KR102218420B1 - Heat pipe roll based forged roll, and its manufacturing mehtod - Google Patents

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Abstract

단조롤 기반 히트 파이프롤 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명의 단조롤 기반 히트 파이프롤은, 양 단부에서 베어링에 연결되는 넥부; 상기 넥부 사이에서 통과하는 판재를 압연하며, 소정의 깊이로 원주 방향을 따라서 복수 개의 삽입홀이 형성된 압연부; 및 상기 압연부 내부의 상기 삽입홀에 삽입되며 롤 축방향으로 연장된 히트 파이프를 포함하여 구성되는 히트 파이프 롤로서, 상기 히트 파이프롤은, 중량%로, 3.0~6.0% Cr을 포함하는 단조롤이며, 상기 히트 파이프의 표면에는 열전도성이 있는 전도성 재료가 코팅되어 있음을 특징으로 하다. A forging roll-based heat pipe roll and a method of manufacturing the same are provided.
The forging roll-based heat pipe roll of the present invention includes a neck portion connected to a bearing at both ends; A rolling portion in which a plurality of insertion holes are formed along the circumferential direction at a predetermined depth and rolling the plate material passing between the neck portions; And a heat pipe inserted into the insertion hole inside the rolling part and extending in the roll axial direction, wherein the heat pipe roll is a forging roll containing 3.0 to 6.0% Cr by weight. And a conductive material having thermal conductivity is coated on the surface of the heat pipe.

Description

단조롤 기반 히트 파이프롤 및 그 제조방법{Heat pipe roll based forged roll, and its manufacturing mehtod} Heat pipe roll based forged roll, and its manufacturing mehtod}

본 발명은 단조롤 기반 히트 파이프롤 및 그의 제조 방법에 대한 것으로, 구체적으로, 열연 스킨패스 공정에서 고강도강 및 기가스틸의 형상 교정 능력을 향상시키기 위해, 스트립 온도를 상온이 아닌 온간상태 (80~200℃)에서 압연 작업함에 있어서 롤의 열 크라운 성장없이 연속 작업을 가능하게 하여 주는 단조롤 기반 히트 파이프 롤 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a forging roll-based heat pipe roll and a method of manufacturing the same, and specifically, in order to improve the shape correction ability of high strength steel and gas steel in the hot-rolled skin pass process, the strip temperature is not at room temperature but in a warm state (80 ~ 200° C.) to a forging roll-based heat pipe roll and a method for manufacturing the same, which enables continuous operation without heat crown growth of the roll in rolling operation.

자동차 산업에서의 환경규제 및 충돌특성 향상 목적에 부응하기 위해 강판은 계속 고강도화 추세에 있다. 그리고 강판이 고강도화 될수록 열연판의 형상이 좋지 않게 되고, 이를 교정하기 위한 열연 SPM(Skin Pass Mill) 공정에 부하가 걸리고 있다. 그런데 이러한 고강도강은 소재의 항복강도가 높아 형상교정을 실시하는 SPM 공정을 거치더라도 거의 연신이 되지 않아 형상교정이 잘 되지 않는 문제점이 있다.In order to meet the objectives of improving the impact characteristics and environmental regulations in the automobile industry, the steel plate continues to increase in strength. And the higher the strength of the steel sheet is, the worse the shape of the hot rolled sheet is, and a load is placed on the hot rolling SPM (Skin Pass Mill) process to correct it. However, such high-strength steel has a problem in that shape correction is difficult because it is hardly elongated even after passing through the SPM process for shape correction due to high yield strength of the material.

이를 극복하기 위한 방법으로, 강 스트립의 온도를 높여서 SPM 작업을 한다. 그런데 별도의 롤 냉각수단 없이 온간작업을 하게 되면 작업롤(work roll)이 스트립으로부터 열을 받아 열 크라운이 크게 형성됨으로서 오히려 판의 중앙부에 제어 불가능한 심한 웨이브(wave)를 발생시켜 제품으로서의 가치를 없게 만든다. 한편 열연 SPM 과정에서 판 표면에 형성되어 있던 스케일이 많이 탈락되어 주위에 존재하게 되는데, 이때, 롤 냉각을 하기 위해 냉각수를 사용하게 되면 스케일이 비산하여 2차적인 표면결함을 유발하기 때문에 냉각수를 사용할 수가 없다. As a way to overcome this, increase the temperature of the steel strip to perform SPM work. However, if warm work is performed without a separate roll cooling means, the work roll receives heat from the strip and the heat crown is formed large, which creates an uncontrollable severe wave in the center of the plate, making it less valuable as a product. Make On the other hand, during the hot rolling SPM process, a lot of scale formed on the surface of the plate is removed and exists around it.At this time, if the cooling water is used to cool the roll, the scale will scatter and cause secondary surface defects. I can't.

이러한 환경하에서 고강도강 및 기가스틸의 형상교정을 위해 기존에는 80℃ 정도의 고강도강을 4~5코일 압연한 후, 롤 냉각을 위해 상온의 일반강을 8~10코일 압연하는 과정을 반복하는 작업을 수행하였다. 하지만 이와 같은 방법은 스트립 온도가 비교적 낮아 형상교정에 한계가 있을 뿐만 아니라, 야드에서 대기하고 있던 코일의 온도가 하락되어 많은 코일을 온간압연을 할 수가 없다. In this environment, to correct the shape of high-strength steel and gas steel, the process of rolling 4~5 coils of high-strength steel at 80℃ and then rolling 8-10 coils of ordinary steel at room temperature for roll cooling is repeated. Was performed. However, in this method, the strip temperature is relatively low, so there is a limit to shape correction, and the temperature of the coil waiting in the yard decreases, so that many coils cannot be warm-rolled.

이에 대한 해결책으로, 80~200℃의 강 스트립을 압연 매수에 관계없이 연속적으로 압연하더라도 롤 배럴방향의 온도분포를 균일하게 하여 궁극적으로는 롤의 열 크라운 발생을 억제할 수 있는 히트 파이프 롤 제조기술이 개발되었다. 하지만, 현재 열연 정정 SPM에서 사용하고 있는 롤은 원심주조롤 즉, 롤의 코어부는 회주철 또는 구상흑연주철이고 셀(shell)층은 Hi-Cr으로 구성되어 있는 롤을 사용하고 있는데, Heat pipe롤 제작을 위해 롤에 홀(hole)을 가공하는 부위가 항복강도가 낮은 코어부인 관계로 롤 사용에 따른 연마가 진행되어 롤 표면과 홀간 거리가 작아지면 압연시 홀에 작용하는 응력이 커져 크랙이 발생하게 된다. As a solution to this, heat pipe roll manufacturing technology that can ultimately suppress the occurrence of heat crowns of rolls by making the temperature distribution in the direction of the roll barrel uniform even if the steel strip of 80~200℃ is continuously rolled regardless of the number of rolls. Was developed. However, the roll currently used in the hot-rolling correction SPM is a centrifugal casting roll, that is, a roll consisting of gray cast iron or ductile graphite cast iron in the core part of the roll and Hi-Cr for the shell layer. For this purpose, as the part where the hole is processed on the roll is the core part with low yield strength, polishing is proceeded according to the use of the roll, and when the distance between the roll surface and the hole decreases, the stress acting on the hole during rolling increases, causing cracks. do.

이 문제를 개선하기 위해, 원심주조롤 대신 SCM440봉을 core부로 사용하고 HSS(High Strength Steel) 재질의 셀(shell)층을 주조로 제조하는 CPC(Continuous Pouring Process for Cladding)롤을 사용하여 Heat pipe롤을 제작하는 기술이 개발되어 오고 있다. 그러나 CPC롤의 core부에 해당하는 SCM440은 원심주조롤 core부에 해당하는 회주철대비 기계적 특성은 우수하지만 롤의 가격이 고가이고, 수입해야 한다는 문제가 있어 확대적용에는 한계가 있는 실정이다. 따라서 보다 많은 Heat pipe롤을 확대 적용하여 고강도강 및 기가스틸 형상교정을 하기 위해서는 CPC롤 대비 기계적 특성은 더 우수하면서 가격은 저렴한 단조롤 기반의 Heat pipe롤을 개발할 필요가 있다.To improve this problem, use SCM440 rods as core instead of centrifugal casting rolls, and heat pipes using CPC (Continuous Pouring Process for Cladding) rolls manufactured by casting a shell layer made of HSS (High Strength Steel). Technology for making rolls has been developed. However, SCM440, which corresponds to the core part of the CPC roll, has excellent mechanical properties compared to the gray cast iron that corresponds to the core part of the centrifugal casting roll, but the price of the roll is expensive and there is a problem that it must be imported. Therefore, in order to correct the shape of high-strength steel and gas steel by expanding the application of more heat pipe rolls, it is necessary to develop a heat pipe roll based on a forged roll that has superior mechanical properties and inexpensive price compared to CPC rolls.

