KR100519084B1

KR100519084B1 - 가이드 롤 제조용 합금

Info

Publication number: KR100519084B1
Application number: KR1020050035590A
Authority: KR
Inventors: 조용정
Original assignee: 조용정
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2005-10-05

Abstract

본 발명의 목적은 내열 내피로(疲勞)성과 내마모(磨耗)성을 갖게 하면서도 내외부의 경도를 균일하게 유지하고, 반복 사용시 경도의 변화가 없게 하여 우수한 선재를 생산할수 있게 한 가이드 롤 제조용 합금을 제공함에 있다.

이러한 본 발명은 C, Si, Mn, Cr, Mo, Ni, Co, Ti, V, W,Fe로 합금원소를 조성하여, 내열 내피로(疲勞)성과 내마모(磨耗)성은 물론 내외부의 경도를 균일하게 유지하여 반복 사용시 경도의 변화가 없게 하고, 또한 별도의 열처리 없이도 반복 사용을 할 수 있게한 특징이 있다.

Description

가이드 롤 제조용 합금{Alloy for Making Guide Roll}

본 발명은 선재 가공시 그 선재를 운반하는데 사용하는 가이드 롤(혹은 압연 롤)의 제조에 사용하는 가이드 롤 합금에 관한 것으로, 특히 C, Si, Mn, Cr, Mo, Ni, Co, Ti, V, W, Fe 등의 원소로서 합금을 조성하여, 내외부 경도의 균일성을 유지하고, 반복 사용시 경도의 변화가 없게 하고, 또한 별도의 열처리 없이도 반복 사용을 할 수 있게 한 가이드 롤 합금에 관한 것이다.

일반적으로 가이드 롤은 선재 가공작업에서 고온의 선재와 접촉한 상태에서 고속으로 회전하므로, 고온 강도 및 고온 내마모성을 갖는 소재를 사용하지 않으면 안 된다. 더욱이 가이드 롤은 고온의 선재와의 접촉에 의한 가열과 롤 냉각수에 의한 냉각의 빠른 반복으로 인하여 매우 가혹한 열 피로 환경에서 사용되므로, 선재의 품질에 큰 영향을 미치는 가이드 롤 표면의 거칠기는 거의 열 피로에 의해 지배된다. 이러한 이유로 근자에는 선재의 품질 및 생산성의 향상을 위해, Co, W 등의 합금 원소를 사용하여 만든 고속도강계 롤(HSS Roll)을 제조하고 있다.

그러나 기존의 선재 가공시에 사용되는 위와 같은 가이드 롤 역시 사용 도중 피압연재와의 접촉에 의한 가열과, 냉각수에 의한 냉각의 빠른 반복에 의한 열 충격으로 유발되는 열 피로에 의해 그 가이드 롤의 표면이 거칠어지고 있다.

특히 심한 경우에는 가이드 롤 표면의 박리(剝離)로까지 진행되는 경향이 있는데, 이 결함들의 유형을 들어보면, ①딱지 흠(Scab), ②콩처럼 패이거나 부분적으로 깨어짐(Split), ③긁힘(Scrach, Line Mark), ④거북(龜)등의 모양으로 갈라짐(Network Type Heat Crack), ⑤열과 냉각으로 인하여 미세하게 갈라진 모양이 발생됨(Heat Crack), ⑥절손(Roll Break), ⑦소착(혹은 소부 및 고착; 선재표면이 떨어져서 표면에 부착되는 현상) 등이 있다.

