철강 압연의 기초

강재 압연의 기초  

액강은 일반적으로 연속 주조기에서 빌렛, 블룸 또는 슬래브 형태로 주조됩니다. 일부 공장에서는 얇은 슬래브나 개뼈 부분의 형태로 연속 주조기에서 주조되기도 합니다. 이 모양은 판, 시트, 막대, 구조 섹션 및 튜브 등을 생산하기 위해 평면 또는 홈이 있는 원통형 회전 롤을 통과하여 열간 압연으로 처리됩니다.

압연 공정은 가장 중요하고 널리 사용되는 산업용 금속 성형 작업 중 하나입니다. 그것은 높은 생산과 최종 제품의 긴밀한 제어를 제공합니다. 1500년대 후반에 개발되었습니다. 금속 가공 공정에서 생산되는 모든 금속의 90%를 차지합니다.

철강 압연은 철강의 소성 변형을 위해 한 쌍의 회전 롤을 통해 철강을 통과시키는 금속 성형 공정입니다. 소성 변형은 회전하는 롤을 통해 가해지는 압축력에 의해 발생합니다. 높은 압축 응력은 롤과 강철 스톡 표면 사이의 마찰로 인해 발생합니다. 한 쌍의 롤 사이에 강재가 눌려 두께가 줄어들고 길이가 늘어납니다. 압연은 압연된 강재의 온도에 따라 분류됩니다. 강철의 온도가 재결정 온도보다 높으면 이 과정을 열간 압연이라고 합니다. 강철의 온도가 재결정 온도보다 낮으면 이 공정을 냉간 압연이라고 합니다.

롤은 강력한 전기 모터로 구동되는 엄청난 강도의 하우징에 장착된 거대한 넥 베어링에서 작동합니다. 이들은 밀 스탠드로 알려져 있습니다. 압연기 스탠드는 회전하는 롤 사이에 강철의 소성 변형을 위한 2개 이상의 롤을 포함합니다. 기본적으로 (i) 롤, (ii) 베어링, (iii) 이러한 부품을 포함하는 하우징, (iv) 기어 박스, (v) 롤에 동력을 공급하기 위한 드라이브(모터), (vi) 속도 속도 제어를 위한 제어 장치 및 (vii) 유압 시스템. 압연기 스탠드는 충분한 전력을 공급하기 위해 매우 견고한 구조와 대형 모터가 필요합니다. 압연기 스탠드에는 아래와 같이 여러 종류가 있습니다.

• Two-high stand – 두 개의 대향 롤이 사용되는 압연기 스탠드의 기본 유형입니다. 스탠드에는 같은 방향으로 회전하는 역전되지 않는 롤이 있습니다. 따라서 공작물을 반대쪽에서 공급할 수 없습니다. 2단 스탠드는 수평 스탠드 또는 수직 스탠드가 될 수 있습니다. 수평 스탠드에는 두 롤이 모두 수평이고 수직 스탠드에는 두 롤이 모두 수직입니다.
• 2단 풀오버 스탠드 – 압연강재는 추가 축소를 위해 입구로 반환됩니다.
• 2단 스탠드, 역전 – 회전 방향을 반대로 하여 롤을 통해 작업을 앞뒤로 전달할 수 있습니다. 이러한 공장은 생산성을 높입니다.
• 3단 스탠드 – 3개의 롤로 구성되어 있습니다. 마찰에 의해 중간 롤이 회전하면서 상부 롤과 하부 롤이 구동됩니다. 첫 번째 롤링은 아래쪽 롤과 중간 롤 쌍 사이에서 한 방향으로 발생합니다. 다음으로 작업은 방향이 바뀌고 중간 및 상단 롤 쌍을 통해 공급됩니다. 이렇게 하면 생산성이 향상됩니다.
• 4단 스탠드 – 직경이 작은 롤(강도 및 강성이 낮음)이 더 큰 직경의 백업 롤에 의해 지지됩니다. 롤링 파워는 롤 직경에 정비례합니다. 따라서 직경이 더 작은 롤은 전력 입력을 줄일 수 있습니다. 직경이 작은 롤의 강도가 낮습니다. 따라서 롤이 구부러질 수 있습니다. 결과적으로 더 작은 롤을 지지하기 위해 더 큰 직경의 백업 롤이 사용됩니다. 얇은 부분은 더 작은 직경의 롤을 사용하여 압연할 수 있습니다.
• 범용 밀 스탠드 – 이 스탠드에는 2개의 수평 롤과 2개의 수직 롤이 있습니다. 수직 롤은 작업의 너비를 동시에 제어하는 ​​데 사용됩니다.
• 클러스터 밀 또는 Sendzimir 밀 스탠드 – 이 압연 밀 스탠드에서 각 작업 롤은 2개의 백킹 롤에 의해 지지됩니다. 클러스터 밀과 Sendzimir 밀은 고강도 재료와 포일[0.0025mm 두께]의 얇은 스트립을 압연하는 데 사용됩니다. 이 압연기의 작업 롤은 텅스텐 카바이드로 만든 직경 6mm만큼 작을 수 있습니다.
• Planetary Mill – 많은 수의 유성 롤로 둘러싸인 한 쌍의 무거운 백킹 롤로 구성됩니다. 각 유성 롤은 지지 롤과 슬래브 사이의 원형 경로를 쓸어내면서 슬래브에 거의 일정한 감소를 제공합니다. 각 쌍의 유성 롤이 공작물과의 접촉을 중단하면 다른 롤 쌍이 접촉하여 감소를 반복합니다. 전체 감소는 롤의 각 쌍에 의한 일련의 작은 감소의 합계입니다. 따라서 유성 밀은 밀을 한 번에 통과하여 슬래브를 직접 열간 감소시킬 수 있습니다. 이 작업을 수행하려면 슬래브를 밀에 도입하기 위한 피드 롤과 출구에서 표면 마감을 개선하기 위한 한 쌍의 플래니싱 롤이 필요합니다.

