KR960007504B1

KR960007504B1 - 시멘티드 카바이드 링과 연성철 링으로 이루어진 복합 롤 링

Info

Publication number: KR960007504B1
Application number: KR1019890018461A
Authority: KR
Inventors: 순드스테츠 게르트; 카를손 얀-에릭
Original assignee: 샌드빅 아크티에볼라그; 레나트 태퀴스트
Priority date: 1988-12-13
Filing date: 1989-12-13
Publication date: 1996-06-05
Also published as: DE68907702D1; ES2042071T3; BR8906357A; CA2005220A1; CA2005220C; ZA899448B; SE8804503L; AU615125B2; DD296011A5; DE68907702T2; EP0374116B1; EP0374116A1; KR900010021A; SE464226B; AU4585089A; SE8804503D0; ATE91725T1; JPH02243736A; JPH0699776B2

Abstract

내용 없음.

Description

시멘티드 카바이드 링과 연성철 링으로 이루어진 복합 롤 링

제1도는 본 발명의 복합 롤 링을 포함하는 롤의 개요도.

제2도는 본 발명의 복합 롤 링을 포함하는 또다른 롤의 개요도.

제3도는 본 발명의 복합 롤 링을 포함하는 또다른 롤의 개요도.

제4도는 본 발명의 복합 롤 링을 포함하는 또 다른 롤의 개요도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 스핀들 2 : 키

3 : 스핀들의 중앙부 4 : 키웨이

5 : 연성철 링 6 : 카바이드 링

7 : 슬리브 8 : 너트

9 : 잠금나사 A : 금속결합

본 발명은 하나이상의 시멘티드 카바이드 링에 주철등의 주조용철 기초합금을 주조하여 일체화시킨 복합 롤 링을 제조하는 기술에 관계한다. 그 결과로 얻어진 제품은 시멘티드 카바이드(cemented carbide)와 주철이 금속결합된 단일체의 복합 롤 링(composite roll ring)이다. 이 제품의 주철부분에는 토크(torque) 전달구동장치를 장착한다.

열간압연용 또는 냉간압연용의 시멘티드 카바이드 롤 링의 사용은 구동스핀들로부터의 토크를 시멘트 카바이드 링제(製) 롤링에 심각한 인장응력을 초래하면서 전달하는 문제로 인해 지장을 받는다. 시멘티드 카바이드 취성재료군에 속하며, 키웨이(keyway)바닥 또는 다른 구동홈 등의 내측귀퉁이나 시멘티드 카바이드링과 일체로 성형된 구동러그(lug)의 뿌리에서 특별한 노치감도(notch sensitivity)로 한정된 장력을 갖는다. 이러한 종래의 조인트에 기초한 방법은 만족스럽지 못하였다. 토르크 전달의 또 다른 방법은 카바이드제 링의 공면(孔面)에서의 마찰력을 이용하는 것이다. 그러나, 이 표면위의 반지름방향 힘은 카바이드 링의 내경에서 최대가되는 접선방향의 인장응력을 발생시킨다. 이런 인장응력은 롤리사용중에 있을 때 발생하는 다른 인장응력과 중첩된다.

열간 및 냉간압연용 롤을 위해 카바이드 링위에 철합금 케이싱을 주조하는 방법이 알려져 있다(예를 들어, 스웨덴특허 제71001705-5호, 공고번호 제37114호 참조).

시멘티드 카바이드 작업부품과 카바이드에 소결되는 금속 또는 금속합금 케이싱으로 이루어진 복합 롤 링을 제조하는 것도 공지이며 이 두부품은 서로 금속결합된다(예를 들어, 미국특허 제3,609,849호 참조).

전자의 경우에 있어서, 주조온도로부터 냉각하는 동안, 케이싱은 카바이드 링보다 더욱 수축하여 카바이드 링에 안쪽으로 작용하는 힘을 발생시킨다. 이러한 힘은 카바이드 링의 외표면에 축방향의 인장응력을 발생시킨다. 이 응력은 압연중에 롤 표면에 발생하는 미세균열에 직각으로 작용한다. 이러한 인장응력의 영향하에 미세균열은 깊게 전파되어 롤의 파괴를 초래하거나 상당한 드레싱(dressing)을 필요로 하므로 롤의 전체 압연능력을 제약하게 된다.

