KR960004412B1 - 복합 롤 및 이의 제조방법 - Google Patents

복합 롤 및 이의 제조방법 Download PDF

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1996년04월03일
겐지 다테
도시유키 핫토리
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히다치킨조쿠 가부시키가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

복합 롤 및 이의 제조방법
제1도는 실시예 1에서의 설퍼 프린트(sulfur print)시험 결과를 도시한 도표이고,
제2a도는 실시예 2에서의 표면에서의 쉘(shell)부분의 금속 조직을 나타낸 현미경 사진이며, 제2b도는 실시예 2에서의 표면으로부터 50㎜깊이에서의 쉘 부분의 금속 조직을 나타낸 현미경 사진이고,
제3a도는 비교예 2에서의 표면에서의 쉘 부분의 금속 조직을 나타낸 현미경 사진이며, 제3b도는 비교예 2에서의 표면으로부터 50㎜깊이에서의 쉘 부분의 금속 조직을 나타낸 현미경 사진이다.
본 발명은 내마모성과 조면화(surface roughening)에 대한 내성이 탁월한 쉘 부분(shell portion)과 강인한 코어 부분(core portion)을 포함하는 복합 롤 및 원심 주조법에 의한 복합 롤의 제조방법, 특히 미세하고 균일한 금속 조직을 갖는 쉘 부분을 갖는 복합 롤 및 이러한 복합 롤의 제조방법에 관한 것이다.
강재(steel materials)의 열간 압연 또는 냉간 압연에 사용되는 롤에 있어서, 압연될 재료와 직접 접촉하는 쉘 부분은 균일한 주조 조직 및 탁월한 내마모성, 조면화에 대한 내성 및 내균열성을 가질 것이 요구된다. 이들 요건을 충족시키기 위해서, 원심 주조법에 의해 쉘 부분을 형성시키는 것이 효과적이며, 쉘 부분과 코어 부분을 갖는 이러한 복합 롤의 제조는 널리 실시되고 있다. 원심 주조법에 있어서, 쉘 부분용 용융물을 통상 축선 주위를 고속으로 회전할 수 있는 중공 원통형 금형으로 도입시켜 금형 속으로 응고시킨다.
이러한 경우, 용융물이 통상 강철로 이루어진 금형의 내부 표면과 접촉하여 급속히 냉각되기 때문에 복합롤의 쉘 부분의 외부 표면은 미세한 금속 조직을 갖는다. 따라서, 복합 롤의 쉘 부분은 내마모성, 조면화에 대한 내성 및 내균열성이 탁월하다. 그러나, 금형의 내부 표면과 응고될 용융물간의 거리가 멀어짐에 따라, 쉘 부분용 용융물의 냉각속도가 감소하고, 용융물의 온도구배가 작아진다. 그 결과, 쉘 부분의 금속 조직이 조대(粗大)해져 내마모성과 같은 쉘 부분에 요구되는 다양한 특성이 저하된다. 따라서, 복합 롤의 쉘 부분의 기계 처리가 반복되는 동안의 오랜 기간 후에 쉘 부분의 내부 부분이 외부 노출되어 상기한 탁월한 특성을 유지하지 못한다. 이 문제를 해결하기 위해, 쉘 부분용 용융물의 냉각속도를 높이는 것이 효과적인 것으로 생각되며, 용융물의 냉각속도를 쉘 부분의 반경 방향부분을 따라 모든 부분에서 가능한 한 균일하게 할 필요가 있다.
쉘 부분 용융물의 냉각속도를 높이기 위해, 금형을 물로 냉각시키고, 용융물을 냉각시키고, 용융물을 금형의 내부 표면에 분무하는 방법에 제안되어 있다 [참조 : 일본국 공개특허공보 제(평)1-254363호]. 또한, 쉘 부분에서 발생하는 바람직하지 않은 분리 및 다른 결점을 피하고 쉘 부분의 균일성을 개선하기 위해, 원심 주조법에서 금형 속으로 부어넣는 지점을 옮기는 방법도 제안되어 있다.[ 참조 : 일본국 공개특허공보 제(소)50-33021호]. 또한, 쉘 부분용 재료에 대한 연구가 수행되었다. 현재, 원심 주조법에 의해 제조된 쉘 부분은 주로 고합금 주철, 고크롬 주철, 고크롬 주강 등으로 이루어진다. 또한, 최근 복합 롤의 쉘 부분을 형성시키기 위해 고속 강재가 제안되어 있다.[참조 : 일본국 공개특허공보 제(소)60-124407호].
