KR930002556B1 - 입자-방향성 규소강과 이 강의 응력코팅 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

입자-방향성 규소강과 이 강의 응력코팅

본 발명은 표면에 응력코팅이 된 입자-방향성 규소강의 제조에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 얇아진 코팅두께에서 강에 향상된 긴장응력을 나타내는 향상된 점도의 응력코팅 조성물에 관한 것이다.

변압기 철심의 제조용으로 사용하기 위한 박판같은 여러 전기적 응용을 위해 스트립 형상의 규소강이 제조되고 있다. 이러한 목적을 위해 사용되는 입자-방향성 규소강은 열간 압연에 의해 열간압연된 밴드로 제조된다. 열간압연된 밴드는 중간소둔을 가지든 혹은 가지지 않든지 간에 하나 혹은 그 이상의 내간압연 과정에서 최종 두께로 냉간압연된다. 이후 냉간압연된 스트립은 소둔분리코팅제로 코팅되어 기저코팅을 형성한다. 기저코팅된 스트립은 최종 고돈 집합조직 소둔작업(a final high temperature texture annea+ing operation)에 들어가게 되고 여기서 필요한 입자-방향성이 전개된다. 고은 소둔 후 응력코팅 조성물이 마감코팅제로서 강 스트립에 공급된다. 응력코팅(stress coating)은 처리된 온도로부터 냉각됨에 따라 강에 긴장응력을 주게된다, 이러한 장력은 강의 철심손을 감소시킨다.

이 목적을 위한 응력코팅 조성물은 전통적으로 적당한 용매로 금속인산염과 6가 크롬을 조합한 콜로이드상의 실리카를 포함한다. 금속인산염은 알루미늄, 마그네슘 칼슘, 혹은 망간을 포함한다. 미국특허 제 3,856,568호, 제 3,948,786호, 제 4,032,366호 및 제 4,213,792호에 발표된 공지의 응력코팅 조성물은 콜로이드상의 실리카, 금속인삼염 및 6가 크롬(hexavalent chromium)을 포함한다. 미국특허 제 4,120,792호는 Fe,Mn,Mg과 Al 및 인산, 콜로이드 실리카 및 휘발성 산들로부터 선택된 금속을 함유하는 복합 조성물을 발표하고 있다. 미국특허 제 4,347,085호는 붕산 혹은 5산화 바나듐의 응력코팅 조성물에 첨가함을 발표했다. 상기에 언급된 미국특허 제 3,856,568호는 붕산과 초미립자 실리카를 콜로이드 실리카의 100cc당 최대2gms정도 소량 첨가하여 응력제거소둔중에 코일상의 인접 코팅된 쉬이트들이 늘어 붙음을 방지하는 것을 발표하고 있다.

이러한 응력코팅과 관련하여, 이들의 점도는 대체로 낮아서, 규소강 스트립위로 정확히 개량될 수 없고 대신 스트립이 코팅제로 범람하게 되고 초과되어 넘치는 것은 고무-도포된 짜내기 롤러의 사용에 의해 제거된다. 이런 실시는 높은 롤러압력이 필요하고 따라서, 고무 코팅된 롤러의 사용시간이 비교적 짧게 된다.

더구나, 코팅 조성물의 낮은 점도는 스트립 각측의 코팅두께의 독립적인 조절이 실제로 불가하다. 또한 코팅라인에서 정지되었을때도 어려움은 발생한다. 그 이유는 이럴때 과도한 코팅제가 스트립위로 흘러 스트립 표면을 가루투성이로 만들기 때문이다. 스트립표면으로부터 이 분말은 코팅라인의 구동롤러로 전달되어 일부 경우에 숙성로 바닥 롤러(curing frnmace hearth rolls)를 생성되게 되고 이것이 숙성로를 통과함으로써 규소강 스트립 표면이 불균일한 제품을 만들게 되는 원인이 된다.

따라서, 본 발명의 일차 목적은 최종 고온 집합조직소둔후의 입자-방향성 규소강에 적용하기 위한 응력 코팅 조성물(stress coating composition)을 구비하며, 이 조성물이 비교적 높은 점도를 가지고 있어서 규소강 스트립의 표면상에 도포될 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 이들 목적과 다른 목적 및 좀더 완전한 본 발명의 이해가 하기의 설명과 특별한 보기로부터 얻어질 것이다.

본 발명에 따르면 최종 소둔된 입자-방향성 규소강에 공급되어 긴장응력을 주는 응력코팅 조성물이 구비된다. 본 발명의 응력코팅 조성물은 금속 인산염, 6가 크롬 물과, 콜로이드상의 실리카와 5-50%의 미세한분말 실리카로 형성된 실리카를 함유하고 있다. 이 응력코팅제는 개선된 점도를 가져서 강표면의 코팅두께를 균일하게 조절되게 할 수 있다.

