KR20210079693A - 연속주조용 몰드 및 연속주조용 몰드 코팅방법 - Google Patents

연속주조용 몰드 및 연속주조용 몰드 코팅방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210079693A
KR20210079693A KR1020190171744A KR20190171744A KR20210079693A KR 20210079693 A KR20210079693 A KR 20210079693A KR 1020190171744 A KR1020190171744 A KR 1020190171744A KR 20190171744 A KR20190171744 A KR 20190171744A KR 20210079693 A KR20210079693 A KR 20210079693A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mold
coating layer
continuous casting
heat transfer
transfer control
Prior art date
Application number
KR1020190171744A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102289658B1 (ko
Inventor
박순홍
장진영
Original Assignee
주식회사 포스코
재단법인 포항산업과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코, 재단법인 포항산업과학연구원 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020190171744A priority Critical patent/KR102289658B1/ko
Publication of KR20210079693A publication Critical patent/KR20210079693A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102289658B1 publication Critical patent/KR102289658B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/059—Mould materials or platings
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/058—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium without Mo and W
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/08—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on tungsten carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/02—Pretreatment of the material to be coated, e.g. for coating on selected surface areas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
    • C23C4/06—Metallic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/134—Plasma spraying
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F4/00—Processes for removing metallic material from surfaces, not provided for in group C23F1/00 or C23F3/00

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

본 기재의 연속 주조용 몰드는 몰드 본체; 및 상기 몰드 본체의 표면에 형성된 열전달 제어 코팅층을 포함한다.

Description

연속주조용 몰드 및 연속주조용 몰드 코팅방법{MOLD FOR CONTINUOUS CASTING AND COATING METHOD OF MOLD FOR CONTINUOUS CASTING}
본 발명은 연속주조용 몰드 및 연속주조용 몰드 코팅방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 열전도도를 제어할 수 있는 연속주조용 몰드 및 연속주조용 몰드 코팅방법에 관한 것이다.
최근 들어, 철강 생산에 있어 연속주조 비율이 증가하고 있으며 주조능력을 향상시키기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 주조 능력 향상을 위해서 몰드의 사용 수명 연장이 필수적으로 필요하다. 연속주조용 몰드의 수명을 증대시키면 사용 기간을 연장시켜 연주기의 전체적인 주조능력을 향상 및 주편의 품질을 향상시킬 수 있다.
연속 주조용 몰드의 수명을 증대시키기 위해서는, 내열성, 내마모성 등의 특성을 부가할 필요가 있고, 이를 위해 몰드 본체의 표면에 코팅을 적용하는 기술이 알려져 있다. 예를 들면, 니켈 도금, 니켈-보론 도금, 니켈-코발트 도금, 니켈계 용사코팅, 니켈계 레이저 용사코팅 기술을 이용하여, 몰드의 표면에 있어 전면에 걸쳐 균일하고 내마모성이 우수한 코팅층을 형성하였다.
그러나 이러한 코팅층은 몰드 본체, 특히 동 소재의 몰드 본체 표면에서 발생하는 마모를 방지하기 위한 코팅이었다. 해당 기술에 의해 내구성은 향상시킬 수 있었으나, 용사코팅, 또는 도금 등에 의해 적용되는 재료는 금속성 소재로서 열전도도가 매우 높기 때문에, 주편 표면에 크랙 등을 발생시켜서 주편의 품질이 저하될 수 있다는 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연속주조용 몰드 표면의 코팅층으로서 열전도도의 제어가 가능한 코팅층을 도입하여, 열전도도를 낮추면서도 필요에 따라 적절하게 조절할 수 있는 코팅층을 갖는 연속주조용 몰드를 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 연속주조용 몰드는 몰드 본체, 및 상기 몰드 본체의 표면에 형성된 열전달 제어 코팅층을 포함한다.
상기 열전달 제어 코팅층은 텅스텐카바이드-코발트계 합금, NiCrAlY계 합금, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ, Yttria Stabilized Zirconia), 또는 이들의 결합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 열전달 제어 코팅층은 텅스텐카바이드-코발트계 합금을 포함하고, 상기 텅스텐카바이드-코발트계 합금은 80~85 중량%의 텅스텐 카바이드 및 15~20중량%의 코발트를 포함할 수 있다.
