KR20100124750A - 금속 스트립의 연속 반복 압연 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 금속 스트립의 연속 반복 압연 방법은, 비대칭 압연(S1)과 스킨 패스 압연(S3)의 조합에 의한 압연의 흐름을 나타낸다. 비대칭 압연으로서는 이주속(異周速) 압연을 행하고, 붕괴된 판 형상의 금속 스트립은 와인더에 의해 일단 트래버스 감기(지그재그가 되는 것을 허용하는 느슨한 감기: S2)를 행한다. 계속해서 스킨 패스 압연을 행하고, 이번에는 정연한 코일 형상의 권취(S4)를 행한다. 이 압연 흐름에 있어서 명백하듯이, 도중에 트래버스 감기(S2)를 행하지 않고서, 비대칭과 스킨 패스를 연속해서 행하도록 2개 이상의 압연기를 배열하여 탠덤 압연을 행해도 된다.

Description

금속 스트립의 연속 반복 압연 방법{CONTINUOUS REPETITIVE ROLLING METHOD FOR METAL STRIP}

본 발명은, 금속 스트립을 상하 비대칭의 압연롤 조건으로 연속해서 반복 압연할 때에 이용하는 금속 스트립의 연속 반복 압연 방법에 관한 것이다.

금속 스트립을 상하의 압연롤 조건이 비대칭이 되는 전단 변형 압연을 행하면, 전단 변형으로 도입된 특유한 압연 집합 조직이 발달하는 것이 알려져 있다. 압연롤 조건이 비대칭이 되는 전단 변형 압연의 방법으로서는, 예컨대, 상하 한 쌍의 롤이 서로 다른 속도로 회전하는 이주속(異周速) 압연법(비특허 문헌 1 참조)이나 한 쌍의 롤과 금속 판재의 각 계면에 있어서의 마찰 계수를 서로 다르게 한 상태에서 압연하는 방법(특허 문헌 1 참조) 등을 들 수 있다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 소화53-135861호 공보

비특허 문헌 1: 사카이 데츠오, 우츠노미야 히로시, 사이토 요시히로, 「알루미늄판에의 전단 변형의 도입과 집합 조직의 제어」, 경금속(사단법인 경금속 학회 발행), 2002년 11월, 제52권, 제11호, pp.518-523

그러나, 금속 스트립에 전단 변형을 도입하기 위해서 연속적으로 반복 비대칭의 전단 변형 압연을 행하고자 하면, 금속 스트립의 판 형상, 특히 평탄성이 상실되기 쉽다. 판 형상이 악화되는 예로서는, 판의 길이 방향으로 큰 만곡이 발생하거나, 판의 폭 방향으로 큰 곡절(曲折)이 발생하고(도 7 참조), 나아가서는 판 표면이 꺼칠꺼칠한 매트 상태가 되는(도 8 참조) 것을 들 수 있다. 그 결과로서, 압연기를 사이에 두고 배치된 금속 스트립의 언와인더(unwinder)로부터 와인더(winder)까지의 사이에 사행(蛇行)이 발생하거나, 코일 형상으로 권취할 때에 권취 붕괴가 발생하기 때문에, 연속해서 반복 비대칭 압연하는 것은 곤란하였다.

이 문제를 해결하기 위한 한 방법으로서, 금속 스트립에 장력을 가하면서 압연하는 것이 고려된다. 그러나 충분한 교정 효과를 얻고자 하면, 언와인더나 와인더에 상당한 장력 기구를 부가할 필요가 생겨, (불출)-(비대칭 압연)-(권취) 사이의 밸런스를 유지하면서 제어 압연하는 것은 경제적으로도 기술적으로도 매우 곤란한 것이 된다. 또한 압연 형상이 나쁘거나, 전술한 밸런스가 무너지면, 금속 스트립이 장력에 견디지 못하여 파단해 버리는 경우도 종종 발생하였다.

본 발명은, 이러한 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 전단 집합 조직을 유지하면서, 압연 하중을 증대시키지 않고서, 권취하기 용이한 정도로 평탄성을 갖는 금속 스트립을 얻는 것을 주목적으로 한다.

