KR101746961B1

KR101746961B1 - Baf 소둔공정에서 일어나는 냉연강판의 탄화현상 저감 방법

Info

Publication number: KR101746961B1
Application number: KR1020150165204A
Authority: KR
Inventors: 이종렬
Original assignee: 계명대학교 산학협력단
Priority date: 2015-11-25
Filing date: 2015-11-25
Publication date: 2017-06-14
Also published as: KR20170060716A

Abstract

본 발명은 상자 소둔 열처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상자 소둔시 발생하는 탄화 현상을 줄이기 위해, 상자(BAF) 소둔 공정에 있어서, 냉연코일에 커버를 씌우는 제 1 단계; 및 상기 커버가 씌워진 냉연코일을 BAF 소둔 장치에 넣고 1차로 6~8℃/min의 승온 속도로 200℃까지 승온시킨 후, 200℃에서 1~1.5시간 유지하고, 2차로 1.5~3℃/min의 승온 속도로 350℃까지 승온시킨 후, 2~3시간 유지하고, 3차로 0.5~1.5℃/min의 승온 속도로 680 ℃지 승온시킨 후, 강종에 따라 적절한 소둔시간을 유지한 후 냉각시키는 제 2 단계를 포함하는, BAF 소둔 열처리 방법에 관한 것이다. 본 발명의 BAF 소둔 방법은 종래 방법에 비해 소둔 시간을 50% 이상 절감할 수 있으며, 소둔 후에도 냉연강판의 표면에 탄화 현상을 80% 이상 억제할 수 있으므로, 종래 방법을 대신하여 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

Description

BAF 소둔공정에서 일어나는 냉연강판의 탄화현상 저감 방법{The method to reduce carbonization on the surface of cold-rolled steel during the annealing processing of BAF}

본 발명은 상자소둔설비(BAF: Batch Annealing Furnace)의 소둔공정에서 일어나는 냉연강판의 탄화현상 저감 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉연강판의 상자소둔설비에 의한 소둔 시 발생하는 탄화 현상을 줄이기 위한 방법에 관한 것이다.

철강산업을 위한 세계 조강생산은 1990년대 약 7억 톤에서 2000년 이후 중국의 설비 확장으로 급속히 증가하여, 2011년에는 약 15억 톤으로 조사되고 있고, 2013년에는 이미 16억 톤을 돌파하였다. 이와 같이 철강산업은 규모가 클 뿐만 아니라, 전후방 산업과의 연관효과가 매우 크기 때문에, 철강산업의 발전이 자동차, 조선, 가전, 건설산업 등과 연관성이 매우 큰 것으로 알려져 있다.

철강산업에서, 냉연강판 제조기술은 가장 높은 기술이 요구되는 것으로, 특히 자동차산업의 발전과 함께 관련 기술이 크게 발전하여 왔다. 자동차용 냉연강판 중에서도 특히 기술의존도가 높은 고강도강에 관한 수요는 현재에도 꾸준히 증가하고 있는 추세이다.

제조된 냉연강판은 조선, 가전, 공구, 기계류, 사무용품 등에 사용되기 때문에 표면 미려함이 크게 요구된다. 따라서 냉연강판의 도금, 표면처리분야는 강판제조기술과 함께 기술개발의 필요성이 매우 크다.

한편, 강판은 가공온도에 따라 열연강판과 냉연강판으로 나누어진다. 열연강판은 대체로 두께가 두꺼운 후판의 특성을 나타내고, 냉연강판은 열연강판을 2차 가공한 강판으로 박판의 특성을 나타낸다. 이러한 열연강판은 고온의 슬라브를 열간압연(hot rolled) 공정을 거친 후 생산되고 열연강판은 다시 상온에서 냉간압연(cold rolled) 공정을 행하게 되며, 다음으로 각종 가공공정과 열처리공정을 모두 거친 후 소정의 제품으로 사용하게 된다.

한편, 냉연강판 제조공정에서 소둔 공정은 에너지의 소모가 크고, 강판의 표면 상태 및 강의 품질에 결정적인 영향을 미치므로, 소둔에 의한 냉연강판의 표면처리기술에 대한 국가차원의 기술개발 지원이 시급히 필요하다.

