KR19990052501A

KR19990052501A - Thermal spray coating material with excellent dross resistance

Info

Publication number: KR19990052501A
Application number: KR1019970071992A
Authority: KR
Inventors: 성병근; 황순영
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사; 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 1997-12-22
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 1999-07-15

Abstract

본 발명은 용융아연도금설비에 있어서 용융아연욕(5)중에 잠겨지는 상태로 설치사용되는 싱크롤(1), 스테빌라이징롤(2) 등의 표면을 코팅처리하기 위한 용사코팅재의 개선에 관한 것으로, 특히 용융아연욕(5)중에 부유하는 드로스(6)가 부착되는 것에 대해 우수한 저항특성을 나타내도록 만들어진 용사코팅재에 관한 것이다.The present invention relates to the improvement of the thermal spray coating material for coating the surface of the sink roll (1), the stabilizing roll (2) and the like used in the state of being submerged in the molten zinc bath (5) in the hot dip galvanizing facility In particular, the present invention relates to a thermal spray coating material made to exhibit excellent resistance to adhesion of dross (6) suspended in the molten zinc bath (5).

본 발명의 용사코팅재는 Co를 10-17% 함유하고, BN, Si₃N₄, Sialon중 적어도 하나이상의 성분을 8% 이내로 함유하며, 나머지는 WC 로 구성된 혼합분말을 불활성 혹은 진공분위기가가 유지되는 로에서 1150 - 1400℃의 온도로 1-10 시간 소결처리한 후 그 소결체를 적절한 크기로 파쇄 분류한 분말로 이루어진 것을 특징으로 한다.The thermal spray coating material of the present invention contains 10-17% Co, at least one component of BN, Si ₃ N ₄ , Sialon within 8%, the rest of the mixed powder consisting of WC inert or vacuum atmosphere is maintained After the sintering treatment at a temperature of 1150-1400 ℃ for 1-10 hours in the furnace is characterized in that the sintered body made of a powder crushed and classified into an appropriate size.

Description

Thermal spray coating material with excellent dross resistance

본 발명은 용융아연도금설비에 있어서 용융아연욕중에 잠겨지는 상태로 설치사용되는 롤들 및 지지대 등의 부재의 표면을 코팅처리하는 데에 사용되는 용사코팅재의 개선에 관한 것으로, 특히 용융아연욕중에 부유하는 드로스 부착에 대한 저항특성이 우수한 용사코팅재에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the improvement of a spray coating material used for coating the surface of a member such as rolls and supports used in a molten zinc bath in a molten zinc bath. It relates to a thermal spray coating material having excellent resistance to dross adhesion.

본 발명이 관련된 용융아연도금설비는 도 1에서 나타낸 바와 같이 가열로(4)에서 적당한 온도로 가열된 강판(3)이 도금조(6)내의 용융아연욕(5)중에 담겨졌다가 나오면서 강판(3)의 표면에 아연이 부착됨으로써 아연을 강판(3)표면에 코팅하도록 되어 있다. 이러한 용융아연도금설비에는 도금대상 강판(3)의 이동을 안내하기 위한 싱크롤(1)과 상승하는 강판(3)이 진동하는 것을 저감하기 위한 복수의 스테빌라이징롤(2)이 설치사용된다.In the hot-dip galvanizing equipment related to the present invention, as shown in FIG. 1, the steel sheet 3 heated to an appropriate temperature in the heating furnace 4 is immersed in the molten zinc bath 5 in the plating bath 6 and then comes out. By adhering zinc to the surface of 3), zinc is coated on the surface of the steel sheet 3. In this hot dip galvanizing installation, a sink roll 1 for guiding the movement of the steel sheet 3 to be plated and a plurality of stabilizing rolls 2 for reducing vibration of the rising steel sheet 3 are used.

