KR20160040202A - 특히 향상된 내용년수를 갖는 절단 공구 및 기계가공 공구 제조용 강판 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개선된 내용년수를 갖는 특히 절단 공구 및 기계가공 공구를 제조하기 위한 강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 주조 공정으로 경화가능한 강의 융체로부터 예비 강판이 제조되고, 다음에 열연 강판으로 압연되고, 다음에 필요에 따라 어닐링 및 냉간 압연된다. 이 예비 강판은 수평식 강판 주조 시스템에서 제조되고, 여기서 융체는 공급 용기로부터 2 개의 편향 롤러 상에서 순환되는 냉각식 컨베이어 벨트 상에 방출되고, 억제된 유동으로 굴곡됨이 없이 6 내지 40 mm의 범위의 예비 강판으로 주조되고, 다음에 적어도 50%의 변형도를 갖는 열연 강판으로 압연되고, 이 예비 강판의 상면 및 저면의 냉각 속도는 강판의 중심의 외측에서의 잔여 응고를 위해 다르게 설정된다.

Description

특히 향상된 내용년수를 갖는 절단 공구 및 기계가공 공구 제조용 강판 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING STRIPS MADE OF STEEL, IN PARTICULAR FOR PRODUCING CUTTING AND MACHINING TOOLS HAVING IMPROVED SERVICE LIFE}
본 발명은 특히 특허 청구항 1의 전제부에 따른 향상된 내용년수를 갖는 절단 공구 및 기계가공 공구 제조용 강판 제조 방법에 관한 것이다.
이러한 절단 공구 및 기계가공 공구는, 예를 들면, 산업적 영역이나 개인적 영역에서 사용되는 칼 블레이드(blade) 또는 톱 블레이드일 수 있다.
절단 공구 및 기계가공 공구를 제조하기 위해 통상적으로 탄소 부화 마르텐사이트계 강으로 제조된 강 시트가 사용되고, 이것은 높은 경도 및 마모 저항을 특징으로 한다. 약 0.4 내지 1.25 질량%의 비교적 높은 탄소 함량에 더하여, 추가적인 경도 증대를 위해 종종 크로뮴이 강에 첨가되고, 여기서 크로뮴은 탄화물 형성제로서 작용한다. 이러한 용도를 위해 공통적인 것은 강-철-재료 데이터 시트에 따라 강 100Cr6가 1.5 질량%의 크로뮴 함량을 가지는 것이다. 또한 강이 스테인리스이어야 하는 경우, DE 11 2010 004 925 T5에 따르면 11 내지 16 질량%의 크로뮴이 첨가된다.
절단 공구 또는 기계가공 공구의 경도는 ?칭 및 템퍼링 공정에 기인되는 것으로, 여기서 공구는 오스테나이트화 온도까지 가열되고, 다음에 ?칭되고, 다음에 템퍼링된다. 증가된 탄소 함량에 더하여, 합금 원소인 크로뮴은 임계 냉각 속도의 감소 및 탄화물 형성으로 인한 상당한 경도의 증가를 유발한다.
절단 공구 및 기계가공 공구용 강의 전형적인 제조 방법은 잉곳 주조 및 연속 주조 방법이다. 그러나 잉곳 주조에서 발생하는 것으로 알려진 조대한 탄화물 석출물은 미세하게 분산된 석출된 탄화물에 비해 강도 증대 효과를 감소시키므로 보다 높은 Cr 함량이 요구된다. 그러나 보다 높은 Cr 함량은 노치 충격 인성을 감소시킨다.
특히 0.80%를 상당히 초과하는 C 함량을 갖는 고탄소-함량 강 및 탄화물 형성 합금 원소(예를 들면, 모두 합하여 1.5%를 초과하는 Cr, Mo 및 탄화물을 형성하지 않는 원소인 Si)를 갖는 고탄소-함량 강은 전통적으로 종래의 연속 주조 기법에 의해 결함없이 신뢰할 수 있게 슬래브(slab)로서 제조될 수 없다. 이러한 강은 파괴의 위험이 과도하게 높다. 그 이유는 주조 직후, 강판의 굴곡가공 및 교대되는 굴곡가공 중에 재료의 전성이 불충분한 것으로서, 이것은 균열 형성을 초래할 수 있다. 일반적으로 이것은 0.80%를 초과하는 높은 탄소 질량 함량을 갖는 강 유형에도 적용된다.
