KR101796719B1 - 평판 금속 제품을 열연 또는 냉연하기 위한 롤 및 롤 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
내마모성 층으로 코팅되는 배럴부(6) 및 배럴부에 형성된 저널(7, 8)을 포함하는, 평판 금속 제품을 열연 또는 냉연 하기 위한 본 발명에 따른 롤(1)의 제조 방법에서, 배럴부 및 상기 배럴부보다 큰 직경을 가지며 재료 체적이 개별적인 단부면에 연결되는 롤(1)의 저널(7, 8)의 체적과 적어도 동일한 두 개의 가공되지 않은 저널부를 포함하는 메인 본체 블랭크가 제공된다. 이 배럴부(6)는 슬리브로 둘러싸이고, 슬리브는 그 가장자리 구역이 가공되지 않은 저널부에 결합된 상태에서 밀봉 방식으로 가공되지 않은 저널부의 관련 단부면에 연결되고 배럴부(6) 주위에 캐비티를 한정한다. 캐비티는 합금 분말로 충전된다. 후속해서, 배럴부(6)를 둘러싸며 재료 결합으로 배럴부와 연결되는 내마성 층(13)이 이 분말로부터 열간 등압 성형에 의해 형성된다. 그 다음에, 슬리브는 배럴부로부터 제거되고, 가공되지 않은 저널부는 저널(7, 8)로 성형되며 배럴부(6) 및 저널(7, 8)이 마무리 처리된다.
Description
본 발명은 평판 금속 제품을 열연 또는 냉연하기 위한 롤 및 롤 제조 방법에 관한 것이며, 롤은 내마모성 층으로 코팅된 배럴부 및 배럴부와 동축으로 배향되어 배럴부의 단부면들 중의 하나에 각각 형성되는 두 개의 저널을 구비한다.
이러한 롤을 사용하여 냉연 또는 열연되는 평판 금속 제품에는 일반적으로 강 또는 비철 금속으로 구성되는 스트립, 시트 또는 이들로부터 절단된 제품이 포함된다.
실제로, 평판 금속 제품을 위해 사용되는 롤은 한편으로는 압연 중에 발생하는 압연력의 결과로서 높은 동적 힘을 받으며, 다른 한편으로는 압연되는 제품과 접촉하게 되는 그 원주면의 구역에서 심한 마모를 당하게 된다.
고온 강 스트립을 열연하기 위해 사용되는 작업 롤의 수명을 증가시키기 위하여, DE 10 2009 037 278 A1호에는 고온 강 스트립의 마무리 열연을 위한 스탠드에서 사용되는 작업 롤에 기술 용어 "HIP(hot isostatic pressing)"로 지칭되는 열간 등압 성형을 통해 분말 야금 재료로 구성된 내마모성 층이 제공되는 것이 제안되었다. 필적하는 제안이 EP 1 365 869 B1에서 제시되었는데, 이에 따르면 내마모성을 증가시키기 위하여, 열연을 위해 또한 사용되는 작업 롤은 열간 등압 성형 방법을 사용하여 적용된 층을 구비한다.
이러한 작업 롤의 제조 과정에서, 사용시에 압연되는 재료와 접촉하는 배럴부 및 롤 스탠드에 롤이 장착되게 하는 베어링 저널을 포함하며 주철 또는 적합한 강으로 구성되는 메인 본체가 먼저 주조 또는 단조를 통해서 제조된다. 이에 의해, 메인 본체의 재료는 실제 사용중에 발생하는 함 부하에 최적으로 부응하는 기계적 성질을 나타낸다.
이 방식으로 미리 제조된 메인 본체는, 그 다음에 시트 금속 캡슐에 둘러싸인다. 이것은 배럴의 내주면과 외주면 사이에 메인 본체를 둘러싸는 캐비티가 형성되도록 하는 크기로 되어 있다. 이 캐비티는 합금 분말로 충전된다. 다음에, 시트 금속 캡슐은 기밀 방식으로 밀봉된다. 그 후에, 모든 측면에 대해 고압 및 고온 하에서 압축이 일어난다. 분말이 압축되고 소결되도록 압력 및 온도가 조정된다. 이 방식에서, 균질의 복합체가 제조되도록 개별적인 분말 입자들이 서로 소결될 뿐만 아니라 메인 본체와 또한 소결되어, 완전히 조밀한 층이 메인 본체에 형성된다. 열간 등압 성형의 종료 후에, 시트 금속 캡슐은 제거된다. 최종적으로, 얻어진 복합 재료 롤에 필요한 기계적 성질을 제공하기 위하여, 열적 후처리가 실행될 수 있다. 원칙적으로, 필요한 치수 정밀도를 보증하기 위하여 기계적인 최종 처리가 또한 실행될 수 있다.