상기 열전달 제어 코팅층은 NiCrAlY계 합금을 포함하고, 상기 NiCrAlY계 합금은 19~22중량%의 Cr, 9~12중량%의 Al, 0 초과 2 이하의 Y, 및 잔부 Ni와 기타 불가피한 불순물 포함할 수 있다.
상기 열전달 제어 코팅층은 이트리아 안정화 지르코니아를 포함하고, 상기 이트리아 안정화 지르코니아는 7~8중량%의 이트리아(Y2O3), 0.5~1 중량%의 산화규소(SiO2), 0.1~0.3 중량%의 산화 티타늄(TiO2), 0.1~0.3중량%의 산화철(Fe2O3), 및 잔부 지르코니아(ZrO2)와 기타 불가피한 불순물 포함할 수 있다.
상기 열전달 제어 코팅층은 NiCrAlY계 합금 및 이트리아 안정화 지르코니아를 포함하고, 상기 NiCrAlY계 합금와 이트리아 안정화 지르코니아의 중량비는 1:5 내지 5:1일 수 있다.
상기 몰드 본체의 표면에 형성된 요철을 더 포함할 수 있다.
상기 몰드 본체는 구리(Cu)를 포함하고, 상기 몰드 본체의 표면과 상기 열전달 제어 코팅층 사이에 배치되는 다공성 구리층을 더욱 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 연속주조용 몰드 코팅 방법은, 연속주조 설비의 몰드 본체를 준비하는 단계; 및 상기 몰드 본체의 표면 상에 용사 코팅 공정을 통해 열전달 제어 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 열전달 제어 코팅층은 텅스텐카바이드-코발트계 합금, NiCrAlY계 합금, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ, Yttria Stabilized Zirconia), 또는 이들의 결합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 열전달 제어 코팅층은 플라즈마 용사 코팅에 의해 형성될 수 있다.
상기 열전달 제어 코팅층을 형성하는 단계 이전에, 상기 몰드 본체의 표면 상에 요철을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 요철을 형성하는 단계는 상기 몰드 본체의 표면에 펄스 레이저를 조사하여 이루어질 수 있다.
상기 열전달 제어 코팅층을 형성하는 단계 이전에, 상기 몰드 본체의 표면에 다공성 구리층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 다공성 구리층을 형성하는 단계는 알루미늄과 구리를 동시에 용사코팅하고, 이어서 알루미늄을 선택적으로 용융시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 연속주조용 몰드는 열전달 제어 코팅층을 구비하여, 코팅층에 의한 열전달을 적정 수준으로 낮출 수 있다. 또한, 추가로 구비되는 구성에 의해, 필요에 따라 적절하게 열전달 정도를 더욱 높이거나 낮추는 제어가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 연속주조용 몰드를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 연속주조용 몰드를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 의한 연속주조용 몰드를 나타낸 도면이다.
도 4a~4d는 실시예 1~4에 의한 열전달 제어 코팅층의 온도에 따른 열전도도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예 5에 따른 연속주조용 몰드에 있어서 몰드 표면 및 열전달 제어 코팅층 간의 계면을 확대한 사진이다.
도 6은 실시예 6에 따른 연속주조용 몰드에 있어서 몰드 표면, 다공성 구리층 및 열전달 제어 코팅층 간의 계면을 확대한 사진이다.
도 7은 코팅층의 열전달율을 측정하기 위한 테스트 장비의 모식도이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 연속주조용 몰드를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 연속주조용 몰드(100)는 몰드본체(11), 몰드 본체(11)의 표면에 형성되며, 열전달을 제어할 수 있는 열전달 제어 코팅층(12)을 포함한다.
몰드 본체(11)는 내부 공간이 마련되어 있으며, 구리를 포함하는 재질로 형성될 수 있다.
열전달 제어 코팅층(12)은, 몰드 본체(11)의 표면에 형성되며, 열전도도가 비교적 낮은 금속 합금 또는 세라믹 재질의 코팅을 포함할 수 있다.
예를 들면, 열전달 제어 코팅층(12)은 텅스텐카바이드-코발트계 합금, NiCrAlY계 합금, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ, Yttria Stabilized Zirconia), 또는 이들의 결합 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
열전달 제어 코팅층(12)으로서, 텅스텐카바이드-코발트계 합금을 포함하는 경우, 80~85 중량%의 텅스텐 카바이드 및 15~20중량%의 코발트를 포함할 수 있다. 코발트의 비율이 상기 범위보다 높아질 경우, 열전도도가 증가되어 바람직하지 않다.
