KR20010037229A

KR20010037229A - 강재의 상변태율 측정법

Info

Publication number: KR20010037229A
Application number: KR1019990044625A
Authority: KR
Inventors: 한흥남; 이재곤
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1999-10-14
Filing date: 1999-10-14
Publication date: 2001-05-07

Abstract

본 발명은 강재의 상변태시 발생되는 길이변화로부터 상변태율을 측정하는 방법에 관한 것으로서, 열간압연시 강재의 상변태 거동을 정확히 정량화하여 목표로 하는 소정의 권취 온도를 적중시키고 또한 열연제품의 재질예측정도를 향상시키기 위해 필요한 수식모델에 정확한 상변태율을 제공하기 위하여, 팽창기를 이용해서 강재의 길이변화로부터 상변태율을 측정함에 있어서, 상변태 중 오스테나이트 내 탄소농축량을 계산하고, 이로 인한 오스테나이트의 길이변화를 계산, 보정하여 정확한 강재의 상변태율을 측정하는 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

강재의 상변태율 측정법{Method for measuring phase fraction of carbon steel}

본 발명은 강재의 상변태시 발생되는 길이변화로부터 강재의 상변태율을 보다 정확히 측정하는 방법에 관한 것이고, 특히 열간압연시 강재의 상변태 거동을 정량화하여 목표로 하는 소정의 권취 온도(coiling temperature)를 적중시키고 또한 열연제품의 재질 예측 정도를 향상시킬 수 있는 강재의 상변태율 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로, 강재의 상변태율을 측정하기 위해서는 팽창계(Dilatometer)를 이용하는 방법은 널리 공지되어 있다. 즉, 오스테나이트 단상의 길이변화와 변태상, 예를 들어, 페라이트, 펄라이트 또는 베이나이트의 길이변화를 외삽한 후, 실측된 강재의 길이변화량에 지렛대 원리를 이용함으로써 강재의 상변태율을 측정한다.

이러한 종래의 상변태율 측정 방법은 여러가지 냉각속도에 따라 비교적 간단하면서도 다양한 상변태 곡선을 얻을 수 있는 장점을 갖는다.

한편, 이러한 상변태율 측정 방법은 강재의 냉각에 따른 상변태 중 오스테나이트의 열수축량이 항상 일정하다는 조건하에서 수행된다. 그러나, 실제 오스테나이트의 열수축량은 일정하지 않으므로, 이러한 측정 방법에 의해 얻어진 강재의 상변태 속도는 DTA, TGA 및 DSC와 같은 열분석기를 사용하여 얻어진 상변태 속도에 비해 빠르게 나타난다.

그리고, 상변태 속도에 있어서 이러한 차이는, 오스테나이트의 탄소고용한계가 페라이트의 탄소고용한계보다 크므로, 상변태 중 오스테나이트에 탄소가 농축된다는 것을 의미한다. 따라서, 상변태에 따른 오스테나이트의 길이 변화를 단순 외삽하여 측정한 상변태율은, 상변태 중 오스테나이트 내에 탄소가 농축되므로, 오차를 야기시킨다.

따라서, 본 발명의 목적은 팽창계(Dilatometer)를 이용하여 강재의 상변태시 길이변화로부터 상변태율을 측정함에 있어서, 상변태 중 오스테나이트 내 탄소농축량를 계산하고, 오스테나이트의 길이변화 기준선을 보정함으로써, 강재의 상변태율 및 상변태 속도를 정확히 측정하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 따르면, 상기 목적을 달성하기 위하여, 강재의 상변태율 측정 방법은 (a) 팽창계를 이용하여 냉각 중 강재의 길이 변화를 측정하는 단계와, (b) 측정된 길이 변화값으로부터 상변태 중 오스테나이트내 탄소농축량을 계산하는 단계와, (c) 계산된 오스테나이트내 탄소농축량에 상응하는 오스테나이트의 기준 길이변화량을 보정하는 단계와, (d) 보정된 오스테나이트 길이변화량 및 변태상의 길이변화량으로부터 상변태률을 계산하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면, 상기 (b), (c), (d) 단계는 상호 비선형적으로 연결되어 있으므로 이를 비선형최적화법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 상변태 중 오스테나이트 내 탄소농도와 상변태율은 동시에 측정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 탄소 함량에 따른 오스테나이트와 변태상 간의 길이차이는 온도와 오스테나이트 내 탄소 농도의 함수식으로 표현되는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면, 상기 함수식은인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.

