KR101267604B1 - 강판 제조방법 - Google Patents

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현대제철 주식회사
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Abstract

본 발명의 강판 제조방법은 가열로에서 소재를 재가열하는 단계; 및 압연 롤러에 공급되는 냉각수량을 연속적으로 증가시키거나 단계적으로 증가시켜 상기 소재를 압연하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면 강판의 표면품질을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

Description

강판 제조방법{Method for manufacturing steel sheet}
본 발명은 강판 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 표면품질을 획기적으로 향상시킬 수 있는 강판 제조방법에 관한 것이다.
자동차용 외판재, 가전제품용 판재 등의 경우 표면품질이 매우 중요한 제어인자가 되며, 스케일성 결함은 이러한 판재(강판)의 큰 문제점으로 지적되고 있다.
최근 자동차용 완성차 업체, 각종 전자제품을 취급하는 업체 등에서 소재의 표면품질에 대한 요구를 까다롭게 하고 있으며, 산세강판에 대해서도 냉연강판 수준의 표면품질을 요구하고 있다.
상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.
본 발명은 표면품질을 획기적으로 향상시킬 수 있는 강판 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 강판 제조방법은 가열로에서 소재를 재가열하는 단계; 및 압연 롤러에 공급되는 냉각수량을 연속적으로 증가시키거나 단계적으로 증가시켜 상기 소재를 압연하는 단계를 포함한다.
상기 소재를 압연하는 단계에서, 압연 피치가 150초 내지 190초일 수 있다.
또한, 상기 소재를 압연하는 단계에서, 압하율이 90% 이상일 수 있다.
또한, 상기 소재를 압연하는 단계에서, 상기 압연은 사상압연일 수 있다.
한편, 상기 사상압연을 위한 사상압연기는 복수 개의 스탠드가 존재하고, 각각의 스탠드에 설치된 냉각수 분사기에 의해 냉각수가 상기 압연 롤러에 분사되며, 각각의 냉각수 분사기는 하나 이상의 노즐을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 압연 롤러에 분사되는 냉각수량 내지 압연 피치의 조절을 통해 강판의 표면품질을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판 제조방법을 설명하기 위한 열연장치의 개략 구성도이다.
도 2는 소재의 표면결함 중 모래형 스케일을 나타낸 도면이다.
도 3은 압연 피치와 압하율을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 소재의 압연 진행에 따른 냉각수량 분포의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 소재의 압연 진행에 따른 냉각수량 분포의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압연 롤러 냉각방법을 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 제1압연롤러 부분의 상세 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 강판 제조방법의 일 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 일 실시예에 따른 강판 제조방법을 설명하기 위한 열연장치의 개략 구성도이고, 도 2는 소재의 표면결함 중 모래형 스케일을 나타낸 도면이며, 도 3은 압연 피치와 압하율을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 소재의 압연 진행에 따른 냉각수량 분포의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 5는 소재의 압연 진행에 따른 냉각수량 분포의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압연 롤러 냉각방법을 설명하기 위한 개략 단면도이며, 도 7은 도 6에 도시된 제1압연롤러 부분의 상세 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열연장치는 가열로(102), 사이징 프레스(104), 조압연기(106), 스케일제거장치(108), 사상압연기(110), 런아웃테이블(112) 및 권취기(114) 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서 슬라브(Slab), 바(Bar), 스트립(Strip) 등의 재료를 가리키는 용어로 소재(S)를 사용하도록 한다. 상기 소재(S)의 형태는 일정하지 않고 열간압연을 진행하는 동안에 그 두께, 길이 등이 변경될 수 있다. 가열로(102)에 장입되기 전의 소재(S)는 연주공장 또는 분괴공장 등에서 이송된 슬라브일 수 있으며, 조압연 후에는 바, 사상압연 후에는 스트립으로 불릴 수 있는 데, 이들을 통칭하는 용어로 '소재'를 사용하도록 한다.