열전달 제어 코팅층(12)으로서, NiCrAlY계 합금을 포함하는 경우, 19~22중량%의 Cr, 9~12중량%의 Al, 0 초과 2 이하의 Y, 및 잔부 Ni와 기타 불가피한 불순물 포함할 수 있다. 일반적으로 사용되는 NiCr 용사 코팅층의 경우, 열전도도가 지나치게 높아서 응고시 주편 표면의 크랙 등을 발생시키거나, 응고층의 두께 제어가 어려울 수 있다는 문제가 있었다. 그러나, 여기에 9~12중량%의 Al, 0 초과 2 이하의 Y를 더하여 코팅층을 형성하는 것에 의해 열전도도를 감소시켜서 연속 주조용 몰드 표면에서 응고시 주편의 결합 제어 및 두께 제어를 용이하게 할 수 있다.
열전달 제어 코팅층(12)으로서, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ, Yttria Stabilized Zirconia)를 포함하는 경우, 7~8중량%의 이트리아(Y2O3), 0.5~1 중량%의 산화규소(SiO2), 0.1~0.3 중량%의 산화 티타늄(TiO2), 0.1~0.3중량%의 산화철(Fe2O3), 및 잔부 지르코니아(ZrO2)와 기타 불가피한 불순물 포함할 수 있다.
또한, 금속계 재질인 NiCrAlY계 합금과, 세라믹계 재질인 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ, Yttria Stabilized Zirconia)를 혼합하여 코팅층을 형성할 수도 있다. 이 때, NiCrAlY계 합금와 이트리아 안정화 지르코니아의 중량비는 1:5 내지 5:1일 수 있으며, 바람직하게는 1:1일 수 있다. 이와 같이 세라믹계 재질과 금속계 재질을 혼합하여 사용하는 것에 의해, 세라믹계 재질의 취성에 의해 발생하는 크랙이나 결합을 제어하는 동시에, 금속계 재질의 비율을 통해 열전도도를 제어할 수 있게 된다.
이와 같이, 몰드 본체(11)의 표면에 열전달 제어 코팅층(12)을 형성하는 것에 의해, 몰드 본체(11)의 코팅층의 열전도도가 지나치게 높아지는 것을 방지할 수 있고, 따라서 응고시 주편의 결합 제어 및 두께 제어를 용이하게 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 연속주조용 몰드를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 의한 연속주조용 몰드(101)는, 몰드 본체(11)의 표면에 형성된 요철(13)을 더 포함한다. 요철(13)은 V자 형태로 몰드 본체(11)의 표면 상에 규칙적으로 배열될 수 있으며, 펄스 레이저 등을 이용하여 몰드 본체(11)의 표면에 형성될 수 있다.
요철(13)의 형태는 V자 뿐만 아니라 표면적을 증가시킬 수 있는 다른 형태라도 좋으며, 특별히 한정되지는 않는다. 요철(13)의 깊이는 약 20㎛, 그 간격은 약 100㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 증가시키고자 하는 열전도도의 정도에 따라 그 깊이 및 간격은 적절하게 조절할 수 있다.
이와 같이 요철(13)을 구비하는 것에 의해, 몰드 본체(11)의 표면의 표면적이 향상되어, 미세한 열 전도도를 향상시킬 수 있다. 즉, 열전달 제어 코팅층(12)을 구비하는 것에 의해, 전체적인 코팅층의 열전도도가 감소하게 되더라도, 필요에 따라, 또는 부분적으로 보다 높은 열전도도를 갖는 몰드 표면의 특성이 요구되는 경우, 추가로 몰드 본체(11)의 표면에 요철(13)을 형성함으로써, 미세하게 열전도도를 증가시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 의한 연속주조용 몰드를 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 의한 연속주조용 몰드(102)는, 몰드 본체(11)와 열전달 제어 코팅층(12) 사이에 구비된 다공성 구리층(15)을 더욱 포함할 수 있다.
다공성 구리층(15)은 몰드 본체(11)와 동일하게 구리로 이루어지나, 다수의 기공을 포함하는 코팅층이다. 기공을 포함하는 것에 의해, 열전도도가 보다 감소하여, 열전달 제어 코팅층(12)을 포함하는 경우보다 더 낮은 열전도도가 요구되는 경우에 적용하여, 열전도도를 더 낮은 정도로 제어할 수 있다.
