KR101119791B1 - 반송 롤 및 연속 어닐링로용 하스 롤 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표면에 용사 피막을 갖는 강판 제조용 반송 롤 및 연속 어닐링로용 하스 롤에 있어서, 상기 용사 피막이 세라믹 성분 함유율 80 vol% 이하인 서멧 또는 내열 합금으로 이루어지고, 상기 용사 금속 상에 용사 금속 Cr, Si, Zr, Al 중 어느 1종류 또는 2종류 이상으로 이루어지는 산화물층을 갖고, 상기 산화물층의 표면을 JISB0633에 준거하여 컷 오프값을 초기값으로 설정하여 측정한 거칠기 파라미터 R과, 컷 오프값을 상기 초기값의 1/10으로 설정하여 측정한 거칠기 파라미터 R'와의 비 R/R'를 4 이상으로 한다.
서멧, 내열 합금, 컷 오프, 반송 롤, 하스 롤
Description
본 발명은 용사 피막을 표면에 설치하고, 통판시의 금속 판재의 슬립, 사행, 롤 표면에의 먼지 부착, 빌드업을 억제한 반송 롤 및 연속 어닐링로용 하스 롤(hearth roll)에 관한 것이다.
금속 판재의 제조 설비, 특히 제철 프로세스 라인에 있어서, 반송 롤을 고속 회전시켜 강판을 통판할 때에는 강판의 슬립, 사행, 반송 롤 표면에의 먼지 부착, 빌드업 등의 현상이 발생한다. 통판시에, 강판의 슬립이 발생하면 강판의 표면에 슬립 손상이 부여되어 표면 품질을 손상시키고, 사행이 발생하면 통판 속도가 저하되어 생산성이 저하된다.
또한, 반송 롤의 표면에 먼지 부착, 빌드업이 발생하면, 먼지, 이물질의 형상이 강판의 표면에 전사되어 표면 품질을 손상시켜 강판의 등급이 떨어질 뿐만 아니라, 또한 반송 롤의 표면에 부착된 이물질을 제거하는 손질이 필요해져 생산성이 저하된다.
이와 같은 문제는, 특히 고온 분위기 내를 통판하는 연속 어닐링로용 하스 롤에서는 현저하다.
강판의 슬립, 사행은 강판과 롤의 마찰력 부족에 기인하여 발생하는 것이다. 따라서, 슬립, 사행을 방지하기 위해서는 반송 롤의 표면 조도를 크게 하여 마찰 계수를 높이고, 마찰력을 확보하여 강판의 부상을 억제하는 것이 필요하다. 한편, 반송 롤의 표면에의 먼지 부착은 강판 표면의 철분, 슬러지 등의 이물질이 반송 롤의 표면에 부착하는 현상이며, 빌드업은 강판의 표면의 철, 망간 산화물 등이 반송 롤 표면에 부착하여 퇴적되는 현상이다.
이들을 방지하기 위해서는, 먼지 부착의 원인이 되는 철분, 슬러지 및 강판 표면의 이물질 등, 및 빌드업원인 철 및 망간 산화물 등의 부착 또는 맞물림의 억제가 유효하여 반송 롤의 표면 조도를 작게 하는 것이 필요하다. 즉, 반송 롤의 표면 조도의 조정에 의해 강판의 슬립ㆍ사행 방지와, 먼지 부착ㆍ빌드업의 억제를 양립시키려고 하면, 대책이 상반되어 있으므로 최적화는 곤란하다.
강판의 슬립, 사행, 롤의 표면에의 먼지 부착, 빌드업을 억제하는 대책으로서, 롤의 표면에 용사 피막을 형성한 후에 덜 가공(dull-working)을 실시하는 방법(일본 특허 공고 평7-57904호 공보), 덜 가공을 실시한 후에 용사 피막을 형성하는 방법(일본 특허 공고 평7-47766호 공보, 일본 특허 출원 공개 평9-157826호 공보), 용사 피막을 형성한 후에 연마를 실시하는 방법(일본 특허 출원 공개 평10-168527호 공보, 일본 특허 출원 공개 평10-168528호 공보), 덜 가공을 실시한 후에 용사 피막을 형성하고, 또한 연마를 실시하는 방법(일본 특허 공고 평7-22773호 공보, 일본 특허 출원 공개 평7-1021호 공보, 일본 특허 출원 공개 평7-39918호 공보, 일본 특허 출원 공개 제2005-105338호 공보)이 제안되어 있다.
그러나, 어떠한 방법에 의해서도 강판의 슬립, 사행 방지와, 롤 표면에의 먼지 부착, 빌드업 방지의 양립은 곤란하였다.
