KR20120109875A - 비대칭 압연장치, 비대칭 압연방법 및 이를 이용하여 제조된 압연재 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 관점에 의하면, 제 1 면 및 제 2 면을 포함하는 피압연재를, 제 1 롤 및 상기 제 1 롤에 비해 더 큰 직경을 가지며 상기 제 1 롤과 상이한 회전각속도를 갖는 제 2 롤 사이로 상기 제 1 면 및 제 2 면이 각각 상기 제 1 롤 및 제 2 롤에 접촉하도록 진입시켜 압연하고, 압연된 상기 피압연재를 제 3 롤 및 상기 제 3 롤에 비해 큰 직경을 가지고, 상기 제 3 롤과 다른 회전각속도를 갖는 제 4 롤 사이로 상기 제 1 면 및 제 2 면이 각각 상기 제 4 롤 및 제 3 롤에 접촉하도록 진입시켜 압연하여, 상기 제 1 면 및 제 2 면에 서로 다른 전단변형력을 인가하는 비대칭 압연방법이 제공된다.

Description

비대칭 압연장치, 비대칭 압연방법 및 이를 이용하여 제조된 압연재 {Asymmetric rolling apparatus, asymmetric rolling method and rolled materials fabricated by using the same}
본 발명은 금속부재와 같은 피압연재를 압연재로 성형하기 위하여 수행되는 압연기술에 관한 것으로서, 특히 압연재의 집합조직을 제어함으로써 압연재의 성형성 등의 재료물성을 향상시키는 압연기술에 관한 것이다.
금속부재를 일정한 규격을 가진 판재 등의 형태로 가공하기 위하여 일반적으로 압연이 행해지게 된다. 압연과정에서 피압연재의 부피변화에 따라 피압연재 내부의 미세조직도 이에 수반하여 변화되게 된다. 이러한 피압연재의 미세조직 변화에 따라 결정이 우선방위 방향으로 배향되는 집합조직(texture)을 나타내게 된다. 이러한 압연에 의해 나타나는 집합조직은 피압연재의 성형성 등의 재료물성과 매우 밀접한 관계를 가지고 있다. 따라서 압연공정에서 이러한 피압연재의 집합조직을 제어함으로써 압연 후 피압연재의 성형성 등의 재료물성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 피압연재의 집합조직을 제어함으로써 높은 성형성과 같은 우수한 재료물성을 부여할 수 있는 압연방법의 제공을 과제로 한다. 또한 이러한 압연방법에 의해 제조되어 성형성 등의 재료물성이 향상된 피압연재의 제공을 또 다른 과제로 한다. 또한 이러한 압연방법을 이용하여 피압연재의 성형성 등의 재료물성을 향상시킬 수 있는 압연장치의 제공을 또 다른 과제로 한다.
이러한 본 발명의 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 제 1 면 및 제 2 면을 포함하는 피압연재를, 제 1 롤 및 상기 제 1 롤에 비해 더 큰 직경을 가지며 상기 제 1 롤과 상이한 회전각속도를 갖는 제 2 롤 사이로 상기 제 1 면 및 제 2 면이 각각 상기 제 1 롤 및 제 2 롤에 접촉하도록 진입시켜 압연하고, 압연된 상기 피압연재를 제 3 롤 및 상기 제 3 롤에 비해 큰 직경을 가지고, 상기 제 3 롤과 다른 회전각속도를 갖는 제 4 롤 사이로 상기 제 1 면 및 제 2 면이 각각 상기 제 4 롤 및 제 3 롤에 접촉하도록 진입시켜 압연하여, 상기 제 1 면 및 제 2 면에 서로 다른 전단변형력을 인가하는 비대칭 압연방법이 제공된다.
상기 제 1 롤 및 상기 제 2 롤의 회전선속도를 동일하게 유지하고, 상기 제 3 롤 및 상기 제 4 롤의 회전선속도를 동일하게 유지하면서 상기 피압연재를 압연할 수 있다.
상기 제 1 롤, 상기 제 2 롤, 상기 제 3 롤 및 상기 제 4 롤의 회전선속도를 동일하게 유지하면서 상기 피압연재를 압연할 수 있다.
상기 제 1 롤의 직경과 상기 제 3 롤의 직경은 동일하고, 상기 제 2 롤과 상기 제 4 롤의 직경은 동일하도록 하여 상기 피압연재를 압연할 수 있다.
상기 제 1 롤에 비해 더 큰 직경을 가지는 제 1 보강롤을 상기 제 2 롤의 반대편에서 상기 제 1 롤에 결합시켜 상기 제 1 롤을 지지하게 하고, 상기 제 3 롤에 비해 더 큰 직경을 가지는 제 2 보강롤을 상기 제 4 롤의 반대편에서 상기 제 3 롤에 결합시켜 상기 제 3 롤을 지지하게 할 수 있다.
상기 피압연재의 압연방향을 동일하게 설정하여 연속하여 2 회 이상 상기 피압연재를 압연할 수 있다. 또는 상기 피압연재의 압연방향을 다르게 하여 압연하는 횟수를 적어도 1회 포함하여 2회 이상 상기 피압연재를 압연할 수 있다.
상기 제 1 롤 및 상기 제 2 롤의 회전선속도 차이 또는 상기 제 3 롤 및 상기 제 4 롤의 회전선속도 차이에 관한 아래의 수학식 1에 의해서 얻어지는 D값이 10% 이하일 수 있다.
수학식 1 : D =
Figure pat00001
v1 : 제 1 롤의 회전선속도(또는 제 3 롤의 회전선속도)
v2 : 제 2 롤의 회전선속도(또는 제 4 롤의 회전선속도)
한편, 상기와 같은 압연방법들 중 적어도 어느 하나의 압연방법을 이용하여 제조한 압연재가 제공된다.
상기 압연재는 조밀충진육방정(HCP), 면심입방정(FCC) 또는 체심입방정(BCC) 구조를 갖는 금속을 포함할 수 있다. 상기 압연재는 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 철(Fe) 및 강(steel)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 그 합금을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 피압연재의 제 1 면에 접촉되는 제 1 롤과, 상기 제 1 롤에 비해 더 큰 직경을 가지며 상기 피압연재의 상기 제 1 면의 반대면인 제 2 면에 접촉되는 제 2 롤을 갖는 제 1 유닛; 상기 제 1 유닛에 인접 배치되어 상기 제 1 유닛에 의해 압연된 상기 피압연재를 압연하되, 상기 피압연재의 상기 제 2 면에 접촉되는 제 3 롤과 상기 제 3 롤에 비해 더 큰 직경을 가지며 상기 피압연재의 상기 제 1 면에 접촉되는 제 4 롤을 갖는 제 2 유닛; 상기 제 1 롤 내지 제 4 롤의 회전각속도를 조절할 수 있도록 상기 제 1 롤 내지 제 4 롤 각각에 동력을 공급하는 동력제공부를 포함하는, 비대칭 압연장치를 제공한다.
상기 동력제공부는 상기 제 1 롤 및 제 2 롤과, 상기 제 3 롤 및 제 4 롤의 회전선속도가 동일하도록 조절할 수 있다.
