KR20120101831A - 연속주조주형 및 연속주조주형의 도금 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연속주조주형의 도금 방법과 이에 따라 제조되는 연속주조주형에 관한 것이다.
본 발명에 따른 연속주조주형의 도금 방법은, 연속주조주형을 전해 탈지하는 제1 단계; 연속주조주형을 산세척하는 제2 단계; 연속주조주형을 니켈-보론-탄소 혼합 도금액으로 합금 도금하는 제3 단계; 및 연속주조주형을 수세하고 건조하는 제4 단계를 포함한다.
본 발명의 연속주조주형 및 연속주조주형의 도금 방법은, 연속주조시 발생하는 장변주형 전후 움직임에 따른 도금층 크랙 또는 박리 방지를 도모할 수 있으므로, 연속주조주형의 수명 향상 및 주편의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

연속주조주형 및 연속주조주형의 도금 방법{CONTINUOUS CASTING MOLD AND METHOD FOR PLATING CONTINUOUS CASTING MOLD}
본 발명은 연속주조주형의 도금 방법과 이에 따라 제조되는 연속주조주형에 관한 것이다.
일반적으로, 산업이 발전함에 따라 가혹한 조건의 마모, 부식 분위기 등에서 사용되는 설비, 기계부품, 공구류 등은 그 성능 및 수명 향상이 계속해서 요구되고 있다. 이러한 요구를 충족시키기 위해 보호코팅을 포함한 각종 표면 처리 방법이 대두되고 있다. 이의 대표적인 것이 전해 도금이며, 이 중에서 크롬, 니켈-보론, 니켈-코발트 전해 도금 방법이 개발된 바 있다.
그러나, 크롬, 니켈-보론, 니켈-코발트 도금층은 고온에서 사용이 어렵고, 경도와 내마모성과 내부식성과 전도성 및 기계적 특성이 3원계 도금층에 비해서 저하되는 단점이 있었다.
한편, 연속주조 주형의 수명을 향상시키기 위해 고경도 코팅을 적용하고 있으며 이에 따른 연속주조주형의 수명은 비약적으로 향상되었다. 하지만 철강업계에서 조강 생산량이 지속적으로 상승하고 있기 때문에 연속주조주형의 도금층에 요구되는 특성이 더욱더 가혹해지고 있다. 예컨대, 종래에 발생되는 연속주조주형의 도금층 마모 현상에는, 장변주형 상부 지점에서 도금층이 마모되는 현상과, 장변주형 하부 중앙에 원형의 도금층 박리가 발생하여 중앙 상부로 진행되는 현상과, 장변주형 하부 폭 방향으로 원형의 도금층 박리가 발생되는 현상과, 장변주형 하부 사이드 부위에 과다 마모가 발생되는 현상 등이 있다.
이에 따라, 도금층에 요구되는 특성은, 고경도의 특성을 유지하는 것과 아울러, 주형의 전후 굽힘에 의한 도금층 박리 문제를 해결하기 위한 연성 특성이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해서 안출된 것으로, 고속으로 도금층을 형성하고, 전착응력이 작고 용액 중에서 안정성을 개선시킨 도금층을 형성하여, 니켈-보론, 니켈-코발트의 2원계 도금층보다 고경도, 내마모성, 내부식성, 고연성 및 기계적 특성이 우수한 도금층을 형성하는 연속주조주형의 도금 방법 및 이에 따라 제조되는 연속주조주형을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 연속주조주형의 도금 방법은, 연속주조주형을 전해 탈지하는 제1 단계; 연속주조주형을 산세척하는 제2 단계; 연속주조주형을 니켈-보론-탄소 혼합 도금액으로 합금 도금하는 제3 단계; 및 연속주조주형을 수세하고 건조하는 제4 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 니켈-보론-탄소 혼합 도금액에는 C, C4H8O2 또는 C4H6O2 중 적어도 어느 하나의 탄소 공급원이 0.001M 이상 0.1M 이하 농도로 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 니켈-보론-탄소 혼합 도금액은, 니켈 설파메이트 또는 황산니켈의 1.0M 내지 1.9M의 니켈 공급원과, DMAB(dimethyl amine borane complex), TMAB(trimethyl amine borane complex), DEAB(diethyl amine borame complex) 또는 TEAB(tetryl amine borame complex) 중 적어도 어느 하나의 0.002M 내지 0.019M의 보론 공급원과, C, C4H8O2 또는 C4H6O2 중 적어도 어느 하나의 0.001M 내지 0.1M의 탄소 공급원과, 염화니켈 0.03M 내지 0.20M의 양극용해제와, 붕산 0.3M 내지 0.8M의 완충제와, 라우릴 황산 소다 0.1g/L 내지 1.5g/L 농도의 피트방지제와, 헥사메틸렌디아민(1,6-diammonium hexane) 또는 시카린 나트륨(C7H4NNaO3S)의 0.1g/L 내지 1.5g/L 농도의 광택제를 포함하며, 전류밀도 1A/dm2 내지 30A/dm2, 온도 30℃ 