이들 중에서, 열간 압연 또는 냉간 압연에 사용되는 롤의 경우, 조대한 석출 입자의 존재 및 분리로 인한 쉘 부분의 주조 금속 조직의 비균일성은 내마모성 불량을 야기하며, 결과적으로 압연될 재료의 단위중량당 롤 소모율이 증가하고 압연된 재료의 품질이 저하된다.
최근 압연 강판에 대해 점차 높은 품질이 요구되기 때문에 , 롤의 고도의 요건이 부관된다. 따라서, 복합 롤의 쉘 부분이 보다 균일성이 높고 보다 미세한 금속 조직을 가질 것이 요구된다.
고속 강을 사용하여 쉘 부분을 형성시키는 경우, 쉘 부분의 표면 부분은 금형의 급속한 냉각작용에 의해 미세 금속조직을 갖는다. 그러나, 금형의 급속한 냉각이 쉘 부분의 내부에서는 감소하기 때문에, 금속 조직이 조대해진다. 그 결과, 몇번의 기계처리에 노출되는 쉘 부분의 깊은 영역에서 내마모성과 조면화에 대한 내성이 불량해진다.
원심 주조법을 이용하여 쉘 부분을 형성시키는 경우, 쉘 부분은 불가피하게 주조 결합과 금속 조직의 불균일성을 갖는다는 문제가 있다. 쉘 부분의 냉각속도(온도구배)는 표면부분보다 내부에서 작기 때문에, 쉘 부분용 용융물 속의 가스, 용해된 원소, 불순물 등이 용융물을 부어넣는 내부 금형 공동으로 탈출하기가 어려워진다. 따라서, 이들 성분은 용융물을 응고시키는 도중에 갇히게 되어 카바이드의 분리, 조대한 금속 조직 및 가스 결함 등을 야기한다.
따라서, 본 발명의 목적은 균일성이 탁월한 미세 금속 조직을 갖는 쉘 부분을 갖는 복합 롤을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이러한 복합 롤을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적의 관점에서 원심 주조법에 대해 집중적으로 연구한 결과, 본 발명자들은 용융물의 공급 온도와 쉘 부분 형성속도를 조절하여 용융물과 쉘 부분간의 응고 계면에서 높은 냉각속도와 이에 따른 높은 온도구배를 달성함으로써, 쉘 부분에서 금속 조직의 과도한 성장을 막고, 이에 따라 주조 결합이 없는 쉘 부분을 제조할 수 있음을 알아내었다.
이와 같이, 본 발명에 따라 원심 주조법으로 제조한 복합 롤은 내마모성과 조면화에 대한 내성이 탁월한 경질, 고합금 주강 또는 주철로 이루어진 쉘 부분과 강인한 주철 또는 주강으로 이루어진 코어 부분을 포함[여기서, 쉘 부분의 고합금 주강 또는 주철은 필수적으로 C 1.0 내지 3.0중량%, Si 2.0중량% 이하, Mn 2.0중량% 이하, Cr 2.0 내지 15.0중량%, Mo 10.0중량% 이하, V 2.0 내지 8.0중량%, 나머지로서는 거의 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지며, 쉘 부분의 매트릭스를 구성하는 결정 입자의 평균 직경은 직경이 30㎛를 초과하는 결정 입자에 대해 상 분석법으로 측정시 표면에서 50㎜깊이에 이르는 범위에서 100㎛ 이하이며, 결정 입자는 식 m2≤1.2m1(여기서, m1은 쉘 표면에서의 결정 입자의 평균 직경이고, m2는 50㎜ 깊이에서의 결정 입자의 평균 직경이다)를 충족시킨다]한다.
본 발명에 따라 복합 롤의 제조하는 방법은 금형의 평균 쉘 부분 형성속도가 2 내지 40㎜/min으로 되도록 축선 주위를 회전할 수 있는 중공 원통형 금형에 식 Tc≤T≤Tc+90℃(여기서, Tc는 쉘 부분내의 1차 결정 형성 온도이다)를 충족시키는 온도 T에서 쉘 부분용 용융물을 공급함으로써 쉘 부분을 원심 주조하는 것을 포함한다.
