KR20200016007A - 박판 주조용 주조롤의 표면처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박판 주조용 주조롤의 표면처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박판 주조기의 주조롤 표면에 원하는 패턴을 정밀하게 가공할 수 있는 표면처리방법에 관한 것이다.

Description

박판 주조용 주조롤의 표면처리방법 {METHOD FOR TREATING SURFACE OF STRIP CASTING ROLL}

본 발명은 박판 주조용 주조롤의 표면처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 박판 주조기의 주조롤 표면에 원하는 패턴을 정밀하게 가공할 수 있는 표면처리방법에 관한 것이다.

쌍롤식 박판 주조법은 회전하는 한 쌍의 주조롤 사이에 용강을 공급하고, 그 용강을 주조롤로 급속 냉각시켜 최종 제품 두께에 가까운 박판을 금속 응고시키는 주조법이다 (도 1).

이러한 방법으로 주조된 박판은 그 표면품질을 확보하는 것이 중요하며, 일반적으로 박판 주조시 발생되는 표면결함 등을 방지하기 위하여 다양한 방법으로 주조롤 표면에 요철을 형성시킨다.

예를 들면, 포토 에칭(photoetching)으로 별도의 형상이 식각된 롤 표면에 숏 블라스팅으로 딤플을 가공하는 방법이다. 구체적으로, 포토 에칭 방법은 주조롤 표면에 마스킹 수지를 도포하고, 그 위에 패턴이 인쇄된 필름을 감아 밀착시켜 자외선을 조사하여 선택적으로 마스킹 수지를 경화시킨 후 식각 처리할 부위의 수지를 제거 및 에칭하는 공정이다.

일 예로, 특허문헌 1은 포토 에칭 기술을 이용하여 주조롤 표면에 원하는 패턴이 인쇄된 다수의 필름을 감아 패턴을 베끼고 에칭을 이용하여 패턴부분을 가공하는 기술을 제안하고 있다.

또한, 특허문헌 2에는 주조롤 표면에 마스킹 수지를 도포하고, 그 위에 레이저로 원하는 패턴을 가지도록 마스킹 수지를 제거하고, 그 마스킹 수지가 제거된 부위를 에칭하는 주조롤 표면처리방법을 제안하고 있다.

한편, 용강 상태에서 녹아 있던 용해성 가스가 응고시 포화되어 발생되는 가스를 배출하기 위하여 주조롤 표면에 가스 배출 채널을 형성하여 사용하는 방법이 제안되고 있다.

일 예로, 특허문헌 3은 15~25㎛의 평균 조도(Ra)를 가지는 요철을 갖고, 50~400㎛의 평균 폭과 50~300㎛의 평균 깊이를 가지면서, 미세 홈 간의 평균 간격이 100~700㎛로 표면처리된 주조롤을 이용하여 고질소 듀플렉스 스테인레스 박강판의 제조방법에 대해 개시하고 있다.

또한, 특허문헌 4에서는 고망간강을 제조함에 있어서, 포토 레지스트 막을 롤 표면에 입힌 다음, 필름 또는 레이저 가공으로 패턴 가공을 행한 후 에칭을 통해 폭 400~500㎛ 및 깊이 50~150㎛의 연속되는 가스 채널을 가공하는 방법을 개시하고 있다.

이와 같이, 주조롤 표면에 가스 채널을 형성하게 되면, 용강의 응고시 방출되는 가스를 상기 가스 채널을 통해 배출함으로써 덴트, 겹침 흠 등의 표면 결함을 억제할 수 있다.

상술한 바와 같이, 포토 에칭 방법 또는 레이저 패터닝 후 에칭을 행하는 방법으로 주조롤 표면에 패턴을 가공하는 경우, 롤 표면에 포토 레지스트 잉크와 같은 마스킹 수지를 도포한 다음, 에칭시킬 부분의 마스킹 수지를 제거 및 에칭시키지 않고 남길 부분의 마스킹 수지를 유지한 채, 원하는 깊이로 에칭을 행한다. 이때, 에칭액을 분사하여 화학적으로 에칭하는 화학 에칭의 경우, 에칭이 진행됨에 따라 수직 방향으로도 에칭이 진행되어 마스킹 수지의 아랫부분까지 에칭됨에 따라 에칭 부위가 옆으로 넓어지는 언더컷이 발생하게 된다 (도 2의 (a)). 이러한 언더컷이 발생하면 마스킹 수지에 접하는 면은 측면 에칭이 늦어져 항아리 모양으로 에칭이 진행되며, 이로 인해 표면에서 얇은 버(burr)가 형성된다 (도 2의 (b)). 이때 발생되는 버(burr)의 양은 에칭 깊이의 약 5~15% 정도로 발생된다.

