KR100439411B1

KR100439411B1 - 허스롤의 용사코팅방법

Info

Publication number: KR100439411B1
Application number: KR10-2001-0060414A
Authority: KR
Inventors: 박영서; 김신태; 이운동
Original assignee: 대신메탈라이징 주식회사
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2004-07-09
Also published as: KR20030027288A

Abstract

플라즈마 용사코팅방법에 의해 허스롤의 표면에 CoNiCrAlY 성분의 용사 분말을 용사 코팅하여 본드코팅층을 형성하고, 그 본드코팅층 위에 Cr₃C₂-NiCr과 CoNiCrAlY가 혼합된 용사분말을 용사 코팅하여 톱코팅층을 형성함으로써, 용착율을 높이고, 내부 응력을 최소화하여 우수한 내열충격성을 부여할 수 있는 허스롤의 용사코팅방법.

Description

허스롤의 용사코팅방법{A spray coating method for hearth roll}

본 발명은 냉연강판의 연속 소둔이나 도금공정 등에서 강판 이송수단으로 사용되는 허스롤의 용사코팅방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마용사법을 이용한 허스롤의 용사코팅방법에 관한 것이다.

일반적으로, 제철소의 냉간압연공정 등에서는 박판의 강판 이송을 위하여 소위, 프로세스롤이라고 불리우는 다수의 롤을 이용한다. 이와 같은 허스롤은 예컨대, 연속소둔공정의 소둔로 내부의 예열대와 가열대 및 냉각대에 설치되는 허스롤(hearth roll)과, 연속도금공정의 용융도금욕 내부에 설치되는 싱크롤(sink roll) 및 상온에서 이용되는 메저링롤(measuring roll) 등이 있다.

상기 허스롤은 로내의 철분과 철산화물이 표면에 부착되어 수소가스 환원 분위기에 의해 활성화됨에 따라 응고 퇴적하여 괴상화되는 소위, 빌트업(built-up; 게재물층)을 형성하게 된다. 이와 같이 빌트업에 의해 고착된 퇴적물은 강판의 표면을 손상시키는 요인으로 작용하게 되는데, 특히 허스롤의 표면경도가 작은 경우 이송 강판이나 불순물에 의해 표면에 스크레치 등의 자국이 발생하여 강판의 표면에 전사됨으로써 결함을 유발시키게 된다.

따라서, 상기한 바와 같은 허스롤은 그 용도나 기능 및 이송 강판의 종류 등에 따라 우수한 내마모성과 내이물질 부착성 및 내열충격성 등과 같은 표면 특성이 요구되는데, 예를 들면 통상 400 내지 1050℃ 온도 범위에서 예열대와 가열대 및 냉각대로 구분되는 온도 영역에 따라 서로 다른 특성이 요구되기도 한다. 즉, 예열대 허스롤은 강판을 상온에서 고온으로 고속 이송하게 되므로 우수한 내마모성이 요구된다. 그리고, 가열대 허스롤은 로내의 온도와 강판의 온도 차이에 따른 내열충격성이 요구되며, 냉각대 허스롤은 강판의 균일한 서냉과 급냉을 위해 냉각성과 내마모성이 요구된다.

한편, 상기한 바와 같은 허스롤의 표면 특성을 얻기 위하여 종래에는 용사코팅법에 의해 내열금속 등을 이용한 산화물 코팅층을 형성하여 사용하는 경우가 일반적이었다.

그러나, 상기한 내열금속의 산화물 코팅층은 강판의 조성성분과 반응하여 제3의 반응생성물을 생성하게 되므로, 산화물 코팅층의 크랙(crack)과 박리현상 등을 유발시켜 허스롤의 수명 단축뿐만 아니라 강판의 품질 저하를 유발시키는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 허스롤이 가지는 문제점을 감안하여 이를 개선하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 플라즈마 용사코팅 프로세스를 이용하여 내마모성과 내이물질 부착성 특히 내열충격성이 보다 향상된 허스롤 및 그 허스롤의 용사코팅방법을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 용사코팅방법에 따라 얻어진 허스롤의 용사코팅층을 개략적으로 나타내 보인 단면 구성도,

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 용사코팅방법에 따라 얻어진 허스롤의 용사코팅층을 개략적으로 나타내 보인 단면 구성도.

