KR19980052545A - 펄스전기방전 및 펄스전기분해를 이용한 열연강판 표면의 철산화층 제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펄스전기방전 및 펄스전기분해를 이용한 열연강판 표면의 철산화층 제거방법에 관한 것으로, 그 목적은 기계적인 응력, 펄스전기방전 및 펄스전기분해를 조합하여 적용함으로써, 단시간 내에 열연판표면의 철산화층을 제거할 수 있으며, 제거후 양호한 표면성상을 얻을 수 있는 열연강판 표면의 철산화층 제거방법을 제공하고자 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 열연강판 표면의 철산화층을 제거하는 방법에 있어서, 상기 열연강판에 반복적인 굽힘응력을 가하여 변형율 1-5%의 소성변형을 일으키는 단계; 상기 소성변형된 강판을 중성의 전해액 중에서 150-250V, 10-200Hz의 펄스 DC 방전처리를 1-20초간 실시하고, 10-50V, 10-150HZ의 펄스 DC 분해처리를 5-30초간 실시하는 단계; 및 상기 강판을 수분사 또는 초음파를 이용하여 세척하는 단계를 포함하여 구성되는 펄스전기방전 및 펄스전기분해를 이용한 열연강판 표면의 철산화층 제거방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

펄스전기방전 및 펄스전기분해를 이용한 열연강판 표면의 철산화층 제거방법

본 발명은 탄소강 열연판 표면의 철산화층 제거방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중성 전해액 중에서 펄스전기방식 및 펄스전기분해를 행하여 탄소강 열연판 표면의 철산화층을 제거하고자 하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 열연강판표면의 철산화층을 제거하는 대표적인 방법으로 산세하는 방법이 있으며, 그 외에도 기계적인 방법, 전기적인 방법, 초음파에 의한 방법들을 들수 있다.

산세하는 방법은 산세공정을 거치는 것으로, 산세공정(Picking Process)은 열연판 표면의 철산화층을 화학적/물리적인 방법을 제거하기 위한 공정으로써 열연 최종제품 생간공정 또는 냉간압연의 전단계 공정에 해당한다. 일반적으로 기존의 산세 공정에서는 스트립의 기계적인 반복 굽힘변형에 의해 표면 산화층에 균열을 형성시킨 후 60-100℃의 염산 또는 황산용액중에 침지시켜 화학적인 반응에 의해 소지철로부터 산화층을 제거하는 방법이 사용되고 있다.

산용액을 사용하지 않고 열연판의 산화층을 제거하기 위한 방법으로는 물과 모래를 분산시켜 기계적으로 산화층을 박리시키는 방법이 공지되어 있다. 또한, 전기분해를 이용하는 방법이 있는데, 이는 스트립의 양면에 대항 전극을 설치하여 전기분해시 산화층으로부터 이온의 용출 또는 소지철과의 계면에서 발생하는 수소가스 등에 의해 산화층을 제거하는 방법이다. 또한, 최근에는 염수증에서의 전기분해에 의해 소지철과 산화층의 계면에서 발생하는 수소에 의해 산화층의 결합력을 약화시킨 후 초음파 진동에 의해 산화층을 제거하는 방법(WKU 05407544)이 공지되어 있다. 이외의 철산화층 제거방법으로서는 전해용액중의 펄스전기방전(Pulsed Electric Discharge)에 의해서 소지철로부터 산화층을 제거하는 방법이 공지되어 있다.

상기 산용액을 사용하는 산세방법은 열연판 표면의 철산화층 염산 또는 황산을 사용하여 제거하는 방법으로, 현재 지배적으로 사용되고 있는 방법이지만, 부식성이 강판 산을 사용하기 때문에 설비관리에 어려움이 있으며, 인체에 유해한 산증기가 다량 발생하므로 작업환경이 열악하여 환경문제의 관점에서 많은 문제점을 내포하고 있다.

또한, 산용액을 사용하지 않는 방법들중 물과 모래를 열연판의 표면에 분사시켜 기계적으로 상화층을 박리시키는 방법은 소지철 표면에 모래 및 철산화물이 치입되어 표면결함을 발생시키기 쉬우며, 분진발생 등의 측면에서도 문제점이 있다.

