KR101471502B1

KR101471502B1 - 원심 주조제 복합 압연롤 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101471502B1
Application number: KR1020147004257A
Authority: KR
Inventors: 노조무 오다; 다카유키 세가와; 야스노리 노자키
Original assignee: 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2014-12-10
Also published as: EP2706128A1; JPWO2013077377A1; CN103946408A; JP5423930B2; US9221232B2; SI2706128T1; BR112014012076B1; MX357864B; BR112014012076A8; ES2562625T3; WO2013077377A1; RU2014125286A; BR112014012076A2; US20140248511A1; MX2014006101A; EP2706128A4; CN103946408B; EP2706128B1; KR20140032504A; RU2610645C2

Abstract

질량 기준으로 C: 2.7∼3.5 %, Si: 1.5∼2.5 %, Mn: 0.4∼1.0 %, Ni: 3.7∼5.1 %, Cr: 0.8∼2.2 %, Mo: 1.5∼4.5 %, V: 2.0∼4.5 %, 및 Nb: 0.5∼2.0 %를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Nb/V의 질량비가 0.18∼0.65이며, Mo/V의 질량비가 0.7∼2.5인 화학 조성과 면적 기준으로 15∼45 %의 세멘타이트상 및 1∼10 %의 흑연상을 가지는 조직을 가지는 주철로 이루어지는 외층과, 기계적 강도이 우수한 주철로 이루어지는 내층이 금속 접합되어 이루어지고, 표면으로부터 깊이 10㎜ 이상의 상기 외층의 가사 영역 내에 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 직경 1.5㎜ 이상의 덴드라이트의 반점형 편석이 실질적으로 존재하지 않는 원심 주조제 복합 압연롤.

Description

원심 주조제 복합 압연롤 및 그 제조 방법{CENTRIFUGALLY CAST COMPOSITE ROLL AND ITS PRODUCTION METHOD}

본 발명은, 원심(遠心) 주조법(鑄造法)에 의해 형성한 외층과 강인(强靭)한 내층이 용착(溶着) 일체화된 복합 압연롤 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

열간 압연기(hot strip mill)용의 압연롤은, 압연재(壓延材)와의 접촉에 의한 열적(熱的), 기계적 부하에 의해 롤 외층의 표층부에 생긴 마모 및 표면 거칠어짐이 압연재의 치수 형상이나 표면 품질을 열화시키므로, 정기적으로 교환하지 않으면 안된다. 사용 후의 롤은 압연에 의한 마모나 거칠어진 표면부를 제거하기 위해 연마되고, 다음 회의 압연에 제공된다. 이와 같은 롤 교환의 사이클이 짧으면, 압연을 자주 중단하지 않으면 안되므로, 압연의 생산성이 저해된다. 그러므로, 내(耐)마모성 및 내(耐)표면거칠어짐성이 양호한 롤이 요구된다.

또한 열간 압연기에서는, 압연재가 스탠드 사이를 이동할 때 중첩되어 상하 롤 사이에 비팅(bitting)되는 즉 말려 들어가는 이른바 폴디드 롤링 트러블(folded-rolling trouble) 사고가 발생하는 경우가 있다. 특히 후단 스탠드로 될수록, 예를 들면, 7 스탠드의 마무리 압연기에서는 주로 제5 스탠드 이후에서, 압연 속도가 빠르기 때문에, 이와 같은 사고를 많이 볼 수 있다.

이와 같은 압연 사고에서는 압연재가 롤 외층의 표면에 소부(燒付)되므로, 과대한 열적, 기계적 부하가 작용하여, 롤 외층 표면에 크랙이 발생하는 경우가 있다. 크랙을 방치한 채 롤을 계속 사용하면 크랙이 진전(進展)하여, 롤 절손(折損)이나 스폴링(spalling)이라는 롤 파손을 일으키는 경우가 있다. 따라서, 폴디드 롤링 트러블 사고가 발생한 경우, 롤 표면을 절삭하여 크랙을 제거한다. 크랙이 깊으면 깊게 절삭하는 만큼 롤의 손실도 커져, 롤 비용이 증대한다. 따라서, 압연 사고가 일어나도 크랙에 의한 손상이 적은 내사고성(耐事故性)이 양호한 롤이 요구된다.

그러므로, 마무리 후단 스탠드에서는, 흑연을 함유하기 위해 내사고성[내소부성(耐燒付性)]이 우수한 그레인 롤(grain roll)이 사용되고 있다. 그러나, 종래의 그레인 롤에서는 내마모성이 뒤떨어져, 롤 수명이 짧으므로, 롤의 교환 및 연마를 자주 실시하지 않으면 안되므로, 생산성이 뒤떨어진다는 문제가 있었다. 한편, 고속도 공구강에 유사한 조성(組成)의 외층을 가지는 고속도강 롤(high peed Steel roll)은 높은 내마모성을 가지지만, 흑연을 포함하지 않으므로, 폴디드 롤링 트러블 사고가 발생하면 소부나 거친 열충격 크랙이 발생한다. 그러므로, 고속도강 롤은 마무리 후단 스탠드에서 사용할 수 없다. 그러므로, 열간 마무리 압연의 후단 스탠드에 사용되고 있는 그레인 롤에 대하여, 내마모성의 향상이 요구되고 있다.

이와 같은 요구에 대하여, 일본 공개특허 제2005―105296호는, 질량 기준으로, C: 2.5∼3.5 %, Si: 1.0∼2.5 %, Mn: 0.3∼1 %, Ni: 3∼5 %, Cr: 1.5∼2.5 %, Mo: 1.0∼4 %, V: 1.4∼3.0 %, Nb: 0.1∼0.5 %, B: 0.0005∼0.2 %를 포함하고, 잔부(殘部) Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성과, 적어도 베이스의 일부에, 최대 길이 0.1∼5 ㎛의 미세 탄화물을 50000∼1000000 개/㎟ 포함하는 조직(組織)을 가지는 내마모성 및 내표면거칠어짐성이 우수한 열간 압연용의 롤 외층을 개시하고 있다. 이 롤 외층은, 1320℃의 캐스팅(casting) 온도 및 중력 배수(倍數)로 160G의 원심력(遠心力) 하에서의 원심 주조법에 의해 주조(鑄造)된다.

그러나, 일본 공개특허 제2005―105296호에 기재되어 있는 경질 탄화물 형성 원소인 V를 증가시킨 그레인계 외층재를 원심 주조한 경우, 외층 표면으로부터 약 10㎜ 이상 깊은 영역에, 직경 1.5㎜ 이상으로 거칠게 성장한 베이나이트(bainite) 및/또는 마르텐사이트(martensite)의 덴드라이트(dendrite)의 반점형(斑点形) 편석(偏析)이 발생하는 경우를 알 수 있다. 탄화물 양이 적은 덴드라이트의 반점형 편석은 주위의 조직보다 우선적으로 마모되고, 또한 마모 부분은 압연재에 반점형으로 전사(轉寫)되므로, 압연 제품의 품질을 열화시킨다. 이와 같은 반점형 편석은 원심 주조에서의 응고(凝固) 편석에 의한다. 즉, 원심력의 작용 하에 있어서 응고될 때, 덴드라이트를 구성하는 탄소 함유량이 낮은 오스테나이트상의 정출상(晶出相)은 액상(液相)보다 비중이 크기 때문에, 원심력에 의해 외주측으로 이동한다. 덴드라이트가 거친 반점형 편석은, 오스테나이트상의 외주측으로의 이동에 따라 탄소 농도가 상승한 용탕(溶湯) 중에 창출한 오스테나이트상이, 고상율(固相率)의 상승에 의해 점성(粘性)이 증가한 탄소 농화(濃化) 용탕 중을 이동할 수 없어, 거칠게 성장하여, 베이나이트 및/또는 마르텐사이트로 변태(變態)한 것으로 생각된다. 그러므로, 일본 공개특허 제2005―105296호에 기재된 그레인계 외층을 가지는 복합롤을 마무리 후단 스탠드에 사용할 수는 없다.

일본 공개특허 평6―335712호는, 화학 성분이 중량비로 C: 2.0∼4.0 %, Si: 0.5∼4.0 %, Mn: 0.1∼1.5 %, Ni: 2.0∼6.0 %, Cr: 1.0∼7.0 %, V: 2.0∼8.0 %, 잔부는 Fe 및 불순물 원소로 이루어지고, 매트릭스 조직과, 0.5∼5 면적%의 흑연과, 0.2∼10 면적%의 MC계 탄화물과, 10∼40 면적%의 세멘타이트(cementite)로 이루어지는 금속 조직을 가지는 내마모 내소부성 열간 압연용 롤을 개시하고 있다. 또한, 상기 조성에 더하여 중량비로 또한, Mo: 0.3∼4.0 %, Co: 1.0∼10 %, Nb: 1.0∼10 %, Ti: 0.01∼2.0 %, B: 0.002∼0.2 %, Cu: 0.02∼1.0 %의 1종 이상을 포함할 수 있는 것을 개시하고 있다. 그러나, 이 롤에서도, 내부에 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 반점형 편석이 발생하고 있다. 이것은, 일본 공개특허 제2005―105296호와 마찬가지로, 원심 주조 시의 원심력에 의해 정출(晶出) 오스테나이트상의 편석이 발생한 것으로 생각된다.

일본 공개특허 제2004―323961호는, 열간 압연용 복합롤의 외층재로서, 질량%로, C: 2.6∼3.5 질량%, Si: 1.5∼2.5 질량%, Mn: 0.2∼1.5 질량%, Cr: 1.0∼2.5 질량%, Mo: 1.0∼3.0 %, Ni: 2.0∼7.0 질량%, V: 1.3∼2.5 질량%, Nb: 0.1∼0.8 질량%, B: 0.020∼0.2 질량%를 포함하고, 또한 Ti: 0.05 질량% 이하 및 Al: 0.1 질량% 이하의 1종 또는 2종을 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성과, 원 상당 직경(equivalent-circle diameter) 20 ㎛ 이상의 흑연이 10 개/㎟ 이상이며, 원 상당 직경 20 ㎛ 이상의 흑연 입자의 구형화율(球形化率)이 15∼75 %인 조직을 가지는 외층재를 개시하고 있다. 그러나, 이 문헌은 탄화물의 편석에 대해서는 검토하고 있지만, 외층 내부에 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 반점형 편석이 발생하는 것을 방지하기 위한 V, Nb 및 Mo의 조성 조건 및 제조 조건을 구체적으로 개시하고 있지 않다.