위와 같은 롤의 경도 저하는 결과적으로 롤 자체의 관성력에 의한 가속 및 감속을 느리게 하여 피압연재와의 슬립율도 격심하게 됨으로써 제품의 품질을 저하시키는 문제로 되고 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 결점들을 해소하고, 내열 내피로(疲勞)성과 내마모(磨耗)성의 향상은 물론 내외부의 경도를 균일하게 유지하여 반복 사용시 경도의 변화가 없게 하고, 또한 별도의 열처리 없이도 반복 사용을 할 수 있는 가이드 롤 제조용 합금을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 가이드 롤 제조용 합금은 청구항1의 발명과 관련된 Fe 50.3~76.69중량%, Cr 18~30중량%, C 1.5~2.8중량%, Si 0.3~0.9중량%, Mn 0.3~0.8중량%, Mo 1.5~5.2중량%, Ni 0.10~0.40중량%, Co 0.01~0.3중량%, Ti 0.10~0.30중량%, V 1.0~6.0중량%, W 0.50~3.0중량%로 조성된 것을 특징으로 한다.

상기에서 Cr은 고온에서 내 산화성을 유지하기 위한 가장 기본적인 원소이다. 선재 가이드용 롤은 사용시 선재의 온도가 1000℃ 이상의 고열이므로 이때 산화물 피막 석출에 의한 내구성 저하방지를 위해 상기 Cr의 함량은 상기 범위를 유지함이 바람직하다. 너무 과다하면 산성의 산화물(Cr₃O₃)을 합금 표면에 생성시킬 뿐만 아니라 Cr을 다량으로 함유시킴으로써 필연적으로 Ni함유량이 저하되어 가이드 롤의 내식성의 열화 염려가 있기 때문에 그 함량은 30중량% 이하로 하고, 반대로 너무 적게되는 경우에는 내 산화성이 약화될 우려가 있기 때문에 Cr 함유량은 18중량% 이상으로 한다.

상기에서 C는 Cr이나 W등과 탄화물을 형성하여 고온에 있어서의 합금의 기계적 강도나 내마모성을 높이는데 공헌한다.그러나 C 함유량이 너무 과다하면 Cr이나 W등의 탄화물이 과잉 형성되어 지금(地金) 중의 C함유량을 감소시키기 때문에 2.8중량% 이하로 하고, 반대로 C의 첨가량이 너무 적게 되는 경우에는 기계적 강도나 내마모성, 내열성 등을 현저하게 감소시키고, 또 조직의 균질성을 상실하여 롤에 대한 내식성이 저하되므로 그 함량은 1.5중량% 이상으로 한다.

또한 Si는 내 고온, 내 산화, 내 침탄성 및 내 질화성을 향상시키기 위해 중요한 원소인데, 그러나 과다하면 합금의 인성(靭性)의 저하뿐만 아니라 합금자신 및 합금 표면에 불가피하게 생기는 산화물 피막의 내 식성을 열화시키기 때문에 0.9중량% 이하로 하고, 그 반대로 너무 적게되는 경우에는 내 고온, 내 산화, 내 침탄성 및 내 질화성을 약화시킬 우려성이 있기 때문에 상기 Si의 함유량은 0.3중량% 이상으로 한다.

또한 Mn은 단독으로는 거의 사용되지 않으나 합금형태로는 사용되는 것으로, 탈산·탈황작용을 하는데 그러나 Mn 함유량이 너무 과다하면 지금(地金) 중의 C함유량을 감소시키기 때문에 0.8중량% 이하로 하고, 반대로 Mn의 첨가량이 너무 적게 되는 경우에는 기계적 강도 등을 현저하게 감소시키므로 그 함량은 0.3중량% 이상으로 한다.

또한 Mo은 탄화물을 형성하여 내마모성을 부여하고 기지(地基)에 고용(固溶)해서 담금질 성을 향상시키며, 다시 뜨임에 의해 미세한 탄화물을 석출하여 승온 연화 저항 및 고온 강도를 증가시킨다. 또한 Mo의 첨가는 결정 입자의 미세화, 적당한 산화 특성 등을 부여한다. 그러나 Mo 첨가량이 너무 과다하면 인성이 확대되어 고온에서 고경도를 유지할 수 없게 되는 문제점이 있기 때문에 5.2중량% 이하로 하고, 반대로 너무 적게되는 경우에는 강도가 약화되어 내마모성이 약화될 우려가 있기 때문에 상기 Mo 함유량은 1.5중량% 이상으로 한다.