후자의 경우에 있어서, 저경도 및 저항복강도를 특징으로 하는 케이싱과 취성재료인 카바이드가 사용되는데, 이들중 어느 것이나 필요한 토르크 전달 커플링(coupling)으로서는 특히 적합하지 않다.

본 발명에 따른 롤 링에서 원칙적으로 어떤 등급의 시멘티드 카바이드나 사용될 수 있다. 그러나, 연성철과 시멘티드 카바이드(저팽창성)의 선형 열팽창에 있어서의 차이는 시멘티드 카바이드 결합상(binding phase)함량의 가소로 커진다. 열간압연용 롤로는 코발트, 니켈과 크롬의 다양한 량과 조합으로 이루어진 결합상을 15중량% 이상 갖는 시멘티드 카바이드가 유리한 것으로 판명되었으며, 본 발명에서는 이것을 복합 롤 링에 사용한다.

본 발명에 따라 얻어진 복합 롤 링은 유해한 인장응력이 소멸되었거나 상당히 감소되었다. 이것은 상기 카바이드를 스웨덴 특허 제7601289-7(공고번호 제399911호)에 기술된 방법으로 탄소당량 C_eqv에 조정된 조성을 갖는 실질적으로 흑연화된 주철에 주조하므로써 달성된다. 주철의 조성은 카바이드에 최적의 금속결합, 토르크의 전달에 필요한 강도 및 인성, 또한 공작성을 고려하여 선정된다. 이 주조용 합금은 철-규소-망간 및/또는 니켈-망간을 첨가하므로써 0.02-0.10중량%, 선호적으로는 0.04-0.07중량%의 망간을 함유한다. 철-규소를 접종(接種)하므로써 주조용 합금은 1.9-2.8중량%, 선호적으로는 2.1-2.5중량%의 규소를 함유한다. 이렇게 하여 구형의 흑연이 분산된 연성철이 얻어진다. 이 연성철은 용도에 따라 균형이 잡힌 경도-인성-강도를 갖는다. 열처리된 상태에서 브리넬(brinell) 경도는 250-350이다. 더욱이, 이 연성철은 니켈, 몰리브덴, 망간과 크롬등의 오스테나이트(austenite) 생성합금원소(통상 니켈을 3-10중량% 선호적으로는 4-8중량%와 몰리브덴을 3중량%, 선호적으로는 0.1-1.5중량%)로 합금화되며, 주조후에 특정량의, 즉 5,30중량%, 선호적으로는 10-25중량%, 혹은 15-20중량%의 잔류 오스테나이트가 있게 된다.

하나 또는 복수단계의 열처리에 의해 적당량의 잔류 오스테나이트를 체적 증대하에 베이나이트(bainite)로 변성시킬 수 있다. 이 체적증대는 주조 온도로부터 실온까지 냉각되는 동안에 복합 롤 링에서 생기는 수축차를 전면적 또는 부분적으로 소멸하도록 조정될 수 있다. 이런 열처리 방법은 카바이드 등급, 철의 조성과 롤의 용도에 따라 조정된다. 이 열처리는 800-1000℃로 가열 유지하고, 400-550℃의 온도로 냉각 유지하고, 상온가지 냉각하는 공정을 포함한다. 가열온도 800-1000℃의 공정으로 인성이 증대된다. 통상적으로 3-6중량%, 선호적으로 0.1-1.5중량%의 니켈과 0.5-1.5중량%의 몰리브덴을 특징으로 하는 합금 원소의 첨가로 500-650℃로 가열 유지하고, 상온으로 냉각시키므로써 열처리가 이루어질 수 있다.

주철에 카바이드 링을 주조하는 방법은 주로 통상적인 주조기술에 따른다. 그러나, 시멘티드 카바이드의 주철간의 완벽한 금속결합과 주철에 필요한 특수성질에 대한 요구는 하기사항을 포함하는 주조기술의 정확한 조절을 필요로 한다.

-그레이들(cradle)중의 철의 극단적인 파열.

-모래형틀내에 위치한 카바이드 링의 표면층이 정해진 시간 동안 가열과 용융하도록 철용융물의 양과 유량이 제어된 흐름.

-롤 링의 공간의 사후충진을 위해 특정여분량의 철을 용융 상태로 유지하도록 롤 링 공간에 충분한 공간이 보유되게 발열재료를 발화.

