KR101053976B1

KR101053976B1 - 금속 판재 이송롤 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101053976B1
Application number: KR1020080136985A
Authority: KR
Inventors: 박한구; 문성기; 김종수; 김정철; 김태훈; 한동운
Original assignee: 주식회사 우진; 주식회사 포스코
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2011-08-04
Also published as: KR20100078664A

Abstract

본 발명은 강도와 경도를 양호하게 유지하면서 충격소음에 대한 감쇠 성능을 향상시키는 금속 판재 이송롤 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 금속 판재 제조방법은 고망간 합금강의 용탕을 생성하는 단계와; 상기 제조된 용탕을 원심주조에 의해 파이프형의 잉고트를 제조하는 단계와; 상기 잉고트의 표면을 황삭가공하는 단계와; 상기 잉고트를 용체화처리하는 단계와; 상기 잉고트의 표면을 정삭가공하는 단계와; 상기 잉고트의 양단에 샤프트를 용접하는 단계를 포함한다.

이송롤, 고망간 합금강, 소금, 진동

Description

금속 판재 이송롤 및 그 제조방법{Steel plate transferring roll and Method for manufactureing it}

본 발명은 금속 판재 이송롤 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강도와 경도를 양호하게 유지하면서 충격소음에 대한 감쇠 성능을 향상시키는 금속 판재 이송롤 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래 구조용 고장력 탄소강 및 저합금강 주강품(SCMnCr3A)은 강도, 인성 및 경도가 우수하고, 내마모성이 양호하여 후판 제조공장 내 후판 이송롤에 적용되어 사용되었다. 하지만, 후판이송롤과의 충격에 의한 파손을 방지하기 위한 높은 경도 특성으로 인하여 후판과의 충격으로 인한 충격소음이 더욱 증가되는 현상이 발생되었다. 이러한 후판과 이송롤간의 충격소음은 작업장 내 소음을 발생시키는 주된 소음원이 되었다.

이에 따라 충격소음을 저감시키기 위하여 후판이송롤 표면에 고무 또는 기타 재질의 소음 흡수재를 감싸는 방식으로 충격소음을 저감시키는 기술을 적용하였지 만 후판이송롤 표면의 소음 흡수재가 후판의 이송속도에 따른 충격량을 견디지 못하고 파손되어 교체주기가 짧아지는 것과 같은 내구성의 저하 문제가 발생하였다.

도 1은 후판 이송시 후판의 처짐 양상을 나타내는 도면으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 후판이송롤(2) 사이의 간격은 약 1m 정도로 후판(1)이 이송되면서 후판(1)의 선단이 후판이송롤(2) 사이에 처지는 현상이 발생되었다. 이에 따라 후판(1)과 후판이송롤(2) 간에 충격이 발생하게 되는데 이러한 충격은 후판(1)의 두께와 이송속도와 연관되어 비례적으로 증가하는 경향을 보인다.

각 후판 제조 공정에서 후판 제품이 이송될 때 후판이송롤과 후판의 충격으로 인해 발생하는 충격소음은 후판의 두께와 길이, 이송속도에 따라 조금씩 차이는 있지만 현장에서 후판이송롤로부터 1m 떨어지고 지상에서 1.5m 높이에서 측정한 경우 대체적으로 95 ~ 115㏈(A) 수준으로 측정되었다. 이와 같은 소음은 산업안전보건법에서 제정한 소음 폭로 제한인 90㏈(A)를 상회하는 수치로서 작업장 내 소음 저감 기술이 적용되어야 하는 수준이었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 후판이송롤의 기존 물성인 강도와 경도를 양호하게 유지하면서 내마모성과 내구성이 우수하고 충격소음 감쇠 성능을 향상시킬 수 있는 금속 판재 이송롤 및 그 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 금속 판재 제조방법은 고망간 합금강의 용탕을 생성하는 단계와; 상기 제조된 용탕을 원심주조에 의해 파이프형의 잉고트를 제조하는 단계와; 상기 잉고트의 표면을 황삭가공하는 단계와; 상기 잉고트를 용체화처리하는 단계와; 상기 잉고트의 표면을 정삭가공하는 단계와; 상기 잉고트의 양단에 샤프트를 용접하는 단계를 포함한다.

