KR100578823B1 - 복합 조직강을 제조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

롤 스탠드(1) 내에서 최종 변태단계 후에 원하는 냉각을 통해 제조되는 복합 조직강(2)을 제조할 시에, 70 내지 90%의 페라이트 및 30 내지 10%의 마르텐사이트로 이루어진 복합 조직 미세구조가 조정될 때, 강의 기하학적 구조 및 스트립 이송 속도에 무관하게 이루어질 수 있도록 하기 위해, 본 발명에 따라, 순서대로 배열되는 수냉단계(7)를 이용하는 냉각구간(6)에서 냉각이 서냉 형태로 이루어지는 것이 제안된다.

페라이트, 펄라이트, 마르텐사이트, 베이나이트, 오스테나이트, 롤 스탠드, 냉각곡선, 복합 조직강

Description

복합 조직강을 제조하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND INSTALLATION FOR PRODUCING DUAL-PHASE STEEL}

본 발명은, 마무리 압연 후에 특히 수냉식으로 강을 냉각하는 동안 조절된 온도 관리 및 특정된 냉각 전략을 통해 70 내지 90%의 페라이트 및 30 내지 10%의 마르텐사이트로 이루어지는 복합 조직 미세구조를 가지는 복합 조직강을 열간압연된 상태로부터 제조하는 방법 및 장치로서, 제 1 냉각 단계에서는 냉각곡선이 페라이트 영역으로 유입되며, 필요한 페라이트 성분이 얻어진 이후에 제 2 냉각 단계에서 마르텐사이트화 개시 온도 이하의 온도에 이를 때까지 계속해서 냉각되는 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 냉각을 통해 얻어지는 강의 구조적 변태는 공지되어 있다. 특허 DE 44 16 752 AI에는 열간 압연 광폭 스트립을 생산하기 위한 방법이 기술되어 있다. 상기 방법의 경우 연속 주조기와 밸런싱 노(balancing furnace) 사이의 제 1 변태 전에 슬래브의 표면 온도는 오스테나이트로부터 페라이트/펄라이트로의 구조적 변태가 이루어지도록 충분한 깊이(적어도 2mm)까지 강하된다. 이러한 경우 최소 70%의 오스테나이트가 페라이트/펄라이트로 변태될 수 있도록 냉각시간이 선택된다. 그에 이어서 밸런싱 노에서는 오스테나이트 결정입계의 새로운 배향을 수반하는 오스테나이트로의 새로운 변태가 이루어진다. 이러한 방식에 있어서, 제2 선택의 스크랩, 특히 구리의 성분을 포함하는 스크랩도, 일차 오스테나이트의 결정입계 경계에서 바람직하지 못한 동의 집적없이 원료로서 사용될 수 있다.

복합 조직강의 제조시에도 마찬가지로 의도된 냉각에 의해 발생하는 구조적 변태를 이용하지만, 변태가 이루어진 후 잠시만 이용할 수 있다. 복합 조직 미세구조의 조정은 실질적으로 장치 기술적으로 가능한 냉각속도와 강의 조성에 의존한다. 복합 조직강의 제조시에 중요한 점은 제 1 냉각 단계에서 충분하게 페라이트를 형성하는 것이다.

장치 기술상 충분한 페라이트 생성은 예를 들어 공냉식을 후속하여 수반하는 수냉식에 의해 약 620 - 650℃ 정도의 온도로 냉각시킴으로써 이루어진다. 공기냉각의 시간(약 8초)은, 제 2 냉각 단계가 개시되기 전에, 적어도 70%의 오스테나이트가 페라이트로 변태될 수 있도록 선택된다. 제 1 냉각 단계 및 공기 냉각 동안 펄라이트 단계에서의 변태는 회피되어야 한다.

제 2 냉각 단계에서는, 스트립 권취 온도가 마르텐사이트화 개시 온도 이하에 도달할 수 있도록 많은 냉각 용량이 존재해야 한다. 그런 경우에만 페라이트 및 마르텐사이트 성분을 포함하는 복합 조직 미세구조의 생성물이 보장된다. 이러한 공지된 제조는 스트립 이송 속도가 작은 경우에는 문제가 되지 않는데, 이는 제 1 냉각 단계의 종료 후에 마르텐사이트화 변태를 위한 냉각 용량이 충분하게 존재하기 때문이다.

