고속도강(HSS) 롤은 세심하게 설계된 초경 시스템이라는 한 가지 근본적인 장점 때문에 기존 주철 및 고니켈-크롬 롤보다 성능이 뛰어납니다. 탄소, 바나듐, 텅스텐, 몰리브덴, 크롬, 때로는 니오븀 등의 합금 원소는 경도만 높이는 것이 아닙니다. 이들은 어떤 탄화물 상이 석출되는지, 탄화물이 어떻게 분포되는지, 그리고 궁극적으로 롤이 밀에서 얼마나 오래 지속되는지를 결정합니다. 화학적 성질을 올바르게 얻는 것은 전달하는 롤의 차이입니다. 그루브당 강철 처리량의 3~5배 그리고 조기에 닳는 것.
우리의 고속 강철 롤(HSS) 까다로운 압연 일정에 필요한 인성을 유지하면서 탄화물 부피 비율을 최대화하기 위해 정밀하게 제어된 합금 구성으로 설계되었습니다.
HSS 롤 미세 구조에서는 4개의 탄화물 상이 무거운 작업을 수행합니다. 비커스 규모로 측정된 경도 값은 내마모성에 대한 명확한 순서를 설정합니다.
| 초경 종류 | 1차 성형 요소 | 경도(HV) | 주요 역할 |
|---|---|---|---|
| MC | V, Nb(VC, NbC) | ~3000 | 1차 내마모성 |
| M7C3 | Cr | ~2500 | 공융 탄화물, 마모 인성 |
| M2C | 모, 여 | ~2000 | 공융탄화물, 내균열성 |
| M6C | 모, 여, Fe | ~1500~1800 | 매트릭스 강화 |
주로 VC인 MC 탄화물은 가장 단단한 상이며 마모에 대한 저항력이 가장 효과적입니다. M7C3 및 M2C 공융 탄화물은 잘 분산되고 상호 연결되지 않은 경우 둘 다 균열 전파에 저항합니다. 잘 설계된 HSS 재종의 총 초경량 비율은 일반적으로 약 15% , 기존 롤 소재의 훨씬 낮은 수준에 비해.
탄소는 탄화물 형성의 기초입니다. 탄소 함량이 높을수록 탄화물 부피 분율과 경화성이 직접적으로 높아집니다. HSS 롤에 사용되는 수준(1.50~2.20%)에서 탄소는 MC, M2C 및 M7C3 상의 공침전을 가능하게 합니다. 이 범위 미만에서는 탄화물 밀도가 불충분합니다. 그 이상에서는 취성이 급격히 증가합니다. 매트릭스 조성과 열처리 반응도 탄소에 따라 달라지며, 최적의 경도는 일반적으로 담금질 전 오스테나이트에 용해된 탄소 약 1.0%에 도달합니다.
바나듐은 내마모성에 있어서 가장 중요한 단일 원소입니다. HSS의 다른 탄화물 상보다 경도가 약 HV 3000인 MC형 탄화물(주로 VC)을 형성합니다. 이러한 미세한 사전 공융 MC 입자는 균일하게 분포되어 있으며 연속적인 네트워크를 형성하지 않으므로 인성이 허용 가능하게 유지됩니다. 연구에 따르면 주로 MC 탄화물을 함유한 시편은 혼합 MC M2C 구조를 가진 시편과 비슷하거나 더 나은 내마모성을 나타내어 바나듐 최적화가 롤 합금 설계의 핵심이 되는 것으로 확인되었습니다. 롤 적용에 권장되는 바나듐 함량은 5~6%입니다.
몰리브덴은 이중 기능을 제공합니다. 첫째, M2C 및 M6C 탄화물 형성을 촉진하여 총 탄화물 부피 분율을 증가시킵니다. 둘째, 결정적으로, 탄화물 입자 내의 몰리브덴 농축은 서비스 부하 시 균열 민감성을 감소시킵니다. 이는 롤 캠페인 수명을 직접적으로 연장하는 메커니즘입니다. 이러한 강화 효과는 몰리브덴이 4~8% 범위로 유지될 때 최고조에 달합니다. 그 창 너머에는 더 거친 탄화물 형태가 형성될 수 있습니다. 롤 합금의 권장 함량은 3~4%입니다.
텅스텐은 적색 경도(높은 압연 온도에서 경도 유지)에 기여하고 몰리브덴과 함께 M2C 및 M6C 탄화물 형성에 참여합니다. 텅스텐과 몰리브덴은 부분적으로 상호 교환 가능합니다. 몰리브덴은 중량 비율의 대략 절반으로 텅스텐을 대체할 수 있습니다. 현대 HSS 롤 구성에서는 몰리브덴이 보다 유리한 탄화물 형태 제어로 인해 우선시되는 경우가 많으며 텅스텐은 보완 첨가물로 사용됩니다.
