KR101454513B1 - 스테인리스강의 냉간압연방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 순차적으로 구비되는 4개 이상의 압연스탠드로 이루어진 탠덤압연기로 스테인리스강을 연속적으로 냉간압연하는 방법으로, 상기 냉간압연은 저속냉간압연에서 고속냉간압연으로 압연속도를 변경하면서 수행되고, 상기 저속냉간압연에서 최종 압연스탠드로 압연유를 제1 공급유량 (Q1)으로 공급하고, 상기 고속냉간압연에서는 최종 압연스탠드로 압연유를 제2 공급유량 (Q2)으로 공급하며, 상기 제2 공급유량 (Q2)은 하기 식 1을 만족하는 스테인리스강의 냉간압연방법에 관한 것이다.
식 1 : Q2 = (1/2*Q1) 내지 (3/4*Q1)

Description

스테인리스강의 냉간압연방법 {Cold rolling method of stainless steel}
본 발명은 스테인리스강을 냉간압연하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속적으로 구비되는 압연스탠드로 이루어지는 탠덤압연기를 이용하여 상기 스테인리스강을 냉간압연하는 공정에서 높은 생산성으로 표면품질이 우수한 스테인리스강을 제조할 수 있는 스테인리스강의 냉간압연방법에 관한 것이다.
일반적으로 변형저항이 큰 스테인리스강을 연속압연하는 경우에는 젠지미어밀로 대표되는 지름 40mm 내지 100mm 정도의 소경의 다중롤로 이루어지는 압연기를 이용하여 복수회 왕복적으로 패스시키면서 압연하며, 이때 사용되는 압연유로는 점도가 7mm2/s 내지 10mm2/s(@40℃)인 광유계 니트압연유가 사용되었다. 이와 같이, 상기 소경의 다중롤을 이용하는 압연기로 복수회 왕복적으로 패스시키면서 압연하는 방식은 스테인리스강, 전기강판, 고탄소강, 티탄늄강, 또는 알루미늄, 동 등의 비철금속 소재 등에서 다품종의 소량생산에서는 적합하게 사용되어왔으나, 소품종 다량생산하는 경우에는 이와 같은 압연방식에 의한 경우 생산성이 매우 낮으므로 문제되어 왔다.
반면, 우수한 표면품질이 요구되는 스테인리스강의 냉간압연공정에서, 기존의 소경의 다중롤을 이용한 복수회 왕복패스식 압연방식의 낮은 생산성을 개선하기 위하여 다양한 방법이 연구되어 왔다. 그 중 하나로는 소경의 젠지미어밀을 순차적으로 배치하여 연속적으로 냉간압연하는 방식이 있으나, 이와 같은 압연 방식인 공간적인 제약에 의한 압연밀의 개수가 제한되었고, 따라서 압하율 및 압연속도도 함께 제한된다. 따라서, 이를 개선하기 위하여 유활성 및 냉각성을 구비한 에멀션유를 압하유로 적용하였으나, 이에 의해서도 소정의 스테인리스강의 표면품질을 확보하기 어려웠고, 또한 고속압연에서도 제약이 있어 생산성이 낮아 여전히 문제가 존재하였다.
스테인리스강의 연속압연을 위한 다른 공정으로는, 소경의 젠지미어밀 대신 작동롤 지름이 130mm 내지 150mm인 중경롤인 지-하이밀 (Z-Hi mill)을 2대 내지 6대를 연속적으로 배치하고, 광유계 니트유를 사용하여 스테인리스강을 냉간압연하는 기술이 개발되었다. 반면, 이러한 지-하이밀을 이용한 스테인리스강의 냉간압연방식으로는 작동롤 지름이 젠지미어밀에 비하여 크고, 연속적으로 배치할 수 있는 지-하이밀의 제한 등으로 인하여 소정의 표면품질과 생산성을 확보하기 어려웠다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 상기 스테인리스강의 우수한 표면품질을 확보하고 동시에 높은 생산성을 갖는 스테인리스강의 냉간압연방법에 관한 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 우수한 표면품질과 높은 생산성을 갖는 스테인리스강의 냉간압연방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 순차적으로 구비되는 탬덤압연기를 이용하여 각각의 압연스탠드의 압연조건을 제어하여 생산성을 저하시키지 않고 높은 표면품질을 갖는 스테인리스강의 냉간압연방법을 제공하기 위함이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 순차적으로 구비되는 4개 이상의 압연스탠드로 이루어진 탠덤압연기로 스테인리스강을 연속적으로 냉간압연하는 방법으로, 상기 냉간압연은 저속냉간압연에서 고속냉간압연으로 압연속도를 변경하면서 수행되고, 상기 저속냉간압연에서 최종 압연스탠드로 압연유를 제1 공급유량 (Q1)으로 공급하고, 상기 고속냉간압연에서는 최종 압연스탠드로 압연유를 제2 공급유량 (Q2)으로 공급하며, 상기 제2 공급유량 (Q2)은 하기 식 1을 만족하는 스테인리스강의 냉간압연방법에 관한 것이다.
식 1 : Q2 = (1/2*Q1) 내지 (3/4*Q1)
상기 저속냉간압연에서의 압연속도는 150mpm 미만이고, 상기 고속냉간압연에서의 압연속도는 150mpm 내지 400mpm일 수 있다.
상기 고속냉간압연에서는 두번째 압연스탠드로 압연유를 제3 공급유량 (Q3)으로 공급하고, 상기 제3 공급유량 (Q3)은 하기 식 2를 만족할 수 있다.