일본 공개특허 제2004―162104호는, 질량%로 C: 2.6∼3.5 %, Si: 1.0∼2.5 %, Mn: 0.2∼1.5 %, Cr: 0.8∼2.7 %, Mo: 1.0∼3.0 %, Ni: 2.0∼7.0 %, V: 1.3∼2.5 %, Nb: 0.1∼0.8 %, B: 0.020∼0.2 %를 포함하고, 또한 C, Cr, Nb 및 V의 함유량이 하기 식(1)∼(3):

2.0≤C―(0.24×V＋0.13×Nb)≤3.0 … (1)

Cr/C< 1.0 … (2)

3.0≤Cr＋V≤4.5 … (3)

[단, C, V, Nb 및 Cr은 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다. ]을 만족시키고, 또한 Ti: 0.05 % 미만 및 Al: 0.1% 이하의 1종 또는 2종을 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 가지는 열간 압연용 복합롤의 외층재를 개시하고 있다. 그러나, 이 문헌은 탄화물의 편석에 대해서는 검토하고 있지만, 외층 내부에 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 반점형 편석이 발생하는 것을 방지하기 위한 V, Nb 및 Mo의 조성 조건 및 제조 조건을 구체적으로 개시하고 있지 않다.

일본 공개특허 제2003―342669호는, 질량%로 C: 2.4∼3.2 %, Si: 0.9∼2.5 %, Mn: 0.2∼1.5 %, Cr: 0.8∼2.5 %, Mo: 1.2∼4.0 %, Ni: 2.0∼7.0 %, V: 1.5∼2.7 %, Nb: 0.1∼0.8 %, B: 0.020∼0.2 %, REM: 0.0006∼0.040 %, 를 포함하고, 또한 C, Cr, Nb, V함유량이 하기 식(1)∼(3):

1.8≤C―(0.236×V＋0.129×Nb)≤2.6 … (1)

Cr/C< 1.0 … (2)

3.0≤Cr＋V≤4.6 … (3)

[단, C, V, Nb 및 Cr은 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다. ]을 만족시키고, 또한 Ti: 0.05 % 미만 및 Al: 0.1% 이하의 1종 또는 2종을 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성과 흑연을 포함하는 조직을 가지는 내마모성, 내소부성 및 내표면 거칠어짐성이 우수한 열간 압연용 롤 외층재를 개시하고 있다. 그러나, 이 문헌은 탄화물의 편석에 대해서는 검토하고 있지만, 외층 내부에 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 반점형 편석이 발생하는 것을 방지하기 위한 V, Nb 및 Mo의 조성 조건 및 제조 조건을 구체적으로 개시하고 있지 않다.

일본 공개특허 제2004―68142호는, 질량%로, C: 2.9∼3.8 %, Si: 0.8∼2.0 %, Mn: 0.2∼1.5 %, Cr: 1.5∼3.5 %, Mo: 0.8∼3.5 %, Ni: 3.0∼7.0 %, V: 1.0∼3.5 %, Nb: 0.1∼0.8 %, B: 0.020∼0.2 %, 및 REM: 0.002∼0.030 %를 포함하고, 또한 하기 식(1) 및 (2):

2.5≤C―(0.236×V＋0.129×Nb)≤3.2 … (1)

0.5≤Cr/C< 1.0 … (2)

[단, C, V, Nb 및 Cr은 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다. ]을 만족시키고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 가지는 내소부성 및 내마모성이 우수한 열간 압연용 롤 외층재를 개시하고 있다. 그러나, 이 문헌은 탄화물의 편석에 대해서는 검토하고 있지만, 외층 내부에 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 반점형 편석이 발생하는 것을 방지하기 위한 V, Nb 및 Mo의 조성 조건 및 제조 조건을 구체적으로 개시하고 있지 않다.

일본 공개특허 평8―209299호는, 중량 %로 C: 2.0∼4.0 %, Si: 1.0∼5.0 %, Mn: 0.1∼2.0 %, Cr: 0.1∼6.0 %, Mo: 0.1∼6.0 %, V: 0.1∼6.0 %, 및 Ni: 1.0∼8.0 %를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물인 고내소부성열간 압연용 롤재를 개시하고 있다. 이 롤재는, 또한 0.1∼6.0 %의 W, 0.1∼4.0 %의 Nb 및 0.1∼10.0 %의 Co 중 적어도 1종을 함유해도 된다. 그러나, 이 문헌은, 탄화물의 편석, 및 외층 내부에 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 반점형 편석이 발생하는 것을 방지하기 위한 V, Nb 및 Mo의 조성 조건 및 제조 조건에 대하여 아무것도 개시하고 있지 않다.

EP 1190108 B는, (1) 2.0∼3.5 중량 %의 C, 1.0∼2.0 중량 %의 Si, 0.5∼2.0 중량 %의 Mn, 1.0∼3.0 중량 %의 Cr, 3.5∼4.9 중량 %의 Ni, 및 0.20∼2.9 중량 %의 Mo를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물인 용탕을 조제하고, (2) 0.5 중량 % 초과이며 5.9 중량 % 이하인 V(일부 Nb 등으로 치환되어 있어도 됨)를 용탕에 용해하고, (3) 응고에 의해 1.0∼3.0 체적 %의 그래파이트(graphite), 8∼35 체적 %의 공정(共晶) 탄화물 및 적어도 1 체적 %의 V 탄화물을 함유하고, 잔부가 실질적으로 마르텐사이트로 이루어지는 미세 조직을 얻을 수 있도록, 용탕 조성을 조정하고, (4) 용탕을 원심 주조용(鑄造用) 금형에 주탕(注湯)하고, (5) 열처리함으로써 복합롤을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이 문헌은, 외층 내부에 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 반점형 편석이 발생하는 것을 방지하기 위한 V, Nb 및 Mo의 조성 조건 및 제조 조건을 구체적으로 개시하고 있지 않다.

일본 공개특허 제2004―82209호는, 외각층(外殼層)이 질량비로 C: 3.0∼4.0 %, Si: 0.8∼2.5 %, Mn: 0.2∼1.2 %, Ni: 3.0∼5.0 %, Cr: 0.5∼2.5 %, Mo: 0.1∼3.0 %, 및 V: 1.0∼5.0 %를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 가지고, 내층이 C: 2.5∼4.0 %를 함유하는 보통 주철(鑄鐵) 또는 구형(球形) 흑연 주철로 이루어지고, 외각층의 두께(T)와 내층의 반경(R)이 0.03≤T/R≤0.5의 식에 의해 표현되는 관계를 만족시키는 원심 주조제(鑄造製) 열간 압연용 복합롤을 개시하고 있다. 그러나, 이 문헌은, 탄화물의 편석, 및 외층 내부에 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 반점형 편석이 발생하는 것을 방지하기 위한 V, Nb 및 Mo의 조성 조건 및 제조 조건에 대하여 아무것도 개시하고 있지 않다.

일본 공개특허 평8―302444호는, C: 2.5∼4.7 %, Si: 0.8∼3.2 %, Mn: 0.1∼2.0 %, Cr: 0.4∼1.9 %, Mo: 0.6∼5 %, V: 3.0∼10.0 %, 및 Nb: 0.6∼7.0 %를 함유하고, 또한 하기 식(1)∼(4)를 만족시키고,

2.0＋0.15 V＋0.10 Nb≤C( %) … (1)

1.1≤Mo/Cr … (2)

Nb/V≤0.8 … (3)

0.2≤Nb/V … (4)

잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 캐스팅 온도를 1400℃ 이상으로 한 입상 MC형 탄화물 및 흑연을 가지는 원심 주조 롤의 외층재를 개시하고 있다. 그러나, 이 문헌은 탄화물의 편석에 대해서는 검토하고 있지만, 외층 내부에 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 반점형 편석이 발생하는 것을 방지하기 위한 V, Nb 및 Mo의 조성 조건 및 제조 조건을 구체적으로 개시하고 있지 않다.

직경 1.5㎜ 이상의 반점형 편석이 존재하지 않는 그레인 주철로 이루어지는 외층을 가지는 원심 주조제 압연용 롤로서, 일본 공개특허 제2001―321807호는, C: 2.8∼3.5 중량 %, Si: 1.5 중량 % 이하, Mn: 1.5 중량 % 이하, Ni: 3∼5 중량 %, Cr: 1∼3 중량 %, 및 Mo: 1.0 중량 % 미만을 함유하고, 잔부가 실질적으로 Fe로 이루어지는 그레인 주철제(鑄鐵製)의 외층을 가지고, 압연 사용 깊이 20∼30㎜의 영역에서 직경 1.0㎜ 이상의 반점형 편석의 90 % 이상이 직경 2.0㎜ 미만인 압연용 롤을 개시하고 있다. 외층은, V: 2.0 중량 % 이하, Nb: 2.0 중량 % 이하, Ti: 1.0 중량 % 이하, Zr: 1.0 중량 % 이하 및 Ta: 1.0 중량 % 이하로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 원소를 합계하여 2.0 중량 % 이하 함유하고, M₁C₁형 탄화물을 가진다. 그러나, V 및 Nb는 합계하여 2.0 중량 % 이하이므로, 외층 내부에서의 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 반점형 편석의 발생을 충분히 방지할 수 없다.

이와 같이, 그레인 롤의 내마모성을 개선함으로써, 내마모성과 내사고성을 양립시키고, 또한 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 반점형 편석의 출현을 억제한 복합 구조의 원심 주조제 복합 압연롤의 실현은 곤란했다.

