KR20070009446A - 부식 저항 및 부식 피로 저항이 우수한 강재 및 이의 표면처리 방법 - Google Patents

부식 저항 및 부식 피로 저항이 우수한 강재 및 이의 표면처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강재의 표면에 도막을 포함하고, 도막의 평균 조성에서 Al 원자수 대 Fe, C, Al, P 및 O 원자, 및 선택적으로 첨가된 Si, Mn 및 Cr 원자의 총 수의 비가 0.5% 이상이고, 도막의 평균 조성에서의 Al 원자수가 표면 처리전 강재의 평균 조성에서의 Al 원자수보다 큰, 부식 저항 및 부식 피로 저항이 우수한 강재를 제공한다.

Description

부식 저항 및 부식 피로 저항이 우수한 강재 및 이의 표면 처리 방법{STEEL PRODUCT EXCELLENT IN CORROSION RESISTANCE AND CORROSION FATIGUE RESISTANCE, AND SURFACE TREATMENT METHOD THEREFOR}
도 1a는 본 발명에 따른 표면 처리의 제 1 예를 보여주는 흐름도이다.
도 1b는 본 발명에 따른 표면 처리의 제 2 예를 보여주는 흐름도이다.
본 발명은 부식 저항 및 부식 피로 저항이 우수한 강재 및 이의 표면 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 공지된 바와 같이, 많은 경우에, 부식 환경 하에 사용되는 강재에서 강재의 조성을 조정하거나 표면 처리 방법 등에 의해 도막을 형성한다. 이것의 목적은 강재의 부식성 박막화 및 부식 피트(pit)의 발생으로 인한 정전 세기 및 피로 강도 특성의 악화가 감소하는 것을 방지하고, 외관이 녹 발생으로 인해 악화되는 것을 방지한다.
그러나, 조성을 조절하기 위해 Cr, Ni 및 Mo와 같은 부식 저항 성분의 양을 첨가하거나 증가시키면 제품 비용 및 생산 비용이 증가한다는 문제점이 있어 왔다. 다른 방법은 희생 부식층을 표면 처리 필름과 같이 강재에 제공하여 베이스 금속의 부식을 지연시킴으로써 소위 희생 부식에 의한 보호 목적용 아연 필름을 형성하는 것이다. 그러나, 핀 홀 및 불규칙한 도금의 발생을 방지하기 위해 처리 조건을 관리하는 것이 예컨대, 아연 전기도금 방법에서는 필수적이다. 또한, 이 전기도금 방법에서는, 강철에, 음극에서 처리되어진 강재의 표면에 의해 발생된, 수소의 공격으로 인한 수소취성을 방지하는 상이한 처리 방법이 요구된다. 따라서, 전기도금 방법에는 생산 과정이 복잡해지고 생산 비용이 증가한다는 문제가 있다.
아연-함유 인산염 시스템(인산 아연을 이용한 화학 전화 처리 방법)을 이용한 도막 처리 방법은 상대적으로 용이하게 적용될 수 있다. 그러나, 도막의 부식 저항은 불충분하다. 반대로, Zn-Al-Si계 용융 합금으로 처리된 강재(니테츄 스틸 시트 코포레이션(Nittetsu Steel Sheet Corporation) 사에 의해 제조된 상표 갈바늄 스틸(Galvanium Steel))은 Zn의 희생 부식 보호 작용 및 Al의 자체-복구 작용을 갖는 후면-처리된 강재로 공지되어 있다. 그러나, 이 용융 합금 도금은 400℃ 이상의 도금 조 온도를 요구한다. 이러한 이유로, 이 방법은 용융 합금 중의 함침 동안 강재를 가열함으로써 기계 강도를 감소시키는 문제가 발생될 때는 사용될 수 없다.
본원에 제안된 강판에 관련된 공지된 특허 공개공보의 예로는 일본 특허 제3381647호(특허 문헌 1) 및 일본 특허공개 제1997-272982호(특허 문헌 2)를 포함한 다. 상기 특허 문헌 1은 부식 저항이 우수한 유기-코팅된 강판을 개시하고 있다. 유기-코팅된 강판은 아연-도금된 강판 상에 화학 전환 도막을 형성한 다음 인산 알루미늄을 함유하는 유기 도막을 형성하여 생성된다. 그러나, 화학 전환 처리 방법이 인산 알루미늄을 함유하는 유기 도막을 형성하기 전에 가해져야 하기 때문에 상기 특허 문헌 1에 개시된 강판의 공정은 처리 비용이 고가이며 복잡하다.
