KR100273896B1

KR100273896B1 - 연속용융알루미늄 도금강판 제조용 설비중 욕조(pot)내 설치된 침지롤(sinkroll)및 지지롤(stabilizingroll)의 세라믹 플라즈마 용사 제조방법

Info

Publication number: KR100273896B1
Application number: KR1019980019451A
Authority: KR
Inventors: 김기영; 김신태
Original assignee: 박건서; 대신메탈라이징주식회사
Priority date: 1998-05-28
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 2000-12-15
Also published as: KR19980043113A

Abstract

(목적) 용융도금강판의 표면성을 향상하기 위하여 도금욕안에서의 거동은 매우 중요하며 철계 침지롤 및 지지롤의 마모 및 침식 부위가 연속용융도금시 도금 강판 표면에 전사되어 표면성을 악화시키게 되고, 철계 침지롤 수명이 단축되는 문제점을 해결키 위하여 용융알루미늄 도금욕에서 내마모성과 내침식성이 우수한 다단계 세라믹 코팅 침지롤 및 지지롤을 제조하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.

(구성) 침지롤 또는 지지롤의 표면 쇼트 블라스트기를 사용하여 철계 그리트(grit)로 롤 표면의 표면 조도를 부여한 후 이를 탈지, 수세, 건조 후, 이에 코발트 50∼60wt%, 크롬 25∼30wt%, 니켈 5∼10wt%, 텅스텐 5∼7wt%, 탄소 0.5wt%의 혼합 분말을 100㎛ 정도로 1차 용사처리하고, 1차 용사 처리한 롤 표면에 코발트 60wt%, 크롬 30wt%, 니켈 5wt%, 텅스텐 4.5wt%, 탄소 0.5wt%의 혼합 분말과 알루미나 94wt%, 실리카 1.0wt%, 칼슘산화물 5wt%의 혼합 분말을 50：50의 비율로 혼합하여 이를 약100㎛ 정도로 2차 용사처리하며, 2차 용사 처리한 롤 표면에 알루미나 94wt%, 칼슘산화물 5wt%, 실리카 1wt%의 혼합 분말을 500㎛ 정도로 3차 용사처리하고, 3차 용사 처리한 롤 표면에 알루미나 70wt%, 지르코니아 25wt%, 실리카 5wt%의 혼합 분말을 60∼70㎛ 정도로 4차 용사처리 하여 연속용융알루미늄 도금강판 제조용 다단계 용사처리 세라믹 코팅된 침지롤 또는 지지롤을 제조한다.

Description

연속용융알루미늄 도금강판 제조용 설비중 욕조(ＰＯＴ)내 설치된 침지롤 (ＳＩＮＫＲＯＬＬ) 및 지지롤(ＳＴＡＢＩＬＩＺＩＮＧＲＯＬＬ)의 세라믹 플라즈마 용사 제조방법

본 발명은 연속용융알루미늄 도금강판 제조용 설비중 욕조(POT)내 설치된 침지롤 및 지지롤의 세라믹 플라즈마 용사에 관한 제조방법에 관한 것이다.

종래에 있어서, 연속용융아연, 아연-알루미늄, 알루미늄 도금강판은 환원성 분위기에서 가공성 보장을 위하여 연속소둔 열처리를 한 후, 용융아연 도금욕이나 아연-알루미늄 합금 도금욕 또는 순용융 알루미늄 도금욕, 순용융 알루미늄에 실리콘을 5∼12% 첨가한 용융 도금욕에서 도금한 후, 강한 공기압으로 도금 부착량을 제어함으로서 용융아연, 아연-알루미늄, 알루미늄 도금강판에 실리콘을 5∼12% 첨가하는 이유는 가공시 취약한 합금층에 의하여 발생되는 도금등 균열을 억제하기 위함이다.

강판을 연속 도금할 때, 도금 설비내에는 침지롤이 있으며, 이러한 침지롤은 아연, 알루미늄에 의한 침식현상과 강판이 연속적으로 롤과 마찰되면서 철계 침지롤은 아연, 알루미늄-철 합금화 현상에 의하여 발생되는 마모에 의한 표면의 침식현상이 발생되어 도금된 강판 표면에 침지롤의 침식부위가 전사되면서 제품의 표면 결함을 발생하게 된다.

