KR101589913B1

KR101589913B1 - Ahss 열연코일의 열처리 방법 및 이를 이용한 냉간 압연방법

Info

Publication number: KR101589913B1
Application number: KR1020140177256A
Authority: KR
Inventors: 정창규; 김형전
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2014-12-10
Filing date: 2014-12-10
Publication date: 2016-02-01

Abstract

AHSS 열연코일의 열처리 방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 AHSS 열연코일의 열처리 방법은 압연재를 열간 압연하여 냉각한 후 권취하여 인장강도 780MPa이상의 열연코일을 제조하는 열연코일 생성 단계와, 열연코일 생성 단계에서 제조된 열연코일을 운반하여 열처리로에 인입시키는 열연코일 열처리로 인입 단계와, 열연코일을 열처리에 인입하는 과정에서 냉각된 열연코일의 가장자리부를 열처리로의 가열장치를 이용하여 열연코일의 중심부와 상응하는 온도를 가지도록 가열하는 열연코일 가장자리부 가열단계와, 열연코일 가장자리부 가열단계에서 가열된 온도로 열연코일을 일정시간 동안 항온 유지하는 열연코일 온도 유지 단계와, 열연코일 온도 유지 단계를 거친 열연코일을 냉각하는 열연코일 냉각 단계를 포함한다.

Description

AHSS 열연코일의 열처리 방법 및 이를 이용한 냉간 압연방법{HEAT TREATING METHOD FOR ADVANCED HIGH STRENGTH STEEL HOT COIL AND COLD ROLLING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 열연코일의 열처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열연코일의 권취 후 이송 중에 열처리하는 방법 및 이를 이용한 냉간 압연방법에 관한 것이다.

철강 제조 공정에서 실시되는 열간압연공정은 고로 등에서 제조된 슬래브를 가열로에서 압연에 적당한 온도로 재가열한 후에, 조 압연기(Roughing Mill) 및 최종압연기(Finishing Mill)등의 일련의 압연장치를 거쳐 스트립(strip) 형태의 열연강판으로 압연되고, 냉각설비를 통해 냉각된 후 권취기를 통해 코일 형태로 권취된다. 그리고 권취된 열연코일은 야드(yard)에 적치되어 공냉된 후 냉연공장에나 제품으로 출하된다.

한편 공냉과정에서 대기와 맞닿은 열연코일의 가장자리와 열연코일의 내부는 냉각속도 차이에 따라 재질편차가 발생하게 되고, 이는 후속공정인 냉간압연시 판파단이나 쏠림현상의 원인이 되어 생산 장애를 유발하게 된다. 이러한 문제를 해결하고자 대한민국 등록특허공보 제10-1431020호에는 서냉 박스를 열연코일에 적용하여 상변태 온도 구간에서 열연코일의 가장자리부분의 냉각속도를 줄임에 의해 열연코일의 재질편차를 줄이는 방법이 제시되었다.

그러나 서냉 박스를 적용하는 동안의 열연코일의 공냉은 피할 수 없어 경질상에 의한 재질편차는 줄어들지 않고, 장시간 서냉 박스에 보관하여야 하는 상태이므로 서냉 박스의 한정된 개수에 의한 생산 차질이 불가피한 문제가 있게 된다.

한국등록특허 제1431020호(2014.08.19 공고)

본 발명의 실시 예들은 AHSS 열연코일의 폭방향 재질편차를 줄일 수 있는 열처리 방법 및 이를 이용한 냉간 압연방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술분야의 종사자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 압연재를 열간 압연하여 냉각한 후 권취하여 인장강도 780MPa이상의 열연코일을 제조하는 열연코일 생성 단계와, 상기 열연코일 생성 단계에서 제조된 상기 열연코일을 운반하여 열처리로에 인입시키는 열연코일 열처리로 인입 단계와, 상기 열연코일을 상기 열처리에 인입하는 과정에서 냉각된 상기 열연코일의 가장자리부를 상기 열처리로의 가열장치를 이용하여 상기 열연코일의 중심부와 상응하는 온도를 가지도록 가열하는 열연코일 가장자리부 가열단계와, 상기 열연코일 가장자리부 가열단계에서 가열된 온도로 상기 열연코일을 일정시간 동안 항온 유지하는 열연코일 온도 유지 단계와, 상기 열연코일 온도 유지 단계를 거친 상기 열연코일을 냉각하는 열연코일 냉각 단계를 포함하는 AHSS 열연코일의 열처리 방법이 제공될 수 있다.

또한 상기 열연코일은 C:0.2w%이하, Si:1.1w%이상, Mn:2.4w%이상을 포함한다.

또한 상기 열연코일 생성단계에서 권취 완료된 상기 열연코일의 온도는 500~600℃를 포함한다.

