철강 압연 공정

철강 압연 공정

압연은 강철을 롤 사이에 통과시켜 소성 변형시키는 과정입니다. 압연은 회전하는 롤을 사용하여 압연되는 강편의 단면적을 감소시키거나 철강 제품의 일반적인 성형으로 정의됩니다.

철강 압연은 철강의 가장 중요한 제조 공정 중 하나입니다. 일반적으로 철강 용해 공장에서 잉곳 또는 연속 주조 제품에서 만들어지고 주조된 후 철강 처리의 첫 번째 단계입니다. 철강의 초기 압연은 열간 압연기에서 블룸과 슬래브를 압연하여 판, 시트, 스트립, 코일, 빌렛, 구조물, 레일, 막대 및 봉과 같은 다양한 압연 제품으로 만듭니다. 일부 제품의 경우 냉간 압연도 수행됩니다. 레일, 철근 등과 같은 압연 제품의 대부분은 소비자가 직접 사용하는 반면, 다른 압연 제품은 단조, 판금 가공, 와이어 드로잉, 압출, 기계 가공 및 가공과 같은 후속 제조 작업의 시작 원료입니다. 산업. 철강 압연은 다양한 제품을 생산할 수 있습니다. 압연 제품의 너비는 수 밀리미터에서 수 미터까지 다양하며 두께는 0.1mm에서 200mm 이상까지 다양합니다. 압연 섹션은 정사각형, 직사각형, 원형 ​​또는 모양 섹션일 수 있습니다. 강철에 대한 다양한 압연 공정이 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 철강 압연 공정

압연강의 원리

압연 중에 강재는 압연되는 공작물의 표면과 롤 사이의 마찰로 인해 높은 압축 응력을 받습니다. 공작물은 지속적으로 회전하는 두 롤 사이의 압축력에 의해 소성 변형됩니다. 이러한 힘은 강철의 두께를 줄이고 결정립 구조에 영향을 줍니다. 감소 전후 두께의 차이인 두께 감소를 드래프트(Draft)라고 합니다. 두께를 줄이는 것 외에도 롤은 서로 반대 방향으로 회전할 때 재료를 공급합니다. 따라서 마찰은 압연 공정의 필수적인 부분이지만 너무 많은 마찰은 다양한 이유로 해로울 수 있습니다. 압연 과정에서 마찰의 정도를 조절해야 하므로 압연 시 윤활은 중요한 요소입니다. 공작물이 롤의 목에 들어가려면 마찰력의 성분이 수직력의 수평 성분보다 크거나 같아야 합니다.

압연 작업 중에 공작물의 기하학적 모양이 변경되지만 부피는 본질적으로 동일하게 유지됩니다. 롤 영역은 롤이 재료에 작용하는 영역입니다. 여기에서 공작물의 소성 변형이 발생합니다. 압연 공정에서 중요한 요소는 두께 감소와 함께 강재의 체적 보존으로 인해 롤 영역에서 나오는 재료가 롤 영역에 들어가는 강재보다 빠르게 이동한다는 것입니다. 롤 자체는 일정한 속도로 회전하므로 롤 영역의 특정 지점에서 롤의 표면 속도와 강재의 표면 속도는 정확히 동일합니다. 이것을 노슬립 포인트라고 합니다. 이 지점 이전에는 롤이 재료보다 빠르게 움직이고 이 지점 이후에는 재료가 롤보다 빠르게 움직입니다.

토크와 파워는 롤링의 두 가지 중요한 구성 요소입니다. 토크는 롤에 토크를 적용하고 공작물 장력을 통해 압연기에 동력이 가해지는 동안 회전 운동을 생성하기 위해 롤에 가해지는 힘의 척도입니다. 압연기에서 전력은 주로 다음 네 가지 방식으로 소비됩니다.

• 강철을 변형시키는 데 필요한 에너지입니다.
• 마찰력을 극복하는 데 필요한 에너지입니다.
• 피니언 및 동력 전달 시스템에서 손실된 전력.
• 다양한 모터의 전기적 손실.

때로는 철강 압연 중에 압연되는 공작물에 장력(힘)이 가해집니다. 장력은 앞쪽에 가해질 수도 있고(프론트 텐션), 뒤쪽에 가해질 수도 있고(뒤쪽 텐션), 양쪽 끝에 가해질 수도 있다. 이 기술은 강철의 압연에 필요한 힘을 돕습니다.