[1] 쉘 부분용 고합금 주강 또는 주철의 조성
본 발명에 따르는 복합 롤의 쉘 부분에 사용될 수 있는 고합금 주강 또는 주철은 조성이 다음과 같다:
(1) C : 1.0 내지 3.0중량%
C는 쉘 부분의 내마모성을 증가시키기 위해 카바이드를 형성시키는데 필요한 원소이지만, C의 양이 증가함에 따라, 쉘 부분의 내균열성이 감소한다. 따라서, C의 양이 1.0 내지 3.0중량%의 범위 이내여야 한다. C의 양이 1.0중량% 미만인 경우, 형성된 쉘 부분은 석출된 카바이드의 양이 적어서 내마모성이 불량해질 것이다. 반면, C의 양이 3.0중량%를 초과하는 경우, 형성된 쉘 부분은 내균열성이 불량해질 것이다.
C의 바람직한 양은 1.3 내지 2.0중량%이다.
(2) Si : 2.0중량% 이하
Si는 산소제거제로서 필요한 원소이다. 이는 또한 W, Mo 등과 같은 값비싼 원소 대신 M6C 카바이드에 효과적으로 용해됨으로써 쉘 부분의 비용을 줄인다. 그러나, Si의 양이 2.0중량%를 초과하는 경우, 형성된 셀 부분은 주조 결함을 가질 것이다. Si의 바람직한 양은 0.3 내지 1.5중량%이다.
(3)Mn : 2.0중량% 이하
Mn은 산소제거제로서 작용하며 S를 함유하는 화합물을 MnS로서 형성하는 원소로서 작용하여, S의 악영향을 제거한다. 그러나, Mn의 양이 2.0중량%를 초과하는 경우, 잔류 오스테나이트 상 (austenite phase)이 형성된 셀 부분에 형성됨으로써 충분한 경도가 안정되게 발휘될 수 없다. 반면, Mn 의 양이 너무 적으며, 충분한 산소제거 기능이 발휘될 수 없다. Mn 의 바람직한 양은 0.3 내지 1.5중량%이다.
(4)Cr : 2.0 내지 15.0 중량%
Cr의 양이 2.0중량% 미만인 경우, 충분한 경화능(hardenability)이 수득될 수 없다. 반면, Cr의 양이 15.0중량%를 초과하는 경우, 과량의 크롬 카바이드(M23C6)가 형성된다.
M23C6는 MC 및 M2C보다 연질이기 때문에, 크롬 카바이드가 쉘 부분의 내마모성을 감소시킬 것이다. Cr의 바람직한 양은 3.0 내지 10.0중량%이다.
(5)Mo : 10.0중량% 이하
Mo는 경화능과 고온 강도를 증가시키는 역활을 한다. 그러나, Mo의 양이 10.0중량%를 초과하는 경우, 금속내에서 M6C 및 M2C 카바이드가 C, V 및 Mo와 균형을 맞춰 증가되어 인성을 저하시키고 조면화에 대한 내성을 저하시킨다. Mo의 바람직한 양은 2.0 내지 8.0중량%이다.
(6)V : 2.0 내지 8.0중량%
V은 쉘 부분의 내마모성을 증가시키기 위한 MC 카바이드를 형성시키는데 필요한 원소이다. V의 양이 2.0중량% 미만인 경우, 충분한 효과가 얻어질 수 없다. 반면, V의 양이 8.0중량%를 초과하는 경우, 용융물이 심하게 산화되어 용융물의 점도가 증가한다. 그 결과, 우수한 주조 쉘 부분이 형성된다. V의 바람직한 양은 2.0 내지 6.0중량%이다.
(7)임의의 원소
상기 원소외에, 쉘 부분용 고합금 주강 또는 주철은 임의로, W, Ni, Co 및/또는 N을 함유할 수 있다.
(a)W : 20.0중량%이하
W은 고온 강도를 유지시키는데 필요한 원소이다. 그러나, W의 양이 20.0중량%를 초과하는 경우, 금속 조직내에서 M6C 카바이드가 증가하여 인성 및 조면화에 대한 내성이 불량해진다. W의 보다 바람직한 양은 2.0 내지 15.0중량%이다.
(b) Ni : 3.0중량이하
Ni는 경화능을 증가시키는데 효과적이다. 따라서, Ni는 3.0중량%이하의 양은 첨가할 수 있다. 그러나, Ni가 과량 첨가되는 경우, 쉘 부분의 금속 조직내에 잔류 오스테나이트상이 나타나 균열이 생기며 조면화에 대한 내성이 불량해진다. Ni의 보다 바람직한 양은 0.1 내지 1.5중량%이다.
(c)Co : 10.0중량%이하
Co는 매트릭스내에 용해되어 카바이드의 석출을 지연시킴으로써 매트릭스의 연화를 방지한다. 즉, Co는 연화에 대한 내성을 증가시키고 2차 경화를 수행하는데 효과적인 원소이다. 그러나, Co의 양이 10.0중량%를 초과할지라도, 쉘 부분의 비용은 추가의 향상 없이 증가될 것이다. Co의 보다 바람직한 양은 1.0 내지 7.0중량%이다.
