KR101204494B1 - 마그네슘 열간 압연 방법 및 마그네슘 열간 압연 장치 - Google Patents

마그네슘 열간 압연 방법 및 마그네슘 열간 압연 장치 Download PDF

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Abstract

압연기(1)의 상류측에 배치되어 마그네슘판(M0, M1)을 가열하는 상류측 가열로(2)와, 압연기(1)의 하류측에 배치되어 마그네슘판(M0, M1)을 가열하는 하류측 가열로(3) 사이에서, 마그네슘판(M0, M1)을 왕복 압연하는 제1 압연 공정; 가열된 마그네슘판(M0, M1)을 반송·보온하는 상류측 보온 장치(5)와, 가열된 마그네슘판(M0, M1)을 반송·보온하는 하류측 보온 장치(6) 사이에서, 상하류측 각 단부를 보온하면서 마그네슘판(M0, M1)을 왕복 압연하는 제2 압연 공정;을 가진다. 본 발명의 마그네슘 열간 압연 장치 및 그것을 이용한 마그네슘 열간 압연 방법에 따르면, 마그네슘 합금의 열간 압연 중의 온도 변동에 따른 제품의 품질 저하를 방지할 수 있다.

Description

마그네슘 열간 압연 방법 및 마그네슘 열간 압연 장치{Magnesium hot rolling method and magnesium hot rolling apparatus}
본 발명은 마그네슘 열간 압연 방법 및 마그네슘 열간 압연 장치에 관한 것이다.
본원은 2007년 10월 16일에 출원된 일본특허출원 제2007-269058호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
마그네슘 합금으로부터 마그네슘 시트를 제조하려면, 예를 들면 직경 300~400mm, 길이 500~600mm정도의 환봉 형상의 빌렛을 열간 압출에 의해, 예를 들면 두께 10mm이하의 후판으로 성형한다. 상기 후판을 소정 길이(예를 들면, 3m)로 절단하여 절단 판재로 하고, 상기 절단 판재를 조(粗)압연에 의해 두께 1mm이하까지 압연한다.
그런데, 마그네슘 합금은, 상온에서 압연하려면 압력을 크게 해도 갈라지기 쉽기 때문에, 열간에서 압연하는 것이 바람직하다.
마그네슘 합금을 열간 압연하는 장치의 종래예로서는 특허문헌 1의 도 1이나 특허문헌 2의 도 1에 개시되어 있다.
이들 특허문헌에 개시된 열간 압연 장치는, 마그네슘 합금을 왕복시키면서 압연하는 압연기와, 상기 압연기의 상류측 및 하류측에 배치된 2개의 가열로를 구비하고 있으며, 상기 가열로에 의해 마그네슘 합금을 소정 온도로 가열하고 압연기로 압연하고 있다.
특허문헌 1: 일본 특허 제3521863호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 제3821074호 공보
그러나, 상기 특허문헌에 개시된 열간 압연 장치에서는, 압연기의 양측에 가열로가 있을 뿐이므로, 왕복 압연에 의해 마그네슘 절단 판재가 길어지게 됨에 따라 마그네슘 절단 판재의 끝단이 가열로로부터 밀려나오게 되고, 이 밀려나온 부분이 식어 버리는 결함이 있다. 왜냐하면, 마그네슘 절단 판재의 열간 압연 중의 온도 변동은 완성품의 치수 정밀도 불량이나 품질 저하를 초래하기 때문이다.
본 발명은 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 마그네슘 합금의 열간 압연 중의 온도 변동에 따른 제품의 품질 저하를 방지할 수 있는 마그네슘 열간 압연 방법 및 장치를 제안하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 이하의 장치·방법을 채용하였다.
