KR101391462B1 - 압연 롤 제조방법 및 그에 따른 압연 롤 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압연 롤을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 폐압연 롤을 이용하여 신규 롤 소재를 제조하는 압연 롤 제조방법에 관한 것이다. 폐압연 롤을 재활용하는 압연 롤 제조방법은 상기 폐압연 롤 표면 세척 및 접합효과를 높이기 위해 상기 폐압연 롤 표면에 길이방향으로 요철형태로 가공하는 단계, 상기 폐압연 롤 외부에 케이스를 형성하고, 상기 케이스 공간 내에 롤 소재 분말을 혼합 및 투입하는 단계, 상기 혼합된 롤 소재 분말에 함유된 수분과 분순물을 제거하는 탈가스(Degassing)처리 단계, 상기 탈가스 처리 후 상기 케이스를 밀봉한 다음 열간 정수압 성형(Hot Isostatic Pressing:HIP)처리하여, 상기 롤 소재 분말이 합금화 됨과 동시에, 상기 폐압연 롤 표면과 확산접합되어 일체화되는 단계 및 상기 케이스를 제거하고, 신규 롤 소재의 표면을 가공하는 단계를 포함한다. 이와 같은 방법으로 폐기되는 압연 롤을 재활용하여 원가를 절감하는 경제적인 이점 및 폐기되는 압연 롤에 의한 환경문제를 해결할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기존의 방법으로 제조된 압연 롤보다 조직이 균일하고, 내마모성, 경도 등 물성이 향상된 압연 롤을 제조할 수 있다.

Description

압연 롤 제조방법 및 그에 따른 압연 롤{A method for manufacturing rolling roll and Rolling roll}
본 발명은 압연 롤을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 폐압연 롤을 이용하여 신규 롤 소재를 제조하는 압연 롤 제조방법에 관한 것이다.
일반적인 롤(Roll)은 철강 산업에서 강재를 압연하는 데 사용하는 제품이다. 압연에 사용되는 롤의 종류에는 연주철(DCI: Ductile Cast Iron) 롤, 애더마이트(Adamite) 롤, 냉경주물(Chilled casting) 롤, 하이스공구강 (HSS: High Speed Steel) 롤 및 초경(TC: Tungsten Carbide) 롤 등이 있다. 그 중 상기 초경 롤은 기존 다른 재질의 롤 보다 내마모성이 우수하여 수명이 길기 때문에 생산성이 높다는 장점을 갖는다. 또한, 상기 초경 롤은 경도가 높아서 생산된 제품의 외관이 미려하고, 형상 정확도가 우수하고 균일한 양질의 제품을 생산할 수 있다. 이러한 여러 장점으로 초경 롤은 압연에서 가장 중요한 비중을 차지하는 롤이다.
한편, 압연 라인은 크게 조압연, 중간압연, 사상압연으로 나눠진다. 상기 조압연에서는 연주철 롤, 애더마이트 롤이 많이 사용되고, 상기 중간압연에서는 하이스공구강 롤이 사용되고, 제품의 품질과 직결되는 사상압연에서는 초경 롤이 사용된다.
최근에는 압연 기술의 발달과 더불어 초경 롤의 품질도 향상되고 있어 중간압연까지 그 사용 범위를 넓혀 나가고 있는 추세이다.
이러한, 초경 롤을 제조하는 종래의 방법은 다음과 같다. 먼저, 탄화텅스텐(WC)분말과 일정량의 결합제(binder) 분말(코발트, 니켈 및 크롬 등)을 혼합하여 냉간 정수압 성형(CIP, Cold Isostatic Pressing) 또는 금형 압축성형(Die pressing) 공정으로 롤의 형상을 성형한 후 소결단계를 거친 후 품질 향상을 위하여 잔류기공을 없애기 위한 열간 정수압 성형(HIP, Hot Isostatic Pressing)처리를 통하여 상기 초경 롤이 제조될 수 있다.
