KR101480487B1 - 극후강판 제조를 위한 압연기 작업롤과 압연기 및 이를 이용한 압연 방법 - Google Patents

Abstract

압연기의 제한된 설비능력하에서 보다 더 큰 강압하량을 부여할 수 있고, 극후물재에 대해 두께 중앙부까지 변형의 침투가 가능한 극후강판 제조를 위해, 축방향을 따라 중앙부의 직경과 양 측부의 직경과 상이한 구조의 압연기 작업롤을 제공한다.

Description

극후강판 제조를 위한 압연기 작업롤과 압연기 및 이를 이용한 압연 방법{WORK ROLL AND ROLLING MILL AND ROLLING METHOD}

본 발명은 압연기의 작업롤에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 후판 압연 공정의 가역식 압연기에서 두께 방향으로 균일한 품질 특성을 가진 극후강판의 제조가 가능한 압연기의 작업롤과 압연기 및 이를 이용한 압연 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 후판 공정에서 압연강판은 가열, 압연, 냉각, 교정 과정을 거쳐 생산되며, 대략 압연강판의 두께에 따라 박강판(두께:~15mm), 중강판(두께:15~40mm), 후강판(두께:40mm 이상)로 구분한다.

후강판의 압연법(Reverse rolling)은 고온의 슬라브를 폭압연하고, 압연기로 압연하는 공정을 거친다. 이와 같은 후강판 압연법은 피압연재를 가공하기 이전에 슬라브 치수, 제품 치수 및 압연기의 설비제한치(설비하중, 설비토오크)로부터 압연패스별 압하량과 총 패스수를 결정한 후, 롤갭 및 압연속도 등을 계산하여 소재를 압연한다. 이러한 과정은 매 패스 압연후 최종 패스까지 반복된다.

최근, 전세계 후강판재 공급의 과잉에 따른 후강판재 수출시장의 경쟁이 심화되고 있어, 상대적으로 제조기술의 난이도가 높은 에너지 강재 중심의 극후강판재(두께 100mm)의 수요가 점차 증가하고 있는 추세이다. 이러한 극후강판재의 경우 사용환경의 변화(심해저화) 및 해양 플랜트 산업의 발전에 따라 고강도, 고인성으로의 특성이 요구된다.

이와 같은 극후강판의 요구특성은 거칠기 압연중 패스당 강압연에 의한 결정립 미세화 및 균일화를 통해 만족이 가능한 것으로 알려져 있다. 즉, 재가열중 형성된 조대한 결정립은 거칠기 압연을 거치면서 짧은 패스간 시간 및 높은 압연온도 등에 따라 정적 재결정이 발생하여 미세화된 후, 마무리 압연중 재결정없이 압연방향으로 길게 변형되며, 결정립내 전위밀도의 증가가 나타난다. 미세화된 결정립내 전위밀도가 높을수록 마무리 압연후 강냉각에 따른 상변태과정을 통해 새로운 상의 핵생성이 용이하게 됨으로 최종적인 요구특성을 만족하게 된다.

그러나, 두께가 큰 극후강판의 경우 박강판에 비해 압연중 변형영역의 크기가 커 동일한 압하량을 부여하기 위해서는 더 큰 힘(압연하중)과 에너지(동력)가 필요하다. 일반적으로 패스별 압하량은 압연기의 설비능력(설비하중, 모터동력)으로부터 결정된 값보다 클 수 없다. 또한, 박강판에 비해 두께가 큰 경우 압연변형이 두께 중앙부까지 침투하기 어려워 두께방향 내부 품질의 불균일화 가능성이 현저히 증가한다. 이러한 변형특성은 설비능력이 제한된 압연기에서 극후강판재의 제조 가능 두께가 제한되는 원인이고, 일반적으로 압연기의 압하비(슬라브 두께와 해당 슬라브를 이용하여 제품으로 생산이 가능한 두께의 비) 제약으로 불린다.

따라서, 제한된 설비능력을 가진 후강판 압연기를 이용하여 극후물재의 결정립 미세화 및 균일화를 달성하기 위해서는 가능한 한 거칠기 압연패스 중 패스당 강압하를 부여하고, 두께 중앙부까지 변형의 침투가 가능한 제조기술이 필요하게 된다.

