KR100368210B1 - 강판의 휨변형을 최소화하는 강판의 열간압연방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접구조용, 선체구조용 및 건축구조용등으로 널리 사용되고 있는 후강판을 제조할 때 자주발생하는 길이 방향 휨변형을 최소화할 수 있는 강판의 열간압연방법에 관한 것으로써, 강판의 압연과정중 마지막 압연직전에 강판 폭방향 온도분포를 측정하여 냉각후의 침량을 미리 예측하고 이를 보상하기 위하여 마지막 압연에서 역방향으로 강판을 휘게 압연하는 방법으로 강판이 완전히 냉각되었을 때 길이방향으로 곧은 강판을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 가장자리의 절단폭을 감소시킬 수 있어서 대폭적인 실수율 향상과 함께 경제적 손실을 감소 시킬 수 있는 강판의 열간압연방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 마지막 압연직전에 강판의 폭방향온도분포를 측정하고 이 온도분포가 강판 전체의 온도가 상온으로 되었을 때 발생시키는 열수축에 의한 휨량을 계산하여 열간압연기에서 마지막 압연을 할 때 압연롤의 좌우 간격을 조정하는 AGC(automatic gage controller)에서 간격을 수정하여 상온에서 발생되는 휨의 반대방향으로 같은 량의 변형이 생길수 있도록 압연하여 최종적으로 냉각되었을 때 얻어지는 강판은 휨이 거의 발생되지 않도록 강판을 열간압연하는 방법을 그 요지로 한다.

Description

강판의 휨변형을 최소화하는 강판의 열간압연방법

본 발명은 용접구조용, 선체구조용 및 건축구조용등으로 널리 사용되고 있는 후강판을 제조할 때 자주 발생하는 길이방향 휨변형인 캠버(camber)를 최소화할 수 있는 강판의 열간압연 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 강판을 가열, 압연 및 냉각할 때 생긴 강판의 온도분포를 열간압연과정 중에서 측정하고, 측정된 온도분포중 폭방향 온도편차를 추출하여 강판이 냉각될 때 발생되는 열간수축에 의한 날판의 캠버(camber)를 예측하고 이를 최소화 할 수 있는 강판의 압연방법에 관한 것이다.

일반적으로 후강판은 연속주조 또는 강괴의 압연에 의하여 제조한 슬라브(slab)를 가열로에 장입하여 1150℃-1250℃로 재가열한 후 고온상태에서 압연을 하여 소정의 두께, 폭 및 길이를 맞추어 제조한다. 압연이 끝난 강판은 사용용도에 따라 강도와 인성을 확보하기 위하여 일정한 온도구간을 강제수냉시키기도 하며, 마지막으로 압연시에 발생된 판변형을 제거할 목적으로 열간교정을 행하여 평탄한 강판을 얻는다. 이와같이 제조된 강판은 냉각대에서 자연냉각으로 상온에 가까운 온도까지 냉각시키고 절단기에서 강판 선후단부의 불규칙한 부분인 크롭(crop)과 양쪽 가장자리를 잘라내고 소정의 길이로 분할하여 최종 제품을 만든다.

이러한 후강판의 제조공정에 있어서 슬라브의 가열, 강판의 압연 및 냉각시 판내의 온도편차가 발생되는데, 일반적으로 압연이 종료된 강판의 폭방향 온도분포는 제 1도의 (가)와 같이 강판 양쪽 가장자리 부분은 내부에 비하여 낮지만 내부는 폭방향으로 온도구배가 없는 분포를 갖는다. 그러나 슬라브(slab)의 가열과정에서폭방향으로 입열량이 다르거나 압연중 및 후의 냉각과정에서 폭방향으로 냉각량이 다를 때는 압연후 폭방향 온도분포가 제 1도의 (나)와 같이 된다. 이러한 온도분포중 제 1도의 (가)와 (나)에서 강판의 양쪽 가장자리 부분의 온도가 낮은 것은 압연시 강판의 중앙부는 강판 상하부로만 냉각이 이루어지지만 가장자리는 강판의 상하분뿐만 아니라 옆면으로도 냉각이 이루어지는 것에 기인한다. 그리고 제 1도의 (나)에서 강판의 폭방향으로 온도구배가 발생되는 것을 슬라브 가열시 슬라브를 폭방향으로 진행시키면서 가열하는데, 이때 슬라브의 진행방향과 가열버너(burner)화염 분사 방향이 서로 마주보고 있어서 버너의 화염에 가까운 쪽이 온도가 높게 되는 것에 기인하는 것이며, 일부 압연 및 수냉각중 폭방향으로 냉각량이 차이가 나서 발생되는 경우가 있다.

