KR20000016457A - 냉간 압연용 복합 워크 롤 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 높은 내마모성 내지 스폴링 저항을 갖는 외층을 구비하는 냉간 압연용 복합 워크 롤을 제공한다. 상기 외층은 0.9 내지 1.5 중량 % 의 C, 0.3 내지 1.0 중량 %의 Si, 0.3 내지 1.0 중량 %의 Mn, 4.0 내지 10.0 중량 %의 Cr, 2.0 내지 8.0 중량 %의 Mo, 0.5 내지 5.0 중량 %의 V 를 포함하고 그 나머지는 Fe 와 불가피한 불순물이다. 상기한 높은 내마모성을 갖는 냉간 압연용 복합 워크 롤은 상기한 조성을 갖고 3.0 내지 8.0 중량 %의 Mo 함량을 갖는 외층부를 주강이나 단조강으로 만들어진 심재의 주위에 클래딩을 위한 연속 주입 공정에 의해 형성하는 것에 의해 만들어진다. 스폴링 저항을 갖는 냉간 압연용 복합 워크 롤은, 상기 조성을 가지고 클래딩을 위한 연속 주입 방법에 의해 형성되며 그 표면부가 60 kgf/㎟ 이하의 압축 잔류 응력과 최소 HS 90 의 쇼어 경도를 가지는 외층부를 갖는다.

Description

냉간 압연용 복합 워크 롤
종래에 철강 냉연용 워크 롤은 5 ~ 7 중량 % Cr을 함유하는 단조강을 채용하였다. 근년에는, 일본 특허 공고공보 번호 61-11310 및 일본 특허 공고공보 번호 7-68588에 개시된 워크 롤들과 같이, 소량의 Mo, V, W 등을 함유하는 소위 반고속도강(semi high-speed steel)의 적용이 많아지고 있다.
이러한 종래의 냉연용 워크 롤은 일렉트로 슬래그 용해(electro-slag remelting)에 의해 강괴를 형성하는 것과 그 다음에 단조공정을 통과하면서 담금질과 뜨임을 행하는 것을 포함하는 복잡한 공정들을 거치게 된다. 열처리하는 동안에는, HS 90 이상의 높은 경도를 확보하기 위하여, 점진 유도 가열(progressive induction heating) 및 물 담금질(water quenching)등의 기술들을 사용하여 고온으로부터 급속도로 냉각하므로써 급랭 담금질이 이루어진다. 냉연용 워크 롤의 주조 방법으로 종래에 적용되어 왔던 일렉트로 슬래그 용해는 완만한 응고속도를 부여하여, 결정립 내지 탄화물이 조대하게 되는 경향이 있다. 결정립 또는 탄화물이 조대할 때 담금질을 하는 경우에 발생되는 담금질 균열(quenching cracks) 때문에, 충분한 재료 강도와 연성을 확보하기 위하여 사전 단조 공정(prior forging step)이 불가결하다. 성분 설계의 관점에서 보면, C 함량이 약 0.9 중량 %로 억제되고, Mo, V 및 W 같은 모든 합금들이 억제될 필요가 있다. 이로 인하여, 이러한 워크 롤의 내마모성을 향상시키는데는 한계가 있어 왔다.
롤 표면 경도는 롤 표면의 압축 잔류 응력에 의하여 큰 영향을 받는다는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 높은 경도를 확보하기 위해서는, 일본 특허 공개공보 5-169112호에 나타내어진 것과 같이 의도적으로 높은 잔류 응력을 부여하는 것이 제안되어왔다. 또한, 종래의 워크 롤의 구조는 롤부와 축부가 동일한 성분계로 된 일체식의(integral) 것이어서, 롤 몸체(roll body)의 내부 재료 강도가 매우 높다. 그 결과, 롤 몸체부의 압축 잔류 응력이 70 kgf/㎟ 이상의 높은 수준이 된다. 그러므로, 롤 내부의 결함 또는 압연하는 동안 롤 표면에서 발생되는 균열들로 인하여 심한 스폴링이 발생하는 것이 일반적이어서, 파괴 저항 내지 스폴링 저항의 향상이 요망되어 왔다.
본 발명은 철강의 냉간 압연에 사용되는 것으로 우수한 스폴링 저항(spalling resistance)(파손 저항(breakage resistance))과 높은 마모 저항(내마모성)을 갖는 복합 워크 롤에 관한 것이다.
도 1a 는 본 발명에 따른 외층 조직의 현미경 사진(배율×100).