도1은 탄소 함량에 따른 오스테나이트와 변태상 간의 길이차이를 강재의 초기 길이로 나누어 나타낸 그래프.

도2는 0.15 wt%C - 1.53 wt%Mn 강의 상변태 중 오스테나이트 단상의 길이변화 기준선의 변화를 나타낸 그래프.

도3은 종래 측정법에 따른 상변태율의 변화와 본 발명에 따른 상변태율의 변화를 비교하여 나타낸 그래프.

도4는 상변태 중 오스테나이트 내 탄소농도의 변화를 나타낸 그래프.

도1은 오스테나이트와 변태상 간의 길이 차이를 강재의 초기 길이로 나눈 값을 탄소 함량에 따라 나타낸 그래프이고, 도2는 0.15 wt%C - 1.53 wt%Mn 강의 상변태 중 오스테나이트 단상의 길이변화 기준선의 변화를 나타낸 그래프이고, 도3은 종래 측정법에 따른 상변태율의 변화와 본 발명에 따른 상변태율의 변화를 비교하여 나타낸 그래프이고, 도4는 상변태 중 오스테나이트 내 탄소농도의 변화를 나타낸 그래프이다.

먼저, 강재는 상변태 중 페라이트의 낮은 탄소고용한으로 인해 미변태 오스테나이트내에 탄소 농축이 발생하며 이로 인해 미변태 오스테나이트의 격자상수는 커지게 된다. 그리고, 이러한 탄소 농축으로 인하여, 오스테나이트의 격자상수가 변하게 되며, 그 결과 강재의 길이가 변하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 이러한 격자상수의 변화를 정량화 하기 위하여 여러 초기탄소농도를 가지는 강재를 대상으로 오스테나이트 및 변태상의 길이 변화량을 측정하였다.

즉, 도1에는 탄소함량에 따른 오스테나이트와 변태상 간의 길이차이를 강재의 초기길이로 나누어 정규화한 것이다. 한편, 오스테나이트 내 탄소농축량에 상응하는 오스테나이트의 기준길이 변화량으로 보정하기 위해 비선형 회귀분석을 통해 다음과 같은 수학식을 얻었다.

여기서, ΔL은 오스테나이트와 변태상 간의 길이차이, L₀는 시편의 초기길이(m)이고, T는 온도(℃)이고, C는 오스테나이트 내 탄소농도(wt.%)이다. 상변태 중 오스테나이트 내 탄소농도는 오스테나이트와 변태상 내 탄소량의 균형을 계산하는 하기 수학식 2를 통해 구해진다.

여기서 C₀는 초기탄소농도이고, C_Tr은 변태상, 예를 들어 페라이트 또는 퍼얼라이트 내 탄소농도이고, 그리고 X_A는 오스테나이트의 부피분율이다. 페라이트의 탄소농도는 열역학적 계산을 통해 평형탄소농도로 얻어지며, 퍼얼라이트가 발생하면 더 이상의 오스테나이트내 탄소의 농축은 일어나지 않는다고 보았다. 따라서, 상변태율은 수학식 1과 2를 통해 계산된 오스테나이트의 새로운 길이변화 기준선에 지렛대원리를 이용하여 비선형적으로 구해진다.

이하, 본 발명의 일실시예를 구체적으로 설명한다.

〈실시예〉

강재의 상변태시 길이 변화의 측정 시험에는 지름 2 mm이고 길이 7 mm인 봉상 시편을 사용하였으며, 팽창계를 이용하여 냉각중 봉상 시편의 길이 변화를 측정하였다. 상기 봉상 시편은 0.15 wt.%C - 1.53 wt.%Mn 조성으로 이루어져 있다. 이러한 봉상 시편을 1 ℃/sec로 냉각할 때, 변태상의 길이변화선의 측정결과와 오스테나이트 단상의 길이변화 기준선은, 수학식 1을 이용하여, 여러 초기탄소농도에 대해 계산하였다.

