KR100665531B1 - The Continuous Casting Mold - Google Patents
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Abstract
본 발명은 냉각수재킷이 구비되고 동(Cu) 또는 동합금으로 이루어진 연속주조용 주형에 있어서, 상기 연속주조용 주형(100)의 주입 중공부 내면에는 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금을 고속화염용사법(HVOF)으로 분사하고 진공열처리로 마무리함으로써 합금층(144)이 형성되거나, 상기 연속주조용 주형(100)의 주입 중공부 내면의 하반부에는 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금이 고속화염용사법(HVOF)으로 분사되는 합금층(144)이 형성되고, 상반부에는 크롬(Cr), 니켈(Ni), 니켈합금 중 어느 하나를 이용하여 전기도금법으로 도금함으로써 도금층(144')이 형성된다. 그리고, 상기 합금층(144)의 상반부 또는 도금층(144')에는 마그네시아(MgO), 지르코니아(ZrO2), 이트리아(Y2O3), 크로미아(Cr2O3), 알루미나(Al2O3), 티타니아(TiO2) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 플라즈마(Plasma) 용사법으로 코팅되는 코팅층(146,146')이 형성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성에 의하면, 연속주조용 주형의 표면에 형성되는 균열 방지와 내마모 특성이 획기적으로 향상되는 이점이 있다.In the present invention, a cooling water jacket is provided, and in a continuous casting mold made of copper (Cu) or copper alloy, a high-speed flame of nickel (Ni) -chromium (Cr) alloy is formed on an inner surface of an injection hollow portion of the continuous casting mold 100. The alloy layer 144 is formed by spraying by thermal spraying (HVOF) and finishing with vacuum heat treatment, or a nickel (Ni) -chromium (Cr) alloy is formed at the lower half of the inner surface of the injection hollow of the continuous casting mold 100. The alloy layer 144 sprayed by the thermal spraying method (HVOF) is formed, and the plating layer 144 'is formed on the upper half by electroplating using any one of chromium (Cr), nickel (Ni), and nickel alloy. In the upper half of the alloy layer 144 or the plating layer 144 ′, magnesia (MgO), zirconia (ZrO 2 ), yttria (Y 2 O 3 ), chromia (Cr 2 O 3 ), and alumina (Al 2) O 3 ), titania (TiO 2 ) using at least one of the coating layer (146,146 ') is characterized in that the coating by the plasma spraying method (146,146') is formed. According to such a structure, there exists an advantage that the crack prevention and abrasion resistance formed in the surface of the continuous casting mold are improved significantly.
연속주조 주형, 장변, 단변, 합금층, 도금층, 코팅층, 도포층 Continuous casting mold, long side, short side, alloy layer, plating layer, coating layer, coating layer
Description
도 1 은 용융 철강을 연속적으로 주조하여 슬라브를 제작하는 일반적인 연속주조 공정이 진행되는 장치의 개략도.1 is a schematic diagram of a device in which a general continuous casting process is performed to continuously cast molten steel to produce a slab.
도 2 는 일반적인 연속주조용 주형의 연속주조 공정 후를 나타낸 상태도.Figure 2 is a state diagram showing after the continuous casting process of a typical continuous casting mold.
도 3 은 니켈(Ni)계 자용성합금에 의한 플라즈마 용사코팅층의 조직사진.3 is a structure photograph of a plasma spray coating layer using a nickel (Ni) -based magnetic soluble alloy.
도 4 는 니켈(Ni)계 자용성합금에 의한 플라즈마 용사코팅층을 열처리한 후의 조직사진.Figure 4 is a photograph of the structure after the heat-treated plasma spray coating layer of a nickel (Ni) -based magnetic soluble alloy.
도 5 는 본 발명에 의한 연속주조용 주형의 개략적인 구성도.5 is a schematic configuration diagram of a continuous casting mold according to the present invention.
도 6 은 본 발명의 연속주조용 주형에 합금층을 형성하는 과정을 나타낸 공정흐름도.Figure 6 is a process flow diagram showing the process of forming an alloy layer in a continuous casting mold of the present invention.
도 7 은 본 발명의 연속주조용 주형에 합금층과 코팅층이 형성된 상태를 나타낸 단면도.7 is a cross-sectional view showing a state in which an alloy layer and a coating layer are formed in the continuous casting mold of the present invention.
도 8 은 본 발명의 연속주조용 주형에 합금층과 도금층을 형성하는 과정을 나타낸 공정흐름도.8 is a process flow diagram showing a process of forming an alloy layer and a plating layer in a continuous casting mold of the present invention.
도 9 는 본 발명의 연속주조용 주형에 합금층 및 도금층과 코팅층이 형성된 상태를 나타낸 단면도.9 is a cross-sectional view showing a state in which an alloy layer, a plating layer and a coating layer are formed in the continuous casting mold of the present invention.
도 10 은 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금에 의한 고속화염용사법(HVOF)으로 형성된 합금층의 조직사진.10 is a structure photograph of an alloy layer formed by a high-speed flame spraying method (HVOF) by a nickel (Ni) -chromium (Cr) alloy.
도 11 은 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금에 의한 고속화염용사법(HVOF)으로 형성된 합금층을 분위기로에서 열처리한 후의 조직사진.FIG. 11 is a texture photograph of an alloy layer formed by a high-speed flame spray method (HVOF) using a nickel (Ni) -chromium (Cr) alloy after heat treatment in an atmosphere furnace. FIG.
