KR910001542B1

KR910001542B1 - 압연기용 롤

Info

Publication number: KR910001542B1
Application number: KR1019840002035A
Authority: KR
Inventors: 마사히사 소부에; 센스께 오까다; 기미히꼬 아까호리; 게이이찌 구니야; 도시미 사사끼; 도시유끼 가지와라; 도모아끼 기무라; 미쓰오 니헤이
Original assignee: 가부시기가이샤 히다찌세이사꾸쇼; 미다 가쓰시게
Priority date: 1983-04-22
Filing date: 1984-04-18
Publication date: 1991-03-15
Also published as: US4941251A; JPS59197307A; KR840008427A; US4839949A; EP0123490A1; DE3465899D1; EP0123490B1; JPH0448524B2

Abstract

내용 없음.

Description

압연기용 롤

제1도는 본원 발명의 일실시예에 의한 롤의 일부 단면 정면도.

제2도는 제1도에 도시한 롤에 의해 압연하고 있는 상태를 모의적으로 도시한 일부 단면 정면도.

제3도는 피압연재의 판 두께와 롤의 압하량과의 관계를 도시한 특성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 심재 2 : 슬리브

본원 발명은 압연기의 롤에 관한 것이며, 특히 워크롤로서 사용하는데 적합한 롤에 관한 것이다.

세라믹스가 본질적으로 갖고 있는 고경도, 고내마모성을 이용하여 압연기의 워크롤을 세라믹스로 제작하는 것이 알려져 있다.

예를 들면 일본국 특개소 49-43862호 공보에는 압연기용 롤을 3층 구조의 복합롤로 하고, 최외층을 세라믹스의 링으로 형성하는 것이 기재되어 있다.

미합중국 특허 제3, 577, 619호 명세서에는 압연기의 워크롤을 코어와 슬리브로 이루어지는 복합롤로 하고, 슬리브를 세라믹스로 형성하는 것이 기재되어 있다.

그러나, 이들 선행기술에서는 세라믹스가 롤표면의 일부의 영역에 사용되고 있는 것에 불과하다. 일본국 특개소 49-43862호 공보 및 미합중국 특허 제3, 577, 619호 명세서에는 선재(線材)등의 압연에 사용되는 홈부가 롤이 기재되어 있으며, 홈 근방만이 세라믹스로 형성되어 있다. 롤 표면의 그 밖의 부분은 세라믹스이외의 재료에 의해 형성되어 있다.

상기한 선행 기술에는 세라믹스의 구체적인 구성예를 들면 재질, 제법에 대해서는 아무런 기재도 없다. 세라믹스로서 어떤 재료가 사용되는지 또는 세라믹스의 링을 어떻게 제작하는지에 대해서는 전혀 기재되어있지 않다.

세라믹스에 대해 기재된 문헌, 카탈로그도 많지만, 압연기용 롤에 적용하는 것을 의도하여 기재된 것은, 거의 또는 전혀 찾아볼 수 없다.

본원 발명의 목적은 롤 전체를 세라믹스에 의해 형성할 수 있는 압연기용 롤을 제공하는데 있다.

본원 발명의 다른 목적은 강제(綱製)의 롤보다도 뛰어난 박판 압연성을 갖는 세라믹스제압연기용 롤을 제공하는데 있다.

본원 발명의 다른 목적은, 피압연재에 배껍질모양의 면(面)을 형성하는데 적합한 세라믹스제압연기용 롤을 제공하는데 있다.

본원 발명은 탄화규소, 질화규소, 사이아론, 알루미나 및 지르코니아에서 선정된 최소한 1종류를 주성분으로 하며, 이론밀도의 96% 이상의 밀도를 갖는 전비금속(全非金屬) 소결체에 의해 압연기용 롤을 형성하며, 또한 롤의 이니셜크라운을 -300μm∼+300μm의 범위로 하는 것이다.

본원 발명 롤은 워크롤 또는 백업롤로서 사용할 수 있다.

본원 발명의 롤에 있어서 소결체는 탄화규소, 질화규소, 사이아론, 알루미나 및 지르코니아에서 선정된 최소한 1종류를 주성분으로서 포함한다. 이들 세라믹스만으로 소결체가 형성되어도 되고, 또는 이들 외에 다른 성분을 혼입함으로써 소결체가 형성되어도 된다. 단 다른 성분을 포함할 때에는 상기한 세라믹스의 양은 소결체의 93중량% 이상을 차지하도록 하는 것이 바람직하다.

다른 성분으로서는 예를 들면 소결조제, 상기한 세라믹스 이외의 세라믹스 등을 포함할 수 있다. 이들은 분말 또는 섬유의 형태로 포함할 수 있다.

알루미나를 주성분으로서 사용할 때에는 반드시 소결조제를 포함하지 않아도 되지만, 알루미나 이외의 무기분말을 주성분으로서 사용할 때에는 소결조제를 사용하여야 한다. 탄화규소를 주성분으로 할 때의 소결조제로서는 예를 들면 알루미나, 붕소, 카몬 등을 사용할 수 있다.

질화규소를 주성분으로 할 때의 소결조제로서는 예를 들면 마그네시아, 이트리아, 베리리아, 알루미나, 질화알루미늄, 실리카 등을 사용할 수 있다.

사이아론을 주성분으로 할 때의 소결조제로서는 예를 들면 질화알루미늄, 이트리아 등을 사용할 수 있다.

