KR100433779B1 - 연속캐스터로울의스테인레스강표면클래딩 - Google Patents

Abstract

연속 캐스터 로울(40)의 작업면 상의 열처리된 클래딩(44)은 예민화된 영역을 감소시킨다. 열처리는 로울(40)의 주연 주위의 모든 위치에서 실제로 균일하게 로울의 작업면(44)에 인가되어, 탄화물 성형물을 용액으로 분해하고 탄화물 성형 및 크롬 결핍 영역 또는 용접 과정 중에 생기는 재가열 영역과 관련된 예민화된 영역을 제거한다. 열처리 공정은 기본 로울 재료의 특성과 치수, 및 본체 작업면 하방의 실제 깊이나 로울 저어널 표면 상이나 그 하방의 깊이에 영향을 주거나 변화를 주지 않고 달성된다.

Description

연속 캐스터 로울의 스테인레스강 표면 클래딩{Stainless Steel Surface Claddings Continuous Caster Rolls}

캐스터 로울(caster roll)로 알려진 로울이 용융 금속의 주조에 사용된다. 캐스터 로울은 응고되는 금속 슬랩을 내장하고 지지하며 이를 통로를 통해 운반하는 일련의 내장 로울 또는 롤러이다. 용융 금속이 연속 주조 주형으로부터 유출되면, 이것은 캐스터 로울에 의해 지지되고, 캐스터 로울은 용융된 리본을 수평 위치로 "구부리고" 이를 테이블로 운반해서 완전히 응고된다.

캐스터 로울은 로울을 주기적인 열적 충격과, 열적 및 기계적 굽힘 응력과 고온 마찰에 노출시키는 혹독한 사용 환경에서 작동하도록 요구된다. 제1 캐스터 로울에서의 응고되는 슬랩의 온도는 1024℃를 초과할 수 있다. 또한 응고되는 슬랩은 캐스터 로울들 사이를 이동할 때 신속하게 냉각되어 로울에서 신속하게 담금질 된다. 이들 작용 모두는 로울이 물을 처리하는 화학 물질과 플럭스로부터의 산 및/또는 염기를 포함하는 냉각수의 고부식성 수용성 환경에 있을 때 일어난다. 또한 로울이 응고되는 슬랩과 접촉하는 동안 로울은 그 접촉 위치에서 신장하여 로울이인장-압축 사이클을 연속으로 거치게 한다.

로울은 일반적으로 15 내지 48 cm의 외경과 25 내지 230 cm의 본체 길이를 갖는다. 로울들은 통상적으로 중공이고 롤러 베어링의 수냉을 위한 중심 구멍을 갖는다.

이 혹독한 사용 환경에서 캐스터 로울의 수명을 연장시키기 위해, 캐스터 로울의 작업면은 일반적으로 합금강 기재 로울 재료에 비해 사용 환경의 유해한 영향에 뛰어난 저항성을 갖는 합금으로 표면 용접되거나 클래딩된다. 즉, 캐스터 로울은 두께가 대략 0.1 내지 2.5 cm인 외부 보호 클래딩 또는 연속 외부 작업면을 갖는다. 그러므로 로울은 복합 또는 바이메탈 구조이다. 슬랩 두께 및 응고를 제어하는 데 요구되는 엄격한 허용 공차 때문에 로울 직경은 0.05 cm 이상 변동할 수 없다. 마모, 열충격 또는 부식이 로울 표면에 약간의 변경이라도 초래할 경우 주조 작업은 중지되어야 한다. 그 후 로울들의 조립체(통상적으로 영역에 8 내지 16개의 로울)는 제거되고 영향을 받은 로울은 다시 기계 가공되거나 및/또는 다시 표면 용접된다.

캐스터 로울의 표면 작업(surfacing)은 니켈 베이스, 코발트 베이스, 철 베이스 및 스테인레스강 유형 합금으로 수행된다. 더 전형적으로는 클래딩은 마르텐사이트계 스테인레스강이다. 당업자에게 자명하듯이 스테인레스강 합금 및 다른 재료의 미세 조직은 표면 클래딩 과정과 관련된 열 입력 및 냉각 속도에 의해 악영향을 받는다. 이는 후술하는 바와 같이 사용 성능에 영향을 미치는 미세 조직 변화, 편석 및 침적 불균일성을 일으킨다.

로울 표면 열화의 주원인은 용접된 중간 비드 영역에 인접한 재가열 영역에 주로 위치한 ("부식 피트(corrosion pit)"라 하는) 핵생성 사이트(nucleation site)로부터 전파되는 균열로 확인되었다.

