KR100325538B1 - 고선영성냉연강판의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉연강판 및 도장강판을 제조시에 특정 가공 모드를 가지는 방전가공 (EDT)된 롤을 이용하여 냉간압연단계에서부터 롤의 적정 초기 조도수준을 제저함으로써 파상도성분(Wca)을 제어하고, 또한 조질압연단계에서 롤의 적정 초기 조도수준의 제어 및 조질압연 연신율을 제어함으로써 최종제품의 표면조도특성이 Wca≤0.4㎛, DOI 90% 이상인 고선영성 냉연강판을 제조하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 냉간압연 및 조질압연률을 EDT로 가공된 롤을 사용하여 작업하고 냉간압연롤조도를 상/하부 각각 2.4/2.3㎛ 이하, 조질압연롤의 조도를 상/하부 각각 1.9/1.7㎛ 이면서 EDT 가공 모드를 냉간압연롤의 경우는 Capacity(-) mode 또는 Impulse(+) mode, 조질압연롤의 경우는 Impulse(+) mode를 적용하며, 특히 조질압연공정에서 조질압연 연신율을 1.0% 이하로 관리함으로써 냉간압연단계에서 Wca 값이 0.5㎛이하, 조질압연단계에서 0.4㎛ 이하의 Wca를 가지고 DOI 값이 90% 이상인 고선영성 냉연강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

고선영성 냉연강판의 제조방법

본 발명은 자동차 및 가전제품의 외판재용으로 사용되는 냉간압연강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방전가공(Electro Discharge Texturing)를 이용하여 냉연강판의 표면조도 제어를 통한 고선영성 냉연강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

냉연강판은 미려한 외관, 우수한 가공성 및 양호한 강도를 나타내며 또한 대량생산이 가능하여 비교적 저렴한 가격으로 공급할 수 있다는 장점이 있어 자동차 및 가전제품 등의 내외판재로 널리 사용되어 왔다. 이러한 냉연강판의 최근까지의 개발동향은 주로 가공성측면 및 고강도강의 개발 등을 통한 경량화와 관련된 강종개발 및 품질 안정화에 주력해 왔다. 그러나 최근에 이르러서는 날로 고급화되어 가는 수요자의 다양한 요구에 부응하여 냉연강판 및 도금 강판의 표면 품질이 주요 관심항목으로 부각되고 있다.

냉연강판은 용도에 따라 다소의 차이는 있으나 외판재의 경우는 대부분의 경우가 도장제품의 상태로 사용하게 되므로, 도장후의 표면품질이 최종제품의 표면품질이 된다고 할 수 있다. 일반적으로 도장후의 표면품질은 도장액 및 도장기술의 개선에 의해 많은 향상이 있었으나 최근에 이르러서는 도장전의 소지금속인 냉연강판자체의 표면조도가 표면 품질에 어느 정도의 영향을 미친다는 것이 확인되었으며, 특히 냉연강판의 표면조도 성분중 0.8∼8mm 구간인 비교적 장파장인 파상도(Waviness) 성분은 도장후에도 잔류하여 도장제품의 선영성(Image Clarity)에 직접적인 영향을 미친다고 밝혀졌다. 이러한 결과를 바탕으로 수요자의 요구에 부응하기 위해 냉연강판의 파상도를 낮추려는 많은 노력들이 진행되어 왔으며, 그 결과의 하나로서 다양한 압연롤(Roll)의 가공방법들이 개발되었다. 냉연강판의 표면조도 부여는 냉간압연 및 조질압연공정에서 작업롤(Work Roll)에 부여된 조도가 강판에 전사되는 것이므로 롤 조도의 정도가 강판의 조도 수준을 결정한다고 할 수 있다. 작업롤에 표면조도를 부여하는 방법으로는 가장 오래된 방법인 숏트 블라스트(Shot Blast, 이하 SB라함)에서 최근에 범용기술로서 자리잡은 방전가공 (Electro Discharge Texturing, 이하 EDT라함) 방법 및 최근에 개발된 레이저덜가공(Laser Dull Texturing, 이하 LDT라함) 및 전자빔가공(Electron Beam Texturing, 이하 EBT라함) 방법 등이 있다. 특히 LDT 및 EBT 방법의 가공설비는 강판의 표면조도군을 매우 규칙적으로 제조할 수 있으며, 또한 파상도를 나타내는 지수인 평균파장(Waviness coefficient average, 이하 Wca라함)값이 거의 0(Zero)에 근사한 수준을 보여 고광택, 고선영강을 제조할 수 있는 것으로 알려져 있다. 일본 특허공보 90-6655의 경우 LDT 가공을 이용하여 선영성을 나타내는 지수인 DOI(Distinctness of Image) 값이 93∼97 수준인 도금강판을 제조하는 방법에 관해서 나타내고 있다. 그러나 이러한 가공설비들은 상대적으로 매우 비싼 설비비 및 가공비가 소요되며, 또한 고 정밀기기이므로 진공유지 등 관리상에 상당한 어려움이 있다는 단점이 있어 실질적인 고선영강의 수요측면에서 볼 때 기존의 SB나 EDT 설비를 가지고 있는 대부분의 일관제철사에서는 이러한 신규 설비의 투자자체에 큰 부담을 느끼고 있으며 기존의 방법을 개선시킴으로써 상대적으로 우수한 고선영강판의 개발을 요구하고 있는 실정이다.

