KR840002479B1 - 고 크롬 워크로올(High Chrome Work Roll) - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고 크롬 워크로올(High Chrome Work Roll)

제1도는 본발명에 관한 워크로올의 정단면도.

제2도는 제1도의 A-A선 단면도.

본 발명은 원심주조에 의해서 제조되는 고 크롬 워크로올에 관한 것으로서 특히, 열간 연속 압연기(Hot Strip Mill)용이나, 냉간 연속압연기(Cold Stripmill)용 및 핫스킨 패스(Hot Skin Pass)용 로올등의 끝마무리 작업용 워크로올로서 내마모성, 내황피성(Resistance To Surface Ronghening), 내사고성(FailSafe Property)을 구비한 고 크롬 워크로올에 관한 것이다.

종래부터 주지된 바와같이 열간압연, 냉간압연등에 있어서 끝마무리 작업용 워크로올은 다음의 특성이 요구되고 있다.

1. 내마모성 : 압연재의 표면성상, 판 두께 정도에 관계하는 중요한 성질이다.

2. 내사고성 : 이상(異常)한 압연에 대하여 충분한 강인성을 가지는 것이 필요하다.

3. 내황피성 : 로울 표면의 성상이 압연재의 품질에 큰 영향을 주므로 표면이 거칠어지는 것에 대한 저항이 필요하다.

종래부터 상기한 3가지 특성을 구비하고 있는 재질로서 아다마이트(Adamite)재, Ni크렌(Indefinitely Chillde Meterial)재, 칠드재, 주강재, 단강가열재(Forged and Quenched Steel)등이 주로 사용되고 있으나, 이러한 재질에는 각각 장단점이 있어서 압연기등의 끝마무리 작업용 워크로올에 관해서는 아직 만족스럽다고 할수는 없었다.

즉, 예컨대 유리 세멘타이트(Cementite)를 다량으로 정출(晶出)하고 있는 아다마이트재, Ni 크렌재로는 내황피성, 강인성에 있어서 문제가 있고 또 흑연이 정출되고 있는 재질에서는 흑연이 떨어져서 표면이 거칠어진다고 하는 원인으로 된다.

이 대책으로서 단단한 탄화물을 균일하게 분산시키는 재질이 유효하므로, Cr의 함유량을 높여서 내황피성, 내마모성을 향상시킨 재질로 이루어지는 로올로 하는 것이 좋으나, 동일재질을 고경도로 하면로올의 내부잔류응력이 커져서 제작이 곤란하게 되므로 동체부와 내층부를 다른 재료로 한 복합로올로 사용하고 있는 것은 주지된 바와 같다.

