KR102269980B1 - 코팅된 강 기재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 1 내지 60 ㎛ 의 측방향 크기를 갖는 나노그래파이트 및 바인더를 포함하는 코팅을 포함하는 코팅된 강 기재로서, 상기 강 기재는 중량% 로 다음의 조성: 0.31 ≤ C ≤ 1.2 %, 0.1 ≤ Si ≤ 1.7 %, 0.7 ≤ Mn ≤ 3.0 %, P ≤ 0.01 %, S ≤ 0.1 %, Cr ＜ 0.5 %, Ni ＜ 0.5 %, Mo ≤ 0.1 %, 그리고 순전히 선택적인 기준에 따라, Nb ≤ 0.05 %, B ≤ 0.003 %, Ti ≤ 0.06 %, Cu ≤ 0.1 %, Co ≤ 0.1 %, N ≤ 0.01 %, V ≤ 0.05 % 과 같은 하나 이상의 원소, 철 및 정교화로 인한 불가피한 불순물로 된 잔부를 갖는, 코팅된 강 기재, 및 코팅된 강 기재의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

코팅된 강 기재
본 발명은 특정 측방향 크기를 갖는 나노그래파이트 및 바인더를 포함하는 코팅으로 코팅된 강 기재, 및 이 코팅된 강 기재의 제조 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 강 산업에 적합하다.
제강 공정에서, 제강 단계 후에, 강은 연속 주조로 주조된다. 그런 다음 슬래브, 빌렛 또는 블룸과 같은 반제품이 얻어진다. 일반적으로, 반제품은 연속 주조 중에 형성된 석출물을 용해시키고 열간 가공성을 얻기 위해 재가열 노에서 고온으로 재가열된다. 그런 다음 반제품은 디스케일링되고 열간 압연된다. 그러나, 재가열 단계 동안, 특히 높은 탄소 함량을 갖는 반제품은 탈탄되어 기계적 특성의 변화가 일어난다. 실제로, 재가열 단계 동안, 반제품은 많은 탄소 함량을 잃을 수 있다. 예를 들어, 레일 강이 탈탄되어 강 경도의 감소로 이어진다. 그 결과, 레일 헤드에서의 기계적 특성이 낮고 전체 레일 헤드의 기계적 특성이 불균질하다. 따라서, 재가열 동안에 강 기재의 탈탄을 방지하는 방법을 찾을 필요가 있다.
특허 출원 CN101696328 은, 고온에서의 강 가공물의 표면 (기재) 의 산화 및 탈탄, 그리고 열처리, 단조, 열간 압연, 롤 성형 가열 중의 산화 분위기 하에서의 표면 산화 탈탄의 경우에 대해, 특히 강 작업물이 열처리에서 고온에서 산화 및 탈탄되기 쉬워서 탄소 원자 및 탄소 함량의 감소가 발생하고, 표면 (기재) 미세조직의 변화가 경도 감소, 내마모성 감소 및 전체 서비스 수명의 단축을 유발하는 경우에 대해, 고온에서 표면이 산화 및 탈탄되는 것을 방지하고, 경도 및 내마모성을 향상시키고 궁극적으로 강 작업물의 전반적인 서비스 수명을 증가시키기 위해 강 피스의 표면을 위한 보호 코팅을 개시하고 있다.
이 특허에서, 코팅은 그래파이트, 물 유리 및 표면 침투제의 조성을 가지며, 여기서 그래파이트 대 규산나트륨의 부피 비는 1:3 내지 1:7 이고, 표면 침투제는 코팅의 0.05 부피% 내지 0.15 부피% 를 구성한다. 그럼에도 불구하고, 시험들은 25 (탄소강) 및 HT300 (주철) 을 포함한 저탄소강 및 32CrMo 와 Mn13 을 포함하는 매우 높은 합금강으로 수행되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 재가열 단계 동안에 탈탄이 현저하게 감소되는 특정 강 조성을 갖는 핫 강 제품을 제공하는 것이다.
이는 청구항 1 에 따른 코팅된 강 기재를 제공함으로써 달성된다. 코팅된 강 기재는 또한 청구항 2 내지 8 중 어느 한 특징을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 청구항 9 내지 19 에 따른 코팅된 강 기재의 제조 방법을 포함한다.
본 발명은 또한 청구항 20 내지 23 에 따른 열연 강 제품의 제조 방법을 포함한다.
마지막으로, 본 발명은 청구항 24 에 따른 열연 강 제품의 용도를 포함한다.
