압연기 롤 이상 및 파손: 원인, 증상, 예방 대책

압연기 롤 이상과 파손

롤은 압연기에서 압연 재료의 단면과 형상을 줄이는 데 쓰이는 교체 부품입니다. 압연기에서 고응력 부품이며 마모 대상이 됩니다. 평제품 압연기와 형강 압연기 모두에서 쓰입니다. 롤은 압연기에서 가장 중요한 부품이며 압연기 성능은 롤 품질과 성능에 크게 의존합니다.

롤은 혹독한 조건에서 작동하며 내마모성, 인성 등 여러 특성의 최적 조합이 요구됩니다. 압연 중 롤은 고하중을 받으며 롤과 압연 재료 사이 접촉면이 마모됩니다. 또한 롤은 압연 중 일반적으로 노출되는 기계적, 열적 변동을 견딜 수 있어야 합니다. 따라서 롤은 제한된 캠페인 수명을 가집니다. 캠페인 수명이 끝나면 압연 계속을 위해 롤을 교체해야 합니다. 표면 상태는 롤 교체 기준 중 하나입니다.

압연기에서 제거된 롤은 롤 선반/연마 공장에서 드레싱해 압연기에서 또 다른 압연 캠페인용으로 준비합니다. 롤 직경이 최소 폐기 직경에 도달하면 폐기합니다.

압연기는 형상과 프로파일을 더 오래 유지할 수 있는 롤을 점점 더 요구해 압연 캠페인 길이를 연장하려 합니다. 보통 압연기 롤 수명은 계획된 롤 폐기로 제한됩니다. 그러나 롤 공급업체와 압연기 운전 중 세심한 주의에도 불구하고 이상과 롤 파손이 발생합니다. 롤 파손은 압연기 대재앙으로 롤 부분적/전체 손실뿐 아니라 발생한 코블 제거 필요, 압연기 정지, 압연기 장비 손상을 초래합니다. 이 모든 것이 압연기 성능에 악영향을 미칩니다. 따라서 롤 파손은 피해야 합니다.

롤 이상과 파손 원인

롤 이상과 파손에는 여러 이유가 있을 수 있습니다. 일부는 롤 제조사 귀책, 일부는 압연기 귀책입니다. 롤 파손은 롤 제조사와 압연기 양쪽 귀책 이유로도 발생할 수 있습니다.

롤 제조사 귀책 이유는 롤 내부 결함으로 불균일 경도, 과도 잔류 응력, 불합리 미세조직, 낮은 재료 강도, 내부 응력 형성 조직 변환, 유효 하중 면적 감소 느슨한 수축 등이 포함됩니다. 롤 파손 이유로는 부적절한 냉각 시스템으로 롤 내 열응력 발생해 배럴 파손 유발도 있습니다. 압연 이상도 롤 파손 원인입니다. 기타 롤 파손 이유로는 불합리한 롤과 롤 홈 설계, 과도한 단일 패스 변형, 깊은 화재 균열, 피로와 스팰링 등이 있습니다. 롤 이상과 파손 주요 원인은 아래에서 설명합니다.

롤 결함과 이상

핀홀과 기공

표면이나 표면 바로 아래에 나타날 수 있는 결함입니다. 구멍은 원형이나 불규칙 윤곽일 수 있으며, 광택 있는 내부일 수도 있고 아닐 수도 있습니다. 칠 주조 롤 배럴에 무작위로 분포합니다. 광택 있는 내부는 주로 표면 하부 결함에서 보이며, 산화될 공기 노출 없이 갇힌 가스임을 나타냅니다. 가스는 몰드 코팅이나 칠 몰드 화재 균열에서 올 수 있습니다. 유사한 결함의 대체 원인(보통 기공이라 함)은 응고 시 interdendritic 공급 부족이나 용융물에서 가스 발생 가능성입니다. 정적 주철 롤 일부 경우 구멍이 '잔류 액체로 채워져' 원형 윤곽의 경질점으로 보입니다. 이 특징은 표면 품질 문제를 일으키지만 치명적 파손으로 이어지는 경우는 거의 없습니다. 이 결함들은 롤 결함으로 간주됩니다.