일반 냉연강판(cold steel sheet)의 소둔열처리 제조공정은 일반적으로 연속소둔 열처리(Continuous Annealing Line, 이하 CAL)와 상자 소둔 (Batch Annealing Furnace, 이하 BAF)으로 크게 나눌 수 있다. CAL 소둔 열처리는 처리시간이 짧아 자동차 강판 판재류 등의 대량생산에 적합하나, 설비 투자비가 많이 소요되는 단점과 사용 소재의 한정적인 사용범위 및 열처리 기술의 고집적화가 필요한 특성이 있는 반면, BAF 소둔 열처리의 특성은 적은 투자비의 장점과 사용 소재의 범위가 넓어서 용도확대가 용이하며 특히 최근에는 자동차용 냉연강판의 가공성향상의 이점이 대두되고 있어서 확대 적용되고 있는 추세이다.

상술한 냉연강판의 열처리 공정 중 BAF 소둔 공정의 일반적인 특성은 다음과 같다.

BAF 소둔로는 종형(bell type) 소둔로라고 한다. 이러한 BAF에서 진행시키는 소둔 공정을 간단하게 나타내면 ① 강판 적재 ② 분위기 균질화(pursing) ③ 가열(heating) ④ 유지(soaking) ⑤ 냉각(cooling) ⑥ 취출의 과정이고, 이러한 과정에서 진행되는 재질측면에서의 특성은 1단계인 회복(recovery), 2단계인 재결정(recrystallization), 3단계인 결정립성장(grain growth)으로 구성된다.

상기에서 나타낸 BAF 소둔 공정의 각각의 과정에 대하여 상세히 설명하면, 먼저 강판을 로내부의 처리용량과 강종별 및 두께별 그리고 소둔사이클에 적합하게 적재하고, 로외곽부를 차폐(shielding)한 후, 대부분 상온의 분위기가스를 로(furnace) 처리공간(inner-cover)에 투입시켜 환원성 분위기를 형성시키면서 퍼징(pursing)을 행한다. 여기서 분위기가스는 보통 질소가스(N₂) 또는 수소가스(H₂)를 많이 적용하고 있다. 퍼징은 처리공간 내의 산화성 분위기를 제거하여 구상화소둔 처리 후의 강판의 산화물 형성방지와 탈탄방지효과를 위해 행해지는 전처리공정이다.

다음으로는, 가열장치를 가동시켜 적정 가열속도로 목표로 하는 유지온도까지 가열한 다음 용도에 적합한 가열유지온도와 가열유지 시간을 각각 설정하여 균열시킨다. 이후 가열장치를 탈취하고 냉각팬과 냉각수가 부착된 냉각장치를 장착 후 가동시켜 탈취 온도까지 냉각시키며 마지막으로 소재를 탈이동시킨다.

종래의 BAF 소둔 방법에서는 소둔을 위해 2단계 승온을 실시하고 있는데, 이때, 일반적인 BAF 소둔 공정 중 가열 온도와 시간, 가열유지온도와 유지시간의 조건은 구체적으로, 1차 승온시 상온에서 1.75℃/분의 승온속도로 420℃까지, 약 4시간 동안 승온시킨 후, 420℃에서 5시간 유지시켰다. 2차 승온은 0.62℃/분의 승온속도로 680℃까지 7시간 동안 진행하였고, 680℃에서 10시간 유지시킨 후, 냉각공정을 진행하고 있었다. 즉, 종래의 BAF 소둔 방법으로는 680℃까지 승온시키는데 총 15시간 소요되는 것으로 나타났다. 이러한 방법은 소둔처리를 위한 승온시간이 매우 크기 때문에 많은 에너지가 소모되는 문제가 있었다.

또한, BAF 소둔 후, 냉연강판 제조를 위한 압연공정에서 압연롤이 강판을 위 아래로 누르면서 압연하는데, 이때 강판의 표면에는 압연롤의 회전과 강한 압하 압력이 작용하여 강판의 소성변형과 열적 및 화학적 변화를 일으킬 수 있으므로, 이를 방지하기 위해 압연유가 사용되는데, 압연유를 사용하면 압연공정의 열적변화에 의해 잔류탄소가 발생하여 냉연코일의 소둔 후 표면이 탄화되는 문제가 있었다.

