KR20100128461A - 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선 및 이의 제조방법 - Google Patents

내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR20100128461A
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Abstract

본 발명은 내식성이 높은 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선(100)은, 페라이트계 스테인리스강으로 구성된 원소재(120)와, 상기 원소재(120) 외부에 도금된 내식층(140)을 포함하여 구성되며, 상기 내식층(140)은 원소재(120)의 외면에 도금된 니켈도금층(130)이 열에 의해 원소재(120)에 확산되어 형성된 것임을 특징으로 한다. 또한 본 발명에 의한 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선의 제조 방법은, 페라이트계 스테인리스 강으로 구성된 원소재(120)를 준비하는 재료준비단계(S100)와, 상기 원소재(120)의 외면에 형성된 표면결함(122)을 제거하여 표면을 평탄화하는 표면결함제거단계(S200)와, 표면결함(122)이 제거된 원소재(120)의 외면에 니켈도금층(130)을 형성하는 니켈도금단계(S300)와, 상기 원소재(120) 및 니켈도금층(130)을 열처리하여 확산함으로써 내식층(140)을 형성하는 확산열처리단계(S400)로 이루어진다. 이와 같이 구성되는 본 발명에 따르면, 내식성이 향상된 강선을 저렴하게 제조 가능한 이점이 있다.
페라이트계 스테인리스 강, 강선, 니켈, 도금, 확산, 내식성

Description

내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선 및 이의 제조방법 {A ferritic stainless steel having a corrosion-resisting layer and method for manufacturing thereof}
도 1 은 본 발명에 의한 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선의 구성을 보인 개략도.
도 2 는 본 발명에 의한 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선의 제조방법을 나타낸 공정 순서도.
도 3 은 본 발명에 의한 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선에서 니켈도금층 형성 전의 원소재 표면 및 단면을 보인 SEM 사진
도 4 는 본 발명에 의한 니켈도금층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선에서 니켈도금층 형성 후의 원소재 표면 및 단면을 보인 SEM 사진.
도 5 는 본 발명에 의한 니켈도금층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선에서 내식층의 표면 및 단면을 보인 SEM 사진.
도 6 은 본 발명에 의한 니켈도금층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선의 열처리 전/후의 성분 분포를 비교한 실험 데이터.
도 7 은 본 발명에 의한 니켈도금층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선의 밀착성 실험을 위한 시료 사진.
도 8 은 본 발명에 의한 니켈도금층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선의 제조 방법에서 일 단계인 표면결함제거단계가 실시되지 않은 시료의 밀착성 및 내식성 실험 결과를 나타낸 표.
도 9 는 본 발명에 의한 니켈도금층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선의 제조 방법 중 일 단계인 표면결함제거단계에서 전해연마공정을 실시한 후의 표면을 보인 사진.
도 10 은 본 발명에 의한 니켈도금층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선의 제조 방법 중 일 단계인 표면결함제거단계에서 전류밀도 변화시의 표면 상태를 확대하여 나타낸 사진.
도 11 은 본 발명에 의한 니켈도금층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선의 제조 방법 중 일 단계인 표면결함제거단계에서 전해연마공정의 적용 전/후 단면을 나타낸 사진.
도 12 은 본 발명에 의한 니켈도금층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선의 제조 방법에서 일 단계인 표면결함제거단계 중에 전해연마공정이 적용된 시료의 내식성 실험 결과를 나타낸 표.
