KR101687690B1 - 열연 강판의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

접합 장치의 대형화를 수반하는 일 없이, 시트 바 접합부의 판폭 방향 에지부 주변의 접합성을 개선함으로써, 완전 연속 열간 압연에서의 판파단을 저감 또는 방지한다. 완전 연속 열간 압연 방법을 이용하여 열연 강판을 제조할 때에 있어서, 선행 시트 바의 미단부(尾端部) 혹은 후행 시트 바의 선단부(先端部) 중 적어도 한쪽의 판폭 방향 단부의 형상이 테이퍼 형상 혹은 곡선 형상이 되도록 조압연(rough rolling) 공정에서 성형한 후, 그 테이퍼 형상 혹은 곡선 형상의 적어도 일부를 남긴 상태에서 선행 시트 바의 미단부와 후행 시트 바의 선단부를 시어에 의해 전단한다.

Description

열연 강판의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING HOT-ROLLED STEEL SHEET}

본 발명은, 완전 연속 열간 압연(endless continuous hot rolling)에 있어서, 시트 바 접합부(sheet bar joint)의 판폭 방향의 단부 주변의 접합성(joining characteristic)을 개선함으로써, 판의 파단(fracture)을 방지하는 것을 가능하게 한 열연 강판의 제조 방법에 관한 것이다.

열연 강판의 제조 프로세스에서는, 마무리 판두께(finishing sheet thickness)가 얇을수록 마무리 압연(finish rolling) 중에 선단부(先端部)의 크래시(crash)나 미단부(尾端部)의 스퀴징(squeezing)이나 꺾여 들어감(pincher)이라는 트러블이 발생하기 쉽다. 그들 트러블은, 복구를 위한 롤의 재편성이나 판 절단한 재료의 제거에 시간을 필요로 하는 점에서, 라인의 능률을 크게 저하시키는 요인이 되고 있다.

이러한 트러블은, 판 압연에서는 압연기 각 부의 덜걱거림이나 압연 롤의 마모(wear) 등의 하드적인 비대칭성(asymmetry property), 재료의 비대칭한 온도 분포, 그리고 시트 바의 헤드 캠버(head camber)라고 불리는 국소 굽힘(local bentness)이나 캠버(camber)라고 불리는 전체 길이에 걸친 큰 굽힘 등에 의해, 압연 방향에 대하여 압연기가 비대칭으로 변형하는 것이 주된 발생 원인이다. 특히 장력이 가해지지 않는 선미단부에서 불안정한 압연 상태(rolled state)가 되기 쉽고, 또한 마무리 판두께가 얇아질수록 영향을 받기 쉬워진다. 마무리 판두께가 얇아질수록, 마무리 압연 후의 냉각 테이블 상에서 선단부의 플라잉 현상(flying phenomenon)(공기 저항에 의한 부상 현상)이 발생하기 쉬워지고, 통판(threading)이 불안정해지는 점에서, 압연 속도(rolling speed)를 저하시킬 필요가 있어, 압연 능률의 저하의 요인이 되고 있다.

이러한 점에서, 종래의 1개의 슬래브(slab)로부터 1개의 열연 강판 코일을 차례로 제조하는 배치 압연 프로세스(batch rolling process)에서는, 제조 가능한 최소 판두께가 1.2㎜ 정도로 한정되어 있었다.

이와 같은 상황을 타개하기 위한 대책으로서, 열간 슬래브를 조압연(rough rolling)한 후, 선행 시트 바의 미단부와 후행 시트 바의 선단부를 접합하여 마무리 압연(finish rolling)함으로써, 복수개의 슬래브로부터 연속하여 복수의 열연 강판 코일을 제조하는 완전 연속 열간 압연 방법이 실용화되고 있다.

완전 연속 열간 압연 방법에서는, 최선단의 코일의 선단부와 연속화 최후의 코일의 미단부 이외에서는, 마무리 압연 중은 장력을 부하한 상태에서 거의 정상적인 압연 상태가 되기 때문에, 마무리 압연기 내에서의 통판이 매우 안정되고, 스퀴징 등의 트러블도 거의 발생하는 일 없이 압연이 가능하다. 완전 연속 열간 압연 방법에서는, 주간(走間) 판두께 변경 기술(flying gauge change technique)이나 주간 코일 절단, 권취 기술 등과 조합함으로써, 1.0㎜ 이하의 박물(薄物) 열연 강판을 포함하여, 상이한 마무리 판두께의 열연 강판 코일의 연속 제조도 가능해지고 있다.

실용화되고 있는 시트 바의 접합 방식으로서는, 시트 바의 접합면을 융점 근방까지 가열하고, 접합면을 업셋(upset)함으로써 접합하는 것이다.

이때, 접합면 근방의 가열은 유도 가열 방식(induction heating method)으로 시트 바의 판두께 방향으로 자속(magnetic flux)을 관통시켜, 유도 전류에 의한 줄 열(Joule heat)에 의해 급속하게 승온하고, 불과 몇초의 사이에서 가열, 업셋하여 접합을 종료하는 기술이 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1).

접합부의 판폭 방향 에지 주변의 온도를 올려 접합성을 향상시키기 위해, 접합부의 양 에지(both edges)의 외측에 에지 가열 전용의 고주파 코일(high-frequency coils)을 설치하는 것이 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 2).

