KR100931664B1 - 내마모성이 우수한 스케일 브레이크 워크롤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철소의 냉연공장 등에서 사용되는 스케일 브레이크 워크롤에 내마모성을 향상시키고자 하는 것으로, 더욱 상세하게는 스케일 브레이크 워크롤의 에지 부분 및 그 에지 부분의 사이 중앙 부분에 내마모성이 우수한 코팅 재료인 NiCrSiB에 합금원소로서 Fe, Cu, Mo, W, C 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상이 함유된 Ni기 자용성 합금분말 또는 이 Ni기 자용성 합금분말에 WC 또는 CrC 계 서메트 분말이 1 - 50wt% 함유된 것을 스케일 브레이크 워크롤 표면에 레이저 용사 코팅하여 된 내마모성이 우수한 스케일 브레이크 워크롤에 관한 것이다.

브레이크 워크롤, 용사코팅, 내마모성

Description

내마모성이 우수한 스케일 브레이크 워크롤{Work roll for braking scale with excellent anti-wearing}

본 발명은 제철소의 냉연공장 등에서 사용되는 스케일 브레이크 워크롤에 내마모성을 향상시키고자 하는 것으로, 더욱 상세하게는 스케일 브레이크 워크롤의 에지 부분 및 그 에지 부분의 사이 중앙 부분에 내마모성이 우수한 NiCrSiB에 합금원소로서 Fe, Cu, Mo, W, C 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상이 함유된 Ni기 자용성 합금분말 또는 이 Ni기 자용성 합금분말에 WC 또는 CrC 계 서메트 분말이 1 - 50wt% 함유된 것을 레이저 용사 코팅하여 된 내마모성이 우수한 스케일 브레이크 워크롤에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 스케일 브레이크 워크롤의 배치를 나타낸다. 스케일 브레이크 워크롤은 열연강판이 각도를 많이 휘어지게 지나감에 따라 스케일에 크랙을 유발하여 이를 박리시키는 역할을 한다.

종래 사용되고 있는 스케일 브레이크 워크롤은 경도는 Hs 90을 유지하는 롤로써, SUJ2(ASTM 52100)합금을 중주파 열처리를 하여 사용하고 있다. 이와 같은 상기 스케일 브레이크 워크롤은 강판 폭의 끝 부분으로 마모가 많이 일어나고 있고 이러한 현상은 강판과의 마찰에 의해 열처리 된 조직의 풀림이 일어남에 따라 발생하는 것이다.

따라서 상기 스케일 브레이크 워크롤은 에지 부분의 마모가 많이 일어남으로 그 부분의 내마모성이 좋아야 하는바, 그러기 위해서는 상기 스케일 브레이크 워크롤의 에지 부분에 내마모성을 향상시켜야 한다.

상기 스케일 브레이크 워크롤의 에지 부분 내마모성 향상을 위한 종래 방법은 초고속화염용사코팅(High Velocity Oxygen Fuel Coating), 화염용사코팅(Flame Spraying), 육성용접(Plasma Transferred Arc Cladding)을 이용하여 고온에서 내마모성이 우수한 Ni기 자용성 합금 등을 코팅하고 있다.

그러나 상기의 방법은 스케일 브레이크 워크롤 표면에 크랙이 생기거나 코팅이 박리되는 등의 문제점이 발생함은 물론, 상기 스케일 브레이크 워크롤의 마모가 심하게 발생을 하면 열연 판을 휘게 하고 스케일의 박리도 균일하게 일어나지 않으며 롤 교체로 인하여 조업생산성에 많은 영향을 준다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 종래 스케일 브레이크 워크롤 표면에 크랙이 생기거나 코팅이 박리되는 등의 문제점을 해고하고자 스케일 브레이크 워크롤 에지 부분 및 그 에지 부분의 사이 중앙 부분에 NiCrSiB에 합금원소로서 Fe, Cu, Mo, W, C 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상이 함유된 Ni기 자용성 합금분말 또는 이 Ni기 자용성 합금분말 에 WC 또는 CrC 계 서메트 분말이 1 - 50wt% 함유된 것을 레이저 용사 코팅하여 된 내마모성이 우수한 스케일 브레이크 워크롤을 제공함에 있다.