이에, 극후강판 제조시, 거칠기 압연 패스의 압하율 증가를 위해 종래 압연기의 설비값에 근사한 압하량을 설정하는 후단 강압하 기술이 개발되었다. 그러나, 이러한 기술은 압연기의 설비값들(설비하중 및 설비토오크)은 압연기 도입 초기에 결정되어 있기 때문에, 최근의 극후강판 제조와 무관하므로, 강압하율의 부여에는 그 한계를 가진다.

노후화된 압연기의 설비능력을 대체하기 위해, 최근 건설된 후판밀들은 점차 대형화 추세에 있으며, 건설 비용 및 건설 공기 또한 많이 소모된다.

그러나, 수요대비 공급의 과잉인 현 후강판재의 세계시장에서 새로운 설비로의 개조 및 신설은 매우 어려운 실정이다. 또한, 압연기의 설비한계를 증가시켰음에도 불구하고, 후판밀은 후강판재의 요구특성변화(고강도, 고인성, 후물화)로 인해 끊임없이 설비 능력의 한계에 직면할 것이다.

또한, 두께 중앙부까지 변형의 침투가 가능한 제조기술로서, 극후강판 제조시 압연전의 슬라브의 두께나 폭을 단조한 후 압연기에서 압하하는 방법 등이 제시된 바 있다. 그러나, 단조기를 이용한 두께 압하 및 폭압하의 경우 압연기외 별도의 장치(단조기, 롤러 테이블, 폭단조를 위해 슬라브를 회전시키기 위한 대형집게, 단조기 냉각장치 등)가 요구된다. 또한, 제한된 단조기의 설비하중 조건하에서 패스당 높은 압하량을 부여하기 위해서는 소재와 접촉하는 단조기의 다이 길이 및 단조속도의 감소가 불가피하다. 따라서 단조기를 이용하여 슬라브의 전체길이를 압하하는 공정은 대단히 많은 연속 단조를 요구하며, 슬라브의 길이방향으로 과도한 온도편차를 유발한다. 또한, 단조다이의 마모에 따라 단조후 소재의 두께는 슬라브 길이방향으로 편차를 가지며, 심할 경우 소재의 랩핑이 발생할 수 있다.

따라서, 압연기의 설비 능력을 키우거나 단조기를 사용하지 않고 강압하를 부여할 수 있는 기술이 요구된다.

이에, 압연기의 제한된 설비능력하에서 보다 더 큰 강압하량을 부여할 수 있도록 된 극후강판 제조를 위한 압연기 작업롤과 압연기 및 이를 이용한 압연 방법을 제공한다.

또한, 극후물재에 대해 두께 중앙부까지 변형의 침투가 가능한 극후강판 제조를 위한 압연기 작업롤과 압연기 및 이를 이용한 압연 방법을 제공한다.

본 압연기 작업롤은 축방향을 따라 중앙부의 직경과 양 측부의 직경과 상이한 구조일 수 있다.

본 압연기는 간격을 두고 배치되어 피압연재를 가압하여 압연하는 한쌍의 작업롤을 포함하고, 상기 작업롤은 축방향을 따라 중앙부의 직경과 양 측부의 직경이 상이한 구조일 수 있다.

상기 작업롤은 중앙부의 직경이 양 측부의 직경보다 상대적으로 큰 구조일 수 있다.

상기 작업롤은 중앙부와 양 측부 사이의 단차부가 측부에서 중앙부로 갈수록 점차적으로 직경이 커져 경사면을 이룰 수 있다.

상기 작업롤은 상기 단차부와 양 측부 사이의 모서리가 라운드 형태를 이룰 수 있다.

상기 작업롤은 상기 단차부와 중앙부 사이 모서리가 라운드 형태를 이룰 수 있다.

상기 작업롤은 중앙부의 길이가 L_c ≤min(L_c,1,L_c,2) 일 수 있다.

