KR20030061402A - 강철 지지부 및 내식성 금속코팅부를 포함하는 플레이트제조방법 - Google Patents

강철 지지부 및 내식성 금속코팅부를 포함하는 플레이트제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강철 지지부 구성요소(2)와 내식성 금속 코팅부(3)를 포함하는 플레이트(1)를 제조하는 방법에 관한 것으로, 내식성 코팅부(3)는 제어분위기 특히 진공상태 하에서의 브레이징에 의해 지지요소(2)에 접착된다. 상기 방법은 1mm 미만의 두께를 갖는 내식성 코팅부를 강철 플레이트에 접착하는 것을 가능케 한다.

Description

강철 지지부 및 내식성 금속코팅부를 포함하는 플레이트 제조방법 {METHOD FOR MAKING A PLATED PRODUCT COMPRISING A STEEL SUPPORT COMPONENT AND AN ANTI-CORROSIVE METAL COATING}
기술분야
본 발명은 화학산업에 사용되는 화학제품을 취급, 저장 및 처리하는 장치와 관련이 있다. 특히, 농축 산 또는 염기와 같은 매우 높은 부식성 제품을 취급할 수 있는 혼합기, 처리 장치 및 전달 장치와 관련이 있다. 이러한 적용예에서, "화학장치 요소"는 특히 그리고 집합적으로 저장실, 탱크, 열교환기, 혼합기, 처리장치 및 전달장치를 나타낸다.
특히, 본 발명은 화학장치 의 구성요소를 제조하는 데 사용되는 조립부품 또는 화학장치 요소와 같이 하나 이상의 강철 지지부 및 내식성 금속코팅부를 포함하는 플레이트 제조방법과 관련이 있다.
배경기술
많은 화학장치들이 화학산업에 이용되고 있고, 이것들은 부식성이 매우 큰 화학제품을 취급, 저장 및 처리하는데 필요하며, 동시에 이후의 어떠한 환경에도 견딜 수 있어야 한다.
화학장치 구성요소는 확실한 내식성을 갖기 위해 보통 강철 지지부 및 티타늄, 탄탈, 지르코늄, 니켈합금 또는 스테인레스 스틸과 같은 소위 "불활성" 금속에 기초한 금속성 내식 코팅부를 포함한다. 화학장치 구성요소는 내식성 금속코팅부가 미리 코팅된 플레이트와 같은 조립체를 적재하여 제조할 수 있다. 내식 코팅부는 널링, 폭발 클래딩, 열간 압연 또는 플레이트와 내식 코팅부 사이의 접합이 없이 단순히 덮는 등의 다양한 방식으로 지지부에 고정될 수 있다.
낮은 내부압력을 갖는 장치와 같은 특정 적용예에서는 강철 지지부와 내식성 코팅부 사이에 강력한 링크, 즉 예를 들어 내식성 코팅부의 파괴를 초래할 수 있는 분리현상을 피하기 위해 도금층 박리에 강한 저항력을 갖는 결합이 필요하다. 널링, 폭발 클래딩 및 열간압연으로 매우 강력한 지지부/코팅부 결합을 얻을 수 있지만, 이러한 기술은 내식 코팅의 두께가 0.7mm 이하인 경우에만 사용할 수 있다.
따라서, 본 출원인은 작은 두께의 내식성 코팅부를 강철의 지지부에 코팅하기 위한 산업적 기술개발에 적용할 수 있는 방법을 찾아냈다.
발명의 목적
본 발명의 목적은 화학장치 구성요소 또는 화학장치 구성요소를 제작하는 데 쓰이는 조립품과 같이 강철 지지부 및 내식성 금속 코팅부를 포함하는 플레이트를 제조하는 방법을 제공하는 것이고, 여기서 내식성 코팅부는 진공 브레이징 또는 불활성 가스 브레이징과 같이 제어분위기 하에서의 브레이징에 의해 지지부에 코팅되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법은 1mm 또는 0.5mm 미만 또는 0.3mm 이하의 두께를 갖는 내식성 코팅부를 강철 금속부에 적용하는 것을 가능케 한다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명에 따른 플레이트를 도시.
