KR101327187B1 - 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물 및 이를 이용한 스테인레스강의 스케일 제거방법 - Google Patents

스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물 및 이를 이용한 스테인레스강의 스케일 제거방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산류, 마그네슘염, 아크릴계 중합물, 내산성 계면활성제와 물로 구성되는 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물에 있어서, 물 5내지 15중량부, 불산 10내지 15중량부, 질산 30내지 35중량부, 황산마그네슘염 10내지 30중량부, 아크릴계 중합물 0.05내지 1.0중량부 및 내산성 계면활성제 0.05내지 2.0중량부로 구성되는 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물은 질소화합물을 포함하지 않으면서도 물, 질산, 불산 및 황산마그네슘의 특정한 성분 함량에 의해 8,000 내지 8,500 cps의 점도를 나타냄으로써, 수직면에서도 잘 흐르거나 밀림없이 스테인레스강 구조물 표면에 우수하게 부착되어 4시간 이내에 스케일을 제거하고 부동태화 막을 형성하는 효과를 나타내기 때문에, 스케일이 형성된 스테인레스강의 스케일 제거 및 부동태화처리에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물 및 이를 이용한 스테인레스강의 스케일 제거방법{DESCALING AND PASSIVE STATE PROCESSING COMPOSITION FOR STAINLESS STEEL AND DESCALING METHOD OF STAINLESS STEEL USING THE SAME}
본 발명은 스테인레스강(鋼)용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물 및 이를 이용한 스테인레스강의 스케일 제거방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 필요로하는 유효점도를 일정한 상태로 장기간 유지할 수 있으며, 또한 사용시 약제가 흐르거나, 밀리지 않는 개량된 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물 및 이를 이용한 스테인레스강의 스케일 제거방법에 관한 것이다.
근래 산업의 고도화에 따라, 내부식성이 강한 스테인레스강의 사용이 전분야에 걸쳐 급격히 증대되어 왔다.
스테인레스강은 내식성, 내산화성 및 고온강도 등이 우수한 강종으로 여러 산업분야에 매우 유용하게 사용되는 금속재로서, 일반적으로 합금조성에 따라 Cr계(Cr 11-27%)와 Ni계(Cr 15-28%, Ni 4-22%)로 분류되며, 이는 다시 금속조직에 따라 Cr계는 페라이트(Ferrite)계와 마르텐사이트(Martensite)계로 분류되고, Ni계는 오스테나이트(Austenite)계 및 페라이트와 오스테나이트의 2상(相)으로 된 듀얼페이스(Dualphase)로 분류된다.
내식성이 우수한 스테인레스강은 일반 탄소강 및 알루미늄 대비 코팅(coating), 도장과 같은 방청 처리가 필요없으며, 강도, 내열성 등이 뛰어나다. 스테인레스 강은 일반 탄소강, 알루미늄에 비해 훨씬 내식성이 우수하지만 금, 백금과 달리 절대로 녹이 쓸지 않는 금속은 아니다. 스테인레스강이 내식성을 갖는 이유는 강 내부에 12%이상의 크롬을 함유할 때에 자연적으로 강표면에 20~40Å의 치밀한 보호 피막 즉, 화학적으로 반응이 안정한 부동태피막이 형성되고 이 피막이 더 이상의 부식 발생을 저지하기 때문이다(전희동, 1995; 최상교, 1999).
상기와 같은 조성 및 금속조직을 갖는 스테인레스강은 그 제조시 합금강의 조직을 균일하게 하기 위하여 고온산화 열처리 단계를 거치게 되는 바, 이같은 고온산화 열처리 과정에서 스테인레스강 표면에는 그 구조가 치밀하고 산화되기 어려운 형태로 된 산화 및 탄화 스케일이 형성된다.
스테인레스강은 Ni 및 Cr을 기본성분으로 하고 그밖에 Mo, Ti, Mn, Zr, Nb, N 등으로 조성된 것으로써 그 열처리시 형성되는 산화 및 탄화스케일의 성분은 강종, 가공방법, 열처리 온도, 열처리시간, 냉각방법 등에 따라 일정하지 않으나 주로 FeO, Fe3O4, Fe2O3, NiO, Ni3O4, Ni2O3, CrO3 및 Cr2O3 등으로 이루어져 있다.
