압연기 롤의 야금

압연기 롤의 야금

롤은 압연되는 재료의 단면을 줄이기 위해 압연기에서 사용되는 도구 또는 도구입니다. 그들은 스트레스를 많이 받는 도구이며 마모될 수 있습니다. 단면 및 평면 제품의 압연에 모두 필요합니다. 최근에 압연 기술이 크게 개선되고 변화했지만 롤은 항상 압연기의 가장 중요한 부분으로 남아 있었습니다. 롤의 무게는 밀의 유형과 크기, 롤의 유형에 따라 달라질 수 있습니다. 롤링하는 동안 롤은 높은 하중을 받고 롤과 롤링되는 재료 사이의 접촉 영역이 마모됩니다.

압연 제품의 프로파일에 따라 롤 본체는 압연 시트(판 또는 스트립)의 경우 매끄럽거나(평면) 성형 재료(단면)의 압연을 위해 홈이 있을 수 있습니다. 롤에는 (i) 롤 본체와 (ii) 롤 넥의 두 가지 주요 구성 요소가 있습니다. 양쪽에 하나씩, 두 개의 목이 있습니다. 몸체는 공작물의 금속과 직접 접촉하여 변형되는 부분입니다. 롤 배럴과 롤 넥을 보여주는 한 쌍의 홈이 있는 롤은 그림 1에 있습니다.

그림 1 홈이 있는 롤 한 쌍

롤은 모든 유형의 응력, 압연기의 정상 및 비정상 압연 조건에서 발생하는 하중 및 압연 중 롤 마모에 따라 변화하는 응력을 수용해야 합니다. 열간압연 및 냉간압연 시 중압하 작업을 수행하기 위해서는 롤이 필요합니다.

롤 디자인은 완전히 다른 두 가지 요구 사항을 고려하는 데 필요합니다. 이러한 요구 사항은 (i) 분리력을 처리하기 위한 최대 강도, 롤 사이의 토크 및 고압, (ii) 롤과 롤링되는 재료 사이의 접촉 영역에서 최대 내마모성. 롤은 깨지거나 찢어지거나 마모되지 않아야 하며 문제를 일으키지 않고 양호한 성능을 제공해야 합니다. 롤은 원하는 롤 프로파일을 재생성하고 마모, 화재 균열 및 피로한 표면을 제거하기 위해 정기적으로 가공됩니다.

롤에 대한 사양이 있지만 롤 품질의 궁극적인 척도는 롤의 성능입니다. 압연 강재 톤당 압연 비용이 결정적인 요소입니다.

다양한 유형의 롤과 압연기의 유형이 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2 롤 및 압연기 유형

일반 롤링 하중 및 마찰력 외에도 롤은 재료의 일반 롤링 하에서 롤링 조건에서 여러 변화를 경험합니다. 재료가 롤에 들어갈 때마다 충격을 가합니다. 또한 롤은 (i) 압연기 작업자의 잘못, (ii) 롤에 내부 결함이 있는 불량 재료, (iii) 정전, (iv) 기계적 문제로 인해 발생할 수 있는 몇 가지 비정상적인 압연 조건에 직면해야 합니다. 롤로의 재료 운송 및 (v) 수냉식 시스템의 문제. 압연기에서 다소 흔한 비정상적인 압연 조건에서 압연기 및 압연 제품 모두에 영향을 미치는 압연 손상이 종종 발생합니다.

압연 공정의 하중으로 인한 롤의 응력 및 분포는 매우 복잡하고 다양합니다. 일부 응력은 Hertzian 압력과 같이 롤 표면에 수직으로 높은 기울기를 가지며 뜨거운 재료를 압연하고 우수한 롤 냉각 동안 열 응력을 갖는 반면, 일부 응력은 단순히 구동 모터의 토크와 같은 정적 부하의 결과로 간주되어야 합니다. 그러나 모든 유형의 응력은 롤 손상으로 이어질 수 있습니다. 롤의 마모는 롤의 또 다른 중요한 문제입니다.