이에, 본 발명자들은 종래 BAF 소둔의 문제점을 개선하기 위하여 연구를 거듭한 결과, 소둔 시 냉연코일에 일정 거리가 이격된 커버를 씌워, 최적화된 온도 조건에서 열처리할 경우, 소둔 시간을 단축시킬 수 있으며, 소둔 후에도 냉연코일의 표면이 탄화되지 않고, 모재와 같은 표면을 유지함을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.

한국공개특허공보 제2008-0077254호

따라서, 본 발명의 목적은 상자소둔설비를 이용한 냉연강판의 소둔 시 냉연강판에서 발생하는 탄화 현상을 줄이기 위한, 상자 소둔 열처리 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

상자소둔설비(BAF)의 소둔 공정에 있어서, 냉연코일에 커버를 씌우는 제 1 단계; 및 상기 커버가 씌워진 냉연코일을 BAF 소둔 장치에 넣고 1차로 6~8℃/min의 승온 속도로 200℃까지 승온시킨 후, 200℃에서 1~1.5시간 유지하고, 2차로 1.5~3℃/min의 승온 속도로 350℃까지 승온시킨 후, 2~3시간 유지하고, 3차로 0.5~1.5℃/min의 승온 속도로 680 ℃까지 승온시킨 후, 강종에 따라 적절한 소둔시간을 유지한 후 냉각시키는 제 2 단계를 포함하는, 탄화 저감을 위한 BAF 소둔 열처리 방법을 제공한다.

더욱 바람직하게는, 상기 커버의 조성은 탄소(C) 0.32~0.6 중량%, 규소(Si) 0.15~0.35 중량% 및 망간(Mn) 0.60~0.90 중량%, 인(P) 0.01~0.03 중량%, 황(S) 0.01~0.035 중량%, 구리(Cu) 0.01~0.03 중량%, 니켈(Ni) 0.01~0.25 중량%, 크롬(Cr) 0.01~1.2 중량%을 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 커버는 냉연코일과 0~7mm 이격되도록 씌울 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 커버를 냉연코일과 0~7mm로 이격되도록 받침대로 고정할 수 있다.

본 발명의 BAF 소둔 방법은 종래 방법에 비해 소둔 시간을 50% 이상 절감할 수 있으며, 소둔 후에도 냉연강판의 표면에 탄화 현상을 억제할 수 있으므로, 종래 방법을 대신하여 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

더불어, BAF 소둔로를 사용하는 경우 해당 냉연코일의 인입과 인출이 동일한 장소에서 이루어지므로, 공간의 효율적 이용이 가능하여 제조 공정의 관리가 훨씬 용이해지는 효과도 있다.

더욱이, 냉연코일의 소둔공정에서 발생하는 탄화에 의한 표면오염을 80% 이상으로 대폭 감소시켜서, 공정 중에 발생하는 불량품을 저감하는 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 커버에 싸인 냉연코일을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 소둔실험을 실시하기 위한 시뮬레이션(simulation) 장치의 (a) 설계도, 및 (b) 완성된 장치 사진을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일실험예에 따른 압연유의 온도 상승에 따른 열변성 변화를 나타내는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일실험예에 따른 커버와 냉연코일의 이격거리에 따른 냉연코일의 표면 탄화현상을 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 일실시예 또는 일비교예에 따라 소둔된 S35CM 시료의 표면을 관찰한 SEM 사진이다.
도 6은 본 발명의 일실시예 또는 일비교예에 따라 소둔된 S45CM 시료의 표면을 관찰한 SEM 사진이다.
도 7은 본 발명의 일실시예 또는 일비교예에 따라 소둔된 S50CM 시료의 표면을 관찰한 SEM 사진이다.
도 8은 본 발명의 일실시예 또는 일비교예에 따라 소둔된 SCM435M 시료의 표면을 관찰한 SEM 사진이다.
도 9는 본 발명의 일실시예 또는 일비교예에 따라 소둔된 S35CM 시료의 표면을 관찰한 EDS 분석 사진이다.
도 10은 본 발명의 일실시예 또는 일비교예에 따라 소둔된 S45CM 시료의 표면을 관찰한 EDS 분석 사진이다.
도 11은 본 발명의 일실시예 또는 일비교예에 따라 소둔된 S50CM 시료의 표면을 관찰한 EDS 분석 사진이다.
도 12는 본 발명의 일실시예 또는 일비교예에 따라 소둔된 SCM435M 시료의 표면을 관찰한 EDS 분석 사진이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 명세서에서 "냉연강판"은 열연강판을 2차 가공한 박판의 특성을 나타내는 강판으로서, "냉연코일"과 혼용되어 사용될 수 있다.

