KR100222067B1 - 결정립 미세화 및 압하력 절감을 위한 금속재료의 제어압연방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고온 가공시 동적 재결정(Dynamic Recrystallization:DRX)을 발생할 수 있는 압연가능한 금속 재료에 적용할 수 있는 압연 공정으로, 압연 패스의 변형량을 조절하여 특정 패스에서 동적 재결정을 발생시킴으로써 열간 압연 공정에서의 압하력을 감소시키고 결정립도를 미세화시킬 수 있어서 공정이 간단하면서 우수한 기계적 특성을 얻을 수 있는 경제적인 금속 재료의 제어 압연 방법에 대한 것이다.
본 발명의 제어 압연 방법은, 고온 가공시 동적 재결정이 발생하는 금속 재료를 다단의 압연 패스로 이루어지는 압연 패스로 압연 공정을 수행하는 금속 재료의 압연 방법에 있어서, 상기 압연 공정을 구성하는 다단의 압연 패스중 어느 하나 이상의 압연 패스에서 동적 재결정을 발생시키기 위해 필요한 임계 변형량을 초과하는 변형량을 부여하면서 압연을 실시하는 것을 기술 요지로 한다.
본 발명이 적용되는 금속 재료는 탄소강, 304 스테인레스강, 구리의 어느 하나일 수 있으며, 본 발명에서 동적 재결정을 발생시키기 위해 임계 변형량을 초과하는 변형량을 가하여 압연하는 것은 압연 초기 단계와 말기 단계의 어느 하나의 단계어서 이루어질 수 있고, 동적 재결정을 발생시키기 위한 임계 변형량은 가공경화 속도와 변형량의 관계에서 정해질 수 있다.
Description
본 발명은 고온 가공시 동적 재결정(Dynamic Recrystallization:DRX)을 발생할 수 있는 압연가능한 금속 재료에 적용할 수 있는 압연 공정에 대한 것으로, 보다 상세하게는 압연 패스의 변형량을 조절하여 특정 패스에서 동적 재결정을 발생시킴으로써 열간 압연 공정에서의 압하력을 감소시키고 결정립도를 미세화시킬 수 있어서 공정이 간단하면서도 우수한 기계적 특성을 얻을 수 있는 경제적인 제어 압연 방법에 대한 것이다.
본 발명은 특히 최근에 연구된 바 있는 재결정 제어 압연(Recrystallization Controlled Rolling:RCR)이나 동적 재결정 제어 압연(Dynamic Recrystallization Controlled Rolling:DRCR)등과 같은 압연 기술과 비교하여 한 두 패스의 변형량만을 조절함으로써 공정이 간단하면서도 우수한 기계적 특성을 얻을 수 있으므로 경제성 또한 갖춘 공정으로, 철강재료 뿐만아니라 특수강 및 비철재료를 망라하여 고온 가공시 동적 재결정이 발생하는 모든 압연가능한 금속재료에 적용이 가능하다.
일반적으로 제어압연 기술로는 일반적인 제어압연(Conventional Controlled Rolling:CCR), 재결정 제어압연(Recystallization Controlled Rolling:RCR), 동적 재결정 제어압연(Dynamic Recrystallization Controlled Rolling:DRCR)이 있는데, 일반 제어압연 공정은 단지 압연 공정 전의 공정이나 압연 공정 후의 공정에 적합한 패스 변형량과 변형 온도, 변형 속도 등 열간 가공 변수를 제어하는 것뿐만 아니라 미세한 페라이트 입자와 펄라이트 입자를 얻기 위해 비교적 저온 영역(재결정이 잘 일어나지 않는 영역)에서 압연을 실시하여 재결정이 일어나지 않는 오스테나이트 입자가 길게 연신되는 팬케이킹(Pancaking) 과정으로 입계 면적/입자 면적의 비의 증가로 페라이트 및 펄라이트로의 변태가 촉진되어 미세한 페라이트 입자와 펄라이트 입자를 갖게 하는 압연 공정이다.
또한, 재결정 제어압연 기술은 일반적인 강의 압연에 있어서 미세한 결정립을 얻기 위해 주로 실시하는 가공 공정의 하나로 그 최종 압연을 재결정이 용이하게 발생되는 고온 영역인 오스테나이트 영역에서 실시하여 압연후 발생하는 정적 재결정 현상을 패스 변형량과 변형 속도, 단속 시간 등을 적절히 제어하므로써 재결정 현상에 의해 미세한 결정립을 얻는 제어 압연 공정이다.
