KR20180084108A - 열간 압연 프로세스용 롤 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는, 최근의 제철소에 있어서의 제조 비용이나 품질에 관한 요청에 부응할 수 있도록, 종래의 것보다 각종 내구성능이 우수한 열간 압연(熱延, hot rolling) 프로세스용 롤과 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 열간 압연 프로세스용 롤(1)의 외주부에, 질량비로 C：0.5∼0.7％, Si：2.8∼4.0％, Cu：0.9∼1.1％, Mn：1.4∼1.6％, Ni：2.7∼3.3％, Cr：13.5∼14.5％, Mo：0.8∼1.1％, Co：0.9∼1.1％, Nb：0.2∼0.4％를 함유하며 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진, 두께 5mm 이상의 덧붙임층(4)을 형성하였다. 덧붙임층(4)은, 연속 땜질 주조법에 따라 형성하는 것이 좋다.

Description

열간 압연 프로세스용 롤 및 그 제조 방법
[0001] 본 발명은, 열간 압연(熱延, hot rolling) 강판(鋼板)의 압연 설비에서 사용되는, 래퍼 롤이나 핀치 롤, 루퍼 롤, 반송(搬送)용 테이블 롤 등의 열간 압연 프로세스용 롤과, 그 제조 방법에 관한 것이다.
[0002] 열간 압연 강판의 압연 설비에 이용되는 열간 압연 프로세스용 롤은, 고온의 부식 환경에서, 높은 기계적 부하를 받으면서 사용되는 경우가 많다. 고온의 강판과 접촉하거나 충돌하거나 하는 동시에, 냉각수나 수증기에 접하기 때문이다. 이 때문에, 내부식성이나 내소착성(耐燒付性), 내마모성, 내열충격성, 내흠집성 등, 다양한 내구성능이 요구된다.
[0003] 이러한 관점으로부터, 종래에는, 래퍼 롤 등의 열간 압연 프로세스용 롤로서는, Cr을 수％∼10％ 정도 함유하는 스테인리스강(鋼)을 적어도 바디부(胴部)의 외주(표층 부분)에 가지는 것이 사용되고 있다. Cr을 많이 포함하는 강재는, 경도가 높은 동시에 내식성·내산화성이 우수하기 때문이다.
[0004] 하기의 특허 문헌 1, 2의 예에서도, 바디부의 외주에 이러한 재질의 덧붙임층(외층재)을 가지는 롤이 사용되고 있다. 참고로, 하기 특허 문헌 1, 2의 예에서는, 그 덧붙임층을 연속 땜질 주조법(CPC 프로세스)에 의해 형성하고 있다. 연속 땜질 주조법은, 도 3과 같이, 중공의 조합 몰드(21)의 내부에, 강철(鋼)을 소재로 하는 중실(中實) 또는 중공(中空)의 심재(芯材, 23)를 동심(同心) 연직(鉛直)으로 삽입하고, 해당 심재(23)의 외측의 환형 공극부에 용탕(22)을 주입하는 동시에 심재(23)를 연속적으로 강하시킴으로써, 심재(23)의 외주에 상기 용탕을 용착시켜 응고시켜서 덧붙임층(24)을 형성하는 방법이다. 용접 경화 덧붙임법이나 용사법(溶射法)으로 덧붙임층을 형성하는 경우와는 달리, 이 방법에 의하면, 성분이나 조직이 균일한 덧붙임층을 한 번의 주조에 의해 능률적으로 형성할 수 있는 등의 이점이 있다.
[0005] 1. 일본 특허공개공보 특개평09-70655호 2. 일본 특허공개공보 특개평10-212552호
[0006] 최근의 제철소에서는, 압연 재질의 다양화나 압연의 고속화가 진행됨에 따라 열간 압연 프로세스용 롤의 사용 조건이 가혹화되는 한편, 롤 교환 등의 빈도를 줄여 제조 비용을 삭감할 것이 강하게 요구되게 되었다. 압연 제품의 표면 품질에 대한 요구도 강하기 때문에, 롤의 표면 성상의 유지 특성도 향상시킬 필요가 있다. 이러한 상황으로부터, 열간 압연 프로세스용 롤에는, 지금까지 이상의 내구성능이 요청되고 있다.
