KR20200113407A - 워크롤의 성능 평가방법 - Google Patents

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Abstract

일 측면에 따른 워크롤 성능 평가 방법은, 워크롤 제작을 위한 동체의 가공 여유분에서 채취된 시편으로부터, 워크롤의 초기 직경인 초기경에서 사용 완료 상태의 직경인 폐기경을 뺀 유효경을 직경으로 갖도록 디스크(disc) 형상으로 제작된 시험편을 고온 내마모 시험기에서 마모 시험을 수행하는 단계, 시험편의 마모량을 산출하는 단계, 시험편의 마모 프로파일 및 조도를 측정하는 단계, 및 시험편의 마모량, 마모 프로파일 및 표면 조도를 이용하여 워크롤의 성능을 평가하는 단계를 포함한다.

Description

워크롤의 성능 평가방법{METHOD OF EVALUATING PERFORMANCE OF WORK ROLL}
본 발명은 강재의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 워크롤의 깊이별 압연 성능을 평가하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 제철공장에서 생산되는 열연코일이나 냉연코일은 압연기술에 따라 그 품질이 좌우되기 때문에 압연품질에 대한 관심과 연구가 집중되고 있는 실정이다.
압연기에서 압연 소재와 직접 접촉하는 상, 하부 워크롤은 반복적인 압연에 의해 마모 프로파일이 발생하게 된다. 이러한 워크롤은 정기적으로 프로파일이 정상적인 압연에 적정한가를 판단하여 교체하여야 하는데, 예를 들어 고온 내마모 시험기를 통하여 열간 압연 공정을 모사하여 워크롤의 성능을 평가함으로써 워크롤의 교체 및 지속사용을 결정하게 된다.
이에 관련된 기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1293058호(2013.07.30 등록, 워크롤 시험장치)가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 워크롤의 깊이별 압연 특성을 평가하기 위한 고온 내마모 시험편을 이용하여 워크롤의 압연 성능을 평가하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 워크롤 성능 평가방법은, 워크롤 제작을 위한 동체의 가공 여유분에서 채취된 시편으로부터, 워크롤의 초기 직경인 초기경에서 사용 완료 상태의 직경인 폐기경을 뺀 유효경을 직경으로 갖도록 디스크(disc) 형상으로 제작된 시험편을 고온 내마모 시험기에서 마모 시험을 수행하는 단계; 상기 시험편의 마모량을 산출하는 단계; 상기 시험편의 마모 프로파일 및 조도를 측정하는 단계; 및 상기 시험편의 마모량, 마모 프로파일 및 표면 조도를 이용하여 워크롤의 성능을 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 시험편의 마모량을 산출하는 단계는, 상기 마모 시험 전, 후의 시험편의 질량을 측정하여, 상기 마모 시험 전, 후의 질량의 차이로부터 상기 시험편의 마모량을 산출할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 시험편은 내경과 외경을 갖도록 중심부가 뚫린 디스크 형상을 가지며, 상기 내경부에서, 상기 외경의 접선에 수직한 방향으로 외부를 향하도록 형성된 키홈을 구비할 수 있다.
본 발명에 따르면, 워크롤의 유효경을 직경으로 갖도록 제작된 내마모 시험편을 사용함으로써 하나의 워크롤 내에서 워크롤의 초기경부터 폐기경까지의 압연 특성을 효과적으로 평가할 수 있다. 또한, 상기 시험편은 워크롤 초기경의 접선에 수직한 방향으로 외부로 향하게 키홈이 위치하도록 제작됨으로써 워크롤의 각 깊이마다 표면 상태를 분석할 수 있으므로, 워크롤의 깊이에 따른 압연 특성을 한 번에 평가할 수 있다.
도 1은 일반적인 4단 압연기를 도시한 도면이다.
도 2는 워크롤의 사용 전과 후의 프로파일을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 워크롤의 압연특성 평가를 위한 시험편의 제작방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 4는 시험편을 이용하여 워크롤의 깊이별 압연 특성을 평가하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 워크롤의 성능 평가 시험 결과를 나타낸 표의 일 예이다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 일반적인 사상 압연기인 4단 압연기를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 4단 압연기(100)는 압연 하중이 가해지는 상, 하부 백업롤(110) 및 압연재(130)를 압연하는 상, 하부 워크롤(120)로 구성된다. 