즉, 용융알루미늄 도금강판 제조시 Si 5∼12wt%, Al 95∼88wt% 도금욕중에서 용융된 Al-Si이 기존 철계(재질 스텔라이트 또는 SUJ 강종) 침지롤 표면과 상호확산 반응에 의하여 Al-Si-Fe 3원계 합금층을 형성하고 이러한 합금층이 강판 표면에 전사되어 표면성을 저하시키기 때문에 침지롤을 교환해야 하고, 교환키 위해서 조업을 중단해야 하는 문제점이 있다.

도1에 나타낸 바와 같이 연속용융 도금욕안에는 침지롤 1개와 지지롤 2개로 구성되어 있다.

강판은 연속적으로 침지롤을 지나가게 되고, 도금 부착량을 조절하기 위하여 강한 공기압을 도금욕 직상에서 불어주기 때문에 강판의 요동을 방지하기 위하여 2대의 지지롤이 도금욕안에 설치되어 있다.

스킨패스(skin pass)와 평탄도 보정을 위한 인장 교정기를 거친후 후처리인크로메이트나 오일을 도유한 후 최종적으로 제품화된다.

용융도금강판의 표면성을 향상하기 위하여 도금욕안에서의 거동은 매우 중요하며 철계 침지롤 및 지지롤의 마모 및 침식 부위가 연속용융도금시 도금 강판 표면에 전사되어 표면성을 악화시키게 되고, 철계 침지롤 수명이 단축되는 문제점을 해결키 위하여 용융알루미늄 도금욕에서 내마모성과 내침식성이 우수한 다단계 세라믹 코팅 침지롤을 제조하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.

도1은 본 발명의 연속용융알루미늄 도금강판 제조용 세라믹 코팅 침지롤이 사용되고 있는 도금 설비에 대한 개략적인 설명도.

도2a는 본 발명의 내마모성과 내침식성이 우수한 다단계 용사처리된 세라믹코팅 침지롤의 조직단면도.

도2b는 본 발명의 내마모성과 내침식성이 우수한 다단계 용사처리된 세라믹 코팅 침지롤의 조직도.

도3은 본 발명의 내마모성과 내침식성이 우수한 용융알루미늄 도금강판 제조용 다단계 세라믹 용사코팅 침지롤 제조 설비의 개략적인 공정도.

도4는 본 발명의 다단계 세라믹 코팅 침지롤과 기존의 철계 침지롤을 용융알루미늄 도금욕에 10일간 침지한 후, 침식 깊이를 비교한 그래프.

도5는 본 발명의 다단계 세라믹 코팅 침지롤과 기존 설계 침지롤의 표면경도 시험 결과를 나타낸 그래프.

도6은 본 발명의 다단계 용사처리 세라믹 코팅 침지롤을 도금욕중에 넣기 전에 열충격을 감소키 위한 가열설비를 간단히 나타낸 부분 단면도이다.

(부호의 설명)

1 … 페이오프릴 2 … 입측세정 3 … 소둔로 4 … 톱롤

5 … 스킨패스 6 … 텐션레벨러 7 … 텐션릴 10 … 알루미늄욕조

11 … 씽크롤 12 … 스테이블라이징 롤

위와 같은 문제점을 해결키 위해서, 본원 발명이 해결하려는 기술 수단으로 서는 철계 침지롤 및 지지롤의 표면 침식 및 마모성을 방지하기 위하여 다단계 용사처리 세라믹 코팅을 기존 철계롤 표면 위에서 실시하는 것을 특징으로 한다.

발명을 실시하기 위한 최량의 형태를 기술하면 다음과 같다.

소재와 세라믹층의 열팽창계수가 서로 다르게 되면 침지롤을 가열한 후 도금욕에 넣을 때나 꺼낼 때 열팽창계수 차이에 의한 열충격으로 소재와 세라믹 도금층 사이에서 크랙 발생이 쉽고, 아울러 강판이 연속적으로 침지롤 표면을 지나가기 때문에 침지롤 표면의 세라믹 코팅층이 파손되기 쉽다.

따라서, 철소지와 세라믹 도금층의 열충격을 감소하기 위하여 4단계에 걸쳐 다단 용사처리를 실시한다. 이때 사용된 용사 처리한 도금강판 설비의 간단한 설명을 도3에 나타내었다.

용사처리시 철소지 표면에 내마모성을 향상키 위하여 먼저 코발트-크롬 합금분말을 피막두께 약 100㎛ 정도로 1차 용사처리한 후, 코발트-크롬 합금분과 알루미나, 실리카, 칼슘산화물을 혼합하여 약 100㎛ 정도로 2차 용사처리하며 알루미나, 실리카, 칼슘산화물을 약 500㎛ 정도로 3차 용사처리한 후, 경도 및 내마모성 향상을 위하여 알루미나, 지르코니아, 실리카 혼합 분말을 약 60∼70㎛ 정도로 4차 용사처리한다.

