KR102164307B1 - 클래드강의 제조방법 - Google Patents

클래드강의 제조방법 Download PDF

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KR102164307B1
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김상훈
이진우
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주식회사 포스코
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Abstract

본 발명은 클래드강의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 2매 이상의 클래드 판재를 준비하는 단계; 상기 2매 이상의 클래드 판재의 일면에 분리제를 도포하는 단계; 상기 분리제가 도포된 클래드 판재를 상기 분리제가 도포된 면을 향하도록 겹친 후, 상기 클래드 판재가 결합되도록 외주면을 용접하여 적층체를 얻는 단계; 상기 적층체를 가열 및 압연하는 단계; 상기 압연된 적층체의 용접부를 제거하는 단계; 및 상기 용접부가 제거된 적층체를 분리하여 클래드강을 얻는 단계를 포함하며, 상기 클래드 판재를 준비하는 단계는 모재와 클래드재의 사이에 산화층 제거제를 도포한 뒤, 상기 모재와 클래드재를 적층하는 것을 특징으로 하는 클래드강의 제조방법을 제공한다.

Description

클래드강의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING CLAD STEEL}
본 발명은 클래드강의 제조방법에 관한 것이다.
클래드강이란 탄소강 표면에 STS강, Ni 합금강 등 내식성이 우수한 강재를 2~5mm의 두께로 접합하여, 단일 내식강 사용 대비 원가를 절감한 강재이다. 이러한 클래드강은 여러가지 제조방법에 의해 제조되고 있으며, 대표적으로는 롤 본딩(Roll Bonding), 폭발 압접(Explosive Welding), 육성 용접(Overlay Welding) 등이 있다. 이중 롤 본딩 방법은 투자비는 높으나, 우수한 품질 및 낮은 제조비용 등의 이점이 있어 통상적으로 후판 밀에서 채택되어 사용 중이다. 클래드강은 소재에 따라서도 분류가 가능하며 적용되는 클래드 소재는 STS, Ni 합금강, Cu 합금강, Ti, 산화물 등이 있다. 이 중 STS강 및 Ni 합금강을 적용한 클래드 강판이 시장의 85% 이상을 차지하고 있다.
앞에서 소개한 바와 같이 후판 밀에서 주로 적용하고 있는 롤 본딩 방법의 경우 슬라브 패키지 제작, 후판 압연, 열처리, 절단, 교정, 표면처리 등의 공정으로 이루어져 있으며, 이중 슬라브 패키지 제작이 핵심기술이라고 할 수 있다. 슬라브 패키지 제작에는 이종금속의 접합성능을 높이고 2매의 클래드 강판의 분리가 용이하게 되도록 전처리 공정이 필수이며, 전처리 공정에는 모재와 클래드재의 접합력을 높이기 위한 표면연마, Ni 도금 또는 포일(Foil) 부착, 클래드재 간 계면에 분리재 도포 및 진공처리가 포함된다. 이러한 전처리 공정은 진공챔버 또는 진공펌프를 적용하여 진공처리를 수행하게 되는데, 확실한 진공처리를 위해서는 높은 초기 투자비용이 필요할 뿐만 아니라, 생산속도 또한 낮아지게 되며, 공정상의 어려움으로 실제 생산기술을 확보하는 것이 매우 어려운 실정이다.
따라서, 초기 투자비용이 낮고, 생산속도가 우수할 뿐만 아니라, 양호한 품질을 확보할 수 있는 클래드강의 제조기술이 요구되고 있다.