절단 공구를 제조하기 위해 반대 방향으로 회전되는 롤러들 사이에서 수직식 강판 주조에 의해 제조된 다음에 압연되는 강을 이용하는 것이 DE 11 2010 004 925 T5로부터 공지되어 있다. 수직식 강판 주조는 잉곳 주조에 비해 강의 응고 중에 생성되는 일차 탄화물의 크기가 잉곳 주조의 것보다 상당히 작으므로 칼 또는 면도기 블레이드의 날을 갈 때 블레이드의 에지(edge) 균열의 위험이 상당히 감소되는 장점을 갖는 것으로 생각된다. 또한 이 강은 강판 주조에 의해 제조되는 것으로 알려져 있다. 주조된 강판은 다음 에열간 압연되고, 어닐링되고, 다음에 요구되는 최종 두께로 냉간 압연된다.
절단 공구 또는 기계가공 공구를 제조하기 위한 강판의 공지된 제조 방법의 단점은 응고에 기인되어 잉곳 주조, 강판 주조 및 수직식 연속 주조에서 잔여(residual) 응고가 추후의 블레이드의 영역의 정확하게 중심에서 발생한다는 것이다. 문제는 산업용 및 가정용 블레이드는 주로 대칭적 형상을 가지므로 블레이드를 위한 영역은 코어 영역, 즉 이것으로부터 제조되는 강판의 중심에 위치된다는 것이다.
시험 결과, 통상적으로 응고 중에 이 영역에서 증가된 수축 공동(블로홀(blow hole)) 뿐만 아니라 대형 석출물(황화물, 탄화물)을 갖는 조대한 응고 구조가 형성된다는 것이 밝혀졌다.
시험은, 블레이드 및 톱의 에지에서 발생되는 정적 인장 전단 응력 및 주기적 응력에서, 편석 영역의 존재와 또한 이러한 제조 방법에서의 석출물의 밴드형 배열은 균열의 출발점이 될 수 있다는 것을 확인해 준다.
이러한 잔여 응고(residual solidification) 구역의 중심 배치 및 이것과 관련되는 파단, 균열 등에 기인되는 조기 마모는 공구의 내용년수를 감소시키고, 이에 따라 비용과 관련된 조기 교체를 요한다.
그러므로 본 발명의 목적은 공지된 방법에 비해 절단 공구 및 기계가공 공구의 내용년수를 상당히 증가시키도록 공지된 방법의 단점을 방지하고, 강 제조 중의 응고 미세구조에 영향을 주는 특히 절단 공구 및 기계가공 공구 제조용 강판을 제조하는 방법을 발표하는 것이다.
본 발명의 교시에 따르면, 주조에 의해 경화가능한 강의 융체로부터 예비-강판이 제조되고, 다음에 열연 강판으로 압연되고, 다음에 필요에 따라 어닐링 및 냉간 압연 공정을 거치는 강판 제조 방법으로서, 이 방법은 예비-강판이 수평식 연속 주조 설비에서 제조되고, 유체는 공급 용기로부터 2 개의 편향 롤러의 주위에서 안내되는 냉각식 컨베이어 벨트 상에 공급되고, 평온한 유동 조건 하에서 굴곡 없이 6 내지 40 mm의 범위의 예비-강판으로 주조되고, 다음에 적어도 50%의 변형도로 열연 강판으로 압연되고, 예비-강판의 상면 및 하면에서의 냉각 속도는 예비-강판의 잔여 응고가 편심된 위치에서 발생되도록 상이하게 설정되는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법에서 예비 강판의 저면은 증가된 속도로 냉각되고, 상면은 보다 느린 속도로 냉각되어 잔여 응고의 영역이 "기하학적 중심"으로부터 상측으로 이동되는 것(도 1의 좌측), 및 종래의 연속 주조 설비에서 발생될 수 있는 조대한 탄화물 및 블로홀(도 1의 우측)을 도시한다.
도 2는 블레이드가 잔여 응고의 선의 영역에 위치되지 않는 것을 도시한다.
도 3은 예비-강판의 제조 및 후속 열간 압연 공정을 위한 장치를 개략적으로 도시한다.
본 발명에 따른 수평식 연속 주조 방법은 절단 공구 또는 기계가공 공구용 강판의 제조를 위한 비전통적인 방법이고, 지금까지 공지된 절단 공구용 강판 제조 방법에 비해, 한편으로 잔여 응고의 선이 더 이상 강판 평면의 중심에 위치되지 않고 편심되므로 블레이드를 위한 영역이 잔여 응고의 영역의 외측에 위치되고, 따라서 전술한 응고 영역이 중심에 있는 공지된 방법의 단점을 방지한다. 이것에 의해 절삭 공구의 내용년수 및 에지 보존(edge retention)이 상당히 개선된다.
