KR20170020302A - 열연공장 권취설비의 롤 - Google Patents

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Abstract

롤의 몸통부 표면에 하지 클래딩층과, 그 하지 클래딩층 상에 탄화물 입자를 분산한 자용합금용사층을 형성한 열연공장 권취설비의 롤로서, 상기 하지 클래딩층은, 쇼어경도가 60 이상이고, 질량%로 C:0.4~1.0, Si: 2.0 이하, Mn: 3.0 이하, Cr: 1.0~15.0, Nb: 0.5~5.0을 함유하는 Fe 베이스의 클래딩층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열연공장 권취설비의 롤.

Description

열연공장 권취설비의 롤{Rolls for Winding Equipment in Hot-Rolling Factory}
본 발명은, 열연공장 권취설비의 롤에 관한 것으로, 특히 롤 표면에 피복되는 피복층의 조성에 관한 것이다.
열연공장 권취설비에 설치되는 롤은, 스레딩(threading)재와의 슬라이딩 운동 및 스레딩재 돌입시의 충격에 의하여 마모를 일으키므로, 롤 표면에 하지(下地) 클래딩층을 형성하는 동시에, 이 위에 상지(上地) 자용합금용사층을 형성하여 롤을 보호하는 것이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 내지 3을 참조).
특허문헌 1은, 질량%로 C: 0.15%, Si: 0.40%, Mn: 1.80%, Cr: 3.0%, Mo: 2.0%, V: 0.80%, Ni: 2.0%, Co: 1.0%를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 하지 클래딩층을 개시한다. 특허문헌 2는, 질량%로 C: 0.25%, Si: 0.5%, Mn: 1.2%, Cr: 13.0%, Mo: 0.7%, Ni: 1.5%를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 하지 클래딩층을 개시한다. 특허문헌 3은 C: 0.26%, Si: 0.32%, Mn: 1.13%, Cr: 13.3%, Mo: 0.74%, Ni: 1.16%를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 하지 클래딩층을 개시한다.
특허문헌 1: 일본공개특허공보 소55-140710호 특허문헌 2: 일본공개특허공보 평8-121464호 특허문헌 3: 일본공개특허공보 평9-67054호
최근 열연공장 권취 스레딩 재질의 변화에 의하여(예를 들어, 하이카본재, 고장력강판, 두꺼운 판재의 증가, 줄무늬판 권취롤로의 적용 등이 생각됨), 하지 클래딩층에 요구되는 경도가 이전보다 더욱 향상되고 있다. 하지만, 상술한 각 특허문헌에 기재된 하지 클래딩층은, 쇼어경도가 50 이상으로, 60이 되지 않으므로, 스레딩시에 판재가 맞닿음으로써, 상지 자용합금용사층에 패임, 균열이 발생한다.
또한, 최근 상지 자용합금용사층에 대하여 복수 회의 퓨징 처리가 실시되는 경우가 있다. 본 발명자들이 상술한 각 특허문헌에 기재된 상지 자용합금용사층에 복수 회의 퓨징 처리를 실시한 바, 하지 클래딩층의 경도가 대폭 저하되어 버리는 것을 알 수 있었다.
그래서, 본원발명은, 상지 자용합금용사층과, 하지 클래딩층을 롤 표면에 구비한 열연공장 권취설비의 롤에 있어서, 하지 클래딩층의 쇼어경도를 60 이상으로 하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본원발명에 따른 열연공장 권취설비의 롤은, (1) 롤의 몸통부 표면에 하지 클래딩층과, 그 하지 클래딩층 상에 탄화물 입자를 분산한 자용합금용사층을 형성한 열연공장 권취설비의 롤로서, 상기 하지 클래딩층은, 쇼어경도가 60 이상이고, 질량%로 C: 0.4~1.0, Si: 2.0 이하, Mn: 3.0 이하, Cr: 1.0~15.0, Nb: 0.5~5.0을 함유하는 Fe 베이스의 클래딩층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
(2) 상기 (1)의 구성에 있어서, 상기 하지 클래딩층은, Mo, V, Co, W 및 Ti 중 1종 이상을 더 함유하며, 질량%로 Mo: 0.1~5.0, V: 0.1~3.0, Co: 0.5~5.0, W: 0.5~5.0, Ti: 0.1~1.0인 것을 특징으로 한다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)의 구성에 있어서, 상기 하지 클래딩층은, 상기 자용합금용사층을 복수 회 퓨징한 경우에도, 쇼어경도가 60 이상인 것을 특징으로 한다.
