압연에 대해서 공부하기

압연에 대해서 공부해보려고 한다. 

사진1(전), 사진2(후)

압연

연강은 두 단계를 거 유용한 제품으로 변한다. 

1. 용탕은 제작한 잉곳 또는 연속주조봉재를 압연하여 중간단계의 형상을 만든다. (블룸, 빌렛, 슬라브)

2. 중간단계로 압연된 슬라브를 더 압연하여 판재, 박판, 봉재, 구조형 형재 또는 포일 등으로 만든다.

 

잉곳이 거의 완전히 응고될 때까지 주형 속에 놓아두었다가 그 후 주형을 제거한다. 뜨거울 때 잉곳을 약 1200°C로 유지되는 균열로인 가스연소로에 넣어둔다. 다양한 형상의 최종제품을 만들기 위해 잉곳은 압연기 쪽으로 이동되고, 그 잉곳을 블룸, 빌렛 또는 슬라브와 같은 중간단계의 형상을 만드는 압연롤에 넣는다.

 

연속주조는 잉곳 공정에 필요한 몇 가지 요구조건을 해소시킬 수 있다. 연속주조기는 마찬가지로 동일한 압연공정을 거친다. 잉곳주조와 연속주조는 최종제품을 만들기 위해 비슷한 압연 공정을 갖는다는 것을 기억해야 한다.

 

블룸은 최소단면이 150X150mm이다. 빌렛은 블룸보다 자고 38.1mm에서부터 블룸 크기까지의 단면을 갖는다. 슬라브는 최소 폭이 10inch이고 최소두께가 30.1mm인 사각단면이며, 잉곳이나 블룸으로부터 압연한다. 폭은 항상 15inch 가까이 되는 두께의 3배 또는 그 이상이다. 판재, 대판과 얇은 띠판은 슬라브를 압연하여 만든다.

 

열간압연의 한 효과는 사진 1과 같이 재결정으로 인해 발생하는 입자 미세화이다. 조대한 입자구조가 압연작용에 의해 깨지고 늘어난다. 고온으로 인하여 재결정이 즉각 시작되고 미세한 입자들이 생기기 시작한다. 이러한 입자들은 재결정이 완전히 이루어질 때까지 급속하게 성장한다. 만약, 더 이상의 가공을 받지 않으면 재결정온도 범위의 하한에 이를 때까지 성장이 지속된다.

 

사진 1에서 AB와 A'B'은 롤에 접촉하는 원호이다. 가공물에서 쐐기작용은 이 두 원호에 작용하며 소재를 당기는 마찰력으로써 롤을 빠져나간다. 압연공정에서 소재는 롤의 원주속도보다 낮은 속도로 롤 사이에 들어간다. 소재는 들어갈 때 보다 빠른 속도로 롤을 빠져나온다. A와 B의 중간점에서 소재의 속도가 롤의 원주속도와 같아진다. 폭방향으로 약간 커지지만 대부분의 변형은 두께방향으로 일어난다. 온도 균일화는 모든 압연공정에서 금속의 유동과 소성변형을 조절하므로 중요하다. 압연에서 롤에 들어가는 금속의 양과 나오는 양은 같다. 그러나, 면적과 속도가 변한다. 

따라서, Q1 = Q2 = A1V1 = A2V2의 공식을 따른다.

여기서,

• Q1 = 롤에 들어가는 소재의 량
• Q2 = 롤에서 나오는 소재의 량
• A1 = 롤 앞에 있는 요소의 면적(ft²)
• A2 = 롤 뒤에 있는 요소의 면적(ft²)
• V1 = 롤 앞에 있는 요소의 속도(ft/s)
• V2 = 롤 앞에 있는 요소의 속도(ft/s)
• 따라서, A1/A2 = V2/V1

두께가 얇아지는 공정동안 압연된 강은 길어지고 더 넓어지기도 하지만, 측방향 성장은 그것을 구속하는 수직롤에 의해 제어된다. 단면적이 감소함에 따라 소재의 길이와 속도가 증가한다. 예를 들어, 두께가 7inch이고 무게가 12 ton인 가열된 슬라브가 수 분내에서 얇은 판재의 코일로 줄어든다. 압연제품의 이송속도는 압연공정의 마지막 단계에서 약 3500ft/min 또는 그 이상이다.

 

대부분의 주압연은 2단 역전 밀 또는 3단 연속 압연기에서 한다. 사진 2의 A에 있는 2단 역전 밑에서 가공물이 밀을 통해 빠져나간 다음 멈추서 다시 반대방향으로 밀어 통과하는 동작을 반복한다. 단면을 균일하게 하고 금속전체를 고르게 유지하기 위해 일정한 주기로 소재를 90° 회전시킨다. 큰 잉곳 이 블룸으로 되는데 약 30번의 공정이 소요된다. 여러 가지 단면적 감소를 얻기 위해 상, 하부의 룰에 홈을 파기도 한다. 2단 압연밀은 가공물의 크기와 감소율에 대한 일정한 조정범위를 갖기 때문에 다양하게 사용할 수 있다. 이 2단 압연밀은 압연길이와 역방향으로 이동할 때마다 버티어 내야 하는 관성력에 의해 제약을 받는다. 이러한 것들은 3 단밀에서 제거되지만 소재 승강기구가 필요하다. 3 단밀은 2단역전 압연기 보다 제작 비용이 적고 생산성이 우수하다.

 

압연밀에서 사용되는 여러 가지 롤의 종류를 사진 2에서 나타내었다. 두 개의 작업롤을 지지하기 위한 지지롤로는 4개 또는 그 이상의 롤을 사용한다. 또한 미리 압연된 제품을 레일, 구조형재, 판 또는 봉과 같은 최종제품으로 만들기 위해 여러 가지 특수압연밀을 사용한다. 이러한 특수압연기는 압연될 제품명을 그대로 가진다. 그리고 외관상으로는 블룸과 빌렛을 압연하는 압연기와 유사하다. 특수한 레일 압연밀은 거의 1/4 mile의 레일을 연속적으로 압연할 수 있다. 빌렛은 블룸을 압연하는 큰 밀에서 압연할 수 있지만 이것은 경제적인 이유 때문에 행하여지지 않는다. 흔히 한 줄로 늘어선 6 또는 그 이상의 롤로 구성된 연속적인 압연밀에서 블룸으로부터 빌렛을 압연한다.