또한, 오스테나이트계 스테인레스강을 소재로 해서 열처리, 용접, 연마 또는 소둔 등으로 가공처리 제조되는 각종 구조물에는 스케일이 발생되거나 부동태화 피막에 손상을 입는 경우가 흔히 있다.
상기 스케일은 그 구조가 치밀하고 산화되기 어려운 형태로 되어 있어 통상의 산세처리에 의해서는 제대로 제거되지 않는다. 이에 따라 스케일을 용이하게 제거하기 위하여 산세처리 전에 일정한 화학적, 물리적, 또는 전기적인 방법으로 스케일층을 처리하는 염욕(Salt bath), 숏 블라스트(Shot-Blast) 및 중성염전해 등의 전처리공정을 거치게 된다.
이와 같은 전처리 공정에 의해 스케일을 어느 정도 제거한 다음, 통상 질산과 불산의 혼산(混酸)으로 산세처리하여 강표면의 스케일을 완전히 제거하게 된다.
그러나, 상기와 같은 전처리 방법으로 사용되는 숏 블라스트, 염욕, 및 중성염 전해 등에 의한 전처리는 다음과 같은 문제가 있다.
즉, 숏 블라스트는 소지 표면 위에 금속 및 유리질로 구성된 입자를 고압분사시켜 두들겨 주는 것으로, 물리적으로 스케일을 최대한 제거하여 산세정조에서의 산세정(Pickling) 효율을 증대시키는 것이나, 이같은 전처리 방법은 금속 표면조도의 열화 및 분진이 발생하는 문제가 있다.
염욕은 수산화나트륨, 질산나트륨, 염화나트륨으로 조성된 480-520℃의 고온조에 스케일이 형성된 스테인레스 소지를 침지함으로써 스케일의 조직을 연화시켜 산세정 효율을 증대시키는 것이나, 이는 염욕공정을 통하여 발생되는 6가 크롬(Cr+6)으로 인하여 환경문제를 야기할 뿐만 아니라 고온운전에 따른 에너지 소비 증대 등의 문제점이 있는 것이다.
그리고 중성염 전해는 황산나트륨 등의 중성염을 용해시킨 용액에 전기를 인가하여 발생되는 기포를 이용하여 스케일의 조직을 연화시킴으로써 산세정 효율을 증대시키는 것이나, 이는 전기인가에 따른 전력소비 및 이에 따른 생산비용의 증대가 문제시되고 있다.
상기와 같은 각각의 전처리 방법 자체의 문제점뿐만 아니라 이들 전처리공정을 수행함으로써 공정시간이 길어지는 등의 문제점도 있다. 이에 스테인레스강의 표면스케일 제거시 전처리 과정을 거치지 않는 스케일 제거방법이 요구되고 있는 것이다.
한편, 이같은 스테인레스강 구조물에 발생된 스케일을 제거하며, 손상된 부동태피막을 복구시킴과 동시에 이들 구조물 표면에 부착된 기타 이물질들을 제거하는 등 다목적으로 사용되는 스테인레스강의 스케일 제거제가 현재 다수 공지되어 있다. 이같은 공지된 스테인레스 스케일 제거제의 예로는
(1) 왕수에 산성백토 및 규조토를 혼합해서 사용하는 도포용 제거제,
(2) 불산과 질산을 주제로 한 혼합산에 각종 내산성분말 또는 점착제 등을 혼합해서 사용하는 도포용 제거제
(3) 불산, 질산계를 주제로 한 용액제거제 또는
(4) 왕수계를 주제로 사용한 용액 제거제 등을 들 수 있다.
또한, 대한민국 특허공고 제89-004046호에는 산류, 마그네슘염, 아크릴계 중합물, 내산성 계면활성제와 물로 구성되는 공지의 스테인레스강용 스케일 제거제에 있어서, 중량기준으로 물 25 내지 60부 산류 10 내지 30부, 염화마그네슘 20부, 인산암모늄 또는 염화암모늄과 요소 1:1 혼합물 1 내지 2부, 내산성 계면활성제 4 내지 8중량부와 아크릴계 중합물 5 내지 15부로 구성되어 최종제품 스케일 제거제의 점도를 3,000 내지 3,500cps로 유지시킨 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물이 개시되어 있다.