다공성 구리층(15)은, 구리와 알루미늄 등을 동시에 용사 코팅하고, 이 중 알루미늄을 선택적으로 용융시키는 것에 의해 얻을 수 있다. 이와 같은 방법을 사용하는 경우, 저렴하고 간단한 공정에 의해 다공성 구리층(15)을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 몰드 본체(11)와의 접착성도 우수하고, 기공의 밀도를 조절하기 위해 단지 알루미늄의 양만을 조절하면 되기 때문에, 층 특성의 제어가 용이하다.
이와 같이, 몰드 본체(11)의 표면에 열전달 제어 코팅층(12)을 구비하는 것에 의해 열전도도를 낮출 수 있고, 이에 의해 주편의 품질을 향상시킬 수 있으며, 나아가 추가적으로 몰드 본체(11) 표면에 형성된 요철(13) 또는 몰드 본체(11)와 열전달 제어 코팅층(12) 사이에 위치하는 다공성 구리층(15)의 유, 무 및 그 구성을 제어하는 것에 의해, 열전도도를 보다 세밀하게 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 연속주조용 몰드 코팅방법은 연속주조 설비의 몰드 본체(11)를 준비하는 단계, 및 상기 몰드 본체(11)의 표면 상에 용사 코팅 공정을 통해 열전달 제어 코팅층(12)을 형성하는 단계를 포함한다.
이 때, 열전달 제어 코팅층(12)은 플라즈마 용사 코팅 방법에 의해 형성될 수 있다.
열전달 제어 코팅층(12)을 이루는 성분 및 그 비율은 앞서 설명한 바와 동일하다. 열전달 제어 코팅층(12)을 이루는 각 성분을 포함하는 분말을 플라즈마 용사 코팅함으로써 열전달 제어 코팅층(12)을 얻을 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 몰드 본체(11)의 표면에 형성된 요철(13)을 더 포함하는 경우, 해당 요철(13)은 열전달 제어 코팅층(12)의 형성 이전에, 레이저에 의해 형성될 수 있다. 즉, 몰드 본체(11)의 표면에, 펄스 레이저를 조사하여, V자 등의 형태를 갖는 요철(13)이 규칙적으로 배열되도록 형성할 수 있다. 이어서, 상술한 바와 같이 열전달 제어 코팅층(12)을 형성하는 것에 의해, 코팅을 포함하는 연속 주조용 몰드를 얻을 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 몰드 본체(11)와 열전달 제어 코팅층(12) 사이에 구비된 다공성 구리층(15)을 더욱 포함하는 경우, 열전달 제어 코팅층(12)의 형성 이전에 다공성 구리층(15)을 형성할 수 있다.
다공성 구리층(15)은, 구리와 알루미늄 등을 동시에 용사 코팅하고, 이 중 알루미늄을 선택적으로 용융시켜서 구리만을 남기는 것에 의해 얻을 수 있다. 알루미늄은, 예를 들면 5%의 수산화나트륨 수용액이나, 과산화수소수 촉매를 적용하는 것에 의해 용융시킬 수 있다. . 이와 같은 방법을 사용하는 경우, 저렴하고 간단한 공정에 의해 다공성 구리층(15)을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 몰드 본체(11)와의 접착성도 우수하고, 기공의 밀도를 조절하기 위해 단지 알루미늄의 양만을 조절하면 되기 때문에, 층 특성의 제어가 용이하다.
이와 같은 코팅 방법에 의하면, 간단한 공정에 의해 미세하게 열전도도의 제어가 가능한 코팅층의 형성이 가능하다.
이하 본 발명의 구체적인 실시예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
(1) 연속주조용 몰드의 코팅
실시예 1: WC-17Co 코팅층
구리 재질의 몰드본체 표면에, 83중량%의 텅스텐 카바이드, 및 17중량%의 코발트로 이루어진 코팅층을 형성하였다. 즉, 평균 입도 30㎛인 분말을 플라즈마 용사 코팅을 이용하여 분말 코팅하였다. 사용한 분말은 구형의 Aggromeration & Sintering 공정을 사용하여 제조한 분말을 사용하였으며 코팅후 기공도는 2.5% 내외였다. 코팅층의 두께는 100㎛였다. 해당 코팅층에 대해 온도에 따른 열전도도를 측정하여 그 결과를 도 4a에 나타낸다. 도 4a에 나타난 바와 같이, 상온에서의 열전도도가 약 14W/mK로 비교적 낮은 수준임을 확인하였다.