마찬가지로 판폭 방향의 단부 주변의 접합성을 향상시키는 기술로서, 판두께 방향으로 관통하는 교번 자계(alternating magnetic field)를 인가하여 접합부를 판폭 방향의 전역에 걸쳐 가열·승온함과 함께, 온도 변동(temperature fluctuation)이 큰 영역에는 당해 교번 자속과 반대 방향의 교번 자속을 발생시킴으로써, 판폭 방향 단부의 온도 분포를 개선하는 기술이 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 3).

접합부의 판폭 방향의 단부 주변에 자성체(magnetic material)를 배치하여 판두께 방향으로 관통하는 교번 자계를 인가함으로써, 판폭 방향 단부의 온도 분포를 개선하는 기술이 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 4).

일본공개특허공보 소62-234679호 일본공개특허공보 평7-164018호 일본공개특허공보 평8-1203호 일본공개특허공보 평8-1202호

「판 압연의 이론과 실제」사단법인 일본 철강 협회, p.83

그러나, 상기한 유도 가열에 의한 시트 바 접합 가열 방식에 관한 종래 기술(특허문헌 1∼4)에서는, 각각 이하와 같은 문제점을 갖고 있었다.

특허문헌 1에 개시되어 있는 기술에서는, 교번 자계에 의해 발생하는 유도 전류가 접합부의 판폭 방향의 단부 부근을 우회하는 현상이 발생한다. 그 때문에, 판폭 방향 단부 근방의 온도가 오르지 않는 점에서, 반용융 상태(semisolid state)가 되어 있는 판폭 중앙부에 비해, 판폭 방향의 단부는 저온에서 경도가 높아진다. 이 때문에, 접합면을 맞대어 업셋할 때, 이 판폭 방향의 단부 주변의 미(未)용융 부분이 저항이 되어 업셋 하중이 증대하여, 업셋량이 부족해지는 등 판폭 방향 전체의 접합 상태에 악영향을 미치는 일이 불가피하고, 마무리 압연의 통판 중에 접합부로부터의 판파단이 일어날 확률이 높아진다는 문제점이 있었다.

이에 대하여, 특허문헌 2∼특허문헌 4에 개시되어 있는 기술은, 특허문헌 1에서 문제가 되는 판폭 방향의 단부의 온도의 개선 방법으로서 고안된 기술이지만, 이하와 같은 문제점이 있었다.

특허문헌 2는 접합부 전역에 교번 자속을 인가하기 위한 유도 가열 코일과는 다른 판폭 방향의 단부 전용의 유도 가열 코일을 배치하여 판폭 방향의 단부의 온도의 개선을 도모하는 것으로, 확실하게 판폭 방향의 단부의 온도를 개선하는 효과가 확인되기는 하지만, 설비의 대형화와 건설 비용의 증대가 불가피했다.

특허문헌 3에서는 판폭 방향의 단부의 온도의 개선이 확인되기는 하지만, 여전히 최단부 근방에서는 우회 전류(bypass current)에 의해 온도 상승이 거의 얻어지지 않는 점에서, 판폭 방향의 단부의 접합성에 문제를 남기고 있었다.

특허문헌 4에서는 판폭 방향의 단부 주변에 자성체를 배치하고, 자속 밀도(magnetic flux density)를 높임으로써 판폭 방향의 단부 주변의 온도 상승량을 개선하는 것이지만, 판폭 방향의 단부의 온도를 개선하는 효과가 확인되기는 하지만, 자성체의 배치를 위해 가열용 코일의 상하 위치의 조정 등이 필요하고, 설비의 대형화가 불가피했다.

본 발명은, 전술한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위해 예의 검토를 거듭하여 이루어진 것으로, 접합 장치의 대형화를 수반하는 일 없이, 시트 바 접합부의 판폭 방향의 단부 주변의 접합성을 개선함으로써, 완전 연속 열간 압연에서의 판파단을 방지하는 것이 가능한 열연 강판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자들은 예의 검토를 거듭하여, 시트 바 접합부의 판폭 방향의 단부 주변의 접합성을 개선함으로써, 완전 연속 열간 압연에서의 판의 파단을 방지하는 것이 가능한 열연 강판의 제조 방법을 생각하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 이하와 같은 특징을 갖고 있다.

[1] 열간 압연 라인에 있어서, 마무리 압연의 직전에서, 선행 시트 바의 미단부와 후행 시트 바의 선단부를 시어(shearing machine)로 전단한 후, 유도 가열, 업셋하여 접합하고, 연속적으로 마무리 압연함으로써, 복수개의 슬래브로부터 연속하여 복수의 열연 강판 코일을 제조하는 완전 연속 열간 압연 방법을 이용한 열연 강판의 제조 방법으로서,

선행 시트 바의 미단부 혹은 후행 시트 바의 선단부 중 적어도 한쪽의 판폭 방향의 단부의 형상이 테이퍼 형상 혹은 곡선 형상(R 형상)이 되도록 조압연 공정에서 성형한 후, 그 테이퍼 형상 혹은 곡선 형상의 적어도 일부를 남긴 상태에서 선행 시트 바의 미단부와 후행 시트 바의 선단부를 시어에 의해 전단하는 것을 특징으로 하는 열연 강판의 제조 방법.

[2] 시어에 의한 전단 후의, 선행 시트 바의 미단부 또는 후행 시트 바의 선단부 중 적어도 어느 한쪽의 판폭이, 정상부의 판폭보다 50∼100㎜의 범위에서 좁고, 또한 그 협폭부의 압연 방향의 길이가 50㎜ 이하가 되도록, 조압연 공정에서의 판폭 제어와 시어에 의한 전단 위치 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 상기 [1]에 기재된 열연 강판의 제조 방법.

