KR20030053808A - 크롬―몰리브덴 합금강 선재 압연방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크롬-몰리브덴 합금강을 선재 압연함에 있어서, 소재표면에 크랙이 발생하는 것을 예방하는 크롬-몰리브덴 합금강 선재 압연방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 크롬-몰리브덴(Cr-Mo)합금강 빌렛을 조압연단계와, 중간 조압연단계와, 중간 사상압연단계와, 사상압연단계 순으로 압연하는 선재 압연방법에 있어서, 중간 조압연단계에서는 각 스탠드의 방출량비를 1.02~1.03의 범위로 압연하는 선재 압연방법이 제공된다.

Description

크롬―몰리브덴 합금강 선재 압연방법{Rod rolling method for Cr―Mo alloy steel}

본 발명은 크롬-몰리브덴 합금강(SCM440)을 선재로 압연하는 선재 압연방법에 관한 것이며, 특히, 중간 조압연렬 구간의 스탠드의 방출량비를 제어하여 크롬―몰리브덴 합금강 선재의 표면에 크랙이 발생하는 것을 방지하는 크롬―몰리브덴 합금강 선재 압연방법에 관한 것이다.

선재 압연공정은 열간 상태의 빌렛(billet)이 수십 개의 선재 압연 스탠드를연속적으로 통과하면서 원하는 형상 및 직경을 갖는 선재로 압연되는 연속 압연공정이다. 이러한 선재 압연공정의 각 스탠드에 설치된 롤은 강판 압연공정의 스탠드에 설치된 원기둥형 롤과 다르게 그 형상이 다양하며, 선재 스탠드의 롤 사이를 통과하는 소재는 롤 사이의 공형의 형태로 압연된다. 이런 선재 압연 시에 폭방향으로 소재의 유동이 많이 허용된다. 따라서, 이런 소재의 유동에 의해 선재 압연 중에는 소재의 폭 즉, 롤갭 방향으로의 소재의 두께가 증가하는 폭퍼짐 현상이 발생한다.

열간 압연시에는 강판의 폭퍼짐은 무시할 수 있다. 그 이유는 강판이 원기둥형 금속 롤에 압축되면서 롤의 회전방향으로 마찰저항이 가로방향의 유효 마찰저항보다 더 적게 되어 강판의 길이방향으로의 연신이 폭방향으로의 연신보다 크게 발생함으로, 열간 압연에서 강판의 폭방향으로의 연신은 거의 무시된다.

한편, 선재의 폭퍼짐에 관련된 인자들은 압하량, 재료의 최초형상, 롤 직경, 재료의 화학적조성, 압연온도, 롤과 재료사이의 영향 및, 압연속도 등으로 다양하다.

도면에서, 도 1은 상자공형(box groove)을 갖는 선재압연롤의 개략도이고, 도 2는 타원공형(oval groove)을 갖는 선재압연롤의 개략도이고, 도 3은 원형공형(round groove)을 갖는 선재압연롤의 개략도이고, 도 4는 타원형의 소재가 원형공형의 롤에 의해 압연되는 과정의 개략도이다.

여러 나라의 선재 압연공정에서 사용되고 있는 일반적인 선재 압연방법은 타원형-원형(oval type-round type) 패스 또는 정사각형-마름모형(square type-diamond type) 패스이다. 빌렛(billet)이 가열로에서 나와, 도 1에 도시된 바와 같이, 1번 스탠드의 상자형(box type) 선재압연롤(1Hb, 1Lb)에 의해 제일 먼저 압연되고, 그 다음에 도 2에 도시된 바와 같은 2번 스탠드의 타원형(oval type) 선재압연롤(1Ho, 1Lo)에 의해 압연된 다음, 도 3과 같은 3번 스탠드의 원형(round type) 선재압연롤(1Hr, 1Lr)에 의해 압연된다. 그 후에는 도 4의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같은 타원형-원형(oval type-round type) 선재압연롤(2Hr, 2Lr; 3Hr, 3Lr)을 반복적으로 패스한다. 최종제품 크기(size)별로 스탠드의 패스 회수를 달리하여 원하는 단면 크기의 선재제품을 생산하게 된다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 이들 롤은 상부 선재압연롤(1Hb, 1Ho, 1Hr, 2Hr, 3Hr)과 하부 선재압연롤(1Lb, 1Lo, 1Lr, 2Lr, 3Lr)을 포함하며, 이런 상하부 선재압연롤에는 공형(3)이 형성되고 이런 상하부 선재압연롤(1Hb, 1Lb; 1Ho, 1Lo; 1Hr, 1Lr; 2Hr, 2Lr; 3Hr, 3Lr)의 사이를 선재(4)가 통과하면서 공형(3)의 형상으로 압연된다.