본 발명자는, 전단 집합 조직을 유지하면서, 압연 하중을 증대시키지 않고서, 권취하기 용이한 정도로 평탄성을 갖는 금속 스트립을 얻는 것을 목적으로 하여, 예의 연구를 행하였다. 예컨대, 비대칭 압연을 행한 후에 대칭 압연(이 경우의 대칭 압연은 당업자 누구라도 통상 행하고 있는 윤활 상태이며 상하 등속인 압연 방법을 나타내는 것으로 하지만)을 여러 가지 조건하에서 행해 보았다. 그러한 결과, 단순히 대칭 압연을 행함으로써, 판 두께 전체가 균일해질 때까지 충분한 양 감소시키면 판 형상도 교정되어, 평탄성이 회복되는 것을 알 수 있었다.

그러나, 이러한 종래 기술로부터 안이하게 상정되는 방법에서는, 모처럼 도입된 전단 변형 특유의 압연 집합 조직(이하에서는 「전단 집합 조직」이라고 함; 도 9 참조)을 파괴하고, 또한 판 두께 방향 전역에 걸쳐 도입되어 있던 전단 변형(도 10 참조)을 표면 근방에서 크게 파괴해 버려, 종래의 대칭 압연으로 도입되는 압축 변형의 상태(도 11 참조)로 되돌아가도록 작용하는 것도 동시에 판명되었다. 또한 대칭 압연에 필요해지는 압연력(압연 하중이라고도 환언할 수 있지만)은 비대칭 압연의 경우의 2배 이상이 되어, 압연기의 부하를 증대시켰다.

그 후, 본 발명자는 한층 더 고안에 매진한 결과, 대칭 압연에 의해 판 형상을 교정할 때에, 그 조건을 판 두께 감소율로 3%∼10% 범위로 한정한 가벼운 압연(이른바 스킨 패스 압연)을 행하면 좋은 경향이 얻어졌다. 또한 구동 토크(G)·압연롤 반경(R)·압연 하중(P)의 조합 조건을 추구한 결과, 동일한 3%∼10%의 판 두께 감소율을 유지하면서, 압연롤과 금속 스트립의 마찰 계수(μ)(μ=G/RP)가 0.05∼0.12의 범위에 들어가도록 조절하면 전단 집합 조직을 파괴하지 않고서(도 1 참조), 평탄성이 회복되고, 판 표면에의 악영향도 무시할 수 있을 정도에 그치는 것을 발견하였다.

이러한 지견에 입각하여, 각 조건을 더 추구한 결과, 종래 상정된 방법에서는 해결할 수 없었던 전단 집합 조직을 유지하면서, 압연 하중을 증대시키지 않고서, 권취하기 용이한 정도로 평탄성을 갖는 금속 스트립의 스킨 패스 압연 방법을 발명하고, 또한 비대칭 압연과 대칭 압연을 적절하게 조합함으로써 금속 스트립을 연속 반복 압연하는 방법의 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 금속 스트립의 연속 반복 압연 방법은,

금속 스트립을 연속해서 반복 압연하는 방법으로서,

압연롤과 금속 스트립 사이의 압연 조건이 상하롤 사이에서 비대칭이 되는 전단 변형 압연을 1회 행한 후에 계속해서, 상하롤 사이에서 대칭이 되는 압연 조건에 의해 판 두께 감소율 3% 이상 10% 이하의 범위의 스킨 패스 압연을 1회 행하는 것이다.

본 발명의 금속 스트립의 연속 반복 압연 방법에 따르면, 압연 하중을 증대시키지 않고서, 도입된 전단 집합 조직을 유지하면서도 코일 형상으로 권취하는 것이 용이해지는 평탄한 금속 스트립을, 연속해서 반복 압연하는 방법을 제공할 수 있다. 이 경우에는 경제적·기술적인 부하를 증대시키는 일이 없다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스킨 패스 압연 후의 전단 집합 조직을 도시하는 {111}극점도이다.
도 2는 본 발명의 연속해서 반복 압연하는 방법의 흐름도이다.
도 3은 3탠덤 구성의 탠덤 압연기의 설명도이다.
도 4는 1대의 압연기로 전단 변형 압연과 스킨 패스 압연을 교대로 반복할 때의 설명도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스킨 패스 압연 후의 판 형상을 도시하는 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 스킨 패스 압연 후의 판 표면 상태를 도시하는 사진이다.
도 7은 종래 기술에 의한 판 형상을 도시하는 사진이다.
도 8은 종래 기술에 의한 판 표면 상태를 도시하는 사진이다.
도 9는 종래 기술에 의한 전단 집합 조직을 도시하는 {111}극점도이다.
도 10은 비대칭 압연으로 도입되는 전단 변형의 상태를 길이 방향으로 절단한 단면에서 본 도면이다.
도 11은 대칭 압연으로 도입되는 압축 변형의 상태를 길이 방향으로 절단한 단면에서 본 도면이다.

