부품이 사양에 맞게 가공되었는지 확인했습니다. 이제 고객이 기대하는 조건에서 이러한 부품을 보호하기 위한 조치를 취했는지 확인하세요.#기본
수동화는 스테인리스 가공 부품과 조립품의 기본 내식성을 극대화하는 데 있어 중요한 단계로 남아 있습니다. 이는 만족스러운 성능과 조기 고장의 차이를 만들 수 있습니다. 부적절하게 실행된 수동화는 실제로 부식을 일으킬 수 있습니다.
수동화는 가공물을 생산하는 스테인리스 강철 합금의 내재적 부식 저항성을 극대화하는 후가공 방법입니다. 이는 석회질 제거 처리가 아니며 페인트 코팅도 아닙니다.
수동화가 어떻게 작용하는지에 대한 정확한 메커니즘에 대한 일반적인 합의는 없습니다. 그러나 수동화된 스테인리스강 표면에 보호 산화막이 존재한다는 것은 확실합니다. 이 보이지 않는 막은 매우 얇아서 두께가 0.0000001인치 미만으로, 사람 머리카락 두께의 약 1/100,000 정도입니다!
깨끗하고 새로 가공되거나 광택이 나거나 산세척된 스테인리스 스틸 부품은 대기 중 산소에 노출되어 자동으로 이러한 산화 피막을 형성합니다. 이상적인 조건에서 이 보호 산화층은 부품의 모든 표면을 완전히 덮습니다.
그러나 실제로는 가공 중에 작업장 먼지나 절삭 공구의 철 입자와 같은 오염 물질이 스테인리스 스틸 부품 표면으로 옮겨갈 수 있습니다. 이러한 이물질을 제거하지 않으면 원래 보호 필름의 효과가 감소할 수 있습니다.
가공 중에 미량의 자유철이 공구에서 마모되어 스테인리스강 가공물 표면으로 옮겨갈 수 있습니다. 어떤 경우에는 부품에 얇은 녹 층이 나타날 수 있습니다. 이는 실제로 기본 금속이 아니라 공구에 의한 강철의 부식입니다. 가끔 절삭 공구나 부식 생성물에서 나온 강철 입자의 틈새로 인해 부품 자체가 침식될 수 있습니다.
마찬가지로, 철분 작업장의 작은 먼지 입자가 부품 표면에 달라붙을 수 있습니다. 금속은 기계로 가공한 상태에서는 반짝반짝 빛날 수 있지만, 공기에 노출되면 눈에 보이지 않는 자유 철 입자로 인해 표면이 녹슬 수 있습니다.
노출된 황화물도 문제가 될 수 있습니다.황화물은 가공성을 개선하기 위해 스테인리스강에 황을 첨가하는 과정에서 발생합니다.황화물은 가공 중에 합금의 칩 형성 능력을 증가시켜 절삭 공구에서 완전히 떨어져 나갈 수 있습니다.부품이 적절하게 수동화되지 않으면 황화물은 제조된 제품의 표면 부식의 시작점이 될 수 있습니다.
두 경우 모두 스테인리스 강의 자연적인 내식성을 극대화하기 위해 수동화가 필요합니다. 수동화는 절삭 공구의 철 입자와 같은 표면 오염 물질을 제거하여 녹을 형성하거나 부식의 시작점이 될 수 있습니다. 수동화는 또한 자유 절삭 스테인리스 강 합금 표면에 노출된 황화물을 제거합니다.
2단계 절차를 거치면 가장 좋은 내식성을 얻을 수 있습니다. 1. 세척: 기본적이지만 간과되는 경우가 많은 절차입니다. 2. 산욕 또는 부동태화 처리입니다.
세척은 항상 우선순위가 되어야 합니다.최적의 내식성을 위해 표면에서 기름, 냉각수 또는 기타 작업장 잔여물을 철저히 세척해야 합니다.가공 잔여물이나 기타 작업장 먼지는 부품에서 조심스럽게 닦아낼 수 있습니다.상업용 탈지제나 세척제를 사용하여 공정 오일이나 냉각수를 제거할 수 있습니다.열 산화물과 같은 이물질은 분쇄나 산세척과 같은 방법으로 제거해야 할 수도 있습니다.
때때로 기계 운전자는 기본 세척을 건너뛰어, 그리스가 묻은 부품을 산 욕조에 담그기만 하면 세척과 부동태화가 동시에 일어날 것이라고 착각할 수 있습니다. 하지만 실제로는 그렇지 않습니다. 반대로, 오염된 그리스는 산과 반응하여 기포를 형성합니다. 이러한 기포는 작업물 표면에 쌓여 부동태화를 방해합니다.
