KR20190050766A - 표면에 적어도 하나의 코팅을 갖는 롤러 퍼니스용 롤러 - Google Patents

표면에 적어도 하나의 코팅을 갖는 롤러 퍼니스용 롤러 Download PDF

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Abstract

롤러 베이스 바디(base body) 및 표면 코팅(coting on a surface)을 가지며, 코팅은 적어도 하나의 층으로서, 하기 층을 갖는 롤러 퍼니스용 롤러:
a) 하기 성분을 함유하는 제1층:
10.0 - 30.0 중량% Si
10.0 - 30.0 중량% Al(OH)3
1.0 - 3.0 중량% B4C
0.5 - 1.5 중량% Y2O3
0.1 - 1.0 중량% Fe2O3, 및
나머지 Al2O3, 및
b) 하기 성분을 함유하는 제2층:
10.0 - 30.0 중량% Si
10.0 - 30.0 중량% Al(OH)3
1.0 - 3.0 중량% B4C
2.0 - 4.0 중량% Y2O3, 및
나머지 Al2O3.

Description

표면에 적어도 하나의 코팅을 갖는 롤러 퍼니스용 롤러
본 발명은 코팅된 세라믹 롤러 베이스 바디(base body), 특히 AlSi-코팅된 금속판(metal sheet)을 열간 성형(hot forming)하기 위한 롤러 퍼니스(roller furnace)에 사용되는 코팅된 세라믹 롤러 베이스 바디, 및 상기 코팅된 롤러 베이스 바디를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 비-산화물(non-oxidic) 코팅을 갖는 롤러를 제조하는 방법에 관한 것이다.
자동차 산업에서는 자동차 바디 부품을 열간 성형함으로써, 제조 공정과 재료의 사용을 줄여 생산 비용을 낮추면서도 동시에 더 우수한 경화 재료를 생산할 수 있다. 이를 위해, 예비 성형품은 퍼니스에서 900℃~1000℃로 가열되고, 산업용 로봇에 의해 프레스에 배치되며, 약 700℃에서 원하는 모양으로 가압된다.
금속판은, 스케일링으로부터의 보호 및 합금 성분으로서, AlSi 보호층으로 코팅된다. 금속판을 가열하기 위해 주로 사용되는 것은 롤러 퍼니스이고, 강판(steel sheet)은 일반적으로 롤러에 직접 배치되거나, 또는 캐리어에 위치한 롤러 퍼니스를 통해 이송된다. AlSi-코팅 강판을 900℃ 내지 약 1000℃로 가열하는 동안 AlSi 보호층의 연화가 일어나고, 그 다음 롤러 재질과의 접촉시 접촉 부식이 발생한다.
가능한 부식 기작은 롤러의 다공성 구조(porous structure)로의 AlSi의 확산, 롤러 표면에 대한 AlSi의 점착 또는 롤러 재료와의 화학적 변형 형태의 반응이다. AlSi가 롤러 구조(roller structure)로 확산되면 롤러 매트릭스, 침투된 AlSi 및 부식-관련 반응 생성물 사이의 팽창 계수 차이가 열 응력을 유발하고; 그 후, 롤러 표면의 치핑(chipping) 또는 롤러 파손이 발생한다. 롤러 재료에 대한 AlSi의 점착은 수 밀리미터까지 빌드업될(build up) 수 있고, 이는 퍼니스를 통해 이송 하는 중에 강판의 변위를 일으키고, 파이버-라인드(fiber-lined) 퍼니스 벽에 손상을 주거나, 산업용 로봇에 의해 판이 이송되는 동안 문제를 야기할 수 있다.
600℃ 이상의 온도에서 작동하는 롤러 오븐의 경우 세라믹 롤러가 필요한데, 이는 온도 저항성, 크립 저항성 및 내열충격성 때문이다.
DE 102011051270 A1은 세라믹 롤러 베이스 바디를 갖는 롤러 퍼니스용 롤러를 개시하고 있으며, 롤러 베이스 바디에는 산화성(oxidic) 부하지지(loadbearing) 표면 코팅이 제공된다. 부하지지 표면 코팅은 Al2O3, ZrO2, Cr2O3, Y2O3, SiO2, CaO, MgO, K2O, TiO2 및/또는 FeO의 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 산화물을 적어도 50 중량%의 비율로 함유한다.
EP 2703759 A1에는 금속 가공물이 열간 성형되는 퍼니스에 대한 부하지지 수단이 개시되어 있다. 부하지지 수단은 산화 알루미늄(aluminum oxide), 산화 붕소(boron oxide) 또는 질화 붕소(boron nitride) 같은 열안정성 금속 산화물(metal oxide) 또는 금속 질화물(metal nitride)로 만들어진 표면을 갖는다.