[3] 조압연 공정에서의 판폭 제어를 행할 때에는, 에저(edger)에 의한 쇼트 스트로크 제어(short stroke control)에 의해 행하거나, 또는, 사이징 프레스(sizing press)에 의한 예성형(豫成形;performing)과 에저에 의한 쇼트 스트로크 제어를 조합하여 행하는 것을 특징으로 하는 상기 [2]에 기재된 열연 강판의 제조 방법.

[4] 조압연 공정의 최종 압연 패스 출측에서, 선행 시트 바의 미단부 또는 후행 시트 바의 선단부의 어느 한쪽의 평면 형상(plane view pattern)을 측정하여, 시어(shearing machine)에서의 전단 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 상기 [1]∼[3] 중 어느 것에 기재된 열연 강판의 제조 방법.

본 발명에 의한 열연 강판의 제조 방법에 의하면, 시트 바 접합부의 판폭 방향의 단부 주변의 접합성을 개선하는 것이 가능하고, 완전 연속 열간 압연에서의 판의 파단을 방지하여 안정적인 압연이 가능해진다.

도 1은 본 발명에 의한 후행 시트 바의 시어 전단 후의 평면 형상의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 시트 바 중의 유도 가열 공정에 있어서의 유도 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 후행 시트 바의 시어 전단 전의 평면 형상의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 사이징 프레스에 의한 슬래브 선단부의 예성형 조건을 나타내는 도면이다.
도 5는 사이징 프레스에 의한 슬래브 선단부의 폭 압하 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 사이징 프레스에서의 슬래브 선단부의 폭 압하 후, 1패스 수평 압연(horizontal rolling)을 행한 경우의 평면 형상을 나타내는 도면이다.
도 7은 일반적인 에징(edging)과 1패스 수평 압연 후의 평면 형상을 나타내는 도면이다.
도 8은 크롭 형상(crop shape)의 측정 방법을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 의한 시트 바의 유도 가열 공정 후의 온도 분포를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 의한 시트 바의 접합 상황을 나타내는 도면이다.
도 11은 종래의 시트 바의 유도 가열 공정 후의 온도 분포를 나타내는 도면이다.
도 12는 시트 바의 유도 가열에 의한 유도 전류의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 13은 종래의 시트 바의 접합 방법을 나타내는 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 이용하여 설명한다.

도 11은, 종래의 시트 바 접합 방법을 상면으로부터 본 도면이다. 도 11은, 선행 시트 바(1)의 미단부(tail)와 후행 시트 바(2)의 선단부(head)를, 각각, 시어로 판폭 방향으로 일직선으로 전단하고, 직사각형 형상이 된 시트 바의 접합면끼리를 수㎜ 거리를 둔 상태로 유지하면서 유도 가열 코일(3)에서 교번 자속을 인가하고 있는 상태이다(트랜스 버스 유도 가열 방식(transverse-type induction heating method)).

도 12에 나타내는 바와 같이, 각각의 시트 바 선미단 근방에 유도 전류(5)가 발생하여 접합면 근방의 온도가 급격하게 상승한다. 통상, 시트 바의 판두께는 25㎜∼50㎜ 정도이고, 마무리 압연 전의 온도는 1000℃∼1100℃ 정도이다. 이 온도로부터 시트 바 단부를 가열하여 접합을 행하지만, 강의 용융이 시작되는 온도(고상선(solidus line))는 함유하는 탄소량에 의해 변화하기는 하지만, 박판 용도로서 사용되는 성분의 강종을 반(半)용융 상태로 하여 접합하기 위해서는, 적어도 1450℃∼1500℃ 정도까지 가열할 필요가 있다. 완전 연속 열간 압연에서는, 선행 시트 바를 마무리 압연하면서 후행 시트 바와의 접합을 행할 필요가 있다. 그 때문에, 설비 스페이스나 가열 효율(heating efficiency)의 관점에서 적어도 200℃/sec 정도 이상의 승온 능력을 갖는 유도 가열 장치(induction heating apparatus)를 이용하여, 유도 가열에서 업셋까지 수초(數秒)의 사이에 접합을 완료하는 것이 바람직하다.

그러나, 이 방식에 의해 발생하는 유도 전류(5)는, 특성상, 도 12에 나타내는 바와 같이, 직사각형 시트 바의 모서리부(20)를 우회해 버리기 때문에, 판폭 중앙부를 고상선 이상의 온도까지 가열할 수 있었다고 해도, 판폭 방향의 단부 주변의 온도를 크게 상승시키는 것은 곤란하다. 유도 가열 장치의 출력을 극단적으로 올려 판폭 방향의 단부의 주변 온도를 고상선 이상으로 한 경우, 판폭 중앙부 부근의 온도가 액상선(liquidus line)을 초과하여 녹아 내려버리기 때문에, 통상은 판폭 중앙부의 온도가 고상선 이상, 액상선 미만의 사이가 되도록 가열 조건을 좁은 범위에서 설정하고 있다.

