KR101960992B1 - 어닐링 강 제조 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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타타 스틸 이즈무이덴 베.뷔.
타타 스틸 네덜란드 테크날러지 베.뷔.
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Abstract

본 발명은 어닐링 강 제조 장치 및 이 제조 장치에 의해 제조된 어닐링 강에 관한 것이다.

Description

어닐링 강 제조 장치 및 그 제조 방법{APPARATUS FOR PRODUCING ANNEALED STEELS AND PROCESS FOR PRODUCING SAID STEELS}
본 발명은 어닐링 강 제조 장치 및 어닐링 강 제조 방법에 관한 것이다.
대부분의 강 제조공장에서의 종래의 제조 공정들은 높은 처리량(throughput)에 초점이 맞추어져 있다. 이러한 높은 처리량은 강과 같은 범용 제품(commodity product)에 있어서 가장 중요한 요소인 가격을 낮게 유지시키는데 일조한다. 그러나, 가격을 낮추기 위한 집중에는 중대한 결점이 존재한다. 대량 생산 라인(high volume production line)은 유연성이 없는 프로세스들을 갖고, 범용 제품으로부터 벗어난 프로세스 조건들로 고부가가치 틈새 제품(niche product)을 생산하는 데에는 부적합하다. 높은 처리량에 대한 요구 사항은 가능한 어닐링 사이클에 엄격한 경계조건들을 적용한다. 이 때문에, 새로운 고강도 강(high strength steel, HSS) 제품은 엄격한 제한으로 설계될 필요가 있고, 따라서 항상 절충이 이루어진다. 이들 라인들 상에서 소형 배치(small size batch)들을 실행시키는 것은 어려우며, 여러가지 상이한 제품을 만들기 위해서는 반대로 상기 프로세스에 대해 화학 조성(chemistry)을 조정할 필요가 있다. 이는, 현재 생산 및 개발중인 다른 고강도 강들을 위해 사용되는 다양한 화학 조성들을 초래하였다.
합금 설계는 제품 개발자들이 이용할 수 있는 가장 강력한 수단이지만, 고객의 사양 및 회사 내의 제조 능력 요구 사항(예를 들어, 용접성, 아연 도금성, 표면 상태, 밀 로드 등)들에 의해 적용된 제한들은 합금 설계만으로 기존 제품들의 추가 개선에 있어서 중대한 장애를 제공한다. 더욱이, 종래의 대량 생산 라인들을 통해 달성될 수 있는 어닐링 스케줄에서의 비교적 제한된 변화를 미루어 볼 때, 화학 조성에 적용된 이와 같은 제한들은 차세대 초고강도, 고연성 강을 위한 가장 유망한 야금 전략의 상업화에 대한 어려운 장애물들을 대변한다. 즉, 현재의 고강도 강 개발은 합금 첨가의 허용 한계에 도달되어 있고, 차세대의 개선된 고강도 강은 현재의 처리 방법 및 능력의 맥락에서 허용할 수 없을 정도로 높은 합금 함량에 의지하지 않고서는 달성할 수 없을 것이다.
현재의 HSS 등급은 연간 수십만 톤 정도의 용량을 가진 기존의 용융 침지 아연 도금(hot-dip galvanising, HDG) 라인들을 통해 종종 생산된다. 개선된 HSS(AHSS) 스트립은 대부분의 경우 비교적 소량 생산(최대 연간 수만 톤 정도)으로 제조되며, 최대 용량으로 상기 라인들을 활용하기 위해서는, AHSS 및 종래의 HSS/저탄소 강 양쪽을 포함하는 제품 믹스(product mix)를 수용할 필요가 있다. AHSS는 독특한 기계적 특성을 나타내기에 충분한 양의 잔류 오스테나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트와 같은 상(phase)을 포함하는 다상(multiphase) 강이다. 종래의 고강도 강들에 비해, AHSS는 더 높은 강도 값 또는 고강도와 양호한 성형성의 우수한 조합을 나타낸다(중국 산야시 소재의 블렉 앤 피우온사의 HSLA 강 2005)(Bleck & Phiu-on, HSLA Steels 2005, Sanya (China)). 이것은 필연적으로 HSS 생산을 위해 책정된 라인들의 설계된 어닐링 능력은 매우 다양한 제품 믹스의 생산에 대해 광범위한 요구 사항에 걸쳐 절충할 것을 요구한다. 차선책과 유연성이 없는 프로세스에 사양을 제공하기 위해 합금 설계자들은 화학 조성에 더 많은 것을 하도록 강요받고 있다. 야금적 관점에서 종래의 HDG 라인들은, 대량 생산 라인의 특성과 용융 침지 아연 도금 공정 자체에 둘 다 내재되는 진정으로 최적화된 AHSS 기재의 제조에 대해 몇가지 중요한 기술적 장애들이 존재한다. 즉,
1) 낮은 냉각 능력/정지 냉각(arrested cooling): 현재의 라인들은 비교적 느린 냉각을 채용하고, 모든 경우에서 냉각은 과시효(overage)/아연 욕 온도에서 정지된다.