코발트 50∼60wt%, 크롬 25∼30wt%, 니켈 5∼10wt%, 텅스텐 5∼7wt%, 탄소 0.5wt% 성분 분말의 1차 용사처리는 세라믹 용사층이 크랙에 의하여 마모되었을 경우 철소지롤의 마모를 방지하고 내침식성을 향상시키기 위함이다.

그리고, 2차로 용사처리된 코발트 60wt%, 크롬30wt%, 니켈 5wt%, 텅스텐 4.5wt%, 탄소 0.5wt% 분말과 알루미나 94wt%, 실리카 1.0wt%, 칼슘산화물 5wt%를 50：50의 비율로 혼합하여 용사처리하여 코발트-크롬 금속과 세라믹 용사층이 열충격을 방지하였고, 그 후 알루미나 94wt%, 실리카 1.0wt%, 칼슘산화물 5wt%을 3차 용사처리한다.

마지막으로 4차 용사처리는 세라믹 용사층의 경도를 향상시키기 위하여 알루미나 70wt%, 지르코아 25wt%, 실리카 5wt%의 분말을 최종 용사처리한다.

이와 같이 다단계 용사처리에 의하여 침지후 소지면과 세라믹 코팅층과의 열충격을 방지함과 더불어 세라믹 코팅에 의하여 침지롤의 용융 알루미늄에 의한 침식 및 마모 현상을 획기적으로 개선하였다.

용사처리된 소지와 세라믹 코팅층의 부착성 향상을 위하여 용사할 철소지면에 쇼트브라스트(shot blast) 처리에 의하여 표면 거칠기를 Ra 8∼10㎛으로 한다.

그후 탈지 및 수세 건조후 용사처리를 한다.

유분 및 수분등의 이물질을 제거하기 위하여 신나를 이용하여 탈지 처리하였으며 수세 후 수분을 건조하기 위하여 프로판 토치를 사용하여 80∼120℃로 용사 처리할 표면을 균일하게 가열하여 완전 건조시킨 후 용사처리를 한다.

용사후 표면 조도를 Ra 6∼8㎛ 정도가 된다. 용사처리 조건은 표1과 같았다.

표1. 용사처리 조건

분위기 가스	아르곤/수소
가스압력	75/50, 100/50㎏/㎠
용사거리	120㎝
재료공급량	18∼35g/㎡
용사피막두께	0.5∼1.5㎜

다단계 용사처리된 세라믹 용사 침지롤의 도금욕 인입시 열팽창을 최소화하기 위하여 가열 설비에서 5시간 동안 500℃ 이상으로 가열후 도금욕에 넣은 후 도금을 실시한다.

도금욕 인입시 다단계 용사처리된 세라믹 코팅층과 철소지의 피막 분리를 감소시키기 위하여 침지롤 표면을 100℃까지 1시간 가열하고 최종적으로 5시간 동안 500℃ 이상으로 가열함으로서 도금욕에 인입시 열팽창에 의하여 세라믹 코팅층의 박리를 방지한다.

또한, 사용 후 롤 표면에 묻어 있는 드로스(dross) 및 알루미늄 부착물을 응고전 제거하였고, 완전 냉각 후 가성소다 30wt% 수용액으로 알카리 용해 세척 후 수세하여 표면에 묻어 있는 알루미늄 입자 및 드로스 등의 롤 표면 부착물을 제거한다.

실시예

실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다. 이 발명의 바람직한 실시 태양을 예로서 설명하지만 구조상의 변경, 기타의 실 예를 이 발명의 정신 또는 범위 어느 것이나 벗어남이 없이 수행 가능하고, 이 실시예는 이 발명을 한정하는 것은 아님은 물론이다.

실시예 1

길이 1,700㎜, 직경 600㎜의 침지롤과 길이 1,700㎜, 직경 200㎜의 지지롤을 선반에서 연마후 세라믹 용사층과 롤 표면의 밀착성을 향상 시키기 위해 쇼트 블라스트(shot blast)기를 이용하여 철계 그리트(grit)로 롤 표면의 표면 조도를 부여했다.

