KR100437636B1

KR100437636B1 - 소재표면의 겹침흠 제거방법

Info

Publication number: KR100437636B1
Application number: KR10-1999-0064511A
Authority: KR
Inventors: 이영석
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 1999-12-29
Publication date: 2004-06-26
Also published as: KR20010064336A

Abstract

본 발명은 선재압연공정에서 최소의 단면 감면율 하에서 압연방법(pass schedule)과 압연롤의 형상을 적절히 변경하여 아크 용접봉용(POSWELD2B) 선재 표면의 겹침흠을 방지하기 위한 방법에 관한 것으로서, 제한된 단면적 감면률에서 아크 용접봉용(POSWELD2B)소재에 겹침흠이 발생하는 것을 막는 압연방법을 제공함에 있다.

상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 가열로를 빠져나온 빌레트를 공형압연을 시작할 때 1, 2번 스탠드에서의 압연방법을 2-R타원형(oval)- 2-R타원형(oval) 공형(Groove)을 사용하여 압연하는 것을 특징으로 한다.

Description

소재표면의 겹침흠 제거방법{Folding defects removal method of sheet surface}

본 발명은 선재압연공정에서 최소의 단면 감면율 하에서 압연방법(pass schedule)과 압연롤의 형상을 적절히 변경하여 아크 용접봉용(POSWELD2B) 선재 표면의 겹침흠을 방지하기 위한 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 본 발명자가 기제출한 대한민국 특허출원번호 제98-62090호의 SCM435 선재표면의 겹침흠 제거를 위한 조압연 1, 2번 스탠드의 2-R타원(oval) -2-R 타원(oval) 공형(groove) 압연방법이 있다.

그러나, 상기의 기술은 아크 용접봉용(POSWELD2B) 선재표면의 겹침흠의 겹침흠 제거에 대한 문제점이 발견되어 이에 대한 개선발명을 제시하고자 한다.

본 발명은 선재압연공정의 조압연 라인(rough rolling line)에서 최소의 단면 감면율 하에서 아크 용접봉용(POSWELD2B) 선재표면의 겹침을 방지하기 위해서 공형설계를 기존의 것과는 다르게 하고자 하는 것이다.

선재압연은 열간 상태에서 빌레트를 수십개의 압연스탠드를 거치면서 원하는 형상으로 만들어 내는 압속압연공정이다.

그러나, 일반적인 판압연 공정과는 달리 각 스탠드(패스)별로 압연롤의 형상이 일정하지 않고 압연시 폭방향으로 소재의 유동이 허용된다. 가장 세계각국에서 도입되어 있는 일반적인 선제압연방법은 타원형-원형(oval-round)패스 또는 정사각형-마름모형(square-diamond)이다.

빌레트가 가열로에서 나와 1번 스탠드의 상자형(Box)의 압연롤에 제일 처음 압연되고, 그 다음 2번 스탠드의 타원형 패스(oval pass)에서 압연되고, 3번 스탠드의 원형 패스(round pass)에서 압연된 후, 타원형 - 원형 패스(oval-round pass)가 반복되면서 최종제품 사이즈별로 다른수의 스탠드를 거치면서 원하는 단면크기의 최종제품을 생산하게 된다.

도 1, 2, 3에서 상자형(Box), 타원형(oval) 그리고 원형(round)공형의 설계변수(design parameter)들을 보여주고 있다.

현재 포항제철소의 1, 2, 3 선재공장들이 모두 이 압연방법에 따라서 단면형상이 둥근 선재제품을 만들어 내고 있다.

도 4에서는 압연전의 빌레트 단면과 1번 스탠드에서의 상자(box)공형의 중첩(oval lap)모양을 보여주고 있다.

그리고, 도 5에서는 1번 상자형 패스 이후의 소재의 단면과 2번 스탠드의 2-R 타원형 공형단면을 과정별로 중첩(ovarlap)한 것을 보여주고 있다.

