KR100905667B1 - 산세공정생략형 냉연강판 제조방법 - Google Patents

Abstract

산세공정생략형 냉연강판 제조방법이 제공된다.

본 발명은, 열연강판의 표면스케일 제거를 위한 산세공정을 생략하고, 환원열처리로에서 그 표면스케일을 환원제거하는 산세공정 생략형 강판제조공정에 있어서, 상기 열연강판의 표면스케일 조성이 FeO가 되도록 상기 강판을 570℃이상의 온도로 냉각하는 단계; 상기 냉각된 열연강판 표면스케일중 70%이상이 적어도 100초동안에 환원될 수 있도록 600~730℃온도 15%이상의 수소분위기를 갖는 환원열처리로에서 열처리하는 단계; 및 상기 열처리된 강판을 비산화분위기에서 상온으로 냉각시킨후, 하기 관계식 1에 의해 정의되는 냉간압하율 이상으로 냉간압연하는 것을 특징으로 하는 냉연강판 제조방법에 관한 것이다.

[관계식 1]

냉간압하율(%)= (-0.6184×스케일환원율) + 129.29

산세공정생략, 스케일환원, 냉간압연

Description

산세공정생략형 냉연강판 제조방법{Method for manufacturing cold rolled steel sheet without pickling process}

도 1은 종래법의 냉연강판 제조공정과 본 발명에 따른 제조공정의 개략도

도 2는 본 발명에 따른 열연스케일 70%이상 환원 열처리 조건을 나타내는 그래프

도 3은 본 발명법과 비교법에 의해 재조된 냉연강판 표면의 전자현미경 사진

도 4는 본 발명법과 비교법에 의한 냉연강판 표면미려도

본 발명은 산세공정생략형 냉연강판 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 습식산세공정을 생략한 냉연강판제조공정에 있어서, 열처리로에서 열연강판 표면스케일을 소정치이상으로 환원한후, 그 환원율에 근거하여 후속하는 냉간압연의 압하율을 제어함으로써 표면외관이 우수한 냉연강판을 제조할 수 있는 냉연강판의 제조방법에 관한 것이다.

종래 열연강판을 이용하여 냉연강판을 제조하는 방법으로는 열연강판을 일정 온도의 고온에서 권취한후 코일야드에서 약 5일 정도 자연냉각시켰다. 그리고 고온에서 습식산세공정을 통과시킬 때 발생가능한 표면결함을 방지시키기 위해, 일정온도 이하로 냉각시킨 후, 약 80℃로 가열된 염산 혹은 황산용액으로 채워진 산세조 및 세척조를 통과시킨후(日特許公開2002-285365, 日公開實用1994-012467) 계속되는 냉간압연기 및 소둔공정을 거쳐 냉연강판으로 제조된다.

이와같은 종래법은 부식성이 강한 염산 혹은 황산을 사용함으로써 폐산회수설비, 산세액농도 및 온도관리를 위한 주변설비의 관리, 유지가 복잡하며 산세액 교체 등의 소모성 재료비 부담이 가중될 우려가 있으며 제조공기도 5-7일 정도 소요됨으로써 코일야드의 회전율을 저하시킴은 물론 물류비를 상승시킬 수 있으며, 또한 열간압연공정, 산세공정 및 냉연공정이 각각의 독립공장으로 유지, 관리됨으로써 콤팩트(compact)한 공장 레이아우트를 확보할 수 없기 때문에 공장부지 확보 및 부대설비 중복투자에 대한 부담을 가짐으로써 생산원가를 상승시킬 수 있는 요인으로 작용하였다.

한편 표면품질에 대한 수요(needs)는 더욱 엄격해지고 있을 뿐아니라 고강도 고가공성 강판등 고급강재를 요구하고 있기 때문에, 실리콘(Si)등의 합금원소가 점점 다량 첨가되고 있으나 실리콘은 열연공정중 고온에서 페욜라이트(fayalite)라는 고온액상(liquid phase)의 철-실리콘 산화물을 형성하여 열연공정에서 고압수 탈스케일(hydraulic descaling)방법(日特許公開1996-041588, 日特許公開2002－28713)에 의해서도 그리고 습식산세공정에서도 잘 제거되지 않아 표면결함을 야기시키고 있다. 또한, 냉연용 소재의 가공성확보를 위해 첨가되는 타타늄(Ti) 합금원소는 고온 의 오스테나이트의 입계에서 우선 선택산화를 일으켜 산세공정에서 제거되지 않고 냉연강판의 미소 표면결함으로 빈번히 발생되고 있는 실정이다. 그러므로 가열로의 균열대 산화분위기 및 조압연 압연전 열연 바(bar) 표면의 산화시간을 증가시켜 입계에 선택산화된 Ti산화물울 제거하고자 하였으나 산세공정에서 크게 효과가 없었다.

