KR101457494B1 - 압연롤 가공 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 a) 양종단면을 관통하는 중앙으로부터 반경 방향으로 동일한 거리만큼 이격된 복수 개의 홀들이 형성된 압연롤 형상을 모델링하여 모델링 데이터를 생성하는 단계; b) 상기 모델링 데이터를 입력하는 단계; c) 원료를 이용하여 복수 개의 레이어들을 적층하여 상기 모델링 데이터에 따른 압연롤을 형성하는 단계; d) 상기 형성된 압연롤을 가열하는 단계; e) 상기 압연롤의 홀들에 각각 히트 파이프를 삽입하는 단계; 및 f) 상기 히트 파이프가 삽입된 압연롤을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압연롤 가공 방법을 개시한다. 상기와 같은 압연롤 가공 방법은 히트 파이프를 압연롤에서 원하는 위치에 적용시켜 히트 파이프에 의해 균일하게 냉각될 수 있는 압연롤을 생산하고, 안정적으로 강판을 생산할 수 있는 압연롤을 생산하며, 히트 파이프가 적용된 원하는 경도, 특히 고경도의 압연롤을 생산할 수 있다.

Description

압연롤 가공 방법{METHOD FOR MANUFACTURING A ROLLING ROLL}
본 발명은 압연롤 가공 방법에 관한 것으로서, 특히, 고강도를 가지면서 히트 파이프가 설치되는 압연롤을 손쉽게 가공할 수 있는 압연롤 가공 방법에 관한 것이다.
조질 압연(temper rolling)은 템퍼링(tempering) 이후에 냉간 압연 강판이 너무 연질이거나 가공 중에 줄무늬 같은 변형 무늬가 생기기에 이를 제거하고 경도를 향상시키기 위하여 가벼운 압력으로 냉간 압연하는 공정이고, 스킨 패스(skin pass)라고 하기도 한다.
한편, 자동차 산업에서 환경 규제 및 연비 저감에 대한 목적을 부응하기 위하여, 강판은 고강도화 되고 있다. 강판이 고강도화 될수록 원하는 형상으로 획득하기 어렵다. 이러한 강판을 교정하기 위하여 조질 압연 공정에서 부하가 증가되지만, 고강도강은 조질 압연 공정을 통해서도 형상 교정이 제대로 이루어지지 않는다. 이로 인해, 강판은 온도가 증가된 상태에서 조질 압연 공정에 투입된다. 이때, 별도의 냉각 작업이 이루어지지 않으면, 압연롤은 강판으로부터 열을 직접 전달받아 열 크라운(thermal crown)이 생성되고, 강판의 중앙부에는 웨이브(wave)가 생성되어 강판의 품질이 현저하게 저하된다. 반면에, 별도의 냉각 작업, 특히 냉각수를 이용한 냉각 작업이 이루어지면, 설비 주위에 탈락되었던 스케일은 냉각수에 의해 비산하여 강판의 표면에 유입되어 표면결함을 유발하기도 한다. 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 본 출원인에 의해 다양한 히트 파이프가 적용된 롤(예를 들어, 출원번호 제10-1998-0054795호, 출원번호 제10-2012-0154359호 등)이 안출된 바가 있으나, 다음과 같은 문제점을 갖는다.
첫째, 롤에 히트 파이프를 적용하기 위한 홀을 형성하는 것이 어렵다. 롤에는 롤의 길이방향을 따라 복수 개의 홀들이 형성된다. 이때, 홀은 롤의 양종단면을 관통하도록 형성되는 것이 바람직하다. 하지만, 이러한 홀이 롤에 적용되기 어렵기에, 홀은 롤의 길이방향으로 중간에서 만나도록 롤의 양종단면에서 개별적으로 형성된다. 이때, 홀이 롤의 중간에서 정확하게 일치하지 않는 경우, 반복적인 피로하중이 롤에 가해지면 크랙이 발생하고 롤이 파손되는 문제점이 있다.