그러나, 전술한 특허공고 제89-004046호의 3,000 내지 3,500cps의 점도를 가진 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물은 수직면을 도포할 때에는 점도가 충분치 않아 쉽게 흘러내림으로써 스케일 제거가 효과적으로 이루어지지 못하고 부동태화처리가 미숙하게 되는 등의 문제점을 필연적으로 수반하였다.
본 발명자들은 스테인레스강 구조물의 수직면을 도포할 때에도 약제가 흐르거나 밀리지 않는 점도를 가짐으로써, 구조물에 잘 부착되어 신속하게 스테인레스강 구조물의 스케일 제거 효과를 나타낼 수 있으며, 부동태화처리를 우수하게 수행할 수 있는 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물을 개발하고자 노력하였다.
그 결과, 산류, 마그네슘염, 아크릴계 중합물, 내산성 계면활성제와 물로 구성되는 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물에 있어서, 산류, 마그네슘염, 아크릴계 중합물, 내산성 계면활성제와 물의 조성비를 특정 조성 함량으로 포함하도록 제조시 조성물이 8,000 내지 8,500 cps의 점성을 가짐으로써 스테인레스강 구조물의 수직면을 도포할 때, 약제가 쉽게 흘러내리거나 밀리지 않아 도포가 용이하고 구조물에 잘 부착되어 있어 종래 기술의 조성물을 사용할 때보다 시공 시간 및 스케일 제거의 효과를 발휘하는 시간이 단축되고, 산세정 효과가 우수함을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 특정 조성을 갖는 개량된 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상술한 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물을 이용한 스테인레스강의 스케일 제거방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명 및 청구범위에 의해 보다 명확하게 된다.
본 발명의 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물은 물 5내지 15중량부, 불산 10내지 15중량부, 질산 30내지 35중량부, 황산마그네슘염 10내지 30중량부, 아크릴계 중합물 0.05내지 1.0중량부 및 내산성 계면활성제 0.05내지 2.0중량부를 포함한다.
상기 아크릴계 중합물은 에틸아크릴레이트, 에틸메틸메타크릴레이트 중합물 또는 아크릴산 아미드 중합물인 것이 바람직하다.
상기 내산성 계면활성제는 폴리옥시에틸렌알킬 페놀 에테르계 비이온성 계면활성제인 것이 바람직하다.
상기 조성물의 점도는 8,000 내지 8,500 cps인 것이 바람직하다.
본 발명의 스테인레스강의 스케일 제거방법은 표면에 스케일이 형성된 스테인레스강을 산세액으로 처리하되, 상기 산세액은 물 5내지 15중량부, 불산 10내지 15중량부, 질산 30내지 35중량부, 황산마그네슘염 10내지 30중량부, 아크릴계 중합물 0.05내지 1.0중량부 및 내산성 계면활성제 0.05내지 2.0중량부를 포함한다.
상기 방법은 전처리 공정을 거치지 않음을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:
(ⅰ) 본 발명은 물 5내지 15중량부, 불산 10내지 15중량부, 질산 30내지 35중량부, 황산마그네슘염 10내지 30중량부, 아크릴계 중합물 0.05내지 1.0중량부 및 내산성 계면활성제 0.05내지 2.0중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물에 관한 것이다.