대한민국 공개특허 10-2014-0080931호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-0080931 대한민국 공개특허 10-2014-0084671호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2014-0084671

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열연 정정 2단 SPM 뿐만 아니라 4단 SPM 압연에도 적용되어 고강도강 및 기가스틸의 형상교정 능력을 극대화시켜 실수율 향상을 도모할 수 있는 히트 파이프 롤 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다. The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, and is applied to 4-stage SPM rolling as well as hot-rolling correction 2-stage SPM to maximize the shape correcting ability of high-strength steel and gas steel, thereby improving the error rate. An object thereof is to provide a pipe roll and a manufacturing method thereof.

또한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.In addition, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned are clearly understood by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. Can be.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,The present invention for achieving the above object,

양 단부에서 베어링에 연결되는 넥부; Neck portions connected to the bearings at both ends;

상기 넥부 사이에서 통과하는 판재를 압연하며, 소정의 깊이로 원주 방향을 따라서 복수 개의 삽입홀이 형성된 압연부; 및 A rolling portion in which a plurality of insertion holes are formed along the circumferential direction at a predetermined depth and rolling the plate material passing between the neck portions; And

상기 압연부 내부의 상기 삽입홀에 삽입되며 롤 축방향으로 연장된 히트 파이프를 포함하여 구성되는 히트 파이프 롤로서, A heat pipe roll inserted into the insertion hole inside the rolling part and configured to include a heat pipe extending in the roll axial direction,

상기 히트 파이프롤은, 중량%로, 3.0~6.0% Cr을 포함하는 단조롤이며, 상기 히트 파이프의 표면에는 열전도성이 있는 전도성 재료가 코팅되어 있음을 특징으로 하는 단조롤 기반 히트 파이프롤에 관한 것이다. The heat pipe roll is a forging roll containing 3.0 to 6.0% Cr by weight, and a conductive material having thermal conductivity is coated on the surface of the heat pipe. will be.

상기 넥부와 상기 압연부 사이에서 경사면으로 형성된 저널부를 더 포함하며, 경사면인 상기 저널부에 상기 삽입홀이 형성되어 상기 히트 파이프가 내장되어 있을 수 있다. A journal portion formed as an inclined surface between the neck portion and the rolling portion may be further included, and the insertion hole may be formed in the journal portion, which is an inclined surface, so that the heat pipe may be embedded.

상기 히트 파이프는 롤 축방향 일측으로부터 중앙부로 연장하는 복수의 제 1 히트 파이프와 상기 일측의 반대 방향으로부터 중앙부로 연장하는 복수의 제 2 히트 파이프를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 히트 파이프는 롤의 원주 방향을 따라서 번갈아 배치될 수 있다. The heat pipe includes a plurality of first heat pipes extending from one side of the roll axial direction to the central portion and a plurality of second heat pipes extending from the opposite direction of the one side to the central portion, and the first and second heat pipes are rolls It can be arranged alternately along the circumferential direction of.

상기 제 1 히트 파이프와 상기 제 2 히트 파이프는 롤의 길이방향 중앙부에서 서로 교차할 수 있다. The first heat pipe and the second heat pipe may cross each other at a central portion in the longitudinal direction of the roll.

상기 전도성 재료는 Ni일 수 있다. The conductive material may be Ni.

또한 본 발명은, In addition, the present invention,

중량%로, 3.0~6.0% Cr을 포함하여 조성되고, 단부에서 베어링에 연결되는 넥부와, 상기 넥부 사이에서 통과하는 판재를 압연하는 압연부, 그리고 상기 넥부와 상기 압연부 사이에서 경사면으로 형성된 저널부를 포함하여 구성되는 단조롤을 준비하는 단계; Journal formed by weight%, containing 3.0 to 6.0% Cr and formed with a neck portion connected to the bearing at the end, a rolled portion for rolling a plate material passing between the neck portion, and an inclined surface between the neck portion and the rolled portion Preparing a forging roll consisting of a portion;

상기 저널부으로부터 원주방향으로 소정의 깊이 하에 복수개의 삽입홀 형성하는 단계; 및 Forming a plurality of insertion holes under a predetermined depth in the circumferential direction from the journal portion; And

상기 형성된 삽입홈에 그 표면에 전도성 재료가 코팅된 히트 파이프를, 진공펌프를 이용하여 상기 삽입홀 내 삽입하는 단계;를 포함하는 단조롤 기반 히트 파이프롤의 제조방법에 관한 것이다. It relates to a method of manufacturing a heat pipe roll based on a forging roll, comprising: inserting a heat pipe coated with a conductive material on the surface of the formed insertion groove into the insertion hole using a vacuum pump.

상기 히트 파이프는 롤 축방향 일측으로부터 중앙부로 연장하는 복수의 제 1 히트 파이프와 상기 일측의 반대 방향으로부터 중앙부로 연장하는 복수의 제 2 히트 파이프를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 히트 파이프는 롤의 원주 방향을 따라서 번갈아 배치될 수 있다. The heat pipe includes a plurality of first heat pipes extending from one side of the roll axial direction to the central portion and a plurality of second heat pipes extending from the opposite direction of the one side to the central portion, and the first and second heat pipes are rolls It can be arranged alternately along the circumferential direction of.

상기 제 1 히트 파이프와 상기 제 2 히트 파이프는 롤의 길이방향 중앙부에서 서로 교차할 수 있다. The first heat pipe and the second heat pipe may cross each other at a central portion in the longitudinal direction of the roll.

상기 전도성 재료는 Ni일 수 있다.The conductive material may be Ni.

상기 히트 파이프의 삽입 후, 히트 파이프의 팽창을 위한 가열처리를 행하지 않을 수 있다. After the heat pipe is inserted, heat treatment for expansion of the heat pipe may not be performed.

상기와 같은 구성의 본 발명은, 열연 정정 2단 SPM 또는 4단 SPM 공정에서, 보다 성능이 향상된 단조롤 기반 Heat pipe롤을 이용하여 고부가가치강 즉, 고탄소강, 방향성 전기강판, 고강도강 및 기가스틸의 형상 교정 능력을 극대화함으로서 형상불량요인을 최소화함으로써 고부가가치강의 실수율을 향상시킬 수 있다. The present invention of the configuration as described above, in the hot-rolling correction two-stage SPM or four-stage SPM process, by using a heat pipe roll based on a forged roll with improved performance, that is, high-value steel, that is, high-carbon steel, grain-oriented electrical steel, high-strength steel and giga By maximizing the shape correction ability of steel, the error rate of high value-added steel can be improved by minimizing the factor of shape defects.

또한 기존 원심주조롤 Heat pipe롤 대비 수명을 2배 이상 증가시킬 수 있으며, 고가의 Heat pipe롤 제조비용을 절반 이하로 감소시칼 수 있다. In addition, the lifespan can be increased more than twice as compared to the existing centrifugal casting roll heat pipe roll, and the cost of manufacturing expensive heat pipe rolls can be reduced to less than half.

아울러, 상온이 아닌 높은 온도에서 SPM작업이 가능하게 함으로서 열연 코일 냉각을 위해 3~5일 정도 야드에서 대기하는 시간을 대폭 줄임으로서 납기 단축 효과와 더불어 부족한 정정야드 공간의 효율적 활용도 가능하다는 효과가 있다. In addition, by enabling SPM work at a high temperature instead of room temperature, the time to wait in the yard for 3 to 5 days for cooling the hot rolled coil is greatly reduced, thereby reducing delivery time and effectively utilizing insufficient fixed yard space. .

