KR20150043446A

KR20150043446A - 열간 압연용 롤 외층재 및 열간 압연용 복합 롤

Info

Publication number: KR20150043446A
Application number: KR1020157006429A
Authority: KR
Inventors: 켄지 이치노; 테츠오 모치다; 히로미츠 시바타
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2015-04-22
Also published as: IN2015DN00773A; WO2014041778A1; TWI510646B; CN104641013B; US20150239026A1; EP2896709A4; EP2896709B1; JP2014055333A; EP2896709A1; TW201420778A; US9573176B2; KR101671228B1; CN104641013A; JP5862526B2

Abstract

내(耐)마모성, 내열 충격성 및, 내표면 거칠어짐성이 모두 우수한, 열간 압연용 롤 외층재 및 열간 압연용 복합 롤을 제공한다.
외층재의 조성을, 질량％로,
C: 2.4∼3.5％, Si: 1.2∼2.4％, Mn: 0.2∼2.0％, Cr: 0.8∼2.1％, Mo: 0.3∼1.1％, Ni: 3.0∼6.0％, V: 1.0∼2.2％, Nb: 0.1∼0.5％, REM: 0.0005∼0.1％, Al: 0.003∼0.05％를 포함하고, 또한 C, Cr, V, Nb, REM, Al 함유량이 Cr＋0.2≤C－(0.24×V＋0.13×Nb)≤3.0, 0.01≤REM/Al≤3.2(여기에서, C, Cr, V, Nb, REM, Al: 각 원소의 함유량(질량％))를 만족하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성으로 한다.

Description

열간 압연용 롤 외층재 및 열간 압연용 복합 롤{OUTER-LAYER MATERIAL FOR HOT-ROLLING ROLL, AND HOT-ROLLING COMPOSITE ROLL}

본 발명은, 열간 압연용 복합 롤(hot rolling mill roll)에 관한 것으로서, 특히, 내마모성(wear resistance), 내열 충격성(heat shock resistance) 및 내표면 거칠어짐성(surface deterioration resistance)이 우수하고, 강판의 열간 압연 마무리 밀(mill)용으로서 적합한 열간 압연용 롤 외층재 및 열간 압연용 복합 롤에 관한 것이다.

최근, 강판이나 강관의 열간 압연 기술의 진보는 눈부시고, 그에 수반하여, 사용되는 열간 압연용 롤의 특성, 특히 내마모성의 향상이 강하게 요구되어 왔다. 이러한 내마모성 향상의 요구에 대하여, 외층 조성(surface layer)을 고속도 공구강(high-speed tool steel) 조성에 유사한 조성으로 하고, 경질인 탄화물을 석출시켜, 내마모성을 현격히 향상시킨 고성능 롤(이하, 하이스계 롤(high-speed steel roll)이라고도 함)이 개발되어 실용화되고 있다.

한편, 강판의 최종 마무리 압연 스탠드에서는 피(被)압연재의 드로잉 압연 사고(cobble)가 발생하기 쉽고, 또한, 롤의 겉표면 모양이 강판에 전사(developed)되기 쉽다. 그 때문에, 흑연을 함유하여 내열 충격성이 우수하고, 비교적 롤 겉표면도 미려한 Ni 그레인 주철(nickel grain cast iron) 롤이 조입되어(installed) 열간 압연이 행해져 왔다. 그러나, 종래의 Ni 그레인 주철 롤은, 내마모성이 뒤떨어지고, 그 때문에 롤 수명이 짧다는 문제가 있었다.

한편, 내마모성이 우수한 하이스계 롤은, 드로잉 사고나 스티킹(sticking)의 발생에 의해 조대한 열충격 균열이 생성되는 등, 내사고성(accident resistance)의 관점에서 문제가 있다. 그 때문에, 드로잉 압연 사고의 발생 빈도가 높은 강판의 열간 압연 최종 마무리 후단(後段) 스탠드에서는, 하이스계 롤을 안정적으로 사용할 수가 없어, 여전히, 다량의 Ni 그레인 주철 롤이 사용되고 있다.

