이 2부작 기사는 전해연마에 관한 기사의 핵심 내용을 요약하고, 이달 말 InterPhex에서 있을 Tverberg의 발표 내용을 미리 소개합니다. 1부에서는 스테인리스강 파이프의 전해연마의 중요성, 전해연마 기술 및 분석 방법에 대해 논의합니다. 2부에서는 부동태 처리된 기계적 연마 스테인리스강 파이프에 대한 최신 연구 결과를 제시합니다.
파트 1: 전해연마 스테인리스강 튜브 제약 및 반도체 산업에서는 전해연마 스테인리스강 튜브가 대량으로 필요합니다. 두 산업 모두에서 316L 스테인리스강이 선호되는 합금입니다. 몰리브덴 함량이 6%인 스테인리스강 합금이 때때로 사용되며, 특히 기체 염산을 에칭제로 사용하는 반도체 제조업체에서는 C-22 및 C-276 합금이 중요합니다.
일반적인 재료에서 흔히 발견되는 표면 이상 현상의 복잡한 구조 속에 가려져 드러나지 않는 표면 결함을 손쉽게 규명할 수 있습니다.
부동태화층의 화학적 불활성은 크롬과 철 모두 3가 산화 상태이며 0가 금속이 아니라는 사실에 기인합니다. 기계적으로 연마된 표면은 질산을 이용한 장시간 열 부동태화 처리 후에도 피막 내에 높은 함량의 유리 철을 유지했습니다. 이러한 요인 하나만으로도 전해 연마된 표면은 장기적인 안정성 측면에서 큰 이점을 갖습니다.
두 표면의 또 다른 중요한 차이점은 합금 원소의 존재 여부(기계 연마 표면)와 부재 여부(전해 연마 표면)입니다. 기계 연마 표면은 주요 합금 성분을 유지하면서 다른 합금 원소의 손실이 거의 없는 반면, 전해 연마 표면은 주로 크롬과 철만 함유합니다.
전해연마 파이프 제작 매끄러운 전해연마 표면을 얻으려면 먼저 매끄러운 표면을 확보해야 합니다. 즉, 최적의 용접성을 위해 제조된 최고급 강철을 사용해야 합니다. 황, 규소, 망간을 용융시키고 알루미늄, 티타늄, 칼슘, 마그네슘, 델타 페라이트와 같은 탈산 원소를 첨가할 때 정밀한 제어가 필수적입니다. 용융 응고 과정이나 고온 처리 과정에서 발생할 수 있는 이차상을 제거하기 위해 강판을 열처리해야 합니다.
또한, 스트라이프 마감 유형이 가장 중요합니다. ASTM A-480은 시판되는 냉간 압연 스트립 표면 마감의 세 가지를 나열합니다. 2D(공기 열처리, 산세척 및 무딘 압연), 2B(공기 열처리, 롤 산세척 및 롤 연마), 2BA(밝은 열처리 및 차폐 연마).
최대한 원형에 가까운 튜브를 얻으려면 프로파일링, 용접 및 비드 조정을 세심하게 제어해야 합니다. 연마 후에는 용접부의 아주 미세한 언더컷이나 비드의 평평한 선조차도 눈에 띄게 드러납니다. 또한 전해 연마 후에는 롤링 흔적, 용접부의 롤링 패턴 및 표면의 기계적 손상이 확연히 나타납니다.
열처리 후, 파이프의 내경은 스트립 및 파이프 성형 과정에서 발생한 표면 결함을 제거하기 위해 기계적으로 연마해야 합니다. 이 단계에서 스트립 마감 방식 선택이 매우 중요해집니다. 접힘 부분이 너무 깊으면 매끄러운 표면을 얻기 위해 튜브 내경 표면에서 더 많은 금속을 제거해야 합니다. 반대로 표면 거칠기가 얕거나 없으면 제거해야 하는 금속의 양이 줄어듭니다. 일반적으로 5마이크로인치 이하의 매끄러운 전해 연마 마감은 튜브의 종방향 밴드 연마를 통해 얻을 수 있습니다. 이 연마 방식은 표면에서 대부분의 금속(일반적으로 0.001인치)을 제거하여 결정립계, 표면 결함 및 형성된 결함을 제거합니다. 회전 연마는 재료 제거량이 적고 표면이 흐릿해지며 일반적으로 10~15마이크로인치 범위의 더 높은 Ra(평균 표면 거칠기) 값을 나타냅니다.
