KR101778160B1 - 열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법 - Google Patents

열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법 Download PDF

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Abstract

열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법에 따르면, 복수의 접합 소재의 양 끝단을 중첩하여 전단 변형하여 접합하는 열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법에 있어서, 상기 접합 소재가 중첩되는 양 끝단 중 어느 하나 이상의 접합 부위에 Si 및 Cr의 함량이 상기 접합 소재보다 적은 개질 물질을 이용하여 표면 개질층을 형성하는 단계 및 복수의 접합 소재의 양 끝단을 중첩하여 전단 변형하는 단계를 포함하며, 상기 표면 개질층의 Si 및 Cr 함량은 상기 접합 소재의 Si 및 Cr 함량의 50% 이하이다.

Description

열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법{METHOD FOR INCREASING EFFICIENCY FOR SURFACE MODIFICATION OF HOT ROLLING MATERIAL}
본 발명은 연속 압연을 위한 표면개질시 희석율 및 공정시간 최소화 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 표면을 국부적으로 표면개질시, 모재에 함유된 원소가 표면개질부위로 희석되는 것을 최소화 하는 방법에 관한 것이다.
최근에는 조압연기와 마무리압연기 사이에서 선, 후행 금속판을 접합하여 마무리압연을 연속적으로 행할 수 있게 하는 연연속 압연 기술이 개발되고 있다.
예를 들어, 선행 금속판의 후단부와 후행 금속판의 전단부를 상하로 중첩시키고, 금속판의 중첩된 부분을 동시에 전단함으로써 전단 과정에서 생성되는 금속판의 전단면을 직접 접촉시켜 접합하는 기술이 알려져 있다.
상기 기술은 전단에 의해 접합이 이루어지기 때문에 간단하고, 단시간에 접합이 가능하며, 필요한 공간도 작고, 또한 사상압연 시 온도저하가 적은 점 등 연연속 압연 기술로서 많은 장점을 가지고 있다.
그러나, 상기 종래의 접합 기술을 이용하여 고급강을 접합하는 경우에는 접합강도비의 저하로 고급강의 통판성 확보가 어려운 문제가 발생한다.
통상적으로, 연연속 압연시 고급강의 통판성을 확보하기 위해서는 접합강도비가 70% 이상이 되어야 한다.
그런데, 고급강의 경우에는 합금성분에 의해 표면에 다량의 스케일이 생성되며, 디스케일링 작업에 의해서도 잘 제거되지 않는다. 예를 들어, 고급강의 일종인, 고탄소강, 전기강판, 스테인리스강의 표면에서는 Si계 스케일 또는 Cr계 스케일이 생성되는데, 특히, Si계 스케일과 Cr계 스케일은 제거가 어려우며 표면에 다량 잔류하게 된다.
이러한 고급강이 상기 접합 기술에 의해 전단 접합이 이루어질 때에는 접합면에 다량의 스케일이 혼입하게 되어 접합강도비를 저하시키게 되며, 이에 따라 고급강의 연연속 압연시 통판성을 확보하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 고급강 접합부의 접합강도비를 향상시켜, 고급강의 통판성을 확보할 수 있게 하는 소재 접합기술의 개발이 필요하다.
한국 공개특허공보 제10-2012-0075308호 (2012.07.06 공개)
본 발명의 실시예들은 열간압연 수행 전에 슬라브 상태의 고급강의 표면을 개질하여 연속열간압연재의 전단 접합시 접합부 강도를 증대시켜 접합부 압연 통판율을 향상시킬 수 있는 열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 접합 소재의 양 끝단을 중첩하여 전단 변형하여 접합하는 열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법은, 상기 접합 소재가 중첩되는 양 끝단 중 어느 하나 이상의 접합 부위에 Si 및 Cr의 함량(중량%)이 상기 접합 소재보다 적은 개질 물질을 이용하여 표면 개질층을 형성하는 단계 및 복수의 접합 소재의 양 끝단을 중첩하여 전단 변형하는 단계를 포함하고, 상기 표면 개질층은 상기 개질 물질을 포함하는 용접 와이어로 2패스 이상 육성용접하여 형성되거나, 또는 상기 개질 물질을 포함하는 클래딩재를 배치한 후 상기 클래딩재 상부를 1패스 이상 용접하여 형성되며, 상기 표면 개질층의 Si 및 Cr 함량(중량%)은 상기 접합 소재의 Si 및 Cr 함량의 0% 초과 50% 이하이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 접합 소재는 Si 및 Cr으로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고급강 슬라브는 고탄소강, 전기강판 또는 스테인리스강 일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 표면 개질층이 형성된 상기 접합 소재를 1,100 내지 1,300℃의 온도에서 1 내지 5시간 동안 재가열 및 조압연하는 단계를 포함할 수 있다.