이러한 문제에 대하여, 예를 들면, 특허문헌 1에는, Ni 그레인 주철에 1.0∼5.0중량％의 V를 첨가하여, 내마모성을 향상시킨다고 한 열간 압연용 롤이 제안되고 있다. 또한, 특허문헌 2에는, Ni 그레인 주철에 2.0∼8.0중량％의 V를 첨가하고, 면적률로 0.5∼5％의 흑연에 더하여 0.2∼10％의 MC형 탄화물을 출현시켜 내마모성을 향상시킨다고 한 열간 압연용 롤이 제안되고 있다.

또한, 특허문헌 3에는, 고경도 복합 탄화물과 흑연을 조직 중에 갖는 하이스계 주철재에 있어서, 정출(crystallization)하는 흑연을 미세화함으로써 내마모성과 내표면 거칠어짐성을 양립시킨다고 한 압연용 롤 외층재가 제안되고 있다. 또한, 특허문헌 4에는, Cr, V, Nb의 합계 함유량을 3중량％ 이하로 제한하고, 면적률로 2％ 이상의 흑연을 정출시켜, 표면 거칠어짐의 발생을 억제한 내마모성 열간 압연용 롤이 제안되고 있다.

또한, 특허문헌 5, 특허문헌 6, 특허문헌 7에는, V와 Nb를 복합 첨가하여 MC형 탄화물의 형태를 개선함과 함께 Cr량과 유효 C량을 제어하여, 내마모성, 내스티킹성, 내표면 거칠어짐성 및, 내열 충격성을 향상하는 것이 제안되고 있다. 또한, 특허문헌 8에는, 상기 조성 한정에 더하여, 흑연 조직을 제어함으로써, 내열 충격성을 보다 한층 개선한 열간 압연용 롤 외층재가 제안되고 있다.

일본공개특허공보 평01-287248호 일본공개특허공보 평06-335712호 일본공개특허공보 평11-229072호 일본공개특허공보 2001-181780호 일본공개특허공보 2003-73767호 일본공개특허공보 2003-342669호 일본공개특허공보 2004-162104호 일본공개특허공보 2004-323961호

그러나, 최근에는, 압연 제품의 품질 향상과 효율적 생산의 관점에서, 압연 속도의 증가, 연속 압연량의 증가 등이 실시되어, 열간 압연용 롤의 사용 환경은 점점 과혹화(severe)되고 있다. 게다가 압연 제품의 표면 품질로의 요구는 점점 엄격화되고 있는 것에 대하여, 상기 기재의 종래 기술로는 내마모성, 내열 충격성 및, 내표면 거칠어짐성을 동시에 만족할 수는 없었다.

본 발명은, 상기한 종래 기술의 문제를 유리하게 해결하여, 내마모성, 내열 충격성 및, 내표면 거칠어짐성이 모두 우수한, 열간 압연용 롤 외층재 및 열간 압연용 복합 롤을 제안하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기한 과제를 달성하기 위해, 열간 압연용 롤의 내마모성, 내열 충격성 및, 내표면 거칠어짐성에 영향을 주는 여러 가지의 요인에 대해서 예의 검토했다.

그 결과, Cr, V, 및 Nb를 함유하는 Ni 그레인 주철에 REM과 Al을 복합 첨가한 경우, 그들의 첨가량의 비율에 따라 내마모성, 내열 충격성 및, 내표면 거칠어짐성이 변화하고, 특히 내열 충격성에 미치는 영향이 크다는 중대한 현상을 인식했다.

도 1에 열충격 시험 결과를 나타낸다. 열충격 시험은, REM과 Al 함유량을 변화시켜 용제한(smelt) 링 형상 시험재로부터 25㎜ 두께의 판 형상 시험편을 채취하고, 원판 형상의 상대재(재질: S45C, 크기: 190㎜φ)를 이용하며, 도 3에 나타내는 구성의 시험기로 실시했다. 고주파 가열 코일에 의해 830℃로 가열되고, 150rpm으로 회전하는 원판 형상의 상대재(재질: S45C, 크기: 190㎜φ)를 25㎜ 두께의 판 형상 시험편에 하중 100kgf로 10초간 압접하여, 판 형상 시험편을 급가열하고, 제하(unloading)와 동시에 수냉하여 판 형상 시험편에 열충격을 인가했다. 시험 후, 침투 탐상 시험을 실시하고, 현상액의 스며듬(stain)이 많은 3개소에서 절단하여 단면을 관찰하고 균열의 최대 깊이를 측정하여 균열 깊이로 했다.