본 발명을 설명하기 위해, 비제한적인 예들의 다양한 실시형태들 및 시험들이 특히 다음의 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 코팅된 강 기재의 일 예를 도시한다.
도 2 는 본 발명에 따른 강 기재를 코팅하는 나노그래파이트의 일 예를 도시한다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 다음의 본 발명의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 1 내지 60 ㎛ 의 측방향 크기를 갖는 나노그래파이트 및 바인더를 포함하는 코팅을 포함하는 코팅된 강 기재에 관한 것으로, 이 강 기재는 중량% 로 다음의 조성을 갖는다:
0.31 ≤ C ≤ 1.2 %,
0.1 ≤ Si ≤ 1.7 %,
0.7 ≤ Mn ≤ 3.0 %,
P ≤ 0.01 %,
S ≤ 0.1 %,
Cr ≤ 0.5 %,
Ni ≤ 0.5 %,
Mo ≤ 0.1 %, 그리고
순전히 선택적인 기준에 따라,
Nb ≤ 0.05 %,
B ≤ 0.003 %,
Ti ≤ 0.06 %,
Cu ≤ 0.1 %,
Co ≤ 0.1 %,
N ≤ 0.01 %,
V ≤ 0.05 %,
과 같은 하나 이상의 원소,
철 및 정교화 (elaboration) 로 인한 불가피한 불순물로 된 잔부.
임의의 이론에 구애됨이 없이, 전술한 특정 강 조성을 갖는 강 기재상에 1 내지 60㎛ 의 측방향 크기를 갖는 나노그래파이트 및 바인더를 포함하는 코팅은, 코팅된 강 기재의 재가열 중에 탈탄을 감소시키는 것으로 보인다. 본 발명자들은 강 조성뿐만 아니라 코팅의 성질이 열처리 동안에 강 탈탄의 감소 또는 제거에 중요한 역할을 한다는 것을 발견했다.
실제로, 재가열 중에 산화와 탈탄 운동역학 사이에 경쟁이 있는 것으로 보인다. 전술한 특정 강 기재 (5) 의 경우, 스케일로의 강의 철의 형성이 탈탄 층을 감소시킨다. 부가적으로, 도 1 에 도시된 바와 같이, 코팅 (1) 에서 이러한 특정 측방향 크기를 갖는 나노그래파이트 플레이크 (2) 는 탈탄 영역의 침탄을 허용하는 구불구불한 경로 (4) 를 형성하는 바인더 (3) 에 잘 분산되는 것으로 여겨진다. 실제로, 코팅에 특정 측방향 크기를 갖는 나노그래파이트가 존재함으로 인해 탄소 복원이 있는 것으로 보인다.
강의 화학 조성과 관련하여, 바람직하게는 C 량은 0.31 내지 1.0 중량% 이다.
바람직하게는, Mn 양은 0.9 내지 2.5 중량%, 바람직하게는 1.1 내지 2.0 중량% 이다.
유리하게는, Cr 의 양은 0.3 중량% 이하이다.
바람직하게는, Ni 의 양은 0.1 중량% 이하이다.
유리하게는, Mo 의 양은 0.1 % 이하이다.
도 2 는 본 발명에 따른 나노그래파이트 플레이크의 일 예를 도시한다. 이 예에서, 측방향 크기는 X 축을 통한 나노플라트렛의 최대 길이를 의미하고, 두께는 Z 축을 통한 나노플라트렛의 높이를 의미한다. 나노플라트렛의 폭은 Y 축을 통해 예시된다.
바람직하게는, 나노입자들의 측방향 크기는 20 내지 55㎛, 보다 바람직하게는 30 내지 55㎛ 이다.
바람직하게는, 코팅의 두께는 10 내지 250㎛ 이다. 예를 들어, 코팅의 두께는 10 내지 100㎛ 또는 100 내지 250㎛ 이다.
유리하게는, 강 기재는 슬래브, 빌렛 또는 블룸이다.
바람직하게는, 바인더는 규산나트륨이거나, 바인더는 황산알루미늄 및 알루미나인 첨가제를 포함한다. 이 경우, 임의의 이론에 구속되지 않고, 본 발명에 따른 코팅은 강 기재 상에 더 양호하게 접착되어서 강 기재가 훨씬 더 보호되는 것으로 보인다. 따라서, 강 기재를 탈탄에 노출시키는 코팅 균열 및 코팅 분리의 위험이 더욱 방지된다.
