압연 - 조질 압연, 뤼더스밴드, stretcher strain

<기출> 

• 금속 19-2-2 조질 압연(Skin Pass Mill)에 대하여 정의하고, 그 목적을 설명하시오.
• 금속 14-4-4 저탄소강판의 조질압연 시 줄무늬 변형이 발생하였을 때 이에 대한 원인과 대책을 설명하시오

 

1.  개요

 

1) 조질압연 (Skin Pass Mill) 정의

냉연강판은 냉간가공으로 인하 가공경화되어 사용에 적합하도록 인성을 부여할 필요가 있음.
이를 위해 강판을 어닐링하여 내부 응력을 제거한 뒤, 결정립자를 세밀하기 위해 행해지는 가벼운 냉간압연을 조질압연이라 함
소둔을 마친 코일의 기계적 성질을 개선, 표면 조도 부여, 항복점 연신을 방지(뤼더스 밴드 형성 등) 

뜨임, 풀림처리 후 냉연강판은 너무 연질이거나 가공시 줄무늬 변형이 생길 수 있음 

냉간압연판 생산 공정

열간압연 → 산세(스케일 제거) → 냉간압연 → 표면청정 → 소둔(응력제거열처리) → 조질압연 → 정정 

 

2) 조질 압연의 목적

① 기계적 성질을 개선 (결정립자를 세밀화, 제품 경도를 향상)

② 형상을 고정하고, 표면 정밀도 개선, 평활하게 교정

③ 표면 조도를 부여

④ 가공성을 향상 

⑤ 항복점 신율을 제거시켜 Stretcher Strain 발생을 억제

⑥ 불균일한 연신에 의해 발생하는 잔류응력의 제거 

⑦ 뤼더스선(luders line)이라 불리는 가공 후 표면에 발생하는 줄무늬를 제거하기 위해 압연 공정의 마지막에 실시함 

 

 

2. 조질압연에 대한 고찰, 기타 사항 

 

1) Stretcher Strain

연강 등을 인발하거나 딥드로잉, 프레스 등의 소성가공시 표면에 주름 등의 변형모양이 생기는데 이를 stretcher strain이라고 함. 

• 상부 항복점에서 인장시험편의 응력집중부에 재료가 변형된 45도의 띠가 발생 (뤼더스 밴드) 
• 이 띠의 생성과 동시에 응력은 하부항복점으로 떨어짐 (좌측 그림 1번) 
• 띠는 시험편의 길이 방향으로 전파하며 항복점 연신이 발생함 (응력이 증가하지 않고 변형률만 증가)  
• 뤼더스 밴드가 시편 전체에 퍼진 이후, 가공경화로 인해 응력이 변형률에 비례하여 증가를 시작함 (소성영역) 

(1) stretcher strain 방지대책

• 항복점 연신을 유발하는 C, N의 제거
• 조질압연 
• C, N과 친화력이 좋은 Ti, Nb, Al, Cr, Mo 등의 원소를 첨가 (침입형 원소와 결합하여 질화물, 탄화물을 생성) 

(2) 조질압연의 stretcher strain 방지 원리

항복점 연신을 나타내는 강에 항복점 이상의 냉간가공시 항복점과 항복점 연신이 사라짐 
표본잉 한번 루더스 변형 범위를 넘어서 늘어나면, 전위가 이미 틈새 원자에서 떨어져 나갔기 떄문에 샘플이 변형될 때 루더스 변형이 더는 발생하지 않음. 
이러한 이유로, 스트레쳐-스트레인 마크의 형성을 방지하기 위해 사전 냉간압연, 조질압연 

 

2) 뤼더스 밴드 

인장시험시 시편에 상항복점같은 큰 힘을 가했을때 응력이 집중되기 쉬운 부분에 인장선의 45도 방향으로 선이 나타나기 시작하는데, 소성변형의 시작을 의미함.
상항복점에서 소성변형이 시작, 시험편 전체로 퍼져나가며 곡선이 톱니모양으로 울퉁불퉁해지는데 이를 뤼더스밴드라고 함. 

• 뤼더스밴드는 소성변형시 재료 내의 불균일한 변형으로 응력 집중부에 생성
• 일반적으로 인장 방향의 45도 방향으로 나타나기 시작함 
• stretcher strain이라고도 함 (혼용해서 사용)