연속 압연기는 생산성을 높이기 위해 일련의 압연기 스탠드가 연속적으로 배열됩니다. 철강 스톡은 공장의 각 스탠드에서 다른 속도로 움직입니다.

넓은 의미에서 압연기는 압연 및 보조 작업을 모두 수행하는 일련의 장비와 함께 자동 시스템 또는 롤 스탠드 라인입니다. 원본 빌릿/블룸/슬래브를 스톡에서 가열로 및 압연기로 운송합니다. 롤, 압연된 재료를 한 롤 스탠드에서 다른 롤 스탠드로 옮기기, 일부 압연기의 경우 회전 또는 비틀기, 일부 압연기에서는 압연, 절단, 냉각 베드에서 압연 재료 냉각 후 금속 운송, 마킹 또는 스탬핑, 트리밍, 포장 , 완제품 재고로의 이송. 일부 압연기(예:열간 스트립 압연기, 선재 압연기, 상업 압연기, 냉간 압연기)에서는 압연 제품을 코일러 또는 권취 릴에 감습니다.

대부분의 압연은 큰 변형이 필요하기 때문에 열간압연이라고 하는 고온에서 수행됩니다. 열간 압연은 잔류 응력이 없는 제품을 생성합니다. 그러나 열간압연 시 스케일링이 큰 문제로 치수 정확도를 유지하기 어렵습니다.

열연강판의 냉간 압연은 높은 정확도와 산화물 스케일이 없기 때문에 중요합니다. 재결정 온도 이하에서 진행하여 가공 경화를 도입합니다. 냉연 강판의 출발 재료는 연속 열간 스트립 밀에서 나온 산세된 열간 압연 코일입니다. 냉간 압연에 의해 달성되는 총 감소량은 일반적으로 약 50%에서 90%까지 다양합니다. 각 스탠드의 감소는 각 패스의 최대 감소 이하로 떨어지지 않고 균일하게 분배되어야 합니다. 일반적으로 평탄도, 게이지 및 표면 마감을 보다 잘 제어할 수 있도록 마지막 패스에서 가장 낮은 비율 감소가 발생합니다.