이러한 복합로올은 일반적으로 원심주조에 의해서 만들어진다. 그러나 상기한 복합로올에 있어서 외피에 Cr함유량이 많은 재질을 사용하고 축심(軸芯)재에 강재를 사용한 경우에는 외피내면의 Cr이 축심부로 확산되어서 Cr함유량이 높은 축심재를 형성하여도 재질의 강인성은 나빠지지 않으므로 문제 없으나, 이러한 강재의 축심재를 제작함에 있어서 상부주형의 구멍의 수축을 방지하기 위한 압탕(Feeder)을 다량으로 할 필요가 있고, 경비가 높으며, 또 탄성계수가 크므로 열응력이나 잔류응력의 면에서 불리하다. 따라서, 압탕의 감소화 축심재의 탄성계수를 작게하고, 열응력, 잔류 응력을 경감하기 위해서는 축심재를 주철계 재료로 하는 것이 바람직하나, 외피의 Cr이 축심재까지 재용해되어 확산된 경우에는 매우 취약한 재질로 되어서 복합화한 의미가 없어지고, 또 외피에 고 Cr재질을 쓰는 경우, 외피 내면에 고융점의 산화막이 생겨서 용착성이 나쁘다고 하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 열간압연이나, 냉간압연의 끝마무리 작업용 워크로올의 결점 및 문제점을 해결하고, 내마모성, 내황피성, 및 내사고성에 지극히 우수한 고 크롬 워크로올을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 중량%(이하 동일)로서C 2.0-3.2%, Si 0.5-1.5%, Mn 0.5-1.5%, P 0.08%이하, S 0.06%이하, Ni 1.0-2.0%, Cr 10-25%, Mo 0.5-1.5%, Nb 1.0% 이하, V 1.0% 이하, 나머지는 실질적으로 Fe로 이루어지는 주철의 외층과, C 3.0-3.8%, Si 2.3-3.0%, Mn 0.3-1.0%, P 0.1%이하, S 0.02%이하, Ni 2.0% 이하, Cr 1.5%이하, Mo 1.0%이하, Mg 0.02-0.1%, 나머지는 실질적으로 Fe로 이루어지는 축심재와의 사이에 중간층으로서 C 1.0-2.5%, Si 0.5-1.5%, Ni 15%이하, Cr 5-10%, Mo 1.0%이하, 나머지는 실질적으로 Fe로 이루어지는 주철에 의해 중간층이 야금적으로 일체 결합되어 있으며, 외층의 경도는 Hs 70-80인 고 크롬 워크로올을 제공함에 있다.

본 발명에 관한 고 크롬 워크로올의 외층에 대하여 설명하면, 외층은 경도 70-80Hs이며, 그 성분과 성분비율은 다음과 같다.

C는 (Fe, Cr)₇C₃형 탄와물을 안정하게하는 범위내에서 Cr과의 균형을 이루는 만큼의 C량에 의해서 결정되나, C함유량이 2.0미만이면 탄화물의 양이 적어서 내마성이 감소하고, 또 3.2%를 초과함유하면 탄화물의 량이 과다해서 기계적인 강도가 나쁘게 된다. 따라서 C함유량은 2.0-3.2%로 한다.

Si는 용탕(溶湯)의 탈산을 위한 것으로서 0.5 미만에서는 그 효과가 없으나, 1.5%를 초과하여 함유하면 기계적 성질이 나빠지고 또 α철에서 γ철에의 변태점 온도를 높혀서 γ화 되기 어렵게 되어 경도를 얻기 어렵게 된다.

따라서 Si함유량은 0.5-1.5% 범위로 한다.

Mn은 Si의 탈산 보조로서, 그 함유량은 적어도 0.5%가 되어야 하며 0.5%미만에서는 탈산의 효과가 없고, 또 1.5%를 초과함유하면 기계적 성질, 특히 강인성이 현저하게 나빠지게 된다.

따라서 Mn함유량은 0.5-1.5%로 한다.

P는 특히 로올재질에 있어서 재질을 취약하게 한다는 점에 비추어 바람직하기 때문에 0.08%이하로 한다.

S는 P와 동일하게 로올재질을 취약하게 하는 것으로 적으면 적을수록 바람직하여 그 함유량은 0.06%이하로 한다.

Ni은 가열성을 향상시키기 위하여 적극적으로 경도 조정용으로서 함유시키는 것이고 함유량 1.0%미만에서는 효과가 없고, 2%를 초과함유하면 잔류 오스테나이트가 증가해서 경도가 향상되기 어려우며 특히 경도 Hs 70-80의 범위에서는 Ni함유량은 1.0-2.0%의 범위로 한다.

Cr은 강인성과 내마모성을 향상시키기 위한 것이나, 그 함유량이 10%미만으로는 M₃C형의 탄화물이 많이 정출하여, 강인성의 저하및 탄화물의 미세한 균일화를 얻을수가 없고, 또 25%를 초과함유하면 M₂₃C₆형 탄화물의 양이 증가하며, 이 탄화물은 M₇C₃의 탄화물에 비해서 경도가 낮기 때문에 충분한 내마모성을 얻지 못한다.