삭제
삭제
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 표면 개질층은 5 내지 20mm의 두께, 상기 접합 소재의 압연 방향으로 양 끝단으로부터 50 내지 500mm의 너비로 형성될 수 있다.
삭제
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 표면 개질층은 상기 접합 소재의 압연 수직 방향 전체에 걸쳐 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 표면 개질층은 상기 접합 소재의 압연 수직 방향으로 패턴을 가지도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 육성용접은 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW) 또는 메탈 코어드 아크 용접(MCAW)을 통하여 수행될 수 있다.
삭제
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 클래딩재 상부에 수행되는 용접은, 상기 개질 물질을 포함하는 용접 와이어로 수행되는 육성용접일 수 있다.
삭제
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 클래딩재 상부에 수행되는 용접은, 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW) 또는 메탈 코어드 아크 용접(MCAW)을 통하여 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 클래딩재는 일반강 또는 저탄소강 일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 클래딩재는 스트립(strip) 일 수 있다.
본 발명의 실시예들은 열간압연 수행 전에 슬라브 상태의 고급강의 표면을 개질하여 연속열간압연재의 전단 접합시 접합부 강도를 증대시킬 수 있으며, 이에 따라 접합강도비를 70% 이상 확보하여 접합부 압연 통판율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고급강 연속열간압연설비를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합기를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고급강 슬라브들의 표면 개질 전 표면 스케일을 촬영한 사진들이다.
도 7은 종래의 고급강 연속 열간 압연 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고급강 연속 열간 압연 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 개질층을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 고급강 슬라브의 표면 개질층 형성 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 고급강 슬라브의 표면에 육성용접을 통하여 형성된 표면 개질층의 단면 및 재가열 후의 단면을 촬영한 사진이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 고급강 슬라브에 형성된 표면 개질층의 Si 분포를 나타내는 사진이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 고급강 슬라브 표면에 클래딩재 배치 후 용접을 통해 표면 개질층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고급강 연속열간압연설비를 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 접합기를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른, 고급강 연속열간압연 과정을 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 열간압연설비는, 크게 상류측으로부터 재가열로(10), 조압연기(20), 코일박스(30), 접합장치(40), 복수의 압연기로 구성되는 사상압연기(50), 그리고 다운코일러(60)로 이루어져 있다.
고급강 슬라브를 상기 조압연기(10)에서 압연하여 제조된 고급강의 금속바는 코일박스(30)에서 코일상태로 권취된다. 이와 같은 코일박스(30)는 조압연기(20)와 사상압연기(50)에서 주행하는 금속바의 속도 차이를 조정하게 된다.
코일박스(30)로부터 풀리는 후행금속바(2)는 그 선단이 크롭쉬어에 의해 절단된 후, 접합하고자 하는 금속바의 접합 예정부의 표면을 부분 디스케일링장치(70)에서 디스케일링하고 접합장치(40)의 중첩장치(41)에서 선행금속바(1)의 후단에 중첩된다.
후행금속바(2)의 선단과 선행금속바(1)의 후단이 접합장치(40)의 접합기(100)에서 접합되고, 접합부의 크롭이 크롭처리장치(80)에 의해 절단된다. 접합장치(40)에서 접합되어 연속된 상태가 된 금속바(200)는 사상압연기(50)로 이송된다.
여기서 접합장치(40)는, 선행금속바(1)의 후단과 후행금속바(2)의 선단을 주행 중인 상태에서 접합하는 설비로서, 짧은 시간내에 전단접합이 가능한 단시간 접합장치이다.
그리고, 주행 중인 상태에서 금속바들(1, 2)을 전단접합하기 위하여, 접합기(100)는 금속바의 주행에 따라 이동할 수 있도록 되어 있으며, 접합기(100)가 금속바의 주행에 따라 요동시키는 설비가 추가로 설치될 수 있다.
예를 들어, 접합장치(40)의 접합기(100)에는, 후술하는 바와 같이, 선행금속바(1)의 후단과 후행금속바(2)의 선단이 중첩된 중첩부를 문 상태에서 그 양 측으로부터 압입하여 전단하면서 전단접합하는 한 쌍의 전단날이 구비되어 있다.
그리고 사상압연기(50)로 이송된 금속바(200)는 복수의 압연기를 통하여 순차적으로 열간압연되어 필요한 두께로 제조되고 이후 다운코일러(60)에서 권취된다.
본 발명에 따른 열간압연설비는, 추가로 코일박스(30)와 접합장치(40)의 출구 측에 각각 설치된 레벨라(90, 91)를 더 포함할 수 있으며, 열간압연되는 소재 및 열간압연 조건에 따라 선택적으로 배치될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 접합기(100)는 크게 상부날 집합체(120), 하부날 집합체(130) 및 이들을 이동 가능하게 지지하는 하우징(110)을 포함한다.
