KR910007159B1 - 금속의 탈탄 및 산화피막형성 방지제 및 그 사용방법 - Google Patents

금속의 탈탄 및 산화피막형성 방지제 및 그 사용방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

금속의 탈탄 및 산화피막형성 방지제 및 그 사용방법
철강, 동, 황동, 아연, 스테인레스강, 납등의 금속의 지금 또는 합금을 열연할 때에는 금속을 연화온도까지 가열하여야 하는데 이때 금속은 가열하게 되면 그 표면이 활성화되어 공기중의 산소에 의하여 산화가 일어나 금속의 산화 피막이 생기며, 가탄을 한 철강과 같은 금속은 경도등의 특성을 향상 개선시키기 위하여 철강에 탄소분을 가하는 가탄과정(연화점부근)으로 가열하여 압연 또는 연신등 다른 방법으로 가공하게 되면 금속중에 가탄된 탄소가 표면에서 공기중의 산소에 의하여 연소되어 이산화탄소가 되어 휘발하므로서 계속 탈탄이 일어나 금속의 특성(경도등)이 약화되고, 탈탄층과 산화피막층이 깊어지게 되어 경제성의 퇴보 및 품질의 손실을 가져오게 된다.
이와 같은 탈탄과 산화피막형성을 방지하기 위하여 규석, 고령토, 백토, 도석, 운모, 납석등의 광물의 325메쉬 잔분 10% 이하의 극히 미세한 분말의 단독 또는 혼합분말 100부에 실리콘분말, 철분말, 알미늄분말을 단독 또는 혼합물로 0.1-20부, 붕사 0.1-10부, 붕산 0.1-5부, 소오다회 0.1-5부 PVA, 메틸셀루로오스, CMC, 아교등의 수용성접착제 0.05-3부, 광명단 0.1-5부, 리사지 0.1-5부, 유동화제 0.01-3부를 균일하게 혼합하여 탈탄 및 산화피막 방지제를 안출하게 되었다.
상기의 탈탄 및 산화피막 방지제 100부에 물 30-600부를 가하여 균일하게 분산시킨 후 도막두께를 0.01mm-2.00mm 정도로 금속표면에 균일하게 도포하여 약 110±5℃에서 완전히 건조한 후 고온으로 가열하여 매우 우수한 탈탄 및 산화피막 방지효과를 얻었다.
Figure kpo00001
Figure kpo00002
Figure kpo00003
금속을 고온에서 가열하면 공기중의 산소에 의해서 표면이 산화되어 산화피막이 형성되어 스케일이 생기고 변색이 된다.
이와 같은 산화피막은 오랫동안 가열하면 계속해서 내부로 계속 확산되기도 하며, 철강은 가열하면 표면에 흑백의 산화철(FeO, Fe2O3)이 형성되고, 동은 흑색의 산화동(CuO), 니켈은 산화니켈(NiO), 아연은 산화아연(ZnO)등이 생겨 표면손상이 일어나는데 특히 철강의 경우는 가탄된 탄소가 가열되면 활성화되어 공기중의 산소에 의하여 연소되어 이산화탄소가 되어 탈탄과 동시에 산화피막을 형성하여 표면손실과 강도도 저하하는 큰 손실을 일으킨다.
Figure kpo00004
본 발명에서 개발한 금속의 탈탄 및 산화방지제는 극히 미세한 분말로서 금속의 표면에 도포하면 치밀한 미립자의 배열된 도막에 의해서 표면을 보호하며, 유기질 접착제에 의해서 미립자들의 상호 접착은 물론 금속과의 접착을 강하게 하여, 진동, 타격에 의해서 탈락되지 않도록 하고 약 200℃ 정도의 저온에서는 유기질 접착제가 열분해하여 이산화탄소 까스를 발생하여 도막중에 잔존하는 미량의 산소를 구축하고 고온에서는 응제에 의해서 미립자들을 자화, 소결시켜 더욱 치밀한 미립자 피막을 형성케 하여 강하게 결착시키고, 공기와의 접촉을 차단한다. 미립자 피막층에 고르게 분산 개입되어 있는 금속원소 상태의 실리콘, 철, 알루미늄등의 금속은 가열에 의해서 활성화되어 금속표면에 극미량 잔존하는 산소와 결합하여 산화물을 만들어 버림으로서 산소를 완전히 제거하여 이때 체적팽창이 동시에 일어나 공극을 충전시켜 더욱 치밀한 미립자층 도막을 형성하여 공기와의 접촉을 완전무결하게 차단, 봉쇄한다.
