KR101184507B1 - 사무부품용 고탄소 냉연강판 제조방법 - Google Patents

사무부품용 고탄소 냉연강판 제조방법 Download PDF

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Abstract

사무부품용 고탄소 냉연강판 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속산세압연공정과 상자소둔 열처리 공정을 거쳐 비커스 경도(Vickers Hardness) 180~220 Hv를 만족하는 사무부품용 고탄소 냉연강판 제조방법에 관하여 개시한다.
위한 본 발명은 C: 0.42~0.48 중량%, Si: 0.15~0.35 중량%, Mn: 0.6~0.9 중량%, P: 0.03 중량%이하, S: 0.03 중량%이하 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 구성되며, 추출온도 1213±5 ℃, 마무리압연온도(FDT) 882±5 ℃, 권취온도(CT) 634±5 ℃의 조건으로 열연강판 코일을 제조하는 열연재 제조단계; 상기 열연강판 코일과 탄소함량 1300~1700ppm의 45kg?f급 저탄소강판 코일을 용접하는 코일용접단계; 용접된 상기 열연강판 코일을 연속압연설비를 이용하여 냉간압연하는 연속압연단계; 및 상기 연속압연단계를 거친 코일을 상자소둔로(Batch Annealing Furnace)에서 가열단계, 가열유지단계, 냉각단계를 거쳐 열처리하되, 상기 가열유지단계는 가열유지온도 655℃ ~ 665℃ 범위에서 가열유지시간 10±1 시간 유지시키는 상자소둔열처리단계;를 포함하여, 제조되는 강판의 비커스 경도(Vikers Hardness) 180~220 Hv 를 만족하도록 하는 것을 특징으로 하는 사무부품용 고탄소 냉연강판 제조방법을 제공한다.

Description

사무부품용 고탄소 냉연강판 제조방법{High carbon cold rolled steel sheet manufacturing method for office appliance}
본 발명은 사무부품용 고탄소 냉연강판 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속산세압연공정과 상자소둔 열처리 공정을 거쳐 비커스 경도(Vickers Hardness) 180~220 Hv를 만족하는 사무부품용 고탄소 냉연강판 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
일반 사무용 부품의 하나인 문서 절단기의 절단용 칼날 등의 제조에는 고탄소강판이 사용된다. 그런데, 이러한 고탄소강은 그 수요량이 많지 않아 종래에는 연속산세압연설비를 사용하지 못하고, 왕복밀(reverse mill)을 사용하여 냉간압연 공정을 수행하고 있었다.
왕복밀을 사용하는 냉간압연 공정은 공정이 번거롭고 공정시간이 많이 소요되어 생산성과 작업 효율성이 떨어지는 문제점을 가지고 있었다.
또한, 본 발명은 사무용 문서 절단기에서 요구하는 비커스 경도 값을 만족시킬 수 있는 상자소둔 열처리 공정 조건을 도출하기 위한 것이다. 비커스 경도 (Vicker Hardness)은 다이아몬드 사각뿔을 가지 피라미드형 압입자를 사용하여, 시험편을 눌러 시험편에 생긴 피라마드 모양의 오목 부분의 대각선을 측정하여 표로서 경도를 구한다. 피라미드 꼭지각은 136°, 사용 하중은 120kg이다.
본 발명의 목적은 문서절단 부품용 칼날이 요구하는 기계적 특성인 비커스 경도 180~220 Hv를 만족할 수 있는 고탄소 냉연강판의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 고탄소 냉연강판을 연속압연설비를 이용하여 제조할 수 있는 고탄소 냉연강판의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 비커스 경도 180~220 Hv를 만족하는 고탄소 냉연강판의 제조방법을 제공함에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 C: 0.42~0.48 중량%, Si: 0.15~0.35 중량%, Mn: 0.6~0.9 중량%, P: 0.03 중량%이하, S: 0.03 중량%이하 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 구성되며, 추출온도 1213±5 ℃, 마무리압연온도(FDT) 882±5 ℃, 권취온도(CT) 634±5 ℃의 조건으로 열연강판 코일을 제조하는 열연제조단계; 상기 열연강판 코일과 탄소함량 1300~1700ppm의 45kg?f급 저탄소강판 코일을 용접하는 코일용접단계; 용접된 상기 열연강판 코일을 연속압연설비를 이용하여 냉간압연하는 연속압연단계; 및 상기 연속압연단계를 거친 코일을 상자소둔로(Batch Annealing Furnace)에서 가열단계, 가열유지단계, 냉각단계를 거쳐 열처리하되, 상기 가열유지단계는 가열유지온도 655℃ ~ 665℃ 범위에서 가열유지시간 10±1 시간 유지시키는 상자소둔열처리단계;를 포함하여, 제조되는 강판의 비커스 경도(Vikers Hardness) 180~220 Hv 를 만족하도록 하는 것을 특징으로 하는 사무부품용 고탄소 냉연강판 제조방법을 제공한다.
