KR101765025B1

KR101765025B1 - 허스 롤 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101765025B1
Application number: KR1020167020784A
Authority: KR
Inventors: 야스시 구리스; 다츠오 수잇즈
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤; 도카로 가부시키가이샤
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2015-10-02
Publication date: 2017-08-03
Also published as: EP3202944B1; EP3202944A4; CN106029937B; EP3202944A1; JPWO2016052741A1; CN106029937A; US20160348971A1; TW201623658A; WO2016052741A1; KR20160105471A; US10088236B2; BR112016018241A2; JP6396485B2; TWI567238B; MX2017000407A; BR112016018241B1

Abstract

허스 롤은, 롤 기재와, 상기 롤 기재 상에 형성된 용사 피막과, 상기 용사 피막 상에 형성된, 상기 용사 피막의 표면의 일부 또는 전체면에 에너지 빔을 조사함으로써, 상기 용사 피막을 용융·응고시켜서 상기 용사 피막을 부분적 또는 전면적으로 개질시킨 개질 피막을 구비하고, 상기 개질 피막의 두께는, 2 내지 20㎛이며, 상기 개질 피막의 비커스 경도 HV는, 상기 용사 피막의 비커스 경도 HV의 1.2 내지 1.4배이다.

Description

허스 롤 및 그 제조 방법{HEARTH ROLL AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}

본 명세서는, 허스 롤 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

금속 판재의 제조 설비, 특히 제철 프로세스 라인에 있어서, 반송 롤을 고속 회전시켜서 강판을 통판할 때에는, 강판의 슬립, 사행, 반송 롤 표면에의 티끌 부착, 빌드 업 등의 현상이 발생한다. 특히, 연속 어닐링로용 허스 롤에서는, 강판을 고온 상태로 반송하기 때문에, 허스 롤 표면에 빌드 업이 발생하기 쉽다. 이 빌드 업은, 강판 표면의 철, 망간 산화물 등의 이물이 허스 롤 표면에 부착되어 성장하는 현상이다. 이 빌드 업이 진행되면, 허스 롤 표면에 부착된 이물이 서서히 성장하여, 예를 들어 100㎛ 정도의 직경의 돌기로 되어 버린다. 이 결과, 허스 롤 표면에 부착된 이물의 볼록 형상이 강판 표면에 전사되어, 오목 형상의 흠집(전사 흠집 또는 픽업 흠집이라고 칭함.)이 발생하므로, 강판의 품질이 저하될 뿐만 아니라, 정기 수선 시에 롤 표면에 부착된 이물을 제거하는 작업이 필요해져, 생산성이 저하되는 요인이 되었다.

이로 인해, 상기 허스 롤 표면에의 이물 부착을 억제하는 대책으로서, 종래부터 다양한 제안이 이루어지고 있지만, 특히 허스 롤 표면의 용사 피막의 재질 개량에 관한 것이 많다.

예를 들어, 일본 특허 제3234209호에는, 기재 상에 설치된 용사 피막에 점 형상, 선상 등의 패턴으로 레이저를 조사하고, 부분적으로 가열하여 조직 변화를 발생시켜서 피막의 부분 개질을 행하고, 주로, 마무리 가공 시 또는 미끄럼 이동 시의 선택적 마모에 의해 레이저 조사부 또는 레이저 비조사부가 오목해지고, 기름 덩어리가 되도록 하여, 내번인성이 우수한 미끄럼 이동면을 형성시키는 미끄럼 이동 부재의 제조 방법이 개시되어 있다.

또한, 일본 특허 공개 2013-95974호 공보에는, 용사 피막의 표면에 고에너지 빔을 조사하고, 용사 피막의 표층 피막 조성물을 재용융, 재응고시켜서, 표층을 치밀화하는 용사 피막에 있어서의 치밀화층의 형성 방법이 개시되어 있다.

그러나, 일본 특허 제3234209호 및 일본 특허 공개 2013-95974호 공보에 기재된 기술을 이용했다고 해도, 허스 롤 표면에 있어서의 빌드 업의 발생을 충분히 억제하는 것은 곤란하여, 한층 더한 내 빌드업성의 향상이 희구되고 있었다.

본 명세서의 실시 형태는, 통판 시에 있어서의 롤 표면에의 이물 부착을 억제 가능한, 허스 롤 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.

본 명세서의 일 형태에 의하면, 롤 기재와, 상기 롤 기재상 형성된 용사 피막과, 상기 용사 피막 상에 형성된, 상기 용사 피막의 표면의 일부 또는 전체면에 에너지 빔을 조사함으로써, 상기 용사 피막을 용융·응고시켜서 상기 용사 피막을 부분적 또는 전면적으로 개질시킨 개질 피막을 구비하고, 상기 개질 피막의 두께는, 2 내지 20㎛이며, 상기 개질 피막의 비커스 경도 HV는, 상기 용사 피막의 비커스 경도 HV의 1.2 내지 1.4배인 허스 롤이 제공된다.

본 명세서의 다른 형태에 의하면, 롤 기재 상에 형성된 용사 피막의 표면의 일부 또는 전체면에 에너지 빔을 조사함으로써 상기 용사 피막을 용융·응고시켜서 상기 용사 피막을 부분적 또는 전면적으로 개질하여, 두께가 2 내지 20㎛이고, 비커스 경도 HV가, 상기 용사 피막의 비커스 경도 HV의 1.2 내지 1.4배인 개질 피막을 형성하는 공정을 구비하는, 허스 롤의 제조 방법이 제공된다.

도 1은 본 명세서의 제1 실시 형태에 관한 연속 어닐링로의 일례를 도시한 모식도.
도 2a는 제1 실시 형태에 관한 연속 어닐링로용 허스 롤을 도시하는 사시도 및 부분 확대 단면도.
도 2b는 제1 실시 형태에 관한 연속 어닐링로용 허스 롤을 도시하는 사시도 및 부분 확대 단면도.
도 3a는 제1 실시 형태에 관한 연속 어닐링로용 허스 롤의 부분 확대 단면도.
도 3b는 제1 실시 형태에 관한 연속 어닐링로용 허스 롤의 부분 확대 단면도.
도 4는 제1 실시 형태에 관한 연속 어닐링로용 허스 롤에 있어서의 용사 피막 및 개질 피막의 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscope:SEM) 사진의 일례.
도 5는 제1 실시 형태에 관한 연속 어닐링로용 허스 롤의 제조 방법의 흐름의 일례를 도시한 흐름도.
도 6은 제1 실시 형태에 관한 연속 어닐링로용 허스 롤의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도.

본 명세서의 일 형태에 의하면,

(1) 롤 기재와,

상기 롤 기재 상에 형성된 용사 피막과,

상기 용사 피막 상에 형성된, 상기 용사 피막의 표면의 일부 또는 전체면에 에너지 빔을 조사함으로써, 상기 용사 피막을 용융·응고시켜서 상기 용사 피막을 부분적 또는 전면적으로 개질시킨 개질 피막을 구비하고,

상기 개질 피막의 두께는, 2 내지 20㎛이며,

상기 개질 피막의 비커스 경도 HV는, 상기 용사 피막의 비커스 경도 HV의 1.2 내지 1.4배인, 허스 롤이 제공된다.

