KR101060954B1 - 강판 압연공정에서의 압연하중 예측방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압연공정에서 압연하중을 예측하기 위한 방법으로서, 압연하중을 예측하기 위한 변형저항에 영향을 미치는 인자들 중 가장 중요한 소재의 성분인자와 온도인자에 대한 새로운 상관관계를 이용하여 변형저항을 구하여 보다 정확한 압연하중을 예측하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 대상이 되는 소재를 강종별, 온도별로 고온유동응력을 실험적으로 구하고 소재 고유의 변형저항을 구한 다음, 각각의 강종의 성분과 온도 및 고온유동응력에 대한 상관관계를 이용하여 새로운 관계식을 도출한다. 상기 관계식을 이용하여 고온유동응력, 소재 고유의 변형저항 및 기준강도인자를 도출함으로써, 변형저항(Km)을 보다 정확하게 예측하여 압연하중 모델에 적용함으로써 압연하중을 보다 정확하게 예측할 수 있다.
압연, 변형저항, 고온유동응력, 압연하중

Description

강판 압연공정에서의 압연하중 예측방법{METHOD FOR PREDICTING OF ROLLING FORCE IN PLATE ROLLING PROCESS}
본 발명은 압연공정에 적용되는 변형저항을 보다 정확하게 예측하는 방법에 관한 것으로서, 폭내기 압연, 길이내기 압연설비에서 압연하중 예측에 필요한 변형저항을 강종의 성분과의 상관관계를 이용하여 새로운 관계식을 도출하고, 상기 관계식을 이용하여 기준강도, 변형저항(Km)을 구하고, 압연하중을 보다 정확하게 예측할 수 있는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 열간압연 공정에서 소재의 형상 및 기계적 특성은 야금학적 인자인 변형저항과 물리학적 인자인 접촉장, 형상보정인자 등을 인자로 하는 압연하중에 의해 크게 좌우된다. 상기 인자 중에서 열간 가공변수 중의 하나인 변형저항은 재료를 변형시킬 때 변형에 따른 소재 고유의 유동응력을 의미하며 온도, 변형율, 변형속도, 소재의 성분 등에 영향을 받는다.
즉, 압연공정시 소재가 어느 정도의 고온변형이 가능한지를 판단하면 압연하 중을 예측하거나 패스별 압하율을 설정하는데 중요한 자료가 될 수 있다. 현재 압연공정시 압연하중의 예측은 하기 수학식1의 압연하중식에 의해 계산된다.
(수학식1)
P = Km * Qp * Lp * W
여기서 P는 압연하중, Km은 변형저항, Qp는 압하력함수, Lp는 접촉호의 투영길이, W는 압연판의 폭이다.
상기 인자 중에서 소재의 특성을 나타내는 인자는 변형저항(Km)이고, 소재를 고온에서 변형시킬 때의 유동응력을 나타낸다. 후판의 압연하중을 정확하게 예측하기 위해서는 후판 대상이 되는 강종의 고온변형특성에 적합한 수식으로 변형저항(Km)을 계산하여야 한다.
후판 압연공정에서 변형저항을 구할 수 있는 수식의 구성은 기준강도인자(WAF), 속도영향인자, 두께영향인자, 압연폭 등으로 이루어져 있다. 상기 기준강도인자는 소재 고유의 변형저항 * 기준롤반경(500mm)로 구할 수 있으며, 종래에는 후판 투입 대상 강종에 상관없이 1000℃에서 5.1ton/mm로 고정되어 있다.
즉, 강종에 관계없이 동일한 기준강도인자를 적용하므로, 변형저항(Km)이 동 일하게 적용된다는 문제점이 있다. 또한, 기준강도의 물리적 의미가 모호하고, 모든 후판 강종에 대입하기에는 불가능하다.
상기 예측방법은 기존의 일반강을 기초로 하는 변형저항(Km) 예측모델로서, 합금강의 비중이 증가하는 추세에서 어떠한 합금성분이 변형저항에 영향을 미치는 주요인자인지를 간과하고 있다. 또한 최근에는 다양하게 강종이 변화하고 신강종이 개발되고 있으며, 압연조건이 다양하게 변화하고 있으므로 종래의 변형저항(Km) 수식 모델은 정확성이 크게 떨어졌다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 압연공정 중 압연하중 예측에 필요한 변형저항(Km)을 보다 정확하게 예측할 수 있는 것으로서, 고온유동응력과 온도 및 강종 성분의 상관관계를 구하고, 투입되는 대부분의 강종에 대하여 목적하는 고온유동응력을 구하여 보다 정확한 변형저항(Km)을 예측할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 강판 압연공정에서 하기 수학식1에 의하여 압연하중을 예측하는 방법으로서,
[수학식1]
P = Km * Qp * Lp * W (여기서, P는 압연하중, Km은 변형저항, Qp는 압하력함수, Lp는 접촉호의 투영길이, W는 압연판의 폭)
상기 수학식1 중 변형저항(Km)을,
후판 투입 강종을 대상으로 하여 온도별, 강종별 고온유동응력을 실험적으로 구하는 단계, 상기 고온유동응력과 강종별 성분, 온도와의 관계식을 회귀분석에 의하여 도출하는 단계, 압연하중 예측대상 소재의 성분 및 예측온도를 상기 관계식에 대입하여 고온유동응력을 구하는 단계, 상기와 같이 구한 고온유동응력을 이용하여 기준강도를 구하는 단계, 상기 기준강도를 이용하여 변형저항(Km)을 구하는 단계에 의하여 구하고, 상기와 같이 구한 변형저항을 상기 수학식1에 대입하여 압연하중을 예측하는 것을 특징으로 하는 강판 압연공정에서의 압연하중 예측방법이다.