이 롤들의 재질은 대개 스테인레스강이 사용되는데, 롤의 표면이 용융아연에 의해 부식되면 제품에 표면결함을 초래하게 되므로 롤의 표면을 깨끗하게 유지하고 롤의 수명을 연장하기 위하여 일반적으로 WC-Co계의 코팅재로 롤표면을 코팅하여 사용하고 있다. 그런데, 용융아연욕(5)중에는 알루미늄과 철성분이 소량 함유되어 있어 용융아연욕(5)중에 Zn-Fe, Fe-Al등의 고형물이 떠다니게 되는데 이를 드로스(7)라고 하며, 이러한 드로스(7)가 롤의 표면에 부착되면 그 형상이 도금을 위해 싱크롤(1)이나 스테빌라이징롤(2)에 접촉이동하는 강판(3)에 그대로 전사되어 이로인한 표면결함을 지닌 불량의 도금제품이 만들어지게 된다. 따라서 고품질의 도금제품을 생산하기 위해서는 새로 코팅한 신품의 롤을 일주일정도 사용하여 요구되는 고품질 도금제품을 생산하고 나서 그 롤을 저급재의 생산에 재사용하고 고급재의 생산에는 다시 새로운 롤을 쓰도록 하고 있는 실정이다. 이와 같이 엄격재의 생산에 신품의 롤을 일주일정도 밖에 사용할 수 없기 때문에 엄격재생산 스케줄을 롤사용 스케줄과 잘 일치시켜야 하는 불편함이 있으며, 이렇게 스케줄을 잘 조정하더라도 새로 코팅된 롤의 표면에 드로스가 부착하여 불량을 일으키는 경우가 빈번히 발생하고 있다.These rolls are usually made of stainless steel. If the surface of the roll is corroded by molten zinc, it will cause surface defects on the product. Therefore, in order to keep the surface of the roll clean and extend the life of the roll, WC-Co is generally used. It is used to coat the roll surface with the coating material. By the way, the molten zinc bath (5) contains a small amount of aluminum and iron components in the molten zinc bath (5), such as floating solids such as Zn-Fe, Fe-Al, which is called dross (7), such de When the loss 7 is attached to the surface of the roll, its shape is transferred to the sink roll 1 or the steel plate 3 which is brought into contact with the stabilizing roll 2 for plating, and thus the defective plating having the surface defects thereby. The product is made. Therefore, in order to produce high-quality plated products, newly coated new rolls are used for about a week to produce the required high-quality plated products, and the rolls are reused for the production of low-grade materials and new rolls are used again for the production of high-quality materials. It is true. As new rolls can only be used for the production of strict materials for a week, it is inconvenient to match the strict reproduction schedule with the roll usage schedule. Even if the schedule is adjusted well, the dross adheres to the surface of the newly coated roll. The defects frequently occur.

이와 같은 문제 때문에 용융아연이나 드로스가 잘 부착되지 않는 것으로 알려진 BN, Si₃N₄,Sialon 등과 같은 세라믹재질의 롤을 제작하여 사용하려는 시도도 있었다. 그러나, 세라믹으로 롤을 제작하여 사용하는 경우에는 열충격에 약하기 때문에 잘 깨지는 문제가 있어서 이를 극복하기 위한 연구들이 일부 진행되고 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 문제점으로 인하여 한 공지기술에서는 기체상법(물리증착법 혹은 화학증착법)이나 용사코팅법을 사용하여 롤 표면을 코팅하는 것을 제안하고 있다. 그러나 기체상법으로 그러한 소재 (BN, Si₃N₄,Sialon)를 롤에 코팅하는 것은 롤의 크기를 고려하면 현실성이 결여된 방법이며, 이러한 소재를 단독으로 용사코팅하는 것은 이들 소재의 융점이 높아서 고속화염용사의 같은 방법으로는 코팅이 불가능하며, 고온승온이 가능한 프라즈마 용사법을 사용하더라도 용융되기 이전에 코팅재가 산화되어버리거나 분해되는 문제점이 있어서 질소분위기로 유지되는 대형 챔버내에서만 코팅이 가능하여 코팅설비가 복잡해지고 많은 비용이 소요되는 문제가 수반된다.Due to this problem, there have been attempts to manufacture and use rolls of ceramic materials such as BN, Si ₃ N ₄ , and Silon, which are known to have poor adhesion to molten zinc or dross. However, when a roll made of ceramic is used, it is weak to thermal shock, so there is a problem of breaking it. Due to this problem, one known technique proposes to coat the roll surface by using a gas phase method (physical vapor deposition method or chemical vapor deposition method) or spray coating method. However, the coating of such materials (BN, Si ₃ N ₄ , Sialon) on the rolls by the gas phase method lacks the practicality in consideration of the size of the rolls, and the spray coating of these materials alone has a high melting point. It is impossible to coat by the same method of high speed flame spraying, and there is a problem that the coating material is oxidized or decomposed before melting even if the plasma spraying method that enables high temperature is applied, so that coating is possible only in a large chamber maintained in nitrogen atmosphere. This entails complex and costly installations.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이를 해소하기 위하여 연구발명된 것으로, 드로스부착에 대한 저항성이 우수한 BN, Si₃N₄,Sialon 등의 분말을 WC, Co분말과 혼합한 후 이를 소결하고 분쇄하여서 된 분말을 용사코팅재로 사용함으로써 기존의 WC-Co계의 코팅재보다도 드로스부착에 대한 저항특성이 우수한 용사코팅재를 제공하는 데에 그 목적이 있다.The present invention has been made in order to solve the problem in view of the conventional problems as described above, after mixing the powders such as BN, Si ₃ N ₄ , Silon, etc. excellent in resistance to dross with WC, Co powder The purpose of the present invention is to provide a thermal spray coating material having superior resistance to dross adhesion than conventional WC-Co-based coating materials by using the powder obtained by sintering and pulverizing as a thermal spray coating material.