비금속 개재물

롤 이상입니다. 비금속 개재물은 다양한 크기와 모양일 수 있습니다. 슬래그/플럭스 포집이나 몰드/주조 장비에서 온 이물질 등 다양한 발생원이 가능합니다. 이는 롤 이상으로 표면 품질에 영향을 주지만 보통 대량 롤 파손으로 이어지지는 않습니다.

롤 경질점과 연질점

표면 및/또는 표면 하부 결함입니다. 이 결함들은 쉘 재료 내 원형 또는 반원형, 백색 또는 회색 점으로 나타나며 주변 모재보다 더硬거나 더 무릅니다. 보통 국소적 단일 결함으로 나타나지 않고 롤 바디 대부분에 영향을 줍니다. 이 현상은 원심 주조 롤에 한정되며 다양한 설명이 가능합니다. 경질점은 편석 철 카바이드 집적을, 연질점은 카바이드 고갈 또는 흑연 풍부 영역을 보입니다. 한 원인은 최종 응고 직전 원심력에 의해 쉘 금속을 통과해 밀려나는 기체 기포에 의한 편석 효과일 수 있습니다. 기체는 코팅 재료 바인더에 함유된 결정수 급작스런 분해에서 옵니다. 다른 이유는 주조 중 몰드 과도 진동이 고체/액체 계면에서 응고 중 편석에 영향 줄 수 있습니다. 이는 압연 재료 표면 마킹을 초래할 수 있는 롤 이상이지만 운전 중 심각한 파손은 아닙니다.

롤 경도 변동

롤의 경우 정확한 경도 판독값을 얻기 어렵고 경도와 다른 특성 간 선형 관계는 항상 일정 정도 제한됩니다. 이는 롤 재료가 조성과 구조 면에서 넓은 변동을 가지기 때문입니다. 따라서 경도 판독값은 롤 경우 더 혼란스럽지 도움이 되지 않습니다. 롤 제조사와 롤 사용자 견해는 경도 판독값에서 항상 달랐습니다.

롤에서 표면 경도만 비파괴로 측정 가능합니다. 이 2차원 측정은 일반적으로 표면 뒤 3차원 부피를 대표하는 것으로 간주됩니다. 하지만 롤 내부에는 주조(표면에서 거리 증가에 따른 응고 속도 감소)와 열처리(시간-온도-변태 곡선 관련 담금질 시 표면에서 거리 증가에 따른 냉각 속도 감소)로 인한 거시적, 미시적 변동 때문에 경도 구배가 존재합니다. 또한 경도 깊이는 조성과 열처리 방법에 영향받습니다.

또한 롤 재료가 극도로 경하기 때문에 가공 경화(선반 또는 연마기에서)와 템퍼링(연마기에서) 영향을 강하게 받습니다. 경도는 내마모성에 영향 줍니다. 하지만 더 높은 경도로 모든 게 좋아지는 것도 아닙니다. 조성, 미세조직, 잔류 응력 등 다른 파라미터가 롤 성능에 더 큰 영향을 줍니다.

또한 롤 배럴 표면적이 꽤 넓어 롤 표면에서 경도 변동이 있습니다. 또한 롤이 압연기에서 일정 압연 사용 후 중심부(뜨거운 압연 재료와 접촉)가 템퍼링돼 경도 감소로 경도 불균일성이 증가할 수 있습니다.

잔류 응력

롤은 보통 잔류 응력을 가집니다. 이 잔류 응력은 표면에서 2차원, 부피에서 3차원입니다. 표면에서 방사 응력은 0이고 배럴 에지에서 종방향 응력(축방향)도 0입니다. 배럴 주부분에서 축방향과 원주방향(접선)은 부호와 크기가 같습니다. 중심선 근처 롤 축방향 영역에서 접선과 방사 응력은 크기와 부호가 같습니다. 여기서 종방향과 접선/방사 응력 관계는 롤 직경과 길이 비율로 주어집니다. 어느 응력이 롤 재료 강도를 초과하면 롤 자발 파손이 일어납니다. 종방향 응력이 너무 높으면 축방향 수직 파열, 접선/방사 응력이 너무 높으면 축방향 파열이 발생합니다.