그리고, 동적 재결정 제어압연은 재료의 동적 재결정 현상을 이용한 제어압연 공정으로, 동적 재결정 제어압연에서의 동적 재결정 현상은 패스 변형량, 변형 속도, 패스간 유지 시간, 변형 온도 등의 열간 압연 공정 변수들로부터 제어되므로 이들 공정 변수들의 조절을 통해 동적 재결정에 의한 입자 미세화를 얻을 수 있다.
패스간 단속 시간을 매우 짧게 하면 압연 후반에 갈수록 가공경화 정도가 심해져서 적은 변형으로도 동적 재결정이 발생하게 된다.
동적 재결정 제어압연은 이러한 효과를 이용하여 동적 재결정을 발생시켜 결정립을 미세화시킨다.
그러나, 이러한 일반 제어 압연 공정에서는 저온 영역까지 온도를 낮추어야 하므로 패스와 패스 사이의 단속 시간이 길어지고 이에 따라서 전체 압연 시간이 길어짐으로써 생산성이 많이 저하된다.
또한 재결정이 일어나지 않는 영역(상대적으로 저온인 영역)에서 압연을 행하여야 하므로 그만큼 압하력이 커지게 되고 따라서 롤 포스(Roll Force)가 증가한다.
그리고, 재결정 제어압연 공정에서는 정적 재결정에 의해서 결정립을 미세화시키기 때문에 결정립 미세화도가 그리 우수하지 못하고 상온에서의 기계적 특성이 우수하지 못하다.
또한, 동적 재결정 제어압연에서는 압연 후반으로 갈수록 가공경화 정도가 심해지기 때문에 일반 제어압연과 같이 압하력이 증가하게 되고 가능한 전체 압연시간을 줄여야 하기 때문에 변형 속도가 빨라지게 되므로 역시 롤 포스(Roll Force)가 커야 하는 단점이 있다.
그러나, 열간 압연은 철강 재료의 경우 1000℃이상의 온도에서 8-20 패스(pass) 정도의 다단 변형으로 이루어지는데, 이때 변형 온도(T), 변형 속도(ε)뿐만이 아니라 패스 변형량(εi), 및 패스간 단속 시간(ti) 등의 변화에 따라서 최종으로 생산되는 강재의 기계적 특성이 달라지게 된다.
특히, 고온에서의 변형은 경화(Hardening)와 연화(Softening)의 조화에 의해 진행되며, 그리고 이때 발생하는 연화는 냉간 가공후 열처리시 발생하는 정적 재결정(Static Recrystallization:SRX)과 달리 변형과 동시에 발생한다.
이러한 동적 재결정은 정적 재결정과 달리 재결정이 발생하는데 요구되는 시간이 없고 변형과 동시에 발생하기 때문에 부과되는 열처리 과정이 생략되는 등 많은 이점이 얻어지나 이러한 동적 재결정은 변형만 하면 발생하는 것이 아니고, 동적 재결정에 필요한 임계 변형량(Critical Strain)을 넘는 변형을 가하였을 때만 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제어압연 공정의 문제점을 해결하기 위하여, 열간 압연 공정에서 상기 설명한 바와 같은 임계 변형량을 넘는 변형을 가하였을때 동적재결정이 발생하는 것에 착안하여, 가공 변형 속도와 변형량과의 관계에서 임계 변형량을 구하고 이를 이용하여 임계값을 넘는 변형량을 압연 패스의 어느 하나의 단계, 일예로, 초기 단계나 말기 단계에서 부여한 결과 결정립을 더욱 미세화시킬 뿐만 아니라 압하력 또한 낮출 수 있는 점에 착안하여 이루어진 것으로, 다단계로 진행되는 압연 패스의 변형량을 조절하여 특정 패스에서 동적 재결정을 발생시킴으로써 열간 압연 공정에서의 압하력을 감소시키고 결정립도를 미세화시킬 수 있어서 공정이 간단하면서 우수한 기계적 특성을 얻을 수 있는 경제적인 금속 재료의 제어 압연 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
제1도는 탄소강을 1000℃. 0.5/초의 변형 조건에서 변형하여 얻은 유동 곡선을 나타내는 그래프도.
제2도는 가공 경화 속도와 변형량과의 관계를 도시하는 그래프도.
제3(a)도 내지 제3(c)도는 본 발명의 제어 압연 공정을 탄소강에 적용한 경우의 유동 응력 곡선 및 미세 조직을 나타낸 도면.
제4(a)도 내지 제4(c)도는 본 발명의 제어 압연 공정을 304 스테인레스강에 적용한 경우의 유동 응력 곡선 및 미세 조직을 나타낸 도면.