도 1 은 본 발명의 히트 파이프롤을 포함하는 고강도강 형상 교정 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 히트 파이프롤의 정면도이다.
도 3은 히트 파이프롤의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 롤 원주방향으로 삽입 배열된 heat pipe의 배치 개념도이다.
도 5는 히트 파이프에 대한 것으로, 도 5(a)는 히트 파이프의 종단면도이며, 도 5(b)는 히트 파이프의 단면도이다.
도 6은 종래 원심주조롤 기반 heat pipe롤 표면에 발생한 크랙을 보이는 사진이다.
도 7은 본 발명의 히트 파이프롤을 제작하기 위하여 롤 내부에 삽입홀을 가공한 상태를 보이는 정면도이다.
도 8은 진공 펌프를 이용한 Heat pipe를 롤 내부에 삽입하는 과정을 보이는 사진이다.
도 9는 본 발명의 히트 파이프의 단부를 보이는 부분 사시도이다.
도 10은 본 발명의 단조롤 기반 heat pipe롤의 제조 조건별 롤 배럴방향 온도분포를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 단조롤 기반 heat pipe롤 제조 조건별 롤 열크라운량을 나타내는 그래프이다.
도 12는 기존 원심주조롤 heat pipe롤과 단조롤 기반 heat pipe롤을 대상으로 안정성 검토를 수행하하기 위한 응력해석을 위한 모델링을 나타낸다.
도 13은 도 12의 응력해석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 14는 도 12의 응력해석 결과에 기초한 안정성 평가 결과를 나타내는 그림ㅇl다.
도 15는 기존 원심주조롤 heat pipe롤과 단조롤 기반 본 발명의 heat pipe롤의 피로수명을 비교 해석하기 위한 모델링을 나타내는 그림이다.
도 16은 도 15의 Work roll이 1 회전할 때의 계산 응력을 나타내는 그래프이다. 1 is a schematic diagram of a high strength steel shape straightening apparatus including a heat pipe roll of the present invention.
2 is a front view of the heat pipe roll of the present invention.
3 is a side view of a heat pipe roll.
4 is a conceptual diagram of the arrangement of heat pipes inserted in the roll circumferential direction of the present invention.
5 is a heat pipe, FIG. 5 (a) is a longitudinal cross-sectional view of the heat pipe, and FIG. 5 (b) is a cross-sectional view of the heat pipe.
6 is a photograph showing a crack generated on the surface of a conventional centrifugal casting roll-based heat pipe roll.
7 is a front view showing a state in which an insertion hole is machined inside the roll to manufacture the heat pipe roll of the present invention.
8 is a photograph showing a process of inserting a heat pipe into a roll using a vacuum pump.
9 is a partial perspective view showing the end of the heat pipe of the present invention.
10 is a graph showing a temperature distribution in a roll barrel direction according to manufacturing conditions of a forging roll-based heat pipe roll of the present invention.
11 is a graph showing the roll heat crown amount according to the manufacturing conditions of the forging roll-based heat pipe roll of the present invention.
12 shows modeling for stress analysis for carrying out a stability review for the existing centrifugal casting roll heat pipe roll and the forging roll based heat pipe roll.
13 is a graph showing the stress analysis results of FIG. 12.
14 is a diagram showing a stability evaluation result based on the stress analysis result of FIG. 12.
15 is a diagram showing a modeling for comparative analysis of the fatigue life of the heat pipe roll of the present invention based on a conventional centrifugal casting roll heat pipe roll and a forging roll.
16 is a graph showing the calculated stress when the work roll of FIG. 15 rotates one rotation.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일반적인 히트 파이프롤(100)을 포함하는 고강도강 형상 교정 장치의 개략도이다. 1 is a schematic diagram of a high-strength steel shape straightening apparatus including a general heat pipe roll 100.

도 1에 나타난 바와 같이, 열연 공정의 코일러(3)에서 권취된 코일은 제 1 이송단계에 의하여 온도 조절 단계(20), 즉, 야드에 놓이게 된다. 온도 조절 단계(20)에서 권취된 코일은 온도가 지속적으로 측정되며, 소정 온도, 예를 들어, 150도 이상의 온도를 가진 상태에서 형상 교정 라인으로 제 2 이송단계에 의하여 이송된다. As shown in Fig. 1, the coil wound in the coiler 3 of the hot rolling process is placed in a temperature control step 20, that is, a yard, by a first transfer step. The temperature of the coil wound in the temperature control step 20 is continuously measured, and is transferred to the shape correction line by a second transfer step in a state having a predetermined temperature, for example, 150 degrees or more.

형상 교정 라인에서는 복수의 페이오프릴(30a, 30b)에 복수의 코일을 걸어놓고 순차적으로 코일을 풀어낸다. 페이오프릴(30a, 30b)을 통하여 코일에서 풀린 스트립은 스킨 패스 밀(40)에 의해서 형상 교정되며, 그 후에 코일러(35)에 의해서 재권취된다. In the shape correction line, a plurality of coils are hung on a plurality of payoff reels 30a and 30b, and the coils are sequentially released. The strip unwound from the coil through the payoff reels 30a and 30b is shape-corrected by the skin pass mill 40, and then re-wound by the coiler 35.

이때 스킨 패스 밀(40)은 히트 파이프롤(100)을 사용하여 스트립의 형상을 교정하게 되는데, 히트 파이프롤(100)을 사용함으로써, 예를 들어 150℃이상의 스트립이 히트 파이프롤(100)로 들어오더라도 써멀 크라운이 일정하게 유지될 수 있으며, 150℃ 이상의 온도로 고강도강 스트립이 제공되기 때문에 형상 교정도 잘 이루어질 수 있다. At this time, the skin pass mill 40 uses the heat pipe roll 100 to correct the shape of the strip. By using the heat pipe roll 100, for example, a strip having a temperature of 150° C. or higher is transferred to the heat pipe roll 100. Even when entering, the thermal crown can be kept constant, and since a high-strength steel strip is provided at a temperature of 150°C or higher, shape correction can be well performed.

본 발명의 히트 파이프 롤은 전술한 열연 정정 SPM 라인에 일반적으로 적용될 수 있는 단조롤 기반 히트 파이프 롤(100)이다, 그리고 도 2-3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 단조롤 기반 히트 파이프 롤(100)은, 양 단부에서 베어링에 연결되는 넥부(103); 상기 넥부 사이에서 통과하는 판재를 압연하며, 소정의 깊이로 원주 방향을 따라서 복수 개의 삽입홀이 형성된 압연부(102); 및 상기 압연부 내부의 상기 삽입홀에 삽입되며 롤 축방향으로 연장된 히트 파이프(110)를 포함하여 구성된다. The heat pipe roll of the present invention is a forging roll-based heat pipe roll 100 that can be generally applied to the aforementioned hot-rolling correction SPM line, and as shown in Fig. 2-3, the forging roll-based heat pipe roll of the present invention ( 100), neck portion 103 connected to the bearing at both ends; A rolling portion 102 in which a plurality of insertion holes are formed along the circumferential direction at a predetermined depth and rolling the plate material passing between the neck portions; And a heat pipe 110 inserted into the insertion hole inside the rolling part and extending in the roll axial direction.

구체적으로, 본 발명의 히트 파이프롤(100)은 일반적인 형상 교정 압연롤과 유사하나, 압연부(102)와 넥부(103) 사이의 저널부(104)에 히트 파이프(110)가 내장되어 있다. Specifically, the heat pipe roll 100 of the present invention is similar to a general shape correction rolling roll, but the heat pipe 110 is embedded in the journal portion 104 between the rolling portion 102 and the neck portion 103.

바람직하게는, 도 4에 나타난 바와 같이, 상기 히트 파이프(110)는 롤 축방향 일측으로부터 중앙부로 연장하는 복수의 제 1 히트 파이프(113)와 상기 일측의 반대 방향으로부터 중앙부로 연장하는 복수의 제 2 히트 파이프(115)를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 히트 파이프는 롤의 원주 방향을 따라서 번갈아 배치되도록 하는 것이다. Preferably, as shown in FIG. 4, the heat pipe 110 includes a plurality of first heat pipes 113 extending from one side in the roll axial direction to the central portion and a plurality of first heat pipes 113 extending from the opposite direction to the central portion. It includes two heat pipes 115, and the first and second heat pipes are alternately disposed along the circumferential direction of the roll.

보다 바람직하게는, 상기 제 1 히트 파이프(113)와 상기 제 2 히트 파이프(115)는 롤의 길이방향 중앙부에서 서로 교차하도록 하는 것이다.More preferably, the first heat pipe 113 and the second heat pipe 115 cross each other at a central portion in the longitudinal direction of the roll.

도 5는 히트 파이프에 대한 것으로, 도 5(a)는 히트 파이프의 종단면도이며, 도 5(b)는 히트 파이프의 단면도이다.5 is a heat pipe, FIG. 5 (a) is a longitudinal cross-sectional view of the heat pipe, and FIG. 5 (b) is a cross-sectional view of the heat pipe.

