KR20120074600A - 열간압연공정에서의 압연유량 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압연유를 이용하는 열간압연공정에서, 상기 열간압연공정은 압연롤과 압연재 사이에 공급되는 압연유량을 제어하는 압연유량 제어방법을 포함하되 상기 압연유량 제어방법은, 상기 압연롤과 압연재 사이의 마찰계수를 실시간으로 추정하는 마찰계수 추정단계; 상기 추정된 마찰계수에 의하여 상기 압연롤과 압연재 사이에 공급될 압연유량을 도출하는 압연유량 도출단계; 및 상기 도출된 압연유량에 의하여 압연롤과 압연재 사이에 압연유를 변동적인 압연유량으로 공급시키는 압연유 공급단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간압연공정의 압연유량 제어방법.에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 열간압연공정에서 실시간으로 압연유량을 효과적으로 제어함으로써 불량률이 감소하여 생산성을 향상시킬 수 있는 열간압연공정과, 상기 열간압연공정에 의하여 제조되는 고크롬 페라이트계 스테인리스강을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 페라이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스티킹 현상 및 판쏠림 현상 등을 제어하여 표면품질이 우수한 고크롬 페라이트계 스테인리스강을 제조하기 위한 열간압연공정에서의 압연유량 제어방법 및 이에 의하여 제조된 페라이트계 스테인리스강에 관한 것이다.
본 발명은 표면품질이 우수한 고크롬 페라이트계 스테인리스강 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 페라이트계 스테인리스강을 열간압연하는 공정에서 빈번히 발생하는 스티킹 현상을 저감시킴으로써, 표면품질이 향상된 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 관한 것이다.
통상, 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에서 스티킹 발생을 저감시키기 위하여 열간압연에서 사용되는 압연기의 압연롤과 압연재의 표면사이에 소정의 물질을 첨가하여 열간압연공정을 수행하였다.
이러한 방법들은 압연재 표면에 특정한 물질을 추가시킴으로써 압연롤과 소재 사이의 마찰을 감소시키고, 이에 의하여 스티킹 현상을 방지하는 방법으로, 이들 방법에서는 실시간으로 변동하는 압연롤과 소재 사이의 마찰계수를 고려하지 않기 때문에 압연재 표면에 분사하여 추가되는 특정한 물질을 제어하기 어렵다. 따라서, 상기 특정한 물질의 양이 적을 경우는 스티킹 현상을 방지하기 충분하지 않고, 또한 상기 특정한 물질의 양이 과도할 경우에는 슬립 현상 등의 결합이 발생할 수 있다는 단점이 있다.
또 다른, 페라이트계 스테인리스강의 스티킹 현상을 방지하기 위한 방법은 열간압연시에 압연롤 또는 압연재의 어느 일측 표면에 특정한 물질을 추가하거나 또는 가열로를 특정한 온도로 유지하면서 상기 열간압연을 수행하는 방법을 들 수 있다. 이들 중 전자의 경우에는 표면에 추가되는 특정한 물질이 스티킹 현상의 발생을 저감시키는 효과가 있는 반면 적용 가능한 강종 및 기타의 압연조건에 의하여 변경되는 압연롤과 압연재의 마찰특성을 반영하지 못한다는 문제점이 있다. 즉, 압연롤과 압연재 사이의 실시간으로 변경하는 마찰계수를 고려하지 않고 단순히 유압연을 사용하는 경우, 스티킹 현상은 저감될 수 있으나, 부족하거나 또는 과도하게 사용되는 압연유량에 의해서 슬립 현상 등이 발생할 수 있고, 이에 의하여 판쏠림이 발생하는 등의 문제가 추가로 발생될 수 있다는 단점이 있다 또한, 후자의 경우인 가열로 또는 압연재의 온도를 제어하여 스티킹 현상을 감소시키는 방법은, 이러한 방법에 의하여 제조되는 소재의 재질을 악화시킬 수 있다는 단점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 열간압연할때 압연재의 스티킹 현상 및 슬립 현상을 방지할 수 있는 열간압연공정을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 압연재의 표면품질을 향상을 시킬 수 있는 열간압연공정의 압연유량 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 열간압연공정의 압연유량 제어방법에 관한 것으로, 상기 압연유량 제어방법은 압연유를 이용하여 압연하는 열간압연공정에서, 압연롤과 압연재 사이의 마찰계수를 추정하고, 추정된 마찰계수에 의하여 압연롤과 압연재 사이에 공급되는 압연유량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열간압연공정의 압연유량 제어방법은, 상기 압연롤과 압연재 사이의 마찰계수를 실시간으로 추정하는 마찰계수 추정단계; 상기 추정된 마찰계수에 의하여 상기 압연롤과 압연재 사이에 공급될 압연유량을 도출하는 압연유량 도출단계; 및 상기 도출된 압연유량에 의하여 압연롤과 압연재 사이에 압연유를 변동적인 압연유량으로 공급시키는 압연유 공급단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 마찰계수 추정단계는 압연롤과 압연재 사이의 압연하중, 압연속도, 및 압연토크에 의하여 마찰계수를 추정할 수 있다.