도 5에서 보이는 것과 같이, 공형의 가장자리보다 양 어깨(shoulder)부위에 압하력이 많이 걸린다는 것을 알 수 있고 소재의 전체적인 변형이 고르지 못하다는 것을 보여준다.

도 5가 압연중 소재가 변형되지 않는 것을 묘사한 반면에, 도 6은 2번 스탠드의 2-R타원형 패스 압연중 소재가 변형되고 있는 상태를 묘사하고 있다.

도 6의 (a)는 1번 상자형 패스 이후의 소재가 2번 스탠드의 2-R 타원형 공형에 치입되는 모습이고, 도 6의 (b)에서 소재가 압연이 되는데 공형의 롤 갭(rollgap) 쪽에서 소재의 자유표면이 오목(concave)해지고 있는 모습을 보여주고 있다. 도 6의 (c)에서는 2-R 타원형 패스 압연의 마지막 단계인데, 여전히 오목(concave)하게 생기고 있는 모습을 보여주고 있는 형상으로 압연된다.

도 7에서는 실제 압연시 2번 타원형 패스 이후의 소재단면 형상을 보여준다. 도 8에서는 3번 스탠드 패스에서의 압연과정을 묘사하고 있다. 도 8의 (a)는 2번 2-R 타원형 패스 이후의 소재가 원형공형에 치입되는 순간을 묘사하고 있고, 도 8의 (b)는 그것의 중간과정이다. 도 8의 (c)에서는 롤부위에 겹침흠이 생기는 모습을 보여준다.

그러나, 상기한 바와 같은 방법에서는 겹침흠이 오목한 부위의 모서리(edge)부분의 소재(material)가 원형공형의 롤 갭(rollgap)방향으로 유동하지 못하고, 롤 머리(roll head)쪽으로 흘러가면서 결국은 겹침흠이 제품표면에 남게 되는 문제점이 있다.

즉, 6mm두께 이상의 후판 강재를 용접할 때 사용되는 아크 용접봉용 선재는 0.15~0.25%의 타이타늄(Ti)을 첨가한 0.2%이하의 탄소를 함유하는 바, 표 1(아크 용접봉용 선재의 화학성분표)에서와 같이 압연시 저탄 합금강의 기계적 성질이 상온(30도 이하)압연 때 보다 반대의 현상이 나온다.

아크 용접봉용(POSWELD2) 같은 저탄소강의 변형저항이 중, 고탄소강보다 높게 나온다. 이로 인해 예상치 않은 문제가 최종제품에 나타날 수 있고, 그 중의 하나가 아크 용접봉용의 높은 변형저항값으로 인한 소재표면의 겹침흠이다.

화학성분	C	Si	Mn	P	S	N	Ti
Wt.%	0.07	0.9	1.6	0.02	0.02	0.007	0.21

상기한 바와 같은, 겹침흠 문제를 쉽게 해결하는 방법은 1, 2번 스탠드에서 단면감면률을 많이 주면 되는데, 그러나, 1번과 2번 스탠드의 구동력(motor power)이 충분하지 못하면 단면감면률에도 한계가 있다.

이러한 겹침흠은 최종제품 생산후 제품의 한부분을 절단해서 압축시험을 하면 소재표면에 균열로 나타나게 되는 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제한된 단면적 감면률에서 아크 용접봉용(POSWELD2B)소재에 겹침흠이 발생하는 것을 막는 압연방법을 제공함에 있다.

도 1은 상자형 공형(BOX groove)의 설계변수이고,

도 2는 타원(Oval)(1-R, 2-R) 공형(groove)의 설계변수들이고,

도 3은 원형공형(Round groove)의 설계변수들이고,

도 4는 압연전의 상자형 공형과 빌레트이고,

도 5는 변형되지 않는 소재를 바탕으로 한 2-R 타원(oval)공형의 압연과정의 도식도이고,

도 6은 변형되는 소재를 바탕으로 한 2-R(oval)공형의 압연과정의 도식도이고,

도 7은 2번 스탠드 출측소재의 단면형상이고,

도 8은 변형되는 소재를 바탕으로 한 원형공형의 압연과정과 응력상태 도식도이고,

도 9는 변형되는 소재를 바탕으로 한 2-R 타원공형의 압연과정과 응력상태 도식도이며,

도 10은 본 발명에 따른 2-R 타원(oval) -2-R 타원(oval) 압연과정의 공형 도식도.

