KR102159659B1 - 고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법 - Google Patents

고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서에서는 고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법을 개시한다.
개시되는 고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법의 일 실시예에 따르면 NaOH, NaF를 포함하는 용액에 스테인리스강을 침지하는 단계 및 상기 용액에 금속염 착색제를 첨가하는 단계를 포함하고, 상기 금속염 착색제는 NaNO2, NaNO3, CoCl2, Bi(NO3)2, (NH4)6Mo7O24·4H2O, K4Fe(CN)6로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 이상을 포함한다.

Description

고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법{Manufacturing method of high corrosion-resistant colored stainless steel}
본 발명은 고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법에 관한 것이다.
통상 스테인리스강은 뛰어난 내식성과 금속 자체가 지니는 광택으로 인하여 내식성 뿐만 아니라 건축 내외장재 및 장신구 등과 같이 그 용도가 보다 확장되고 있는 추세에 있다.
최근에는 스테인리스강재의 내식성 기능 외에도 미려한 표면 색상을 얻기 위한 방법으로서 크롬산을 착색제로 이용하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 크롬산의 경우 칼라 착색 공정에서 Cr6+를 생성하여 인체에 발암을 유발할 수 있는 위험성이 있다. 또한, 크롬산 자체의 유해성으로 인하여 환경오염 방지를 위한 규제와 폐수처리의 심각성 때문에, 매우 까다로운 공정이 요구되는 단점을 가지고 있다. 또한, 종래의 크롬산을 착색제로 이용하는 방법으로 제조된 스테인리스강은 내구성 및 내식성이 떨어지는 단점을 가지고 있다.
한국 등록특허공보 제10-1823068호 (공고일자: 2018년 01월 30일)
상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 유해물을 생성하지 않으면서도 균일한 칼라 구현이 가능한 고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 예에 따른 고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법은 NaOH, NaF를 포함하는 용액에 스테인리스강을 침지하는 단계 및 상기 용액에 금속염 착색제를 첨가하는 단계를 포함하고, 상기 금속염 착색제는 NaNO2, NaNO3, CoCl2, Bi(NO3)2, (NH4)6Mo7O24·4H2O, K4Fe(CN)6로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 이상을 포함한다.
또한, 상기 금속염 착색제는 1~10g/L의 K4Fe(CN)6로 구성될 수 있다.
또한, 상기 금속염 착색제는 1~3g/L의 K4Fe(CN)6, 4~7g/L의 NaNO2, 1~3g/L의 Bi(NO3)2로 구성될 수 있다.
또한, 상기 금속염 착색제는 1~5g/L의 K4Fe(CN)6, 5~10g/L의 NaNO2, 8~10g/L의 (NH4)6Mo7O24·4H2O로 구성될 수 있다.
또한, 상기 금속염 착색제는 1~3g/L의 K4Fe(CN)6, 3~7g/L의 NaNO2, 1~5g/L의 CoCl2로 구성될 수 있다.
또한, 상기 금속염 착색제는 3~7g/L의 NaNO2, 0.5~2g/L의 Bi(NO3)2로 구성될 수 있다.
또한, 상기 용액은 500~800g/L의 NaOH, 1~3g/L의 NaF를 포함할 수 있다.
또한, 상기 침지하는 단계는 100~150℃ 온도범위의 상기 용액에 상기 스테인리스강을 15~30분동안 침지하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법은 비크롬산 금속염 착색제를 이용하여, 크롬산 또는 Cr6+와 같은 유해물을 생성하지 않고 칼라가 균일하게 구현된 칼라 스테인리스강을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 예에 따른 고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법은 내구성, 내식성이 우수한 칼라 스테인리스강을 제공할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술사상이 이하에서 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.