에칭 중 에칭되는 폭의 확인시 마스킹 수지 아래로 에칭된 폭은 측정하기가 쉽지 않다. 이에, 마스킹 수지를 최대한 얇게 도포하여 반 투명 상태로 관찰을 행하더라도, 마스킹 수지 아래의 버(burr)가 어느 정도로 발생되었는지 확인이 불가능하다.

인위적으로 에칭 중에 마스킹 수지와 버(burr)를 제거할 수는 있으나, 에칭 면적이 큰 경우에는 마스킹 수지와 롤 표면의 밀착력이 약하여 과도하게 부서지거나 벗겨져 과에칭이 발생할 우려가 있다.

게다가, 에칭 중 버(burr)의 양이 일정하지 않아 정확한 에칭 폭의 측정이 불가능할 뿐만 아니라, 에칭 종료 후에는 마스킹 수지와 버(burr)를 제거하고 난 후에 측정한 값과 큰 차이가 발생하는 문제가 있다.

일본 공개특허공보 제1990-295647호 한국 공개특허공보 제2010-0063521호 한국 공개특허공보 제2013-0135575호 미국 등록특허 8343367 B2

본 발명의 일 측면은, 박판 주조용 주조롤의 표면가공을 위한 에칭시 발생하는 버(burr)에 의해 정확한 수치의 에칭 폭을 측정할 수 없는 문제를 해결하면서, 에칭 중에 버(burr)를 물리적으로 제거하더라도 막의 손상을 방지할 수 있는 주조롤의 표면처리방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 과제는 상술한 사항에 한정되지 아니한다. 본 발명의 추가적인 과제는 명세서 전반적인 내용에 기술되어 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 명세서에 기재된 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.

본 발명의 일 측면은, a) 박판 주조용 주조롤의 표면에 마스킹 수지를 도포하여 경화시키는 단계; b) 에칭할 부위를 제외한 나머지 부분의 마스킹 수지를 제거하는 패터닝 단계; c) 상기 마스킹 수지가 제거된 부분을 마스킹 금속으로 도금하는 단계; d) 에칭할 부위의 마스킹 수지를 제거하는 단계; e) 에칭액으로 에칭하는 단계; f) 상기 에칭이 완료된 주조롤 표면의 마스킹 금속을 제거한 후 에칭 크기를 측정하는 단계; 및 g) 상기 e) 및 f) 단계를 반복하여 원하는 에칭 크기에 도달한 경우 박리제로 남아있는 마스킹 금속을 박리하는 단계를 포함하는 박판 주조용 주조롤의 표면처리방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 박판 주조용 주조롤의 표면가공시 원하는 골/폭을 가지도록 에칭을 행할 수 있으므로 표면적 분포를 정밀하게 제어할 수 있다.

또한, 본 발명에 의해 표면처리된 주조롤을 이용하는 겨우, 주조시 롤 폭방향 응고 균일성을 향상시킴으로써 주조재의 표면품질을 높이고, 주조롤의 내구성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 쌍롤식 박판 주조기의 모식도이다.
도 2는 종래 방법으로 에칭하는 경우의 단면을 도식화한 것이다 (도 2의 (a)에서 A: 마스킹 수지 아랫부분이 버(burr) 없이 언더컷으로 에칭된 형상, A': 마스킹 수지 아랫부분이 언터컷된 상태에서 마스킹 수지가 파손된 형상을 나타낸 것이고, 도 2의 (b)에서 B: 에칭시 마스킹 수지 아랫부분에 버(burr)가 형성된 형상을 나타낸 것이다).
도 3a 내지 도 3b는 종래 방법에 따른 박판 주조용 주조롤의 표면처리방법을 단계별로 도식화하여 나타낸 것이다 (C-C'는 C-C' 방향으로 절단하고, 절단된 단면을 나타낸 것이다).
도 4는 상기 도 3b의 에칭 단계시 에칭 중의 롤 표면 상태를 도시화한 것이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 박판 주조용 주조롤의 표면처리방법을 단계별로 도식화하여 나타낸 것이다 (C-C'는 C-C' 방향으로 절단하고, 절단된 단면을 나타낸 것이다).

앞서 언급한 바와 같이, 본 발명자들은 기존의 에칭 공정을 이용하여 박판 주조용 주조롤의 표면가공시 마스킹 수지의 측면방향으로 에칭이 진행되어 언더컷, 버(burr) 등이 발생함에 따라, 정밀한 치수로 에칭을 행할 수 없는 문제를 발견하였다.

