KR101408221B1 - 스테인리스 강판의 세정액 및 이를 이용한 스테인리스 강판의 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스테인리스 강판의 세정액 및 이를 이용한 세정밥법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산세 처리된 스테인리스 강판의 표면에 남아있는 산세액을 세정할 때 발생하는 얼룩을 방지할 수 있는 스테인리스 강판의 세정액에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 과산화수소 및 물을 포함하며, 산화/환원전위(ORP)가 표준수소전극대비 400[㎷]이상인 스테인리스 강판의 세정액을 제공한다.

Description

스테인리스 강판의 세정액 및 이를 이용한 스테인리스 강판의 처리방법{Cleaning liquid for stainless steel and processing method of stainless steel using the same}

본 발명은 스테인리스 강판의 세정액 및 이를 이용한 스테인리스 강판의 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산세 처리된 스테인리스 강판의 표면에 남아있는 산세용액을 세정할 때 발생하는 얼룩을 방지할 수 있는 스테인리스 강판의 세정액 및 이를 이용한 스테인리스 강판의 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 스테인리스강을 열간 압연 혹은 냉간 압연후 소둔 열처리하게 되면 스테인리스강의 표면에 산화물이 형성되고 이 산화물을 제거하기 위하여 산세 공정(pickling process)을 거치게 된다.

이런 산세 공정을 거치게 되면 산화물만 제거되는 것이 아니라 스테인리스강 자체도 일부 용해되어, 스테인리스강의 산세액 내에는 스테인리스강의 구성 성분(예를 들어, 철, 크롬, 니켈, 망간, 구리)들이 이온 상태로 존재하게 된다.

대한민국공개특허 특2002-0052087호(2002.07.02.) 일본공개특허 1996-176864호(1996.07.09.)

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 스테인리스 강판의 세정시 산세액 내에 존재하는 금속이온의 환원에 의한 얼룩의 발생을 방지할 수 있는 스테인리스 강판의 세정액을 제공하는 것이다.

상술한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 과산화수소 및 물을 포함하며, 산화/환원전위(ORP)가 표준수소전극대비 400[㎷]이상인 스테인리스 강판의 세정액을 제공한다.

또한, 상기 스테인리스 강판의 세정액은, 상기 세정액 총량 중 상기 과산화수소의 중량%가 0.05% ~ 10%인 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 본 발명은 스테인리스 강판을 압연하는 압연단계와, 상기 스테인리스 강판을 소둔 열처리하는 열처리단계와, 상기 스테인리스 강판에 산세액으로 세척하는 산세단계와, 상기 스테인리스 강판을 세정액으로 세척하는 세정단계를 포함하되, 상기 세정액은 과산화수소 및 물을 포함하며 산화/환원전위(ORP)가 표준수소전극대비 400[㎷]이상인 것을 특징으로 하는 스테인리스 강판의 세정방법을 제공한다.

또한, 상기 스테인리스 강판의 세정방법은, 상기 세정액 총량 중 상기 과산화수소의 중량%가 0.05% ~ 10%인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 스테인리스 강판의 세정액 및 이를 이용한 세정방법은 과산화수소를 함유한 세정액을 사용하여 스테인리스 강판을 세정함으로써 산세액 내 존재하는 금속이온의 환원 특히 Cu의 환원에 의한 얼룩의 발생을 방지할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 스테인리스 강판의 표면에 생성된 얼룩(A)의 주사 전자현미경 사진.
도 2는 도 1의 얼룩(A)의 단면 투과 전자 현미경 사진.
도 3은 도 1의 얼룩(A)에 전자빔을 조사하여 방출된 에너지 준위에 따른 얼룩(A)의 성분 분석 결과를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 세정액의 과산화수소 농도에 따른 산화환원전위(ORP)의 변화를 나타낸 그래프.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 스테인리스 강판의 세정액 및 이를 이용한 세정방법의 실시 예를 설명한다.

통상 산세 후 스테인리스 강판의 표면 세정을 하게 되는데, 이때 표면에 남아 있는 산세액이 세척된다. 그리고, 산세액이 세척되는 과정에서 스테인리스 강판의 표면에 얼룩이 발생할 수 있다.

이에 스트립의 표면의 산세액이 증발함에 따라 발생하는 얼룩과, 산세액이 세척될 때 산세액에 남아 있던 금속이온들이 완전히 제거되지 않은 상태에서 세정수를 만나서 표면 전위가 감소하여 전위에 따라 순서대로 환원되어 스테인리스강 표면에 흡착되는 얼룩의 두 가지로 나눌 수 있다.

아래의 [표 1]은 금속이 환원될 수 있는 전위를 표준 수소 전극 대비로 나타낸 표이다.

