KR0178818B1 - 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 로울 - Google Patents

내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 로울 Download PDF

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도시유키 하토리
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미쓰노 고지
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Abstract

내마모성 및 시징 저항성이 뛰어난 본 발명의 열간 압연용 로울은 중량비로, 탄소 2.0 내지 4.0%, 규소 0.5 내지 4.0%, 망간 0.1 내지 1.5%, 크롬 1.0 내지 7.0%, 몰리브덴 2.0 내지 10.0%, 바나듐 2.0 내지 8.0% 및 잔량의 철 및 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 갖고, 마르텐사이트, 바이나이트 또는 퍼얼라이트로 이루어진 매트릭스 구조 및 면적 비율 0.5 내지 5%의 흑연, 면적 비율 0.2 내지 10%의 MC 탄화물 및 면적 비율 40% 이하의 세멘타이트로 이루어진 금속 구조를 갖고, 열간 박판기의 마무리 열의 후단에서 작동 로울로서 적합하다.

Description

[발명의 명칭]
내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 로울
[기술분야]
본 발명은 더욱 높은 내마모성 및 비정상적인 압연 조작을 견디는 능력이 요구되는 내마모성 및 시징 저항성(seizing resistant) 열간 압연용 로울에 관한 것이고, 특히 열간 박판 압연기의 다듬질 열(finishing train)의 후단에서의 가동 로울에 적합한 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 로울에 관한 것이다.
[배경기술]
통상적으로, 열간 박판 압연기의 다듬질 열의 후단에는 외층이 입상 주철로 이루어진 로울이 사용되었다. 일반적으로, 그레인 로울(grain roll)은 시징 저항성이 우수하므로, 비정상적 인발 압연시, 피압연 물질이 시징되거나, 균열의 발생 또는 진전이 거의 없다. 그러나, 그레인 로울은 최근에 광범위하게 사용되는 외층이 고속도 강재로 이루어진 복합 로울에 비해 내마모성 면에 있어서 상당히 열등하다. 고속도 강 로울은 내마모성 면에서 탁월하나, 이러한 로울에서는 비정상적인 인발 압연에 의해 압연된 물질이 시징되기 쉽고, 이로인해 백업(back-up) 로울 또는 압연재로부터의 고압에 의해 시징 부분에 응력이 집중되어 균열의 발생 또는 진전이 일어나게 된다.
MC, M2C등과 같은 경질 탄화물의 정출법(晶出法) 또는 석출법(析出法)이 로울의 내마모성을 개선시키는 데 효율적이라는 것이 공지되어 있다. 또한, 고체 윤활제로서 작용하는 흑연의 정출법으로 로울의 시징 저항성을 개선시킬 수 있다는 것이 공지되어 있다. 그러나, 경질 탄화물 형성 원소인 V, Mo, W는 또한 백주철 형성 원소이다. 따라서, 경질 탄화물과 흑연이 동시에 존재하도록 상기 백주철 형성 원소를 다량 함유하는 고속도 강 로울에서 적절한 양의 흑연을 정출시키는 것이 불가능하였다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 시도가 행해졌다.
JP-B 제60-23183호에는 C 2.2 내지 2.9중량%, Si 0.8 내지 1.5중량%, Mn 0.5 내지 1.0중량%, P 0.1중량% 이하, S 0.1중량% 이하, Ni 3.8 내지 4.8중량%, Cr 1.7 내지 2.5중량% 및 Mo 0.4 내지 1.0중량%로 이루어지고, 잔량은 실질적으로 Fe로 이루어진 조성을 갖는 주철로부터 제조된 강성이고 내마모성인 압연기용 로울에 대해 기술되어 있다. 상기 로울은 마르텐사이트 및/또는 베이나이트의 매트릭스, 면적 비율이 10 내지 30%인 탄화물 및 면적 비율이 0.5 내지 3%인 흑연을 포함하는 구조를 갖는다. 이 로울의 쇼어 경도(Shore hardness)는 70 내지 85이다. 그러나, JP-B 제60-23183호의 로울은 탄화물의 양이 적으므로 내마모성이 충분하지 않다.
JP-A 제61-26758호에는 C 1.0 내지 2.0중량%, Si 0.2 내지 2.0중량%, Mn 0.5 내지 1.5중량%, Ni 3.0중량% 이하, Cr 2 내지 5중량%, Mo 3 내지 10중량%, V 4.0중량% 이하 및 S 0.1 내지 0.6중량%로 이루어지고, 잔량이 실질적으로 Fe로 이루어진 화학 조성을 갖는 시징 저항성 복합 로울이 기술되어 있다. 이 로울에서는 MnS 등을 형성시킴으로써 시징 저항성을 개선시키려고 시도하였다. 그러나, 시징 저항성을 개선시키는 데에 있어서 흑연이 MnS 보다 더 효율적이라는 것이 알려졌다.
JP-A 제2-30730호에는 C 2.5 내지 4.0중량%, Si 2.0 내지 5.0중량%, Mn 0.1 내지 1.5중량%, Ni 3 내지 8중량%, 또는 Cr 7중량% 이하, Mo 4 내지 12중량%, V 2 내지 8중량%이고, 잔량의 Fe 및 분순물로 이루어진 화학 조성을 갖는 열간 또는 냉간 압연용 로울에서 사용되는 내마모성 주철이 기술되어 있다. 이러한 주철은 흑연 및 MC, M2C, M6C, M4C3등의 경질 탄화물을 20% 이하의 면적 비율로 함유한다. 이러한 주철에서, Fe-Si 합금 등과 같은 Si 함유 접종제(inoculant)를 주형 물질의 용융물에 가하여 흑연을 정출시킨다. 특히, 실시예 1에서 Fe-Si 합금(Si 약 0.3중량%)을 용융물에 접종시켜 흑연의 면적 비율이 2%이고 총 탄화물의 면적에 대한 경질 탄화물의 면적비가 85%인 주조품을 수득한다.
