KR100544718B1 - 후강판의 냉각 중 변태온도 및 미세조직 예측방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압연된 강판이 냉각 중 변태될 때의 변태 개시, 종료온도 및 상분율을 예측함으로써, 변태 발열과 변태 팽창을 판형상 예측에 이용할 수 있고, 또한, 최종 미세조직에 근거한 강재의 기계적 물성을 제어할 때에 적합한 변태 개시온도와 변태 후 미세조직을 예측하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 후판강재의 냉각 중 변태개시온도와 냉각 후 미세조직을 예측하는 방법에 있어서, 상기 후판강재의 변태전의 미세조직으로부터 변태 개시온도를 예측하는 단계; 상기 후판강재의 냉각 후의 페라이트 체적분율을 예측하는 단계; 상기 변태 개시온도, 페라이트 체적분율, 및 변태속도상수를 통하여 변태곡선을 구한 후, 각 상의 체적분율 및 평균변태 온도를 구하는 단계; 및 상기 값들을 사용하여 페라이트 입경을 예측하는 단계;를 포함하는 미세조직 및 변태온도 예측방법을 제공한다.

페라이트, 입경, 체적분율, 미세조직, 변태, 변태개시온도

Description

후강판의 냉각 중 변태온도 및 미세조직 예측방법{PREDICTION METHOD OF TRANSFORMATION TEMPERATURE AND MICROSTRUCTRES OF HOT ROLLED PLATE}

도 1은 본 발명에 의한 변태개시온도 및 미세조직 예측방법의 흐름도이다.

도 2는 종래의 미세조직 예측방법의 흐름도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가공후의 연속냉각 변태실험을 도시한 그래프도이다.

도 4는 본 발명의 변태개시온도의 측정치와 예측치를 비교한 그래프도이다.

도 5는 종래의 페라이트 체적분율 예측치를 측정치와 비교한 그래프도이다.

도 6은 본 발명에 의한 페라이트 체적분율 예측치를 측정치와 비교한 그래프도이다.

도 7은 종래의 방식에 의한 페라이트 입경 예측치를 측정치와 비교한 그래프도이다.

도 8은 본 발명에 의한 페라이트 입경 예측치를 측정치와 비교한 그래프도이다.

본 발명은 압연된 강판이 냉각 중 변태될 때의 변태 개시, 종료온도 및 상의 체적분율을 예측함으로써, 변태 발열과 변태 팽창을 판형상 예측에 이용할 수 있고, 또한, 최종 미세조직에 근거한 강재의 기계적 물성을 제어할 때에 적합한 변태 개시온도와 변태 후 미세조직을 예측하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 열간 압연된 후판재의 인장강도, 항복강도, 연신율, 저온 인성 등은 강의 미세조직, 특히 페라이트 입계와 상의 체적분율에 크게 의존한다. 그런데 페라이트 입경은 가열로에서 재가열할 때의 오스테나이트 입성장, 매 압연 패스 후의 회복, 재결정 그리고 냉각과정에서 일어나는 변태 등이 연속적으로 작용되어 최종결정되는 것이다. 그러므로 최종 미세조직을 예측하기 위해서는 가열, 압연, 냉각 등의 각 공정에서 강판의 내부에서 일어나는 미세조직 변화를 추적 예측할 필요가 있으며, 특히 냉각 중에 일어나는 변태 거동을 정확하게 예측할 필요가 있다. 또한, 냉각중에 일어나는 열수축의 부위별 차이에 의하여 냉각 후에 판변형이 일어날수 있는데, 이를 예측, 제어하기 위해서는 부위별 변태 개시 시점이나 변태 온도를 정확히 예측할 필요가 있다.

