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KR102647292B1 - 원심 주조제 압연용 복합 롤 및 그 제조 방법 - Google Patents

원심 주조제 압연용 복합 롤 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR102647292B1
KR102647292B1 KR1020217031277A KR20217031277A KR102647292B1 KR 102647292 B1 KR102647292 B1 KR 102647292B1 KR 1020217031277 A KR1020217031277 A KR 1020217031277A KR 20217031277 A KR20217031277 A KR 20217031277A KR 102647292 B1 KR102647292 B1 KR 102647292B1
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가즈노리 가미미야다
신야 이시카와
아야카 야나기츠루
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닛테츠 롤즈 가부시키가이샤
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Abstract

하이스계 주철 롤과 같은 우수한 내마모성·내표면 거칠기성을 갖고, 또한, 고합금 글렌 주철 롤과 같은 내사고성을 갖는 원심 주조제 압연용 복합 롤을 제공한다. 외층과 내층을 갖는 원심 주조제 압연용 복합 롤이며, 상기 외층은, 화학 성분이 질량비로, C:1.0 내지 3.0%, Si:0.3 내지 3.0%, Mn:0.1 내지 3.0%, Ni:0.1 내지 6.0%, Cr:0.5 내지 6.0%, Mo:0.5 내지 6.0%, V:3.0 내지 7.0%, Nb:0.1 내지 3.0%, B:0.001 내지 0.1%, N:0.005 내지 0.070%, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 당해 외층의 화학 조성은 이하의 식 (1)을 충족하고, 또한, 흑연의 정석출량이 면적비로 0.3% 미만으로 억제되고, 면적비로 1 내지 15%의 MC형 탄화물을 갖고, 상기 외층과 상기 내층의 경계에 있어서, 직경 φ4㎜ 이상의 주조 결함을 갖지 않는다. 50×N+V<9.0 … (1)

Description

원심 주조제 압연용 복합 롤 및 그 제조 방법
(관련 출원의 상호 참조)
본원은, 2019년 4월 3일에 일본에 출원된 특허 출원 제2019-071298호에 기초하여, 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
본 발명은 내마모성·내크랙성·내표면 거칠기성이 우수한 원심 주조제 압연용 복합 롤 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
근년, 철강 예를 들어 형강, 박판, 후판 등의 열간 압연 분야에 있어서는, 강판의 판 두께 정밀도 향상이나 표면 품질 향상의 요구가 높아지고 있다. 당해 압연용 롤에 대해서도, 높은 내마모성이 요구되어 오고 있고, 박강판을 제조하는 열간 마무리 압연기의 전단에 있어서는, 하이스계 주철 롤의 적용이 진행되어 오고 있다. 그러나, 드로잉 사고를 조우할 확률이 높은 열간 마무리 압연기의 후단에 있어서는, 드로잉 사고 발생 시에 롤 표면에 깊은 크랙이 들어가, 압연 사용 중 등에 크랙이 진전되어 폭렬에 이르는 경우가 있으므로, 종래부터 사용되고 있는 고합금 글렌 주철 롤이 주로 사용되고 있었다.
상기 고합금 글렌 주철 롤은 흑연, 탄화물 및 기지 조직으로 이루어지고, 드로잉 사고에 조우했을 때도, 크랙의 발생·진전이 매우 적은, 즉 내사고성이 우수하다고 하는 특징이 있다. 그러나, 하이스계 주철 롤에 비교하면 내마모성이 대폭 떨어지므로, 내사고성과 내마모성을 양립시킨 롤이 요망되어 있다.
내사고성과 내마모성을 양립시킨 롤이 요망되고 있다고 하는 요구에 부응하기 위해, 특허문헌 1에서는, 질량%로 C:1.8 내지 3.5%, Si:0.2 내지 2%, Mn:0.2 내지 2%, Cr:4 내지 15%, Mo:2 내지 10%, V:3 내지 10%를 포함하고, 또한, P:0.1 내지 0.6%, B:0.05 내지 5%를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 내시징성이 우수한 열간 압연용 롤 외층재가 개시되어 있다. 이 특허문헌 1에는, 주조 후, 열처리는, 800℃ 내지 1080℃로 가열하여 ??칭하는 ??칭 처리와, 또한 300 내지 600℃에서 템퍼링 처리를 1회 이상 실시하는 처리로 하는 것이 바람직하다고 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 1에 기재된 롤은, P의 함유량이 과대되므로, 입계에 편석됨으로써 취화된다고 하는 문제가 있다. 또한, 주조 시에 외층과 내층의 경계, 혹은 중간층과 내층의 경계에, 미소 주조 결함이 발생하기 쉬우므로, 제조 중에 부러지는 빈도가 높고, 또한, 제품에 잔류된 미소 결함은 압연 사용 중에 성장·진전하여 폭렬에 이를 위험성이 높다고 하는 과제가 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 원심 주조된 Fe기 합금으로 이루어지는 외층 및 중간층과 다크타일 주철로 이루어지는 내층이 각각 용착 일체화된 구조를 갖고, 상기 외층이, 질량 기준으로 1 내지 3%의 C, 0.3 내지 3%의 Si, 0.1 내지 3%의 Mn, 0.5 내지 5%의 Ni, 1 내지 7%의 Cr, 2.2 내지 8%의 Mo, 4 내지 7%의 V, 0.005 내지 0.15%의 N, 0.05 내지 0.2%의 B를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 상기 중간층이 0.025 내지 0.15질량%의 B를 함유하고, 상기 중간층의 B 함유율이 상기 외층의 B 함유율의 40 내지 80%이며, 상기 중간층의 탄화물 형성 원소의 합계 함유량이 상기 외층의 탄화물 형성 원소의 합계 함유량에 40 내지 90%인 것을 특징으로 하는 압연용 복합 롤이 개시되어 있다. 이 특허문헌 2에는, 주조 후에, 필요에 따라서 ??칭 처리를 행하고, 템퍼링 처리를 1회 이상 행한다. 템퍼링 온도는 480 내지 580℃가 바람직하다고 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 2에 기재된 롤은, B 함유량이 높은 것에 기인하여 제조 중에 크랙이 발생하는 빈도가 높고, 부러질 위험성이 높다고 하는 과제가 있다. 또한, 압연 사용 시에는 B의 편석층이 원인으로, 표면이 거칠하다고 하는 과제가 있는 것을 알았다. 또한, 주조 시에 외층과 내층의 경계, 혹은 중간층과 내층의 경계에, 미소 주조 결함이 발생하기 쉬우므로, 제조 중에 부러지는 빈도가 높고, 또한, 제품에 잔류된 미소 결함은 압연 사용 중에 성장·진전하여 폭렬에 이를 위험성이 높다고 하는 과제가 있다.
