KR101916262B1 - 샤프트 보수방법 및 이에 의한 샤프트 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 샤프트 보수방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의한 샤프트 보수방법은, 샤프트의 마모부 또는 크랙부를 절삭 가공하는 단계, 상기 샤프트의 절삭 부위에 제 1 보수층을 형성하는 단계, 상기 샤프트를 1차 가열하는 단계, 상기 샤프트의 제 1 보수층 상에 제 2 보수층을 형성하는 단계, 및 상기 샤프트를 2차 가열하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

샤프트 보수방법 및 이에 의한 샤프트{METHOD FOR REPAIRING SHAFT AND SHAFT USING THE SAME}
본 발명은 샤프트 보수방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반복되는 마찰 등에 의하여 마모 또는 크랙이 발생한 샤프트를 보수하는 방법에 관한 것이다.
압연공정은 연속 주조에 의하여 제조한 슬라브, 블룸, 빌렛 등의 압연재를 가열로에 장입하여 고온으로 가열한 후 조압연, 사상압연 등의 과정을 거쳐 최종 압연 제품을 생산하는 것이다.
압연장치는 이격되게 배치되는 압연롤, 압연롤이 설치되는 압연 스탠드, 압연롤과 연결되어 모터의 회전력을 전달하는 스핀들을 포함한다.
압연롤에 모터의 회전력을 전달하는 장치를 스핀들이라 하는데, 모터에 하프 커플링이 조립되어 샤프트의 일단에 연결되고 크로스키트와 슬라이딩 요크가 샤프트의 타단에 연결되어 동력을 전달한다. 또한, 스핀들의 균형을 유지하기 위하여 케리어 메탈, 균형 실린더 등이 샤프트의 외주를 둘러싸며 접촉되어 있다.
압연장치가 구동되면서 샤프트의 표면과 다른 스핀들 부품이 접촉한 접촉부에서 마모, 부식, 크랙 등이 발생할 수 있다. 이에 따라, 오일이 누출되거나 축이 전단 되는 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 샤프트의 마모부, 크랙부를 효과적으로 보수할 수 있는 방법의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 일 실시예는 샤프트 보수방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예는 샤프트 보수방법에 의하여 보수된 샤프트를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 샤프트 보수방법은, 샤프트의 마모부 또는 크랙부를 절삭 가공하는 단계; 상기 샤프트의 절삭 부위에 제 1 보수층을 형성하는 단계; 상기 샤프트를 1차 가열하는 단계; 상기 샤프트의 제 1 보수층 상에 제 2 보수층을 형성하는 단계; 및 상기 샤프트를 2차 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 샤프트 보수방법은 [Ni]1 > [Ni]2 를 만족할 수 있다. 여기서, [Ni]1은 제 1 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 제 1 보수층에 포함된 Ni의 중량%이며, [Ni]2는 제 2 보수층 전체 100 중량%를 기준으로, 상기 제 2 보수층에 포함된 Ni의 중량%이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 샤프트 보수방법은 [Cr]1 < [Cr]2 를 만족할 수 있다. 여기서, [Cr]1은 제 1 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 상기 제 1 보수층에 포함된 Cr의 중량%이며, [Cr]2는 제 2 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 상기 제 2 보수층에 포함된 Cr의 중량%이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 샤프트 보수방법은 0.5 ≤ [Ni]1 - [Ni]2 ≤ 1.5 를 만족할 수 있다. 여기서, [Ni]1은 제 1 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 제 1 보수층에 포함된 Ni의 중량%이며, [Ni]2는 제 2 보수층 전체 100 중량%를 기준으로, 상기 제 2 보수층에 포함된 Ni의 중량%이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 샤프트 보수방법은 0.5 ≤ [Cr]2 - [Cr]1 ≤ 1.5 를 만족할 수 있다.
여기서, [Cr]1은 제 1 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 상기 제 1 보수층에 포함된 Cr의 중량%이며, [Cr]2는 제 2 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 상기 제 2 보수층에 포함된 Cr의 중량%이다.
