KR100829943B1 - 표면 스케일 및 가공성이 우수한 열연 저 탄소강 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면 스케일 및 가공성이 우수한 열연 저 탄소강 제조방법에 관한 것으로서, 이는 중량%로 탄소: 0.02~0.05%, 망간: 0.10~0.30%, 인: 0.20%이하, 황: 0.020%이하, 잔부는 철(Fe) 및 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브에 있어서, 상기 슬라브를 가열로 추출온도 1150∼1220℃가 되게 가열하고, 조 압연 출측온도 1000∼1200℃가 되게 압연하며, 압연강판의 중앙부와 양 에지부분의 온도를 균일하게 하기 위하여 에지히팅을 하고, 수냉을 한 다음 진행속도 640∼680mpm로 사상압연하고 그 사상압연의 출측온도는 850∼900℃가 되게 하여서 된 것이다.

표면 스케일, 가공성, 열연 저 탄소강

Description

표면 스케일 및 가공성이 우수한 열연 저 탄소강 제조방법{Hot rolled law carbon steel plate manufacturing method for surface scale and workability excellent}

도 1은 본 발명에 따른 열연 저 탄소강 제조공정을 나타낸 개략도,

도 2는 열연 저 탄소강의 가공불량 및 크랙발생 예를 나타낸 사진 및 조직사진,

도 3은 사상압연 출측온도의 편차 발생 예를 나타낸 그래프,

도 4는 사상압연 추출온도에 따른 조직편차 발생 예를 나타낸 그래프 및 조직사진,

도 5는 열연 저 탄소강의 조대립 및 혼립 발생 메커니즘을 나타낸 조직사진,

도 6은 고온 조 압연 출측온도 작업시 압연 후 형태를 나타낸 사진,

도 7은 표면 스케일 및 재질향상을 위한 자동화 시스템을 나타낸 구성도,

도 8은 폭 방향 온도 시스템을 나타낸 그래프,

본 발명은 표면 스케일 및 가공성이 우수한 저 탄소강 제조방법에 관한 것으 로서, 더욱 상세하게는 탄소(C), 망간(Mn), 인(P), 황(S), 잔부는 철(Fe) 및 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 가열, 조 압연, 에지히팅, 사상압연, 냉각을 적정하게 제어함으로써 표면 스케일 및 가공성이 우수한 저 탄소강을 제조하고자 하는 것이다.

일반적으로 열연강판을 제조하는 공정은 목적 제품을 제조하기 위하여 철(Fe)에 필요한 성분이 적정비율로 조성된 슬라브를 가열로에 장입하여 적정온도와 적정시간으로 가열하고, 그를 조 압연, 사상압연, 냉각, 권취의 과정을 거쳐 생산하게 되는 바, 이러한 공정으로 생산되는 강판은 최근 들어 고객사의 열연제품 품질 요구기준이 엄격해져 기계적 성질, 표면품질, 형상이 우수한 소재 생산에 대한 관심이 고조되고 있으며, 특히, 가공성 및 실수율 향상 측면에서 열연강판의 가공성이 큰 문제점으로 대두되고 있다.

가공성 불량에 따른 주된 문제점은 폭 방향 재질편차로 인해 강판의 에지(edge)부 가공성이 열화 되어 냉간 가공시 에지부 가공결함(crack)이 도 2에 나타낸 바와 같이 유발하게 된다. 상기 재질편차 발생원인은 도 3에 나타낸 바와 같이 에지부 온도 미 확보로 인한 결정 입 성장의 차이(4 도 참조)에 기인한다. 조직의 불 균일이 수 냉각시 상 변태 거동 및 합금 탄질화물의 석출거동에 영향을 미쳐 재질 편차를 유발하게 되는데, 저탄소강의 경우 상 변태 개시온도(Ar3)가 높고 변태 진행속도가 빠르기 때문에 에지부 온도 저하 부위가 압연 중 상 변태 하게 되어 압연된 페라이트(ferrite)조직과 압연되지 않은 페라이트조직이 공존하며, 상 변태 과정에서 압연된 페라이트는 자체 변형(Strain)을 최소화하기 위해 입도를 조 대하게 만든다.

