KR20090010829A - 극저탄소강의 미세조직 분석용 에칭 용액 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피크린산, 질산, 및 메탄올 또는 에탄올 잔부를 포함하는 혼합용액에, 염산을 첨가한 조성인 것을 특징으로 하는 극저탄소강의 미세조직 분석을 위한 에칭 용액 및 그 제조 방법과 그 에칭 용액을 이용한 에칭 방법에 관한 것이다. 본 발명의 에칭 용액 및 그 에칭 방법을 이용할 경우 극저탄소강 조직의 결정입계가 이중 계단형으로 에칭되는 현상이나 유령입계를 방지하여 입도 분석이나 미세조직 분석시 발생할 수 있는 오차를 방지할 수 있다.

극저탄소강, 미세조직 분석, 에칭 용액, 계단 부식, 유령입계

Description

극저탄소강의 미세조직 분석용 에칭 용액{Etchant for microstructure analysis for interstitial free steel}

본 발명은 극저탄소강의 미세조직 분석을 위한 에칭 용액 및 그 제조 방법과 그 에칭 용액을 이용한 에칭 방법에 관한 것이다.

극저탄소강은 탄소함량이 0.05 중량% 미만으로 조절된 강으로서, Ti 또는 Nb등의 탄화물 형성원소를 첨가시켜 고용 탄소량을 제어하는 강이고, 현재 자동차의 외판 등에 널리 사용되고 있는 매우 주요한 강종의 하나로 각광을 받고 있다.

금속학적으로 가장 많이 사용되는 에칭 용액으로는 나이탈(Nital)로 불리는 질산 2~5 부피%을 함유한 메탄올 혹은 에탄올 용액이다. 금속의 조직 사진은 우선 기계연마(polishing)를 통해 거울 면을 형성한 후 가장 적합한 용액을 사용하여 수초 내지 수분간 침지, 에칭을 한 후 측정하게 된다. 결정입계는 결정내부와는 달리 원자결합이 끊어진 부분으로 에너지가 높아 에칭 용액에 먼저 반응하여 부식되게 된다. 이와 같은 부식이 일어나게 되면 부식이 덜 일어난 입계와 현미경상에서의 빛에 대한 반사도가 틀려 결정입계가 나타나게 되어 이를 현미경으로 관찰할 수 있게 된다.

에칭 과정에서 부식 온도와 시간은 소재마다 달라 시행 착오를 통해 적절한 조건을 도출한 수 있으나, 소재 별로 에칭되는 에칭 용액(또는 부식액)은 정해져 있어 가장 적합한 에칭 용액을 선택하지 않은 경우에는 부식이 되지 않을 뿐만 아니라, 부식이 되었다고 하더라도 정확한 데이터를 제공하지 못하기 때문에 신뢰도 있는 정보를 얻을 수 없다.

기존의 나이탈 용액은 강판 입계에 대한 우수한 선택적 부식(selective etching) 특성으로 인해 가장 많이 사용되고 있는 에칭 용액이며, 한편 탄소량이 0.05 중량% 이상의 중저탄소강의 경우에는 입계에 존재하는 펄라이트를 관찰하기 위해 피크린산을 사용하기도 하나 보편적이지는 않다.

본 발명은 극저탄소강의 미세조직 분석을 위한 에칭 용액 및 그 제조 방법과 그 에칭 용액을 제공하고, 그 에칭 용액을 제조하는 방법과 그 에칭 용액을 이용한 에칭 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 탄소 함량이 0.05 중량% 미만으로 함유된 극저탄소강의 미세조직 분석을 위한 에칭 용액에 있어서, 피크린산 1~5g, 질산 3~5 ㎖, 및 메탄올 또는 에탄올 잔부를 포함하는 혼합용액 100 ㎖에, 염산 0.1~2 ㎖를 첨가한 조성인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 탄소 함량이 0.05 중량% 미만으로 함유된 극저탄소강의 미세조직 분석을 위한 에칭 용액의 제조방법에 있어서, 피크린산 1~5g, 질산 3~5 ㎖, 및 메탄올 또는 에탄올 잔부를 첨가시킨 혼합용액 100 ㎖을 25 ~ 40 ℃로 유지시키는 단계; 및 상기 혼합용액 100 ㎖에, 에칭 전에 염산 0.1~2 ㎖를 첨가하는 단계를 포함하는 것을 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 탄소 함량이 0.05 중량% 미만으로 함유된 극저탄소강의 미세조직 분석을 위한 에칭 방법에 있어서, 피크린산 1~5g, 질산 3~5 ㎖, 및 메탄올 또는 에탄올 잔부를 포함시켜 이뤄진 혼합용액 100 ㎖을 25 ~ 40 ℃ 로 유지시키고, 상기 혼합용액 100 ㎖에 에칭 직전에 염산 0.1~2 ㎖를 첨가하여 에칭 용액을 제조하는 단계; 및 상기 에칭 용액으로 상기 극저탄소강을 침적하여 5 ~ 20초간 에칭시킨 다음, 수세, 건조하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

