KR101759915B1 - 금속 스트립 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 스트립(1)을 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 본 발명의 방법에 따라서 스트립(1)은 다중 스탠드형 압연기에서 압연되고 압연기의 최종 롤 스탠드(2)의 하류에서 이송 방향(F)으로 유출되어 냉각 장치(3)에서 냉각된다. 유리한 결정립 구조 및 높은 표면 평탄도를 달성하기 위해, 본 발명에 따라서, 스트립 또는 박판(1)은 최종 롤 스탠드(2)의 작업 롤들을 통과한 직후에 추가 급속 냉각부(4)에서 급속 냉각되고, 스트립 또는 박판(1)의 냉각은 적어도 부분적으로 여전히 이송 방향(F)으로 최종 롤 스탠드(2)의 범위 내에서 수행되고, 급속 냉각은 냉각 매체가 상부로부터, 그리고 하부로부터 스트립 또는 박판(1) 상으로 도포됨으로써 수행되고, 하부로부터 스트립 또는 박판(1) 상으로 도포되는 냉각 매체의 부피 유량은 적어도 상부에서 스트립 또는 박판(1) 상으로 도포되는 냉각 매체의 부피 유량의 120%이다.

Description

금속 스트립 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING A METAL STRIP}
본 발명은 금속 스트립을 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법에 따라서 스트립은 다중 스탠드형 압연기에서 압연되고 압연기의 최종 롤 스탠드의 하류에서 이송 방향으로 유출되어 냉각 장치에서 냉각되고, 스트립 또는 박판은 최종 롤 스탠드의 작업 롤들을 통과한 직후에 추가 급속 냉각부에서 급속 냉각되고, 스트립 또는 박판의 냉각은 적어도 부분적으로 여전히 이송 방향으로 최종 롤 스탠드의 범위 내에서 수행되며, 급속 냉각은 냉각 매체가 상부로부터, 그리고 하부로부터 스트립 또는 박판 상에 도포됨으로써 수행된다.
일반적인 방법은 US 2012/068391 A1 및 JP S60 243226 A로부터 공지되었다. 또 다른 해결책들은 WO 02/070157 A1 및 JP S60 221115 A에서 개시되었다.
강재들의 기계적 특성들은 다양한 방식으로 영향을 받을 수 있다. 강도(strength)의 증대는 특정한 합금 원소들을 보충하는 것을 통해 달성된다(고용체 경화). 그 밖에, 압연 동안, 상대적으로 더 높은 전위 밀도를 달성하기 위해, 다듬질 압연기열 온도는 감소될 수 있다(전위 경화). 예컨대 Nb, V 또는 Ti와 같은 미세 합금 원소들을 합금화하는 것을 통해, 강도의 증대를 야기하는 석출물들이 형성된다(석출 경화). 그러나 이런 메커니즘들은, 연성(ductility)이 불리한 영향을 받는다는 단점을 갖는다. 이와 반대로, 미세 조직의 미세 결정립 구조(미세 결정립 경화)는 강도 특성, 그리고 이와 동시에 연성 특성에 긍정적으로 작용한다. 작은 결정립 크기에 의해, 강재들의 강도 특성 및 그 연성 특성은 개량된다.
페라이트 결정립 크기의 감소는 강도를 증대하며, 그리고 홀-패치(Hall-Petch) 방정식을 통해 나타내어진다. 이에 따르면, 강도 증가량(ΔσV)은 하기 관계식에 따라서 결정립 크기(d)에 비례한다.
Figure 112015108838154-pct00001
상기 관계식은 실험 연구들을 통해 수회 증명되었다.
원칙적으로 페라이트 결정립 지름이 감소할 때 항복점(yield point) 및 인장 강도의 상승이 발생한다. 홀-패치 관계식은 산업상 제조되는 비합금 저탄소강(LC 강) 및 미세 합금강의 결과를 잘 반영한다. 미세 합금강들은 일반적으로 억제되는 재결정화로 인해 상대적으로 더 작은 결정립 크기를 가지고 그에 상응하게 통상적인 LC 강보다도 더 높은 강도 레벨로 존재한다. 이와 동시에, 작은 페라이트 결정립 크기는 연성에 긍정적으로 작용한다. 결정립 크기가 감소할 때 천이 온도(DBTT; 연성-취성 천이 온도)는 분명하게 감소한다[코트렐-패치(Cottrell-Petch) 관계].