2) 고정 과시효 기간(fixed overaging duration): 현재 라인 모두는 연장된 과시효(extended overage) 또는 아연 욕 체류(zinc bath dwell)의 형태의 어느 하나의 냉각 정지(cooling arrest)를 통합한다.
3) 고정 과시효 온도: 종래의 라인에서 과시효 온도는 아연 욕의 온도에 의해 효과적으로 부과된다.
4) 제한 상부 온도(restricted top temperature): 종래의 라인에서 최대의 상부 온도는 설비 및/또는 라인 속도 요구 사항에 따라 제한될 수 있다.
전통적으로, 비교적 단순한 제품의 대량 생산은 금속 산업에서의 대규모 생산설비의 경제적 운영의 핵심이었다.
유럽 공개 공보 제EP0688884호는, 피크 온도로의 유도 가열로 이루어진 가열 구역, 냉각 구역(Zl) 및 상기 가열 구역과 냉각 구역 사이의 제2 균열 구역(soaking zone)(Z2)을 사용하여 재결정화(recrystallisation)를 가속시키기 위한 열 사이클의 개시시에 초기 온도 피크를 생성하는 유도로(induction furnace)를 통합하는, 금속 스트립을 어닐링하고 용융 침지 아연 도금하기 위한 대규모 생산설비를 개시한다.
소량 생산의 틈새 제품의 생산을 위한 수요 증가로 인해, 이들 소량 생산 제품들을 경제적으로 제조할 수 있는 보다 유연한 생산 라인의 필요성이 존재한다. 현재, 이러한 유연한 라인들을 이용할 수 없다.
본 발명의 목적은 보다 간단한 화학 조성으로 고강도 강의 제조를 가능하게 하는 어닐링 강 제조 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 비교적 저가의 소형 배치 크기를 실행하게 하는 어닐링 강 제조 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상기 장치를 이용하는 어닐링 강 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 주 어닐링 사이클 후에 추가적인 국부 열처리(local heat treatment)를 적용하는 옵션을 부여하는 프로세스를 제공하는 것이다.
이들 목적의 하나 이상은 하기의 어닐링 강 제조 장치에 의해 달성되며, 상기 어닐링 강 제조 장치는,
a. 강 스트립재를 풀기 위한 언코일러(uncoiler);
b. 가열 구역;
c. 선택적인 재가열 구역;
d. 상기 스트립의 길이방향으로 하나 이상의 구역 영역(zone area)을 국부 열처리하기 위한 선택적인 테일러 어닐링 구역(tailor annealing zone);
e. 최종 냉각 구역;
f. 선택적인 코팅 구역; 및
g. 어닐링된 스트립재를 감기 위한 코일러(coiler)를 포함하며,
상기 가열 구역은,
(ⅰ) 상기 강 스트립을 400 내지 600℃의 온도로 가열하기 위한 방사 튜브 버너(radiant tube burner) 또는 유도로를 구비하는 제1 가열 유닛 및 상기 강 스트립을 500℃ 내지 최대 약 1000℃의 어닐링 온도로 더 가열하기 위한 하나 이상의 횡단 유도로(transversal induction furnace)를 구비하는 제2 가열 유닛을 포함하는 가열 단계;
(ⅱ) 상기 강 스트립을 최대 120초 동안 균열시키기 위한 균열 단계; 및
(ⅲ) 강 스트립을 상기 어닐링 온도로부터 급속 냉각 개시 온도로 냉각시키기 위한 저속 냉각 구역, 상기 강 스트립을 상기 급속 냉각 개시 온도로부터 약 300℃의 냉각 정지 온도로 급냉시키기 위한 급속 냉각 구역, 및 상기 강 스트립을 상기 제2 냉각 정지 온도로부터 주위 온도 내지 100℃의 온도로 냉각시키기 위한 제3 냉각 구역을 포함하는 냉각 단계;를 포함한다.
바람직한 실시예들은 종속 청구항들에 제공된다.