(d)N : 0.03 내지 0.2 중량%
본 발명에 사용되는 고합금 주강 또는 주철에서 N의 양은 0.03 내지 0.2중량%가 바람직하다. 이 범위의 N을 사용하면 탬퍼링 경도가 증가된다. 그러나, N을 과량 첨가하는 경우, 쉘 부분이 취약해진다. N의 보다 바람직한 양은 0.03 내지 0.1중량%이다.
(8) 불순물
본 발명에 사용되는 고합금 주강 또는 주철의 불가피한 불순물은 P 및 S이다. 쉘 부분의 취약성을 방지하기 위해, P의 양은 0.1중량% 미만이어야 하고, S의 양은 0.06중량%미만이어야 한다.
[2][원심주조법]
본 발명에 따르는 원심 주조법은 쉘 부분용 용융물의 공급 및 쉘 부분 형성 속도를 조절하는 조건하에서 수행한다.
(1) Tc≤ T≤ Tc+90℃
원심 주조법에서, 턴디쉬(tundish)내에서 측정된 쉘 부분용 용융물의 온도는 통상 이의 주조온도로 간주된다. 그러나, 중공 원통형 금형내의 용융물의 실제온도는 턴디쉬내에서 측정한 용융물의 온도보다 약간 낮다. 주조온도를 정확히 조절하기 위해서는, 중공 원통형 금형내의 용융물이 온도를 측정해야 한다. 금형내의 용융물의 온도를 측정하기가 대체로 어렵지만, 본 발명자들은 턴디쉬의 배출구로부터 금방 나온 용융물의 온도와 금형내의 용융물의 온도간에 상관관계가 있음을 알아내었다. 이 상관관계는 중공 원통형 금형의 크기와 형태, 용융물 주입속도 및 작업조건등에 따라 실험적으로 측정할 수 있다. 따라서, 턴디쉬의 배출구로부터 막 흘러나오는 용융물의 온도를 조절하여 가장 바람직한 주조온도를 얻을 수 있다.
턴디쉬의 배출구로부터 막 흘러나오는(중공 원통형 금형속으로 들어가는)용융물의 온도를 공급온도＂T＂로 정의하면, 공급온도는 다음 요건을 충족시켜야 한다 : Tc≤ T≤ Tc+90℃ (여기수, Tc는 쉘 부분내의 1차 결정 형성온도이다).
공급온도는 통상의 원심 주조법에서 주조온도보다 낮다. 따라서, 오스테나이트 1차 결정이 형성되기 시작하며 용융물은 중공 원통형 금형에 도입되자마자 응고되기 시작한다.
공급온도 T가 Tc+90℃보다 높으면, 중공 원통형 금형속에서 응고될 때까지 시간이 너무 걸려 높은 냉속도를 제공할 수 없다. 이는 쉘 부분의 금속 조직의 지나친 성장을 야기하며 금속 조직이 조대해진다(조대한 1차 결정). 반면, 공급온도 T가 Tc보다 낮을 경우, 용융물이 턴디쉬의 배출 노즐속에서 응고되기 시작하여 우수한 쉘 부분이 형성될 수 없다.
그런데, 공급온도 T는 턴디쉬의 배출 노즐로부터 막 나오는 용융물의 온도로부터 실험적으로 수득한 파라미터(예를들며, 10 내지 60℃)를 뺌으로서 결정할 수 있다.
(2) 평균 셀 부분 형성속도
평균 셀 부분 형성속도는 여기서 소비된 시간으로 형성된 쉘 부분의 총 두께를 나눔으로써 수득한 값으로 정의된다. 통상, 통상의 원칙 주조법에서 쉘 부분 형성속도는 도입된 용융물이 금형의 전체 내부 표면에 균일하게 분포되도록 하기 위해 50 내지 200mm/min에 고정한다. 그러나, 이러한 높은 셀 부분 형성속도는 금형내의 용융물의 냉각속도를 낮추는데, 이는 쉘 부분에서 균일하고 미세한 금속 조직이 수득할 수 없다는 것을 의미한다.