식 2 : Q3 = Q1+Q2
상기 압연스탠드는 순차적으로 구비되는 제1 내지 제4 압연스탠드를 포함하고, 상기 저속냉간압연에서는 상기 제1 내지 제4 압연스탠드로 압연유를 제1 공급유량 (Q1)로 공급하고, 상기 고속냉간압연에서는 제1 및 제3 압연스탠드로 압연유를 제1 공급유량 (Q1)으로 공급하되 제4 압연스탠드로는 압연유를 제2 공급유량 (Q2)으로 공급할 수 있다.
상기 고속냉간압연에서는 상기 제2 압연스탠드로 압연유를 제3 공급유량 (Q3)으로 공급하고, 상기 제3 공급유량 (Q3)은 하기 식 2를 만족할 수 있다.
식 2 : Q3 = Q1+Q2
상기 압연스탠드에는 작동롤 지름이 130mm 내지 150mm인 중경롤인 지-하이밀 (Z-Hi mill)이 구비될 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 우수한 표면품질과 높은 생산성을 갖는 스테인리스강의 냉간압연방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 순차적으로 구비되는 탬덤압연기를 이용하여 각각의 압연스탠드의 압연조건을 제어하여 생산성을 저하시키지 않고 높은 표면품질을 갖는 스테인리스강의 냉간압연방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강의 냉간압연방법을 수행하는 냉간압연기를 나타낸 도면이다.
도 2는 각각의 압연속도에서 압연유에 따른 공급유량에 따른 광택도롤 나타낸 그래프이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강의 냉간압연방법을 수행하는 냉간압연기를 나타낸 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스테인리스강의 냉간압연방법은 순차적으로 구비되는 4개 이상의 압연스탠드로 이루어진 탠덤압연기로 스테인리스강을 연속적으로 냉간압연하는 방법으로, 상기 냉간압연은 저속냉간압연에서 고속냉간압연으로 압연속도를 변경하면서 수행되고, 상기 저속냉간압연에서 최종 압연스탠드로 압연유를 제1 공급유량 (Q1)으로 공급하고, 상기 고속냉간압연에서는 최종 압연스탠드로 압연유를 제2 공급유량 (Q2)으로 공급하며, 상기 제2 공급유량 (Q2)은 하기 식 1을 만족한다.
식 1 : Q2 = (1/2*Q1) 내지 (3/4*Q1)
도 1을 참조하며, 본 실시예에 따른 스테인리스강을 냉간압연하는 방법은 순차적으로 구비되는 4개 이상의 압연스탠드 (110)로 이루어진 탠덤압연기 (100)로 수행될 수 있다. 상기 압연스탠드 (110)의 개수는 4개 이상으로 이루어질 수 있으며, 이하에서는 설명의 편의상 4개의 압연스탠드 (110)를 대상으로 설명하나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 탠덤압연기 (100)는 순차적으로 구비되는 제1 내지 제4 압연스탠드 (110a, 110b, 110c, 110d)로 이루어지며, 상기 제1 내지 제4 압연스탠드 (110a, 110b, 110c, 110d)에는 스테인리스강 (s)을 압연하는 압연롤 (111)을 구비할 수 있다. 스테인리스강 (s)은 일측의 릴 (10)에서 리와인딩 (rewinding)되어 상기 제1 내지 제4 압연스탠드 (110a, 110b, 110c, 110d)를 통과한 후 타측의 릴 (10)로 와이딩 (winding)될 수 있다. 또한, 상기 제1 압연스탠드 (110a)의 전단부에는 용접기 (20) 및 루퍼 (30)가 구비되어 상기 스테인리스강 (s)의 연속압연이 용이하도록 상기 스테인리스강 (s)을 연속적으로 용접하여 제1 압연스탠드 (110a)의 입측으로 전달할 수 있다.
상기 제1 내지 제4 압연스탠드 (110a, 110b, 110c, 110d)의 입측 및 출측에는 각각 상기 압연롤 (111)과 스테인리스강 (s)으로 압연유 (s)를 공급하는 압연유공급부 (120)가 구비될 수 있다. 상기 압연유공급부 (120)는 압연유 (a)가 저장되는 압연유탱크 (121)와 상기 압연유탱크 (121)에 연결되어 압연유 (a)을 각각의 제1 내지 제4 압연스탠드 (110a, 110b, 110c, 110d)로 공급하도록 압연유이송라인 (123)이 구비될 수 있다. 상기 압연유이송라인 (123)은 상기 제1 내지 제4 압연스탠드 (110a, 110b, 110c, 110d)로 각각 연결되도록 4개의 제1 내지 제4 압연유이송라인 (123a, 123b, 123c, 123d)으로 이루어질 수 있으며, 제1 내지 제4 압연유이송라인 (123a, 123b, 123c, 123d) 각각에는 압연유펌프 (122)가 구비되어 상기 압연유 (a)의 분사유량 등을 제어할 수 있다. 예컨대, 상기 압연유펌프 (122)는 가변용량형 분사펌프일 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제4 압연유이송라인 (123a, 123b, 123c, 123d)의 일단에는 압연유분사부 (124)가 구비되어 상기 제1 내지 제4 압연스탠드 (110a, 110b, 110c, 110d)의 내부에서, 압연롤 (111)의 입측 및 출측으로 각각 압연유 (a)를 공급할 수 있다. 또한, 상기 상기 제1 내지 제4 압연유이송라인 (123a, 123b, 123c, 123d)에는 각각 밸브 (125)가 구비되어 압연유 (a)의 유량을 제어할 수 있다.