열 기계 압연(열 기계 제어 공정 - TMCP)에 의해, 상기 효과들은 열간 압연기 및 판 압연기에서 의도적으로 활용되고 있다. 가장 중요한 메커니즘으로서 지칭되는 경우는 성형 동안 오스테나이트의 동적 재결정화이다. 지난 몇 년 동안, 열 기계 압연에 의해, 압연 및 후속하는 냉각 동안 제어되는 온도 제어는 부단히 개량되었고 상대적으로 더 작은 페라이트 결정립 크기가 설정되었다. 일반적으로, 압연 동안 도입되는 오스테나이트 상의 변형이 얼마나 높은지와는 무관하게, 통상적인 CMn 강에 대한 3 내지 5㎛의 결정립 크기는 산업상 공정들 및 종래의 합금 개념들로는 계속하여 낮춰질 수 없는 한계를 나타내는 것으로 여겨지고 있다.
그러나 홀-패치 방정식(앞 부분 참조)은 추가의 결정립 미세화를 예측하고 있다. 1㎛의 결정립 크기는 예컨대 연성이 개량됨과 동시에 350MPa만큼 강도를 증대시킬 수도 있다. 그러므로 재료 개발에서, 설비, 공정 및 방법 공학에서의 새로운 개념들을 생성하고 산업상 기준에서 상기 결정립 크기를 갖는 고강도 재료를 제조하고자 하는 동기는 크다고 할 수 있다.
전형적으로, 열간압연 스트립 압연기열에서, 또는 판 압연기열에서는, 최종 롤 스탠드와 냉각 구역 사이에 12m를 초과하는 이격 간격이 제공된다. 이런 영역에는 일반적으로 온도, 두께, 프로파일, 및 평탄도를 위한 측정 장치들이 설치된다. 따라서, 바로 스트립들이 저속으로 압연되는 경우, 냉각부에 도달할 때까지 시간은 12초를 초과할 수 있다(스트립 이송 속도가 1m/s인 경우). 그러나 이는 스트립 내부의 미세 조직의 결정립 크기에, 그리고 그에 따라 달성 가능한 기계적 특성들에 불리하게 작용하는데, 그 이유는 성형 후에 재결정화 및 회복 과정들이 발생하기 때문이다.
단점은, 스트립 또는 박판의 압연 후에 미세 조직 내에서 재결정화 및 회복 과정들에 의해 중첩되는 뚜렷한 결정립 성장(grain growth)이 발생한다는 점이다. 결정립 성장은 기계적 특성들의 악화를 야기한다.
본 발명의 추가 양태는 스트립 또는 박판의 평탄도에 관한 것이다. 냉각 구역에서 냉각 후에 온도가 더욱더 낮아질수록, 그리고 스트립 또는 박판의 두께가 더욱더 두꺼워질수록, 스트립의 상면 및 하면 상에서 수량 도포는 더욱더 중요해진다. 상면과 하면 사이의 수량 비율이 최적의 조건이 아니라면, 스트립 또는 박판은 비평면이 되거나 거칠어진다. 이런 경우에, 복잡한 재가공 또는 개량이 요구된다.
그러므로 본 발명의 과제는, 특히 열간압연 스트립 압연기열 및 판 압연기열에서 금속 재료, 특히 강재의 기계적 특성들 및 그 위상 성분들의 더 나은 설정을 가능하게 하는 일반적인 방법을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 과제는, 제조할 스트립 또는 박판의 표면 평탄도를 최대한 크게 하는 것에 있다.