그러나, 고속도 강 로울의 경우에, 용융물의 출선(tapping)시에 용융물에 단순히 접종제를 가하는 경우 충분한 접종 효과가 수득할 수 없으므로, 흑연이 JP-A 제2-30730호에 기술된 접종 방법에 의해서는 충분한 양으로 정출되지 않는 다는 것이 밝혀졌다.
특히 제WO88/07594호에 기술된 고속도 강 로울, 즉 C 1.5 내지 3.5중량%, Si 0.3 내지 3.0중량%, Mn 0.3 내지 1.5중량%, Cr 2 내지 7중량%, Mo 9중량% 이하, W 20중량% 이하, V 3 내지 15중량%로 이루어지고 잔량이 실질적으로 Fe로 이루어진 철계 합금의 외층, 및 이 외층에 야금학적으로 결합된 강축을 포함하고, 쉘 주조법(shell casting method)으로 제조된 내마모성 복합 로울은 외층 흑연의 충분한 정출이 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하고, 내마모성 및 시징 저항성 면에서 탁월한 열간 압연용 흑연 함유, 고속도 강 로울을 제공하는 것이다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명의 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 로울은, C 2.0 내지 4.0중량%, Si 0.5 내지 4.0중량%, Mn 0.1 내지 1.5중량%, Cr 1.0 내지 7.0중량%, Mo 2.0 내지 10.0중량%, V 2.0 내지 8.0중량% 및 잔량의 Fe 및 불가피한 불순물로 필수적으로 이루어진 조성을 갖고, 매트릭스, 면적 비율 0.5 내지 5%의 흑연, 면적 비율 0.2 내지 10%의 MC 탄화물 및 면적 비율 40% 이하의 세멘타이트를 포함하는 금속 구조를 갖는다.
본 발명에 따른 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 로울은 내마모성 및 시징 저항성 철계 합금의 외층 및 이 외층에 야금학적으로 결합된 강축을 포함하고, 상기 철계 합금은 C 2.0 내지 4.0중량%, Si 0.5 내지 4.0중량%, Mn 0.1 내지 1.5중량%, Cr 1.0 내지 7.0중량%, Mo 2.0 내지 10.0중량%, V 2.0 내지 8.0중량% 및 잔량의 Fe 및 불가피한 불순물로 필수적으로 이루어진 조성을 갖고, 매트릭스, 면적 비율 0.5 내지 5%의 흑연, 면적 비율 0.2 내지 10%의 MC 탄화물 및 면적 비율 40% 이하의 세멘타이트를 포함하는 금속 구조를 갖는다.
본 발명에 따른 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 복합 로울을 제조하는 방법은 적어도 외층의 용융물과 강축이 결합하는 부위 근처에 Si 함유 접종제를 공급함을 특징으로 한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 복합 로울을 제조하는 방법은 유도 가열 코일로 둘러싸인 내화성 주형과 내화성 주형 아래에 이와 동축으로 제공된 냉각 주형을 포함하는 복합 주형의 내부 공간에 강축을 동축으로 설치하고, 강축과 복합 주형 사이의 공간에 철계 합금의 용융물을 주입하고, 용융물의 표면을 용제로 밀봉하면서 용융물을 초정 정출온도 내지 초정 정출온도보다 100℃ 높은 온도에서 가열 교반하에 유지시키고, 강축을 복합 주형과 동축으로 하향 이동시켜 용융물을 냉각 주형과 접촉시켜 용융물을 고형화시키고, 강축에 결합시켜 강축체에 외층을 연속적으로 형성시키고, 외층 형성시에 Si 함유 접종제를 와이어-주입법에 의해 용융물과 강축과의 결합 부위의 근처에 주입하여 충분한 양의 흑연 입자를 정출시키는 단계들을 포함한다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명에 따른 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 복합 로울을 쉘 주조법에 의해 제조하기 위한 장치를 도시한 개략적 횡 단면도이고,
제2도는 실시예 1에서의 2번 시험 로울의 다이아몬드 연마 후의 금속 구조를 나타내는 현미경 사진(100배)이며,
제3도는 실시예 1에서의 2번 시험 로울 피크르산으로 부식처리한 후의 금속구조를 나타내는 현미경사진(100배)이고,
제4도는 실시예 1에서의 2번 시험 로울을 전해 부식시킨 후의 금속 구조를 나타내는 현미경사진(100배)이며,
제5도는 실시예 2에서 사용된 압연 마모 시험기를 나타내는 개략도이고,
제6도는 실시예 2에서 사용된 마찰 열 충격 시험기의 개략도이다.
[발명을 수행하기 위한 최선의 양태]
[내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 로울]
[1] 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 로울
(a) 금속 구조
본 발명의 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 로울은 하기의 금속 구조를 갖는다 :
(1) 흑연 입자의 함량은 면적 비율로 0.5 내지 5%이다. 흑연 함량이 0.5% 미만일 때에는 시징 저항성에서의 충분한 개선이 얻어질 수 없다. 흑연 함량이 5%를 초과하는 경우 생성된 로울의 기계적 강도를 심하게 저하시킨다. 바람직한 흑연 함량은 2 내지 4%이다. 흑연 입자의 입자 크기는 5 내지 50㎛이다.
