KR102180314B1

KR102180314B1 - 압연기 백업롤 슬래드 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR102180314B1
Application number: KR1020180161965A
Authority: KR
Inventors: 한용석
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2020-11-19
Also published as: KR20200074322A

Abstract

사용 수명을 연장할 수 있으면서 압연롤의 간극 편차발생을 방지하여 열간압연 스트립의 품질 확보와 대형 설비사고에 따른 열간압연 공정의 조업 중단 현상을 미연에 방지할 수 있는 압연기 백업롤 슬래드 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 압연기 백업롤 슬래드는 스트립을 압연하는 압연기를 지지하며, 페라이트계 저탄소강 재질로 이루어진 슬래드 본체부; 및 상기 압연기와 맞닿는 슬래드 본체부의 표면에 상기 슬래드 본체부의 조직과 상이한 오스테나이트계 용접재 재질로 구성된 부식 방지층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

압연기 백업롤 슬래드 및 그 제조 방법{ROLLING MILL BACK-UP ROLL SLED AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 압연기 백업롤 슬래드 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용 수명을 연장할 수 있으면서 압연롤의 간극 편차발생을 방지하여 열간압연 스트립의 품질 확보와 대형 설비사고에 따른 열간압연 공정의 조업 중단 현상을 미연에 방지할 수 있는 압연기 백업롤 슬래드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 탄소(C)를 함유한 탄소강 재료는 우수한 기계 가공성을 확보하기 위해 탄소(C)가 다량 포함된 선철을 만들고, 이를 제강 공정에서 불순물을 제거하고 성분을 합금화하여 정제한다. 다음으로, 연속주조 공정을 거쳐 응고된 슬라브(Slab)를 만들어 열간압연 전에 일정한 온도로 재가열한 후 압연기에 넣어 지속적인 압연 작용에 의하여 두께를 감소시켜 일정한 두께의 스트립 판재(Strip Plate) 형태로 열간가공한 다음 열간압연 판재로 사용되거나, 냉간압연 공정으로 보내져 냉간압연하여 냉간압연 판재로 제조될 수 있다.

이때, 열간압연 공정에 사용되는 압연기 백업롤 슬래드(rolling mill back-up roll sled)는 열간압연 과정에서 압연기에 의하여 압연되는 스트립의 두께를 일정하게 조절하고 표면의 평탄도를 유지하도록 유도하는 작용을 하게 된다.

도 1은 종래에 따른 스트립 제조 장치를 나타낸 모식도이고, 도 2는 도 1의 압연기를 확대하여 나타낸 사시도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 종래에 따른 스트립 제조 장치(1)를 이용한 열연 공정은 가열로 내에서 재가열된 스트립(S)을 조압연기(Roughing Mill)로 소정 두께까지 압연한 후, 크롭 절단기(C/S : Crop Shear, 10)를 사용하여 절단하고, 에지히터(Edge Heater, 20)로 스트립(S)의 폭 방향으로 양측 에지부를 가열하여 그 양측 에지부에서의 온도 저하를 회복시키게 된다.

다음으로, FSB(Finishing Scale Breaker, 30)를 통해 스트립(S)의 표면 스케일을 제거한 후, 압연기(Finishing Mill, 40)로 이송하여 마무리 열간압연한 다음, 런 아웃 테이블(ROT : Run Out Table) 상의 냉각 스탠드(50)에 의해 스트립(S)을 냉각하고, 권취기로 권취하여 열연 강재를 제조하게 된다.

이때, 압연기(40)는 스트립(S)을 열간 압연하는 한 쌍의 압연롤(42)과, 한 쌍의 압연롤(42)에 각각 맞물리는 백업롤(44)을 구비한다. 이러한 압연기(40)의 하부에는 압연기(40)를 지지하는 압연기 백업롤 슬래드(100)가 배치된다.

종래의 압연기 백업롤 슬래드(100)는 일반구조용 압연강재로써, C : 0.08 ~ 0.35 중량% 이하로 첨가되는 연강이고, 극소량의 Si, Mn, P, S 및 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

이와 같이, 종래의 압연기 백업롤 슬래드(100)는 압연기(40)와 맞닿도록 결합되는 구조로 되어 있으며, 스트립(S)의 냉각 및 미세조직의 강화를 위한 열처리 효과와 스트립(S)의 압연 과정에서 발생하는 스케일의 제거를 위해 열간압연 중 고열의 스트립(S)의 표면에 고압수를 다량 분사하는 형태로 열연 공정이 이루어지므로 고열과 수분에 의하여 쉽게 부식되고 반복하중으로 마모되는 문제가 있었다.

즉, 종래의 압연기 백업롤 슬래드(100)는 페라이트(Ferrite) 조직으로 표면이 고열과 수분, 반복하중의 작용에 의하여 부식되는 과정에서 다량의 산화철이 발생될 수 있다. 이러한 산화철은 열간압연 중 압연기(40) 및 압연기 백업롤 슬래드(100)의 표면에 고착되며, 반복되는 압연 하중에 의하여 분리되어 압연기(40)와 압연기 백업롤 슬래드(100) 표면 간의 틈새(Gap)를 형성하는 요인으로 작용하여 스트립(S)의 두께 제어가 되지 않아 판 두께의 불균일과 표면 평탄의 불균일의 원인으로 작용하여 열연 강재의 품질을 저하시키는 요인으로 작용하고 있다.