본 발명에 의하면 소재의 성분을 인자로 하는 고온유동응력을 이용하므로 압연하중을 보다 정확하게 예측할 수 있고 다양한 강판 투입 강종에 대하여 압연하중을 정확하게 예측할 수 있다. 또한 소재의 변형저항(Km) 측정 시간 및 경비를 절감할 수 있고, 정밀한 두께제어, 압연형상개선, 신강종 투입 시 신속하게 대응을 할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 강판 압연공정에서 압연하중을 예측하는 방법으로서, P = Km * Qp * Lp * W 의 식에서 변형저항(Km)을 보다 정확히 구하는 것에 특징이 있다.
변형저항(Km)을 구하기 위한 인자 중 기준강도 값을 종래에는 단일값으로 사용하였으나, 본 발명은 기준강도를 강종에 따른 성분과 소재의 고온유동응력을 고려하여 새로운 관계식으로 도출하여 압연하중을 예측하는 모델을 제공하고자 한다.
도 1은 온도에 따른 소재의 고온유동응력(Mean Flow Stress)을 나타낸 그래프로써, 강종의 성분 및 온도의 영향에 따라서 고온유동응력의 차이가 많이 나는 것을 알 수 있다. 예를들어, 1000℃에서 후판 투입 강종에 따라 80MPa에서 140MPa 의 고온유동응력 범위를 나타내고 있음을 알 수 있다. 즉, 고온유동응력은 강종의 성분과 온도를 반영하여야 보다 정확한 값을 계산할 수 있다.
또한, 도 2는 실험을 통하여 구한 고온유동응력과 성분과 온도의 영향을 고려한 고온유동응력과의 관계식을 통해 구해낸 값을 비교하여 나타낸 그래프이다. 후판 투입 대상 강종에 대하여 실험에 의하여 구한 값과 수식에 의해 도출된 값이 거의 일치함을 알 수 있다.
온도와 강종의 성분을 고려한 고온유동응력과의 관계식은 다음과 같다.
고온유동응력은 A + B*[온도]/1000 + C*[탄소] + D*[Mn] + E*[Ni] + F*[Cr] + G*[Mo] + H*[Nb] + I*[온도]2/1000000 으로 나타낼 수 있다. 여기서, A 내지 I 는 상수이고, [성분]의 단위는 중량%, 온도의 단위는 ℃이다. 다만, 바람직하게는 상수 A는 878~1072, B는 -1597~ -1306, C는 79.2~96.8, D는 23.4~28.6, E는 2.7~3.3, F는 6.3~7.7, G는 56.7~69.3, H는596~729 및 I는 484~591 의 범위로 한정할 수 있다. 보다 바람직하게는 하기 관계식1로 도출할 수 있다.
상기 고온유동응력의 관계식은 회귀분석에 의하여 구한 값이며, 각각의 상수값의 범위를 만족하는 경우에는 고온유동응력을 정확하게 도출할 수 있다.
(관계식1)
고온유동응력 = 975 - 1452*[온도]/1000 + 88[탄소] + 26[Mn] + 3[Ni] + 7[Cr] + 63[Mo] + 663[Nb] + 538[온도] 2 /1000000
또한 1000℃에서 구할 수 있는 고온유동응력는 a + b*[탄소] + c*[Mn]+ d*[Ni]+ e*[Mo]+ f*[Nb] 로 나타낼 수 있다. 여기서, [성분]의 단위는 중량%이다. 다만, 바람직하게는 상수 a는 72~88, b는 36~44, c는 13~16, d는 1.35~1.65, e는 54~66 및 f는 461~564 의 범위로 한정할 수 있다. 보다 바람직하게는 하기 관계식2로 도출할 수 있다.
상기 고온유동응력은 1000℃에서 회귀분석에 의하여 구한 값이며, 각각의 상수값의 범위를 만족하는 경우에는 고온유동응력을 정확하게 도출할 수 있다.
(관계식2)
고온유동응력 = 79.599 + 39.365[C] + 15.143[Mn] + 1.487[Ni] + 59.377[Mo] + 513.055[Nb]
그리고 도 3은 관계식2로부터 고온유동응력을 구한 후 상기 고온유동응력으로부터 기준강도(WAF)를 도출하여 온도와의 관계를 나타낸 그래프이다. 1000℃에서 후판 투입 강종에 따라 약 4ton/mm에서 7ton/mm의 기준강도 범위를 나타내고 있음 을 알 수 있다. 현재 사용되고 있는 기준강도(5.1ton/mm)가 상기 범위에 포함되지만, 강종별로 일괄 적용하기에는 적합하지 않음을 알 수 있다.
