KR100936395B1 - 쉘 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 쉘을 포함하는 유막베어링 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 쉘과 슬리브 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 쉘 및 슬리브를 포함하는 유막베어링에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 압연 공정에 이용되는 지지롤(Back-up Roll) 초크 내부의 유막베어링에 구비되는 쉘과 슬리브 각각의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 쉘 및 슬리브를 포함하는 유막베어링에 관한 것이다.
쉘, 슬리브,유막베어링, 지지롤 초크, 압연

Description

쉘 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 쉘을 포함하는 유막베어링{MANUFACTURING METHOD SHELL}
본 발명은 쉘과 슬리브 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 쉘 및 슬리브를 포함하는 유막베어링에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 압연 공정에 이용되는 지지롤(Back-up Roll) 초크 내부의 유막베어링에 구비되는 쉘과 슬리브 각각의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 쉘 및 슬리브를 포함하는 유막베어링에 관한 것이다.
일반적으로 철강의 제조공정은 크게 제선공정, 제강공정, 연주공정 및 압연공정으로 이루어진다. 상기 제선공정은 철광석 중의 산소를 제거하고 철광석을 용해하여 선철로 제조하는 공정이며, 상기 제강공정은 상기 제선공정을 거친 선철의 불순물을 제거함으로써 강을 제조하는 공정이고, 상기 연주공정은 연속주조기를 통과하면서 액체 상태의 철강을 소정의 형태를 갖는 슬래브, 블룸 또는 빌릿과 같은 중간 소재를 제조하는 공정이며, 상기 압연공정은 사용목적에 맞도록 강판이나 선재 등으로 가공/변형하는 공정이다.
상기 롤초크는 상기 압연공정에 이용되는 부품 중의 하나로 일반적인 압연장 치를 도 1에 도시하였다.
상기 도 1에 도시한 바와 같이 종래의 압연장치는 하우징(10)과, 상기 하우징(10) 내부에 구비되어 압연재(50)와 접촉되는 작업롤(20)(Work Roll)과, 상기 작업롤(20)을 지지하는 상부 지지롤(31)(Top Back Up Roll) 및 하부 지지롤(32)(Bottom Back Up Roll)과, 상기 상부 지지롤(31) 및 하부 지지롤(32)의 양 단부에 구비되어 상기 지지롤(31, 32)을 작동시키는 상부 지지롤 초크(41)(Top Back Up Roll Chock) 및 하부 지지롤 초크(42)(Bottom Back Up Roll Chock)와, 상기 작업롤(20)의 양 단부에 구비되어 상기 작업롤(20)을 작동시키는 작업롤 초크(21)(Work Roll Chock)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 지지롤 초크 내경에는 압연시의 고하중과 충격에 견디어 압연철판이 일정한 두께를 유지할 수 있도록 하는 유막베어링이 조립된다.
그런데, 상기 압연장치는 1000~1200℃ 정도의 고온, 고압의 환경에 노출되어 열피로 크랙, 열간 마모, 형태 변형, 부식과 같은 문제점이 발생될 뿐만 아니라 냉각수에 의해 냉각되어 가열과 냉각이 반복되는 열피로를 받고 있으며, 자체 하중을 견딜 수 있는 만큼의 높은 강도가 요구된다.
따라서 상기 지지롤 초크 내부에 구비되는 유막베어링 역시, 고하중을 견딜수 있는 내구성을 가지며, 상기 압연재의 일정한 두께를 유지할 수 있도록 하여 상기 압연장치의 정밀도를 높일 수 있으면서도 제조가 용이하여 생산성을 높일 수 있도록 하는 구체적인 방법이 요구된다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 내구성 및 생산성을 높일 수 있는 지지롤 초크 내부에 구비되는 유막베어링용 슬리브 및 쉘의 구체적인 제조 방법을 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 목적은 슬리브 및 쉘로 구성되는 유막베어링이 지지롤의 작동이 원활하도록 하고, 작업롤을 안정적으로 지지하여 압연 성능을 향상시킬 수 있는 쉘과 슬리브 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 쉘 및 슬리브를 포함하는 유막베어링을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 쉘(212) 제조 방법은 지지롤 초크(200) 내부에 구비되는 유막베어링(210)을 구성하는 쉘(212)(Shell)의 제조 방법에 있어서, 상기 쉘(212) 제조 방법은 S110) 판재를 절단하고 벤딩(bending)한 후, 이음 부분을 용접하여 내부가 중공된 원통형의 쉘(212) 형성용 몸체를 제작하는 몸체 형성 단계(S110); S120) 상기 몸체를 편측 3mm 내지 5mm의 가공 여유를 갖도록 황삭 가공하는 제1기계적 가공 단계(S120); S130) 용착 효율을 높일 수 있도록 전처리 하는 용착 준비 단계(S130); S140) 원심주조기를 이용하여 용융된 화이트 메탈(White metal) 성분이 상기 몸체의 내주면에 용착되도록 하는 용착 단계(S140); 및 S150) 내주면에 화이트 메탈이 용착된 몸체를 가공하여 최종 쉘(212)의 형태를 형성하도록 중삭 또는 정삭 가공하는 제2기계적 가공 단계(S150); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 몸체는 SS440 으로 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 화이트 메탈은 HM07이 