도 3은 본 발명에 의한 용사코팅방법을 적용하기 위한 프로세스를 개략적으로 나타내 보인 공정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

11...허스롤

12, 22...본드코팅층

13, 23...톱코팅층

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 허스롤의 용사코팅방법은, 플라즈마 용사코팅방법에 의해 허스롤의 표면에 CoNiCrAlY 성분의 용사 분말을 용사 코팅하여 본드코팅층을 형성하고, 상기 본드코팅층 위에 Cr₃C₂-NiCr과 CoNiCrAlY가 혼합된 용사분말을 용사 코팅하여 톱코팅층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 본드코팅층은 Ni; 30 ~ 35wt%, Cr; 20 ~ 25wt%, Al; 10 ~ 6wt%, Y; 1 ~ 0.1wt% 및 나머지가 Co로 이루어진 조성범위의 용사재로 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 톱코팅층은 Cr₃C₂-NiCr써어맷과 CoNiCrAlY를 각각 70 ~ 80wt%와 20 ~ 30wt% 로 혼합한 용사분말을 용사 코팅하여 형성하는 것이 바람직하며, 상기 Cr₃C₂-NiCr써어맷은 Ni; 24.0 ~ 25.5wt%, C; 8.0 ~ 9.5wt%, 나머지가 Cr로 이루어지고, 상기 CoNiCrAlY는 Ni; 30 ~ 35wt%, Cr; 20 ~ 25wt%, Al; 10 ~ 6wt%, Y; 1 ~ 0.1wt% 및 나머지가 Co로 이루어진 것이 바람직하다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 다른 허스롤의 용사코팅방법은, 플라즈마 용사코팅방법에 의해 허스롤의 표면에 CoAl-Cr₃C₂성분의 용사분말을 용사코팅하여 본드코팅층을 형성하고, 그 본드코팅층 위에 CoAl-Cr₃C₂Al₂O₃성분의 용사분말을 용사코팅하여 톱코팅층을 형성한 다음, 650 ±10℃에서 110 내지 130분간 가열 소성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 본드코팅층은 CoCrAl-Cr₃C₂계 써어맷, CoNiCrAlY, Cr₃C₂-NiCr, MCrAlY 중 적어도 하나 이상이 혼합된 성분의 용사재가 용사코팅되는 것이 바람직하며, 상기 톱코팅층은 CoCrAl-Al₂O₃-Cr₃C₂, Cr₃C₂-NiCr, MCrAlY중 적어도 하나 이상이 혼합된 성분의 용사재가 용사코팅되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 톱코팅층은 70 ±30㎛ 범위의 두께로 형성되고, Ra 8 ±4㎛ 범위의 표면조도를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 허스롤의 용사코팅방법에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 의한 허스롤의 용사코팅방법은 통상적인 용사방법의 프로세스적용이 가능하지만, 특히 플라즈마 용사방법의 프로세스를 적용하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 일실시예에 의한 허스롤의 용사코팅방법에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이 플라즈마 용사방법에 의해 허스롤(11)의 표면에 CoNiCrAlY 성분의 용사분말을 용사 코팅하여 본드코팅층(12)을 형성하고, 그 본드코팅층(12) 위에 Cr₃C₂-NiCr 써어맷(cermet)과 CoNiCrAlY를 혼합한 복합분말을 용사 코팅하여 톱코팅층(13)을 형성한 점에 특징이 있다.

본 발명의 일측면에 따르면, 상기 본드코팅층(12)을 형성하기 위한 용사재는 내열성이 우수한 코발트(Co)를 주성분으로 하는 CoNiCrAlY로 이루어지며, 그 조성 범위는 Ni; 30 ~ 35wt%, Cr; 20 ~ 25wt%, Al; 10 ~ 6wt%, Y; 1 ~ 0.1wt% 및 나머지가 Co로 이루어진 것이 바람직하다.

그리고, 상기 톱코팅층(13)을 형성하기 위한 용사재는 Cr₃C₂-NiCr써어맷과 CoNiCrAlY를 혼합하여 이루어진 것으로서, 각각 70 ~ 80wt%와 20 ~ 30wt% 로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 Cr₃C₂-NiCr 써어맷은 그 조성 범위가 Ni; 24.0 ~ 25.5wt%, C; 8.0 ~ 9.5wt%, 나머지가 Cr로 이루어지고, 상기 CoNiCrAlY은 그 조성 범위가 Ni;30 ~ 35wt%, Cr; 20 ~ 25wt%, Al; 10 ~ 6wt%, Y; 1 ~ 0.1wt% 및 나머지가 Co로 이루어진 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 허스롤의 용사코팅방법에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이 플라즈마 용사방법에 의해 허스롤(21)의 표면에 CoAl-Cr₃C₂성분의 용사분말을 용사 코팅하여 본드코팅층(22)을 형성하고, 그 본드코팅층(22) 위에 CoAl-Cr₃C₂Al₂O₃성분의 용사분말을 용사 코팅하여 톱코팅층(23)을 형성한 다음, 650 ±10℃에서 110 내지 130분간 가열 소성하는 점에 특징이 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 본드코팅층(12)(22)은 CoCrAl-Cr₃C₂계 써어맷, CoNiCrAlY, Cr₃C₂-NiCr, MCrAlY 중의 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 성분의 용사재를 용사 코팅하여 형성할 수도 있다.