[0007] 본 발명은, 최근의 제철소에 있어서의 상기와 같은 요청에 근거하여, 종래의 것보다 한층 더 내구성능이 우수한 열간 압연 프로세스용 롤과 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
[0008] 본 발명에 의한 제1의 열간 압연 프로세스용 롤은, 외주부에, 질량비로 C：0.5∼0.7％, Si：2.8∼4.0％, Cu：0.9∼1.1％, Mn：0.5∼2.0％, Ni：2.7∼3.3％, Cr：13.5∼14.5％, Mo：0.8∼1.1％, Co：0.9∼1.1％, Nb：0.2∼0.4％를 함유하며 잔부(殘部)가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진, 두께 5mm 이상의 덧붙임층을 가지는 것을 특징으로 한다.
이러한 롤은, 외주부의 덧붙임층이 인장 강도나 내력(耐力), 신장, 압착, 경도(특히 고온에서의 경도) 등의 기계적 강도가 높다는 것 외에 내마모성, 내소착성, 내열충격성, 내고온산화특성 등이 우수하다. 이 때문에, 래퍼 롤이나 핀치 롤, 루퍼 롤, 반송용 테이블 롤 등, 열간 압연 강판의 압연 설비에 이용되는 열간 압연 프로세스용 롤에 적합하며, 높은 내구성능을 발휘한다.
게다가, 덧붙임층의 두께가 5mm 이상으로 두껍기 때문에, 마모가 진행된 경우나, 사용 중 표면에 상처 등이 발생한 경우 등에 외주면을 다시 연삭가공함으로써 재사용이 가능해지기 때문에, 매우 장기간의 사용이 가능하다. 또한, 덧붙임층이 그 정도 이상의 두께가 되면, 높은 열충격이나 물리적 부하를 받았을 경우에도, 박리나 깨짐이 발생하기 어렵다.
[0009] 또한, 본 발명에 의한 제2의 열간 압연 프로세스용 롤은, 외주부에, 질량비로 C：0.7∼0.9％, Si：3.0∼4.2％, Cu：0.9∼1.1％, Mn：1.4∼1.6％, Ni：2.7∼3.3％, Cr：13.5∼14.5％, Mo：1.8∼4％, Co：0.9∼1.1％, Nb：0.9∼1.1％를 함유하며 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진, 두께 5mm 이상의 덧붙임층을 가지는 것이어도 된다.
종래의 덧붙임층과 비교하자면, Cr을 13.5∼14.5％로 증량하는 동시에 1％ 전후의 Cu 및 Co를 새롭게 첨가한 점이 특징적이고, 그 점에서 상기의 것(제1의 열간 압연 프로세스용 롤)과 공통된다.
이러한 롤도, 상기의 것과 마찬가지로 외주부의 덧붙임층이 인장 강도나 내력, 신장, 압착, 경도(특히 고온에서의 경도) 등의 기계적 강도가 높은 것 외에 내마모성, 내소착성, 내열충격성, 내고온산화특성 등이 우수하기 때문에, 래퍼 롤이나 핀치 롤, 루퍼 롤, 반송용 테이블 롤 등, 열간 압연 강판의 압연 설비에 있어서의 열간 압연 프로세스용 롤로서 사용될 때, 높은 내구성능을 발휘한다. 상기의 것에 비하면, C와 Si를 약간 많이 포함하는 것 외에 Mo와 Nb의 함유량이 많다는 점에서, 고온 특성이 더 높기 때문에(고온에 있어서 연화되기 어렵기 때문에), 강판이 충돌하여 흠집이 발생하기 쉬운 핀치 롤 등으로서 사용하는 데 특히 적합하다.
상기 롤에 있어서도, 외주부의 덧붙임층의 두께가 5mm 이상으로 두껍기 때문에, 외주면의 재가공을 반복함으로써, 매우 장기간의 사용이 가능하다는 등의 이점이 있다.
[0010] 상기 덧붙임층에 대해, 500℃에 있어서의 표면의 고온 경도가 HS50 이상인 것이 특히 바람직하다.
열간 압연 프로세스용 롤에 있어서의 외주부의 덧붙임층은, 일반적으로, 표면이 딱딱할수록 내구성에 있어서 유리하다. 압연 강판에 접촉하여 표면이 500℃ 전후가 되므로, 그 정도의 고온에 있어서의 표면 경도가 높은 것이 특히 바람직하다.
상기 화학 성분을 가지는 롤에 있어서 500℃에서의 표면 경도를 HS50 이상으로 하면, 그러한 온도에서의 내마모성이나 내소착성이 특히 높아져, 열간 압연 프로세스용 롤로서 우수한 내구성능을 발휘하는 것이 된다.
