KR101767749B1 - 표면 처리 방법 및 그 방법에 의해 제조된 주조롤 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 주조롤의 표면조도를 결정하는 표면형상을 개선하여 표면 결함을 방지할 수 있는 표면 처리 방법 및 그 방법에 의해 제조된 주조롤을 제공하는 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 표면 처리 방법은 주조롤의 표면에 요철부를 형성하는 요철형성단계; 및 상기 요철형성단계에서 형성된 요철부가 라운드진 형상으로 연결되도록 전해연마하는 전해연마단계;를 포함한다.

Description

표면 처리 방법 및 그 방법에 의해 제조된 주조롤 {SURFACE TREATMENT METHOD AND MANUFACTURED CASTING ROLL THEREBY}
본 발명은 쌍롤식 박판 주조 공정에서 활용되는 주조롤의 표면 처리 방법 및 그 방법에 의해 제조된 주조롤에 관한 것이다.
일반적으로 주조 공정은, 용융금속을 응고하여 일정한 두께의 주편으로 제조하는 공정으로, 최근에는 용융금속을 두 개의 주조롤을 활용하여 최종 제품 두께에 가까운 박판으로 직접 응고시켜 제조하는 박판 주조기술이 개발되어 활용되고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 쌍롤식 박판주조기(1)는 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 주조롤(10) 사이에 노즐(20)을 통해 용강(M)을 공급하고, 용강(M)은 주조롤(10)을 따라 냉각되며 주조물(Y)로 형성되고, 롤 닢에서 압하되어 박판(S)으로 생성된다.
한편, 한 쌍의 주조롤(10)의 양단부에는 에지댐(30)이 제공되어 주조롤(10)의 양측 단부로의 용강(M) 유출을 방지한다.
일반적으로 주조롤(10)은 용강(M)을 냉각하기 위해 내부에 냉각수가 순환하는 냉각유로가 구비되고, 재질은 열전달이 우수한 구리 등의 재질로 형성된다.
또한, 주조롤(10)의 표면은, 내마모성을 향상시킬 수 있도록 니켈 등과 같은 재질로 코팅층이 형성되고, 이 코팅층에는 주조과정에서 발생하는 기포 등의 배출을 원활하게 하고, 크렉(crack) 결함 등을 방지하여 응고특성을 향상시키기 위해 숏 블라스트와 같은 공법을 이용하여 무방향 조도를 형성하고 있다.
한편, 주조롤(10)을 통과한 주조물(Y)은, 1,100~1,200도 정도의 온도에서 압연롤(30)을 통과하여 열간압연이 이루어지며, 20~40%의 압하율로 압연되어 박판(S)으로 제조된다.
주조롤(10)은 박판(S)으로 제조되는 과정에서 압연됨에 따라 표면 조도가 양호해지고, 재결정이 발생되어 물성이 양호해진다.
일례로, 주조롤(10)은, 주조롤 본체(12)와, 주조롤 본체(12)의 표면에 10~20㎛의 조도가 부여된 요철부(14)를 갖는 표면처리부를 포함하며, 이러한 주조롤(10)의 표면처리부에 의해 주조물(Y)도 대응하는 표면조도, 예컨대 10~20㎛의 조도를 갖는 요철부(14')가 형성되며, 주조물(Y)에 형성된 요철부(14')의 조도는 압연롤(30)을 통과하는 과정에서 압연되어 약 1㎛ 수준의 조도로 낮춰진다.
그러나, 종래의 주조물(Y)은 일부 요철부(14')가 인접한 다른 요철부(14')와 연결된 각도(α)가 30도 이상으로 급격하게 연결될 수 있으며, 이에 따라 주조물(Y)이 압연롤(30)을 통과하며 박판(S)으로 압연되는 과정에서, 산화 스케일 등의 이물질이 요철부(14') 사이로 유입될 수 있으며, 이에 이물질이 함유된 상태의 박판(S)으로 제조된다.