상기와 같은 방법으로 제조된 초경 롤은 크게 블록(block) 롤과 완성 롤로 구분할 수 있다. 상기 블록 롤은 주로 선재용으로 사용되고 있으며, 최근에는 철근용으로도 개발되어 사용되고 있다. 주로 철근용으로 많이 사용되는 완성 롤은 블록 롤을 강재축(steel shaft)과 조립한 형태이다.
하지만, 상기 초경 롤은 전체 지름의 일정 부분 이상을 사용하게 되면 나머지는 안전성을 고려하여 사용하지 않고, 폐기하게 된다. 여기서, 폐기되는 초경 롤에 포함된 초경소재의 양은 새 초경 롤 기준으로 전체 초경소재의 50%이상이다. 따라서, 폐기되는 초경 롤은 재활용하는 방안이 시급히 필요한 실정이다.
본 발명의 실시예들에 따르면 폐기되는 압연 롤을 재활용하여 원가를 절감하는 경제적 이점을 제공하기 위한 것이다.
또한, 폐기되는 압연 롤에 의한 환경문제를 해결하기 위해 제공하기 위한 것이다.
상술한 본 발명의 실시예들에 따른 폐압연 롤을 재활용하는 압연 롤 제조방법은 상기 폐압연 롤 표면 세척 및 접합효과를 높이기 위해 상기 폐압연 롤 표면을 길이방향의 요철형태로 가공하는 단계, 상기 폐압연 롤 외부에 케이스를 형성하고, 상기 케이스 공간 내에 롤 소재 분말을 혼합 및 투입하는 단계, 상기 혼합된 롤 소재 분말에 함유된 수분과 분순물을 제거하는 탈가스(Degassing)처리 단계, 상기 탈가스 처리 후 상기 케이스를 밀봉한 다음 열간 정수압 성형(Hot Isostatic Pressing:HIP)처리하여, 상기 롤 소재 분말이 합금화 되고, 상기 폐압연 롤 표면과 확산접합되어 일체화되는 단계 및 상기 케이스를 제거하고, 신규 롤 소재의 표면을 가공하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른, 상기 압연 롤은 초경 롤 또는 고속도공구강 롤이 될 수 있으며, 상기 압연 롤이 초경 롤인 경우 상기 롤 소재 분말은 탄화텅스텐(W)분말과 일정량의 결합제(Binder)분말(코발트, 니켈 및 크롬 등)로 이루어 질 수 있다. 또한, 상기 압연 롤이 고속도공구강 롤인 경우 상기 롤 소재는 고속도공구강 합금분말로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 압연 롤 제조방법은 상기 폐압연 롤 소재와 동일 또는 유사 조성 분말소재를 사용하여 열간 정수압 성형(HIP)처리하여 확산접합 및 일체화 시킬 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 압연 롤 제조방법은 상기 확산접합 시 접합면적을 높이기 위해 상기 폐압연 롤 표면에 거칠기를 형성할 수 있다.
일 실시예에 따른, 상기 케이스는 스텐레스 강 또는 연강으로 제작될 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 폐기되는 압연 롤을 재활용하여 원가를 절감하는 경제적인 이점 및 폐기되는 압연 롤에 의한 환경문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기존의 방법으로 제조된 압연 롤보다 조직이 균일하고, 내마모성, 경도 등 물성이 향상된 압연 롤을 제조할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압연 롤 제조방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도2은 본 발명의 일 실시예에 따른 압연 롤 제조방법에서 열간 정수압 성형(HIP) 공정 전 압연 롤의 모습을 도시한 단면도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압연 롤 제조방법에서 열간 정수압 성형(HIP) 공정 후 압연 롤의 모습을 도시한 단면도이다.
도4는 도1의 압연 롤 제조방법에 의해 제조된 압연 롤의 부분 단면을 도시한 사시도이다.