본 발명에 의한 상기 과제의 해결책은, 하부로부터 스트립 또는 박판 상으로 도포되는 냉각 매체의 부피 유량(즉, 시간당 매체량 또는 수량)이 적어도 상부로부터 스트립 또는 박판 상으로 도포되는 냉각 매체의 부피 유량의 120%인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 하부로부터 스트립 또는 박판 상으로 도포되는 냉각 매체의 부피 유량은 적어도 상부로부터 스트립 또는 박판 상으로 도포되는 냉각 매체의 부피 유량의 150%이다. 다른 한편으로는, 하부로부터 스트립 또는 박판 상으로 도포되는 냉각 매체의 부피 유량은 바람직하게는 기껏해야 상부로부터 스트립 또는 박판 상으로 도포되는 냉각 매체의 부피 유량의 400%이다. 확인된 점에 따르면, 그 값이 400%를 상회하는 경우, 스트립 에지들의 하향 만곡이 발생할 수 있다.
스트립 또는 박판의 급속 냉각 동안, 바람직하게는 냉각 매체는, 스트립 또는 박판의 표면에서 스트립 또는 박판의 냉각이 500K/s 이상의 기울기로, 바람직하게는 750K/s 이상의 기울기로, 특히 바람직하게는 1,000K/s 이상의 기울기로 수행되는 정도의 양으로(그리고 경우에 따라서는 그 정도의 압력으로) 도포된다.
스트립 또는 박판은, 바람직하게는, 맨 먼저 슬래브가 연속 주조 설비에서 주조되고 그 다음 노에서, 특히 롤러 허스로에서 소정의 온도로 가열되며 그런 직후에 다듬질 압연기열로서 기능하는 압연기에서 최종 스트립 두께로 압하 압연됨으로써 제조된다.
스트립 또는 박판으로서는 바람직하게는 강재 스트립 또는 강재 박판이 제조된다. 이 경우, 스트립은 합금 성분들이 첨가된 강재 박판일 수 있다.
압연기는 바람직하게는 열간 압연기이다.
급속 냉각부는 바람직하게는 압연기의 최종 롤 스탠드의 내부로부터 이송 방향으로(즉, 압연 방향으로) 2m와 15m 사이, 바람직하게는 6m와 10m 사이의 구간에 걸쳐서 연장된다. 그러나 냉각 장치는 이송 방향으로 압연기의 최종 롤 스탠드의 하류에서, 바람직하게는 10m를 초과하는 이격 간격에서 개시된다.
다시 말해, 본 발명에 따라서, 결정립 구조에 영향을 미치면서 최대한 작은 페라이트 결정립을 설정하는 접근법이 제안된다. 다듬질 압연기열의 최종 스탠드에 급속 냉각부가 배치된다. 그에 따라 최종 롤간 간격의 통과와 스트립 또는 박판의 냉각 사이의 시간은 최소가 된다. 급속 냉각부는 바람직하게는 표면 상에서 1,000K/s를 상회하는 냉각률이 가능하도록 구성된다. 수량은 최적의 평탄도를 제공하도록 도포된다. 압연 또는 이송 방향으로 급속 냉각부의 하류에는 (스트립의 두께 또는 스트립의 온도를 위한) 측정 기기들이 배치된다. 후속하여 (종래의) 층류 냉각이 개시되고 그 다음 스트립의 권취가 개시된다.
본 발명은 열간 압연기 및 판 압연기에서 특히 금속 재료들(특히 강 합금들 및 철 합금들)로 스트립들 및 박판들의 개량된 제조를 허용한다.
제공되는 결정립 구조는 성형 동안 재료 내에서 진행되는 재결정화 및 회복 과정들의 결과이다. 결정립 성장은 특히 열간압연 스트립 압연기열에서, 또는 판 압연 스탠드에서 최종 패스(pass) 후에 개시되며, 그리고 스트립의 최대한 조기의 냉각을 통해 저지되거나 감소될 수 있다.
따라서 본 발명의 적용 분야는 일반적으로 압연기, 열간압연 스트립 및 판 압연기, 강 및 철 합금들로 스트립 및 박판의 제조이다. 제안되는 방법은, 일반적으로, 특히 각각 대응하는 장치들을 구비한 열간압연 스트립 압연기열 및 판 압연기열에서 생산 공정 중에 재료들이 냉각되어야만 하는 곳에서 이용될 수 있다.
