KR100988914B1 - 스테인리스강의 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블랭크, 파이프, 튜브, (스트립, 시트, 와이어 또는 로드와 같은) 스트립이나 와이어형 재료의 형태를 갖는 스테인리스강을 압연한 후에 열처리 노에서 약 900℃ 이상의 온도로 열처리하는 방법을 제공한다. 본 발명은 예열 스테이지(1)와 최종 가열 스테이지(2)를 구비하며, 상기 예열 스테이지에 있어서, 버너(4)로부터의 화염(5)은 재료(6)의 표면에 충돌하도록 재료(6)의 표면을 향해 지향되며, 예열 스테이지(1)에 위치된 버너(4)는 기체 산소를 함유하는 산화 가스의 도움으로 연소되도록 되어 있는 액체 또는 기체 연료에 의해 구동되며, 상기 재료(6)는 재료(6)의 표면에서 적어도 소정의 산화율을 얻기에 충분히 긴 시간 동안 예열 스테이지(1)에 유지되며, 상기 재료(6)는, 액체 또는 기체 연료와 산화 가스에 의해 구동되고 노 내부에 위치되는 버너에 의해 후속의 최종 가열 스테이지(2)에서 추가 가열되는 것을 특징으로 한다.

Description

스테인리스강의 열처리 방법{METHOD OF HEAT TREATMENT OF STAINLESS STEEL}

본 발명은 스테인리스강의 열처리 방법에 관한 것이다.

유럽 특허 출원 제0 804 622호는 종래의 기술과 관련하여 매우 유리한 스테인리스강의 열처리 방법을 교시하고 있다.

이러한 초기의 출원은, 파이프, 튜브, (스트립, 시트, 와이어 또는 로드와 같은) 스트립 재료나 와이어 재료의 형태를 갖는 스테인리스강을 압연한 후에 노 또는 오븐에서 약 900℃ 이상의 온도로 열처리하는 것에 관한 것이다. 이러한 출원의 발명에 따르면, 노에 마련된 버너는, 적어도 85 용적%의 산소와 최대 10 용적%의 질소를 함유하는 가스의 도움으로 연소하도록 되어 있는 액체 또는 기체 연료에 의해 구동된다.

이러한 공지의 발명은 연소 공정 중에 본질적으로 물과 이산화탄소를 함유하는 연소 가스를 발생시킨다. 상기 연소 가스로부터 상기 재료로 복사되는 열의 양은, 산화제로서 공기를 사용하는 연소 공정의 산물인 연소 가스로부터 복사되는 열보다 훨씬 크다. 복사에 의한 열전달은 그러한 열처리 공정에 있어서 주요한 열전달이다.

이와 같이 열전달이 크면, 노 내의 재료를 가열하는 데 걸리는 시간이 현저 하게 단축되고, 이와 함께 상기 재료가 소정의 노 내부로 공급되는 비율을 크게 증가시킬 수 있다.

또한, 공기를 기초로 하는 통상의 연소 가스에 의해 재료를 노에서 가열할 때 형성되는 스케일(scale)의 조직과 상이한 조직을 갖는다는 사실로 인하여, 가열 시에 상기 재료 표면에 형성된 산화물 스케일은 보다 얇고, 보다 용이하게 처리될 수 있는 것으로 판명되었다. 산화물 스케일의 두께가 얇기 때문에, 산세척 시간, 즉 후속하는 산 및/또는 전해질 욕에서 재료가 체류하는 시간을 단축시킬 수 있다.

그에 따라, 상기 특허 출원에 따른 방법에 있어서는, 노에서 비교적 고휘도로 남겨지는 얇은 산화물 스케일이 형성된다.

이러한 방법의 한 가지 단점은, 재료의 어느 정도 휘도가 높은 면이 산소-가스를 기초로 하는 노 분위기에서 복사 성분에 의해 달성되었을 큰 열전달을 방해한다는 것이다. 이러한 종래의 특허의 발명에 따른 방법을 실행할 때에, 전달된 열의 양은 30-150 kW/㎡ 정도이다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하고 복사에 의한 열전달을 개선시킨다.

따라서, 본 발명은 압연 후에 블랭크, 파이프, 튜브, (스트립, 시트, 와이어 또는 로드와 같은) 스트립이나 와이어형 재료의 형태를 갖는 스테인리스강을 압연한 후에 열처리 노에서 약 900℃ 이상의 온도로 열처리하는 방법을 제공하며, 본 발명은 예열 스테이지와 최종 가열 스테이지를 구비하고, 상기 예열 스테이지에 있어서, 버너로부터의 화염은 재료에 충돌하도록 재료의 표면을 향해 지향되며, 예열 스테이지 내의 버너는 기체 산소를 함유하는 산화 가스의 도움으로 연소되도록 되어 있는 액체 또는 기체 연료에 의해 구동되며, 상기 재료가 예열 스테이지에서 체류하는 시간은 재료의 표면에서 적어도 소정 산화율을 얻기에 충분히 길고, 상기 재료는, 액체 또는 기체 연료와 산화 가스에 의해 구동되고 노 내부에 위치되는 버너에 의해 후속의 최종 가열 스테이지에서 추가 가열되는 것을 특징으로 한다.