상기 제 1 롤과 상기 제 3 롤은 직경이 서로 동일하고, 상기 제 2 롤과 제 4 롤은 직경이 서로 동일할 수 있다.
상기 동력제공부는 상기 제 1 롤, 상기 제 2 롤, 상기 제 3 롤 및 상기 제 4 롤을 각각 구동시키는 다수의 모터와; 상기 다수의 모터 각각의 회전각속도를 제어할 수 있는 모터제어부; 를 포함할 수 있다. 이때 예를 들어, 상기 모터제어부는 상기 제 1 롤 및 상기 제 2 롤의 회전선속도가 동일하도록 모터들을 제어하는 제 1 모터제어부와, 상기 제 3 롤 및 상기 제 4 롤의 회전선속도가 동일하도록 모터들을 제어하는 제 2 모터제어부를 포함할 수 있다.
또한 상기 비대칭 압연장치는, 상기 제 1 롤에 비해 더 큰 직경을 가지며 상기 제 2 롤의 반대편에서 상기 제 1 롤을 지지하도록 결합되는 제 1 보강롤과, 상기 제 3 롤에 비해 더 큰 직경을 가지며 상기 제 4 롤의 반대편에서 상기 제 3 롤을 지지하도록 결합되는 제 2 보강롤을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예를 따르는 압연장치 및 압연방법에 의할 시, 종래에 비해 성형성과 균일도 등의 재료물성이 향상된 압연재를 제조할 수 있다. 특히 마그네슘 합금과 같이 상온의 성형성이 열악한 금속재료를 본 발명의 실시예에 의해 압연하는 경우, 상온에서도 전단변형이 잘 일어날 수 있도록 슬립계가 배치됨에 따라 우수한 상온 성형성과 제품의 품질향상을 기대할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 압연에 의해 성형성 등의 재료물성 향상이 가능한 모든 재료에 적용될 수 있음은 자명하며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압연장치의 정면도 및 사시도 이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압연장치의 정면도 및 사시도 이다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압연장치로 압연된 AZ31 합금의 (0001) 극점도를 도시한 것이다.
도 4는 도 3의 압연방법으로 압연된 AZ31 합금의 표면상태를 촬영한 사진들이다.
도 5 내지 도 7은 비교예에 따른 압연방법으로 압연된 AZ31 합금의 (0001) 극점도를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압연방법을 도시한 것이다.
도 9는 도 8에 도시된 압연방법에 의해 압연된 AZ31 합금의 (0001) 극점도를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 압연장치의 정면도이다.
도 11은 도 10의 개략적인 측면도이다.
도 12는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 압연장치의 정면도이다.
도 13은 도 12의 개략적인 측면도이다.
도 14는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 압연장치의 정면도이다.
도 15는 조밀충진육방정의 (0001) 극점도 내에 A, B, C, D 결정의 극점을 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명을 통해 제공되는 압연장치 및 압연방법은 성형성을 비롯한 재료물성을 향상시키기 위하여 적용될 수 있는 어떠한 피압연재에도 적용될 수 있으며, 이하의 실시예는 이러한 본 발명의 기술적 사상을 예시하는 것이다.
또한, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 집합조직(texture)은 다결정 재료의 각 결정립들(crystalline grains)이 일정한 방향으로 정렬된 상태를 나타낼 수 있다. 본 발명의 실시예들에서, 집합조직은 텍스처 또는 텍스쳐로 불릴 수도 있고, 그 명칭에 의해서 그 범위가 제한되지 않는다. 본 발명의 실시예들에서, 재료가 갖는 집합조직은 절대적인 개념보다는 상대적인 개념으로 사용된다. 즉, 한 재료가 소정 방향의 집합조직을 갖는다는 것은 그 재료의 상당부분의 결정립들이 그 방향의 집합조직을 갖는다는 것을 의미할 뿐, 그 재료의 모든 결정립들이 그 방향의 집합조직을 갖는다는 것을 의미하지는 않는다.
본 발명의 실시예들에서, 극점도(pole figure)는 재료의 결정방위 또는 집합조직의 분석에 있어서 결정학적 격자 면들의 분포 방향을 보여주는 평사투영(stereographic projection) 형태의 그림을 나타낼 수 있다. 극점도는 X-선 회절(X-ray diffraction; XRD) 분석을 이용하여 도시할 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 피압연재는 압연이 수행되는 대상을 의미하며 압연재는 피압연재가 압연이 완료되어 목적하는 형상으로 변경된 대상을 의미한다. 여기서 피압연재는 양면이 각각 압연 롤과 접촉되는데, 설명의 편의상 최초 압연이 시작되는 피압연재의 양면 중 상부롤에 접촉하는 면을 제 1 면, 제 1 면의 반대측에 속하며 하부롤에 접촉하는 면을 제 2 면이라고 칭하기로 한다.
본 발명의 실시예들에서 피압연재의 상부와 하부에 위치하면서 피압연재에 대한 압연을 수행하는 작업롤(working roll)인 상부롤과 하부롤을 포함하는 일련의 집합체를 유닛(unit)이라고 칭하기로 한다.
또한 경우에 따라 각 유닛을 통과하는 압연수행을 "패스(pass)"라고 명명할 수 있다
도 1(a) 및 도 1(b)에는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압연장치가 도시되어 있다. 구체적으로, 도 1(a)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압연장치(100)의 정면도이고, 도 1(b)는 도 1(a)의 압연장치 중 압연롤(101, 102) 및 피압연재(104) 부분만을 따로 도시한 사시도이다.
도 1(a) 및 도 1(b)에 도시되어 있듯이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압연장치(100)는 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 직경이 서로 상이한 비대칭 압연장치이며, 구체적으로 피압연재(104)의 제 1 면(104a)에 접촉되는 제 1 롤(101), 제 1 롤(101)에 비해 더 큰 직경을 가지며 피압연재(104)의 제 2 면(104b)에 접촉되는 제 2 롤(102) 및 이러한 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 회전각속도가 서로 상이하게 조절될 수 있도록 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)에 동력을 공급하는 동력제공부(105)를 포함한다.
제 1 롤 및 제 2 롤(101, 102)은 압연을 수행하는 작업롤(working)로서, 도 1의 (a)와 같이 받침대(110) 위에 평행하게 이격되어 형성되고 나사 등과 같은 체결부재(112)에 의해 고정된 프레임(111)에 장착될 수 있다.
이때 동력제공부(105)는 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)을 각각 구동시키는 제 1 모터(106) 및 제 2 모터(107)와, 이러한 제 1 모터 (106) 및 제 2 모터(107)의 회전각속도를 제어할 수 있는 모터제어부(108)를 포함할 수 있다. 제 1 모터(106) 및 제 2 모터(107)는 연결부재(109)를 통해 회전동력을 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)에 전달한다.
모터제어부(108)는 제 1 모터(106) 및 제 2 모터(107)의 회전각속도를 제어함으로써 이에 연결된 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 회전각속도를 제어할 수 있으며, 이러한 제어를 통해 롤의 반경에 회전각속도를 곱한 값으로 정의되는 회전선속도를 제어할 수 있다.
