KR100272298B1 - 연속 열간-침지 용융 도금용 포트롤 - Google Patents
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Abstract
전기도금욕에 사용되는 연속 열간-침지 전기도금용 포트 롤로서, 제1층으로서 높은 Co 비율의 합금 또는 높은 비율의 상기 합금의 서메트와 제2층으로서 산화물, 탄화물 또는 붕화물을 함유하는 서메트와 제3층으로서 산화물 그룹의 세라믹으로 구성된 세 개의 분사코팅층이 코팅의 순서대로 형성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 연속 열간-침지 용융도금 공정 라인의 용융도금욕에 사용되는 연속 열간-침지 용융도금을 위한 포트 롤에 관한 것이다.
일반적으로 포트 롤은 용융 아연, 알루미늄 또는 알루미늄-아연 합금 욕으로 스틸의 연속 스트립을 통과시키고 포트(용기)내에 함침되어 있는 함침 롤을 의미한다(이를 또는 싱크 롤(sink roll)이라 한다). 연속 스트립은 포트 롤 둘레로 통과할 때까지 용융 금속으로 하향으로 연장하고 그리고 용융욕을 통해 스트립의 통로를 안정화하도록 일련의 함침 롤과 접촉한 상태로 상향으로 연장한다. 도금 공정에서, 포트 롤은 스트립에 용융 금속을 도금시킬 때 용융 금속에 함침되어 있으며 스트립을 안내하는 롤로서, 포트의 측면에 따라서 돌출하는 아암에 베어링으로 지지되어 있어 회전가능하므로 용융금속으로 스트립을 안내하여 도금하는 작용을 한다.
포트 롤은 스트립에 용융 금속을 도금시킬 때 용융 금속에 함침되어 있으며 스트립을 안내하는 롤로서, 포트(pot; 용기)의 측면에 따라서 돌출하는 아암에 베어링으로 지지되어 있어 회전가능하므로 용융금속으로 스트립을 안내하여 도금하는 작용을 한다.
열간-침지 용융도금욕에 사용되는 종래의 포트롤에서, 용융아연과 반응하기 어렵고 내마모성을 갖는 열간 스프레이 코팅이 스테인리스 강 롤 기판, 즉 강 벨트와 접촉하는 면상에 형성된다. 예를 들면, 일본국 특허 공개 제59-153,875 호는 Co계 자용성 합금을, 그리고 동 제1-225,761호는 WC-Co 서메트(cermet)등의 스프레이 기술을 개시하고 있다.
그러한 스프레이 코팅을 갖는 포트롤은, 스테인리스강이 직접 사용될 때와 비교하여 아연과의 반응 및 그것의 높은 경도를 제어함으로써 아연에서의 내부식성 및 강 벨트의 내마모성에 관한 성능을 부여한다. 그러나 서메트에서 Co 성분은 아연으로 확산되고 코팅은 WC 비율의 증가에 따라 취성을 갖게 되고 이어서 WC-Co 서메트의 쪼개짐 문제가 발생한다. 또한 항상 양호한 성능을 가지고는 있지 않다.
일본국 특허 공개 제52- 17,490 호의 발명자에 의하여 제안된 코팅이 표면상에 형성되어 있는 열간-침지 포트롤이 최근에 사용된다. 질화 실리콘 또는 실리콘을 알루미늄으로 그리고 질소를 산소로 각각 대체한 대체물로 구성된 이 코팅은 아연과 반응하지 않으며 증가된 경도와 우수한 내마모성을 갖는다.