본 발명에서, 평균 쉘 부분 형성속도는 용융물이 금형내에 형성될 쉘 부분의 표면에 응고 계면의 전진속도와 거의 동일한 속도로 공급되도록 2 내지 40mm/min으로 가능한 작게 설정한다. 이 수준에서 평균 쉘 부분 형성속도를 조절함으로써, 금형내에 형성될 쉘 부분 내부에 얇은 용융물 풀(pool)을 항상 유지시킬 수 있으며, 응고 계면은 방해받지 않고 불균일해짐이 없이 반경 방향으로 내부로 전진할 수 있다.
얇은 용융물 풀은 열 용량이 적기 때문에, 용융물 풀의 높은 냉각속도는 응고된 쉘 부분과 금형을 통한 열 전도와 열 분산에 의해 달성할 수 있다. 또한, 용융물 풀은 금형속에서 1차 결정 형성 온도 부근에서 고체-액체 응고 온도까지 냉각되며, 높은 온도구배를 얻을 수 있다. 이러한 높은 냉각속도와 온도구배는 응고 계면이 균일성을 유지하면서 중공 원통형 금형의 축과 평행하게 전진시킴으로써 얇은 용융물 풀 내부에서 얻을 수 있다. 이는 주조 결함없이 균일하고 미세한 금속조직을 형성시키는데 기여한다. 평균 쉘 부분 형성속도가 40mm/min하는 초과할 경우, 조대한 금속 조직이 형성되어 이러한 효과를 얻어지지 않을 것이다. 반면, 평균 셀 부분 형성속도가 2mm/min보다 낮은 경우, 용융물의 공급이 불충분해져서 용융물 풀의 공급이 응고 계면의 전진을 따르지 못하여 우수한 쉘 부분을 제공하지 못한다.
그런데, 금형내로 쉘 부분용 용융물을 공급하는 초기 단계에서, 용융물의 공급속도는 금형의 내부 표면과 접촉하고 있는 용융물이 급속히 냉각되기 때문에 50 내지 200mm/min으로 높을 수 있다. 이 초기 단계는 통상 쉘 부분의 총 두께의 약 40%이하, 바람직하게는 약 35%이하로 수행할 수 있다. 그런다음, 쉘 부분 형성속도를 평균 쉘 부분 형성속도가 2 내지 40mm/min으로 되도록 낮추어야 한다.
코어 부분에 있어서, 이의 재료 및 제조조건이 제한적인 것은 아니며, 굽힘 강도, 인성등과 같은 높은 기계적 강도가 수득되는 한, 공지된 주조 조건하에서 어떤 주철 및 주강도 사용할 수 있음을 주목해야 한다.
[3]쉘 부분의 금속 조직
원심 주조법에 의해 제조된 쉘 부분은 미세 결정 입자가 균일하게 분포된 금속 조직을 갖는다. 본 명세서에 사용된 ＂결정 입자(crystal grain)＂라는 용어는 주로 오스테나이트로 이루어진 쉘 부분의 용융물의 응고시에 주로 석출되는 입자 또는 상을 의미한다. 결정 입자는 때때로 ＂1차 결정＂이라고 한다.
본 발명의 제1양태에 있어서, 미세 결정 입자는, 직경 30㎛를 초과하는 미세 결정 입자만을 상 분석법으로 계수할 때, 쉘 부분에서 표면으로부터 50mm깊이까지 평균 직경이 100㎛이하이다.
결정 입자는 현미경 사진에서 다양한 형태를 갖기 때문에, 이들의 직경은 결정 입자를 완전한 원형으로 전환시키지 않고는 측정할 수 없다. 따라서, 이들을 먼저 상 분석법에 의해 결정 입자의 면적과 동일한 면적을 갖는 완전한 원형으로 전환시킨 다음 결정 입자로부터 수득한 완전한 원의 직경을 평균한다. 이 경우, 직경이 30㎛를 초과하는 완전한 원만을 계수하는데, 그 이유는, 직경이 30㎛ 미만인 입자를 평균 직경의 계산에 포함시키는 경우, 계산이 지극히 곤란하기 때문이다.
상기 방법에 의해 계산된 결정 입자의 평균 직경이 100㎛를 초과하는 경우, 쉘 부분의 금속 조직이 너무 거칠어져 품질이 우수한 압연 강판을 제조할 수 없다.
본 발명의 두 번째 양태에서, 결정 입자의 평균 직경은 식 m2≤1.2m1(여기서, m1은 쉘 부분의 표면에서의 결정 입자의 평균 직경이고, m2는 50mm깊이에서의 결정 입자의 평균 직경이다)를 충족시킨다. 이 관계가 충족되지 않을 경우 쉘 부분의 금속 조직이 반경 방향에서 지나치게 불균일해지는데, 이는 특정 기간의 사용후에 표면의 거칠음을 제거하기 위해 롤 표면을 기계처리함으로써 내마모성과 조면화에 대한 내성이 급속하게 감소되기 때문이다. 이는 압연된 강판의 단위량당 롤 비용을 높인다.