통상 후강판 제조시에 제 1도의 (나)와 같은 폭방향 온도구배가 발생되면 냉각시 강판이 길이방향으로 변형을 하게 된다. 제 2도는 강판이 압연직후에 제 1도의 (나)와 같은 폭방향 온도구배를 가질 때 냉각후 발생되는 강판의 형상과 잔류응력의 상태를 보여주는 모식도로서 냉각후 강판의 형상은 길이방향으로 활처럼 휘는 캠버(camber)변형을 하며, 잔류응력은 강판의 중앙부에서는 인장성분의 작은 응력이 발생되고, 가장자리 부근에서는 매우 큰 압축성분 응력이 발생된다. 이러한 강판의 변형과 잔류응력은 고온의 강판이 냉각될 때 발생되는 열수축량이 온도에 따라 다르기 때문에 발생되는 것으로서 온도가 높은 부위는 많이 수축하고 낮은 부위는 적게 수축하게 되어 전체적인 강판의 모양은 길이방향으로 휘게 된다. 이러한 변형상태의 강판의 선후단부와 가장자리의 일부분을 절단하여 제품을 만들 때 문제가 되는 것은 제 2도의 (나)와 같이 요구되는 제품의 크기를 얻을 수 없는 단점이 있다. 또한 변형된 강판에서 제품의 크기가 얻어진다고 할지라도 강판의 길이방향 중앙부에서는 양쪽 가장자리의 절단량이 다르기 때문에 폭방향으로 분포하는 잔류응력 상태가 바뀌어 2차변형을 유발시켜 제품의 진직도를 나쁘게 하는 문제가 있다.

따라서, 종래에는 폭방향으로 온도편차가 발생된 강판이 냉각과정에서 휠 경우를 대비하여 강판이 휘어도 제품의 크기가 얻어질 수 있도록 슬라브의 크기를 충분히 크게하여 제조하였다. 그러나 이와같이 슬라브의 크기를 크게하면 강판의 가장자리 부분의 잘라내는 양이 많아지기 때문에 강판의 제조 실수율이 낮아지고 이에 따른 제조비용이 높아져 경제적 손실이 매우 큰 문제점이 있다.

이에, 본 발명자는 상기한 종래방법들의 제반문제점을 개선시키기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 의해 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 강판의 압연과정중 마지막 압연 직전에 강판 폭방향 온도분포를 측정하여 냉각후의 휨량을 미리 예측하고 이를 보상하기 위하여 마지막 압연에서 역방향으로 강판을 휘게 압연 하는 방법으로 강판이 완전히 냉각되었을 때 길이방향으로 곧은 강판을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 가장자리의 절단폭을 감소시킬 수 있어서 대폭적인 실수율 향상과 함께 경제적 손실을 감소시킬수 있는 강판의 열간압연 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 강판의 열간압연 방법에 있어서,

최종압연직전에 강판의 폭방향온도분포를 측정하는단계;

하기식(1)과 같이 상기에서 측정된 폭방향 온도분포의 기울기(a)를 구하는 단계;

(여기서, N : 계산에 사용된 폭방향 온도측정개수

x : 온도 측정점의 폭방향 위치

T : 각 측정점의 온도)

상기와 같이 구한 온도 기울기(a) 및 판폭(W)을 이용하여 하기식(2)에 위해 압연강판의 폭방향 온도편차(△T)를 구하는 단계;

(여기서, c:양에지부에서 온도구배가 급격한 부분의 폭을 의미함)

상기와 같이 구한 온도편차(△T)를 이용하여 하기식(3)과 같이 열수축에 의한 강판의 휨곡률을 구하는 단계;

