KR102653124B1 - 가공성을 증대시킨 용사 코팅용 와이어의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가공성을 증대시킨 용사 코팅용 와이어에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 용사 코팅용 와이어의 조성으로 마그네슘 및 알류미늄을 첨가하여, 용사 코팅용 와이어의 내식성을 향상시키고, 이트륨을 첨가하여 연신율을 증대시켜, 가공성을 증대시킬 수 있는 가공성이 향상된 용사 코팅용 와이어의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 가공성을 증대시킨 용사 코팅용 와이어에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 용사 코팅용 와이어의 조성으로 마그네슘, 알류미늄 및 이트륨을 첨가하여, 용사 코팅용 와이어의 내식성 및 연신율을 증대시킬 수 있는 가공성이 향상된 용사 코팅용 와이어의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 강관은 합금 판재를 말아 모서리 부분을 서로 맞대어 용접함으로써 제작되는데, 용접시 용접부와 열 영향부는 도금 코팅이 벗겨지므로 방청을 위해 용사 코팅과 열처리를 수행한다.
여기서, 용사 코팅은 용사 코팅용 와이어를 용사기에 투입하여 금속 표면을 코팅처리하는 것을 말하며, 주로 사용되는 용사 코팅용 와이어는 99% 아연(Zn) 소재로 이루어져 있다.
이러한 용사 코팅은 대형구조물 코팅 및 조선소 등 광범위한 용도로 사용되며, 용융도금보다 아연을 절약할 수 있고, 공정속도가 훨씬 빠르며, 생산 원가 또한 훨씬 저렴하여 최근 트렌드인 저탄소 에너지 절감 트렌드에 부함하는 기술이다.
하지만, 아연 소재로 이루어진 용사 코팅용 와이어를 이용한 용사 코팅의 경우 내식성을 떨어지는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 아연에 알루미늄 및 마그네슘을 첨가하여 내식성을 5~10배 향상시키는 초고내식 용융 합금 도금 강판에 대한 연구가 1990년대 후반 일본에서 시작되어 현재까지 연구개발되고 있다.
또한, 알루미늄 및 마그네슘이 첨가된 초고내식 용융 합금 도금 강판의 경우 스테인레스나 알류미늄에 비해 저렴하고, 사용되는 아연이 절감되어 경제성이 우수한 효과가 있었다.
도 1은 종래의 Zn-Al-Mg계 용융합금도금강판의 부식되는 과정을 설명하기 위한 도면으로, 도 1 (a)는 부식환경에 노출되기 전의 모습이고, 도 1(b)는 부식환경에 노출된 후의 모습이고, 도 1 (c)는 종래의 Zn-Al-Mg계 용융합금도금강판에 99.9% 아연으로 이루어진 용사용 와이어를 이용하여 용사코팅하였을 경우의 모습이다.
도 1 (a) 및 (b)를 참조하면, Zn-Al-Mg계 용융합금도금강판의 단면부가 부식환경에 노출될 경우 단면부의 Zn/MgZn2 2원 공정조직 또는 MgZn2 단상조직으로부터 Mg2+ 양이온이 용출되며, 용출된 Mg2+ 양이온은 캐소드 영역인 도금층 단면부로 이동하여 치밀하고 안정된 부식 생성물을 형성시켜, 도금강판의 단면부 내식성을 향상시킨다.
도 1 (c)를 참조하면, 모재인 고내식 강판 소재 조성은 Al 4% 및 Mg 2%이상으로 이루어져 있지만, 용사코팅의 조성은 99.9% 아연으로 이루어져 있어, 모재와 용사코팅간의 전위차가 발생함에 따라 부식속도가 증가하는 문제점 있었다.