금속 환원 반응	전위(㎷ vs. SHE)
Cu2+ + 2e- → Cu	+337 ㎷
Ni2+ + 2e- → Ni	-250 ㎷
Fe2+ + 2e- → Fe	-440 ㎷
Cr3+ + 3e- → Cr	-744 ㎷

위의 [표1]에서와 같이 Cu의 환원전위는 매우 높아서 표면 전위가 조금만 하락 되어도 바로 환원되어 표면에서 얼룩을 형성한다.

한편, 스테인리스강 제조 공정에서 스크랩을 사용하게 되는데, 이 스크랩에는 Cu 가 함유되어 있다. 따라서 스테인리스강은 Cu를 첨가하지 않더라도 성분에 0.05% 이상의 Cu를 함유하게 된다.

결국 스테인리스 강의 제조 공정에서 Cu는 함유될 수밖에 없고, 강판에 함유된 Cu 성분은 산세 공정에서 용출되어, 용액 내 이온 상태로 존재하게 된다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 산세 공정 후 세정 공정을 거칠 때, 산세액이 강판 표면에 잔류한 상태에서 세정 공정으로 들어가게 되는데, 이때, 세정 공정이 충분히 빠르게 진행되지 않으면 세정 공정에서 표면 전위 상승으로 인해 Cu가 석출되어 표면 얼룩(A)이 발생한다는 문제가 있다.

종래 스테인리스의 표면 얼룩 발생을 방지하기 위한 기술로는 스트립의 산세 과정에서 혼산 욕조의 출측에서 혼산을 분사하고 이후 수세하여 산얼룩의 발생을 방지할 수 있는 장치(대한민국 공개특허 2002-0052087)와, 산세 후 수세 전까지 습공기를 분사하여 산세액이 증발하는 것을 막는 방법 (일본 공개특허 1996-176864) 등이 있다.

그러나, 상기와 같은 방법들은 산세 후 수세 시까지 스트립이 흐르는 동안 산세액 증발에 의해 발생한 얼룩을 저감하는 방법이고, 산세액 내 존재하는 금속이온의 환원 특히 Cu의 환원에 의해 발생하는 얼룩을 방지할 수 없는 문제가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 스테인리스 강판의 세정액을 설명한다.

일반적으로, 황산 등과 같은 산(acid) 용액에 철금속의 표면을 침지하여 철금속 표면의 녹이나 스케일(scale)을 용해하여 제거하는 것을 산세(pickling) 공정이라고 한다

이런 산세 공정을 거치게 되면 통상 산세 후 스테인리스 강판의 표면 세정액을 세척하게 되는데 이를 세정공정이라 한다.

스테인리스강에 있어서 산세 후 세정과정에 있어서 금속이온의 환원에 의한 얼룩이 발생하게 되고, 특히 Cu에 의한 얼룩이 발생이 심각하다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서는 산세 후 세정과정에 있어서 표면 전위를 금속 환원 전위 이상으로 더 정확하게는 Cu 이온의 환원 전위 이상으로 유지할 수 있어야 한다.

이때, 과산화 수소의 첨가는 세정액의 산화/환원전위를 상승시킴으로써 금속이온의 환원을 억제하고 이미 환원된 금속물질도 이온화시켜 표면에서 제거할 수 있게 된다.

산화/환원전위에 대해 설명하면, 원자의 구조를 보면, 중심부에 (＋)전기를 띈 원자핵이 있고, 그 주위를 (-)전기를 띤 전자가 돌고 있다. 이 전자가 짝수로 짝지어 있으면 안정되어 있지만, 한 쌍이 아니고 홀수가 되면 다른 전자에서 전자를 빼앗아 짝을 이루려고 하여 뺏고 뺏기면서 안정하려는 현상이 일어난다.

이렇게 전자의 주고받는 현상이 산화환원반응으로 인해 전자를 빼앗기는 것을 산화작용이라 하고, 전자와 전자가 한 쌍으로 결합하는 것을 환원작용이라 한다.

　

산화와 환원의 정도는 산화/환원전위 즉, ORP(Oxidation Redution Potential)라고 하는 잣대로 측정한다. 이때 쓰는 단위는 밀리볼트(mV)로 표시하며, 산화되어 있을수록 환원전위가 높고, 환원되어 있을수록 환원전위는 낮다. 따라서, 환원전위가 낮을수록 산화된 상태를 본래의 정상적인 상태로 환원시키는 힘이 강하다.

도 4는 본 발명에 따른 스테인리스 강판의 세정액의 과산화수소 농도에 따른 산화/환원전위(ORP)의 변화를 나타낸다.

본 실시예에 따른 스테인리스 강판의 세정액은 과산화수소 및 물을 포함한다.

여기서, 상기 스테인리스 강판의 세정액의 산화/환원전위(ORP)는 표준수소전극대비 400[㎷] 이상인 것이 바람직하다. 도 4를 참조하면, 세정액의 산화/환원전위가 337[mV]이상일 때 Cu환원에 의한 얼룩이 발생하지 않는 것을 알 수 있다.