DE 102011051270 A1 및 EP 2703759 A1에는 코팅제로서 SiO2가 기재되어 있다. SiO2는 비철 금속의 용융물에 의해 적셔져서 금속성 실리콘으로 환원될 수 있기 때문에 상기 수단은 부식을 방지할 수 없다. SiO2는 흔히 세라믹 결합제로서 코팅에 사용되거나, 흔히 유리상(glassy phase)으로 미량 포함된다.
EP 0750169 A1에는 세라믹 타일을 소성하는데(firing) 사용될 수 있는 롤러 퍼니스용 롤러의 형태가 기재되어 있다. 산화 알루미늄, 뮬라이트(mullite), 용융 실리카(fused silica)에 기반한 세라믹 롤러가 알려져 있지만, 이들은 AlSi 합금에 대해 내부식성이 없다. SiC, 특히 질화물 결합(nitride-bonded) SiC 또는 N-SiC 같은 비-산화물 결합(non-oxide bonded) SiC에 기반한 롤러에서, 침투 또는 롤러 구조와의 반응은 관찰되지 않는다; 그러나, 빌드업(buildup)이 발생한다.
부하지지 표면 코팅은 AlSi 금속 용융물에 관한 롤러의 습윤성(wettability)을 감소시켜야 한다. 롤러의 부하지지 표면은 매우 매끄러워야 하며 너무 다공성이지 아니어야 한다. 공지된 바와 같이, 이러한 코팅의 부하지지 표면은 적어도 하나의 산화물, 예를 들어 산화 알루미늄, 산화 지르코늄(zirconium oxide), 산화 크롬(chromium oxide), 산화 이트륨(yttrium oxide), 산화 규소(silicon oxide), 산화 칼슘(calcium oxide), 산화 마그네슘(magnesium oxide), 산화 칼륨(potassium oxide) 산화 티탄(titanium oxide) 및/또는 철 산화물(iron oxide)을 적어도 50 중량% 함유한다.
기존의 방법들은 부식을 방지할 수 없는데, 이는 SiO2가 용융물에 의해 적셔져서 금속 실리콘으로 환원될 수 있기 때문에 SiO2 (흔히 세라믹 결합제로서 코팅에 사용되거나, 흔히 유리상으로 미량 존재)의 존재로 인해 부식 방지가 상실된다는 것이 고려되지 않았기 때문이다. DE 102011051270 A1 및 EP 2703759 A1에는 SiO2가 가능한 코팅제로 기재되어 있다.
AlSi-코팅된 금속판을 열간 성형하는 동안 롤러 재료가 롤러 퍼니스 내에서 공작물의 코팅의 AlSi와 화학적으로 반응하여, 결과적으로 롤러의 내구성이 낮아지는 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 기존 롤러보다 상당히 긴 내구성과 긴 수명을 갖는, AlSi-코팅된 금속 부품을 열간 성형하기 위한 롤러 퍼니스용 롤러를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 코팅 강판을 가열하기 위한 개선된 롤러 퍼니스를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 제1항에 따른 개선된 코팅을 갖는 롤러 퍼니스용 롤러에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예는 종속항으로부터 명백하다.
본 발명의 목적은 롤러 베이스 바디 및 표면 코팅(coating on a surface)을 가지며, 코팅은 하기 성분을 함유하는 층(layer)을 갖는 롤러 퍼니스용 롤러에 의해 달성될 수 있다:
10.0 - 30.0 중량% Si
10.0 - 30.0 중량% Al(OH)3
1.0 - 3.0 중량% B4C
0.5 - 1.5 중량% Y2O3
0.1 - 1.0 중량% Fe2O3, 및
나머지 Al2O3 및 불가피한 불순물.
Al2O3의 비율은 40.0 - 70.0 중량%일 수 있다. Al2O3의 비율은 78.4 중량%일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 롤러에 관한 것으로서, 롤러에서 코팅은 하기 성분을 함유하는 층을 갖는다:
15.0 - 25.0 중량% Si
15.0 - 25.0 중량% Al(OH)3
1.5 - 2.5 중량% B4C
0.8 - 1.2 중량% Y2O3
0.3 - 0.7 중량% Fe2O3, 및
나머지 Al2O3 및 불가피한 불순물.
Al2O3의 비율은 바람직하게는 50.0 - 60.0 중량%일 수 있다. Al2O3의 비율은 67.4 중량%일 수 있다.
상기 코팅으로 AlSi-코팅된 금속 부품의 열간 성형에서 우수한 결과를 얻을 수 있다.
