KR20110077366A

KR20110077366A - 소둔롤의 표면처리 방법 및 표면처리된 소둔롤

Info

Publication number: KR20110077366A
Application number: KR1020090133922A
Authority: KR
Inventors: 황순영; 박순홍; 조남웅
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2011-07-07

Abstract

본 발명은 용사법을 통해 소둔롤의 표면에 용사코팅층을 형성하는 단계; 및 후처리 코팅재로 상기 용사코팅층을 코팅하여 후처리 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 소둔롤의 표면처리 방법으로서,상기 후처리 코팅재는 후처리 코팅재 100 중량 대비 금속알콕사이드 5 ~ 30 중량부, 질화 붕소(BN) 5 ~ 50 중량부를 포함하여 이루어진 소둔롤의 표면처리 방법을 제공한다. 본 발명은 소둔롤에 부착되는 이물질 형성과 성장을 제어하는 기술을 제공하며, 특히 고망간(Mn)강을 장시간 생산하는 경우 이물질이 롤 표면 상부에 부착하여 제품의 품질을 하향시키데 이러한 원인을 억제하는 수단으로서 적합하다.

소둔롤, 내빌드업성

Description

소둔롤의 표면처리 방법 및 표면처리된 소둔롤{Method For Treating Surface of Hearth Roll And Surface-Treated Hearth Roll}

본 발명은 소둔롤의 표면처리 방법 및 표면처리된 소둔롤에 관한 것이다.

기존의 용융도금라인 등에 사용되는 소둔롤(hearth roll)은 제조작업 중 강판 표면의 이물질이 소둔로내에서 소둔롤 표면에 부착되어 이것이 성장하고 이로인해 도금강판 표면에 흠집이 발생하는 경우가 빈번하게 일어나고 있다. 종래의 경우 소둔롤 표면에 용사공정을 사용하여 다양한 종류의 이물질 비부착성 코팅을 하여 사용되고 있으나, 내빌드업성이 충분하지 못하여 경우에 따라서 용사의 기공을 채우기 위하여 크롬산 용액을 코팅후 열처리하여 사용되고 있다. 함침된 CrO₃용액은 열처리과장을 통하여 Cr₂O₃로 상변화를 가져오면서 용사코팅층 내부 기공내로 석출되어 기공을 채우게 되는 것이다. 그러나 코팅층의 미세조직을 치밀화하기 위한 크롬산 용액은 강력한 산화제로 피부를 손상시키어 피부염을 일으키고, 흡입하면 폐암을 유발하는 등, 작업자에게는 직업공해병의 우려가 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소둔롤의 표면에 용사코팅층을 형성한 후에 금속알콕사이드로 합성되는 졸에 용융아연 등의 이물질 부착방지를 위해 질화붕소(BN)를 분산시켜 제조된 코팅재를 사용하여 용사코팅층에 습식코팅 후 열처리하여 후처리 코팅층을 형성함으로써 용사코팅층 조직을 치밀하게 하고 내빌드업성을 향상시키는 소둔롤의 표면처리 방법 및 표면처리된 소둔롤을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위한 수단으로서,

본 발명은 용사법을 통해 소둔롤의 표면에 용사코팅층을 형성하는 단계; 및 후처리 코팅재로 상기 용사코팅층을 코팅하여 후처리 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 소둔롤의 표면처리 방법으로서, 상기 후처리 코팅재는 후처리 코팅재 100 중량 대비 금속알콕사이드 5 ~ 30 중량부, 질화 붕소(BN) 5 ~ 50 중량부를 포함하여 이루어진 소둔롤의 표면처리 방법을 제공한다.

또한, 상기 후처리 코팅재는 금속알콕사이드 : 콜로이달 실리카 : 용제 : 첨가제 : 질화 붕소(BN) = 5 ~ 30 중량부 : 0 ~ 40 중량부 : 15 ~ 75 중량부 : 0.3 ~ 5 중량부 : 5 ~50 중량부의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 소둔롤의 표면처리 방 법을 제공한다.

