KR101546276B1 - 압연제품 품질 검사 방법 - Google Patents

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Abstract

압연제품 품질 검사 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 압연제품을 초음파 탐상하여 상기 압연제품의 개재물을 스캐닝하는 단계; 스캐닝된 상기 개재물의 탐상면적으로부터 상기 개재물의 실제 단면적을 도출하는 단계; 도출된 상기 개재물의 실제 단면적으로부터 상기 개재물의 압연 전 크기를 도출하는 단계; 및 상기 개재물의 압연 전 크기와 기설정된 허용값을 비교하여 상기 압연제품의 품질을 결정하는 압연제품 품질 검사 방법이 제공된다.

Description

압연제품 품질 검사 방법{METHOD FOR INSPECTING QUALITY OF ROLLING PRODUCT}
본 발명은 압연제품 품질 검사 방법에 관한 것이다.
초음파 탐상은 비파괴검사 방법의 하나로, 초음파의 반사를 이용하여 철강재 등의 개재물의 유무 등을 검사할 수 있다. 사용되는 초음파의 주파수는 0.5~15메가사이클로써 직진하는 성질이 있고, 속도는 공기 중에서 330m/s, 강(鋼)속에서는 약 6,000m/s이며, 공기와 강(鋼)의 경계면에서는 100% 반사될 수 있다.
초음파 탐상은, 초음파의 반사파에 대한 정보를 기록장치에 나타내는 표시 방법에 따라, A-scan, B-scan, C-scan, M-scan, 도플러 등으로 분류될 수 있다.
압연된 제품의 경우, 초음파 탐상에 의하여 내부 개재물의 크기를 판단할 수 있다. 그러나, 압연에 의하여 개재물이 변형이 되므로 압연 전 슬라브 내의 개재물 크기를 판단하기 어렵다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2003-0054633호(2003.07.02, 연속주조 슬래브의 개재물 고속 탐상장치)에 개시되어 있다.
본 발명의 실시예들은, 압연제품의 개재물 크기를 이용하여 도출한 압연 전 개재물의 크기에 따라 압연제품의 품질을 검사하는 압연제품 품질 검사 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 압연제품을 초음파 탐상하여 상기 압연제품의 개재물을 스캐닝하는 단계; 스캐닝된 상기 개재물의 탐상면적으로부터 상기 개재물의 실제 단면적을 도출하는 단계; 도출된 상기 개재물의 실제 단면적으로부터 상기 개재물의 압연 전 크기를 도출하는 단계; 및 상기 개재물의 압연 전 크기와 기설정된 허용값을 비교하여 상기 압연제품의 품질을 결정하는 단계를 포함하되, 상기 압연제품의 개재물을 스캐닝하는 단계 이후에, 스캐닝된 상기 개재물의 형상의 최단폭에 대한 최장폭의 비를 이용하여 상기 개재물의 형상비를 산출하는 단계; 및 상기 형상비가 기설정된 기준값보다 큰 값을 가지는지 여부를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.
삭제
상기 개재물의 형상의 최장폭은 상기 압연제품의 압연방향으로의 폭이며, 상기 개재물의 형상의 최단폭은 상기 압연방향에 수직인 방향으로의 폭일 수 있다.
상기 기설정된 기준값은 상기 압연제품의 압하비의 0.5배일 수 있다.
상기 개재물의 실제 단면적으로부터 상기 개재물의 압연 전 크기를 도출하는 단계는, 다음의 수식을 통하여 압연 전 상기 개재물의 직경을 도출할 수 있다.
[수식] h = (6A/nπ)0.5
(여기서, h는 상기 개재물의 압연 전 직경, A는 상기 개재물의 압연 후 실제 단면적, n은 압하비)
상기 개재물의 실제 단면적을 도출하는 단계에서, 상기 개재물의 실제 단면적은 다음의 수식 1 및 수식 2에 의하여 산출될 수 있다.