롤과 관련된 중요한 측면은 강도, 내마모성 및 화재 균열에 대한 안전성과 같은 다양한 특성과 롤링 이상 중에 일반적으로 발생하는 모든 종류의 손상을 최적화하는 것입니다. 최적화 프로세스에는 기본적으로 (i) 올바른 구성 선택, 열처리 및 제조 프로세스가 포함됩니다. 롤의 건전성과 롤 파손에 대한 안전성이 중요하며 이는 올바른 미세 구조의 개발과 잔류 응력 수준의 제어를 의미합니다.

롤 소재 개발

19세기 동안 다양한 C(탄소) 등가물과 다양한 냉각 속도(모래 주조 또는 냉각 주조)로 식별되는 비합금 회주철과 단조강이 롤의 재료로 사용되었습니다. 주철 등급은 경도-경질, 반경질 및 투명 냉각으로 다양했습니다. clear-chill 롤에서 배럴은 백색 철(흑연이 없음) 층이 있는 반면 롤 코어와 넥은 회색 철로 되어 있습니다. 이후에 흑연이 있거나 없는 주강 롤이 최대 2.4%의 C 함량으로 개발되었습니다.

1930년 즈음에 플랫 밀에서 열간 압연을 위해 '무한 냉각 이중 주입'(ICDP) 롤이 개발되었습니다. ICDP 롤 재종은 1990년대 후반 초경 개선된 롤 성능으로 수정 및 향상되었습니다. 1950년경, 롤용 구상 철 소재가 개발되었습니다. 구상 철 재료는 비합금 또는 종종 Cr(크롬), Ni(니켈) 및 Mo(몰리브덴)과 합금되어 우수한 내마모성과 동시에 강도를 얻습니다. 롤용 고 Cr 철(C- 2 % ~ 3 %, Cr- 15 % ~ 20 %) 및 나중에 고 Cr 강(C- 1 % ~ 2 %, Cr- 10 % ~ 15 %)을 사용하면 내마모성이 높은 신소재 사용

1985년에 고속 공구 재료가 롤에 사용되었습니다. 이러한 재료는 이른바 '반공구강 재종'으로 발전했습니다. 선재 압연을 위해 첨단 소결 텅스텐 카바이드 소재가 롤용으로 개발되었습니다. 강철의 냉간 압연을 위해 단조 강철 롤도 개발되어 Cr 함량을 2%에서 5%로 증가시키고 유도 가열을 사용하여 열처리 후 더 높은 경도 침투를 제공합니다. 작업 롤은 필요한 표면 거칠기의 더 긴 수명을 얻기 위해 연삭 및 쇼트 블라스팅 후 크롬 도금됩니다.

현재 미세 구조에 따라 사용되는 다양한 롤 재료 등급 그룹에는 (i) 차공석강, (ii) 초공석강(ADAMITE), (iii) 흑연 초공석강, (iv) 고합금강이 포함됩니다. 고 Cr 등, (v) 구상 철, (vi) 무기한 냉각 주철, ICDP 및 (vii) 소결 탄화물, 세라믹 등과 같은 특수 재료

롤 생산

롤은 (i) 주조, (ii) 단조, (iii) 소결 또는 열간 등압 프레스 및 (iv) 기타 방법으로 생산할 수 있습니다. 모든 방법에는 장단점이 있으며 생산에 한계가 있습니다. 이러한 제한은 (i) 롤 치수, (ii) 롤 구성, (iii) 필요한 경도 또는 내마모성, (iv) 생산 비용으로 인해 발생할 수 있습니다.

서로 다른 기술로 만든 롤을 사용할 수 있는 겹치는 영역이 있지만 한 기술로 만든 롤이 다른 기술로 만든 롤보다 낫다는 일반적인 규칙은 없습니다. 롤 선택에 대한 최종 결정은 일반적으로 압연된 강철 톤당 롤 비용에 따라 다릅니다. 저렴한 롤은 더 좋지 않을 수 있으며 궁극적으로 역효과를 낼 수 있습니다.