잔류 응력은 롤 강도에 큰 영향을 줍니다. 압축 잔류 응력은 피로 강도 증가, 균열 전파 감소, 롤 배럴 표면 전단 응력과 가공 경화 감소시킵니다. 인장 잔류 응력은 롤 파손 원인될 수 있습니다. 롤 단면에서 압축과 인장 잔류 응력이 서로 보상합니다. 롤에서 적절한 잔류 응력 수준 통제가 필요합니다.

단일 하중 및 열파손에 의한 롤 손상

롤 손상은 단일 하중 하나로도 발생할 수 있습니다. 롤이 압연기에 장착되고 압연 시작되면 롤 표면이 평균 온도까지 가열돼 일정 압연 시간 후 안정화됩니다. 이 기간 동안 롤 내 온도 구배가 있어 바깥쪽이 더 뜨겁고 안쪽이 더 차갑습니다. 이로 인해 롤 외부가 내부에 비해 더 열팽창합니다. 이는 롤 내 열응력을 만들어 외부 압축 응력, 내부 인장 응력 발생시킵니다. 열 인장 응력이 잔류 인장 응력에 더해져 총 인장 응력이 재료 강도에 도달하면 균열이 개시돼 롤 파손 시작점이 됩니다. 롤이 압연기 투입 시 초기 온도가 낮을수록 열파손 위험이 높습니다.

열파손 시 배럴이 파손되며 균열 기원이 배럴 축 위나 근처에 있는 방사향 균열 선을 보입니다. 파열은 롤 축에 수직이고 보통 배럴 길이 중심 근처에서 발생합니다. 열파손은 롤 배럴 표면과 축 사이 최대 온도 차이와 관련됩니다. 온도 차이는 롤 냉각 불량 또는 냉각 고장, 압연 캠페인 초반 높은 처리량으로 인한 롤 표면 높은 가열 속도로 유도될 수 있습니다. 외부 존과 롤 내부 온도 차이는 롤 기존 잔류 응력에 중첩되는 열응력을 개시합니다. 예로 롤 외부 표면과 축 사이 70°C 온도 차이는 압연 캠페인 시작 후 임계 단계에서 종방향 약 1,100 kg/cm² 추가 열응력 유발. 총 종방향 인장 응력이 코어 재료 극한 강도 초과하면 돌발 열파손 유도. 이는 압연기 귀책이거나 롤 귀책일 수 있습니다.

사실 열파손에 중요한 세 요소가 있습니다. (i) 열구배, (ii) 코어 재료 강도와 무결성, (iii) 잔류 응력. 실제로 롤 코어 재료 강도가 낮을수록 열파손 위험이 높습니다.

잔류 응력은 열파손에 큰 영향을 줍니다. 잔류 응력은 항상 외부 압축, 내부 인장입니다. 이 응력은 롤 홈 가공된 모든 영역에서 감소하지만 홈 사이 영역에서는 높게 유지됩니다. 이 롤들이 압연 중 가열되면 열응력이 잔류 응력에 더해지고 총 인장 응력(홈 사이 최대)이 재료 강도 한계에 도달하면 홈 사이에서 열파손 발생.

롤 기계적/물리적 손상

롤은 기계적 손상도 입을 수 있습니다. 롤 기계적 손상은 국소 기계적 과부하로 발생할 수 있습니다. 롤에 침투, 타박, 압흔이 있는 게 꽤 흔합니다. 이는 압연 재료와 함께 이물질이 롤에 들어갈 때 발생합니다. 이물질 경도가 높거나 크기가 롤에 깊은 압흔을 낼 만큼 크면 롤 손상 발생. 깊은 롤 압흔 시 롤 가공 필요.

롤 물리적 손상은 여러 유형이 있습니다. 아래에 설명합니다.