압연은 압연된 공작물의 온도에 따라 분류됩니다. 강철의 온도가 재결정 온도보다 높으면 이 과정을 열간 압연이라고 합니다. 열간 가공 공정의 경우 강철이 부드럽고 연성을 유지하기 때문에 큰 변형이 연속적으로 반복될 수 있습니다. 강철 스톡은 롤과 강철 표면 사이의 마찰로 인해 높은 압축 응력을 받습니다. 압연은 동일한 원주 속도로 어느 정도 회전하지만 반대 방향, 즉 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전하는 두 롤 사이에 재료를 통과시키는 것을 포함합니다. 그들 사이의 거리는 이격되어 있으며, 이는 내부로 들어가는 강철 스톡의 높이보다 약간 작습니다. 이 롤은 막대 또는 모양의 열간 압연을 위해 평평하거나 홈이 있습니다(윤곽). 이러한 조건에서 롤은 강철 조각을 잡고 전달하므로 단면적이 줄어들고 길이가 늘어납니다.

대부분의 철강 제품에 대한 초기 열간 가공 작업은 1차 황삭 공장에서 수행됩니다. 목적은 바, 스트립, 플레이트 또는 여러 압연 섹션으로 후속 마무리를 위해 철도 차량의 단면을 줄이기 위해 분해하는 것입니다. 주조 블룸, 슬래브 또는 빌렛은 초기에 1100°C에서 1300°C로 가열됩니다. 강철의 열간 압연에서 최종 마무리 스탠드의 온도는 850°C에서 900°C까지 다양하며 항상 상한 임계값 이상입니다. 강철의 온도. 강철은 최종 두께와 모양이 얻어질 때까지 롤 사이에서 압착됩니다. 이를 달성하기 위해 롤은 수천 톤의 힘을 발휘합니다.

압연기의 레이아웃은 단순한 단일 스탠드 밀에서 나란히 또는 일렬로 배치된 여러 스탠드에 이르기까지 다양합니다. 일반적으로 롤러 테이블이라고 하는 메커니즘은 작업물을 롤로 보내고 롤에서 나오는 조각을 처리하기 위한 또 다른 롤러 테이블로 이동합니다. 롤 앞에 있는 테이블은 롤 사이에서 강철을 잡고 당기는 롤에 강철을 밀어 넣습니다. 따라서 강철은 롤 사이의 거리와 동일한 두께로 감소되고 롤에 홈이 있으면 홈 디자인에 따라 모양이 만들어집니다. 열간 압연은 적은 수의 압연 주기로 강철의 큰 변형을 가능하게 합니다.

열간 압연은 여러 단계와 드래프팅으로 이루어집니다. / 감소는 모든 단계에서 제공됩니다. 최종 드래프트는 재결정 또는 상 변화 온도보다 높은 온도에 있습니다. 따라서 저온 원료는 재결정화 온도보다 훨씬 높은 온도로 가열됩니다. 따라서 공작물의 최종 온도는 총 통풍량, 통풍이 제공되는 단계 수 및 철강 스톡의 구성에 따라 달라집니다.

압연기의 목적은 길이는 증가하고 폭은 거의 증가시키지 않으면서 강철의 두께를 줄이는 것입니다. 철도 차량의 중심에 있는 재료는 시트 폭 방향으로 구속되고 롤의 각 측면에 있는 재료의 언더 성형 숄더의 구속은 철도 차량이 폭 방향으로 확장되는 것을 방지합니다. 이 상태를 평면 변형이라고 합니다. 따라서 재료가 더 길어지고 넓어지지 않습니다.

롤링 메커니즘에 영향을 미치는 요소

롤링의 역학에 영향을 미치는 주요 요소는 다음과 같습니다.

• 롤 직경
• 1회 통과 시 감소량
• 압연할 재료의 초기 두께
• 변형률을 결정하는 압연 속도
• 전면 및 후면 장력
• 롤과 압연되는 강철 사이의 마찰 특성
• 강재 및 롤의 온도 범위
• 압연되는 강재의 물리적 특성
• 강재가 변형되는 롤 패스의 롤 윤곽 형상
• 부하 상태에서의 밀링 동작
• 가공 경화 또는 기타 영향을 초래하는 재료의 이전 처리 효과
• 하중을 받는 롤의 탄성 변형
• 야금, 온도 및 변형률의 영향을 받는 금속의 변형 저항
• 재료의 이방성 상태
• 종횡비 또는 초기 두께에 대한 철도 차량의 너비 비율

위의 매개변수는 단독으로 또는 공동으로 둘 이상의 조합으로 압연 공정과 더 직접적으로 관련되고 일반적으로 관련된 2차 매개변수 및 현상을 생성할 수 있습니다. 롤 압력, 토크, 작업 및 출력은 이러한 요소의 영향을 받습니다. 이러한 매개변수의 주요 내용은 다음과 같습니다.