이제, 첨부 도면에 도시된 예시적인 실시예를 부분적으로 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 공정 라인의 일부를 개략적으로 도시하는 도면이고,

도 2는 다이어그램이다.

본 발명은, 블랭크, 파이프, 튜브, (스트립, 시트, 와이어 또는 로드와 같은) 스트립이나 와이어형 재료의 형태를 갖는 스테인리스강을 압연한 후에 열처리 노에서 약 900℃ 이상의 온도로 열처리하는 방법에 관한 것이다. 이 경우에, 블랭크의 두께는 400 ㎜에 이를 수 있다.

본 발명의 열처리 방법은 상호 순차적인 노(furnace)로 있는 예열 스테이지 및 최종 가열 스테이지를 구비한다. 예열 스테이지에서, 버너의 화염은 재료의 표면을 향해 지향되어, 화염이 상기 표면에 충돌한다.

예열 스테이지에 존재하는 버너는, 산소 가스를 함유하는 연소 가스의 도움으로 연소되는 액체 또는 기체 연료에 의해 구동된다. 그 결과, 매우 높은 열전달 율, 즉 500-1500 kW/㎡ 정도의 열전달율이 얻어진다.

예열 스테이지에서 재료가 머무르는 시간은 재료의 표면을 적어도 특정 수준으로 산화시킬 정도로 충분히 길다. 그 후, 재료는, 액체 또는 기체 연료와 산화 가스에 의해 구동되고 노 내부에 위치되는 버너에 의해 후속의 최종 가열 스테이지에서 추가 가열된다.

상기 재료의 표면은 그 표면에 국부적으로 발생하는 매우 높은 온도로 인하여 산화되고, 이에 의해 화염 중의 반응물이 반응하여, 화염 중의 자유 산소와 산소 라디칼이 강 표면의 철 및 크롬을 산화시키는 것과 동시에 열을 발생시켜 산화물층을 형성한다. 그 결과, 그와 같이 형성된 산화물층의 표면 방출 계수(surface emission factor)는 비산화 표면 또는 비교적 휘도가 높거나 밝은 면의 표면 방출 계수에 비교하여 크게 된다. 방출 계수가 높을수록, 노 분위기와 상기 재료 사이에 열 발생이 많아진다.

이는, 표면상에 산화물층을 얻도록 재료를 예열할 때, 복사에 의한 열 발생이 보다 많아지는 것에 기인하여 재료가 최종 가열 스테이지에서 보다 빠르게 가열될 수 있다는 것을 의미하는 것으로, 이는 비산화 재료 또는 비교적 고휘도 재료를 노 내로 공급하는 전술한 종래의 특허 공보와 관련한 경우와 차별되는 것이다.

본 발명의 보다 바람직한 실시예에 따르면, 예열 스테이지에 사용된 산화 가스는 적어도 85 용적%의 산소를 함유하도록 되어 있다. 이는 산화를 촉진하는 동시에, 주로 이산화탄소 및 물로 이루어지는 연소 가스를 발생시킨다. 이 연소 가스는 전술한 특허 공보에 개시된 바와 같이 많은 복사량을 제공한다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 최종 가열 스테이지에 사용된 산화 가스는 적어도 85 용적%의 산소를 함유하도록 되어 있다.

이는, 상기 산화물층에 의해 제공되는 보다 많은 복사량에 기인하여, 최종 가열 스테이지에서 재료가 전술한 특허 서류가 교시하고 있는 공정의 경우에 비하여 빠르게 가열된다는 것을 의미한다.

따라서, 본 발명은 가열 시간을 더욱 단축시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 방법을 실행하기 위한 장치를 개략적으로 도시하고 있다. 도 1은 예열 스테이지(1)와 최종 가열 스테이지(2)를 구비한다. 참조 부호 3은 냉각 스테이지, 산세척 스테이지 등과 같은 하나 이상의 후속 스테이지를 지시한다. 예열 스테이지는 버너(4)를 구비한다. 도 1에는 도시하지 않았지만, 최종 가열 스테이지도 물론 버너를 구비한다. 예열 스테이지(1)와 최종 가열 스테이지(2)는 대체로 제품이 양 스테이지를 통과하도록 관리된다. 제품은 도 1에서 금속 시트(6)로 예시되어 있다. 그러나, 본 발명은, 상기 예열 스테이지 및 상기 최종 가열 스테이지에 제품을 배치하거나 이들 스테이지로부터 제품을 빼낼 때에도 적용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 버너의 화염(5)은 예열 스테이지에서 재료(6)의 표면을 향해 지향되어, 도 1에 예시된 바와 같이 본 발명에 따라 재료의 표면에 충돌한다.