전술한 바와 같이, 도 11은, 종래의 시트 바 접합법으로 접합면 근방을 가열하고, 양시트 바를 업셋하여 접합하는 상황을 나타내는 도면이다. 해칭 영역(hatched region)(4)은, 반용융 상태(semisolid state)의 영역을 나타내고 있다. 통상, 판폭 방향 에지에서 50㎜ 정도까지는 우회 전류에 의한 승온 부족 영역이고, 업셋시에도 완전한 고체의 상태이다. 판 길이 방향의 업셋에 의해, 반용융부(4)는 판두께 방향으로 압출되면서 변형이 진행되어 접합 상태가 되지만, 판폭 방향의 단부는 완전한 고체 상태인 채 강하게 접촉하기 때문에, 도 13에 나타내는 바와 같이, 판폭 방향의 외측을 향하여 양 에지가 길게 나가는 방향으로 소성 변형(plastic deformation)한다. 이러한 상황에서는, 판폭 방향의 단부의 강접촉부가 업셋 변형에 저항하는 저항으로 되어 있어, 필요 이상으로 큰 업셋력이 필요해진다.

이 때문에, 특히 고장력강(high-tensile strength steel) 등의 경질재(hard material)나 광폭재(broad material)에서는 업셋 하중이 고하중(high-load)이 되어 설비 능력을 초과해 버리는 점에서, 마무리 압연을 실시하기 위해 충분한 접합 강도를 얻기 위한 업셋 변형을 가하는 것이 곤란해진다.

특히, 최근, 지구 환경 문제에 의해 자동차 경량화의 니즈(needs)가 급확대되고, 박판의 고장력화에 대한 요구가 급속하게 높아지고 있어, 강도를 올리기 위해 Si 및, Cr과 같은 합금 성분이 다용되고 있다. 이들 강화 합금(strengthening alloy)의 산화물의 융점은 강의 융점보다 백수십℃에서 수백℃나 높은 점에서, 시트 바의 접합시에는 접합 계면(joint interface)에 고체로서 잔존하기 쉬워, 접합 강도(joint strength)를 저하시키는 요인이 되고 있다.

이점에서, 업셋 변형에 의한 판두께 방향의 재료 반용융부의 흐름에 의해, 접합 계면 부근의 산화물을 접합 계면으로부터 배출하는 것이 바람직하고, 필요 충분한 업셋량을 실현하는 것이 중요하다. 여기에서의 업셋량은, 양시트 바의 판 길이 방향에서의 압축 방향의 이동량이라고 정의한다.

본 발명자들은, 이 판폭 방향의 단부의 저온부의 미접합 상태를 해소하여 안정적인 접합 상태를 확보하는 수단으로서, 시어에 의한 전단 후의 선행 시트 바 후단부 또는 후행 시트 바 선단부의 어느 판폭단을 정상부의 판폭보다 좁아지는 바와 같은 테이퍼 형상 혹은 곡선 형상(R 형상)으로 함으로써, 업셋하여 접합 후의 판폭 방향의 단부의 접합 강도가 안정적으로 상승하는 것을 발견했다.

즉, 도 1에 나타내는 바와 같이, 시트 바(여기에서는, 후행 시트 바(2))의 접합면의 판폭 방향의 단부를 정상부(steady state region)에 비해 좁아진 형상으로 성형할 수 있으면, 도 2에 개략적으로 나타내는 바와 같이, 전자 유도(electromagnetic induction)로 야기되는 유도 전류(5)의 유로가 변화하여, 우회 현상에 의한 승열(昇熱) 부족 영역을 대폭으로 축소시키는 것이 가능하다. 또한, 판폭 방향의 단부 근방에서는 업셋에 의해 접합 계면의 용융부가 판폭 방향 외측으로 흘러 배출되기 쉬워지기 때문에, 보다 한층, 판폭 방향 단부의 접합 강도를 상승시키는 것이 가능하다.

본 발명에서는, 선행 시트 바의 미단부 혹은 후행 시트 바의 선단부 중 적어도 한쪽의 판폭 방향의 단부의 형상이 테이퍼 형상 혹은 곡선 형상(R 형상)이 되도록 조압연 공정에서 성형한 후, 그 테이퍼 형상 혹은 곡선 형상의 적어도 일부를 남긴 상태에서 선행 시트 바의 미단부와 후행 시트 바의 선단부를 시어에 의해 전단하도록 하고 있다.

즉, 선행 시트 바 미단부 혹은 후행 시트 바 선단부의 어느 평면 형상을, 조압연 공정에서의 폭 압하 제어에 의해 적극적으로 급준한 협폭 형상으로 성형하도록 하고 있다.

도 3은, 본 발명에 의해 성형한, 시어 전단 전의 후행 시트 바(2) 선단부의 평면 형상의 일 예를 나타내고 있다. 이하에, 본 발명의 성형 방법에 대해서 이하에 서술한다.

통상, 조압연 공정에서는, 사이징 프레스나 에저에 의한 슬래브의 폭 압하량을 조정하고, 소망하는 제품폭으로의 조입을 실시하고 있다. 그 때, 슬래브의 선단부 혹은 미단부는 압연 방향에 대하여 자유단인 점에서, 사이징 프레스 혹은 에저에 의한 폭 압하로 재료가 압연 방향으로도 흐르기 쉽고, 그대로는 정상 압연부에 비해 판폭이 좁아지는 것이 불가피하다. 선미단의 협폭부는 시어에서 완전하게 전단하는 것이 되어, 큰 수율 로스가 된다. 이점에서, 선미단부의 수율 로스를 최소한으로 억제하는 기술로서, 사이징 프레스에서의 예성형 기술이나 에저에서의 쇼트 스트로크 제어 기술이 적극적으로 실시되고 있다.