이러한 회전선속도의 제어를 통해 제 1 롤(101)이 피압연재(104)의 제 1 면(104a)에 인가하는 전단변형력과 제 2 롤(102)이 피압연재(104)의 제 2 면(104b)에 인가하는 전단변형력이 서로 상이하도록 제어할 수 있다.
일 예로서 모터제어부(108)는 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 회전선속도를 동일하게 유지하며 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102) 사이에 배치된 피압연재(104)를 압연하도록 제어할 수 있다.
즉, 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 회전각속도의 비가 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 반경의 역수의 비와 동일하게 제어함으로써 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 회전선속도를 동일하게 유지할 수 있다. 여기서의 "동일"의 의미는 완전동일 뿐만 아니라 작업자가 양 롤의 회전각속도를 동일하게 할 의도로 모터제어부(108)의 신호를 제어했음에도 기계장치의 특성상 불가피하게 내포하고 있는 오차에 기인한 공정 마진 내에서의 동일성까지 포함하는 실질적 의미의 동일성으로 파악하여야 할 것이다. 이러한 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 회전선속도의 "동일"은 이하에서도 같은 의미로 적용된다.
한편, 본 발명에 따른 제 2 실시예로서, 도 2(a) 및 도 2(b)에 도시된 것과 같이, 제 1 롤(101)에 비해 더 큰 직경을 가지며 제 2 롤(102)의 반대편에서 상기 제 1 롤(101)에 결합되어 상기 제 1 롤(101)을 지지하도록 배치되는 보강롤(103, backup roll)을 더 포함할 수 있다. 이때 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)은 피압연재(104)의 표면에 접촉하여 직접 전단변형력을 인가하는 작업롤이 될 수 있으며, 보강롤(103)은 제 1 롤(101)이 압연과정에서 더 큰 직경을 가지는 제 2 롤(102)로부터 가해지는 외력에 대한 균형을 유지하게 할 수 있다.
동력제공부(105)는 제 1 롤(101) 또는 보강롤(103)을 구동시키는 제 1 모터(106)와, 제 2 롤(102)을 구동시키는 제 2 모터(107) 및 제 1 모터(106)와 제 2 모터(107)의 회전각속도를 제어할 수 있는 모터제어부(108)를 포함할 수 있다.
제 1 모터(106)는 도 2(a)에 도시된 것과 같이 보강롤(103)에 연결되어 구동력을 전달하며, 보강롤(103)이 회전함에 따라 이에 접하도록 결합된 제 1 롤(101)은 마찰에 의해 같이 회전하게 된다. 도시하지는 않았으나, 제 1 모터(106)는 제 1 롤(101)에 연결되어 제 1 롤(101)을 회전시키고 위와 같은 원리로 마찰에 의해 보강롤(103)이 회전하는 것도 가능하다.
상술한 본 발명의 실시예를 따르는 비대칭 압연장치에 의해 압연되는 피압연재 또는 압연재는 압연이 가능한 모든 금속을 포함한다. 이러한 금속에는 조밀충진육방정(HCP), 면심입방정(FCC) 또는 체심입방정(BCC) 구조를 갖는 금속을 포함하며, 예를 들어, 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 철(Fe) 및 강(steel)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 그 합금을 포함할 수 있다.
이하 피압연재로서 조밀충진육방정(hexagonal close-packed, HCP) 구조를 가지는 마그네슘 소재를 예로 들어 본 발명의 실시예에 의한 압연방법을 설명한다.
최근 차세대 경량화 부재로 연구되고 있는 마그네슘은 밀도가 1.74g/cm3로서 밀도가 7.90g/cm3인 철이나, 2.7g/cm3인 알루미늄에 비해 가벼우면서도 매우 우수한 비강도와 비탄성계수를 가진다. 또한 진동, 충격, 전자파 등에 대한 흡수 능력이 탁월하고 전기 및 열전도도가 우수하므로 자동차, 항공기 등의 경량화 소재 뿐 만 아니라 휴대용 전화기, 노트북 등의 전자산업 분야에도 응용되고 있다.
그러나 이러한 조밀충진육방정 결정구조를 가지는 마그네슘은 성형을 위한 슬립계가 발달하지 않아 상온에서의 형성성이 떨어진다. 즉, 마그네슘의 변형기구는 주로{0001}<1120>의 기저면 슬립계(basal plane slip system)와 {1010}<1120> 프리스마틱 슬립계(prismatic slip system), {1011}<1120> 피라미달 슬립계(piramidal slip system) 등이 작용하는 것으로 알려져 있다. 그러나 상온에서 기저면 슬립계 이외의 변경기구에 대한 임계분해전단응력(critical resolved shear stress)값은 기저면 슬립계의 임계분해전단응력에 비해 매우 크기 때문에 기저면 슬립계의 시편 내에서의 배치가 상온 성형성에 중요한 영향을 끼치게 된다.
기저면 슬립계가 피압연재의 압연면과 평행하게 배치되는 경우 또는 기저면 슬립계가 압연방향 또는 횡축방향과 수직하게 배치되는 경우에는 상온에서의 성형성이 열악하게 된다. 이는 압연된 마그네슘의 성형 시 주변형 방향과 기저면 슬립계가 서로 수직하거나 수평을 이루게 되어 외부응력에 대해 기저면 슬립계의 작동이 어려워지기 때문이다.
반면, 기저면 슬립계가 재료의 변형이 용이하도록 주변형 방향(즉, 압연방향)에 슬립면 및 슬립방향이 일정각도를 유지하도록 배치되는 경우에는 우수한 상온 성형성을 나타나게 된다. 이러한 재료 내에서의 기저면 슬립계의 배열방향과 분포는 극점도(pole figure)를 통해 확인할 수 있다.
도 15에는 결정의 배열방식에 따른 (0001) 극점도 상에서의 극 배치가 도시되어 있다. 도 15를 참조하면, 영역 A, B 및 C는 각각 기저면 슬립계가 피압연재의 압연면과 평행한 경우, 압연방향과 수직한 경우 및 횡축방향과 수직한 경우의 극 배치를 나타내며, 영역 D는 기저면 슬립계가 압연방향에 소정의 각도를 가지는 경우의 극 배치를 나타낸다.
도 3에는 도 2에 예시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압연장치를 이용하여 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)이 동일한 회전선속도를 가지도록 제어면서 AZ31 합금을 5회 압연한 경우의 (0001) 극점도가 도시되어 있다. 이때 AZ31 합금의 압하율은 75% 이었고, 압연온도는 300℃ 유지하였다. 5회에 걸친 압연은 동일한 압연방향으로 피압연재인 AZ31의 제 1 면(104a) 및 제 2 면(104b)이 각각 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)에 접촉되어 전단변형력을 인가받도록 설정된 것이었다. 도 3의 하부도면은 제 1 롤(101)에 의해 전단변형력을 받은 제 1 면(104a)의 (0001) 극점도이며, 상부도면은 제 2 롤(102)에 의해 전단변형력을 받은 제 2 면(104b)의 (0001) 극점도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 압연방법의 경우 (0001) 극점도 상에서 조밀충진육방정의 기저면, 즉 (0001)면의 결정방향이 중심에 확연하게 벗어나 있음을 알 수 있다. 구체적으로 제 1 롤(101)에 의해 전단변형을 받은 제 1 면(104a)에서 기저면 극점의 회전각도(즉, 중심에서 벗어난 각도)는 약 15도 이었으며, 제 2 롤(102)에 의해 전단변형을 받은 제 2 면(104b)에서는 약 6도였다.