즉, 일본 특허 공고 평7-57904호 공보에 제안된 방법에서는, 레이저 가공에 의해 천공한 구멍의 측벽이 급준해지므로 먼지 막힘이 발생하기 쉬워진다. 또한, 레이저 가공부에는 미세 균열이 발생하므로 표면 조도가 커져 먼지 부착, 빌드업이 발생하기 쉬워진다. 또한, 일본 특허 공고 평7-47766호 공보, 일본 특허 출원 공개 평9-157826호 공보에 제안된 방법에서는, 용사 피막의 표면이 용사와 같은 거친 표면이 되어 먼지 부착, 빌드업이 발생하기 쉽다. 또한, 일본 특허 출원 공개 평10-168527호 공보, 일본 특허 출원 공개 평10-168528호 공보에 제안된 방법에서는, 표면 거칠기 Ra가 작아지고, 강판의 슬립, 사행이 발생하기 쉬워진다. 또한, 일본 특허 공고 평7-22773호 공보, 일본 특허 출원 공개 평7-1021호 공보, 일본 특허 출원 공개 평7-39918호 공보에 제안된 방법은, 용사 피막 표면에 발생한 돌기부만의 표면 조도를 낮게 하는 것으로, 고온에서 연화된 강판을 반송하는 경우에는 돌기 주변의 경사부가 강판에 접촉하여, 롤에 빌드업이 발생하기 쉬운 문제가 있었다.
또한, 일본 특허 출원 공개 제2005-105338호 공보에서는, 숏 블라스트 또는 브러시 가공에 의해 용사 피막 표면을 가공하고, JISB0633에 준거하여 컷 오프값을 초기값으로 설정하여 측정한 거칠기 파라미터 R(Ra, Rq, Rp, Rv, Rz 중 어느 하나)과, 컷 오프값을 상기 초기값의 1/10으로 설정하여 측정한 거칠기 파라미터 R'와의 비 R/R'를 4 이상으로 함으로써 빌드업을 억제하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 이 방법에서는 용사 피막 표면의 미세한 요철을 작게 할 수 있지만, 숏 블라스트 또는 브러시 가공에 의해 용사 피막 표면에 새로운 변질층을 형성해 버려, 이것이 원인으로 먼지 부착, 빌드업을 완전하게 방지할 수 없다는 문제가 있었다.
그래서 본 발명은, 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고, 용사 피막 상의 먼지 부착, 또는 빌드업 발생을 해결한 반송 롤 및 연속 어닐링로용 하스 롤을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명자는, 우선 일본 특허 출원 공개 제2005-105338호 공보를 기초로 하여 용사 피막 상에 숏 블라스트 또는 브러시 가공을 행해 보았다. 그 결과, 표면의 미세한(마이크로한) 요철이 작아져 어느 정도 먼지 부착, 빌드업 발생을 억제할 수 있는 것을 확인하였다.
그러나, 억제 효과가 충분하지 않기 때문에, 그 원인을 여러 가지 조사한 결과, 숏 블라스트 또는 브러시 가공을 용사 피막 표면에 실시하면, 서멧 용사 피막에서는 용사 피막 표면에 새롭게 금속 신생면이 노출되어 반응성이 증가하여, 먼지, 빌드업원이 부착되기 쉬워지는 것, 또한 세라믹 용사 피막 및 세라믹 성분이 많은 서멧 용사 피막에서는, 용사 피막 중의 세라믹스 및 그 주위에 균열이 발생하여, 이에 먼지나 빌드업원이 맞물리기 쉬워지므로, 결과적으로 먼지 부착, 빌드업 발생의 원인으로 되어 있는 것을 확인하였다.
본 발명자는, 이 문제를 해결하는 수단으로서, 용사 피막 성분을 세라믹 함유량 80 vol% 이하로 하고, 또한 숏 블라스트 또는 브러시 가공 후에 용사 피막 표면에 산화 처리, 크롬산 처리 또는 실리카 등의 산화 피막 형성 처리를 실시하는 것이 유효한 것을 발견하여, 본 발명을 완성시키는 데 이르렀다.
본 발명이 요지로 하는 바는 이하와 같다.
(1) 표면에 용사 피막을 갖는 강판 제조용 반송 롤이며, 상기 용사 피막이 세라믹 성분 함유율 80 vol% 이하인 서멧 또는 내열 합금으로 이루어지고, 상기 용사 피막 상에 용사 금속, Cr, Si, Zr, Al 중 어느 1종류 또는 2종류 이상으로 이루어지는 산화물층을 갖고, 상기 산화물층의 표면을 JISB0633에 준거하여 컷 오프값을 초기값으로 설정하여 측정한 거칠기 파라미터 R과, 컷 오프값을 상기 초기값의 1/10으로 설정하여 측정한 거칠기 파라미터 R'와의 비 R/R'가 4 이상인 것을 특징으로 하는 반송 롤.