(2) 내마모성을 개선시키기 위해, 경질 탄화물을 충분히 분산시키는 것이 필요하다. 이를 위해, MC 탄화물은 0.2 내지 10%의 면적 비율로 함유되어야 한다. MC 함량이 0.2% 미만인 경우 불충분한 내마모성이 수득될 수 있다. 흑연과의 공존으로 인해 MC 탄화물을 10% 초과하는 면적 비율로 함유하는 것은 실질적으로 불가능하다. 바람직한 MC 탄화물의 함량은 4 내지 8%이다.
(3) 연질 탄화물 중의 하나인 세멘타이트의 내마모성을 개선시키는 효과가 적으므로, 세멘타이트의 양을 최소화하는 것이 바람직하다. 그러나, 세멘타이트 및 흑연은 거의 동일한 조건으로 생성된다. 그러므로, 세멘타이트를 생성시키지 않으면서 흑연만을 정출시키는 것을 불가능하다. 세멘타이트의 함량이 40% 면적 비율을 초과할 때, 로울의 강성은 저하된다. 바람직한 세멘타이트의 면적 비율은 1 내지 30%이다.
(4) 로울은 MC 탄화물 이외에 1개 이상의 M2C 탄화물, M6C 탄화물 및 M7C3탄화물을 0.2 내지 20%의 면적 비율로 함유할 수 있다. 면적 비율이 0.2% 미만일 경우 충분한 효과를 제공하지 않으며, 면적 비율이 20%를 초과할 경우 세멘타이트를 포함하는 탄화물의 전체 면적 비율이 너무 커지므로 로울의 강성이 저하된다. MC 탄화물을 제외한 탄화물의 바람직한 면적 비율은 4 내지 15%이다.
(5) 로울의 매트릭스가 실질적으로 마르텐사이트, 베이나이트 또는 퍼얼라이트를 포함하는 것이 바람직하다.
(b) 조성
상기의 구조 요구 조건을 만족시키기 위해, 본 발명의 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 로울은 하기의 조성을 갖는다 :
(1) C: 2.0 내지 4.0중량%
C는 동시에 함유되어 있는 원소 Cr, V, Mo 및 W와 결합시킴으로써 경질 탄화물을 형성시켜 내마모성을 향상시키고, 흑연 입자를 정출시켜 로울에 시징 저항성을 부여하기 위해 필요한 필수적인 원소이다. C의 함량이 2.0중량% 미만인 경우, 경질 탄화물의 양이 너무 작어서, 흑연 입자가 거의 정출되지 않는다. C의 함량이 4.0중량% 이상인 경우, 세멘타이트 및 경질 탄화물의 양이 너무 많아서 로울의 강성을 저하시키게 된다. 바람직한 C의 함량 범위는 2.5 내지 3.5중량%이고, 더욱 바람직한 함량은 2.8 내지 3.2중량%이다.
(2) Si: 0.5 내지 4.0중량%
Si는 흑연화 촉진 원소이며 이의 함량은 0.5중량% 이상이어야 한다. 함량이 4.0중량%를 초과하는 경우, 생성된 로울의 매트릭스가 취성으로 변하여 강성이 저하된다. 또한, 흑연을 적합한 양으로 정출시키기 위한 Si 접종량은 0.1중량% 이상, 바람직하게는 0.1 내지 0.8중량%이어야 한다. 상기한 Si 함량은 로울 물질의 용융물 중에 초기에 함유된 Si와 용융물에 접종된 Si와의 합계 함유량이다. 로울에서 Si의 전체 함유량은, 바람직하게는 0.8 내지 3.5중량%, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 2.5중량%이다.
(3) Mn: 0.1 내지 1.5중량%
Mn은 용융물을 탈산화시키고 불순물로서 함유된 S를 고정시키는 작용을 하고, 이의 함량은 0.1중량% 이상의 양이 요구된다. 함량이 1.5중량%를 초과할 때, 잔류 오스테나이트가 생성되는 경향이 있고, 이는 충분한 경도를 유지하기 어렵게 만든다. 바람직한 Mn의 함량은 0.2 내지 1.0중량%이고, 더욱 바람직한 함량은 0.3 내지 0.6중량%이다.
(4) Cr: 1.0 내지 7.0중량%
Cr은 베이나이트 매트릭스 또는 마르텐사이트 매트릭스를 생성시킴으로써 충분한 경도 및 내마모성을 유지하는데 효율적이며, 1.0중량% 이상으로 함유될 필요가 있다. Cr을 과도하게 많은 양 함유하는 경우, 흑연의 정출이 억제되거나, 매트릭스의 강성이 낮아지며, M7C3및 M23C6과 같은 Cr 탄화물이 생성된다. 이러한 Cr탄화물은 경도가 MC 탄화물 또는 M2C 탄화물에 비해 낮으므로 내충격성 면에서의 개선은 기대할 수 없고 생성된 로울이 취성으로 변한다. 그러므로, Cr 함량이 상한치는 7.0중량%이다. 바람직한 함량은 1.0 내지 5.0중량%, 더욱 바람직하게는 1.5 내지 3.0중량%이다.
(5) Mo: 2.0 내지 10.0중량%
Mo은 C와 결합함으로써 경질의 M6C, M2C 탄화물을 형성하고, 추가로 매트릭스에 용해되어 매트릭스를 강화시키므로, 내마모성을 향상시키는데 효율적이다. 반면에, Mo은 백주철 형성 원소이므로 과량의 Mo은 흑연의 정출을 억제하는 경향이 있다. 그러므로, Mo 함량은 2.0 내지 10중량%, 바람직하게는 2.0 내지 8.0중량%, 더욱 바람직하게는 3.0 내지 6.0중량%이다.