바람직하게는, 코팅은 유기금속 화합물을 추가로 포함한다. 예를 들어, 유기금속 화합물은 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 (CH3OC3H6OC3H6OH), 1,2-에탄디올 (HOCH2CH2OH) 및 2-에틸헥사노익 산, 망간 염 (C8H16MnO2) 을 포함한다. 실제로, 임의의 이론에 구속되지 않고, 유기금속 화합물은 고온에서의 건조 단계를 피하면서 코팅의 빠른 경화를 허용하는 것으로 보인다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 코팅된 강 기재의 제조 방법에 관한 것으로, 이 방법은 연속적인 다음의 단계들을 포함한다:
A. 전술한 강 조성을 갖는 강 기재를 제공하는 단계,
B. 코팅을 형성하기 위해 수성 혼합물을 이용하여 코팅을 디포짓팅하는 단계, 및
C. 선택적으로, 단계 B) 에서 수득된 코팅된 강 기재를 건조시키는 단계.
바람직하게는, 단계 B) 에서, 코팅의 디포짓팅은 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅 또는 브러시 코팅에 의해 수행된다.
유리하게는, 단계 B) 에서, 수성 혼합물은 1 내지 60 g/L 의 나노그래파이트 및 150 내지 250 g/L 의 바인더를 포함한다. 보다 바람직하게는, 수성 혼합물은 1 내지 35 g/L 의 나노그래파이트를 포함한다.
바람직하게는, 단계 B) 에서, 수성 혼합물은 95 중량% 초과, 유리하게는 99 중량% 의 C 를 포함하는 나노그래파이트를 포함한다.
유리하게는, 단계 B) 에서, 바인더에 대한 나노그래파이트의 중량 비는 0.3 이하이다.
바람직하게는, 단계 B) 에서, 수성 혼합물은 유기금속 화합물을 포함한다. 보다 바람직하게는, 유기금속 화합물의 농도는 0.12 wt.% 이하이다. 실제로, 임의의 이론에 구속되지 않고서, 이 농도는 실온에서 경화를 갖거나 임의의 경화없이 최적화된 코팅을 허용하는 것으로 여겨진다.
바람직한 실시형태에서, 코팅은 단계 C) 에서 건조된다. 임의의 이론에 구속되지 않고서, 건조 단계는 코팅 접착성의 개선을 허용하는 것으로 여겨진다. 실제로, 물이 증발하기 때문에, 바인더는 더 덜마르게 되고 더욱 점성이 되어, 경화된 상태를 유발한다. 바람직한 실시형태에서, 단계 C) 에서, 건조는 실온에서 또는 50 내지 150 ℃, 바람직하게는 80 내지 120 ℃ 의 온도에서 수행된다.
다른 바람직한 실시형태에서, 건조 단계는 수행되지 않는다.
바람직하게는, 단계 C) 에서, 건조가 적용될 때, 건조 단계는 열풍으로 수행된다.
유리하게는, 단계 C) 에서, 건조가 적용될 때, 건조는 5 내지 60 분 동안, 예를 들어 15 내지 45 분 동안 수행된다.
본 발명은 또한 다음의 연속적인 단계들을 포함하는 열연 강 제품의 제조 방법에 관한 것이다:
I. 본 발명에 따른 코팅된 강 기재를 제공하는 단계,
II. 상기 코팅된 강 기재를 750 내지 1300 ℃ 의 온도에서 재가열 노에서 재가열하는 단계,
III. 단계 II) 에서 수득된 재가열된 코팅된 강 기재를 디스케일링하는 단계, 및
IV. 디스케일링된 강 제품을 열간 압연하는 단계.
바람직하게는, 단계 I) 에서, 재가열은 800 내지 1300 ℃, 더 바람직하게는 900 내지 1300 ℃, 유리하게는 1100 내지 1300 ℃ 의 온도에서 수행된다.
유리하게는, 단계 III) 에서, 디스케일링은 압력 하에서 물을 사용하여 수행된다. 예를 들어, 수압은 100 내지 150 bar 이다. 다른 실시형태에서, 디스케일링은 예를 들어 스케일 층을 스크래칭하거나 브러싱함으로써 기계적으로 수행된다.
본 발명에 따른 방법에 의하면, 표면이 주로 탈탄되지 않는 열연 강 제품이 수득된다.
예를 들어, 열간 압연 후에, 열간 제품은 코일링되고, 냉간 압연되고, 어닐링 노에서 어닐링될 수 있고 또한 금속 코팅으로 코팅될 수 있다.
