KR101346636B1 - 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법 - Google Patents

점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101346636B1
KR101346636B1 KR1020130117170A KR20130117170A KR101346636B1 KR 101346636 B1 KR101346636 B1 KR 101346636B1 KR 1020130117170 A KR1020130117170 A KR 1020130117170A KR 20130117170 A KR20130117170 A KR 20130117170A KR 101346636 B1 KR101346636 B1 KR 101346636B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
upsetting
ingot
incremental
diffusion bonding
gradual
Prior art date
Application number
KR1020130117170A
Other languages
English (en)
Inventor
강성훈
이호원
임형철
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020130117170A priority Critical patent/KR101346636B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101346636B1 publication Critical patent/KR101346636B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/02—Making machine elements balls, rolls, or rollers, e.g. for bearings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J1/00—Preparing metal stock or similar ancillary operations prior, during or post forging, e.g. heating or cooling
    • B21J1/06—Heating or cooling methods or arrangements specially adapted for performing forging or pressing operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/06—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor for performing particular operations
    • B21J5/08—Upsetting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/38—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for roll bodies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

본 발명은, 대형 잉고트(Ingot)를 이용하여 단조재 압연롤을 제조하는 방법에 있어서, 원소재 잉고트를 준비하고, 설비를 예열하여 준비하는 작업준비단계와;
상기 잉고트를 800 내지 1,100℃의 온도로 가열한 조건하에서, 상기 잉고트의 축방향에 대해서 일단에서 타단 방향으로 진행하는 점진 업셋팅(Incremental upsetting) 공정을 실시하여, 상기 잉고트 내부에 존재하는 기공을 가압성형함으로써 물리적으로 압착시키는 제 1 차 점진 업셋팅 단계와;
상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계를 거친 잉고트를, 확산 접합(Diffusion bonding) 공법을 이용하여, 상기 잉고트를 800 내지 1,100℃의 온도로 가열한 상태로 지속시켜서, 상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계를 통해서 물리적으로 압착된 기공부분을 기공이 아닌 부분들과 동일한 조직으로 만드는 화학적 접합을 수행하는 확산 접합(Diffusion bonding) 단계와;
상기 확산 접합(Diffusion bonding) 단계를 거친 잉고트를,
상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계를 수행한 방향에서 일방향으로 90°회전시킨 상태에서, 상기 잉고트의 축방향에 대해서 일단에서 타단 방향으로 진행하는 점진 업셋팅(Incremental upsetting) 공정을 실시하여, 상기 잉고트 내부에 존재하는 기공을 가압성형하여, 정방형 단면형상을 가지도록 성형하는 제 2 차 점진 업셋팅 단계와;
상기 제 2 차 점진 업셋팅 단계를 거친 잉고트를, 일방향으로 회전시키면서 가압성형하여, 원형 단면형상으로 성형하는 코깅(Cogging) 단계와;
상기 코깅 단계를 거친 반제품을, 황삭 가공을 하고, 열처리 공정을 수행한 후, 선삭하는 후처리 단계;를 포함하여 구성되는 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법에 관한 것이다.