이용되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제1기계적 가공 단계(S120)는 상기 몸체의 내주면에 복수개의 홈을 형성하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 용착 준비 단계(S130)는 S131) 상기 화이트 메탈이 용착되는 몸체의 내주면에 불순물을 제거하도록 산세 처리하는 불순물 제거 단계(S131); S132) 상기 화이트 메탈이 용착되지 않는 몸체의 영역에 용착 방지제를 마스킹(Masking)하는 마스킹 단계(S132); S133) 상기 몸체에 잔존하는 수소를 제거하기 위한 탈수소 열처리 단계(S133); 및 S134) 상기 탈수소 열처리 단계(S133) 이후에 몸체와 화이트 메탈의 접착력을 높이기 위한 접착력 보강층을 코팅하는 접착력 보강층 코팅 단계(S134);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 탈수소 열처리 단계(S133)는 400 ℃ 내지 450 ℃의 온도로 2시간 및 추가적으로 상기 몸체 형성 단계(S110)가 완료된 몸체 두께(d1)의 1inch(25.4mm) 당 1시간 동안 더 유지한 후, 공랭하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 접착력 보강층 코팅 단계(S134)는 S134-1) 상기 몸체를 130 ℃ 내지 170 ℃의 접착력 보강제가 포함된 탱크에 넣어 1차 접착력 보강층을 형성하는 1차 코팅 단계(S134-1); 및 S134-2) 상기 1차 코팅 단계(S134-1)를 수행한 몸체를 240 ℃ 내지 280 ℃의 접착력 보강제가 포함된 탱크에 넣어 2차 접착력 보강층을 형성하는 2차 코팅 단계(S134-2)를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 접착력 보 강제는 주석(Sn)이 이용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 쉘(212) 제조 방법은 상기 몸체 형성 단계(S110)와 제1기계적 가공 단계(S120) 사이에, 상기 형성된 몸체를 열처리 하여 용접시 발생된 응력을 제거하는 응력 제거 열처리 단계(S160); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 응력 제거 열처리 단계(S160)는 570 ℃ 내지 630 ℃로 2시간 및 추가적으로 상기 몸체 형성 단계(S110)가 완료된 몸체 두께(d1)의 1inch(25.4mm) 당 1시간 동안 더 유지한 후, 300℃까지 서냉 후 공랭하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 다른 슬리브(211) 제조 방법은 지지롤 초크(200) 내부에 구비되는 유막베어링(210)을 구성하는 슬리브(211)의 제조 방법에 있어서, 상기 슬리브(211) 제조 방법은 S210) 슬리브(211)를 형성하기 위한 기본 원통형 몸체를 형성하는 단조 단계(S210); S220) 제1열처리(Normalizing) 단계(S220); S230) 상기 몸체를 편측 3mm 내지 5mm의 가공 여유를 갖도록 황삭 가공하는 제1기계적 가공 단계(S230); S240) 제2열처리 단계(S241) 및 제3열처리 단계(S242)를 포함하는 열처리 단계(S240); S250) 슬리브(211) 형태를 갖도록 중삭 또는 정삭 가공하는 제2기계적 가공 단계(S250); 및 S260) 몸체의 내경 및 외경의 표면가공조도가 0.5S 이하가 되도록 연삭 가공하고, 지지롤(100)과 접하는 내경의 일정영역에 경사가 형성되도록 가공하는 제3기계적 가공 단계(S260); 를 포함하는 것을 특징으로 하고, 상기 제1열처리 단계(S220)는 820 ℃ 내지 890℃로 상기 단조 단계(S210)가 완료된 몸체 두께(d2)의 50 mm 당 1시간 동안 유지한 후, 공랭되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 열처리 단계(S240)에서, 상기 제2열처리(Quenching) 단계(S241)는 840 ℃ 내지 860℃로 2시간 및 추가적으로 상기 제1기계적 가공 단계(S230)가 완료된 몸체 두께의 1inch(25.4mm) 당 1시간 동안 더 유지한 후, 급랭하는 것을 특징으로 하고, 상기 제3열처리(Tempering) 단계(S242)는 550 ℃ 내지 590℃로 2시간 및 추가적으로 상기 제1기계적 가공 단계(S230)가 완료된 몸체 두께의 1inch(25.4mm) 당 1시간 동안 더 유지한 후, 공랭하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 유막베어링(210)은 압연장치의 지지롤 초크(200) 내부에 구비되되, 상술한 바에 의해 제조된 쉘(212); 및 슬리브(211)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 쉘과 슬리브 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 쉘 및 슬리브를 포함하는 유막베어링은 높은 기계적 성질을 가지며, 내구성을 높여 전체 지지롤의 작동을 원활히 하고, 작업롤을 안정적으로 지지하여 압연장치의 압연성능을 향상시킴으로써 최종 제품의 품질이 향상되도록 하며, 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 쉘(212)과 슬리브(211) 제 조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 쉘(212) 및 슬리브(211)를 포함하는 유막베어링(210)을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2는 지지롤(100) 및 지지롤 초크(200)를 나타낸 도면이고, 도 3은 상기 도 2에 도시한 지지롤(100) 및 지지롤 초크(200)의 AA' 단면도이며, 도 4는 유막베어링(210)(슬리브(211) 및 쉘(212)) 및 지지롤(100)의 분해사시도이다.