따라서 Cr함유량은 10-25%로 한다.

Mo은 가열냉각 저항을 높이는 동시에 탄화물 중에 혼입되어 탄화물 경도를 높임과 아울러 냉각연화 저항을 촉진함에 유효하며, 그 함유량이 0.5미만이면 이러한 효과가 적고 또 1.5%를 초과함유하면, 경과 Hs 80이상으로 되어 경도가 과도하게 된다.

따라서 Mo함유량은 0.5-1.5%로 한다.

Nb는 주조조직의 미세화에 효과가 있어서 첨가하는 것이 바람직한 성분이다. 그러나, 첨가하지 않더라도 본 발명의 로올은 실현될수 있다.

Nb가 함유되는 것에 의해 석출 경화가 촉진되어 내마모성이 향상하고 특히 경도 Hs 70-80의 범위내에서는 Nb함유량이 1.0%미만으로 효과가 있으나, 1.0%를 초과함유하면 이 효과는 포화됨과 아울러 경비도 높아진다.

따라서 Nb함유량은 1.0%이하로 한다.

V는 Nb와 같은 목적으로 함유되는 것으로 첨가하는 것이 바람직하다.

그러나 첨가하지 않아도 본 발명의 로올은 실현될 수 있다.

특히 경고 Hs 70-80의 범위에서는 V함유량은 1.0%미만으로 좋고, 1.0%를 초과함유하면 V탄화물이 많아져서 Cr탄화물이 감소할수도 있으므로 내마모성이 반대로 저하된다.

따라서 V함유량은 1.0%이하로 한다.

상기한 각 성분의 설명에 있어서 경도 Hs 70-80과 관련해서 설명하고 있으나 일반으로 열간 및 냉간압연에 있어서 끝마무리 작업용 워크로올의 내마모성은 경도와의 상관이 강하여 경도 Hs 70미만에서는 내황피성, 내마모성이 급격히 저하되고 또, 이상 압연에 대한 로올의 국부적 발열에 의한 내사고성, 내균열성에 대한 저항성은 경도 Hs80을 피크로 급격히 저하되는 경향이 있다. 따라서 우수한 내황피성, 내마모성, 내사고성, 내균열성을 확보하기 위해서는 고크롬 워크로올의 경우 경도 Hs 70-80의 범위가 바람직하다.

다음에 본 발명에 관한 고크롬 워크로올에 있어서 축심재의 성분 및 성분 비율에 대해 설명한다.

이 축심재는 중간층을 설치하는 것에 의해 외층에서의 Cr의 혼입은 중간층이 없는 경우에 비해서 매우 저하되나, 전혀 Cr의 혼입을 방지할수는 없다.

외층에서의 Cr의 확산에 의해서 축심재의 Cr함유량은 약 0.5-2.0% 상승하므로 이 Cr상승분을 고려해서 축심재의 화학성분 및 그 비율을 선택할 필요가 있다.

C는 강인성과 강도를 부여하기 위해서 함유시키지만, C함유량이 3.0% 미만으로는 재질의 냉경화가 진행되어 축심재의 강인성이 현저히 나빠지고 또 3.8%를 초과 함유하면 흑연화가 과잉되어서 축심재의 강도부족으로 됨과 동시에 내층부의 경도가 저하되므로 내층부가 사용중에 표면이 쉽게 거칠어지게 된다.

따라서 C의 함유량은 3.0-3.8%로 한다.

Si는 함유량이 2.3%미만으로는 흑연화가 나빠서 세멘타이트가 많이 석출되어 축심재의 강도가 약화되기 때문에 잔류응력에 의해서 주조시에 흑연화가 촉진되어 강도가 나빠진다.

따라서 Si 함유량은 2.3-3.0%로 한다.

Mn은 S와 결합해서 MnS로서 S의 악영향을 없애주지만 0.3%미만으로는 이 효과가 없고 또 1.0%를 초과함유하면 반대로 S의 악영향을 방지하는 것보다 오히려 재질의 약화작용이 현저하게 된다.

