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KR100434734B1 - 극후물 냉연강판의 제조방법 - Google Patents

극후물 냉연강판의 제조방법 Download PDF

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KR100434734B1
KR100434734B1 KR10-1999-0059074A KR19990059074A KR100434734B1 KR 100434734 B1 KR100434734 B1 KR 100434734B1 KR 19990059074 A KR19990059074 A KR 19990059074A KR 100434734 B1 KR100434734 B1 KR 100434734B1
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김익준
노호섭
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주식회사 포스코
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Abstract

본 발명은 냉간압연공정에서 중간롤 변위량, 중간롤 만곡력, 작업롤 만곡력 및 압하력에 대한 시뮬레이션을 통해 구한 냉간압연 작업조건을 실제 현장작업에 적용하여, 연속소둔공정의 두께 프로파일 변화를 고려한 냉연작업을 수행할 수 있는 작업조건을 설정하는 극후물 냉연강판의 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명에 따른 극후물 냉연강판의 제조방법은 냉간압연기의 스탠드 출측 스트립 크라운(Ci)을 구하는 하기의 식을 이용하여 극후물 냉연강판을 제조하는 극후물 냉연강판의 제조방법을 제공한다.
Ci= (-5.52ε- 0.95561)Fw,i+ (-1.284ε-0.24397)FI,i+ (1.45ε+ 0.2397)δi+ (0.15ε+0.03604)Pi- 0.43615CH,i+ 7.20308
(여기서, ε은 압하율이고, Fw,i는 각 스탠드 작업롤 만곡력이며, FI,i는 각 스탠드 중간롤 만곡력이고, δi는 각 스탠드 중간롤 변위량이며, Pi는 각 스탠드 압하력이고, CH,i는 각 스탠드 입측 스트립 크라운이며, i는 각 스탠드를 나타냄).

Description

극후물 냉연강판의 제조방법{Method for manufacturing cold rolled thin steel sheets}
본 발명은 일반적으로 두께 1.6mm 이상의 극후물 냉연강판 제조시 연속소둔공정에서의 폭방향 두께 프로파일 변화에 의한 부풀림(build up)이나 엣지주름의 발생을 방지하기 위한 극후물 냉연강판의 제조방법에 관한 것이고, 특히 연속소둔공정의 전단계인 냉간압연공정에서 강판의 폭방향으로 엣지부위에 넓은 영역의 엣지드롭(두께 감소구간)을 미리 형성시켜 연속소둔공정의 영향을 최소화할 수 있도록 하는 극후물 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 냉연제품은 강의 연화, 결정조직의 조정 또는 내부응력의 제거를 위하여 소정 온도로 가열한 후 서서히 냉각시키는 소둔공정을 거치게된다. 이 때, 소둔공정은 냉연제품의 두께, 예를 들어 1.6mm를 기준으로 하여 상소둔공정과 연속소둔공정으로 구분할 수 있다.
종래 실시예에 따른 극후물 냉연강판의 제조방법은 냉간압연공정을 거친 강판을 상소둔공정(BAF:batch annealing furnace)에서 최종적으로 제품으로 생산하였다. 상소둔공정이란 냉간압연된 강판을 단단하게 감겨진 코일 상태로 노(furnace)안에 넣어서 소둔하는 공정이다. 이 때, 강판은 외부에서 가해지는 물리적 힘이 완전히 배재된 상태이기 때문에, 냉간압연시의 두께 프로파일은 상소둔공정을 거치더라도 동일한 상태를 유지하게 된다.
그러나, 상소둔공정을 거쳐 생산된 제품은 소둔로안의 가스분위기 때문에 강판 표면의 품질이 불량하며, 소둔에 장시간이 소요되기 때문에 대량생산이 불가능하다는 단점이 있다. 따라서, 품질 및 대량생산의 측면에서는 연속소둔공정을 선호할 수 밖에 없는 추세이다.