도 12 는 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금에 의한 고속화염용사법(HVOF)으로 형성된 합금층을 진공로에서 열처리한 후의 조직사진.FIG. 12 is a texture photograph of an alloy layer formed by a high speed flame spraying method (HVOF) by a nickel (Ni) -chromium (Cr) alloy after heat treatment in a vacuum furnace. FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100. 연속주조용 주형 120. 장변주형100. Mold for
122,142. 메니스커스부 140. 단변주형122,142. Meniscus
144. 합금층 144'. 도금층144. Alloy layer 144 '. Plated layer
146,146'. 코팅층 148,148'. 도포층146,146 '. Coating layer 148,148 '. Coating layer
S11,S21. 세척공정 S12,S22. 전처리공정S11, S21. Washing process S12, S22. Pretreatment process
S13,23. 용사공정 S14,S24. 열처리공정S13,23. Thermal spraying processes S14, S24. Heat treatment process
S15,S26. 후가공공정 S25. 도금공정S15, S26. Post-Processing Process S25. Plating process
본 발명은 연속주조용 주형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속주조용 주형의 주입 중공부 내면이 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금을 이용하여 고속화염용사법(HOVF)으로 도금되어 진공열처리로 마무리함으로써 형성되는 합금층 또는 연속주조용 주형의 주입 중공부 내면 하반부에는 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금을 이용하여 고속화염용 사법(HOVF)으로 분사되는 합금층이 형성되고 상반부에는 크롬(Cr), 니켈(Ni), 니켈합금 중 어느 하나를 이용하여 전기도금법으로 도금됨으로써 형성되는 도금층이 형성되는 연속주조용 주형에 관한 것이다.The present invention relates to a continuous casting mold, and more particularly, the inner surface of the injection hollow portion of the continuous casting mold is plated by a high-temperature flame spraying method (HOVF) using a nickel (Ni) -chromium (Cr) alloy and subjected to vacuum heat treatment. In the lower half of the inner surface of the injection hollow portion of the alloy layer or continuous casting mold formed by finishing, an alloy layer sprayed by a high speed flame method (HOVF) is formed by using a nickel (Ni) -chromium (Cr) alloy, and in the upper half, chromium (Cr) ), Nickel (Ni), and nickel alloys, the present invention relates to a continuous casting mold in which a plating layer formed by plating by an electroplating method is formed.
최근에 철강의 연속주조 기술이 발전하여 조강생산에 대한 연주비율이 급격히 상승하고 있으며, 이에 따라 연속주조 조업은 주조속도의 고속화와 주조시 폭변경 기술이 발달하고 있다.Recently, the continuous casting technology of steel has been developed, and the performance ratio for steel production is rapidly increasing. Accordingly, the continuous casting operation has developed the speed of casting speed and the width changing technology at the time of casting.
이러한 추세와 더불어 연속주조에 사용되는 주형은 점차적으로 가혹한 조건에서 사용하게 되며, 특히 하단부에 마모 및 부식에 의하여 손상이 발생하게 되어 잦은 보수 및 교체를 필요로 하고 있는 실정이다.In addition to these trends, the molds used in continuous casting are gradually used in harsh conditions, and in particular, damages are caused by wear and corrosion at the lower end, requiring frequent maintenance and replacement.
도 1 에는 고탄소 철강, 저탄소 철강, 스테인레스강, 특수강 등의 용융 철강을 연속적으로 주조하여 슬라브를 제작하는 일반적인 연속주조 공정이 진행되는 장치의 개략도가 도시되어 있다.Figure 1 shows a schematic diagram of a device in which a general continuous casting process for producing a slab by continuously casting molten steel, such as high carbon steel, low carbon steel, stainless steel, special steel.
이에 도시된 바와 같이, 슬라브를 제작하는 공정은 고로에서 녹여진 용강(5)이 레이들(Ladle,1)에 담겨져 일시적으로 저장된 후 이동되어 턴디시(Tundish,3)에 부어지면, 상기 턴디시(3)에서 연속주조용 주형(10) 내로 용강(5)이 이동되어 일정한 형상으로 초기 응고되고 긴 레일형상으로 형성된 스트랜드(Strand,7)로 이동되면서 냉각되어 슬라브(Slab,9)로 제작된다.As shown in the drawing, the manufacturing process of the slab is the molten steel (5) is melted in the blast furnace is contained in the ladle (Ladle, 1) temporarily stored and then moved and poured in the tundish (3), the tundish In (3), the
여기에서 연속주조용 주형(10)은 고온인 용강(5)의 표면을 냉각시켜주면서 일정한 형태로 만들어 주는 역할을 하는 것으로, 도 2 에 도시된 바와 같이 비교적 길이가 긴 장변주형(12)과 상기 장변주형(12)보다 길이가 짧은 단변주형(14)으로 구성된다.Here, the
상기 장변주형(12) 및 단변주형(14)은 열전달율이 우수한 동(Cu)또는 동합금으로 이루어지고, 각각의 내면은 고온의 용강(5)과 접촉되도록 설치되며, 외면에는 상기 용강(5)의 고온에 의하여 가열되는 내면을 식혀주는 냉각수재킷(도시되지 않음)이 구비되어 설치된다.The
따라서, 상기 장변주형(12) 및 단변주형(14) 내부에 수용되는 용강(5)이 상기 냉각수재킷에 의해 냉각되어 장변주형(12) 및 단변주형(14) 하부 쪽으로 이동해 가면서 응고됨으로써 연속적인 주조가 이루어진다.Therefore, the
그러나 상기와 같은 종래기술에는 다음과 같은 문제점이 있다.However, the prior art as described above has the following problems.