제5(a)도 내지 제5(c)도는 본 발명의 제어 압연 공정을 비철 금속인 동(Cu)에 적용하는 경우의 유동 응력 곡선 및 미세 조직을 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
δ : 응력(stress) ε : 변형율(Strain)
θ(=dδ/dε) : 가공경화 속도(Strain Hardening Rate)
εc: 동적재결정의 임계변형량(Critical Strain for Dynamic Recrystallization)
εp: 최대 변형량(Peak Strain) ε(=dε/dt) : 변형(률) 속도
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 고온 가공시 동적 재결정이 발생하는 금속 재료를 다단의 아연 패스로 이루어지는 압연 패스로 압연 공정을 수행하는 금속재료의 압연 방법에 있어서, 상기 압연 공정을 구성하는 다단의 압연 패스중 어느 하나의 압연 패스에서 동적 재결정을 발생시키기 위한 필요한 임계 변령형을 초과하는 변형량을 부여하면서 압연을 실시하는 것을 특징으로 하는 결정립 미세화 및 압하력 절감을 위한 금속 재료의 제어 압연 방법을 제공한다.
본 발명이 적용되는 금속 재료는 탄소강, 304 스테인레스강, 구리의 어느 하나일 수 있다.
또한, 본 발명에서 동적 재결정을 발생시키기 위해 임계 변형량을 초과하는 변형량을 가하여 압연하는 것은 압연 초기 단계와 말기 단계의 어느 하나의 단계에서 이루어질 수 있다.
더욱이, 본 발명에서 동적 재결정을 발생시키기 위한 임계 변형량은 가공경화속도와 변형량의 관계에서 정해질 수 있다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 결정립 미세화 및 압하력 절감을 위한 금속 재료의 제어 압연 방법을 상세하게 설명한다.
본 발명의 결정립 미세화 및 압하력 절감을 위한 금속 재료의 제어 압연 방법은고온 가공시 동적 재결정이 발생하는 금속 재료를 다단의 압연 패스로 이루어지는 압연 패스로 압연 공정을 수행하는 금속 재료의 압연 방법에서, 상기 압연 공정을 구성하는 다단의 압연 패스중 어느 하나의 압연 패스에서 동적 재결정을 발생시키기 위해 필요한 임계 변형량을 초과하는 변형량을 부여하면서 압연을 실시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제어 압연 공정은 탄소강, 304 스테인레스강 등의 특수강, 구리합금 등의 비철금속 재료에 적용될 수 있으며, 그외에도 316 스테인레스강, 알루미늄 합금, 황동(Brass)등 모든 금속 재료에 적용할 수 있으며, 본 명세서중에 몇몇 금속을 예로 든 것은 단지 예로서임을 명백히 한다.
또한, 본 발명에서 동적 재결정을 발생시키기 위해 임계 변형량을 초과하는 변형량을 가하여 압연하는 것은 압연 초기 단계와 말기 단계의 어느 하나의 단계에서 이루어질 수 있으며, 중기 단계에서 이루어질 수 있음도 용이하게 이해할 수 있을 것이며, 동적 재결정을 발생시키기 위한 임계 변형량은 가공 경화 속도와 변형량의 관계에서 정해질 수 있다.
임계 변형량을 초과하는 변형량을 부여하여 암연을 실시하는 것은 다단계의 압연 패스중 어느 하나의 단계에서 실시하면 초기 단계나 중기 단계, 말기 단계의 여부에 관계없이 임계 변형량을 초과하는 변형량을 가하여 실시한 압연 패스 이후에 결정립을 미세화하고, 변형 저항을 낮출 수 있어서 압하력을 절감할 수 있게 된다.
그러나, 압연 공정중 초반의 압연 패스에서 임계 변형량을 초과하는 변형량을 가하면서 압연을 실시하는 것이 유리하다.
제1도는 탄소강을 1000℃, 0.5/초의 변형 조건에서 변형하여 얻은 유동 곡선을 나타내는 그래프도인데, 열간압연시 가장 기초적인 자료로 이용되며, 이로부터 압하력 및 최대 연신율 등을 알 수 있게 된다.
또한, 제2도에서는 가공 경화 속도와 변형량과의 관계를 도시하고 있는데, 본 발명에 있어서 가장 중요한 부분인 동적 재결정을 발생시키는 변형량을 결정할 수 있는 곡선을 나타낸 것으로, 재료가 고온에서 변형되면서 가공 경화 속도는 최대값이 나타내며 아결정립(Subgrain) 생성과 동적 재결정을 발생하면서 점차 감소하다가 최대 변형량(Peak Strain)에서 0이 된다.