본 발명의 과제 해결수단은 NiCrSiB에 합금원소로서 Fe, Cu, Mo, W, C 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상이 함유된 Ni기 자용성 합금분말 또는 이 Ni기 자용성 합금분말에 WC 또는 CrC 계 서메트 분말이 1 - 50wt% 함유된 것을 스케일 브레이크 워크롤 표면에 레이저 용사 코팅하는 것으로 이루어진다.

그리고 상기 스케일 브레이크 워크롤 표면에 코팅되는 코팅두께는 양 에지 부분은 1 - 10mm이고, 그 양 에지 부분의 사이 중간 부분은 0.5 - 5 mm 코팅하며, 상기 스케일 브레이크 워크롤 표면에 용사 코팅되는 분말 입자의 크기는 35um - 50um로 하는 것으로 이루어진다.

이상과 같은 본 발명은 마모가 많이 발생하는 스케일 브레이크 워크롤의 표면 양 에지 부분 및 그 양 에지 부분의 사이 중간 부분에 내마모성의 성질을 갖는 코팅재료인 NiCrSiB에 합금원소로서 Fe, Cu, Mo, W, C 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상이 함유된 Ni기 자용성 합금분말 또는 이 Ni기 자용성 합금분말에 WC 또는 CrC 계 서메트 분말이 1 - 50wt% 함유된 것을 레이저 용사 코팅함으로써 내마모성과 내산화성을 향상시키는 효과가 있다.

본 발명은 스케일 브레이크 워크롤의 표면 양 에지 부분 및 그 양 에지 부분 의 사이 중간 부분에 내마모성의 성질을 갖는 코팅재료인 NiCrSiB에 합금원소로서 Fe, Cu, Mo, W, C 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상이 함유된 Ni기 자용성 합금분말 또는 이 Ni기 자용성 합금분말에 WC 또는 CrC 계 서메트(Cermet) 분말이 1 - 50wt% 함유된 것을 레이저 용사 코팅하는 것을 요지로 한다.

상기 스케일 브레이크 워크롤의 표면 양 에지 부분 및 그 양 에지 부분의 사이 중간 부분에 내마모성의 성질을 갖는 코팅재료인 NiCrSiB에 합금원소로서 Fe, Cu, Mo, W, C 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상이 함유된 Ni기 자용성 합금분말 또는 이 Ni기 자용성 합금분말에 WC 또는 CrC 계 서메트 분말이 1 - 50wt% 함유된 것을 레이저 용사 코팅함에 있어, 양 에지 부분을 더욱 두껍게 하고 상기 양 에지 부분의 사이 중간 부분은 양 에지 부분 보다 얇게 하는데 그 이유는 양 에지 부분의 마모가 더욱 심하기 때문이다.

상기 양 에지 부분의 코팅 두께는 1 - 8 mm이고, 그 양 에지 부분의 사이 중간 부분은 0.5 - 5 mm 두께로 하는데 그 이유는 상기 스케일 브레이크 워크롤의 양 에지 부분이 마모가 심하고 그 양 에지 부분의 사이 중간 부분은 마모가 적기 때문이다.

상기한 바와 같이, 상기 양 에지 부분 및 그 양 에지 부분의 사이 중간 부분에 코팅되는 재료는, NiCrSiB에 합금원소로서 Fe, Cu, Mo, W, C 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상이 함유된 Ni기 자용성 합금분말 또는 이 Ni기 자용성 합금분말에 WC 또는 CrC 계 서메트 분말이 1 - 50wt% 함유된 것이 사용된다. 이 코팅재료의 입자 크기는 35um - 150um인데 그 이유는 150um를 초과하면 코팅된 부분의 스케일 브 레이크 워크롤 조도가 거칠어 강판에 영향을 미치고 35um 미만이 되면 조도는 좋으나 코팅하는데 어려움이 있어 작업성이 떨어진다.

본 발명에 따른 대표적인 코팅재료는 NiCrSiB에 합금원소로서 Fe, Cu, Mo, W, C 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상이 함유된 Ni기 자용성(Self-fluxing) 합금분말이다. Ni은 합금분말의 베이스 금속이고, Cr은 내마모성, 내산화성을 향상시키는 역할을 하며, B, Si는 녹는점을 낮추고 산소와 먼저 반응하여 저밀도의 산화물이 표면에 부유하게 함으로써 추가 산화를 막고 금속분말끼리의 접합을 향상시키는 역할을 한다. 이 밖에, Fe, Cu, Mo, W, C는 소량 함유되어 고용원소로서 경도를 증가시키는 역할을 한다. 대표적인 Ni기 자용성 합금분말로서 NiCrSiBCuMoFeC 및 NiCrFeSiBC 등이 있다.