• 차량의 초기 및 최종 평균 두께에 의해 설정된 초기 드래프트에 의해 설정된 드래프트, 절대 드래프트 및 상대 드래프트의 계수입니다.
• 차량의 선속도와 롤의 원주속도의 차이를 특징으로 하는 슬립. 중립각은 미끄러지지 않는 지점에 의해 결정됩니다.
• 스프레드는 들어오는 철도 차량과 비교하여 출구 재료의 너비 차이입니다.
• 신율 계수는 드래프트와 스프레드의 상대 값에 따라 달라집니다.
• 드래프트, 롤 직경, 마찰 계수 및 유입 두께의 함수인 롤 바이트

롤링의 기본 개념

철강 압연의 기본 개념은 다음과 같습니다.

• 롤과 강철 사이의 접촉 호는 원의 일부입니다.
• 마찰 계수는 이론상 일정하지만 실제로는 접촉 호를 따라 변합니다.
• 강재는 압연 중에 소성 변형되는 것으로 간주됩니다.
• 압연되는 스톡의 부피는 압연 전후에 일정합니다. 하지만 실제적으로는 모공이 막혀서 볼륨이 약간 줄어들 수 있습니다.
• 롤의 속도는 일정하다고 가정합니다.
• 강재 스톡은 압연 방향으로만 확장되고 재료 너비는 확장되지 않습니다.
• 압연 방향에 수직인 단면적이 왜곡되지 않습니다.

스트립 장력이 있는 냉간 압연을 제외하고 외부 마찰, 즉 롤 표면과 압연된 재료 사이의 마찰은 압연에 의한 강재의 감소에 근본적인 요인입니다. 롤 사이에서 재료를 당기는 힘이며 롤링과 드로잉의 기본 차이점을 표시합니다. 마찰은 롤과 재료 사이에 작용하는 압력의 크기와 분포에 큰 영향을 미치며, 결과적으로 재료의 환원에 필요한 동력에 영향을 줍니다. 그것은 또한 취할 수 있는 감소의 양을 제어합니다. 일반적으로 마찰 계수가 높을수록 가능한 드래프트가 커집니다. 강재가 롤 갭으로 이동하는 조건에 따라 다음과 같은 두 가지 상황이 발생할 수 있습니다.

• 강철이 롤에 걸리고 롤 틈으로 당겨집니다.
• 강철이 롤 표면 위로 미끄러져 그립이 되지 않고 롤링이 발생하지 않습니다.

마찰력의 크기는 접촉하는 표면의 상태에 따라 달라지며 거칠기가 증가함에 따라 롤 사이의 상대 속도와 가해지는 롤 압력에 따라 증가합니다.

다음은 롤 포스를 줄이기 위한 전략입니다.

• 롤 작업물 인터페이스에서 마찰 감소
• 작은 직경의 롤을 사용하여 접촉 면적 줄이기
• 접촉 면적을 줄이기 위해 패스당 더 작게 축소
• 재료의 강도를 낮추기 위해 고온에서 압연
• 압연된 스톡에 전면 및/또는 후면 장력 적용

단조 또는 주강 제품을 열간압연하면 조대립인 결정립조직이 미세하게 되지만 압연방향을 따라 신장된다. 이러한 유형의 질감 입자 구조는 압연 제품에 방향 특성[비등방성]을 유발합니다. 결정립을 미세화하기 위해 압연 직후 열처리를 하여 압연 후 재결정화시킨다.

압연기의 유형

압연기에는 다양한 유형이 있습니다. 아래에 나와 있습니다.