롤 제작을 상업적으로 매력적으로 만드는 동시에 고객에게 합리적인 가격으로 롤을 제공하려면 롤 생산자는 (i) 롤 적용(하중, 속도 및 롤 냉각 등)에 대한 이해, ( ii) 최적의 재료 선택, (iii) 결함이 없는 건전한 롤 생산, (iv) 적절한 열처리 선택(강도, 경도, 잔류 응력 등), (v) 롤을 가공하는 능력 사양 및 인쇄 요구 사항 및 (vi) 롤링 기술 및 롤 제조 기술의 변화에 ​​적응하는 능력

롤 메이킹 기술의 제어는 기술 자체보다 더 중요합니다. 롤 제작 절차는 항상 통제되어야 합니다. 압연된 재료 톤에 대한 압연 비용의 비율은 (i) 더 나은 압연 기술 및 (ii) 더 나은 압연 성능으로 인해 감소하고 있습니다. 롤 가격이 낮아서가 아닙니다. 저가 롤은 궁극적으로 역효과를 낳습니다.

롤 및 롤 재료 속성

롤 제조업체와 롤 사용자에게 흥미로운 몇 가지 재료 속성이 있습니다. 아래에 설명되어 있습니다.

물리적 속성 – 안정적인 압연에 필요한 Roll 재료의 중요한 물성은 (i) Young's modulus, (ii) Poisson's ratio, (iii) 열팽창계수, (iv) 열전도율, (v) 열계수 전염. Young's modulus와 Poisson's ratio의 성질은 탄성변태와 소성변태의 한계를 아는 것이다. 열팽창 계수는 온도의 함수이며 일반적으로 작은 온도 범위에 대해 일정한 숫자입니다. 열전도율은 항상 롤이 만들어지는 재료에 대한 것입니다. 열전달 계수는 매우 중요하며 롤의 표면과 롤링되는 재료의 영향을 많이 받습니다.

경도 – 경도 측정은 빠르고 저렴하며 최소한 동일한 유형의 재료(동일한 구성, 미세 구조)에 대해 경도와 기타 기계적 특성 사이에 좋은 상관 관계가 있습니다. 그러나 롤의 경우 정확한 경도 판독값을 얻기가 어렵고 경도와 다른 특성의 선형 관계는 항상 어느 정도 제한됩니다. 이는 롤 재료의 구성과 구조가 다양하기 때문입니다. 따라서 경도 판독값은 롤의 경우 도움이 되는 것보다 더 혼란스럽습니다. 경도 수치에 대한 롤 제조업체와 롤 사용자의 견해는 항상 서로 달랐습니다.

롤에서는 표면 경도만 비파괴적으로 측정할 수 있습니다. 이 2차원 측정은 일반적으로 표면 뒤의 3차원 부피를 나타내는 것으로 간주됩니다. 그러나 롤에는 주조(표면에서 멀어짐에 따라 응고 속도 감소) 및 열처리(시간-온도와 관련하여 담금질 중 표면에서 거리가 멀어짐에 따라 냉각 속도 감소)로 인한 거시적 및 미시적 변화로 인한 경도 구배가 있습니다. 변환 곡선). 추가 경도 깊이는 구성 및 열처리 방법의 영향을 받습니다.

롤 표면도 여러 가지 경향이 있습니다. 취급부주의, 산화, 부식, 가공경화, 연삭 등의 연소에 의한 국부적 뜨임, 열처리에 의한 탈탄이 있을 수 있습니다. 이 모든 것은 롤 표면에 양의 또는 음의 미세한 구배를 일으켜 롤 경도에 영향을 줄 수 있습니다.

잔류 응력 – 롤에는 일반적으로 잔류 응력이 있습니다. 이러한 잔류 응력은 표면에서 2차원이고 체적에서 3차원입니다. 표면에서 반경 방향 응력은 0이고 세로 방향 응력(축)은 배럴 가장자리에서도 0입니다. 배럴의 주요 부분에서 축 방향과 원주 방향(접선 방향)은 부호와 크기가 같습니다. 롤의 축 영역에 가까운 중심선에서 접선 및 반경 방향 응력은 크기와 부호가 동일합니다. 여기서 세로 방향 대 접선/반경 방향 응력의 관계는 롤 직경 대 길이의 관계로 나타납니다. 롤의 재료 강도를 초과하는 응력은 롤의 자발적인 파손을 일으킵니다. 먼저 세로 방향 응력이 너무 높으면 균열이 축 방향에 수직일 수 있으며 접선/반경 방향 응력이 너무 높으면 먼저 축 방향으로 균열이 발생할 수 있습니다.