이하, 도 1내지 도3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 압연 롤 제조방법에 대해 자세히 설명한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압연 롤 제조방법을 개략적으로 도시한 순서도이고, 도2 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 압연 롤 제조방법에서 열간 정수압 성형(HIP) 공정 전 압연 롤의 정면을 도시한 정면도이고, 도2 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 압연 롤 제조방법에서 열간 정수압 성형(HIP) 공정 전 압연 롤의 측면을 도시한 측면도이고, 도3(a)은 본 발명의 일 실시예에 따른 압연 롤 제조방법에서 열간 정수압 성형(HIP) 공정 후 압연 롤의 정면을 도시한 정면도이고, 도3(b)은 본 발명의 일 실시예에 따른 압연 롤 제조방법에서 열간 정수압 성형(HIP) 공정 후 압연 롤의 측면을 도시한 측면도이다.
도1내지 도3을 참고하면, 폐압연 롤(110)을 재활용하는 압연 롤 제조방법은 상기 폐압연 롤(110) 표면 세척 및 접합효과를 높이기 위해 상기 폐압연 롤(100) 표면을 길이방향의 요철형태로 가공하는 단계 (S10), 상기 폐압연 롤(110) 외부에 케이스(140)를 형성하고, 상기 케이스(140) 공간 내에 롤 소재(120) 분말을 혼합 및 투입하는 단계 (S20), 상기 혼합된 롤 소재(120) 분말에 함유된 수분과 불순물을 제거하는 탈가스(Degassing)처리 단계 (S30), 상기 탈가스 처리 후 상기 케이스(140)를 밀봉한 다음 열간 정수압 성형(Hot Isostatic Pressing:HIP)처리하여, 상기 롤 소재(120) 분말이 합금화 됨과 동시에, 상기 폐압연 롤(110) 표면과 확산접합되어 일체화되는 단계 (S40) 및 상기 케이스(140)를 제거하고, 신규 롤 소재(120)의 표면을 가공하는 단계 (S50)를 포함한다.
상기 폐압연 롤(110)의 표면을 세척 및 가공하는 단계 (S10)는 폐기된 압연 롤(110)의 표면을 세척 및 일정한 형상을 가공하는 단계이다.
예를 들면, 상기 폐압연 롤(110)은 신규 압연 롤을 가지고 압연 작업 후 일정 부분 이상을 사용하게 되면, 안전성을 고려하여 사용하지 않고 폐기하는 압연 롤(110)이며, 상기 폐압연 롤(110)은 신규 압연 롤 소재의 50%이상을 사용하지 않은 상태일 수 있다.
상기 폐압연 롤(110)의 표면을 세척하여, 상기 표면에 있는 이물질을 제거할 수 있다. 다음으로, 상기 폐압연 롤(110)의 표면을 일정한 형상으로 가공을 한다. 여기서, 가공된 형상에 의하여 추후에 접합되는 외부 롤 소재(120)의 접합력을 향상시킬 수 있다.
상기 표면에 형성되는 일정한 형상은 요철 형태(130) 또는 표면거칠기(조도) (130)를 형성할 수 있다. 여기서, 상기 요철 형태(130)는 단면이 원, 삼각 또는 사각으로 가공될 수 있다.
상기 요철 형태(130) 또는 표면거칠기(130)는 상기 압연 롤(100)의 길이방향으로 형성되어 상기 폐압연 롤(110)과 상기 외부 롤 소재(120) 사이에 핀과 같은 역할을 하여, 상기 폐압연 롤(110) 과 상기 외부 롤 소재(120) 사이의 접합면의 접합력을 향상시키고, 미끌림을 방지할 수 있다.
또한, 가공에 의해 형성된 요철(130) 및 표면거칠기(130) 부분에 상기 롤 소재 분말이 채워져 추후 열간 정수압 성형(HIP)처리 후 합금이 되어 상기 폐압연 롤(110)에 결합될 수 있다.
한편, 상기 폐압연 롤과 상기 롤 소재가 확산접합만으로 충분한 접합력을 갖는 경우, 접합효과를 높이기 위해 상기 폐압연 롤 표면에 요철이나 거칠기를 형성하는 단계(S10)를 생략할 수 있다.