지르코니아를 주성분으로 할 때의 소결조제로서는 이트리아를 사용하는 것이 바람직하다.

소결조제로서의 카본은 0.5중량% 정도 포함된 것만으로도 충분히 효과가 있다. 그 밖의 소결조제도 -7중량% 이하의 양으로 충분히 효과가 있다. 탄화규소와 질화규소와 사이아론과 알루미나 및 지르코니아 이외의 세라믹스는 상기 세라믹스에 비하면 경도가 현저하게 낮고, 이들을 포함함으로써 소결체의 경도가 감소하도록 되어, 롤의 내마모성을 저하시킨다. 따라서, 되도록 혼입하지 않는 것이 바람직하며, 소결조제 등으로서 혼입하지 않으면 안될 때에는 필요 최소한의 양으로 하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 하여 소결체는 탄화규소, 질화규소, 사이아론, 알루미나 및 지르코니아의 최소한 1종이 전량 또는 93중량% 이상을 차지하는 것이 바람직하다.

소결체의 표면은 전비금속으로 하며, 금속이 노출되어서는 안 된다. 금속은 세라믹스에 비해 경도가 낮으며, 금속이 노출되는 롤은 표면경도에 불균일성이 생긴다. 이와 같은 롤을 사용하여 압연을 행하면 금속이 노출된 부분만이 국부적으로 마모된다. 이 결과, 압연된 판(板)은 표면이 요철로 되며, 또한 요철의 정도는 압연이 진행될수록 심해진다.

소결체는 이론밀도의 96% 이상 특히 적합하게는 97% 이상의 밀도를 갖는 것이 필요하다. 소결체의 밀도는 매우 중요한 요건이며, 이것이 충족되지 않으면 강도적으로도 약하고, 수명이 길지 않다. 예를 들면 이론밀도의 95% 정도의 밀도의 전 세라믹스롤은 압연중에 용이하게 파단되어 버린다. 소결체의 밀도를 이론밀도의 96%, 특히 바람직하게는 97% 이상으로 함으로써 압연중에 가해지는 하중에 의해 롤이 파손되는 것을 방지하는 효과가 현저하게 높아진다.

소결체의 밀도를 이론밀도의 96% 이상으로 하기 위해서는 원료분말의 입경, 특히 주성분으로 되는 세라믹스의 입경 및 소결체의 제조법이 매우 중요해진다. 원료분말의 입경은 되도록 작은 것이 바람직하며, 구체적으로는 0.2-50μm범위의 크기가 바람직하다. 특히 바람직한 것은 25μm 이하이다. 원료분말의 입경이 0.2μm 보다도 작으면 분말을 혼합할 때에 분위기중에 비산되기 쉬우며, 분말 취급이 어려워진다. 분말의 입경이 50μm 보다도 크면 밀도를 높이기가 어려우며, 또한 소결체를 제조하는데 높은 압력을 필요로 한다. 또한, 제조된 소결체의 강도, 특히 벤딩강도가 그 이하의 입경의 것을 사용했을 때보다도 현저하게 낮아진다.

그리고, 제조된 소결체에 있어서의 입경은 원료분말의 입경이 작을수록 가늘게 되는 경향이 있다.

이론밀도의 96% 이상의 밀도를 갖는 소결체를 제조하기 위해, 본원 발명에서는 가압소결에 의한 방법을 채용하는 것이 바람직하다. 가압소결의 방업으로서는 예를 들면 호트프레스법, 열간정수압(烈間靜水壓) 성형(HIP)법을 적용하는 것이 바람직하다. 호트프레스법은 원료분말을 혼합하고, 상압(常壓)에서 미리 성형한 다음 다이스 안에 넣어 기계적으로 압력을 가한 상태에서 소정의 온도로 가열하여 소결하는 것이다.

일예로서 질화규소를 95중량% 이상 포함하며, 다시 알루미나와 이트리아를 포함하는 호트프레스에 의해 제조된 이론밀도의 97% 이상의 밀도를 갖는 소결체는 1000℃의 온도 이하에 있어서 약 100kgf/㎟의 벤딩강도에 견딘다.

HIP법은 원료분말을 혼합하고, 예비성형한 다음 불활성가스 예를 들면 질소가스중에서 소정의 온도로 가열하여 소결하는 것이다.

일예로서 질화규소를 주성분으로 하고, 이트리아를 소결조세로서 포함하는 HIP법으로 만든 소결체는 이트리아의 양이 0.5중량%로도 이론밀도의 소결체로 된다.

호트프레스 또는 HIP법에 의해 소결체를 제조할 경우, 소결온도, 압력, 가압시간, 주성분으로서 사용하는 무기분말의 양을 증가시킴으로써, 소결체의 밀도를 높일 수 있다. 예를 들면 소결온도에 대해 말하면, 질화규소를 주성분으로서 사용한 경우, 1400℃ 이상의 온도에서 소결함으로써 소결체의 밀도는 급격하게 높아져 이론밀도에 가까워진다.

