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제목 압연유
작성자 (주)루브텍 (ip:)
  • 작성일 2016-04-08 13:33:42
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판(plate)의 압연가공은 롤을 위· 아래로 누르면서 회전시켜 소성변형을 시키는 가공이다. 

이때 사용하는 압연가공의 압연유는 온도(열간,온간, 냉간)나 가공물의  형상(판, 관, 봉, 선) 및

가공재질(철, 특수강, 알루미늄, 동) 등에 따라 다르지만 기본적인 윤활제로서의 역할은 같다. 

이러한 압연유는 마찰을 감소시킬 뿐만 아니라  재료와 롤을 냉각시키고, 또한 가공에 의해 발생한 금속분과

카본 등의 오염물을 배출하여 판의 표면을 깨끗하게 하는 역할을 한다. 

압연유의 기능을 높이기 위해서는  다음과 같은 2가지 점이 중요하다. 


첫째, 롤에 물려 들어가는 부분에서 많은 압연유가 도입될 것
둘째, 도입된 압연유가 재료와 롤에 대해서 물리적.화학적 특성이 우수할 것


 압연유의 윤활특성 및 종류


 압연의 윤활상태는 유체윤활과 경계윤활의 혼합윤활로 되어 있으며, 상태는 압연조건에 따라서 여러가지로 변화된다. 

따라서 마찰면에 작용하는 압력은 매우 높고 미끄럼 속도도 일반적으로 높으며, 방향도 일정하지 않는 특이성이 있다. 

또 고압고속시에는 소성변형을 동반하므로 마찰면의 표면온도는 국부적으로 수백도에 이르는 경우도 있다.
또한 마찰면압은 일반 윤활유에 비하여 넒으며, 더욱 가공에 의해 항상 새로운 표면이 생기므로 윤활소요면적이 확대된다. 

따라서 위와 같은 특이성 때문에 윤활이 곤란하게 되는 원인이 되며, 이는 각종 압연유에 따라 다르게 된다. 

한편 사용 압연유는 여러가지가 있으며, 일반적으로 사용되는 것은 다음과 같다.


 (1) 광유를 기유로 하는 수용성유

 

지점도의 광유에 유화제, 유성향상제 등의 첨가제를 소량 첨가한 것으로 3~20%의  수용액으로 사용한다.

압하율이 비교적 낮고(40~70%), 두꺼운 판(0.4mm이상)을 제조할때 사용되며,

압연속도는 15m/sec정도,압연판의 청정도가 높고,오일스테인 발생이 적다.


 (2) Palm


주성분은 팔미틴산(palmitic acid, 약 45%)과 올레인산(Oleic acid, 약 38~45%)의 글리세리드(Glycerid)이다.

압하율이 높고(80~90%), 비교적 얇은 판(0.2~0.3mm)을 제조할 때, 사용되며 압연속도는 25m/sec정도로 주로

압연후에 오일스테인이 발생되어 청적작업을 행하고 풀림을 해야 하며 고가이다.


 (3) 경유 또는 우지


 경유, 우지의 천연지방산에 소량의 첨가제를 첨가하여 사용하며, 안정성이 좋은 수용액이 얻어지며 팜유의 대체품으로 적당하다.


 (4) 혼합유

 

광유의 기유에 우지 등 동˙식물성유를 혼합시켜 사용한다.



  압연유의 효과 및 작용


 압연유를 완전유체라고 고려한다면, 롤에 물려 들어가는(Roll Bute) 부분에 도입되는 기름의 양과

그 유막두께는 레이놀즈(Reynolds)식에 의해 입구의 막두께에 미치는압연속도의 영향을 보면, 등온막 두께는

압연속도에 비례하여 상승하나, 열효과를 고려하면 막두께는 훨씬 작게되고 또 그렇게 많은 변화는 없음을 알 수 있다.
압연성은 유지가 광유보다 우수하며 또한 유지, 광유 모두 점도가 높은 편이 좋다.
그러나, 고온에서는 높은 점도의 광유는 오히려 나쁘다.  이러한 예에서 알수 있듯이 압연유로서는 점도가 중요하나,

기름의 분자구조가 더 압연성에 영향을 미치고 있다. 일반적으로 압연유는 기유로서의 광유에 첨가제로서 지방산 등의

극성화합물을 가한다. 롤의 접촉호(Arc of Contact)내에서는 이들 혼합유가 균일하게 충만하여 있는 것이 아니고,

재료 및 롤 계면근방에 있어서는 벌크보다도 첨가제의 농도가 높고 흡착이 일어나는 것으로 고려된다. 