즉, 상기 장변주형(12) 및 단변주형(14) 내면 상단부에 공기와 용강(5)이 접촉하는 메니스커스부(12a,14a)에는 고온의 용강(5)에 의한 열충격으로 히트크랙(Heat Crack)이 발생하며, 상기 장변주형(12) 및 단변주형(14)은 하방으로 내려 갈수록 통로가 좁아지는 구조로 되어 있어 그 하단부에 냉각된 주편으로부터 가해지는 압력과 주편이 응고됨으로써 주편경도의 증가 등으로 인해 심한 마모 및 부식에 의한 손상부(12b,14b)가 발생하게 된다.That is, heat cracks due to heat shock by the hot
따라서, 연속주조 조업 중 상기 장변주형(12) 및 단변주형(14)의 잦은 보수 및 교체를 필요로 하고 있는 문제점이 있다. Therefore, there is a problem that the frequent repair and replacement of the
이에 상기 장변주형(12) 및 단변주형(14)의 내면에 코팅(Coating)을 하여 연속주조용 주형(10)의 수명을 연장시킴으로써 생산성 및 제품의 품질을 향상시키는 노력이 지속되고 있다.Accordingly, efforts have been made to improve productivity and product quality by extending the life of the
이러한 연속주조 주형(10)인 상기 장변주형(12) 및 단면주형(14)의 내면에 코팅하는 방법으로 초기에는 고경도의 크롬(Cr)도금을 실시하였으나, 동(Cu)판으로 이루어진 상기 장변주형(12) 및 단변주형(14)과 크롬(Cr)도금간의 열팽창계수 차이가 커서 쉽게 박리되는 단점이 있으며, 이후에 니켈(Ni)도금을 적용하여 수명은 조금 연장되었으나 내마모성이 약한 단점을 가지고 있다.Although the surface of the
이와 같은 도금의 박리나 내마모성의 한계 때문에 최근 자용성합금을 사용한 플라즈마 용사방법이 채택되기 시작하여(일특개소 57-7360) 연속주조용 주형(10)의 수명이 비약적으로 향상되고 있으나, 이러한 자용성합금을 사용하여 플라즈마 용사코팅을 할 경우에는 도 3 에 도시된 바와 같이 용사코팅층에 많은 작은 기공들을 발생시키게 되며, 플라즈마 용사코팅 후 일반적인 분위기로에서 열처리를 하였을 경우 도 4 에 도시된 바와 같이 용사코팅층 조직내에 작은 기공들이 뭉쳐 조대화되어 제법 큰 기공을 형성시킬 뿐 아니라 용사코팅층의 경도 또한 저하되어 내마모성에 좋지 않은 영향을 가져온게 된다.Due to such a limitation of the peeling of the plating and the wear resistance, the plasma spraying method using a soluble alloy has recently been adopted (Japanese Patent Application No. 57-7360), and the life of the
그리고, 자용성합금을 사용한 용사코팅의 경우 용사코팅층의 열전달계수가 니켈도금층이나 연속주조용 주형(10)의 모재인 동판에 비해 낮을 뿐 아니라 융점 또한 낮기 때문에 상기 메니스커스부(12a,14a)에 용강(5)으로부터의 열영향 또는 용강(5)과 용사코팅층과의 화학적 반응으로 히트크랙(Heat Crack)을 발생시킬 수 있는 단점을 가지고 있기도 한다.In the case of thermal spray coating using a magnetic alloy, the heat transfer coefficient of the thermal spray coating layer is not only lower than that of the copper plate, which is the base material of the nickel plating layer or the
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 연속주조용 주형의 주입 중공부 내면에 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금을 이용하여 고속화염용사법(HOVF)으로 도금되어 진공열처리로 마무리함으로써 합금층이 형성되는 연속주조용 주형을 제공하는 것이다.An object of the present invention for solving the above problems is, by using a nickel (Ni) -chromium (Cr) alloy on the inner surface of the injection hollow portion of the continuous casting mold plated by a high speed flame spraying method (HOVF) to finish by vacuum heat treatment This is to provide a continuous casting mold in which the alloy layer is formed.
본 발명의 다른 목적은, 연속주조용 주형의 주입 중공부 내면의 하반부에는 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금을 이용하여 고속화염용사법(HOVF)으로 분사되는 합금층이 형성되고, 상반부에는 크롬(Cr), 니켈(Ni), 니켈합금 중 어느 하나를 이용하여 전기도금법으로 도금됨으로써 도금층이 형성되는 연속주조용 주형을 제공하는 것이다.Another object of the present invention, an alloy layer which is sprayed by high-speed flame spraying (HOVF) using a nickel (Ni) -chromium (Cr) alloy is formed in the lower half of the inner surface of the injection hollow portion of the continuous casting mold, The present invention provides a continuous casting mold in which a plating layer is formed by plating by electroplating using any one of (Cr), nickel (Ni), and nickel alloy.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 연속주조용 주형은, 냉각수재킷이 구비되고 동(Cu) 또는 동합금으로 이루어진 연속주조용 주형에 있어서, 상기 연속주조용 주형의 주입 중공부 내면에는, 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금을 고속화염용사법(HVOF)으로 분사하고 진공열처리로 마무리함으로써 합금층이 형성되며, 상기 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금의 합금층은, 중량%로 크롬(Cr) 7.5 ~ 17%, 보론(B) 1.6 ~ 4.2%, 실리콘(Si) 3.5 ~ 4.5%, 탄소(C) 0.25 ~ 0.9%, 철(Fe) 0.25 ~ 4.2%를 함유하고 잔부가 니켈(Ni) 및 기타 불가피한 불순물로 구성되는 것을 특징으로 한다.Continuous casting mold according to the present invention for achieving the object as described above, in the continuous casting mold made of copper (Cu) or copper alloy provided with a cooling water jacket, the inner surface of the injection hollow portion of the continuous casting mold The alloy layer is formed by spraying a nickel (Ni) -chromium (Cr) alloy with a high-speed flame spraying method (HVOF) and finishing with vacuum heat treatment, wherein the alloy layer of the nickel (Ni) -chromium (Cr) alloy is weight percent. Low chromium (Cr) 7.5 to 17%, boron (B) 1.6 to 4.2%, silicon (Si) 3.5 to 4.5%, carbon (C) 0.25 to 0.9%, iron (Fe) 0.25 to 4.2% It is characterized by consisting of nickel (Ni) and other unavoidable impurities.