(2) (1)의 허스 롤에 있어서, 바람직하게는

상기 개질 피막의 표면에는, 크랙이 존재하고,

상기 허스 롤을 두께 방향으로 절단한 단면에 있어서, 인접하는 상기 크랙의 평균 간격은, 10 내지 100㎛이며, 상기 크랙의 개구 폭은, 5㎛ 미만이다.

(3) (1) 또는 (2)의 허스 롤에 있어서, 바람직하게는 상기 개질 피막은, 0.5 내지 2질량%의 산소를 함유한다.

(4) (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 허스 롤에 있어서, 바람직하게는

상기 개질 피막의 표면에는 Al₂O₃이 분산해서 존재하고, 상기 개질 피막의 표면에 있어서의 Al₂O₃의 면적률이, 5 내지 40%이다.

(5) (1) 내지 (4) 중 어느 하나의 허스 롤은, 바람직하게는

상기 개질 피막상 또는 상기 개질 피막 및 상기 용사 피막 상에 형성된 산화크롬층을 더 구비한다.

(6) (1) 내지 (5) 중 어느 하나의 허스 롤에 있어서, 바람직하게는

상기 용사 피막은, 세라믹스와 내열 합금으로 이루어지는 서멧 피막이며,

상기 세라믹스는, 체적%로

Cr₃C₂: 50 내지 90%

Al₂O₃: 1 내지 40%

Y₂O₃: 0 내지 3%

ZrB₂: 0 내지 40%

를 함유하고, 잔부는, 불순물 및 기공으로 이루어지고,

상기 내열 합금은, 질량%로,

Cr: 5 내지 20%

Al: 5 내지 20%

Y 또는 Si 중 적어도 어느 하나: 0.1 내지 6%

를 함유하고, 잔부는, Co 또는 Ni 중 적어도 어느 하나 및 불순물로 이루어지고,

상기 서멧 피막의 50 내지 90체적%가 상기 세라믹스이며, 잔부가 상기 내열 합금이다.

(7) (6)의 허스 롤에 있어서, 바람직하게는

상기 내열 합금은, 질량%이고,

Nb: 0.1 내지 10%

Ti: 0.1 내지 10% 중 적어도 어느 하나를 더 함유한다.

본 명세서의 다른 형태에 의하면,

(8) 롤 기재 상에 형성된 용사 피막의 표면의 일부 또는 전체면에 에너지 빔을 조사함으로써 상기 용사 피막을 용융·응고시켜서 상기 용사 피막을 부분적 또는 전면적으로 개질하여, 두께가 2 내지 20㎛이고, 비커스 경도 HV가, 상기 용사 피막의 비커스 경도 HV의 1.2 내지 1.4배인 개질 피막을 형성하는 공정을 구비하는, 허스 롤의 제조 방법이 제공된다.

(9) (8)의 허스 롤의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는 상기 에너지 빔은, 대기 중에서 조사된다.

(10) (8) 또는 (9)의 허스 롤의 제조 방법에 있어서, 바람직하게는 상기 개질 피막을 형성시킨 후에, 크로메이트 처리를 실시한다.

이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 명세서의 적합한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.

(연속 어닐링로의 구성에 대해서)

먼저, 도 1을 참조하면서, 본 명세서의 제1 실시 형태에 관한 연속 어닐링로용 허스 롤이 적용되는 연속 어닐링로에 대해서 설명한다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 연속 어닐링로(1)는, 냉연 공정에서 제조된 띠 형상의 강판(2)의 기계적 성질(경도 등)을 조정하기 위해서, 그 강판(2)을 연속적으로 어닐링하는 설비이다. 이 연속 어닐링로(1)는, 로 내에 배치한 복수의 롤 사이를 강판(2)이 통과할 때 가열, 균열, 냉각 등의 열 사이클을 부여하여, 연속적으로 강판(2)을 연속 어닐링한다. 여기서, 강판(2)은 어닐링 대상이 되는 금속대의 일례이며, 예를 들어 도시하지 않은 연속 냉연 설비에 의해 냉연된 박판(예를 들어 판 두께 0.14㎜ 내지 3.2㎜의 띠 형상의 냉연 강판)이다. 또한, 금속대는, 어닐링 대상이 되는 띠 형상의 금속재료(금속 스트립)이면, 그 재질은 상관하지 않는다.

연속 어닐링로(1)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 입구 측부터 순서대로 가열로(3), 균열로(4), 1차 냉각로(5), 과시효로(6) 및 이차 냉각로(7) 등을 구비하고 있고, 각 로 내에 설치된 복수의 연속 어닐링로용 허스 롤(10)을 사용해서 강판(2)을 반송하면서, 그 강판(2)을 연속 어닐링한다. 또한, 도시는 하지 않지만, 가열로(3)의 전단에는, 예를 들어 페이 오프 릴, 샤, 입구측 세정 장치, 입구측 루퍼 등이 설치되고, 이차 냉각로(7)의 후단에는, 예를 들어 수냉조, 스킨 펄스 롤, 출구측 루퍼, 트리머, 권취기 등이 설치된다.

가열로(3)는, 직화형 무산화 가열, 복사관 가열 등의 가열 방식에 의해, 강판(2)을 예를 들어 700 내지 900℃의 고온까지 가열한다. 균열로(4)는, 복사관 가열, 간접 전기 가열 등의 가열 방식에 의해, 강판(2)을 소정 온도로 유지하는 열처리를 행한다. 또한, 1차 냉각로(5)는, 롤 접촉 냉각, 가스 제트 냉각, 미스트 냉각 등의 냉각 방식에 의해, 강판(2)을 급속 냉각한다. 과시효로(6)는, 전기 히터 등을 사용하여, 강판(2)을 소정 온도에서 소정 시간(예를 들어 300 내지 400℃에서 3분간) 유지하는 과시효 처리를 행한다. 또한, 이차 냉각로(7)는, 상기 각종 냉각 방식에 의해, 과시효 처리 후의 강판(2)을 냉각한다.

이상과 같이, 연속 어닐링로(1)는, 상기 복수의 로에 강판(2)을 연속적으로 통과시켜서, 소정의 열 사이클을 강판(2)에 부여함으로써, 강판(2)의 기계적 성질을 조정한다. 이때, 제조 대상의 강판(예를 들어, 고장력 강판, 일반 냉연 강판, 양철(tin plate) 강판, 드로잉용 강판 등)의 품질에 따른 어닐링 조건을 만족하도록, 상기 열 사이클이 결정된다.

(허스 롤의 구성에 대해서)

이어서, 도 2a 내지 도 4를 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 연속 어닐링로용 허스 롤에 대해서 설명한다.