또한, 특허문헌 3에는, 외층을 갖는 원심 주조제 압연용 복합 롤이며, 상기 외층은, 질량%로, C:2.2% 내지 3.01%, Si:1.0% 내지 3.0%, Mn:0.3% 내지 2.0%, Ni:3.0% 내지 7.0%, Cr:0.5% 내지 2.5%, Mo:1.0% 내지 3.0%, V:2.5% 내지 5.0%, Nb:0을 초과하여 0.5% 이하, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물이며, 조건 (a):Nb%/V%<0.1, 조건 (b):2.1×C%+1.2×Si%-Cr%+0.5×Mo%+(V%+Nb%/2)≤13.0%를 충족하는 것을 특징으로 하는 압연용 복합 롤이 개시되어 있다. 이 특허문헌 3에는, 850℃ 이상의 γ화 열처리 및 ??칭, 템퍼링을 실시해도 된다고 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 3에 기재된 롤은, 하이스 롤과 비교하면 내마모성이 크게 열화됨과 함께, 흑연이 과잉으로 정출되어 있으므로, 표면이 거칠하다고 하는 과제가 있는 것을 알았다. 또한, 주조 시에 외층과 내층의 경계, 혹은 중간층과 내층의 경계에, 미소 주조 결함이 발생하기 쉬우므로, 제조 중에 부러지는 빈도가 높고, 또한, 제품에 잔류된 미소 결함은 압연 사용 중에 성장·진전하여 폭렬에 이를 위험성이 높다고 하는 과제가 있다.
일본 특허 제4483585호 국제 공개 제2018/147370호 일본 특허 제6313844호
그러나, 상기 특허문헌 1 내지 3에 기재된 롤에 있어서는, 주조 시에 외층과 내층의 경계, 혹은 중간층과 내층의 경계에, 미소 주조 결함이 발생하기 쉬우므로, 제조 중에 부러지는 빈도가 높고, 또한, 제품에 잔류된 미소 결함은 압연 사용 중에 성장·진전하여 폭렬에 이를 위험성이 높다고 하는 과제가 있다.
이와 같은 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은, 하이스계 주철 롤과 같은 우수한 내마모성·내표면 거칠기성을 갖고, 또한, 고합금 글렌 주철 롤과 같은 내사고성을 갖는 원심 주조제 압연용 복합 롤 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 외층과 내층을 갖는 원심 주조제 압연용 복합 롤이며, 상기 외층은, 화학 성분이 질량비로,
C:1.0 내지 3.0%,
Si:0.3 내지 3.0%,
Mn:0.1 내지 3.0%,
Ni:0.1 내지 6.0%,
Cr:0.5 내지 6.0%,
Mo:0.5 내지 6.0%,
V:3.0 내지 7.0%,
Nb:0.1 내지 3.0%,
B:0.001 내지 0.1%,
N:0.005 내지 0.070%,
잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 당해 외층의 화학 조성은 이하의 식 (1)을 충족하고, 또한, 흑연의 정석출량이 면적비로 0.3% 미만으로 억제되고, 면적비로 1 내지 15%의 MC형 탄화물을 갖고, 상기 외층과 상기 내층의 경계에 있어서, 직경 φ4㎜ 이상의 주조 결함을 갖지 않는 것을 특징으로 하는, 원심 주조제 압연용 복합 롤이 제공된다.
50×N+V<9.0 … (1)
또한, 본 발명에 따르면, 외층, 중간층 및 내층을 갖는 원심 주조제 압연용 복합 롤이며, 상기 외층은, 화학 성분이 질량비로,
C:1.0 내지 3.0%,
Si:0.3 내지 3.0%,
Mn:0.1 내지 3.0%,
Ni:0.1 내지 6.0%,
Cr:0.5 내지 6.0%,
Mo:0.5 내지 6.0%,
V:3.0 내지 7.0%,
Nb:0.1 내지 3.0%,
B:0.001 내지 0.1%,
N:0.005 내지 0.070%,
잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 당해 외층의 화학 조성은 이하의 식 (1)을 충족하고, 또한, 흑연의 정석출량이 면적비로 0.3% 미만으로 억제되고, 면적비로 1 내지 15%의 MC형 탄화물을 갖고, 상기 중간층과 상기 내층의 경계에 있어서, 직경 φ4㎜ 이상의 주조 결함을 갖지 않는 것을 특징으로 하는, 원심 주조제 압연용 복합 롤이 제공된다.
50×N+V<9.0 … (1)
또한, 상기 외층에는 화학 성분이 질량비로,
Ti:0.005 내지 0.3%,
W:0.01 내지 6.0%,
Co:0.01 내지 2.0%,
S:0.3% 이하, 중 1종 이상이 포함되어도 된다.