상기 압연유량 도출단계는 상기 추정된 마찰계수와 반비례하도록 상기 압연유량을 도출할 수 있다.
상기 압연유량 도출단계에서 상기 추정된 마찰계수는 데드밴드상한값 및 데드밴드하한값 범위내에 포함되도록 압연유량을 도출하되, 상기 데드밴드상한값은 압연재의 표면에 스티킹이 발생하는 마찰계수이고, 상기 데드밴드하한값은 압연재의 슬립에 의한 판쏠림이 일어나는 마찰계수일 수 있다.
상기 압연유량 도출단계에서 압연유량은 압연유량 리미트 이하로 제한되도록 할 수 있다.
상기 압연유 공급단계는 상기 마찰계수가 일정하게 유지되도록 압연롤과 압연재 사이에 압연유를 공급할 수 있다.
상기 압연재는 중량 %로, Cr: 17~23%, C; 0.02% 이하, N: 0.02% 이하, Ti: 0.2~0.4%, Mn: 0.3% 이하, Cu: 0.2~0.5%, Al: 0.03~0.10%, S: 0.002% 이하, Si: 0.15% 이하, Nb: 0.06~0.45%인 것을 만족하고 남은 성분이 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 고크롬 페라이트계 스테인리스강일 수 있다.
또한, 본 발명은 고크롬 페라이트계 스테인리스강에 과한 발명으로, 상기 고크롬 페라이트계 스테인리스강은 중량 %로, Cr: 17~23%, C; 0.02% 이하, N: 0.02% 이하, Ti: 0.2~0.4%, Mn: 0.3% 이하, Cu: 0.2~0.5%, Al: 0.03~0.10%, S: 0.002% 이하, Si: 0.15% 이하, Nb: 0.06~0.45%인 것을 만족하고 남은 성분이 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 압연재는 열간압연하는 공정에서 압연유량 제어방법은, 상기 압연롤과 압연재 사이의 마찰계수를 실시간으로 추정하고, 상기 추정된 마찰계수에 의하여 상기 압연롤과 압연재 사이에 공급될 압연유량을 도출하고, 상기 도출된 압연유량에 의하여 압연롤과 압연재 사이에 압연유를 변동적인 압연유량으로 공급시키되, 상기 압연유량은 이하의 식을 만족할 수 있다.
압연유량 = (-4E-5) * 마찰계수 + 0.0782
이때, 상기 마찰계수는 데드밴드상한값 및 데드밴드하한값 범위내에 포함되도록 압연유량을 도출하되, 상기 데드밴드상한값은 0.3 내지 0.35이고, 상기 데드밴드하한값은 0.15 내지 0.2일 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 압연재의 스티킹 현상 및 슬립 현상을 방지하여 공정 효율을 증가시킬 수 있는 열간압연공정을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 열간압연공정에서의 신규한 압연유량 제어방법을 제공함으로써 압연재의 표면품질을 향상시킬 수 있는 열간압연공정의 압연유량 제어방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 열간압연공정의 압연유량 제어방법의 개략적인 흐름도.
도 2는 도 1의 압연유량 도출단계의 순서를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 시간에 따른 상부압연롤 및 하부압연롤과 압연재 사이에 도출된 마찰계수를 나타낸 그래프.
도 4는 압연조건에 따른 마찰계수를 나타낸 그래프.
도 5는 압연유량에 따른 마찰계수를 나타낸 그래프.
도 2는 도 1의 압연유량 도출단계의 순서를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 시간에 따른 상부압연롤 및 하부압연롤과 압연재 사이에 도출된 마찰계수를 나타낸 그래프.
도 4는 압연조건에 따른 마찰계수를 나타낸 그래프.
도 5는 압연유량에 따른 마찰계수를 나타낸 그래프.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
통상, 페라이트계 스테인리스강 스티킹 현상을 방지하기 위하여, 열간압연하는 공정에서 조압연후단과 사상압연전단의 압연롤 입측에 고압수 분사장치를 장착하여 고압수를 스테인리스강의 열연판에 분사함으로써 상기 스테인리스강의 열연판의 표면온도를 약 700℃까지 저하시키는 방법이 개시되어 있다. 이와 같이 표면온도가 저하된 스테인리스강의 열연판에 소정의 고온강도를 확보시킨 후 즉시 열간압연하여 스티킹 현상을 방지하였다.