박리(Peeling)

롤 이상 중 하나입니다. 압연 중 롤 표면 압연 폭 내에서 얇은 산화물 층이 형성됩니다. 이 산화물 층 부분 제거를 박리라 합니다. 모재 은백색 원주 방향 줄무늬가 여전히 롤 표면에 부착된 청흑색 산화물 줄무늬와 섞여 있을 때 쉽게 식별 가능. 롤 표면 산화물 층은 롤 표면 온도(롤 바이트 떠날 때)와 고온 공기 노출 시간 함수로 성장합니다. 이 산화물 층은 압연 재료와 롤 표면 속도 차이로 인한 교대 전단 응력 받습니다. 이 산화물 층 피로 강도 초과되면 층 박리 시작. 기본 롤 재료가 온전하게 남아 전단력에 계속 저항하는 동안 산화물 층만 전단되는 동안만 박리로 특징지어집니다. 이 현상 발생은 압연 재료 표면 온도(스케일 성질과 경도 강하게 결정), 압연 압하량, 롤 냉각, 압연 캠페인 길이 등 압연 조건에 의존. 롤 박리는 압연기 특성입니다.

타박상 또는 기계적 마킹

롤 배럴 국소 압흔으로 열유도 타박, 화재 균열, 압력 균열이 압연 폭 안팎에 결합. 이 마크는 압연기 후방 마무리 스탠드 워크 롤에서 주로 보입니다. 코블, 접힌/차가운 압연 재료 끝, 이물질, 롤 갭 통과한 두꺼운 스케일 입자 관련 국소 극한 과부하로 발생. 이 모든 이상이 높은 압연 속도에서 일어나면 높은 압력과 변형, 마찰열 발생 가능. 이 조건들이 롤 국소 표면 손상 생성 가능. 압연 공정 제어 상실 시 압연기 이상에서 기인.

밴딩(Banding)

롤 이상입니다. 워크 롤에 나타나는 심하게 박리된 밝은 영역으로 원주 방향 배향, 매우 거친 표면 밴드 형태 자주 보임. 밴딩은 열간 압연기 초기 마무리 스탠드 ICDP(불정 칠 이중 주조) 워크 롤에서 비교적 짧은 캠페인 후에도 전형적으로 나타남. 같은 중요 스탠드/위치에서 하이크롬 워크 롤 사용 시 더 긴 운전 후에도 밴딩 가능. 교대 마찰력과 교대 열하중 조합이 쉘 재료 열피로 전단 강도 초과해 1차 화재 균열 깊이 내 표면 평행 균열 발달 전파돼 화재 균열 영역이 롤에서 전단 분리됨. 롤 표면 국소 열화되면 전단력 피크 유도돼 롤 배럴 주위 박리 밴드 매우 빠른 발달. 제거층 깊이 약 0.1~0.2mm로 1차 화재 균열 깊이와 대략 대응. 이 발생은 주로 압연기 조건 관련.

압연 재료 용착

주로 얇은 게이지 압연 시 후방 마무리 스탠드 워크 롤 배럴에 압연 재료 용착 발생. 높은 비압연 압력과 낮은 압연 온도가 압연 재료 롤 표면 용착 기본 조건. 특히 코블, 크림프, 압연 재료 접힌 끝 같은 압연 이상이 극한 고압 만들어 재료 롤 표면 스틱 유도. 이 과부하 영역에서 심한 열 발생으로 화재 균열이나 타박 추가되는 롤 표면 플라스틱 변형(압흔 또는 스팰링 형태) 유도. 마지막 마무리 스탠드 롤 등급 잘못 선택하면 치명적 스틱 발생 가능. 이 손상은 압연기 조건 원인.

원주 방향 물결 무늬 스크래치 홈

평압연기에서 압연 재료 폭 에지와 일치하는 배럴 표면 원주 방향 물결 무늬 스크래치 홈이 나타날 수 있음. 정도는 롤 교체 전 압연 재료 폭 변동에 의존. 이 외관은 초기 마무리 스탠드 워크 롤에서 전형적. 압연 재료 에지 변형 저항 증가와 초기 마무리 스탠드 높은 압하율 결합으로 발생. 압연 재료 에지가 중심보다 상당히 차갑고 에지에 경질 스케일 있으면 높은 비하중이 롤 표면 국소 마모 증가 유도. 고합금 롤 등급으로 스테인리스강 압연 시 더 만연. 이는 압연기 관련 발생.

