KR102469251B1 - 저압 압연으로 금속 기재의 평탄도를 제어하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

저압 압연으로 금속 기재의 평탄도를 제어하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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제프리 에드워드 게호
앤드류 제임스 호비스
스티븐 엘. 믹
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Abstract

평탄도 제어 시스템은 피니싱 라인의 작업 스탠드, 복수의 액추에이터, 평탄도 측정 장치, 및 제어기를 포함한다. 작업 스탠드는 한 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤을 포함한다. 한 쌍의 작업 롤 중 제1 작업 롤은 기재의 대응하는 영역에 국소 압력을 인가하도록 구성되는 복수의 평탄도 제어 구역을 포함한다. 각각의 액추에이터는 복수의 평탄도 제어 구역 중 하나에 대응한다. 평탄도 측정 장치는 기재의 실제 평탄도 프로파일을 측정하도록 구성된다. 제어기는 국소 압력이 스탠드의 출구에서 원하는 평탄도 프로파일을 달성하기 위해 실제 평탄도 프로파일을 변화시키도록 복수의 액추에이터를 조절하도록 구성된다. 기재의 두께 및 길이는 기재가 작업 스탠드를 빠져나갈 때 실질적으로 일정하게 유지된다.

Description

저압 압연으로 금속 기재의 평탄도를 제어하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING FLATNESS OF A METAL SUBSTRATE WITH LOW PRESSURE ROLLING}
관련 출원에 대한 참조
본 출원은 모두 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2017년 7월 21일자로 출원되고 발명의 명칭이 "SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING SURFACE TEXTURING OF A METAL SUBSTRATE WITH LOW PRESSURE ROLLING"인 미국 가출원 제62/535,345호; 2017년 7월 21일자로 출원되고 발명의 명칭이 "MICRO-TEXTURED SURFACES VIA LOW PRESSURE ROLLING"인 미국 가출원 제62/535,341호; 2017년 7월 21일자로 출원되고 발명의 명칭이 "SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING FLATNESS OF A METAL SUBSTRATE WITH LOW PRESSURE ROLLING"인 미국 가출원 제62/535,349호; 2017년 8월 29일자로 출원되고 발명의 명칭이 "SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING SURFACE TEXTURING OF A METAL SUBSTRATE WITH LOW PRESSURE ROLLING"인 미국 가출원 제62/551,296호; 2017년 8월 29일자로 출원되고 발명의 명칭이 "MICRO-TEXTURED SURFACES VIA LOW PRESSURE ROLLING"인 미국 가출원 제62/551,292호; 및 2017년 8월 29일자로 출원되고 발명의 명칭이 "SYSTEMS AND METHODS FOR CONTROLLING FLATNESS OF A METAL SUBSTRATE WITH LOW PRESSURE ROLLING"인 미국 가출원 제62/551,298호의 이익을 청구한다.
기술분야
본 출원은 피니싱 라인(finishing line)에서 저압 압연(low pressure rolling)으로 금속 기재의 평탄도(flatness)를 제어하기 위한 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
금속 압연은 잉곳(ingot) 또는 더 두꺼운 금속 스트립과 같은 스톡(stock)으로부터 금속 스트립(예컨대, 플레이트(plate), 시트(sheet), 포일(foil), 슬래브(slab) 등)(이하 "금속 기재")을 형성하는 데 사용될 수 있다. 금속 기재의 중요한 특성은 기재의 평탄도, 또는 외부에서 인가되는 하중 없이 평평한 표면 상에 배치될 때 평평하게 놓이는 기재의 능력이다. 비-평탄함(off-flatness), 또는 평탄함으로부터의 이탈은 금속 기재 내의 내부 응력에 의해 유발되며, 에지 웨이브(edge wave), 중심 웨이브(center wave), 좌굴, 에지-근처 포켓(near-edge pocket) 등과 같은 다양한 형태로 나타날 수 있다. 평탄도가 좋지 못한 금속 기재는 고속으로 가공하기 어렵고, 가공 동안 조향 문제를 일으킬 수 있으며, 트리밍(trimming) 및/또는 슬리팅(slitting)하기 어렵고, 일반적으로 다양한 고객 또는 하류 공정에 대해 불만족스러울 수 있다. 현재, 금속 시트는 장력-제어식 시트 레벨링 셋업(tension-controlled sheet levelling set-up)을 사용하여 코일-투-코일(coil-to-coil) 피니싱 작업 동안 평탄화된다. 그러나, 장력-제어식 시트 레벨링에 필요한 장비는 일반적으로 피니싱 라인이 콤팩트(compact)하지 못하게 한다.
본 특허에 사용된 용어 "발명", "해당 발명", "이 발명" 및 "본 발명"은 본 특허의 모든 기술요지 및 아래의 특허 청구 범위를 광범위하게 지칭하는 것으로 의도된다. 이들 용어를 포함하는 진술은 본 출원에 설명된 기술요지를 제한하거나 하기 특허 청구 범위의 의미 또는 범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 본 특허에 의해 커버되는 본 발명의 실시형태는 이 요약이 아니라 아래의 청구 범위에 의해 정의된다. 이 요약은 본 발명의 다양한 실시형태의 개괄적인 개요이며, 아래의 상세한 설명 섹션에서 추가로 설명되는 개념 중 일부를 소개한다. 이러한 요약은 청구된 기술요지의 중요 특징 또는 본질적 특징을 식별하기 위한 것이 아니고, 청구된 기술요지의 범위를 제한하기 위해서 분리되어 사용되도록 의도된 것도 아니다. 기술요지는 이러한 특허의 전체 명세서, 임의의 또는 모든 도면, 그리고 각각의 청구항의 적절한 부분을 참조함으로써 이해되어야 한다.
본 개시의 소정 양태 및 특징은 기재 상에 텍스처를 적용하는 방법에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 기재는 금속 기재(예컨대, 금속 시트 또는 금속 합금 시트) 또는 비-금속 기재일 수 있다. 예를 들어, 기재는 알루미늄, 알루미늄 합금, 강, 강계 재료, 마그네슘, 마그네슘계 재료, 구리, 구리계 재료, 복합재, 복합재에 사용되는 시트, 또는 임의의 다른 적합한 금속, 비-금속, 또는 재료들의 조합을 포함할 수 있다.
일부 양태에서, 기재는 금속 기재이다. 하기의 설명이 금속 기재를 참조하여 제공되지만, 이러한 설명이 다양한 다른 유형의 금속 또는 비-금속 기재에 적용가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 다양한 실시예에 따르면, 금속 기재의 평탄도를 제어하는 방법은 금속 기재를 피니싱 라인의 작업 스탠드(work stand)로 그리고 한 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤(work roll)들 사이로 지향시키는 단계를 포함한다. 본 방법은 한 쌍의 작업 롤 중 제1 작업 롤에 의해, 금속 기재의 폭에 걸쳐 금속 기재에 복수의 국소 작업 롤 압력을 인가하는 단계를 포함한다. 각각의 국소 작업 롤 압력은 제1 작업 롤의 대응하는 평탄도 제어 구역에 의해 인가되고, 각각의 평탄도 제어 구역에 의해 인가되는 작업 롤 압력은 대응하는 액추에이터에 의해 제어된다. 본 방법은 평탄도 측정 장치로 금속 기재의 실제 평탄도 프로파일을 측정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 본 방법은 제어기에 의해, 실제 평탄도 프로파일을 원하는 평탄도 프로파일과 비교하는 단계, 및 제어기에 의해, 액추에이터 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 포함한다. 액추에이터는 국소 작업 롤 압력이 원하는 평탄도 프로파일을 달성하기 위해 실제 평탄도 프로파일을 변화시키고 금속 기재가 작업 스탠드를 빠져나갈 때 금속 기재의 전체 두께 및 길이가 실질적으로 일정하게 유지되도록 조절된다. 압연기(rolling mill) 상에서의 종래의 평탄도 제어와 비교하여, 개시된 방법은 이러한 작업 동안 스트립의 전체 공칭 게이지를 현저히 변화시키지 않고, 더 높은 상대적인 인입 장력(incoming tension) 하에 있는 국소 영역만이 매우 약간 축소된다. 평탄도를 보정하는 데 필요한 국소 두께 변화는 공칭 두께의 백분율의 작은 부분, 전형적으로 0.2% 미만이며, 전형적인 장력 레벨링 작업에 의해 부여되는 두께 변화보다 작다.
다양한 실시예에 따르면, 평탄도 제어 시스템은 피니싱 라인의 작업 스탠드, 복수의 액추에이터, 평탄도 측정 장치, 및 제어기를 포함한다. 작업 스탠드는 한 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤을 포함한다. 한 쌍의 작업 롤 중 제1 작업 롤은 제1 작업 롤의 폭에 걸쳐 복수의 평탄도 제어 구역을 포함하고, 각각의 평탄도 제어 구역은 금속 기재 상의 대응하는 영역에 국소 작업 롤 압력을 인가하도록 구성된다. 복수의 액추에이터의 각각의 액추에이터는 복수의 평탄도 제어 구역 중 하나에 대응하고, 대응하는 평탄도 제어 구역이 국소 작업 롤 압력을 인가하게 하도록 구성된다. 평탄도 측정 장치는 금속 기재의 실제 평탄도 프로파일을 측정하도록 구성된다. 제어기는 금속 기재가 작업 스탠드를 빠져나갈 때 금속 기재의 전체 두께 및 길이가 실질적으로 일정하게 유지되면서 국소 작업 롤 압력이 원하는 평탄도 프로파일을 달성하기 위해 실제 평탄도 프로파일을 변화시키도록 복수의 액추에이터를 조절하도록 구성된다. 위에 언급된 바와 같이, 압연기 상에서의 종래의 평탄도 제어와 개시된 방법 사이의 차이는 스트립의 전체 공칭 게이지가 이러한 작업 동안 현저히 변하지 않는다는 것이다. 오히려, 더 높은 상대적인 인입 장력 하에 있는 국소 영역만이 매우 약간 축소된다. 평탄도를 보정하는 데 필요한 국소 두께 변화는 공칭 두께의 백분율의 작은 부분, 전형적으로 0.2% 미만이다. 이는 전형적인 장력 레벨링 작업에 의해 부여되는 두께 변화보다 작다.
본 개시에서 설명된 다양한 구현예들은 추가적인 시스템들, 방법들, 특징들 및 장점들을 포함할 수 있고, 이는 반드시 명시적으로 개시될 수는 없지만, 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면들을 검토하면 당업자에게 명백할 것이다. 이러한 모든 시스템, 방법, 특징 및 장점은 본 개시에 포함되고 첨부된 청구 범위에 의해 보호되도록 의도된다.
이하의 도면의 특징 및 컴포넌트는 본 개시의 전반적인 원리를 강조하기 위해 예시된다. 도면 전체에 걸쳐 대응하는 특징 및 컴포넌트는 일관성 및 명확성을 위해 참조 문자를 매칭함으로써 지정될 수 있다.
도 1은 본 개시의 양태에 따른 작업 스탠드 및 평탄도 제어 시스템을 포함하는 피니싱 라인의 개략도이다.