여기서, K_F 는 피압연재의 혼합변형저항이고,

압연되는 피압연재폭이 W에서 압연기에 작용하는 하중이 설비하중 F_m일 때 재질확보를 위한 임계압하율 r_c이기 위한 임계압하 길이 L_c,1 ≤(F_m/K_Fr_C)이고, UT결함 위치를 피하면서 강압하를 부여하기 위한 임계압하 길이 L_c,2 ≤ W - 800이다.

상기 작업롤은 단차부의 단부길이가 α ≤ L_S ≤ W - 600 - L_c 일 수 있다.

여기서, 최소길이α는 라운드를 부여하기 위한 최소길이이다.

상기 작업롤은 단차부의 단부깊이가 2d ≤ ΔHmax (≡μ²R)일 수 있다.

여기서, μ는 피압연재와 작업롤간의 마찰계수이고, R은 작업롤의 반경이고, ΔHmax는 치입압하량이다.

본 압연 방법은 축방향을 따라 중앙부의 직경과 양 측부의 직경이 상이한 구조의 작업롤을 통해 피압연재를 압연하는 압연 공정에 있어서,

상기 작업롤에 패스별 강압하율을 설정하는 단계를 포함하고,

상기 강압하율은 방정식 ar² + br + c = 0의 근으로 구해질 수 있다.

여기서, a = (0.224L_SH/d)- 0.394W, b = 0.72W + 0.428L_c, c = -(F_m/K_F)

K_F은 피압연재의 혼합변형저항이고, W는 압연되는 피압연재폭, F_m은 압연기에 작용하는 설비하중이고, H는 피압연재압연전의 두께이고, d는 작업롤 단차부의 단부깊이이고, L_c는 작업롤의 중앙부 길이이고, L_S는 작업롤 단차부의 단부길이이다.

이상 본 실시예에 의하면, 종래 평롤을 이용한 압연기의 경우 압하율은 압연기의 설비능력의 크기와 소재폭에 의해 제한되나, 본 실시예의 경우 제한된 설비능력하에서 극후강판 제조시 보다 큰 강압하량을 피압연재에 부여하여 피압연재의 두께 중앙부까지 변형의 침투가 가능하게 된다.

이에, 후판 압연 중 두께가 두꺼운 후강판재에 대해 두께방향으로 균일한 고품질 특성(고강도, 고인성, 용접성)을 가진 극후강판의 제조가 가능하게 된다.

또한, 기존 연주설비 및 압연 설비의 극후물재 제조시 압하비 제약을 극복할 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예에 따른 작업롤을 구비한 압연기를 도시한 개략적인 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 압연기의 작업롤을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 압연기의 작업롤에 강판이 압연되는 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 작업롤에 의한 강판의 압연 상태를 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 8은 본 실시예에 따른 작업롤과 종래 기술의 작업롤에 의해 압연된 강판의 변형률비를 비교 도시한 도면이다.
도 9는 본 실시예의 작업롤과 종래 기술의 작업롤에 의해 압연된 강판의 형상과 변형률을 비교 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 작업롤을 구비한 압연기를 도시하고 있으며, 도 2와 도 3은 본 실시예에 따라 강판을 압연하는 작업롤을 도시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 압연기(100)는 상하로 배치되는 한 쌍의 작업롤(10)과, 상기 작업롤(10)과 접하여 작업롤(10)을 지지하는 백업롤(20)을 포함한다.

여기서, 상기 작업롤(10)은 피압연재(P)로 두께가 100mm 이상인 극후강판재 압연을 위한 것으로, 축방향을 따라 중앙부(11)의 직경과 양 측부의 직경과 상이한 구조로 되어 있다. 보다 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 작업롤(10)은 중앙부(11)의 직경이 양 측부의 직경보다 상대적으로 큰 구조로 되어 있다.

이와 같이 본 실시예의 작업롤(10)은 중앙부(11)의 직경이 상대적으로 커서 이형 단면 구조를 이룸에 따라, 극후강판 압연시 피압연재(P)의 폭방향 변형을 구속하고 중앙부(11)의 압하 영역에 많은 에너지를 부여할 수 있게 된다.