도 3은 종래의 압연기 백업롤 슬래드를 나타낸 실측 사진이고, 도 4는 종래의 압연기 백업롤 슬래드의 미세조직을 나타낸 사진이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 압연기 백업롤 슬래드(100)가 장 기간의 사용으로 고열과 수분, 마찰에 의한 부식으로 인하여 심하게 부식된 것을 확인할 수 있다.

이를 해결하기 위해, 종래에는 스트립의 열간 압연 과정에서 발생하는 고열과 반복되는 충격하중, 압연기 백업롤 슬래드의 소재의 특성으로 기인된 부식에 의한 산화철의 발생을 방지하기 위해 스테인리스스틸 소재를 적용하였으나, 이 경우에는 스테인리스스틸 소재의 특성으로 부식에 의한 산화철 생성은 방지할 수 있으나 강도, 충격하중, 내마모성, 고온 인장강도에 대한 저항성이 떨어져 설비 수명저하의 원인으로 작용한다. 또한, 일부 스테인리스스틸 소재의 경우에는 슬래드 모재와의 경계부에서 금속조직의 불일치로 균열이 발생하는 2차적인 문제점이 있었다.

또한, 손상에 의한 잦은 압연기 백업롤 슬래드의 교체와 구매로 생산 비용 증가에 따른 제조비용 상승의 문제점이 있었다.

관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2001-0100211호(2001.11.14. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 산업용 롤의 표면 육성용접용 복합 와이어와 육성용접 방법이 기재되어 있다.

본 발명의 목적은 사용 수명을 연장할 수 있으면서 압연롤의 간극 편차발생을 방지하여 열간압연 스트립의 품질 확보와 대형 설비사고에 따른 열간압연 공정의 조업 중단 현상을 미연에 방지할 수 있는 압연기 백업롤 슬래드 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 압연기 백업롤 슬래드는 스트립을 압연하는 압연기를 지지하며, 페라이트계 저탄소강 재질로 이루어진 슬래드 본체부; 및 상기 압연기와 맞닿는 슬래드 본체부의 표면에 상기 슬래드 본체부의 조직과 상이한 오스테나이트계 용접재 재질로 구성된 부식 방지층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 슬래드 본체부는 C : 0.08 ~ 0.35 중량%, Si : 1.0 중량% 이하, Mn : 2.0 중량% 이하, P : 0.05 중량% 이하, S : 0.05 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 페라이트계 저탄소강인 것이 바람직하다.

또한, 상기 부식 방지층은 상기 슬래드 본체부의 표면에 배치되며, C : 0.08 ~ 0.12 중량%, Si : 0.35 ~ 0.60 중량%, Mn : 5.10 ~ 6.50 중량%, Cr : 18.0 ~ 20.0 중량%, Ni : 6.80 ~ 9.50 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 제1 층; 및 상기 제1 층 상에 배치되며, C : 0.08 ~ 1.50 중량%, Si : 0.40 ~ 0.60 중량%, Mn : 5.80 ~ 6.85 중량%, Cr : 18 ~ 20.10 중량%, Ni : 8.50 ~ 9.50 중량%, Mo : 0.09 ~ 0.12 중량%, Zr : 0.18 ~ 0.25 중량% 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 제2 층;을 포함한다.

상기 부식 방지층의 제1 층은 Mo : 0.1 중량% 이하, Ti : 0.5 중량% 이하 및 V : 0.5 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있고, 상기 부식 방지층의 제2 층은 Ti : 0.5 중량% 이하 및 V : 0.5 중량% 이하 중 1종 이상을 포함할 수 있다.

이때, 상기 슬래드 본체부는 제1 경도를 갖고, 상기 부식 방지층의 제1 층은 상기 제1 경도 보다 큰 제2 경도를 가지며, 상기 부식 방지층의 제2 층은 상기 제2 경도 보다 큰 제3 경도를 갖는다.

상기 부식 방지층의 제1 층 및 제2 층 각각은 7 ~ 12mm의 두께를 갖는다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 압연기 백업롤 슬래드 제조 방법은 (a) 스트립을 압연하는 압연기를 지지하며, 페라이트계 저탄소강 재질로 이루어진 슬래드 본체부를 마련하는 단계; (b) 상기 압연기와 맞닿는 슬래드 본체부의 표면에 상기 슬래드 본체부의 조직과 상이한 오스테나이트계 용접재 재질로 용접을 실시하여, 상기 슬래드 본체부의 표면과 금속원자간 결합되는 부식 방지층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 부식 방지층이 형성된 슬래드 본체부를 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 부식 방지층은 상기 슬래드 본체부의 표면에 배치되며, C : 0.08 ~ 0.12 중량%, Si : 0.35 ~ 0.60 중량%, Mn : 5.10 ~ 6.50 중량%, Cr : 18.0 ~ 20.0 중량%, Ni : 6.80 ~ 9.50 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 제1 층; 및 상기 제1 층 상에 배치되며, C : 0.08 ~ 1.50 중량%, Si : 0.40 ~ 0.60 중량%, Mn : 5.80 ~ 6.85 중량%, Cr : 18 ~ 20.10 중량%, Ni : 8.50 ~ 9.50 중량%, Mo : 0.09 ~ 0.12 중량%, Zr : 0.18 ~ 0.25 중량% 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 제2 층;을 포함한다.