(2) 상기 반송 롤에 있어서, 상기 거칠기 파라미터가 산술 평균 거칠기 Ra, 제곱 평균 평방근 거칠기 Rq, 거칠기 곡선의 최대 산 높이 Rp, 거칠기 곡선의 최대 골 깊이 Rv, 최대 높이 거칠기 Rz 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반송 롤.
(3) 상기 반송 롤에 있어서, 롤 모재 표면과 용사 피막 사이에 내열 합금의 하지층을 더 갖는 것을 특징으로 하는 반송 롤.
(4) 상기 반송 롤에 있어서, 상기 산화물층의 두께가 0.01 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 반송 롤.
(5) 상기 반송 롤을 사용한 연속 어닐링로용 하스 롤이며, 컷 오프값을 2.5 ㎜로 설정하여 측정한 외주의 스트레이트부의 거칠기 파라미터 Ra가 2 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 연속 어닐링로용 하스 롤.
(6) 상기 연속 어닐링로용 하스 롤에 있어서, 외주의 축 방향 중앙 부분에 스트레이트부를 갖고, 상기 스트레이트부의 양측에 테이퍼부를 마련하고, 컷 오프값을 0.8 ㎜로 설정하여 측정한 상기 테이퍼부의 거칠기 파라미터 Ra가 0.1 내지 2 ㎛인 것을 특징으로 하는 연속 어닐링로용 하스 롤.
본 발명에 따르면, 강판의 통판시에 문제가 되는 슬립, 사행, 먼지 부착, 빌드업을 동시에 해결할 수 있는 반송 롤, 특히 연속 어닐링로용 하스 롤의 제공이 가능해지고, 반송 롤 및 연속 어닐링로용 하스 롤에 기인하는 강판 흠집을 방지하여 강판 품질의 향상을 도모할 수 있고, 또한 고속으로 안정된 통판이 가능해져 생산성을 향상시킬 수 있는 등, 산업상 유용한 현저한 효과를 발휘한다.
도1은 본 발명의 반송 롤의 제작 순서를 나타내는 개략도로, 모재 롤을 도시하는 도면이다.
도2는 본 발명의 반송 롤의 제작 순서를 나타내는 개략도로, 알루미나 그리드 블라스트 가공을 도시하는 도면이다.
도3은 본 발명의 반송 롤의 제작 순서를 나타내는 개략도로, 내열 합금의 하지층을 도시하는 도면이다.
도4는 본 발명의 반송 롤의 제작 순서를 나타내는 개략도로, 서멧 용사 피막을 도시하는 도면이다.
도5는 본 발명의 반송 롤의 제작 순서를 나타내는 개략도로, 롤 표면의 미세 균열이나 신생면을 도시하는 도면이다.
도6은 본 발명의 반송 롤의 제작 순서를 나타내는 개략도로, 롤 표면을 도시 하는 도면이다.
본 발명자는 강판의 슬립, 사행, 먼지 부착, 빌드업을 해결하기 위해, 우선 표면에 용사 피막을 갖는 반송 롤과, 그 용사 피막 표면에 숏 블라스트 가공 혹은 브러시 가공을 실시한 반송 롤을 각각 제작하여 각각을 평가하였다. 그 결과, 가공 후의 피막 표면은, 어떠한 가공에 있어서도 미세한(마이크로한) 요철이 적어져 있고, 또한 높이가 수 ㎛ 내지 몇십 ㎛이고, 피치가 몇십 내지 몇백 ㎛인 거시적인 요철을 보유할 수 있는 것을 확인하였다.
이들 반송 롤 표면의 형상을 정량적으로 평가하기 위해 거칠기 파라미터를 측정하였다. 용사 자체의 피막에서는, 컷 오프값 2.5 ㎜의 Ra는 5.6 ㎛, 컷 오프값 0.25 ㎜의 Ra'는 2.1 ㎛였던 데 반해, 숏 블라스트 가공 후의 피막에서는, 컷 오프값 2.5 ㎜의 Ra는 5.4 ㎛, 컷 오프값 0.25 ㎜의 Ra'는 0.9 ㎛, 브러시 가공 후의 피막에서는 컷 오프값 2.5 ㎜의 Ra는 5.5 ㎛, 컷 오프값 0.25 ㎜의 Ra'는 0.9 ㎛였다. 용사 자체의 피막, 상기 샷 가공 피막 및 상기 브러시 가공 피막에서는, 거칠기 파라미터의 비 Ra/Ra'는 각각 2.7, 6.0 및 6.1이며, 거칠기 파라미터의 비 R/R'가 4 이상인 샷 가공 피막 및 브러시 가공 피막은 강판의 슬립, 사행을 방지할 수 있고, 또한 먼지 부착, 빌드업 발생이 어느 정도 억제되는 것을 확인할 수 있었다.