본 발명에서 히트 파이프롤(100)은 워크롤에 히트 파이프(110)가 내장된 롤을 의미한다. 도 5 에 나타낸 바와 같이, 히트 파이프(110)는 내부가 진공으로 형성된 파이프(111)에 홈(112)이 형성되며, 상기 홈에 순수가 채워진다. 히트 파이프(110)는 가열부에서 열을 받으면 순수가 열에 의해 증발하여 중앙부(113a)에 수증기가 차게 된다. 이렇게 중앙부(113a)에 형성된 수증기로 인하여 중앙부(113a)의 압력이 높아지므로, 수증기는 압력이 낮은 양 측면으로 이동되며 측면부(113b)에서 냉각되어 순수로 다시 돌아가게 된다. 한편, 중앙부(113a)에서 열에 의해서 홈(112)에 있던 순수가 증발되면 홈(112)의 모세관 현상으로 인하여 측면부(113b)의 순수가 다시 중앙부(113a)로 이동된다. In the present invention, the heat pipe roll 100 refers to a roll in which the heat pipe 110 is embedded in the work roll. As shown in FIG. 5, the heat pipe 110 has a groove 112 formed in the pipe 111 formed by vacuum, and pure water is filled in the groove. When the heat pipe 110 receives heat from the heating unit, pure water is evaporated by the heat, so that water vapor is filled in the central portion 113a. Since the pressure in the central portion 113a is increased due to the water vapor formed in the central portion 113a, the water vapor is moved to both sides of the lower pressure and cooled in the side portion 113b to return to pure water. On the other hand, when pure water in the groove 112 is evaporated by heat in the central part 113a, the pure water in the side part 113b moves back to the central part 113a due to the capillary phenomenon of the groove 112.

이렇게 중앙부(113a)에서는 증발이 일어나며, 측면부(113b)에서는 응축이 일어나고, 중앙부(113a)에서 측면부(113b)로는 수증기가, 측면부(113b)에서 중앙부(113a)로는 순수가 이동된다. 이렇게 히트 파이프(110)는 내부의 순환으로, 가열부에서의 열을 고르게 분산하는 역할을 한다. In this way, evaporation occurs in the central portion 113a, condensation occurs in the side portion 113b, water vapor moves from the central portion 113a to the side portion 113b, and pure water moves from the side portion 113b to the central portion 113a. In this way, the heat pipe 110 serves to evenly distribute heat from the heating unit through internal circulation.

또한 본 발명의 히트 파이프 롤(100)은 단조 히트 파이프 롤로서 종래의 히트 파이프 롤인 원심주조 롤 및 CPC 히트 파이프 롤과는 구별된다. In addition, the heat pipe roll 100 of the present invention is a forged heat pipe roll and is distinguished from a conventional heat pipe roll such as a centrifugal casting roll and a CPC heat pipe roll.

본 발명의 히트 파이프 롤(100)의 재질은 기존 원심주조롤 또는 CPC롤 대신에 3~6% Cr을 포함하는 단조롤을 사용한다. 바람직하게는, 상기 단조롤은 중량%로 C: 0.8~1.0%, Si: 0.8~1.2%, Mn: 0.8~1.2%, P: 0.030% 이하, S: 0.020% 이하, Ni: 0.6~1.0%, Ni: 0.6~1.0%, Cr 3.0~6.0%, Mo: 0.3~0.7%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하여 조성될 수 있다. The material of the heat pipe roll 100 of the present invention uses a forging roll containing 3 to 6% Cr instead of the existing centrifugal casting roll or CPC roll. Preferably, the forging roll is C: 0.8 to 1.0% by weight, Si: 0.8 to 1.2%, Mn: 0.8 to 1.2%, P: 0.030% or less, S: 0.020% or less, Ni: 0.6 to 1.0% , Ni: 0.6 to 1.0%, Cr 3.0 to 6.0%, Mo: 0.3 to 0.7%, the balance may include Fe and inevitable impurities.

롤 제조방식Roll manufacturing method 주조(CCM)Casting (CCM) 주조(CPC)Casting (CPC) 단조minor 롤 재질Roll material Core Core 회주철Gray cast iron SCM440SCM440 5% Cr5% Cr ShellShell Hi-CrHi-Cr HSSHSS 물성치
(Core 부 기준)Properties
(Based on Core) E(Gpa)E(Gpa) 130~160130~160 205205 205205 YS(MPa)YS(MPa) 270~320270~320 650650 835835 피로강도(MPa)Fatigue strength (MPa) 135~160135~160 330330 420420

하기 표 1에 나타난 바와 같이, 5% Cr 단조롤의 경우 원심주조롤 또는 CPC롤 대비 항복강도 및 피로강도가 월등히 우수하여 크랙(crack) 발생에 대한 강건성을 가지며, CPC롤 대비 저가이며 수입을 하지 않아도 되는 장점을 가지고 있다. As shown in Table 1 below, in the case of 5% Cr forged rolls, the yield strength and fatigue strength are far superior to those of centrifugal casting rolls or CPC rolls, so they have robustness against cracking, and are cheaper than CPC rolls, and are not imported. It has the advantage of not having to.

도 6은 원심주조롤 기반 Heat pipe롤 표면에 크랙(C))이 발생된 경우를 나타낸 사진으로서, 통상적인 롤 수명의 1/2 사용시점에 발생되어 고가의 Heat pipe롤을 폐기하고 있는 실정이다. 6 is a photograph showing a case where a crack (C) occurs on the surface of a heat pipe roll based on a centrifugal casting roll, and it is generated at the time of use of 1/2 of the normal roll life, and the expensive heat pipe roll is discarded. .

그런데 본 발명의 단조롤의 경우, maker로 부터 공급을 받거나, 열연 조압연에서 사용하고 있는 폐기경에 도달하여 폐기 처분상태에 있는 BUR(Backup Roll) 또는 WR(Work Roll)을 재활용히여 이용할 수 있는 잇점이 있다. BUR 또는 WR을 재활용하기 위해서는 가공하기 좋은 상태로 만들기 위해 먼저 풀림 열처리를 하고 황삭가공을 통해 열연 조압연에서 사용하던 롤을 열연 정정 SPM롤 크기롤 변경한다. 그 다음 다시 Quenching -Tempering 열처리, 중삭가공, 저주파열처리 및 정삭가공을 통해 최종 열연 SPM용 WR로 완성한다. However, in the case of the forging roll of the present invention, it is possible to recycle and use BUR (Backup Roll) or WR (Work Roll) that is in a disposal state by receiving supply from the maker or reaching the waste diameter used in hot-rolling rough rolling. There is an advantage. In order to recycle BUR or WR, first, annealing heat treatment is performed to make it in a good condition for processing, and then the roll used in hot-rolling roughing is changed to the size of the hot-rolled corrected SPM roll through roughing processing. Then, through Quenching-Tempering heat treatment, medium cutting, low frequency heat treatment, and finishing, the final hot rolled SPM WR is completed.

한편 종래 원심주조롤 등의 경우에도, 히트 파이프를 롤에 가공된 삽입홀에 삽입하면 통상 heat pipe와 롤에 가공된 삽입홀 사이에 간극이 존재하게 된다. 이와 같이 간극이 존재하게 되면 heat pipe의 열전달 성능이 저하되므로 이 간극을 제거해야 하는데, 종래에는 롤의 온도를 높여 heat pipe를 팽창시키는 방법을 사용하였다. 구체적으로, 종래에는 히트 파이프가 삽입된 히프 파이프 롤을 최대 승온 온도 285℃이고, 승온속도는 8.5℃/hr를 유지하여, 내장된 히트 파이프를 팽창시켜 롤에 가공된 홀과 heat pipe간 간극을 제거하였다. Meanwhile, even in the case of a conventional centrifugal casting roll, if the heat pipe is inserted into the insertion hole processed in the roll, there is a gap between the heat pipe and the insertion hole processed in the roll. When the gap exists in this way, since the heat transfer performance of the heat pipe is deteriorated, the gap must be removed. Conventionally, a method of expanding the heat pipe by increasing the temperature of the roll was used. Specifically, in the related art, a heat pipe roll inserted into a heat pipe has a maximum temperature increase of 285°C and a temperature increase rate of 8.5°C/hr is maintained to expand the built-in heat pipe to increase the gap between the hole processed in the roll and the heat pipe. Removed.