또한 상기 열연코일 가장자리부 가열 단계에서, 상기 열연코일의 가장자리부를 가열하는 온도는 500~600℃의 온도범위를 포함한다.

또한 상기 열연코일 온도 유지 단계에서, 상기 열연코일의 항온 유지시간은 3~12시간을 포함한다.

또한 상기 열연코일 열처리로 인입 단계에서는, 레일을 따라 이동하는 이송대차에 상기 열연코일이 적치되어 상기 열연코일의 양 측면을 가열하는 가열장치가 내장된 열처리로에 인입되는 것을 포함한다.

또한 상기 열연코일 가장자리부 가열 단계에서는, 상기 열처리로에 배치된 상기 가열장치가 상기 열연코일의 양 측면을 향해 화염 또는 복사열을 가함에 의해 상기 열연코일의 양 측면 가장자리부가 500~600℃의 온도에 도달하도록 가열하는 것을 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, C:0.2w%이하, Si:1.1w%이상, Mn:2.4w%이상을 포함하고, 인장강도 780MPa 이상인 AHSS 열연코일로부터 냉연강판을 제조하는 냉간 압연방법에 있어서, 권취온도가 500~600℃의 범위내인 AHSS 열연코일을 생성하고, 생성된 AHSS 열연코일을 열처리로에 인입시키고, 상기 열처리로에 인입되는 과정에서 냉각된 상기 AHSS 열연코일의 가장자리부에 대해 중심부의 온도와 상응하도록 500~600℃의 온도범위 내에서 재가열한 후 3~12시간 동안 항온 유지하여 강도 연화를 발생시키고, 상기 강도 연화된 상기 AHSS 열연코일을 냉각한 후에 냉간 압연을 실시하는 냉간 압연방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 AHSS 열연코일의 폭 방향 재질편차를 줄임으로써 냉간 압연시 재질편차에 의한 꼬임 및 형상불량을 방지할 수 있게 된다.

또한 본 발명의 실시 예들은 AHSS 열연코일의 가장자리부분만을 가열함에 따라 재가열에 의한 내부 산화를 최소화할 수 있어 냉간 압연 전 산세공정에서 스케일 박리성을 확보할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열간압연공정을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 열처리 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 열처리 과정의 온도변화를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 열처리 전 열연코일의 폭 방향 경도분포를 나타낸 도표이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이송대차와 열처리로를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 980DP, 980TRIP, 1180TRIP강의 열처리전 폭방향 강도 분포와 본 발명에 따라 580℃에서 3~12시간 항온 열처리후 변화된 강도를 나타낸 도표이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 980DP 강을 열처리하였을 때 시간에 따른 재질변화를 나타낸 것이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 열연압연공정을 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 열처리 방법을 도시한 순서도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 열처리 과정의 온도변화를 도시한 것이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 냉간 압연방법은 열연코일 생성 단계(S10), 열연코일 열처리로 인입 단계(S20), 열연코일 가장자리부 가열 단계(S30), 열연코일 온도 유지 단계(S40), 열연코일 냉각 단계(S50) 및 냉간 압연단계(S60)를 포함한다.

열연코일 생성 단계(S10)는 슬래브(S1)를 압연하여 최종적으로 코일 형태로 감긴 인장강도 780MPa 이상인 AHSS(Advanced High Strength Steel) 열연코일(20)을 제작하는 단계이다. 구체적으로, 슬래브(S1)는 가열로(10)에서 압연에 적당한 온도로 가열하고, 가열로(10)에서 가열된 슬래브(S1)는 3~4대의 압연스탠드로 구성된 조압연설비(11)에서 폭 압연과 두께 압연이 실시되어 바(S2)형태로 만들어지며, 이후 6~7대의 압연스탠드로 구성된 사상압연설비(12)에서는 원하는 두께로 최종 두께 압연을 거쳐 원하는 두께의 스트립(S3)으로 압연될 수 있다. 이후, 스트립(S3)은 냉각공정(13)를 통과하면서 소정의 온도로 냉각된 후 권취기(14)로 공급되며, 권취기(14)에서는 냉각이 완료된 스트립(S3)을 코일 형태로 권취하여 열연코일(20)을 생성할 수 있다. 이하 슬래브(S1), 바(S2), 스트립(S3)은 압연재(S)로 칭하고. 압연재(S)는 고강도 열연 강판(AHSS)으로서 인장강도 780MPa 이상인 Dual-Phase강(DP강), Transformation Induced Plasticity강(TRIP강)으로서 C:0.2w%이하, Si:1.1w%이상, Mn:2.4w%이상을 포함한다. 또한 권취 완료된 열연코일(20)의 온도(T1)는 500~600℃를 포함한다.