상기 탠덤압연기 (100)는 상기 제1 내지 제4 압연스탠드 (110a, 110b, 110c, 110d)에서 사용된 압연유 (a)를 수집하기 위하여 리턴탱크 (140)와, 상기 리턴탱크 (140)로 수집된 압연유 (a)를 여과하는 여과부 (150)를 더 포함할 수 있다. 상기 압연유 (a)는 상기 여과부 (150)를 통과하여 여과된 후 상기 압연유공급부 (110)로 회수되어 재사용될 수 있다.
상기 제2 압연유이송라인 (123b)와 제4 압연유이송라인 (123d)에는 제어부 (130)가 구비될 수 있는데, 상기 제어부 (130)는 유량계 (131), 방향제어밸브 (132) 및 체크밸브 (133)로 이루어질 수 있다. 상기 유량계 (131)를 통하여 제2 및 제4 압연유이송라인 (123b, 124d)을 통하는 압연유 (a)의 유량을 확인하고, 상기 방향제어밸브 (132) 및 체크밸브 (133)를 통하여 제2 및 제4 압연스탠드 (110b, 110d)로 공급되는 압연유 (a)를 재분배할 수 있다.
상기 압연스탠드 (110)에는 작동롤 지름이 130mm 내지 150mm인 중경롤인 지-하이밀 (Z-Hi mill)이 구비될 수 있으며, 상기 압연유 (a)는 광유계 압연유로 점도는 13mm2/s 내지 20mm2/s (@40℃)이고, 인화점은 250℃ 이상이며, 비누화는 40mgKOH/mg일 수 있다.
통상, 스테인리스강의 냉간압연방법에서는 상기 스테인리스강의 표면품질을 제어하기 의하여 복수회 다패스의 왕복압연기를 사용하여 왔는데, 이와 같은 왕복압연기를 사용하는 경우 생산성이 낮아 문제되어 왔다. 반면, 이러한 생산성의 문제를 해결하기 위하여 복수개의 압연스탠드로 이루어지는 탠덤압연기를 사용하는 경우에는 생산성을 향상될 수 있으나 스테인리스강의 표면품질을 확보하기 어렵다는 문제가 있었다. 왕복압연기의 경우에는 중간패스에서 압연속도를 고속으로 올리는 등의 압연속도 제어에 대한 자유도가 있는 반면, 탠덤압연기의 경우에는 최종 압연스탠드의 출측 압연속도에 의하여 선행하는 압연스탠드의 압연속도가 결정된다. 또한, 상기 스테인리스강의 표면품질은 대부분 최종 압연스탠드에서 결정되고, 소정의 표면품질을 확보하기 위하여 상기 탠덤압연기의 최종 압연스탠드에서의 압연속도를 고속으로 할 수 없고, 따라서 탬던압연기의 전체적인 압연스탠드에서의 압연속도도 역시 고속으로 할 수 없었다. 즉, 탠덤압연기를 사용하여도 스테인리스강의 표면품질에 대한 제약으로, 고속압연이 가능함에도 상기 탠덤압연기는 고속으로 사용이 불가한 실정이였다. 실제 적용되는 경우에도, 상기 탠덤압연기를 사용하는 경우에는 오스테나이트계 304강 또는 페라이트계 409강 등과 같이 표면품질이 엄격하지 않은 강종만을 대상으로 하였으며, 총압하율도 60% 내외이고 압연속도로 최대 250mpm 정도만 가능하였다.
본 실시예에 따른 스테인리스강의 냉간압연방법은 탠덤압연기를 사용하여 상기 스테인리스강을 냉간압연하되, 고속압연을 하여 생산성을 향상시키고 동시에 스테인리스강의 표면품질을 확보할 수 있다.
스테인리스강을 냉간압연하는 경우에는, 최종 압연스탠드에서의 최종 압연패스에서 상기 스테인리스강의 표면품질에 가장 큰 영향을 미친다. 따라서, 종래에는 소경밀을 이용하여 왕복압연하는 경우에는 최종패스에서 롤을 교환하고 압연속도를 낮춰 압연하는 등의 별도의 마무리압연을 수행하였다. 반면, 순차적으로 구비되는 복수개의 압연기를 일방향으로 통과하는 탠덤압연기의 경우에는, 최종 압연스탠드의 압연속도가 전체 압연속도를 결정하므로, 이와 같이 최종패스에서 롤을 교환하거나 또는 압연속도를 낮추는 방식은 박물작업에서 냉간압연의 생산성을 현저히 저하시키는 문제가 있다.
또한, 소경의 다중롤을 이용하여 왕복패스로 압연하는 방식에 의한 경우에는 대략 중간정도의 패스에서 스테인리스강을 고속 및 저압하율로 압연하여 순차적으로 두께게이지의 감소 및 점진적인 표면 평탄화가 수행되는데, 이때 롤바이트로 유입되는 압연유의 유량이 증대되어 유막두께가 증가에 따라 오일피트 (oil pit)가 크게 감소되지 않아 표면광택도는 크게 개선되지는 않는다. 따라서, 상기 표면광택도를 증가시키기 위하여 최종패스에서 롤을 신롤로 교체하고 저속압연을 하는 마무리압연을 수행한다. 반면, 작동롤 지름이 130mm 내지 150mm인 중경롤을 이용하는 탠덤압연기를 이용하는 경우에는, 상기 탠덤압연기의 최종 압연스탠드에서의 압연속도에 준하여 전단의 압연스탠드에서의 압연속도가 순차적으로 감소된다. 따라서, 각각의 압연스탠드의 롤바이트에서의 압연유에 의한 윤활상태가 경계윤활영역으로 치우치고, 그 결과 최종 압연스탠드에서의 압연속도가 고속으로 수행되는 경우에도 전단의 압연스탠드에서의 압연속도는 저속으로 수행되므로 가혹한 마찰조건에 의하여 히트스트리크 (heat streak)가 발생하여 연속적인 고속압연이 불가능하게 된다.
