KR20210130188A - Reduction and Removal of Process Oxides on Stainless Steel - Google Patents

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KR20210130188A
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리로이 알. 프라이스
프레드릭 에이. 마이어스
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클리블랜드-클리프스 스틸 프로퍼티즈 인코포레이티드
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Abstract

스테인리스 강 스트립의 어닐링 동안 형성된 산화물이, 산 또는 용융된 염 기반 산 세척 대신에 연마성 브러시로 제거된다. 일부 양태들에서, 본 발명의 스테인리스 강 스트립은, 어닐링 전에 희토류 원소 또는 관련 전이 금속으로 처리된 다음, 어닐링 후에 브러싱되어 모든 산화물들이 제거된다. 브러시의 선택은 통상적으로 폴리싱된 스테인리스 강에 대해 피니싱된 외관을 부여할 수 있다.Oxides formed during the annealing of the stainless steel strip are removed with an abrasive brush instead of an acid or molten salt based acid wash. In some embodiments, a stainless steel strip of the present invention is treated with a rare earth element or a related transition metal prior to annealing and then brushed after annealing to remove all oxides. The choice of brush can give a finished appearance to conventionally polished stainless steel.

Description

스테인리스 강 상의 공정 산화물의 감소 및 제거Reduction and Removal of Process Oxides on Stainless Steel

우선권preference

본 출원은, 2019년 2월 21일자로 출원된, 발명의 명칭이 "스테인리스 강 상의 공정 산화물의 감소 및 제거(Reduction and Removal of Process Oxides on Stainless Steel)"인, 미국 가특허출원 제62/808,399호에 대한 우선권을 주장하며, 이의 내용은 인용에 의해 본원에 포함된다.This application is entitled "Reduction and Removal of Process Oxides on Stainless Steel," U.S. Provisional Patent Application No. 62/808,399, filed February 21, 2019. priority is claimed, the contents of which are incorporated herein by reference.

배경기술background

본 출원은 스테인리스 강의 가공 동안 형성된 산화물의 기계적 제거에 관한 것이다.The present application relates to the mechanical removal of oxides formed during processing of stainless steels.

통상적인 스테인리스 강의 스트립 가공에서, 냉간 압연 후 강을 연화시키기 위해 사용되는 고온 어닐링 사이클 동안 산화물이 생성된다. 통상적으로, 이러한 산화물은 통상의 산-기반 산 세척 기술(acid-based pickling technique)을 사용하여 후속 가공 전에 제거된다. 이러한 디스케일링(descaling) 공정은 어닐링된 스테인리스 강 스트립을 용융된 염 욕(molten salt bath)에 그리고/또는 산 욕(acid bath) 중의 하나 이상의 산에 노출시키는 것을 사용한다. 디스케일링은 느리고, 비용이 많이 들며, 환경적으로 문제가 될 수 있다.In conventional stainless steel strip processing, oxides are produced during the high temperature annealing cycle used to soften the steel after cold rolling. Typically, these oxides are removed prior to subsequent processing using conventional acid-based pickling techniques. This descaling process uses exposing the annealed stainless steel strip to a molten salt bath and/or to one or more acids in an acid bath. Descaling is slow, expensive, and can be environmentally problematic.

본 발명의 양태들에서, 어닐링 동안 형성된 산화물이 연마성 브러시(abrasive brush)로 제거될 수 있는 것으로 확인되었다. 일부 양태들에서, 본 발명의 스테인리스 강 스트립은 어닐링 전에 희토류 원소 또는 관련 전이 금속으로 처리된 다음, 어닐링 후에 브러싱되어(brushed) 모든 산화물들이 제거된다. 상기 브러싱 작업은 재료에 표면 텍스처를 부여하여 보다 통상적인 폴리싱(polishing) 및 피니싱(finishing) 작업의 필요성을 제거할 수 있다.In aspects of the present invention, it has been found that oxides formed during annealing can be removed with an abrasive brush. In some aspects, a stainless steel strip of the present invention is treated with a rare earth element or a related transition metal prior to annealing and then brushed after annealing to remove all oxides. The brushing operation imparts a surface texture to the material, thereby eliminating the need for more conventional polishing and finishing operations.