본 실시예에서 상기 작업롤(10)은 돌출된 중앙부(11)에 의해 피압연재(P)의 중앙부에만 압하중을 가해 피압연재를 압연하고, 양 측부(12)는 피압연재에 압하중을 가하지 않아 압연하지 않거나 작은 압하중을 가해 약하게 압연하게 된다.

또한, 상기 작업롤(10)은 중앙부(11)와 양 측부(12) 사이의 단차부(13)가 측부(12)에서 중앙부(11)로 갈수록 점차적으로 직경이 커져 경사면을 이룬다. 상기 단차부는 중앙부에 의한 피압연재를 압하할 때 피압연재(P)에 전단변형을 인가하게 된다.

상기 단차부(13)와 양 측부(12) 사이의 모서리(14) 및 상기 단차부(13)와 중앙부(11) 사이 모서리(15)는 둥글게 라운드 형태를 이룬다. 이에, 극후강판재 압연시 UT 결함을 저감할 수 있게 된다.

상기 작업롤(10)의 중앙부(11)는 피압연재(P)의 폭 방향 중앙부를 압연하는 부분으로, 극후강판재 생산 폭을 고려하여 그 길이를 설정하게 된다.

상기 작업롤(10)의 중앙부 길이 Lc는 설비능력이 제한된 압연기에서 거칠기 압연패스의 압하율이 극후강판의 품질확보에 필요한 최소임계 압하율 r_c 보다 커야한다는 조건으로부터 결정된다. 즉, 압연패스의 압하율이 r이고, 압연되는 피압연재 폭이 W라 하면, 압연기에 작용하는 하중 F는 하기 식(1)과 같다.

식(1) : F=WK_Fr

여기서, K_F은 피압연재의 혼합변형저항이며, 폭 및 압하율에 무관하다.

압연되는 피압연재폭 W 에서 압연기에 작용하는 하중이 설비하중 F_m일 때 임계압하율 r_c 이기 위한 임계압하 길이 L_c,1는 하기 식 (2)와 같다.

식(2) : L_c,1 ≤(F_m/K_Fr_C)

또한, 용강의 응고과정에서 생성된 슬라브 내부의 응축 기공(porosity) 및 중심편석대 등이 연속주조 공정중에서 제거되지 않고 슬라브 내부에 잔존하는 경우 후강판 압연을 실시한 이후 UT 결함으로 나타난다. 슬라브 두께와 제품두께간의 비인 압하비가 작은 경우, 즉 후강판 총 압하량이 작은 두께가 두꺼운 후강판일수록, 이러한 UT결함은 증가하는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 이러한 UT결함은 슬라브 폭에지부로부터 폭중앙으로 300~400mm 떨어진 위치에 존재한다. 따라서, UT결함 위치를 피하면서 강압하를 부여하기 위한 임계압하 길이 L_c,2 는 하기 식(3)과 같다.

식(3) : L_c,2 ≤ W - 800

따라서, 식(2)와 식(3)로부터 본 실시예의 작업롤(10)에서 중앙부 길이 L_c 는 아래 식(4)와 같이 설계된다.

식(4) : L_c ≤min(L_c,1,L_c,2)

상기 작업롤(10)의 단차부(13)는 도 4에 도시된 바와 같이, 피압연재(P)에 전단변형을 인가하여 극후강판재의 UT 결합을 저감시키게 된다. 또한 상기 단차부(13)의 모서리(14,15)는 둥글게 라운드 형태를 이루어, 차 패스 압연시 중앙부(11)와 양 측부(12)의 변형 차이에 의해 겹침결함이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

이를 위해 상기 작업롤(10)은 단차부(13)의 축방향 단부길이 L_S 와 상기 모서리(14,15)의 라운드 반경 Rc 를 다음과 같이 설정한다.

단차부의 단부길이 L_S 는 도 2에 도시된 바와 같이, 작업롤(10)의 축방향을 따라 양 측부(12)를 제외한 길이인 L_d 에서 작업롤(10)의 중앙부 길이 L_c를 뺀 길이이다.

상기 단부길이 L_S는 하기 식(5)와 식(6)을 통해 구해진다.