또한, 상기 금속알콕사이드는 Si-알콕사이드, Zr-알콕사이드, Ti-알콕사이드, 및 Al-알콕사이드 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 소둔롤의 표면처리 방법을 제공한다.

또한, 상기 용제 15 ~ 75 중량부는, 알콜 : 물 = 10 ~ 50 중량부 : 5 ~ 25 중량부의 비율로 혼합되어 사용되는 것을 특징으로 하는 소둔롤의 표면처리 방법을 제공한다.

또한, 상기 첨가제는 촉매 및 분산제를 포함하는 것을 특징으로 하는 소둔롤의 표면처리 방법을 제공한다.

또한, 상기 후처리 코팅재는 금속알콕사이드, 콜로이달 실리카, 용제, 촉매를 포함하는 원료로 하여 먼저 졸(sol)을 합성하고, 여기에 질화붕소(BN) 미분말과 분산제를 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 소둔롤의 표면처리 방법을 제공한다.

또한, 상기 용사코팅층은 NiCr, NiCrAl, NiCrAlY, FeCrAlY 중 적어도 하나 이상이 포함된 세라믹 분말로 용사 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 소둔롤 의 표면처리 방법을 제공한다.

또한, 상기 후처리 코팅재로 상기 용사코팅층을 코팅하는 단계 후에, 120 ~ 300℃에서 20 ~ 60분 건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소둔롤의 표면처리 방법을 제공한다.

또한, 상기 후처리 코팅재로 상기 용사코팅층을 코팅하는 단계는 수회 실시되는 것을 특징으로 하는 소둔롤의 표면처리 방법을 제공한다.

또한, 상기 표면처리 방법으로 표면처리된 소둔롤을 제공한다.

상기의 구성적 특징을 갖는 본 발명은, 상술한 바와 같이 용사코팅층의 기공을 금속산화물로 채우면서 롤 표면의 경도를 향상시키는 동시에 코팅층 표면에 BN 분말을 함유한 코팅층을 형성하여 제조강판과의 윤활성을 제공할 수 있고 이물질 부착을 방지하는 내빌드업성을 향상시킬 수 있다. 소둔롤에 부착되는 이물질 형성과 성장을 억제할 수 있으므로, 특히 고망간(Mn)강을 장시간 생산하는 경우 이물질이 롤 표면 상부에 부착하여 제품의 품질을 하향시키데 이러한 원인을 억제하는 수단으로서 유용하게 적용될 수 있다.

이하에서는 도면 및 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 하기의 설명은 본 발명의 구체적 일례에 대한 것이므로, 비록 단정적, 한정적 표현이 있더라도 특허청구범위로부터 정해지는 권리범위를 제한하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 소둔롤의 표면처리 방법 수순도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 표면처리 방법에 의해 표면처리된 소둔롤의 단면도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 소둔롤의 표면처리 방법은, 용사법을 통해 소둔롤(1)의 표면에 용사코팅층(2)을 형성하는 단계(S10), 후처리 코팅재로 상기 용사코팅층(2)을 코팅하여 후처리 코팅층(3)을 형성하는 단계(S20)를 포함하여 이루어지며, 특성 향상을 위해 필요에 따라 후처리 코팅층을 소정온도에서 건조하는 단계(S30)를 더 포함하며, 또한, 후처리 코팅층 형성을 수회 반복 실시하는 단계(S40)를 선택적으로 적용할 수 있다.

본 발명은 소둔롤(1) 표면처리에 있어서 1차로 용사코팅층(2)을 형성하고 난 후, 용사코팅층(2)을 치밀하게 하고 소둔롤에 접촉하여 이송되는 강판과의 윤활성을 부여하고 내빌드업성을 향상시키기 위하여 후처리 코팅층(3)이 더 형성된다.

먼저, 용사법을 통해 소둔롤(1)의 표면에 용사코팅층(2)을 형성한다(S10). 제한되지 않으나 세라믹 분말 등으로 소둔롤(1)의 표면에 용사법을 이용하여 코팅하는 것이 좋다. 세라믹 분말로는 NiCr, NiCrAl, NiCrAlY, FeCrAlY 중 적어도 하나 이상이 포함되어 사용되는 것이 좋다. 이외에도 기존에 알려진 소둔롤(1)의 표면에 기능성을 부여하기 위한 코팅재료라면 모두 포함될 수 있다.