이때 도 4에 도시된 바와 같이 크기가 작은 롤인 제 1 롤(101)에 의해 압연된 압연재(104)의 제 1 면(104a)은 도 4의 (A)와 같은 미세조직을 갖게 되며, 크기가 큰 롤인 제 2 롤(102)에 의해 압연된 압연재(104)의 제 2 면(104b)은 도 4의 (B)와 같은 미세조직을 갖게 됨을 알 수 있다.
비교예로서, 도 5 내지 도 7에는 작업롤이 동일한 직경을 가지는 종래의 압연장치를 이용하여 마그네슘 합금 AZ31을 압연한 후의 극점도를 도시하였다.
도 5의 극점도는 AZ3 합금1의 압하율을 75%로 하고, 압연온도를 300℃로 유지하면서 피압연재인 AZ31 합금의 제 1 면 및 제 2 면이 각각 제 1 롤 및 제 2 롤에 접촉되어 전단변형력을 인가받도록 설정된 것이었다. 구체적으로 도 5(a)는 압연 1회당 압하량을 10%로 하여 12번 압연한 후의 극점도이며, 도 5(b) 및 도 5(c)는 각각 압하량을 20%로 하여 6번 압연한 후의 극점도 및 압하량을 30%로 하여 4번 압연한 후의 극점도를 나타낸 것이다. 도 5(a) 내지 도 5(c)에 도시된 바와 같이, 모든 조건에서 극점도의 특징은 10 이상의 최대 극강도를 가지며 모두 중심에 모여 있음을 알 수 있다.
또 다른 비교예인 도 6(a) 내지 도 6(c)의 극점도는 압연온도를 200℃로 유지하면서 압연을 수행한 AZ31 합금으로부터 얻은 것으로서 압하량이 각각 50%, 30%, 15% 이었다. 도 6(a) 내지 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 역시 기저면 극점도의 특징은 12 이상의 최대 극강도를 가지며 모두 중심에 모여 있음을 알 수 있다.
이러한 결과로부터, 제 1 롤 및 제 2 롤의 크기가 동일한 종래의 압연장치로 압연을 수행한 경우 압하량 또는 압연온도를 변화시키더라도 집합조직은 기저면의 극점이 중심에 모이게 되며, 이에 비해 본 발명의 일실시예에 의해 압연된 AZ31 합금의 집합조직은 종래의 동일한 직경을 가지는 압연롤을 이용하여 압연한 AZ31 합금에 비해 성형성이 현저하게 향상되는 방향으로 배열됨을 알 수 있다.
한편, 도 7(a) 내지 도 7(c)에는 동일한 직경을 가지는 작업롤 중 어느 하나의 롤의 회전선속도를 다른 어느 하나의 롤의 회전선속도에 비해 더 크게 유지하며 압연을 수행하는 종래의 이주속 압연방법에 의해 압연된 AZ31 합금의 (0001) 극점도가 도시되어 있다. 이때 상이한 회전선속도를 가지는 양 롤의 회전선속도의 비는 3:1로 유지되었고 압연온도는 200℃ 이었으며, 압하량은 각각 70%, 30%, 15% 이었다. 도 7(a) 내지 도 7(c)의 하부도면은 빠르게 회전한 롤에 의해 전단변형을 받은 면의 (0001) 극점도이며, 상부도면은 느리게 회전한 롤에 의해 전단변형을 받은 면의 극점도이다.
이러한 이주속 압연을 수행한 경우에도 압하량 및 양 롤의 회전선속도에 관계없이 도 3에 비해 결정의 방위가 중심 쪽에 모여 있으며, 도 3과 같이 기저면의 극점이 현저하게 중심으로부터 이동한 결과는 나타나지 않음을 알 수 있다.
이로부터 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭 압연방법의 의해 압연된 AZ31 합금은 비교예와 같이 동일한 직경을 가진 압연롤을 이용하여 압연한 AZ31 합금에 비해 기저면의 결정방향이 월등히 우수한 성형성을 가질 수 있는 방향으로 배열되는 것을 알 수 있다.
한편, 동일한 직경을 가진 작업롤을 이용한 이주속 압연의 경우에는 양 롤의 회전선속도 차이에 의해 압연 중 피압연재의 미끄러짐 현상에 의해 실제 압연롤로부터 피압연재에 전단변형력이 인가되지 않은 경우가 발생되며, 압연롤을 빠져나오는 피압연재가 휘거나 또는 표면이 거칠어지는 문제점이 있다.
이에 반해, 본 발명의 일 실시예에 따르는 비대칭 압연방법에 의할 경우에는 양 롤의 직경 차이에 기인한 비대칭 전단변형력의 인가가 양 롤이 동일한 회전선속도를 가지는 과정 중에 이루어짐에 따라 비대칭 압연임에도 피압연재가 미끄러지는 현상이 발생되지 않았으며, 이주속 압연에서와 같은 표면이 거칠어지는 문제가 발생되지 않았으며, 피압연재의 휨 현상도 현저히 감소하였다.
한편, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 비대칭 압연방법에 의할 경우, 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 회전각속도는 아래 수학식으로 정의되는 회전선속도의 차이가 10% 이하가 되도록 제어하는 것이 바람직하다.
수학식 :
Figure pat00002
υ1 : 제 1 롤의 회전선속도
υ2 : 제 2 롤의 회전선속도
이는 서로 다른 직경을 가지는 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 수학식 1로 정의되는 회전선속도의 차이가 10% 보다 큰 경우 양 압연롤을 빠져나오는 피압연재가 응력 불균형 등으로 휘는 등의 문제점이 발생할 수 있기 때문이다.
한편, 복수의 횟수로 구성된 비대칭 압연방법의 일실시예로서, 피압연재(104)의 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)로부터 전단변형력을 인가받는 면을 바꾸어 압연하는 횟수를 적어도 1회 포함하여 2회 이상 피압연재를 압연하는 방법을 포함한다.
예를 들어 도 8에 도시된 바와 같이, 압연방향을 동일하게 하고, 압연의 제 1 패스(pass) 시에는 제 1 롤(101)과 제 2 롤(102)에 피압연재(104)의 제 1 면(104a) 및 제 2 면(104b)이 접촉되도록 피압연재(104)를 배치시켜 압연한 후, 연속하여 동일 피압연재(104)의 제 1 면(104a)이 제 2 롤(102)에 접촉되고 제 2 면(104b)이 제 1 롤(101)에 접촉되도록 피압연재(104)를 뒤집어서 압연의 제 2 패스를 실시할 수 있다.