도시된 바와 같이, 압연재(130)와 접촉하는 상, 하부 워크롤(120)은 다양한 폭과 두께의 소재, 즉 여러 압연판재와 반복해서 접촉하기 때문에 마모가 발생하게 된다. 이와 같이, 워크롤(120)은 마모 및 열 피로에 의해 표면이 손상되므로 일정량의 압연이 수행되면 교체되는데, 손상된 워크롤은 재사용을 위해 표면이 연마된다. 따라서, 워크롤(120)은 초기경부터 압연이 진행될수록 연마에 의해 점차 외경이 감소하게 된다.
도 2는 워크롤의 사용 전과 후의 프로파일을 비교하여 나타낸 도면이다.
워크롤은 사용 전 외경인 초기경(D1)부터 압연이 진행되수록 표면이 연마되어 폐기경(D2)까지 사용 후에 폐기된다. 도면 참조번호 120a는 사용전의 워크롤을 나타내고, 참조번호 120b는 압연 및 연마가 반복되어 사용이 완료된 워크롤을 나타내며, D3는 초기부터 폐기될 때까지 실제 압연공정에서 마모되는 워크롤 부분으로, 워크롤의 초기 외경인 초기경(D1)에서 폐기될 때의 외경인 폐기경(D3)을 뺀 유효경을 나타낸다.
상기 워크롤은 사용과 연마를 반복하면서 연삭되는데, 워크롤의 깊이에 따라 재질 특성에 차이가 있으므로 압연성능에 차이가 있다. 통상적으로 워크롤의 수명은 짧게는 6개월, 길게는 수 년으로, 워크롤의 성능을 평가하는 데 오랜 시간이 걸리기 때문에 고온 내마모 시험기를 통해 실제 열간 압연 공정 조건으로 압연 공정을 모사함으로써 워크롤의 성능을 평가하고 있다. 워크롤의 고온 내마모 시험기는 실제 압연 공정에 사용되는 워크롤과 동일한 재질로 제작된 평가재와, 압연판재를 모사하는 상대재, 그리고 상대재를 가열하는 유도가열기를 포함하여 구성된다. 실제 압연공정과 동일한 조건의 내마모 시험기 내에서 상대재와 평가재를 접촉시켜 일정량의 마모를 발생시킨 다음, 평가재의 질량을 측정하여 마모량을 산출하고 현미경을 사용하여 평가재의 3D 프로파일 및 표면 조도를 측정함으로써 워크롤의 마모 거동을 평가하게 된다.
워크롤의 고온 내마모 시험에 사용되는 상기 평가재는 워크롤을 제조할 때 가공 여유분에서 시편을 채취하여 원형 디스크(disc) 형태의 시험편으로 가공하여 제작한다. 본 발명은 워크롤의 성능 평가에 사용되는 평가재인 시험편의 제작방법을 제시한다.
도 3은 본 발명에 따른 워크롤의 압연특성 평가를 위한 시험편의 제작방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 방법으로 제작된 시험편을 이용하여 워크롤의 깊이별 압연 특성을 평가하는 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 워크롤의 성능 평가 시험 결과를 나타낸 표의 일 예이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 워크롤 제조시 워크롤 가공 여유분에서 시편을 채취한 다음 디스크 형상으로 가공하여 내마모 시험을 위한 시험편(200)을 제작한다. 상기 시험편(200)은 도시된 바와 같이, 사용 전 워크롤(220)의 외경인 초기경(D1)에서 사용 완료 후 워크롤(220)의 외경인 폐기경(D2)를 뺀 유효경(D3)을 직경으로 갖도록 제작한다.
열간 압연용 워크롤은 제작 과정에서 재질의 물성 부여를 위해 어닐링-오스테나이징-냉각-템퍼링 등의 열처리 과정을 거치게 된다. 워크롤의 깊이에 따라 열처리 특성이 조금씩 다르기 때문에 워크롤의 깊이에 따라 워크롤 재질에 차이가 있으며 이는 마모 특성의 차이로 나타나게 된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 워크롤의 유효경(D3)을 직경으로 갖도록 시험편(200)을 제작함으로써 시험편(200)의 직경에 따른 마모 거동을 평가하면 워크롤의 압연 공정에서의 마모 거동을 평가할 수 있다.
이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 시험편(200)의 키홈(210)을 워크롤의 초기경(D1)에 접하는 접선에 수직한 방향에서 외부를 향하도록 제작함으로써, 워크롤의 깊이별 압연 특성을 평가할 때 기준 위치를 알 수 있도록 한다. 상기 시험편(200)의 키홈(210)을 워크롤의 초기경(D1)에 접하는 접선에 수직한 방향으로 위치하도록 하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 키홈(210)을 기준 위치로 하여 시험편(200)의 직경에 따른 마모 거동을 평가함으로써 워크롤의 사용률에 따른 압연 특성을 평가할 수 있다.
