KR19990062945A - 열간압연강판의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

Abstract

열간압연강판의 공냉중의 형상변화와 적치방법의 차이에 따른 형상변화, 또는 절단가공후의 형상변화를 정밀도 좋게 예측하고, 형상불량의 발생을 미연에 방지할 수 있는 열간압연강판의 제조방법 및 제조장치의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 제조방법은 가속냉각공정 또는 열간교정공정을 거친 강판을 공냉하기에 이르러, 공냉에 앞서서 강판의 판면온도분포를 측정하고, 공냉후에 생기는 강판의 잔류응력을 산출하여 이 잔류응력의 분포상황과 제품강판의 처리조건으로부터 강판의 형상변화를 예측하고, 형상불량이 발생한다고 판정된 강판에 대해서 냉간교정처리 및/또는 열처리를 행하는 열간압연강판의 제조방법에 있어서, 강판의 판면온도분포의 측정전 또는 측정후에 강판표면의 평탄도를 측정하고 상기 잔류응력의 분포상황으로부터 연산되는 열스트레인량을 상기 평탄도의 측정결과로부터 연산되는 공냉후의 스트레인량으로 보정하므로써 상기 형상변화를 예측한다.

Description

열간압연강판의 제조방법 및 제조장치

본 발명은 열간압연강판의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다. 보다 상세히는 열간압연강판의 공냉(空冷)중의 형상변화와 두는 곳의 차이에 따른 형상변화, 또는 절단가공후의 형상변화를 정밀도 높게 예측하고, 적정한 교정처리조건을 채용하므로써, 형상불량의 발생을 미연에 방지할 수 있는 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.

열간압연강판은 열간압연에 따라 소정의 강판사이즈로 된 후, 가속냉각과칭(Quenching)이 시행되고, 그 후 열간레벨러(Leveller)에 의해 교정이 되어 제조되는 것이 일반적이다. 이와 같이 하여 제조된 강판은 온라인에서의 출하검사에서 평탄하다고 판정된 경우에는 그대로 출하되고, 형상불량이 남는 경우에는 냉간레벨러 등에 의해 교정되어 평탄화된 후에 출하된다.

그러나, 출하시에는 평탄하던 것이, 그 후 유통과정에서 또는 강판의 적치방법을 바꾸는 과정에서 휨과 파도형상(또는 파형) 등 형상불량이 발생하는 일이 있다. 또한 강판에 가스절단 등 열가공을 가할 경우, 휨과 파형 등 형상불량이 발생하는 경우가 있는 것도 지적되어 왔다.

또한 강판을 두는 곳을 바꿀 경우와, 절단가공을 행한 후에. 이와 같은 형상불량이 발생하면, 스트레인(歪)바로잡기 라고 하는 언·라인에서의 작업이 필요하게 되어 생산성의 저하를 초래하고, 또한 강판의 강도와 칫수에 따라서는 교정능력의 제약으로 교정되지 않는 경우도 있다.

이와 같은 형상불량은 강판내부의 잔류응력에 기인하여 일어나는 현상인 것으로 알려지고 있다. 강판두는 방법을 바꾼 경우의 형상불량은 잔류응력레벨이 좌굴임계응력(座屈臨界應力)의 근방에 있는 강판에서, 테이블로울위에서는 강판의 자중과 테이블로울에 의한 구속이 서로 합쳐 겉보기에는 평탄한 것으로 되어있다. 그러나 그 후 두는 방법을 가변시키면, 구속상태와 잔류응력상태가 변화하여 좌굴변형이 일어나고, 형상불량이 발생한다. 또한 절단후에 발생하는 형상불량은 가스절단조건에 기인하는 일도 있으나, 절단시에 강판내부에 불균일하게 분포한 잔류응력이 개방됨에 따라 휨, 횡굽음(橫曲)이 발생하게 된다.

특히 가속냉각형 강판에서는, 가속냉각시의 판면(板面)안에서의 냉각불균일에 따른 온도편차 등에 기인하여, 강판내부에 불균일한 잔류응력발생이 쉽고, 잔류응력상태가 좌굴임계응력근방으로 되어 있는 경우가 비교적 많아 이러한 경향이 현저히 나타난다.

따라서, 종래에는 두는 방법이 다르므로 인해 좌굴이 발생하는 강판을 선별하기 위해서, 각봉(角棒)상으로 둔 상태거나, 또는 크레인으로 걸어내려뜨린 상태에서, 눈으로 평탄도를 첵크한다. 하지만 이와같은 눈대중첵크로는 예컨데 각봉 위에 두는 방법에 따라 형상이 변화하는 경우와 변화하지 않는 경우가 있기 때문에 형상불안정한 강판을 완전히 식별한다는 것은 곤란하다. 또한, 크레인으로 걸어 내려뜨릴 때의 형상첵크로는 자중에 따른 늘어뜨림이 발생하기 때문에, 좌굴에 따른 파형을 정확히 식별하기는 곤란하다. 따라서, 이와 같은 방법에서는 신뢰성 있는 식별이 행해지기 어렵다고 하는 문제가 지적되어 왔다. 또한, 이들 방법으로는 출하판정에 즈음해서 강판을 각봉상으로 두기도 하고 크레인으로 걸어올릴 필요가 있으므로, 생산성이 저하한다고 하는 문제도 있다. 그러면서도 이들 방법으로는 절단가공후에 발생하는 형상불량을 예측할 수가 없다.

특공평 4-8128호 공보와 특공평 4-8129 호 공보 등에는 판재의 판면온도분포를 측정하므로써 잔류응력을 추정하고, 조절가공후(條切加工)후의 변형량을 추정, 연산하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 본 발명자 등은 강판의 평탄도에 있어서의 좌굴에 관해서도, 대형 컴퓨터에 의한 FEM 해석 즉, 유한요소법에 의한 열점탄소성해석(熱粘彈塑性解析)을 행하는 일없이 간이적으로 예측할 수 있는 방법을 앞에서 제안한 바 있다. (특개평 8-187505 호 공보)

이와 같은 예측기술에 기초를 두면 대판강판(大板鋼板)의 출하시에는 출하판정을 해서 사용자의 사용시에 절단가공을 해도 형상불량을 일으키는 일이 없는 강판을 제공할 수 있다. 단, 이들 예측기술로도 완전히 형상불량을 방지할 수 있는 것은 아니고 개선의 여지를 남기고 있고, 보다 일층 고정밀도를 가진 예측기술의 개발이 바람직함과 아울러 출하검사가 불합격이었다 하더라도 그 특성을 개선하여 합격품으로 할 수 있는 기술이 요망되어 왔다.

본 발명은 상기 사정에 착안하여 이루어진 것으로, 열간압연강판의 공냉중의 형상변화와 두는 방법의 차이에 따른 형상변화, 또는 절단가공후의 형상변화를 정밀도 높게 예측하여 형상불량의 발생을 미연에 방지할 수 있는 열간압연강판의 제조방법 및 제조장치의 제공을 목적으로 한다.

도 1 은 강판의 파형상(波形狀)을 나타낸 모식도이고, (가) 는 단면도, (나)는 사시도이다.

도 2 는 형상불량을 판정할 때의 바람직한 장치구성을 나타낸 블럭도이다.

도 3 은 본 발명의 바람직한 제조라인의 일례로서의 개략설명도이다.

도 4 는 본 발명상의 좌굴간이예측식(座屈簡易豫測式)의 도출과정에서의 좌표계의 설명도이다.

도 5 는 상기 좌굴간이예측식의 정밀도의 평가결과 설명을 위한 그래프이다.

도 6 는 종래의 좌굴간이예측식의 정밀도에 대한 평가결과 신명도이다.

도 7 은 판폭방향으로서의 잔류응력분포를 나타내는 그래프이다.

도 8 은 교정전후의 잔류응력의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 9 는 교정전의 잔류응력과 교정에 의한 잔류응력의 저감계수와의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 10 은 가속냉각강판의 판폭방향에서의 잔류응력분포를 나타내는 그래프이다.

도 11 은칭후의 판폭방향에서의 잔류응력분포를 나타내는 그래프이다.