또한, 페라이트계 스테인리스강의 스티킹 현상을 방지하기 위한 장치 및 방법으로, 압연재 표면에 스팀 (steam)을 분사시키거나, 가열로에서 슬라브의 출측온도를 상향시키고, 압연 시작전에 열연판 표면의 고온산화를 촉진시킴으로써 압연판 표면에 두꺼운 스케일층을 형성시킨 후에 압연함으로써 스티킹 형상을 방지하는 방법을 들 수 있다.
전술한 방법들은 압연재 표면에 특정한 물질을 추가시킴으로써 압연롤과 소재 사이의 마찰을 감소시키고, 이에 의하여 스티킹 현상을 방지하는 내용이다. 이들 방법에서는 실시간으로 변동하는 압연롤과 소재 사이의 마찰계수를 고려하지 않기 때문에 압연재 표면에 분사하여 추가되는 특정한 물질을 제어하기 어렵다. 따라서, 상기 특정한 물질의 양이 적을 경우는 스티킹 현상을 방지하기 충분하지 않고, 또한 상기 특정한 물질의 양이 과도할 경우에는 슬립 현상 등의 결합이 발생할 수 있다는 단점이 있다.
또 다른 방법으로는, 스테인리스강의 스티킹 현상을 방지하기 위하여 압연롤에 입자크기가 100μm이하인 스케일과 물로 이루어진 혼합액을 분사하는 방법에 대하여 개시되어 있다. 구체적으로, 스테인리스강을 압연하기 전에 압연롤에 미세한 스케일 입자를 흡착시킨후 압연하는 것을 특징으로 한다. 상기 두개의 공개특허는 스케일 입자와 물의 성분비가 차이가 발생할 수 있다는 단점이 있다. 특히, 이와 같은 방법은 압연롤에 특정한 물질을 추가시킨다는 측면에서 차별을 갖는 반면, 압연롤과 소재 상이의 마찰계수를 감소시킬 때 실시간으로 압연롤과 소재 사이의 마찰계수를 확인할 수 없으므로, 스티킹 현상이 발생하는 경우에는 어떠한 조취도 취할 수 없다는 단점이 있다.
이들 페라이트계 스테인리스강의 스티킹 현상을 방지하기 위한 방법은 열간압연시에 압연롤 또는 압연재의 어느 일측 표면에 특정한 물질을 추가하거나 또는 가열로를 특정한 온도로 유지하면서 상기 열간압연을 수행하는 방법으로 요약될 수 있다. 이들 중 전자의 경우에는 표면에 추가되는 특정한 물질이 스티킹 현상의 발생을 저감시키는 효과가 있는 반면 적용 가능한 강종 및 기타의 압연조건에 의하여 변경되는 압연롤과 압연재의 마찰특성을 반영하지 못한다는 문제점이 있다. 즉, 압연롤과 압연재 사이의 실시간으로 변경하는 마찰계수를 고려하지 않고 단순히 유압연을 사용하는 경우, 스티킹 현상은 저감될 수 있으나, 부족하거나 또는 과도하게 사용되는 압연유량에 의해서 슬립 현상 등이 발생할 수 있고, 이에 의하여 판쏠림이 발생하는 등의 문제가 추가로 발생될 수 있다는 단점이 있다 또한, 후자의 경우인 가열로 또는 압연재의 온도를 제어하여 스티킹 현상을 감소시키는 방법은, 이러한 방법에 의하여 제조되는 소재의 재질을 악화시킬 수 있다는 단점이 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 열간압연공정의 압연유량 제어방법의 개략적인 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열간압연공정의 압연유량 제어방법은 압연유를 이용하여 압연하는 열간압연공정에서, 압연롤과 압연재 사이의 마찰계수를 추정하고, 추정된 마찰계수에 의하여 압연롤과 압연재 사이에 공급되는 압연유량을 제어하는 것을 포함한다.
또한, 상기 압연재는 중량 %로, Cr: 17~23%, C; 0.02% 이하, N: 0.02% 이하, Ti: 0.2~0.4%, Mn: 0.3% 이하, Cu: 0.2~0.5%, Al: 0.03~0.10%, S: 0.002% 이하, Si: 0.15% 이하, Nb: 0.06~0.45%인 것을 만족하고 남은 성분이 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 고크롬 페라이트계 스테인리스강일 수 있다.