문제를 더욱 악화시키는 것은, 때때로 고농도의 염화물을 포함하는 패시베이션 용액의 오염으로 인해 "플래싱"이 발생할 수 있다는 것입니다. 광택이 있고 깨끗하며 부식에 강한 표면으로 원하는 산화막을 얻는 것과 달리 플래시 에칭은 심하게 에칭되거나 어두워진 표면을 초래할 수 있습니다. 패시베이션은 이러한 표면 열화를 최적화하도록 설계되었습니다.
마르텐사이트계 스테인리스강[자성, 중간 정도의 내식성, 항복 강도 최대 약 280ksi(1930MPa)]으로 만든 부품은 고온에서 경화 처리한 후, 원하는 경도와 기계적 성질을 확보하기 위해 템퍼링 처리합니다. 마르텐사이트 합금보다 강도와 내식성이 더 뛰어난 침전 경화 합금은 용액 처리를 하고, 부분적으로 가공한 후, 낮은 온도에서 시효 처리한 후 마감 처리할 수 있습니다.
이 경우 열처리 전에 절삭유의 흔적을 제거하기 위해 탈지제나 세정제로 부품을 철저히 세척해야 합니다.그렇지 않으면 부품에 남아 있는 절삭유가 과도한 산화를 일으킬 수 있습니다.이런 상태는 산이나 연마 방법으로 스케일을 제거한 후에도 크기가 작은 부품에 움푹 들어간 부분이 생기도록 할 수 있습니다.진공로나 보호 분위기와 같이 밝게 경화된 부품에 절삭유가 남아 있으면 표면 탄화가 발생하여 내식성이 손실될 수 있습니다.
철저한 세척 후, 스테인리스 스틸 부품을 수동화 산 욕조에 담글 수 있습니다. 질산 수동화, 중크롬산나트륨을 첨가한 질산 수동화, 구연산 수동화의 세 가지 방법을 사용할 수 있습니다. 어떤 방법을 사용할지는 스테인리스 스틸의 등급과 지정된 허용 기준에 따라 달라집니다.
더 내식성이 좋은 크롬-니켈 등급은 20%(v/v) 질산 욕조에서 부동태화할 수 있습니다(그림 1). 표에서 볼 수 있듯이, 내식성이 낮은 스테인리스강은 질산 욕조에 중크롬산나트륨을 첨가하여 부동태화할 수 있으며, 이렇게 하면 용액의 산화성이 더 강해지고 금속 표면에 부동태 피막을 형성할 수 있습니다. 질산을 크롬산나트륨으로 대체하는 또 다른 옵션은 질산의 농도를 부피 기준으로 50%로 높이는 것입니다. 중크롬산나트륨을 첨가하고 질산의 농도를 높이면 원치 않는 플래시가 발생할 가능성이 줄어듭니다.
자유 가공 스테인리스 강의 수동화 절차(그림 1 참조)는 자유 가공이 불가능한 스테인리스 강의 수동화 절차와 다소 다릅니다. 일반적인 질산 욕조에서 수동화하는 동안 황을 함유한 가공 가능 등급 황화물의 일부 또는 전부가 제거되어 가공된 부품의 표면에 미세한 불연속성이 생기기 때문입니다.
일반적으로 효과적인 물 세척조차도 수동화 후 이러한 불연속성에 잔류 산을 남길 수 있습니다. 이 산은 중화되거나 제거되지 않는 한 부품 표면을 공격하게 됩니다.
쉽게 가공할 수 있는 스테인리스강을 효과적으로 수동화하기 위해 Carpenter는 잔류 산을 중화하는 AAA(알칼리-산-알칼리) 공정을 개발했습니다. 이 수동화 방법은 2시간 이내에 완료할 수 있습니다. 단계별 과정은 다음과 같습니다.
탈지 후, 부품을 71°C~82°C(160°F~180°F)의 5% 수산화나트륨 용액에 30분간 담가둡니다. 그런 다음 부품을 물로 깨끗이 헹굽니다. 다음으로, 49°C~60°C(120°F~140°F)의 중크롬산나트륨 3온스/갤런(22g/L)이 포함된 20%(v/v) 질산 용액에 부품을 30분간 담급니다. 부품을 수조에서 꺼낸 후 물로 헹군 후, 다시 30분간 수산화나트륨 용액에 담급니다. 부품을 다시 물로 헹구고 건조하면 AAA 세척 방법이 완료됩니다.