도 2a에 도시하는 바와 같이, 연속 어닐링로용 허스 롤(10)(이하, 간단히 「허스 롤(10)」이라고도 함.)은, 롤 축(12)과, 그 롤 축(12)에 장착된 롤 동체부(14)를 구비한다. 허스 롤(10)은, 연속 어닐링로(1)에 도입되는 강판(2)의 폭보다도 넓은 롤 폭을 갖고 있고, 예를 들어 롤 동체부(14)의 롤 폭은 1000 내지 2500㎜ 정도이고, 롤 직경 φ는 600 내지 1000㎜ 정도이다. 이러한 허스 롤(10)은 구동식 롤이며, 상기 연속 어닐링로(1) 내에서 강판(2)을 반송하는 강판 반송용 롤로서 기능한다. 즉, 허스 롤(10)은, 롤 축(12)을 중심으로 해서 회전하면서, 롤 동체부(14)의 주위면(이하, 롤 주위면이라고 칭하는 경우도 있음.)을 강판(2)에 접촉시킴으로써, 롤 동체부(14)에 소정의 권취 각도로 감긴 강판(2)의 진행 방향을 방향 전환시키면서 반송한다.

또한 도 2a에 도시하는 바와 같이, 허스 롤(10)의 롤 동체부(14)는, 롤 기재(20)와, 롤 기재(20)의 표면에 형성된 용사 피막(21)과, 그 용사 피막(21)의 표면에 형성된 최상층 피막인, 개질 피막(22)을 구비한다. 또한, 도 2b에 도시한 바와 같이, 롤 기재(20)와 용사 피막(21) 사이에는, 열팽창 계수차에 의한 박리를 방지하기 위해서, 필요에 따라 내열 합금만으로 이루어지는 하지 용사를 실시하여, 하지층(24)을 형성해도 된다.

롤 기재(20)는, 예를 들어 강 등의 금속으로 형성되고, 허스 롤(10)의 기본 형상을 형성한다. 이 롤 기재(20)로서는, 예를 들어 스테인리스강계 내열 주강이 사용되고, 특히 SCH22가 최적이다. 이러한 롤 기재(20)에 대하여 용사 처리 등의 피복 처리가 실시된다. 본 실시 형태에서는, 롤 기재(20)의 표면에 용사 피막(21)이 형성되고, 또한 그 용사 피막(21)의 표면에 개질 피막(22)이 형성된다.

용사 피막(21)은, 세라믹스와 내열 합금을 복합시킨 재질(서멧재)로 이루어지는 용사재를, 롤 기재(20)의 표면에 용사함으로써 형성된다. 이 용사 피막(21)의 재질에 대해서는, 이하에서 상세하게 설명한다. 또한, 용사 피막(21)의 두께(도 3a에 있어서의 두께 d₁)은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 20 내지 200㎛이다.

또한, 용사 피막(21)의 경도는, 「ISO 6507-1」에 규정되는 비커스 경도 HV로, 600 내지 1000인 것이 바람직하다. 용사 피막(21)의 비커스 경도 HV가 600 미만이면, 빌드 업원인 철 등의 이물이 용사 피막(21)에 물려 들어가기 쉽기 때문에 빌드 업이 발생하기 쉬워, 바람직하지 않다. 이에 비해, 용사 피막(21)의 비커스 경도 HV가 600 내지 1000이면, 경질의 용사 피막(21)에 대한 철 등의 이물의 물려 들어감을 억제할 수 있으므로, 빌드 업의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 용사 피막(21)의 비커스 경도 HV가 1000 초과이면, 용사 피막(21)이 깨져서 박리되기 쉬워지기 때문에, 바람직하지 않다. 또한, 비커스 경도 HV는, 「ISO 6507-1」에 규정된 시험 방법에 의거해서 측정된다.

이 용사 피막(21) 상에는, 용사 피막(21)을 구성하는 용사재를 재용융시킨 후에 응고시킴으로써 형성되는, 개질 피막(22)이 형성된다. 이 개질 피막(22)은 표면 조도가 작고 또한 치밀한 피막으로 되어 있고, 기공률은 거의 0%로 되어 있다.

이 개질 피막(22)의 두께(도 3a에 있어서의 두께 d₂)는, 바람직하게는 2 내지 20㎛이다. 개질 피막(22)의 두께가 2㎛ 미만인 경우에는, 개질 피막(22)이 강판(2)의 반송 시에 마모에 의해 손모될 가능성이 높아, 바람직하지 않다. 또한, 개질 피막(22)의 두께가 20㎛ 초과인 경우에는, 개질 피막(22)이 박리되기 쉬워져, 바람직하지 않다.

또한, 용사 피막(21) 및 개질 피막(22)의 두께에 대해서는, 제조한 허스 롤(10)의 단면을 SEM 등의 현미경을 이용해서 관찰함으로써 측정하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시 형태에 관한 개질 피막(22)의 비커스 경도 HV는, 바람직하게는 용사 피막(21)의 비커스 경도 HV의 1.2 내지 1.4배의 값을 갖고 있다. 여기서, 용사 피막(21)의 비커스 경도 HV가 예를 들어 600 내지 1000 정도이기 때문에, 본 실시 형태에 관한 개질 피막(22)의 비커스 경도는, 720 내지 1400 정도의 값이 된다. 개질 피막(22)이 용사 피막(21)보다도 높은 경도를 갖고 있음으로써, 개질 피막(22)에 대한 철 등의 이물의 물려 들어감을 더욱 효과적으로 방지할 수 있기 때문에, 빌드 업의 발생을 억제할 수 있다. 상기 비커스 경도 Hv에 관한 경도비가 1.2 미만인 경우에는, 개질 피막(22)에 대하여 철 등의 이물의 물려 들어감이 일어나기 쉽고, 빌드 업이 발생하기 쉬워진다. 또한, 상기 비커스 경도 Hv에 관한 경도비가 1.4 초과인 경우에는, 개질 피막(22)이 박리되기 쉬워진다.

이 개질 피막(22)의 표면에는, 도 3a에 모식적으로 도시한 바와 같이, 소정의 간격으로 크랙(23)이 존재하고 있다. 이러한 크랙(23)이 개질 피막(22)에 존재함으로써, 크랙(23)이 응력 완화 기구로서 기능하고, 열응력에 수반하는 개질 피막(22)의 깨짐이나 박리를 방지할 수 있다. 여기서, 허스 롤을 두께 방향으로 절단한 도 3a에 도시한 바와 같은 단면에 있어서, 인접하는 크랙(23)의 간격 L₁은, 10 내지 100㎛인 것이 바람직하다. 또한, 이 크랙(23)의 개구 폭(도 3b에 도시한 간격 L₂)은, 5㎛ 미만인 것이 바람직하다. 간격 L₁이 10㎛ 미만인 경우에는, 개질 피막(22)이 박리되기 쉬워져, 바람직하지 않다. 또한, 간격 L₁이 100㎛ 초과인 경우에는, 크랙(23)의 개구 폭 L₂가 5㎛ 이상이 될 가능성이 높아져 버린다. 크랙(23)의 개구 폭 L₂가 5㎛ 이상이 되면, 이 간극에 빌드 업원이 되는 철 등의 이물이 물려 들어가기 쉬워져, 빌드 업의 발생을 억제하는 것이 곤란해진다. 크랙(23)의 개구 폭 L₂는, 작으면 작을수록 좋고, 그 하한값은 특별히 규정하는 것은 아니지만, 개질 피막(22)의 제조상, 개구 폭 L₂의 크기는 0.1㎛가 한계이다.