본 발명을 하기 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.
[실시예 1 , 비교예 1]
내부 직경이 420mm이고 롤 체장(body length)이 1530mm이며 표1에 기재한 조성을 갖는 용융물 700kg을 함유하는 중공 원통형 금형을 원심 주조하여 두께가 60mm인 슬리브(sleeve)를 제공한다.
주 : (1) 샘플 번호 1 : 실시예 1
샘플 번호 2 : 비교예 1
(2) 용융물의 공급온도
(3) 평균 쉘 부분 형성속도
양 경우에 따라서, 금형의 내부 표면을 2.5mm의 두께로 내화재로 피복하고, 금형의 회전속도를 원심 중력수가 금형내의 쉘 부분에서 형성될 용융물의 표면에서 140G로 되도록 설정한다. 시차 열량 분석을 수행함으로써 1차 결정 형성온도 Tc가 1390℃인 것으로 밝혀졌다. 따라서, 용융물의 공급온도는 실시예 1에서는 Tc+50℃이고 비교예 1에서는 Tc+85℃이다. 이와 같이, 쉘 부분의 주조는 5분 동안에 완료된다. 평균 쉘 부분 형성 속도는 약 12mm/min이다.
실시예 1의 방법에서, 용융물의 응고 계면의 전진속도를 측정하기 위해서는, 공급된 용융물의 두께가 각각 10mm 내지 40mm로 되었을 때 황화철 200g을 금형의 유입구 내의 용융물에 가한다. 형성된 쉘 부분을 절단하여 쉘 부분의 금속 조직을 측정하기 위한 시험편을 수득한다.
제 1도는 실시예 1에서의 설퍼 프린트 시험(Sulfur print test)결과를 개략적을 보여준다. 설퍼 프린트 시험 결과는 표 2에 나타내었다.
주* : 두께
제1도에서 본 바와 같이, 용융물이 응고 계면의 위치는 첨가된 용융물의 두께가 10mm일 때 금형의 내부 표면(쉘 부분의 외부 표면)으로부터 8mm이기 때문에 응고되지 않은 용융물 풀의 두께는 2mm이고, 평균 쉘 부분 형성속도(응고 계면의 평균 전진속도)는 9.6mm/min(0.16mm/sec)이다. 또한, 용융물의 응고계면의 위치는 첨가된 용융물의 두께가 40mm일 때 금형의 내부 표면으로부터 33mm이기 때문에 응고되지 않은 용융물 풀의 두께는 7mm이고, 응고 계면의 평균 전진속도는 9.9mm/min(0.17mm/sec)이다.
쉘 부분의 금속 조직을 관찰함으로써 쉘 부분이 표면 영역으로부터 50mm 깊이까지 미세하고 균일한 매트릭스 조직을 갖는다는 것이 확인되었다.
[실시예 2, 비교예 2]
내부 직경이 1130mm이고 롤 체장이 1593mm인 중공 원통형 금형을 사용하여 표 3에 기재한 조성을 갖는 용융물을 실시예 1에서와 동일하게 주조하여 두께가 100mm인 슬리브를 제공한다.
주 : (1) 샘플 번호 3 : 실시예 2
샘플 번호 4 : 비교예 2
(2) 용융물의 공급온도
(3) 평균 쉘 부분 형성속도
양 경우에 있어서, 금형의 내부 표면을 2.0mm의 두께로 내화재로 피복하고, 금형의 회전속도를 금형내의 쉘 부분내에서 형성될 용융물의 표면에서의 원심 중력수가 120G로 되도록 설정한다. 1차 결정 형성온도 Tc는 1335℃이다. 따라서, 용융물의 공급온도는 샘플번호 3(실시예 2)의 경우 Tc+50℃이고, 샘플번호 4(비교예 2)의 경우 Tc+85℃이다.
또한, 용융물의 초기 공급속도(공급된 용융물의 총량의 약 30%에 상당)는 높게 하고, 잔류 용융물의 공급속도는 낮게 한다. 즉, 총 두께가 100mm인 쉘 부분내에서, 두께가 30mm인 쉘 부분의 초기 주조(외부)부분은 120mm/min의 공급속도로 형성시키고, 두께가 70mm인 쉘 부분의 다음 주조(내부)부분은 실시예 2에서 11mm/min의 공급속도로 형성시킨다. 이와 같이, 쉘 부분의 주조는 6분 37초 동안에 완료되며, 실시예 2에서 평균 쉘 부분 형성속도는 약 15mm/min이다.
