[논문]롤러 레벨링 공정시 후판의 잔류응력 예측 - Part II : 가속냉각 모델을 통합한 모델

예호성; 황상무

doi:10.5228/kstp.2013.22.1.11

롤러 레벨링 공정시 후판의 잔류응력 예측 - Part II : 가속냉각 모델을 통합한 모델
Prediction of the Residual Stress for a Steel Plate after Roller Leveling - Part II : Integrated Model with Accelerated Cooling Model 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.22 no.1, 2013년, pp.11 - 16

예호성 (Department of Mechanical Engineering, POSTECH) , 황상무 (Department of Mechanical Engineering, POSTECH)

Abstract ▼ AI-Helper

Despite its importance the control of roller leveling has primarily relied on the operator's experience and on operation tables. In order to effectively eliminate various shape defects, the optimal leveling condition for a specific mode of plate deformation needs to be determined as well as a careful evaluation as to whether or not the condition is still appropriate for other modes or not. A numerical model, which considers both computation efficiency and accuracy, has been developed. The variations of residual stress are studied according to the entry and the delivery intermeshes, respectively. The camber deformation decreases linearly as the entry intermesh increases. In contrast the curl deformation does not vary directly with the entry intermesh. Therefore, the optimum intermesh values need to be determined in order to simultaneously minimize both the camber and the curl deformation.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 Part I에서 개발한 롤러 레벨링 잔류응력 예측 모델을 기존의 가속냉각 잔류응력 예측 모델과 통합하여 롤러 레벨링에서의 최적화 모델을 개발하였다. 이를 통해 판 소절시 발생하는 Camber와 길이방향의 휨인 Curl의 입측 인터메시(entry intermesh)와 출측 인터메시(delivery intermesh)에 따른 경향성을 살펴 보았다.
앞에서 소성률(plastic ratio)에 따른 Camber와 Curl 곡률에 대해 살펴보았다. 소성률(plastic ratio)이 클수록 Camber는 감소함을 알 수 있었다.
판 변형인 Camber와 Curl을 최소화시키는 최적화 모델을 검증하기 위해, Tabel. 3의 4개의 판에 대해 최적화 모델을 이용하여 입측 인터메시(entry intermesh)와 출측 인터메시(delivery intermesh)를 구하였다.

가설 설정

현장에서 직접 롤러 레벨링 공정에 적용하여, 최종 판의 Curl 실험치와 모델에서 계산된 Curl 곡률을 가지고 중력 효과를 고려해 FEM(Finite element method) 해석을 통해 구해진 예측치를 Table 4에서 비교하였다. 이때 실험치는 판의 앞쪽에서 발생하는 Top curl, 뒤쪽에서 발생하는 Tail curl을 측정하였고 모델에서 계산된 Curl은 판의 길이방향으로 일정하다고 가정하기 때문에 한 개만 예측되었다. 실험치와 예측치의 Curl을 비교하면 잘 일치하고, 2pass로 롤러 레벨링을 한 Case2와 3pass로 한 Case3의 경우 모델은 공정조건이 같기 때문에 같은 Curl을 예측하였고, 실험치 또한 약간의 차이는 있지만 유사하게 측정됨을 알 수 있다.

