KR20110076566A - 고망간 냉연강판의 소둔시 사용되는 소둔 롤의 용사 코팅재 및 용사 코팅방법 - Google Patents

고망간 냉연강판의 소둔시 사용되는 소둔 롤의 용사 코팅재 및 용사 코팅방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소둔 롤의 용사코팅에 사용되는 용사 코팅재 및 용사 코팅방법에 관한 것으로서, 티타늄 화합물을 성분으로 하고, 여기에 코발트(Co) 45-60중량%, 니켈(Ni) 8-15중량%, 크롬(Cr) 16-30중량%, 알루미늄(Al) 3-10중량% 및 이트륨(Y) 0.3-1.5중량%를 포함하여 이루어지는 금속 바인더를 상기 티타늄 화합물 대비 5-35vol% 포함하는 코팅재 및 이를 이용한 용사 코팅방법을 제공한다.
소둔 롤, 용사코팅, 티타늄 화합물, 코발트, 금속 바인더

Description

고망간 냉연강판의 소둔시 사용되는 소둔 롤의 용사 코팅재 및 용사 코팅방법{FURANCE ROLL THERAML SPARY COATING MATERIAL AND COATING METHOD BY USING THE SAME}
본 발명은 소둔 롤의 용사코팅에 사용되는 용사 코팅재 및 용사 코팅방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고망간 냉연강판의 소둔 라인에서 사용되는 소둔 롤의 용사코팅재 및 용사코팅방법에 관한 것이다.
일반적으로 냉연강판 연속 소둔 로 내에 강판을 소둔하여 이송하기 위한 소둔 롤은 약 600-1100℃ 범위의 환원성 분위기 하에서 장시간 사용된다. 따라서 소둔 롤 표면은 소둔 강판에 의한 마모, 소둔 강판의 산화물 및 철분(鐵粉)이 소둔 롤 표면에 부착하여 소위 빌드-업(Build-up, 게재물 층)을 형성한다. 이러한 빌드업에 의한 요철이 소둔 롤 표면상에 발생하면 이송중인 소둔 강판에 요철모양이 전사되어 강판 품질의 저하의 원인이 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 소둔 롤 표면에 크롬(Cr) 도금을 하거나 산화알루미늄(Al2O3) 또는 산화지르코니아(ZrO3) 등을 코팅하여 사용하기도 하였다. 또한, 알루미나를 51-95부피%, 나머지가 Co, Ni, Cr, Mo, Fe, Al, Y, Si인 금속으로부터 1종 또는 2종 이상의 금속이 함유된 서멧(cermet)재를 용사한 호스 롤, 또는 산화크롬(Cr2O3)이 함유된 세라믹재를 용사하여 코팅한 소둔 롤 등을 사용하기도 하였다.
한편, 고망간 냉연강판은 일반 냉연강판에 비하여 특성상 강판 내에 망간(Mn)이 다량 함유되어 있다. 따라서 고망간 냉연 강판의 소둔에 있어서, 강판 내에 존재하는 망간은 소둔 중에 산화망간으로 산화되어 강판표면으로 확산하게 된다. 따라서 강판표면에 확산된 산화망간은 소둔 롤과 강판과의 슬립(slip) 등에 의하여 소둔 롤에 부착된다.
특히, 상기 언급한 종래기술인 서멧계 또는 산화물계 코팅재는 소둔 롤 사용분위기에서 산화망간과 반응하여 제3의 반응생성물이 생성된다. 이러한 생성물질은 소둔 롤 코팅층의 크랙(crack) 및 박리현상을 유발시켜 소둔 롤의 수명을 단축시킬 뿐 아니라, 소둔 강판에 요철모양이 전사되어 강판의 품질을 저하시키는 문제점으로 작용한다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 고망간 냉연강판의 소둔시 사용되는 소둔 롤에서의 문제점을 해결하기 위한 용사 코팅재를 제공하고자 하는 것으로서, 소둔 롤의 코팅재로로서 티타늄 화합물을 사용하여, 고망간 냉연강판의 소둔시 산화망간과의 반응성이 없고, 600-1100℃의 온도범위에서 내열성을 갖는 소둔 롤을 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 이에 본 발명자들은 상기 문제점으로 작용하는 반응물이 생성되지 않도록 연구와 실험을 거듭하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 고망간 냉연강판의 소둔시 사용되는 소둔 롤에 용사 코팅하는 코팅재로서,
티타늄 화합물을 성분으로 하고, 여기에 코발트(Co) 45-60중량%, 니켈(Ni) 8-15중량%, 크롬(Cr) 16-30중량%, 알루미늄(Al) 3-10중량% 및 이트륨(Y) 0.3-1.5중량%를 포함하여 이루어지는 금속 바인더를 상기 티타늄 화합물 대비 5-35vol% 포함하는 코팅재를 제공한다.
또한, 본 발명은 티타늄 화합물을 성분으로 하고, 여기에 코발트(Co) 45-60중량%, 니켈(Ni) 8-15중량%, 크롬(Cr) 16-30중량%, 알루미늄(Al) 3-10중량% 및 이트륨(Y) 0.3-1.5중량%를 포함하여 이루어지는 금속 바인더를 상기 티타늄 화합물 대비 5-35vol%로 첨가한 용사분말을 세척된 소둔 롤 표면에 용사하여 코팅하는 고 망간 냉연강판의 소둔시 사용되는 소둔 롤의 용사 코팅 방법을 제공한다.
본 발명에 따라 같이 티타늄 화합물을 소둔 롤의 코팅재로 사용하여 고망간 냉연강판의 소둔용 소둔 롤을 제조하는 경우, 소둔 롤의 사용 수명이 연장되는 효과가 있으며, 이에 따른 고망간 냉연강판의 생산성 향상을 기대할 수 있다.
또한, 고망간 냉연강판 중의 산화망간과 반응성이 없고, 고온에서 열적인 안정성이 우수하여 소둔 롤 코팅층의 크랙 및 박리현상으로 인한 제품의 품질저하를 방지할 수 있다.