또한, 제 1 보수층 및 상기 제 2 보수층은 각각, 탄소(C): 0.05 내지 0.1 중량%, 규소(Si): 0.7 내지 0.9 중량%, 망간(Mn): 6 내지 7.6 중량%, 크롬(Cr): 18.1 내지 21.1 중량%, 및 니켈(Ni): 8.9 내지 10.9 중량%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
또한, 제 1 보수층의 두께는 1.5 내지 2 mm이고, 제 2 보수층의 두께는 1.5 내지 2 mm 일 수 있다.
또한, 1차 가열하는 단계는 100 내지 240 ℃ 에서 이루어지는 것일 수 있다.
또한, 2차 가열하는 단계는 250 내지 580 ℃ 에서 이루어지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 샤프트는 모재; 상기 모재 상에 위치하는 제 1 보수층; 및 상기 제 1 보수층 상에 위치하는 제 2 보수층을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 샤프트는 [Ni]1 > [Ni]2 를 만족할 수 있다. 여기서, [Ni]1은 제 1 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 제 1 보수층에 포함된 Ni의 중량%이며, [Ni]2는 제 2 보수층 전체 100 중량%를 기준으로, 상기 제 2 보수층에 포함된 Ni의 중량%이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 샤프트는 [Cr]1 < [Cr]2 를 만족할 수 있다. 여기서, [Cr]1은 제 1 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 상기 제 1 보수층에 포함된 Cr의 중량%이며, [Cr]2는 제 2 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 상기 제 2 보수층에 포함된 Cr의 중량%이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 샤프트는 0.5 ≤ [Ni]1 - [Ni]2 ≤ 1.5 를 만족할 수 있다. 여기서, [Ni]1은 제 1 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 제 1 보수층에 포함된 Ni의 중량%이며, [Ni]2는 제 2 보수층 전체 100 중량%를 기준으로, 상기 제 2 보수층에 포함된 Ni의 중량%이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 샤프트는 0.5 ≤ [Cr]2 - [Cr]1 ≤ 1.5 를 만족할 수 있다. 여기서, [Cr]1은 제 1 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 상기 제 1 보수층에 포함된 Cr의 중량%이며, [Cr]2는 제 2 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 상기 제 2 보수층에 포함된 Cr의 중량%이다.
또한, 제 1 보수층 및 상기 제 2 보수층은 각각, 탄소(C): 0.05 내지 0.1 중량%, 규소(Si): 0.7 내지 0.9 중량%, 망간(Mn): 6 내지 7.6 중량%, 크롬(Cr): 18.1 내지 21.1 중량%, 및 니켈(Ni): 8.9 내지 10.9 중량%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
또한, 제 1 보수층의 두께는 1.5 내지 2 mm이고, 제 2 보수층의 두께는 1.5 내지 2 mm 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 샤프트 보수 방법에 의하면 내마모성이 향상된 샤프트를 제공할 수 있다.
또한, 스핀들이 구동될 때 반복하여 충격을 받는 경우에도 시효경화가 일어나 내구성이 강해지는 샤프트가 제공될 수 있다.
또한, 스핀들이 구동될 때 반복하여 마찰열을 받는 경우에도 시효경화가 일어나 내구성이 강해지는 샤프트가 제공될 수 있다.
도 1 은 압연장치 스핀들 샤프트의 마모, 크랙, 베어링 파손 형태를 나타내기 위한 도면이다.
도 2 은 본 발명의 일 실시예에 의한 샤프트 보수 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 는 실시예1에 의하여 제작된 시편의 현미경 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 형상 및 크기들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다. 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
압연장치 스핀들의 샤프트는 공급되는 윤활유가 누출되지 않도록 오일 씰이 샤프트의 외주면과 접촉되어 있다. 샤프트의 반복되는 회전, 마찰에 의하여 도 1 과 같이 오일 씰과 접촉한 부분에서 샤프트의 마모가 일어나거나 크랙이 발생한다. 또한, 샤프트의 마모, 크랙에 의하여 윤활유가 누출되면 윤활유의 공급 부족으로 베어링이 파손될 수 있다.