최신의 롤 트레인은 가공 처리할 압연 재료의 폭과 관련하여 점점 더 높아지는 요구 조건을 충족하여야 한다. 따라서, 더욱더 넓은 폭을 신뢰할 수 있게 압연하기 위하여 점점 더 긴 롤을 이용할 수 있어야만 한다. 열간 등압 성형을 이용하여 이러한 긴 롤을 코팅하는 것은 상당한 복잡함을 내포한다는 것이 문제로 드러났다. 예컨대, 열간 등압 성형을 위해 필요한 설비의 복잡함은 롤 길이의 증가에 따라 불균형적으로 증가한다. 따라서, 현재 유용한 열간 등압 성형 플랜트는 그 길이가 제한적이므로, 롤 트레인 오퍼레이터의 현재의 요구 사항을 반영한 크기의 롤을 처리하기 위하여 더 이상 사용될 수 없다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, WO 2014/001024 A1호에서는 평판 금속 제품의 냉연 또는 열연하기 위한 롤의 제조를 위해, 먼저 제조할 롤의 배럴부에 걸쳐서만 연장하는 메인 본체를 제조하고, 다음에 열간 등압 성형을 통해 메인 본체에 내마모성 층을 코팅하고 그 후에 롤 스탠드에 회전가능하게 롤을 장착하기 위해 필요한 저널을 메인 본체에 용접하는 것이 제안되었다. 종래의 시도는 배럴부 뿐만 아니라 메인 본체의 배럴부에 형성되는 저널이 열간 등압 성형 플랜트에 수용하는 것이 필요한데 비해, 이러한 제안에 따르면, 열간 등압 성형 후에 저널이 메인 본체에 결합된다는 사실은 이용가능한 열간 등압 성형 플랜트의 전체 길이가 배럴부의 열간 등압 성형 코팅을 위해 이용될 수 있다는 것을 의미한다.
전술한 종래의 배경 기술을 감안하여, 본 발명의 목적은 최대화된 길이, 최적의 기계적 성질 및 최적화된 내마모성을 구비하며 비용 효과적으로 제조될 수 있는, 평판 금속 제품을 열연 또는 냉연 하기 위해 적합한 롤을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 이러한 다양한 특성을 나타내는, 평판 금속 제품을 열연 또는 냉연 하기 위한 롤을 생성하는 것이다.
방법과 관련하여, 이러한 문제는 냉연 또는 열연하기 위한 롤의 제조 과정에서 청구항 1에 열거한 방법 단계들이 실행되는 본 발명에 의해 해결되었다.
롤과 관련하여, 전술한 문제는 롤이 청구항 11에 기재된 특징을 갖는 본 발명에 따라 해결된다.
본 발명의 유리한 실시 형태들은 종속항들에 정의되어 있으며, 마찬가지로 본 발명의 전체적인 개념이 이하에서 상세하게 설명된다.
본 발명에 따른 방법은 평판 금속 제품을 열연 또는 냉연 하기 위한 롤을 제조하기 위해 사용되며, 롤은 내마모성 층으로 코팅되는 배럴부(barrel section) 및 배럴부와 동축으로 배향되며 배럴부의 단부면들 중 하나에 각각 형성되는 두 개의 저널을 포함한다. 본 발명에 따라, 이러한 롤은 대단히 긴 길이로, 신뢰할 수 있는 방식으로 그리고 유용한 설비 기술의 이용을 최적화하여 이하에 설명하는 작업 단계들을 실행하여 제조될 수 있다.
a) 배럴부와 두 개의 블랭크 저널부를 구비한 메인 본체 블랭크를 제공하는 단계,
- 배럴부는 기다란 기본적인 실린더 형태이고 메인 본체 재료로 구성되며,
- 블랭크 저널부는 배럴부의 단부면들 중 하나에 각각 형성되고 배럴부의 직경보다 직경이 크고, 블랭크 저널부의 재료 체적은 개별적인 단부면과 결합되는 마무리 처리된 롤의 저널의 체적과 적어도 동일하며,
b) 배럴부를 튜브 형상 재킷으로 둘러싸는 단계,
재킷은 그 가장자리 구역(edge region)들이 블랭크 저널부와 결합된 상태에서 밀봉 방식으로, 블랭크 저널부의 관련 단부면에 연결되고, 재킷과 배럴부 사이에는 배럴부를 둘러싸는 캐비티(cavity)가 형성되며,
c) 캐비티를 합금 분말로 충전하는 단계,
d) 압축 및 소결을 통해 합금 분말로부터 배럴부와 물질 대 물질(substance-to-substance) 결합을 형성하는 내마모성 층을 배럴부에 코팅하여 형성하기 위하여, 합금 분말의 열간 등압 성형하는 단계,
e) 배럴부로부터 재킷을 제거하는 단계,
f) 블랭크 저널부를 저널로 성형하는 단계,
g) 배럴부 및 저널을 마무리 처리(finishing)하는 단계.
본 발명에 따른 방법은, 배럴부 뿐만 아니라 제조될 롤의 저널이 제조 방법의 추가 공정 중에 그로부터 형성되는 블랭크 저널부가 이미 형성되어 있는, 메인 본체 블랭크에서 시작한다. 이러한 절차는 마무리 처리된 롤에서 단일 피스(single piece)로 형성된 메인 본체가 이음매 구역이 전혀 없이 실현되는 결정적인 이점을 나타내는데, 이음매 구역의 열 영향부 또는 유사한 것은 균열 또는 균열과 유사한 것이 발현하는 출발점을 형성할 수 있다. 대신에, 본 발명에 따른 방식으로 제조된 롤에서, 저널 및 배럴부는 각 경우에 개별적인 저널과 배럴부의 관련 단부면이 서로 맞닿는 단면의 전체 구역에 걸쳐 서로 물질 대 물질 결합을 형성한다. 더욱이, 배럴부의 코팅 후에 이루어지는 블랭크 저널부의 성형은, 저널이 롤의 작동 중에 일어나는 힘 부하를 흡수하기 위해 특히 적합하게 되는 그 전체 단면 및 전체 주요 길이에 걸쳐 특성의 파라미터 곡선을 나타내는 이점을 갖는다. 개별적인 블랭크 저널부의 성형은 편의상 단조를 통해 이루어질 수 있다.