도 2는 도 1의 작업 스탠드의 개략적인 단부도이다.
도 3은 도 1의 작업 스탠드의 다른 개략도이다.
도 4a는 금속 기재의 평탄도 프로파일의 예이다.
도 4b는 도 4a의 금속 기재의 변형 프로파일을 예시한 그래프이다.
도 5a는 금속 기재의 평탄도 프로파일의 다른 예이다.
도 5b는 도 5a의 금속 기재의 변형 프로파일을 예시한 그래프이다.
도 6은 본 개시의 양태에 따른 하나 이상의 작업 스탠드 및 평탄도 제어 시스템을 포함하는 다중-스탠드 피니싱 라인의 개략도이다.
도 7은 본 개시의 양태에 따른 작업 스탠드의 개략도이다.
도 8은 본 개시의 양태에 따른 작업 스탠드의 개략도이다.
도 9는 본 개시의 양태에 따른 작업 스탠드의 개략도이다.
도 10은 본 개시의 양태에 따른 작업 스탠드의 개략도이다.
도 11은 도 10의 작업 스탠드의 개략적인 단부도이다.
도 12는 본 개시의 양태에 따른 작업 스탠드의 개략도이다.
도 13은 도 12의 작업 스탠드의 개략적인 단부도이다.
본 발명의 실시예의 기술요지는 본 출원에서 법적 요건을 충족시키기 위해 구체적으로 설명되지만, 본 설명은 청구 범위의 범위를 제한하도록 의도된 것은 아니다. 청구된 기술요지는 다른 방법으로 구현될 수 있으며, 다른 엘리먼트 또는 단계를 포함할 수 있고 다른 기존 또는 미래의 기술과 함께 사용될 수 있다. 본 설명은 개별 단계들의 순서 또는 엘리먼트들의 배열이 명시적으로 설명된 경우를 제외하고 다양한 단계들 또는 엘리먼트들 사이 또는 그것들 중에서 임의의 특정 순서 또는 배열을 암시하는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 개시의 소정 양태 및 특징은 기재 상에 텍스처를 적용하는 방법에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 기재는 금속 기재(예컨대, 금속 시트 또는 금속 합금 시트) 또는 비-금속 기재일 수 있다. 예를 들어, 기재는 알루미늄, 알루미늄 합금, 강, 강계 재료, 마그네슘, 마그네슘계 재료, 구리, 구리계 재료, 복합재, 복합재에 사용되는 시트, 또는 임의의 다른 적합한 금속, 비-금속, 또는 재료들의 조합을 포함할 수 있다.
일부 양태에서, 기재는 금속 기재이다. 하기의 설명이 금속 기재를 참조하여 제공되지만, 이러한 설명이 다양한 다른 유형의 금속 또는 비-금속 기재에 적용가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.
피니싱 라인에 의해 가공되는 금속 기재의 평탄도 프로파일을 제어하기 위한 평탄도 제어 시스템이 개시된다.
피니싱 라인은 한 쌍의 수직으로-정렬된 작업 롤을 갖는 적어도 하나의 작업 스탠드를 포함한다. 가공 동안, 금속 기재가 가공 방향으로 작업 롤들 사이에 공급된다. 각각의 작업 롤은 가공 방향을 가로질러 연장되는 폭을 포함한다. 각각의 작업 롤은 그의 폭에 걸쳐, 평탄도 제어 시스템의 액추에이터가 작업 롤의 국소 영역에 힘을 인가함으로써 작업 롤의 국소 굽힘을 일으킬 수 있도록 소정량의 강성을 갖는다. 이들 국소 굽힘 영역은 작업 롤의 평탄도 제어 구역이고, 그의 폭에 걸쳐, 각각의 작업 롤은 복수의 평탄도 제어 구역을 포함한다. 평탄도 제어 구역에서의 국소 굽힘은 작업 롤이 금속 기재의 평탄도를 제어하기 위해 금속 기재의 표면을 가로질러 변할 수 있는 국소 작업 롤 압력을 인가하게 한다. 바꾸어 말하면, 각각의 작업 롤은 금속 기재가 작업 스탠드를 빠져나감에 따라 궁극적으로 금속 기재 상에 원하는 평탄도 프로파일(예컨대, 실질적으로 평탄형, 만곡형, 파형 등)을 부여하기 위해 작업 롤이 액추에이터를 통해 원하는 대로 구부러지거나 형상화되거나 달리 변형될 수 있도록 소정량의 강성을 갖는다.
각각의 액추에이터에 의해 작업 롤에 인가되는 힘은 금속 기재의 폭에 걸쳐 작업 롤에 의해 인가되는 평균 하중(즉, 작업 롤의 각 평탄도 제어 구역에 의해 인가되는 평균 압력)이 금속 기재의 항복 강도에 근사하거나 그보다 낮도록 하는 힘이다. 금속 기재의 항복 강도는 금속 기재의 두께 또는 게이지의 일부분을 통해 소성 변형이 발생하는 강도 또는 압력의 양(예컨대, 금속 기재의 두께 또는 게이지의 일부분에서 실질적으로 영구적인 변화를 일으킬 수 있는 강도 또는 압력의 양)을 지칭한다. 작업 롤에 인가되는 힘은 금속 기재가 작업 롤들 사이를 통과함에 따라 작업 롤이 금속 기재의 항복 강도에 근사하거나 그보다 낮은 평균 작업 롤 압력을 금속 기재 상에 부여하게 할 수 있다. 작업 롤에 의해 금속 기재 상에 부여되는 평균 작업 롤 압력이 금속 기재의 항복 강도보다 낮기 때문에, 금속 기재의 두께는 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다(예컨대, 금속 기재의 두께가 실질적으로 감소하지 않음). 이러한 동일한 방식으로, 금속 기재의 길이가 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다.
일부 실시예에서, 평균 작업 롤 압력이 금속 기재의 항복 강도보다 낮지만, 개별 평탄도 제어 구역은 작업 롤이 금속 기재의 표면 상의 국소 영역에 금속 기재의 항복 강도보다 높은 국소 작업 롤 압력을 인가하게 하는 힘을 인가할 수 있다. 이들 국소 영역에서, 작업 롤 압력이 금속 기재의 항복 강도보다 크기 때문에, 작업 롤은 금속 기재의 표면 상에 국소 소성 변형 영역을 생성하고 국소 스트랜드 신장을 일으키면서 금속 기재의 나머지 부분을 변형되지 않은 상태로 그대로 둘 수 있다(예컨대, 작업 롤은 금속 기재의 두께 및 길이가 금속 기재의 나머지 부분을 따라 실질적으로 일정하게 유지되면서 금속 기재의 표면 상의 특정 위치에서 소성 변형을 일으킴). 예를 들어, 하나의 평탄도 제어 구역은 항복 강도보다 상당히 낮은 작업 롤 압력을 인가할 수 있고, 다른 평탄도 제어 구역은 항복 강도보다 높은 작업 롤 압력을 인가할 수 있지만, 평균 작업 롤 압력은 금속 기재의 항복 강도보다 작다. 일부 실시예에서, 하나의 평탄도 제어 구역에서 인가되는 작업 롤 압력은 금속 기재의 부분들이 국소 영역에서 국소 스트랜드 신장을 갖도록 항복 강도보다 크지만, 작업 롤 압력은 국소 영역에서 금속 기재의 두께를 실질적으로 감소시키기에 충분하지 않다. 일 실시예로서, 작업 롤은 작업 스탠드를 빠져나가는 금속 기재의 두께가 약 1.0% 미만만큼 감소되도록 금속 기재에 작업 롤 압력을 인가할 수 있다. 예를 들어, 작업 스탠드를 빠져나가는 금속 기재의 두께는 약 0.0% 내지 약 1.0%만큼 감소될 수 있다. 일 실시예로서, 금속 기재의 두께는 약 0.2% 미만만큼 감소될 수 있다. 다른 실시예로서, 금속 기재의 두께는 약 0.1% 미만만큼 감소될 수 있다.
일부 실시예에서, 작업 롤에 의해 인가되는 평균 작업 롤 압력은 금속 기재가 한 쌍의 작업 롤들 사이의 갭을 통과함에 따라 금속 기재의 길이가 실질적으로 일정하게 유지되도록(예컨대, 금속 기재의 길이가 실질적으로 신장되거나 증가하지 않도록) 한다. 일 실시예로서, 작업 롤에 의해 금속 기재에 인가되는 작업 롤 압력은 금속 기재의 길이가 약 0.0% 내지 약 1.0%만큼 증가하게 할 수 있다. 예를 들어, 금속 기재의 길이는 금속 기재가 갭을 통과함에 따라 약 0.5% 미만만큼 증가할 수 있다. 일 실시예로서, 금속 기재의 길이는 약 0.2% 또는 약 0.1% 미만만큼 증가할 수 있다.
평탄도 제어 시스템은 제어기, 하나 이상의 평탄도 측정 장치, 및 복수의 액추에이터를 포함한다. 평탄도 측정 장치는 금속 기재의 폭에 걸쳐 그의 평탄도 프로파일을 측정하기에 적합한 임의의 장치일 수 있다. 다중-구역 평탄도 측정 롤이 적합한 평탄도 측정 장치의 하나의 비제한적인 실시예이지만, 다양한 다른 유형의 장치 및 센서가 사용될 수 있다. 하나 이상의 평탄도 측정 장치는 피니싱 라인의 작업 스탠드에 대한 피니싱 라인 내의 다양한 위치에서 금속 기재의 평탄도 프로파일을 측정한다. 예를 들어, 일부 경우에, 하나 이상의 평탄도 측정 장치는 금속 기재가 작업 스탠드에 들어가기 전에 평탄도 프로파일을 측정한다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 평탄도 측정 장치는 금속 기재가 작업 스탠드를 빠져나간 후에 평탄도 프로파일을 측정한다. 제어기는 평탄도 측정 장치 및 복수의 액추에이터와 통신한다. 제어기는 하나 이상의 평탄도 측정 장치로부터 측정된 평탄도 프로파일을 수신하고, 금속 기재의 평탄도 프로파일이 원하는 평탄도 프로파일(사전결정되거나 사용자에 의해 입력되거나 모델링에 기초할 수 있음)을 달성하도록 복수의 액추에이터 중 하나 이상을 조절한다.
