강철 냉간압연의 주목적은 열간압연 강판(통상 1.5~5mm 두께)을 열간압연기에서 달성하기 어려운 더 얇은 두께(보통 0.12~2.5mm)로 줄이는 것이다. 두께 감소 외에도 표면 마무리 개선, 두께 공차 향상, 다양한 '템퍼' 제공, 물성 개선, 표면 코팅 준비를 위해 수행된다.
냉간압연은 냉간압연 강판을 훨씬 개선된 제품으로 만든다. 냉간압연 강제품은 두께, 형상, 폭, 표면 마무리 및 기타 특수 품질 특성을 잘 제어하여 고도로 엔지니어링된 최종 사용자 애플리케이션의 요구를 충족한다. 다양한 최종 사용자 요구를 충족하기 위해 냉간압연 강판은 높은 성형성, 깊은 드로잉성, 고강도, 높은 덴트 저항성, 우수한 자성, 용접성, 에나멜 도장성, 도장성 등 특정 속성을 제공하도록 야금학적으로 설계된다.
열간압연 강판의 냉간압연은 재결정 온도 아래, 통상 상온에서 수행된다. 냉간압연 공정에서 보통 열간압연 강판에 열을 가하지 않는다. 그러나 압연되는 강판의 접촉면에서 마찰 에너지가 열로 변환된다. 이 열은 급속 단열 공정으로 압연 중인 강판 온도를 50~250℃ 수준까지 상승시킬 수 있다.
냉간압연 공정 중 두께 감소는 전위(dislocation) 이동에 의한 소성 변형으로 발생한다. 전위 축적으로 강철이 경화되어 강도와 가공경화가 최대 20% 증가한다. 이러한 전위는 냉간압연 강철의 연성을 감소시켜 성형 조작에 부적합하게 만든다. 연성을 회복하기 위해 냉간압연 강은 냉간압연 중 미세조직 내에 축적된 응력을 완화하기 위한 어닐링 공정을 거쳐야 한다.
열간압연 강판의 두께는 최종 냉간압연 및 어닐링 제품의 물성이 냉간압연율(percent cold reduction)에 의해 영향을 받기 때문에 중요하다. 즉, 각 열간압연 코일의 두께를 신중하게 제어하여 냉간압연기에 적절한 두께를 공급함으로써 적절한 냉간압연율을 달성한다. 냉간압연율은 어닐링 후 제품의 성형 거동에도 영향을 미친다.
냉간압연을 통해 심드로잉 품질, 초심드로잉 품질, 초심드로잉 플러스 품질 강재가 생산되어 하류 산업의 자동차용 심드로잉 요구를 충족한다.
산세 열간압연 강판의 냉간압연은 엔트리 엔드 릴(언코일링)과 이그지트 엔드 릴(코일링) 사이에 1개 이상(보통 최대 6기)의 압연 스탠드가 있는 압연기를 통해 강판을 가공하여 수행된다. 각 스탠드에는 수직으로 적층된 롤이 있으며 대형 모터로 구동되어 강판에 높은 압축 응력을 가한다. 스탠드는 2-하이, 4-하이, 6-하이일 수 있으며, 4-하이 스탠드가 다른 두 유형보다 최대 이점을 주어 가장 널리 사용된다.
1~2 스탠드 냉간압연기는 보통 리버싱 밀이다. 리버싱 밀은 강철이 한 쪽에서 들어가 다른 쪽으로 통과한 후 다시 밀을 통과하는 방식이다. 각 패스마다 롤 회전 방향이 반전된다. 이 조업에서 산세 강판은 단일 또는 2-스탠드 밀의 양쪽 맨드렐 사이를 왕복하며 통과한다. 각 패스마다 두께가 감소하여 최종 요구 두께에 도달한다.
다중 스탠드 밀(보통 3~6 스탠드)은 일반적으로 연속 탠덤 밀이다. 열간압연 산세 강판이 엔트리 엔드 릴에서 탠덤 냉간압연기로 공급되어 각 스탠드에서 미리 설정된 비율로 점진적으로 두께가 감소하여 마지막 스탠드 출구에서 최종 원하는 두께를 달성한다. 마지막 스탠드 후 강판은 코일러에서 재코일링된다.
고합금강 및 스테인리스강 압연에는 Z-밀 또는 센지미르(Sendzimir) 밀이 사용된다. 직경 약 50mm의 매우 작은 작업 롤을 사용하며, 피라미드 형상으로 적층된 여러 백업 롤(6~20개)로 지지된다. 이 롤 배열은 작업 롤을 통해 극도로 높은 힘을 가하면서도 작업 롤의 과도한 휨을 방지한다. 센지미르 밀의 테이크업 롤은 코일이 밀을 통과할 때 장력을 가한다. 높은 압력과 장력의 조합으로 소재를 얇고 평평하게 압연할 수 있다.
냉간압연기에서 열간압연 강판의 대표적 압하율은 50~90% 범위이다. 각 스탠드 또는 패스에서의 압하율은 각 패스의 최대 압하율보다 훨씬 낮아지지 않게 균일하게 분배되어야 한다. 보통 마지막 패스에서 가장 낮은 압하율을 취해 평탄도, 게이지, 표면 마무리의 더 나은 제어를 가능하게 한다.