따라서 본 발명의 목적은, 내마모성 및 내사고성(내소부성)이 우수하고, 또한 내부에 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 반점형 편석이 실질적으로 없는 원심 주조제 외층을 가지는 복합 압연롤, 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 문제점을 해결하기 위해 예의(銳意) 연구의 결과, (a) 탄화물 형성 원소를 많이 포함하는 그레인계 주철의 원심 주조 과정에서는, 원심력에 의해 무거운 오스테나이트상(γ상)이 외주측으로 이동하므로, 내부에 잔류하는 탄소 농화 용탕(저융점의 공정 용탕) 중에 초정(初晶)으로서 석출한 오스테나이트상(γ상)이, 온도 저하에 의해 점성이 증가한 용탕 중에 체류하고, 덴드라이트상으로 거칠게 성장하는 것, 및 (b) 응고 초기 단계에서 γ상이 외주측으로 이동하여 농화하는 것을 억제하기 위해서는, 탄화물 형성 원소인 V, Nb 및 Mo의 양을 규제할뿐만 아니라, Nb/V의 질량비 및 Mo/V의 질량비를 규제하고, 또한 원심 주조의 캐스팅 온도 및 원심력을 제어할 필요가 있는 것을 발견하고, 본 발명에 이르렀다.

본 발명의 원심 주조제 복합 압연롤은, 질량 기준으로 C: 2.7∼3.5 %, Si: 1.5∼2.5 %, Mn: 0.4∼1.0 %, Ni: 3.7∼5.1 %, Cr: 0.8∼2.2 %, Mo: 1.5∼4.5 %, V: 2.0∼4.5 %, 및 Nb: 0.5∼2.0 %를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Nb/V의 질량비가 0.18∼0.65이며, Mo/V의 질량비가 0.7∼2.5인 화학 조성과, 면적 기준으로 15∼45 %의 세멘타이트상 및 1∼10 %의 흑연상(黑鉛相)을 가지는 조직을 가지는 주철로 이루어지는 외층과, 기계적 강도가 우수한 주철로 이루어지는 내층이 금속 접합되어 이루어지고, 표면으로부터 깊이 10㎜ 이상의 상기 외층의 가사영역(可使領域; usable region) 내에 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 직경 1.5㎜ 이상의 반점형 편석이 실질적으로 존재하지 않는 것을 특징으로 한다. 여기서, 용어 「외층의 가사 영역」이란, 외층 중 압연에 사용할 수 있는 깊이 방향의 영역으로서, 압연 사용층이라고도 하는 것이다.

상기 외층의 조직은, 원 상당 직경 5 ㎛ 이상의 흑연 입자를 0.9∼9.5 %의 면적 비율로, 원 상당 직경 1.5∼50 ㎛의 V를 주체로 한 탄화물 입자를 1∼20 %의 면적 비율로, 원 상당 직경 1.5∼100 ㎛의 Nb를 주체로 한 탄화물 입자와 원 상당 직경 1.5∼100 ㎛의 Mo를 주체로 한 탄화물 입자를 합계하여 0.3∼15 %의 면적 비율로 각각 함유하고, 또한 상기 V를 주체로 한 탄화물 입자의 개수는 50∼10,000 개/㎟이며, 상기 Nb를 주체로 한 탄화물 입자와 상기 Mo를 주체로 한 탄화물 입자의 합계 개수는 50∼10,000 개/㎟인 것이 바람직하다.

상기 외층은 또한, 질량 기준으로 W: 0.1∼5.0 %, Ti: 0.01∼5.0 %, Al: 0.01∼2.0 %, Zr: 0.01∼0.5 %, B: 0.001∼0.5 %, 및 Co: 0.1∼10.0 %으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유해도 된다.

상기 외층의 화학 조성은 질량 기준으로 1.7 %≤C―(0.06 Cr＋0.063 Mo＋0.033 W＋0.2 V＋0.13 Nb)≤2.7 %, 및 1.8 %≤C＋Si/3＋Ni/18―[(Mo＋W＋Nb)/15＋(Cr＋V)/3]≤2.8 %의 조건을 만족시키고, 또한 Mo/Cr의 질량비가 0.8∼5.0인 것이 바람직하다.

상기 외층은, C: 2.8∼3.5 %, Si: 1.5∼2.3 %, Mn: 0.5∼1.0 %, Ni: 3.9∼5.0 %, Cr: 0.9∼1.9 %, Mo: 1.7∼4.2 %, V: 2.0∼4.0 %, 및 Nb: 0.5∼1.3 %를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Nb/V의 질량비가 0.2∼0.6으로, Mo/V의 질량비가 0.7∼2.0인 화학 조성을 가지는 것이 바람직하다.

상기 외층은, V＋1.2 Nb가 2.7∼4.5 질량%인 요건을 만족시키는 것이 바람직하다.

상기 내층은 덕타일(ductile) 주철로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 원심 주조제 복합 압연롤을 제조하는 본 발명의 방법은, 원심 주조용 금형 내에, 질량 기준으로 C: 2.7∼3.5 %, Si: 1.5∼2.5 %, Mn: 0.4∼1.0 %, Ni: 3.7∼5.1 %, Cr: 0.8∼2.2 %, Mo: 1.5∼4.5 %, V: 2.0∼4.5 %, 및 Nb: 0.5∼2.0 %를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Nb/V의 질량비가 0.18∼0.65이며, Mo/V의 질량비가 0.7∼2.5인 화학 조성을 가지는 외층용 용탕을, 오스테나이트 석출(析出) 개시 온도＋(30∼180)℃의 범위 내 온도에서 캐스팅하고, 중력 배수로 60∼150 G의 범위 내의 원심력으로 상기 외층을 주조하는 것을 특징으로 한다.

상기 원심 주조용 금형은 두께 120∼450㎜의 덕타일 주철로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 원심 주조용 금형의 내면에 실리카, 알루미나, 마그네시아 또는 지르콘을 주체로 하는 도형(塗型; facing material)을 두께 0.5∼5㎜로 도포하고, 상기 외층의 원심 주조를 행하는 것이 바람직하다.

본 발명의 원심 주조제 복합 압연롤은, 우수한 내마모성 및 내사고성(폴디드 롤링 트러블 등의 압연 사고가 생겨도 깊은 크랙이 생기기 어려운 성질)을 가지고, 또한 내부에 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 반점형 편석이 적은 (균질한 조직을 가지는) 외층을 가지므로, 우수한 내구성(耐久性)을 가지는 동시에 표면 거칠어짐이 적고, 특히 미려한 압연면(壓延面)이 요구되는 열간 압연기의 마무리 열후단 스탠드의 공작물(work-object) 롤에 바람직하다.

도 1은 압연 마모 시험기를 나타낸 개략도이다.
도 2는 마찰열 충격시험기를 나타낸 개략도이다.
도 3은 공정 2에서 촬영한 실시예 1의 시험편의 조직을 나타내는 광학 현미경 사진 A이다.
도 4는 공정 3에서 촬영한 실시예 1의 시험편의 조직을 나타내는 BSE상의 사진 B이다.
도 5는 공정 5에서 촬영한 실시예 1의 시험편의 조직을 나타내는 광학 현미경 사진 C이다.
도 6은 공정 7에서 촬영한 실시예 1의 시험편의 조직을 나타내는 광학 현미경 사진 D이다.
도 7은 공정 9에서 촬영한 실시예 1의 시험편의 조직을 나타내는 광학 현미경 사진 E이다.

본 발명의 실시형태를 이하 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 각종 변경을 해도 된다.

[1] 원심 주조제 복합 압연롤

(A) 외층의 조성

원심 주조법에 의해 형성한 외층과, 강인한 내층이 용착 일체로 되어 이루어지는 본 발명의 원심 주조제 복합 압연롤의 외층은, 이하의 화학 조성(질량%)을 가진다.

(1) 필수 조성

(a) C: 2.7∼3.5 질량%

C는 V, Nb, Cr, Mo 및 W와 결합하여 경질의 탄화물을 생성하고, 외층의 내마모성의 향상에 기여하는 동시에 Si 및 Ni의 흑연화 촉진 원소에 의해 조직 중에 흑연을 석출시켜, 외층에 내소부성을 부여한다. C가 2.7 질량% 미만에서는 흑연의 석출이 불충분할뿐 아니라, 경질의 탄화물의 석출량(析出量)이 너무 적어 외층에 충분한 내마모성을 부여할 수 없다.

또한, C가 2.7 질량% 미만에서는, 오스테나이트 정출로부터 공정 탄화물 정출까지의 온도차가 크기 때문에, 오스테나이트가 원심력에 의해 외주측으로 이동하고, 외층 내부의 용탕에서는 탄소가 농화하기 용이해진다. 그 결과, 탄소 농화 용탕 중에서 오스테나이트의 거친 덴드라이트의 발생 및 성장이 일어나기 용이해진다. 오스테나이트의 덴드라이트는 베이나이트 및/또는 마르텐사이트로 변태하여, 거친 반점형 편석으로 된다. 본 발명에서는, 거친 반점형 편석으로서 직경 1.5㎜ 이상의 것의 유무에 따라, 조직의 균일성을 판정한다. 한편, C가 3.5 질량%를 넘으면 흑연이 과잉으로 되고, 또한 그 형상도 로프형으로 되고, 강도 등의 기계적 성질이 열화된다. 또한 탄화물의 석출량이 과다로 되어 외층의 인성(靭性)이 저하되어, 내크랙성이 저하되므로, 압연에 의한 크랙이 깊어져, 롤 손실이 증가한다. C의 함유량의 하한은 바람직하게는 2.8 질량%이며, 더욱 바람직하게는 2.9 질량%이며, 가장 바람직하게는 3.0 질량%이다. 또한, C의 함유량의 상한은 바람직하게는 3.5 질량%이며, 더욱 바람직하게는 3.4 질량%이며, 가장 바람직하게는 3.35 질량%이다.