상기 코일용접단계는, 상기 열연강판 코일과 상기 저탄소강판 코일의 단면을 맞대어 놓고 통전 기능을 갖는 고정대 클램프 전극과 이송대 클램프 전극에 각각 고정시키는 클램프 고정 단계; 상기 이송대 클램프 전극과 상기 고정대 클램프 전극에 제1전압을 인가하고 상기 이송대 클램프 전극을 상기 고정대 클램프 전극 측으로 제1이송속도로 이동시켜 상기 열연강판 코일 과 상기 저탄소강판 코일의 단면이 접촉하도록 함으로써 아크를 발생시키는 아크 발생 단계; 상기 이송대 클램프 전극을 상기 제1이송속도로 지속적으로 이동시켜 접합부에서 접촉, 용융, 비산이 연속적으로 발생하도록 하여 접합 온도까지 가열하는 접합 온도 가열 단계; 및 상기 이송대 클램프 전극을 상기 제1이송속도보다 빠른 제2이송속도로 상기 고정대 클램프 전극 측으로 이송시키며 이송방향으로 압력을 가함과 동시에 전류를 차단하는 용접 마무리 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 용접 마무리 단계 이후에, 상기 이송대 클램프 전극과 상기 고정대 클램프 전극에 120,000~130,000A 전류를 4~6 초 동안 인가하는 열처리 단계를 더 포함하면 더욱 바람직하다.
상기 가열단계는 10±1 시간에 걸쳐 이루어지며, 가열시작 후 3시간 경과시점의 온도가 300±10℃ 이고, 가열시작 후 7시간 경과시점의 온도가 630±10℃ 인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 냉각단계는 30±3 시간에 걸쳐 이루어지며, 냉각시작 후 10시간 경과시점의 온도가 640±10 ℃ 이고, 냉각시작 후 14시간 경과시점의 온도가 590±10 ℃ 이고, 냉각시작 후 18시간 경과시점의 온도가 480±10 ℃ 이고, 냉각시작 후 23시간 경과시점의 온도가 310±10 ℃ 이고, 냉각시작 후 50시간 경과시점의 온도가 50±10 ℃ 인 것이 바람직하다.
본 발명은 수량이 많지 않아 연속산세압연 설비를 사용하지 않고, 왕복밀을 사용하여 냉간압연 공정을 수행하고 있었던 고탄소강판을 연속산세압연설비를 이용할 수 있도록 저탄소강판과 상호 용접하는 방법을 제공함으로써, 고탄소강판을 그 수량이 많은 일반 저탄소강판과 함께 용접을 행한 후 연속산세압연설비를 이용하여 상온에서 요구하는 두께의 강판을 압연 할 수 있도록 해주는 효과를 가져온다.
또한, 본 발명은 비커스 경도 180~220 Hv를 만족하여 산업용 문서절단기의 칼날로 사용될 수 있는 고탄소 냉연강판의 제조방법을 제공하는 효과를 가져온다.
따라서, 본 발명은 고탄소강을 이용한 제품 생산에서 작업성을 향상시키며 공정시간을 약 50% 이상 단축시키는 효과를 가져온다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 사무부품용 고탄소 냉연강판 제조방법을 나타낸 공정순서도,
도 2는 연속산세압연설비의 구성을 나타낸 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 사무부품용 고탄소 냉연강판 제조방법의 코일용접단계의 세부 공정순서를 나타낸 공정순서도,
도 4는 코일용접단계 중 클램프 고정 단계를 나타낸 구성도,
도 5는 코일용접단계 중 아크 발생 단계를 나타낸 구성도,
도 6은 용접부로부터의 거리와 각 부분의 경도를 측정한 값을 나타낸 그래프,
도 7은 가열유지온도 580℃에서의 상자소둔 열처리 공정조건을 나타낸 그래프,
도 8은 가열유지온도 600℃에서의 상자소둔 열처리 공정조건을 나타낸 그래프,
도 9는 가열유지온도 620℃에서의 상자소둔 열처리 공정조건을 나타낸 그래프,
도 10은 가열유지온도 640℃에서의 상자소둔 열처리 공정조건을 나타낸 그래프,
도 11은 가열유지온도 660℃에서의 상자소둔 열처리 공정조건을 나타낸 그래프,
도 12는 가열유지온도 680℃에서의 상자소둔 열처리 공정조건을 나타낸 그래프,
도 13은 각각의 상자소둔 열처리 공정조건을 거친 미세조직의 SEM 사진을 나타낸 것임.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 사무부품용 고탄소 냉연강판 제조방법의 실시예를 설명한다.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 사무부품용 고탄소 냉연강판 제조방법을 나타낸 공정순서도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 다른 사무부품용 고탄소 냉연강판 제조방법은
C: 0.42~0.48 중량% 를 포함하는 고탄소 열연강판 코일을 제조하는 열연재제조단계(S-11)와, 상기 열연강판 코일과 탄소함량 1300~1700ppm의 45kg?f급 저탄소강판 코일을 용접하는 코일용접단계(S-12)와, 용접된 상기 열연강판 코일을 연속압연설비를 이용하여 냉간압연하는 연속압연단계(S-13)와, 상기 연속압연단계를 거친 코일을 상자소둔로(Batch Annealing Furnace)에서 가열단계, 가열유지단계, 냉각단계를 거쳐 열처리하되, 상기 가열유지단계는 가열유지온도 655℃ ~ 665℃ 범위에서 가열유지시간 10±1 시간 유지시키는 상자소둔 열처리단계(S-14)를 포함한다.
