KR101580589B1

KR101580589B1 - 연속 열간 압연에 있어서의 시트바의 접합 방법

Info

Publication number: KR101580589B1
Application number: KR1020147008502A
Authority: KR
Inventors: 카즈야 모리
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2011-10-03
Filing date: 2012-10-01
Publication date: 2015-12-28
Also published as: JP5648750B2; JPWO2013051232A1; KR20140068123A; CN103842104A; CN103842104B; WO2013051232A1

Abstract

열간 연속 압연에 있어서의 시트바의 파단의 발생 빈도를 대폭으로 저감할 수 있는 시트바의 접합 방법을 제공한다. 열간 마무리 압연기의 입측(入側)에서 선행 시트바의 미단(尾端)과 후행 시트바의 선단을 클램프하여, 업셋을 개시하면서 유도 가열하고, 목표 업셋량에 도달한 후, 클램프를 개방하는 시트바 접합 방법으로서, 상기 목표 업셋량에 도달하고 나서 클램프를 개방할 때까지의 시간인 업셋 후의 유지 시간을, 업셋 개시로부터 클램프 개방까지의 시간인 접합 전체 시간의 25％ 이상 60％ 이하로 한다.

Description

연속 열간 압연에 있어서의 시트바의 접합 방법{METHOD FOR JOINING SHEET BARS IN CONTINUOUS HOT ROLLING}

본 발명은, 연속 열간 압연에 있어서의 시트바의 접합 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 선행 시트바의 후단(rear end)과 후행 시트바의 선단(front end)을 유도 가열 장치를 이용하여 가열하고, 압압(업셋(upset))하여 접합하고, 순차 이어 맞추어 연속적으로 압연하는, 연속 열간 압연에 있어서의 시트바의 접합 방법에 관한 것이다.

시트바를 1개마다 가열, 초벌 압연, 마무리 압연하여 소망하는 두께의 강판으로 마무리하는, 소위 배치식(bath-type)의 열간 압연 라인에서는, 특히 마무리 압연 공정에 있어서, 강편(steel sheet) 선단의 물림 불량, 강편 후단의 축소, 강편 선단의 런 아웃 테이블 상에서의 반송 트러블, 시트바 선후단의 치수 불량 등의 트러블이 있었다.

이 때문에, 마무리 압연기의 입측(entry-side) 반송 라인에서 선행 시트바의 후단과 후행 시트바의 선단을 순차 접합하고 나서 마무리 압연에 제공하는 연속 압연 방법이 제안되고, 이에 수반하여 시트바의 접합 방법에 대해서도 여러 가지의 방법이 개발되고 있다.

그 중에서도 비교적 단시간에 접합을 종료할 수 있는 방법으로서, 특허문헌 1이나 특허문헌 2에 개시된 유도 가열 압접법이 알려져 있다. 이 방법은, 유도 가열에 의해 선행 시트바의 후단과 후행 시트바의 선단과의 접합 예정부를 급속 가열한 후, 힘을 가하여 서로 맞댐(업셋함)으로써 접합하는 방법이다.

또한, 특허문헌 3에는, 시트바의 맞대기 접합시에 발생하고 있던 시트바의 상하의 어긋남(vertical misalignment), 접합 장치의 절연재의 파손 등을 방지할 수 있어 안정된 연속 열간 압연을 행할 수 있는 시트바의 접합 장치 및 접합 방법이 개시되어 있다.

일본공개특허공보 소60-244401호 일본공개특허공보 평08-001204호 일본공개특허공보 평10-286607호

그러나, 종래의 연속 열간 압연에 있어서의 시트바의 접합 방법에 있어서는, 이하의 과제가 있는 것을 알 수 있었다. 즉, 과거의 연속 압연 조업 실적의 해석에 의해, 시트바가 질량％로, C: 0.038∼0.120％, Si: 0.01∼1.40％, Mn: 0.80∼1.40％, P: 0.005∼0.024％, S: 0.001∼0.054％, N: 0.002∼0.005％, Al: 0.024∼0.050％를 함유하고 잔부 Fe 및 불가피적 불순물인 조성(조성 C1)을 갖는 강종인 경우, 혹은, 조성 C1에 더하여 추가로, Cu: 0.01∼0.03％, Ni: 0.01∼0.02％, Cr: 0.02∼0.90％, Mo: 0.001∼0.010％, V: 0.002∼0.005％, Ti: 0.002∼0.055％, Nb: 0.004％ 이하 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조성(조성 C2)을 갖는 강종인 경우, 접합한 시트바의 마무리 압연 중 내지 마무리 압연 후에 당해 접합부가 파단하는 빈도가 높다는 과제가 있는 것을 알 수 있었다.