도 1b 는 본 발명에 따라 어떻게 결정립경이 정의되는 가를 보이는 도.
도 2 는 공정 탄화물 면적율과 내열충격 온도 그리고 결정립경의 관계를 보이는 그래프.
도 3 은 본 발명의 한 실시예에 따른 롤의 경도 심도를 보이는 그래프.
도 4 는 본 발명에 따른 클래딩을 위한 연속 주입 공정을 보이는 도.
도 5 는 본 발명의 한 실시예와 비교예들에 따른 롤들의 단면 경도 분포를 보이는 그래프.
도 6 은 본 발명의 한 실시예와 비교예들에 따른 롤들의 단면 잔류 응력 분포를 보이는 그래프.
본 발명의 하나의 목적은 냉연용 복합 워크 롤을 위한 것으로서 우수한 내마성과 스폴링 저항을 갖는 롤 외층(roll outer layer)을 제공하는 것이다. 본질적으로, 이 목적은 냉연용 복합 워크 롤의 심재(芯材)(core material) 주위에 형성되는 외층으로서, C: 0.9 - 1.5 중량 %, Si: 0.3 - 1.0 중량 %, Mn: 0.3 - 1.0 중량 %, Cr: 4.0 - 10.0 중량 %, Mo: 2.0 - 8.0 중량 %, V: 0.5 - 5.0 중량 %를 포함하고 그 나머지는 Fe와 불가피한 불순물인 것을 특징으로 하는 냉간 압연용 복합 워크 롤 외층을 수단으로 하여 달성된다.
본 발명의 다른 목적은 증가된 응고 속도를 통하여 미세한 롤 구조를 얻으므로써, 그리고 종래 기술에 의해서는 불가능했던 고합금강을 실현하므로써 우수한 내마모성을 확보하는 것이다. 일체식 워크 롤은 그 자체로 큰 강괴를 요구하며, 따라서 높은 응고 속도를 확보하기가 매우 어렵다. 본 발명에 따르면, 그러므로, 용융 금속 부피가 줄어들어 더 높은 응고 속도를 조장할 수 있도록 롤 심재와 롤 외층의 복합 구조로 워크 롤이 만들어진다. 다시 말해, 본 발명의 고 내마모성 냉연용 복합 워크 롤은, 심재의 주위에 외층이 형성된 냉연용 복합 워크 롤로서, C: 0.9 - 1.5 중량 %, Si: 0.3 - 1.0 중량 %, Mn: 0.3 - 1.0 중량 %, Cr: 4.0 - 10.0 중량 %, Mo: 3.0 - 8.0 중량 %, V: 0.5 - 5.0 중량 %를 포함하고 그 나머지는 Fe와 불가피한 불순물인 상기 외층이 높은 내마모성을 부여하기 위하여 클래딩을 위한 연속 주입 공정(continuous pouring process for cladding)에 의하여 주강(鑄鋼)이나 단조강으로 만들어진 심재의 주위를 둘러 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 추가적인 목적은, 60 kgf/㎟ 이하의 낮은 압축 잔류 응력과 HS 90 이상의 쇼어 경도(Shore hardness)를 가지며, 낮은 항복 강도(항복 응력)를 갖는 저합금강이 워크 롤 심재로 사용되고 500℃ 이상에서의 고온 뜨임(high temperature tempering)으로도 경도가 감해지지 않도록 워크 롤 외층의 성분들이 억제되는 복합 구조를 형성하므로써 우수한 스폴링 저항을 갖는 냉연용 복합 워크롤을 제작하는 수단을 제공하는 것이다. 다시 말해, 본 발명에 따른 우수한 스폴링 저항을 갖는 냉연용 복합 워크 롤은 우수한 스폴링 저항이 부여된 냉연용 복합 워크 롤이며, 심재의 주위로 형성된 외층을 가지되, 상기 외층은 클래딩을 위한 연속 주입 공정에 의하여 심재의 주위에 형성되고, 상기 심(core)은 적어도 0.3 - 0.7 중량 % 의 C와, 0.5 - 3.0 중량 %의 Cr과, 0.1 - 2.0 중량 %의 Mo를 포함하는 저합금강이고, 상기 외층은 C: 0.9 - 1.5 중량 %, Si: 0.3 - 1.0 중량 %, Mn: 0.3 - 1.0 중량 %, Cr: 4.0 - 10.0 중량 %, Mo: 2.0 - 8.0 중량 %, V: 0.5 - 5.0 중량 %를 포함하며 그 나머지는 Fe와 불가피한 불순물이고, 상기 외층의 표면부는 60 kgf/㎟의 이하의 압축 잔류 응력과 HS 90 이상의 쇼어 경도를 갖는다. 본 발명에 따른 우수한 스폴링 저항을 갖는 냉연용 복합 워크 롤은, 500℃ 이상의 고온에서의 뜨임을 허용하기 위하여, 이차 경화(secondary hardening)에 유용한 다량의 Mo와 아울러 높은 C 함량을 가진다. 종래의 일렉트로 슬래그 용해에 의해 얻어진 강괴는 담금질 중에 발생되는 담금질 균열의 원인인 조대한 탄화물을 가지며, 따라서 C 함량의 최대치는 1 중량 % 로 또 한편, Mo 함량은 최대 2 중량 % 로 제한되어 왔다. 그러나, 본 발명에 따르면, 클래딩을 위한 연속 주입 공정의 적용은 보다 미세한(finer) 구조(조직)를 생성하고, 그리하여 조대한 탄화물의 생성을 억제하면서 고합금화가 가능하도록 한다.