본 발명의 산화피막 형성제의 구성 성분 및 그 조성비에 따른 효과를 구체적으로 상술하면, 철강, 동, 황동, 아연, 스테인레스강, 납등의 지금 또는 합금은 가열상태에서 열연등의 가공을 할 때에 금속표면에서 분자활동이 활발해지고 이에 따라 주위에 산소가 존재하게 되면 쉽게 산화가 일어나 산화피막을 형성하고 금속중에 존재하는 탄소분자는 활성화되어 표면으로 이동하여 곧 산화에 의해서 휘산되어 탈탄 현상이 유발된다.
본 특허에서 전술한 바와 같은 금속표면에서의 산화 및 탈탄현상을 방지하기 위해서는 방지제를 적당한 두께로 도포하여 건조시킨 후 금속을 가열 가공하게 되면 탈탄은 물론 산화를 방지하므로 금속의 품위손상과 산화피막 형성에 의한 손실을 효과적으로 막을 수가 있다. 이때 방지제중의 각 성분의 조성비에 따라서 탈탄방지 및 산화피막 형성방지 효과가 그 적정비율(%)에 따라서 막대한 영향을 끼치게 된다. 또한 금속에 따라서 방지제의 조성비가 또 다르다.
예컨대, 각종 금속은 열팽창용이 다르므로 도포한 방지제 도막을 안정화시켜 탈탄 및 산화방지를 위하여 방지제의 주성분인 각광물질의 전체조성비를 100%로 하여 다음과 같이 금속에 따라 변경조정한 예를 보면 다음과 같다.
Figure kpo00005
상기의 방지제 조성비는 금속에 따라 고령토, 백토, 도석, 운모, 납석, 규석을 적당히 배합하여 전체가 100%가 되도록 조정한다.
또한 열팽율이 비교적 큰 구리, 황동, 아연 등과 같은 금속에는 실리카(SiO2) 성분이 많이 함유된 규석, 도석, 백토등의 혼합비율을 높이고, 철강, 닉켈, 스테인레스스틸등과 같이 팽창율이 비교적 적은 금속에는 고령토, 납석등과 같이 알미나(Al2O3) 함량이 높은 광물질을 비교적 많이 배합하여 가열시 금속과 방지제 도막간의 열팽창의 균형을 유지할 수 있도록 방지제의 소결도막의 안정성을 부여한다.
각 금속의 열팽창계수를 참고하면 다음과 같다.
Figure kpo00006
규석, 활석, 고령토, 백토, 도석, 운모, 납석등의 광물은 방지제의 주성분으로서 이들을 단독 또는 혼합하여 사용하는데 고온에서 소결되어 금속표면에 밀착되어 강력한 보호피막을 형성하게 되는데 그들 조성비에 따라서 소결도막의 팽창 또는 수축도가 달라져 금속과의 밀착성에 크게 영향을 주게 되며 특히 실리카(SiO2)가 다량 함유된 배합은 100℃ 정도의 고온에서 팽창 현상을 일으키는 정도가 크고 알루미나(Al2O3)가 다량 함유된 것은 비교적 안정한 상태를 유지하게 된다.
방지제의 주성분인 규석, 활석, 고령토, 백토, 도석, 운모, 납석등의 광물을 단독 또는 혼합사용하는 경우 그 일례를 설명하면, 규소분말 단독사용의 경우는, 고령토, 백토, 도석, 운모, 납석등 광물의 단독 또는 혼합분말 100부에 대한 0.1-20부의 범위내에서 첨가하는 금속상태의 규소, 철, 알루미늄 분말중의 단독 또는 혼합분말을 의미하므로 위의 광물질 100부에 대한 비율에 비해 아주 적은 량이므로 별로 문제가 되지 아니하며 영향을 미치지 않으며, 방지제를 조합하기 위하여 백토, 도석, 운모, 납석, 고령토, 규석중에서 단독 사용한다고 하더라도 산지별로 성분에 다소 차이가 있을 뿐만 아니라 실리카(SiO2) 성분만 100% 구성되어 있지 않고 다른 성분들도 같이 함유되어 있는 것이 상례이다. 그러므로 규소 또는 규석을 단독 사용하더라도 실상은 방지제 도막이 고온에서 어떤 열팽창에 의하여 피막의 균열이 생긴다든가 하는 것을 방지하기 위해 2단계 방법으로 비교적 저온에서 쉽게 소결용융되도록 촉진하는 붕산, 붕사, 소오다회와 같은 첨가제를 소량 가하여 고온에서 광물질입자 표면에서 실리카(SiO2), 알미나(Al2O3) 등과 미소한 소결반응을 일으키게 하여 입자들 서로를 결착시켜 연결하고 도막을 가소화(可塑化)(도막이 고온에서 용융소결되어 흐르거나 다른 것들에 붙지 않은 정도의 상태)하여 방지제 도막으로 금속과 공기를 완전히 차단하여 공극을 없애고, 열팽창으로 인한 균열등의 물리적응력을 능히 흡수하므로서 도막을 안정화시켜 탈탄 및 산화를 완벽하게 방지하게 되므로 이상과 같은 보완조치에 의하여 하등의 탈탄 및 산화방지효과에 대한 결함의 문제가 전혀 없는 것이다.