또한 기저 코팅과 숙성된 응력코팅(cured stress coating)을 가진 입자-방향성 규소강의 제품이 0.12mil 정도의 얇은 기저코팅과 응력코팅 총두께의 영향으로 적어도 800 psi의 장력을 강에 주게 된다.

본 발명의 응력코팅 조성물은 규소강에 적용하기에 적합한 용액속에 실리카, 금속인산염 6가크롬을 함유한다. 응력 코팅 조성물이 중량으로 적어도 4%의 실리카(SiO2)를 포함하고 이 실리카의 5-50%는 미세한 분말 실리카이고 나머지는 콜로이드상의 실리카인 것이 좋다. 좀 더 바람직하게는, 중량으로 적어도 4%의 콜로이드 실리카를 함유하는 종래의 응력코팅 조성물에서 본 발명이 콜로이드상의 실리카의 5-50%로 미세분말 실리카로 치환하는 것이다. 응력 코팅 조성물에서의 콜로이드상 실리카를 치환하는데 더많은 미세분말 실리카가 사용되면 응력코팅 조성물의 점도가 더 높아질 것이다. 부가하여, 이후 제시된 특별한 실시예에 의해 논증되는 바와같이 코팅제의 점도는 콜로이드상 실리카내에 존재하는 물의 총량에 의해 서로 영향을 받게 될 것이다. 특히, 콜로이드 실리카내의 고형물 대 물의 비율이 높을수록 조성물의 점도가 낮게 될 것이다. 결과적으로 콜로이드상 실리카내의 고형물 대 물의 비율이 증가하면, 미세한 분말 실리카에 의해 치환된 콜로이드상 실리카의 총량은 코팅 조성물에 관해 필요한 상승점도를 구비하기 위해 똑같이 상승될 것임에 틀림없다. 대표적인 상업적 응용으로 스트립표면 상에 고른 두께를 만들기 위해서는 코팅 조성물의 점도가 약 50센티포아스(centipoise)보다 커야한다. 이를 얻기 위한 바람직한 수단은 코팅 조성물이 중량으로 최대 약 50%의 물을 함유하는 클로이드상 실리카로 구체화된다.

본 발명의 실시예에 사용되기에 적합한 "미세 분말 실리카"는 콜로이드상 실리카내에 있는 일반적 입자크기가 1-100밀리미크론의 범위를 가지는 재료로서 정의된다. 바람직하기로는 입자크기는 최대 50밀리 미크론이 좋다. 그 이유는 작은 입자가 큰입자보다 중량 대 표면적의 비가 크기 때문이다. 본 발명의 주요한 현상은 그러한 큰 표면적을 가지는 입자들에 의해 나타나는 표면견인효과(surface attraction effects)이다.

미세 분말 실리카는 공지의 습식방법 혹은 화염방법같은 종래의 방식대로 제조되어도 좋다. 습식방법에서는 규산 나트륨이 실리카의 침전물 입자로 중화된다. 화염방법에서는 사염화 규소가 수소와 산소 화염속에서 가수분해되어 실리카 입자로 만들어진다. 두 방법 모두 입자표면에서 실라놀 그룹으로 콜로이드상 크기의 실리카 입자를 만든다. 각 방법의 실리카 입자들 사이의 다른 점은 입자표면상의 수산화 반응도이다. 습식공정에 의해 제조된 실리카 입자들은 더 큰 표면 수산화 반응도를 가진다. 입자들 표면의 수산기 그룹들은 입자들을 덩어리로 되게하는 원인이 된다. 덩어리 화의 경향이 증가함에 따라 입자를 함유하는 용역의 점도도 증가한다. 그러나 덩어리화 한 크기의 범위를 특정지우기는 곤란하다. 이 범위는 분말 실리카 존재량, 매질의 극성 및 전단 비(shear rate)등과 같은 수 많은 인자의 영향을 받는다. 상기 이유 때문에 습식으로 제조된 분말 실리카가 좋다.

본 발명의 실시예 사용되기에 적합한 "미세한 분말 실리카"의 예로써 PPG공업에 의해 HI-SIL T-600 실리카로 이 인식된 것을 들 수 있다. 이 재료는 평균 21밀리미크론의 기본 입자크기와 그램(gram)당 약150평방미터의 표면적으로 가지고 있다.

본 발명의 응력코팅 조성물은 모든 비교적 작은 코팅두께에서 적어도 800psi 장력 낫게는 적어도 1000psi장력 및 좀더 낫게는 적어도 1200psi장력을 얻는다. 실제 코팅두께에 의존하는 실제 장력으로, 종래의 코팅제는 코팅이 충분히 두껍다면 800psi장력정도를 얻는다.