식(5) : L_c + α ≤ L_d ≤ W-600

식(6) : α ≤ L_S ≤ W - 600 - L_c

여기서, 최소길이 α는 라운드를 부여하기 위한 목적이며, 최대길이는 식(3)에서 설명한 UT결함위치로부터 주어진다.

종래 작업롤(10)의 경우, 압하량이 증가함에 따라서 UT결함의 크기감소는 가능하나, UT결함 제거에 요구되는 전단 변형을 인가하지 못하는 단점이 있다.

이에 반해 본 실시예의 작업롤(10)은 상기와 같은 단부길이로 단차부(13)를 형성함으로써, 피압연재(P)에 전단 변형을 인가할 수 있게 된다.

또한, 본 실시예의 작업롤(10)을 통과한 극후강판은 제품 형상인 사각단면을 확보하기 위해 종래의 편평한 작업롤을 구비한 마무리 압연기를 통과해야 한다. 또한, 한패스 최대 압하량을 결정하는 단차깊이에 따라 차 패스 압연시 극후강판은 작업롤(10)의 양 측부(12)에 의해 약하게 압연될 수 있다.

따라서, 상기와 같이 단차부(13)에 라운드 반경 Rc 가 주어짐에 따라, 차 패스 압연시 작업롤(10) 중앙부(11)에 의한 피압연재의 압하부분과 양 측부(12)에 의한 미압하부분의 변형차이에 의해 겹침결함이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

본 실시예에서 상기 작업롤(10)에서 단차부(13)의 단차깊이 d 는 강압하량 부여를 위한 것으로, 다음과 같이 구해진다.

상기 단차부(13)의 단차깊이 d 는 한 패스에서 부여가능한 최대 압하량과 관련되며, 최대 압하량은 치입 압하량(후강판이 압연기에 물려들어갈 수 있는 최대 압하량) ΔHmax보다 항상 작아야 압연이 가능하므로 단차깊이 d 는 아래 식(7)과 식(8)을 통해 구해진다.

식(7) : 2d ≤ ΔHmax (≡μ²R)

식(8) : Dr = D-2d

여기서, Dr은 작업롤(10)의 양 측부(12) 직경이고, D는 작업롤(10)의 중앙부(11) 직경이다. 또한, μ는 피압연재와 작업롤간의 마찰계수이고, R은 작업롤의 반경이고, ΔHmax는 치입압하량이다.

예를 들어, 압연기의 작업롤(10) 직경이 1000mm이고, 피압연재와의 마찰계수 μ가 0.3일 때 최대 압하량 ΔHmax가 90mm라면 단부깊이는 45mm보다 작거나 같다.

한편, 본 실시예의 압연 방법은 축방향을 따라 중앙부(11)의 직경과 양 측부(12)의 직경이 상이한 구조의 작업롤(10)을 통해 피압연재를 압연하는 압연 공정에 있어서, 상기 작업롤(10)에 패스별 강압하율을 설정하는 단계를 포함한다.

상기 강압하율 설정은 작업롤(10)에 의해 감소된 피압연재폭과 압연기의 설비 허용치를 이용하여 구할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 강압하율은 압하율 r , 작업롤(10)의 중앙부(11)와 단부길이를 포함한 접촉폭 We 와 설비하중 Fm와의 관계로부터 아래와 같이 결정된다.

편평한 사각단면을 가진 종래의 작업롤(10)을 이용하여 피압연재를 압연할 때 압연하중 F는 위의 식(1)로부터 결정되나, 본 실시예와 같이 중앙부(11)가 볼록한 형상을 가진 작업롤(10)을 이용하여 피압연재를 압연할 때, 압연하중 F_c는 아래 식(9) 내지 식(12)를 통해 구할 수 있다.

식(9) : F_c = F x (0.72 + 0.428(We/W) - 0.394r)

식(10) : We = L_c + 2δ

식(11) : δ = (L_sHr/4d)

압연하중 F_c가 설비하중 F_m과 같은 압하율을 설정하기 위해 식(1), 식(10) 내지 식(11)을 이용하여 식(9)를 정리하면, 아래 식(12)와 같다.

식(12) : ar² + br + c = 0

여기서, a = (0.224L_SH/d)- 0.394W, b = 0.72W + 0.428L_c, c = -(F_m/K_F)이다.

