KR950008690B1 - 내 빌드업성 및 내열충격성이 우수한 탄화크롬계 서메트 코팅제 및 그 구성 분말의 제조방법 - Google Patents

내 빌드업성 및 내열충격성이 우수한 탄화크롬계 서메트 코팅제 및 그 구성 분말의 제조방법 Download PDF

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Abstract

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Description

내 빌드업성 및 내열충격성이 우수한 탄화크롬계 서메트 코팅제 및 그 구성 분말의 제조방법
제1도는 코팅의 내빌드업성을 측정하는 실험의 개략도.
본 발명은 냉각압연 공장의 연속소둔로내에 설치된 허스롤(Hearth Rol1)의 표면에 실시하는 탄화크롬(Cr2C)계 서메트(cermet) 코팅제 및 이를 구성하는 분말의 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 내빌드업(build-up)성 및 내열충격성이 우수한 탄화크롬(Cr2C)계 서메트 코팅체 및 이를 구성하는 탄화크롬(Cr2C) 분말의 제조방법에 관한 것이다.
서메트 코팅(cermet coating)은 비금속과 금속물질이 혼합원 코팅으로서 내빌드업성을 증가시키는데, 연속소둔로의 내부에 설치되어 강판의 이송시 안내 역할을 하는 허스롤의 표면 코팅에 대표적으로 사용되고 있다.
연속소둔로내의 분위기 가스로는 강판의 산화를 방지하기 위하여 H2+3%H2(Dew Point : -20℃)가 사용되고, 그 내부의 온도는 약 500-1000℃ 정도이다.
이 연속소둔로 내부의 롤 표면에는 강판과 롤(Roll) 표면의 접촉에 의해 강판의 조그만 조각이나 산화물이 붙은 약 0.1-1mm 정도의 돌기 즉, 빌드 업(build-up : 표면결함의 일종)이란 결함이 생긴다.
이러한 빌드업은 강판에 결함을 유발하여 강판의 품질을 저하시키므로 이러한 빌드업을 감소시키기 위하여 코팅을 실시하는 것이다.
기술 선진국에서 내빌드업성의 증가를 위해서 여러 종류의 코팅을 연구 개발하였다. 이러한 코팅은 폭발용사(Detonation Gun Spraying), 고속 화염 용사(High Velocity Oxy Fuel Spraying), 혹은 프라즈마 용사(Plasma Spraying)등의 방법으로 롤 표면에 실시된다. 위의 허스롤용 코팅의 공지기술로는 최근 일본특허 공개(소) 63-25,352호, 일본특허공고 89-041,697호 및 미국특허번호 제4,822,689호 등 다수의 특허가 공고 되어있다. 오래전부터 Cr3C2-25(Ni-20Cr)이 이용되었고, 최근에 Cr7C3-NiCr(J.R. Lindgren, Surface and Coatings Technology, 32 (1987), 249-260), Cr23C6-NiCr(T.A Taylor et al., Thin Solid Films,107(1983) 427-435)등이 개발되었다.
현재 Cr3C2-NiCr 코팅은 대개 노내 분위기가 850℃ 이하인 곳에 실시되는데, 그 이유는 이 코팅이85O℃ 이상에서는 Cr3C2의 분해가 빨라 코팅의 경도가 급격히 저하되기 매문이다. 이 코팅은 고온에서 Cr3C2가 Cr7C3이나 Cr23C6으로 분해되는 것으로 알려져 있다(T.A.Taylor et a1., Thin Solid Films, 107(l983) 427-435) 또한 최근에 Cr3C2-NiCr 코팅은 고온, N2-H2분위기에서는 Cr3C2가 Cr2C으로 분해되는 것으로 알려져 있다.(S.Y. Hwang and B.G. Seong, Thermal Spray Coatings Research, Dersign and Application, '93 National Thermal Spray Conference Proceeding publlshed by ASM International, p 587) 이러한 상변태 현상은 기존의 Cr3C2-NiCr 코팅에 균열 등을 유발시킨다. 이러한 균열은 코팅을 관통하여 모재와 코팅 계면을 산화시켜 코팅층을 박리시킨다.