이러한 공정단계들을 거쳐 제조된 냉연강판은 비커스 경도(Vikers Hardness) 180~220 Hv 를 만족하여 사무부품인 문서절단기용 칼날에 적합한 물성을 가지게 된다.
이하 각각의 공정에 관하여 상세하게 살펴본다.
열연재 제조단계(S-11)에서 제조되는 열연강판코일의 조성을 살펴보면 C: 0.42~0.48 중량%,Si: 0.15~0.35 중량%, Mn: 0.6~0.9 중량%, P: 0.03 중량% 이하, S: 0.03 중량% 이하 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진다.
C(탄소)는 탄화물 형성원소로, 침입형으로 존재하면 강도를 높이고, 충격인성, 내식성 및 성형성을 저하시킨다.
Si(규소)는 페라이트 형성원소로 그 함량이 증가될수록 페라이트상의 안정성이 높아지고 내산화성이 향상되나, 0.48 중량%보다 많이 첨가되면 경도, 항복강도, 인장강도를 높이고 연신율을 저하시키기 때문에 성형성에 불리하므로, 0.48% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.
Mn(망간)은 다량 첨가되면 MnS를 용출하여 내공식성을 저하시키기 때문에, 그 함량은 0.6~0.9 중량% 로 설정하는 것이 바람직하다.
P(인) 및 S(황)는 MnS등 개재물을 형성하여 내식성 및 열간가공성을 저해하므로 가능한 낮게 관리하는 것이 좋다. 따라서, P은 0.03 중량% 이하, S은 0.03 중량% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.
상기의 조성을 가지는 고탄소 열연강판코일은 추출온도 1213 ± 5℃, 마무리압연온도(FDT) 882 ± 5℃ , 권취온도(CT) 634 ± 5℃ 의 조건에서 제조되는 것이 바람직하다.
상기의 조건에서 제조된 열연재는 항복강도 510~520 MPa, 인장강도 790~800 MPa, 연신율 20~22%, 경도(HRB) 96~98 의 기계적 특성을 나타내었다.
다음으로 코일용접단계(S-12)에 관하여 살펴본다.
코일용접단계는 열연강판코일을 연속산세압연설비를 이용하여 연속압연할 수 있도록 수행하는 것이다. 연속산세압연설비는 코일을 연속적으로 공급받아 산세와 냉간압연공정을 수행하는 것인데, 사무부품용 고탄소 냉연강판의 경우 그 수요가 아직 많지 않아 단일 소재만으로 연속산세압연설비를 이용할 수 없었다.
본 발명은 이종의 소재와 고탄소 강판을 용접하여 연속산세압연설비를 이용할 수 있는 제조방법을 제공한다.
먼저, 연속산세압연 설비의 구조에 관하여 살펴본다.
도 2는 연속산세압연설비의 구성을 나타낸 개략도이다.
연속산세압연 설비의 구조를 강판 코일의 흐름을 기준으로 살펴본다.
연속산세압연설비는 페이오프릴(pay off reel)(110), 용접기(welder)(120), 엔트리루퍼(entry looper)(130), 텐션레벨러(tension leveler)(140), 피클링린싱탱크(pickling rinsing tank)(150), 사이드트리머(side trimmer)(160), 엑시트루퍼(exit looper)(170), 텐덤콜드밀(Tendem cold mill)(180) 및 텐션릴(tension reel)(190)을 포함한다.
페이오프릴(pay off reel)(110)은 초입에 설치되는 설비로서, 권취된 상태의 코일을 풀어주는 역할을 수행한다.
용접기(welder)(120)는 연속적인 작업을 위해 선행 코일과 후행 코일을 용접하여 연결하는 역할을 수행한다.
텐션레벨러(tension leveler)(140)는 스트립에 텐션을 부여하여 스케일에 물리적 힘을 가함으로써 산세시에 디스케일링성을 향상시키는 설비로서 형상 교정기능을 수행한다.