제1 발명으로서는, 압연기의 상류측에 배치되어 마그네슘판을 가열하는 상류측 가열로와, 상기 압연기의 하류측에 배치되어 상기 마그네슘판을 가열하는 하류측 가열로 사이에서 상기 마그네슘판을 왕복 압연하는 제1 압연 공정; 상기 상류측 가열로의 더 상류측에 배치되어 상기 상류측 가열로에 의해 가열된 상기 마그네슘판을 반송·보온하는 상류측 보온 장치와, 상기 하류측 가열로의 더 하류측에 배치되어 상기 하류측 가열로에 의해 가열된 상기 마그네슘판을 반송·보온하는 하류측 보온 장치 사이에서, 상하류측 각 판 단부를 보온하면서 상기 마그네슘판을 왕복 압연하는 제2 압연 공정;을 가지는 마그네슘 합금 열간 압연 방법을 채용하였다.
상기 제1 발명에 관한 마그네슘 합금 열간 압연 방법에 있어서, 소정 두께로 압연된 상기 마그네슘판에 대해, 상기 하류측 보온 장치의 하류측에 배치된 장력 부여 장치에 의해 장력을 부여하면서, 상기 하류측 보온 장치의 더 하류측에 배치된 권취기에 의해 감는 권취 공정을 가져도 된다.
또한, 본원에 관한 제2 발명으로서는, 마그네슘판을 왕복 압연하는 압연기; 상기 압연기의 상류측에 배치되어 상기 마그네슘판을 가열하는 상류측 가열로; 상기 압연기의 하류측에 배치되어 상기 마그네슘판을 가열하는 하류측 가열로; 상기 상류측 가열로의 더 상류측에 배치되어 상기 상류측 가열로에 의해 가열된 상기 마그네슘판의 반송 또한 상류측 단부를 보온하는 상류측 보온 장치; 상기 하류측 가열로의 더 하류측에 배치되어 상기 하류측 가열로에 의해 가열된 상기 마그네슘판의 반송 또한 하류측 단부를 보온하는 하류측 보온 장치;를 구비하는 마그네슘 합금 열간 압연 장치를 채용하였다.
상기 제2 발명에 관한 마그네슘 합금 열간 압연 장치에 있어서, 상기 압연기와 상기 상류측 가열로의 사이 및 상기 압연기와 상기 하류측 가열로의 사이에 각각 복수 세트 배치되어 상기 마그네슘판을 두께 방향으로 끼워잡아서 반송 속도를 조절하는 핀치 롤을 구비해도 된다.
또한, 상기 제2 발명에 관한 마그네슘 합금 열간 압연 장치에 있어서, 상기 압연기의 워크 롤 및 상기 압연기의 상하류에 설치된 복수 세트의 핀치 롤은 가열 롤이어도 된다.
또한, 상기 제2 발명에 관한 마그네슘 합금 열간 압연 장치에 있어서, 상기 하류측 보온 장치의 하류측에 배치되어 상기 마그네슘판에 장력을 부여하는 장력 부여 장치; 상기 장력 부여 장치의 더 하류측에 배치되어 상기 마그네슘판을 감는 권취기;를 구비해도 된다.
본 발명에 따르면, 마그네슘판의 대략 전체길이에 걸쳐 가열·보온하면서 압연하므로, 마그네슘판의 온도 강하를 억제하고, 열간 압연 중의 온도 변동에 따른 제품의 치수 정밀도 불량, 품질 저하를 방지할 수 있으며, 완성품의 품질을 양호하게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에서의 열간 압연 장치의 개략 구성을 도시하는 개략 정면도이다.
도 2는 레벨러의 개략 구성을 도시하는 모식도이다.
이하, 본 발명의 일실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 실시형태에서의 열간 압연 장치(100)(마그네슘 합금 열간 압연 장치)의 개략 구성을 도시하는 개략 정면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 관한 열간 압연 장치(100)는 압연기(1), 제1 가열로(2), 제2 가열로(3), 핀치 롤(4), 제1 테이블 롤러(5), 제2 테이블 롤러(6), 권취기(7) 및 핀치 롤(8)을 구비하고 있다.
압연기(1)는 병렬하여 대향하는 한 쌍의 워크 롤(work roll; 1a)과, 상기 워크 롤(1a)을 회전 구동시키는 구동원(도시생략)을 갖고 있다.