또한, 다른 관점에서의 본 발명에 따르면, 상기 기재된 원심 주조제 압연용 복합 롤의 제조 방법이며, 원심 주조법에 있어서의 외층 주조 개시 온도(T1)와, 외층 액상선 온도(T2)의 관계가 이하의 식 (2)를 충족하는 것을 특징으로 하는, 원심 주조제 압연용 복합 롤의 제조 방법이 제공된다.
40℃≤T1-T2≤120℃ … (2)
본 발명에 따르면, 주조 시에 외층과 내층, 또는 중간층과 내층의 경계에 주조 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있으므로, 제조 중의 부러짐 트러블이나, 제품에 잔류된 경계의 미소 결함이, 압연 사용 중에 성장하여 폭렬에 이르는 트러블을 방지할 수 있다. 이 결과, 하이스 롤과 같은 우수한 내마모성·내표면 거칠기성과 함께 고합금 글렌 주철 롤과 같은 내사고성을 겸비하는 원심 주조제 압연용 복합 롤의 제조가 가능하게 된다. 본 발명에 따른 원심 주조제 압연용 복합 롤은, 열간 압연기에 있어서, 특히 조업 안정성이 요구되는 열간 마무리 압연의 후단 스탠드에 대한 적용에 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한, 본 명세서에 있어서,「%」의 표기는 「질량%」를 나타낸다.
본 발명에 따른 원심 주조제 압연용 복합 롤은, 압연에 제공되는 외층을 갖는다. 나아가, 당해 외층의 내측이 중간층 및 내층 또는 내층으로 이루어지는 축심재를 갖는다. 내층을 구성하는 내층재로서는, 고급 주철, 다크타일 주철 등의 강인성을 갖는 재료가 예시되고, 중간층을 구성하는 중간층재로서는, 아다마이트재, 흑연 강철이 예시된다.
원심 주조된 외층은, 질량비로, 1.5 내지 3.0%의 C와, 0.3 내지 3.0%의 Si와, 0.1 내지 3.0%의 Mn과, 0.1 내지 6.0%의 Ni와, 0.5 내지 6.0%의 Cr과, 0.5 내지 6.0%의 Mo와, 3.0 내지 7.0%의 V와, 0.1 내지 3.0%의 Nb와, 0.001 내지 0.1%의 B와, 0.005 내지 0.070%의 N을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 Fe기 합금에 의해 형성된다.
또한, 외층의 조직은, (a) MC형 탄화물, (b) M3C, M2C, M7C3을 주체로 하는 공정 탄화물, (c) 기지, (d) 기타로 구성되고, MC형 탄화물은 1 내지 15% 함유된다. 또한, 외층의 조직에는 흑연이 포함되어도 되지만, 흑연의 존재는 필수는 아니며, 예를 들어 흑연의 정석출량은 0.3% 미만으로 억제된다.
(성분 한정 이유)
이하에, 우선, 본 발명에 따른 외층의 화학 성분에 대해서, 그 한정 이유를 설명한다. 또한, 이하에 있어서 특별히 명시하지 않은 경우,「%」와의 표기는 「질량%」를 나타낸다.
C:1.0 내지 3.0%
C는 주로, Fe, Cr, Mo, Nb, V, W 등과 결합하여 여러가지의 경질 탄화물을 형성한다. 또한, 경우에 따라서는 흑연을 형성하기도 한다. 또한 매트릭스 중에 고용되어, 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트상 등을 생성한다. 다량으로 함유시킬수록, 내마모성의 향상에는 유효하지만, 3.0%를 초과하면, 조대한 탄화물이나 흑연이 형성되고, 인성의 저하나 표면 거칠함의 원인이 된다. 또한, 1.0% 미만이면 탄화물량이 적고, 또한, 경도의 확보가 어렵고, 내마모성의 열화가 일어난다. 따라서, 그 범위를 1.0 내지 3.0%로 하였다. 보다 바람직한 범위는 1.5 내지 2.5%이다.
Si:0.3 내지 3.0%
Si는 용탕의 탈산에 의해 산화물의 결함 발생을 억제하기 위해 필요하다. 또한, 용탕의 유동성을 향상시켜 주조 결함을 방지하는 작용을 갖는다. 0.3% 미만이면 이 효과가 불충분해지고, 외층의 압연 사용층에 주조 결함이 잔류될 위험성이 높아진다. 따라서, 0.3% 이상 함유시킨다. 그러나, 3.0%를 초과하면 인성을 저하시켜, 내크랙성 저하의 원인이 된다. 따라서, 그 범위를 0.3 내지 3.0%로 하였다. 보다 바람직한 범위는 0.5 내지 2.0%이다.
Mn:0.1 내지 3.0%
Mn은 탈산, 탈황 작용을 목적으로 하여 첨가한다. 또한, S와 결합하여 MnS를 형성한다. MnS는 윤활 작용을 가지므로, 피압연재의 시징 방지에 효과가 있다. 이 때문에, 부작용이 없는 범위에서 MnS를 함유하는 쪽이 바람직하다. Mn이 0.1% 미만이면 이들 효과가 불충분하고, 또한, 3.0%를 초과하면 인성을 저하시킨다. 따라서, 그 범위를 0.1 내지 3.0%로 하였다. 보다 바람직한 범위는 0.3 내지 1.2%이다.
Ni:0.1 내지 6.0%
Ni는 기지의 ??칭성을 향상시키는 작용을 갖고, 냉각 중의 펄라이트 형성을 방지하여, 베이나이트화를 촉진함으로써, 기지 강화를 도모하는 데 유효한 원소이므로, 0.1% 이상을 함유시킬 필요가 있다. 그러나, 6.0%를 초과하여 함유시킨 경우, 잔류 오스테나이트량이 과대해져, 경도를 확보하는 것이 곤란해짐과 함께, 열간 압연 사용 중에 변형이나 표면 거칠함 등을 일으키는 경우가 있다. 따라서, 그 범위를 0.1 내지 6.0%로 하였다. 보다 바람직한 범위는 0.3 내지 5.5%이다.