여기서, 상부날 집합체(120)는 상부날(121), 상부클램프(122) 및 상부지지장치(123)로 이루어지며, 이들은 모두 일체로 구성되어 있다. 그리고, 이에 대응되도록 상기 상부날 집합체(120)의 하부에 배치되는 하부날 집합체(130)는 하부날(131), 하부클램프(132) 및 하부지지장치(133)로 이루어지며, 이들은 모두 일체로 구성되어 있다.
그리고, 상부날 집합체(120) 및 하부날 집합체(130)는 하우징(110)의 포스트부(미도시)에 의해 안내되며, 선행금속바(1) 및 후행금속바(2)의 두께 방향으로 이동이 가능하도록 지지될 수 있다. 또한 상부날 집합체(120) 및 하부날 집합체(130)은 링크 기구(미도시)에 의해 접근 및 이반될 수 있도록 구성될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 접합기(100) 내부로 고급강의 선행금속바(1)의 후단(1') 위에 후행금속바(2)의 선단(2')이 중첩된 상태로 안내 된다.
그러면 고급강의 선행금속바(1)의 후단(1') 위에 후행금속바(2)의 선단(2')이 중첩되게 되고, 선단(2')과 후단(1')이 중첩된 부분은 상부날(121)과 하부날(131)의 돌기(124, 134) 사이에 물려지게 된다. 즉, 상부날과 하부날의 돌기(124, 134)가 선단(2')과 후단(1')의 표면에 접촉하게 된다.
그리고, 선행금속바(1)의 후단(1')과 후행금속바(2)의 선단(2')이 중첩된 부위에는, 상부클램프(122)와 하부클램프(132)가 접촉하게 된다. 여기서 상부클램프(122)는 상부지지장치(123)에 의해 유압력으로 지지되고, 하부클램프(132)는 하부지지장치(133)에 의해 유압력으로 지지될 수 있다.
이와 같은 상태에서 상부날(121)과 하부날(131)이 선행금속바(1)와 후행금속바(2)를 전단하게 되면, 선행금속바(1)와 후행금속바(2)의 각 전단면이 소성유동변형에 의해 서로 전단 접합되어 일체로 연속접합된 금속바(200)가 된다.
이와 같이 고급강의 단부가 전단접합을 완료하게 되면 연속된 금속바(200)의 접합부위에는 후행금속바(2)의 선단(2')이 절단된 상부크롭이 위치하고 선행금속바(1)의 후단(1')이 절단된 하부크롭이 위치하게 된다. 그리고 금속바(200)가 서로 접합이 완료되면 상부날(121)과 하부날(131)은 일정한 이격거리를 가질 때까지 후퇴한다.
금속바의 전단 접합에 따라 절단된 상부크롭과 하부크롭은 도 1에 나타나 있는 크롭처리장치(80)에 의해 제거되고, 연속된 금속바(200)는 사상압연기(50)로 이송되게 된다.
여기서 금속바의 접합부가 사상압연기(50)를 통과할 때에는 사상압연시 강한 압축응력 및 굴곡 그리고 사상압연기의 각 스탠드 사이에서 굴곡 또는 인장 등의 외력이 작용하기 때문에 상기 접합부는 가혹한 공정조건하에 놓여지게 된다.
이때, 고급강 금속바의 접합부는 파단되지 않고 사상압연기(50)를 통과시킬 수 있을 정도의 접합강도를 유지할 필요가 있다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고급강 슬라브들의 표면 개질 전 표면 스케일을 촬영한 사진들이다. 도 7은 종래의 연속열간압연재의 전단 접합 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
그런데, 고급강의 경우에는 합금성분에 의해 열간 압연 전 재가열을 거치게 되면, 표면에 다량의 스케일이 생성되며, 이들은 디스케일링 작업에 의해서도 제거되기 어려우며, 특히, Si계, Cr계 스케일은 모재의 표면에 내부스케일로 형성되고 이의 제거가 어려워 표면에 다량 잔류하게 된다.
도 3은 고탄소강 S45C 표면에 존재하는 스케일을 촬영한 사진이며, 도 4는 Si 2.0중량% 함유 전기강판 표면에 존재하는 스케일을 촬영한 사진이며, 도 5는 Si 3.0중량% 함유 전기강판 표면에 존재하는 스케일을 촬영한 사진이며, 도 6은 STS 409강 표면에 존재하는 스케일을 촬영한 사진이다.
도 3 내지 도 5에 따른 고탄소강 내지 전기강판의 경우 일반강 등에 대비하여 Si의 함량이 많아, 모재의 표면에 Si계 스케일이 다량으로 형성됨을 알 수 있다. 도 6에 따른 스테인리스강의 경우 일반강 등에 대비하여 Cr의 함량이 많아, 모재의 표면에 Cr계 스케일이 다량으로 형성됨을 알 수 있다.