전해연마는 역코팅 공정입니다. 전해연마 용액이 튜브의 내경을 따라 펌핑되는 동안 음극이 튜브를 통과합니다. 금속은 표면의 가장 높은 지점에서 우선적으로 제거됩니다. 이 공정은 튜브 내부(즉, 양극)에서 용해된 금속으로 음극을 아연 도금하는 것을 목표로 합니다. 음극 코팅을 방지하고 각 이온의 적절한 원자가를 유지하기 위해서는 전기화학적 반응을 제어하는 ​​것이 중요합니다.
전해연마 공정 중 양극 또는 스테인리스강 표면에는 산소가 생성되고 음극 표면에는 수소가 생성됩니다. 산소는 전해연마된 표면의 특수한 성질을 만들어내는 핵심 요소이며, 부동태층의 깊이를 증가시키고 진정한 부동태층을 형성하는 데 중요한 역할을 합니다.
전해연마는 중합된 아황산니켈로 이루어진 소위 "자케(Jacquet)" 층 아래에서 진행됩니다. 자케 층 형성을 방해하는 모든 물질은 전해연마 표면의 결함을 초래합니다. 일반적으로 아황산니켈의 형성을 저해하는 것은 염화물이나 질산염과 같은 이온입니다. 그 외에도 실리콘 오일, 그리스, 왁스 및 기타 장쇄 탄화수소 등이 자케 층 형성을 방해하는 물질입니다.
전해연마 후, 튜브를 물로 세척하고 뜨거운 질산에 담가 추가적으로 부동태화 처리를 했습니다. 이 추가 부동태화 처리는 잔류 니켈 아황산염을 제거하고 표면의 크롬 대 철 비율을 개선하는 데 필요합니다. 부동태화 처리된 튜브는 공업용수로 세척하고 뜨거운 탈이온수에 담근 후 건조하여 포장했습니다. 클린룸 포장이 필요한 경우, 튜브를 지정된 전도도에 도달할 때까지 탈이온수로 추가 세척한 후 포장 전에 뜨거운 질소로 건조합니다.
전해연마 처리된 표면을 분석하는 가장 일반적인 방법은 오제 전자 분광법(AES)과 X선 광전자 분광법(XPS)(화학 분석 전자 분광법이라고도 함)입니다. AES는 표면 근처에서 생성된 전자를 이용하여 각 원소에 대한 특정한 신호를 생성함으로써 깊이에 따른 원소 분포를 파악합니다. XPS는 연X선을 이용하여 결합 스펙트럼을 생성하고, 이를 통해 분자 종류를 산화 상태에 따라 구분할 수 있습니다.
표면 외관과 유사한 표면 프로파일을 가진 표면 거칠기 값이 표면 외관이 동일하다는 것을 의미하지는 않습니다. 대부분의 최신 프로파일러는 Rq(RMS라고도 함), Ra, Rt(최소 골과 최대 봉우리 사이의 최대 차이), Rz(평균 최대 프로파일 높이) 등 다양한 표면 거칠기 값을 보고할 수 있습니다. 이러한 값들은 다이아몬드 펜으로 표면을 한 번 통과하면서 다양한 계산을 통해 얻어졌습니다. 이 통과 과정에서 "컷오프"라고 하는 부분이 전자적으로 선택되며, 계산은 이 부분을 기준으로 이루어집니다.
표면은 Ra 및 Rt와 같은 다양한 설계 값의 조합을 사용하여 더 잘 설명할 수 있지만, 동일한 Ra 값을 가진 두 개의 서로 다른 표면을 구별할 수 있는 단일 함수는 없습니다. ASME는 각 계산 함수의 의미를 정의하는 ASME B46.1 표준을 발행했습니다.
자세한 내용은 John Tverberg, Trent Tube, 2015 Energy Dr., PO Box 77, East Troy, WI 53120 (전화: 262-642-8210)로 문의하십시오.