Description

점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법 { Manufacturing method of forged roll using incremental upsetting and diffusion bonding }
본 발명은 점진 업셋팅 공정과, 확산접합공법을 적용하여 대형 잉고트(Ingot) 내부의 수축공을 압착하여 제거한 워크롤 및 백업롤 등의 단조재 압연롤과 같은 대형 제품을 제조하는 것에 관한 것이다.
현재 주조 잉고트(Ingot)는 업셋팅(upsetting)과 코깅 공정을 통하여 대형 제품으로 제조된다. 일반적으로 잉고트의 주조시 발생하는 수축공과 같은 결함 또는 대형 단조재 압연롤의 단조 공정 중 압탕부와 네크부에 발생하는 결함은 코깅 공정으로 제거될 가능성이 높지 않다고 알려져 있다.
이러한, 주조 제품의 내부에 존재하는 기공의 존재로 인해, 제품의 내구성 및 수명 그리고 품질에 큰 악영향을 끼치고 있다는 것은 이미 알려진 사실이다.
상기와 같은 제품에 대해서 실시되는 업셋팅 및 코깅공정만으로 장축의 워크롤 및 백업롤 등의 판재 및 형강 제조를 위한 압연롤을 단조하는 경우에, 코깅 또는 업셋팅과 코깅공정에 의해서는 충분한 단조비가 부여된다고 하더라도, 소재의 중심부에 존재하는 기공은 완전히 제거되지가 않는다.
따라서, 상기의 내부 기공을 제거하기 위한 단조재 압연롤 제조 공정 및 기술의 개발에 대한 필요성이 대두되고 있다.
본 발명에 따른 실시 예의 목적은, 장축의 워크롤 및 백업롤 등의 판재 및 형강 제조를 위한 압연롤을 단조하는 경우에 내부의 기공을 제거하는 제조공법을 개발하여, 제품의 내구성과 수명 그리고 품질을 확보할 수 있는 공법을 개발하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 의한 대형 잉고트(Ingot)를 이용하여 단조재 압연롤을 제조하는 방법에 있어서, 원소재 잉고트를 준비하고, 설비를 예열하여 준비하는 작업준비단계와; 상기 잉고트를 800 내지 1,100℃의 온도로 가열한 조건하에서, 상기 잉고트의 축방향에 대해서 일단에서 타단 방향으로 진행하는 점진 업셋팅(Incremental upsetting) 공정을 실시하여, 상기 잉고트 내부에 존재하는 기공을 가압성형함으로써 물리적으로 압착시키는 제 1 차 점진 업셋팅 단계와; 상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계를 거친 잉고트를, 확산 접합(Diffusion bonding) 공법을 이용하여, 상기 잉고트를 800 내지 1,100℃의 온도로 가열한 상태로 지속시켜서, 상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계를 통해서 물리적으로 압착된 기공부분을 기공이 아닌 부분들과 동일한 조직으로 만드는 화학적 접합을 수행하는 확산 접합(Diffusion bonding) 단계와; 상기 확산 접합(Diffusion bonding) 단계를 거친 잉고트를, 상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계를 수행한 방향에서 일방향으로 90°회전시킨 상태에서, 상기 잉고트의 축방향에 대해서 일단에서 타단 방향으로 진행하는 점진 업셋팅(Incremental upsetting) 공정을 실시하여, 상기 잉고트 내부에 존재하는 기공을 가압성형하여, 정방형 단면형상을 가지도록 성형하는 제 2 차 점진 업셋팅 단계와; 상기 제 2 차 점진 업셋팅 단계를 거친 잉고트를,
일방향으로 회전시키면서 가압성형하여, 원형단면을 갖는 각각 서로 다른 직경을 가지는 네크부와 몸체부를 성형하는 코깅(Cogging) 단계와; 상기 코깅 단계를 거친 반제품을, 황삭 가공을 하고, 열처리 공정을 수행한 후, 선삭하는 후처리 단계;를 포함하여 구성되는 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법을 구성한다.
그리고, 상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계는, 상기 잉고트를 고정시킨채, 상기 잉고트를 800 내지 1,100℃ 온도로 가열하여 일단에서 타단방향으로 진행하고, 반경의 압하율이 최소 40% 이상이 될 때까지,, 가압성형하여 내부의 기공부를 물리적으로 압착시키는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 확산 접합(Diffusion bonding) 단계에서는, 800 내지 1,100℃의 온도로 가열한 상태에서, 최소 1시간 이상 유지시킨 조건에서, 확산 접합공정을 실시하여, 상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계를 거쳐 압착된 기공부를 동일한 조직으로 만드는 화학적 접합을 수행하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 제 2 차 점진 업셋팅 단계에서는, 상기 확산 접합(Diffusion bonding) 단계를 거친 상기 잉고트를, 상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계를 수행한 방향에서 일방향으로 90°회전시킨 상태에서, 상기 잉고트의 축방향에 대해서 일단에서 타단 방향으로 진행하는 점진 업셋팅(Incremental upsetting) 공정을 실시하여, 상기 잉고트 내부에 존재하는 기공을 가압성형하여, 정방형 단면형상을 가지도록 단조공정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 잉고트를 구성하는 소재의 성분은, 탄소(C)는 1.0 내지 2.0, 크롬(Cr)은 1.20 내지 1.30, 몰리브덴(Mo)은 0.20 내지 0.30 그리고, 니켈(Ni)은 0.90 내지 1.00 을 각각 질량 퍼센트로 함유하는 철계 소재임을 특징으로 한다.