그러나, 숏 블라스트 가공 또는 브러시 가공만으로는 먼지 부착, 빌드업 발생은 억제할 수 있지만 충분하지 않아, 이 원인에 대해 여러 가지 조사하였다.
그 결과, 여기에는 주로 2개의 원인이 있는 것을 발견하였다.
첫째로, 서멧 용사 피막에서는, 숏 블라스트 가공 또는 브러시 가공을 용사 피막 표면에 실시하면, 표면에 새롭게 금속 신생면이 노출되어 그곳이 부착, 반응하기 쉬워지므로, 그곳에 먼지 부착, 빌드업 발생이 일어나고 있었다. 둘째로, 세라믹 용사 피막 및 세라믹 성분이 많은 서멧 용사 피막에서는, 용사 피막 중의 세라믹스 및 그 주변에 숏 블라스트 가공 또는 브러시 가공에 의해 균열이 발생하여, 이 균열에 먼지나 빌드업원이 맞물리기 쉬워지므로, 그곳에 먼지 부착, 빌드업 발생이 일어나고 있었다.
본 발명자는 이 문제를 해결하는 수단으로서 이하 2점을 발견하였다.
첫째로, 용사 피막의 표면에 숏 블라스트 가공 또는 브러시 가공한 후, 그 표면에 용사 피막 중의 금속 성분(용사 금속), Cr, Si, Zr, Al 중 어느 1종류 또는 2종류 이상으로 이루어지는 산화물층을 형성시키는 것이다. 즉, 용사 피막의 산화 처리, 크롬산 처리 또는 실리카, 지르코니아, 알루미나 중 어느 1종류 혹은 2종류 이상으로 이루어지는 산화 피막 형성 처리를 실시하는 것이다. 이에 의해, 숏 블라스트 가공 또는 브러시 가공 후에 새롭게 노출된 금속 신생면이 산화물 피막으로 덮이므로, 먼지 부착, 빌드업 발생이 일어나지 않는다.
둘째로, 서멧 용사 피막의 세라믹 성분을 80 vol% 이하로 하는 것이다. 이에 의해, 숏 블라스트 가공 또는 브러시 가공에 의해 피막 중의 금속 성분이 소성 변형됨으로써 피막의 변형을 흡수하여, 피막 중의 세라믹스 및 그 주위에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.
본 발명은, 세라믹 성분 함유율이 80 vol% 이하인 서멧 또는 내열 합금의 용사 피막 상에 용사 금속, Cr, Si, Zr, Al 중 어느 1종류 또는 2종류 이상으로 이루어지는 산화물층을 갖고, 그 표면을 JISB0633에 준거하여 컷 오프값을 초기값으로 설정하여 측정한 거칠기 파라미터 R과, 컷 오프값을 상기 초기값의 1/10으로 설정하여 측정한 거칠기 파라미터 R'와의 비 R/R'가 4 이상인 것을 특징으로 하는 반송 롤, 특히 연속 어닐링로용 하스 롤이다.
용사 피막 중의 세라믹 성분 함유율은 사전에 금속과 세라믹스의 비율을 조정한 원료 분말을 사용하여 용사 시공함으로써 80 vol% 이하로 할 수 있고, 금속과 세라믹스의 2종류의 분말을 공급량을 조정하면서 용사 시공하는 것으로도 80 vol% 이하로 할 수 있다. 또한, 용사 시공 후의 피막 단면 조직을, 예를 들어 SEM에 의해 관찰함으로써 세라믹 성분 함유율을 확인할 수 있다.
여기서, 용사 피막 중의 세라믹 성분 함유율은 높을수록 고강도이며, 낮을수록 고인성이 된다. 그래서 본 발명은 서멧 용사 피막의 세라믹 성분을 80 vol% 이하로 함으로써, 숏 블라스트 가공 또는 브러시 가공에 의해 피막 중의 금속 성분이 소성 변형됨으로써 피막의 변형을 흡수하여, 피막 중의 세라믹스 및 그 주위에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 매트릭스로 되는 내열 합금의 고온강도가 사용상 충분하면, 용사 피막 중의 세라믹스 성분 함유율을 0 vol%로 하여, 용사 피막은 이 내열 합금만이 되어도 좋다.
용사 상태에서는 용사 피막의 표면에는 미세한(마이크로한) 요철이 남기 때 문에, 예를 들어 용사 피막의 표면에 직경 10 내지 5000 ㎛인 금속 또는 세라믹 구를 투사하여 숏 블라스트 가공하거나, 세라믹 또는 세라믹 지립 함유 수지 브러시의 디스크를 표면에 부착하여 브러시 가공한다.
숏 블라스트 가공 또는 브러시 가공 후에는 용사 금속의 산화물층을 얻는 산화 처리, 크롬 산화물층을 얻는 크롬산 처리, 또는 실리카, 지르코니아, 알루미나 중 어느 1종류 혹은 2종류 이상으로 이루어지는 산화물층을 얻는 산화 피막 형성 처리를 실시한다.
