KR101051745B1 - 내구성이 향상된 주조용롤 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주조용 롤의 표면도금과 관련된 것으로 특히 용강과 접촉되는 원통부 경도금층을 형성함에 있어, 그 하부의 니켈도금층에 기존의 조대한 조도부여외에 부가적으로 미세한 조도를 부여하므로써 응력분산 효과를 가져와 경도금층의 균열을 억제할 수 있는 주형 표면처리방법을 적용한, 내구성이 향상된 주조용롤 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은, 롤의 원통부와 측면부에 니켈도금층이 및 경도금층이 형성된 주조용롤에 있어서, 상기 원통부에는 조대조도와 미세조도가 동시에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명은, 주조용 롤의 표면처리 방법과 관련하여 니켈도금층에 기존의 조대 조도 부여후, 부가적으로 미세 조도를 부여하므로써, 경도금층의 균열을 억제할 수 있어 주형의 내구성을 향상시키고, 주조재 에지부 품질을 향상시킬 수 있다.

니켈도금층, 측면 코팅층, 조도산, 조도골, 조대 조도, 미세조도

Description

내구성이 향상된 주조용롤 및 그 제조방법{Casting Roll having Enhanced Durability and Manufacturing Methode thereof}

본 발명은 주조용 롤의 표면도금과 관련된 것으로 특히 용강과 접촉되는 원통부 경도금층을 형성함에 있어, 그 하부의 니켈도금층에 기존의 조대한 조도부여외에 부가적으로 미세한 조도를 부여하므로써 응력분산 효과를 가져와 경도금층의 균열을 억제할 수 있는 주형 표면처리방법을 적용한, 내구성이 향상된 주조용롤 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 쌍롤식 박판주조방법은 도 1에 도시된 바와 같이 용강은 래들(1)에 수용시키고, 노즐을 따라 턴디쉬(2)로 유입되며, 턴디쉬(2)로 유입된 용강은 주조롤(6) 양 끝단부에 설치된 에지댐(5)의 사이, 즉, 주조롤(6)의 사이로 용강 주입노즐(3)을 통해 공급되어 응고가 개시된다. 이때 롤 사이의 용탕부에는 산화를 방지하기 위해 메니스커스 쉴드(4)로 용탕면을 보호하고 적절한 가스를 주입하여 분위기를 적절히 조절하게 된다. 양 롤이 만나는 롤 닙(7)을 빠져나오면서 박판(8)이 제조되어 인발되면서 냉각공정을 거쳐 권취 설비(9) 에서 권취된다.

이 때, 용강으로부터 두께 10mm 이하의 박판을 직접 제조하는 쌍롤식 박판주조공정에 있어서 중요한 기술은, 빠른 속도로 반대방향으로 회전하는 내부 수냉식 쌍롤 사이에 주입 노즐을 통해 용강을 공급하여 원하는 두께의 박판을 균열이 없고 실수율이 향상되도록 제조하는 것이다.

또한 일반적으로 연속주조용 주형표면의 도금방법은 전해식 도금방법을 채택하고 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 피도금체인 주형롤 동부(50)가 음극이 되고, 양극은 도금하고자 하는 금속을 연결하며, 피도금체는 도금액(30)에 완전히 잠기게 하여 적절한 전류를 흘려 원하는 두께의 도금층을 얻게 된다. 이때 피도금체인 주형은 도금품질을 향상시키기 위해 회전을 실시하며, 평탄면인 경우, 도금액을 회전시켜 도금이 균일하게 이루어질 수 있도록 한다. 이때 일차적으로 동판위에 니켈 등의 도금을 실시한 후 내구성 향상을 위해 경도금층인 Ni-W 이나 Ni-Co 등의 경도금층을 이차도금층으로 입히게 된다.

종래 주형 도금방법은 주로 니켈로 도금을 실시하는데, 전류밀도나 도금액의 온도 등 도금조건에 관한 것이 개시되어 있다. 일본국 특허 JP 1989-066049 는 주조롤의 측면부에 용사코팅을 적용하여 내구성을 향상시키는 것을 제안하였고, JP 1989-254357 은 몰드 표면에 일차적으로 Ni 도금을 실시한 후 Cr 도금을 이차적으로 실시하여 내구성과 품질향상을 꾀하는 것을 제안하였으며, JP 1999-047890 은 Ni 도금후 graphite coating으로 열전달계수를 낮춰 온도 불균일을 감소시킴으로써 품질 향상을 꾀한다고 제안하였으며, 또한 JP 2001-205399는 일차 Ni도금후 고경도의 Ni-W, Ni-Co 등의 도금층을 적용하여 내구성을 향상하는 것을 제안하고 있다.

