KR100740899B1 - 강 연속 주조 주형의 주형 벽, 특히 넓은 쪽 벽 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각 매체 채널을 구비하든지 아니면 물탱크와 열 전도 접촉되는 구리 또는 구리 합금제 판을 포함하고, 그 판이 강 용해물과 직접 접촉되는 면 및 그 위에 부착된 보호층을 구비하는 판 주형, 관 주형 등의 주형 벽, 특히 강 연속 주조 주형의 넓은 쪽 벽에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 보호층이 전해적으로 제조되는, 예컨대 분산제가 침적된 니켈을 기반으로 한 이원 또는 삼원 금속 합금 분산물로 이루어지도록 함으로써 그 내마모성 및 기계적인 가공성이 개선되게 된다.

연속 주조 주형, 주형 판, 보호층, 분산제, 내마모성, 내열성, 경질 재료

Description

강 연속 주조 주형의 주형 벽, 특히 넓은 쪽 벽{MOLD WALL, ESPECIALLY A BROADSIDE WALL OF A CONTINUOUS CASTING MOLD FOR STEEL}

본 발명은 냉각 매체 채널을 구비하거나 또는 물탱크와 열 전도 접촉되는 구리 또는 구리 합금제 판을 포함하고, 상기 판은 강 용해물과 직접 접촉되는 표면 및 전해적으로 제조되어 예컨대 분산제가 침적된 니켈을 기반으로 한 이원 합금으로 이루어져 상기 표면상에 부착된 보호층을 구비하고 있으며, 상기 보호층은 분산제가 침적되어 있는 미세조직으로 된 니켈/코발트/탄화규소 분산제 보호층으로 이루어지는 판 주형, 관 주형 등의 주형 벽, 특히 강 연속 주조 주형의 넓은 쪽 벽에 관한 것이다.

CSP(Compact Strip Production) 주형 판, 슬래브 주형 판, 관 주형, 및 빔 블랭크 주형과 같은 구리 주형의 내마모성을 높이기 위해, 그 구리 주형은 크롬 및/또는 니켈로 전해 코팅되고, 최근에는 니켈/코발트 합금으로도 전해 코팅된다. 그러한 코팅은 경도 및 마모에 대한 저항성이 높기 때문에 주형의 내마모성을 현저히 상승시켜 내구 수명이 현격히 길어지도록 한다.

그러한 코팅 층은 용도에 따라 상이한 두께로 구리 주형 상에 부착된다. 그러한 몇 가지 코팅의 단점은 그 경도가 높음으로 인해 기계적 마감 처리시에 어렵게 가공이 이루어지고, 그에 따라 제조 비용이 비교적 높아진다는데 있다. 그 때문에, 코팅 층의 내마모성과 경제적인 마감 가공간의 절충을 구하려는 다수의 시도가 이뤄지고 있다.

아울러, 온도가 상승할 경우에는 니켈의 경도가 약 50 %, 니켈/코발트의 경도 및 경질 니켈의 경도가 약 30 % 정도 감소된다.

매우 좁게 한정된 기술 분야에서는, 예컨대 경주 자동차 엔진 또는 특수 공구를 제작할 경우에는 수년 전부터 내마모성이 높을 뿐만 아니라 내열성도 겸비한 니켈/탄화규소 분산 층이 사용되고 있다.

또한, 금속 또는 그 합금의 미세조직은 분산제의 침적에 의해 내마모성 및 내열성이 상승되는 쪽으로 변경되는 것으로 알려져 있다.

또한, 탄화규소 입자 이외에도, 초경 다이아몬드의 침적에 의해서도 재료 특성, 특히 내마모성의 개선을 가져오는 것으로 알려져 있다.

시험 결과, 분산제에 의해 야기되는 재료 특성은 다수의 실제 용례에서 약 10 내지 1000 나노미터인 분산제의 크기에 의해 영향을 받을 수 있는 것으로 나타났다. 그러한 이유로, 요구에 따라 그에 상응하는 크기의 분산제가 사용된다.
DE 100 18 504.5는 시효 경화성 구리 합금을 주형에 사용하는 것에 관해 보고하고 있다. 그것의 주제는 베릴륨 함량이 0.1 내지 0.5 %이고 니켈 함량이 0.5 내지 2 %인 주형용 시효 경화성 구리 합금 및 그것을 박 슬래브 연속 주조 주형의 넓은 쪽 판을 제조하는데 사용하는 용도에 있다.