그리고, 통상의 선재 압연라인은 크게 조압연렬(1~5번 스탠드), 중간 조압연렬(6~13번 스탠드), 중간 사상압연렬(14~19번 스탠드) 및, 사상압연렬(20~29번 스탠드) 구간으로 구분한다.

이러한 통상의 선재 압연라인은 중탄소강(0.45wt%C)을 기준으로 설계되어 있다. 따라서, 상기의 중탄소강 선재를 기준으로 설계된 선재 압연라인에서 표 1의 성분조성 갖는 크롬-몰리브덴 합금강(SCM440)을 선재 압연을 하다보면, 다음과 같은 문제점이 발생한다.

표 1에서의 나머지 중량비는 철(Fe)과 불가분적인 불순물이다.

이와 같은 SCM440합금강을 선재 압연하다보면, 크랙이 선재의 선단부, 중간부 및, 후단부에 4~5링(ring)씩 국부적으로 발생한다. 여기에서, 링(ring)은 선재를 권취하였을 때의 형상을 말하며, 권취된 링의 반경에 의해 크랙이 발생한 선재의 길이를 계산할 수 있다.

한편, 압연되는 선재의 온도가 계속 떨어지는 조압연렬 구간에서 선재에 인장이 걸리면, 소재의 표면에 인장응력이 발생되고 이로 인해 소재표면에 인장크랙(tension crack)이 발생한다. 반대로, 압축이 걸리면 선재가 스탠드를 통과하는 패스(pass)과정에서 소재 단면적이 커지고, 이로 인해 패스(pass)에서 선재가 공형(caliber) 밖으로 빠져 나와, 다음 패스에서 선재가 압연될 때에 이 부위가 겹침 크랙으로 발전하여 선재에 표면크랙이 발생하게 된다. 따라서, 각 패스에서 선재의 방출량(mass flux)이 균형(balance)을 이루어야 한다.

이를 전문적인 용어로는 '방출량 균형(balance of mass flux)'라고 한다. 각 패스에서 방출량(m³/sec)은 압연되는 소재의 단면적(m²)과 속도(m/sec)를 곱하여 나타낸다.

따라서, 종래의 선재 압연공정에서는 선재 압연 시에 강종변화에 따른 선재의 열간 변형거동의 특성을 고려하지 않고 압연하였기 때문에, 중탄소강의 선재를 압연하도록 설계된 선재 압연라인에서 SCM440인 크롬-몰리브덴 합금강을 소재로 선재 압연하였을 때에, 선재의 온도가 떨어지는 구간 즉 중간 조압연렬 구간(6~13번 스탠드)에서 선재표면에 크랙(crack)이 발생한다는 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 중탄소강(0.45wt%C)을 선재압연하기 위해 설계된 선재 압연라인에서 크롬―몰리브덴 합금강(SCM440)을 선재 압연하였을 때에 발생하는 선재 표면의 크랙을 방지할 수 있도록 선재의 온도가 크게 떨어지는 중간 조압연렬 구간에 배치된 스탠드의 방출량비를 제어하는 크롬―몰리브덴 합금강 선재 압연방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 상자공형(box groove)을 가지는 선재압연롤의 개략도이고,

도 2는 타원공형(oval groove)을 가지는 선재압연롤의 개략도이고,

도 3은 원형공형(round groove)을 가지는 선재압연롤의 개략도이고,

도 4는 타원형의 소재가 원형공형의 롤에 의해 압연되는 과정의 개략도이며,

도 5는 선재 압연라인에 있어 조압연렬 구간에서의 선재 온도이력분포를 나타낸 그래프이다.

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 크롬-몰리브덴(Cr-Mo)합금강 빌렛을 조압연단계와, 중간 조압연단계와, 중간 사상압연단계와, 사상압연단계 순으로 압연하는 선재 압연방법에 있어서, 상기 중간 조압연단계에서는 각 스탠드의 방출량비를 1.02~1.03의 범위로 압연하는 선재 압연방법이 제공된다.

아래에서, 본 발명에 따른 크롬―몰리브덴 합금강 선재 압연방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

크롬―몰리브덴 합금강 선재 압연방법은 중간 조압연렬 구간에 배치된 각각의 스탠드의 방출량비를 1.02~1.03으로 제어하여 크롬-몰리브덴 합금강(SCM440)의 선재 표면에 크랙이 발생하지 않도록 압연하는 것이다.

하기의 수학식 1은 방출량비를 계산하는 식이다.

여기에서, N은 스탠드 번호를 나타낸다.

앞에서 설명한 바와 같이, 선재 압연라인은 크게 조압연렬(1~5번 스탠드), 중간 조압연렬(6~13번 스탠드), 중간 사상압연렬(14~19번 스탠드) 및, 사상압연렬(20~29번 스탠드) 구간으로 구분하며, 통상적으로 가열로에서 가열된 강 소재의 온도는 상기 조압연렬 및 중간 조압연렬 구간의 전반부에서 감소하지만, 그 이후의 압연공정인 중간 사상압연렬 및 사상압연렬에서는 가공발열에 의해 소재의 온도가 상승하게 된다.