본 발명에 따른 장치는, 저가의 대량 생산 제품들 대신에 (비교적) 소량 생산의 고부가가치 제품들의 개발 및 생산을 허용한다. 높은 유연성의 연속 어닐링 및 아연 도금 라인은, 간단한 화학 조성으로 AHSS 및 UHSS 강의 제조를 허용하고, 비교적 낮은 (실행) 비용으로 소형 배치 크기를 실행할 수 있는 기회를 제공하기 때문에, 매우 유용하다. 본 발명에 따른 장치는, 유연한 열처리로, 이에 따라 스트립의 길이에 걸쳐 다른 특성을 갖는 AHSS 및 UHSS 강의 제조를 허용한다.
스트립을 연속 처리하기 위한 종래의 생산 라인의 제약은, 가열과 냉각이 스트립의 전체 폭에 걸쳐 균일하게 적용되어야 하는 것이다. 그 이유 중 하나는 기계적 특성의 균일성을 달성하기 위한 것이다. 그러나, 다른 기계적 특성들은 그의 제조(예를 들어, 굽힘성과 같은 성형성) 또는 그의 용도(예를 들어, 에너지 흡수를 위한 고강도)를 위해 제품 내의 다른 위치들에서 다른 기계적 특성이 필요한 경우가 종종 있다. 다른 기계적 특성들은 다른 열처리 사이클들 또는 주 어닐링 사이클 후의 사후 열처리를 통해 달성될 수 있다. 따라서, 생산 라인의 온도/시간 프로파일에서의 유연성의 통합뿐만 아니라 스트립의 길이방향에 평행한 복수의 열처리 구역으로 스트립을 열처리하는 공간적인 유연성의 선택을 허용하는 것이 또한 유리할 수 있다. 열처리의 차이는, 주 어닐링 사이클 이후의 깊은 급냉(dip quench)을 포함할 수 있는 과시효 또는 템퍼링 온도에서의 차이일 수 있다. 본 발명에 따른 장치는, 열처리의 공간적인 유연성으로 AHSS 및 UHSS 강의 제조를 허용하고, 이에 따라 스트립의 폭에 걸쳐 다른 특성들을 갖는다. 테일러 어닐링 구역에서의 후자의 국부 열처리는 테일러 어닐링 스트립(Tailor Annealed Strip, TAS)을 생성한다.
본 발명에 따른 장치는 하기의 새로운 처리 능력을 제공한다.
1) 완전 오스테나이트화가 가능한 높은 상부 온도;
2) 낮은 (Ms 이하) 온도를 포함하는 온도 범위로의 급냉;
3) 과시효 등온선으로의 재가열;
4) 과시효 온도와 지속 시간을 모두 제어;
5) 다른 온도-시간 사이클을 갖는 스트립 길이에 평행한 열처리 구역들 또는 테일러 어닐링 구역을 이용하는 추가의 사후 열처리의 선택.
특히, 많은 경우에 있어서, UHSS 기재는 완전 오스테나이트화(높은 상부 온도들)를 요구하고, 이어서 낮은 급냉 온도(low quench temperature)로의 급냉 및 이 급냉 온도보다 실질적으로 더 높은 온도에서의 후속 등온 유지한다.
DP 강 및 기타의 일부 마르텐사이트 등급에 대해, 급냉 능력은 마르텐사이트의 형성을 위해 바람직하다. 이는, 원하지 않는 변태를 억제시키고 충분한 경화능을 확보하기 위한 합금 원소의 첨가의 필요성을 감소시키거나 배제시킨다. 더욱이, C, Mn, Cr 및 Mo와 같은 경화성 원소(hardenability element)의 첨가는 비용 및 적용 성능, 특히 용접성에 상당한 영향을 줄 수 있다.
HSS의 계통의 과시효 요구 사항들은 매우 다양하다. 이중 상 강(dual phase steel)들에 대해, 과시효/아연 욕 체류의 지속 시간을 최소화하는 것이 바람직하다. 대조적으로, TRIP 또는 TRIP 지원 강(TRIP-assisted steel)들에 대해, 원하는 정도의 오스테나이트 안정화 및 원하는 기계적 특성을 보장하기 위해 제어된 과시효가 필요하다. 본 발명에 따른 장치는 이러한 다양한 요구 사항들을 수용한다.
DP 및 TRIP 지원 강 모두의 경우에 있어서, 기재 특성들의 최적화는 과시효 온도의 능동 제어(active control)를 허용하고 아연 욕(zinc pot)의 온도보다 더 낮거나 높은 온도들을 사용할 수도 있다.