추가적으로, 본 발명에 따른 높은 내마모성 또는 스폴링 저항을 갖는 냉연용 복합 워크 롤의 외층은 또한 5 중량 % 이하의 Ni을 포함할 수 있다. 상기 외층은 또한, M6C 계(M6C-based) 망상(網狀) 공정(共晶) 탄화물과, 입상(granular) MC 탄화물과, 뜨임된(tempered) 마르텐사이트 그리고 잔류 오스테나이트를 포함하여, HS 90 이상의 경도를 갖는 것을 특징으로 한다. 더하여, 망상 공정 탄화물의 면적율은 적어도 3 중량 % 이다. 상기 외층의 결정립경(crystal grain size)은 150 ㎛ 보다 크지 않다.
본 발명의 냉연용 복합 워크 롤은 미세한 롤 조직을 위하여 높은 응고 속도를 가지고 종래 기술에 의해서는 가능하지 않았던 고합금화가 실현되어 우수한 내마모성이 확보되도록 설계된다. 본 발명은 심재와 워크 롤을 위한 외층의 복합 구조에 의하여 용이하게 빠른 응고 속도를 달성한다. 본 발명의 냉연용 워크 롤은, 저 항복 강도를 갖는 저 합금강이 워크 롤 심재로 사용되고, 상기 워크 롤의 외층의 성분들은 한정되어 500℃ 이상의 고온 뜨임으로써도 경도가 감소되지 않도록 되며, 그에 의해 60 kgf/㎟ 이하의 압축 잔류 응력과 HS 90 이상의 쇼어 경도를 가지는 냉연용 워크 롤에 우수한 스폴링 저항을 부여하는 것이 가능하다.
상기 외층의 성분들을 한정하는 이유가 아래에서 설명된다.
C 는 경도를 얻기 위한 중요한 원소이다. 만약 C 함량이 0.9 중량 % 보다 적으면 고용액(solid solution) 기지(base)에 충분한 C 가 없게 되고, 이에 따라 충분한 매트릭스(matrix) 경도를 얻는 것이 불가능하고, 고합금화를 어렵게 한다. 그러나, 1.5 중량 %를 초과하는 C 함량은 조대한 탄화물과 낮은 강도를 낳게 되므로 1.5 중량 %가 C 함량의 상한으로 설정된다. 특히 바람직한 C 함량 범위는 1.0 중량 % 에서 1.3 중량 % 까지 이다.
Si 는 탈산제(deoxidizing agent)로 필수적인 원소이며, 최소 0.3 중량 % 의 Si 함량이 그것의 효과를 발휘하는데 필요하나, 취성(brittleness)을 피하기 위해 1 중량 % 보다 크지 않은 것이 바람직하다.
Si와 유사하게, Mn 도 또한 탈산제로 필수적인 원소인데, 최소 0.3 중량 % 의 Mn 함량이 그것의 효과를 발휘하는데 필요하나, 취성을 피하기 위해 1 중량 % 보다 크지 않은 것이 바람직하다.