상기 합금층의 상부 외면에는, 마그네시아(MgO), 지르코니아(ZrO2), 이트리아(Y2O3), 크로미아(Cr2O3), 알루미나(Al2O3), 티타니아(TiO2) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 플라즈마(Plasma) 용사법으로 코팅되는 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 한다.On the upper outer surface of the alloy layer, magnesia (MgO), zirconia (ZrO 2 ), yttria (Y 2 O 3 ), chromia (Cr 2 O 3 ), alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ) It is characterized in that the coating layer is coated by a plasma (Plasma) spraying method using at least one of the.
또한, 본 발명은 냉각수재킷이 구비되고 동(Cu) 또는 동합금으로 이루어진 연속주조용 주형에 있어서, 상기 연속주조용 주형의 주입 중공부 내면에는, 중량%로 크롬(Cr) 7.5 ~ 17%, 보론(B) 1.6 ~ 4.2%, 실리콘(Si) 3.5 ~ 4.5%, 탄소(C) 0.25 ~ 0.9%, 철(Fe) 0.25 ~ 4.2%를 함유하고 잔부가 니켈(Ni) 및 기타 불가피한 불순물로 구성되는 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금이 고속화염용사법(HVOF)으로 분사되는 합금층과, 상기 합금층의 상측에서 크롬(Cr), 니켈(Ni), 니켈합금 중 어느 하나를 이용하여 전기도금법으로 도금되는 도금층이 형성됨을 특징으로 한다.In addition, the present invention is provided with a cooling water jacket, in the continuous casting mold made of copper (Cu) or copper alloy, on the inner surface of the injection hollow portion of the continuous casting mold, chromium (Cr) 7.5 to 17% by weight, boron (B) 1.6 to 4.2%, silicon (Si) 3.5 to 4.5%, carbon (C) 0.25 to 0.9%, iron (Fe) 0.25 to 4.2% and the balance consists of nickel (Ni) and other unavoidable impurities An electroplating method using an alloy layer in which a nickel (Ni) -chromium (Cr) alloy is sprayed by a high-speed flame spraying method (HVOF) and chromium (Cr), nickel (Ni), or nickel alloy on the upper side of the alloy layer. It is characterized in that the plating layer is plated with.
상기 도금층의 외면 일측에는, 마그네시아(MgO), 지르코니아(ZrO2), 이트리아(Y2O3), 크로미아(Cr2O3), 알루미나(Al2O3), 티타니아(TiO2) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 플라즈마(Plasma) 용사법으로 코팅되는 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 한다.On one side of the outer surface of the plating layer, magnesia (MgO), zirconia (ZrO 2 ), yttria (Y 2 O 3 ), chromia (Cr 2 O 3 ), alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ) It is characterized in that the coating layer which is coated by the plasma (Plasma) spray method using at least one.
상기 코팅층에는 보론나이트라이드(BN)가 더 도포됨을 특징으로 한다.Boron nitride (BN) is further applied to the coating layer.
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이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 연속주조용 주형의 표면에 형성되는 균열 방지와 내마모 특성이 획기적으로 향상되는 이점이 있다.According to the present invention having such a configuration, there is an advantage that the crack prevention and abrasion resistance formed on the surface of the continuous casting mold are remarkably improved.
이하에서는 본 발명에 의한 연속주조용 주형의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the continuous casting mold according to the present invention will be described in detail.
도 5 에는 본 발명에 의한 연속주조용 주형의 개략적인 구성도가 도시되어 있다. 5 is a schematic configuration diagram of a continuous casting mold according to the present invention.
이에 도시된 바에 따르면, 연속주조용 주형(100)은 슬라브(Slab)를 제작하는 공정에 사용되는 몰드(Mold)로, 고로에서 녹여진 용강(Molten Steel)이 레이들 (Ladle)에 담겨져 일시적으로 저장된 후 이동되어 턴디시(Tundish)에 부어지면, 상기 턴디시에서 용강이 이동되어 고온인 용강의 표면을 냉각시켜 주면서 일정한 형태로 만들어 주는 역할을 하는 것이다.As shown in the drawing, the
상기 연속주조용 주형(100)은 도 5 에 도시된 바와 같이 비교적 길이가 긴 장변주형(120)과 상기 장변주형(120)보다 길이가 짧은 단변주형(140)으로 구성된다.As shown in FIG. 5, the
상기 장변주형(120) 및 단변주형(140)은 열전달율이 우수한 동(Cu)또는 동합금으로 이루어지고, 각각의 내면은 고온의 용강과 접촉되도록 설치되며, 외면에는 상기 용강의 고온에 의하여 가열되는 내면을 식혀주는 냉각수재킷(도시되지 않음)이 구비되어 설치된다.The
따라서, 상기 장변주형(120) 및 단변주형(140) 내부에 수용되는 용강이 상기 냉각수재킷에 의해 냉각되어 장변주형(120) 및 단변주형(140) 하부 쪽으로 이동해 가면서 응고됨으로써 연속적인 주조가 이루어진다.Therefore, molten steel accommodated in the
도 6 에는 본 발명의 연속주조용 주형에 합금층을 형성하는 과정을 나타낸 공정흐름도가 도시되어 있으며, 도 7 에는 본 발명의 연속주조용 주형에 합금층과 코팅층이 형성된 상태를 나타낸 단면도가 도시되어 있다.6 is a process flow chart showing a process of forming an alloy layer in the continuous casting mold of the present invention, Figure 7 is a cross-sectional view showing a state in which the alloy layer and the coating layer is formed in the continuous casting mold of the present invention. have.