(iⅰ) 본 발명의 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물은 질소화합물을 포함하지 않으면서도 물, 질산, 불산 및 황산마그네슘의 특정한 성분 함량에 의해 8,000 내지 8,500 cps의 점도를 나타냄으로써, 수직면에서도 잘 흐르거나 밀림없이 스테인레스강 구조물 표면에 우수하게 부착되어 4시간 이내에 스케일을 제거하고 부동태화 막을 형성하는 탁월한 효과가 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 산류, 마그네슘염, 아크릴계 중합물, 내산성 계면활성제와 물로 구성되는 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물에 있어서, 물 5내지 15중량부, 불산 10내지 15중량부, 질산 30내지 35중량부, 황산마그네슘염 10내지 30중량부, 아크릴계 중합물 0.05내지 1.0중량부 및 내산성 계면활성제 0.05내지 2.0중량부로 구성되는 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 조성물에 있어서, 산류는 불산 및 질산을 사용하는데, 이는 산세정액의 필수성분으로서, 스케일을 제거하고 부동태 피막을 형성하는 역할을 한다. 우수한 산세정력을 위해 바람직한 불산과 질산의 혼합 비율은 불산 10 내지 15 중량부, 질산 30 내지 35 중량부가 포함되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 불산 14 중량부 및 질산 34 중량부를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 황산마그네슘염은 점성을 부여하는 역할을 하며, 무수염으로 환산해서 10 내지 30 중량부를 사용하는 것이 바람직하고, 10 내지 20 중량부를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 아크릴계 중합물은 점도 10,000-20,000cps 정도의 에틸아크릴레이트, 에틸메틸메타크릴레이트 중합물 또는 아크릴산 아미드 중합물을 사용할 수 있으며, 총량은 100%로 환산해서 0.05 내지 1.0 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 내산성 계면활성제로는 옥시에틸렌수가 12 이상인 폴리옥시에틸렌알킬 페놀 에테르계 비이온성 계면활성제를 사용할 수 있으며, 총량은 0.05 내지 2.0 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 조성물은 성분들의 특정 조성 함량으로 인해 8,000 내지 8,500 cps의 점성을 가질 수 있다. 이러한 높은 점성으로 인해, 스테인레스강 구조물의 수직면을 도포할 때, 약제가 쉽게 흘러내리거나 밀리지 않아 도포가 용이하고 따라서 종래 기술의 조성물을 사용할 때보다 시공 시간 및 스케일 제거의 효과를 발휘하는 시간이 기존 5-6시간에서 4시간으로 단축되고, 부착력이 우수하여 산세정 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 조성물은 성분들의 특정 조성 함량으로 인해 부동태화 시험으로서 엄격한 셀락실 Ferroxyle test를 통과하여 스테인레스강 구조물에 완벽한 부동태화처리를 할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 조성물은 산세전에 전처리공정으로 통상 행하여지는 숏 블라스트, 염욕이나 중성염 전해공정 등을 행하지 않고도 효과적으로 스테인레스강의 스케일을 제거할 수 있고, 부동태화처리를 할 수 있으므로, 스테인레스 강의 스케일 제거제 및 부동태화처리제로서 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명의 스테인레스강의 스케일 제거방법은 표면에 스케일이 형성된 스테인레스강을 산세액으로 처리하는 단계로 이루어지데, 상기 산세액은 상기 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화 처리제 조성물을 포함한다.
본 발명에 따른 스테인레스강의 스케일 제거방법에 있어서, 상기 산세액의 처리는 당업계에 공지된 다양한 도포 도구, 예를 들면 분무기, 붓, 롤러 등을 이용할 수 있다.
실시예
제조예 1: 스케일 제거 조성물의 제조 (본 발명)
물 10중량부에 질산 34중량부와 불산 14중량부를 혼합하고 이 혼합액에 황산마그네슘 20중량부를 용해시킨 후, 내산성 계면활성제(폴리옥시에틸렌알킬페놀에테르계) 1중량부 및 아크릴계 중합물(에틸아크릴레이트 중합물) 0.05중량부를 차례로 가했다.
혼합물을 15시간 방치하여 스케일 제거제 조성물 A를 수득한다. 위의 방법에 따라 실시하되 조성물 성분의 배합비를 달리하여 조성물 B 내지 C(3개 조성물)를 수득하였다(표 1 참조).
제조예 2: 스케일 제거 조성물의 제조 (선행 발명)
특허공고 제89-004046호에 개시된 방법으로 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물을 제조하였다.
구체적으로, 물 60중량부에 질산 5중량부와 불산 6중량부를 혼합하고 이 혼합액에 염화마그네슘 20중량부를 용해시킨 여기에 염화암모늄과 요소 1:1의 혼합물 1중량부, 내산성 계면활성제(폴리옥시에틸렌알킬페놀에테르계)4중량부 및 아크릴계 중합물(에틸아크릴레이트 중합물)5중량부를 차례로 가한다.
혼합물을 15시간 방치하여 스케일 제거제 조성물 D를 수득하였다. 위의 방법에 따라 실시하되 조성물 성분의 배합비를 달리하여 조성물 E 내지 I(6개 조성물)를 수득하였다(표 1 참조).