도 12 는 프레스교정의 압입량(押入量)과 잔류응력과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 13 은 가속냉각정지시의 판두께방향응력분포를 나타내는 그래프이다.

도 14 는 손질한 강판의 승온(昇溫)특성그래프이다.

도 15 는 열처리후의 잔류응력 그래프이다.

도 16 은 2종의 피압연강판의 스트레인량 측정시의 판폭방향온도분포도이다.

상기 과제를 해결한 본 발명의 제조방법은 가속냉각공정 또는 열간교정공정을 거친 강판을 공냉함에 있어서, 공냉에 앞서서 강판의 판면온도분포를 측정하고, 공냉후에 생기는 강판의 잔류응력을 산출하여 이 잔류응력의 분포상황과 제품강판의 처리조건으로부터 강판의 형상변화를 예측하고, 형상불량이 발생하는 것으로 판정된 강판에 대해서 냉간교정처리 및/ 또는 열처리를 행하는 열간압연강판의 제조방법으로서, 강판의 판면온도분포의 측정전 또는 측정후에 강판표면의 평탄도를 측정하고, 상기 잔류응력의 분포상황으로부터 연산되는 열스트레인량을 상기 평탄도의 측정결과로 부터 연산되는 공냉후의 스트레인량을 보정하므로써 상기 형상변화를 예측하는 것을 요지로 한다.

상기 형상불량으로서는, 좌굴, 절단후의 평탄도 불량 또는 횡굽음을 들 수 있고, 상기 형상불량의 어느것인가가 발생한 것으로 판정된 강판에 냉간교정처리 및 또는 열처리를 행할 때 미리 다수의 처리조건을 설정하여 두고, 각 처리조건에 따라 냉간교정처리 및/ 또는 열처리를 행할 때의 잔류응력으로부터 처리후의 형상 변화를 예측하고, 어떤 형상불량도 발생하지 않는 처리조건을 선택하는 것이 권장된다. 또한, 평탄도를 측정한 때의 강판의 형상이 높이δ의 파형을 핏치p를 가지고 판폭중앙과 판끝에서의 연신율차 △ε_WAVE, 열스트레인의 판폭방향분포를 △ε_TH로 할 때, 공냉후의 스트레인량 : δ'는 다음식으로 산출할 수가 있다.

또한, 상기 형상불량이 발생한 것으로 판정된 강판에 대해 냉간교정처리 및/ 또는 열처리를 행하는 열간압연강판의 제조장치로서는, 강판의 판면온도분포를 측정하는 판면온도계측수단과, 강판표면의 평탄도를 측정하는 평탄도계측수단과, 상기 판면온도계측수단에 의해 얻어진 판면온도분포데이터와 상기 평탄도계측수단에 의해 얻어진 평탄도데이터에 기초를 두고 공냉후의 강판의 형상변화량을 예측하는 연산수단과, 예측한 상기 형상변화량과, 미리 설정되어 있는 판정기준과를 비교하여 합격여부판정을 행하는 합부판정수단(合否判定手段)과, 냉간교정처리 및 / 또는 열처리에 관하여 미리 설정된 다수의 처리조건으로부터 강판의 형상변화량을 합격판정기준내로 억제하는 처리조건을 선택하는 처리조건선택수단을 가지는 열간압연강판의 제조장치를 채용할 것이 권장된다.

또한, 형상불량중 강판을 두는 방법의 변화에 의해 발생하는 좌굴변형에 관해서는 다음 판정방법 [A][B]을 채용하면 좋다.

(i)판정방법 [A]

강판을 두는 방법의 변화에 따라 형상불량이 발생되는 원인은, 잔류응력이 좌굴임계응력을 초과하고 있음에 관계없이, 자중의 영향으로 강판의 변형이 구속되는가의 여부에 따른다. 따라서, 좌굴임계응력을 예측하고, 잔류응력이 좌굴임계응력을 초과하고 있는가의 여부의 판정에 따라, 평탄하더라도 형상불안정한 강판을 식별함이 가능하다. 그러므로 이하의 판정방법을 채용할 것이 권장된다.

즉, 강판의 판면온도의 측정결과로 산출되는 잔류응력분포를 σ_act(x, y)로 할 때, 이 잔류응력분포로 부터 형상변화를 예측함에 있어, 판면을 잔류응력의 평균이 압축으로 되는 영역Ω₁과 기다영역Ω₂와로 분할하고, 좌굴임계상태에서의 영역 Ω₁에 있어 응력의 평균σ_cr ^(-)를 다음(1)식으로 산출하고, 다음(2)식이 성립할경우에 좌굴이 발생한다고 판정하며, 성립되지 않는 경우에는 좌굴이 발생하지 않는 것으로 판정하는 방법이다.

(수식 1)

σ_act ^(-)/ σ_cr ^(-)≥1 ···(2)

단, σ_o:강판사이즈, 좌굴모-드, 영역의 나눔에 따라 결정되는 정수(定數)

F(x_i, y_j):강판사이즈, 좌굴모-드, 영역의 나눔에 따라 결정되는 관수(關數)

△σ_act ^(-)(x_i, y_j) = σ_act- σ_act ^(-),

△σ_act ^(-)(x_i, y_j) = σ_act- σ_act ⁽⁺⁾,

σ_act ^(-): 영역 Ω₁에서의 σ_act의 평균

σ_act ⁽⁺⁾: 영역 Ω₂에서의 σ_act의 평균

N₁, N₂: 각 영역 Ω₁, Ω₂내의 점(x_i, y_j) 전체의 집합

이와 같은 판면에 잔류응력의 평균이 압축으로 되는 영역Ω₁과 기타영역 Ω₂와로 분할하고, 좌굴임계상태에서의 영역Ω₁에서의 응력의 평균 σ_cr ^(-)을 좌굴임계응력으로 하여, 이를 구할 경우, 상기 (1)식에서 보는 바와 같이, 잔류응력분포를 구형(矩形)에 가까운 것으로 한 때에 대응하는 좌굴임계응력 σo에, 또한, 잔류응력분포를 고려한 계산 [(1)식에서 우변의 제 2, 3 항]을 행하는 것으로, 실제의 잔류응력분포에 따라 정확히 대응한 σ_cr ^(-)의 산출이 가능하게 된다. 이에 따라 고정밀도의 좌굴판정을 쉽게 행할 수가 있다.

(ii)판정방법 [B]

또한, 강판의 형상변화의 예측결과로 부터, 형상불량이 발생하면, 판정된 강판에 대해서, 냉간교정처리 및/ 또는 열처리를 행한 후의 잔류응력을 산출하고, 이 잔류응력에 기초해서 형상불량이 발생하는가의 여부를 판정함에 있어, 냉간교정처리 및 / 또는 열처리를 행한 후의 잔류응력분포를 산출함과 아울러, 판면에 있어서 교정후의 잔류응력이 압축으로 되는 영역Ω₁'에서의 잔류응력의 평균σ_act ^af(-)과, 좌굴임계상태에서의 영역Ω₁'에서의 응력의 평균 σ_cr ^af(-)와를 산출하고, 다음 (3)식이 성립하는 경우 좌굴이 발생하는 것으로 판정하며, 성립되지 않을 경우에는 좌굴(座屈)이 발생하지 않는 것으로 판정하는 방법을 채용하는 것이 바람직하다.

σ_act ^af(-)/σ_cr ^af(-)≥ 1 ·······(3)

이 방법에서는, 이 교정후의 잔류응력분포를 기초로 해서, 상기와 같이, 좌굴임계응력 σ_cr ^af(-)을 산출하고, 이와 비교하므로써, 교정을 행한 후에 좌굴이 발생하는가의 여부를 판정한다. 이 판정결과에 따라, 강판에 좌굴이 발생하지 않는 조건으로 냉간교정처리 및 / 또는 열처리가 행해지게 된다. 따라서, 이 방법으로는 예컨데 잔류응력의 저감정도를 각 레벨라(Leveller)가공의 조건마다 구하여 두는 것만으로, 좌굴을 발생시키지 않는 교정조건을 설정할 수가 있다.