예컨대, 고크롬 페라이트계 스테인리스강 등의 압연재의 열간압연공정에서 상기 압연재에 빈번히 발생하는 표면결함 중에 하나로 스티킹 현상을 들 수 있다. 상기 스티킹 현상의 주요 메커니즘은 다음과 같다. 고온에서 압연롤을 이용하여 압연하는 열간압연공정에서, 압연재와 압연롤 사이에는 마찰이 과도하게 생길 수 있고, 상기 과도한 마찰은 압연재 표면의 탈락을 유발시킬 수 있다. 이와 같이 탈락된 압연재의 표면은 가압하며 직접 접촉하는 압연롤에 전사될 수 있으며, 압연재가 전사된 압연롤에는 요철이 발생된다. 이와 같은 요철은 압연공정이 진행될수록 압연롤의 손상을 유발시킬 수 있으며, 손상된 압연롤에 의하여 압연재는 압연 길이 방향으로 흠이 발생할 수 있다. 이러한 현상을 스티킹 현상이라 한다.
스티킹 현상은 고크롬 페라이트계 스테인리스강을 열간압연하는 공정에서 빈번하게 발생할 수 있는데, 스티킹 현상을 방지하기 위하여 압연롤 또는 압연재의 적어도 어느 일측에는, 예컨대 압연유 등의 물질을 추가시킴으로써 압연롤과 압연재 사이의 마찰을 감소할 수 있다.
이때, 압연유는 압연롤과 압연재 사이의 마찰특성을 고려하여 압연유량을 제어할 필요가 있다. 즉, 압연유량이 미량으로 사용된 경우에는 전술한 바와 같은 스티킹 현상이 발생할 수 있다. 반면, 압연유량이 과도하게 사용되는 경우에는 상기 압연롤과 압연재 사이의 마찰계수는 감소하여 스티킹 현상을 방지할 수 있으나, 압연재의 슬립 현상이 발생할 수 있다. 상기 슬립 현상은, 예컨대 압연재의 판쏠림을 들 수 있으며, 이러한 판쏠림은 압연재의 압연이 불균형적으로 수행될 수 있게 하고, 또한 연속적인 압연을 방해하여 공정 효율을 저감시킬 수 있다.
본 발명은 압연롤과 압연재 사이의 마찰특성을 고려하여 압연유량을 도출하고, 도출된 압연유량에 의하여 상기 압연롤과 압연재 사이에 압연유를 변동적으로 공급하는 압연유량 제어방법에 관한 것이다. 상기 압연유량 제어방법에 의하여, 압연롤과 압연재 사이의 마찰특성을 일정하도록 유지하고 또한 상기 압연롤과 압연재 사이에 공급되는 압연유량을 적정 수준으로 제어함으로써, 스티킹 현상 및 슬립 현상을 예방할 수 있다. 따라서, 압연유를 사용하여 압연재를 열간압연하는 공정의 불량률을 감소시킴으로써, 생산성이 향상된 열간압연공정을 제공할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 압연유량 제어방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 상기 압연유량 제어방법은, 먼저 압연롤과 압연재 사이의 마찰계수를 추정하고, 이에 따라서 적정 압연유량을 도출함으로써, 압연롤과 압연재 사이에 공급되는 압연유량을 제어하는 것이다.
열간압연공정의 압연유량 제어방법은, 상기 압연롤과 압연재 사이의 마찰계수를 실시간으로 추정하는 마찰계수 추정단계 (S1); 상기 추정된 마찰계수에 의하여 상기 압연롤과 압연재 사이에 공급될 압연유량을 도출하는 압연유량 도출단계 (S2); 및 상기 도출된 압연유량에 의하여 압연롤과 압연재 사이에 압연유를 변동적인 압연유량으로 공급시키는 압연유 공급단계 (S3);를 포함할 수 있다.
상기 마찰계수 추정단계 (S1)는 압연롤과 압연재 사이의 마찰계수를 추정하는 단계로, 상기 마찰계수는 압연하중, 압연속도, 및 압연토크에 의하여 추정될 수 있다.
마찰계수 추정단계 (S1)에서 마찰계수는 압연롤과 압연재 사이의 마찰특성을 실시간으로 파악하여 실시간으로 변동하는 값으로 추정될 수 있다. 압연롤은 압연재의 상부면과 접하는 상부압연롤과, 상기 압연재의 하부면과 접하는 하부압연롤로 이루어질 수 있으며, 상기 마찰계수 추정단계 (S1)에서는 상부압연롤과 압연재 사이의 상부마찰계수와 하부압연롤과 압연재 사이의 하부마찰계수를 각각 개별적으로 추정할 수 있다.