본 발명의 목적은 또한 롤러 베이스 바디 및 표면 코팅을 가지며, 코팅은 하기의 적어도 하나의 층을 갖는 롤러 퍼니스용 롤러에 의해 달성될 수 있다,
a) 하기 성분을 함유하는 제1층:
10.0 - 30.0 중량% Si
40.0 - 70.0 중량% Al2O3
10.0 - 30.0 중량% Al(OH)3
1.0 - 3.0 중량% B4C
0.5 - 1.5 중량% Y2O3
0.1 - 1.0 중량% Fe2O3, 및
나머지 Al2O3 및 불가피한 불순물.
Al2O3의 비율은 40.0 - 70.0 중량%일 수 있다. Al2O3의 비율은 78.4 중량%일 수 있다.
그리고,
b) 하기 성분을 함유하는 제2층:
10.0 - 30.0 중량% Si
40.0 - 70.0 중량% Al2O3
10.0 - 30.0 중량% Al(OH)3
1.0 - 3.0 중량% B4C
2.0 - 4.0 중량% Y2O3, 및
나머지 Al2O3 및 불가피한 불순물.
Al2O3의 비율은 바람직하게는 40.0 - 70.0 중량%일 수 있다. Al2O3의 비율은 77.0 중량%일 수 있다.
제1층 (a)는 본 발명에서 베이스층(base layer)이다. 제2층 (b)는 본 발명에서 커버층(cover layer)이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 롤러에 관한 것으로서, 롤러에서 코팅은 하기 층을 포함하는 적어도 하나의 층을 갖는다:
a) 하기 성분을 함유하는 제1층:
15.0 - 25.0 중량% Si
15.0 - 25.0 중량% Al(OH)3
1.5 - 2.5 중량% B4C
0.8 - 1.2 중량% Y2O3
0.3 - 0.7 중량% Fe2O3, 및
나머지 Al2O3 및 불가피한 불순물.
Al2O3의 비율은 바람직하게는 50.0 - 60.0 중량%일 수 있다. Al2O3의 비율은 67.4 중량%일 수 있다.
그리고,
b) 하기 성분을 함유하는 제2층:
15.0 - 25.0 중량% Si
15.0 - 25.0 중량% Al(OH)3
1.5 - 2.5 중량% B4C
2.8 - 3.2 중량% Y2O3, 및
나머지 Al2O3 및 불가피한 불순물.
Al2O3의 비율은 바람직하게는 50.0 - 60.0 중량%일 수 있다. Al2O3의 비율은 65.7 중량%일 수 있다.
상기 코팅으로, AlSi-코팅된 금속 부품의 열간 성형에서 우수한 결과를 얻을 수 있다.
도 1은 표면 상에 코팅을 갖는 롤러 퍼니스용 롤러의 측면도를 도시한다.
본 발명에 따른 롤러는 하나의 층, 제1층 또는 베이스층을 포함한다. 베이스층은 제2층 또는 커버층과 비교하여 경질층(hard layer)이다. 보다 부드러운 커버 층을 적용하는 것이 장기간 사용에 유리하다는 것이 판명되었다. 실제로 커버층은 마모되어 사라진다; 그러나 단단한 베이스층이 존재하므로, 롤러는 기존의 롤러 퍼니스용 롤러보다 실질적으로 더 길게 동작될 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 두 개의 층을 갖는 롤러는 매우 유리하다.
AlSi-코팅된 금속 부품의 열간 성형을 위한 롤러는 바람직하게 다음을 포함한다:
- 내화성(refractory) 베이스 바디,
- 베이스층, 내화성 베이스 바디의 외면(outer surface) 상에 위치하며, Al2O3 및 Si3N4, 예를 들어, 67 중량% Al2O3 및 31 중량% Si3N4을 함유한다. 나머지는 소결 조제(sintering aid), 약 0.5 중량% Fe2O3 및 약 1 중량% Y2O3를 함유한다.
- 커버층, 베이스층의 위(top)에 위치하며, 소성 상태(fired state)에서 Si3N4, 실리콘 산질화물(silicon oxynitride) 또는 실리콘-M 산질화물(silicon-M-oxynitride)을 함유하고, 여기서 M은 원소 Al, Ca, Mg, Y 중 적어도 하나이며, 층 표면(layer surface)에서 유리(free) SiO2의 비율은 표면층(surface layer)의 < 5 중량%, 바람직하게 < 1 중량%이다.
내화성 베이스 바디는 바람직하게 내화성 물질, 예를 들어 뮬라이트, Al2O3, SiO2 및/또는 SiC에 기반하여 제조된다. 본 발명에 따르면, 다공성 물질의 경우, 산화 및 금속 침투를 방지하기 위해 구멍들은 보호층 프라이머(primer)에 의해 메워진다(sealed).
베이스층은 평균 입자 크기가 d50 200nm인 Al2O3/Si3N4 브라인(brine)에 기반한다. Al2O3 함량은 바람직하게는 50 중량% 내지 80 중량%이다. Si3N4 함량은 바람직하게는 20 중량%와 50 중량% 사이이고, 바람직하게는 약 31 중량%이다. 베이스층은 약 1470℃의 온도에서 N2 대기에서 소성된다. 베이스층과 커버층은 함께 소성될 수 있다.