워크 롤(1a)은, 표면온도를 적당한 온도로 승온시킨 가열 롤로서, 상기 워크 롤(1a) 사이를 통과하는 마그네슘 절단 판재(M0)(마그네슘판)를 일방향으로 송출하면서, 마그네슘 절단 판재(M0)에 소정 압력을 부여한다. 이에 의해, 압연기(1)는 마그네슘 절단 판재(M0)를 두께를 감소시키면서 길어지게 한다.
또한, 압연기(1)는, 마그네슘 절단 판재(M0)의 이송 방향을 소정의 타이밍으로 반전시켜 왕복 압연을 행한다. 이에 의해, 압연기(1)는 마그네슘 절단 판재(M0)를, 예를 들면 두께 6mm, 길이 3m정도에서 두께 1mm, 길이 18m정도까지 압연한다.
본 열간 압연 장치(100)의 워크(work; 작업대상물)인 상기 마그네슘 절단 판재(M0)(마그네슘판)는 마그네슘 합금으로 이루어지는 판재이다.
제1 가열로(2)(상류측 가열로)는 압연기(1)의 상류측에 배치된 가열로이다. 제2 가열로(3)(하류측 가열로)는 압연기(1)의 하류측에 배치된 가열로이다.
이들 한 쌍의 가열로(2, 3)는 압연 전의 마그네슘 절단 판재(M0)의 길이 이상의 길이를 갖고, 히터 및 반송 롤러(모두 도시생략)를 구비하고 있다. 히터에 의해 마그네슘 절단 판재(M0)를 소정 온도(100~350℃정도, 200~300℃가 바람직함)로 가열하고, 반송 롤러에 의해 마그네슘 절단 판재(M0)를 반송한다.
핀치 롤(4)은 표면온도를 적당한 온도로 승온시킨 가열 롤로서, 압연기(1)에 의한 왕복 압연에 따라 왕복 운동하는 마그네슘 절단 판재(M0)를 보조 반송한다. 이러한 핀치 롤(4)은, 압연기(1)와 제1 가열로(2) 사이 및 압연기(1)와 제2 가열로(3) 사이에 각각 복수 세트 배치되어 있다.
이들 핀치 롤(4)은, 반송 속도의 조절에 의해, 압연기(1)에서 압연되는 마그네슘 절단 판재(M0)에 적절한 장력을 부여한다.
제1 테이블 롤러(5)(상류측 보온 장치)는 제1 가열로(2)의 상류측에 배치되고, 제2 테이블 롤러(6)(하류측 보온 장치)는 제2 가열로(3)의 하류측에 배치된다. 상기 각 테이블 롤러(5, 6)는 반송 롤러(5a, 6a)와 보온 커버(5b, 6b)를 갖고 있다.
마그네슘 절단 판재(M0)는, 압연기(1)에서 리버스 압연되어 길어지면, 단부가 가열로(2, 3)로부터 밀려나온다. 테이블 롤러(5, 6)는, 마그네슘 절단 판재(M0)의 가열로(2, 3)로부터 밀려나온 단부를 반송 롤러(5a, 6a)에 의해 반송·지지함과 동시에 보온 커버(5b, 6b)에 의해 덮어 외기로부터 차단한다. 그 결과, 테이블 롤러(5, 6)는 마그네슘 절단 판재(M0)의 열을 달아나지 않도록 보온한다. 또한, 리버스 압연시 마그네슘 절단 판재(M0) 중에서 하류측에 위치하는 단부 보온부는, 다음의 역방향으로의 압연시에는 가열로 내에 들어간다. 또한, 하류측에 위치하는 단부 가열부는 역방향으로의 압연시에는 보온 장치 내에 있고, 이를 교대로 반복함으로써 단부의 온도 저하를 작게 할 수 있다.