응력코팅 조성물은 최종 고온집합조직소둔 후에 방향성 규소에 공급되며 이동안에 포오스테라이트의 기저코팅 혹은 유리막이 강표면에 형성된다. 강에서 측정되는 긴장응력은 기저코팅에 의한 것도 일부 포함하고 있어 응력층의 유효 총두께는 포오스 테라이트 기저코팅과 응력코팅을 포함하게 된다. 0.12mil정도의 유효총두께로, 응력코팅 조성물은 강에서 적어도 800psi장력을 얻을 수 있고 0.14mil정도의 유효 총두께로는 적어도 1000psi의 장력을 얻을 수 있다. 종래의 응력코팅으로는 이러한 작은 코팅두께로 800psi정도의 장력을 얻을 수 없었다.

좀더 본 발명을 잘 이해하기 위해 하기의 실시예가 첨부되었다.

[실시예 1]

두 응력코팅 조성물이 중량으로 9%의 P₂O₅, 1.7%의 MgO, 19.6%의 SiO₂및 4.5%의 CrO₃을 함유하도록 구비되었다. 상기에서 한 조성물은 PPG Gi-SIL T-600을 사용하여 만들어지고 미세 분말 실리카로 구성되었다. 다른 조성물은 종래의 콜로이드상 실리카로 만들어졌다. 두 조성물의 여러 비율이 만들어져 여러 미세 분말 대 콜로이드 상 실리카 비율을 가진 여러 용액이 투입되었다. 최종 조직소둔된 규소강 샘플이 코팅되고 숙성되어, 총 유효두께와 코팅장력이 측정되고 자료를 표 1에 나타내었다.

[표 1]

이들 샘플에 따르면, 코팅장력이 여러 총 두께들에 대해 코팅장력(psi)의 기능으로 콜로이드 상 실리카를 치화하는데 사용된 분말 실리카의 퍼센트(%)에 관해 결정되었다.

본 발명의 응력코팅 조성물은 여러 총 두께중에 0.12mil인 한 샘플을 제외하고는 모두 800psi가 넘는 장력값을 구비한다. 0.14mil이 넘는 총 두께에서는 1000psi이상의 장력정도를 얻었다. 두께 범위에 대해 분말실리카로 50이상 치환하면, 코팅장력은 1000psi보다 작게된다. 다른말로, 적어도 50%의 실리카 함량은 콜로이드 실리카이어야 필요한 긴장응력을 얻을 수 있다. 또한 50% 이상의 치환으로 더많은 양의 물이 코팅의 너무 높은 점도로 됨을 방지하여 펌핑이 되지않고 강표면에 고르게 퍼질 수 없게됨을 방지하는데 필요하다. 더구나, 만약 물이 점도를 낮추기 위해 첨가되면 양이 많은 분말 실리카는 용액으로부터 정착되는 경향을 가진다. 5%보다 작은 치환은 고유한 도포를 허용하는데 적당한 필요안정도와 높은 점성의 코팅제를 얻을 수 없다. 본 발명의 코팅제는 소프트 겔로 되어 고반에 의해 액화될 수 있다. 5%이하의 치환에서는 부드러운 액상에 극히 중요한 재액화가 일어나지 않는다. 더구나, 본 발명의 숙성된 응력코팅은 콜로이드 실리카 형상만 가진 종래의 코팅제의 비해 강에 양호한 외관을 나타낸다. 결과적으로, 분말 실리카에 의해 치환되는 범위는 약 5-50%이다.

[실시예 2]

미세 분말 실리카가 응력코팅 조성물에서의 콜로이드상 실리카를 치환하는데 사용된 조성물의 점도에 기초한 물함량과 에이징(aging)의 효과를 결정하기 위해 실험이 행해졌다. 표 2의 중량 퍼센트로 조성된 조성물이 용액 A에 물을 증가시켜 더함에 의해 준비되었다.

[표 2]

여러 에이징 기간후 점도가 측정되고 표 3에 도시했다. 만약 코팅이 효과적으로 스트립상에 종래의 장비의 전통적인 상업적 작업으로 적어도 50센티포아스 및 좋게는 100센티포아스의 점도가 필요하다.

[표 3]

이 결과는 콜로이드상 실리카를 분말 실리카로 약 5%정도 치환함이 만족한 코팅을 만들 수 있음을 논증한다. 단 코팅 용액은 약간의 시간동안 숙성(age)되도록 허용된다. 만약 용액이 준비된 후 곧바로 사용된다면, 최소한의 물이 사용될 것이다. 용액이 많이 준비되고 나중 사용을 위해 저장된다면 보다 많은 양의 물이 동일한 점도를 위해 필요할 것이다. 실제적인 문제로, 응력코팅이 사용하기 전에 장기간의 저장기간을 필요로하지 않으면 그때는 대체로 약 15-30%의 치환이 만들어지게 된다.