여기서, 인접하는 크랙(23)의 간격 L₁이나 크랙의 개구 폭 L₂의 측정 방법은, 특별히 한정되는 것이 아니라, 공지된 방법에 의해 측정 가능하다. 예를 들어, 제조한 허스 롤(10)의 단면을 SEM 등의 현미경을 이용해서 관찰에 적합한 배율로 확대하고, 임의의 위치에 있어서, 인접하는 크랙(23)의 간격이나 크랙(23)의 개구 폭을 계측하면 된다.

본 실시 형태에 관한 개질 피막(22)에 있어서, 개질 피막(22)에 있어서의 산소의 함유량은 0.5 내지 2질량%인 것이 바람직하다. 산소 함유량이, 0.5질량% 미만인 경우에는, 개질 피막의 경도가 작아지기 쉽다. 또한, 산소 함유량이 2질량% 초과인 경우에는, 피막이 깨지기 쉬워지기 때문에, 개질 피막이 박리되기 쉬워진다. 이러한 산소는, 개질 피막(22)에 포함되는 원소의 산화물 상태로, 개질 피막(22) 중에 함유된다.

본 실시 형태에 관한 개질 피막(22)에 있어서, Al₂O₃이 개질 피막(22)의 표면에 분산해서 존재한다. Al₂O₃은 개질 피막(22)보다도 빌드 업원과 반응하기 어려워, 대 빌드업성이 우수하다. 개질 피막(22)의 표면에서의 Al₂O₃의 면적률은, 개질 피막(22)의 표면 전체에 대하여 5 내지 40%인 것이 바람직하다. Al₂O₃의 면적률이 5% 미만으로 되는 경우에는, 개질 피막(22)이 빌드 업원과 반응하기 쉬워지기 때문에 바람직하지 않다. 또한, Al₂O₃의 면적률이 40% 초과로 되는 경우에는, 개질 피막(22)의 표면에 존재하는 Al₂O₃이 박리되기 쉬워지기 때문에, 바람직하지 않다.

여기서, 개질 피막(22)의 산소 함유량의 측정 방법이나 표면에 있어서의 Al₂O₃의 면적률 측정 방법은, 특별히 한정되는 것이 아니라, 공지된 방법으로부터 측정하는 것이 가능하지만, 예를 들어 파장 분산형 전자선 마이크로 애널라이저(Electron Probe MicroAnalyser)(파장 분산형 EPMA) 등을 사용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 개질 피막(22)은, 이하에서 상세하게 설명하는 바와 같이, 용사 피막(21)의 표면에 대하여, 1×10⁵ 내지 1×10⁷W/㎠의 에너지 밀도를 갖는 레이저를 조사하여, 용사 피막(21)의 표면으로부터 소정의 두께까지의 범위를 개질함으로써 형성하는 것이 바람직하다. 에너지 밀도가 1×10⁵W/㎠ 이하인 경우, 용사 피막(21)을 용융시키는 것이 곤란해져, 가공 시간이 필요 이상으로 길어진다. 또한, 에너지 밀도가 1×10⁷W/㎠ 이상인 경우, 용사 피막(21)을 용융시키는 에너지 밀도가 너무 높아져, 소정 조건의 조정을 행해도 적절한 두께나 크랙을 갖는 개질 피막(22)이 얻어지지 않는다. 또한, 형성하는 개질 피막(22)의 두께나, 인접하는 크랙(23)의 간격이나, 크랙(23)의 개구 폭이나, Al₂O₃의 면적률과 같은 여러 특성은, 조사되는 레이저의 에너지 밀도를 조정함으로써, 제어하는 것이 가능하다.

또한, 개질 피막(22)을 형성한 후에, 이러한 개질 피막(22)에 대하여 크로메이트 처리를 행하는 것이 바람직하다. 레이저 빔을 개질 피막(22)의 일부 또는 전체면에 조사함으로써 개질 피막(22)을 용사 피막(21)의 필요한 부위에 대하여 부분적으로 또는 전면적으로 형성할 수 있다. 개질 피막(22)을 용사 피막(21)에 대하여 부분적으로 형성한 경우에는, 개질 피막(22)이 아닌 범위의 용사 피막(21)의 미세 기공을 크로메이트 처리함으로써, 미세 기공을 산화크롬으로 충전하고, 내 빌드 업 특성을 향상시켜 두는 것이 바람직하다. 또한, 개질 피막(22)의 피막 표면에 발생하는 크랙(23)을 크로메이트 처리함으로써, 크랙(23)을 산화크롬에서 충전하고, 내 빌드 업 특성을 향상시켜 두는 것이 바람직하다. 크로메이트 처리는, 크롬산을 포함하는 수용액을 허스 롤 표면으로부터 도포, 스프레이한 후, 350 내지 550℃로 가열함으로써 실시할 수 있다. 이러한 처리를 반복하면, 크로메이트 처리의 막 두께를 변화시킬 수 있지만, 용사 피막(21)의 미세 기공이나 개질 피막(21)의 크랙(23)의 충전을 행하기 위해서는, 3회 이내의 크로메이트 처리로 충분하다.

(용사 피막의 재질에 대해서)

이어서, 상기 허스 롤(10)을 피복하는 용사 피막(21)의 재질에 대해서 상세하게 설명한다. 본원 발명자 등은, 여러 가지 용사 피막을 시작(試作)하여, 그 시작한 용사 피막의 특성이나 빌드 업 발생 상황 등을 조사하였다. 그 결과, 이하에 나타내는 세라믹스와 내열 합금으로 이루어지는 서멧 피막은, 빌드 업 억제 효과가 크고, 또한 연속 어닐링로 내에서 장시간 사용해도 피막이 열화되기 어렵다는 것을 지견하였다.

본 실시 형태에 관한 용사 피막(21)은, 세라믹스와 내열 합금으로 이루어지는 서멧 피막인 것이 바람직하다. 여기서, 세라믹스는, Cr₃C₂를 50 내지 90체적%, Al₂O₃을 1 내지 40체적%, Y₂O₃을 0 내지 3체적%, ZrB₂를 0 내지 40체적% 함유하고, 잔부는, 불순물 및 기공을 포함한다. 또한, Y₂O₃과 ZrB₂는, 필요에 따라서 첨가하는 임의 성분(선택적 성분)이다.

또한, 내열 합금은, Cr을 5 내지 20질량%, Al을 5 내지 20질량% 및 Y 또는 Si 중 적어도 어느 하나를 0.1 내지 6질량% 함유하고, 잔부는, Co 또는 Ni 중 적어도 어느 하나 및 불순물로 이루어진다.