잔류 응력은 롤의 강도에 큰 영향을 미칩니다. 압축 강도는 피로 강도를 높이고 균열 전파를 줄이며 롤 배럴 표면과 가공 경화에서 전단 응력을 줄입니다. 인장 잔류 응력으로 인해 롤 파손이 발생할 수 있습니다. 롤의 압축 및 인장 잔류 응력은 롤 단면에서 서로를 보상합니다. 롤에서 제어하려면 적절한 수준의 잔류 응력이 필요합니다.

피로 강도 – 피로로 인한 롤 파손이 많기 때문에 중요합니다. 피로는 변화하는 하중과 회전 및 굽힘 응력으로 인해 발생합니다. 노치 및 화재 균열은 피로 강도에 큰 영향을 미칩니다.

균질강의 경우 굽힘 피로 강도는 한계까지 경도와 선형 관계를 가지며 한계를 넘어서면 피로 강도가 떨어집니다. 피로에 영향을 미치는 몇 가지 요인이 있지만 재료는 점점 더 부서지기 쉽고 노치에 민감해지며 응력의 작은 증가는 반복 하중 하에서 전파되는 균열을 시작하는 데 도움이 됩니다. 회주철, ​​흑연주강, 초공석강과 같은 이종재료의 경우 같은 경도의 균일강보다 피로강도가 낮습니다.

회전 굽힘 피로 값은 항상 인장/압축 피로 강도보다 높습니다. 따라서 회전 굽힘은 롤의 경우 피로 파손의 가장 일반적인 원인입니다.

내마모성 – 롤의 경우 마모가 원칙적으로 중요합니다. 그러나 롤 마모에 영향을 미치는 많은 매개변수가 있습니다. 이러한 매개변수는 (i) 조성, 미세구조 및 경도 등과 같은 재료 관련, (ii) 압연되는 반대 재료의 특성, (iii) 미끄러짐 정도, 압력, 속도, 온도 및 냉각 시스템과 같은 마모 조건일 수 있습니다. 등 및 (iv) 물, 윤활제 및 모든 종류의 부식제와 같은 상호 작용제. 이러한 모든 매개변수는 매우 다양할 수 있습니다.

압연기에서 마모는 주로 롤과 압연되는 재료 사이의 마찰이 가장 높은 영역에서 발생합니다. 마모는 일반적으로 배럴의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 균일하게 분포되지 않습니다. 또한 롤 표면은 회전할 때마다 온도 변화에 영향을 받아 화재 균열이 발생할 수 있습니다. 롤 마모에 영향을 미치는 또 다른 요소는 롤 냉각입니다. 냉각제에는 마모를 도울 수 있는 재료가 포함될 수 있습니다.

롤 재료의 적절한 등급을 선택하면 롤의 내마모성을 향상시킬 수 있습니다. 내마모성에 대한 롤 재료의 경도 영향은 미미합니다. C 및 합금 원소의 함량과 미세구조는 내마모성에 대한 더 중요한 매개변수입니다.

마찰력 – 압연기에서 롤과 압연되는 재료는 모두 동일한 하중으로 함께 눌려집니다. 따라서 롤 갭 사이에서 롤링되는 재료의 이동에는 힘이 필요합니다. 힘의 양은 롤 재료와 롤링되는 재료 사이의 마찰 계수뿐만 아니라 표면 조건(모양, 거칠기 등)에 따라 달라집니다. 롤 갭의 상황은 다소 복잡합니다.

장력이 없거나 최소인 연속 압연은 롤과 압연되는 재료 사이에 높은 마찰이 필요합니다. 마찰이 적은 경우 미끄러짐이 발생합니다. 미끄러짐을 방지하기 위한 롤링 조건의 중요한 매개변수는 바이트 각도와 롤링 속도입니다. 속도가 높을수록 바이트 각도가 낮아집니다. 압연 속도에 비해 바이트 각도가 너무 높으면 압연 속도를 낮추거나 마찰을 증가시키기 위해 롤 표면을 수정해야 합니다. 롤 표면의 울퉁불퉁하거나 불꽃 패턴이 있는 것은 마찰을 개선하는 데 유용합니다.