상기 덧붙임층에 대해서는, SUS(스테인리스강) 압연시의 내소착성(발생 한계 미끄럼률, 소착 폭 0.5mm 이상)이 60％ 이상이며, 48시간의 내부식성 테스트(JIS Z2371)에서 내부식성(부식 감량)이 0.0065mg/mm2 이하이면, 열간 압연 프로세스용 롤의 내구성능에 관련하여 더욱 바람직하다.
[0011] 상기의 열간 압연 프로세스용 롤에 대해서는, 탄소강제(製)의 슬리브가 외주부에 상기의 덧붙임층을 가지며, 그 슬리브가, 롤 축의 외측에 끼움부착되어 바디부를 이루고 있는 구성인 것이 바람직하다. 도 1에, 그러한 롤의 일례를 나타내고 있다. 도면 중의 부호 3이 슬리브로서 외주부에 덧붙임층(4)을 가지며, 그 슬리브(3)가 롤 축(2) 상에 끼움부착되어, 열간 압연 강판에 접촉하는 바디부(5)를 이루고 있다.
본 발명의 열간 압연 프로세스용 롤로서는, 롤 축 그 자체가 일체로 바디부를 가지고 있고 그 외주부에 덧붙임층이 설치되어 있는 구성도 채용이 가능하다. 그러나, 상기와 같이 롤 축에 슬리브가 끼움부착되어 바디부를 이루고, 그 슬리브의 외주부에 덧붙임층이 형성되어 있으면, 슬리브를 교환함으로써, 동일한 롤 축을 매우 장기간에 걸쳐 사용할 수 있다. 예컨대, 덧붙임층이 마모되는 것에 대응하여 절삭 가공을 반복함에 의해 그 덧붙임층이 얇아진 경우나, 압연 강판의 재질 등에 따라 롤(바디부)의 표면의 재질을 변경하고자 하는 경우 등에 있어서, 롤 축을 변경하지 않고 덧붙임층이 부착된 슬리브만을 교환하여 사용하는 것이 가능해진다.
슬리브(덧붙임층 이외의 부분)가 탄소강(저탄소강, 즉 연강(軟鋼))제로 된 것이면, 슬리브는 전체적으로 내충격성과 경도를 겸비하게 되어, 덧붙임층이 깨지거나 박리되거나 하기 어려워, 내구성능에 관련하여 특히 유리하다.
또한, 롤 축에 끼움부착되기 전의 슬리브는, 롤 축을 포함한 롤 전체에 대해 사이즈적으로 작고, 또한 경량이어서 취급이 용이하다. 이 때문에, 롤 축에 끼움부착되기 전의 슬리브에 대해 덧붙임층을 형성하여 열처리 등도 행한다면, 많은 공정에 있어서 작업을 간략화·능률화하여, 열간 압연 프로세스용 롤의 저비용화 및 제조 기간의 단축이 가능해진다.
[0012] 외주부의 상기 덧붙임층이, 바디부를 이루는 중실축(中實軸) 또는 슬리브를 심재로 하여 연속 땜질 주조법(CPC 프로세스)으로 형성된 것이면, 더욱 바람직하다. 연속 땜질 주조법이란, 도 3의 요령으로 심재의 주위에 용탕을 주입·응고시켜 덧붙임층을 연속적으로 형성하는 상기의 방법이다.
전술한 바와 같이, 연속 땜질 주조법에 의하면, 용접 경화 덧붙임법이나 용사법으로 덧붙임층을 형성하는 경우와는 달리, 성분이나 조직이 균일하여 충분한 두께를 가지는 덧붙임층이 한 번의 주조로 능률적으로 형성 가능하다는 이점이 있다. 또한, 심재와 덧붙임층 간의 경계부를, 박리될 일 없는 강고한 금속 결합으로 할 수 있다. 게다가, 원심 주조나 일반 정치 주조에 의해 몇 개의 층을 형성하는 경우와는 달리, 주조시의 냉각 속도를 높일 수 있는 것 외에 편석(偏析)이나 이상(異常) 탄화물이 생기기 어려워 Cr, V, Mo 등을 다량으로 첨가할 수 있기 때문에, 주조하는 층의 기계적 강도나 내식성 등을 높이는 것이 어렵지 않다. 이 때문에, 연속 땜질 주조법에 따라 상기 덧붙임층이 형성된 상기 롤은, 내구성능에 관한 다양한 특성에 대해 매우 바람직하다고 할 수 있다.