도 2는 종래의 Zn-Al-Mg계 용융합금도금강판에 99.9% 아연으로 이루어진 용사용 와이어를 이용하여 용사코팅하였을 경우 발생되는 파단을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 전위차의 발생을 줄이기 위해 Zn-Al-Mg 3원계 용사 와이어를 이용하여 용사 코팅하여, 내식성은 증대시켰으나, MgZn2 단상조직이 불규칙하게 배열되어, 상온에서 가공할 경우 파단이 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 용사 코팅용 와이어의 조성으로 이트륨을 포함시켜, 연신율을 증가시킬 수 있는 가공성을 증대시킨 용사 코팅용 와이어의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 종래의 아연으로 이루어진 용사 코팅용 와이어의 조성으로 마그네슘을 포함시켜, 내식성을 증대시킬 수 있는 가공성을 증대시킨 용사 코팅용 와이어의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 가공성을 증대시킨 용사 코팅용 와이어의 제조방법으로서, 와이어 제작을 위한 원재료인 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 및 이트륨(Y)을 준비하는 단계, 상기 원재료를 몰드에 투입한 후 용해로에서 용해한 후, 냉각하여 빌렛을 제작하는 단계, 제작된 빌렛을 일정시간 가열한 뒤 와이어의 형상으로 압출하고, 압출된 빌렛을 수냉시키는 단계, 압출된 빌렛을 인발하여, 원하는 직경의 용사 코팅용 와이어를 제작하는 단계를 포함하고, 상기 원재료의 조성비는 상기 마그네슘 1 내지 10 중량%, 알루미늄 2 내지 4 중량%, 이트륨 0.2 내지 2 중량% 및 나머지는 상기 아연으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용사 코팅용 와이어의 제조방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 원재료의 용해는 600 내지 700도의 온도에서 30 내지 60분 동안 수행하는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제작된 빌렛은 250 내지 350도의 온도에서 50분 내지 70분 동안 가열한 뒤 와이어의 형상으로 압축하는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 인발은 열간 인발이며, 30 내지 50도의 온도로 수행하는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 인발은 압축된 빌렛이 원하는 직경의 용사 코팅용 와이어가 되도록 다수번 인발하는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 인발과 인발 사이에는 인발된 용사 코팅용 와이어에 파단이 발생하지 않도록 열처리 후 자연냉각 하는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 인발은 인발된 용사 코팅용 와이어의 직경이 1.5mm 보다 클 경우 4cm/sec 속도로 수행하고, 상기 용사 코팅용 와이어의 직경이 1.5mm 보다 작을 경우 2cm/sec의 속도로 수행하는 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 열처리는 300도로 40분 내지 80분동안 유지한 후 11시간 내지 13시간동안 자연냉각 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 용사 코팅용 와이어의 제조방법을 제조된 용사 코팅용 와이어를 더 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 용사 코팅용 와이어를 이용하여 용사 코팅된 강관을 더 제공한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
본 발명의 가공성을 증대시킨 용사 코팅용 와이어의 제조방법에 의하면, 용사 코팅용 와이어의 조성으로 이트륨을 포함시켜, 연신율을 증대시킴으로써, 용사 코팅용 와이어의 제조 가공성을 향상시킬 수 있고, 상온에서 용사 코팅용 와이어를 제조할 수 있는 장점을 지닌다.
본 발명의 가공성을 증대시킨 용사 코팅용 와이어의 제조방법에 의하면, 용사 코팅용 와이어의 조성으로 마그네슘을 포함시켜, 내식성을 증대시킴으로써, 용사 코팅용 와이어를 이용하여 강관을 용접할 경우 용접 부위의 내식성을 증대시킬 수 있는 장점을 지닌다.
도 1은 종래의 Zn-Al-Mg계 용융합금도금강판의 부식되는 과정을 설명하기 위한 도면으로, 도 1 (a)는 부식환경에 노출되기 전의 모습이고, 도 1(b)는 부식환경에 노출된 후의 모습이고, 도 1 (c)는 종래의 Zn-Al-Mg계 용융합금도금강판에 99.9% 아연으로 이루어진 용사용 와이어를 이용하여 용사코팅하였을 경우의 모습이다.
도 2는 종래의 Zn-Al-Mg계 용융합금도금강판에 99.9% 아연으로 이루어진 용사용 와이어를 이용하여 용사코팅하였을 경우 발생되는 파단을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 용사 코팅용 와이어의 제조방법을 설명하기 위한 단계도이다.
도 4는 본 발명에 따른 용사 코팅용 와이어의 제조방법에 사용되는 몰드와 제작된 빌렛을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 용사 코팅용 와이어의 제조방법에 사용되는 압출기와 압출기를 통해 압출된 빌렛을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 용사 코팅용 와이어의 제조방법에 인발공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 용사 코팅용 와이어의 특정 온도에서 형성되는 상의 상태를 설명하기 위한 열역학 그래프로, (a)는 비교예의 열역학 그래프이고, (b)는 실시예 1의 열역학 그래프이고, (c)는 실시예 2의 열역학 그래프이고, (d)는 실시예 3의 그래프이다.