마지막으로, 본 발명은 자동차 부품, 레일, 와이어 또는 스프링의 제조를 위한 본 발명에 따른 방법으로부터 얻을 수 있는 열연 강 제품의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 이제 정보만을 위해 수행된 시험들에서 설명될 것이다. 이들은 제한하지 않는다.
예:
예에서, 중량% 로 하기의 강 조성을 갖는 강 기재가 사용되었다:
Figure 112020060212872-pct00001
시험 1 은 슬래브의 형태로 주조되었고, 시험 2 및 3 은 블룸의 형태로 주조되었다.
예 1: 탈탄 테스트
몇몇 시험의 경우, 강들은 강에 35 내지 50 ㎛ 의 측방향 크기를 갖는 30g/L 의 나노그래파이트, Na2SiO3 (규산나트륨) 인 바인더 및 선택적으로 DriCAT® 인 유기금속 화합물을 포함하는 수성 혼합물을 분무함으로써 코팅되었다. 이어서, 선택적으로, 코팅은 100 ℃ 에서 30 분 동안 건조되었다.
이어서, 미코팅된 강 및 코팅된 강은 1250 ℃ 에서 재가열되었다. 재가열 후, 시험들은 광학 현미경 (OM) 에 의해 분석되었다. 0 은 탈탄된 영역이 시험 표면에 거의 존재하지 않음을, 즉 재가열 중에 탈탄이 거의 발생하지 않았음을 의미하고, 1 은 많은 탈탄된 영역이 시험 표면에 존재함을 의미한다.
결과는 다음의 표 1 에 있다.
[표 1]
Figure 112020060212872-pct00002
본 발명에 따른 시험들의 경우, 시험 표면에서 매우 낮은 탄소량이 제거되었다. 반대로, 비교 시험들의 경우, 미세조직 및 그에 따라 기계적 특성의 변화를 허용하는 많은 탈탄된 영역들이 존재하였다. 실제로, 탄소 고갈, 즉 탈탄된 영역이 많은 부위에서는, 펄라이트 대신에 페라이트가 형성된다.
예 2: 마이크로경도 테스트
이 경우, 1250 ℃ 에서의 재가열후, 몇몇 시험들은 마텐자이트를 형성하도록 물에서 켄칭되었고, 핫 강 제품 표면으로부터 1500㎛ 의 깊이까지의 마이크로경도 진전이 마이크로경도 측정에 의해 결정되었다. 실제로, 마텐자이트가 형성되는 때, 마텐자이트의 탄소 함량은 미세조직 중의 탄소량에 직접 비례한다. 그러므로, 마이크로경도가 높을 수록 탄소 함량이 높다.
결과는 다음의 표 2 에 있다.
[표 2]
Figure 112020060212872-pct00003
시험 4 및 8 의 마이크로경도는, 시험 9 및 10 에 비하여 본 발명에 따른 코팅된 강 기재로 탈탄이 현저하게 감소되었음을 명백하게 나타낸다.

Claims (24)

1 내지 60 ㎛ 의 측방향 크기를 갖는 나노그래파이트 플레이크 및 바인더를 포함하는 코팅을 포함하는 코팅된 강 기재로서,
상기 강 기재는 중량% 로 다음의 조성:
0.31 ≤ C ≤ 1.2 %,
0.1 ≤ Si ≤ 1.7 %,
0.7 ≤ Mn ≤ 3.0 %,
P ≤ 0.01 %,
S ≤ 0.1 %,
Cr ≤ 0.5 %,
Ni ≤ 0.5 %,
Mo ≤ 0.1 %, 그리고
순전히 선택적인 기준에 따라,
Nb ≤ 0.05 %,
B ≤ 0.003 %,
Ti ≤ 0.06 %,
Cu ≤ 0.1 %,
Co ≤ 0.1 %,
N ≤ 0.01 %,
V ≤ 0.05 %,
과 같은 하나 이상의 원소,
철 및 정교화 (elaboration) 로 인한 불가피한 불순물로 된 잔부를 갖고,
코팅된 강 기재의 상기 측방향에 평행한 두께 단면에서, 상기 나노그래파이트 플레이크는 구불구불한 경로를 형성하도록 상기 바인더에 분산되어 있는, 코팅된 강 기재.
제 1 항에 있어서,
나노입자들의 측방향 크기가 20 내지 55 ㎛ 인, 코팅된 강 기재.