이는 압연후의 판 표면에 부착되어 있는 유분의 산가가 압연유의 평균 산가보다도 현저히 상승되어 있는 것으로 증명된다. 

이 흡착은 금속면에 배향하여 다분자막을 형성하고 벌크보다도 수직응력에 대한 전단응력은 작다.
즉 첨가제가 지방산인 경우 탄소수의 증가에 따라 다른데, 사슬이 긴 지방산일수록 마찰 계수가 작다. 

또한 동일한 지방산인 경우에는 분자층의 두께가 클수록 마찰계수는 작게된다.  또한 이 경우, 금속면에 접한

단분자막은 금속 또는 금속산화물과 화학반응을하여 금속비누를 만드는 경향이 있다. 이 금속비누는 지방산의

탄소사슬  및 금속의 종류에 따라서 정도의 차이는 있으나, 일반적으로 유막강도가 크고, 윤활성에는 유리하게

작용한다고 생각된다.  그러나, 단단히 부착된 금속비누는 탈지성이 나쁜 단점이있다.
 

압연유의 종류


압연유는 제조하는 압연재에 따라 강, 알루미늄, 스테인리스강, 규소강, 동과 그의 합금의 압연유로 나누어지며,

압연상태에 따라 열간압연유와 냉간압연유로 나누어진다.


1. 냉간압연유제


냉간압연에서는 마무리 판두께에 따라 압연유에 요구되는 성능이 다르기 때문에 두께 0.4㎜이하의

얇은 판(텐게이지)용 압연유와 그 이상의 두꺼운 판(시이트게이지)용압연유로 분류된다. 얇은 판에서는 두께 0.2㎜이하를

극박재와 구별하는 일이 있으며, 그 가공에는 가장 높은 윤활성이 요구된다. 그러므로 고종도(10~30%)의 에멀션을 직접
 스트립에 분무하고 롤의 냉각은 다른 노즐에서 냉각수를 내뿜는 직접 급유방식이 취해지고 있다.

사용하는 윤활유로서는 팜(야자)유가 일반적으로 사용되고 있지만, 牛脂를 사용하는 경우도 있다.

최근에 와서는 윤활성과 냉각성을 겸비한 저농도의 牛脂베이스 에멀션을 다량으로 공급하여 순환사용하는 순환급유 방식이

많아지고 있다. 순환급유 방식은 후판용 압연에도 널리 사용되고 있는 일반적인 급유방식이다.
박판용압연유는 牛脂베이스압연유라고도 부르며 우지를 베이스오일로서 여기에 윤활첨가제, 유화제 등을 배합하여

구성되며 일반적으로 1~5%의 에멀션으로 공급된다. 박판용압연유의 윤활성은 베이스오일인 우지와 첨가제로서 사용되는

유성제에 의존 하지만 에멀션의 유화상태에도 좌우된다.

일반적으로 롤즈에멀션이 동판과 롤의 기름부착이 좋고(프레이트아웃성이 좋다). 이 때문에 롤바이트에 다량의 윤활제를

 공급할 수 있으므로 윤활성은 양호하다. 고속압연이나 고압하압연에서 발생되기쉬운 히이트스크러치를 방지하기 위해

인화합물이 사용되거나 윤활성능을 향상시키기 위해  지방산축합물이나 합성윤활제가 첨가될 경우도 있다.

최근에 와서는 에너지 절감 대책의 일환으로써 탱크온도를 종래의 55~60℃ 에서 50℃전후로 낮춰 사용하기 위해
베이스오일로서 저융점인 팜유를 사용하는 경우도 있다.

산화방지제, 방청제,점도지수향상제 등의 첨가제도 필요에 따라 첨가 된다.
시이트게이지에서는 냉간압연후 청정공정을 생략하여 직접 설담금하여 청정한 판 (밀크린시이트)으로 할 경우가 많고

표면청정성이 요구된다. 그러므로 밀크린성 압연유라고도 부른다. 밀크린성을 갖기 위해서는 압연유는

잔류탄소가 적을 필요가  있다. 사용하는 베이스오일은 휘발성이 좋은 광유나 지방산에스테르 등이며 우지베이스의

압연유에 비하면 그 윤활성이 뒤떨어진다.  후판, 박판의 압연유를 구별하지 않고 동일한 압연유로 공급하려는 연구도

실시되고 있으며 지방산에스테르를 주성분으로 하는 압연유와 공유, 에스테르, 유지의 혼합베이스 등이 검토되고 있는데

윤활성과 밀크린성을 완전히 만족시키기는 어렵다.