도 13 은 본 발명에 의한 니켈도금층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선의 제조 방법에서 일 단계인 표면결함제거단계 중에 저융점합금도금이 적용된 시료의 내식성 실험 결과를 나타낸 표.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100. 페라이트계 스테인리스 강선 120. 원소재
122. 표면결함 130. 니켈도금층
140. 니켈도금층 S100. 재료준비단계
S200. 표면결함제거단계 S300. 니켈도금단계
S400. 확산열처리단계 S500. 선경조정단계
본 발명은 내식성이 향상되고 보다 저렴하게 제조 가능한 니켈도금층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
스테인리스 강선 및 그 가공품들은 산업 제품용의 경우, 그 사용 목적에 따라 스프링용, 펜스용, 진직선용, 금망(weaving)용, 냉간압조용, 쾌삭용, 일반 가공용 등으로 구분할 수 있으며 자동차, 건설, 전자, 전기, 정밀기계, 사무기기 및 의료기기 등에 사용되고 있고, 일반 소비제품용의 경우에는 주방용, 인테리어용, 방충망용, 레저용, 장식용 등 우리 생활에 아주 광범위하게 사용되고 있다.
일반적으로 스테인리스 강선은 오스테나이트계, 페라이트계 및 마텐사이트계 스테인리스 강으로 구분이 되고 있다. 오스테나이트계 스테인리스 강선은 우수한 내식성과 성형성을 지니고 있어 가장 널리 사용되고 있으나, 타 스테인리스 강선에 비하여 경도 및 강도가 낮다.
이에 비하여 페라이트계 스테인리스 강선은 경도가 높고 고온 내산화성과 전기전도도가 우수한 반면, 내식성은 오스테나이트계 스테인리스 강선에 비하여 현저 하게 떨어진다.
마르텐사이트계 스테인리스 강선도 경도가 높아 응력이 크게 걸리는 용도로 사용되지만 내식성이 오스테나이트계 스테인리스 강선에 비하여 낮다.
이처럼 다양한 스테인리스 강선들은 각각의 장단점을 가지고 있는데, 대체로 기계적인 특성은 페라이트계 스테인리스강선이 우수하고, 내식성 측면에서는 오스테나이트계 스테인리스 강선이 우수하다.
한편 국내의 스테인리스강 와이어 산업은 설비 투자를 통하여 양적인 측면에서 세계적인 경쟁 우위를 차지하였으나, 2002년 이후 산업환경의 변화에 따른 원자재 고갈현상 및 중국, 인도 등 후발국가들의 대규모 자원 잠식에 따라 원자재 가격 인상의 여파로 세계 시장에서의 가격 경쟁력에 어려움을 겪고 있다.
특히 오스테나이트계 스테인리스 강의 주 합금원소인 니켈의 자원 잠식 및 투기 세력에 의해 가격이 폭등하는 등 가격이 매우 불안정한 상태이다.
이에 따라 오스테나이트계 스테인리스강 와이어의 가격도 급등하게 됨으로써 국내에서 생산된 제품의 가격이 상승하여 가격 경쟁력이 떨어지는 현상이 나타나고 있다.
그러므로 세계적 시장에서의 경쟁 우위를 확보하기 위해서는 저가의 원자재를 이용하여 고품질의 개발하고 고기능성을 부여하여 적용성을 다양화함으로써 부가가치를 창출하는 것이 시급하다.
대한민국 특허청 등록특허번호 제0210824호 "스테인레스 강선 및 제조방법"에는 스테인레스 강선의 외면에 황산염 피막을 형성하여 가공시에 윤활성이 향상되 고, 생산 능률이 향상되도록 한 기술이 게시되어 있다.
그러나 이러한 종래의 기술에는 다수 공정을 통해 강선의 제조가 가능하므로 생산성이 저하되는 문제점이 있다. 또한 종래에는 니켈 도금층과 확산 열처리 공정을 적용하여 스테인리스 강선의 윤활성과 내식성을 동시에 향상시키기 위한 목적을 가지는 기술이 게시되어 있지 않다.
또한 대한민국 특허청 등록특허번호 제 0218230호 니켈을 도금한 스프링용 스테인레스 강선 제조 방법"에는 표면에 신선 윤활성을 부여하기 위하여 니켈을 도금하는 기술이 게시되어있다.