본 발명에 따른 장치의 독특한 특징들은, 어닐링 곡선의 거의 무한대의 다양성 및 다른 제품들의 생산 사이를 빠르게 전환할 수 있는 가능성을 적용할 수 있는 능력이다. 양 특성들은 노의 가열 및 냉각 섹션들에서의 유연성 및 전체적으로 노의 저온 가열 잠열(low heat latency)을 허용하는 특별한 기술의 사용에 의해 가능하다. 따라서, 노는 라인의 가장 중요한 부분이다.
라인의 가열 구역은 가열 단계, 균열 단계 및 냉각 단계를 포함한다. 상기 가열 단계는 제품을 중간 온도로 가열시키는 제1 가열 섹션을 포함한다. 상기 제1 가열 섹션 이후에 재료를 약 1000℃의 온도 또는 요구 사항들에 따라 더 낮은 온도로 가열할 수 있는 제2 가열 섹션으로 이어진다. 상기 중간 온도는, 바람직하게는 400 내지 600℃, 더욱 바람직하게는 450 내지 550℃ 사이이다. 적절한 중간 온도는 약 500℃이다.
바람직하게는, 제1 가열 섹션은 방사 튜브 노(Radiant Tube Furnace, RTF)로 구성된다. 대안적으로 유도로가 사용될 수 있지만, RTF는 일반적으로 이러한 비교적 낮은 온도에서 재료의 폭에 걸쳐 더욱 균일한 온도 프로파일을 제공한다.
제2 섹션은 라인의 가열 유연성을 부여하기 위해, 바람직하게는 하나 이상의 유도 가열 섹션, 더 바람직하게는 두 개 이상의 유도 가열 섹션을 포함한다. 대부분의 강종(steel grade)은 500 내지 750 ~ 800℃ 범위의 온도에서의 초기 급속 가열로 수혜를 입는다. 바람직하게는, 이는 제1 가열부에서 베이스 온도를 500℃까지 가열시키는 고속 횡자속(fast transverse flux, TFX) 유도로에 의해 얻어질 수 있다. 850 내지 1000℃의 상부 온도는 제2 TFX 유도로에 의해 얻어질 수 있다. 재료(오스테나이트 강)들 중의 일부 상자성 특성(paramagnetic property)들 때문에 횡단 유도가 필요하다. 제2 TFX 유도로는 800℃로부터 약 1000℃로의 최종 가열을 위해 사용된다. 모든 철 재료(ferrous material)들은 이 온도 범위에서 상자성이 되기 때문에 횡단 유도가 필요하다. RTF는, RTF 설비 자체의 큰 열 축적 및 RTF로 달성가능한 저속의 전체적인 가열 속도(heating rate)의 결과로서, 사이클 온도들에서의 큰 잠열(thermal latency) 때문에 상부 온도로 가열시키는데 사용될 수 없다. 이는, 어닐링 사이클들 사이의 빠른 전환의 관점에서 장치의 유연성에 악영향을 미칠 것이다.
가열 단계는 많은 재료에 관련되는 균열 단계(soaking step)로 이어진다. 라인 속도에 따라 소정 기간 동안 주어진 온도에서 재료를 균열시킬 수 있다. 바람직한 최대 균열 시간은 약 120초, 더욱 바람직하게는 60초이다.
균열 단계 후에, 재료는 냉각 단계, 바람직하게는 세 개의 연속적인 냉각 섹션, 즉 저속 냉각 섹션, 이어지는 급속 냉각 섹션 및 최종적으로 재료들이 재가열 구역에 진입하기 전에 약 100℃의 온도로 냉각될 필요가 있을 때 활성화되는 제3 냉각 섹션의 냉각 단계에서 냉각된다.
유연한 가열 이외에, 유연한 냉각은 오스테나이트, 페라이트 및 마르텐사이트의 혼합물을 함유하는 특수한 미세구조의 생성에서의 최대의 제어를 허용하는데 또한 필요하다. 균열부 이후에 이어지는 냉각부는, 균열 후의 스트립의 냉각을 달성하기 위한 하나 이상의 냉각 섹션을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 이러한 냉각부는 저속 냉각 섹션, 급속 냉각 섹션 및 제3 냉각 섹션을 포함한다. 저속 냉각 섹션은, 스트립을 균열 온도로부터, 통상적으로 오스테나이트가 변태되기 시작하는 온도(Ar3)의 바로 위의 온도인 급속 냉각 개시 온도로 냉각시키는데 사용된다. 급속 냉각 섹션에 있어서, 스트립은 Ar3 바로 위의 온도로부터 약 300℃의 온도로 냉각된다. 제3 냉각 섹션은 스트립을 추가의 변태가 일어나지 않는 온도, 즉 약 100℃ 미만의 온도로 추가로 냉각시킬 것이다. 급속 및 제3 냉각 섹션은 개별 섹션들일 수 있거나 또는 냉각 정지 온도 및 냉각 속도를 제어할 수 있는 하나의 통합된 섹션일 수 있다. 급속 냉각에서의 냉각 속도는, 바람직하게는 적어도 50℃/s이다.