그러므로 전단스텐드에서는 윤활성을 중시한 압연유를 사용하여 최종스텐드는 세정제로 압연함으로써 밀크린성을 얻는

시스템도 일부에서 실용되고 있다. 스텐레스강의 압연은 일반적으로 동점도10~20㎟/S(40℃)정도의 광유를 베이스로 하는  

스트레이트오일이 사용되고 있다. 윤활첨가제로서 에스테르나 알코올을 병용하거나 고급지방산과 인화합물을

소량 첨가하는 경우도 많다. 알루미늄의 냉간압연도 비점 범위가 좁은 저점도 광유(50℃, 1~3㎟/S)에 지방산에스테르 등의

유성향상제를 첨가한 스트레이트오일이 사용되고 있으며, 동 및 동합금의 압연도 똑같은 스트레이트 오일로  실시되고 있다.


2. 열간압연유


 조강과 형강의 열간압연에는 오래 전부터 카리브유로서 중유와 유지 및 광유의 에멀션 등이 사용되고 있었지만

핫스트립밀에 윤활제가 사용된 것은 1970년대부터이다. 열간압연유의 사용목적은 롤마모의 감소이며 그효과는

실용면에서 확인되고 있지만 적용에 있어서는 슬립과 고온에서 사용되기 때문에 발생하는 여러가지 문제가 남겨져 있다.

윤활제로서는 광유, 동식물유, 합성유 및 이들의 혼합유 등이 실용되고 있다. 열간윤활제는 고온하에서 사용되어

윤활성을 발휘해야 되며, 또 다량으로 주입되는 롤냉각수에 씻겨내리지 않게 롤에 강고히 부착하는 성질을 갖고 있어야 한다.
그러므로 극성기를 가진 유지, 에스테르, 지방산 등이 좋다고 하지만, 계통적인 연구는 적다.

액상유에 흑연 등의 고체윤활제를 병용하는 검토도 되고 있다. 핫스트립밀의  적용은 마무리계열의 스텐드에 한정되어 있지만,

이것은 전단에서는 슬립의 위험이 있는 것과, 롤의 마모형태가 주로 열피로에 좌우되기 때문에 냉각만을 하면 된다고

생각되고 있기 때문이다.  열간윤활제의 적용에 있어서는 그 공급법의 적부도 효과를 좌우한다.

일반적으로 하고 있는 것은 냉각수와 압연유를 혼합노즐에서 혼합하여 백업롤에 뿜어내는 워터인젝션법 이지만,

프레스법과 스팀아트마이징법으로 워크롤에 직접 뿜어내는 방법도 사용되고 있다.

열간압연에서는 롤표면에 생성하는 흑피스케일이 마모방지에 유익하다고 하며, 윤활제는 이 흑피의 생성을 방해하지 않고

조장하는 것이 바람직하다.


강의 압연유


 강의 압연유는 주로 압연판의 두께와 압연상태(열간압연과 냉간압연)에 따라 달라진다.
열간압연유로서 마찰계수와 압연압력저감에 효과가 있는 것으로는 일반적으로 유지, 지방산 및 합성에스테르이다.

유지에는 팜유, 우지, 채종유, 피마자유 등의 천연유지 등이 쓰이나 이들 사이에는 큰차이는 없고 공기를 불어넣은

중합채종유가 보다 유효하다는 보고는 있다. 우지에 불포화성분을 첨가하면 윤활성이 향상되고 20%에서 첨가효과는

포화하며 올레인산만을 광유에 첨가하면 10%에서 첨가 효과는 포화되기 때문에 불포화성분의 효과는 열분해로
생성되는 유리지방산에 의한 흡착막의 효과라고 추정된다. 또한 채종유, 대두유 등은 열적중합으로 고점도피막을

형성하므로 윤활성이 좋게 된다고 생각되며, 포화지방산이 불포화지방산보다도 우수하다고 하는 것도 위와 같은 결과이다.

합성에스테르도 윤활성이 양호하며, 그중 지방산모노에스테르보다도 다가알코올의 에스테르가 보다 우수하다.

한편 첨가제의 효과는 공급방법에 의해 다르다. Water injection에 의한 실험에서는 점도가 낮고 물과 친화력이 있는

올레인산의 효과는 작게 되며, 점도가 높고 따라서 부착 성이 좋은 피마자유, 혹은 펜타엘리스리틀에스테르의 효과는 크다.