그러나 이러한 종래의 기술은 단순히 인발 공정상 니켈의 윤활성을 이용하여 윤활성을 향상시키고, 니켈 도금을 두껍게 함으로써 스테인리스 강의 내식성을 높이는 것이므로, 원소재 간의 계면이 존재하여 밀착성 및 내식성을 향상시키는 원리는 근본적으로 다르고, 그 효과 및 경제성도 상당히 낮다.
본 발명의 목적은, 니켈 함량이 적고 저가인 페라이트계 스테인리스강선의 표면에 니켈도금층을 형성하고, 열처리에 의한 원소 확산을 유도하여 표면부위에만 오스테나이트계 스테인리스강 혹은 니켈계 고내식 합금에 상응하도록 변태를 유도함으로써 페라이트계 스테인리스 강선에 내식성을 부여하면서 니켈의 투입량이 최소화되도록 한 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 경도와 전도성 및 자기적 특성이 우수하여 다양한 용도에 적용 가능한 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선은, 페라이트계 스테인리스로 구성된 원소재와, 상기 원소재 외면에 구비된 내식층을 포함하여 구성되며, 상기 내식층은 원소재의 외면에 도금된 니켈도금층이 열에 의해 원소재에 확산되어 형성된 것임을 특징으로 한다.
상기 니켈도금층은 0.1㎛ 내지 원소재 선경 대비 2%의 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 내식층은 니켈(Ni)을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다
0.08 내지 4.6 중량%의 니켈(Ni)을 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선의 제조 방법은, 페라이트계 스테인리스로 구성된 원소재를 준비하는 재료준비단계와, 상기 원소재의 외면에서 내부로 형성된 표면결함을 제거하는 표면결함제거단계와, 상기 표면결함이 제거된 원소재의 외면에 니켈도금층을 형성하는 니켈도금단계와, 상기 원소재 및 니켈도금층을 열처리하여 니켈도금층을 확산함으로써 내식층을 형성하는 확산열처리단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 표면결함제거단계는, 전해연마공정과 저융점합금도금공정 중 어느 하나가 적용됨을 특징으로 한다.
상기 전해연마공정은, 인산과 황산의 농도비가 9:1인 용액에서 30A/dm2 이상의 전류밀도에서 5분 이상 실시됨을 특징으로 한다.
상기 저융점합금도금공정은, Ni-P 또는 Ni-B 을 원소재 외면에 도금하는 과정임을 특징으로 한다.
상기 니켈도금단계는, 상기 원소재 외면에 니켈도금층을 0.1㎛ 내지 원소재 선경 대비 2%의 두께로 도금하는 과정임을 특징으로 한다.
상기 확산열처리단계는, 500 내지 900℃의 불활성 또는 환원성 분위기에서 30초 내지 10분 동안 실시됨을 특징으로 한다.
상기 확산열처리단계 이후에는, 제조된 페라이트계 스테인리스 강선의 외경 크기를 조정하기 위한 선경조정단계가 실시됨을 특징으로 한다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 내식성이 향상된 강선을 저렴하게 제조 가능한 이점이 있다.
이하 첨부된 도 1 을 참조하여 본 발명에 의한 니켈도금층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선(이하 '페라이트계 스테인리스 강선'이라 칭함)의 구성을 살펴본다.
도면과 같이, 페라이트계 스테인리스 강선(100)은 페라이트계 스테인리스강선에 내식층(140)을 형성하여 고가인 니켈(Ni)의 함량이 중량%로 0.08 내지 4.6%가 되도록 구성된다.
즉, 상기 페라이트계 스테인리스 강선(100)은 내부에 위치한 페라이트계 스 테인리스강으로 구성된 원소재(120)와, 상기 원소재(120)의 외면에 코팅된 후 원소재(120) 내부로 확산된 고함량 내식층(140)을 포함하여 구성된다.
상기 내식층(140)은 0.1㎛ 이상의 두께를 가지며, 원소재(120) 외경에 대하여 2% 두께 이하를 갖도록 함이 바람직하다.
본 발명의 실시예에서는 내식층(140)을 구성하는 재료로서 니켈(Ni)이 사용되었으며, 원소재(120)는 SUS430이 적용되었다.