실시예 2: NiCrAlY 코팅층
구리 재질의 몰드본체 표면에, 21중량%의 Cr, 11중량%의 Al, 1중량%의 Y 및 나머지 Ni로 이루어진 코팅층을 형성하였다. 즉, 평균 입도 23㎛인 분말을 플라즈마 용사 코팅을 이용하여 분말 코팅하였다. 코팅후 기공도는 0.3% 내외였고, 코팅층의 두께는 100㎛였다. 해당 코팅층에 대해 온도에 따른 열전도도를 측정하여 그 결과를 도 4b에 나타낸다. 도 4b에 나타난 바와 같이, 상온에서의 열전도도가 약 7W/mK로 비교적 낮은 수준임을 확인하였다.
실시예 3: YSZ (Yttria Stabilized Zirconia) (ZrO2-8Y2O3) 코팅층
구리 재질의 몰드본체 표면에, 7.5중량%의 Y2O3, 0.7중량%의 SiO2, 0.2중량%의 TiO2, 0.2중량%의 Fe2O3, 및 나머지 ZrO2로 이루어진 코팅층을 형성하였다. 즉, 평균 입도 45㎛인 분말을 플라즈마 용사 코팅을 이용하여 분말 코팅하였다. 코팅 후 기공도는 5.2% 내외였고, 코팅층의 두께는 100㎛였다. 해당 코팅층에 대해 온도에 따른 열전도도를 측정하여 그 결과를 도 4c에 나타낸다. 도 4c에 나타난 바와 같이, 상온에서의 열전도도가 약 1.2W/mK로 비교적 낮은 수준임을 확인하였다.
실시예 4: NiCrAlY + YSZ 코팅층
구리 재질의 몰드본체 표면에, 실시예 2의 분말 및 실시예 3의 분말을 1:1 비율로 혼합하여 코팅층을 형성하였다. 즉, 평균 입도 33㎛인 분말을 플라즈마 용사 코팅을 이용하여 분말 코팅하였다. 코팅 후 기공도는 3.5% 내외였고, 코팅층의 두께는 100㎛였다. 해당 코팅층에 대해 온도에 따른 열전도도를 측정하여 그 결과를 도 4d에 나타낸다. 도 4d에 나타난 바와 같이, 상온에서의 열전도도가 약 3W/mK로 비교적 낮은 수준이며, 특히 실시예 2와 실시예 3의 중간 정도의 값임을 확인하였다.
실시예 5: 요철 + NiCrAlY 코팅층
구리 재질의 몰드본체 표면에, 깊이 및 폭방향 약 20㎛ V자형 그루브를 약 100㎛ 정도의 간격으로 형성하였다. 그리고 나서, 실시예 2와 동일한 코팅층을 형성하였다. 몰드 표면 및 열전달 제어 코팅층 간의 계면을 확대한 사진을 도 5에 나타낸다.
실시예 6: 다공성 구리층 + NiCrAlY + YSZ 코팅층
구리 재질의 몰드본체 표면에, 알루미늄과 구리를 아크 용사코팅한 후, 5% NaOH 수용액과 과산화수소수 촉매를 적용하여 알루미늄을 제거하는 것에 의해 다공성 구리층을 형성하였다. 그리고 나서, 실시예 4와 동일한 코팅층을 형성하였다. 몰드 표면, 다공성 구리층 및 열전달 제어 코팅층 간의 계면을 확대한 사진을 도 6에 나타낸다.
비교예: 구리 플레이트
구리 재질의 몰드 본체 자체만을 구비한 것을 비교예로 준비하였다.
(2) 실시예와 비교예의 열전달율 평가
코팅층의 열전달율을 측정하기 위하여, 도 7에 도시된 바와 같은 테스트 장비를 사용하였다. 즉, 구리 재질의 몰드본체를 준비하고, 그 상단부에는 실시예 1-3, 5, 6에 따른 코팅층을 형성하고, 코팅층 하부에 열전대를 설치하여 온도 변화를 확인하였스며, 몰드 본체 하부에 냉각수를 통과시켜서 냉각수의 온도차를 확인하였다. 비교예로는 코팅층의 구비 없이 구리로 이루어진 열전대만을 설치하여 열전달율을 측정하였다.
