KR101040877B1

KR101040877B1 - 페라이트계 스테인리스강의 냉간압연 변형저항 예측방법

Info

Publication number: KR101040877B1
Application number: KR1020040099890A
Authority: KR
Inventors: 손성강
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2004-12-01
Filing date: 2004-12-01
Publication date: 2011-06-16
Also published as: KR20060061031A

Abstract

본 발명은 변형온도, 변형량 및 변형속도와의 함수관계를 이용하여 압연하중에 직접적인 영향을 주는 변형저항을 예측할 수 있는 페라이트계 스테인리스강의 변형저항 예측방법에 관한 것으로서, 페라이트계 스테인리스강에서 변형저항과 온도와의 관계를 구하는 단계; 변형저항과 변형율사이의 관계를 구하는 단계; 변형저항과 변형율 속도와의 관계를 구하는 단계; 변형저항을 온도, 변형율 및 변형율 속도와의 관계를 통합적으로 구하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하므로, 목적으로 하는 두께 및 형상의 페라이트계 스테인리스 제품을 제조할 수 있으며 비교적 정확한 압연조건을 사용하여 압연 생산성을 향상시킬 수 있다.

변형온도, 변형율, 변형율 속도, 변형저항

Description

페라이트계 스테인리스강의 냉간압연 변형저항 예측방법{Method for forcasting strain resistance in cold-rolling ferritic stainless steel}

도 1은 변형저항과 온도와의 관계는 나타내는 그래프도;

도 2는 변형저항과 변형율의 관계를 나타내는 그래프도;

도 3은 변형저항과 변형율 속도와의 관계를 나타내는 그래프도;

도 4는 변형율이 0.01인 조건에서 온도에 따른 변형저항의 변화를 나타내는 그래프도;

도 5는 변형율이 5.0인 조건에서 온도에 따른 변형저항의 변화를 나타내는 그래프도;

도 6은 압연하중의 실측치와 예측치를 비교하여 나타낸 그래프도.

본 발명은 페라이트계 스테인리스강의 냉간압연시 압연하중에 직접적인 영향을 미치는 변형저항을 예측하기 위한 방법에 관한 것이고, 더 상세하게 변형온도, 변형량 및 변형속도와의 함수관계를 이용하여 냉간압연시 압연하중에 직접적인 영향을 주는 변형저항을 예측할 수 있는 페라이트계 스테인리스강의 변형저항 예측방법에 관한 것이다.

일반적으로, 페라이트계 스테인리스강은 냉간압연시 열적 및 기계적 거동이 복합적으로 발생한다. 특히, 스테인리스 강판에 있어서, 소성변형은 온도와 밀접한 관계를 가지고 있으므로 롤 간극(gap)에서 강판의 소성 유동현상은 강판 내부의 온도 분포에 상당한 영향을 받는다. 강판 내부의 온도 분포는 강판 내부에서 발생하는 소성발열과, 롤과의 접촉에 의한 접촉 열전달과, 강판 자체의 유동에 의한 열전달 등의 영향을 받는다. 이때, 냉간압연시 강판의 열적 특성과 소성 유동의 밀접한 관계를 고려하기 위해서는 강판의 소성 유동과 온도분포의 연계 해석이 필요하다.

통상, 냉간압연시 페라이트계 스테인리스강판의 온도에 대한 영향을 무시하고 있다. 그러나, 냉간압연시 롤 간극에서 강판의 온도 및 받는 압력에 의하여 히트 스트레이크(heat streak) 등의 결함이 발생한다. 즉, 강판의 온도 상승은 롤 간극에서 윤활유의 점도감소를 유발한다. 그래서, 강판이 압력을 받고 있는 상태에서 강판의 온도가 증가하면, 윤활유막의 파단을 유발하여 히트 스트레이크 결함이 발생하게 된다. 따라서, 냉간압연시 강판에 대한 온도 영향을 고려하는 것이 중요하다.