열간 스프레이 코팅법이 서메트 코팅을 형성하도록 사용되나, 코팅 내부에 스프레이에 의하여 형성된 기공이 존재하고 그들의 일부는 코팅을 통과한다. 그러한 관통 기공이 세라믹 또는 세라믹 그룹의 코팅에 반드시 존재하기 때문에 이 문제는 코팅의 형성이 열간 스프레이 코팅법에 의존하는 한 피할 수 없다. 또한, 세라믹 코팅이 롤 표면에 스프레이될 때에는, 세라믹과 스테인리스 그룹의 롤 기판 사이에서의 열팽창 편차는 코팅 내부에서 열응력 및 크랙을 야기시킨다. 서메트를 열 응력을 가능한 한 완화시키기 위하여 하부층으로서 분사할 수 있으나, 기공이 서메트 코팅에 또한 존재한다. 한편, 하부층의 경우에, 상부층의 부착성을 강화하기 위하여 화학적 부착법등에 의한 밀봉은 일반적으로 사용될 수 없으며, 따라서 크랙 또는 기공을 통과하는 아연 침투가 방지될 수 없다.
상부 세라믹 및 하부 서메트 코팅 양자의 관통 기공부 내측을 침투하고 통과하는 용융 아연은 스테인리스 그룹의 롤 표면 그리고 접촉부에 도달하여 스테인리스 그룹의 화학적 조성중에서 Fe 성분과 주로 반응하여 Zn-Fe 합금 또는 알루미늄이 용융도금욕에 첨가될 때 Ze-Fe-Al의 3차원 금속간 화합물을 이룬다. 3차원 금속간 화합물이 부피팽창을 이루므로 상층 및 하층은 상부로 부풀어 올라오는 형태로 부분적으로 쪼개진다. 발명자는 경험에 의해, 그러한 문제가 발생했을 때 3mm 내지 5mm 직경의 다수의 원형 쪼개짐이 롤과 강 벨트가 함께 접촉되고 외부 응력이 인가되는 곳에서 발생된다는 사실을 알게 되었다.
따라서, 세라믹 또는 서메트 스프레이 동안 피할 수 없이 발생하는 관통홀 내부를 통과하는 아연이 스테인리스 그룹의 롤 기판에 도달하는 것을 방지하기 위하여 차폐층을 분사된 서메트와 롤 기판사이에 위치할 필요가 있고 더욱이, 차폐층은 아연이 통과하는 경우에 조차도 자체 밀봉효과로서의 특성을 갖도록 할 필요가 있다. 본 발명은 이들 문제점들을 해결하는 수단을 제공하는 것이 목적이다.
본 발명은 연속 열간-침지 용융도금에 사용하기 위한 포트 롤의 수명을 연장하는 것이 목적이다.
본 발명은, 제1층으로서 Co 비율이 높은 합금(Co-계합금)또는 상기 합금의 비율이 높은 서메트(서메트계 합금)와 제2층으로서 산화물 또는 탄화물 또는 붕화물(boride)을 함유하는 서메트와 제3층으로서 산화물 그룹의 세라믹으로 구성되는 세 개의 스프레이 코팅층이 순서대로 코팅 형성되어 있는 포트 롤 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융도금욕에서 연속-열간 침지 용융도금을 위한 포트 롤을 제공한다.
코발트를 포함하는 합금 또는 상기 합금의 비율이 높은 서메트로 구성된 스프레이 코팅을 코팅의 제1층으로서 위치해야 하는 이유는 이런 종류의 스프레이 코팅이 다른 서메트 또는 세라믹과 비교하여 낮은 약 1500℃의 용융점을 갖고 따라서 기공 부분을 스프레이 프레임의 가열에 의하여 용용하여 코팅층에서의 기공의 양을 극단적으로 감소시키기 때문이다.
또한 이들 합금이 그 자체로서 아연과 낮은 반응성을 갖고 아연과 형성된 금속간 화합물의 형성속도가 낮기 때문에, 비록 관통 기공이 존재할 지라도 기공의 내부에 형성된 금속간 화합물은 밀봉 재료로서 자체 로킹(selflocking)효과를 낸다.
산화물, 탄화물 또는 붕화물을 제2층으로서 위치하는 이유는 이러한 종류의 서메트가 스테인리스강과 세라믹 중간의 열팽창 계수를 갖고 코팅의 경도와 기계적 강도를 보다 높이므로, 강벨트와의 접촉동안 외부 응력에 대하여 변형이 적고 제3층의 세라믹 코팅층의 스트레인을 최소화하기 때문이다.