이하 첨부된 도 2를 참조하여 페라이트계 스테인리스 강선의 제조 방법을 설명한다.
도 2에는 본 발명에 의한 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선의 제조방법을 나타낸 공정 순서도가 도시되어 있다.
도면과 같이, 상기 페라이트계 스테인리스 강선을 제조하는 과정은, 페라이트계 스테인리스로 구성된 원소재(120)를 준비하는 재료준비단계(S100)와, 상기 원소재(120)의 외면에 형성된 표면결함(122)을 제거하는 표면결함제거단계(S200)와, 상기 표면결함(122)이 제거된 원소재(120)의 외면에 니켈도금층(130)을 형성하는 니켈도금단계(S300)와, 상기 원소재(120) 및 니켈도금층(130)을 열처리하여 확산함으로써 내식층(140)을 형성하는 확산열처리단계(S400)로 이루어진다.
상기 재료준비단계(S100)는 페라이트계 스테인리스 강선인 원소재(120)를 준비하는 과정으로, 상기 원소재(120)는 인발을 통해 제조되어 인발다이스와의 마찰에 의한 표면 거칠기가 매우 크다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 사용된 원소재(120)(430 스테인리스 강선 직경1㎜)의 표면과 단면을 살펴보면, 표면이 매우 거칠 뿐만 아니라, 내부로 표면결함(122)이 깊게 형성된 것을 알 수 있다.
따라서, 상기 내식층(140)을 형성하여 내식성이 향상된 페라이트계 스테인리스 강선(100)을 얻기 위해서는 원소재(120)의 표면을 인위적으로 매끄럽게 하여 반드시 표면결함(122)이 제거되어야 한다. 즉, 상기 재료준비단계(S100) 이후에는 표면결함제거단계(S200)가 실시된다.
상기 표면결함제거단계(S200)는 본 발명의 실시예에서 두 가지 공정으로 실시하였다.
즉, 원소재(120)의 표면을 전해연마공정을 통해 제거하여 표면결함(122)이 제거되도록 하는 것과, 저융점합금도금공정을 실시하여 저융점합금에 의해 표면결함(122)이 채워지도록 하는 것이다.
상기 전해연마공정은, 인산과 황산의 농도비가 9:1인 용액에서 30A/dm2 이상의 전류밀도에서 5분 이상 실시되며, 상기 저융점합금도금공정은 Ni-P 또는 Ni-B 을 원소재(120) 외면에 도금하는 과정으로 아래의 실시예에서 상세히 설명하기로 한다.
상기 표면결함제거단계(S200) 이후에는 니켈도금단계(S300)가 실시된다. 상기 니켈도금단계(S300)는 원소재(120)의 외면에 니켈이 포함된 합금을 전해도금하는 과정이다.
즉, 상기 니켈도금단계(S300)는 원소재(120)를 공급하고, 탈지, 산세 및 수 세를 실시한 다음, 니켈을 도금하는 과정이다.
상기 니켈도금단계(S300) 이후에는 확산열처리단계(S400)가 실시된다. 상기 확산열처리단계(S400)는 본 발명 제조방법의 요부 단계로서, 상기 원소재(120)의 외면에 도금된 니켈도금층(130)이 페라이트계 스테인리스 강선의 표면으로 확산되도록 하여 원소재(120)의 최외각 표면 근처에 니켈의 함량이 높아지도록 함으로써, 표면은 오스테나이트계 스테인리스 강선과 같은 내식성을 갖고, 내부는 페라이트계 스테인리스 강선이 배치되도록 하여 고경도, 고전도성 및 자기적 특성을 갖도록 한다.
상기 확산열처리단계(S400)에서는 500 내지 900℃의 불활성 또는 환원성 분위기에서 30초 내지 10분 동안 실시되며, 아래에서 상세히 설명한다.