이때 2 패스 이상의 복수의 패스는 동일한 압연롤에서 일괄형(batch type)으로 수행될 수 있고, 혹은 각 패스를 담당하는 서로 다른 복수의 압연롤에서 각각 수행될 수 있다.
이 경우 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 직경 차이로 인해 비대칭적으로 인가되는 전단변형력이 서로 교번하여 제 1 면(104a) 및 제 2 면(104b)에 인가됨에 따라 압연의 제 1 패스 및 제 2 패스 동안 각 면에 인가된 전단변형력이 일정 수준으로 평균화 되는 효과를 얻을 수 있다. 압연의 횟수는 목적하는 압하량에 따라 2회 이상 실시할 수 있으며, 이때 서로 피압연재의 제 1 면 및 제 2 면이 상하로 서로 교번되어 압연되는 단계가 포함되어 있다면 그 횟수나 교번 주기는 제한이 없다.
도 9에는 피압연재인 AZ31 합금을 300℃의 압연온도에서 1회를 주기로 압연면을 상하로 교번하여 총 5 패스의 압연에 의해 75%의 압하율을 가진 시편의 (0001) 극점도가 도시되어 있다. 기저면의 회전각도는 약 17도로서 도 5 내지 도 7에 도시된 극점도에 비해 월등하게 높은 값을 가짐을 알 수 있다.
한편, 전술한 도 8 및 도 9에 도시된 실시예처럼 압연방향을 서로 동일하게 하면서 피압연재의 접촉면을 뒤집어서 복수의 횟수에 걸쳐 압연하는 방법은 물리적으로 피압연재가 작업롤로부터 이탈된 후 행해지게 된다. 이런 측면에서 피압연재가 작업롤 사이에 여전히 배치된 상태에서 동일한 결과를 얻을 수 있도록 이하에서는 본 발명의 압연장치 및 압연방법의 다른 실시예들을 설명하기로 한다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 4 실시예의 압연장치는 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)을 포함하는 제 1 유닛(10)과, 제 3 롤(201) 및 제 4 롤(202)을 포함하는 2 유닛(20)을 구비한다. 제 1 유닛(10)과 제 2 유닛(20)은 피압연재(104)의 진행방향을 따라 일정 간격 이격 배치된다. 또한 각 유닛은 비대칭 압연장치를 구성하며, 도 11에 도시된 것과 같이 배치될 수 있다.
보다 구체적으로 제 1 유닛(10)은 피압연재(104)의 제 1 면(104a)에 접촉되는 제 1 롤(101)과, 제 1 롤(101)에 비해 더 큰 직경을 가지며 피압연재(104)의 제 2 면(104b)에 접촉되는 제 2 롤(102)을 포함하고, 제 2 유닛(20)은 피압연재(104)의 제 2 면(104b)에 접촉되는 제 3 롤(201)과, 제 3 롤(201)에 비해 더 큰 직경을 가지며 피압연재(104)의 제 1 면(104a)에 접촉되는 제 4 롤(202)을 포함하여 이루어진다.
이때, 제 1 유닛(10)의 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 회전각속도가 서로 상이하게 조절되고, 제 2 유닛(20)의 제 3 롤(201) 및 제 4 롤(202)의 회전각속도가 서로 상이하게 조절될 수 있도록 제 1 롤(101), 제 2 롤(102), 제 3 롤(201) 및 제 4 롤(202)에 각각 동력을 공급하는 동력제공부를 더 포함한다.
여기서 각 유닛에 붙여진 숫자는 본 발명의 비대칭 압연장치에서 유닛들이 배열되는 순서를 꼭 의미하지는 않는다. 예를 들어 도 11에는 제 1 유닛(10)이 피압연재(104)의 진행방향을 기준으로 전단에 위치하고 제 2 유닛(20)이 후단에 배치되는 것을 도시하였으나, 제 1 유닛(10)의 전단에 제 2 유닛(20) 또는 다른 유닛이 배치될 수도 있을 것이다.
이와 같은 본 실시예의 압연장치에 의해 피압연재(104)는 제 1 유닛(10)에 의해 1 패스(P1)가 수행되면서 압연이 이루어지고, 이어서 제 2 유닛(20)에 의해 제 2 패스(P2)가 수행되면서 압연이 이루어지게 된다. 따라서 제 1 유닛(10)으로 인해 비대칭적으로 인가되는 전단변형력이 제 2 유닛(20)에 의해 역으로 제 1 면(104a) 및 제 2 면(104b)면에 인가됨에 따라 압연의 제 1 패스(P1) 및 제 2 패스(P2)를 통해 피압연재(104)의 각 면에 인가된 전단변형력이 일정 수준으로 평균화 되는 효과를 얻을 수 있다.
제 1 유닛(10)을 구성하는 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)이 각각 상부롤 및 하부롤로 설정되어 있고, 제 2 유닛(20)을 구성하는 제 3 롤(201) 및 제 4 롤(202)이 각각 하부롤 및 상부롤로 설정되어 있으나 이는 예시적인 것이며, 이와 다른 형태로 설정되어도 무방하다. 이러한 제 1 유닛(10)의 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)과, 제 2 유닛(20)의 제 3 롤(201) 및 제 4 롤(202)은 도 10에 도시된 바와 같은 받침대(110) 위에 평행하게 이격되어 형성되고 나사 등과 같은 체결부재(112)에 의해 고정된 프레임(111)에 장착될 수 있다.
동력제공부는 제 1 유닛(10)과 제 2 유닛(20)에 동력을 제공하면서 각 롤(101, 102, 201, 202)들이 회전할 수 있도록 한다. 동력제공부는 제 1 유닛(10)과 제 2 유닛(20)에 개별적으로 각각 동력을 공급하도록 구성될 수도 있고, 제 1 유닛(10)과 제 2 유닛(20)에 모두 동력을 공급하도록 통합될 수도 있다.
본 실시예에서 동력제공부는 개별적으로 제 1 유닛(10)과 제 2 유닛(20)에 각각 동력을 공급하도록 구성된다. 예를 들어 도 10에 도시된 바와 같이 제 1 유닛(10)에 장착된 동력제공부(105)는 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)을 각각 구동시키는 제 1 모터(106) 및 제 2 모터(107)와, 제 1 모터 (106) 및 제 2 모터(107)의 회전각속도를 제어할 수 있는 제 1 모터제어부(108)를 포함하도록 구성된다. 도시하지는 않았지만 제 2 유닛(20)에는 제 3 롤(201) 및 제 4 롤(202)을 각각 구동시키는 제 3 모터(미도시) 및 제 4 모터(미도시)와, 이러한 제 3 모터 및 제 4 모터의 회전각속도를 제어할 수 있는 제 2 모터제어부(미도시)를 포함하여 구성되는 동력제공부가 장착될 수 있다.