동시에, 수평식 강판 주조 중에 달성될 수 있는 강판의 높은 냉각 속도에 기인되어 석출물(예를 들면, 탄화물)이 매우 미세하게, 그리고 균일하게 분산되고, 이것은 절단 공구 또는 기계가공 공구의 에지 보존 및 내구성에 유리한 효과를 준다. 선택적으로 크로뮴과 같은 탄화물 형성제의 비율이 감소될 수 있고, 이것은 생산비를 절감시킨다.
보다 미세한 미세구조 및 미세하게 분산된 석출물로 인해, 강도가 또한 상당히 증대되므로, 잉곳 주조 방법에 비해, 크로뮴, 몰리브데넘 등과 같은 합금 원소가 절감될 수 있고, 연속 주조에 관련하여 균열 형성에 기인된 파괴의 위험이 감소될 수 있다.
가장 미세한 결정립으로 된 가장 균일한 미세구조를 생성하기 위해 예비-강판의 열간 압연 중에 적어도 50%의 변형도가 요구된다. 제조될 열연 강판의 두께 및 합금 조성에 따라 변형도는 70%를 초과할 수 있다.
그러므로 본 발명에 따른 방법은 특히 탄화물 형성 합금 원소(예를 들면, 모두 합하여 1.5%를 초과하는 크로뮴, 몰리브데넘 및 탄화물을 형성하지 않는 원소인 실리콘)와 결합하여 0.80%의 탄소 함량으로 결함없이 슬래브로서 연속 주조로 주조될 수 없는 절단 공구용의 경화가능한 강 종류를 제조하는 것에 특히 적합하다.
본 발명에 따른 방법은 예비-강판의 잔여 응고의 평면의 위치가 예비-강판의 상면 및 하면에 가해지는 상이한 냉각 조건에 의해 용이하게 제어될 수 있다는 추가의 장점을 갖고, 여기서 강판의 일면은, 예를 들면, 물에 의해 증가된 속도로 냉각되고, 타면은, 예를 들면, 정지된 공기로 냉각된다. 예를 들면, 예비-강판의 저면은 컨베이어 벨트(주조기(caster) 벨트라고도 함)의 저면의 집중적 수냉을 통해 간접적으로 달성될 수 있고, 한편 예비-강판의 상면은 공기로 냉각된다.
본 발명에 따른 방법을 이용하여 제조되는 열연 강판이 다음의 표 1에 따른 상이한 합금 조성으로 시험되었다.
합금 조성 125Cr1
C Si Mn Cr
1.25% 0.25% 0.35% 0.35%
강-철 재료 데이터 시트 200에 따른 합금 조성 100Cr6
C Si Mn Cr
1.00% 0.30% 0.30% 1.50%
베이나이트계 강 합금 조성
C Si Mn Cr
1.00% 2.70% 0.75% 0.50%
표 1은 강 125Cr1을 보여주는 것으로서, 이것은 1.25 중량%의 C-함량 및 0.35 중량%의 Cr-함량을 갖는다.
표 2의 강은 특히 보다 높은 1.50%의 크로뮴 함량을 갖고, 반면에 표 3의 강은 다른 강에 비해 상당히 더 높은 2.70 중량%의 Si-함량을 갖는다.
모든 합금 변형례에서, 매우 미세한 결정립으로 된 균일한 미세구조가 생성될 수 있었고, 여기서 강판 평면 내의 잔여 응고의 위치는 표적화 방식으로 강판의 중심의 외측, 즉 추후의 블레이드의 위치의 외측에 위치하도록 설정될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 예비-강판의 상면 및 저면에 대해 상이한 냉각 방법을 포함하고, 여기서 이들 면은 상이하게 냉각된다. 바람직한 실시형태에서, 예비 강판의 저면은 수냉식 컨베이어 벨트(주조기 벨트라고도 함)에 의해 증가된 속도로 냉각되고, 한편 강판의 상면은 보호성 기체 분위기 하에서 보다 느린 속도로 냉각된다. 그 결과 잔여 응고의 영역은 “기하학적 중심”으로부터 상측으로 이동되고, 강판의 상면으로부터 약 1/3의 위치에 위치된다(도 1, 좌측).
추가의 장점은 본 발명에 따른 니어 넷 쉐이프(near net shape) 주조 방법에서의 높은 냉각 속도로부터 얻어지고, 이것은 연속 주조 설비 또는 잉곳 주조에 관한 전통적인 제조 방법에서 발생될 수 있는 조대한 탄화물 및 블로홀(도 1, 우측)을 방지하여 보다 미세한 미세구조로 이어진다.
