KR20120075255A - 고온강도 모델을 이용한 교정방법 - Google Patents

Abstract

고온 항복강도 등의 고온강도를 이용하여 교정모델을 설정하고 이를 이용하는 고온강도 모델을 이용한 교정방법이 개시된다.
상기 고온강도 모델을 이용한 교정방법은, 판에 대한 기본정보를 입력받는 입력단계; 상기 입력단계의 기본정보와, 교정기에 인입되는 판의 온도를 기초로 하여 고온에서의 재료거동을 감안한 고온강도 모델을 모델링하는 단계; 및 상기 고온강도 모델을 이용하여 교정모델을 설정하는 단계; 및 상기 교정모델에 의한 지시값에 따라 교정을 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 고온강도 모델은 교정기에 인입되는 판의 온도와 판의 냉간상태의 인장강도를 파라미터로 포함하는 고온강도에 관한 함수를 통해 모델링될 수 있다.

Description

고온강도 모델을 이용한 교정방법{Method of Leveling Set-up Using High Temperature Strength Model}

본 발명은 고온강도 모델을 이용한 교정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온 항복강도 등의 고온강도를 이용하여 교정모델을 설정하고 이를 이용하여 판을 교정하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 후판 생산공정은 압연기를 통하여 압연판을 압연한 후 강도 향상을 위하여 롤러 교정기를 통하여 압연판을 교정한 후 최종적인 후판으로 제작된다.

이러한 롤러 교정기는 후판의 평탄도를 어느 정도 확보하는 데에 이용되기도 한다. 이로 인해, 롤러 교정기는 다양한 치수를 갖는 후판의 평탄도를 확보하기 위하여 교정성능의 향상이 요구된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 롤러 교정기(100)는 상부 작업롤(120)과 하부 작업롤(110)을 포함하고, 압연판(10)은 상부 작업롤(120)과 하부 작업롤(110) 사이를 통과함으로써 후판으로 제작된다. 이때, 롤러 교정기는 압연판(10)의 평탄도를 확보하기 위하여 롤갭을 압연판(10)의 기본정보에 따라 설정하여 교정한다.

교정 설정을 위한 압연판에 대한 기본정보로는 판의 두께, 폭, 온도, 강도 등이 있으며 이 정보가 정확할수록 교정 설정값이 정확도가 향상되어 압연판의 평탄도 확보에 유리하다. 만약, 이러한 정보가 부정확하여 교정이 잘못되었을 경우 평탄도가 불량하여 후공정에 미치는 영향이 크다.

예를 들어, 교정 후 압연판에 하향 휨이 발생하면 후공정의 테이블 롤에 충격을 가하게 되고, 이로 인해 테이블 롤 표면에 흠이 발생된다. 이러한 흠은 추후 통과하는 압연판의 하면에 전사되어 제품 표면의 흠으로 이어진다. 또한, 압연판 선단부와 롤 간의 충돌로 소음이 발생할 뿐만 아니라 교정설비가 충격력을 받아 설비 손상이 발생되고 설비 보수가 필요하여 생산성 저하 및 비용이 증가하게 된다.

반대로, 교정이 잘못되어 압연판에 상향 휨이 발생하면, 후공정에 존재하는 많은 설비의 통과높이에 제한을 받게 되어 압연판 물류에 지장을 초래하게 된다. 이러한 점도 생산성 저하의 요인이 된다.

