KR100513594B1 - 냉연 고장력강 열연소재의 긁힘 방지방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자동차 외판재 제조에 쓰이는 고장력강 냉연재의 표면 열화 방지를 위해 권취 온도, 권취 장력(Unit Tension) 및 맨드렐 리드(LEAD)율을 적절히 제어함으로써 긁힘이 없고 표면 성상이 우수한 냉연 고장력강 열연소재의 긁힘 방지방법에 관한 것으로,
C: 0.005중량% 이하, Mn : 0.55~0.65중량%, P : 0.03~0.05중량%, Si : 0.03중량% 이하, B : 0.0002~0.00154중량%, 기타 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 함유한 냉연 고장력강 제조를 위하여 열간 압연 중 사상압연기 빠져나온 스트립이 핀치롤을 지나 권취기의 맨드렐에 의하여 권취되는 동안 라미나 플로우를 통하여 분사되는 냉각수에 의하여 냉각하는 방법에 있어서,
상기 냉각 목표 온도(CT 목표 온도)는 620℃로 하고, 스트립에 가해지는 권취 장력은 1.25Kg/mm2로 하며, 초기 맨드렐 리드율을 10%로 제어하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 자동차 외판재 제조에 쓰이는 고장력강 냉연재의 열연공정에서의 최적제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 설명하면 제품의 표면 열화 방지를 위해 권취 온도, 권취 장력(Unit Tension) 및 맨드렐 리드(LEAD)율을 적절히 제어함으로써 긁힘이 없고 표면 성상이 우수한 고장력강 냉연소재를 제조할 수 있는 냉연 고장력강 열연소재 긁힘 방지방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차 외판에 사용되는 고장력강 냉연재(열연제품을 냉간압연 후 소둔 처리한 제품)는 고가공성과 고강도 및 미려한 표면성상이 요구되며, 그 성분 구성은 아래와 같다.
성분 | C | Mn | P | Si | B |
중량(%) | 0.005 이하 | 0.55~0.65 | 0.03~0.05 | 0.03 이하 | 0.0002~0.0015 |
기타 Fe 및 불가피한 불순물 |
극저 탄소강의 표면 성상에 관하여 제강에 기인한 블루 홀(Blow hole)이나 슬리버(Sliver) 등이 문제가 되어, 종래부터 제강 결함의 해결을 위해 여러 가지 검토가 이루어지고 있다.
예를 들어 "신 닛테쓰 기보" 351(1993)의 페이지 59에 기재된 바에 의하면, 연속 주조시에 고점성 파우더를 이용하여 해결하는 기술 등을 들 수 있다.
한편, 열연성 결함에 대해서도 종래부터 도 3a의 사진과 같이 텔레스코프(Telescope)에 의한 긁힘 및 도 3b의 사진과 같이 권취 느슨에 의한 긁힘이 많이 발생하는 것으로 알려지고 있다.
일반적으로 제철소의 열연공장에서의 압연공정은 도 1에 도시 된 바와 같이, 가열로(10)에서 각각의 소재에 맞는 일정한 온도로 가열된 슬라브(1)를 대형 폭압연기(HSE; 21)가 구비된 조압연기1(20)에서 폭 압연과 압하작업을 거쳐 미리 설정된 두께의 바1(2)로 압연작업을 한 후 재차 또 다른 폭 압연기(31)가 구비된 조압연기2(30)에서 완전한 바2(3)의 형태로 압하작업을 실시한다.
이어서 다수개의 압연 스탠드(F1~F7)로 구성되어진 마무리압연기(40)에서 최종 두께와 폭을 갖는 스트립(5)으로 마무리 압연작업을 마친 후, 다수개의 롤러(71)로 구성되어진 런아웃테이블(70)을 거치는 동안 라미나플로우(50)에서 주수되는 냉각수에 의해 일정한 온도로 스트립을 냉각시키면서 기계적 성질을 부여한 후 핀치롤(60)로 하여금 권취기(80)로 스트립(5)을 유도 후 두루마리 형태로 스트립을 감아 코일(6)화시킨 다음, 도 2에 도시된 바와 같이 코일(6)을 컨베이어를 통하여 이송하게 된다.
