KR20070045502A

KR20070045502A - 오스테나이트계 스테인레스강의 고속산세방법

Info

Publication number: KR20070045502A
Application number: KR1020050101856A
Authority: KR
Inventors: 이용헌; 김광태; 류승기; 김봉운
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2005-10-27
Filing date: 2005-10-27
Publication date: 2007-05-02
Also published as: KR101145601B1

Abstract

본 발명은 열간압연 또는 냉간압연 후 소둔 열처리된 스테인레스 강판을 산세처리 하였을 때 짧은 산세시간내에 우수한 표면광택도를 얻기 위한 산세방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 열간압연 또는 냉간압연 후 소둔 열처리에 의해 표면에 형성된 스케일을 제거하기 위한 오스테나이트계 스테인레스강의 산세방법에 있어서, 상기 강종은 0.036~0.05A/cm²의 전류가 인가된 중성염 전해조를 통과한 후, 0.024~0.03 A/cm²가 인가된 질산전해를 실시한 후, 질산과 불산의 혼산침지를 추가하는 것을 요지로 한다.

스테인레스, 산세, 광택도

Description

오스테나이트계 스테인레스강의 고속산세방법{A descaling method for austenite stainless steel}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 304 강종의 소둔 스케일 특성을 도시한 도면이다.

본 발명은 오스테나이트계 스테인레스강의 산세방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열간압연 또는 냉간압연 후에 소둔 열처리된 스테인레스강판에 대하여 단시간내에 산세처리를 할 경우의 균일한 산세효과를 통해 제품의 표면광택도 향상을 도모할 수 있는 스테인레스 냉연강판용 산세방법에 관한 것이다.

일반적으로, 크롬 함량이 16wt% 이상, 그리고 8wt%이상의 니켈을 함유하는 오스테나이트계 슬라브는 가열로에서 가열로에서 2~3시간 가열 후 고온에서 열간압연을 한다. 이후 소둔열처리되고 산세가 된다. 두께가 얇은 박판을 생산하기 위해서는 최종적으로 냉간압연을 실시하고 이어서 소둔 열처리가 되고, 다시 산세공정 을 통해서 표면 스케일이 제거되어 매끄러운 표면상태를 갖는 스테인레스 강판으로 제조된다.

종래 오스테나이트계 스테인레스강의 산세공정은 황산전해공정과 질산 및 불산의 혼산에서의 침적으로 이루어지면, 스테인레스 강판은 이들 공정을 통해 산세처리되거나 또는 황산 베이스(Base)에 Na₂SiF₆와 NaNO₃를 첨가한 전해산세용액에서 산세처리된다. 이외에도 스테인레스강판을 산세처리하기 위해 용융염에서 전처리 한 후 혼산조를 통과시키기도 하는 등 다양한 산세기술이 제공되고 있다.

한편, 오스테나이트계 스테인레스강은 16 wt% 이상의 Cr을 함유하고 Ni을 8wt% 이상 함유하고 있으므로 압연공정 또는 소둔 열처리 동안 스테인레스강판의 표면에는 Fe 산화물 뿐만 아니라 치밀한 조직의 크롬산화 물 스케일이 형성된다. 이러한 스케일은 산세공정동안 전처리과정이나 산세용액에 의해 제거되게 된다. 그러나, 산세에 의한 크롬산화 피막층의 제거가 균일하지 못하거나, 완전 산세가 되지 않을 경우 내식성의 현저한 저하를 가져오게 된다. 즉 제품의 가치가 떨어지게 된다.

따라서, 스케일이 완전하게 제거되어 내식성이 우수하고 또한 외장용으로 사용되기 위해서는 표면광택도가 향상된 스테인레스 제품을 생산할 수 있는 효과적이면서도 우수한 산세효과를 나타낼 수 있는 산세방법이 요구된다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 스테인레스강 슬라브를 통상의 열간압연 과정에서 행하는 압하율로 압연을 실시하고 소둔산세 후 Z-mill 냉간압연기를 이용하여 냉간압연한 후 산화성 분위기에서 소둔열처리된 냉연소둔 스테인레스강판을 산세처리하였을 때 강판의 표면광택도가 압연방향에서 광원입사각 60도로 측정하였을 때 250 이상을 나타낼 수 있도록 균일하면서도 우수한 산세효과를 나타낼 수 있는 스테인레스 냉연강판용 산세방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 열간압연 또는 냉간압연 후 소둔 열처리에 의해 표면에 형성된 스케일을 제거하기 위한 오스테나이트계 스테인레스강의 산세방법에 있어서, 상기 강종은 0.036~0.05A/cm²의 전류가 인가된 중성염 전해조와 0.024~0.03 A/cm²가 인가된 질산전해를 실시한 후, 질산과 불산의 혼산침지를 추가하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스강의 산세방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 산세시의 용액의 온도는 50~90℃인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서 혼산침지시의 질산농도는 100 g/l, 불산농도 5~25 g/l를 사용하고, 온도는 40~70℃로 한다. 또한, 본 발명에서 전해조내의 금속이온농도는 45mg/L 이하로 유지한다.