상기 특허 문헌 2는 낮은 철 손실의 일방향 전자기 강판 및 이의 제조 방법을 개시하고 있다. 전자기 강판은 영률 100GPa 이상 및 선형 팽창 계수가 강판의 선형 팽창 계수와 2 x 10-6 이상의 차를 갖는 제 1 층; 및 인산 알루미늄을 함유하는 제 2 층을 포함하는 도막을 갖는다. 상기 제조 방법에서, 강판은 제 2 층을 형성하는 동안 코팅액을 가하고 도막을 건조시킨 후 온도 400 내지 1000℃에서 소성된다. 그러나, 상기 특허 문헌 2에서 강재가 온도 400 내지 1000℃에서 소성되는 경우 강재의 기계 강도가 감소한다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 부식 저항 및 부식 피로 저항이 우수한 강재 및 이의 표면 처리 방법을 제공하는 것으로, 여기에서 고가의 생산 비용, 복잡한 생산 공정, 수소취성 및 물질의 강도 감소 문제는 전기 도금, 화학 전환 코팅, 및 용융 합금 도금과 같은 통상의 표면 처리 방법을 대체할 수 있는 표면 처리 방법으로 해결될 수 있다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 강재의 표면에 도막을 포함하고, 도막의 평균 조성에서 Al 원자의 수 대 Fe, C, Al, P 및 O 원자, 및 선택적으로 첨가된 Si, Mn 및 Cr 원자의 총 수의 비가 0.5 % 이상이고, 도막의 평균 조성에서의 Al 원자수가 표면 처리전 강재의 평균 조성에서의 Al 원자수보다 큰, 부식 저항 및 부식 피로 저항이 우수한 강재를 제공한다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 강재의 표면에 도막을 포함하고, 강재의 표면에서 5㎛ 깊이까지의 영역의 평균 조성에서 Al 원자의 수 대 Fe, C, Al, P 및 O 원자, 및 선택적으로 첨가된 Si, Mn 및 Cr 원자 총 수의 비가 0.5% 이상이고, 도막의 평균 조성에서의 Al 원자수가 표면 처리전 강재의 평균 조성에서의 Al 원자수보다 큰, 부식 저항 및 부식 피로 저항이 우수한 강재를 제공한다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 3.3 내지 5.7 범위의 산도를 갖고 Al 이온을 함유하는 실온의 수용액을 강재의 표면과 접촉시킨 후 강재를 세정하고; 강재를 건조시키는 것을 포함하는 강재의 표면 처리 방법을 제공한다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 3.3 내지 5.7 범위의 산도를 갖고 Al 이온을 함유하는 실온의 수용액을 강재의 표면과 접촉시킨 후 강재를 건조하고; 강재를 세정 후 다시 건조시키는 것을 포함하는 강재의 표면 처리 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 발명자들은 강재의 부식 과정 및 화학 전환 처리 방법에 대한 집 중적인 연구를 통해 하기 발명을 완성했다.
1. 본 발명의 제 1 실시태양에 따른 부식 저항 및 부식 피로 저항이 우수한 강재는 강재의 표면에 도막을 갖고, 도막의 평균 조성에서 Al 원자수 대 Fe, C, Al, P 및 O 원자, 및 선택적으로 첨가된 Si, Mn 및 Cr 원자 총 수의 비가 0.5% 이상이고, 도막의 평균 조성에서의 Al 원자수가 표면 처리전 강재의 평균 조성에서의 Al 원자수보다 크다.
2. 본 발명의 제 2 실시태양에 따른 부식 저항 및 부식 피로 저항이 우수한 강재는 강재의 표면에 도막을 갖고, 강재의 표면에서 5㎛ 깊이까지의 영역의 평균 조성에서 Al 원자수 대 Fe, C, Al, P 및 O 원자, 및 선택적으로 첨가된 Si, Mn 및 Cr 원자 총 수의 비가 0.5% 이상이고, 도막의 평균 조성에서의 Al 원자수가 표면 처리전 강재의 평균 조성에서의 Al 원자수보다 크다.
본 발명의 상기 항목 1 및 2에서, "Al 원자수 대 Fe, C, Al, P 및 O 원자, 및 선택적으로 첨가된 Si, Mn 및 Cr 원자 총 수의 비"의 측정은 원소 분석을 기초로 하고, 이 분석은 강재의 표면에서 표면으로부터 5㎛ 깊이까지 범위를 측정하면 충분하다. 이 범위는 단지 도막일 수 있고 또는 도막 및 기초 물질일 수 있다. 용어 "선택적으로 첨가된 Si, Mn 및 Cr"은 이러한 원자가 전혀 첨가되지 않거나 또는 이들 중 1 이상의 원자가 첨가된 것을 의미한다.
본 발명 2에서 Al 원자수 대 Fe, C, Al, P 및 O 원자, 및 선택적으로 첨가된 Si, Mn 및 Cr 원자 총 수의 비는 바람직하게는 0.5% 이상, 특히 바람직하게는 3% 이상이다. Al 원자수의 비율이 0.5% 미만인 경우, 하기 설명되는 희생 부식 보 호 작용 및 비활성 상태 형성 작용이 약하여 충분한 부식 저항 및 부식 피로 저항을 수득하지 못한다.