상기 (b) 단계에서, 상기 용접은 버터링 용접 방식을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 (c) 단계에서, 상기 냉각은 300 ~ 500℃/sec의 속도로 실시한다.

상기 (c) 단계 이후, 상기 슬래드 방지층의 제1 층 및 제2 층 각각은 7 ~ 12mm의 두께를 갖는다.

또한, 상기 (c) 단계 이후, 상기 부식 방지층은 오스테나이트 조직을 갖는다.

상기 (c) 단계 이후, 상기 슬래드 본체부는 제1 경도를 갖고, 상기 부식 방지층의 제1 층은 상기 제1 경도 보다 큰 제2 경도를 가지며, 상기 부식 방지층의 제2 층은 상기 제2 경도 보다 큰 제3 경도를 갖는다.

본 발명에 따른 압연기 백업롤 슬래드 및 그 제조 방법은 압연기와 맞닿는 슬래드 본체부의 표면에 오스테나이트계 시효경화성의 용접재 재질을 사용하여 슬래드 본체부의 표면과 금속원자간 결합된 부식 방지층을 형성하는 것에 의해, 부식방지, 고연성 및 고경도의 물리적 특성을 확보할 수 있다.

이 결과, 본 발명은 고열을 동반한 열간압연 중 스트립이 압연기의 압연 롤 표면을 300 ~ 700m/min의 속도로 스쳐 지나가면서 열과 심한 충격을 가하는 조건하에서도 내마모성과 연신율을 향상시켜 백업롤 슬래드 표면의 마모와 부식을 최소화할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 버터링 용접 후 급랭에 의한 용접조직부가 마르텐사이트 조직으로 변하여 용접된 조직이 경화되어 균열과 동시에 조각형태로 탈락되는 현상을 방지할 수 있게 된다.

이에 더불어, 본 발명은 압연기 전방에서 판재의 표면에 형성된 1차 및 2차 산화철을 제거하기 위하여 위하여 대략 100 ~ 170㎏/㎠의 고압수가 분사되는 과정에서 다량의 수분에 의하여 백업롤 슬래드 표면이 급속하게 산화되는 것에 의한 산화철 생성을 방지할 수 있다.

이 결과, 본 발명은 백업롤 슬래드의 표면이 산화되어 함몰된 부분과 스트립의 압연 과정에서 반복적으로 전달되는 압하력과 충격에 의하여 백업롤 슬래드와 압연기 간에 틈새(Gap) 형성이 급속히 진전되는 현상을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 백업롤 슬래드와 백업롤과의 간극이 기준치 이상으로 형성되는 것을 미연에 방지하여 열간압연 스탠드가 사용 중 비정상적으로 작동이 정지되는 현상을 미연에 방지할 수 있으며, 손상된 백업롤 슬래드 교체에 따른 시간 및 비용을 절감시켜 생산성 향상과 더불어 원가 절감 효과를 도모할 수 있다.

도 1은 종래에 따른 스트립 제조 장치를 나타낸 모식도.
도 2는 도 1의 압연기를 확대하여 나타낸 사시도.
도 3은 종래의 압연기 백업롤 슬래드를 나타낸 실측 사진.
도 4는 종래의 압연기 백업롤 슬래드의 미세조직을 나타낸 사진.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 압연기 백업롤 슬래드를 나타낸 사시도.
도 6은 도 5의 A 부분을 확대하여 나타낸 사시도.
도 7은 도 5의 Ⅶ-Ⅶ'선을 따라 절단한 면을 나타낸 절단면도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 압연기 백업롤 슬래드 제조 방법을 나타낸 공정 순서도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압연기 백업롤 슬래드 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 압연기 백업롤 슬래드를 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5의 A 부분을 확대하여 나타낸 사시도이며, 도 7은 도 5의 Ⅶ-Ⅶ'선을 따라 절단한 면을 나타낸 절단면도이다.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 압연기 백업롤 슬래드(200)는 슬래드 본체부(220) 및 부식 방지층(240)을 포함한다.

슬래드 본체부(220)는 스트립을 압연하는 압연기를 지지하며, 페라이트계 저탄소강 재질로 이루어진다.

슬래드 본체부(220)는 C : 0.08 ~ 0.35 중량%, Si : 1.0 중량% 이하, Mn : 2.0 중량% 이하, P : 0.05 중량% 이하, S : 0.05 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 페라이트계 저탄소강이 이용될 수 있다.

부식 방지층(240)은 압연기와 맞닿는 슬래드 본체부(220)의 표면에 슬래드 본체부(220)의 조직과 상이한 오스테나이트계 용접재 재질로 구성된다.