본 발명은 상자소둔설비(BAF)의 소둔공정에 있어서, 냉연코일에 커버를 씌우는 제 1 단계; 및

상기 커버가 씌워진 냉연코일을 BAF 소둔 장치에 넣고 1차로 6~8℃/min의 승온 속도로 200℃까지 승온시킨 후, 200℃에서 1~1.5시간 유지하고, 2차로 1.5~3℃/min의 승온 속도로 350℃까지 승온시킨 후, 2~3시간 유지하고, 3차로 0.5~1.5℃/min의 승온 속도로 680 ℃까지 승온시킨 후, 강종에 따라 적절한 소둔시간을 유지한 후 냉각시키는 제 2 단계를 포함하는, 탄화 저감을 위한 BAF 소둔 열처리 방법을 제공한다.

구체적으로, 제 1 단계는 냉연코일에 커버를 씌우는 단계이다.

상기 단계는 BAF 소둔시 냉연코일에 탄화 오염이 생기지 않도록 수행하는 것으로, 이때, 상기 커버의 조성은 탄소(C) 0.32~0.6 중량%, 규소(Si) 0.15~0.35 중량% 및 망간(Mn) 0.60~0.90 중량%, 인(P) 0.01~0.03 중량%, 황(S) 0.01~0.035 중량%, 구리(Cu) 0.01~0.03 중량%, 니켈(Ni) 0.01~0.25 중량%, 크롬(Cr) 0.01~1.2 중량%을 포함할 수 있다.

상기 커버는 냉연코일과 0~7mm 이격되도록 씌우는 것이 바람직한데, 만일 이격거리가 7mm를 벗어나는 경우에는 커버의 역할을 충실히 수행할 수 없어 BAF 소둔시 냉연코일 표면에 탄화 오염이 생길 수 있는 문제가 있다.

상기 커버는 냉연코일과 0~7mm 이격되도록 받침대로 고정할 수 있다.

다음으로, 제 2 단계는 상기 커버가 씌워진 냉연코일에 최적 조건의 열처리를 수행하는 단계이다.

종래의 BAF 소둔 방법에서는 소둔을 위해 2단계 승온을 실시하고 있는데, 이때, 일반적인 BAF 소둔 공정 중 가열 온도와 시간, 가열유지온도와 유지시간의 조건은 구체적으로, 1차 승온시 상온에서 1.75℃/분의 승온속도로 420℃까지, 약 4시간 동안 승온시킨 후, 420℃에서 5시간 유지시켰다. 2차 승온은 0.62℃/분의 승온속도로 680℃까지 7시간 동안 진행하였고, 680℃에서 10시간 유지시킨 후, 냉각공정을 진행하고 있었다. 여기서 소둔온도 680℃에서 10시간 유지시키는 것은 표면의 탄화현상 저감과는 관계가 없고 강의 재질과 제품의 종류에 따라 변한다. 즉, 탄화현상저감을 통한 표면의 미려에 가장 큰 영향을 미치는 680℃까지 승온시키는데, 종래의 BAF 소둔 방법으로는 총 15시간 소요되는 것으로 나타났다. 이러한 방법은 소둔처리를 위한 승온시간이 매우 크기 때문에 많은 에너지가 소모되는 문제가 있었다.

이에, 본 발명자는 압연유의 온도 상승에 따른 열변성 정도를 알아보기 위하여 압연유를 가열하면서 색 변화를 관찰한 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이, 200℃ 이하에서는 온도상승조건과 무관하게 열변성이 일어나지 않았다. 따라서, 냉연강판의 BAF 소둔시 1차 승온 온도는 200℃ 이하로 하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

또한, 소둔온도(℃)와 소둔시간(분)에 따른 냉연코일의 표면탄소 감소율(%)을 측정한 결과, 표 2에 나타낸 바와 같이, 350℃에서 120분 이상 소둔할 경우 냉연코일의 표면탄소가 없어짐을 알 수 있었다. 따라서, 냉연강판의 BAF 소둔시 2차 승온 온도는 350~400℃로 하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

마지막으로 680℃에서 소둔시간은 강판의 성질에는 영향이 있으나, 시편의 탄화에 영향이 없는 것으로 나타났다. 냉연강판의 BAF 소둔시 3차 승온 온도는 680℃로 하였다.

