KR102109238B1 - 고강도강 표면 산화물 환원을 위한 연속 소둔 설비 - Google Patents

고강도강 표면 산화물 환원을 위한 연속 소둔 설비 Download PDF

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Abstract

본 개시내용의 실시예는 고강도강 표면 산화물 환원을 위한 연속 소둔 설비를 제공한다. 고강도강 표면 산화물 환원을 위한 연속 소둔 설비는 열섹션에서 연속하며, 상기 고강도강 스트립을 균일한 온도로 유지하기 위한 소킹섹션; 상기 가열섹션 및 소킹섹션 중 적어도 하나에 구비되며, 상기 고강도강 스트립에 형성된 금속 산화물의 환원을 위해 금속 산화물에 환원성 가스 또는 비활성 가스를 공급하는 가스 공급기; 및 금속 산화물의 환원 시 발생하는 증기를 제거하는 내부 분위기 순환 장치;를 포함할 수 있다.

Description

고강도강 표면 산화물 환원을 위한 연속 소둔 설비{Continuous annealing apparatus for reducing surface oxide of high strength steel}
본 개시내용은 고강도강의 표면 산화물 환원을 위한 연속 소둔 설비에 관한 것으로, 고강도강 생산 시 연속 소둔 설비 내부에서 온도 대별 분위기 조건을 분리관리하여 고강도강 표면 산화물을 억제하거나 제거할 수 있도록 하는 연속 소둔 설비에 관한 것이다.
현재 상용화된 이상조직강(Dual Phase Steel: DP강), 변태유기소성강(Transformation Induced Plasticity Steel: Trips강) 등의 초고강도강(Advanced High Strength Steel: AHSS)은 성형시에는 가공성이 우수하며, 성형이 끝난 후에는 높은 강도를 나타내는 특징이 있다.
통상적으로 소둔 설비의 가열대 내부의 분위기는 Fe의 산화 방지를 위해, 1~`5%의 수소분위기에서 -20℃ 내지 -60℃ 사이의 이슬점을 유지하고, 유도 가열기나 방사관과 같은 간접 가열기를 통해 강판을 정해진 목표온도로 가열하였다.
강판의 고강도화를 위하여, 소둔 설비에 Mn, Si, Cr, Al 등 산화성 원소를 첨가하는데, 이러한 원소는 강도를 확보할 수 있지만, 통상적인 소둔 설비내의 온도와 이슬점(Dew point) 분위기 하에서 표면 산화물이 발생하고 Zn 젖음성이 나빠져 미도금이나 도금 박리와 같은 결함이 발생한다.
한국출원번호 제2016-7015314호: 강판의 어닐링 방법 한국출원번호 제2004-0016501호: 연속적인 아연도금 이전에 스트립을 제어하여 산화시키는 방법 및 아연도금 라인 한국출원번호 제2012-0056528호: 표면품질이 우수한 용융아연도금강판 및 이의 제조방법
본 개시내용의 목적은 고강도강 연속 소둔 설비 내부에서 형성되는 산화물을 선택적으로 억제 및 제거하여 표면 결함이 일어나는 것을 방지하기 위한 고강도강 표면 산화물 환원을 위한 연속 소둔 설비를 제공하는 것이다.
본 개시내용의 실시예는 고강도강 표면 산화물 환원을 위한 연속 소둔 설비를 제공한다. 고강도강 표면 산화물 환원을 위한 연속 소둔 설비는 열섹션에서 연속하며, 상기 고강도강 스트립을 균일한 온도로 유지하기 위한 소킹섹션; 상기 가열섹션 및 소킹섹션 중 적어도 하나에 구비되며, 상기 고강도강 스트립에 형성된 금속 산화물의 환원을 위해 금속 산화물에 환원성 가스 또는 비활성 가스를 공급하는 가스 공급기; 및 금속 산화물의 환원 시 발생하는 증기를 제거하는 내부 분위기 순환 장치;를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 금속 산화물은 Mn 산화물을 포함하며, 상기 소킹섹션에서 850℃ 이상으로 유지될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 고강도강 스트립은 6% Mn 첨가강을 포함하며, 형성된 Mn 산화물의 환원을 위해, 상기 소킹섹션에서 950℃ 이상으로 유지될 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 금속 산화물은 Si, Al 산화물을 포함하며, 상기 Si, Al 산화물이 상기 고강도강 스트립의 표면에 형성되는 것을 방지하기 위해, 이슬점 온도를 -20℃ 이상을 유지할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 환원성 가스는 H2를 포함하며, 비활성 가스는 N2, Ar 및 He 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 가스 공급기와 연통되며, 이슬점 제어를 위한 습성가스(wet gas)를 공급하는 습성가스 공급장치;를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 상기 가열섹션 및 소킹섹션을 통과하는 상기 고강도강 스트립은 실링장치에 의해 실링처리될 수 있다.