다양한 실시예에서, 피니싱 라인은 금속 기재에 원하는 평탄도 프로파일을 제공하고 금속 기재의 표면에 텍스처를 적용하도록 구성된다. 피니싱 라인이 하나의 작업 스탠드를 포함하는 일부 실시예에서, 각각의 작업 롤은 금속 기재에 원하는 평탄도 프로파일 및 균일한 표면 토포그래피(topography)를 제공하기 위해 금속 기재의 표면 조도에 근사한 표면 조도를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 피니싱 라인은 2개 이상의 작업 스탠드와 같은 하나 초과의 작업 스탠드를 포함할 수 있다. 그러한 경우에, 제1 작업 스탠드 및 제2 작업 스탠드는 작업 롤의 표면을 제외하고는 실질적으로 유사할 수 있다. 예를 들어, 제1 작업 스탠드의 작업 롤은 제1 스탠드가 동시에 원하는 평탄도 프로파일을 제공할 수 있고 금속 기재의 토포그래피를 평활하게 할 수 있도록(즉, 약 0.4 내지 0.6 μm보다 낮은 표면 조도를 갖도록) 비교적 매끄러운 외부 표면을 가질 수 있다. 제2 작업 스탠드의 작업 롤은 작업 롤이 금속 기재의 전체 두께를 감소시킴이 없이 금속 기재의 표면 상에 다양한 텍스처, 특징부, 또는 패턴을 인상(impressing)할 수 있도록 텍스처화된 표면을 가질 수 있다. 추가적인 또는 대안적인 실시예에서, 다수의 작업 롤은 금속 기재의 두께를 유지하면서 금속 기재의 표면 상에 다양한 텍스처, 특징부, 또는 패턴을 인상할 수 있으며(예컨대, 다수의 작업 롤은 텍스처, 특징부, 또는 패턴을 인상하면서 금속 기재의 두께를 감소시키지 않을 수 있음), 이는 때때로 제로 감소 텍스처화(zero reduction texturing)로 지칭될 수 있다.
도 1은 본 개시의 양태에 따른 피니싱 라인(100)의 예를 예시한다. 피니싱 라인(100)은 작업 스탠드(102)를 포함한다. 일부 실시예에서, 피니싱 라인(100)은 하나 초과의 작업 스탠드(102)를 포함한다(예컨대, 도 6 참조). 작업 스탠드(102)에 더하여, 피니싱 라인(100)은 다양한 다른 가공 스테이션을 포함할 수 있고, 다양한 라인 구성(가공 스테이션 및 가공 스테이션의 순서를 지칭함)을 가질 수 있다. 예를 들어, 피니싱 라인(100) 구성은 작업 스탠드(102) 및 슬리팅 스테이션을 포함할 수 있다. 피니싱 라인(100)은 다양한 다른 라인 구성을 가질 수 있다.
작업 스탠드(102)는 한 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤(104A, 104B)을 포함한다. 다양한 실시예에서, 작업 스탠드(102)는 한 쌍 초과의 수직으로 정렬된 작업 롤(104A, 104B)을 포함한다(도 8 및 도 9 참조). 예를 들어, 일부 경우에, 작업 스탠드(102)는 2쌍의 작업 롤(104A, 104B), 3쌍의 작업 롤(104A, 104B), 4쌍의 작업 롤(104A, 104B), 또는 임의의 다른 원하는 수의 작업 롤(104A, 104B)을 포함한다. 상세히 후술되는 바와 같이, 금속 기재(108)의 가공 동안 금속 기재(108)를 수용하도록 구성되는 갭(106)이 작업 롤(104A, 104B)들 사이에 한정된다. 다른 실시예에서, 기재는 다양한 다른 금속 또는 비-금속 기재일 수 있다. 가공 동안, 작업 롤(104A, 104B)은 금속 기재(108)가 가공 방향(101)으로 갭(106)을 통과함에 따라, 각각 금속 기재(108)의 상부 표면(110) 및 하부 표면(112)과 접촉하고 그에 작업 롤 압력을 인가하도록 구성된다. 다양한 실시예에서, 작업 롤(104A, 104B)은 장력이 전형적으로 재료의 항복점보다 작은(그리고 흔히 훨씬 더 작은) 약 2 내지 45 MPa이도록 금속 기재(108)를 가공한다. 하나의 비제한적인 실시예로서, 일부 경우에, 장력은 약 15 MPa일 수 있다.
작업 롤(104A, 104B)은 대체로 원통형이며, 작업 롤(104A, 104B)을 구동시키고 작업 롤(104A, 104B)을 회전시키기 위한 모터 또는 다른 적합한 장치에 의해 구동될 수 있다. 각각의 작업 롤(104A, 104B)은 가공 동안 금속 기재(108)의 표면(110, 112)과 접촉하는 외부 표면(114)을 갖는다. 일부 실시예에서, 작업 롤(104A, 104B) 중 하나 또는 둘 모두의 외부 표면(114)은 들어오는 스트립과 동일한 조도를 갖거나 그보다 매끄러우며(즉, 약 0.4 내지 0.6 μm보다 낮은 표면 조도를 가짐), 따라서 가공 동안, 작업 롤(104A, 104B)의 외부 표면(들)(114)은 금속 기재(108)의 표면(110 및/또는 112)의 토포그래피를 평활하게 한다. 다른 실시예에서, 작업 롤(104A, 104B)의 외부 표면(들)(114)은 금속 기재(108)가 갭(106)을 통과함에 따라 금속 기재(108)의 표면(110, 112) 중 하나 또는 둘 모두 상에 적어도 부분적으로 전사되는 하나 이상의 텍스처를 포함한다. 일부 실시예에서, 작업 롤(104A, 104B)의 외부 표면(들)(114)상의 텍스처는 금속 기재(108)에 균일한 표면 토포그래피를 제공하기 위해 금속 기재(108)의 표면(110 및/또는 112)의 표면 조도와 일치하거나 그에 근접하게 근사한다. 표면 조도는 광학 간섭법 기술 또는 다른 적합한 방법을 사용하여 정량화될 수 있다. 일부 실시예에서, 텍스처화된 시트는 약 0.4 μm 내지 약 6.0 μm의 표면 조도를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 텍스처화된 시트는 약 0.7 μm 내지 약 1.3 μm의 표면 조도를 가질 수 있다. 다양한 실시예에서, 하나 또는 둘 모두의 작업 롤(104A, 104B)은 전기-방전 텍스처화(electro-discharge texturing, EDT), 전착 텍스처화(electrodeposition texturing), 전자 빔 텍스처화(electron beam texturing, EBT), 레이저 빔 텍스처화(laser beam texturing), 전기융착 코팅(electrofusion coating) 및 다양한 다른 적합한 기술을 이에 제한됨이 없이 포함하는 다양한 텍스처화 기술을 통해 텍스처화될 수 있다.
롤 및 롤 스택(104A, 104B; 119A, 119B; 116A, 116B)(중간 롤(119A, 119B) 및 액추에이터(116A, 116B)는 상세히 후술됨) 각각은 소정량의 강성(또는 가요성)을 갖는다. 이들 물품(104A, 104B; 119A, 119B; 116A, 116B)의 강성 특성은 일반적으로 하기의 방정식 (1)에 의해 기술된다:
Figure 112021118080173-pat00001
위의 방정식 (1)에서, L은 롤의 길이이고, C는 인가되는 하중에 기초하여 변하는 계수이다. E는 롤의 탄성 계수이고, I는 롤 및 롤 스택(104A, 104B; 119A, 119B; 116A, 116B)의 면적 관성 모멘트이다. 롤 스택은 작업 롤(104A, 104B)과 중간 롤(119A, 119B)의 조합을 지칭한다. 롤에 대한 면적 관성 모멘트 I(또는 롤 스택에 대한 I스택)는 일반적으로 하기의 방정식(2)에 의해 기술된다:
Figure 112021118080173-pat00002
위의 방정식 (3)에서, IWR은 각각의 작업 롤(104A, 104B)의 면적 관성 모멘트이고, AWR은 각각의 작업 롤(104A, 104B)의 단면적이며, dWR은 x 축으로부터 y 축 방향으로의 롤의 도심(centroid)의 거리이다(도 1 참조). 유사하게, IIMR은 각각의 중간 롤(119A, 119B)의 면적 관성 모멘트이고, AIMR은 각각의 중간 롤(119A, 119B)의 단면적이며, dIMR은 x 및 y 축으로부터의 롤의 도심의 거리이다.
다양한 실시예에서, 롤 스택은 약 7.85E-08 m 내지 약 .0105 m4의 x-축을 중심으로 하는 굽힘에 대한 면적 관성 모멘트를 갖는다. 특정 실시예에서, 롤 스택은 약 9.69E-06 m 내지 약 1.55E-04 m4의 x-축을 중심으로 하는 굽힘에 대한 면적 관성 모멘트를 갖는다. 다양한 경우에, 롤 스택은 약 1.49E-05 m 내지 약 1.13E-04 m4의 x-축을 중심으로 하는 굽힘에 대한 면적 관성 모멘트를 갖는다.
일부 실시예에서, 이들 롤의 길이는 약 5 mm 내지 약 3000 mm일 수 있지만, 일부 실시예에서, 길이는 3000 mm를 초과할 수 있다. 일부 실시예에서, 롤(104A, 104B; 119A, 119B; 116A, 116B) 중 적어도 하나의 강성은 전술한 변수 중 임의의 변수를 조절하거나 롤을 상이한 패턴으로 배열함으로써 제어될 수 있다. 하나의 비제한적인 실시예로서, 롤(104A, 104B; 119A, 119B; 및/또는 116A, 116B)의 직경 및 이들 롤이 배열되는 공간 패턴은 원하는 강성을 달성하도록 조절될 수 있다. 다양한 실시예에서, 각각의 작업 롤(104A, 104B; 119A, 119B; 및/또는 116A, 116B)은 약 0.020 m 내지 약 0.200 m의 직경을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 직경은 약 0.030 m 내지 약 0.060 m이다. 일부 실시예에서, 직경은 약 0.045 m일 수 있다. 상세히 후술되는 바와 같이, 롤(104A, 104B; 119A, 119B; 및/또는 116A, 116B) 중 적어도 하나의 강성은 롤 스택(104A, 104B; 119A, 119B; 및/또는 116A, 116B)에 의한 국소 작업 롤 압력 제어를 허용하기 위해 사전결정된 양보다 낮다.
다양한 실시예에서, 작업 롤(104A, 104B)에 의해 금속 기재(108)에 인가되는 작업 롤 압력은 금속 기재(108)의 두께 및 금속 기재(108)의 길이가 실질적으로 일정하게 유지되도록 한다(예컨대, 금속 기재(108)의 전체 두께가 실질적으로 감소하지 않고, 금속 기재(108)의 길이가 실질적으로 증가하지 않음). 일 실시예로서, 작업 롤(104A, 104B)에 의해 인가되는 작업 롤 압력은 금속 기재(108)의 두께가 약 0.0% 내지 약 1.0%만큼 감소하게 할 수 있다. 예를 들어, 금속 기재(108)의 두께는 금속 기재(108)가 갭(106)을 통과함에 따라 약 0.5% 미만만큼 감소할 수 있다. 일 실시예로서, 금속 기재(108)의 두께는 약 0.2% 또는 약 0.1% 미만만큼 감소할 수 있다.