(α : 강의 열팽창계수)

최종압연시의 강판 목표 두께(t), 이 강판 목표두께와 양에지부 두께와의 두께편차(△t)를 이용하여 하기식(4a), (4b)에 의해 휨강판 외측길이(Lo)내측길이(Li)를 구하는 단계;

(여기서, L: 폭중심에서의 강판길이)

상기와 같이 구한 휨각판 외측길이(Lo) 및 내측길이(Li)를 이용하여 하기식(5)에 의해 최종압연 후의 강판의 휨곡률를 구하는 단계;

상기식(3)에서 구한 열수축에 의한 강판의 휨곡률T와 상기식(6)에 의해 구한 최종압연후의 강판의 휨곡률R를 같게 하여 강판목표 두께와 양에지부 두께와의 두께편차(△t)를 하기식(6)과 같이 구하는 단계;

상기와 같이 구한 두께편차(△t)를 이용하여 하기식(7)과 같이 최종압연시의 롤갭(S)을 구하는 단계; 및

(여기서, P:압연하중, M:밀정수(mill constant), B:압연롤 갭 자동조절장치(automatic gage contro ller) 사이의 거리)

최종압연시 롤갭을 상기(7)식에 의해 구한 롤갭이 되도록 조절한 다음, 통상의 방법으로 압연하는 단계를 포함하여 구성되는 강판의 휨변형을 최소화하는 강판의 열간압연방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따라 강판에 휨이 거의 발생되지 않도록 열간압연하기 위해서는 제 3도에 나타난 바와같이, 최종압연 직전에 폭방향온도측정기 등에 의해 강판의 폭방향 온도분포를 측정해야 한다.

다음에, 하기식(1)과 같이 상기에서 측정된 폭방향 온도분포의 온도기울기(a)를 구한다.

(여기서, N: 계산에 사용된 폭방향 온도측정개수

x: 온도 측정점의 폭방향 위치

T : 각 측정점의 온도)

이며, 상기 수식에서 사용되는 온도는 측정된 온도중 강판 양에지(edge)에서 50-100mm를 제외한 온도를 사용하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 100mm를 제외한 온도를 사용하는 것이다. 이는 강판 에지 근방에서의 온도는 강판 상하부뿐만 아니라 측면으로의 열이동이 있어서 이 부분의 온도가 급격하게 변하는데, 강판 좌우측의 온도가 대칭이어서 휨변형에 거의 영향을 미치지 않기 때문이다.

상기 온도기울기(a)는 최소자승법을 사용하여 구하는 것이 바람직하다.

다음에, 상기와 같이 구한 온도 기울기(a) 및 판폭(W)을 이용하여 하기식(2)에 의해 압연강판의 쪽방향온도편차(△t)를 구한다.

상기식(2)에서, c는 양에지부에서 온도구배가 급격한 부분의 폭을 의미하는 것으로써, 통상 한폭 에지부에서의 c값은 50-100mm 정도이다.

그리고, 상기(2)식에서 △T는 강판 길이방향으로 측정된 폭방향 온도의 횟수 만큼 계산하여 평균치를 사용하는 것이 바람직하다.

다음에, 상기와 같이 구한 온도편차(△T)를 이용하여 하기식(3)과 같이 열수축에 의한 강판의 휨곡률T을 구한다.

마지막 압연에서 강판을 반대방향으로 상기 곡율 만큼 휘게 압연하면 냉각후 강판은 휨이 없게 된다. 이와같은 압연을 하기 위하여는 강판의 폭방향으로 두께 구배를 주어서 압연을 하는데, 이는 마지막 압연에서 강판의 목표두께를 t라고 하였을 때 온도가 높은 쪽은 t-△t로 압연하고 온도가 낮은 쪽은 t+△t로 압연하여 강판을 휘게 한다. 여기에서 고온강을 비압축성으로 하였을 때 강판 내외측의 단위폭당 체적은 중심부에서의 체적과 같으므로 하기식(4)를 얻을 수 있고, 곡율은 하기식(5)로 구할 수 있으므로 하기식(4a) 및 (4b)를 하기식(5)에 대입하고 이를 상기식(3)과 같게 놓고 좌우측 두께 편차량 △t를 구하면 하기식(6)을 얻을 수 있다.