상기 용탕을 생성하는 단계에서, 상기 고망간 합금강은 wt%로 Mn : 15~22%, C : 0.1%이하, Si : 0.5%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 함유하는 것을 특징으로 한다.

상기 용탕을 생성하는 단계는 Fe를 주성분으로 하고 C를 0.1 wt% 이하로 함유하는 합금강을 1600℃ 이상에서 용해한 다음, 용해된 용탕에 0.5 wt% 이하의 Si와 15 ~ 22 wt%의 Mn을 출탕 직전에 장입하여 용해시키는 것을 특징으로 한다.

상기 잉고트를 제조하는 단계에서, 상기 용탕을 600 ~ 700 rpm으로 회전하는 원심주조기에 주입한 다음, 10 ~ 15 분간 서냉한 후, 20 ~ 30 분간 수냉하여 잉고트를 제조하는 것을 특징으로 한다.

상기 용체화처리하는 단계에서 상기 잉고트의 용체화처리는 900 ~ 1200℃에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 용체화처리하는 단계에서 상기 잉고트의 용체화처리는 3 ~ 5 시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 금속 판제 이송롤은 wt%로 Mn : 15 ~ 22%, C : 0.1%이하, Si : 0.5%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 함유하는 합금강으로 형성되는 파이프형의 본체와; 상기 본체의 양단에 접합되는 한 쌍의 샤프트를 포함한다.

상기 본체를 형성하는 합금강의 내부 금속조직은 γ-오스테나이트 조직과 ε-마르텐사이트 조직이 계면을 형성하고 있는 것을 특징으로 한다.

상기 한 쌍의 샤프트에는 각각의 단부에 상기 본체의 내경과 대응되는 직경을 갖는 샤프트 지지판이 구비되고, 상기 샤프트 지지판과 이격되어 상기 본체의 단부를 덮는 커버가 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 소음 및 진동 감쇠 성능이 우수한 고망간계 합금강을 이용하여 후판의 장치에 사용되는 이송롤을 만들어 강도와 경도를 양호하게 유지하면서 충격소음에 대한 감쇠 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이에 따라 충격소음에 대한 감쇠 성능을 가진 이송롤로 후판을 이송하는 장 치를 설비를 제작함에 따라 작업장의 소음을 낮출 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 금속 판재 이송롤을 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 금속 판재 이송롤을 나타내는 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 금속 판재 이송롤을 나타내는 단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 금속 판재 이송롤은 파이프형의 본체(10)와, 상기 본체(10)의 양단에 접합되는 한 쌍의 샤프트(20)를 포함한다.

상기 한 쌍의 샤프트(20)에는 각각의 단부에 상기 본체(10)의 내경과 대응되는 직경을 갖는 샤프트 지지판(21)이 구비되고, 상기 샤프트 지지판(21)과 이격되어 상기 본체(10)의 단부를 덮는 커버(23)가 구비된다. 그래서 상기 샤프트 지지판(21)이 상기 본체(10)의 내부로 인입되어 샤프트(20)가 지지되고, 상기 커버(23)를 상기 본체(10)의 단부에 접합하여 본체(10)와 샤프트(20)를 일체화시킨다. 이때, 상기 샤프트(20)는 상기 본체(10)의 양단에 용접되어 접합되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 파이프형의 본체(10)는 wt%로 Mn : 15 ~ 22%, C : 0.1%이하, Si : 0.5%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 함유하는 합금강으로 형성된다.

상기와 같이 구성되는 금속 판재 이송롤의 제조과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 금속 판재 이송롤을 제조하는데 사용되는 고망간 합금강은 증기압이 높아 용해 중 고온에서 증발되기 쉬운 망간(Mn)의 함유량이 일반강에 비해서 높기 때문에 성형 중 망간의 증발을 방지하여 고망간 합금강의 조성을 보장하기 위해서 원심주조법, 바람직하게는 수평원심주조법을 이용하여 이송롤의 본체(10)를 성형한다.

먼저, 용탕의 유동성을 고려하여 1600℃ 이상의 고온에서 Fe를 주성분으로 하고 탄소(C)를 0.1 wt% 이하로 함유하는 합금강을 용해시킨다. 그리고, 용해된 용탕에 0.5 wt% 이하의 Si와 15 ~ 22 wt%의 Mn을 출탕 직전에 장입하여 용해시킨다.