보다 구체적으로, 작업 롤(104A, 104B)은 금속 기재(108)의 폭에 걸쳐 인가되는 평균 작업 롤 압력이 금속 기재(108)의 항복 강도에 근사하거나 그보다 낮도록 작업 롤 압력을 인가하며, 이는 금속 기재(108)가 갭(106)을 통과함에 따라 금속 기재(108)의 두께가 실질적으로 감소되지(예컨대, 약 1.0%를 초과하여 감소되지) 않도록 방지할 수 있다. 기재의 항복 강도는 기재(108)의 실질적으로 전체 두께 또는 게이지를 통해 소성 변형이 발생하는 강도 또는 압력의 양(예컨대, 기재(108)의 실질적으로 전체 두께 또는 게이지의 실질적으로 영구적인 변화를 일으킬 수 있는 강도 또는 압력의 양)을 지칭한다. 가공 동안, 금속 기재의 두께가 감소되지 않도록 방지하기 위해, 액추에이터에 의해 작업 롤(104A, 104B)에 부여되는 힘은 금속 기재(108)가 갭(106)을 통과함에 따라 작업 롤(104A, 104B)이 금속 기재(108)의 항복 강도에 근사하거나 그보다 낮은 평균 작업 롤 압력을 금속 기재(108) 상에 부여하도록 한다. 작업 롤(104A, 104B)에 의해 금속 기재(108) 상에 부여되는 평균 작업 롤 압력이 금속 기재(108)의 항복 강도에 근사하거나 그보다 낮기 때문에, 금속 기재(108)의 두께는 실질적으로 일정하게 유지된다(예컨대, 금속 기재(108)의 두께가 실질적으로 일정하게 유지되고, 금속 기재(108)의 두께가 실질적으로 감소하지 않음).
작업 롤(104A, 104B)에 의해 인가되는 평균 작업 롤 압력이 금속 기재(108)의 항복 강도보다 낮지만, 작업 롤(104A, 104B)에 의한 국소 작업 롤 압력 제어는 금속 기재(108)가 작업 롤(104A, 104B)들 사이를 통과함에 따라 작업 롤(104A, 104B)에 의해 인가되는 작업 롤 압력이 금속 기재(108)의 항복 강도보다 높은 국소 영역을 금속 기재(108) 상에 생성할 수 있다. 이들 국소 영역에서, 작업 롤 압력이 금속 기재(108)의 항복 강도보다 크기 때문에, 금속 기재(108)의 나머지 부분을 변형되지 않은 상태로 그대로 두는 평탄도를 개선하기 위하여 국소 스트랜드 신장을 위해 국소 부분 소성 변형 영역이 형성된다(예컨대, 국소 작업 롤 압력은 금속 기재(108)의 전체 두께가 금속 기재(108)의 나머지 부분을 따라 실질적으로 일정하게 유지되면서 금속 기재(108) 상의 특정 위치에서 소성 변형을 일으킴). 따라서, 일부 실시예에서, 작업 롤(104A, 104B)은 금속 기재(108)의 전체 두께를 변화시킴이 없이(예컨대, 전체 금속 기재(108)의 두께를 감소시킴이 없이) 금속 기재(108) 상에 국소 소성 변형 영역을 생성하기 위해 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 작업 롤(104A, 104B)에 의해 인가되는 평균 작업 롤 압력은 금속 기재(108)가 갭(106)을 통과함에 따라 금속 기재(108)의 길이가 실질적으로 일정하게 유지되도록(예컨대, 금속 기재(108)의 길이가 실질적으로 신장되거나 증가하지 않도록) 한다. 일 실시예로서, 작업 롤(104A, 104B)에 의해 인가되는 작업 롤 압력은 금속 기재(108)의 길이가 약 0.0% 내지 약 1.0%만큼 증가하게 할 수 있다. 예를 들어, 금속 기재(108)의 길이는 금속 기재(108)가 갭(106)을 통과함에 따라 약 0.5% 미만만큼 증가할 수 있다. 일 실시예로서, 금속 기재(108)의 길이는 약 0.2% 또는 약 0.1% 미만만큼 증가할 수 있다.
전술된 바와 같이, 금속 기재(108)의 폭에 걸친 비-평탄함, 또는 평탄함으로부터의 이탈은 금속 기재(108) 내의 내부 응력 또는 장력에 의해 유발된다. 피니싱 라인(100) 내에서 가공하는 동안, 작업 롤(104A, 104B) 중 하나 또는 둘 모두는 금속 기재(108) 상의 고장력 영역에서 금속 기재(108)의 항복 강도보다 높은 국소 작업 롤 압력을 인가하여 고장력 영역에서 국소 스트랜드 신장을 일으킬 수 있다(즉, 길이는 국소적으로 항복된 위치에서만 증가할 것임). 국소 스트랜드 신장은 그들 영역에서 장력을 감소시키며, 이는 결과적으로 전체 스트립 평탄도를 개선한다. 따라서, 국소 작업 롤 압력 제어를 제공함으로써, 피니싱 라인(100)은 금속 기재(108)의 두께 및 길이를 실질적으로 유지함과 동시에 고장력을 갖는 금속 기재(108)의 특정 영역에 작업 롤 압력을 선택적으로 인가하여 국소 스트랜드 신장을 일으켜서 평탄도를 개선할 수 있다.
피니싱 라인(100)은 또한 평탄도 제어 시스템(120)을 포함할 수 있다. 도 1에 예시된 바와 같이, 평탄도 제어 시스템(120)은 제어기(118), 평탄도 측정 장치(122), 및 복수의 액추에이터(116A, 116B)(또한 "백업 롤(backup roll)"로 알려짐)를 포함한다. 대응하는 작업 롤(104A, 104B)의 특정 영역에서의 액추에이터(116A, 116B)의 수 또는 위치는 본 개시를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 예를 들어, 도 1은 각각의 작업 롤(104A, 104B)의 대응하는 영역에서 2개의 액추에이터(116A, 116B)의 구성의 예를 예시한다. 그러나, 다른 실시예에서, 하나의 액추에이터(116A, 116B) 또는 2개 초과의 액추에이터(116A, 116B)가 각각의 작업 롤(104A, 104B)의 특정 영역에 대해 제공될 수 있다.
제어기(118)는 평탄도 측정 장치(122) 및 복수의 액추에이터(116A, 116B)와 통신한다. 후술되는 바와 같이, 평탄도 측정 장치(122)로부터 감지된 다양한 센서 데이터에 기초하여, 제어기(118)는 금속 기재(108)가 원하는 평탄도 프로파일을 달성하도록 복수의 액추에이터(116A, 116B) 중 하나 이상을 조절하도록 구성된다.
평탄도 측정 장치(122)는 금속 기재(108)가 가공됨에 따라 그의 실제 평탄도 프로파일을 측정한다. 예시된 실시예에서, 평탄도 측정 장치(122)는 다중-구역 평탄도 측정 롤이다. 그러나, 다른 실시예에서, 평탄도 측정 장치(122)는 하나 이상의 다양한 적합한 장치 또는 센서일 수 있다. 작업 스탠드(102)에 대한 평탄도 측정 장치(122)의 위치는 본 개시를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 평탄도 측정 장치(122)는 금속 기재(108)의 실제 평탄도 프로파일이 금속 기재(108)가 작업 스탠드(102)에 들어가기 전에 측정되도록 작업 스탠드(102)의 상류에 있다. 다른 실시예에서, 평탄도 측정 장치(122)는 금속 기재(108)의 실제 평탄도 프로파일이 금속 기재(108)가 작업 스탠드(102)를 빠져나간 후에 측정되도록 작업 스탠드(102)의 하류에 있다.
복수의 액추에이터(116A, 116B)는 때때로 각각 중간 롤(119A, 119B)을 통해 각각의 작업 롤(104A, 104B) 상에 국소 힘을 부여하기 위해 제공된다. 도 1에 예시된 바와 같이, 중간 롤(119A)은 작업 롤(104A)을 지지하고, 중간 롤(119B)은 작업 롤(104B)을 지지한다. 2개의 중간 롤(119A)이 작업 롤(104A)과 함께 도시되고, 2개의 중간 롤(119B)이 작업 롤(104B)과 함께 도시되지만, 중간 롤(119A, 119B)의 수는 본 개시를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 일부 실시예에서, 중간 롤(119A, 119B)은 금속 기재(108)가 갭(106)을 통과함에 따라 작업 롤(104A, 104B)이 분리되지 못하도록 방지하는 데 도움을 주기 위해 제공된다. 중간 롤(119A, 119B)은 각각의 액추에이터(116A, 116B)로부터 각각의 작업 롤(104A, 104B) 상에 국소 힘을 전달하기 위해 추가로 제공된다. 일부 실시예에서, 중간 롤은 작업 롤(104A, 104B)의 직경 및 강성과 동일하거나 그보다 큰 직경 및 강성을 갖지만, 반드시 그러할 필요는 없다. 이러한 방식으로, 작업 롤(104A, 104B)은 각각의 평탄도 제어 구역 내에서 금속 기재(108)에 국소 작업 롤 압력을 인가하여 금속 기재(108)를 국소적으로 신장시킨다. 중간 롤(119A, 119B)이 예시되지만, 일부 실시예에서, 중간 롤(119A, 119B)은 피니싱 라인(100)으로부터 생략될 수 있고, 액추에이터(116A, 116B)는 각각 작업 롤(104A, 104B) 상에 직접적으로 또는 간접적으로 힘을 부여할 수 있다(예컨대 도 7 및 도 8 참조).
다양한 실시예에서, 액추에이터(116A)는 작업 롤(104A) 상에 힘을 부여하기 위해 제공되고, 액추에이터(116B)는 작업 롤(104B) 상에 힘을 부여하기 위해 제공된다. 액추에이터(116A, 116B)의 수 및 구성은 액추에이터(116A, 116B)의 수 및 구성이 원하는 대로 달라질 수 있기 때문에 본 개시를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다. 다양한 실시예에서, 액추에이터(116A, 116B)는 가공 방향(101)에 실질적으로 수직하게 배향된다. 일부 실시예에서, 각각의 액추에이터(116A, 116B)는 각각의 액추에이터(116A, 116B)의 폭에 걸쳐 크라운(crown) 또는 챔퍼(chamfer)를 갖는 프로파일을 가지며, 여기에서 크라운은 일반적으로 액추에이터(예컨대, 액추에이터는 배럴형(barrel-shaped)임)의 에지와 중심선 사이의 직경의 차이를 지칭한다. 크라운 또는 챔퍼는 높이가 약 0 μm 내지 약 50 μm일 수 있다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 크라운은 약 30 μm이다. 다른 비제한적인 실시예에서, 크라운은 약 20 μm이다. 일부 실시예에서, 액추에이터(116A, 116B)의 크라운은 각각 작업 롤(104A, 104B) 상에 부여되는 힘을 추가로 제어하도록 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 액추에이터(116A, 116B)는 제어기(118)를 통해 개별적으로 제어된다. 다른 실시예에서, 2개 이상의 액추에이터(116A, 116B)가 함께 제어될 수 있다.