이에 도시된 바에 따르면, 상기 연속주조용 주형(100)의 합금층(144) 형성과정은 합금층(144)이 형성되는 표면을 세척하는 세척공정(S11)과, 상기 세척공정(S11) 후 상기 연속주조용 주형(100)에 표면거칠기가 조성되도록 하는 전처리공정(S12)과, 상기 전처리공정(S12) 후에 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금을 고속화염용사법 (HVOF)으로 분사하여 합금층(144)을 형성하는 용사공정(S13)과, 상기 용사공정(S13) 후 상기 합금층(144)의 밀도와 경도를 높여 주기 위하여 진공로에서 실시되는 열처리공정(S14) 등으로 구성된다.As shown in the drawing, the process of forming the
상기 연속주조용 주형(100)은 도 5 에서와 같이 장변주형(120)과 단변주형(140)으로 구성되므로 이들 모두가 다 적용될 수 있으나, 본 발명에서는 상기 단변주형(140)을 실시예로 하여 설명하기로 한다.Since the
상기 세척공정(S11)은 상기 단변주형(140)의 표면에 잔존함으로써 단변주형(140)과 합금층(144)의 접착력에 유해한 기름성분을 제거하는 작업으로, 아세톤을 묻힌 천으로 합금층(144)을 형성시킬 단변주형(140)의 표면을 닦아 세척하도록 한다.The washing step (S11) is to remove the oil component harmful to the adhesive strength of the
상기 전처리공정(S12)은 상기 단변주형(140)의 표면 세척이 끝난 다음에 합금층(144)과의 접착력을 향상시키기 위하여 실시하는 작업으로, 입도가 24 ~ 80메쉬(Mesh)인 산화알루미늄 그리트를 사용하여 압축공기로 쇼트블라스팅을 실시함으로써 표면거칠기가 상기 단변주형(140)에 형성되도록 한다.The pretreatment step (S12) is performed to improve the adhesive force with the
상기 전처리공정(S12)이 진행된 다음에는 상기 단변주형(140)의 표면에 직접 합금층(144)을 형성시키는 용사공정(S13)이 진행된다. After the pretreatment step (S12) is performed, a spraying step (S13) for forming the
상기 용사공정(S13)은 합금층(144)이 형성되지 않을 부위(측면)에 내고온용 유리섬유로 마스킹을 실시하고, 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금 파우더를 고속화염용사법(HVOF;High Velocity Oxygen Fuel Spraying)을 이용하여 1 ~ 3㎜의 합금층(144)을 형성시키는 순서로 진행된다.The thermal spraying step (S13) is masked with a high-temperature glass fiber to the portion (side) where the
상기 고속화염용사법(HVOF)은 연료가스(프로판, 메틸아세틸렌, 헵탄, 수소 등)를 산소와 함께 고압에서 연소시켜 고속의 제트를 발생시키는 방법으로, 본 발명에서는 고속화염용사법(HVOF)에 의한 화염을 얻기 위한 연료로서 수소를 사용하게 된다.The high speed flame spraying method (HVOF) is a method of generating a high-speed jet by burning a fuel gas (propane, methylacetylene, heptane, hydrogen, etc.) at high pressure with oxygen, in the present invention, the flame by the high speed flame spraying method (HVOF) Hydrogen is used as a fuel to obtain.
상기 고속화염용사법(HVOF)의 연료가스 조성은 특별히 제한되는 것은 아니지만 본 발명에서는 수소:산소의 부피비를 1:2~2.5 로 함이 적당하며, 상기 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금 파우더는 중량%로 크롬(Cr) 7.5 ~ 17, 보론(B) 1.6 ~ 4.2, 실리콘(Si) 3.5 ~ 4.5, 탄소(C) 0.25 ~ 0.9, 철(Fe) 0.25 ~ 4.2%를 함유하고 잔부(殘部)가 니켈(Ni) 및 기타 불가피한 불순물로 구성된다.The fuel gas composition of the high-speed flame spraying method (HVOF) is not particularly limited, but in the present invention, the volume ratio of hydrogen: oxygen is 1: 2 to 2.5, and the nickel (Ni) -chromium (Cr) alloy powder is By weight, it contains chromium (Cr) 7.5 to 17, boron (B) 1.6 to 4.2, silicon (Si) 3.5 to 4.5, carbon (C) 0.25 to 0.9, iron (Fe) 0.25 to 4.2%, and the balance Is composed of nickel (Ni) and other unavoidable impurities.
여기에서 상기 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금 파우더의 입도는 상기 고속화염용사법(HVOF)에 적당하기 위해서는 15 ~ 50㎛ 범위를 유지해야 충분히 용융될 수 있게 된다.In this case, the particle size of the nickel (Ni) -chromium (Cr) alloy powder may be sufficiently melted in a range of 15 to 50 μm to be suitable for the high speed flame spraying method (HVOF).