마찰계수를 추정하기 위해서는 압연하중, 압연토크 및 압연속도를 필요로 한다. 압연하중은 압연롤의 하부에 구비되는 로드셀을 이용하여 측정할 수 있다. 압연토크는 상부압연롤 및 하부압연롤의 각각에 대하여 상부압연토크 및 하부압연토크로 이루어질 수 있으며, 상부하부압연토크 및 하부압연토크는 압연롤구동모터의 전류값으로부터 측정될 수 있다. 이와 같은 측정된 압연하중 및 압연토크와, 압연재를 압연하는 속도인 압연속도에 의하여 압연롤과 압연재 사이의 마찰계수를 추정할 수 있다.
도 2는 도 1의 압연유량 도출단계의 순서를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 압연유량 도출단계 (S2)는 상기 추정된 마찰계수와 반비례하도록 상기 압연유량을 도출될 수 있다. 또한, 압연유량 도출단계 (S2)에서 상기 추정된 마찰계수는 데드밴드상한값 및 데드밴드하한값 범위내에 포함되도록 압연유량을 도출하되, 상기 데드밴드상한값은 압연재의 표면에 스티킹이 발생하는 마찰계수이고, 상기 데드밴드하한값은 압연재의 슬립에 의한 판쏠림이 일어나는 마찰계수일 수 있다. 또한, 상기 압연유량은 압연유량 리미트 이하로 제한될 수 있다. 이때, 상기 데드밴드상한값 및 데드밴드하한값은 압연재, 압연공정조건 등에 의하여 달라질 수 있는 값으로, 이는 실험적으로 결정될 수 있다. 또한, 상기 압연유량 리미트는 압연공정에서 사용될 수 있는 최대 압연유량으로 이는 공정 조건 또는 장치 특성 등에 의하여 결정될 수 있으며, 이는 압연공정의 안전성을 담보하기 위함이다.
마찰계수는 상부압연토크 및 하부압연토크에 의하여 각각 상부마찰계수와 하부마찰계수로 구분되어 추정될 수 있으며, 이와 같이 추정된 마찰계수는 압연롤 (100), 압연재 (200) 및 압연유량 (300)에 따른 압연공정에 따라 실험적으로 결정되는 데드밴드상한값 및 데드밴드하한값의 범위내로 제한되어 도출될 수 있다. 도출된 압연유량 (300)은 압연유량 리미트 이하로, 상기 압연롤 (100)과 압연재 (200) 사이에 공급될 수 있다.
압연유량 도출단계 (S2)는 마찰계수 추정단계 (S1)에서 추정된 마찰계수로부터 압연유량을 도출하는 것으로, 전술한 바와 같이 상부마찰계수 및 하부마찰계수에 따라서 개별적으로 상부압연롤 (110) 및 하부압연롤 (120)과 압연재 (200) 사이에 공급될 압연유량을 도출할 수 있다. 또한, 압연유량 (300)은 마찰계수와 반비례할 수 있다. 따라서, 압연유량 (300)을 제어함으로써 압연롤 (100)과 압연재 (200) 사이의 마찰계수를 일정하게 유지시킬 수 있으며, 상부마찰계수 및 하부마찰계수 각각에 의하여 압연유량 (300)도 상부압연유량 및 하부압연유량으로 각각 별도로 제어할 수 있다.
또한, 상기 마찰계수 데드밴드상한값 및 데드밴드하한값의 범위내에 포함되도록 도출된 도출된 압연유량은 압연유량 리미트 이하로 제한될 수 있다.
구체적으로는, 압연유량 도출단계 (S2)는 상부마찰계수 또는 하부마찰계수에 따른 압연유량은 실험값인 마찰계수 데드밴드상한값 및 데드밴드하한값 범위안에 유지되도록 하다. 압연유량 리미트는 전술한 바와 같이 압연공정의 안전성을 담보하기 위한 최대한 공급될 수 있는 압연유량으로, 상기 압연유량을 압연유량 리미트 이하로 다시 제한함으로써 공정의 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 마찰계수 데드밴드의 범위는 각각의 압연재 및 압연조건의 실험값으로 구할 수 있으며, 최적을 마찰계수는 상기 데드밴드상한값 및 데드밴드하한값의 중앙값에서 +/- 오차범위내에 포함되는 값일 수 있다.
상기 압연유 공급단계 (S3)는 마찰계수가 일정하게 유지되도록 압연롤과 압연재 사이에 압연유를 공급할 수 있다. 압연유 공급단계 (S3)는 전술한 바와 같이 압연유량 리미트에 의하여 제한된 값으로, 압연롤과 압연재 사이에 압연유를 공급할 수 있다. 이때, 공급되는 압연유는 실시간으로 추정된 마찰계수에 의하여 실시간으로 변동하여 공급될 수 있으며, 따라서, 압연유의 양이 과량으로 공급되지 않도록 효과적으로 제어할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나, 하기 실시예들은 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명의 권리 범위가 하기 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니다.