따라서 이러한 신설비를 이용하지 않고 기존의 방법을 이용함으로써 강판의 파상도를 가능한 낮추는 것이 현실적으로 필요하게 되었다.

일반적으로 냉연강판은 SB로 가공된 롤로 냉간압연 및 조질압연을 행하는 과정을 거쳐 생산하게 되나 고선영성 강판과 같은 표면엄격재를 제조하기 위해서는 EDT등의 보다 균일하고 파상도가 낮은 롤로 조질압연을 행하는 방법을 사용해야만한다. 도 1은 일반적인 강판의 생산 방법인 SB로 가공된 롤을 이용하여 냉간압연하고 조질압연단계에서 SB 및 EDT 가공 롤을 사용하여 얻어진 냉연강판의 Wca값을 중심선 평균 조도지수인 평균조도(Roughness average, 이하 Ra라함)값에 따라 나타낸 도면이다. 도면에서 알 수 있듯이 SB재의 경우는 Wca 값이 Ra값의 증가에 따라 증가하고 있으며 전체적으로 약 0.9∼1.3㎛의 Wca값을 나타내고 있다. 그러나 EDT재의 경우는 약 0.5∼0.8㎛의 Wca 값을 나타내고 있으며 Ra값에 대한 Wca값의 의존도 또한 SB 재에 비해 상대적으로 약한 편으로서 기존의 SB재에 비해 현저히 낮은 파상도를 나타내어 DOI 값이 2∼3% 정도 높은 큰 차이를 보이게 된다.

그러나 이러한 EDT재의 경우도 Ra값이 1.0㎛ 이상에서는 Wca 값이 0.6㎛를 초과하는 경우가 많으며, 특히 자동차용 소재인 광폭재의 경우 롤 교체후 초기작업범위에서 대부분 투입되는 것으로 볼 때 초기작업범위는 롤 작업 수명을 고려하여 대부분 Ra값이 1.0㎛ 이상이므로 결론적으로 Wca 값 0.6㎛ 이하는 제조가 불가능하며, 설령 작업수명 단축을 고려하여 초기작업시부터 Ra값을 1.0㎛ 이하로 관리하더라도 Wca 0.5㎛ 이하의 값은 얻어지지 않으므로 사실상 DOI 값 90% 이상의 고선영강판 제조는 불가능하다.