압연기용 롤에 하중에 가해진 상태에서 사용되므로 사용중에 휜다. 열간압연에 사용한 경우에는 더욱이 열팽창에 의한 롤에 의한 팽창도 있다. 롤이 변형되면 압연된 판의 폭방향의 두께가 균일하지 않게 되며, 판폭의 중앙부의 두께가 끝부분의 두께보다도 커지거나 또는 반대로 판폭의 중앙부의 두께가 끝부의 두께보다도 작게 되거나 한다. 이와 같이 압연중의 롤의 변형에 의한 피압연재의 판두께의 불균일을 방지하기 위해, 롤에 크라운을 부가할 수 있다. 크라운은 철(

)크라운 또는 요(

)크라운의 어느 것이라도 되며, 상황에 따라서 구분해서 사용하는 것이 바람직하다. 본원 발명의 롤에 부가하는 이니셜크라운은 철크라운 및 요크라운의 어느 것에 있어서도 300μm 이하로 한다. 본원 발명 롤은 열팽창에 의한 변형이 매우 작으므로 이니셜크라운을 300μm 보다도 크게 할 필요는 없다.

탄화규소소결체, 질화규소소결체, 알루미나소결체 및 지르코니아소결체는 이론밀도 또는 그것에 가까운 밀도의 소결체를 얻었을 때에 표1에 나타낸 바와 같은 특성을 갖는다. 비교를 위해 강철, 텅스텐카바이드 분말과 코발트와의 소결복합체로 이루어지는 서메트의 특성도 나타낸다.

[표 1]

본원 발명의 세라믹스롤은 롤 표면의 비커스경도가 Hv 1,300-3,500kgf/㎟이며, 강철에 비해 현저하게 높다. 이와 같이 높은 경도를 갖고 있기 때문에, 스테인레스강, 연강 등의 압연에 있어서 롤은 거의 마모되지 않고 반영구적으로 사용할 수 있다. 본원 발명의 롤을 사용함으로써 또한 다음의 효과가 얻어진다. 즉, 본원 발명의 롤은 표면이 전비금속이므로 피압연재의 응착(凝着)이 없고, 내소부성(耐燒付性)이 뛰어나다. 이 때문에 롤의 사용가능 수명이 길어진다. 또한, 롤의 스립이든지 피압연재가 겹쳐서 압연되는 등의 이상상태가 발생한 경우에도 세라믹스와 금속인 피압연재는 응착을 일으키지 않기 때문에 워크롤이 피압연재와 소부를 일으킬 위험이 적다. 또 이때, 워크롤 표면이 예를 들면 1,000℃의 고온으로까지 가열되었다고 하더라도 세라믹스재료의 조직안정성은 철강재료에 비해 현저하게 높기 때문에 재질의 열화를 일으키지 않는다.

세라믹스롤은 예를 들면 1,000℃에 있어서도 강도가 높고, 또한 내산화성도 뛰어나기 때문에 열간압연용의 워크롤로서 사용한 경우에는 뛰어난 내구성을 나타낸다.

알루미나소결체, 탄화규소소결체, 질화규소소결체의 영율은 예를 들면 각각 37,000, 40,000, 30,000kgf/㎟정도이며, 철강재료의 영율 약 21,000kgf/㎟에 비해 약 1.5-2배의 크기를 가지고 있다.

일반적으로 탄성계수가 큰 워크롤을 사용함으로써 압연에 요하는 에너지를 저감할 수 있는 동시에 보다 얇은 박판까지 압연할 수 있다. 따라서, 본원 발명에 의한 세라믹스롤을 워크롤로 사용함으로써 압연에너지 저감 및 박판압연성의 향상이 가능해진다.

워크롤에 세라믹스롤을 사용하고, 백업롤에 강제롤을 사용함으로써, 세라믹스롤끼리의 조합에 비해 다음의 효과를 얻을 수 있다. 세라믹스롤끼리를 접촉시켰을 경우에는 양 롤이 모두 접촉부에서의 변형이 작고, 이 때문에 높은 접촉면압이 발생하지만, 세라믹스롤과 철강제롤을 접촉시켰을 경우에는 탄성계수가 낮은 철강제롤의 변형이 커지며, 이 때문에 접촉면적이 증대해서 접촉면압이 경감된다. 이 결과, 스포링 등에 대한 신뢰성을 높일 수 있다. 세라믹스롤과 철강제롤을 조합했을 때에는 세라믹스롤이 철강제롤 측에 파고 들어가도록 탄성변형되기 때문에 롤간의 마찰계수가 높아지며, 따라서, 롤간의 슬립의 발생을 방지하는 효과가 있다.

본원 발명 롤은 탄화규소와 질화규소와 사이아론과 알루미나 및 지르코니아에서 선정된 최소한 1종류를 주성분으로 하는 소결체에 의해 최소한 롤보디부 표면이 형성될 필요가 있다. 이러한 소결체에 의해 롤 전체를 형성해도 되고, 또는 롤보디부 표면층만을 이러한 소결체에 의해 형성하고, 다른 부분은 다른 종류의 재료로 형성하여 복합롤로 해도 된다. 복합화의 수단은 특별히 한정되지 않는다. 이러한 소결체에 의해 슬리브를 만들고, 철강 또는 다른 재료로 이루어지는 심재(芯材)에 끼워 넣는 방법은 바람직한 방법의 하나이다. 슬리브와 심재와의 고착방법으로서는 수축끼워맞춤, 나사, 접착제에 의한 고착 등을 적용할 수 있다.