둘째, 히트 파이프의 성능이 롤에 일정하게 적용되기 어렵다. 상기와 같이 롤의 반복적인 피로 하중으로 인한 파손을 방지하기 위하여, 롤의 양종단면에서 가공된 홀이 상호 간에 어긋나면서 일정 부분은 겹치도록 가공된다. 이때, 롤의 중간에는 히트 파이프의 성능이 균일하게 적용되지 않아, 공정 동안 롤에는 국부적인 열 크라운이 형성되고 강판의 형상이 영향을 미친다.
셋째, 균일하게 높은 경도의 롤에 적용되기 어렵다. 현실적으로 쇼어 경도(shore hardness)가 40도를 초과하는 재료로 제조된 롤에는 히트 파이프를 적용하기 위한 홀이 형성되기 어렵다. 이로 인해, 롤의 내부는 롤의 외주면보다 낮은 경도를 갖는 재료로 제작되고, 홀은 롤의 외주면으로부터 멀어진 위치에서 형성된다. 이로 인해, 히트 파이프의 성능이 롤에 적절하게 적용되기 어렵고, 롤이 단조를 통해 형성된 경우에는 히트 파이프가 적용되기 어렵다. 따라서, 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 롤이 요구되고 있는 실정이다. 이러한 롤을 가공할 수 있는 가공 방법이 요구된다.
본 발명은 균일한 재료로 이루어지고 원하는 위치에 히트 파이프를 적용할 수 있는 압연롤을 가공하는 압연롤 가공 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 히트 파이프에 의해 균일하게 냉각될 수 있는 압연롤을 가공하는 압연롤 가공 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 온간 공정에서 안정적으로 강판을 가공할 수 있는 압연롤을 가공하는 압연롤 가공 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 a) 양종단면을 관통하는 중앙으로부터 반경 방향으로 동일한 거리만큼 이격된 복수 개의 홀들이 형성된 압연롤 형상을 모델링하여 모델링 데이터를 생성하는 단계; b) 상기 모델링 데이터를 입력하는 단계; c) 원료를 이용하여 복수 개의 레이어들을 적층하여 상기 모델링 데이터에 따른 압연롤을 형성하는 단계; d) 상기 형성된 압연롤을 가열하는 단계; e) 상기 압연롤의 홀들에 각각 히트 파이프를 삽입하는 단계; 및 f) 상기 히트 파이프가 삽입된 압연롤을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압연롤 가공 방법을 개시한다.
또한, 상기 원료는 분말 또는 용융 용액 형태의 하이크롬인 것을 특징으로 하는 압연롤 가공 방법을 개시한다.
또한, 상기 원료가 분말 형태인 경우에, 상기 c) 단계는, 상기 원료를 이용하여 적층된 상기 복수 개의 레이어들을 레이저 조사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압연롤 가공 방법을 개시한다.
또한, 상기 f) 단계는, 상기 압연롤의 온도가 285℃ 이하가 되도록 8.5℃/h 이하의 속도로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압연롤 가공 방법을 개시한다.
본 발명에 따른 압연롤 가공 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.
(1) 본 발명에 따른 압연롤 가공 방법은 압연롤 형상을 모델링하여 모델링 데이터를 생성하고, 모델링 데이터를 입력하여 모델링 데이터에 따른 압연롤을 형성한다. 이때, 형성된 압연롤은 모델링 데이터에 따른 형상을 가지며, 균일한 재료로 이루어진다. 또한, 압연롤에는 양종단면을 관통하는 중앙으로부터 반경방향으로 동일한 거리만큼 이격된 복수 개의 홀들이 형성되고, 홀들에는 히트 파이프가 삽입된다. 이로 인해, 히트 파이프는 압연롤에서 원하는 위치, 특히, 압연롤의 외주면에 근접한 위치에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 압연롤 가공 방법은 히트 파이프에 의해 균일하게 냉각될 수 있는 압연롤을 제공할 수 있는 효과를 갖는다.