즉, 본 실시예에 의하여, 지-하이밀의 4개 내지 6개의 압연스탠드로 스테인리스강을 연속으로 냉간압연하는 경우에는 전단 압연스탠드에서의 압연조건이 가장 가혹하여 히트스트리크가 빈번하게 발생하며, 후단 압연스탠드, 예컨대 최종 압연스탠드에서는 압하율이 낮아 히트스트리크는 거의 발생하지 않음을 확인할 수 있었다.
본 실시예에 따른 냉간압연은 압연속도를 변경하면서 수행할 수 있으며, 예컨대 저속냉간압연에서 고속냉간압연으로 압연속도를 변경하면서 수행될 수 있다. 이때, 최종 압연스탠드로 분사되는 압연유는 상기 저속냉간압연과 고속냉간압연에서 다르게 제어할 수 있는데, 상기 저속냉간압연에서 최종 압연스탠드로 압연유를 제1 공급유량 (Q1)으로 공급하고, 상기 고속냉간압연에서는 최종 압연스탠드로 압연유를 제2 공급유량 (Q2)으로 공급하며, 상기 제2 공급유량 (Q2)은 하기 식 1을 만족한다.
식 1 : Q2 = (1/2*Q1) 내지 (3/4*Q1)
또한, 상기 저속냉간압연에서의 압연속도는 150mpm 미만이고, 상기 고속냉간압연에서의 압연속도는 150mpm 내지 400mpm일 수 있다.
본 실시예에서는, 지-하이밀을 구비한 복수개의 압연스탠드로 이루어지는 탬던압연기로 스테인리스강을 압연할 때, 상기 스테인리스강의 특유의 표면광택을 확보하기 위하여 대용량의 광유계 니트오일 (neat oil) 등을 압연유로 사용할 수 있다. 반면, 상기 광유계 니트오일을 압연유로 사용하는 경우에는 상대적으로 에멀전 분사시스템과는 달리 윤활성과 냉각성이 현저히 저하된다. 즉, 윤활성과 냉각성이 좋은 압연유를 사용하여 압연하는 경우에는, 고압하 및 고속압연이 용이하여 두께게이지를 용이하게 확보할 수 있으나 스테인리스강의 표면광택 저하의 문제가 발생하고, 이와는 반대로 윤활성과 냉각성이 낮은 압연유로 압연하는 경우에는 히트스트리크 등의 치명적인 표면결함을 유발하므로 고압하 및 고속압연이 어렵다.
본 발명에 따른 실시예는, 광유형 니트오일을 압연유로 사용하고, 지-하이밀을 구비하는 복수개의 압연스탠드를 포함하는 탬던압연기를 스테인리스강을 연속적으로 냉간압연하는 방법으로, 상기 스테인리스강의 우수한 표면광택 품질을 유지하면서 동시에 고압하 및 고속압연이 가능하여 높은 생산성을 얻을 수 있는 스테인리스강의 냉간압연방법에 관한 것이다.
상기 탠덤압연기에 의한 연속 냉각압연은, 가공전 원소재에서 최종소재의 두께 혹은 중간소재의 두께까지 순차적으로 두께를 감소시키는 방식으로, 상기 두께가 감소되는 것과 함께 압연속도가 증가한다. 결국, 최종 압연스탠드에서의 두께 및 속도가 결정되면, 상기 최종 압연스탠드에 대하여 선행하는 압연스탠드에서의 두께 및 압연속도도 이에 따라 결정되고, 연속적인 압연패스는 결정된 스케줄에 따라 자동적으로 수행된다.
중경롤의 지-하이밀을 구비한 압연스탠드로 이루어지는 탠덤압연기로 스테인리스강을 연속압연하는 경우에, 최종 압연스탠드에서의 최대 압연속도는 250mpm 이하이고, 압연속도가 대략 150mpm 이상이 아닌 경우에는 전체 압연스탠드에서 작동롤 롤바이트에서의 윤활영역이 경계윤활영역에서 압연이 수행되며 최종 압연스탠드에서 전단 압연스탠드로 갈수록 압연조건이 더욱 가혹해져 히트스트리크 등이 쉽게 발생한다.
본 실시예에 따라 스테인리스강을 연속 냉간압연한 결과, 전단 압연스탠드 중 제1 압연스탠드를 제외하고 제2 내지 제3 압연스탠드에서 히트스트리크가 쉽게 발생하며, 특히 제2 압연스탠드에서 상기 히트스트리크의 발생이 가장 심함을 확인할 수 있었다. 따라서, 고속압연시 최종 압연스탠드 (예컨대, n번째 압연스탠드)를 제외한 전단 압연스탠드에서 히트스트리크 발생을 억제함으로써 스테인리스강의 표면품질을 확보할 수 있음을 확인할 수 있었다.
즉, 스테인리스강의 표면광택을 확보하면서 냉간압연하기 위하여, 마무리압연에서는 롤바이트로 유입되는 압연유의 윤활유량을 최소화하고, (작업)롤과 피압연재 (스테인리스강) 사이의 압연유에 의한 유막두께를 감소시킴으로써 롤조도의 충실한 전사를 목표로 하여 압연하는 것이 좋다. 이와 같은, 마무리압연에서는 생산성이 저하됨에도 불구하고 압연속도를 낮추어 진행하는 것은 스테인리스강의 표면광택을 확보하기 위한 것으로, 압연속도를 증가할 경우에는 롤바이트로 유입되는 유막두께가 증가되고, 따라서 오일피트 (oil pit) 분율이 증가하여 스테인리스강의 표면광택을 현저하게 저하시키기 때문이다.
