KR101180255B1 - 내 드로스 성 및 내 박리성이 우수한 코팅층을 갖는 롤 및 코팅방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내 드로스 성 및 내 박리성이 우수한 코팅층을 갖는 용융 아연 도금욕 내에서 사용되는 씽크 롤 등의 부재 및 상기 부재 표면을 코팅하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 모재의 롤 표면에 텅스텐 카바이드 함유 코팅층을 포함하는 용융 아연도금 욕 중에 침지되어 사용되는 롤 부재로서, 상기 롤의 모재와 텅스텐 카바이드 코팅층 사이에 스텔라이드(Stellite) 6 코팅층을 포함하는 롤 부재, 및 용융 아연도금 욕 중에 침지되어 사용되는 롤 부재의 코팅 방법에 있어서, 상기 부재의 모재 상에 스텔라이트 6 분말을 용사 코팅하고, 그 위에 텅스텐 카바이드 분말 또는 텅스텐 카바이드와 텅스텐 보라이드의 혼합 분말을 용사 코팅하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법을 제공한다.

씽크 롤, 용사 코팅, 스텔라이트 6, 텅스텐 카바이드, 텅스텐 보라이드

Description

내 드로스 성 및 내 박리성이 우수한 코팅층을 갖는 롤 및 코팅방법{COATED ROLL HAVING EXCELLENT ANTI-DROSS PROPERTY AND ANTI-PEELING PROPERTY AND COATING METHOD}

본 발명은 철강 제품 중 아연 도금 강판을 생산하기 위한 용융아연 도금 설비 중 표면에 내 드로스성 및 내박리성 향상을 위한 코팅층을 갖는 씽크 롤 등의 부재 및 상기 부재를 코팅하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 아연 도금을 위한 연속 용융도금(Continuous Galvanizing) 공정은 강판의 예열, 강판의 도금, 강판의 후처리 공정 등으로 나누어지며, 이 중 강판 도금의 도금 욕조 내에서 일어나는 공정이 도금제품의 품질을 가장 크게 좌우한다.

연속 용융 아연도금 공정에서는 일정한 소둔 로에서 예열된 강판이 스나우트를 통과하여 아연 욕조에 침지되며, 씽크 롤(sink roll 또는 포트 롤(pot roll))을 거쳐 스테빌라이징 롤(stabilizing roll)을 경유하여 강판이 상부로 이송하게 된다. 이때, 상기 씽크 롤은 상부 타워에서 당기는 힘에 의하여 지지되며 강판과 직접적으로 마찰을 하고 있어서 강판의 품질에 직접적 영향을 미친다.

한편, 상기 싱크 롤에서는 유입된 강판의 진행 방향이 꺾이고, 상부 탑(Top) 롤에 의한 10ton의 인장력에 의하여 강판이 이송한다. 상기 포트 롤과 스테빌라이징 롤은 용융 아연 도금 욕 내에서 회전하며, 강판의 철 성분과 도금 욕 중의 아연 및 알루미늄 성분의 반응에 의해 FeZn₇과 Fe₂Al₅ 등의 드로스(dross)가 생성되어 강판과 씽크 롤 사이에 존재하여 부착하게 되는데, 이와 같은 드로스의 부착은 강판의 표면에 스크래치 등의 결함을 유발한다. 구체적으로는, 싱크 롤의 경우, 상부 드로스와 하부 드로스의 영향에 의해 롤 표면에 드로스가 부착하게 되고, 이러한 롤 표면에 생성된 드로스에 의해 강판 표면에 스크래치 등의 표면 결함을 일으킨다.

이와 같이, 씽크 롤은 드로스에 의해 롤 표면에 결함이 발생하게 되고, 이러한 씽크 롤의 표면 결함은 강판의 표면에 대한 결함을 발생시켜, 강판의 품질 저하를 일으킨다.

이에, 기존의 씽크 롤의 코팅은 용융 아연과의 반응성이 작은 코발트 계통 금속에 텅스텐 카바이드의 금속 용사 코팅용 재료의 혼합물(WC-Co)을 용사하여 씽크 롤 표면에 코팅함으로써 용융 아연 도금 욕 내에서의 드로스 발생 및 드로스의 롤 표면에의 부착 확률을 저하시키고 있다.