그리고, 상기 톱코팅층(13)(23)은 CoCrAl-Al₂O₃-Cr₃C₂, Cr₃C₂-NiCr, MCrAlY중의 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 성분의 용사재를 용사 코팅하여 형성할 수도 있다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의한 용사코팅방법에 있어서, 상기 본드코팅층(12)(22)과 상기 톱코팅층(13)(23)은 그 용착율을 높이고, 내부 응력을 최소화할 수 있도록 각각 일정한 범위 이내의 두께를 가지도록 형성한다.

본 발명에 따르면, 상기 본드코팅층(12)은 15 ~ 20㎛ 범위의 두께로 형성하는 것이 바람직하며, 상기 톱코팅층은 70 ±30㎛ 범위의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 톱코팅층(13)은 강판 이송시 내슬립성(slip)을 높이기 위하여 Ra 8 ±4㎛ 범위의 표면조도를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 허스롤의 용사코팅방법에 따르면, 상기 본드코팅층(12)과 톱코팅층(13)을 형성한 허스롤(11)은 특히, 냉연공장의 연속소둔라인이나 연속아연도금라인의 예열대 및 냉각대에 설치되는 허스롤로 이용하는 것이 유효하다.

그리고, 상기 본드코팅층(22)과 톱코팅층(23)을 형성한 허스롤(21)은 특히, 냉연공장의 연속소둔라인이나 연속아연도금라인의 가열대에 설치되는 허스롤로 이용하는 것이 유효하다.

도 3은 본 발명에 의한 허스롤의 용사코팅방법 적용시 전후처리를 포함한 공정도로서, 이를 참조하면 가공 완료된 허스롤을 탈지 세척한 후, 내열테이프와 마스킹 테이프를 이용하여 마스킹(Masking)을 하고, 블라스트(Blast) 가공을 한다.

상기 블라스트 가공은 용사후 요구되는 표면조도에 따라 다양한 형태의 가공방법이 이용될 수 있으며 예컨대, 알루미나 그리트(WA#16 ~ WA#80)를 사용하여 직압식으로 할 수 있고, 블라스트 가공후 허스롤의 표면 청정도는 SIS Sa3이 되도록 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 플라즈마 용사 프로세스에 의해 본 발명의 용코팅사방법이 적용되는데, 이때 상술한 바와 같은 용사분말을 100℃에서 60분간 건조시킨 후 사용한다.

그리고, 허스롤은 예열온도 40 ~ 100℃, 예열거리 100±25mm 조건으로 예열한 다음, 하기[표 1]과 용사조건으로 플라즈마 용사를 실시한다.

구 분	예 열 대	가 열 대	냉 각 대
본드코팅	Ar	50 SLPM	55 SLPM	50 SLPM
	He	85 SLPM	-	85 SLPM
	H₂	-	9 SLPM	-
	용사거리	100mm	125mm	100mm
톱코팅	Ar	50 SLPM	55 SLPM	50 SLPM
	He	85 SLPM	-	85 SLPM
	H₂	-	9 SLPM	-
	용사거리	100mm	125 mm	100mm

* SLPM(Standard Litres Per Minute)

상술한 바와 같은 조건으로 플라즈마 용사코팅이 완료되면, 소성처리를 거쳐 코팅층의 조도 형성을 위한 연삭가공 및 버퍼연마 과정을 거침으로써, 고온 내마모성과 내열성 및 내열충격성을 지니는 허스롤을 얻을 수가 있다.

하기 [표 2]는 본 발명에 의한 용사코팅방법에 의해 얻어진 시료와 종래의 용사코팅방법에 의해 얻어진 시료를 각각 열충격시험한 결과를 비교하여 나타내 보인 것이다.

구 분	용 사 피 막	시 험 조 건
구 분	본드코팅층	톱코팅층	800℃/수냉 20회	1000℃/ 수냉 10회
발명예1	CoNiCrAIY	CoCrAIY+(Al₂0₃-Cr₃C₂)	20회까지 이상무	10회까지 이상무
발명예2	CoNiCrAIY	CoCrAIY+(Cr₃C₂-NiCr)	20회까지 이상무	10회까지 이상무
발명예3	CoNiCrAIY	CoCrAIY+(Cr₃C₂-NiCr)	20회까지 이상무	10회까지 이상무
발명예4	CoNiCrAIY	Cr₃C₂-NiCr	20회까지 이상무	8회에서 크랙/박리 발생
발명예5	Cr₃C₂-NiCr	Cr₃C₂-NiCr	20회까지 이상무	10회에서 크랙/박리 발생
발명예6	MCrAIY	Cr₃C₂-NiCr	20회까지 이상무	10회까지 이상무
비교예1	탄화물층	Al₂O₃-ZrO₂		2회에서 크랙/박리 발생
비교예2	탄화물층	SiO₂-ZrO₂		3회에서 크랙/박리 발생