(b) Si: 1.5∼2.5 질량%

Si는 용탕의 탈산에 의해 산화물의 결함을 감소시키는 동시에, 흑연화를 조장하는 작용을 가지고, 내소부성에 기여한다. Si가 1.5 질량% 미만에서는 용탕의 탈산 작용이 불충분하여, 흑연화의 작용도 적다. 한편, Si가 2.5 질량%를 넘으면 합금 매트릭스가 취화(脆化)되어, 외층의 인성은 저하된다. Si의 함유량의 하한은 바람직하게는 1.5 질량%이며, 더욱 바람직하게는 1.6 질량%이며, 가장 바람직하게는 1.8 질량%이다. Si의 함유량의 상한은 바람직하게는 2.3 질량%이며, 더욱 바람직하게는 2.2 질량%이며, 가장 바람직하게는 2.2 질량%이다.

(c) Mn: 0.4∼1.0 질량%

Mn은 용탕의 탈산 작용 외에, 불순물인 S를 MnS로서 고정시키는 작용을 가진다. Mn이 0.4 질량% 미만에서는 이들 효과는 불충분하다. 한편, Mn이 1.0 질량%를 넘어도 새로운 효과는 얻을 수 없다. Mn의 함유량의 하한은 바람직하게는 0.5 질량%이며, 더욱 바람직하게는 0.6 질량%이며, 가장 바람직하게는 0.75 질량%이다. Mn의 함유량의 상한은 바람직하게는 1.0 질량%이며, 더욱 바람직하게는 0.9 질량%이며, 가장 바람직하게는 0.85 질량%이다.

(d) Ni: 3.7∼5.1 질량%

Ni는 흑연을 석출시키는 작용이 있어, 내소부성에 기여한다. Ni가 3.7 질량% 미만에서는 그 효과는 불충분하다. 한편, Ni가 5.1 질량%를 넘으면 오스테나이트가 안정화되지 않아, 베이나이트 또는 마르텐사이트로 변태하기 어려워진다. Ni의 함유량의 하한은 바람직하게는 3.9 질량%이며, 더욱 바람직하게는 4.0 질량%이며, 가장 바람직하게는 4.2 질량%이다. Ni의 함유량의 상한은 바람직하게는 5.0 질량%이며, 더욱 바람직하게는 4.8 질량%이며, 가장 바람직하게는 4.4 질량%이다.

(e) Cr: 0.8∼2.2 질량%

Cr은 매트릭스를 베이나이트 또는 마르텐사이트로 하여 경도를 유지하고, 내마모성을 유지하는 데 유효한 원소이다. Cr이 0.8 질량% 미만에서는 그 효과는 불충분하다. 한편, Cr이 2.2 질량%를 넘으면, Cr 탄화물(M₇C₃, M₂₃C₆)이 형성되기 쉬워져, 내마모성에 기여하는 V 주체의 탄화물 및 Nb 주체의 탄화물의 정출량이 감소한다. Cr의 함유량의 하한은 바람직하게는 0.9 질량%이며, 더욱 바람직하게는 1.0 질량%이며, 가장 바람직하게는 1.1 질량%이다. Cr의 함유량의 상한은 바람직하게는 2.0 질량%이며, 더욱 바람직하게는 1.9 질량%이며, 가장 바람직하게는 1.8 질량%이다.

(f) Mo: 1.5∼4.5 질량%

Mo는 C와 결합하여 경질의 Mo 탄화물(M₆C, M₂C)을 형성하고, 외층의 경도를 증가시키는 동시에, 합금 매트릭스의 담금질성(hardenability)을 향상시킨다. 또한, Mo는 합금 용탕의 응고 과정에서 잔류 공정 용탕의 비중을 증가시키고, 초정 γ상의 원심 분리를 막아, 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 반점형 편석의 출현을 억제한다. Mo는 MC 탄화물에도 고용되어, V 및 Nb와 함께 강인한 경질 MC 탄화물을 생성하여 내마모성을 향상시킨다. Mo가 1.5 질량% 미만에서는 이들 효과는 불충분하다. 한편, Mo가 4.5 질량%를 넘으면, 외층의 인성이 열화되고, 또한 백선화(白銑化) 경향이 강하게 되므로, 흑연의 석출을 저해한다. Mo의 함유량의 하한은 바람직하게는 1.7 질량%이며, 더욱 바람직하게는 1.8 질량%이며, 가장 바람직하게는 2.0 질량%이다. Mo의 함유량의 상한은 바람직하게는 4.2 질량%이며, 더욱 바람직하게는 4.1 질량%이며, 가장 바람직하게는 3.9 질량%이다.

(g) V: 2.0∼4.5 질량%

V는 C와 결합하여 경질의 V를 주체로 하는 탄화물(MC 탄화물)을 생성하는 원소이다. 「V를 주체로 하는 탄화물」은, V가 C와 결합한 최다의 원소인 탄화물이며, V 단독의 탄화물에 한정되지 않고, V 이외의 원소를 함유해도 된다. 이 V를 주체로 하는 탄화물은 2500∼3000의 비커스 경도(Vickers hardness) Hv를 가지고, 탄화물 중 가장 하드하다. V가 2.0 질량% 미만에서는, MC 탄화물의 석출량은 불충분하다. 한편, V가 4.5 질량%를 넘으면, MC 탄화물이 거칠어져 합금 조직이 거칠어져, 압연 시에 표면이 거칠어지기 쉬워진다. V의 함유량의 하한은 바람직하게는 2.1 질량%이며, 더욱 바람직하게는 2.2 질량%이며, 가장 바람직하게는 2.3 질량%이다. V의 함유량의 상한은 바람직하게는 4.0 질량%이며, 더욱 바람직하게는 3.5 질량%이며, 가장 바람직하게는 3.0 질량%이다.

(h) Nb: 0.5∼2.0 질량%

Nb는 C와 결합하여 Nb를 주체로 하는 탄화물(MC 탄화물)을 생성한다. 「Nb를 주체로 하는 탄화물」은, Nb가 C와 결합한 최다의 원소인 탄화물이며, Nb 단독의 탄화물에 한정되지 않고, Nb 이외의 원소를 함유해도 된다. Nb는 V 및 Mo와의 복합 첨가에 의해, MC 탄화물에 고용하여 MC 탄화물을 강화하고, 외층의 내마모성을 향상시킨다. 또한, Nb는 합금 용탕의 응고 과정에서 잔류 공정 용탕의 비중을 증가시켜, 초정 γ상의 원심 분리를 막아, 오스테나이트로부터 변태한 덴드라이트상태의 베이나이트 및/또는 마르텐사이트가 반점형으로 편석되는 것을 억제한다. Nb를 주체로 하는 MC 탄화물은 V를 주체로 하는 MC 탄화물보다 용탕과의 밀도차가 작으므로, 원심 주조되는 외층 중에서의 MC 탄화물의 편석이 Nb에 의해 저감된다. Nb가 0.5 질량% 미만에서는 이들 효과는 불충분하다. 한편, Nb가 2.0 질량%를 넘으면, 백선화 경향이 강해져 흑연의 석출을 저해할뿐 아니라, MC 탄화물을 거칠게 하는 동시에 그 편석을 조장하여, 외층의 내표면 거칠어짐성을 저하시킨다. Nb의 함유량의 하한은 바람직하게는 0.55 질량%이며, 더욱 바람직하게는 0.6 질량%이며, 가장 바람직하게는 0.65 질량%이며, 특히 0.7 질량%이다. Nb의 함유량의 상한은 바람직하게는 1.3 질량%이며, 더욱 바람직하게는 0.9 질량%이며, 가장 바람직하게는 0.8 질량%이다.

(i) Nb/V: 0.18∼0.65, Mo/V: 0.7∼2.5, 및 V＋1.2 Nb: 2.7∼4.5

V, Nb 및 Mo는 모두 내마모성에 필수적인 경질 MC 탄화물을 증가시키는 작용을 가지므로, 이들 원소의 합계 첨가량을 소정의 레벨 이상으로 할 필요가 있다. 또한, V는 용탕의 비중을 저하시키는 원소인데 대하여, Nb 및 Mo는 용탕의 비중을 증가시키는 원소이다. 따라서, V에 대하여 Nb 및 Mo의 함유량이 균형을 이루지 않으면, 용탕의 비중과 오스테나이트의 비중과의 차가 커져, 원심력에 의한 오스테나이트의 외층 측으로의 이동에 따라 탄소가 현저하게 농화되고, 그 결과 오스테나이트의 덴드라이트가 편석되기 쉬워진다.

그러므로, Nb/V의 질량비를 0.18∼0.65로 하고, Mo/V의 질량비를 0.7∼2.5로 하고, 또한 V＋1.2 Nb를 2.7∼4.5 질량%로 할 필요가 있다. Nb/V, Mo/V 및 V＋1.2 Nb가 이들 범위 내이면, V를 주체로 하는 탄화물 중에 적당량의 Nb 및 Mo가 들어가 탄화물이 무거워져, 탄화물의 분산이 균일화되어도, 이에 따라서 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 반점형 편석의 발생이 방지된다. Nb/V의 질량비의 하한은 바람직하게는 0.2이며, 더욱 바람직하게는 0.21이며, 가장 바람직하게는 0.24이다. Nb/V의 질량비의 상한은 바람직하게는 0.6이며, 더욱 바람직하게는 0.4이며, 가장 바람직하게는 0.30이다. Mo/V의 질량비의 하한은 바람직하게는 0.7이며, 더욱 바람직하게는 0.8이며, 가장 바람직하게는 0.9이다. Mo/V의 질량비의 상한은 바람직하게는 2.0이며, 더욱 바람직하게는 1.5이며, 가장 바람직하게는 1.4이다. V＋1.2 Nb의 하한은 바람직하게는 2.7 질량%이며, 더욱 바람직하게는 2.8 질량%이며, 가장 바람직하게는 2.9 질량%이다. V＋1.2 Nb의 상한은 바람직하게는 4.2 질량%이며, 더욱 바람직하게는 4.0 질량%이며, 가장 바람직하게는 3.9 질량%이다.

(2) 임의 조성

본 발명의 원심 주조제 복합 압연롤의 외층은, 상기 필수 조성 요건 외에, 용도에 따라 이하의 조성 요건을 만족시키는 것이 바람직하다.