각 경우에 블랭크 저널부가 어떻게 생성되는지 무관하게, 본 발명에 따른 메인 본체 블랭크에 제공되는 블랭크 저널부는, 각 경우에 그 체적은 각 경우에 이들로부터 형성될 마무리 처리된 롤의 저널의 체적과 적어도 상응하도록 하는 크기로 되어 있다. 이상적으로, 기계적 마무리 처리를 위해 유용한 충분한 재료를 갖도록, 블랭크 저널부는 마무리 처리된 저널의 체적과 비교하여 소정의 잉여 체적(excess volume)을 갖는다.
블랭크 저널부의 체적이 저널의 체적보다 실질적으로 큰 직경에 걸쳐 분포되기 때문에, 롤 및 메인 본체 블랭크의 종축의 방향에서 보았을 때 블랭크 저널부는 이들로부터 형성될 저널의 길이보다 길이가 실질적으로 짧다. 따라서, 이 방식에서 "저감(saved)"되는 저널을 위해 필요한 메인 본체 블랭크의 길이는 배럴부에 추가될 수 있다. 이 방식에서, 본 발명에 따라 열간 등압 성형을 위해 이용가능한 플랜트 크기는, 종래의 시도에 비해서 실질적으로 더욱 긴 열연 또는 냉연 롤의 배럴부를 분말 야금학적으로 생성되는 내마모성 층으로 코팅하기 위해 사용될 수 있다. 이와 동시에, 메인 본체의 배럴부 및 저널은 구성요소의 약화로 이어질 수 있는 용접 또는 다른 필요한 조치를 실행하는 일 없이, 마무리 처리 조건에서 하나의 재료 유닛을 형성하기 때문에, 본 발명에 따라 만들어지고 마무리 처리된 롤은 사용시 최적의 특성을 나타낸다.
본 발명에 따라 제공되는 메인 본체 블랭크의 블랭크 저널부의 직경은, 제조될 롤 또는 메인 본체 블랭크의 종축에 대해 본 발명에 따른 방법의 b) 단계에서 메인 본체의 배럴부의 둘레에 놓이는 재킷이 관련 가장자리 구역에 의해 블랭크 저널부의 관련 단부면과 맞닿도록 하는 크기로 되어 있다. 이 방식에서, 재킷의 간단한 기밀 밀봉이 가능하다. 재킷은 일반적으로 시트 금속 재료로 구성되기 때문에, 이것은 재킷의 관련 가장자리 구역을 개별적인 저널부의 관련 단부면과 함께 용접하는 것에 의해 달성될 수 있다.
재킷과 나중에 재킷이 놓이는 메인 본체 블랭크의 배럴부 사이의 주위 캐비티에는 이제 적합한 합금 분말이 충전된다. 재료 번호 1.3394 또는 1.3292로 표준화된 합금들이 통상적으로 이러한 목적을 위해 사용된다. 충전은 임의의 적합한 방식으로 실행될 수 있다. 예컨대, 분말이 재킷을 통과하는 파이프를 통해 캐비티 내로 도입되는 것을 생각할 수 있다. 당연히, 만약 균일한 충전을 보장하기 위하여 상이한 주입 각도에서 캐비티 내로 합금 분말의 제트류를 보내는 것이 필요하다면, 다수의 이러한 충전 유형들이 제공될 수 있다. 또한, 블랭크 저널부 중의 하나를 통과하는 공급 파이프를 통해서 배럴부 둘레의 캐비티를 충전하는 것을 상정할 수 있다.
배럴부를 둘러싸는 캐비티 내에 충전된 합금 분말의 열간 등압 성형은 예컨대 100 - 200 바의 충분한 압력 및 배럴부와 더불어 분말이 최대 1500℃의 온도가 되는 충분한 열 입력을 통해 본질적으로 공지된 방식으로 이루어질 수 있다. 이러한 처리의 목적은 압축 및 소결을 통해 합금 분말로부터 배럴부와 물질 대 물질 결합을 형성하고 배럴부를 코팅하는 내마모성 층을 형성하는 것이다.
열간 등압 성형 후에, 재킷은 제거되고 메인 본체의 배럴부에 형성된 내마모성 코팅을 노출시킨다.
이제, 앞서 설명한 방식으로 블랭크 저널부로부터 저널이 형성될 수 있다.
마지막으로, 배럴부와 저널의 마무리 처리가 실행된다. 이러한 목적을 위해, 필요하다면 저널 또는 배럴부는 기계적 성질을 조정하기 위하여 오스테나이트화 및어닐링을 포함하는 열처리를 거치게 될 뿐만 아니라, 표면 품질 및 치수 정밀도에 대한 요건을 충족하기 위하여 기계가공 방법들을 통해 기계적으로 처리된다.
