In steel company, reduction of surface cracks is of importance in multi-pass bar rolling process. The surface crack or instability 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 cracks on the surface of hot rolled bars.
Many studies have been carried out to reduce these surface cracks. Many researchers focused on experimental findings to improve the process mechanism for reducing cracks. Some used FE analyses to suggest better processing conditions in the process for reducing cracks or instability. The processing maps were also used to reduce instability but the developed processing maps in the literature were not consistent as compared to the production data in terms of instability of the surface.
In this approach, an integrated technique was developed to study the effect of processing parameters on instability of steel A during bar rolling process, in which processing map (to judge instability) was merged into FE analysis. The processing map was formulated based on the plastic work approach available in the literature. The effects of roll pass geometry and temperature on rolled bars were examined with the help of a parametric study by employing integrated technique. Based on these FE results from integrated technique, the improved roll pass design was determined and the initial processing temperature in the hot bar rolling process recommended for reducing flow instability of the process.
The laboratory rolling mill was used to validate the effect of processing conditions suggested from FE results on flow instability. The effect of initial temperature on surface cracks or instability was observed and it was concluded that with the increase in initial temperature in the process the flow instability reduced. Since at initial temperature of 943℃ the surface cracks did not appear but cracks appeared when the three-pass rolling experiment was carried out at initial temperature of 840℃. The investigation revealed that temperature played a major role to reduce surface cracks which was the similar finding as obtained from FE simulations.
압연 공정 중 자주 발생하는 표면 흠과 유동 불안정은 냉간압조공정에서 제품의 파괴나 불량을 발생시키는 주요 원인으로 작용한다. 그러므로 표면흠 저감은 철강 제조업체에 있어 중요한 문제이며 압연선재의 표면흠을 최소화 하는 공정 개발은 필수적이다.
지금까지 이러한 표면흠 저감을 위한 많은 연구가 보고되고 있는데, 다수의 연구가 표면흠 저감을 위하여 실험을 통한 공정 기구 규명에 치중하고 있으며, 일부는 표면흠과 유동 불안정을 저감하기 위한 공정조건을 제시하고자 유한요소 해석을 이용하고 있다. 불안정 요인을 예측하기 위한 몇몇 공정맵들 또한 제안되었으나, 실제 조업결과와는 차이를 보이고 있다.
따라서 본 연구에서는 steel A의 유동불안정에 있어 여러 공정조건들의 영향을 관찰하기 위하여 공정맵과 유한요소해석의 통합된 표면흠 예측기술을 개발하였다. 소성일을 이용한 공정맵을 제안하였으며 개발된 기술을 이용하여 압연롤의 형상과 시편온도의 영향을 고찰하였다. 표면흠 예측기술을 이용한 파라메트릭 설계로 표면흠 저감을 위한 개선된 롤형상과 초기 시편온도를 제안하였다.
유한요소해석을 통하여 관찰된 공정 변수의 영향을 시압연기를 이용하여 검증하였다. 초기 시편온도와 표면흠의 관계를 고찰하였으며 그 결과로 초기시편온도를 증가시킬수록 유동 불안정은 감소하는 것으로 나타났다. 840℃ 의 초기시편 온도에서는 표면흠이 발견되었으나 943℃ 에서는 표면흠이 관찰되지 않았다. 실험결과 또한 해석결과와 마찬가지로 초기시편 온도가 표면흠 발생을 결정하는 주요 인자임을 확인할 수 있었다.