본 발명은 쉘(212)과 슬리브(211) 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 쉘(212) 및 슬리브(211)를 포함하는 유막베어링(210)에 관한 것으로서, 상기 슬리브(211)와 쉘(212)은 유막베어링(210)을 구성하는 요소로서, 상기 유막베어링(210)은 지지롤 초크(200) 내부에 구비된다.
상기 유막베어링(210)은 상기 지지롤(100)이 원활히 작동되도록 하고, 작업롤을 원활하게 지지하도록 하기 위한 구성으로서, 상기 도 2는 압연장치의 상부에 구비되는 지지롤(100) 및 이를 지지하는 지지롤 초크(200)를 도시하였다.
상기 도 2에 도시한 바와 같이, 압연장치의 지지롤 초크(200) 내부에는 상기 지지롤(100)의 원활한 작동을 위한 유막베어링(210)이 구비된다.
이 때, 상기 지지롤(100)과 직접 접촉되도록 내경이 일정각도 경사지게 형성되는 구성이 슬리브(211)이며, 상기 슬리브(211)의 외경에 접하는 구성이 쉘(212)이다.
상기 쉘(212)은 원통 형태로 형성되고, 슬리브(211)와 접촉되는 내주면에는 내구성을 높이기 위하여 화이트 메탈(White Metal)에 의한 용착부(213)가 형성된 다.
상기 화이트 메탈에 의해 형성되는 용착부(213)는 회전체를 지지하는 중요한 요소로서, 윤활성, 내마모성, 내피로성, 내부식성 등의 특성을 만족시켜야 한다.
상기 화이트 메탈은 1839년 Issac Babbit이 백랍(Pewter : Pb와 Sn의 합금)을 소재로 하여 유막베어링(210)으로 사용한 것이 시초로 알려져 있으며, 연질의 금속에 단단한 금속간 화합물(Cu6Sn5, SbSn)입자가 분포된 합금으로 용융점이 낮아 제조가 쉽고 모재와의 순응성, 윤활유의 유지, 매몰성 등이 우수하다.
상기 슬리브(211)는 상기 쉘(212)을 이동을 방지하기 위하여 일측 단부가 단차지게 형성될 수 있으며, 단부에 실링을 위한 오-링(O-RING), 또는 별도 구성과의 결합을 위한 오목부 등이 형성될 수 있다.
본 발명은 상기 지지롤 초크(200)용 유막베어링(210)을 구성하는 쉘(212) 및 슬리브(211) 각각의 제조방법에 관한 발명으로서, 먼저 쉘(212)의 제조 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 쉘(212) 제조 방법에 따른 단계도이며, 도 6은 본 발명의 쉘(212) 제조 방법에 따른 몸체 형성 단계(S110)를 설명하는 도면이고, 도 7은 본 발명의 쉘(212) 제조 방법에 따른 제1기계적 가공 단계(S120)를 설명하는 도면이며, 도 8은 본 발명의 쉘 제조 방법에 따른 용착 준비 단계(S130)의 단계도이고, 도 9는 본 발명의 쉘(212) 제조 방법에 따른 탈수소 열처리 단계(S133)를 나타낸 도면이며, 도 10은 본 발명에 따른 쉘(212) 제조 방법의 다른 단계도이고, 도 11은 본 발명에 따른 쉘(212) 제조 방법의 응력 제거 열처리 단계(S160)를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 쉘(212) 제조 방법에 따른 단계도로서, 본 발명의 쉘(212) 제조 방법은 S110) 몸체 형성 단계(S110); S120) 제1기계적 가공 단계(S120); S130) 용착 준비 단계(S130); 140) 용착 단계(S140); 및 S150) 제2기계적 가공 단계(S150)를 포함한다.