한편, 상기 탄소의 함유량이 1.0 내지 1.5%인 경우에는, 상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계와, 제 2 차 점진 업셋팅 단계와, 코깅 단계에서, 상기 잉고트의 표면온도가 800℃가 되는 경우에는, 800 내지 1,100℃로 재가열한 후, 해당공정을 수행한다.
또한, 상기 탄소의 함유량이 1.5 내지 2.0%인 경우에는, 상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계와, 제 2 차 점진 업셋팅 단계와 코깅단계에서, 상기 잉고트의 표면온도가 900℃가 되는 경우에는, 900 내지 1,100℃로 재가열한 후, 해당공정을 수행한다.
제안되는 본 실시 예에 따르면, 발명의 실시 예에 따른 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법에 의할 때, 장축의 워크롤 및 백업롤 등의 판재 및 형강 제조를 위한 압연롤을 단조하는 경우에 내부의 기공을 압착하여, 확산접합을 통해서 기공부를 완벽하게 제거함으로써, 높은 품질과 내구성 그리고 수명을 가진 제품을 효율적이면서도 안정적으로 생산할 수 있는 기술을 확보할 수 있다는 이점이 있다.
이에 따라, 제품의 손실에 따른 비용의 절감이라는 경제적인 효과도 기대된다.
도 1 은 기존의 코깅공정을 이용해서 장축의 압연롤을 제조하는 공정을 나타낸 도면이다.
도 2 는 기존의 코깅공정을 통해 제조된 장축의 대형제품의 내부 기공에 대해서 나타낸 것이다.
도 3 은 기존의 코깅공정을 통해 제조된 장축의 압연롤의 내부 기공의 형상에 대해서 전자현미경사진으로 나타낸 것이다.
도 4 는 본 발명의 실시 예에 따른 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법의 순서도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법을 그래프로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조과정을 그림으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 제 1 차 점진 업셋팅에서의 단조재 압연롤 내부의 기공의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 제 1 차 점진 업셋팅과 확산접합후의 단조재 압연롤 내부의 기공의 변화를 전자현미경으로 나타낸 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 제 1 차 점진 업셋팅과 확산접합후의 단조재 압연롤 내부의 기공이 존재했던 부분과, 그외 부분간의 특성을 비교한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 실제 제조과정을 사진으로 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 제 1 차 점진 업셋팅과 확산접합, 제 2 차 점진 업셋팅후의 단조재 압연롤의 기공부를 전자현미경으로 나타낸 사진이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 제 1 차 점진 업셋팅과 확산접합, 제 2 차 점진 업셋팅, 코깅후의 단조재 압연롤의 기공부를 전자현미경으로 나타낸 사진이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 사상이 제시되는 실시 예에 제한된다고 할 수 없으며, 또 다른 구성요소의 추가, 변경, 삭제 등에 의해서, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있다.
도 1 은 기존의 코깅공정을 이용해서 장축의 압연롤을 제조하는 공정을 나타낸 도면이다.
도 2 는 기존의 코깅공정을 통해 제조된 장축의 대형제품의 내부 기공에 대해서 나타낸 것이다.
도 3 은 기존의 코깅공정을 통해 제조된 장축의 압연롤의 내부 기공의 형상에 대해서 전자현미경사진으로 나타낸 것이다.
살펴보면, 일반적으로 장축의 워크롤 및 백업롤 등과 같은 제품을 단조하는 경우에는, 원소재의 잉고트의 고경비(잉고트의 높이/ 잉고트의 직경)가 낮은 경우에는 코깅공정만으로도 충분한 단조비(Forging ratio, 초기직경/나중직경)를 확보할 수 있다.
이때, 잉고트의 고경비가 높은 경우에는, 충분한 단조비를 부여하기 위해서, 업셋팅 공정을 수행한 후, 코깅공정을 수행한다.
상기와 같이 업셋팅 및 코깅공정만으로 장축의 워크롤 및 백업롤 등의 판재 및 형강 제조를 위한 압연롤을 단조하는 경우에, 코깅 또는 업셋팅과 코깅공정에 의해서는 충분한 단조비가 부여된다고 하더라도, 소재의 중심부에 존재하는 기공은 완전히 제거되지가 않는다. 비록 중심부의 기공의 크기나 단면적은 줄어들기는 하나, 상기 기공은 코깅공정을 수행하는 동안 계속적으로 연신되는 특성을 보인다. 이 같은 결과는, 도 2를 통해서 확인할 수 있다.
도 2 를 참조하면, 1.0정도에서 시작한 단조비가, 코깅 공정이 진행되어감에 따라 단조비가 2.7정도까지 상승했음에도, 잉고트의 중심부에 존재하는 기공은 그 단면적의 크기가 어느 수준까지는 감소하다가, 단조비가 대략 2.0에 해당하는 지점부터는 더 이상 감소하지 아니하고 일정하게 유지되고 있음을 확인할 수 있다.
이렇게, 내부에 잔존하는 기공의 존재는 제품의 내구성 및 수명과 더불어 품질을 현저하게 떨어뜨리는 주요한 원인이 된다.
도 3은, 상기 도 2에서 살펴본 내용과 관련해서, 실제 제품의 단면을 잘라서 그 기공부분을 확대하여 전자현미경으로 촬영한 사진이다.
살펴보면, 업셋팅 후 코깅공정 혹은 코깅공정만으로 제품을 충분한 단조비까지 단조공정을 완료한 경우에도 그 내부에는 기공의 크기가 작아지기는 했으나, 여전히 기공이 남아있을 확인할 수 있다.