실시예 1에서와 같이, 형성된 쉘 부분 각각을 기계처리하는 이의 금속 조직을 측정하기 위한 시험편을 수득한다. 또한, 주조된 제품의 표면 기계처리 허용부를 기계처리에 의해 제거한 후, 각 복합 롤의 전체 롤 본체(길이 : 1530mm)를 표면으로부터 25mm 및 50mm깊이에서 기계처리하여 초음파 시험법을 사용하여 주조 결함과 분리를 육안으로, 그리고 마크로 에칭으로 관찰하여 조사한다.
제2(a)도 및 제2(b)도는 실시예 2에서의 표면 부분 및(표면으로부터 50mm)깊이 부분에서의 쉘 부분의 금속 조직을 보여주는 현미경 사진이고, 제3(a)도 및 제3(b)도는 비교예 2에서의 표면 부분 및(표면으로부터 50mm)의 깊이 부분에서의 금속 조직을 보여주는 현미경 사진이다. 이들 현미경 사진에서, 흑색 영역은 매트릭스 조직(1차 결정 조직)이고, 백색 영역은 카바이드 입자이다.
실시예 2 및 비교예 2의 각 복합 롤에서 표면 부분 및(표면으로부터 50mm)깊이 부분의 쉘 부분의 금속 조직을 상분석법을 이용하여 의해 정량적으로 측정한다. 측정에 있어서, 다양한 형태을 갖는 결정 입자를 먼저 결정 입자의 면적과 동일한 현미경 사진의 면적을 갖는 완전한 원으로 전환시킨 다음, 직경이 30㎛를 초과하는 완전한 원만을 계수하여 결정 입자의 평균 직경을 구한다. 매트릭스 조직을 측정하기 위해, 측정될 시험편의 표면을 심하게 에칭하여 매트릭스 입자(1차 결정)가 흑색이 되도록 하고, 현미경 사진의 20필드(field)에서 동일한 측정을 반복한다. 측정 결과의 평균치를 매트릭스 입자의 평균 직경으로서 사용한다.
그 결과, 비교예 2에서, 매트릭스 조직(결정 입자)은 평균 직경이 표면 부분에서 83㎛이고 표면으로부터 50mm깊이까지의 부분에서 113㎛인 것으로 나타났다. 한편, 실시예 2에서 , 매트릭스 조직(결정 입자)은 평균 직경이 표면 및 50mm 깊이 부분에서 각각 75㎛ 및 88㎛인 것으로 나타났다.
위의 결과로부터, 본 발명에 따르는 복합 롤의 쉘 부분에서, 쉘 부분이 표면으로부터 깊은 부분에 이르기까지 미세하고 균일한 금속 조직으로 이루어졌음은 분명하다.
초음파 시험 결과, 실시예 2 및 비교예 2에서 주조 결함이 관찰되지 않았다. 주조 제품의 표면 기계처리 허용부를 제거한 후, 쉘 부분을 반경 방향에서 5mm까지 반복 기계처리하여 쉘 부분의 내부 부분의 금속조직을 관찰한다. 비교예 2에서 제조한 쉘 부분에서 카바이드(직경 1mm)의 분리를 25mm깊이의 한 점에서 뿐만 아니라 50mm깊이에서의 한 점에서도 육안 관찰한다.
육안 및 마크로 에칭 관찰 결과, 비교예 2의 쉘 부분에서 25mm를 초과하는 깊이에서의 전체 면적에서 금속 조직의 불균일성(분리)이 있음이 확인되었다. 반면, 실시예 2에서는, 육안 및 마크로 에칭 관찰 결과, 쉘 부분에서 주조 결함과 분리가 관찰되지 않았다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 복합 롤은 주조 결함, 분리 등이 없는 미세하고 균일한 금속 조직을 갖는 쉘 부분을 포함한다. 따라서, 열간 압연 또는 냉간 압연에 의해 품질이 우수한 압연 강판을 제조하는데 사용할 수 있고, 복합 롤의 쉘 부분의 단위소비량당 압연 강판의 양을 증가시킬 수 있다.