도 1 은 본 발명이 관련된 용융아연도금설비의 구성개요도이다.1 is a schematic view of a hot-dip galvanizing equipment related to the present invention.

* 도면중 주요부분에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols for main parts of drawing *

1 : 싱크롤 2 : 스테빌라이징롤 3 : 강판1: sink roll 2: stabilizing roll 3: steel sheet

4 : 가열로 5 : 용융아연욕 6 : 도금조4: heating furnace 5: molten zinc bath 6: plating bath

7 : 부유 드로스7: floating dross

상기의 목적은 본 발명에 따라 용융아연도금설비에서 용융아연욕중에 잠겨지는 상태로 설치사용되는 롤들에 대한 코팅재로서 WC,Co와 함께 BN, Si₃N₄,Sialon 등의 드로스 부착에 대한 저항성이 우수한 재료를 함께 혼합한 후 이를 소결 분쇄하여 만든 것을 특징으로 하는 용사코팅재를 제공함으로써 달성된다.The above object is resistance to dross adhesion of BN, Si ₃ N ₄ , Silon, etc. together with WC, Co as a coating material for rolls installed in a state of being immersed in a molten zinc bath in a hot dip galvanizing facility according to the present invention. It is achieved by providing a thermal spray coating, characterized in that the material is mixed together and then sintered and ground.

본 발명의 용사코팅재를 제조하는 방법을 더욱 상세히 설명해 보면, Co분말 10-17%, BN, Si₃N₄,Sialon 중 어느 한가지 이상의 분말을 8% 이하의 비율로 하고 나머지는 WC 로 조성한 분말을 고르게 혼합한 뒤에 이를 진공로나 불활성 분위기로 유지되는 로중에 1150℃이상의 온도로 1 - 10 시간동안 소결처리한 다음 용사에 알맞은 크기로 분쇄하여 그 분말을 목적하는 바의 용사코팅재로 사용한다.Referring to the method of manufacturing the thermal spray coating material of the present invention in more detail, at least one powder of Co-powder 10-17%, BN, Si ₃ N ₄ , Silon in a ratio of 8% or less, and the rest of the powder composed of WC After mixing evenly, it is sintered at a temperature of 1150 ℃ for 1-10 hours in a vacuum furnace or a furnace maintained in an inert atmosphere, pulverized to a size suitable for thermal spraying, and the powder is used as a thermal spray coating material.

상기에서, Co의 양이 10%이하로 되면 바인더로 사용되는 금속성분의 양이 너무 작아 소결이 잘 되지 않을 뿐만 아니라 용사시에 분말이 코팅층을 이루는 비율로 나타내는 실수율이 낮아져서 비효율적이다. 또한, Co의양을 17% 이내로 하는 것은 코팅의 성분중에서 Co가 용융아연에 대하여 내식성이 가장 떨어지므로 CO를 17%이상 함유하는 경우에는 세라믹 성분의 첨가양이 많더라도 내식성이 떨어져서 코팅의 수명이 짧아지게 되기 때문이다.In the above, when the amount of Co is less than 10%, the amount of the metal component used as the binder is too small to sinter well, and the incidence rate represented by the ratio of the powder to the coating layer during spraying is low, which is inefficient. In addition, if the amount of Co is less than 17%, the corrosion resistance of molten zinc is the lowest among the components of the coating. Therefore, in the case of containing more than 17% of CO, even if the amount of addition of ceramic components is high, the corrosion resistance is poor and the life of the coating is short. Because you lose.