[실시예 3]

콜로이드 실리카의 치환제로 정규의 5%와 50%분말 실리카를 사용하고, 인산 마그네슘 혹은 인산 알루미늄의 어느 하나를 사용하여 코팅 용액이 준비되었다. 조성물의 중량 퍼센트는 표 4에 표시되었다.

[표 4]

이들은 표면에 코팅한 샘플의 두께 외관 및 장력이 표 5에 나타나있다.

[표 5]

이들 보리로부터 콜로이드 실리카가 미세 분말 실리카로 5% 혹은 50%의 어느 한 비율에 의해 치환되었을때, 1000psi의 장력이 얻어짐을 볼 수 있을 것이다. 또한, 샘플들은 단지 콜로이드 실리카로만 된 실리카를 함유하는 응력코팅제에 비해 양호한 외관을 가진다.

본 발명의 목적에서와 같이, 응력코팅 조성물이 비교적 높은 점도를 가지고 강의 표면에 홀름에 의해 균일하고 조절된 두께로 공급될 수 있는 것으로 구비되었다. 본 발명은 응력코팅이 강의 긴장응력 비교되는 작은 코팅두께로 공급되어도 좋은 장점을 가지고, 따라서 더 큰 긴장응력은 종래의 응력코팅에 비교했을 때 주어진 코팅두께에서 일어날 수 있다.

비록 바람직하고 선택적인 실시예가 기술되었지만 당해 분야의 전문가들에게는 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 많은 변화가 만들어 질 수 있음이 명확한 사실이다.

Claims (11)

1. 최종 소둔된 입자-방향성 강에 코팅처리하여 상기 강에 긴장응력을 주는 응력코팅 조성물에 있어서, 전술한 응력코팅 조성물이 실리카, 금속인산염, 6가 크롬 및 물을 함유하고, 전술한 실리카가 5-50%의 미세 분말 실리카와 나머지 콜로이드상 실리카로 형성되어 점도가 증가됨을 포함하는 응력 코팅 조성물.
2. 제1항에 있어서, 점도가 50센티포아스(centipoise)보다 큰 조성물.
3. 제1항에 있어서, 전술한 콜로이드상 실리카가 중량으로 최대 50%의 물을 함유하는 조성물.
4. 제1항에 있어서, 미세 분말 실리카의 최대 입자크기가 100밀리미크론인 조성물.
5. 제1항에 있어서, 미세 분말 실리카 입자크기가 1-50밀리미크론의 범위에 있는 조성물.
6. 제1항에 있어서, 실리카의 적어도 15%가 미세 분말 형상인 조성물.
7. 제1항에 있어서, 숙성후에 적어도 100psi의 장력이 강에 나타나는 조성물.
8. 최종 소둔된 입자-방향성 강에 코팅처리하여 상기 강에 긴장응력을 주는 응력코팅 조성물에 있어서, 전술한 응력코팅 조성물이 실리카, 금속인산염, 6가 크롬 및 물을 함유하고, 전술한 실리카가 1-50밀리미크론의 입자크기범위를 가지는 미세 분말 실리카 15-50%와 중량으로 최대 50%의 물을 함유하는 나머지 콜로이드상 실리카 형상이고, 전술한 조성물의 점도가 상승되게 하여 숙성 후 강철에 나타나는 장력이 적어도 800psi가 되는 조성물.
9. 최종 소둔된 입자-방향성 강에 코팅처리하여 상기 간에 긴장응력을 주는 응력코팅 조성물에 있어서, 전술한 응력코팅 조성물이 콜로이드상 실리카, 금속인산염, 6가 크롬 및 물을 함유하고 그 개선점이 전술한 응력코팅 조성물의 점도를 증가시키기 위해 전술한 콜로이드상 실리카의 5-50%를 미세 분말 실리카로 치환함을 포함하는 조성물.
10. 기저코팅(base coating)과, 최종 소둔된 강에 응력 코팅된 후 숙성하는 숙성응력코팅을 표면에 한 입자-방향성 규소강 제품에 있어서, 전술한 응력코팅이 실리카, 금속인산염, 6가 크롬 및 물을 함유하는 수용액으로 형성되고 전술한 실리카를 5-50%미세 분말 실리카 및 나머지 콜로이드상 실리카로 구성시킨 응력코팅제로 실시되어서, 전술한 숙성코팅이 0.12mil 정도의 기저코팅과 응력코팅 유효 총 두께로 강에 적어도 800psi의 장력이 나타나 있는 입자 -방향성 규소강 제품.
11. 제10항에 있어서, 총 코팅두께 0.14mil정도로써 적어도 1000psI의 장력이 강에 나타난 입자-방향성규소강 제품.