이와 같이, 교정이 불량한 상태로 후공정이 진행되며 제품 평탄도가 불량하게 되므로 제품의 평탄도 제한을 넘어서는 경우 재교정을 해야 한다. 이는 심각한 제품 납기 지연과 물류 지연 등 많은 문제를 야기하므로 교정기 통과후 평탄도가 매우 중요한 역할을 하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 교정 후 압연판의 평탄도 확보를 위해서는 기본적으로 대상재인 압연판의 기본정보 및 교정시 압연판의 상태가 매우 중요하다. 그러나, 종래의 경우에는 압연판의 냉간 상태의 재료정보를 이용하여 교정모델을 설정하였기 때문에, 500~1000℃ 정도의 온도에서 교정이 이루어지는 압연판의 실제 재료거동과 차이가 있고, 이로 인해 교정모델의 정확성이 떨어진다는 문제점이 있다. 즉, 종래의 경우에는 압연판의 지시강도(냉간상태의 인장강도)를 사용하여 교정모델을 설정하기 때문에 고온에서의 재료거동과는 차이가 있고, 이로 인해 최적의 교정작업이 이루어지지 않는다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점 중 적어도 일부를 해결하고자 안출된 것으로, 고온에서의 재료거동을 반영한 교정모델을 설정함으로써 교정후 압연판의 평탄도를 향상시킬 수 있는 고온강도 모델을 이용한 교정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 압연판에 대한 기본정보를 입력받는 입력단계; 상기 입력단계의 기본정보와, 교정기에 인입되는 압연판의 온도를 기초로 하여 고온에서의 재료거동을 감안한 고온강도 모델을 모델링하는 단계; 및 상기 고온강도 모델을 이용하여 교정모델을 설정하는 단계; 및 상기 교정모델에 의한 지시값에 따라 교정을 수행하는 단계;를 포함하는 고온강도 모델을 이용한 교정방법을 제공한다.

바람직하게, 상기 고온강도 모델은 교정기에 인입되는 압연판의 온도와 압연판의 냉간상태의 인장강도를 파라미터로 포함하는 고온강도에 관한 함수를 통해 모델링될 수 있다.

더욱 바람직하게, 상기 고온강도에 관한 함수는 고온 항복강도에 관한 함수로 구성될 수 있다.

이때, 상기 고온강도 모델에서 고온 항복강도(YS)는 [수식] YS = C1 + C2*T + C3*TS + C4*T*TS 으로 설정될 수 있다.

여기서, T는 압연판의 온도, TS는 압연판의 냉간상태에서의 인장강도, C1, C2, C3, C4은 계수

단, 0 ≤ C1 ≤ 100, -1 ≤ C2 ≤ 1, - ≤ C3 ≤ 1, -1 ≤C4 ≤ 1

이러한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 의하면, 고온에서의 재료거동을 감안하여 고온강도 모델을 설정하고, 이를 교정모델에 반영함으로써 압연판의 교정후 평탄도를 향상시킬 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.

특히, 종래의 경우 압연판의 냉간상태의 인장강도를 기초로 하여 교정모델을 설정하지만, 본 발명의 경우 고온에서의 재료거동(예를 들어, 고온 항복강도)을 반영하여 고온강도 모델을 설정하므로 교정모델의 정확성이 향상된다는 효과가 있게 된다.

따라서, 본 발명은 압연제품의 평탄도 확보로 후공정의 작업부하를 줄일 수 있고 판의 상항 휨 또는 하향 휨에 의한 설비충돌을 방지할 수 있어 설비보호가 가능할 뿐만 아니라, 하향 휨에 의해 롤러 표면에 흠이 발생하여 제품표면에 전사되는 것을 방지하여 제품품질의 향상을 가져올 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 교정작업을 도시한 개략도.
도 2는 판이 굽힘을 받을 때 판 두께방향으로 나타나는 소성영역과 탄성 영역을 나타낸 개념도.
도 3은 일반적인 재료에 대한 응력-변형률 곡선.
도 4는 본 발명에 의한 고온강도 모델을 이용한 교정방법을 설명하는 개념도.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

그리고, 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다", "가지다(갖다)" 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, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

본 발명은 고온에서의 재료거동을 감안한 고온강도 모델을 통하여 고온강도 모델을 모델링하고 이를 교정모델에 반영함으로써 교정모델의 정확성을 높이는 것을 기술적 특징으로 한다.

교정 작업의 설정 기준은 대상재인 판의 두께, 폭, 온도, 강도에 의해 결정이 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 교정 작업은 기본적으로 상하로 구성되어 있는 여러 개의 롤(110, 120)로 구성된 롤러 교정기(100)를 사용하며, 상하측에 연이어 존재하는 세 개의 작업롤(110,120)을 이용하여 판(10)에 굽힘을 부가한다. 이때, 굽힘량은 입측에서부서 점차 감소시키게 되고, 최종 출측에서는 굽힘이 없는 평평한 판(10)이 지나도록 함으로써 판의 평탄도를 확보하게 된다.