상기 확산열처리단계(S400) 이후에는 제조된 페라이트계 스테인리스 강선(100)의 외경 크기를 조정하기 위한 선경조정단계(S500)가 선택적으로 실시될 수 있다.
즉, 상기 선경조정단계(S500)는 최종적으로 요구되는 페라이트계 스테인리스 강선(100)의 외경을 맞추기 위해 압출하는 공정으로서, 이때 상기 내식층(140)은 윤활 작용을 하여 마찰을 줄임으로써 페라이트계 스테인리스 강선(100)의 제조를 용이하게 할 수 있다.
이하 첨부된 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
먼저, 5.5㎜의 직경을 가지는 대표적인 페라이트계 스테인리스강 STS430 강선을 인발하여 1 내지 2㎜의 직경을 가지는 원소재(120)를 마련하였다.
이때 상기 원소재(120)는 도 3에 나타난 바와 같이 표면이 매우 거칠며 표면결함(122)이 다수 형성되어 있다.
이것은 인발가공시에 다이스에 의해 선경이 감소하면서 원소재(120) 표면에 발생한 결함과 인발시 발생하는 결함들이 길이 방향으로 발생한 것이다.
이후 상기 원소재(120) 외면에 니켈을 도금하여 니켈도금층(130)을 형성하게 되며, 형성된 니켈도금층(130)은 도 4와 같이 상기 표면결함(122) 내부로 일부가 채워져 코팅된다.
상기 니켈도금단계(S300) 이후에는 확산열처리단계(S400)가 실시된다. 상기 확산열처리단계(S400)는 니켈도금층(130)이 원소재(120)에 확산될 수 있도록 하는 과정으로, 800℃ ~ 950℃의 불활성 분위기 또는 환원성 분위기에서 0.5분 ~ 10분 동안 실시함으로써 도 5와 같은 상태의 표면 및 내부 상태를 갖게 된다.
이하 상기 확산열처리단계(S400)의 유효성을 살펴보기 위해 도 6과 같이 페라이트계 스테인리스 강선(100)의 열처리 전/후의 성분 분포를 실험한 결과, 니켈도금층(130) 형성 후 열처리하지 않은 시료에서는 니켈도금층(130)과 원소재(120) 사이의 계면을 확인 할 수 있으나, 니켈도금층(130) 형성 후 열처리를 실시하여 내식층(140)이 형성된 시료에서는 계면을 확인할 수 없었다.
또한, EDS line profile 결과에서도 열처리 전의 시편은 계면 부근에서 농도의 급격한 변화가 보이지만, 열처리된 시편에서는 농도의 변화가 아주 완만하게 나타냈다.
그리고, 상기 니켈도금층(130)을 이루는 니켈은 원소재(120) 안쪽으로 확산 되고, 원소재(120)에 포함되어 있던 크롬과 철은 니켈도금층(130) 쪽으로 상당히 많이 확산된 것을 알 수 있다.
즉, 열처리를 하지 않은 시료의 경우 표면 외각층은 철과 크롬만으로 이루어져 있으나, 확산 열처리가 실시된 이후에는 니켈과 철 및 크롬이 혼합되어 있어서 마치 니켈계 합금과 유사한 조성을 나타내므로 내식성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대되었다.
이에 따라, 도 7 및 도 8과 같이 내식층의 밀착성 및 내식성(염수분무시험)을 실험하였다.
이때 시편은 1.0㎜와 2.0㎜의 직경을 가지는 다수로 준비하고, 열처리 조건은 900℃ 수소 분위기에서 5분간 실시하였다.
그 결과 외관은 육안으로 관찰시에 도금 결함이 관찰되지 않고 광택이 있는 상태였으며, 밀착성은 도 7과 같이 180° 굽힘시험을 통과하였다.
즉, 상기 굽힘시험은 시료를 180°굽힌 후 굽혀진 부분에 테이프를 붙이고, 순간적으로 테이프를 떼어내어 도금층의 탈락 면적을 관찰하였으나, 도금층의 탈락은 발견되지 않았다.