Cr 은 쉽게 C 와 결합하여 M7C3계 탄화물을 형성하며, 내마모성과 스폴링 저항을 확보하기 위하여 필수적인 원소이다. 만약 Cr 함량이 너무 작으면 충분한 내마모성과 스폴링 저항이 확보되지 못하나, 만약 Cr 함량이 지나치게 크면 조대 탄화물의 망(network)이 발달하는 경향이 있고 그에 따라 인성을 저하시킨다. Cr 함량으로 적당한 범위는 4 중량 % 부터 10 중량 % 까지 이다.
Mo 는 경질의 탄화물을 얻게 하는 원소이며, 고온에서 뜨임 열처리를 할 때의 이차 경화에 주된 기여를 하는 원소이다. 만약 Mo 함량이 2 중량 % 보다 작으면 탄화물 석출이 충분하지 못하게 된다. 그러나, 만약 Mo 함량이 8 중량 %를 초과하면 탄화물이 망상이나 조대하게 된다. Mo 함량의 적당한 범위는 그러므로 2 중량 % 부터 8 중량 % 까지가 되도록 결정되었다. 적어도 2 중량 % 는 스폴링을 방지하고 내마모성을 확보하는데 또한 필요하다. 내마모성을 더욱 확보하기 위하여 Mo 함량은 더 바람직하게는 최소 3 중량 % 인 것이 바람직하다. 특히 바람직한 Mo 함량 범위는 4 중량 % 부터 6 중량 % 까지 이다.
V 는 매우 높은 경도를 가지는 MC 탄화물을 형성하기 때문에 내마모성과 스폴링 저항에 가장 크게 영향을 미치는 원소이다. 만약 V 함량이 0.5 중량 % 보다 적으면 그것의 효과는 감소될 것이고, 만약 V 함량이 5 중량 %를 초과하면 연삭성(grinding property)이 저해될 것이다. 그러므로 V 함량의 범위는 0.5 중량 % 로부터 5 중량 % 까지로 결정되었다. 롤 외층 표면에 광휘성(photoluminescence)이 요구되는 때는, 연삭성의 관점에서 V 함량은 최대 2 중량 % 까지로 억제되는 것이 바람직하다.
Ni 은 담금질 성질을 향상시키는 효과가 있다. 직경이 큰 롤을 위해 그리고 높은 경도를 갖는 심도를 요구하는 다른 경우들을 위해, 경도 심도(hardness depth)를 위해 요구되는 만큼 Ni 이 첨가될 수 있다. 그러나, 만약 Ni 함량이 5 중량 %를 초과하면 잔류 오스테나이트가 과잉되어 HS 90 이상의 높은 경도를 얻는 것을 불가능하게 한다. 그러므로 Ni 함량의 상한은 5 중량 % 이다.
W 는 탄화물을 조대하게 하며, 따라서 본 발명에서는 W 의 첨가는 회피되어야 한다.
Si 및 Mn 은 탈산제일 뿐 아니라 용융 금속의 유동성을 향상시킨다는 점에서 필수적인 원소들이며, 그들은 고속도강을 위해 일반적으로 사용되는 양만큼 포함될 수 있다. 그러한 양은 본 발명의 효과에 하등의 악영향을 미치지 않을 것이나, 적당한 범위는 상기한 바와 같이 0.3 중량 % 내지 1.0 중량 % 이다.
본 발명에 따른 롤 외층의 성분계(component system)는, 종래의 롤에 비해 내마모성을 향상시키기 위하여, 높은 C 함량과 높은 합금화 정도를 갖도록 설계된 합금이며, 따라서 응고 속도가 낮은 경우에는 탄화물이 조대해져 담금질 중에 균열이 생기게 될 수 있다. 복합 구조는 높은 응고 속도를 확보하기 위한 유효한 수단이다. 복합 롤을 제조하는 수단으로서 특히 높은 응고 속도가 달성될 수 있는 하나의 바람직한 방법은 일본 특허 공고공보 44-4903호에 개시된 클래딩을 위한 연속 주입 공정이다. 상기 클래딩을 위한 연속 주입 공정은 외층을 형성하기 위하여 강 심재(steel core material)와 그 주위에 설치된 환상(annular) 냉각 프레임 사이의 공극에 용융 금속을 넣는 동안 용융 금속을 가열 코일로 가열하는 방법이며, 작은 응고 용적이 높은 응고 속도를 확보한다는 것에 특징이 있다.