일반적으로, 해당 유형의 롤의 메인 본체는 강 또는 주철로 제조된다. 이를 위한 적합한 재료는 재료 번호 1.2602로 표준화된 것이다.
마찬가지로, 배럴부 및 블랭크 저널부를 구비한 메인 본체 블랭크를 기본적인 성형 방법, 특히 주조를 통해 단일 피스로 제조할 수 있다.
또한, 빌렛 형태의 주물 블랭크 또는 유사한 것을 먼저 주조하고 그 다음에 이것을 단조를 통해 주물 블랭크로 형성하는 것이 가능하다. 마찬가지로, 배럴부 및 블랭크 저널부는 주물 블랭크로부터 단일 피스로 형성될 수 있다.
본 발명에 속하는 메인 본체 블랭크의 제조를 위한 다른 가능성은 메인 본체 블랭크의 배럴부와 블랭크 저널부를 서로 별개로 제조하고 후속해서 이들을 서로 분리할 수 없게 연결하는 것으로 구성될 수 있다. 분리할 수 없게 연결하는 것은 예컨대 블랭크 저널부와 배럴부가 열간 등압 성형 중에 일어나는 가열을 통한 고체 확산의 결과로서 서로 물질 대 물질 결합을 형성하도록, 상응하는 리세스(recess)에 결합하는 핀에 의해 블랭크 저널부와 배럴부가 서로 결합되는 것으로 달성될 수 있다.
메인 본체 블랭크가 어떻게 제조되는지에 무관하게, 제조될 롤이 가장 엄격한 요건을 충족하는 치수 정밀도를 달성하기 위한 최적의 전제 조건이 생성되도록, 메인 본체 블랭크는 일반적으로 열간 등압 성형 이전에 기계적으로 가공 처리된다.
본 발명에 따른 롤에서, 특별한 특성 예컨대 증가한 내마모성을 갖는 표면층이 저널의 구역에서 또한 만들어진다면, 이것은 메인 본체 블랭크의 저널부가 단부면들 중의 적어도 하나에 저널 스터브(journal stub)를 가지며 블랭크 저널부는 저널 스터브가 합금 분말로 충전되는 재킷에 의해 둘러싸이고 저널 스터브와 물질 대 물질 결합을 형성하고 저널 스터브와 함께 블랭크 저널부를 형성하도록 저널 스터브 주위의 합금 분말이 열간 등압 성형을 통해 압축 및 소결되는 관련 단부면에 형성되는 것으로 달성될 수 있다.
근본적으로, 개별적인 저널 스터브는 배럴부의 직경보다 작은 직경을 가질 수 있다. 이 경우, 블랭크 저널부를 생성하기 위하여 저널 스터브는 블랭크 저널부의 형태를 형성하고 배럴부의 재킷이 밀봉되는 시트 금속으로 구성된 캡슐을 구비한다. 그러나, 저널의 표면층이 작은 두께로 한정되는 경우, 이를 위해 저널의 직경은 배럴부의 직경보다 크게 되도록 하는 크기가 될 수 있다. 이 변형예는 배럴부의 재킷이 저널 스터브의 고체 재료에 대해서 밀봉될 수 있는 추가적인 이점을 나타낸다.
저널 스터브 및 배럴부의 코팅을 위해 개별적으로 사용된 합금 분말은 저널 및 배럴부의 구역에서 각각 형성된 층들이 적용 요건을 최적으로 달성하도록 부응하는 것일 수 있다. 이를 위해 저널 및 배럴의 코팅을 위한 상이한 조성의 합금 분말을 사용하는 것이 편의적일 수 있다. 저널에 층을 형성하기 위한 적합한 합금 분말은 예컨대 재료 번호 1.3344 또는 재료 번호 1.3394로 표준화된 합금의 분말이다.
유사한 방식으로, 메인 본체 블랭크의 배럴부가 그 단부면들 중의 적어도 하나에 저널 스터브를 가지며 이 저널 스터브에 저널 스터브와 함께 블랭크 저널부를 형성하는 링 섹션이 고정되어 있는, 메인 본체 블랭크의 블랭크 저널부 중의 적어도 하나를 형성하는 것이 가능하다.
따라서, 배럴부 및 그 단부면들에 형성된 저널을 포함하는 메인 본체를 구비하며, 상기 배럴부가 열간 등압 성형을 통해 생성된 내마모성 코팅을 가진, 본 발명에 따른 평판 금속 제품의 냉연 또는 열연을 위한 롤은 저널이 내마모성 코팅의 적용 후에 단조를 통해 성형되고 그 다음에 기계적으로 마무리 처리된 것을 특징으로 한다.
각각의 경우에 비례하지 않으며 개략적으로 나타낸 예시적인 실시예들을 도시한 도면을 참조하여 이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 예비 가공된 주조 블랭크를 도시한 사시도.
도 2는 주조 블랭크를 단조하여 제조된 메인 본체 블랭크를 도시한 사시도.
도 3은 기계 가공한 메인 본체 블랭크를 도시한 사시도.
도 4a는 메인 본체의 배럴부가 시트 강의 재킷으로 둘러싸여진 후의 메인 본체를 도시한 사시도.