따라서, 연료가스인 수소와 산소가 혼합되어 도시되지는 않았지만 용사건 내부의 연소챔버에서 연소되고, 이렇게 연소된 화염(제트)은 좁고 긴 바렐을 지나면서 고온고속의 화염을 형성하게 되는데, 이때 화염의 온도는 3170 ~ 3440K이며 분사되는 화염의 속도는 마하 3 ~ 7 정도이며 상기 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금 파우더가 상기 바렐의 중앙으로 공급됨으로써 화염 내부에서 가열되어 상기 단변주형(140)의 표면에 분사되는 것이다. Therefore, although hydrogen and oxygen, fuel gases, are not shown in a mixture, they are combusted in a combustion chamber inside a thermal spray gun, and the flames (jets) thus burned form a flame at a high temperature and high speed through a narrow and long barrel. The temperature of is 3170 ~ 3440K and the speed of the flame is sprayed
상기 용사공정(S13)이 진행된 다음에는 상기 단변주형(140)의 우측 표면에 형성되는 합금층(144)의 밀도와 경도를 높이도록 하는 열처리공정(S14)이 진행된다. After the thermal spraying step S13 is performed, a heat treatment step S14 is performed to increase the density and hardness of the
상기 열처리공정(S14)은 1×10-3Torr 이하의 진공도를 갖는 진공로(眞空爐, 도시되지 않음)에서 실시하게 되는데, 이때의 온도는 1065℃로써 상기 진공로에 약 20분 동안 합금층(144)이 형성된 상기 단변주형(140)을 유지시킨 다음 급속 냉각하게 된다. The heat treatment step (S14) is carried out in a vacuum furnace (not shown) having a vacuum degree of less than 1 × 10 -3 Torr, the temperature is 1065 ℃, the alloy layer in the vacuum furnace for about 20 minutes Maintaining the
이러한 급속 냉각은 상기 진공로의 진공도를 유지하기 위하여 1기압보다 낮은 0.9기압의 아르곤(Ar)가스를 진공로에 주입한 후 팬(도시되지 않음)을 이용하여 아르곤(Ar)가스를 순환시키면서 상기 단변주형(140)을 냉각시키게 되며, 상기 진공로에서 뜨거워진 아르곤(Ar)가스는 상기 팬에 의해 순환되면서 진공로 일측의 열교환기(도시되지 않음)를 통과하게 됨으로써 계속 냉각된다.In this rapid cooling, the argon (Ar) gas of 0.9 atm lower than 1 atm is injected into the vacuum furnace to maintain the vacuum degree of the vacuum furnace, and the argon (Ar) gas is circulated using a fan (not shown). The
그런 다음, 다시 상기 진공로의 진공펌프(도시되지 않음)를 가동하여 진공로의 진공도를 1×10-3Torr 이하로 하고 450 ~ 500℃의 온도로 상승시킨 후 4시간 동안 석출경화(析出硬化) 열처리를 실시함으로써, 상기 합금층(144)의 밀도와 경도를 강화함과 동시에 상기 합금층(144)의 열처리 온도에서 연화된 상기 단변주형(140)의 강도를 복원시키게 된다.Then, the vacuum pump (not shown) of the vacuum furnace was operated again to bring the vacuum degree of the vacuum furnace to 1 × 10 -3 Torr or lower and to rise to a temperature of 450 to 500 ° C., followed by precipitation hardening for 4 hours. By heat treatment, the density and hardness of the
따라서, 상기와 같은 방법에 의해 단변주형(140)의 우측 외면에 내마모성을 향상시키는 합금층(144)이 형성되는 것이다.Therefore, the
상기 합금층(144)을 형성한 다음에는 상기 합금층(144)의 요구되는 두께와 평면도를 맞추기 위하여 연마하는 후가공공정 후가공공정(S15)이 실시된다. 상기 후가공공정(S15)은 평면연삭기(도시되지 않음)를 사용하여 상기 합금층(144)을 연 마하게 된다.After the
그리고, 상기 연속주조용 주형(100) 내면 상반부의 공기와 용강이 접촉하는 메니스커스부(122,142), 보다 상세하게는 도 5에서 볼 때 단변주형(140)의 우측면 및 장변주형(120)의 전면에 히트크랙(Heat Crack) 발생을 방지하기 위하여 코팅층(146)을 형성시키게 된다. In addition, the
상기 코팅층(146)은 세라믹코팅층으로, 마그네시아(MgO), 지르코니아(ZrO2), 이트리아(Y2O3), 크로미아(Cr2O3), 알루미나(Al2O3), 티타니아(TiO2) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 플라즈마(Plasma) 용사법으로 형성시키게 된다.The
여기에서 플라즈마용사법은 아르곤(Ar), 헬륨(He), 질소(N2) 등의 가스를 아크(Arc)로 플라즈마(Plasma)화 하고 이것을 노즐로부터 배출시켜 초고온, 고속의 플라즈마 제트를 열원으로 하여 피막을 형성시키는 기술로, 플라즈마 발생장치는 구리(Cu)로 된 원형의 양극과 텅스텐(W)으로 된 음극으로 구성되며, 상기 발생장치에서 전기 아크 방전이 작동가스를 플라즈마화 하여 제트를 형성한다.Here, the plasma spraying method converts gases such as argon (Ar), helium (He), and nitrogen (N 2 ) into an arc, and discharges them from the nozzle to discharge the ultra-high-temperature, high-speed plasma jet as a heat source. As a technique for forming a film, the plasma generator comprises a circular anode made of copper (Cu) and a cathode made of tungsten (W), in which the electric arc discharge plasmates the working gas to form a jet. .
본 발명에서는 플라즈마 가스로 상기 가스 중에서 아르곤(Ar)과 엔탈피를 향상시켜 주는 소량의 수소(H2)를 첨가하여 사용하게 되며, 가스의 유량비는 아르곤(Ar):수소(H2)=85:15의 비율로 하여 8%이트리아(Y2O3)-82%지르코니아(ZrO2)의 세라믹파우더를 사용하게 된다. In the present invention, a small amount of hydrogen (H 2 ) which improves argon (Ar) and enthalpy is used as the plasma gas, and the flow rate ratio of the gas is argon (Ar): hydrogen (H 2 ) = 85: A ceramic powder of 8% yttria (Y 2 O 3 ) -82% zirconia (ZrO 2 ) is used as the ratio of 15.