한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다. 가령, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서의 "약", "실질적으로" 등은 언급한 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
최근에는 스테인리스강재의 내식성 기능 외에도 미려한 표면 색상을 얻기 위한 방법으로서 크롬산을 착색제로 이용하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 크롬산의 경우 칼라 착색 공정에서 Cr6+를 생성하여 인체에 발암을 유발할 수 있는 위험성이 있다. 또한, 크롬산 자체의 유해성으로 인하여 환경오염 방지를 위한 규제와 폐수처리의 심각성 때문에, 매우 까다로운 공정이 요구되는 단점을 가지고 있다. 또한, 종래의 크롬산을 착색제로 이용하는 방법으로 제조된 스테인리스강은 내구성 및 내식성이 떨어지는 단점을 가지고 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 유해물을 생성하지 않으면서도 균일한 칼라 구현이 가능한 고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 예에 따른 고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법은 NaOH, NaF를 포함하는 용액에 스테인리스강을 침지하는 단계 및 상기 용액에 금속염 착색제를 첨가하는 단계를 포함한다. 이하, 편의상 NaOH, NaF를 포함하는 용액에 스테인리스강을 침지하는 단계 및 상기 용액에 금속염 착색제를 첨가하는 단계를 포함하는 공정을 착색공정이라 약칭한다.
또한, 본 발명의 일 예에 따르면, 고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법은 상기 착색공정 외에 탈지공정, 수세공정, 전해연마공정, 후처리공정을 포함할 수 있다. 이하에서, 고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법을 각 단계별로 상세하게 설명한다.
탈지공정
본 발명에서, 탈지공정은 스테인리스강 표면에 존재하는 유지 등을 제거하여 유지 등의 성분이 표면에 잔존하여 착색이 불균일하게 이루어지는 것을 방지하는 공정에 해당한다.
탈지공정은 스테인리스강에 존재하는 유지 등의 잔류 유기물을 제거하는 것을 전제로 구성에 있어 특별히 제한이 없으나, 바람직하게는 전해청정방법으로 수행할 수 있다. 전해청정방법은 고온입욕탱크에서 온도 60~80℃, NaOH 2~5% 용액에 입욕하여, 전해 프로세스로 스테인리스강 표면에 잔존하는 유지 성분 등의 이물질을 제거한다.
NaOH의 농도가 2% 미만인 경우 스테인리스강 표면에 잔존하는 이물질의 제거가 충분이 이루어지지 않을 수 있다.
또한, 온도가 60℃ 미만인 경우 충분한 탈지가 이루어지지 않을 수 있다. 초기 스테인리스강 표면에 존재하는 유지 등을 충분이 제거하지 않을 경우 유지 등의 성분이 잔존하는 부분의 경우 착색이 충분히 이루어지지 않아 스테인리스강 표면에 균일한 착색을 구현하는 것이 어려울 수 있다.
수세공정
본 발명에서 수세공정은 탈지공정의 잔류물질을 제거하거나, 전해연마공정의 잔류물질을 제거하는 공정에 해당한다.
본 발명의 일 예에 따르면, 탈지공정의 잔류물질을 제거하는 수세공정은 스테인리스강을 증류수 욕액에 약 1분 침지한 이후, 건조한 공기에 건조하는 것으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 예에 따르면, 전해연마공정의 잔류물질을 제거하는 수세공정은 스테인리스강을 증류수 욕액에 약 1분 침지한 이후, 질소가스를 혼합한 건조한 공기 에 건조하는 것으로 수행될 수 있다.
전해연마공정
본 발명에서 전해연마공정은 스테인리스강 표면에 존재하는 돌출 부분을 제거하여 스테인리스 강판의 표면조도 값을 감소시키는 공정에 해당한다.
전해연마공정은 스테인리스강의 표면조도 값을 감소시키는 것을 전제로 구성에 있어 특별히 제한이 없으나, 전해연마공정은 스테인리스강을 전해연마용액에 침지하여 전해연마를 실시할 수 있다. 경우에 따라서는 스테인리스강의 표면조도 값이 아주 적은 경우 전해연마공정을 생략할 수 있다.