이러한 부식 방지층(240)은 열간압연 중 압연롤로 스트립을 압연하는 과정에서 발생하는 마찰, 충격, 고열 및 부식 환경으로부터 슬래드 본체부(220)를 보호하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 압연기 백업롤 슬래드(200)는 압연기에서 스트립이 압연되는 과정에서 압하력에 의한 충격, 열과 수분의 접촉에 의한 부식, 반복하중과 작용에 의한 이상 마모로 스트립의 두께를 설정하는 압연롤의 간극의 편차발생으로 스트립의 두께 불균일, 테이퍼진 두께 형성, 스트립의 꼬임 등에 의한 제품 불량 원인 제공과 오작동 현상에 의한 압연 설비의 파손인자로 작용하는 것을 미연에 방지할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명은 사용 수명을 연장할 수 있으면서 압연롤의 간극 편차발생을 방지하여 스트립의 품질 확보와 대형 설비사고에 따른 열간압연 공정의 조업 중단 현상을 미연에 방지할 수 있게 된다.

특히, 부식 방지층(240)은 용접성의 향상과 용접 후 금속조직의 안정화를 위하여 시효경화성 오스테나이트계 용접재 재질을 이용하여 버터링 용접 방식으로 용접시키는 것이 바람직하다.

왜냐하면, 백업롤 슬래드(200) 표면의 내부식, 고경도, 고연성의 재질을 판재 형태로 성형하여 백업롤 슬래드(200) 표면에 일정한 간격의 구멍과 나사부를 형성하여 볼트 등의 체결 부재로 체결하여 사용하는 경우에는 강한 충격 및 마찰의 반복적인 작용으로 볼트가 절손되는 순간에 스트립 전체가 탈락되어 압연 중인 압연기가 정지되는 대형 설비사고를 발생시킬 수 있기 때문이다.

또한, 내식성의 재질인 스테인리스스틸 재질로 백업롤 슬래드(200) 표면을 용접할 경우에는 내식성은 확보되나 경도가 낮아 압연 중인 스트립이 심한 충격과 마찰에 쉽게 마모되고, 일부의 스테인리스스틸 재질은 백업롤 슬래드(200)와의 재질 변화로 용접 후 균열을 유발하는 인자로 작용할 수 있으므로, 바람직하지 않다.

이를 위해, 부식 방지층(240)은 제1 층(242) 및 제1 층(242) 상에 적층된 제2 층(244)을 포함한다.

부식 방지층의 제1 층(242)은 슬래드 본체부(220)의 표면에 배치되며, C : 0.08 ~ 0.12 중량%, Si : 0.35 ~ 0.60 중량%, Mn : 5.10 ~ 6.50 중량%, Cr : 18.0 ~ 20.0 중량%, Ni : 6.80 ~ 9.50 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다.

또한, 부식 방지층의 제1 층(242)은 Mo : 0.1 중량% 이하, Ti : 0.5% 이하 및 V : 0.5% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

이때, 부식 방지층의 제1 층(242)은 슬래드 본체부(220)의 양측 가장자리 부분으로 돌출된 돌출부 측벽과 슬래드 본체부(220)의 바닥면에 형성될 수 있다. 이러한 부식 방지층의 제1 층(242)은 압연기의 압연롤 및 백업롤을 지지하기 위하여 백업롤 하부에 평탄하게 설치되어 스트립을 압연기에서 압연할 때 압하력을 지지하는 작용을 하며, 스트립이 일정한 두께로 유지되도록 돕는 역할을 한다.

부식 방지층의 제2 층(244)은 제1 층(242) 상에 배치되며, C : 0.08 ~ 1.50 중량%, Si : 0.40 ~ 0.60 중량%, Mn : 5.80 ~ 6.85 중량%, Cr : 18 ~ 20.10 중량%, Ni : 8.50 ~ 9.50 중량%, Mo : 0.09 ~ 0.12 중량%, Zr : 0.18 ~ 0.25 중량% 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다.

또한, 부식 방지층의 제2 층(244)은 Ti : 0.5 중량% 이하 및 V : 0.5 중량% 이하 중 1종 이상을 포함할 수 있다.

이때, 슬래드 본체부(220)는 제1 경도를 갖고, 부식 방지층의 제1 층(242)은 제1 경도 보다 큰 제2 경도를 가지며, 부식 방지층의 제2 층(244)은 제2 경도 보다 큰 제3 경도를 갖는다.

이와 같이, 백업롤 슬래드(200)는 버터링 용접에 의해 표면개질 처리되는 것에 의해 슬래드 본체부(220)의 표면에 부식 방지층(240)이 형성되며, 슬래드 본체부(220) < 부식 방지층의 제1 층(242) < 부식 방지층의 제2 층(244)의 순으로 경도가 증가되는 구조를 갖는다. 이때, 용접열영향부에 의한 조직변화로 부식 방지층의 제1 및 제2 층(242, 244)의 물성 값에 영향을 미치는 것 없이 고유의 물성 값을 발휘하기 위해 부식 방지층의 제1 층 및 제2 층(242, 244) 각각은 7 ~ 12mm의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

이때, 본 발명의 열연기 백업롤 슬래드(200)는 부식 방지층의 제1 층 및 제2 층(242, 244)의 재질이 슬래드 본체부(220)의 재질인 페라이트 금속조직과 다르게 오스테나이트 금속조직을 갖는다. 일반적으로, 금속조직에서 그 상이 서로 다르거나 일정한 두께를 가질 경우, 열처리를 동반하게 되는 공정을 생략하여도 금속조직 간의 상 불일치에 따른 균열 등이 발생하지 않는다. 이와 같이, 슬래드 본체부(220)와 부식 방지층(240)은 서로 상이한 금속 조직을 갖는 것에 의해, 금속조직 간의 불일치에 따른 균열이 발생되지 않는다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 압연기 백업롤 슬래드의 부식 방지층의 제1 층 및 제2 층에 각각 포함되는 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하도록 한다.