-크레이들과 주형내에 주입.

주조된 복합 롤 링중의 연성철과, 시멘티드 카바이드와 연성철의 결합은 초음파법으로 점검된다.

본 발명의 복합 롤 링은 일반적으로 이 링중에는 노치 민감도가 상당히 작은 철부(鐵部)에 배치된 재래식 키(key)조인트, 키홈(spline), 클러치 또는 공지의 유사한 토크 전달이 조인트를 통하여 토크를 받는다. 토크는 시멘티드 카바이드와 주철간의 금속결합을 통해 카바이드 링으로 전달된다. 여태까지도 롤 링의 구멍의 마찰 구동만을 허용하는 압연공장도 있다.

카바이드 롤 링에 있어서, 분리력은 스핀들로부터의 반경 방향력에 의해서 링 구멍에 대해서 반작용을 받아 분리가 저지된다. 카바이드는 주철 또는 강의 2-3배의 탄성률을 가지므로 분리력은 링 구멍속의 카바이드 롤 링지지 재료를 탄성적으로 변형시킨다. 그 결과 카바이드 링에 탄성변형이 생기며 링 구멍에서 최대인 접선방향의 인장응력이 발생한다. 본 발명에 따른 복합 롤 링에 있어서, 카바이드 링의 양측에 배치된 주철은 분리력의 일부분을 지지하여 인장응력을 감소시킨다.

본 발명에 따른 복합 롤 링에 있어서 카바이드 링의 반경방향 벽 두께는 분리력으로부터 인장응력으로 상기 제약 때문에 감소될 수 있다. 더욱이, 재래식 키조인트 또는 그와 유사한 것에 의한 토크 전달을 접선방향 인장응력에 첨가되지 않는다. 또한 복합 롤링 구멍의 마찰에 의한 구동시나 또는 복합 롤 링과 스핀들간의 끼워맞춤으로 장착될 시에, 복합 카바이드 링에 생기는 인장응력은 비복합 롤 링에 비해서 제한된다.

본 발명에 따른 복합 롤 링은 전체적으로 비복합 카바이드 롤 링보다 칫수가 작아지는 특징이 있으므로 생산가격이 떨어지게 된다. 더욱이, 카바이드 링은, 가끔 회전시킴으로써와 외부표면이 기계가공되어서 20중량% 이상의 결합상을 포함하는 카바이드 등급이 되게하며 링의 구멍과 면이 카바이드 보다 기계가공이 용이한 주철부에서 기계가공되어서 단가를 낮춘다. 역시 생산 가격을 떨어뜨린다.

토크 전달에 필요한 홈(groove)들은 구멍이나 복합 롤 링의 표면에 형성된다. 하나 또는 복수의 롤 링을 저널(journal)이 양단부에 있는 롤 본체에 장착할 수 있다. 이 저널은 링의 홈에 끼워지는 부품이 있어서 본체의 스핀들로부터 토크를 직접 또는 간접 슬리브를 통해서 전달된다. 몇가지 실시예가 제1도에서 제2도까지에 보여지고 있다.

제1도는 스핀들(1)의 중간부분(3)에 고정되고 복합 롤 링의 키웨이(keyway)(4)에 끼워지는 키(2)를 통해서 토크가 스핀들(1)로부터 복합 롤 링의 연성철부(5)에 전달되며, 금속결합(A)을 통해서 복합 롤 링의 카바이드 링(6)에 전달되는 롤을 나타낸다. 롤 링은 잠금나사(9)를 갖는 너트(8)에 의해 슬리이브(7)를 통해서 고정된다.

제2도는 토크가 키(2)를 통해서 스핀들(1)로부터 슬리브(3)로 전달되고 슬리브홈(5)에 끼워진 구동러그(4)는 이 토크를 결합(A)를 통해서 복합 롤 링의 연성철부(6)에 전달하고 이후에 카바이드 링(7)으로 전달하는 롤을 나타낸다. 롤 링의 상대적인 축방향 위치는 슬리브(3)에 의해 결정되며, 슬리브(8)을 통해 잠금나사(10)를 갖는 너트(9)에 의해 고정된다.