또한, 강판을 냉간레벨러로 냉간교정처리를 행할 때에는 다음의 교정방법[C]를 채용하는 것이 바람직하다.

(iii)교정방법 [C]

즉, 교정전의 잔류응력분포를 구하고, 구한 잔류응력분포상태의 강판을 미리 결정된 다수의 압하패턴에 대해 교정한 경우 교정후의 잔류응력분포를 산출하고, 산출결과에 따라, 상기 각 압하패턴에 대해, 교정후의 이 강판이 좌굴하는가 어떤가의 좌굴판정을 행하고, 이 판정결과로 부터, 좌굴하지 않는 압하패턴을 선정하며, 이 선정된 압하패턴으로 상기 강판을 로울러레벨러에 의해 교정하는 방법이다.

구체적으로는, 교정전의 잔류응력분포를 구한 후, 이하 ①∼④의 수순에 따라, 강판을 냉간레벨러로 교정하는 것이 바람직스럽다.

①미리 결정된 다수의 압하패턴 γ₁에 대해 교정전의 잔류응력분포로 부터의 교정에 의한 잔류응력의 저감계수 η_i를 산출한다.

η_i(x, y)=Fg(γ_i, σ_b(x,y) )

γ_i= 입측, 출측의 압하량, 교정로울의 밴딩량으로 이루어지는 압하패턴 첨자_i: 압하패턴의 수

F_j: 강판의 판두께, 판폭, 강도로 정해지는 관수(關數)

σ_b: 교정전의 판면내의 잔류응력분포

② 이 잔류응력의 저감계수 η_i로부터 교정후의 잔류응력분포σ_b를 산출하여 좌굴판정을 행한다.

σ_a= η_i(x, y) × σ_b(x, y)

③이 결과로 부터 교정후에 좌굴하지 않는 압하패턴 γ_i를 선정하고, 이들중에서 압하량이 최소로 되는 압하패턴 γ_min과, 최대인 압하패턴 γ_max를 구한다.

γ_min= min·(γ_i)

γ_max= max (γ_i)

④압하패턴을 압하량이

γ_min≤ γ_OPT≤ γ_max

인 관계를 채우는 압하패턴 γ_OPT로서 최저 1패스이상 교정한다.

또한,칭후 또는 열간압연후에 가속냉각이 이루어진 강판을 절단할 때에 발생하는 형상변화를 허용량내에 제어함에 있어서는, 강판의 잔류응력을 추정함과 아울러, 이 잔류응력을 기초로 절단시의 형상변화량을 예측하여. 이 형상변화량이 허용량을 초과하는가 여부를 판정하고, 허용량을 넘는 경우에는, 강판의 잔류응력과 허용량을 기초로 하여 결정되는 조건으로 열처리를 행하는 것이 바람직스럽다.

또한, 강판을 소정형상으로 절단가공할 때에, 상기 절단가공으로 얻어지는 절단부재의 변형량ω가 미리 설정된 허용량ω_O를 만족하도록 상기 강판을 열처리하여 제어함에 있어서는, 다음의 열처리방법[D]을 채용하는 것이 권장된다.

(iv)열처리방법 [D]

즉, 상기 강판의 제조조건에 맞추어 강판의 열처리전 추정잔류응력σ_O를 추정연산하고,

상기 추정잔류응력σ_O를 기초로 상기 강판을 열처리하지 않는 경우의 상기 절단부재의 추정변형량 ω₁을 추정연산하고,

상기 추정변형량 ω₁상기 허용량ω_O을 만족하는가의 여부를 판정하고,

상기 추정변형량 ω₁이 상기 허용량 ω_O를 만족하지 않을 경우에는 또한, 상기 강판을 열처리한 경우의 추정잔류응력 σ₁을 추정연산하고,

상기 강판의 상기 추정잔류응력 σ_O, σ₁및 상기 허용량 ω_O에 기초하여 열처리조건을 결정하고,

상기 강판을 상기 열처리조건으로 열처리하므로써, 상기 절단부재의 변형량이 미리 설정된 허용량 ω_O을 만족하도록 제어하는 방법이다.

또한, 강판에 열처리를 행함에 있어서는, 다음 ①∼⑤의 수순으로으로 적합한 조건을 구한 위에 열처리를 행하면 좋다.

①칭후 또는 가속냉각후의 강판의 잔류응력을 산정 또는 설정한다.

② 열처리전의 교정에 의한 강판의 잔류응력변화를 교정조건에 따라 산정한다.

③ 열처리후의 잔류응력을 이 강판의 열처리전의 잔류응력과 열처리시의 크립특성과 열처리전 표면의 손질상태에 따라 산정한다.

④ 열처리후의 잔류응력과 절단후의 강판사이즈로 부터 절단에 의한 변형량을 산정한다.

⑤ 상기 ③∼④조건을 이용하여 절단에 의한 변형이 허용량이하인 열처리온도 및 열처리시간으로 이루어지는 열처리조건을 산정한다.

종래의 방법에서는 공냉후에 생기는 잔류응력이, 가속냉각종료후와 가속냉각에 이어 열간교정종료후에 있어서의 온도분포의 불균일에 기인하는 열응력에 대략 일치한다고 하는 가정을 전제로 하여 두고, 먼저 판면온도분포를 측정하고, 그 결과로부터 공냉후에 강판내에 생기는 잔류응력이 산출된다. 이와 같은 열응력에 기인한 잔류응력의 산출방법은 예컨데 특공평 4-8128 호 공보에 소개되어 있다. 상기 방법에서는, 가속냉각설비 또는 열간교정기출측에 강판의 판면온도분포를 측정하는 판면온도 프로필계(計)를 온도측정수단으로 설치하고, 이 판면온도 프로필계에 의해, 강판의 판면온도분포를 계측하고, 그 계측결과로 부터 공냉후에 강판내에 생기는 잔류응력분포를 산출한다.

그리고, 상기 잔류응력을 기본으로 예컨데 후술하는 바와 같이 산출되는 좌굴임계응력과의 비교로, 좌굴이 생기는 가의 여부를 판정하고, 또한 좌굴이 생긴다고 판정된 강판에 대해서는 강판의 좌굴이 발생하지 않는 열처리조건과 레벨러가공조건을, 예컨데 상기와 같이 좌굴임계응력과의 비교로 구하여 잔류응력을 저감하는 가공이 행해진다.

그러나, 종래의 방법으로는 필히 형상불량의 발생을 방지할 수는 없었다. 따라서, 본 발명에서는 강판의 판면온도분포의 측정공정의 직전 또는 직후에 강판표면의 평탄도를 측정하고, 상기 잔류응력의 분포상황과 상기 평탄도의 측정결과에 따라 공냉후의 강판의 형상변화를 예측하는 방법을 채용하는 것으로, 상기 잔류응력의 분포상황으로부터 연산되는 열스트레인량을 상기 평탄도의 측정결과로 부터 연산되는 공냉후의 스트레인량에 의해 보정한 위에 강판의 형상변화를 예측한다. 구체적으로는 다음 방법으로 공냉후의 스트레인량을 산출한다.

제 1 도는 열간압연강판의 파형상(波形狀)을 보여주는 모식도이다.

(가)는 단면도, (나)는 사시도를 나타낸다.

열간압연강판 10 의 평탄도불량은 길이방향늘임의 판폭방향으로의 불균일분포에 의해 생긴다. 제 1 도에서 나타나 있는 파(波)에 대하여 판폭중앙과 판끝에서의 연신율의 차 △ε_WAVE는 다음 수 2 에 의한 식으로 표시되는 것이 알려져 있다. (예컨데 사단법인 일본철강협회편「제 3 판 철강 편람Ⅲ(1)」제 53, 54 페이지)

(수식 2)

△ε_WAVE=(π/2)²·(δ/ℓ)²

△ε_WAVE= 판폭중앙과 판끝에서의 연신율차이

δ : 스트레인량(파높이)

ℓ : 파(波)핏치

여기에서 파(L₁≤_X≤L₂)에 주목하고, 판면의 온도프로필을 T(x, y) (x : 판길이방향, y : 판폭방향)으로 하면, 판면온도분포에 따라 공냉후에 생기는 폭방향 각 위치에서의 열수축량의 편차에 기하여 열스트레인의 판폭방향분포 △ε(y)는 다음 수식 3 에서의 식으로 산출할 수 있고, 판폭중앙과 판끝에서의 연신율차 △ε_TH가 산출될 수 있다. 따라서, 상기 열스트레인량 연산수단 5 은 이 연산수순에 따라 연산을 행하면 좋다.

