수소를 포함하는 혼산 침지공정을 포함하는 산세방법에 있어서, 상기 혼산 침지 공정 이전에 연마입자를 포함하는 연삭 브러쉬로 연삭하여 산화스케일을 제거하는 연삭공정을 포함하는 페라이트계 스테인리스 냉연강판의 산세방법 및 장치를 제공한다.
일반적으로 질산을 포함하지 않는 혼산용액에 대한 혼산 침지공정은 질산을 적용하는 혼산조보다 모재 손상을 최소화하기 위해 스케일만을 선택적으로 제거하는 공정이므로, 전처리 공정에서 산화스케일을 최대한 제거할 수 있다면, 이후 질산을 포함하지 않는 혼산용액에 대한 혼산 침지공정의 침지시간을 단축시킬 수 있다. 이에, 본 발명은 통상적으로 산세공정에 적용되는 혼산 침지공정 이전인 중성염 전해 산세공정 중 또는 후에 연마 입자를 포함하는 연삭 브러쉬를 적용하여 스테인리스 강을 물리적으로 연삭하여 산화스케일을 최대한 제거하고자 한다.
이를 위해, 중성염 전해조 및 혼산조를 포함하는 페라이트계 스테인리스 강의 냉연 소둔으로 인해 생성된 산화스케일을 제거하는 산세장치에, 상기 혼산조 이전에 연마입자를 포함하는 연삭 브러쉬로 연삭하여 산화스케일을 제거하는 연삭 브러쉬 유닛을 설치한다.
상기 연삭 브러쉬를 사용하여 행하는 연삭공정은 종래 산세 공정에서 중성염 전해조의 후단에 장착되어 있는 세정용 나일론 브러쉬를 연삭용 브러쉬로 대체할 수 있는 것으로서, 이를 설치하기 위하여 설비를 새로이 도입하거나 공정을 변경할 필요없이 저렴하게 설치할 수 있다.
다만, 효과적인 연삭을 위해, 이러한 연삭 브러쉬를 중성염 전해 산세 공정 중 또는 후에 행해지도록 설치할 수 있으며, 필요에 따라서는 이들 모두에 적용할 수 있다.
상기 연삭 브러쉬에는 연삭을 위해 연마입자를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 연마입자는 SiC, Al2O3, ZrO 등의 입자를 사용할 수 있으며, 상기 연마입자 사이즈는 KSL 6001 규격으로 #100 내지 240인 것을 사용할 수 있다. 이보다 고운 연마입자를 사용하는 경우에는 강판 표면에 잔류하는 스케일이 존재할 수 있고, 240을 초과하는 경우에는 모재 표면에 손상을 가하여 바람직하지 않다.
또한, 상기 연삭 브러쉬는 세정용 브러쉬에서 사용되던 나일론 대신에 브러쉬 모재의 재질을 마찰 등에 강한 폴리아미드계 합성수지로 된 것을 사용하는 것이 바람직하고, 브러쉬 모의 직경이 0.8 내지 1.2mm인 것을 사용할 수 있다.
이와 같은 연삭 브러쉬를 중성염 전해 산세 공정 중 또는 후에 설치하여 연삭을 행함으로써, 혼산 산세공정에서의 침지를 장시간 행하지 않더라도 미산세의 불량 발생을 억제할 수 있고, 따라서, 산세공정시간을 단축시킬 수 있다.
상기 산화 스케일 제거는 연삭 브러쉬를 회전시킴으로써 수행할 수 있는데, 이때, 상기 연삭 브러쉬의 회전수는 앞에서 설명한 연마입자를 포함하는 경우에 800 내지 1000rpm 범위인 것이 바람직하다.