이때, 제 1 모터(106) 및 제 2 모터(107)는 연결부재(109)를 통해 회전동력을 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)에 전달하며, 제 3 모터 및 제 4 모터도 다른 연결부재를 통해 회전동력을 제 3 롤(201) 및 제 4 롤(202)에 전달할 수 있다. 제 1 모터제어부(108)는 제 1 모터(106) 및 제 2 모터(107)의 회전각속도를 제어함으로써 이에 연결된 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 회전각속도를 제어할 수 있으며, 이러한 제어를 통해 회전선속도(v)를 제어할 수 있다. 제 2 모터제어부 역시 제 1 모터제어부(108)와 마찬가지 원리로 구성될 수 있다.
이러한 회전선속도의 제어를 통해 제 1 유닛(10)은 제 1 롤(101)이 피압연재(104)의 제 1 면(104a)에 인가하는 전단변형력과 제 2 롤(102)이 피압연재(104)의 제 2 면(104b)에 인가하는 전단변형력이 서로 상이하도록 제어할 수 있으며, 제 2 유닛(20) 역시 유사한 제어가 가능하다.
일 예로서 제 1 유닛(10)의 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102) 사이에 배치된 피압연재(104)를 압연하도록 제 1 모터제어부(108)는 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 회전선속도를 동일하게 유지할 수 있다. 즉 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 회전각속도의 비가 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 반경의 역수의 비와 동일하게 제어함으로써 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 회전선속도를 동일하게 유지할 수 있다.
제 2 유닛(20) 역시 제 2 모터제어부를 통해 제 3 롤(201) 및 제 4 롤(202)의 회전선속도가 동일하게 유지되도록 할 수 있다. 그리고 제 1 유닛(10)과 제 2 유닛(20)의 모든 롤(101, 102, 201, 202)들의 회전선속도가 동일하게 유지되도록 할 수 있다.
이와 같이 제 1 유닛(10)의 직경이 서로 다른 롤(101, 102)이 회전선속도가 동일하게 회전하면, 제 1 유닛(10)으로 인해 비대칭적으로 인가되는 전단변형력이 제 2 유닛(20)에 의해 서로 교번하여 제 1 면(104a) 및 제 2 면(104b)에 인가됨에 따라 압연의 제 1 패스(P1) 및 제 2 패스(P2) 동안 피압연재(104)의 각 면에 인가된 전단변형력이 일정 수준으로 평균화 되는 효과를 얻을 수 있다.
이를 위해 제 1 유닛(10)의 제 1 롤(101) 및 제 2 유닛(20)의 제 3 롤(201)과, 제 1 유닛(10)의 제 2 롤(102) 및 제 2 유닛(20)의 제 4 롤(202)의 직경을 동일하게 할 수 있다. 물론, 필요에 따라 제 1 롤(101) 및 제 3 롤(201)의 크기와, 제 2 롤(201) 및 제 4 롤(202)의 크기를 다르게 하면서 이들 각 롤러의 직경의 비율만 같게 할 수도 있을 것이다.
한편, 본 발명에 따른 제 5 실시예로서, 도 12 및 도 13에 도시된 것과 같이, 제 1 유닛(10)은 제 1 롤(101)에 비해 더 큰 직경을 가지며 제 2 롤(102)의 반대편에서 제 1 롤(101)에 결합되어 제 1 롤(101)을 지지하도록 배치되는 제 1 보강롤(103)을 더 포함하고, 제 2 유닛(20)은 제 3 롤(201)에 비해 더 큰 직경을 가지며 제 4 롤(202)의 반대편에서 제 3 롤(201)에 결합되어 제 3 롤(201)을 지지하도록 배치되는 제 2 보강롤(203)을 더 포함할 수 있다.
이때 제 1 유닛(10)의 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)은 피압연재(104)의 표면에 접촉하여 직접 전단변형력을 인가하는 작업롤이 될 수 있으며, 제 1 보강롤(103)은 제 1 롤(101)이 압연과정에서 더 큰 직경을 가지는 제 2 롤(102)로부터 가해지는 외력에 대한 균형을 유지하게 할 수 있다. 마찬가지로 제 2 유닛(20)의 제 2 보강롤(203)은 제 3 롤(201)이 압연과정에서 더 큰 직경을 가지는 제 4 롤(202)로부터 가해지는 외력에 대한 균형을 유지하게 할 수 있다.
이때 동력제공부는 제 1 유닛(10)과 제 2 유닛(20)에 개별적으로 각각 동력을 공급하도록 구성될 수도 있고, 제 1 유닛(10)과 제 2 유닛(20)에 모두 동력을 공급하도록 통합될 수도 있다.
예를 들어 제 1 유닛(10)에 장착된 동력제공부(105)는 제 1 롤(101) 또는 제 1 보강롤(103)을 구동시키는 제 1 모터(106)와, 제 2 롤(102)을 구동시키는 제 2 모터(107), 및 제 1 모터(106)와 제 2 모터(107)의 회전각속도를 제어할 수 있는 제 1 모터제어부(108)를 포함하여 이루어진다. 제 2 유닛(20)에도 제 3 롤(201) 또는 제 2 보강롤(203)을 구동시키는 제 3 모터(미도시), 제 4 롤(202)을 구동시키는 제 4 모터(미도시) 및 제 3 모터와 제 4 모터의 회전각속도를 제어할 수 있는 제2모터제어부(미도시)를 포함하는 동력제공부가 장착될 수 있다.
일 예로서 제 1 모터(106)는 도 13에 도시된 것과 같이 제 1 보강롤(103)에 연결되어 구동력을 전달하며, 제 1 보강롤(103)이 회전함에 따라 이에 접하도록 결합된 제 1 롤(101)은 마찰에 의해 같이 회전하게 된다. 도시하지는 않았으나, 제 1 모터(106)는 제 1 롤(101)에 연결되어 제 1 롤(101)을 회전시키고 위와 같은 원리로 마찰에 의해 제 1 보강롤(103)이 회전하는 것도 가능하다. 제 3 모터도 이와 같은 방식으로 제어될 수 있다.
한편, 본 발명을 따르는 제 6 실시예의 경우, 동력제공부로부터 제공되는 동력은 기어를 통해 작업롤에 전달될 수 있다. 일 예로서 도 14에 도시된 바와 같이, 하나의 유닛이 3개의 롤로 구성된 압연장치에서는 제 1 유닛(10)의 제 1 롤(101) 또는 제 1 보강롤(103)에 연결되는 제 1 기어(114)와 제 2 롤(102)에 연결되며 제 1 기어(114)와 서로 다른 기어비를 가지고 결합되는 제 2 기어(115)를 더 포함하고, 상기 동력제공부(105)는 제 1 기어(114) 또는 제 2 기어(115)에 구동력을 전달하는 모터(113)를 포함할 수 있다. 제 2 유닛(20) 역시 마찬가지일 수 있다.
이때 도 14에는 모터(113)의 동력이 구동기어(116)를 통해 제 2 기어(115)에 전달되도록 구성되어 있으나, 본 발명의 압연장치는 이에 한정하지 않고 모터(113)가 구동기어(116) 없이 직접 제 1 기어(114) 또는 제 2 기어(115)에 연결되어 동력을 전달하는 것도 포함한다. 또한 도 12 및 도 14에는 제 1 보강롤(103) 및 제 2 보강롤(203)이 있는 압연장치에 대해서 도시하였으나, 보강롤 없이 2개의 롤이 있는 경우에도 상술한 것과 같은 방식으로 제 1 기어(114)가 제 1 롤(101) 또는 제 4 롤(202)에 연결되고 제 2 기어(115)가 제 2 롤(102) 또는 제 3 롤(201)에 연결될 수 있다.