(수식 3)

△ε_TH(y) : 열스트레인의 판폭방향분포

△T_AVE(y) : 판폭방향의 평균온도차

E : 측정온도로 부터 실온까지의 평균 양(young)율

a : 측정온도로 부터 실온까지의 평균 열팽창계수

T_RT: 실온

W : 판폭

t : 판두께

공냉후의 연신율차 (△ε_TOTAL)는 상기 △ε_WAVE와 상기 △ε_TH를 중첩시켜서 구하고, 즉 다음식으로 구할 수가 있다. 따라서, 스트레인량 연산수단 6은 이 연산수순에 따라 연산을 하면 좋다.

△ε_TOTAL= △ε_WAVE+ △ε_TH

이 결과로 부터, 공냉후의 스트레인량(δ')은 다음 수식 4 에 따라 구할 수가 있다. 따라서 면외변형량연산수단 7 은 이 연산수순에 따라 연산을 행하면 좋다.

(수식 4)

δ' = (△ε_TOTAL)^1/2·2/π·ℓ

δ' = 공냉후의 스트레인량

이상 말한 연산수법에 의해, 계측대상의 연간압연강판 10 이 온간(溫間)이라도 공냉후의 열간압연강판 10 의 평탄도의 정밀도 높은 추정이 가능하다.

또한, 본 발명에서 형상불량이라 함은 두는 방법의 변화에 따른 좌굴불량, 임의로 절단한 후의 평탄도불량, 또는 절단후의 횡굽음을 들 수 있고, 여하튼 형상불량이 발생하면 판정된 강판에 냉간교정처리 및 / 또는 열처리를 행함에 있어서는, 미리 다수의 처리조건을 설정하고, 각 처리조건에 따라 냉간교정처리 및/ 또는 열처리를 행한 때의 잔류응력으로 부터 처리후의 형상변화를 예측하고, 가장 적합한 처리조건을 선택할 것이 권장된다. 또한, 형상불량에 관하여, 상기 좌굴불량, 평탄도불량, 횡굽음을 각각 단독으로 평가한 경우에는 예컨데 좌굴불량이 발생하는 것이 예측되어 좌굴불량의 발생을 방지하는 처리를 행할 경우, 다른 평탄도불량 또는 횡굽음을 초래하는 것도 있으므로 형상불량은 상기 좌굴불량, 평탄도불량, 횡굽음을 종합적으로 고려하여 처리조건을 선택해야 한다.

상기 제조방법을 실현하는 제조장치로서는, 공냉후의 강판에 형상불량이 발생하면 판정된 강판에 대해 냉간교정처리 및 / 또는 열처리를 행하는 열간압연강판의 제조장치로서 강판의 판면온도분포를 측정하는 판면온도계측수단과, 강판표면의 평탄도를 측정하는 평탄도계측수단과, 상기 판면온도계측수단에 의한 판면온도분포와 상기 평탄도계측수단에 의한 평탄도에 따라 공냉후의 강판의 형상변화량을 예측하는 연산수단과, 예측한 상기 형상변화량과, 미리 설정되어 있는 판정기준과를 비교하여 합격여부를 판정하는 합격여부판정수단과, 냉간교정처리 및 / 또는 열처리에 관하여 미리 설정된 다수의 처리조건으로 부터, 강판의 형상변화량을 합격판정 기준내로 억제하는 처리조건을 선택하도록 하는 처리조건 선택수단을 가지는 열간압연강판의 제조장치를 채용할 것이 권장된다.

제 2 도는 본 발명의 실시에 적합한 장치구성을 보여주는 개략설명도이고, 열간압연강판 10 의 판면온도프로필을 계측하는 주사형온도계(走査形溫度計) 등의 판면온도계측수단 1 과, 이 계측수단 1 의 예컨데 하류측에서 레이저 거리계(距離計)에 의해 상기 열간압연강판 10 의 평탄도를 계측하는 평탄도계측수단 2 와, 이들 양 계측수단 1, 2 의 계측결과가 도입되므로써 소정의 연산을 행하는 마이크로컴퓨터 등의 연산처리제어장치 3 와, 이 연산처리제어장치 3 의 연산결과 등의 각 정보를 화면에 표시하는 CRT 등의 표시장치 4 등으로 구성된다.

계측대상인 열간압연강판 10 은 열간압연라인에서 압연된 후 소정속도하에서 되풀이되어 나와 주행하는 공냉전의 고온도강판이므로, 상기 양계측수단 1, 2 은 상기 강판의 판면온도프로필과 평탄도를 비접촉으로 계측하는 것이 바람직하다.

연산처리제어장치 3 에는, 판면온도계측수단 1 이 계측한 판면온도프로필에 기초해서 열간압연강판 10 의 공냉후에 생기는 열스트레인량을 연산하는 열스트레인량 연산수단 5 를 구비함과 아울러, 평탄도계측수단 2 이 계측한 평탄도에 따라 열간압연강판 10 의 스트레인량을 연산하는 스트레인량 연산수단 6 과, 열스트레인량 연산수단 5 에 의한 열스트레인량과 스트레인량 연산수단 6 에 의한 스트레인량에 기초를 두고, 평탄도계측수단 2 로 계측한 평탄도를 보정연산하여 공냉후의 열간압연강판 10 의 면외변형량(面外變形量)을 추정하는 면외변형량연산수단 7을 구비하는 것이 좋다.

제 3 도는 본 발명에 관한 제조라인을 나타내는 개략설명도이다. 예컨데 슬라브를 이용하여 열간압연강판을 제조하는 경우, 가열로로 가열된 후, 표면에 형성된 스케일이 제거되고, 열간압연이 시행되고 가속냉각된다. 필요에 따라 열간교정이 이루어지고, 온도프로필계(計) 등에 따라 강판표면의 온도분포가 측정되고, 또한 평탄도계(平坦度計)로부터 강판표면의 평탄도가 측정된다. 얻어진 온도데이터와 형상데이터는 컴퓨터에 보내이지고, 상기 예측방법 등에 따라 냉각후의 평탄도가 예측되며, 또한 후술하는 방법에 따라 좌굴의 발생유무가 판단된다. 형상의 평가기준을 만족하는 것은 그대로 출하되고, 만족하지 않는 것은 불합격품이라 판정되며, 후술하는 방법으로 냉간교정 및 / 또는 열처리가 행해지고, 형상의 평가기준을 만족하는 경우에는 출하된다.

[I]차로 강판의 적치방법 등을 가변시켰을 때 좌굴파(座屈波)가 발생할 것인가의 여부를 판정함에 있어 바람직스러운 상기 판정방법 [A][B]에 대해 설명한다.

예컨데, 특공평4-8128호 공보에 소개되어 있는 방법으로 산출된 잔류응력분포 σ_act로 부터, 강판의 적치방법을 가변시킨 때 등에 좌굴파가 발생하는가의 여부를 판정함에 있어서는, 강판의 잔류응력이 좌굴임계응력을 초과하는가의 여부판정에 의해 가능하다. 상기 좌굴임계응력은 후술하는 바와 같이, 잔류응력 σ_act(x, y)의 분포패턴에 따라 변화한다. 그러므로 잔류응력 σ_act(x, y)의 분포패턴에 대응하는 좌굴임계응력의 간이예측식(簡易豫測式)을 구축하고, 이 예측식으로의 산출결과와의 비교로 좌굴판정을 행한다. 이 예측식의 도출과정은 다음과 다음과 같다.