중후물 두께의 강판은 오래전부터 연속소둔공정을 통하여 생산되어 왔지만, 극후물재의 연속소둔작업은 최근까지도 활성화되지 못한 채 여전히 상소둔공정을 통하여 생산되어야 했다.
즉, 연속소둔공정에서 극후물재를 작업할 경우에는 롤 크라운(중심부의 볼록한 정도), 강판에 걸리는 장력, 압하력 및 연신율 등의 조질압연조건과 같은 외부의 물리적 힘이 강판 표면에 많은 영향을 미치며, 이로 인해, 도 1에 나타난 바와 같이, 소둔후와 압연후의 두께차이(12)는 강판 중심부위보다 엣지부위에서 더 크게 발생하는 것을 알 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 6개의 롤을 적용한 6-Hi 5스탠드식 냉간압연기는 보강롤(BUR; back up roll)과 작업롤(WR; work roll) 사이에 중간롤(IMR; intermediate roll)이 삽입되어 있는 상부 3개롤과 하부 3개롤이 수직으로 6단이 되도록 설치된 냉간압연기이다. 이러한 냉간압연기의 특징은 두께 프로파일이 매우 평탄하다는 장점이 있다.
이는, 도 1에 도시된 바와 같은 냉간압연 후 강판의 두께 프로파일(10)에서도 알 수 있다. 그런데, 두께 프로파일이 평탄하다는 점은 얇은 두께의 냉연강판 연속소둔에는 유리하게 작용하나, 극후물 강판에 있어서는 엣지부위의 두께 감소량이 상대적으로 적기 때문에 연속소둔 후 두께 프로파일(11)에서 알 수 있듯이 엣지부위에 부풀림(13,14)을 발생시키는 원인이 된다. 이러한 부풀림은 엣지주름이라는 치명적인 결함으로 작용하게 된다.
그러나, 이러한 문제를 해결하기 위해 연속소둔공정에서 어떠한 조정이 바람직한지에 대해서는 충분히 알려져 있으나, 실제 공정에서 이러한 조정을 적용하기 위한 이론적 해석이 미비하여 명확한 조업기준을 도출하는 데 한계가 있다.
따라서, 연속소둔공정에서 부풀림의 발생을 방지할 수 없으므로 결함이 발생한 강판들은 또다시 정정라인이라는 설비를 거쳐서 교정을 해야 한다. 이로 인해 제품의 원가가 증대되고 실수율이 감소하는 문제점이 있다. 그리고, 정정라인을 거치더라도 심한 부풀림의 교정에는 한계가 있다. 그러므로 전단계인 냉간압연공정에서 부풀림의 문제를 해결해야 만 한다.
상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 냉간압연공정에서 강판 엣지부위의 두께 프로파일에 영향을 많이 미치는 요소인 중간롤 변위량, 중간롤 만곡력, 작업롤 만곡력 및 압하력에 대한 시뮬레이션을 통해 구한 냉간압연 작업조건을 실제 현장작업에 적용하여, 연속소둔공정의 두께 프로파일 변화를 고려한 냉연작업을 수행할 수 있는 작업조건을 설정하는 극후물 냉연강판의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
즉, 극후물 냉연강판을 연속소둔공정에서 생산할 때, 강판 표면에 작용하는 외부 힘에 의해 강판의 엣지부위보다 중심부위가 얇게되어 엣지부위에 주름이 형성되는 현상을 방지하기 위하여, 연속소둔공정의 전단계인 냉간압연공정에서 넓은 영역의 엣지부위 두께를 얇게 만들어서 연속소둔공정의 영향을 미리 방지할 수 있는 극후물 냉연강판의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 극후물 냉연강판의 제조방법은 6-Hi 5스탠드식 냉간압연기를 이용하여 연속소둔의 공정처리가 용이한 강판을 제조하는 극후물 냉연강판의 제조방법에 있어서, 상기 냉간압연기의 스탠드 출측 스트립 크라운(Ci)을 구하는 하기의 식을 이용하여 극후물 냉연강판을 제조하는 극후물 냉연강판의 제조방법을 제공한다.