(2) 본 발명에 따른 압연롤 가공 방법으로 생성된 압연롤은 충분하게 냉각될 수 있다. 이로 인해, 압연롤의 이용한 공정에서 온간 강판이 적용되더라도, 압연롤의 열 크라운이 생성되지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 압연롤 가공 방법은 안정적으로 강판을 생산할 수 있다는 효과를 갖는다.
(3) 본 발명에 따른 압연롤 가공 방법은 균일한 재질로 이루어지는 압연롤을 생성할 수 있다. 이는 이용되는 원료에 따라 결정된다. 이때, 고경도 재료이든지, 저경도 재료이든지 작업자에 의해 선택될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 압연롤 가공 방법은 히트 파이프가 적용된 원하는 경도, 특히 고경도의 압연롤을 생산할 수 있다는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압연롤 가공 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 2는 도 1에 도시된 압연롤 가공 방법을 이용하여 가공된 압연롤을 도시하는 정면도, 측면도 및 단면도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압연롤 가공 방법을 도시하는 흐름도이고, 도 2는 도 1에 도시된 압연롤 가공 방법을 이용하여 가공된 압연롤(100)을 도시하는 정면도, 측면도 및 단면도이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압연롤 가공 방법은 압연롤(100)에 히트 파이프(110)를 용이하게 안정적으로 적용할 수 있도록 한다.
우선, 압연롤 형상을 모델링하여 모델링 데이터를 생성하는 단계(S101)가 이루어진다. 이때, 압연롤 형상은 실제 제조하고자 하는 압연롤과 동일한 형상이고, 압연롤 형상에는 양종단면을 관통하는 복수 개의 홀들이 형성되는 데, 복수 개의 홀들은 압연롤(100)의 중앙으로부터 반경방향으로 동일한 거리만큼 이격된다. 또한, 홀들에는 히트 파이프(heat pipe)(110)가 삽입되어 적용될 수 있다.
한편, S101 단계는 일반적으로 CAD(computer aided design) 프로그램을 이용하여 이루어진다. S101 단계에서 생성된 모델링 데이터는 압연롤 형상에 상응한다.
다음으로, 프린터가 모델링 데이터를 입력하는 단계(S102)가 이루어진다. 이는 3차원 프린터에서 이루어진다. S102 단계를 통해 3차원 프린터는 모델링 데이터에 따라 압연롤(100)을 가공하고자 준비한다.
다음으로, 모델링 데이터에 따른 압연롤(100)을 형성하는 단계(S103)가 이루어진다. 이때, 압연롤(100)은 3차원 프린터에 의해 형성되고, 3차원 프린터는 원료를 이용하여 복수 개의 레이어(layer)들을 적층한다. 적층된 복수 개의 레이어들이 압연롤(100)로 이루어진다. 여기서, 원료는 분말 또는 용용 용액 형태의 하이크롬(Hi-Cr)이다. 또한, 하이크롬은 합금으로서, 크로뮴을 18 퍼센트이상 함유한 스테인리스 스틸을 의미한다. 따라서, S103 단계를 통해 형성된 압연롤(100)은 하이크롬만으로 이루어지고, 높은 경도를 가질 수 있다. 이때, 압연롤(100)에는 S101 단계의 압연롤 형상에 따른 양종단면을 관통하는 복수 개의 홀들이 형성된다. 또한, 압연롤(100)에 형성된 홀들의 위치는 S101 단계에서 임의로 형성될 수 있다. 이로 인해, 홀들은 압연롤(100)의 외주면에 근접하게 형성되고, 히트 파이프(110)에 의한 냉각이 압연롤(100)의 외주면뿐 아니라 강판에 적용될 수 있다.
한편, S103 단계에서 원료가 분말 형태의 하이크롬인 경우에, 적층된 복수 개의 레이어들에 레이저 조사가 이루어진다. 이로 인해, 레이어들이 결합되어 압연롤(100)의 형태로 유지될 수 있다. 또한, 원료는 하이크롬에 한정되지 않고, 다양한 종류의 획득하고자 하는 경도에 따른 재료일 수 있다.