이하에 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다. 도 2에 본 발명의 기본이 되는 비대칭 압연(S1)과 스킨 패스 압연(S3)의 조합에 의한 압연의 흐름을 도시한다. 비대칭 압연으로서는 이주속(異周速) 압연을 행하고, 붕괴된 판 형상의 금속 스트립은 와인더에 의해 일단 트래버스 감기(지그재그가 되는 것을 허용하는 느슨한 감기: S2)를 행한다. 계속해서 스킨 패스 압연을 행하고, 이번에는 정연한 코일 형상의 권취(S4)를 행한다. 이 압연 흐름에 있어서 명백하듯이, 도중에 트래버스 감기(S2)를 행하지 않고서, 비대칭과 스킨 패스를 연속해서 행하도록 2개 이상의 압연기를 배열하여 탠덤 압연을 행해도 된다. 도 3은 3탠덤 구성의 탠덤 압연기의 설명도이다. 이 탠덤 압연기에 따르면, 비대칭 압연과 스킨 패스 압연을 전후 종렬적으로 배열한 일관(一貫) 압연을 행하는 것이 가능하고, L행이어도 R행이어도, 항상 평탄성을 유지하면서 리버서블(reversible)하게 전단 압연할 수 있다. 또한, L행이면 R압연기, R행이면 L압연기의 상측롤을 올려 두게 된다. 또한, 도 4는 1대의 압연기로 전단 변형 압연과 스킨 패스 압연을 교대로 반복할 때의 설명도이다. 이 압연기에서는, 상하롤 사이에서 비대칭이 되는 전단 변형 압연을 행하고, 얻어진 금속 스트립을 일단 트래버스 감기한 후, 상하롤 사이에서 대칭이 되는 압연 조건에 의해 스킨 패스를 행한다. 구체적으로는, 작업 S1∼S4를 반복한다.

스킨 패스 압연(S3)은 판 두께 감소율로 3% 이상 10% 이하의 범위에서 행하는 것이 바람직하다. 이 범위 내에 있으면, 대칭 압연에 의한 압축 변형에 의해 전단 집합 조직을 파괴해 버릴 우려가 없고, 판 표면 근방이라도 도입된 전단 변형 상태가 붕괴되지 않기 때문이다.

3%에 못 미치는 가벼운 압연은 판 두께 제어가 곤란하고, 판 형상의 교정 효과도 보이지 않는다. 2회 이상 반복했다고 해도 비효율적이 되어, 경제적이지 않다.

한편 10%를 넘은 압연을 행하면 판 형상의 교정 효과는 보이지만, 전단 집합 조직을 크게 파괴해 버리고, 판 두께 표면 부근에서 전단 변형 상태가 붕괴하게 된다. 또한, 필요한 압연력의 증대를 초래하고, 스트립의 판 두께나 판 폭에 따라서는 압연 하중이 장치 능력을 초과해 버릴지도 모르기 때문에 바람직하지 않다.

스킨 패스 압연(S3)은, 압연 중인 롤과 금속 스트립 사이의 마찰 계수(μ)가 0.05 이상 0.12 이하의 범위에서 행하는 것이 바람직하다. 이하에 한정 이유를 기술한다. 압연 중인 롤과 금속 스트립 사이의 마찰 계수(μ)는, 편의적으로 롤에 가해지는 구동 토크(G)를 압연롤 반경(R)과 압연력(P)으로 나눈 수치(G/RP)로서 정해진다. 통상 압연롤 반경(R)은 압연기에 있어서 간단히 교환할 수 있는 것이 아니기 때문에 필연적으로 고정된다. 따라서 실제로는 구동 토크(G)와 압연력(P)의 밸런스를 어떻게 조절하는지로 마찰 계수(μ)가 정해진다. 0.05 이상 0.12 이하가 되도록 구동 토크(G)와 압연력(P)을 선택함으로써, 전단 압연 성분에도 압축 압연 성분에도 지나치게 치우치지 않는 스킨 패스 압연을 행할 수 있고, 이 범위이면 1회의 압연으로 3%∼10%의 판 두께 감소율로 제어할 수 있었다. 또한 스킨 패스 압연 후에도 전단 집합 조직이나 판 표면 근방의 전단 변형 상태를 파괴하는 일이 없었다.