더 자세하게는 클래딩은 통상 로울 본체의 둘레에 재료의 연속 비드를 용접하거나 로울 본체를 따라 종방향 비드를 용접함으로써 형성된다. 처음에 로울은 약 260 내지 370℃로 가열된다. 비드가 부착됨에 따라 이는 냉각되고 로울 표면에 접합된다(로울은 통상적으로 열처리된 단조강이다). 당업자에게 자명하듯이 로울이 제1 용접 비드에 의해 경계가 정해진 후 용접 토치의 다음 회전은 제1 비드의 한 측면으로 약간 이격되어 새 비드가 이전 회전으로부터의 응고된 비드에 약간 중첩하게 한다. 각 비드는 통상적으로 폭이 약 1.3 내지 7.6 cm이다. 이러한 재료의 인가는 전체 로울 표면이 코팅될 때까지 균일한 두께 또는 깊이로 계속된다. 복수의 층의 용접 비드가 통상적으로 인가된다. 예를 들어 3개의 완전한 용접층이 약 0.6cm의 깊이를 갖는 완성된 클래딩을 만드는 데 필요하다. 또한 각 용접 층의 복합 특성이 변동될 수 있다.

비드가 인가된 후 표면은 미세 조직 변환을 용이하게 하기 위해 상온으로 냉각되고, 로울은 피복부(overlay)를 연화시키고 응력 경감을 위해 템퍼링되고, 그후 용접된 표면은 매끈하고 균일한 표면을 얻도록 기계가공된다. 분석 결과 재가열 영역은 이전의 오스테나이트 입계에 형성된 크롬 탄화물을 포함하는 것으로 밝혀졌다. 즉 용융된 비드가 응고된 접합부를 겹치게 되면, 고용체 내의 탄소 및 크롬이 탄화물 석출물로서 용액에서 빠져나와 크롬 결핍 영역을 형성한다. 또한 용접 비드의 제2 층이 제1 층 위로 인가됨에 따라 다른 석출/결핍 영역이 발생된다. 사실상 크롬 결핍의 주연상 및 평행 평면들이 클래딩 전체를 통해 형성된다. 이 과정은 종종 예민화 처리(sensitization)라 한다. 크롬 결핍 영역은 부식 발생 및 피동태 손실이 일어나기 쉬운 양극 영역(anode region)을 형성한다.

다양한 특성을 향상하기 위한 다양한 금속 열처리가 여러 세기동안 사용되었다. 특히 (노와 같이) 열을 제어된 방식으로 가하고 냉각 속도를 (물에서의 급랭에 의해서와 같이) 제어하는 것은 오래전부터 야금학 및 금속 가공 분야의 일부이었다. 이런 과정은 이렇게 처리된 금속 또는 합금의 미세 조직을 변경시켜 유리한 특성이 향상되게 하는 것으로 알려졌다. 재료의 미세 조직은 유리한 조직을 형성하기 위한 열처리에 의해 변경될 수 있다.

일반적으로 열처리는 공작물이 그 목적하는 용도에 사용될 때 특정 마모를 받는 공작물의 표면의 영역을 경화시키는 수단으로 수행된다. 열처리가 예상 마모에 대해 공작물의 영역을 경화시키지만 이는 또한 처리의 영역을 취성으로 만든다. 또한 열처리는 공작물은 그 원형으로부터 변형시키는 경향이 있으며, 그럼으로써 추후 재가공의 필요를 발생시키고, 공작물에 요구되는 치수 공차를 더 이상 맞출 수 없게 한다.

냉간 압연용 비클래딩 단조 강 로울의 작업면은 1927년에 로울 응용에 도입된 후부터 유도 열처리에 의해 (약 2.5cm의 깊이로) 표면 경화되었다. 이 방법은 전세계에서 오늘날까지 널리 사용되었다. 또한 주조 및 단조 강 작업 로울과 백업 로울이 유도 및 산소-연료 로(oxy-fuel furnace) 경화 모두에 의해 7.5 cm의 깊이로 표면 경화되거나 차등 경화(differentially)되었다. 그러나, 본 출원인이 알고 있는 바로는, 이들 공정은 본 발명에서 마련된 클래딩된 캐스터 로울에 결코 적용된 적이 없다.

유도 열처리는 기계의 중요 부품의 내마모성을 증가시키기 위하여 많은 산업 분야에서 널리 사용되는 다용도 공학용 수단인 것으로 증명되었다. 유도 열처리는 시간에 따라 변화하는 자기장이 전기장을 유도한다는 기본적인 사실(패러데이 법칙)을 사용한다. 공작물 등의 전도체가 전기장 내에 위치된 때, 전기장의 세기에 직접 비례하고 전도체의 전기 저항에 반비례하여 전기장의 방향으로 전도체를 통해 전류가 흐른다(쿨롱-오옴의 법칙). 전류 흐름에 대한 공작물의 저항은 공작물이 가열되게 하여, 요구되는 열처리 효과로 이끈다.

본 발명은 일반적으로 캐스터 로울에 관한 것이고 더 자세하게는 그 클래딩(cladding)된 외부면에 관한 것이다.