도 4b는 도 4a에 따른 메인 본체의 양 단부 구역들 중 하나의 종단면도.
도 5a는 메인 본체를 열간 등압 성형하고 재킷을 제거한 이후의 메인 본체를 도시한 사시도.
도 5b는 도 5a에 따른 메인 본체의 양 단부 구역들 중 하나의 종단면도.
도 6은 도 5a 및 도 5b에 따른 메인 본체로부터 성형된 롤을 도시한 사시도.
도 7은 열간 등압 성형을 위해 준비된 추가의 메인 본체 블랭크를 도시한 종단면도.
도 8은 열간 등압 성형을 위해 준비된 제3의 메인 본체 블랭크를 도시한 종단면도.
도 9는 열간 등압 성형을 위해 준비된 제4의 메인 본체 블랭크를 도시한 종단면도.
도 10은 열간 등압 성형을 위해 준비된 제5의 메인 본체 블랭크를 도시한 종단면도.
도 2는 주조 블랭크를 단조하여 제조된 메인 본체 블랭크를 도시한 사시도.
도 3은 기계 가공한 메인 본체 블랭크를 도시한 사시도.
도 4a는 메인 본체의 배럴부가 시트 강의 재킷으로 둘러싸여진 후의 메인 본체를 도시한 사시도.
도 4b는 도 4a에 따른 메인 본체의 양 단부 구역들 중 하나의 종단면도.
도 5a는 메인 본체를 열간 등압 성형하고 재킷을 제거한 이후의 메인 본체를 도시한 사시도.
도 5b는 도 5a에 따른 메인 본체의 양 단부 구역들 중 하나의 종단면도.
도 6은 도 5a 및 도 5b에 따른 메인 본체로부터 성형된 롤을 도시한 사시도.
도 7은 열간 등압 성형을 위해 준비된 추가의 메인 본체 블랭크를 도시한 종단면도.
도 8은 열간 등압 성형을 위해 준비된 제3의 메인 본체 블랭크를 도시한 종단면도.
도 9는 열간 등압 성형을 위해 준비된 제4의 메인 본체 블랭크를 도시한 종단면도.
도 10은 열간 등압 성형을 위해 준비된 제5의 메인 본체 블랭크를 도시한 종단면도.
도 6에 도시된 본 발명에 따른 롤(1)을 제조하기 위하여, 재료 번호 1.7225로 표준화된 조성에 따라 합금한 강 용융물은 빌렛 형상 주물 블랭크(2)를 형성하도록 주조되고, 그 다음에 기본적으로 공지된 방식으로 단조를 통해 도 1에 도시된 형상이 된다.
그 후에 주물 블랭크(2)는 또한 단조를 통해 아령(dumbbell) 형태인 메인 본체 블랭크(3)로 형성되는데, 아령 형태에서의 웨이트는 블랭크 저널부(4, 5)로 형성되고 봉은 배럴부(6)로 형성되며, 상기 배럴부가 상기 저널부(4, 5)를 단일 피스로 서로 연결한다(도 2).
단조 후에, 메인 본체 블랭크(3)는 기계 가공을 거치게 되는데, 기계 가공에서 한편으로는 배럴부(6)가 롤의 추후 이용을 위해 필요한 직경을 갖게 되고 다른 한편으로는 디스크 형상인 블랭크 저널부(4, 5)의 치수가 상기 저널부에 수용된 재료 체적이 추후 그로부터 형성될 롤(1)의 저널(7, 8)의 체적과 상응하도록 소정의 잉여분과 더불어 결정되도록 그 형상이 최적화된다(도 3).
다음 작업 단계에서, 배럴부(6)는 메인 본체 블랭크(3)의 종축(L)과 동축으로 배향된 튜브를 형성하는 시트 강의 재킷(9)으로 둘러싸인다. 재킷(9)은 블랭크 저널부(4, 5)들의 관련 단부면(10, 11) 사이에 연장한다. 그 직경(dz)은 배럴부(6)의 직경(dB)보다 소정의 초과분만큼 더욱 크며, 배럴부(6)를 둘러싸는 캐비티(12)가 배럴부(6)의 외부 원주면과 재킷(9)의 내부 원주면 사이에 형성된다. 재킷(9)은 그 가장자리가 블랭크 저널부(4, 5)의 관련 단부면(10, 11)과 맞닿으며, 또한 그 직경(dz)은 재킷(9)의 직경(dM)보다 크다. 맞대기 이음의 구역에서, 재킷(9)의 가장자리들은 개별적인 단부면(10, 11)과 밀착하여 용접된다(도 4a 및 도 4b).
재료 번호 1.3394로 표준화된 합금의 조성과 상응하는 합금 분말(M)이, 도 4a 및 도 4b에 도시하지 않은 공급 파이프를 통해 캐비티(12) 내에 충전된다.