Ci= (-5.52ε- 0.95561)Fw,i+ (-1.284ε-0.24397)FI,i+ (1.45ε+ 0.2397)δi+ (0.15ε+0.03604)Pi- 0.43615CH,i+ 7.20308(여기서, ε은 압하율이고, Fw,i는 각 스탠드 작업롤 만곡력이며, FI,i는 각 스탠드 중간롤 만곡력이고, δi는 각 스탠드 중간롤 변위량이며, Pi는 각 스탠드 압하력이고, CH,i는 각 스탠드 입측 스트립 크라운이며, i는 각 스탠드를 나타냄).
도 1은 종래 실시예에 따른 냉연강판의 두께 프로파일을 나타낸 그래프.
도 2는 일반적인 6-Hi 5스탠드식 냉간압연기를 도시한 도면.
도 3은 압연롤의 변위 및 만곡 방향을 나타낸 스탠드의 상세도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 냉간압연후 두께 프로파일 예측 모델을 구하는 흐름도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 시뮬레이션의 결과를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 냉간압연처리된 강판의 두께 프로파일을 나타낸 그래프.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
30, 35 : 보강롤
31, 34 : 중간롤
32, 33 : 작업롤
36, 37, 38, 39 : 변위량
40, 41, 42, 43 : 만곡방향
44, 45 : 압하량
60 : 소재강판 두께 프로파일
61 : 시뮬레이션에 의한 냉연후 두께 프로파일
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 하기와 같고, 동일 구성은 동일 도면번호를 채택한다.
도 2는 일반적인 6-Hi 5스탠드식 냉간압연기의 개략도이다. 소재 강판(20)은 제1스탠드에서 제5스탠드(21~25)를 거치면서 두께가 감소되어 코일(27)형태로 감기게 된다. 감기기 직전에 형상측정기(26)라는 프로파일 측정기가 있어서 강판의 폭방향 두께 프로파일을 측정할 수 있다.
각각의 스탠드는, 도 3에 도시된 바와 같이, 6개의 롤이 정렬된 형태이며, 상부로부터의 순서는 상부보강롤(30), 상부중간롤(31), 상부작업롤(32), 하부작업롤(33), 하부중간롤(34), 하부보강롤(35)순으로 이루어진다. 이때, 중간롤(31,34)은 좌우 변위기능(40,43)과 상부 또는 하부 만곡기능(36,39)을 가지고 있으며, 작업롤(32,33)은 좌우 변위기능(41,42)과 상부 또는 하부 만곡기능(37,38)을 가지고 있다.
냉간압연공정에서, 엣지드롭을 유도하기 위해 고려할 압연인자로는 작업롤 만곡력, 중간롤 만곡력, 중간롤 변위량, 작업롤 변위량, 작업롤 직경, 스탠드간 장력, 압하율, 압하력, 변형저항, 롤 재질, 롤 크라운(볼록한 정도), 열연강판 크라운 등의 많은 인자들이 존재한다. 이러한 인자들 중에 중간롤 변위량(40,43), 중간롤 만곡력(36,39), 작업롤 만곡력(37,38) 및 압하력(44,45)이 가장 중요한 영향 인자라는 것은 주지된 사실이다.
이 때, 기존에 개발된 여러가지 이론적인 압연 모델에 근거하여, 중간롤 변위량(40,43), 중간롤 만곡력(36,39), 작업롤 만곡력(37,38) 및 압하력(44,45)을 변경하면서 계산을 실시하여 냉간압연후의 강판 두께 프로파일을 예측하기 위한 모델식을 아래와 같이 구하였다. 여기에서, Ci(i=1~5)는 각 스탠드 출측에서의 강판 크라운량이다.