이와 같이, 박판(S)의 표면에 형성된 이물질(P)에 의한 결함을 후크(hook) 흠(H) 결함이라 하며, 이러한 후크 결함은 이후 소둔 산세-냉연 공정에서 잔류하게 되고, 최종 냉연 공정을 거친 후 표면 결함으로 남게 되어 제품의 가치를 떨어뜨리는 요인이 되고 있다.
또한, 종래의 주조롤(10)은, 표면처리부의 표면조도를 결정하는 요철부(14)의 편차, 크기, 형태 등에 따라 이물질이 쉽게 끼일 수 있으며, 이에 따라 주조롤(10)의 표면처리부에 이물질이 쉽게 끼이지 않도록 표면형상을 개선하는 기술의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 일 실시예는, 주조롤의 표면조도를 결정하는 요철부의 형상을 개선하여 이물질의 끼임 현상을 방지함으로써, 표면 결함을 방지할 수 있도록 한 표면 처리 방법 및 그 방법에 의해 제조된 주조롤을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 표면 처리 방법은 주조롤의 표면에 요철부를 형성하는 요철형성단계; 및 적어도 상기 주조롤을 통과하여 제조된 주조물의 요철부 사이의 경계부에 이물질이 치입되는 것을 방지하기 위하여, 상기 요철형성단계에서 형성된 요철부가 라운드진 형상으로 연결되도록 전해연마하는 전해연마단계;를 포함하고, 상기 요철형성단계는, 상기 주조롤의 표면을 숏 블라스팅 공정을 이용하여 표면처리하되, 상기 숏 블라스팅 공정은 상기 주조롤의 표면처리시 적어도 2.8mm 직경인 숏 볼을 투사한다.
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또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 주조롤은, 주조롤 본체와, 상기 주조롤 본체의 표면에 형성되며 전술된 표면 처리 방법에 의해 다수의 요철부가 라운드지게 가공되어 형성된 표면처리부;를 포함한다.
또한, 상기 요철부는 인접하는 다른 요철부와 30도 이하의 각도로 완만하게 연결될 수 있다.
또한, 상기 주조롤은 상기 주조롤 본체의 표면에 형성되는 코팅층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 표면처리부의 표면조도를 결정하는 요철부의 형상을 개선하여 이물질의 끼임 현상을 방지할 수 있고, 이에 따라 냉연 제품 표면의 후크(hook) 홈 등의 결함 발생을 줄일 수 있어, 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 쌍롤식 박판주조기의 개략도.
도 2는 종래 기술에 따른 주조롤의 사시도.
도 3은 종래 기술에 따른 주조롤에 의해 주조된 주조물이 박판으로 압착되는 상태의 단면도.
도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ'선의 단면도
도 5는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ'선의 단면도.
도 6의 (a)는 박판의 표면에 형성된 후크 흠이 나타난 도면이고, (b)는 후크 흠의 단면이 나타난 도면이고, (c)는 후크 흠이 발생하는 박판 표면의 요철부를 도시한 도면이고, (d)는 주조롤의 요철부의 높이/폭으로 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주조롤의 사시도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 주조롤의 제조과정을 도시한 단면도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 주조롤에 의해 주조된 주조물이 박판으로 압착되는 상태의 단면도.
도 10은 도 9의 Ⅲ-Ⅲ'선의 단면도.
도 11은 도 10의 Ⅳ-Ⅳ'선의 단면도.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 주조롤의 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 주조롤의 제조과정을 도시한 단면도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 주조롤에 의해 주조된 주조물이 박판으로 압착되는 상태의 단면도이다. 또한, 도 10은 도 9의 Ⅲ-Ⅲ'선의 단면도이고, 도 11은 도 10의 Ⅳ-Ⅳ'선의 단면도이다.
도 7 내지 도 11을 참고하면, 본 실시예의 표면 처리 방법은, 요철형성단계와, 전해연마단계를 포함할 수 있다.
본 실시예에서 요철형성단계는 주조롤(110)의 표면에 요철부(114)를 형성할 수 있다.