먼저, 상기 S110) 몸체 형성 단계(S110)는 쉘(212)을 형성하는 기본 몸체를 형성하는 단계로서, 도 6 (a)에 도시한 바와 같이, 적당한 두께를 갖는 판재를 절단하고, 도 6 (b)에 도시한 바와 같이 상기 판재를 벤딩하고 이음 부분을 용접하여 원통형의 몸체를 형성한다.
이 때, 상기 몸체를 형성하는 판재는 SS440인 것이 바람직하다.
상기 판재가 SS440인 경우에, 상기 몸체 형성 단계(S110)에서 용접은 E71T1(MIG용접봉) 및 E7016(용접봉)을 사용하고, 내측면은 백 가우징(back gousing)을 실시하여 완전용접이 되도록 한다.
상기 몸체 형성 단계(S110)를 완료 한 후, 이 후 공정을 수행하기 이전에 용접이 적합하게 이루어졌는지를 확인하기 위하여 비파괴 검사가 더 수행될 수 있다.
이 때, 상기 비파괴 검사로서, 초음파 탐상 검사(UT), 또는 자분 탐상 검사(MT) 등이 수행될 수 있다.
상기 S120) 제1기계적 가공 단계(S120)는 이후 가공을 고려하여 1차적으로 황삭 가공하는 단계로서, 몸체를 편측 3mm 내지 5 mm의 가공여유를 갖도록 가공한다.
상기 쉘(212)은 내주면에 화이트 메탈에 의한 용착부(213)가 형성되므로, 상기 제1기계적 가공 단계(S120)에서 기준이 되는 치수는 용착부(213)를 제외한 최종 치수를 기준으로 한다.
아울러, 상기 제1기계적 가공 단계(S120)에서, 상기 몸체의 내주면에 용착성능을 보다 높이기 위하여 복수개의 홈을 형성하는 것이 바람직하다.
상기 홈은 상기 몸체의 길이방향으로 형성되는 것보다, 도 7에 도시한 바와 같이, 내주면 방향으로 형성되는 것이 바람직한데, 상기 몸체의 길이방향으로 복수개 형성되거나 나사산 형태와 같이 연속된 홈을 형성하도록 할 수 도 있다.
상기 S130) 용착 준비 단계(S130)는 상기 제1기계적 가공 단계(S120)에서 홈을 형성하는 것과 더불어 화이트 메탈의 용착 성능을 보다 높이기 위해 실시되는 단계로서, 상기 도 8에 도시한 바와 같이, S131) 불순물 제거 단계(S131); S132) 마스킹 단계(S132); S133) 탈수소 열처리 단계(S133); 및 S134) 접착력 보강층 코팅 단계(S134)를 포함한다.
상기 S131) 불순물 제거 단계(S131)는 상기 몸체의 용착부(213)가 형성되는 부분의 불순물을 제거하는 단계로서, 산세처리를 통해 실시된다.
상기 산세처리는 약산이 내장된 산세탱크를 이용하여 실시되며, 몸체에 잔존하는 산화막 등을 포함하는 불순물을 제거한다.
상기 S132) 마스킹 단계(S132)는 몸체의 용착부(213)가 형성되는 내주면을 제외한 다른 부분까지 용착부(213)가 형성되는 것을 방지하기 위한 단계로서, 용착방지를 위한 방지제로, 용착부(213)가 형성되는 부분을 제외하고 마스킹 된다.
상기 S133) 탈수소 열처리 단계(S133)는 몸체에 잔존하는 수소를 제거하기 위한 것으로서, 상기 수소가 몸체에 잔존하는 경우에, 용착부(213) 내부에 결함으로써 작용될 가능성이 커지므로 용착 단계(S140) 이전에 상기 수소를 제거하기 위한 단계이다.
이 때, 상기 탈수소 열처리 단계(S133)는 도 9에 도시된 바와 같이, 300℃ 이하의 온도로 장입되어 시간 당 100℃로 가열하는 승온 구간을 거쳐, 400 ℃ 내지 450 ℃의 온도로 유지된 후, 냉각된다.
더욱 상세하게, 상기 400 ℃ 내지 450℃로 유지되는 시간은 상기 제1기계적 가공 단계(S120)가 완료되었을 때의 최대 두께를 기준으로, 2시간 및 추가적으로 상기 제1기계적 가공 단계(S120)가 완료된 몸체 두께의 1inch(25.4 mm) 당 1시간 동안 더 수행된다.
다시 말하면, 상기 탈수소 열처리 단계(S133)의 400 ℃ 내지 450 ℃로 유지되는 유지 시간은 아래 수학식 1을 따라 계산된다.
[수학식 1]
Figure 112009020866230-pat00001
즉, 상기 제1기계적 가공 단계(S120)가 완료된 몸체의 두께가 4inch(101.6mm) 인 경우에 상기 탈수소 열처리 단계(S133)의 유지 시간은 6시간이다.
