KR20020016244A

KR20020016244A - 고속 냉연라인에 사용되는 롤의 초경용사 코팅방법

Info

Publication number: KR20020016244A
Application number: KR1020000049466A
Authority: KR
Inventors: 성병근; 황순영; 오상록
Original assignee: 신현준; 재단법인 포항산업과학연구원; 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2002-03-04

Abstract

본 발명은 고속의 냉연 프로세스 롤에 초경용사 코팅을 적용하는 방법에 관한 것으로서, 강판의 이송속도가 빠른 냉연공정에 사용되는 프로세스 롤에 초경용사코팅하는 방법에 있어서, 요구되는 조도(粗度;Ra)보다 2 ∼ 3㎛ 높은 조도의 코팅층을 초경용사코팅으로 형성한 다음 조도 2 ∼ 3㎛만큼 연마함으로써 코팅층의 수명이 길어지게 되는 장점이 있는 것이다.

Description

고속 냉연라인에 사용되는 롤의 초경용사 코팅방법{THERMAL SPRAY METHOD FOR ROLLS OF HIGH SPEED COLD ROLLING PROCESS LINES}

본 발명은 고속의 냉연 프로세스 롤에 초경용사 코팅을 적용하는 방법에 관한 것으로서, 특히 강판의 이송속도가 분당 800미터 이상이 되는 고속냉연라인에 초경용사 코팅을 적용함에 있어서 코팅층의 조도(粗度)를 조절함으로써 코팅의 수명을 늘리는 고속 냉연라인에 사용되는 롤의 초경용사 코팅방법에 관한 것이다.

제철소의 냉연공정에 있어서 강판의 이송속도가 800 m/m(meter per minute)되는 라인을 일반적으로 고속라인이라고 부르고 있다. 최근에는 냉연제품의 생산성 향상을 위하여 고속냉연라인이 증가하고 있는 추세에 있으며, 냉연라인에는 많은 롤이 사용되는데 롤의 내마모성을 올릴 목적으로 통상적으로 크롬도금 혹은 텅스텐 탄화물(WC)계 초경코팅이 사용되고 있다.

일반적으로 텅스텐 탄화물(WC)계 초경코팅은 크롬도금에 비하여 경도가 높아 내마모성이 높기 때문에 보다 장시간 사용이 가능할 뿐만 아니라 이물질 부착에 대한 저항성 등 냉연강판의 표면품질에 영향을 미치는 인자에 있어서도 특성이 뛰어나므로 크롬도금은 초경코팅으로 대체되어 가는 추세에 있다.

강판의 이송속도가 800 m/m 이상이 되는 고속라인에 있어서 기존의 크롬도금의 경우는 수명이 3 ∼ 6 개월이다. 그런데 크롬도금에 비하여 경도가 높은 텅스텐 탄화물(WC)계 초경코팅의 경우는 800 m/m 이하의 강판 이송속도일 경우에는 크롬도금에 비하여 그 사용수명이 3배에서 6배에 달한다. 그러나 1000 m/m 이상인 경우에는 크롬도금과 비슷한 수명인 3 ∼ 7 개월 정도 밖에 사용하지 못하고 있다.

그럼에도 불구하고 800 m/m 이상의 고속라인의 경우 크롬도금과 수명이 비슷하면서도 코팅의 가격은 훨씬 고가인 텅스텐 탄화물(WC)계 코팅을 계속 사용하려 하고 있는 바 그 이유는 크롬도금은 금속 중에서도 마찰계수가 작은 계열에 속하기 때문에 같은 정도의 조도(粗度)를 갖더라도 텅스텐 탄화물(WC)계 코팅에 비하여 롤에 대한 강판의 슬립이 일어날 위험성이 크기 때문에 안전한 텅스텐 탄화물(WC)계 코팅을 사용하려고 하는 것이다.

코팅의 수명은 코팅층의 마모와 조도특성에 달려있다. 텅스텐 탄화물(WC)계 코팅의 수명이 크롬도금과 비슷하게 되는 고속라인의 경우에 주로 문제가 되는 것이 조도특성이다.

즉, 코팅층의 조도가 일정수준 이하가 되면 강판의 슬립이 일어나 탈락이 일어나기 때문에 코팅층의 조도가 중요한 인자가 된다.

종래부터 사용하고 있는 롤의 코팅방법은 다음과 같다. 먼저 텅스텐 탄화물(WC)계 코팅을 200㎛의 두께로 형성한 다음 100㎛두께를 다이아몬드 숫돌 등을 사용하여 깍아낸다. 대개 냉연롤에 사용되는 초경코팅의 두께는 100㎛이다. 이때 코팅층의 조도는 거의 없어지게 되는데 코팅층에 조도를 부여하기 위하여 블레스팅을 실시하여 원하는 조도를 부여하게 된다.