문헌 DE 26 34 633 A1은 내마모성 재료로 이루어진 내부 코팅을 구비한 금속체를 포함하는 강 주조용 연속 주조 주형에서 내마모성 층이 전해 또는 무전해 침착된 금속 층으로 이루어지며, 그 금속 층의 결정 격자 중에 전해질에 대해 불용성 인 고체 입자가 침적되어 있는 것을 개시하고 있다. 그 경우, 내마모성 층은 니켈 격자 중에 금속 탄화물 입자가 침적되어 있는 니켈을 함유할 수 있다. 또한, 금속 탄화물은 탄화규소일 수 있고, 고체 입자는 다이아몬드 분말일 수 있다. 아울러, 고체 입자는 금속 산화물로 이루어질 수도 있다. 이원 니켈 분산 코팅(binary nickel-dispersion coating)은 실온 및 350 내지 500 ℃에서 약 380 내지 450 HV1의 경도 및 높은 내마모성을 갖는다.

문헌 DE 198 01 728 C1으로부터는 서로 접속된 주형 판 및 물탱크로 이뤄지고, 그 주형 판과 물탱크 사이에서 물 안내 채널에 의한 수냉이 이뤄지며, 물 안내 채널이 주형 판 쪽을 향한 물탱크 측에 배치되는 강 스트랜드 주조용 연속 주조 주형으로서, 주형의 넓은 쪽이 구리 판의 대략 원추형의 대응 리세스 내에 유지되는 원추형 클램핑 볼트 헤드를 구비한 클램핑 볼트에 의해, 그리고 클램핑 요소에 의해 물 안내 채널을 구비하거나 구비하지는 않지만 물 안내 채널이 마련된 결합 판을 구비하는 구리 판 및 물탱크와 같은 그 부품과 결합되어 유지되는 것을 특징으로 하는 연속 주조 주형이 공지되어 있다.
문헌 JP 55 08 66 58은 강을 연속 주조하기 위한 코팅 층에 고체 윤활제의 분산제 및 공정반응 혼합물을 사용하여 스트랜드 결함의 완벽한 방지를 구현하는 무진동 무윤활제 방식의 연속 주조용 구리 주형의 조성을 개시하고 있다. 그러한 코팅의 조성은 크롬, 니켈, 또는 코발트의 코팅 층에 불화아연, 이황화몰리브덴, 질화붕소, 또는 흑연과 같은 고체 윤활제의 분산제 및 공정반응 혼합물을 함유한다.
또 다른 문헌 JP 56 03 91 51에 따른 주형은 그 표면에 특정 함량의 철을 함유하는 니켈/철 합금으로 이뤄진 코팅 층을 구비한다.
문헌 JP 57 03 14 45는 연속 주조 주형을 개시하고 있다. 윤활 특성 및 내마모성을 개선시키고 박리를 회피하기 위해, 질화붕소 및 탄화티탄과 함께 니켈 합금 층이 구리 층 또는 구리 합금 층 상에 사용되고, 크롬 도금 층이 추가로 부착된다. 니켈 합금 층의 조성은 고온 윤활 특성 및 내마모성을 위한 질화붕소 및 탄화규소를 함유한다. 끝으로, 크롬 도금 층은 박리를 방지하기 위한 수단으로서 니켈 합금 층 상에 부착된다.
문헌 U.S. 4,197,902는 여러 금속 및 그 중에 분산된 입자로 형성되는 내마모성 코팅을 표면 상에 구비한 금속, 바람직하게는 강 주조용 주형을 개시하고 있다. 구리 또는 구리 합금제 주형은 전해적으로 석출되고 그 중에 탄화규소 입자가 분산된 니켈로 이뤄진 층을 구비한다.

전술된 선행 기술로부터 출발된 본 발명의 목적은 청구항 1의 전제부에 언급된 유형의 주형 벽을 강 용해물과 접촉된 고온에서의 그 내마모성의 측면에서, 그리고 예컨대 평활화를 위해 가능한 한 경제적으로 가공될 수 있는 측면에서 그 주형 벽의 가용성이 선행 기술에 비해 월등히 향상되도록 개선시키는 것이다.

그러한 목적은 본 발명에 따라 서두에 전제된 유형의 주형 벽에서 코발트, 철, 아연, 구리, 망간, 및 크롬과 같은 재료 성분이 니켈 모재 금속에 전해적으로 첨가 합금화됨으로써 달성되는데, 바람직한 구성에서는 강 품질, 온도, 및/또는 주형 내의 용해물의 난류에 의한 영향을 고려하여 요구되는 바에 따라 보호층의 기계적 특성 및 물리적 특성을 현격히 개선시키기 위한 분산제로서 다음의 것이 첨가된다:

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a) 티탄, 탄탈, 텅스텐, 지르코늄, 붕소, 크롬, 규소의 탄화물,

b) 알루미늄, 크롬, 규소, 베릴륨, 및 지르코늄의 산화물.