일 예에 따르면, 전해연마공정은 50~80℃ 온도범위의 400~700g/L의 H3PO4, 10~700g/L의 H2SO4를 포함하는 전해연마용액에 스테인리스강을 침지하여 실시할 수 있다. 전해연마용액의 온도가 50℃ 미만인 경우에서는 충분한 연마가 되지 않으며, 온도가 80℃를 초과하는 경우 전해연마의 효율이 떨어질 수 있다. 따라서, 본 발명에서 전해연마용액의 온도범위는 50~80℃로 제어하는 것이 바람직하다.
착색공정
본 발명에서 착색공정은 NaOH, NaF를 포함하는 용액에 스테인리스강을 침지하는 단계 및 상기 용액에 금속염 착색제를 첨가하는 단계를 포함하는 공정으로, 본 발명의 고내식 칼라 스테인리스강을 제조하기 위한 핵심적인 공정에 해당한다.
본 발명에서 착색공정은 스테인리스강의 표면에 균일한 칼라를 구현 가능한 것을 전제로 구성에 있어 특별히 제한은 없으나, 예를 들면 착색공정은 탈지, 수세공정 이후에 수행되거나, 탈지, 수세, 전해연마, 수세공정 이후 수행될 수 있다.
착색공정에서 스테인리스강을 침지하는 용액은 균일한 칼라를 구현하며 비크롬산계 용액을 사용하는 것을 전제로 특별히 제한은 없으나, NaOH, NaF를 포함하는 용액을 사용할 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 용액은 500∼800g/L의 NaOH, 1~3g/L의 NaF를 포함할 수 있다. 본 발명에서, NaF 성분은 스테인리스강을 용액에 침지할 시에 스테인리스강 표면에 불화크롬 등을 형성하여 내식성을 향상시킬 수 있다.
스테인리스강을 용액에 침지하는 것은 스테인리스강의 표면에 균일한 칼라를 구현 가능한 것을 전제로 구성에 있어 특별히 제한은 없으나, 100∼150℃ 온도범위의 용액에 스테인리스강을 15∼30분동안 침지할 수 있다. 용액 온도가 100℃ 미만이거나 침지시간이 15분 미만인 경우, 균일한 칼라 구현이 어려울 수 있다.
본 발명에서 금속염 착색제는 NaNO2, NaNO3, CoCl2, Bi(NO3)2, (NH4)6Mo7O24·4H2O, K4Fe(CN)6로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 이하, NaNO2, NaNO3, CoCl2, Bi(NO3)2, (NH4)6Mo7O24·4H2O, K4Fe(CN)6로 이루어진 군은 편의상 금속염 착색제 성분으로 약칭한다. 본 발명의 일 예에 따르면 각각의 금속염 착색제 성분의 농도는 최소 1g/L 이상을 첨가하여야 하고 최대 10g/L를 넘어서지 않아야 한다.
또한, 본 발명에서 상기 금속염 착색제 성분을 복합 첨가함으로써 스테인리스강의 표면을 다양한 칼라로 구현할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 스테인리스강의 표면을 투명한 무색으로 구현하기 위해서 금속염 착색제는 1~10g/L의 K4Fe(CN)6로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 스테인리스강의 표면을 흑색으로 구현하기 위해서 금속염 착색제는 1~3g/L의 K4Fe(CN)6, 4~7g/L의 NaNO2, 1~3g/L의 Bi(NO3)2 로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 스테인리스강의 표면을 갈색으로 구현하기 위해서 금속염 착색제는 1~5g/L의 K4Fe(CN)6, 5~10g/L의 NaNO2, 8~10g/L의 (NH4)6Mo7O24·4H2O로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 스테인리스강의 표면을 청색으로 구현하기 위해서 금속염 착색제는 1~3g/L의 K4Fe(CN)6, 3~7g/L의 NaNO2, 1~5g/L의 CoCl2로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따르면, 스테인리스강의 표면을 담청색으로 구현하기 위해서 금속염 착색제는 3~7g/L의 NaNO2, 0.5~2g/L의 Bi(NO3)2로 구성될 수 있다.