본 발명자들은, 선미단부의 수율 로스를 최소한으로 억제하기 위해 행해지고 있는, 이들 종래의 판폭 제어 기술(사이징 프레스에서의 예성형 기술, 에저에서의 쇼트 스트로크 제어 기술(short-stroke control technique))을 응용하여, 큰 수율 로스를 초래하는 일 없이, 선행 시트 바 미단부 혹은 후행 시트 바 선단부의 어느 판폭단부를 정상부의 판폭보다 좁아지는 바와 같은 테이퍼 형상 혹은 곡선 형상(R 형상)으로 성형하는 것을 착상했다. 이하, 그 기술 사상에 대해서 상술한다.

도 4에, 일반적인 형상의 사이징 프레스 금형(sizing press die)에 의한 슬래브(slab) 선단부의 예성형의 상황의 예를 나타낸다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 사이징 프레스 금형(8)은 슬래브(7)의 진행 방향에 대하여 평행한 주(主)압하면과, 그 주압하면에 연속하여 슬래브(7)의 진행 방향에 대하여 경사진 경사 압하면으로 구성되어 있다. 사이징 프레스에 의한 슬래브(7) 최선단부의 압하에서는, 사이징 프레스 금형(8)의 주평행면(8a) 혹은 경사 압하면(8b)에서 압하를 개시하는지에 따라 재료 흐름이 크게 상이해지기 때문에, 통상, 슬래브 폭, 폭 압하량, 슬래브 온도, 강종 등의 조건에 의해, 도 4 중에 나타낸 예성형 길이(9)(슬래브(7) 선단면 위치와 금형(8) 모서리부와의 압연 방향 거리)를 조정하고, 시트 바 단계에서의 크롭 길이(crop length)가 최소가 되도록 설정되어 있다.

본 발명자들은, 시트 바 선미단부의 폭제어의 제1 단계로서, 이 예성형 길이(9)와 슬래브(7) 선단의 폭 압하량을 조정함으로써, 적극적으로, 도 5에 나타내는 바와 같은, 슬래브(7) 최선단부에서 판폭이 최소가 되는 테이퍼 형상으로 성형하는 것을 착상했다.

도 5에서는, 슬래브(7) 최선단부의 재료는 압연 방향 전방으로 크게 흐르는 점에서, 폭 압하에 의한 판두께 방향의 두께 증가는 거의 발생하지 않고, 최선단부보다 약간 하류측의 영역으로부터 정상 압하부에 걸쳐 도그 본(dog-bone)이라고 불리는 판폭단 주변의 볼록형의 두께 증가 형상이 형성된다.

도 6은, 도 5의 형상의 슬래브(7)에 1패스의 수평 압연을 행한 후의 슬래브(7) 선단부를 나타내는 도면이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 도그 본(dog-bone)부는 수평 압연에 의해 압연 방향뿐만 아니라 판폭 방향으로도 변형되기 쉽고(폭 되돌림), 슬래브(7) 선단부 주변의 도그 본 프로필(dog-bone profile)에 기인하여, 슬래브(7)의 선단의 테이퍼부는 약간의 곡면 형상의 프로필이 된다. 또한, 슬래브(7)의 정상부의 폭 압하량에 비해, 슬래브(7)의 최선단부를 금형(8)의 경사 압하면(8b)에서 크게 폭 압하함으로써, 보다 슬래브(7)의 최선단부를 협폭화하는 것도 가능하다.

여기에서는 슬래브(7)의 선단부에 대해서 상술했지만, 사이징 프레스 금형(8)의 형상 변경과 슬래브(1)의 미단부에서의 예성형 길이의 조정에 의해, 슬래브(1)의 미단부에서도 동일한 프로필의 성형이 가능하다.

전술한 사이징 프레스에서의 예성형 기술은, 합금 성분이 적은 일반강의 접합에 대해서는, 반드시 필요하지 않다.

다음으로, 시트 바 선미단부의 폭제어의 제2 단계로서, 전술한 사이징 프레스에 의한 예성형에 더하여, 에저에서의 쇼트 스트로크 제어 기술을 활용한다.

도 7은, 슬래브(7)의 전체 길이에 걸쳐 동일 설정으로 에저에서 폭 압하 후, 1패스의 수평 압연을 실시한 후의 평면 형상을 나타내고 있다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 특히 슬래브(7)의 최선단부는 비정상 변형에 의해 판폭이 좁아지는 것이 알려져 있다(예를 들면, 비특허문헌 1).

이 때문에, 종래는, 이 협폭부를 개선하여, 열연 강판 전체 길이의 판폭 정밀도를 향상시키는 기술로서, 에저에서 슬래브의 폭 압하를 행할 때에, 슬래브 최선단부에서의 폭 압하량을 설정값보다 작은 값으로 설정해 두고, 슬래브의 길이 방향의 소정 범위에서 슬래브의 진행에 수반하여 서서히 폭 압하량을 설정값까지 증대시키는 쇼트 스트로크 제어가 행해지고 있다.

그에 대하여, 본 발명자들은, 이 쇼트 스트로크 제어에 의한 역작용을 이용하는 것, 즉, 슬래브 최선단부에서의 폭 압하량을 설정값보다 큰 값으로 설정하고, 슬래브의 길이 방향의 소정 범위에서 슬래브의 진행에 수반하여 서서히 폭압량을 설정값까지 저감하는 것(역쇼트 스트로크 제어(inverse short-stroke-control))에 의해, 슬래브 선단부의 폭을 적극적으로 좁게 성형하는 것을 착상했다.