우선, 제 4 도에서와 같이, 판길이 L, 판폭 b 의 강판에 대하여, 판길이방향을 x, 폭방향을 y 로 하는 좌표계를 설정한다. 좌굴이론에 의하면, 휨w 가 발생하였을 때의 강판에 있어서의 판두께방향중앙면에 작용하는 σ_act(x, y)를 이루는 일△T 와, 굽힘스트레인에너지 △V 는 각각 다음 (4)식, (5)식으로 표시된다.

(수식 5)

단, E : 양율, ν : 포앗손비, t : 판두께

여기에서, △T 가 임의의 휨형상으로의 굽힘스트레인에너지 △V 보다 크게되면 좌굴변형이 발생한다. 즉,

△T/△V ≥ 1 의 경우에 좌굴변형이 생긴다.

이상의 생각을 밑바닥에 두고 좌굴임계응력의 예측식의 구축에 있어, 먼저, 판면의 영역을 잔류응력 σ_act(x, y)의 평균이 압축영역 Ω₂과 그외영역 Ω₂으로 분할한다. 그리고, 좌굴임계상태에서의 잔류응력분포 σ_cr(x, y) = ησ_act(x, y)의 관계가 성립되는 것으로 하고, 영역Ω₁에서의 σ_cr(x, y) 의 평균을 좌굴임계응력 σ_cr ^(-)로 한다. 좌굴임계점에서는, 다음(6)식이 성립되므로, 상기 (4),(5)식보다 다음(7)식이 도출된다.

(수식 6)

단, △σ_act ^(-)= σ_act- σ_act ^(-)

△σ_act ⁽⁺⁾= σ_act- σ_act ⁽⁺⁾

σ_act ^(-): 영역Ω₁에 있어서 σ_act의 평균

σ_act ⁽⁺⁾: 영역Ω₂에 있어서 σ_act의 평균

η : 강판의 잔류응력과 좌굴임계잔류응력과의 비를 나타내는 미지정수(未知定數)

(수식 7)

단, σ_O: 강판사이즈, 좌굴모-드, 영역의 나눔방법에 따라 결정되는 정수로, 잔류응력분포를 구(矩)형에 가깝게 한 때의 좌굴임계응력

더우기 이산화(離散花)하고, σ_cr ^(-)를

(수식 8)

단, F(x, y) = η(θw/θx)²에서 구한다.

또한, 휨w 을 x, y 에 관한 다항식으로 표현하고,

(수식 9)

로 하면 σ_cr ^(-)는

d_i, e_n: 좌굴모-드 ω에 의해 결정되는 미지정수

△x, △y : x, y 방향 각각의 이산화(離散化)간격으로 구한다. 식(10)의 미지정수는 FEM 등에 의한 좌굴해석결과와 비교하여 각 좌굴모-드마다 결정할 수가 있고, σ_cr ^(-)와 σ_act ⁽⁺⁾와의 대소관계에 있어,

σ_act ^(-)≥σ_cr ^(-)가 성립할 경우, 좌굴이 발생한다고 판정한다.

상기와 같이 구축한 좌굴간이예측식의 정밀도를 다음에 나타낸다.

여기에서는

w = (a₀) + a₁x + a₂x²) (b₀+ b₁y + b₂y²)

단, a₀, a₁, a₂, b₀, b₁, b₂는 정수로 한다.

여러 가지 잔류응력분포 σ_act(x, y)를 가지는 강판에 관해서, 좌굴임계응력을 상기 예측식(10)와 FEM 해석으로 부터 각각 산출하였다. 이 비교결과를 제 5 도에 도시하였다. 상기 좌굴간이예측식을 이용한 것으로, 임의의 응력분포를 가진 강판에 대해서, 좌굴임계응력을 고정밀도로 예측할 수 있음을 알 수 있다.

한편, 종래, 잔류응력분포를 압축영역에서 구형에 가깝게, 해석이 가능한 평판의 한가지 모양압축으로 보아 좌굴임계응력을 산출하는 방법이 알려져 있다. 이 간이 예측방법의 정밀도검증을 행하기 위해, 잔류응력분포패턴을 여러 가지로 변화시키고, FEM 을 이용하여 구한 좌굴임계응력과 비교하였다. 그 결과를 제 6 도에 나타내었다. 좌굴임계응력 σ_cr ^(-)는 FEM 에서의 산출결과, 판끝에서의 압축영역에서의 잔류응력패턴에 따라 크게 변화하고 있음에 대하여, 압축영역의 잔류응력을 구형에 가깝게 하는 본 발명상의 간이법에는, 분포패턴의 상위가 반영되지 않고 일정히 되어, 실제적용에는 충분한 정밀도를 갖고 있지 않다. 한편, 고정밀도로 좌굴판정하는 데는 대형컴퓨터를 이용한 FEM 해석이 필요하고, 언라인에의 적용은 곤란하다.

이에 대하여 본 실시형태에서는, 예컨데 상기 (8)식에서와 같이, 잔류응력분포를 압축영역 Ω₁과 기타영역 Ω₂와의 전체에 걸쳐 구형에 가깝게 한 때에 대응하는 좌굴임계응력σ_O에 또한, 잔류응력분포상태에 따른 보정항 [(8)식 우변 제 2·3항]을 가한 계산을 행하는 것으로, 실제 잔류응력분포로부터 정확히 대응한 σ_cr ^(-)의 산출이 가능하게 되어있다. 이에 따라 좌굴임계응력을 고정밀도로 또한 간이적으로 예측할 수가 있다.

이상의 방법에서, 판면내의 잔류응력분포가 어떠한 강판에 대해서도 간단히 좌굴의 판정이 가능하다.

좌굴발생으로 판정된 강판에 대해서는, 냉간로울러레벨러에 의해 교정을 행한다. 이 때 로울러레벨러에서의 교정후의 잔류응력 σ_act ^af는,

σ_act ^af= λ_f·σ_act

단, λ_f: 레벨러가공조건 Λ_f에서의 잔류응력의 저감계수로 산출할 수가 있고, 이 σ_act ^af에 대해, 상기와 같이, 판면에서의 교정후의 잔류응력의 평균이 압축으로 되는 영역 Ω₁' 과, 그 외의 영역Ω₂' 와로 분할하고, 상기와 같이 정의되는 좌굴임계응력 σ_cr ^af(-)를 산출한다.

그리고, 각 레벨러가공조건 Λf마다,

σ_act ^af(-)/σ_cr ^af(-)≥ 1

가 성립할 경우 좌굴이 발생하고, 성립되지 않는 경우에는, 좌굴이 발생하지 않는 것으로 판정한다. 이들 판정결과로 부터 좌굴이 발생하지 않는 레벨러 가공조건, 즉,

σ_act ^af(-)/ σ_cr ^af(-)〈 1

를 만족하는 레벨러가공조건 Λf를 선정하고, 이 조건 Λf 에서 로울러레벨러교정을 행하므로써 적치방법이 여러 가지 변하더라도 좌굴파가 발생하지 않는 강판으로서 출하할 수가 있다.

이때에 좌굴판정시에 좌굴임계응력 σ_cr ^(-)/σ_cr ^af(-)를 구하고, 이들과의 비교로 판정을 행하면 좋으나, 이외에도 예컨데 전술한 (4)식, (5)식에 따라 산출되는 △T 와 △V 와의 대소관계에 의해 좌굴발생의 판정을 행하도록 하는 일도 가능하다.

상술한 형상불량을 방지하는데는, 강판내부의 잔류응력이, 강판의 적치방법을 가변한 경우와 절단가공을 행한 후에 좌굴임계응력을 초과하지 않는 범위에서 저감하여 두는 것이 불가결하다. 특히, 가속냉각형 강판과칭형 강판 등의 수냉을 행하는 강판에서는, 수냉시의 판면 내에서의 냉각불균일에 의한 온도편차 등에 기인하여, 강판내부에 불균일한 잔류응력이 발생하기 쉽기 때문에 그 중요성은 극히 높다.

이와 같은 강판내부의 잔류응력을 저감하는 수단으로서는, 열처리를 행하기도 하고, 냉간에서의 로울러레벨러교정이 채용되기도 한다.

[Ⅱ] 또한, 냉간에서 로울러레벨러에 의한 교정을 행하는 경우에 채용하는 것이 바람직한 교정방법 [C] 에 대해 설명한다.

