KR20010056334A - 공형가공이 용이한 텅스텐카바이드롤 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공형가공이 용이한 텅스텐카바이드롤 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 주원료의 함량을 80∼90 중량％, 부원료를 10∼20 중량％로 혼합하여 텅스텐카바이드롤 제조공정인 냉간등방압축, 성형, 예비소결, 공형황삭가공, 소결, 열간등방압축, 가공, 검사의 순서로 제조하되, 이때 예비소결은 500℃에서 30시간 동안 실시하고, 예비소결 후 경도가 낮은 상태에서 공형황삭가공을 실시하여서 이루어진다.

이에 따라, 본 발명은 롤 사용할 때 가공부하가 해소되어 공형가공이 매우 용이하게 된다.

Description

공형가공이 용이한 텅스텐카바이드롤 제조방법{EASILY CALIBER GRINDING TUNGSTEN CARBIDE ROLL MANUFACTURING}

본 발명은 선재공장에서 사용되는 압연롤인 텅스텐카바이드(초경)롤 제작공정중에 미리 공형(GROOVE) 황삭(荒削)가공을 실시하여 선재공장 사용할 때 공형가공에 따른 부하를 경감시킨 공형가공(CALIBER)이 용이한 텅스텐카바이드롤 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 텅스텐카바이드롤은 텅스텐화합물, 코발트, 크롬, 니켈 등으로 이루어진 내마모성이 우수한 재질로, 주로 압연롤, 가이드롤, 바이트 등 각종 기계부품에 널리 사용되고 있다.

이러한 텅스텐카바이드롤은 냉간등방압축, 성형, 소결, 열간등방압축, 가공, 검사 과정을 거쳐 제조되며, 제철소에서는 주로 선재, 봉강, 철근공장의 사상압연롤로 사용되고 있다.

그런데, 이와 같은 텅스텐카아비드롤은 경도(HRA82∼88)가 매우 높기 때문에 가공시간이 과다하게 소요되고, 일반 바이트(BITE)로 선반가공이 곤란하여 다이아몬드휠로 연마해야 하므로 신롤 입고후(통상 선재롤은 평롤 입고후 현장에서 공형가공함) 현장에서 공형가공시 상당한 부하가 발생된다.

즉, 롤 제작사에서 공형가공후 입고하게 되면 막대한 비용이 소요되므로 통상 평롤을 입고한 후 제철소 내에서 공형가공하고 있는 바, 이에 따른 가공작업의 곤란성은 물론 검수에 따른 시간상의 손실 및 경도가 매우 높기 때문에 소요되는 가공공구의 증가 등 복잡한 문제들을 내포하고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 텅스텐카바이드롤 제조공정중 경도가 낮은 단계에서 미리 예측 공형가공한 후 최종적으로 정밀 보완가공하여 가공부하의 경감은 물론 공형가공에 따른 부수 작업시간의 단축, 가공공구의 절감 등을 꾀할 수 있도록 한 공형가공이 용이한 텅스텐카바이드롤 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 텅스텐카바이드롤 제조공정을 도시한 공정도,

도 2는 본 발명과 기존의 방법에 따른 텅스텐카바이드롤의 가공시간 비교예를 도시한 표.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

S1∼S7 : 텅스텐카바이드롤 제조공정.

상기한 본 발명의 목적은 원료인 80∼90 중량％의 텅스텐카바이드와, 부원료인 10∼20 중량％의 코발트, 니켈, 크롬 등으로 이루어진 바인더를 혼합하는 과정과; 상기 과정 후 냉간등방압축하고 성형하여 성형체를 제조하는 과정과; 상기 과정 후 480∼520℃의 온도속에서 28∼32시간 동안 예비소결 처리하는 과정과; 상기 예비소결 과정 후 제조된 롤에 거친공형을 가공하는 공형황삭과정을 거쳐 재 소결하는 과정과; 상기 과정 후 소결된 롤의 내부에 형성된 기공을 제거하는 열간등방압축과정을 거쳐 공형을 정밀가공하고 검사하도록 하는 과정을 포함하여 이루어짐에 의해 달성된다.

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 공형가공이 용이한 텅스텐카바이드롤의 제조공정을 도시한 개략적인 공정도이다.

도 1을 참조하면, 원료인 텅스텐카바이드와 부원료인 바인더(BINDER)는 적정함량 비율을 갖고 서로 혼합되는 과정을 거친다(S1).

적정함량은 80∼90 중량％의 텅스텐카바이드와; 코발트, 니켈, 크롬 등으로 이루어진 10∼20 중량％의 바인더가 적절히 혼합되도록 하여 줌이 바람직하다.

왜냐하면, 원료인 텅스텐카바이드의 함량이 80％ 이하일 경우에는 낮은 마모저항을 가지며, 90％ 이상일 때에는 열충격으로 인한 크랙 발생으로 수명이 단축되기 때문이다.

상기 과정을 거쳐 혼합된 성분은 냉간상태에서 압축되고 성형되어 성형체로 제조되는 과정을 거친다(S2)(S3).

그런 후에, 예비소결 과정을 거치게 된다(S4).

예비소결 과정은 냉간압축된 롤을 가공하는데 필요한 경도를 확보하기 위해 일정온도로 가열하여 경도를 향상시킴으로써 가공이 용이토록 하는 역할을 한다.

특히, 후술할 공형황삭 가공전에 미리 예비소결을 실시함으로써 가공시 쪽떨어짐(SPALLING), 크랙, 파손 등의 문제를 방지하게 된다.

이러한 예비소결시 가장 중요한 요소중의 하나는 소결온도 조건인 바, 약 480∼520℃ 정도에서 소결함이 바람직하다.