도1은 본 발명에 따른 중간 단계에 있는 비드 용접된 로울의 사시도이다.

도2는 비드 용접된 로울의 사시도이다.

도3은 본 발명에 따라 유도 가열에 의해 캐스터 로울의 표면 클래딩을 열처리하는 데 사용되는 장치의 일반적인 배열의 개략도이다.

본 발명은, 조직의 매트릭스에 전체에 걸쳐 탄화물 및 석출물이 균일하게 산포됨으로써 이전의 오스테나이트 입계에서의 크롬 탄화물의 형성을 방지하도록, 로울 상에 스테인레스강 표면 클래딩을 용체화 어닐링(solution anneal)하고 냉각율을 제어하기 위해 제어된 시간, 온도 및 깊이에 대한 독특한 유도 가열 적용에 초점을 맞추고 있다.

일 태양에서, 본 발명은 클래딩에 예민화된 영역이 대체로 없는 클래딩된 로울을 제공하는 것이다.

다른 태양에서, 본 발명은 로울의 로울링 표면 상에 복수개의 크롬 결핍 영역을 갖는 용접 클래딩을 형성하는 단계와, 탄화물 생성물을 오스테나이트 용액으로 용해하고 탄화물 생성물 및 크롬 결핍 영역을 제거하기에 충분한 온도로 상기 용접 클래딩을 가열하는 단계와, 상당히 감소된 개수의 예민화된 영역을 갖는 미세 조직을 생성하도록 클래딩을 급랭 및/또는 제어 냉각하는 단계를 포함하는 클래딩된 로울 형성 방법을 제공하는 것이다.

또 다른 태양에서, 본 발명의 열처리는 클래딩의 일부분만을 선택적으로 가열하도록 클래딩의 표면을 가로질러 유도 코일을 스캐닝시키고 선택적으로 가열된 클래딩 부분을 급랭 및/또는 제어 냉각함으로써 수행된다.

따라서, 본 발명의 주목적은 표면 클래딩된 로울 상의 용접 중간 비드 영역에 인접한 재가열 영역에서 예민화된 미세 조직을 제거하거나 최소화하기 위한 것이다.

다른 목적은 유도 가열을 사용하여 로울 본체 전체에 결쳐 예민화된 영역이 없는 클래딩을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 최종 기계 가공된 로울의 치수 정확도에 악영향을 미치지 않고 대체로 예민화된 영역이 없는 롤러 클래딩을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 공작 표면을 재가열할 필요 없이 대체로 1.3 cm의 직경 감소를 초과하지 않는 작은 크기이도록 충분한 깊이까지 대체로 예민화된 영역이 없는 롤러 클래딩을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 표면 클래딩과 로울 모재 사이의 용융 영역 아래에 위치하는 열 영향 영역(heat-affected zone; HAZ)의 강도 및 인성이 낮은 사이클 피로 및 높은 굽힘 응력을 수반하는 의도하는 적용에 대하여 최적화되도록 충분한깊이를 갖는 대체로 예민화된 영역이 없는 롤러 클래딩을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 사용 중 직면하게 되는 고온이 미세 조직 불안정성 및 예민화를 야기하였다고 판단된 경우에 사용된 캐스터 로울 표면을 열처리하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 사용 중 고온 노출이 로울 작업 표면의 연화를 야기함으로써 조기 마모를 피하기 위하여 로울 표면을 재경화할 필요성을 초래하였다고 판단된 경우에 사용된 캐스터 로울 표면을 열처리하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 클래딩이 인장 상태에 있기보다는 압축 상태에 있게 함으로써 피로 하중 하에서의 균열 핵생성 및 전파에 대해 로울의 작업 표면이 더 큰 내성을 갖도록 대체로 예민화된 영역이 없는 롤러 클래딩을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 로울 본체에 대한 열 영향을 격리하고 베어링 저널의 최종 기계 가공된 표면에서의 찌꺼기 형성 및 탈탄을 방지하도록, 로울 본체가 재 가열되는 경우에 예민화된 영역이 없는 롤러 클래딩을 형성하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