냉간에서의 로울러레벨러에 의한 교정이 행해지는 경우, 이 교정조건에 따라 잔류응력의 저감이 가능한 것이 알려져 있다. 따라서, 상기와 같은 형상불안정한 강판에 대하여, 냉간에서의 로울러레벨러에 의한 교정을 행하고, 이에 따라, 그 잔류응력을 저감하여 출하하는 것을 생각할 수 있다. 그렇긴 하지만, 이 때의 교정에 따른 잔류응력저감정도를 어느정도로 하면 좌굴임계응력이하가 되어 좌굴을 생기지 않는 상태로 될 것인가가 불명하기 때문에, 적정한 교정가공조건의 설정이 되지 않는다. 그 결과 강판의 제조시에는 특히 형상불안정한 강판을 식별하여 좌굴의 발생을 방지하는 것이 곤란하게 되어있다.

그러나 종래 로울러레벨러교정은 통상 열간 교정 후에 형상 불량이 남아 있는 경우에만 적용되고, 또한, 형상불량이 남아있던 강판을 교정할 때에도 교정조건의 설정은 교정직후의 강판형상의 점만으로 고려하여 결정되고, 잔류응력을 고려한 설정으로 되지 않았다. 이를 위해 강판 내부의 잔류응력상태에 따라서는 상기와 같은 좌굴변형에 기인한 문제가 발생하는 경우가 있었다.

이와 같은 문제를 해결한 교정방법[C]은, 본 발명자가 잔류응력을 가지는 강판을 냉간레벨러로 교정한 경우의 강판형상 및 잔류응력상태의 변화에 대해 여러가지 조건하에 역학에 기초하여 이론해석에 따라 상세히 조사한 결과 얻어진 식견에 기초한 것이다.

먼저 교정 후의 잔류응력분포의 산정에 대해 상세히 설명한다. 제 7 도는 교정에 의한 잔류응력의 변화를 해석한 일례이다. (a)는 교정전 (b)는 교정후의 잔류응력이다. 또한 제 8 도는 여러 가지 잔류응력분포에 대하여 같이 해석한 결과를 판면내 각 위치에서 교정전후의 잔류응력의 관계로 나타낸 것이다. 이들 결과로부터, 교정전후의 판면내 각 위치에서의 잔류응력은 약간 편차는 있는데, 동일교정조건하에서는 교정전의 잔류응력분포의 패턴에 의하지 않고 동일곡선상에 위치하는 관계로 되는 것을 알 수 있다. 따라서, 교정후에서의 잔류응력σ_a와 교정후의 잔류응력 σ_b는

σ_a= G(σ_b) ···(11)

라고 하는 관계식으로 나타낼 수가 있다. 이 (11)식은 근시적으로는,

σ_a= C₀+ η × σ_b

η=∂G / ∂σ_bc

단, C₀는 정수, η는 잔류응력의 저감계수가 된다.

또한, 정수항 C₀는 σ_a와 σ_b의 관계식이 제 8 도에서와 같이 곡선 G가 대략 원점을 통하는 것을 감안하면 근사적으로 C₀= 0이 되고, 판면내의 각 위치에서 교정후의 잔류응력분포 σ_a(x, y)는 잔류응력의 저감계수η를 이용하여,

σ_a(x, y)=η×σ_b(x, y) ···(12)

로 표시할 수가 있다. 또한, 잔류응력의 저감계수η는 제 9 도에서와 같이 교정전의 잔류응력 σ_b에 대하여 근사적으로는 선형관계에 있고,

η=F_j{r_i,σ_b)(x, y)}

= a + b×σ_b

로 나타낼 수가 있다. 따라서, 계수a, b를 제 9 도에 예시한 바와 같이, 압하패턴, 강판사이즈, 항복강도 등의 재료특성에 따라, 역학적인 이론해석 등에 의해 미리 구하여 둔 상기(12)식을 이용하여 교정후의 잔류응력분포를 구할 수가 있다. 또한, 이 때에 이용하는 교정전의 잔류응력분포는, 예컨대 핫레벨러통과직후에서의 열간상태의 강판의 판면온도프로필로부터, 특공평4-8128호 공보에 기재된 (8)식을 이용하여 추정할 수가 있다.

다음, 이와 같이 하여 결정되는 교정후의 잔류응력분포에 대하여 좌굴판정을 행하므로써 좌굴변형에 의한 형상불량 발생을 방지할 수 있는 압하패턴을 구할 수가 있다.

즉, 입측, 출측 압하량, 교정로울의 벤딩(bending)량으로 이루어지는 미리 정해진 다수의 압하패턴r_i의 전부에 대하여 상술한 바와 같이, 교정후의 잔류응력분포를 구하여 좌굴판정을 행하고, 좌굴변형이 발생하지 않는 압하패턴을 추출하고, 이들중에서 다음과 같이 압하량이 최소인 압하패턴r_min과 최대인 압하패턴r_max의 범위내로 되는 압하패턴r_OPT에 의해 교정하도록 하면, 당연히 적치방법의 변화 등에 따른 좌굴변형에 의한 형상불량의 발생이 방지될 수 있게 된다.

γ_min= min (γ_i)

γ_max= max (γ_i)

γ_min≤γ_OPT≤γ_max

이 때 좌굴판정은 유한요소법(有限要素法)에 의한 이론해석과 특개평 8-187505호 공보에서 나타난 방법 등으로 행할 수가 있다.

[III] 최후로, 상기 열처리방법[D]에 대해 설명한다.

절단후의 강판의 형상변화는, 잔류응력에 기인한 현상이므로, 강판의 잔류응력상태를 알면 절단시의 횡굽음(橫曲) 등의 형상변화량ω을 추정할 수가 있다. 즉, 횡굽음을 예로 들면, 특공평4-8128호 공보와 특공평4-8129호 공보에 나타나있는 방법에 의해, 강판의 잔류응력σ(x, y) (x : 판길이방향위치, y : 판폭방향위치)를 기초로 절단후의 부재에서의 응력과 모멘트의 균형으로부터 절단후의 변형량ω₁을 구할 수가 있다.

따라서, 열처리조건(온도, 시간)에 따라 열처리후의 잔류응력을 산정할 수가 있으면, 역으로 절단시의 변형량ω을 허용량ω₀로 할 수가 있는 열처리조건을 결정할 수 있고, 이 열처리조건으로 열처리를 시행함에 따라 절단후의 변형량ω₁을 허용량ω₀내에서 제어할 수가 있도록 되어 있다.

다음에는 열처리전후의 잔류응력의 추정방법에 대해 구체적으로 설명한다.

(1) 열처리전에 있어서의 잔류응력의 추정

열처리전의 잔류응력은칭 또는 가속냉각후에 실온까지 공냉한 직후의 잔류응력과 냉간교정을 행한 경우에는 교정에 의한 잔류응력변화가 중첩한 상태로 된다.

(1-i)칭, 가속냉각후 실온까지 공냉한 직후의 강판의 잔류응력의 추정방법

[A] 가속냉각이 행해지는 강판의 경우

가속냉각강판의 내부에는 가속냉각 과정에서 유인되는 응력, 그 후의 열간교정에 의한 응력, 가속냉각과정에서 형성된 판면내 온도분포에 따라 공냉에 의해 실온까지 냉각하는 사이에 발생되는 열응력이 중첩한 잔류응력이 형성되어 있다. 그러나, 제 10 도에서와 같이, 또는 문헌(「고오베세이꼬기보」35권 4호 87페이지)과 특공평4-8128호 공보, 특공평4-8129호 공보에서 나타나 있는 바와 같이, 절단후의 형상으로부터 추정한 강판의 잔류응력(판두께 방향의 평균치)분포는 가속냉각정지시 또는 가속냉각에 이어 핫레벨러후의 판면내 온도분포로부터 추정한 잔류응력분포와 일치하는 점에서, 실제의 공냉후의 잔류응력σ_c(x, y)은, 가속냉각정지시 또는 가속냉각에 이어 핫레벨러후의 판면내 온도분포T(x, y)로부터 추정할 수가 있다.