(6) V: 2.0 내지 8.0중량%
V은 C와 결합하여 MC 탄화물을 형성한다. 이 MC 탄화물은 비커스(Vickers)경도가 2500 내지 3000이며, 탄화물 중에서 가장 단단하다. 그러므로, V는 내마모성을 향상시키는 데에 가장 효율적인 필수 원소이다. 그러나, 과량의 V는 흑연의 정출을 억제한다. 따라서, V함량은 2.0 내지 8.0중량%, 바람직하게는 2.0 내지 6.0중량%, 더욱 바람직하게는 3.0 내지 6.0중량%이다.
(7) Ni: 0.2 내지 4.0중량%
상기한 필수 원소 이외에, 본 발명의 로울은 추가로 Ni을 함유할 수 있다. Ni은 흑연의 정출을 촉진시키고 매트릭스의 경화성을 개선시키는 작용을 한다. 그러나, Ni 함량이 0.2중량% 미만일 때 Ni은 이러한 작용을 하지 않는다. 반면에, 함량이 4.0중량%를 초과할때, 오스테나이트가 지나치게 안정화되어 베이나이트 또는 마르텐사이트로의 전환이 어렵게 된다. 바람직한 Ni 함량은 0.5 내지 2.0중량%이다.
(8) W: 2.0 내지 10.0중량%
본 발명의 로울은 상기한 필수 원소 이외에, 추가로 W을 함유할 수 있다. W은 Mo과 같이 C와 결합하여 경질 M6C, M2C 탄화물을 형성하고, 추가로 매트릭스에 용해되어 매트릭스를 강화시키므로, W은 내마모성을 향상시키는데 효율적이다. 반면에 W은 백주철 형성 원소이므로 과량의 W은 흑연의 정출을 억제하는 경향이 있다. 그러므로, 바람직한 W 함량은 2.0 내지 10중량%이고, 더욱 바람직한 함량은 2.0 내지 6.0중량%이다.
(9) Co: 1.0 내지 10.0중량%
본 발명의 로울은 상기한 필수원소 이외에, 추가로 Co를 함유할 수 있다. Co는 매트릭스를 강화시키는데 효율적이나, 과량의 Co는 강성을 저하시키는 경향이 있다. 그러므로, Co 함량은 1.0 내지 10.0중량%이다. Co는 추가로 세멘타이트를 불안정화시켜 흑연의 정출을 촉진하는 작용을 한다. 바람직한 Co 함량은 3.0 내지 7.0중량%이다.
(10) Nb: 1.0 내지 10.0중량%
본 발명의 로울은 상기한 필수 원소 이외에, 추가로 Nb을 함유할 수 있다. Nb은 V 처럼 C와 결합함으로써 MC 탄화물을 형성한다. 상기한 바와 같이, 이 MC 탄화물은 탄화물 중에 가장 단단한 것이므로, Nb은 내마모성을 증가시키는 데에 가장 효율적인 원소이다. 그러나, 과량의 Nb은 흑연의 정출을 억제한다. 따라서, Nb 함량은, 바람직하게는 1.0 내지 10.0중량%이고, 더욱 바람직하게는 2.0 내지 6.0중량%이다.
(11) Ti: 0.01 내지 2.0중량%
본 발명의 로울은 상기한 필수 원소 이외에, 추가로 Ti을 함유할 수 있다. Ti은 흑연화 억제 원소인 N 및 O와 결합하여 산소 질화물을 형성한다. Ti이 0.01중량% 미만일 경우 상기 효과를 나타내지 않으며, N 및 O의 함량을 고려하는 경우 Ti 함량은 2.0중량% 이하인 경우 당해 목적을 위해 충분하다. 더욱 바람직한 Ti 함량은 0.05 내지 0.5중량%이다.
(12) B: 0.002 내지 0.2중량%
본 발명의 로울은 상기한 필수 원소 이외에, 추가로 B를 함유할 수 있다. B가 탄화물을 미세화하는 작용을 하지만, B가 0.002중량%미만일 경우 이러한 작용을 충분히 나타내지 않는다. 반면에, B가 0.2중량%를 초과할 경우 탄화물이 불안정하게 된다. 따라서, B 함량은, 바람직하게는 0.002 내지 0.2중량%이고, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 0.05중량%이다.
(13) Cu: 0.02 내지 1.0중량%
본 발명의 로울은 상기한 필수 원소 이외에, 추가로 Cu를 함유할 수 있다. Cu는 Co처럼 세멘타이트를 불안정하게 하여 흑연의 정출을 촉진하는 작용을 한다. Cu가 0.02중량% 미만일 경우 불충분한 효과를 나타내며, Cu가 1.0중량%를 초과 할 경우 강성이 저하된다. 따라서, Cu 함량은, 바람직하게는 0.02 내지 1.0중량%이고, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.5중량%이다.
(14) 잔량
상기한 원소 이외에, 로울의 잔량은 불순물을 제외하고는 실질적으로 Fe로 이루어진다. 주요 불순물은 P 및 S 이며, 강성이 저하되지 않도록 하기 위해 P는 0.1중량% 이하 및 S는 0.08중량% 이하가 바람직하다.
[2] 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 복합 로울
본 발명의 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 로울은 복합 로울일 수 있다. 복합 로울의 외층은 상기한 바와 같은 금속 구조 및 조성을 갖는 철계 합금으로 제조된다. 외층에 야금학적으로 결합된 복합 로울의 축은 주강(cast steel) 및 단강(forged steel)을 포함하는 강으로 제조된다. 축의 인장 강도가 55㎏/㎟ 이상이고, 신도가 1.0% 이상인 것이 바람직하다. 이는 축이 압연을 위해 사용될때 축에 큰 압연력이 가해지기 쉽고, 압연중의 로울의 편향을 보정하기 위해 축의 양 말단에 굽힘력이 가해지므로 축이 이러한 압연력 및 굽힘력을 견디어야 하기 때문이다.
