KR101232259B1 - 경량 강으로 이루어진 핫 스트립의 제조 방법 - Google Patents

경량 강으로 이루어진 핫 스트립의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 냉간 디프 드로잉에 특히 적합하고, 주 원소로서 Fe, Mn, Si 및 Al을 포함하는 변형 가능한 경량 강으로부터, 높은 인장 강도 및 TRIP 및/또는 TWIP 성질을 가진 핫 스트립(18)을 제조하는 방법에 관한 것이다. 멜트는 수평형 연속식 스트립 주조 설비(1)에서 6∼20mm 범위의 예비 스트립이 성형되도록 보호 가스 하에서 최종 치수에 근접하게 주조되고, 상기 예비 스트립의 온도는 완전히 응고된 후 열간 압연 공정이 시작되기 전에 조절된다. 본 발명에 따르면, 예비 스트립은 보호 가스 하에서 상기 온도의 유지, 냉각 또는 가열을 선택적으로 실행하면서 균질화하는 장치(10)를 통과하고, 계속해서 하나 이상의 패스(pass)를 가지고 총 변형도가 50% 이상인 열간 압연 공정으로 처리되고, 냉각된 후 핫 스트립으로서 릴에 권취된다. 상기 열간 압연 공정은 주조 속도와 압연 속도의 비에 따라 상기 열간 압연 공정은 인라인으로 또는 분리된 상태로 수행된다.
Figure R1020077013959
핫 스트립, 경량 강, 냉간 디프 드로잉, 예비 스트립, 연속식 스트립 주조 설비

Description

경량 강으로 이루어진 핫 스트립의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING HOT STRIPS CONSISTING OF LIGHTWEIGHT STEEL}
본 발명은 청구의 범위 제1항의 전제부에 기재된 바와 같이, 냉간 디프 드로잉(cold deep drawing)에 특히 적합하고, 주 원소로서 Fe, Mn, Si 및 Al을 포함하는 변형 가능한(deformable) 경량 강(lightweight steel)으로부터, 높은 인장 강도 및 TRIP 및/또는 TWIP 성질을 가진 핫 스트립을 제조하는 방법에 관한 것이다.
상기 전제부에 제시된 바와 같이, 냉간 디프 드로잉에 특히 적합한 변형 가능한 경량 강으로부터 핫 스트립을 제조하는 방법은 알려져 있다(steel research 74(2003), No. 11/12, pp 724-731).
망간 함량이 높은 그러한 강의 제조는 미세 그레인을 가진 등축성 마이크로구조(isometric microstructure)를 보장해야 하는 문제로 인해 실현되지 못했다.
DE 197 58 108 C1은 열간 압연된 박판 제품을 연속 제조하기 위한 방법 및 제조 설비를 개시한다. 보다 구체적으로 나타내지 않은 강으로부터의 멜트(melt)가 수평형 연속적인 스트립 설비에서 5∼18mm 범위의 최종 치수에 근접하게 주조되고, 보호 가스 분위기에서 제어된 방식으로 냉각된 다음, 단일 스탠드(single-stand) 러핑 트레인(roughing train)에 도달한다.
예비 압연된 핫 스트립은 러핑 트레인의 하류에 있는 장치에서 제어되는 방식으로 선택적으로 냉각되거나, 가열되거나, 소정 온도로 유지되고, 핫 스트립의 에지는 재가열된다.
단일 스탠드 러핑 트레인 다음으로, 멀티스탠드 마감처리 트레인(finishing train), 상기 핫 스트립을 냉각하는 장치를 구비한 전달 롤러 테이블(delivery roller table) 및 핫 스트립을 감아올리는 상류 및 하류의 코일링 기계가 이어진다.
러핑 트레인의 하류에, 상기 멀티스탠드 마감처리 트레인의 상류의 압연 온도는 오스테나이트 또는 페라이트 범위에서 선택적으로 조절되거나 또는 핫 스트립의 제어 가능한 냉각, 가열 또는 온도 유지를 위한 장치에 의해 오스테나이트로부터 페라이트로의 전이 중에 맞추어질 수 있다.
본 발명의 목적은 냉간 디프 드로잉에 특히 적합하고 미세 그레인을 가진, 바람직하게는 등축성 마이크로 구조의 신뢰성 있는 실현을 가능하게 하는 핫 스트립을, 변형 가능한 경량 강으로부터 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
전제부로부터 시작해서, 상기 본 발명의 목적은 제1항의 특징과의 조합으로 달성된다. 바람직한 개선 사항은 하부 청구항의 대상이다.