구연산 수동화는 중크롬산나트륨이 함유된 무기산이나 용액의 사용을 피하고, 이를 사용함으로써 발생하는 폐기 문제와 안전에 대한 우려를 피하고자 하는 제조업체들 사이에서 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 구연산은 모든 면에서 환경 친화적인 것으로 간주됩니다.
구연산 부동태화는 매력적인 환경적 이점을 제공하지만 무기산 부동태화로 성공을 거두었고 안전 문제가 없는 매장에서는 계속 사용하고 싶어할 수도 있습니다. 이러한 사용자가 깨끗한 매장, 잘 유지 관리되고 깨끗한 장비, 철분 매장 오염이 없는 냉각수, 좋은 결과를 내는 공정을 갖추고 있다면 실제로 변경할 필요가 없을 수도 있습니다.
그림 2에 표시된 것처럼 여러 가지 개별 스테인리스 강 등급을 포함하여 광범위한 스테인리스 강에 구연산 욕조에서의 수동화 방법이 유용한 것으로 밝혀졌습니다. 편의상 그림 1의 전통적인 질산 수동화 방법이 포함되었습니다. 기존 질산 제형은 부피 백분율로 표시되는 반면, 최신 구연산 농도는 중량 백분율로 표시됩니다. 이러한 절차를 구현할 때 침지 시간, 욕조 온도 및 농도의 균형을 잘 맞추는 것이 앞서 설명한 "플래싱"을 방지하는 데 중요합니다.
수동화 처리 방법은 각 등급의 크롬 함량과 가공 특성에 따라 다릅니다.공정 1 또는 공정 2를 참조하는 열에 유의하세요. 그림 3에서 볼 수 있듯이 공정 1은 공정 2보다 단계가 적습니다.
실험실 테스트 결과, 구연산 부동태화 공정은 질산 공정보다 "플래싱"이 발생하기 쉽다는 것이 밝혀졌습니다. 이러한 부식에 기여하는 요인에는 욕조 온도가 너무 높거나, 침지 시간이 너무 길거나, 욕조 오염이 있습니다. 부식 억제제와 습윤제와 같은 다른 첨가제가 포함된 구연산 제품이 시중에서 판매되고 있으며 "플래싱 부식"에 대한 민감성을 줄이는 것으로 보고되었습니다.
수동화 방법에 대한 최종 선택은 고객이 정한 승인 기준에 따라 달라집니다. 자세한 내용은 ASTM A967을 참조하세요. 해당 자료는 www.astm.org에서 확인할 수 있습니다.
부동태화된 부품의 표면을 평가하기 위해 종종 테스트가 수행됩니다. 답해야 할 질문은 "부동태화가 자유 철을 제거하고 자유 절삭 등급의 내식성을 최적화하는가?"입니다.
시험 방법이 평가하려는 등급과 일치하는 것이 중요합니다. 너무 엄격한 시험은 완벽하게 좋은 재료도 불합격시키고, 너무 느슨한 시험은 만족스럽지 못한 부품을 통과시킵니다.
400 시리즈 침전 경화 및 자유 가공 스테인리스강은 95°F(35°C)에서 24시간 동안 100% 습도(습식 샘플)를 유지할 수 있는 캐비닛에서 평가하는 것이 가장 좋습니다. 특히 자유 절삭 등급의 경우 단면이 가장 중요한 표면인 경우가 많습니다. 그 이유 중 하나는 황화물이 기계 방향으로 길어져 이 표면과 교차하기 때문입니다.
중요한 표면은 위쪽을 향하게 배치해야 하지만, 수분 손실을 감안하여 수직에서 15~20도 각도로 배치해야 합니다. 적절하게 수동화된 재료는 거의 녹이 슬지 않지만 약간의 얼룩이 생길 수 있습니다.
오스테나이트계 스테인리스강 등급은 습도 테스트를 통해서도 평가할 수 있습니다. 습도 테스트를 하면 샘플 표면에 물방울이 있어야 하며, 이는 녹이 존재하여 자유 철이 존재함을 나타냅니다.
일반적으로 사용되는 자유 절삭성 및 비자유 절삭성 스테인리스강을 구연산이나 질산 용액에서 수동화하는 절차에는 서로 다른 공정이 필요합니다. 아래 그림 3은 공정 선택에 대한 세부 정보를 제공합니다.
(a) 수산화나트륨으로 pH를 조정합니다.(b) 그림 3 참조 (c) Na2Cr2O7은 20% 질산에 3온스/갤런(22g/l)의 중크롬산나트륨을 나타냅니다. 이 혼합물에 대한 대안은 중크롬산나트륨이 없는 50% 질산입니다.