냉간압연은 롤러 내 압축으로 강판 두께를 감소시킨다. 입력 측에서 롤 구동장치는 상응하는 에너지 공급이 필요하다. 높은 롤 힘으로 인해 성형열로 강판이 최대 250℃까지 가열된다. 롤과 압연 강판을 냉각하기 위해 오일, 물 또는 에멀젼으로 윤활 및 냉각한다. 압연 오일 예: 지방유, 광유, 팜유; 무수 압연 오일은 인화점 300℃ 이상이어야 한다. 윤활의 주된 이유는 롤 힘과 롤 모멘트 감소, 공구 마모 감소, 강판 표면 향상이다.
현대 냉간 탠덤 압연기는 산세 열간압연 강판을 최소 두께 0.12mm까지, 최대 압연 속도 2500m/min으로 압연할 수 있다. 연속 탠덤 밀은 연간 250만 톤까지 용량을 가질 수 있다.
냉간압연 후 강판은 고도로 가공경화되어 대부분의 용도에 적합하지 않다. 강철을 연화시키고 성형성을 높이기 위해 어닐링이 필요하다.
전형적인 5-스탠드 탠덤 냉간압연기 개략도는 그림 1에 나와 있다.
그림 1 전형적인 5-스탠드 탠덤 냉간압연기 개략도
어닐링로에서 나온 냉간압연 코일은 데드 소프트(dead soft) 상태이므로 스킨 패스 밀에서 스킨 패스 압연 또는 템퍼 압연을 거친다. 이는 냉간압연 강판의 제어된 경미한 압하(보통 0.25~1.0%)를 포함하며, 다음과 같은 이유로 수행된다.
템퍼 압연은 소량의 냉간압하(보통 0.25~1.0%)를 부여한다. 템퍼 압연으로 매끄러운 표면이 생성되고 항복점 현상(후속 조업에서 과도한 신축 및 주름)이 제거되어 강철이 추가 성형 및 신축 조업에 더 연성이 있게 된다. 템퍼 압연 후 냉간압연 강판은 녹 방지 오일로 오일링된다.
단일 스킨 패스 밀은 보통 배치 어닐링 단계 후에 오는 독립적인 압연 설비로 매우 유연하게 구현 가능하다. 이 밀은 경질 강판과 초연질 강판 모두 가공 가능하며 냉간압연 강판에 완벽한 마무리를 제공한다.
특수한 경우로 DCR 압연기 또는 DCR 템퍼 밀이 있다. DCR은 'Double Cold Reduction'을 의미. 이 2-스탠드 설비는 제1 스탠드에서 두께 감소, 제2 스탠드에서 스킨 패스를 결합한다. 두 스탠드 모두 스킨 패스용으로 사용 가능. 이 경우 제1 스탠드에서 명확한 항복점 등 강철 물성을 설정하고, 제2 스탠드에서 원하는 표면 특성을 강판에 부여한다.
스킨 패스 밀은 연속 어닐링 라인의 출구 부문에 직접 인라인으로 설치될 수도 있다. 강판이 공정 라인에서 완료되어 코일 취급 노력과 비용이 크게 절감되는 여러 이점이 있다.
냉간압연 강판은 수행된 냉간가공량에 따라 스킨 압연, 1/4 하드, 1/2 하드, 풀 하드 등 다양한 조건으로 생산될 수 있다. 이 냉간가공(경도)은 템퍼라고 부르지만, 열처리 템퍼와는 무관하다.
따라서 이러한 소재는 파단 없이 많은 굽힘과 변형이 수반되는 용도에 사용될 수 있다.
제조공정
압연기의 역사적 발전 금속 가공에서 압연은 금속을 한 쌍 이상의 롤 사이로 통과시켜 두께를 줄이고, 균일하게 하며, 원하는 형상을 부여하고, 원하는 기계적 특성을 부여하는 금속 성형 공정입니다. 압연에서 피가공 재료는 끊임없이 회전하는 롤 사이의 압축력에 의해 변형됩니다. 즉, 금속이 회전 롤 사이를 지나가며 가해진 힘이 재료 두께를 감소시킵니다. 금속의 형상과 내부 조직 모두 변화합니다. 금속 압연 공정은 밀대로 반죽을 미는 것과 비교할 수 있습니다. 압연은 현대 세계에서 가장 중요한 제조 공정 중 하나입니다. 오늘날 생산되는 거
금속 압연 공정의 경제적 효율성은 최종 압연 제품의 품질 수준과 밀접한 관련이 있습니다. 압연 공정에서 최종 압연 제품 품질 향상을 위한 최근 노력은 주로 자동화 제어 고급 방법의 대규모 적용과 사용에 집중되어 왔습니다. 냉간 압연기에서 박판 생산 비중이 매우 중요해졌습니다. 이 경우 스트립 품질은 스트립 두께 변화와 스트립 형상에 의해 결정되므로 두께 제어와 고급 스트립 형상 제어가 필요합니다. 평판 강재 압연은 입측 소재, 기계 및 전기 설비, 윤활, 제어 전략 등 다양한 요인이 제품 품질에 영향을 미치는 복잡한 공정입니다.