바람직한 일 실시예에 따르면, 화염은 도 1에 도시된 바와 같이 재료의 양면에 충돌하도록 2 방향성을 갖는다.

도 2는 원리적으로 상대 온도 곡선을 도시하는 그래프로서, 온도는 상이한 재료를 가열하는 작업을 실행하는 시간에 대하여 표시되어 있다. 이 온도 곡선은 어닐링 노 또는 오븐에서의 스테인리스강 스트립의 재료 온도에 관한 것이다.

파선으로 이루어진 곡선은 예열 스테이지가 없는 종래의 노에서의 재료의 온도를 나타내며, 여기서 버너는 공기를 산화 가스로서 사용하여 액체 또는 기체 연료를 연소시킨다.

점선으로 이루어진 곡선은 예열 스테이지가 없는 노에서의 재료의 온도를 나타내며, 여기서 버너는 85 용적%의 산소를 함유하는 산화 가스를 사용하여, 즉 전술한 특허에 따른 방법에 의해 액체 또는 기체 연료를 연소시킨다.

실선으로 이루어진 곡선은 예열 스테이지를 포함하는 노에서의 재료의 온도를 나타내며, 여기서 버너는 예열 스테이지 및 최종 가열 스테이지 모두에서 85 용적%의 산소를 함유하는 산화 가스를 사용하여 액체 또는 기체 연료를 연소시킨다. 시간 0으로부터 시간 T1까지, 예열 스테이지에서 온도 상승이 발생한다. 그 후, 최종 가열 스테이지에서 온도 상승이 발생한다. 따라서, 예열 스테이지는 최종 가열 스테이지보다 훨씬 짧다.

바람직한 일 실시예에 따르면, 재료는 예열 스테이지에서 150 - 1000℃의 온도로 가열된다.

최종 가열 스테이지에서, 재료는 1300℃의 온도로 가열될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 재료는 예열 스테이지에서 0.1 - 60초의 기간 동안 유지된다.

도 2로부터 명백한 바와 같이, 재료는 산화 가스로서 공기를 사용하는 종래 의 노에 비하여 대략 절반의 시간에 최종의 온도로 된다. 본 발명에 따른 방법을 적용할 때, 재료를 가열하는 데 걸리는 시간은 이전의 공지된 특허에 따른 방법을 적용할 때 걸리는 시간에 비하여 대략 50%만큼 단축된다.

따라서, 본 발명은 도입부에 언급한 문제에 대한 해결책을 제시한다.

이상, 여러 실시예를 참고로 하여 본 발명을 설명하였지만, 당업자는 노 구조, 버너 배열 및 예열 스테이지의 지속 시간을 해당 사용 용례에 적합하게 할 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다. 또한, 예열 스테이지와 최종 가열 스테이지를 하나의 유닛으로 합체할 수도 있다.

따라서, 본 발명은, 첨부된 청구범위의 사상 내에서 변형 및 수정이 있을 수 있으므로, 상기 실시예에 한정되는 것으로 고려되어서는 안된다.

Claims (7)

1. 블랭크, 파이프, 튜브, 스트립이나 와이어형 재료의 형태를 갖는 스테인리스강을 압연한 후에 열처리 노에서 900℃ 이상의 온도로 열처리하는 방법으로서,

   스테인리스강을 예열 스테이지에서 버너로부터의 화염에 의해 150 - 1000℃의 온도로 예열하는 단계로서, 화염은 재료의 표면에 충돌하도록 재료의 표면을 향해 지향되며, 예열 스테이지 내부에 위치된 버너는 스테인리스강의 양면에 충돌하도록 2 방향의 화염을 제공하고 버너에는 적어도 85 용적%의 기체 산소를 함유하는 산화 가스의 도움으로 연소되는 액체 또는 기체 연료가 공급되는 것인 예열 단계;

   예열 단계 중 스테인리스강을 0.1 - 60초의 제1 가열 시간 동안 유지하여 스테인리스강의 표면상에 소정 정도의 산화물층을 얻음으로써 표면 방출 계수를 증가시키고 후속의 최종 가열 스테이지에서 가열되는 중 노 분위기와 스테인리스강 사이에 높은 열 발생을 제공하는 것인 유지 단계; 및

   스테인리스강을 후속의 최종 가열 스테이지에서 노 내부에 위치되고 액체 또는 기체 연료와 산화 가스가 공급되는 버너에 의해 제2 가열 시간 동안 가열하는 최종 가열 단계

   를 포함하는 것인 스테인리스강의 열처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 최종 가열 단계에서 산화 가스는 적어도 85 용적%의 산소를 함유하는 것인 스테인리스강의 열처리 방법.
3. 제1항에 있어서, 최종 가열 단계에서 스테인리스강을 1300℃의 온도까지 이르게 하는 단계를 포함하는 것인 스테인리스강의 열처리 방법.
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