광유에 첨가한 경우에 는 Water injection법과 Premix법에 의한 검토결과에서는 펜타엘리스리틀모노올레이트 및

노멀데실프탈레이트가 양호하였다.
기타 유효한 첨가제로서는 극압제로 사용되는 인산에스테르금속비누 등도 보고되고 있다.

롤의 부착성에는 윤활유점도의 영향이 크므로 증점제의 사용은 윤활유효성분의 저하에 의한 윤활유에 상반되는 효과 때문에

최적첨가량이 고려되어져야 한다. 그 밖에 인산염계의 무기화합물이 윤활성이 좋다고 보고되고 있으며,

아민·아미드착화합물로 처리된 미세한 그라파이트 및 질화붕소도 롤마모감소에 효과가 있다고 보고되고 있다.

한편 강의 냉간압연유는 일반적으로는 위에서 열거한 기유를 에멀션(Emulsion)상태로  만들어 사용한다.

에멀션의 형태로는 O/W형, W/O형이 주가 되며 W/O/W형도 사용되고 있다.
압연가공의 경우, 에멀션윤활을 보다 유효하게 하기 위해서는 압연유 성분의 양부는 물론 어떻게 롤 바이트(Roll bite)에

압연유성분을 보다 많이 존재시키느냐가 특히 중요한 것이다. 실제로 롤 및 강판상에 Plate out된 유층상의 존재하는 에멀션층이

쐐기형 롤 바이트 입구형상에 따라 난류가 되어 Plate out된 유층의 일부가 재유화되어 남은 오일만이 Roll bite내에 유입된다는 것을

실험적으로 확인한 것도 있다. 따라서 이 재유화 작용이 실제의 압연에서의 오일의 유입량을 파악하는데 대단히 중요한  문제라고

지적되고 있다. 또한 롤바이트내에서의 압연유의 거동에 대하여 압연유 유화제의 양이 유막두께에 현저한 영향을 미친다는 보고도 있다.

따라서 에멀션의 농도에 따른 최소유막두께의 문제와 각종 첨가제에 따른 유막의 파괴, 그리고 에멀션입자의 안정성문제가 연구
대상이 된다. 특히 냉간압연유로서 중요한 것은 압연유 공급방식이 Recirculation방식의 에멀션윤활 이므로 Plate out성이 좋고 Recirculation시에 안정된 에멀션을 유지하는 것이다. 따라서 Plate out성은 W/O형이 바람직하나, 에멀션의 안정성은 O/W 또는

W/O/W형이  좋다. 즉 냉간압연유의 이상상태는 Plate out시에는 W/O형 에멀션, Recirculation시에는 O/W 형 또는

W/O/W형 에멀션 형태라고 생각되어 그의 조성의 연구가 필요한 것이다. 이에 대한 연구결과의 하나로 W/O/W형 우지계냉간압연유를

만들어 실험한 결과, Nozzle spray직후 (Plate out시로 가정)에는 W/O형을 나타내고, 저속교반시에는 W/O/W형으로 됨을

현미경으로 확인한 경우도 있다.


(1) 열간 압연유


열간 압연유로서 마찰계수와 압연압력저감에 효과가 있는 것으로서 일반적으로 유지,지방산 및 합성에스테르이다. 

유지에는 팜유, 우지, 채종유, 피마자유 등의 천연유지 등이 쓰이나 이들 사이에는 큰 차이가 없고, 공기를 불어넣은 중합채종유가 보다
유효하다는 보고는 있다.  우지에 불포화성분을 첨가하면 윤활성이 향상되고 20%에서 첨가효과는 포화하며, 올레인산만을 광유에

첨가하면 10%에서 첨가효과는 포화되기때문에, 불포화성분이 효과는 열분해로 생성되는 유리지방산에 의한 흡착막의 효과라고
추정된다.  또한, 채종류, 대두유 등은 열적중합으로 고점도피막을 형성하므로 윤활성이 좋게 된다고 생각되며, 포화지방산이

불포화지방산보다도 우수하다고 하는 것도 위와 같은 결과이다.  합성에스테르도 윤활성이 양호하며, 그중 지방산모노에스테르보다도
다가알콜의 에스테르가 보다 우수하다.  강의 열간압연에서 판의 온도는 1250~800℃이고, 롤의 표면온도는 롤 바이트부분의 80℃에서

급상승하여 접촉부분에는 최고 450℃까지된다고 한다.  그래서 롤의 냉각을 위해 다량의 공업용수를 사용한다. 