도 2에 예시된 바와 같이, 각각의 액추에이터(116A, 116B)는 결과적으로 금속 기재(108)의 특정 영역에 대응하는 각각의 작업 롤(104A, 104B)의 특정 영역(즉, 평탄도 제어 구역)에 대응한다. 각각의 액추에이터(116A, 116B)가 개별적으로 제어되기 때문에, 금속 기재(108)의 원하는 평탄도 프로파일이 달성될 수 있다. 예를 들어, 도 3(액추에이터(116A), 작업 롤(104A), 및 금속 기재(108)만을 도시함)에 예시된 바와 같이, 상이한 액추에이터(116A)는 작업 롤(104A)에 상이한 힘을 인가하여 작업 롤(104A)의 굽힘, 형상화 또는 다른 변형을 일으킬 수 있다. 다양한 실시예에서, 구역 사이의 작업 롤 압력의 차이가 최소화된다. 일부 경우에는, 두 작업 롤(104A, 104B)이 평탄도 제어 구역을 포함하고; 다른 경우에는, 작업 롤(104A, 104B) 중 하나만이 평탄도 제어 구역을 포함한다. 소정 양태에서, 작업 롤(104A, 104B)의 특정 부분에 작용하는 액추에이터(116A, 116B) 또는 다수의 액추에이터의 밀도는 작업 롤(104A, 104B)을 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 작업 롤(104A, 104B)의 에지 영역에서의 액추에이터(116A, 116B)의 수는 작업 롤(104A, 104B)의 중심 영역에서의 액추에이터(116A, 116B)의 수와 상이할 수 있다. 일부 실시예에서, 액추에이터(116A, 116B)의 특성은 작업 롤의 폭을 따른 특정 액추에이터(116A, 116B)의 원하는 위치에 따라 조절되거나 제어될 수 있다. 하나의 비제한적인 실시예로서, 작업 롤의 에지에 근접한 액추에이터(116A, 116B)의 크라운 또는 챔퍼는 작업 롤의 중심 쪽에 있는 액추에이터(116A, 116B)의 크라운 또는 챔퍼와 상이할 수 있다. 다른 양태에서, 직경, 폭, 간격 등은 액추에이터(116A, 116B)의 특정 특성이 위치에 따라 동일하거나 상이할 수 있도록 제어되거나 조절될 수 있다. 일부 양태에서, 작업 롤의 중심 영역 내의 액추에이터와 비교하여 작업 롤의 에지 영역 내의 상이한 특성을 갖는 액추에이터는 텍스처화 동안 균일한 압력 또는 다른 원하는 압력 프로파일을 추가로 허용할 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 액추에이터는 금속 기재(108)의 평탄도 및/또는 텍스처를 의도적으로 변화시키도록 제어될 수 있다. 일부 실시예로서, 액추에이터(116A, 116B)는 의도적으로 에지 웨이브를 생성하도록, 더 얇은 에지를 생성하도록, 기타 등등을 생성하도록 제어될 수 있다. 다양한 다른 프로파일이 생성될 수 있다.
금속 기재(108)의 가공 동안 작업 롤(104A)의 상이한 영역을 구부리거나 변형시킴으로써, 금속 기재(108)의 일부 영역은 장력 감소가 거의 없거나 전혀 없도록 감소된 작업 롤 압력을 가질 수 있는 한편, 금속 기재의 다른 영역은 장력 감소가 있도록 증가된 작업 롤 압력을 갖는다.
하나의 비제한적인 실시예로서, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 금속 기재(108)는 금속 기재(108)의 에지 영역에서 증가된 장력의 영역(401)을 가질 수 있다. 이러한 실시예에서, 액추에이터(116A 및/또는 116B)는 작업 롤(104A 및/또는 104B)이 작업 롤(들)의 에지 영역에서 (금속 기재(108)의 대응하는 영역에서 장력을 감소시키기 위해) 증가된 국소 작업 롤 압력을 그리고/또는 작업 롤(들)의 중심 영역에서 (금속 기재(108)의 대응하는 영역에서 장력 감소가 거의 없거나 전혀 없도록) 감소된 국소 작업 롤 압력을 인가하게 할 수 있다. 도 4b는 도 4a의 금속 기재(108)의 잔류 응력(MPa) 대 변위(m)를 개략적으로 예시한다.
다른 비제한적인 실시예가 도 5a 및 도 5b에 예시된다. 이러한 실시예에서, 금속 기재(108)는 금속 기재(108)의 에지 영역에서 증가된 장력의 매우 국소화된 영역(401)을 갖는다. 가공 동안, 액추에이터(116A 및/또는 116B)는 작업 롤(104A 및/또는 104B)이 작업 롤(들)의 에지 영역에서 (금속 기재(108)의 대응하는 영역에서 장력을 감소시키기 위해) 증가된 국소 작업 롤 압력을 그리고/또는 작업 롤(들)의 중심 영역에서 (금속 기재(108)의 대응하는 영역에서 장력 감소가 거의 없거나 전혀 없도록) 감소된 국소 작업 롤 압력을 인가하게 할 수 있다. 도 5b는 도 5a의 금속 기재(108)의 잔류 응력(MPa) 대 변위(m)를 개략적으로 예시한다.
다시 도 1을 참조하면, 일부 경우에, 텍스처화 동안, 상부 작업 롤(104A)은 대체로 화살표(103)에 의해 표시된 방향으로 작동될 수 있고, 하부 작업 롤(104B)은 대체로 화살표(105)에 의해 표시된 방향으로 작동될 수 있다. 그러한 실시예에서, 작업 롤은 금속 기재(108)의 상부 표면(110) 및 하부 표면(112) 둘 모두에 맞대어져 작동된다. 그러나, 다른 실시예에서는, 스탠드(102)의 일측만이/작업 롤(104A, 104B) 중 하나만이 작동될 수 있고, 화살표(103)에 의해 표시된 작동 또는 화살표(105)에 의해 표시된 작동은 생략될 수 있다. 그러한 실시예에서, 텍스처화 동안, 일측의 액추에이터는 작업 롤(104A, 104B) 중 하나가 작동되지 않도록(즉, 금속 기재에 대한 작동이 금속 기재의 일측으로부터만 이루어지도록) 정지될 수 있고/있거나 모두 생략될 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 하부 액추에이터(116B)는 하부 작업 롤(104B)이 정지되도록(그리고 화살표(105)에 의해 표시된 방향으로 작동되지 않도록) 정지될 수 있다. 다른 실시예에서, 하부 액추에이터(116B)는 하부 작업 롤(104B)이 정지되도록 생략될 수 있다.
도 6은 본 개시의 양태에 따른 피니싱 라인(600)의 실시예를 예시한다. 피니싱 라인(100)과 비교하여, 피니싱 라인(600)은 2개의 작업 스탠드(102A, 102B)를 포함한다. 이러한 실시예에서, 작업 스탠드(102A)는 금속 기재(108)의 동시 평탄화 및 평활화를 위한 매끄러운 외부 표면을 갖는 작업 롤(104A, 104B)을 포함한다. 작업 스탠드(102B)는 하나 또는 둘 모두가 금속 기재(108)에 적용되는 텍스처를 외부 표면 상에 갖는 작업 롤(104A, 104B)을 포함한다. 이러한 실시예에서, 작업 스탠드(102A)는 작업 스탠드(102B)의 상류에 있다. 위에 언급된 바와 같이, 다양한 다른 구현예 및 구성이 가능하다.
다양한 실시예에서, 피니싱 라인(100)(또는 피니싱 라인(600))으로 금속 기재(108)의 평탄도를 제어하는 방법은 금속 기재(108)를 피니싱 라인(100)의 작업 스탠드(102)의 작업 롤(104A, 104B)들 사이로 지향시키는 단계를 포함한다. 평탄도 제어 시스템(120)의 평탄도 측정 장치(122)는 금속 기재(108)의 실제 평탄도 프로파일을 측정한다. 일부 실시예에서, 평탄도 측정 장치(122)는 작업 스탠드(102)로부터 상류에서 실제 평탄도 프로파일을 측정한다. 다른 실시예에서, 평탄도 측정 장치(122)는 작업 스탠드(102)로부터 하류에서 실제 평탄도 프로파일을 측정한다.
평탄도 제어 시스템(120)의 제어기(118)는 평탄도 측정 장치(122)로부터 감지된 데이터를 수신하고, 실제 평탄도 프로파일을 원하는 평탄도 프로파일과 비교한다. 일부 실시예에서, 원하는 평탄도 프로파일은 사전결정되거나 피니싱 라인(100)의 조작자에 의해 입력될 수 있거나, 모델링에 기초할 수 있다. 원하는 평탄도 프로파일은 실질적으로 평탄형, 만곡형 또는 궁형(bowed), 파형 등을 이에 제한됨이 없이 포함하는, 원하는 바와 같은 금속 기재(108)의 임의의 평탄도 프로파일일 수 있다.
실제 평탄도 프로파일과 원하는 평탄도 프로파일의 비교에 기초하여, 제어기(118)는 액추에이터(116A, 116B)에 의해 작업 롤(104A, 104B) 중 적어도 하나 상에 인가되는 힘을 조절하도록 액추에이터(116A, 116B) 중 적어도 하나를 조절할 수 있다. 전술된 바와 같이, 각각의 액추에이터(116A, 116B)는 각각의 작업 롤(104A, 104B)의 폭을 따라 특정 평탄도 제어 구역에 대응한다. 액추에이터 중 하나 이상을 조절함으로써, 액추에이터(116A, 116B)에 의해 작업 롤(104A, 104B)에 인가되는 국소 힘은 작업 롤(104A, 104B)의 일부 평탄도 제어 구역이 금속 기재(108)의 한 영역에 다른 평탄도 제어 구역에 의해 금속 기재(108)의 다른 영역에 인가되는 작업 롤 압력과 상이한 작업 롤 압력을 인가하게 한다. 따라서, 액추에이터(116A, 116B)는 실제 평탄도 프로파일이 원하는 평탄도 프로파일을 달성하기 위해 조절될 수 있도록 작업 롤(104A, 104B)이 국소 작업 롤 압력을 인가하게 한다.
다양한 실시예에서, 또한 위에 언급된 바와 같이, 액추에이터(116A, 116B)는 금속 기재의 폭에 걸쳐 인가되는 평균 작업 롤 압력이 기재의 항복 강도보다 작도록 작업 롤(104A, 104B) 중 적어도 하나가 국소 작업 롤 압력을 인가하게 한다. 일부 실시예에서, 작업 롤(104A, 104B)은 금속 기재(108)의 두께가 실질적으로 일정하게 유지되도록 국소 작업 롤 압력을 금속 기재(108)에 인가한다. 일부 경우에, 금속 기재(108)의 두께는 대략 1% 미만만큼 감소된다. 일부 경우에, 작업 롤(104A, 104B)은 금속 기재(108)의 길이가 실질적으로 일정하게 유지되도록 국소 작업 롤 압력을 금속 기재(108)에 인가한다. 다양한 경우에, 금속 기재(108)의 길이는 대략 1% 미만만큼 증가한다. 다양한 실시예에서, 액추에이터(116A, 116B)는 작업 롤(104A, 104B)이 금속 기재의 특정 영역에 금속 기재(108)의 항복 강도보다 큰 국소 작업 롤 압력을 인가하게 하여, 그들 특정 영역에서 장력을 감소시키고 금속 기재(108)의 폭을 따라 평탄도를 증가시키는 국소 스트랜드 신장을 일으킨다.