덧붙여서, 전술한 도 3은, 조압연 공정의 최종 압연 직전에서의 에저의 폭 압하에서, 상기의 쇼트 스트로크 제어(역쇼트 스트로크 제어)를 행하고, 슬래브 최선단을 협폭 성형하여, 1패스 수평 압연을 실시한 후의 후행 시트 바(2) 선단부의 평면 형상의 일 예이다.

이와 같이, 에저에서의 쇼트 스트로크 제어(역쇼트 스트로크 제어)에 의해, 후행 시트 바(2) 선단부가 급준한 협폭 프로필로 성형되고, 수평 압연 후에는 그 부분이 곡선 형상의 판폭 프로필로 되어 있다. 도 3 중, 파선으로 나타낸 위치가 본 발명에 있어서의 시어 전단 위치이다.

여기에서, 약간의 보충 설명을 행한다.

통상, 열간 압연의 조압연 공정에서는, 수평 압연에서의 폭 넓힘량을 보상하는 목적에서, 각 수평 압연 직전에서 에저에서의 폭 압하가 실시되고 있다.

그러나, 각 수평 압연 패스 전에 폭 압하를 행한 경우, 슬래브 폭과 폭 압하량에 따라서는, 시트 바 선단부가 큰 피쉬 테일 형상(fish-tail shape)이 되는 일이 있다. 과도한 피쉬 테일 형상이 발생한 경우, 시어에서의 전단으로, 피쉬 테일(fish tail) 형상에 의한 판폭 중앙부의 오목부를 완전하게 제거하기 위해서는, 성형한 시트 바 선단부의 곡선 형상의 판폭 프로필 부분도 제거되어 버리는 일이 있다. 이 때문에, 조압연 공정의 최종 압연 패스 이외에서의 폭 압하량은, 과도한 피쉬 테일 형상이 생성되지 않는 조건으로 하는 것이 바람직하다. 그 후, 조압연 공정의 최종 압연 패스 직전의 폭 압하에서 역쇼트 스트로크 제어를 행하여, 시트 바 선단부를 급준한 협폭 프로필로 성형하는 것이 바람직하다.

여기에서는, 시트 바의 선단부에 대해서 상술했지만, 시트 바의 미단부에 있어서도, 에저에서의 역쇼트 스트로크 제어에 의해 협폭 성형이 가능하다.

본 발명에서는, 시어에 의한 전단 후의 시트 바의 최선단 혹은 최미단의 판폭은, 정상부의 판폭보다 50∼100㎜의 범위에서 좁고, 또한 그 협폭부의 압연 방향의 길이가 10㎜ 이상 50㎜ 이하가 되도록, 조압연 공정에서의 판폭 제어와 시어에 의한 전단 위치 제어를 행하는 것이 바람직하다.

이것은, 시트 바의 접합부의 판폭을 지나치게 좁게 한 경우, 그 후의 마무리 압연에서 접합부 통판시의 압연 하중이 크게 변동하기 때문에, 마무리 압연기의 롤 갭(roll gap)의 변동을 통하여 매스 플로우(mass flow)가 흐트러져, 마무리 압연기 사이의 장력 변동을 일으키고, 심한 경우에는 마무리 압연기 내에서의 접합부의 파단을 일으킬 가능성이 있다. 반대로, 정상부의 판폭으로부터의 편차가 작은 경우에는, 유도 가열시에 판폭 방향 단부의 승온 효과가 작아져 버릴 가능성이 있다. 협폭부의 압연 방향의 길이가 지나치게 긴 경우에는, 제품 폭에 대한 폭 떨어짐부의 길이, 즉 수율이 악화될 가능성이 있다. 반대로, 협폭부의 압연 방향의 길이가 지나치게 짧은 경우에는, 유도 가열시에 판폭 방향의 단부의 승온 효과가 작아져 버릴 가능성이 있다.

본 발명에서는, 조압연 공정의 최종 압연 패스 출측에서, 선행 시트 바의 미단부 또는 후행 시트 바의 선단부의 어느 한쪽의 평면 형상을 측정하고, 시어에서의 전단 위치를 결정하는 것이 바람직하다. 그 결정한 전단 위치에서 전단하려면, 시트 바 선단부의 위치를 센서(sensor)에 의해 트래킹(tracking)하고, 시어에 의한 전단의 타이밍(timing of shear)을 설정하면 좋다.

상기와 같이, 시트 바의 미단부나 후행 시트 바의 선단부의 평면 형상을 측정하려면, 도 8에 나타내는 바와 같이, 조압연의 최종 압연기(10)의 출측에 크롭 형상의 측정 장치(11)를 설치하고, 예를 들면, 후행 시트 바(2)의 선단부의 평면 형상을 측정하면 좋다. 측정 결과는, 신호 처리 장치(process computer)로 이송된다.

크롭 형상의 측정 장치(11)는, 상부의 투광부로부터 시트 바의 상면에 대하여 판폭 방향으로 선 형상으로 빛을 투광한다. 시트 바의 주행시에는, 시트 바에 의해 빛이 차단되기 때문에, 하부 수광부에서 감지한 빛의 가장자리를 길이 방향으로 연결함으로써 크롭 형상을 인식한다. 도 8의 크롭 형상 측정 장치(11)는, 리니어 센서 카메라 방식(linear sensor camera method)의 것이지만, CCD 카메라(charge-coupled device camera)에 의해 촬영한 디지털 화상(digital image)을 전자적으로 처리하는 방식의 것을 이용해도 좋다.