본 개시내용에 의하면, 연속 소둔 설비 내에서 고강도강 표면의 산화물을 억제하여 고강도강 Zn 도금시 도금박리나 미도금을 예방할 수 있다.
본 개시내용의 구성 및 효과는 도면과 함께 이하의 설명으로부터 명백해지고 더욱 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 고강도강 표면 산화물 환원을 위한 연속 소둔 설비의 개략도이다.
도 2는 도 1의 A 부분의 확대 개략도이다.
도 3a는 10% 수소 분위기에서 이슬점 -60℃에서 산화물을 나타내는 그래프이며, 도 3b는 강내 Mn의 첨가량을 반영한 산소분압계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 환원 분위기에서 온도에 따른 Mn 첨가강의 표면 산화물의 형성 정도를 주사전자현미경(SEM)으로 측정한 사진이다.
본 개시내용의 실시예가 상세하게 언급될 것이다. 첨부 도면들을 참조하여 여기에서 기술된 실시예는 설명적이고 예시적이며, 본 개시내용을 일반적으로 이해하기 위해 사용된다. 실시예는 본 실시내용을 제한하기 위해 해석될 수 없다.
명세서에서, 구체적이거나 다르게 한정되지 않은 경우라면, "길이", "폭", "두께", "전방", "후방", "상부", "하부", "외측", "내측", 및 그의 파생어와 같은 위치 또는 위치 관계를 나타내기 위해 사용된 용어들은, 도면에서 도시한 것과 같은 위치 또는 위치 관계를 가리키는 것으로 해석되어야 한다. 관련 용어들은 기술의 편의를 위해 사용된 것이고, 반드시 본 개시내용이 특정의 위치에서 구성되거나 작동되어야 할 것을 요구하는 것이 아니다.
본 개시내용의 기술에서, 구체적이거나 다르게 한정되어 있지 않다면, "다수의"는 두 개 또는 두 개 이상을 의미한다.
본 개시내용의 기술에서, 구체적이거나 다르게 한정되어 있지 않다면, "결합되는", "실장되는", "연결되는"과 같은 용어는 영구 결합, 분리 가능한 결합, 또는 완전한 결합과 같이 광범위하게 이해되어야 한다.
본 개시내용의 실시예들에 따른 고강도강 표면 산화물 환원을 위한 연속 소둔 설비가 이하에서 상세하게 논의될 것이다.
도 1은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 고강도강 표면 산화물 환원을 위한 연속 소둔 설비의 개략도이며, 도 2는 도 1의 A 부분의 확대 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 개시내용의 일 실시예에 따른 고강도강 표면 산화물 환원을 위한 연속 소둔 설비(100)는 Si, Al, Mn 등의 강산화성 합금 원소를 포함하는 고강도강 스트립의 소둔 과정에서 고강도강 스트립의 표면의 산화물을 억제하고 환원하여 도금 결함을 방지한다.
연속 소둔 설비(100)는 고강도강 스트립(S)이 진행순서에 따라, 프리 히팅 섹션(110, preheating section), 가열섹션(120, heating section), 냉각섹션(130, cooling section), 오버 에이징 섹션(140, over aging section), 최종냉각섹션(150, final cooling section)으로 구분된다.
가열섹션(120)은 프리 히팅된 고강도강 스트립(S)이 유입되어 가열되는 구간으로, 상기 고강도강 스트립(S)이 가열되고 산화가 진행된다. 상기 가열섹션(120)은 가열에 의해 온도 구배를 나타내는 RTH 섹션(122, Radiant tube heating section)과 온도가 일정하게 유지되는 소킹 섹션(124, soaking section)으로 구분될 수 있으나, 전체가 가열되는 것을 고려하여 가열섹션으로 부를 수 있다. 여기서는 RTH 섹션을 소킹 섹션(124)과 구분하여 가열섹션(122)으로 부르기로 한다.
냉각섹션(130)은 서냉섹션(132) 구간과 급냉섹션(134) 구간으로 구분될 수 있다. 급냉이후, 오버에이징 섹션(140)과 최종냉각섹션(150)을 추가적으로 포함할 수 있다.
가열섹션(120) 단계에서 고강도강 스트립(S)의 표면에는 금속 산화물이 형성될 수 있는데, 환원분위기에서 소둔되어 산화물이 환원되거나 산화물 생성이 억제되도록 하는 여러 장비를 구비할 수 있다.
가열섹션(120)을 통과하는 고강고강 스트립(S)의 표면에 산화가 진행되는 경우, Mn은 외부 산화가 주로 발생하고, Si은 내부/외부 산화가 발생하고, Al은 내부 산화가 주로 발생한다. Si, Al과 같이 산화성이 높은 원소들은 산소분압을 높여 내부 산화가 발생하도록 하고, Mn은 외부 산화가 발생하도록 하고, 환원분위기를 만들어 주어 산화물의 환원을 높이는 설비 구성이 필요하다.