마찰 계수(μ)가 0.05보다도 작은 경우, 즉 구동 토크(G)에 대하여 압연력(P)이 매우 큰 경우에는 압축 압연 성분에 지나치게 치우쳐, 1회의 압연에 의한 판 두께 감소율이 10%를 크게 넘기 쉽고, 또한 전단 집합 조직을 파괴하여, 판 표면 근방에서는 특히 전단 변형이 붕괴되기 쉬워진다.

반대로 마찰 계수(μ)가 0.12보다도 큰 경우, 즉 압연력(P)에 대하여 구동 토크(G)가 매우 큰 경우에는 여전히 금속 스트립 표면 부근에서는 전단 압연 성분에 지나치게 치우쳐져, 판 형상의 교정 효과는 없으며, 1회의 압연에 의한 판 두께의 감소율은 장소에 따라 불안정하게 되어 10%를 넘어 버리는 장소와 10% 이하에 그치는 장소가 혼재해 버린다.

실시예

이하에, 본 발명의 적합한 실시예에 대해서 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 조금도 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한, 여러 가지 형태로 실시할 수 있는 것은 물론이다.

여기서는, 실시예 1∼7 및 비교예 1∼5에 대해서 실험을 행하였다. 각 실시예 및 각 비교예에 있어서, 압연에 제공한 금속 스트립은 폭 50 ㎜의 공업용 베릴륨구리 스트립(JIS H3130 C1720R)으로 하고, 코일 형상으로 감은 30 ㎏ 정도의 양을 두께 1 ㎜로부터 0.27 ㎜까지 상하 이주속에 의한 비대칭 압연을 행하였다. 이때의 판 형상을 도 7에, 전단 집합 조직을 도 9에 도시한다.

이 금속 스트립을 일단 트래버스 감기한 후에, 동일한 압연 장치를 이용하여 대칭 압연이 되는 스킨 패스 압연을 행하였다. 이 스킨 패스 압연은, 각 실시예 및 각 비교예마다 각종의 조건을 변경하여 행하였다. 그때의 조건을 표 1에 정리하였다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 조건으로서는, (1) 판 두께 감소율, (2) 구동 토크, (3) 롤 반경, (4) 압연 하중, (5) 마찰 계수에 대해서 검토하였다. 또한, 롤 반경에 대해서는 변화시키지 않고서 일정한 값을 채용하였다. 예컨대, 실시예 2에서는, 구동 토크(G)=1.125 kW(1,125 Nm), 롤 반경(R)=67.5 ㎜(0.0675 m), 압축력(P)=157 kN(157,000 N)의 조건을 선택하고, 마찰 계수(μ)(=G/RP)=0.106으로 하여 1회 압연하였다. 이 스킨 패스 압연 후의 판 두께는 압연 전에 비해서 6% 감소하여, 0.254 ㎜가 되었다. 스킨 패스 압연 후의 판 형상은 도 5에 도시하는 바와 같이 교정되었다. 또한 전단 집합 조직도 도 1에 도시하는 바와 같이 유지되어 있고, 판의 표면은 도 6에 도시하는 바와 같이 매끄러운 표면으로 개선되었다. 또한 스킨 패스시에 부여하는 압축력(압축 하중)(P)은, 압연기의 구조로부터 이해되는 바와 같이 상하의 롤 간격을 대소 조절함으로써 조절되며, 실제로는 적절한 압연력이 될 때의 간격의 크기를 정함으로써 관리된다.

구동 토크(G), 롤 반경(R) 및 압축력(P)은, 각각 이하와 같이 하여 구하였다. 즉, 토크(G)는, 구동 모터에 발생하는 토크 성분 벡터 지시값을 직류 전압으로 취출하고, 정격 출력에 대한 비율로부터 산출하여 구하였다. 또한, 롤 반경(R)은, 버니어 캘리퍼스로 측정하였다. 또한, 압축력(P)은, 압연 하중이며, 미리 압연 장치에 설치한 로드셀로 출력 신호를 측정하고, A/D 변환하여 하중으로 환산하였다.