3. 본 발명의 제 3 실시태양에 따른 강재의 표면 처리 방법은 3.3 내지 5.7 범위의 산도를 갖고 Al 이온을 함유하는 실온의 수용액을 강재의 표면과 접촉시킨 후 강재를 세정하고, 그 후 강재를 건조하는 것을 포함한다.
4. 본 발명의 제 4 실시태양에 따른 강재의 표면 처리 방법은 3.3 내지 5.7 범위의 산도를 갖고 Al 이온을 함유하는 실온의 수용액을 강재의 표면과 접촉시킨 후 강재를 건조하고; 세정 후 다시 건조하는 것을 포함한다.
하기 이유로 인하여 본 발명의 상기 항목 3 및 4에 언급된 방법에서는 산도를 3.3 내지 5.7 범위가 되도록 결정한다. 즉, 산도가 3.3 미만인 경우 강재의 심각한 부식으로 인해 도막이 형성되기 어렵다. 한편, 산도가 5.7을 초과하는 경우는 강재의 부식 활성이 너무나 약하여 도막을 형성하는데 장시간이 걸린다. 산도는 보다 바람직하게는 3.8 내지 5.4의 범위이다.
본 발명의 상기 항목 3 및 4에 언급된 방법에서 Al 이온을 함유하는 수용액을 강재의 표면과 온도 40 내지 50℃ 범위에서 30초 이상 동안 접촉시키는 것이 바람직하다. 접촉 시간이 30초 미만인 경우, 강재의 부식 작용이 불충분하여 부식 저항 및 부식 피로 저항이 우수한 도막을 수득하지 못한다.
또한, 본 발명의 상기 항목 3 및 4에 언급된 방법에서는 Al 이온을 함유하는 수용액을 강재의 표면과 30℃에서 180초 이상 동안 접촉시키는 것이 바람직하다. 접촉 시간이 180초 미만인 경우, 강재의 부식 작용이 불충분하여 부식 저항 및 부 식 피로 저항이 우수한 도막을 수득하지 못한다.
본 발명의 상기 항목 4의 방법에서는 강재의 표면을 물로 세척하기 전에 Al 이온을 함유하는 실온의 수용액과 접촉시킨 후 강재를 50℃ 이하에서 건조시키는 것이 바람직하다. 온도가 50℃를 초과하는 경우, 물의 너무 빠른 증발로 인해 도막의 조밀함이 감소되어 도막의 강도를 떨어뜨리기 때문에, 건조 온도는 50℃ 이하로 정하고 있다.
본 발명에서 표면 처리되는 강재에서의 처리 작업은 용이하고 처리 비용이 낮으며, 수소취성을 야기하지 않고 물질의 강도를 떨어뜨리지 않으면서 우수한 부식 저항 및 부식 피로 저항이 뚜렷하다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1a는 본 발명에 따른 표면 처리 방법의 예로서, 후처리로서의 제 2 건조 단계가 제 1 세정 단계 후에 수행되는 표면 처리 방법의 제 1 예를 보여준다. 도 1b는 본 발명에 따른 표면 처리 방법의 다른 예로서, 후처리로서의 제 1 세정 단계 및 제 2 건조 단계 2b가 제 1 건조 단계 2a 후에 순차적으로 수행되는 제 2 예를 보여준다.
강재의 표면은 도 1a 및 도 1b의 전처리에서와 같이 탈지를 위해 미리 유기 용매 또는 계면활성제를 함유하는 클리닝 수용액으로 세척하거나, 또는 산 용액으로 스케일을 제거하는 것이 바람직하다. 이것은 본 발명의 효과를 더욱 뚜렷하게 한다. 도 1a 및 1b에서 세정에 사용되는 물은 바람직하게는 가능한 적게 Cl을 함유한다. 도 1a 및 1b의 처리에 사용하는 용액(처리 용액으로 언급한다)은 물 중의 인산 알루미늄(AlPO4)을 첨가하고 AlPO4을 용해시키기 위해 추가로 인산(H3PO4)을 첨가하여 수득된다. AlPO4의 중량 농도는 바람직하게는 1 내지 10% 범위이다.
AlPO4 농도가 10%를 초과하는 경우, AlPO4를 용해시키기 위해 첨가된 H3PO4의 농도가 증가하기 때문에 강재가 산으로 인해 부식될 수 있다. 다른 한편, AlPO4 농도가 1% 미만인 경우, AlPO4가 다시 공급되어 처리능력이 떨어진다. 예컨대, 용매로 사용되는 물로서는 산업용수, 도시용수 및 증류수가 사용될 수 있다. 그러나, 부식을 가속화할 수 있는 임의의 Cl이 물에 함유되어 있다면, Cl은 가능한 많이 제거되는 것이 바람직하다.