단, 전술한 바와 같이, 평탄도계(平坦度計)에 의해 얻어지는 정보로 잔류응력σ_c(x, y)를 보정하는 것이 필요하다.

[B]칭이 행해진 강판의 경우

칭의 경우에는 가속냉각의 경우와 달리, 강판은 가열로에 의해서 균일히 가열된 상태로 추출된 후, 곧 수냉이 행해지기 때문에 강판사이즈가 정해지면,칭후의 판면내 각 위치에서의 온도이력은 대략 같고, 그 결과,칭후의 잔류응력도 대략 같은 상태로 된다. 이 때문에 예컨대 제 11 도에서와 같이 유한요소법을 이용한 열탄소성해석(熱彈塑性解析) 등에 의해 미리 구하여 둘 수 있다. 물론 가속냉각강판의 경우와 같이, 강판의 판면내 온도분포를 기초로 추정할 수가 있다.

즉, 상기 특공평4-8128호 공보, 특공평4-8129호 공보에 기재된 온도분포T(x, y)를칭후의 온도분포(변태완료 이후에서의 온도분포)로 하고, 변태스트레인ε_ph을 중첩시킴으로써 구할 수가 있다. 예컨대 다음식으로 구할 수가 있다.

α : 평균열팽창계수

T_RT: 실온

E : 양율

W : 판폭

t : 판두께

단, 이 잔류응력σ_c(X, Y)에 대해서도 평탄도계에 의해 얻어지는 정보로 보정할 것이 필요하다.

(1-ii) 냉간교정에 따른 잔류응력의 변화

열처리전에 냉간교정을 행한 경우, 상기와 같이 수냉후의 잔류응력상태로 부터 크게 변화하여 다른 분포로 된다. 이것을 프레스교정을 예로 들어 설명하면, 제 9 도는 항복응력이 50kgf/mm²의 판두께 55mm의 가속냉각강판을 지지점간거리 500mm로 교정(3점굽힘)한 때의 응력상태를 나타낸다. 또한 제 12 도의 σ_av는 교정전의 평균잔류응력을 나타낸다.

압입량(押入量)과 교정전의 응력상태에 의해 프레스교정후의 잔류응력은 크게 변화함을 알 수 있다. 따라서 냉간교정을 행할 경우에는 공냉후의 잔류응력에 덧붙여 그 영향을 끼치는 것은 불가결하다고 할 수 있다.

따라서 다음에 냉간교정시의 응력변화산정방법에 대해 설명한다.

수냉을 거친 후 실온까지 공냉된 때의 판두께 방향의 응력분포는 수냉과정에서의 냉각속도에 의존하고, 예컨대 9℃/sec의 냉각속도로 수냉된 경우 (냉각개시온도 : 900℃, 냉각정지온도 : 450℃, 냉각시간 : 50초)에는 제 13 도에서와 같은 σ_g로 된다. 따라서 강판내에 발생되는 응력σ_aO는

σ_aO= σ_c+ σ_g

가 된다. 이 응력을 초기응력으로 하는 강판을 교정한 후의 응력상태σ_p는 교정되는 위치에서 강판의 초기응력σ_ao와 교정조건 Λ_p(x, y)에 의해

σ_p= G(σ_ao(x, y, z), Λ_p(x, y))로 표시된다.

프레스교정을 예로 들면, 프레스교정에서의 3점굽힘으로 발생되는 소성스트레인 ε_p(x, y)는 공냉후의 잔류응력 σ_C(x, y)와 프레스교정조건 Λ_p(x, y)의 관수로 표시되고,

ε_p(x, y) = G(σ_c(x, y), Λ_p(x, y))로 된다.

따라서 프레스교정후의 잔류응력σ_p는

에 의해 산정할 수가 있다.

(2) 열처리과정에서의 잔류응력의 변화

본 발명에서는 열처리과정에서의 잔류응력의 변화를 열처리전에 손질 등에 의한 표면성질과 열처리시의 크립특성이 정해지도록 한다.

① 열처리전의 손질 등에 의한 표면성질의 영향

표면에 손질이 있는 경우, 손질부와 미손질부에는 승온특싱이 서로 다르기 때문에 열응력이 발생하고, 열처리후의 잔류응력에 크게 영향을 준다. 제 14 도는 강판의 온도이력을 측정한 결과로서, 손질부와 미손질부에는 온도이력이 서로 다른 것을 알 수 있다. 이것은 손질에 의해 강판표면에서의 열전도도가 변화하기 때문인데, 제 14 도의 경우에는 손질부쪽이 약 3할정도 작다고 하는 사실을 파악할 수가 있다. 이 영향에 따라, 열처리후의 잔류응력은 손질없는 강판의 경우에는 큰 응력편차는 발생되지 않으나, 손질있는 강판에는 제 15 도에서와 같이 손질부 근방에서는 공냉후에 약 10kgf/mm²의 응력편차가 생기고 있다. 이로부터 본 발명과 같이 그 영향을 계산하지 않으면 정확한 잔류응력의 평가는 할 수 없음을 알 수 있다.

② 열처리시의 크립변형의 영향

잔류응력을 가지는 강판을 고온에 놔두면 크립(creep)이라고 하는 영구스트 레인이 발생하여 강판내부의 잔류응력은 저감된다. 이 때에 발생하는 크립스트레인ε_c은, 550℃이상의 온도로는

ε_c= Aσⁿ

A, n : 정수

에 따라서 발생한다. 이상적인 조건하에서의 열처리후의 잔류응력은, 이 크립스트레인의 발생거동에 의해 결정된다.

이상 ①,②의 영향으로 열처리과정에서의 잔류응력거동은 다음에 의해 결정된다.

(i) 열처리개시로부터 보지온도에 달하기까지 사이에는 강판표면에서의 표면성질이 다른데 기인하는 열응력이 열처리전의 잔류응력에 중첩함과 아울러, 고온에서는 크립변형에 따라 응력완화가 동시에 생긴다.

(ii) 이 결과, 강판온도가 보지온도로 되기 직전의 응력상태가 결정되고, 열처리보지온도와 보지시간에 따라 크립변형이 생기고, 열처리후의 강판잔류응력은 감소되어가게 된다.

따라서 다음에 전술한 바와 같은 과정을 거친 후의 열처리후의 잔류응력의 산정방법에 대해 구체적으로 설명한다.

열처리후의 잔류응력σ₁은 열점탄소성해석을 행하여 산정할 수 있으나 계산시간이 늘어나 길어진다. 다음에는 열처리후의 잔류응력을 간단히 고정밀도로 산출하는 방법에 대해 설명한다.

열처리후의 잔류응력σ₁은, 열처리전의 잔류응력(초기응력)σ₀와 열처리조건(열처리온도와 보지시간)에 따라 결정된다. 강판에 초기응력σ₀을 걸어둔 후에 강판의 양단이 구속되어 있는 상태하에서 열처리온도To에서 t분(分)동안 보지한 후의 응력σ₁₁은 (13)식으로부터

σ₁₁= σ₀/{1 + E₁(n-1)A((E₁/E₀)σ₀)^n-1t}^1/n-1

E_l: 보지온도에서의 양율

E₀: 실온에서의 양율

로 표시된다. σ₁₁은 각 위치에서 열처리후의 잔류응력을 산출한 것이고, 강판전체에서의 힘과 모멘트의 조건을 고려하면, 열처리후의 잔류응력σ₁은 다음식으로 나타난다.

σ₀₀의 산출시 손질의 영향은, 열처리에 따라 발생하는 잔류응력σ_B를 열처리전의 잔류응력으로 존재하고 있던 것으로 하여 고려한다. 구체적으로는 σ₀는 열처리에 따라 발생하는 잔류응력에 열처리전의 잔류응력을 가한 값 (σ_K+σ_p)로 하고, 또한 (σ_K+σ_p)는 실온에서의 항복응력σ_y ^RT를 초과하는 일은 없으므로,

σ₀= MIN (σ_H+σ_p,σ_y ^RT)로 표시되고, σ₀의 설정이 가능해진다.