상기 S134) 접착력 보강층 코팅 단계(S134) 접착력 보강제를 이용하여 1차 코팅하는 단계(S134-1) 및 2차 코팅하는 단계(S134-2)를 포함한다.
상기 1차 코팅 단계(S134-1)는 상기 몸체를 130 ℃ 내지 170 ℃의 접착력 보강제가 포함된 탱크에 넣어 1차 접착력 보강층을 형성하는 단계이며, 상기 2차 코팅 단계(S134-2)는 상기 1차 코팅 단계(S134-1)를 수행한 몸체를 240 ℃ 내지 280 ℃의 접착력 보강제가 포함된 탱크에 넣어 2차 접착력 보강층을 형성한다.
이 때, 이용되는 접착력 보강제는 주석(Sn)이 이용될 수 있다.
본 발명의 쉘(212) 제조 방법은 상술한 바와 같은 방법을 통해 용착부(213)의 접착성능을 향상시킬 수 있음으로써 우수한 성능을 갖는 쉘(212)을 제조할 수 있게 된다.
상기 140) 용착 단계(S140)는 상기 용착 준비 단계(S130)를 수행한 몸체의 내주면에 화이트 메탈을 용착하여 용착부(213)를 형성하는 단계로서, 원심주조기를 이용하여 수행된다.
이 때, 사용되는 화이트 메탈은 HM07이 이용되는 것이 바람직하다.
상기 HM07은 아래 표1과 같은 화학성분을 갖는 재질로서, Cu6Sn5 화합물을 미세화시키는 0.80~1.20% 카드뮴(Cd)을 접종제로 첨가하고, 0.10~0.30%의 니켈(Ni)을 첨가하여 Ni3Sn2 화합물을 석출시켜 경도, 밀착력, 및 고온 강도를 증가한 재질이다.
Figure 112009020866230-pat00002
<표 1. HM07 화이트 메탈의 화학성분>
더욱 상세하게, 상기 용착 단계(S140)는 몸체를 원심주조기에 고정하고, 고른 용착 두께를 갖도록 하기 위하여 중심이 정확히 맞도록 한 후, 원심주조기를 작동시켜 회전하면서 주입구를 통해 몸체의 내주면에 용융된 화이트 메탈을 투입하고, 냉각장치를 이용하여 급속 냉각하여 실시된다.
상기 용착 단계(S140)가 완료된 후, 용착 상태를 초음파 측정기를 이용하여 확인하고, 용착부(213)의 형성 두께 및 외관 검사가 수행될 수 있다.
상기 S150) 제2기계적 가공 단계(S150)는 내주면에 용착부(213)가 형성된 몸체를 가공하여 최종 쉘(212)의 형태를 형성하도록 중삭 또는 정삭 가공 하는 단계로, 최종 쉘(212)을 형성하는 단계이므로, 미세가공되어야 하며, 쉘(212)에 형성되어야 하는 홀, 또는 오일 버켓(Oil bucket) 등을 형성한다.
아울러, 본 발명의 쉘(212) 제조 방법은 상기 도 10에 도시한 바와 같이, 상기 몸체 형성 단계(S110) 및 제1기계적 가공 단계(S120) 사이에 S160) 응력 제거 열처리 단계(S160)가 더 수행될 수 있다.
상기 응력 제거 열처리 단계(S160)는 상기 몸체 형성 단계(S110)의 용접 단계에서 발생된 응력을 제거하기 위한 단계로서, 상기 도 11에 도시된 바와 같이, 300℃ 이하의 온도로 장입되어 시간 당 100℃로 가열하는 승온 구간을 거쳐, 570 ℃ 내지 630 ℃의 온도로 유지된 후, 냉각된다.
더욱 상세하게, 상기 570 ℃ 내지 630 ℃로 유지되는 시간은 몸체 형성 단계(S110)가 완료되었을 때의 최대 두께를 기준으로, 2시간 및 추가적으로 상기 몸체 형성 단계(S110)가 완료된 몸체 두께(d1)의 1inch(25.4 mm) 당 1시간 동안 더 수행된다.
다시 말하면, 상기 응력 제거 열처리 단계(S160)의 570 ℃ 내지 630 ℃로 유지되는 유지 시간은 아래 수학식 2를 따라 계산된다.
[수학식 2]
Figure 112009020866230-pat00003
즉, 상기 응력 제거 열처리 단계(S160)는 그 이전 단계의 몸체 형성 단계(S110)를 완료한 몸체의 두께를 기준으로 하며, 상기 탈수소 열처리 단계(S133)는 그 이전 단계인 제1기계적 가공 단계(S120)를 완료한 몸체의 두께를 기준으로 한다.
