KR100516460B1

KR100516460B1 - 고탄소강 열연강대의 에지크랙 발생 방지를 위한 저온압연 방법

Info

Publication number: KR100516460B1
Application number: KR10-2000-0066375A
Authority: KR
Inventors: 이재곤
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2000-11-09
Filing date: 2000-11-09
Publication date: 2005-09-23
Also published as: KR20020036268A

Abstract

본 발명은 고탄소강의 연속식 열간압연방법에 관한 것으로, 그 목적은 고탄소강의 열간압연공정에서 권취온도는 높이지 않으면서 열간압연 온도를 낮춤으로써 펄라이트 변태를 촉진하고 수냉각량을 감소시켜 폭방향 에지부의 펄라이트 상변태를 유도함으로서 권취온도 제어성이 향상되고 에지 크랙이 없는 고탄소강 열연강대를 제조하는 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 0.4∼1.0%의 탄소를 포함하는 고탄소강 슬라브를 Ae₃+30℃∼Ae₃+50℃ 또는 Acm+30℃∼Acm+50℃의 마무리압연온도에서 열간압연하고 수냉각하여 600~650℃의 온도구간에서 권취하는 것을 포함하여 이루어지는 고탄소강 열연강대의 권취온도 제어성 향상 및 에지크랙 발생방지를 위한 저온압연방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

고탄소강 열연강대의 에지크랙 발생 방지를 위한 저온압연 방법{Method for hot rolling of high carbon steel in low prevent edge crack}

본 발명은 고탄소강의 연속식 열간압연방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열연강대의 권취온도 제어성 향상 및 폭방향 에지크랙 발생을 방지하기 위한 고탄소강의 저온압연방법에 관한 것이다.

고탄소강은 보통 0.4~1.0%범위의 탄소를 함유하는 강종으로, 보통 Mn, Si, Cr을 함유하며, 최종 미세조직이 펄라이트를 주된 조직으로 하는 강을 칭한다. 고탄소강은 연속식 열간압연 설비에서 열연강대로 제조되는데, 가열된 고탄소강 슬래브(slab)를 열간 압연기를 통해 압연한 뒤 수냉각대에서 수냉각하여 상변태를 시킨 후 두루말이 코일(coil)형태로 권취한다. 권취코일은 대기중에 방치하여 상온까지 냉각시켜 제품화 한다. 고탄소강 열연강대의 열간압연공정에서 마무리 압연온도는 통상적으로 880~900℃범위이며, 수냉각 후 권취온도는 600~ 650℃범위로 관리하고 있다.

이와 같은 열연공정을 거쳐 고탄소강을 제조시 몇가지 문제점이 항상 발생하여 생산의 애로를 겪고 있다. 그 중 하나는 권취온도 제어성의 불량으로 600~650℃ 범위의 목표온도로 수냉각 할 때 통판속도가 약간 변동하는 등의 조업조건이 다소 변하는 경우 부분적으로 권취온도가 500℃ 이하로 급격히 떨어지는 권취온도 헌팅 (hunting) 현상이 발생한다. 이와 같은 권취온도 헌팅이 발생하면 그 부위의 재질이 경화되어 재질편차를 야기함은 물론 조업 중 판파단이 일어나는 등의 심각한 사고를 유발하기도 한다.

또 한가지의 문제점은 균열의 발생으로 생산된 고탄소강 열연강대 코일을 풀어보면 열연강대의 폭방향 양단부에 압연방향에 수직방향으로 길이 수mm ~ 수cm 정도의 균열이 흔히 발생되며, 이를 에지 크랙 (edge crack) 이라고 부른다. 에지 크랙은 수냉각시 에지부가 폭방향 중심부 대비 과냉됨에 따라 연성이 낮고 취성이 큰 마르텐사이트로 변태되기 때문에 발생하는 것으로 알려져 있다. 폭방향 에지부의 과냉현상은 고온의 강판이 냉각되는 과정중에 생성되며, 판 폭 내부와는 달리 상하부로 열전달 뿐만 아니라 측면으로의 열이 빠져나가기 때문에 생기는 자연적인 현상이다. 특히, 수냉시에는 강판위의 체류수가 에지부로 빠져나가면서 에지부의 과냉정도를 증가시키기 때문에 에지크랙이 발생 가능성이 더 높아진다. 이와 같은 과냉정도는 마무리 압연압연 후 약 80℃ 정도로 알려져 있다.

열연강대에 에지크랙이 발생하면 조업 중 판파단 등의 사고를 유발하거나 이를 제거하기 위해 에지 트리밍(edge trimming) 이라는 추가공정을 통해 잘라내야 하므로 소재의 실수율을 저하시키게 된다.