이상의 실험 결과들을 종합하여 탄화 저감을 위한 BAF 최적 열처리 조건을 설정한 결과, 1차로 6~8℃/min의 승온 속도로 200℃까지 승온시킨 후, 200℃에서 1~1.5시간 유지하고, 2차로 1.5~3℃/min의 승온 속도로 350℃까지 승온시킨 후, 2~3시간 유지하고, 3차로 0.5~1.5℃/min의 승온 속도로 680 ℃까지 승온시킨 후, 0.5~1.5시간 유지한 후 냉각시키는 것이 바람직함을 알 수 있었다.

이러한 방법은 총 소둔 시간이 8.25시간으로 종래 방법(총 17시간)에 비해 공정 시간을 약 52% 정도 크게 줄일 수 있으면서, 소둔 후에도 냉연강판의 표면에 탄화 현상을 80% 이상 억제할 수 있으므로(도 8 내지 12 참조), 종래 방법을 대신하여 BAF 소둔시 유용하게 사용될 수 있다.

이하, 실시예를 들어 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명할 것이나, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1>

탄화저감을 위한 냉연코일의 BAF 소둔 열처리 방법

(1) 실험시편

실험시편은 하기 표 1의 조성을 가지는 강종으로 사용하였다.

성 분 강 종	C	Si	Mn	P	S	Cu	Ni	Cr
S35CM	0.32~0.38%	0.15~0.35%	0.60~0.90%	0.01~0.03%	0.01~0.035%	0.01~0.3%	0.01~0.2%	0.01~0.2%
S45CM	0.42~0.48%	0.15~0.35%	0.60~0.90%	0.01~0.03%	0.01~0.035%	0.01~0.3%	0.01~0.2%	0.01~0.2%
S50CM	0.47~0.53%	0.15~0.35%	0.60~0.90%	0.01~0.03%	0.01~0.035%	0.01~0.3%	0.01~0.2%	0.01~0.2%
SCM435M	0.33~0.38%	0.15~0.35%	0.60~0.85%	0.01~0.03%	0.01~0.03%	0.01~0.3%	0.01~0.25%	0.9~1.2%

표 1에서 탄소의 함량은 S35CM, S45CM, S50CM 순으로 조금씩 증가하는 것으로 나타났으나, SCM435M의 경우는 Cr 함량이 다른 강보다 많은 것을 제외하고는 S35CM과 유사하였다.

(2) 시뮬레이션( simulation ) 장치

소둔조건을 다양하게 변경하여 소둔실험을 수행하기 위하여, 도 2와 같은 시뮬레이션(simulation) 장치를 제작하였다. 구체적으로 상기 시뮬레이션 장치 본체 외형은 400(W) × 340(D) × 625(H)으로 하였고, 소둔로는 튜브 형태(Tube Type)로서 Ø80(OD) × 800(L)으로 제작하였다. 상기 시뮬레이션 장치의 소둔로의 분위기 가스의 농도조건은 수소 1 ~ 10 %, 질소 50 ~ 100 %로 할 수 있게 하고, 최고 소둔온도는 800℃까지 가능하게 하였다. 또한, 다양한 소둔조건의 실험을 수행하기 위해 소둔로 온도의 승온 및 냉각은 프로그램에 의한 자동조정이 가능하게 하였다.

(3) 냉연코일의 소둔

냉연코일 시편을 5mm의 이격거리를 가지도록 커버(커버의 조성은 C 0.32~0.6 중량%, Si 0.15~0.35 중량%, Mn 0.60~0.90 중량 %, P ~0.03 중량%, S ~0.035 중량%, Cu ~0.03 중량%, Ni ~0.25 중량%, Cr ~1.2 중량%)를 씌운 후, BAF 소둔로에 넣은 다음, 1차로 7℃/min의 승온 속도로 최대온도 200℃까지 승온시킨 후(승온시간 약 30분), 최대온도 200℃에서 1시간 유지 후, 2차로 2℃/min의 승온 속도로 350℃까지로 승온시킨 후(승온시간: 75분), 350℃에서 1 시간 유지 후, 3차로 1℃/min로 승온 속도로 680 ℃까지 승온시킨 후(승온시간: 330분), 1시간 유지하고 자연냉각하였다.