(a) W: 0.1∼5.0 질량%

W는 C와 결합하여 경질의 M6C 및 M2C의 탄화물을 생성하고, 외층의 내마모성 향상에 기여한다. 또한 MC 탄화물에도 고용하여 그 비중을 증가시켜, 편석을 경감시키는 작용을 가진다. W의 바람직한 함유량은 0.1∼5.0 질량%이다. W가 0.1 질량% 미만에서는 그 효과는 불충분하다. 한편, W가 5.0 질량%를 넘으면, 용탕의 비중을 무겁게 하므로, 탄화물 편석이 발생되기 쉬워진다. W의 함유량의 상한은 더욱 바람직하게는 4.0 질량%이며, 가장 바람직하게는 2.0 질량%이다.

(b) Ti: 0.01∼5.0 질량%

Ti는 흑연화 저해 원소인 N 및 O와 결합하여, 산질화물을 형성한다. 산질화물은 용탕 중에 현탁되어 핵(核)으로 되고, MC 탄화물을 미세화 및 균질화한다. Ti의 바람직한 함유량은 0.01∼5.0 질량%이다. Ti가 0.01 질량% 미만에서는 그 효과는 불충분하다. 한편, Ti가 5.0 질량%를 넘으면, 용탕의 점성이 증가하여, 주조 결함이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Ti의 함유량은 0.01∼5.0 질량%가 바람직하다. Ti의 함유량의 상한은 더욱 바람직하게는 2.0 질량%이며, 가장 바람직하게는 1.0 질량%이다.

(c) Al: 0.01∼2.0 질량%

Al은 흑연화 저해 원소인 N 및 O와 결합되어, 산질화물을 형성한다. 산질화물은 용탕 중에 현탁되어 핵으로 되고, MC 탄화물을 미세 균일하게 석출시킨다. Al이 0.01 질량% 미만에서는 그 효과를 기대할 수 없다. 한편, Al이 2.0 질량%를 넘으면, 외층은 약해진다. 또한 용탕 중에 포함되어 있는 N 및 O의 양으로부터, 2.0 질량% 초과의 Al은 불필요하다. 따라서, Al의 함유량은 0.01∼2.0 질량%가 바람직하다. Al의 함유량의 상한은 더욱 바람직하게는 0.5 질량%이며, 가장 바람직하게는 0.1 질량%이다.

(d) Zr: 0.01∼0.5 질량%

Zr는 C와 결합하여 MC 탄화물을 생성하고, 외층의 내마모성을 향상시킨다. 또한 용탕 중에서 생성한 Zr 산화물은 결정핵(結晶核)으로서 작용하므로, 응고 조직이 미세하게 된다. 또한 MC 탄화물의 비중을 증가시켜 편석을 방지한다. Zr이 0.01 질량% 미만에서는 이 효과는 충분하지 않다. 한편, Zr이 0.5 질량%를 넘으면 개재물(介在物)을 생성하므로 바람직하지 않다. 따라서, Zr의 함유량은 0.01∼0.5 질량%가 바람직하다. Zr의 함유량의 상한은 더욱 바람직하게는 0.3 질량%이며, 가장 바람직하게는 0.1 질량%이다.

(e) B: 0.001∼0.5 질량%

B는 탄화물을 미세화하는 작용을 가지고, 또한 소량 첨가의 경우 흑연의 석출에 기여한다. B가 0.001 질량% 미만에서는 그 효과가 충분히 발휘되지 않는다. 한편, B가 0.5 질량%를 넘으면 탄화물이 불안정하게 된다. 따라서, B의 함유량은 0.001∼0.5 질량%가 바람직하다. B의 함유량의 상한은 더욱 바람직하게는 0.1 질량%이며, 가장 바람직하게는 0.05 질량%이다.

(f) Co: 0.1∼10.0 질량%

Co는 매트릭스 조직의 강화에 유효한 원소이다. 또한, Co는 흑연을 석출하기 쉽게 한다. Co가 0.1 질량% 미만에서는 그 효과를 기대할 수 없다. 한편, Co가 10.0 질량%를 넘으면 외층의 인성은 저하된다. 따라서, Co의 함유량은 0.1∼10.0 질량%가 바람직하다. Co의 함유량의 상한은 더욱 바람직하게는 5.0 질량%이며, 가장 바람직하게는 2.0 질량%이다.

(g) Mo/Cr: 0.8∼5.0

Mo/Cr의 질량비는 0.8∼5.0의 범위 내인 것이 바람직하다. Mo/Cr의 질량비가 0.8 미만에서는, Mo 함유량이 Cr 함유량에 대하여 충분하지 않고, M₇C₃ 등의 Cr 탄화물 입자가 석출하므로, Mo를 주체로 한 탄화물 입자의 면적 비율이 저하된다. 한편, Mo/Cr의 질량비가 5.0 이상에서는 Mo를 주체로 하는 탄화물 입자가 너무 많아지게 된다. 따라서, Mo/Cr의 질량비는 0.8∼5.0이 바람직하다. Mo/Cr의 질량비의 하한은 더욱 바람직하게는 0.9이다. Mo/Cr의 질량비의 상한은 더욱 바람직하게는 4.5이며, 가장 바람직하게는 4.0이다.

(h) 불순물

외층 조성의 잔부는 실질적으로 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 불가피적 불순물 중, P 및 S는 기계적 성질의 열화를 초래함으로써, 가능한 한 적게 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, P의 함유량은 0.1 질량% 이하가 바람직하고, S의 함유량은 0.1 질량% 이하가 바람직하다. 그 외의 불가피적 불순물로서, Cu, Sb, Te, Se 등의 원소는 합계하여 0.7 질량% 이하이면 된다.

(B) 외층의 조직

본 발명의 원심 주조제 복합 압연롤의 외층의 조직은, 15∼45 면적%의 세멘타이트상 및 1∼10 면적%의 흑연상을 가진다. 외층의 매트릭스 조직은 실질적으로 마르텐사이트, 베이나이트 또는 펄라이트(pearlite)로 이루어지는 것이 바람직하다.

원 상당 직경 5㎛ 이상의 흑연 입자의 면적 비율은 0.9∼9.5 %인 것이 바람직하고, 원 상당 직경 1.5∼50 ㎛의 V를 주체로 한 탄화물 입자의 면적 비율은 1∼20 %인 것이 바람직하고, 원 상당 직경 1.5∼100 ㎛의 Nb를 주체로 한 탄화물 입자와 원 상당 직경 1.5∼100 ㎛의 Mo를 주체로 한 탄화물 입자의 합계 면적 비율은 0.3∼15 %인 것이 바람직하다. 또한, 합금 조직의 단위 면적(1㎟) 당, 원 상당 직경 1.5∼50 ㎛의 V를 주체로 한 탄화물 입자의 개수는 50∼10,000 개/㎟인 것이 바람직하고, 또한 원 상당 직경 1.5∼100 ㎛의 Nb를 주체로 한 탄화물 입자와 원 상당 직경 1.5∼100 ㎛의 Mo를 주체로 한 탄화물 입자의 합계 개수는 50∼10,000 개/㎟인 것이 바람직하다.

(1) 세멘타이트: 15∼45 면적%

내마모성 확보를 위한 탄화물을 함유하는 경우에 불가피하게 석출하는 세멘타이트는 비교적 연질인 탄화물이며, 그것 자체로 내소부성을 향상시키는 효과를 가질뿐 아니라, 내소부성에 필요한 흑연의 석출에도 기여한다. 세멘타이트의 면적 비율이 15 % 미만에서는 내소부성 향상의 효과가 불충분하다. 한편, 세멘타이트의 면적 비율이 45 면적%를 넘으면, 외층의 인성은 저하된다. 세멘타이트의 바람직한 면적%는 20∼40 %이다.

15∼45 면적%의 세멘타이트를 얻기 위해, 외층 조성은 1.7 질량%≤C―(0.06 Cr＋0.063 Mo＋0.033 W＋0.2 V＋0.13 Nb)≤2.7 질량%의 요건을 만족시키는 것이 바람직하다. 상기 식의 값이 1.7 질량% 미만에서는, Cr, Mo 등의 탄화물 형성 원소가 C함유량에 대하여 과잉이며, C가 Cr 탄화물, Mo 탄화물 등에 소비되어 세멘타이트의 면적 비율이 15 % 미만으로 된다. 한편, 상기 식의 값이 2.7 질량% 초과에서는, 세멘타이트의 면적 비율이 45 %를 초과한다.

(2) 흑연상: 1∼10 면적%

외층 조직에 석출되는 흑연상(흑연 입자)의 면적 비율은 1∼10 %이다. 흑연상이 1 면적% 미만에서는, 외층의 내소부성 향상의 효과가 불충분하다. 한편, 흑연상이 10 면적%를 넘으면, 외층의 기계적 성질은 현저하게 저하된다. 흑연상의 면적 비율은 바람직하게는 1∼7 %이며, 더욱 바람직하게는 1∼5 %이다.

1∼10 면적%의 흑연상을 얻기 위해서는, 외층 조성은 1.8 질량%≤C＋Si/3＋Ni/18―[(Mo＋W＋Nb)/15＋(Cr＋V)/3]≤2.8 질량%의 요건을 만족시키는 것이 바람직하다. 상기 식의 값이 1.8 질량% 미만에서는, C, Si 및 Ni에 대하여 Mo, W, Nb, Cr 및 V의 흑연화 저해 원소가 과잉이며, 흑연 면적 비율은 1 % 미만으로 된다. 한편, 상기 식의 값이 2.8 질량% 초과하면, 흑연화 저해 원소가 너무 적어 흑연 면적 비율은 10%를 초과한다.

(3) 원 상당 직경 5㎛ 이상의 흑연 입자: 0.9∼9.5 면적%

원 상당 직경이 5㎛ 이상의 흑연 입자는 큰 윤활 효과를 발휘하므로, 그 면적 비율은 0.9∼9.5 면적%인 것이 바람직하다. 여기서, 용어 「원 상당 직경」은, 각각의 흑연 입자와 같은 면적을 가지는 원의 직경에 의해 나타낸 외경(外徑)을 의미한다. 원 상당 직경 5㎛ 이상의 흑연 입자가 0.9 면적% 미만에서는, 외층의 내소부성은 불충분하다. 한편, 원 상당 직경 5㎛ 이상의 흑연 입자가 9.5 면적% 초과하면, 외층의 내마모성은 불충분하다. 원 상당 직경 5㎛ 이상의 흑연 입자의 면적 비율은 더욱 바람직하게는 0.9∼6.5 %이며, 가장 바람직하게는 0.9∼4.5 %이다.