이와 같은 권취온도 헌팅 및 에지크랙의 발생을 방지하기 위한 종래의 방법으로 650℃ 이상으로 권취온도를 높게 조업하는 방법이 사용되고 있다. 그러나, 권취온도를 높이면 권취온도의 헌팅현상이 저감되고 에지부의 마르텐사이트 변태는 억제되더라도 수냉각대 상에서 펄라이트 상변태가 충분히 일어나지 않은 상태로 권취된 후 권취코일 상태에서 펄라이트 상변태가 진행되어 높은 변태발열이 발생하여 자중에 의해 코일형상이 찌그러지는 짱구코일이 발생하며, 폭방향 중심부의 펄라이트 조직이 조대화 되기 때문에 최종제품의 전체적인 품질을 열화시켜 적용에 한계가 있다.

본 발명은 고탄소강의 열간압연공정에서 권취온도는 높이지 않으면서 열간압연 온도를 낮춤으로써 펄라이트 변태를 촉진하고 수냉각량을 감소시켜 권취온도가 급격히 감소하는 헌팅을 방지하고 폭방향 에지부의 펄라이트 상변태를 유도함으로서 권취온도 제어성이 향상되고 에지 크랙이 없는 고탄소강 열연강대를 제조하는 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 저온압연방법은, 0.4∼1.0%의 탄소를 포함하는 고탄소강 슬라브를 Ae₃+30℃∼Ae₃+50℃ 또는 Acm+30℃∼Acm+50℃의 마무리압연온도에서 열간압연하고 수냉각하여 600~650℃의 온도구간에서 권취하는 것을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 열간압연은 상기 마무리압연온도(FDT) 와 통상의 권취온도(CT) 범위인 600~650℃ 조건으로 조업할 때 권취온도 제어성이 향상되고 에지크랙 발생이 방지되며, 열연강대의 미세조직은 폭 및 길이방향으로 펄라이트 조직을 갖는다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 고탄소강을 대상모재로 하는데, 구체적으로 탄소가 0.4∼1.0% 함유되는 강이다. 고탄소강에는 C이외에 Mn, Si, Cr등이 함유될 수 있으며, Mn, Si, Cr의 함량은 각각 1%이하 경우에 따라 0.2-1.0%로 관리하는 강종들이 많다. 본 발명에서는 고탄소강을 대상강종으로 하는 것으로, 기타 합금원소의 첨가유무와 조성범위에 제한 받는 것은 아니다.

본 발명에서는 상기한 고탄소강을 저온압연법에 의하여 펄라이트 변태를 활성화시켜 권취온도의 헌팅을 방지하고 에지부의 마르텐사이트 변태를 억제하여 에지 크랙 발생을 방지하는데 특징이 있다. 본 발명에서 저온압연법의 효과는 다음과 같이 두가지로 이유로 설명될 수 있다.

첫째, 압연온도(마무리 압연온도)를 낮춤에 따라 열간압연중 오스테나이트의 재결정이 억제되고 잔류변형이 축적되어 펄라이트의 핵생성이 활발히 일어나므로 펄라이트 상변태가 촉진된다는 것이다.

도 2 에 나타낸 바와 같이 통상의 방법처럼 고온의 온도에서 압연을 종료하는 경우 재결정이 충분히 일어나 펄라이트의 노즈(nose)가 장시간 측에 위치하고 있어 수냉각 중 냉각속도의 약간의 변화에도 냉각곡선이 노즈를 거치지 못하여 펄라이트 변태가 개시하지 못함으로서 권취온도가 급격히 저하하는 헌팅이 쉽게 발생한다.

이에 반해, 본 발명에 따라 저온압연을 하는 경우 도 3에 나타낸 것처럼 재결정이 억제되고 잔류변형이 축적되어 펄라이트 상변태의 노즈(nose)가 단시간 측으로 이동을 하여 동일한 냉각속도하에서 펄라이트 상변태가 용이하게 시작된다. 특히, 일단 펄라이트변태가 개시되면 펄라이트의 상변태에 따른 변태발열이 크게 발생하여 냉각속도를 급격히 감소시키므로 마르텐사이트 변태를 완전히 억제할 수 있으며 이에 따라 권취온도의 헌팅도 방지된다.

둘째, 에지부의 과냉정도는 수냉각량에 비례하여 증가하므로 마무리압연 온도를 낮추게 되면 도 3에 나타낸 바처럼 냉각개시 온도가 상대적으로 낮아져 동일한 권취온도를 얻기 위한 수냉각량이 적어진다는 것이다. 일반적으로 수냉각에 기인하는 에지부의 과냉 정도는 수냉각량에 비례하므로 수냉각량 감소에 따라 에지부의 과냉량도 적어져서 마르텐사이트 변태를 방지할 수 있게 된다.