이러한 이유로 종래에 변태 거동을 예측하는 기술들이 공지되어 있는데, 예를 들면, 일본국 특개소 61-199510호, 58-199613호 및 58-125312호 등이다. 그런데 이들 기술들은 냉각중의 변태 거동을 기술할 때 항온변태실험(온도를 일정하게 유지시키고, 유지시간을 변화시키면서 미세조직을 관찰한 결과)에 이용되는 변태 방정식을 적용한 기술이다. 이러한 방정식은 강판의 온도가 연속적으로 감소하는 냉 각중의 변태에서는 예측정도가 떨어지는 단점이 있다. 즉, 냉각중인 강재의 온도가 일정하다고 가정하여, 일정온도에서의 변태량을 예측하고 이를 시간에 따라 누적시킨 양을 최종 변태분율로 가정하여 적용한 기술인 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여는 압연 후 공냉 혹은 수냉 중에 일어나는 온도강하를 별도로 고려하여 연산을 수행하여야 한다. 즉, 냉각 중인 강재의 온도가 일정하다고 가정하여, 일정한 온도에서의 변태량을 예측하고, 이를 시간에 따라서 누적시킨 양을 최종 변태분율로 가정해서 적용한 기술로써, 이와 관련된 공지기술로는 일본국 특개평 9-292391, 97-292391,99-21626등이 있다.

그러나 이러한 기술은 실험식을 적용할 때에 합산 법칙 등의 별도의 가정을 도입해야 하므로, 예측 능력이 떨어지게 마련이고, 특히 압연 패스간 유지시간이 짧은 선재나 열연 스트립 공정에서는 패스간 온도강하가 작으므로 큰 오차없이 적용할 수 있는 기술이지만, 압연 패스시간이 긴 후판공정에서는 적용할 수 없는 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 후판 압연 후 연속적으로 공냉 혹은 수냉되는 강판의 변태 개시온도와 변태 후의 미세조직을 정확하게 예측하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명은 후판강재의 냉각 중 변태개시온도와 냉각 후 미세조직을 예측하는 방법에 있어서, 상기 후판강재의 변태전의 미세조직으로부터 변태 개시온도를 예측하는 단계; 상기 후판강재의 냉각 후의 페라이트 체적분율을 예측하는 단계; 상기 변태 개시온도, 페라이트 체적분율, 및 변태속도상수를 통하여 변태곡선을 구한 후, 각 상의 체적분율 및 평균변태 온도를 구하는 단계; 및 상기값들을 사용하여 페라이트 입경을 예측하는 단계;를 포함하는 미세조직 및 변태온도 예측방법에 관한 것이다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

먼저 변태거동을 해석할 때에 종래의 경우는 다음과 같은 절차를 따르게 된다. 압연된 강재가 냉각시의 변태과정을 거치면서 가지게 되는 최종 미세조직은 성분 및 냉각조건에 따른 변태 거동에 따라 변화하게 된다. 그러므로 미세조직을 예측하기 위해서는 냉각시의 변태 거동을 해석하는 기술이 필요한데, 종래의 기술에서는 다음과 같은 절차를 따른다.

1) 성분 및 냉각조건에 의한 온도 이력을 계산하고,

2)미소 시간 동안의 온도 강하를 계산하고,

3) 미소구간에서의 온도는 일정하다는 가정하에 변태량 증분을 계산한다.

4) 이를 시간에 대하여 구분 구적법을 이용하여 누적시켜서 최종 변태 분율과 변태 종료온도를 예측한다.

5) 변태 개시온도와 변태 종료온도의 체적분율을 고려한 평균값으로 평균 변 태 온도를 계산한다.

6) 다음의 식(1)에 의거하여 평균 페라이트 입경을 구한다.
(식 1)

Dα= a*Sv^b*TmF^C*Vf^d

(여기서 Dα: 페라이트 입경,

Sv:변태 유효계면적,

TmF:페라이트 평균변태온도,

Vf: 페라이트 체적분율,

a,b,c,d: 파라미터)

이상의 과정을 제 2도에 나타내었다.

종래와 같은 방법은 두 가지 이유에서 예측 능력에 한계가 있을 수 있다.