열연코일 열처리로 인입 단계(S20)는 열연코일 생성 단계(S10)에서 생산된 열연코일(20)을 이송대차를 이용하여 열처리로에 인입시키는 단계이다.

열연코일 생성 단계(S10)에서 생산된 인장강도 780MPa이상인 열연코일(20)은 도 4에 도시한 바와 같이 공기 중에서 냉각되었을 때 가장자리부와 중심부의 경도편차가 9800DP강의 경우 약 63Hv(인장강도로 환산하면 약200MPa)이상 나고 있으며, 다른 두 강종(980DP, 1180TRIP)들의 경우에도 가장자리부의 경도가 중심부의 경도보다 높게 나오는 경향을 나타낸다. 따라서 열연코일 열처리로 인입 단계(S20)는 변태온도 구간에서 열연코일(20)의 가장자리부와 중심부의 온도를 같도록 유지함으로써 열연코일(20) 가장자리부의 변태를 촉진시킴과 더불어 열연코일(20) 가장자리부의 강도를 열연코일(20) 중심부의 강도와 유사하게 하여 열연코일(20)의 폭 방향 재질편차를 줄일 수 있도록 열연코일(20)의 가장자리부를 열처리하기 위한 열처리로에 열연코일(20)을 장입시키는 단계이다.

여기서, 열처리로(50)는 도 5에 도시한 바와 같이 열연코일(20)의 가장자리부의 효율적 가열 및 보온기능을 수행하기 위한 것으로서, 복수의 열연코일(20)은 이송대차(40)의 스키드(45)에 지지되고, 이송대차(40)가 레일(41)을 따라 이동함에 따라 열처리로(50) 내부에 진입된다. 열처리로(50)는 전면, 후면 및 하부가 개방된 터널 형태로 마련되고, 이송대차(40)가 열처리로(50) 내부로 진입된 경우 전면과 후면은 개폐도어(55)에 의해 닫히고, 열처리로(50)의 하부는 이송대차(40)의 단열패널(44)에 의해 닫히게 되어 밀폐된 단열구조를 형성한다. 열처리로(50) 내부 양 측벽에는 열연코일(20)의 가장자리부의 가열을 위한 가열장치(60)가 설치된다. 가열장치(60)는 이송대차(40)의 스키드(45)에 적치된 열연코일(20)의 양 측면과 각각 마주하는 위치의 열처리로(50) 내부 양 측벽에 설치되어 열연코일(20)의 양 측면을 향해 화염 또는 복사열을 가할 수 있다.

열연코일 가장자리부 가열단계(S30)는 권취 후 열연코일(20)을 열처리로(50)에 인입시키는 과정에서 냉각된 열연코일(20)의 가장자리부의 온도(T2)를 열처리로(50)의 가열장치(60)를 이용하여 열연코일(20)의 중심부의 온도(T3)와 상응하도록 가열하는 단계이다.

가열장치(60)를 이용한 열연코일(20)의 가장자리부의 가열온도(T3)는 권취된 시점의 열연코일(20)의 중심부 온도와 같으며, 강종에 따라 대략 500~600℃ 범위의 온도를 포함한다. 여기서 온도범위가 600℃를 넘을 때에는 표면 내부 산화층이 20㎛이상 생성할 수 있어 냉간 압연시 표면 불량의 위험이 발생될 수 있다.

열연코일 온도 유지 단계(S40)는 열연코일 가장자리부 가열단계(S30)에서 열연코일(20)의 중심부의 온도와 같도록 열연코일(20)의 가장자리부가 가열된 온도(T3)로 열처리로(50)에서 일정시간(3~12시간) 동안 항온 유지하여 열연코일(20)의 가장자리부의 강도가 중심부의 강도와 유사하도록 강도 연화시키는 단계이다.

도 6은 980DP, 980TRIP, 1180TRIP강의 열처리전 폭방향 강도 분포와 본 발명의 실시 예에 따른 580℃에서 3~12시간 항온 열처리후 변화된 강도를 나타낸 도표이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 항온 열처리 시간에 따른 강도변화는 강종에 따라 다르며 980DP강은 9시간 이상, 980TRIP은 3시간 이상, 1180TRIP은 6시간 이상 항온을 유지해야만 강도가 기존 공냉 열연코일의 중심부의 강도보다 떨어지게 된다. 여기서, 열처리시 열연코일(20) 중심부에서도 변태 촉진에 의해 어느 정도 강도가 떨어지므로, 열연코일(20) 가장자리부의 열처리 후 강도가 기존 공냉 열연코일의 중심부의 강도 이하로 떨어지도록 유지시간을 설정할 수 있다. 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이 980DP강의 경우 항온 열처리 시간이 6시간 이하는 연질상 형성이 미비하여 항온 이후 냉각과정에서 다량의 미변태 오스테나이트가 경질상(마르텐사이트 또는 베이나이트)으로 변태되어 강도의 변화가 없으나, 6~12시간 항온 열처리 하는 경우에는 페라이트 변태가 증가하고 연질상이 형성되어 약 30%정도의 강도가 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.