상기의 종래 방법들은 대부분 기본이 되는 Ni 도금을 실시한 후, 이차적으로 내구성 향상을 위한 도금이나 용사코팅층을 적용하고 있는데, 이러한 경도금층은 주조중에 용강과 접하므로 미세균열이 발생하는데, 이러한 미세균열은 내구성의 척도가 되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안한 것으로, 주형의 표면처리의 일환으로 도금을 적용하게 되는 바, 구리합금의 모재위에 니켈 등의 일차도금과 고경도 층의 이차 도금층을 적용함에 있어 특히 용강과 접하는 원통부의 고경도 도금층에 균열발생이 심하므로 이를 해소하기 위해 니켈 도금층의 기존 조도 부여 외에 부가적으로 미세한 조도를 부여하여 주형 표면의 응력을 완화해줌으로써 경도금층의 내구성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 원통부에 경도금층을 형성하기전의 니켈 도금층에 기존의 조도부여 외에 부가적으로 미세조도를 부여하여 응력완화를 꾀함으로써 경도금층의 균열을 억제하여 주형의 내구성을 향상시키고, 주조재 에지부의 품질을 향상시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명은, 롤의 원통부와 측면부에 니켈도금층이 및 경도금층이 형성된 주조용롤에 있어서, 상기 원통부에는 조대조도와 미세조도가 동시에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 원통부에 형성된 조대조도와 미세조도는, 니켈도금층에 조대조도를 부여한 후, 여기에 미세한 조도를 부가하여서 된 것을 특징으로 하고, 상기 조대조도는, 직경 0.5 ~ 1.0 mm 이며, 깊이 50 ~ 200 ㎛ 이고, 조도값은 Ra 15 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하며, 상기 미세조도는, 직경 0.05 ~ 0.5 mm 이며, 깊이 5 ~ 20 ㎛ 이고, 조도값은 Ra 1.0 ~ 8.0 ㎛ 인 것을 특징으로 하고, 또한, 상기 조대조도는, 에지부의 조도값이 중앙부위의 조도값보다 낮은 것을 특징으로 한다.

이하에서 본 발명의 제조방법을 보면, 본 발명은 롤의 측면부에 니켈 도금층과 경도금층을 차례로 형성하는 단계와, 상기 니켈 도금층과 경도금층이 형성된 측면부의 원통부에 니켈 도금층을 형성하는 단계와, 상기 원통부의 니켈 도금층 위에 조대조도를 부여하는 단계와, 상기 조대조도가 부여된 니켈 도금층 위에 미세조도를 부여하는 단계와, 상기 미세조도가 부여된 니켈 도금층 위에 경도금층을 형성하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 조대조도 부여단계는, 쇼트볼 1.0 ~ 2.5mm 직경의 것을 사용하여

직경 0.5 ~ 1.0 mm 이며, 깊이 50 ~ 200 ㎛ 이고, 조도값은 Ra 15 ㎛ 이상인 조대조도를 부여하는 것을 특징으로 하고, 상기 미세조도 부여단계는, 쇼트볼 0.2 ~ 1.0mm 직경의 것을 사용하여 직경 0.05 ~ 0.5 mm 이며, 깊이 5 ~ 20 ㎛ 이고, 조도값은 Ra 1.0 ~ 8.0 ㎛ 의 미세조도를 부여하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 제조방법에 있어, 상기 측면부의 경도금층은 니켈-보론 복합도금 이나 용사코팅법을 적용하여서 된 것을 특징으로 하고, 상기 원통부의 경도금층은 Ni-W, 또는 Ni-Co의 도금층인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 원통부 니켈 도금층은 경도가 Hv 100 ~ 200 인 것을 특징으로 하고, 상기 측면부 및 원통부의 경도금층은 경도가 Hv 200 ~ 1,000 인 것을 특징으로 하며,

상기 원통부의 니켈도금층 위에는 경도금층을 형성하기 전에 니켈 도금층에 크라운 가공을 적용하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명은, 주조용 롤의 표면처리 방법과 관련하여 니켈도금층에 기존의 조대 조도 부여후, 부가적으로 미세 조도를 부여하므로써, 경도금층의 균열을 억제할 수 있어 주형의 내구성을 향상시키고, 주조재 에지부 품질을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 보다 상세히 설명한다.