본 발명에 따르면, 연속적 스트립 캐스팅에 의해 제조된 예비 스트립(pre-strip)은 선택적 온도 유지, 냉각 또는 가열과 협동으로 균질화되도록 보호 가스 하에서 장치를 통과한다. 계속해서, 예비 스트립은 적어도 1 패스 및 적어도 50%의 총 변형도(deformation degree)를 가진 열간 압연 공정으로 처리된다. 최종 패스 후, 핫 스트립은 냉각되고 릴에 감긴다. 열간 압연 공정은 압연 속도에 대한 주조 속도의 비에 따라 인라인 또는 분리 방식으로 수행된다. 총 변형도는 70%보다 큰 것이 바람직하다.
균질화 구역(homogenization zone)의 통과는, 온도 레벨이 유지되거나, 각각 냉각 및 가열에 의해 낮추어지거나 올려지는 것에 관계없이, 표면을 가로질러 온도 균형을 이루고 응력 이완이 이루어지도록 의도된다.
압연 속도에 대한 주조 속도의 비는 인라인 또는 분리된 열간 압연 공정의 선택에 있어서 중요하다. 상기 두 속도가 거의 동일한 경우에는 인라인 압연이 가능하다. 그러나, 주조 속도가 압연 속도보다 현저히 느리거나 빠른 경우에, 주조 및 열간 압연 공정은 서로 분리되어야 한다.
상기 속도는 정상적으로는 제1 스탠드의 압연 속도에 의해 결정되고, 특별한 온도 창에서 변형을 수립할 수 있도록 충분히 높아야 한다. 압연 속도가 지나치게 낮으면, 변형 온도는 감소되고, 필요한 압연력이 과도하게 상승된다. 연속식 스트립 주조 기계의 길이를 변경함으로써 가능한 주조 속도를 제1 스탠드에서의 각 압연 속도에 맞추도록 시도할 수는 있지만, 이것은 일체의 변동 가능성을 배제하게 된다.
다시 말하면, 강이 하나의 등급에 한정되어 있을 때, 제1 스탠드에서 주조 속도와 압연 속도가 동일한 조건을 충족시키도록 설비를 구성할 수 있지만, 분리된 설비 설계가 선행되도록 강의 등급의 변동 폭이 넓어지도록 상기 설비를 이용할 가능성이 더 크다.
속도 조건의 문제와 별도로, 재결정화 거동(recrystallization behavior)도 중요하다. 양 한계 경우는 변형 후(정적(static)) 재결정화와 반대로 변형 도중(동적(dynamic)) 완전한 재결정화를 수반한다. 실제의 조건은 혼성 형태를 내포하며, 그 결과 어느 한 시점 또는 다른 시점의 동적 또는 정지형 거동은 조건에 따라 우세하다.
제안된 분리는 주조 속도가, 후속되는 열간 압연 공정의 사이클과 무관하게, 최적 응고 조건에 관한 합금 조성에 대해 독립적으로 선택될 수 있다는 이점을 갖는다. 그러나 이와는 대조적으로, 전술한 인라인 열간 압연은 생산성 증가라는 이점을 가지며, 그 결과 전반적 또는 부분적으로 압연 조작에 의해 최종 두께를 실현할 수 있다.
인라인 열간 압연에서, 마이크로 구조는 충분히 재결정화되지 않았으므로, 재료 성질의 최종 조절은 후속되는 어닐링 공정 및/또는 어닐링 공정과 냉간 압연 공정의 조합에 의해 실현되는 것이 바람직하다.
분리된 조작이 내포되어 있을 때, 예비 스트립은 응고가 완결되고 균질화 구역을 통해 통과된 후 가장 간단한 경우에 직접 릴에 감긴다. 이것은 예비 스트립의 주조 구조가 릴에 감기고 풀릴 수 있도록 구성되어 있다는 것을 가정한다. 정상적으로, 예비 스트립은 상기 스트립이 용이하게 감길 수 있도록 적어도 스트립 외부 영역의 부분적 결정화가 충분히 이루어지는 제1 패스로 처리된다.
실제의 열간 압연 공정은 한정된 온도에서 Steckel 조작에서 수행되고, 마감처리된 핫 스트립은 냉각되고, 미리 설정된 변형 정도에 도달한 후 릴에 감긴다.
설비의 레이아웃에 따라서는, 언코일링(uncoiling) 이전의 코일을 미리 설정된 온도로 조절하는 것이 필요할 수 있다. 대안으로서, 열간 압연 공정은 스트립 두께가 적어도 3회 감소되는 상태로 마감처리 라인(finishing line)에서 이루어질 수 있다.