용사 피막의 산화 처리, 크롬산 처리, 또는 실리카, 지르코니아, 알루미나 중 어느 1종류 혹은 2종류 이상으로 이루어지는 산화 피막 형성 처리에 의해 금속 신생면의 노출부를 산화물로 덮는 동시에, 표면의 매우 미세한 기공ㆍ균열을 충전함으로써 표면의 평활성이 현저하게 향상되므로, 먼지 부착, 빌드업 발생을 억제할 수 있다.
단, 이들 처리에 의한 피막의 두께가 필요 이상으로 두꺼워지면, 먼지 부착, 빌드업 발생의 원인이 되는 성분, 예를 들어 Fe, Mn 및 그 산화물과의 반응이 촉진되므로, 10 ㎛ 이하를 박막으로 하는 것이 필요하다. 또한, 피막 두께는 0.01 ㎛ 이상 있으면 먼지 부착, 빌드업 발생을 방지할 수 있다.
산화 처리는 대기 중에서 300 ℃ 내지 600 ℃의 고온으로 10분 내지 10시간 정도의 시간 유지하는 조건에서 행한다. 이 처리에서 0.01 내지 10 ㎛의 두께의 용사 금속 산화물층을 얻을 수 있다.
크롬산 처리는 크롬산을 5 내지 90 vol% 포함하는 수용액에 침지, 도포, 또 는 스프레이한 후에, 350 ℃ 내지 550 ℃로 소성하는 조건에서 행한다. 이를 반복함으로써, 처리 피막의 막 두께를 변화시킬 수 있지만, 횟수를 증가시킬 때마다 피막이 두꺼워지므로, 3회 이내 정도의 처리에서 종료시키는 것이 바람직하다. 이 처리에서 0.01 내지 10 ㎛의 두께의 크롬 산화물층을 얻을 수 있다.
실리카, 지르코니아, 알루미나 중 어느 1종류 혹은 2종류 이상으로 이루어지는 산화 피막 형성 처리는, 예를 들어 실리콘, 지르코늄, 알루미늄의 알콕시드 중 어느 1종류 혹은 2종류 이상을 5 내지 90 vol% 포함하는 알코올 수용액에 침지, 도포, 또는 스프레이한 후에, 100 ℃ 내지 500 ℃로 소성하는 조건에서 행한다. 이를 반복함으로써, 처리 피막의 막 두께를 변화시킬 수 있지만, 이 경우도 횟수를 증가시킬 때마다 피막이 두꺼워지므로, 10회 이내 정도의 처리에서 종료시키는 것이 바람직하다. 이 처리에서 0.01 내지 10 ㎛의 두께의 실리카, 지르코니아, 알루미나 등의 산화물층을 얻을 수 있다.
거칠기 파라미터에 대해서는, JISB0633에 준거하여 컷 오프값을 초기값으로 설정하여 측정한 거칠기 파라미터 R과, 컷 오프값을 상기 초기값의 1/10으로 설정하여 측정한 거칠기 파라미터 R'와의 비 R/R'를 사용한다. 표면 조도의 측정에 있어서, 컷 오프값의 초기값은 거칠기 파라미터의 수치에 따라서 JISB0633에 준거하여 결정하는 것으로 하고, 예를 들어 Ra가 2 내지 10 ㎛인 범위의 경우, 컷 오프값의 초기값을 2.5 ㎜로 설정하면 된다.
여기서, 거칠기 파라미터 R, R'는 JISB0601에 기재된 산술 평균 거칠기 Ra, 제곱 평균 평방근 거칠기 Rq, 거칠기 곡선의 최대 산 높이 Rp, 거칠기 곡선의 최고 골 깊이 Rv, 최대 높이 거칠기 Rz 중 어느 것이라도 좋다. 이중에서, 롤의 설계에 사용되는 가장 일반적인 거칠기 파라미터는 Ra이며, 예를 들어 연속 어닐링로용 하스 롤에 대해서는, 거칠기 파라미터로서 Ra를 채용하는 것이 바람직하다.
숏 블라스트 가공 또는 브러시 가공을 행하면, 표면의 마이크로한 요철이 미끄러워지지만, 거시적인 요철이 남는다. 이에 의해, 거칠기 파라미터 R은 변화되지 않지만, 거칠기 파라미터 R'가 작아지고, 숏 블라스트 가공 또는 브러시 가공을 행함으로써 R/R'가 4 이상이 되므로, 강판의 슬립, 사행을 방지할 수 있고, 또한 먼지 부착, 빌드업 발생을 억제할 수 있다. 또한, R/R'의 상한은 특별히 규정하지 않지만, R'가 작아지는 현실적인 한계로부터 통상 10 이하가 바람직하다.