도 1에 나타내는 바와 같이, REM과 Al의 질량비 REM/Al이 0.01 미만에서는 열충격 균열 깊이가 크고, REM/Al이 0.01∼3.2인 범위에서 열충격 균열 깊이는 2.5㎜ 이하로 작고, REM/Al이 3.2 초과가 되면 열충격 균열 깊이가 증대된다는 인식을 얻었다.

또한, V, Nb와 결합한 나머지의 C량인 유효 C량(＝C－(0.24×V＋0.13×Nb))이 (Cr＋0.2)％ 이상이 아니면 출현하는 흑연량이 부족하여 내열 충격성이 저하(열충격 균열이 깊어짐)된다. 한편, 3.0％를 초과하면 흑연량이 과잉이 되어 내마모성이 저하되는 것을 발견했다.

본 발명은, 상기한 인식에 기초하여, 추가로 검토를 더하여 완성된 것이다.

즉, 본 발명은

〔1〕 열간 압연용 복합 롤의 외층에 이용되는 롤 외층재로서, 질량％로, C: 2.4∼3.5％, Si: 1.2∼2.4％, Mn: 0.2∼2.0％, Cr: 0.8∼2.1％, Mo: 0.3∼1.1％, Ni: 3.0∼6.0％, V: 1.0∼2.2％, Nb: 0.1∼0.5％, REM: 0.0005∼0.1％, Al: 0.003∼0.05％를 포함하고, 또한 C, Cr, V, Nb, REM, Al 함유량이 하기 (1) 및 (2)식을 만족하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 열간 압연용 롤 외층재.

기

Cr＋0.2≤C－(0.24×V＋0.13×Nb)≤3.0…(1)

0.01≤REM/Al≤3.2…………(2)

여기에서, C, Cr, V, Nb, REM, Al: 각 원소의 함유량(질량％)

〔2〕 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, B: 0.001∼0.05％를 포함하는 것을 특징으로 하는 〔1〕에 기재된 열간 압연용 롤 외층재.

〔3〕 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, Ca: 0.04％ 이하, Ti: 0.03％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 포함하는 것을 특징으로 하는 〔1〕또는 〔2〕에 기재된 열간 압연용 롤 외층재.

〔4〕 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로 Co: 2.0％ 이하, W: 2.0％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 포함하는 것을 특징으로 하는 〔1〕 내지 〔3〕 중 어느 하나에 기재된 열간 압연용 롤 외층재.

〔5〕 외층과 내층이 용착 일체화되어 이루어지는 열간 압연용 복합 롤로서, 상기 외층이 질량％로, C: 2.4∼3.5％, Si: 1.2∼2.4％, Mn: 0.2∼2.0％, Cr: 0.8∼2.1％, Mo: 0.3∼1.1％, Ni: 3.0∼6.0％, V: 1.0∼2.2％, Nb: 0.1∼0.5％, REM: 0.0005∼0.1％, Al: 0.003∼0.05％를 포함하고, 또한 C, Cr, V, Nb, REM, Al 함유량이 하기 (1) 및 (2)식을 만족하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 내마모성, 내열 충격성 및, 내표면 거칠어짐성이 우수한 열간 압연용 복합 롤.

기

Cr＋0.2≤C－(0.24×V＋0.13×Nb)≤3.0…(1)

0.01≤REM/Al≤3.2…………(2)

여기에서, C, Cr, V, Nb, REM, Al: 각 원소의 함유량(질량％).

〔6〕 상기 외층이, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, B: 0.001∼0.05％를 포함하는 것을 특징으로 하는 〔5〕에 기재된 열간 압연용 복합 롤.

〔7〕 상기 외층이, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, Ca: 0.04％ 이하, Ti: 0.03％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 포함하는 것을 특징으로 하는 〔5〕 또는 〔6〕에 기재된 열간 압연용 복합 롤.

〔8〕 상기 외층이, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, Co: 2.0％ 이하, W: 2.0％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 포함하는 것을 특징으로 하는 〔5〕 내지 〔7〕 중 어느 하나에 기재된 열간 압연용 복합 롤.