그리고, 서멧 피막의 체적비에 대해서는, 서멧 피막의 50 내지 90체적%가 세라믹스이고, 잔부가 내열 합금인 것이 바람직하다.

이하에, 본 실시 형태에 관한 허스 롤의 용사 피막(21)을 이루는 서멧 피막의 구체예에 대해서 상세하게 설명한다.

서멧 피막에 있어서는, 서멧 피막의 50 내지 90체적%가 세라믹스이고, 잔부가 CoNiCrAlY, CoCrAlY, NiCrAlY, CoNiCrAlSiY 등의 내열 합금이다. 세라믹스가 50체적% 미만으로 되는 경우에는, 철과 반응하기 쉬운 내열 합금의 양이 너무 많아지기 때문에, 빌드 업이 발생하기 쉬워진다. 한편, 세라믹스가 90체적% 초과로 되는 경우에는, 세라믹스의 융점이 높기 때문에, 용사 시공시에 피막이 다공질로 되어, 기공에 빌드 업원이 말려 들어가서 빌드 업이 발생하기 쉬워진다. 또한, 내 빌드업성을 향상시키는 관점에서는, 세라믹스의 비율은 60 내지 80체적%인 것이 보다 바람직하다.

이어서, 세라믹스의 재질에 대해서 설명한다.

세라믹스의 주성분은 Cr₃C₂이며, 세라믹 중에 50 내지 90체적%의 Cr₃C₂가 포함된다. Cr₃C₂는, 어닐링로 내와 같은 고온 환경 하에서도 산화되기 어렵고 또한 철 및 망간이나 이들 산화물과 반응하기 어렵기 때문에, 빌드 업 발생을 방지할 수 있다. Cr₃C₂가 50체적% 미만인 경우에는, 빌드 업 억제 효과가 얻어지지 않고, 90체적% 초과로 되는 경우에는, Cr₃C₂ 중 카본의 확산을 억제하는 세라믹 성분이 상대적으로 적어지는 결과, 카본 확산에 의해 피막이 취화된다. 또한, 내 빌드업성을 향상시키는 관점에서는, Cr₃C₂의 비율을 60 내지 80체적%로 하는 것이 보다 바람직하다.

여기서, Cr₃C₂의 입경은, 예를 들어 1 내지 10㎛인 것이 바람직하다. Cr₃C₂의 입경이 1㎛ 미만으로 되는 경우에는, 내열 합금과 접하는 표면적이 커져, 카본의 확산이 일어나기 쉽다. 한편, 입경이 10㎛ 초과로 되는 경우에는, 피막 표면의 조도가 커지고, 철 또는 망간이나 이들 산화물이 빌드 업하기 쉬워진다. 또한, 내 빌드업성을 향상시키는 관점에서는, Cr₃C₂의 입경을 5 내지 8㎛로 하는 것이 보다 바람직하다.

Al₂O₃ 및 Y₂O₃은, 모두 이들 재료 중에서의 카본의 확산 계수가 낮기 때문에, Cr₃C₂의 카본이 내열 합금에 확산되는 것을 억제할 수 있다.

세라믹스의 재질에 있어서, Al₂O₃은 1 내지 40체적%로 하고, Y₂O₃은 3체적% 이하로 한다. 또한, Y₂O₃은, 필요에 따라, 특히 카본의 확산 억제 효과를 얻을 목적으로 첨가하는 임의 성분(선택적 성분)이기 때문에, Y₂O₃의 양은 0 내지 3체적%이다. Al₂O₃이 1체적% 미만으로 되는 경우에는, 카본의 확산 억제 효과가 얻어지지 않고, 40체적% 초과로 되는 경우에는, 피막이 취화되어 사용 중에 크랙이 발생하기 쉬워 내 빌드업성이 저하된다. Y₂O₃이 3체적% 초과로 되는 경우에는, Y₂O₃이 망간 산화물과 반응하기 쉽기 때문에, 내 빌드업성이 저하된다. 또한, 카본의 확산 억제 효과를 얻을 목적으로 Y₂O₃을 첨가하는 경우에는, 0.5체적% 이상 첨가하면 효과적이다. 또한, Al₂O₃에 대해서는, 더욱 내 빌드업성을 향상시키는 관점에서는, 함유량을 10 내지 30체적%로 하는 것이 보다 바람직하다.

Al₂O₃ 또는 Y₂O₃은, 원료 분말에 산화물로서 첨가할 수도 있지만, Cr₃C₂로부터의 카본 확산을 억제할 목적에서, 원료 단계, 성막 중 또는 성막 후에 산화 처리함으로써 내열 합금에 첨가한 Y 또는 Al을 산화시키고, 내열 합금 표면에 Al₂O₃ 또는 Y₂O₃의 형태로 생성시키는 것이 바람직하다.

또한, 고온에서 사용할 목적으로, 용사 피막의 고온 경도를 보다 높게 하는 경우에는, 고온에서 안정되고 또한 고경도인 ZrB₂를, 40체적% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다. 40체적％를 초과해서 ZrB₂를 첨가하면, ZrB₂의 내 빌드업성이 Cr₃C₂에 비하여 떨어지기 때문에, 빌드 업이 발생하기 쉬워진다. 또한, ZrB₂는 필요에 따라, 특히 고온에서 사용할 목적으로 첨가하는 임의 성분(선택적 성분)이기 때문에, ZrB₂의 양은 피막 중에 바람직하게는 0 내지 40체적%이다. 그리고, 고온에서 사용할 목적에서 ZrB₂를 첨가하는 경우에는, 첨가량이 5체적% 미만에서는, 고온 경도를 높이는 효과가 작으므로, ZrB₂를 5체적% 이상 첨가하는 것이 바람직하고, 또한 내 빌드업성을 향상시키는 관점에서는, 15 내지 30체적%로 하는 것이 보다 바람직하다.

이상 설명한 세라믹스의 잔부는, 불순물 및 기공이다.

다음으로 내열 합금의 재질에 대해서 설명한다.

내열 합금 중에는, Cr을 5 내지 20질량% 함유시킨다. Cr이 5질량% 미만으로 되는 경우에는, 고온에서의 내산화성이 떨어지기 때문에, 피막이 계속 산화되어 박리되기 쉬워진다. Cr이 20질량% 초과로 되는 경우에는, 탄화된 경우에는 내열 합금이 취화되어 박리되기 쉬워지고, 또한 산화된 경우에는 망간 산화물과 반응해서 빌드 업이 발생하기 쉬워진다.

내열 합금에는, 5 내지 20질량%의 Al도 함유시킨다. Al이 5질량% 미만인 경우에는, 각종 산화 처리를 실시해도 목적으로 하는 양의 Al₂O₃이 얻어지지 않고, Al이 20질량% 초과로 되는 경우에는, 피막의 고온 경도가 저하되기 때문에, 철이 피막에 꽂혀 빌드 업이 발생하기 쉬워진다.