BN, Si₃N₄,Sialon중 어느 한가지 이상의 분말을 8% 이하의 비율로 제한하는 것은, 8% 이상으로 하는 경우에는 바인더 금속인 Co의 양에 비하여 세라믹 성분이 너무 많아서 열처리후에 분말들이 소결이 되지 않고 다 부서져서 용사분말로 사용할 수 없게 되기 때문이다.Limiting one or more powders of BN, Si ₃ N ₄ , and Silon to a ratio of 8% or less means that when the amount is 8% or more, the amount of ceramic components is too large compared to the amount of Co, a binder metal, so that the powders are sintered after heat treatment. Because it is not broken and can not be used as a spray powder.

소결시에 진공로나 불활성 분위기로를 사용하지 않는 경우에는 WC가 500℃ 정도에서부터 산화되고, BN 등의 질화물은 600℃에서부터 분해되기 시작하는 문제가 발생한다.In the case of not using a vacuum furnace or an inert atmosphere at the time of sintering, WC is oxidized from about 500 ° C and nitrides such as BN start to decompose from 600 ° C.

소결온도는 1150℃이상으로 하는데, 그 이하의 온도에서는 소결이 잘 되지 않고 열처리후에 분말이 잘 부스러지게 된다. 소결온도는 1400℃ 이상으로 하는 경우에도 양호한 소결체를 얻을 수 있지만, 그 이하의 온도에서도 원하는 상태의 소결체를 얻을 수 있으므로 구태여 1400℃ 이상의 온도로 소결처리할 필요는 없다.The sintering temperature is 1150 ℃ or more, the sintering is not good at a temperature below that, the powder will be brittle after heat treatment. Even when the sintering temperature is set to 1400 ° C or higher, a good sintered body can be obtained. However, since the sintered body in a desired state can be obtained even at a temperature below that, it is not necessary to carry out sintering at a temperature of 1400 ° C or higher.

소결처리시간은 1 시간 이상, 10 시간 이내로 하였는데, 소결온도가 낮으면 시간을 길게 하고 온도가 높으면 시간을 짧게 해도 무방하다.The sintering treatment time was not less than 1 hour and not more than 10 hours. However, if the sintering temperature is low, the time may be long and if the temperature is high, the time may be short.

상기의 방법으로 소결처리한 분말을 파쇄하여 용사하기에 적당한 크기로 분류하여 목적하는 용사코팅재로 사용한다.The powder sintered by the above method is broken down into a size suitable for blasting and used as a desired spray coating material.

이하, 실시예를 통하여 본 발명의 효과를 설명한다.Hereinafter, the effect of the present invention through the examples.

실시예Example

상기한 바와 같은 방법을 사용하여 얻은 소결체를 10 -45㎛의 크기가 되도록 분쇄 분류하여 만든 분말을 사용하여 용사코팅재로 길이 16cm, 지름 16mm 의 봉체표면을 두께 200㎛ 정도가 되도록 코팅하였다. 비교재로 사용하기 위하여 현재 많이 사용되고 있는 WC-12Co조성의 분말을 사용하여 코팅을 실시하고 드로스부착에 대한 특성평가에 사용하였다. 드로스부착 특성을 비교하기 위하여 용융아연욕의 조성을 Zn-0.1%Fe-0.15%Al 로 하였다. 이와 같이 용융아연욕에 Fe, Al을 첨가함으로써 용융아연욕 중에 드로스가 생성될 수 있게 하였다. 본 발명재 및 비교재를 위와 같은 조성에 온도가 460℃ 로 유지된 용융아연욕에 담구었다가 12 시간마다 시험편을 꺼내어 드로스 부착정도를 비교하였다. 다음〈표 1〉에 본 발명에 의한 코팅재의 성분 및 소결조건과 함께 용융아연에 잠기었던 부분에 드로스가 10% 이상이 부착되는 시점을 비교하였다.The sintered compact obtained by the method as described above was ground to a size of 10 -45 µm, and then coated with a thermal spray coating material such that a rod surface having a length of 16 cm and a diameter of 16 mm was about 200 µm thick. In order to use as a comparative material, the coating was used using the powder of WC-12Co composition which is currently used a lot, and it was used for the characteristic evaluation of dross adhesion. In order to compare dross adhesion characteristics, the composition of the molten zinc bath was set to Zn-0.1% Fe-0.15% Al. As such, by adding Fe and Al to the molten zinc bath, dross was generated in the molten zinc bath. The present invention and the comparative material was immersed in a molten zinc bath maintained at a temperature of 460 ° C. in the above composition, and the test pieces were taken out every 12 hours to compare the dross adhesion. In the following <Table 1> was compared with the components and the sintering conditions of the coating material according to the present invention when the dross is attached to the molten zinc in more than 10%.