이는 혼합윤활영역에서의 압연유의 동압효과에 기인한 것으로 알려져 있다. 반면, 중경롤인 지-하이밀을 이용한 탠덤압연기에서는 각각의 압연스탠드에 부가되는 압하량은 소경롤의 젠지미어밀과 비교하여 더 크고, 또한 압연속도도 비교적 저속으로 수행되기 때문에 압연의 전 영역에서 압연속도에 의하여 유체윤활효과를 기대할 수 없기 때문이다. 따라서, 최종 압연스탠드를 제외한 전단 압연스탠드에서는 대부분 경계윤활영역에서 압연이 행해지며, 상기 전단 압연스탠드 중 제2 압연스탠드에서의 압연은 고압하, 저속압연에 따라 히트스트리크가 발생하기 쉽다. 즉, 중경롤을 사용하는 탠덤압연기를 이용하여 스테인리스강을 연속 냉간압연하는 경우, 고속압연으로 압연할 시 최종 압연스탠드에서의 윤활모드와 전단 압연스탠드에서의 윤활모드가 서로 상이하게 작용하기 때문에 전단 압연스탠드에서는 히트스트리크가 발생하고, 후단 압연스탠드에서는 유막의 증가로 인하여 표면광택도가 저하된다.
본 실시예에서는, 이와 같은 문제를 갖는 중경롤을 구비한 복수개의 압연스탠드로 이루어진 탠덤압연기로 스테인리스강을 연속적으로 냉간압연할 때, 전단 압연스탠드와 후단 압연스탠드 (예컨대, 최종 압연스탠드인 n번째 압연스탠드)를 개별적으로 제어하여 고광택의 표면품질을 갖는 스테인리스강의 냉연강편을 높은 생산성으로 얻을 수 있다.
압연속도의 증가에 따라 경계윤활영역이 더욱 증가하여 최종적으로 유막파단을 유발하고 이에 의한 온도상승 및 히트스트리크 발생으로 이어지는 것으로 판단된다. 즉, 연속 냉간압연에서 높은 생산성을 확보하기 위해서는 고속압연이 필수적이지만, 상기 고속압연에 따른 히트스트리크의 발생은 스테인리스강의 표면품질에 치명적인 결함을 유발할 뿐 아니라, 상기 스테인리스강과 함께 손상된 롤을 교체하여야 하고 상기 롤의 교체는 생산성의 심각한 저하를 초래한다.
본 실시예는 이와 같은 스테인리스강을 고속으로 연속 냉간압연하되, 히트스트리크 발생을 방지하기 위하여, 최조 압연스탠드에서의 압연유를 저속냉간압연에서는 제1 공급유량 (Q1)으로 공급하되, 압연속도가 증가하는 고속냉간압연에서는 압연유를 상기 제1 공급유량 (Q1)과는 달리 제어하여 제2 공급유량 (Q2)으로 공급할 수 있다. 상기 제2 공급유량 (Q2)는 상기 제1 공급유량 (Q1)에 대하여 0.5배 내지 0.75배로 감소시켜 공급할 수 있다. 즉, 최종 압연스탠드에서는 고속냉간압연의 경우, 윤활유를 감소시킴으로써 스테인리스강의 표면광태를 향상시킬 수 있다.
중경롤인 지-하이밀을 구비한 복수개의 압연스탠드로 이루어지는 탠덤압연기로 스테인리스강을 연속 냉간압연할 때, 각각의 압연스탠드의 부하가 매우 가혹하므로 고속냉간압연시에 히트스트리크가 발생하고 이는 스테인리스강의 표면품질을 저하시키므로 저속냉간압연이 수행된다. 이와 같은 저속냉간압연에서는 최종 압연스탠드에서의 압연속도가 결정되면, 선행하는 압연스탠드에서의 압연속도는 스테인리스강의 목표로하는 압연두께에 따라 일률적으로 결정된다. 또한, 상기 스테인리스강의 두께도 압연속도에 영향을 미칠 수 있는데, (압연이 진행됨에 따라 두께가 감소하므로) 상대적으로 전단 압연스탠드측에서의 스테인리스강의 두께는 후단 압연스탠드측보다 더 두껍고 따라서 압연속도는 전단 압연스탠드측에서 늦고 후단 압연스탠드측으로 진행할 수 록 압연속도는 증가된다. 또한, 스테인리스강의 연속 냉간압연에서, 최종 압연스탠드의 압연속도가 150mpm 이상인 경우에는 전체 압연스탠드에서의 압연속도가 증가되어 동압효과를 전혀 기대할 수가 없기 때문에 마찰계수가 매우 크고, 특히 전단 압연스탠드에서는 경계윤활영역에서 냉간압연이 수행되기 때문에 소성가공 및 마찰발열에 의하여 압연하중이 증가되고, 롤바이트내 판온도 상승으로 히트스트리크 발생이 매우 취약하다. 최종 압연스탠드에서 경계윤활영역에서 혼합유체윤활으로의 천이에 의하여 오히려 롤바이트내로 유입되는 압연유의 증가는 유막 두께를 증가시켜 광택을 저하시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 150mpm 이상의 고속냉간압연에서 최종 압연스탠드에서의 압연유의 공급유량을 제어하여 스테인리스강의 표면광택을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 저속냉간압연에서는 최종 압연스탠드로 압연유를 제1 공급유량 (Q1)으로 공급하되, 고속냉간압연에서는 상기 최종 압연스탠드로 압연유를 제2 공급유량 (Q2)으로 공급할 수 있다. 이때, 상기 제2 공급유량 (Q2)은 상기 제1 공급유량 (Q1)에 대하여 1/2 내지 3/4일 수 있다.