이러한 일련의 공정에서 긁힘의 발생 메커니즘을 살펴보면, 크게 텔레스코프에 의한 열연 스트립(Strip)의 폭 방향 긁힘과 권취 느슨에 의한 길이 방향 긁힘으로 구분된다.
즉, 열간 압연 중 텔레스코프가 발생되면, 권취 후 수직이송 작업을 하는 과정에서 하부 컨베이어와 텔레스코프 발생 부위의 접촉에 의하여 폭 방향으로 긁힘이 발생하는 것이다. 또한 압연하는 과정에서 권취 느슨이 발생하게 되면 냉연작업 공정인 되감기(POR) 공정에서 텐션(Tension) 적용을 하게 되면 느슨이 발생한 스트립의 상하간 마찰에 의해 압연(길이) 방향으로 긁힘이 발생된다.
이러한 긁힘은 표면성상을 중요시하는 자동차 부품으로 사용시 도색불량을 초래하여, 고객사의 불만요인이 되고 있다.
이러한 품질문제를 해결하기 위한 방법으로 국내 특허출원번호 2002-25039의 "코일의 표면 흠 개선을 위한 조질 압연의 릴 장력 및 속도제어방법"에서 POR의 릴 장력 및 속도 제어를 통해 해결을 시도하고 있으나, 이는 이미 발생한 문제(권취느슨)에 대한 수동적인 보완 방법일 뿐 느슨 자체를 감소시키는 근본적인 방안으로는 부족한 면이 있다.
따라서 열간 압연에서의 조업 조건을 개선 제어하여, 긁힘을 근본적으로 방지할 수 있는 최적 조업 조건을 도출할 필요가 있었다.
상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 텔레스코프의 원인이 되는 권취 후면온도의 길이방향 편차를 줄이며, 열연 권취시에 장력 및 맨드렐의 초기 리드율 설정을 적절하게 제어하여 제품에 발생하는 긁힘을 크게 줄일 수 있는 냉연 고장력강 열연소재 긁힘 방지방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적 달성을 위한 냉연 고장력강 열연소재의 긁힘 방지방법은, C: 0.005중량% 이하, Mn : 0.55~0.65중량%, P : 0.03~0.05중량%, Si : 0.03중량% 이하, B : 0.0002~0.00154중량%, 기타 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 함유한 냉연 고장력강 제조를 위하여 열간 압연 중 사상압연기 빠져나온 스트립이 핀치롤을 지나 권취기의 맨드렐에 의하여 권취되는 동안 라미나 플로우를 통하여 분사되는 냉각수에 의하여 냉각하는 방법에 있어서,
상기 냉각 목표 온도(CT 목표 온도)는 620℃로 하고, 스트립에 가해지는 권취 장력은 1.25Kg/mm2로 하며, 초기 맨드렐 리드율을 10%로 제어하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다.
텔레스코프의 요인은 여러 가지가 있을 수 있으나, 가장 큰 영향은 권취 후면온도(이하, CT라 한다)의 길이 방향 편차의 요인이 가장 크다. 즉 CT의 길이 방향 편차는 재질 편차 및 변형 편차를 유발하여, 권취시 권취 형상의 불균일을 유발하여, 최종적으로 텔레스코프를 발생시킨다.
열연에서 CT온도의 편차는 CT 목표온도에 따라 영향이 크며, 이는 사상압연 후면온도가 910~940℃로 작업된 코일을 라미나 플로우(Laminar Flow)에서 수냉에 의해 권취 목표 온도를 맞추는데, 이때 권취 목표 온도가 낮을수록 냉각을 위한 수량이 증가하며, 이는 폭 방향과 길이 방향의 냉각편차를 유발시킨다.