또한, 페라이트계 스테인리스 냉연강판의 표면, 형상 및 기계적 성질 등은 냉간압연시 변형온도, 변형량 및 변형속도, 변형저항 등과 같은 공정 변수에 크게 영향을 받는다. 상술된 공정 변수중 압연 하중에 직접적인 영향을 주는 인자는 변형저항이다. 그리고, 변형저항은 변형온도, 변형량 및 변형속도와 관계있다. 따라서, 정확한 압연하중 예측은 강판의 형상, 두께편차 등에 직접적인 영향을 주기 때문에 변형저항을 정확하게 예측하는 것은 중요한 의미를 갖는다.

특히, 냉간압연에 있어서 강판의 소성변형거동에 관련된 연구는 세계적으로 많았지만, 이러한 연구는 온도를 전혀 고려하지 않았다. 즉, 표면품질을 가장 우선적으로 고려하여야 할 페라이트계 스테인리스강 예를 들어 STS409L의 냉간압연시 온도영향에 대한 기술적 자료는 없는 실정이다.

본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 페라이트계 스테인리스강의 냉간압연시 압연하중을 정확하게 예측할 수 있도록 변형온도, 변형량 및 변형속도에 기초한 변형저항을 정확히 예측할 수 있는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 페라이트계 스테인리스강의 냉간압연 변형저항 예측방법은 상기 페라이트계 스테인리스강의 냉간압연시 변형저항과 온도와의 관계를 구하는 단계; 상기 페라이트계 스테인리스강의 냉간압연시 변형저항과 변형율 사이의 관계를 구하는 단계; 상기 페라이트계 스테인리스강 의 냉간압연시 변형저항과 변형율 속도와의 관계를 구하는 단계; 변형저항을 온도, 변형율 및 변형율속도와의 관계로부터 하기의 식,

을 도출하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

페라이트계 스테인리스강의 냉간압연시 변형저항을 예측하기 위하여, 중량%로, Cr: 10~11.5%, C: 0.03% 이하, Si: 1.0% 이하, Mn: 1.0% 이하, P: 0.04% 이하, S: 0.03% 이하, Ni: 0.6% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불순물을 함유하고 있는 409L강을 사용하였다.

그리고, 409L강을 냉간압연시 압연하중에 직접적인 영향을 미치는 변형저항을 예측하기 위하여, 변형저항과 온도, 변형량 및 변형속도와의 상관관계를 하기와 같은 방식으로 구하였다.

먼저, 409L강의 냉간압연시 변형저항(σ)과 온도(T)의 관계는 도 1의 그래프에 나타나 있으며, 상기 그래프에서 log(σ)는 1/T와 선형관계를 나타내고 있으며 이로부터 하기 식 (1)을 유도한다.

σ = Aexp(Q/RT) ------ (1)

여기에서, A는 상수, Q는 활성화 에너지, T는 온도이다.

그리고, 상기 그래프의 선형관계로부터 활성화에너지(Q)는 1427J/mol임을 알 수 있다.

또한, 409L강의 냉간압연시 변형저항(σ)과 변형율(ε)의 관계는 도 2와 같이 나타낼 수 있고, 상기 그래프에서 log(σ)와 log(ε)는 선형관계를 나타내고 있으며, 이로부터 하기 식(2)를 유도한다.

σ = Aεⁿ ------ (2)

여기에서, A는 상수, n는 0.105이다.

409L강의 냉간압연시 변형저항(σ)과 변형율속도(

)의 관계는 도 3과 같이 나타낼 수 있고, 상기 그래프에서 log(σ)과 log(

)는 선형관계를 나타내고 있으며, 이로부터 하기 식(3)을 유도한다.

------ (3)

여기에서,

=0.01, m = 0.0145 이다.

이때, 상기 식 (1), (2) 및 (3)으로부터, 변형저항(σ)과 온도(T), 변형율(ε) 및 변형율속도(

)의 관계는 하기 식 (4)과 같이 나타낼 수 있다.