다음에, 메인 본체 블랭크(3)는 열간 등압 성형 플랜트에 배치되며, 열간 등압 성형 플랜트에서 상기 캐비티 내의 합금 분말(M)은 대략 100 MPa의 압력 및 900℃ - 1200℃ 범위의 온도에서 압축되며, 고체 확산의 결과로서 메인 본체 블랭크(3)의 배럴부(6)와 물질 대 물질 결합을 형성하는 조밀한 층(13)을 형성하도록 소결된다. 열간 등압 성형 공정의 완료 후에, 재킷(9)은 메인 본체 블랭크(3)로부터 분리된다. 블랭크 저널부(4, 5)로부터 조밀한 층(13)이 또한 분리되는 것을 통하여 원주방향 슬롯(14)이 생성된다(도 5a 및 도 5b).
다음 작업 단계에서, 블랭크 저널부(4, 5)는 기본적으로 공지된 방식으로 롤(1)의 저널(7, 8)을 성형하기 위하여 재단조된다. 그 다음에 기계적으로 마무리 처리되고, 만약 필요하다면 기계적 특성을 조정하기 위하여 열처리를 거치게 된다.
따라서, 마무리 처리된 롤(1)은 출발 재료로부터 단일 피스로 저널(7, 8) 및 배럴부(6)가 형성되어 있는 메인 본체를 구비하며, 저널(7, 8)은 내마모성 층(13)의 분말 야금학적 적용 후에, 단조 및 후속하는 마무리 처리를 통해서 형성된다.
도 7 내지 도 10은 열간 등압 성형을 위해 준비된 메인 본체 블랭크(3a, 3b, 3c, 3d)의 변형예들을 나타낸다.
도 7에 도시된 변형예에서, 블랭크 저널부(4, 5)의 개별적인 체적(V)은 식 V = dZ2(π/4)lZ 에 따라 결정되었는데, 처리 공정을 위해 추가로 블랭크 저널부의 체적은 각 경우에 블랭크 저널부(4, 5) 중의 하나로부터 형성할 롤(1)의 저널(7, 8)의 체적에 상응한다. lZ은 종축(L)의 방향에서 측정된 블랭크 저널부(4, 5)의 길이를 의미하는 반면에, dZ은 처리 공정의 관점 및 열간 등압 성형 플랜트를 고려한 블랭크 저널부(4, 5)의 최대 가능한 외경을 의미한다. 배럴 길이(lB) 및 배렬 직경(dB)은 또한 열간 등압 성형 플랜트의 크기 및 수요자의 사양을 고려하여 설계되었다. 상응하는 크기의 메인 본체 블랭크(3)가 전술한 방식으로 제조된 후에, 메인 본체 블랭크는 시트 강으로 구성된 재킷(9)에 둘러싸이고, 합금 분말(M)의 충전 밀도 및 수축을 고려하여 열간 등압 성형 공정 후에 롤(1)의 마무리 코팅된 배럴부(6)의 필요한 직경(dBf)이 얻어지도록 재킷의 직경(dM)이 설계되었다. 시트 강은 기밀 방식으로 함께 용접되고, 기밀 테스트를 하고, 재킷(9)을 통해서 또는 블랭크 저널부(4, 5) 중의 하나를 통해서 재킷(9)에 의해 둘러싸이는 캐비티(12) 내로 이어지는 개구(15)를 통해 충전되고, 소개(evacuated)되고 밀봉되었다. 그 다음에 메인 본체 블랭크(3)는 열간 등압 성형 플랜트로 보내지고 분말은 압력, 온도 및 유지 시간의 조합을 통해 밀도 100%로 되었다. 열간 등압 성형 공정 후에, 블랭크 저널부(4, 5)는 배럴(6)에 영향을 주지 않으면서 자유 형태 단조를 통해 필요한 저널 길이가 되었다. 다음에 저널(7, 8)은 정확한 크기로 연마되고, 경화되었으며 필요한 지점들에서 다시 재연마되었다.
도 8에 도시된 메인 본체 블랭크(3b)에서, 앞서 설명한 바와 같이 블랭크 저널부(4, 5)의 체적이 결정되었다. 그러나, 이 경우에 배럴부(6) 주위로 뻗은 홈(16)이 배럴부(6)와 관련된 블랭크 저널부(4, 5)의 단부면(10, 11) 내로 절삭되었고, 재킷(9)이 그 안으로 푸시된다. 메인 본체 블랭크(3b)에서, 블랭크 저널부(4, 5)의 체적 및 배럴부(6)의 체적은 홈(16)의 깊이에 의해서 중첩한다. 이것은 배럴부(6)의 더욱 효과적인 연장 및 블랭크 저널부(4, 5)의 직경(dZ)의 감소를 가능하게 한다. 그렇지 않으면, 메인 본체 블랭크(3b)는 앞서 설명한 메인 본체 블랭크(3a)와 동일한 작업 단계들을 거치게 된다.