재가열 구역에 있어서, 스트립은 과시효 단계 또는 어닐링 단계를 거치게 된다. 급속 및 유연한 방식으로 과시효 온도에 도달시키기 위해, 또 다른 유도로가 설치된다. 노의 재가열 구역은 과시효 섹션으로서 사용될 수 있으며, 또는 선택적으로, 균일 또는 국부 열처리를 적용시키기 위해 사용될 수 있다. 후자의 국부 열처리는 테일러 어닐링 스트립(TAS)을 생성한다. TAS 재료에 있어서, 기계적 특성들은 부품의 특수 요구 사항들에 따라 조정될 수 있다. 더욱 성형성이 필요한 위치들에선, 라인에서의 스트립의 국부 열처리, 통상적으로 스트립의 폭에 걸쳐 기계적 특성들의 원하는 변형을 얻는 국부 열처리에 의해 달성될 수 있다. 이 TAS-옵션이 가능하게 되는 제품들은 압연 방향에 평행한 하나 이상의 구역을 갖는 코팅 또는 미코팅된 HSS의 스트립의 코일이다. 이들 구역은, 바람직하게는 적어도 50mm 폭이다. TAS-처리된 구역의 특성들은, 적용된 온도 사이클에 의존하지만, 일반적으로 복잡한 부품 형상에 대한 HSS/UHSS의 사용을 용이하게 할 수 있는 증강된 (국부) 성형성을 얻을 수 있다. 과시효, 균일 어닐링 또는 TAS 처리 후에, 스트립은 보호 분위기를 떠나기 전에 제4 냉각 섹션에서 약 150 내지 250℃로 냉각될 것이다. 최종적으로, 스트립은 제5 냉각 섹션에서 약 50 내지 100℃로 공기에 의해 냉각될 것이다. 바람직하게는, 제4 냉각 섹션은 바람직하게는 HNx를 사용하여 스트립을 약 150 내지 250℃, 바람직하게는 약 200℃로 냉각시키며, 그리고/또는 제5 냉각 섹션은 바람직하게는 공랭을 사용하여 스트립을 약 50 내지 100℃, 바람직하게는 약 80℃로 냉각시킨다.
과시효 온도로의 재가열은, 350 내지 450℃의 온도가 바람직하며, 바람직하게는, 이 재가열은 길이방향 자속 유도(longitudinal flux induction, LFX)에 의해 발생되며, 이는 유연성을 제공하기 때문이다. LFX 대신에 TFX-노를 사용할 수 있지만, 관련 강들이 과시효 온도들에서 모두 자화되기 때문에, TFX-노를 사용할 필요가 없다. 테일러 어닐링 구역에 대해, TFX-유닛은 바람직하게는 750 내지 850℃의 온도를 수반하는 온도가 상자성 재료를 포함하기 때문에 필요하다. 과시효 시간은 라인 속도와 노의 길이에 따라 다르지만, 일반적으로 180초로 한정되는 것이 바람직하다.
아연 도금은 전해 코팅부에서의 전해 코팅에 의해 실행된다. 전기 아연 도금이 용융 침지 아연 도금 대신에 선택되었다. 이는 어닐링 공정이 아연 도금 공정으로부터 완전히 독립되게, 그리고 심지어 종래의 HDG 라인들에 비해 낮은 라인 속도에서도 우수한 코팅 품질을 달성할 수 있도록 하기 위한 것이다. 활성화/산세 및/또는 세정 섹션은, 바람직하게는 전해 코팅부 직전에 사용된다. 이것은 표면에 관련된 문제를 최소한으로 감소시키고, 더 다양한 합금 원소의 사용을 허용한다.