예를 들어, 각각의 금속 산화물은 온도대별로 환원분위기를 다르게 가져갈 수 있는 설비 구성이 필요하다.
가열섹션(122) 및 소킹섹션(124) 중 적어도 하나에 환원성 가스나 비활성 가스를 제공하는 가스 공급기(220)가 구비된다. 가스 공급기(220)가 제공하는 가스 중 환원성 가스는 H2를 포함하며, 비활성 가스는 N2, Ar 및 He 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, Si, Al이 내부 산화가 발생되고 외부 산화가 발생되지 않게 하기 위해, 이슬점이 -20℃ 이상으로 유지되어야 하는데, 이슬점 제어를 위해 습성가스(Wet gas)를 공급하는 습성가스 공급장치(250)가 구비된다. 습성가스의 제공으로, Si, Al의 외부 산화물을 최대한 억제하면서, Mn 단독 산화물 형성이 유도된다.
한편, Mn의 산화물의 환원을 위해 적어도 850℃ 이상의 온도가 유지되어야 하는데, 이를 위해 스트립(S)에 인접하여 가스 가열 장치(240)가 더 구비될 수 있다.
스트립(S)은 온도 유지를 위해, 가열섹션(122)의 후단부부터 소킹섹션(124)에 까지 댐퍼나 브러쉬 등의 실링장치(200)에 의해 실링처리된다. 실링장치(200)와 가스 가열장치(240)는 Mn의 환원 분위기 유도를 위한 850℃ 이상의 고온을 유지하도록 한다.
또한, Mn 산화물의 환원 시 발생하는 증기를 제거하는 블로어(blower)와 같은 내부 분위기 순환 장치(210)이 구비되는데, 이는 환원성 분위기를 유지하는데 큰 영향을 미친다.
도 3a는 10% 수소 분위기에서 이슬점 -60℃에서 산화물을 나타내는 그래프이며, 도 3b는 강내 첨가량을 반영한 산소분압계산 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3a 및 도 3b의 그래프는 Mn, Al, Si의 산화 정도를 알려주는 것으로, 도 3a를 참조하면, 90% N2 및 10% H2, 이슬점(Dew point, DP) -60℃ 분위기에서 여러 산화물을 나타낸다. 600 내지 1500℃ 온도 대에서 보면, Mn은 600 내지 1200℃까지는 산화영역이고, 1200℃ 이상에서는 미산화 구간이다. Si과 Al은 전구간에서 산화물이 안정적인 상태이다. 이는 고강도강의 산화 시험에서, Mn은 외부 산화가 발생하고, Si은 내부/외부 산화가 복합적으로 나타나고, Al은 내부 산화가 발생하는 것을 보여준다.
도 3b는 6% Mn 첨가강을 이용하여 실험을 하면, MnO의 산화물이 발생하게 되는데, 이는 도 3a의 실험보다 낮은 온도에서 환원이 되는 것을 확인할 수 있다. 이는 소지철 내부의 첨가량에 따라, 다시 말해 실제 Mn의 활동성(Activity)를 고려하여 환원온도가 결정되며, 6% Mn 첨가강의 MnO 환원온도는 약 950℃ 부근이다. 6% Mn 첨가강에 형성된, Mn 산화물의 환원을 위해서는 소킹 영역 950℃를 유지할 필요가 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 환원 분위기에서 온도에 따른 Mn 첨가강의 표면 산화물의 형성정도를 투과전자현미경으로 측정한 사진이다.
도 4와 같이, 10%의 수소분위기 하에서, Mn 단독 첨가강은 Mn 산화물만이 발생하는데, 800℃에서는 외부 산화가 발생하고, 950℃에서는 부분적으로 환원이 되고, 1050℃에서는 완전히 환원되는 것을 알 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
이 명세서 전반에 걸쳐 언급된, "실시예", "일부 실시예"는 실시예 또는 예시에 관계하여 기술된 특별한 특징, 구조, 재료, 또는 특성이 본 개시내용의 적어도 하나의 실시예 또는 예시에 포함된다. 따라서, 이 명세서 전체를 통해서 다양한 곳에서, "일부 실시예에서", "일 실시예에서", "다른 실시예에서"라고 하는 구(phases)의 존재는 본 개시내용의 동일한 실시예 또는 예시를 반드시 인용하는 것은 아니다. 게다가, 특별한 특징, 구조, 재료 또는 특성들은 하나 이상의 실시예들 또는 예시들에서 임의의 적절한 방법으로 결합될 수 있다.
설명적인 실시예들이 보여지고 기술되었다고 하더라도, 변화, 치환 및 수정 모두 청구항의 범위에 속하는 것이며, 그들의 균등물은 개시내용의 정신 및 원칙으로부터 벗어나지 않고 실시예에서 만들어질 수 있는 것으로 당업자에 의해 이해될 것이다.
100: 연속 소둔 설비 110: 프리 히팅 섹션
120: 가열섹션 124: 소킹 섹션
130: 냉각섹션 200: 실링장치
210: 내부 분위기 순환장치 220: 가스 공급기
240: 가스 가열 장치 250: 습성가스 공급장치