도 1은 브러싱하지 않은 최종 어닐링 후의 436L 스테인리스 강 샘플에 대한 GDS 깊이 프로파일(depth profile)을 도시한다.
도 2는 원 패스 브러싱한(one pass brushing) 최종 어닐링 후의 436L 스테인리스 강 샘플에 대한 GDS 깊이 프로파일을 도시한다.
도 3은 투 패스 브러싱한 최종 어닐링 후의 436L 스테인리스 강 샘플에 대한 GDS 깊이 프로파일을 도시한다.
도 4는 쓰리 패스 브러싱한 최종 어닐링 후의 436L 스테인리스 강 샘플에 대한 GDS 깊이 프로파일을 도시한다.
도 5는 어떠한 희토류 금속 또는 희금속 처리도 하지 않고 브러싱도 하지 않은 최종 어닐링 후의 436L 스테인리스 강 샘플에 대한 GDS 깊이 프로파일을 도시한다.
도 6은 미니목스(Minimox) 처리하고 브러싱하지 않은 최종 어닐링 후의 436L 스테인리스 강 샘플에 대한 GDS 깊이 프로파일을 도시한다.
도 7은, 결정립 패턴을 나타내는, 최종 어닐링/산 세척 후의 436L 스테인리스 강 표면의 SEM 이미지를 도시한다.
도 8은 어닐링 후의 크롬쉴드(Chromeshield®) 22 스테인리스 강 냉간 압연 샘플들을 도시한 것이고, 미니목스 침지된 샘플들이 우측에 있다.
도 9a 및 9b는 처리하지 않은 패널 및 처리한 패널에 대한 GDS 깊이 프로파일을 도시한다.
도 10은 스카치-브라이트(Scotch-Brite) 브러싱 후의 어닐링된 크롬쉴드 22 스테인리스 강 샘플들을 도시한다.
도 11은 강모(bristle) 타입 브러시로 브러싱 후의 어닐링된 크롬쉴드 22 스테인리스 강 샘플을 도시한다.
1 shows the GDS depth profile for a 436L stainless steel sample after final annealing without brushing.
Figure 2 shows the GDS depth profile for a 436L stainless steel sample after one pass brushing and final annealing.
3 shows the GDS depth profile for a 436L stainless steel sample after final annealing with two pass brushing.
Figure 4 shows the GDS depth profile for a 436L stainless steel sample after a three pass brushed final annealing.
5 shows the GDS depth profile for a 436L stainless steel sample after final annealing without any rare earth or rare metal treatment and no brushing.
6 shows the GDS depth profile for a 436L stainless steel sample after a final annealing, Minimox treated and not brushed.
7 shows an SEM image of a 436L stainless steel surface after final annealing/acid washing, showing grain patterns.
8 shows Chromeshield ® 22 stainless steel cold rolled samples after annealing, with minimox dipped samples on the right.
9A and 9B show GDS depth profiles for untreated and treated panels.
10 shows annealed ChromeShield 22 stainless steel samples after Scotch-Brite brushing.
11 shows a sample of annealed Chromeshield 22 stainless steel after brushing with a bristle type brush.

어닐링 및 산 세척(annealing and pickling: "AP") 방식은 스테인리스 강 가공에서 일반적으로 사용된다. 압연 동안 가공 경화(work hardening)가 발생한 후 강을 연화시키기 위해 어닐링이 필요하다. 어닐링은 일반적으로 수 분 동안 1,700 내지 2,000℉의 온도에서 공기 기반 대기(air-based atmospheres) 중에서 수행된다. 그 결과로 초래되는 형성된 산화물은 이후 산 세척 단계에 의해 제거된다. 상기 산 세척 반응은 일반적으로, AP 동안의 속도 조절 단계이다. 대부분의 스테인리스 강은 어닐링 산화물이 제거된 "완전히 어닐링된" 상태로 판매된다. 산 세척 단계를 제거할 수 있다면, 디스케일링에 사용되는 산 및 용융된 염이 더 이상 필요하지 않을 뿐만 아니라 라인 속도(line speed)도 증가될 수 있다.Annealing and pickling (“AP”) methods are commonly used in stainless steel processing. After work hardening occurs during rolling, annealing is necessary to soften the steel. Annealing is generally performed in air-based atmospheres at a temperature of 1,700 to 2,000° F. for several minutes. The resulting oxides formed are then removed by an acid wash step. The acid wash reaction is generally a rate controlling step during AP. Most stainless steels are sold "fully annealed" with the annealing oxide removed. If the acid wash step could be eliminated, the line speed could be increased as well as the acid and molten salt used for descaling would no longer be needed.

일부 양태들에서, 어닐링 동안 형성된 산화물을 기계적 브러싱을 사용하여 제거할 수 있다. 일반적으로, 어닐링 후에 형성된 산화물은 비교적 얇고(<1㎛), 현대의 브러싱 기기는 이러한 표면층을 제거할 수 있는 것으로 확인되었다.In some aspects, the oxide formed during annealing may be removed using mechanical brushing. In general, the oxide formed after annealing is relatively thin (<1 μm), and it has been found that modern brushing equipment can remove this surface layer.

다른 양태들에서, 스테인리스 강 스트립이 어닐링 전에 희토류 금속 또는 관련 전이 금속으로 처리되는 경우, 브러싱의 효과가 향상될 수 있다. 이러한 표면 처리는 스테인리스 강 상의 산화물들의 성장에 영향을 주고, 이들의 두께를 감소시키고, 표면 화학(surface chemistry)을 변경하여 이들이 보다 더 쉽게 제거되게 한다.In other aspects, the effectiveness of brushing may be enhanced if the stainless steel strip is treated with a rare earth metal or related transition metal prior to annealing. This surface treatment affects the growth of oxides on stainless steel, reduces their thickness, and alters the surface chemistry so that they are more easily removed.