결과적으로 최종 조직 내에는 혼립 조직(압연된 페라이트 + 미 압연된 페라이트)의 잔류 및 이상 결정 입 성장에 의한 조대립이 발생되어 열연강판의 기계적 성질 및 냉간 가공성을 도 5에 나타낸 바와 같이 저해하게 되는 것이다. 이와 같은 현상은 특히 사상압연 추출온도(이하 "FDT"라 칭함)확보가 상대적으로 어려운 박물(2.3mm이하)재에서 문제가 되는 경향이 많다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 종래의 열연강판 제조방밥은 특허출원번호 제 1997-072735호에 제공되어 있으며, 이는 두께 1.3~2.3mm의 열간 압연강판을 생산하고자 하는 것으로서, 탄소: 0.02~0.05wt%, 규소: trace, 망간: 0.10~0.30wt%, 인< max.0.015%,황< max.0.10, 알루미늄 0.01~ 0.04wt% 및 질소< 40ppm을 함유하고 이에 보론을 20~30ppm을 첨가하여 변태개시 온도(Ar3)를 종래 대비 20~30℃ 가량 하향하여 압연토록 하는 기술이나, 이는 보론의 첨가로 인하여 원가상승 요인이 발생하고, 취련 조업 시 보론의 적정성분 관리가 난이하며, Ar3온도를 낮추었다 하더라도 박물재에서 사상압연 추출온도(이하 "FDT"라 함) 확보는 여전히 어려운 문제점으로 남았다.

또, 변태온도 이상으로 압연할 구체적인 방법론이 제시되어 있지 않아 실제 조업 시 지나친 조 압연 추출온도(이하 "RDT"라 함)를 높게 유도함에 따른 도 6과 같은 표면 스케일 결함을 유발하는 문제점이 발생하였다.

또한, 가공성 확보를 위해서는 강판의 폭 방향 특히 에지부 압연온도 확보가 중요하므로 스텐드(Stand)간 냉각수 스프레이(Spray), 고압 디스켈러(Descaler) 사 용방법, 조 압연(RM) Pass 수 등을 적정하게 제어하여 강판의 센터(Center)와 에지부의 온도차이를 최소화할 조업방법을 제시해야 하는데, 이러한 부분이 전혀 고려되지 못하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 탄소, 망간, 인, 황, 잔부는 철(Fe) 및 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 압연함에 있어서, 먼저 가열로에서의 가열시간 및 추출온도, 조 압연에서의 조 압연 PASS 수 및 추출온도, 강판의 에지히팅, 사상압연의 진행속도 및 디스켈링을 적정하게 제어하여 표면 스케일 및 가공성이 우수한 저 탄소강을 제조하는 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 기술적 구성은, 중량%로 탄소: 0.02~0.05%, 망간: 0.10~0.30%, 인: 0.20%이하, 황: 0.020%이하, 잔부는 철(Fe) 및 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브에 있어서, 상기 슬라브를 가열로 추출온도 1150∼1220℃가 되게 가열하고, 조 압연 출측온도 1000∼1200℃가 되게 압연하며, 압연강판의 중앙부와 양 에지부분의 온도를 균일하게 하기 위하여 에지히팅을 하고, 수냉을 한 다음 진행속도 640∼680mpm로 사상압연하고 그 사상압연의 출측온도는 850∼900℃가 되게 하여서 된 것이다.

그리고, 상기 가열로에서의 슬라브 가열시간은, 180∼220분 이고, 상기 조 압연기의 R2 조 압연 패스 수는, 3회이며, 상기 에지히팅 되고 사상압연기로 진입 하기전의 수냉방법은, 2대의 스프레이장치 중 어느 하나만 작동시켜 압연강판을 냉각시키고, 상기 사상압연시에는 디스켈링은 실시되고 냉각수는 분사되지 않는다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 표면 스케일 및 가공성이 우수한 열연 저 탄소강 제조를 위한 과정은, 먼저, 중량%로 탄소: 0.02~0.05%, 망간: 0.10~0.30%, 인: 0.20%이하, 황: 0.020%이하, 잔부는 철(Fe) 및 불가피한 불순물로 이루어진 통상의 슬라브를 도 1에 나타낸 바와 같이 가열로(10)에 장입하여 180∼220분 동안 추출온도 1150∼1220℃가 되게 가열한다.

가열로에서의 슬라브 정체시간을 180∼220분 유지하는 이유는, 정체시간이 짧을 경우 충분한 숙열이 되지 않아 폭 방향, 길이방향으로 온도편차가 발생하여 통판성에 영향을 주게 되기 때문이다. 하지만 너무 오랜 시간을 유지하게 되면 압연 생산성 하락 및 1차 스케일의 과다생성 등으로 인한 표면 스케일이 문제가 되므로 180~220분 이내로 유지하는 것이 바람직하다.