따라서 본 발명은 상술한 문제점들을 극복하기 위해 도장후에도 잔류하게 되는 냉연강판의 파상도를 엄격하게 제어하기 위해 냉간압연 단계에서부터 EDT 가공롤을 사용하였으며, 또한 EDT 가공 모드의 제어, 롤조도 및 조질압연단계에서 조질압연율의 엄격제어를 통해 Wca값이 0.5㎛ 이하, DOI 값으로 90% 이상인 고선영성냉연강판을 제조하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 냉간압연시 숏 브라스트 롤, 조질압연시 SB 및 EDT를 사용한 냉연강판의 Ra 변화에 따른 Wca 값의 변화를 나타낸 도면,

도 2는 냉연 FFT를 이용한 파상도성분의 파워 스펙트럼(power spectrum) 분석 결과를 나타낸 도면(냉간압연: SB롤, 조질압연: SB롤 및 EDT를 사용재),

도 3은 EDT 가공 모드별 Ra 변화에 따른 Pc 값의 변화를 나타낸 도면,

도 4는 비교재 2 및 발명재의 냉간압연된 강판의 작업 전구간(작업 Coil수)에 있어서의 Wca 값의 변화를 나타낸 도면,

도 5는 발명재의 냉간압연 및 조질압연 후의 표면조도특성 변화를 나타낸 도면이다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 냉간압연 및 조질압연롤을 방전가공(EDT)방법으로 가공된 롤을 사용하며, 냉간압연롤 평균조도값(Ra)를 상/하부 각각 2.4/2.3㎛ 이하, 조질압연롤의 평균조도값(Ra)를 상/하부 각각 1.9/1.7㎛이하로 하고, 방전가공 모드를 냉간압연롤의 경우는 캐퍼시티(Capacity)(-) 모드 또는 임펄스(Impulse)(+) 모드, 조질압연롤의 경우는 임펄스(+) 모드를 적용하며, 조질압연공정에서 조질압연 연신율을 1.0% 이하로 관리함으로써 냉간압연단계에서 평균파장값(Wca)이 0.5㎛이하, 조질압연단계에서 0.4㎛ 이하의 평균파장값(Wca)를 가지고 선영성 지수(DOI)값이 90% 이상인 고선영성 냉연강판의 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

냉연강판의 파상도 지수인 평균파장값(Wca) 저하를 통한 선영성지수(DOI) 값상승을 위해서는 냉간압연 및 조질압연단계에서 방전가공(EDT)방법으로 가공된 롤의 사용이 필수적이다. 일반적으로 도장 후 선영성에 영향을 미치는 파상도는 그성분으로서 장파장과 단파장으로 이루어지는 데, 이 파상도는 상술한 바와같이 0.8∼8mm 구간의 비교적 장파장을 의미한다. 이러한 구간의 파장들이 가능한 낮을 수록 선영성향상에 보다 유리하게 되나, 특히 0.8∼8mm 구간중 0.8∼4mm 구간의 경우는 파상도 중에서 비교적 단파장에 속하게 되므로 도장처리시 대부분의 파장이 소멸되어 실질적으로 선영성에 악영향을 주지 않게 되나 비교적 장파장 구간인4∼8mm 구간의 경우는 도장처리 후에도 완전히 소멸되지 않고 그대로 잔존하며 선영성향상에 상당한 악영향을 미치게 되므로 가능한 낮추는 것이 바람직하다.

따라서 4∼8mm 구간의 비교적 장파장의 파상도구간을 낮추기 위해서는 조도의 균일성 및 주기성이 양호한 방전가공(EDT)를 냉간압연 단계에서부터 롤에 적용함으로써 4∼8mm 구간을 가능한 낮추는 것이 바람직하다.

도 2는 0.8∼8mm 구간의 파상도 성분의 조도 프로파일(Profile)을 나타내는 FFT(Fast Furier Trasformation)을 이용한 파워 스펙트럼을 나타낸 것으로서 도면에서 보듯이 냉간압연 단계에서 SB롤을 사용한 (a)의것보다 냉간압연 및 조질압연 두 공정 모두에서 EDT롤을 사용한 경우(b)가 상대적으로 0.8∼4mm 구간 뿐만아니라 4∼8mm 구간의 비교적 장파장구간에서도 파상도성분이 낮아져 도장후에 선영성 향상측면에서 보다 유리함을 알 수 있다.