제3도는 토크가 키웨이(3)내에 있는 키(2)를 통해 스핀들(1)로부터 복합 롤 링의 연성철부(4)로 전달되며, 금속결합(A)을 통해 결국 카바이드 링(5)으로 전달되는 롤을 나타낸다. 롤 링은 슬리브(6)를 통해 잠금나사(8)을 갖는 너트(7)에 의해 고정된다.

제4도는 스핀들 자유단부상에 장착된 복합 롤 링을 보여주고 있는데, 즉 롤의 스핀들은 롤 링의 한단부에 베어링을 가지고 있지 않는다. 토크는 스핀들(1)의 테이퍼부에 구동된 경사진 슬리브(2)에 의해 생기는 롤 링의 구멍내 마찰에 의해 롤 링의 연성철부(3)에 전달되고 다음에 금속결합부분(A)을 매개로 카바이드 링부(4)에 전달된다. 시멘티드 카바이드부에 대해 연성철부가 주조되어 이루어진 복합 롤 링은 롤 본체에 양단부 또는 자유스핀들 단부에 저널과 함께 장착된 상태에 있고 이것이 최종품 및 중간품의 로드밀에서 시험된다. 이들은 또한 압연보강바 및 튜브용 롤 및 핀치 롤러로서 시험된다. 이 성능은 1965년부터 카바이드 열간롤의 경험과 잘 일치된다. 100-500mm, 선호적으로는 200-400mm 직경의 카바이드 링과 연성철내의 구동기구에 의한 구동은 바아 밀(bar mill)에도 이용할 수 있다. 500mm까지 직경의 카바이드 링은 냉간압 연공장과 다른 롤 용도로 이용할 수 있다.

실시예

13%의 Co, 15%의 Ni 및 2%의 Cr으로 이루어진 결합상과 70% WC를 소결한 시멘티드 카바이드 링을 블라스팅 처리하여 부착물을 제거해서 표면으로 깨끗하게 한다. 링의 외경은 340mm, 내경은 270mm이고 폭은 85mm이다. 이 카바이드 링은 주변에 모래링을 형성하고, 이 형상의 링을 용융된 철을 위해 필요한 통로와 넘쳐 흐름에 대비한 상자가 설비되고 적절한 모양과 칫수로된 형틀의 바닥 플라스크에 위치시킨다. 발열재로된 링을 형틀의 상부플라스크에 위치시키고 두 개의 플라스크를 일체로 강고하게 잠근다.

3.7%의 C, 2.3%의 Si, 0.3%의 Mn, 5.4%의 Ni, 0.2%의 Mo, 0.05%의 mg과 나머지는 Fe로 이루어진 155℃의 철 용융물을 형틀에 주입한다. 철 용융물은 시멘티드 카바이드 표면이 적당한 용융상태가 되도록 적당한 양 및 유속으로 형틀에 주입된다. 철 용융물이 발열재 높이까지 채워져 올라올 때 발열재가 발화하여 철에 열을 부여한다. 형틀을 상온으로 서서히 냉각시킨 후, 롤을 주형틀에서 꺼내고 과잉의 철을 제거하고 롤을 청소한다. 철의 결합 품질과 결합의 유무는 초음파법으로 검사된다.

이 롤 성형품은 이후에 900℃로 가열처리하여 잔류 오스테나이트를 베이나이트로 변질시키고 6시간 동안 이 온도를 유지시키고 다음에 450℃로 온도를 떨어뜨리고 4시간 동안 이 온도를 유지하고 이후에 실온으로 냉각한다. 끝으로, 롤리 기계가공되어 최종적인 형상과 칫수를 갖게되는데, 구멍의 내경은 255mm이며 폭은 120mm가 된다.

Claims

시멘티드 카바이드 링(6)과, 시멘티드 카바이드 링(6)에 철 기초합금을 주조하여 일체화시킨 연성철링(5)으로 구성되고 롤의 스핀들(1)에 장착되어 롤을 구성하는 복합 롤 링에 있어서, 주조된 철 기초합금이 주조후 5-30중량%의 오스테나이트를 함유하는 흑연주철이어서 연성철 링(5)의 열처리로 오스테나이트가 체적이 증대하면서 베이나이트로 변성하여 주조냉각 공정후에 발생되는 시멘티드 카바이드 링(6)과 연성철링(5)이 수축차를 제거 또는 줄여줌을 특징으로 하는 시멘티드 카바이드 링(6)과 연성철 링(6)으로 이루어진 복합 롤 링.