본 발명에 의하면, 강판의 열간 압연의 후단 압연 스탠드용 롤로서, 우수한 내마모성, 내열 충격성 및, 내표면 거칠어짐성을 겸비한 복합 롤을 염가로 제조할 수 있어, 산업상 현격한 효과를 나타낸다. 또한, 본 발명의 복합 롤은, 강판의 열간 압연에 있어서 드로잉 사고가 다발하는, 후단 압연 스탠드용 롤로서 안정적으로 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 복합 롤은, 우수한 내마모성 및 내표면 거칠어짐성이 요구되는 형강 압연용 롤 또는 강관 압연용 롤로서도 적용할 수 있다.

도 1은 열충격 균열 깊이와 REM/Al의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2는 마모 시험의 개요를 나타내는 개략 설명도이다.
도 3은 열충격 시험의 개략을 나타내는 개략 설명도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

우선, 본 발명의 열간 압연용 복합 롤의 외층(외층재)의 조성 한정 이유에 대해서 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서 조성에 있어서의 질량％는 단순히 ％로 기재한다.

C: 2.4∼3.4％

C는, V, Nb, Cr, Mo와 결합하며, 롤의 내마모성을 향상하기 위한 경질 탄화물 형성에 필수인 원소임과 함께, 흑연을 정출시켜 내열 충격성을 확보하기 위해 필요한 원소로서, 본 발명에서는 2.4％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 3.4％를 초과하여 함유하면 공정 탄화물(eutectic carbide)이 다량으로 출현하여 내열 충격 특성을 열화시킴과 함께, 흑연이 조대화되고, 내표면 거칠어짐성이 저하된다. 이 때문에, C는 2.4∼3.4％의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는, 2.8∼3.3％이다.

Si: 1.2∼2.4％

Si는, C의 활량(activity)을 증가하여 흑연을 정출시키기 쉽게 하는 원소로서, 내열 충격 특성을 향상시키는 효과를 갖는다. 본 발명에서는 이 효과를 얻기 위해 1.2％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 2.4％를 초과하여 함유하면, 롤의 내마모성과 내표면 거칠어짐성이 현저하게 저하된다. 이러한 점에서, Si는 1.2∼2.4％의 범위로 한정했다.

Mn: 0.2∼2.0％

Mn은, 용강 중의 S를 MnS로서 고정하고, 내마모성을 저해하는 S를 무해(harmless), 안정화하기 위해 유효하다. 또한, 퀀칭성(hardenability)을 향상시켜 경도를 증가시킨다는 효과도 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.2％ 이상의 함유가 필요하다. 그러나, 2.0％를 초과하여 함유하면 응고 계면(solidification interface)에 편석하여 재료를 취화(embrittlement)시킨다. 이 때문에, Mn은 0.2∼2.0％의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.3∼1.0％이다.

Cr: 0.8∼2.1％

Cr은, 공정 탄화물을 증량시켜, 경질화시키는 원소로서, 롤 압연시의 탄화물 파괴를 억제하여 내마모성을 향상시키는 효과를 갖는다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.8％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 2.1％를 초과하여 함유하면, 공정탄화물이 증가하여 내표면 거칠어짐성이 저하됨과 함께, 흑연량이 감소하여 내열 충격성도 저하된다. 이 때문에, Cr은 0.8∼2.1％로 한정했다. 또한, 바람직하게는 1.2∼2.0％이다.

Mo: 0.3∼1.1％

Mo는, 공정 탄화물을 과도하게 증량시키는 일 없이, 탄화물이나 기지(matrix)를 강화하는 작용을 갖고, 우수한 내표면 거칠어짐성을 유지하면서 내마모성을 향상시키는 효과를 갖는다. 특히, Nb와 복합하여 함유함으로써, 경질인 MC형 탄화물을 강화하여, 내마모성을 현저하게 향상시키는 중요한 효과를 발휘한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.3％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 1.1％를 초과하여 함유하면, 공정 탄화물이 단단하고 취약해져, 내열 충격성과 내표면 거칠어짐성이 열화된다. 본 발명의 우수한 내열 충격성과 내표면 거칠어짐성을 확보하기 위해, Mo는 0.3∼1.1％로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.4∼1.0％이다.