다음, 후처리 코팅재로 상기 용사코팅층(2)을 코팅한다(S20). 후처리 코팅재는 후처리 코팅재 100 중량 대비 금속알콕사이드 5 ~ 30 중량부, 질화 붕소(BN) 5 ~ 50 중량부를 포함하여 이루어지는 것이 특징이다. 더욱 바람직하기로는 금속알콕사이드 : 콜로이달 실리카 : 용제 : 첨가제 : 질화 붕소(BN) = 5 ~ 30 중량부 : 0 ~ 40 중량부 : 15 ~ 75 중량부 : 0.3 ~ 5 중량부 : 5 ~50 중량부의 비율을 갖는 후처리 코팅재인 것이 좋다.

상기 금속알콕사이드는 Si-알콕사이드, Zr-알콕사이드, Ti-알콕사이드, 및 Al-알콕사이드 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 것이 바람직하며, 상기 용제 15 ~ 75 중량부는, 알콜 : 물 = 10 ~ 50 중량부 : 5 ~ 25 중량부의 비율로 혼합되어 사용되는 것이 좋다. 상기 첨가제는 촉매 및 분산제를 포함한다. 각 성분이 혼합되어 제조된 후처리 코팅재는 일정시간 교반 후 숙성한 후에 사용되는 것이 좋다.

금속알콕사이드만으로도 용사 코팅층에 침투시키어 휘발분을 제외한 양 정도 로 금속산화물을 충진할 수 있으나 이 경우 용사코팅층(2) 표면에 질화붕소(BN)를 함유한 후처리 코팅층의 생성이 불가능하다.

기공의 충진은 기공의 크기, 후처리 코팅재의 점도, 열처리 후 불휘발분의 양등에 의하여 정도를 달리한다. 후처리 코팅재를 제조하기 위한 바람직한 예로서, 먼저 금속알콕사이드(Si-, Al-, Ti-, Zr-알콕사이드), 콜로이달 실리카, 알콜, 물, 촉매 등을 원료로 사용하여 졸(sol)을 합성하고, 여기에 BN 미분말과 분산제를 사용하여 분산시킨 용액을 제조한다.

기존 금속알콕사이드 졸은 크롬산 수용액보다 점도가 낮고, 용액상태로 존재하여 금속산화물 미분말을 사용하여 개기공을 충진하는 것보다 코팅층 내부 기공에의 침투가 유리하다. 기공에 침투된 후처리 금속알콕사이드 졸은 열처리와 더불어 알콜성분이 휘발되므로 전체의 기공을 채우지 못하기 때문에 후처리 코팅재 조성에 있어서 콜로이달 실리카의 SiO₂ 함량 및 금속알콕사이드의 불휘발분의 양을 조절하는 것이 중요함을 발견하였고, 상기의 조성비율이 최적임을 발명하였다. 적적한 불휘발분과 점도, 비중을 갖는 코팅재로 세라믹 코팅층의 기공을 채우며, 세라믹 코팅층 표면에 질화붕소(BN) 미분말을 함유한 새로운 코팅층을 형성할 수 있게 된다. 세라믹 코팅층 표면에 형성된 질화붕소(BN) 함유 코팅층은 이물질 부착방지와 롤과 제조강판과의 마찰에 따라 강판표면에 손상을 주시 않는 윤활성이 제공한다.

다음, 바람직하기로는 상기 후처리 코팅재로 상기 용사코팅층(2)을 코팅하는 단계 후에, 120 ~ 300℃에서 20 ~ 60분 건조하는 단계(S30)를 더 포함하는 것이 좋다. 후처리 코팅 및 열처리를 실시하면, 세라믹 코팅층 기공속으로 금속알콕사이드로 합성된 졸이 침투하여 기공을 매우고, 세라믹 코팅층 표면에는 졸을 결합제(binder)로 질화붕소(BN) 분말이 분산되어 있는 코팅층을 형성하게 된다.