즉, 본 발명에서는 스테인레스강 슬라브를 통상의 열간압연 과정에서 행하는 압하율로 압연을 실시하고 소둔산세 후 Z-mill 냉간압연기를 이용하여 냉간압연한 후 산화성 분위기에서 소둔열처리된 냉연소둔 스테인레스강판을 산세처리하였을 때 열처리시 열처리시 비교적 산세가 용이한 Cr-rich 스케일을 형성하는 304강의 경우 중성염전해, 질산전해, 그리고 최종적으로 혼산을 사용하여 산세를 실시한다. 산세가 어려운 Mo 첨가 300계 강의 경우 혼산농도를 높여 산세를 실시하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 304 강종의 소둔 스케일 특성을 도시한 도면이다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 최외층에 Mn(Cr,Fe)₂O₄ spinel 산화물이 존재하고, 내부 스케일 성분은 Cr-rich 스케일이 존재한다. 또한 소둔온도가 높아짐에 따라서 스케일의 두께가 증가하여 산세가 어려워지는 것을 알 수 있다.

특히 산화성분위기에서 열처리시 스테인레스 강종별 크롬함량과 소둔온도가 상이하여 산화스케일의 조성과 두께 및 표면색상이 다르게 된다.

오스테나이트계 스테인레스강을 산화성 분위기에서 열처리하면 주로 Cr-rich 스케일이 형성되며 스케일 계면과 모재사이에 SiO₂ 형성되고, 열처리 온도가 증가하고 시간이 증가하면서 스케일 두께가 증가된다. 소둔강판의 색상은 오스테나이트계 스테인레스강의 경우 녹회색을 띄게 된다.

이들 강종계에서 산화스케일을 제거할 경우 여러 경로의 산세공정이 있는 데 각 공정별 특징을 정리하면 다음과 같다.

먼저, 상기 오스테나이트계 스테인레스 냉연강판을 중성염 전해조를 통과시킨다. 황산나트륨을 함유하고 있는 중성염수용액에서 일정전류를 가하여 전해산세를 할 경우 Cr-rich 스케일이 형성된 오스테나이트계 스테인레스강의 경우 양극반응에 의해 Cr 산화물이 용해될 수 있으나 단시간 내에 크롬산화물을 완전히 제거할 수 없고, 한편 Fe산화물이 중성염수용액에서 전기화학반응에 의해 용해되지 않기 때문에 산화스케일 중의 Fe산화물을 제거하기 위해 질산전해과정을 거치게 된다. 아울러 스케일 중에 존재하고 있는 Si산화물은 중성염 및 질산전해로도 불가능하기 때문에 질산과 불산으로 구성되어 있는 혼산조에서 침적과정을 통해 단시간내에 완전한 산화스케일 제거가 가능하다.

이하 본 발명의 바람직한 산세조건에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서는 열간압연 또는 냉간압연 후 소둔 열처리에 의해서 스테인레스 냉연강판의 표면에 형성된 표면 스케일을 제거하기 위한 산세방법을 공정별로 구분하여 설명한다.

먼저, 본 발명은 중성염전해 - 질산전해 - 혼산침지의 단계로 구성된다. 먼저, 상기 중성염 전해의 전해조는 cell당 6m 길이의 14cell로 구성된다. 또한, 본 발명에 관한 오스테나이트계 스테인레스강은 황산 전해조를 통과시키지 않아도 된다.

또한, 상기 중성염 전해조의 cell 당 전류가 최대 양극기준으로 0.066A/cm²로 구성된 전해조에서 중성염전해시 전류는 0.036~0.05 A/cm²를 인가한다.