따라서, 압하율은 상기 식(12)의 이차방정식의 근의 공식으로부터 결정된다.

여기서, K_F은 피압연재의 혼합변형저항이고, W는 압연되는 피압연재폭, F_m은 압연기에 작용하는 설비하중이고, H는 피압연재압연전의 두께이고, d는 작업롤 단차부의 단부깊이이고, L_c는 작업롤의 중앙부 길이이고, L_S는 작업롤 단차부의 단부길이이다.

압연기에 있어서, 피압연재와 작업롤(10)의 접촉 폭은 압연기에 들어가는 피압연재 폭과 거의 동일하다. 압연기의 설비하중로부터 결정되는 패스별 압하량은 피압연재와 작업롤(10)의 접촉폭에 반비례한다. 따라서, 종래의 평롤을 이용한 압연기에서는 압하율은 압연기 설비능력의 크기와 피압연재폭에 의해 제한된다.

이에 반해, 본 실시예의 경우, 언급한 바와 같이, 작업롤(10)의 구조를 개선하여 압연 설비의 압하비 제약을 극복하여 제한된 설비능력 하에서 보다 큰 강압하량을 피압연재에 부여할 수 있게 된다. 따라서 피압연재의 두께 중앙부까지 변형의 침투가 가능하고, 두께가 두꺼운 후강판재에 대해서도 두께방향으로 균일한 특성을 부여할 수 있게 된다.

이하, 도 5 내지 도 9를 참조하여 본 실시예의 작업롤과 종래 구조의 작업롤에 의해 압연된 강판의 변형률비를 비교하여 살펴보면 다음과 같다.

도 5는 본 실시예에서 작업롤의 중앙부 길이가 800mm, 1000mm, 1200mm로 변화할 때 압연하중의 크기와 두께 중앙부/표면에서의 변형률비를 종래 비교예와 비교한 것이다.

도 5에서 피압연재는 온도가 1150℃이고, 두께가 300mm, 폭이 2000mm이다. 압연기의 압연 속도는 2.1m/sec이고, 압하율은 20%이다.

비교예의 작업롤의 직경이 1060mm이다.

실시예의 작업롤은 상기 조건에서 라운드 반경이 60mm이고, 단부 깊이가 45mm이며, 단부길이는 200mm이다.

상기한 조건에서 실시예의 중앙부 길이를 800, 1000, 1200mm로 변화하여 압연하중의 크기와 두께중앙부/표면에서의 변형률비를 측정하였다.

도 5에 도시된 바와 같이, 중앙부의 길이가 증가함에 따라서 피압연재와 접촉하는 접촉폭이 증가하므로 압연하중은 증가한다. 실시예는 비교예에 비해 모든 경우에서 작은 압연하중을 보인다. 또한 동일한 압하율에 대해, 두께중앙부에서의 변형률비는 중앙부의 길이가 작을 수록 피압연재의 두께 중앙부까지 변형의 침투가 용이함을 보인다. 이것은 중앙부의 길이가 작을수록 양 측부의 폭방향 변형 구속력이 증가하기 때문이다.

도 6은 본 실시예에서 작업롤 단차부의 단부길이가 100, 200, 300mm로 변화될 때 압연하중의 크기와 두께중앙부/표면에서의 변형률비를 종래 비교예와 비교하여 도시한 것이다.

도 6에서 피압연재는 1150℃의 온도에 두께가 300mm이고, 폭이 2000mm 이다. 압연기의 압연속도는 2.1m/sec이고, 압하율은 20%이다. 비교예의 작업롤 직경은 1060mm이다.

실시예의 작업롤은 상기 조건에서 라운드 반경이 60mm이고, 단부 깊이가 45mm이며, 중앙부 길이는 1000mm이다.

상기한 조건에서 실시예의 단부 길이가 100, 200, 300mm로 변화될 때 압연하중의 크기와 두께중앙부/표면에서의 변형률비를 측정하였다.

측정 결과 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 단부 길이는 압연하중 및 피압연재의 두께 중앙부까지 변형의 침투와 무관함을 보인다.