바람직하게는 특히 열간압연 스트립 압연기열 및 판 압연기열에서 강의 기계적 특성들뿐만 아니라 그 위상 성분들의 더욱 개량된 설정이 가능하다. 상면 및 하면의 최적의 수량 분배에 의해 우수한 평탄도가 제공된다.
바람직한 경우는 본 발명에 따른 방법을 통해 제공되는 사항으로 개량된 평탄도를 갖는 미세 조직의 작은 결정립 크기이다.
본 발명은 본원의 과제에 대한 해답을 제공하며, 그리고 최종 롤 스탠드에 급속 냉각부가 직접 연결되는 배치구조를 나타낸다. 급속 냉각부를 통해 매우 높은 냉각률이 달성되고 작은 결정립 크기도 가능하다.
평탄도 관점에서 유념할 사항은, 평탄한 스트립 또는 박판이 제공되도록 수량이 스트립 또는 박판의 상면 및 하면 상으로 도포된다는 점이다. 통상적으로 상면과 하면 사이의 수량 비율은 1:1 내지 1:1.15이다. 이는, 상면과 하면 상의 수량이 동일하거나, 또는 상면에서보다 하면 상에 최대 15%까지 더 많은 부피 유량이 할당된다는 점을 의미한다.
그러나 본 발명에 따라 확인된 점은, 상기 비율이 우수한 평탄도의 설정에 불리하다는 것이다. 예컨대 에지 파형(edge wave)이 발생하며, 그럼으로써 스트립 에지는 더 이상 롤러 테이블 상에 안착되지 않게 된다. 이는 본 발명에 따라서 방지되며, 그리고 수량 비율이 1:1.2와 1:4의 비율일 때 높은 표면 평탄도가 달성되며, 다시 말하면 스트립 상면에서의 경우보다 최소한 120%와 최대 400%의 부피 유량이 하면 상으로 유출된다.
열간압연 스트립을 제조할 때, 맨 먼저 슬래브가 연속 주조 설비에서 주조되고 그 다음 롤러 허스로 내에서 의도하는 노 온도로 가열되며 그런 직후에 다듬질 압연기열(압연기)에서 최종 스트립 두께로 압하 압연된다(고온에서의 적용). 슬래브는 상대적으로 더 오랜 대기 시간(wait time) 후에도 노 내에서 가열되며, 그 다음 압연기에서 계속하여 가공될 수 있다(저온에서의 적용). 이 경우, 필요한 노 온도는 실질적으로 압연할 최종 두께 및 스트립 폭 그리고 스트립 재료에 따라서 결정된다.
따라서 이처럼 바람직하게는 특히 상대적으로 더 높은 강도를 가지면서 제조된 스트립 또는 박판의 개량된 기계적 특성들이 제공된다. 상대적으로 더 높은 강도는 홀-패치 방정식에 따라서 결정립 크기의 감소를 통해 제공된다.
또한, 재료의 상대적으로 더 높은 인성이 달성된다. 상대적으로 더 높은 인성은 코트렐-패치 방정식에 따라서 결정립 크기의 감소로 제공된다. 이는, DBTT 천이 온도(연성-취성 천이 온도)의 감소의 형태로, 또는 노치 충격 굽힘 시험에서 상대적으로 더 높은 값들을 통해 측정될 수 있다.
또한, 기계적 특성들의 변화에 의해, 합금 원소들에 대한 비용도 절약될 수 있다. 최초의 연구로 확인된 점에 따르면, 상당한 비용이 절약될 수 있었다.
급속 냉각부는 상대적으로 더 작은 결정립 크기의 설정을 통해 기계적 특성들을 개량하는 매우 효과적인 도구이다. 그러나 스트립 또는 박판의 평탄도는 높은 냉각률의 설정을 위해 필요한 많은 수량을 통해 불리한 영향을 받는다. 이에 대해, 상면과 하면 간에 최적으로 공급하는 점이 특히 중요하다. 수량이 동일한 비율로 도포된다면, 열 변형률(thermal strain)로 인해, 스트립 또는 박판 에지들이 롤러 테이블로부터 들어 올려지는 방식으로 스트립 또는 박판의 만곡이 발생한다. 그러나 스트립 상면 및 하면 또는 박판 상면 및 하면 상에서 동일한 온도가 발생하도록 수량이 매칭된다면 최적의 평탄도가 달성되며, 그리고 스트립/박판 에지는 스트립 중앙과 마찬가지로 평탄하게 롤러 테이블 상에 안착된다. 그러나 이를 위해 하면 상의 수량이 증가되어야 한다.