즉, 고탄소강, 전기강판 내지 스테인리스강과 같이 Si, Cr의 함량이 많은 고급강의 경우, Si계 스케일 또는 Cr계 스케일이 표면에 형성되는데 이러한 스케일은 디스케일링 작업에 의하더라도 잘 제거되기 어려우며 표면에 다량이 잔류한다. 뿐만 아니라, Si계 스케일의 경우 Si가 모재 내로 스며들어 fayalite(Fe2SiO4)가 형성되어 디스케일성이 더욱 저하되는데, 이때에 Si의 함량이 증가할수록 fayalite(Fe2SiO4)가 증가하게 된다.
재가열을 거친 슬라브의 표면에 형성된 내부 스케일 또는 fayalite(Fe2SiO4)는 조압연을 거치면서 모재와 외부 스케일의 계면 사이로 집중되게 된다. 따라서, 이러한 스케일이 형성된 고급강 슬라브는 도 7에서와 같이 전단 접합을 수행하게 되면, 접합면에 다량의 스케일이 혼입되어 접합부의 접합강도비를 저하시키는 문제가 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 고급강 연속 열간 압연 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 접합 소재(1, 2)의 양 끝단을 중첩하여 전단 변형하여 접합하는 열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법은 상기 접합 소재(1, 2)가 중첩되는 양 끝단 중 어느 하나 이상의 접합 부위에 Si 및 Cr의 함량이 상기 접합 소재(1, 2)보다 적은 개질 물질을 이용하여 표면 개질층(3)을 형성하는 단계 및 복수의 접합 소재(1, 2)의 양 끝단을 중첩하여 전단 변형하는 단계를 포함한다. 이때에, 상기 표면 개질층(3)의 Si 및 Cr 함량(중량%)은 상기 접합 소재(1, 2)의 Si 및 Cr 함량(중량%)의 0% 초과 50% 이하이다.
상기 접합 소재(1, 2)는 Si 및 Cr으로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 다량으로 포함한다. 상기 고급강 슬라브는 고탄소강 또는 고합금강 일 수 있으며, 예를 들어, 전기강판용 규소(Si)강, 전기강판 또는 스테인리스강 일 수 있다.
상기 개질 물질은 중량%로, Si: 0.2% 이하, Cr: 0.2% 이하 및 잔부의 Fe를 포함한다. 상기 개질 물질은 중량%로, C: 0.3% 이하, Mn: 1.6% 이하, Cu: 0.3% 이하, P: 0.04% 이하, S: 0.04% 이하를 더 포함할 수 있다.
이후, 상기 표면 개질층(3)이 형성된 상기 접합 소재(1, 2)를 1,100 내지 1,300℃의 온도에서 1 내지 5시간 동안 재가열 및 조압연을 수행할 수 있다.
재가열된 상기 표면 개질층(3)의 Si 함량 및 Cr 함량은 1.5중량% 이하이다. 상기 표면 개질층(3)의 표층으로부터 6mm 이내 영역의 Si 함량 및 Cr 함량은 0.5중량% 이하이다.
상기 표면 개질층(3)을 형성하기 위한 개질 물질에는 Si 및 Cr이 상기 접합 소재(1, 2)에 비하여 적게 포함되어 있다. 다만, 전단 변형을 수행하기 전에 슬라브의 재가열을 거치면서 상기 접합 소재(1, 2)에 포함된 Si 및 Cr이 상기 표면 개질층(3)으로 다소 확산될 수 있다. 다만, Si 및 Cr의 확산을 감안하더라도 상기 재가열된 슬라브에서의 상기 표면 개질층(3)의 표층 영역에서의 Si 및 Cr 함량을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 표면 잔류 스케일을 최소화시켜 접합부 강도를 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 표면 개질층(3)의 두께는 5 내지 20mm로 형성될 수 있다.
상기 표면 개질층(3)의 두께가 5mm 미만인 경우, 재가열에 따른 Si 또는 Cr이 표면 개질층(3)의 표층 영역까지 확산되어 접합 강도를 충분히 확보하기 어렵다. 다만, 상기 표면 개질층(3)의 두께가 20mm 초과인 경우, 비용의 증가 및 국부적인 최종 제품의 성분 변화 등의 문제점이 발생할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 표면 개질층(3)의 두께는 6 내지 10mm로 형성될 수 있다.
또한, 상기 표면 개질층(3)의 너비는 상기 접합 소재(1, 2)의 압연 방향으로 양 끝단으로부터 50 내지 500mm의 너비로 형성될 수 있다.