압연 과정에서 강편의 두께를 감소시키는 소성변형은 가공물의 폭을 증가시키는 원인이 된다. 이 현상을 확산이라고 합니다. 가공되는 공작물의 너비 대 두께 비율이 높으면 상대적으로 작기 때문에 퍼짐은 크게 문제가 되지 않습니다. 반면에 너비 대 두께 비율이 낮은 경우 너비의 증가가 문제가 될 수 있습니다. 수직 롤(에지 롤)은 롤링 중 퍼짐을 제어하고 일정한 너비를 유지하는 데 사용됩니다.

압연은 열간 압연 또는 냉간 압연으로 수행할 수 있습니다. 냉간 압연은 일반적으로 열간 압연을 따릅니다.

강재의 열간 압연 중에 제강 과정에서 얻은 강재의 주조 결정립 조직(보통 응고 방향으로 성장하는 큰 결정립)이 단조강 조직으로 변환됩니다. 주물 구조는 약한 결정립계를 가지고 있어 강철을 취성으로 만듭니다. 주조 구조는 또한 다공성, 수축 공동 및 개재물과 같은 많은 결함과 관련이 있습니다. 재결정 온도 이상에서 열간 압연이 진행되는 동안 주조 입자 구조가 파괴됩니다. 오래된 결정립계는 파괴되고 더 균일한 결정립 구조와 함께 더 단단한 새로운 결정립계가 형성됩니다. 강철 압연은 또한 강철 내의 빈 공간과 수축 공동을 닫고 개재물을 부수고 가공물 전체에 균일하게 분포시킵니다. 열간 압연의 특징은 결정 구조뿐만 아니라 전위 전파와 연화 과정의 동시 발생입니다. 열간압연의 장점은 다음과 같습니다.

• 흐름 응력이 낮기 때문에 힘과 전력 요구 사항이 상대적으로 적습니다. 아주 큰 공작물도 적당한 크기의 장비로 변형시킬 수 있습니다.
• 연성이 높기 때문에 큰 변형 정도가 가능합니다.
• 복잡한 모양을 굴릴 수 있습니다'

냉간 압연은 실온에서 이루어지지만 변형 작업은 가공물의 온도를 100-200℃까지 올릴 수 있습니다. 강철의 냉간 압연 중에 제품 치수를 면밀히 제어하여 우수한 표면 조도 및 기계적 강도 증가를 달성할 수 있습니다. . 냉간 압연의 장점은 다음과 같습니다.

• 냉각 및 산화가 없으면 더 엄격한 허용 오차와 더 나은 표면 조도를 얻을 수 있습니다.
• 얇은 부분을 감아도 됩니다.
• 작업물의 최종 속성을 세밀하게 제어할 수 있습니다. 원하는 경우 냉간 압연 중에 얻은 높은 강도를 유지할 수 있습니다. 또는 높은 연성이 필요한 경우 열처리 전에 입자 크기를 제어할 수 있습니다.
• 일반적으로 윤활이 더 쉽습니다.

강철 압연은 원하는 단면을 달성할 뿐만 아니라 강철의 원하는 특성을 얻기 위해 수행됩니다. 철강 압연은 강도와 ​​유리한 결정 방향을 부여합니다. 제어 압연 중에 통합된 추가 열처리 공정은 강철 미세구조를 수정하여 강철이 원하는 특성을 부여하는 데 도움이 됩니다.

제어 압연은 제어된 변형과 열처리를 통합하는 일종의 열 기계 가공입니다. 가공물을 재결정 온도 이상으로 만드는 열은 열처리를 수행하는 데도 사용되므로 후속 열처리가 필요하지 않습니다. 열처리의 유형에는 미세 입자 구조의 생산이 포함됩니다. 다양한 변태생성물(강의 페라이트, 오스테나이트, 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 등)의 성질, 크기, 분포 제어, 석출경화 유도, 인성 제어 이를 달성하려면 전체 프로세스를 면밀히 모니터링하고 제어해야 합니다. 제어 압연의 일반적인 변수에는 출발 재료 구성 및 구조, 변형 수준, 다양한 단계의 온도 및 냉각 조건이 포함됩니다. 제어 압연의 이점에는 기계적 특성이 향상되고 에너지가 절약된다는 것이 포함됩니다.