〈표 1〉의 결과에 의하면 기존에 사용되고 있는 비교재 5 인 WC-12Co 코팅에서는 120 시간이 지나면서 표면에 드로스가 10% 이상이 부착된 반면에, 본 발명재의 범위에 속하는 발명재 1-6 까지는 180-360 시간이 지나야 10% 이상 드로스가 부착되는 우수한 특성을 나타내었다. 비교재 1 의 경우에는 Co의 함량이 너무 많아서 특성이 우수하지 못하였으며, 비교재 2,3,4의 경우에는 소결온도가 너무 낮거나 Co함량이 너무 작거나 혹은 세라믹 성분이 너무 많아서 소결이 잘 되지 않았다.According to the results of <Table 1>, in the WC-12Co coating, which is a comparative material 5 used in the past, 10% or more of dross is attached to the surface after 120 hours, whereas Inventive material 1-6 belonging to the scope of the present invention Until 180-360 hours after 10% more than the dross showed excellent properties. In the case of Comparative Material 1, the Co content was too high, so the characteristics were not excellent. In Comparative Material 2, 3, 4, the Sintering temperature was too low, the Co content was too small, or the ceramic component was too large, so that the sintering was good. It wasn't.

〈표 1〉<Table 1>

구분division 코팅분말의 성분비(중장비)Composition ratio of coating powder (heavy equipment) 열처리온도Heat treatment temperature 열처리시간Heat treatment time 10%이상의드로스가 부착되는 시간10% or more dross time 발명재1Invention 1 12%Co,1%BN,87%WC12% Co, 1% BN, 87% WC 1350℃1350 ℃ 2시간2 hours 180시간180 hours 발명재2Invention 2 12%Co,1%BN,1%Si₃N₄,1%Sialon ,85%WC12% Co, 1% BN, 1% Si ₃ N ₄ , 1% Sialon, 85% WC 1350℃1350 ℃ 2시간2 hours 216시간216 hours 발명재3Invention 3 10%Co,5%BN,85%WC10% Co, 5% BN, 85% WC 1270℃1270 ℃ 4 시간4 hours 300시간300 hours 발명재4Invention 4 17%Co,6%BN,77%WC17% Co, 6% BN, 77% WC 1350℃1350 ℃ 1시간1 hours 240시간240 hours 발명재5Invention 5 12%Co,6%Si₃N₄,82%WC12% Co, 6% Si ₃ N ₄ , 82% WC 1400℃1400 ℃ 1시간1 hours 360시간360 hours 발명재6Invention 6 17%Co,4%BN,79%WC17% Co, 4% BN, 79% WC 1200℃1200 ℃ 6시간6 hours 192시간192 hours 비교재1Comparative Material 1 20%Co,6%BN,74%WC20% Co, 6% BN, 74% WC 1350℃1350 ℃ 2시간2 hours 132시간132 hours 비교재2Comparative Material 2 17%Co,6%BN,77%WC17% Co, 6% BN, 77% WC 1150℃1150 ℃ 8시간8 hours 소결안됨Not sintered 비교재3Comparative Material 3 8%Co,2%BN,90%WC8% Co, 2% BN, 90% WC 1270℃1270 ℃ 4시간4 hours 소결안됨Not sintered 비교재4Comparative Material 4 17%Co,8%BN,75%WC17% Co, 8% BN, 75% WC 1350℃1350 ℃ 2시간2 hours 소결안됨Not sintered 비교재5Comparative Material 5 12%Co,88%WC12% Co, 88% WC 기존코팅재Existing Coating Material 120시간120 hours

Claims

A spray coating material for coating the surface of rolls used in hot dip galvanizing equipment, containing 10 -17% of Co, containing at least one component of BN, Si ₃ N ₄ , Sialon within 8%, and remaining The dross is composed of a powder obtained by sintering a mixed powder composed of WC for 1 to 10 hours at a temperature of 1150-1400 ° C. in a furnace maintained in an inert or vacuum atmosphere, and then crushing the sintered body into an appropriate size. Thermal spray coating material with excellent resistance to adhesion.