또한, 고속냉간압연에서는 두번째 압연스탠드로 압연유를 제3 공급유량 (Q3)으로 공급하고, 상기 제3 공급유량 (Q3)은 하기 식 2를 만족할 수 있다.
식 2 : Q3 = Q1+Q2
전술한 바와 같이, 본 실시예에서 제2 압연스탠드에서의 냉간압연조건이 다른 압연스탠드에 비하여 가장 가혹하고, 따라서 히트스트리크 발생도 상기 제2 압연스탠드에서 가장 높은 빈도를 나타냄을 확인할 수 있었다. 따라서, 연속적으로 고속냉간압연을 수행하는 경우에는, 상기 제2 압연스탠드에서의 작업롤은 경계윤활영역에서 작동되기 때문에 부하를 가장 크게 받아 히트스트리크가 발생할 수 있다. 따라서, 제2 압연스탠드에서는 마찰발열을 감소시키기 위하여 압연유가 충분히 공급되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 고속냉간압연에서 최종 압연스탠드로 공급되는 압연유의 감소량만큼 상기 제2 압연스탠드로 공급되는 압연유를 증가시킴으로써 제2 압연스탠드에서 히트스트리크 발생을 방지할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 스테인리스강의 냉간압연방법에서는 제2 압연스탠드에서 저속냉간압연의 경우에는 제1 공급유량 (Q1)으로 압연유를 공급하다가, 고속냉간압연으로 압연속도가 증가된 경우에는 상기 압연유를 제3 공급유량 (Q3)으로 공급할 수 있다. 상기 제3 공급유량 (Q3)은 상기 제1 공급유량 (Q1)보다 증가된 양으로, 상기 제1 공급유량 (Q1)에서 1.5배 내지 1.75배일 수 있다.
즉, 본 발명에 다른 실시예는 4개 이상의 복수개의 압연스탠드로 이루어진 탠덤압연기를 이용하여 스테인리스강을 연속 냉간압연할 때 저속냉간압연에서 고속냉간압연으로 압연속도를 변경할 때, 상기 각각의 압연스탠드로 공급되는 압연유의 공급유량을 제어하여 높은 표면품질과 생산성을 동시에 확보할 수 있는 스테인리스강의 냉간압연방법에 관한 것이다. 예컨대, 상기 압연스탠드가 순차적으로 구비되는 제1 내지 제4 압연스탠드를 포함하는 경우에는, 상기 저속냉간압연에서는 상기 제1 내지 제4 압연스탠드로 압연유를 제1 공급유량 (Q1)로 공급하고, 상기 고속냉간압연에서는 제1 및 제3 압연스탠드로 압연유를 제1 공급유량 (Q1)으로 공급하되 제4 압연스탠드로는 압연유를 제2 공급유량 (Q2)으로 공급할 수 있다. 또한, 상기 고속냉간압연에서는 상기 제2 압연스탠드로 압연유를 제3 공급유량 (Q3)으로 공급할 수 있다. 이때, 상기 제2 공급유량 (Q2)은 하기 식 1을 만족하고, 상기 제3 공급유량 (Q3)은 하기 식 2를 만족할 수 있다.
식 1 : Q2 = (1/2*Q1) 내지 (3/4*Q1)
식 2 : Q3 = Q1+Q2
상기 스테인리스강이 최종 압연스탠드를 통과하기 직전에 통과하는 압연스탠드로 공급되는 압연유는 상기 제1 공급유량 (Q1)으로 공급될 수 있다. 예컨대, 저속냉간압연 및 고속냉간압연에서 상기 제1 및 제3 압연스탠드로의 압연유는 제1 공급유량 (Q1)으로 공급될 수 있는데, 최종 압연스탠드인 제4 압연스탠드에서는 저속냉간압연에서는 제1 공급유량 (Q1)으로 공급되다가 고속냉간압연에서는 제2 공급유량 (Q2)으로 공급될 수 있고, 제2 압연스탠드에서는 저속냉간압연에서는 제1 공급유량 (Q1)으로 공급되다가 고속냉간압연에서는 제3 공급유량 (Q3)으로 공급될 수 있다. 이때, 상기 제1 공급유량 (Q1)에 대한 제2 공급유량 (Q2)의 압연유의 감소량은 상기 제3 공급유량 (Q3)의 압연유의 증가량에 대응할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 고속냉간압연에서의 최종 압연스탠드 ((n)번째 압연스탠드, n≥4))에서의 압연유의 공급유량은 상기 최종 압연스탠드의 바로 직전의 압연스탠드 ((n-1)번째 압연스탠드, n≥4)의 공급유량에 따를 수 있다. 예컨대, 저속냉간압연에서의 (n-1)번째 압연스탠드로 공급되는 압연유가 제1 공급유량인 경우에, 고속냉간압연에서의 (n-1)번째 압연스탠드로 공급되는 압연유는 제1 공급유량으로 일정하게 유지되되, 최종 압연스탠드인 (n)번째 압연스탠드로의 압연유 공급량은 제2 공급유량으로 공급되고, 상기 제2 공급유량은 상기 제1 공급유량에 대하여 0.5배 내지 0.75배일 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나, 하기 실시예들은 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명의 권리 범위가 하기 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니다.