어닐링 및 코팅 단계들은 분리되는 것이 바람직하며, 이에 따라 (라인 속도 및 스트립 온도와 같은) 코팅 요구 사항들은 기재 미세구조의 개발 또는 엄격한 합금화 제한의 부과의 부작용 없이 충족될 수 있다. 이들 장점 이외에, 일관 상품을 대량 생산하는 현재의 대량 생산 라인들이 이러한 어려운 틈새-제품의 생산에서 해방되는 명백한 이점을 갖는다.
제2 관점에 따르면, 본 발명은 전술한 본 발명에 따른 장치를 이용하는 제조 방법을 구현한다.
제3 관점에 따르면, 본 발명은 또한 전술한 본 발명에 따른 장치 또는 전술한 본 발명에 따른 제조 방법을 사용하여 제조된 어닐링 강을 구현한다.
비 제한적인 실시예에 의해, 본 발명에 따른 장치의 개략도는 도 1에 나타나 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 어닐링 강 제조 장치를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 페라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트를 포함하는 600 MPa AHSS용 열곡선(thermal curve)을 나타내는 도면이다.
도 3은 회복 어닐링 강을 위한 열곡선을 나타내는 도면이다.
도 4는 베이니틱 페라이트(bainitic ferrite) 및 마르텐사이트를 포함하는 강을 위한 열곡선을 나타내는 도면이다.
도 5는 템퍼링된 마르텐사이트를 포함하는 강을 위한 열곡선을 나타내는 도면이다.
도 6은 과시효 섹션을 포함하는 강을 위한 열곡선을 나타내는 도면이다.
진입 구역(entry zone)은, 예를 들어 하나 이상의 세정 장치, 건조 장치, (루프 타워와 같은) 버퍼 수단(buffer means)을 포함할 수 있다. 출구 구역(exit zone)은, 예를 들어 하나 이상의 표면 검사 장치, 주유 장치, 절단 장치 또는 버퍼 수단을 포함할 수 있다.
비제한적인 실시예들에 의해, 도 1에 따른 장치의 유연성은 도 2 내지 도 6에 의해 입증되며, 여기서, 도 2는 페라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트를 포함하는 600 MPa AHSS용 열곡선(thermal curve)을 나타낸다. 도 3은 회복 어닐링 강을 위한 열곡선을 나타내며, 도 4는 베이니틱 페라이트(bainitic ferrite) 및 마르텐사이트를 포함하는 강을 나타내며, 도 5는 템퍼링된 마르텐사이트를 나타낸다.
도 2: 온도 범위 500 ~ 750℃의 급속 가열 속도가 채용되는데, 이는 가열 변태 범위 내를 통한 급속 가열이 유익하기 때문이며, 급속 가열은 이상영역(intercritical) 오스테나이트의 크기 및 분포에 영향을 끼치고, 이에 따라 최종 미세구조의 제2 상의 크기 및 분포에 영향을 끼치기 때문이다. RTF 노(RTF furnace) 이후에, 재료는 750℃까지 가열된다. 그 후, 스트립은 제2 급속 가열을 통해 780 ~ 850℃ 범위 내의 통상적인 이상영역 온도에서의 균열 섹션(soaking section)으로 진행한다. 30초 동안의 균열 후에, 스트립은 먼저 서냉되고, 이어서 420℃까지의 과시효 온도로 급냉된다. 이 온도는 오스테나이트 내의 탄소의 농축으로 이어지는 베이나이트의 형성을 촉진시키고, 이에 따라 최종 미세구조 내의 준안정(metastable) 오스테나이트의 유지를 촉진시키기 위해 선택된다. 마르텐사이트가 최종 냉각에서 형성되고, 이어서 주위 온도로 냉각된다. 200℃ 이하에서 최종 급냉의 중단이 허용될 수 있다.
도 3: 600 ~ 700℃에서 10 ~ 60초 열처리하며, 여기서 가열 속도 및 냉각 속도는 가공 경화를 일부 희생하여 증가된 신장을 허용하기 위해 냉간 압연 고강도 강에서의 회복 유도에 중요한 것은 아니다.
도 4: RTF 노 이후에, 재료는 750℃까지 가열되며, 제2 급속 가열 이후에 스트립은 Ac3 보다 높은 온도를 가질 것이다. 850℃에서의 30초 동안의 균열 동안의 완전 오스테나이트화 후에, 스트립은 저속 냉각되지만, 온도는 저속 냉각 섹션의 말단에서 700℃ 보다 높은 온도에서 유지되어야 한다. 급속 냉각은 스트립 온도를 400℃ 보다 낮은 온도로 감소시킬 것이다. 과시효 섹션에 있어서, 오스테나이트는 베이니틱 오스테나이트로 실질적으로 완전히 분해되며, 이에 따라 최종 냉각에서 마르텐사이트가 형성되지 않을 것이다.