따라서 이들 조성비는 소결도막의 보호역할에 큰 영향을 주게 되어 탈탄 및 산화방지효과에 결정적인 요인이 된다. 금속의 종류와 금속중의 미량의 성분에 따라서 금속표면에서 고온에서는 위의 광물성분과 반응을 하게 되기도 하여 보호피막형성에 매우 좋은 효과를 보이기도 한다. 그러나 오히려 좋지 않은 효과를 줄 수도 있다. 예로서 철(Fe)은 산화제 1철(FeO)를 형성하게 되어 실리카(SiO2)와 쉽게 소결되어 피막형성을 불리하게 할 수도 있다.
즉, 금속의 산화를 방지하도록 하는 도막은 광물질 입자가 주로 공기차단 작용을 하는 것이지만, 이들 입자들을 아무리 미세하게 한다고 하여도 완벽한 공기 차단은 불가능한 것이다.
그러므로 2단계 조치로 붕사, 붕산, 소오다회, 광명단, 리사지등의 소결바인더(Binder)를 적당량인 소량을 첨가하여 미립자의 내화성 광물질 입자를 상호, 소결, 접착시켜 도막중의 공극을 완벽하게 없애고 평활한 도막을 형성케 하여 탈탄 및 산화를 방지하게 한다. 그러나 다량을 첨가하게 되면 도막이 지나치게 용융, 소결되어 소성로벽, 지지대등의 다른 것에 금속이 융착되어 조업상 큰 문제를 일으키거나 부식될 우려가 있으므로 이를 감안하여야 한다.
붕사, 붕산, 소오다회, 광명단, 리사지등의 소결촉진제(융제)는 저온 또는 고온에서 용이하게 전기한 방지제의 주성분 광물분말과 작용하여 입자들을 소결 접착시켜 곧 산소의 접촉을 막고 금속표면에서의 탄소의 이탈을 막아주게 된다. 그러나 이들 융제의 첨가량에 따라서 소결피막의 유리화(자기화 : 磁器化)에 도움을 주지만 적당량 이상을 가하게 되면 고온에서 소결피막의 유동이 심하여 방지효과를 크게 손상을 줄 수도 있고 또한 너무 적은 미량이면(0.1% 이하) 도막의 표면의 기공이 커서 가열할 때 곧 산화가 일어나기 쉽게 된다. 뿐만 아니라 소결피막의 열팽창, 수축에도 큰 영향을 주게 된다. 광물미분말을 소결에 의해서 융착시켜 기공을 없애고 표면을 평활하게 하여 유동하지 않도록 하는 함량이면 충분하다.
P.V.A, 메틸셀루로스, C.M.C, 아교등의 수용성 접착제 및 유동화제는 방지제분말을 물에 분산도포할 때 건조피막이 금속표면에 잘 접착되게 하고 열연등의 조업시 운반시에 피막이 탈락하지 않도록 하는 역할을 하며 적당량 이상을 가하면 이들 접착제가 대부분 유기물이라서 고온에서 연소되어 버리게 되므로서 도막의 기공을 증대시켜 오히려 방지효과를 나쁘게 할 우려가 있으므로 전술한 바와 같이 취급할 때 건조된 도막이 탈락하지 않을 정도의 접착력을 부여한다.
여기에 방지제에 다량의 물을 사용하게 되면 방지제 입자사이에 물분자가 개입되어 건조하게 되면 휘발되어 기공이 많은 도막이 되어 방지효과를 나쁘게 하여 도포작업을 할 때 방지제 입자의 적당한 유동을 주게 되면 적은 물을 사용하여도 도포성을 좋게 하고 도막중의 입자들의 배열상태를 고르게 하므로서 치밀한 도막형성을 하여 방지효과의 향상을 꾀할 수 있다. 이렇게 하므로서 탈탄과 금속의 산화피막 형성을 완전히 방지하여 금속의 표면손상 품질저하를 방지하게 된다.
원소상태의 금속에 의하여 극미량의 산소를 제거하는 반응은 다음과 같이 진행된다.