이때 가공 경화 속도의 변형량과의 관계를 도시하면, 각각의 지점에서 변곡점을 나타나고, 여기서 임계 변형량을 결정할 수 있다.
한편, 변형 온도 및 변형속도와 임계변형량의 관계에 대해 연구한 결과 V 첨가 탄소강(=Fe-0.23C-1.0Mn-0.2Si-0.054V)의 경우, 임계변형량(εc)=0.013 Z0.1043(여기서, Z=변형속도xExp[Q/RT])이고, 304 스테인레스강의 경우, 임계변형량(εc)=0.73x10-1.26Z0.07(여기서, Z=변형속도xExp[Q/RT)으로 나타낼 수 있음을 알게 되었는 바, 이에 따라 임계변형량을 구하면, V 첨가 탄소강의 경우 ,800-1000℃의 변형온도 범위에서 0.05-5/초의 변형속도로 변형시 0.2-0.7의 값이 되며, 304 스테인레스강의 경우 900-1100℃의 변형온도 범위에서 0.05-5/초의 변형속도로 변형시 0.33-0.68의 값이 되었다.
일예로서 특정 변형온도 및 변형속도에서 구한 탄소강, 304 스테인레스강(304STS), 및 Cu의 임계 변형량 값은 다음 표 1과 같다.
이하에서는 실시예와 관련하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
[실시예 1]
제3(a)도 내지 제3(c)도는 본 발명의 제어 압연 공정을 탄소강에 적용한 경우의 유동 응력 및 미세 조직을 나타낸 것인데, 탄소강은 C:0.23중량%, Mn:1.03중량%, P:0.029중량%, S:0.039중량% 및 잔여량의 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지며, 변형 온도, 변형 속도 및 패스간 단속 시간을 동일하게 한후, 패스 변형량 만을 조절함으로써 나머지 공정 변수의 영향을 배제시키고 재결정을 발생시키지 않은 경우를 제3(a)도에 도시하며, 재결정을 앞단계에서 발생시킨 경우를 제3(b)도에 도시하며, 재결정을 후반 단계에서 발생시킨 경우를 제3(c)도에 도시하였다.
각각의 경우 재결정 발생 여부와 미세 조직과 압하력에 미치는 영량을 조사하였는바, 제3(a)도에서는 패스 변형량을 20%로 고정하고 15패스를 변형시킨 경우로서, 일반 압연 공정과 비슷한 경우인데, 전변형 구간에서 연속 유동 곡선의 최대 응력(Peak Stress) 수준에 계속하여 도달하는 것을 확인할 수 있었다.
제3(b)도는 두번째 패스에서 동작 재결정을 위한 임계 변형량(32%)을 초과하는 80%의 변형량을 가하여 공정 초기에 동적 재결정을 발생시킨 경우이다. 연속 변형 유동 곡선을 비교해 보면, 제3(a)도와 같이 유동 곡선의 정상 상태 응력 수준(Steady State Stress)과 일치하는 것을 알 수 있었다.
따라서, 이러한 공정을 이용하면, 유동 응력을 줄이고도 압연이 가능하다고 할 수 있다. 유동 응력을 낮출수 있다는 것은 압연시 보다 작은 압하력으로도 압연을 할 수 있으므로 생산비를 줄일 수 있는 장점이 있다.
제3(c)도는 제3(b)도에 나타낸 공정과 반대인 공정을 나타내고 있는데, 11번째 패스에서 80%의 변형을 가함으로써 변형 후반에 동적 재결정을 발생시켰고 유동 응력은 도면에서 확인할 수 있는 바와 같이 연속 변형의 최대 응력 수준이었다.
이러한 공정에서 얻은 미세 조직 사진을 각각의 유동 곡선 옆에 나타내었다. 일반 압연 공정에 의하여 경우는 제3(a)도와 같이 약 130㎛의 결정 입도를 얻은 반면, 변형량을 조절한 제어 압연에 의하면, 제3(b)도,제3(c)도와 같이 일반 압연 공정에 의한 경우의 대략 절반 수준인 80㎛, 70㎛의 결정 입도를 나타내어 결정립도가 미세화됨으로써 상온에서의 기계적 성질이 10% 이상 향상되며, 본 발명의 압연 공정에 의하면 종래의 압연 공정에 비해 보다 작은 설비 능력으로 훨씬 우수한 강재를 생산할 수 있음을 알 수 있다.
[실시예 2]
제4(a)도 내지 제4(c)도는 본 발명의 제어 압연 공정을 304 스테인레스강에 적용한 경우의 유동 응력 및 미세 조직을 나타낸 것인데, 스테링레스강의 조성은 Cr:18.21중량%, Ni:8.06중량%, C:0.045중량%, Si:0.57중량%, Mn:1.03중량%, P:0.025중량% 및 잔여량의 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지며, 이 경우에는 제3도에서와 같이 압하력을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 결정립도까지 미세하게 만들 수 있었다.