상기 표면 개질층(3)의 너비가 50mm 미만인 경우, 선행금속바(90)와 후행금속바(60)의 각 전단면이 충분히 중첩되기 어려우며, 상기 표면 개질층(3)의 너비가 500mm 초과인 경우, 비용의 증가 및 국부적인 최종 제품의 성분 변화 등의 문제점이 발생할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 표면 개질층(3)의 너비는 100 내지 500mm로 형성될 수 있다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 개질층을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 9를 참조하면, 상기 표면 개질층(3A)은 상기 접합 소재(1, 2)의 압연 수직 방향 전체에 걸쳐 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 표면 개질층(3A)은 상기 접합 소재(1, 2)의 폭 방향 전체에 걸쳐 형성될 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 상기 표면 개질층(3B, 3C)은 상기 접합 소재(1, 2)의 압연 수직 방향으로 패턴을 가지도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 표면 개질층(3B, 3C)은 상기 접합 소재(1, 2)의 폭 방향으로 패턴을 가지도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 표면 개질층(3B)은 상기 접합 소재(1, 2)의 폭 방향으로 양 에지부에만 형성될 수 있으며, 이에 따라, 상기 표면 개질층(3B)을 형성함에 따른 비용을 보다 절감할 수 있다. 이와 달리, 상기 표면 개질층(3C)은 상기 접합 소재(1, 2)의 폭 방향으로 2 이상의 영역에 형성되어 간헐적 패턴을 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 따라, 상기 표면 개질층(3C)을 형성함에 따른 비용을 보다 절감할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 고급강 슬라브의 표면 개질층 형성 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 고급강 슬라브의 표면에 육성용접을 통하여 형성된 표면 개질층의 단면 및 재가열 후의 단면을 촬영한 사진이다. 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 고급강 슬라브에 형성된 표면 개질층의 Si 분포를 나타내는 사진이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 접합 소재(1, 2)의 양 끝단을 중첩하여 전단 변형하여 접합하는 열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법은 상기 접합 소재(1, 2)가 중첩되는 양 끝단 중 어느 하나 이상의 접합 부위에 Si 및 Cr의 함량이 상기 접합 소재(1, 2)보다 적은 개질 물질을 이용하여 표면 개질층(3)을 형성하는 단계 및 복수의 접합 소재(1, 2)의 양 끝단을 중첩하여 전단 변형하는 단계를 포함한다. 이때에, 상기 표면 개질층(3)의 Si 및 Cr 함량(중량%)은 상기 접합 소재(1, 2)의 Si 및 Cr 함량(중량%)의 0% 초과 50% 이하이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 개질층(3)을 형성하는 방법에 따르면, 상기 표면 개질층(3)은 상기 개질 물질을 포함하는 용접 와이어로 육성용접하여 형성될 수 있다.
상기 표면 개질층(3)은 상기 개질 물질을 포함하는 용접 와이어로 2패스 이상 육성용접하여 형성된다. 보다 바람직하게는, 상기 육성용접은 2 내지 3패스 수행되어 상기 표면 개질층(3)을 형성할 수 있다.
이후, 상기 표면 개질층(3)이 형성된 상기 접합 소재(1)를 1,100 내지 1,300℃의 온도에서 1 내지 5시간 동안 재가열 및 조압연을 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기 육성용접은 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW) 또는 메탈 코어드 아크 용접(MCAW)을 통하여 수행될 수 있다.
상기 용접을 수행하는 경우, 예를 들어, 80% Ar 및 20% CO2를 보호 가스로 사용하고, 250 내지 350A의 전류, 25 내지 35V의 전압, 8 내지 12kJ/cm의 입열량으로 450 내지 500mm/min의 용접속도로 수행할 수 있다. 이때에, 용접 와이어는 철 파우더(iron powder)를 플럭스(flux)로 포함하는 것을 사용할 수 있으며, 이와 달리 철 파우더(iron powder)에 형석 파우더를 동시에 포함하는 것을 사용할 수 있다.
도 13을 참조하면, 상기 육성용접이 1패스 수행시 형성되는 표면 개질층(3)은 약 6mm 두께이며, 상기 육성용접이 2패스 수행시 형성되는 표면 개질층(3)은 약 8mm 두께이며, 상기 육성용접이 3패스 수행시 형성되는 표면 개질층(3)은 약 10mm 두께로 형성된다. 이때에, 용입 깊이는 약 2mm 이다.
상기 육성용접이 3패스를 초과하여 수행되는 경우, 상기 표면 개질층(3)의 Si 함량을 더욱 감소시킬 수 있으며, 재가열에 의해 희석되는 Si 및 Cr 함량 역시 더욱 감소시킬 수 있음은 자명하다. 그러나, 3패스를 초과하여 육성용접이 수행됨에 따른 공정 시간 및 비용에 대비하여 감소되는 Si 및 Cr 함량이 미비하여 큰 효과를 얻기 어렵다. 이에 상기 표면 개질층(3)을 형성하기 위한 육성용접은 2 내지 3패스로 수행되는 것이 바람직하다.