본 발명에서는 이러한 두가지 관점에서 마무리압연온도를 가능한 저온으로 하는 것이 바람직하다. 그러나 마무리압연온도를 너무 낮추는 경우에는 열간 압연 시 상변태가 일어나 혼립조직이 발생하므로 이를 방지하기 위해서는 상변태 개시온도 보다 높은 오스테나이트 영역에서 마무리압연을 종료하는 것이 바람직하다. 상변태가 개시하는 온도는 평형 상변태 온도 보다 낮은 온도이며 소재의 성분에 따라 변화한다. 본 발명의 대상 소재인 0.4 ~ 1.0%의 탄소를 함유하는 고탄소강은 평형 상변태 온도보다 약 50℃ 정도 낮은 온도에서 상변태를 개시하므로 압연종료온도를 이정도의 온도 직상까지 낮추는 것이 가장 효과적이다. 그러나 크랙 발생의 위치인 극 에지부의 온도는 통상 온도측정부위인 강판의 폭방향 중심부 보다 약 80℃ 정도 낮기 때문에 이를 감안하여 에지부가 압연 중 상변태가 개시되지 않도록 하기 위해서는 온도제어의 기준이 되는 폭방향 중심부의 마무리압연온도를 평형 상변태 온도를 기준으로 하여 이보다 30~50℃ 높은 온도영역에서 압연을 행하는 것이 가장 바람직하다.

즉, 탄소함량이 공석조성 이하인 고탄소강의 경우 상변태온도( Ae₃) 보다 30∼50℃ 높은 온도에서 마무리압연하는 조건으로 열간압연하고, 탄소함량이 공석조성 이상인 고탄소강의 경우 상변태 온도(Acm) 보다 30∼50℃ 높은 온도구간에서 마무리압연하는 조건으로 열간압연한다. 이어 수냉각하는데, 이때의 수냉각량은 권취온도가 600∼650℃가 되도록 수냉각량을 조절한다. 본 발명에서는 권취온도를 크게 변화시키지 않으면서 마무리압연온도를 낮추기 때문에 수냉각량을 감소시킬 수 있는 것이다.

권취온도가 600℃미만의 경우에는 수냉각량이 많아져 베이나이트 등의 저온조직이 발생하여 인성 저하 등 재질을 열화시킬 수 있으며, 권취온도가 650℃초과의 경우에는 수냉각대에서 상변태가 완전히 일어나지 못하고 권취 후 상변태가 진행되어 변태발열에 의해 짱구코일이 발생하고 조대한 펄라이트가 형성됨으로서 구상화 열처리성이 악화되기 때문에 권취온도는 600 ~ 650 범위로 제어하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 마무리압연온도(FDT)와 권취온도(CT)를 상기한 조건에서 행하면서, 다음의 관계 FDT-CT≤180℃의 조건을 만족하도록 저온압연을 하는 것이 바람직하다. 마무리압연온도와 권취온도의 차가 180℃이하로 될 때 열연강대의 미세조직의 폭 및 길이방향으로 마르텐사이트의 변태를 완전히 방지하여 펄라이트 조직을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

고탄소강 열연강대의 대표적인 강종인 SK5 재(아래 표 1)를 대상으로 통상의 열간압연법과 본 발명의 저온압연 방법으로 최종제품의 두께가 4.0mm 인 열연강대를 생산하였다.

성분	C (%)	Mn (%)	Si (%)	Fe
함량	0.85	0.5	0.3	잔부

표 1의 조성을 갖는 열연강대는 마무리 압연온도를 890℃로 제어하는 종래의 조건과 본 발명의 방법을 적용하여 80℃ 낮춘 810℃로 제어하는 두가지 방법으로 제조하였다. 이 조성에서의 초석 세멘타이트(cementite) 상이 석출하는 평형상변태 온도 즉 Acm 온도는 약 770℃이므로 마무리압연 온도구간은 800~820℃ 이다. 두 방법에서 권취온도는 공히 650℃를 목표로 하였다. 이때 마무리 압연온도 저하에 따른 압연하중의의 변화를 측정한 결과 통상의 압연하중 허용범위 내로서 전혀 문제가 없었으며, 폭 적중율 및 두께 적중율도 커다란 차이가 없었다.