이상을 정리하면, 열처리후에 강판의 잔류응력σ₁은칭 또는 가속냉각후에 형성된 잔류응력σ_C와 교정조건 Λ 등에 따라위결정되는 열처리전의 잔류응력σ₀:

σ₀=(판두께, T(x, y, z), Λ)

와 열처리응력, 주로 흠()등 손질에 따른 강판표면의 성상(性狀)차이^Ξ에 기인하는 열응력과 크립변형에 따라 생기는 응력이 중첩하여

로 되고, 상기 구체적으로 설명하여 온 각 식을 이용하므로써 절단 등의 변형량 ω 을 허용량 ω₀의 범위내에 제어할 수 있는 열처리조건을 산출할 수가 있다.

다음에, 본 발명을 실시예로 보다 상세히 설명한다. 다음 실시예는 본 발명을 한정하는 성질의 것은 아니고, 전·후기의 취지에 따라 설계변경하는 것은 어느 것이나 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

[실시예]

실시예 1

다음 표 1 에서 크기를 나타내는 강판 A 및 강판 B의 2가지 종류의 강판을 이용하여, 온간(溫間)에서의 평탄도와 아울러 온도프로필을 측정하고, 냉각후의 평탄도의 예측을 행하였다.

제 16 도는 상기 강판 A, B 의 평탄도 측정직전의 판폭방향온도분포이고 (가)에 표시하는 강판 A 의 온도편차는 28.3℃이다.

(나)에 나타나는 강판 B의 온도편차는 17.1℃였다. 본 발명방법에서는 상기 판폭방향온도분포 등에 밑바탕을 두고, 공냉후에 생기는 강판의 잔류응력의 분포상황으로부터 열스트레인량을 연산하고, 온간에서의 평탄도의 측정결과를 보정하여(상기 (수식 4)의 식을 참조), 냉각후의 평탄도를 예측하였다. 결과는 표 2 에 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

종래방법에 따르면, 온간에서의 평탄도측정결과를 그대로 냉각후의 평탄도로 하여 이용하는 것이나, 표 2 에서와 같이, 열간압연을 행하여 공냉한 후의 형상에서의 파높이(波高)(제 1 도의 δ)는 강판 A에서 9.3mm(중파:中波)이고, 강판 B에서 31.5mm(단파:端波)이며, 온간에서의 평탄도의 측정결과(종래법의 란에서의 값)와의 사이에는 큰차가 있다.

이에 대하여, 본 발명방법에 의하면, 공냉후의 측정으로 파높이가 9.3mm로 확인된 강판 A의 중파(中波)에 대하여, 9.5mm로 대략 정확히 예측할 수 있었다. 또한 공냉후의 측정으로 파높이가 31.5mm로 확인된 강판 B의 단파(端波)에 대해서는 31.8mm로 겨우 1% 정도의 오차로 예측할 수 있었다.

이와 같이 온도편차에 기인한 형상병화를 고려하고 있는 본 발명방법에 의하면, 대단히 정밀도 높게 공냉후의 평탄도를 추정할 수가 있음을 알 수 있다.

[실시예 2]

판두께 8∼32mm, 판폭 2500∼4200mm, 판길이 10∼24m 의 여러 가지 TMCP(Thermo mechanical control process)형 50킬로급 강판을 이용하여, 냉간교정 및 열처리를 행하지 않고 열간압연강판을 제조하고(종래방법), 좌굴, 평탄도, 절단후의 횡굽음에 관한 형상불량의 발생을 조사하였다. 다음에 같은 강판을 이용하여, 열간교정후에 판면온도프로필계(計)와 평탄도계(計)를 설치하고, 판면온도프로필계의 데이터에 의해 좌굴 및 횡굽음을 예측함과 아울러, 평탄도계의 데이터에 의해 냉각후의 평탄도 불량을 예측하여, 불량발생이 예측되는 경우에, 냉간교정 및/ 또는 열처리를 행하여 (본발명법 1) 상기 형상불량의 발생율을 조사하였다. 또한, 같은 강판을 이용하여, 형상불량이 예측되는 경우에, 또한 교정처리후에 다른 형상불량의 발생이 없는 조건을 선택하여 교정처리를 행한 것 이외에는 본 발명법 1 과 같이 하여, 열간압연강판을 제조하고(본발명법 2), 상기 형상불량의 발생율을 조사하였다. 그 결과를 표 3 에 나타내었다. (검사대상강판수 n 은 어느것이나 100)

(표 3)

종래법에서는 불량발생이 보였으나, 본 발명법에서는 형상불량의 발생율을 대폭 줄일 수 있음을 알 수 있다.

본 발명은 이상과 같이 구성되어 있으므로, 열간압연강판의 평탄도 불량과 적치방법의 차이에 따른 좌굴변헝 및 절단가공후의 형상변화를 정밀도 좋게 예측하고, 불합격이 되면 예측된 제품의 교정을 적절히 행하므로써 보다 형상불량의 발생을 방지할 수 있는 제조방법 및 제조방치를 제공할 수가 있게 되었다.

Claims (5)

1. 가속냉각공정 또는 열간교정공정을 거친 강판을 공냉함에 있어서, 공냉에 앞서 강판의 판면온도분포를 측정하고, 공냉후에 발생하는 강판의 잔류응력을 산출하여 이 잔류응력의 분포상황과 제품강판의 처리조건으로부터 강판의 형상변화를 예측하고, 형상불량이 발생한 것으로 판정된 강판에 대하여는 냉간교정처리 및/ 또는 열처리를 실시하는 열간압연강판의 제조방법은,

   강판의 판면온도분포(板面溫度分布)의 측정전 또는 측정후에 강판표면의 평탄도를 측정하고,

   상기 잔류응력의 분포상황으로 부터 연산되는 열스트레인량을 상기 평탄도의 측정결과로부터 연산되는 공냉후의 스트레인량으로 보정하므로써 상기 형상변화를 예측하는 것을 특징으로 하는 열간압연강판의 제조방법
2. 제 1 항에 있어서, 상기 형상불량의 제거방법은 좌굴, 절단후의 평탄도불량 또는 횡굽음의 제거방법으로 되는 열간압연강판의 제조방법
3. 제 2 항에 있어서, 상기 형상불량의 어느 하나가 발생한 것으로 판정된 강판에 냉간교정처리 및 / 또는 열처리를 실시함에 있어서, 미리 다수의 처리조건을 설정하여 두고, 각 처리조건에 의하여 냉간교정처리 및 / 또는 열처리를 실시했을 때의 잔류응력으로 부터 처리후의 형상변화를 예측하고, 어떠한 형상불량도 발생하지않는 처리조건을 선택하도록 한 열간압연강판의 제조방법
4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 평탄도를 측정했을때의 강판의 형상이, 높이 δ의 파(波)를 피치 p 로 갖고, 판폭의 중앙과 판끝에서의 연신율차를 △ε_WAVE, 열스트레스의 판폭방향분포를 △ε_TH로 할 때,

   공냉후의 스트레인량 : δ' 은 아래식으로 산출하는 열간압연강판의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 형상불량이 발생한 것으로 판정된 강판에 대하여 냉간교정처리 및 / 또는 열처리를 실시하는 열간압연강판의 제조장치는,

   강판의 판면온도분포를 측정하는 판면온도계측수단과,

   강판표면의 평탄도를 측정하는 평탄도계측수단과,

   상기 판면온도계측수단에 의하여 얻어진 판면온도분포데이터와 상기 평탄도 계측수단에 의하여 얻어진 평탄도데이터로 공냉후의 강판의 형상변화량을 예측하는 연산수단(演算手段)과,

   예측한 상기 형상변화량과, 미리 설정되어 있는 판정기준과를 비교하여 합격여부의 판정을 행하는 합격여부판정수단(合否判定手段)과,

   냉간교정처리 및 / 또는 열처리에 관하여 미리 설정된 다수의 처리조건으로부터, 강판의 형상변화량을 합격판정기준내로 억제하는 처리조건을 선택하는 처리 조건선택수단과,

   을 가지도록 한 열간압연강판의 제조장치.