도 2 를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 의한 샤프트 보수 방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 샤프트는 압연롤에 모터의 회전력을 전달하는 스핀들의 샤프트일 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에서 샤프트의 모재는, 모재 전체 100중량%를 기준으로, 탄소(C): 0.6 내지 3 중량%, 규소(Si): 0.1 내지 0.5 중량%, 망간(Mn): 0.3 내지 1.2 중량%, 인(P): 0.05 중량%이하, 및 황(S): 0.05중량% 이하를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
크랙 또는 마모가 발생한 샤프트의 크랙부 또는 샤프트부를 절삭 가공한다. 절삭 가공방법은, 샤프트의 크랙부 또는 마모부를 깍아내어 홈(40)을 형성하는 홈 절삭 가공일 수 있다.
샤프트의 절삭 가공이 이루어지면, 샤프트의 절삭 부위에 제 1 보수층(20)을 형성한다.
제 1 보수층(20)은, 제 1 보수층(20) 전체 100중량%를 기준으로, 탄소(C): 0.05 내지 0.1 중량%, 규소(Si): 0.7 내지 0.9 중량%, 망간(Mn): 6 내지 7.6 중량%, 크롬(Cr): 18.1 내지 21.1 중량%, 및 니켈(Ni): 8.9 내지 10.9 중량%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
제 1 보수층(20)은 용접 또는 용사의 방법에 의하여 형성할 수 있으나, 샤프트에는 비틀림이 작용하므로 용접에 의하여 제 1 보수층(20)을 형성하는 것이 효과적일 수 있다.
제 1 보수층(20)이 형성된 샤프트는 100 내지 240 ℃ 에서 1차 가열하여 수분 및 제 2 보수층(30) 형성시 입열을 최소화한다.
1차 가열이 완료된 이후, 제 1 보수층(20) 상에 제 2 보수층(30)을 형성한다.
제 2 보수층(30)은, 제 2 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 탄소(C): 0.05 내지 0.1 중량%, 규소(Si): 0.7 내지 0.9 중량%, 망간(Mn): 6 내지 7.6 중량%, 크롬(Cr): 18.1 내지 21.1 중량%, 및 니켈(Ni): 8.9 내지 10.9 중량%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
제 2 보수층(30)은 용접 또는 용사의 방법에 의하여 형성할 수 있으나, 샤프트에는 비틀림이 작용하므로 용접에 의하여 제 2 보수층(30)을 형성하는 것이 효과적일 수 있다.
제 2 보수층(30)을 형성한 후 샤프트를 250 내지 580 ℃에서 2차 가열할 수 있다. 2차 가열이 완료된 샤프트는 공랭 후 상온에 도달하였을 때 연마 및 조도 가공을 할 수 있다.
이하에서는 제 1 보수층(20) 및 제 2 보수층(20)을 이루는 합금 조성에 대해서 설명한다.
[탄소(C)]
탄소는 탄화물을 형성하여 강의 강도를 높일 수 있으나, 과량 첨가되면 담금질시 변형 가능성을 크게 만들 수 있으므로, 본 발명의 일 실시예에서 탄소는 0.05 내지 0.1 중량% 첨가할 수 있다.
[망간(Mn)]
망간은 황과 결합하여 MnS를 형성한다. MnS는 연질 게재물로 소성 가공시 가공방향으로 늘어나는 성질이 있다. 또한, Fe와 경쟁적으로 S와 결합하므로 FeS의 생성을 억제할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 망간의 첨가량이 6 중량% 미만이면 취성을 가지는 FeS가 입계에 형성되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서 망간의 첨가량이 7.6 중량% 초과이면 냉각시 균열, 뒤틀림이 발생할 수 있고 조대한 산화물이 형성되어 충격인성이 저하될 수 있다.