도 8a는 관찰한 단면 위치를 설명하기 위한 도면이고, 도 8b는 각각의 단면 위치를 관찰한 이미지이다.
도 9는 비교예 및 실시예 3의 표면을 관찰한 이미지로, (a)는 비교예를 1㎛의 배율로 확인한 이미지이고, (b)는 비교예를 100㎚배율로 확인한 이미지이고, (c)는 실시예 3을 200㎚의 배율로 확인한 이미지이고, (d)는 실시예 3을 500㎚의 배율로 확인한 이미지이다.
도 10은 실시예 3을 이용하여 강관을 용사코팅한 후 표면을 SEM으로 촬영한 이미지이다.
도 11은 실시예 3을 이용하여 강관을 용사코팅한 후 절삭하여 단면을 SEM으로 촬영한 이미지이다.
도 12a는 는 실시예 1의 연신율을 측정한 그래프이고, 도 12는 실시예 2의 연신율을 측정한 그래프이고, 도 12는 실시예 3의 연신율을 측정한 그래프이다.
도 2는 종래의 Zn-Al-Mg계 용융합금도금강판에 99.9% 아연으로 이루어진 용사용 와이어를 이용하여 용사코팅하였을 경우 발생되는 파단을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 용사 코팅용 와이어의 제조방법을 설명하기 위한 단계도이다.
도 4는 본 발명에 따른 용사 코팅용 와이어의 제조방법에 사용되는 몰드와 제작된 빌렛을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 용사 코팅용 와이어의 제조방법에 사용되는 압출기와 압출기를 통해 압출된 빌렛을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 용사 코팅용 와이어의 제조방법에 인발공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 용사 코팅용 와이어의 특정 온도에서 형성되는 상의 상태를 설명하기 위한 열역학 그래프로, (a)는 비교예의 열역학 그래프이고, (b)는 실시예 1의 열역학 그래프이고, (c)는 실시예 2의 열역학 그래프이고, (d)는 실시예 3의 그래프이다.
도 8a는 관찰한 단면 위치를 설명하기 위한 도면이고, 도 8b는 각각의 단면 위치를 관찰한 이미지이다.
도 9는 비교예 및 실시예 3의 표면을 관찰한 이미지로, (a)는 비교예를 1㎛의 배율로 확인한 이미지이고, (b)는 비교예를 100㎚배율로 확인한 이미지이고, (c)는 실시예 3을 200㎚의 배율로 확인한 이미지이고, (d)는 실시예 3을 500㎚의 배율로 확인한 이미지이다.
도 10은 실시예 3을 이용하여 강관을 용사코팅한 후 표면을 SEM으로 촬영한 이미지이다.
도 11은 실시예 3을 이용하여 강관을 용사코팅한 후 절삭하여 단면을 SEM으로 촬영한 이미지이다.
도 12a는 는 실시예 1의 연신율을 측정한 그래프이고, 도 12는 실시예 2의 연신율을 측정한 그래프이고, 도 12는 실시예 3의 연신율을 측정한 그래프이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 용사 코팅용 와이어의 제조방법을 설명하기 위한 단계도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 용사 코팅용 와이어의 제조방법은 와이어의 조성으로 이트륨을 포함하여, 용사 코팅용 와이어의 연신율을 증대시킴으로써, 가공성을 향상시킬 수 있는 용사 코팅용 와이어의 제조방법으로서, 먼저, 와이어 제작을 위한 원재료인 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 및 이트륨(Y)을 준비한다(S100).
또한, 상기 원재료의 조성비는 상기 마그네슘 1 내지 10 중량%, 알루미늄 2 내지 4 중량%, 상기 이트륨 0.2 내지 2 중량% 및 나머지는 상기 아연으로 이루어진다.
여기서, 상기 이트륨은 용사 코팅용 와어이를 제조시 연신율을 증대시키는 역할을 한다.
다음, 상기 원재료를 몰드에 투입하여 용해로에서 용해한 후, 냉각하여 빌렛을 제작한다(S200).
여기서, 상기 몰드는 도 4 (a)와 같이 흑연으로 이루어진 흑연 몰드(210)일 수 있다.
이는 상기 흑연의 경우 융점이 높아 원재료를 용해하더라도 몰드(210)는 용해되지 않으며, 열전도도가 높아 원재료의 용해가 용이하기 때문이다.