여기에서, 중간 조압연렬 구간에서 방출량비를 1.02~1.03으로 제한한 이유는 압연 중에 선재에 소정의 인장(tension)을 걸어주지 않으면, 즉 방출량비가 1.01이하로 인장을 걸어주면, 진입 불량이 빈번하게 발생해서 조업에 악영향을 주게 된다. 또한, 방출량비가 1.04이상인 경우에는 압연 중인 선재에 과도한 인장이 걸려서 선재표면에 터짐이 발생될 우려가 있고, 소재 후단 부위가 90°이상 또는 그 이하로 회전하여, 소재의 압연되어야 할 부위가 압연되지 않고 다른 부위가 압연되기 때문이다. 이를 보다 상세히 설명하자면, 도 4의 (a)에서와 같은 타원형 선재가 롤에 진입하여 타원형의 장축 양단부가 압연되어야 하나, 선재가 90°회전하게 되면 타원형 선재는 압연위치가 바뀌어 압연되지 않게 되거나 또는 단축의 양단부가 압연되어 압연불량이 발생하기 때문이다.

[실시예]

도면에서, 도 5는 선재 압연라인에 있어 조압연렬 구간에서의 선재 온도이력분포를 나타낸 그래프이다.

아래의 표 2에서는 조압연렬(roughing train) 및 중간 조압연렬 구간의 각 패스에서의 선재 단면적, 감면률, 선재온도 및, 선재 압연속도를 나타내고 있다.

한편, 조압연렬(roughing train) 및 중간 조압연렬 구간의 패스 스케줄(pass schedule)을 변경하여 패스별 방출량비를 변화시키면서 현장 압연실험을 실시하고, 소재표면에 크랙 및 터짐 발생여부를 조사하여 소재표면에서 터짐이 발생하지 않는 선재를 기준으로 패스별 방출량비를 하기의 표 3에 나타내었다.

패스별 방출량비는 1번 패스를 기준으로 한다. 방출량비가 1.0보다 크면 선재에 인장(tension)이 걸리고, 1.0보다 작으면 압축(compression)이 걸린다는 의미다.

상기의 표 3에 나타난 바와 같이, 종래의 선재 압연공정에서는 6번 스탠드에서 7번 스탠드로 패스되면서 방출량비가 1.02에서 1.08로 상승하여 그 후에도 계속적으로 상승한다. 앞에서 설명한 바와 같이, 방출량비가 1.04이상인 경우에는 압연 중인 선재에 과도한 인장이 걸려서 선재표면에 터짐이 발생될 우려가 있다. 따라서, 종래의 방출량비로 선재 압연하였을 경우에는 선재 표면에서 터짐이 발생할 가능성이 대단히 크다.

그러나, 본 발명의 한 실시예에 따른 방출량을 이용한 선재압연 제어방법에서는 조압연렬에서는 방출량비가 1.05까지 상승한 상태에서 중간 조압연렬인 6~10번 스탠드에서 방출량비를 1.02~1.03으로 제어함으로써, 그 이후의 스탠드에서 나타내는 방출량비 또한 1.06이하로 낮아짐을 보였다.

이는 도 5에 도시된 바와 같이, 소재의 표면온도가 급격히 떨어지는 구간인 중간 조압연렬 구간에서 선재에 과도한 인장이 걸리게 되고, 방출량비가 급격히 변하면서 소재표면에 크랙이 생길 가능성이 많게 되는데, 이 구간에서 방출량비를1.02~1.03 범위 내로 제어함으로써, 소재표면에서의 터짐 현상을 감소할 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 방출량을 이용한 선재압연 제어방법은 선재 표면온도가 급격하게 떨어지는 중간 조압연렬 구간에 배치된 다수 개의 롤 중에서 선단부에 위치한 6번~10번 스탠드의 방출량비를 1.02~1.03으로 제어함으로써, 다음으로 이어지는 선재 압연과정의 방출량비를 감소시킨다. 따라서, 중탄소강(0.45wt%C)의 선재소재를 압연하는 것을 기준으로 설계된 선재압연라인에서 크롬-몰리브덴 합금강을 선재 압연하더라도 선재표면에 크랙이 발생하는 것을 예방할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 방출량을 이용한 선재압연 제어방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (1)

1. 크롬-몰리브덴(Cr-Mo)합금강 빌렛을 조압연단계와, 중간 조압연단계와, 중간 사상압연단계와, 사상압연단계 순으로 압연하는 선재 압연방법에 있어서,

   상기 중간 조압연단계에서는 각 스탠드의 방출량비를 1.02~1.03의 범위로 압연하는 것을 특징으로 하는 선재 압연방법.