방전가공(EDT)방법은 Impulse(+)/(-), Capacity(+)/(-) mode의 4가지 방법으로 구분할 수 있다. 일반적으로 측정거리내의 단위길이(mm)당의 조도산의 피크수를 나타내는 Pc(Peak count)는 Wca값과 정비례의 관계를 가지게 되는데 EDT 가공모드 4가지방법별 Pc의 수는 도 3에서 보듯이 동일 Ra 값에서 Impulse(+)> Capacity(-)> Impulse(-) 순으로 크다. 즉 Wca값를 낮추기위해서는 Impulse(+) 모드가 유리함을 알 수 있다. 그러나 일반적으로 압연롤은 롤수명 향상을 위해 Cr 코팅을 하고 있으나 냉간압연롤의 경우는 Cr 코팅을 하지 않으므로 조도의 마모가 매우 심하며 냉간압연작업시 강판에 부여되는 하중(tonpower)이 최대 2.0%의 조질압연단계에 비해 매우 크므로 이러한 EDT 모드별 Wca값 차이는 크지 않게 된다.

따라서 롤의 파상도 관리가 매우 중요하다. 이러한 결과에서 볼 때 냉간압연 단계에서 롤의 조도를 가능한 낮춤으로써 강판에 조도를 전사시키는 롤의 파상도 자체를 낮추는 것이 바람직하며, 특히 롤에 의해 전사되는 강판의 파상도 중 비교적 장파장구간인 4∼8mm 구간을 보다 낮은 수준으로 관리하기 위해서는 롤에서부터의 조도저하가 필수적이다. 이를 위해서는 냉간압연롤 조도를 상/하부 각각 2.4/2.3㎛ 이하로 관리하는 것이 바람직하다. 또한 고선영강판을 제조하기 위해 한가지 고려해야 할 점은 Wca값의 저하 뿐만아니라 조도 프로파일(Profile)의 관리가 매우 중요하다는 것이다. 일반적으로 강판의조도 프로파일은 사인 커브(Sine curve)을 나타내고 있는데 이러한 프로파일이 보다 규칙적이고 균일한 사인 커브(Sinecuvre)을 나타낼수록 선영성 측면에서는 매우 유리하다. 냉간압연공정은 강판에 부여되는 하중이 매우 크기 때문에 4가지의 EDT 모드의 차이는 크지 않으며 따라서 커브(curve)의 주기성 및 균일성 측면에서 거의 유사한 수준을 보이게 된다. 따라서 4 가지 모드중중 작업자가 가공하기에 가장 유리한 모드의 선택이 무엇보다 중요하다. 4가지의 EDT 모드중 작업자가 가장 편리하게 작업할 수 있는 가공 모드는 Impulse(+) 모드와 Capacity(-) 모드이므로 이러한 두가지 가공모드에 의한 작업이 바람직하다. Capacity(+) 및 Impulse(-) 모드는 상기의 두 가공 모드에 비해 가공작업시 조도패턴(Pattern)의 재현이 어려워 상기의 두 가공 모드에 비해 작업성이 열회되므로 가능한 피하는 것이 좋다.

조질압연단계의 경우는 냉간압연단계에 비해 상대적으로 강판에 부여되는 하중이 미미하므로 EDT 모드의 영향에 따른 Wca값의 영향이 심하다. 따라서 조질압연롤의 경우는 Wca값를 가능한 낮추기 위해 EDT 모드를 Impulse(+) 모드로 관리하는 것이 바람직하며, 또한 도 1에서 보듯이 EDT에서도 Ra값 저하에 따라 Wca값의 저하가 가능함으로 가능한 롤조도를 낮추는 것이 좋다. 따라서 조질압연롤의 경우는 1.9/1.7㎛ 이하가 바람직하다. 한편 여기서 냉간압연 및 조질압연롤의 조도가 상/하부 차이를 보이는 것은 전사율 차이에 의한 강판의 상/하부 조도차이를 방지하기 위한 것으로 일반적으로 상부의 조도가 압연유등에 의해 전사율이 하부조도보다 다소 낮으므로 하부롤의 조도에 비해 상대적으로 높여줄 필요가 있으며 강판에 부여되는 하중이 높은 냉간압연롤의 경오는 0.1㎛, 강판에 부여되는 하중이 상대적으로 미미한 조질압연롤의 경우는 0.2㎛의 차이를 제시하였다.