따라서, 강판의 상면 및 저면에서 상이한 냉각 방법을 실현함으로써 본 발명에 따른 수평식 강판 주조를 이용하여 특히 블레이드의 영역에서 블로홀, 조대한 석출물, 예를 들면, 조대한 탄화물을 방지하고자 하는 강 소비자의 요구에 보다 양호하게 부합될 수 있다.
대칭적 블레이드에서, 블레이드는 직접적으로 중심에 위치되도록, 또는 비대칭적 블레이드에서는 대응하여 반대측 상에 위치되도록 제조될 수 있으므로 블레이드는 잔여 응고의 선의 영역에 위치되지 않는다(도 2).
특히 주조된 강판의 편심 응고는 관련된 모든 단점(조대한 탄화물, 블로홀)과 함께 잔여 응고의 영역을 방지할 수 있고, 동시에 기하학적 중심(코어)에 대해 칼의 블레이드 영역의 중심 위치를 보장해 줄 수 있다. 다른 한편 블레이드 영역의 편심 위치를 갖는 칼의 경우, 주조된 강판의 상면 및 저면의 위치는 잔여 응고의 영역의 외측에 블레이드 영역을 위치시키도록 표적화 방식으로 고려될 수 있다. 또한 잔여 응고의 구역에 대한 블레이드의 위치는 재연마(regrinding)로 인해 변화되지 않는다. 또한 블레이드의 가공가능성은 개선되고 블로홀 또는 조대한 석출물에 기인되는 블레이드의 파단의 위험은 방지된다.
특히 조대한 크로뮴 탄화물은 칼에 돌발적인 응력이 가해지는 경우에 블레이드의 국부적 파괴를 유발하고, 종종 재연삭 또는 복잡한 교체를 요하지만, 본 발명에 따른 방법에서는 이것이 방지된다.
산업용 칼을 위한 용도 외에, 또한 목재 및 플라스틱을 절단하기 위한 톱 블레이드로서의 용도가 가능하다. 강판 주조로 인해 가능한 높은 탄소 함량 및 실리콘 함량은, 분석에 의해 기본 재료가 이미 경질 및 내마모층의 피복을 가능하게 하므로, 톱의 치부(toothing)의 경계 영역에서 경질 금속 블레이드를 사용한 단조를 가능하게 해준다. 미세하게 분산된 탄화물을 갖는 균일한 미세구조는 교체 빈도의 감소와 관련되는 상당히 더 긴 내용년수를 달성한다.
도 3은 편심 응고를 갖는 예비-강판을 제조하고, 요구되는 시트 두께를 제조하기 위한 후속 열간 압연 공정을 위한 장치를 개략적으로 도시한다.
본 주조 방법은, 열간 압연 공정에 앞서, 회전되는 컨베이어 벨트(2) 및 2 개의 편향 롤러(3, 3')로 이루어지는 수평식 강판 주조 설비(1)를 이용하여 수행된다. 또한 측면 실링(4)이 도시되어 있고, 이것은 공급된 금속(5)이 컨베이어 벨트(2)로부터 우측으로 유출하는 것을 방지한다. 융체(5)는 레이들(6)에 의해 강판 주조 설비(1)로 수송되고, 여기서 융체는 레이들의 저면에 제공된 개구(7)를 통해 공급 용기(8) 내로 유입된다. 이 공급 용기(8)는 오버플로우 용기의 방식으로 구성된다.
또한 컨베이어 벨트(2)의 상측 부분의 저면 및 강판 주조 설비(1)의 전체 하우징(11)을 대응하는 보호성 기체 분위기로 집중 냉각시키기 위한 장치(K)가 도시되어 있다.
회전되는 컨베이어 벨트(2) 상에 융체(5)를 공급한 후, 집중적 냉각은 응고를 유발시키고, 예비-강판(9)이 생성되고, 이것은 컨베이어 벨트(2)의 단부에서 대부분 완전히 응고된다. 이 냉각 장치(K)는 예비-강판(9)의 상면에 대해 표적화 방식으로 본 발명에 따른 냉각에 영향을 줄 수 있으므로 예비-강판(9)의 편심 응고(야금학적 중심)가 달성된다.
온도 보상 및 장력 감소를 위한 균질화 구역(10)은 강판 주조 설비(1)에 후치된다. 이 균질화 구역은 단열된 하우징(11) 및 여기서 도시되지 않은 롤러 컨베이어로 이루어진다.