그런데 본 발명의 단조롤의 경우, 위와 같은 히트 파이프롤에 대한 가열 확관열처리를 행할 수가 없다. 왜냐하면 기존의 원심주조롤과 CPC롤은 롤 제조 최종과정에서의 뜨임(tempering) 열처리 온도가 300℃이상인데 비해, 본 발명의 단조롤의 경우 표면 경도 확보를 위해서는 200℃이하에서 뜨임 열처리를 실시하는 까닭이다, 즉, 본 발명의 단조로의 경우에도, heat pipe롤 제조과정에서 롤에 가공된 홀과 Heat pipe간의 간격을 없애기 위해 히트 파이프 롤을 285℃까지 승온시키는 최종 뜨임 열처리 온도가 200℃ 이하이므로 표면 경도가 풀려 롤 자체가 갖는 기계적 특성을 상실하기 때문이다. However, in the case of the forging roll of the present invention, the heat expansion heat treatment for the heat pipe roll as described above cannot be performed. Because conventional centrifugal casting rolls and CPC rolls have a tempering heat treatment temperature of 300°C or higher in the final roll manufacturing process, in the case of the forging roll of the present invention, tempering heat treatment is performed at 200°C or less in order to secure surface hardness. That is, even in the case of the forging furnace of the present invention, in order to eliminate the gap between the hole processed in the roll and the heat pipe in the process of manufacturing the heat pipe roll, the final tempering heat treatment temperature of raising the heat pipe roll to 285°C is 200°C or less. This is because the surface hardness is released and the mechanical properties of the roll itself are lost.

따라서 본 발명의 단조 롤의 경우, 히트 파이프(Heat pipe)를 삽입하기 위해 롤에 가공하는 삽입홀 크기를 기존 원심주조롤 등 대비 감소시킬 필요가 있다. Therefore, in the case of the forging roll of the present invention, it is necessary to reduce the size of the insertion hole processed into the roll to insert the heat pipe compared to the existing centrifugal casting roll.

바람직하게는, 삽입홀의 직경과 히트 파이프의 직경간의 차이를 100㎛이하로 관리하는 것이다. Preferably, the difference between the diameter of the insertion hole and the diameter of the heat pipe is managed to be 100 μm or less.

아울러, 본 발명의 히트 파이프 롤에 삽입되는 Heat pipe의 표면에는 전도성 재료를 코팅(도금)함이 바람직하다. 이때 형성된 도금층은 전술한 삽입홀과 삽입된 히트 파이트간의 간극을 조절하는 역할을 하며, 구체적으로, 만일 그 간극이 크면 전도성 물질을 두껍게 코팅하고, 그 간격이 작으면 얇게 코팅한다. 또한 열전도성이 우수하므로 롤에 집적된 열을 히트 파이프를 통하여 외부로 효과적으로 배출시티는 역할을 한다. In addition, it is preferable to coat (plat) a conductive material on the surface of the heat pipe inserted into the heat pipe roll of the present invention. At this time, the formed plating layer serves to adjust the gap between the above-described insertion hole and the inserted heat pipe, and specifically, if the gap is large, the conductive material is thickly coated, and if the gap is small, the conductive material is coated thinly. In addition, since it has excellent thermal conductivity, it plays a role of effectively discharging the heat accumulated in the roll to the outside through a heat pipe.

본 발명에서 상기 전도성 재료를 코팅하는 구체적인 방법에 제한되지 않으며, 전기도금 등 다양한 방법을 이용할 수 있다.In the present invention, it is not limited to a specific method of coating the conductive material, and various methods such as electroplating may be used.

또한 전도성 재료로서 열전도성이 있는 금속 재료를 이용할 수 있으며, 예컨데 Ni을 전도성 재료로 이용할 수 있다. In addition, a metal material having thermal conductivity can be used as the conductive material, and for example, Ni can be used as the conductive material.

다음으로, 본 발명의 히트 파이프 내장된 단조롤 기반 히트 파이프 롤의 제조방법에 대해서 설명한다.Next, a method of manufacturing a heat pipe roll based on a forging roll with a built-in heat pipe according to the present invention will be described.

본 발명의 제조방법은, 중량%로, 3.0~6.0% Cr을 포함하여 조성되고, 단부에서 베어링에 연결되는 넥부와, 상기 넥부 사이에서 통과하는 판재를 압연하는 압연부, 그리고 상기 넥부와 상기 압연부 사이에서 경사면으로 형성된 저널부를 포함하여 구성되는 단조롤을 준비하는 단계; 상기 저널부으로부터 원주방향으로 소정의 깊이 하에 복수개의 삽입홀 형성하는 단계; 및 상기 형성된 삽입홈에 그 표면에 전도성 재료가 코팅된 히트 파이프를, 진공펌프를 이용하여 상기 삽입홀 내 삽입하는 단계;를 포함한다. The manufacturing method of the present invention comprises a neck portion connected to the bearing at the end and a rolled portion for rolling a plate material passing between the neck portion, and the neck portion and the rolling Preparing a forging roll comprising a journal portion formed with an inclined surface between the portions; Forming a plurality of insertion holes under a predetermined depth in the circumferential direction from the journal portion; And inserting a heat pipe coated with a conductive material on the surface of the formed insertion groove into the insertion hole using a vacuum pump.

먼저, 본 발명에서는 중량%로, 3.0~6.0% Cr을 포함하는 단조 롤을 제조하며, 이러한 단조롤은 잘 알려진 단조공법을 이용하여 제조될 수 있으며, 단부에서 베어링에 연결되는 넥부와, 상기 넥부 사이에서 통과하는 판재를 압연하는 압연부, 그리고 상기 넥부와 상기 압연부 사이에서 경사면으로 형성된 저널부를 포함하여 구성되어 있다. First, in the present invention, a forging roll containing 3.0 to 6.0% Cr by weight is manufactured, and such a forging roll can be manufactured using a well-known forging method, a neck portion connected to the bearing at the end, and the neck portion It is configured to include a rolled portion for rolling the plate material passing between, and a journal portion formed as an inclined surface between the neck portion and the rolled portion.

본 발명에서는 이러한 단조롤을 직접 제조할 수도 있으나, 열연 조압연에서 사용하고 있는 폐기경에 도달하여 폐기 처분상태에 있는 BUR(Backup Roll) 또는 WR(Work Roll)을 재활용하여 이용하 수도 있다. In the present invention, such a forging roll may be directly manufactured, but the BUR (Backup Roll) or WR (Work Roll) which is in a waste disposal state after reaching the scrap diameter used in hot rolling rough rolling may be recycled and used.

이어, 본 발명에서는 도 7과 같이, 상기 저널부으로부터 원주방향으로 소정의 깊이 하에 복수개의 삽입홀(105,106) 형성하며, 본 발명은 이러한 삽입홀을 형성하는 구체적인 방법에 제한되지 않는다. Next, in the present invention, as shown in FIG. 7, a plurality of insertion holes 105 and 106 are formed under a predetermined depth in the circumferential direction from the journal part, and the present invention is not limited to a specific method of forming such an insertion hole.

이러한 삽입홀의 가공 방법으로는, 첫째 롤의 한쪽에서 건드릴을 이용하여 롤의 반대측까지 관통하도록 가공하는 방법과, 둘째 롤을 배럴방향으로 2등분하여 롤의 각 측면에서 각각 롤 배럴의 1/2씩을 가공하는 방법과, 마지막으로, 롤을 배럴방향으로 2등분하여 각 측면에서 1/2씩 가공하되 도 4와 같이, 중앙부에서 양측에서 가공한 홀 끝단이 만나도록 가공하지 않고 서로 일정량 겹치도록 가공하는 방법을 들 수 있다. 만일 양측에서 가공한 삽입홀 끝단이 정확히 롤 중앙에서 만나지 않고 약간 어긋나게 되면, 롤이 반복 하중을 받을 경우 그 부분에서 크랙이 생성되어 롤이 파단될 수 있으므로, 마지막 방법이 사고를 방지할 수 있는 장점이 있다. As for the processing method of such an insertion hole, one of the first rolls is processed to pass through to the opposite side of the roll using a gun drill, and the second roll is divided into two in the barrel direction, and each side of the roll is divided into 1/2 of the roll barrel. The method of processing and, finally, the roll is divided into two in the barrel direction and processed by 1/2 on each side, but as shown in Fig. 4, the hole ends processed on both sides in the center are not processed to meet, but are processed to overlap each other by a certain amount. There is a method. If the ends of the insertion holes processed on both sides do not meet exactly at the center of the roll and are slightly shifted, if the roll is subjected to repeated loads, cracks may be generated at that part and the roll may be broken, so the last method can prevent accidents. There is this.