또한, 상기 전기적인 방법으로서 산 또는 알칼리 전해액중에서 스트립의 양면에 대향 전극을 설치하여 전기분해시 산화층으로부터 이온의 용출 또는 소지철과의 계면에서 발생하는 수소가스 등에 의해 산화층을 제거하는 방법은 주로 Cr이온이 포함된 얇은 치밀한 산화층을 갖는 스테인레스 판재류에 대해서 실용화되어 있다. 그러나, 이러한 방법은 철산화층이 두꺼운 일반탄소강에 대해서는 산화중의 제거속도가 늦어 적용이 어렵다는 문제점이 있다.

또한, 상기 염수중에서의 전기분해에 의해 소지 금속과 산화층의 계면에서 발생하는 수소에 의해 산화층의 결합력을 약화시킨 후 초음파 진동에 의해 산화층을 제거하는 방법(WKU 05407544)에서는 전기분해전 소지 금속에 기계적 응력을 가하여 전기적으로 부도체인 금속산화층에 충분한 균열을 가하여 직류전기가 금속 구조물을 통하여 충분히 흐를 수 있도록 처리할 필요가 있다. 그러나, 이러한 방법은 굽힘변형에 의해 용이하게 큰 응력을 가할 수 있는 선재류와 달리 판재류에서는 적용하기가 어렵다.

또한, 중성 전해액중에서 전기분해하는 것과는 달리 직류방전(Electric Discharge)에 의해서도 소지철로부터 산화층의 제거가 가능한 것으로 공지되어 있다. 이 방법에서는 기공을 가진 전극으로부터 전해액을 열연판 표면에 분사시키고 150-200V의 직류전압을 가하면 산화층의 입계를 따라 침투한 전해액이 강판 표층의 급속가열에 의해 기화되고 이때 발생하는 압력으로 산화층이 박리하는 것으로 보고된 바 있다. 그러나, 이 방법은 실험실 규모 이상의 기술적인 진전이 보고된 바 없으며, 연구결과에 의하면 이 방법만으로는 양호한 표면 성상을 얻기가 어렵다는 문제점이 있다.

이에 본 발명자들은 열연판 표면의 철산화층을 제거함에 있어서, 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 기계적인 응력, 펄스전기방전 및 펄스전기분해를 조합하여 적용함으로써, 단시간 내에 열연판 표면의 철산화층을 제거할 수 있으며 제거후 양호한 표면성상을 얻을 수 있는 열연강판 표면의 철산화층 제거방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

제1도는 펄스전기의 적용에 따른 제거속도를 나타내는 그래프

제2도는 본 발명에 따른 프로세서의 구성도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1:언코일러(Uncoiler)2:롤러레벨러(Roller Leveller)

3:전기방전장치4:전기분해장치

5:초음파 발생장치6:물분사 장치

7:리코일러(Recoiler)8:전해액 탱크

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 열연강판 표면의 철산화층을 제거하는 방법에 있어서, 상기 열연강판에 반복적인 굽힘응력을 가하여 변형율 1-5%의 소성변형을 일으키는 단계; 상기 소성변형된 강판을 중성의 전해액 중에서 150-250V, 10-200Hz의 펄스 DC 방전처리를 1-20초간 실시하고, 10-50V, 10-150Hz의 펄스 DC 분해처리를 5-30초간 실시하는 단계; 및 상기 강판을 수분사 또는 초음파를 이용하여 세척하는 단계를 포함하여 구성되는 펄스전기방전 및 펄스전기분해를 이용한 열연강판 표면의 철산화층 제거방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

중성 전해액중에서 펄스전기분해에 의해 열연판 표면의 철산화층을 제거하는 방법은 전기적으로 부도체인 철산화막에 충분한 응력을 가하여 균열을 형성시키므로써 소지철과 대향 전극사이에 펄스직류가 양호하게 흐르도록 할 필요가 있다. 그러나, 실라인에 있어서 열연판 표면에 가할 수 있는 응력은 약 5% 이하로 제한을 받기 때문에 이 방법에 의해서는 철산화층의 제거속도가 늦다는 문제점이 있다. 일례로써, 저탄소강 열연판에 5% 이하의 반복적인 굽힘변형을 가하여 실험한 결과 어느 경우에도 약 60초 이상의 처리시간이 필요함을 확인할 수 있었다.