도 9에 도시한 메인 본체 블랭크(3c)에서, 블랭크 저널부(4, 5) 및 배럴부(6)는 별개의 작업 단계에서 개별적인 피스로 미리 제조되었다. 블랭크 저널부(4, 5) 각각은 배럴부(6)와 연결된 단부면(10, 11)을 가지며, 중앙에 배열된 돌출부(17a, 17b)는 배럴부(6)의 관련 단부면에 형성된 상응하는 리세스에 결합한다. 돌출부와 리세스 사이의 여유는 0.1 내지 0.5 mm이다. 메인 본체 블랭크(3c)를 형성하도록 블랭크 저널부(4, 5)와 배럴부(6)가 조립된 후, 배럴부(6)는 앞서 설명한 방식으로 재킷(9)으로 둘러싸인다. 다음에, 앞서 설명한 방식으로 열간 등압 성형이 실행된다. 배럴부(6)에 내마모성 층(13)이 형성될 뿐만 아니라, 동시에 블랭크 저널부(4, 5) 및 배럴부(6)는 그 접촉면의 구역에서, 특히 돌출부(17a, 17b)의 구역에서 고체 확산을 통해서 함께 결합한다. 열간 등압 성형 후에, 메인 본체 블랭크를 마무리 처리된 롤로 형성하기 위하여, 메인 본체 블랭크(3c)는 앞서 설명한 작업 단계를 또한 거치게 된다.
마지막으로, 도 10에 도시된 변형예는 하나의 저널 스터브(20)는 배럴부(6)보다 작은 직경(dS')을 갖는 반면에 다른 하나의 저널 스터브(21)는 배럴부(6)의 직경(dB)보다 큰 직경(dS")을 갖는 저널 스터브(20, 21)가 메인 본체 블랭크(3d)의 배럴부(6)에 형성되어 있는 블랭크 저널부(4, 5)가 또한 형성될 수 있다는 것을 나타낸다. 그러나, 저널 스터브(20, 21)의 어느 것도 이들로부터 제조할 롤(1)의 저널(7, 8)을 형성하기에 충분한 재료 체적을 갖지 않는다. 각 경우에 링(22, 23)이 저널 스터브(20, 21)에 푸시되고, 그 외경은 전술한 방식으로 계산된 블랭크 저널부(4, 5)의 필요한 직경(dZ)에 상응하도록 되어 있다. 관련 저널 스터브(20, 21)에 링(22, 23)의 고정 장착은 가열 수축 끼워맞춤(shrink-fitting)을 통해 보장될 수 있다. 대안으로 또는 부가적으로, 형상-잠금 연결 예컨대 나사산 형태 또는 텅앤그루브 연결(tongue-and-groove connection)이 제공될 수 있다.
링(22, 23) 및 저널 스터브(20, 21)가 최종 단조 중에 신뢰할 수 있는 물질 대 물질 결합을 형성하는 것을 보장하기 위하여, 메인 본체 블랭크(3d)는 강 캡슐에 의해 기밀 방식으로 둘러싸여 지고 적어도 4 시간에 걸쳐서 소개 파이프를 통해 소개될 수 있다. 다음에, 소개 파이프의 기밀 압축 및 블랭크를 제조될 롤(1)이 되도록 단조하는 것이 실행된다. 이 방식에서, 저널 스터브(20, 21)와 링(22, 23) 사이의 이음매 간극에서 물질 대 물질 결합을 방해할 수 있는 산화물이 형성되는 것은 방지될 수 있다.
1 : 롤
2 : 주물 블랭크
3, 3a, 3b, 3c, 3d : 메인 본체 블랭크
4, 5 : 블랭크 저널부
6 : 배럴부
7, 8 : 롤(1)의 저널
9 : 재킷
10, 11 : 블랭크 저널부(4, 5)의 단부면
12 : 원주방향 캐비티
13 : 내마모성 층
14 : 원주방향 슬롯
15 : 개구
16 : 원주방향 홈
17a, 17b : 돌출부
18, 19 : 리세스
20, 21 : 저널 스터브
22, 23 : 링
dB : 배럴부(6)의 직경
dBf : 마무리 코팅된 배럴부의 직경
dM : 재킷(9)의 직경
dS', dS" : 저널 스터브(20, 21)의 직경
dZ : 블랭크 저널부(4, 5)의 직경
L : 메인 본체 블랭크의 종축
lZ : 블랭크 저널부(4, 5)의 길이
M : 합금 분말
2 : 주물 블랭크
3, 3a, 3b, 3c, 3d : 메인 본체 블랭크
4, 5 : 블랭크 저널부
6 : 배럴부
7, 8 : 롤(1)의 저널
9 : 재킷
10, 11 : 블랭크 저널부(4, 5)의 단부면
12 : 원주방향 캐비티
13 : 내마모성 층
14 : 원주방향 슬롯
15 : 개구
16 : 원주방향 홈
17a, 17b : 돌출부
18, 19 : 리세스
20, 21 : 저널 스터브
22, 23 : 링
dB : 배럴부(6)의 직경
dBf : 마무리 코팅된 배럴부의 직경
dM : 재킷(9)의 직경
dS', dS" : 저널 스터브(20, 21)의 직경
dZ : 블랭크 저널부(4, 5)의 직경
L : 메인 본체 블랭크의 종축
lZ : 블랭크 저널부(4, 5)의 길이
M : 합금 분말
Claims (11)
- 평판 금속 제품을 열연 또는 냉연하기 위한 롤(1)을 제조하기 위한 방법으로, 롤(1)은 내마모성 층(13)으로 코팅되는 배럴부(6) 및 배럴부(6)와 동축으로 배향되는 두 개의 저널을 포함하며, 두 개의 저널 중의 하나는 각각의 경우에 배럴부(6)의 단부면들 중 하나에 형성되어 있는, 상기 롤의 제조 방법에 있어서,