• 연속 압연기
• 역압연기
• 횡방향 압연기 – 원형 쐐기 롤을 사용합니다. 가열된 바는 길이에 맞게 자르고 롤 사이에 가로로 공급됩니다. 롤은 밀에서 한 방향으로 회전합니다.
• 형상 압연 또는 단면 압연기 – 성형 압연기는 바밀, 상가 압연기, 선재 압연기, 구조용 압연기, 빔 압연기 및 레일 압연기입니다.
• 링 압연기 – 이 압연기에서 도넛 모양의 프리폼은 자유 회전 내부 롤과 구동 외부 롤 사이에 배치됩니다. 링 밀은 링 직경을 증가시키면서 단면을 더 얇게 만듭니다.
• 분말 압연기 – 금속 분말이 롤 사이에 도입되고 '녹색 스트립'으로 압축되며, 이후에 소결되고 추가 열간 가공 및/또는 냉간 가공 및 어닐링 주기가 적용됩니다.
• 박슬래브 주조 및 압연기 – 열간 스트립 생산에 사용됩니다. 액강은 용광로에서 온도 균등화 후 열간 압연기의 마무리 압연기에서 압연되는 얇은 슬래브(두께 50mm~80mm)로 주조됩니다.
• 나사 압연기 – 이 압연기에서 다이는 원통형 블랭크 표면에 눌러집니다. 블랭크가 인피드 다이 면에 대해 구르면서 재료가 변위되어 스레드의 루트를 형성하고 변위된 재료가 방사상 바깥쪽으로 흘러 스레드의 마루를 형성합니다.

압연에서의 힘과 기하학적 관계

두께가 ho인 강판 입구 평면 xx에서 롤에 들어갑니다. 속도로 vo . 롤 갭을 통과하고 출구 평면 yy을 떠납니다. 감소된 두께로 hf 그리고 vf 속도로 . 너비의 증가가 없다는 점을 감안할 때 강철의 수직 압축은 압연 방향의 연신율로 변환됩니다. 공정 전반에 걸쳐 단위 시간당 주어진 지점에서 철강 체적의 변화가 없으므로

bx호 x보 =bxhf xvf =bxh xv

여기서 b는 시트 v의 너비입니다. 모든 두께에서의 속도 h ho 사이의 중간 및 hf .

그림 1은 압연 중 기하학적 관계와 힘을 보여줍니다.

롤과 판재 사이의 접촉면을 따라 한 지점에서만 강철에 두 가지 힘, 즉 (i) 반경 방향 힘 Pr, 이 작용합니다. 및 (ii) 접선 마찰력 F . 입구 평면 사이(xx ) 및 중립점은 시트가 롤 표면보다 느리게 이동하고 접선 마찰력, F , 강철을 롤 안으로 끌어당기는 방향(그림 1 참조)으로 작용합니다. 출구 쪽(yy ) 중립점에서 시트는 롤 표면보다 빠르게 움직입니다. 그런 다음 마찰력의 방향이 반대로 되어 롤에서 시트가 전달되는 것을 반대합니다.

 그림 1 압연 중 기하학적 관계 및 힘

롤링의 주요 포인트

다음은 철강 압연의 두드러진 점입니다.

• 압연은 가장 광범위하게 사용되는 철강 금속 성형 공정이며 그 점유율은 약 90%
• 압연할 재료는 두 개의 회전 롤 간격으로 마찰에 의해 당겨집니다.
• 롤에 의해 가해지는 압축력은 재료의 두께를 줄이거나 단면적을 변경합니다.
• 제품의 형상은 롤 간격의 윤곽에 따라 다릅니다.
• 롤 재료는 고강도 및 내마모성 요구 사항으로 인해 주철, 주강 및 단조강입니다.
• 열간 압연기 롤은 일반적으로 가공물을 물어뜯을 정도로 거칠고, 냉간 압연기 롤은 연마 및 광택 처리로 마감이 좋습니다.
• 압연에서 결정립은 압연 방향으로 늘어납니다. 냉간 압연 결정에서는 다소 긴 모양을 유지하지만 열간 압연에서는 변형 영역에서 나온 후 개질을 시작합니다.
• 인입 시 롤의 주변 속도는 스트립의 속도를 초과하며 인터페이스 마찰이 충분히 높으면 끌어옵니다.
• 변형 영역에서는 강재의 두께가 감소하고 신장됩니다. 이것은 출구에서 압연강의 선형 속도를 증가시킵니다.
• 따라서 롤 속도와 스트립 속도가 동일한 중립점이 존재합니다. 이 지점에서 마찰 방향이 바뀝니다.
• 접촉각이 마찰각을 초과하면 롤이 새 스트립을 그릴 수 없습니다.
• 롤 작업 접촉 길이 또는 롤 반경의 증가에 따라 롤 토크, 출력 등 증가






긴 제품 압연기의 압연 공정 이해 공압 및 공압 시스템의 기초