또한, 축은 철계 합금으로 제조된 외층에 강하게 결합되어야 한다. 따라서, 외층/축 계면의 결합력은 외층 및 축 중 더욱 약한 것의 기계적 강도 이상이어야 한다.
[3] 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 로울의 제조
본 발명의 로울용 물질은 고속도 강이므로, 로울은 원심 주조법 또는 쉘 주조법에 의해 복합 로울로 제조하는 것이 바람직하다. 상기 주조법 모두에서, Si 함유 접종제를 상기 조성을 갖는 용융물에 가해야 한다. Si의 접종량은 0.1 중량% 이상이나, Si의 접종량이 0.8중량%를 초과할때 접종제가 용융물 중에 균일하게 용해되기 어려우므로 생성된 외층의 금속 구조가 균일하지 않게 된다.
복합 로울의 제조방법으로 하기에 쉘 주조법이 예시된다.
쉘 주조법은 기본적으로 제WO88/07594호에 기술되어 있다. 제1도는 연속 쉘 주조법에 사용하기 위한 장치의 한 예를 도시한 것이다. 이 장치는 테이퍼링된 부분(tapered portion) 및 원통형 부분를 갖는 깔때기형 내화성 주형(1) 및 이 내화성 주형 아래에 이와 동축으로 제공된 냉각 주형(4)을 포함하는 복합 주형(10)을 포함한다.
내화성 주형(1)은 환상 유도 가열 코일(2)로 둘러쌓여 있고, 내화성 주형(1)의 하부 말단에서 내화성 주형(1)과 동일한 내부 직경을 갖는 동축, 환상 완충 주형(3)이 제공되어 있다. 이 완충 주형(3)의 하부 말단에는 완충 주형(3)과 실질적으로 동일한 내부 직경을 갖는 냉각 주형(4)이 부착되어 있다. 냉각수는 유입구(14)를 통해 냉각 주형(4)으로 도입되고, 배출구(14')를 통해 방출된다.
로울 축(5)은 상기 구조를 갖는 복합 주형(10) 내에 삽입되어 있다. 축(5)에서 축의 하단 또는 축의 하단으로부터 적절히 이격된 위치에, 형성될 외층과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 폐쇄 부재(도시되지 않음)가 제공된다. 축(5)의 하단은 상하 수직 이동이 가능하도록 배치된다(도시되지 않음). 용융물(7)을 축(5)과 내화성 주형(1) 사이의 공간으로 도입시키고, 용융물(7)의 표면을 용융된 용제(6)를 사용하여 공기를 차단시킨다. 용융물(7)을 제1도에서 화살표 A로 나타낸 방향으로 대류에 의해 교반한다. 이어서, 축(5)을 여기에 고정된 폐쇄 부재와 함께 점차적으로 아래로 이동시킨다. 축 및 폐쇄 부재의 하강 운동으로 인해, 용융물(7)은 낮아지고, 완충주형(3) 및 냉각 주형(4)과 접촉될 때 응고되기 시작한다. 이러한 응고에 의해, 축 및 외층은 야금학적으로 완전하게 결합된다. 내화성 주형(1)에 함유된 용융 물의 표면은 또한 축(5) 및 폐쇄 부재의 하강과 함께 저하되나, 새로운 용융물을 적절하게 공급하여 용융물 표면이 특정 수준으로 유지되도록 한다. 축(5)의 하강 및 용융물(7)의 주입을 순차적으로 반복함으로써, 용융물(7)은 하부로부터 점차적으로 응고되어 외층(8)을 형성한다.
상기한 연속 주조중에, Si 함유 접종제를 내화성 주형(1) 내의 용융물(7)에 주입한다. Si 함유 접종제로서 Ca-Si 합금이 바람직하게 사용되나, Fe-Si 합금에 의해서는 충분한 흑연 정출이 이루어질 수 없다. Ca-Si 합금 중의 Si 함량은 55 내지 65중량%이다.
주입 효과는 약 5분 동안만 지속되므로 용융물의 응고가 시작되기 직전에 접종제를 도입해야 한다. 그러므로, 접종제와 용융물(7)의 단순 혼합에 의한 접종 방법 또는 레이들(ladle) 접종 방법은 이용되지 않으며, 접종제를 함유하는 와이어(16)를 용융물의 응고 부분에 가능한한 가까이 도입시켜 접종시킨다. 이러한 와이어-주입법을 사용할 때, 생성된 응고 외층(8)은 충분한 양의 정출된 흑연 입자를 함유한다.
접종제를 함유하는 와이어(16)는 외층의 조성의 변화를 피하기 위해 연강으로 제조된 것이 바람직하다. 와이어(16)는 외부 직경이 약 6 내지 14mm이고, 내부 직경이 5.6 내지 13mm인 파이프형이며, 와이어의 내부 공간은 Si 함유 접종제로 충전되어 있다. 연강으로 제조된 와이어(16)는 점차적으로 용융물(7)에 융해되어, 내부의 Si 함유 접종제가 용융물에 노출 및 융해되어 Si가 접종된다. Si를 효과적으로 접종시키기 위해, 와이어(16)의 선단을 응고하는 용융물의 표면 근처에서 유지시킨다.
이렇게하여 제조된 복합 로울에 공지된 방법에 따라 경화 및 뜨임(tempering) 등과 같은 추가의 열 처리를 행한다.
본 발명은 하기의 실시예에 의해 더욱 상세히 설명할 것이다.