그 결과는 도2에 도시하였다. 즉, 오스테나이트 내 탄소농도가 0.15 wt.%/C인 경우, 변태상의 길이변화선은 원래의 오스테나이트의 길이변화선을 단순 외삽한 것과 같으나, 탄소농도가 증가함에 따라 오스테나이트의 길이변화선이 점차 증가하여 변태상의 길이변화선에 접근함을 알 수 있다.

도2에서 긴 점선으로 나타낸 것은 상변태 중 오스테나이트 내 탄소농도를 고려한 오스테나이트의 길이변화선으로서, 0.4648 wt.%C에서 퍼얼라이트가 발생하여 오스테나이트 내에 탄소농축이 중단되는 것을 알 수 있다.

그리고, 긴 점선으로 표시된 오스테나이트의 길이변화선과 짧은 점선으로 표시된 변태상(페라이트, 퍼얼라이트)의 길이변화 기준선을 참조하여, 봉상 시편의 실제 길이변화 곡선에 지렛대원리를 적용함으로서, 봉상 시편의 상변태율을 구할 수 있다.

도3에는 종래의 방법과 본 발명에 따른 방법을 통해 분석한 상변태율의 비교 그래프이다. 본 발명에 따라 분석된 상변태 속도는 도3에 도시된 것과 같이 종래방법에 의해 분석된 것에 비해 다소 느리고, 또한 퍼얼라이트의 양도 다소 적게 나타난다는 것을 알 수 있다. 이것은, 기존에 공지된 바와 같이, DTA, TGA 및 DSC와 같은 열분석기를 사용하여 얻어진 결과와 유사하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상변태 중 오스테나이트에 농축되는 탄소농도를 계산할 수 있다.

즉, 상변태 중 오스테나이트에 농축되는 탄소농도는 수학식 2를 이용하여 계산되었으며, 그 결과는 도4에 그래프로 도시되어 있다. 도4를 참조하면, 오스테나이트 내 탄소농도는 초기 0.15 wt.%에서 상변태가 진행됨에 따라 증가한다는 사실을 알 수 있다. 또한, 오스테나이트 내 탄소농도는, 0.4648 wt.%C에서부터 퍼얼라이트가 생성되면, 농축되지 않고 일정하게 된다는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 강재의 상변태중 오스테나이트 내 탄소농축량에 따른 강재의 길이변화를 고려하여 상변태율 및 오스테나이트내 탄소농축 정도를 동시에 측정함으로써, 특히 열간압연시 강재의 변태거동을 정확히 정량화하여 목표로 하는 소정의 권취온도를 적중시키고 또한 열연제품의 재질예측 정도를 향상할 수 있다.

Claims

상변태시 강재의 상변태율을 측정하는 방법에 있어서,

(a) 팽창계를 이용하여 냉각 중 강재의 길이변화를 측정하는 단계와,

(b) 측정된 강재의 길이변화값으로부터 상변태 중 오스테나이트 내 탄소농축량을 계산하는 단계와,

(c) 계산된 오스테나이트 내 탄소농축량에 상응하는 오스테나이트의 기준길이 변화량을 보정하는 단계와,

(d) 보정된 오스테나이트 기준길이 변화량 및 변태상의 길이변화량으로부터 변태율을 계산하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 강재의 상변태율 측정방법.
제1항에 있어서, 상기 (b), (c), (d) 단계는 비선형최적화법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 강재의 상변태율 측정방법.
제1항에 있어서, 상변태 중 오스테나이트 내 탄소농도와 변태분율은 동시에 측정되는 것을 특징으로 하는 강재의 상변태율 측정방법.
팽창계를 이용하여 상변태시 강재의 길이변화로부터 상변태율을 측정하는 방법에 있어서,

탄소 함량에 따른 오스테나이트와 변태상 간의 길이차이를 강재의 초기길이로 나눈 값은 온도와 오스테나이트 내 탄소 농도의 함수식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 강재의 상변태율 측정방법.
제4항에 있어서, 상기 함수식은이고, 여기에서 a,b,c,d,e,f는 상수, T는 온도, C는 오스테나이트 내 탄소농도인 것을 특징으로 하는 강재의 상변태율 측정방법.