종래에는 서로 다른 워크롤에서 채취된 시편으로부터 임의의 위치에서 같은 크기의 시험편을 제작하여 내마모 시험을 수행한 후 마모량 및 표면 상태를 비교하였다. 따라서, 서로 다른 워크롤끼리의 상대적 비교는 가능하였지만, 동일 워크롤 내에서 초기경(D1)에서부터 폐기경(D2)까지의 마모 거동을 평가하기는 어려운 단점이 있었다.
워크롤은 초기경(D1)부터 폐기경(D2)까지 동일한 성능을 유지하는 것이 중요하기 때문에, 동일한 워크롤 내에서의 초기경(D1)부터 폐기경(D2)까지의 마모 거동을 평가하는 것이 중요하다. 본 발명의 방법으로 제작된 상기 시험편(200)은 워크롤의 초기경(D1)부터 폐기경(D2)까지의 유효경(D3)을 직경으로 갖도록 제작되기 때문에, 하나의 워크롤 내에서 워크롤의 초기경(D1)부터 폐기경(D2)까지의 압연 특성을 효과적으로 평가할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법으로 제작된 상기 시험편(200)은 키홈(210)이 워크롤 초기경(D1)의 접선에 수직한 방향으로 외부로 향하게 위치하도록 제작함으로써 워크롤의 각 깊이마다 표면 상태를 분석할 수 있으므로, 워크롤의 깊이에 따른 워크롤의 압연 특성을 한 번에 평가할 수 있다.
한편, 본 발명의 방법에 따라 제작된 상기 시험편(200)과 고온 내마모 시험기를 사용하여 고온 내마모 시험을 실시한 후, 질량 측정 장비를 이용하여 시험편의 질량을 측정한다. 초기 시험편의 질량과 고온 내마모 시험 후의 시험편의 질량을 측정하여 그 차이를 구하면, 내마모 시험에서의 시험편의 마모량을 산출할 수 있으며, 이로부터 압연 공정에서의 워크롤의 마모량을 산출할 수 있다.
상기 시험편의 마모량을 산출한 다음에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 3D 현미경을 통해 시험편의 표면 프로파일 및 표면 조도를 관찰한다. 워크롤 성능 평가에 사용되는 현미경을 사용하면 시험편의 3D 표면 프로파일을 관찰할 수 있으며, 표면 조도를 측정할 수 있다. 상기 관찰된 3D 표면 프로파일 및 표면 조도와, 질량 측정기에서 측정된 질량 감소량, 즉 시험편의 마모량을 분석하여 워크롤의 성능을 평가한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 실제 압연 공정되는 마모 및 연삭되는 부분인 워크롤의 유효경을 직경으로 갖도록 내마모 시험편을 제작하기 때문에, 하나의 워크롤 내에서 워크롤의 초기경부터 폐기경까지의 압연 특성을 효과적으로 평가할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법으로 제작된 상기 시험편은 워크롤 초기경의 접선에 수직한 방향으로 외부로 향하게 키홈이 위치하도록 제작됨으로써 워크롤의 각 깊이마다 표면 상태를 분석할 수 있으므로, 워크롤의 깊이에 따른 압연 특성을 한 번에 평가할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 워크롤 제작을 위한 동체의 가공 여유분에서 채취된 시편으로부터, 워크롤의 초기 직경인 초기경에서 사용 완료 상태의 직경인 폐기경을 뺀 유효경을 직경으로 갖도록 디스크(disc) 형상으로 제작된 시험편을 고온 내마모 시험기에서 마모 시험을 수행하는 단계;
    상기 시험편의 마모량을 산출하는 단계;
    상기 시험편의 마모 프로파일 및 조도를 측정하는 단계; 및
    상기 시험편의 마모량, 마모 프로파일 및 표면 조도를 이용하여 워크롤의 성능을 평가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    워크롤의 성능 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시험편의 마모량을 산출하는 단계는,
    상기 마모 시험 전, 후의 시험편의 질량을 측정하여, 상기 마모 시험 전, 후의 질량의 차이로부터 상기 시험편의 마모량을 산출하는 것을 특징으로 하는,
    워크롤의 성능 평가 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시험편은 내경과 외경을 갖도록 중심부가 뚫린 디스크 형상을 가지며,
    상기 내경부에서, 상기 외경의 접선에 수직한 방향으로 외부를 향하도록 형성된 키홈을 구비하는 것을 특징으로 하는,
    워크롤의 성능 평가 방법.

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