롤 넥 파손

압연기 이상으로 큰 토크 모멘트가 구동 모터에 의해 축적될 수 있음. 큰 모멘트 축적은 모터가 항상 압연기 강하고 강력한 부품이기 때문. 거대한 토크 모멘트 축적으로 롤 넥 파손 발생, 롤 넥이 보통 전체 시스템 최약부이기 때문. 롤 넥 파단 시 축방향 45도 기울어진 파단면 보이는 전형적 빠르고 취성 파열 구조 보임. 그러나 피로-비틀림 롤 넥 파손은 정상 압연 중 드뭄.

롤 저널 단면 파손

롤 저널 단면 파손 발생 가능. 보통 배럴 인접 반경 바닥에서 시작. 파단면 반경 따라가다 배럴 측면으로 계속돼 배럴 끝면 일부 전단 분리. 충격 하중 조건에서 피크 하중이 코어 재료 극한 굽힘 강도 초과하면 파단 발생, 보통 최대 응력 단면적에서. 롤이 떨어뜨리거나 롤 교체 시 포터 바 잘못 사용으로 잘못 취급되면 롤 넥이 균열 생기거나 더 자주 파단으로 파손. 배럴 조각이 저널에 붙어 있으면 오용 파손 의미. 이는 압연기 귀책.

저널 굽힘 파단

저널 파손이 굽힘 파단으로 발생 가능. 파단선 외부에서 시작해 전체 단면 퍼지며, 특히 필렛 영역 시작해 피로 균열 전파 후 자주 발생. 극한 굽힘 하중이 극한 굽힘 강도 또는 저널 피로 강도 초과해 발생. 일반적으로 열간 압연기 스탠드 2-하이 워크 롤 모든 등급에 한정. 이런 파손 원인: (i) 높은 압연 하중과 약한 롤 설계 결합, (ii) 극한 굽힘 힘 동반 압연 이상, (iii) 저널 강도 관점 부적절한 롤 품질, (iv) 너무 작은 필렛 반경, 원주 홈, 부식 유도 피로 균열 등 노치 효과 결과. 이는 압연기 또는 롤 귀책.

구동단 토크에 의한 저널 파손

저널 파손이 구동단 토크로 발생 시 파단면 롤 축에 기울고 완전 전단 파단 보일 수 있어 원뿔 모양 파단 자주 형성. 이 파단 유형은 구동단에서 발생, 약한 단면(자주 스플릿 링 리세스)에서 시작해 넥 중심으로 전파되거나 스페이드 엔드 반경 뿌리에서 시작. 구동단 토크가 저널 재료 비틀림 강도 초과 시 발생. 저널 강도는 날카로운 반경(스플릿 링 리세스 등)이나 방사 보어홀 등 기타 응력 집중 인자 노치 효과로 영향받음. 하중이 밀 설계와 운전 정상이면 롤 재료 업그레이드 필요, 하중이 표준 밀 운전 초과면 저널 재료 비틀림 저항 초과. 과부하 다양한 조건 경험 가능: (i) 스티커로 인한 밀 스톨, (ii) 압연 재료 용착, 롤 갭 잘못된 프리셋 등 압연 이상, (iii) 구동축 잘못된 피팅, 압연기 또는 구동단 잘못된 가공. 이는 일반적으로 압연기 귀책.

마모 및 소착 베어링에 의한 저널 파손

베어링 영역 저널에 축방향 또는 원주 방향 스코어 마크나 깊은 스크래치 발생 가능. 압연기 스케일 파편 등 이물질 압흔과 개재물도 가능. 베어링 아래 그라운드 표면 산화와 침식도 기타 손상. 베어링 영역과 극한 경우 열파손 넥 결과로 회전 마크와 화재 균열 뚜렷. 오일 주입 구멍에서 균열 전파 가능. 부적절, 손상, 심지어 없는 씰이 내륜과 저널 사이 틈으로 물, 스케일, 기타 이물질 침투 허용. 축방향 깊은 스크래치는 베어링 롤 연마 위해 제거될 때 베어링과 저널 사이 파편이 표면 파고듦 원인. 너무 낮은 그리스 점도와 베어링-저널 잘못된 클리어런스, 이물질이 내륜이 롤 저널 주위 마이크로 슬립으로 움직일 때 표면 손상과 마모 유발. 이는 콜드 웰딩과 저널-베어링 응집, 윤활 구멍 막힘 유도 가능. 결과로 높은 마찰 하중, 열 발생 화재 균열, 소착 베어링 포함. 저널 과도 마모, 윤활 부족, 타원 가공, 넥 링 잘못된 피팅 또는 기타 씰링 부족으로 밀 냉각수 베어링 아래 침투 허용해 부식 유발. 이는 압연기 귀책.