그리고, 내식성은 염수분무시험으로 판단하였고, 최초 적청 발생일을 도 8에 표시하였다.
도면에 나타난 결과에서 확인할 수 있듯이, 염수분무 시험 결과 니켈 도금된 페라이트계 스테인리스 강선(100)의 최초 적청 발생일은 산포도가 매우 컸다. 거동을 보면 도금두께가 약 4㎛ 이하일 경우는 적청이 2~5일 내에 발생하지만, 이 기간 동안 발생하지 않는 시편들은 20~47일 동안 적청이 발생하지 않았다.
이러한 경향은 강선의 두께와는 관련이 없는 것이었다. 즉, 원소재(120)인 430 스테인리스 강선의 경우 최초 적청발생일이 10일 이내인 것을 감안하면 니켈(Ni) 도금된 430 스테인리스 강선은 적청이 2~5일내에 발생하지 않았을 경우, 1.5배~4.7배 내식성이 향상되었음을 알 수 있다.
이에 따라 내식성의 산포 원인을 분석해본 결과, 스테인리스 강선은 시초의 재료(직경 5.5㎜)로부터 직경 1~2 ㎜까지 1차 인발가공을 한 것을 원소재(120)로 사용하게 된다.
이때 도 3의 표면 및 단면 사진과 같이 인발 가공시에 다이스에 의해 선경이 감소하면서 야기된 표면 결함과 인발시 발생하는 결함(신선 마크)들이 길이 방향으로 발생한 것이다.
이들의 표면조도를 측정해보면 평균거칠기 Ra 값이 30㎛ 이상이 될 정도로 거칠며 피크와 골이 매우 예리한 형태를 띤다. 그러므로 이 부분에 니켈 도금이 적용되어도 골짜기 부분으로는 도금층이 형성되지 않는다. 즉, 도금층에 표면결함(122)이나 미도금 부위가 발생하게 된다.
한편 니켈의 부식전위는 430 스테인리스 강의 전위에 비해 약 50 ~ 100㎷ 높다. 그러므로 표면결함(122)이나 미도금되어 430 스테인리스 강이 노출된 부위는 주위의 니켈도금층(130)과의 전위차이에 의해 갈바닉 부식이 발생할 가능성이 크다.
또한 이러한 표면결함(122)이나 미도금 부위는 부식이 가속화될 수 있는 환 경을 제공한다. 그러므로 표면결함(122)이나 미도금 부위에서는 430 스텡니리스 강모재가 갈바닉 부식과 공식(pitting)에 의해 매우 가속화된 부식이 발생하게 되는 것이다.
이러한 부식을 방지하기 위해서는 무엇보다도 도금층이 결함이 없이 완벽하게 원소재(120)를 덮어야 한다. 그러나 인발된 소지의 표면은 완벽하게 도금이 되기 어렵다. 이는 도 8에서도 확인되듯이 도금 두께가 두꺼워지면서 최초 적청 발생일수가 늦어지는 현상으로 설명이 될 것이다. 이를 위하여 표면의 거칠기를 완화시키는 방법으로서 전술한 표면결함제거단계(S200)가 다음의 두 가지 방법으로 실시되었다.
[실시예 1] 430 스테인리스 강선의 전해연마공정
전해연마는 금속의 표면을 전기적으로 용해하면서 표면을 평활하게 하는 공정으로 표면 평활 작용과 더불어 표면의 불순물이나 결함을 제거하는 효과가 있어 미려한 광택을 부여함과 동시에 부식 저항성도 향상되는 표면 전처리 공정이다.
전해연마는 주로 오스테나이트 스테인리스 강 제품에 널리 사용이 되지만 페라이트계 스테인리스 강에서는 거의 사용하지 않으므로 본 발명에서는 사용하고 있는 430 스테인리스 강선에 대한 전해 연마 조건을 확립하였다.
본 발명의 실시예에서 전해연마액은 인산과 황산의 혼합액의 농도, 상대 농도비, 전류밀도, 전해시간 등을 변화시키고 표면을 관찰하여 최적의 전해연마 조건을 확립하였다.