[0013] 본 발명에 의한 열간 압연 프로세스용 롤의 제조 방법은, 바디부로 하는 중실축 또는 슬리브를 심재로 하고, 그 외주부에, 연속 땜질 주조법에 따라 상기 덧붙임층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
외주부의 덧붙임층을 연속 땜질 주조법에 의해 형성하면, 상술한 바와 같이, a) 성분이나 조직이 균일하여 충분한 두께(5mm 이상)를 가지는 덧붙임층이 한 번의 주조에 의해 능률적으로 형성가능하고, b) 심재와 덧붙임층과의 사이를, 박리될 일이 없는 강고한 금속 결합으로 할 수 있고, c) Cr, V, Mo 등을 다량으로 첨가할 수 있기 때문에, 덧붙임층의 기계적 강도나 내식성 등을 높이는 것이 가능하다는 이점이 있다. 따라서, 상기 제조 방법에 의하면, 내구성능이 우수한 열간 압연 프로세스용 롤을 능률적으로 제조할 수 있다.
[0014] 상기에 의해 덧붙임층을 형성한 중실축 또는 슬리브는, 1000℃에서 7시간의 고용화 처리를 행한 후 강제 공랭(空冷)에 의해 담금질(quenching)을 하고, 나아가, 400∼600℃에서 7시간의 시효 처리를 행하는 것으로 하고, 연속 땜질 주조 후의 어닐링을 행하지 않는 것이 특히 바람직하다.
이와 같이 고용화 처리를 행하여 급랭하고 시효 경화 처리를 행하면, 고용화 처리에 의해 강철(鋼) 중에 합금 원소를 균일하게 고용화시킨 다음, 시효 경화 처리에 의해 균질하고 미세한 석출 화합물을 형성시킬 수 있다. 이 때문에, 상기 화학 성분을 포함하는 덧붙임층이 기계적 강도나 내열성, 내식성을 향상시켜, 각별한 내구성능을 가지는 것이 된다.
연속 땜질 주조 후의 어닐링은, 통상, 냉각 중의 변형 방지나 재질을 부드럽게 하여 가공성을 개선하기 위해 행한다. 그러나, 본 발명에 의한 재질의 경우, 주조 후에는 약 50％ 레벨의 오스테나이트 조직을 가지고 있기 때문에, 부드러울 뿐만 아니라 변형도 적게 제조할 수 있다는 특징이 있다. 주조 후에 어닐링을 하는 경우, 모처럼 고속 냉각(담금질)으로 2차 덴드라이트 및 결정립 조직을 미세화하였음에도 불구하고, 장시간에 걸친 고온의 어닐링에 의해, 결정립의 조대화(粗大化)를 초래하는 동시에 입계(粒界) 근방에서의 M23C6의 Cr 주성분의 2차 석출 탄화물을 석출시키기 때문에 결정립계(結晶粒界) 부근에서의 Cr 농도의 편석을 초래하여, 내부식성을 해치게 된다. 더욱이, 연속 땜질 주조 후에 어닐링을 행하면, M7C3나 M23C6의 Cr 탄화물을 기지(基地, base) 조직에 많이 고용시키기 위해 행하는 고용화 처리에는 고온화 및 유지 시간의 장시간화가 필요해진다. 따라서, 연속 땜질 주조 후에 어닐링을 생략함으로써 저온도·단시간의 고용화 처리로 균질화를 도모하고, 이로써 본 발명의 재질 성분이 가지는 내식성을 더욱 향상시키는 것이 바람직하다.
참고로, 마무리를 위한 덧붙임층 표면의 기계 가공은, 상기의 열처리 후에 행한다.
[0015] 덧붙임층을 형성한 슬리브는, 상기의 고용화 처리, 담금질 및 시효 처리를 행한 후에, 롤 축의 외측에 끼움부착시켜 바디부로 하는 것이 좋다. 즉, 롤의 바디부를 슬리브에 의해 구성하는 것으로 하고, 그 슬리브는, 덧붙임층의 형성과 그 후의 열처리를 행한 다음에 롤 축에 끼움부착시키는 것이다. 도 1에 예시한 롤도, 그러한 순서에 따라 제조하는 것으로 하고 있다.
이 방법에 따라 열간 압연 프로세스용 롤을 제조한다면, 주조나 열처리에 관한 많은 공정에 있어서 작업을 간략화·능률화할 수 있어, 제조 비용의 삭감 및 제조 기간의 단축이 가능해진다. 롤 축에 끼움부착되기 전의 슬리브는, 롤 축을 포함한 롤 전체에 대해 사이즈적으로 작고, 또한 경량이며, 취급이 용이하기 때문이다.