확인된 점에 따르면, 하면 상의 수량을 적어도 상면의 1.2배 값으로 증가시킬 경우 특히 우수한 평탄도가 달성된다. 그러나 상면의 수량보다 4배를 초과하는 하면 상의 값은 그 반대되는 결과를 초래한다. 이런 경우, 스트립 또는 박판은 중앙에서 상향 만곡된다. 이런 효과도 매우 손해가 되는데, 그 이유는 스트립 또는 박판이 추가 가공될 수 없기 때문이다.
마지막으로 최적의 평탄도는 스트립 또는 박판의 상면 및 그 하면에서의 부피 유량 간에 본 발명에 따라 제공되는 수량 비율을 통해 제공된다.
도면에는 본 발명의 한 실시예가 도시되어 있다. 단일의 도 1은 강재 스트립을 제조하기 위한 다듬질 압연기열의 최종 스탠드, 그리고 후속하는 층류 냉각부와 함께 권취 설비를 도시한 개략도이다.
도 1에는, 다듬질 압연기열의 롤 스탠드(2)가 도시되어 있다. 스트립(1)은 다듬질 압연기열 내에서 압연되어 이송 방향(F)으로 최종 롤 스탠드(2)에서 유출된다. 바로 최종 롤 스탠드(2)의 롤간 간격의 직후에서, 또는 이미 그 롤간 간격 내에서 스트립(1)은 냉각되며, 이를 위해 그 구성의 관점에서 종래의 구조에 상응하는 급속 냉각부(4)가 이용된다. 냉각 매체(물)는 스트립(1)의 상면 및 그 하면 상에 분무된다.
급속 냉각부(4)의 하류에서는 층류 냉각부의 형태인 종래의 냉각 장치(3)가 연결된다. 본 실시예에서, 냉각 장치(3)는 10개의 섹션으로 분할된다.
또한, 언급할 가치가 있는 점에서, 본 실시예에서 급속 냉각부(4)의 길이(L1)는 롤 스탠드(2)의 중앙에서부터 약 9m에 달한다. 요컨대 급속 냉각부는 기재한 것처럼 바로 최종 롤 스탠드(2)의 직후에서, 또는 그 롤간 간격 내에서 개시된다.
그러나 냉각 장치(3)의 이격 간격(L2)은 실시예에서 롤 스탠드(2)의 중앙에서 하류로 약 14m이며, 다시 말하면 냉각 장치의 개시 지점은 그 중앙으로부터 하류로 약 14m 이격된 위치이다.
냉각 장치(3)의 하류에는, 최종적으로 완성된 스트립을 권취하기 위한 권취 장치(5)가 위치된다.
온도 측정 부재들(6 및 7)(고온계)은 공정 과정을 모니터링할 수 있도록 하기 위해 상응하는 위치에서 각각의 온도를 검출한다.
본 발명에 따라서, 스트립(또는 박판)의 강도 및 그 연신율이 동시에 증가되는 점이 달성되며, 이는 제안되는 방법을 적용할 때 달성되는 작은 결정립 크기를 전제로 한다. 열간압연 스트립 압연기열 내에서 스트립을 압연한 후에, 재결정화 직후 결정립 성장이 개시된다. 이런 점은, 스트립 온도가 압연 후에 최대한 빠르게 결정립 성장이 더 이상 개시되지 않는 범위로 감소될 때 저지될 수 있다. 따라서 스트립은 약 800℃ 내지 920℃이고, 평균적으로는 860℃인 최종 압연 온도에서 적어도 700℃로 냉각되어야만 한다.
바람직하게 제안되는 방법은 X형 스트랜드 및 진동부를 포함하고 터널로를 이용하는 CSP 설비와 조합되어 이용되거나, 또는 종래의 열간 압연기에서 이용된다.