도 5: 먼저, 재료는 C 및 Mn 함량에 따라, 전형적으로 820℃ 보다 높은 온도에서 완전하게 오스테나이트화되어야 하며, 이어서 마르텐사이트로 완전하게 변태시키기 위해 적어도 200℃의 온도 미만으로 적어도 80℃/s로 비교적 급속 냉각시켜야 한다. 굽힘성(bendability) 및 구멍 확장성(hole-expansion)을 개선시키기 위한 라이트 템퍼링(light tempering)은 최대 약 400 ~ 500℃에서 10 ~ 60초 동안의 재가열에 의해 달성될 수 있다. 강도를 일부 희생하면서 성형성을 개선시키기 위한 더 높은 온도 또는 더 긴 템퍼링은 약 600 ~ 750℃에서 30 ~ 60초 동안의 열처리에 의해 달성된다. 템퍼링을 위한 가열 속도 및 냉각 속도는 중요하지 않다.
도 6: 균열 온도가 830 ~ 860℃ 범위인 것을 의미하는 이상영역(intercritical region)에서 스트립은 가열되고 오스테나이트화된다. 이상영역 페라이트의 체적 분율은 이 상부 온도에 의해 제어되고, 이것이 냉각 전에 오스테나이트의 경화능을 결정한다. 균열 후에, 스트립은 700℃까지 저속 냉각되며, 이어서 스트립은 Ms(~ 350℃) 부근의 온도에 도달시키기 위해 급속 냉각 색션을 통과한다. 이 제품에 대한 제3 냉각 섹션은 스트립을 약 250℃까지 냉각시키는 것이 중요하다. 이 온도범위에서의 마르텐사이트 형성은 시간 의존이 아니라 Ms 미만의 과냉각에 의해 간단하게 제어되기 때문에, 적당한 냉각 속도는 이 섹션에서 충분하다. 이러한 냉각 후에, 스트립은 과시효 섹션에 도입하기 위한 유도 수단에 의해 350 ~ 450℃의 온도로 가열된다. 70초 동안의 등온 동안, (1) 형성된 마르텐사이트가 템퍼링되며, (2) 오스테나이트는 탄소 파티셔닝(carbon partitioning)에 의해 더욱 안정화될 수 있으며, 그리고 (3) 오스테나이트를 또한 안정화시킬 수 있는 탄화물을 함유하지 않은 일부의 베이나이트가 형성될 수 있다. 이 제품의 경우에는, 매우 안정된 오스테나이트를 생성하는 것을 목적으로 하는 것이며, 이는 최종 냉각에서 마르텐사이트가 형성되지 않는 것을 의미한다.
1: 스트립재
2: 가열 구역
3: 진입 구역
4: 가열 단계를 위한 방사 튜브 노 섹션
5: 균열 단계를 위한 TFX-섹션
6: 냉각 단계를 위한 냉각 섹션
7: LFX 재가열 구역
8: 과시효 또는 TAS-구역
9: 최종 냉각 구역
10: 코팅 구역
11: 출구 구역
12: 언코일러
13: 코일러

Claims (16)

  1. 어닐링 강 제조 장치에 있어서,
    강 스트립재(1)를 풀기 위한 언코일러(12);
    선택적인 재가열 구역(7) 및 상기 스트립의 길이방향으로 하나 이상의 구역 영역을 국부 열처리하기 위한 선택적인 테일러 어닐링 구역(8)을 포함하는 가열 구역(2);
    최종 냉각 구역(9);
    코팅 구역(10); 및
    어닐링된 스트립재를 감기 위한 코일러를 포함하며,
    상기 가열 구역은,
    (ⅰ) A. 상기 강 스트립을 400 내지 600℃의 온도로 가열하기 위한 방사 튜브 버너 또는 유도로를 구비하는 제1 가열 유닛(4) 및
    B. 상기 강 스트립을 500℃ 내지 최대 1000℃의 어닐링 온도로 더 가열하기 위한 하나 이상의 횡단 유도로를 구비하는 제2 가열 유닛(5)을 포함하는 가열 섹션;
    (ⅱ) 상기 강 스트립을 최대 120초 동안 균열시키기 위한 균열 섹션; 및
    (ⅲ) 상기 강 스트립을 상기 어닐링 온도로부터 급속 냉각 개시 온도로 냉각시키기 위한 저속 냉각 구역, 상기 강 스트립을 적어도 50℃/s의 냉각 속도로 상기 급속 냉각 개시 온도로부터 300℃의 냉각 정지 온도로 급랭시키기 위한 급속 냉각 구역, 및 상기 강 스트립을 상기 냉각 정지 온도로부터 주위 온도 내지 100℃의 온도로 냉각시키기 위한 제3 냉각 구역을 포함하는 냉각 섹션(6)을 포함하며,
    상기 코팅 구역은,
    · 선택적인 산세 및/또는 활성화 단계;
    · 선택적인 제1 세정 단계;
    · 전해 코팅 단계;
    · 선택적인 제2 세정 단계; 및