일부 실시예에서, 본 방법은 금속 기재의 하나 이상의 표면에 텍스처를 적용하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 단일 스탠드(102)는 기재(108)가 스탠드(102)를 빠져나갈 때 원하는 평탄도 프로파일 및 균일한 표면 토포그래피를 갖도록 금속 기재(108)의 표면 조도에 근사한 표면 조도를 갖는 작업 롤(104A, 104B)을 포함한다. 다른 실시예에서, 피니싱 라인은 제1 스탠드(102) 내에 매끄러운 작업 롤(104A, 104B)을 그리고 제2 스탠드(102) 내에 텍스처화된 작업 롤(104A, 104B)을 갖는 2-스탠드 시스템이다. 제1 스탠드(102)는 매끄러운 작업 롤(104A, 104B)을 갖는 저압, 하중 프로파일 제어식 스탠드(102)를 사용하여 동시에 시트를 평탄하게 하고 금속 기재(108)의 토포그래피를 평활하게 한다. 텍스처화된 작업 롤(104A, 104B)을 갖는 제2 스탠드(102)는 이어서 제1 스탠드(102)에 의해 달성된 평활한 표면 토포그래피를 이용하여, 금속 기재(108)를 텍스처화하기 위해 사용될 수 있다.
다양한 다른 실시예에서, 피니싱 라인은 하나의 스탠드(102), 2개의 스탠드(102), 또는 2개 초과의 스탠드(102)를 가질 수 있다. 하나의 비제한적인 실시예로서, 피니싱 라인은 6개의 스탠드(102)를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 스탠드(102)는 들어오는 금속 기재(108)와 동일하거나 그보다 낮은 표면 조도를 갖는 작업 롤(104A, 104B)을 사용함으로써 금속 기재(108)의 평탄도를 개선하기 위해 사용될 수 있다. 후속 스탠드(예컨대, 스탠드 2 내지 6)는 텍스처화된 작업 롤(104A, 104B)을 사용하여 표면 텍스처를 적용하기 위해 사용될 수 있다. 다양한 다른 피니싱 라인 구성이 제공될 수 있다.
도 7은 작업 스탠드(702)의 실시예를 예시한다. 작업 스탠드(102)와 비교하여, 작업 스탠드(702)는 작업 롤(104A, 104B)과 직접 접촉하는 액추에이터(116A, 116B)를 포함한다. 도 7에 예시된 실시예에서, 2개의 액추에이터(116A)가 작업 롤(104A)과 접촉하고, 2개의 액추에이터(116B)가 작업 롤(104B)과 접촉하지만, 임의의 원하는 수의 액추에이터(116A, 116B) 및/또는 작업 롤(104A, 104B)이 제공될 수 있다.
도 8은 작업 스탠드(802)의 실시예를 예시한다. 작업 스탠드(102)와 비교하여, 작업 스탠드(802)는 2쌍의 작업 롤(104A, 104B)(및 그에 따른 총 4개의 작업 롤(104A, 104B))을 포함한다. 작업 스탠드(702)와 유사하게, 작업 스탠드(802)는 작업 롤(104A, 104B)과 직접 접촉하는 액추에이터(116A, 116B)를 포함한다. 도 8에 예시된 실시예에서, 3개의 액추에이터(116A)가 2개의 작업 롤(104A)과 접촉하고(작업 롤(104A)당 2개의 액추에이터(116A)), 3개의 액추에이터(116B)가 2개의 작업 롤(104B)과 접촉하지만(작업 롤(104B)당 2개의 액추에이터(116B)), 임의의 원하는 수의 액추에이터(116A, 116B) 및/또는 작업 롤(104A, 104B)이 제공될 수 있다.
도 9는 작업 스탠드(902)의 실시예를 예시한다. 작업 스탠드(102)와 비교하여, 작업 스탠드(902)는 2쌍의 작업 롤(104A, 104B)(및 그에 따른 총 4개의 작업 롤(104A, 104B))을 포함한다. 도 9에 예시된 실시예에서, 작업 스탠드(902)는 8개의 액추에이터(116A, 116B), 6개의 중간 롤(119A, 119B), 및 4개의 작업 롤(104A, 104B)을 포함하지만, 임의의 원하는 수의 작업 롤(104A, 104B), 중간 롤(119A, 119B), 및/또는 액추에이터(116A, 116B)가 제공될 수 있다.
일부 실시예에서, 작업 스탠드의 일측은 스탠드의 일측만이 작동되도록(즉, 스탠드가 방향(103)으로만 또는 방향(105)으로만 작동되도록) 정지될 수 있다. 그러한 실시예에서, 하부 작업 롤(104B)의 수직 위치는 일정하고, 고정되며, 그리고/또는 금속 기재에 대해 수직으로 이동하지 않는다.
액추에이터가 스탠드의 상측 및 하측 둘 모두에 포함되는 일부 양태에서, 작업 스탠드의 일측은 한 세트의 액추에이터가 작동되지 않도록 그들을 제어함으로써 정지될 수 있다. 예를 들어, 일부 경우에, 하부 액추에이터(116B)는 하부 작업 롤(104B)이 방향(105)으로 작동되지 않도록 정지될 수 있다. 다른 실시예에서, 하부 액추에이터(116B)는 하부 작업 롤(104B)이 정지되도록 생략될 수 있다. 다른 실시예에서, 스탠드의 일측이 정지되도록 다양한 다른 메커니즘이 이용될 수 있다. 예를 들어, 도 10 및 도 11은 일측이 정지된 작업 스탠드의 추가의 실시예를 예시하고, 도 12 및 도 13은 일측이 정지된 작업 스탠드의 또 다른 실시예를 예시한다. 작업 스탠드의 일측을 정지시키면서 작업 스탠드의 정지된 측에 필요한 지지를 제공하기 위한 다양한 다른 적합한 메커니즘 및/또는 롤 구성이 이용될 수 있다.
도 10 및 도 11은 작업 스탠드(1002)의 다른 실시예를 예시한다. 작업 스탠드(1002)는 작업 스탠드(1002)가 하부 액추에이터(116B) 대신에 고정 백업 롤(1021)을 포함하는 것을 제외하고는 작업 스탠드(102)와 실질적으로 유사하다. 이러한 실시예에서, 고정 백업 롤(1021)은 수직으로 작동되지 않으며, 따라서 작업 스탠드(1002)는 단지 방향(103)으로만 작동된다. 선택적으로, 백업 롤(1021)은 스탠드(1023) 또는 원하는 대로 다른 적합한 지지부 상에 지지된다. 선택적으로, 스탠드(1023)는 백업 롤(1021)을 따라 하나 이상의 위치에서 각각의 백업 롤(1021)을 지지한다. 도 10 및 도 11의 실시예에서는, 3개의 백업 롤(1021)이 제공되지만; 다른 실시예에서는, 임의의 원하는 수의 백업 롤(1021)이 제공될 수 있다. 이들 실시예에서, 백업 롤(1021)이 수직으로 고정되기 때문에, 하부 작업 롤(104B)은 정지되며, 이는 하부 작업 롤(104B)이 일정하고, 고정되며, 그리고/또는 금속 기재에 대해 수직으로 이동하지 않음을 의미한다. 그러한 실시예에서, 텍스처화 동안 스탠드(1002)에서의 작동은 스탠드(1002)의 일측으로부터만 이루어진다(즉, 작동은 상부 작업 롤(104A)을 갖는 스탠드의 상측으로부터만 이루어짐).
도 12 및 도 13은 작업 스탠드(1202)의 다른 실시예를 예시한다. 작업 스탠드(1202)는 중간 롤 및 액추에이터가 생략되고, 하부 작업 롤(104B)의 직경이 상부 작업 롤(104A)의 직경보다 큰 것을 제외하고는 작업 스탠드(102)와 실질적으로 유사하다. 이러한 실시예에서, 작업 스탠드(1202)는 단지 방향(103)으로만 작동된다. 일부 양태에서, 더 큰 직경의 하부 작업 롤(104B)은 텍스처화 동안 금속 기재(108)의 원하는 프로파일이 생성되도록 작동에 대한 필요한 지지를 제공한다. 다른 실시예에서, 중간 롤 및/또는 다양한 다른 지지 롤이 하부 작업 롤(104B)과 함께 제공될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 추가의 실시예에서, 하부 작업 롤(104B)은 상부 작업 롤(104A)과 유사한 직경을 가질 수 있고, 작업 스탠드는 일측이 정지될 때 하부 작업 롤(104B)에 필요한 지지를 제공하기 위해 임의의 원하는 수의 중간 롤 및/또는 지지 롤을 추가로 포함한다.
본 명세서에 기재된 개념들에 따라 다양한 실시형태 유형들의 추가 설명을 제공하는, 적어도 일부가 "EC" (Example Combination; 예시 조합)로 명시적으로 열거된 예시적인 실시형태들의 집합이 아래에 제공된다. 이 실시예들은 상호 배타적이거나, 총망라한 것이라거나, 제한적인 의도로 기재된 것이 아니며; 본 발명은 이러한 예시적인 실시형태들에 한정되지 않으며 오히려 당해 청구범위 및 그 균등물의 범위 내의 모든 가능한 수정 및 변형을 포함한다.
EC 1. 기재의 평탄도를 제어하는 방법으로서, 기재를 피니싱 라인의 작업 스탠드로 그리고 작업 스탠드의 한 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤들 사이로 지향시키는 단계; 한 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤 중 제1 작업 롤에 의해, 기재의 폭에 걸쳐 기재에 복수의 국소 압력을 인가하는 단계로서, 복수의 국소 압력 각각은 제1 작업 롤의 대응하는 평탄도 제어 구역에 의해 인가되고, 각각의 평탄도 제어 구역에 의해 인가되는 국소 압력은 대응하는 액추에이터에 의해 제어되는, 상기 복수의 국소 압력을 인가하는 단계; 평탄도 측정 장치로 기재의 실제 평탄도 프로파일을 측정하는 단계; 제어기에 의해, 실제 평탄도 프로파일을 원하는 평탄도 프로파일과 비교하는 단계; 및 제어기에 의해, 기재가 작업 스탠드에 들어가고 그를 빠져나감에 따라 기재의 전체 두께 및 길이가 실질적으로 일정하게 유지되면서 복수의 국소 압력이 원하는 평탄도 프로파일을 달성하기 위해 기재의 실제 평탄도 프로파일을 변화시키도록 액추에이터를 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
EC 2. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 방법에 있어서, 기재의 전체 두께는 약 0.0% 내지 약 1.0%만큼 감소되는, 방법.
EC 3. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 방법에 있어서, 제1 작업 롤에 의해 기재에 인가되는 복수의 국소 압력의 평균은 기재의 항복 강도보다 작은, 방법.
EC 4. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 방법에 있어서, 액추에이터를 조절하는 단계는 적어도 하나의 액추에이터에 대응하는 평탄도 제어 구역에서의 국소 압력이 기재의 항복 강도보다 크도록 적어도 하나의 액추에이터를 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
EC 5. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 방법에 있어서, 액추에이터를 조절하는 단계는 적어도 하나의 액추에이터와 상이한 액추에이터에 대응하는 평탄도 제어 구역에서의 국소 압력이 기재의 항복 강도보다 작게 상이한 액추에이터를 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
EC 6. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 방법에 있어서, 액추에이터를 조절하는 단계는 평탄도 제어 구역들 사이의 하중의 차이를 최소화하는 단계를 포함하는, 방법.