Y, Si는, 모두 산화 피막의 안정 생성, 박리 방지 효과가 있고, Y와 Si 중 어느 1종 또는 2종을 바람직하게는 0.1 내지 6질량% 첨가한다. Y 또는 Si가 6질량% 초과로 되는 경우에는, 피막의 고온 경도가 저하하기 때문에, 철이 피막에 꽂혀 빌드 업이 발생하기 쉬워진다. 또한, Y, Si는, 모두 0.1질량% 이상 첨가하는 것이 바람직하고, 0.5질량% 이상 첨가하면, 특히 효과적이다.

또한, 이 내열 합금 중에는, 0.1 내지 10질량%의 Nb 또는 0.1 내지 10질량%의 Ti 중 적어도 어느 한쪽을 첨가하는 것이 바람직하다. Nb 또는 Ti가 내열 합금 중에 포함되면, 내열 합금 중에 포함되는 Cr보다도 우선적으로 안정된 탄화물이 형성되어 Cr과 카본의 반응을 억제하기 때문에, 피막의 취화를 장기간 억제할 수 있다. Nb 또는 Ti가 0.1질량% 미만으로 되는 경우에는, Cr과 카본의 반응 억제 효과를 얻지 못한다. 또한, Nb 또는 Ti가 10질량% 초과로 되는 경우에는, 산화된 경우에 망간 산화물과 반응하기 쉬워, 빌드 업이 발생하기 쉬워진다.

이상 설명한 내열 합금의 잔부는, Co 또는 Ni 중 적어도 어느 한쪽 및 불순물이다.

이상 설명한 바와 같은 구성을 갖는 용사 피막(21) 및 개질 피막(22)의 단면 SEM 사진의 일례를, 도 4에 도시하였다. 도 4에 도시한 SEM 사진에서는, 피막 중에 간극이 존재하고 있는 용사 피막(21)의 표면에, 조도가 작고 치밀한 개질 피막(22)이 형성되어 있다. 도 4에 도시한 예에서는, 개질 피막(22)의 두께는 5㎛ 정도이다. 또한, 개질 피막(22)의 표면으로부터는, 복수의 크랙이 용사 피막(21)의 방향을 향해서 형성되어 있는 것을 알 수 있다.

이러한 개질 피막(22)을 용사 피막(21) 상에 형성함으로써, 본 실시 형태에 관한 허스 롤(10)에서는, 빌드 업의 발생을 억제하는 것이 가능하게 된다.

(허스 롤의 제조 방법에 대해서)

이어서, 도 5 및 도 6을 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 연속 어닐링로용 허스 롤의 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 실시 형태에 관한 허스 롤의 제조 방법에서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 먼저, 허스 롤(10)의 롤 기재(20)의 주위면에 대하여 용사재를 용사함으로써, 용사 피막(21)을 형성한다(스텝 S101). 또한, 용사 피막(21)의 밀착력을 높이는 목적으로, 용사 처리에 앞서, 공지된 용사전 블라스트 처리나, 내열 합금만으로 이루어지는 하지층(24)(도 2b 참조)의 형성을, 필요에 따라서 행해도 된다.

이 용사 처리에 의한 용사 피막(21)의 형성(스텝 S101)에 대해서 상세하게 설명한다.

이러한 용사 처리에서는, 50 내지 90체적%가 상기 세라믹의 분말이며, 잔부가 상기 내열 합금의 분말인 원료 분말을, 롤 기재(20)의 표면에 용사함으로써, 롤 기재(20)의 표면에 서멧 피막을 형성한다. 용사되는 원료 분말로서는, Cr₃C₂나 Al₂O₃ 등의 세라믹스 분말과, Cr이나 Al을 함유하는 내열 합금 분말을 혼합한 원료 분말을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 세라믹스 분말과 내열 합금 분말을 사전에 조립 복합화한 원료 분말을 사용해서 용사하면, 보다 균질의 용사 피막(21)을 형성할 수 있다.

또한, 롤 주위면에의 용사 피막(21)의 형성 방법으로서는, 밀착성 향상 및 조도 부여를 위해서 그리드 블라스트를 행한 후에, 고속 가스 용사(High Velocity Oxygen-Fuel Thermal Spraying Process, HVOF라고 함.)에 의해 행하는 것이 바람직하다. HVOF에서는, 통상 연료 가스를 케로신, C₃H₈, C₂H₂, C₃H₆ 중 어느 하나로 하고, 연료 가스의 압력을 0.1 내지 1㎫, 연료 가스의 유량을 10 내지 500l/min으로 하고, 산소 가스의 압력을 0.1 내지 1㎫, 산소 가스의 유량을 100 내지 1200l/min으로 한다.

용사 시공 시에는, 롤 기재(20)를 300 내지 600℃로 가열하는 것이 바람직하다. 용사 건의 화염을 롤 기재(20)에 접근해서 가열해도 되고, 또는 별도의 가스버너를 설치해서 가열해도 된다. 롤 기재(20)를 300℃ 이상으로 가열함으로써, 내열 합금 중의 Al, Y를 산화하고, 목적으로 하는 양의 Al₂O₃, Y₂O₃을 얻을 수 있다. 가열 온도를 600℃보다도 높게 하면, 피막의 산화가 너무 진행되어 피막이 다공질이 되기 때문에, 빌드 업이 발생하기 쉬워진다. 또한, 내 빌드업성을 향상시키는 관점에서는, 가열 온도의 범위를 400 내지 500℃로 하는 것이 보다 바람직하다.

HVOF 용사 시공 시에는, HVOF 연소 가스 성분인 산소 가스의 유량을 1000 내지 1200l/min로 하는 것이 바람직하다. 산소 가스의 유량을 1000l/min 이상으로 함으로써 내열 합금 중의 Al, Y를 산화하고, 목적으로 하는 양의 Al₂O₃, Y₂O₃을 얻을 수 있다. 산소 가스의 유량을 1200l/min보다도 많게 하면, 용사 중에 원료 분말의 산화가 너무 진행되어 피막이 다공질이 되어, 빌드 업이 발생하기 쉬워진다.

또한, 용사 시공 후에, 용사 피막(21)을 300 내지 600℃에서 1 내지 5시간, 산화 처리하는 것이 바람직하다. 산화 처리는, 가스버너에 의해 용사 피막(21)의 표면을 가열해도 되고, 허스 롤을 대기 또는 소량의 산소를 포함한 불활성 가스(질소, 아르곤 등) 분위기의 로 내에 설치하고, 열 처리함으로써도 가능하다. 300℃ 이상에서 1시간 이상 가열함으로써, 내열 합금 중의 Al, Y를 산화하고, 목적으로 하는 양의 Al₂O₃, Y₂O₃을 얻을 수 있다. 가열 온도를 600℃보다도 높고 또는 5시간보다도 길게 하면, 피막의 산화가 너무 진행되어 피막이 다공질이 되어, 빌드 업이 발생하기 쉬워진다. 또한, 내 빌드업성을 향상시키는 관점에서는, 가열 온도의 범위를 400 내지 500℃로 하는 것이 보다 바람직하다.