커버층은 Si3N4, 실리콘 산질화물, SiAlON 또는 이들의 혼합물을 함유할 수 있다. 입자 크기는 0.1 μm 내지 150 μm이다. Si3N4는 바람직하게는 20 중량% 내지 70 중량%이다. 알루미늄 함량은 바람직하게는 20 중량% 내지 70 중량%이다. B4C 함량은 바람직하게는 1 중량% 내지 10 중량%이다.
롤러 퍼니스용 롤러는 상이한 형태를 가질 수 있다. 세라믹 타일의 소성에 대해서는 EP 0750169 A1에 기술된 바와 같이 평활(smooth) 롤러 및 립(rib)을 갖는 롤러가 일반적이다. 립이 있는 롤러는 소결된 제품의 열 응력을 줄이기 위해 타일 바닥에 냉각 공기를 순환시킬 수 있다. 결과적으로, 립이 있는 롤러는 소결된 제품의 냉각 균열을 피하기 위해 충격 냉각(shock cooling)을 갖는 롤러 퍼니스에 사용된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 롤러에 관한 것으로서, 롤러에서 베이스층은 두께가 0.2 mm 내지 1.0 mm이다. 상기 두께에서, AlSi-코팅된 금속 부품의 처리에서 우수한 결과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 롤러에 관한 것으로서, 롤러에서 커버층은 두께가 0.1 mm 내지 0.5 mm이다. 상기 두께에서, AlSi-코팅된 금속 부품의 처리에서 우수한 결과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 롤러에 관한 것으로서, 롤러의 직경은 60 mm 내지 80 mm이다. 상기 직경에서, AlSi-코팅된 금속 부품의 처리에서 우수한 결과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 롤러에 관한 것으로서, 롤러의 벽 두께는 6 mm 내지 12 mm이다. 상기 두께에서, AlSi-코팅된 금속 부품의 처리에서 우수한 결과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 롤러에 관한 것으로서, 롤러의 길이는 2500 mm 내지 4000 mm이다. 상기 롤러의 길이는 롤러 퍼니스용으로 매우 유리하다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 롤러에 관한 것으로서, 롤러는 양단부에 80 mm 내지 100 mm의 길이에 걸쳐 테이퍼(taper)를 갖는다.
립이 있는 롤러에 의한 낮은 열 전달 원리는 롤러 퍼니스의 열간 성형에도 적용된다. 따라서, 롤러의 높은 질량으로 인한, 금속 플레이트(plate)용 금속판과 같은 금속 파트의 과도한 냉각은 피하게 된다. 결과적으로, 립을 갖는 롤러는 이송 스테이션에서 산업용 로봇에 이르는 퍼니스 출구 업스트림(upstream)에서 바람직하게 사용된다.
본 발명에 따른 롤러는 바람직하게는 금속판과 세라믹 롤러 사이의 접촉면을 감소시키기 위해 평활 롤러 또는 립이 있는 롤러를 포함한다. 본 발명에 따른 롤러는 실리콘 질화물에 기초한 SiO2-프리(free) 부식 방지 코팅을 갖는 롤러를 포함한다.
롤러의 립은 부러지기 쉬운 세라믹의 치핑(chipping)을 방지하고 금속 플레이트 상의 스크래치 흔적이 생기는 것을 막을 수 있도록 선단부에서 선택된 반경으로 테이퍼 되도록 설계된다.
베이스 바디는 평활 롤러의 압출(extrusion) 또는 주조(casting), 바람직하게는 립을 갖는 롤러의 주조와 같은 공지 방법에 따라 제조된다.
본 발명에 따라, 롤러는 뮬라이트, 알루미나 또는 SiC 또는 이들의 혼합물, 바람직하게는 Si-SiC와 같은 SiC 재료, 또는 N-SiC 및 R-SiC와 같은 다공성 SiC 재료, 바람직하게는 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 실리콘-M-산질화물 또는 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택된 세라믹 재료로 제조될 수 있다.
Si-SiC와 같은 고밀도 SiC 재료, 또는 N-SiC 및 R-SiC와 같은 다공성 SiC 재료가 사용될 수 있으므로, 다공성 재료의 경우에는 본 발명에 따라 산화 방지 및 금속 침투를 방지하고 구멍을 메우기 위해 제1보호층 프라이머가 적용될 수 있다.
제1 보호층을 도포한 후, 코팅은 110℃에서 일정한 중량에 이르기까지 건조된 다음, 1200℃ 내지 1500℃, 바람직하게는 1350℃ 내지 1480℃에서, 최대 8시간의 유지시간(dwell time) 동안 비-산화성(non-oxidizing) 대기, 바람직하게는 N2 대기에서 소성된다.