조질압연단계에서 조질압연율의 관리는 가능한 1.0% 이하가 바람직하다. 조질압연율이 1.0% 이상인 경우는 전사율의 증가에 의해 강판의 Ra값이 증가함으로써 조질압연롤 1.9/1.7㎛ 이상의 조도를 부여한 것과 동일한 효과를 보이게 되어 Ra 값 증가에 따른 Wca값의 증가가 예상된다. 따라서 Wca값 0.5㎛ 이하의 고선영강판을 얻기 위해서는 조질압연율을 1.0% 이하로 제한한다.

이하 실시예를 통해 본 발명을 설명한다.

실시예 1

아래의 표 1은 냉간압연시 SB롤, 조질압연시 Impluse(+) 모드로 EDT로 가공된 롤을 사용하여 작업한 경우 강판의 표면조도 특성을 나타낸 것으로서 통상적으로 가장 많이 사용되는 작업방법의 경우이다. 표 1에서 보는 바와 같이 조질압연의 작업거리 전 구간에 걸쳐 파상도 지수인 평균파장(Wca)값이 0.6㎛ 이상을 보이고있으며 이로인해 DOI 값이 약 60∼85% 수준으로 나타나 본발명에서 목표로하는 Wca≤0.5㎛이며 DOI≥90% 이상인 강판의 제조는 불가능함을 알 수 있다. 이는 냉간압연단계에서 SB롤에 의한 작업에 의해 파상도 중 비교적 장파장인 4∼8mm 구간의 감소가 효과적으로 이루어지지 않았기때문이다.

표 2는 SB롤에 비해 조도 프로파일의 주기성 및 균일성이 상대적으로 우수한 EDT롤을 냉간압연 단계에서부터 적용하여 냉간압연하고 조질압연한 경우의 강판의 표면조도 특성을 나타낸 것이다. 특히 적용된 EDT 모드는 본 발명에서 제시하고 있는 것과 동일한 냉간압연에서는 capacity(-) 모드 및 조질압연시에는 Impulse(+) 모드를 사용하였다. 그러나 본 발명에서 제시한 EDT 모드를 냉간압연 및 조질압연공정에 적용한 경우에도 초기롤의 조도수준이 냉간압연에서 2.50/2.38㎛로 매우 높아 본 발명에서 제시한 조도 수준인 2.4/2.3㎛ 이하의 조건을 만족하지 못하였으므로 냉간압연판 상태에서부터 Wca값이 0.8㎛ 이상으로 매우 높게 나타내었다. 이는 조질압연공정에 비해 강판에 상대적으로 매우 높은 하중을 받는 냉간압연단계의 경우는 조질압연과는 달리 롤의 파상도를 대부분 그대로 전사받기 때문에 롤의 Ra값 증가에 의해 높아진 파상도 들이 대부분 강판에 그대로 전사되었기 때문이다. 따라서 냉간압연과 같은 강판에 높은 하중을 받는 공정의 경우는 롤의 Ra값 저하를 통해 가능한 파상도를 낮추어줌으로써 전사되는 강판의 파상도를 낮추어 주어야 한다. 조질압연롤의 경우 또한 2.15/2.18㎛로서 본 발명에서 제시한 1.9/17㎛인 조건보다 매우 높은 수준으로서 냉간압연 단계에 비해강판에 부여되는 하중이 상대적으로 적으나 일정량의 하중은 영향을 미치므로 롤의 Ra값 증가에 따른 롤의 파상도증가분이 강판에 전사되어 Wca값이 높았으며, 특히 조질압연단계에서 조질압연율 또한 대부분의 강종에서 1.0%를 초과하는 수분으로본 발명에서 제시하는 조건인 조질압연율 1.0% 이하보다 높아 롤의 높은 Ra값 및 파상도의 전사가 더욱더 커지게 되므로 조질압연공정의 전구간에 걸쳐 더욱더 높아져 Ra값 1.0㎛ 이상으로 매우 증가하였으며 또한 Wca값 8.0∼1.0㎛ 수준으로 높으며 DOI 값이 78∼88% 수준으로 낮아 본 발명에서 제시하는 수준인 Wca값 0.5㎛ 이하, DOI 값 90% 이상의 고선영강판은 제조되지 않았다.