따라서 Mn함유량은 0.3-1.0%로 한다.

P는 용탕의 유동성을 증가시키지만 재질을 취약하게 하므로 낮을수록 바람직하며 P함유량은 0.1%이하로 한다. S는 P와 같이 재질을 취약하게 하므로 함유량은 낮을수록 좋고 또한 축심재는 더크타일 주철이므로 Mg와 결합하여 MgS로 되어 S를 감소시키거나 흑연을 구상화(球狀化)하기 위해서는 S가 낮은 것이 필요하다.

따라서 S함유량은 0.02%이하로 한다.

Ni는 흑연의 안정화를 위해 함유되는 것으로 2.0%를 초과함유하여도 현저한 효과가 없다.

따라서 Ni함유량은 2.0%이하로 한다.

Cr은 외층이 고 크롬이므로 중간층이 설치되어 있어도, Cr의 어느정도의 축심재에의 혼입은 피할수 없다. Cr은 낮을수록 바람직하나 흑연의 석출에 대해서 Si와의 균형을 위해 그 함유량은 1.5%이하로 하는 것이 좋으며, 1.5%를 초과함유하면 재질의 세멘타이트가 많아져서 강인성의 점에서 나빠진다.

따라서 Cr함유량은 1.5%이하로 한다.

Mo는 흑연의 정출을 저해하므로 좋은 원소이기는 하나, 다량으로 함유하면 지나치게 경화되므로 Mo함유량은 1.0%이하로 한다. Mg는 흑연을 구상화하기 위해서 필요한 원소이나 그 함유량이 0.02%미만으로는 구상화불량으로 되기 때문에 축심재를 강인한 더크타일로 할수가 없고 또 0.1%를 초과 함유하면 Mg의 냉경화 작용및 찌꺼기로 되어서 제품에 말려 들어가기 때문에 바람직하지 않다.

따라서 Mg함유량은 0.02-0.1%로 한다.

축심재의 Cr, Nr, Mo는 적극적으로 첨가안해도 필연적으로 원료에 혼입되어 있는 것이 통상이다.

그러므로 이들의 성분이 없어도 본 발명은 실현된다.

다시, 본 발명에 관한 고크롬 워크로올에 있어서 중간층의 성분 및 성분비율에 대하여 설명한다.

이 중간층은 외층의 고 크롬이 축심재에까지 확산하여 축심재가 Cr에 의해 강인성이 약화하는 것을 방지하기 위해서 설치한 것이다.

C는 중간층에 강인성과 강도를 부여하기 위해서 함유한다. 외층의 Cr이 중간용탕에 의해 녹여져서 이것이 중간용탕과 완전히 균일하게 혼합된다고 하면 Cr은 합계 5-10%로 되나, C할유량이 1.0%미만으로는 중간층의 주입 온도가 높아지므로 외층이 녹기 쉬워져서 Cr함유량(%)이 다시 상승되므로 Cr이 축심재에 확산되는 것을 방지하기 위한 중간층의 의미가 없어진다.

또 C함유량이 2.5%를 초과하면 탄화물이 많아져서 중간층자체가 강인성에 결함이 생겨 중간층을 설치한 의미가 없어진다.

따라서 C함유량은 1.0-2.5%로 한다.

Cr은 중간층을 주입형성하는 의미에서 낮은편이 바람직하나, 중간층의 주입형성전의 주입용기의 화합조성을 공업적으로 제어하기 쉬운 1.0%미만으로 하는 것이 좋다.

주입형성전의 주입용기내 용탕의 Cr과 중간층을 주입할때 외층에서 들어오는 Cr과의 총합량은 5-10%의 높은 양으로 되고, 이것이 축심재로 들오가서 축심재의 Cr의 상승으로 된다. 축심재의 Cr을 1.5%이하로 억제하기 위해서는 중간층의 Cr은 5-10범위로 주조조건을 조정할 필요가 있다.