크롬은 담금질성, 내산화성, 뜨임 반응성을 향상시킵니다. 이는 M7C3 탄화물(HV ~2500)의 주요 형성물질로, 내마모성에 크게 기여하고 잘 분산되면 균열 전파를 방해합니다. 크롬은 또한 열처리 중에 오스테나이트를 안정화시킵니다. 롤의 최적 함량은 5~7%이며, 인성을 감소시키는 상호 연결된 대형 크롬 탄화물 네트워크의 위험과 탄화물 형성의 균형을 유지합니다. 권장 함량은 5~7%입니다.
니오븀을 첨가하면 VC와 유사하지만 녹는점 안정성이 약간 더 높은 MC형 탄화물인 NbC를 형성합니다. 전체 탄화물 분포를 개선하고 부분적으로 바나듐을 대체할 수 있습니다. HSS 롤에서의 사용은 대규모보다는 목표로 삼았지만 탄화물 분산 균일성에 있어서 측정 가능한 개선을 제공합니다.
CVF(탄화물 부피 분율)는 단순히 "더 많을수록 좋다"는 것이 아닙니다. CVF가 지나치게 높으면(특히 조대하고 상호 연결된 공융 탄화물을 통해 달성되는 경우) 인성이 저하되고 열 순환 시 파손이 가속화됩니다. 목표는 대략적으로 제어된 CVF입니다. 표준 HSS 등급의 경우 15% , 미세하고 개별적인 MC 입자와 잘 분산되고 상호 연결되지 않은 M2C 및 M7C3 공융 탄화물로 구성됩니다.
적절한 인성과 내마모성을 극대화하기 위한 주요 미세구조 목표는 다음과 같습니다.
탄소 및 크롬 함량을 늘리는 것만으로도 CVF는 증가하지만 마모 손실은 선형적으로 개선되지 않습니다. 거친 탄화물은 사용 응력 하에서 균열이 발생합니다. 몰리브덴의 제어된 첨가는 탄화물 파손을 방지함으로써 탄화물 양을 실제 마모 성능으로 변환하는 것입니다.
압연 위치가 다르면 합금 균형도 달라야 합니다. 마감 스탠드는 최대의 경도와 내마모성을 요구합니다. 황삭 스탠드에는 더 큰 인성이 필요합니다. 아래 표에는 표준 HSS 및 S-HSS(반고속강) 롤에 사용되는 구성 창이 요약되어 있습니다.
| 등급 | C % | 크롬% | 모 % | V% | 승 % | 경도(HSD) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| HSS | 1.50~2.20 | 3.00~8.00 | 2.00~8.00 | 2.00~9.00 | 0~8.00 | 75~95 |
| S-HSS | 0.60~1.20 | 3.00~9.00 | 2.00~5.00 | 0.40~3.00 | 0~3.00 | 75~98 |
HSS 재종은 마무리 작업을 위한 MC 탄화물 밀도를 최대화하기 위해 더 높은 바나듐과 탄소를 함유합니다. S-HSS 등급은 이러한 요소를 완화하여 열간 스트립 밀의 작업 롤 적용에 대한 열 피로 저항을 우선시합니다. 둘 다 우리에서 사용할 수 있습니다 주강 롤 특정 롤링 일정 및 스탠드 위치에 맞게 설계되었습니다.
합금 조성과 탄화물 부피 비율이 올바르게 최적화되면 작업 결과를 측정할 수 있습니다. HSS 롤 달성 그루브당 강철 처리량 3~5배 증가 주철 롤에 비해 총 사용 수명이 4배 이상 길어졌습니다. 고경도 MC 카바이드 표면은 홈 마모를 방지하고 빈번한 재연마 없이 제품 치수 정확도를 유지하므로 패스 프로파일은 장기간의 캠페인에서도 안정적으로 유지됩니다. 상호 연결되지 않은 탄화물 구조가 롤링 접촉 영역의 주기적 가열 및 담금질 하에서 균열 시작 및 전파를 제한하기 때문에 열 피로 저항이 보존됩니다.
이러한 성능 향상은 롤 교체 횟수 감소, 가동 중지 시간 감소, 톤당 압연 비용 감소로 직접적으로 이어집니다. 이것이 바로 정확하게 지정된 HSS 롤이 전 세계적으로 바, 선재 및 형강 마감재에서 선택되는 재료로 남아 있는 이유입니다.
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