[0016] 본 발명의 열간 압연 프로세스용 롤은, 외주부의 덧붙임층이 기계적 강도나 내식성, 내마모성, 내소착성 등이 높아서 내구성능이 우수하기 때문에, 열간 압연 강판의 압연 설비에 이용되는 래퍼 롤이나 핀치 롤, 맨드릴, 반송 롤러 등에 적합하다. 덧붙임층이 상당한 두께가 되기 때문에, 마모의 진행에 따라 외주면을 재가공함으로써, 매우 장기간에 걸쳐서 계속 사용할 수 있다. 외주부에 상기 덧붙임층을 가지는 탄소강제의 슬리브가 롤 축의 외측에 끼움부착되어 바디부를 이루는 구성을 채용하거나, 또는, 바디부를 이루는 중실축 또는 슬리브를 심재로 하는 연속 땜질 주조법에 따라 덧붙임층이 형성되어 있는 구성을 채용하는 것도, 제조나 사용의 용이성 및 내구성능의 면에서 바람직하다.
[0017] 본 발명에 의한 열간 압연 프로세스용 롤의 제조 방법은, 외주부의 덧붙임층을 연속 땜질 주조법에 따라 형성하기 때문에, a) 성분이나 조직이 균일하여 충분한 두께를 가지는 덧붙임층을 능률적으로 형성할 수 있을 뿐만 아니라, b) 심재와 덧붙임층 간의 경계부를 강고한 금속 결합으로 할 수 있고, c) 합금 원소를 다량으로 첨가하여 덧붙임층의 기계적 강도나 내식성 등을 높이는 것이 가능하다. 이 때문에, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 내구성능이 우수한 열간 압연 프로세스용 롤을 용이하게 제조할 수 있다. 상기 방법으로 덧붙임층을 형성한 후에는, 적절한 열처리를 실시함으로써, 덧붙임층의 내구성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 롤의 바디부를 슬리브로 구성하는 것으로 하고, 덧붙임층의 형성과 열처리가 완료된 슬리브를 롤 축에 끼움부착시켜 바디부로 하면, 제조 과정에 있어서의 각종 작업을 간략화·능률화할 수 있다.
[0018] 도 1은, 열간 압연 프로세스용 롤(1)을 나타낸 수직 단면도이다. 특히, 압연 설비의 핀치 롤 등으로서 사용하는 것을 나타내고 있다.
도 2는, 열간 압연 강판(A)의 압연 설비에 있어서의 각종 열간 압연 프로세스용 롤의 배치를 나타낸 모식도이다.
도 3은, 열간 압연 프로세스용 롤의 제조 과정의 일부인 연속 땜질 주조법을 나타낸 설명도이다.
도 4는, 열간 압연 프로세스용 롤에 설치하는 덧붙임층에 대해, 실시예 1∼4와 비교예 1의 고온 경도를 나타낸 선도(線圖)이다.
[0019] 도 1은, 본 발명의 일례인 열간 압연 프로세스용 롤(1)의 구조를 나타낸 것이다. 도시된 롤(1)은, 롤 축(2)의 외측에 중공의 슬리브(3)를 열간 삽입에 의해 부착시키고, 그 슬리브(3)의 외주부에 덧붙임층(4)을 일체로 형성하고 있다. 덧붙임층(4)을 가지는 슬리브(3)를 롤 축(2)에 끼움부착시킴으로써, 압연 강판과 접하는 부분인 바디부(5)로 하고 있다. 롤 축(2)과 슬리브(3)는, 일방(一方)의 단부(端部)에 있어서 용접부(6)에 의해 고정되어 있다.
롤(1)의 바디부(5)는, 압연 강판과 슬라이딩하거나 충돌하거나 하면서 냉각수 등에 접촉하는 고온 부식 환경에서 사용되기 때문에, 그 외주부의 기계적 강도나 내식성 등을 높이기 위해, 저탄소강(예컨대 JIS-SS400)제의 슬리브(3)의 외측에 고합금강으로 이루어진 덧붙임층(4)(두께 5mm 이상. 두께 10mm 이상인 것도 바람직함)을 설치한 것이다.
[0020] 도 2는, 도 1의 롤(1)과 동일한 구조인 것을 포함하는 각종 열간 압연 프로세스용 롤(12∼15)의 배치도를 나타낸 것이다. 열간 압연 강판(A)의 압연 설비에는, 도시된 바와 같이, 마무리 압연기(11)의 하류측만 보더라도, 런아웃 테이블 롤(반송 롤)(12)이나 핀치 롤(13), 권취용 맨드릴(14), 및 래퍼 롤(15) 등, 복수의 열간 압연 프로세스용 롤이 배치되어 있다. 어떠한 롤도, 고온의 부식 환경에 있어서 높은 기계적 부하를 받으면서 사용된다.