이렇게 고망간 합금강의 용탕을 생성하였다면, 생성된 용탕을 600 ~ 700 rpm으로 회전하는 수평원심주조용 금형에 주입하여 10 ~ 15 분간 서냉한 후, 20 ~ 30 분간 수냉하여 파이프형의 잉고트를 제조한다. 이렇게 제조된 잉고트는 금형에서 꺼낸 후 공냉시킨다. 이렇게 잉고트의 성형 전반에 10 ~ 15 분간 서냉한 후, 20 ~ 30 분간 수냉하고, 다시 공냉시키는 이유는 고망간 합금강의 내부조직이 진동 및 소음저감의 근원인 ε-마르텐사이트 조직을 생성시켜 γ-오스테나이트 조직과의 계면을 형성하기 위해서다.

고망간 합금강이 소음 및 진동을 저감할 수 있는 이유는 전술된 바와 같이 고망간 합금강 내부의 γ-오스테나이트 조직과 ε-마르텐사이트 조직의 계면에서 외부의 충격이 흡수되기 때문이다. 따라서, γ-오스테나이트 조직과 ε-마르텐사이트 조직의 계면이 다량 생성될수록 외부의 충격을 흡수하는 능력이 향상되면서 소음 및 진동을 감쇠시키는 능력이 향상된다.

그리고, 일반적인 주조에 비하여 수평원심주조를 이용하면 수평원심주조시 원심력에 의해 합금강 내 조직이 더욱 치밀해져서 γ-오스테나이트 조직과 ε-마르텐사이트 조직의 계면이 더욱 증가하여 소음 및 진동의 감쇠능이 더욱 우수해 진다.

이렇게 소음 및 진동 저감 능력이 좋은 잉고트가 제조되었다면 잉고트로 이송롤의 본체(10)를 제조하기 위하여 잉고트의 표면을 가공한다. 이때 잉고트의 표면가공은 2회로 나누어 진행하고, 2회의 표면가공 중간에 잉고트를 용체화처리 시킨다. 그 이유는 잉고트의 표면가공시 가공 응력에 의해 고망간계 합금강의 내부조직 중 ε-마르텐사이트 조직이 α'-마르텐사이트 조직으로 변태되는 것을 방지하기 위해서다.

이에 따라 먼저, 잉고트의 표면을 5mm 입도를 갖는 연마장치로 황삭가공 하고, 잉고트를 900 ~ 1200℃에서 3 ~ 5 시간 동안 용체화처리 한 다음, 잉고트의 표면을 0.3mm 입도를 갖는 연마장치로 정삭가공 한다. 이렇게 이송롤의 본체(10)가 제작되었다면 잉고트의 양단에 샤프트(20)를 용접하여 이송롤을 완성한다.

상기 샤프트(20)는 이송롤을 금속 판재의 이송장치에 장착하기 위한 수단으로서, 통상 베어링 하우징에 조립되어 원활하게 회전되도록 원통형의 샤프트가 접합된다.

이하, 본 발명에 따른 고망간 합금강에 첨가된 성분의 함량을 한정한 이유에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

Mn을 15 ~ 20 wt%로 한정하는 이유는, 망간은 합금강 조직 내 ε-마르텐사이트를 생성시켜 진동 감쇠능의 인자인 γ-오스테나이트 조직과 ε-마르텐사이트 조직의 계면 면적을 증가시킨다. 따라서, 망간은 15 wt%이상 첨가해야 α’-마르텐사이트가 사라지고, ε-마르텐사이트만이 생성되고, 20 wt%을 초과하면 합금강 내 ε-마르텐사이트량이 줄어들고 γ-오스테나이트의 비율이 증가하기 때문에 우수한 소음, 진동 감쇠능을 보유할 수 없게 된다.

C을 0.1 wt% 이하로 한정하는 이유는, 과량의 C를 첨가하면 합금 내 C가 γ-오스테나이트와 ε-마르텐사이트 계면의 이동을 방해하여 고착원으로 작용하여 소음, 진동 감쇠능을 저하시키기 때문이다.