도 7은 본 실시에에서 작업롤의 외측모서리 라운드 반경이 40, 60, 80mm로 변화될 때 압연하중의 크기와 두께중앙부/표면에서의 변형률비를 종래 비교예와 비교하여 도시한 것이다.

도 7에서 피압연재는 온도가 1150℃이고, 두께가 300mm, 폭이 2000mm이다. 압연기의 압연 속도는 2.1m/sec이고, 압하율은 20%이다.

비교예의 작업롤의 직경이 1060mm이다.

실시예의 작업롤은 상기 조건에서 중앙부의 길이가 1000mm이고, 단부 깊이가 45mm이며, 단부길이는 200mm이다.

상기한 조건에서 실시예의 라운드 반경이 40, 60, 80mm로 변화될 때 압연하중의 크기와 두께중앙부/표면에서의 변형률비를 측정하였다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 라운드 반경은 압연하중 및 피압연재의 두께 중앙부까지 변형의 침투와 무관함을 보인다.

도 8은 본 실시예와 종래 비교예에 대해 압하율을 10, 20, 30%로 증가시킬 때 압연하중의 크기와 두께중앙부/표면에서의 변형률비를 비교 도시한 것이다.

도 8에서 피압연재는 온도가 1150℃이고, 두께가 300mm, 폭이 2000mm이다. 압연기의 압연 속도는 2.1m/sec이다.

비교예의 작업롤의 직경이 1060mm이다.

실시예의 작업롤은 상기 조건에서 중앙부의 길이가 1000mm이고, 단부 깊이가 45mm이며, 단부길이는 200mm이고, 라운드 반경은 60mm이다.

비교예와 실시예에서 각각 상기한 조건의 작업롤을 사용하여 압하율을 10, 20, 30%로 증가시킬 때 압연하중의 크기와 두께 중앙부/표면에서의 변형률비를 측정하였다.

도 8에 도시된 바와 같이, 압하율이 증가함에 따라 비교예와 실시예 모두 압연하중이 증가한다. 또한, 압하율이 증가함에 따라서 비교예와 실시예의 하중차는 증가함을 보인다. 이는 실시예의 경우 더 작은 하중으로 비교예와 동일한 압하를 부여할 수 있음을 의미한다. 또한, 압하율이 30%일 때 피압연재의 두께 중앙부까지 변형의침투 정도는 비교예와 실시예 모두에서 거의 사라짐을 보인다. 이로부터 본 실시예에 따른 패스별 압하율 설정시 20% 압하율이 최적임을 알 수 있다.

이상의 결과로부터 본 실시예에 따른 작업롤은 종래 비교예의 작업롤과 비교하여 동일한 압하량을 부여할 때 최소 10%이상의 하중 감소효과가 있으며, 피압연재의 두께 중앙부까지 변형의 침투정도는 40%이상 개선됨을 알 수 있다. 이러한 하중감소 효과는 압연기의 설비하중과 압연하중의 차이만큼 추가적인 압하율의 증가가 가능함을 보인다.

도 9는 본 실시예와 종래 비교예의 작업롤을 사용하여 압연한 피압연재의 형상 및 변형률을 비교한 것이다.

도 9에서 피압연재는 온도가 1150℃이고, 두께가 300mm, 폭이 2000mm이다. 압연기의 압연 속도는 2.1m/sec이고, 압하율은 20%이다.

비교예는 직경이 1060mm인 작업롤을 이용하여 상기 피압연재를 압연한 것이다.

실시예는 상기 조건에서 중앙부의 길이가 1000mm이고, 단부 깊이가 45mm이며, 단부길이는 200mm이고, 라운드 반경이 60mm인 작업롤을 이용하여 상기 피압연재를 압연한 것이다.

상기한 조건에서 실시예와 비교예에 의해 압연된 피압연재의 변형률을 측정하였다.