[규소(Si)]
본 발명의 일 실시예에서 규소는 0.7 중량% 이상 첨가되어 내식성 및 강도를 향상시킬 수 있다. 그러나 0.9 중량%를 초과하게 되면 조대한 산화물을 형성하여 내식성과 인성이 저하될 수 있다.
[니켈(Ni)]
본 발명의 일 실시예에서 니켈은 8.9 중량% 이상 첨가되어 내식성을 향상 시키고 오스테나이트 조직을 안정시킬 수 있다. 그러나, 10.9 중량%를 초과할 경우 용융 금속 중 N의 용해도가 작아져, 강도가 저하될 수 있다.
[크롬(Cr)]
본 발명의 일 실시예에서 크롬은 18.1 중량% 이상 첨가되어, 오스테나이트 조직을 형성하고 외부의 산화분위기에 대응하는 대산화도를 향상시킬 수 있다. 그러나 21.1 중량%를 초과하는 경우, 탄화물이 과도하게 생성되어 강이 취화될 수 있다.
[몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 붕소(B), 티타늄(Ti)]
본 발명의 일 실시예에서는 몰리브덴, 텅스텐, 붕소, 티타늄 중 어느 하나 이상의 물질을 첨가할 수 있다. 몰리브덴, 텅스텐, 붕소, 티타늄은 첨가되지 않을 수 있으나, 몰리브덴, 텅스텐, 붕소, 티타늄 중 어느 하나 이상의 물질을 합계로 0.005 중량% 이상 첨가하여 내식성 및 강도를 향상시킬 수 있다. 하지만, 0.1 중량%를 초과할 경우 인성이 저하되고 석출물로 인하여 연성이 저하될 수 있으며, 오스테나이트 조직이 불안정해질 수 있다.
[기타 불순물]
본 발명의 일 실시예에 의한 제 1 보수층(20) 및 제 2 보수층(30)은 언급한 성분 외에 제강 공정 중 불가피하게 유입되는 불순물을 더 포함할 수 있다. 불순물 중 인(P), 황(S)은 가공성을 저하시키므로 각각 0.05 중량% 이하로 제한할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 샤프트 보수방법에 의하여 보수된 샤프트는 제 1 보수층(20) 및 제 2 보수층(30)을 가지는 2중 구조일 수 있다.
샤프트의 크랙부 또는 마모부를 제거한 후 보수를 위하여는 3mm 이상 보수층을 형성하여야 하지만 단일의 구조로 보수층을 형성하게 되면 보수층의 두께가 증가하여 모재와의 밀착력이 저하되어 용접 이후 보수층이 떨어지는 탈락 현상이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제 1 보수층(20)을 형성한 후 제 2 보수층(30)을 형성할 수 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예에서 제 1 보수층(20)의 두께는 1.5 내지 2 mm이고, 제 2 보수층(30)의 두께는 1.5 내지 2 mm 일 수 있다.
또한, 압연기 구동시 사프트의 표면은 샤프트에 접촉되어 있는 오일 씰 등과의 반복되는 회전 마찰에 의하여 마모 또는 크랙이 발생할 수 있으므로 일정 수치 이상의 강도를 필요로 하지만, 보수층의 강도가 너무 강할 경우에는 샤프트 모재에 강한 힘이 전달되어 모재의 균열이 발생할 수 있다.
이를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에서 제 1 보수층(20)은 모재와 제 2 보수층(30) 사이에서 버퍼 역할을 하도록 할 수 있다.
이를 위하여 본 발명의 일 실시예에서 제 1 보수층(20) 및 제 2 보수층(30)은 하기의 조건을 만족할 수 있다.
[Ni]1 > [Ni]2
여기서, [Ni]1은 제 1 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 제 1 보수층에 포함된 Ni의 중량%이며, [Ni]2는 제 2 보수층에 포함된 Ni의 중량%이다.
제 1 보수층(20)의 Ni 함량이 제 2 보수층(30)의 Ni 함량보다 많게 하면 제 1 보수층(20)의 연성이 제 2 보수층(30)의 연성보다 커져 제 1 보수층(20)이 버퍼역할을 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 제 1 보수층(20) 및 제 2 보수층(30)은 하기의 조건을 만족할 수 있다.