이에, 본 발명자들은 깊은 연구를 통해 에칭 방법으로 주조롤의 표면가공시 언더컷이 발생하더라도 원하는 치수로 정밀하게 가공할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 일 측면에 따른 박판 주조용 주조롤의 표면처리방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따른 박판 주조용 주조롤의 표면처리방법을 단계별로 도식화하여 나타낸 것이다.

본 발명의 박판 주조용 표면처리방법은, a) 박판 주조용 주조롤의 표면에 마스킹 수지를 도포하여 경화시키는 단계; b) 에칭할 부위를 제외한 나머지 부분의 마스킹 수지를 제거하는 패터닝 단계; c) 상기 마스킹 수지가 제거된 부분을 마스킹 금속으로 도금하는 단계; d) 에칭할 부위의 마스킹 수지를 제거하는 단계;와 e) 상기 에칭이 완료된 주조롤 표면의 마스킹 금속을 제거한 후 에칭 크기를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 마스킹 수지를 주조롤 표면에 도포하기에 앞서, 상기 주조롤 표면에 부착된 이물질 등을 제거하기 위하여 탈지, 수세 등의 방법으로 세척을 행할 수 있다.

이와 같이 표면 전처리된 주조롤 표면에 마스킹 수지를 도포하고 경화시키는 단계를 통해 마스킹 막을 형성할 수 있다.

상기 마스킹 수지를 도포하여 마스킹 막을 형성하는 공정은 주조롤 표면에 직접 접착하는 방법으로 행하거나, 액상의 마스킹 재를 붓 또는 분무장치 등을 이용하여 상기 주조롤 표면에 도포하여 건조시킨 후 막을 형성하는 방법으로 수행할 수 있다.

상기에서 도포되는 마스킹 수지로는 특별히 한정하지 아니하나, 포토 레지스트 수지를 사용할 수 있다.

이때, 마스킹 막이 형성되는 주조롤은 구리(Cu) 합금 재질로 되어 있거나, 구리(Cu) 합금의 재질 위에 니켈(Ni)이 도금된 것일 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다.

또한, 상기 주조롤의 표면은 딤플이 가공되지 않은 것, 숏 블라스팅 등의 방법으로 딤플이 가공되어 있는 것을 모두 포함할 수 있다.

상술한 바에 따라 마스킹 막을 형성한 다음, 에칭하고자 하는 부위(에칭할 부위)를 제외한 나머지 부분만을 선택적으로 가공하는 패터닝 공정을 행할 수 있다.

즉, 본 발명에 있어서 본 단계에서는 후속 에칭 공정에서 에칭을 통해 제거할 부분의 마스킹 수지는 남기면서, 에칭시 마스킹을 행할 부분의 마스킹 수지는 제거하는 네거티브 패터닝을 행하는 것이 바람직하다.

상기 패터닝은 레이저를 이용한 레이저 패터닝 방법일 수 있으며, 이때 NdYV04 레이저를 이용할 수 있다.

상기 패터닝을 완료하게 되면, 도 5a에 나타낸 바와 같이, 주조롤 표면에 형성된 마스킹 막의 일부에 패터닝 무늬가 형성될 수 있다.

이후, 상술한 패터닝 공정에 의해 마스킹 수지가 제거된 부분을 마스킹 금속으로 도금처리하는 단계를 수행하는 것이 바람직하다. 이는, 일반적으로 사용되는 마스킹 수지를 대신하여 마스킹 금속으로 주조롤 표면을 마스킹하기 위한 것이다.

기존의 마스킹 수지만을 이용하여 에칭을 행하는 경우, 상기 마스킹 수지는 에칭 시작 전 면적이 넓을 때의 밀착력이 에칭이 진행되는 동안 유지되지 않는다. 즉, 깊이 방향으로 에칭이 진행되면서 측면으로도 에칭이 진행되어 에칭 폭이 늘어나게 됨에 따라, 마스킹 수지의 모서리 부분의 아래에 지지되는 모재까지 에칭되어 접촉면적이 줄어들고, 결과적으로 밀착력이 떨어진다. 이때, 마스킹 수지와 버(burr) 하부의 에칭 폭을 정밀하게 측정하기 위하여 모서리 부분의 마스킹 수지 또는 버(burr)의 제거를 시도하면 수지가 부서지면서 손상되지 않아야 할 마스킹 면까지 손상을 받아 과에칭이 발생하게 된다.