또한, 후처리 코팅재로 용사코팅층(2)을 코팅하는 단계는 용사코팅층(2)의 조직을 치밀하게하고 세라믹 코팅층의 요구 경도를 만족시키며 후처리 코팅층(3)의 두께를 증진시키기 위해 수회, 바람직하기로는 2 내지 10회 실시하는 것이 좋다(S40).

상기와 같은 방법으로 표면처리된 소둔롤은 금속알콕사이드졸이 세라믹 코팅층의 경도를 향상하는 동시에 후처리 코팅층(3) 표면의 질화붕소(BN) 분말이 강판과의 윤활성을 제공한다. 또한 후처리코팅층은 700℃ 이상의 내열성을 가지므로 도금욕내에서 열에 의한 손상이 적다. 또한, 소둔롤에 부착되는 이물질 형성과 성장을 억제할 수 있으므로, 특히 고망간(Mn)강을 장시간 생산하는 경우 이물질이 롤 표면 상부에 부착하여 제품의 품질을 하향시키데 이러한 원인을 억제하는 수단으로서 유용하게 적용될 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명한다.

실시예

길이 120mm, 직경 3mm의 봉형태의 STS 310S시편에 NiCr, NiCrAl, NiCrAlY, FeCrAlY 중 하나 혹은 2개 이상의 복합분말을 사용하여 용사법으로 코팅한 시편을 제작하였다. 또한 후처리 코팅재로 표 1과 같이 시험재를 합성하였으며, 결과적으로 발명재는 중량부로 Si-, Zr-, Ti-, Al-alkoxid : 콜로이달 실리카 : 알콜 : 물 : 촉매 : BN = 5~30 : 0~40 : 10~50 : 5~25 : 0.3~5: 5~50 의 비율을 갖는 코팅재가 표 2에 나타나듯이 요구 물성을 만족하였다. 코팅방법은 한쪽 면이 세라믹 코팅된 시편의 상부를 약 80?이상에서 건조시킨 후 상온으로 냉각된 시편을 사용하여, 제조된 후처리 코팅재로 습식 코팅을 실시하였다. 상온에서 후처리 코팅재를 일부 건조시킨 후, 공기중 분위기 120~300℃ 정도에서 20~60분 정도 건조를 실시하였다. 상온, 공기중에서 시편을 방치 후 시편의 온도가 상온 근처에서 유지되면, 재차 후처리 코팅재를 사용하여 코팅을 실시한 후 상기 열처리 조건으로 열처리를 실시하였다. 이러한 방법으로 후처리 코팅을 3회에 걸쳐서 실시한 결과, 표 2에 나타난 바와 같이 발명재의 경우 요구 물성을 만족하나, 비교재는 모든 특성을 동시에 만족하지 못하였다. 또한, 표 2에 보듯이 코팅재의 각 성분의 함량 범위를 벗어나는 경우 특성이 나빠지는 것을 볼 수 있어 함량이 중요한 임계적 의미를 갖는 것을 알 수 있다.

또한, 열처리 조건에 있어서 발명재라고 할지라도 공기중 분위기 120~300℃ 정도에서 20~60분 이외의 조건에서는 세라믹 코팅표면의 후처리 코팅층의 형성이 만족스럽지 못하였다.

<표 1>

시편	금속알콕사이드	콜로이달 실리카	알콜	물	촉매	BN 분말
비교재 1	4	20	30	20	3	23
비교재 2	31	10	20	20	3	16
비교재 3	10	41	15	20	3	11
비교재 4	10	20	9	20	3	38
비교재 5	10	10	51	10	3	16
비교재 6	10	30	30	4	3	23
비교재 7	10	30	20	26	3	11
비교재 8	10	20	20	20	0.2	29.08
비교재 9	10	20	20	20	6	24
비교재 10	10	30	30	23	3	4
비교재 11	10	10	10	16	3	51
발명재 1	5	19	30	20	3	23
발명재 2	30	11	20	20	3	16
발명재 3	11	40	15	20	3	11
발명재 4	10	19	10	20	3	38
발명재 5	10	11	50	10	3	16
발명재 6	10	30	29	5	3	23
발명재 7	10	30	21	25	3	11
발명재 8	10	20	20	20	0.3	29.07
발명재 9	10	20	20	20	5	25
발명재 10	10	30	30	22	3	5
발명재11	10	10	10	17	3	50