0.5 ≤ [Ni]1 - [Ni]2 ≤ 1.5
[Ni]1 - [Ni]2 의 값이 0.5 미만인 경우 제 1 보수층(20)이 버퍼의 역할을 할 수 없으며, [Ni]1 - [Ni]2 의 값이 1.5를 초과하는 경우 제 1 보수층(20)과 제 2 보수층(30)의 성분 이질성으로 인하여 제 1 보수층(20)과 제 2 보수층(30)의 접합성이 저하될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 제 1 보수층(20) 및 제 2 보수층(30)은 하기의 조건을 만족할 수 있다.
[Cr]1 < [Cr]2
여기서, [Cr]1은 제 1 보수층(20)에 포함된 Cr의 중량%이며, [Cr]2는 제 2 보수층에 포함된 Cr의 중량%이다.
제 1 보수층(20)의 Cr 함량이 제 2 보수층(30)의 Cr 함량보다 적게하면 제 2 보수층(30)의 강도 및 내식성이 제 1 보수층(20)보다 커져 제 1 보수층(20)이 버퍼역할을 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서 제 1 보수층(20) 및 제 2 보수층(30)은 하기의 조건을 만족할 수 있다.
0.5 ≤ [Cr]2 - [Cr]1 ≤ 1.5
[Cr]2 - [Cr]1 의 값이 0.5 미만인 경우 제 1 보수층(20)이 버퍼의 역할을 할 수 없으며, [Cr]2 - [Cr]1 의 값이 1.5를 초과하는 경우 제 1 보수층(20)과 제 2 보수층(30)의 성분 이질성으로 인하여 제 1 보수층(20)과 제 2 보수층(30)의 접합성이 저하될 수 있다.
보수층의 마르텐사이트의 면적분율이 증가하면 경도를 높일 수 있으나, 압연기의 샤프트에는 순간적인 토크, 진동, 충격이 많이 가해지므로 샤프트의 크랙 발생으로 절손되는 현상이 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에서 제 2 보수층(30)의 오스테나이트의 면적분율은 90%이상일 수 있다. 또한, 제 2 보수층(30)의 마르텐사이트의 면적분율은 5%이하일 수 있다.
도 1 을 참고하면 보수가 완료된 샤프트는, 모재(10), 모재 상에 위치하는 제 1 보수층(20), 및 제 1 보수층(20) 상에 위치하는 제 2 보수층(30)을 포함할 수 있다.
제 1 보수층(20)은, 제 1 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 탄소(C): 0.05 내지 0.1 중량%, 규소(Si): 0.7 내지 0.9 중량%, 망간(Mn): 6 내지 7.6 중량%, 크롬(Cr): 18.1 내지 21.1 중량%, 및 니켈(Ni): 8.9 내지 10.9 중량%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
제 2 보수층(30)은, 제 2 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 탄소(C): 0.05 내지 0.1 중량%, 규소(Si): 0.7 내지 0.9 중량%, 망간(Mn): 6 내지 7.6 중량%, 크롬(Cr): 18.1 내지 21.1 중량%, 및 니켈(Ni): 8.9 내지 10.9 중량%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
제 1 보수층(20) 및 제 2 보수층(30)을 이루는 합금 조성에 대해서는 이미 설명한 바 더 이상의 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 샤프트는 하기의 조건을 만족할 수 있다.
[Ni]1 > [Ni]2
0.5 ≤ [Ni]1 - [Ni]2 ≤ 1.5
[Cr]1 < [Cr]2
0.5 ≤ [Cr]2 - [Cr]1 ≤ 1.5
여기서, [Ni]1은 상기 제 1 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 제 1 보수층에 포함된 Ni의 중량%이며, [Ni]2는 제 2 보수층 전체 100 중량%를 기준으로, 상기 제 2 보수층에 포함된 Ni의 중량%이다.