Cr:0.5 내지 6.0%
Cr은, ??칭성의 증가, 경도의 증가, 템퍼링 연화 저항의 증가, 탄화물 경도의 안정화 등을 위해 첨가한다. 그러나, 6.0%를 초과하면 공정 탄화물량이 과대해져, 내표면 거칠기성이나 인성이 저하되므로, 상한을 6.0%로 하였다. 한편, 0.5% 미만이면 상기 효과를 얻을 수 없게 된다. 따라서, 그 범위를 0.5 내지 6.0%로 하였다. 보다 바람직한 범위는 1.0 내지 5.5%이다.
Mo:0.5 내지 6.0%
Mo는, 주로 C와 결합하여 경질 탄화물을 형성하여, 내마모성의 향상에 기여 함과 함께, 기지의 ??칭성을 향상시키므로, 최저 0.5% 이상의 함유가 필요하다. 한편, 6.0%를 초과하면 조대 탄화물이 형성되어, 내표면 거칠기성이나 인성이 저하된다. 따라서, 그 범위를 0.5 내지 6.0%로 하였다. 보다 바람직한 범위는 0.7 내지 5.5%이다.
V:3.0 내지 7.0%
V는, 특히 내마모성을 향상시키기 위해 중요한 원소이다. 즉, V는 C와 결합하여 내마모성에 크게 기여하는 고경도의 MC 탄화물을 형성하는 중요한 원소이다. 3.0% 미만이면 MC 탄화물량이 불충분하여 내마모성의 향상이 불충분해지고, 7.0%를 초과하면 저밀도의 MC 탄화물이 초정(初晶)으로서 단독으로 정출되는 영역이 되고, 원심력 주조법으로 제조하는 경우, MC 탄화물의 밀도는 용탕의 밀도에 비해 작으므로, 외층과 내층의 경계부, 혹은 중간층과 내층의 경계부에 중력 편석하여 MC 탄화물의 응집부를 형성한다. 이 MC 탄화물의 응집부는 외층과 내층의 경계부, 혹은 중간층과 내층의 경계부에 주조 결함을 발생시키는 원인이 된다. 따라서, 그 범위를 3.0 내지 7.0%로 하였다. 보다 바람직한 범위는 3.5 내지 6.5%이다.
Nb:0.1 내지 3.0%
Nb는 기지 중에는 대부분 고용되지 않고, 그 대부분이 고경도의 MC 탄화물을 형성하여, 내마모성을 향상한다. 특히, Nb의 첨가로 발생하는 MC 탄화물은, V의 첨가로 발생하는 MC 탄화물에 비해, 용탕 밀도와의 차가 작으므로, 원심 주조에 의한 중력 편석을 경감시키는 효과를 갖는다. Nb의 함유량에 대해서, 0.1% 미만이면 그 효과는 불충분하고, 3.0%를 초과하여 함유시킨 경우, MC 탄화물이 조대하게 되므로, 표면 거칠함의 발생이나 인성의 저하로 이어진다. 따라서, 그 범위를 0.1 내지 3.0%로 하였다.
B:0.001 내지 0.1%
B는, 탄화물에 고용함과 함께, 탄 붕화물을 형성한다. 탄 붕화물은 윤활 작용을 갖고, 피압연재의 시징 방지에 효과가 있다. B의 함유량에 대해서, 0.001% 미만이면 그 효과는 불충분하고, 0.1%를 초과하여 함유시킨 경우, 입계에 편석되어 표면 거칠함의 발생이나 인성의 저하로 이어진다. 따라서, 그 범위를 0.001 내지 0.1%로 하였다.
N:0.005 내지 0.070%
N은, 탄화물을 미세화하는 효과를 갖지만, V와 결합하여 질화물(VN) 혹은 탄질화물(VCN)을 형성한다. 0.005% 미만이면 탄화물의 미세화 효과는 불충분하고, 0.070%를 초과하여 함유시킨 경우, 과잉의 질화물(VN) 혹은 탄질화물(VCN)이 형성된다. 이들이, 외층과 내층의 경계부, 혹은 중간층과 내층의 경계부에 중력 편석하여, 질화물(VN) 혹은 탄질화물(VCN)의 응집부를 형성한다. 이들은, 외층과 내층의 경계부, 혹은 중간층과 내층의 경계부에 주조 결함을 발생시키는 원인이 되므로, 0.070% 이하로 억제할 필요가 있다. 따라서, 그 범위를 0.005 내지 0.070%로 하였다.
본 발명에 따른 외층의 기본 성분은, 상기한 바와 같지만, 적용을 대상으로 하는 롤의 사이즈, 요구되는 롤의 사용 특성 등에 의해, 그 외의 화학 성분으로서, 상기한 기본 성분에 추가하여, 이하에 기재하는 화학 성분을 적절히 선택하여 더 함유해도 된다.
Ti:0.005 내지 0.3%
본 발명에 따른 원심 주조제 압연용 복합 롤은, 상기 필수 원소 외에 Ti를 함유할 수 있다. Ti는 N 및 O와의 탈가스 작용을 기대할 수 있음과 함께, TiCN 혹은 TiC를 형성하여, MC 탄화물의 정출핵으로도 될 수 있다. Ti의 함유량이 0.005% 미만이면 그 효과를 기대할 수 없고, 0.3%를 초과하면 용탕의 점성이 높아져, 외층과 내층의 경계부, 혹은 중간층과 내층의 경계부에 주조 결함을 유발할 위험성이 높아진다. 따라서, Ti를 첨가하는 경우는, 그 범위를 0.005 내지 0.3%로 한다. 보다 바람직한 범위는 0.01 내지 0.2%이다.