왜냐하면, 이 온도범위에서 성형체의 상태가 가장 양호하기 때문인데, 만약 550℃ 이상이 되면 가공부하가 발생되고, 450℃ 이하가 되면 성형체가 변형되거나 파손되기 때문이다.

또한, 소결 처리시간도 매우 중요한 요소인 바, 약 28∼32 시간 정도 소결처리함이 바람직하다.

이는, 원료 혼합과정에서 결합력을 향상시키기 위해 추가된 왁스의 연소시간이 약 20여시간 정도되기 때문이다.

만약, 소결 시간을 25시간 이하로 하게 되면 충분한 예비소결이 안되어 가공시 트러블이 발생되고, 35시간 이상으로 하게 되면 과다 가열로 인해 경도가 향상되어 가공이 용이치 못하게 되기 때문이다.

아울러, 상기 예비소결 과정에서는 첨가물인 왁스만 연소되기 때문에 성분 및 조직에 특별한 변화가 없으며, 실제로 예비소결을 실시하여 공형황삭가공한 롤과 기존롤의 조직사진을 비교한 결과 양자간에 차이가 전혀 없음을 확인할 수 있었다.

상기 예비소결 과정을 거친 후 예비소결된 롤에 공형을 가공하는 공형황삭가공을 수행하며, 재 소결을 거쳐 소결된 롤 내부의 포로시티(POROSITY:기공)를 제거하기 위한 열간등방압축을 실시한다(S5)(S6)(S7).

여기에서, 공형가공시 생성된 부산물인 칩은 회수하여 재활용하도록 한다.

그런 후에 가공과정을 거쳐 정확하게 공형가공되었는지를 검사하게 된다(S8)(S9).

하기한 실시예들은 표 1에 도시한 기준 처리조건하에서 예비소결과정의 유무에 따른 롤의 조직, 기계적성질, 크랙, 가공성 등을 테스트하였다.

기준 처리조건
물성분	예비소결조건	공형가공	비고
	온도			시간
원료+바인더(설정치)	500	30	바이트로공형80％황삭	기타조건은기존과동일

상기와 같이, 텅스텐카바이드의 함량은 중량기준으로 80∼90％로 하고, 바인더의 함량은 10∼20％로 하였으며, 냉간등방압축후 예비소결을 실시하여 공형을 황삭가공한 후 텅스텐카바이드롤을 제작하였다.

[실시예 1]

비교예 번호	처리조건	비고
비교예1	예비소결미실시	-	자체경도 부족으로 롤 파손
비교예2	예비소결유	소결온도	450	경도부족으로 스폴링 및 취급흠 발생
비교예3	예비소결유		500	가공용이(가공시간 80％단축)
비교예4	예비소결유		550	경도증가로 가공시간 과다소요
비교예5	예비소결유	소결시간	25	경도 부족으로 롤 파손
비교예6	예비소결유		30	가공용이
비교예7	예비소결유		35	고경도로 가공시간 과다소요

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 비교예1은 예비소결처리를 하지 않고 냉간등방압축 후 곧바로 가공을 실시하였던 바, 가공 및 취급시 경도부족으로 롤 파손현상이 생김을 알 수 있었다.

예비소결온도를 450℃로 한 비교예2의 경우에는 적정 경도부족으로 가공실 스폴링(쪽떨어짐) 및 취급흠이 발생한 반면에, 비교예3의 경우에는 가장 적절한 경도로 가공성이 용이하고 가공시간도 단축됨을 알 수 있었다.

예비소결시간의 경우에는 비교예5의 경우 경도 부족으로 롤이 파손되어 가공이 불가능한 반면에 비교예6의 경우에는 적정한 경도로 가공이 매우 용이함을 알 수 있었다.

이러한 실험사실을 바탕으로 예비소결은 반드시 필요하며 적정온도 및 적정시간동안 예비소결하여야 가장 가공하기에 용이한 적합한 경도를 갖는 롤을 제조할 수 있음을 알 수 있었다.

[실시예 2]

도 2의 도시와 같이, 본 발명에 따라 예비소결후 공형황삭가공한 경우와 황삭가공을 하지 않은 기존의 경우를 대비하여 본 결과, 본 발명의 경우 동일 경도 및 항절력을 갖고도 가공시간면에서 매우 유리함을 알 수 있었다.

이러한 사실은 예비소결시 가장 적합한 소결온도 및 소결시간동안 소결을 진행함으로써 획득된다는 점을 명확히 밝혀준다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 공형가공이 용이한 텅스텐카바이드롤 제조방법은 열간등방압축 전에 적정한 온도 및 시간동안 예비소결을 실시하고 이어 공형황삭가공을 실시함으로써 원활한 공형가공작업을 할 수 있게 된다.

이에 따라, 가공부하의 감소는 물론 가공공구의 절감 및 작업시간의 낭비를 방지하고 작업인원의 절감을 꾀할 수 있게 된다.

Claims (1)

1. 원료인 80∼90 중량％의 텅스텐카바이드와, 부원료인 10∼20 중량％의 코발트, 니켈, 크롬 등으로 이루어진 바인더를 혼합하는 과정(S1)과;

   상기 과정 후 냉간등방압축하고 성형하여 성형체를 제조하는 과정(S2)(S3)과;

   상기 과정 후 480∼520℃의 온도속에서 28∼32시간 동안 예비소결 처리하는 과정(S4)과;

   상기 예비소결 과정 후 제조된 롤에 거친공형을 가공하는 공형황삭과정을 거쳐 재 소결하는 과정(S5)(S6)과;

   상기 과정 후 소결된 롤의 내부에 형성된 기공을 제거하는 열간등방압축과정을 거쳐 공형을 정밀가공하고 검사하도록 하는 과정(S7)(S8)(S9)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공형가공이 용이한 텅스텐카바이드롤 제조방법.