다음으로, 상기 형성된 삽입홀(105,106)에 그 표면에 전도성 재료가 코팅된 히트 파이프(110a, 110b)를 진공펌프를 이용하여 상기 삽입홀 내에 삽입한다. Next, heat pipes 110a and 110b coated with a conductive material on the formed insertion holes 105 and 106 are inserted into the insertion holes using a vacuum pump.

상술한 바와 같이, 종래의 원심주조롤과 CPC롤은 285℃ 까지 승온시켜 롤 내부에 내장된 Heat pipe를 팽창시켜 삽입홀과 히트 파이프간의 간극을 제거하였으나, 본 발명은 단조롤로서 전술한 고온 열처리를 행할 수 없음을 전술한 바와 같다. 즉, 본 발명은 종래기술과는 달리, 상기 히트 파이프(110a,110b)의 삽입 후, 히트 파이프의 팽창을 위한 확관 가열처리를 행하지 않는다 As described above, the conventional centrifugal casting roll and CPC roll heated up to 285°C to expand the heat pipe built in the roll to remove the gap between the insertion hole and the heat pipe. It is as described above that it cannot be performed. That is, the present invention does not perform expansion heat treatment for expansion of the heat pipe after insertion of the heat pipes 110a and 110b, unlike the prior art.

본 발명은 히트 파이프 롤로서 단조롤을 이용하므로, 전술한 삽입홀과 히트 파이프간의 간극을 줄이기 위해서는 삽입홀 직경을 줄이고 heat pipe에 전도성 재료(Ni)를 코팅하는 방법을 제안하였는데, 이렇게 하면 홀과 heat pipe간 간극이 줄고 삽입홀 내부 공기저항으로 인해 heat pipe를 삽입홀에 삽입하기가 어렵게되는 문제가 있다. Since the present invention uses a forging roll as the heat pipe roll, in order to reduce the gap between the insertion hole and the heat pipe, a method of reducing the insertion hole diameter and coating the heat pipe with a conductive material (Ni) is proposed. There is a problem in that the gap between heat pipes is reduced and it is difficult to insert the heat pipe into the insertion hole due to air resistance inside the insertion hole.

따라서 이를 해결하기 위해, 본 발명에서는 도 8에 나타난 바와 같이, 진공펌프(250)를 이용해 가공된 홀 내부의 공기를 밖으로 뽑아내면서 heat pipe를 삽입하는 방법을 제공한다. 즉, 전도성재료가 도금된 heat pipe(210)와, 히트 파이프 롤의 삽입홀과 접촉해서 heat pipe(210)를 안내하도록 구성되는 가이드용 취구(230), 및 상기 가이드용 취구(230)를 통하여 상기 heat pipe(210)를 삽입홀로 삽입할 수 있도록 상기 삽입홀 내부의 공기를 뽑아내는 진공펌프(250)를 포함하는 삽입장치를 이용하여, 전술한 간극이 작은 경우에도, 히트 파이프를 삽입 홀 내부로 효과적으로 삽입할 수 있다. 도 8에서 도면 부호 270은 그 내부에 삽입홀을 갖는 구조를 갖는 수용부재로서, 삽입홀을 히트 파이프롤을 모사하여 나타낸 것이다 Accordingly, in order to solve this problem, the present invention provides a method of inserting a heat pipe while extracting the air inside the hole processed using the vacuum pump 250 as shown in FIG. 8. That is, through the heat pipe 210 plated with a conductive material, the guide mouth 230 configured to guide the heat pipe 210 by contacting the insertion hole of the heat pipe roll, and the guide mouth 230 Using an insertion device including a vacuum pump 250 that extracts air inside the insertion hole so that the heat pipe 210 can be inserted into the insertion hole, even when the aforementioned gap is small, the heat pipe is inserted into the insertion hole. Can be inserted effectively. In FIG. 8, reference numeral 270 is a housing member having a structure having an insertion hole therein, and represents the insertion hole by simulating a heat pipe roll.

그리고 heat pipe 표면 전도성 재료 두께는 전술한 작업을 반복하면서 삽입가능한 두께를 최종 결정할 수 있도록 하여 준다. And the thickness of the conductive material on the surface of the heat pipe makes it possible to finally determine the insertable thickness while repeating the above-described operation.

도 9에 나타난 바와 같이, 상기 히트 파이프(110)는 히트 파이프(110)의 단부를 막도록 삽입홀(105, 106)에 끼워지는 마개(108)를 포함하며, 삽입홀(105, 106)과 히트 파이프(110)의 간극에 있는 공기가 빠지도록, 상기 마개(108)에는 구멍(109)이 형성된다. As shown in FIG. 9, the heat pipe 110 includes a stopper 108 fitted into the insertion holes 105 and 106 so as to block the end of the heat pipe 110, and the insertion holes 105 and 106 A hole 109 is formed in the stopper 108 so that air in the gap of the heat pipe 110 escapes.

한편 상기와 같이, 삽입 홀과 히트 파이프간 간극을 줄이고, 롤 중앙부에서의 heat pipe 중첩길이를 증가시키며, heat pipe 표면에 전도성 재료를 일정 두께 코팅한 후, 진공펌프를 이용해 heat pipe를 삽입함으로써 단조롤 기반의 Heat pipe롤을 제작한 후, heat pipe롤의 성능을 확인하기 위해 오프라인 상태에서 롤 중앙부를 표면기준 100℃까지 가열한 후, 롤 배럴방향 온도분포 및 열 크라운량을 측정하였다. Meanwhile, as described above, the gap between the insertion hole and the heat pipe is reduced, the overlap length of the heat pipe at the center of the roll is increased, and after coating a conductive material with a certain thickness on the surface of the heat pipe, the heat pipe is inserted using a vacuum pump for forging. After manufacturing a roll-based heat pipe roll, in an offline state to check the performance of the heat pipe roll, the central part of the roll was heated to 100°C based on the surface, and then the temperature distribution in the roll barrel direction and the amount of heat crown were measured.

상술한 바와 같이, 본 발명에서 삽입홀과 heat pipe간 간극을 최소화시켰지만, 히트 파이프 롤을 가열로에서 285℃까지 승온한 후 확관 열처리하는 종래기술 대비 삽입홀과 heat pipe간 약간의 간극이 계속 남아 있을 수 밖에 없다. As described above, in the present invention, the gap between the insertion hole and the heat pipe is minimized, but a slight gap between the insertion hole and the heat pipe remains compared to the prior art of expanding heat treatment after heating the heat pipe roll to 285°C in the heating furnace. There must be.

따라서 본 발명에서는 종래기술 대비 롤 배럴방향 온도차 및 열 크라운량이 약간 높게 나올 수 있으며, 이를 대비하여 최종적으로 롤의 초기 크라운량을 종래 기술 대비 약간 작게 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 종래기술에서 heat pipe롤의 초기 크라운량이 5/100mm 인데, 본 발명의 단조롤 기반 heat pipe롤의 경우는 열 크라운량이 조금 더 형성되는 것을 고려하여 초기 크라운량을 5/100mm 미만으로 관리함이 바람직하며, 보다 바람직하게는 3/100mm 이하로 낮게 관리하는 것이다. 이 값은 본 발명의 단조롤 기반의 heat pipe롤을 대상으로 하는 오프라인 test 결과에 의해 얻어지는 열 크라운량에 의해 최종 결정될 수 있다Therefore, in the present invention, the temperature difference in the roll barrel direction and the amount of heat crown may be slightly higher than that of the prior art, and in contrast, it is preferable to finally make the initial crown amount of the roll slightly smaller than that of the prior art. For example, in the prior art, the initial crown amount of the heat pipe roll is 5/100 mm, but in the case of the forging roll-based heat pipe roll of the present invention, the initial crown amount is less than 5/100 mm in consideration of the formation of a little more heat crown amount. It is preferable to manage, and more preferably to manage it as low as 3/100mm or less. This value can be finally determined by the amount of heat crown obtained by an offline test result for the forging roll-based heat pipe roll of the present invention.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described through examples.