Ni: 3.0∼7.0％

Ni는, 퀀칭성을 향상하는 효과가 있으며, 기지 조직을 경질인 마르텐사이트또는 베이나이트로 하여, 압연용 롤에 필요한 쇼어 경도(Shore hardness;Hs76∼88)를 확보하기 위해 첨가한다. 이러한 효과는 3.0％ 이상의 함유로 확인된다. 그러나, 7.0％를 초과하여 함유하면, 오스테나이트가 현저하게 안정화되어, 기지 조직에 연질의 잔류 오스테나이트량이 증가하기 때문에, 필요한 경도가 얻어지지 않음과 함께, 내마모성도 저하된다. 이 때문에, Ni는 3.0∼7.0％의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는 3.0∼5.0％이다.

V: 1.2∼2.2％

V는, 경질인 MC형 탄화물을 형성하여, 내마모성을 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 본 발명에서는, 일정 레벨 이상의 내마모성을 얻기 위해, 1.2％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 2.2％를 초과하면, 경질인 MC형 탄화물이 압연면에서 볼록화되어 롤의 표면 거칠어짐이 발생한다. 또한, 내열 충격성이 열화되는 등의 폐해도 발생시킨다. 이 때문에, V는 1.2∼2.2％의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는 1.4∼2.1％이다.

Nb: 0.1∼0.8％

Nb는, MC형 탄화물에 고용(solid solution)하여 탄화물을 강화하는 작용을 갖는 원소이다. 특히, 소정 범위의 Cr, Mo, V와 복합하여 함유함으로써, 탄화물을 현저하게 강화하여 내마모성을 현저하게 향상시키는 중요한 효과를 갖고 있다. 또한, V만의 함유로는 MC형 탄화물이 깃털 형상(feathery)으로 성장하여 조직이 조대화되어, 롤의 표면 거칠어짐을 유인한다. 그러나, Nb와 V를 복합하여 함유함으로써, MC형 탄화물의 깃털 형상화를 억제할 수 있다. 또한 Al, REM 및/또는 Ti를 복합 첨가함으로써, 탄화물이 미세 분산되어, 표면 거칠어짐이 억제된다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.1％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.8％를 초과하여 함유하면, MC형 탄화물이 덴드라이트 형상(dendritic)으로 조대화되기 때문에, 오히려 표면 거칠어짐이 발생하게 된다. 또한, 원심 주조법(centrifugal casting)으로 제조하면, MC형 탄화물의 편석이 발생한다. 이러한 점에서, Nb는 0.1∼0.8％의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.2∼0.6％이다.

REM: 0.0005∼0.1％

REM은 Al과 특정의 범위에서 함유시킴으로써, 내열 충격성, 내표면 거칠어짐성 및 내마모성을 향상시키는 매우 중요한 원소이다. REM 단체(single substance)에서는 흑연 형상을 둥글게 하여 내마모성을 향상시키는 작용을 갖는다. 또한, REM의 비중은 6∼8로 Fe에 가깝기 때문에 중력 편석을 일으키기 어렵다는 이점도 있다. REM의 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.0005％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.1％를 초과하여 함유하면 상기 특성 향상 효과가 소멸될 뿐만 아니라, 흑연의 정출을 억제하여 내열 충격 특성과 내표면 거칠어짐성을 악화시킨다. 이 때문에, REM은 0.0005∼0.1％의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.001∼0.06％이다. 여기에서, 본 발명에 있어서의 REM이란, 희토류 원소, 레어 어스(rare-earth)(원소 기호: Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu)를 가리키지만, 본 발명에서는 이들 2종 이상의 혼합물(Ce와 La가 주성분)의 미슈 메탈(misch metal)을 첨가하여 이용한다. 또한, REM의 함유량은, 상기한 레어 어스 원소를 각각 추출하는 것은 곤란 혹은 방대한 비용이 들기 때문에, Ce만을 분석하여 그 2배의 값을 이용했다.

Al: 0.003∼0.05％

Al은 REM과 특정의 배합비로 함유시킴으로써, 내열 충격 특성, 내표면 거칠어짐성 및 내마모성을 향상시키는 매우 중요한 원소이다. Al 단체에서는 흑연 형상을 가늘고 길게 연장된 편(片) 형상으로 하여 내열 충격 특성을 향상시키는 작용을 갖는다. Al의 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.003％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.05％를 초과하여 함유하면, 흑연이 조대화되어 내열 충격 특성, 내마모성 및 내표면 거칠어짐성이 열화된다는 중대한 악영향을 미친다. 또한, 주조성이 저하되어 마이크로 수축소(blowhole)나 마이크로 포로시티(micro porosity)를 발생시키게 된다. 이 때문에, Al은 0.003∼0.05％의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.005∼0.050％이다.