표 3은 본 발명에서 제시한 모든 조건을 만족하는 강들의 표면조도 특성을 나타낸 것이다. 냉간압연단계에서부터 롤의 조도를 표 2의 조건에 비해 매우 낮은 상/하부 각각 2.38/2.27㎛로서 본 발명에서 제시한 조건을 만족하고 있기 때문에 냉간압연 전구간에 걸쳐 Ra값이 낮으며, 특히 낮은 롤의 파상도의 전사에 의해 강판의 Wca값도 0.4∼0.5㎛ 수준으로 본 발명에서 제시하는 목표에 만족하였다. 또한 조질압연의 경우에서도 롤의 초기 조도 및 조질압연율이 본 발명의 조건에 모두 만족하기 때문에 냉간압연단계에서 낮아진 파상도 성분이 조질압연단계에서 더욱더 낮아져 작업거리 전구간에 걸쳐 Wca값이 0.3∼0.4㎛ 수준이며 DOI 값 또한 92∼95% 수준으로 매우 높아 본 발명에서 목표로 설정한 고선영성 강판을 제조할수 있었다.

도 4는 표 2 및 표 3의 냉간압연한 강판의 작업 전구간에 걸친 Wca 값의 변화를 비교한 것으로 도면에서 보듯이 냉간압연롤의 초기 Ra값의 저하에 의해 강판의 Wca 값들이 현저히 감소한 것을 볼 수 있으며, 또한 도 5는 냉간압연재의 Wca값 및 조질압연후에 강판의 Wca값을 비교한 것으로서 조질압연후의 Wca값은 냉간압연재의 Wca값에 비해 약간 감소하거나 거의 일정한것을 알 수 있다. 따라서 도 4 및 5의 결과를 비교해서 볼 때 최종제품의 Wca값의 저하를 위해서는 냉간압연 단계에서부터 Wca값을 저하시켜야 하며, DOI 값 90% 이상의 고선영강판을 제조하기 위해서는 냉간압연단계의 Wca값 저하가 필수적이라는 것을 알 수 잇다.

[표 1]

비교재1: 냉간압연시 SB롤, 조질압연시 EDT롤 사용한 강판의 표면조도특성

[표 2]

비교재2: 냉간압연 및 조질압연시 EDT롤을 동시 사용한 강판의 표면조도특성

[표 3]

발명재: 조도 및 조질압연율을 엄격제한한 강판의 표면조도특성

본 발명은 상술한 바와 같이 도장후에도 잔류하게 되는 냉연강판의 파상도을엄격하게 제어하기 위해 냉간압연 단계에서부터 EDT 가공롤을 사용함과 동시에 EDT 모드의 제어, 롤조도 및 조질압연단계에서 조질압연율의 엄격제어를 통해 Wca값이 0.5㎛ 이하, DOI 값으로 90% 이상으로 할 수 있는 효과를 가진다.

Claims (1)

1. 냉간압연 및 조질압연롤을 방전가공(EDT)방법으로 가공된 롤을 사용하며, 냉간압연롤 평균조도값(Ra)를 상/하부 각각 2.4/2.3㎛ 이하, 조질압연롤의 평균조도값(Ra)를 상/하부 각각 1.9/1.7㎛이하로 하고, 방전가공 모드를 냉간압연롤의 경우는 캐퍼시티(Capacity)(-) 모드 또는 임펄스(Impulse)(+) 모드, 조질압연롤의 경우는 임펄스(+) 모드를 적용하며, 조질압연공정에서 조질압연 연신율을 1.0% 이하로 관리함으로써 냉간압연단계에서 평균파장값(Wca)이 0.5㎛이하, 조질압연단계에서 0.4㎛ 이하의 평균파장값(Wca)를 가지고 선영성 지수(DOI)값이 90% 이상인 냉연강판을 제조하는 것을 특징으로 하는 고선영성 냉연강판의 제조방법.

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