또한, 연속 어닐링로용 하스 롤에서는 컷 오프값을 2.5 ㎜로 설정하여 측정한 거칠기 파라미터 Ra는 2 ㎛보다도 작으면 강판이 슬립, 사행하기 쉬우므로 2 ㎛ 이상인 것이 바람직하고, 거시적인 요철이 크면 롤 표면의 요철이 강판에 전사되어 강판의 표면 품질을 손상시키는 경우가 있으므로, 상한은 30 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
거칠기 파라미터의 측정은 용사 후의 반송 롤 또는 연속 어닐링로용 하스 롤의 표면에서 직접 행해도 좋고, 소편(小片)을 채취하여 행해도 좋지만, 이들 소재로부터 잘라낸 소편 또는 동일 소재의 강판, 주강의 소편에 동일한 조건에서 용사한 시료를 사용하여 행해도 좋다. 또한, 반송 롤 또는 연속 어닐링로용 하스 롤의 표면에 용사 피막의 밀착성 향상 및 거칠기 부여를 위해 그리드 블라스트 등의 전처리를 행하는 경우에는, 거칠기 측정용 시료의 표면에도 같은 전처리를 행하는 것 이 바람직하다.
산화 처리, 크롬산 처리 및 산화 피막 형성 처리 중, 어떠한 처리 후라도 매크로에도 마이크로에도 표면 조도는 거의 변화되지 않는다.
또한, 용사 피막 두께는 그 하지층을 포함하여, 통상 20 내지 300 ㎛의 범위이다.
연속 어닐링로용 하스 롤에서는, 축 방향 중앙 부분의 500 내지 1000 ㎜는 플랫으로 하고, 양단부에 반경 감소량/테이퍼부 길이의 비로 0.1/1000 내지 10/1000 정도에서 경사진 테이퍼부를 마련하여 롤에 크라운을 부여한다. 이 경우에, 테이퍼부의 거칠기 파라미터는 컷 오프값 0.8 ㎜의 Ra를 0.1 내지 2 ㎛로 하는 것이 바람직하다. 이는, 테이퍼부의 거칠기 파라미터 Ra가 0.1 ㎛보다도 작으면 강판의 슬립이 증가하고, 2 ㎛보다도 크면 강판의 중앙부에서 교축 현상에 의한 버클링이 발생하기 쉬워지기 때문이다.
다음에, 본 발명의 반송 롤 및 어닐링로용 하스 롤의 제조 방법에 대해 설명한다.
우선, 롤 모재로서는 스테인레스계 내열 주강이 사용되고, 특히 SCH22가 최적이다.
본 발명의 반송 롤 및 어닐링로용 하스 롤의 표면에의 용사 피막 또는 그 하지층의 형성은 밀착성 향상 및 거칠기 부여를 위해 그리드 블라스트를 행한 후에 고속 프레임 용사, 고속 가스 용사(High Velocity Oxygen-Fuel Thermal Spraying Process, HVOF라 함), 폭발 용사(Detonation Gun Process, D-gun이라 함), 플라즈 마 용사 등에 의해 통상의 용사 조건에서 행하면 된다.
이에 의해, JISB0633에 준거하여 컷 오프값을 2.5 ㎜로 하여 측정한 표면 거칠기 파라미터 Ra가 2 내지 30 ㎛인 거시적인 요철을 갖는 용사 피막을 얻을 수 있다.
HVOF에 의해 용사하는 경우에는, 연료 가스를 케로신, C3H8, C2H2, C3H6 중 어느 하나로 하고, 연료 가스의 압력을 0.1 내지 1 ㎫, 연료 가스의 유량을 10 내지 500 ℓ/분으로 하고, 산소 가스의 압력을 0.1 내지 1 ㎫, 산소 가스의 유량을 100 내지 1000 ℓ/분으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 플라즈마 용사의 경우에는, 작동 가스를 Ar-H2, He 중 어느 하나로 하고, 작동 가스의 유량을 100 내지 300 ℓ/분, 출력을 10 내지 200 ㎾로 하는 것이 바람직하다.
이들 용사 피막의 원료 분체의 입도는 10 내지 50 ㎛로 하는 것이 바람직하다.