B: 0.001∼0.05％

B는, 흑연을 미세 분산하는 작용을 갖고, 특히, REM, Al의 복합 공존하에서 0.001％ 이상 함유시키면, 내열 충격 특성을 향상시키는 효과를 발휘한다. 한편, 0.05％를 초과하여 함유하면, 내열 충격 특성과 내마모성이 현저하게 저하된다. 이 때문에, B는 0.001∼0.05％의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.001∼0.04％이다.

Ti: 0.03％ 이하, Ca: 0.04％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종

Ti, Ca는, 모두, MC형 탄화물을 둥글게 성장시켜, 내표면 거칠어짐성을 향상시키는 작용을 갖는다. 상기 작용은 Ti: 0.03％ 이하 및 Ca: 0.04％ 이하일 때에 유효하게 작용한다. 한편, Ti가 0.03％를 초과하면 흑연 형상이 변화하여 내열 충격성과 내표면 거칠어짐성을 저하시킨다. 또한, 원심 주조법으로 롤 외층을 제조한 경우에 MC형 탄화물의 편석을 촉진한다. 또한, Ca가 0.04％를 초과하면, 내열 충격성이 저하된다. 또한, 원심 주조법으로 롤 외층을 제조한 경우에, 흑연과 MC형 탄화물의 편석을 촉진한다. 바람직하게는 Ti: 0.001∼0.01％, Ca: 0.0002∼0.03％이다.

Co: 2％ 이하, W: 2％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종

Co는, 기지 금속에 고용하여 기지를 강화하는 효과를 갖는다. 그러나, 2％를 초과하여 함유해도 그 효과는 포화되기 때문에, 2％ 이하로 한정했다. 또한, W는, 탄화물을 증량하여 내마모성을 향상하는 효과가 있어, 소량의 함유는 바람직하다. 그러나, 2％를 초과하면 내열 충격성 및 내표면 거칠어짐성이 저하되기 때문에, 2％ 이하로 한정했다. 바람직하게는 Co: 0.1∼1.5％, W: 0.1∼1.5％이다.

또한, 본 발명에서는, 상기한 성분 범위 내로 한 후에, 추가로 다음 (1)∼(2)식

Cr＋0.2≤C－(0.24×V＋0.13×Nb)≤3.0…(1)

0.01≤REM/Al≤3.2…(2)

(여기에서, C, V, Nb, Cr, REM, Al: 각 원소의 함유량(질량％))을 만족하도록 각 성분의 함유량을 조정하는 것이 중요하다. 이에 따라, 우수한 내마모성, 내열 충격성 및, 내표면 거칠어짐성을 겸비한 열간 압연 작업용 롤 외층(외층재)이 된다.

Cr＋0.2≤C－(0.24×V＋0.13×Nb)≤3.0……(1)

유효 C량이 Cr＋0.2 미만에서는, 흑연의 정출이 억제되어 내열 충격성과 내표면 거칠어짐성이 저하된다. 한편, 유효 C량이 3.0％를 초과하면 공정 탄화물과 흑연이 과도하게 증가하여, 내열 충격성과 내표면 거칠어짐성이 저하된다.

0.01≤REM/Al≤3.2…(2)

REM과 Al은, 각각 단독으로 함유시키면 내열 충격성이 저하되거나, 혹은 내마모성이 저하된다는 악영향이 출현한다. 그러나, 공존한 경우에는 서로 악영향을 중화하는 작용이 있어, 복합 첨가할 필요가 있다. REM/Al이 0.01 미만에서는 내표면 거칠어짐성과 내마모성이 저하된다. REM/Al이 3.2를 초과하면 내열 충격성과 내표면 거칠어짐성이 저하된다. 본 발명의 특정 성분계에서는, 0.01≤REM/Al≤3.2로 함으로써, 우수한 내열 충격성, 내표면 거칠어짐성과 내마모성을 겸비한 롤 재료가 얻어진다. 또한, 보다 바람직하게는 0.05∼3.0이다.