본 발명은 고망간 냉연강판의 소둔시 사용되는 소둔 롤에 용사 코팅하는 방법에 있어서, 티타늄 화합물을 주성분으로 하고, 여기에 코발트 45-60중량%, 니켈 8-15중량%, 크롬 16-24중량%, 알루미늄 3-7중량% 및 이트륨 0.3-0.8wt를 포함하여 이루어지는 금속 바인더를 상기 티타늄 화합물 대비 5-35vol%로 첨가한 용사 코팅재 및 상기 코팅재를 세척된 소둔 롤 표면에 용사하여 코팅하는 고망간 냉연강판의 소둔시 사용되는 소둔 롤의 용사 코팅방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명에서는 티타늄 화합물을 용사 코팅재료의 주성분으로 사용한다. 상기 티타늄 화합물은 냉연 소둔 라인의 고온부 온도인 600-1100℃ 범위에서 장시간 유지되어도 산화망간과 반응하지 않으며, 열적 안정성이 우수한 물질이므로, 본 발명 에서 사용하기에 적합하다.
본 발명에서 사용되는 티타늄 화합물로서는, 본 기술분야에서 사용될 수 있는 것으로 알려진 티타늄 화합물을 본 발명에서도 적합하게 사용할 수 있으며, 구체적으로는, 예를 들어 티타늄 옥사이드, 티타늄 카바이드, 질화티타늄, 붕화티타늄, 염화티타늄, 탄질화티타늄, 질화티타늄알루미늄, 티타늄 알루미나이드, 티타늄 실리사이드 등을 들 수 있다.
본 발명에서는 이러한 티타늄 화합물에 일정한 함량범위의 금속 상(phase)을 바인더(binder)로 첨가하여 용사한다. 현재 상용되고 있는 용사용 금속 바인더는 여러 종류가 있으나, 고망간 냉연강판의 소둔시 소둔 롤은 그 사용온도가 600-1100℃의 범위이므로, 이에 적합한 내열성을 갖추어야 한다. 따라서, 본 발명은 이와 같은 적합한 금속 바인더로서 내열성이 우수한 코발트(코발트)를 주성분으로 한 것을 사용하며, 구체적으로는, 코발트 45-60중량%, 니켈 8-15중량%, 크롬 16-30중량%, 알루미늄 3-10중량% 및 이트륨 0.3-1.5중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
이러한 금속 바인더는 상기 용사 코팅재의 주성분인 티타늄 화합물에 대비하여 5-35vol% 범위의 함량으로 포함하여 사용할 수 있다. 상기 금속 바인더가 티타늄 화합물에 대비하여 5vol%보다 작은 경우에는 코팅층의 취성이 강하여 코팅층의 크랙 및 박리가 쉽게 일어날 수 있으며, 35vol%보다 많을 경우에는 티타늄 화합물에 의한 용사층의 우수한 내마모 특성을 유지하기 어려울 뿐만 아니라, 상대적으로 많은 양의 금속 바인더로 인한 산화망간(MnO)과의 반응에 의해 코팅층의 크랙 및 박리현상이 발생할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 티타늄 화합물의 용사분말을 용사 코팅하기 전에 소둔 롤 표면의 거칠기 및 표면 청정을 위하여, 먼저 소둔 롤 표면을 세척하는 것이 바람직하다. 상기 세척방법은 본 기술분야에서 일반적으로 사용되고 있는 방법이라면 어떠한 것도 사용할 수 있는 것으로서, 특별하게 한정하지 않으며, 구체적으로 예를 들어, 소둔 롤 표면을 알루미나 샌드를 이용하여 4~5kgf/㎠의 공기압으로 그리트 블라스팅(grit blasting)하고, 그 후 아세톤을 사용하여 초음파 세척하는 방법 등을 들 수 있다.
상기 세척된 소둔 롤은 티타늄 화합물의 용사분말을 사용하여 소둔 롤에 초고속 용사함으로써 코팅를 실시한다. 이때 초고속 용사 코팅을 하기 위한 열원으로는, 수소, 프로판, 아세틸렌, 석유 등의 연소 열을 이용할 수 있다. 또한, 초고속 용사 방법에 대하여는 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법 중에서 적절하게 선택하여 사용할 수 있으며, 이에 따라 본 발명 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용사 변수를 적절하게 설정할 수 있을 것이다.
본 발명에서 제공되는 용사 코팅재를 사용하여 소둔 롤 표면을 코팅하는 경우에는 소둔 롤에 내마모성을 부여할 뿐 아니라, 고망간 냉연강판의 소둔 라인의 고온부 온도인 600-1100℃ 범위에서 장시간 유지되어도 산화망간과 반응하지 않으며, 열적 안정성이 우수한 코팅층을 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 용사 코팅재를 코팅한 소둔 롤을 통해 고망간 냉연강판을 소둔하는 경우에는 강판 표면이 소둔 롤의 표면 품질에 의해 영향을 받지 않는 우수한 품질의 강판을 얻을 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
실시예
실시예 1 및 비교예 1-2
코팅될 소둔 롤의 표면을 알루미나 샌드를 이용하여 4kgf/㎠의 공기압으로 3분간 그리트 블라스팅을 행하였다. 이후, 아세톤을 사용하여 초음파 세척을 행하였다.
나아가, 하기 표 1과 같은 용사용 코팅 재료를 준비하였다. 이때 사용된 티타늄 화합물은 티타늄 카바이드이다.
상기 세척된 롤에 대하여 준비된 용사 분말을 사용하여 용사 코팅하였다. 이때, 산소 및 수소가스를 사용하여 화염 온도 약 3,100℃의 화염 속에 약 2,100m/sec의 초고속의 입자속도로 상기 준비된 용사용 코팅 재료를 상기 소둔 롤 표면으로 분사하여 300㎛의 두께를 갖는 용사코팅층을 형성하였다.
이렇게 제작된 시편에 대하여 코팅밀착성, 장기수명, 내빌드업성을 다음과 같은 방법으로 평가하고, 그 결과를 표 2에 기재하였다.
[표 1]
금속바인더(중량%) 금속바인더
(부피%)
Co Ni Cr Al Y
비교예 1 57 11 24 7 1 4
발명예 1 57 11 24 7 1 30
비교예 2 57 11 24 7 1 40
[표 2]
코팅 밀착성 장기수명 내빌드업 특성
비교예 1 불량 양호 불량
발명예 1 양호 양호 양호
비교예 2 양호 불량 양호
표 2에 기재된 바와 같이 실시예 1의 경우에는 코팅 밀착성이 우수하고, 소둔 롤의 수명을 장기화할 수 있었으며, 빌드-업이 형성되지 않음을 확인할 수 있었다. 그러나, 비교예 1의 경우에는 코팅 밀착성 및 내빌드업성이 불량하였으며, 비교예 2의 경우에는 소둔 롤의 수명이 짧았다.