피클링린싱탱크(pickling rinsing tank)(150)는 염산을 이용하여 스트립 표면의 스케일을 제거하고 세정하는 기능을 수행한다.
사이드트리머(side trimmer)(160)는 수요자의 요구에 맞게 스트립의 폭을 조절하는 부분으로, 에지부를 절단하는 기능을 수행한다.
엑시트루퍼(exit looper)(170)는 권취과정에서 문제가 발생할 경우 스트립을 단시간 저장하여 연속다른 부분들의 연속작업에 지장을 주지 않고 연속작업이 가능하도록 해주는 기능을 수행한다.
텐덤콜드밀(Tendem cold mill)(180)은 다단의 롤을 구비하여 연속적으로 상온에서 압연을 가능하게 하고 스트립의 두께를 스탠드(Stand)별로 통과시 요구하는 두께에 적합한 압하율(Reduction rate)로 조절이 되면서 압연이 진행되는 설비이다.
텐션릴(tension reel)(190)은 스트립을 일정한 텐션으로 권취하여 연속산세압연 작업이 완료된 스트립을 다시 코일로 권취하는 기능을 수행한다.
살펴본 바와 같이, 연속산세압연설비는 코일을 풀어서 연속으로 이동시키면서 각각의 공정이 수행되는 것으로, 코일이 연속적으로 공급되어야 공정이 진행된다. 탄소함량이 낮은 일반냉연강판의 경우 수요가 많아 연속적으로 동종의 코일을 용접하면서 공급하면 되므로, 연속산세압연설비를 사용하여 가공할 수 있으나, 사무부품용 고탄소 강판의 경우 그렇지 못하여, 종래에는 주로 왕복밀을 사용하여 냉간압연을 수행하고 있었다.
한편, 코일을 상호간에 용접하는 방법으로 전기저항용접이 사용된다.
전기저항용접은 저항발열을 이용하여 용접부를 가열하며 압력을 가해 피용접물을 상호간에 연결하는 가압용접이다.
두 금속판을 맞대거나 겹쳐 놓고 압력을 가한 후 강한 전류를 흘려보내면, 두 금속판의 접촉 부분은 온도가 급격히 상승하여 반 용융상태로 되고, 이 때 기계적 압력을 가하여 용융된 부분을 밀착시키는 방법으로 이루어진다.
접촉부분에서 발생되는 열량 Q는 다음과 같은 수식에 의하여 구해질 수 있다.
Q = Pt
= I2Rt[Joule]
= 0.24I2Rt[cal]
전기저항용접은 겹치기 용접과 맞대기 용접으로 구분할 수 있는데, 본 발명의 경우 코일의 단부를 서로 연결하는 것으로 맞대기 용접 방법을 사용한다.
전기저항용접의 장점으로는, 용접봉이나 용제가 불필요하고, 용접부의 변형 및 잔류 응력이 작으며, 작업 속도가 빨라 대량 생산에 적합하고, 용접 파라미터 등이 자동적으로 조절되어 숙련공이 아니어도 일정한 품질을 유지할 수 있다는 것이다.
다만, 사용되는 전류가 크기 때문에 전원 용량이 커야 하는 단점과, 시설 투자비가 비싸며, 용접재료 변경 등 기동성이 나쁜 단점을 가진다.
도 3은 본 발명에 따른 사무부품용 고탄소 냉연강판 제조방법의 코일용접단계의 세부 공정순서를 나타낸 공정순서도이다.
코일용접단계(S-12)는, 열연강판 코일과 탄소함량 1300~1700ppm의 45kg?f급 저탄소강판 코일의 단면을 맞대어 놓고 통전 기능을 갖는 고정대 클램프 전극과 이송대 클램프 전극에 각각 고정시키는 클램프 고정 단계(S-12a)와,
상기 이송대 클램프 전극을 상기 고정대 클램프 전극 측으로 제1이송속도로 이동시켜 상기 열연강판 코일과 상기 저탄소강판 코일의 단면을 접촉하도록 함으로써 아크를 발생시키는 아크 발생 단계(S-12b)와,
상기 이송대 클램프 전극과 상기 고정대 클램프 전극에 제1전압을 인가하며, 상기 이송대 전극을 제1이송속도로 지속적으로 이동시켜 접합부에서 접촉, 용융, 비산이 연속적으로 발생하도록 하여 접합 온도까지 가열하는 접합 온도 가열 단계(S-12c)와,
상기 이송대 클램프 전극을 제1이송속도보다 빠른 제2이송속도로 상기 고정대 클램프 전극측으로 이송시키며 이송방향으로 압력을 가함과 동시에 전류를 차단하는 용접 마무리 단계(S-12d)와
상기 이송대 클램프 전극과 상기 고정대 클램프 전극에 120,000~130,000A 전류를 4~6 초 동안 인가하는 열처리 단계(S-12e)를 포함한다.