또한, 상기 용해로는 전기 용해로일 수 있으며, 질화 붕소 방청재가 상기 몰드에 도포된 채 상기 원재료가 투입된다.
또한, 상기 상기 원재료를 용해시 관을 통해 불활성 가스를 공급함과 동시에 교반시킴으로써, 균일하게 용해되게 한다.
이때, 상기 원재료의 용해는 600 내지 700도의 온도에서 30 내지 60분 동안 수행하는 것이 바람직하며, 도 4 (b)는 제작된 빌렛(200)을 보여주는 도면이다.
다음, 제작된 빌렛(200)을 도 5에서 도시한 수평식 복동 압출기(300)에 투입하여 일정시간 가열한 후 와이어의 형상으로 압출하고, 압출된 빌렛을 수냉시킨다(S300).
이때, 상기 제작된 빌렛(200)은 250 내지 350도의 온도에서 50분 내지 70분 동안 가열되며, 500톤의 압력으로 압축하는 것이 바람직하다.
또한, 와이어의 형상으로 압출된 빌렛(310)은 스프레이와 수조를 이용하여 수냉될 수 있다.
다음, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 와이어의 형상으로 압출된 빌렛(310)은 인발기(400)를 통해 인발하여 원하는 직경의 용사 코팅용 와이어(400a)를 제작한다(S400).
여기서, 상기 인발은 열간 인발이며, 도 6과 같이 가열기(410)를 통해 와이어 형상으로 압출된 빌렛(210)에 30 내지 50도의 온도로 열을 가함과 동시에 인발한다.
또한, 상기 인발은 압축된 빌렛(210)이 원하는 직경의 용사 코팅용 와이어가 되도록 다수번 인발할 수 있다.
또한, 상기 인발과 인발 사이에는 인발된 용사 코팅용 와이어에 파단이 발생하지 않도록 열처리 후 자연냉각 하는것이 바람직하다.
이는 인발을 거칠수록 인발된 용사 코팅용 와이어에 마찰응력이 쌓이면서 파단이 발생될 수 있기 때문에 열처리하여 응력을 제거하기 위함이며, 바람직하게는 다수번의 인발 중 열처리를 2번 수행한다.
여기서, 상기 열처리에 가해지는 열은 250 내지 350도의 온도로 50 내지 70분동안 가열될 수 있다.
또한, 상기 인발은 인발된 용사 코팅용 와이어의 직경이 1.5mm 보다 클 경우 4cm/sec 속도로 수행하고, 상기 용사 코팅용 와이어의 직경이 1.5mm 보다 작을 경우 2cm/sec의 속도로 수행하는 것이 바람직하다.
이는 인발 속도가 빠를수록 파단 발생 빈도가 잦아지기 때문에 직경이 큰 압축된 빌렛(210)에서는 인발 속도를 빠르게 하고, 인발 후 직경이 작아진 인발된 용사 코팅용 와이어는 인발속도를 늦춰 파단의 발생을 억제함과 동시에 인발 효율을 증대시키기 위함이다.
또한, 상기 인발은 6회의 인발과정을 포함하고, 1.8파이 직경의 압출된 빌렛을 1.8파이->1.7파이->1.6파이->1.5파이->1.4파이->1.3파이->.12파이 순으로 직경을 즐인다.
또한, 본 발명은 용사 코팅용 와이어의 제조방법으로 제조된 용사 코팅용 와이어를 더 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 용사 코팅용 와이어를 이용하여 용사 코팅된 강관을 더 제공한다.
비교예
먼저, 알루미늄 2 중량%, 마그네슘 1.5 중량% 및 나머지는 아연으로 이루어진 원재료를 준비하였다.
다음, 준비된 원재료를 흑연 몰드에 투입한 후 전기 용해로에서 640도의 온도로 40분동안 용해하였다.
여기서, 상기 원재료가 균일한 용해가 되도록 흑연 몰드에 불활성 가스를 공급함과 동시에 균일하게 교반한 후 냉각하여 빌렛을 제작하였다.
다음, 제작된 빌렛을 500톤 수평식 복동 압출기에 투입하여 300도의 온도에서 1시간동안 가열한 뒤 500톤의 압력으로 와이어 형상으로 압출하고, 압출된 빌렛을 스프레이와 수조를 이용하여 수냉시켰다.
다음, 압축된 빌렛을 6차례 인발하였으며, 1차 인발, 2차 인발, 3차 인발은 4cm/sec의 속도로 인발하였고, 4차 인발, 5차 인발, 6차 인발은 2cm/sec의 속도로 인발하여, 용사 코팅용 와이어를 수득하였다.