W:0.01 내지 6.0%
본 발명에 따른 원심 주조제 압연용 복합 롤은, 상기 필수 원소 외에 W를 함유할 수 있다. W는 Mo와 마찬가지로 기지 중에 고용되어 기지를 강화함과 함께, C와 결합하여 M2C나 M6C 등의 경질인 공정 탄화물을 형성하여 내마모성의 향상에 기여한다. 기지 강화를 위해서는, 최저 0.01% 이상의 함유가 필요하지만, 6.0%를 초과하면 조대 공정 탄화물이 형성되어 내표면 거칠기성이나 인성이 저하된다. 따라서, W를 첨가하는 경우는, 그 범위를 0.01 내지 6.0%로 한다. 또한, W의 첨가 유무의 선택에 대해서는, 예를 들어 공정 탄화물 증량에 의해 내마모성의 향상을 도모하는 경우에 첨가하면 그 효과가 보다 크다.
Co:0.01 내지 2.0%
본 발명에 따른 원심 주조제 압연용 복합 롤은, 상기 필수 원소 외에 Co를 함유할 수 있다. Co는, 대부분이 매트릭스 중에 고용되고, 기지를 강화한다. 그 때문에, 고온에서의 경도 및 강도를 향상시키는 작용을 갖고 있다. 0.01% 미만이면 그 효과는 불충분하고, 2.0%를 초과해서는 그 효과가 포화되므로, 경제성의 관점에서도 2.0% 이하로 한다. 따라서, Co를 첨가하는 경우는, 그 범위를 0.01 내지 2.0%로 한다. 또한, Co의 첨가 유무의 선택에 대해서는, 예를 들어 내마모성의 향상이 요구되고, 공정 탄화물의 증량이 곤란한 경우에 첨가하면 그 효과가 크다.
S:0.3% 이하
통상, S는, 원재료보다 불가피하게 어느 정도 혼입하는 것이지만, 전술한 바와 같이 MnS를 형성하여 윤활 작용을 가지므로, 압연재의 시징을 방지하는 효과가 있다. 한편, 과잉으로 함유시키면 재질을 취성을 갖게 하므로, 0.3% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
불가피적 불순물
본 발명에 따른 원심 주조제 압연용 복합 롤의 외층 조성은, 상기 원소 외에 잔부는 실질적으로 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 불가피적 불순물 중에서, P는 인성을 열화시키므로, 0.1% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 또한, 그 외의 불가피적 원소로서, Cu, Sb, Sn, Zr, Al, Te, Ce 등의 원소를 외층의 특성을 손상시키지 않는 범위에서 함유해도 된다. 외층의 특성을 손상시키지 않기 위해, 불가피적 불순물의 총량은 0.6% 이하인 것이 바람직하다.
(화학 조성에 관한 관계식)
또한, 본 발명에 따른 원심 주조제 압연용 복합 롤의 외층의 화학 성분(화학 조성)에 대해서는, 특히 경질인 탄화물 형성 원소인 V, Nb, Mo, Cr을 첨가했을 때, N과 V의 함유량(%)에 관해 이하의 식 (1)을 충족할 필요가 있다.
50×N+V<9.0 … (1)
N은, 탄화물을 미세화하는 효과를 갖지만, 경질인 탄화물 형성 원소인 V, Nb, Mo, Cr과 결합하여 질화물 혹은 탄질화물을 형성한다. 특히 V는, 용탕보다 밀도가 작은 원소이므로, 과잉의 질화물(VN) 혹은 탄질화물(VCN)이 형성된 경우, 질화물(VN) 혹은 탄질화물(VCN)은 원심 주조 시에 원심력에 의해 외층 용탕 내면측으로 이동하여, 질화물(VN) 혹은 탄질화물(VCN)의 응집부가 형성된다.
또한, 중간층을 넣는 경우에는, 원심 주조 중에 외층 주입 후, 일정 시간 경과 후에 중간층을 주조하는데, 이때, 외층 내면을 용융시킴으로써 중간층과 외층을 용착시킨다. 이때, 중간층 용탕에서 용융시킨 외층 내면부와 중간층 용탕은 혼합 용탕이 되고 응고하여 중간층부가 형성된다. 한편, 외층 내면에 질화물(VN) 혹은 탄질화물(VCN)의 응집부가 형성되어 있는 경우, 질화물(VN) 혹은 탄질화물(VCN)은 용융점이 높아, 중간층 용탕에서는 용융되지 않는다. 이 때문에, 외층 내면에 형성된 질화물(VN) 혹은 탄질화물(VCN)의 응집부는, 중간층 용탕보다 밀도가 작기 때문에, 중간층 용탕을 주입 후, 원심력에 의해 중간층 용탕 내면으로 이동하여, 중간층 내면에 질화물(VN) 혹은 탄질화물(VCN)의 응집부가 형성된다.
다음 공정인 내층 용탕의 주입은, 외층, 혹은 외층과 중간층이 원심 주조에 의해 응고 완료된 시점에서, 원심 주조기로부터 취출하여, 상하형과 조립 후, 정치 주조에 의해 주입 주조한다. 이때, 외층 내면 혹은 중간층 내면에 질화물(VN) 혹은 탄질화물(VCN)의 응집부가 형성되어 있는 경우, 이들을 내층 주입 시에 내층 용탕에서 용융시키지 않는 한은, 질화물(VN) 혹은 탄질화물(VCN)의 응집부가, 외층과 내층의 경계, 혹은 중간층과 내층의 경계부에 잔류하게 된다.
그러나, 질화물(VN) 혹은 탄질화물(VCN)의 용융점은, 내층 용탕의 용융점보다 상당히 높다는 것과, 내층의 주입 온도는, 외층 혹은 중간층의 내면부만을 용착에 필요한 최소한의 두께(최대로도 10㎜ 정도)로 용융시킨다고 하는 제약이 있으므로, 내층의 주입 온도의 값은, 질화물(VN) 혹은 탄질화물(VCN)을 용융시키는 고온에서의 설정이 곤란하다.