a) 배럴부(6)와 두 개의 블랭크 저널부(4, 5)를 구비한 메인 본체 블랭크(3, 3a, 3b, 3c, 3d)를 제공하는 단계,
- 배럴부(6)는 기다란 기본적인 실린더 형태이고 메인 본체 재료로 구성되며,
- 두 개의 블랭크 저널부 중의 하나는 각각의 경우에 배럴부(6)의 단부면들 중 하나에 형성되고 각각 배럴부(6)보다 큰 직경(dZ)을 가지며, 블랭크 저널부(4, 5)의 재료 체적은 개별적인 단부면과 결합되는 마무리 처리된 롤(1)의 저널(7, 8)의 체적과 적어도 동일하며,
b) 배럴부(6)를 튜브 형상 재킷(9)으로 둘러싸는 단계,
재킷(9)은 그 가장자리 구역들이 블랭크 저널부(4, 5)와 결합된 상태에서 밀봉 방식으로, 블랭크 저널부(4, 5)의 관련 단부면(10, 11)에 연결되고, 재킷(9)과 배럴부(6) 사이에는 배럴부(6)를 둘러싸는 캐비티(12)가 형성되며,
c) 캐비티(12)를 합금 분말(M)로 충전하는 단계,
d) 압축 및 소결을 통해 합금 분말(M)로부터 배럴부(6)와 물질 대 물질 결합을 형성하는 내마모성 층(13)을 배럴부(6)에 코팅하여 형성하기 위하여, 합금 분말(M)의 열간 등압 성형하는 단계,
e) 배럴부(6)로부터 재킷(9)을 제거하는 단계,
f) 블랭크 저널부(4, 5)를 저널(7, 8)로 성형하는 단계,
g) 배럴부(6) 및 저널(7, 8)을 마무리 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤 제조 방법. - 제1항에 있어서,
배럴부(6) 및 블랭크 저널부(4, 5)를 구비한 메인 본체 블랭크(3, 3a, 3b, 3c, 3d)가 단일 피스로 형성되는 것을 특징으로 하는 롤 제조 방법. - 제1항에 있어서,
배럴부(6) 및 블랭크 저널부(4, 5)를 구비한 메인 본체 블랭크(3, 3a, 3b, 3c, 3d)가 주물 블랭크의 단조를 통해 단일 피스로 형성되는 것을 특징으로 하는 롤 제조 방법. - 제1항에 있어서,
메인 본체 블랭크(3, 3a, 3b, 3c, 3d)의 배럴부(6) 및 블랭크 저널부(4, 5)가 서로 별개로 제조되고 후속해서 이들을 서로 분리할 수 없게 연결하는 것을 특징으로 하는 롤 제조 방법. - 제1항에 있어서,
메인 본체 블랭크(3, 3a, 3b, 3c, 3d)의 저널부(6)가 단부면들 중의 적어도 하나에 저널 스터브(20, 21)를 가지며, 블랭크 저널부(4, 5)는 저널 스터브(20, 21)가 합금 분말로 충전되는 재킷에 의해 둘러싸이는 관련 단부면에 형성되고, 저널 스터브(20, 21)와 물질 대 물질 결합을 형성하고 저널 스터브(20, 21)와 함께 블랭크 저널부(4, 5)를 형성하도록 저널 스터브(20, 21) 주위의 합금 분말이 열간 등압 성형을 통해 압축 및 소결되는 것을 특징으로 하는 롤 제조 방법. - 제5항에 있어서,
저널 스터브(21)의 직경(dS")은 배럴부(6)의 직경(dB)보다 큰 것을 특징으로 하는 롤 제조 방법. - 제5항에 있어서,
배럴부(6)를 위해 사용되는 합금 분말은 블랭크 저널부(4, 5)를 위해 사용되는 합금 분말과 상이한 것을 특징으로 하는 롤 제조 방법. - 제5항에 있어서,
배럴부(6)를 위해 사용되는 합금 분말 및 블랭크 저널부(4, 5)를 위해 사용되는 합금 분말의 열간 등압 성형이 동시에 일어나는 것을 특징으로 하는 롤 제조 방법. - 제1항에 있어서,
메인 본체 블랭크(3, 3a, 3b, 3c, 3d)의 배럴부(6)가 그 단부면들 중의 적어도 하나에 저널 스터브(20, 21)를 가지며, 이 저널 스터브(20, 21)에 저널 스터브(20, 21)와 함께 블랭크 저널부(4, 5)를 형성하는 링(22, 23)이 고정되는 것을 특징으로 하는 롤 제조 방법. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
배럴부(6)를 둘러싸는 캐비티(12)를 충전하는 것은 블랭크 저널부(4, 5) 중의 하나에 형성된 개구(15)를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 롤 제조 방법. - 배럴부(6) 및 그 단부면들에 형성된 저널(7, 8)을 포함하는 메인 본체를 포함하며, 상기 배럴부(6)가 열간 등압 성형을 통해 생성된 내마모성 코팅을 구비하고 있는, 평판 금속 제품을 냉연 또는 열연하기 위한 롤(1)로서,
상기 저널(7, 8)은 내마모성 코팅의 적용 후에 단조를 통해 형성되고, 그 다음에 기계적으로 마무리 처리된 것을 특징으로 하는 롤.
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