용사 피막은 반송 롤 및 연속 어닐링로용 하스 롤의 빌드업을 억제하기 위해서는, CrB2, ZrB2, Cr3C2, ZrO2, Al2O3, Cr2O3, Y2O3, 또는 그들 복합 산화물로 이루어지는 세라믹스 및 CoNiCrAlY, CoCrAlY, NiCoCrAlY 등의 내열 합금으로 이루어지는 서멧을 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 용사 피막으로서 사용하는 내열 합금 또는 용사 피막의 하지층에 사용하는 내열 합금은 상기한 CoNiCrAlY, CoCrAlY, NiCoCrAlY 등 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
재질로서 도1에 도시하는 SCH-22를 사용한 롤 모재(1)의 표면에, 도2에 도시한 바와 같이 알루미나 그리드 블라스트 가공을 실시하였다. 이때의 롤 모재 표면(2)의 표면 거칠기는 컷 오프값 2.5 ㎜인 표면 거칠기 파라미터 Ra로 2 내지 10 ㎛의 범위로 한다. 경우에 따라서는, 도3에 도시한 바와 같이 롤 모재 표면에 상기 내열 합금의 하지층(3)을 실시한다.
이 모재 상 또는 하지층 상에, 도4에 도시한 바와 같이 내열 합금 또는 서멧으로 이루어지는 용사 피막(4)을, 50 내지 300 ㎛의 두께가 되도록 HVOF, D-gun, 플라즈마 용사에 의해 용사하여 각종 용사 샘플을 작성하였다.
또한, 용사 조건은 통상의 범위로 하였다. 모재 롤(1)로서는 직경 1 m의 플랫 롤을 이용하였지만, 일부, 단부의 직경을 중앙부의 직경보다도 2 ㎜ 정도 작게 하고, 축 방향 중앙 부분의 700 ㎜는 플랫으로 하여 양단부에 경사진 테이퍼부가 있는 크라운 롤도 사용하였다.
다음에, 샘플 표면에 직경 10 내지 5000 ㎛의 금속 또는 세라믹 구를 투사하는 숏 블라스트 가공, 세라믹 브러시 또는 세라믹 지립 함유 수지 브러시에 의한 브러시 가공 중 어느 하나(표면 가공)를 행하였다. 이 용사 피막의 Ra, Rz를 컷 오프값 2.5 ㎜와 컷 오프값을 0.25 ㎜로 하여 측정하였다. 이 시점에서 표면 거칠기를 측정하여 적어도 R/R'가 4 이상으로 되어 있는 것을 확인하였다.
즉, 이 시점에서의 롤 표면은, 마이크로적으로는 원활하고, 매크로적으로는 요철이 있는 상황이지만, 도5에 도시한 바와 같이 미세 균열(8)이나 신생면(7)이 약간 노출되어 있었다. 이 상태에서 롤을 사용하면, 미세 균열(8)이나 신생면(7)에 빌드업원(10)이 부착하는 일이 있을 수 있었다.
산화 처리는 대기중 400 ℃에서 실시하였다. 이 처리에서 0.1 ㎛ 정도의 두께의 용사 금속 산화물층(12)을 얻을 수 있다.
크롬산 처리로서, 60 % 크롬산 수용액을 스프레이한 후에 550 ℃에서 5시간 소성을 행하고, 이를 2회 반복하였다. 이 처리에서 0.1 ㎛ 정도의 두께의 크롬 산화물층을 얻을 수 있다. 실리카, 지르코니아, 알루미나의 산화 피막 형성 처리로서, 실리콘, 지르코니아, 알루미나의 10 % 금속 알콕시드 알코올 수용액을 스프레이한 후에 200 ℃의 소성을 2회 행하였다. 이 처리에서 1 ㎛ 정도의 두께의 산화물층을 얻을 수 있었다.
이들 산화 처리, 크롬산 처리 및 산화 피막 형성 처리 중 어느 하나의 처리(가공 후처리)에 의해, 도6에 도시한 바와 같이 미세 균열(8)이나 금속 신생면(7)의 롤 표면에의 노출을 없앨 수 있었다. 이에 의해, 예를 들어 빌드업원(10)이 롤 표면(9)에 충돌해도 빌드업원(10)이 부착되는 일이 없다.
상기 조건에서 제작한 용사 피막의 Ra, Rz를 컷 오프값 2.5 ㎜와 컷 오프값을 0.25 ㎜로 하여 재측정하여 최종적으로 평가하였다.
본 발명 피막을 실제 기계 연속 어닐링로의 균열대(均熱帶)의 하스 롤(롤 : Φ 1 m, 분위기 : 온도 850 ℃, 질소-수소 3 %, 이슬점 -30 ℃, 강판 : 장력 10 ㎫, 강판 평균 두께 1 ㎜t, 속도 300 mpm, 강종 하이텐)에 적용하여 1년 사용한 결과를 표1에 정리하였다.
발명예 1 내지 발명예 9는, 용사 피막의 성분을 바꾸어 상기한 일련의 제조 방법으로 제조된 반송 롤이다. 이들은, 강판의 반송 중에 모두 슬립이 발생하기 어렵고, 이에 의해 워크(walk)가 발생하지 않아, 결과적으로 통판성이 좋았다. 또한, 1년 사용해도 빌드업이 발생하지 않고, 양호한 통판성은 1년 동안 처음부터 끝까지 유지되었다.