도 1의 롤(1)은, 도 2의 배치에 있어서의 핀치 롤(13)이나 래퍼 롤(14)로서 사용하기 위해 구성한 것이지만, 다른 열간 압연 프로세스용 롤로서 사용해도 된다. 또한, 어떠한 열간 압연 프로세스용 롤로 하는 경우에 있어서도, 롤의 구조는 도 1에 도시된 것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 슬리브를 포함하지 않고, 롤 축이 바디부를 일체로 가지고 있고, 그 바디부에 덧붙임층이 형성되어 있는 롤이라 하더라도, 열간 압연 프로세스용 롤로서 사용할 수 있다.
[0021] 도 1의 롤(1)에 있어서, 슬리브(3)의 외주부의 덧붙임층(4)은, 도 3에 모식적으로 나타낸 연속 땜질 주조법에 의해 형성되어 있다. 즉, 중공의 조합 몰드(21)의 내부에, 상기 저탄소강제의 슬리브(도 1에 있어서의 부호 3)를 심재(23)로서 동심 연직으로 삽입하고, 해당 심재(23)의 외측의 환형 공극부에 용탕(22)을 주입하는 동시에 심재(23)를 연속적으로 강하시킨다. 이에 의해, 심재(23)(즉 도 1의 슬리브(3))의 외주에 상기 용탕을 용착시켜 응고시켜서 덧붙임층(24)(즉 도 1의 덧붙임층(4))을 형성한다.
도 1과 상이한 구조의 롤이라 하더라도, 도 2에 나타낸 열간 압연 프로세스용 롤(12∼15) 등은, 마찬가지로 도 3과 같은 연속 땜질 주조법에 따라 형성하는 것이 좋다. 롤이 슬리브를 가지지 않는 경우에는, 롤 축의 바디부를 중실의 심재(23)로 하고, 그 외주에 덧붙임층(24)을 형성할 수 있다.
중공 또는 중실의 심재(23)의 외주에 덧붙임층(24)을 형성한 후에는, 덧붙임층(4) 등을 적절히 열처리한 다음, 표면 등을 기계 마무리한다. 도 1에 나타낸 예와 같이 중공의 슬리브(3)를 사용하는 롤(1)에서는, 열처리 및 기계 마무리가 완료된 슬리브(3)를 롤 축(2)에 끼움부착시킨다.
[0022] 본 발명자들은, 도 1의 덧붙임층(4)에 채용하는 것으로서, 하기의 표 1에 나타낸 화학 성분(어느 것도 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물)의 강철 시료를 작성하고, 이들에 대해 내구성능에 관한 다양한 시험을 행하였다. 표 1 중, 비교예 1의 시료는, 래퍼 롤 등의 덧붙임층으로서 종래부터 사용되어 온 것이고, 실시예 1∼4는, 이번에 새롭게 개발한 덧붙임층용 재료이다.
또한, 각 시험 중, 후술하는 실기(實機) 시험에 대해서는, 도 3에 나타낸 연속 땜질 주조법으로 덧붙임층을 형성한 롤을 제조하여 사용하였지만, 실기 시험 이외에 대해서는, 연속 땜질 주조법으로 제조하는 경우와 응고 속도가 유사한 시험용 금형 몰드(내경 φ90mm×길이 400mm)에 의해 얻은 시험편(片)을 이용하여 시험을 행하였다. 제조한 시험편 및 실기 시험용 롤은, 1000℃에서 7시간의 고용화 처리를 행한 후 강제 공랭하고, 추가로 400∼600℃에서 7시간의 시효 경화 처리를 하는 열처리를 실시한 후에 사용한다. 연속 땜질 주조 후의 어닐링은 행하지 않았다.
[표 1]
Figure pct00001
[0023] 표 1 중의 실시예 1에 있어서는, 덧붙임층(4)의 화학 성분에 대해 하기를 목표치로서 정하고 있다. 즉, 질량비로, C：0.5∼0.7％, Si：2.8∼4.5％, Cu：0.9∼1.1％, Mn：1.4∼1.6％, Ni：2.7∼3.3％, Cr：13.5∼14.5％, Mo：0.8∼1.1％, Co：0.9∼1.1％, Nb：0.2∼0.4％이다(잔부는 Fe 및 불가피한 불순물).