도 14를 참조하면, 육성용접에 의하여 형성된 상기 표면 개질층(3)의 Si 분포를 알 수 있으며, 재가열 전후의 용접부의 Si 성분을 정밀 분석한 결과를 표 1에 나타내었다.
도 14 및 하기 표 1을 참조하면, Si 3% 함유 전기강판에 육성용접을 1 내지 3패스 수행하여 형성된 표면 개질층(3)의 각각의 영역의 Si 함량을 측정한 것으로, 재가열에 따라 모재의 Si가 확산되어 상기 표면 개질층(3)이 희석됨에 따라 Si 함량이 다소 증가함을 알 수 있다. 즉, 육성용접을 수행한 후 재가열을 거침에 따라 재가열 전에 비교하여 재가열 후의 상기 표면 개질층(3)의 Si 함량이 약 25 내지 50% 가량 증가함을 알 수 있다.
결론적으로, 이와 같이 재가열에 의한 Si 및 Cr 의 확산 내지 희석에도 불구하고, 2패스 이상의 용접을 수행하는 경우, 본 발명에서 목적하는 표면 개질층(3)의 Si 및 Cr 함량을 상기 접합 소재(1, 2)의 Si 및 Cr 함량의 20% 이하로 얻을 수 있다. 이와 같은, 표면 개질층(3)의 Si 함량이 상기 접합 소재(1, 2)의 Si 및 Cr 함량의 20% 초과인 경우, 예를 들어, 1패스 용접의 경우 고급강 전단 접합시 표층에 발생되는 Si 및 Cr 계 스케일에 의하여 접합 직후 접합부에서 파단이 발생하게 되는 문제점이 있다.
Si 함량(wt%)
재가열 전 재가열 후
1패스 용접 1.03 1.31
2패스 용접 0.35 0.49
3패스 용접 0.10 0.15
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 고급강 슬라브 표면에 클래딩재 배치 후 용접을 통해 표면 개질층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 접합 소재(1, 2)의 양 끝단을 중첩하여 전단 변형하여 접합하는 열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법은 상기 접합 소재(1, 2)가 중첩되는 양 끝단 중 어느 하나 이상의 접합 부위에 Si 및 Cr의 함량이 상기 접합 소재(1, 2)보다 적은 개질 물질을 이용하여 표면 개질층(3)을 형성하는 단계 및 복수의 접합 소재(1, 2)의 양 끝단을 중첩하여 전단 변형하는 단계를 포함한다. 이때에, 상기 표면 개질층(3)의 Si 및 Cr 함량은 상기 접합 소재(1, 2)의 Si 및 Cr 함량의 0% 초과 50% 이하이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 개질층(3)을 형성하는 방법에 따르면, 상기 표면 개질층(3)은 상기 개질 물질을 포함하는 클래딩재를 배치한 후, 상기 클래딩재 상부를 1패스 이상 용접하여 형성될 수 있다.
상기 클래딩재를 배치하지 않고 육성용접 만으로 상기 표면 개질층(3)을 수행하는 경우에도 원하는 Si 및 Cr 함량을 달성할 수 있으나, 형성하고자 하는 표면 개질층의 면적이 대면적으로 용접에 과도한 공정 시간 및 비용이 요구되어, 본 발명의 일 실시예에서와 같이, 클래딩재를 배치한 후 1패스의 용접을 수행하는 방법에 의하더라도 충분한 Si 및 Cr 함량을 얻을 수 있으며, 이 경우 복수의 용접에 따른 시간 및 비용이 절감되는 효과를 가진다.
이때, 예를 들어, 상기 클래딩재는 일반강 또는 저탄소강일 수 있다. 예를 들어, 상기 클래딩재는 다양한 형태의 소재를 사용할 수 있으나 바람직하게는 스트립(strip) 형태의 박판 소재를 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 용접은 상기 개질 물질을 포함하는 용접 와이어로 수행되는 육성용접일 수 있다. 이때에, 용접 와이어는 상기 개질 물질을 플럭스(flux)로 포함하는 것을 사용할 수 있다.
예를 들어, 상기 육성용접은 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW) 또는 메탈 코어드 아크 용접(MCAW)을 통하여 수행될 수 있다.
상기 용접을 수행하는 경우, 예를 들어, 80% Ar 및 20% CO2를 보호 가스로 사용하고, 250 내지 350A의 전류, 25 내지 35V의 전압, 8 내지 12kJ/cm의 입열량으로 450 내지 500mm/min의 용접속도로 수행할 수 있다. 이때에, 용접 와이어는 철 파우더(iron powder)를 플럭스(flux)로 포함하는 것을 사용할 수 있으며, 이와 달리 철 파우더(iron powder)에 형석 파우더를 동시에 포함하는 것을 사용할 수 있다.