[수식 1] A=k·Ad
[수식 2] k=α·exp(β·d0)
(여기서, k는 면적보정계수, A는 상기 개재물의 실제 단면적, Ad는 상기 개재물의 탐상면적, d0는 상기 개재물의 깊이, α는 양의 상수, β는 음의 상수)
본 발명의 실시예들에 따르면, 압연 전 제품에서의 개재물 크기를 정확하고 용이하게 측정할 수 있으므로, 압연제품의 품질 관리가 용이해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압연제품 품질 검사 방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압연제품 품질 검사 방법을 나타낸 공정도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압연제품 품질 검사 방법 대상이 되는 개재물의 형상을 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 압연제품 품질 검사 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압연제품 품질 검사 방법을 나타낸 순서도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압연제품 품질 검사 방법을 나타낸 공정도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압연제품 품질 검사 방법 대상이 되는 개재물의 형상을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압연제품 품질 검사 방법은, 압연제품의 개재물을 스캐닝하는 단계(S110), 개재물의 형상비를 산출하는 단계(S120), 형상비가 기준값보다 큰 값을 가지는지 여부를 판단하는 단계(S130), 개재물의 실제 단면적을 도출하는 단계(S140), 개재물의 압연 전 크기를 도출하는 단계(S150), 압연제품의 품질을 결정하는 단계(S160)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 압연 전 제품(110) 내의 개재물(10)은 압연 후에 제품과 함께 가압되어 그 형상이 변하게 된다. 압연 후 제품은 압연제품(120)이라 일컫는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압연제품 품질 검사 방법에 의하면, 개재물(20) 형상이 변한 압연제품(120)을 초음파 탐상하게 되고, 초음파 탐상의 결과를 이용하여 압연 전 제품(110) 내의 개재물(10) 크기(h)를 유추할 수 있다.
다시, 도 1을 참조하여, 압연제품(120)의 개재물을 스캐닝하는 단계(S110)는 압연제품(120)을 초음파 탐상하여 압연제품(120)의 개재물을 스캐닝하는 단계이다. 개재물은 압연제품(120) 내부에 형성되는 소정의 크기의 결함을 일컫는다. 스캐닝은 C-scan 방법으로 이루어질 수 있다.
개재물의 형상비를 산출하는 단계(S120), 스캐닝된 개재물의 형상의 최단폭에 대한 최장폭의 비를 산출하는 단계이다.
도 3을 참조하면, 압연제품(120)과 개재물은 압연방향으로 가장 길게 연장될 수 있으므로, 개재물의 형상의 최장폭은 압연제품(120)의 압연방향으로의 폭(l)이며, 개재물의 형상의 최단폭은 압연방향에 수직인 방향으로의 폭(w)이다. 이 경우, 형상비를 r이라고 하면, 형상비 r 은 l/w 로 산출된다.
형상비가 기준값보다 큰 값을 가지는지 여부를 판단하는 단계(S130)는 전 단계에서 산출되는 형상비(r)가 기설정된 기준값보다 큰 값을 가지는지 여부를 판단하는 단계로, 기설정된 기준값은 압연제품(120)이 연신성인지 비연신성인지를 구별하는 데에 기준이 되는 값이다.
압연제품(120)이 비연신성인 경우에는 품질 등급을 유지할 수 있으나, 압연제품(120)이 연신성인 경우에는 개재물의 크기 변형 정도에 따라 품질 등급을 결정하게 된다.
기설정된 기준값은 압하비(n)의 0.5배일 수 있다. 압하비(n)는 압연 후 제품(120)의 두께(H')에 대한 압연 전 제품(110)의 두께(H)의 비를 말한다.
개재물의 실제 단면적을 도출하는 단계(S140)는, 초음파 탐상으로 측정되는 개재물(20)의 탐상면적(Ad)으로부터 개재물(20)의 실제 단면적(A)을 도출하는 단계이다. 탐상면적은 초음파 탐상의 결과 표시되는 이미지의 면적을 일컫고, 개재물(20)의 실제 단면적(A)은 개재물(20)의 단면의 실제 면적을 일컫는다.
개재물(20)의 실제 단면적(A)은 면적보정계수(k)에 의하여 개재물(20)의 탐상면적(Ad)으로부터 보정되어 도출될 수 있다. 면적보정계수는 압연제품(120)과 동일한 성분의 재료를 포함하는 인공시료에 의하여 산출될 수 있다.
면적보정계수 산출 단계는, 인공시료를 준비하는 단계, 인공결함의 탐상면적을 측정하는 단계, 인공결함 깊이 별로 면적비를 도출하는 단계 및 인공결함 깊이와 면적비의 관계식으로 면적보정계수를 도출하는 단계를 포함할 수 있다. 인공결함은 인공시료 내에 인위적인 공간을 형성함으로써 만들어진다.