압연 공정은 높은 수준의 폐쇄 루프 자동화와 매우 빠른 속도를 가능하게 하므로 다양한 다운스트림 산업에 고품질의 정밀한 출발 재료를 제공할 수 있습니다.

압연기에 사용되는 롤은 다양한 크기와 형상을 가지고 있습니다. 압연에 사용되는 롤은 압연 과정에서 극한의 작동 조건을 겪습니다. 이러한 조건에는 엄청난 힘, 굽힘 모멘트, 열 응력 및 마모가 포함됩니다. 롤 재료는 강도, 강성 및 내마모성을 위해 선택됩니다. 롤 재료는 다양하며 특정 롤링 프로세스에 따라 다릅니다. 사용되는 일반적인 롤 재료는 주철, 연성 철, 주강 및 단조 강입니다. 단조 롤은 주철 롤보다 강하고 단단하지만 제조 공정이 복잡합니다. 철과 강철의 조성은 압연 공정에 맞게 선택됩니다. 니켈강 또는 몰리브덴강 합금은 특정 압연 공정의 롤 재료로 사용됩니다. 일부 다른 압연 공정에서 롤은 처짐에 대한 극도의 저항을 제공할 수 있는 텅스텐 카바이드로 만들어집니다.

롤 사이에 균일한 간격을 유지하는 것은 작업 조각을 변형하는 데 필요한 하중 하에서 롤이 휘기 때문에 어렵습니다. 강성과 강성은 철강 압연에 사용되는 롤의 중요한 특성입니다. 롤링 과정에서 롤에 큰 힘이 작용합니다. 이러한 힘으로 인해 롤은 다양한 정도의 편향을 받습니다. 너비가 더 큰 평압연의 경우 처짐의 영향이 더 큽니다. 롤은 처음에 평평합니다. 롤링 작업 중에 공작물은 가장자리보다 공작물의 중심을 향해 롤에 더 큰 힘을 가합니다. 이로 인해 롤이 중앙에서 더 많이 휘게 되어 중앙에서 공작물이 더 두꺼워집니다. 이 문제를 극복하기 위해 롤은 프로세스 중에 발생할 처짐을 상쇄하는 방식으로 중심을 향해 두꺼워지도록 연마됩니다. 이 추가 두께를 캠버라고 합니다. 롤로 연삭해야 하는 캠버는 강재 작업물의 특정 너비와 재질 및 하중에 따라 매우 다릅니다. 캠버가 있는 롤은 크라운 롤(포물선형 크라운)이라고도 합니다. 크라운 롤러는 한 세트의 조건, 특히 재료, 온도 및 변형 정도만 보상합니다.

롤 변형을 보상하는 다른 방법에는 CVC(Continuously Variing Crown), 페어 크로스 롤링 및 작업 롤 벤딩이 있습니다. CVC는 3차 다항식 곡선을 작업 롤로 연삭한 다음 작업 롤을 가로로, 동일하게, 서로 반대 방향으로 이동하는 작업을 포함합니다. 그 효과는 롤 사이에 포물선 모양의 간격이 있고 측면 이동에 따라 달라지므로 롤 크라운을 동적으로 제어할 수 있다는 것입니다. 페어 크로스 롤링은 플랫 또는 포물선 모양의 크라운 롤을 사용하지만 롤 가장자리 사이의 간격이 증가하거나 감소하도록 끝을 비스듬히 이동하여 동적 크라운 제어를 허용하는 것을 포함합니다. 작업 롤 벤딩에는 롤 끝단에 유압 실린더를 사용하여 롤 처짐을 방지하는 작업이 포함됩니다.

처짐 문제를 극복하는 또 다른 방법은 롤에 가해지는 하중을 줄이는 것입니다. 이는 세로 방향의 힘을 가하여 수행할 수 있습니다. 이것은 본질적으로 그림입니다. 롤 변형을 줄이는 다른 방법에는 롤 재료의 탄성 계수를 늘리고 롤에 백업 지지대를 추가하는 방법이 있습니다.