여기서, [Cr]1은 제 1 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 상기 제 1 보수층에 포함된 Cr의 중량%이며, [Cr]2는 제 2 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 상기 제 2 보수층에 포함된 Cr의 중량%이다.
또한, 제 2 보수층(30)은 오스테나이트의 면적분율이 90% 이상이고, 마르텐사이트의 면적분율이 5% 이하일 수 있다.
상기 조건식에 대해서는 이미 설명한바 더 이상의 설명은 생략한다.
[실시예1]
C: 0.55중량%, Si: 0.5중량%, Mn: 1.0중량%, P: 0.01중량%, 및 S: 0.01중량%, 잔부는 Fe 및 불순물인 샤프트의 모재에 C: 0.07중량%, Si: 0.81중량%, Mn: 6.51중량%, Cr: 20.5중량%, 및 Ni: 8.95중량%의 조성을 가지는 보수층을 용접으로 형성하여 시편을 제작하였다.
도 2 는 제작된 시편의 현미경 사진이다. 도 2 를 참고하면 용접 이후 모재와 보수층 사이의 용융선 및 금속 조직이 매우 안정화 되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 의한 보수층은 모재와 용접성이 우수한 것을 알 수 있다.
또한, 모재의 인장강도는 590Mpa, 연신율 18%임에 반하여, 본 발명의 실시예에 의한 시편의 인장시험 결과 인장강도 610Mpa, 연신율 39%로 측정되어 모재에 비하여 우수한 결과를 보였다.
[실시예2]
실시예1과 같은 모재에 하기 표1과 같이 C, Si, Mn, Cr, 및 Ni를 가지고 잔부는 Fe 및 불순물을 가지도록 제 1 보수층 및 제 2 보수층을 제작하였다.
시편 제작시 모재에 4mm의 홈을 가공하고 2mm의 두께로 제 1 보수층을 용접으로 접합한 후 200℃에서 1차 가열을 하였고 2mm의 두께로 제 2 보수층을 용접으로 접합한 후 478℃에서 1시간 동안 템퍼링한 후 공랭하였다. 이후 쇼어 경도(Hs)를 측정하였다.
제1보수층 제2보수층 밀착력 경도(Hs)
C Si Mn Cr Ni C Si Mn Cr Ni
실시예1 0.06 0.74 6.40 18.35 10.20 0.07 0.75 6.40 18.90 9.00 O 45
실시예2 0.07 0.75 6.76 19.80 10.20 0.06 0.78 6.76 21.00 9.50 O 44
실시예3 0.05 0.80 6.92 19.30 10.20 0.05 0.89 6.92 20.00 9.40 O 47
실시예4 0.08 0.88 7.45 18.50 9.60 0.09 0.90 7.45 19.50 8.90 O 46
실시예5 0.08 0.81 7.60 19.65 10.30 0.09 0.81 7.60 21.00 9.80 O 39
실시예6 0.06 0.90 7.54 18.40 10.60 0.07 0.84 7.54 19.30 9.90 O 42
실시예7 0.09 0.88 7.10 18.25 10.70 0.08 0.86 7.10 19.00 10.10 O 36
비교예1 0.07 0.71 6.12 22.80 11.70 0.07 0.71 6.12 24.00 11.20 O 29
비교예2 0.04 0.75 6.10 19.70 10.50 0.03 0.74 6.02 21.10 10.00 O 24
비교예3 0.09 0.81 6.80 16.80 11.65 0.08 0.79 6.79 17.90 10.95 O 27
비교예4 0.08 0.79 7.40 22.55 8.60 0.07 0.81 7.45 23.50 7.90 O 28
비교예5 0.07 0.77 7.50 19.50 10.65 0.06 0.85 7.60 21.00 8.95 X -
비교예6 0.06 0.80 7.60 19.22 10.40 0.05 0.84 7.60 21.00 8.90 X -
비교예7 0.09 0.65 7.20 16.55 10.00 0.08 0.62 7.30 18.00 9.20 O 19
비교예8 0.08 0.80 8.00 19.70 9.60 0.07 0.88 7.90 20.80 9.10 - -
표1에서 C, Si, Mn, Cr, Ni 의 단위는 중량%이고, 제 1 보수층과 제 2 보수층의 밀착력이 불량하여 보수층간의 분리가 일어난 시편은 X로, 밀착력이 양호한 시편은 O로 표시하였다. 비교예8의 경우 Mn 첨가량이 많아 냉각시 균열이 발생하였다.