상기 분말 혼합 및 투입 단계(S20)는 상기 폐압연 롤(110) 표면에 세척 및 가공이 후 상기 폐압연 롤(110) 외부에 케이스(140)를 형성하여, 상기 케이스(140) 공간 내에 사전에 혼합된 롤 소재(120) 분말을 투입한다. 여기서, 상기 압연 롤은 초경 롤 또는 고속도공구강 롤이 될 수 있다.
예를 들면, 상기 폐압연 롤(110) 외부에 형성된 케이스(140)는 열간 정수압 성형(HIP)처리 후 신규 압연 롤 형상이 될 수 있도록 투입 롤 소재(120) 분말의 충진률과 수축률 및 케이스(140)의 변형을 고려하여 제작되어야 하며, 상기 케이스(140) 공간 내에 사전에 혼합된 롤 소재(120) 분말이 균일하게 채워져야 한다. 여기서, 상기 케이스(140)는 스텐레스 강 또는 연강으로 제작될 수 있다.
상기 탈가스(Degassing) 단계(S30)는 상기 혼합된 롤 소재(120) 분말 내에 함유된 수분과 분술물을 제거하는 단계이다.
예를 들면, 상기 탈가스 단계는 상기 혼합된 롤 소재(120) 분말의 외부 표면 또는 내부에 있는 수분과 불순물을 제거하기 위하여 케이스(140)의 온도를 100℃ 내지 700℃의 온도범위로 승온한 후 진공펌프를 이용하여 케이스(140) 내부의 진공도를 높이는 물리적인 방법으로 제거할 수 있다. 여기서, 상기 혼합된 분말의 수분 및 불순물을 제거함으로써, 상기 혼합된 롤 소재(120) 분말은 불순물 없는 건전한 조직을 갖는 롤 합금 소개가 될 수 있다.
상기 확산 접합 및 일체화 단계(S40)는 상기 케이스(140)를 밀봉한 후 열간 정수압 성형(Hot Isostatic Pressing:HIP)처리하여, 상기 롤 소재(120) 분말이 합금화 되고, 상기 폐압연 롤(110) 표면과 확산 접합되어 일체화되는 단계이다.
예를 들면, 상기 확산 접합 및 일체화 단계(S40)는 상기 케이스(140)를 밀봉한 후 열간 정수압 성형 처리를 하여, 상기 롤 소재(120) 분말이 합금화 되면서 상기 폐압연 롤(110)표면과 서로 확산 접합될 수 있다. 여기서, 상기 확산 접합은 열과 압력에 의해 접합면(140)에 발생하는 원자의 확산을 이용하여 접합하는 방법을 말한다. 또한, 상기 확산 접합은 동일 또는 유사 조성의 롤 소재(120) 분말을 사용함으로써, 접합 후에 접합면에 열응력이나 변형이 거의 없다는 특징을 가지고 있다.
상기 합금화와 확산 접합의 방법인 열간 정수압 성형(HIP)은 초경합금이나 고속도공구강의 경우 모두 900℃ ~ 1300℃의 높은 온도범위에서 행해지는 방법으로 고온에서는 성형몰드를 고무와 같은 물질로 사용할 수 없기 때문에 상기 온도범위에서 녹지 않고 상온의 고무와 같은 연성을 갖고 압력을 전달해 줄 수 있도록 성형몰드에 해당하는 상기 케이스(140)는 가공성과 용접성이 우수한 스텐레스 강 또는 연강으로 제작되며, 압력 매개체로는 비활성가스인 아르곤(Ar)이 주로 사용된다.
또한, 열간 정수압 성형(HIP) 공정은 압력과 온도 두가지 모두를 사용하여 롤 소재 분말을 확산 치밀화 시키기 때문에 통상 소결공정보다 공정온도가 낮게 되어 입자성장이 거의 없으므로 조직이 미세하고 균일하다는 장점을 갖는다.
상기 신규 롤 소재(120) 표면 가공 단계는 상기 열간 정수압 성형(HIP) 처리에 의해 상기 폐압연 롤(110)과 일체화된 신규 롤 소재 (120)의 표면을 연삭 등의 방법으로 가공하는 단계이다.