내지 60℃, pH 3 내지 5에서 전해 도금하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 연속주조주형의 도금 방법은, 제2 단계 이후, 연속주조주형에 니켈 도금하고, 니켈 스트라이크 도금하여 니켈 도금층 표면을 활성화한 후, 제3 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 연속주조주형은 연속주조주형 바디; 연속주조주형 바디에 적층되는 니켈 도금층; 및 니켈 도금층에 적층되는 니켈-보론-탄소 합금 도금층;을 포함하며, 니켈-보론-탄소 합금 도금층에서 탄소의 함유량이 0.1% 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 연속주조주형 및 연속주조주형의 도금 방법은, 연속주조시 발생하는 장변주형 전후 움직임에 따른 도금층 크랙 또는 박리 방지를 도모할 수 있으므로, 연속주조주형의 수명 향상 및 주편의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속주조주형의 도금 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속주조주형을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속주조주형의 도금 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속주조주형을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 굽힘 하중이 가해진 시편을 나타낸 도면이다.
도 6은 굽힘 하중에 따른 변형도를 나타낸 도면이다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하려는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
<제1 실시예>
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속주조주형의 도금 방법을 설명하기 위한 플로차트이다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속주조주형을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속주조주형의 도금 방법은, 먼저 연속주조주형을 전해 탈지한다(S110). 구체적으로, 상온에서 100g/L 수산화나트륨(NaOH)에서, 10 A/dm2 전류 밀도로 30분간 전해 탈지하고, 수세한다.
다음으로, 연속주조주형을 1%의 염산으로 산세척한다(S120).
다음으로, 연속주조주형을 니켈-보론-탄소(Ni-B-C) 혼합 도금액으로 합금 도금하여 니켈-보론-탄소 합금 도금층을 형성한다(S130). 이때, 니켈-보론-탄소 혼합 도금액에는 C, C4H8O2 또는 C4H6O2 중 적어도 어느 하나의 탄소 공급원이 0.001M 이상 0.1M 이하 농도로 포함된다. 이는, 일반적인 고경도 도금층의 경우 굽힘 강도가 저하되는 특징을 가지고 있기 때문에, 0.001M 이상 0.1M 이하의 탄소가 함유되면 기존의 경도를 유지하면서 내식성, 연성이 우수하며 또한 열전도도가 낮아지는 특징을 가지기 위한 것이다.
구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 니켈-보론-탄소 혼합 도금액은, 전착응력이 작은 니켈 설파메이트 또는 황산니켈의 1.0M 내지 1.9 M의 니켈 공급원과, 도금층의 경도를 상승시키기 위한 DMAB(dimethyl amine borane complex), TMAB(trimethyl amine borane complex), DEAB(diethyl amine borame complex) 또는 TEAB(tetryl amine borame complex) 중 적어도 어느 하나의 0.002M 내지 0.019M의 보론 공급원과, C, C4H8O2 또는 C4H6O2 중 적어도 어느 하나의 0.001M 내지 0.1M의 탄소 공급원으로 조성된다. 이에 더하여, 양극을 용해시키기 위한 염화니켈 0.03M 내지 0.20M의 양극용해제와, PH 조절을 위한 버퍼 기능을 하는 붕산 0.3M 내지 0.8M의 완충제와, 기포 발생을 방지하여 계면의 피트 방지를 위한 라우릴 황산 소다 0.1g/L 내지 1.5g/L 농도의 피트방지제와, 표면의 광택을 위한 헥사메틸렌디아민(1,6-diammonium hexane) 또는 시카린 나트륨(C7H4NNaO3S)의 0.1g/L 내지 1.5g/L 농도의 광택제를 포함한다.
상기의 니켈-보론-탄소 혼합 도금액을 이용하여, 전류밀도 1A/dm2 내지 30A/dm2, 온도 30℃ 내지 60℃, pH 3 내지 5에서 연속주조주형을 전해 도금한다. 이에 따라, 전착응력이 작고 도금액 중에서 안정성을 개선되며, 고속으로 도금층 형성이 가능하게 된다.