도 2는 본 발명에 따른 공정의 실시예를 도시한다.
발명의 상세한 설명
본 발명에 따르면, 강철 지지부(2)와 내식성 금속코팅(3)부를 포함하는 플레이트(1)를 제조하는 방법은 적어도 하나의 지지부(2)의 소정 영역과 적어도 하나의 코팅부(3)의 소정 영역 사이에 기계적 결합을 형성하기 위한 방편으로 적어도 하나의 브레이징 재료(4)를 사용하는 제어분위기 브레이징 작업을 포함한다.
상기 소정 영역을 접착면이라 한다. 여러 개의 접착면에 의해 지지부와 코팅부 사이에 결합이 형성될 수 있다. 접착면 또는 표면은 특히 표면 산화물을 제거하기 위해 브레이징 작업 전에 예처리된다. 예를 들어, 화학적, 전기화학적, 물리화학적 및 기계적 처리(화학적 산처리, 전기화학적 산처리, 기계가공 또는 샌딩) 중 선택된 적어도 하나의 처리가 실시된다. 상기 처리들은 조합될 수도 있다.
접착력을 강화하기 위해 본 발명의 방법은 브레이징 재료의 결합을 향상시킬 수 있는 하나 이상의 층을 용착하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 용착 단계는 화학적 수단, 전기분해 수단 또는 증기상(화학적 증기 용착 또는 물리적 증기 용착)에 의해 실시될 수 있다. 상기 층은 예를 들어 티타늄 또는 구리와 같이 일반적으로 금속성이다. 용착단계는 지지부(2), 금속코팅부(3) 또는 둘 모두에 실시될 수 있다. 용착단계는 브레이징 작업 이전에 실시된다.
브레이징 작업은 보통 브레이징 작업 동안 접착면 사이의 접착부족 또는 가스 거품의 형성을 피하기 위해 우선적으로 선택되는 간극(D)을 얻는 것과 같은 방식으로 상기 정해진 부분을 결합시키는 단계를 포함한다. 간극(D)은 일반적으로 0.1mm 미만이다. 지지부와 코팅부에 플레이팅 압력을 적용하여 간극(D)의 적절한 값을 얻을 수 있다.
제어분위기는 진공(적어도 부분적으로) 또는 불활성 가스(희유기체(일반적으로 아르곤 또는 헬륨) 또는 질소 또는 그 혼합기체)일 수 있다.
제어분위기 하의 브레이징은 진공 브레이징이 바람직하다. 진공은 상당히 높고, 즉 챔버 내의 잔류압력은 10-4mbar 이하이고 일반적으로 10-4에서 10-5mbar 사이에 포함된다. 상기 실시예는 조립체의 구성요소의 오염이나 제어분위기의 가스에 의해 가능한 오염(이것은 예를 들면 브레이징 온도에서 금속코팅을 약하게 하는(일반적으로 산업용 불활성 가스에 포함된 산소의 작용으로 발생한다))을 피할 수 있게 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제어분위기 브레이징 작업은 하기의 단계들을 포함한다:
- 초기 조립체(5)를 형성하기 위해 강철 지지부(2)와 내식성 코팅부(3) 사이에 하나 이상의 브레이징 재료(4)를 삽입하는 단계;
- 상기 초기 조립체(5)에 플레이팅 압력을 적용하는 단계;
- 저항과 같은 가열수단(11)이 제공되는 진공 챔버와 같은 제어분위기 챔버(10) 내부로 초기 조립체를 도입하는 단계;
- 상기 챔버를 진공상태로 만들거나 상기 챔버 내부를 불활성 가스 분위기로 대체하는 것과 같이 챔버(10)(즉 상기 조립체 부근) 내의 분위기를 제어하는 단계;
- 상기 브레이징 재료(4)의 브레이징 온도와 적어도 동일한 온도까지 상기 조립체(5)를 가열하는 단계.
