고속도강 롤에서 홈 손상이 발생하는 이유와 해결 방법

고속도강(HSS) 롤은 우수한 내마모성, 긴 수명, 강력한 비용 대비 성능으로 인해 열간 압연기에서 널리 사용됩니다. 리브형 강철봉 생산 시 HSS 롤은 기존의 많은 롤 재료보다 훨씬 더 높은 압연 출력을 제공할 수 있습니다. 그러나 실제 공장 작업에서 HSS 롤의 최종 성능은 재료 자체뿐만 아니라 홈 설계, 냉각 조건, 수리 방법 및 작동 제어에 따라 달라집니다.

리브 바 생산의 실제 사례에서는 HSS 롤 서비스 중에 두 가지 일반적인 고장 모드가 발생할 수 있음을 보여주었습니다. 즉, 인접한 홈 사이의 롤 칼라 파손과 홈 바닥의 홈 깨짐 또는 쉘링입니다. 이러한 문제는 제품 품질에 직접적인 영향을 미치고, 롤 서비스 수명을 단축시키며, 심한 경우 롤링 사고나 예상치 못한 가동 중단 시간을 초래할 수도 있습니다. 논문에 따르면, 이러한 결함은 한때 생산 과정에서 상당한 숨겨진 위험을 야기했으며 연평균 약 0.02%의 제품 불량률로 이어졌습니다.

기술적 관점에서 볼 때 이러한 유형의 손상은 본질적으로 피로 파괴 과정입니다. 압연 중에 홈은 압연력, 충격 하중, 뜨거운 재료와 냉각수로 인한 반복 열 응력, 축 압축 응력 등 복잡한 작업 조건을 받게 됩니다. 이러한 결합되고 변동하는 하중 하에서 미세 균열이 시작되어 눈에 띄는 균열, 껍질 또는 국부적 파열이 나타날 때까지 점진적으로 전파될 수 있습니다.

이 논문에서는 피해의 원인이 되는 몇 가지 주요 원인을 확인합니다. 한 가지 핵심 요인은 롤 칼라 강도가 부족하다는 점이었습니다. 실제로 경도가 높을수록 내마모성이 향상되지만 인성이 감소하여 칼라 부분이 파손되기 쉽습니다. 실제 압연 조건에서는 전통적인 설계 경험만으로는 더 이상 충분하지 않았습니다. 또 다른 중요한 요인은 열악한 냉각 성능이었습니다. 홈 가장자리의 파란색 변색과 80°C 이상의 표면 온도는 냉각 효과가 부적절하여 균열 형성이 촉진되었음을 나타냅니다. 또한, 홈 수리 공차가 너무 작으면 회전 후에 미세 균열이 남아 있다가 롤을 다시 사용할 때 급속히 커질 수 있습니다. 또한 이 논문에서는 과도한 K2 통과 폭과 비정상적인 가이드 접촉 또는 롤 감기와 같은 부적절한 작동으로 인해 홈 손상이 더욱 가속화될 수 있다고 지적합니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 몇 가지 실용적인 조치가 구현되었습니다. 첫째, 그루브 중심 거리를 늘리고 롤 칼라 폭을 확대하여 칼라 강도를 향상시켰습니다. 동시에 그루브 필렛 반경을 확대하여 응력 집중을 줄였습니다. 둘째, 냉각 시스템이 업그레이드되었습니다. 새로운 중압 순환수 시스템이 도입되었으며, 롤 냉각 장치를 여러 차례 최적화하여 냉각 효율을 향상시켰습니다. 생산 중 냉각수 압력은 0.5MPa 이상으로 유지되었으며, 압연 정지 후 홈 표면 온도는 35°C 이하로 제어되었습니다. 셋째, 롤이 다시 사용되기 전에 홈 바닥과 홈 가장자리의 모든 균열이 완전히 제거되도록 수리 공차를 늘렸습니다. 마지막으로, 과부하와 우발적인 기계적 손상을 방지하기 위해 패스 설계와 밀 작동에 더욱 엄격한 제어가 적용되었습니다.

개선 결과는 매우 명확했습니다. 이러한 시정 조치를 적용한 후 공장에서는 리브 바 생산 시 반복되는 롤 칼라 파손이나 홈 깨짐이 더 이상 발생하지 않았습니다. 12mm 리브 바 압연의 경우 홈당 평균 생산량은 약 350톤에 이르렀으며 이는 베이나이트 롤보다 약 230톤 더 높습니다. 그루브 수명이 길어지고 롤 교환 빈도가 감소하여 생산 효율성이 크게 향상되었습니다. 신문에 따르면 공장 가동률은 평균 2.08% 증가했고, 연간 생산량은 약 15,000톤 증가해 상당한 경제적 이익을 창출했다고 한다.

이 사례는 HSS 롤의 성공적인 적용이 재료 품질만으로 결정되지 않는다는 것을 다시 한 번 보여줍니다. 안정적인 성능과 최대 롤 수명을 달성하려면 적절한 홈 설계, 충분한 냉각, 수리 중 완전한 균열 제거 및 규율 있는 작업 관행이 모두 필수적입니다. 압연 효율을 향상시키고 총 롤 비용을 절감하려는 제철소의 경우 이러한 세부 사항은 롤 재료 자체만큼 중요합니다.