산화물 그룹의 세라믹을 제3층으로서 위치하는 이유는 세라믹 그 자체가 아연과의 반응율이 매우 낮고 제1 및 제2층의 합금 또는 서메트의 스프레이 코팅을 보호하기 때문이다.
[표 1]
일반적인 온도에서 본 발명에 따른 각 층의 코팅에 대한 열팽창 계수
[실시예]
20mm 직경 × 200mm 길이의 바아-형상 시편을 제조하기 위하여 제1층으로서 Ni-Co-Cr을 함유하는 합금을 분사한 후에, Mo 서메트가 제2층으로서 분사되고 부분적으로 안정화된 ZrO2 로 주로 구성된 세라믹 코팅이 제3층으로서 분사된다(이때의 각 열팽창 계수는 표 2에 도시됨). 이어서, 시편은 450℃에서 0-2%의 Al 이 첨가된 시험 용융 아연욕으로 오랫동안 100mm 길이 정도 침지된다. 그 결과 180 일의 침지동안 약 1mm의 쪼개짐만이 발생하였다.
이것과는 대조적으로, 전술된 일본국 특허 공개공보 제1-225,761 호와 관련하여 하부층으로서 서메트를 직접 분사한 후에 상부 층으로서 ZrO2 그룹의 스프레이 코팅을 형성하는 비교 시료로서의 시편의 경우에, 약 3mm 직경의 3-4개의 원형 쪼개짐이 상부면에서 발생한다.
또한 연속 열간-침지 용융도금 라인에서 세 코팅층에 적용되는 본 발명에 따른 포트 롤의 실제적인 사용의 결과로서 강 벨트에 의한 외부 응력 때문에 실험 침지 테스트의 결과와 비교하여 내구성이 작지만, 내구성 값은 여전히 120일 이상을 보인다.
동일한 연속 열간-침지 용융도금 라인에서 전술된 비교예의 코팅층에 적용되는 포트롤의 시험결과는 24일 후에 원형 쪼개짐이 발생하는 것을 볼 수 있으며, 이것은 본 발명의 이점이 있다는 것을 보여준다.
일반적인 온도에서의 본 발명의 실시예에 따를 각 층 코팅의 열 팽창 계수는 표 2에 도시되었다.
[표 2]
일반적인 온도에서의 본 발명의 실시예에 따른 각 층 코팅의 열 팽창 계수
전술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 공정 라인에서의 개선이 가능한 데, 용융도금욕에 사용되는 포트 롤의 수명이 크게 연장되고 롤 교환 횟수의 감소에 따른 유지비용의 감소 및 롤 교환의 감소된 횟수에 동반되는 라인의 조업정지의 감소를 들 수 있다.
한편, 용융 아연 욕 주위에서 수행되는 롤의 교환 작업은 위험한데 기구가 욕으로부터의 열방사에 의하여 가열되고 주위 온도가 높아지므로, 욕 주위를 걷는 것이 불안정하기 때문이나 롤 교환의 횟수를 감소함으로 인하여 작업동안 안정성이 보장된다.
공정라인의 작동율이 개선이 가능한데, 용융도금욕에 사용되는 포트 롤의 수명연장, 롤 교환회수의 감소에 따른 유지비용의 감소 및 라인의 조업정지의 감소가 이루어진다.
Claims (2)
- 용융도금욕에 사용되는 연속 열간-침지 용융도금용 포트 롤에 있어서, 제1층으로서 Co계 합금 또는 Co 합금계의 서메트와, 제2층으로서 산화물, 탄화물 또는 붕화물을 함유하는 서메트와, 제3층으로서 산화물 그룹의 세라믹으로 구성된 세 개의 분사코팅층이 순서대로 코팅 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 용융도금용 포트 롤.
- 제1항에 있어서, 제1층이 Ni-Co-Cr을, 제2층이 Mo 서메트를, 그리고 제3층이 안정화된 ZrO2를 함유하는 세라믹을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융도금용 포트 롤.
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