열충격시험은 탄소강 파이프에 상기 [표 2]에서와 같은 용사피막을 형성한 다음 ø173 x 40 x 10t 규격으로 시편을 제작하여 약 800℃의 분위기로에서 10분간 유지시킨 다음 수냉하는 방법으로 20회를 반복하여 크랙 및 박리 현상이 나타나는 결과를 측정하였고, 또한 동일한 규격의 시료를 약 1000℃ 분위기로에서 10분 유지시킨 다음 수냉하는 방법으로 10회를 반복하여 크랙 및 박리 현상이 나타나는 결과를 측정하였다.

열충격시험 결과에 따르면, 상기 [표 2]에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 용사코팅방법에 의한 발명예 1 내지 6의 시료는, 기존의 용사코팅방법에 의한 비교예 1 및 2의 시료에 비하여 내열충격성이 우수하다는 것을 알 수가 있다.

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 의한 허스롤의 용사코팅방법에 따르면, 본드코팅층과 톱코팅층을 각각 내열성이 우수한 CoNiCrAlY 용사분말과 Cr₃C₂-NiCr써어맷 및 CoNiCrAlY를 혼합한 용사분말을 플라즈마 용사 코팅하여 형성함으로써, 기존 용사코팅방법에 의해 적용되는 탄화물 코팅층 등에 비하여 용착율을 높이고, 내부 응력을 최소화하여 우수한 내열충격성을 부여할 수 있으며, 일정한 표면조도를 얻을 수가 있어 냉연강판 등의 이송시 내슬립성이 향상시킬 수가 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고,그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

Claims

프로세스롤의 표면에 CoNiCrAlY 성분의 용사 분말과CoCrAl-Cr ₃ C ₂ 계 써어맷, CoCrAlY, Cr ₃ C ₂ -NiCr, MCAlY 중 적어도 하나 이상이 혼합된 성분의 용사분말중에서 선택된 어느 하나를용사 코팅하여 본드코팅층을 형성하고,

상기 본드코팅층 위에 Cr₃C₂-NiCr과 CoNiCrAlY가 혼합된 용사분말과CoCrAl-Al ₂ O ₃ -Cr ₃ C ₂ , Cr ₃ C ₂ -NiCr, MCrAlY중 적어도 하나 이상이 혼합된 성분의 용사분말중에서 선택된 어느 하나를용사 코팅하여 톱코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 프로세스롤의 용사코팅방법.
제1항에 있어서,

상기 본드코팅층은 Ni; 30 ~ 35wt%, Cr; 20 ~ 25wt%, Al; 10 ~ 6wt%, Y; 1 ~ 0.1wt% 및 나머지가 Co로 이루어진 조성범위의 용사재로 형성하는 것을 특징으로 하는 허스롤의 용사코팅방법.
제1항에 있어서,

상기 톱코팅층은 Ni; 24.0 ~ 25.5wt%, C; 8.0 ~ 9.5wt%, 나머지가 Cr로 이루어진 용사재와, Ni; 30 ~ 35wt%, Cr; 20 ~ 25wt%, Al; 10 ~ 6wt%, Y; 1 ~ 0.1wt% 및 나머지가 Co로 이루어진 용사재가 혼합된 용사재로 형성하는 것을 특징으로 하는 허스롤의 용사코팅방법.
허스롤의 표면에 CoAl-Cr₃C₂성분의 용사분말을 용사 코팅하여 본드코팅층을형성하고, 상기 본드코팅층 위에 CoAl-Cr₃C₂Al₂O₃성분의 용사분말을 용사 코팅하여 톱코팅층을 형성한 다음, 650 ±10℃에서 110 내지 130분간 가열 소성하는 것을 특징으로 하는 허스롤의 용사코팅방법.
삭제
삭제
제1항 또는제4항에있어서,

상기 톱코팅층은 70 ±30㎛ 범위의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 허스롤의 용사코팅방법.
제1항 또는제4항에있어서,

상기 톱코팅층은 Ra 8 ±4㎛ 범위의 표면조도를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 허스롤의 용사코팅방법.
제1항 또는제4항에있어서,

상기 톱코팅층 위에 Cr₃C₂-NiCr성분의 용사분말을 용사 코팅하여 제2톱코팅층을 더 형성하는 것을 특징으로 하는 허스롤의 용사코팅방법.