한편, 상기 Ni기 자용성 합금에 WC 또는 CrC 계 서메트 분말을 1 - 50wt% 함유하는 이유는 WC와 CrC는 내마모성과 내산화성을 향상시키기 때문이다.

상기 Ni기 자용성 합금분말을 레이저 용사 코팅하거나, 스케일 브레이크 워크롤 표면에 WC 또는 CrC 계 스메트 분말 1 - 50wt% 함유한 Ni합금분말을 스케일 브레이크 워크롤의 표면에 코팅하는 장치는 도 2에 개략적으로 도시되어 있다.

통상의 레이저 용사 코팅장치는 양측에서 노즐(4)을 통해 합금분말(2)을 공급하고, 중앙으로 조사되는 레이저 빔(1)이 쉴드 가스(3)와 함께 상기 합금분말(2)을 용해시켜 분말 제트(5)를 만들며, 이 분말 제트(4)가 스케일 브레이크 워크롤의 표면에 멜트 풀(6)을 형성하여 코팅되도록 구성된다.

이때 상기 레이저 용사 코팅장치의 레이저 용사는 다이오드 레이저를 이용하 고 상기 레이저 용사의 파장은 0.8um 레이저를 이용하는데 그 이유는 발진효율이 높을 뿐만 아니라, 시스템 효율도 높기 때문이다.

도 3 및 도 4에는 본 발명에 따라 용사 코팅된 스케일 브레이크 워크롤의 표면이 개략적으로 도시되어 있다. 워크롤 모재(10)의 표면에 양 에지 부분 및 그 양 에지 부분의 사이에 코팅 부위(7)가 마련되고, 용사 코팅된 후에는 강판(8)과 워크롤 모재(10) 사이에 코팅층(9)이 형성된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 용사 코팅된 스케일 브레이크 워크롤은 하기 표1에 나타낸 바와 같이 표면경도와 수명이 연장되었다.

[표1]

구분	모재 재질	표면 경화법	깊이	표면경도 (Hs)	사용후표면경도(Hs)	수명(일)
종래	SUJ2	중주파열처리	5mm	80이상	20-30	5-10
용사 코팅롤	M45C	레이저용사	1.5mm	80이상	62	35이상

도 1은 스케일 브레이크 워크롤의 사용상태를 나타낸 개략도,

도 2는 본 발명의 스케일 브레이크 워크롤에 용사 코팅하는 레이저 용사 코팅장치의 개략도,

도 3은 본 발명의 스케일 브레이크 워크롤에 용사 코팅된 상태의 발췌도,

도 4는 본 발명의 스케일 브레이크 워크롤에 레이저 용사 코팅된 상태의 단면 구성도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 레이저 빔 2 : 분말과 쉴딜(Shielding)가스

3 : 쉴드 가스 4 : 노즐

5 : 분말 제트 6 : 멜트 풀 (Melt Pool)

7 : 코팅 부위 8 : 강판

9 : 코팅 10 : 스케일 브레이크 워크롤

Claims (5)

1. NiCrSiB에 합금원소로서 Fe, Cu, Mo, W, C 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상이 함유되고, 입자 크기가 35um - 150um인 Ni기 자용성 합금분말을 스케일 브레이크 워크롤 표면에 레이저 용사 코팅하여 된 것을 특징으로 하는 내마모성이 우수한 스케일 브레이크 워크롤.
2. 제1항에 있어서, 상기 Ni기 자용성 합금분말에는 WC 또는 CrC 계 서메트 분말이 1 - 50wt% 더 함유된 것을 특징으로 하는 내마모성이 우수한 스케일 브레이크 워크롤.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스케일 브레이크 워크롤 표면에 코팅되는 코팅두께는 양 에지 부분이 그 양 에지 부분의 사이 중간 부분보다 두껍게 코팅되는 것을 특징으로 내마모성이 우수한 스케일 브레이크 워크롤.
4. 제3항에 있어서, 상기 스케일 브레이크 워크롤 양 에지 부분의 코팅 두께는 1 - 10 mm이고, 상기 양 에지 부분의 사이 중간 부분은 0.5 - 5mm임을 특징으로 하는 내마모성이 우수한 스케일 브레이크 워크롤.
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