이제, 도면들 중 도1을 참조하면, 연속 원통형 표면(22)을 갖는 캐스터 로울(20)이 도시되어 있다. 표면(22)의 일부분에 접합된 비드 용접부(24)가 중간 구성 단계에서 도시되어 있다. 본 발명은 연속 주조 주형으로부터 배출되는 강철 등의 응고되는 금속을 지지하는 종류의 캐스터 로울과 사용하기에 특히 적당하지만, 테이블 로울, 인장 로울, 핀치 로울, 및 열간 및 냉간 작업 로울 등의 다른 로울들도 본 발명에 사용될 수 있다. 로울(20)은 대체로 15 내지 48 cm의 직경과, 약 25 내지 230 cm의 길이를 갖는다. 전술된 바와 같이, 로울(20)은 대체로 중공(hollow)이며, 베어링을 주로 냉각하기 위한 하나 이상의 냉각제 통로를 합체하고 있다. 비드(24)는 표면(22)에서 로울(20)의 원주 둘레에 연속적으로 연장되며, 서브머지드 아크, 또는 오픈 아크, 또는 가스 실드 아크, 또는 일렉트로슬래그, 또는 전자 빔 또는 레이저 등의 공정을 이용하는 점진적인 용접 작업에서 인가된다. 개별적인 측방향 비드 표면(26)(즉, 각각의 비드)은 대체로 폭이 약 1.3 cm 내지 7.6 cm이고, 표면(22)으로부터 외측으로 측정된 두께 또는 깊이가 약 0.13 cm 내지 약 0.32 cm이다. 통상적으로, 표면(22)은 열처리된 단조강이며, 표면(22)을 형성하는 로울(20)의 벽은 통상 약 7.6 cm 내지 약 21.6 cm의 두께를 갖는다. 로울(29)에 제1 용접 비드(28)가 둘레에 그려진 후에, 연속 용접기는 제2 비드(30) 회선이 비드(28)와 약간 중첩하도록 이동되며, 중첩 영역은 약 0.3 cm 내지 약 1.3 cm이다. 용접 비드(26)는 표면(22)과 접촉한 직후에 거의 응고됨을 알아야 한다.이러한 공정은 전체 로울 표면(20)이 도면 중 도2에 가장 잘 도시된 바와 같이 용접 비드 층(32)으로 코팅될 때까지 균일한 속도 및 두께로 계속된다. 다른 클래딩 기술이 적당할 수도 있다.

많은 예에서, 적절한 두께의 최종 클래딩 층을 형성하기 위해, 제2 및 가능하면 제3 비이드 용접 면이 하나의 용접 면 상에 다른 용접 면이 가해지도록 연속 비이드 용접 작업이 반복된다. 니켈 합금, 코발트 합금, 철 합금 및 스테인레스강 종류의 합금과 같은 다수의 합금이 비이드 용접부(26)로서 사용될 수 있다. 본 발명에서의 사용을 위해 가장 양호한 것은 410, 414, 420 또는 423SS와 같은 스테인레스강 합금이다. 클래딩의 표면 특성 및 재질의 사용을 최적화하기 위해, 여러 층의 용접 비이드의 구성을 변화시키는 것이 (즉, 제1, 제2 및 제3 비이드 용접 층에 대해 다른 합금을 사용하는 것이) 몇몇 예에서 바람직할 수도 있다. 대부분의 예에서, 비이드 용접 층 또는 용접 클래딩(32)은 약 0.25 cm 내지 약 1.30 cm의 표면(22) 위의 두께까지 형성될 것이다. 보다 상세히 후술되는 바와 같이, 표면(32)의 약간은 다음 단계의 작업에서 기계 가공함으로써 제거된다.

용융된 비이드 용접부가 이전에 응고된 비이드 용접부를 접하여 재가열시켜, 고용해 내의 크롬이 석출되어 탄화물를 형성하여 크롬 결핍 영역이 발생된다. 이러한 크롬 결핍 영역은 이하 "예민화" 영역 또는 영역이라 하기로 한다. 따라서, 클래딩(32)은, 예민화되어 침식되어 재질의 손실이 용이한 원주 영역을 포함하는 다수의 영역을 갖는다. 본 명세서에서, "대체로 예민화 영역이 없는" 등은 클래딩 프로세스에 관련된 원인을 갖는 크롬 결핍 영역이 존재하지 않으면서 격자를 통해 탄화물 형성이 모두 안정화되고 균일하게 분포되는 미세 조직을 의미한다.

도3에서, 엣지가 지점(44)에 도시된 용접 비이드 클래딩의 외부면인 표면(42)을 갖는 롤러(400)가 도시된다. 설명된 바와 같이, 용접 비이드 클래딩(44)은 양호하게는 약 0.13 cm 내지 1.30 cm이다. 용접 클래딩 층(44)의 열처리 전, 클래딩(44)은 종래의 금속 성형 기술을 사용하여 균일하고 매끄러운 표면으로 기계가공되거나, 또는 클래딩 층(44)의 직경이 ± 0.32 cm 내로 균일하면, 클래딩(44)이 적층된 상태로 열처리가 수행된다.