인공시료를 준비하는 단계는, 동일한 면적을 가지고, 서로 다른 깊이에 형성된 복수의 인공결함을 내포하는 인공시료를 제공하는 단계이다. 즉, 인공시료는 복수의 인공결함을 포함하고 있으며, 인공결함의 실제 면적은 모두 동일(S)하나, 인공결함의 깊이는 서로 다르다(예를 들어, d1, d2, d3, d4).
인공결함의 탐상면적을 측정하는 단계는, 인공시료를 초음파 탐상하여 복수의 인공결함의 탐상면적을 측정하는 단계이다.
인공결함 깊이 별로 면적비를 도출하는 단계는, 인공결함이 형성된 깊이 별로 인공결함 탐상면적(예를 들어, S1, S2, S3, S4)에 대한 인공결함 실제 면적의 면적비(S/Sn)를 도출하는 단계이다.
인공결함 깊이와 면적비의 관계식으로 면적보정계수를 도출하는 단계는 회귀분석을 이용하여, 인공결함이 형성된 깊이(dn)와 면적비(S/Sn)의 관계식을 도출하고, 이를 상기 관계식을 인공결함이 형성된 깊이에 대한 면적보정계수(k)로 설정하는 단계이다.
인공결함이 형성된 깊이(dn)와 면적비(S/Sn)는,
S/Sn =α·exp(β·dn)= k
의 관계식을 만족할 수 있다. 여기서, α는 양의 상수, β는 음의 상수이다. 회귀분석(R2=0.7363)에 의하면, α는 1.36, β는 -0.154일 수 있다.
이 경우, 개재물(20)의 실제 단면적(A)은 다음의 수식 1 및 수식 2에 따라 예측될 수 있다.
[수식 1] A=k·Ad.
[수식 2] k=α·exp(β·d)
여기서, k는 면적보정계수, A는 개재물(20)의 실제 단면적, Ad는 개재물(20)의 탐상면적, d는 개재물(20)이 형성된 깊이이며, 개재물(20) 표면 중 초음파 입사면과 가장 가까운 면을 기준으로 측정될 수 있다. 개재물(20)이 형성된 깊이는, 초음파의 속도와 초음파가 조사된 후 개재물(20)에 반사되어 되돌아올 때까지의 시간을 이용하여 정확하게 산출될 수 있다.
이와 같이, 면적보정계수(k)에 의하면, 개재물(20)의 탐상면적(Ad)만 파악하더라도 개재물(20)의 실제 단면적을 정확하고 용이하게 산출할 수 있다.
개재물의 압연 전 크기를 도출하는 단계(S150)는, 개재물(20)의 실제 단면적으로부터 압연 전 개재물(10)의 크기를 도출하는 단계이다. 이 경우, 압연 전 개재물(10)의 크기는 압연 전 개재물(10)의 최대폭이 될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 압연 전 개재물(10)의 형상이 구 형상인 경우, 압연 전 개재물(10)의 크기는 개재물(10)의 압연 전 직경(h)으로 반영될 수 있다. 이 경우, 압연 전 개재물(10)의 직경은 다음의 수식에 의하여 도출될 수 있다.
[수식] h = (6A/nπ)0.5
여기서, h는 압연 전 개재물(10)의 직경, A는 압연 후 개재물(20)의 실제 단면적, n은 압하비이다.
도 3을 참조하면, 압연 전 개재물(10)의 부피는 압연 후 개재물(20)의 부피와 동일하므로, 그 부피를 V, 압연 전 개재물(10)의 직경을 h, 압연 후 개재물(20)의 높이를 h'라고 하면,
V = (π/6)·h3 = A·h'
의 식이 성립한다.
또한, 압하비(n)는 압연 후 제품(120)에 대한 압연 전 제품(110)의 두께이고, 압하비에 따라 개재물의 높이도 변형될 것이므로,
n = H/H'= h/h'
이다.
(π/6)·h3 = A·h'= A·(h/n)
(π/6)·h 2 = A·(1/n)
h 2 = A·(6/nπ) = 6 A / (nπ)
상기 식에 의하면,
h = (6A/nπ)0.5
의 식이 도출될 수 있다.