도 15 및 하기 표 2를 참조하면, Si 3중량% 함유 전기강판에 1t 극저탄소강판 및 2t SS400판재를 각각 배치한 후, 육성용접을 1패스 수행하여 형성된 표면 개질층(3)의 각각의 영역의 Si 함량을 측정한 것으로, 재가열에 따라 모재의 Si가 확산되어 상기 표면 개질층(3)이 희석됨에 따라 Si 함량이 다소 증가함을 알 수 있다. 즉, 육성용접을 수행한 후 재가열을 거침에 따라 재가열 전에 비교하여 재가열 후의 상기 표면 개질층(3)의 Si 함량이 약 25 내지 50% 가량 증가함을 알 수 있다.
1패스의 용접만을 수행하더라도 클래드재를 배치한 후 용접을 수행하는 경우에는, 이와 같이 재가열에 의한 Si의 확산 내지 희석에도 불구하고, 본 발명에서 목적하는 표면 개질층(3)의 Si 함량을 상기 접합 소재(1, 2)의 Si 함량의 20% 이하로 얻을 수 있다. 이와 같은, 표면 개질층(3)의 Si 함량이 상기 접합 소재(1, 2)의 Si 함량의 20% 초과인 경우, 즉, 재가열 후에 Si 함량이 0.6중량% 초과하는 경우 고급강 전단 접합시 표층에 발생되는 Si계 스케일에 의하여 접합 직후 접합부에서 파단이 발생하게 되는 문제점이 있다.
Si 함량(wt%)
재가열 전 재가열 후
1t 극저탄소강판 + 1패스 용접 0.4 0.514
2t SS400판재 + 1패스 용접 0.232 0.302
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하도록 한다.
실시예 1
두께 250mm, 폭 1,000mm, 길이 10,000mm의 Si 3.0%를 포함하는 전기강판 슬라브의 전단 접합 부위에 철 파우더 80% 및 형석 파우더 20%를 플럭스로 포함하는 용접 와이어를 이용하여 80% Ar 및 20% CO2를 보호 가스로 사용하고, 280A의 전류, 30V의 전압, 10.5kJ/cm의 입열량으로 480mm/min의 용접속도로 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW)을 2 패스 수행하였다. 이후, 전기강판 슬라브를 1,250℃의 온도에서 1시간 동안 재가열 및 조압연을 실시하였다. 이후 전단 접합을 수행하고 사상압연을 거쳐 총 압하율 90%의 열연 코일을 제조하였다.
실시예 2
플럭스 코어드 아크 용접(FCAW)를 3 패스 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하여 열연 코일을 제조하였다.
실시예 3
두께 250mm, 폭 1,000mm, 길이 10,000mm의 Si 3.0%를 포함하는 전기강판 슬라브의 전단 접합 부위에 클래딩재로 1mm 두께의 극저탄소강판을 중첩하여 배치하고, 극저탄소강판 상부를 철 파우더 80% 및 형석 파우더 20%를 플럭스로 포함하는 용접 와이어를 이용하여 80% Ar 및 20% CO2를 보호 가스로 사용하고, 280A의 전류, 30V의 전압, 10.5kJ/cm의 입열량으로 480mm/min의 용접속도로 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW)을 1 패스 수행하였다. 이후, 전기강판 슬라브를 1,250℃의 온도에서 1시간 동안 재가열 및 조압연을 실시하였다. 이후 전단 접합을 수행하고 사상압연을 거쳐 총 압하율 90%의 열연 코일을 제조하였다.
실시예 4
1mm 두께의 극저탄소강판 대신에 클래딩재를 2mm 두께의 SS400판재를 중첩하여 배치한 후 용접을 수행한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 수행하여 열연 코일을 제조하였다.
실시예 5
Si 3.0%를 포함하는 전기강판 슬라브 대신에 STS 409강 슬라브를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 열연 코일을 제조하였다.
실시예 6
Si 3.0%를 포함하는 전기강판 슬라브 대신에 STS 409강 슬라브를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일하게 열연 코일을 제조하였다.
실시예 7
Si 3.0%를 포함하는 전기강판 슬라브 대신에 STS 409강 슬라브를 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 열연 코일을 제조하였다.
실시예 8
Si 3.0%를 포함하는 전기강판 슬라브 대신에 STS 409강 슬라브를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 열연 코일을 제조하였다.
비교예 1
두께 250mm, 폭 1,000mm, 길이 10,000mm의 Si 3.0%를 포함하는 전기강판 슬라브를 1,250℃의 온도에서 1시간 동안 재가열 및 조압연을 실시하였다. 이후 전단 접합을 수행하고 사상압연을 거쳐 총 압하율 90%의 열연 코일을 제조하였다.
비교예 2
플럭스 코어드 아크 용접(FCAW)를 1 패스 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 수행하여 열연 코일을 제조하였다.