권취기(7)는, 마그네슘 절단 판재(M0)가 압연된 후의 제조물, 즉 마그네슘 시트(M1)(마그네슘판)를 감는 것이다.
핀치 롤(8)(장력 부여 장치)은, 권취기(7)의 앞쪽에 배치되며, 마그네슘 시트(M1)의 반송속도를 조절함으로써, 권취기(7)의 권취 방향과 역방향으로 마그네슘 시트(M1)에 장력을 부여하는 것이다.
이러한 구성에 있어서, 열간 압연 장치(100)는 마그네슘 절단 판재(M0)의 조압연을 행한다. 이하, 열간 압연 장치(100)의 동작에 대해서 설명한다.
우선, 본 열간 압연 장치(100)에 의해 압연되는 대상인 마그네슘 절단 판재(M0)는, 예를 들면 직경 300~400mm, 길이 500~600mm정도의 환봉형상의 빌렛을 열간 압출(100~300℃정도, 200℃정도가 바람직함)에 의해, 예를 들면 두께 10mm이하(예를 들면, 6mm)의 후판으로 성형하고, 상기 후판을 소정 길이(예를 들면, 3m)로 절단함으로써 제조된다.
열간 압출에 의해 성형된 마그네슘 절단 판재(M0)를 구성하는 마그네슘의 결정립은, 압출됨으로써 기계적으로 미세화되기 때문에, 고강도이고 고품질이며 갈라지기 어려워 프레스 성형성이 양호하다.
마그네슘 절단 판재(M0)는 제1 테이블 롤러(5)로부터 제1 가열로(2)로 반송되고, 제1 가열로(2) 내에서 소정 온도(100~350℃정도, 200~300℃가 바람직함)로 가열되어 압연기(1)로 반송된다.
압연기(1)는, 마그네슘 절단 판재(M0)를 압연하면서 제2 가열로(3)로 반송한다. 마그네슘 절단 판재(M0)의 온도는, 제1 가열로(2)에서 제2 가열로(3)까지 이동하는 사이에 약간 강하한다. 그러나, 워크 롤(1a) 및 복수의 핀치 롤(4)이 가열 롤이고, 또한 제2 가열로(3) 내에서 상기 소정 온도로 다시 가열되므로, 온도 변동은 적다.
열간 압연 장치(100)는, 압연기(1)를 마그네슘 절단 판재(M0)의 종단(終端)이 통과하면 압연 방향을 반전한다. 열간 압연 장치(100)는, 이를 반복하여 마그네슘 절단 판재(M0)를 왕복 압연하고, 마그네슘 절단 판재(M0)를 순차적으로 두께를 감소시켜 마그네슘 시트(M1)를 제조한다.
여기서, 하기의 표 1에 본 열간 압연 장치(100)에 의한 조압연의 각종 수치의 구체예를 나타낸다.
패스 No. 반입시 두께
(mm)		 두께감소량
(mm)		 압연온도
(℃)		 압연속도
(m/분)		 압연하중
(ton)
1 6.00 1.80 200 10 180
2 4.20 1.26 200 10 165
3 2.94 0.88 200 10 150
4 2.06 0.62 200 10 140
5 1.44 0.43 200 10 135
최종 두께: 1.01mm
상기 구체예에 있어서, 마그네슘 절단 판재(M0)의 재질은 AZ31B, 치수는 두께 6.00mm, 폭 300mm, 길이 3000mm이다. 워크 롤(1a)의 직경은 400mm, 배럴 길이는 500mm이고, 핀치 롤(4)의 직경은 250mm이다.
또한, 상기 예에서는, 가열로(2, 3)에서의 가열온도는 220℃, 핀치 롤(4) 및 워크 롤(1a)은 히터가 내장된 가열 롤이고, 가열 롤의 표면온도는 200℃이다.
그리고, 상기 예는, 5패스(2왕복 반)의 왕복 압연에 의해 두께 6.00mm의 마그네슘 절단 판재(M0)를 두께 1.01mm의 마그네슘 시트(M1)로 하고, 5패스 후 권취기(7)에 의해 감은 것이다.