이에, 본 발명에서는 마스킹 수지 대비 밀착력이 우수한 금속(본 발명에서는 '마스킹 금속'이라 칭함)을 이용하고자 하였으며, 상기 마스킹 금속을 도금처리할 경우, 에칭 중에 물리적으로 마스킹 금속과 버(burr)를 제거하더라도 주조롤 표면 위에 남아있는 마스킹은 손상되지 않게 된다.

본 발명에 있어서, 상기 마스킹 금속은 에칭액과 반응하지 않는 금속인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 크롬(Cr) 또는 코발트(Co)일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 마스킹 금속을 도금하기 위한 방법으로는 전기도금을 이용할 수 있다. 일 예로, 상기 마스킹 금속을 양극으로 가지는 도금장치에 음극을 가지는 주조롤을 침지하여 전기도금을 실시할 수 있다.

상기의 방법으로 마스킹 금속을 도금할 시, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 이전 공정에서 형성한 마스킹 수지의 두께 정도로 금속 막을 형성할 수 있으나, 바람직하게는 1~30㎛의 두께로 형성할 수 있다.

한편, 상기 마스킹 금속을 이용한 도금을 행하기 전에, 전해 연마 장치를 이용하여 상기 패터닝된 주조롤의 표면을 세정하는 단계를 더 수행할 수 있다.

이는 패터닝 공정 후 주조롤 표면에 남아있는 불순물 등을 제거하기 위한 공정으로서, 일 예로 인산 수용액을 포함하는 전해 연마 장치에 주조롤의 일부를 담그고, 주조롤에는 양극을 걸고 전해 연마 장치에는 음극을 걸어 놓은 상태에서 주조롤을 회전시키면서 전해 연마를 실시할 수 있다.

상술한 바에 따라, 마스킹 금속의 도금 공정을 완료한 후, 패터닝 공정에서 제거되지 않은 마스킹 수지, 다시 말해서 에칭할 부위의 마스킹 수지를 제거하는 공정을 행할 수 있다.

상기 에칭할 부위의 마스킹 수지를 제거함으로써, 도 5c에 나타낸 바와 같이, 앞서 행한 도금 공정을 통해 형성된 금속 막만 주조롤 표면에 남아있게 된다.

이후, 상기에 따라 금속 막이 남아있는 주조롤 표면을 에칭 처리하는 단계를 통해 (도 5d), 원하는 폭/깊이를 가지는 딤플을 형성할 수 있다.

이때, 주조롤 표면의 정밀한 가공을 위하여, 에칭이 완료된 주조롤 표면의 마스킹 금속을 물리적으로 제거한 후 에칭 폭을 측정할 수 있다.

상기 에칭 처리시 사용되는 에칭액에 대해서는 특별히 한정하지 아니하나, 일 예로 염화 제2철을 이용할 수 있다.

그리고, 상기 마스킹 금속을 제거하기 위한 방법에 대해서도 특별히 한정하지 아니하나, 일 예로 브러쉬를 이용할 수 있으며, 이때 에칭 중에 형성된 버(burr)도 함께 제거할 수 있다.

상기 에칭하는 단계 및 에칭을 완료한 후 마스킹 금속을 제거하는 단계를 반복적으로 행하여 원하는 에칭 크기에 도달하게 되면, 박리제를 이용하여 남아있는 마스킹 금속을 박리하는 단계를 행할 수 있다.

상술한 바에 따라, 박리 공정까지 완료하게 되면 의도하는 딤플로 가공된 주조롤을 얻을 수 있다. 특히, 본 발명에 의하면 원하는 에칭 폭과 에칭 골(깊이)이 형성되었을 때 에칭을 중단할 수 있으므로, 딤플의 표면적 분포를 정밀하게 제어할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

( 실시예 )

구리 합금 슬리브의 표면에 니켈(Ni)이 2mm 두께로 도금되어 있는 폭 1300mm의 박판 주조용 주조롤을 준비한 후, 그 표면을 세정하여 불순물을 제거하였다.

비교예

상기 주조롤 표면에 포토 레지스트 잉크를 도포하여 마스킹 막을 형성한 후, NdYVO4 레이저를 이용하여 도 3a와 같이 패터닝 하였다. 이때, 라인(line) 형상으로 패터닝을 실시하였으며, 패터닝된 라인(line)의 폭은 150㎛ 이었다.

이후, 염화 제2철을 이용하여 400㎛의 폭으로 에칭을 실시하였다 (도 5b). 이때, 수용액 상태의 염화 제2철을 스프레이로 롤 표면에 분사하면서 에칭을 행하였으며, 에칭 과정에서 배율 100배의 휴대용 현미경을 이용하여 에칭 폭의 증가를 관찰하였다. 에칭 폭이 400㎛ 되었을 때 에칭을 중단하였다.