SiO-프리(free) 코팅은 평균 입자 크기가 0.1 ㎛ 내지 150 ㎛ 인 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 또는 실리콘-M-산질화물에 기반하는 것이 바람직하다. 소성 후, 층의 N 함량은 20 중량% 내지 80 중량%, 바람직하게는 25 중량% 내지 50 중량%이다. 도포 후, 코팅은 110℃에서 일정한 중량으로 건조된다. Si3N4-코팅의 소성은 1200℃ 내지 1500℃, 바람직하게는 1350℃ 내지 1480℃에서, 최대 8시간의 유지시간 동안 비-산화성 대기, 바람직하게는 N2 대기에서 수행된다. 이러한 커버층의 결과로, 본 발명에 따른 롤러의 부하지지 표면은 매우 매끄럽게 된다. 이러한 비-산화물 부하지지 표면 코팅의 결과로, 알루미늄 실리콘 합금과 같은 철금속 용융물, 특히 코팅된 강판의 코팅 재료와의 반응을 막을 수 있다.
베이스층의 층 두께는 0.2 mm 내지 1.0 mm이다. 커버층의 층 두께는 0.1 mm 내지 0.5 mm이다.
내부식성을 증가시키고 질화물 코팅을 열화학적으로 안정화시키기 위해, 현탁액은 붕소 물질, 예를 들어 B4C 및/또는 Y2O3 분말을 포함하는 것이 유리하다. B4C 및/또는 Y2O3 함량은 소성 후 층에서 1.5 중량%와 5 중량%의 사이이다.
놀랍게도, 열간 성형에 사용되는 조건 하에서, 이와 같이 구현된 Si3N4 코팅은 산화성 대기의 크리티컬(critical) 조건 하에서 산화에 대해 충분히 안정하다는 것이 밝혀졌다. AlSi 합금에 대한 습윤(wetting) 거동은 SiO2 형성에 의해 장기간 사용하더라도 변화되지 않았다.
본 발명의 목적은 또한 적어도 하나의 층을 갖는 롤러 퍼니스용 롤러를 제조하는 방법에 의해 달성될 수 있고, 상기 방법은 다음을 포함한다:
a) 롤러는 베이스층을 위한 제1 수성 현탁액으로 코팅되고,
b) 코팅된 롤러는 90℃ 내지 120℃에서 0.5 내지 2시간 동안 건조되며,
c) 건조된 롤러는 1400℃ 내지 1500℃에서 6 내지 8시간 동안 N2 대기에서 소결된다.
본 발명의 목적은 또한 적어도 하나의 층을 갖는 롤러 퍼니스용 롤러를 제조하는 방법에 의해 달성될 수 있고, 상기 방법은 다음을 포함한다:
a) 롤러는 제1 수성 현탁액으로 코팅되고,
b) 코팅된 롤러는 90℃ 내지 120℃에서 0.5 내지 2시간 동안 건조되며,
c) 건조된 롤러는 제2 수성 현탁액으로 코팅되고,
d) 코팅된 롤러는 90℃ 내지 120℃에서 0.5 내지 2시간 동안 건조되며,
e) 건조된 롤러는 1400℃ 내지 1500℃에서 6 내지 8시간 동안 N2 대기에서 소결된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 적어도 하나의 층을 갖는 롤러 퍼니스용 롤러를 제조하는 방법으로서, 롤러는 먼저 N2 대기에서 소결된 후 코팅되고 코팅된 롤러는 다시 소결되거나, 또는 롤러는 그린 바디(green body)로서 소결되지 않은 채 코팅되고 하나 또는 복수의 층을 가진 롤러가 소결된다.
층(layer)은 퍼니스 가구를 코팅하는 기존 방법, 예를 들어, 수성 슬러리 또는 현탁액으로 분무 또는 침지 코팅함으로써 얻어질 수 있다.
베이스층을 도포한 후, 바람직하게는 약 110℃에서 일정한 무게가 될 때까지건조될 수 있다.
베이스층 상에 커버층을 도포한 후, 롤러는 바람직하게는 약 110℃에서 일정한 무게가 될 때까지 건조된다. 추가 소성은 바람직하게는 약 1470℃에서 최대 8시간의 유지시간 동안 N2 대기에서 수행된다.
본 발명에 따르면, 두 층은 또한 약 1470℃의 온도에서 함께 소성될 수 있다.
롤러는 종래에 공지된 모든 세라믹 재료로부터 제조될 수 있다. 바람직하게는 질화물-결합 SiC, 실리콘-침투 SiC 및 재결정(recrystallized) SiC, 뮬라이트 또는 이들의 혼합물이 롤러 재료로 사용된다.