비교예 3
두께 250mm, 폭 1,000mm, 길이 10,000mm의 STS 409강 슬라브를 1,250℃의 온도에서 1시간 동안 재가열 및 조압연을 실시하였다. 이후 전단 접합을 수행하고 사상압연을 거쳐 총 압하율 90%의 열연 코일을 제조하였다.
비교예 4
플럭스 코어드 아크 용접(FCAW)를 1 패스 수행한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 수행하여 열연 코일을 제조하였다.
표층~6mm 영역 Si함량 접합강도비 (%) 인장시험시 파단부
재가열 전 재가열 후
실시예 1 0.35 0.49 98 모재
실시예 2 0.10 0.15 95 모재
실시예 3 0.4 0.514 96 모재
실시예 4 0.232 0.302 96 모재
비교예 1 3.05 3.47 0 접합직후 파단
비교예 2 1.03 1.31 0 접합직후 파단
표층~6mm 영역 Cr함량 접합강도비 (%) 인장시험시 파단부
재가열 전 재가열 후
실시예 5 0.40 0.47 95 모재
실시예 6 0.37 0.41 97 모재
실시예 7 0.45 0.50 94 모재
실시예 8 0.35 0.43 95 모재
비교예 3 11.85 14.05 0 접합직후 파단
비교예 4 6.40 8.25 0 접합직후 파단
여기서, 상기 접합강도비는 인장시험결과 접합부강도를 모재강도로 나눈 값을 나타낸다.
본 발명의 실시예들에 따라 접합 소재의 접합 부위에 표면 개질층이 형성된 접합 소재를 이용하여 전단 접합된 소재의 접합 강도비는 기존의 전단 접합 방식, 즉 표면 개질층 없이 전단 접합된 소재보다 향상되며 평균 95% 이상의 접합 강도비를 나타낸다. 기존의 고급강 전단 접합시 표층의 Si 내지 Cr계 스케일에 의하여 접합 직후 접합부에서 파단이 발생함을 알 수 있다. 뿐만 아니라, 육성용접으로 표면 개질층의 형성시 1패스의 용접만을 수행하는 경우 Si 및 Cr의 희석을 충분히 방지할 수 없어 여전히 접합부 파단이 발생함을 알 수 있으며, 용접의 횟수를 감소시키고자 클래딩재를 배치한후 클래딩재 상에 용접을 1패스만 수행하더라도 2패스 이상의 용접을 수행하는 경우와 동등 내지 유사 수준의 Si, Cr 함량을 얻을 수 있어 접합부 파단을 방지할 수 있음을 알 수 있었다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 복수의 접합 소재의 양 끝단을 중첩하여 전단 변형하여 접합하는 열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법에 있어서,
    상기 접합 소재가 중첩되는 양 끝단 중 어느 하나 이상의 접합 부위에 Si 및 Cr의 함량(중량%)이 상기 접합 소재보다 적은 개질 물질을 이용하여 표면 개질층을 형성하는 단계; 및
    복수의 접합 소재의 양 끝단을 중첩하여 전단 변형하는 단계를 포함하고,
    상기 표면 개질층은 상기 개질 물질을 포함하는 용접 와이어로 2패스 이상 육성용접하여 형성되거나, 또는 상기 개질 물질을 포함하는 클래딩재를 배치한 후 상기 클래딩재 상부를 1패스 이상 용접하여 형성되며,
    상기 표면 개질층의 Si 및 Cr 함량(중량%)은 상기 접합 소재의 Si 및 Cr 함량의 0% 초과 50% 이하인 열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접합 소재는 Si 및 Cr으로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 고급강 슬라브인 열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고급강 슬라브는 슬라브는 고탄소강, 합금강, 전기강판 소재의 Si강 또는 스테인리스강 인 열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 표면 개질층이 형성된 상기 접합 소재를 1,100 내지 1,300℃의 온도에서 1 내지 5시간 동안 재가열 및 조압연하는 단계를 포함하는 열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 표면 개질층은 5 내지 20mm의 두께, 상기 접합 소재의 압연 방향으로 양 끝단으로부터 50mm 이상의 너비로 형성되는 열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 표면 개질층은 상기 접합 소재의 압연 수직 방향 전체에 걸쳐 형성되는 열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 표면 개질층은 상기 접합 소재의 압연 수직 방향으로 패턴을 가지도록 형성되는 열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 육성용접은 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW) 또는 메탈 코어드 아크 용접(MCAW)을 통하여 수행되는 열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법.
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 클래딩재 상부에 수행되는 용접은, 상기 개질 물질을 포함하는 용접 와이어로 수행되는 육성용접인 열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 클래딩재 상부에 수행되는 용접은, 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW) 또는 메탈 코어드 아크 용접(MCAW)을 통하여 수행되는 열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 클래딩재는 일반강 또는 저탄소강인 열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 클래딩재는 스트립(strip)인 열간 압연 소재의 표면개질 효율성 향상 방법.


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