다음으로, 유도 가열·업셋·접합 공정에서의 시트 바 접합 상황에 대해서 상술한다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서는, 예를 들면, 시어 전단 전의 후행 시트 바 선단부를 도 3에 나타낸 평면 형상으로 성형하고 있다. 구체적인 수치예로서는, 편측 판폭단에서 판폭 방향으로 약 25㎜, 최선단으로부터 길이 방향 약 25㎜의 범위에서 곡면 형상으로 협폭 형상으로 성형하고 있다.

도 9는 본 발명에 의한 시트 바의 유도 가열 후의 상황의 일 예, 도 10은 시트 바의 업셋 후의 접합 상황의 일 예를 나타내는 도면이다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 선행 시트 바(1)의 미단부는 직사각형 평면 형상이 되도록 시어 전단되고, 후행 시트 바(2) 선단부는 판폭 방향의 단부가 곡선 형상이 되도록 시어 전단되어 있다. 이 상태에서, 선행 시트 바(1) 미단부와 후행 시트 바(2) 선단부를 맞대기 방향으로 10㎜ 이내의 거리까지 근접시켜, 유도 가열 코일(3)에 의해 상하 방향의 자속을 인가한다(트랜스 버스 유도 가열 방식(Transverse-type induction heating method)).

이 경우, 직사각형 형상의 선행 시트 바(1)의 미단부에서는, 우회 전류에 의해 판폭 방향의 단부로부터 25㎜ 정도의 범위에서 승온 부족이 되어 융점까지 도달하지 않는 온도 분포가 된다. 그러나, 판폭 방향의 단부가 곡선 형상으로 되어 있는 후행 시트 바(2) 선단부에서는, 그 곡선을 따라 유도 전류가 흐르기 쉬운 점에서, 거의 판폭의 중앙부 근변과 동일한 온도 상승량을 얻는 것이 가능하다. 맞대기 위치의 양 계면의 온도가 반용융 상태까지 도달한 후, 유도 가열 전력을 오프로 하여 가열을 정지하고, 신속하게 양시트 바 단면을 업셋하여 접합을 행한다. 이때의 업셋량은, 양 시트 바의 접근량으로 10∼30㎜ 정도로 하면 좋지만, 보다 강고한 접합 강도를 얻기 위해서는, 가능한 한 업셋량을 크게 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 후행 시트 바(2) 선단부의 판폭 방향의 단부가 반용융 상태가 될 때까지 충분히 승온되어 있기 때문에, 용융 상태까지 승온되어 있지 않은 선행 시트 바(1) 미단부의 판폭 방향 단부와 업셋하여 유지함으로써, 판폭 방향의 단부 주변의 접합 상태를 대폭으로 개선할 수 있다.

종래 기술에서는, 전술한 바와 같이, 선행 시트 바(1)와 후행 시트 바(2) 모두 판폭 방향 단부가 우회 전류에 의해 승온 부족이 되고, 그 승온 부족부는 경도가 높은 점에서 업셋에 대한 저항이 되고, 하중이 증대되어 큰 업셋량을 확보할 수 없다는 문제를 안고 있었다.

이에 대하여, 본 발명에서는, 시트 바의 판폭 방향의 단부까지 승온시키는 것이 가능하기 때문에, 업셋 하중의 과도한 증대를 초래하는 일 없이, 충분한 업셋량을 확보하는 것이 가능하다.

상기에서는, 후행 시트 바 선단부를 협폭 제어로 성형하고 있지만, 선행 시트 바 후단부를 협폭 제어로 성형해도 좋다. 나아가서는, 선행 시트 바 후단부와 후행 시트 바 선단부의 양쪽을 협폭 제어로 성형함으로써, 보다 한층, 판폭단부 부근의 접합 강도를 높이는 것이 가능하다.

이와 같이, 본 발명에 있어서는, 선행 시트 바의 미단부가 최미단을 향하여 서서히 판폭이 좁아지도록 조압연 공정에서 성형한 후, 그 판폭이 좁아진 부분 중 적어도 일부를 남긴 상태에서 선행 시트 바의 미단부를 시어에 의해 전단하거나, 또는/및, 후행 시트 바의 선단부가 최선단을 향하여 서서히 판폭이 좁아지도록 조압연 공정에서 성형한 후, 그 판폭이 좁아진 부분 중 적어도 일부를 남긴 상태에서 후행 시트 바의 선단부를 시어에 의해 전단하도록 하고 있다. 그 때문에, 시트 바 접합부의 판폭 방향의 단부 주변의 접합성을 개선하는 것이 가능하고, 완전 연속 열간 압연에서의 판파단을 저감 또는 방지하여 안정적인 압연이 가능해진다.

실시예 1

본 발명의 실시예로서, 완전 연속 열간 압연 방법을 이용하여 열연 강판을 제조했다.

대상으로 한 강판은, 상온에서의 인장 강도가 590㎫급의 고장력 강판이고, 선행재 및 후행재 모두, 두께 260㎜, 폭 1300㎜의 슬래브로부터 조압연 공정을 거쳐, 두께 28㎜, 판폭 1000㎜의 시트 바로 압연했다. 또한, 업셋하여 접합하기 전의 시트 바의 온도가 1050℃ 정도가 되도록, 슬래브의 가열 온도를 설정했다.

본 발명예에서는, 이하와 같이 하여, 선행재와 후행재를 슬래브로부터 시트 바에 압연하고, 그 선행 시트 바와 후행 시트 바를 접합했다.