도 4 는 본 발명의 실시 예에 따른 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법의 순서도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법을 그래프로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조과정을 그림으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 제 1 차 점진 업셋팅에서의 단조재 압연롤 내부의 기공의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 제 1 차 점진 업셋팅과 확산접합후의 단조재 압연롤 내부의 기공의 변화를 전자현미경으로 나타낸 사진이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 제 1 차 점진 업셋팅과 확산접합후의 단조재 압연롤 내부의 기공이 존재했던 부분과, 그외 부분간의 특성을 비교한 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 실제 제조과정을 사진으로 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 제 1 차 점진 업셋팅과 확산접합, 제 2 차 점진 업셋팅후의 단조재 압연롤의 기공부를 전자현미경으로 나타낸 사진이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 제 1 차 점진 업셋팅과 확산접합, 제 2 차 점진 업셋팅, 코깅후의 단조재 압연롤의 기공부를 전자현미경으로 나타낸 사진이다.
살펴보면, 본 발명의 실시 예에 의한 대형 잉고트(Ingot)를 이용하여 단조재 압연롤을 제조하는 방법에 있어서, 원소재 잉고트를 준비하고, 설비를 예열하여 준비하는 작업준비단계와, 상기 잉고트를 800 내지 1,100℃의 온도로 가열한 조건하에서, 상기 잉고트의 축방향에 대해서 일단에서 타단 방향으로 진행하는 점진 업셋팅(Incremental upsetting) 공정을 실시하여, 상기 잉고트 내부에 존재하는 기공을 가압성형함으로써 물리적으로 압착시키는 제 1 차 점진 업셋팅 단계와, 상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계를 거친 잉고트를, 확산 접합(Diffusion bonding) 공법을 이용하여, 상기 잉고트를 800 내지 1,100℃의 온도로 가열한 상태로 지속시켜서, 상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계를 통해서 물리적으로 압착된 기공부분을 기공이 아닌 부분들과 동일한 조직으로 만드는 화학적 접합을 수행하는 확산 접합(Diffusion bonding) 단계와, 상기 확산 접합(Diffusion bonding) 단계를 거친 잉고트를, 상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계를 수행한 방향에서 일방향으로 90°회전시킨 상태에서, 상기 잉고트의 축방향에 대해서 일단에서 타단 방향으로 진행하는 점진 업셋팅(Incremental upsetting) 공정을 실시하여, 상기 잉고트 내부에 존재하는 기공을 가압성형하여, 정방형 단면형상을 가지도록 성형하는 제 2 차 점진 업셋팅 단계와, 상기 제 2 차 점진 업셋팅 단계를 거친 잉고트를, 일방향으로 회전시키면서 가압성형하여, 원형 단면형상으로 성형하는 코깅(Cogging) 단계와; 상기 코깅 단계를 거친 반제품을, 황삭 가공을 하고, 열처리 공정을 수행한 후, 선삭하는 후처리 단계를 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계는, 상기 잉고트를 고정시킨채, 상기 잉고트를 800 내지 1,100℃ 온도로 가열하여 일단에서 타단방향으로 진행하고, 반경의 압하율이 최소 40% 이상이 될 때까지, 가압성형하여 내부의 기공부를 물리적으로 압착시킨다.
그리고, 상기 확산 접합(Diffusion bonding) 단계에서는, 800 내지 1,100℃의 온도로 가열한 상태에서, 최소 1시간 이상 유지시킨 조건에서, 확산 접합공정을 실시하여, 상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계를 거쳐 압착된 기공부를 동일한 조직으로 만드는 화학적 접합을 수행한다.
그리고, 제 2 차 점진 업셋팅 단계에서는, 상기 확산 접합(Diffusion bonding) 단계를 거친 상기 잉고트를, 상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계를 수행한 방향에서 일방향으로 90°회전시킨 상태에서, 상기 잉고트의 축방향에 대해서 일단에서 타단 방향으로 진행하는 점진 업셋팅(Incremental upsetting) 공정을 실시하여, 상기 잉고트 내부에 존재하는 기공을 가압성형하여, 정방형 단면형상을 가지도록 단조공정을 수행한다.
그리고, 상기 잉고트를 구성하는 소재의 성분은, 탄소(C)는 1.0 내지 2.0, 크롬(Cr)은 1.20 내지 1.30, 몰리브덴(Mo)은 0.20 내지 0.30 그리고, 니켈(Ni)은 0.90 내지 1.00 을 각각 질량 퍼센트로 함유하는 철계 소재임을 특징으로 한다.
도 5 를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법을 그래프로 나타내고 있다.
도 6 에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법의 각 공정을 그림으로 도식화하고 있다.
살펴보면, 고경비가 높은 제품을 제조하는 경우에는, 상기 잉고트를 축방향으로 업셋팅 공정을 거쳐서, 상기 잉고트의 직경을 증가시킨 다음에, 충분한 단조비(forging ratio, 초기직경/나중직경)가 확보되도록 해야 한다.
