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3 편     소  성   가   공

[2] 열간압연(熱間壓延)과 냉간압연(冷間壓延)(교과서 p.219)

분괴압연을 비롯한 많은 변형을 요하는 작업에서는 열간작업을 하며, 상대적으로 잔류응력이 적으나 표면이 거칠고 정밀한 치수가 얻어지지 않는다. 반면에 냉간압연에서는 제품의 기계적 강도가 향상되고, 표면이 고우며, 치수가 정확하고, 주로 박판(薄板) 및 대강(帶鋼) 등에 사용된다. 그러나 냉간압연에는 소요동력이 크고, 내부응력이 커지며, 가공경화(加工硬化; work hardening)에 의한 취성(脆性; brittleness)을 동반하므로 냉간압연재를 bending이나 deep drawing에 사용할 때는 풀림(燒鈍; annealing)처리를 하여 내부응력을 제거하고 연화시켜야 한다.

[3] 압연조건

(1) 압연속도:

압연속도가 점차 증가하는 추세에 있으나, 어느 한계에 달하면 roll의 온도 상승에 대한 냉각이 문제가 된다. 압연속도가 큰 대강압연(帶鋼壓延; strip rolling)에서는 수용성유제(水溶性油劑, 물 95%)를 분사하여 냉각시킨다. 아래 표는 열간 및 냉간의 압연속도와 동력의 예이다.

아래 그림에서 소재의 높이를 h。, 입구에서의 속도를 v。라 하고, 출구에서의 것을 hf, vf로 하며, 입구와 출구 사이의 임의 위치에서의 것을 h 및 v라 한다. 압연 중 폭의 변화가 없는 것으로 하여 b로 놓고, 비압축성 재료라 하면 다음 식이 성립된다.

그런데 h。> hf이므로 vf > v。로 되며, 압연이 진행되면서 입구에서 출구로 갈수록 압연속도가 증가한다는 것을 알 수 있다. 입구측에서는 소재의 유동속도보다 roll의 속도가 커서 slip이 생기고, 출구측에서는 소재의 유동속도가 roll의 속도보다 커서 slip이 생기며, 중간 어느 점에서 소재와 roll의 속도가 같아 slip이 없는 점이 있을 수 있다. 이 점을 등속점(等速點; no-slip point; # 이론적 해석: 신판 기계공작법, 서남섭 저 p. 230 - 232 참조)이라 한다.

(2) 압하량, 압연압력 및 압연동력:

roll과 소재간의 마찰력에 의하여 소재가 자력(自力)으로 공급되기(압연개시) 위한 조건을 구하기 위하여 마찰계수를 f, 마찰각을 ρ라 하면


윗식에서 P가 일정하다면 R이 작을수록 압연압력 p가 증대되는 것을 알 수 있다. 이때 p는 소재의 변형저항보다 커야 한다. Geuze가 제시한 열간에서의 온도에 따른 변형저항은 아래 표와 같다.

roll이 탄성변형을 받아 R이 R'로 변한다면 총압연압력 P는


b는 압연폭, p는 압연압력, α는 접촉각이다.
압연에 요하는 torque와 동력을 계산하기 위하여 그림에서와 같이 roll의 축심(軸心)에서 a(cm)인 거리에 총압연압력 P(kg)가 작용한다고 하면 2개의 roll를 회전시키기 위한 torque T는

T=2P·a

이며, roll의 회전수를 n(rpm)라 하면 일량 W는

W=2(2πa·n·P)=4πa·n·P

이다. 따라서 동력 N(HP)는 다음과 같다.

윗식은 금속을 변형시키는 데 요하는 동력이며, 원동기의 동력손실과 원동기에서 roll까지의 동력전달 과정의 마찰손실 등은 별도로 계산하여야 한다.


무늬 있는 roll로 냉간압연할 때 λ′=0.43, 평활한 roll로 냉간압연할 때 λ′=0.48
이상의 Larke와 Ford의 식에서 torque arm의 길이 a를 계산할 수 있다.

roll의 변형

강재의 열간압연에 대한 마찰계수는 0.20 ~ 0.70 정도이고, 냉간에서는 0.03~0.12 정도이다. 또한 압연에 영향을 주는 인자는 roll 지름, 금속변형저항, 마찰계수 외에 전방인장과 후방인장 등이 있다. 그림과 같이 후방 인장력을 작용시키면 압연압력이 감소되는 것을 알 수 있고, 제품이 매끈하게 되는 장점도 있다.

압연방법이 압연압력에 미치는 영향



(3) 윤활 및 냉각제:

철합금의 열연(熱間壓延)에는 윤활제로서 흑연 등을 사용하고, 냉각수를 15kg/cm²정도의 압력으로 분사하여 roll을 냉각시킨다. 냉연(冷間壓延)에서는 수용성유제를 사용하여 roll과 압연재간의 마찰과 소요동력을 감소시키고 압연재의 표면을 곱게 하며, 발생하는 열을 제거한다.

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