첫째는 현장 압연재 생산시의 냉각조건은 연속적으로 온도가 강하하는 연속냉각 조건인데 비하여, 종래기술에서 적용한 방정식은 항온변태 실험에 근거한 실험치를 회귀 분석하여 적용한 것으로 시간 미소구간 길이를 변화시킴에 따라 예측 오차가 발생할 수 있으며, 매우 짧은 구간으로 나누어서 계산하게 되면 예측에 필요한 연산 시간이 길어지는 단점이 있다.

둘째는 각 상의 경도 및 페라이트 입경을 예측할 때에 중요한 인자인 평균 변태 온도를 계산할 때에 종래의 기술로는 변태개시온도에서 종료온도까지의 단위시간당 변태량을 시간 분율에 곱한 값의 합을 사용하고 있는데, 이는 평균 변태온도를 산출할 때에 큰 오차를 유발할 가능성이 있다.

반면, 본 발명에서는 제 1도에 나타낸 것과 같이 다음의 절차를 따른다.

1)성분과 냉각속도의 함수로서 변태 속도 상수 (Kf), 상의 체적분율 (Vf)를 구한다. 변태 속도 상수( Kf)를 구하는 방법에 대해서는 기 심사 청구된 출원번호 96-70106호에 자세히 서술되어 있는 기존의 방법을 사용한다. 상의 체적분율 Vf및 변태개시온도 Ar3는 냉각속도 및 오스테나이트 상태에 따라 결정되는 값으로 다양한 강종, 압하 상태 변화 및 냉각속도하에서 변형 후 연속 냉각실험한 결과를 조성하여 오스테나이트 상태 변수 및 냉각속도의 함수로 회귀 분석하여 구한다.

2) 상기의 3가지 값, 즉 상의 체적분율, 변태개시온도, 변태속도상수를 정하면 임의의 조성, 임의의 냉각속도, 임의의 오스테나이트 상태에서의 냉각시 변태 곡선을 구할 수 있는데, 이에 따라 페라이트, 퍼얼라이트, 베이나이트 등의 각 상의 체적분율과 평균변태온도를 구한다.

3) 식(1)에 의하여 평균 페라이트 입경을 구한다. 즉, 아래와 같은 식을 이용하는 것이다.
(식 1)

Dα= a*Sv^b*TmF^C*Vf^d

(여기서 Dα: 페라이트 입경,

Sv:변태 유효계면적,

TmF:페라이트 평균변태온도,

Vf: 페라이트 체적분율,

a,b,c,d: 파라미터)

이하, 본 발명에 의한 변태개시온도, 상의 체적분율 및 페라이트 평균 입경의 예측정도를 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

실시예

본 발명에서 제시된 상의 체적분율 및 평균입경 예측식의 정확도를 종래의 기술과 비교하기 위하여 C:0.05%~0.2%, Mn: 0.5%~2.0% 범위에서 조성을 변화시킨 총 16개 강종에 대하여 냉각속도를 1 ~30 ℃/sec로 변화시켜 총 96개의 연속냉각 변태 실험을 행하였다. 이에 대한 실험 방법은 제 3도에 나타내었다.

변태전 오스테나이트 상태에 변화를 주기 위하여 일부 시편의 경우는 최대 20%까지 압하를 한 후에 변태 시켰다. 이 때의 변태 전 오스테나이트 입경은 급냉실험을 통해서 관찰하였는데 40㎛~110㎛ 범위에서 변화하였다.