먼저, 1번 스탠드;
C1= -2.362Fw.1- 0.56756Fl.1+ 0.61333δ1+ 0.07253P1- 12.2663
2번 스탠드;
C2= -2.28677Fw.2- 0.55309Fl.2+ 0.59186δ2+ 0.07206P2- 12.88662
3번 스탠드;
C3= -2.21582Fw.3- 0.53823Fl.3+ 0.57221δ3+ 0.07092P3- 13.0549
4번 스탠드;
C4= -1.92444Fw.4- 0.47422Fl.4+ 0.49246δ4+ 0.06498P4- 10.8368
5번 스탠드;
C5= -1.22751Fw.5- 0.30532Fl.5+ 0.31279δ5+ 0.0424P5- 3.4830이다.
이때, Ci는 각 스탠드 출측 스트립 크라운(i=1~5)이고, Fw,i는 각 스탠드 작업롤 만곡력(i=1~5)이고, FI.i는 각 스탠드 중간롤 만곡력(i=1~5)이고, δi는 각 스탠드 중간롤 변위량(i=1~5)이고, Pi는 각 스탠드 압하력(i=1~5)이다.
이 때, 각 스탠드별로 상수값이 다르기 때문에, 전 스탠드에 대해서 하나의 식으로 통합하기 위해 압하율의 영향을 이용하여 다음 식과 같은 최종 모델을 구하였다.
즉, Ci= (-5.52ε- 0.95561)Fw,i+ (-1.284ε-0.24397)FI,i+ (1.45ε+ 0.2397)δi+ (0.15ε+0.03604)Pi- 0.43615CH,i+ 7.20308.(여기서, ε은 압하율이고, Fw,i는 각 스탠드 작업롤 만곡력이며, FI,i는 각 스탠드 중간롤 만곡력이고, δi는 각 스탠드 중간롤 변위량이며, Pi는 각 스탠드 압하력이고, CH,i는 각 스탠드 입측 스트립 크라운이며, i는 각 스탠드를 나타냄).
상기 모델을 이용하여, 도 4에 나타난 바와 같은 계산절차에 의해 여러 차례의 시뮬레이션을 실시하였다. 이는 입측 열연강판 프로파일(50)을 임의로 설정할 경우, 5번 스탠드까지 작업 완료 후의 출측 강판 두께 프로파일(58)을 예측하는 시뮬레이션이며, 기존의 냉간압연기 제어시스템으로부터의 냉간압연기 정보(52), 강판정보(53), 압연정보(54)를 근거로 냉간압연기 프로파일 예측 모델식(51)을 이용하여 해당 스탠드의 두께 프로파일(55)을 5번 스탠드까지 반복해서 구하는 모델이다.
한편, 도 5에는 도 4의 시뮬레이션을 통해 구해낸 최적의 압연조건 상태가 나타난다. 여기에서, 제1스탠드 입측 프로파일(60)은 냉간압연기 투입 직전의 두께 프로파일로서, 가장 일반적인 형태의 소재 두께 상태인 40㎛ 정도 중심부가 볼록한 크라운 형태로 설정하였다. 그리고, 시뮬레이션후의 두께 프로파일은, 최종 스탠드 출측 프로파일(61)을 나타내는 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 19.4㎛가 예측되었다.
예를 들어, 하기 표 1의 조건으로 시뮬레이션을 한 경우, 냉간압연후의 두께 프로파일은 엣지부위가 중심부위보다 얇은 것을 알 수 있다.