1. 시간에 따른 상부마찰계수 및 하부마찰계수 검토
상기 압연재는 중량 %로, Cr: 17~23%, C; 0.02% 이하, N: 0.02% 이하, Ti: 0.2~0.4%, Mn: 0.3% 이하, Cu: 0.2~0.5%, Al: 0.03~0.10%, S: 0.002% 이하, Si: 0.15% 이하, Nb: 0.06~0.45%인 것을 만족하고 남은 성분이 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 고크롬 페라이트계 스테인리스강을 압연재로 열간압연공정을 수행하였다.
각각 상부압연롤과 하부압연롤로 상기 고크롬 페라이트계 스테인리스강을 압연하고, 이때 상부 및 하부에 각각 동일한 압연유량으로 압연유를 공급하여 마찰계수를 도출하였다.
도 3은 시간에 따른 상부압연롤 및 하부압연롤과 압연재 사이에 도출된 마찰계수를 나타낸 그래프이다.
도 3에서, a는 상부압연롤과 압연재 사이의 마찰계수인 상부마찰계수이고, b는 하부압연롤과 압연재 사이의 마찰계수인 하부마찰계수이다.
마찰력의 크기는 수직항력에 비례하는데, 이때의 비례상수가 마찰계수이다. 마찰의 정도를 나타내는 마찰계수는 물체의 재질, 표면의 매끄러운 정도, 윤활제의 유무와 종류 등에 따라 달라진다. 따라서 물질을 구분할 수 있는 상수라고 할 수는 없다. 이와 같은, 마찰계수는 압연롤에 의한 힘의 평형방정식으로부터 유도될 수 있다. 상기 힘의 평형방정식은 물체에 작용하는 힘계의 효과가 0인 상태를 의미한다.
통상 압연롤을 이용하는 압연재를 압연하는 공정은 바퀴가 지면위를 구르는 물리적현상으로 대응될 수 있다. 이때, 바퀴와 지면 사이의 마찰계수는 바퀴를 구동시키는 토크에서 상기 바퀴의 반지름과, 바퀴와 지면 사이에 작용하는 수직항력으로 나누어서 구할 수 있다. 따라서, 압열롤과 압연재 사이의 마찰계수를 추정하기 위해서는 압연롤에 작용하는 압연토크에서 상기 압연롤의 반경 및 압연하중을 나누어 구할 수 있다.
반면, 압연공정은 바퀴가 지면위를 구르는 물리적현상과는 다르게 중립점이 존재한다. 압연공정에서 상기 중립점을 기점으로 압연롤과 압연재 사이의 입측 및 출측에서의 마찰력의 방향이 반대가 될 수 있다. 즉, 중립점의 위치가 마찰계수를 추정하는 데 큰 영향을 미치는 요인일 수 있으며, 상기 중립점을 선진율과 밀접하게 연관될 수 있다. 따라서, 마찰계수를 추정하기 위해서는 선진율이 고려되어야 하며, 상기 선진율은 압연롤과 압연재 사이의 슬립율에 의하여 결정될 수 있다.
즉, 마찰계수를 도출하기 위해서는 압연기의 슬립율을 실시간으로 측정하여, 선진율을 구하고, 상기 선진율에 의하여 중립접을 결정하며, 이를 적용한 압연토크, 압연하중에 의하여 도출된 마찰계수가 도 3과 같이 도시될 수 있으며, 이는 압연재의 길이방향에 대한 마찰계수이다.
도 3을 참조하면, 동일한 압연롤과 압연재를 사용하여도, 상부마찰계수와 하부마찰계수는 동일하지 않았다. 따라서, 압연롤과 압연재 사이의 압연유량은 상부압연롤과 하부압연롤을 구분하여 개별적으로 제어할 필요가 있음을 확인할 수 있다. 또한, 상부마찰계수와 하부마찰계수는 압연롤, 압연재 및 압연조건을 변경하지 않은 경우에도 시간에 따란 마찰계수가 변동함을 알 수 있었다. 따라서, 압연공정에서의 스티킹 현상 또는 슬립 현상 등을 예방하기 위해서는 사용되는 압연유량도 실시간으로 변동하여 공급되어야 함을 알 수 있었다.
2. 압연조건에 따른 마찰계수
상기 압연재는 중량 %로, Cr: 17~23%, C; 0.02% 이하, N: 0.02% 이하, Ti: 0.2~0.4%, Mn: 0.3% 이하, Cu: 0.2~0.5%, Al: 0.03~0.10%, S: 0.002% 이하, Si: 0.15% 이하, Nb: 0.06~0.45%인 것을 만족하고 남은 성분이 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 고크롬 페라이트계 스테인리스강을 압연재로 열간압연공정을 수행하였다.