한편, 상술한 제 1 기어(114) 및 제 2 기어(115)는 하나 이상의 기어비를 가변적으로 변화시킬 수 있는 가변기어의 형태일 수 있으며, 기어비를 제어하기 위하여 제 1 기어(114) 또는 제 2 기어(115)와 연결되는 기어제어부(117)를 더 포함할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 압연장치의 경우, 예를 들어 제 1 유닛(10)의 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 직경을 감안하여 제 1 기어(114) 및 제 2 기어(115)의 기어비를 조절함으로써 양 롤의 회전선속도를 제어할 수 있다. 일 예로서, 모터(113)로부터 발생한 동력은 이와 같이 설정된 기어비에 따라 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)이 동일한 회전선속도를 갖도록 전달될 수 있다. 또한 제 1 기어(114) 및 제 2 기어(115)가 가변기어로 구성되는 경우에는 기어제어부(117)에 의해 장착되는 제 1 롤(101) 또는 제 2 롤(102)의 직경에 따라 기어비를 가변적으로 제어하여 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 회전선속도를 동일하게 제어할 수 있다.
도 10 내지 도 13에는 롤들의 직경의 차이가 있는 제 1 유닛(10)과 제 2 유닛(20)이 하나가 일렬로 배치된 것만이 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 이러한 유닛들이 근접 또는 이격되면서 복수개로 형성된 경우도 포함한다.
따라서 이하 본 발명의 실시예를 따르는 비대칭 압연방법으로서, 도 11 또는 도 13에 도시된 압연장치를 이용한 비대칭 압연방법을 기술한다.
구체적으로 도 11 또는 도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비대칭 압연방법에 의하면, 제 1 면(104a) 및 제 2 면(104b)을 포함하는 피압연재(104)를 제 1 유닛(10)의 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102) 사이에 배치한 후, 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 회전각속도를 서로 상이하게 조절하여 피압연재(104)를 1차 압연한다. 다음, 제 1 유닛(10)을 통과한 피압연재(104)를 제 2 유닛(20)에 진입시킨다. 다음, 서로 상이한 회전각속도를 가지도록 조절되는 제 3 롤(201) 및 제 4 롤(202)을 이용하여 피압연재(104)를 2차 압연하게 된다.
이때 제 1 유닛(10)의 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 1쌍과, 제 2 유닛(20)의 제 3 롤(201) 및 제 4 롤(202)의 1쌍 중 어느 하나 이상은 회전선속도가 동일게 되도록 회전각속도가 조절될 수 있다.
이러한 비대칭 압연방법에 의해 마그네슘 합금과 같이 상온의 성형성이 열악한 금속재료를 압연하는 경우, 상온에서도 전단변형이 잘 일어날 수 있도록 슬립계가 양 표면상에서 배치됨에 따라 우수한 상온 성형성과 제품의 품질향상을 기대할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 비대칭 압연방법은 동일한 피압연재를 적어도 한 쌍의 대칭적인 유닛을 통과하도록 복수의 횟수에 걸쳐 압연하는 방법을 포함한다. 이러한 복수의 횟수에 걸친 압연방법은 피압연재에 적정수준으로 조절된 압하량을 순차적으로 인가함으로써 급격한 압하량을 인가하였을 경우에 나타나는 문제점을 방지하기 위해 실시될 수 있다.
또한 복수의 횟수는 피압연재가 압연장치의 유닛들로부터 물리적으로 이탈된 후 다시 투입되는 것 뿐 만 아니라 피압연재가 유닛들 사이에 여전히 배치된 상태에서 작업롤의 회전방향이 반대(즉, 피압연재는 패스 방향과 반대로 이동함)로 됨에 따라 다시 작업롤 사이로 투입되는 경우도 포함한다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 비대칭 압연방법에 의할 경우, 제 1 유닛(10)의 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)과, 제 2 유닛(20)의 제 3 롤(201) 및 제 3 롤(202)의 회전각속도는 아래 수학식으로 정의되는 회전선속도의 차이가 10% 이하가 되도록 제어할 수 있다.
수학식 :
Figure pat00003
υ1 : 제 1 롤의 회전선속도(또는 제 3 롤의 회전선속도)
υ2 : 제 2 롤의 회전선속도(또는 제 4 롤의 회전선속도)
이때 서로 다른 직경을 가지는 제 1 롤(101) 및 제 2 롤(102)의 수학식 1로 정의되는 회전선속도의 차이와, 제 3 롤(201) 및 제 4 롤(202)의 수학식 1로 정의되는 회전선속도의 차이가가 10% 보다 큰 경우 양 압연롤을 빠져나오는 피압연재가 응력 불균형 등으로 휘는 등의 문제점이 발생할 수 있다.
한편, 복수의 횟수로 구성된 비대칭 압연방법의 일실시예로서, 피압연재(104)의 제 1 유닛(10)과 제 2 유닛(20)으로부터 전단변형력을 인가받는 면을 바꾸어 압연하는 횟수를 적어도 1회 포함하여 2회 이상 피압연재를 압연하는 방법을 포함한다.
예를 들어 압연방향을 동일하게 하고, 압연재(104)에 대한 제 1 패스(P1)와 제 2 패스(P2)를 수행하고, 피압연재(104)를 뒤집어서 제 1 패스(P1) 및 제 2 패스(P2)와 같은 방향으로 제 3 패스와 제 4 패스에 대한 압연을 실시할 수 있다.
압연의 횟수는 목적하는 압하량에 따라 2회 이상 실시할 수 있으며, 이때 서로 피압연재의 제 1 면 및 제 2 면이 상하로 서로 교번되어 압연되는 단계가 포함되어 있다면 그 횟수나 교번 주기는 제한이 없다.
한편, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 압연방법은 압연방향을 서로 다르게 하면서 복수의 횟수에 걸쳐 압연하는 방법을 모두 포함한다.
예를 들어 제 1 유닛(10) 및 제 2 유닛(20) 사이로 피압연재(104)의 전면부가 투입되도록 피압연재(104)의 압연방향을 설정한 후 압연의 제 1 패스(P1) 및 제 2 패스(P2)가 수행된 후에는 동일 피압연재(104)의 면들이 제 1 패스(P1) 및 제 2 패스(P2) 때와 동일하게 유지한 후 양 유닛들로 투입되는 방향만 180도 변경시켜 피압연재(104)의 후면부가 먼저 투입되도록 설정하는 방법이다.
압연방향을 서로 다르게 하면서 복수의 횟수에 걸쳐 압연하는 방법을 또 다른 예로서 피압연재가 압연장치의 작업롤로부터 물리적으로 이탈된 후 다시 투입되는 것 뿐 만아니라, 피압연재가 작업롤 사이에 여전히 배치된 상태에서 작업롤의 회전방향이 반대로 됨에 따라 다시 작업롤 사이로 투입되는 경우도 포함한다.