(4) 원 상당 직경 1.5∼50 ㎛의 V를 주체로 한 탄화물 입자

V를 주체로 한 탄화물 입자는 내마모성을 향상시킨다. 그 중에서도 원 상당 직경 1.5㎛ 이상의 V를 주체로 한 탄화물 입자는 내마모성 향상에 대한 기여가 크다. 원 상당 직경 1.5㎛ 미만의 탄화물 입자는 외층 표면으로부터 탈락되기 쉬워, 내마모성 향상 효과를 충분히 얻을 수 없다. 한편, V를 주체로 하는 탄화물은 입상이므로, 원 상당 직경 50㎛을 넘으면 압연 표면이 손상되게 된다.

원 상당 직경 1.5∼50 ㎛의 V를 주체로 한 탄화물 입자의 면적 비율은 1∼20 %이다. 면적 비율이 1 % 미만이면, 외층의 내마모성은 충분하지 않다. 또한, 흑연과의 공존 관계에 의해 원 상당 직경 1.5∼50 ㎛의 V를 주체로 한 탄화물 입자를 20 면적%를 초과하는 것은 곤란하다. 상기 탄화물 입자의 바람직한 면적 비율은 2∼15 %이다.

합금 조직의 단위 면적(1㎟) 당, 원 상당 직경 1.5∼50 ㎛의 V를 주체로 한 탄화물 입자의 개수는 50∼10,000 개/㎟인 것이 바람직하다. 상기 탄화물 입자가 50개/㎟ 미만에서는, 인접하는 탄화물끼리의 간격이 너무 넓기 때문에, 탄화물 사이의 비교적 연질인 매트릭스가 빠르게 마모되어, 표면 거칠어짐을 일으키기 쉽다. 한편, 상기 탄화물 입자가 10,000개/㎟ 초과하면, 인접하는 탄화물끼리가 접촉하기 쉬우므로, 외층의 인성은 낮다. 상기 탄화물 입자의 면적 비율은 바람직하게는 50∼5,000 개/㎟이며, 더욱 바람직하게는 100∼5,000 개/㎟이다.

(5) 원 상당 직경 1.5∼100 ㎛의 Nb를 주체로 한 탄화물 입자 및 Mo를 주체로 한 탄화물 입자

Nb를 주체로 한 탄화물 입자 및 Mo를 주체로 한 탄화물 입자는 내마모성을 향상시킨다. 그 중에서도, 원 상당 직경 1.5㎛ 이상의 Nb를 주체로 한 탄화물 입자와 원 상당 직경 1.5㎛ 이상의 Mo를 주체로 한 탄화물 입자는 내마모성 향상에 대한 기여가 크다. 원 상당 직경이 1.5㎛ 미만에서는 외층 표면으로부터 탈락하기 쉬워, 내마모성 향상 효과를 충분히 얻을 수 없다. Nb를 주체로 하는 탄화물 입자 및 Mo를 주체로 하는 탄화물 입자는 네트워크형으로 이루어지는 경우도 있으므로, 원 상당 직경이 100 ㎛를 넘으면 거칠어진 압연 표면으로 되기 쉽다. 그래서, 이들 탄화물 입자의 면적 비율은 0.3∼15 %인 것이 바람직하다. 이들 탄화물 입자의 합계 면적 비율이 0.3% 미만에서는, 외층의 내마모성은 충분하지 않다. 또한, 흑연과의 공존 관계에 의해 이들 탄화물 입자의 면적 비율을 15% 초과하는 하는 것은 곤란하다.

합금 조직의 단위 면적(1㎟) 당의 이들 탄화물 입자의 합계수는 50∼10,000 개/㎟인 것이 바람직하다. 이들 탄화물 입자의 합계수가 50개/㎟ 미만에서는, 인접하는 탄화물끼리의 간격이 너무 넓기 때문에, 탄화물 사이에 존재하는 비교적 연질의 매트릭스 부분이 마모되어 표면이 거칠어지기 쉽다. 한편, 이들 탄화물 입자의 합계수가 10,000개/㎟를 넘으면, 인접하는 탄화물끼리가 접촉되기 쉬워, 외층의 인성은 저하된다. 이들 탄화물 입자의 합계수는 바람직하게는 100∼10,000 개/㎟이며, 더욱 바람직하게는 100∼5,000 개/㎟이다.

(6) 그 외의 탄화물

외층은, V를 주체로 한 탄화물, Nb를 주체로 한 탄화물, Mo를 주체로 한 탄화물 및 세멘타이트 이외에, M₇C₃ 탄화물을 면적 비율로 0.2∼10 % 함유해도 된다.

본 발명의 원심 주조제 복합 압연롤의 외층은, 상기 조성 범위를 가지는 동시에, V를 주체로 한 탄화물 입자, Nb를 주체로 한 탄화물 입자 및 Mo를 주체로 한 탄화물 입자를 상기 범위에서 함유하므로, 내마모성 및 내사고성(내소부성)이 우수하고, 또한 외층의 내부에 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 반점형 편석이 적다.

(C) 내층

상기 외층에 접합하는 내층은 강인한 덕타일 주철로 이루어지는 것이 바람직하다. 덕타일 주철의 조성은, 질량 기준으로, C: 3.0∼4.0 %, Si: 1.5∼3.0 %, Mn: 0.2∼1.0 %, P: 0.1% 이하, S: 0.1% 이하, Ni: 0.7∼5.0 %, Cr: 0.1∼1.0 %, Mo: 0.1∼1.0 %, Mg: 0.02∼0.08 %를 함유하고, 잔부가 실질적으로 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것이 바람직하다. 외층과 내층과의 사이에, 성분 혼입의 억제나 완충 등의 목적으로 중간층을 개재(介在)시켜도 된다.

(D) 롤 사이즈

본 발명의 원심 주조제 복합 압연롤의 사이즈는 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 예는, 외층의 외경이 200∼1300㎜이며, 롤 보디 길이가 500∼6000㎜이며, 외층의 압연 사용층의 두께가 50∼200㎜이다.

[2] 원심 주조제 복합 압연롤의 제조 방법

본 발명의 원심 주조제 복합 압연롤은, (a) 상기 조성을 가지는 외층용 용탕을 회전시키는 원심 주조용 원통형 금형에 캐스팅하고, (b) 외층의 응고 중 또는 후에 중공형 외층의 내부에 내층용 용탕을 캐스팅함으로써 제조한다. 공정(a)에 있어서, 외층용 용탕의 캐스팅 온도는 오스테나이트 석출 개시 온도＋(30∼180)℃의 범위 내이고, 원심 주조용 원통형 금형의 회전에 의한 원심력은 중력 배수로 60∼150 G의 범위 내이다.

(A) 외층의 형성

(1) 용탕

외층용 용탕의 화학 조성은, 질량 기준으로 C: 2.7∼3.5 %, Si: 1.5∼2.5 %, Mn: 0.4∼1.0 %, Ni: 3.7∼5.1 %, Cr: 0.8∼2.2 %, Mo: 1.5∼4.5 %, V: 2.0∼4.5 %, 및 Nb: 0.5∼2.0 %를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Nb/V의 질량비는 0.18∼0.65이며, Mo/V의 질량비는 0.7∼2.5이다.

(2) 캐스팅 온도

외층용 용탕의 캐스팅 온도는, 오스테나이트 석출 개시 온도＋(30∼180)℃의 범위 내이다. 이 범위 내의 캐스팅 온도에 의해, 액상이 잔존하는 시간을 짧게 하고, 초정 γ상의 원심 분리를 억제하여, 편석을 억제할 수 있다. 캐스팅 온도가 오스테나이트 석출 개시 온도＋30℃보다 낮으면 캐스팅한 용탕의 응고가 너무 빠르므로, 미세한 개재물 등의 이물질이 원심력에 의한 분리 전에 응고하기 때문에, 이물질 결함이 잔존하기 쉽다. 한편, 캐스팅 온도가 오스테나이트 석출 개시 온도＋180℃보다 높으면, 외층 내부에 거친 덴드라이트가 집합된 반점형 영역[편석역(偏析域)]이 생성된다. 캐스팅 온도는 바람직하게는 오스테나이트 석출 개시 온도＋(30∼100)℃이며, 더욱 바람직하게는 오스테나이트 석출 개시 온도 ＋(80∼100)℃이다. 그리고, 오스테나이트 석출 개시 온도는, 시차 열분석 장치에 의해 측정한 응고 발열의 개시 온도이다.

(3) 원심력

원심 주조용 금형으로 외층을 주조할 때 원심력은, 중력 배수로 60∼150 G의 범위 내이다. 이 범위 내의 중력 배수로 캐스팅하면, 응고 시의 가속도를 제한하여 초정 γ상의 이동 속도를 늦게 하고, 따라서 초정 γ상의 원심 분리를 억제하는(편석을 억제하는) 것이 가능하다. 중력 배수가 60G 미만에서는, 외층 용탕의 금형의 내층에 대한 어태치성(attach)이 부족하다. 한편, 중력 배수가 150G를 넘으면, 초정 γ상의 원심 분리가 현저하게 되어, γ상이 적은 용탕 잔액에 거친 덴드라이트가 생성된다. 그 결과, 외층 내부에 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 반점형 편석이 생성된다. 중력 배수(G No.)는, 식: G No. =N×N×D/1,790,000[단, N은 금형의 회전수(rpm)이며, D는 금형의 내경(內徑)(외층의 외주에 상당)(㎜)이다. ]에 의해 구해진다.