또한, 후속공정으로서의 질산전해조는 4cell로 하며 최대 0.033 A/cm² 로 구성된 전해조에서 0.024~0.03 A/cm² 를 인가한다. 본 발명에서의 전해산세시 용액의 온도는 바람직하게는 50~90℃로 한다. 이는 온도가 50도보다 낮을 경우 반응속도가 저하되고, 90도를 넘을 경우 과산세 및 질산 퓸발생에 따른 공해문제가 있기 때문이다.

특히, 혼산조는 최대 54m로 구성된 전해조에서 혼산용액내의 불산농도는 Mo을 첨가하지 않는 300계 강의 경우 5~15 g/l 로 한정하고, Mo을 첨가한 300계 강의 경우 20~25g/l로 한다. 용액의 온도는 40~70℃로 한다. 그리고, 전해조내의 금속이온농도는 45mg/L이하로 관리하여 침전물 과다로 인한 표면특성저하등의 산세능 저하를 방지한다.

이하 본 발명의 실시예을 살펴본다. 본 실시예에서는 304J1과 316강종을 ㄷ대상으로 실시하였다.

(실시예)

304강 산세조건에 따른 특성

	중성염전해	황산전해	질산전해	혼산처리	광택도 (L : 60˚)	판정
	전류밀도 (A/㎠)	전류밀도 (A/㎠)	전류밀도 (A/㎠)	HF (g/ℓ)	광택도 (L : 60˚)	판정
1	0.023	-	0.020	10.0	-	X
2	0.027	-	0.020	5.0	-	X
3	0.027	-	0.020	15.0	-	X
4	0.036	-	0.022	2.9	195	△
5	0.036	-	0.020	10.0	114	X
6	0.036	-	0.020	17.1	88	X
7	0.045	-	0.024	5.0	355	◎
8	0.045	-	0.024	15.0	295	○
9	0.050	-	0.030	10.0	350	◎

◎ : 광택우수, ○ : 광택양호, △ : 광택보통, X : 광택불량

중성염전해: Na2SO4 150 g/ℓ, 70℃, A/C/A=8/8/8)

질산전해 : HNO3 100 g/ℓ, 50℃, A/C/A=2/2/2

혼산처리 : 60℃, 25초, HNO3 90 g/ℓ

(여기서, A:양극반응시간, C:음극반응시간)

표 1은 304강의 냉연소둔강판을 산세한 실험결과를 나타낸다.

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 7, 8, 9의 경우 중성염 전해조에서의 전류밀도가 0.045~0.05A/cm²범위내이면서, 질산 전해조의 전류밀도가 0.024~0.03 A/cm² 인 것이 광택도가 우수한 것으로 나타났다. 또한 혼산 침지시의 불산 농도는 5g/l이면 광택도에 불량을 주지 않는다. 그러나, 실시예 4의 경우에서 중성염 전해조의 전류밀도를 0.036A/cm² 인가한 경우 광택도가 불량으로 나타나지 않았다.

304J1

	중성염전해	황산전해	질산전해	혼산처리	광택도 (L : 60˚)	판정
	전류밀도 (A/㎠)	전류밀도 (A/㎠)	전류밀도 (A/㎠)	HF (g/ℓ)	광택도 (L : 60˚)	판정
1	0.023	-	0.020	10.0	-	X
2	0.027	-	0.020	5.0	-	X
3	0.027	-	0.020	15.0	-	X
4	0.036	-	0.022	2.9	190	△
5	0.036	-	0.020	10.0	104	X
6	0.036	-	0.020	17.1	83	X
7	0.045	-	0.024	5.0	328	◎
8	0.045	-	0.024	15.0	274	○
9	0.050	-	0.030	10.0	336	◎

◎ : 광택우수 , ○ : 광택양호 , △ : 광택보통 , X : 광택불량

중성염전해: Na2SO4 150 g/ℓ, 70℃, A/C/A=8/8/8)

질산전해 : HNO3 100 g/ℓ, 50℃, A/C/A=2/2/2

혼산처리 : 60℃, 25초, HNO3 90 g/ℓ

표 2은 304J1강의 냉연소둔강판을 산세한 실험결과를 나타낸다.