따라서 Cr함유량은 5-10%로 한다.

Si는 용탕의 탈산작용이 있으며, 그 함유량은 0.5%미만으로는 효과가 없고, 적어도 0.5%의 함유량이 필요하다. 또 함유량이 1.5%를 초과하면 취약해져서 중간층의 기계적 성질이 나빠진다.

따라서 Si함유량은 0.5-1.5%로 한다.

Mn은 Si와 같은 작용이 있고 또한 MnS로 되어서 S의 악영향을 없애기 위해서도 0.5%의 함유량은 필요하다. 1.5%를 초과함유하면 그 효과가 포화되어서 기계적 성질이 나빠진다.

따라서 Mn함유량은 0.5-1.5%로 한다.

Ni는 가열성 강인성을 부여하기 위해서 함유시키는 것이나 적극적으로 첨가하지 않아도 외피에서 혼입되어 0.3%이상으로 되며, 1.5%까지의 함유량으로는 별문제가 없어 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 그 함유량이 1.5%를 넘으면 가열성이 좋고 바탕이 과도하게 경화되어 강인성과 잔류응력면에서 바람직하지 않다.

따라서 Ni함유량은 1.5%이하로 된다.

Mo는 Ni와 같은 작용이 있으며, 1.0%를 초과함유하면 중간층이 지나치게 굳어지므로 그 함유량은 1.0%이하로 한다.

P, S 및 Ti에 대해서 설명한다.

P는 용탕의 유동성을 높이나, 로울재에 있어서는 재질의 강인성을 저하시키므로, P함유량은 0.1이하로 한다. S는 P와 같이 로올의 재질을 취약하게 하므로 실제해가 없는 함유량으로서 0.1%이하로 한다. 중간층에 Ni, Mo는 첨가하는 것이 바람직한 원소이기는 하나 없어도 본 발명은 실시할수 있다.

Ti는 용탕의 탈산을 위해서 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나 0.01%이하이면 탈산효과가 없어진다. 또 0.1%를 초과함유하면 용탕의 과산화의 상태로 되며 또한 용탕의 유동성을 저하시킨다.

따라서 Ti함유량은 0.01-0.1%로 한다.

또 Ti대신 보통의 탈산재로서 사용되는 Al, Zr을 0.01-0.1%의 범위로 사용할 수도 있다.

Ti, Al, Zr은 0.03-0.05%의 범위가 가장 좋은 효과를 준다.

본 발명에 관한 고크롬 워크로올은 상술한 구성을 가지고 있는 바, 그 제조공정을 첨부한 도면 제1,2도에 의거 설명하면 다음과 같다.

우선, 원심 주조기의 위에서 회전되어서 내면에 내화물을 피복한 금속 주형속에 외층(1)을 형성할 용탕을 주입한후, 그 외층(1)의 내면이 미응고된 사이에 중간층(2)을 주입한다.

외층(1)과 중간층(2)이 완전히 응고된후에 주형을 수직으로 세워서 상부에서 축심재(3)의 더크타일 주철을 주입하고, 이 외층(1), 중간층(2) 및 축심재(3)를 완전히 야금학적으로 결합시켜서 일체의 로올로 한다.

그리고 외층(1), 중간층(2)의 양자가 완전히 응고가 완료되지 않더라도 내면의 일부가 미응고의 상태로 주형회전축이 수평 또는 경사진 원심주조기를 사용하는 적당한 방법에 의해 축심재(3)를 주입해도 좋다.

본 발명에 관한 고크롬워크 로올의 실시예에 대하여 설명한다.

[실시예]

제품의 동체직경 680mm, 동체길이 1800mm, 전체길이 3800mm의 고크롬워크로올을 실시예 1-3 3종류의 합금으로 제조한다.