다음으로, 연속주조주형을 수세하고 건조하여 도금 공정을 완료한다(S140).
이에 따라, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속주조주형은, 도 2에 도시된 바와 같이, 연속주조주형 바디(10) 상에, 고경도, 내마모성, 내부식성, 연성 및 기계적 특성이 우수한 니켈-보론-탄소 합금 도금층(20)이 형성된다. 여기서, 탄소의 함유량을 0.1% 이하가 된다.
<제2 실시예>
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속주조주형의 도금 방법을 설명하기 위한 플로차트이다. 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속주조주형을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속주조주형의 도금 방법은, 먼저 연속주조주형을 100g/L 수산화나트륨(NaOH)으로 전해 탈지하고 수세한다(S210).
다음으로, 연속주조주형을 1%의 염산으로 산세척한다(S220).
다음으로, 연속주조주형에 니켈 도금하고 수세한다(S230). 본 발명의 제2 실시예에서는 니켈-보론-탄소 합금 도금층(20)을 형성하기 전에 니켈 도금을 수행하여 연소주조주형 바디(10)의 표면에 니켈 도금층(30)을 형성한다. 이에 따라, 단일층의 니켈-보론-탄소 합금 도금층(20)만을 연소주조주형 바디(10)에 직접 형성하는 것에 비해 제조비용을 절감할 수 있으며, 고경도를 유지하면서도 연성을 확보할 수 있고, 전체 도금층(20, 300)의 크랙 방지를 보다 더 도모할 수 있다.
다음으로, 연속주조주형의 니켈 도금층(30) 표면에 니켈 스트라이크 도금하여 니켈 도금층 표면을 활성화한다(S240). 구체적으로, 니켈 스트라이크 도금액은, 염화 니켈 1.0M 내지 2.0M, 황산 또는 염산 3.0M 내지 5.0M로 조성하며, 전류 밀도 5.0~10A/dm2에서, 양극을 체결하여 5분 내지 30분 처리 후, 다시 음극을 체결하여 5분 내지 30분 처리한다. 니켈 스트라이크 도금으로 인해 니켈 도금층(30)의 표면에 이물질을 벗겨내고, 그 니켈 도금층(30)의 표면에 얇은 도금막을 형성하여 니켈-보론-탄소 혼합 도금액의 도금을 더욱 견고하게 접착되도록 한다.
다음으로, 본 발명의 제1 실시예와 마찬가지로, 연속주조주형을 니켈-보론-탄소 혼합 도금액으로 합금 도금하여 니켈-보론-탄소 합금 도금층을 형성한다(S250).
다음으로, 연속주조주형을 수세하고 건조하여 도금 공정을 완료한다(S260).
이에 따라, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속주조주형은, 도 4에 도시된 바와 같이, 연속주조주형 바디(10) 상에 니켈 도금층(30)이 형성되고, 니켈 도금층(30) 상에 고경도, 내마모성, 내부식성, 연성 및 기계적 특성이 우수한 니켈-보론-탄소 합금 도금층(20)이 형성된다. 여기서, 탄소의 함유량을 0.1% 이하가 된다.
여기서, 니켈 도금층과 크롬 도금층으로 이루어지는 연속주조주형과, 니켈 도금층과 니켈-보론 합금 도금층으로 이루어지는 연속주조주형과, 본 발명의 제2 실시예에 따른 니켈 도금층(30)과 니켈-보론-탄소 합금 도금층(20)으로 이루어지는 연속주조주형의 조도, 경도, 굽힘 강도, 내식성, 열전도도 등 각 특성을 비교 실험하여 나타내면 다음 표 1과 같다.
구분 조도
(Ra,㎛)		 경도
(Hv)		 굽힘 강도
(N/mm2)		 내식성㈜
(g/L)		 열전도도
(J/m sec)
니켈, 크롬 도금 0.8~1.1 600~800 40~50 - 93
니켈, 니켈-보론 도금 1.8~2.1 400~600 100~200 2.73 105
본발명
제2실시예		 1.2~1.5 400~600 500~600 0.68 87
㈜ 내식성 실험의 경우 염산:증류수=3:7비율로 희석용 10일 침지 실험 후 금속 용출량 평가
이에 더하여, 굽힘 강도 실험에 대하여 보다 구체적으로 나타내면 다음 표 2, 도 5 및 도 6과 같다. 구체적으로, 표 2는 니켈, 크롬 도금이 적용용된 비교예 1의 시편과, 니켈, 니켈-보론 도금이 적용된 비교예 2의 시편과, 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 시편 각각의 두께를 나타낸 것이다. 또한, 도 5는 굽힘 하중이 가해진 시편을 나타낸 것으로, (a)는 비교예 1의 시편이고, (b)는 비교예 2의 시편이고, (c)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 시편이며, (d)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시편이다. 또한, 도 6은 굽힘 하중에 따른 변형도를 나타낸 것으로, (a)는 비교예 1의 시편이고, (b)는 비교예 2의 시편이고, (c)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 시편이며, (d)는 본 발명의 제2 실시예에 따른 시편이다. 도 6에서 Y축이 굽힘 하중(Load)에 해당하며, X축이 변형도(Strain)에 해당한다.