본원발명에 따르면, 상지 자용합금용사층과, 하지 클래딩층을 롤 표면에 구비한 열연공장 권취설비의 롤에 있어서, 하지 클래딩층의 쇼어경도를 60 이상으로 할 수 있다.
도 1은 열연공장 권취설비의 개략도이다.
도 1은 열연공장 권취설비의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 열연공장 권취설비는, 마무리 압연기에서 표준 치수로 압연된 400~900℃의 고온강판(10)을 권취하는 복수의 코일러(3) 및 각 코일러(3)의 앞단에 위치하는 상, 하 핀치롤(1, 2)을 구비한다. 이들 복수의 코일러(3) 및 상, 하 핀치롤(1, 2)은 동일한 압연라인에 설치된다.
코일러(3)는 강판(10)을 권취하는 맨드렐(4), 및 맨드렐(4)의 주위에 배치되어 강판(10)을 맨드렐(4)에 밀어붙이는 복수의 래퍼롤(5)을 구비한다. 상, 하 핀치롤(1, 2)은 마무리 압연기로부터 반송되는 강판(10)을, 비스듬하게 아래쪽의 코일러(3)측으로 방향 전환시켜서 그 코일러(3)에 권취하던가, 그대로 수평으로 반송하여 하류측의 코일러(3)에 권취한다. 상, 하 핀치롤(1, 2)은 코일러(3)가 강판(10)을 안정적으로 권취할 수 있도록 강판(10)에 후방으로의 장력을 부여하는 기능도 가진다.
상술한 핀치롤(1, 2) 및 래퍼롤(5)의 롤 몸통부 표면에는 하지 클래딩층이 형성되어 있고, 이 하지 클래딩층 상에 탄화물 입자를 분산한 자용합금용사층이 형성되어 있다. 한편, 이들 핀치롤(1, 2) 및 래퍼롤(5), 즉 열연공장의 권취설비의 롤에 이용되는 롤 모재에는, 철계의 금속을 이용할 수 있다.
자용합금용사층에는, 예를 들어 베이스 금속 중에 탄화물 입자가 3~60wt% 분산 함유된 용착 합금을 이용할 수 있다. 베이스 금속에는, Ni계 금속, Co계 금속, Fe계 금속을 이용할 수 있다. 탄화물 입자를 3~60wt% 분산 함유시킴으로써, 내마모성이 높아진다. 탄화물 입자의 첨가량이 3wt% 미만에서는, 첨가 탄화물 입자의 크기 및 미소 첨가량과의 관계에서, 조직 내의 탄화물 입자 분포가 치우친 분포로 되기 쉬워, 충분한 내마모성을 확보할 수 없다.
또한, 탄화물 입자의 첨가량이 60wt%를 넘으면, 탄화물의 수율 저하에 따른 비용 상승이 되는 동시에, 피막 자체의 인성(靭性) 저하에 따른 제작 과정에서의 균열 발생, 용사층의 퓨징 불량을 초래할 우려가 있다.
용착합금에 분산하는 탄화물에는, WC, WmCn, Cr3C2, NbC, VC, MoC, TiC, SiC의 1종 이상 등 용사재료로서 조립(造粒) 가능한 탄화물을 사용할 수 있다. 여기에 베이스 금속으로서의 Ni계 금속, Co계 금속, Fe계 금속 중 어느 것을 조합함으로써, 각 롤의 내마모성, 내열충격성, 내슬립 소성의 각 특성을 변화시킬 수 있다. 그 결과, 열연공장 권취설비의 조건에 적합한 재료를 적절하게 선택할 수 있다.