(실시예 1) (Example 1)

도 10-11은 5% Cr 재질의 단조롤 기반으로 제작된 heat pipe롤의 중앙부를 롤 표면기준 100℃ 까지 가열한 후, heat pipe의 삽입이 없는 경우(No HP), heat pipe를 Ni 도금없이 그냥 삽입한 경우(bare HP), Heat pipe에 Ni 도금을 한 후 삽입한 경우(Ni HP), 그리고 기존의 확관 처리한 heat pipe롤(EX HP)과의 롤 배럴방향 온도분포와 열 크라운량을 각각 측정하여 나타낸 그래프이다. 10-11 is a case in which the central part of a heat pipe roll manufactured based on a forging roll made of 5% Cr material is heated to 100°C based on the roll surface, and there is no insertion of a heat pipe (No HP), and the heat pipe is not plated with Ni. When inserted (bare HP), when inserted after Ni plating is applied to the heat pipe (Ni HP), and the temperature distribution in the roll barrel direction and the heat crown amount with the existing expansion-treated heat pipe roll (EX HP) It is a graph showing each measurement.

도 10-11에 나타난 바와 같이, 기존 확관 열처리한 heat pipe롤의 경우 롤 배럴방향 중앙부와 에지부 온도차가 1.6℃인 반면, heat pipe에 Ni 도금을 한 경우 롤 배럴방향 중앙부와 에지부 온도차가 4.7℃ 를 나타내었다. 이 차이는 홀 직경 감소, 중첩길이 증가 및 롤 초기 크라운량 감소등을 통해 더 줄일수 있을것으로 판단된다. 또한 열 크라운량의 경우, 기존 확관처리한 heat pipe롤의 경우 2㎛ 정도인 반면, heat pipe에 Ni도금을 한 경우 약 5㎛ 정도로 이 또한 추가 제안 기술 적용시 그 차이를 감소시킬수 있을 것으로 판단된다. As shown in Fig. 10-11, in the case of the heat pipe roll subjected to the existing expansion heat treatment, the temperature difference between the central portion and the edge portion in the roll barrel direction was 1.6°C, whereas when the heat pipe was plated with Ni, the temperature difference between the central portion in the roll barrel direction and the edge portion was 4.7. Denotes °C. This difference can be further reduced by reducing the hole diameter, increasing the overlap length, and decreasing the amount of crown at the beginning of the roll. In addition, in the case of the heat crown amount, the heat pipe roll that has been previously expanded is about 2 μm, whereas when the heat pipe is Ni-plated, it is about 5 μm. This is also considered to be able to reduce the difference when applying the additional proposed technology. .

(실시예 2)(Example 2)

기존 원심주조롤 heat pipe롤과 단조롤 기반 heat pipe롤을 대상으로 안정성 검토를 수행하였다 도 12는 응력해석을 위한 모델링을, 도 13은 응력해석 결과를, 그리고 도 14는 안정성 평가 결과를 나타내었다. Stability review was performed for the existing centrifugal casting roll heat pipe roll and forging roll based heat pipe roll. FIG. 12 shows modeling for stress analysis, FIG. 13 shows stress analysis results, and FIG. 14 shows stability evaluation results. .

롤 직경 630mm, 홀 직경 16.5mm, 홀 수량 42개, 롤 표면으로부터 홀 중심선까지 거리 91mm인 경우를 대상으로, 압연하중 1000톤 작용시 홀주위의 응력을 계산하고 그 응력을 재료의 항복강도로 나눈 값(응력비)으로 안정성을 평가하였다. 응력비가 0.3이하면 안전, 0.3~0.6이면 조건부 안전, 0.6 이상이면 위험을 의미하는데, 기존 원심주조롤의 경우는 위험수준을 나타내는 반면, 본 발명의 단조롤의 경우는 안전한 것으로 평가됨을 확인할 수 있다. When the roll diameter is 630mm, the hole diameter is 16.5mm, the number of holes is 42, and the distance from the roll surface to the center line of the hole is 91mm, the stress around the hole is calculated when a rolling load of 1000 tons is applied, and the stress is divided by the yield strength of the material. The stability was evaluated by the value (stress ratio). If the stress ratio is less than 0.3, it is safe, if it is 0.3 to 0.6, it means conditional safety, and if it is more than 0.6, it means risk.It can be seen that the conventional centrifugal casting roll indicates the risk level, whereas the forging roll of the present invention is evaluated as safe. .

그리고 기존 원심주조롤 heat pipe롤과 단조롤 기반 본 발명의 heat pipe롤의 피로수명을 비교하기 위해 해석을 수행하였다. And analysis was performed to compare the fatigue life of the heat pipe roll of the present invention based on the existing centrifugal casting roll heat pipe roll and the forging roll.

도 15는 해석을 위한 모델링을 나타내고, 도 16은 Work roll이 1 회전할 때의 계산 응력을 나타낸다. 이와 같이 계산된 응력과 홀 가공시 표면가공상태를 고려하여 피로수명을 계산하였는데 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. Fig. 15 shows modeling for analysis, and Fig. 16 shows the calculated stress when the work roll rotates by one. The fatigue life was calculated in consideration of the calculated stress and the surface processing state during hole processing, and the results are shown in Table 2 below.

롤재질Roll material 롤 직경
(mm)Roll diameter
(mm) 홀 직경
(mm)Hole diameter
(mm) 홀 수량
(EA)Number of holes
(EA) 홀 위치
(mm)Hall position
(mm) 홀(hole)부 수명 Life of hole No Surf.FactorNo Surf.Factor Surf.Factor 1Surf.Factor 1 Surf.Factor 2Surf.Factor 2 FCFC 630630 16.516.5 4242 9191 3.8E+063.8E+06 1.9E+061.9E+06 6.9E+056.9E+05 단조롤Forging roll 630630 16.516.5 4242 9191 1.0E+061.0E+06 1.0E+061.0E+06 1.0E+061.0E+06

표 2에 나타난 바와 같이, 기존 원심주조롤 heat pipe롤의 경우, 실제 가공시 가공표면 조건 고려시 피로수명이 급격히 감소되는 반면, 단조롤 기반의 본 발명의 heat pipe롤의 경우는 가공시 홀의 표면 조건을 고려하더라도 무한수명을 나타냄을 확인할 수 있다. 한편 상기 표 2에서 surf. Factor 1과 surf. Factor 2는 각각 홀 가공시 가공 마크에 보이는 정도와 가공면이 아주 거칠때의 표면 거칠기 조건을 나타낸다.As shown in Table 2, in the case of the existing centrifugal casting roll heat pipe roll, the fatigue life is rapidly reduced when considering the processing surface conditions during actual processing, whereas the heat pipe roll of the present invention based on a forging roll is the surface of the hole during processing. Even considering the conditions, it can be confirmed that it represents infinite life. Meanwhile, surf. Factor 1 and surf. Factor 2 represents the degree to be seen on the machining mark during hole machining and the surface roughness condition when the machining surface is very rough.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, in the detailed description of the present invention, preferred embodiments of the present invention have been described, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains, various modifications within the limit not departing from the scope of the present invention. Of course this is possible. Therefore, the scope of the present invention is limited to the described embodiments and should not be determined, and should not be determined by the claims to be described later, as well as those equivalent thereto.

30a,30b: 페이오프릴 40: 스킨 패스 밀
100: 히트 파이프롤 102: 압연부
103: 넥부 104: 저널부
105, 106: 삽입홀 108: 마개
109: 구멍 110: 히트 파이프30a, 30b: Payoff Reel 40: Skin Pass Mill
100: heat pipe roll 102: rolling portion
103: neck portion 104: journal portion
105, 106: insertion hole 108: stopper
109: hole 110: heat pipe

Claims (17)