함침, 공기 스프레이 및 브러쉬 코팅과 같은 임의의 방법이 처리 용액을 강재와 접촉시키기 위해 사용될 수 있다. 도막을 형성하는 메카니즘이 완벽하게 밝혀지지는 않았으나, 다음과 같이 추측된다.
제일 인산 알루미늄 (Al(H2PO4)3), H3PO4 및 AlPO4는 처리 용액에서 하기 반응식 1로 표시된 평형 상태에 있다. 강재가 처리 용액과 접촉하는 경우, H3PO4는 하기 반응식 2에 제시된 바와 같이 Fe와 상호 작용하여, H3PO4의 농도는 반응식 1에 제시된 바와 같이 강재의 표면 근처의 용액 중에서 감소한다. 따라서, 반응식 1에 제시된 평형은 오른쪽으로 이동하고, 거의 불용성인 AlPO4는 강재의 표면에 침전되어 도막을 형성하는 것으로 보인다.
Al(H2PO4)3(가용성)⇔2H3PO4(액체)+AlPO4(거의 불용성)
Fe+2H3PO4→Fe(H2PO4)2+H2
도막이 강재에 형성되고 H3PO4의 부식 작용 및 Al(H2PO4)3의 분해로 형성된 거의 불용성인 AlPO4의 침전이 이루어지는 것으로 여겨진다. 또한 용해된 Fe는 앞서 설명된 바와 같이 형성된 AlPO4에 함유되고 Al, Fe, P 및 O를 포함하는 필름이 형성되는 것으로 보인다. 따라서, H3PO4 및 Al(H2PO4)3의 몰 비가 본 발명의 처리 용액의 처리 조건에서 중요하고, 특히 산도의 조절이 중요하다.
본원에 사용된 용어 "산도"는 처리 용액중의 전체 인산(H3PO4 및 Al(H2PO4)3)의 산 지점 대 유리 인산((H3PO4)의 산 지점의 비를 나타낸다. "지점"은 하기 설명된다. 처리 용액(10㏄)은 실온에서 지시자로서 메틸 오렌지 용액 2 내지 3 방울을 첨가하여 0.1N 수산화 나트륨(NaOH)으로 중화시킨다. 유리 인산의 산 지점은 용액의 색이 오렌지로 변할 때 ㏄ 단위로 표현된 NaOH 수용액의 부피이다. 마찬가지로, 전체 산의 지점은 동일한 용액을 페놀프탈레인 용액 2 내지 3 방울을 첨가하여 상술된 바와 같이 중화되는 경우 용액의 색이 흐린 핑크로 변할 때의 ㏄ 단위로 표현된 NaOH 수용액의 부피이다. 처리 용액의 산도는 NaOH 수용액과 같은 염기성 수용액을 첨가하여 조절될 수 있다.
예컨대, 도막을 형성하는데 용이한 처리 용액은 산도를 증가시키거나, 또는 H3PO4 양을 감소시킴으로써 반응식 1에서의 평형을 유지하기 위해 수득될 수 있다. 특정 처리 조건으로, 산도는 바람직하게는 3.3 내지 5.7, 특히 3.8 내지 5.4이다. 산도가 3.3 미만인(H3PO4가 너무 많은) 경우, 도막은 강재의 너무 강력한 부식으로 인해 형성이 억제된다. 한편, 산도가 5.7을 초과(H3PO4가 거의 없는 경우까지)하는 경우는 강재에 대한 부식 작용이 약하기 때문에 도막을 형성하는데 장시간이 요구된다.
강재를 처리 용액과 접촉시킬 때, 상기 반응식 2의 반응 속도가 증가하고 도막의 형성이 가속화되기 때문에 가열된 처리 용액을 사용하는 것이 바람직하다. 강재와 처리 용액의 요구되는 접촉 시간은 처리 용액의 온도가 실온, 30℃, 및 40 내지 50℃인 경우 각각, 1000초 이상, 180초 이상, 및 30초 이상이다. 그러나, 상술된 시간보다 짧은 접촉 시간에서는 강재를 부식시키는 작용이 불충분하여 부식 피로 저항이 수득될 수 없다. 보다 높은 온도에서는 온도 조절이 어려우면서 온도를 유지하는 비용이 높기 때문에 처리 용액의 온도 상한은 바람직하게는 50℃ 미만이다.
강재는 도 1a에 제시된 바와 같이 상술된 처리 후 즉시 세정될 수 있고(표면 처리 방법의 제 1 예: A), 또는 도 1b에 제시된 바와 같이 상술된 처리 후 건조 후 세정될 수 있다(표면 처리 방법의 제 2 예: B). 부착된 물을 제거하기 위해 건조를 시키므로, 강재를 실온 또는 가열된 공기에 둘 수 있다. 다르게는, 통상의 건 조로를 사용할 수 있다. 표면 처리 방법의 제 2 예에서 제 1 건조 단계의 온도는 바람직하게는 50℃ 이하이다. 50℃를 초과하는 온도는 물이 신속하게 증발하여 도막의 조밀도를 감소시켜 도막의 강도를 감소시키기 때문에 바람직하지 않다.