이와 같은 방법을 사용하게 되면 실제로 사용하지도 않은 불필요한 코팅층을 100㎛ 낭비하게 되는 결과를 초래하게 된다. 또한 경도가 높은 초경코팅에 조도를 부여하기 위해서는 고압의 공기압에 알루미나와 같은 경한 입자를 사용하여 블레스팅하게 되는데 이렇게 함으로써 조도를 부여할 수는 있지만 경한 입자의 충돌로 인하여 코팅층의 상단부에 미세한 크랙 등이 발생할 위험이 크다. 따라서 이러한 방법은 코팅층의 조도가 빨리 마모되는 한 원인이 되기도 한다.

상기한 방법으로 형성된 코팅층의 조도는 끝부분이 아주 날카로운 산을 형성하여 그 부위는 초기에 조도가 마모되어 버리는 문제점이 있다. 그리고 높은 조도가 요구되는 경우에는 원하는 만큼의 조도를 얻기 위하여 블래스팅 입자의 크기를 크게하고 공기압을 증대시켜야 하기 때문에 코팅층 자체에 심한 손상이 가해질 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래 고속냉연 롤의 용사 코팅방법이 갖는 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 초경용사 코팅을 적용함에 있어서 조도를 조절하는 방법을 달리함으로써 초경용사 코팅의 조도마모 특성을 향상시켜 코팅층의 장수명화를 실현할 수 있는 고속 냉연라인에 사용되는 롤의 초경용사 코팅방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1a 내지 도 1d는 연마 전후 코팅층의 프로파일을 나타낸 그래프,

도 2는 종래의 방법과 본 발명에 의해 형성된 초경용사코팅층의 사용일수에 따른 조도의 변화를 나타낸 그래프이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 고속 냉연라인에 사용되는 롤의 초경용사 코팅방법은 강판의 이송속도가 빠른 냉연공정에 사용되는 프로세스 롤에 초경용사코팅하는 방법에 있어서, 요구되는 조도(粗度;Ra)보다 2 ∼ 3㎛ 높은 조도의 코팅층을 초경용사코팅으로 형성한 다음 조도 2 ∼ 3㎛만큼 연마하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 초경용사코팅만으로 사용되는 조도보다 2-3㎛ 높은 조도가 초경용사코팅만으로 얻어지지 않는 경우 입자가 굵은 금속용사재를 사용하여 베이스코팅층을 형성하고, 상기 베이스코팅층 위에 요구되는 조도(粗度;Ra)보다 2 ∼ 3㎛ 높은 초경용사코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 고속 냉연라인에 사용되는 롤의 초경용사 코팅방법.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명 고속 냉연라인에 사용되는 롤의 초경용사 코팅방법을 상세하게 설명한다.

일반적으로 냉연 프로세스 롤의 표면에 요구되는 조도(Ra기준)는 2 ∼ 3㎛, 4 ∼ 5㎛ 두 가지 경우가 가장 많으며, 대개 텅스텐 탄화물(WC)계 용사코팅을 하는 경우에는 고속용사(HVOF)를 사용한다. 고속용사를 하는 경우에는 코팅작업시에 4 ∼ 5㎛ 정도의 조도가 얻어지는데 용사입자의 비행속도가 빨라서 상대재의 표면에 충돌하는 속도가 빠르기 때문에 전처리에서 샌드 블레스팅을 거칠게 하더라도 그 이상의 조도를 얻기는 힘들게 된다.

필요한 조도가 2 ∼ 3㎛ 이하인 경우에는 초기 코팅층 조도가 4 ∼ 5㎛인 코팅을 실리콘 탄화물로 만들어진 연마지 등을 사용하면 원하는 조도를 쉽게 얻을 수 있다. 최근에는 연속작업이 가능한 연마기가 여러 종류 시판되고 있으므로 롤의 연마작업은 어렵지 않다.

필요한 조도가 4 ∼ 5㎛ 이상인 경우에는 이와 같은 방법만으로는 원하는 조도를 얻기나 힘들다. 그러므로 초기 조도를 6㎛ 이상이 되도록 하여야만 한다.

이와 같은 조건을 만족시키기 위하여 초경코팅을 하기 전에 경도가 높은 소재로 베이스 코팅을 형성하는 방법을 사용할 수 있다. 즉, 스테인레스, 코발트 혹은 니켈기 자용성 합금 등의 금속을 미리 용사하는 방법이다. 이러한 코팅층은 대개는 모재보다 경도가 높은 것을 사용하는 것이 바람직하며, 코팅재의 입도가 클수록 높은 조도가 얻어진다. 따라서 이러한 베이스 코팅층을 형성한 위에 초경코팅을 실시함으로써 조도 6㎛ 이상의 코팅층도 얻을 수 있다.

이와 같이 원하는 조도보다 2 ∼ 3㎛ 정도 높은 조도의 코팅층을 형성한 후에 상기한 방법과 같이 하여 원하는 조도를 가질 수 있도록 연마를 한다.