따라서, 이러한 세라믹파우더가 4,000 ~ 10,000℃ 온도의 플라즈마 화염에 용해되면서 150 ~ 300m/s의 속도로 비산되어 상기 합금층(144)에 코팅됨으로써 코 팅층(146)이 형성되는 것이다.Therefore, while the ceramic powder is dissolved in a plasma flame at a temperature of 4,000 to 10,000 ° C., the ceramic powder is scattered at a speed of 150 to 300 m / s and coated on the
또한, 상기 코팅층(146) 우측면에는 코팅층(146)의 내마모성, 내열성을 향상시키기 위하여 보론나이트라이드(BN)을 추가적으로 도포하는 도포층(148)이 형성되도록 한다. 상기 도포층(148)의 보론나이트라이드(BN)는 도포제(塗布劑)로 사용되는 용탕 이형제로써 붓을 이용하여 상기 코팅층(146) 위에 20 ~ 25㎛ 두께로 도포하게 된다.In addition, the
따라서, 상기 단변주형(140)의 표면에 합금층(144)이 형성되고 이러한 합금층(144)의 상반부에는 코팅층(146)이 형성되며, 상기 코팅층(146) 위에는 도포층(148)이 형성되어 내마모성이 향상되는 연속주조용 주형(100)이 완성되는 것이다.Accordingly, an
도 8 에는 본 발명의 연속주조용 주형에 합금층과 도금층을 형성하는 과정을 나타낸 공정흐름도가 도시되어 있으며, 도 9 에는 본 발명의 연속주조용 주형에 합금층 및 도금층과 코팅층이 형성된 상태를 나타낸 단면도가 도시되어 있다.8 shows a process flow diagram showing a process of forming an alloy layer and a plating layer in the continuous casting mold of the present invention, Figure 9 shows a state in which the alloy layer and the plating layer and the coating layer is formed in the continuous casting mold of the present invention. A cross section is shown.
이들 도면에 도시된 바에 따르면, 상기 연속주조용 주형(100)은 상기 고속화염용사법(HVOF)과 전기도금법을 함께 사용하여 연속주조용 주형(100)의 우측면을 상부와 하부로 나누어 각각 다른 성분으로 합금층(144)과 도금층(144')으로 형성되도록 할 수도 있다.As shown in these figures, the
즉, 도 8 에 도시된 바와 같이 상기 연속주조용 주형(100) 중 단변주형(140)의 우측면 하부에는 도 6 에서와 같이 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금이 고속화염용사법(HVOF)으로 분사되는 합금층(144)이 형성되도록 하고, 상기 합금층(144)의 상부에는 크롬(Cr), 니켈(Ni), 니켈합금 중 어느 하나를 이용하여 전기도금법으로 도금함으로써 도금층(144')이 형성되도록 구성할 수 있다.That is, as shown in FIG. 8, the nickel (Ni) -chromium (Cr) alloy is fastened by the high-speed flame spraying method (HVOF), as shown in FIG. 6, below the right side of the
상기 단변주형(140) 하반부의 합금층(144)을 형성하는 과정은 상기 도 6 에서와 마찬가지로 세척공정(S21), 전처리공정(S22), 용사공정(S23), 열처리공정(S24)으로 진행된다.
여기에서 상기 전처리공정(S22)에서의 마스킹은 도 9에서 볼 때 상기 단변주형(140)의 우측면 상부와 전/후면 상부에 각각 실시함으로써 상기 고속화염용사법(HVOF)에 의한 화염 분사가 불필요한 부분에 오버스프레이(Over spray) 되지 않도록 한다.The process of forming the
Here, the masking in the pretreatment process (S22) is performed on the upper right side and the front / rear upper part of the
상기 열처리공정(S24)이 진행된 다음에는 상기 단변주형(140)의 상반부, 즉 상기 합금층(144)의 상측에 전기도금법으로 도금층(144')을 형성하는 도금공정(S25)이 진행된다. 상기 도금공정(S25)은 크롬(Cr), 니켈(Ni), 니켈합금 중 어느 하나를 사용하여 실시하게 되는데, 본 발명에서는 니켈(Ni)을 실시예로 하여 도금을 하게 된다.After the heat treatment step S24 is performed, a plating step S25 is performed to form the
상기 도금공정(S25)은 상기 단변주형(140)의 우측면 상부를 제외한 비도금부위(하반부의 합금층 및 측면부)를 마스킹테이프 등으로 마스킹을 한 후 도시되지는 않았지만 세척조에서 세척을 하고 도금장치를 이용하여 도금작업을 실시하게 된다.The plating process (S25) masks the unplated portion (the lower half of the alloy layer and the side portion) except for the upper right side of the short side die 140 with a masking tape, etc. Plating is performed.
상기 세척은 통상적인 세척제를 사용하여 상기 단변주형(140)의 우측면 상부에 존재하는 이물질을 제거하고, 수세과정을 거친 후 수산화나트륨(NaOH) 80 ~ 150g/ℓ의 전해연마제를 이용하여 전류밀도 5 ~ 10A/d㎡ 조건으로 전해연마를 하게 되며, 이어서 이온교환수를 사용하여 pH가 중성이 될 때까지 세척을 하는 과정을 거치게 된다.The washing is performed by using a conventional cleaning agent to remove the foreign substances present on the upper right side of the
이와 같은 과정을 거친 다음에 상기 단변주형(140)의 상반부에 도금을 하게 되는데, 이때 필요한 도금액의 조성은 금속니켈(Ni) 40 ~ 80g/ℓ, 염화니켈(NiCl2) 25 ~ 30g/ℓ, 붕산 25 ~ 40g/ℓ로 구성되며, 45 ~ 55℃의 온도와 3.5 ~ 4.0의 pH, 그리고 1 ~ 10A/d㎡의 전류밀도 조건으로 상기 단변주형(140)의 상반부에 전기도금을 실시하게 된다.After this process is plated on the upper half of the
상기와 같이 전기도금이 진행된 다음에는 상기 단변주형(140)의 우측면 상/하측에 형성된 도금층(144')과 합금층(144)을 원하는 두께와 평면도를 맞추기 위하여 연마하는 후가공공정(S26)이 실시된다. 상기 후가공공정(S26)은 상기 도 6 에서와 마찬가지로 평면연삭기(도시되지 않음)를 이용하여 상기 합금층(144)과 도금층(144')을 연마하게 된다.After the electroplating proceeds as described above, a post-processing step (S26) of polishing the plating layer 144 'and the
그리고, 상기 단변주형(140)의 우측면 상/하측에 형성된 도금층(144')과 합금층(144) 중에서 도금층(144')의 메니스커스부(142)에 히트크랙(Heat Crack) 발생을 방지하기 위하여 코팅층(146')을 형성시키게 된다. In addition, a heat crack is prevented from occurring in the
상기 코팅층(146')은 전술한 바와 같은 세라믹코팅층으로, 마그네시아(MgO), 지르코니아(ZrO2), 이트리아(Y2O3), 크로미아(Cr2O3), 알루미나(Al2O3), 티타니아(TiO2) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 상기한 플라즈마(Plasma) 용사법으로 형성시키게 된다.The