또한, 전해액 중에서 펄스전기방전에 의해 철산화층을 제거하는 경우에는 철산화층의 제거속도는 약 25초 내외로 펄스전기분해의 경우보다 빠르지만 철산화층 제거가 불균일하게 이루어지기 때문에 표면성상이 나빠지게 된다. 또한 이 방법에서도 펄스전기방전 처리전 90°정도의 반복적인 굽힘변형을 요구하고 있다.

상기한 바와 같이, 펄스전기분해와 펄스전기방전에 의해 철산화층을 제거하는 경우에는 각각 장,단점이 있다. 본 발명은 상기 펄스전기분해와 펄스전기방전을 모두 적용하여 각각의 장점을 활용하고자 하는 관점으로부터 출발한 것으로, 다음에서 본 발명을 단계별로 구분하여 자세히 설명한다.

먼저, 본 발명에서는 열연강판에 반복적인 굽힘변형을 가하여 변형율 1-5%의 소성 변형을 일으키는 단계를 거친다.

본 발명에 있어서 열연판에 가하는 1-5%의 소성변형은 통상적인 롤러 레벨러(Roller Leveller)로 얻을 수 있는 범위의 것으로써, 열연판 표면 철산화층에 균열을 형성시켜 펄스전기방전시 전해액과 소지철 사이에 양호하게 전기가 흐를 수 있도록 하는 역할을 한다.

다음으로, 본 발명에서는 소성변형된 강판을 중성의 전해액 중에서 150-250V, 10-200Hz의 펄스 DC 방전처리를 1-20초간 실시하고, 1-50V, 10-150Hz의 펄스 DC 분해처리를 5-30초간 실시하는 단계를 거친다.

상기 펄스전기방전은 철산화층과 소지철 사이에서 국부적인 발열에 의해 전해액의 기포를 발생시키거나, 국부적인 발열(통전시)과 냉각(비통전시)의 반복에 의한 열팽창율 차이에 의해 철산화층을 제거하는 역할을 한다.

이러한 역할을 하는 펄스 DC 방전처리가 150-250V의 전압범위를 벗어나면 철산화층 제거에 필요한 만큼의 방전이 일어나지 않고, 10-200Hz의 주파수를 벗어나면 철산화층에 균열이 생길만한 가열 냉각 사이클이 이루어지지 않는다. 또한, 상기 방전처리시간은 1초 이상에서 효과를 나타내며, 20초를 초과하면 과다한 철산화층의 제거로 부식이 일어날 수 있기 때문에 본 발명에서는 방전처리시간을 1-20초로 한정한다.

상기 펄스전기분해는 소지철과 철산화층 사이에 전기분해에 의해 수소기체 등을 발생시켜 그 힘으로 철산화층을 제거하는 역할을 한다.

이러한 역할을 하는 펄스 DC분해처리시 전압은 시용하는 전해용액의 농도, 온도 및 전극과 스트립 사이의 거리에 따라 변화하지만, 본 발명에서는 10-50V의 전압범위와 10-50Hz의 주파수범위이면 충분하다. 상기 전압범위와 주파수 범위로 펄스전기분해를 하는 경우 5-30초의 처리시간이 요구된다.

본 발명에 있어서 펄스전기방전은 철산화층의 균열이 적게 형성되어 통전면적이 작은 초기에 보다 유효하게 철산화층을 제거할 수 있도록 하며 펄스전기분해는 철산화층이 부분적으로 제거되어 통전면적이 넓게 형성된 단계에서 철산화층 제거속도를 높일 수 있다. 따라서 제1도에 나타난 바와 같이 펄스전기 방전 및 펄스전기 분해를 조합하는 경우에 처리시간을 단축시킬 수 있는 것이다.

이때, 사용되는 중성전해액은 통상의 것을 사용할 수 있는데, 예를 들면, 1-10wt% 농도의 Na₂SO₄또는 NaCl 수용액을 20-80℃로 유지하여 사용할 수 있다.

다음으로, 본 발명에서는 세척하는 단계를 거친다.

상기 펄스처리된 강판을 중성전해액 또는 정수중에서 10초 이내로 20-50kHz의 초음파 진동처리를 행하여 강판표면의 불순물을 제거하는 것이 바람직하다.

또한, 강판표면에 순수 또는 정수를 분사하여 강판표면의 잔존하는 철산화층 및 중성전해액 등을 제거할 수 있다.