따라서 열간 압연유로서 구비할 조건으로서, 다음과 같은 특성을 들 수 있다.


1.롤 냉각수로는 떨어지지 않는 단단한 부착성

2.고온산화 및 내열성에서 우수한 윤활성능

3.압연 후 냉각수와 분리하기 쉬운 항유화성
 

 위의 특성 중 ①과 ②에 대해서 알아보기 위해 부착시험, 열분해 특성을 조사하고, 고점도의 기름일수록 부착성이 양호하고

점도가 같은 경우에는 광유보다 유지쪽이 부착성이 양호하다. 그러나 부착량이 어느정도 커도 내열성, 내하중성능이 떨어지면
윤활성은 꼭 좋다고 할 수 없다.  즉, 유막두께도 적당하고, 롤-판재 사이의 압연유 부착량도 적당할 것이 요구된다.


(2) 냉간 압연유


강판용 냉간 압연유는 석도금 원판이나 아연도금 원판 등의 박판가공용 압연유와 자동차용강판등의 두꺼운 강판용 압연유로

크게 나눌 수 있고, 모두 수용성 압연유이다. 전자는 고압하율, 고속압연이므로 고윤활성능이 요구되어 우지, 팜유, 돈지
등을 기유로한 것으로서 소량의 유화제를 첨가해서 플레이트아우트(Polate-out)성을 좋게 한 제품이며, 후자는 압연후의

세정공정을 생략하고 소둔(Annealing)하므로, 소둔시의 증발성이 양호하고 카본오염이 적어야 하기 때문에 광유 또는

지방산 에스테르혼합물을 기유로 하는 밀크린(Mill-Clean)압연유이다.


 (가) 고속박판 압연유


 강판의 압연은 고압, 고속이므로 발열량이 크고 이에 따라 냉각성은 물론 내열성, 알칼리세정성이 우수하고 도금성에

영향이 없는 압연유가 필요하다. 이러한 압연유의 성분으로서 다음과 같은 것을 들 수 있다.


•기유 : 기유로서는 광유, 유지, 지방산에스테르, 고급알콜 등이 이용되지만 가공재료, 압연조건, 압연작업공정 등에 따라

           적절히 선택 사용한다. 이들 각 성분의 소둔(Annealing)시의 비산성, 잔류탄소량을 참고로 하여 내열성, 탈지성등을 고려한다.

•첨가제 : 기유만으로는 윤활성이 부족할 때 첨가제를 첨가한다. 첨가제에는 지방산,인산에스테르, 고분자 물질 등이 이용된다.
•유화제 : 유화제로서는 비이온계 및 음이온계가 많이 사용되고 있으며, 유화제의 양에 따라 에멀젼 입자직경을 변화시킬 수 있다.

               특히 고속압연에서는 플레이트 아우트성과 유화안정도가 시간이 경과되어도 변화가 적을 것이 요구된다.
•산화방지제 및 방청제 : 장기간의 순환사용에 의해 마모분이나 열 때문에 압연유는 열화를 받으므로 이의 방지책으로서

                                       폐놀계, 아민계, 유황계 등의 산화방지제를 사용하는데 보통 100℃이상의 고온에서도 우수한 효과를

                                       발휘하는 것을 선택하는것이 중요하다.
 

 (나) 밀크린(Mill Clean)압연유


 냉간압연 후 알칼리 세정공정을 생략하고 직접소둔을 행하여 스테인(Stain)이 없는 깨끗한 강판, 즉 밀크린강판(Mill Clean Sheet)을

얻는 경우, 밀크린성에는 압연유 자체뿐만 아니라 소재, 급유설비, 소둔조건 등 여러가지 작업조건이 영향을 미치기 때문에
이들 조건에 맞는 압연유를 선택 할 필요가 있다.  순환급유 방식의 밀크린 압연유는 양호한 밀크린성을 얻기 위해 유화가 극히

안정한 형태의 에멀젼이 사용된다. 두꺼운(0.4mm이상) 강판용에는 광유 베이스, 중산 두께의 강판에는 광유˙유지혼합 베이스의

압연유가 사용되며, 어느 제품을 사용하여도 그림5와 같이 윤활성은 떨어진다. 이점을 보완하기 위해 베이스의 점도, 유지 및

합성유의 배합, 유화제의 양을 조정하나 이러한 성분들간의 특징상 상반관계가 있다.
그러므로, 밀크린 압연유로서는 기본적인 윤활성능 이외에도 윤활성의 향상제 의해 철분 발생을 억제하는 한편,  증기 휘산성이 좋고

잔류탄소로서 탄화되지 않을 성질이 요구된다.