여기서, 인발은 120도로 열간인발하였으며, 인발 공정들 사이에 300도로 1시간 동안 열처리한 이후 12시간 자연냉각을 진행하였다.
실시예 1
비교예와 비교하여, 알루미늄 2중량%, 마그네슘 1.5중량%, 이트륨 0.2중량% 및 나머지는 아연으로 이루어진 원재료와 열간인발 온도를 100도로 수행한 것을 제외하고는 동일하게 수행하여, 용사 코티용 와이어를 수득하였다.
실시예 2
비교예와 비교하여, 알루미늄 2중량%, 마그네슘 1.5중량%, 이트륨 0.6중량% 및 나머지는 아연으로 이루어진 원재료와 열간인발 온도를 60도로 수행한 것을 제외하고는 동일하게 수행하여, 용사 코티용 와이어를 수득하였다.
실시예 3
비교예와 비교하여, 알루미늄 2중량%, 마그네슘 1.5중량%, 이트륨 1중량% 및 나머지는 아연으로 이루어진 원재료와 열간인발 온도를 40도로 수행한 것을 제외하고는 동일하게 수행하여, 용사 코팅용 와이어를 수득하였다.
실험예 1(온도에 따른 비교예, 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3 빌렛의 상변화)
먼저, 빌렛의 온도에 따른 부피분율을 측정하였으며, 온도에 따라 형성되는 상들을 분석하였다.
도 7은 본 발명에 따른 용사 코팅용 와이어의 특정 온도에서 형성되는 상의 상태를 설명하기 위한 열역학 그래프로, (a)는 비교예의 열역학 그래프이고, (b)는 실시예 1의 열역학 그래프이고, (c)는 실시예 2의 열역학 그래프이고, (d)는 실시예 3의 그래프이다.
도 7을 참조하면, 도 7(a)에서 비교예는 350도에서 용융되며, 상온에서 FCC상(a), Mg2Zn11상(b), HCP상(c) 3개의 상이 형성된다.
또한, 도 7 (b)에서 비교예에서 보이지 않던 YZn11상(d)이 낮은 부피분율로 형성되며, YZn11상(d)의 경우 용융점이 약 600도에서 형성된다.
또한, 도 7 (c)에서 실시예 1과 비교하여 YZn11상(d)이 더 높은 부피분율료 형성되며, 도 7 (d)에서 실시예 2와 비교하여 YZn11상(d)이 더 높은 부피분율로 형성되며, 비교예, 실시예 1 및 실시예 2에서 형성되지 않았던 Fe17Y2상(e)이 650도에서 형성된다.
즉, 비교예와 비교하여 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3에서 YZn11상(d)이 형성되어, MgZn2상의 조대화를 억제함으로써, 용사 코팅용 와이어 조직의 미세화시킨다.
여기서, 용사 코팅용 와이어 조직의 미세화는 연신율을 증대시켜, 용사 코팅용 와이어의 가공성을 증대시킨다.
실험예 2(비교예, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3의 빌렛 표면 관찰)
비교예, 실험예 1, 실험예 2 및 실험예 3에서 제작된 빌렛을 길이방향으로 4개의 구역으로 절단하여 각 절단면의 중심을 기준으로 중심부로부터 외곽까지의 표면을 광학현미경으로 관찰하였다.
도 8a는 관찰한 단면 위치를 설명하기 위한 도면이고, 도 8b는 각각의 단면 위치를 관찰한 이미지이다.
도 8 (a)를 참조하면, 직경이 50mm이고, 높이가 100mm인 원기둥 형상의 빌렛을 길이방향으로 a, b, c, d 4개의 구역을 절단하였으며, 각 절단면의 중심을 기준으로 중심을 0, 외곽을 2, 중심과 외곽 사이를 1로 표시하였다.
도 8 (b)를 참조하면, 각 절다면의 중심부인 (a-2), (b-2), (c-2), (d-2)의 경우 외곽인 (a-0), (b-0), (c-0), (d-0)에 비해 기공이 더 분포되어 있으나, 기공의 크기가 20㎛이하로 빌렛을 압출 시 영향을 미치지 않는다.
또한, 빌렛의 길이방향으로는 기공의 변화가 거의 없는 것으로 관찰되었다.