발명자는 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토하여, 이하의 인식을 얻었다.

(가) 상기 조성은 Si, Mn량의 상한이 높다. 당해 성분 원소는 시트바 접합시의 유도 가열에 의해 대기에 노출되어 산화되기 쉽고, 당해 성분 원소의 융점은 강(steel)의 그것보다도 낮은 점에서, 당해 성분 함유량이 많은(Si: 0.5％ 이상, 및/또는, Mn: 1.0％ 이상인) 경우, 고온에서의 시트바 접합 계면에 당해 성분 원소가 액체 상태로 응집하여 산화되어 당해 성분 원소의 산화물이 다수 생성된다.

(나) 상기 조성은 Al, Cr, Ti의 상한이 높다. 당해 성분 원소는 제강(製鋼) 단계에서 용강(molten steel) 중에 산화물을 형성하고, 당해 성분 함유량이 많은 경우, 당해 성분 원소의 산화물은 주편(cast strand) 내에 다량으로 잔류하며, 시트바 접합 계면에도 다량으로 나타난다.

(다)　(가)(나)에서 서술한 산화물은, 모두 연성(ductility)이 부족하기 때문에, 시트바 접합 계면에 다량으로 존재하면, 시트바의 접합 강도를 저하시켜, 마무리 압연 중의 장력에 의해 접합부 파단의 원인이 된다.

(라) 상기 산화물을 시트바 접합 중에 접합 계면으로부터 충분히 배제함으로써, 접합 강도를 향상시킬 수 있어, 상기 파단의 발생 빈도를 대폭으로 저감할 수 있다. 그러기 위해서는 시트바 접합 공정에 있어서, 접합 전체 시간에 대하여 업셋 후에 그대로의 상태로 유지하는 시간의 비율을 적정하게 관리하는 대책이 매우 유효하다.

(마)　(라)의 대책은, 피(被)접합재인 시트바가, 상기 조성 C1, C2 이외의 조성을 갖는 저합금강(합금 원소의 총량이 5mass％ 이하인 강), 중합금강(합금 원소의 총량이 5mass％ 초과 10mass％ 미만인 강), 고합금강(합금 원소의 총량이 10mass％ 이상인 강(스테인리스강을 포함함))의 어느 강종인 경우에도 유효하다.

본 발명은 상기 인식에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.

(1) 열간 마무리 압연기의 입측에서 선행 시트바의 미단(尾端;tail end)과 후행 시트바의 선단을 클램프하여, 업셋을 개시하면서 유도 가열하고, 목표 업셋량에 도달한 후, 클램프를 개방하는 시트바 접합 방법으로서, 상기 목표 업셋량에 도달하고 나서 클램프를 개방할 때까지의 시간인 업셋 후의 유지 시간(holding time)을, 업셋 개시로부터 클램프 개방까지의 시간인 접합 전체 시간의 25％ 이상 60％ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 열간 연속 압연에 있어서의 시트바의 접합 방법.

(2) 상기 시트바는, 질량％로, C: 0.038∼0.120％, Si: 0.01∼1.40％, Mn: 0.80∼1.40％, P: 0.005∼0.024％, S: 0.001∼0.054％, N: 0.002∼0.005％, Al: 0.024∼0.050％를 함유하고 잔부 Fe 및 불가피적 불순물인 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 열간 연속 압연에 있어서의 시트바의 접합 방법.