압연롤과 압연재 사이의 마찰계수와 압연재 표면에 발생하는 스티킹 현상의 상관성을 확인하기 위하여 압연조건에 따른 마찰계수를 확인하였다. 압연조건은 압연온도, 압하율, 압연유량의 인자로 구분하여, 각각에 대한 마찰계수의 평균값과 스티킹 현상의 발생 여부를 확인하였으며, 이는 표 1에 나타내었다.
| 번호 | 압연온도 | 압하율 | 압연유양 | 스티킹 현상 발생 여부 |
| 1 | 고온 | 통압 | 통윤 | 무 |
| 2 | 고온 | 통압 | 강윤 | 무 |
| 3 | 고온 | 강압 | 강윤 | 무 |
| 4 | 고온 | 강압 | 통윤 | 무 |
| 5 | 저온 | 통압 | 통윤 | 무 |
| 6 | 저온 | 강압 | 통윤 | 유 |
| 7 | 저온 | 강압 | 강윤 | 유 |
| 8 | 저온 | 통압 | 강윤 | 무 |
표 1은 마찰계수와 스티킹 현상의 상관성을 검토하기 위한 것으로, 압연조건을 변화시킴으로써 얻은 마찰계수의 평균값이다. 압연온도에서 고온은 1300±20℃이고, 저온은 1200±20℃로 하여 압연을 수행하였다. 압하율에서 통압은 30% 내지 40%의 압하율을 적용하여 수행한 것을 의미하며, 강압은 강압하 조건인 40% 내지 50%의 압하율로 압연한 경우를 의미한다. 또한, 압하유량에서 통윤은 150 l/min을 의미하고, 강윤은 상대적은 많은 압연유량인 200 l/min을 의미한다.
도 4는 압연조건에 따른 마찰계수를 나타낸 그래프이다.
표 1 및 도 4를 참조하면, 6번 및 7번 조건에서 스티킹 현상이 발생함을 확인할 수 있었다. 6번 및 7번 조건을 검토하면, 스티킹 현상은 1200±20℃인 저온 및 40% 내지 50%의 강압 조건에서 발생하며, 또한 스티킹 현상이 발생한 6번 및 7번 조건은 다른 조건에 비하여 마찰계수 큰 값을 가짐을 확인할 수 있었다. 이와 같이, 스트킹 현상이 발생한 경우의 마찰계수는 마찰계수 데드밴드상한값 및 데드밴드하한값이 될 것이며, 본 실시예와 같은 압연재의 경우에는 마찰계수 데드밴드상한값은 0.3 내지 0.35이고, 마찰계수 데드밴드하한값은 0.15 내지 0.2가 된다.
3. 압연유량에 따른 마찰계수
상기 압연재는 중량 %로, Cr: 17~23%, C; 0.02% 이하, N: 0.02% 이하, Ti: 0.2~0.4%, Mn: 0.3% 이하, Cu: 0.2~0.5%, Al: 0.03~0.10%, S: 0.002% 이하, Si: 0.15% 이하, Nb: 0.06~0.45%인 것을 만족하고 남은 성분이 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 고크롬 페라이트계 스테인리스강을 압연재로 열간압연공정을 수행하였다.
압연롤과 압연재 사이에 공급되는 압연유의 유량변화에 따른 마찰계수의 변화를 확인하기 위하여, 하부압연롤과 압연재 사이에 공급되는 압연유량을 동일하게 하고, 상부압연롤과 압연재 사이에 공급되는 압연유량을 변화시키면서 압연공정을 수행하였다. 표 2는 각각의 조건에 따라서, 압연유량에 따른 상기 상부압연롤에 걸리는 모터 파워와 압연하중을 나타낸 표이다.
| 압연유량 (l/min) | 모터파워 (kW) | 압연하중 (ton) |
||
| 상부 | 하부 | 상부 | 하부 | |
| 300 | 350 | 3300 | 4500 | 1450 |
| 250 | 350 | 4200 | 4600 | 1600 |
| 150 | 350 | 4850 | 4900 | 1700 |
| 미사용 | 미사용 | 4900 | 4900 | 1710 |
도 5는 압연유량에 따른 마찰계수를 나타낸 그래프이다.
표 2 및 도 5를 참조하면, 상부압연롤에 공급되는 압연유량이 증가될수록 마찰계수는 낮은 값을 가짐을 확인할 수 있었다. 즉, 압연유량은 마찰계수와 반비례하는 값으로, 상기 압연유량을 제어하면 마찰계수를 일정하게 유지시킬 수 있었다.