이상 복합 첨가한 금속염 착색제 조성의 예시를 열거하였으나, 본 발명의 사상이 반드시 이에 한정하여 해석되는 것은 아니며, 당해 기술분야 통상의 기술자가 명확히 이해할 수 있는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
본 발명은 상술한 바와 같이, 금속염 착색제를 복합 첨가함으로써 스테인리스강 표면의 부동태 피막의 조성 및 두께를 변화시켜 스테인리스강의 내식성을 향상시킴과 동시에, 다양한 칼라를 구현할 수 있다.
후처리공정
본 발명에서 후처리 공정은 칼라 착색피막이 형성된 스테인리스강 표면을 경막 처리 또는 부동태 처리하여 스테인리스강 표면의 내구성을 향상시키는 공정에 해당하는 것을 전제로 구성에 있어 특별히 제한은 없으나, 본 발명의 일 예에 따르면 후처리공정은 온도 80℃의 HNO3 60% 수용액에 스테인리스강을 5분 침지한 후 증류수 용액에서 세정한 이후, 건조할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
{실시예}
이하의 각 발명예는 100~150℃의 500~800g/L의 NaOH, 1~3g/L의 NaF를 포함하는 용액에 스테인리스강을 20분동안 침지하여 고내식 칼라 스테인리스강으로 제조하였다. 각 발명예에서 금속염 착색제의 조성 및 그에 따라 스테인리스강 표면의 구현되는 칼라를 하기 표 1로 정리하여 나타내었다.
샘플 금속염 착색제 조성 칼라
발명예 1 K4Fe(CN)6: 1~10g/L 투명한 무색
발명예 2 K4Fe(CN)6: 1~3g/L
NaNO2: 4~7g/L
Bi(NO3)2: 1~3g/L		 흑색
발명예 3 K4Fe(CN)6: 1~5g/L
NaNO2: 5~10g/L
(NH4)6Mo7O24·4H2O: 8~10g/L		 갈색
발명예 4 K4Fe(CN)6: 1~3g/L
NaNO2: 3~7g/L
CoCl2: 1~5g/L		 청색
발명예 5 NaNO2: 3~7g/L
Bi(NO3)2: 0.5~2g/L 		담청색
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. NaOH, NaF를 포함하는 용액에 스테인리스강을 침지하는 단계; 및
    상기 용액에 금속염 착색제를 첨가하는 단계;를 포함하고,
    상기 금속염 착색제는 NaNO2, NaNO3, CoCl2, Bi(NO3)2, (NH4)6Mo7O24·4H2O, K4Fe(CN)6로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 이상을 포함하는 고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속염 착색제는 1~10g/L의 K4Fe(CN)6로 구성되는 고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속염 착색제는 1~3g/L의 K4Fe(CN)6, 4~7g/L의 NaNO2, 1~3g/L의 Bi(NO3)2로 구성되는 고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속염 착색제는 1~5g/L의 K4Fe(CN)6, 5~10g/L의 NaNO2, 8~10g/L의 (NH4)6Mo7O24·4H2O로 구성되는 고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속염 착색제는 1~3g/L의 K4Fe(CN)6, 3~7g/L의 NaNO2, 1~5g/L의 CoCl2로 구성되는 고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속염 착색제는 3~7g/L의 NaNO2, 0.5~2g/L의 Bi(NO3)2로 구성되는 고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 용액은,
    500~800g/L의 NaOH, 1~3g/L의 NaF를 포함하는 고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 침지하는 단계는,
    100~150℃ 온도범위의 상기 용액에 상기 스테인리스강을 15~30분동안 침지하는 것을 포함하는 고내식 칼라 스테인리스강의 제조방법.
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