본 발명에서는, 롤 외층재의 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 상기한 조성의 용탕(molten steel)을, 원심 주조법으로 소정의 치수 형상의 롤 외층재로 하는 것이 제조 비용의 관점에서 바람직하다. 이 경우, 롤 외층재의 응고 도중 혹은 완전 응고 후에, 주형의 회전을 정지하고 내층재를 정치 주조(static casting)하여, 복합 롤로 하는 것이 바람직하다. 이에 따라 롤 외층재의 내면측이 재용해되어 외층과 내층이 용착 일체화된, 복합 롤이 된다.

정치 주조되는 내층은, 주조성과 기계적 성질이 우수한 구 형상(spheroidal) 흑연 주철이나 웜(worm) 형상 흑연 주철 혹은 흑연강 등을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 외층과 내층의 사이에, 흑연강이나 고탄소강으로 이루어지는 중간층을 형성해도 좋다. 원심 주조법으로 롤을 제조하는 경우, 중간층은, 외층의 원심 주조에 이어서, 추가로 원심 주조하면 좋다.

또한, 이상의 설명은, 주로, 강판의 열간 압연용 롤을 대상으로 설명해 왔다. 그러나, 본 발명은, 강판의 열간 압연용 복합 롤로 한정되는 일은 없고, 캘리버 부착 강관 압연용 복합 롤에 적용해도 하등 문제없는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 강관 압연용의 슬리브 롤(sleeve roll)을 제조하는 경우는, 외층을 원심 주조 후, 구 형상 흑연 주철이나, 고탄소강을 내층재로 하여, 원심 주조하면 좋다.

실시예

표 1에 나타내는 조성을 갖는 용탕을 용해하고, Ca-Si로 0.15％량의 Si 접종 한(inoculation) 후, 원심 주조법에 의해 링 형상 시험재(외경: 250㎜φ, 두께: 80㎜)를 주조했다. 또한, 주입 온도는 1450℃, 원심력은, 중력 배수(multiples of gravity)로 160G로 했다. 주조 후, 시험재에 400∼480℃에서 어닐링 처리를 행했다. 어닐링 후의 경도는, Hs77∼83이었다. 또한, 공지의 Ni 그레인 주철을 종래예로 하고, 430℃에서 어닐링 처리를 하여 Hs78∼80의 경도로 했다.

이들 링 형상 시험재로부터 시험편을 채취하고, 조직 관찰, 마모 시험 및, 열충격 시험을 행했다.

(1) 조직 관찰

링 형상 시험재로부터 조직 관찰용 시험편을 채취하고, 경면(鏡面)까지 연마 후에 흑연 조직을 관찰하고, 또한 질산 알코올 용액으로 부식 후에 탄화물 조직을 관찰했다. 우선, 100배의 광학 현미경으로 흑연의 유무를 관찰하고, 흑연과 탄화물 조직의 편석 상황을 육안으로 조사했다. 육안 판단으로 약 30％ 초과의 조직의 명확한 양적 변화 또는 형상적 변화가 확인된 경우를 편석 "있음", 편석을 동정(identification)할 수 없는 경우를 편석 "없음"으로 했다.

(2) 마모 시험

링 형상 시험재로부터 시험편(크기: 60㎜φ, 10㎜ 두께)을 채취하고, 상대재(재질: S45C, 크기: 190㎜φ, 20㎜ 두께)와 시험편의 2원반 슬라이딩 마모 방식(도 2)으로 마모 시험을 실시했다. 시험편을 회전수 720rpm으로 회전시키면서, 상대재를 830℃로 가열하고, 시험편을 수냉하고, 그 냉각수량을 변화시켜 시험편 표면 온도가 440℃가 되도록 했다. 시험편과 상대재의 슬라이딩률을 8％로 하고, 하중 100kgf(980N)로 압접하면서 160분간 전동(rotated)시켰다. 이 시험에서는 상대재를 40분마다 갱신하여 시험을 행했다. 시험 후, 시험편의 마모 감량(마모량)을 측정했다. 각 시료의 내마모성의 평가는, 각 시료의 마모량을 종래예의 마모량에서 뺀 마모비를 비교함으로써 종래예와의 우열로 행했다.