우수한 내마모성을 확보하고 열처리하는 동안 담금질 균열을 회피하기 위해서, 응고 조직에서의 결정립경은 150 ㎛ 보다 크지 않은 것이 바람직하다. 이는 단조 공정이 생략되도록 허용하는데 왜냐하면 정출(晶出)하는 탄화물(crystallizing carbides)도 또한 매우 미세하기 때문이다. 덧붙여 말하면, 여기서 언급된 결정립경은 응고시의 결정립경이고, 그것은 탄화물에 의해 둘러싸인 영역들을 포함한다. 결정립경의 정의가 도 1b에 보여진다. 클래딩을 위한 연속 주입 공정에 의해 달성될 수 있는 응고 속도는 물론 한계가 있고, 그 속도에서 얻어지는 최대 결정립경은 30 ㎛이다. 그러나, 열처리시의 담금질 균열을 피하기 위하여 결정립경 및 탄화물 크기는 더욱 작게 되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 고 내마모성의 냉연용 복합 워크 롤은 또한 외층 결정 구조가 종래의 냉연용 워크 롤의 결정 구조와 크게 다르다는 점에 특징이 있다. 이는 망상 M6C 계 공정 탄화물의 존재로 인해 나타나는 결과이다. 탄화물 함량이 크면 더 양호한 내마모성과 녹아붙음 저항(seizure resistance)을 갖게된다는 것은 이미 공지되어 있다. 그러나, 망상 공정 탄화물이 있는 상태에서의 담금질시 발생하는 담금질 균열에 대한 저항을 확보하는 관점에서, 단조시에 망상 공정 탄화물의 정출을 방지하기 위하여 C 함량이나 합금량을 제한하거나 단조에 의한 탄화물을 분리(segmentation) 또는 미세화하는 대책들을 채용하는 것이 보통이었다.
본 발명의 다른 특징은 낮은 잔류 응력에 기인하는 향상된 스폴링 저항이다. 종래의 일렉트로 슬래그 용해법에 의해 제조되는 거의 모든 냉연용 워크 롤은 일체식 구조(integral structure)를 갖고 있다. 일렉트로 슬래그 용해법을 사용하여 복합 롤을 생산하기 위한 시도가 행해져 왔는데 거기에서는 적어도 0.8 중량 % 의 C 와 적어도 3 중량 % 의 Cr 을 포함하는, 외층과 거의 동일한 성분계를 갖는 고 강도의 재료가 심재로 적용된다. 그러한 높은 항복 강도를 갖는 재료를 심재로 적용하는 것은 높은 잔류 응력을 낳는다.
그러므로, 본 발명에 따르면 클래딩을 위한 연속 주입 공정으로, C: 0.3 - 0.7 중량 % 와 Cr: 0.5 - 3.0 중량 % 및 Mo: 0.1 - 2.0 중량 %의 조성을 갖는 저 항복 강도의 저합금강인 롤 심재 주위에, 롤 외층이 형성된다. 심재의 C 함량은 0.7 중량 % 보다 크지 않은 것이 바람직하다. 45 kgf/㎟의 잔류 응력을 얻기 위하여 심재의 C 함량은 0.5 중량 % 보다 크지 않도록 제한되는 것이 더욱 바람직하다. 그러나, 적어도 30 kgf/㎟의 강도가 롤 심재에 요망되므로 C 함량이 0.3 중량 % 아래인 것은 바람직하지 않다.
도 4 는 본 발명에 따른 클래딩을 위한 연속 주입 공정을 설명하는 도이다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 수냉 주형(6)이 수직으로 서있는 심재(1)의 주위에 설치되고, 외층(2)을 형성하기 위한 용융 금속(8)이 가열 코일(5)로 가열되면서 공극 내로 넣어지고, 상기 심재(1)는 심재 상에 점진적으로 석출되면서 응고가 진행될 때 연속적인 방식으로 아래로 당겨지면서, 그에 의해 클래딩되면서 복합 롤을 형성한다. 참조번호 3 은 예열 코일이고, 4 는 내화 프레임(refractory frame)이며, 6 은 수냉 주형이고, 7 은 노즐이다.
클래딩 후, 복합 워크 롤은 즉시 풀림(annealing)과 조가공(rough machining) 및 뜨임(tempering) 열처리를 거치며, 그 다음 점진 유도 가열 및 물 담금질이 행해지고 그 후 500 - 600℃ 에서의 뜨임이 행해져, 잔류 압축 응력이 60 kgf/㎟ 보다 크지 않은 롤 표면을 갖는 롤이 만들어진다. 본 발명에 따르면 외층의 성분들을 제한하는 것에 의하여 500 - 600℃ 에서의 고온 뜨임을 수행하는 것이 가능하게 된다. 만약 뜨임 온도가 500℃ 아래이면 이차 경화가 이루어질 수 없어, 90 이상의 쇼어 경도를 확보하는 것이 불가능하게 된다. 한편, 만약 뜨임 온도가 600℃ 보다 높은 경우에는 경도가 급격히 감소된다. 92 이상의 쇼어 경도를 확보하기 위해서, 뜨임 온도는 500 - 540℃ 의 범위에 있는 것이 바람직하다.