일반적으로 브레이징 재료의 융점과 동일한 브레이징 온도는 브레이징 재료가 용융되어 그것과 접촉하고 있는 구성요소(강철 지지부 및/또는 내식성 코팅부)와 양호한 접착이 일어날 정도이어야 한다.
브레이징 재료는 균일한 접착층을 얻고 두 요소 간의 접촉면을 증가시키기 위해 지지부와 내식성 코팅부 사이에 균일하게 분포되는 것이 바람직하다.
두 단계에서 브레이징 재료(4)를 지지부(2)와 내식성 코팅부(3)에 삽입하는 것이 가능하다. 특히 삽입단계는 하기의 두 단계를 포함한다;
- "접착" 면이라고 표현하는 영역에서 지지부(2)에 브레이징 재료(4)를 배치하는 단계;
- 상기 초기 조립체(5)를 형성하기 위해 지지부(2) 상에 내식성 코팅부(3)를 위치시키는 단계.
어떠한 경우에는, 소위 "접착" 면인 내식성 코팅부(3)에 브레이징 재료(4)를우선적으로 배치시키고, 그 후 초기 조립체(5)를 형성하도록 내식성 코팅부에 지지부(2)를 배치시키는 것이 유리할 수도 있다.
상기 재가열동안 및/또는 그 전에 상기 조립체 상에 기계적 플레이팅 압력을 가하는 것이 가능하다. 지지부 및 내식성 코팅부가 브레이징 재료를 압박하도록 서로에 대해 팽팽하게 유지되게 하기 위해 상기 플레이팅 압력이 가해진다.
내식성 금속 코팅부(3)로는 티타늄, 티타늄합금, 탄탈, 탄탈 합금, 지르코늄 또는 지르코늄 합금이 바람직하다.
브레이징 재료(4)로 용융 가능한 합금(보통 공융합금) 또는 용융 가능한 금속을 사용할 수 있다. 상기 재료(4)는 플럭스를 포함할 수도 있다. 브레이징 재료는 구성요소 내에서 접촉한 상태로 확산될 수 있어 상기 구성요소 사이에 강력한 접착력을 제공한다. 브레이징 재료는 보통 분말, 시트 또는 그물망의 형태를 갖는다. 실험에서, 출원인은 그물망이 접착면 사이의 가능한 다양한 간격(D)에 대해 유리한 점을 갖는 다는 것을 발견하였다.
코팅부(3)가 티타늄 또는 탄탈 합금일 경우, 브레이징 재료(4)는 일반적으로 니켈, 크롬, 실리콘 또는 붕소 또는 Ni-14Cr-3B-4.5Si-4Fe, Ni-7Cr-3B-4.5Si-Fe 또는 Ni-2B-3.5Si-1.5Fe와 같이 니켈 과 붕소를 함유하는 BNi 타입(ASTM 분류에 따라)의 합금 또는 혼합물로 구성된다. 이러한 경우, 브레이징 온도는 1000°에서 1050℃ 사이로 설정된다. 브레이징 재료(4)는 리듐, 구리, 알루미늄, 아연 및/또는 주석을 포함하는 은 기반 재료일 수 있다.
코팅부(3)가 티타늄 또는 티타늄 합금일 경우, 브레이징 재료(4)는 보통 리듐, 구리, 알루미늄, 아연 및/또는 주석을 포함하는 은 기반 합금(합금 또는 혼합물) 또는 TiNi, TiZrBe, 48Ti-48Zr-4Be 또는 43Ti-43Zr-12Ni-2Be와 같은 티타늄 기반 합금이다.