Claims (13)

  1. 내마모성과 조면화에 대한 내성이 탁월한 경질 고합금 주강 또는 주철(여기서, 고합금 주강 또는 주철은 필수적으로 C 1.0 내지 3.0중량%, Si 2.0중량% 이하, Mn2.0중량% 이하, Cr 2.0 내지 15.0중량% 이하, Mo 10.0중량% 이하, V 2.0 내지 8.0중량% 및 나머지로서 거의 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 갖는다)로 이루어진 쉘 부분[여기서, 쉘 부분의 금속 조직의 매트릭스를 구성하는 결정 입자의 평균 직경은 30㎛를 초과하는 직경을 갖는 결정 입자에 대해 상분석법으로 측정시 표면으로부터 50mm깊이까지의 범위에서 100㎛이하이고, 결정 입자는 식 m2≤1.2m1(여기서, m1은 쉘 부분의 표면에서 결정 입자의 평균 직경이고, m2는 50mm깊이에서의 결정입자의 평균 직경이다)을 충족시킨다]과 강인한 주철 또는 주강으로 이루어진 코어 부분을 포함하는, 원심 주조법으로 제조한 복합 롤.
  2. 제1항에 있어서, 쉘 부분의 고합금 주강 또는 주철이 W 20.0중량% 이하를 추가로 포함하는 복합 롤.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 쉘 부분의 고합금 주강 또는 주철이 Ni 3.0중량% 이하를 추가로 포함하는 복합 롤.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 쉘 부분의 고합금 주강 또는 주철이 Co 10.0중량% 이하를 추가로 포함하는 복합 롤.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 쉘 부분의 고합금 주강 또는 주철이 N 0.03 내지 0.2중량%를 추가로 포함하는 복합 롤.
  6. 식 Tc≤ T≤Tc+90℃(여기서, Tc는 쉘 부분용 용융물의 1차 결정 형성온도이다) 을 만족시키는 온도 T에서 쉘 부분용 용융물을 금형속에서 평균 쉘 부분 형성속도가 2 내지 40mm/min으로 되도록 하는 속도로 축선 주위를 회전할 수 있는 중공 원통형 금형에 공급하여 쉘 부분을 원심 주조함을 포함하여, 내마모성과 조면화에 대한 내성이 탁월한 경질 고합금 주강 또는 주철(여기서, 고합금 주강 또는 주철은 필수적으로 C 1.0 내지 3.0중량%, Si 2.0중량% 이하, Mn 2.0중량% 이하, Cr 2.0 내지 15.0중량% 이하, Mo 10.0중량% 이하, V 2.0 내지 8.0중량% 및 나머지로서 거의 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 갖는다)로 이루어진 쉘 부분[여기서, 쉘 부분의 금속 조직의 매트릭스를 구성하는 결정 입자의 평균 직경은 30㎛를 초과하는 직경을 갖는 결정 입자에 대해 상 분석법으로 측정시 표면으로부터 50mm 깊이까지의 범위에서 100㎛ 이하이고, 결정 입자는 식 m2≤1.2m1(여기서, m1은 쉘 부분의 표면에서 결정 입자의 평균 직경이고, m2는 50mm깊이에서의 결정 입자의 평균 직경이다)을 충족시킨다]과 강인한 주철 또는 주강으로 이루어진 코어 부분을 포함하는 복합 롤을 제조하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 쉘 부분의 총 두께의 약 40% 이하가 형성될 때까지 쉘 부분 형성속도가 50 내지 200mm/min으로 되도록 하는 속도로 용융물을 중공 원통형 금형에 공급하는 제1단계 및 쉘 부분의 나머지 부분의 형성이 완료될 때까지 평균 쉘 부분 형성속도가 2 내지 40min/min으로 되도록 하는 속도로 용융물을 중공 원통형 금형에 공급하는 제2단계를 포함하는 2단계로 쉘 부분용 용융물을 중공 원통형 금형에 공급하는 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 쉘 부분의 고합금 주강 또는 주철이 W 20.0중량% 이하를 추가로 포함하는 방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 쉘 부분의 고합금 주강 또는 주철이 Ni 3.0중량% 이하를 추가로 포함하는 방법.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서, 쉘 부분의 고합금 주강 또는 주철이 Co 10.0중량% 이하를 추가로 포함하는 방법.
  11. 제6항 또는 제7항에 있어서, 쉘 부분의 고합금 주강 또는 주철이 N 0.03 내지 0.2중량%를 추가로 포함하는 방법.
  12. 제3항에 있어서, 쉘 부분의 고합금 주강 또는 주철이 Co 10.0중량% 이하를 추가로 포함하는 복합 롤.
  13. 제9항에 있어서, 쉘 부분의 고합금 주강 또는 주철이 Co 10.0중량% 이하를 추가로 포함하는 방법.
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