상술된 바와 같이 처리된 강재는 표면에 형성된 도막 중의 Al 성분에 의한 희생 부식 보호 작용 및 Al 성분의 산화에 의한 비활성 필름을 형성하는 작용을 갖는 것으로 예측된다. 강재의 표면에서 도막 중의 Al 원자의 농도는 EDX(Energy Dispersive X-ray spectroscopy) 장치를 사용하여 표면에서 깊이 5㎛까지의 범위를 원소 분석법에 의해 정량적으로 분석하고, ZAF로 보정한다(Z: 샘플 조성의 차이에 따른 방출된 X-선 강도의 차이; A: 샘플 중의 X-선 흡수; F: 샘플에서 방출된 X-선에 의한 형광 자극). Al 원자의 수는 A로 표현되고 강재를 구성하는 원소 및 처리 용액을 구성하는 원소의 원자의 총수는 상기 정량 분석법을 기초하여 B로 표현되며, A 대 B의 비(Al 원자수의 비)는 0.5% 이상, 특히 바람직하게는 3% 이상이어야 한다. Al 원자수의 비가 0.5% 미만인 경우, 앞서 설명된 희생 부식 보호 작용 및 비활성 필름 형성 작용이 약하여 충분한 부식 저항 및 부식 피로 저항이 수득될 수 없다.
본 발명에 따르면, 인산 알루미늄, 인산, 및 증류수가 저렴하며 용이하게 입수될 수 있고 처리가 간단하므로 저비용의 표면 처리가 가능하다. 처리 용액은 약산성이고 강재로부터 발생되는 수소의 양은 매우 작기 때문에, 강재는 실질적으로 수소취성이 거의 없다. 추가로, 모든 처리 방법은 50℃ 이하에서 수행되어, 물질의 강도가 거의 감소하지 않게 된다.
실시예
하기에 실시예가 제시되지만, 본 발명은 이러한 실시예에 제한되지 않는다.
직경 4㎜ 및 길이 20 내지 80㎜의 강재 SAE9254(Fe - 0.56% C - 1.42% Si - 0.75% Mn - 0.68% Cr)의 표면을 표 1에 제시된 조건 하에 처리하였다. 강재는 미리 고체를 제거하여 수득된 물질이고 블라스트(blast) 처리 방법에 의해 진하게 산화된 스케일이었다. 전처리 과정은 증류수로 강재를 세척하고, 아세톤으로 탈지하고, 강재를 묽은 수용성 염산에 함침하여 다시 상기 스케일을 제거하는 것을 포함한다. 그 다음, 처리된 강재를 표 1에 제시된 조건 하에 처리 용액에 함침하고, 증류수로 세척하고, 자발적으로 건조되게 하였다(표 1의 50℃에서의 건조 칼럼이 "없음(-)"으로 표시된 조건). 산도는 처리 용액중의 수산화 나트륨 수용액을 첨가하여 조절하였다. 강재는 함침 후에 건조하고, 필요하다면 공기 중에 50℃에서 유지된 오븐에 놓아두어 건조하였다(표 1의 50℃에서의 건조 컬럼이 "예"로 표시된 조건).
강재 표면의 Al 원자수의 비, 부식 저항 및 부식 피로 저항은 테스트 물질로서 표면-처리된 제품을 사용하여 측정하였다.
표면에서 깊이 5㎛까지의 범위에서 Al 원자수의 비는 EXD 장치를 사용하여 원소 분석법을 통해 정량적으로 분석되었고, 측정된 수치는 ZAF로 보정되었다. A 대 B의 비를 계산하고 정량 분석법의 결과를 기초로 하여 측정하였으며, 이때 A는 Al 원자수이고 B는 Fe, C, Al, P 및 O 원자, 및 선택적으로 첨가되는 Si, Mn 및 Cr 원자의 총 수이다. 3% 이상의 비를 갖는 물질은 "3 이상"으로 나타내었고, 0.5% 이상 및 3% 미만 범위의 비를 갖는 제품은 "0.5 내지 3"으로 나타내었으며, 0.5% 미만의 비를 갖는 제품은 "0.5 미만"으로 나타내었다.
부식 저항은 항온-항습(26℃, 95% RH) 챔버에 200시간 동안 테스트 물질을 놓아두어 측정하였다. 200시간 동안 놓아 둔 후의 전체 면적에 대한 녹이 슨 면적의 비율을 육안으로 측정하였다. 녹이 슨 표면의 표면 비가 80% 미만인 제품, 80% 이상 및 90% 미만인 제품, 및 90% 이상인 제품을 비교예 1에서 녹슨 면적 C의 비율을 기준으로 사용하여 "최상(아주 우수한 부식 저항을 갖는 수준)", "양호(우수한 부식 저항을 갖는 수준)" 및 "불량(부족한 부식 저항을 갖는 수준)"으로 각각 평가하였다.