이와 같이 본 발명의 실시예들을 따르는 압연장치 및 압연방법에 의할 시, 종래에 비해 성형성과 균일도 등의 재료물성이 향상된 압연재를 제조할 수 있다. 특히 마그네슘 합금과 같이 상온의 성형성이 열악한 금속재료를 본 발명의 실시예에 의해 압연하는 경우, 상온에서도 전단변형이 잘 일어날 수 있도록 슬립계가 균형적으로 배치됨에 따라 우수한 상온 성형성과 제품의 품질향상을 기대할 수 있다.
이상 언급한 실시예는 본 발명을 한정하는 것이 아니라 예증하는 것이며, 이 분야의 당업자라면 첨부한 청구항에 의해 정의된 본 발명의 범위로부터 벗어나는 일 없이, 많은 다른 실시예를 설계할 수 있다. 이러한 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.
10 : 제 1 유닛 20 : 제 2 유닛
100 : 압연장치 101 : 제 1 롤
102 : 제 2 롤 103 : 제 1 보강롤
104 : 피압연재 104a : 제 1 면
104b : 제 2 면 105 : 동력제공부
106 : 제 1 모터 107 : 제 2 모터
108 : 모터제어부 109 : 연결부재
110 : 받침대 111 : 프레임
112 : 체결부재 201 : 제 3 롤
202 : 제 4 롤 203 : 제 2 보강롤

Claims (17)

  1. 제 1 면 및 제 2 면을 포함하는 피압연재를, 제 1 롤 및 상기 제 1 롤에 비해 더 큰 직경을 가지며 상기 제 1 롤과 상이한 회전각속도를 갖는 제 2 롤 사이로 상기 제 1 면 및 제 2 면이 각각 상기 제 1 롤 및 제 2 롤에 접촉하도록 진입시켜 압연하고,
    압연된 상기 피압연재를 제 3 롤 및 상기 제 3 롤에 비해 큰 직경을 가지고, 상기 제 3 롤과 다른 회전각속도를 갖는 제 4 롤 사이로 상기 제 1 면 및 제 2 면이 각각 상기 제 4 롤 및 제 3 롤에 접촉하도록 진입시켜 압연하여,
    상기 제 1 면 및 제 2 면에 서로 다른 전단변형력을 인가하는, 비대칭 압연방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 롤 및 상기 제 2 롤의 회전선속도를 동일하게 유지하고, 상기 제 3 롤 및 상기 제 4 롤의 회전선속도를 동일하게 유지하면서 상기 피압연재를 압연하는, 비대칭 압연방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 롤, 상기 제 2 롤, 상기 제 3 롤 및 상기 제 4 롤의 회전선속도를 동일하게 유지하면서 상기 피압연재를 압연하는, 비대칭 압연방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 롤의 직경과 상기 제 3 롤의 직경은 동일하고, 상기 제 2 롤과 상기 제 4 롤의 직경은 동일하도록 하여 상기 피압연재를 압연하는, 비대칭 압연방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 롤에 비해 더 큰 직경을 가지는 제 1 보강롤을 상기 제 2 롤의 반대편에서 상기 제 1 롤에 결합시켜 상기 제 1 롤을 지지하게 하고, 상기 제 3 롤에 비해 더 큰 직경을 가지는 제 2 보강롤을 상기 제 4 롤의 반대편에서 상기 제 3 롤에 결합시켜 상기 제 3 롤을 지지하게 하는, 비대칭 압연방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 피압연재의 압연방향을 동일하게 설정하여 연속하여 2 회 이상 상기 피압연재를 압연하는, 비대칭 압연방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 피압연재의 압연방향을 다르게 하여 압연하는 횟수를 적어도 1회 포함하여 2회 이상 상기 피압연재를 압연하는, 비대칭 압연방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 롤 및 상기 제 2 롤의 회전선속도 차이 또는 상기 제 3 롤 및 상기 제 4 롤의 회전선속도 차이에 관한 아래의 수학식 1에 의해서 얻어지는 D값이 10% 이하인, 비대칭 압연방법.
    수학식 1 : D =
    Figure pat00004

    v1 : 제 1 롤의 회전선속도(또는 제 3 롤의 회전선속도)
    v2 : 제 2 롤의 회전선속도(또는 제 4 롤의 회전선속도)
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나의 항의 압연방법을 이용하여 제조한 압연재.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 압연재는 조밀충진육방정(HCP), 면심입방정(FCC) 또는 체심입방정(BCC) 구조를 갖는 금속을 포함하는, 압연재.
  11. 제 10 항에 있어서, 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 철(Fe) 및 강(steel)으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 그 합금을 포함하는, 압연재.
  12. 피압연재의 제 1 면에 접촉되는 제 1 롤과, 상기 제 1 롤에 비해 더 큰 직경을 가지며 상기 피압연재의 상기 제 1 면의 반대면인 제 2 면에 접촉되는 제 2 롤을 갖는 제 1 유닛;
    상기 제 1 유닛에 인접 배치되어 상기 제 1 유닛에 의해 압연된 상기 피압연재를 압연하되, 상기 피압연재의 상기 제 2 면에 접촉되는 제 3 롤과 상기 제 3 롤에 비해 더 큰 직경을 가지며 상기 피압연재의 상기 제 1 면에 접촉되는 제 4 롤을 갖는 제 2 유닛; 및
    상기 제 1 롤 내지 제 4 롤의 회전각속도를 조절할 수 있도록 상기 제 1 롤 내지 제 4 롤 각각에 동력을 공급하는 동력제공부;
    를 포함하는, 비대칭 압연장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 동력제공부는 상기 제 1 롤 및 제 2 롤과, 상기 제 3 롤 및 제 4 롤의 회전선속도가 동일하도록 조절할 수 있는, 비대칭 압연장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 롤과 상기 제 3 롤은 직경이 서로 동일하고, 상기 제 2 롤과 제 4 롤은 직경이 서로 동일한, 비대칭 압연장치.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 동력제공부는 상기 제 1 롤, 상기 제 2 롤, 상기 제 3 롤 및 상기 제 4 롤을 각각 구동시키는 다수의 모터와; 상기 다수의 모터 각각의 회전각속도를 제어할 수 있는 모터제어부;를 포함하는, 비대칭 압연장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 모터제어부는 상기 제 1 롤 및 상기 제 2 롤의 회전선속도가 동일하도록 모터들을 제어하는 제 1 모터제어부와, 상기 제 3 롤 및 상기 제 4 롤의 회전선속도가 동일하도록 모터들을 제어하는 제 2 모터제어부를 포함하는, 비대칭 압연장치.
  17. 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 롤에 비해 더 큰 직경을 가지며 상기 제 2 롤의 반대편에서 상기 제 1 롤을 지지하도록 결합되는 제 1 보강롤과, 상기 제 3 롤에 비해 더 큰 직경을 가지며 상기 제 4 롤의 반대편에서 상기 제 3 롤을 지지하도록 결합되는 제 2 보강롤을 더 포함하는, 비대칭 압연장치.
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