또한, 본 발명의 효과가 보다 현저하게 발현되는 것은, (2)에 있어서, Si: 0.5％ 이상, 및/또는, Mn: 1.0％ 이상의 경우이기 때문에, 보다 바람직하게는, 상기 시트바는, (2)에 있어서 Si: 0.01∼1.4％를 대신하여 Si: 0.50∼1.4％로 한 조성, 또는, (2)에 있어서 Mn: 0.80∼1.40％를 대신하여 Mn: 1.0∼1.40％로 한 조성을 갖는 것이다.

(3) 상기 Fe의 일부를 대신하여, 질량％로, Cu: 0.01∼0.03％, Ni: 0.01∼0.02％, Cr: 0.02∼0.90％, Mo: 0.001∼0.010％, V: 0.002∼0.005％, Ti: 0.002∼0.055％, Nb: 0.004％ 이하 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 (2)에 기재된 열간 연속 압연에 있어서의 시트바의 접합 방법.

본 발명에 의하면, 선행 시트바 미단과 후행 시트바 선단을 접합하는 접합 공정에 있어서, 시트바 접합 계면의 산화물을 유효하게 배제할 수 있고, 시트바 접합 강도를 대폭으로 향상시켜, 다음 공정인 마무리 압연 공정(마무리 압연 개시로부터 권취 완료까지의 공정)에서의 접합부 파단을 유효하게 저감할 수 있다는 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시에 이용되는 연속 열간 압연 라인의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1 중의 접합 장치의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 3은 FEM 해석에 의한 접합 강도비와 업셋량의 관계도에 설비 제약의 한계선을 겹쳐 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명 범위 외의 접합 방법으로 접합한 시트바 접합부의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명 범위 내의 접합 방법으로 접합한 시트바 접합부의 일 예를 나타내는 개략도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시에 이용되는 연속 열간 압연 라인의 일 예를 나타내는 개략도이며, 코일 박스(1)로부터 마무리 압연기 제1 스탠드(7)까지의 설비열(列)이 나타나 있다. 당해 설비열은, 초벌 압연기(도시하지 않음)로부터 나온 판재(시트바)를 권취하는 코일 박스(1), 코일 박스(1)로부터 풀려진 선행 시트바(S₁)의 후단 및 후행 시트바(S₂)의 선단을 절단하는 크롭 쉐어(crop shear;2), 선행 시트바(S₁) 및 후행 시트바(S₂)의 절단면(접합면)끼리를 접합하는 접합 장치(3), 레벨러(4), 핀치 롤(5a, 5b, 5c), 탈(脫)스케일 장치(6), 마무리 압연기 제1 스탠드(7)를 갖고 있다.

접합 장치(3)는, 도 2에 일 예를 나타내는 바와 같이, 크롭 쉐어(2)에 의해 후단의 크롭이 잘려나간 선행 시트바(S₁) 및 선단의 크롭이 잘려나간 후행 시트바(S₂)의 각 절단단(cut end)을 접합면끼리가 서로 비접촉으로 대향 배치되도록 파지(클램프) 하는 좌우의 클램프 장치(8, 9)와, 당해 클램프 장치(8, 9)에 의해 파지된 선행 시트바(S₁) 및 후행 시트바(S₂)의 각 절단단을 가열하는 유도 가열 장치(10)와, 클램프 장치(8)를 클램프 장치(9)측으로 눌러 유도 가열 장치(10)에 의해 가열된 선행 시트바(S₁) 및 후행 시트바(S₂)의 각 절단단의 접합면끼리를 맞대어 압압(업셋)하여 접합하는 압압 실린더(11)와, 당해 업셋시에 선행 시트바(S₁) 및 후행 시트바(S₂)가 상하 방향으로 어긋나는 것을 방지하는 위치 이탈 방지판(12)을 구비한다.

여기에서, 본 실시 형태에서는, 유도 가열 장치(10)에 의해 선행 시트바(S₁) 및 후행 시트바(S₂)의 각 절단단을 가열할 때에, 선행 시트바(S₁) 및 후행 시트바(S₂)의 각 접합면의 온도가 강편의 고상률(solid phase rate) 25％가 되도록 가열하고, 이 상태에서 압압 실린더(11)에 의해 클램프 장치(8)를 24㎜ 눌러, 즉 업셋량을 24㎜로 하여, 접합면끼리를 업셋하도록 했다. 이에 따라, 접합면끼리의 업셋시에 접합 계면에 생성된 강의 융점보다 높은 융점의 산화물, 강의 융점보다 낮은 융점의 산화물과도, 액상(液相)이 되어 녹은 강과 함께 접합 계면으로부터 외측으로 배출되는 결과, 당해 산화물이 접합 계면에 잔류하여 접합 강도가 저하되는 것을 회피할 수 있다.