예를 들면, 상기 신규 롤 소재 (120) 표면 가공 단계는 상기 열간 정수압 성형(HIP) 처리 후 상기 신규 롤 소재 (120)을 밀봉하는 케이스(140)를 제거하고, 상기 새 압연 롤(100)의 표면을 연삭 등의 방법으로 표면을 균일하게 다듬는 단계이다.
여기서, 위와 같은 방법으로 제조된 압연 롤(100)은 초경 롤 또는 고속도공구강 롤인 것을 특징으로 한다.
이하, 도 4을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 압연 롤 제조방법에 의해 제조된 압연 롤에 대해 자세히 설명한다.
도4는 도1의 압연 롤 제조방법에 의해 제조된 압연 롤의 부분 단면을 도시한 사시도이다.
도4를 참고하면, 상기 압연 롤 제조 방법으로 제조된 압연 롤(100)은 폐기된 압연 롤(110), 상기 폐압연 롤(110)과 접합된 신규 롤 소재(120)을 포함한다.
상기 압연 롤(100)은 신규 압연 롤을 가지고 압연 작업 후 일정 부분 이상을 사용한 폐압연 롤(110)에 신규 롤 소재(120)가 결합되어 제조될 수 있다. 여기서, 상기 폐압연 롤(110)과 결합된 신규 롤 소재(120)의 접합면에는 복수개의 요철부분(130)이 형성되며, 상기 요철 부분(130)은 상기 폐압연 롤(110)과 신규 롤 소재(120)의 미끄럼 방지 및 접합력을 향상시킬 수 있다.
이와 같은 방법으로 폐기되는 압연 롤을 재활용하여 원가를 절감하는 경제적인 이점 및 폐기되는 압연 롤에 의한 환경문제를 해결할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기존의 방법으로 제조된 압연 롤보다 조직이 균일하고, 내마모성, 경도등 물성이 향상된 압연 롤을 제조할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
S10: 폐압연 롤 표면 세척 및 가공 100: 압연 롤
S20: 분말 혼합 및 투입 110: 폐압연 롤
S30: 탈가스 처리 120: 신규 롤 소재
S40: 확산 접합 및 일체화 130: 요철 부분
S50: 새압연롤 표면 가공 140: 케이스

Claims (5)

  1. 폐압연 롤을 재활용하는 압연 롤 제조방법에 있어서,
    상기 폐압연 롤 표면 세척 및 접합효과를 높이기 위해 상기 폐압연 롤 표면 길이방향으로 요철형태로 가공하는 단계;
    상기 폐압연 롤 외부에 케이스를 형성하고, 상기 케이스 공간 내에 롤 소재 분말을 혼합 및 투입하는 단계;
    상기 혼합된 롤 소재 분말에 함유된 수분 및 불순물을 제거하는 탈가스(Degassing)처리 단계;
    상기 탈가스 처리 후 상기 케이스를 밀봉한 후 열간 정수압 성형(Hot Isostatic Pressing:HIP)처리하여, 상기 롤 소재 분말이 합금화 됨과 동시에, 상기 폐압연 롤 표면과 확산접합되어 일체화되는 단계; 및
    상기 케이스를 제거하고, 새압연 롤의 표면을 가공하는 단계;
    를 포함하는 압연 롤 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압연 롤이 초경 롤인 경우, 상기 롤 소재 분말이 탄화텅스텐(W)분말과 일정량의 결합제(Binder)분말로 이루어 지는 압연 롤 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압연 롤이 고속도공구강 롤인 경우, 상기 롤 소재 분말이 고속도공구강 합금분말로 이루어 지는 압연 롤 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폐압연 롤과 상기 롤 소재의 접합효과를 높이기 위해 상기 폐압연 롤 표면에 거칠기를 형성하는 압연 롤 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폐압연 롤과 상기 롤 소재가 확산접합만으로 충분한 접합력을 갖는 경우, 접합효과를 높이기 위해 상기 폐압연 롤 표면에 요철이나 거칠기를 형성하는 단계를 생략하는 압연 롤 제조방법.
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