원료 분말을 산화 처리한 후, 용사에 제공하는 경우에는, 300 내지 600℃에서 1 내지 5시간, 대기 중 또는 소량의 산소를 포함한 불활성 가스(질소, 아르곤 등) 중에서 열처리한다. 300℃ 미만 또는 1시간 미만의 가열에서는, Y 또는 Al이 산화되지 않고, 가열 온도가 600℃보다도 높고 또는 5시간보다도 길게 하면, 산화된 세라믹스의 양이 증가함으로써 원료 분말의 융점이 높아져, 피막이 다공질이 된다. 또한, 내 빌드업성을 향상시키는 관점에서는, 열 처리 온도는 400 내지 500℃의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다.

이상 설명한 바와 같은 용사 처리에 의해, 롤 기재(20) 상에 용사 피막(21)이 형성되면, 계속해서, 용사 피막(21)의 표층에 대하여 레이저를 조사함으로써 용사 피막의 표층으로부터 소정의 깊이까지를 재용융·재응고시켜, 개질 피막(22)을 형성한다(스텝 S103). 형성된 개질 피막(22)의 두께는, 바람직하게는 2 내지 20㎛이다. 레이저의 조사는 대기 중에서 행하는 것이 바람직하다. 레이저 조사 중에 용사 피막(21)에 포함되는 금속 성분의 산화 반응을 촉진시키기 위함이다.

형성되는 개질 피막(22)의 두께나, 크랙 등에 관한 여러 특성은, 용사 피막(21)의 표면에 조사되는 레이저의 에너지 밀도에 의해 제어할 수 있다. 본 실시 형태에 관한 허스 롤의 제조 방법에 있어서는, 도 6에 모식적으로 도시한 바와 같이, 용사 피막(21)이 형성된 허스 롤(10)을 회전시키면서, 공지된 레이저 조사 장치로부터 사출되는 레이저(30)를 이용하여, 용사 피막(21)의 표면을 소정의 속도로 주사한다. 여기서, 용사 피막(21) 표면에 있어서의 레이저의 에너지 밀도를 제어하기 위해서, 용사 피막(21) 표면에의 레이저(30)의 집광 정도나 주사 속도를, 공지된 광학계에 의해 조정한다.

여기서, 용사 피막(21)의 표면에 조사되는 레이저의 에너지 밀도에 대해서는, 1×10⁵ 내지 1×10⁷W/㎠로 하는 것이 바람직하지만, 집광 정도나 주사 속도에 대해서는, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 이하와 같은 조건에서 레이저 빔을 조사하면 된다. 즉, Nd/ YAG 레이저 장치(레이저 파장:1064㎚)를 이용하여, 출력 1000W의 레이저를 용사 피막(21) 표면에서 직경 300㎛의 크기가 되도록 집광(에너지 밀도: 1.4×10⁶W/㎠ 정도)시키고, 10m/s의 주사 속도로, 피치 50㎛로 용사 피막(21)의 표면을 1회 또는 복수회 주사한다. 이러한 조건에서 용사 피막(21)의 재용융·재응고를 행함으로써, 상기와 같은 개질 피막(22)을 형성할 수 있다. 또한, 이 처리 조건은 어디까지나 일례이며, 사용하는 레이저의 파장이나 출력에 따라, 개질 피막(22)의 두께가 바람직하게는 2 내지 20㎛가 되도록, 집광 정도나 주사 속도, 피치, 주사 횟수 등의 처리 조건을 적절히 설정하면 된다.

또한, 상기에서는, 레이저로서, Nd/ YAG 레이저(레이저 파장:1064㎚)를 사용했지만, Yb계의 파이버레이저(레이저 파장:1070㎚), 디스크 레이저(레이저 파장:1030㎚) 등의 레이저 파장이 900 내지 1100㎚인 범위의 근적외선 영역의 레이저를 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 레이저 빔 이외에도 전자 빔 등을 사용할 수 있다. 레이저 빔이나 전자 빔은 에너지 빔의 일례이다.

상기와 같은 처리에 의해, 본 실시 형태에 관한 연속 어닐링로용 허스 롤을 제조할 수 있다.

이상, 본 실시 형태에 관한 연속 어닐링로용 허스 롤 및 그 제조 방법에 대해서 설명하였다. 본 실시 형태에 따르면, 허스 롤(10)의 롤 주위면의 표면 조도를 적절하게 제어하고, 치밀하고 고강도인 개질 피막을 형성할 수 있으므로, 롤 주위면에 대한 철, 망간 산화물 등의 이물의 부착을 대폭으로 저감할 수 있다. 따라서, 연속 어닐링로(1)의 조업 중에, 통판 중의 강판(2)에 부수되는 이물이 허스 롤(10)의 롤 주위면에 대하여 부착·성장하는 것(즉, 빌드 업의 발생)을 억제할 수 있다. 따라서, 빌드 업에 수반하는 강판(2)의 전사 흠집의 발생을 방지 또는 억제할 수 있으므로, 강판(2)의 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 연속 어닐링로(1) 내의 고온 환경 하에서, 허스 롤(10)을 장시간 안정되게 사용할 수 있으므로, 허스 롤(10)의 수명을 대폭으로 연장하는 것이 가능하게 된다. 또한, 연속 어닐링로(1)의 정기 수선 시에, 허스 롤(10)의 롤 표면에 부착된 이물을 제거하는 작업이 불필요해지거나, 또는 그 작업을 대폭으로 삭감할 수 있으므로, 연속 어닐링로(1)에 의한 강판(2)의 생산성을 향상시킬 수 있다.

<실시예>

이어서, 실시예에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 실시예는, 본 발명의 효과를 실증하기 위해 행한 시험 결과를 나타내는 것이며, 본 발명이 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

상술한 허스 롤의 제조 방법에 따라, 복수 종류의 허스 롤(10)을 제조하고, 각각의 허스 롤(10)을 연속 어닐링로(1)에서 사용하여, 허스 롤(10)의 수명을 측정하는 시험을 행하였다. 또한, 롤 수명에 대해서는, 연속 어닐링로(1)의 온라인으로, 허스 롤(10)의 롤 주위면을 포터블 형광 X선에 의해 측정하고, 그 롤 주위면에 대한 철(Fe)의 부착량이 5질량％를 초과한 시점에서, 수명이라고 판정하였다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 롤 직경φ는 1000㎜로 하였다.