클래딩의 가열 및 냉각 범위를 제어하는 것을 돕기 위해, 클래딩(44)의 열처리 전 약 20℃ 내지 약 370℃로 로울(40)이 예열되어, 열 충격을 방지하고 클래딩(44)의 응력을 감소시키는 것이 좋다. 로울(40)은 저널(46) 상에 지지되며 단부(48)는 가변 속도 회전 구동부(50)에 부착된다. 저널(51)의 단부(52)는 구동되지 않는 후미부(non-driven tail stock)(54)에 부착된다. 본 기술 분야에서 숙련된 자들은 여러 가지 로울(40)의 상대 이동 발생 수단을 고려할 수 있을 것이다. 즉, 열원 또는 롤러 또는 이들 모두는 상대적인 이동을 발생시키도록 이동될 수 있다.

본 발명에서, 상술된 바와 같이 형성된 비이드 용접부에 의해 형성된 예민화 영역을 제거하기 위해 클래딩 층(44)이 열처리된다. 이를 위해 산소/연료 버너 또는 레이저 또는 플라즈마 또는 전자 비임과 같은 여러 가지 열원이 사용될 수 있다. 가장 양호하게는 유도 가열을 사용하는 것이며, 따라서, 클래딩 층(44)을 점차적으로 유도 가열하기 위해 교류가 가해지는 전도 코일(56)이 도시되어 있다. 특히, 본 발명의 양호한 실시예에서, 클래딩 층(44)의 표면은 화살표 B 방향으로 회전되면서 화살표 A 방향으로 스캐닝된다. 따라서, 화살표 A 방향으로 트랙(60)을 따라 이동되는 캐리지(58)가 제공된다. 코일(56)은 한 회전 또는 여러 회전으로 구성되며 양호하게는 동 권선으로 구성될 수도 있다. 코일(56)은 로울(40)의 중심 축에 대해 위치에 지지된다. 표면 스캐닝, 즉, 열처리의 표면 면적 및 속도를 제어하기 위해 캐리지(58)는 로울(40)의 길이를 따라 가변 속도로 이동될 수 있다.

로울(40)의 길이를 따라 스캐닝 속도를 미리 세팅하도록 사용될 수 있는 프로세스 제어기(61)가 제공된다. 로울(40)의 단부 근처에 로울(40)의 이들 영역의 다른 열 입력 및 열 손실 특성을 야기하는 "본체 단부 효과(end of body effect)"가 존재하며 이러한 변수를 보상하도록 이들 영역에서 스캐닝 속도가 변화될 수 있다.

가장 양호하게는, 코일(56)에 인접하여 또는 그와 일체로 급랭 헤드(62)가 제공된다. 급랭 헤드(62)는 표면(42)의 영역이 코일(56)에 의해 가열된 직후 표면(42)의 적절한 급랭이 달성될 수 있도록 클래딩 층(44)의 표면(42)에 급랭 매개물을 공급한다. 소정의 격자 미세 조직을 형성하기 위해 필요한 냉각 속도를 발생시키도록 그리고 탄화물 형성을 제어하여 대체로 예민화 영역이 없는 안정화된 소정의 미세 조직을 형성하도록 물, 공기 또는 물, 공기의 조합 또는 다른 냉매와 같은 다수의 급랭 매개물이 사용될 수 있다.

마르텐사이트계 스테인레스강의 시간-온도 변태(TTT, time-temperature transformation) 특성에서 알 수 있는 바와 같이, 오스테나이트를 마르텐사이트 변태시키기 위해 용체화 어닐링 온도로부터의 적절한 냉각 속도는 704℃ 미만으로 냉각시키기 위해 약 1,000초이다. 따라서, 이러한 종류의 재질은 "공기 경화성" 합금이며, 따라서, 상술한 급랭은 일반적으로 공기 (정지 또는 강제 이동) 매개물에서 달성된다. 합금 요소는 변태 곡선을 이동시켜 소정의 변태를 달성할 수 있는 시간을 증가시키거나 또는 감소시킬 수 있다. 캐스터 로울의 경우, 단면 질량 질량은 일반적으로 중첩된 표면의 자기 급랭을 야기할 정도로 충분하다.

급랭 헤드(62)에 인접하여, 하나의 또는 복수 회선 유도 코일인 템퍼 코일(64)이 제공되며, 스캐닝 속도는 제어기(61)로 제어된다. 템퍼 코일(64)은 유도 코일(56) 및 급랭 헤드(62)에 의한 열처리에 후속하여 층(44)을 템퍼링하기 위해 제공된다. 템퍼 코일(64)은 선택사양이며 층(44)의 초기 열처리 및 후속하는 템퍼 링 작업을 위해 코일(56)만이 사용될 수 있다.

코일(56)(그리고 제공되는 경우 코일(64))은 스플릿 링 코일일 수 있다. 양호하게는 코일(56)(그리고 제공되는 경우에 코일(64))은 로울(40)이 코일의 중심에 소정 거리만큼 이격된 단일 코일로 구성될 수 있다.