또, 가열로 추출온도를 1150∼1220℃로 유지하는 이유는, 최적의 조 압연 출측온도 및 사상압연 출측온도를 확보하기 위해 1150℃이상을 유지하는 것이 유리하나, 이때 출측온도가 너무 높을 경우 적정 조 압연 출측온도 및 사상압연 출측온도는 쉽게 확보할 수 있으나 표면 스케일 발생 측면에서 불리하게 되므로 그 범위를 1150℃~1220℃로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 조 압연 출측온도 1000∼1200℃가 되게 함과 동시에 조 압연기의 R2 조 압연 패스 수를 3회로 하는 이유는, 열간 압연 통판성을 확보하기 위한 핵심 인자인 사상압연 출측온도를 확보하면서 표면 스케일을 생성을 억제할 수 있도록 하기 위함이고, 조 압연의 R2 3Pass 이유는, 그 이상을 하게되면 압연 강판의 온도하락으로 인한 통판성에 문제를 유발한다.

또한, 조 압연이 끝난 압연강판을 에지히팅하는 이유는, 압연강판의 중앙부분과 양 에지 부분의 온도를 균일하게 하기 위함이다. 단 상기 조 압연이 끝난 압연강판의 중앙부와 양 에지 부분의 온도차이는 양 에지 부분보다 중앙부의 온도가 20∼30℃ 높다, 그 이유는 양 에지 부분의 냉각이 빠르게 이루어지기 때문이다.

그리고, 상기 에지히팅되고 사상압연기로 진입하기 전에 수냉을 하는 이유는 사상압연의 출축온도를 유지시키기 위함이고, 사상압연시의 압연강판 진행속도를 640∼680mpm로 하는 이유는, 그 이상이 트립의 끝에서 꼬임(Pinching)이 발생할 가능성이 있고, 그 이하가 되면 통판성 불량을 유발하게 된다.

또한 압연강판이 마지막 압연기를 빠져 나오는 시점에 판의 균일한 통판 속도가 확보되지 못하고 빠른 통판 속도에서 낮은 통판 속도로 떨어질 경우 온도하락으로 인해 압연 하중이 증가하고 판 파단이 발생할 가능성이 크게 되므로 이 시점에서는 균일한 통판 속도 유지가 중요하다. 그러므로 가장 안정된 통판성을 유지하기 위해서는 두께 누적에 의한 압연하중 증가를 막을 수 있는 사상 압연기의 가속 패턴 최적 유지가 매우 중요한 요소이다.

한편, 사상압연의 출측온도를 850∼900℃로 하는 이유는, 그 이상을 유지하거나 그 이하를 유지하면 변형저항의 증가로 인해 압연부하가 증가하고 두께 제어가 불 균일한 문제점이 발생한다. 또, 사상압연시 디스켈링 하는 이유는 압연강판의 표면을 미려하게 하기 위해서이다.

상기의 방법으로 제조되는 본 발명은 먼저 가공성에 영향을 주는 주요인자를 선정하고, 그 인자들의 적정 수준을 도출하여 스케일 발생을 최소화 할 필요성이 있다.

일반 저 탄소강의 가공성 확보를 위해서는 상기한 바와 같이 강판 센터 부위의 출측온도 뿐만 아니라 에지부의 출측온도 확보가 중요하며, 에지부에 대한 가공성이 확보되면 사상압연 출측온도(이하 "FDT"라 칭함) 프로파일(Profile)의 특성상 압연강판의 전 폭 방향 온도 및 가공성을 확보할 수가 있다.(도 3참조)

따라서 분석의 주안점은 에지부 온도에 영향을 주는 열연공정 인자의 도출로서 가열로의 가열시간, 추출온도(SRT), 강판두께, 조 압연 PASS(압연 수)수, 조 압연 출측온도, 에지히터 사용유무, 냉각, 사상압연 통판 초기속도, 스텐드간 냉각수 스프레이, 사상압연 디스켈링 회수 등을 고려해 볼 수 있다.

먼저 에지부 가공성과 압연 조업조건과의 상관성을 분석한 결과(냉간압연(1.8→0.56mm)후 에지부 가공결과와 공정조건 분석) 조 압연 PASS 수, 에지히터 사용유무, 사상압연 디스켈링(Descaling)회수, 초기 압연속도가 중요한 Factor임을 알 수 있었고, 특히 에지히터 사용유무, 사상압연 디스켈링 회수, 통판 속도는 에지부 가공성에 큰 영향 인자임을 하기 표 1에서와 같이 확인 할 수 있었다.

또한 각 스텐드간 스프레이 ON/OFF 테스트 결과 상대적으로 강판 에지부 온도가 센터부위 대비 급격히 하락하여, 스텐드간 스프레이 사용이 에지부 가공성에 상당한 영향 인자임을 하기 표 2에서와 같이 판단할 수 있었다.