탄소(C)는 오스테나이트 형성원소로서, 화학반응에 의한 화합물 형성을 억제하고, 부식 방지층의 일정한 경도를 유지시키는 역할을 한다. 탄소(C)가 0.08% 미만으로 존재할 경우 성형성을 저하시킬 뿐 아니라 강도도 저하된다. 따라서, 탄소(C)는 부식 방지층의 제1 층 전체 중량의 0.08 ~ 0.12 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 또한, 탄소(C)는 부식 방지층의 제2 층 전체 중량의 0.08 ~ 0.15 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.

실리콘(Si)은 첨가량이 증가할수록 고온산화특성을 개선하는 데는 매우 유효한 원소이며, 또한 고온강도 및 상안정성(입계성장 저항성; grain growth resistance)을 현저하게 감소시킨다. 실리콘(Si)은 최소 0.35 중량% 이상으로 첨가되어 새그 저항성, 상안정성, 고온산화특성 및 연신율의 향상을 도모하고, 연신율의 급격한 감소를 억제하기 위해서 최대 0.60 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다. 이때, 실리콘(Si)은 부식 방지층의 제1 층 전체 중량의 0.35 ~ 0.60 중량%의 함량비로 첨가되고, 부식 방지층의 제2 층 전체 중량의 0.40 ~ 0.60 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 보다 바람직하다.

망간(Mn)은 첨가량이 증가할수록 새그 저항성, 고온내산화성 및 상안정성 측면에서 유리하지만, 과량으로 첨가되는 경우에는 연신율을 저하시켜 성형성을 저하시키는 원소이다. 즉, 본 발명에서 망간(Mn)은 5.10 중량% 이상으로 첨가되어 시효경화성, 새그 저항성, 고온내산화성 및 상안정성 향상을 도모하지만, 6.85 중량%를 초과하는 경우에는 연신율의 저하를 초래하여 성형성을 저하시킨다. 따라서, 망간(Mn)은 부식 방지층의 제1 층 전체 중량의 5.10 ~ 6.50 중량%의 함량비로 첨가되고, 부식 방지층의 제2 층 전체 중량의 5.80 ~ 6.85 중량%의 ?t량비로 첨가되는 것이 보다 바람직하다.

크롬(Cr)은 내식성 강화에 중요한 원소로서, 첨가량이 증가할수록 고온산화특성을 향상시킨다. 그러나, 크롬(Cr)은 다량으로 첨가될 경우 고온강도를 감소시키고 또한 고온에서 열간가공성을 손상시키는 문제점이 있으며, 연신율을 저하시킬 수 있다. 따라서, 크롬(Cr)의 첨가량이 18 중량% 미만일 경우에는 고온산화특성의 효과가 미미한 반면에 20.10 중량% 초과할 경우에는 고온강도와 연신율이 저하되고 열간가공성을 손상시킨다. 이때, 크롬(Cr)은 부식 방지층의 제1 층 전체 중량의 18.0 ~ 20.0 중량%의 함량비로 첨가되고, 부식 방지층의 제2 층 전체 중량의 18.0 ~ 20.10 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 보다 바람직하다.

니켈(Ni)은 강의 조직을 미세화시키고, 오스테나이트나 페라이트에도 고용이 잘되므로 기지를 강화시킨다. 또한, Cr이나 Mo와 공존하면 우수한 경화능을 나타낸다. 니켈(Ni)은 강의 저온인성을 현저히 개선시키며 용접성, 가단성을 해치지 않는다. 또한, 니켈(Ni)은 C나 N의 확산을 느리게 하므로 열화를 방지하고, 팽창률, 강성률, 투자율 등의 물성을 향상시킨다. 니켈(Ni)의 첨가량이 6.80 중량% 미만일 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘하기 어렵고, 니켈(Ni)의 첨가량이 9.50 중량%를 초과할 경우에는 Ni가 용출되며, 성형성이 저하될 수 있다. 따라서, 니켈(Ni)은 부식 방지층의 제1 층 전체 중량의 6.80 ~ 9.50 중량%의 함량비로 첨가되고, 부식 방지층의 제2 층 전체 중량의 8.50 ~ 9.50 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 보다 바람직하다.