보다 상세히 후술되는 바와 같이, 표면(42)과 코일 사이의 공간이 중요하기 때문에, 각 로울 직경에 대해 전용 코일(즉, 로울을 적절히 수납하기에 충분한 내경을 갖는 유도 코일)이 제공되는 것이 필요할 수도 있다. 적절한 내경을 갖는 상호 호환 가능한 유도 코일이 캐리지 아암(68)에 신속히 부착될 수 있도록 코일 캐리지(68)가 성형되는 것이 가장 좋다.

본 발명의 방법에 따르면, 캐스터 로울(40)은 예를 들어 도2에서 도시된 바와 같이 적절한 재질로 클래딩된 용접부이다. 그 후, 클래딩은 일반적으로 870℃를초과하며 양호하게는 870℃와 1260℃ 사이로 가열된다. 가장 양호하게는, 유도 코일(56)과 같은 도3에서 도시된 열원과 로울(40)의 표면(42) 사이의 상대적인 이동이 가능하도록 비이드 용접된 층(44)을 갖는 로울(40)이 위치된다.

상술된 바와 같이, 상대적인 이동을 달성하기 위해 여러 가지 장치가 사용될 수 있다. 가장 양호하게는, 상대적인 이동은 로울(40)의 길이를 따른 스캐닝 이동 뿐만아니라 회전 운동도 포함된다. 어떠한 경우에도, 표면(42)의 모든 표면 영역이 본 발명에서 제공되는 바와 같이 예민화 영역을 감소시키기 위해 필요한 열처리를 받는 것이 본 발명에서 중요하다. 부분적인 접근(segmental approach), 즉, 예를 들어 로울(40) 주위에서 약 1.3 cm 내지 약 7.6 cm의 폭을 갖는 작은 영역이 동시에 가열되고 그 후 급랭되는 것이 좋다. 그러나 아주 바람직하게도, 본 발명은 약 122 내지 약 390 cm²의 증가된 표면 가열 면적을 제공한다.

가열원이 도3에 도시된 바와 같은 유도 코일인 경우, 층(44)은 0.5KW/cm²내지 2.0KW/cm²의 전력으로 유도 코일(56)에 약 300Hz 내지 5KHz의 주파수를 갖는 교류 전류를 공급함으로써 870℃ 내지 1260℃의 범위로 가열된다. 이러한 상태 하에서, 층(44)의 전체 두께부는 소정의 온도 범위 내에 있게 된다. 층(44) 아래에 있는 하부 로울에 대한 가열은 약 0.1 cm 내지 2.5 cm의 깊이까지로 제한된다. 약 1 내지 60초가 지난 후에, 급랭 헤드(62)가 유도 코일에 의해 유도 가열된 층(44)의 영역을 급랭한다. 공기가 급랭 매체인 경우, 공기는 통상적으로 대기 온도에서 약 5 내지 360초 동안 가해지게 되는데, 이에 의해 층(44)의 온도는 5 내지 360초 동안에 약 315℃ 내지 648℃로 떨어지게 된다. 따라서, 이와 같은 방식에 있어서 로울(40)의 표면 클래딩은 제한된 깊이로 흐르는 주변 유도 전류에 의해 열처리된다. 이에 의해 층(44)은 충분한 시간과 온도에서 용해 어닐링되어서, 적절한 속도로 냉각될 때에 층(44)의 미세 조직이 특히 표면 클래딩 중간 비이드에 인접한 재가열 영역이나 혹은 중첩 영역에서는 탁월하게 감응하지 못하게 되어 표면(42)에서의 부식 침범과 그에 후속한 균열 전파에 대한 영향이 아주 줄어들게 된다. 다시 설명하면, 로울 본체의 길이를 따라서 유도 코일을 스캐닝함으로써 로울 표면의 열처리를 점진적인 방식으로 수행하는 것이 가장 바람직하다.

본 발명의 방법은 최종 기계 가공 로울의 치수 정확도에 악영향을 미치지 않는 다는 것을 알 수 있다. 가장 바람직한 것으로는, 사용되는 로울 표면을 작은 크기로, 일반적으로는 직경 감소가 1.3 cm를 초과하지 않게 기계 가공될 수 있도록, 클래딩을 충분한 깊이로 제공하여서, 가공 표면을 재차 열처리하지 않아도 되게 하는 것이다. 롤러 클래딩은 표면 클래딩과 기부 로울 재료 사이의 용융 영역 아래에 놓여 있는 열 영향 영역이 의도하는 적용예에 대해서 강성과 인성이 낮은 사이클 피로와 높은 굽힘 응력을 포함한 최적화를 이루도록 하는 충분한 깊이를 가져야 한다.

본 발명은, 사용 시에 직면하게 되는 상승된 온도가 미세 조직의 불안정성과 감응성을 사용되는 캐스터 로울의 표면에서 발생시키고 있다고 결정된 경우와, 사용 시의 상승된 온도에 대한 노출에 의해 로울 가공면의 연화가 유발되었다고 결정된 경우 즉, 때 초기 마모를 방지하기 위해 로울 표면을 재경화시켜야 한다고 결정된 경우에도, 사용되는 캐스터 로울 표면의 열처리용으로 사용될 수 있다.