다음으로, 형성된 압연롤(100)을 가열하는 단계(S104)가 이루어진다. S104 단계를 통해 압연롤(100)은 획득하고자 하는 물성치, 예컨대 92도의 쇼어 경도(shore hardness)를 갖는다.
다음으로, 압연롤(100)의 홀들에 각각 히트 파이프(110)가 삽입되는 단계(S105)가 이루어진다. 이때, 히트 파이프(110)는 압연롤(100)에 일직선 형태로 적용되어, 균일한 냉각 성능이 압연롤(100)에 적용될 수 있도록 한다.
다음으로, 히트 파이프(110)가 삽입된 압연롤(100)을 가열하는 단계(S106)가 이루어진다. 압연롤(100)의 홀에 삽입된 히트 파이프(110)는 홀의 내주면과의 사이에 간극을 갖는다. 이러한 간극은 히트 파이프(110)와 압연롤(100) 사이의 열전달을 저하시킨다. S106 단계를 통해 히트 파이프(110)는 팽창되어 히트 파이프(110)와 압연롤(100)의 홀의 내주면 사이의 간극이 제거된다. 이때, S106 단계는 압연롤(100)의 온도가 285℃ 이하가 될 때까지 8.5℃/h 이하의 속도로 이루어진다. 즉, 압연롤(100)의 온도는 히트 파이프(110)가 삽입된 상태에서 285℃를 넘지 않도록 가열되어야 한다. 상기의 범위를 초과하는 경우, S104 단계를 통해 획득된 압연롤(100)의 물성치의 변화가 이루어진다. 상기와 같은 S106 단계를 통해 압연롤(100)은 안정적으로 획득된 물성치로 유지될 수 있다.
상기와 같은 압연롤 가공 방법은 모델링 데이터에 따른 압연롤 형상을 형성할 수 있다. 이로 인해, 압연롤(100)은 획득하고자 하는 경도를 갖는 1가지의 재료만으로도 가공될 수 있고 원하는 위치에 히트 파이프(110)가 적용될 수 있다. 따라서, 압연롤(100)은 가공하는 강판의 온도에 따라 적절하게 냉각될 수 있다. 또한, 압연롤(100)에 히트 파이프(110)가 일직선 형태로 적용되기에, 균일하게 냉각될 수 있어, 열 크라운이 생성되지 않는다. 이로 인해, 형성된 압연롤(100)은 양호한 품질의 강판을 생성할 수 있다.
이상, 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다. 또한, 특허청구범위의 기재 중 괄호 내의 기재는 기재의 불명료함을 방지하기 위한 것이며, 특허청구범위의 권리범위는 괄호 내의 기재를 모두 포함하여 해석되어야 한다.
100: 압연롤
110: 히트 파이프

Claims (4)

  1. a) 양종단면을 관통하는 중앙으로부터 반경 방향으로 동일한 거리만큼 이격된 복수 개의 홀들이 형성된 압연롤 형상을 모델링하여 모델링 데이터를 생성하는 단계;
    b) 상기 모델링 데이터를 입력하는 단계;
    c) 원료를 이용하여 복수 개의 레이어들을 적층하여 상기 모델링 데이터에 따른 압연롤을 형성하는 단계;
    d) 상기 형성된 압연롤을 가열하는 단계;
    e) 상기 압연롤의 홀들에 각각 히트 파이프를 삽입하는 단계; 및
    f) 상기 히트 파이프가 삽입된 압연롤을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압연롤 가공 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 원료는 분말 또는 용융 용액 형태의 하이크롬인 것을 특징으로 하는 압연롤 가공 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 원료가 분말 형태인 경우에,
    상기 c) 단계는, 상기 원료를 이용하여 적층된 상기 복수 개의 레이어들을 레이저 조사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압연롤 가공 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 f) 단계는,
    상기 압연롤의 온도가 285℃ 이하가 되도록 8.5℃/h 이하의 속도로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압연롤 가공 방법.
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