이상에서의 분석결과를 토대로 스케일 및 가공성 향상을 위한 인자수준을 설 정키 위해 실험을 하기 표 3과 같이 실시하였는데, 실험방법은 에지히터 사용, 통판속도, 스텐드간 스프레이 Off 등 표면 스케일에 큰 영향을 주지 않으면서 가공성에 영향을 주는 인자는 가공성 확보수준의 고정인자로 활용하고, 표면 스케일과 가공성 둘 다 영향을 주는 조 압연 PASS 수, 조 압연 출측온도, 사상압연 디스켈링 회수 등을 수준별로 구분하여 표면 스케일과 가공성의 영향도를 판단하였다.

상기와 같이 실험한 결과 하기 표 4 및 표 5와 같이 조 압연 R2 3 PASS, 조 압연 출측온도 1040℃, 사상압연 디스켈링 1회시 가공성이 가장 우수하였으며, 가공정도는 1.80mm 압연재를 0.30mm까지 냉간 가공을 하여도 가공 크랙이 전혀 발생 치 않았으며, 해당 수준 내에서 압연 작업시 표면 스케일에도 큰 영향을 미치지 않음을 확인할 수 있었다.

이상의 결과를 종합해 보면, 표면 스케일을 발생시키지 않으면서 가공성을 확보하기 위한 조건은 조 압연 출측온도1000∼1200℃, 조 압연 R2 3 PASS, 사상압 연 디스켈링 1회, 에지히터 사용, 통판 속도 680mpm, 사상압연 스텐트간 냉각수 스프레이 Off 등으로 동시 제어가 필요하며, 이상과 같이 제어를 실시하기 위해서는 재질향상을 위한 조업자동화 시스템(도 7), 폭 방향 온도제어 시스템(도 8) 등을 구축하였다.

이하 본 발명을 실시 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

(실시 예)

중량%로 탄소: 0.02~0.05%, 망간: 0.10~0.30%, 인: 0.20%이하, 황: 0.020%이하, 잔부는 철(Fe) 및 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브를 가열로에서 180∼220분 동안 가열하며 추출온도 1190℃가 되게 하고, 조 압연기에서 R2 3 PASS와 동시에 출측온도 1040℃가 되게 하며, 에지히터를 이용하여 압연강판 에지히팅을 실시하고, 상기 에지히터와 사상압연기 사이에 설치된 2대의 냉각수 스프레이장치 전방의 스프레이장치만 작동시켜 압연강판을 냉각시키며, 사상압연 디스켈링 1회, 사상압연 통판속도 680mpm, 사상압연 스텐드간 냉각수 스프레이 Off 등으로 동시 제어하여, 열연 저 탄소강 박물재(1.8~2.3t미만)를 생산한 결과 표면스케일 및 냉간 가공성을 목적하는 만큼 확보할 수 있었다.(도 8)

상기 결과를 종합해 보면, 하기 표 6과 같이 종래재에 비해 본 발명재의 경우 표면 및 재질 특성이 우수함을 알 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 통상의 조성을 갖는 슬라브를 압연함에 있어서, 먼저 가열로에서의 가열시간 및 추출온도, 조 압연에서의 조 압연 PASS 수 및 추출온도, 강판의 에지히팅, 수냉, 사상압연의 진행속도 및 디스켈링을 적정하게 제어함으로서, 표면 스케일 및 가공성이 우수한 저 탄소강을 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 중량%로 탄소: 0.02~0.05%, 망간: 0.10~0.30%, 인: 0.20%이하, 황: 0.020%이하, 잔부는 철(Fe) 및 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브에 있어서,

   상기 슬라브를 가열로 추출온도 1150∼1220℃가 되게 가열하고, 조 압연 출측온도 1000∼1200℃가 되게 압연하며, 압연강판의 중앙부와 양 에지부분의 온도를 균일하게 하기 위하여 에지히팅을 하고, 수냉을 한 다음 진행속도 640∼680mpm로 사상압연하고 그 사상압연의 출측온도는 850∼900℃가 되게 하여서 됨을 특징으로 하는 표면 스케일 및 가공성이 우수한 롤러용 저 탄소강 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 가열로에서의 슬라브 가열시간은, 180∼220분 임을 특징으로 하는 표면 스케일 및 가공성이 우수한 롤러용 저 탄소강 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 조 압연기의 R2 조 압연 패스 수는, 3회임을 특징으로 하는 표면 스케일 및 가공성이 우수한 롤러용 저 탄소강 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 에지히팅되고 사상압연기로 진입하기전의 수냉방법은, 2대의 스프레이장치 중 어느 하나만 작동시켜 압연강판을 냉각시킴을 특징으로 하는 표면 스케일 및 가공성이 우수한 롤러용 저 탄소강 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 사상압연시에는 디스켈링은 실시되고 냉각수는 분사되지 않음을 특징으로 하는 표면 스케일 및 가공성이 우수한 롤러용 저 탄소강 제조방법.

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