도 9는 인산과 황산의 농도비가 9:1인 용액에서 전류밀도와 시간의 변화에 따른 전해연마 결과를 나타낸다.
즉, 연마시간이 3분인 경우 전 전류밀도 범위에서 연마가 약간 부족한 듯 보이나, 연마시간이 5분인 경우에는 30A/dm2 이상에서는 전해연마가 충분히 잘 된 것처럼 보였다.
또한, 도 10과 같이 인산과 황산의 농도비가 9:1인 용액에서 전해시간을 5분간 유지하였을 때, 전해연마가 완료된 시료의 표면을 SEM으로 관찰한 결과를 살펴보면, 전류밀도가 작으면 표면 평활도가 떨어지고 전류밀도가 크면 표면에 표면결함(122)이 생성되는 것을 관찰할 수 있었다.
본 실험을 통해 430 스테인리스강선의 최적 전해연마 전류밀도는 70 ~ 80A/dm2 임을 알 수 있다.
또한, 전해 연마로 신선 마크를 완전히 없애기 위해서는 전해연마에 의해 제거되는 두께가 적어도 15㎛ 이상이어야 바람직하며, 이때 원소재(120)의 표면 결함이 모두 제거되었다.
상기와 같이 표면결함제거단계(S200)에서 전해연마공정이 실시된 원소재(120)의 외면에 니켈(Ni)을 도금하여 니켈도금층(130)을 형성하고(니켈도금단계:S300), 900℃ 수소분위기에서 5분 동안 확산 열처리(확산열처리단계:S400)를 한 뒤 염수분무시험을 수행한 결과는 도 12와 같다.
도면에서 확인할 수 있듯이, 내식층(140)으로서 니켈(Ni)이 적용되어 도금된 430 스테인리스 강선의 적청 발생시간은 최소 31일로 현저하게 향상되었고, 적청 발생일의 산포도도 좁아짐을 알 수 있다.
이는 앞서 전해연마 없이 니켈(Ni)을 도금한 경우(도 8의 결과) 적청 발생일수가 2~5일 범위에서 발생하는 것은 원소재(120)의 표면 상태에 의한 도금층의 표면결함(122)이나 미도금 부위가 원임임을 증명하는 결과이다.
따라서, 상기 표면결함제거단계(S200)를 통하여 표면의 인발 결함을 모두 제거하고 평활한 표면을 얻은 뒤 니켈(Ni)도금과 확산 열처리를 수행하면 내식성은 평균 4배 이상 증가한다고 할 수 있다.
한편, 상기 표면결함제거단계(S200)는 전해연마공정 외에 저융점합금도금으로 대체될 수 있다.
즉, 저융점합금인 Ni-P합금은 내식성이 매우 우수할 뿐만 아니라, 공정점이 880℃로 낮아 brazing 재료로도 사용이 된다.
[실시예 2] 저융점합금 도금공정
본 발명의 실시예에서는, 상기 원소재(120)의 외면에 Ni-P 도금을 한 뒤 880℃ 이상의 온도(저융점)에서 열처리를 실시하고, 이때 용해된 Ni-P가 원소재(120)의 표면결함(122)을 메움과 동시에 원소재(120)와의 확산이 발생되도록 하였다.
즉, 니켈(Ni)도금 후 및 열을 가하여 Ni-P합금이 급속하게 용해되도록 함으로써 Ni-P 용융합금이 표면결함(122)을 메움(표면결함제거단계(S200))과 동시에 원소재(120)와는 확산이 일어나도록 하였다.
이후 상기 니켈도금단계(S300)를 실시하여, Ni-P합금 외면에 니켈도금층(130)을 형성한 후 880℃에서 30초간 확산열처리단계(S400)를 실시하였다.