본 발명의 일측면은 클래드강의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 2매 이상의 클래드 판재를 준비하는 단계; 상기 2매 이상의 클래드 판재의 일면에 분리제를 도포하는 단계; 상기 분리제가 도포된 클래드 판재를 상기 분리제가 도포된 면을 향하도록 겹친 후, 상기 클래드 판재가 결합되도록 외주면을 용접하여 적층체를 얻는 단계; 상기 적층체를 가열 및 압연하는 단계; 상기 압연된 적층체의 용접부를 제거하는 단계; 및 상기 용접부가 제거된 적층체를 분리하여 클래드강을 얻는 단계를 포함하며, 상기 클래드 판재를 준비하는 단계는 모재와 클래드재의 사이에 산화층 제거제를 도포한 뒤, 상기 모재와 클래드재를 적층하는 것을 특징으로 하는 클래드강의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일측면은 초기 투자비용이 낮고, 생산속도가 우수할 뿐만 아니라, 양호한 품질을 확보할 수 있는 클래드강의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 클래드강의 제조 공정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 모재의 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따라 모재 상에 산화층 제거제가 도포된 모습을 나타내는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 산화층 제거제를 이용한 클래드강의 제조시 발생하는 현상을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라 클래드재 상에 분리제가 도포된 모습을 나타내는 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따라 클래드 판재가 적층된 모습을 나타내는 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따라 적층체의 외주면이 용접된 모습을 나타내는 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 클래드강의 단면을 관찰한 사진이다.
이하, 본 발명의 클래드강의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시형태는 2매 이상의 클래드 판재를 준비하는 단계; 상기 2매 이상의 클래드 판재의 일면에 분리제를 도포하는 단계; 상기 분리제가 도포된 클래드 판재를 상기 분리제가 도포된 면을 향하도록 겹친 후, 상기 클래드 판재가 결합되도록 외주면을 용접하여 적층체를 얻는 단계; 상기 적층체를 가열 및 압연하는 단계; 상기 압연된 적층체의 용접부를 제거하는 단계; 및 상기 용접부가 제거된 적층체를 분리하여 클래드강을 얻는 단계를 포함하며, 상기 클래드 판재를 준비하는 단계는 모재와 클래드재의 사이에 산화층 제거제를 도포한 뒤, 상기 모재와 클래드재를 적층하는 것을 특징으로 하는 클래드강의 제조방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 클래드강의 제조 공정을 설명하기 위한 모식도이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 우선, 2매 이상의 클래드 판재(100, 100')를 준비한다. 본 발명에서는 상기 클래드 판재가 4매, 6매, 8매 등 짝수로 적층되어 제조공정에 적용될 수 있다. 상기 클래드 판재의 형태로는 슬라브, 바 플레이트 및 후판으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 이용할 수 있다. 상기 클래드 판재는 본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 두께를 갖는 것이라면 그대로 후공정을 진행하여도 무방하다. 다만, 상기 클래드 판재가 상당히 두꺼운 경우라면 상기 클래드 판재를 사이징 압연할 수 있다. 사이징 압연이란 클래드 판재의 두께를 줄이는 압연을 의미한다. 예를 들어, 통상의 압연 설비가 300mm 두께의 슬라브를 수용할 수 있는 것이라 가정할 때, 2매의 클래드 판재를 이용하는 경우, 슬라브를 두께가 150mm가 되도록 사이징 압연한 뒤, 이 2매의 슬라브를 겹쳐 용접하여 총 두께가 300mm가 되도록 한 뒤, 후공정을 수행하도록 하는 것이다. 본 발명에서는 상기 클래드 판재가 통상의 압연 설비에서 압연될 수 있는 것이라면 그 두께에 대하여 특별히 한정하지 않는다. 다만, 예를 들어, 상기 클래드 판재는 40~200mm의 두께를 가질 수 있다. 상기 클래드 판재가 40mm 미만의 두께를 가지기 위해서는 제조 자체가 어려울 수 있을 뿐만 아니라, 사이징 압연에 많은 공정이 소모되고, 용접 판재의 제작을 위해 용접공정이 과도하게 필요하게 되어 공정의 효율성이 현저히 떨어지게 된다. 또한, 상기 클래드 판재가 200mm를 초과하는 경우에는 과도한 두께로 인하여 통상의 압연설비로는 압연이 불가능하게 되는 단점이 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 모재의 사진이다.