또한 이 과정에서, 예비 스트립을 제1 패스로 처리하는 것이 유리하다고 생각된다. 합금 조성 및 원하는 마이크로 구조 형태에 따라, 제1 패스와 마감처리 라인 사이에 중간 가열을 제공하는 것이 필요할 수 있다.
이렇게 제조된 모든 핫 스트립은 냉간 디프 드로잉될 수 있고, 선택적으로 개재되는 어닐링 공정에 의한 목표로 하는 냉간 성형 공정(예; 압연, 스트레칭, 디프 드로잉)이 강도, 연성(ductility) 및 구조적 등축성(structural isometry)에 관한 상이한 성질을 폭 넓게 조절할 수 있게 한다.
마지막 열간 성형 공정 후에 재결정화 어닐링 또는 냉간 성형 중 오직 하나 또는 둘 모두의 조합을 수행해야 하는지 여부에 관한 결정은 항상 열간 성형 후 얻어지는 재결정화 정도 및 구조적 등축성을 포함하는 소망의 기술적 성질에 의존한다.
본 발명에 따른 방법은 바람직하게 하기 함량을 가진 경량 강으로부터 핫 스트립을 제조하는 데 적합하다: C = 0.04∼1.0%, Mn = 9∼30%, Si = 0.0∼6.0%, Al = 0.05＜12%.
유용한 값은 2.0∼4.0%의 Si 함량 및 2.0∼3.0%의 Al 함량에서 실현된다. Mn 함량은 TRIP 성질과 TWIP 성질 중 어느 것이 우세한가에 따라 상측 범위(22∼30%) 및 하측 범위(9∼18%)로 조절될 수 있다. TRIP 성질과 TWIP 성질간의 균형있는 비율을 위해서는 평균 Mn 범위(18∼22%)가 바람직하다.
본 발명의 추가적인 특징, 이점 및 상세사항은 도면에 도시된 여러 가지 실시예에 대한 이하의 설명으로부터 명백하다.
도 1은 주조 속도와 압연 속도가 동일한 조건에 대한 본 발명에 따른 공정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 주조 속도와 압연 속도가 동일하지 않은 조건에 대한, 변형 Steckel 조작을 구비한 본 발명에 따른 공정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 변형 마감처리 라인을 구비한 것 이외에는 도 2와 마찬가지인 도면이다.
도 1은 주조 속도가 실질적으로 압연 속도와 동일한 조건에 대한 본 발명에 따른 공정을 개략적으로 나타낸다. 열간 압연 공정의 상류는 회전 컨베어 벨트(2) 및 2개의 편향 풀리(3, 3')로 이루어진 수평형 연속식 스트립 주조 설비(1)를 구비한 주조 공정이다. 공급되는 멜트(5)가 컨베어 벨트(2)의 좌우로 유출되는 것을 방지하기 위한 측면 밀봉부(seal)(4)을 추가로 볼 수 있다. 멜트(5)는 레이들(ladle)(6)에 의해 수평형 연속식 스트립 주조 설비(1) 위로 수송되어 저면 개구부(7)를 통해 턴디시(tundish)(8) 내로 유입된다. 이 턴디시(8)는 오버플로우 탱 크로서 설치되어 있다.
컨베어 벨트(2)의 상부 스트랜드(strand)의 밑부분을 집중 냉각하기 위한 설비 및 각각의 보호성 가스 분위기를 이용한 연속식 스트립 주조 설비(1)의 완전한 덮개(envelope)는 도시되어 있지 않다.
멜트(5)가 회전하는 컨베어 벨트(2) 상에 적층된 후, 집중적인 냉각에 의해 컨베어 벨트(2)의 단부에서 실질적으로 응고되는 예비 스트립(9)의 응고 및 성형이 이루어진다.
연속식 스트립 주조 설비(1)에 이어서 온도 보상 및 응력 이완을 위한 균질화 구역(10)이 설치되어 있다. 균질화 구역은 단열된 하우징(11) 및 도면에는 구체적으로 도시되지 않은 롤러 테이블을 포함한다. 이 장치는 예비 스트립(9)의 온도를 유지하거나 더욱 냉각시키거나, 그렇지 않으면 예비 스트립(9)을 약간 가열하기 위해 선택적으로 사용될 수 있다.
후속되는 제1 스탠드(12)는 약간의 초기 패스를 구비한 순수한 드라이버 유닛 또는 미리 설정된 초기 패스를 구비한 압연 유닛으로 구성되어 있다.