복합롤은 탄화규소, 질화규소, 사이아론, 알루미나 및 지르코니아의 1종 이상을 주성분으로 하는 세라믹스층과 이종재질층과의 2층 구조뿐만 아니라, 다층 구조로 해도 된다. 2층 구조의 복합롤로 할 경우는 심재로 사용하는 재료는 롤보디부 표면을 형성하는 소결체보다도 벤딩강도가 큰 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 강철의 심재를 사용하는 것은 매우 바람직하다. 2층 이상의 다층으로 할 경우에는 롤표면으로부터 내부로 감에 따라 벤딩강도가 커지도록 하는 것이 바람직하다. 복합롤로 하여, 심재에 강철을 사용할 때에는 롤표면을 형성하는 소결체는 지르코니아를 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 지르코니아의 열팽창계수는 표1에서 명백한 것처럼 강철의 열팽창계수와 유사하므로, 압연중에 롤 온도가 상승했을 경우에 세라믹스와 강철과의 접촉부에 생기는 열응력을 작게 억제할 수 있다.

그리고, 세라믹스의 슬리브를 강제등의 심재에 끼워 넣어 복합롤로 할 경우에는 슬리브에 축 방향의 압축 응력이 생기도록 심재와 슬리브를 고착하는 것이 바람직하다. 이 구체적인 방법으로서는 슬리브를 심재에 끼워 넣은 다음 나사부착링 등을 사용하여 슬리브를 축 방향으로 조여 장착하는 것이 바람직하다. 이 구체 예를 제1도 및 제2도에 따라서 설명한다.

제1도에서, 심재(1)에 끼워 맞춘 세라믹스제의 슬리브(2)는 워셔(5)를 통해 심재(1)에 설치한 볼트부분(4)과 나사결합하는 너트부품(3)에 의해 장착되어 있다. 슬리브(2)에 발생하는 압축응력은 너트부품(3)의 장착 토크를 가감함으로써 용이하게 조절할 수 있다. 제1도에서, 슬리브(2)는 세라믹스제이며, 예를 들면 알루미나소결체, 탄화규소소결체, 질화규소소결체, 지르코니아소결체 등 고강도의 세라믹스에 의해 형성된다. 그밖의 부품은 철강재료로 형성되어 있다. 그리고, 슬리브(2)의 장착방법으로서는 상기 방법 이외에 심재(1)를 미리 소정온도까지 가열하는 방법도 채용할 수 있다. 즉, 심재(1)는 가열팽창에 의해 신장되기 때문에, 가열상태에서 그 밖의 부품, 즉 슬리브(2), 워셔(5) 및 너트부품(3)을 조합하여, 너트부품(3)을 가볍게 조이면 그 다음의 심재(1)의 냉각수축에 의해 슬리브(2)가 조여진다. 가열온도의 선정에 의해 장착력을 적절히 할 수 있다. 그리고, 슬리브(2)를 냉각한 상태에서 조립해도 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 물론이다. 또, 제1도에서는 슬리브(2) 양단에 너트부품(3)을 설치하고 있지만, 이것을 어느 한쪽만으로 하고, 다른쪽은 심재(1)와 일체 구조로 하여도 된다.

제1도의 압연기용 슬리브롤을 2단 압연기에 사용한 경우의, 슬리브(2)의 내부에 발생하는 응력을 제2도에 모의적으로 도시한다. 이 도면에서 오른쪽을 향한 화살표는 인장응력을, 왼쪽을 향한 화살표는 압축응력을 나타내고 있다. 본원 발명에 의한 압연용 슬리브롤(6)의 양단부분에 화살표 방향의 압하력 F을 작용시켜, 압연용 슬리브롤(6)을 회전구동시키면, 피압연재(7)가 압연된다. 이때 압연용 슬리브롤(6)은 벤딩모멘트를 받아 이것에 의한 슬리브(2)에 발생하는 최대인장응력은 σ₁으로 나타난다. 그리고, 슬리브(2)에는 압축응력 σ₂가 부여되어 있다. 실제로 슬리브(2)에 발생하는 응력 σ₃는 σ₁과 σ₂가 합선된 값으로 된다. 즉

σ₃=σ₁+σ₂

σ₁은 인장응력, σ₂는 압축응력이기 때문에, 실제로 슬리브에 발생하는 인장응력 σ₃은 σ₁보다 작은 값으로 되며, σ₂의 절대치가 σ₁보다 클 경우에는 σ₃는 압축응력으로 된다. 여하간 슬리브에 발생하는 인장응력을 저감시킬 수 있기 때문에 인장응력에 대한 강도가 낮은 세라믹스재료를 슬리브에 이용할 수 있다.

세라믹스의 슬리브를 심재에 끼워 넣어 복합롤로 할 경우에는 세라믹스의 기계적 강도를 고려하여 슬리브의 두께를 5mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.

탄화규소와 질화규소와 사이아론과 알루미나 및 지르코니아에서 선정된 최소한 1종류를 주성분으로 하는 소결체에 의해 일체의 롤을 만들 경우에 표면은 강하게, 내부는 연하게 할 수 있다. 예를 들면 원료를 혼합하여 미리 롤형상으로 성형할 때에 롤의 중심부 근방에만 금속분 또는 섬유를 혼입시켜 두면 된다. 이와 같이 하면 롤 표면은 전비금속으로 되어도 내부에는 금속이 존재하도록 되며, 내부가 롤표면에 비해 연하고, 또한 고연성(高延性)으로 된다. 이와 같이 일체 구조의 롤로 할 경우는 전비금속인 롤 표면층의 두께는 3mm로 충분하다.