화재 균열(Fire Cracks)

화재 균열은 롤 표면 매우 급격한 냉각률에서 형성되는 열충격 균열입니다. 롤 회전 중 롤 표면에 수직 열구배 가진 가열된 롤 표면이 냉각수로 담금질되면 표면 인장 응력 축적. 인장 응력이 롤 재료 인장 강도 도달하면 균열(화재 균열) 개시. 이 균열은 인장 응력 하에서만 형성.

물 냉각 롤로 열간 압연에 쓰인 롤 표면 화재 균열 패턴은 꽤 정상. 롤 바이트 개선 도움. 그러나 화재 균열이 더 깊은 균열로 발달해 스팰링으로 롤 파손 유발 가능. 화재 균열 패턴은 롤 재료 강도 의존. 롤 재료 강도 높을수록 화재 균열 네트워크 폭 넓고 화재 균열 깊이 깊음. 최악 화재 균열은 밀이 뜨거운 재료 롤 사이 둔 채 정지하고 물 냉각 켜진 상태일 때 발생. 효과는 조압 스탠드 그룹에서 더 심각. 큰 코블로 돌발 밀 정지 시 롤 냉각 즉시 정지하고 담금질 없이 정상 방식으로 롤 식히게 해 깊은 화재 균열 방지 필요. 또한 큰 코블로 돌발 밀 정지 시 밀 재가동 전 롤 표면 깊은 균열 검사 권장.

보통 세 가지 화재 균열 유형 있습니다. (i) 밴드 화재균열, (ii) 래더 화재균열, (iii) 국소 화재균열.

밴드 화재균열

압연 재료 폭과 워크 롤-압연 재료 사이 접촉 아크에 대응. 이 균열 외관은 일반 모자이크 유형이나 메쉬 크기가 일반 화재 크레이징 패턴보다 큼. 밀 정지 시 압연 재료가 워크 롤과 상당 시간 접촉 유지 가능. 롤 표면 온도 접촉 영역서 급상승, 열이 롤 바디 깊숙이 침투. 유도된 열응력 롤 재료 고온 항복 강도 초과. 압연 재료 제거되고 롤 들리면 롤 표면 냉각, 이 국소 영역 수축으로 표면 균열 시작. 균열 심각도는 접촉 시간과 냉각 속도 의존. 이는 압연기 귀책.

래더 화재균열 (그림 1)

롤 배럴 원주 방향 밴드 내에 있음. 방사 평면서 전파하는 종방향 배향 균열. 이 유형 화재균열은 냉각 부족(예: 냉각 노즐 막힘)으로 개시 가능. 롤 바디 내 뚜렷한 열 침투로 일반 화재 크레이징보다 훨씬 깊음. 이는 압연기 귀책.

그림 1 롤 래더 화재균열과 압력 균열

국소 화재균열

배럴이 국소 화재균열 영역 보이며, 때로 압흔이나 국소 스팰링 동반. 이 균열은 국소 영역 내 기계적/열적 응력 조합이 배럴 재료 항복 강도 넘고 이후 냉각 중 과장될 때 발생. 압연기 이상인 타박 충격, 압연 재료 용착, 압연 재료 에지/테일 엔드 크림핑(집힘) 등이 이 손상 가능 이유. 화재균열과 압력 균열 조합이 이 손상 매우 위험하게 만드는데 리본 피로(그림 1) 유도하거나 즉각적 스팰링 유발 가능. 이는 압연기 귀책.

롤 피로

롤은 피로로도 손상됩니다. 피로 손상은 표면이나 표면 하부에서 시작 가능. 롤 피로 문제는 밀 고하중으로 발생 가능. 전형적 피로 파손 예는 형강 압연기 롤 배럴(그림 2). 부식 피로도 문제. 부식 피로에서는 전혀 안전한 운전 없고 피로 한계도 없음. 부식 피로는 롤 설계 최적화와 높은 잔류 압축 응력으로 공칭 응력 줄여 감소 가능. 부식 피로와 연결된 또 한 점은 전혀 안전한 운전 없고 피로 한계도 없다는 것. 부식 피로 파손은 교대 응력과 시간 때문.