슬라브두께(H)
(mm)		 제품두께
(h)
(mm)		 압하비
(n)		 개재물
크기
(mm2)		 형상비
(r)		 개재물깊이
(mm)		 실제단면적
(A)
(mm2)		 압연전
개재물크기
(d0)
(mm)		 판정
200 10 20 1 15 3 0.857 0.286 등급
유지
20 10 10 7 0.463 0.210 등급
하향
상기 [표 1]은, 허용값(dc)dl 250um인 경우로서, 상기 식에 의하여 도출된 결과이다. 결국, 압연제품(120)을 초음파 탐상하여, 개재물(20)의 깊이와 탐상면적만 알면, 압연 전 개재물(10)의 크기를 알 수 있고, 이에 따라 품질 결정이 자동적으로 이루어질 수 있다.
압연제품의 품질을 결정하는 단계(S160)는, 압연 전 개재물(10)의 크기(h)와 기설정된 허용값(dc)을 비교하여 압연제품(120)의 품질을 결정하는 단계이다. 즉, 개재물(10)의 크기가 허용할 수 없는 범위의 크기라면 압연제품(120)의 품질은 하향된다.
압연 전 제품의 경우, 개재물의 크기는 수십 um 에서 수 mm 의 크기이며, 이와 같은 크기의 개재물을 압연 전 제품에서 검사하는 것은 상당히 어렵다. 압연 전 제품의 두께는 압연제품보다 두껍기 때문이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 압연제품의 상태에서 개재물의 크기를 측정하되, 이것의 압연 전 크기를 기준으로 압연제품의 품질을 관리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압연제품 품질 검사 방법에 의하면, 압연 전 개재물의 크기를 용이하게 파악할 수 있으므로, 압연제품 품질 검사도 정확하고 용이해질 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10: 압연 전 개재물
20: 압연 후 개재물
110: 압연 전 제품
120: 압연제품

Claims (6)

  1. 압연제품을 초음파 탐상하여 상기 압연제품의 개재물을 스캐닝하는 단계;
    스캐닝된 상기 개재물의 탐상면적으로부터 상기 개재물의 실제 단면적을 도출하는 단계;
    도출된 상기 개재물의 실제 단면적으로부터 상기 개재물의 압연 전 크기를 도출하는 단계; 및
    상기 개재물의 압연 전 크기와 기설정된 허용값을 비교하여 상기 압연제품의 품질을 결정하는 단계를 포함하되,
    상기 압연제품의 개재물을 스캐닝하는 단계 이후에,
    스캐닝된 상기 개재물의 형상의 최단폭에 대한 최장폭의 비를 이용하여 상기 개재물의 형상비를 산출하는 단계; 및
    상기 형상비가 기설정된 기준값보다 큰 값을 가지는지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압연제품 품질 검사 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 개재물의 형상의 최장폭은 상기 압연제품의 압연방향으로의 폭이며,
    상기 개재물의 형상의 최단폭은 상기 압연방향에 수직인 방향으로의 폭인 것을 특징으로 하는 압연제품 품질 검사 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기설정된 기준값은 상기 압연제품의 압하비의 0.5배인 것을 특징으로 하는 압연제품 품질 검사 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 개재물의 실제 단면적으로부터 상기 개재물의 압연 전 크기를 도출하는 단계는,
    다음의 수식을 통하여 압연 전 상기 개재물의 직경을 도출하는 것을 특징으로 하는 압연제품 품질 검사 방법.
    [수식] h = (6A/nπ)0.5
    (여기서, h는 상기 개재물의 압연 전 직경, A는 상기 개재물의 압연 후 실제 단면적, n은 압하비)
  6. 제1항에 있어서,
    상기 개재물의 실제 단면적을 도출하는 단계에서,
    상기 개재물의 실제 단면적은 다음의 수식 1 및 수식 2에 의하여 산출되는 것을 특징으로 하는 압연제품 품질 검사 방법.
    [수식 1] A=k·Ad
    [수식 2] k=α·exp(β·d0)
    (여기서, k는 면적보정계수, A는 상기 개재물의 실제 단면적, Ad는 상기 개재물의 탐상면적, d0는 상기 개재물의 깊이, α는 양의 상수, β는 음의 상수)
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