본 발명의 목적은 금속 부품, 특히 AlSi-코팅된 금속판을 열간 성형하기 위한, 표면에 코팅을 갖는 롤러 퍼니스용 롤러의 용도에 의해 달성된다.
이하, 본 발명을 실시예 및 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 4개의 실시예와 2개의 비교예가 수행되었다.
질화물-결합 SiC, 실리콘-침투 SiC 및 재결정 SiC, 뮬라이트 또는 이들의 혼합물이 롤러 재료로 사용되었다. 곡면 상에의 코팅의 점착성을 평가하기 위해 직경 40mm 및 길이 300mm의 롤러 상에 코팅이 도포되었다; 부식 테스트를 위해, 100 mm x 100 mm x 8 mm 크기의 시트에 도포되었다.
부식 테스트를 위해, 롤러와 플레이트에는 압축된 AlSi 큐브뿐만 아니라 AlSi-코팅된 금속판이 적재되었다. 시험은 전기 가열된 실험실 퍼니스에서 900℃로 96시간 동안 산화성 대기에서 수행되었다.
본 발명은 도면과 함께 실시예 및 비교예를 참조하여 이하에서 상세히 설명된다. 본 발명은 이들에 의해 제한되지 않는다.
실시예 1
베이스층으로만 코팅된 베이스 바디
NSiC base body N-Durance®는 수성 현탁액 AnnaPlast 171-5 (표 4)로 코팅된 뒤,
110℃에서 1시간 동안 건조되고,
1470℃에서 7시간 동안 N2 대기에서 소결되었다. 표 1에서 보다 자세한 데이터를 확인할 수 있다.
실시예 2
베이스층과 커버층으로 코팅된 베이스 바디
NSiC base body N-Durance®는 수성 현탁액 AnnaPlast 171-5 (표 4)로 코팅된 뒤,
110℃에서 1시간 동안 건조되고,
그 후, 수성 현탁액 AnnaPlast 171-3 (표 4)으로 코팅되며,
110℃에서 1시간 동안 건조되고,
1470℃에서 7시간 동안 N2 대기에서 소결되었다. 표 1에서 보다 자세한 데이터를 확인할 수 있다.
표 1: 실시예 1 및 실시예 2
본 발명 실시예 1 실시예 2
성분 베이스 바디 소성됨(fired), 다음을 포함: 소성됨, 다음을 포함:
베이스 바디는 다음을 포함: N-Durance® N-Durance®
단일 코팅 이중 코팅
층 1은 다음을 포함: cf. Apl 171-5 Apl 171-5
층 2는 다음을 포함: 2번째 층 없음 Apl 171-3
소성(firing) 1470 ℃ - N2 대기 1470 ℃ - N2 대기
롤러를 이용한 필드 테스트 온도 900 ℃ 900 ℃
시간 < 4000 시간 < 4000 시간
결과 침투 또는 롤러 구조와의 반응 없음,
경미하고, 균일하며, 쉽게 제거 가능한 케이킹(caking)		 침투 또는 롤러 구조와의 반응 없음,
매우 경미하고, 균일하며, 쉽게 제거 가능한 케이킹
부식 테스트 온도 900 ℃ 900 ℃
시간 90 시간 90 시간
결과 침투 없음(no infiltration)
케이킹 없음		 침투 없음
케이킹 없음
실시예 3
베이스층으로 코팅된 그린 베이스 바디, 여기서 층에는 실리콘 산화물 없음
NSiC base body N-Durance®는 수성 현탁액 AnnaPlast 171-5 (표 4)로 코팅된 뒤,
110℃에서 1시간 동안 건조되고,
그 후, 1470℃에서 7시간 동안 N2 대기에서 소결되었다. 표 2에서 보다 자세한 데이터를 확인할 수 있다.
실시예 4
베이스층과 커버층으로 코팅된 그린 베이스 바디, 여기서 두 층에는 모두 실리콘 산화물 없음
NSiC base body N-Durance®는 수성 현탁액 AnnaPlast 171-5 (표 4)로 코팅된 뒤,
110℃에서 1시간 동안 건조되고,
그 후, 수성 현탁액 AnnaPlast 171-3 (표 4)으로 코팅된 뒤,
110 ℃에서 1시간 동안 건조되고,
그 후, 1470℃에서 7시간 동안 N2 대기에서 소결되었다. 표 2에서 보다 자세한 데이터를 확인할 수 있다.