상술한 용착합금에 퓨징 처리를 실시함으로써, 자용합금용사층이 형성된다. 퓨징 처리는, 용사 파우더의 용사 후에, 이것을 재가열하고, 재용융시키는 처리이다. 본 실시형태의 하지 클래딩층은, 이 퓨징 처리를 복수 회 실시하여도, 쇼어경도(Hs)가 60 미만이 되지 않는다. 즉, 상지의 용착합금을 퓨징하면, 하지 클래딩층이 그 열을 수열하는데, 특허문헌 1 내지 3에 개시된 하지 클래딩층에서는, 하지 클래딩층이 복수 회 가열됨으로써, 쇼어경도(Hs)가 크게 저하된다. 한편, 본 실시형태의 조성을 만족하는 하지 클래딩층에서는, 퓨징 처리의 열을 수열하여도, 쇼어경도(Hs)가 60 미만으로 저하되지 않으므로, 상지 자용합금용사층에 패임, 균열이 발생하기 어려워진다.
즉, 본 실시형태의 하지 클래딩층은, 쇼어 경도가 60 이상이고, 질량%로 C: 0.4~1.0, Si: 2.0 이하, Mn: 3.0 이하, Cr: 1.0~15.0, Nb: 0.5~5.0을 함유하는 Fe 베이스의 클래딩층으로 이루어진다. 이하, 하지 클래딩층의 성분 한정 이유에 대하여 설명한다.
C: 0.4~1.0
C는 클래딩층의 기계적 강도, 경도를 향상시키기 위하여 필요하다. 하지만, 1.0질량%를 넘으면, 클래딩 용접시에 균열이 발생한다.
Si: 2.0 이하
Si는 2.0질량%를 넘으면, 용접시에 균열이 발생하여, 인성 및 경도가 저하된다. 한편, 용접금속을 탈산하기 위하여 Si는 적어도 0.2 이상 첨가하는 것이 바람직하다.
Mn: 3.0 이하
Mn은 3.0질량%를 넘으면, 경도가 저하된다. 한편, 용접금속을 탈산하기 위하여 Mn은 적어도 0.5질량% 이상 첨가하는 것이 바람직하다.
Cr: 1.0~15.0
Cr은 상지 자용합금용사층을 퓨징하였을 때, 그 퓨징열을 수열하여 오스테나이트 영역까지 승온되고, 퓨징 후에 냉각됨으로써, 조직이 오스테나이트 조직으로부터 마르텐사이트 조직으로 변하므로, 경도가 향상된다. Cr의 함유량이 1질량% 미만이 되면, 상술한 효과가 얻어지지 않는다. Cr의 함유량이 15질량%를 넘으면, 오스테나이트 조직이 많아져 경도가 크게 저하된다. 바람직하게는, Cr의 함유량은 8.0질량% 이하이다. Cr의 함유량을 8질량% 이하로 제한함으로써, 오스테나이트 조직의 증대에 따른 경도 저하를 충분히 억제할 수 있다.
Nb: 0.5~5.0
C를 0.4% 이상 함유시키면 균열이 발생하기 쉬워지는데, Nb를 첨가함으로써, C를 다량 첨가함에 따른 균열의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 클래드 용접시에 NbC로 이루어지는 탄화물이 석출되고, 퓨징열에 따른 경도 저하를 방지할 수 있으며, 결정입자의 조대화 방지와 연화저항이 얻어진다. Nb의 함유량이 0.5질량% 미만이 되면, 상술한 효과는 얻어지지 않는다. Nb의 함유량이 5.0질량%를 넘으면, 경도가 저하된다. 즉, Nb가 5%를 넘으면 매트릭스 내의 C의 감소량이 많아지고, 반대로 경도가 저하된다.
상기 하지 클래딩층은, Mo, V, Co, W, Ti 중 1종 이상을 더 함유하여도 좋다. 이들의 함유량은, 질량%로 Mo: 0.1~5.0, V: 0.1~3.0, Co: 0.5~5.0, W: 0.5~5.0, Ti: 0.1~1.0으로 할 수 있다.
Mo: 0.1~5.0
Mo는 고온 경도를 증가시키는 효과가 있는데, 0.1% 미만이면 효과가 없다. 5.0% 초과 첨가하면, 그 효과는 포화되어, 현저한 경도 향상 효과는 기대할 수 없다.
V: 0.1~3.0
V는 고온 경도를 증가시키는 효과가 있는데, 0.1% 미만이면 효과가 없다. 3.0% 초과이면 그 효과는 포화되어, 현저한 경도 향상 효과는 기대할 수 없다.