한편, 상기 클래드 판재를 준비하는 단계는 모재(10)와 클래드재(10')의 사이에 산화층 제거제(20)를 도포한 뒤, 상기 모재와 클래드재를 적층하는 것을 포함할 수 있다. 상기 산화층 제거제는 모재와 클래드재간의 건전한 접합성을 확보하기 위한 것이며, 상기 산화층 제거제를 사용하지 않을 경우 압연을 행하더라도 모재 혹은 클래드재의 표면에 형성된 산화층으로 인해 상기 모재와 클래드재가 분리될 수 있다. 상기 산화층 제거제 도포 후, 상기 모재와 클래드재는 적층된 상태로 후공정을 행할 수도 있으며, 상기 모재와 클래드재의 외주면을 우선적으로 용접한 뒤, 후공정을 행할 수도 있다. 상기 산화층 제거제의 종류로는 열간압연을 위한 가열시 산화층과 반응하여 액상 형태로 존재하도록 하는 특성을 갖는 재료가 사용되는 것이 바람직하며, 예를 들면, 브레이징 플럭스(brazing flux), 붕사(borax) 등을 이용할 수 있다. 또한, 상기 산화층 제거제의 형태로는 분말 또는, 상기 분말을 물이나 알코올 등의 용제(solvent)에 혼합한 페이스트(paste), 슬러리(slurry), 액체(liquid) 등을 이용할 수 있다. 한편, 본 발명에서는 상기 모재와 클래드재의 종류에 대해서 특별히 한정하지 않으며, 당해 기술분야에서 통상적으로 이용되는 재질을 이용할 수 있고, 예를 들면, 모재로는 탄소강 등을 이용할 수 있으며, 클래드재로는 STS, Ni 합금강, Cu 합금강, Ti 합금강 등을 이용할 수 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따라 모재 상에 산화층 제거제가 도포된 모습을 나타내는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 산화층 제거제를 이용한 클래드강의 제조시 발생하는 현상을 설명하기 위한 모식도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 모재(10) 또는 클래드(10') 중 적어도 하나의 표면에는 산화층(30)이 존재하게 되고, 상기 모재(10) 및 클래드(10') 사이에 산화층 제거제(20)를 도포하게 되면, 이후, 압연을 위한 가열 공정시 상기 산화층 제거제(20)와 산화층(30)이 반응하여 액상 형태의 반응물(40)을 형성하게 된다. 이후, 압연시 압연롤(50)에 의해 상기 모재와 클래드재에 압하력이 부여되면 상기 액상 형태의 반응물(40)은 클래드 판재 외부로 방출되며, 압연이 완료되면 모재(10) 및 클래드(10')는 접합되어 클래드강(1000)으로 제조된다.
상기 클래드 판재를 준비하는 단계 후, 상기 2매 이상의 클래드 판재(100, 100')의 일면에 분리제(200)를 도포한다. 후술하는 바와 같이, 본 발명에서는 상기 2매 이상의 클래드 판재를 적층한 뒤, 용접하는 과정을 거친다. 따라서, 상기 클래드 판재가 적층되는 영역, 즉, 상기 클래드 판재와 클래드 판재가 접하는 영역에 분리제를 도포하는 것이 바람직하다. 상기 분리제는 압연에 의해 클래드 판재간에 기계적인 결합이 발생하지 않도록 하여, 압연 후, 적층체(300)를 용이하게 분리되도록 하는 수단이다. 상기 분리제는 2매 이상의 클래드 판재 모두에 도포될 수 있으나, 분리제의 도포 용이성 등을 고려하면, 2매 이상의 클래드 판재 중 상대적으로 하부에 위치하는 클래드 판재(100')의 상면에 상기 분리제가 도포되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 분리제로는 Al2O3, SiO2, TiO2, Cr2O3, Fe2O3, Fe3O4, MgO, MnO2 등의 금속산화물과, MnS, 산성계 플럭스(flux)로 등으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 이용할 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라 클래드재 상에 분리제가 도포된 모습을 나타내는 사진이다.
한편, 상기 분리제는 압연 공정시 압하량이 커질 경우, 그 도포량 또한 많아져야 한다. 그렇지 않은 경우에는 분리제가 도포되어 있다고 하더라도 큰 압하량에 의해 클래드 판재가 서로 결합되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 분리제의 도포 두께는 그 종류에 따라 달리질 수 있다. 예를 들면, 분리제로서 Al2O3를 이용하는 경우, 압하비가 10:1일 때 분리제의 도포 두께는 10㎛ 이상인 것이 바람직하고, 압하비가 20:1일 때 분리제의 도포 두께는 22㎛ 이상인 것이 바람직하며, 압하비가 30:1일 때 분리제의 도포 두께는 35㎛ 이상인 것이 바람직하다.