표 2: 실시예 3 및 실시예 4
본 발명
 실시예 3 실시예 4
성분 베이스 바디 비소성됨(unfired), 다음을 포함: 비소결됨, 다음을 포함:
베이스 바디는 다음을 포함: N-Durance® N-Durance®
단일 코팅 이중 코팅
층 1은 다음을 포함: cf. Apl 171-5 Apl 171-5
층 2는 다음을 포함: 2번째 층 없음 Apl 171-3
소성(firing) 1470 ℃ - N2 대기 1470 ℃ - N2 대기
롤러를 이용한 필드 테스트 온도 900 ℃ 900 ℃
시간 < 4000 시간 < 4000 시간
결과 침투 또는 롤러 구조와의 반응 없음,
경미하고, 균일하며, 쉽게 제거 가능한 케이킹		 침투 또는 롤러 구조와의 반응 없음,
매우 경미하고, 균일하며, 쉽게 제거 가능한 케이킹
부식 테스트 온도 900 ℃ 900 ℃
시간 90 시간 90 시간
결과 침투 없음
케이킹 없음		 침투 없음
케이킹 없음
비교예 1 및 2 (종래기술)
비교예를 위해, 두 개의 베이스 바디 NSiC base bodies N-Durance®는 Al2O3 및 SiO2를 함유하는 코팅제로 단일 코팅된 뒤,
110 ℃에서 1시간 동안 건조되고,
그 후, 1250℃에서 7시간 동안 O2 대기에서 소결되었다. 표 3에서 보다 자세한 데이터를 확인할 수 있다.
표 3: 비교예 1 및 비교예 2
종래기술 비교예 1 비교예 2
성분 베이스 바디 소성됨(fired), 다음을 포함: 소성됨, 다음을 포함:
베이스 바디는 다음을 포함: Mullite rollers
mullite, corundum		 N-Durance®
단일 코팅 단일 코팅
층 1은 다음을 포함: Al2O3/SiO2 그룹으로부터 Al2O3/SiO2 그룹으로부터
층 2는 다음을 포함: 2번째 층 없음 2번째 층 없음
소성(firing) < 1250 ℃ - O2 대기 < 1250 ℃ - O2 대기
롤러를 이용한 필드 테스트 온도 900 ℃ 900 ℃
시간 < 4000 시간 < 4000 시간
결과 롤러 표면에 AlSi의 견고하고(firm), 비균일한 부착,
AlSi는 "다공성" 롤러 구조로 확산,
화학 반응이 롤러 파손을 유발		 코팅 재료의 제거,
AlSi의 부착,
롤러 표면에 AlSi의 견고하고, 비균일한 부착,
부식 테스트 온도 900 ℃ 900 ℃
시간 90 시간 90 시간
결과 침투
케이킹		 침투
케이킹
표 1 내지 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 롤러는 기존 롤러보다 더 큰 내구성을 갖는다. 비교예의 기존 롤러는 이러한 롤러의 단점, 즉 침투 및 케이킹을 가지며, 이로 인해 코팅 재료가 제거되고 롤러가 파손된다. 결과는 예상치 못한 놀라운 결과였다.
하기 표 4는 층(layer)을 제조하기 위한 수성 현탁액의 성분을 나타낸다.
층(layer) 1
Apl 171-5
베이스층(Base Layer)		 층(layer) 2
Apl 171-3
커버층(Cover Layer)
% 　 % 　
19.704 Si 19.417 Si
19.704 Al(OH)3 19.417 Al(OH)3
57.143 Al2O3 56.311 Al2O3
1.970 B4C 1.942 B4C
0.494 Fe2O3 0.000 Fe2O3
0.985 Y2O3 2.913 Y2O3
100.000 총계 100.000 총계
도면은 도 1을 포함한다.
도 1은 표면 상에 코팅을 갖는 롤러 퍼니스용 롤러의 측면도를 도시한다. 코팅된 롤러(1)는 베이스 바디(2), 및 롤러(1)의 베이스 바디의 외부 표면에 코팅을 포함한다. 롤러(1)는 캐비티(cavity)(3)을 갖는 중공 롤러이다. 롤러(1)는 드라이브 슬리브를 부착하기 위해 양단부에 테이퍼(4)를 갖는다. 롤러(1)는 재료로서 N-Durance®을 포함한다. 롤러(1)는, 예로서, 직경 60 mm 및 길이 3070 mm를 갖는다. 양단부에서, 롤러(1)는 80mm 길이에 걸쳐 59mm의 직경으로 테이퍼 된다. 본 발명에 따라, 롤러는 외부 표면 상에 적어도 하나 또는 적어도 두 개의 층을 갖는 코팅을 포함한다.
1. 롤러
2. 롤러 베이스 바디(base body)
3. 롤러의 캐비티(cavity)
4. 롤러 양단부의 테이퍼(taper)

Claims (15)

  1. 롤러 베이스 바디(base body) 및 표면 코팅(coating on a surface)을 가지며, 코팅은 하기 성분을 함유하는 적어도 하나의 층을 갖는 롤러 퍼니스(furnace)용 롤러:
    10.0 - 30.0 중량% Si
    10.0 - 30.0 중량% Al(OH)3
    1.0 - 3.0 중량% B4C
    0.5 - 1.5 중량% Y2O3
    0.1 - 1.0 중량% Fe2O3, 및
    나머지 Al2O3.