선행재는, 도 4에 나타낸 사이징 프레스 금형(금형 경사 각도 12°)을 사용하여, 슬래브 선단부의 폭 압하시의 예성형 길이를 50㎜로 하고, 슬래브 전체 길이를 폭 압하량 250㎜로 가공했다. 그리고, 7패스의 조압연에서 시트 바로 압연했지만, 조압연 전의 폭 압하량은 통상의 폭 압하량(각 수평 압연에서의 폭 넓힘량을 보상)으로 했다. 선행재(선행 시트 바)의 미단부는 접합 전에 시어에서 직사각형 형상으로 전단했다.

한편, 후행재는, 도 4에 나타낸 사이징 프레스 금형(금형 경사 각도 12°)을 사용하여, 선단부 폭 압하시의 예성형 길이를 50㎜, 선단부 1패스의 폭 압하량을 300㎜, 2패스째 이후의 폭 압하량을 250㎜로 했다. 그리고, 7패스의 조압연에서 시트 바로 압연했지만, 1∼6패스까지는 폭 압하량 5㎜로 작게 설정하고, 7패스째에서 최선단부 폭 압하량을 60㎜로 하여, 에저 롤 간 거리를 넓히는 방향의 쇼트 스트로크 제어에 의해, 길이 방향 50㎜의 거리의 사이에 폭 압하량을 10㎜까지 저감했다. 이때의 후행재(후행 시트 바)의 선단부의 평면 형상은, 도 3에 나타낸 바와 같으며, 파선 위치에서 시어 전단했다.

폭 압하 패스 간의 슬래브 이송량은, 선행재, 후행재 모두 386㎜였다.

이에 대하여, 비교예로서, 선행재에 대해서는 본 발명예와 동일하게 시어로 시트 바 후단부를 직사각형 형상으로 전단했지만, 후행재에 대해서도 선행재와 동일하게 시어로 시트 바 선단부를 직사각형 형상으로 전단했다. 즉, 비교예는, 직사각형 형상끼리의 시트 바 단면의 접합이고, 도 11에 나타낸 종래의 접합 방법이다.

본 발명예 및 비교예 모두, 시어에 의한 전단 후의 시트 바의 평면 형상은, 시어 직후에 라인 상부에 설치한 CCD 카메라로 확인했다. 시트 바 접합부를 가열하기 위한 유도 가열 조건은, 주파수 1㎾, 투입 전력은 1060㎾로 하고, 업셋량은 25㎜로 했다. 그리고, 업셋하여 접합한 후, 마무리 압연을 행했다.

그 결과, 비교예에서는, 마무리 압연 라인의 도중에서 접합부가 파단되고, 그 복구를 위해 다대한 시간을 필요로 하여 현저하게 생산 능률을 저하시킨 것에 대하여, 본 발명예에서는, 마무리 압연 중에 파단되는 일 없이, 고능률로 안정적인 완전 연속 열간 압연이 가능했다.

1 : 선행 시트 바
2 : 후행 시트 바
3 : 유도 가열 코일
4 : 반용융부
5 : 유도 전류
6 : 시어에 의한 시트 바 전단 위치
7 : 슬래브
8 : 사이징 프레스 금형
8a : 사이징 프레스 금형의 주평행면
8b : 사이징 프레스 금형의 경사 압하면
9 : 예성형 길이
10 : 조압연 최종 압연기
11 : 크롭 형상 측정 장치
20 : 직사각형 시트 바의 모서리부

Claims (4)

1. 열간 압연 라인에 있어서, 마무리 압연의 직전에서, 선행 시트 바의 미단부(尾端部)와 후행 시트 바의 선단부(先端部)를 시어(shearing machine)로 전단한 후, 유도 가열, 업셋(upset)하여 접합하고, 연속적으로 마무리 압연함으로써, 복수개의 슬래브로부터 연속하여 복수의 열연 강판 코일을 제조하는 완전 연속 열간 압연 방법을 이용한 열연 강판의 제조 방법으로서,
   에저에 의한 역쇼트 스트로크 제어에 의해, 또는 사이징 프레스에 의한 예(豫)성형과 에저에 의한 역쇼트 스트로크 제어를 조합하여, 선행 시트 바의 미단부 혹은 후행 시트 바의 선단부 중 적어도 한쪽의 판폭 방향 단부의 형상이 판폭 방향으로 테이퍼 형상 혹은 곡선 형상이 되도록 조압연(rough rolling) 공정에서 성형하여 판폭 제어를 행한 후, 그 판폭 방향의 테이퍼 형상 혹은 곡선 형상의 적어도 일부를 남긴 상태에서 선행 시트 바의 미단부와 후행 시트 바의 선단부를 시어에 의해 전단하는 것을 특징으로 하는 열연 강판의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   시어에 의한 전단 후의, 선행 시트 바의 미단부 또는 후행 시트 바의 선단부 중 적어도 어느 한쪽의 판폭이, 정상부의 판폭보다 50∼100㎜의 범위에서 좁고, 또한 그 협폭부의 압연 방향의 길이가 50㎜ 이하가 되도록, 조압연 공정에서의 판폭 제어와 시어에 의한 전단 위치 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 열연 강판의 제조 방법.
3. 삭제
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   조압연 공정의 최종 압연 패스 출측에서, 선행 시트 바의 미단부 또는 후행 시트 바의 선단부의 어느 한쪽의 평면 형상을 측정하여, 시어에서의 전단 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 열연 강판의 제조 방법.
   
   

Images