마그네슘 절단 판재(M0)는 압연됨에 따라 길이가 길어지게 되고, 압연기(1)를 종단이 통과할 때, 시작단을 포함하는 단부가 가열로(2, 3)로부터 밀려나오게 된다.
테이블 롤러(5, 6)는, 가열로(2, 3)로부터 밀려나온 단부를 반송 롤러(5a, 6a)에 의해 지지함과 동시에 보온 커버(5b, 6b)에 의해 보온한다.
이를 도 1에서 더 상세하게 설명하면, 예를 들어 압연 전에 길이 L0이었던 마그네슘 절단 판재(M0)가 길이 L1이 될 때까지는 구간 A1에서 압연되고(제1 압연 공정), 길이 L1을 넘어 길이 L2가 될 때까지 구간 A2에서 압연되며(제2 압연 공정), 그리고 감긴다(권취 공정).
즉, 본 열간 압연 장치(100)는, 마그네슘 절단 판재(M0)가 길이 L0~L1인 사이는 제1 압연 공정에 의해 구간 A1, 즉 제1 가열로(2)~압연기(1)~제2 가열로(3) 사이에서 왕복 압연한다. 마그네슘 절단 판재(M0)가 길이 L1을 넘어 L2가 될 때까지 제2 압연 공정에 의해 구간 A2, 즉 제1 테이블 롤러(5)~제1 가열로(2)~압연기(1)~제2 가열로(3)~제2 테이블 롤러(6) 사이에서 왕복 압연한다. 그리고, 완성품, 즉 마그네슘 시트(M1)를 권취기(7)로 감는다.
이에 의해, 마그네슘 절단 판재(M0)는 전체길이에 걸쳐 가열 내지 보온되어 대략 일정한 범위의 온도로 유지된다. 따라서, 마그네슘 절단 판재(M0)의 온도 변동에 따른 제품의 품질 저하를 방지할 수 있어, 완성품, 즉 마그네슘 시트(M1)의 품질을 양호하게 유지할 수 있다.
그런데, 압연 중의 마그네슘 절단 판재(M0)는, 고온이기 때문에 부드러워 압연기(1) 이외의 부분에서도 고압이 걸리면 눌린 흔적이 남을 우려가 있다. 이에 대해, 본 열간 압연 장치(100)에서는, 마그네슘 절단 판재(M0)를 복수 세트의 핀치 롤(4)에 의해 복수 위치에서 끼워잡음으로써 각 핀치 롤(4)이 끼워잡는 힘을 작게 분산하여 핀치 롤(4)에 의한 눌린 흔적을 남길 우려를 적게 하고 있다.
그리고, 마그네슘 절단 판재(M0)가 소정 두께(예를 들면, 1mm정도)까지 두께가 감소되어 마그네슘 시트(M1)가 되면, 본 열간 압연 장치(100)는 권취기(7)에 의해 마그네슘 시트(M1)를 감아 코일재로 한다.
그 때, 핀치 롤(8)은, 권취기(7)로 감기는 마그네슘 시트(M1)에 소정의 장력이 가해지도록 마그네슘 시트(M1)의 반송 속도를 조절하여, 권취기(7)의 권취 방향의 역방향으로 마그네슘 시트(M1)에 인장력을 부여한다.
본 발명의 열간 압연 장치(100)에 따르면, 마그네슘 절단 판재(M0)의 대략 전체길이에 걸쳐 가열·보온하면서 압연하므로, 마그네슘 절단 판재(M0)의 온도 강하를 억제하고, 열간 압연 중의 온도 변동에 따른 제품의 품질 저하를 방지할 수 있으며, 완성품, 즉 마그네슘 시트(M1)의 품질을 양호하게 유지할 수 있다.
본 실시형태에서는 핀치 롤(8)을 장력 부여 장치로 하고 있지만, 마그네슘 시트(M1)를 평탄화하는 레벨러가 장력 부여 장치이어도 된다.