그런 다음에, 상기 잉고트의 축방향으로 상기 제 1 차 점진 업셋팅(Incremental upsetting) 단계를 실시하여, 일정 압하량(Reduction ratio, 나중높이/초기높이)만큼 단조하여, 상기 잉고트의 중심부의 기공이 완전히 압착되도록 실시한다.
반면, 고경비가 낮은 경우에는, 상기 잉고트의 반경반향으로 상기 제 1 차 점진 업셋팅(Incremental upsetting) 단계를 실시한다.
그런 다음에, 압착된 기공부분이 일정온도에서 상기 확산접합(Diffusion bonding) 공정의 수행을 통해서, 강력한 접합강도를 가지도록 하는 단계가 수행된다.
이후, 상기 확산접합(Diffusion bonding) 공정을 거친 상기 잉고트를 90°만큼 회전시켜서 고정한 상태에서, 상기 제 2 차 점진 업셋팅(Incremental upsetting) 단계를 수행하여 정방형 단면을 가지도록 실시한다.
다음으로, 제 2 차 점진 업셋팅 단계를 거친 잉고트를, 일방향으로 회전시키면서 가압성형하여, 원형 단면형상으로 성형하는 코깅(Cogging) 단계를 수행하여, 원형 단면을 가지도록 단조 공정을 수행한다.
이때, 제품의 직경에 맞는 단조비를 부여하여 최종 제품 형상에 가깝게 단조공정을 수행한다.
마지막으로, 상기 코깅 단계를 거친 반제품을, 황삭 가공을 하고, 열처리 공정을 수행한 후, 선삭하는 후처리 단계를 실시한다.
한편, 상기 탄소의 함유량이 1.0 내지 1.5%인 경우에는, 상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계와, 제 2 차 점진 업셋팅 단계와, 코깅단계에서, 상기 잉고트의 표면온도가 800℃가 되는 경우에는, 800 내지 1,100℃로 재가열한 후, 해당공정을 수행한다.
또한, 상기 탄소의 함유량이 1.5 내지 2.0%인 경우에는, 상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계와, 제 2 차 점진 업셋팅 단계와, 코깅단계에서, 상기 잉고트의 표면온도가 900℃가 되는 경우에는, 900 내지 1,100℃로 재가열한 후, 해당공정을 수행한다.
도 7 을 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법의 제 1 차 점진 업셋팅 단계를 실시한 상기 잉고트의 내부 기공의 크기의 변화를 나타낸 그래프이다.
상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계에서, 상기 잉고트를 고정시킨채, 상기 잉고트를 800 내지 1,100℃ 온도로 가열하여 단에서 타단방향으로 진행하고, 반경의 압하율이 최소 40% 이상이 될 때까지, 가압성형하여 내부의 기공부를 물리적으로 압착시켰다.
그리고, 이후에 다음 단계인 상기 확산접합 단계를 통해서, 기공의 압착부에 강력한 결합강도를 부여한다.
오른쪽에 나타난, 기공의 크기의 변화를 나타내는 그래프를 통해서 알 수 있듯이, 상기 잉고트에 존재하던 기공은 점차 그 크기가 작아지면서, 압착되어 없어진 것을 확인할 수 있다.
도 8은, 상기 기공부에 대해서, 전자현미경 사진을 통해서 확인해 본 사진결과이다. 각각 제 1 차 점진 업셋팅 단계 및 상기 확산접합 단계를 거친 후, 상기 잉고트 내부의 기공부가 흔적만 남기고 사라진 것을 알 수 있다.
그리고, 다음 공정인, 90°회전시킨 상태에서, 상기 잉고트의 축방향에 대해서 일단에서 타단 방향으로 진행하는 점진 업셋팅(Incremental upsetting) 공정을 실시하여, 상기 잉고트 내부에 존재하는 기공을 가압성형하여, 정방형 단면형상을 가지도록 성형하는 제 2 차 점진 업셋팅 단계를 거친 후에도, 상기 기공부는 열리지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
도 9 에서는, 상기의 결과를 기공부의 시편 1,2,3을 채취하고, 기공부 이외의 부분에 대한 시편 4,5,6을 각각 채취하여 파단강도와 파단연신율을 측정하여 비교함으로써, 본 발명의 실시 예에 따른 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법의 효과를 확인하고자 한다.
살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법을 통해서 제조된 단조재 압연롤의 기공부와, 기공부이외의 부분에 대한 시편를 채취해서 테스트한 결과, 기공부의 시편의 파단강도와, 파단연신율이 기공부이외의 부분에서 채취한 시편의 파단강도와 파단연신율 대비 약 96%와 96.3%로 거의 비슷한 값을 나타내고 있음을 알 수 있다.
이 결과, 본 발명의 실시 예에 따른 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법을 통해서 압착된 기공부의 강한 결합력이 형성되어 있음을 확인할 수 있다.
도 11 에서는, 상기 확산접합 단계를 거친 후, 다시 상기 제2 차 점진 업셋팅 단계를 실시하여도, 기공의 압착된 부분이 다시 열리거나, 벌어지지 않는 것을 전자현미경 사진을 통해서 확인할 수 있다.
도 12에서는, 다시 상기 제2 차 점진 업셋팅 단계를 실시하고, 이후 상기 코깅공정을 실시한 후, 상기 단조재 압연롤의 바디부와, 네크부에서 시편을 채취하여, 기공압착부를 전자현미경으로 확인한 결과, 원래 존재하였던 기공부가 완전히 사라지고, 원소재와 동일한 조직으로 상태가 변하였음을 확인할 수 있다.
참고로, 본 출원에서 언급한 확산접합이라 함은, 금속용어사전에서는 확산접합은 탄성영역내에서 열과 압력을 가하고, 그 접합면에 발생하는 원자의 확산을 이용하여 고상(固相)상태로 접합하는 방법으로 정의하고 있으나, 최근의 확산접합 공정은 소성변형 영역까지 압력을 가하고 소정의 온도에서 충분히 가열하여 화학조성의 확산을 통해 금속간의 고상접합을 유도하는 공정으로 발전하였으며, 동일금속을 접합하는 경우 접합된 경계면은 모재금속과 비슷한 물리적, 기계적, 미세조직적 특성을 갖는 공정을 의미한다.
도면에 부호없음