따라서, 원심 주조 시에 외층 혹은 중간층 내면에 질화물(VN) 혹은 탄질화물(VCN)의 응집부가 형성된 경우, 롤 소재의 외층과 내층의 경계, 혹은 중간층과 내층의 경계에, 질화물(VN) 혹은 탄질화물(VCN)의 응집부가 잔류되는 것을 피하는 것은 매우 곤란해진다. 이와 같은 질화물(VN) 혹은 탄질화물(VCN)의 응집부는, 외층과 내층의 경계, 혹은 중간층과 내층의 경계에 있어서, 용착 불량, 블로우 홀과 같은 주조 결함을 형성시키는 원인이 되고, 이 결과, 외층과 중간층 혹은 내층의 경계에 유해한 주조 결함이 잔류된다.
그래서, 본 발명에서는, 원심 주조제 압연용 복합 롤의 외층에 있어서, 식 (1)을 만족시킴으로써, 원심 주조 시에 외층 내면측에 질화물(VN) 혹은 탄질화물(VCN)의 응집부가 형성되는 것을 방지하고 있다. 이에 의해, 외층과 내층의 경계, 혹은 중간층과 내층의 경계에 유해한 주조 결함이 형성되는 일 없이, 건전한 롤이 안정적으로 공급될 수 있다.
(원심 주조법에 있어서의 주조 조건)
본 발명에 따른 원심 주조제 압연용 복합 롤은, 일반적인 원심 주조법에 의해 제조되지만, 원심 주조법에 있어서의 외층 주조 개시 온도(T1)와, 외층 액상선 온도(T2)의 관계가 이하의 식 (2)를 충족하는 것이 필요하다.
40℃≤T1-T2≤120℃ … (2)
본 발명에 따른 원심 주조제 압연용 복합 롤의 외층에 있어서는, 경질인 탄화물 형성 원소인 V, Nb, Mo, Cr 등의 합금 원소가 다량으로 첨가되어 있으므로, T1-T2가 40℃ 미만인 경우, 원심 주조 시의 탕류성이 충분히 확보될 수 없어, 외층의 건전성이 충분히 확보할 수 없다. 또한, 120℃ 이상이면, 응고 조직이 조대하게 되어, 압연 사용 시에 표면 거칠함이 발생하는 등의 문제가 생기므로, 상기 식 (2)를 충족하는 것이 필요하다.
(흑연의 정석출량)
또한, 본 발명에 따른 원심 주조제 압연용 복합 롤의 외층에 있어서는, 흑연의 정석출량은 0.3% 미만으로 억제될 필요가 있다. 흑연은 매우 연질인 마이크로 조직 구성 요소이므로, 본 발명에 따른 원심 주조제 압연용 복합 롤의 외층에 흑연이 다량으로 정석출한 경우, 내마모성이 크게 떨어지는 원인이 된다. 또한, 경질인 탄화물이나 고경도의 기지와 연질인 흑연의 마모량 차가 원인으로, 압연 시에 표면 거칠함이 발생하는 원인이 된다. 이들의 악영향이 발생하지 않는 흑연 정석출량의 한계가, 면적비로 0.3%이다. 따라서, 흑연의 정석출량을 면적비로 0.3% 미만으로 억제시킬 필요가 있다.
또한, 흑연의 정석출량이 과대해진 경우에는, 본 발명의 범위 내에서, 흑연화 촉진 원소인 Si의 첨가량을 삭감하는 것, 혹은, 흑연화 저해 원소인 Cr, V 등의 첨가량을 증가함으로써, 흑연의 정석출량을 억제하는 것이 가능하다.
(MC형 탄화물의 함유량)
또한, 본 발명에 따른 원심 주조제 압연용 복합 롤의 외층에는, MC형 탄화물을 면적비로 1 내지 15% 포함할 필요가 있다. 본 발명에 따른 원심 주조제 압연용 복합 롤은, 하이스 롤과 같은 고내마모성을 부여하고 있는 것이 특징이지만, 이 고내마모성은, 당해 롤의 마이크로 조직 구성 요소 중에서, 가장 고경도의 MC형 탄화물을 적량 정출시킴으로써 만족시키고 있다. 따라서, MC형 탄화물량이 1% 미만이면, 내마모성을 유지할 수 없다. 한편, MC형 탄화물량이 15%를 초과하면, 원심 주조 시에 고온에서 정출하는 MC형 탄화물이 외층 내에서 크게 편석되므로, 내면측에 편석된 경우에는, 경계부에 주조 결함이 발생하는 원인이 됨과 함께, 압연 사용 시에 표면 거칠함이 발생하는 원인이 된다. 따라서, MC형 탄화물량에 대해서, 면적비로 1 내지 15%로 규정하였다.
또한, MC형 탄화물량에 대해서는, MC형 탄화물을 형성하는 원소(V, Nb, Ti)에 대해서, 본 발명의 범위 내에서 첨가량을 조정함으로써 규정량을 충족시키는 것이 가능하다. MC형 탄화물량이 상한의 15%를 초과하는 경우에는, MC형 탄화물을 형성하는 원소(V, Nb, Ti)의 첨가량에 대해서, 본 발명의 범위 내에서 삭감하면 된다. 또한, MC형 탄화물량이 하한의 1% 미만인 경우에는, MC형 탄화물을 형성하는 원소(V, Nb, Ti)의 첨가량에 대해서, 본 발명의 범위 내에서 증가시키면 된다.