표1을 참고하면 본 발명의 일 실시예의 조성 범위를 만족하는 실시예의 경우 경도(Hs)가 36 이상으로 우수하게 나타났으며, 보수층간의 밀착력도 우수하였다.
[실시예3]
실시예1과 동일한 방법으로 제작된 시편을 제작한 후 로크웰C스케일 경도(HRC)를 측정하였다. 이후 478℃에서 1시간 동안 템퍼링한 후 공랭하여 로크웰C스케일 경도(HRC)를 측정하여 그 결과를 표2에 나타내었다.
시편번호 템퍼링 전 템퍼링 후
1 4.12 8
2 4.11 11
3 4.12 14
4 4.13 10.6
표 2 를 참고하면 478℃에서 1시간 동안 템퍼링을 한 경우 열처리를 하지 않은 경우 보다 경도가 향상되었음을 알 수 있다. 이로부터, 본 발명의 일 실시예에 의한 보수층을 용접한 후 2차 열처리를 실시하는 경우 경도가 향상될 것임을 알 수 있다. 또한, 압연기가 구동될 때 반복하여 마찰열을 받는 경우에도 시효경화가 일어나 내구성이 강해질 수 있음을 알 수 있다.
[실시예4]
실시예1과 동일한 방법으로 제작된 시편을 제작한 후 로크웰C스케일 경도(HRC)를 측정하였다. 이후 로크웰C스케일 경도(HRC) 측정시와 동일한 압자를 사용하여 반복적으로 하중을 가하여 로크웰C스케일 경도(HRC)를 측정하였다.
또한, 상기 시편을 그라인딩하여 로크웰C스케일 경도(HRC)를 측정하여 그 결과를 표3에 나타내었다.
반복 압입 횟수 시편1 시편2 시편3
0 회 4.2 4.1 4.3
10 회 9.1 12.4 10.5
20 회 10.5 15.9 15.1
30 회 20.6 20.5 19.9
그라인딩 17.2 16.1 16.5
표 3을 참고하면 본 발명의 일 실시예에 의한 보수층을 용접한 시편은 충격 횟수가 반복됨에 따라 경도가 증가함을 알 수 있다. 또한, 그라인딩을 실시하였을 때에도 시편의 경도가 증가함을 알 수 있다.
이로부터, 본 발명의 일 실시예에 의한 보수층을 용접한 샤프트는 압연기가 구동될 때 반복하여 충격을 받는 경우에도 시효경화가 일어나 내구성이 강해짐을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10 : 모재
20 : 제 1 보수층
30 : 제 2 보수층
40 : 홈
100 : 샤프트

Claims (14)

  1. 샤프트의 마모부 또는 크랙부를 절삭 가공하는 단계;
    상기 샤프트의 절삭 부위에 제 1 보수층을 형성하는 단계;
    상기 샤프트를 1차 가열하는 단계;
    상기 샤프트의 제 1 보수층 상에 제 2 보수층을 적층하여 형성하는 단계; 및
    상기 샤프트를 2차 가열하는 단계를 포함하되,
    0.5 ≤ [Ni]1 - [Ni]2 ≤ 1.5 를 만족하고,
    0.5 ≤ [Cr]2 - [Cr]1 ≤ 1.5를 만족하는 샤프트 보수방법:
    여기서, [Ni]1은 제 1 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 제 1 보수층에 포함된 Ni의 중량%이며, [Ni]2는 제 2 보수층 전체 100 중량%를 기준으로, 상기 제 2 보수층에 포함된 Ni의 중량%이고,
    여기서, [Cr]1은 제 1 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 상기 제 1 보수층에 포함된 Cr의 중량%이며, [Cr]2는 제 2 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 상기 제 2 보수층에 포함된 Cr의 중량%이다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 보수층 및 상기 제 2 보수층은 각각,
    탄소(C): 0.05 내지 0.1 중량%, 규소(Si): 0.7 내지 0.9 중량%, 망간(Mn): 6 내지 7.6 중량%, 크롬(Cr): 18.1 내지 21.1 중량%, 및 니켈(Ni): 8.9 내지 10.9 중량%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 샤프트 보수방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 보수층의 두께는 1.5 내지 2 mm이고,
    제 2 보수층의 두께는 1.5 내지 2 mm 인 샤프트 보수방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 1차 가열하는 단계는 100 내지 240 ℃ 에서 이루어지는 샤프트 보수 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 2차 가열하는 단계는 250 내지 580 ℃ 에서 이루어지는 샤프트 보수 방법.