[실시예 1]
표 1에 기재된 조성을 갖는 1550℃의 용융물을 각각 Ca-Si 합금 접종제를 0.2중량% 함유하는 직경 100mm 및 깊이 100mm의 모래 주형에 1400℃의 주입 온도에서 붓는다. 당해 주물을 1100℃에서 경화시킨 후 550℃에서 뜨임(tempering)을 3회 반복 수행하여 각 시험 로울을 제조한다. 표 1에서, 시험 로울 제1번 내지 제7번은 본 발명에 따른 것이며, 시험 로울 제8번은 그레인 주강으로 제조된 것이며, 시험 로울 제9번은 Si를 접종시키지 않고 고속도 강으로 제조된 것이다. 시험 로울 제2번의 하부로부터 50mm 떨어진 위치에서의 금속 구조의 현미경 사진이 제2도 내지 제4도에 도시되어 있다. 특히, 제2도는 다이아몬드로 연마시킨 표면의 금속 구조를 나타낸다. 제2도에서 흑색 부분은 흑연 입자이고, 백색의 바탕 부분은 탄화물 및 매트릭스이다. 제3도는 피크르산으로 부식시킨 표면의 금속 구조를 나타낸 것이다. 부식 처리로 인해 뜨임된 베이나이트 매트릭스, 마르텐사이트 매트릭스 및 탄화물의 금속 구조를 관찰할 수 있다. 제4도는 크롬산을 사용하여 전해 부식시킨 표면의 금속구조를 나타낸다. 크롬산으로 전해 부식시킴으로써, MC 탄화물은 흑연 입자를 포함하는 흑색 부분으로서 관찰될 수 있다. 모든 탄화물(MC 탄화물, M2C 탄화물, M6C 탄화물, 세멘타이트 등)은 과황산 암모늄 용액으로 부식시킴으로써 관찰될 수 있다. 흑연 및 탄화물의 면적 비율은 상 분석기(제조원: Nippon Avionics Co. Ltd.)에 의해 측정된다. 결과는 표 2에 나타난다.
각주: (1) 그레인 로울
(2) 고속도 강 로울
[실시예 2]
시험 로울 제2번 및 제5번으로부터 제조된 외층 60mm, 내층 40mm 및 폭 40mm의 작은 슬리브(sleeve) 로울에 대해 제5도에서 도시한 압연 마모 시험기를 사용하여 압연 마모 시험을 행하고, 제6도에 도시한 마찰 열 충격 시험기를 사용하여 시징 시험을 행한다. 또한, 시험 로울 제8번(그레인 로울) 및 시험 로울 제9번(고속도 강 로울)으로부터 제조된 슬리브 로울에 대해 동일한 시험을 행한다. 각 로울의 내마모성은 시험을 3회 반복한 후의 마모의 깊이에 의해 평가한다.
압연 마모 시험기는 압연 밀(21), 이 압연 밀(21)의 상부 로울(22) 및 하부 로울(23), 압연할 시트(S)를 예열하기 위한 가열화로(24), 압연된 시트(S)를 냉각시키기 위한 냉각 수욕(25), 압연중에 시트에 일정한 장력을 부여하기 위한 권취기(26) 및 장력을 조절하기 위한 장력 제어기(27)를 포함한다.
시험 조건은 하기와 같다 :
압연할 시트 : 두께 1mm 및 폭 15mm의 SUS 304
압연 감소율 : 25%
압연 속도 : 150m/분
압연 온도 : 900℃
압연 거리 : 300m
로울 냉각 방식 : 수냉식
로울의 수 : 4개
제6도에 도시된 마찰-가열 충격 시험기에서, 래크(rack)(38) 위로 무거운 물체(39)를 떨어뜨려 피니언(pinion)(30)을 회전시킴으로써, 걸림재(32)가 시험편(31)과 강하게 접촉되도록 한다.
결과는 표 2에 나타난다. 본 발명의 각 로울의 마모 깊이는 그레인 주철 로울의 마모 깊이의 약 1/4이며, 이는 고속도 강 로울과 동등한 값이다. 시징 면적 비율에 대하여, 본 발명의 각 로울의 비율은 그레인 주철 로울의 비율과 거의 동일하나, 고속도 강 로울의 비율의 약 60%이다. 이 결과는 흑연량이 증가되는 경우 시징 저항성이 개선됨을 보여준다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 로울은 시징 저항성 면에서 통상의 그레인 주철 로울에 필적하며, 내마모성 면에서는 이의 4배이다. 또한, 본 발명의 로울은 흑연을 거의 함유하지 않는 고속도 강 로울에 비해 더욱 개선된 시징 저항성을 나타낸다.
각주 : (1) 그레인 로울
(2) 고속도 강 로울
[실시예 3]
실시예 1에서의 시험 로울 제2번과 동일한 조성을 갖는 용융물을 사용하여, 제1도에 도시된 연속 쉘 주조기에 의해 외부 직경이 600mm이고 로울 길이가 1800mm인 복합 로울을 제조한다. 용융물 온도는 1580℃이고, 주입 온도는 1350℃이다. 제1도에, 도시된 바와 같이, Ca-Si 접종제를 와이어 주입법에 의해 내화성 주형(1)내의 용융물로 주입한다. 접종된 Si 양은 0.2중량% 이다. 이렇게하여 제조된 복합 로울에 대해 응력제거 어닐링시킨 후, 1100℃에서 경화시킨 후 550℃에서 20시간 동안 3회 뜨임시킨다.
로울 동체의 상부 주조부, 중앙 주조부 및 하부 주조부의 각각 5mm, 25mm 및 50mm의 깊이의 외층의 조성을 시험한다. 결과는 표 3에 기재되어 있다. 또한, 상기와 동일한 부위의 금속 구조를 관찰한 결과, 흑연 면적 비율이 2.0 내지 3.0%이고, MC 탄화물 면적 비율이 4.5 내지 5.5%이며, 전체 탄화물(MC 탄화물, MC 탄화물, MC 탄화물 및 세멘타이트)의 면적 비율이 20 내지 25%임이 나타났다. 이러한 결과는 실시예 1과 거의 동일하며, 본 발명의 복합 로울이 내마모성 및 시징 저항성이 탁월하다는 것을 입증한다.