(외층과 내층의 경계, 혹은 중간층과 내층의 경계에 있어서의 결함)
일반적으로 롤의 내마모성을 향상시키기 위해서는, 경질인 탄화물 형성 원소인 V, Nb, Mo, Cr 등의 함유량을 증가시키는 것이 유효하다고 생각되지만, 종래 기술에 있어서는, 원심 주조 시에 형성되는 질화물(주로 VN)이 외층과 내층의 경계, 혹은 중간층과 내층의 경계에 집적하여, 당해 경계에 주조 결함을 발생시킨다고 하는 문제가 있었다. 또한, 이들의 미소한 주조 결함이 제품에 잔류된 경우, 압연 사용 시에 당해 결함이 성장·진전되어 스폴링 등의 부러짐 트러블이 발생할 위험성이 높아진다고 하는 문제가 있었다. 이와 같은 문제를 감안하여, 본 발명자들은, 외층에 함유시키는 V와 N의 양을, 상기 식 (1)을 충족하는 것으로 하고, 원심 주조 시의 외층 주조 개시 온도(T1)와, 외층 액상선 온도(T2)의 관계를, 상기 식 (2)를 충족하는 것으로 하고, 또한, 흑연의 정석출량을 면적비로 0.3% 미만으로 하고, MC형 탄화물을 면적비로 1 내지 15% 포함하도록 구성시킴으로써, 외층과 내층의 경계, 혹은 중간층과 내층의 경계에 발생하는 주조 결함을 억제시킬 수 있음을 알아냈다.
구체적으로는, 본 발명에 따른 원심 주조제 압연용 복합 롤은, 외층과 내층의 경계, 혹은 중간층과 내층의 경계에 있어서, 직경 φ4㎜ 이상의 주조 결함을 갖지 않는 구성이다. 이와 같은 구조로 함으로써, 롤의 압연 사용 시에 주조 결함이 성장·진전되어 부러짐 트러블이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 외층과 내층의 경계, 혹은 중간층과 내층의 경계에 있어서의 결함의 크기가 φ4㎜ 미만인 경우, 지금까지의 사용 실적으로부터, 압연 사용 중에 성장하여 폭렬에 이르는 트러블은 발생하고 있지 않기 때문에, φ4㎜ 이상의 결함을 갖지 않는 것으로 규정하기에 이르렀다.
(작용 효과)
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 원심 주조제 압연용 복합 롤에 있어서는, 외층의 화학 조성을 상기 소정의 성분으로 하고, 상기 식 (1), (2)를 충족하고, 나아가, 흑연의 정석출량을 면적비로 0.3% 미만, MC형 탄화물을 면적비로 1 내지 15% 포함하는 바와 같은 구성으로 함으로써, 외층과 내층의 경계, 혹은 중간층과 내층의 경계에 있어서, 직경 φ4㎜ 이상의 주조 결함을 갖지 않는 구성이 실현된다. 이에 의해, 제조 중의 부러짐 트러블이나, 제품에 잔류된 경계의 미소 결함이, 압연 사용 중에 성장하여 폭렬에 이르는 트러블을 방지할 수 있어, 내사고성의 향상이 도모된다. 즉, 하이스계 주철 롤과 같은 우수한 내마모성·내표면 거칠기성을 갖고, 또한, 고합금 글렌 주철 롤과 같은 내사고성을 갖는 원심 주조제 압연용 복합 롤이 실현된다.
이상, 본 발명의 실시 형태의 일례를 설명했지만, 본 발명은 도시의 형태에 한정되지 않는다. 당업자라면 특허 청구의 범위에 기재된 사상의 범주 내에서, 각종의 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명확하고, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
실시예
하기의 표 1에 나타내는 화학 성분, 즉, No.1 내지 16(본 발명예), 17 내지 28(비교예)로 이루어지는 복합 롤을, 원심 주조법에 의해, 내층 직경 600㎜, 롤 외경 800㎜, 외층 두께 100㎜, 몸통 길이 2400㎜의 열연 처리 스탠드 압연용 복합 롤로서 제작하였다. 용해 온도는 1550℃로 하고, 외층 주조 개시 온도(T1)와, 외층 액상선 온도(T2)의 차인 T1-T2를, 각각 이하의 표 1에 나타내는 값으로 설정하였다. 또한, 주조 후에는, 400℃ 내지 580℃에서 템퍼링 열처리를 실시하였다. 또한, 주조 후에 있어서는, 기지가 오스테나이트로 변태하는 온도로 가열(γ화 열처리) 후에 ??칭, 템퍼링 열처리를 실시해도 된다.
여기서, 표 1 중의 밑줄부는, 외층의 화학 성분이 상기 식 (1)을 만족하고 있지 않은 경우나, 원심 주조 시의 조건이 상기 식 (2)를 만족하고 있지 않은 경우를 나타내고 있다. 또한, 표 1 중의 경계에 있어서의 주조 결함에 대해서는, 부호 「○무」가 본 발명 범위 내, 부호 「×유」가 본 발명 범위 외를 나타낸다. 또한, 압연 사용 시의 표면 거칠함 발생 유무에 대해서는, 압연 사용 시에 표면 거칠함이 발생한 것에는, 표면 거칠함 발생 유무의 란에, 부호 「×유」, 압연 사용 시에 표면 거칠함의 발생이 없었던 것에는, 부호 「○무」를 기재하였다.
Figure 112021111749864-pct00001
그 후, 각 복합 롤에 있어서의 외층과 내층의 경계, 혹은 중간층과 내층의 경계에 있어서의 주조 결함의 유무를 확인하기 위해, 초음파 탐상 검사에서 주조 결함의 유무를 조사하였다. 초음파 탐상에 대해서는, 초음파 탐상용 표준 시험편 STB-G(JIS Z 2345)에 의해 φ4㎜ 이상의 결함을 검출할 수 있도록 감도 조정을 행하고, 복합 롤에 있어서의 외층과 내층 혹은 중간층과 내층의 경계를 수직법에 의해 탐상했다(사용 탐촉자:5Z20N).