스테인리스 강 스트립의 제조는 널리 공지되어 있다. 본 발명의 산화물 제거 공정(디스케일링으로도 알려져 있음)은 표준 스테인리스 강 제조 공정에서 구현될 수 있으며, 상기 공정의 산-기반 산 세척 및/또는 용융된 염 부분만을 대체한다.The production of stainless steel strips is well known. The oxide removal process of the present invention (also known as descaling) can be implemented in a standard stainless steel manufacturing process, replacing only the acid-based acid washing and/or molten salt portion of the process.

브러싱 기기, 및 이와 함께 사용되는 브러시도 널리 공지되어 있다. 브러싱은 깨끗한(또는 밝은) 스테인리스 강 스트립, 즉 사전에 모든 산화물이 제거된 스트립에 원하는 표면 피니쉬(surface finish)를 부여하기 위해 종종 사용된다.Brushing devices, and brushes used therewith, are also well known. Brushing is often used to impart a desired surface finish to a clean (or bright) stainless steel strip, i.

본 방법의 특정 양태들에서, 이러한 브러싱 기기는 산화물을 갖는 스테인리스 강 스트립을 브러싱하여 상기 스테인리스 강 스트립의 표면으로부터 산화물을 제거하기 위해 사용된다. 일 양태에서, 브러싱 기기는 알루미나 또는 탄화규소 유형 입자로 함침된 나일론 섬유 또는 기타 섬유로 이루어진 느슨한 웹을 함유하는 스카치-브라이트™ 부직포 유형 롤(roll)을 사용한다. 대표적인 롤 유형에는 3M CB 클리닝 롤(3M CB Cleaning roll) 및 CS-CB 클린 앤드 스트립 롤(CS-CB Clean and Strip roll)이 포함된다. 스카치-브라이트는 미국 미네소타주 세인트폴 소재의 3M 캄파니에서 판매하는 연마재이다.In certain aspects of the method, such a brushing device is used to brush a stainless steel strip having an oxide to remove the oxide from the surface of the stainless steel strip. In one aspect, the brushing machine uses a Scotch-Bright™ nonwoven type roll containing a loose web of nylon fibers or other fibers impregnated with alumina or silicon carbide type particles. Representative roll types include 3M CB Cleaning roll and CS-CB Clean and Strip roll. Scotch-Bright is an abrasive sold by 3M Company of St. Paul, Minnesota, USA.

희토류 원소 또는 관련 전이 금속은, 액체 형태로, 예를 들면, 금속 염을 포함하는 수성 현탁액 또는 수용액 형태로 스테인리스 강 스트립에 도포될 수 있다. 희토류 원소는 이트륨, 세륨, 란탄 및 이들의 회합(associated) 산화물 또는 질산염을 포함할 수 있다. 그리고 관련 전이 금속은 지르코늄 및 이의 회합 산화물을 포함할 수 있다.The rare earth element or related transition metal can be applied to the stainless steel strip in liquid form, for example in the form of an aqueous suspension or aqueous solution comprising a metal salt. Rare earth elements may include yttrium, cerium, lanthanum and their associated oxides or nitrates. And related transition metals may include zirconium and its associated oxides.

희토류 금속 또는 관련 전이 금속을 함유하는 액체는, 어닐링 이전에 침지, 페인팅 및 분무에 의해 스테인리스 강 표면에 도포된 후 건조될 수 있다.Liquids containing rare earth metals or related transition metals may be applied to the stainless steel surface by dipping, painting and spraying prior to annealing and then dried.

일부 양태들에서, 희토류 원소는 현탁액으로 제공될 수 있다. 예를 들면, 미국 위스콘신주 서섹스 소재의 머티어리얼스 인터페이스 인코포레이티드(Materials Interface, Inc.)로부터 입수 가능한 미니목스® 액체는, 현탁액 중에 희토류 산화물의 나노 입자를 포함한다. 이러한 물질은 미국 특허 제8,568,538호에도 기재되어 있으며, 상기 문헌의 내용은 인용에 의해 본원에 포함된다. 미니목스는 수성 매질에 현탁된 Y2O3 나노 입자로서의 이트륨을 약 1중량% 이하로 함유하는 것으로 생각된다.In some embodiments, the rare earth element may be provided as a suspension. For example, Minimox ® liquid, available from Materials Interface, Inc. of Sussex, Wis., contains nanoparticles of rare earth oxides in suspension. Such materials are also described in US Pat. No. 8,568,538, the contents of which are incorporated herein by reference. Minimox is believed to contain up to about 1% by weight of yttrium as Y 2 O 3 nanoparticles suspended in an aqueous medium.

본 발명의 일양태는 희토류 금속 염의 수용액을 포함한다. 상기 염은, 예를 들면, 질산염 또는 아세트산염일 수 있다. 상기 희토류 금속 염은 세륨(Ce), 란탄(La) 및 이트륨(Y) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 염화물은 부식을 허용할 수 있고 탄산염은 용해되지 않을 수 있으므로, 본 발명에서 희토류 금속 염은 탄산염 또는 염화물을 포함하지 않는다.One aspect of the present invention comprises an aqueous solution of a rare earth metal salt. The salt may be, for example, nitrate or acetate. The rare earth metal salt may include at least one of cerium (Ce), lanthanum (La), and yttrium (Y). Since chlorides may tolerate corrosion and carbonates may not dissolve, the rare earth metal salts in the present invention do not include carbonates or chlorides.