상기한 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 가열로를 빠져나온 빌레트를 공형압연을 시작할 때 1, 2번 스탠드에서의 압연방법을 2-R타원형(oval) -2-R타원형(oval) 공형(Groove)을 사용하여 압연하는 것을 특징으로 한다.

도 9에서는 상자형 패스압연에 있는 2-R압연에서 소재의 자유표면에 오목함( concave)이 발생되는 현상을 이론적으로 해석하기 위하여, 2-R타원형 압연과정에서의 응력상태를 압연 과정별로 간략히 나타내었다.

도 9의 (a)에서 보면 1번 상자형 패스 이후의 소재의 단면이 2번 스탠드의 2-R 타원형 공형에 치입되는 순간부터 양옆의 요소(element)에는 수평과 수직방향으로 압축이 걸리게 되고, 소재 중앙의 요소(element)에는 수평방향으로는 압축력이 수직방향으로 인장력이 걸리게 된다.

즉, 도 9에서도 보이는 바와 같이, 압연초기에 소재 중앙부위의 자유표면과 롤 머리(head)부위는 떨어져 있게 된다. 이 소재 중앙부위의 자유표면과 롤 헤드부위의 거리 차이 때문에 소재 양옆이 자유표면에서는 소재가 일정하게 퍼져나가지 못해서 오목함(concave)이 생기게 되는 원인을 제공하게 된다.

그래서, 도 9의 (b)에서 보는 바와 같은 소재의 형상이 생성되고, 도 9의 (b)에서는 공형의 머리부위와 소재의 위쪽면이 모두 접촉하고 있으므로, 양옆의 중앙의 요소(element)에서는 수직방향으로는 압축이 걸리고 수평방향으로는 인장응력이 걸리고 있다.

중앙의 요소(element)에서 보면 수직 및 수평방향으로는 응력의 방향이 바뀌고, 양옆의 요소(element)에서는 수평방향으로의 응력의 방향이 바뀐다.

압연이 계속되면서 소재는 양옆으로 더 퍼져나가지만, 도 9의 (a)에서 형성된 오목함(concave)은 소재중앙의 요소(element)에서 보면 수직방향 압축응력이 양옆의 요소(element)에서의 수직방향 압축능력보다 작기 때문에 자유표면에서의 오목함(concave)은 크게 개선되지 않는다.

도 9의 (c)에서는 2번 스탠드의 2-R 타원형 최종단계의 압연의 도식도인 바, 소재내의 응력상태는 도 9의 (b)의 상태와 비슷하나 압축 및 인장능력이 도 9의 (b)의 경우와 비교해서 모두 증가된 것이다. 여기서, 하나 주의해야 할 것은 롤 갭을 줄여주면 자유표면의 오목함(concave)은 해소된다는 사실이다.

그러나, 2선재공장의 1번 스탠드(18.8%)와 2번 스탠드(14.6%)의 단면감면률 한계를 고려하면 롤갭(roll gap)변경만으로는 겹침흠이 제거되지 않는다. 여기서, 오목함(concave)의 정도를 나타내는 변수(parameter)를 "δ"라고 정의하고 도 9의 (c)에 나타내었다.

따라서, "δ"가 영(zero)에 가까우면 좋은 압연공정이 되고, 다음 원형 패스에서 겹침흠이 생기지 않는다. "δ"가 음의 수(negative number)가 되면 소재의 표면이 볼록함(convex)이 된다는 말이고, 표면의 겹침흠 문제를 고민하지 않아도 된다고 말할 수 있다.