(1) 외층으로서 두께 80mm(2400㎏)이 고크롬 용탕을 원심력 주조기상에서 회전하는 금형에 1400℃의 주입온도로 주입한다.

(2) 외층을 주입하기 시작해서 18분후에 중간층 용탄으로서 두께 35mm(1000㎏)를 회전주형속에 1470℃로 주입한다.

(3) 외층을 주입하기 시작하면서 33분후에 외층 및 중간층은 완전히 응고된다.

(4) 그후 주형을 수직으로 세워서 상부에서 축심재의 더크타일 주철을 1380℃에서 주입하여 주형을 완전히 채운후에 압탕및 보온재로 커버한다.

(5) 완전히 냉각한 후 로올을 주형에서 꺼내고 기계가공을 행해서 최종제품의 보올로 한다.

로올 동체의 초음파시험과 파단조사의 결과, 외층의 두께는 중가층의 주입에 의해 60mm로 되어 있고 중간층의 두께는 30-35mm로서 Cr함유량은 6.0-8.0%이었다.

외층, 중간층 및 축심재는 완전히 결합되어 있어서 조직적인 연속성은 인정되었다.

외층, 중간층 및 축심재의 주조전의 용탄의 실시예 1-3의 화학조성은 다음표와 같다.

그리고 중간층에는 주조의 단계에서 미량의 Nb와 V가 외층에서 혼입된다.

다음에 본 발명에 관한 고크롬 워크로올의 사용예에 대해서 설명한다.

상기 실시예에 있어서 설명한 바와 같은 화학조성을 가진 로올을 열간 연속박판 압연기용의 워크로올로서 사용하였다.

그 결과, 특히 변형저항의 높은 Hi-C재질의 압연에 우수한 내마모성을 나타내었다.

보통 로올의 압연 1회당 소모량 0.21mm

보통 로올의 소모로올 표면이 깍이는 1회당 평균 삭출량 0.35mm

본 발명 로올의 압연 1회당 소모량

실시예 1 0.16mm 실시예 3 0.15mm

실시예 2 0.14mm

본 발명의 로올의 소모로올 표면이 깍이는 1회당 평균 삭출량

실시예 1 0.26mm 실시예 3 0.24mm

실시예 2 0.23mm

또 내황피성 에대해서도 표면이 거칠어져 파괴된 로올을 바꾸는 일이 전연 없었고 또한 끝지름까지(표면 마모깊이 40mm)전연 무사고로 양호한 결과가 얻어졌다.

본 발명의 고크롬 워크로올은 도면 및 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니고, 특히 청구의범위에 기재되는 기술사상의 범위내에서 작업자에 의한 기술 숙련에 따라 많은 변형을 용이하게 실시할수 있음은 물론이다.

Claims (1)

1. 고크롬 워크로울에 있어서, 중량%로서 C 2.0-3.2%, Si 0.5-1.5%, Mn 0.5-1.5%, P 0.08%이하, S 0.06%이하, Ni 1.0-2.0%, Cr 10-25%, Mo 0.5-1.5%, Nb 1.0%이하, V 1.0% 이하, 나머지는 실질적으로 Fe로 이루어지는 주철의 외층과, C 3.0-3.8%, Si 2.3-3.0%, Mn 0.3-1.0%, P 0.1% 이하, S 0.02% 이하, Ni 2.0% 이하, Cr 1.5%이하, Mo 1.0% 이하, Mg 0.02-0.1%, 나머지는 실질적으로 Fe으로 이루어지는 축심재와의 사이에 중간층으로서 C 1.0-2.5%, Si 0.5-1.5%, Mn0.5-1.5%, Ni 15%이하, Cr 5-10% Mo 1.0%이하, 나머지는 실질적으로 Fe로 이루어지는 주철로서 중간층이 야금걱으로 일체 결합되어 있으며, 외층의 경도는 Hs 70-80인 고크롬 워크로올.

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