Co: 0.5~5.0
Co는 고온 경도를 증가시키는 효과가 있는데, 0.5% 미만이면 효과가 없다. 5.0% 초과이면 그 효과는 포화되어, 현저한 경도 향상 효과는 기대할 수 없다. 또한, Co는 고가이므로, 상한값을 5.0%로 하였다.
W: 0.5~5.0
W는 고온 경도를 증가시키는 효과가 있는데, 0.5% 미만이면 효과가 없다. 5.0% 초과이면 그 효과는 포화되어, 현저한 경도 향상 효과는 기대할 수 없다.
Ti: 0.1~1.0
Ti를 첨가함으로써, 결정입자 조대화 방지와 TiC로 이루어지는 탄화물이 석출된다. 0.1% 미만이면 효과가 없다. 또한, 1.0%를 넘으면 Ti의 수율이 현저하게 악화된다.
이하, 실시예를 나타내어, 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 다양한 조직으로 이루어지는 롤에 대하여 쇼어경도를 조사하였다. 소정의 용사재료를 용사하여, 퓨징한 후, 용사피막을 선삭가공으로 제거하고, 하지 클래딩층 표면의 경도를 쇼어경도계로 측정하였다. 상지 용사층은, 탄화물 입자를 분산한 Ni계 자용합금용사재료를 가스프레임 용사법으로 용사함으로써 형성하였다. 또한, 상지 용사층에 대한 퓨징 처리의 횟수는 3회로 하였다.
쇼어경도가 60 이상이며, 또한 균열이 발생하지 않은 경우에는, 합격으로 하여 ○로 평가하였다. 균열의 유무에 상관없이, 쇼어경도가 60 미만인 경우에는, 불합격으로 하여 ×로 평가하였다. 쇼어경도의 대소에 상관없이, 균열이 발생한 경우에는, 불합격으로 하여 ×로 평가하였다.
[표 1]
Figure pct00001
더욱이, 실시예 2, 24~27, 비교예 7, 8에 대하여, 퓨징 횟수를 1회, 2회, 3회, 4회, 5회로 바꾸고, 각각에 대하여 쇼어경도를 조사하였다. 그 시험결과를 표 2에 나타낸다.
[표 2]
Figure pct00002
비교예 7, 8은 퓨징 횟수가 증가함에 따라, 현저하게 쇼어경도가 저하되었다. 비교예 7에서는, 퓨징 횟수가 2회 이상이 되면 쇼어경도가 60 미만으로 저하되었다. 비교예 8에서는, 퓨징 횟수가 3회 이상이 되면 쇼어경도가 60 미만으로 저하되었다. 한편, 본 발명의 실시예 2, 24~27은 퓨징 횟수의 증가에 따른 쇼어경도의 저하량이 적어, 퓨징 횟수가 5회에 도달하여도, 60 이상의 쇼어경도를 확보할 수 있었다.
1, 2: 상, 하 핀치롤
3: 코일러
4: 맨드렐
5: 래퍼롤
10: 고온강판

Claims (3)

  1. 롤의 몸통부 표면에 하지 클래딩층과, 그 하지 클래딩층 상에 탄화물 입자를 분산한 자용합금용사층을 형성한 열연공장 권취설비의 롤로서,
    상기 하지 클래딩층은, 쇼어경도가 60 이상이고, 질량%로 C: 0.4~1.0, Si: 2.0 이하, Mn: 3.0 이하, Cr: 1.0~15.0, Nb: 0.5~5.0을 함유하는 Fe 베이스의 클래딩층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열연공장 권취설비의 롤.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하지 클래딩층은, Mo, V, Co, W 및 Ti 중 1종 이상을 더 함유하고, 질량%로 Mo: 0.1~5.0, V: 0.1~3.0, Co: 0.5~5.0, W: 0.5~5.0, Ti: 0.1~1.0인 것을 특징으로 하는 열연공장 권취설비의 롤.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하지 클래딩층은, 상기 자용합금용사층을 복수 회 퓨징한 경우에도, 쇼어경도가 60 이상인 것을 특징으로 하는 열연공장 권취설비의 롤.
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