도 3은 종래의 박판 주조용 몰드 도금층의 개략도를 나타낸 것으로 니켈 도금층(70)과 측면 도금층(80) 및 원통부 경도금층(90)으로 나눌 수 있다.

도 4는 종래의 원통부 경도금층(90)과 조도 부여조건과의 관계 및 그 예시도를 나타낸 것으로 니켈도금층(70)에 조대한 조도를 부여한 후 그 위에 경도금층(90)을 얇게 입혔다. 도 4 (A)는 경도금층과 조도 부여조건과의 관계를 나타내며, 이때 조도산(91)과 조도골(92)에서 미세균열이 발생하였으며, 주조가 진행될수록 미세균열은 전파되어 내구성을 악화시키는 요인이 되었다. 도 4(B)는 경도금층을 도금하기 전의 니켈도금판의 조도부여조건의 예시도를 나타낸다.

도 5는 본 발명의 경도금층과 조도 부여조건과의 관계 및 그 예시도를 나타낸 것으로, 니켈 도금층에 조대한 조도를 부여한 후 부가적으로 미세한 조도를 부여하여 응력완화 작용을 하게하였으며, 그 위에 경도금층을 얇게 입혔다. 도 5 (A)는 경도금층(90)과 조도 부여조건과의 관계를 나타내는데, 조대 조도는 통상 쇼트볼 1.0 ~ 2.5mm 직경의 것을 사용하여 조도 직경 0.5 ~ 1.0mm 이며, 깊이는 50 ~ 200 ㎛ 정도이다. 조대 조도 부여는 Ra 15 ㎛ 이상에서 주조재 균열이 방지되며, 안정적인 품질을 나타내었다. 또한 조대 조도는 에지부에서의 조도값이 중앙부위의 조도값보다 낮게하는 것이 균열방지에 효과적인 것으로 나타났다. 미세 조도(100)는 쇼트볼 0.2 ~ 1.0mm 직경이고, 조도 직경 0.05 ~ 0.5mm, 조도 깊이 5 ~ 20 ㎛, 조도 값은 Ra 1.0 ~ 8.0 ㎛ 이다. 이러한 조건을 부여한 후 경도금층을 입히게 되면, 도금층 응력이 미세하게 분열되어 완화되는 효과를 나타내며, 미세균열도 발생되지 않았다. 도 5(B)는 경도금층을 도금하기 전의 니켈도금판의 조도부여조건의 예시도를 나타내며, 미세조도 부여에 의한 효과를 잘 나타내고 있다.

본 발명의 주조롤 표면처리 공정은 니켈 도금을 형성하는 단계와 측면 코팅을 실시하는 단계 및 최종 원통부 경도금층을 적용하는 단계로 나눌 수 있다. 그리고 원통부 경도금층 적용전 주조롤 표면에는 크라운 가공과 조도 가공을 실시하여 주조재의 품질을 향상시킬 수 있다.

니켈 도금층은 구리 모재 보호를 위해 일차 도금으로 보호하는 것으로 경도 Hv 100~200 정도로 제어하여야 균열 방지 및 조도가공에 유리하다.

그리고 측면 코팅은 니켈-보론 복합도금이나 용사코팅 등을 적용할 수 있다. 측면 코팅층은 내화물과 접촉하는 곳으로 두께가 두껍고, 경도가 높아야 하므로 원통부 경도금층과는 차별화된다. 니켈-보론 도금은 측면 도금 공정시 적용하는데, 먼저 니켈도금을 실시하다가 보론을 투입하기 시작하면 니켈-보론 복합도금이 형성되며, 이때 보론 투입량과 분사속도에 따라 도금층의 경도가 달라지게 되며, 고경도와 두꺼운 도금층 형성이 가능하므로 많은 잇점이 있다.