실시예 1
아래에서는 높은 내마모성을 갖는 냉연용 복합 워크 롤의 한 실시예를 보인다. 표본 강괴 재료가 표 1 에 보여진 성분계에 따라 마련되었고, 노말리제이션 후에, ψ40 mm × 100 mm 의 시편이 각 표본 재료로부터 절단되어 담금질과 뜨임이 행해졌다. 서로 다른 입경의 표본들을 만들기 위하여 응고 속도를 변화시키기 위해 강괴의 제작시 모래 주형(sand mold)의 두께가 조절된다. 비교예 1 및 2 는 C 함량 및 합금량이 본 발명의 성분 범위를 초과하는 경우들이고, 비교예 3 은 결정립경이 본 발명에 따른 경절립경을 넘어서 조대한 경우이다. 종래 기술 재료 1 및 2 는 실제 워크 롤에서 채취된 표본 재료들이다. 종래 기술 재료 1 및 2 는 일렉트로 슬래그 용해법에 의해 마련되었는데, 종래 기술 재료 1 은 5 중량 % 의 Cr을 함유하는 단조강이고, 종래 기술 재료 2 는 반고속도 강도 단조강이다. 종래 기술 재료 1 은 M6C 공정 탄화물의 정출이 일어나지 않은 성분계였다.
특성을 평가하기 위하여 열충격 시험과 냉간 마모 시험이 행해졌다. 열충격 시험은 소정의 온도에서 30 분간 가열한 다음, 담금질을 위해 즉시 물에 담근 후, 임의의 생성된 균열이 존재하는지를 살펴보면서, 균열이 생성되지 않는 최대 온도를 결정하는 것에 의해 수행된다. 상기 냉간 마모 시험은 HS 90 이상의 경도를 확보하기 위하여 900-1200℃ 에서의 오스테나이트화 및 100-600℃에서의 뜨임 후에 표본의 담금질 후 니시하라식(Nishihara-model) 마모 시험기를 사용하여 행해졌다.
평가의 결과들이 표 1 및 도 2 에 보여진다. 본 발명에 따른 성분 및 결정립경 범위에서는, C 함량이 높을수록 그리고 합금화의 정도가 더 클수록 본 발명의 모든 표본들에게 종래 기술 재료들에 비하여 더 우수한 내마모성이 부여됨을 알 수 있다. 본 발명 재료에서의 더 높은 C 함량과 더 높은 합금화에 불구하고, 그것들은 종래 기술 재료에 필적하는 열충격 특성을 가지며, 단조가 없이도 격렬한 열처리에 견딜 수 있었다. 그러나, 비교예 1 및 2 와 같은 과도한 C 함량 내지 합금화에서는, 탄화물이 더 조대해졌고 그리하여 내열충격성을 격감시키고 담금질시 담금질 균열이 가능하게 되는 결과를 낳는다. 비교예 3 에서는 더 조대한 구조에서 내열충격성이 더 낮은 것이 보여진다.
실시예 2
다음은 높은 내마모성을 갖는 냉연용 복합 워크 롤의 다른 실시예이다. 본 발명의 실시예로서, 표 2 에 보여진 성분들로 만들어지는 외층 재료가 클래딩을 위한 연속 주입 공정에 의하여 SCM440의 심재 주위에 석출되어(was deposited) 몸체 직경 ψ450 mm 이고 몸체 길이 1500 mm 인 냉연용 복합 워크 롤 표본을 만들게 된다.
이 실시예는 저주파 점진 유도 가열 및 물 담금질을 포함하나, 단조 공정은 제외되었다. 담금질 온도 범위는 900-1200℃ 였고, 뜨임은 100-600℃ 의 온도 범위에서 두 번 수행되었다.