열처리 전류가 120,000A 미만이면 열처리 온도에 달하지 못하며, 130,000A를 초과하면 과열로 인한 열화의 문제가 발생한다. 또한, 통전시간이 4초 미만이면 열처리 효과가 미미하고, 6초를 초과하면 과열의 우려가 있다.
상기 아크 발생 단계(S-12b)의 제1전압은 5~12V 범위인 것이 바람직하다. 제1전압이 5V 충분히 가열되지 않고, 12V를 초과하면 가열영역이 너무 커지는 문제점이 발생한다.
상기 접합 온도 가열 단계(S-12c)의 상기 제1이송속도는 0.04~0.06m/sec 범위인 것이 바람직하고, 상기 용접 마무리 단계(S-12d)의 상기 제2이송속도는 0.005~0.015m/sec 범위인 것이 바람직하다.
제1이송속도가 상기 범위를 벗어나면 가열된 영역에 알맞은 이동이 행해지지 않으며, 제2이송속도가 상기 범위를 벗어나면 용접단면에 산화물이 형성되는 문제점이 발생한다.
그리고, 상기 용접 마무리 단계(S-12d)에서 가하는 압력은 116~120bar 범위인 것이 바람직하다. 용접 마무리 단계(S-12d)에서 가해지는 압력이 116bar 미만이면 원활한 접합이 이루어지지 않으며, 압력이 120bar를 초과하면 용접부에 변형이 발생할 우려가 있다.
도 4는 코일용접단계 중 클램프 고정 단계를 나타낸 구성도이고, 도 5는 코일용접단계 중 아크 발생 단계를 나타낸 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 클램프 고정 단계(S-12a)에서는 고정대 클램프 전극(30)과 이송대 클램프 전극(32)에 열연강판 코일(40)의 단부와 탄소함량 1300~1700ppm의 45kg?f급 저탄소강강판 코일(42)의 단부를 각각 고정한다.
도시된 실시예의 경우 고정대 클램프 전극(30)에 열연강판 코일(40)을 고정하고, 이송대 클램프 전극(32)에 저탄소강판 코일(42)을 고정하였으나, 반대로 고정대 클램프 전극(30)에 저탄소강판 코일(42)을 고정하고, 이송대 클램프 전극(32)에 열연강판 코일(40)을 고정할 수도 있다.
고정대 클램프 전극(30)과 이송대 클램프 전극(32)은 코일의 단부를 고정하는 클램프로서의 역할과, 고정된 코일로 전원을 공급하는 전극으로서의 역할을 동시에 수행하는 것으로, 고정대 클램프 전극(30)은 위치가 고정되어 있으며, 이송대 클램프 전극(32)의 코일의 길이방향을 따라 이동가능하게 설치된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 아크 발생 단계(S-12b)에서는 이송대 클램프 전극(32)을 제1이송속도로 이동시켜 상기 열연강판 코일과 상기 저탄소강판 코일의 단면을 접촉하도록 함으로써 접합부(50)에 아크를 발생시키게 된다.
여기서 제1이송속도는 0.04~0.06m/sec 범위인 것이 바람직하다.
제1이송속도가 상기 범위를 초과하거나 상기 범위 미만이면 가열된 영역에 알맞는 이동이 이루어지지 않는다.
상술한 용접방법을 통하여 고탄소 열연강판 코일과 일반 저탄소강판 코일을 용접하고 시편을 제조하여 각 시편의 인장강도와 경도를 측정하였다.
열처리 단계를 수행하지 않고, 용접 마무리 단계 까지 수행한 경우에는 용접부 인장강도가 673MPa 로 측정되었고, 열처리 단계 까지 수행한 경우에는 용접부 인장강도가 775MPa 로 측정되었다.
그리고, 두 가지 경우 모두에 있어서 용접부 터짐 현상을 발생하지 않았다.
도 6은 용접부로부터의 거리와 각 부분의 경도를 측정한 값을 나타낸 그래프로, 그래프의 중앙부분이 용접부이고 용접부의 좌측이 고탄소 열연강판 코일, 우측이 저탄소강판 코일이다.
도시된 바와 같이, 고탄소 열연강판 코일 부근의 경도는 비커스 경도 260Hv 이상으로 측정 되었으며, 고탄소 열연강판 코일의 열영향부(Heat Affect Zone)의 경도는 220Hv 이상으로 측정되었다.
저탄소강판 코일 부근의 경도는 비커스 경도 220Hv 이상으로 측정되었으며, 저탄소강 코일의 열영향부의 경도는 155Hv 이상으로 측정되었다.
또한, 열처리를 수행한 경우에는 비커스 경도값이 낮아지는 것을 알 수 있는데, 이는 열처리에 의하여 연성이 회복되기 때문이다.