코팅부(3)가 지르코늄 또는 지르코늄 합금일 경우, 브레이징 재료(4)는 Zr-5Be, Cu-20Pd-3In, Ni-20Pd-10Si, Ni-30Ge-13Cr 또는 Ni-6P와 같은 지르코늄, 구리 또는 니켈 기반 합금이다. 브레이징 재료(4)는 또한 리듐, 구리, 알루미늄, 아연 및/또는 주석을 포함하는 은 기반 재료(합금 또는 혼합물)가 된다.
강철 지지부 및 내식성 코팅부는 판의 형태를 취할 수 있다. 미리 분리될 수 있는 상기 구성요소는 일반적으로 평평하지만, 곡선형, 반원통형 또는 다른 형상이 될 수도 있다. 구성요소는 브레이징에 의해 접착되기 전에 형상을 가질 수도 있다. 적절한 형상의 내식성 금속 코팅부를 사용하여 화학장치 구성요소에 브레이징을 실시하는 것 또한 가능하다.
사용되는 강철은 보통 탄소강이고 크롬강이 바람직하다. 열팽창계수가 내식성 코팅부와 비슷한 강철, 즉 상기 강철과 내식성 코팅부의 열팽창계수의 차가 20% 미만이고 바람직하게는 10% 미만인 강철을 사용하는 것이 특히 장점을 갖는다. 보다 정확히 말해, 상기 강철의 열팽창계수가 상기 코팅부에 ±20% 및 바람직하게는 ±10%와 동일하다.
지지부(2) 및/또는 내식성 코팅부는 판 또는 시트 형태로 나타난다.
상기 플레이트(1)는 조립부품 또는 화학장치 구성요소가 될 수 있다.
실시예
실험 1
조립체 부분을 제조하는 실험이 탄소강 플레이트와 탄탈 내식성 코팅부를 사용하여 진공 브레이징에 의해 실시되었다. 브레이징 재료는 붕소, 크롬 및 실리콘을 포함하며 니켈을 기초로 하는 ASTM 분류의 BNi합금이 사용되었다.
상기 실험에서 도금층 박리에 대한 저항값은 폭발 클래딩에 의해 생성되는 조립부품에서 얻어지는 것과 널링에 의해 생성되는 조립부품에서 얻어지는 것 사이의 값이다.
탄탈 구성요소의 브레이징 재료의 확산 깊이는 10 내지 20㎛ 였고, 따라서 탄탈 코팅부의 부식에 대한 저항은 이 확산에 영향을 받지 않았다.
실험 2
조립부품을 제조하는 실험이 탄소강 플레이트와 탄탈 또는 티타늄 내식성 코팅부를 사용하여 진공 브레이징에 의해 실시되었다. 브레이징 재료는 은 또는 구리 기반 금속이다.
굽힘 및 펀칭 테스트(30mm 와 100mm 사이의 곡률반경)를 통해 낮은 상대 경도(110Hv)를 갖는 브레이징 접착의 파괴 또는 비부착성이 없음을 알 수 있다. 또한, 티타늄 판의 캘린더링(calendering)(1m×1m)이 접착의 질을 저하시키지않고(10-6단위 정도도) 150mm 와 동일한 곡률반경으로 실시되었다.
내식성 코팅부(3)의 브레이징 재료(4)의 확산 깊이는 60㎛보다 작고, 따라서 부식에 대한 저항은 상기 확산에 영향을 받지 않는다.
발명의 효과
본 발명의 방법으로 얻게 되는 플레이트는 지지부와 접착면의 더 많은 부분의 내식성 코팅부 사이의 견고한 접착을 돕는 높은 횡단 열전도성을 보이고, 예를 들어 이것은 접착밴드만을 생산하는 널링에 의해 얻게 되는 접착의 경우와는 다르다. 횡단 열전도성은 특히 열교환기 또는 냉각 또는 가열을 위한 이중 엔벨로프와 같은 열전달 수단을 포함하는 화학장치에서 효과적이다.