EC 7. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 방법에 있어서, 평탄도 측정 장치는 다중-구역 평탄도 측정 롤인, 방법.
EC 8. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 방법에 있어서, 롤 스택은 약 7.9*10-8 m4 내지 약 .01 m4의 x-축을 중심으로 하는 굽힘에 대한 면적 관성 모멘트를 갖는, 방법.
EC 9. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 방법에 있어서, 롤 스택은 약 9.7*10-6 m4 내지 약 1.6*10-4 m4의 x-축을 중심으로 하는 굽힘에 대한 면적 관성 모멘트를 갖는, 방법.
EC 10. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 방법에 있어서, 롤 스택은 약 1.5*10-5 m4 내지 약 1.1*10-4 m4의 x-축을 중심으로 하는 굽힘에 대한 면적 관성 모멘트를 갖는, 방법.
EC 11. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 방법에 있어서, 제1 작업 롤은 외부 표면을 포함하고, 복수의 국소 압력을 인가하는 단계는 제1 작업 롤의 외부 표면을 기재의 표면과 접촉시키는 단계를 포함하는, 방법.
EC 12. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 방법에 있어서, 제1 작업 롤의 외부 표면은 매끄럽고, 실제 평탄도 프로파일이 원하는 평탄도 프로파일을 달성하도록 액추에이터를 조절하는 단계는 기재의 표면의 표면 토포그래피를 평활화하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
EC 13. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 방법에 있어서, 작업 스탠드는 제1 작업 스탠드이고, 한 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤은 제1 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤이며, 상기 방법은: 기재를 피니싱 라인의 제2 작업 스탠드로 그리고 제2 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤들 사이로 지향시키는 단계; 및 제2 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤 중 제1 작업 롤에 의해, 기재의 폭에 걸쳐 기재에 복수의 국소 압력을 인가하는 단계를 추가로 포함하고, 각각의 국소 압력은 제2 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤 중 제1 작업 롤의 대응하는 평탄도 제어 구역에 의해 인가되며, 각각의 평탄도 제어 구역에 의해 인가되는 하중은 대응하는 액추에이터에 의해 제어되고, 제2 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤 중 제1 작업 롤의 외부 표면은 텍스처를 포함하며, 제2 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤 중 제1 작업 롤에 의해 복수의 국소 압력을 인가하는 단계는 기재가 제2 작업 스탠드를 빠져나갈 때 기재의 전체 두께 및 길이가 실질적으로 일정하게 유지되도록 기재의 표면을 텍스처화하는 단계를 포함하는, 방법.
EC 14. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 방법에 있어서, 제1 작업 롤의 외부 표면은 텍스처를 포함하고, 실제 평탄도 프로파일이 원하는 평탄도 프로파일을 달성하도록 액추에이터를 조절하는 단계는 기재의 표면에 텍스처를 적용하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
EC 15. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 방법에 있어서, 기재의 표면은 표면 조도를 포함하고, 제1 작업 롤의 외부 표면은 거의 동일한 표면 조도를 포함하며, 표면 조도는 약 0.4 μm 내지 약 6.0 μm인, 방법.
EC 16. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 방법에 있어서, 표면 조도는 약 0.7 μm 내지 약 1.3 μm인, 방법.
EC 17. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 방법에 있어서, 실제 평탄도 프로파일을 측정하는 단계는 인장 잔류 응력을 갖는 기재 상의 영역 및 압축 잔류 응력을 갖는 기재 상의 영역을 결정하는 단계를 포함하고, 액추에이터를 조절하는 단계는 인장 잔류 응력의 영역에 대응하는 평탄도 제어 구역의 국소 압력을 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
EC 18. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 방법에 있어서, 인장 잔류 응력의 영역에 대응하는 평탄도 제어 구역의 국소 압력을 증가시키는 단계는 약 0.0% 내지 약 1.0%의 국소 신장을 일으키는 국소 압력을 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
EC 19. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 방법에 있어서, 인장 잔류 응력의 영역에 대응하는 평탄도 제어 구역의 국소 압력을 증가시키는 단계는 약 0.0% 내지 약 0.2%의 국소 신장을 일으키는 국소 압력을 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
EC 20. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 방법에 있어서, 인장 잔류 응력의 영역에 대응하는 평탄도 제어 구역의 국소 압력을 증가시키는 단계는 약 0.1%의 국소 신장을 일으키는 국소 압력을 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
EC 21. 평탄도 제어 시스템으로서, 한 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤을 포함하는 피니싱 라인의 작업 스탠드로서, 한 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤 중 제1 작업 롤은 제1 작업 롤의 폭에 걸쳐 복수의 평탄도 제어 구역을 포함하고, 각각의 평탄도 제어 구역은 기재 상의 대응하는 영역에 국소 압력을 인가하도록 구성되는, 상기 작업 스탠드; 복수의 액추에이터로서, 각각의 액추에이터는 복수의 평탄도 제어 구역 중 하나에 대응하고, 대응하는 평탄도 제어 구역이 기재 상의 대응하는 영역에 국소 압력을 인가하게 하도록 구성되는, 상기 복수의 액추에이터; 기재의 실제 평탄도 프로파일을 측정하도록 구성되는 평탄도 측정 장치; 및 기재가 작업 스탠드를 빠져나갈 때 기재의 전체 두께 및 길이가 실질적으로 일정하게 유지되면서 국소 압력이 원하는 평탄도 프로파일을 달성하기 위해 실제 평탄도 프로파일을 변화시키도록 복수의 액추에이터를 조절하도록 구성되는 제어기를 포함하는, 평탄도 제어 시스템.
EC 22. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 평탄도 제어 시스템에 있어서, 각각의 액추에이터는 제어기에 의해 개별적으로 제어되는, 평탄도 제어 시스템.
EC 23. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 평탄도 제어 시스템에 있어서, 복수의 액추에이터는 제어기에 의해 동시에 제어되는, 평탄도 제어 시스템.
EC 24. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 평탄도 제어 시스템에 있어서, 제1 작업 롤에 의해 기재에 인가되는 국소 압력의 평균은 기재의 항복 강도보다 작은, 평탄도 제어 시스템.
EC 25. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 평탄도 제어 시스템에 있어서, 제어기는 적어도 하나의 액추에이터에 대응하는 평탄도 제어 구역에서의 국소 압력이 기재의 항복 강도보다 크게 적어도 하나의 액추에이터를 조절하도록 구성되는, 평탄도 제어 시스템.
EC 26. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 평탄도 제어 시스템에 있어서, 제어기는 적어도 하나의 액추에이터와 상이한 액추에이터에 대응하는 평탄도 제어 구역에서의 국소 압력이 기재의 항복 강도보다 작게 상이한 액추에이터를 조절하도록 구성되는, 평탄도 제어 시스템.
EC 27. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 평탄도 제어 시스템에 있어서, 제어기는 평탄도 제어 구역들 사이의 하중의 차이를 최소화하도록 구성되는, 평탄도 제어 시스템.
EC 28. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 평탄도 제어 시스템에 있어서, 평탄도 측정 장치는 다중-구역 평탄도 측정 롤인, 평탄도 제어 시스템.
EC 29. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 평탄도 제어 시스템에 있어서, 롤 스택은 약 7.9*10-8 m4 내지 약 .01 m4의 x-축을 중심으로 하는 굽힘에 대한 면적 관성 모멘트를 갖는, 평탄도 제어 시스템.
EC 30. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 평탄도 제어 시스템에 있어서, 롤 스택은 약 9.7*10-6 m4 내지 약 1.6*10-4 m4의 x-축을 중심으로 하는 굽힘에 대한 면적 관성 모멘트를 갖는, 평탄도 제어 시스템.
EC 31. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 평탄도 제어 시스템에 있어서, 롤 스택은 약 1.5*10-5 m4 내지 약 1.1*10-4 m4의 x-축을 중심으로 하는 굽힘에 대한 면적 관성 모멘트를 갖는, 평탄도 제어 시스템.
EC 32. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 평탄도 제어 시스템에 있어서, 제1 작업 롤은 가공 동안 기재의 표면과 접촉하도록 구성되는 외부 표면을 포함하는, 평탄도 제어 시스템.
EC 33. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 평탄도 제어 시스템에 있어서, 제1 작업 롤의 외부 표면은 약 0.4 내지 0.6 μm보다 작은 표면 조도를 갖고서 매끄럽고, 제1 작업 롤은 기재의 표면의 표면 토포그래피를 평활하게 하도록 구성되는, 평탄도 제어 시스템.
EC 34. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 평탄도 제어 시스템에 있어서, 작업 스탠드는 제1 작업 스탠드이고, 한 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤은 제1 쌍의 작업 롤이며, 평탄도 제어 시스템은 제2 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤을 포함하는 피니싱 라인의 제2 작업 스탠드를 추가로 포함하고, 제2 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤 중 제1 작업 롤은 제2 쌍의 작업 롤 중 제1 작업 롤의 폭에 걸쳐 복수의 평탄도 제어 구역을 포함하며, 각각의 평탄도 제어 구역은 기재 상의 대응하는 영역에 국소 압력을 인가하도록 구성되고, 제2 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤 중 제1 작업 롤의 각각의 평탄도 제어 구역에 의해 인가되는 하중은 대응하는 액추에이터에 의해 제어되며, 제2 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤 중 제1 작업 롤의 외부 표면은 텍스처를 포함하고, 제2 쌍의 작업 롤 중 제1 작업 롤은 기재가 제2 작업 스탠드를 빠져나갈 때 기재의 전체 두께 및 길이가 실질적으로 일정하게 유지되도록 기재의 표면을 텍스처화하도록 구성되는, 평탄도 제어 시스템.
EC 35. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 평탄도 제어 시스템에 있어서, 제1 작업 롤의 외부 표면은 텍스처를 포함하고, 제1 작업 롤은 기재의 표면에 텍스처를 적용하도록 구성되는, 평탄도 제어 시스템.
EC 36. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 평탄도 제어 시스템에 있어서, 기재의 표면은 표면 조도를 포함하고, 제1 작업 롤의 외부 표면은 거의 동일한 표면 조도를 포함하며, 표면 조도는 약 0.4 μm 내지 약 6.0 μm인, 평탄도 제어 시스템.
EC 37. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 평탄도 제어 시스템에 있어서, 표면 조도는 약 0.7 μm 내지 약 1.3 μm인, 평탄도 제어 시스템.
EC 38. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 평탄도 제어 시스템에 있어서, 평탄도 측정 장치는 인장 잔류 응력을 갖는 기재 상의 영역 및 압축 잔류 응력을 갖는 기재 상의 영역을 결정하도록 구성되고, 제어기는 인장 잔류 응력의 영역에 대응하는 평탄도 제어 구역의 국소 압력을 증가시키게 액추에이터를 조절하도록 구성되는, 평탄도 제어 시스템.
EC 39. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 평탄도 제어 시스템에 있어서, 제어기는 인장 잔류 응력의 영역에 대응하는 평탄도 제어 구역의 국소 압력이 약 0.0% 내지 약 1.0%의 국소 신장을 일으키도록 액추에이터를 조절하도록 구성되는, 평탄도 제어 시스템.