Claims (7)

  1. 대형 잉고트(Ingot)를 이용하여 단조재 압연롤을 제조하는 방법에 있어서,
    원소재 잉고트를 준비하고, 설비를 예열하여 준비하는 작업준비단계와;
    상기 잉고트를 800 내지 1,100℃의 온도로 가열한 조건하에서, 상기 잉고트의 축방향에 대해서 일단에서 타단 방향으로 진행하는 점진 업셋팅(Incremental upsetting) 공정을 실시하여, 상기 잉고트 내부에 존재하는 기공을 가압성형함으로써 물리적으로 압착시키는 제 1 차 점진 업셋팅 단계와;
    상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계를 거친 잉고트를,
    확산 접합(Diffusion bonding) 공법을 이용하여, 상기 잉고트를 800 내지 1,100℃의 온도로 가열한 상태로 지속시켜서, 상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계를 통해서 물리적으로 압착된 기공부분을 기공이 아닌 부분들과 동일한 조직으로 만드는 화학적 접합을 수행하는 확산 접합(Diffusion bonding) 단계와;
    상기 확산 접합(Diffusion bonding) 단계를 거친 잉고트를,
    상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계를 수행한 방향에서 일방향으로 90°회전시킨 상태에서, 상기 잉고트의 축방향에 대해서 일단에서 타단 방향으로 진행하는 점진 업셋팅(Incremental upsetting) 공정을 실시하여, 상기 잉고트 내부에 존재하는 기공을 가압성형하여, 정방형 단면형상을 가지도록 성형하는 제 2 차 점진 업셋팅 단계와;
    상기 제 2 차 점진 업셋팅 단계를 거친 잉고트를,
    일방향으로 회전시키면서 가압성형하여, 원형 단면형상으로 성형하는 코깅(Cogging) 단계와;
    상기 코깅 단계를 거친 반제품을,
    황삭 가공을 하고, 열처리 공정을 수행한 후, 선삭하는 후처리 단계;를 포함하여 구성되는 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법.