< 비교예 1>

종래 냉연코일의 BAF 소둔 열처리 방법

냉연코일 시편을 커버로 씌우지 않은 채로 BAF 소둔로에 넣은 다음, 1차로 1.75℃/분의 승온 속도로 최대온도 420℃까지 승온시킨 후(승온시간 약 4시간), 420℃에서 5시간 유지 후, 2차로 0.62℃/min의 승온 속도로 680℃까지로 승온시킨 후(승온시간: 7시간), 680℃에서 1시간 유지하고 자연냉각하였다.

< 실시예 2>

압연유 열변성 실험

본 발명의 BAF 소둔시 사용되는 압연유의 온도 상승에 따른 열변성 정도를 알아보기 위하여 압연유를 가열하면서 색 변화를 관찰하여 도 3에 나타내었다.

도 3에 나타낸 바와 같이, (a)의 가열하지 않은 신유는 맑고 투명하였으나, (b)에 나타낸 바와 같이 열변성이 일어난 후에는 압연유의 색이 갈색으로 변화함을 알 수 있다. 보다 정밀한 측정을 위해 (c)와 같이 온도 상승에 따른 열변성 정도를 관찰한 결과, 열변성은 218℃에서 시작되었고, 30분 간격으로 측정된 226℃, 233.5℃, 237.5℃ 순으로 색이 짙어 지는 것을 관찰할 수 있었다. 이상과 같은 압연유 열변성 실험에서 218~240℃에서 열변성이 일어나며, 200℃ 이하에서는 온도상승조건과 무관하게 열변성이 일어나지 않았다.

따라서, 냉연강판의 BAF 소둔시 1차 승온 온도는 200℃ 이하로 하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

< 실시예 3>

소둔온도와 소둔시간에 따른 냉연코일의 표면탄소 감소율 측정

BAF 소둔시 소둔온도와 소둔시간이 냉연코일의 표면탄화에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위하여, 소둔온도(℃)와 소둔시간(분)에 따른 냉연코일의 표면탄소 감소율(%)을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

소둔온도(°C) 시간(분)	200	250	300	350	400	500	600	700
10	66	70	77	89	92	95	95	98
20	70	75	86	95	98	98	98	99
40	77	83	94	99	99	99	99	100
60	82	89	97	99	100	100	100	100
90	89	94	98	99	100	100	100	100
120	90	96	98	100	100	100	100	100
180	92	98	99	100	100	100	100	100

표 2에 나타낸 바와 같이, 350℃에서 120분 이상 소둔할 경우 냉연코일의 표면탄소가 없어짐을 알 수 있었다.

따라서, 냉연강판의 BAF 소둔시 2차 승온 온도는 350℃로 하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

< 실시예 4>

커버와 코일의 이격거리에 따른 냉연코일의 표면 탄화현상 측정

BAF 소둔시 커버와 냉연코일의 이격거리가 냉연코일의 표면탄화에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위하여, 커버와 냉연코일의 이격거리에 따른 냉연코일의 표면 탄화현상을 육안으로 관찰하여 도 4에 나타내었다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 커버와 냉연코일의 이격거리가 7mm 이하일 때, 표면 탄화현상이 거의 일어나지 않음을 알 수 있다.

< 실시예 5>

냉연강판의 표면 분석

(1) SEM 분석

주사형 전자현미경(Scanning Electron Microscope : SEM)은 두꺼운 시료의 표면에 가늘게 조사한 전자선을 시료 위에 주사(scanning)시키고, 동시에 상 재생축에서는 음극선관(CRT)내의 전자빔을 형광면에 주사시켜, 양자를 동기시킴으로써 상의 형성이 이루어지는 것으로, 즉, 가느다란 전자빔을 시료 표면에 주사시켜 2차 전자를 발생하게 하여, 입체감 있는 시료의 표면상(象)을 얻기 위한 장치이다. 이러한 표면상을 관찰하면 시료의 구성원소 및 조직의 치밀성 등을 평가할 수 있으므로, SEM은 시료 표면의 미소부위의 형상관찰, 열차차륜 표면 균열 관찰, 미소부위 원소 성분의 정성, 정량분석에 많이 사용된다.