그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
열전대(kW/m2) 냉각수(kW/m2)
실시예 1 20.09 36.94
실시예 2 20.94 33.71
실시예 3 20.87 27.73
실시예 5 28.43 45.46
실시예 6 18.89 38.19
비교예 24.42 42.55
각각의 실시예 및 비교예에 대하여 열전대와 냉각수에 대한 평가 결과, 비교예에 비하여 열전달 제어 코팅층을 형성한 실시예의 경우 소재에 따라 열전도도가 낮아짐을 확인하였다. 특히 세라믹 소재인 YSZ를 포함하는 실시예 3의 경우 냉각수를 통한 열전달 특성 결과를 보면 비교예에 비하여 약 60% 수준임을 확인하였다. 또한 다공성 구리층을 적용한 실시예 6의 경우에는 기공에 의한 열전달율이 감소함을 확인하였고 요철을 구비한 실시예 5의 경우 표면적의 증가로 인하여 열전달율이 높아짐을 확인하였다. 이와 같이, 본 발명의 실시예의 경우, 열전달 제어 코팅층을 구비하여 열전달율을 비교적 낮게 제어함과 동시에, 필요에 따라 추가의 구성을 더하여 열전달율을 더욱 낮게, 또는 보다 높게 제어하는 것이 가능하다.
본 발명은 상기 구현예 및/또는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 구현예 및/또는 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
11: 몰드본체 12: 열전달 제어 코팅층
13: 요철 15: 다공성 구리층

Claims (15)

  1. 몰드 본체; 및
    상기 몰드 본체의 표면에 형성된 열전달 제어 코팅층을 포함하는 연속 주조용 몰드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열전달 제어 코팅층은 텅스텐카바이드-코발트계 합금, NiCrAlY계 합금, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ, Yttria Stabilized Zirconia), 또는 이들의 결합 중 적어도 하나를 포함하는 연속 주조용 몰드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열전달 제어 코팅층은 텅스텐카바이드-코발트계 합금을 포함하고,
    상기 텅스텐카바이드-코발트계 합금은 80~85 중량%의 텅스텐 카바이드 및 15~20중량%의 코발트를 포함하는 연속 주조용 몰드.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 열전달 제어 코팅층은 NiCrAlY계 합금을 포함하고,
    상기 NiCrAlY계 합금은 19~22중량%의 Cr, 9~12중량%의 Al, 0 초과 2 이하의 Y, 및 잔부 Ni와 기타 불가피한 불순물 포함하는 연속 주조용 몰드.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 열전달 제어 코팅층은 이트리아 안정화 지르코니아를 포함하고,
    상기 이트리아 안정화 지르코니아는 7~8중량%의 이트리아(Y2O3), 0.5~1 중량%의 산화규소(SiO2), 0.1~0.3 중량%의 산화 티타늄(TiO2), 0.1~0.3중량%의 산화철(Fe2O3), 및 잔부 지르코니아(ZrO2)와 기타 불가피한 불순물 포함하는 연속 주조용 몰드.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 열전달 제어 코팅층은 NiCrAlY계 합금 및 이트리아 안정화 지르코니아를 포함하고,
    상기 NiCrAlY계 합금와 이트리아 안정화 지르코니아의 중량비는 1:5 내지 5:1인 연속 주조용 몰드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 몰드 본체의 표면에 형성된 요철을 더 포함하는 연속 주조용 몰드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 몰드 본체는 구리(Cu)를 포함하고, 상기 몰드 본체의 표면과 상기 열전달 제어 코팅층 사이에 배치되는 다공성 구리층을 더욱 포함하는 연속 주조용 몰드.
  9. 연속주조 설비의 몰드 본체를 준비하는 단계; 및
    상기 몰드 본체의 표면 상에 용사 코팅 공정을 통해 열전달 제어 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 연속주조용 몰드 코팅 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 열전달 제어 코팅층은 텅스텐카바이드-코발트계 합금, NiCrAlY계 합금, 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ, Yttria Stabilized Zirconia), 또는 이들의 결합 중 적어도 하나를 포함하는 연속주조용 몰드 코팅 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 열전달 제어 코팅층은 플라즈마 용사 코팅에 의해 형성되는 몰드 코팅 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 열전달 제어 코팅층을 형성하는 단계 이전에, 상기 몰드 본체의 표면 상에 요철을 형성하는 단계를 더 포함하는 연속주조용 몰드 코팅 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 요철을 형성하는 단계는 상기 몰드 본체의 표면에 펄스 레이저를 조사하여 이루어지는 연속주조용 몰드 코팅 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 열전달 제어 코팅층을 형성하는 단계 이전에, 상기 몰드 본체의 표면에 다공성 구리층을 형성하는 단계를 더 포함하는 연속 주조용 몰드 코팅 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 다공성 구리층을 형성하는 단계는 알루미늄과 구리를 동시에 용사코팅하고, 이어서 알루미늄을 선택적으로 용융시키는 단계를 포함하는 연속 주조용 몰드 코팅 방법.