(4) 원심 주조용 금형

원심 주조용 금형은 두께 120∼450㎜의 강인한 덕타일 주철로 이루어지는 것이 바람직하다. 금형이 120㎜ 미만으로 얇으면, 금형의 냉각능이 부족하므로, 외층 표층부에 수축공(shrinkage cavity) 결함이 발생하기 쉽다. 한편, 금형의 두께가 450㎜를 넘어도 냉각능은 포화되어 있다. 금형의 보다 바람직한 두께는 150∼410 ㎜이다. 원심 주조용 금형은 수평형(水平型), 경사형(傾斜型) 또는 수직형(垂直型) 중 어느 하나라도 된다. 면

(5) 도형(塗型; facing material)

외층이 금형에 소부되는 것을 방지하기 위해, 금형 내면에 실리카, 알루미나, 마그네시아 또는 지르콘을 주체로 하는 도형을 0.5∼5 ㎜의 두께로 도포하는 것이 바람직하다. 도형이 5㎜보다 두꺼우면 용탕의 냉각이 늦어져 액상의 잔존 시간이 길므로, 초정 γ상의 원심 분리가 일어나기 쉬워 편석이 발생하기 쉽다. 한편, 도형이 0.5㎜보다 얇으면, 외층의 소부 방지 효과가 불충분하다. 도형의 보다 바람직한 두께는 0.5∼3 ㎜이다.

(6) 접종제(inoculant)

흑연의 석출량을 조정하기 위해, 용탕에 Fe―Si, Ca―Si 등의 접종제를 첨가해도 된다. 그 경우, 접종제의 첨가에 의한 조성 변화를 고려에 넣어 용탕 조성을 결정한다.

(7) 중간층 및 내층의 형성

외층의 응고 중 또는 후에, 외층의 내주면에 중간층용 용탕을 캐스팅해도 된다. 중간층의 형성 후, 외층 및 중간층을 가지는 금형을 기립시키고, 그 하단에 각각 상형 및 하형을 설치하여 정치(靜置; stationary) 주조용 주형을 구성하고, 그 내부에 내층용 용탕을 캐스팅한다. 외층(또는 중간층)의 내면이 재용해된 후 내층이 응고되므로, 양자는 금속 접합된다.

(8) 열처리

외층은, 3.7∼5.1 질량%의 Ni를 함유하기 위한 담금질성이 양호하므로, 주조 후에 담금질을 필요로 하지 않는다. 단, 잔류 오스테나이트의 분해와 스트레인(strain) 제거를 위해, 얻어진 복합롤에 550℃ 이하의 열처리를 행하는 것이 바람직하다. 열처리 후, 복합롤을 100℃/시간 미만의 냉각 속도로 냉각시키는 것이 바람직하다.

본 발명을 이하의 실시예에 의해 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1∼8 및 비교예 1∼4

표 1에 나타낸 조성(질량%)의 각각의 용탕을, 고속 회전하는 내경 400㎜, 길이 1500㎜ 및 두께 276㎜의 덕타일 주철제 원통형 금형(내면에 두께 3㎜의 지르콘을 주체로 하는 도형을 도포)에 캐스팅하고, 외층을 원심 주조하였다. 용탕의 캐스팅 온도는 오스테나이트 석출 개시 온도＋80∼100℃의 사이였다. 외층 외주에서의 중력 배수는 120G였다. 얻어진 외층의 평균 두께는 96㎜였다.

중공형 외층이 응고된 후 원심 주조용 금형의 회전을 멈추어, 원심 주조용 금형의 상하단에 각각 상형 및 하형을 설치하여 정치 주조용 주형을 구성하였다. 덕타일 주철로 이루어지는 내층용 용탕을 외층 내에 캐스팅한 결과, 외층과 내층은 금속 접합하였다. 내층의 응고 완료 후, 주형을 해체하여 롤을 인출하고, 500℃의 템퍼링 처리를 행하였다. 표 2는, 각 외층의 잔류 탄소량 C_bal= C―(0.06 Cr＋0.063 Mo＋0.033 W＋0.2 V＋0.13 Nb), 흑연화 탄소량 AA= C＋Si/3＋Ni/18―[(Mo＋W＋Nb)/15＋(Cr＋V)/3], Mo/Cr, Nb/V, 및 Mo/V의 값을 나타낸다.

[표1―1]

[표1―2]

[표 2]

주… (1) C_bal= C―(0.06 Cr＋0.063 Mo＋0.033 W＋0.2 V＋0.13 Nb).

(2) AA= C＋Si/3＋Ni/18―[(Mo＋W＋Nb)/15＋(Cr＋V)/3].

각각의 실시예 및 비교예의 외층으로부터 잘라낸 시험편에 대하여, 하기의 수순에 따라 광학 현미경 사진 및 BSE 사진을 촬영하였다.

공정 1: 각 시험편을 탄화물이 들뜨지 않도록 경면 연마하였다.

공정 2: 각 시험편의 조직의 광학 현미경 사진 A을 촬영하였다.

공정 3: 공정 2의 사진과 같은 시야에서 각 시험편의 BSE상(주사형 전자 현미경 사진의 후방 산란 전자상)의 사진 B를 촬영하였다.

공정 4: 각 시험편을 크롬산 수용액에서 약 1분간 전해 부식한 후, 3㎛ 다이아몬드 페이스트를 사용하여 30∼60초간 버프(buff) 연마하였다.

공정 5: 공정 2의 사진과 같은 시야에서 각 시험편의 조직의 광학 현미경 사진 C를 촬영하였다.

공정 6: 각 시험편을 과황산암모늄 수용액에서 약 1분간 부식했다.

공정 7: 공정 2의 사진과 같은 시야에서 각 시험편의 조직의 광학 현미경 사진 D를 촬영하였다.

공정 8: 각 시험편을 50∼70 ℃로 가열한 후, 무라카미(Murakami)의 약제로 약 1분간 부식했다.

공정 9: 공정 2의 사진과 같은 시야에서 각 시험편의 조직의 광학 현미경 사진 E를 촬영하였다.

실시예 1의 시험편에 대하여, 광학 현미경 사진 A을 도 3에 나타내고, 광학 현미경 사진 B를 도 4에 나타내고, 광학 현미경 사진 C를 도 5에 나타내고, 광학 현미경 사진 D를 도 6에 나타내고, 광학 현미경 사진 E를 도 7에 나타낸다. 사진 A∼E로부터 측정 가능한 조직 요소(要素)를 표 3에 ○표로 나타낸다.

[표 3]

화상 해석 소프트를 사용하여, 각각의 사진으로부터 하기 방법에 의해 세멘타이트, 흑연 입자 및 탄화물 입자의 면적 비율 및 개수를 구하였다. 결과를 표 4에 나타낸다.

(1) 광학 현미경 사진 A에 있어서 검은 부분은 흑연 입자이므로, 사진 A로부터 흑연 입자의 면적 비율(흑연 입자 전체의 면적 비율 및 원 상당 직경 5㎛ 이상의 흑연 입자의 면적 비율)을 구하였다.

(2) 광학 현미경 사진 E에 있어서 흰 부분은 세멘타이트이므로, 사진 E로부터 세멘타이트의 면적 비율을 구하였다.

(3) 광학 현미경 사진 D에 있어서 흰 부분은 Mo를 주체로 한 탄화물 입자 및 세멘타이트이므로, 사진 D 및 E로부터, 원 상당 직경 1.5∼100 ㎛의 Mo를 주체로 한 탄화물 입자의 면적 비율 및 단위 면적당의 개수를 구하였다.

(4) 사진 B에 있어서 흰 부분은 Nb를 주체로 한 탄화물 입자 및 Mo를 주체로 한 탄화물 입자이므로, 사진 B로부터 구한 원 상당 직경 1.5∼100 ㎛의 탄화물 입자(Nb 주체 탄화물 입자＋Mo주체 탄화물 입자)의 면적 비율 및 단위 면적당의 개수로부터, 공정 3에서 구한 원 상당 직경 1.5∼100 ㎛의 Mo를 주체로 한 탄화물 입자의 면적 비율 및 단위 면적당의 개수를 빼는 것에 의해, 원 상당 직경 1.5∼100 ㎛의 Nb를 주체로 한 탄화물 입자의 면적 비율 및 단위 면적당의 개수를 구하였다.

(5) 광학 현미경 사진 D에 있어서 검은 부분은 흑연 입자, V를 주체로 한 탄화물 입자 및 Nb를 주체로 한 탄화물 입자이므로, 사진 D로부터 구한 흑연 입자＋원 상당 직경 1.5∼50 ㎛의 V를 주체로 한 탄화물 입자＋원 상당 직경 1.5∼100 ㎛의 Nb를 주체로 한 탄화물 입자의 면적 비율 및 단위 면적당의 개수로부터, 공정 1에서 구한 흑연 입자의 면적 비율 및 공정 4에서 구한 원 상당 직경 1.5∼50 ㎛의 Nb를 주체로 한 탄화물 입자의 면적 비율 및 단위 면적당의 개수를 빼는 것에 의해, 원 상당 직경 1.5∼100 ㎛의 V를 주체로 한 탄화물의 면적 비율 및 단위 면적당의 개수를 구하였다.

각각의 실시예 및 비교예의 외층용 용탕을 사용하여, 외경 60㎜, 내경 40㎜, 및 폭 40㎜의 슬리브 구조의 시험용 롤을 제작하였다. 내마모성을 평가하기 위해, 도 1에 나타낸 압연 마모 시험기를 사용하여, 각 시험용 롤에 대하여 마모 시험을 행하였다. 압연 마모 시험기는, 압연기(1)와, 압연기(1)에 내장된 시험용 롤(2, 3)과, 압연재(8)를 예열하는 가열로(4)와, 압연재(8)를 냉각시키는 냉각수조(5)와, 압연 중에 일정한 장력을 부여하는 권취기(6)와, 장력을 조절하는 컨트롤러(7)를 구비한다. 압연 마모 조건은 다음과 같았다. 압연 후, 시험용 롤의 표면에 생긴 마모의 깊이를 촉침식(觸針式) 표면 거칠기 측정기에 의해 측정하였다. 결과를 표 4에 나타낸다.