철강판재의 성형성을 증가시키기 위해서는 판재면에 {111}방향(입자구조를 정육면체로 볼 때 한 쪽 꼭지점에서 아래 쪽 대각선 방향으로 삼각형을 그리면서 잘라내는 방향)의 결정립이 강하게 발달되어야 한다. {111}면이 판재면에 발달하게 되면 r값이라 불리는 소성변형비가 높게 되고 이는 장출성 및 딥드로잉성이 높아지는 것을 의미한다. 철강내에 존재하는 탄소는 이 {111} 방향의 결정립이 발달하는 것을 억제하는 원소로 이를 강 기질(matrix)내에서 제거하기 위해 Ti 혹은 Nb를 첨가한 강판을 극저탄소강(interstitial free steel)이라고 한다.

일반적인 극저탄소강의 일반적인 조성을 예시하면 아래 표 1과 같으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

구분	C	Mn	P	S	Al	Ti	N
중량%	0.0015	0.050	0.006	0.001	0.033	0.084	0.002

본 발명의 에칭 용액 또는 에칭 방법이 적용되는 극저탄소강은 탄소 함량이 0.05 중량% 미만, 바람직하게는 0.02 중량% 미만, 더욱 바람직하게는 0.001 ~ 0.01 중량%인 것이다.

본 발명의 에칭 용액은 피크린산 1~5g, 질산 3~5 ㎖, 및 메탄올 또는 에탄올 잔부를 포함하는 혼합용액 100 ㎖에, 염산 0.1~2 ㎖를 첨가한 조성을 특징으로 한다.

본 발명의 에칭 용액에 포함되는 질산은 bcc구조의 철강판재 결정입계에 선택적으로 작용하는 것을 특징으로 한다. 상기 혼합용액에서 5 부피%를 초과하는 경우에는 에칭 특성은 나타나지만, 연마 조건에 따라 정도의 차이가 있으나 부식 시간이 수 초 이내로 실험실적으로 제어하기는 어렵다는 문제가 있고, 또한 본 발명에서 질산을3 부피% 이상으로 한정한 것은 다음에 설명하는 피크린산과의 복합작용에 의해 산도가 과도하게 낮아지는 것을 막기 위함이다.

본 발명의 에칭 용액에 포함되는 피크린산은 결정입계를 미세하게 부식시키는 것으로서, 결정입계와 결정립을 동시에 평할하게 부식시키므로, 종래 나이탈 용액에 의해 계단형으로 부식된 결정입계를 평탄하게 만드는 작용을 한다. 상기 피크린산이 5g 초과하여 함유한 에칭 용액은 화학적으로 불안정하게 되기 쉬워 대기 중 또는 후드 내부에 방치하는 경우 용액 내부에 잔류하는 금속성분 또는 에칭 후 에칭 용액에 잔류하는 금속성분과 자체 반응을 통해 용액이 폭발하기에 주의를 요한다.

에칭 용액에 있어 중요한 것은 에칭 온도이다. 보통 상온에서 에칭하는 경우 에칭 용액의 온도가 상온보다 낮은 경우가 많다(여기서 상온이라 함은 화학에서 정의하는 25℃를 의미한다.). 용액은 온도가 높을 수록 반응성이 좋아지나, 앞서 기술한 것처럼 반응 속도가 빠르면 에칭 상태를 조절할 수 없다. 통상적으로 5~20초의 침지 시간을 최적으로 보는 바, 이를 달성하기 위해서는 용액의 온도는 25~ 40℃가 되어야 한다.

최종 에칭 전 투입하게 되는 염산은 혼합용액 100 ㎖당 0.1 ~ 2㎖, 바람직하게는 0.2 ~ 1.5 ㎖, 더욱 바람직하게는 0.5 ~ 1.2 ㎖를 첨가하고, 염산의 구멍 부식(pitting corrosion) 특성을 이용하여 부식을 촉진시키기 위한 것이다.

본 발명에서 극저탄소강의 미세조직을 분석하기 위한 과정을 도 1에 나타내었다. 먼저 측정하고자 하는 극저탄소강의 샘플에서 시편을 채취하고, 폴리머 레진 속에 채취한 시편을 넣어 경화시킨 후, 200 ~ 2000 번 샌드 페이퍼를 이용하여 연마하여 거울 면을 제조하고, 이를 다시 부직으로 만들어진 연마포에 입자크기 3 ㎛, 1㎛, 0.5 ㎛ 순으로 다이아몬드 페이스트 또는 실리콘 연마제로 미세 연마한 후, 연마 완료된 시편을 흐르는 물에 세척한 후 자연건조 혹은 송풍건조 한다. 상기 연마 후, 세척, 건조된 시편에 본 발명의 에칭 용액에 극저탄소강을 침적하여 5 ~ 20초간 에칭시킨 다음, 수세, 건조한 후 광학현미경으로 사진을 찍거나 이미지 분석기로 분석한다.