여기서, 레벨러란, 도 2에 도시된 바와 같이 3개 이상의 롤러에 의해 단면이 2단의 벌집형상이 되도록 엇갈리게 조합하고, 그들 롤의 사이에 시트형상의 재료를 통과시킴으로써 마그네슘 시트(M1)를 평탄화한다.
본 발명의 마그네슘 열간 압연 장치 및 그것을 이용한 마그네슘 열간 압연 방법에 따르면, 열간 압연 중의 온도 변동에 따른 제품의 치수 정밀도 불량, 품질 저하를 방지할 수 있어, 완성품의 품질을 양호하게 유지할 수 있다.
100 열간 압연 장치(마그네슘 열간 압연 장치)
1 압연기
2 제1 가열로(상류측 가열로)
3 제2 가열로(하류측 가열로)
4 핀치 롤(이송 롤러 쌍)
5 제1 테이블 롤러(상류측 보온 장치)
6 제2 테이블 롤러(하류측 보온 장치)
7 권취기
8 핀치 롤(장력 부여 장치)
M0 마그네슘 절단 판재(마그네슘판)
M1 마그네슘 시트(마그네슘판)

Claims (6)

  1. 압연기의 상류측에 배치되어 마그네슘판을 가열하는 상류측 가열로와, 상기 압연기의 하류측에 배치되어 상기 마그네슘판을 가열하는 하류측 가열로 사이에서, 상기 마그네슘판을 왕복 압연하는 제1 압연 공정;
    상기 상류측 가열로의 더 상류측에 배치되어 상기 상류측 가열로에 의해 가열된 상기 마그네슘판을 반송·보온하는 상류측 보온 장치와, 상기 하류측 가열로의 더 하류측에 배치되어 상기 하류측 가열로에 의해 가열된 상기 마그네슘판을 반송·보온하는 하류측 보온 장치 사이에서, 상하류측 각 판 단부를 보온하면서 상기 마그네슘판을 왕복 압연하는 제2 압연 공정;을 가지는 마그네슘 합금 열간 압연 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    소정 두께로 압연된 상기 마그네슘판에 대해, 상기 하류측 보온 장치의 하류측에 배치된 장력 부여 장치에 의해 장력을 부여하면서, 상기 하류측 보온 장치의 더 하류측에 배치된 권취기에 의해 감는 권취 공정을 가지는 마그네슘 합금 열간 압연 방법.
  3. 마그네슘판을 왕복 압연하는 압연기;
    상기 압연기의 상류측에 배치되어 상기 마그네슘판을 가열하는 상류측 가열로;
    상기 압연기의 하류측에 배치되어 상기 마그네슘판을 가열하는 하류측 가열로;
    상기 상류측 가열로의 더 상류측에 배치되어 상기 상류측 가열로에 의해 가열된 상기 마그네슘판의 반송 또한 상류측 단부를 보온하는 상류측 보온 장치;
    상기 하류측 가열로의 더 하류측에 배치되어 상기 하류측 가열로에 의해 가열된 상기 마그네슘판의 반송 또한 하류측 단부를 보온하는 하류측 보온 장치;를 구비하는 마그네슘 합금 열간 압연 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 압연기와 상기 상류측 가열로의 사이 및 상기 압연기와 상기 하류측 가열로의 사이에 각각 복수 세트 배치되어 상기 마그네슘판을 두께방향으로 끼워잡아서 반송 속도를 조절하는 핀치 롤을 구비하는 마그네슘 합금 열간 압연 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 압연기의 워크 롤 및 상기 압연기의 상하류에 설치된 복수 세트의 핀치 롤은 가열 롤인 마그네슘 합금 열간 압연 장치.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 하류측 보온 장치의 하류측에 배치되어 상기 마그네슘판에 장력을 부여하는 장력 부여 장치;
    상기 장력 부여 장치의 더 하류측에 배치되어 상기 마그네슘판을 감는 권취기;를 구비하는 마그네슘 열간 압연 장치.
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