KR100328929B1 - 열간압연강판제조시폭방향인장특성예측장치및예측방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속식 열간압연설비에 있어서, 폭방향온도를 측정하고 측정한 폭방향온도를 폭방향재질편차예측계산기로 전송하는 폭방향온도계가 마무리압연기후면과 권취기전면에 각각 설치되고, 열간압연의 공정조건에 대한 자료를 수집하고 수집한 자료를 폭방향재질편차예측계산기로 전송하는 조업계산기가 설치되며, 전송된 폭방향온도와 공정조건에 대한 자료로부터 폭방향재질특성을 계산하여 그 결과를 저장 및 출력하는 폭방향재질편차예측계산기가 설치되어 폭방향으로 발생하는 재질편차를 예측하는 것을 특징으로 하는 폭방향재질특성예측장치 및 그 장치를 이용한 예측방법에 관한 것으로, 제품의 손상 및 번거로움없이 재질의 편차를 쉽고 정확하게 예측할 수 있다.

Description

열간압연강판 제조시 폭방향 인장특성 예측장치 및 예측방법

본 발명은 열간압연에 의한 강판제조시 폭방향 인장특성을 예측하는 장치 및방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마무리압연기 후면과 권취기 전면에 설치된 폭방향온도계로 강판의 폭방향온도를 측정하고 이를 인장특성 예측모델이 입력된 계산기에 전송하여 폭방향으로의 인장특성을 수학적으로 계산함으로써 인장특성의 편차를 쉽게 예측하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

통상의 열간압연에 의한 강판의 제조공정은 도 1에 개략적으로 도시한 바와 같다.

가열된 슬래브(slab)를 조압연기에서 조압연하고 마무리압연기를 통해 소정의 두께로 압연한다. 마무리압연된 강판은 수냉각대(run out table)에서 수냉각(水冷却)한 뒤 권취기에서 코일(coil)형태로 권취한다.

수냉각하는 과정에서 오스테나이트(anstenite)상의 철강이 페라이트(ferrite)상으로 상변태를 하게 되고 이러한 상변태의 정도에 따라 철강의 기계적 성질이 달라지게 된다.

그러므로 수냉각과정에서 수냉각의 개시온도, 종료온도, 권취온도 및 냉각속도 등을 제어함으로써 이러한 상변태를 제어하여 원하는 기계적 성질을 가진 철강을 얻을 수 있다.

상기와 같은 이유로 수냉각대에서의 온도제어는 강판의 미세조직 및 기계적 성질 등과 같은 강판의 인장특성을 결정짓는 중요한 인자로서 관리되고 있다.

그러나 수냉각과정에서 온도를 엄격히 제어하면서 제조한 강판의 경우에도 폭방향의 양단부가 중심부에 비해 강도는 높아지고 연신율은 낮아지는 폭방향 인장특성편차가 발생하게 된다.

이러한 폭방향 인장특성편차의 대부분은 수냉각시 폭방향 양단부가 폭방향 중심부보다 쉽게 냉각되기 때문에 발생하는 것이다.

폭방향 인장특성편차량은 소재의 화학성분, 치수, 수냉각조건 등에 따라 변화하며, 소재의 강도가 높을수록 폭방향 인장특성편차량이 증가한다.

폭방향 인장특성편차로 인하여 강판을 절단하여 가공할 때 판변형이 발생하고 성형가공할 때 불균일변형이 발생하며 균열이 발생하는 등 품질불량이 야기되므로, 강판을 제조할 때에는 폭방향 인장특성편차를 측정하여야 한다.

그러나 종래에는 열연제품을 절단하여 폭방향의 각 부위에서 인장시편을 채취한 후 인장시편에 대한 인장시험을 함으로써 폭방향 인장특성편차를 측정하므로 매우 번거롭고 또한 제품을 손상시키는 문제점이 있다.

상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 연속식 열간압연설비를 이용하여 강판을 제조함에 있어서 마무리압연기 후면과 권취기 전면에 폭방향온도계를 설치하여 강판의 폭방향온도를 측정하고 측정한 폭방향온도를 인장특성 예측모델이 입릭된 폭방향 인장특성편차 예측계산기에 전송하여 폭방향으로의 인장특성을 수학적으로 계산함으로써 인장특성의 불균일을 쉽게 예측하며 이를 통해 열간압연강판의 폭방향 인장특성편차의 발생정도를 미세조직의 검사 및 인장실험 없이 알 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 연속식 열간압연기의 개략도,

도 2는 본 발명의 폭방향 인장특성 예측장치의 개략도,

도 3은 본 발명의 폭방향 인장특성을 계산하는 방법의 순서도,

도 4a는 마무리압연기 후면 및 권취기 전면에서의 폭방향 온도분포를 도시한 그래프,

도 4b는 마무리압연기 후면 및 권취기 전면에서의 폭방향 예측인장강도 및 실측인장강도를 도시한 그래프이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1:마두리압연기 2:폭방향온도계(마무리압연기 후면에 설치된 것)