Claims (7)

  1. 프리 히팅된 고강도강 스트립이 유입되고, 상기 고강도강 스트립을 가열하는 RTH섹션; 상기 RTH섹션에서 연속하며, 상기 고강도강 스트립을 균일한 온도로 유지하기 위한 소킹섹션; 상기 RTH섹션 및 소킹섹션 중 적어도 하나에 구비되며, 상기 고강도강 스트립에 형성된 금속 산화물의 환원을 위해 금속 산화물에 환원성 가스 또는 비활성 가스를 공급하는 가스 공급기; 및 금속 산화물의 환원 시 발생하는 증기를 제거하는 내부 분위기 순환 장치;를 포함하는 고강도강 표면 산화물 환원을 위한 연속 소둔 설비에 있어서,
    상기 RTH 섹션에 유입된 강 스트립 성분 중 Si과 Al의 내부산화를 촉진하기 위하여 상기 RTH 섹션 내부의 이슬점 온도를 -20℃ 이상으로 제어하고, 상기 소킹섹션에 유입된 강스트립 표면에 형성된 Mn 산화물의 환원을 위하여 소킹섹션 내부의 온도를 850℃ 이상으로 제어함과 아울러, 그 내부에 환원성가스를 취입하는 것을 특징으로 하는 고강도강 표면 산화물 환원을 위한 연속 소둔 설비.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고강도강 스트립은 6% Mn 첨가강을 포함하며,
    형성된 Mn 산화물의 환원을 위해, 상기 소킹섹션에서 950℃ 이상으로 유지되는 고강도강 표면 산화물 환원을 위한 연속 소둔 설비.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 환원성 가스는 H2를 포함하며, 비활성 가스는 N2, Ar 및 He 중 적어도 하나를 포함하는 고강도강 표면 산화물 환원을 위한 연속 소둔 설비.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가스 공급기와 연통되며, 이슬점 제어를 위한 습성가스(wet gas)를 공급하는 습성가스 공급장치;를 더 포함하는 고강도강 표면 산화물 환원을 위한 연속 소둔 설비.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 RTH섹션 및 소킹섹션을 통과하는 상기 고강도강 스트립은 실링장치에 의해 실링처리되는 고강도강 표면 산화물 환원을 위한 연속 소둔 설비.
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