따라서, 상기와 같은 용접방법을 이용하여 고탄소 열연강판 코일과 일반 저탄소강판 코일을 용접한 용접부는 연속산세압연설비의 공정과정에서 파손되지 않을 것이므로, 고탄소 열연강판 코일을 연속산세압연설비를 통해 요구하는 두께로 상온에서 압연 가공할 수 있다.
다음으로 상자소둔로 열처리 공정에 관하여 간략하게 설명한다.
상자소둔로공정은 간단히 말하면 ① 강판적재 → ② 분위기 균질화(pursing) → ③ 가열(heating) → ④ 가열유지(soaking) →⑤ 냉각(cooling) → ⑥ 취출의 순서로 이루어지는 과정이다. 이러한 과정에서 진행되는 강재 조직의 재질 측면의 특성은 1 단계인 회복(recovery), 2단계인 재결정(recrystallization), 3단계인 결정립성장(grain growth)으로 구성된다.
소둔 공정 중 문서절단용 칼날에 적합한 냉연 강판의 기계적 특성인 비커스 경도 180~220 Hv를 만족시킬 수 있는 균열과정의 온도와 시간의 최적화 조건에 대한 소둔 사이클에 관하여 살펴본다.
상자소둔로 열처리 공정의 각각의 과정에 대하여 상세히 설명하면, 먼저 강판을 로(furnace) 내부의 처리용량과 강종별, 두께별 그리고 소둔 사이클에 맞추어 적재하고 로외곽부를 차폐(shielding)한 후, 질소(N2) 분위기가스를 로(furnace) 처리공간(inner-cover)에 인입시켜 퍼징(pursing)을 행한다.
분위기가스의 퍼징은 처리공간 내의 산화성 분위기를 제거하여 소둔 처리 후의 강판의 산화물 형성방지와 탈탄방지 효과를 위해 행해지는 전처리 공정으로서, 퍼징을 거치면 소둔 후의 강판표면이 미려해지고 깨끗한 특성을 얻을 수 있다.
퍼징 후 적재된 내부 소재의 열처리 및 환원성 분위기를 형성하기 위하여 수소(H2)를 인입시키고 적정 가열속도로 목표로 하는 유지온도까지 가열한 다음 가열유지온도와 가열유지시간을 각각 설정하여 유지시킨다.
이후 적정시간의 노냉(furnace cooling)을 거친 후 가열장치(heating hood)를 분리해내고 냉각팬이 부착된 냉각장치 및 냉각수가 부착된 냉각장치를 냉각온도에 따라 각각 장착한 후 가동시켜 요구 온도까지 냉각시키며 마지막으로 소재를 분리함으로써 소둔 열처리 공정이 종료된다.
상술한 상자소둔로 열처리 공정을 통하여 생산되는 냉연강판은 가열유지온도와 가열유지시간에 따라 요구되는 재질특성이 상이하게 나타나는데, 본 발명에서는 문서 절단기 칼날에 사용되는 냉연강판의 용도에 적합한 소둔 유지시간과 온도 조건에 주안점을 두면서 비커스 경도범위 180~220 Hv를 만족시킬 수 있는 유지온도범위, 유지시간범위 등의 상자소둔로 열처리 공정조건의 최적 조건을 찾기 위하여 다음과 같이 시험하였다.
< 실시예 >
1. 열연재 제조단계
C: 0.45 중량%, Si: 0.25 중량%, Mn: 0.7 중량%, P: 0.03 중량%, S: 0.03 중량% 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 열연재를 추출온도 1213℃ , 마무리압연온도(FDT) 882℃, 권취온도(CT) 634℃의 조건에서 제조하여 사용하였다. 상기의 조건에서 제조된 열연재는 항복강도 516 MPa, 인장강도 797 MPa, 연신율 21%, 경도(HRB) 97 의 기계적 특성을 나타내었다.
2. 코일용접단계
도 3에서 설명한 방법으로 고탄소 열연강판 코일과 저탄소 열연강판 코일을 용접하였다.
3. 연속압연단계
열간압연 소재를 염산으로 산세하여 열연강판 표면의 산화층을 제거한 후 상온에서 냉간압연하여 실험 소재로 사용 하였다.
4. 상자소둔 열처리 단계
상자소둔로 열처리 시뮬레이션 테스트(BAF Simulation Test)는 Electric Furnace인 BAF Simulator(Max. 가열온도: 1000℃)를 이용하여 분위기 가스는 100% 수소(H2)를 사용하였다.
도 7 내지 도 12은 각각의 상자소둔 열처리 공정의 온도 및 시간 조건을 나타낸 것이다.
도 7은 유지온도 580℃, 도 8은 유지온도 600℃, 도 9는 유지온도 620℃, 도 10은 유지온도 640℃, 도 11은 유지온도 660℃, 도 12는 유지온도 680℃의 조건이다.