  9. 모재;
    상기 모재 상에 위치하는 제 1 보수층; 및
    상기 제 1 보수층 상에 적층되어 배치되는 제 2 보수층을 포함하고,
    0.5 ≤ [Ni]1 - [Ni]2 ≤ 1.5 를 만족하고, 0.5 ≤ [Cr]2 - [Cr]1 ≤ 1.5를 만족하는 샤프트:
    여기서, [Ni]1은 상기 제 1 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 제 1 보수층에 포함된 Ni의 중량%이며, [Ni]2는 제 2 보수층 전체 100 중량%를 기준으로, 상기 제 2 보수층에 포함된 Ni의 중량%이고,
    여기서, [Cr]1은 제 1 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 상기 제 1 보수층에 포함된 Cr의 중량%이며, [Cr]2는 제 2 보수층 전체 100중량%를 기준으로, 상기 제 2 보수층에 포함된 Cr의 중량%이다.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 보수층 및 상기 제 2 보수층은 각각,
    탄소(C): 0.05 내지 0.1 중량%, 규소(Si): 0.7 내지 0.9 중량%, 망간(Mn): 6 내지 7.6 중량%, 크롬(Cr): 18.1 내지 21.1 중량%, 및 니켈(Ni): 8.9 내지 10.9 중량%를 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 샤프트.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 보수층의 두께는 1.5 내지 2 mm이고,
    제 2 보수층의 두께는 1.5 내지 2 mm 인 샤프트.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102326866B1 (ko) * 2020-05-26 2021-11-16 주식회사 포스코 가이드 장치 및 이의 제조방법
CN115255807A (zh) * 2022-07-20 2022-11-01 北京晟鼎新材料科技有限公司 环锻轧机轴向轧辊和主轧辊长寿命堆焊修复及复合制造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004148346A (ja) * 2002-10-30 2004-05-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 溶接材料、これを用いた溶接方法及びタービンロータ
KR101501284B1 (ko) * 2013-09-24 2015-03-09 이영진 철도 차륜 재생용 용접부재 및 이를 이용한 철도 차륜의 재생방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004148346A (ja) * 2002-10-30 2004-05-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 溶接材料、これを用いた溶接方法及びタービンロータ
KR101501284B1 (ko) * 2013-09-24 2015-03-09 이영진 철도 차륜 재생용 용접부재 및 이를 이용한 철도 차륜의 재생방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102326866B1 (ko) * 2020-05-26 2021-11-16 주식회사 포스코 가이드 장치 및 이의 제조방법
CN115255807A (zh) * 2022-07-20 2022-11-01 北京晟鼎新材料科技有限公司 环锻轧机轴向轧辊和主轧辊长寿命堆焊修复及复合制造方法
CN115255807B (zh) * 2022-07-20 2024-04-09 北京晟鼎新材料科技有限公司 环锻轧机轴向轧辊和主轧辊长寿命堆焊修复及复合制造方法

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