    · 선택적인 건조 단계를 포함하는, 어닐링 강 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 구역은, 상기 강 스트립을 최대 500℃의 온도로 가열시키기 위한 방사 튜브 버너를 구비하는 제1 가열 유닛(4)을 포함하는, 어닐링 강 제조 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 가열 유닛(5)은, 상기 강 스트립을 최대 800℃의 온도로 더 가열하기 위한 제1 횡단 유도로 및 상기 강 스트립을 최대 1000℃의 어닐링 온도로 더 가열하기 위한 제2 횡단 유도로를 구비하는, 어닐링 강 제조 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재가열 구역(7, 8)은, 상기 강 스트립을 350 내지 550℃의 온도로 재가열하기 위한 길이방향 유도로를 포함하는, 어닐링 강 제조 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 재가열 구역(7, 8)은, 상기 강 스트립을 400 내지 500℃의 온도로 재가열하기 위한 길이방향 유도로를 포함하는, 어닐링 강 제조 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재가열 구역(7, 8)은, 상기 강 스트립을 700 내지 900℃의 온도로 균일하게 또는 국부적으로 재가열하기 위한 횡단 유도로를 구비하는 부분 가열 구역을 포함하는, 어닐링 강 제조 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 재가열 구역(7, 8)은, 상기 강 스트립을 750 내지 850℃의 온도로 균일하게 또는 국부적으로 재가열하기 위한 횡단 유도로를 구비하는 부분 가열 구역을 포함하는, 어닐링 강 제조 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스트립의 길이방향으로 하나 이상의 영역을 국부 열처리하기 위한 테일러 어닐링 구역(8)을 포함하며,
    상기 테일러 어닐링 구역은, 상기 가열 구역 뒤에 배치되는, 어닐링 강 제조 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강의 아연 도금은 전해 코팅 단계(10)에 의해 실행되는, 어닐링 강 제조 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 이용하는 AHSS 제조 방법.
  11. 제 8 항에 따른 장치를 이용하여, 스트립의 길이방향으로 하나 이상의 영역 또는 구역을 국부 열처리하는 결과로 상기 스트립의 폭에 걸쳐 가변 특성을 갖는, 테일러 어닐링 AHSS 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    압연 방향에 평행하고 상기 스트립의 폭에 걸쳐 기계적 특성의 원하는 변화를 갖는 상기 구역은 적어도 50 mm의 폭을 갖는, 테일러 어닐링 AHSS 제조 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 스트립은 직렬(in-line)로 전해 아연 도금되는, 테일러 어닐링 AHSS 제조 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 스트립은 상기 제1 가열 유닛(4)에서 400 내지 600℃의 중간 온도로 가열되고, 상기 제2 가열 유닛(5)에서 최대 1000℃의 온도로 가열되며, 최대 120초 동안 균열되고,
    상기 냉각 섹션(6)의 저속 냉각 구역에서 상기 균열 온도로부터 Ar3의 온도의 바로 위의 온도인 급속 냉각 개시 온도로 냉각되며, 이어서 급속 냉각 구역에서 Ar3의 바로 위의 온도로부터 적어도 50℃/s의 냉각 속도로 300℃의 온도로 냉각되고, 그 후 제3 냉각 구역에서 상기 스트립을 추가의 변태가 일어나지 않는 온도 미만의 온도로 냉각시키는, 테일러 어닐링 AHSS 제조 방법.
  15. 제 10 항에 있어서,
    냉간 압연된 강 스트립은 상기 제1 가열 유닛(4)에서 400 내지 600℃의 중간 온도로 가열되고, 600 내지 700℃의 온도로 가열되며, 10 내지 60초 동안 열처리되고, 이어서 회복 어닐링 냉간 압연 고강도 강을 생산하기 위해 냉각되는, 테일러 어닐링 AHSS 제조 방법.
  16. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 제조 장치를 사용하여 제조된, 어닐링 강.
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