KR1020190171744A 2019-12-20 2019-12-20 연속주조용 몰드 및 연속주조용 몰드 코팅방법 KR102289658B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190171744A KR102289658B1 (ko) 2019-12-20 2019-12-20 연속주조용 몰드 및 연속주조용 몰드 코팅방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190171744A KR102289658B1 (ko) 2019-12-20 2019-12-20 연속주조용 몰드 및 연속주조용 몰드 코팅방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210079693A true KR20210079693A (ko) 2021-06-30
KR102289658B1 KR102289658B1 (ko) 2021-08-12

Family

ID=76602074

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190171744A KR102289658B1 (ko) 2019-12-20 2019-12-20 연속주조용 몰드 및 연속주조용 몰드 코팅방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102289658B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118147565A (zh) * 2024-03-12 2024-06-07 中机凯博表面技术江苏有限公司 一种防粘接涂层及其喷涂方法和应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07275998A (ja) * 1994-04-05 1995-10-24 Nippon Steel Corp 連続鋳造用鋳型
JP2004306120A (ja) * 2003-04-09 2004-11-04 Nippon Steel Corp 連続鋳造用鋳型、その製造方法及び補修方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07275998A (ja) * 1994-04-05 1995-10-24 Nippon Steel Corp 連続鋳造用鋳型
JP2004306120A (ja) * 2003-04-09 2004-11-04 Nippon Steel Corp 連続鋳造用鋳型、その製造方法及び補修方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118147565A (zh) * 2024-03-12 2024-06-07 中机凯博表面技术江苏有限公司 一种防粘接涂层及其喷涂方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
KR102289658B1 (ko) 2021-08-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5643524B2 (ja) Ｃｕ−Ｇａ合金スパッタリングターゲットおよびその製造方法
US8889226B2 (en) Method of bonding a metal to a substrate
US20120301669A1 (en) Method of bonding a metal to a substrate
CN109702200A (zh) 一种W/Cu功能梯度材料及其制备方法
CN105556001A (zh) 具有低热容量和低热导率的热阻挡材料和涂层
EP3219827A1 (en) Heat-resistant member provided with heat-shielding coating, and method for manufacturing same
US20070184253A1 (en) Thermal spray coating and thermal spray power
KR102647466B1 (ko) 연속 주조용 주형의 제조 방법
JP4109567B2 (ja) 連続鋳造用鋳型およびその製造方法
KR102289658B1 (ko) 연속주조용 몰드 및 연속주조용 몰드 코팅방법
JPH0340105B2 (ko)
CN103409747A (zh) 制备Ni基WC硬质合金涂层及抑制其裂纹与气孔的方法
JP2019098371A (ja) 連続鋳造用金型およびその製造方法
CN109047763A (zh) 一种利用电子束选区熔化技术制备Al-Fe-V-Si耐热铝合金件的方法
CN105803283A (zh) 一种Nb-Si-Ti-W-Cr合金棒材及其制备方法
CN109985784B (zh) 一种耐热腐蚀耐磨复合涂层、制备方法及应用
JP2002086248A (ja) 連続鋳造用鋳型
US8646745B2 (en) Mold, solidified body, and methods of manufacture thereof
JP7010008B2 (ja) 連続鋳造用鋳型の製造方法
US20020194870A1 (en) Method and apparatus for the hot shaping of molten gobs
CN109267332A (zh) 一种金属基碳纤维复合材料及陶瓷的制备方法
WO2007096957A1 (ja) ポーラス金属の気孔形態制御方法
JP5161842B2 (ja) 連続鋳造用鋳型
CN109321785B (zh) 一种在钴基合金表面制备钴基涂层的方法
CN114622199A (zh) 一种梯度高熵合金材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant