KR20240027054A

KR20240027054A - 냉간 압연용 단강 롤

Info

Publication number: KR20240027054A
Application number: KR1020247003010A
Authority: KR
Inventors: 세이지 이토; 요시키 다카하마; 가호 히라야마; 하쿠에이 히로카와; 가즈야 하나오리; 도모아키 세라
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2021-08-03
Filing date: 2021-08-03
Publication date: 2024-02-29
Also published as: CN117794656A; JP7328606B2; WO2023012906A1; JPWO2023012906A1

Abstract

400℃에서의 비커스 경도 Hv가 400 이상인 냉간 압연용 단강 롤이 제공된다.

Description

냉간 압연용 단강 롤

본 발명은, 냉간 압연용 단강 롤에 관한 것이다.

냉간 압연용 롤로서 일반적으로 단강 등의 철계 재료가 사용되고 있다. 이와 같은 냉간 압연용 단강 롤을 사용한 냉간 압연에서는, 예를 들어 장기의 사용에 의해 롤 표면의 조도가 점차 저하되어, 압연 중에 롤과 피압연재 사이에서 슬립이 발생하여 압연 불가능하게 되거나, 혹은 롤과 강판 사이에 공급되는 윤활유의 유막이 압연 조건 등의 변화에 기인하여 파단하거나 함으로써 롤과 강판이 직접 접촉하여 시징을 발생시키거나 하는 경우가 있다. 그리고, 슬립이나 시징 등의 통판 사고에 의해 롤 표면에 열충격이 가해지고, 이와 같은 열충격에 기인하여 롤 표면에 균열(크랙)이 발생하는 경우가 있다. 이 균열을 그대로 두면, 균열이 롤 중을 점차 진전한다. 균열이 진전하면, 롤의 외표면에 박리가 발생하는 경우가 있고, 이와 같은 롤 파손 현상은 일반적으로 스폴링이라 불리고 있다.

이것에 관련하여, 스폴링 등의 롤 파손을 방지하기 위해, 롤에 균열이 발생하면, 그 후의 균열의 진전을 방지하기 위해, 균열의 깊이에 따라서 롤 표면을 연삭하여 당해 균열을 제거하는 것이 행해지고 있다. 그러나, 균열이 깊어지면, 당해 균열을 제거하기 위한 연삭량이 많아지기 때문에, 롤 원단위(kg/ton)(롤 개삭량(kg)/제품 압연량(ton))이 악화된다고 하는 문제가 있다. 따라서, 열충격에 의한 균열의 발생을 억제 또는 저감하는 것이 가능한 높은 내균열성을 갖는 냉간 압연용 롤, 특히 냉간 압연용 단강 롤에 대한 요구가 있다.

특허문헌 1에서는, C: 0.7 내지 1.0％, Si: 0.15 내지 1.5％, Mn: 0.15 내지 1.5％, Cr: 3.0 내지 6.0％, Mo: 3.0 내지 5.0％, V: 1.2％ 이하를 함유하는 강을 주조한 소재를 표층부만 변태점 이상의 온도로 가열하고, 분수 ??칭을 행한 후, -30℃ 이하의 온도에서 서브 제로 처리를 행하고, 또한, 180℃ 이상의 온도에서 템퍼링을 행하는 것을 특징으로 하는 금속 압연기용 작업 롤의 제조법이 기재되어 있다. 특허문헌 1에서는, 상기 제조법에 의하면, 표면 경도를 종래 롤과 마찬가지로 한 경우, 템퍼링 온도를 40℃ 이상 높게 취할 수 있기 때문에, 압연 사고 시의 열충격에 의한 크랙에 대한 내성을 현저하게 높이는 효과가 있다고 기재되어 있다.

특허문헌 2에서는, 중량 퍼센트로 C: 0.45 내지 0.95％, Mn: 1.0％ 이하, Cr: 4.5 내지 6.0％, Mo: 0.3 내지 0.7％, Ni: 0.6 내지 2.0％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고 또한 불가피 불순물로서의 Si 함유량을 0.1％ 미만으로 억제한 것을 특징으로 하는 고인성 압연용 롤이 기재되어 있다. 특허문헌 2에서는, 종래의 Cr-Mo강을 베이스로 한 롤재에 있어서, Si 함유량을 불가피 불순물로서 0.1％ 이하로 억제하고 또한 Ni를 0.6 내지 2.0％ 함유시킴으로써, 종래 롤과 동일한 경도 레벨을 확보하면서, 즉 내마모성, 내스폴링성 및 내열충격 크랙성을 손상시키지 않고 고인성을 갖는 압연용 롤재를 얻을 수 있다고 기재되어 있다.

특허문헌 3에서는, C: 0.90 내지 1.10wt％, Si: 0.5 내지 1.0wt％, Mn: 0.1 내지 1.0wt％, Cr: 4.0 내지 6.0wt％, Mo: 3.0 내지 6.0wt％, V: 0.5 내지 2.0wt％, 및 Co: 1.0 내지 3.0wt％를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단강제 냉간 압연용 워크 롤재가 기재되어 있다. 특허문헌 3에서는, 상기 구성에 의하면, 종래 양립시키는 것이 어렵다고 알려진 내마모성 및 내열충격성을 겸비한 냉간 압연용 워크 롤재를 얻을 수 있다고 기재되어 있다.

특허문헌 4에서는, 중량％로 C: 0.7 내지 1.4％, Si: 0.8 내지 2.5％, Mn: 0.8 내지 2.5％, Ni: 0.5 내지 2.5％, Cr: 2.5 내지 6.5％, Mo: 2.5 내지 8.5％, W: 0.3 내지 3.0％, V: 0.5 내지 4.5％, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 서브 제로 처리 후 템퍼링에 의한 잔류 오스테나이트양을 15％ 내지 40％ 포함하는 것을 특징으로 하는 압연용 ??칭 롤이 기재되어 있다. 특허문헌 4에서는, 잔류 오스테나이트양을 15 내지 40％의 범위에서 잔류시킴으로써, 인성이 향상되어 크랙 발생 후에 크랙의 진전이 방지된다는 취지가 기재되어 있다.

특허문헌 5에서는, 질량％로, C: 0.6 내지 1.2％, Si: 0.4 내지 0.8％, Mn: 0.4 내지 1.0％, Ni: 0.4 내지 1.0％, Cr: 3.0 내지 6.0％, Mo: 0.2 내지 0.5％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 단강제 냉간 압연 롤이며, 롤 표면으로부터 50㎜ 이내의 롤 표층부의 금속 조직에 분산된 탄화물의 평균 입경이 1㎛ 이하, 또한, 분산된 탄화물의 면적 분율이 5 내지 30％인 것을 특징으로 하는 단강제 냉간 압연 롤이 기재되어 있다. 특허문헌 5에서는, 상기 단강제 냉간 압연 롤에 의하면, 고가의 마이크로 알로이 등의 원소를 사용하거나, 특수한 제법을 채용하거나 하는 일이 없어도, 우수한 인성을 확보할 수 있어, 고부하 환경 시에 있어서도 압연 시에 균열이 발생하는 일이 없다고 기재되어 있다.

일본 특허 공개 평2-185928호 공보 일본 특허 공개 평1-234548호 공보 일본 특허 공개 평5-086439호 공보 일본 특허 공개 평5-132738호 공보 일본 특허 공개 제2010-242166호 공보

열충격에 의한 냉간 압연용 롤의 균열 발생 메커니즘은, 종래, 명백하게는 되어 있지 않다. 본 발명자들은, 하나의 가능성으로서, 롤 표면의 균열은, 이하와 같이 하여 발생하는 것이라고 생각하였다. 먼저, 열충격에 의해 순간적으로 롤 표면의 온도가 높아지고, 그 온도가 어떤 값을 초과하였을 때 마이크로 조직의 템퍼링이 일어난다. 이 마이크로 조직의 템퍼링에 수반하여, 롤 표면에 있어서 재료의 수축이 일어난다. 이어서, 재료의 수축이 일어남으로써 롤 표면에 인장 응력이 발생하고, 이와 같은 인장 응력에 기인하여 당해 롤 표면에 있어서 균열이 발생한다.

상기 관점에서, 열충격에 의한 롤 표면의 균열의 발생을 억제 또는 저감하기 위해서는, 당해 열충격 시의 고온 하에 있어서의 롤 재료의 경도를 향상시켜, 이와 같은 고온 하에서의 재료 수축에 수반하여 발생하는 롤 표면의 인장 응력에 대한 내구성을 높이는 것이 유효한 해결책으로서 생각된다. 상기 특허문헌 1 내지 5에서는, 롤 재료의 화학 조성이나 제조법에 관한 검토는 이루어져 있지만, 열충격에 의한 균열의 발생을 억제 또는 저감하는 것에 대하여, 고온 하에서의 롤 재료의 경도를 향상시킨다고 하는 관점에서의 검토는 이루어져 있지 않다.

본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 열충격에 의한 균열의 발생을 저감하는 것이 가능한, 내균열성이 개선된 냉간 압연용 단강 롤을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하는 본 발명은 하기와 같다.

(1) 400℃에서의 비커스 경도 Hv가 400 이상인, 냉간 압연용 단강 롤.

(2) 화학 조성이, 질량％로,

C: 0.70 내지 1.50％,

Si: 0.40 내지 1.50％,

Mn: 0.20 내지 1.50％,

P: 0.030％ 이하,

S: 0.0200％ 이하,

Al: 0.050％ 이하,

N: 0.0200％ 이하,

O: 0.0050％ 이하,

Cr: 2.80 내지 8.00％,

Mo: 0.30 내지 3.00％,

Cu: 0.100％ 이하,

B: 0.0100％ 이하,

Ni: 0 내지 1.20％,

V: 0 내지 2.00％,

Nb: 0 내지 1.00％, 그리고

잔부: Fe 및 불순물로 이루어지고, 또한

하기 식 1을 충족시키는, 상기 (1)에 기재된 냉간 압연용 단강 롤.

4.50≤Cr+Mo+V+Nb≤14.00 … 식 1

여기서, 식 1 중의 각 원소 기호에는, 각 원소의 함유량(질량％)이 대입되고, 원소를 포함하지 않는 경우에는 0이 대입된다.

(3) 상기 화학 조성이, 질량％로,

Ni: 0.05 내지 1.20％,

V: 0.10 내지 2.00％, 및

Nb: 0.10 내지 1.00％

로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 함유하는, 상기 (2)에 기재된 냉간 압연용 단강 롤.

(4) 승온 과정에 있어서의 수축 개시 온도가 300℃ 이상인, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 냉간 압연용 단강 롤.

본 발명에 따르면, 400℃에서의 비커스 경도 Hv가 400 이상인 단강으로부터 제조된 롤을 냉간 압연용 롤로서 사용함으로써, 롤 표면에 있어서의 균열의 발생을 현저하게 억제 또는 저감시킬 수 있다. 즉 냉간 압연용 롤의 내균열성을 현저하게 향상시킬 수 있다. 이와 같은 냉간 압연용 단강 롤을 사용함으로써, 설령 냉간 압연 시 슬립이나 시징 등의 통판 사고에 의해 열충격이 롤에 가해진 경우라도, 당해 열충격에 기인하여 발생하는 균열을 얕게 할 수 있다. 그 때문에, 당해 균열을 제거하기 위한 롤 연삭량을 작게 할 수 있고, 그 때문에 롤 원단위를 현저하게 향상시키는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명에 관한 수축 개시 온도를 설명하기 위한, 포마스터 시험기를 사용한 승온 과정에 있어서의 롤 재료의 열팽창 곡선을 나타내는 그래프이다.
도 2는 낙중식 마찰 열충격 시험기를 사용한, 실시예 및 비교예의 각 시험재에 대한 열충격 시험을 모식적으로 도시하는 약도이다.

<냉간 압연용 단강 롤>

본 발명의 실시 형태에 관한 냉간 압연용 단강 롤은, 400℃에서의 비커스 경도 Hv가 400 이상이다.

단강 롤을 사용한 냉간 압연에서는, 압연 중에 롤과 피압연재 사이에 발생하는 슬립이나 시징 등의 통판 사고에 의해 롤 표면에 열충격이 가해지고, 그것에 기인하여 롤 표면에 균열(크랙)이 발생하는 경우가 있다. 이 균열이 진전하면, 롤의 외표면에 스폴링이라 불리는 박리가 발생하는 경우가 있다.

본 발명자들은, 열충격에 의한 롤 표면에서의 균열 발생에 대한 내구성의 지표로서, 고온 하에 있어서의 롤 재료의 경도에 주목하여, 당해 롤 재료의 경도와 균열의 발생 사이의 상관 관계에 대하여 조사하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 400℃에서의 비커스 경도 Hv(이하, 간단히 「고온 경도」라고도 함)가 400 이상인 단강으로부터 제조된 롤을 냉간 압연용 롤로서 사용함으로써, 롤 표면에 있어서의 균열의 발생을 현저하게 억제 또는 저감할 수 있는 것, 즉 냉간 압연용 롤의 내균열성을 현저하게 향상시킬 수 있는 것을 알아냈다. 이와 같은 냉간 압연용 단강 롤을 사용함으로써, 냉간 압연 시 슬립이나 시징 등의 통판 사고에 의해 열충격이 롤에 가해진 경우라도, 당해 열충격에 기인하여 발생하는 균열을 얕게 하는 것이 가능해진다. 이것에 관련하여, 당해 균열을 제거하기 위한 롤 연삭량을 작게 할 수 있고, 그 때문에 롤 원단위를 현저하게 향상시키는 것이 가능해진다.

[400℃에서의 비커스 경도 Hv(고온 경도)]

본 발명의 실시 형태에 관한 냉간 압연용 단강 롤에서는, 400℃에서의 비커스 경도 Hv는 400 이상이다. 일반적으로, 온도가 높아짐에 따라서, 롤 재료의 경도는 저하된다. 이것에 관련하여, 본 발명자들은, 종래의 냉간 압연용 단강 롤에서는, 400℃ 부근의 고온 하에서 경도가 급격하게 저하되는 것을 알아냈다. 또한 본 발명자들은, 화학 조성을 적절한 것으로 하면서, 제조 방법을 연구함으로써, 이와 같은 고온 하에서도 냉간 압연용 단강 롤의 비커스 경도 Hv를 400 이상의 높은 레벨로 유지할 수 있는 것을 알아냈다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 냉간 압연용 단강 롤의 400℃에서의 비커스 경도 Hv를 이와 같은 범위로 제어함으로써, 열충격 시의 고온 하에 있어서 롤 표면에 발생하는 인장 응력에 대하여 높은 내구성을 얻을 수 있고, 결과로서 당해 열충격에 의한 롤 표면의 균열의 발생을 현저하게 억제 또는 저감하는 것이 가능해진다.

냉간 압연용 단강 롤의 400℃에서의 비커스 경도 Hv가 높을수록, 롤 표면의 인장 응력에 대한 내구성은 보다 높아진다. 400℃에서의 비커스 경도 Hv는, 바람직하게는 410 이상, 보다 바람직하게는 420 이상, 더욱 보다 바람직하게는 430 이상, 가장 바람직하게는 435 이상 또는 440 이상이다. 400℃에서의 비커스 경도 Hv의 상한은 특별히 한정되지는 않지만, 고온 경도를 과도하게 높게 해도, 균열의 발생을 억제 또는 저감하는 효과가 포화되고, 한편으로 인성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 따라서, 400℃에서의 비커스 경도 Hv는, 700 이하로 하는 것이 바람직하고, 600 이하, 550 이하 또는 500 이하여도 된다.

여기서, 「400℃」란, 롤 표면의 온도를 말한다. 「비커스 경도 Hv」는, 롤의 동체부의 표면으로부터 깊이 10㎜까지의 영역의 비커스 경도를 말한다. 본 실시 형태에 있어서, 「400℃에서의 비커스 경도 Hv」는, 냉간 압연용 단강 롤의 표면으로부터 채취한 시험재에 대하여, 고온 비커스 경도계를 사용하여 실온으로부터 400℃로 승온하여 5분 유지하였을 때의 경도를 측정함으로써 결정된다. 측정은, JIS Z 2252:1991에 준거한 방법으로 실시된다. 보다 구체적으로는, 시험재 및 압자를 가열하여, 치수가 5㎜×5㎜×10㎜인 시험재에 있어서 5㎜×10㎜의 측정면에 하중 300gf를 부가하여 비커스 경도를 5점 측정하고, 그것들의 평균값을 400℃에서의 비커스 경도 Hv로서 결정한다. 보다 바람직하게는, 롤의 유효경 영역에 있어서, 400℃에서의 비커스 경도 Hv가 400 이상이다. 유효경 영역이란, 표면으로부터 압연 사용 가능한 최소경(폐각경)까지의 영역을 말한다.

[수축 개시 온도]

앞서 설명한 대로, 열충격에 의한 롤 표면의 균열의 발생을 억제 또는 저감하기 위해서는, 고온 하에서의 재료 수축에 수반하여 발생하는 롤 표면의 인장 응력에 대한 내구성을 높이는 것이 하나의 유효한 해결책으로서 생각된다. 본 발명자들은, 이것에 더하여, 고온 하에서의 롤 표면에 있어서의 재료 수축 자체, 나아가서는 이와 같은 재료 수축에 수반되는 인장 응력의 발생 자체를 억제 또는 저감하는 것에 주목하여 더욱 검토를 행하였다. 보다 구체적으로는, 본 발명자들은, 롤 재료에 있어서 이와 같은 수축이 개시되는 온도(이하, 간단히 「수축 개시 온도」라 함)와 균열의 발생 사이의 상관 관계에 대하여 조사하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 400℃에서의 비커스 경도 Hv가 400 이상인 것에 더하여, 승온 과정에 있어서의 수축 개시 온도가 300℃ 이상인 단강으로부터 제조된 롤을 냉간 압연용 롤로서 사용함으로써, 롤 표면에 있어서의 균열의 발생을 더욱 보다 현저하게 억제 또는 저감할 수 있는 것, 즉 냉간 압연용 롤의 내균열성을 더욱 보다 현저하게 향상시킬 수 있는 것을 알아냈다.

본 실시 형태에 있어서, 「수축 개시 온도」란, 포마스터 시험기를 사용하여 승온 과정에 있어서의 롤 재료의 팽창량을 측정하고, 그 측정 결과에 기초하여 얻어진 열팽창 곡선에 있어서의 저온측에서의 변곡점(수축을 개시한 시점)의 온도를 말하는 것이다.

도 1은 본 실시 형태에 관한 수축 개시 온도를 설명하기 위한 포마스터 시험기를 사용한 승온 과정에 있어서의 롤 재료의 열팽창 곡선을 나타내는 그래프이다. 도 1 중의 실선은, 후에 설명하는 실시예 3에 관한 롤 재료로부터 채취한 시험재의 열팽창 곡선을 나타내고 있다. 도 1 중의 파선은, 후술하는 비교예 1에 관한 롤 재료로부터 채취한 시험재의 열팽창 곡선을 나타내고 있다. 도 1을 참조하면, 비교예 1의 시험재에서는, 실온으로부터 승온하였을 때 250℃에서 팽창량 변화의 기울기가 일단 감소하고 있다.

한편, 실시예 3의 시험재에서는, 마찬가지로 승온하였을 때 비교적 낮은 온도 하에서는, 측정 오차로 생각되는 미소한 변동을 제외하면 팽창량 변화의 기울기는 특별히 감소하지 않고, 450℃의 고온까지 승온하여 비로소 팽창량 변화의 기울기가 일단 감소한다. 이와 같은 팽창량 변화의 기울기의 감소는, 승온 과정에 있어서 시험재의 마이크로 조직이 템퍼링된 것에 기인하여 재료의 수축이 개시된 것을 시사한다. 본 실시 형태에 있어서, 이들 온도는 각각 비교예 1 및 실시예 3의 시험재에 관한 수축 개시 온도로서 정의된다. 또한, 도 1을 참조하면, 각 시험재에 관한 열팽창 곡선에 있어서, 일단 감소한 팽창량 변화의 기울기가 수축 개시 온도보다도 고온측에서 증가로 전환된 것이 보인다. 이들 온도는, 마이크로 조직의 템퍼링에 기인하는 수축이 종료된 것을 시사하고 있다고 생각된다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 관한 냉간 압연용 단강 롤에서는, 상기와 같이, 수축 개시 온도는 300℃ 이상이다. 예를 들어, 도 1의 실시예 3에서는, 수축 개시 온도가 450℃이며 매우 높다. 그 때문에, 설령 슬립이나 시징 등의 통판 사고에 의해 롤 표면에 열충격이 가해져, 순간적으로 온도가 높아졌다고 해도, 당해 롤 표면에 있어서 재료의 수축이 일어나지 않거나 또는 그 수축량을 대폭 저감하는 것이 가능해진다. 본 발명의 바람직한 실시 형태에 관한 냉간 압연용 단강 롤에 의하면, 종래의 재료와 비교하여, 롤 표면에 있어서의 재료의 수축에 수반되는 인장 응력의 발생 자체를 억제 또는 저감할 수 있으므로, 이와 같은 인장 응력에 기인하는 롤 표면의 균열의 발생을 현저하게 억제 또는 저감하는 것이 가능해진다.

균열의 발생을 억제 또는 저감한다고 하는 관점에서는, 수축 개시 온도는 높을수록 바람직하다. 수축 개시 온도는, 350℃ 이상, 400℃ 이상, 450℃ 이상, 500℃ 이상, 600℃ 이상, 650℃ 이상, 670℃ 이상, 700℃ 이상, 750℃ 이상, 800℃ 이상 또는 850℃ 이상이어도 된다. 그러나, 수축 개시 온도가 너무 높아지면, 열충격에 기인하는 균열의 발생은 억제 또는 저감되지만, 롤의 인성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 예를 들어 수축 개시 온도는 950℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

[냉간 압연용 단강 롤의 바람직한 화학 조성]

본 실시 형태의 냉간 압연용 단강 롤은, 400℃에서 400 이상의 비커스 경도 Hv, 바람직하게는 그것에 더하여 300℃ 이상의 수축 개시 온도를 갖는다. 그 때문에 당해 냉간 압연용 단강 롤의 화학 조성은, 400℃에서 400 이상의 비커스 경도 Hv, 바람직하게는 그것에 더하여 300℃ 이상의 수축 개시 온도를 달성할 수 있는 임의의 화학 조성이어도 되고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 보다 상세하게는, 본 실시 형태는, 상기와 같이 열충격에 의한 균열의 발생을 저감하는 것이 가능한 내균열성이 개선된 냉간 압연용 단강 롤을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이며, 냉간 압연용 단강 롤의 400℃에서의 비커스 경도 Hv를 400 이상으로 하는 것, 더욱 바람직하게는 냉간 압연용 단강 롤의 수축 개시 온도를 300℃ 이상으로 함으로써 당해 목적을 달성하는 것이다. 따라서, 냉간 압연용 단강 롤의 화학 조성은, 본 실시 형태의 목적을 달성하는 데 있어서 필수의 기술적 특징은 아니다. 이하의 기재에 있어서, 고온 경도 및 수축 개시 온도의 특징을 달성하기 위한 냉간 압연용 단강 롤의 바람직한 화학 조성에 대하여 상세하게 설명하지만, 이들 설명은, 냉간 압연용 단강 롤의 바람직한 화학 조성의 단순한 예시를 의도하는 것이며, 본 실시 형태를 이와 같은 특정의 화학 조성을 갖는 냉간 압연용 단강 롤에 한정하는 것을 의도하는 것은 아니다. 이하의 설명에 있어서, 냉간 압연용 단강 롤에 포함되는 각 원소의 함유량의 단위인 「％」는, 특별히 언급이 없는 한 「질량％」를 의미하는 것이다. 또한, 본 명세서에 있어서, 수치 범위를 나타내는 「내지」란, 특별히 언급이 없는 경우, 그 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 의미로 사용된다.

[C: 0.70 내지 1.50％]

탄소(C)는, 롤 표층의 경도를 높이는 데 필요한 원소이다. 이와 같은 효과를 충분히 얻기 위해, C 함유량은 0.70％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. C 함유량은 0.75％ 이상, 0.80％ 이상, 0.85％ 이상 또는 0.90％ 이상이어도 된다. 한편, C를 과도하게 함유하면, 조대한 탄화물이 생성되어, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는 경우가 있다. 따라서, C 함유량은 1.50％ 이하로 하는 것이 바람직하다. C 함유량은 1.40％ 이하, 1.30％ 이하, 1.20％ 이하, 1.15％ 이하, 1.10％ 이하, 1.05％ 이하 또는 1.00％ 이하여도 된다.

[Si: 0.40 내지 1.50％]

실리콘(Si)은, 일반적으로 강을 탈산하고, 또한 ??칭성을 높이는 원소이다. 금회, 또한, 본 발명자들은, Si 함유량과 롤의 고온 경도 및 수축 개시 온도의 관계에 대하여 조사하였다. 그 결과, 이들 사이에는 강한 상관 관계가 있고, Si를 첨가함으로써 고온 경도와 수축 개시 온도의 양쪽을 높게 할 수 있는 것을 알아냈다. 롤의 고온 경도를 충분히 향상시킨다고 하는 관점에서는, Si 함유량은 0.40％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 수축 개시 온도를 충분히 향상시킨다고 하는 관점에서는, Si 함유량은 0.45％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Si 함유량은 0.50％ 이상, 0.60％ 이상, 0.70％ 이상, 0.75％ 이상, 0.80％ 이상, 0.85％ 이상 또는 0.90％ 이상이어도 된다. 후에 상세하게 설명하는 고용 Si양을 증가시키는 관점에서도, Si 함유량은 높은 쪽이 바람직하다. 한편, Si를 과도하게 함유하면, 탄화물이 편석되기 쉬워져 충분한 인성이 얻어지지 않는 경우가 있다. 따라서, 롤의 고온 경도 및/또는 수축 개시 온도의 향상이라고 하는 관점에서는 반드시 Si 함유량의 상한값은 한정되지는 않지만, 충분한 인성을 확보한다고 하는 관점에서, Si 함유량은 1.50％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Si 함유량은 1.40％ 이하, 1.30％ 이하, 1.20％ 이하, 1.10％ 이하, 1.05％ 이하, 1.00％ 이하 또는 0.95％ 이하여도 된다.

전혀 특정 이론에 속박되는 것을 의도하는 것은 아니지만, Si 함유량을 높게 함으로써, 롤의 매트릭스 중에 고용 상태로 존재하는 Si의 양을 증대시킬 수 있고, 이와 같은 고용 Si양의 증대에 기인하여 롤의 고온 경도 및 수축 개시 온도를 향상시키는 것이 가능해진다고 생각된다. 따라서, 단순히 Si 함유량을 증가시켜도, 그 대부분이 탄화물 등으로서 석출되어 롤의 매트릭스 중에 고용 상태로 존재하는 Si의 양이 적어져 있는 경우에는, 반드시 충분한 롤의 고온 경도 및/또는 수축 개시 온도가 얻어지지는 않을 우려가 있다. 롤의 고온 경도 및 수축 개시 온도를 향상시키기 위해서는, 적절한 Si 함유량을 적용하는 것에 더하여, 후에 상세하게 설명한 바와 같이, 제조 방법을 적절하게 제어하여 매트릭스 중에 고용 상태로 존재하는 Si의 양을 증가시키는 것이 매우 중요해진다.

[Mn: 0.20 내지 1.50％]

망간(Mn)은, ??칭성을 유효하게 높이는 원소이다. 이와 같은 효과를 충분히 얻기 위해, Mn 함유량은 0.20％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Mn 함유량은 0.25％ 이상, 0.30％ 이상, 0.35％ 이상 또는 0.40％ 이상이어도 된다. 한편, Mn을 과도하게 함유하면, 충분한 인성이 얻어지지 않는 경우가 있다. 따라서, ??칭성을 유효하게 높이고 또한 충분한 인성을 확보하기 위해, Mn 함유량은 1.50％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Mn 함유량은 1.40％ 이하, 1.20％ 이하, 1.00％ 이하, 0.80％ 이하 또는 0.60％ 이하여도 된다.

[P: 0.030％ 이하]

인(P)은, 불가피하게 함유되는 불순물이다. 즉, P 함유량은 0％ 초과이다. P는, 입계에 편석되어, 강재의 인성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, P 함유량은 0.030％ 이하로 하는 것이 바람직하다. P 함유량은, 0.025％ 이하, 또는 0.020％ 이하여도 된다. P 함유량은 가능한 한 낮은 쪽이 바람직하다. 단, P 함유량의 과잉의 저감은, 제강 공정의 정련 비용을 대폭 높인다. 따라서, 공업 생산을 고려하면, P 함유량은 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. P 함유량은, 0.002％ 이상이어도 된다.

[S: 0.0200％ 이하]

황(S)은, 불가피하게 함유되는 불순물이다. 즉, S 함유량은 0％ 초과이다. S는, 입계에 편석되어, 강재의 인성 및 열간 가공성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, S 함유량은 0.0200％ 이하로 하는 것이 바람직하다. S 함유량은, 0.0050％ 이하, 0.0040％ 이하, 또는 0.0030％ 이하여도 된다. S 함유량은 가능한 한 낮은 쪽이 바람직하다. 단, S 함유량의 과잉의 저감은, 제강 공정의 정련 비용을 대폭 높인다. 따라서, 공업 생산을 고려하면, S 함유량은 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. S 함유량은, 0.0002％ 이상, 또는 0.0003％ 이상이어도 된다.

[Al: 0.050％ 이하]

알루미늄(Al)은, 불가피하게 함유되는 불순물이다. 즉, Al 함유량은 0％ 초과이다. Al은, 용강 단계에서 강을 탈산한다. 한편, Al 함유량이 너무 높으면, Al 질화물이 조대화되어, 강재의 인성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, Al 함유량은, 0.050％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Al 함유량은, 0.040％ 이하, 또는 0.030％ 이하여도 된다. Al 함유량은, 0.001％ 이상, 또는 0.002％ 이상이어도 된다. 본 명세서에 있어서, Al 함유량은 강 중의 전체 Al 함유량을 의미한다.

[N: 0.0200％ 이하]

질소(N)는, 불가피하게 함유되는 불순물이다. 즉, N 함유량은 0％ 초과이다. N은, 고용 강화에 의해 강의 강도를 높인다. 한편, N 함유량이 너무 높으면, 조대한 질화물계 개재물을 형성하여, 강재의 인성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, N 함유량은 0.0200％ 이하로 하는 것이 바람직하다. N 함유량은, 0.0150％ 이하여도 된다. N 함유량은, 0.0001％ 이상, 또는 0.0002％ 이상이어도 된다.

[O: 0.0050％ 이하]

산소(O)는, 불가피하게 함유되는 불순물이다. 즉, O 함유량은 0％ 초과이다. O는 조대한 산화물계 개재물을 형성하여, 강재의 인성을 저하시키는 경우가 있다. 따라서, O 함유량은 0.0050％ 이하로 하는 것이 바람직하다. O 함유량은 0.0040％ 이하, 0.0035％ 이하, 또는 0.0030％ 이하여도 된다. O 함유량은 가능한 한 낮은 쪽이 바람직하다. 단, O 함유량의 극단적인 저감은, 제조 비용을 대폭 높인다. 따라서, 공업 생산을 고려하면, O 함유량은 0.0001％ 이상, 또는 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. O 함유량은, 0.0007％ 이상이어도 된다.

[Cr: 2.80 내지 8.00％]

크롬(Cr)은, 탄화물을 형성하여 내마모성을 높이는 원소이다. 또한, Cr은, 템퍼링 저항을 높여 고온 경도를 향상시키는 원소이다. 이들 효과를 충분히 얻기 위해, Cr 함유량은 2.80％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Cr 함유량은 3.00％ 이상, 3.20％ 이상, 3.50％ 이상 또는 4.00％ 이상이어도 된다. 한편, Cr을 과도하게 함유하면, 탄화물이 조대화되어, 냉간 압연용 단강 롤의 연삭성이나 인성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, Cr 함유량은 8.00％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Cr 함유량은 7.50％ 이하, 7.00％ 이하, 6.50％ 이하, 6.00％ 이하 또는 5.50％ 이하여도 된다.

[Mo: 0.30 내지 3.00％]

몰리브덴(Mo)은, Cr과 마찬가지로 탄화물을 형성하여 내마모성을 높이는 원소이다. 또한, Mo는, 2차 경화에 의해 고온 경도를 향상시키는 원소이다. 이들 효과를 충분히 얻기 위해, Mo 함유량은 0.30％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Mo 함유량은 0.35％ 이상, 0.40％ 이상 또는 0.45％ 이상이어도 된다. 한편, Mo를 과도하게 함유하면, 탄화물이 조대화되어, 냉간 압연용 단강 롤의 연삭성이나 인성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, Mo 함유량은 3.00％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Mo 함유량은 2.80％ 이하, 2.50％ 이하, 2.00％ 이하, 1.80％ 이하, 1.50％ 이하, 1.00％ 이하, 0.80％ 이하, 0.60％ 이하 또는 0.55％ 이하여도 된다.

[Cu: 0.100％ 이하]

구리(Cu)는, 불가피하게 함유되는 불순물이다. 즉, Cu 함유량은 0％ 초과이다. Cu는 강의 열간 가공성을 저하시키는 경우가 있다. 따라서, Cu 함유량은 0.100％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Cu 함유량은, 0.095％ 이하, 0.090％ 이하, 0.085％ 이하, 0.080％ 이하, 0.075％ 이하, 또는 0.070％ 이하여도 된다. Cu 함유량은 가능한 한 낮은 쪽이 바람직하다. 그러나, Cu 함유량의 과잉의 저감은 제조 비용을 인상한다. 따라서, Cu 함유량은 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Cu 함유량은, 0.002％ 이상이어도 된다.

[B: 0.0100％ 이하]

B(붕소)는, 불가피하게 함유되는 불순물이다. 즉, B 함유량은 0％ 초과이다. B는 강의 인성을 저하시키는 경우가 있다. 따라서, B 함유량은 0.0100％ 이하로 하는 것이 바람직하다. B 함유량은, 0.0080％ 이하, 또는 0.0060％ 이하여도 된다. B 함유량은 가능한 한 낮은 쪽이 바람직하다. 그러나, B 함유량의 과잉의 저감은 제조 비용을 인상한다. 따라서, B 함유량은 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. B 함유량은, 0.0002％ 이상이어도 된다.

본 발명의 실시 형태에 관한 냉간 압연용 단강 롤의 기본 화학 조성은 상기와 같다. 또한, 당해 냉간 압연용 단강 롤은, 필요에 따라서 이하의 원소 중 1종 또는 2종 이상을 함유하고 있어도 된다.

[Ni: 0 내지 1.20％]

니켈(Ni)은, ??칭성을 높이는 원소이다. Ni 함유량은 0％여도 되지만, 이와 같은 효과를 충분히 얻기 위해서는, Ni 함유량은 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Ni 함유량은 0.05％ 이상, 0.10％ 이상, 0.15％ 이상 또는 0.20％ 이상이어도 된다. 한편, Ni를 과도하게 함유하면, 잔류 오스테나이트가 과잉으로 형성되어, 충분한 경도를 유지할 수 없게 되는 경우가 있다. 따라서, Ni 함유량은 1.20％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Ni 함유량은 1.10％ 이하, 1.00％ 이하, 0.80％ 이하, 0.60％ 이하, 0.45％ 이하, 0.30％ 이하, 0.28％ 이하, 0.26％ 이하, 0.25％ 이하 또는 0.24％ 이하여도 된다.

[V: 0 내지 2.00％]

바나듐(V)은, Cr이나 Mo와 마찬가지로 탄화물을 형성하여 내마모성을 높이는 원소이다. 또한, V는, 2차 경화에 의해 고온 경도를 향상시키는 원소이다. V 함유량은 0％여도 되지만, 이들 효과를 충분히 얻기 위해서는, V 함유량은 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. V 함유량은 0.05％ 이상, 0.10％ 이상, 0.15％ 이상, 0.20％ 이상 또는 0.25％ 이상이어도 된다. 한편, V를 과도하게 함유하면, 탄화물이 조대화되어, 냉간 압연용 단강 롤의 연삭성이나 인성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, V 함유량은 2.00％ 이하로 하는 것이 바람직하다. V 함유량은 1.80％ 이하, 1.50％ 이하, 1.00％ 이하, 0.80％ 이하, 0.60％ 이하 또는 0.40％ 이하여도 된다.

[Nb: 0 내지 1.00％]

니오븀(Nb)은, V 등의 원소와 마찬가지로 C와 결합하여 고경도의 탄화물을 형성하는 원소이다. 또한, Nb는, 2차 경화에 의해 고온 경도를 향상시키는 원소이다. Nb 함유량은 0％여도 되지만, 이들 효과를 충분히 얻기 위해서는, Nb 함유량은 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Nb 함유량은 0.05％ 이상, 0.10％ 이상, 0.15％ 이상, 0.20％ 이상 또는 0.25％ 이상이어도 된다. 한편, Nb를 과도하게 함유하면, 탄화물이 조대화되어, 냉간 압연용 단강 롤의 연삭성이나 인성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, Nb 함유량은 1.00％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Nb 함유량은 0.80％ 이하, 0.60％ 이하 또는 0.40％ 이하여도 된다.

본 발명의 실시 형태에 관한 냉간 압연용 단강 롤에 있어서, 상기 원소 이외의 잔부는, Fe 및 불순물로 이루어진다. 불순물이란, 냉간 압연용 단강 롤을 공업적으로 제조할 때, 광석이나 스크랩 등과 같은 원료를 비롯하여, 제조 공정의 다양한 요인에 의해 혼입되는 성분 등이다.

[4.50≤Cr+Mo+V+Nb≤14.00]

본 발명의 실시 형태에 관한 냉간 압연용 단강 롤의 화학 조성은, 하기 식 1:

4.50≤Cr+Mo+V+Nb≤14.00 … 식 1

을 충족시키는 것이 바람직하다. 여기서, 식 1 중의 각 원소 기호에는, 각 원소의 함유량(질량％)이 대입되고, 원소를 포함하지 않는 경우에는 0이 대입된다.

앞서 설명한 대로, 롤의 고온 경도 및/또는 수축 개시 온도를 높게 하기 위해서는, 제조 방법의 연구에 더하여, 화학 조성에 있어서 특히 Si 함유량을 소정의 범위 내로 제어하는 것이 중요하다. 그러나, 단순히 Si 함유량을 소정의 범위 내로 제어한 것만으로는, 롤 표면에 있어서의 균열의 발생을 억제 또는 저감하는 데 충분한 고온 경도 및/또는 수축 개시 온도를 달성하는 것은 어렵다. 본 발명자들은, 롤에 포함되는 각 원소의 함유량을 제어하는 것에 더하여, 또한 Cr, Mo, V 및 Nb의 합계의 함유량을 소정의 범위 내로 제어함으로써, 400℃에서의 400 이상의 비커스 경도 Hv 및 300℃ 이상의 수축 개시 온도를 보다 확실하게 달성할 수 있는 것을 알아냈다.

Cr, Mo, V 및 Nb는, 위에서 설명한 대로, 탄화물을 형성하여 내마모성 등을 높이는 원소이다. 롤 중에 포함되는 탄화물의 비율이 적은 경우에는, 모재의 비율이 크기 때문에, 이들 원소에 의해 형성되는 탄화물이, 롤의 고온 경도 및/또는 수축 개시 온도에 미치는 영향은 매우 작은 것으로 생각된다. 그러나, 탄화물은 온도 등에 의해 특별히 변화되지 않기 때문에, 롤 중에 있어서의 그 비율이 커짐에 따라서, 탄화물은 고온 경도 및/또는 수축 개시 온도를 높이는 방향으로 기여하는 것으로 생각된다. 본 발명의 특정의 실시 형태에 있어서는, 롤 중에 포함되는 각 합금 원소의 함유량을 앞서 설명한 범위 내로 제어하면서, Cr, Mo, V 및 Nb의 합계의 함유량을 4.50％ 이상, 즉 Cr+Mo+V+Nb≥4.50으로 제어한다. 이 제어에 의해, 400℃에서의 400 이상의 비커스 경도 Hv 및 300℃ 이상의 수축 개시 온도를 달성하는 데 충분한 양의 탄화물을, 롤 중에 형성할 수 있다. 그 결과로서, 열충격에 의한 균열의 발생을 현저하게 억제 또는 저감하는 것이 가능해진다. Cr, Mo, V 및 Nb의 합계의 함유량은, 4.80％ 이상, 5.00％ 이상, 5.20％ 이상, 5.50％ 이상, 5.60％ 이상, 5.70％ 이상, 5.80％ 이상, 6.00％ 이상, 또는 6.30％ 이상이어도 된다.

한편, Cr, Mo, V 및 Nb의 합계의 함유량이 너무 높으면, 고온 경도 및 수축 개시 온도를 높게 한다고 하는 관점에서는 반드시 불리하게 영향을 미치는 것은 아니지만, 형성되는 탄화물이 조대화되어, 냉간 압연용 단강 롤의 연삭성이나 인성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, Cr, Mo, V 및 Nb의 합계의 함유량은, 14.00％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, Cr, Mo, V 및 Nb의 합계의 함유량은, 12.00％ 이하, 10.00％ 이하, 9.00％ 이하, 8.50％ 이하, 8.00％ 이하, 또는 7.50％ 이하여도 된다.

[냉간 압연용 단강 롤의 제조 방법]

다음으로, 본 발명의 실시 형태에 관한 냉간 압연용 단강 롤의 바람직한 제조 방법에 대하여 설명한다. 이하의 설명은, 본 발명의 실시 형태에 관한 냉간 압연용 단강 롤을 제조하기 위한 특징적인 방법의 예시를 의도하는 것이며, 당해 냉간 압연용 단강 롤을 이하에 설명하는 바와 같은 제조 방법에 의해 제조되는 것에 한정하는 것을 의도하는 것은 아니다.

본 발명의 실시 형태에 관한 냉간 압연용 단강 롤의 바람직한 제조 방법은,

냉간 압연용 단강 롤에 관련하여 앞서 설명한 화학 조성을 갖는 용강으로부터 잉곳을 주조하는 주조 공정,

주조된 잉곳을 1200 내지 1300℃의 가열 온도에서 10시간 이상 유지하고, 이어서 1100 내지 1200℃의 단조 온도이며, 상기 가열 온도보다도 50 내지 150℃ 낮은 단조 온도에서 롤 형상으로 성형하는 단조 공정,

성형된 롤을 어닐링하는 어닐링 공정,

얻어진 롤을 원하는 롤 형상으로 조가공하는 조가공 공정,

조가공된 롤을 900 내지 1100℃의 ??칭 온도에서 30 내지 180초간 유지하고, 이어서 냉각하는 ??칭 공정이며, 상기 롤의 표면 온도가 상기 ??칭 온도로부터 800℃에 도달할 때까지의 시간이 30 내지 300초가 되도록 상기 냉각이 실시되는 ??칭 공정,

롤의 경도를 조정하기 위한 템퍼링 공정, 및

연삭에 의해 최종 롤 형상으로 가공하는 마무리 가공 공정을 포함한다. 이하, 각 공정에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

[주조 공정]

주조 공정에서는, 냉간 압연용 단강 롤에 관련하여 앞서 설명한 화학 조성을 갖는 용강으로부터, 당업자에게 공지인 임의의 적절한 주조법에 의해 잉곳이 주조된다. 예를 들어, 단강 롤이 단체 롤인 경우에는, 주조법은, 예를 들어 하주 조괴법 등이어도 된다. 또한, 주조한 잉곳을 전극으로 하여, 일렉트로슬래그 재용해(ESR)법 등을 실시하여, 편석이나 개재물을 경감하도록 해도 된다. 한편, 단강 롤이 코어재와 외층으로 이루어지는 복합 롤인 경우에는, 주조법은, 예를 들어 땜질법이나 원심주조법 등이어도 된다.

[단조 공정]

단조 공정에서는, 먼저 주조된 잉곳이 가열로 내에서 가열 유지되고, 이어서 단조에 의해 롤 형상으로 성형된다. 가열 유지에 있어서는, 1200 내지 1300℃, 바람직하게는 1250 내지 1300℃의 가열 온도에서, 10시간 이상, 바람직하게는 15시간 이상 유지된다. 단조에 있어서는, 1100 내지 1200℃의 단조 온도이며, 상기 가열 온도보다도 50 내지 150℃, 바람직하게는 60 내지 100℃ 낮은 단조 온도에서 롤 형상으로 성형된다. 가열 유지를 상기 조건에서 행함으로써, 단조 공정에 있어서 석출되는 Si계의 탄화물 등의 석출물이, 그 후의 어닐링 공정에서 재고용되기 쉬워진다. 이에 의해, 롤의 매트릭스 중에 고용 상태로 존재하는 Si의 양을 충분히 확보할 수 있다. 롤의 매트릭스 중에 고용 상태로 존재하는 Si의 양을 충분히 확보함으로써, 최종적으로 얻어지는 냉간 압연용 단강 롤에 있어서 원하는 고온 경도 및/또는 수축 개시 온도를 확실하게 달성하는 것이 가능해진다.

상기 가열 유지 후에 단조가 실시된다. 그때의 단조 온도가 1100℃보다도 낮으면, 잉곳의 연성이 저하되어 단조 균열이 발생하기 쉬워진다. 한편, 단조 온도가 1200℃보다도 높으면, 롤 중의 공극 형성에 수반되는 단조 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 이와 같은 단조 균열을 방지하기 위해, 단조 온도는 1100 내지 1200℃로 할 필요가 있다. 예를 들어, 단조 중에 잉곳의 온도가 900℃까지 저하된 경우에는, 잉곳을 가열로에 도입하여, 소정의 단조 온도까지 다시 가열하고, 그 후, 잉곳을 가열로로부터 취출하여 단조를 실시하면 된다. 이와 같은 온도의 저하는, 예를 들어 표면 온도계 등을 사용한 측정이나, 혹은 눈으로 보는 것에 의한 강 표면의 색 변화 등에 의해 확인하는 것이 가능하다. 이와 같은 가열과 단조의 반복은 복수회 행해도 된다. 단조 온도는, 1100 내지 1200℃의 범위 내로 하는 것에 더하여, 단조 전의 1200 내지 1300℃의 가열 온도와의 온도차(가열 온도-단조 온도)가 50 내지 150℃의 범위 내가 되도록 적절하게 선택할 필요가 있다. 왜냐하면, 가열 온도와 단조 온도의 온도차가 너무 작거나, 너무 크거나 하면, 단조 공정에 있어서 석출된 Si계의 탄화물 등의 석출물이, 그 후의 어닐링 공정에 있어서도 재고용되지 않고 잔존하기 쉽기 때문이다. Si계 석출물을 보다 확실하게 저감하는 관점에서는, 가열 온도-단조 온도는, 60 내지 100℃인 것이 바람직하다.

[어닐링 공정 및 조가공 공정]

어닐링 공정 및 조가공 공정은, 당업자에게 공지인 임의의 적절한 조건 하에서 실시할 수 있다. 특별히 한정되지는 않지만, 어닐링 공정은, 분위기로, 예를 들어 전기로 또는 가스로에 있어서, 다음의 조가공 공정에서의 조가공을 용이하게 하는 데 적절한 조건 하에서 실시할 수 있다. 앞의 단조 공정에 있어서 석출된 Si계 석출물은, 이 어닐링 공정에 있어서 재고용된다. 또한, 조가공 공정에서는, 어닐링 공정 후의 롤을, 예를 들어 연삭반을 사용하여 연삭함으로써 원하는 롤 형상으로 조가공하면 된다.

[??칭 공정]

조가공 공정 후의 롤 동체부 표층에 대하여 ??칭 공정이 실시된다. ??칭 공정은, 900 내지 1100℃의 ??칭 온도에서 30 내지 180초간 유지하고, 이어서 냉각하는 것을 포함한다. 당해 냉각은, 롤의 표면 온도가 ??칭 온도로부터 800℃에 도달할 때까지의 시간이 30 내지 300초가 되는 냉각 속도로 실시된다. 이와 같은 조건에서 ??칭 공정을 실시함으로써, 어닐링 공정에서 재고용된 Si가 다시 Si계 석출물로서 석출되는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 롤의 매트릭스 중에 고용 상태로 존재하는 Si의 양을 충분히 확보할 수 있어, 최종적으로 얻어지는 냉간 압연용 단강 롤에 있어서 원하는 고온 경도 및/또는 수축 개시 온도를 확실하게 달성하는 것이 가능해진다. ??칭 공정에서의 가열 유지는, 유도 가열 등의 임의의 적절한 수단을 사용하여 행할 수 있고, 냉각은 수랭 등에 의해 행할 수 있다. 또한, 필요에 따라서 또는 특히 잔류 오스테나이트가 많은 경우에는, ??칭 공정 후의 롤의 동체부 표층에 대하여 주지의 서브 제로 처리(예를 들어 롤을 냉매에 침지하여 -60 내지 -140℃로 냉각)를 실시하여, 당해 잔류 오스테나이트를 마르텐사이트로 변태시키도록 해도 된다.

[템퍼링 공정]

??칭 공정 후의 롤에 대하여 템퍼링 공정이 실시된다. 이 템퍼링 공정에 있어서, 롤 동체부의 표면으로부터 소정의 깊이에 생성된 마르텐사이트 및 베이나이트를 템퍼링하고, 그것에 의해 롤의 경도를 조정할 수 있다. 템퍼링 온도는, 100 내지 600℃로 하는 것이 바람직하다. 템퍼링 공정은, 가열로, 분위기로, 예를 들어 전기로 또는 가스로에 있어서 실시할 수 있다.

[마무리 가공 공정]

마지막으로, 템퍼링 공정 후의 롤에 대하여 마무리 가공 공정이 실시된다. 마무리 가공 공정에서는, 예를 들어 연삭반을 사용하여 연삭함으로써 원하는 최종 롤 형상으로 가공한다. 이렇게 하여, 원하는 고온 경도 및/또는 수축 개시 온도를 갖는 본 발명의 실시 형태에 관한 냉간 압연용 단강 롤을 제조할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 관한 냉간 압연용 단강 롤은, 다양한 냉간 압연에 있어서 적용할 수 있고, 예를 들어 복수의 압연 스탠드로 이루어지는 냉간 탠덤 압연기나, 1대의 압연 스탠드를 왕복시키는 냉간 리버스 압연기에 있어서 워크 롤로서 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 형태에 관한 냉간 압연용 단강 롤은, 스킨 패스 압연(조질 압연)에 있어서도 적용하는 것이 가능하다. 열충격에 의한 균열의 발생을 억제 또는 저감한다고 하는 관점에서는, 스킨 패스 압연 이외의 냉간 압연용 단강 롤로서 적용하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명은 이들 실시예에 전혀 한정되는 것은 아니다.

실시예

이하의 실시예에서는, 본 발명의 실시 형태에 관한 냉간 압연용 단강 롤을 다양한 조건 하에서 제조하였다. 얻어진 시험재에 대하여, 400℃에서의 비커스 경도 Hv 및 승온 과정에 있어서의 수축 개시 온도를 측정하고, 당해 비커스 경도 Hv 및 수축 개시 온도와 열충격에 의한 균열의 발생의 관계에 대하여 조사하였다.

[냉간 압연용 단강 롤의 제조]

먼저, 하기 표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 용강으로부터 하주 조괴법에 의해 잉곳을 주조하고, 이어서 일렉트로슬래그 재용해(ESR)법을 실시하였다. 다음으로, 얻어진 잉곳에 단조 공정을 실시하였다. 단조 공정에서는, 가열로 내에서 하기 표 1에 나타내는 가열 온도 및 유지 시간에서 가열 유지하고, 이어서 하기 표 1에 나타내는 단조 온도까지 온도를 저하시킨 후, 단조에 의해 롤 동체부의 직경 φ700㎜, 동체 길이 2100㎜, 및 전체 길이 4100㎜의 롤 형상으로 성형하였다. 단조 중에 잉곳의 온도가 900℃까지 저하된 경우에는, 잉곳을 가열로에 도입하여, 소정의 단조 온도까지 다시 가열하고, 그 후, 잉곳을 가열로로부터 취출하여 단조를 실시하고, 필요에 따라서 이와 같은 가열과 단조를 반복하였다. 다음으로, 단조에 의해 성형된 롤을 가스로에 도입하여, 900℃에서 10시간 유지한 후, 600℃에서 15시간 유지함으로써 어닐링을 실시하였다. 이어서, 어닐링 후의 롤을 연삭반을 사용하여 연삭함으로써, 롤 동체부의 직경 φ650㎜, 동체 길이 2000㎜, 및 전체 길이 4000㎜의 롤 형상으로 조가공하였다.

다음으로, 조가공된 롤에 ??칭 공정을 실시하였다. ??칭 공정에서는, 유도 가열에 의해 하기 표 1에 나타내는 ??칭 온도 및 유지 시간에 있어서 가열 유지하고, 이어서 롤의 표면 온도가 ??칭 온도로부터 800℃에 도달할 때까지의 시간이 하기 표 1에 나타내는 시간이 되는 냉각 속도로 수랭을 실시하였다. 그 후, 롤을 냉매에 침지하여 -60 내지 -140℃로 냉각함으로써 서브 제로 처리를 실시하였다. 다음으로, ??칭 공정 후의 롤을 가열로에 도입하여, 150℃에서 템퍼링을 실시하였다. 마지막으로, 템퍼링 후의 롤을 연삭반을 사용하여 연삭하여 롤 동체부의 직경 φ645㎜, 동체 길이 1950㎜, 및 전체 길이 3950㎜의 최종 롤 형상으로 마무리 가공함으로써, 냉간 압연용 단강 롤을 얻었다. 각 단강 롤에 대하여, 400℃에서의 비커스 경도 Hv, 수축 개시 온도, 및 열충격에 의한 균열의 측정을 이하에 나타내는 방법에 의해 행하였다.

[400℃에서의 비커스 경도 Hv의 측정]

실시예 및 비교예의 각 단강 롤의 동체부 중앙부의 표면으로부터 채취한 시험재에 대하여, 니콘제 QM2형 고온 비커스 경도계를 사용하여, 실온으로부터 400℃로 승온하여 5분간 유지하였을 때의 경도를 측정함으로써, 400℃에서의 비커스 경도 Hv를 결정하였다. 측정은, JIS Z 2252:1991에 준거한 방법으로 실시하였다. 보다 구체적으로는, 먼저 단강 롤의 동체부 중앙부의 표면으로부터 5㎜×5㎜×10㎜의 시험재를 잘라냈다. 열전대를 설치한 시험재 및 압자를 진공 중(3×10^- ⁵Torr)에서 실온으로부터 400℃로 가열하고, 5분간 유지하였다. 그 후, 시험재에 있어서 5㎜×10㎜의 측정면에 하중 300gf를 부가하여, 비커스 경도를 5점 측정하고, 그것들의 평균값을 400℃에서의 비커스 경도 Hv로 하였다. 5점의 측정 위치는, 측정면의 10㎜ 방향(깊이 방향)에 있어서, 양단을 포함하여 2.5㎜ 간격의 5점으로 하였다.

[수축 개시 온도의 측정]

실시예 및 비교예의 각 단강 롤의 동체부 중앙부의 표면으로부터 채취한 시험재에 대하여, 포마스터 시험기(후지 덴파 고키제 Formastor-EDP)를 사용하여, 수축 개시 온도를 측정하였다. 구체적으로는, 먼저 단강 롤의 동체부 중앙부의 표면으로부터 치수 φ3㎜×10㎜의 시험재를 채취하였다. 포마스터 시험기(후지 덴파 고키제 Formastor-EDP)를 사용하여, 열전대를 설치한 시험재를 진공 중(1×10^-3Pa)에서 실온으로부터 승온 속도 180℃/분으로 승온하였을 때의 10㎜의 변의 팽창량을 측정하였다. 그 측정 결과에 기초하여 얻어진 열팽창 곡선(예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같은 열팽창 곡선)에 있어서의 저온측에서의 변곡점의 온도를 구하고, 얻어진 값을 각 롤 재료의 수축 개시 온도로서 결정하였다.

[열충격에 의한 균열의 측정]

도 2는 실시예 및 비교예의 각 시험재에 대한, 낙중식 마찰 열충격 시험기를 사용한 열충격 시험을 모식적으로 도시하는 약도이다. 내균열성을 평가하기 위해, 도 2에 도시한 낙중식 마찰 열충격 시험기(10)를 사용하여, 각 시험재(13)에 대하여 열충격 시험을 실시하였다. 먼저 단강 롤의 동체부 중앙부의 표면으로부터 치수 20㎜×20㎜×30㎜의 시험재(13)를 채취하였다. 낙중식 마찰 열충격 시험기(10)에 의해, 랙(도시하지 않음)에 추를 낙하시킴으로써 피니언(11)을 회동시키고, 시험재(13)의 20㎜×30㎜의 표면(13A)에, JIS G 3505:2017에서 규격되어 있는 연강 선재 SWRM6으로 이루어지는 직경 5㎜×길이 10㎜의 혼입재(12)를 길이 방향으로 강하게 접촉시켜, 시험재(13)의 표면(13A)에 열충격을 부여하였다. 열충격 시험 후의 시험재(13)의 접촉면 단면의 균열 발생 상황을 관찰하고, 균열의 최대 깊이에 의해 내균열성을 평가하였다. 보다 구체적으로는, 균열의 최대 깊이가 400㎛ 미만인 경우를 합격으로 하고, 한편, 균열의 최대 깊이가 400㎛ 이상인 경우를 불합격으로 하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

[표 1-1]

[표 1-2]

본 실시예에서는, 균열의 최대 깊이가 400㎛ 미만인 경우에, 내균열성이 개선된 냉간 압연용 단강 롤로서 평가하였다. 표 1을 참조하면, 비교예 1 내지 15는, 원하는 고온 경도 및 수축 개시 온도가 얻어지지 않고, 균열의 최대 깊이가 400㎛ 이상이 되어, 충분한 내균열성을 달성할 수 없었다. 특히, 비교예 4 내지 6은, 단조 공정에 있어서의 가열 온도가 적절하지 않거나 또는 유지 시간이 짧았기 때문에, 롤의 매트릭스 중에 고용 상태로 존재하는 Si의 양을 충분히 확보할 수 없었다고 생각된다. 그 결과로서, 원하는 고온 경도 및 수축 개시 온도가 얻어지지 않고, 균열의 최대 깊이가 400㎛ 이상이 되어, 충분한 내균열성을 달성할 수 없었다. 비교예 7 및 8은, 단조 공정에 있어서의 가열 온도와 단조 온도의 온도차(가열 온도-단조 온도)가 적절하지 않았기 때문에, 단조 공정에 있어서 석출된 Si계 석출물을 그 후의 어닐링 공정에 있어서 충분히 재고용시킬 수 없었다고 생각된다. 그 결과로서, 원하는 고온 경도 및 수축 개시 온도가 얻어지지 않고, 균열의 최대 깊이가 400㎛ 이상이 되어, 충분한 내균열성을 달성할 수 없었다. 비교예 9 내지 14는, ??칭 공정에서의 ??칭 온도, 유지 시간, 또는 ??칭 온도로부터 800℃에 도달할 때까지의 시간이 적절하지 않았기 때문에, 어닐링 공정에서 재고용된 Si가 ??칭 공정에 있어서 다시 Si계 석출물로서 석출되는 것을 충분히 억제할 수 없었다고 생각된다. 그 결과로서, 원하는 고온 경도 및 수축 개시 온도가 얻어지지 않고, 균열의 최대 깊이가 400㎛ 이상이 되어, 충분한 내균열성을 달성할 수 없었다. 비교예 15는, Si 함유량이 비교적 높은 1.40％임에도 불구하고, 단조 공정에 있어서의 가열 온도가 적절하지 않았기 때문에, 롤의 매트릭스 중에 고용 상태로 존재하는 Si의 양을 충분히 확보할 수 없었다고 생각된다. 그 결과로서, 원하는 고온 경도 및 수축 개시 온도가 얻어지지 않고, 균열의 최대 깊이가 400㎛ 이상이 되어, 충분한 내균열성을 달성할 수 없었다.

이것과는 대조적으로, 400℃에서의 비커스 경도 Hv가 400 이상인 실시예 1 내지 22는, 균열의 최대 깊이가 390㎛ 이하가 되어, 비교예 1 내지 15와 비교하여 높은 내균열성을 달성할 수 있었다. 수축 개시 온도가 300℃ 이상인 실시예 2 내지 22는, 균열의 최대 깊이가 320㎛ 이하가 되어, 실시예 1과 비교하여 내균열성을 더욱 향상시킬 수 있었다. 특히, 400℃에서의 비커스 경도 Hv가 435 이상(및 수축 개시 온도가 670℃ 이상)인 실시예 5 내지 7 및 15는, 균열의 최대 깊이가 200㎛ 미만이 되어, 매우 높은 내균열성을 달성할 수 있었다.

10: 낙중식 마찰 열충격 시험기
11: 피니언
12: 혼입재
13: 시험재
13A 시험재의 표면

Claims

400℃에서의 비커스 경도 Hv가 400 이상인, 냉간 압연용 단강 롤.
제1항에 있어서,
화학 조성이, 질량％로,
C: 0.70 내지 1.50％,
Si: 0.40 내지 1.50％,
Mn: 0.20 내지 1.50％,
P: 0.030％ 이하,
S: 0.0200％ 이하,
Al: 0.050％ 이하,
N: 0.0200％ 이하,
O: 0.0050％ 이하,
Cr: 2.80 내지 8.00％,
Mo: 0.30 내지 3.00％,
Cu: 0.100％ 이하,
B: 0.0100％ 이하,
Ni: 0 내지 1.20％,
V: 0 내지 2.00％,
Nb: 0 내지 1.00％, 그리고
잔부: Fe 및 불순물로 이루어지고, 또한
하기 식 1을 충족시키는, 냉간 압연용 단강 롤.
4.50≤Cr+Mo+V+Nb≤14.00 … 식 1
여기서, 식 1 중의 각 원소 기호에는, 각 원소의 함유량(질량％)이 대입되고, 원소를 포함하지 않는 경우에는 0이 대입된다.
제2항에 있어서,
상기 화학 조성이, 질량％로,
Ni: 0.05 내지 1.20％,
V: 0.10 내지 2.00％, 및
Nb: 0.10 내지 1.00％
로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 함유하는, 냉간 압연용 단강 롤.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
승온 과정에 있어서의 수축 개시 온도가 300℃ 이상인, 냉간 압연용 단강 롤.