실험예 3(비교예, 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3의 표면 이미지 관찰)
도 9는 본 발명에 따른 용사 코팅용 와이어의 제조방법으로 제조된 용사 코팅용 와이어의 표면을 관찰한 이미지로, (a)는 1㎛의 배율로 확인한 이미지이고, (b)는 100㎚배율로 확인한 이미지이고, (c)는 200㎚의 배율로 확인한 이미지이고, (d)는 500㎚의 배율로 확인한 이미지이다.
도 9를 (a) 및 (b)를 참조하면, Mg2Zn11(MgZn2)상은 Zn상에 인접하게 형성며, 내식성을 향상시키지만, Mg의 함량이 늘어나게 될 경우 조대화되어 연신율을 감소시킴으로써 가공성을 하향시킨다.
반면, 도 9 (c) 및 (d)를 참조하면, YZn11(YZn12)상이 Zn상에 인접하게 1㎛ 이하의 크기로 형성되어, MgZn2 상이 커지는 것을 억제하고, 공극을 채우며, 결정립을 미세화시켜 가공성을 향상시킨다.
즉, 이트륨이 첨가되어 Mg2Zn11(MgZn2)상의 조대화를 억제함으로써, 연신율의 증대를 통해 용사 코팅용 와이어의 가공성을 향상시킨다.
실험예 4(실시예 3을 이용하여 강관을 용접한 후 표면 및 단면을 SEM으로 관찰)
먼저, 실시예 3을 이용하여 용사압력, 용사거리, 용사단수의 조건을 각각 다르게 하여 강관에 용사 코팅하였으며, 용사코팅 조건을 하기 표 1에 나타내었다.
| 용사 압력 | 용사 거리 | 용사 단수 | |
| a | 4kg/cm2 | 5cm | 1단 |
| b | 7kg/cm2 | 5cm | 1단 |
| c | 4kg/cm2 | 8cm | 1단 |
| d | 7kg/cm2 | 8cm | 1단 |
| e | 4kg/cm2 | 5cm | 2단 |
| f | 7kg/cm2 | 5cm | 2단 |
| g | 4kg/cm2 | 8cm | 2단 |
| h | 7kg/cm2 | 8cm | 2단 |
이후 상기 표 1의 용사코팅 조건으로 용사코팅된 강관을 절단, 마운팅, 연마하여 시험편을 제작하였다.
여기서, 절단은 ATM사의 Brillant 250 모델의 커팅기를 이용하여 용사코팅된 부위를 절단하였으며, 절단한 샘플을 ATM사의 Opal 160 모델의 마운팅 프레스기로 레진 수지에서 180도에서 150bar 압력을 10분간 가압하였으며, 가압된 샘플을 ATM사의 Saphir 560 모델의 폴리싱 연마기를 이용하여 1㎛까지 습식연마하였다.
도 10은 실시예 3을 이용하여 강관을 용사코팅한 후 표면을 SEM으로 촬영한 이미지이다.
표 3 또는 도 10을 참조하면, (e), (f), (g), (h)와 같이 2단 용사를 할 경우 코팅층이 뭉쳐 불균일해지며, (a), (b), (c), (d)와 같이 1단 용사를 할 경우 균일하고 치밀한 코팅층을 형성한다.
도 11은 실시예 3을 이용하여 강관을 용접한 후 절삭하여 단면을 SEM으로 촬영한 이미지이다.
표 3 또는 도 11을 참조하면, 용사 코팅층의 두께는 11.6~55.1㎛으로 측정되었으며, (a)의 경우 26.8~27.9㎛, (b)의 경우 29.5~30.8㎛, (c)의 경우 11.6~12.5㎛, (d)의 경우 12.4~15.9㎛, (e)의 경우 45.8~55.1㎛, (f)의 경우 24.7~25.6㎛, (g)의 23.8~27.3㎛, (h)의 경우 28.4~30.7㎛으로 측정되었다.
또한, 용사 단수가 낮아지고, 용사압력이 약해지고, 용사거리가 멀어질수록 코팅층의 두께가 얇아졌으며, (c) 및 (d)의 경우 코팅층이 얇아 내식성이 감소된다.
또한, 2단 용사할 경우 1단 용사에 비해 코팅층이 두꺼워지지 않은 것으로 측정되었다.
한편, 강관의 용사 코팅층 최적의 두께는 29~30㎛으로, 용사 코팅층이 29㎛보다 얇을 경우 내식성이 감소하며, 용사 코팅층이 30㎛보다 두꺼울 경우 코팅층이 떨어져 나갈 수 있다.