아울러, 상기 분리제의 분말 입자 크기는 500㎛ 이하인 것이 바람직하다. 상기 분리제의 분말 입자 크기가 500㎛를 초과하는 경우에는 최종 제품 내에 분말이 잔존하여 제품의 품질 불량을 야기할 수 있으며, 압연 후 적층체의 분리시 분리효과가 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
이후, 상기 분리제가 도포된 클래드 판재(100, 100')를 상기 분리제(200)가 도포된 면을 향하도록 겹친 후, 상기 클래드 판재가 결합되도록 외주면을 용접하여 적층체(300) 즉, 용접 판재를 얻는다. 도 4에서는 클래드 판재(100, 100')의 적층시, 클래드재(10')가 내측으로 향하도록 하고, 모재(10)가 외측을 향하도록 하여 적층되며, 상기 클래드재 측에 분리제(200)가 도포되어 있는 것이 도시되어 있으나, 본 발명에서는 상기 모재(10)와 클래드재(10')의 위치가 변경되어도 무방하다. 다만, 상기 모재(10)와 클래드재(10')는 강도와 연신율에 있어 차이가 있고, 이로 인해 압연공정시 연신되는 양이 상이해질 수 있으므로, 제품 품질 및 형상을 고려하여 상기 클래드 판재(100, 100')는 서로 대칭된 형태로 적층되는 것이 바람직하다. 한편, 본 발명에서는 상기 용접시 그 방법에 대해서는 특별히 한정하지 않는다. 다만, 상기 용접은 2매 이상의 클래드 판재가 서로 맞닿는 부분의 외주면 모두에 대하여 행하여지는 것이 바람직하다. 만일, 모서리 부분만 용접이 되거나, 일부 용접이 이루어지지 않는 영역이 있을 경우에는 압연시 상기 분리제가 밖으로 새는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 클래드 판재가 서로 맞닿는 외주면 모두, 즉 4면을 용접하는 것이 바람직하다. 아울러, 본 발명에서는 매우 두꺼운 판재가 상대적으로 박물인 클래드강으로 제조되는 것이기 때문에, 상기 클래드 판재에 상당한 압하량이 부여되고, 이로 인해, 변형량이 많아 상기 용접이 깨지는 문제가 발생할 수도 있으므로, 용접량을 적절히 제어하는 것이 바람직하며, 통상의 기술자라면 별다른 어려움 없이 상기 용접량을 적절히 제어하여 적용할 수 있다. 도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따라 클래드 판재가 적층된 모습을 나타내는 사진이며, 도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따라 적층체의 외주면이 용접된 모습을 나타내는 사진이다.
이후, 상기 적층체(300)를 가열 및 압연한다. 본 발명에서는 상기 압연 공정으로서 통상의 TMCP 공정을 이용할 수 있다. 아울러, 통상의 압연 공정을 이용하여 박판으로도 제조할 수 있다. 상기 압연 공정 전에는 상기 적층체를 가열하는 공정을 수행하는 것이 바람직하며, 상기 압연 공정은 통상의 조압연 및 사상압연 공정을 포함할 수 있다. 또한, 상기 사상압연 후에는 형상 교정 등의 공정을 수행할 수 있다.
이후, 상기 압연된 적층체(300)의 용접부를 제거한다. 상기 용접부 제거 방식은 여러 가지가 있을 수 있겠으나, 본 발명에서는 사이드 트리밍을 이용할 수 있다. 상기 사이드 트리밍으로는 가스 절단 또는 기계적 절단 방식 등을 이용할 수 있다. 상기 사이드 트리밍을 통해 용접부를 제거함은 물론, 판재 끝단부의 형상 불량 등의 문제를 해결할 수 있다.
이후, 상기 용접부가 제거된 적층체를 분리함으로써 클래드강(1000)을 얻을 수 있다. 도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따라 제조된 클래드강의 단면을 관찰한 사진이다. 도 8에서 알 수 있듯이, 모재와 클래드재는 접합이 잘 이루어져 있으며, 클래드강 간에는 서로 분리가 잘 되어 있음을 확인할 수 있다.