마지막 공정인 최외각 원통부 고경도층은 조도 부여후 조도가 그대로 전사되어 나타나야 하므로 얇고 경도가 높은 도금층이 필요한데, 주로 Ni-W 이나 Ni-Co 등의 도금층이 적용되고 있으며, 이를 조합하여 주조롤의 내구성을 향상시키고, 주 조재의 에지부 및 표면품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 쌍롤식 박판주조장치의 개략도

도 2는 종래의 도금방법 및 도금장치의 개략도

도 3는 종래의 주조롤 도금층 개략도: (A)는 주조롤 모식도, (B)는 주조롤 표층부 도금층 세부 개략도

도 4는 종래의 경도금층과 조도부여 조건과의 관계 및 실시 예시도: (A)는 경도금층과 조도부여 조건과의 관계, (B)는 실시 예시도

도 5는 본 발명의 경도금층과 조도부여 조건과의 관계 및 실시 예시도: (A)는 경도금층과 조도부여 조건과의 관계, (B)는 실시 예시도

♠도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 : 래들 2 : 턴디쉬 3 : 주입노즐

4 : 메니스커스쉴드 5 : 에지댐 6 : 주조롤

7 : 롤닙 8 : 주편 9 : 코일권취설비

10 : 양극 20 : 도금조 30 : 도금액

40 : 주형롤 축부 50 : 주형롤 동부 60 : 정류기

70 : 니켈도금층 80 : 측면 코팅층 90 : 원통부 경도금층

91 : 경도금층의 조도산 92 : 경도금층의 조도골 100 : 미세조도

Claims (13)

1. 원통부와 측면부에 1차로 니켈도금층을 형성하고, 상기 니켈도금층 위에 경도금층을 형성하되,

   상기 원통부는 니켈도금층에 조대조도를 부여한 후, 여기에 미세조도를 부가하여 동시에 형성시킨 후, 경도금층을 형성시키되,

   상기 미세조도는 직경 0.2mm초과 ~ 0.5mm이하이고, 깊이 5㎛이상 ~ 10㎛미만이며, 조도값은 Ra 1.0 ~ 8.0 ㎛ 이며,

   상기 측면부에 형성된 경도금층은 니켈-보론 복합도금층인 것을 특징으로 하는 내구성이 향상된 주조용롤.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 조대조도는, 직경 0.5 ~ 1.0 mm 이며, 깊이 50 ~ 200 ㎛ 이고, 조도값은 Ra 15 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 내구성이 향상된 주조용롤.
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 조대조도는, 에지부의 조도값이 중앙부위의 조도값보다 낮은 것을 특징으로 하는 내구성이 향상된 주조용롤.
6. 롤의 측면부에 니켈 도금층과 니켈-보론 복합도금층으로 이루어진 경도금층을 차례로 형성하는 단계와,

   롤의 원통부에 니켈 도금층을 형성하는 단계와,

   상기 원통부의 니켈 도금층 위에 조대조도를 부여하는 단계와,

   상기 조대조도가 부여된 니켈 도금층 위에 미세조도를 부여하는 단계와,

   상기 미세조도가 부여된 니켈 도금층 위에 경도금층을 형성하는 단계로 이루어지되,

   상기 미세조도 부여단계는, 쇼트볼 0.2 ~ 1.0mm 직경의 것을 사용하여, 직경 0.2 mm초과 ~ 0.5mm이하이고, 깊이 5㎛이상 ~ 10㎛미만이며, 조도값은 Ra 1.0 ~ 8.0 ㎛ 의 미세조도를 부여하는 것을 특징으로 하는 내구성이 향상된 주조용롤의 제조방법.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 조대조도 부여단계는, 쇼트볼 1.0 ~ 2.5mm 직경의 것을 사용하여

   직경 0.5 ~ 1.0 mm 이며, 깊이 50 ~ 200 ㎛ 이고, 조도값은 Ra 15 ㎛ 이상인 조대조도를 부여하는 것을 특징으로 하는 내구성이 향상된 주조용롤의 제조방법
8. 삭제
9. 삭제
10. 청구항 6에 있어서,

    상기 원통부의 경도금층은 Ni-W, 또는 Ni-Co의 도금층인 것을 특징으로 하는 내구성이 향상된 주조용롤의 제조방법.
11. 청구항 6에 있어서,

    상기 원통부 니켈 도금층은 경도가 Hv 100 ~ 200 인 것을 특징으로 하는 내구성이 향상된 주조용롤의 제조방법.
12. 청구항 6에 있어서,

    상기 측면부 및 원통부의 경도금층은 경도가 Hv 200 ~ 1,000 인 것을 특징으로 하는 내구성이 향상된 주조용롤의 제조방법
13. 청구항 6에 있어서,

    상기 원통부의 니켈도금층 위에 경도금층을 형성하기 전에 니켈 도금층에 크라운 가공을 적용하는 것을 특징으로 하는 내구성이 향상된 주조용롤의 제조방법

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