본 발명에 따라 분산제가 침적된 니켈을 기반으로 하여 제조될 수 있는 미세조직의 형태의 보호층을 구비한 주형 벽에서는 강 용해물과 접촉된 고온에서의 내마모성이 선행 기술에 비해 월등히 개선되고, 가공성 및 그에 따른 가용성도 최적화되게 된다. 본 발명에 따른 구성에 의해 구현될 수 있는 내마모성에도 불구하고, 이원 합금 분산제 보호층은 예컨대 평활화를 위해 경제적으로 가공될 수 있는데, 그것은 예컨대 실온에서의 경도가 600 HV1인 경질 니켈 합금과 대비하여 그 경도 범위가 매우 경제적으로 가공되는 범위 내에 있는 380 내지 450 HV1이기 때문이다.

본 발명의 또 다른 구성은 내마모성 및/또는 내열성 및/또는 마찰학(tribology)과 관련한 분산제 보호층의 기계적 특성 및 물리적 특성이 미세조직 중의 나노 스케일 입자, 특히 탄화규소 입자의 침적에 따라 조절될 수 있는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 일 구성에서는 이원 또는 삼원 니켈 합금 개질물이 특히 주형 내부 판의 분산제 보호층에 대한 기반을 형성하도록 조치된다.

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그에 의해, 당업자는 전술된 주형 벽의 요건을 충족시키기 위해 내마모성 및 경제적 가공성과 관련된 최적의 요건을 뜻하는 대로 선택할 수 있게 된다.

그렇게 하는데는 입자 크기가 1 ㎛ 내지 5 ㎛인 분산제 입자 또는 크기가 10 내지 1000 나노미터인 나노 크기 입자가 사용되는 것이 바람직하다. 분산제의 크기 및 침적 비율(inclusion rate)은 예컨대 마찰학과 관련한 요건에 맞춰 조절된다.

또한, 본 발명에 따른 주형 벽의 또 다른 구성에 따르면, 보호층의 기계적 특성을 현격히 개선시키기 위한 분산제로서는 질화붕소, 탄화붕소, 질화규소, 및 초경 다이아몬드와 같은 비금속 경질 재료가 적합하다.

끝으로, 본 발명에 따른 주형 벽은 분산제 보호층이 10 내지 10,000 ㎛의 층 두께로 부착되며, 그것이 주조시의 요건 및 필요한 후가공에 맞춰 조절되는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부 도면에 의거하여 설명하기로 한다.

도 1은 실온에서의 또는 열처리 후의 니켈 개질물의 경도를 나타낸 그래프이다.

도 2는 열처리 전후의 마모율을 나타낸 그래프이다.

첨부 도면에 도시된 그래프는 경도가 약 450 HV1이며 NiCo30 으로 표시된 본 발명에 따른 니켈/코발트/탄화규소 분산제 보호층이 다음의 것에 비해 월등히 유리한 것을 보여주고 있다:

* Ni(순수한 니켈)

* NiCo(니켈/코발트 합금)

* 경질-Ni(경질 니켈)

* NiP 12(인이 12 %를 넘는 전해적으로 제조된 니켈 합금)

* NiSiC(5 %의 SiC가 침적된 니켈/탄화규소 분산제 보호층)

* Ni10(경도가 360 HV1인 니켈/탄화규소 분산제 보호층)

* Ni30(경도가 440 HV1인 니켈/탄화규소 분산제 보호층)

* Ni50(경도가 420 HV1인 니켈/탄화규소 분산제 보호층).

Claims (8)

1. 냉각 매체 채널을 구비하거나 또는 물탱크와 열 전도 접촉되는 구리 또는 구리 합금제 판으로 이루어진 강 연속 주조용 주형 벽에 있어서, 상기 주형 벽은

   강과 접촉하게 되는 표면; 및

   상기 접촉 표면에 10 ㎛ 내지 10,000 ㎛의 두께로 전해 도금된 보호층;을 포함하고 있고,

   상기 보호층은 400 HV1의 경도를 갖는 이원 니켈/코발트 합금으로 형성되고 1 ㎛ 내지 5 ㎛ 입자 크기 또는 10 내지 1000 나노미터 입자 크기의 분산제를 포함하고 있으며,

   상기 분산제는,

   a) 티탄, 탄탈, 텅스텐, 지르코늄, 붕소, 크롬 및 규소의 탄화물; 및

   b) 알루미늄, 크롬, 규소, 베릴륨 및 지르코늄의 산화물;을 포함하는 그룹에서 선택되고,

   상기 보호층의 내마모성 또는 내열성 또는 마찰학과 관련한 기계적 특성 및 물리적 특성은 나노 크기 입자의 분산제 침적에 의해 미세조직을 변경함으로써 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 주형 벽.
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