[산업상 이용 가능성]
흑연 입자와 경질 탄화물을 동시에 존재하게 함으로써, 내마모성 및 시징 저항성을 모두 갖는 열간 압연용 로울을 제공할 수 있다. 이러한 로울은 열간 박판 압연기의 마무리 열의 후단에서 특히 매우 효율적으로 사용된다. 이러한 로울을 사용할 때, 압연 공장에서의 생산성이 향상될 수 있다.

Claims (20)

  1. C 2.0 내지 4.0중량%, Si 0.5 내지 4.0중량%, Mn 0.1 내지 1.5중량%, Cr 1.0 내지 7.0중량%, Mo 2.0 내지 10.0중량%, V 2.0 내지 8.0중량% 및 잔량의 Fe 및 불가피한 불순물로 필수적으로 이루어진 조성을 갖고, 매트릭스, 면적 비율 0.5 내지 5%의 흑연, 면적 비율 0.2 내지 10%의 MC 탄화물 및 면적 비율 40% 이하의 세멘타이트를 포함하는 금속 구조를 가짐을 특징으로 하는 내마모성 및 시징(seizing) 저항성 열간 압연용 로울.
  2. 제1항에 있어서, 금속 구조가 MC 탄화물 이외에, M2C 탄화물, M6C 탄화물 및 M7C3탄화물로 이루어진 탄화물 중의 하나 이상을 0.2 내지 20%의 면적 비율로 추가로 함유함을 특징으로 하는 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 로울.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 매트릭스가 마르텐사이트, 베이나이트 또는 퍼얼라이트를 포함함을 특징으로 하는 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 로울.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 필수적으로 Ni 0.2 내지 4.0 중량%, W 2.0 내지 10.0중량%, Co 1.0 내지 10.0중량%, Nb 1.0 내지 10.0중량%, Ti 0.01 내지 2.0중량%, B 0.002 내지 0.2중량% 및 Cu 0.02 내지 1.0중량%로 이루어진 금속 중의 하나 이상을 추가로 함유함을 특징으로 하는 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 로울.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 로울이 C 2.0 내지 4.0중량%, Si 0.5 내지 4.0중량%, Mn 0.1 내지 1.5중량%, Cr 1.0 내지 7.0중량%, Mo 2.0 내지 10.0중량%, V 2.0 내지 8.0중량%, Ni 0.2 내지 4.0중량%, W 2.0 내지 10.0중량%, 및 Co 1.0 내지 10.0중량%, Nb 1.0 내지 10.0중량%, Ti 0.01 내지 2.0중량%, B 0.002 내지 0.2중량% 및 Cu 0.02 내지 1.0중량%로 이루어진 금속 중의 하나 이상과 잔량의 Fe 및 불가피한 불순물로 필수적으로 이루어진 조성을 가짐을 특징으로 하는 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 로울.
  6. 내마모성 및 시징 저항성 철계 합금의 외층과 이 외층에 야금학적으로 결합한 강축을 포함하고, 철계 합금이 C 2.0 내지 4.0중량%, Si 0.5 내지 4.0중량%, Mn 0.1 내지 1.5중량%, Cr 1.0 내지 7.0중량%, Mo 2.0 내지 10.0중량%, V 2.0 내지 8.0중량% 및 잔량의 Fe 및 불가피한 불순물로 필수적으로 이루어진 조성을 갖고, 매트릭스, 면적 비율 0.5 내지 5%의 흑연, 면적 비율 0.2 내지 10%의 MC 탄화물 및 면적 비율 40% 이하의 세멘타이트를 포함하는 금속 구조를 가짐을 특징으로 하는 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 복합 로울.
  7. 제6항에 있어서, 외층의 금속 구조가 MC 탄화물 이외에 M2C 탄화물, M6C 탄화물 및 M7C3탄화물의 탄화물 하나 이상을 0.2 내지 20%의 면적 비율로 추가로 함유함을 특징으로 하는 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 복합 로울.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 외층의 매트릭스가 마르텐사이트, 베이나이트 또는 퍼얼라이트를 포함함을 특징으로 하는 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 복합 로울.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 외층의 철계 합금이 추가로 Ni 0.2 내지 4.0중량%, W 2.0 내지 10.0중량%, Co 1.0 내지 10.0중량%, Nb 1.0 내지 10.0중량%, Ti 0.01 내지 2.0중량%, B 0.002 내지 0.2중량% 및 Cu 0.02 내지 1.0중량%로 이루어진 금속 중의 하나 이상을 함유함을 특징으로 하는 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 복합 로울.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서, C 2.0 내지 4.0중량%, Si 0.5 내지 4.0중량%, Mn 0.1 내지 1.5중량%, Cr 1.0 내지 7.0중량%, Mo 2.0 내지 10.0중량%, V 2.0 내지 8.0중량%, Ni 0.2 내지 4.0중량%, W 2.0 내지 10.0중량%, 및 Co 1.0 내지 10.0중량%, Nb 1.0 내지 10.0중량%, Ti 0.01 내지 2.0중량%, B 0.002 내지 0.2중량% 및 Cu 0.02 내지 1.0중량%로 이루어진 금속중의 하나 이상과 잔량의 Fe 및 불가피한 불순물로 필수적으로 이루어진 조성을 가짐을 특징으로 하는 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 복합 로울.