가끔 밀 냉각 문제 후 롤에 원주 방향 화재균열 나타나는데, 깊이 있어 롤 단면 진짜 줄이고, 고하중에서 저주기 피로 조건으로 롤 파손 가능.

그림 2 피로형 롤 파손과 안장형 스팰

스팰링(Spalling)

스팰링도 롤 파손 이유 될 수 있음. 롤에는 두 가지 다른 스팰 유형. 하나는 초기 표면 균열에서 시작, 다른 종류는 표면 하부에서 시작. 표면 균열은 보통 국소 과부하와 모든 유형 압연 이상(비정상 압연 조건 포함) 원인. 롤 표면 플라스틱 변형이 롤 재료 허용치 초과하면 균열 시작.

치명적 롤 손상인 스팰들은 비교적 적은 회전수로 발생하는 경향. 즉 균열 개시, 전파, 최종 스팰 파손이 단일 압연 캠페인 내 발달 가능.

다섯 가지 스팰 유형 있습니다. (i) 안장 스팰, (ii) 압력 균열과 리본 피로 스팰, (iii) 쉘/코어 계면 결합 관련 스팰, (iv) 부족한 쉘 깊이로 인한 스팰, (v) 배럴 에지 스팰.

안장형 피로 스팰 (그림 2)

쉘/코어 계면 아래 코어 재료에서 기원해 배럴 표면으로 파열. 스팰 깊은 영역에서 가변 강도 피로선 보여 코어에서 배럴 표면으로 전파 방향 지시. 이 스팰은 플레이크 흑연 철 코어 가진 워크 롤에서 발생, 배럴 중심 주로 위치. 얇은 게이지와 경질 재료 압연 시 큰 압하로 높은 순환 하중 발생해 코어 재료에 교대 응력 유도, 피로 한계 넘어 많은 미세 균열 형성해 코어 재료 점진적 약화. 다음 단계 미세 균열 합쳐져 쉘 통해 배럴 표면으로 전파돼 크고 전형적 안장 스팰 발생. 제조 중 열유도 코어 잔류 인장 응력 높으면 이 롤 손상 유형 촉진.

압력 균열과 리본 피로 스팰 (그림 1)

초기 하나 이상 압력 균열이 국소 과부하 영역에서 배럴 표면 위/근처 형성. 이런 균열 보통 롤 축 평행하지만 비방사 방향으로 전파. 다음 단계 피로, 고양이 혀 같은 파단 밴드가 원주 방향 점진적으로 전파해 배럴 표면과 거의 평행하게 진행. 전파 방향은 롤 회전 반대 방향. 전파는 롤 작업 표면 내에서 발달, 깊이와 폭 점차 증가 후 위에 덮인 배럴 표면 큰 표면 스팰 발생. 선단 에지 고국소 하중, 코블, 압연 재료 끝 두겹 겹침이 쉘 재료 전단 강도 초과해 균열 개시. 이후 압연이 재료 피로시켜 균열 전파돼 대량 돌발 스팰 발생.

쉘/코어 계면 결합 관련 스팰

이중 주조 롤에서 넓은 영역 쉘 재료가 약한 결합 계면 따라 코어에서 분리돼 완전 야금적 결합 영역 도달. 이 지점서 파단 배럴 표면 향해 급속 전파돼 큰 스팰 발생. 롤 주조 시 쉘과 코어 금속 사이 완전 야금적 결합 달성 목표. 운전 중 쉘-코어 디본딩은 결합 강도 감소시키는 모든 이유에 의해 촉진: (i) 쉘-코어 사이 산화물 층 잔류, (ii) 계면 플럭스/슬래그 존재, (iii) 과도 카바이드, 미세 기공, 흑연 플레이크, 황화물 등 비금속 개재물. 쉘-코어 분리는 압연기 이상 중 극한 국소 과부하로 국소 디본딩 개시돼 피로 균열 전파로 쉘/코어 계면 따라 임계 크기 도달할 때까지 성장해 돌발 2차 큰 스팰링 유도도 원인. 이 손상은 결합 구역 야금 결함 없어도 발생 가능. 비정상 가열 조건(롤 냉각 시스템 고장, 스티커 등)으로 결합 구역 과도 방사 인장 응력도 쉘-코어 분리 이유 될 수 있음. 결합 결함 있으면 보통 롤 귀책.