본 실시예의 롤 외층들은 종래 롤 재료 보다 높은 C 함량 및 높은 합금화도를 갖는 성분 설계들을 가지나, 모두 심한 열처리 하에서조차도 균열 손상(cracking damage)이 없이 높은 경도를 유지한다. 도 3 은 얻어진 롤들에 대한 경도 분포를 보인다. 도 3 에 보여진 실시예 9 의 결과들은 Ni 의 첨가가 경도 심도를 향상시키는데 효과적임을 보인다.
본 발명의 실시예들에 따른 이러한 롤들이 실제 냉간 압연에 사용될 때, 그들은 5 중량 % 의 Cr을 함유하는 종래 기술의 롤에 비해 3 배 이상의 수명을 가지며, 반고속도 단조강 롤에 비해 2 배 이상의 수명을 가져, 롤의 교체 빈도가 현저히 감소된다.
실시예 3
다음은 높은 스폴링 저항을 갖는 냉연용 복합 워크 롤의 한 실시예이다. 본 발명의 실시예로서, 표 3 에 보인 성분을 갖는 압연 환봉(rolled round bar)이 심재로 사용되었고, 표 3 에 보인 성분들을 갖는 외층 재료가 클래딩을 위한 연속 주입 방법에 의하여 그 주위에 석출되어 몸체 직경 ψ550 mm 이고 몸체 길이 1500 mm 이며 전체 길이 3500 mm 인 냉연용 복합 워크 롤이 마련되었다. 비교예 4 에서는 고합금강이 심재로 사용되었고 본 발명의 범위 밖의 외층 성분 범위가 비교예 5를 위해 사용되었으나, 둘 다 동일하게 클래딩을 위한 연속 주입 공정에 의해 마련되었다. 각각에 대한 외층 및 심재 성분들이 표 3 에 보여진다.
클래딩 후에는, 각 표본은 풀림과 조가공을 거치고 그 다음 탄화물 분리(segmentation)를 위해 뜨임 처리된다. 그 다음에는 점진 유도 가열 및 물 담금질에 의해 담금질이 행해졌다. 상기 담금질은 950-1100℃의 표면 온도에서 수행되었고, 뜨임은 500-540℃에서 3 회 수행되었다.
본 발명의 실시예들 및 비교예들에 대한 단면 경도 분포가 도 5 에 보여지고, 본 발명의 실시예들 및 비교예들에 대한 잔류 응력 분포가 도 6 에 보여진다. 도 5 에 도시된 바와 같이, 90 이상의 쇼어 경도는 본 발명의 실시예 10 에서 표면으로부터 50 mm 심도(깊이)까지 얻어졌고, 한편 잔류 응력은 종래 기술의 잔류 응력 보다 훨씬 낮은 수준인 43.8 kgf/㎟ 로서 스폴링에 대한 저항을 제공할 것으로 기대되었다. 고합금강을 심재로 채용한 비교예 5 에서는 잔류 응력이 68.0 kgf/㎟ 로서 종래의 일체식 롤의 잔류 응력과 동일했다. 또한, 외층의 Mo 함량이 본 발명의 범위 밖인 비교예 5에서 500℃ 너머의 고온 뜨임을 적용할 때, 이차 경화 효과가 얻어지지 않았고, 90 이상의 쇼어 경도가 얻어질 수 없었다.
조성(중량 %) 내열충격온도(℃) 마모량상대비 결정립경(㎛) 탄화물면적율(%) 단조
C Si Mn Cr Mo V Ni
본 발명 실시예 1 1.0 0.8 0.6 4.2 6.1 0.5 - 750 27 85 5.3 -
2 1.2 0.8 0.5 9.0 4.5 2.0 - 750 24 87 8.2 -
3 1.5 0.6 0.5 4.5 3.0 4.3 - 700 10 60 7.4 -
4 1.4 0.6 0.5 4.0 8.0 1.5 - 700 20 128 7.1 -
5 1.1 0.8 0.7 5.2 4.8 1.1 2.0 750 25 108 5.9 -
6 0.94 0.7 0.5 5.5 4.2 1.1 - 750 28 92 3.2 -
비교예 1 1.6 0.6 0.5 11.7 7.0 1.5 - 700 20 90 7.1 -
2 1.5 0.6 0.8 9.4 8.3 2.4 - 600 24 105 10.4 -
3 1.4 0.8 0.4 6.2 7.3 2.7 - 550 20 170 8.3 -
종래 기술 재료 1 0.85 0.7 0.3 4.9 0.4 - - 700 100 - 2.0 예
2 0.88 0.9 0.8 4.8 1.8 1.0 - 700 37 300 3.2 예
조성(중량 %) 결정립경 탄화물면적율
C Si Mn Cr Mo V Ni (㎛) (%)
본발명실시예 7 1.1 0.6 0.6 5.0 4.0 1.2 - 87 6.4
본발명 실시예 8 1.2 0.7 0.4 7.0 4.2 1.1 - 82 6.9
본발명 실시예 9 1.2 0.7 0.4 5.5 6.0 1.0 3.0 87 6.4
C Si Mn Cr Mo V
본발명실시예10 외층재료 1.10 0.60 0.54 4.80 4.52 2.0
심재 0.43 0.29 0.83 1.13 0.23 -
비교예4 외층재료 1.12 0.62 0.51 4.82 6.20 1.0
심재 0.94 0.66 0.70 3.05 0.20 -
비교예5 외층재료 1.10 0.5 0.53 4.67 1.74 2.1
심재 0.43 0.28 0.84 1.14 0.23 -
본 발명에 따르면 매우 우수한 내마모성을 갖는 냉연용 워크 롤을 제공하는 것이 가능하고, 롤 교체 빈도의 감소와 더 큰 압연 효율을 얻는 것이 가능하다.