제2도는 본 발명에 의해 열연판 표면처리를 행하는 일례를 보이는 공정도로써, 열연판의 레벨링(levelling), 펄스전기방전, 펄스전기분해 및 수분사 처리를 거쳐 표면의 철산화층을 제거하는 프로세스의 구성을 나타내고 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 통상적인 열연강판에 적용되는 것이고, 보다 바람직한 적용대상은 두께가 0.5-5.0mm이고, 0.001-0.1wt%의 C, 0.05-1.5wt%의 Mn, 0.05-1.5wt%의 Si, 0.01-0.1wt%의 P, 0.1wt% 이하의 Ti, 0.05wt% 이하의 Nb를 함유한 탄소강으로써, 이러한 재질의 열연강판에서 보다 좋은 효과가 나타난다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

[실시예]

두께 2.0mm, 폭 100mm, 길이 200mm의 열연판을 롤러레벨러(roller leveller)를 이용하여 각각 1,3,5% 소성변형을 가한 시료를 제작하였다. 제작한 시료는 25℃, 3% NaCl 용액중에서 시료를 음극으로 하고 대향전극을 이용하여 각각 펄스전기방전 및 펄스전기분해처리를 하고 표면의 광택도를 육안으로 평가 후 형상분석기(image abnalyser)를 이용하여 디스케일링(descaling) 정도를 평가하였다. 펄스전기 방전시 시료와 전극의 간격은 약 8mm로 하였으며, 펄스전기분해시에는 약 20mm를 유지하였다.

하기 표 1에는 각 실험조건에 따른 디스케일링 후의 표면성상 평가결과를 나타내었다. 형상분석기(image analyser)에 의해 잔류된 철산화물에 의한 검은 음영이 0.5% 이하로 분석되며, 육안으로 광택이 양호한 경우에는 ◎, 음영이 0.5% 이하이나 광택이 둔한 경우에는 ○, 음영이 0.5% 이상인 경우에는 ×로 나타내었다.

[표 1]

상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이 펄스전기방전 또는 펄스전기분해 만을 행한 비교예(1~3)에서는 양호한 철산화층의 제거를 위해 어느 경우더라도 30초 이상의 처리를 필요로 하지만, 본 발명의 방법을 따른 발명예(1~5)에서는 15-25초 처리로써 양호한 표면성상을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 소량의 기계적인 응력을 가한 후 펄스전기방전 및 펄스전기분해를 실시하는 방법으로 본 발명에 의하면 공지기술보다 짧은 시간 안에 철산화층을 제거할 수 있으며, 양호한 표면성상을 얻을 수 있는 효과가 제공된다.

Claims (4)

1. 열연강판 표면의 철산화층을 제거하는 방법에 있어서,

   상기 열연강판에 반복적인 굽힘응력을 가하여 변형율 1-5%의 소성변형을 일으키는 단계;

   상기 소성변형된 강판을 중성의 전해액중에서 150-250V, 10-200Hz의 펄스 DC 방전처리를 1-20초간 실시하고, 10-50V, 10-150Hz의 펄스 DC 분해처리를 5-30초간 실기하는 단계; 및

   상기 강판을 세척하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 펄스전기방전 및 펄스전기분해를 이용한 열연강판 표면의 철산화층 제거방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 열연강판은 두께 0.5-5.0mm이고, C:0.001=0.1wt%, Mn:0.05-1.5wt%, Si:0.05-1.5wt%, P:0.01-0.1wt%, Ti:0.1wt% 이하, 및 Nb:0.05wt% 이하를 함유한 탄소강인 것을 특징으로 하는 펄스전기방전 및 펄스전기분해를 이용한 열연강판표면의 철산화층 제거방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 중성의 전해액은 20-80℃로 유지되면서 1-10wt%의 농도범위를 갖는 Na₂SO₄또는 NaCl 수용액인 것을 특징으로 하는 펄스전기방전 및 펄스전기분해를 이용한 열연강판표면의 철산화층 제거방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 세척은 중성 전해액 또는 정수중에서 20-50kHz의 초음파진동을 이용하여 10초 이내로 처리하거나, 순수 또는 정수를 분사시켜 강판표면에 잔류하는 철산화층 및 중성전해액을 제거하는 공정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 펄스전기방전 및 펄스전기분해를 이용한 열연강판표면의 철산화층 제거방법.