도 4a 내지 도 4b는 CT 목표 온도에 따른 텔레스코프량의 측정 결과를 나타내는 그래프이고, 도 5a 내지 도 5d는 CT 목표 온도에 따른 텔레스코프량 재현성 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4a와 같이 CT 목표 온도가 560℃인 경우 DBTT(Ductile-Brittle Transfer Temperature ; 저온취성)의 결과는 좋으나 텔레스코프가 심하게 발생하였으며, 도 4b와 같이 CT 목표 온도가 620℃인 경우 DBTT(저온취성)도 우수하고 텔레스코프량도 20~30mm가 감소하였다. 여기서 DBTT란, P 첨가강에서 주로 나타나는 현상으로서 임계온도 이하에서 가공시 크랙(Crack)이 발생하게 되는 온도를 나타낸다.
650℃ 이상에서는 텔레스코프량는 감소하였으나 DBTT(저온취성) 실험결과 -10℃에서 파단이 발생하여 문제가 되므로, DBTT(저온취성)와 텔레스코프를 최대한 만족할 수 있는 권취 목표 온도를 620℃로 결정하여 압연 시스템에 적용하였다.
CT 조건 | YP(kgf/mm2) | TS(kgf/mm2) | EL | r | DBTT | 비고 |
560℃ | 207~232 | 361~375 | 40~43 | 1.78~1.90 | -40℃ 파단 | 4매 |
620℃ | 197~238 | 353~375 | 41~43 | 1.78~1.89 | -30℃ 파단 | 4매 |
650℃ | 196~232 | 353~371 | 39~43 | 1.76~1.89 | -10℃ 파단 | 4매 |
상기 표 1에서, YP(Yield Point 또는 Yield Strength)는 소성변형이 일어나는 임계 응력을 의하며, Ts(Tensile Strength)는 인장강도를 나타내며, El(Elongation)은 늘어난 길이를 %로 나타낸 연신율을 나타내며, r(Yield ratio)은 항복비를 나타낸다.
한편 권취 느슨은 권취기에서의 장력(Tension) 부적정에 의해 발생할 수 있으며, 느슨이 일단 발생되면, 되감기(POR) 작업시 스트립 상하간에 마찰을 유발하며 이것은 산세 후 제거되지 않는 긁힘을 유발하게 된다.
이를 방지하기 위서는 열연 권취 작업시에 적용하는 권취 장력 및 초기 리드율 설정이 매우 중요한 인자라 할 수 있으며, 권취 장력 및 리드율은 폭 넥킹(Necking) 등에는 영향을 주지 않는 범위 내에서 조정되어야 한다. 여기서 폭 넥킹이란, 무장력에서 장력이 걸릴 때의 순간적인 폭 감소현상을 의미한다.
도 6은 탄소 함량에 따른 온도별 변형 저항 변화를 나타내는 그래프로서, 850~900℃ 사이에서 변형저항이 급격하게 변화함을 알 수 있으며, 폭 넥킹 저감을 위하여 권취 장력을 적정하게 설정할 필요가 있음을 알 수 있다.
이를 위해서 두께 2.7~3t의 스트립을 권취 장력 0.8, 0.9, 1.25, 1.35kg/㎟ 조건으로, 리드율은 8, 10%의 조건으로 다양하게 테스트하였으며 그 결과를 하기의 표 2에 표시하였다.
구분 | SIZE | 권취 장력 | 정정작업시 내권 느슨 | 발생량(정정) | 폭 넥킹 | |
U/tension | MD lead율 | |||||
1 | 2.7*1550 | 0.90 | 8 | 강 | 15 TON | 없음 |
2 | 1.25 | 8 | x | 5 TON | 없음 | |
3 | 1.25 | 10 | 소 | 미발생 | 없음 | |
4 | 3.0*1481 | 0.80 | 8 | 중 | 2 TON | 없음 |
5 | 1.25 | 8 | 소 | 0.8 TON | 없음 | |
6 | 0.80 | 10 | x | 2.5 TON | 없음 | |
7 | 1.25 | 10 | 소 | 미발생 | 없음 | |
8 | 3.0*1481 | 1.35 | 8 | x | 미발생 | 발생 |
9 | 1.35 | 10 | x | 미발생 | 발생 | |
10 | 2.7*1550 | 1.35 | 8 | x | 미발생 | 발생 |
11 | 1.35 | 10 | x | 미발생 | 발생 |
표 2에 의하면, 권취 장력 1.35Kg/㎟ 이상에서는 도 7(권취 장력이 1.35kg/mm2 인 경우)에도 확인할 수 있는 바와 같이, 폭 넥킹의 문제가 발생함을 확인할 수 있으며, 맨드렐 리드율을 8% 이하로 적용시 대부분 권취 느슨이 발생함을 알 수 있었다.