------ (4)

한편, 도 4로부터

=0.01일 때, ε≤0.07과 ε≥0.07 의 조건에서 A' 값이 하기와 같음을 알 수 있다.

즉: A' = 545 ε≤0.07

A' = 393 ε≥0.07

물론, A'의 상술된 값은 도 5로부터

=0.05일 때에도 ε의 값에 따라서 동일하다는 것을 알 수 있다.

그리고, 상술된 A' 값을 상기 식 (4)에 대입하면, 변형율에 따른 변형저항의 식은 ε의 값에 따라서 하기와 같이 나타낼 수 있다.

ε≤0.07

ε≥0.07

[실시예]

본 발명의 경우 상기에서 구한 수식들을 이용하여 냉연 공장에서 생산된 페라이트계 스테인리스 409L강에 대한 수식 검증을 하였다. 이 때 사용된 실측 값은 36개이며, 이는 도 6에서 실측치와 예측치 간의 상관관계로 표시하였다. 여기서 실측치라 함은 냉연 공장에서 생산된 코일에 대한 압연하중 결과이다. 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따르면 예측치와 실측치간에 매우 우수한 상관관계를 나타내고 있으며 실측치와 예측치간의 편차도 ±5% 이내임을 알 수 있다.

그리고,, 온도, 변형율, 변형율속도에 따른 실측과 예측된 변형저항의 변화는 도 4와 도 5에 나타내었으며, 잘 일치하는 결과를 얻었다.

상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 본 발명의 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

이상과 같이 본 발명은 페라이트계 스테인리스 409L강의 압연하중을 정확히 예측 하므로써, 목적으로 하는 두께 및 형상의 제품을 정확히 제조할 수 있으며 비교적 정확한 압연 조건을 사용하여 압연 생산성을 향상시킬 수 있고, 더욱이 이런 모델을 사용함에 있어서도 실수율 및 생산성을 향상시킬 수 있어 제조 원가의 저하를 도모할 수 있는 등, 그 효과가 매우 크다고 하겠다.

Claims

페라이트계 스테인리스강의 냉간압연시 변형저항을 예측하는 방법에 있어서,

상기 페라이트계 스테인리스강의 냉간압연시 변형저항과 온도와의 관계를 구하는 단계;

상기 페라이트계 스테인리스강의 냉간압연시 변형저항과 변형율 사이의 관계를 구하는 단계;

상기 페라이트계 스테인리스강의 냉간압연시 변형저항과 변형율 속도와의 관계를 구하는 단계;

변형저항을 온도, 변형율 및 변형율속도와의 관계로부터 하기의 식(1),

‥‥‥‥‥(1)

(여기에서,
=0.01임)

을 도출하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강의 냉간변형저항 예측방법.
제1항에 있어서,

상기 식에서,
=0.01일 때, ε≤0.07이면, A'은 545의 관계를 만족하여 변형저항과 온도와의 관계는 하기 식 (2),

‥‥‥‥ (2)

을 만족하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강의 냉간변형저항 예측방법.
제1항에 있어서,

상기 식에서,
=0.01일 때, ε≥0.07이면, A'= 393의 관계를 만족하여 변형저항과 온도와의 관계는 하기 식 (3),

‥‥‥‥ (3)

을 만족하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강의 냉간변형저항 예측방법.
제1항에 있어서,

상기 변형저항과 온도와의 관계는 하기의 식 (4),

σ = Aexp(Q/RT) ‥‥‥‥ (4)

에 의하여 구하여지고, 상기 변형저항과 상기 변형율의 관계는 하기 식 (5),

σ = Aεⁿ ‥‥‥‥ (5)

(여기에서, A는 상수, n는 0.105임)

에 의하여 구하여지고, 상기 변형저항과 상기 변형율속도와의 관계는 하기의 식 (6),

‥‥‥‥ (6)

(여기에서, m = 0.0145임)

에 의하여 구하여지는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강의 냉간변형저항 예측방법.