다층 구조로 이루어진 복합롤의 예로서, 표면을 세라믹스층, 심부(芯部)를 텅스텐카바이드와 코발트의 복합소결체로 이루어진 서메트로 할 수도 있다. 표면을 세라믹스, 그 다음의 층을 서메트, 심부를 강철로 한 3층 구조로 할 수도 있다.

본원 발명의 롤에 의하면 박판 압연을 행할 수 있지만, 이 경우에 광택성이 좋은 판을 얻기 위해서는 롤의 표면조도(組度)를 1μm 이하로 하여야 한다. 피압연재의 압연가능한 최소두께는 롤의 재질에 의해 결정되며, 롤재의 영율이 클수록 피압연재의 판두께를 얇게 할 수 있다. 본원 발명의 세라믹스롤은 영율이 15,000-40,000kgf/㎟로 강철에 비해 매우 크고, 박판 압연성이 뛰어나다. 더욱이, 롤 표면이 전비금속이므로 압연된 판의 평활성이 뛰어나다. 이러한 롤의 면조도를 1μm 이하, 특히 바람직하게는 0.4μm 이하로 함으로써, 더욱 광택성을 현저하게 높일 수 있다.

피압연재에 따라서는 평활하고 광택이 좋은 면보다도 배껍질모양의 면을 얻고 싶을 경우가 있다. 예를 들면 표면에 도금을 실시하여 사용하는 금속판의 경우에는 도금층과의 접착성을 좋게 하기 위해 판의 표면을 배껍질모양의 면으로 할 필요가 있다. 본원 발명 롤에 있어서 면정밀도를 3-10μm, 특히 바람직하게는 4-6μm로 한 경우에는 도금 본바탕으로서 매우 적합한 배껍질모양의 면을 형성할 수 있다. 또한, 본원 발명의 롤에 있어서 이러한 면조도는 롤이 이러한 면조도는 롤이 파손, 기타에 의해 폐기되기까지 대략 같은 상태로 유지되므로, 피압연재에는 처음부터 끝까지 항상 일정한 형상 및 조도의 배껍질모양의 면을 형성할 수 있게 된다. 강철 롤에 의해 스테인레스강판에 배껍질모양의 면을 형성할 경우 연속해서 1000m 압연하면 롤이 마모되어 표면이 평활해져 버리므로 압연 도중일지라도 운전을 정지하고, 롤을 교환하거나 또는 롤을 제거하여, 쇼트브라스트 등에 의해 표면을 가공하여 다시 장착하지 않으면 안된다. 이 롤 교환 등에 요하는 시간, 비용은 무시할 수 없을 만큼 크며, 이것이 강제롤의 커다란 결점의 하나이다. 본원 발명에 의하면 강제롤에 있어서 생기는 상기한 문제를 회피할 수 있다.

본원 발명의 세라믹스롤을 위크롤로서 사용할 경우에는 백업롤(BㆍR)에 대한 워크롤(WㆍR)의 경도의 비 즉 WㆍR의 경도/BㆍR의 경도를 비커스경도로 대략 2 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써 워크롤과 백업롤 사이에 이물질 예를 들면 피압연재나 롤의 산화스케일 등이 물려 들었을 때에, 워크롤이 손상되는 것을 방지 할 수 있다. 이러한 구조의 롤에 있어서는 이물질이 물려드는 것에 의한 상처는 모두 백업롤측에 생기며, 워크롤측에는 생기지 않는다는 것을 알았다. 이 결과, 이물질이 물려드는 것에 의해 워크롤에 생긴 상처가 피압연재에 전사된다고 하는 것이 없어졌다.

강철의 비커스경도는 워크롤로서 일반적으로 사용되고 있는 합금강조차도 대략 900kgf/㎟가 한도이다. 세라믹스롤은 가장 저경도의 지르코니아 소결체조차 비커스경도가 1300kgf/㎟ 이상이다. 따라서, 백업롤을 적당한 경도의 강철로 형성하고, 워크롤을 세라믹스로 형성하고, 또한 워크롤의 비커스경도를 백업롤의 비커스경도의 2배 이상으로 하는 것을 용이하게 실현할 수 있다.

워크롤을 세라믹스로 형성하고, 백업롤을 강철로 형성할 경우, 세라믹스롤을 단순한 환봉(丸棒)으로 하고, 기계가공성이 좋은 백업롤에 기계가공을 실시하여 회전구동축 등을 설치하여, 백업롤을 회전구동 시키는 것이 바람직하다.

그리고, 워크롤을 복합롤로서 심재에 강철을 사용할 경우에는 워크롤에 회전구동 축을 설치하여, 워크롤을 회전구동 시키는 것도 가능하다.

[실시예 1]

워크롤에 탄화규소 소결체로 이루어질 롤을 사용하고, 백업롤에 비커스경도 900kgf/㎟의 합금강제롤을 사용하여, 스테인레스강 SUS 304의 압연을 행하였다. 워크롤의 비커스경도는 약 3,300이며, 백업롤의 약 2.7배의 경도를 갖는다. 소결체는 탄화붕소 1중량%, 탄소 4중량%를 포함하며, 이론밀도의 98%의 밀도를 갖는다. 소결체는 호트프레스로 만들었다. 원료분말로는 약 0.7μm의 입경의 것을 사용했다. 워크롤을 단순한 환봉으로 하고, 백업롤에 회전구동 축을 기계가공에 의해 형성하여 백업롤을 회전구동 시켰다. 이 실시예에 의한 압연기는 백업롤을 회전구동 시키면 마찰력에 의해 워크롤이 회전하도록 구성되어 있다.