3:수냉각장치 4:폭방향온도계(권취기 전면에 설치된 것)

5:권취기 6:열간압연강판

7:조업계산기 8:폭방향 인장특성편차 예측계산기

본 발명은 통상의 연속식 열간압연설비에 있어서 마무리압연기(1) 후면과 권취기(5) 전면에 적외선타입의 폭방향온도계를 각각 설치하고 열간압연의 공정조건에 대한 자료를 수집하는 조업계산기(7)와 폭방향 인장특성을 계산하여 그 결과를 저장 및 출력하는 폭방향 인장특성편차 예측계산기(8)를 설치하여 폭방향의 인장특성을 예측하는 장치 및 그 장치를 이용하여 폭방향 인장특성을 예측하는 방법에 관한 것이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 장치를 개략적으로 도시한 것이다.

열연강판을 제조하는 공정의 장치에 있어서 마무리압연기(1) 후면과 권취기(5) 전면에 폭방향의 온도를 측정하는 적외선타입의 폭방향온도계(2)(4)를 각각 설치한다. 측정된 폭방향온도는 폭방향 인장특성편차 예측계산기로 전송되어 강판의 폭방향 인장특성을 예측하는데 이용된다.

또한 강판의 화학성분, 두께, 폭, 강판의 이송속도 등 열간압연의 공정조건에 대한 자료를 수집하는 조업계산기(7)를 설치한다. 수집된 자료는 폭방향 인장특성편차 예측계산기로 전송되어 강판의 폭방향 인장특성을 예측하는데 이용된다.

폭방향 인장특성편차를 계산하기 위하여 폭방향 인장특성을 계산하는 수식모델이 입력된 폭방향 인장특성편차 예측계산기(8)를 설치하는데, 폭방향 인장특성편차 예측계산기(8)는 전송된 폭방향온도와 공정조건에 대한 자료로부터 폭방향 인장 특성을 계산하여 그 결과를 저장하고 출력한다.

이하 본 발명의 장치를 이용하여 폭방향 인장특성을 예측하는 방법에 대하여 설명한다.

도 3은 폭방향 인장특성을 계산하는 순서를 도시한 것이다.

마무리압연기(1)를 통해 소정의 두께로 압연된 열간압연강판(6)이 진행되다가 마무리압연기(1) 후면에 설치된 폭방향온도계(2)의 밑을 통과하면 폭방향온도계(2)가 열간압연강판(6)의 폭방향 온도분포를 측정한다. 측정된 폭방향 온도는 폭방향 인장특성편차 예측계산기(8)로 전송된다.

폭방향온도계(2)를 통과한 열간압연강판(6)은 수냉각장치(3)에서 미리 설정된 권취온도로 수냉각된다.

수냉각된 열간압연강판(6)이 권취기(5)로 이송되면서 권취기(5) 전면에 설치된 폭방향온도계(4)를 통과하게 되고, 이 때 폭방향온도계(4)가 열간압연강판(6)의 폭방향온도분포를 측정한다. 측정된 폭방향온도는 폭방향 인장특성편차 예측계산기(8)로 전송된다.

조업계산기(7)는 강판의 화학성분, 두께, 폭, 강판의 이송속도 등 공정조건에 대한 자료를 수집하고, 수집된 공정조건에 대한 자료는 폭방향 인장특성편차 예측계산기(8)로 전송된다.

폭방향 인장특성편차 예측계산기(8)는 전송된 폭방향온도와 공정조건에 대한 자료를 이용하여 폭방향의 인장특성을 계산하고 계산이 완료되면 자료를 저장하고 출력한다.

폭방향의 인장특성은 폭방향 위치 및 냉각속도계산, 각 상의 평형변태온도계산, 각 상의 변태개시온도계산, 각 상의 평균변태온도계산, 각 상의 분율 및 입경계산, 항복강도, 인장강도, 연신율 등의 인장특성계산의 순으로 계산된다.

이하 폭방향 인장특성의 예측을 위한 수식모델을 보다 상세하게 설명한다.

해당코일의 귄취종료 시점에서 조업계산기로부터 화학조성, 두께, 폭 이송속도 및 수냉각 정보를 입력 받고 또한 폭방향 온도계로부터 폭방향 온도를 입력 받는다. 이들 정보를 이용하여 각 폭방향 위치별 냉각이력을 계산한다.

열역학 모델을 이용하여 성분에 의해 결정되어지는 각 상(페라이트, 펄라이트, 베이나이트)의 평형변태온도(Ae3, Ael, Tbe)를 계산한 후 폭방향 위치별 냉각 이력에 따라 상변태 모델을 이용하여 각 상의 상변태 개시온도(Ar3, Ae3, Tbs), 각상의 분율, 평균변태온도(Tmf, Tmp, Tmb), 페라이트 입경을 계산한다. 상변태 모델은 여러가지가 알려져 있으며, 본 방법에서는 하기의 참고문헌1에서 그 내용을 확인할 수 있는 Avrami식과 가산법칙(additivity rule)을 이용하였다.(참고문헌 1: "The Theory of Transformations in Metals and Alloys, Part I, Equilibrium and General Kinetic Theory" second edition, ed. by J.W.Christian. 1975, Pergamon Press.)