그리고 재료로서는 예컨대 미세 합금 품질을 갖는 특별한 재료들이 이용될 수 있다.
또한, 박판 압연기와의 조합도 제공될 수 있다.
1: 스트립
2: 롤 스탠드
3: 냉각 장치
4: 급속 냉각부
5: 권취 장치
6: 온도 측정 부재
7: 온도 측정 부재
F: 이송 방향
L1: 급속 냉각부의 길이
L2: 냉각 장치의 이격 간격

Claims (8)

  1. 금속 스트립 또는 박판(1)을 제조하기 위한 방법으로서, 스트립 또는 박판(1)은 다중 스탠드형 압연기에서 압연되고 압연기의 최종 롤 스탠드(2)의 하류에서 이송 방향(F)으로 유출되어 냉각 장치(3)에서 냉각되고, 스트립 또는 박판(1)은 최종 롤 스탠드(2)의 작업 롤들을 통과한 직후에 추가 급속 냉각부(4)에서 급속 냉각되고, 상기 스트립 또는 박판(1)의 냉각은 적어도 부분적으로 여전히 이송 방향(F)으로 상기 최종 롤 스탠드(2)의 범위 내에서 수행되고, 급속 냉각은 냉각 매체가 상부로부터, 그리고 하부로부터 스트립 또는 박판(1) 상으로 도포됨으로써 수행되는, 상기 방법에 있어서,
    하부로부터 상기 스트립 또는 박판(1) 상으로 도포되는 냉각 매체의 부피 유량은 적어도 상부로부터 상기 스트립 또는 박판(1) 상으로 도포되는 냉각 매체의 부피 유량의 120%이고, 상기 스트립 또는 박판(1)의 급속 냉각 동안, 냉각 매체는, 상기 스트립 또는 박판(1)의 표면에서 상기 스트립 또는 박판의 냉각이 500K/s 이상의 기울기로 수행되는 정도의 양으로 또는 그 정도의 압력으로 도포되며, 상기 급속 냉각부(4)는 상기 압연기의 최종 롤 스탠드(2)의 내부로부터 이송 방향(F)으로 6m와 10m 사이의 구간에 걸쳐서 연장되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립 또는 박판의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 하부로부터 상기 스트립 또는 박판(1) 상으로 도포되는 냉각 매체의 부피 유량은 적어도 상부로부터 상기 스트립 또는 박판(1) 상으로 도포되는 냉각 매체의 부피 유량의 150%인 것을 특징으로 하는 금속 스트립 또는 박판의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하부로부터 상기 스트립 또는 박판(1) 상으로 도포되는 냉각 매체의 부피 유량은 기껏해야 상부로부터 상기 스트립 또는 박판(1) 상으로 도포되는 냉각 매체의 부피 유량의 400%인 것을 특징으로 하는 금속 스트립 또는 박판의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스트립 또는 박판(1)의 급속 냉각 동안, 냉각 매체는, 상기 스트립 또는 박판(1)의 표면에서 상기 스트립 또는 박판의 냉각이 750K/s 이상의 기울기로 수행되는 정도의 양으로 또는 그 정도의 압력으로 도포되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립 또는 박판의 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 스트립 또는 박판(1)은, 맨 먼저 박슬래브가 연속 주조 설비에서 주조되고 그 다음 노에서 미리 정해진 온도로 가열되며 그런 직후에 다듬질 압연기열로서 기능하는 압연기에서 최종 스트립 두께로 압하 압연됨으로써(CSP 방법) 제조되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립 또는 박판의 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 스트립(1) 또는 박판으로서 강재 스트립 또는 강재 박판이 제조되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립 또는 박판의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉각 장치(3)는 이송 방향(F)으로 상기 압연기의 최종 롤 스탠드(2)의 하류에서 10m 이상의 이격 간격에서 개시되는 것을 특징으로 하는 금속 스트립 또는 박판의 제조 방법.
KR1020157032087A 2013-05-03 2014-04-30 금속 스트립 제조 방법 KR101759915B1 (ko)

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