공히, 가열시간 10시간, 유지시간 10시간, 냉각시간 30시간으로 총 50시간 싸이클이며, 오차범위는 ±10% 로 가열시간과 유지시간의 오차범위는 ±1 시간이며, 냉각시간의 경우 오차범위는 ±3 시간, 전체 공정의 경우 ±5 시간이다.
step 1~3 까지는 가열단계가 이루어지고, step 4는 유지단계, step 5~9는 냉각단계이다.
각 step의 온도는 그 setp의 마지막 온도를 의미하며, step 1은 가열 시작 후 3시간, setp 2는 가열 시작 후 7시간, step 3는 가열 시작 후 10시간 경과 시점의 온도이다.
step 5는 냉각 시작후 10시간, step 6는 냉각 시작후 14시간, step 7는 냉각 시작후 18시간, step 8는 냉각 시작후 23시간, step 9는 냉각 시작후 30시간 경과 시점의 온도이다.
이하, 가열유지 온도에 따른 각각의 상자소둔 열처리 공정 조건에 관해서 살펴본다.
도 7은 가열유지온도 580℃에서의 상자소둔 열처리 공정조건을 나타낸 그래프이다.
가열유지 온도가 580℃인 경우 step1의 온도는 300℃, step2의 온도는 550℃, step3의 온도는 580℃, step4의 온도는 580℃, step5의 온도는 560℃, step6의 온도는 520℃, step7의 온도는 400℃, step8의 온도는 310℃, step9의 온도는 50℃이다.
도 8은 가열유지온도 600℃에서의 상자소둔 열처리 공정조건을 나타낸 그래프이다.
가열유지 온도가 600℃인 경우 step1의 온도는 300℃, step2의 온도는 570℃, step3의 온도는 600℃, step4의 온도는 600℃, step5의 온도는 580℃, step6의 온도는 540℃, step7의 온도는 420℃, step8의 온도는 310℃, step9의 온도는 50℃이다.
도 9는 가열유지온도 620℃에서의 상자소둔 열처리 공정조건을 나타낸 그래프이다.
가열유지 온도가 620℃인 경우 step1의 온도는 300℃, step2의 온도는 590℃, step3의 온도는 620℃, step4의 온도는 620℃, step5의 온도는 600℃, step6의 온도는 560℃, step7의 온도는 440℃, step8의 온도는 310℃, step9의 온도는 50℃이다.
도 10은 가열유지온도 640℃에서의 상자소둔 열처리 공정조건을 나타낸 그래프이다.
가열유지 온도가 640℃인 경우 step1의 온도는 300℃, step2의 온도는 610℃, step3의 온도는 640℃, step4의 온도는 640℃, step5의 온도는 620℃, step6의 온도는 580℃, step7의 온도는 460℃, step8의 온도는 310℃, step9의 온도는 50℃이다.
도 11은 가열유지온도 660℃에서의 상자소둔 열처리 공정조건을 나타낸 그래프이다.
가열유지 온도가 660℃인 경우 step1의 온도는 300℃, step2의 온도는 630℃, step3의 온도는 660℃, step4의 온도는 660℃, step5의 온도는 640℃, step6의 온도는 590℃, step7의 온도는 480℃, step8의 온도는 310℃, step9의 온도는 50℃이다.
도 12는 가열유지온도 680℃에서의 상자소둔 열처리 공정조건을 나타낸 그래프이다.
가열유지 온도가 680℃인 경우 step1의 온도는 300℃, step2의 온도는 650℃, step3의 온도는 680℃, step4의 온도는 680℃, step5의 온도는 660℃, step6의 온도는 610℃, step7의 온도는 500℃, step8의 온도는 310℃, step9의 온도는 50℃이다.
5. 실험 결과
표 1은 도 7 내지 도 12의 열처리 공정을 거친 소재의 비커스 경도(Hv) 측정값을 나타낸 것이고,
도 13은 도 7 내지 도 12의 열처리 공정을 거친 소재의 미세조직 결과(SEM)를 나타낸 것이다.
Figure 112010009885948-pat00001
표 1에서 알 수 있듯이, 유지온도가 580℃ 인 경우 비커스 경도의 평균값이 262.6 이어서 경도가 지나치게 높다. 유지온도가 증가함에 따라 비커스 경도가 값이 점차 낮아져, 유지온도가 660℃ 인 경우 비커스 경도의 평균값이 206.8 Hv로 측정되어 요구조건인 180~220의 범위를 만족하게 되며, 유지온도가 680℃ 인 경우 비커스 경도가 156.9 로 범위를 벗어나는 낮은 결과를 나타내었다.
도 13을 살펴보면, 유지온도가 증가할수록 펄라이트(pearlite) 조직의 입자가 커지는 것을 알 수 있으며, 유지온도가 660℃ 의 경우 펄라이트 조직의 입자의 크기가 적절하며, 구상화된 탄화물이 분포하는 것을 알 수 있다.