Claims (27)

  1. 강철 지지부(2) 및 내식성 금속 코팅부(3)를 포함하는 플레이트 제조방법에 있어서,
    지지부(2)의 하나 이상의 소정 영역과 코팅부(3)의 하나 이상의 소정 영역 사이의 기계적 접착을 실시하기 위해 하나 이상의 브레이징 재료(4)를 사용하는 제어분위기 하의 하나 이상의 브레이징 작업을 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    브레이징 작업은 0.1mm 미만의 간극(D)을 얻기 위해 상기 소정 영역을 서로 더 가깝게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    브레이징 작업은 진공상태에서 실시되는 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 진공상태의 잔여압력이 10-4mbar 미만인 것을 특징으로 하는 플레이트제조방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 브레이징 작업은,
    - 초기 조립체(5)를 형성하기 위해 강철 지지부(2)와 내식성 코팅부(3) 사이에 하나 이상의 브레이징 재료(4)를 삽입하는 단계;
    - 상기 초기 조립체(5)에 플레이팅 압력을 적용하는 단계;
    - 초기 조립체(5)를 가열수단(11)이 제공된 진공챔버(10)로 도입하는 단계;
    - 상기 챔버 내부를 진공으로 만드는 단계;
    - 상기 조립체(5)를 적어도 상기 브레이징 재료(4)의 브레이징 온도와 동일할 때 까지 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    브레이징 작업은 불활성 가스 하에서 실시되는 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    불활성 가스는 희유기체, 질소 및 그 혼합기체를 포함하는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  8. 제 6 항또는 제 7 항에 있어서,
    상기 브레이징 작업은,
    - 초기 조립체(5)를 형성하기 위해 강철 지지부(2)와 내식성 코팅부(3) 사이에 하나 이상의 브레이징 재료(4)를 삽입하는 단계;
    - 상기 초기 조립체(5)에 플레이팅 압력을 적용하는 단계;
    - 초기 조립체(5)를 가열수단(11)이 제공된 제어분위기 챔버(10)로 도입하는 단계;
    - 상기 챔버 내의 분위기를 불활성 가스로 대체하는 단계;
    - 상기 조립체(5)를 적어도 상기 브레이징 재료(4)의 브레이징 온도와 동일할 때 까지 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    화학 처리, 전기화학 처리, 물리-화학 처리, 기계적 처리 및 이들의 조합 처리를 포함하는 그룹에서 선택되는 하나 이상의 처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    브레이징 재료의 고정을 향상시킬 수 있는 하나 이상의 층을 용착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 층은 금속성인 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    용착단계는 화학적 수단, 전기분해 수단 또는 증기상에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅부(3)의 두께는 1mm 미만인 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅부(3)의 두께는 0.5mm 미만인 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅부(3)는 탄탈 또는 탄탈합금인 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    브레이징 재료(4)는 니켈 및 붕소를 포함하는 재료인 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  17. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅부(3)는 티타늄 또는 티타늄 합금인 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    브레이징 재료(4)는 티타늄 기반 합금인 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  19. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅부(3)는 지르코늄 또는 지르코늄 합금인 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    브레이징 재료(4)는 지르코늄, 구리 또는 니켈 기반 합금인 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  21. 제 15 항, 제 17 항 또는 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    브레이징 재료(4)는 리듐, 구리, 알루미늄, 아연 및/또는 주석을 포함하는 은 기반 재료인 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    브레이징 재료는 분말, 시트 또는 그물망의 형태인 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강철은 크롬 강철인 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  24. 제 1 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강철의 열팽창 계수와 상기 내식성 코팅부의 열팽창 계수 간의 차는 20% 미만인 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지부(2)는 플레이트 또는 시트의 형태인 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  26. 제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅부(3)는 플레이트 또는 시트의 형태인 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
  27. 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플레이트는 조립부품 또는 화학장치의 구성요소인 것을 특징으로 하는 플레이트 제조방법.
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