희토류 금속 염은 업계에 널리 공지되어 있고, 상업적으로 입수할 수 있다. 질산염 또는 아세트산염은 임의의 특정한 결정립 크기일 필요는 없으며, 특히 염 또는 생성된 희토류 금속 산화물은 1 내지 100nm 범위의 치수를 갖는 입자로 생각되는 나노 입자로 제한될 필요가 없다.Rare earth metal salts are well known in the art and are commercially available. The nitrate or acetate need not be of any particular grain size, and in particular the salt or the resulting rare earth metal oxide need not be limited to nanoparticles, which are considered particles having dimensions in the range of 1 to 100 nm.

상기 용액은 물에, 바람직하게는 탈이온수에 용해된 희토류 금속 질산염 또는 아세트산염을 포함한다. 상기 수용액 중의 희토류 금속 질산염 또는 아세트산염의 농도는 특정한 염의 용해도 한계까지 확장될 수 있다. 특정 양태들에서, 용액은 약 200g의 총 수용액에 대해 약 1 내지 약 10g의 희토류 금속 질산염 또는 아세트산염과 동일한 농도를 가질 수 있다. 다른 양태들에서, 용액은 약 200g의 총 수용액에 대해 약 1 내지 약 20g의 희토류 금속 질산염 또는 아세트산염과 동일한 농도를 가질 수 있다.The solution comprises a rare earth metal nitrate or acetate dissolved in water, preferably in deionized water. The concentration of the rare earth metal nitrate or acetate in the aqueous solution can be extended to the solubility limit of a particular salt. In certain embodiments, the solution may have a concentration equal to about 1 to about 10 grams of rare earth metal nitrate or acetate for a total aqueous solution of about 200 grams. In other aspects, the solution may have a concentration equal to about 1 to about 20 grams of rare earth metal nitrate or acetate for a total aqueous solution of about 200 grams.

일부 양태들에서, 스테인리스 강 표면에 도포되는 희토류 금속 또는 관련 전이 금속의 양은 약 300 내지 3,000㎍/㎡의 밀도를 갖고, 일부 양태들에서는 약 500 내지 8,000㎍/㎡의 밀도를 갖고, 또는 다른 양태들에서는 5,000 내지 8,000㎍/㎡의 밀도를 갖는다.In some embodiments, the amount of rare earth metal or related transition metal applied to the stainless steel surface has a density of about 300 to 3,000 μg/m, in some embodiments a density of about 500 to 8,000 μg/m, or in other embodiments They have a density of 5,000 to 8,000 μg/m 2 .

스테인리스 강의 습윤성을 향상시키기 위해, 계면활성제가 상기 수용액 또는 현탁액에 첨가될 수 있다. 계면활성제는 용액의 약 0.1 내지 5중량%의 농도로 첨가되고, 일부 양태들에서는 용액의 약 0.1 내지 0.5중량%의 농도로 첨가된다. 스테인리스 강 표면에 대한 상기 수용액 또는 현탁액의 습윤성을 향상시키는 것으로 알려진 모든 계면활성제를 사용할 수 있다. 상기 계면활성제는 식기 세척 세제와 같은 세제를 포함할 수 있다.To improve the wettability of stainless steel, a surfactant may be added to the aqueous solution or suspension. The surfactant is added at a concentration of about 0.1 to 5% by weight of the solution, and in some embodiments at a concentration of about 0.1 to 0.5% by weight of the solution. Any surfactant known to improve the wettability of the aqueous solution or suspension to the stainless steel surface can be used. The surfactant may include a detergent such as dishwashing detergent.

생성되는 수용액 또는 현탁액은 브러싱, 스펀징(sponging), 롤 코팅, 스프레잉 및 침지를 포함하는, 표면에 액체를 균일하게 도포하는 것으로 알려진 임의의 방법에 의해 스테인리스 강 스트립의 한쪽 또는 양쪽 표면에 (또는 임의의 다른 스테인리스 강 제품에) 도포될 수 있다. 이후, 움직이는 스트립 또는 웹 상의 페인트 및 기타 액체를 건조하기 위해 현재 사용되는 모든 방법, 예를 들면, 강제 공기, 적외선 가열, 대류 오븐 등을 사용하여 건조된다.The resulting aqueous solution or suspension can be applied to one or both surfaces of a stainless steel strip ( or any other stainless steel product). It is then dried using all methods currently used for drying paints and other liquids on moving strips or webs, such as forced air, infrared heating, convection ovens, and the like.

본 발명은 모든 유형의 스테인리스 강에 대해 이익이 있는 것으로 생각된다. 본 발명으로부터의 이익이 있는 스테인리스 강은 페라이트계, 오스테나이트계 및 마르텐사이트계 스테인리스 강을 포함한다.It is believed that the present invention is beneficial for all types of stainless steel. Stainless steels that would benefit from the present invention include ferritic, austenitic and martensitic stainless steels.