이와 같이 조건으로 실 생산을 진행하며 권취온도 제어성 및 수냉각량을 차이를 비교한 결과 통상의 방법의 경우 권취온도 헌팅이 다발하였으며 8~9개의 냉각수 뱅크가 주수를 하여 권취온도 650℃를 제어한 반면 본 발명의 저온압연 방법으로 제조할 경우 권취온도의 헌팅이 전혀 발생하지 않아 우수한 권취온도 제어성을 보였다. 또한 이때 평균적으로 5~6개의 냉각수 뱅크를 주수하여 동일한 권취온도를 얻을 수 있어 저온압연 방법이 수냉각량을 저감하여 에지부의 과냉을 방지함으로서 마르텐사이트로의 변태를 억제하는데 큰 효과 있음을 알 수 있었다.

이와 같이 제조된 열연강대를 풀면서 에지 크랙 발생정도를 비교하여 본 결과 아래 표 2에 나타내었다.

구분	마무리압연온도	권취온도	권취온도제어성	에지크랙 발생정도	에지부미세조직
종래재(고온압연)	890℃	650℃	헌팅 다발	0.102 개/m	마르텐사이트
발명재(저온압연)	810℃	650℃	헌팅 없음	발생 안함	펄라이트

표 2에 나타낸 바와 같이, 종래의 방법으로 제조한 경우 길이 1cm 정도의 에지 크랙이 평균 10m 당 1개꼴로 발생하였으며, 에지 크랙 주위에 미세조직을 살펴본 결과 마르텐사이트가 형성되어 있었다. 반면에 본 발명의 방법으로 제조한 경우 에지 크랙이 전혀 발생하지 않았고 미세조직도 폭방향으로 균일한 펄라이트가 형성되어 있었다.

[실시예 2]

마무리 압연온도의 범위를 설정하기 위하여 표 1의 강종에 대해 마무리압연온도(FDT)에 따른 권취온도 제어성과 에지크랙 발생여부를 알아보기 위한 실험을 수행하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.

마무리압연온도(FDT)	권취온도(CT)	FDT-Acm	권취온도헌팅(번/m)	에지크랙발생정도(개/m)	에지부미세조직
890	650	120	0.019	0.102	마르텐사이트
870	650	100	0.006	0.055	마르텐사이트
850	650	80	0.003	0.011	마르텐사이트
830	650	60	0	0.006	마르텐사이트
810	650	40	0	0	펄라이트
790	650	20	0	0	혼립

표 3에 나타낸 바와 같이 마무리압연온도가 높을수록 권취온도 헌팅이 빈발하며, 에지크랙도 다량 발생하는 반면 마무리압연온도가 저하할수록 권취온도 헌팅 및 에지크랙 발생이 감소함을 알 수 있다. 그러나 마무리압연온도가 790℃ 인 경우 에지부에 압연에 의해 연신된 초석 세멘타이트가 혼재됨이 발견되어 열간압연중 에지부가 부분적으로 변태하였음을 알 수 있었다. 따라서 권취온도 제어성이 양호하고 에지크랙이 방지되면서 혼립이 발생하지 않은 810℃ 부근이 가장 적절한 마무리압연 온도임을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 열간압연시 펄라이트 변태를 촉진하여 권취온도 헌팅의 발생을 방지하고 에지부의 과냉을 방지하여 마르텐사이트 변태를 억제함으로서 조업중 권취온도 헌팅 및 에지크랙에 기인하는 판파단의 사고를 방지할 수 있으며, 최종제품의 재질편차 및 에지 크랙 발생을 방지할 수 있어 소재의 실수율을 향상시킬 수 있으며, 폭 및 길이방향으로 균일한 펄라이트 미세조직을 얻을 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다.

도 1은 열간압연조건을 나타내는 철-탄소의 상태도

도 2는 종래의 고온압연방법에 따른 연속냉각변태를 표시하는 곡선

도 3은 본 발명의 저온압연방법에 따른 연속냉각변태를 표시하는 곡선

Claims

0.4∼1.0%의 탄소, Mn:1%이하, Cr:1%이하, Si:1%미만이 포함되는 고탄소강 슬라브를 연속식 열간압연설비에서 열연강대로 제조하는 방법에 있어서,

상기 고탄소강 슬라브를 Ae₃+30℃∼Ae₃+50℃ 또는 Acm+30℃∼Acm+50℃의 마무리압연온도에서 열간압연을 종료하고 수냉각하여 600~650℃의 온도구간에서 권취하여 폭 및 길이방향으로 펄라이트 조직을 갖는 것을 포함하여 이루어지는 고탄소강 열연강대의 에지크랙 발생방지를 위한 저온압연방법.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 마무리압연온도(FDT)와 권취온도(CT)는 다음의 관계 FDT-CT≤180℃의 조건을 만족함을 특징으로 하는 고탄소강 열연강대의 에지크랙 발생방지를 위한 저온압연방법.
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