도 3은 유한 요소법(FEM)에 의해 접합부 거동을 해석하여 얻어진, 고상률 및 업셋량과, 접합부의 대모재(對母材) 강도비인 접합 강도비의 상관을 그래프화한 것이다. 고상률이 낮을수록, 또한 업셋량이 클수록, 접합부 강도는 향상된다. 단, 고상률을 지나치게 내리면, 액상이 증가하여 강편의 녹아내림에 의해 불완전 접합이 되어 버린다. 또한, 업셋량이 지나치게 크면, 접합 하중이 설비상의 제약에 걸려, 충분한 업셋을 할 수 없게 된다.

그러나, 전술한 바와 같이 고상률과 업셋량을, 녹아내림이 일어나지 않고 또한 설비 제약을 충족시키는 범위 내(도 3 참조)로 설정하여 시트바 접합을 행하는 것만으로는 충분한 접합 강도는 얻어지지 않는다. 충분한 접합 강도를 얻으려면, 본 발명에 준거하여, 상기 업셋 후의 유지 시간을 상기 접합 전체 시간의 25％ 이상 60％ 이하로 할 필요가 있다.

또한, 상기 접합 전체 시간에 대한 업셋 후의 유지 시간의 비율은, 이것이 60％를 초과하면 접합 강도 향상 효과가 포화되어, 압연 능률의 저하를 초래하게만 되기 때문에, 60％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

도 4, 도 5는, 모두 고상률 25％, 업셋량 24㎜에서 상기 조성 C1을 갖는 시트바의 접합을 실시한 후의 접합 부분에 시트바 길이 방향으로 장력을 가하여 접합부를 명확하게 한 예이다. 단, 도 4는 접합 전체 시간 4.5초에 대하여, 업셋 후의 유지 시간을 0.5초(접합 전체 시간의 11％)로 하고, 한편, 도 5는 접합 전체 시간 4.7초에 대하여, 업셋 후의 유지 시간을 1.5초(접합 전체 시간의 32％)로 했다. 도 4의 예에서는 마무리 압연 중에 접합부 파단이 발생했다. 도 5는, 정상적으로 마무리 압연을 완료할 수 있었다. 시트바 폭방향의 접합률도, 유지 시간 0.5초의 36％에 대하여, 유지 시간 1.5초에서는 77％로 대폭으로 개선되어 있다.

마찬가지로, 상기 조성 C2 내지 상기 (마)에 예로 든 강종의 시트바에 대해서 고상률, 업셋량을 변경하여 조사한 결과, 접합 전체 시간에 대한 업셋 후의 유지 시간의 비율을 25％ 이상으로 하면 접합 후의 시트바 폭방향 접합률이 현저하게 양호하며, 그대로 마무리 압연해도 접합부에서 파단하지 않고, 정상적으로 압연할 수 있는 것을 파악했다.

이것은, 상기 조성 C1, C2 내지 상기 (마)에 예로 든 강종이 되면 강 성분의 Si, Mn 등이 다량으로 있어, 이들이 유도 가열에 의해 대기에 노출되어 산화되기 쉽고, 이들의 융점은 강보다도 낮은 점에서 시트바 접합 계면에 액체 상태로 다량으로 생성되고, 응집하여 산화물이 된다.

그 결과, 전체 접합 시간에 대한 업셋 후의 유지 시간의 비율이 25％ 미만으로 낮은 경우는, 이들 산화물의 일부가 접합 계면에 잔류하여 고체화되고, 산화물은 연성이 없는 점에서 이들을 기점으로 하여, 시트바 폭방향 전체에 균열이 진전되어 파단하기 쉽다.