여기서, 맨드렐 리드율(Mandrel lead ratio ; MD 리드율)이란 맨드렐에 스트립이 감기지 않은 초기 상태에서 속도 차이를 이용하여 권취를 하게 될 때 핀치롤(Pinch Roll)과 맨드렐 사이의 속도 차이를 의미한다. 즉, 맨드렐 리드율이 10%라 하면 핀치롤 대비 맨드렐 속도가 10%만큼 빨리 회전하여 스트립에 장력을 유지함을 의미한다.
위 실험 결과를 토대로 권취 장력이 1.25Kg/㎟, 리드율이 10%로 일 때에 폭 넥킹과 권취 느슨을 최적으로 방지할 수 있음을 확인하고 이를 압연 시스템에 적용했다.
도 8은 본 발명에 의한 권취 계수 적용시 폭 실적을 나타내는 그래프로서, 폭 넥킹이 전혀 발생하지 않음을 확인할 수 있다.
하기 표 3은 종래와 본 발명을 적용한 경우의 긁힘 발생율을 나타낸 표이다.
구분 | 종래의 경우 | 본 발명의 경우 |
Unit Tension(kg/mm2) | 0.8 | 1.2 |
M/D 리드율(%) | 8 | 10 |
실험량(Ton) | 230 | 419 |
긁힘 발생율(%) | 38 | 0 |
본 발명에 의한 냉연 고장력강 열연소재의 긁힘 방지방법에 의하면, CT 목표온도와 권취 장력 및 맨드렐 리드율을 적절하게 제어하여, 고장력강을 열간 압연 후 냉연 소둔로를 통과하여 냉연재를 생산한 결과 종래에 열간 압연 중 발생하는 텔레스코프에 의한 폭 방향 긁힘이나 권취 느슨에 의한 길이 방향 긁힘을 방지하므로 표면 성상이 우수한 고장력강의 냉연소재를 제조할 수 있는 효과가 있게 된다.
도 1은 일반적인 열간 압연 공정을 나타내는 개략도.
도 2는 컨베이어상에 권취된 코일이 이송되는 상태를 나타내는 개략도.
도 3a는 텔레스코프(Telescope)에 의한 긁힘을 나타내는 사진.
도 3b는 권취 느슨에 의한 긁힘을 나타내는 사진.
도 4a 내지 도 4b는 CT 목표 온도에 따른 텔레스코프량의 측정 결과를 나타내는 그래프.
도 5a 내지 도 5d는 CT 목표 온도에 따른 텔레스코프량 재현성 실험 결과를 나타내는 그래프.
도 6은 탄소 함량에 따른 온도별 변형 저항 변화를 나타내는 그래프.
도 7은 권취 장력이 1.35kg/mm2 인 경우 폭 넥킹 발생을 나타내는 그래프.
도 8은 본 발명에 의한 권취 계수 적용시 폭 실적을 나타내는 그래프.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
5 : 스트립 6 : 코일
50 : 라미나 플로우 60 : 핀치롤
80 : 권취기
Claims (1)
- C: 0.005중량% 이하, Mn : 0.55~0.65중량%, P : 0.03~0.05중량%, Si : 0.03중량% 이하, B : 0.0002~0.00154중량%, 기타 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 함유한 냉연 고장력강 제조를 위하여 열간 압연 중 사상압연기 빠져나온 스트립이 핀치롤을 지나 권취기의 맨드렐에 의하여 권취되는 동안 라미나 플로우를 통하여 분사되는 냉각수에 의하여 냉각하는 방법에 있어서,상기 냉각 목표 온도(CT 목표 온도)는 620℃로 하고, 스트립에 가해지는 권취 장력은 1.25Kg/mm2로 하며, 초기 맨드렐 리드율을 10%로 제어하는 것을 특징으로 하는 냉연 고장력강 열연소재의 긁힘 방지방법.
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