도 9에 도시된 바와 같이, 비교예와 대비하여 실시예의 경우 피압연재 중앙부까지 변형이 침투되었음을 확인할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10 : 작업롤 11 : 중앙부
12 : 측부 13 : 단차부
14,15 : 모서리 20 : 백업롤

Claims (14)

1. 극후강판 제조를 위한 압연기 작업롤에 있어서,
   상기 작업롤은 축방향을 따라 중앙부의 직경과 양 측부의 직경과 상이한 구조이고, 상기 중앙부의 길이(Lc)가 Lc ≤min(Lc,1,Lc,2)로 설정되는 압연기의 작업롤.
   여기서, 압연되는 피압연재폭이 W에서 압연기에 작용하는 하중이 설비하중 Fm일 때 재질확보를 위한 임계압하율 rc이기 위한 임계압하 길이 Lc,1 ≤(Fm/KFrC)이고, KF 는 피압연재의 혼합변형저항이고, UT결함 위치를 피하면서 강압하를 부여하기 위한 임계압하 길이 Lc,2 ≤ W - 800이다.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 중앙부의 직경이 양 측부의 직경보다 상대적으로 큰 구조의 압연기의 작업롤.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 중앙부와 양 측부 사이의 단차부가 측부에서 중앙부로 갈수록 점차적으로 직경이 커져 경사면을 이루는 압연기의 작업롤.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 단차부와 중앙부 사이 모서리가 라운드 형태를 이루는 압연기의 작업롤.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 단차부와 양 측부 사이의 모서리가 라운드 형태를 이루는 압연기의 작업롤.
6. 삭제
7. 제 3 항에 있어서,
   상기 단차부의 단부길이(L_S)가 α ≤ L_S ≤ W - 600 - L_c 로 설정되는 압연기의 작업롤.
   여기서, α는 라운드를 부여하기 위한 최소길이이다.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 단차부의 단부깊이(d)가 2d ≤ ΔHmax (≡μ²R)로 설정되는 압연기의 작업롤.
   여기서, μ는 피압연재와 작업롤간의 마찰계수이고, R은 작업롤의 반경이고, ΔHmax는 치입압하량이다.
9. 극후강판 제조를 위한 압연기에 있어서,
   상기 압연기는 간격을 두고 배치되어 피압연재를 가압하여 압연하는 한쌍의 작업롤을 포함하고, 상기 작업롤은 축방향을 따라 중앙부의 직경과 양 측부의 직경이 상이하며, 상기 중앙부의 길이(Lc)가 Lc ≤min(Lc,1,Lc,2)로 설정되는 압연기.
   여기서, 압연되는 피압연재폭이 W에서 압연기에 작용하는 하중이 설비하중 Fm일 때 재질확보를 위한 임계압하율 rc이기 위한 임계압하 길이 Lc,1 ≤(Fm/KFrC)이고, KF 는 피압연재의 혼합변형저항이고, UT결함 위치를 피하면서 강압하를 부여하기 위한 임계압하 길이 Lc,2 ≤ W - 800이다.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 작업롤은 중앙부의 직경이 양 측부의 직경보다 상대적으로 큰 구조의 압연기.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 작업롤은 중앙부와 양 측부 사이의 단차부가 측부에서 중앙부로 갈수록 점차적으로 직경이 커져 경사면을 이루는 압연기.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 작업롤은 상기 단차부와 중앙부 사이 모서리가 라운드 형태를 이루는 압연기.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 작업롤은 상기 단차부와 양 측부 사이의 모서리가 라운드 형태를 이루는 압연기.
14. 축방향을 따라 중앙부의 직경과 양 측부의 직경이 상이한 구조의 작업롤을 통해 피압연재를 압연하는 압연 공정시, 상기 작업롤에 패스별 강압하율을 설정하는 단계를 포함하고,
    상기 강압하율은 방정식 ar² + br + c = 0의 근으로 구해지는 압연 방법.
    여기서, a = (0.224L_SH/d)- 0.394W, b = 0.72W + 0.428L_c, c = -(F_m/K_F)
    K_F은 피압연재의 혼합변형저항이고, W는 압연되는 피압연재폭, F_m은 압연기에 작용하는 설비하중이고, H는 피압연재압연전의 두께이고, d는 작업롤 단차부의 단부깊이이고, L_c는 작업롤의 중앙부 길이이고, L_S는 작업롤 단차부의 단부길이이다.
    

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