가열로(102)는 소재(S)를 열간압연하기 위해 (재)가열하는 로(Reheating Furnace)로서, 가열로(102)에 사용되는 연료로는 중유, 천연가스, 코크스 가스 등이 사용될 수 있다. 가열로(102)에서의 가열온도는 소재(S)의 재질, 형태 등에 따라 달라질 수 있으나 1,000℃ ~ 1,300℃일 수 있다. 가열로(102)는 소재(S)의 진행방향을 따라 예열대, 가열대 및 균열대를 포함할 수 있으며, 예열대 이전에 장입대를 더 포함할 수 있다. 예열대에서는 낮은 온도로 소재(S)를 가열하고, 가열대에서는 가열온도를 높여 소재(S)를 목표온도에 도달시키며, 균열대에서는 소재(S)의 모든 부분에서 온도가 균일하게 분포되도록 할 수 있다. 물론, 가열대에서도 균열기능을 수행할 수 있다. 장입대 또는 예열대는 급속한 온도 상승에 의해 소재(S)에 파열, 균열, 크랙이 발생하는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
사이징 프레스(104, Slab Sizing Press)는 소재(S) 길이 방향의 폭 편차를 줄이고 최종 수요사의 요구에 맞춰 일정 폭으로 압연하는 폭압연기일 수 있다.
조압연기(106, Roughing Mill)는 사상압연에서 요구되는 적정 두께와 폭으로 압연할 수 있다. 조압연기(106)의 입측으로부터 출측으로의 소재(S)의 이동 또는 출측으로부터 입측으로의 소재(S)의 이동을 패스(Pass)라 하는데, 이러한 패스를 1회 이상 수행할 수 있으며, 각 패스 후 복열현상을 이용해 소재(S)의 온도구배를 저감시키기 위한 대기시간을 설정할 수 있다.
조압연기(106)의 입측 또는 출측에는 고압수로 소재(S) 표면의 스케일을 제거하는 디스케일러(120, Descaler)가 존재할 수 있다. 소재(S)를 조압연기(106)에서 패스시키고 난 후 디스케일러(120)에 의해 소재 표면의 스케일을 제거할 수 있다.
사상압연기(110, Finishing Mill)는 강판을 고객 또는 냉간압연 공정에서 요구하는 두께, 폭 등의 최종 형상으로 제조하는 기기이다. 사상압연기(110)의 입측에는 고압수로 소재(S) 표면의 스케일을 제거하는 스케일제거장치(108, FSB: Finishing Scale Breaker)가 존재할 수 있다. 사상압연기(112)를 통과한 소재(S)는 런아웃테이블(112)을 통과하는 동안 냉각부(도시하지 않음)에서 나온 라미나 플로우(Laminar flow) 냉각수에 의해 목표 온도로 수냉각되고, 권취기(114)에 의해 권취될 수 있다.
전술한 압연장치는 일 실시예에 불과하고 상기 압연장치를 구성하는 기기 중 일부는 생략될 수도 있고, 다른 추가적인 기기가 더 포함될 수도 있다. 예를 들어, 열간상태의 소재 표면에 생성된 스케일을 제거하기 위하여 가열로 내에 디스케일러가 존재할 수도 있고 사상압연기 내에 디스케일러가 존재할 수도 있다. 다른 예를 들어, 사이징 프레스에 의해 발생하는 폭 편차를 균일화하기 위한 에저(Edger Mill)를 더 포함할 수도 있다. 또 다른 예를 들어, 소재의 에지부의 온도 강하를 막는 용도로 에지히터를 설치할 수 있으며, 상기 에지히터는 조압연기 입측 전에 설치될 수 있다. 또한, 전술한 기기의 명칭은 편의상 붙여진 것이며 다른 명칭을 사용할 수도 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 장시간 열간압연 진행시 압연 롤러의 표면에 홈, 균열 등의 결함이 발생하고 상기 결함이 소재에 전사되어 소재에 표면결함이 발생한다. 일반적으로 사상압연기의 압연 롤러에서 문제가 되나 조압연기의 압연 롤러에서도 발생할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 것과 같이 소재(S) 표면에 모래형 스케일(D)이 발생할 수 있다. 특히, 소재(S)의 압하율((T-t)/T×100)이 큰 강판 제조 시, 압연 롤러(210)에 부하가 많이 걸려 압연 롤러(210)의 피로에 의한 결함이 발생하고 이 결함이 소재(S)에 전사되어 모래형 스케일(D)이 발생한다. 따라서, 본 발명은 90% 이상의 압하율로 소재(S)를 압연하는 경우에 유효할 수 있다.
압연 롤러 피치(이하, '압연 피치'라 함)는 압연되는 소재와 소재 사이의 시간 간격을 의미한다. 구체적 예를 들면, 압연이 진행되는 소재(S1)와 그 다음에 압연이 진행될 소재(S2) 사이의 시간 간격(P)이 압연 피치가 된다.