굽힘량은 롤러 압연기(100)의 입측에서 최대가 되는데, 이러한 최대값은 판의 두께방향의 소성영역과 탄성영역의 비율을 통하여 결정된다(도 2 참조). 구체적으로, 교정대상 판(10)이 하부 작업롤(110)과 상부 작업롤(120) 사이를 지나갈 때, 도 2에 도시된 상태에서는, 하부 작업롤(110)과 접촉하는 판(10)의 하면 영역(11)에서는 압축에 의한 소성변형이 발생하고, 그 반대측 영역(12)에서는 인장에 의한 소성변형이 발생하게 되고, 이러한 소성변형을 통해 판의 교정작업이 이루어지게 된다.

재료역학에서 소성영역과 탄성영역은 항복점을 기준으로 나뉘게 되며, 이러한 거동은 도 3에 나타난 것처럼 재료의 응력-변형률 곡선에서 알 수 있다.

재료의 응력-변형률 곡선이 기본이 되어 교정작업모델이 설정되는데, 본 발명에서는 판(교정 대상재)가 교정 작업시 거치는 고온에서의 재료 거동을 감안한 고온강도 모델을 이용한 교정설정 모델을 제시하는 것을 특징으로 한다.

이하, 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 교정방법에 대해 살펴본다.

본 발명의 일 실시예에 의한 교정방법은, 판에 대한 기본정보를 입력받는 입력단계와, 상기 입력단계의 기본정보와, 교정기(100)에 인입되는 판(10)의 온도를 기초로 하여 고온에서의 재료거동을 감안한 고온강도 모델(220)을 모델링하는 단계와, 상기 고온강도 모델(220)을 이용하여 교정모델(230)을 설정하는 단계와, 상기 교정모델에 의한 지시값에 따라 교정을 수행하는 단계를 포함한다.

먼저, 상기 입력단계는 교정 전단계의 상위시스템(210)으로부터 판(10)에 대한 형상조건(두께, 폭)과 재료조건(온도, 강도)에 관한 값을 입력받는 단계이다.

또한, 상기 고온강도 모델(220)의 모델링 단계는 상기 입력에서 입력된 기본정보, 즉 판(10)의 두께, 폭, 강도 등의 값과 교정기(100)에 인입되는 판(10)의 온도를 기초로 하여 고온강도 모델(220)을 모델링하게 된다.

이때, 교정기(100)에 인입되는 판(10)의 온도는 직접 측정될 수도 있으나, 상위시스템(210)에서 받은 정보를 바탕으로 하여 계산되거나 예측될 수도 있다.

이러한 고온강도 모델(220)은 교정작업이 이루어질 때의 판(10)의 온도, 즉 500~1000℃ 정도의 고온에서의 재료거동을 감안하여 모델링된다. 이러한 고온강도 모델의 모델링 과정에서 고온강도에 관한 함수가 사용될 수 있다.

이러한 고온강도에 관한 함수로는 여러가지 인자가 고려될 수 있지만, 일 예로서, 판의 온도와 지시강도(냉간상태의 인장강도)를 파라미터로 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 고온강도에 관한 함수는 고온 항복강도에 관한 함수가 사용될 수 있다. 즉, 교정작업이 이루어지는 고온 조건에서의 재료의 항복강도(고온 항복강도)를 이용하여 교정대상에 소성변형을 가하기 위하여 고온강도 모델(220)이 설정된다. 그러나, 고온강도에 관한 함수는 고온 항복강도 뿐만아니라, 고온재료의 거동을 나타낼 수 있는 고온 인장강도, 고온 연신율 등 다른 인자가 사용될 수도 있고, 상기 고온 항복강도와 함께 다른 인자들이 고려될 수도 있다.

한편, 상기 고온강도 모델에서 고온 항복강도(YS)는 일 예로서 하기의 다항식 함수의 수식으로 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태의 함수설정이 가능하다.