알루미늄의 압연유


알루미늄의 압연은 철강에 비해 표면의 품질이 매우 까다로운 데다가 표면이 손상되기 쉽고, 요구되는 치수 정밀도 등이

매우 엄격하고, 품종도 다양하다는 특징이 있다.


(1)  열간 압연유


알루미늄의 열간압연은 350~400℃에서 행해지며, 압연유는 에멀션형으로 냉각제 겸 윤활제로 사용되고 있다. 

따라서 에멀션의 Thermal separation성(에멀션이 가열된 롤과판재에 접촉되어 유화파괴시 유분이 분리되는 성질)이 좋고,

또 Roll bite의 고압하에서 윤활성이 좋은 압연유를 선택할 필요가 있다.  알루미늄 열간 압연유는 보통 광유를 기유로 하여

유성제 및 유화제로 되어 있고 이것을 유화시켜 수퍼센트의 에멀션상태로 사용한다. 유화제로서는 올레인산아민염,

비이온계면활성제 및 술폰산나트륨등이 사용되고 있으며, 그중 Thermal separation성을 중시한 올레인산아민염이

주류를 이루고있다.


(2)  냉간 압연유


 알루미늄의 냉간압연을 판압연과 박압연으로 대별되며, 압연유의 품질, 성능은 압연 조건에 따라 적당히 선택해야 한다. 

알루미늄용 냉간압연유로서는 점도 1.5~5.5cSt @37.8℃의 광유를 기유로 하여, 여기에 압연성능행상제로서 2~8%의 유성제를

첨가한 비수용성 압연유가 일반적으로 사용되며, 특히 알루미늄용 냉간압연제의 특징의 하나인 사용자측에서 기유와 유성제를

自社의 압연조건에 맞게 최적성능의 압연유를 만들어사용하고 있다. 

또한, 알루미늄압연을 압연판의 두께가 0.2mm~0.006mm까지 다양하므로 두꺼운 판의 압연유에는 얇은 판에 비해 고점도의

기유와 압하성능이 좋은 유성제가 요구되며, 얇은 끝마무리 판압연에는 압하량이 작고, 또한 광택에 좋은 표면이 요구되므로

저점도의 기유와 stain성이 좋은 유성제가 사용된다. 특히 최근 경향의 하나는 판끝마무리 압연유의 저점도화의 경향이다.

이것은 고속 압연기(압연속도 1,500m/min)의 출현에 따라 광택이 좋은 판을 만들기 위한 것으로 수용성 압연유의 개발연구가

바로 그것이다.


스테인리스강의 압연유


 스테인리스강의 변형저항이 크고 소성가공이 어려운 재료이므로, 보통은 다단압연기로 압연한다. 

따라서 압연유도 Straight형이 사용되고 있으며, 특히 냉각성능을 요구하는 경우에는 에멀션형을 사용하는 예도 있다.

스테인리스강용 압연유에 요구되는 성능으로서는 압연성능, 산화안정성, 오일스테인 방지, 소포성, 녹방지성 등이 있다.

중에서 다른 압연유와 다른성능은 압연성능과 오일은 소둔(Annealing)시 재료표면에 남은 압연유중의 물질과 재료의

반응 등에의해 생기므로 압연기재의 선택에 제한을 받는다. 스테인리스 강판은 압연 후에 표면 광택이 요구되기 때문에,

압연유로서는 오일 스테인이 생기거나 기름얼룩의 발생이 없을 것이 요구되므로 점도는 40℃에서 10~20cSt가 적당하며,

지방산이나 인산화합물을 소량 포함한 것과 에스테르나 알코올류를 약간 다량으로 포함한 것이 있다.

압연유의 점도가 저하하면 광택도가 높게되는 이유는, 롤과 재료사이에 도입된 압연유의 양이 점도 저하와 함께 감소하며,
이로 인해 오일피트(Oil pit)의 양이 적기 때문이다. 그러므로 생산성을 향상시키기 위해 압연속도를 높이는데 따른 제품의

광택저하를 개선하고, 냉각성을 향상시키기 위해서 더욱 저점도의 압연유를 사용하는 경향이 있다. 
그러나 저점도화는 인화위험이 따르므로 저점도화에는 한계가 있으며, 스테인레스강 압연의 조건이 가혹화에 따른

운전조건의 검토와 냉각효과의 보강, 가혹한 압연에 의해 일어나는 재료표면의 히트스크래치에 초점을 맞추어 연구되어야 할 것이다.