합금 조성 및 원하는 마이크로 구조 형성에 따라, 예비 스트립이 마감처리 라인 내로 직접 공급되거나, 또는 중간 가열이 필요하다. 유리하게는, 이 과정은 예를 들어 코일(13) 형태의 유도 가열(inductive heating)에 의해 실현된다. 실제의 열간 성형은 스트립 두께를 실제로 감소시키는 3개의 제1 스탠드(15, 15', 15")를 구비하되 마지막 스탠드(16)는 스무딩 롤(smoothing roll)로 구성되어 있는, 뒤따르는 마감처리 라인(14)에서 수행된다.
최종 패스에 이어서 냉각 구역(17)이 제공되는데, 여기서는 마감처리된 핫 스트립이 권취 온도까지 냉각된다.
냉각 구역(17)의 단부와 릴(19, 19') 사이에는 전단기(shear)(20)가 설치되어 있다. 전단기(20)는 2개의 릴(19, 19') 중 어느 하나가 완전히 권취되는 즉시 핫 스트립(18)을 가로질러 절단하는 과제를 담당한다. 뒤따르는 핫 스트립(18)의 선두 부분은 다음으로 제2의 비어있는 릴(19, 19')로 도입된다. 이로써 스트립 전장에 걸쳐 스트립에 대한 인장이 유지되는 것이 보장된다. 이것은 얇은 핫 스트립을 제조할 때 특히 중요하다.
도 2는 주조 속도와 압연 속도가 동일하지 않은 조건에 대한 공정을 나타낸다. 이것은 주조 속도가 압연 속도보다 현저히 빠르거나 느린 것을 의미한다.
도 1에 도시된 공정과 동일한 방식으로, 멜트(5)가 연속적 스트립 주조 설비(1) 상에 적층되고 예비 스트립(9)을 성형하도록 응고가 이루어지므로, 반복 설명은 생략한다.
도 1을 참조하여 이미 설명한 바와 같이, 균질화 구역(10)에 이어지는 제1 스탠드(12)는 단순히 드라이버 유닛으로 구성되거나, 또는 스트립 두께의 감소가 미리 설정되어 있는 압연 스탠드로서 구성될 수 있다. 예비 스트립(9)의 드라이빙으로 기능을 단순히 축소시키는 것은, 주조 구조에 의해 예시 스트립(9)의 권취가 허용될 경우에만 가능하다. 정상적으로, 특정한 초기 패스는 항상 필요하다.
권취된 코일(21)을 릴(19)로부터 제거할 수 있으려면, 전단기(20)를 예비 스트립(9)의 횡단 분리를 위해 제1 스탠드(12)의 하류에 설치한다. 사이클 시퀀스에 따라, 제2 릴(도면에는 나타나지 않음)을 제공하는 것이 필요할 수 있다.
실제의 열간 성형은 별도의 설비에서 주조 공정으로부터 분리되어 수행된다.
본 실시예에서, "Steckel mill"이라고도 지칭되는 가역 스탠드(reversing stand)(22)가 사용되는데, 이것은 좌에서 우로, 우에서 좌로 교대로 압연하고 다시 권취한다. 이른바 열 유지 박스에서 압연하는 동안 온도를 설정하는 옵션은 도시되지 않았다. 또한, 주조 설비와 가역 스탠드(22) 사이에 권취된 코일(21)을 풀기 전에 소정의 온도로 조절하기 위한 가열로를 제공하는 옵션은 도시되지 않았다.
최종 열간 성형 패스 후, 가역 스탠드(22)의 오른쪽 전달측은 반전되어, 마감처리된 핫 스트립(18)이 냉각 구역(17)을 통과하고, 핫 스트립(18)은 다시 마감처리된 코일(23)로 권취된다.
도 2와는 반대로, 도 3은 실제의 열간 성형이 마감처리 라인(24)에서 실행되는 것을 나타낸다. 그 결과 권취된 코일(21)은 마감처리 라인(23)으로 이송되고, 스트립 선두 부분은 마감처리 라인(24)의 제1 스탠드(15) 내로 삽입되어 들어간다.
본 실시예에서, 마감처리 라인(24)은 3개의 압연 스탠드(15, 15', 15") 및 스무딩 롤 스탠드(16)를 포함한다. 스무딩 롤 스탠드를 통과한 후, 마감처리된 핫 스트립(18)은 냉각 구역을 통과하고, 소정의 권취 온도에서 마감처리된 코일(23)로 권취된다.