또한, 용사 피막(21)의 재용융·재응고 처리 시에는, 용사 피막의 조성이나 표면 조도의 영향도 받기 때문에 집광 정도나 주사 속도를 적절히 조정해서 재용융·재응고 처리를 행한다. 예를 들어 표 1의, 비커스 경도 HV가 950이며, 용사 피막의 80체적%가 세라믹스(79체적%가 Cr₃C₂이며, 1체적%가 Al₂O₃)이며, 잔부가 내열 합금이며, 이 내열 합금은, 질량%로, Cr:10%, Al:5%, Y:2%, Ti:0.1％를 함유하고, 잔부는 Co인 용사 피막에서는, Nd/ YAG 레이저 장치를 사용하여, 출력 1000W의 레이저를 용사 피막(21)의 표면에 있어서 직경 300㎛의 크기로 집광시켜서, 50㎛ 피치, 10m/s의 주사 속도로 1회 주사 처리를 행한 경우, 동시 시험편에서 확인한 개질 피막(22)의 두께는, 11㎛이었다. 동일한 조건에서, 2회 주사 처리를 행하면 개질 피막(22)의 두께는 13㎛이 되었다. 또한, 동일한 조건에서, 집광 정도를 직경 1000㎛로 하면, 1회의 주사로 개질 피막(22)의 두께는 2㎛가 되었다. 출력을 500W로 해서, 직경 300㎛의 크기로 집광시키고, 60㎛ 피치, 8m/s의 주사 속도로 1회 주사 처리를 행한 경우, 개질 피막(22)의 두께는, 8㎛이었다. 따라서, 표 1에 나타낸 예에서는, 이러한 지견을 바탕으로 집광 정도, 주사 속도, 피치 및 주사 횟수를 적절히 설정하고, 표 1에 나타낸 두께의 개질 피막(22)을 제조하였다.

롤 주위면에 형성한 용사 피막(21)의 조성과, 용사 피막(21) 및 개질 피막(22)의 제물성을 아울러 표 1에 나타냈다.

표 1에 있어서, 개질 피막(22)의 두께, 크랙 간격 및 크랙 폭은, 얻어진 허스 롤의 동시 샘플의 단면을 SEM 관찰함으로써 측정하였다. 측정 배율 1000배로 SEM 관찰한 10시야 단면에 있어서 크랙 간격 및 크랙 폭을 측정하고 평균값을 산출하였다. 또한, 개질 피막(22)의 표면에 있어서의 Al₂O₃의 면적률은, 파장 분산형 EPMA에 의해 측정 배율 500배로 관찰한 10시야 표면 화상에 있어서, 정성 분석으로 Al₂O₃이라고 판정한 부분의 색이 백색, 그 이외가 흑색이 되도록 반사 전자상을 2치화함으로써 면적률을 측정하고 평균값을 산출하였다. 개질 피막(22)의 산소 함유량은, 파장 분산형 EPMA에 의해 측정 배율 500배로 관찰한 10시야에 있어서 정량 분석을 행하여 산소 함유량을 측정하고 평균값을 산출하였다. 또한, 용사 피막(21) 및 개질 피막(22)의 비커스 경도 HV는, ISO 6507-1에 규정된 방법에 의거해서 측정하고, (개질 피막(22)의 비커스 경도 HV/용사 피막(21)의 비커스 경도 HV)에서 얻어지는 경도 변화의 비율을, 표 1에 아울러 나타냈다. 또한, 표 1에는, 시험 결과인 롤 수명도 아울러 나타냈다.

상기 표 1로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1 내지 24에 나타낸 허스 롤은, 높은 비커스 경도 HV를 갖는 개질 피막(22)을 구비하고, 우수한 롤 수명을 갖고 있는 것이 명확해졌다. 특히, 크랙 간격, 크랙 폭 및 Al₂O₃의 면적률이 적절한 값을 갖고 있는 실시예에 대해서는, 특히 우수한 롤 수명을 갖고 있는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는, 본 명세서에 관한 허스 롤의 제조 방법에 의거해서 허스 롤을 제조함으로써, 빌드 업의 발생을 잘 억제할 수 있다는 것을 나타내고 있다.

한편, 비교예에 대응하는 허스 롤은, 롤 수명이 2년 미만이 되고, 허스 롤 표면에서의 빌드 업의 발생을 억제할 수 없었다는 것을 나타내고 있다.

2014년 10월 2일에 출원된 일본 특허 출원 2014-204108호의 개시는, 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허 출원 및 기술 규격은, 개개의 문헌, 특허 출원 및 기술 규격이 참조에 의해 포함되는 것이 구체적이고 또한 개별적으로 기재된 경우와 동일 정도로, 본 명세서 중에 참조에 의해 포함된다.

이상, 여러 가지 전형적인 실시 형태를 설명해 왔지만, 본 발명은 그들 실시 형태에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는, 다음의 청구범위에 의해서만 한정되는 것이다.

Claims

허스 롤이며,
롤 기재와,
상기 롤 기재 상에 형성된 용사 피막과,
상기 용사 피막 상에 형성된, 상기 용사 피막의 표면의 일부 또는 전체면에 에너지 빔을 조사함으로써, 상기 용사 피막을 용융·응고시켜서 상기 용사 피막을 부분적 또는 전면적으로 개질시킨 개질 피막을 구비하고,
상기 개질 피막의 두께는, 2 내지 20㎛이며,
상기 개질 피막의 비커스 경도 HV는, 상기 용사 피막의 비커스 경도 HV의 1.2 내지 1.4배이며,
상기 개질 피막의 표면에는, 크랙이 존재하고,
상기 허스 롤을 두께 방향으로 절단한 단면에 있어서, 인접하는 상기 크랙의 평균 간격은, 10 내지 100㎛이며, 상기 크랙의 개구 폭은, 5㎛ 미만인, 허스 롤.
삭제
제1항에 있어서,
상기 개질 피막은, 0.5 내지 2질량%의 산소를 함유하는, 허스 롤.
제1항에 있어서,
상기 개질 피막의 표면에는 Al₂O₃이 분산해서 존재하고, 상기 개질 피막의 표면에 있어서의 Al₂O₃의 면적률이, 5 내지 40%인, 허스 롤.
제1항에 있어서,
상기 개질 피막 상 또는 상기 개질 피막 및 상기 용사 피막 상에 형성된 산화크롬층을 더 구비하는, 허스 롤.
제1항에 있어서,
상기 용사 피막은, 세라믹스와 내열 합금으로 이루어지는 서멧 피막이며,
상기 세라믹스는, 체적%로
Cr₃C₂: 50 내지 90%
Al₂O₃: 1 내지 40%
Y₂O₃: 0 내지 3%
ZrB₂: 0 내지 40%
를 함유하고, 잔부는, 불순물 및 기공으로 이루어지고,
상기 내열 합금은, 질량%로,
Cr: 5 내지 20%
Al: 5 내지 20%
Y 또는 Si 중 적어도 어느 하나: 0.1 내지 6%
를 함유하고, 잔부는, Co 또는 Ni 중 적어도 어느 하나 및 불순물로 이루어지고,
상기 서멧 피막의 50 내지 90체적%가 상기 세라믹스이며, 잔부가 상기 내열 합금인, 허스 롤.
제6항에 있어서,
상기 내열 합금은, 질량%로,
Nb: 0.1 내지 10%
Ti: 0.1 내지 10% 중 적어도 어느 하나를 더 함유하는, 허스 롤.
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