스트립 이송 속도가 매우 빠른 경우에는 제 2 냉각 단계의 시작이, 뒤에 이어지는 마르텐사이트 형성이 불충분하거나 혹은 전혀 이루어지지 않을 정도로 존재하는 냉각 구간에서 개시될 수 있는데, 이는 필요한 낮은 온도(<220℃)를 조정하기 위한 냉각 용량이 충분하지 않기 때문이다. 이로 인해 순수 복합 조직 미세구조의 원하는 기계적 특성을 달성하지 못하는, 페라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트 성분 등으로 이루어진 복합 조직이 발생하게 된다.
EP-A-0 747 495에는 열간압연된 강판을 제조하기 위한 방법이 공지되어 있으며, 상기 강판 구조는 적어도 75%의 페라이트와 적어도 10%의 마르텐사이트를 포함하고 있다. 제조를 위해 상기 강은 열간압연 후에 의도되는 대로 냉각된다. 다시 말해 제 1 냉각단계에서는 Ar₁-지점과 730℃ 사이의 온도에 이를 때까지 8 내지 40초의 시간간격 내에서 2 내지 15℃/s의 냉각속도로 냉각이 이루어지며, 그런 후에 제 2 냉각단계에서는 300℃의 온도에 이를 때까지 초당 20 내지 150℃까지의 냉각속도로 냉각이 이루어진다. 대체실시형태의 방법에서는 제 1 냉각 단계에서는 20 내지 150℃/s까지의 냉각속도를 이용한 빠른 냉각이 이루어진다. 이는 Ar₃-지점의 온도 이하에 이를 때까지 이루어진다.
1982년 9월30일 발행된 일본 특허 요약서 인쇄물 006권 191호(C-127)과 1982년 6월 29일 발행된 JP 57104650 A(Kobe Steel Ltd.)호에 페라이트와 1 내지 30%의 마르텐사이트 성분으로 구성되는 열간압연된 강판의 제조를 위한 방법이 공지되어 있다. 상기 강판은 마찬가지로 2단계 냉각으로 생산된다. 우선적으로 상기 공지된 방법에 있어서, Ar1-지점과 550℃사이의 온도에 이를 때까지 느리게 5 내지 30℃/sec의 냉각속도로 냉각되며, 그에 이어서, 제 2 냉각단계에서는 350 내지 500℃의 온도영역에 이를 때까지 30℃/s이상의 빠른 냉각속도로 냉각된다.

상기 종래 기술에 비추어 보아 본 발명의 목적은, 스트립 이송 속도가 빠른 경우에도, 신속하면서도 정량상 충분하게 오스테나이트가 페라이트로 변태되는 것을 가능하게 하는 복합 조직강을 제조하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적은 청구항 제 1 항에 특정된 방법, 즉, 제 1 냉각 단계동안 강의 냉각 곡선이 20K/s에서 30K/s까지의 느린 냉각 속도로 조정되어, 상기 냉각곡선이, 페라이트 형성이 빠르게 이루어질 수 있으며 제 2 냉각 단계가 시작되기 전에 이미 적어도 70%의 오스테나이트가 페라이트로 변태될 수 있을 정도로 높은 온도에서 페라이트 영역으로 들어가도록 함으로써 해결된다.

종래의 기술보다 느린 냉각 속도를 가지는 본 발명에 따른 느린 냉각을 통해 냉각곡선은 공지된 방법에서보다 시간상 느리지만, 높은 온도에서 페라이트 영역 내로 들어간다. 다시 말해 오스테나이트로부터 페라이트로의 변태는 공지된 방법에서보다 약간 지연되어 시작되지만 더욱 높은 온도에서 이루어지며, 그리고 상기 변태는 더욱 높은 온도로 인해 더욱 빠르게 진행된다. 특히 바람직한 경우는 변태 온도가 높으면서도 페라이트 영역에 가능한 한 빠르게 도달하는 경우이다.