Figure kpo00007
Figure kpo00008
Figure kpo00009
[실시예 1]
Figure kpo00010
위의 혼합분말 100부에 물 200부를 가하여 잘 혼합하여 균일하게 분산시켜 12cm×12cm×100cm 철강편(Billet)표면에 0.1mm 두께로 도포한 후 건조하여 1250℃에서 2시간 가열한 결과 탈탄깊이 및 산화피막이 나타나지 않는(KSD 2016(85)에 의거한 시험결과시 0.00mm임) 매우 만족한 결과를 얻었다.
[실시예 2]
Figure kpo00011
Figure kpo00012
위 혼합물을 충분히 혼합하여 물과 중량비로 1 : 1로 균일하게 분산시켜 0.05mm 두께로 도포하고 완전히 건조후 5cm×5cm×100cm의 스테인레스강 빌렛을 1250℃에서 2시간동안 가열한 결과 탈탄깊이 및 산화피막을 확인할 수 없는 우수한 효과를 얻었다.
[실시예 3]
Figure kpo00013
위의 분말 100부에 물 100부를 가하여 충분히 혼합분산시키고, 이 반죽을 10cm×10cm×10mm(두께) 철판에 0.15mm 두께로 도포하여 위와 같이 고온으로 가열한 결과, 탈탄깊이(0.00mm), 산화피막두께(0.00mm)이 형성되지 않는 만족할만한 결과를 얻었다.
[실시예 4]
Figure kpo00014
위의 분말 100부에 물 100부를 가하여 충분히 혼합분산시키고, 이 반죽을 10cm×10cm×10mm(두께) 철판에 0.15mm 두께로 도포하여 위와 같이 고온으로 가열한 결과, 탈탄깊이(0.00mm), 산화피막두께(0.00mm)이 형성되지 않는 만족할만한 결과를 얻었다.
[실시예 5]
Figure kpo00015
Figure kpo00016
위의 혼합분말 100부에 물 100부를 가하여 분산시켜 반죽을 만들어 15cm×15cm×10cm(두께)의 황동 및 동판에 각각 0.1mm의 두께로 도포하여 800℃에서 2시간 동안 가열하였을 때 산화피막이 전혀 형성되지 아니한 우수한 결과를 얻었다.

Claims (7)

  1. 고령토, 백토, 도석, 운모, 납석, 규석등을 단독 또는 혼합광물의 극히 미세한 분말 100부에 규소(Si)분말, 철(Fe)분말, 알루미늄(Al)분말의 단독 또는 혼합분말 0.1-20부, 붕사(Na2B4O7), 0.1-10부, 붕산(B2O3) 0.1-5부, 소오다회(Na2CO3) 0.1-5부, PVA, 메틸셀루로오스 CMC, 아교등의 수용성 접착제 0.05-3부, 광명단(Pb3O4) 0.1-5부, 리사지(Pbo) 0.1-5부, 유동화제 0.01-3부를 균일하게 혼합하여서 됨을 특징으로 하는 금속의 탈탄 및 산화피막형성 방지제.
  2. 제1항 기재의 조성비로 된 금속의 탈탄 및 산화피막형성 방지제 100부와 물 30-600부를 균일하게 혼합분산시켜 금속의 표면에 0.01-2.0mm 두께로 균일하게 도포시켜 110±5℃ 정도에서 완전히 건조하므로서 400℃ 이상으로 가열하여도 탈탄 또는 산화피막이 전혀 생성되지 아니하도록 하는 방법을 특징으로 하는 산화피막형성 방지제의 사용방법.
  3. 제1항에 있어서, 철강제용 금속의 탈탄 및 산화피막형성 방지제와 성분을 하기의 조성비로 혼합함을 특징으로 하는 금속의 탈탄 및 산화피막형성 방지제.
    Figure kpo00017
  4. 제1항에 있어서, 스테인레스강재용 금속의 탈탄 및 산화피막형성 방지제의 성분을 하기의 조성비로 혼합함을 특징으로 하는 금속의 탈탄 및 산화피막형성 방지제.
    Figure kpo00018
    Figure kpo00019
  5. 제1항의 기재에 있어서, 철봉재용 금속의 탈탄 및 산화피막형성 방지제의 성분을 하기의 조성비로 혼합함을 특징으로 하는 금속의 탈탄 및 산화피막형성 방지제.
    Figure kpo00020
  6. 제1항에 있어서, 철판재용 금속의 탈탄 및 산화피막형성 방지제의 성분을 하기의 조성비로 혼합함을 특징으로 하는 금속의 탈탄 및 산화피막형성 방지제.
    Figure kpo00021
  7. 제1항에 있어서, 황동 및 동재용 금속의 탈탄 및 산회피막형성 방지제 성분을 하기의 조성비로 혼합함을 특징으로 하는 금속의 탈탄 및 산화피막형성 방지제.
    Figure kpo00022
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