Si을 0.5 wt% 이하로 한정하는 이유는, Si는 통상 고망간 합금강 제조시 용탕의 유동성을 향상시키는데 도움이 되지만, Si가 0.5 wt% 이상 첨가되면 SiO₂ 개재물이 생성되어, γ-오스테나이트와 ε-마르텐사이트 계면의 이동을 방해하여 소음, 진동 감쇠능을 저하되고, 경도가 상승하여 공구의 마모가 현저히 커지고 피삭성이 불량하게 되기 때문이다.

다음으로, 본 발명에 따른 이송롤의 인장강도 및 소음 감쇠능을 알아보는 실 험을 실시하였다.

실시예는 본 발명에 따른 이송롤의 본체를 형성하는 고망간 합금강의 조성에 따라 용해로에 Fe를 투입한 후 1,600℃ 이상의 온도로 용해한 후, 여기에 Si과 Mn을 장입하여 용해시키고, 이 용탕을 620rpm으로 회전하는 수평원심주조용 금형에 주입하여 10분간 서냉한 후, 20분간 수냉하여 금형에서 파이프 형태로 제작한 이송롤의 본체를 꺼낸 후 공냉한다. 이러한 본체에 샤프트를 접합하여 이송롤을 제작한다.

이렇게 제조된 이송롤(실시예)의 인장강도를 수준을 알아보기 위하여 실시예에 따른 이송롤의 인장강도를 종래에 이송롤(종래예) 및 본 발명에 따른 고망간 합금강을 가지고 일반주조 방법으로 제작된 이송롤(비교예)의 인장강도와 비교하였고, 그 결과를 아래의 표 1 에 나타내었다.

비 고	합 금 조 성	인장강도 (N/㎟)
종래예	Fe-1.41wt%Mn-0.3wt%C-0.45wt%Si-0.62wt%Cr (SCMnCr3A)	653
비교예	Fe-17.5wt%Mn-0.02wt%C-0.3wt%Si (일반주조)	663
실시예	Fe-17.5wt%Mn-0.02wt%C-0.3wt%Si (원심주조)	738

표 1에서 알 수 있듯이 본 발명에 따른 실시예가 종래예 수준 이상의 인장강도를 보유하고 있어 본 발명에 따른 실시예를 종래예와 대체하여도 무방할 뿐만 아니라 오히려 인강강도가 향상된 것을 확인할 수 있었다.

그리고, 종래예와 실시예를 이용하여 실제 설비 가동 중 발생되는 현장 소음을 비교하였다.

우선 종래예에 따른 이송롤을 금속 판재 이송설비에 설치하고 충격소음을 측정한 다음, 같은 위치에 본 발명에 따른 이송롤을 교체하고 동일한 방법으로 충격소음을 측정하였다.

이때 이송 후판의 종류는 두께 6mm, 9.5mm 2가지를 선정하고, 각 후판 종류에 따라 소음측정을 3회 실시하였으며, 후판의 이송속도는 일정하게 하였다. 또한 소음 측정시 공장 내 다른 지역에서 기본 암소음 이상의 소음이 발생할 경우 측정을 중단하고, 소음이 암소음 이하로 저하된 이후 재측정하는 것을 원칙으로 하였다. 그리고 소음의 측정시 후판과 해당 이송롤 간의 충격 소음 외에 다른 종류의 소음이 유입되지 않도록 소음 측정용 마이크로폰은 바닥에서 높이 1.5m, 이송롤로부터 1m의 거리를 두고 설치하였다. 또한, 후판이 이송되는 순간 발생하는 충격소음을 신호수집장치를 이용해 수집하여 분석장치를 이용하여 각 설치 위치별로 충격시점에서 음압레벨을 분석하였다.

소음측정 결과는 아래의 표 2 및 표 3에 나타내었다.

후판 사이즈	종래예에 따른 충격소음 (㏈)	실시예에 따른 충격소음 (㏈)	소음 차이 (㏈)
6.0ⅹ3,150ⅹ13,000 (㎜)	105.65	101.50	4.15
9.5ⅹ3,000ⅹ12,000 (㎜)	106.77	101.60	5.17

후판 사이즈	종래예에 따른 충격음압 (㎩)	실시예에 따른 충격음압 (㎩)	음압 저감 비율 (%)
6.0ⅹ3,150ⅹ13,000 (㎜)	191,646 P₀	118,850 P₀	38
9.5ⅹ3,000ⅹ12,000 (㎜)	218,022 P₀	120,226 P₀	45

상기 표 2는 후판이 이송되는 순간 발생하는 충격소음을 분석하여 평균한 것으로 종래예과 실시예로 제작한 이송롤의 충격소음의 차이를 확인할 수 있다. 본 발명에 따라 제작한 이송롤이 종래의 이송롤에 비해서 약 4 ~ 5㏈의 소음저감 효과가 있음을 확인할 수 있다. 도 4에 이러한 결과를 그래프로 표현하였다.