몰리브덴(Mo)은 0.09 ∼ 0.12 중량%의 첨가로서 Ni의 10배까지 경화능을 향상시키는 효과가 있으므로 템퍼링 취성을 방지하여 템퍼링 취화저항성을 부여한다. 또한, 몰리브덴(Mo)은 탄화물을 형성하므로 고급절삭공구의 합금원소로도 우수한 효과를 나타내며, 결정립 조대화 온도를 상승시킨다. 경화능에 관해서는 Mo 단독보다는 Cr과 병용하면 더욱 효과적이다. 이때, 몰리브덴(Mo)은 부식 방지층의 제1 층 전체 중량의 0.1 중량 이하로 첨가되고, 부식 방지층의 제2 층 전체 중량의 0.09 ~ 0.12 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.

지르코늄(Zr)은 N, S, C 및 H와의 친화력은 Ti보다 더욱 강하기 때문에 이들 원소의 고정에 흔히 이용되고 있다. 백점의 발생도 0.18 ∼ 0.25 중량%의 첨가로 완전히 방지할 수 있다. 이때, 지르코늄(Zr)은 부식 방지층의 제1 층에는 미첨가되고, 부식 방지층의 제2 층 전체 중량의 0.18 ~ 0.25 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다.

티타늄(Ti)은 O, N, C, S 및 H 등 어느 원소와도 강한 친화력을 나타내고, 특히 탈산, 탈질(脫窒) 및 탈유(脫硫)에 흔히 사용된다. 탄화물 형성능도 Cr보다 강하고, 결정립을 미세화시킨다. 이때, 티타늄(Ti)은 부식 방지층의 제1 층 및 제2 층 전체 중량의 0.5 중량% 이하로 각각 첨가되는 것이 바람직하다.

바나듐(V)은 석출물 형성에 의한 석출강화 효과를 통하여 강의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 이때, 바나듐(V)은 부식 방지층의 제1 층 및 제2 층 전체 중량의 0.5 중량% 이하로 각각 첨가되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 압연기 백업롤 슬래드 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 압연기 백업롤 슬래드 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압연기 백업롤 슬래드 제조 방법은 백업롤 슬래드 본체부 마련 단계(S210), 버터링 용접 단계(S220) 및 냉각 단계(S230)를 포함한다.

백업롤 슬래드 본체부 마련

백업롤 슬래드 본체부 마련 단계(S210)에서는 스트립을 압연하는 압연기를 지지하며, 페라이트계 저탄소강 재질로 이루어진 슬래드 본체부를 마련한다.

슬래드 본체부는 C : 0.08 ~ 0.35 중량%, Si : 1.0 중량% 이하, Mn : 2.0 중량% 이하, P : 0.05 중량% 이하, S : 0.05 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 페라이트계 저탄소강이 이용될 수 있다.

버터링 용접

버터링 용접 단계(S220)에서는 압연기와 맞닿는 슬래드 본체부의 표면에 슬래드 본체부의 조직과 상이한 오스테나이트계 용접재 재질로 용접을 실시하여, 슬래드 본체부의 표면과 금속원자간 결합되는 부식 방지층을 형성한다. 본 단계에서, 용접은 버터링 용접 방식을 이용하는 것이 바람직하다.

부식 방지층은 제1 층 및 제1 층 상에 적층된 제2층을 포함한다.

부식 방지층의 제1 층은 슬래드 본체부의 표면에 배치되며, C : 0.08 ~ 0.12 중량%, Si : 0.35 ~ 0.60 중량%, Mn : 5.10 ~ 6.50 중량%, Cr : 18.0 ~ 20.0 중량%, Ni : 6.80 ~ 9.50 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다.

또한, 부식 방지층의 제1 층은 Mo : 0.1 중량% 이하, Ti : 0.5% 이하 및 V : 0.5% 이하 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

부식 방지층의 제2 층은 제1 층 상에 배치되며, C : 0.08 ~ 1.50 중량%, Si : 0.40 ~ 0.60 중량%, Mn : 5.80 ~ 6.85 중량%, Cr : 18 ~ 20.10 중량%, Ni : 8.50 ~ 9.50 중량%, Mo : 0.09 ~ 0.12 중량%, Zr : 0.18 ~ 0.25 중량% 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다.

이때, 부식 방지층의 제1 층은 슬래드 본체부의 양측 가장자리 부분으로 돌출된 돌출부 측벽과 슬래드 본체부의 바닥면에 형성될 수 있다. 이러한 부식 방지층의 제1 층은 압연기의 압연롤 및 백업롤을 지지하기 위하여 백업롤 하부에 평탄하게 설치되어 스트립을 압연기에서 압연할 때 압하력을 지지하는 작용을 하며, 스트립이 일정한 두께로 유지되도록 돕는 역할을 한다.

또한, 부식 방지층의 제2 층은 Ti : 0.5 중량% 이하 및 V : 0.5 중량% 이하 중 1종 이상을 포함할 수 있다.

냉각

냉각 단계(S230)에서는 부식 방지층이 형성된 슬래드 본체부를 냉각한다.

본 단계에서, 냉각은 300 ~ 500℃/sec의 속도로 상온까지 급냉하는 것이 바람직하다. 냉각 속도가 300℃/sec 미만일 경우에는 목표로 하는 경도 및 강도를 확보하는데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 냉각 속도가 500℃/sec를 초과할 경우에는 경도 및 강도는 증가하나, 연신율이 급격히 저하될 수 있다.