종래의 기술에 비해, 적어도 70%의 변태도가 초기에 달성되며, 그래서 이어지는 마르텐사이트 형성을 위해 지정된 냉각구간에 충분한 냉각 용량이 이용될 수 있다. 다시 말해 제 1 냉각 단계의 종료 후에 오스테나이트의 충분히 많은 량이 페라이트로 변태되며, 그럼으로써 그렇지 않은 경우의 통상적인 공기 냉각이 생략될 수 있으며, 제 1 냉각 단계에서 곧바로 제 2 냉각단계로 이어질 수 있게 된다.

원하는 느린 냉각속도로 냉각을 실행하기 위해, 본 발명에 따라 서냉(loosening cooling)의 원리가 적용된다. 이는 일정 간격을 가지는 순서로 배열된 수냉단계로 물이 냉각될 제품에 제공되는 수냉식이다. 수냉 단계의 횟수, 단계의 상호 간격 및 수냉 단계의 효율적인 길이 등을 조정함으로써, 냉각 속도 내지 냉각될 제품(냉각될 제품 질량 및/또는 냉각될 제품 표면)에 제공되는 물의 양이 최적으로 조정된다. 이러한 냉각은 연속적으로(무단계로) 조정될 수 있는 냉매량으로도 실현될 수 있다.

냉각될 제품에 대한 조정의 결과로, 서냉은 더욱 빠른 냉각을 이용한 공지된 방법에서와 같이, 냉각 곡선이 너무 급격한 냉각에 의해 먼저 페라이트 영역을 벗어나는 위험이 발생하지 않고, 원하는 변태도가 달성될 때까지 시간적으로 연장된다.

선행기술에 따른 냉각과 비교하여, 서냉 또는 연속적으로 조정가능한 냉매량에 의한 냉각에 의해, 변태온도에 도달할 때까지 보다 적은 양의 물이 제공된다. 이러한 물의 양 차이는 페라이트로부터 분리된 탄소를 잔류 오스테나이트 내에 주입하여 페라이트 형성을 가속화시키기 위해서 상기 변태과정 동안 사용될 수 있다. 잔류 오스테나이트 영역은, 20 - 30K/s의 냉각 속도에서 이미 마르텐사이트로 변태될 수 있는 정도로 탄소가 많이 첨가되어 있다.

충분한 페라이트 형성을 보장하기 위해, 공기 냉각을 위한 특정 체류시간이 필요하지 않기 때문에, 복합 조직강의 제조는 냉각구간의 일부분에서 이루어질 수 있다. 이때 냉각구간이 사용되는 부분은 공기 냉각을 이용하는 공지된 방법에서보다 훨씬 더 짧다.

복합 조직강을 위해 필요한 미세구조 성분이 공기냉각없이 조정될 수 있다면, 경영자에게 있어 실질적인 잇점이 생긴다. 복합 조직강을 제조하기 위한 장치에 있어서도 보다 작은 수의 구성요소만 필요하게 된다. 동시에 종래기술에 비해생산 다양화가 변경된 공정 및 스트립 파라미터(예컨대, 더욱 빠른 스트립 이송 속도)에 의해 확장될 수 있다.

본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 장치는 연속적으로 일정 간격 이격되어 배열된 복수개의 수냉 단계 또는 연속적으로 조정가능한 냉매량을 이용하는 냉각시스템(용량 조절 장치)으로 이루어지는, 최종 다듬질 롤 스탠드 뒤에 배열되는 냉각구간을 특징으로 한다. 수냉 단계의 횟수 및 그 단계의 유효 길이 및 단계 상호간의 간격 등은 본 발명에 따라 변경 가능하며, 그럼으로써 상기 냉각 구간은 냉각될 제품의 가변 크기 및 상이한 스트립 이송 속도에 간단한 방식으로 적용될 수 있게 된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 점, 세부 사항 및 특징 등은 첨부된 도면을 참조하여 이하 실시예와 함께 상세히 제시된다.