본 발명의 방법을 사용하기 위해, 스테인리스 강 스트립은 다음을 제외하고는 통상적이고 익히 공지된 방법을 사용하여 제조된다. 어닐링 후, 산 세척/용융된 염 디스케일링 대신, 스테인리스 강 스트립의 일측 또는 양측에 대해 적어도 1회 브러싱한다. 희토류 금속 또는 관련 전이 금속 용액 또는 현탁액이 상기 스테인리스 강 스트립에 도포되는 경우, 상기 용액 또는 현탁액은, 어닐링 전에 상기 스테인리스 강 스트립의 일측 또는 양측에 도포된다. 스테인리스 강 제조 공정이 연속 공정인 경우, 상기 용액 또는 현탁액은 당업계에 공지된 방법에 의해 인-라인 도포되고, 상기 브러싱도 마찬가지로 인-라인 수행된다. 다르게는, 두 공정 중 하나 또는 둘 다를 배취 작업으로 수행하거나 오프-라인으로 수행할 수도 있다.For use of the method of the present invention, stainless steel strips are prepared using conventional and well known methods with the following exceptions. After annealing, one or both sides of the stainless steel strip are brushed at least once instead of acid washing/molten salt descaling. When a rare earth metal or related transition metal solution or suspension is applied to the stainless steel strip, the solution or suspension is applied to one or both sides of the stainless steel strip prior to annealing. When the stainless steel manufacturing process is a continuous process, the solution or suspension is applied in-line by a method known in the art, and the brushing is also performed in-line. Alternatively, one or both of the two processes may be performed in a batch operation or may be performed off-line.

실시예 1Example 1

미국 오하이오주 웨스트 체스터 소재 에이케이 스틸 코포레이션(AK Steel Corporation)에 의해 제공되는 2개의 436L 스테인리스 코일을 각각 미니목스 나노-이트륨 산화물 희토류 기반 현탁액으로 부분적으로 코팅한 다음 어닐링했다. 각각의 경우, 스트립의 길이를 따라 약 절반을 코팅하고 절반은 코팅하지 않았다. 어닐링은 3% 과잉 산소가 있는 공기 중에서 대략 1,950F/1,066C에서 수행했다. 라인 속도는 45ft/min이었고, 퍼니스 내에서의 시간은 약 3.5분이었다.Two 436L stainless coils, each supplied by AK Steel Corporation of West Chester, Ohio, were each partially coated with a minimox nano-yttrium oxide rare earth based suspension and then annealed. In each case, about half of the strip was coated and half uncoated along the length of the strip. Annealing was performed at approximately 1,950F/1,066C in air with 3% excess oxygen. The line speed was 45 ft/min and the time in the furnace was about 3.5 minutes.

어닐링 후, 각각의 코일의 코팅된 부분과 코팅되지 않은 부분 사이의 스트립 표면에서 약간의 색상 차이만이 관찰되었다. 그러나, 각각의 코일의 측벽 상의 외관에서 보다 현저한 차이가 있었다.After annealing, only slight color differences were observed on the strip surface between the coated and uncoated portions of each coil. However, there was a more significant difference in appearance on the sidewall of each coil.

상기 스트립의 처리된 부분 또는 처리되지 않은 부분 상의 스케일(scale)은, 울트라-스무스(ultra-smooth) #400 그릿 알루미나 또는 탄화규소 연마지로 상기 강 스트립을 연마함으로써 쉽게 제거되었다.Scale on the treated or untreated portions of the strip was easily removed by grinding the steel strip with ultra-smooth #400 grit alumina or silicon carbide abrasive paper.

실시예 2Example 2

실시예 1의 스테인리스 강 코일을, 탄소 강으로부터 적녹(red rust)을 제거하기 위해 일반적으로 사용하는 3M 스카치-브라이트 부직포 브러시를 갖는 통상적인 브러시 스탠드 2개를 사용하여 브러싱했다. 브러시 유형은 두 가지였다. 스트립의 상부와 접촉하는 협력하는 2개의 브러시(산화알루미늄 연마 매체 입자(abrasive media particles)들을 갖는 "적갈색(Maroon)" 중간 연마성(medium aggresive) 유형 CB 클리닝 브러시(CB Cleaning brush) 및 하부와 접촉하는 2개의 브러시(보다 더 연마성인 탄화규소 연마성 매질 입자를 갖는 "흑색(Black)" 헤비 듀티(heavy duty) 유형 CS-CB 클린 앤드 스트립 브러시(CS-CB Clean and Strip brush). 브러시들은 새 것이 아니라 최근에 드레싱되고 밸런싱 된(dressed and balanced) 것이었다. 브러싱 속도는 250 내지 300 표면 ft/min이었고, 라인 속도는 45ft/min이었다. 작업 압력은 작업 폭 1inch당 0.1 내지 0.5마력의 범위였다.The stainless steel coil of Example 1 was brushed using two conventional brush stands with 3M Scotch-Bright nonwoven brushes commonly used to remove red rust from carbon steel. There were two types of brushes. Two cooperating brushes in contact with the top of the strip (“Maroon” medium aggresive type CB Cleaning brush with aluminum oxide abrasive media particles) and in contact with the bottom Two brushes (“Black” heavy duty type CS-CB Clean and Strip brush with more abrasive silicon carbide abrasive media particles). It was recently dressed and balanced, brushing speed 250 to 300 surface ft/min, line speed 45 ft/min Working pressure ranged from 0.1 to 0.5 horsepower per inch of working width.