본 단계 이후, 슬래드 방지층의 제1 층 및 제2 층 각각은 7 ~ 12mm의 두께를 갖는다. 또한, 부식 방지층은 300 ~ 500℃/sec의 속도로 상온까지 급냉하는 것에 의해, 오스테나이트 조직을 갖게 된다.

또한, 본 단계 이후, 슬래드 본체부는 제1 경도를 갖고, 슬래드 방지층의 제1 층은 상기 제1 경도 보다 큰 제2 경도를 가지며, 슬래드 방지층의 제2 층은 제2 경도 보다 큰 제3 경도를 갖는다.

이와 같이, 백업롤 슬래드는 버터링 용접에 의해 표면개질 처리되는 것에 의해 슬래드 본체부의 표면에 부식 방지층이 형성되며, 슬래드 본체부 < 부식 방지층의 제1 층 < 부식 방지층의 제2 층의 순으로 경도가 증가되는 구조를 갖는다. 이 결과, 용접열영향부에 의한 조직변화로 부식 방지층의 제1 및 제2 층의 물성 값에 영향을 미치는 것 없이 고유의 물성 값을 발휘하기 위해 슬래드 방지층의 제1 층 및 제2 층 각각은 7 ~ 12mm의 두께를 갖는 것이 바람직하다.

지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압연기 백업롤 슬래드 및 그 제조 방법은 압연기와 맞닿는 슬래드 본체부의 표면에 오스테나이트계 시효경화성의 용접재 재질을 사용하여 슬래드 본체부의 표면과 금속원자간 결합된 부식 방지층을 형성하는 것에 의해, 부식방지, 고연성 및 고경도의 물리적 특성을 확보할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

1. 시편 제조

실시예 1

표 1은 부식 방지층의 제1 층으로 사용되는 오스테나이트계 용접재의 화학성분 및 이의 조성비를 나타낸 것이고, 표 2는 부식 방지층의 제2 층으로 사용되는 오스테나이트계 용접재의 화학성분 및 이의 조성비를 나타낸 것이다.

이때, 표 1 및 표 2에 기재된 화학성분을 갖는 오스테나이트계 용접재를 파라이트계 저탄소강 재질의 슬래드 모재의 표면에 버퍼링 용접하여 제1 층 및 제1 층에 적층된 제2 층을 갖는 부식 방지층을 형성한 후, 부식 방지층을 400℃/sec의 속도로 상온까지 냉각하였다. 이때, 슬래드 모재로는 C : 0.25 중량%, Si : 0.06 중량%, Mn : 1.5 중량%, P : 0.03 중량%, S : 0.03 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 페라이트계 저탄소강으로 제조된 것을 이용하였다.

[표 1] (단위 : 중량%)

[표 2] (단위 : 중량%)

2. 물성 평가

표 3 및 표 4는 부식 방지층의 제1 층 및 제2 층에 대한 물성 평가 결과를 나타낸 것이다. 이때, ASTM G65에 의거한 마모 실험과 ASTM G31에 의거한 내식성 실험을 수행하였다. 내식성 평가를 위해, 시편을 70℃로 각각 유지되는 침지용액(70wt% H₂SO₄)이 채워진 비커 내에서 6시간 동안 침지시킨 다음 증류수로 세척한 후, 시편에 대하여 #600 SiC 페이퍼로 왕복 60회 동안 표면 연마를 실시한 후, 테스트 전후의 무게 변화량을 측정하여 부식속도를 계산하였다. 여시서, 부식속도 0.5mm/year 미만은 매우 양호, 0.5 이상 ~ 0.7mm/year 미만은 양호, 0.7 이상 ~ 0.9mm/year 미만은 보통, 0.9 이상 ~ 1.1mm/year 미만은 나쁨, 1.1mm/year 이상은 매우 나쁨으로 표시하였다.

[표 3]

[표 4]

표 1 내지 표 4에 도시된 바와 같이, 비교예 1에 따른 시편들과 달리, 실시예 1 ~ 4에 따른 시편들에 대한 부식 방지층의 제1 층은 고열, 마찰 및 충격에 의해 발생하는 조건하에서도 부식이 일어나지 않을 뿐만 아니라, 고온, 충격 및 마찰하에서의 고온 인장강도, 내마모성, 경도 및 시효경화성이 매우 양호한 것으로 나타났다.