제안 방법

판 변형인 Camber와 Curl을 최소화시키는 최적화 모델을 검증하기 위해, Tabel. 3의 4개의 판에 대해 최적화 모델을 이용하여 입측 인터메시(entry intermesh)와 출측 인터메시(delivery intermesh)를 구하였다. 여기서 Case 2는 롤러 레벨링을 2회, Case 3은 3회 실행하였다.
Camber와 마찬가지로 Table 2의 공정조건을 사용하여, 롤러 레벨링 공정에서 압입량을 달리하여 소성률(plastic ratio)에 따른 Curl 곡률의 변화를 살펴보았다[5].
6에서 정의한 Curl의 값을 알 수 없다. Fig. 10에서 보듯이 Curl 곡률을 가지고 중력 효과를 고려한 FEM(Finite element method) 해석을 통해, Curl 허용치를 만족하는 양과 음의 Curl 곡률값을 판의 길이와 두께에 따라 각각 구하여 최적화 모델에 사용하였다. 이는 FEM(Finite element method) 해석은 시간이 오래 걸리는 단점이 있어 현장 적용에 어려움이 있기 때문이다.
가속냉각 잔류응력 예측 모델은 가속냉각 과정에서 판의 초기 온도(SCT)와 최종 온도(FCT)의 위, 아래 분포를 이용하여 잔류응력을 예측하였다. Table 1의 공정조건에서 Fig.
압입량이 클수록 곡률이 커지므로 일반적으로 큰 압입량이 더 많은 소성률을 발생시킨다. 또한 같은 압입량에 대해 두께가 두꺼울수록 더 큰 소성변형을 발생시키므로, 두께의 영향없이 잔류응력의 감소효과를 알아보기 위해 소성률(plastic ratio)을 사용하였다.
직접적으로 현장에서 롤러 레벨링 전의 잔류응력을 측정할 방법이 없어 가속냉각 과정에서 온도 분포를 이용한 잔류응력 예측 모델을 롤러 레벨링 잔류응력 예측 모델과 통합하여 가속냉각부터 롤러 레벨링까지 전 과정의 잔류응력을 예측하도록 하였다. 이를 이용하여 롤러 레벨링 공정에서 입측과 출측의 압입량 조절을 통해, 판에 걸리는 소성률(plasrtic ratio)을 달리하여 판 변형인 Camber와 Curl의 경향성을 살펴보았다. 최종적으로 롤러 레벨링의 최적 교정조건을 설정하는 모델을 개발하여 실시간으로 현장에서 설정된 조건을 볼 수 있도록 하였다.
본 논문에서는 Part I에서 개발한 롤러 레벨링 잔류응력 예측 모델을 기존의 가속냉각 잔류응력 예측 모델과 통합하여 롤러 레벨링에서의 최적화 모델을 개발하였다. 이를 통해 판 소절시 발생하는 Camber와 길이방향의 휨인 Curl의 입측 인터메시(entry intermesh)와 출측 인터메시(delivery intermesh)에 따른 경향성을 살펴 보았다. Camber는 입측 인터메시(entry intermesh), 즉 소성률(plastic ratio)을 크게 할수록 더 감소하였고, Curl은 소성률(plastic ratio)에 따라 방향과 크기가 변화하였다.
1은 폭방향으로 판의 최종 온도(FCT) 위, 아래 분포를 실험치와 예측치를 비교한 것이다. 잘 일치함을 알 수 있고, 이로써 롤러 레벨링 전의 잔류응력을 예측하고 이를 검증하기 위해 8개의 판으로 소절하여 각각의 소절판에 대한 Camber를 실험치와 Fig. 2에서 비교하였다. 역시 실험치와 예측치가 잘 일치하고, 롤러 레벨링 전의 잔류응력을 예측할 수 있게 되었다.
직접적으로 현장에서 롤러 레벨링 전의 잔류응력을 측정할 방법이 없어 가속냉각 과정에서 온도 분포를 이용한 잔류응력 예측 모델을 롤러 레벨링 잔류응력 예측 모델과 통합하여 가속냉각부터 롤러 레벨링까지 전 과정의 잔류응력을 예측하도록 하였다. 이를 이용하여 롤러 레벨링 공정에서 입측과 출측의 압입량 조절을 통해, 판에 걸리는 소성률(plasrtic ratio)을 달리하여 판 변형인 Camber와 Curl의 경향성을 살펴보았다.
이를 이용하여 롤러 레벨링 공정에서 입측과 출측의 압입량 조절을 통해, 판에 걸리는 소성률(plasrtic ratio)을 달리하여 판 변형인 Camber와 Curl의 경향성을 살펴보았다. 최종적으로 롤러 레벨링의 최적 교정조건을 설정하는 모델을 개발하여 실시간으로 현장에서 설정된 조건을 볼 수 있도록 하였다.
출측 인터메시(delivery intermesh)를 변화시키며 Curl 곡률을 0으로 하는 최적의 소성률(plastic ratio)이 가장 큰 출측 인터메시(delivery intermesh)를 찾고, 그 소성률(plastic ratio)을 가지는 입측 인터메시(entry intermesh)를 사용하여 Camber와 Curl 곡률을 동시에 최소화시키는 최적화 모델을 개발하였다. 이때 롤러 레벨러(roller leveler)의 최대 롤 하중(roll force)을 초과하지 않는 소성률(plastic ratio)을 찾아야 한다[6].
여기서 Case 2는 롤러 레벨링을 2회, Case 3은 3회 실행하였다. 현장에서 직접 롤러 레벨링 공정에 적용하여, 최종 판의 Curl 실험치와 모델에서 계산된 Curl 곡률을 가지고 중력 효과를 고려해 FEM(Finite element method) 해석을 통해 구해진 예측치를 Table 4에서 비교하였다. 이때 실험치는 판의 앞쪽에서 발생하는 Top curl, 뒤쪽에서 발생하는 Tail curl을 측정하였고 모델에서 계산된 Curl은 판의 길이방향으로 일정하다고 가정하기 때문에 한 개만 예측되었다.

이론/모형

Part I에서 개발한 롤러 레벨링 잔류응력 예측 모델을 사용하기 위해 롤러 레벨링 전의 잔류응력을 알아야 한다. 하지만 직접 측정할 방법이 없어 기존에 개발된 가속냉각 잔류응력 예측 모델을 사용하여 예측하였다[1~4].