아래 표 1은 압연 피치와 소재의 표면결함의 발생율을 측정한 결과이다. 아래 표 1에서는 두께 225mm 또는 255mm의 소재(슬라브)를 25mm ~ 30mm로 1차 압연(조압연)한 후, 2mm, 1.6mm 또는 1.4mm로 2차 압연(사상압연)한 경우의 불량율을 계측한 것이며, 불량율은 소재 표면의 결함에 관한 불량만을 계측한 것이다. 구체적으로, 각각의 압연 피치에 대해 장기간에 걸쳐 약 300개 ~ 1,000개의 샘플을 선정하여 표면결함검출기로 모래형 스케일 등을 측정한 결과이다. 상기 표면결함검출기는 광원에서 측정물인 소재 표면에 빛을 조사하고 씨씨디 카메라(CCD Camera)를 이용하여 영상을 획득한 후 영상 처리 과정을 거쳐 결함의 종류 및 크기 등의 정보를 표현하는 장치이다.
구분 압연 피치
120s 130s 140s 150s 160s 170s 180s 190s
불량율(%) 1.98 1.54 1.24 1.04 0.91 0.90 0.89 0.89
상기 표 1에 나타낸 것과 같이, 압연 피치가 150초 이상인 경우에 소재 표면의 표면결함이 적으며, 160초 이상인 경우에 소재 표면의 표면결함을 더 효과적으로 줄일 수 있다. 다만, 압연 피치가 190초를 초과하는 경우에는 생산성 측면에서 바람직하지 않으므로 190초 이하로 압연 피치를 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 표 1에 나타낸 측정예들은 90% 이상의 압하율(총 압하율은 99% 이상)로 소재를 압연하는 경우인 데, 이와 같이 압하율이 클 경우에 빈번히 발생하는 압연 롤러의 피로 및 그에 따른 압연 롤러의 결함을 감소시켜, 소재의 표면품질을 크게 개선시킬 수 있다.
본 발명의 강판 제조방법은 전술한 압연 피치의 조정과 함께 또는 압연 피치의 조정 대신 압연 롤러 냉각장치의 냉각수량을 제어하여 소재의 표면품질을 크게 개선할 수 있다. 본 발명에서 '압연 롤러 냉각장치'는 후술할 냉각수 분사기, 노즐 등을 포함하여 냉각수를 분사하기 위한 전체 장치를 나타내는 용어로 사용하도록 한다.
하나의 소재에 대한 압연이 진행될수록 압연 롤러 표면의 온도가 더 높게 증가하므로 소재의 압연이 진행됨에 따라 압연 롤러 냉각장치에서 분사되는 냉각수량을 증가시켜 압연 롤러 표면의 결함을 제거할 수 있고, 이로부터 압연 롤러 표면의 결함이 소재에 전사되어 생기는 모래형 스케일 등의 표면결함을 제거할 수 있다. 압연 롤러 냉각장치에서 분사되는 냉각수량은 소재의 압연이 진행됨에 따라 연속적으로 증가하거나 단계적으로 증가하도록 한다. 연속적으로 증가하는 경우, 선형으로 증가할 수도 있고, 비선형으로 증가할 수도 있으며 그 증가 형태에 제한이 있는 것은 아니다.
도 4를 참조하면, 소재의 압연이 진행될수록 압연 롤러 냉각장치에서 분사되는 냉각수량이 선형으로 증가하도록 할 수 있다. 즉, 자동화된 제어 시스템을 이용하여 압연이 진행될수록 압연 롤러 냉각장치에서 분사되는 냉각수량이 증가하도록 설정할 수 있다. 이때, 압연 롤러 냉각장치는 다수의 냉각수 분사기를 포함할 수 있으며, 압연이 진행될수록 상기 냉각수 분사기에서 분사되는 냉각수량이 증가하도록 구성되나 각각의 냉각수 분사기에서 분사되는 냉각수량은 서로 다를 수 있다.
도 5를 참조하면, 소재의 압연이 진행될수록 압연 롤러 냉각장치에서 분사되는 냉각수량이 단계적으로(계단형으로) 증가하도록 할 수 있다. 예를 들어, 소재를 압연하여 압연 롤러(210) 또는 압연기 출측으로 먼저 나오는 부분을 탑부, 중간 부분을 중간부, 그리고 압연기 출측으로 소재(S)가 마지막으로 나오는 부분을 테일부라고 할 때, 탑부를 압연할 때 분사되는 냉각수량을 W1, 중간부를 압연할 때 분사되는 냉각수량을 W2(W2>W1), 테일부를 압연할 때 분사되는 냉각수량을 W3(W3>W2)로 설정할 수 있다.