또한, 비교예 1에 따른 시편들과 달리, 실시예 1 ~ 4에 따른 시편들에 대한 부식 방지층의 제2 층은 고열, 마찰 및 충격에 의해 발생하는 조건하에서도 부식이 일어나지 않을 뿐만 아니라, 고온 인장강도, 내마모성, 경도 및 시효경화성이 양호한 것으로 나타났다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

200 : 압연기 백업롤 슬래드
220 : 슬래드 본체부
240 : 부식 방지층
242 : 부식 방지층의 제1 층
244 : 부식 방지층의 제2 층
S210 : 백업롤 슬래드 본체부 마련 단계
S220 : 버터링 용접 단계
S230 : 냉각 단계

Claims

스트립을 압연하는 압연기를 지지하며, 페라이트계 저탄소강 재질로 이루어진 슬래드 본체부; 및
상기 압연기와 맞닿는 슬래드 본체부의 표면에 상기 슬래드 본체부의 조직과 상이한 오스테나이트계 용접재 재질로 구성된 부식 방지층;을 포함하며,
상기 슬래드 본체부는 C : 0.08 ~ 0.35 중량%, Si : 1.0 중량% 이하, Mn : 2.0 중량% 이하, P : 0.05 중량% 이하, S : 0.05 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
상기 부식 방지층은 상기 슬래드 본체부의 표면에 배치되며, C : 0.08 ~ 0.12 중량%, Si : 0.35 ~ 0.60 중량%, Mn : 5.10 ~ 6.50 중량%, Cr : 18.0 ~ 20.0 중량%, Ni : 6.80 ~ 9.50 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 제1 층; 및 상기 제1 층 상에 배치되며, C : 0.08 ~ 1.50 중량%, Si : 0.40 ~ 0.60 중량%, Mn : 5.80 ~ 6.85 중량%, Cr : 18 ~ 20.10 중량%, Ni : 8.50 ~ 9.50 중량%, Mo : 0.09 ~ 0.12 중량%, Zr : 0.18 ~ 0.25 중량% 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 제2 층;을 포함하고,
상기 슬래드 본체부는 제1 경도를 갖고, 상기 부식 방지층의 제1 층은 상기 제1 경도 보다 큰 31 ~ 34HRC의 제2 경도를 가지며, 상기 부식 방지층의 제2 층은 상기 제2 경도 보다 큰 49 ~ 57HRC의 제3 경도를 갖고, 상기 부식 방지층의 제1 층 및 제2 층 각각은 7 ~ 12mm의 두께를 갖는 것에 의해, 상기 슬래드 본체부의 미세조직과 부식 방지층의 미세조직 간의 불일치에 따른 균열이 미 발생하는 압연기 백업롤 슬래드.
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제1항에 있어서,
상기 부식 방지층의 제1 층은
Mo : 0.1 중량% 이하, Ti : 0.5 중량% 이하 및 V : 0.5 중량% 이하 중 1종 이상을 더 포함하는 압연기 백업롤 슬래드.
제1항에 있어서,
상기 부식 방지층의 제2 층은
Ti : 0.5 중량% 이하 및 V : 0.5 중량% 이하 중 1종 이상을 포함하는 압연기 백업롤 슬래드.
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(a) 스트립을 압연하는 압연기를 지지하며, 페라이트계 저탄소강 재질로 이루어진 슬래드 본체부를 마련하는 단계;
(b) 상기 압연기와 맞닿는 슬래드 본체부의 표면에 상기 슬래드 본체부의 조직과 상이한 오스테나이트계 용접재 재질로 용접을 실시하여, 상기 슬래드 본체부의 표면과 금속원자간 결합되는 부식 방지층을 형성하는 단계; 및
(c) 상기 부식 방지층이 형성된 슬래드 본체부를 냉각하는 단계;를 포함하며,
상기 슬래드 본체부는 C : 0.08 ~ 0.35 중량%, Si : 1.0 중량% 이하, Mn : 2.0 중량% 이하, P : 0.05 중량% 이하, S : 0.05 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
상기 부식 방지층은 상기 슬래드 본체부의 표면에 배치되며, C : 0.08 ~ 0.12 중량%, Si : 0.35 ~ 0.60 중량%, Mn : 5.10 ~ 6.50 중량%, Cr : 18.0 ~ 20.0 중량%, Ni : 6.80 ~ 9.50 중량% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 제1 층; 및 상기 제1 층 상에 배치되며, C : 0.08 ~ 1.50 중량%, Si : 0.40 ~ 0.60 중량%, Mn : 5.80 ~ 6.85 중량%, Cr : 18 ~ 20.10 중량%, Ni : 8.50 ~ 9.50 중량%, Mo : 0.09 ~ 0.12 중량%, Zr : 0.18 ~ 0.25 중량% 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 제2 층;을 포함하고,
상기 (c) 단계 이후, 상기 부식 방지층은 오스테나이트 조직을 갖고, 상기 슬래드 본체부는 제1 경도를 갖고, 상기 부식 방지층의 제1 층은 상기 제1 경도 보다 큰 31 ~ 34HRC의 제2 경도를 가지며, 상기 부식 방지층의 제2 층은 상기 제2 경도 보다 큰 49 ~ 57HRC의 제3 경도를 갖고, 상기 부식 방지층의 제1 층 및 제2 층 각각은 7 ~ 12mm의 두께를 갖는 것에 의해, 상기 슬래드 본체부의 미세조직과 부식 방지층의 미세조직 간의 불일치에 따른 균열이 미 발생하는 압연기 백업롤 슬래드 제조 방법.
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제8항에 있어서,
상기 (b) 단계에서,
상기 용접은
버터링 용접 방식을 이용하는 압연기 백업롤 슬래드 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 냉각은
300 ~ 500℃/sec의 속도로 실시하는 압연기 백업롤 슬래드 제조 방법.
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