본 발명에 의해 형성된 클래딩은 인장 하에 있다기 보다는 압축 하에 있기 때문에 이에 의해 로울의 가공면이 피로 하중 하에서의 균열 핵 생성 및 전파에 대한 보다 큰 내력을 갖는다는 점을 알 수 있다.

끝으로, 본 발명의 공정은, 롤러 본체에 대한 열 영향을 차단시키고 베어링 저널의 최종 기계 가공 표면 상에서의 스케일 형성 및 탈탄화를 피할 수 있는 열처리를 제공한다는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따라서 제공된 방법과 장치는 앞에서 설명한 바와 같은 목적, 목표 및 이점들을 완전히 만족시키고 있다는 것을 명확히 알 수 있다. 이상에서 본 발명을 특정 실시예와 관련하여 설명하였지만, 당업자들은 이상의 설명으로부터 본 발명의 여러 가지 변경, 수정 및 변형을 명확하게 알 수 있다. 또한, 어떤 한 가지 실시예를 요건에 따라 달라지게 되는 다른 실시예와 함께 사용할 수 있다. 따라서, 위와 같은 변경, 수정 및 변형 모두는 본 발명의 특허 청구의 범위의 기술 사상과 광의의 범위 내에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (14)

1. 연속 주조기에서 응고되는 금속 슬랩을 수용 및 지지하는 데 사용하는 내부 식성 캐스터 로울 제조 방법이며,

   (a) 로울 본체의 외부면 둘레에 스테인레스강 클래딩 재료로 된 적어도 하나의 비드를 용접함으로써 로울 본체를 클래딩하는 단계와,

   (b) 상기 클래딩을 균일하고 매끄러운 표면을 갖도록 성형하는 단계와,

   (c) 상기 단계 (a) 중에 석출된 크롬 탄화물이 클래딩 재료로 용해되고, 이로써 부식 시작이 쉬운 예민화 영역을 클래딩으로부터 제거하기에 충분한 온도로 클래딩을 가열하는 단계와,

   (d) 상기 클래딩을 냉각하는 단계를 포함하고;

   상기 단계 (c)는, 하부 로울 본체의 기계적 특성이 반경 전체에 걸친 템퍼링에 의해서 손상받지 않도록 하부 로울 본체로의 열 침투가 제한되도록 수행되고, 상기 단계 (b) 및 (c)는 불특정 순서로 수행되는 것을 특징으로 하는 내부식성 캐스터 로울 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 단계 (b)는 클래딩을 기계 가공함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 내부식성 캐스터 로울 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 단계 (c)는 하부 로울 본체로의 열 침투를 제한할 수있는 제한된 시간 동안에 클래딩을 가열함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 내부식성 캐스터 로울 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 단계 (c)는 60초 이하의 시간 동안에 클래딩을 가열함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 내부식성 캐스터 로울 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 하부 로울 본체로의 열 침투가 2.5 cm를 초과하지 않는 깊이로 제한되는 것을 특징으로 하는 내부식성 캐스터 로울 제조 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 단계 (a)가 410 스테인레스강, 414 스테인레스강, 420 스테인레스강 및 423 스테인레스강으로 이루어진 군에서 선택된 스테인레스강 재료를 가지고 수행되는 것을 특징으로 하는 내부식성 캐스터 로울 제조 방법.
7. 연속 주조기 내에 응고되는 금속 슬랩을 내장하여 지지하는 형태의 클래딩된 캐스터 로울 제조 방법이며,

   (a) 로울 본체의 외부면 둘레에 마르텐사이트 상 미세 조직을 갖는 스테인레스강 클래딩 재료로 된 적어도 하나의 비드를 용접함으로써 로울 본체를 클래딩하는 단계와,

   (b) 상기 클래딩의 상 미세 조직을 오스테나이트로 변경시키기에 충분하고 상기 단계 (a)에서 석출된 크롬 탄화물이 클래딩 재료로 용해되기에 충분히 크지만, 하부 로울 본체의 기계적 특성이 이의 전체 반경에 걸친 템퍼링에 의해 손상되는 범위까지 하부 로울 본체로의 열 침투를 일으키지 않는 온도 및 시간 동안 상기 클래딩을 가열하는 단계와,