브러싱 스테이션을 1회 통과시킨 후, 하부에 상기 보다 더 연마성인 브러시를 사용하기 때문에, 상부 측 상의 산화물의 제거가 하부 측 상의 산화물의 제거보다 적었다. 상부는 외관상 "어두운(dark)" 것이었고, 하부는 "밝은(bright)" 것이었으며, 이는 상부에 더 많은 잔류 산화물이 있고 하부에는 산화물이 거의 남아 있지 않다는 것을 나타낸다. 또한 롤과의 접촉으로 인해 스트립 상에 현저한 선형 패턴이 있었다. 스트립의 미니목스 처리된 부분과 처리되지 않은 부분 간에 시각적 차이는 감지되지 않았다.After one pass through the brushing station, the oxide removal on the top side was less than the oxide removal on the bottom side because of the use of a more abrasive brush on the bottom. The top was apparently "dark" and the bottom was "bright", indicating that there was more residual oxide on top and little oxide left on the bottom. There was also a noticeable linear pattern on the strip due to contact with the roll. No visual differences were detected between the minimox treated and untreated portions of the strip.

이어서, 스트립을 2회차로 라인을 통과시켰다. 제거는 상부 측에서 미미하게 현저했지만, "어두운" 외관은 여전히 존재했다. 산화물의 제거는 하부 측에서 시각적으로 완료되었으며, 텍스처는 1회 통과 후보다 더 스무스했다. 또 다시 미니목스 처리된 부분과 미니목스 처리되지 않은 부분 간에 시각적 차이가 감지되지 않았다.The strip was then passed through the line twice. Removal was marginally noticeable on the upper side, but the "dark" appearance was still present. The removal of oxide was visually complete on the underside, and the texture was smoother than after one pass. Again, no visual difference was detected between the minimox treated and non-minimoxed parts.

이후, 스트립을 뒤집어, 이전의 하부 측은 이제 상기 덜 연마성인 상부 측 롤 브러시로 처리되고, 이전의 상부 측은 상기 보다 더 연마성인 롤 브러시로 처리되었다. 이 시점에서, 상기 새로운 상부 표면은 "밝은" 외관을 가졌을 뿐만 아니라, 표준 #4 Polish 스테인리스와 유사한 보다 더 스무스한 텍스처도 갖게 되었다. #4 Polish는, 일반적으로 기구(appliance) 및 식품 제조 표면 및 장비에 사용되는 스테인리스 강에 대해 바람직한 짧은 라인 그릿 패턴 방향성 피니쉬(short line grit pattern directional finish)이다. #4 Polish는 미국 오하이오주 웨스트 체스터 소재의 에이케이 스틸 코포레이션에서 발행한 스테인리스 강 비교기(Stainless Steel Comparator)에 기재된 바와 같이 150그릿 에머리 폴리싱 벨트(150 grit emery polishing belt)로 폴리싱하여 창출되는 표준 표면 피니쉬이다. 상기 3회차 통과 후에 하부 표면도 밝아졌다. 따라서, 브러싱 작업은 최종 제품(finished product)에서 원하는 외관을 얻기 위한 표면 폴리싱의 값비싼 별도의 스테인리스 강 가공 단계를 대체할 수 있다.The strip was then turned over and the former lower side was now treated with the less abrasive upper side roll brush, and the former upper side was treated with the more abrasive roll brush above. At this point, the new top surface not only had a “bright” appearance, but also had a smoother texture similar to standard #4 Polish stainless steel. #4 Polish is a desirable short line grit pattern directional finish for stainless steels generally used in appliances and food manufacturing surfaces and equipment. #4 Polish is a standard surface finish created by polishing with a 150 grit emery polishing belt as described in the Stainless Steel Comparator published by AK Steel Corporation, West Chester, Ohio. am. After the third pass, the lower surface was also brightened. Thus, the brushing operation can replace the expensive and separate stainless steel machining step of surface polishing to achieve the desired appearance in the finished product.

상기 스트립의 시각적 외관 관찰을, 산화물의 제거를 입증하기 위해 글로우 방전 분광법(Glow Discharge Spectroscopy: GDS) 측정으로 보완했다(도 1 내지 4). 산소 피크(O)는 브러싱 통과 수가 증가함에 따라 표면(0 깊이 위치)에 보다 더 가깝게 이동한다. 생산 시, 재료가 라인을 수 차례 통과하는 것은 경제적이지 않을 수 있음을 주의해야 한다. 대신, 주어진 공정 라인에서 사용될 수 있는 브러시의 수가 증가될 수 있다. 예를 들면, 본 연구에서는 측당(per side) 2개의 브러시를 사용했다. 산화물을 제거하기 위해 2회 통과가 필요한 경우, 제조 등가물은 측당 4개의 브러시가 된다. 2개 브러시 라인(a two brush line)에 대해 3회의 통과가 필요한 경우, 측당 6개의 브러시가 사용될 수 있다.Visual appearance observations of the strips were supplemented with Glow Discharge Spectroscopy (GDS) measurements to demonstrate the removal of oxides ( FIGS. 1 to 4 ). The oxygen peak (O) moves closer to the surface (zero depth position) as the number of brush passes increases. In production, it should be noted that it may not be economical for the material to go through the line several times. Instead, the number of brushes that can be used in a given process line can be increased. For example, two brushes per side were used in this study. If two passes are required to remove the oxide, the manufacturing equivalent would be 4 brushes per side. If 3 passes are required for a two brush line, 6 brushes per side may be used.