상기 응력 제거 열처리 단계(S160)는 유지 구간을 거친 후, 300 ℃까지 서냉 후 공랭하는 것을 특징으로 한다.
도 12는 본 발명에 따른 슬리브(211) 제조 방법의 단계도이고, 도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 슬리브(211) 제조 방법의 단조 단계(S210)를 설명하는 개략도 및 열처리를 나타낸 도면이며, 도 15는 본 발명에 따른 슬리브(211) 제조 방법의 제1열처리 단계(S220)를 나타낸 도면이고, 도 16은 본 발명에 따른 슬리브(211) 제조 방법의 제2열처리 단계(S241)를 나타낸 도면이며, 도 17은 본 발명에 따른 슬리브(211) 제조 방법의 제3열처리 단계(S242)를 나타낸 도면이다.
본 발명의 슬리브(211) 제조 방법은 S210) 단조 단계(S210); S230) 제1기계적 가공 단계(S230); S240) 열처리 단계(S240); S250) 제2기계적 가공 단계(S250); 및 S260) 제3기계적 가공 단계(S260)를 포함한다.
상기 S210) 단조 단계(S210)는 슬리브(211)를 형성하기 위한 기본 원통형 몸체를 형성하는 단계로서, 불순물 제거된 강을 잉곳(Ingot) 형태로 형성한 후 열처리와 함께 단조 작업을 수행한다.
상기 몸체(슬리브(211))는 기계적 성질을 만족하는 강재로 형성될 수 있으며, 그 예로서 SCM 445를 들 수 있다.
상기 단조 단계(S210)는 도 13에 도시한 바와 같이 수행될 수 있으며, 유압 프레스를 사용할 수 있다.
이 때, 내부의 기공이나 결함 등이 압착되어 건전한 조직을 갖도록 충분한 단조비(S4 이상)를 갖도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 단조 단계(S210)는 열처리와 함께 행해지는 데, 상기 도 14에 도시한 바와 같이, 1200 ℃ 내지 1300 ℃에서 실시되며, 최종 완료 온도는 800℃ 이상인 것이 바람직하다.
즉, 상기 단조 단계(S210)를 실시하기 위하여 1200 ℃ 내지 1300 ℃ 까지 승 온한 후, 단조 작업이 수행되어 최종 완료 시의 온도는 800 ℃가 넘은 상태여야 한다.
이 때, 상기 승온 구간은 시간 당 150 ℃ 정도의 속도로 가열되는 것이 바람직하다.
상기 제1열처리 단계(S220)는 단조 단계(S210) 후, 조직을 안정화하고 잔류응력을 제거하기 위한 단계로서, 820 ℃ 내지 890℃로 상기 단조 단계(S210)가 완료된 몸체 두께(d2)의 50 mm 당 1시간 동안 유지한 후, 공랭된다.
이 때, 820 ℃ 내지 890℃ 로 승온하기 위한 승온 구간은 시간 당 100℃로 수행되는 것이 바람직하며, 유지 구간은 상기 단조 단계(S210)가 완료된 몸체 두께(d2)의 50 mm 당 1시간 동안 유지되는 데, 상기 몸체의 두께(d2)란 상기 도 13(Profile 상태)의 단조 단계(S210)가 완료된 몸체의 최대 두께(d2)를 의미한다.
아울러, 상기 제1열처리 단계(S220)의 냉각 구간은 공냉 방법이 이용된다.
상기 S230) 제1기계적 가공 단계(S230)는 이후 최종 완료된 슬리브(211)의 치수를 기준으로 하여 편측 3mm 내지 5mm의 가공 여유를 갖도록 황삭 가공하는 단계이다.
상기 제1기계적 가공 단계(S230)가 완료 된 후, 품질 검사가 수행될 수 있는데, 이는 비파괴 검사가 수행될 수 있다.
상기 비파괴 검사의 수행을 위해서, 상기 제1기계적 가공 단계(S230) 수행 시, 비파괴 검사가 가능하도록 표면 조도 50S 이상이 확보되어야 한다.
상기 비파괴 검사는 이후 열처리 단계(S240)에서 결함이 확산되는 것을 방지 하기 위한 것으로서, 초음파 탐상 검사(UT), 또는 자분 탐상 검사(MT) 등이 수행될 수 있다.
상기 S240) 열처리 단계(S240)는 상기 제1기계적 가공 단계(S230)가 완료된 후, 열처리 하는 단계로서, 크게 조직의 치밀화를 위한 제2열처리 단계(S241)(Quenching)와 조직의 균질화를 위한 제3열처리 단계(S242)(템퍼링, Tempering)가 수행될 수 있다.