본 발명은 산세공정을 행함에 있어서, 상기 중성염 전해 산세공정은 일반적으로 행해지는 바에 따라 수행할 수 있는 것으로서, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, 50~90℃ 온도의 황산나트륨 용액 100~250g/L을 전해질로 사용하고, 강판 표면의 전위가 +, -, +의 순서로 대전될 수 있도록 10~30A/d㎡의 전류를 5~55초 동안 냉연강판 표면에 가함으로써 행할 수 있다. 나아가, 상기 혼산 침지 공정 역시 일반적으로 행해지는 바에 따라 수행할 수 있으며, 이로써 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, 혼산용액은 황산 70~200g/L 및 자유불산 0.5~10g/L을 포함하며, 철 이온을 포함하지 않는 혼산용액 내의 초기 과산화수소 농도가 7g/ℓ 이상인 산세 조성물에 10~100초 동안 침지함으로써 행할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명은 이하의 실시예로 한정하고자 하는 것이 아니다.
[실시예]
비교예 1
14% 이하의 크롬을 함유하는 페라이트 스테인리스 강판을 냉연 소둔한 후에 중성염 전해조 1, 중성염 전해조1, 혼산조 1 및 혼산조 2로 구성된 산세공정 설비를 사용하여 산세공정을 행하였다.
구체적인 공정 조건으로는 다음과 같다.
80℃ 온도의 황산나트륨 용액 200g/L을 전해질을 포함하고 있는 중성염 전해조에 강판 표면의 전위가 +, -, +의 순서로 대전될 수 있도록 10A/d㎡의 전류를 20초 동안 인가하여 전해를 행하였다. 그 후, 황산 120g/L, 자유불산 5g/L 및 과산화수소가 10g/L로 이루어지는 45℃의 혼산 산세 조성물이 담지된 상기 혼산조에 25초 동안 침지하여 산세하였다.
상기와 같은 공정을 거쳐 산세된 강판에 대하여 산세여부를 관찰하여 다음 표 1에 나타내었다.
참고예 1
14% 이하의 크롬을 함유하는 페라이트 스테인리스 강판을 냉연 소둔한 후에 중성염 전해조 1, 중성염 전해조1, 혼산조 1 및 혼산조 2로 구성된 산세공정 설비를 사용하여 산세공정을 행하였다. 상기 중성염 전해조 1 및 2의 사이에 폴리아미드 재질의 브러쉬 모재로 된 연삭 브러쉬 유닛 1을 설치하였다. 상기 연삭 브러쉬 유닛은 브러쉬 모의 직경이 0.8-1.2mm이고, 상기 브러쉬에는 SiC 재질로 된 KSL 6001 규격에 따른 입도번호 #100-240의 입도를 갖는 연마재를 포함하며, 브러쉬 회전수는 800-1000rpm으로 설정하여 연마를 행하였다. 구체적 조건은 표 1에 나타낸 바와 같다.
상기 중성염 전해조 및 혼산조에서의 구체적인 공정 조건으로는 상기 비교예 1과 동일한 조건으로 행하였다.
상기와 같은 공정을 거쳐 산세된 강판에 대하여 산세여부를 관찰하여 다음 표 1에 나타내었다.
참고예 2
산세 공정의 설비를 중성염 전해조 1, 중성염 전해조 2, 연삭 브러쉬 2, 혼산조 1 및 혼산조 2의 순서로 행한 것을 제외하고 기타 조건을 상기 참고예 1과 동일하게 행하였다.
상기 중성염 전해조 및 혼산조에서의 구체적인 공정 조건으로는 상기 비교예 1과 동일한 조건으로 행하였다.
상기와 같은 공정을 거쳐 산세된 강판에 대하여 산세여부를 관찰하여 다음 표 1에 나타내었다.
실시예 3
산세 공정의 설비를 중성염 전해조 1, 연삭 브러쉬 1, 중성염 전해조 2, 연삭 브러쉬 2, 혼산조 1 및 혼산조 2의 순서로 행한 것을 제외하고 기타 조건을 상기 참고예 1과 동일하게 행하였다.
상기 중성염 전해조 및 혼산조에서의 구체적인 공정 조건으로는 상기 비교예 1과 동일한 조건으로 행하였다.