미니목스 희토류 처리의 효과는 어닐링 동안 성장된 산화물의 두께를 감소시키는 것이다. 보다 더 얇은 산화물은 제거를 덜 필요로 하므로, 브러싱을 덜 필요로 한다. 산화물을 갖는 그리고 산화물을 갖지 않는 동일한 어닐링된 코일로부터의 재료에 대한 GDS 결과에 대한 비교가 도 5 및 6에 도시되어 있다. 산화물의 상대적 두께에 대한 계측은, 철(Fe2) 곡선이 50% 분석물 중량 퍼센트 포인트(Analyte Weight Percent point)에 도달하는 지점이다. 이 경우, 처리하지 않은 경우의 약 0.25㎛ 대(vs.) 미니목스 처리된 재료의 경우의 0.175㎛의 값은, 산화물의 두께의 30% 감소를 시사한다. 이는, 드레싱이 요구되기 이전의 주어진 롤 세트에 대한, 30% 더 빠른 가공 속도 또는 30% 더 우수한 수명으로 해석될 수 있다. 30% 더 적은 제거가 발생할 수 있으며, 이것은 더 적은 폐기물 처분을 나타내는 것에 주목한다.The effect of the minimox rare earth treatment is to reduce the thickness of the oxide grown during annealing. Thinner oxides require less removal and thus require less brushing. A comparison of GDS results for materials from the same annealed coil with and without oxide is shown in FIGS. 5 and 6 . A measure of the relative thickness of the oxide is the point at which the iron (Fe2) curve reaches the 50% Analyte Weight Percent point. In this case, a value of about 0.25 μm untreated vs. 0.175 μm for the Minimox treated material suggests a 30% reduction in the thickness of the oxide. This can translate to 30% faster processing speed or 30% better life for a given set of rolls before dressing is required. Note that 30% less removal can occur, indicating less waste disposal.

최종 어닐링 후 용융된 염/산 세척 대비 브러싱은 두 가지 추가의 이점과 연관될 수 있다. 첫째, 브러싱 작업은 브러시의 연마 작용(abrasive action)으로 인해 표면 패턴을 남긴다. 최종 브러싱 유형 및 작업은, 바람직한 피니쉬 외관을 재료에 부여하기 위해 선택될 수 있다. 용융된 염/산 세척된 재료의 표면은 육안으로 볼 때 식별할 수 있는 패턴을 갖지 않는다.Brushing versus molten salt/acid wash after final annealing can be associated with two additional benefits. First, the brushing operation leaves a surface pattern due to the abrasive action of the brush. The final brushing type and operation can be selected to impart the desired finish appearance to the material. The surface of the molten salt/acid washed material has no visible pattern discernible.

둘째, 미시적 수준에서, 산 세척된 물질은 결정립 경계들의 바람직한 에칭과 관련된 패턴을 갖는다(도 7). 눈에 보이지는 않지만, 이러한 패턴은 재료의 더 열등한 부식 성능을 초래할 수 있다. 브러싱에서는 화학약품을 사용하지 않기 때문에 결정립 경계들의 에칭이 없다.Second, at the microscopic level, the acid washed material has a pattern associated with the desired etching of grain boundaries (FIG. 7). Although not visible, these patterns can lead to poorer corrosion performance of the material. Since no chemicals are used in brushing, there is no etching of grain boundaries.

실시예 3Example 3

냉간 압연 후의 스트립 어닐링을 모의하기 위해, 미국 오하이오주 웨스트 체스터 소재의 에이케이 스틸 코포레이션에 의해 제공되는 크롬쉴드® 22 스테인리스 강 스트립의 냉간 압연된 샘플들을 공기 중에서 1,875℉(1,024℃)에서 3.5분 동안 어닐링했다. 샘플은 어닐링 전에 알칼리성으로 세척했으며, 2개는 후속적으로 미니목스 721 이트리아(yttria) 나노 입자 1% 수성 현탁액으로 실온에서 5초 동안 침지 처리하고 공기 건조시켰다. 처리된 샘플과 처리되지 않은 샘플 사이의 시각적 차이는 어닐링 후에 명백했다. 도 8 참조. To simulate strip annealing after cold rolling, cold rolled samples of Chromeshield ® 22 stainless steel strip provided by AK Steel Corporation, West Chester, Ohio, were run in air at 1,875° F. (1,024° C.) for 3.5 minutes. Annealed. Samples were washed with alkali before annealing, two were subsequently immersed in a 1% aqueous suspension of Minimox 721 yttria nanoparticles at room temperature for 5 seconds and air dried. Visual differences between treated and untreated samples were evident after annealing. See Figure 8.