구체적으로, 요철형성단계는 주조롤(110)을 구성하는 주조롤 본체(112)의 표면을 숏 블라스팅 공정을 이용하여 표면처리할 수 있으며, 이 과정을 통해 요철부(114)를 형성할 수 있다.
숏 블라스팅 공정은, 주조롤(110)의 주조롤 본체(112) 표면으로 숏 볼(B)을 투사하여 표면처리하는 것으로, 여기서 사용되는 숏 볼(B)은 통상적인 숏 블라스팅 공정에 사용되는 것이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 적어도 2.8mm 직경을 갖는 숏 볼(B)을 고압으로 투사하여 볼 형태에 대응하는 오목한 형태의 요철부(114)를 형성할 수 있다. 이때, 요철부(114)는 숏 볼(B)에 가압되는 중앙부는 오목하게 형성될 수 있고, 인접하는 다른 요철부(114)와 연결되는 부분인 외곽부(114a)는 날카롭게 돌출되어 연결될 수 있다.
예컨대, 요철부(114) 중 일부는 인접한 다른 요철부(114)와 연결되는 각도(β)가 30도 이상의 각도로 연결될 수 있다.
한편, 요철형성단계에서 요철부(114)가 형성되면, 전해연마단계가 진행될 수 있다.
전해연마단계는 요철형성단계에서 형성된 요철부(114)를 전해연마하여 요철부(114)를 라운드진 형상으로 연결할 수 있다.
구체적으로, 전해연마단계는 주조롤(110)을 전해 연마액에 침지시켜 전기 화학적으로 용해시키면서 연마하는 단계로, 0.01 내지 0.1㎛ 정도의 미소한 요철의 평활화와, 수㎛정도의 비교적 큰 요철의 제거가 동시에 이루어질 수 있으며, 광택작업도 동시에 이루어질 수 있다.
전해연마단계에서 사용되는 전해액은 주로 산용액으로, 아세트산무수물·알칼리·인산을 사용하며, 이것에 산화력이 강한 과염소산·크로뮴산 등을 가한 것이다.
이러한 전해연마단계는 돌출된 부분인 외곽부(114a)가 상대적으로 빨리 용해되므로, 주조롤(110)의 표면 처리후의 요철부(114)를 완만하게 하는 효과가 있다.
전해연마단계는, 7~8V의 전압에서 전류를 변화시키면서 총 4시간 정도 진행하면, 요철부(114)에서 날카롭게 돌출된 부분인 외곽부(114a)의 연마가 빨리 진행되어 전체적으로 요철부(114) 사이가 30도 미만의 각도로 완만하게 연결되도록 형성할 수 있다.
이때 전해연마단계의 전해 연마 조건은, 표 1과 같다.
Figure 112015109570282-pat00001
전술된 표면 처리 방법에 의해 제조되는 주조롤(110)은, 주조롤 본체(112)의 표면에 다수의 요철부(114)가 전해연마되며 전체적으로 라운드지게 가공되어 형성된 표면처리부를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예는 주조롤(110)이 전해연마단계를 거치며 표면처리됨에 따라 요철부(114)가 완만하게 연결되므로, 주조롤(110)을 통과하며 제조된 주조물(Y)의 표면, 주조롤(110)의 표면처리부에 대응하여 완만한 요철부(114')를 갖게 되며, 따라서 인접하는 요철부(114') 사이의 경계부에서 산화 스케일 등의 이물질이 치입되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 주조물(Y)의 표면에 일부 이물질이 부착되더라도 압연롤(130)에 의해 압연되는 과정에서 공급되는 압연유(L) 등에 의해 쉽게 탈락될 수 있어, 박판(S)으로 압연되는 과정에서의 이물질의 치입을 방지할 수 있다. 압연유(L)는 주조물(Y)과 압연롤(130) 사이의 마찰 저항을 줄일 수 있고, 이로 인해 이물질이 치입하는 것을 줄일 수 있다.