   (c) 상기 클래딩이 마르텐사이트 상 미세 조직을 갖도록 이를 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐스터 로울 제조 방법.
8. 제7항에 있어서, 단계 (b)가 60초 이하의 시간 동안 클래딩을 가열함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 캐스터 로울 제조 방법.
9. 제7항에 있어서, 하부 로울 본체로의 열 침투가 2.5 cm를 초과하지 않는 깊이로 제한되는 것을 특징으로 하는 캐스터 로울 제조 방법.
10. 제7항에 있어서, 단계 (a)가 410 스테인레스, 414 스테인레스, 420 스테인레스 및 423 스테인레스로 구성된 군으로부터 선택된 스테인레스강 재료로 수행되는 것을 특징으로 하는 캐스터 로울 제조 방법.
11. 연속 주조기 내에 응고되는 금속 슬랩을 내장하여 지지하기 위한 형태의 캐스터 로울을 수리하는 방법이며,

    (a) 하부 로울 본체를 노출시키도록 사용된 캐스터 로울로부터 열화된 클래딩을 제거하는 단계와,

    (b) 로울 본체의 외부면 둘레에 스테인레스강 클래딩 재료로 된 적어도 하나의 비드를 용접함으로써 로울 본체를 클래딩하는 단계와,

    (c) 균일한 매끄러운 표면을 갖도록 상기 클래딩을 형상 가공하는 단계와,

    (d) 상기 단계 (a)에서 석출된 크롬 탄화물이 클래딩 재료로 용해되어서, 이에 의해, 부식 영향을 받기 쉬운 예민화 영역을 클래딩으로부터 제거하기에 충분한 온도로 상기 클래딩을 가열하는 단계와,

    (e) 상기 클래딩을 냉각하는 단계를 포함하고;

    상기 단계 (c)는, 하부 로울 본체의 기계적 특성이 반경 전체에 걸친 템퍼링에 의해 손상되지 않도록 하부 로울 본체로의 열 침투에 제한하도록 수행되고, 상기 단계 (c) 및 (d)는 불특정 순서로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 연속 주조기 내에 응고되는 금속 슬랩을 내장하여 지지하기 위한 형태의 캐스터 로울을 수리하는 방법이며,

    (a) 연속 주조기로부터 캐스터 로울을 제거하는 단계와,

    (b) 상기 연속 주조기에서의 사용 중에 석출된 크롬 탄화물을 클래딩 재료로 용해시켜 부식에 대하여 영향을 받기 쉬운 예민화 영역을 클래딩으로부터 제거하기에 충분한 온도로 상기 캐스터 로울의 외부 클래딩을 가열하는 단계와,

    (c) 상기 클래딩을 냉각하는 단계와,

    (e) 캐스터 로울이 연속 주조기 내에서 작용하도록 이를 복귀하는 단계를 포함하고;

    상기 단계 (b)는, 하부 로울 본체의 기계적 특성이 반경 전체에 걸친 템퍼링에 의해 손상되지 않도록 하부 로울 본체로의 열 침투를 제한하도록 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 연속 주조기 내에 응고되는 금속 슬랩을 내장하여 지지하기 위한 형태의 클래딩된 캐스터 로울을 수리하는 방법이며,

    (a) 연속 주조기로부터 캐스터 로울을 제거하는 단계와,

    (b) 상기 클래딩의 상 미세 조직을 오스테나이트로 변경시키기에 충분하고 사용 중에 일어나는 연화 작용에 대항하여 작용하기 위해 클래딩을 조절하기에 충분히 크지만, 하부 로울 본체의 기계적 특성이 이의 전체 반경에 걸친 템퍼링에 의해 나빠지게 되는 범위까지는 하부 로울 본체에의 열 침투를 일으키지 않는 온도 및 시간 동안 상기 캐스터 로울의 클래딩을 가열하는 단계와,

    (c) 클래딩을 경화시키기 위해 클래딩이 마르텐사이트 상 미세 조직을 취하도록 이를 냉각하는 단계와,

    (d) 캐스터 로울이 연속 주조기 내에서 작용하도록 이를 복귀하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 연속 주조기 내에 응고되는 금속 슬랩을 내장하여 지지하기 위한 형태의 캐스터 로울을 수리하는 방법이며,

    (a) 연속 주조기로부터 캐스터 로울을 제거하는 단계와,

    (b) 캐스터 로울의 외부 클래딩의 열화된 부분을 제거하는 단계와,

    (c) 상기 연속 주조기에서의 사용 중에 석출된 크롬 탄화물을 클래딩 재료로 용해시켜 부식 영향을 받기 쉬운 예민화 영역을 클래딩으로부터 제거하기에 충분한 온도로 상기 캐스터 로울의 외부 클래딩의 노출된 하부 부분을 가열하는 단계와,

    (d) 클래딩을 냉각하는 단계와,

    (e) 캐스터 로울이 연속 주조기 내에서 작용하도록 이를 복귀하는 단계를 포함하고;

    상기 단계 (c)는 하부 로울 본체의 기계적 특성이 이의 전체 반경에 걸친 템퍼링에 의해 나빠지지 않도록 하부 로울 본체에의 열 침투를 제한하도록 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.