도 1은 빠른 냉각 및 서냉, 그리고 압연 라인 내에서의 각 장치의 배치의 개략도,

도 2는 시간-온도-변태-그래프,

도 3은 빠른 변태시 오스테나이트 변태도,

도 4는 서냉시 오스테나이트 변태도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1. 다듬질 롤 스탠드 2. 압연제품, 냉각될 제품

3. 권취기 4. 편향롤러, 구동기

5. 냉각구간 6. 냉각구간

7. 수냉단계 8. 지점

9. 냉각곡선 10. 냉각곡선

11. 제 1 냉각단계 12. 체류시간, 공기냉각

13. 제 2 냉각단계 14. 제 1 냉각단계

15. 지점 16. 제 2 냉각단계

17. 지점 B. 베이나이트 영역

F. 페라이트 영역 M.마르텐사이트 영역

P. 펄라이트 영역 T. 온도

Z. 시간 U. 변태도

도 1에서는, 최종 다듬질 롤 스탠드(1), 압연 제품 내지 냉각될 제품(2) 및 편향 롤러 내지 구동기(4)로 이루어진 권취기(3) 등으로 구성되는 압연 라인의 단부가 개략적으로 도시되어 있다. 압연 라인의 상기 부분 위에는 2가지 상이한 냉각구간이 도시되어 있다. 선행기술에 따른 냉각구간(5)에서는 연속적인 물의 공급에 의해 냉각될 제품(2)이 조기에 신속히 냉각된다. 본 발명에 따른 냉각구간(6)에서는 연속적으로 일정 간격으로 배치된 복수의 수냉 단계(7)가 배치되어 있기 때문에, 냉각은 "서서히" 이루어진다.

상이한 냉각방법(5, 6)에 의해 야기되는 상이한 변태 결과는 다음의 개략도에서 실례에 따라 제시되어 있다.

도 2에는 시간-온도-변태-그래프로서 공지된 방법에 따른 냉각시 냉각곡선(9)의 진행과 서냉시 냉각곡선(10)의 진행이 도시되어 있으며, 동시에 가로좌표 상에는 초단위의 시간(Z)이 그리고 세로좌표에는 ℃단위의 온도(T)가 제시되어 있다.

상기 냉각곡선(9)은 오늘날 통상적으로 적용되는 전략(일정한 고정 온도까지 조기에 신속하게 냉각을 실행하면서 바로 뒤이어 공기 냉각을 한다. 그런 다음 마르텐사이트화 개시온도 이하의 낮은 온도에 이를 때까지 계속해서 냉각시킨다)에서의 냉각 진행을 도시하고 있다. 이 냉각곡선은 제 1 냉각단계(11)로 비교적 조기에 지점(8)에서 페라이트 형성(페라이트 영역; F)을 위한 변태 영역에 도달하며, 지점(17)에서 개시하는 제 2 냉각단계(13)에 의해 마르텐사이트화 개시 온도(M = 마르텐사이트, B = 베이나이트, P = 펄라이트) 이하의 온도에 이를 때까지의 계속적인 냉각이 이루어지기 전에, 공기 냉각에 의한 체류시간(12)의 결과로 상기 영역(F)에서 비교적 오래 머무르게 된다.

이에 대하여, 서냉시의 제 1 냉각단계(14)를 이용하는 냉각곡선(10)은 지점(15)에서 상기 냉각곡선(9)에 비해 지연되어 페라이트 영역(F)에 도달한다. 페라이트 영역(F)에 도달한 이후 서냉이 우선적으로 유지되기 때문에, 공기 냉각을 위해 소요되는 체류시간은 필요하지 않으며, 냉각곡선(10)은 시간적으로 빨리 페라이트 영역(F)을 벗어난다.

이때 서냉은 페라이트 영역(F) 내에서, 원하는 변태도가 달성될 때까지 유지된다. 그런 후에 곧바로 제 2 냉각단계(16)를 이용하는 또 다른 냉각이 이루어진다.