또한, 상기 코팅층(146')의 우측면에는 코팅층(146')의 내마모성, 내열성을 향상시키기 위하여 보론나이트라이드(BN)을 추가적으로 도포하는 도포층(148')이 형성되도록 한다. 상기 도포층(148')의 보론나이트라이드(BN)는 전술한 바와 같이 붓을 이용하여 상기 코팅층(146') 위에 20 ~ 25㎛ 두께로 도포하게 된다.In addition, the
따라서, 상기 단변주형(140)의 우측면 하부에는 합금층(144)이 형성되고, 상기 단변주형(140)의 우측면 상부에는 도금층(144')이 형성되며, 상기 도금층(144')의 우측면 중앙부에는 코팅층(146')과 도포층(148')이 더 형성됨으로써 내마모성이 향상되는 연속주조용 주형(100)이 완성되는 것이다.Therefore, an
도 10 에는 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금에 의한 고속화염용사법(HVOF)으로 형성된 합금층의 조직사진이 도시되어 있으며, 도 11 에는 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금에 의한 고속화염용사법(HVOF)으로 형성된 합금층을 분위기로에서 열처리한 후의 조직사진이 도시되어 있고, 도 12 에는 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금에 의한 고속화염용사법(HVOF)으로 형성된 합금층을 진공로에서 열처리한 후의 조직사진이 도시되어 있다.FIG. 10 shows a structure photograph of an alloy layer formed by HVOF using a nickel (Ni) -chromium (Cr) alloy, and FIG. 11 shows a high speed flame using a nickel (Ni) -chromium (Cr) alloy. The structure photograph after heat-treating the alloy layer formed by the thermal spraying method (HVOF) in an atmosphere furnace is shown. In FIG. 12, the alloy layer formed by the high-temperature flame spraying method (HVOF) by nickel (Ni) -chromium (Cr) alloy is vacuum furnace. A tissue photograph after heat treatment at is shown.
이들 조직사진에 도시된 바에 따르면, 고속화염용사법(HVOF)을 사용할 경우 도 10 에서 보는 바와 같이 마하 3 ~ 7 정도의 빠른 화염속도로 인해 합금층(144)의 기공이 현저하게 감소되며, 후속 분위기로에서 열처리를 할 경우 도 11 에서 보는 바와 같이 여전히 약간의 조대화된 기공이 나타나나, 진공로에서 열처리를 할 경우 도 12 에서 보는 바와 같이 진공분위기에 의해 기공이 제거되는 효과로 거의 기공이 없는 우수한 경도를 갖는 합금층(144)의 조직을 얻을 수가 있게 됨으로써 이러한 합금층(144)으로 이루어지는 내마모성이 향상된 연속주조용 주형(100)이 완성되는 것이다. As shown in these tissue photographs, when using the high-speed flame spraying method (HVOF) as shown in Figure 10 due to the high flame speed of Mach 3-7, the pores of the
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 아니하고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초 로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.The scope of the present invention is not limited to the above-exemplified embodiments, and many other modifications based on the present invention may be made by those skilled in the art within the above technical scope.
위에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 연속주조용 주형에서는, 연속주조용 주형의 주입 중공부 내면이 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금을 이용하여 고속화염용사법(HOVF)으로 도금되어 진공열처리로 마무리함으로써 형성되는 합금층이 형성되게 하거나, 또는 연속주조용 주형의 주입 중공부 내면 하반부에는 니켈(Ni)-크롬(Cr)합금을 이용하여 고속화염용사법(HOVF)으로 도금하여 합금층을 형성하고 상반부에는 크롬(Cr), 니켈(Ni), 니켈합금 중 어느 하나를 이용하여 전기도금법으로 도금됨으로써 형성되는 도금층이 형성되도록 구성된다.As described in detail above, in the continuous casting mold according to the present invention, the inner surface of the injection hollow portion of the continuous casting mold is plated by a high-temperature flame spraying method (HOVF) using a nickel (Ni) -chromium (Cr) alloy to obtain a vacuum heat treatment furnace. The alloy layer formed by finishing is formed or the lower half of the inner surface of the injection hollow part of the continuous casting mold is plated by using a nickel (Ni) -chromium (Cr) alloy by high speed flame spraying (HOVF) to form an alloy layer. The upper half is configured to form a plating layer formed by plating by electroplating using any one of chromium (Cr), nickel (Ni), and nickel alloy.
그리고, 상기 합금층과 도금층에는 세라믹코팅을 적용하여 코팅층을 형성하고 또한 코팅층에는 보론나이트라이드(BN)와 같은 용탕 이형제가 더 도포된다.The coating layer is formed by applying ceramic coating to the alloy layer and the plating layer, and a molten release agent such as boron nitride (BN) is further applied to the coating layer.
따라서, 연속주조용 주형의 표면(메니스커스부)에 형성되는 히트크랙(Heat Crack)이 발생되는 것을 방지할 수 있으며, 연속주조용 주형의 내마모 특성이 획기적으로 향상되는 이점으로 인해 연속주조용 주형의 수명이 훨씬 더 연장되는 효과가 기대된다.Therefore, it is possible to prevent the occurrence of heat cracks formed on the surface of the continuous casting mold (meniscus portion), and the continuous casting mold due to the advantage that the wear resistance of the continuous casting mold is significantly improved. The effect of extending the life of the quiet mold is expected to be much longer.
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