그러나 이와 같은 씽크 롤의 코팅은 롤 표면의 코팅층과 모재와의 밀착력을 저하시키고, 용사공정을 이용하여 롤 표면에 코팅할 수 있는 금속 재료가 제한되는 등의 문제점이 존재한다. 특히 모재로서, 용융 아연 금속 내에서 낮은 반응성을 갖는 스테인레스 계열의 316L이 많이 사용되는데, 코발트 계열 금속의 용사 코팅은 열팽창계수 차이에 의해, 모재로부터 코팅층이 박리되는 등, 사용에 제한이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 함을 목적으로 하는 것으로서, 기존의 용사 코팅 방식을 적용하여 모재에 코발트 계열의 코팅층을 형성하는 경우, 모재로부터 코팅층이 박리되지 않도록 코팅하는 방법 및 이러한 코팅층이 형성된 롤을 제공함을 목적으로 한다.

나아가, 씽크 롤 표면에 드로스로 인한 결함을 감소시키고, 씽크 롤의 수명을 장기화하여 도금강판의 품질 결함을 최소화함으로써 고속 용융도금을 할 수 있도록 함을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해,

제1 구현예로서, 모재의 롤 표면에 텅스텐 카바이드 함유 코팅층을 포함하는 용융 아연도금 욕 중에 침지되어 사용되는 롤 부재로서, 상기 롤의 모재와 텅스텐 카바이드 코팅층 사이에 스텔라이드(Stellite) 6 코팅층을 포함하는 롤 부재,

제2 구현예로서, 상기 스텔라이트 6의 용사 코팅층은 250 내지 350㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 롤 부재,

제3 구현예로서, 상기 텅스텐 카바이드 함유 코팅층은 100 내지 300㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 롤 부재,

제4 구현예로서, 상기 텅스텐 카바이드 함유 코팅층은 텅스텐 보라이드를 추가로 함유하는 코팅층임을 특징으로 하는 롤 부재,

제5 구현예로서, 상기 모재는 스테인레스 계열의 316L인 것을 특징으로 하는 롤 부재,

제6 구현예로서, 용융 아연도금 욕 중에 침지되어 사용되는 롤 부재의 코팅 방법에 있어서, 상기 롤 부재의 모재 상에 스텔라이트 6 분말을 용사 코팅하고, 그 위에 텅스텐 카바이드 분말 또는 텅스텐 카바이드와 텅스텐 보라이드의 혼합 분말을 용사 코팅하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법,

제7 구현예로서, 상기 스텔라이트 6 입자는 45-80㎛인 것을 특징으로 하는 코팅 방법,

제8 구현예로서, 상기 텅스텐 카바이드 분말 및 텅스텐 보라이드 분말의 입자 사이즈는 40-80㎛의 직경을 갖는 것임을 특징으로 하는 코팅 방법, 및

제9 구현예로서, 상기 모재는 스테인레스 계열의 316L인 것을 특징으로 하는 코팅 방법을 제공한다.

본 발명의 방법에 의해 316L 모재의 씽크 롤 표면에 코발트 계열의 코팅층을 형성하더라도 상기 모재로부터 코팅층이 박리되는 문제점을 해결할 수 있으며, 이로 인해 씽크 롤의 수명을 장기화할 수 있음은 물론, 코발트 계열의 코팅층을 씽크 롤 표면에 코팅됨으로써 드로스로 인한 결함의 최소화를 유지할 수 있어, 고속 용융도금이 가능하다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 씽크 롤 표면에 코발트 계열 의 스텔라이트 6 용사 코팅층을 도입하고, 그 위에 텅스텐계열의 코팅층을 형성한다. 이하, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 도금 공정 중에 사용되는 씽크 롤의 모식도를 나타내는 도면이다. 일반적으로 씽크 롤은 예열된 강판이 아연 도금 욕 내로 유입되고 난 후 도금이 되는 부위로서, 상기 씽크 롤을 지난 도금 강판은 스테빌라이징 롤(Stabilizing roll)을 거쳐 상부 타워로 올라간다. 상기 스테빌라이징 롤은 강판의 사향 방지 및 도금 강판의 표면 품질 균일화를 위한 것이다.