상기 도 16 및 도 17은 각각 제2열처리 단계(S241)및 제3열처리 단계(S242)의 온도 설정을 나타낸 도면으로서, 먼저, 상기 도 16에 도시한 본 발명의 제2열처리 단계(S241)는 300℃ 이하의 온도로 장입되어 시간 당 100℃로 가열하는 승온 구간을 거쳐, 840 ℃ 내지 860℃로 유지된 후, 냉각된다.
이 때, 상기 840 ℃ 내지 860℃로 유지되는 시간은 상기 제1기계적 가공 단계(S230)를 완료하였을 때의 최대 두께를 기준으로, 2시간 및 추가적으로 상기 제1기계적 가공 단계(S230)가 완료된 몸체 두께의 1inch(25.4 mm) 당 1시간 동안 더 수행된다.
다시 말하면, 상기 제2열처리 단계(S241)의 840 ℃ 내지 860 ℃로 유지되는 유지 시간은 상기 [수학식 1]과 동일한 식에 의해 계산된다.
아울러, 상기 제2열처리 단계(S241)에서 냉각 구간은 오일을 이용하여 급랭한다.
상기 제3열처리 단계(S242)는 제2열처리 단계(S241) 이 후, 조직의 균질화를 위해 수행하는 열처리 단계(S240)로서, 상기 도 10에 도시한 본 발명의 제3열처리 단계(S242)는 300℃ 이하의 온도로 장입되어 시간 당 100℃로 가열하는 승온 구간을 거쳐, 550 ℃ 내지 590℃로 유지된 후, 냉각된다.
상기 제3열처리 단계(S242)의 유시 시간 역시, 상기 제2열처리 단계(S241)와 마찬가지로 상기 제1기계적 가공 단계(S230)를 완료하였을 때의 최대 두께를 기준으로, 2시간 및 추가적으로 상기 제1기계적 가공 단계(S230)가 완료된 몸체 두께의 1inch(25.4 mm) 당 1시간 동안 더 수행된다.
상기 제3열처리 단계(S242)에서 냉각 구간은 공냉 방법이 이용된다.
상기 S250) 제2기계적 가공 단계(S250)는 열처리 완료된 몸체를 슬리브(211) 형태를 갖도록 중삭 또는 정삭하는 단계로서, 이 때, 슬리브(211)의 상ㆍ하부에 형성되는 오-링용 홈과 같은 형태를 최종 완성한다.
이 때, 내ㆍ외경의 치수는 편측 0.05mm 정도이며, 조도 6.2S 이하가 되도록 가공한다.
상기 S260) 제3기계적 가공 단계(S260)는 최종적으로 정밀한 치수를 갖는 슬리브(211) 형태를 완성하고, 내경 및 외경의 표면가공조도를 0.5S 이하가 되도록 하는 단계이다.
조도를 만족하기 위한 연삭 가공은 연마 공정을 기본으로 버핑(Buffing) 또는 광택 공정이 더 추가될 수 있다.
이 때, 상기 지지롤(100)과 접촉되는 내경의 일정 영역에 경사가 형성되도록 가공된다.
상기 제3기계적 가공 단계(S260)를 완료한 후, 형태 검사, 비파괴 검사, 표면조도 검사, 등이 수행될 수 있다.
한편, 본 발명의 유막베어링(210)은 상술한 것과 같은 방법에 의해 제조된 쉘(212) 및 슬리브(211)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 쉘(212)과 슬리브(211) 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 쉘(212) 및 슬리브(211)를 포함하는 유막베어링(210)은 높은 기계적 성질을 가지며, 내구성을 높여 전체 지지롤(100)의 작동을 원활히 하고, 작업롤을 안정적으로 지지하여 압연장치의 압연성능을 향상시킴으로써 최종 제품의 품질이 향상되도록 하며, 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
도 1은 종래의 압연장치를 나타낸 사시도.
도 2는 지지롤 및 지지롤 초크를 나타낸 도면.
도 3은 상기 도 2에 도시한 지지롤 및 지지롤 초크의 AA' 단면도.
도 4는 유막베어링(슬리브 및 쉘) 및 지지롤의 분해사시도.
도 5는 본 발명의 쉘 제조 방법에 따른 단계도.
도 6은 본 발명의 쉘 제조 방법에 따른 몸체 형성 단계를 설명하는 도면.
도 7은 본 발명의 쉘 제조 방법에 따른 제1기계적 가공 단계를 설명하는 도면.
도 8은 본 발명의 쉘 제조 방법에 따른 용착 준비 단계의 단계도.
도 9는 본 발명의 쉘 제조 방법에 따른 탈수소 열처리 단계를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에 따른 쉘 제조 방법의 다른 단계도.
도 11은 본 발명에 따른 쉘 제조 방법의 응력 제거 열처리 단계를 나타낸 도면.
도 12는 본 발명에 따른 슬리브 제조 방법의 단계도.