참조 부호의 목록
No. 명칭
1 연속식 스트립 주조 설비
2 컨베어 벨트
3, 3' 편향 풀리
4 측면 밀봉부
5 멜트
6 레이들
7 개구부
8 턴디시
9 예비 스트립
10 균질화 구역
11 하우징
12 제1 스탠드
13 유도 코일
14 마감처리 라인
15, 15', 15" 압연 스탠드
16 스무딩 스탠드
17 냉각 구역
18 마감처리된 핫 스트립
19, 19' 릴
20 전단기
21, 21', 21" 코일
22 가역 스탠드
23 마감처리된 코일
24 마감처리 그룹

Claims (23)

  1. 냉간 디프 드로잉(cold deep drawing)에 적합하고, Fe, Mn, Si 및 Al을 포함하는 변형 가능한(deformable) 경량 강(lightweight steel)으로부터, 높은 인장 강도 및 TRIP 또는 TWIP 성질을 가진 핫 스트립(hot strip)을 제조하는 방법으로서,
    멜트(melt)는 연속식 스트립 주조 설비에서 6∼20mm 범위의 예비 스트립(pre-strip)이 성형되도록 보호 가스 하에서 주조되고, 상기 예비 스트립의 온도는 완전히 응고된 후 열간 압연 공정이 시작되기 전에 조절되고,
    상기 예비 스트립은 보호 가스 하에서 상기 온도의 유지, 냉각 또는 가열을 선택적으로 실행하면서 균질화하는 장치를 통과하고, 계속해서 하나 이상의 패스(pass)를 가지고 총 변형도(deformation degree)가 50% 이상인 열간 압연 공정으로 처리되고, 냉각된 후 핫 스트립으로서 릴에 권취되고, 주조 속도와 압연 속도의 비에 따라 상기 열간 압연 공정은 인라인(in-line)으로 또는 분리된 상태로 수행되는 것을 특징으로 하는
    핫 스트립의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 총 변형도가 70%보다 큰 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 균질화 구역(homogenization zone)을 통과한 직후 상기 예비 스트립에 대해 제1 패스가 적용되는 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    주조 속도가 압연 속도와 동일하다는 가정 하에 상기 열간 압연 공정은 인라인으로 실행되는 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 패스 후에 중간 가열이 수행되고, 계속해서 상기 핫 스트립이 냉각되고 릴에 권취되기 전에 상기 열간 압연 공정에서 스트립 두께를 적어도 1회 감소시키는 단계를 수행되는 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열간 압연 공정에서 스트립 두께가 적어도 3회 감소되는 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 주조 속도가 상기 압연 속도보다 느리거나 빠르다는 가정 하에, 상기 예비 스트립은 상기 제1 패스 후에 릴에 권취되고, 상기 열간 압연 공정은 릴이 풀린 후에 별도로 수행되는 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열간 압연 공정은 설정된 온도에서 Steckel 조작으로 수행되고, 상기 핫 스트립은 냉각되어, 미리 설정된 변형도에 도달한 후에 릴에 권취되는 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 열간 압연 공정용 코일은 릴에서 풀리기 전에 미리 설정된 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 열간 압연 공정은 마감처리 라인에서 수행되고, 상기 핫 스트립은 냉각되고 최종 스탠드를 통과한 후 릴에 권취되는 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 핫 스트립은 최종 열간 성형(hot forming) 후 오로지 재결정화 어닐링(recrystallization annealing) 처리되는 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    코일로 권취된 핫 스트립은 릴에서 풀리고, 적어도 1회 패스에 의해 냉간 성형(cold forming) 처리되는 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 냉간 성형 공정은, 선택적으로 개입되는 중간 어닐링과 함께 여러 번의 패스를 포함하는 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 핫 스트립은 코일 또는 인라인에서 냉간 성형 이전에 재결정화 어닐링 처리되는 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 강(steel)은 0.04∼1.0 중량% 범위의 탄소를 함유하는 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 강은 9.0∼30.0 중량% 범위의 망간을 함유하는 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 강은 0.0∼6.0 중량% 범위의 실리콘을 함유하는 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 강은 0.05∼12 중량% 범위의 알루미늄을 함유하는 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 Si 함량이 2.0∼4.0 중량%인 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 Al 함량이 2.0∼3.0 중량%인 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 Mn 함량이 9∼18 중량%인 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 Mn 함량이 18∼22 중량%인 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
  23. 제16항에 있어서,
    상기 Mn 함량이 22∼30 중량%인 것을 특징으로 하는 핫 스트립의 제조 방법.
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