그 결과, 도 13과 같이 전해연마를 행한 것과 마찬가지로 저융점합금 도금 공정이 실시된 실시예에서도 내식성이 향상되었음을 확인할 수 있다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
예를 들어 본 발명의 실시예에서는 확산열처리단계(S400)가 완료시에 페라이트계 스테인리스 강선의 제조가 완료되는 것으로 설명하였으나, 페라이트계 스테인리스 강선에 요구되는 직경에 따라 다수회 압출을 실시하여 선경을 조절하기 위한 선경조정단계(S500)가 더 실시될 수 있음은 자명하다.
또한 본 발명의 실시예에서는 내식층의 소재로서 니켈(Ni)을 적용하였으나, 내식성을 가지는 금속의 범위 내에서 크롬(Cr)으로 대체하여 적용될 수도 있음은 물론이다
위에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선에서는, 니켈 함량이 적어서 저렴한 페라이트계 스테인리스 강선의 표면에 니켈과 같은 내식 합금 원소가 도금 처리되어 니켈도금층을 형성하고, 열처리에 의한 원소 확산을 유도하였다.
따라서, 도금불량 및 내식성 저하를 야기할 수 있는 표면결함이 제거되므로 오스테나이트계 스테인리스강 혹은 니켈계 고내식 합금에 상응하는 내식성을 가지며, 지구상의 매장량이 작아 고가인 니켈의 투입량을 최소화하여 강선의 제조 원가 가 절감되는 이점이 있다.
또한, 경도가 향상되며, 페라이트계 스테인리스의 특징은 전기전도성 및 자기적 특성을 부가적으로 가질 수 있게 되므로 다양한 용도에 적용 가능한 이점이 있다.

Claims (11)

  1. 페라이트계 스테인리스로 구성된 원소재와,
    상기 원소재 외면에 구비된 내식층을 포함하여 구성되며,
    상기 내식층은 원소재의 외면에 도금된 니켈도금층이 열에 의해 원소재에 확산되어 형성된 것임을 특징으로 하는 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 니켈도금층은 0.1㎛ 내지 원소재 선경 대비 2%의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 내식층은 니켈(Ni)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선.
  4. 제 3 항에 있어서, 0.08 내지 4.6 중량%의 니켈(Ni)을 함유하는 것을 특징으로 하는 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선.
  5. 페라이트계 스테인리스로 구성된 원소재를 준비하는 재료준비단계와,
    상기 원소재의 외면에서 내부로 형성된 표면결함을 제거하여 평탄화하는 표면결함제거단계와,
    상기 표면결함이 제거된 원소재의 외면에 니켈도금층을 형성하는 니켈도금단계와,
    상기 원소재 및 니켈도금층을 열처리하여 니켈도금층을 확산함으로써 내식층을 형성하는 확산열처리단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 표면결함제거단계는,
    전해연마공정과 저융점합금도금공정 중 어느 하나가 적용됨을 특징으로 하는 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전해연마공정은,
    인산과 황산의 농도비가 9:1인 용액에서 30A/dm2 이상의 전류밀도에서 5분 이상 실시됨을 특징으로 하는 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선의 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 저융점합금도금공정은,
    Ni-P 또는 Ni-B 을 원소재 외면에 도금하는 과정임을 특징으로 하는 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선의 제조 방법.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 니켈도금단계는,
    상기 원소재 외면에 니켈도금층을 0.1㎛ 내지 원소재 선경 대비 2%의 두께로 도금하는 과정임을 특징으로 하는 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선의 제조 방법.
  10. 제 5 항에 있어서, 상기 확산열처리단계는,
    500 내지 900℃의 불활성 또는 환원성 분위기에서 30초 내지 10분 동안 실시됨을 특징으로 하는 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선의 제조 방법.
  11. 제 5 항에 있어서, 상기 확산열처리단계 이후에는,
    제조된 페라이트계 스테인리스 강선의 외경 크기를 조정하기 위한 선경조정단계가 실시됨을 특징으로 하는 내식층을 가지는 페라이트계 스테인리스 강선의 제조 방법.
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