또한, 제작한 롤의 외층부로부터 채취한 시험편에 대해서 조직 중의 흑연 및 MC형 탄화물의 면적비를 측정하고, 흑연에 대해서는 0.3% 미만, MC형 탄화물에 대해서는, 1 내지 15% 범위인지 여부를 조사하였다. 흑연의 면적비에 대해서는, 각 시험편을 경면 마무리하여 논 에칭의 상태에서 광학 현미경 사진(×100)을 촬영하여 얻어진 화상에 대해서 화상 해석 소프트웨어를 사용하여 측정을 행하였다. 또한, MC형 탄화물의 면적비에 대해서는, 무라카미 시약으로 착색한 상태에서 광학 현미경 사진(×100)을 촬영하여 얻어진 화상에 대해서 화상 해석 소프트웨어를 사용하여 측정을 행하였다.
그 결과, 외층의 화학 성분이 상기 실시 형태에서 설명한 소정의 범위 내이며, 상기 식 (1), 식 (2)에 관한 조건이 본 발명의 범위 내인 본 발명예 No.1 내지 16의 롤에 있어서는, 외층과 내층의 경계, 혹은 중간층과 내층의 경계에 있어서 유해한 주조 결함은 검출되지 않았다.
한편, 상기 식 (1)이나 식 (2)에 관한 조건이 본 발명의 범위 외인 비교예 No.17 내지 28의 롤에 있어서는, 외층과 내층의 경계, 혹은 중간층과 내층의 경계에 있어서 유해한 주조 결함이 검출되었다.
이상 설명한 실시예의 결과로부터, 원심 주조제 압연용 복합 롤에 있어서, 외층의 화학 성분을 소정의 범위 내로 함과 함께, 상기 식 (1)이나 식 (2)에 관한 조건을 본 발명의 범위 내로 하고, 흑연의 정석출량을 면적비로 0.3% 미만으로 하고, MC형 탄화물을 면적비로 1 내지 15% 포함하도록 구성시킴으로써, 하이스계 주철 롤과 같은 우수한 내마모성·내표면 거칠기성을 갖고, 또한, 고합금 글렌 주철 롤과 같은 내사고성을 갖는 원심 주조제 압연용 복합 롤이 실현되는 것을 알 수 있다.
본 발명은 내마모성·내크랙성·내표면 거칠기성이 우수한 원심 주조제 압연용 복합 롤 및 그 제조 방법에 적용할 수 있다.

Claims (5)

  1. 외층과 내층을 갖는 원심 주조제 압연용 복합 롤이며,
    상기 외층은, 화학 성분이 질량비로,
    C:1.0 내지 3.0%,
    Si:0.3 내지 3.0%,
    Mn:0.1 내지 3.0%,
    Ni:0.1 내지 6.0%,
    Cr:0.5 내지 6.0%,
    Mo:0.5 내지 6.0%,
    V:3.0 내지 7.0%,
    Nb:0.1 내지 3.0%,
    B:0.001 내지 0.1%,
    N:0.005 내지 0.070%,
    잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
    당해 외층의 화학 조성은 이하의 식 (1)을 충족하고, 또한, 흑연의 정석출량이 면적비로 0.3% 미만으로 억제되고, 면적비로 1 내지 15%의 MC형 탄화물을 갖고,
    상기 외층과 상기 내층의 경계에 있어서, 직경 φ4㎜ 이상의 주조 결함을 갖지 않는 것을 특징으로 하는, 원심 주조제 압연용 복합 롤.
    50×N+V<9.0 … (1)
  2. 외층, 중간층 및 내층을 갖는 원심 주조제 압연용 복합 롤이며,
    상기 외층은, 화학 성분이 질량비로,
    C:1.0 내지 3.0%,
    Si:0.3 내지 3.0%,
    Mn:0.1 내지 3.0%,
    Ni:0.1 내지 6.0%,
    Cr:0.5 내지 6.0%,
    Mo:0.5 내지 6.0%,
    V:3.0 내지 7.0%,
    Nb:0.1 내지 3.0%,
    B:0.001 내지 0.1%,
    N:0.005 내지 0.070%,
    잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
    당해 외층의 화학 조성은 이하의 식 (1)을 충족하고, 또한, 흑연의 정석출량이 면적비로 0.3% 미만으로 억제되고, 면적비로 1 내지 15%의 MC형 탄화물을 갖고,
    상기 중간층과 상기 내층의 경계에 있어서, 직경 φ4㎜ 이상의 주조 결함을 갖지 않는 것을 특징으로 하는, 원심 주조제 압연용 복합 롤.
    50×N+V<9.0 … (1)
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 외층에는 화학 성분이 질량비로,
    Ti:0.005 내지 0.3%,
    W:0.01 내지 6.0%,
    Co:0.01 내지 2.0%,
    S:0.3% 이하,
    중 1종 이상이 더 포함되는 것을 특징으로 하는, 원심 주조제 압연용 복합 롤.
  4. 제1항 또는 제2항에 기재된 원심 주조제 압연용 복합 롤의 제조 방법이며,
    원심 주조법에 있어서의 외층 주조 개시 온도(T1)와, 외층 액상선 온도(T2)의 관계가 이하의 식 (2)를 충족하는 것을 특징으로 하는, 원심 주조제 압연용 복합 롤의 제조 방법.
    40℃≤T1-T2≤120℃ … (2)
  5. 제3항에 기재된 원심 주조제 압연용 복합 롤의 제조 방법이며,
    원심 주조법에 있어서의 외층 주조 개시 온도(T1)와, 외층 액상선 온도(T2)의 관계가 이하의 식 (2)를 충족하는 것을 특징으로 하는, 원심 주조제 압연용 복합 롤의 제조 방법.
    40℃≤T1-T2≤120℃ … (2)
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