에칭 완료 후 에칭 폭을 측정한 결과, 평균 460㎛ 이었으며, 에칭 중 롤 표면의 상태는 도 4와 같았다.

발명예

상기 비교예와 동일한 주조롤의 표면에 포토 레지스트 잉크를 도포하여 마스킹 막을 형성한 다음, 도 5a와 같이 패터닝을 실시하였다. 상기 패터닝을 완료한 롤을 인산 50% 수용액에서 8V로 1분간 전해 연마하였다.

이후, 마스킹 금속으로 크롬(Cr)을 준비한 후, 상기 전해 연마처리된 롤을 도 5b와 같이 전기도금하였다. 이때, 도금된 Cr 막(금속 막)의 두께는 10㎛ 이었다.

상기 Cr 도금을 완료한 후, 도 5c와 같이 남아있는 마스킹 막(마스킹 수지)을 제거한 다음, 주조롤을 세척하였다.

그 다음, 수용액 상태의 염화 제2철을 스프레이로 롤 표면에 분사하면서 에칭을 행하였으며 (도 5d), 에칭 과정에서 모의 직경이 150㎛이고 STS304 재질의 브러쉬를 이용하여 롤 표면을 문지른 후 배율 100배의 휴대용 현미경을 이용하여 에칭 폭의 증가를 관찰하였다. 에칭 폭이 400㎛ 되었을 때 에칭을 중단하였으며, 에칭 완료 후 염산을 이용하여 남아있는 Cr 막을 박리하였다.

최종 에칭 폭을 측정한 결과 평균 405㎛ 이었다.

상술한 바와 같이, 기존 마스킹 수지를 이용하여 에칭을 행하는 비교예의 경우에는 원하는 크기 보다 더 크게 딤플이 형성된 반면, 본 발명에 따라 마스킹 금속을 이용하여 에칭을 행하는 발명예의 경우에는 원하는 크기에 근접한 크기로 딤플이 형성된 것을 확인할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

1: 래들 2: 턴디쉬
3: 턴디쉬 스토퍼 4: 침지 노즐
5: 탕면 레벨 측정 카메라 6: 루프 카메라
7: 사행 제어 카메라 8: 주조롤
9: 에지댐 10: 주조박판
11: 핀치롤 12: 압연기
13: 코일러
20: 마스킹 수지 21: 라인(line) 폭
22: 주조롤 표면 23: 에칭액
24: 에칭 폭 25: 마스킹 수지 모서리
26: 마스킹 금속 27: 에칭 버(burr)

Claims (6)

1. a) 박판 주조용 주조롤의 표면에 마스킹 수지를 도포하여 경화시키는 단계;
   b) 에칭할 부위를 제외한 나머지 부분의 마스킹 수지를 제거하는 패터닝 단계;
   c) 상기 마스킹 수지가 제거된 부분을 마스킹 금속으로 도금하는 단계;
   d) 에칭할 부위의 마스킹 수지를 제거하는 단계;
   e) 에칭액으로 에칭하는 단계;
   f) 상기 에칭이 완료된 주조롤 표면의 마스킹 금속을 제거한 후 에칭 크기를 측정하는 단계; 및
   g) 상기 e) 및 f) 단계를 반복하여 원하는 에칭 크기에 도달한 경우 박리제로 남아있는 마스킹 금속을 박리하는 단계를 포함하는 박판 주조용 주조롤의 표면처리방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 마스킹 금속은 에칭액과 반응하지 않는 금속이며,
   상기 에칭액과 반응하지 않는 금속은 크롬(Cr) 또는 코발트(Co)인 것을 특징으로 하는 박판 주조용 주조롤의 표면처리방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 마스킹 도금으로 도금하는 단계는 전기도금을 이용하며, 1~30㎛의 두께로 도금을 행하는 것인 박판 주조용 주조롤의 표면처리방법.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 마스킹 수지는 포토 레지스트 수지인 박판 주조용 주조롤의 표면처리방법.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 마스킹 금속으로 도금을 행하기 전에, 전해 연마 장치를 이용하여 상기 패터닝된 주조롤의 표면을 세정하는 단계를 더 포함하는 것인 박판 주조용 주조롤의 표면처리방법.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 박판 주조용 주조롤은 구리(Cu) 합금으로 된 것 또는 구리(Cu) 합금 위에 니켈(Ni)이 도금된 것인 박판 주조용 주조롤의 표면처리방법.

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