Cr은 내식성을 높이는 작용이 있고, Si는 소착을 방지하는 작용이 있기 때문에, 쌍방의 작용이 밸런스 있게 적절히 얻어지도록, 양자(兩者)의 함유량의 범위를 상기와 같이 설정하고 있다. Si는, 상기한 범위의 양을 포함함으로써, 고온 산화성과 고온 수증기하에서의 내식성을 개선하는 작용도 있다. Mo나 Co는 고온 특성을 향상시키기 위해 적당량을 포함하고 있다. Nb는, 입계 및 입자 내로의 Cr 탄화물의 석출을 억제시켜, 금속 Cr의 감소에 따른 내부식성 및 인성(靭性)의 저하 방지, 및 응고나 고용화 처리시에 결정립의 성장을 억제하여 결정립을 미세화시킬 목적으로 적당량을 첨가하고 있다. 또한 Cu는, 석출 경화형 원소이기 때문에, 상기와 같이 적당량을 첨가함으로써 기지(基地)의 강도 향상을 도모하고 있다.
[0024] 표 1의 실시예 2∼4에 있어서는, 덧붙임층(4)의 화학 성분의 목표치로서, 하기와 같이 정하고 있다. 즉, 질량비로, C：0.7∼0.9％, Si：3.0∼4.2％, Cu：0.9∼1.1％, Mn：1.4∼1.6％, Ni：2.7∼3.3％, Cr：13.5∼14.5％, Mo：1.8∼4％, Co：0.9∼1.1％, Nb：0.9∼1.1％이다(잔부는 Fe 및 불가피한 불순물).
실시예 1의 것과 비교하면 C와 Mo, Nb를 증량하였다. 증량하여 상기 범위에서 이들을 함유시킴으로써, 덧붙임층(4)의 고온 특성을 강화한 것이다.
[0025] 상기에 의해 제조한 시험편(실시예 1과 비교예 1의 각 덧붙임층)에 대해 다양한 시험을 행하여, 내구성능에 관한 특성을 조사하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
실시예 1의 시험편은, 인장 강도와 내력, 신장, 압착, 경도의 어느 것에 있어서도 비교예 1에 기재된 것보다 높고, 고온에서의 각 특성에 대해서도 마찬가지로 되어 있다. 실시예 1의 시험편에 있어서 선팽창 계수가 낮고 내력이 높기 때문에, 내열균열성에 대해 실시예 1에 기재된 것이 우수하다는 것도 추측된다. 그 밖에, 내부식성, 내소착성, 고온산화특성에 관해서도, 실시예 1에 기재된 것이 비교예 1에 기재된 것을 상회하고 있다.
[표 2]
Figure pct00002
[0026] 표 2에 나타낸 특성을 알기 위한 각종 시험(중 특수한 것)은, 하기의 요령으로 실시하고 있다.
내부식성： JIS Z 2371의 염수(鹽水) 분무 시험 방법에 근거하여 48시간의 시험을 행하고, 시험 전·후의 부식 감량을 측정하였다.
내소착성： (주) 후지코가 개발한 열간 소착·마모 시험기를 이용해서, 시험편을 회전시키고 그 표면에 소정의 압력으로 부하재(負荷材)를 꽉 누름으로써(SUS의 압연 시를 상정하여 스테인리스강재를 부하재로 함), 소착 발생시의 미끄럼률(발생 한계 미끄럼률. 인화폭은 0.5mm 이상)을 조사하였다.
내열충격성： 균열이 없음을 사전에 확인한 시험편을, 소정의 온도까지 가열한 다음 수중(水中)에 투입하여, 분열이 발생할 때의 가열 온도를 측정하였다.
고온산화특성： 시험편을 세정·건조시킨 후, 대기 중의 전기로에 900℃로 24시간 유지시킨 다음 냉각하여, 스케일의 질량을 포함하여 시험편의 산화 증량을 측정하였다.
[0027] 또한, 실시예 1의 덧붙임층을 가지는 롤과, 비교예 1의 덧붙임층을 가지는 롤에 대해 실기 시험을 행하였다. 즉, 상기의 각 롤을, 실제의 열간 압연 공장에서의 래퍼 롤로서 소정 기간 동안(약 100일간) 사용하였다. 해당 공장의 래퍼 롤에서는, 스테인리스강판 등이 700℃를 넘는 온도로 권취되기 때문에, 롤의 외주부에 걸리는 부하가 높다.