표 1
냉간압연기 스탠드 번호 1 2 3 4 5
냉간압연기 입측 열연강판 크기 두께 6000 ×폭 1231 mm
냉간압연기 출측 강판 두께(mm) 4.740 3.663 2.930 2.430 2.357
전방 장력(kgf/㎟) 3.4 4.2 4.2 4.3 0.3
후방 장력(kgf/㎟) 1.5 3.4 4.2 4.2 4.3
압하력(ton) 986 1228 1086 1066 636
작업롤 만곡력(ton/chock) 41.4 37.8 31.2 24.6 21.0
중간롤 만곡력(ton/chock) 58.4 56.8 49.6 48.0 31.2
중간롤 변위량(mm) 300 300 300 50 20
이때, 시뮬레이션에 의해 최적이라고 생각되는 중간롤 변위량(40,43), 중간롤 만곡력(36, 39), 작업롤 만곡력(37, 38) 및 압하력(44, 45)을 실제로 적용하여 구한 실측 결과는 도 6에 나타내었다.
즉, 도 6을 참조하면, 냉간압연후의 두께 프로파일(62)에서 알 수 있는 바와 같이, 냉간압연공정에서 엣지부위에 충분한 엣지드롭(64, 65)을 부여한 것을 알 수 있다. 그리고, 이에 의해 연속소둔 후의 강판의 두께 프로파일(63)이 매우 평탄해진 것을 알 수 있다. 이러한 시뮬레이션과 실측을 여러 소재의 크기 및 재질에 대해 진행하였으며, 그 결과 각 스탠들별로 다음과 같은 최적의 작업조건을 도출할 수 있었다.
최적 중간롤 변위량은 다음과 같다.
(냉간압연후 두께:1.45㎜이상, 강종:전체)
구분 <900mm <1200mm <1500mm <1700mm ≥1700mm
1,2번 스탠드 150~300mm 150~300mm 120~250mm 90mm 40mm
3,4,5번 스탠드 100~1200mm 100~120mm 100~120mm 70mm 40mm
최적 작업롤 만곡량은 다음과 같다.
(냉간압연후 두께:1.85㎜이상, 폭:전체, 강종:30미만)
구분 1번 스탠드 2번스탠드 3번스탠드 4번스탠드 5번스탠드
작업롤 만곡량 50~65% 45~60% 38~46% 33~46% 30%
최적 중간롤 만곡량은 다음과 같다.
(냉간압연후 두께:1.85㎜이상, 폭:전체, 강종:30미만)
구분 1번 스탠드 2번스탠드 3번스탠드 4번스탠드 5번스탠드
중간롤 만곡량 11~13% 11~13% 11~13% 30~42% 25~30%
상술한 바와 같이, 냉간압연기의 중간롤 변위량, 중간롤 만곡력, 작업롤 만곡력을 적용하여 극후물재를 생산한 결과, 연속소둔공정 후의 강판 폭방향 두께 프로파일이 평탄하게 되어 엣지부위에서의 부풀림에 의한 주름를 방지할 수 있었으며, 극후물재의 형상품질을 한차원 향상시킬 수 있었다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다.

Claims (3)

  1. 6-Hi 5스탠드식 냉간압연기를 이용하여 연속소둔의 공정처리가 용이한 강판을 제조하는 극후물 냉연강판의 제조방법에 있어서,
    상기 냉간압연기의 스탠드 출측 스트립 크라운(Ci)을 구하는 하기의 식을 이용하여 극후물 냉연강판을 제조하는 것을 특징으로 하는 극후물 냉연강판의 제조방법
    Ci= (-5.52ε- 0.95561)Fw,i+ (-1.284ε-0.24397)FI,i+ (1.45ε+ 0.2397)δi+ (0.15ε+0.03604)Pi- 0.43615CH,i+ 7.20308
    (여기서, ε은 압하율이고, Fw,i는 각 스탠드 작업롤 만곡력이며, FI,i는 각 스탠드 중간롤 만곡력이고, δi는 각 스탠드 중간롤 변위량이며, Pi는 각 스탠드 압하력이고, CH,i는 각 스탠드 입측 스트립 크라운이며, i는 각 스탠드를 나타냄).
  2. 삭제
  3. 삭제
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