발명예 10은 발명예 1의 용사 피막층 하에 하지층을 실시한 것이지만, 발명예 1과 마찬가지로 1년의 사용 후에도 통판성과 내(耐)빌드업성이 유지되고 있었다. 이 하지층은 용사 피막에 비해 연성 및 인성이 높은 것에 의해, 하지층이 없는 용사 피막에 비해 피로 강도가 높고 수명이 길다.
발명예 11은 발명예 4와 같지만, 크라운 롤을 사용하고 있다. 롤 형상이 다르지만, 발명예 4와 마찬가지로 1년의 사용 후에도 통판성과 내빌드업성이 유지되고 있었다.
한편, 본 발명에 비해 산화 처리 등의 가공 후처리를 실시하지 않은 비교예1 내지 비교예 3에서는, 1년 동안 통판성이 유지되었지만, 1년의 사용 후에 빌드업이 발생하였다. 이는 표면에 약간 노출되어 있던 미세 균열이나 신생면이 기점으로 되어 있었다.
또한, 숏 블라스트 등의 표면 가공과 가공 후처리의 양방을 실시하지 않은 비교예 4에서는 빌드업이 격렬하게 발생한 후에, 워크가 발생하고, 통판성까지 떨어져 있었다.
따라서, 표1과 같이 본 발명의 용사 피막을 갖는 롤은 통판성이 높고, 또한 내빌드업성이 매우 우수한 것을 알 수 있어 본 발명의 효과가 확인되었다.
*본 발명 10은 본 발명 1과 같은 조건이지만, 용사 전에 내열 합금 CoNiCrAlY의 하지층을 실시한 것이다.
*본 발명 11은 본 발명 4와 같은 조건이지만, 모재 롤로서 양단부에 경사진 테이퍼부가 있는 것을 사용하여, 테이퍼부의 컷 오프 0.8 ㎜ Ra는 0.5 ㎛이다.
*거칠기 파라미터란의 거칠기의 값은 가공 후처리 후에 측정한 것이다.
본 발명에 따르면, 강판의 통판시에 문제가 되는 슬립, 사행, 먼지 부착, 빌드업을 동시에 해결할 수 있는 반송 롤 및 연속 어닐링로용 하스 롤의 제공이 가능해진다. 그로 인해, 롤에 기인하는 강판 흠집을 방지하여 강판 품질의 향상을 도모할 수 있고, 또한 고속으로 안정된 통판이 가능해져, 생산성을 향상시킬 수 있는 등 본 발명은 산업상 큰 이용 가능성을 갖는다.
Claims (6)
- 표면에 용사 피막을 갖는 강판 제조용 반송 롤이며,상기 용사 피막이 세라믹 성분 함유율 80 vol% 이하의 서멧 또는 내열 합금으로 이루어지고, 상기 용사 피막 상에 용사 금속, Cr, Si, Zr, Al 중 어느 1종류 또는 2종류 이상으로 이루어지는 산화물층을 갖고, 상기 산화물층의 표면을 JISB0633에 준거하여 컷 오프값을 초기값으로 설정하여 측정한 거칠기 파라미터 R과, 컷 오프값을 상기 초기값의 1/10으로 설정하여 측정한 거칠기 파라미터 R'와의 비 R/R'가 4 이상인 것을 특징으로 하는 반송 롤.
- 제1항에 있어서, 상기 거칠기 파라미터 R, R'은 산술 평균 거칠기 Ra, 제곱 평균 평방근 거칠기 Rq, 거칠기 곡선의 최대 산 높이 Rp, 거칠기 곡선의 최대 골 깊이 Rv, 최대 높이 거칠기 Rz 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반송 롤.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 롤 모재 표면과 용사 피막 사이에 내열 합금의 하지층을 갖는 것을 특징으로 하는 반송 롤.
- 제1항에 있어서, 상기 산화물층의 두께가 0.01 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 반송 롤.
- 제1항 또는 제2항에 기재된 반송 롤을 사용한 연속 어닐링로용 하스 롤이며,컷 오프값을 2.5 ㎜로 설정하여 측정한 외주의 스트레이트부의 거칠기 파라미터 Ra가 2 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 연속 어닐링로용 하스 롤.
- 제5항에 있어서, 외주의 축 방향 중앙 부분에 스트레이트부를 갖고, 상기 스트레이트부의 양측에 테이퍼부를 마련하고, 컷 오프값을 0.8 ㎜로 설정하여 측정한 상기 테이퍼부의 거칠기 파라미터 Ra가 0.1 내지 2 ㎛인 것을 특징으로 하는 연속 어닐링로용 하스 롤.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006170981A JP5168823B2 (ja) | 2006-06-21 | 2006-06-21 | 搬送ロールおよび連続焼鈍炉用ハースロール |
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