워크롤과 백업롤과의 사이에 철의 산화스케일, 강편 등의 이물질을 인위적으로 집어넣었더니, 이것에 의한 상처는 백업롤 측에 움푹 패인 상처로서 발생했지만, 워크롤측에는 눈에 의한 검사로는 상처의 발생은 없었다. 실제로 스테인레스 강판을 압연한 결과로도 피압연재에는 상처가 전사되는 일이 없고, 양호한 상태의 압연재를 얻을 수 있었다.

[실시예 2]

워크롤로서 질화규소소결체로 이루어진 롤을 사용하여, 실시예 1과 같은 실험을 했던 바, 이물질이 들어가는 것에 의한 움푹 패인 상처는 백업롤 측에만 발생하고, 워크롤에는 상처의 발생을 볼 수 없었다. 그리고, 질화규소 소결체의 비커스경도는 대략 3,000kgf/㎟이다.

소결체는 소결조제로서 이트리아졸 2중량%, 알루미나를 1중량% 포함한다. 소결체는 호트프레스로 만들며, 이론밀도의 약 99%의 밀도를 갖는다. 원료분말의 입경은 약 1μm이다.

[실시예 3]

워크롤로서 비컷경도 대략 1800kgf/㎟의 알루미나로만 이루어진 이론밀도에 가까운 밀도를 갖는 소결체를 사용하여, 실시예 1과 같은 실험을 행하였다. 백업롤에는 이물질에 의한 움푹 패인 상처는 생기지 않았다.

소결체는 정수압(靜水壓) 프레스성형 후 소성에 의해 제조했다. 원료분의 입경은 3μm이며, 밀도는 이론 밀도의 98.5%이다.

[실시예 4]

탄화규소소결체로 이루어진 워크롤과 합금강제의 백업롤을 사용하여, 백업롤을 회전구동시켜 연강판 및 알루미늄판의 압연을 행하였다. 그리고, 박판 압연성 및 피압연재의 광택성을 강제워크롤의 경우와 비교했다.

탄화규소소결체로 이루어진 워크롤은 직경 50mmΦ, 길이 150mm의 환봉이며, 비커스경도는 약 3,300이다. 소결체는 탄화규소와 소결조제로 이루어지며, 소결조제로서 탄화붕소를 1중량%, 탄소를 4중량% 포함한다. 소결체는 입경 0.7μm의 원료분말을 사용하여 호트프레스로 만들었다. 소결체의 밀도는 이론밀도의 약 98%이다. 워크롤은 표면 및 내부가 모두 전비금속이다. 이론밀도와 대략 같은 밀도를 갖는다. 세라믹스의 탄성계수는 대략 40,000이다. 워크롤의 표면조도는 대략 0.6μm이다.

압연의 결과, 피압연재의 광택성은 세라믹스 워크롤 및 강제워크롤의 경우가 모두 거의 차이가 없으며, 모두 양호한 광택면을 갖고 있었다.

연강판을 압연했을 때의 피압연재의 판두께와 압하량과의 관계를 제3도에 도시한다. 소정의 판두께의 피압연재를 얻는데는 강제워크롤보다도 세라믹스 워크롤쪽이 적은 압하량이라도 된다.

압하량을 증가시킴에 따라서 피압연재의 판두께는 당연하게 얇아지지만, 어떤 소정의 압하량에 달하면 그 이상 압하량을 증가시켜도 더 이상 판 두께가 감소되지 않게 된다. 강제워크롤일 때에는 압하량이 0.4mm까지는 압하량의 증가에 따라 대략 같은 비율로 판 두께가 감소되지만, 압하량이 0.4mm보다도 커지면 판 두께가 감소되는 비율이 작아진다. 즉, 압연에 의해 얇게 할 수 있는 두께가 대략 한계에 가까워진 것을 알 수 있다.

세라믹스롤은 압연한계에 가까워질 때까지의 압하량이 강제워크롤때 보다도 크게 취할 수 있다. 따라서, 박판 압연성이 뛰어나다.

[실시예 5]

알루미나소결체로 이루어진 워크롤과 합금강제의 백업롤을 사용하여, 백업롤을 회전구동해서 연강판, 알루미늄판 및 스테인레스강판의 압연을 행하였다. 그리고, 박판 압연성 및 피압연재의 광택성을 강제워크롤의 경우와 비교했다.

알루미나소결체로 이루어진 워크롤은 직경 50mmΦ, 길이 150mm의 환봉이며, 비커스경도는 약 1,800이다. 소결체는 소결조제를 포함하지 않으며, 실질적으로 알루미나만으로 이루어진다. 원료분말로는 입경 3μm의 것을 사용하며, 정수압 프레스성형 후 소성해서 제작하였다. 소결체의 밀도는 이론밀도의 98.5%였다. 알루미나 소결체의 탄성계수는 대략 37,000kgf/㎟이다.

압연된 판을 광학 현미경사진으로 관찰했더니, 알루미나워크롤에 의해 압연한 것은 연강판, 알루미늄판 및 스테인레스 강판의 모두가 상처가 없는 깨끗한 면을 가지고 있었다. 그러나, 강제워크롤에 의해 압연한 것은 모두 판 표면에 다수의 상처가 발생되어 있었다. 이 상처는 마치 금속브러시로 긁은 것과 같은 상태를 나타내고 있었다.