이 때, 중간부의 위치 및 크기에 제한이 있는 것은 아니다. 예를 들어, 압연된 소재 전체 길이의 40% 내지 60%로 중간부를 설정하면, 소재의 전단부 40%는 탑부가 되며, 소재의 후단부 40%는 테일부가 된다. 아울러, 중간부라 하여 반드시 소재(S) 전체 길이의 중간이 되는 지점을 포함해야 하는 것은 아니다.
다른 예를 들어, 중간부를 소재 전체 길이의 50%가 되는 일지점으로 설정할 수 있다. 이 경우, 사실상 중간부가 없는 경우이며, 소재(S)의 전단부(탑부) 50%를 압연할 때에는 압연 롤러에 W1의 냉각수량이 분사되며, 소재(S)의 후단부(테일부) 50%를 압연할 때에는 압연 롤러에 W3(W3>W1)의 냉각수량이 분사되게 된다. 또 다른 예를 들어, 중간부를 소재 전체 길이의 60%가 되는 일지점으로 설정할 수 있다. 이 경우 또한 사실상 중간부가 없는 경우이며, 소재의 전단부(탑부) 60%를 압연할 때에는 압연 롤러에 W1의 냉각수량이 분사되며, 소재의 후단부(테일부) 40%를 압연할 때에는 압연 롤러에 W3의 냉각수량이 분사되게 된다.
또한, 도 5에 도시된 것과 달리, 네 부분 이상으로 나누어 냉각수량을 조절할 수도 있고, 전술한 것과 같이 두 부분으로 나누어 냉각수량을 조절할 수도 있다.
도 6을 참조하면, 사상압연기에는 복수 개의 스탠드 또는 압연 롤러(312, 322, 332, 342, 352, 362)가 존재하며 각각의 압연 롤러에는 냉각수 분사기(310, 320, 330, 340, 350, 360)가 위치하여 압연 롤러에 냉각수를 분사할 수 있다. 또한, 냉각수 분사기(310, 320, 330, 340, 350, 360)는 제어부(도시하지 않음)에 의해 압연의 진행정도에 따라 냉각수량이 조절되도록 할 수 있다. 상기 제어부는 압연 롤러 냉각장치의 일부분을 구성할 수도 있고 별도의 장치일 수도 있다.
도 7을 참조하면, 각각의 냉각수 분사기(310, 320, 330, 340, 350, 360)는 하나 이상의 노즐을 포함할 수 있다. 즉, 제1압연롤러(312)는 상부 가압롤러(312a), 하부 가압롤러(312d), 상부 워크롤러(312b), 하부 워크롤러(312c)로 구성될 수 있으며, 제1냉각수분사기(310)는 상부 워크롤러(312b)에 냉각수를 분사하는 상부 노즐(310a, 310b)과 하부 워크롤러(312c)에 냉각수를 분사하는 하부 노즐(310c, 310d)을 포함할 수 있다. 또한, 도면에는 워크롤러의 좌, 우에 하나의 노즐을 도시하였으나 상부 노즐(310a, 310b)과 하부 노즐(310c, 310d)은 다시 하나 이상의 노즐로 구성될 수 있다.
냉각수 분사기(310, 320, 330, 340, 350, 360)는 제어부(도시하지 않음)의 제어신호에 따라 냉각수량을 변경하여 분사할 수 있도록 구성될 수 있다. 제어신호의 생성 방법에 제한이 있는 것은 아니다. 예를 들어, 하나의 소재를 압연하는데 소요되는 시간을 계산해 두고 그 시간에 따라 단계적으로 냉각수량을 증가시킬 수도 있고, 선형적으로 증가시킬 수도 있다. 또는, 소재의 위치를 감지하는 센서에 의해 소재가 압연되기 시작하는 시점만 검출한 후 일정 시간 이후에 냉각수량을 증가시키는 방법을 사용할 수도 있다. 또는, 소재의 위치를 감지하는 센서에 의해 압연되기 시작하는 시점을 검출한 후 압연된 길이를 계측하여 일정 길이를 압연한 이후에 냉각수량을 증가시키는 방법을 사용할 수도 있다.
한편, 각각의 냉각수 분사기(310, 320, 330, 340, 350, 360)에서 분사되는 냉각수량은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제1냉각수분사기(310)와 제2냉각수분사기(320)에서 분사되는 냉각수량은 다를 수 있고, 제1냉각수분사기(310)와 제6냉각수분사기(360)에서 분사되는 냉각수량도 서로 다를 수 있다.