바람직하게는 주조롤(110)에 형성되는 요철부(114)는 인접한 다른 요철부(114)와 연결시 30도 미만의 완만한 각도로 연결될 수 있고, 이러한 주조롤(110)에 의해 주조되는 주조물(Y)에 형성되는 요철부(114')도 인접한 다른 요철부(114')와 연결시 30도 미만의 완만한 각도로 연결될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 주조롤(110)은 주조롤 본체(112)의 표면에 내마모성 향상을 위해 니켈 등과 같은 재질로 코팅층이 형성될 수 있다. 그리고, 표면처리부는 주조롤 본체(112)에 직접 형성되거나, 코팅층에 형성될 수 있다.
<실시예>
전술된 바와 같이 구성된 주조롤(110)은, 표면처리부의 요철부(114)가 라운드하게 연결되며, 실시예와 같이 주조롤(110)을 이용하여 제조된 주조물(Y)의 요철부(114')가 다른 인접한 요철부(114')와 연결되는 각도를 측정하고, 이후 주조물(Y)을 압연하여 완제품 형태로 제조된 박판(S)의 결함을 측정하였다.
표 2를 참고하면, 주조롤(110)에 의해 주조된 주조물(Y)의 표면에 형성된 요철부(114)의 각도를 측정하였다.
종래의 주조롤(110)을 사용한 경우, 주조물(Y)에 형성되는 요철의 각도가 25도 이상인 개수는 100mm2의 면적당 30개였고, 주조물(Y)에 형성되는 요철의 각도가 30도 이상인 개수는 100mm2의 면적당 10개가 검출되었다.
이러한 주조물(Y)을 압연한 최종 제품 형태의 박판(S)에는 후크흠 결함이 발생할 수 있으며, 이때 1m2의 면적에 형성되는 후크흠의 개수를 나타낸 후크흠 지수는 10으로 측정되었다.
한편, 본 실시예의 주조롤(110)을 사용한 경우, 주조물(Y)에 형성되는 요철의 각도가 25도 이상인 개수는 100mm2의 면적당 20개였고, 주조물(Y)에 형성되는 요철의 각도가 30도 이상인 개수는 검출되지 않았다.
본 실시예에서는 이러한 주조물(Y)을 압연한 최종 제품 형태의 박판(S)에는 후크흠 결함이 발생하지 않았다.
Figure 112015109570282-pat00002
이를 보면, 주조물(Y)의 표면에 30도 이상의 각도를 갖는 요철부(114)는 압연과정중에 후크흠이 될 가능성이 큼을 알 수 있으며, 본 실시예에서는 전해연마에 의해 주조롤(110) 표면에 형성되는 요철부(114)의 조도를 30도 이하의 각도로 라운드하게 만들어줌으로써 압연과정에서 후크흠이 생성되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
110: 주조롤 112: 주조롤 본체
114: 요철부

Claims (6)

  1. 주조롤의 표면에 요철부를 형성하는 요철형성단계; 및
    적어도 상기 주조롤을 통과하여 제조된 주조물의 요철부 사이의 경계부에 이물질이 치입되는 것을 방지하기 위하여, 상기 요철형성단계에서 형성된 요철부가 라운드진 형상으로 연결되도록 전해연마하는 전해연마단계;
    를 포함하고,
    상기 요철형성단계는, 상기 주조롤의 표면을 숏 블라스팅 공정을 이용하여 표면처리하되, 상기 요철형성단계의 숏 블라스팅 공정은 상기 주조롤의 표면처리시 적어도 2.8mm 직경인 숏 볼을 투사하는 표면 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 주조롤 본체와,
    상기 주조롤 본체의 표면에 형성되며 청구항 1에 따른 표면 처리 방법에 의해 다수의 요철부가 라운드지게 가공되어 형성된 표면처리부;
    를 포함하는 주조롤.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 요철부는 인접하는 다른 요철부와 30도 미만의 각도로 완만하게 연결되는 주조롤.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 주조롤은
    상기 주조롤 본체의 표면에 형성되는 코팅층을 더 포함하는 주조롤.
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