본 발명의 압연 공정은 특히 스테인레스강과 같은 재료에서 더욱 효과적인데, 왜냐하면 대부분의 특수강은 열간압연시 변형 저항이 일반 탄소강에 비해 대단히 크기 때문에(보통 2배 이상) 열간압연시 압하력을 낮출 수 있다면, 그 효과는 일반강에 적용할 때 보다 훨씬 크며, 보다 작은 압하력으로 압연이 가능하게 되면 열간 압연시 발생하는 불량을 줄일 수 있고 표면의 형태까지 미려하게 제어할 수 있게 되기 때문인바, 표면 형태로 품질을 결정하는 스테인레스강과 같은 강종에서 본 발명의 제어 압연 공정은 그 적용도가 특히 높은 것이다.
[실시예 3]
제5(a)도 내지 제5(c)도는 본 발명의 제어 압연 공정을 비철 금속인 동(Cu)에 적용하는 경우의 유동 응력 곡선 및 미세 조직을 나타내고 있는데, 이 재료의 경우에도 제3도 및 제4도와 같이, 압하력을 낮출 뿐만 아니라 결정립도까지 미세하게 만들 수 있음을 알 수 있다.
상기 각 실시예의 경우를 종합하여 본발명의 제어압연 공정을 적용한 결과로서의 유동응력 및 결정립도를 상기 표 2에 나타내고 있는데, 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 압하력은 약 10% 절감되고 평균 결정립도는 약 50% 까지 더 미세화시킬 수 있었다
따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명의 결정립을 미세화하고 압하력을 절감하는 제어 압연 방법에 의하면, 결정립이 종래에 비해 약 2배 가가이 미세화되므로 기계적 특성이 향상되며, 압하력을 저하시키면서도 우수한 제품이 생산될 수 있으므로 경제성이 향상되는 등 유용한 효과가 얻어진다.
Claims (4)
- 고온 가공시 동적 재결정이 발생하는 금속 재료를 다단의 압연 패스로 이루어지는 압연 패스로 압연 공정을 수행하는 금속 재료의 압연 방법에 있어서, 상기 압연 공정을 구성하는 다단의 압연 패스중 어느 하나의 압연 패스에서 동적 재결정을 발생시키기 위해 필요한 임계 변형량을 초과하는 변형량을 부여하면서 압연을 실시하는 것을 특징으로 하는 결정립 미세화 및 압하력 절감을 위한 금속 재료의 제어 압연 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 금속 재료는 탄소강, 304 스테인레스강, 구리의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속 재료의 제어 압연 방법.
- 제1항에 있어서, 동적 재결정을 발생시키기 위해 임계 변형량을 초과하는 변형량을 가하여 압연하는 것은 압연 초기 단계와 말기 단계의 어느 하나의 단계에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 제어 압연 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 동적 재결정을 발생시키는 위한 임계 변형량은 가공 경화속도와 변형량의 관계에서 정해지는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 제어 압연 방법.
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| KR1019970003896A KR100222067B1 (ko) | 1997-02-10 | 1997-02-10 | 결정립 미세화 및 압하력 절감을 위한 금속재료의 제어압연방법 |
Publications (2)
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| KR19980067680A KR19980067680A (ko) | 1998-10-15 |
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| KR1019970003896A KR100222067B1 (ko) | 1997-02-10 | 1997-02-10 | 결정립 미세화 및 압하력 절감을 위한 금속재료의 제어압연방법 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101226483B1 (ko) * | 2010-05-24 | 2013-01-25 | 국방과학연구소 | 균질하고 초미립의 미세조직을 갖는 구리 라이너 제조 방법 |
| KR101282229B1 (ko) * | 2013-03-28 | 2013-07-09 | 국방과학연구소 | 성형작약탄용 몰리브데늄 라이너의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 성형작약탄용 몰리브데늄 라이너 |
-
1997
- 1997-02-10 KR KR1019970003896A patent/KR100222067B1/ko not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101226483B1 (ko) * | 2010-05-24 | 2013-01-25 | 국방과학연구소 | 균질하고 초미립의 미세조직을 갖는 구리 라이너 제조 방법 |
| KR101282229B1 (ko) * | 2013-03-28 | 2013-07-09 | 국방과학연구소 | 성형작약탄용 몰리브데늄 라이너의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 성형작약탄용 몰리브데늄 라이너 |
Also Published As
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