동, 동합금 및 기타의 압연유


압연유의 종류는 압연재, 압연조건 및 압연기(Mill)의 종류에 따라 다르겠으나, 기능상으로 황 압연이나 중간압연에서처럼

고압하율이 필요한 경우, 냉각을 주목적으로 하는 수용성 압연유(Water Soluble Type)와 냉각보다는 광택과 윤활을 주목적으로 하는 
비수용성 광유계(Straight Type)압연유로 나눌 수 있겠다. 한편 동 및 동합금의 열간압연에서 압연유는 보통 사용하지 않는다.

냉간압연에서는 알루미늄의 경우와 같이 저점도의 광유를 사용하며, 고속압연에서는 냉각성을 중시해서 솔루블오일을

사용하는 경우도 있다. 끝마무리압연에서는 판의 표면상태가 중요하기 때문에 풀림시 Stainol이 작고, 변색의 원인이 되는 것은

함량이 소량인 것이 바람직하다. 솔루블오일은 비이온 계면활성제와 광유로부터 중성으로 유리지방산이 적은 것이 좋다.
규소강판, 기타의 특수강판의 센지미어밀에 의한 압연에는 솔루블오일이 일반적으로 사용되고 있다. 이는 강판용압연유로서의

능외에 베어링 윤활유로서의 성능이 요구된다. 윤활성외에 표면장력이 낮고 침윤성이 좋으며, 녹방지성이 좋고, 부양성이 없으며,

기름때가 생기지 않고, 에멀션의 안정성이 좋을 것 등이다.


(1)  수용성 압연유


동 및 동합금의 열간 압연은 800~900℃, X황동의 경우700~800℃에서 행해지는데, 이때의 롤 온도는 750~850℃로서 롤의 냉각 및

롤-판 사이의 윤활 및 산화스케일의 제거목적으로물을 사용하였다. 압연유의 사용으로 오히려 롤-판 사이의 미끄러짐(Slip), 압연기 및

완성품의 오염문제를 야기시켰으나, 최근 롤 마모의 방지 및 마무리 판면의 품질향상을 위해 수용성 압연유를 사용하고 있다. 

수용성 압연유에는 유화된 기름의 입자크기에 따라서 물에 희석하였을 때, 외관상으로 우유빛이 나는 에멀젼형(Milky Type)과

반투명 솔루블형(Semi-Transparent Type)으로 나눌 수 있으며, 어느 쪽이건간에 유화제와 기본이되는 광유 및 첨가제의 양에

차이가 약간 있으나, 화학적 성분은 두 가지 모두 대체로 알루미늄의 수용성 압연유와 큰 차이가 없다. 


(2)  광유형 압연유

 

냉간 압연은 황압연과 마무리 압연으로 나눠진다. 황압연의 경우, 압하(壓下)를 주목적으로 하기 때문에 압연시에 발생하는

열로 인해 점도가 저하 하므로, 비교적 고점도의 광유를 베이스로 하고 소량의 유성향상제 및 산화방지제를 첨가한 광유형이 사용된다.
점도는 100℉에서 100~200SSU정도가 적당하다. 마무리 압연의 경우에는 압하의 증대보다는 반대로 완성품의 표면을 중요시 하고,

소둔 후에 오일 스테인(Oil Stain)이 없을 것이 요구되므로 비교적 저점도(100℉에서 5~20cSt)의 광유를 베이스로 한 제품들이

사용되고 있다.


에멀션형 압연유의 특성


가. 압연유 에멀션에 대한 특성 및 문제점


 에멀션이 가장 많이 사용되는 압연윤활에서, 특히 냉간압연작업에서 압연유의 역할은 Roll과 Strip사이를 윤활하며,

더욱 압연된 스트립으로부터 발생되는 소성가공열에 의한 스트립 및 롤의 온도상승을 억제하는데 있고, 압연속도 및 제품의 품질을

직접 좌우하게 된다.

따라서 압연유로서 갖추어야 할 기능은 롤바이트내에서 강한 유막을 보다 큰 표면피복률(表面被覆率)로써 형성하고, 또 그 유막의

전단저항을 아주 작게 해서 금속끼리의 상대적인 원활한 운동을 할 수 있게 해야 하며, 그러기 위해서는 압연유의 점성특성, 흡착성,

분자수나 분자사이의 힘과 종류, 극압성 등이 논의되어야 한다. 그러나 압연유는 보통 에멀션 형태로 사용되므로 먼저 에멀션의

거동을 이해하는 것이 무엇보다도 중요하다. 실제의 압연작업에서는 에멀션 상태가 나쁘면 압연성의 열화와 Chattering,

표면 품질의 결함등의 원인이 된다.