일반적으로, 모재 상에 형성된 텅스텐 카바이드 또는 텅스텐 보라이드 계열의 코팅층은 모재와의 열팽창 계수 차이에 의해 용융 아연도금 욕 내로 유입될 경우 코팅층의 크랙이 발생하게 된다. 이에 본 발명은 모재와 텅스텐 카바이드 함유 코팅층 내에 스텔라이드 6 코팅층을 도입함으로써 모재와 텅스텐 카바이드 함유 코팅층 간의 밀착력을 향상시키고자 한다.

본 발명은 씽크 롤이나 스테빌라이징 롤과 같이 용융아연 도금 욕에 침지되어 사용되는 부재의 표면에 스텔라이트 6의 용사 코팅층을 먼저 코팅하고 난 후, 텅스텐카바이드를 포함된 코팅층을 형성한다.

상기 씽크 롤이나 스테빌라이징 롤 등은 통상 스테인레스 계통의 316L로 형성되는바, 모재가 316 L로 이루어진 것을 대표적인 것으로 설명한다.

우선 이와 같은 316L 모재의 표면에 스텔라이트 6의 코팅층을 형성한다. 이러한 스텔라이트 6의 코팅층은 그 위에 형성되는 텅스텐카바이드 함유 코팅층과 모재와의 접합력 향상을 위한 본드 코팅으로서의 역할을 수행한다.

상기 스텔라이트 6 코팅층은 HVOF(High Velocity Oxygen Fuel) 용사 코팅 방법을 이용하여 코팅한다. 상기 HVOF 용사 코팅은 통상적으로 사용되는 방법 및 조건을 적용할 수 있는 것으로서, 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다.

상기 스텔라이트 6 코팅층은 입자 사이즈가 45~80㎛ 범위의 직경을 갖는 분말을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 입자 사이즈가 45㎛ 미만의 분말을 사용하는 경우에는 용사 코팅이 용이하지 않으며, 80㎛를 초과하는 경우에는 입자가 충분히 용해되지 않고 분말상태로 존재하게 되어 강판 표면에 스크래치 유발의 문제를 야기할 수 있다.

나아가, 상기 스텔라이트 6 코팅층의 두께는 250-350㎛의 범위로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 스텔라이트 6 코팅층의 두께가 250㎛ 미만인 경우에는 모재와 텅스텐카바이드 함유 코팅층과의 접합력이 약하여 코팅층의 박리가 일어날 우려가 있고, 350㎛를 초과하는 경우에는 경도가 낮은 스텔라이트 코팅층의 높은 두께로 인해 전체 코팅층의 경도 저하를 유발하는바, 상기와 같은 두께 범위를 갖도록 코팅하는 것이 바람직하다.

다음으로, 스텔라이트 6 코팅층 상에 내마모성을 부여하기 위해 텅스텐 카바이드(WC)를 함유하는 코팅층을 형성한다. 상기 코팅층은 텅스텐 카바이드 분말을 용사 코팅방법을 적용하여 형성한다. 상기 코팅층은 텅스텐 카바이드 분말과 함께 텅스텐 보라이드 분말을 혼합하여 형성할 수 있다.

상기 텅스텐 카바이드 및 텅스텐 보라이드 분말의 입자 사이즈는 45~80㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 텅스텐 카바이드 입자의 크기가 상기 범위에 속하는 경우에는 표면의 텅스텐 일부가 용해되어 코팅층 상으로 고용됨에 따라 양호한 내 드로스성이 생긴다. 그러나 텅스텐 입자가 45㎛ 미만인 경우에는 용사 코팅공정이 어렵고, 코팅 공정 중에 텅스텐 카바이드가 분해되어 내마모성의 역할을 하지 못하고, 80㎛를 초과하는 경우에는 입자가 너무 커서 강판에 스크래치를 발생시키는 등 강판 표면에 영향을 끼치는바, 상기 범위의 입자사이즈를 갖는 분말을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 텅스텐 카바이드 및 텅스텐 보라이드의 용사 코팅층은 두께가 100 내지 300㎛의 범위를 갖도록 코팅하는 것이 바람직하다. 이러한 코팅층이 마모되는 경우에 롤 표면을 재코팅해야 하는데, 이러한 코팅층의 두께가 100㎛ 미만인 경우에는 롤의 사용수명이 짧아지고, 300㎛를 초과하는 경우에는 복수 회 용사 코팅을 행해야 하고, 이 과정에서 각 코팅층의 박리 문제가 발생할 우려가 있다. 나아가, 열팽창계수 차이에 의한 크랙이 발생하는 문제가 있는바, 상기 범위의 두께를 갖도록 코팅하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 스텔라이드 6의 용사 코팅 후에 텅스텐 카바이드 코팅 또는 텅스텐 카바이드와 텅스텐 보라이드의 코팅을 하는 경우, 기존의 텅스텐 카바이드-코발트(WC-Co) 계열의 용사 코팅을 한 경우에 비하여 316L 모재에 대한 텅스텐카바이드 함유 코팅층의 밀착력을 향상시킬 수 있어 코팅층의 박리 현상을 완화시킬 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다.