다음의 제 1 스탠드(12)는 작은 패스(pass)를 갖는 단지 순수한 구동 유닛으로서 구성되거나, 또는 사전결정된 패스를 갖는 압연 조립체로서 구성된다.
다음에 본 경우에, 예를 들면, 바람직하게 코일(13)의 형태의 유도 가열체로서의 중간 가열체가 배치된다. 실제의 열간 성형은 후속되는 스탠드 어레이(14)에서 실시되고, 여기서 3 개의 제 1 스탠드(15, 15’, 15’’)는 실제의 패스 감소(reduction)를 유발하고, 최종 스탠드(16)는 평활화 스탠드로서 구성된다.
최종 패스 후에 냉각 구역(17)이 배치되고, 여기서 열연 강판은 코일링 온도까지 냉각된다.
냉각 경로(17)의 단부와 릴(19, 19') 사이에는 절단기(20)가 배치된다. 이 절단기(20)는 2 개의 릴(19, 19') 중의 하나가 완전히 감겨지는 즉시 강판을 횡방향으로 절단하기 위한 목적을 갖는다. 다음에 후속하는 열연 강판(18)의 선두는 해방된 제 2 릴(19, 19') 상으로 안내된다. 이것에 의해 강판의 장력은 전체 강판의 길이에 걸쳐 확실히 유지된다. 이것은 얇은 열연 강판을 제조하는 경우에 특히 중요하다.
열연 강판의 선택적 어닐링 및 냉간 압연을 위한 설비의 부품은 도면에 도시되어 있지 않다.
1: 강판 주조 설비
2: 컨베이어 벨트
3, 3': 편향 롤러
4: 측면 실링
5: 용탕
6: 레이들
7: 개구
8: 공급 용기
9: 예비-강판
10: 균질화 구역
11: 하우징
12: 제 1 스탠드
13: 유도 코일
14: 스탠드 어레이
15, 15' 15'': 압연 스탠드
16: 평활화 스탠드
17: 냉각 경로
18: 완성된 열연강판
19, 19': 릴
20: 절단기
K: 냉각 장치

Claims (13)

  1. 개선된 내용년수를 갖는 특히 절단 공구 또는 기계가공 공구를 제조하기 위한 강판 제조 방법으로서, 경화가능한 강의 융체로부터 주조 방법으로 예비-강판이 제조되고, 다음에 열연 강판으로 압연되고, 다음에 필요에 따라 어닐링 및 냉간 압연되고, 상기 예비-강판은 수평식 강판 주조 설비에서 제조되고, 상기 융체는 공급 용기로부터 2 개의 편향 롤러의 주위에서 안내되는 냉각식 컨베이어 벨트 상에 공급되고, 평온한 유동 조건 하에서 굴곡 없이 6 내지 40 mm의 범위의 예비-강판으로 주조되고, 다음에 적어도 50%의 변형도를 갖는 열연 강판으로 압연되고, 상기 예비-강판의 상면 및 저면의 냉각 속도는 편심 잔여 응고(residual solidification)를 유발하도록 상이하게 조절되는, 강판 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 예비-강판의 저면은 상기 예비-강판의 상면보다 더 심하게 냉각되는, 강판 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 예비-강판의 저면은 상기 예비-강판을 지지하는 상기 컨베이어 벨트의 저면을 냉각시킴으로써 간접적으로 냉각되는, 강판 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 컨베이어 벨트의 저면의 냉각은 물에 의해 냉각되고, 상기 예비-강판의 상면은 정지된 공기 또는 보호성 기체 분위기로 냉각되는, 강판 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    완전한 응고 후 및 추가의 공정 전, 상기 예비-강판은 균질화 구역을 통과하는, 강판 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 추가의 공정은 상기 예비-강판을 플레이트로 절단하는 단계인, 강판 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 플레이트로 절단하는 단계 후, 상기 플레이트는 압연 온도까지 가열되고, 다음에 압연되는, 강판 제조 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 추가의 공정은 상기 예비-강판의 코일링 단계(coiling)인, 강판 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 코일링 후, 상기 예비-강판은 디코일링(de-coiling)되고, 압연 온도까지 가열되고, 다음에 압연되는, 강판 제조 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 예비-강판은 상기 디코일링 전에 재가열되는, 강판 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 예비 강판은 직결(in-line)된 상기 압연 공정을 거치고, 다음에 코일링되는, 열연강판 제조 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변형도는 70%를 초과하는, 강판 제조 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열연 강판은 냉각 후에 냉간 압연되는, 강판 제조 방법.
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