(여기서, Lo, Li, L : 각각 휨외측, 내측 및 폭중심에서의 강판길이

t: 마지막 압연에서 강판의 목표두께)

다음에, 상기와 같이 구한 두께편차(△t)를 이용하여 하기식(7)과 같이 최종압연시의 롤갭(S)을 구한 다음, 최종압연시 롤갭을 하기(7)식에 의해 구한 롤갭이 되도록 조절한 후, 통상의 방법으로 압연하므로써, 강판의 휨변형이 최소화된다.

(여기서, S: 롤갭(roll gap)

P:압연하중,

M:밀정수(mill constant),

B:압연롤 갭 자동조절장치 사이의 거리)

상기식(7)에서 온도가 높은 쪽에 음의 부호를 이용하고 낮은 쪽에 양의 부호를 이용하여 롤갭을 구하여 압연을 하면 폭방향으로 두께 구배를 줄 수 있으며 강판은 온도가 높은 쪽이 볼록한 형상으로 압연이 되고, 이러한 강판이 상온으로 냉각이 되면 온도가 높은 쪽이 더 많이 수축하기 때문에 강판은 곧게 펴지게 된다.

한편, 제 4도에는 본 발명을 구현하기 위한 열간압연장치에 대한 구성도의 일례가 나타나 있다.

본 발명에서는 제 4도와 같이 열간압연기 전면에 강판(4)의 폭방향 온도분포를 측정할 수 있는 폭방향 온도측정기(1)를 설치하여 마지막 압연직전에 강판의 폭방향 온도분포를 측정하고 이 온도분포가 강판 전체의 온도가 상온으로 되었을 때 발생시키는 열수축에 의한 휨량을 컴퓨터에서 계산하여 열간압연기에서 마지막 압연을 할 때 압연 롤(2)의 좌우 간격을 조정하는 AGC(automatic gage controller)(3)에서 간격을 수정하여 상온에서 발생되는 휨의 반대방향으로 같은 량의 변형이 생길수 있도록 압연하므로써, 최종적으로 냉각되었을 때 얻어지는 강판은 휨이 거의 발생되지 않게 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예

열간압연강판의 폭방향 온도구배에 의하여 발생되는 냉각시 열수축에 의한 휭변형을 방지효과를 보기 위하여 열간압연기 전면에 폭방향 온도분포를 측정할 수 있는 온도계를 설치하여 본 발명과 종래의 방법으로 압연을 하였다. 종래의 방법에서는 가열로에서 1250℃ 근방으로 가열한 스라브를 전체 압연과정에서 압연기 좌우측의 롤갭에 편차를 0으로 하여 압연을 하였으며, 본 발명의 방법에서는 마지막 압연직전까지는 일반적인 압연을 행하고 마지막 압연 직전에 폭방향 온도편차에 따른 입하량 편차량을 구한 후 압연기 좌우측의 롤갭을 계산하여 압연을 하였다. 압연시 압연기 좌우측 롤갭의 조정은 압연기 좌우측 하부에 설치되어 있는 AGC를 이용하여하였으며, 압연이 끝난 강판은 압연기 후면에 설치된 캠버측정기로 열간상태에서의 캠버를 측정하고 열간교정 과정을 거쳐 냉각대로 이송한 후 공냉을 시켰다. 공냉된 강판은 냉각대 출측에서 캠버를 측정하였으며, 그 결과를 하기표 1에 나타내었다.