한편 열간압연후 스케일이 붙은 채의 열연강판을 수소 환원가스로 환원열처리시켜 산세공정을 생략하여 용융아연 도금을 실시하기 위한 산세생략형 용융아연 도금법(KP1997-0043254, KP1999-0057390, KP1999-0041446)이 있으나 용융아연 도금법의 경우는 열연강판의 스케일층을 적정 조건으로 환원시킨 후에도 환원 스케일층과 기지조직의 경계에 다소 약간의 스케일층이 잔존하여도 도금욕의 조성을 적절히 조정함으로써 스케일층을 감싸는 화합물을 형성시켜 도금밀착성을 확보할 수 있게 된다. 그러나 환원 열처리한 열연강판을 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 공정에서는 환원 스케일층과 기지조직 경계에 일정량 이상의 스케일층이 잔존하게 되면 경계면의 밀착성 저하로 냉간압연후 표면에 미소스캡(scab)으로 발전되어 치명적인 표면결함으로 발전하게 된다. 그러므로 산세공정을 생략한 냉연강판을 제조하기 위해서는 환원스케일층과 기지조직 경계층에서의 밀착성 확보가 가능한 환원열처리 조건의 설정이 우선되어야 한다.

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해소하기 위해서 안출된 것으 로서, 습식산세공정을 생략한 냉연강판제조공정에 있어서, 열처리로에서 열연강판 표면스케일을 소정치이상으로 환원한후, 그 환원율에 근거하여 후속하는 냉간압연의 압하율을 제어함으로써 표면외관이 우수한 냉연강판을 제조할 수 있는 냉연강판의 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

열연강판의 표면스케일 제거를 위한 산세공정을 생략하고, 환원열처리로에서 그 표면스케일을 환원제거하는 산세공정 생략형 강판제조공정에 있어서, 상기 열연강판의 표면스케일 조성이 FeO가 되도록 상기 강판을 570℃이상의 온도로 냉각하는 단계; 상기 냉각된 열연강판 표면스케일중 70%이상이 적어도 100초동안에 환원될 수 있도록 600~730℃온도 15%이상의 수소분위기를 갖는 환원열처리로에서 열처리하는 단계; 및 상기 열처리된 강판을 비산화분위기에서 상온으로 냉각시킨후, 하기 관계식 1에서 정의하는 냉간압하율 이상으로 냉간압연하는 것을 특징으로 하는 냉연강판 제조방법에 관한 것이다.

[관계식 1]

냉간압하율(%)= (-0.6184×스케일환원율) + 129.29

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 열간강판에 형성된 스케일층을 산세하여 제거시키는 산세공정을 생략하면서 적정 조업조건으로 유지된 환원가열로에서 열연스케일을 적정 비율 이 상으로 환원시킨 후, 연속된 공정에서 적정 압하량 이상으로 냉간압연함으로써 그 표면결함이 없는 우수한 외관을 갖는 냉연강판 제조방법을 제공함을 그 특징으로 한다.

도 1에는 발명에 따른 냉연강판 제조공정이 종래법과 대비하여 제시되어 있다. 도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명법에서는 종래법에서의 열연강판 스케일층을 산세하기 위한 산세설비, 수세설비 및 건조설비의 3단계 설비가 생략되어 제조공정 라인의 길이단축 및 산세공정에 기인된 환경문제를 해소시킬수 있다. 즉, 본 발명은 종래의 기존의 냉연강판 제조공정에서 산세성을 향상 시키기위한 염산용액과 황산용액의 혼합비율 그리고 철손실, 산세비용 증가 및 산세피트(Pit) 형성등의 과산세를 방지하기위한 부식억제제의 첨가량 그리고 산세속도를 증가 시키기위한 산세조의 온도관리등의 복잡한 조업조건을 적정하게 관리하지 않아도 되기 때문에 매우 간편하게 작업할 수 있다.