상기와 같은 공정을 거쳐 산세된 강판에 대하여 산세여부를 관찰하여 다음 표 1에 나타내었다.
연삭 1 연삭 2 산세 정도
입도 브러쉬 직경 회전속도 입도 브러쉬 직경 회전속도
비교예 1 - - - - - - 미산세
참고예 1-1 100 0.8 800 - - - 산세
참고예 1-2 100 0.8 1000 - - - 산세
참고예 1-3 240 1.2 800 - - - 미산세
참고예 1-4 240 1.2 1000 - - - 미산세
참고예 2-1 - - - 100 0.8 800 미산세
참고예 2-2 - - - 100 0.8 1000 산세
참고예 2-3 - - - 240 1.2 800 미산세
참고예 2-4 - - - 240 1.2 1000 산세
실시예 3-1 240 1.2 800 100 0.8 1000 과산세
실시예 3-2 240 1.2 1000 100 0.8 800 과산세
실시예 3-3 240 1.2 1000 240 1.2 800 산세
실시예 3-4 100 0.8 1000 240 1.2 1000 과산세
실시예 3-5 240 1.2 800 240 1.2 1000 산세
실시예 3-6 100 0.8 1000 100 0.8 1000 과산세
실시예 3-7 100 0.8 800 240 1.2 800 과산세
실시예 3-8 100 0.8 800 100 0.8 800 과산세
상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예의 경우에는 전해 산세능이 부족하여 혼산 침지에 의한 산세 후 잔류 스케일이 관찰되어, 미산세의 결과를 나타내었다.
삭제
삭제
나아가, 실시예 3에 있어서, 실시예 3-3 및 3-5와 같이 고운 브러쉬를 사용하는 경우에는 잔류 스케일이 없고, 미려한 표면을 확보할 수 있으나, 그 외의 경우에는 과산세가 발생하고, 연마흠이 강하게 남아 표면 광택이 다소 떨어지는 것을 확인하였다.
1. 중성염 전해조 2. 중성염 전해조
3. 혼산조 4. 혼산조
5. 연삭 브러쉬 유닛 1 6. 연삭 브러쉬 유닛 2
7. 스트립

Claims (7)

14% 이하의 저크롬 함유 페라이트계 스테인리스 강의 냉연 소둔으로 인해 생성된 산화스케일을 제거하기 위한 중성염 전해공정 및 혼산 침지공정을 포함하는 산세공정에 있어서,
상기 중성염 전해공정은 공정 중 및 후에 연마입자를 포함하는 연삭 브러쉬로 산화스케일을 제거하는 연삭공정을 포함하되,
상기 연마 입자는 KSL 6001 규격에 의한 입도번호가 #100 내지 #240이고,
상기 혼산 침지공정은 혼산 용액의 초기 조성이 황산 70~200g/L, 자유불산 0.5~10g/L 및 과산화수소 농도 7.0g/L 이상을 포함하는 혼산 용액에서 수행되는 산세공정.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 연마입자는 탄화규소임을 특징으로 하는 산세공정.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 연삭 브러쉬는 브러쉬 모재가 폴리아미드계 합성수지로 된 것이고, 브러쉬 모의 직경이 0.8 내지 1.2mm인 것임을 특징으로 하는 산세공정.
제 1항, 제 3항 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중성염 전해공정은 50~90℃ 온도의 황산나트륨 용액 100~250g/L을 전해질로 사용하고, 강판 표면의 전위가 +, -, +의 순서로 대전될 수 있도록 10~30A/d㎡의 전류를 5~55초 동안 냉연강판표면에 인가함으로써 수행되는 것임을 특징으로 하는 산세공정.
제 1항, 제 3항 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼산 침지공정은 철 이온을 포함하지 않는 상기 혼산용액 내에 10~100초 동안 침지함으로써 수행하는 것임을 특징으로 하는 산세공정.
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