또한 Cr3C2-NiCr 코팅은 육성용접 코팅보다 열충격에 약한 것으로 알려져 있어, 열변화가 심한 곳에서는 사용되지 못하는 단점이 있는 것으로 알려져 있다.
이에, 본 발명자는 서메트 코팅에 대하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 내 빌드업성 및 내열충격성이 우수한 Cr2C가 서메트 코팅제 및 이를 구성하는Cr2C 분말의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 입도가 20-60μm인 Cr3C2분말을 700-800℃에서 12-24시간 동안 N2-(3-10)% H2혼합분위기에서 유지하여 열처리하므로써, Cr2C 분말을 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 Cr2C 분말 50-80wt%, Ni-Cr, NiCrAl, NiCrAlY, 및 FeCr으로 이루어진 내열합금 분말 그룹으로부터 선택된 l종 또는 2종 이상 20-50wt% , 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, 그리고 입도가 20-60μm인 내빌드업성 및 내열충격성이 우수한 탄화크롬(Cr2C)계 서메트 코팅제에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따라 Cr2C 분말을 제조하기 위해서는, 우선, 20-60μm의 입도를 갖는 Cr3C2분말을 준비한다.
상기 Cr3C2분말을 N2-(3-10)%H2분위기 및 700-800℃에서 약 12-24시간 유지하여 열처리하면 Cr3C2분말이 Cr2C 분말로 상변태가 진행되어 Cr2C 분말이 제조된다. 이때 입자크기가 20-60μm에 해당하는 입자를 입자 크기로 분류한다.
상기 열처리 온도가 700℃ 이하인 경우에는 온도가 너무 낮아 Cr2C가 형성이 안되고, 800℃ 이상인 경우에는 Cr7C3나 Cr23C6등이 형성될 수 있으므로, 상기 열처리 온도는 7OO-8OO℃로 제한하는 것이 바람직하다.
그리고, 열처리시간이 너무 짧으면 Cr2C의 함량이 적어지고, 일정시간 열처리하면 Cr2C의 함량이 거의 100%에 가까워지므로, 열처리시간이 너무 길면 비경제적이기 때문에, 상기 열처리 시간은 12-24시간으로제한하는 것이 바람직하다.
상기 N2-H2혼합분위기 중의 H2함량이 3% 이하인 경우에는 Cr2C의 형성이 안되고, Cr7C3나 Cr23C6가 형성될 수 있고, 10% 이상인 경우에는 비경제적이므로, 상기 N2-H2혼합분위기중의 H2함량은 3-10%로 제한하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 서메트 코팅제에 있어서, Cr2C 분말의 함량이 5O% 이하인 경우에는 내마모성이 현저히 떨어질 우려가 있고, 80% 이상인 경우에는 카바이드 함량이 너무 많아 모재와의 열팽창계수의 차이로 내열충격성이 떨어지므로, 상기 Cr2C 분말의 함량은 50-80%로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 서메트 코팅제의 입도가 20μm 이하인 경우에는 입자가 너무 작아 용사중에 기화나 분해사 많이 일어날 수 있고, 60μm 이상인 경우에는 입자의 질량이 커서 용사과정에 녹지 않아 용사피막의 열착력이 현저히 감소할 수 있으므로, 상기 서메트 코팅제의 입자는 20-60μm로 제한하는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명의 서메트 코팅제는 플라즈마 용사법, 폭발용사법 및 고속화염 용사법 등에 의해 ScH22(고 Ni, Cr, C강) 강등의 내열강에 코팅되므로써, 우수한 내빌드업성 및 내열충격성을 부여하게 된다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