먼저, 본 발명에서는 통상의 열간압연 공정에서 표면에 스케일이 형성되도록 제조되는 열연강판이 상기 산세공정을 거치지 않고, 그 표면스케일인 FeO가 안정한 화합물로 존재할 수 있도록 570℃이상의 온도로 냉각한다.

일반적으로 통상의 방법으로 제조된 열연강판의 표면에는 마그네타이트 (Fe₃O₄) 및 헤마타이트(Fe₂O₃)를 주로하는 표면스케일이 형성되어 있다. 따라서 이를 환원하기 위해서는 환원가스가 철산화물 표면과 접촉해야 하는데, 환원가스는 스케 일층 내부로 확산되고 반응으로 생성된 가스는 외부로 방출되어 환원반응이 진행된다. 그러나 치밀한 철산화물을 환원시키는 경우에는 환원가스가 토포케미칼 (topochemical)반응에 의해 발생된다.

열연강판의 표면스케일은 Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO→Fe형태로 저차원산화물로 환원되는 데, 그 구체적인 열연판 환원과정은 다음 반응식과 같다.

먼저, 본 발명에서는 통상의 제조된 그 표면에 스케일이 형성된 열연강판을 상기 산세공정을 거치지 않고, 그 표면스케일이 FeO가 되도록 570℃이상의 온도로 냉각한다.

[반응식 1]

3 Fe₂O₃ + H₂ → 2 Fe₃O₄ + H₂ O

[반응식 2]

Fe₃O₄ + H₂ → 3 FeO + H₂O

[반응식 3]

FeO + H₂ → Fe + H₂O

그런데 570℃이상의 온도에서는 FeO산화물이 안정한 산화물이므로, 상기 열연강판을 그 온도가 570℃이상이 되도록 냉각하면 열연스케일 조성이 FeO→ Fe로 변화된다. 따라서 이러한 스케일조성을 갖는 강판을 후속하는 열처리로에 장입하여 환원시키면 통상 열연강판 스케일환원과정, 즉, Fe₂O₃→Fe₃O₄→FeO→Fe의 환원단계에 비해 보다 훨씬 효율적으로 표면스케일의 환원을 도모할 수 있는 것이다.

이어, 본 발명에서는 상기와 같이 그 표면스케일 조성이 제어된 열연강판을 환원열처리로에 장입하여 그 표면스케일층을 환원시키는데, 이때, 도 2와 같이, 상기 표면스케일중 70%이상이 적어도 100초 동안에 환원될 수 있도록 환원열처리로를 600~730℃로 제어하고 그 분위기가스를 15%이상의 수소분위기로 제어함이 바람직하다.

만일 상기 열처리온도가 600℃미만이면 그 반응속도가 너무 느려 100초 동안 열연강판 표면스케일 70%이상을 환원할 수 없으며, 730℃를 초과하면 소재의 기계적 성질이 변화될 수 있기 때문이다. 또한 분위가스중 수소함량을 15%미만으로 하면 상술한 환원열처리온도 범위에서 환원열처리를 행하여도 100초 동안에는 표면스케일 70%이상을 환원시킬 수 없다.

보다 바람직하게는 상기 열처리시간을 100~400초로 제한하는 것이다. 열처리시간을 100초 미만으로 하면 600~730℃ 온도 범위에서 스케일층을 70% 이상 환원시킬 수 없는 반면에, 400초를 초과하면 소재의 기계적 성질을 저하시킬 수 있기 때문이다.

한편, 상술한 바와 같이, 본 발명에서는 상기 열처리를 통하여 열연강판의 표면스케일중 70%이상을 환원시킴을 특징으로 한다. 열연 스케일층이 70%이상 환원되게 되면 기지조직과 스케일층 계면의 일부도 환원되어 스케일층이 기지조직과 밀 착성이 양호하여 후속하는 냉간압연을 통하여 표면이 미려한 강판을 얻을 수 있기 때문이다. 만일 그 환원율이 70%미만이면 미려한 표면외관을 확보하기 위해선 대압하를 해야 하는데, 이때 미환원된 스케일과 기지조직의 경계에서 박리가 일어날 수 있기 때문이다.

상기와 같이 환원열처리된 강판은, 이후, 질소와 아르곤가스분위기와 같은 비산화성분위기하에서 상온으로 냉각된다.