압연재: SUS304

압하율: 25%

압연 속도: 150m/분

압연재 온도: 900℃

압연 거리: 300m/회

롤 냉각: 수냉

롤 수: 4중식

내사고성을 평가하기 위해, 도 2에 나타낸 마찰열 충격시험기를 사용하여, 각 시험용 롤에 대하여 소부 시험을 행하였다. 마찰열 충격시험기는, 랙(rack)(11)에 추(12)를 낙하시킴으로써 피니언(13)을 회동(回動)시켜, 시험재(14)에 비팅 부재(bitting member)(15)를 강하게 접촉시키는 것이다. 소부를 하기의 기준으로 평가했다. 결과를 표 4에 나타낸다. 소부가 적을 수록 내사고성으로 된다.

○: 소부 없음.

△: 근소한 소부 있음.

×: 현저한 소부 있음.

각각의 실시예 및 비교예의 외층 표면으로부터 각각 10㎜, 30㎜ 및 50㎜의 깊이의 면을 경면 연마하고, 과황산암모늄 수용액에서 약 1분간 부식한 후, 조직 사진(배율: 5∼10 배)을 촬영하였다. 각각의 조직 사진에 대하여, 외층 내부(압연 사용층)에서의 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 직경 1.5㎜ 이상의 반점형 편석의 유무를 관찰하고, 하기 기준에 의해 조직의 균질성을 평가했다. 결과를 표 4에 나타낸다.

○: 직경 1.5㎜ 이상의 반점형 편석 없음.

×: 직경 1.5㎜ 이상의 반점형 편석 있음.

[표4―1]

주… (1) 원 상당 직경 1.5∼50 ㎛의 V를 주체로 한 탄화물 입자.

(2) 원 상당 직경 1.5∼100 ㎛의 Nb를 주체로 한 탄화물 입자.

(3) 원 상당 직경 1.5∼100 ㎛의 Mo를 주체로 한 탄화물 입자.

(4) 원 상당 직경 5 ㎛ 이상의 흑연 입자.

[표4―2]

주… (5) 10㎜, 30㎜ 및 50㎜의 깊이에 있어서의 직경 1.5㎜ 이상의 덴드라이트의 반점형 편석의 유무에 의해 판정.

실시예는 모두 외층의 내부에 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 반점형 편석이 없어 조직의 균질성이 우수하고, 또한 우수한 내마모성 및 내소부성(내사고성)을 가지고 있었다. 이에 대하여, 비교예는 외층의 내부에 베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 반점형 편석을 가지고, 또한 내마모성 및 내소부성 중 어느 하나가 뒤떨어지고 있었다.

실시예 9, 비교예 5

표 5에 나타낸 조성(질량%)의 용탕을, 고속 회전하는 내경 400㎜, 길이 1500㎜ 및 두께 276㎜의 덕타일 주철제 원통형 금형(내면에 두께 2.5㎜의 지르콘을 주체로 하는 도형을 도포)에 캐스팅하고, 표 6에 나타낸 조건 하에서 외층을 원심 주조하였다. 외층의 오스테나이트 석출 개시 온도는 1216℃였다. 외층 외주에서의 중력 배수는 120G였다. 얻어진 외층의 평균 두께는 96㎜였다.

[표 5]

[표 6]

중공형 외층이 응고된 후 원심 주조용 금형의 회전을 멈추어, 실시예 1과 마찬가지로 덕타일 주철로 이루어지는 내층용 용탕을 외층 내에 캐스팅한 결과, 외층과 내층은 금속 접합하였다. 내층의 응고 완료 후, 주형을 해체하여 롤을 인출하고, 500℃의 템퍼링 처리를 행하였다.

실시예 1과 마찬가지로 측정한 외층 조직의 데이터(세멘타이트 및 흑연 입자의 면적 비율, 원 상당 직경 5㎛ 이상의 흑연 입자의 면적 비율, 원 상당 직경 1.5∼50 ㎛의 V를 주체로 한 탄화물의 면적 비율 및 개수, 및 원 상당 직경 1.5∼100 ㎛의 Nb를 주체로 한 탄화물 입자와 원 상당 직경 1.5∼100 ㎛의 Mo를 주체로 한 탄화물 입자의 합계 면적 비율 및 개수)를 표 7에 나타낸다. 또한, 실시예 1과 마찬가지로 측정하고, 평가한 외층 표면으로부터 50㎜의 깊이에서의 조직의 균질성(베이나이트 및/또는 마르텐사이트의 덴드라이트의 반점형 편석의 유무)을 표 7에 나타낸다.

[표 7]

(2) 원 상당 직경 1.5∼100 ㎛의 Nb를 주체로 한 탄화물 입자.

(3) 원 상당 직경 1.5∼100 ㎛의 Mo를 주체로 한 탄화물 입자.

(4) 원 상당 직경 5 ㎛ 이상의 흑연 입자.

Claims

질량 기준으로 C: 2.7∼3.5 %, Si: 1.5∼2.5 %, Mn: 0.4∼1.0 %, Ni: 3.7∼5.1 %, Cr: 0.8∼2.2 %, Mo: 1.5∼4.5 %, V: 2.0∼4.5 %, 및 Nb: 0.5∼2.0 %를 함유하고, 잔부(殘部)가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Nb/V의 질량비가 0.18∼0.65이며, Mo/V의 질량비가 0.7∼2.5인 화학 조성(組成)과, 면적 기준으로 15∼45 %의 세멘타이트상(cementite phase) 및 1∼10 %의 흑연상(黑鉛相)을 가지는 조직(組織)을 가지는 주철(鑄鐵)로 이루어지는 외층과, 기계적 강도가 우수한 주철로 이루어지는 내층이 금속 접합되어 이루어지는 원심(遠心) 주조제(鑄造製) 복합 압연롤로서,
표면으로부터 깊이 10㎜ 이상의 상기 외층의 가사영역(可使領域; usable region) 내에 베이나이트(bainite) 및 마르텐사이트(martensite) 중 하나 이상의 덴드라이트(dendrite)의 직경 1.5㎜ 이상의 반점형(斑点形) 편석(偏析)이 존재하지 않는,
원심 주조제 복합 압연롤.
제1항에 있어서,
상기 외층의 조직이, 원 상당 직경(equivalent-circle diameter) 5㎛ 이상의 흑연 입자를 0.9∼9.5 %의 면적 비율로, 원 상당 직경 1.5∼50 ㎛의 V를 포함하는 탄화물 입자를 1∼20 %의 면적 비율로, 원 상당 직경 1.5∼100 ㎛의 Nb를 포함하는 탄화물 입자와, 원 상당 직경 1.5∼100 ㎛의 Mo를 포함하는 탄화물 입자를 합계하여 0.3∼15 %의 면적 비율로 각각 함유하고, 또한 상기 V를 포함하는 탄화물 입자의 개수가 50∼10,000 개/㎟이며, 상기 Nb를 포함하는 탄화물 입자와 상기 Mo를 포함하는 탄화물 입자의 합계 개수가 50∼10,000 개/㎟인, 원심 주조제 복합 압연롤.
제1항에 있어서,
상기 외층이 또한, 질량 기준으로 W: 0.1∼5.0 %, Ti: 0.01∼5.0 %, Al: 0.01∼2.0 %, Zr: 0.01∼0.5 %, B: 0.001∼0.5 %, 및 Co: 0.1∼10.0 %로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하는, 원심 주조제 복합 압연롤.
제1항에 있어서,
상기 외층의 화학 조성이 질량 기준으로 1.7%≤C―(0.06 Cr＋0.063 Mo＋0.033 W＋0.2 V＋0.13 Nb)≤2.7%, 및 1.8%≤C＋Si/3＋Ni/18―[(Mo＋W＋Nb)/15＋(Cr＋V)/3]≤2.8%의 조건을 만족시키고, 또한 Mo/Cr의 질량비가 0.8∼5.0인, 원심 주조제 복합 압연롤.
제1항에 있어서,
상기 외층이, C: 2.8∼3.5 %, Si: 1.5∼2.3 %, Mn: 0.5∼1.0 %, Ni: 3.9∼5.0 %, Cr: 0.9∼1.9 %, Mo: 1.7∼4.2 %, V: 2.0∼4.0 %, 및 Nb: 0.5∼1.3 %를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Nb/V의 질량비가 0.2∼0.6이며, Mo/V의 질량비가 0.7∼2.0인 화학 조성을 가지는, 원심 주조제 복합 압연롤.
제1항에 있어서,
V＋1.2 Nb가 2.7∼4.5 질량%인, 원심 주조제 복합 압연롤.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내층이 구상 흑연(ductile) 주철로 이루어지는, 원심 주조제 복합 압연롤.
제1항에 기재된 원심 주조제 복합 압연롤을 제조하는 방법에 있어서,
원심 주조용(鑄造用) 금형 내에, 질량 기준으로 C: 2.7∼3.5 %, Si: 1.5∼2.5 %, Mn: 0.4∼1.0 %, Ni: 3.7∼5.1 %, Cr: 0.8∼2.2 %, Mo: 1.5∼4.5 %, V: 2.0∼4.5 %, 및 Nb: 0.5∼2.0 %를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Nb/V의 질량비가 0.18∼0.65이며, Mo/V의 질량비가 0.7∼2.5인 화학 조성을 가지는 외층용 용탕(溶湯)을, 오스테나이트 석출(析出) 개시 온도＋(30∼180)℃의 범위 내 온도에서 캐스팅(casting)하고, 중력 배수(倍數)로 60∼150 G의 범위 내의 원심력(遠心力)으로 상기 외층을 주조(鑄造)하는,
원심 주조제 복합 압연롤의 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 원심 주조용 금형이 두께 120∼450 ㎜의 구상 흑연 주철로 이루어지는, 원심 주조제 복합 압연롤의 제조 방법.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 원심 주조용 금형의 내면에 실리카, 알루미나, 마그네시아, 또는 지르콘을 포함하는 도형(塗型; facing material)을 두께 0.5∼5 ㎜로 도포하고, 상기 외층의 원심 주조를 행하는, 원심 주조제 복합 압연롤의 제조 방법.