부식 피로 저항은 테스트 물질이 쪼개질 때까지 염수 스프레이(35℃, 5% NaCl) 하에 남겨진 테스트 물질을 30분 동안 전단력 τ733±441 MPa에서 3,000회 진동시키는 단계, 및 시험 물질을 항온-항습 챔버(26℃, 95% RH)에 놓아두는 단계를 반복하여 측정하였다. 부식 피로 저항은 기준으로서 비교예 1의 지속 계수 D를 기초로 하여 존속 계수(duration count)가 120% 이상인 경우 "최상(부식 피로 저항이 아주 우수한 수준)", 존속 계수가 10% 이상 및 120% 미만인 경우 "양호(부식 피로 저항이 우수한 수준)", 존속 계수가 110% 미만인 경우 "불량(부식 피로 저항이 부족한 수준)"으로 평가하였다.
표 1에 결과가 나타나 있다. 비교예 1의 강재는 처리되지 않은 제품으로, 부식 저항 및 부식 피로 저항을 평가하는 기준으로서의 역할을 한다.
Figure 112006050138142-PAT00001
Figure 112006050138142-PAT00002
비교예 2 및 3, 및 실시예 1 내지 6의 강재는 도 1b의 표면 처리 방법의 제 2 예에 따른 것이다. 즉, 제품을 실온에서 180℃ 동안 처리 용액에 함침한 후 공기중 50℃에서 가열하여 건조한 다음(제 1 건조 단계), 세정 후 자발적으로 다시 건조하였으며(제 2 건조 단계), 처리 용액의 산도는 2.0 내지 5.7 범위에서 변화시켰다. 산도가 3.3 내지 5.7 범위인 실시예 1 내지 6의 제품에서 Al 원자수의 비는 "0.5 내지 3" 또는 "3 이상"이다. 특히, 산도가 3.8 내지 5.4 범위인 실시예 2 내지 5의 제품에서 Al 원자의 비는 모두 "3 이상"이다. 그러나, 산도가 2.5 이하인 비교예 2 및 3의 제품에서는 Al 원자의 비가 모두 "0.5 미만"이다.
부식 저항 및 부식 피로 저항은 산도가 3.3 내지 5.7 범위인 실시예 1 내지 6의 제품에서 "양호(우수한 수준)" 또는 "최상(아주 우수한 수준)"이다. 특히, 산도가 3.8 내지 5.4 범위인 실시예 2 내지 5의 제품에서 부식 저항 및 부식 피로 저항 모두가 "최상(아주 우수한 수준)"이다. 그러나, 산도가 2.5 이하인 비교예 2 및 3의 제품에서는 부식 저항 및 부식 피로 저항 모두가 "불량(부족한 수준)"이다.
실시예 7 내지 10의 강재는 도 1b의 표면 처리 방법의 제 2 예에 따른 것이다. 즉, 제품은 실온에서 산도 4.7인 처리 용액에 함침한 후 공기 중 50℃에서 가열하여 건조한 다음, 세정 후 자발적으로 다시 건조하였으며, 함침 시간은 5 내지 1000초 범위에서 변화시켰다. 모든 실시예에서 Al 원자의 원자비는 "0.5 내지 3" 또는 "3 이상"이다. 특히, 함침 시간이 30초 이상인 경우의 실시예 8 내지 10의 제품에서 Al 원자수의 비는 "3 이상"이다. 부식 저항 및 부식 피로 저항은 모든 실시예의 제품에서 "양호(우수한 수준)" 또는 "최상(아주 우수한 수준)"이다. 특히, 부식 저항 및 부식 피로 저항은 함침 시간이 360초 이상인 실시예 9 및 10의 제품에서 "최상(아주 우수한 수준)"이다.
비교예 4 내지 7 및 실시예 11의 강재는 도 1a의 표면 처리 방법의 제 1 예에 따른 것이다. 즉, 제품을 실온에서 산도 4.7인 처리 용액에 함침한 후 세정하고 자발적으로 건조하였으며, 함침 시간은 5 내지 1000초 범위에서 변화시켰다. Al 원자수의 원자비는 함침 시간이 1000초인 실시예 11의 제품에서 "3 이상"이다. 그러나, 함침 시간이 360초 이상인 비교예 4 내지 7의 제품에서는 Al 원자수의 비가 "0.5 미만"이다. 부식 저항 및 부식 피로 저항은 함침 시간이 1000초인 실시예 11의 제품에서 "최상(아주 우수한 수준)"이다. 그러나, 함침 시간이 360초 이하인 비교예 4 내지 7의 제품에서는 부식 저항 및 부식 피로 저항이 "불량(부족한 수준)"이다.