이와 같이, 상기 세정액의 산화/환원전위(ORP)를 표준수소전극대비 400[㎷] 이상이 되도록 함으로써, 구리(Cu)와 같은 금속이온의 환원을 억제하고, 이미 환원된 금속도 이온화되어 스테인리스 강판의 표면에서 얼룩이 생성되는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기 과산화수소의 함량은 세정액의 총량을 기준으로 하여 0.05%~10% 중량 %인 것이 바람직하다. 이는 상기 과산화수소의 ?량이 0.05% 미만이면 얼룩제거 효과가 미약한 반면 10%를 초과하면 초과량만큼의 추가적인 성능 향상 효과가 나타나지 않고, 과도한 산화/환원전위(ORP)의 상승은 스테인리스 강판의 표면 손상을 유발할 수 있기 때문이다.

<실험예>

본 실험예는 STS409L 강종을 대상으로 실시하였으며, 통상의 산세공정을 통과하여 표면에 Cu 얼룩이 발생된 시편을 준비하고, 이것을 Cu 얼룩제거용 세정액에 1분간 침지하였다. 이어서, 생성된 얼룩의 제거 유무로 세정액의 효과를 판단하여 아래의 [표 2]에 나타내었다.

	과산화수소 농도(％)	ORP (㎷)	얼룩제거유무
비교예 1	0.00	-80	X
비교예 2	0.01	113	X
비교예 3	0.02	199	X
비교예 4	0.04	298	X
발명예 1	0.05	395.2	O
발명예 2	0.47	483.5	O
발명예 3	4.67	621.5	O
발명예 4	9.33	671.5	O
발명예 5	14.00	702.5	O

상기 [표 2]로부터 알 수 있는 바와 같이, 과산화 수소 농도가 0.05% 미만 이면, Cu 의 환원전위 (337mV) 보다 ORP가 낮게 형성되어 Cu 흡착에 의한 얼룩 제거가 불가능하며, 0.05% 이상 첨가 시 ORP 상승에 의한 얼룩 제거 효과가 나타났다.

상기 [표 2]의 발명예 5와 같이 10% 이상 첨가 시 얼룩제거 효과는 있지만 과도한 ORP 상승으로 인해 스테인리스 강판의 표면 손상 우려가 있으며, 얼룩제거 효과가 두드러지게 상승하는 것이 아니므로 경제적으로도 바람직하지 못하다.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 스테인리스 강판의 세정액을 이용한 스테인리스 강판의 세정방법을 설명한다.

먼저, 스테인리스 강판을 압연한다.

다음으로, 압연된 스테인리스 강판을 소둔 열처리한다. 여기서, 소둔 열처리란 철 또는 강의 연화, 결정 조직의 조정 또는 내부 응력(변형력) 제거를 위해 적당한 온도로 가열한 후 천천히 냉각하는 조작으로, 통상 가열로에서 강판을 830~1150[℃]로 가열한 뒤 일정시간 유지함으로써 재결정 현상에 의해 경도를 저하시키고 가공성을 개선시키는 공정이다.

다음으로, 소둔 열처리된 스테인리스 강판을 산세액으로 세척한다.

다음으로, 산세액으로 세척된 스테인리스 강판을 과산화수소 및 물을 포함하는 세정액으로 세정한다. 여기서, 이러한 세정액은 산화/환원전위(ORP)가 표준수소전극대비 400[㎷] 이상인 것이 바람직하다. 또한, 이러한 세정액은 세정액 총량 중 상기 과산화수소의 중량%가 0.05% ~ 10%인 것이 바람직하다.

결과적으로, 상기와 같은 스테인리스 강판의 세정방법을 수행함으로써, 산세액으로 세척된 스테인리스 강판 세정시, 산세액 내에 존재하는 금속이온의 환원에 의한 얼룩의 생성을 방지할 수 있게 된다.

A: 얼룩

Claims (4)

1. 산세공정이 완료된 스테인리스 강판의 구리 얼룩 제거용 세정액에 있어서,
   상기 세정액은 과산화수소 및 물을 포함하고,
   상기 세정액 총량 중 상기 과산화수소의 중량%가 0.05% ~ 10%이며,
   산화/환원전위(ORP)가 표준수소전극대비 400[㎷]이상인 스테인리스 강판의 세정액.
   
2. 삭제
3. 스테인리스 강판을 압연하는 압연단계;
   상기 스테인리스 강판을 소둔 열처리하는 열처리단계;
   상기 스테인리스 강판에 산세액으로 세척하는 산세단계;및
   상기 산세단계에서 상기 스테인리스 강판에 형성된 구리 얼룩을 제거하기 위해 세정액으로 세척하는 세정단계를 포함하되,
   상기 세정액은 과산화수소 및 물을 포함하고,
   상기 세정액 총량 중 상기 과산화수소의 중량%가 0.05% ~ 10%이며,
   산화/환원전위(ORP)가 표준수소전극대비 400[㎷]이상인 것을 특징으로 하는 스테인리스 강판의 처리방법.
   
4. 삭제

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