고온유동응력은 소재 고유의 변형저항과 같은 의미로써, 동일한 값으로 나타낼 수 있다. 따라서, 기준강도는 고온유동응력(소재 고유의 변형저항) * 기준롤반경(500mm)으로 구할 수 있다. 또한, 변형저항(Km)은 기준강도*온도,성분인자*속도인자*두께인자*압연폭으로 나타낼 수 있으므로, 상기 기준강도를 구하면 변형저항(Km)을 구할 수 있다.
도 4는 기준강도를 구하고 이를 변형저항(Km) 값에 적용함으로서 얻은 예측압연하중과 실제 압연 공정상의 압연하중을 나타낸 그래프이다. 변형저항(Km)은 기준강도에 비례하며, 변형저항(Km)을 구하면 상기 수학식1을 통하여 압연하중을 예측할 수 있다.
강종의 성분인자를 고려한 기준강도를 변형저항(Km) 예측에 사용함으로서 최종 예상 압연하중을 보다 정확하게 예측할 수 있다. 또한, 보다 정확한 예측을 통하여 압연하중모델의 압하량, 목표두께, 롤갭 설정 등을 더 정확하게 예측할 수 있다.
도1은 고온유동응력과 강종별 성분, 온도와의 관계를 나타낸 그래프;
도2는 회귀분석을 통하여 도출한 관계식을 이용한 고온유동응력과 실험을 통하여 구한 고온유동응력와의 관계를 나타낸 그래프;
도3은 기준강도(WAF)와 성분, 온도와의 관계를 나타낸 그래프;
도4는 압연하중의 실측치와 기준강도를 고려한 예측치를 비교하여 나타낸 그래프.

Claims (7)

  1. 압연공정에서 하기 수학식1에 의하여 압연하중을 예측하는 방법으로서,
    [수학식1]
    P = Km * Qp * Lp * W (여기서, P는 압연하중, Km은 변형저항, Qp는 압하력함수, Lp는 접촉호의 투영길이, W는 압연판의 폭)
    상기 수학식1 중 변형저항(Km)을,
    투입 강종을 대상으로 하여 온도별, 강종별 고온유동응력을 실험적으로 구하는 단계;
    상기 고온유동응력과 강종별 성분, 온도와의 관계식을 회귀분석에 의하여 도출하는 단계;
    압연하중 예측대상 소재의 성분 및 예측온도를 상기 관계식에 대입하여 고온유동응력을 구하는 단계;
    상기와 같이 구한 고온유동응력을 이용하여 기준강도를 구하는 단계; 및
    상기 기준강도를 이용하여 변형저항(Km)을 구하는 단계에 의해 구하고,
    상기와 같이 구한 변형저항(Km)을 상기 수학식1에 대입하여 압연하중을 예측하는 것을 특징으로 하는 강판 압연공정에서의 압연하중 예측방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 관계식은
    고온유동응력= A + B*[온도]/1000 + C*[탄소] + D*[Mn] + E*[Ni] + F*[Cr] + G*[Mo] + H*[Nb] + I*[온도]2/1000000
    (여기서, A 내지 I 는 상수, [성분]의 단위는 중량%, 온도의 단위는 ℃)
    임을 특징으로 하는 강판 압연공정에서의 압연하중 예측방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 A는 878~1072, B는 -1597~ -1306, C는 79.2~96.8, D는 23.4~28.6, E는 2.7~3.3, F는 6.3~7.7, G는 56.7~69.3, H는596~729 및 I는 484~591 의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 강판 압연공정에서의 압연하중 예측방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 관계식은
    고온유동응력 = 975-1452[온도]/1000 + 88[C] + 26[Mn] + 3[Ni] + 7[Cr] + 63[Mo] + 663[Nb] + 538[온도]2/1000000
    (여기서, [성분]의 단위는 중량%, [온도]의 단위는 ℃)
    임을 특징으로 하는 강판 압연공정에서의 압연하중 예측방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 관계식은 온도가 1000℃일 때,
    고온유동응력 = a + b*[C] + c*[Mn]+ d*[Ni]+ e*[Mo]+ f*[Nb]
    (여기서, [성분]의 단위는 중량%)
    임을 특징으로 하는 강판 압연공정에서의 압연하중 예측방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 관계식에서 상수 a는 72~88, b는 36~44, c는 13~16, d는 1.35~1.65, e는 54~66 및 f는 461~564 의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 강판 압연공정에서의 압연하중 예측방법.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 관계식은
    고온유동응력 = 79.599 + 39.365[C] + 15.143[Mn] + 1.487[Ni] + 59.377[Mo] + 513.055[Nb]
    (여기서, [성분]의 단위는 중량%)
    임을 특징으로 하는 강판 압연공정에서의 압연하중 예측방법.
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