EC 40. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 평탄도 제어 시스템에 있어서, 제어기는 인장 잔류 응력의 영역에 대응하는 평탄도 제어 구역의 국소 압력이 약 0.0% 내지 약 0.2%의 국소 신장을 일으키도록 액추에이터를 조절하도록 구성되는, 평탄도 제어 시스템.
EC 41. 선행하거나 후속하는 실시예 중 임의의 실시예의 평탄도 제어 시스템에 있어서, 제어기는 인장 잔류 응력의 영역에 대응하는 평탄도 제어 구역의 국소 압력이 약 0.1%의 국소 신장을 일으키도록 액추에이터를 조절하도록 구성되는, 평탄도 제어 시스템.
EC 42. 선행하거나 후속하는 예시 조합 중 임의의 조합의 평탄도 제어 시스템 또는 방법에 있어서, 제1 작업 롤로 기재에 복수의 국소 압력을 인가하는 단계는 제1 작업 롤과 수직으로 정렬되는 제2 작업 롤의 수직 위치를 고정시키는 단계를 포함하는, 평탄도 제어 시스템 또는 방법.
상술한 양태들은 구현예들의 가능한 예일 뿐이며, 본 개시의 원리를 명확하게 이해하기 위해 제시된 것이다. 본 개시의 사상 및 원리로부터 실질적으로 벗어나지 않으면서 상술한 예(들)에 대해 많은 변형예 및 수정예들이 이루어질 수 있다. 이러한 모든 수정예 및 변형예는 본 개시의 범위 내에 포함되며, 개별적인 양태들 또는 엘리먼트 또는 단계의 조합에 대한 모든 가능한 청구 범위는 본 개시에 의해 지지되도록 의도된다. 게다가, 하기의 청구 범위 뿐만 아니라 본 출원에서 특정 용어가 사용되지만, 이들은 포괄적이고 설명적인 의미로만 사용되며, 설명된 발명을 제한하기 위한 목적은 아니고, 이하의 청구 범위를 제한하기 위한 목적도 아니다.

Claims (19)

  1. 기재의 평탄도를 제어하는 방법으로서,
    기재를 피니싱 라인의 작업 스탠드로 그리고 상기 작업 스탠드의 한 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤들 사이로 지향시키는 단계;
    상기 한 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤 중 제1 작업 롤에 의해, 상기 기재의 폭에 걸쳐 상기 기재에 복수의 국소 압력을 인가하는 단계로서, 상기 복수의 국소 압력 각각은 상기 제1 작업 롤의 대응하는 평탄도 제어 구역에 의해 인가되고, 각각의 평탄도 제어 구역에 의해 인가되는 상기 국소 압력은 대응하는 액추에이터에 의해 제어되고, 상기 액추에이터는 상기 기재의 에지 영역을 제어하기 위한 적어도 하나의 에지 액추에이터 및 상기 기재의 에지 아닌 영역을 제어하기 위한 적어도 하나의 비-에지(non-edge) 액추에이터를 포함하고, 상기 에지 액추에이터의 적어도 하나의 특성은 상기 비-에지 액추에이터와 상이한, 상기 복수의 국소 압력을 인가하는 단계;
    평탄도 측정 장치로 상기 기재의 실제 평탄도 프로파일을 측정하는 단계;
    제어기에 의해, 상기 실제 평탄도 프로파일을 원하는 평탄도 프로파일과 비교하는 단계; 및
    상기 제어기에 의해, 상기 기재가 상기 작업 스탠드에 들어가고 상기 작업 스탠드를 빠져나감에 따라 상기 기재의 전체 두께 및 길이가 일정하게 유지되면서 상기 원하는 평탄도 프로파일을 달성하기 위해 상기 복수의 국소 압력이 상기 기재의 상기 실제 평탄도 프로파일을 변화시키도록 상기 액추에이터 각각을 서로 독립적으로 조절하는 단계를 포함하고,
    상기 액추에이터 각각을 서로 독립적으로 조절하는 단계는, 각각의 평탄도 제어 구역에 대해, 상기 기재의 대응하는 부분의 국소 신장을 일으키는 대응하는 국소 압력을 인가하도록 각각의 대응하는 평탄도 제어 구역을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 작업 롤은 외부 표면을 포함하고, 상기 복수의 국소 압력을 인가하는 단계는 상기 제1 작업 롤의 상기 외부 표면을 상기 기재의 표면과 접촉시키는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기재의 상기 전체 두께는 0.0% 초과 1.0% 이하만큼 감소되는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 작업 롤에 의해 상기 기재에 인가되는 상기 복수의 국소 압력의 평균은 상기 기재의 항복 강도보다 작은, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터를 조절하는 단계는 적어도 하나의 액추에이터에 대응하는 상기 평탄도 제어 구역에서의 상기 국소 압력이 상기 기재의 항복 강도보다 크도록 상기 적어도 하나의 액추에이터를 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 액추에이터를 조절하는 단계는 상기 적어도 하나의 액추에이터와 상이한 액추에이터에 대응하는 상기 평탄도 제어 구역에서의 상기 국소 압력이 상기 기재의 상기 항복 강도보다 작게 상기 상이한 액추에이터를 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 작업 롤로 상기 기재에 상기 복수의 국소 압력을 인가하는 단계는 상기 제1 작업 롤과 수직으로 정렬되는 제2 작업 롤의 수직 위치를 고정시키는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 작업 롤의 상기 외부 표면은 매끄럽고, 상기 실제 평탄도 프로파일이 상기 원하는 평탄도 프로파일을 달성하도록 상기 액추에이터를 조절하는 단계는 상기 기재의 상기 표면의 표면 토포그래피를 평활화하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 작업 롤의 상기 외부 표면은 텍스처를 포함하고, 상기 실제 평탄도 프로파일이 상기 원하는 평탄도 프로파일을 달성하도록 상기 액추에이터를 조절하는 단계는 상기 기재의 상기 표면에 상기 텍스처를 적용하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 실제 평탄도 프로파일을 측정하는 단계는 인장 잔류 응력을 갖는 상기 기재 상의 영역 및 압축 잔류 응력을 갖는 상기 기재 상의 영역을 결정하는 단계를 포함하고, 상기 액추에이터를 조절하는 단계는 상기 인장 잔류 응력의 영역에 대응하는 평탄도 제어 구역의 상기 국소 압력을 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 인장 잔류 응력의 영역에 대응하는 상기 평탄도 제어 구역의 상기 국소 압력을 증가시키는 단계는 0.0% 초과 1.0% 이하의 국소 신장을 일으키는 국소 압력을 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 평탄도 제어 시스템으로서,
    한 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤을 포함하는 피니싱 라인의 작업 스탠드로서, 상기 한 쌍의 수직으로 정렬된 작업 롤 중 제1 작업 롤은 상기 제1 작업 롤의 폭에 걸쳐 복수의 평탄도 제어 구역을 포함하고, 각각의 평탄도 제어 구역은 기재 상의 대응하는 영역에 국소 압력을 인가하도록 구성되고, 상기 제1 작업 롤은 가공 동안 상기 기재의 표면과 접촉하도록 구성되는 외부 표면을 포함하는, 상기 작업 스탠드;
    복수의 액추에이터로서, 각각의 액추에이터는 상기 복수의 평탄도 제어 구역 중 하나에 대응하고, 상기 제1 작업 롤의 상기 외부 표면을 상기 기재의 표면과 접촉시킴으로써 상기 대응하는 평탄도 제어 구역이 기재 상의 상기 대응하는 영역에 상기 국소 압력을 인가하게 하도록 구성되고, 각각의 액추에이터는 독립적으로 제어되고, 상기 복수의 액추에이터는 상기 기재의 에지 영역을 제어하기 위한 적어도 하나의 에지 액추에이터 및 상기 기재의 에지 아닌 영역을 제어하기 위한 적어도 하나의 비-에지(non-edge) 액추에이터를 포함하고, 상기 에지 액추에이터의 적어도 하나의 특성은 상기 비-에지 액추에이터와 상이한, 상기 복수의 액추에이터;
    상기 기재의 실제 평탄도 프로파일을 측정하도록 구성되는 평탄도 측정 장치; 및
    상기 기재가 상기 작업 스탠드를 빠져나갈 때 상기 기재의 전체 두께 및 길이가 일정하게 유지되면서 원하는 평탄도 프로파일을 달성하기 위해 상기 국소 압력이 상기 실제 평탄도 프로파일을 변화시키도록 그리고 상기 국소 압력이 상기 기재의 복수의 부분의 국소 신장을 일으키도록 상기 복수의 액추에이터의 각 액추에이터를 서로 독립적으로 조절하도록 구성되고, 상기 기재의 각각의 부분은 상기 복수의 평탄도 제어 구역의 특정 평탄도 제어 구역에 대응하는, 제어기를 포함하는, 평탄도 제어 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 작업 롤에 의해 상기 기재에 인가되는 상기 국소 압력의 평균은 상기 기재의 항복 강도보다 작은, 평탄도 제어 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제어기는 적어도 하나의 액추에이터에 대응하는 상기 평탄도 제어 구역에서의 상기 국소 압력이 상기 기재의 항복 강도보다 크게 상기 적어도 하나의 액추에이터를 조절하도록 구성되는, 평탄도 제어 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제어기는 상기 적어도 하나의 액추에이터와 상이한 액추에이터에 대응하는 상기 평탄도 제어 구역에서의 상기 국소 압력이 상기 기재의 상기 항복 강도보다 작게 상기 상이한 액추에이터를 조절하도록 구성되는, 평탄도 제어 시스템.
  15. 제11항에 있어서, 상기 제어기는 평탄도 제어 구역들 사이의 하중 차이를 최소화하도록 구성되는, 평탄도 제어 시스템.
  16. 제11항에 있어서, 상기 제1 작업 롤의 상기 외부 표면은 0.4 내지 0.6 μm보다 작은 표면 조도를 갖고서 매끄러우며, 상기 제1 작업 롤은 상기 기재의 상기 표면의 표면 토포그래피를 평활하게 하도록 구성되는, 평탄도 제어 시스템.
  17. 제11항에 있어서, 상기 제1 작업 롤의 상기 외부 표면은 텍스처를 포함하며, 상기 제1 작업 롤은 상기 기재의 상기 표면에 상기 텍스처를 적용하도록 구성되는, 평탄도 제어 시스템.
  18. 제11항에 있어서, 상기 평탄도 측정 장치는 인장 잔류 응력을 갖는 상기 기재 상의 영역 및 압축 잔류 응력을 갖는 상기 기재 상의 영역을 결정하도록 구성되고, 상기 제어기는 상기 인장 잔류 응력의 영역에 대응하는 평탄도 제어 구역의 상기 국소 압력을 증가시키게 상기 액추에이터를 조절하도록 구성되는, 평탄도 제어 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제어기는 상기 인장 잔류 응력의 영역에 대응하는 평탄도 제어 구역의 상기 국소 압력이 0.0% 초과 1.0% 이하의 국소 신장을 일으키도록 상기 액추에이터를 조절하도록 구성되는, 평탄도 제어 시스템.
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