한편, 전체 접합 시간에 대한 업셋 후의 유지 시간의 비율을 25％ 이상으로 높게 하면, 전술한 액체 상태 원소가 응집한 산화물을 접합 계면으로부터 충분히 배출할 수 있는 결과, 접합 계면이 충분히 용착(溶着)할 수 있고 연성도 확보되어 파단하는 경우가 없어, 안정적으로 마무리 압연이 가능하게 되는 것이다.

실시예

선행 시트바, 후행 시트바로서, 각각 폭 1100㎜, 두께 30㎜가 되는 시트바를, 도 1에 나타낸 연속 열간 압연 라인에 제공했다. 시트바의 강종은, Si, Mn, Cr, Ti 등을 포함하는 표 1에 나타내는 합금강이다. 접합 장치(3) 내에서 선행 시트바(S₁) 및 후행 시트바(S₂)의 각 접합면을 대향 배치한 후, 유도 가열 장치(10)로 각 접합면을 가열하고, 업셋 실린더(11)에 의해 클램프 장치(8)를 눌러 접합면끼리를 표 2에 나타내는 목표 업셋량에 도달할 때까지 압압(업셋)하여 접합한 후, 표 2에 나타내는 업셋 후의 유지 시간만큼 유지한 후에 좌우의 클램프 장치(8, 9)에 의한 업셋을 개방했다. 접합 완료 후, 마무리 압연기의 7 스탠드 밀(stand mill)에 의해 판두께 1.6㎜까지 압연을 행했다. 이들 압연재에 대해서, 시트바 폭방향의 접합률을 육안으로 판정하고, 추가로, 접합 후의 마무리 압연에서의 파단의 유무를 조사했다.

이들의 결과를 표 2에 나타낸다.

비교예에서는, 접합 전체 시간에 대한 업셋 후의 유지 시간의 비율은 25％ 미만이며, 접합 후의 시트바 폭방향 계면의 접합률은 48％ 이하로서, 마무리 압연 중에 파단이 발생했다.

이에 대하여 본 발명예에서는, 접합 전체 시간에 대한 업셋 후의 유지 시간의 비율은, 25％ 이상이며, 접합 후의 시트바 폭방향 계면의 접합률은 68％ 이상으로서, 마무리 압연 공정 중에서 전혀 파단하지 않았다.

1 : 코일 박스
2 : 크롭 쉐어
3 : 접합 장치
4 : 레벨러
5 : 핀치 롤
6 : 탈스케일 장치
7 : 마무리 압연기 제1 스탠드
8 : 입측 클램프 장치
9 : 출측 클램프 장치
10 : 유도 가열 장치
11 : 업셋 실린더
12 : 위치 이탈 방지판

Claims

열간 마무리 압연기의 입측(entry-side)에서 선행 시트바의 미단(tail end)과 후행 시트바의 선단(front end)을 클램프하여, 업셋을 개시하면서 유도 가열하고, 목표 업셋량에 도달한 후, 클램프를 개방하는 시트바 접합 방법으로서, 상기 목표 업셋량에 도달하고 나서 클램프를 개방할 때까지의 시간인 업셋 후의 유지 시간(holding time)을 1.2초 이상 3.1초 이하로 하고, 업셋 개시로부터 클램프 개방까지의 시간인 접합 전체 시간을 4.6초 이상 5.2초 이하로 하며,
상기 시트바는, 질량％로, C: 0.038∼0.120％, Si: 0.01∼1.40％, Mn: 0.80∼1.40％, P: 0.005∼0.024％, S: 0.001∼0.054％, N: 0.002∼0.005％, Al: 0.024∼0.050％를 함유하고 잔부 Fe 및 불가피적 불순물인 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 열간 연속 압연에 있어서의 시트바의 접합 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 Fe의 일부를 대신하여, 질량％로, Cu: 0.01∼0.03％, Ni: 0.01∼0.02％, Cr: 0.02∼0.90％, Mo: 0.001∼0.010％, V: 0.002∼0.005％, Ti: 0.002∼0.055％, Nb: 0.004％ 이하 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 열간 연속 압연에 있어서의 시트바의 접합 방법.