실시예

통상적으로 냉연라인에서 많이 사용하는 용사재(鎔射材)는 WC-12%Co 조성의 코팅이므로 이 성분의 용사재를 고속용사기의 일종인 JP5000 용사기를 사용하여 코팅층을 형성하였다. 이때 얻어진 코팅층의 조도(Ra)는 4.0 ∼`4.5㎛이었으며 그 조도의 프로파일을 도 1a로 표시하여 나타냈다. 이와 같은 코팅층을 조도 (Ra) 2 ∼ 3㎛가 요구되는 장소에 사용하기 위하여 연마지를 이용하여 조도를 2.5㎛로 떨어뜨렸는데 이때의 조도 프로파일은 도 1b에 나타낸 바와 같다(발명재 1).

4 ∼ 5㎛의 조도가 요구되는 개소에 사용하기 위하여 요구되는 조도 보다 2 ∼ 3㎛ 큰 조도를 얻기 위하여 코팅경도 HV 600 ∼ 700 정도가 얻어지는 니켈기 합금을 이용하여 하지 코팅층을 50 ∼ 100㎛ 두께로 형성하고 그 위에 WC-12%Co 코팅층을 형성하여 7.0㎛의 조도를 갖는 코팅층을 얻었다. 이 코팅층의 조도 프로파일은 도 1c로 표시하였으며 이 코팅층을 연마하여 4.4㎛ 조도의 코팅층을 얻었는데 그 조도 프로파일을 도 1d로 표시하여 나타냈다(발명재 2).

이와 같은 방법으로 조도를 조절한 코팅층의 효과를 확인하기 위하여 강판의 이송속도가 1,100m/m으로 고속인 장소에 코팅된 롤을 투입하여 실기 테스트를 실시하고 그 결과를 하기 표 1에 정리하여 나타냈다.

표 1에서 비교재의 경우는 기존의 방법과 같이 코팅층을 200㎛ 형성한 후에 100㎛를 다이아몬드 연마재로 깍아낸 후에 다시 알루미나를 이용하여 샌드 블라스팅함으로써 조도를 조절한 것을 사용하였다.

구분	요구조도(㎛)	코팅층조도(㎛)	사용일수
비교재 1	2-3	2.8	40일
비교재 2	4-5	4.7	28일
발명재 1	2-3	2.5	115일
발명재 2	4-5	4.4	160일

상기 표 1에 나타낸 바와 같이 기존 방법으로 준비한 비교재의 코팅층은 4 ∼ 5주 정도 사용한 반면에 본 발명 발명재의 경우에는 기존보다 수명이 3 ∼ 5배 증가한 것을 알 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 발명재와 종래의 비교재의 사용일수에 따른 코팅층의조도변화를 도식적으로 나타낸 것이다. 두 가지 경우 모두 초기 조도는 동일하게 시작되었으나 비교재의 경우 코팅층이 강판과 접촉하는 초기에 급격히 조도가 떨어져 코팅층의 수명이 짧아지는 주된 원인이 된 반면에 본 발명에 따른 발명재는 조도가 저하되는 속도가 훨씬 느리게 진행되어 코팅층의 사용일수가 증가하게 되는 것을 알 수 있다.

상기한 실시예에서와 같이 본 발명은 조도를 조절하는 방법만을 달리하고도 코팅층의 수명을 장수명화 할 수 있는 이유는 다음과 같다.

코팅층의 표면은 용사입자 하나하나가 조도를 이루므로 조도가 날카롭고 거칠며 부착성이 좋지 않은 용사입자가 부착된 경우가 많이 있다. 그러므로 종래 방법의 경우 초기에 코팅층표면의 날카롭게 돌출한 부위는 조도의 마모가 급격히 일어나 사용수명이 짧아지는 원인이 된다.

그러나 본 발명에 의하면 초기에 급격하게 마모가 일어날 부위를 미리 연마지로 제거해 버렸기 때문에 초기 조도가 오랫동안 유지되게 되므로 코팅층의 수명이 길어지게 되는 장점이 있다.

Claims

강판의 이송속도가 빠른 냉연공정에 사용되는 프로세스 롤에 초경용사코팅하는 방법에 있어서, 요구되는 조도(粗度;Ra)보다 2 ∼ 3㎛ 높은 조도의 코팅층을 초경용사코팅으로 형성한 다음 조도 2 ∼ 3㎛만큼 연마하는 것을 특징으로 하는 고속 냉연라인에 사용되는 롤의 초경용사 코팅방법.
제 1항에 있어서, 사용되는 조도보다 2-3㎛ 높은 조도가 초경용사코팅만으로 얻어지지 않는 경우 입자가 굵은 금속용사재를 사용하여 베이스코팅층을 형성하고, 상기 베이스코팅층 위에 요구되는 조도(粗度;Ra)보다 2 ∼ 3㎛ 높은 초경용사코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 고속 냉연라인에 사용되는 롤의 초경용사 코팅방법.