  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계는,
    상기 잉고트를 고정시킨채, 상기 잉고트를 800 내지 1,100℃ 온도로 가열하여 일단에서 타단방향으로 진행하고, 반경의 압하율이 최소 40% 이상이 될 때까지, 가압성형하여 내부의 기공부를 물리적으로 압착시키는 것을 특징으로 하는 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법.

  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 확산 접합(Diffusion bonding) 단계에서는,
    800 내지 1,100℃ 가열한 상태에서,
    최소 1시간 이상 유지시킨 조건에서,
    확산 접합공정을 실시하여, 상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계를 거쳐 압착된 기공부를 동일한 조직으로 만드는 화학적 접합을 수행하는 것을 특징으로 하는 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법.

  4. 제 1 항에 잇어서,
    제 2 차 점진 업셋팅 단계에서는,
    상기 확산 접합(Diffusion bonding) 단계를 거친 상기 잉고트를,
    상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계를 수행한 방향에서 일방향으로 90°회전시킨 상태에서,
    상기 잉고트의 축방향에 대해서 일단에서 타단 방향으로 진행하는 점진 업셋팅(Incremental upsetting) 공정을 실시하여, 상기 잉고트 내부에 존재하는 기공을 가압성형하여, 정방형 단면형상을 가지도록 단조공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법.

  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 잉고트를 구성하는 소재의 성분은,
    탄소(C)는 1.0 내지 2.0, 크롬(Cr)은 1.20 내지 1.30, 몰리브덴(Mo)은 0.20 내지 0.30 그리고, 니켈(Ni)은 0.90 내지 1.00 을 각각 질량 퍼센트로 함유하는 철계 소재임을 특징으로 하는 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법.

  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 탄소의 함유량이 1.0 내지 1.5%인 경우에는,
    상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계와, 제 2 차 점진 업셋팅 단계와, 코깅단계에서,
    상기 잉고트의 표면온도가 800℃가 되는 경우에는,
    800 내지 1,100℃로 재가열한 후, 수행하는 것을 특징으로 하는 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법.

  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 탄소의 함유량이 1.5 내지 2.0%인 경우에는,
    상기 제 1 차 점진 업셋팅 단계와, 제 2 차 점진 업셋팅 단계와, 코깅단계에서,
    상기 잉고트의 표면온도가 900℃가 되는 경우에는,
    900 내지 1,100℃로 재가열한 후, 수행하는 것을 특징으로 하는 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법.