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 7, 8, 9의 경우 중성염 전해조에서의 전류밀도가 0.045~0.05A/cm²범위내이면서, 질산 전해조의 전류밀도가 0.024~0.03 A/cm² 인 것이 광택도가 우수한 것으로 나타났다. 또한 혼산 침지시의 불산 농도는 5g/l이면 광택도에 불량을 주지 않는다. 그러나, 실시예 4의 경우에서 중성염 전해조의 전류밀도를 0.036A/cm² 인가한 경우 광택도가 불량으로 나타나지 않았다.

316강의 산세조건에 따른 특성

	중성염전해	황산전해	질산전해	혼산처리	광택도 (L : 60˚)	판정
	전류밀도 (A/㎠)	전류밀도 (A/㎠)	전류밀도 (A/㎠)	HF (g/ℓ)	광택도 (L : 60˚)	판정
1	0.023	-	0.020	12.0	-	X
2	0.027	-	0.020	3.0	-	X
3	0.027	-	0.020	13.0	-	X
4	0.036	-	0.022	4.9	178	△
5	0.036	-	0.020	11.0	110	X
6	0.036	-	0.020	18.1	78	X
7	0.045	-	0.024	25.0	345	◎
8	0.045	-	0.024	20.0	298	○
9	0.050	-	0.030	22.0	343	◎

중성염전해: Na2SO4 150 g/ℓ, 70℃, A/C/A=8/8/8)

질산전해 : HNO3 100 g/ℓ, 50℃, A/C/A=2/2/2

혼산처리 : 60℃, 25초, HNO3 90 g/ℓ

표 3은 316강의 냉연소둔강판을 산세한 실험결과를 나타낸다.

상기 표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 7, 8, 9의 경우 중성염 전해조에서의 전류밀도가 0.045~0.05A/cm²범위내이면서, 질산 전해조의 전류밀도가 0.024~0.03 A/cm² 인 것이 광택도가 우수한 것으로 나타났다. 한편,실시예 4의 경우에서 중성염 전해조의 전류밀도를 0.036A/cm² 인가한 경우 광택도가 불량으로 나타나지 않았다.

또한, 본 316강의 경우에서의 혼산 침지시의 불산 농도는 20~25g/l까지 높여야 되는 것을 알 수 있는 바, 이는 본 강종이 Mo이 첨가된 강종이기 때문인 것으로 해석된다. 반면 표 1, 2의 경우에는 Mo을 첨가하지 않은 300계 강종이므로 혼산침지시의 불산농도는 5~15g/l이면 바람직하다.

상기 표 1, 2, 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 강종에 대하여 중성염 전해 및 질산과 혼산전해를 최적의 전류밀도로 실시할 경우 산세능이 현저히 향상되는 것을 알 수 있다. 본 발명의 중성염(Na2SO4) 수용액에서 전해산세시 우수한 광택도(150 이상)를 얻기 위한 전류밀도는 0.036~0.05 A/cm² 로 한정한다.

우수한 광택도(150 이상)를 얻기 위한 혼산(질산+불산)용액내의 불산농도는 Mo을 첨가하지 않은 300계 강의 경우 5 ~ 15 g/l 로 한정한다. 반면에 Mo을 첨가한 300계 강의 경우 20 ~ 25 g/l 로 한정한다.

본 발명에 따르면, 스테인레스 냉연소둔강판을 단시간에 산세시킴과 아울러 표면광택도를 향상시킴으로써 이를 통해 신규 수요창출이 가능하게 되었다. 그리고 미산세시 소둔강판의 표면색차에 의한 조업상의 대응조치를 신속하게 할 수 있어 생산성 향상을 기대할 수 있다.

Claims

열간압연 또는 냉간압연 후 소둔 열처리에 의해 표면에 형성된 스케일을 제거하기 위한 오스테나이트계 스테인레스강의 산세방법에 있어서, 상기 강종은 0.045~0.05A/cm²의 전류가 인가된 중성염 전해조와 0.024~0.03 A/cm²가 인가된 질산전해를 실시한 후, 질산과 불산의 혼산침지를 추가하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스강의 산세방법.
제1항에 있어서,

상기 산세시의 용액의 온도는 50~90℃인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스강의 산세방법.
제1항에 있어서,

상기 혼산침지시의 질산농도는 100 g/l, 불산농도 5~25 g/l를 사용하고, 온도는 40~70℃인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스강의 산세방법.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서,

전해조내의 금속이온농도는 45mg/L 이하인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스강의 산세방법.