The wrinkle defect which is frequently encountered in bar rolling of steel A can easily develop into fatal cracks during the cold heading process of steel A, and it is therefore necessary to minimize inherent defects on the surface of hot rolled bars made of steel A.
The hot rolling process of steel A was analyzed in conjunction with FE analysis to identify the cause of the wrinkle defect. The integrated analysis revealed that the wrinkle defect is initiated in the first stage of rolling, and it is at the billet edge where severe deformation and drastic temperature drop are present.
To elucidate the micro-mechanical mechanism of the wrinkle defect, hot compression tests were carried out using Gleeble-3800 at various temperatures and strain rates. The surface profile of each of the other compressed specimens was compared, and rough surface lines were observed at relatively low temperatures. Those surface defects can develop into wrinkles during multi-pass rolling.
To control the wrinkle defect in the hot rolling process, it is necessary to improve hot workability which may consist of two separate parts: (1) process (extrinsic workability) which depends on the stress state imposed by the process such as the roll shape, and (2) material (intrinsic workability) which depends on the constitutive behavior of the material and can be represented as a function of strain rate and temperature. In this study, hot workability of steel A during the rolling process was evaluated from two points of view. Firstly, various roll geometries were proposed and compared to evaluate extrinsic workability using FE analysis. Secondly, processing maps were constructed to evaluate intrinsic workability.
A강의 냉간 압조성 평가 시 심각한 크랙으로 발전할 수 있는 주름흠은 A강의 선재 압연 시 자주 나타나고 있다. 따라서 A강의 열간 선재 압연 시 발생하는 표면결함을 최소화하는 것이 필요하다.
주름흠의 원인을 규명하기 위해 A강의 열간 압연 공정을 유한요소법을 이용해 분석한 결과 주름흠은 A강의 선재 압연시 1번 패스에서 발생하고, 1번 패스 소재 모서리 부에서 온도가 급격이 떨어진 상태에서 변형이 집중되기 때문인 것을 알 수 있었다.
주름흠의 발생원인을 명확히 하기 위하여 글리블-3800을 이용해 다양한 온도와 변형률속도 하에서 압축 실험을 수행하였고, 각각의 온도와 변형률속도에 따른 표면 상태를 비교하였다. 그 결과 상대적으로 낮은 온도에서 압축된 소재의 표면이 상당히 울퉁불퉁해지는 것을 알 수 있었고, 이러한 표면결함이 다단 패스 압연 중 주름흠으로 발전되는 것으로 추정된다.
A강의 열간 압연 시 발생하는 주름흠을 줄이기 위해서는 소재의 열간 성형성을 높이는 것이 필요하다. 소재의 열간 성형성은 공형 형태 등에 의해서 결정되는 응력상태와 관계된 (1)공정적 측면과 재료의 구성 행동 (constitutive behavior)과 관련이 있고, 온도와 변형률속도의 함수로 나타낼 수 있는 (2)재료적 측면에서 동시에 고려 되어야 한다. 본 연구에서는 압연 중 A강의 열간 성형성을 두 가지 측면에서 고려하였다. 첫째로 유한요소해석을 이용해 다양한 공형안에 대한 열간 성형성을 공정적 측면에서 평가, 비교하였다. 둘째로 재료적 측면에서 열간 성형성을 평가하기 위해 공정맵을 작성하였다.