실험예 1: 스케일 제거제 부착상태시험 및 스케일 제거 및 부동태화 상태시험
제조예 1 및 2의 방법으로 제조한 스케일 제거제 조성물(A) 내지 (I)를 3(L)×1(W)m 크기의 2개의 SUS316 스테인레스강판을 버트용접한 용접부위에 스프레이머신으로 스프레이하여 200gm2 비율로 도포하고 수직으로 세워 30분간 보관하고 점도를 측정한 후, 그 흐름 정도를 육안 검사하였다.
육안 검사결과를 도포면이 하부면으로 밀린상태의 정도에 따라 흐름정도 시험 상·중·하로 분류하고 이를 표 1(I)에 수록하였다.
도포후 약 4시간이 경과한 수 고압수로 도포부위를 세척하고 스케일 제거상태와 부동태화 상태를 육안검사 및 Ferroxyle test(ASTM380A)를 거쳐 그 결과를 표 1(II),(III)에 나타내었다.
구성성분 A B C D E F G H I
성분 세부명칭
물 물 10 10 10 60 21 24 27 47 15
산류 질산 34 30 35 5 15 15 15 15 15
불산 14 16 12 5 15 15 15 15 15
마그네슘염 염화마그네슘 - - - 20 20 20 20 20 20
황산마그네슘 15 20 25 - - - - - -
질소화합물 인산암모늄(I)+요소(I) - - - 1 2 3 - - 3
내산성계면활성제 폴리옥시에틸렌알킬페놀에테르계 1 1 1 4 12 8 8 2 12
아크릴계중합물 에틸아크릴레이트중합물 0.05 0.05 0.05 5 15 15 15 1 20
시험항목 본 발명 본 발명 본 발명 선행 발명 선행 발명 선행 발명 선행 발명 선행 발명 선 행발명
점도(cps) 8,003 8,005 8,013 3,152 3,366 3,233 530 550 3,320
(I) 부착상태 상 상 상 중 중 중 상 하 중
(II) 스케일 제거상태 양호 양호 양호 보통 보통 불량 불량 불량 불량
(III) 부동태화상태 완벽처리 완벽처리 완벽처리 보통 보통 불량 불량 불량 불량
표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 조성물은 질소화합물을 포함하지 않으면서도 물, 질산, 불산 및 황산마그네슘의 특정한 성분 함량에 의해 8,000 cps 이상의 점도를 나타냄으로서 수직면에서도 잘 흐르거나 밀림 없이 스테인레스강 구조물 표면에 우수하게 부착되어 있음을 알 수 있으며, 4시간 이후 고압수로 도포부위를 세척하고 스케일 제거상태와 부동태화 상태를 관찰할 때에 스케일이 우수하게 제거되고 부동태화처리 또한 완벽히 이루어져 엄격한 Ferroxyle test를 통과함을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 조성물은 표면에 스케일이 형성된 스테인레스강의 스케일 제거 및 부동태화처리에 유용하게 사용될 수 있다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 산류, 마그네슘염, 아크릴계 중합물, 내산성 계면활성제 및 물을 포함하는 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물에 있어서,
    물 5내지 15중량부, 불산 10내지 15중량부, 질산 30내지 35중량부, 황산마그네슘염 10내지 30중량부, 아크릴계 중합물 0.05내지 1.0중량부 및 내산성 계면활성제 0.05내지 2.0중량부를 포함하는 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아크릴계 중합물은 에틸아크릴레이트, 에틸메틸메타크릴레이트 중합물 또는 아크릴산 아미드 중합물인 것을 특징으로 하는 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내산성 계면활성제는 폴리옥시에틸렌알킬 페놀 에테르계 비이온성 계면활성제인 것을 특징으로 하는 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 조성물의 점도는 8,000 내지 8,500 cps인 것을 특징으로 하는 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화처리제 조성물.
  5. 표면에 스케일이 형성된 스테인레스강을 산세액으로 처리하는 단계로 이루어지는 스테인레스 강의 스케일 제거방법에 있어서,
    상기 산세액은 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항의 스테인레스강용 스케일 제거 및 부동태화 처리제 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테인레스강의 스케일 제거방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스테인레스강의 스케일 제거 시 전처리 공정을 거치지 않음을 특징으로 하는 스테인레스강의 스케일 제거방법.
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