비교예 8 및 9 및 실시예 12 내지 14의 강재는 도 1a의 표면 처리 방법의 제 1 예에 따른 것이다. 즉, 제품을 30℃에서 산도가 4.7인 처리 용액에 함침한 후 세정하고 자발적으로 건조하였으며, 함침 시간은 5 내지 1000 초 범위에서 변화시켰다. 그러나, 함침 시간이 180초 이상인 실시예 12 내지 14의 제품에서는 Al 원자수의 비가 "0.5 내지 3" 또는 "3 이상"이다. 특히, 함침 시간이 1000초인 실시예 14의 제품에서 Al 원자수의 비는 "3 이상"이다. 그러나, 함침 시간이 30초 이하인 비교예 8 및 9의 제품에서는 Al 원자수의 비가 "0.5 미만"이다. 부식 저항 및 부식 피로 저항은 함침 시간이 180초 이상인 실시예 12 내지 14의 제품에서 "양호(우수한 수준)" 또는 "최상(아주 우수한 수준)"이다. 특히, 부식 저항 및 부식 피로 저항은 함침 시간이 1000초인 실시예 14의 제품에서 "최상(아주 우수한 수준)"이다. 그러나, 함침 시간이 30초 이하인 비교예 8 및 9의 제품에서는 부식 저항 및 부식 피로 저항이 "불량(부족한 수준)"이다.
비교예 10 및 11 및 실시예 15 내지 22의 강재는 도 1a의 표면 처리 방법의 제 1 예에 따른 것이다. 즉, 제품을 40 또는 50℃에서 산도가 4.7인 처리 용액에 함침한 후 세정하고 자발적으로 건조하였으며, 함침 시간은 5 내지 1000초 범위에서 변화시켰다. Al 원자수의 원자비는 함침 시간이 30초 이상인 실시예 15 내지 22의 제품에서 "3 이상"이다. 그러나, 함침 시간이 5초인 비교예 10 및 11의 제품에서는 Al 원자수의 비가 "0.5 미만"이다. 함침 시간이 30초 이상인 실시예 15 내지 22의 제품에서는 부식 저항 및 부식 피로 저항이 "양호(우수한 수준)" 또는 "최상(아주 우수한 수준)"이다. 특히, 함침 시간이 180초인 실시예 16 내지 18 및 실시예 20 내지 22의 제품에서는 부식 저항 및 부식 피로 저항이 "최상(아주 우수한 수준)"이다. 그러나, 함침 시간이 5초인 비교예 10 내지 11의 제품에서는 부식 저항 및 부식 피로 저항이 "불량(부족한 수준)"이다.
스프링 강재가 상술된 예에 설명되어 있지만, 이러한 예는 볼트 및 다양한 철-기초 구조물에 통상적으로 적용될 수 있다.
본 발명은 상술된 직경 및 길이의 강재 SAE9254에 한정되지 않고, 그 대신 본 발명은 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위의 실질적인 단계로 다른 강재에 적용될 수 있다. 상세하게, 본 발명은 선택적으로 첨가된 Si, Mn 및 Cr 중 하나 이상과 함께 적어도 Fe 및 C를 함유하는 모든 강재에 적용될 수 있다. 또한, 표면 처리 조건(예컨대, 조 온도, 함침 시간 등)은 실시예에 정해진 것에 제한되지 않으며, 본 발명의 범주를 변형시키지 않는 범위에서 적절한 조합이 가능하다.
본 발명에 의해 부식 저항 및 부식 피로 저항이 우수한 강재 및 이의 표면 처리 방법을 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 강재 표면에 도막을 포함하고, 도막의 평균 조성에서 Al 원자수 대 Fe, C, Al, P 및 O 원자, 및 선택적으로 첨가된 Si, Mn 및 Cr 원자의 총 수의 비가 0.5% 이상이고, 도막의 평균 조성에서의 Al 원자수가 표면 처리전 강재의 평균 조성에서의 Al 원자수보다 큰, 부식 저항 및 부식 피로 저항이 우수한 강재.
  2. 강재의 표면에 도막을 포함하고, 강재의 표면에서 5㎛ 깊이까지의 영역의 평균 조성에서 Al 원자수 대 Fe, C, Al, P 및 O 원자, 및 선택적으로 첨가된 Si, Mn 및 Cr 원자의 총 수의 비가 0.5% 이상이고, 도막의 평균 조성에서의 Al 원자수가 표면 처리전 강재의 평균 조성에서의 Al 원자수보다 큰, 부식 저항 및 부식 피로 저항이 우수한 강재.
  3. 제 2 항에 있어서,
    Al 원자수 대 Fe, C, Al, P 및 O 원자, 및 선택적으로 첨가된 Si, Mn 및 Cr 원자의 총 수의 비가 3% 이상인, 부식 저항 및 부식 피로 저항이 우수한 강재.