각각의 냉각수 분사기(310, 320, 330, 340, 350, 360)에서 분사되는 냉각수량이 다른 경우에도 소재의 압연이 진행될수록 각각의 냉각수 분사기(310, 320, 330, 340, 350, 360)에서 분사되는 냉각수량은 연속적으로 또는 단계적으로 증가하도록 구성된다. 예를 들어, 제1냉각수분사기(310)가 분사할 수 있는 최대 냉각수량이 20,000L/min이고, 제6냉각수분사기(360)가 분사할 수 있는 최대 냉각수량이 15,000L/min라고 하면, 소재의 압연이 50% 진행될 때까지 제1냉각수분사기(310)는 14,000L/min, 제6냉각수분사기(360)는 10,000L/min의 냉각수를 분사할 수 있고, 소재의 압연이 50% 진행된 이후 제1냉각수분사기(310)는 18,000L/min, 제6냉각수분사기(360)는 13,000L/min의 냉각수를 분사할 수 있다.
아래 표 2는 압연 롤러 냉각장치에서 분사되는 냉각수량과 소재의 표면결함의 발생율을 측정한 결과이다. 아래 표 2에서는 두께 225mm 또는 255mm의 소재(슬라브)를 25mm ~ 30mm로 1차 압연(조압연)한 후, 2mm, 1.6mm 또는 1.4mm로 2차 압연(사상압연)한 경우의 불량율을 측정한 것이며, 불량율은 표면결함검출기로 검사한 소재 표면의 결함에 관한 불량만을 계측한 것이다. 구체적으로, 장기간에 걸쳐 실시예와 비교예에 해당되는 약 500개의 샘플을 측정한 결과이다. 아래 표 2에서 70%로 표시한 것은 최대 냉각수량의 70%로 냉각수를 일정하게 분사한 경우를 나타낸 것이며, 70%→90%로 표시한 것은 소재의 중간부(50% 압연된 지점)부터 냉각수량을 최대 냉각수량의 90%로 상승시킨 경우를 나타낸 것이다. 보다 구체적으로, 6개의 스탠드가 존재하는 사상압연기에서 압연 롤러 냉각장치의 냉각수량을 변화시킨 경우를 나타낸 것이다.
스탠드 F1 F2 F3 F4 F5 F6 불량율(%)
실시예 70%→90% 70%→90% 70%→90% 70%→90% 70%→90% 70%→90% 0.9%
비교예 70% 70% 70% 70% 70% 70% 2.0%
상기 표 2에 나타낸 것과 같이, 냉각수량을 소재의 중간부 이후부터 증가시킴으로써 소재 표면의 결함이 크게 감소된 것을 알 수 있다. 이는 압연 롤러 표면의 온도를 효과적으로 낮춰 주어 압연 롤러의 피로도를 낮춰 압연 롤러의 결함을 제거하고 그에 따라 소재에 전사되는 결함을 제거해 준 결과이다.
산세강판은 열간압연된 코일에 존재하는 표면의 스케일을 산세를 통하여 제거하는 강판인데, 이와 같이, 열간압연에서 스케일 등의 표면결함을 미리 제거함으로써, 열간압연에서 발생한 결함이 산세 후에도 그대로 잔존하여 표면품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 또한 도시된 압연장치, 압연 롤러 냉각장치 등은 예시적인 것에 불과하며, 다른 압연장치, 압연 롤러 냉각장치에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
102 : 가열로 104 : 사이징 프레스
106 : 조압연기 108 : 스케일제거장치(FSB)
110 : 사상압연기 112 : 런아웃테이블
114 : 권취기 120 : 디스케일러
210 : 압연 롤러 220 : 압연기

Claims (5)

  1. 가열로에서 소재를 재가열하는 단계; 및
    압연 롤러에 공급되는 냉각수량을 연속적으로 증가시키거나 단계적으로 증가시켜 상기 소재를 압연하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 소재를 압연하는 단계에서, 압하율이 90% 이상인 강판 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소재를 압연하는 단계에서, 압연 피치가 150초 내지 190초인 강판 제조방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소재를 압연하는 단계에서, 상기 압연은 사상압연인 강판 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 사상압연을 위한 사상압연기는 복수 개의 스탠드가 존재하고, 각각의 스탠드에 설치된 냉각수 분사기에 의해 냉각수가 상기 압연 롤러에 분사되며, 각각의 냉각수 분사기는 하나 이상의 노즐을 포함하는 강판 제조방법.
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