전술한 바와 같이 제공되는 본 발명의 클래드강 제조방법에 의하면, 전통적인 클래드강 제조방법인 롤 본딩(Roll-Bonding) 방법과 비교하여 여러 가지 면에서 유리한 장점이 있다. 롤 본딩(Roll-Bonding) 방법은 압연시 압하력을 이용하여 클래드재와 모재의 계면접착력을 확보해야 하기 때문에 계면을 경면처리해야 하며, 또한 클래드재를 반드시 Ni 도금을 해야 접착력을 가질수 있다. 또한, 상기 롤 본딩(Roll-Bonding) 방법의 경우에는 본 발명의 용접 판재를 이용한 압연, 용접 및 분리를 이용하더라도 슬라브 조립시 클린룸(Clean room)과 같은 청정공간에서 해야 하며, 슬라브 조립 및 용접한 후 슬라브 내 충분한 진공도를 확보해야 한다. 이와 같은 전처리 공정은 매우 높은 가공비를 소요하기 때문에 롤 본딩(Roll-Bonding) 방법은 제조원가를 상승시키고 생산속도를 저하시키는 원인이 된다. 그러나, 본 발명의 방법은 산화층 제거제를 이용함으로써 모재와 클래드재간의 접합성을 향상시키므로, 계면접착력 확보를 위한 일련의 전처리 공정이 필요없게 되므로, 제조원가를 저감시킬 수 있고, 생산속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 롤 본딩(Roll-Bonding) 방법에 요구되는 진공을 완벽하게 만드는 것이 어려움에 따라 계면이 산화되어 발생되는 불량이 전혀 없으며, 수율이 거의 100%에 육박하게 된다. 그리고 가장 중요한 장점으로는 롤 본딩(Roll-Bonding)에서 요구되는 슬라브 제조 전처리를 위한 설비의 투자가 필요 없으므로 설비투자에 의한 감가상각을 염려할 필요가 없어 초기 투자비용을 절감시킬 수 있다.
본 발명의 일측면은 초기 투자비용이 낮고, 생산속도가 우수할 뿐만 아니라, 양호한 품질을 확보할 수 있는 클래드강의 제조방법을 제공할 수 있다.
10: 모재
10': 클래드재
20: 산화층 제거제
30: 산화층
40: 액상 형태의 반응물
50: 압연롤
100, 100': 클래드 판재
200: 분리제
300: 적층체
1000: 클래드강

Claims (9)

  1. 2매 이상의 클래드 판재를 준비하는 단계;
    상기 2매 이상의 클래드 판재의 일면에 분리제를 도포하는 단계;
    상기 분리제가 도포된 클래드 판재를 상기 분리제가 도포된 면을 향하도록 겹친 후, 상기 클래드 판재가 결합되도록 외주면을 용접하여 적층체를 얻는 단계;
    상기 적층체를 가열 및 압연하는 단계;
    상기 압연된 적층체의 용접부를 제거하는 단계; 및
    상기 용접부가 제거된 적층체를 분리하여 클래드강을 얻는 단계를 포함하며,
    상기 클래드 판재를 준비하는 단계는 모재와 클래드재의 사이에 산화층 제거제를 도포한 뒤, 상기 모재와 클래드재를 적층하는 것을 특징으로 하고,
    상기 산화층 제거제는 브레이징 플럭스(brazing flux), 붕사(borax) 중 1종 이상이며,
    상기 분리제의 도포 두께는 상기 압연시, 압하비가 10:1일 때 10㎛ 이상이고, 압하비가 20:1일 때 22㎛ 이상이며, 압하비가 30:1일 때 35㎛ 이상이고,
    상기 분리제의 분말 입자 크기는 500㎛ 이하인 클래드강의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 클래드 판재는 슬라브, 바 플레이트 및 후판으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 클래드강의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 클래드 판재를 준비하는 단계는 상기 클래드 판재를 사이징 압연하는 단계를 추가로 포함하는 클래드강의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 클래드 판재는 40~200mm의 두께를 갖는 클래드강의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리제는 Al2O3, SiO2, TiO2, Cr2O3, Fe2O3, Fe3O4, MnS, MgO, MnO2, 산성계 플럭스(flux)로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 클래드강의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 용접부의 제거는 사이드 트리밍을 이용하는 클래드강의 제조방법.
KR1020190060775A 2019-05-23 2019-05-23 클래드강의 제조방법 KR102164307B1 (ko)

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