열연코일 냉각 단계(S50)는 열처리가 완료되어 조직이 연화된 열연코일(20)을 상온으로 냉각하는 단계이다. 이때 열연코일(20)은 대부분의 오스테나이트가 연질상(펄라이트)으로 변태가 완료되고, 일부 잔류한 오스테나이트가 경질상(마르텐사이트 또는 베이나이트)으로 변태되지만 강도 증가의 영향은 미미하다. 따라서 열연코일 냉각 단계(S50)에서는 열처리 이후 냉각 속도와 재질변화는 무관하게 되고 공냉(20℃/Hr)에서 수냉(급랭)까지 가능하게 된다.

이러한 열처리 과정을 통하여, 열간 압연 후 권취된 열연코일(20)을 야드로 이송하는 과정에서 공냉에 의해 발생하는 열연코일(20)의 가장자리부와 중심부의 온도 편차를 제거함으로써 최소화함으로써 냉간 압연 시 열연코일(20)의 재질편차에 의한 꼬임 및 형상불량을 방지할 수 있게 된다.

또한 본 실시 예에서는 열처리로(50)를 이용하여 열연코일(20)의 가장자리부만을 가열함에 의해 재가열에 의한 내부산화를 최소화할 수 있게 된다.

이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

10: 가열로, 11: 조압연설비,
12: 사상압연설비, 13: 냉각공정,
14: 권취기, 20: 열연코일,
40: 이송대차, 50: 열처리로.

Claims

조압연과 사상압연설비를 통해 압연재를 열간 압연하고, 냉각 후 권취기를 통해 권취하여 권취온도가 500~600℃ 이내이고, 인장강도 780MPa이상, C:0.2w%이하, Si:1.1w%이상, Mn:2.4w%이상을 포함하는 열연코일을 제조하는 열연코일 생성 단계;
상기 열연코일 생성 단계에서 제조된 상기 열연코일을 운반하여 열처리로에 인입시키는 열연코일 열처리로 인입 단계;
상기 열연코일을 상기 열처리에 인입하는 과정에서 냉각된 상기 열연코일의 가장자리부를 상기 열처리로의 가열장치를 이용하여 상기 열연코일의 중심부와 상응하도록 500~600℃의 온도범위로 가열하는 열연코일 가장자리부 가열단계;
상기 열연코일 가장자리부 가열단계에서 가열된 온도로 상기 열연코일을 3~12시간 동안 항온 유지하는 열연코일 온도 유지 단계;
상기 열연코일 온도 유지 단계를 거친 상기 열연코일을 냉각하는 열연코일 냉각 단계;를 포함하는 AHSS 열연코일의 열처리 방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
제 1항에 있어서,
상기 열연코일 열처리로 인입 단계에서는,
레일을 따라 이동하는 이송대차에 상기 열연코일이 적치되어 상기 열연코일의 양 측면을 가열하는 가열장치가 내장된 열처리로에 인입되는 것을 포함하는 AHSS 열연코일의 열처리 방법.
제 6항에 있어서,
상기 열연코일 가장자리부 가열 단계에서는, 상기 열처리로에 배치된 상기 가열장치가 상기 열연코일의 양 측면을 향해 화염 또는 복사열을 가함에 의해 상기 열연코일의 양 측면 가장자리부가 500~600℃의 온도에 도달하도록 집중 가열하는 것을 포함하는 AHSS 열연코일의 열처리 방법.
C:0.2w%이하, Si:1.1w%이상, Mn:2.4w%이상을 포함하고, 인장강도 780MPa 이상인 AHSS 열연코일로부터 냉연강판을 제조하는 냉간 압연방법에 있어서,
권취온도가 500~600℃의 범위내인 AHSS 열연코일을 생성하고, 생성된 AHSS 열연코일을 열처리로에 인입시키고, 상기 열처리로에 인입되는 과정에서 냉각된 상기 AHSS 열연코일의 가장자리부에 대해 중심부의 온도와 상응하도록 500~600℃의 온도범위 내에서 재가열한 후 3~12시간 동안 항온 유지하여 강도 연화를 발생시키고, 상기 강도 연화된 상기 AHSS 열연코일을 냉각한 후에 냉간 압연을 실시하는 냉간 압연방법.