도 4에서 1은 후판두께 6mm의 경우 종래예의 소음측정값이고, 2는 후판두께 6mm의 경우 실시예의 소음측정값이며, 3은 후판두께 9.5mm의 경우 종래예의 소음측정값이고, 4는 후판두께 9.5mm의 경우 실시예의 소음측정값이다.

상기 표 3은 실험 중 얻은 음압레벨을 이용하여 음압으로 환산한 뒤 종래예과 실시예로 제작한 이송롤의 충격소음음압의 차이를 비교한 것인데 본 발명에 따라 제작한 이송롤의 충격소음음압이 종래의 이송롤에 비해 1/2 ~ 1/2.5 수준으로 저감되는 것을 확인할 수 있다.

도 1은 후판 이송시 후판의 처짐 양상을 나타내는 도면이고,

도 2는 본 발명에 따른 금속 판재 이송롤을 나타내는 사시도이며,

도 3은 본 발명에 따른 금속 판재 이송롤을 나타내는 단면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 금속 판재 이송롤을 제조하는 과정을 나타내는 순서도이며,

도 5는 소음 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 본체 20: 샤프트

21: 샤프트 지지판 23: 커버

Claims

고망간 합금강의 용탕을 생성하는 단계와;

상기 제조된 용탕을 원심주조에 의해 파이프형의 잉고트를 제조하는 단계와;

상기 잉고트의 표면을 황삭가공하는 단계와;

상기 잉고트를 용체화처리하는 단계와;

상기 잉고트의 표면을 정삭가공하는 단계와;

상기 잉고트의 양단에 샤프트를 용접하는 단계를 포함하는 금속 판재 이송롤의 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 용탕을 생성하는 단계에서,

상기 고망간 합금강은 wt%로 Mn : 15~22%, C : 0%초과 0.1%이하, Si : 0%초과 0.5%이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 판재 이송롤의 제조방법.
청구항 2에 있어서,

상기 용탕을 생성하는 단계는

C를 0 wt% 초과 0.1 wt% 이하로 함유하고, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 함유하는 합금강을 1600℃ 이상에서 용해한 다음, 용해된 용탕에 0 wt% 초과 0.5 wt% 이하의 Si와 15 ~ 22 wt%의 Mn을 출탕 직전에 장입하여 용해시키는 것을 특징으로 하는 금속 판재 이송롤의 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 잉고트를 제조하는 단계에서,

상기 용탕을 600 ~ 700 rpm으로 회전하는 원심주조기에 주입한 다음,

10 ~ 15 분간 서냉한 후, 20 ~ 30 분간 수냉하여 잉고트를 제조하는 것을 특징으로 하는 금속 판재 이송롤의 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 용체화처리하는 단계에서

상기 잉고트의 용체화처리는 900 ~ 1200℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 판재 이송롤의 제조방법.
청구항 5에 있어서,

상기 용체화처리하는 단계에서

상기 잉고트의 용체화처리는 3 ~ 5 시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 판재 이송롤의 제조방법.
wt%로 Mn : 15 ~ 22%, C : 0%초과 0.1%이하, Si : 0%초과 0.5%이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 함유하는 합금강으로 형성되는 파이프형의 본체와;

상기 본체의 양단에 접합되는 한 쌍의 샤프트를 포함하는 금속 판재 이송롤.
청구항 7에 있어서,

상기 본체를 형성하는 합금강의 내부 금속조직은 γ-오스테나이트 조직과 ε-마르텐사이트 조직이 계면을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 금속 판재 이송롤.
청구항 7에 있어서,

상기 한 쌍의 샤프트에는 각각의 단부에 상기 본체의 내경과 대응되는 직경을 갖는 샤프트 지지판이 구비되고, 상기 샤프트 지지판과 이격되어 상기 본체의 단부를 덮는 커버가 구비되는 것을 특징으로 하는 금속 판재 이송롤.