그리고 본 발명에서는 냉간압연을 실시하는데 이때, 그 압하율을 하기 관계식 1과 같이 스케일의 환원율에 근거하여 결정함을 특징으로 하며, 구체적으로 하기 관계식 1에서 정의하는 냉간압하율 이상으로 냉간압연함을 특징으로 한다.

[관계식 1]

냉간압하율(%)= (-0.6184×스케일환원율) + 129.29

상술한 반응식(1~3)에 따라 열연스케일층이 환원되면, 환원반응에 의해 스케일층의 부피는 약 27% 수축하게 되며, 따라서 스케일이 환원된 환원층에 미세크렉이나 기공이 발생한다. 따라서 후속하는 냉간압연공정에서 이러한 미세크렉이나 기공을 압착제거할 필요가 있는데, 상기 관계식과 같이 냉연압하율을 스케일층 환원율을 고려하여 결정할때 가장 표면미려도가 우수한 냉연강판을 제조할 수 있는 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예)

그 표면에 스케일이 붙어있는 100(mm)×200(mm)×1.2(mm) 열연강판들을 탈지한 후, 580℃로 냉각하였다. 이어, 이 강판들을 환원열처리로에서 온도 600 ~ 730℃, 유지시간은 100 ~ 400(초), 수소농도 30 ~ 100%의 질소 혼합가스에서 환원처리하였다. 이때, 환원열처리조건을 변화시켜 40~80(%)의 환원율로 스케일이 환원된 열연강판을 70~85(%) 냉간압연을 실시하였으며, 그 압연후 제조된 냉연강판의 표면미려도를 육안으로 비교하여 결과를 또한 표 1에 나타내었다.

		환원율(%)	냉간압하율(%)	A	표면미려상태
발명예	1	70	86	86	양호
	2	75	83	83	양호
	3	79	81	80	양호
비교예	1	73	80	84	불량
	2	70	82	86	불량
	3	80	70	80	불량
	4	40	85	105	불량

*상기 표에서 A= (-0.6184×스케일환원율) + 129.29

상기 표 1과 같이, 그 환원율 및 냉간압하율이 적정하게 제어된 본 발명예의 경우 제조된 강판의 표면미려도가 우수하였다. 그러나 환원율이 70%미만이거나 냉간압하율이 본 발명범위를 벗어난 비교예(1~4)는 그 표면미려도가 좋지 않았다.

도 3은 75%환원후 83% 압하율로 냉간압연한 발명예(2)의 냉연강판의 표면상태와 비교예(3)의 냉연강판의 표면을 전자현미경으로 관찰한 사진이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 비교예(3)의 경우 환원상태에서 존재하던 미세기공 및 미세크랙이 압연후에도 잔존하고 있음을 알 수있다.

또한 도 4는 75%환원후 83%압하율로 냉연한 본 발명예(2)의 냉연강판 표면미려도를 나타내는 사진으로서, 그 미려도가 우수함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 습식산세공정을 생략한 냉연강판제조공정에 있어서, 열처리로에서 열연강판 표면스케일을 소정치이상으로 환원한후, 그 환원율에 근거하여 후속하는 냉간압연의 압하율을 제어함으로써 표면외관이 우수한 냉연강판을 효과적으로 제조할 수 있다.

Claims (2)

1. 열연강판의 표면스케일 제거를 위한 산세공정을 생략하고, 환원열처리로에서 그 표면스케일을 환원제거하는 산세공정 생략형 강판제조공정에 있어서,

   상기 열연강판의 표면스케일 조성이 FeO가 되도록 상기 강판을 570℃이상의 온도로 냉각하는 단계; 상기 냉각된 열연강판 표면스케일중 70%이상이 적어도 100초동안에 환원될 수 있도록 600~730℃온도 15%이상의 수소분위기를 갖는 환원열처리로에서 열처리하는 단계; 및 상기 열처리된 강판을 비산화분위기에서 상온으로 냉각시킨후, 하기 관계식 1에 의해 정의되는 냉간압하율 이상으로 냉간압연하는 것을 특징으로 하는 산세공정 생략형 냉연강판 제조방법.

   [관계식 1]

   냉간압하율(%)= (-0.6184×스케일환원율) + 129.29
2. 제 1항에 있어서, 상기 열연강판을 100~400초동안 환원열처리시킴을 특징으로 하는 산세공정 생략형 냉연강판 제조방법.

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