압연된 판의 광택성은 알루미나 워크롤 및 강제워크롤의 경우가 모두 거의 같으며, 차이는 거의 볼 수 없었다. 단지 알루미나 워크롤에 의해 얻어진 판의 외관사진은 강제워크롤에 의해 얻어진 판의 외관사진에 비해 거무스름하였다.

알루미나 워크롤에 의한 연강판의 박판 압연성은 제3도에 도시한 바와 같으며, 강제워크롤보다도 뛰어났다.

[실시예 6]

워크롤로서 비커스경도 1500kgf/㎟의 지르코니아로만 이루어진 이론밀도의 약 97% 밀도를 갖는 소결체를 사용하여, 실시예 1과 같은 실험을 행하였다.

백업롤에는 이물질에 의한 움푹 패인 상처는 생기지 않았다. 소결체는 정수압 프레스성형 후 소성에 의해 제조하였다. 원료분의 입경은 30μm이며, 롤 표면의 조도는 약 0.8μm으로 되기까지 연삭 마무리를 행하였다.

[실시예 7]

워크롤로서 비커스경도 1300kgf/㎟의 지르코니아로만 이루어진 이론밀도의 약 96%의 밀도를 갖는 소결체를 사용하고, 합금강제의 백업롤을 사용하여, 백업롤을 회전구동 시켜 막 두께 0.4mm의 동판의 압연을 행하였다.

그리고, 피압연재의 광택성을 강제의 워크롤의 경우와 비교하였다. 지르코니아소결체는 정수압 프레스성형 후 소성에 의해 제조하였다. 원료분의 입경은 50μm이며, 롤 표면의 조도는 약 1μm으로 되기까지 연삭 마무리를 행하였다. 압연된 판을 광학 현미경으로 관찰하였더니 지르코니아의워크롤로 압연된 것은 상처가 없는 깨끗한 면을 가지고 있었다. 이에 대하여 강제의 워크롤로 압연된 것은 판의 표면에 다수의 긁힌 것 같은 상처가 발생되어 있었다.

[실시예 8]

워크롤로서 비커스경도 1350kgf/㎟의 지르코니아로만 이루어진 이론밀도의 약 97%의 밀도를 갖는 소결체를 사용하고, 합금강제의 백업롤을 사용하여, 백업롤을 회전구동 시켜 막 두께 0.4mm의 동판의 압연을 행하였다.

그리고, 피압연재의 광택성을 강제의 워크롤때와 비교하였다. 지르코니아소결체는 정수압 프레스성형 후 소성에 의해 제조하였다. 원료분의 입경은 10μm이며, 롤 표면의 조도는 약 0.5μm으로 되기까지 연삭 마무리를 행하였다. 압연된 판을 광학 현미경으로 관찰하였더니 지르코니아의 워크롤로 압연된 것은 상처가 없는 깨끗한 면을 가지고 있었다. 이에 대하여 강제의 워크롤로 압연된 것은 판의 표면에 다수의 긁힌 것 같은 상처가 발생되어 있었다.

[실시예 9]

워크롤에 탄화규소소결체로 이루어진 롤을 사용하고, 백업롤에 비커스경도 900kgf/㎟의 합금강제롤을 사용하여, 스테인레스강 SUS 304의 압연을 행하였다. 워크롤의 비커스경도는 약 3500kgf/㎟였다. 소결체는 탄화붕소 1중량%, 탄소 4중량%를 포함하며, 이론밀도의 99.5%의 밀도를 갖는다. 소결체는 호트프레스로 만들었지만 원료분말로는 약 0.2μm의 미분말을 사용함으로써, 상기와 같은 높은 값의 비커스경도 및 이론밀도를 얻을 수 있었다. 워크롤은 소결 후 환봉 형상으로 기계 가공하는 동시에 표면을 약 0.4 및 0.2μm의 조도로 래핑 가공하였다. 압연시험의 결과 워크롤에 상처가 발생하는 일은 없고, 종래 사용되었던 합금강제의 롤보다 더욱 광택성이 뛰어난 압연판을 얻을 수 있었다.

[실시예 10]

워크롤로서 사이아론으로 이루어진 롤을 사용하여, 실시예 9와 동일하게 스테인레스강 SUS 304를 압연하였더니, 워크롤에 상처가 발생하는 일이 없고, 종래 사용되었던 합금강제의 롤보다 더욱 광택성이 뛰어난 압연판을 얻을 수 있었다. 사이아론의 워크롤의 비커스경도는 약 3000kgf/㎟, 밀도는 이론밀도의 99.8%, 표면 조도는 0.1μm이었다.

이상 설명한 것과 같이, 본원 발명에 의해 롤 전체가 세라믹스로 이루어진 압연기용 롤이 출현되었다. 본원 발명의 롤은 강제롤에 비해 박판 압연성이 뛰어나며, 또한 배껍질모양의 면의 형상에 대한 효과도 뛰어나다.