이때의 표면 조도는 표면 거칠기를 Ra 8∼10㎛로 한 후, 유분 및 수분등의 이물질을 제거하기 위해서 신나로 탈지 처리하고, 세정후 수분을 건조하기 위해 프로판 토치로 80∼120℃에서 용사처리할 표면을 균일하게 가열하여 완전 건조시킨 후, 코발트 60wt%, 크롬 30wt%, 니켈 5wt%, 텅스텐 4.5wt% 및 탄소 0.5wt%의 혼합분말을 1차 용사처리하고, 코발트 60wt%, 크롬 30wt%, 니켈 5wt%, 텅스텐 4.5wt% 및 탄소 0.5wt%의 혼합분말과 알루미나 94wt%, 실리카 1wt%, 생석회 5wt%의 혼합 분말을 50：50의 비율로 혼합하여 1차 용사처리한 표면에 2차 용사처리한 다음 알루미나 94wt%, 실리카 1wt%, 생석회 5wt%의 혼합 분말을 2차 용사처리한 표면에 3차 용사처리하고, 이어서 알루미나 70wt%, 지르코니아 25wt%, 실리카 5wt%의 혼합 분말을 3차 용사처리한 표면에 4차 용사처리하였다. 용사후 표면조도를 Ra 6∼8㎛이었다.

실시예 1에 의해 제조된 침지롤의 단면조직 사진 확대도 도2b에 나타내었다.

실시예 2

실시예 1에서 지지롤 대신에 침지롤을 대치한 이외에는 실시예 1과 동일하게 실시했다.

이와 같은 재질로 용사처리된 침지롤의 용융 알루미늄욕중 내침식성을 평가하기 위하여 실시예 1의 다단계 용사처리 세라믹 코팅 침지롤과 철계롤을 10일 동안 680℃, Si 5∼12wt%, Al 95∼88wt% 도금욕에 침지한 결과를 도4에 나타내었다.

스프링강계의 기존 침지롤의 경우 약 2.3㎜의 침식 현상이 발생한 반면 본원 발명의 실시예 1의 다단계 용사처리 세라믹 코팅 침지롤은 침식현상이 발생하지 않았음을 알 수 있다.

그리고, 도5는 본원 실시예 1의 롤과 철계롤의 표면경도측정 결과로서 본원의 경도가 종래의 것에 비해 월등히 우수함을 알 수 있다.

Claims

침지롤 또는 지지롤의 표면 쇼트 블라스트를 사용하여 철계 그리트(grit)로 롤 표면의 표면 조도를 부여한 후, 이를 탈지, 수세, 건조 후 이에 코발트 50~60wt%, 크롬 25~30wt%, 니켈 5~10wt%, 텅스텐 5~7wt%, 탄소 0.5wt%의 혼합 분말을 100μm정도로 1차 용사처리하고, 1차 용사 처리한 롤 표면에 코발트 60wt%, 크롬 30wt%, 니켈 5wt%, 텅스텐 4.5wt%, 탄소 0.5wt%의 혼합 분말을 1차 용사처리하고, 코발트 50∼60wt%, 크롬 25∼30wt%, 니켈 5∼10wt%, 텅스텐 5∼7wt%, 탄소 0.5wt%의 혼합분말과 알루미나 94wt%, 실리카 1.0wt%, 칼슘옥사이드 5wt%의 혼합분말을 50:50의 비율로 혼합하여 이를 약 100μm정도로 2차 용사처리하며, 2차 용사 처리한 롤 표면에 알루미나 94wt%, 칼슘옥사이드 5wt%, 실리카 1wt%의 혼합 분말을 500μm정도로 3차 용사처리하고, 3차 용사처리한 롤 표면에 알루미나 70wt%, 지르코니아 25wt%, 실리카 5wt%의 혼합 분말을 60~70μm정도로 4차 용사처리하여 연속용융알루미늄 도금강판 제조용 다단계 용사처리 세라믹 코팅된 침지롤 또는 지지롤의 제조방법.
제1항에 있어서, 용사후 롤의 표면 조도 Ra 6~8μm임을 특징으로 하는 연속용융알루미늄 도금강판 제조용 다단계 용사처리 세라믹 코팅된 침지롤 또는 지지롤의 제조방법.
제1항에 있어서, 신나로 탈지 처리함을 특징으로 하는 연속용융알루미늄 도금강판 제조용 다단계 용사처리 세라믹 코팅된 침지롤 또는 지지롤의 제조방법.
제1항에 있어서, 프로판 토치로 약 80~120℃에서 수분을 건조시킴을 특징으로 하는 연속용융알루미늄도금강판 제조용 다단계 용사처리 세라믹 코팅된 침지롤 또는 지지롤의 제조방법.