KR20090081205A - 스테인리스 강재의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 색상이 다양하면서도 미려하고 장식성이 우수한 스테인리스 강재의 제조방법에 관한 것으로, 스테인리스 강재를 표면 가공하여 표면조도를 조정하는 단계, 및 상기 단계를 거친 강재를 100℃~800℃의 산화성 분위기하에서 1분~10시간 동안 산화열처리하여 상기 강재의 표면에 산화피막층을 형성하는 단계로 구성된다.

스테인리스 강재, 산화열처리, 산화피막층, 표면조도

Description

스테인리스 강재의 제조방법{Method for Manufacturing Stainless Steel Materials}

본 발명은 스테인리스 강재의 제조방법에 관한 것으로, 특히 색상이 다양하면서도 미려하고 장식성이 우수한 스테인리스 강재의 제조방법에 관한 것이다.

지금까지 주로 무 표면처리 상태의 금속이 갖고 있는 고유한 화학적, 물리적 특성에 맞는 산업용 소재 등에 사용되어 왔지만, 산업이 발달하고 생활이 윤택해지면서 금속의 고유한 특성을 그대로 갖고 있으면서 고기능, 고부가가치를 얻을 수 있는 신소재와 더불어 다양한 색조개념을 반영한 강재에 대한 수요가 증가하고 있다.

종래의 연구는 영국의 INCO법(영국특허 제275,781호)으로 스테인리스강을 산성 Cr용액에 침지하여 Fe, Ni, Cr의 산화물로 이루어진 1㎛ 내외의 산화물층을 형성하고 이를 다시 가열하여 이 산화물층의 두께 차에 따른 빛의 산란, 간섭작용에 의해서 여러 색이 나타나게 한 것이 개시되어 있다.

그런데 이 방법은 산성 Cr용액의 농도와 조성이 시험시 마다 변화되어 색상의 재현성이 부족하거나, 제조공정이 복잡하고 도금액에 따른 환경공해를 유발함은 물론, 다양한 색상을 구현하는 데 한계가 있었다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 그 목적은 종래 기술에 비해 색상의 재현성이 우수하고 무공해이며, 색상이 미려하고 다양하여 장식성이 우수한 스테인리스 강재의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다.

본 발명은 (a) 스테인리스 강재를 표면가공하여 표면조도를 조정하는 단계, 및 (b) 상기 (a)단계를 거친 강재를 100℃~800℃의 산화성 분위기하에서 1분~10시간 동안 산화열처리하여 상기 강재의 표면에 산화피막층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테인리스 강재의 제조방법으로 구성된다.

여기서, 상기 (a)단계의 표면가공 공정은 냉간가공, 버핑, 래핑, 연마, 폴리싱 중에서 선택된 어느 하나로 할 수 있다. 스테인리스 강재에 표면 가공을 행하는 이유는 강재의 표면 조도를 조절하여 후속하는 열처리 공정에 의해 구현되는 색상의 발현에 있어 광택도를 향상시키기 위한 것이다.

상기 표면 조도는 산화처리 후 얻어지는 색상의 발현에 충분한 광택도를 확보하기 위하여 0.01㎛Ra∼30㎛Ra으로, 바람직하기로는 0.5㎛Ra∼1.0㎛Ra 하는 것이 좋다.

상기 (b)단계에서 산화가스는 강재의 표면에 색상을 발현하는 산화물층을 형성시키기 위해 산소, 공기, 이산화탄소, 스팀 등 모든 산화성 가스중에서 단독 또는 혼합하여 이용할 수 있으며, 그 밖에 질소가스를 상기 산화가스에 포함할 수 있다.

이때, 상기 (b)의 단계에서 산화열처리후 형성된 산화피막층의 표면색상은 산화열처리 온도, 시간, 산화열처리 분위기에 따라 금색, 보라색, 청색 및 흑색으로 발현될 수 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 스테인리스 강재의 제조방법은 산화가스를 이용한 산화열처리를 실시하여 산화피막층을 형성한 것이므로, 종래의 방법으로는 발현할 수 없는 다양한 색상을 구현할 수 있어, 장식성이 우수한 다양한 색상의 스테인리스 강재를 제조할 수 있다.

본 발명의 스테인리스 강재의 제조방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 종래의 코팅후 열처리법, 도금법과 달리 무공해 방법으로서 환경보호에 기여할 수 있다.

둘째, 종래의 방법으로는 발현할 수 없는 각종 색상의 스테인리스 강재를 제조할 수 있기 때문에 색상이 다양하고 미려하여 장식성이 우수하여 그 적용범위가 넓다.

셋째, 종래의 방법에 비해 간단한 공정으로 다양한 색상의 스테인리스 강재를 제조할 수 있기 때문에 제조비용이 저렴하다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 스테인리스 강재의 제조방법을 나타낸 절차도이다.

먼저 본 발명은 스테인리스 강재를 우수한 조도를 형성시키기 위해 연마, 버핑(buffing), 래핑(lapping) 혹은 폴리싱(polishing)과 같은 표면가공공정을 거친다 (S10).

이때, 상기 표면조도는 산화처리 후 얻어지는 색상의 발현에 충분한 광택도를 확보하기 위하여 0.01㎛Ra∼30㎛Ra으로, 바람직하기로는 0.5㎛Ra∼1.0㎛Ra 하는 것이 좋다.

그런 다음, 상기 표면가공 공정을 통해 얻어진 강재와 산화가스를 노속에 투입(S20)하여 산화공정을 실시한다.