제 2 항에 있어서,
나노입자들의 측방향 크기가 30 내지 55 ㎛ 인, 코팅된 강 기재.
제 1 항에 있어서,
상기 코팅의 두께가 10 내지 250 ㎛ 인, 코팅된 강 기재.
제 1 항에 있어서,
상기 강 기재는 슬래브, 빌렛 (billet) 또는 블룸 (bloom) 인, 코팅된 강 기재.
제 1 항에 있어서,
상기 바인더가 규산나트륨이거나, 또는 상기 바인더가 황산알루미늄 및 알루미나인 첨가제를 포함하는, 코팅된 강 기재.
제 1 항에 있어서,
상기 코팅이 유기금속 화합물을 추가로 포함하는, 코팅된 강 기재.
제 7 항에 있어서,
상기 유기금속 화합물이 디프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 (CH3OC3H6OC3H6OH), 1,2-에탄디올 (HOCH2CH2OH) 및 2-에틸헥사노익 산, 망간 염 (C8H16MnO2) 을 포함하는, 코팅된 강 기재.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 코팅된 강 기재의 제조 방법으로서, 연속적인 다음의 단계들:
A. 제 1 항에 따른 강 기재를 제공하는 단계,
B. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 코팅을 형성하기 위해 수성 혼합물을 이용하여 코팅을 디포짓팅하는 단계,
C. 선택적으로, 단계 B) 에서 수득된 코팅된 강 기재를 건조시키는 단계
를 포함하고,
단계 B) 에서, 상기 수성 혼합물이 1 내지 60 g/L 의 나노그래파이트 플레이크 및 150 내지 250 g/L 의 바인더를 포함하고,
상기 나노그래파이트 플레이크는 1 내지 60 ㎛ 의 측방향 크기를 갖는, 코팅된 강 기재의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
단계 B) 에서, 코팅을 디포짓팅하는 것은 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅 또는 브러시 코팅에 의해 수행되는, 코팅된 강 기재의 제조 방법.
삭제
제 9 항에 있어서,
단계 B) 에서, 상기 수성 혼합물이 95 중량% 초과의 C 를 포함하는 나노그래파이트 플레이크를 포함하는, 코팅된 강 기재의 제조 방법.
제 12 항에 있어서,
단계 B) 에서, 상기 수성 혼합물이 99 중량% 이상의 C 의 양을 포함하는 나노그래파이트 플레이크를 포함하는, 코팅된 강 기재의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
단계 B) 에서, 바인더에 대한 나노그래파이트 플레이크의 중량 비가 0.3 이하인, 코팅된 강 기재의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
단계 B) 에서, 상기 수성 혼합물이 유기금속 화합물을 포함하는, 코팅된 강 기재의 제조 방법.
제 15 항에 있어서,
단계 B) 에서, 상기 유기금속 화합물의 농도가 0.12 wt.% 이하인, 코팅된 강 기재의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
단계 C) 에서, 건조가 적용될 때, 상기 건조는 50 내지 150 ℃ 의 온도에서 또는 실온에서 수행되는, 코팅된 강 기재의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
단계 C) 에서, 건조가 적용될 때, 상기 건조시키는 단계는 열풍 (hot air) 으로 수행되는, 코팅된 강 기재의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
단계 C) 에서, 건조가 적용될 때, 상기 건조는 5 내지 60 분 동안 수행되는, 코팅된 강 기재의 제조 방법.
다음의 연속적인 단계들:
I. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 코팅된 강 기재를 제공하는 단계,
II. 상기 코팅된 강 기재를 750 내지 1300 ℃ 의 온도에서 재가열 노에서 재가열하는 단계,
III. 단계 II) 에서 수득된 재가열된 코팅된 강 기재를 디스케일링하는 단계, 및
IV. 디스케일링된 강 제품을 열간 압연하는 단계
를 포함하는, 열연 강 제품의 제조 방법.
제 20 항에 있어서,
단계 II) 에서, 재가열이 800 내지 1300 ℃ 의 온도에서 수행되는, 열연 강 제품의 제조 방법.
제 20 항에 있어서,
단계 III) 에서, 디스케일링이 압력 하에서 물을 사용하여 수행되거나, 디스케일링이 기계적으로 수행되는, 열연 강 제품의 제조 방법.
제 22 항에 있어서,
단계 III) 에서, 수압이 100 내지 150 bar 인, 열연 강 제품의 제조 방법.
삭제
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