전술한 도 1의 탠덤압연기를 이용하여 스테인리그강을 연속 냉간압연하였다. 탠덤압연기는 작동롤 지름이 130mm 내지 150mm인 중경롤인 지-하이밀 (Z-Hi mill)이 구비된 제1 내지 제4 압연스탠드로 이루어지고, 스테인리스강은 STS430 열연소둔산세코일 (3.0tx1290mmxcoil)을 이용하여 상기 제1 내지 제4 압연스탠드를 순차적으로 통과시켜 연속 냉간압연하였다. 이때, 압연유로는 광유계 니트오일을 사용하였으며, 압연유의 점도는 13 mm2/s 내지 20 mm2/s (@40℃)이고, 인화점 250℃이상이며, 비누화는 40mgKOH/mg인 것을 사용하였다. 하기 표 1에는 비교예 및 실시예에 따른 압연조건 및 그 결과를 나타내었다.
비고 입측두께 (mm) 출측두께 (mm) 압하율 (%) 압연속도 (mpm) 제4 압연스탠드의 압연유 공급유량 (lpm) 제2 압연스탠드의 압연유 공급유량 (lpm) 광택도
(@20℃)		 히트스트리크
비교예 1 3.0 1.2 60 100 4000 4000 195 미발생
실시예 1 3.0 1.2 60 100 3000 4000 230 미발생
실시예 2 3.0 1.2 60 100 2000 4000 270 미발생
비교예 2 3.0 1.2 60 150 4000 4000 x 발생
실시예 3 3.0 1.2 60 150 3000 4000 220 미발생
실시예 4 3.0 1.2 60 150 2000 4000 260 미발생
비교예 3 3.0 1.2 60 200 4000 4000 x 발생
실시예 5 3.0 1.2 60 200 3000 4000 200 미발생
실시예 6 3.0 1.2 60 200 2000 4000 240 미발생
비교예 4 3.0 1.2 60 250 4000 4000 x 발생
실시예 7 3.0 1.2 60 250 3000 5000 200 미발생
실시예 8 3.0 1.2 60 250 2000 6000 220 미발생
스테인리스강의 표면은 광택도가 200 내지 275 (@20℃)인 것이 바람직하다. 상기 광택도가 200 미만인 경우에는 제품으로 사용하기 어렵고, 또한 상기 광택도가 275 초과인 경우에는 조업중 화재발생의 위험이 있고, 롤바이트와의 마찰에 의하여 표면결함을 유발할 수 있다. 따라서, 본 실시예 및 비교예에서 연속 냉간압연시 스테인리스강의 광택도는 200 내지 275 (@20℃)를 기준으로 하였다. 표 1에 기재되지 않은 제1 내지 제3 압연스탠드로의 압연유의 공급유량은 4000lpm으로 일정하게 하여 공급하였다.
비교예 1 내지 비교예 4는 제2 및 제4 압연스탠드로 공급되는 압연유의 공급유량은 제어하지 않고 일정하게 유지한 것으로, 상기 제1 및 제3 압연스탠드로 공급되는 압연유의 공급유량과 동일하게 유지하였다. 반면, 실시예 1 내지 8은 제1 내지 제3 압연스탠드로의 공급유량은 4000lpm으로 일정하게 유지하되 제2 및 제4 압연스탠드로는 표 1에 기재된 바와 같이 압연유의 공급유량을 제어하였다.
비교예 1는 압연속도가 100mpm으로 저속냉간압연만을 수행한 것이므로 히트스트리크는 발생하지 않았다. 반면, 1 패스만을 수행한 것이므로 광택도는 195로 목표로 하는 기준 광택도에 미치지 않았다. 반면, 실시예 1 및 2의 경우에는 제2 압연스탠드로의 압연유의 공급유량을 각각 3000lpm 및 2000lpm으로 감소시킨 것으로, 각각 광택도는 230, 270으로 목표로 하는 스테인리스강의 표면 광택도의 범위 내에 해당하고, 상기 비교예 1에 비하여 높은 광택도를 갖음을 확인할 수 있었다. 즉, 비교예 1과 실시예 1 및 2를 비교할 때, 동일한 압하율 및 압연속도 등 동일한 조건으로 압연하는 경우에 제4 압연스탠드로 공급되는 압연유의 공급유량을 감소시킴으로 스테인리스강의 표면 광택도를 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. 즉, 저속냉간압연 (150mpm 미만)의 경우에도 고속냉간압연에서와 동일한 효과를 갖을 수 있음을 확인하였다.
비교예 2와 실시예 3 및 4는 압연속도를 150mpm으로, 즉 고속냉간압연으로 연속 냉간압연한 결과이다. 비교예 2의 경우에는 제4 압연스탠드에서의 압연유의 공급유량은 4000lpm으로 일정하게 유지하였고, 실시예 3 및 4에서는 제4 압연스탠드에서의 압연유의 공급유량을 각각 300lpm, 2000lpm으로 감소시켰다. 그 결과 비교예 2의 경우에는 스테인리스강 표면에 히트스트리크 결함이 발생함을 확인할 수 있었고, 실시예 3 및 4의 경우에는 히트스트리크가 발생하지 않았고 또한 광택도 역시 각각 220, 260으로 소정의 광택도의 범위를 만족하였다.
비교예 3과, 실시예 5 및 6은 압연속도를 200mpm으로 고속냉간압연을 수행한 결과이다. 비교예 3의 경우에는 제4 압연스탠드에서의 압연유의 공급유량은 4000lpm으로 일정하게 유지한 반면, 실시예 5 및 6에서는 제4 압연스탠드에서의 압연유의 공급유량을 각각 3000lpm 및 2000lpm으로 감소시켰다. 그 결과, 비교예 3에서는 히트스트리크가 발생하였으나, 실시예 5 및 6에서는 각각 200 및 240의 소정의 광택도를 갖음을 확인할 수 있었다.