상기한 상이한 냉각전략, 예컨대 공지된 빠른 냉각과 서냉 등을 이용하여 달성가능한 오스테나이트 변태비는 다음의 도 3과 도 4에 도시되어 있고, 이때 가로 좌표에는 초 단위의 냉각시간(Z)이 그리고 세로 좌표에는 페라이트로의 오스테나이트 변태의 변태도(U)가 표시되어 있다.

빠른 냉각(도 3)의 경우, 냉각곡선(9)의 제 1 냉각 단계(11)동안 우선적으로 약 53%까지의 강력한 페라이트 형성이 개시되며, 상기 페라이트 형성은 그런 다음 이어지는 공기냉각(12) 시에 약 62%까지 상승한다. 그러나 이 상태로는 복합 조직강의 제조를 위해서는 여전히 충분하지 않다.

이에 대하여, 냉각곡선(10)에 따른 서냉(도 4)의 경우, 동일한 시간동안에 이미 제 1 냉각단계(14)에서 분명하게 더욱 높은 페라이트 함유량이 형성되며, 그리고 제 2 냉각단계(16)가 시작되기 전에 약 82%의 오스테나이트가 페라이트로 변태된다(오늘날 제조되는 복합 조직강은 대개 80%이상(>)의 페라이트 성분을 가지고 있다).

본 발명은 도면에서 기술되는 실례에 따른 냉각곡선에 제한되는 것이 아니라, 예컨대 본 발명의 기술영역의 범위 내에서 매우 높은 변태온도를 초래하는 연속적으로 변화시킬 수 있는 냉매량을 이용한 냉각시스템의 경우에서와 같은 또 다른 냉각곡선 또한 가능하다. 또한 본 발명은 수냉식에 제한되는 것이 아니라, 높은 온도에서 페라이트 영역의 조기 도달을 달성하는 또 다른 냉각시스템도 적용될 수 있다.

Claims (6)

1. 다듬질 압연 이후 수냉식으로 강을 냉각하는 동안 조절된 온도 관리 및 특정된 냉각 전략을 통해 70 내지 90%의 페라이트 및 30 내지 10%의 마르텐사이트로 이루어진 복합 조직 미세구조를 가지는 복합 조직강을 열간압연된 상태로부터 제조하기 위한 복합 조직강 제조 방법으로서, 냉각속도가 느린 제 1 냉각단계에서는 냉각곡선이 페라이트 영역으로 들어가고, 냉각속도가 빠른 제 2 냉각단계에서는 마르텐사이트화 개시온도 이하의 온도까지 계속해서 냉각되는 복합 조직강 제조 방법에 있어서,

   a) 상기 냉각곡선(10)이 페라이트 형성이 급속하게 이루어질 수 있을 정도로 높은 온도에 있는 페라이트 영역으로 들어가도록 제 1 냉각단계(14)가 서로 일정 간격으로 연속적으로 배열된 수냉단계(7)로 이루어진 냉각 구간에서 20 내지 30K/s의 냉각속도로 수행되고,

   b) 중간의 공기냉각 및 체류시간 없이 곧바로 제 1 냉각단계(14)에 이어지는 제 2 냉각단계(16)가 시작되기 전에, 70% 이상의 오스테나이트가 페라이트로 변태되고, 70% 이상의 원하는 페라이트 함유량을 얻을 때까지 오스테나이트가 페라이트로 변태되는 동안 제 1 냉각단계의 냉각이 계속되는 것을 특징으로 하는 복합 조직강 제조 방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 따른 복합 조직강 제조 방법을 실행하기 위한, 열간압연된 상태로부터 복합 조직강을 제조하는 장치에 있어서, 최종 다듬질 롤 스탠드(1) 뒤에 배열되는 냉각 구간(6)이 서로 일정 간격으로 연속적으로 배열된 복수개의 수냉단계(7)를 가지고 있는 것을 특징으로 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 수냉단계(7)의 갯수, 수냉단계(7)의 유효 길이 및 수냉단계(7) 사이의 간격이 변경가능하거나 용량 조절 장치에 의해 무단계로 조정가능한 것을 특징으로 하는 장치.
5. 삭제
6. 삭제

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