따라서, (b)의 용사코팅 조건인 용사압력 7kg/cm2, 용사거리 5cm, 용사단수 1단에서 최적의 용사 코팅층이 형성된다.
실험예 5(실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3에서의 연신율 측정)
도 12a는 는 실시예 1의 연신율을 측정한 그래프이고, 도 12는 실시예 2의 연신율을 측정한 그래프이고, 도 12는 실시예 3의 연신율을 측정한 그래프이다.
여기서, 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3을 각각 5회 측정하였으며, 세로축은 하중이며, 가로축은 변형률이다.
도 12를 참조하면, 실시예 1의 평균 연신율을 3.18%이고, 실시예 2의 평균 연신율은 8.58%이고, 실시예 3의 평균 연신율은 44.33%로 측정되었다.
즉, 이트륨의 함량이 1% 이하에서 이트름의 함량이 늘어날수록 연신율이 증가되었다.
한편, 이트륨의 함량이 1% 이상일 경우 Mg2Zn11(MgZn2)상이 감소하여 내식성이 감소하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 용사 코팅용 와이어의 제자방법에 의하면, 용사 코팅용 와이어의 조성으로 아연, 마그네슘, 알루미늄 및 이트륨을 이용하여, 용사 코팅용 와이어의 연신율을 증대시킴으로써, 용사 코팅용 와이어 제조의 가공성을 증대시킬 수 있고, 용사 코팅용 와이어를 이용하여 강관을 용사 코팅할 경우 용사 코팅 부위의 내식성을 증대시킬 수 있는 장점을 지닌다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
200 : 빌렛 210 : 몰드
300 : 압출기 310 : 압출된 빌렛
400 : 인발기 400a : 용사 코팅용 와이어
410 : 가열기
300 : 압출기 310 : 압출된 빌렛
400 : 인발기 400a : 용사 코팅용 와이어
410 : 가열기
Claims (10)
- 가공성을 증대시킨 용사 코팅용 와이어의 제조방법으로서,
와이어 제작을 위한 원재료인 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 및 이트륨(Y)을 준비하는 단계;
상기 원재료를 몰드에 투입한 후 용해로에서 용해한 후, 냉각하여 빌렛을 제작하는 단계;
제작된 빌렛을 일정시간 가열한 뒤 와이어의 형상으로 압출하고, 압출된 빌렛을 수냉시키는 단계;
압출된 빌렛을 인발하여, 원하는 직경의 용사 코팅용 와이어를 제작하는 단계를 포함하고,
상기 원재료의 조성비는 상기 마그네슘 1.5 중량%, 알루미늄 2 중량%, 이트륨 1 중량% 및 나머지는 상기 아연으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용사 코팅용 와이어의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 원재료의 용해는 640도의 온도에서 40분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 용사 코팅용 와이어의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 제작된 빌렛은 300도의 온도에서 60분 동안 가열함과 동시에 와이어의 형상으로 압출하는 것을 특징으로 하는 용사 코팅용 와이어의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 인발은 열간 인발이며, 40도의 온도로 수행하는 것을 특징으로 하는 용사 코팅용 와이어의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 인발은 압축된 빌렛이 원하는 직경의 용사 코팅용 와이어가 되도록 다수번 인발하는 것을 특징으로 하는 용사 코팅용 와이어의 제조방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 인발과 인발 사이에는 인발된 용사 코팅용 와이어에 파단이 발생하지 않도록 열처리 후 자연냉각 하는 것을 특징으로 하는 용사 코팅용 와이어의 제조방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 인발은 인발된 용사 코팅용 와이어의 직경이 1.5mm 보다 클 경우 4cm/sec 속도로 수행하고, 상기 용사 코팅용 와이어의 직경이 1.5mm 보다 작을 경우 2cm/sec의 속도로 수행하는 것을 특징으로 하는 용사 코팅용 와이어의 제조방법.
- 제 6항에 있어서,
상기 열처리는 300도로 60분동안 유지한 후 12시간동안 자연냉각하는 것을 특징으로 하는 용사 코팅용 와이어의 제조방법.
- 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 용사 코팅용 와이어.
- 제 9항의 용사 코팅용 와이어를 이용하여 용사 코팅된 강관.
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- 2023-03-31 KR KR1020230042926A patent/KR102653124B1/ko active
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