구분 니켈 도금층 두께 니켈 합금 도금층 두께
(크롬 도금층 두께)
니켈, 크롬 도금 0.5 mm 1.3 mm
니켈, 니켈-보론 도금 0.5 mm 1.3 mm
본 발명 제1 실시예 - 1.3 mm
본 발명 제2 실시예 0.5 mm 1.3 mm
표 1 및 표 2, 도 5 및 도 6에 나타나는 바와 같이, 일반적인 고경도 도금층의 경우 굽힘 강도가 저하되는 특징을 가지고 있으며, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속주조주형은 0.1% 이하의 탄소가 함유되면서 기존의 경도를 유지하면서 내식성, 연성이 우수하며 또한 열전도도가 낮아지는 특징을 가진다. 연주주조 주형의 도금층의 요구되는 특성은 연속 주조시 발생하는 장변주형 전후 굽힘에 따른 도금층 크랙 또는 박리 방지, 주편 품질 향상을 위한 응고 속도 저하를 위해 열전도도가 낮게 요구되고 있기 때문에 본 발명의 제2 실시예에서는 연속주조주형의 수명 향상 및 주편의 품질을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 연속주조주형 바디
20 : 니켈-보론-탄소 합금 도금층
30 : 니켈 도금층

Claims (5)

  1. 연속주조주형을 전해 탈지하는 제1 단계;
    상기 연속주조주형을 산세척하는 제2 단계;
    상기 연속주조주형을 니켈-보론-탄소 혼합 도금액으로 합금 도금하는 제3 단계; 및
    상기 연속주조주형을 수세하고 건조하는 제4 단계;
    를 포함하는 연속주조주형의 도금 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 니켈-보론-탄소 혼합 도금액에는 C, C4H8O2 또는 C4H6O2 중 적어도 어느 하나의 탄소 공급원이 0.001M 이상 0.1M 이하 농도로 포함되는 것을 특징으로 하는 연속주조주형의 도금 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 니켈-보론-탄소 혼합 도금액은,
    니켈 설파메이트 또는 황산니켈의 1.0M 내지 1.9M의 니켈 공급원과,
    DMAB(dimethyl amine borane complex), TMAB(trimethyl amine borane complex), DEAB(diethyl amine borame complex) 또는 TEAB(tetryl amine borame complex) 중 적어도 어느 하나의 0.002M 내지 0.019M의 보론 공급원과,
    C, C4H8O2 또는 C4H6O2 중 적어도 어느 하나의 0.001M 내지 0.1M의 탄소 공급원과,
    염화니켈 0.03M 내지 0.20M의 양극용해제와,
    붕산 0.3M 내지 0.8M의 완충제와,
    라우릴 황산 소다 0.1g/L 내지 1.5g/L 농도의 피트방지제와,
    헥사메틸렌디아민(1,6-diammonium hexane) 또는 시카린 나트륨(C7H4NNaO3S)의 0.1g/L 내지 1.5g/L 농도의 광택제를 포함하며,
    전류밀도 1A/dm2 내지 30A/dm2, 온도 30℃ 내지 60℃, pH 3 내지 5에서 전해 도금하는 것을 특징으로 하는 연속주조주형의 도금 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 단계 이후, 상기 연속주조주형에 니켈 도금하고, 니켈 스트라이크 도금하여 니켈 도금층 표면을 활성화한 후, 상기 제3 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 연속주조주형의 도금 방법.
  5. 연속주조주형 바디;
    상기 연속주조주형 바디에 적층되는 니켈 도금층; 및
    상기 니켈 도금층에 적층되는 니켈-보론-탄소 합금 도금층;
    을 포함하며, 상기 니켈-보론-탄소 합금 도금층에서 탄소의 함유량이 0.1% 이하인 것을 특징으로 하는 연속주조주형.
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