KR1020130117170A 2013-10-01 2013-10-01 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법 KR101346636B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130117170A KR101346636B1 (ko) 2013-10-01 2013-10-01 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130117170A KR101346636B1 (ko) 2013-10-01 2013-10-01 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101346636B1 true KR101346636B1 (ko) 2014-01-03

Family

ID=50144286

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130117170A KR101346636B1 (ko) 2013-10-01 2013-10-01 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101346636B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114178457A (zh) * 2021-12-01 2022-03-15 江苏天毅冷镦股份有限公司 一种安全带用金属卡扣的多工位90°翻转冷镦挤压加工工艺

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100041133A (ko) * 2008-10-13 2010-04-22 현대자동차주식회사 차량용 냉간단조부품 제조방법
KR101051241B1 (ko) 2010-08-30 2011-07-21 유니슨 주식회사 경도 균일성 및 기계적 강도가 우수한 금형강 제조 방법
KR20120119558A (ko) * 2011-04-22 2012-10-31 주식회사 마이스코 대형 볼 밸브용 볼 제조방법
KR101286121B1 (ko) 2012-12-31 2013-07-17 서한산업(주) 고온 내마모성 및 기계적 강도가 우수한 열간압연용 고탄소 단조 워크롤 및 이의 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100041133A (ko) * 2008-10-13 2010-04-22 현대자동차주식회사 차량용 냉간단조부품 제조방법
KR101051241B1 (ko) 2010-08-30 2011-07-21 유니슨 주식회사 경도 균일성 및 기계적 강도가 우수한 금형강 제조 방법
KR20120119558A (ko) * 2011-04-22 2012-10-31 주식회사 마이스코 대형 볼 밸브용 볼 제조방법
KR101286121B1 (ko) 2012-12-31 2013-07-17 서한산업(주) 고온 내마모성 및 기계적 강도가 우수한 열간압연용 고탄소 단조 워크롤 및 이의 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114178457A (zh) * 2021-12-01 2022-03-15 江苏天毅冷镦股份有限公司 一种安全带用金属卡扣的多工位90°翻转冷镦挤压加工工艺

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101649845B1 (ko) 중공 엔진 밸브의 제조 방법
JP6188282B2 (ja) 板材からスリット管を製造する方法及び装置
JP6195038B1 (ja) バーリング加工方法及びバーリング加工装置
CN107186139B (zh) 核聚变堆磁体支撑用的h型钢制造方法
CN103480784B (zh) 一种离心机用转鼓锻件制造方法
CN101823112A (zh) 板件的锻造工艺
TWI711498B (zh) 成形材製造方法及該成形材
JP2004124151A (ja) アルミニウム合金の熱処理方法
JP2003230927A (ja) 焼入れ歪みを低減した軌道輪用素形材とその製造方法
KR101196642B1 (ko) 링 압연공정의 피어싱 손실 설계 방법
KR101346636B1 (ko) 점진 업셋팅과 확산접합공법을 이용한 단조재 압연롤 제조방법
KR101932605B1 (ko) 밸런스 샤프트 제조방법
WO2022121439A1 (zh) 一种金属材料的制备方法
WO2017163189A1 (en) A method of manufacturing a crown wheel, and a crown wheel
CN108237197A (zh) 一种改善结构钢大型环形件探伤的锻造方法
JP5268715B2 (ja) コンロッドの製造方法及びこれに用いるコイニング型装置
KR20140147969A (ko) 대형 볼 밸브 제조공법
KR20140062390A (ko) 관형 금속재료의 결정립 미세화 방법
CN104175127A (zh) 一种汽车连杆模具的生产工艺
US1994863A (en) Method of manufacturing forged, pressed, or rolled work pieces, especially crank shafts
KR101754767B1 (ko) 알루미늄 휠의 제조방법
KR20140016037A (ko) 플랜지 구조체의 제조 방법
CN108856613B (zh) 金属环件锻造尺寸控制方法
RU2532630C2 (ru) Способ изготовления полуфабрикатов типа галет и шайб из цилиндрической заготовки горячей обработкой давлением
WO2016027208A1 (en) A method of forging complex parts from continuous cast billets

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160922

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170907

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190918

Year of fee payment: 7