글로우 방전 분광법(GDS)을 사용하여 깊이 프로파일을 통해 표면을 조사했다. 처리되지 않은 패널(도 9a 참조)과 처리된 패널(도 9b 참조)에 대한 결과를 도시했다. 두 경우 모두에서, 산화물 영역은 두께가 0.5㎛ 미만인 것으로 나타났다. 처리된 샘플의 프로파일은 미니목스 현탁액의 비-균일한 도포에 영향 받았을 수 있었다.The surface was investigated through depth profile using glow discharge spectroscopy (GDS). Results are shown for the untreated panel (see FIG. 9A ) and the treated panel (see FIG. 9B ). In both cases, the oxide region was found to be less than 0.5 μm thick. The profile of the treated samples could have been affected by the non-uniform application of the Minimox suspension.

이어서, 알루미나 입자가 함침된 롤이 장착된 실험실 브러시 유닛을 사용하여 샘플을 스카치-브라이트 롤로 일측에 대해 브러싱했다. 검사에 의하면 브러시를 약 4회 통과한 후 산화물이 본질적으로 제거된 것으로 나타났다.The sample was then brushed against one side with a Scotch-Bright roll using a laboratory brush unit equipped with a roll impregnated with alumina particles. Inspection showed that the oxide was essentially removed after about four passes of the brush.

상기 2개의 샘플도 규소 탄소 함침된 강모 브러시를 사용하여 반대측에 대해 브러싱했다. 이 경우, 산화물의 제거가 완전하지 않았고, 표면이 가시적인 선들에 의해 덜 균일했다.The two samples were also brushed against opposite sides using a silicon carbon impregnated bristle brush. In this case, the removal of the oxide was not complete, and the surface was less uniform with visible lines.

스카치-브라이트 롤로 브러싱된 재료가 도 10에 도시되어 있다. 강모 브러시로 브러싱된 재료는 도 11에 도시되어 있다.The material brushed with a Scotch-Bright roll is shown in FIG. 10 . The material brushed with a bristle brush is shown in FIG. 11 .

실시예 4Example 4

436L 스테인리스 스트립을 3% 과잉 산소 공기 오븐에서 1,950℉에서 3.5분간 45ft/min으로 어닐링한 후 다음과 같이 가공한다:436L stainless steel strips were annealed in a 3% excess oxygen air oven at 1,950°F for 3.5 minutes at 45 ft/min and then processed as follows:

상기 스트립을 2 내지 4개의 3M 스카치-브라이트 탄화규소 함침된 브러시로 처리하여, 스테인리스 표면으로부터 어닐링 산화물을 제거한다.The strip is treated with two to four 3M Scotch-Bright silicon carbide impregnated brushes to remove the annealing oxide from the stainless surface.

후속적으로, 상기 재료를 1 내지 2개의 덜 연마성인 3M 스카치-브라이트 알루미나 함침된 브러시에 통과시킴으로써 보다 스무스한 표면을 얻는다.Subsequently, a smoother surface is obtained by passing the material through one or two less abrasive 3M Scotch-Bright Alumina impregnated brushes.

연마성 브러시로 1차적으로 브러싱한 후, 덜 연마성인 브러시로 브러싱하여, 연마성 브러시만을 사용하는 경우보다 더 균일한 표면 텍스처를 생성시킨다.Brushing first with an abrasive brush, followed by a less abrasive brush, produces a more uniform surface texture than with an abrasive brush alone.

보다 더 높은 라인 속도는 보다 더 많은 브러싱 스테이션 및/또는 보다 더 연마성인 브러시를 필요로 한다.Higher line speeds require more brushing stations and/or more abrasive brushes.

Claims (3)

a. 적어도 하나의 표면을 갖는 스테인리스 강 스트립을 제공하는 단계,
b. 상기 스테인리스 강 스트립을 어닐링(annealing)하는 단계,
c. 상기 적어도 하나의 표면을 브러싱(brushing)하여 상기 어닐링 단계 동안 형성된 산화물을 제거하는 단계를 포함하는, 어닐링된 스테인리스 강으로부터 산화물을 제거하는 방법.
a. providing a stainless steel strip having at least one surface;
b. annealing the stainless steel strip;
c. and brushing said at least one surface to remove oxides formed during said annealing step.
제1항에 있어서, 상기 어닐링 단계 전에 희토류 금속 또는 관련 전이 금속을 상기 적어도 하나의 표면에 도포하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.The method of claim 1 , further comprising applying a rare earth metal or a related transition metal to the at least one surface prior to the annealing step. 제1항에 있어서, 상기 브러싱 작업 후에, 폴리싱된(polished) 스테인리스 강과 유사한 외관을 부여하는 피니싱 롤(finishing roll)을 사용하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.The method of claim 1 , further comprising, after the brushing operation, using a finishing roll that imparts an appearance similar to polished stainless steel.
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