성능/효과

가속냉각 잔류응력 예측 모델과 롤러 레벨링 잔류응력 예측 모델을 통합하여 Table 2의 공정조건으로 가속냉각 과정의 예측된 잔류응력을 롤러 레벨링 전의 잔류응력으로 사용하였다. 롤러 레벨링 후 예측된 잔류응력으로 Camber를 계산하여 실험치와 예측치를 Fig. 3에서 비교해 본 결과 대체적으로 잘 일치하였다. 소절판 6번과 7번에서 차이를 보였지만 제품의 불량을 판단하기 위해서는 Camber 최대값의 절대치가 더욱 더 중요하다.
이때 실험치는 판의 앞쪽에서 발생하는 Top curl, 뒤쪽에서 발생하는 Tail curl을 측정하였고 모델에서 계산된 Curl은 판의 길이방향으로 일정하다고 가정하기 때문에 한 개만 예측되었다. 실험치와 예측치의 Curl을 비교하면 잘 일치하고, 2pass로 롤러 레벨링을 한 Case2와 3pass로 한 Case3의 경우 모델은 공정조건이 같기 때문에 같은 Curl을 예측하였고, 실험치 또한 약간의 차이는 있지만 유사하게 측정됨을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	후판의 냉각 과정에서 어떤 문제가 발생할 수 있는가?	후판의 냉각 과정에서 불균일 냉각으로 제품의불량이 야기되고, 또한 선급재 등 가속냉각 후판 제품 대다수가 소절시 크고 작은 소절휨(camber)과 길이방향의 휨(curl)을 발생시킨다. 이러한 변형을 제어하기 위해 현장에서는 롤러 레벨링을 사용하는데, 작업자의 경험이나 단순한 테이블에 의존하고 있다.
	소절휨(camber)과 길이방향의 휨(curl)을 제어하기 위해 현장에서 사용하는 것은?	후판의 냉각 과정에서 불균일 냉각으로 제품의불량이 야기되고, 또한 선급재 등 가속냉각 후판 제품 대다수가 소절시 크고 작은 소절휨(camber)과 길이방향의 휨(curl)을 발생시킨다. 이러한 변형을 제어하기 위해 현장에서는 롤러 레벨링을 사용하는데, 작업자의 경험이나 단순한 테이블에 의존하고 있다. 이로 인해 롤러 레벨링 후에도 제품의 불량이 발생되어 생산성을 감소시키고 있어 좀 더 정확한 롤러 레벨링 조건을 해석할 필요가 있다.
	롤러 레벨링 후에도 제품의 불량이 발생하는 현상의 원인 롤러 레벨링을 어떻게 사용하기 때문인가?	후판의 냉각 과정에서 불균일 냉각으로 제품의불량이 야기되고, 또한 선급재 등 가속냉각 후판 제품 대다수가 소절시 크고 작은 소절휨(camber)과 길이방향의 휨(curl)을 발생시킨다. 이러한 변형을 제어하기 위해 현장에서는 롤러 레벨링을 사용하는데, 작업자의 경험이나 단순한 테이블에 의존하고 있다. 이로 인해 롤러 레벨링 후에도 제품의 불량이 발생되어 생산성을 감소시키고 있어 좀 더 정확한 롤러 레벨링 조건을 해석할 필요가 있다.

참고문헌 (6)

J. M. Koo, S. R. Ryoo, C. S. Lee, C. G. Sun, H. N. Han, S. M. Hwang, 2007, Prediction of Residual Stresses in a Plate Subject to Accelerated Cooling, ISIJ Int., Vol. 47, No. 8, pp.1149-1158.

상세보기
P. C. M. Rodrigues, E. V. Pereloma, D. B. Santos, 2000, Mechanical Properities of an HSLA Bainitic Steel Subjected to Controlled Rolling with Accelerated Cooling, Mater. Scil. Eng., A, Vol. 283, No. 1-2, pp. 136-143.

상세보기
A. B Cota, R Barbosa, D. B Santos, 2000, Simulation of the Controlled Rolling and Accelerated Cooling of a Bainitic Steel using Torsion Testing, J. Mater. Process. Technol., Vol. 100, No. 1-3, pp. 156-162.

상세보기
S. J. Chen, A. A. Tseng, 1992, Spray and Jet Cooling in Steel Rolling, Int. J. Heat Fluid Flow, Vol. 13, No. 4, pp. 358-369.

상세보기
S. R. Ryoo, 2008, Effects of Intermesh on the Curl Deformation of Heavy Plates, CAMP-ISIJ, Vol. 13, No. 9, p. 1174.
Y. K. Kim, W. J. Kwak, T. J. Shin, S. M. Hwang, 2010, A New Model for the Prediction of Roll Force and Tension Profiles in Flat Rolling, ISIJ Int., Vol. 50, No. 11, pp. 1644-1652.

상세보기

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증