Cr3Cr 분말을 하기표1과 같은 열처리 온도, N2-H2혼합분위기(dew poing : -20℃) 및 유지시간 조건으로 Cr2C 분말을 제조하고, Cr2C 분말의 농도를 측정하고 그 결과를 하기표1에 나타내었다.
[표 1]
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 700-800℃의 온도에서 12-24시간, 그리고 H2%가 3-10%인 경우 높은농도의 Cr2C 분말이 제조됨을 알 수 있다.
[실시예 2]
상기 실시예l과 같이 제조원 Cr2C 분말을 하기표2와 같이 내열합금 분말과 혼합하여 서메트코팅제를 제조한 다음, 플라즈마 용사를 실시하였다.
이때, 용사는 Plasma Tecknik사의 PT-M1000으로, Ar, He 개스를 이용하여 실시하였으며, 그 조건은 다음과 같다.
1차 개스(Primary gas : Ar개스, 50SLPM(5kg/cm2)
2차 개스(Secondary gas : He개스, 85-SLPM(5kg/cm2)
건 전압(Gun Volts) : 62V, 건 전류(Gun Ampere) : 650A
분말의 공급량 : 21gm/min, 용사거리 100mm
상기와 같이 플라즈마 용사하여 형성된 코팅에 대하여 내열충격성 시험 및 내빌드업 시험을 행하고, 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.
이때, 내열충격성은 850℃, N2-3%H2분위기에서 40분간 코팅에 열을 가하고 그후 물속에 급속냉각시키는 것을 반복하여 균열이 발생할때까지의 횟수로 평가하였다.
또한, 내빌드업성은 제1도에 나타난 바와같이 3cm×3cm로 절단한 4개의 코팅 시편을 준비하고 코팅과 코팅사이에 Fe3O4분말을 0.4gm에 놓고, 820℃, N2-5%H2에서 100kgf의 압력을 가하면서 약 4시간 경과후 노냉시킨 다음, 하기표 3의 내빌드업 지수를 이용하여 제1도의 코팅시편 4개의 각각 표면의 내빌드업지수를 더하고 이것에 0.83을 곱한 지수로서 평가하였다.
하기표 2의 내빌드업지수에서 10은 전혀 Fe3O4분말이 붙지 않은 코팅의 내빌드업 지수를 나타낸다.
[표 2]
*) Ni-Cr은 Ni-20%Cr
NiCrAl은 Ni-22%Cr-10%Al
NiCrAlY은 Ni-22%Cr-6%A1-0.5%Y
FeCr은 Fe-20%Cr이다.
[표 3]
상기 표2에 나타난 바와 같이, Cr3C2-25(Ni-20Cr) 코팅은 종래예의 경우에는 약 40회 반복시에 균열이 발생하는 반면에, 발명예(1-5)의 경우에는 50회 이상의 반복시에 균열이 발생됨을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예(l-3)의 경우에는 40회 이하의 반복시에 균열이 발생됨을 알 수 있다.
한편, 종래예의 경우에는 내빌드업 지수가 3.3임에 반하여 발명예(1-5)의 경우에는 5.5 이상임을 알 수 있는데, 이는 Cr2C 코팅이 상변태가 잘 일어나지 않으므로 표면에 작은 균열이 발생이 저하되기 때문으로 추정된다.

Claims (2)

  1. 입도가 20-60μm인 Cr3C2분말을 700-800℃의 온도 및 N2-(3∼l0)%H2혼합분위기에서 12-24시간동안 유지하여 열처리하는 것을 특징으로 하는 Cr2C 분말의 제조방법.
  2. Cr2C 분말 : 50-80wt%, Ni-Cr, NiCrAl, NiCrAlY, 및 FeCr으로 이루어진 내열합금분말 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상 20-50wt% ; 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고; 그리고 입도가 20-60μm인 것을 특징으로 하는 내빌드업성 및 내열충격성이 우수한 탄화크롬(Cr2C)계 서메트 코팅제.
KR1019930030264A 1993-12-28 1993-12-28 내 빌드업성 및 내열충격성이 우수한 탄화크롬계 서메트 코팅제 및 그 구성 분말의 제조방법 KR950008690B1 (ko)

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