양 단부에서 베어링에 연결되는 넥부;
상기 넥부 사이에서 통과하는 판재를 압연하며, 소정의 깊이로 원주 방향을 따라서 복수 개의 삽입홀이 형성된 압연부; 및
상기 압연부 내부의 상기 삽입홀에 삽입되며 롤 축방향으로 연장된 히트 파이프를 포함하여 구성되는 히트 파이프 롤로서,
상기 히트 파이프롤은, 중량%로, 3.0~6.0% Cr을 포함하는 단조롤이며, 상기 히트 파이프의 표면에는 열전도성이 있는 전도성 재료가 코팅되어 있음을 특징으로 하는 단조롤 기반 히트 파이프롤.
Neck portions connected to the bearings at both ends;
A rolling portion in which a plurality of insertion holes are formed along the circumferential direction at a predetermined depth and rolling the plate material passing between the neck portions; And
A heat pipe roll inserted into the insertion hole inside the rolling part and configured to include a heat pipe extending in the roll axial direction,
The heat pipe roll is a forging roll containing 3.0 to 6.0% Cr by weight, and a conductive material having thermal conductivity is coated on the surface of the heat pipe.
 제 1항에 있어서, 상기 넥부와 상기 압연부 사이에서 경사면으로 형성된 저널부를 더 포함하며, 경사면인 상기 저널부에 상기 삽입홀이 형성되어 상기 히트 파이프가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 단조롤 기반 히트 파이프롤.
The forging roll-based heat according to claim 1, further comprising a journal portion formed as an inclined surface between the neck portion and the rolling portion, wherein the insertion hole is formed in the journal portion that is an inclined surface, and the heat pipe is embedded. Pipe roll.
 제 1항에 있어서, 상기 히트 파이프는 롤 축방향 일측으로부터 중앙부로 연장하는 복수의 제 1 히트 파이프와 상기 일측의 반대 방향으로부터 중앙부로 연장하는 복수의 제 2 히트 파이프를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 히트 파이프는 롤의 원주 방향을 따라서 번갈아 배치되는 것을 특징으로 하는 단조롤 기반 히트 파이프롤.
The method of claim 1, wherein the heat pipe includes a plurality of first heat pipes extending from one side of the roll axial direction to a central portion and a plurality of second heat pipes extending from an opposite direction of the one side to a central portion, and the first and The second heat pipe is a forging roll-based heat pipe roll, characterized in that alternately disposed along the circumferential direction of the roll.
 제 3항에 있어서, 상기 제 1 히트 파이프와 상기 제 2 히트 파이프는 롤의 길이방향 중앙부에서 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 단조롤 기반 히트 파이프롤.
The forging roll-based heat pipe roll according to claim 3, wherein the first heat pipe and the second heat pipe cross each other at a central portion in the longitudinal direction of the roll.
 제 1항에 있어서, 상기 전도성 재료는 Ni인 것을 특징으로 하는 단조롤 기반 히트 파이프롤.
The forging roll-based heat pipe roll according to claim 1, wherein the conductive material is Ni.
 제 1항에 있어서, 상기 단조롤은 폐기경에 도달한 열연 BUR(Backup Roll) 또는 WR(Work Roll)을 재활용한 것임을 특징으로 하는 단조롤 기반 히트 파이프롤.
The forging roll-based heat pipe roll according to claim 1, wherein the forging roll is a recycled hot-rolled BUR (Backup Roll) or WR (Work Roll) that has reached a waste diameter.
 제 1항에 있어서, 삽입홀의 직경과 히트 파이프의 직경간의 차이를 100㎛이하로 관리하는 것을 특징으로 하는 단조롤 기반 히트 파이프롤.
The forging roll-based heat pipe roll according to claim 1, wherein the difference between the diameter of the insertion hole and the diameter of the heat pipe is managed to be 100 μm or less.
 제 1항에 있어서, 상기 단조롤 기반 heat pipe롤의 초기 크라운량을 5/100mm 미만으로 낮게 관리하는 것을 특징으로 하는 단조롤 기반 히트 파이프롤.
The forging roll-based heat pipe roll according to claim 1, wherein the initial crown amount of the forging roll-based heat pipe roll is controlled to be less than 5/100 mm.
 제 1항에 있어서, 상기 단조롤은 중량%로 C: 0.8~1.0%, Si: 0.8~1.2%, Mn: 0.8~1.2%, P: 0.030% 이하, S: 0.020% 이하, Ni: 0.6~1.0%, Cr 3.0~6.0%, Mo: 0.3~0.7%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하여 조성되는 것을 특징으로 하는 단조롤 기반 히트 파이프롤.
The method of claim 1, wherein the forging roll is a weight% of C: 0.8 to 1.0%, Si: 0.8 to 1.2%, Mn: 0.8 to 1.2%, P: 0.030% or less, S: 0.020% or less, Ni: 0.6 to 1.0%, Cr 3.0-6.0%, Mo: 0.3-0.7%, the balance Fe and inevitable impurities, characterized in that the composition comprises a forging roll-based heat pipe roll.
 중량%로, 3.0~6.0% Cr을 포함하여 조성되고, 단부에서 베어링에 연결되는 넥부와, 상기 넥부 사이에서 통과하는 판재를 압연하는 압연부, 그리고 상기 넥부와 상기 압연부 사이에서 경사면으로 형성된 저널부를 포함하여 구성되는 단조롤을 준비하는 단계;
상기 저널부으로부터 원주방향으로 소정의 깊이 하에 복수개의 삽입홀을 형성하는 단계; 및
상기 형성된 삽입홀 내에 그 표면에 전도성 재료가 코팅된 히트 파이프를, 진공펌프를 이용하여 삽입하는 단계;를 포함하는 단조롤 기반 히트 파이프롤의 제조방법.
Journal formed by weight%, containing 3.0 to 6.0% Cr and formed with a neck portion connected to the bearing at the end, a rolled portion for rolling a plate material passing between the neck portion, and an inclined surface between the neck portion and the rolled portion Preparing a forging roll consisting of a portion;
Forming a plurality of insertion holes under a predetermined depth in the circumferential direction from the journal portion; And
Inserting a heat pipe coated with a conductive material on its surface into the formed insertion hole using a vacuum pump; and a method for manufacturing a forging roll-based heat pipe roll.
 제 10항에 있어서, 상기 히트 파이프는 롤 축방향 일측으로부터 중앙부로 연장하는 복수의 제 1 히트 파이프와 상기 일측의 반대 방향으로부터 중앙부로 연장하는 복수의 제 2 히트 파이프를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 히트 파이프는 롤의 원주 방향을 따라서 번갈아 배치되는 것을 특징으로 하는 단조롤 기반 히트 파이프롤의 제조방법.
The method of claim 10, wherein the heat pipe includes a plurality of first heat pipes extending from one side in the roll axial direction to a central portion and a plurality of second heat pipes extending from an opposite direction to the one side to a central portion, and the first and The second heat pipe is a method of manufacturing a forging roll-based heat pipe roll, characterized in that alternately disposed along the circumferential direction of the roll.
 제 11항에 있어서, 상기 제 1 히트 파이프와 상기 제 2 히트 파이프는 롤의 길이방향 중앙부에서 서로 교차하는 것을 특징으로 하는 단조롤 기반 히트 파이프롤의 제조방법.
The method of claim 11, wherein the first heat pipe and the second heat pipe cross each other at a central portion in the longitudinal direction of the roll.
 제 10항에 있어서, 상기 전도성 재료는 Ni인 것을 특징으로 하는 단조롤 기반 히트 파이프롤의 제조방법.
The method for manufacturing a heat pipe roll based on a forging roll according to claim 10, wherein the conductive material is Ni.
 제 10항에 있어서, 상기 단조롤 내부에 히트 파이프의 삽입 후, 히트 파이프의 팽창을 위한 확관 가열처리를 행하지 않는 것을 특징으로 하는 단조롤 기반 히트 파이프롤의 제조방법.
The method for manufacturing a heat pipe roll based on a forging roll according to claim 10, wherein after the heat pipe is inserted into the forging roll, the heat treatment for expansion of the heat pipe is not performed.
 제 10항에 있어서, 상기 삽입홀의 직경과 상기 히트 파이프의 직경간의 차이를 100㎛이하로 관리하는 것을 특징으로 하는 단조롤 기반 히트 파이프롤의 제조방법.
The method of claim 10, wherein the difference between the diameter of the insertion hole and the diameter of the heat pipe is managed to be less than or equal to 100 μm.
 제 10항에 있어서, 상기 단조롤의 초기 크라운량을 5/100mm 미만으로 낮게 관리하는 것을 특징으로 하는 단조롤 기반 히트 파이프롤의 제조방법.
The method of claim 10, wherein the initial crown amount of the forging roll is controlled to be less than 5/100mm.
 제 10항에 있어서, 상기 단조롤은 중량%로 C: 0.8~1.0%, Si: 0.8~1.2%, Mn: 0.8~1.2%, P: 0.030% 이하, S: 0.020% 이하, Ni: 0.6~1.0%, Cr 3.0~6.0%, Mo: 0.3~0.7%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하여 조성되는 것을 특징으로 하는 단조롤 기반 히트 파이프롤의 제조방법.
The method of claim 10, wherein the forging roll is a weight% of C: 0.8 to 1.0%, Si: 0.8 to 1.2%, Mn: 0.8 to 1.2%, P: 0.030% or less, S: 0.020% or less, Ni: 0.6 to 1.0%, Cr 3.0-6.0%, Mo: 0.3-0.7%, the balance Fe, and a method of manufacturing a heat pipe roll based on a forging roll, characterized in that the composition contains the inevitable impurities.
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