상기 산화공정은 강재의 표면에 산화열처리를 실시하여 산화피막층을 형성(S30)하는 것으로서, 산화열처리 조건은 발현시키고자 하는 색상에 따라, 산화열처리가 수행되는 온도를 100℃∼800℃의 범위에서, 1분∼10시간 동안 실시한다.

그 이유는, 산화열처리의 온도를 100℃ 미만으로 했을 경우에는, 산화열처리가 수행되지 않아 원하는 산화피막층을 얻을 수 없으며, 800℃를 초과할 경우에는 짧은 시간에도 바로 흑색으로 유지되기 때문이다.

또한, 산화 열처리시간이 1분 미만이면 산화피막층이 형성되기에는 시간이 충분하지 않아 색상 발현에 필요한 충분한 두께의 산화피막층을 얻기 어려우며, 10시간을 초과할 경우에는 흑색으로 계속 유지되기 때문이다.

상기 산화열처리후 형성된 산화피막층의 표면색상은 산화열처리 온도, 시간, 산화열처리 분위기에 따라 금색, 보라색, 청색 및 흑색으로 발현될 수 있는데, 산화피막층의 조성은 주로 Cr₂O₃, Fe₃O₄, CrO, NiO 의 단독 혹은 이들의 복합상이다.

또한, 상기 산화피막층의 두께는 0.05㎛~5㎛로 하는 것이 바람직한데, 이는 표면 화합물층의 두께에 따라 빛의 산란이나 간섭에 영향을 주어 발현되는 색상이 달라지기 때문이다.

그 후, 상기 산화열처리 과정을 통해 산화피막층이 형성된 강재는 공냉, 로냉, 수냉 및 유냉 중에서 어느 하나의 방법에 의해 냉각된다(S40).

따라서, 본 발명의 스테인리스강재 제조방법에 의하면 강재가 산화됨으로써 색을 발현시키고, 산화열처리 조건에 따라 각각 금색, 보라색, 청색, 흑색계열의 다양한 색상을 발현시킬 수 있기 때문에, 그 색상이 다양하고 미려할 뿐만 아니라 내식성이 우수하여, 이에 따라 그 용도를 실내외 장식용, 각종 건축용 등 다양하게 적용될 수 있다.

한편, 산화열처리를 실시하는 열처리로는 상하부에 교반팬(fan)이 부착된 상부 또는 하부가스주입형 핏트형로, 올케이스로(sealed quench furnace), 유동상로 또는 3개 이상의 챔버로 구성되고, 각 챔버의 상하에 교반팬이 부착된 메쉬벨트 타입 연속로, 염욕로, 플라즈마 또는 고주파 유도로를 적용할 수 있지만, 상기 산화열처리 조건을 만족시킬 수 있으면 이들 노에 제한되지는 않는다.

(실시예 1)

스테인리스 강재를 표면조도를 0.5㎛Ra 정도로 버핑한 후, 300℃의 스팀분위 기에서 2시간 산화열처리를 실시한 후에 공냉한 결과, 밝은 금색의 산화피막층이 형성되었다.

(실시예 2)

스테인리스 강재를 표면조도 0.5㎛Ra 정도로 버핑하여 노속에 투입한 후, 400℃의 공기분위기에서 1.5시간동안 산화열처리를 실시한 후에 공냉한 결과, 표면색상은 황금색 계열의 산화피막층이 형성되었다.

(실시예 3)

스테인리스 강재를 표면조도를 1.0㎛Ra 정도로 폴리싱한 후 로속에 상기 강재를 투입하고, 650℃의 온도와, 공기와 스팀을 부피비로 60:40에서 2시간 산화열처리를 실시한 후에 공냉하여, 표면색상이 보라계열의 산화피막층이 형성된 강재를 제조하였다.

(실시예 4)

스테인리스 강재를 연마하여 표면조도 1.0㎛Ra로 한 후 650℃의 부피비로 50: 50의 공기와 이산화탄소 분위기에서 4시간 산화열처리후 수냉한 결과 강재의 발현 표면색상은 청색이었다.

(실시예 5)

스테인리스 강재를 연마하여 표면조도 1.0㎛Ra로 한 후 700℃의 공기 분위기에서 5시간 산화열처리 후 노냉한 결과 발현된 색상은 흑색이었다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지 식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스테인리스 강재의 제조방법을 나타낸 절차도이다.

Claims (5)

1. (a) 스테인리스 강재를 표면 가공하여 표면조도를 조정하는 단계, 및

   (b) 상기 (a)단계를 거친 강재를 100℃~800℃의 산화성 분위기하에서 1분~10시간 동안 산화열처리하여 상기 강재의 표면에 산화피막층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다양한 색상을 갖는 스테인리스 강재의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 산화성 분위기는 산소, 공기, 이산화탄소, 스팀 중에서 단독 또는 이들의 혼합가스이거나, 또는 이들 가스에 질소를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테인리스 강재의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 표면가공은 버핑, 래핑, 연마, 폴리싱 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 스테인리스 강재의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 산화열처리를 실시하는 열처리로는 상하부에 교반팬(fan)이 부착된 상부 또는 하부가스 주입형 핏트형로, 올케이스로(sealed quench furnace), 유동상로, 3개 이상의 챔버로 구성되고 각 챔버의 상하에 교반팬이 부착된 메쉬벨트 타입 연속로, 염욕로, 플라즈마로, 및 고주파 유도로 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스테인리스 강재의 제조방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 표면조도는 0.5㎛Ra 내지 1.0㎛Ra인 것을 특징으로 하는 스테인리스 강재의 제조방법.

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