ASTM A380, "스테인리스강 부품, 장비 및 시스템의 세척, 석회질 제거 및 부동태화에 대한 표준 관행"에 나와 있는 솔루션을 사용하는 것이 더 빠른 방법입니다. 이 테스트는 황산구리/황산 용액으로 부품을 닦고 6분 동안 젖은 상태로 유지한 다음 구리 도금을 관찰하는 것으로 구성됩니다. 또는 부품을 6분 동안 용액에 담글 수 있습니다. 철이 용해되면 구리 도금이 발생합니다. 이 테스트는 식품 가공 부품의 표면에 사용해서는 안 됩니다. 또한 400 시리즈 마르텐사이트 또는 저크롬 페라이트 강에는 사용해서는 안 됩니다. 거짓 양성 결과가 발생할 수 있습니다.
역사적으로 95°F(35°C)에서 5% 소금 분무 시험을 실시하여 수동화된 샘플을 평가하기도 했습니다. 이 시험은 일부 등급에는 너무 엄격하기 때문에 일반적으로 수동화가 효과적인지 확인하는 데 필요하지 않습니다.
과도한 염화물 사용은 유해한 플래시 공격을 유발할 수 있으므로 피하세요. 가능하다면 염화물 함량이 백만분의 50(ppm) 미만인 고품질 물만 사용하세요. 수돗물만으로도 충분하며 어떤 경우에는 최대 수백 ppm의 염화물을 견딜 수 있습니다.
플래시오버와 부품 손상으로 이어질 수 있는 수동화 전위 손실을 방지하기 위해 욕조를 정기적으로 교체하는 것이 중요합니다. 욕조는 적절한 온도로 유지해야 하며, 온도가 너무 높아지면 국부 부식이 발생할 수 있습니다.
오염 가능성을 최소화하기 위해 대량 생산 시에는 매우 구체적인 용액 교체 일정을 유지하는 것이 중요합니다. 욕조의 효과를 테스트하기 위해 대조 샘플을 사용했습니다. 샘플이 손상을 입으면 욕조를 교체해야 합니다.
일부 기계는 스테인리스 스틸만 생산한다는 점을 명시해 주세요. 다른 금속은 제외하고 스테인리스 스틸을 절단할 때 동일한 선호 냉각수를 사용하세요.
DO 랙 부품은 금속 간 접촉을 피하기 위해 개별적으로 처리됩니다. 이는 특히 자유 가공 스테인리스 강의 경우 중요합니다. 황화물에서 부식 생성물을 확산시키고 산 주머니 형성을 방지하기 위해 자유롭게 흐르는 수동화 및 플러싱 용액이 필요하기 때문입니다.
탄소처리 또는 질화처리된 스테인리스강 부품은 수동화하지 마십시오. 이렇게 처리된 부품의 내식성은 수동화 욕조에서 공격받을 정도로 낮아질 수 있습니다.
특별히 깨끗하지 않은 작업장 환경에서는 철제 도구를 사용하지 마십시오. 카바이드나 세라믹 도구를 사용하면 강철 입자를 피할 수 있습니다.
부품이 적절하게 열처리되지 않으면 수동화 욕조에서 부식이 발생할 수 있다는 점을 잊지 마세요. 고탄소, 고크롬 마르텐사이트 등급은 내식성을 위해 경화되어야 합니다.
수동화는 일반적으로 내식성을 유지하는 온도를 사용하여 후속 템퍼링 후에 수행됩니다.
수동화 욕조의 질산 농도를 무시하지 마십시오. Carpenter가 제공하는 간단한 적정 절차를 사용하여 주기적으로 확인해야 합니다. 한 번에 두 개 이상의 스테인리스 스틸을 수동화하지 마십시오. 이렇게 하면 비용이 많이 드는 혼란을 방지하고 전기 화학적 반응을 피할 수 있습니다.
저자 소개: 테리 A. 드볼드는 스테인리스강 합금 연구 개발 전문가이고, 제임스 W. 마틴은 카펜터 테크놀로지 코퍼레이션(펜실베이니아주 레딩)의 바 야금학자입니다.
표면 마감 사양이 점점 더 엄격해지는 세상에서도 간단한 "거칠기" 측정은 여전히 ​​유용합니다. 표면 측정이 중요한 이유와 정교한 휴대용 게이지를 사용하여 작업 현장에서 표면 측정을 확인하는 방법을 살펴보겠습니다.
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