또 Ni은 담금질성의 향상과 동시에 균열의 내전파성을 개선하고, 승온시에 생성되는 산화피막의 고착성을 개선하여 내 마모성을 높여주기 위한 목적에서 첨가되는데, 그 함량이 너무 과다한 경우에는 연성이 확대되어 고온에서의 고경도를 유지할 수 없기 때문에 그 함량은 0.4중량% 이하로 하고, 너무 적게 되면 고경도의 약화로 상기 효과를 얻지 못하게 되므로 그 함량은 0.10중량%이상으로 한다.

또한 상기 Co는 고온에서의 강도를 강화시켜 내구성을 향상시키므로 합금에 통상적으로 첨가하는 것이 일반적이나, 너무 과다하면 인성이 저하되므로 그 함량은 0.3중량%이하로 하고, 반대로 너무 낮으면 상기와 같은 효과를 얻지 못하게 되므로 가능한 0.01중량%이상으로 한다.

또한 상기 Ti은 결정입자를 미세화하므로 합금 강도를 더욱 향상시킬 필요가 있는 경우에 첨가한다. 과다하면 조대한 금속간 화합물을 형성하여 합금 용탕 중에 침전되게 함과 동시에 합금강도의 개선효과를 저하시키므로 그 함량은 0.30중량% 이하로 하고, 반대로 너무 적게되는 경우에는 경도를 저하시키게 하는 등의 상기 첨가 효과를 얻을 수 없게 될 우려가 있으므로 그 함량은 0.10중량% 이상으로 한다.

또한 V는 뜨임 시 미세한 탄화물을 석출하며, 특히 고온 측에 있어서의 승온 연화저항을 크게함과 동시에 고온강도를 향상시키고, 또한 결정입자를 미세화 하여 Ni첨가와 함께 우수한 인성을 부여한다. 특히 결정 입자의 미세화에 의한 인성 개선효과는 크다. 그러나 첨가량이 너무 과다하면 거칠고 큰 탄화물을 생성하고,인성을 저하시키기 때문에 6.0중량%로 이하로 하고, 반대로 너무 낮으면 상기한 바와 같은 첨가 효과를 얻을수 없으므로 1.0중량% 이상으로한다.

상기 W은 고온 강도를 증가시키기 위해 첨가하는 원소인데, 상기 Mo과 같은 상태의 탄화물을 형성하여 내마모성을 부여하고, 승온에 있어서의 연화 저항, 고온강도 개선에 있어서 상기 Mo보다 더 큰 효과를 발휘하나, 인성면에 있어서는 상기 Mo이 더 유리하다. 그러나 Mo, W모두 너무 과다하게 첨가되면 인성을 저하시키는 결과를 초래하기 때문에 3중량% 이하로 하고, 그 반대로 너무 적게되는 경우에는 상기 Mo과 같이 내마모성을 약화시킬 우려가 있으므로 그 함량은 0.50중량% 이상으로 한다.

본 발명에서는 기존의 가이드 롤을 제조하는데 사용하는 합금에 비하여 값비싼 Co 및 W의 함량을 적게 사용하면서도 동일의 경도를 갖게 하여 경제성을 갖게 하였고, 또한 Cr의 고함량으로 내열성을 향상시켰다.

다음 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며 본 발명이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예1>

하기 표1의 실시예 1과 같은 비율로 조성한 것을 유도로(Induction Furnance)에서 용해한 다음, 상온에서 주조하여 탕도(Cross Gate)의 압탕을 절단하여 주괴(Ingot)를 만들고 ,이 주괴는 변태점에서 열처리하여 내열 및 내마모성은 물론 표면과 내부의 경도가 동일하게 되는 합금을 수득하였다. 이렇게 수득한 합금을 이용하여 만든 가이드 롤의 내구성 및 강도에 대한 시험결과는 하기 표 2 및 표 3에 표시하였다.