각 실시예 및 각 비교예에서 얻어진 금속 스트립의 성질을 표 1에 정리하였다. 얻어진 금속 스트립의 성질로서는, (6) 평탄성(육안 판정), (7) 전단 집합 조직(극점도), (8) 판 표면 상태(감촉), (9) 표면 거칠기(Ra), (10) 코일 권취 붕괴에 대해서 검토하였다. 구체적으로는, (6)의 평탄성은, 스킨 패스 압연 후의 길이를 약 1000 ㎜로 절단한 금속 스트립의 판 형상을 정반(定盤) 상에 정치해 육안으로 확인하여, 높이가 50 ㎜(5%)를 넘지 않으면 양호, 그렇지 않으면 불량이라고 판정하고, (7)의 전단 집합 조직은, 그 붕괴 상태를 극점도 측정 결과에서 보아 전단 집합 조직의 주방위가 되는 {111}<110> 방위에의 집적 강도, 즉 극점도 중의 등고선 3 이상의 영역이 소실되지 않고 남아 있으면 양호, 그렇지 않으면 불량이라고 판정하며, (8)의 판 표면 상태는, 감촉에 의해 매트 표면인지 매끄러운 표면인지 관능 평가하였다. (9)의 산술 평균 거칠기(Ra)(㎛)는, JIS B 0651 촉침식(觸針式) 표면 거칠기 측정기를 이용하여, JIS B 0601 표면 거칠기에 준거하여 측정하였다. 이 산술 평균 거칠기(Ra)는, 표면의 매끄러움의 보충적인 판단이 되는 것이며, 이에 의해 개선 효과를 판단하였다. (10)의 코일 권취 붕괴는, 스킨 패스 압연 직후에 자동 와인더에 의해 내경 300 ㎜의 철링 상에 감을 때에, 권취 붕괴의 유무를 육안으로 판정하였다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예 1∼7에서는 금속 스트립의 성질 (6)∼(10) 모두에 대해서 만족하는 결과가 얻어졌으나, 비교예 1∼5에서는 모두를 동시에 만족하는 결과가 얻어지지 않았다.

본 건은, 2008년 3월 7일에 출원된 일본국 특허 출원 제2008-057646호를 우선권 주장의 기초로 하고 있으며, 그 내용 모두가 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.

본 발명은, 금속 가공 기술에 이용 가능하다.

Claims (5)

1. 금속 스트립을 연속해서 반복 압연하는 방법으로서,
   압연롤과 금속 스트립 사이의 압연 조건이 상하롤 사이에서 비대칭이 되는 전단 변형 압연을 1회 행한 후에 계속해서, 상하롤 사이에서 대칭이 되는 압연 조건에 의해 판 두께 감소율 3% 이상 10% 이하의 범위의 스킨 패스 압연을 1회 행하는 것인 금속 스트립의 연속 반복 압연 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 상하롤 사이에서 대칭이 되는 압연 조건에서, 압연 중인 롤과 금속 스트립 사이의 마찰 계수(μ)[μ=G/RP로 구해지는 무차원수, μ: 압연롤과 금속 스트립의 마찰 계수, G(Nm): 압연롤에 가해지는 구동 토크, R(m): 롤 반경, P(N): 압연 하중]가 0.05 이상 0.12 이하가 되도록 판 두께 감소율 3% 이상 10% 이하의 범위의 스킨 패스 압연을 1회 행하는 것인 금속 스트립의 연속 반복 압연 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비대칭 압연과 상기 스킨 패스 압연을 교대로 반복하는 것인 금속 스트립의 연속 반복 압연 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 비대칭 압연과 상기 스킨 패스 압연을 전후 종렬(縱列)적으로 배열한 일관(一貫) 압연을 행하여, 이것을 복수 회 반복하는 것인 금속 스트립의 연속 반복 압연 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상하롤 사이에서 비대칭이 되는 전단 변형 압연을 행하고, 얻어진 금속 스트립을 일단 트래버스 감기한 후, 상하롤 사이에서 대칭이 되는 압연 조건에 의해 스킨 패스를 행하는 것인 금속 스트립의 연속 반복 압연 방법.

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