Claims

탄화규소, 질화규소, 사이아론, 알루미나 및 지르코니아에서 선정된 최소한 1종류를 주성분으로 하며, 이론밀도의 96% 이상의 밀도를 갖는 전비금속(全非金屬) 소결체에 의해 롤 형상으로 형성되고, 또한 -300μm∼+300μm의 범위내의 이니셜크라운을 갖는 것을 특징으로 하는 압연기용 롤.
제1항에 있어서, 상기 소결체의 비커스경도가 1,300-3,500kgf/㎟인 것을 특징으로 하는 압연기용 롤.
제1항에 있어서, 상기 소결체의 영율이 15,000-40,000kgf/㎟인 것을 특징으로 하는 압연기용 롤.
제1항에 있어서, 상기 소결체가 실질적으로 탄화규소, 질화규소, 사이아론, 알루미나 및 지르코니아의 최소한 1종류만으로 이루어진 것을 특징으로 하는 압연기용 롤.
제1항에 있어서, 상기 소결체가 상기 탄화규소, 질화규소, 사이아론, 알루미나 및 지르코니아의 최소한 1종 93-99.5중량%와 나머지 소결체로 이루어진 것을 특징으로 하는 압연기용 롤.
제1항에 있어서, 상기 탄화규소, 질화규소, 사이아론, 알루미나 및 지르코니아의 최소한 1종의 원료 분말의 입경이 0.2-50μm인 것을 특징으로 하는 압연기용 롤.
탄화규소, 질화규소, 사이아론, 알루미나 및 지르코니아에서 선정된 최소한 1종류를 주성분으로 하며, 이론밀도의 96% 이상의 밀도를 갖는 전비금속소결체에 의해 롤형상으로 형성되고, 1μm 이하의 롤 표면조도를 가지며, 또한 -300μm∼+300μm의 이니셜크라운을 갖는 것을 특징으로 하는 압연기용 롤.
탄화규소, 질화규소, 사이아론, 알루미나 및 지르코니아에서 선정된 최소한 1종류를 주성분으로 하며, 이론밀도의 96% 이상의 밀도를 갖는 전비금속소결체에 의해 롤형상으로 형성되고, 3-10μm의 롤 표면조도를 가지며, 또한 -300μm∼+300μm의 범위내의 이니셜 크라운을 갖는 것을 특징으로 하는 압연기용 롤.
탄화규소, 질화규소, 사이아론, 알루미나 및 지르코니아에서 선정된 최소한 1종류를 주성분으로 하며, 이론밀도의 96% 이상의 밀도를 갖는 전비금속소결체로 이루어진 층을 롤 표면에 가지며, 내부가 상기 소결체보다도 높은 벤딩강도를 갖는 이종재질층으로 이루어지고, 또한 -300μm∼+300μm의 이니셜 크라운을 갖는 것을 특징으로 하는 압연기용 롤.
제9항에 있어서, 상기 이종재질층이 세라믹스와 금속과의 혼합물의 소결체로 이루어진 것을 특징으로 하는 압연기용 롤.
제10항에 있어서, 상기 롤 표면을 형성하는 소결체와 내부를 형성하는 소결체는 일체의 소결체인 것을 특징으로 하는 압연기용 롤.
제11항에 있어서, 상기 롤 표면을 형성하는 소결체의 층의 두께가 3mm 이상인 것을 특징으로 하는 압연기용 롤.
탄화규소, 질화규소, 사이아론, 알루미나 및 지르코니아에서 선정된 최소한 1종류를 주성분으로 하며, 이론밀도의 96% 이상의 밀도를 갖는 전비금속소결체로 이루어진 슬리브와 이종재질의 심재와의 복합 롤로 이루어지고, 또한 -300μm∼+300μm의 이니셜크라운을 갖는 것을 특징으로 하는 압연기용 롤.
제13항에 있어서, 상기 슬리브의 두께가 5mm 이상인 것을 특징으로 하는 압연기용 롤.
제13항에 있어서, 상기 심재가 강제로 이루어진 것을 특징으로 하는 압연기용 롤.
제15항에 있어서, 상기 슬리브가 지르코니아를 주성분으로 하는 소결체로 이루어진 것을 특징으로 하는 압연기용 롤.
제13항에 있어서, 상기 슬리브가 록 축방향에 압축응력이 부여된 상태에서 상기 심재에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 압연기용 롤.
심재 표면에 이종재질로 이루어진 층을 2층 이상 갖는 롤에 있어서, 상기 이종재질로 이루어진 층의 최외증이 탄화규소, 질화규소, 사이아론, 알루미나 및 지르코니아에서 선정된 최소한 1종류를 주성분으로하며, 이론밀도의 96% 이상의 밀도를 갖는 소결체에 의해 형성되어 있고, 또한 -300μm∼+300μm의 이니셜크라운을 갖는 것을 특징으로 하는 압연기용 롤.
제18항에 있어서, 상기 2층 이상의 이종재질층의 최소한 최외층이 슬리브로 이루어진 것을 특징으로 하는 압연기용 롤.
롤의 축 중심부가 중공(中公)으로 되어 있는 중공 롤에 있어서, 최소한 롤 표면이 탄화규소, 질화규소, 사이아론, 알루미나 및 지르코니아에서 선정된 최소한 1종류를 주성분으로 하며, 이로밀도의 96% 이상의 밀도를 갖는 전비금속소결체에 의해 형성되고, 또한 -300μm∼+300μm 의 이니셜크라운을 갖는 것을 특징으로 하는 압연기용 롤.
제20항에 있어서, 상기 소결체에 의해 롤 전체가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압연기용 롤.