즉, 상기 비교예 2, 3과 실시예 3 내지 6을 함께 비교할 때, 150mpm 이상의 고속냉간압연의 경우, 제4 압연스탠드에서의 압연유의 공급유량을 감소시킴으로써 히트스트리크의 발생을 방지할 수 있고, 우수한 표면품질을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 압연속도를 고속으로 증가시킴으로써 상기 표면품질을 유지하면서 동시에 높은 생산성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있었다.
비교예 4와, 실시예 7 및 8은 압연속도를 250mpm으로 증가시켜 고속냉간압연을 수행한 결과이다. 비교예 4의 경우에는 제2 및 제4 압연스탠드의 압연유 공급유량을 일정하게 하였으나, 실시예 7 및 8에서는 제2 및 제4 압연스탠드의 압연유 공급유량을 변화시켰다. 구체적으로, 실시예 7 및 8에서는 제4 압연스탠드로 각각 3000lpm 및 2000lpm으로 압연유 공급유량을 감소시켰으며, 상기 제4 압연스탠도의 압연유 공급유량의 감소량만큼 제2 압연스탠드로의 압연유 공급유량을 증가시켰다. 그 결과, 비교예 4에서는 히트스트리크가 발생하고, 스테인리스강의 표면품질이 매우 저하됨을 확인할 수 있었다. 반면, 실시예 7 및 8에서는 높은 압연속도임에도 불구하고, 우수한 표면품질을 확보할 수 있었다. 동시에, 제4 압연스탠드로의 공급되는 압연유의 감소량만큼을 제2 압연스탠드로 공급함으로써 총 압연유의 공급량을 일정하게 유지하면서 높은 생산성으로 소정의 표면품질을 확보할 수 있었다.
도 2는 각각의 압연속도에서 압연유에 따른 공급유량에 따른 광택도롤 나타낸 그래프이다.
도 2에서 a는 압연속도가 100mpm인 경우이고, b는 압연속도가 150mpm인 경우이며, c는 압연속도가 200mpm인 경우이며, 제4 압연스탠드로의 압연유 공급유량에 대한 스테인리스강의 표면 광택도에 대한 결과이다. 도 2를 참조하면, 압연속도가 증가할수록 제4 압연스탠드에서의 압연유 공급유량에 대한 광택도의 영향이 점점 커짐을 확인할 수 있다. 또한, 압연속도가 저속인 a는 압연유 공급유량이 2000lpm 내지 4000lpm에서 모두 스테인리스강의 소정의 광택도 범위를 만족하는데 반하여, 압연속도가 고속인 b 및 c에서는 4000lpm의 압연유 공급유량에서는 스테인리스강의 소정의 광택도를 얻을 수 없음을 확인할 수 있었다. 즉, 탠던압연기를 이용하여 연속 냉간압연하는 경우에, 고속냉간압연시에는 제4 압연스탠드로의 압연유의 공급유량을 감소시킴으로써, 스테인리스강의 표면품질을 확보할 수 있음을 확인할 수 있었다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 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. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 연속압연기 110: 압연스탠드
120: 압연유공급부 130: 제어부
140: 리턴탱크 150: 여과부

Claims (6)

  1. 순차적으로 구비되는 4개 이상의 압연스탠드로 이루어진 탠덤압연기로 스테인리스강을 연속적으로 냉간압연하는 방법으로,
    상기 냉간압연은 저속냉간압연에서 고속냉간압연으로 압연속도를 변경하면서 수행되고,
    상기 저속냉간압연에서 최종 압연스탠드로 압연유를 제1 공급유량 (Q1)으로 공급하고, 상기 고속냉간압연에서는 최종 압연스탠드로 압연유를 제2 공급유량 (Q2)으로 공급하며, 상기 제2 공급유량 (Q2)은 하기 식 1을 만족하며,
    상기 고속냉간압연에서는 두번째 압연스탠드로 압연유를 제3 공급유량(Q3)으로 공급하고, 상기 제3 공급유량은 상기 제1 공급유량보다 증가 된 양인 것을 특징으로 하는 스테인리스강의 냉간압연방법.
    식 1 : Q2 = (1/2*Q1) 내지 (3/4*Q1)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저속냉간압연에서의 압연속도는 150mpm 미만이고, 상기 고속냉간압연에서의 압연속도는 150mpm 내지 400mpm인 것을 특징으로 하는 스테인리스강의 냉간압연방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제3 공급유량 (Q3)은 하기 식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 스테인리스강의 냉간압연방법.
    식 2 : Q3 = Q1+Q2
  4. 제2항에 있어서,
    상기 압연스탠드는 순차적으로 구비되는 제1 내지 제4 압연스탠드를 포함하고, 상기 저속냉간압연에서는 상기 제1 내지 제4 압연스탠드로 압연유를 제1 공급유량 (Q1)로 공급하고, 상기 고속냉간압연에서는 제1 및 제3 압연스탠드로 압연유를 제1 공급유량 (Q1)으로 공급하되 제4 압연스탠드로는 압연유를 제2 공급유량 (Q2)으로 공급하는 것을 특징으로 하는 스테인리스강의 냉간압연방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고속냉간압연에서는 상기 제2 압연스탠드로 압연유를 제3 공급유량 (Q3)으로 공급하고, 상기 제3 공급유량 (Q3)은 하기 식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 스테인리스강의 냉간압연방법.
    식 2 : Q3 = Q1+Q2
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압연스탠드에는 작동롤 지름이 130mm 내지 150mm인 중경롤인 지-하이밀 (Z-Hi mill)이 구비되는 것을 특징으로 하는 스테인리스강의 냉간압연방법.
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