<표 2>

시편	용액안정성	도포성	세라믹층 경도	후처리코팅충 윤활성	후처리코팅충 밀착성
비교재 1	○	×	×	△	×
비교재 2	△	○	△	×	△
비교재 3	×	×	×	×	×
비교재 4	×	×	△	○	○
비교재 5	○	×	×	×	△
비교재 6	○	×	×	△	×
비교재 7	×	×	×	×	×
비교재 8	×	×	×	○	△
비교재 9	×	×	×	○	×
비교재 10	○	○	○	×	○
비교재 11	○	○	○	○	×
발명재 1~11	○	○	○	○	○

○:양호, △:보통, ×:불량

이상, 상기의 설명은 본 발명의 이해를 돕기 위한 일례이므로, 본 발명의 기 술적 사상의 범위내에서 가할 수 있는 구성의 변형, 치환, 수정, 생략 등은 특허청구범위에 의해 정해지는 본 발명의 권리범위에 포함된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 표면처리된 소둔롤의 단면 개략도이다.

** 도면의 주요부호에 대한 설명 **

1 : 소둔롤

2 : 용사코팅층

3 : 후처리 코팅층

Claims

용사법을 통해 소둔롤의 표면에 용사코팅층을 형성하는 단계; 및

후처리 코팅재로 상기 용사코팅층을 코팅하여 후처리 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 소둔롤의 표면처리 방법으로서,

상기 후처리 코팅재는 후처리 코팅재 100 중량 대비 금속알콕사이드 5 ~ 30 중량부, 질화 붕소(BN) 5 ~ 50 중량부를 포함하여 이루어진 소둔롤의 표면처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 후처리 코팅재는 금속알콕사이드 : 콜로이달 실리카 : 용제 : 첨가제 : 질화 붕소(BN) = 5 ~ 30 중량부 : 0 ~ 40 중량부 : 15 ~ 75 중량부 : 0.3 ~ 5 중량부 : 5 ~50 중량부의 비율로 포함된 것을 특징으로 하는 소둔롤의 표면처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 금속알콕사이드는 Si-알콕사이드, Zr-알콕사이드, Ti-알콕사이드, 및 Al-알콕사이드 중에서 적어도 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 소둔롤의 표면처리 방법.
제2항에 있어서, 상기 용제 15 ~ 75 중량부는, 알콜 : 물 = 10 ~ 50 중량부 : 5 ~ 25 중량부의 비율로 혼합되어 사용되는 것을 특징으로 하는 소둔롤의 표면처리 방법.
제2항에 있어서, 상기 첨가제는 촉매 및 분산제를 포함하는 것을 특징으로 하는 소둔롤의 표면처리 방법.
제2항에 있어서, 상기 후처리 코팅재는 금속알콕사이드, 콜로이달 실리카, 용제, 촉매를 포함하는 원료로 하여 먼저 졸(sol)을 합성하고, 여기에 질화붕소(BN) 미분말과 분산제를 첨가하여 제조되는 것을 특징으로 하는 소둔롤의 표면처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 용사코팅층은 NiCr, NiCrAl, NiCrAlY, FeCrAlY 중 적어도 하나 이상이 포함된 세라믹 분말로 용사 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 소둔롤의 표면처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 후처리 코팅재로 상기 용사코팅층을 코팅하는 단계 후에, 120 ~ 300℃에서 20 ~ 60분 건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소둔롤의 표면처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 후처리 코팅재로 상기 용사코팅층을 코팅하는 단계는 다수 실시되는 것을 특징으로 하는 소둔롤의 표면처리 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 표면처리 방법으로 표면처리된 소둔롤.