부족한 쉘 깊이로 인한 스팰

쉘 금속과 코어 계면이 완전 용접됐지만 쉘 깊이가 스크랩 직경 도달 못 할 때 발생. 더 많은 흑연과 적은 합금 함유 코어 재료는 쉘 재료보다 훨씬 부드럽고 회색. 계면이 쉘 금속 응고 전선 따라가므로 배럴 표면 나타나는 부드러운 코어 재료 영역은 패치워크고 연속적이지 않음. 쉘 깊이는 원심 주조 공정 제어하는 여러 요인(금속 무게, 주조 온도, 시간 기준 등)에 의존. 이 중요 파라미터 중 하나 충족 안 되면 부족한 쉘 깊이 얻음. 이는 롤 귀책.

배럴 에지 스팰

평압연기 워크 롤 배럴에서 배럴 끝에서 약 100~300mm 원주 방향 표면/표면하 균열과 연관 스팰 형성. 이 균열은 배럴 프리보드 향해 연장. 극한 경우 이 균열이 넥 반경 진입 가능. 갈라진 에지가 롤 바디에 붙거나 큰 스팰로 파열. 워크 롤 배럴 끝에 과도 압력, 양성 워크 롤 벤딩 보강, 백업 롤 배럴 에지 릴리프 부족, 불량 스트립 형상, 두꺼운 에지(도그본 형상), 잘못된 셋업 공정으로 국소 과부하 유도돼 워크 롤 재료 전단 강도 초과. 긴 캠페인 과도 마모 프로파일로 배럴 에지 국소 과부하 촉진해 초기 균열 유도. 지속 압연으로 균열 전파돼 프리보드 출구로 빠져나가 파손 발생. 이는 압연기 귀책.

수소에 의한 강철 롤 손상

수소(H₂)는 강철 롤에 두 가지 문제 유발 가능. 하나는 롤 종방향 수직으로 시작하는 하나 이상 원형 균열이 양방향 원뿔 모양으로 성장하는 특수 피로. 이 피로 뚜렷해지려면 긴 시간 걸림. 균열은 굽힘으로 진짜 응력 집중 인자 역할 안 함. 균열은 응력 자유 영역에 있고 캠페인 간 열응력만 진짜 교대. 이 롤들 수년 서비스 후 문제 뚜렷해짐. 이 현상 항상 배럴 상단 끝, 상단 넥에서 시작 관찰됨. 수소가 응고 중 그 부피 집중되고 1차 냉각 중 그 부피에서, 페라이트-오스테나이트 전이 마지막 일어나는 곳. 진짜 점진적 피로 상황이지만 이 영역 응력은 잔류/열응력 관련되고 하중 교대 횟수 매우 적음. 하지만 궁극적으로 H₂ 활성임 확인.

두 번째 H₂ 관련 이슈는 압연 하중 없이 롤에서 지연 취성 파단 예기치 않게 발생. 때로는 롤이 아직 재고 있을 때, 납품 후 수년 지나서도 발생. 이 현상 잘 알려짐. 재료가 H₂로 취성화되고 하중 받으면 조만간(H₂ 함량과 응력 의존) 변형 징후 없이, 파단 지형 어디에도 변형 안 보이고 오직 쪼개짐 면만 보이며 롤 분해 시작.

H₂ 원자가 미세조직에 용해돼 자유 확산 이동할 수 있는 동안만 강철에 치명적. 두 원자 H₂ 기체 결합해 공동이나 기공에 존재하면 가스 더 이상 해롭지 않음. 수축 공동이 H₂ 포집 트랩. 따라서 H₂ 관련 파손은 큰 수축 공동 있는 롤에서 보통 안 발견. 주조 롤 항상 최소 미세 공동 있으므로 허용 H₂ 함량 단조 롤보다 훨씬 높음.