따라서 에멀션 압연유의 효과적인 윤활을 하기 위해서는


•유화상태가 안정되어 있을 것
•Plate out성이 좋을 것
•유적(油適)이 금속표면에 강하게 흡착할 것(유성)
•롤 바이트내에서 강한 유막을 형성할 것(극압성)
•유분자 사이에 미끄럼이 쉽고, 각 분자의 전단저항이 낮을 것(협의의 윤활성)등의
 조건을 만족할 필요가 있다.
 

여기서 에멀션의 윤활성은 ①의 유화안정성(乳化安定性) 및 ②의 Plate out성에 밀접한 관계가 있다.


나. 에멀션의 생성과 형태


 에멀션은 액적(液適)과 매질(媒質)사이에 계면장력을 가지고 있으므로 열역학적으로 불안정하다. 유화제는 이 불안정을

감소시키기 위하여 사용되며, 주로 계면활성제가 사용된다. 이 유화제의 선택에 의해 에멀션의 형태가 결정되며,

여기에서는 Griffin에 의한 HLB (Hydrophile-Lepophile Balance)값에 따라 결정된다.
일반적으로


 •O/W형(水中油適型) 8~18
•W/O형(油中水滴型) 4~6
 

한편 에멀션의 형태는 유화제의 종류와 농도, 전해질(電解質)의 종류와 농도, 두 액체의  체적비, 온도, 유화의 기계적 조건에 따라

형태가 결정된다. 형태는 위의 두가지 외에도 다상(多相) 에멀션 또는 복(複) 에멀션으로


•W/O/W형
•O/W/O형 이 있다.


에멀션 생성의 방법에는 다음과 같다.


 (1)분산법(Dispersion methods)


•기계적 방법 : Mixers, Colloid mills homogenizers등 유화기(乳化機) 사용, 교반탱크의 지름, Rotor의 형와 지름, 회전수와

                       교반시간에 영향을 받음.
•초음파적 방법 : 초기에는 유화촉진, 연속적으로는 에멀션 파괴
•전기적 방법 : 어느 임계전압(臨界電壓, 조건에 따라 수백 V정도) 이상에서는 유화 되지 않음
 

(2)응집법(Condensation methods)


다. 에멀션의 안정도


 에멀션의 안정도는 입자들이 두 액상(液相)으로 분리되는 것에 대항하는 정도를 나타내는 것으로, 유화에 의해서

물과 오일의 계면(界面)은 대단히 크게 되므로 계(System)의 계면자유에너지가 증대하여 열역학적으로는 안정될 수 없다.

따라서 에멀션의 안정도는 원래의 의미로는 평행상태에 도달할때까지의 완화(緩和)시간에 해당된다.

예를 들어 한편의 액이 분리될때까지 시간을 안정도의 척도로 볼 수 있다. 에멀션의 안정화에는 두 개의 액체의 밀도차를

될 수 있는 한 작게 하고, 입자를 가능한 작게 하거나, 연속상의 점도를 가능한 한 크게 하며, 두 개의 액체간의 계면장력을 작게하고,

계면에 확산성이 있는 전기이중층을 만들거나. 입자표면에 유화제의 흡착막을  강하게 할 필요가 있다.

에멀션의 안정도는 그의 해소(解消), 전상(轉相), 혹은 파괴의 수단에 의해 측정할 수있다.

가장 널리 사용되는 것은 E.S.I(Emulsion Stability Index)로서


E.S.I = L중의 유량/U중의 유량


L = 최하층의 1/4층, U = 최상층의 1/4층으로 에멀션을 분리로드에 넣고 잘 흔든후 8분 후에 분리측정한다.

E.S.I가 1이면 안정한 에멀션, 0이면 전혀 불안정한 에멀션이고 일반적으로 0.65~0.75정도이다.


한편 안정도는 HLB값과 관계가 있다. 이는 50%(V/V)분산상을 포함한 O/W형 또는 W/O형 에멀션의 합일속도(合一速度)와

HLB값 효과를 나타낸 것으로 모든 형의 에멀션에 있어서 최소합일속도의 HLB영역(W/O형은 약 3.5%, O/W형은 약 12%)이 확인된다.

이외에도 교반기의 상태, 교반시간, 교반횟수 등에 따라서도 달라진다.
 
 



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