Claims (4)

  1. 고망간 냉연강판의 소둔시 사용되는 소둔 롤의 용사 코팅재로서, 티타늄 화합물 및 금속 바인더를 포함하고, 상기 금속바인더는 코발트 45-60중량%, 니켈 8-15중량%, 크롬 16-30중량%, 알루미늄 3-10중량% 및 이트륨 0.3-1.5중량%를 포함하며, 상기 금속 바인더는 상기 티타늄 화합물 대비 5-35vol%의 범위를 갖는 용사분말.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 티타늄 화합물은 티타늄 옥사이드, 티타늄 카바이드, 질화티타늄, 붕화티타늄, 염화티타늄, 탄질화티타늄, 질화티타늄알루미늄, 티타늄 알루미나이드, 티타늄 실리사이드로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물임을 특징으로 하는 용사 분말
  3. 고망간 냉연강판의 소둔시 사용되는 소둔 롤의 용사코팅에 있어서, 티타늄 화합물 및 금속 바인더를 포함하고, 상기 금속바인더는 코발트 45-60중량%, 니켈 8-15중량%, 크롬 16-30중량%, 알루미늄 3-10중량% 및 이트륨 0.3-1.5중량%를 포함하며, 상기 금속 바인더는 상기 티타늄 화합물 대비 5-35vol%의 범위로 첨가한 용사분말을 세척된 소둔 롤 표면에 용사하여 코팅하는 것을 특징으로 하는 용사코팅 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 티타늄 화합물은 티타늄 옥사이드, 티타늄 카바이드, 질화티타늄, 붕화티타늄, 염화티타늄, 탄질화티타늄, 질화티타늄알루미늄, 티타늄 알루미나이드, 티타늄 실리사이드로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 화합물임을 특징으로 하는 용사 코팅방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106435445A (zh) * 2016-10-31 2017-02-22 河北工业大学 一种含Cr的TiCN基复合涂层的制备方法

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