본 실시예에서는 변태종료 후의 미세조직을 관찰하여 상의 체적분율 및 평균 입경을 측정하였다. 이 때 변태개시온도 Ar3값과 페라이트 체적분율 Vf를 조성, 오스테나이트 입경, 냉각속도에 대하여 회귀분석하면 식(2) 및 식 (3)으로 표현되는 예측식을 얻는다.
(식 2)

Ar3=a-b*(탄소량)-c*(망간함량)-d*(냉각속도)0.5-e*exp(f*(오스테나이트 입경))
(식 3)

Vf= g+h*(탄소량)+i*(망간함량)+j*log(냉각속도)

(여기서, a,b,c,d,e,f,g,h,i,j 는 상수)

이상의 본 발명에서의 변태개시온도 및 미세조직 예측결과와 실험적 측정치 그리고 종래기술에 의한 예측값과 비교하면 다음과 같다.

제 4도는 2식에 의하여 예측된 변태개시온도와 실측치를 비교한 것으로 오차범위내에서 예측결과가 매우 우수함을 알 수 있다.

제5도는 종래의 기술에 의하여 예측된 미세조직 중에서 페라이트 체적분율을 도시한 것이다. 세로축은 조성, 냉각속도, 오스테나이트 입경을 변화시키면서 연속냉각 변태 시험한 후의 페라이트 체적분율을 나타내며, 가로축은 종래기술에 의하여 예측한 페라이트 체적분율을 나타내었다. 제6도는 제5도와 동일한 측정치에 대하여 본 발명에 의하여 예측한 결과를 보여준다. 도 6에서는 도 5보다 밀집되어 분포되는 것을 볼 수 있다. 따라서 종래기술에 의한 것보다 예측정도가 우수함을 알 수 있다.

제7도, 제8도는 페라이트 입경(FGS)에 대한 예측치를 실측치에 대하여 도시한 것으로, 제7도는 종래의 기술에 의한 예측치이고, 제8도는 본 발명에 의한 예측치를 나타낸다. 도면에서 비교할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 페라이트 입경 예측 결과가 종래 기술에 의한 예측결과보다 월등하게 예측 능력이 우수함을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 후판 강재의 냉각 중 변태 거동과 최종 미세 조직을 정확하게 예측하여 변태 발열과 변태 팽창 등을 고려하여 판 변형 해석에 이용할 수 있고, 최종 미세조직을 예측, 제어하여 강판의 최종 물성을 적절하게 제어할 수 있는 효과가 있는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (4)

1. 후판강재의 냉각 중 변태개시온도와 냉각 후 미세조직을 예측하는 방법에 있어서,

   상기 변태 개시온도 Ar3를 하기 식(2)에 의하여 예측하는 단계;

   (식 2)

   Ar3=a-b*(탄소량)-c*(망간함량)-d*(냉각속도)0.5-e*exp(f*(오스테나이트 입경))

   (여기서, a,b,c,d,e,f 는 상수임)

   상기 후판강재의 냉각 후의 페라이트 체적분율을 예측하는 단계;

   상기 변태 개시온도, 페라이트의 체적분율, 및 변태속도상수를 통하여 변태곡선을 구한 후, 각 상의 체적분율 및 평균변태 온도를 구하는 단계; 및

   상기 값들을 사용하여 페라이트 입경을 예측하는 단계를 포함하는 후강판의 냉각 중 미세조직 및 변태온도 예측방법.
2. 제 1항에 있어서, 페라이트 입경은 하기 식(1)에 의하여 구해지는 것을 특징으로 하는 후강판의 냉각 중 미세조직 및 변태온도 예측방법.

   (식 1)

   Dα= a*Sv^b*TmF^C*Vf^d

   (여기서 Dα: 페라이트 입경, Sv:변태 유효계면적, TmF:페라이트 평균변태온도, Vf: 페라이트 체적분율, a,b,c,d: 파라미터)
3. 삭제
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 냉각 종료 후의 페라이트 체적분율은 하기 식(3)에 의하여 구해지는 것을 특징으로 하는 후강판의 냉각 중 미세조직 및 변태온도 예측방법.

   (식 3)

   Vf= g+h*(탄소량)+i*(망간함량)+j*log(냉각속도)

   (여기서, g, h, i, j 는 상수임)

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