<실시예2>

하기 표1의 실시예 2와 같은 조성비율로 조성한 것을 상기 실시예1과 동일하게 실시하여 합금을 수득하였고, 시험결과 또한 표2 및 표 3과 같았다.

(단위 :중량%)

구분		Fe	Cr	C	Si	Mn	Mo	Ni	Co	Ti	V	W
본발명	실시예1	76.69	18	1.5	0.3	0.3	1.5	0.10	0.01	0.10	1.0	0.50
본발명	실시예2	50.3	30	3.0	0.9	0.8	5.0	0.40	0.3	0.30	6.0	3.0
비교예(공지강)	SKH2	-	3.80∼4.50	0.73∼0.83	0.40이하	-	-	-	-	-	0.80∼1.20	17∼19
	SKH3	-	3.80∼4.50	0.73∼0.83	0.40이하	-	-	-	4.50∼5.50	-	0.80∼1.20	17∼19
	SKH4	-	3.80∼4.50	0.73∼0.83	0.40이하	-	-	-	9.00∼11.00	-	1.00∼1.50	17∼19
	SKH10	-	3.80∼4.50	1.45∼1.60	0.40이하	-	-	-	4.20∼5.20	-	4.20∼5.20	17∼19

구분		경도(HRC)	인장강도(kg/cm²)	내력(kg/mm²)
본발명	실시예1	85	117	85
본발명	실시예2	90	120	90
비교예(공지강)	SKH2	70	80	65
	SKH3	75	82	70
	SKH4	75	85	72
	SKH10	75	70	72

품명	사양 및 규격	단위	보증톤
가이드롤러	100φX145L	EA	75,000
가이드롤러	100φX145L	EA	75,000
가이드롤러	100φX145L	EA	75,000
가이드롤러	100φX145L	EA	75,000
가이드롤러	100φX145L	EA	75,000
가이드롤러	100φX145L	EA	75,000

상기 표에서 확인되는 바와 같이 ,본 발명의 합금을 가이드롤의 제조에 사용하는 경우 고속압연으로 발생되는 강도와 아울러 내열 내피로(疲勞)성과 내마모(磨耗)성이 우수함은 물론 내외부의 경도를 균일하게 유지하여 반복 사용시 경도의 변화가 없게 하고, 또한 별도의 열처리 없이도 반복 사용을 할 수 있다는 우수함을 알 수 있다. 또한 기존의 가이드 롤을 제조하는데 사용하는 합금에 비하여 값비싼 Co 및 W의 함량을 적게 사용하면서도 동일의 경도를 갖게 하여 경제성을 갖는 것임을 알 수 있고, 또 Cr의 고 함량으로 내열성이 향상됨을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 내열 내피로(疲勞)성과 내마모(磨耗)성의 향상은 물론 내외부의 경도를 균일하게 유지하여 반복 사용시 경도의 변화가 없게 하고, 또한 별도의 열처리 없이도 반복 사용을 할 수 있는 효과가 있고, 또한 내외부의 균일한 경도로 롤의 제조시 균일한 마모면을 이루게 할 수 있어 우수한 품질의 선재를 생산할 수 있게 하는 효과도 있다.

또 기존의 가이드 롤을 제조하는데 사용하는 합금에 비하여 값비싼 Co 및 W의 함량을 적게 사용하면서도 동일의 경도를 갖게 하여 경제성을 갖는 것임을 알수 있고, 또한 Cr의 고 함량으로 내열성이 향상되는 효과가 있다.

Claims

다음과 같은 중량% :

Fe 50.3~76.69 /,

Cr 18~30 /,

C 1.5~2.8 /,

Si 0.3~0.9 /,

Mn 0.3~0.8 /,

Mo 1.5~5.2 /,

Ni 0.10~0.40 /,

Co 0.01~0.3 /,

Ti 0.10~0.30 /,

V 1.0~6.0 /, 및

W 0.50~3.0 로 조성된 가이드 롤 제조용 합금.