[표 1]

상기표 1에 나타난 바와같이, 종래방법에 따라 열간압연한 종래예에서는 압연직후의 캠버량은 미소하지만 공냉이 되면 열수축 차이에 의하여 휨이 발생되기 때문에 냉각대 출측에서 휨량이 오히려 커지는 것을 볼 수 있다. 따라서 종래의 압연방법으로 압연한 강판은 추공정에서 절단이 어려울 뿐만 아니라 휨변형이 크게 발생된 강판의 경우에는 폭부족이 발생될 가능성이 있게 된다. 그러나, 본 발명에 따라 압연한 본 발명예에서는 압연직후에는 캠버가 발생되지만 이러한 캠버가 강판의 냉각과 더불어 점점 소멸하여 강판의 폭방향으로 온도구배가 거의 없는 냉각대 출측에서는 곧은 강판이 된 것을 알 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 종래의 압연방법에서 발생될 수 있는 폭부족을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 슬라브 설계시 슬라브의 단중을 감소시킬 수 있기 때문에 실수율 향상을 도모하여 생산비절감도 동시에 얻을 수 있는 효과가 있는 것이다.

제 1도 (가)는 폭방향으로 균일한 가열 및 냉각조건으로 제조된 열간압연 강판의 폭방향 온도분포의 일예를 나타내는 모식도

(나)는 폭방향으로의 가열 및 냉각조건이 불균일 할 때 발생되는 강판의 폭방향 온도분포를 나타내는 상태도

제 2도 (가)는 폭방향 온도편차가 있는 강판이 냉각되었을 때 열수축에 의하여 발생되는 휨변형의 형상 및 폭방향의 잔류응력의 분포를 나타내는 모식도

(나)는 폭방향 온도편차가 있는 강판이 냉각되었을 때 열수축에 의하여 발생되는 휨변형의 형상 및 제품채취의 모양을 나타내는 모식도

제 3도는 본 발명에 따라 강판을 열간압연하는 순서를 나타내는 순서도

제 4도는 본 발명을 구현하기 위한 열간압연 장치의 구성도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1... 폭방향 온도측정기 2... 압연기 롤(roll)

2... AGC(automatic gage controller) 4... 열간압연강판

Claims (2)

1. 강판의 열간압연 방법에 있어서, 최종압연직전에 강판의 폭방향온도분포를 측정하는 단계;

   하기식(1)과 같이 상기에서 측정된 폭방향온도분포의 기울기(a)를 구하는 단계;

   (여기서, N: 계산에 사용된 폭방향 온도측정개수

   x: 온도 측정점의 폭방향 위치

   T : 각 측정점의 온도)

   상기와 같이 구한 온도 기울기(a) 및 판폭(W)을 이용하여 하기식(2)에 의해 압연강판의 폭방향온도편차(△T)를 구하는 단계;

   (여기서, c:양에지부에서 온도구배가 급격한 부분의 폭을 의미함)

   상기와 같이 구한 온도편차(△T)를 이용하여 하기식(3)과 같이 열수축에 의한 강판의 휨곡률T을 구하는 단계;

   (α: 강의 열팽창계수)

   최종압연시의 강판 목표 두께(t), 이 강판 목표두께와 양에지부 두께와의 두께편차(△t)를 이용하여 하기식(4a), (4b)에 의해 휨강판 외측길이(Lo) 및 내측길이(Li)를 구하는 단계;

   (여기서, L: 폭중심에서의 강판길이)

   상기와 같이 구한 휨강판 외측길이(Lo) 및 내측길이(Li)를 이용하여 하기식(5)에 의해 최종압연 후의 강판의 휨곡률R를 구하는 단계;

   상기식(3)에서 구한 열수축에 의한 강판의 휨곡률T와 상기식(6)에 의해 구한 최종압연후의 강판의 휨곡률R를 같게 하여 강판목표 두께와 양에지부 두께와의 두께편차(△t)를 하기식(6)과 같이 구하는 단계;

   상기와 같이 구한 두께편차(△t)를 이용하여 하기식(7)과 같이 최종압연시의 롤갭(S)을 구하는 단계; 및

   (여기서, P:압연하중, M:밀정수(mill constant), B:압연롤 갭 자동조절장치(automatic gage controller) 사이의 거리)

   최종압연시 롤갭을 상기(7)식에 의해 구한 롤갭이 되도록 조절한 다음, 통상의 방법으로 압연하는 단계를 포함하여 구성되는 강판의 휨변형을 최소화하는 강판의 열간압연방법.
2. 제 1항에 있어서, 온도기울기(a)가 최소자승법에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 강판의 열간압연방법.