  4. 3.3 내지 5.7 범위의 산도를 갖고 Al 이온을 함유하는 실온의 수용액을 강재의 표면과 접촉시킨 후 강재를 세정하고; 강재를 건조시키는 것을 포함하는 강재의 표면 처리 방법.
  5. 3.3 내지 5.7 범위의 산도를 갖고 Al 이온을 함유하는 실온의 수용액을 강재의 표면과 접촉시킨 후 강재를 건조하고; 강재를 세정 후 다시 건조시키는 것을 포함하는 강재의 표면 처리 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    Al 이온을 함유하는 수용액을 온도 40 내지 50℃에서 30초 이상 동안 강재의 표면과 접촉시키는 것을 포함하는 강재의 표면 처리 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    Al 이온을 함유하는 수용액을 온도 40 내지 50℃에서 30초 이상 동안 강재의 표면과 접촉시키는 것을 포함하는 강재의 표면 처리 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    Al 이온을 함유하는 수용액을 온도 30℃에서 180초 이상 동안 강재의 표면과 접촉시키는 것을 포함하는 강재의 표면 처리 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    Al 이온을 함유하는 수용액을 온도 30℃에서 180초 이상 동안 강재의 표면과 접촉시키는 것을 포함하는 강재의 표면 처리 방법.
  10. 제 5 항에 있어서,
    강재를 Al 이온을 함유하는 수용액과 접촉시킨 후 세정 전에 50℃ 이하에서 건조시시키는 것을 포함하는 강재의 표면 처리 방법.
  11. 제 4 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    Al 이온을 함유하는 수용액의 산도가 3.8 내지 5.4의 범위인 강재의 표면 처리 방법.
  12. 제 4 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    1 내지 10% 범위의 인산 알루미늄 중량 농도를 갖고 3.8 내지 5.4 범위의 산도를 갖는 수용액이 표면 처리 용액으로 사용되는 강재의 표면 처리 방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101634022B (zh) * 2008-07-24 2013-03-27 中国第一汽车股份有限公司 车载scr封装用铁素体不锈钢的耐腐蚀钝化处理工艺
CN111187965B (zh) * 2019-12-31 2021-08-31 中南大学湘雅二医院 一种FeMn生物可降解合金及其制备方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1084017A (en) * 1963-09-30 1967-09-20 Jawata Iron & Steel Co Ltd Pretreating process for phosphate-treating steel sheets or plated steel sheets
JPS536945B2 (ko) * 1973-02-27 1978-03-13
US3922396A (en) * 1974-04-23 1975-11-25 Chromalloy American Corp Corrosion resistant coating system for ferrous metal articles having brazed joints
IN158643B (ko) * 1982-05-12 1986-12-27 Westinghouse Electric Corp
DE3337794A1 (de) * 1982-11-02 1984-05-03 Metallgesellschaft Ag, 6000 Frankfurt Verfahren zur vorbereitung von metalloberflaechen fuer die elektrotauchlackierung
JPH0730459B2 (ja) * 1987-08-03 1995-04-05 日本パ−カライジング株式会社 金属へのセラミックコ−ティング法
DE3800835A1 (de) * 1988-01-14 1989-07-27 Henkel Kgaa Verfahren zur phosphatierung von metalloberflaechen
CN1019822B (zh) * 1989-09-28 1992-12-30 本钢建筑材料金属加工厂 在铜基体上涂、渗金属的方法
JPH04124282A (ja) * 1990-09-14 1992-04-24 Babcock Hitachi Kk 方向性珪素鋼板への絶縁被膜の形成方法
JPH05230547A (ja) * 1992-02-19 1993-09-07 Kanai Hiroyuki バネ用オイルテンパー線の製造方法
JPH06228721A (ja) * 1992-12-02 1994-08-16 Praxair St Technol Inc 耐溶融金属侵食性シール材およびその製造方法
JP3324633B2 (ja) 1996-04-09 2002-09-17 新日本製鐵株式会社 低鉄損一方向性電磁鋼板およびその製造方法
JP3381647B2 (ja) 1998-11-20 2003-03-04 日本鋼管株式会社 耐食性に優れた有機被覆鋼板
US6465114B1 (en) * 1999-05-24 2002-10-15 Nippon Steel Corporation -Zn coated steel material, ZN coated steel sheet and painted steel sheet excellent in corrosion resistance, and method of producing the same
JP4234872B2 (ja) * 2000-02-01 2009-03-04 新日本製鐵株式会社 樹脂密着性と樹脂積層後の耐食性に優れた樹脂被覆容器用表面処理鋼板の製造方法
JP2001335956A (ja) * 2000-05-23 2001-12-07 Nippon Steel Corp Cr含有鋼製油井管継ぎ手のりん酸マンガン系化成処理方法
CN1236104C (zh) * 2002-08-16 2006-01-11 中国科学院金属研究所 镁合金无铬化学转化膜成膜溶液

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