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 슬리브 제조 방법의 단조 단계를 설명하는 개략도 및 열처리를 나타낸 도면.
도 15는 본 발명에 따른 슬리브 제조 방법의 제1열처리 단계를 나타낸 도면.
도 16은 본 발명에 따른 슬리브 제조 방법의 제2열처리 단계를 나타낸 도면.
도 17은 본 발명에 따른 슬리브 제조 방법의 제3열처리 단계를 나타낸 도면.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
S110 내지 S160 : 본 발명에 따른 쉘 제조 방법의 각 단계
S210 내지 S260 : 본 발명에 다른 슬리브 제조 방법의 각 단계
100 : 지지롤 200 : 지지롤 초크
210 : 유막베어링 211 : 슬리브
212 : 쉘 213 : 화이트 메탈 용착부

Claims (15)

  1. 지지롤 초크(200) 내부에 구비되는 유막베어링(210)을 구성하는 쉘(212)(Shell)의 제조 방법에 있어서,
    상기 쉘(212) 제조 방법은
    S110) 판재를 절단하고 벤딩(bending)한 후, 이음 부분을 용접하여 내부가 중공된 원통형의 쉘(212) 형성용 몸체를 제작하는 몸체 형성 단계(S110);
    S120) 상기 몸체를 편측 3mm 내지 5mm의 가공 여유를 갖도록 황삭 가공하는 제1기계적 가공 단계(S120);
    S130) 용착 효율을 높일 수 있도록 화이트 메탈이 용착되는 몸체의 내주면에 불순물을 제거하도록 산세 처리하는 불순물 제거 단계(S131);와, 상기 화이트 메탈이 용착되지 않는 몸체의 영역에 용착 방지제를 마스킹(Masking)하는 마스킹 단계(S132);와, 상기 몸체에 잔존하는 수소를 제거하기 위한 탈수소 열처리 단계(S133); 및 상기 탈수소 열처리 단계(S133) 이후에 몸체와 화이트 메탈의 접착력을 높이기 위한 접착력 보강층을 코팅하는 접착력 보강층 코팅 단계(S134)가 수행되는 용착 준비 단계(S130);
    S140) 원심주조기를 이용하여 용융된 화이트 메탈(White metal) 성분이 상기 몸체의 내주면에 용착되도록 하는 용착 단계(S140); 및
    S150) 내주면에 화이트 메탈이 용착된 몸체를 가공하여 최종 쉘(212)의 형태를 형성하도록 중삭 또는 정삭 가공하는 제2기계적 가공 단계(S150); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 쉘(212) 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몸체는 SS440 으로 형성되는 것을 특징으로 하는 쉘(212) 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 화이트 메탈은 HM07이 이용되는 것을 특징으로 하는 쉘(212) 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1기계적 가공 단계(S120)는
    상기 몸체의 내주면에 복수개의 홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 쉘(212) 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탈수소 열처리 단계(S133)는 400 ℃ 내지 450 ℃의 온도로 2시간 및 추가적으로 상기 몸체 형성 단계(S110)가 완료된 몸체 두께(d1)의 1inch(25.4mm) 당 1시간 동안 더 유지한 후, 공랭하는 것을 특징으로 하는 쉘(212) 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    S134) 상기 접착력 보강층 코팅 단계(S134)는
    S134-1) 상기 몸체를 130 ℃ 내지 170 ℃의 접착력 보강제가 포함된 탱크에 넣어 1차 접착력 보강층을 형성하는 1차 코팅 단계(S134-1); 및
    S134-2) 상기 1차 코팅 단계(S134-1)를 수행한 몸체를 240 ℃ 내지 280 ℃의 접착력 보강제가 포함된 탱크에 넣어 2차 접착력 보강층을 형성하는 2차 코팅 단계(S134-2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 쉘(212) 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 접착력 보강제는 주석(Sn)이 이용되는 것을 특징으로 하는 쉘(212) 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 쉘(212) 제조 방법은
    상기 몸체 형성 단계(S110)와 제1기계적 가공 단계(S120) 사이에,
    상기 형성된 몸체를 열처리 하여 용접시 발생된 응력을 제거하는 응력 제거 열처리 단계(S160); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 쉘(212) 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 응력 제거 열처리 단계(S160)는 570 ℃ 내지 630 ℃로 2시간 및 추가적으로 상기 몸체 형성 단계(S110)가 완료된 몸체 두께(d1)의 1inch(25.4mm) 당 1시간 동안 더 유지한 후, 300℃까지 서냉 후 공랭하는 것을 특징으로 하는 쉘(212) 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 압연장치의 지지롤 초크(200) 내부에 구비되되,
    제1항 내지 제4항, 및 제6항 내지 제10항 중 선택되는 한 항에 의해 제조된 쉘(212);을 포함하는 유막베어링(210).
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