평균변태온도의 함수로 표현되는 각 상의 경도(Hf, Hp, Hb)를 계산한 후 각상의 분율(Vf, Vp, Vb)과 페라이트 입경(Df)을 이용하여 혼합법칙(mixture rule)과 하기의 수학식1로 알려져 있는 홀-페치식(Hall-Petch equation)을 이용하여 인장특성 즉, 인장강도, 항복강도, 연신율을 계산한다.

[수학식 1]

인장특성 = Cf*Hf*Vf + Cp*Hp*Vp + Cb*Hb*Vb + Cd/√Df

여기서 Cf, Cp, Cb는 혼합법칙에 의해 각 상의 경도 및 분율이 인장특성에기여하는 정도를 반영하는 비례상수이며, Cd는 홀-페치 관계의 비례상수로서 페라이트 결정립경이 인장특성에 미치는 기여정도를 의미한다. 이와 같은 비례상수들은 실험적으로 측정한 인장특성과 비교하여 가장 잘 일치하도록 하는 값을 추정하여 미리 결정하여야 한다.

이와 같은 일련의 계산을 폭방향 전 위치별로 수행한 후 최종 결과를 저장 및 계산기의 모니터 모니터 상에 출력함으로써 폭방향 임의의 위치에서의 인장특성을 예측할 수 있게 된다.

화학조성상 0.147%의 탄소 및 0.7%의 망간을 함유한 일반탄소강을 두께 5.9mm, 폭 1,530mm의 열간압연강판으로 제조하는 열간압연공정에서 본 발명을 실시한 결과를 도 4a와 도 4b에 도시하였다.

도 4a는 마무리압연기(1)후면에서 측정한 폭방향온도분포와 권취기(5)전면에서 측정한 폭방향온도분포를 나타낸 그래프이다.

도 4b는 종래의 방법을 사용하여 실제로 측정한 실측인장강도의 폭방항분포와 도 4a의 폭방향온도분포를 이용하여 본 발명의 방법으로 계산된 예측인장강도의 폭방향분포를 비교하여 나타낸 그래프이다.

도 4b의 그래프에서 본 발명의 방법으로 예측된 인장강도는 실제 측정된 인장강도와 거의 일치함을 알 수 있다.

한편, 도 4b에서는 예측된 인장강도에 대하여만 예시적으로 그 실측값과 비교를 하였지만, 본 발명에서는 인장강도외에 항복강도, 연신율 등을 포함하는 전체적인 인장특성을 예측할 수 있다.

상기의 구성을 갖는 본 발명은 연속식 열간압연설비를 이용하여 강판을 제조함에 있어서 수냉각장치에 설치된 폭방향온도계가 측정한 강판의 폭방향온도와 조압계산기가 수집한 공정조건을 토대로 폭방향 인장특성편차 예측계산기가 폭방향의 인장특성을 수학적으로 계산함으로써 제품의 손상 및 번거로움없이 인장특성의 편차를 쉽고 정확하게 예측할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 연속식 열간압연설비에 있어서, 폭방향온도를 측정하고 측정한 폭방향온도를 폭방향 인장특성편차 예측계산기로 전송하는 적외선타입의 폭방향온도계가 마무리압연기 후면과 권취기 전면에 각각 설치되고, 열간압연의 공정조건에 대한 자료를 수집하고 수집한 자료를 폭방향 인장특성편차 예측계산기로 전송하는 조업계산기가 설치되며, 전송된 폭방향온도와 공정조건에 대한 자료로부터 폭방향 인장특성을 계산하여 그 결과를 저장 및 출력하는 폭방향 인장특성편차 예측계산기가 설치되어 폭방향으로 발생하는 인장특성편차를 예측하는 것을 특징으로 하는 열간압연강판 제조시 폭방향 인장특성 예측장치.
2. 연속식 열간압연설비를 이용하여 강판을 제조함에 있어서, 마무리압연기 후면과 권취기 전면에 설치된 적외선타입의 폭방향온도계가 폭방향온도를 측정하고 측정한 폭방향온도를 폭방향 인장특성편차 예측계산기에 전송하는 과정과, 조업계산기가 열간압연의 공정조건에 대한 자료를 수집하고 수집한 자료를 폭방향 인장특성편차 예측계산기에 전송하는 과정과, 폭방향 인장특성편차 예측계산기가 전송된 폭방향온도와 공정조건에 대한 자료로부터 폭방향 인장특성을 계산하여 그 결과를 저장 및 출력하는 과정으로 이루어져 폭방향으로 발생하는 인장특성편차를 예측하는 것을 특징으로 하는 열간압연강판 제조시 폭방향 인장특성 예측방법.

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