상기에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 에칭 용액 또는 에칭 방법을 사용한 경우에는 기존 나이탈 용액으로 에칭한 경우 나타나는 유령입계, 계단 부식 등을 효과적으로 방지하여 입도 분석 및 미세 조직 측정시 에러를 방지할 수 있어 측정 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명을 도면에 의거 더욱 상세하게 설명하는 바, 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 2 및 도 3은 자동차용으로 공급되는 80%냉연 극저탄소강(DDQ급)의 단면을 기존의 나이탈 용액으로 에칭한 사진이다. 도 2의 원으로 표시한 부분이 이중 에칭된 것으로 입도 분석기상에서는 결정입계(심한 경우에는 쌍정)로 분석이 되기도 하는 것으로 극저탄소강 에칭 시에 반드시 나타나는 현상으로 인정되어 온 것이다. 또한 도 2에 확대한 그림에서 보이는 것처럼 붉게 색칠된 점으로 나타낸 유렁입계(Ghost Grain)이라 불리는 실제 존재하지 않는 결정립이지만 조직 사진상에서는 결정립으로 표시되는 현상이 나타나기도 한다. 도 3에는 결정립간 균일하게 부식되지 않아 계단이 생긴 모습이 붉은 원안에 나타나 있다.

피크린산 3g, 질산 4 ㎖, 및 에탄올 잔부를 포함하는 혼합용액 100 ㎖에, 에칭 직전에 염산 1 ㎖를 첨가한 본 발명의 일 실시예의 에칭 용액을 사용하여 극저탄소강을 에칭한 후의 미세조직의 사진을 도 4, 5, 및 6에 나타내었다. 냉간 압하량에 따라 부식 특성이 변하는 극저탄소강 모두에 범용적으로 본 발명의 에칭 용액이나 에칭 방법이 적용되는 것을 보여주기 위해 80% 압연한 것과 95% 압연한 것의 에칭 후의 미세조직 사진을 각각 도 4 및 5에 나타내었고, 결정입계간 에너지차가 큰 재결정 과정, 예를 들어 소둔 중간에서의 조직에서도 종래 나이탈 용액의 문제점을 해결한 것을 도 6에서 확인할 수 있었다.

도 1은 본 발명의 극저탄소강의 미세조직을 분석하기 위한 일 구현예을 순서도로 나타낸 것이다.

도 2 및 도 3은 자동차용으로 공급되는 80%냉연 극저탄소강(DDQ급)의 단면을 기존의 나이탈 용액으로 에칭한 사진이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예의 에칭 용액을 사용하여 80% 압연한 극저탄소강을 에칭한 후의 미세조직의 사진이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예의 에칭 용액을 사용하여 95% 압연한 극저탄소강을 에칭한 후의 미세조직의 사진이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예의 에칭 용액을 사용하여 80% 압연 후 50% thens한 극저탄소강을 에칭한 후의 미세조직의 사진이다.

Claims (3)

1. 탄소 함량이 0.05 중량% 미만으로 함유된 극저탄소강의 미세조직 분석을 위한 에칭 용액에 있어서,

   피크린산 1~5g, 질산 3~5 ㎖, 및 메탄올 또는 에탄올 잔부를 포함하는 혼합용액 100 ㎖에, 염산 0.1~2 ㎖를 첨가한 조성인 것을 특징으로 하는 극저탄소강의 미세조직 분석을 위한 에칭 용액.
2. 탄소 함량이 0.05 중량% 미만으로 함유된 극저탄소강의 미세조직 분석을 위한 에칭 용액의 제조방법에 있어서,

   피크린산 1~5g, 질산 3~5 ㎖, 및 메탄올 또는 에탄올 잔부를 첨가시킨 혼합용액 100 ㎖을 25 ~ 40 ℃로 유지시키는 단계; 및

   상기 혼합용액 100 ㎖에, 에칭 직전에 염산 0.1~2 ㎖를 첨가하는 단계를 포함하는 극저탄소강의 미세조직 분석을 위한 에칭 용액의 제조방법.
3. 탄소 함량이 0.05 중량% 미만으로 함유된 극저탄소강의 미세조직 분석을 위한 에칭 방법에 있어서,

   피크린산 1~5g, 질산 3~5 ㎖, 및 메탄올 또는 에탄올 잔부를 포함시켜 이뤄 진 혼합용액 100 ㎖을 25 ~ 40 ℃로 유지시키고, 상기 혼합용액 100 ㎖에 에칭 직전에 염산 0.1~2 ㎖를 첨가하여 에칭 용액을 제조하는 단계; 및

   상기 에칭 용액으로 상기 극저탄소강을 침적하여 5 ~ 20초간 에칭시킨 다음, 수세, 건조하는 것을 특징으로 하는 극저탄소강의 미세조직 분석을 위한 에칭 방법.

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