본 실험에 사용된 주사형 전자현미경은 JEOL사의 SEM SM-6480LV이다.

구체적으로, 실시예 및 비교예에서 소둔한 시편을 주사형 전자현미경으로 관찰한 뒤, 그 결과를 모재와 비교하여 도 5 내지 8에 나타내었다.

도 5는 S35CM, 도 6은 S45CM, 도 7은 S50CM, 및 도 8은 SCM435M 시편에 대한 SEM 결과이며, 이때, (a)는 모재, (b)는 비교예, 및 (c)는 본 발명의 실시예의 방법으로 소둔한 시편이다.

도 5 내지 8에 나타낸 바와 같이, 모재의 깨끗한 표면이 종래 방법으로 소둔했을 때에는 표면에 탄화에 얼룩이 나타나나, 본 발명의 방법으로 소둔시에는 모재와 같은 표면을 유지함을 알 수 있다.

(2) EDS 분석

EDS 원소분석기는 일반적으로 전자를 만들어 낼 수 있는 장비에 장착하여 검출기의 형태로 사용되며, SEM(Scanning Electron Microscopy)이나 TEM (Transmission Electron Microscopy) 등의 분석 장비에 장착된다.

측정 원리는 전류의 인가에 의해 생성된 전자를 가속시켜 시료와 충돌시킨다. 이때 시료에서는 내부 전자가 입사전자에 의해 외부로 튀어나가게 되고(이를 이차전자, Secondary electron[SE]이라고 하며), 이 원자를 열역학적으로 에너지를 낮추기 위해 상위 궤도에 있는 전자가 빈 자리로 천이되어 원자를 안정화 시키는데 이러한 과정에서 두 에너지궤도의 차이 만큼이 X-Ray의 형태로 발산되는데 이 에너지를 측정함으로써 시료의 정성분석이 가능하도록 만든 장비가 EDX이다.

EDS는 X축을 X-Ray 에너지의 항으로, Y축을 강도(intensity)(a,u)로 그래프가 그려지는데, 이때 각 피크의 면적을 계산하여 검출된 원소들간의 상대적인 정량법 비교가 가능하다. 면적에 따른 상대적인 값만을 나타내므로 중량%로 나타낸다.

본 실험에 사용된 EDS(Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy, 또는 EDX)는 Oxford Instrument 제품이다.

구체적으로, 실시예 및 비교예에서 소둔한 시편을 EDS 분석한 뒤, 그 결과를 모재와 비교하여 도 9 내지 12 및 표 3 내지 6에 나타내었다.

도 9 및 표 3은 S35CM, 도 10 및 표 4는 S45CM, 도 11 및 표 5는 S50CM 및 도 12 및 표 6은 SCM435M 시편에 대한 EDS 결과이며, 이때, (a)는 모재, (b)는 비교예, 및 (c)는 본 발명의 실시예의 방법으로 소둔한 시편이다.

(단위: %)

성분	모재		기존		연구
	무게	원자	무게	원자	무게	원자
C	1.75	7.66	14.88	44.83	1.38	6.10
Mn	0.70	0.67	0.60	0.40	0.53	0.51
Fe	97.55	91.68	84.52	54.77	98.09	93.38

(단위: %)

성분	모재		기존		연구
	무게	원자	무게	원자	무게	원자
C	2.64	11.20	26.09	62.15	1.66	7.29
Mn	0.79	0.74	0.69	0.35	0.48	0.46
Fe	96.56	88.06	74.24	37.51	97.86	92.26

(단위: %)

성분	모재		기존		연구
	무게	원자	무게	원자	무게	원자
C	2.50	10.66	20.64	54.72	1.69	7.39
Mn	0.68	0.63	2.16	1.25	0.79	0.74
Fe	96.82	88.71	77.21	44.03	97.53	91.87

(단위: %)

성분	모재		기존		연구
	무게	원자	무게	원자	무게	원자
C	2.44	10.58	10.38	35.01	2.11	9.11
Mn	1.46	1.37	1.27	0.94	1.48	1.40
Fe	96.10	88.05	88.35	64.05	96.41	89.49

도 9 내지 12에 나타낸 바와 같이, 모재에서 미량으로 존재하던 탄소성분이, 종래 방법으로 소둔한 경우에는 비교적 크게 나타나고 있으나, 본 발명에 따른 방법으로 소둔한 경우에는 모재와 같이 탄소 성분이 미량으로 나타남을 알 수 있다.