  2. 제1항에 있어서,
    코팅은 하기 성분을 함유하는 적어도 하나의 층을 갖는 롤러 퍼니스용 롤러:
    15.0 - 25.0 중량% Si
    15.0 - 25.0 중량% Al(OH)3
    1.5 - 2.5 중량% B4C
    0.8 - 1.2 중량% Y2O3
    0.3 - 0.7 중량% Fe2O3, 및
    나머지 Al2O3.
  3. 제1항에 있어서,
    코팅은 적어도 하나의 층으로서, 하기 층을 갖는 롤러 퍼니스용 롤러:
    a) 하기 성분을 함유하는 제1층:
    10.0 - 30.0 중량% Si
    10.0 - 30.0 중량% Al(OH)3
    1.0 - 3.0 중량% B4C
    0.5 - 1.5 중량% Y2O3
    0.1 - 1.0 중량% Fe2O3, 및
    나머지 Al2O3, 및
    b) 하기 성분을 함유하는 제2층:
    10.0 - 30.0 중량% Si
    10.0 - 30.0 중량% Al(OH)3
    1.0 - 3.0 중량% B4C
    2.0 - 4.0 중량% Y2O3, 및
    나머지 Al2O3.
  4. 제3항에 있어서,
    코팅은 적어도 하나의 층으로서, 하기 층을 갖는 롤러 퍼니스용 롤러:
    a) 하기 성분을 함유하는 제1층:
    15.0 - 25.0 중량% Si
    15.0 - 25.0 중량% Al(OH)3
    1.5 - 2.5 중량% B4C
    0.8 - 1.2 중량% Y2O3
    0.3 - 0.7 중량% Fe2O3, 및
    나머지 Al2O3, 및
    b) 하기 성분을 함유하는 제2층:
    15.0 - 25.0 중량% Si
    15.0 - 25.0 중량% Al(OH)3
    1.5 - 2.5 중량% B4C
    2.8 - 3.2 중량% Y2O3, 및
    나머지 Al2O3.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1층 내의 Al2O3의 비율은 40.0 - 70.0 중량%, 바람직하게는 50.0 - 60.0 중량%이고, 제2층 내의 Al2O3의 비율은 40.0 - 70.0 중량%, 바람직하게는 50.0 - 60.0 중량%인 롤러 퍼니스용 롤러.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1층은 두께가 0.2 mm 내지 1.0 mm인 롤러 퍼니스용 롤러.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2층은 두께가 0.1 mm 내지 0.5 mm인 롤러 퍼니스용 롤러.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    롤러의 직경이 60 mm 내지 80 mm인 롤러 퍼니스용 롤러.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    롤러 벽의 두께가 6 mm 내지 12 mm인 롤러 퍼니스용 롤러.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    롤러의 길이가 2500 mm 내지 4000 mm인 롤러 퍼니스용 롤러.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    롤러의 양단부에 80 mm 내지 100 mm의 길이에 걸쳐 테이퍼를 갖는 롤러 퍼니스용 롤러.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 층을 갖는 롤러 퍼니스용 롤러를 제조하는 방법: 여기서,
    a) 롤러는 제1 수성 현탁액으로 코팅되고,
    b) 코팅된 롤러는 90℃ 내지 120℃에서 0.5 내지 2시간 동안 건조되며,
    c) 건조된 롤러는 1400℃ 내지 1500℃에서 6 내지 8시간 동안 N2 대기에서 소결된다.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 층을 갖는 롤러 퍼니스용 롤러를 제조하는 방법: 여기서,
    a) 롤러는 제1 수성 현탁액으로 코팅되고,
    b) 코팅된 롤러는 90℃ 내지 120℃에서 0.5 내지 2시간 동안 건조되며,
    c) 건조된 롤러는 제2 수성 현탁액으로 코팅되고,
    d) 코팅된 롤러는 90℃ 내지 120℃에서 0.5 내지 2시간 동안 건조되며,
    e) 건조된 롤러는 1400℃ 내지 1500℃에서 6 내지 8시간 동안 N2 대기에서 소결된다.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    N2 대기에서 소결된 롤러가 코팅되고 코팅된 롤러는 소결되거나, 롤러가 코팅되고 코팅된 롤러가 소결되는, 롤러 퍼니스용 롤러를 제조하는 방법.
  15. 금속 부품, 특히 AlSi 코팅 금속 시트의 열간 성형을 위한, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 표면 코팅을 갖는 롤러 퍼니스의 사용.
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