상기 실기 시험의 결과, 실시예 1의 덧붙임층의 외경이 마모 등에 의해 감소한 양(단위 시간당 감소량)은, 비교예 1의 덧붙임층의 외경이 마모 등에 의해 감소한 양의 3.5분의 1이었다. 더욱이, 상기 시험 기간의 종료 시점에서, 비교예 1의 덧붙임층의 표면에는 붉은 녹이 관찰되었지만, 실시예 1의 덧붙임층(4)에는 관찰되지 않았고, 시험 개시 전의 광택이 표면 전역에 유지되고 있었다.
[0028] 본 발명자들은 나아가, 실시예 2∼4의 시험편을 포함하여, 실온에서부터 700℃까지의 고온 경도를 측정하였다. 그 결과를 도 4에 나타낸다.
실시예 1∼4의 시험편은, 모두, 300℃·500℃(및 그 부근)에서의 경도가 비교예 1의 것을 큰 폭으로 상회한다. 이것은, 실시예 1∼4에 있어서 고온 강도 유지 특성을 가지는 특수 첨가 원소의 영향이라고 생각된다. 고온 영역에서의 경도가 높은 것은, 실기 사용 환경에서의 롤의 마모 특성을 비롯하여 내흠집성이나 내소착성 등에 유리하게 작용하는 것으로 추측된다.
[0029] 1 : 열간 압연 프로세스용 롤
2 : 롤 축
3 : 슬리브
4 : 덧붙임층
5 : 바디부
13 : 핀치 롤
15 : 래퍼 롤

Claims (9)

  1. 외주부에, 질량비로 C：0.5∼0.7％, Si：2.8∼4.0％, Cu：0.9∼1.1％, Mn：1.4∼1.6％, Ni：2.7∼3.3％, Cr：13.5∼14.5％, Mo：0.8∼1.1％, Co：0.9∼1.1％, Nb：0.2∼0.4％를 함유하며 잔부(殘部)가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진, 두께 5mm 이상의 덧붙임층을 가지는 것을 특징으로 하는 열간 압연 프로세스용 롤.
  2. 외주부에, 질량비로 C：0.7∼0.9％, Si：3.0∼4.5％, Cu：0.9∼2.0％, Mn：1.4∼1.6％, Ni：2.7∼3.3％, Cr：13.5∼14.5％, Mo：1.8∼4％, Co：0.9∼3.0％, Nb：0.4∼1.5％를 함유하며 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진, 두께 5mm 이상의 덧붙임층을 가지는 것을 특징으로 하는 열간 압연 프로세스용 롤.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 덧붙임층에 대해, 500℃에 있어서의 고온 경도가 HS50 이상인 것을 특징으로 하는 열간 압연 프로세스용 롤.
  4. 제1항에 있어서,
    SUS 압연시의 내소착성(耐燒付性)(발생 한계 미끄럼률, 소착 폭 0.5mm 이상)이 60％이며, 48시간의 내(耐)부식성 테스트(JIS Z2371)에서 내부식성(부식 감량)이 0.0065mg/mm2 이하인 것을 특징으로 하는 열간 압연 프로세스용 롤.
  5. 제1항에 있어서,
    탄소강제(製)의 슬리브가 외주부에 상기의 덧붙임층을 가지며, 그 슬리브가, 롤 축의 외측에 끼움부착되어 바디부(胴部)를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 열간 압연 프로세스용 롤.
  6. 제1항에 있어서,
    바디부를 이루는 중실축(中實軸) 또는 슬리브의 외주부에, 연속 땜질 주조법에 의해 형성된 상기 덧붙임층을 가지는 것을 특징으로 하는 열간 압연 프로세스용 롤.
  7. 제1항에 기재된 열간 압연 프로세스용 롤의 제조 방법으로서,
    바디부로 하는 중실축 또는 슬리브를 심재(芯材)로 하고, 그 외주부에, 연속 땜질 주조법에 의해 상기 덧붙임층을 형성하는
    것을 특징으로 하는 열간 압연 프로세스용 롤의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 덧붙임층을 형성한 중실축 또는 슬리브를, 1000℃로 7시간의 고용화 처리를 행한 후 강제 공랭(空冷)에 의해 담금질(quenching)을 하고, 나아가, 400∼600℃로 7시간의 시효 처리를 행하는 것으로 하고, 연속 땜질 주조 후에 어닐링 열처리를 행하지 않는 것을 특징으로 하는 열간 압연 프로세스용 롤의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 덧붙임층을 형성한 슬리브를, 상기의 고용화 처리, 담금질 및 시효 처리를 행한 후, 롤 축의 외측에 끼움부착시켜 바디부로 하는 것을 특징으로 하는 열간 압연 프로세스용 롤의 제조 방법.
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