도 5를 참조하면, 그래프의 추세선을 압연유량에 대한 마찰계수의 변화가 -4E-5임을 확인할 수 있으며, 이는 마찰계수를 0.01 감소시키기 위하여 250 l/min (0.01/-4E-5)의 압연유량을 필요로 함을 의미한다. 이와 같은 기울기값은 압연유량을 제어하는 제어게인이 될 수 있으며, 따라서, 상기 압연유 공급단계 (S3)는 상기 압연유량은 다음 식을 만족할 수 있다.
압연유량 = (-4E-5) * 마찰계수 + 0.0782
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 압연롤 110: 상부압연롤
120: 하부압연롤 200: 압연재
300: 압연유량
120: 하부압연롤 200: 압연재
300: 압연유량
Claims (9)
- 압연유를 이용하는 열간압연공정에서,
상기 열간압연공정은 압연롤과 압연재 사이에 공급되는 압연유량을 제어하는 압연유량 제어방법을 포함하되 상기 압연유량 제어방법은,
상기 압연롤과 압연재 사이의 마찰계수를 실시간으로 추정하는 마찰계수 추정단계;
상기 추정된 마찰계수에 의하여 상기 압연롤과 압연재 사이에 공급될 압연유량을 도출하는 압연유량 도출단계; 및
상기 도출된 압연유량에 의하여 압연롤과 압연재 사이에 압연유를 변동적인 압연유량으로 공급시키는 압연유 공급단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 열간압연공정의 압연유량 제어방법. - 제1항에 있어서,
상기 마찰계수 추정단계는 압연롤과 압연재 사이의 압연하중, 압연속도, 및 압연토크에 의하여 마찰계수를 추정하는 것을 특징으로 하는 열간압연공정의 압연유량 제어방법. - 제1항에 있어서,
상기 압연유량 도출단계는 상기 추정된 마찰계수와 반비례하도록 상기 압연유량을 도출하는 것을 특징으로 하는 열간압연공정의 압연유량 제어방법. - 제1항에 있어서,
상기 압연유량 도출단계에서 상기 추정된 마찰계수는 데드밴드상한값 및 데드밴드하한값 범위내에 포함되도록 압연유량을 도출하되, 상기 데드밴드상한값은 압연재의 표면에 스티킹이 발생하는 마찰계수이고, 상기 데드밴드하한값은 압연재의 슬립에 의한 판쏠림이 일어나는 마찰계수인 것을 특징으로 하는 열간압연공정의 압연유량 제어방법. - 제1항에 있어서,
상기 압연유량 도출단계에서 압연유량은 압연유량 리미트 이하로 제한되도록 하는 것을 특징으로 하는 열간압연공정의 압연유량 제어방법. - 제1항에 있어서,
상기 압연유 공급단계는 상기 마찰계수가 일정하게 유지되도록 압연롤과 압연재 사이에 압연유를 공급하는 것을 특징으로 하는 열간압연공정의 압연유량 제어방법. - 제1항에 있어서,
상기 압연재는 중량 %로, Cr: 17~23%, C; 0.02% 이하, N: 0.02% 이하, Ti: 0.2~0.4%, Mn: 0.3% 이하, Cu: 0.2~0.5%, Al: 0.03~0.10%, S: 0.002% 이하, Si: 0.15% 이하, Nb: 0.06~0.45%인 것을 만족하고 남은 성분이 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 고크롬 페라이트계 스테인리스강인 것을 특징으로 하는 열간압연공정의 압연유량 제어방법. - 중량 %로, Cr: 17~23%, C; 0.02% 이하, N: 0.02% 이하, Ti: 0.2~0.4%, Mn: 0.3% 이하, Cu: 0.2~0.5%, Al: 0.03~0.10%, S: 0.002% 이하, Si: 0.15% 이하, Nb: 0.06~0.45%인 것을 만족하고 남은 성분이 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 압연재는 열간압연하는 공정에서 압연유량 제어방법은, 상기 압연롤과 압연재 사이의 마찰계수를 실시간으로 추정하고, 상기 추정된 마찰계수에 의하여 상기 압연롤과 압연재 사이에 공급될 압연유량을 도출하고, 상기 도출된 압연유량에 의하여 압연롤과 압연재 사이에 압연유를 변동적인 압연유량으로 공급시키되, 상기 압연유량은 이하의 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 고크롬 페라이트계 스테인리스강.
압연유량 = (-4E-5) * 마찰계수 + 0.0782 - 제8항에 있어서,
상기 마찰계수는 데드밴드상한값 및 데드밴드하한값 범위내에 포함되도록 압연유량을 도출하되, 상기 데드밴드상한값은 0.3 내지 0.35이고, 상기 데드밴드하한값은 0.15 내지 0.2인 것을 특징으로 하는 고크롬 페라이트계 스테인리스강.
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| KR101230151B1 (ko) | 2013-02-15 |
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