구체적으로, 표 3에서 S35CM 시료에서 모재 중의 탄소의 함량비는 약 1.75%인데, 종래 방법으로 소둔할 경우 냉연강판의 탄소의 비는 21.52%로 급격히 증가하였으나, 본 발명에 따른 방법으로 실험하였을 경우는 기존 방법과 유사한 1.38%의 탄소함량을 나타내었다. 이와 같이, 본 발명에 따른 방법으로 BAF 소둔을 진행하는 경우, 종래 방법에 비해 94% 정도의 표면 탄소 감소 효과가 있음을 알 수 있다.

또한, 표 4에 나타낸 바와 같이, S45CM 시료의 경우, 모재 중의 탄소의 함량비는 약 2.64%이고, 종래 방법으로 소둔할 경우 냉연강판의 탄소비는 26.02%로 급격히 증가하였으나, 본 발명에 따른 방법으로 소둔할 경우에는 모재와 유사한 1.66%의 탄소함량을 나타내었다. S45CM 시료도 마찬가지로, 본 발명에 따른 방법으로 BAF 소둔을 진행하는 경우, 종래 방법에 비해 94% 정도의 표면 탄화 감소 효과가 있음을 알 수 있다.

또한, 표 5 및 6에서 나타낸 바와 같이, S50CM 및 SCM435M 시료도 마찬가지로, 본 발명에 따른 방법으로 BAF 소둔을 진행하는 경우, 종래 방법에 비해 80~90% 정도의 표면 탄소 감소 효과가 있음을 알 수 있다.

또한, 종래 방법으로 소둔을 할 경우, 총 17시간이 소요되는 반면, 본 발명에 따른 방법으로는 8.25시간 소요되는 것으로 나타났다. 즉, 본 발명에 따른 방법을 적용할 경우, 소둔시간은 약 52% 정도 크게 줄일 수 있다.

따라서, 본 발명의 BAF 소둔 방법은 종래 방법에 비해 소둔 시간을 50% 이상 절감할 수 있으며, 소둔 후에도 냉연강판의 표면에 탄화 현상을 억제할 수 있으므로, 종래 방법을 대신하여 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

상자소둔설비(BAF) 소둔 공정에 있어서,
냉연코일에 커버를 씌우는 제 1 단계; 및
상기 커버가 씌워진 냉연코일을 BAF 소둔 장치에 넣고 1차로 6~8℃/min의 승온 속도로 200℃까지 승온시킨 후, 200℃에서 1~1.5시간 유지하고, 2차로 1.5~3℃/min의 승온 속도로 350℃까지 승온시킨 후, 2~3시간 유지하고, 3차로 0.5~1.5℃/min의 승온 속도로 680 ℃까지 승온시킨 후, 강종에 따라 소둔시간을 유지한 후 냉각시키는 제 2 단계를 포함하는,
탄화 저감을 위한 BAF 소둔 열처리 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 커버의 조성은 탄소(C) 0.32~0.6 중량%, 규소(Si) 0.15~0.35 중량% 및 망간(Mn) 0.60~0.90 중량%, 인(P) 0.01~0.03 중량%, 황(S) 0.01~0.035 중량%, 구리(Cu) 0.01~0.03 중량%, 니켈(Ni) 0.01~0.25 중량% 및 크롬(Cr) 0.01~1.2 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 탄화 저감을 위한 BAF 소둔 열처리 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 커버는 냉연코일과 0~7mm 이격되도록 씌우는 것을 특징으로 하는 탄화 저감을 위한 BAF 소둔 열처리 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 커버는 냉연코일과 0~7mm 이격되도록 받침대로 고정하는 것을 특징으로 하는 탄화 저감을 위한 BAF 소둔 열처리 방법.