펄라이트 조직의 입자 크기가 크기가 커질수록 비커스 경도값이 감소하는 것을 알 수 있다. 또한 펄라이트 조직의 입자 크기는 가열유지 온도 조건에 따라 변경되는 것으로
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
110 : 페이오프릴(pay off reel)
120 : 용접기(welder)
130 : 엔트리루퍼(entry looper)
140 : 텐션레벨러(tension leveler)
150 : 피클링린싱탱크(pickling rinsing tank)
160 : 사이드트리머(side trimmer)
170 : 엑시트루퍼(exit looper)
180 : 텐덤콜드밀(Tendem cold mill)
190 : 텐션릴(tension reel)

Claims (11)

  1. C: 0.42~0.48 중량%, Si: 0.15~0.35 중량%, Mn: 0.6~0.9 중량%, P: 0.03 중량%이하, S: 0.03 중량%이하 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 구성되며, 추출온도 1213±5 ℃, 마무리압연온도(FDT) 882±5 ℃, 권취온도(CT) 634±5 ℃의 조건으로 열연강판 코일을 제조하는 열연재 제조단계;
    상기 열연강판 코일과 탄소함량 1300~1700ppm의 45kg?f급 저탄소강판 코일을 용접하는 코일용접단계;
    용접된 상기 열연강판 코일을 연속압연설비를 이용하여 냉간압연하는 연속압연단계; 및
    상기 연속압연단계를 거친 코일을 상자소둔로(Batch Annealing Furnace)에서 가열단계, 가열유지단계, 냉각단계를 거쳐 열처리하되, 상기 가열유지단계는 가열유지온도 655℃ ~ 665℃ 범위에서 가열유지시간 10±1 시간 유지시키는 상자소둔열처리단계;를 포함하며,
    상기 코일용접단계는,
    상기 열연강판 코일과 상기 저탄소강판 코일의 단면을 맞대어 놓고 통전 기능을 갖는 고정대 클램프 전극과 이송대 클램프 전극에 각각 고정시키는 클램프 고정 단계와,
    상기 이송대 클램프 전극과 상기 고정대 클램프 전극에 5~12V 범위의 제1전압을 인가하고 상기 이송대 클램프 전극을 상기 고정대 클램프 전극 측으로 0.04~0.06m/sec 범위의 제1이송속도로 이동시켜 상기 열연강판 코일 과 상기 저탄소강판 코일의 단면이 접촉하도록 함으로써 아크를 발생시키는 아크 발생 단계와,
    상기 이송대 클램프 전극을 상기 제1이송속도로 지속적으로 이동시켜 접합부에서 접촉, 용융, 비산이 연속적으로 발생하도록 하여 접합 온도까지 가열하는 접합 온도 가열 단계와,
    상기 이송대 클램프 전극을 0.005~0.015m/sec 범위의 제2이송속도로 상기 고정대 클램프 전극 측으로 이송시키며 이송방향으로 116~118bar 범위의 압력을 가함과 동시에 전류를 차단하는 용접 마무리 단계를 포함하여,
    제조되는 강판의 비커스 경도(Vikers Hardness) 180~220 Hv 를 만족하도록 하는 것을 특징으로 하는 사무부품용 고탄소 냉연강판 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 마무리 단계 이후에,
    상기 이송대 클램프 전극과 상기 고정대 클램프 전극에 120,000~130,000A 전류를 4~6 초 동안 인가하는 열처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사무부품용 고탄소 냉연강판 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 상자소둔열처리 단계를 거친 냉연강판의 미세조직은 최종 페라이트 조직과 펄라이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 사무부품용 고탄소 냉연강판 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 미세조직은 구상화된 탄화물이 분포하는 것을 특징으로 하는 사무부품용 고탄소 냉연강판 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열단계는 10±1 시간에 걸쳐 이루어지며,
    가열시작 후 3시간 경과시점의 온도가 300±10℃ 이고,
    가열시작 후 7시간 경과시점의 온도가 630±10℃ 인 것을 특징으로 하는 사무부품용 고탄소 냉연강판 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각단계는 30±3 시간에 걸쳐 이루어지며,
    냉각시작 후 10시간 경과시점의 온도가 640±10 ℃ 이고,
    냉각시작 후 14시간 경과시점의 온도가 590±10 ℃ 이고,
    냉각시작 후 18시간 경과시점의 온도가 480±10 ℃ 이고,
    냉각시작 후 23시간 경과시점의 온도가 310±10 ℃ 이고,
    냉각시작 후 50시간 경과시점의 온도가 50±10 ℃ 인 것을 특징으로 하는 사무부품용 고탄소 냉연강판 제조방법.
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