예를 들어, 겹침흠 문제에 대한 근본적인 해결책은 도 10에서 보이는 바와 같이, 1, 2번 스탠드의 상자형-타원형(2-R)의 압연방법(pass schedule)을 타원형(2-R)-타원형(2-R)로 바꾸는 것이다.

상자형-타원형(2-R)의 근본적인 문제는 상자형 공형과 타원형(2-R)공형의 곡률반경비(ratio of radius of curvature)(=p₂/p₁)가 아주 큰 값(100이상)이라는 사실이다.

본 발명자가 기발명한 타원형(2-R)-타원형(2-R) 압연방법의 경우, 곡률반경비(ratio of radius of curvature)(p₂/p₁)가 0.7 ~ 0.8이기에 2번 스탠드의 2-R타원형 패스 압연에서 오목함(concave)이 생기지 않았다.

그러나, 아크 용접봉용(POSWELD2B) 소재압연의 경우에는 소재표면에 겹침흠이 나왔다.

이는 타원형(2-R)-타원형(2-R) 압연방법이라도 각종변화에 따라 소재표면에겹침흠 발생가능성이 있다고 말할 수 있다.

표 2(곡률 반경비 대 폭 협소)에 발명된 타원형(2-R)-타원형(2-R)압연공정 공형의 설계변수를 여러경우로 바꾸면서 실험을 하여서 곡률 반경비(ratio of radius of curvature) “p₂/p₁”와 오목한 변수(concave parameter)"δ"의 상관관계를 구했다(도 9 및 도 10 참조).

결론적으로 말하면, 2번 스탠드 단면감면률 15.0%이하라는 제한하에서는 p₂/p₁=0.72 ~ 0.76이 가장 좋다는 결과가 나왔다.

다시 말하면, 아크 용접봉용(POSWELD2B) 소재압연의 경우 곡률 반경비의 설계허용 범위가 매우 타이트하다는 것을 알 수 있다.

p₂/p₁	δ
0.70	0.4mm	--→ 비교공정
0.74	0.3mm	--→ 발명공정

한편, 타원형(2-R)-타원형(2-R) 압연공정의 공형에서 구석반경비(ratio of corner radius)R₂/R₁도 벌징(bluging)형성에 역할을 한다. R₂/R₁(=0.872)를 1.0보다 작게 하면 소재의 모서리(edge)부위로의 유동을 억제시킴으로써 2번 스탠드 압연후 소재의 자유표면에 오목함(concave)발생을 막는데 기여한다. 또한, R₂/R₁이 0.88보다 크면 오목함(concave)발생의 가능성이 크다.

이상과 같이, 본 발명은 선재공장 조압연(roughing mill line)의 1, 2번 스탠드에서의 단면감면률이 제한되어 있기 때문에, 소재의 자유표면에 오목함(concave)이 생겨서 3번 스탠드 원형 패스에서 압연될 때 소재에 겹침흠이 발생하는데, 1, 2번 스탠드의 압연공정을 바꾸고 공형의 기하학적 설계를 최적화 하여 겹침흠이 없는 선재제품을 만드는데 효과가 있다.

Claims

삭제
가열로를 빠져나온 빌레트를 공형압연을 시작할 때 1, 2번 스탠드에서의 압연방법을 2-R타원형(oval) - 2-R타원형(oval) 공형(Groove)을 사용하여 압연하되, 상기 1번 스탠드[2-R 타원형] - 2번 스탠드[2-R 타원형] 공형의 곡률반경비(p₂/p₁)의 범위가 0.72 ~ 0.76인 것을 사용하여 압연하는 것을 특징으로 하는 소재표면의 겹침흠 제거방법.
제2항에 있어서, 상기 2번 스탠드에서의 단면감면률이 15% 이하인 것을 특징으로 하는 소재표면의 겹침흠 제거방법.