  11. 내마모성 및 시징 저항성 철계 합금의 외층과 이 외층에 야금학적으로 결합된 강축을 포함하고, 철계 합금이 C 2.0 내지 4.0중량%, Si 0.5 내지 4.0중량%, Mn 0.1 내지 1.5중량%, Cr 1.0 내지 7.0중량%, Mo 2.0 내지 10.0중량%, V 2.0 내지 8.0중량% 및 잔량의 Fe 및 불가피한 불순물로 필수적으로 이루어진 조성을 갖고, 매트릭스, 면적 비율 0.5 내지 5%의 흑연, 면적 비율 0.2 내지 10%의 MC 탄화물 및 면적 비율 40% 이하의 세멘타이트를 포함하는 금속 구조를 갖는 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 복합 로울의 제조방법에 있어서, Si 함유 접종제가 외층용 물질의 용융물에 이 용융물과 강축과의 결합 부위의 적어도 근처에서 외층용 물질의 용융물에 공급됨을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, Si 함유 접종제가 와이어-주입법(wire-injection method)에 의해 용융물과 강축과의 결합 부위 근처에 주입됨을 특징으로 하는, 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 복합 로울의 제조방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 유도 가열 코일로 둘러싸인 내화성 주형과 내화성 주형 아래에 이와 동축으로 제공된 냉각 주형을 포함하는 복합 주형의 내부 공간에 강축을 동축으로 설치하고, 강축과 복합 주형 사이의 공간에 철계 합금의 용융물을 주입하고, 용융물의 표면을 용제로 밀봉하면서 용융물을 초정 정출온도 내지 초정 정출 온도보다 100℃ 높은 온도에서 가열 교반하에 유지시키고, 강축을 복합 주형과 동축으로 하향 이동시켜 용융물을 냉각 주형과 접촉시켜 용융물을 고형화시키고 강축에 결합시켜 강축체에 외층을 연속적으로 형성시키고, 외층 형성시에 Si 함유 접종제를 와이어-주입법에 의해 용융물과 강축과의 결합 부위의 근처에 주입하여 충분한 양의 흑연 입자를 정출시킴을 특징으로 하는, 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 복합 로울의 제조방법.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서, Si 함유 접종제가 Ca-Si 합금임을 특징으로 하는 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 복합 로울의 제조방법.
  15. 제3항에 있어서, 필수적으로, Ni 0.2 내지 4.0 중량%, W 2.0 내지 10.0중량%, Co 1.0 내지 10.0중량%, Nb 1.0 내지 10.0중량%, Ti 0.01 내지 2.0중량%, B 0.002 내지 0.2중량% 및 Cu 0.02 내지 1.0중량%로 이루어진 금속 중의 하나 이상을 추가로 함유함을 특징으로 하는 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 로울.
  16. 제3항에 있어서, 로울이 C 2.0 내지 4.0중량%, Si 0.5 내지 4.0중량%, Mn 0.1 내지 1.5중량%, Cr 1.0 내지 7.0중량%, Mo 2.0 내지 10.0중량%, V 2.0 내지 8.0중량%, Ni 0.2 내지 4.0중량%, W 2.0 내지 10.0중량%, 및 Co 1.0 내지 10.0중량%, Nb 1.0 내지 10.0중량%, Ti 0.01 내지 2.0중량%, B 0.002 내지 0.2중량% 및 Cu 0.02 내지 1.0중량%로 이루어진 금속중의 하나 이상과 잔량의 Fe 및 불가피한 불순물로 필수적으로 이루어진 조성을 가짐을 특징으로 하는 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 로울.
  17. 제8항에 있어서, 철계 합금이 Ni 0.2 내지 4.0 중량%, W 2.0 내지 10.0중량%, Co 1.0 내지 10.0중량%, Nb 1.0 내지 10.0중량%, Ti 0.01 내지 2.0중량%, B 0.002 내지 0.2중량% 및 Cu 0.02 내지 1.0중량%로 이루어진 금속 중의 하나 이상을 추가로 함유함을 특징으로 하는 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 복합 로울.
  18. 제8항에 있어서, 외층이 C 2.0 내지 4.0중량%, Si 0.5 내지 4.0중량%, Mn 0.1 내지 1.5중량%, Cr 1.0 내지 7.0중량%, Mo 2.0 내지 10.0중량%, V 2.0 내지 8.0중량%, Ni 0.2 내지 4.0중량%, W 2.0 내지 10.0중량%, 및 Co 1.0 내지 10.0중량%, Nb 1.0 내지 10.0중량%, Ti 0.01 내지 2.0중량%, B 0.002 내지 0.2중량% 및 Cu 0.02 내지 1.0중량%로 이루어진 금속중의 하나 이상과 잔량의 Fe 및 불가피한 불순물로 필수적으로 이루어진 조성을 가짐을 특징으로 하는 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 복합 로울.
  19. 제9항에 있어서, 외층이 C 2.0 내지 4.0중량%, Si 0.5 내지 4.0중량%, Mn 0.1 내지 1.5중량%, Cr 1.0 내지 7.0중량%, Mo 2.0 내지 10.0중량%, V 2.0 내지 8.0중량%, Ni 0.2 내지 4.0중량%, W 2.0 내지 10.0중량%, 및 Co 1.0 내지 10.0중량%, Nb 1.0 내지 10.0중량%, Ti 0.01 내지 2.0중량%, B 0.002 내지 0.2중량% 및 Cu 0.02 내지 1.0중량%로 이루어진 금속중의 하나 이상과 잔량의 Fe 및 불가피한 불순물로 필수적으로 이루어진 조성을 가짐을 특징으로 하는 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 복합 로울.
  20. 제13항에 있어서, Si 함유 접종제가 Ca-Si 합금임을 특징으로 하는, 내마모성 및 시징 저항성 열간 압연용 복합 로울의 제조방법.
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