본 발명은 또한 내마모성이 감소되지 않으면서도 낮은 잔류 응력과 매우 우수한 스폴링 저항을 갖는 냉연용 워크 롤을 제공하여, 내부적 결함이나 롤 표면 균열로부터 발생되는 스폴링에 대한 저항을 얻는 것이 가능하다.

Claims (7)

  1. 냉연용 복합 워크 롤의 심재 주위에 형성되는 것으로,
    C: 0.9-1.5 중량 %,
    Si: 0.3-1.0 중량 %,
    Mn: 0.3-1.0 중량 %,
    Cr: 4.0-10.0 중량 %,
    Mo: 2.0-8.0 중량 %,
    V: 0.5-5.0 중량 %
    를 포함하고 그 나머지는 Fe 와 불가피한 불순물인 냉간 압연용 복합 워크 롤 외층.
  2. 심재의 주위에 형성된 외층을 구비하며, 높은 내마모성을 갖는 것을 특징으로 하는 냉연용 복합 워크 롤로서, 상기 외층은
    C: 0.9-1.5 중량 %,
    Si: 0.3-1.0 중량 %,
    Mn: 0.3-1.0 중량 %,
    Cr: 4.0-10.0 중량 %,
    Mo: 2.0-8.0 중량 %,
    V: 0.5-5.0 중량 %
    를 포함하고 그 나머지는 Fe 와 불가피한 불순물이며, 상기 외층은 주강이나 단조강으로부터 만들어진 상기 심재의 주위에 클래딩을 위한 연속 주입 방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 냉간 압연용 복합 워크 롤.
  3. 심재의 주위에 형성된 외층을 구비하며, 높은 스폴링 저항을 갖는 것을 특징으로 하는 냉연용 복합 워크 롤로서,
    상기 외층은 클래딩을 위한 연속 주입 방법에 의하여 상기 심재의 주위에 형성되고,
    상기 심재는
    적어도 0.3-0.7 중량 % 의 C, 0.5-3.0 중량 % 의 Cr, 그리고 0.1-2.0 중량 % 의 Mo 를 포함하는 저합금강이며,
    상기 외층은
    C: 0.9-1.5 중량 %,
    Si: 0.3-1.0 중량 %,
    Mn: 0.3-1.0 중량 %,
    Cr: 4.0-10.0 중량 %,
    Mo: 2.0-8.0 중량 %,
    V: 0.5-5.0 중량 %
    를 포함하고 그 나머지는 Fe 와 불가피한 불순물이며,
    상기 외층의 표면부는 60 kgf/㎟ 이하의 압축 잔류 응력과 HS 90 이상의 쇼어 경도를 갖는 냉간 압연용 복합 워크 롤.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외층은 5 중량 % 이하의 Ni를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 압연용 복합 워크 롤.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외층은 M6C 계 망상 공정 탄화물과, 입상 MC 탄화물과, 뜨임된 마르텐사이트와, 잔류 오스테나이트를 포함하고, HS 90 이상의 쇼어 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 냉간 압연용 복합 워크 롤.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 망상 공정 탄화물의 면적율은 적어도 3 % 인 것을 특징으로 하는 냉간 압연용 복합 워크 롤.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외층의 결정립경은 150 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 냉간 압연용 복합 워크 롤.
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