실시예

실시예 1

316L로 이루어진 씽크 롤의 표면을 알루미나 샌드를 이용하여 4kgf/㎠의 공기압으로 3분간 그리트 블라스팅을 행하고, 아세톤을 사용하여 초음파 세척하였다. 그 후에, 평균 입자사이즈 50㎛의 스텔라이트 6 분말을 산소 및 수소가스를 사용하여 화염 온도 약 3,100℃ 및 용융입자의 비산속도 2,100m/sec의 초고속으로 분사하여 두께 300㎛의 스텔라이트 용사 코팅층을 형성하였다.

상기 스텔라이트 6 코팅층이 완전히 굳은 후에, 평균 입자사이즈 50㎛의 텅스텐 카바이드 분말을 산소 및 수소가스를 사용하여 화염 온도 약 3,100℃ 및 용융입자의 비산 속도 2,100m/sec의 초고속으로 분사하여 두께 300㎛의 텅스텐 카바이드 코팅층을 형성하였다. 얻어진 시편의 단면을 전자현미경으로 촬영하여 도 2에 나타내었다.

얻어진 씽크 롤의 표면을 코팅층의 전체 두께가 500㎛가 되도록 표면을 균일하게 연마하고, 얻어진 씽크 롤을 430℃의 용융아연도금액에 14일 동안 침지하여 코팅 표면에 대한 코팅 표면의 박리, 크랙 발생 여부 및 드로스 부착 여부를 육안으로 관찰하였다.

관찰 결과, 코팅 표면은 최초 코팅시와 동일한 표면을 유지하고 있어, 내드 로스 성이 우수하고, 모재로부터 코팅층이 박리되지 않음을 확인할 수 있었다.

도 1은 용융 아연도금 설비 공정을 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따라 용사 코팅된 씽크 롤의 단면을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 강판 2: 용융아연도금 욕

3: 스테빌라이징 롤(stabilizing roll)

4: 포트 롤(pot roll) 5: 부쉬(bush)

6: 슬리브(sleeve) 7: 슬리브 모재

8: 스텔라이트 6 코팅층 9: WC-WB계열 코팅층

Claims (9)

1. 용융 아연도금 욕 중에 침지되어 사용되는 롤 부재로서, 상기 롤 부재는 모재의 표면에 100 내지 300㎛ 두께의 텅스텐 카바이드 코팅층을 포함하며, 상기 모재와 상기 텅스텐 카바이드 코팅층 사이에 250 내지 350㎛ 두께의 스텔라이트 6 코팅층을 포함하고, 상기 텅스텐 카바이드 코팅층은 텅스텐 보라이드를 함유하는 것을 특징으로 하는 롤 부재.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서, 상기 모재는 스테인레스 계열의 316L인 것을 특징으로 하는 롤 부재.
6. 용융 아연도금 욕 중에 침지되어 사용되는 롤 부재의 코팅 방법에 있어서,

   상기 롤 부재의 모재 상에 평균 입자 사이즈가 45-80㎛인 스텔라이트 6 분말을 용사 코팅하여 250 내지 350㎛ 두께의 코팅층을 형성하는 단계; 및

   상기 스텔라이트 6의 코팅층 상에 평균 입자 사이즈가 45-80㎛인 텅스텐 카바이드와 텅스텐 보라이드의 혼합 분말을 용사 코팅하여 100 내지 300㎛ 두께의 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 코팅 방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 6항에 있어서, 상기 모재는 스테인레스 계열의 316L인 것을 특징으로 하는 코팅 방법.

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