또한, 시험편 표면의 표면 거칠어짐 상황을 육안으로 관찰하여, 요철 형상의 표면 거칠어짐이 눈에 띈 경우(대체로 15∼20㎛　Rz _JIS 이상(Rz _JIS: 10점 평균 거칠기)에 상당)를 표면 거칠어짐 "있음"으로 하고, 그 이외를 표면 거칠어짐 "없음"으로 했다. 또한, Rz _JIS, Ra는 JIS B 0601-2001에 준거한 값이다.

(3) 열충격 시험

링 형상 시험재로부터 25㎜ 두께의 판 형상 시험편을 채취하고, 원판 형상의 상대재(재질: S45C, 크기: 190㎜φ)를 이용하여, 도 3에 나타내는 구성의 시험기로 실시했다.

고주파 가열 코일에 의해 830℃로 가열되고, 150rpm으로 회전하는 원판 형상의 상대재(재질: S45C, 크기: 190㎜φ)를 25㎜ 두께의 판 형상 시험편에 하중 100kgf로 10초간 압접하여, 판 형상 시험편을 급가열하고, 제하와 동시에 수냉하여 판 형상 시험편에 열충격을 인가했다. 시험 후, 침투 탐상 시험을 실시하고, 현상액의 스며듬이 많은 3개소에서 절단하여 단면을 관찰하고 균열의 최대 깊이를 측정하여 균열 깊이로 하고, 종래예인 NiG와의 비교에 의해 내열 충격성을 평가했다.

얻어진 결과를 표 2에 나타낸다.

본 발명예는, 모두 내마모성이 우수하고, 또한 균열 깊이가 얕고 내열 충격성이 우수함과 함께, 편석, 표면 거칠어짐의 발생도 없어, 매우 우수한 압연용 롤로서의 특성을 갖고 있다.

한편, 본 발명의 범위로부터 벗어나는 비교예는, 내마모성, 내열 충격성 및, 내표면 거칠어짐성 중 적어도 1개 이상이 현저하게 저하되고 있다.

Claims

열간 압연용 복합 롤의 외층에 이용되는 롤 외층재로서, 질량％로,
C: 2.4∼3.5％, Si: 1.2∼2.4％, Mn: 0.2∼2.0％, Cr: 0.8∼2.1％, Mo: 0.3∼1.1％, Ni: 3.0∼6.0％, V: 1.0∼2.2％, Nb: 0.1∼0.5％, REM: 0.0005∼0.1％, Al: 0.003∼0.05％를 포함하고, 또한 C, Cr, V, Nb, REM, Al 함유량이 하기 (1) 및 (2)식을 만족하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 열간 압연용 롤 외층재.
기
Cr＋0.2≤C－(0.24×V＋0.13×Nb)≤3.0…(1)
0.01≤REM/Al≤3.2…………(2)
여기에서, C, Cr, V, Nb, REM, Al: 각 원소의 함유량(질량％)
제1항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, B: 0.001∼0.05％를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 압연용 롤 외층재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, Ca: 0.04％ 이하, Ti: 0.03％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 압연용 롤 외층재.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로 Co: 2.0％ 이하, W: 2.0％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 압연용 롤 외층재.
외층과 내층이 용착 일체화되어 이루어지는 열간 압연용 복합 롤로서, 상기 외층이 질량％로, C: 2.4∼3.5％, Si: 1.2∼2.4％, Mn: 0.2∼2.0％, Cr: 0.8∼2.1％, Mo: 0.3∼1.1％, Ni: 3.0∼6.0％, V: 1.0∼2.2％, Nb: 0.1∼0.5％, REM: 0.0005∼0.1％, Al: 0.003∼0.05％를 포함하고, 또한 C, Cr, V, Nb, REM, Al 함유량이 하기 (1) 및 (2)식을 만족하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 내(耐)마모성, 내열 충격성 및, 내표면 거칠어짐성이 우수한 열간 압연용 복합 롤.
기
Cr＋0.2≤C－(0.24×V＋0.13×Nb)≤3.0…(1)
0.01≤REM/Al≤3.2…………(2)
여기에서, C, Cr, V, Nb, REM, Al: 각 원소의 함유량(질량％)
제5항에 있어서,
상기 외층이, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, B: 0.001∼0.05％를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 압연용 복합 롤.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 외층이, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, Ca: 0.04％ 이하, Ti: 0.03％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 압연용 복합 롤.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 외층이, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, Co: 2.0％ 이하, W: 2.0％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 압연용 복합 롤.