[수식] YS = C1 + C2*T + C3*TS + C4*T*TS

여기서, T는 판의 온도, TS는 판의 냉간상태에서의 인장강도이다.

또한, C1, C2, C3, C4은 실험에 의해 얻어진 계수로서, 일 예로서, 0 ≤ C1 ≤ 100, -1 ≤ C2 ≤ 1, - ≤ C3 ≤ 1, -1 ≤C4 ≤ 1 의 범위 내에서 설정될 수 있다).

이와 같이, 고온강도모델(220)이 모델링되면 판의 기본정도(두께, 폭, 온도, 강도 등) 및 고온강도 모델(220)까지 포함하여, 교정을 위한 교정설정모델(230)을 모델링하게 된다. 이러한 교정설정모델(230)의 모델링 과정은 고온강도 모델(220)이 포함된다는 점을 제외하고는 종래의 일반적인 교정설정모델의 모델링 과정도 유사하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이러한 교정설정모델(230)이 작성되면 교정설정모델(교정모델)(230)에서 교정조건에 따른 지시값(예를 들어, 롤러 속도, 롤 갭 등)이 도출되며, 교정기는 이러한 지시값에 따라 판(10)의 교정을 수행하게 된다.

이와 같이, 본 발명은 고온강도에 관한 함수를 이용하여 고온강도 모델을 구성하고, 이를 교정모델에 반영함으로써 교정이 이루어지는 판의 실제상황에 근접한 교정작업이 이루어질 수 있고 이로 인해 판(10)의 평탄도 개선에 현저한 효과를 얻을 수 있다.

종래의 경우에는 판의 재료조건은 일정시점에서의 온도와 대상재의 지시강도(냉간 상태의 인장강도)를 이용하였고, 이러한 재료조건은 교정대상재에 대한 간접적인 기준으로 교정 작업시 부정확한 설정값을 지시하게 만든다는 문제점이 있었다.

그러나, 본 발명에 의한 경우에는 단순히 대상재의 온도나 지시강도를 이용하는 것이 아니라, 온도와 지시강도를 통하여 별도의 고온강도 함수를 구하고, 이를 통해 고온강도 모델을 모델링하고, 이를 교정모델에 반영함으로써 교정이 이루어지는 판의 실제상황에 근접한 교정작업이 이루어질 수 있다.

따라서, 본 발명에 의해서 열간 교정시 교정 작업 대상재에 대한 정확한 재료응답을 알 수 있기에 교정 설정값의 정확도가 향상되며, 이에 따라 교정 후 판의 평탄도가 확보된다는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 밝혀두고자 한다.

100... 교정기
110, 120... 작업롤
220... 고온강도 모델
230... 교정설정모델

Claims (4)

1. 판에 대한 기본정보를 입력받는 입력단계;
   상기 입력단계의 기본정보와, 교정기에 인입되는 판의 온도를 기초로 하여 고온에서의 재료거동을 감안한 고온강도 모델을 모델링하는 단계; 및
   상기 고온강도 모델을 이용하여 교정모델을 설정하는 단계; 및
   상기 교정모델에 의한 지시값에 따라 교정을 수행하는 단계;
   를 포함하는 고온강도 모델을 이용한 교정방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 고온강도 모델은 교정기에 인입되는 판의 온도와 판의 냉간상태의 인장강도를 파라미터로 포함하는 고온강도에 관한 함수를 통해 모델링되는 것을 특징으로 하는 고온강도 모델을 이용한 교정방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 고온강도에 관한 함수는 고온 항복강도에 관한 함수인 것을 특징으로 하는 고온강도 모델을 이용한 교정방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 고온강도 모델에서 고온 항복강도(YS)는 하기의 수식으로 설정되는 것을 특징으로 하는 고온강도 모델을 이용한 교정방법.
   [수식] YS = C1 + C2*T + C3*TS + C4*T*TS
   여기서, T는 판의 온도, TS는 판의 냉간상태에서의 인장강도, C1, C2, C3, C4은 계수
   단, 0 ≤ C1 ≤ 100, -1 ≤ C2 ≤ 1, - ≤ C3 ≤ 1, -1 ≤C4 ≤ 1

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