KR102218396B1

KR102218396B1 - 초박물 광폭 강판의 제조방법

Info

Publication number: KR102218396B1
Application number: KR1020190060242A
Authority: KR
Inventors: 이진우; 김상훈
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2019-05-22
Filing date: 2019-05-22
Publication date: 2021-02-19
Also published as: KR20200134595A

Abstract

본 발명은 초박물 광폭 강판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 2매 이상의 판재를 준비하는 단계; 상기 판재의 표면에 분리제를 도포하는 단계; 상기 분리제가 도포된 판재를 쌓은 뒤, 결합부가 형성되도록 상기 판재를 결합시켜 결합 판재를 얻는 단계; 상기 결합 판재의 결합부를 일부 제거하는 단계; 상기 결합부가 일부 제거된 결합 판재를 가열 및 압연하는 단계; 및 상기 압연된 결합 판재를 분리하여 강판을 얻는 단계를 포함하는 초박물 광폭 강판의 제조방법을 제공한다.

Description

초박물 광폭 강판의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING ULTRA THIN AND WIDE WIDTH STEEL SHEET}

본 발명은 초박물 광폭 강판의 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로 후판은 두께가 6mm를 초과하는 강판을 의미하며, 그 폭이 대략2000~5000mm에 이른다. 일반적으로 범용적인 후판 제조 설비에서 제조되는 후판은 2000mm 이상의 폭을 가질 경우 그 두께를 6mm 이하로 제어하기 어렵다는 단점이 있다. 한편, 6mm 이하의 판재가 요구되는 경우 일반적으로 열간압연을 거쳐 권취코일의 형태로 얻어지는 열연강판을 이용하게 되며, 상기 열연강판은 통상적으로 1~22mm의 두께와 600~1950mm의 폭을 가지게 된다.

산업별로 구조 부품 성능 요구에 따라 박물이면서도 광폭을 갖는 강판의 수요가 증대되고 있다. 특히 조선 분야에서는 크루즈선 등의 객실 구조, 대형 상선의 생활 공간, 특수선 구조재 등으로 그 수요가 확대되고 있다.

그러나, 일반적으로 강판은 그 두께가 얇아질수록 용접시 열변형 민감도가 심화되기 때문에, 구조재 등에 적용되는 강판은 용접 개소가 줄어들도록 그 폭이 넓을 것이 요구된다. 즉, 광폭재일수록 필요한 용접 횟수가 적어지기 때문에 구조재 등에 적용되기 쉽다는 장점이 있다. 이 때문에 실 수요자는 폭이 좁은 열연강판 보다는 2000mm 이상의 폭을 가지면서도 두께가 6mm 이하인 후판재(이하, '초박물 광폭 강판'이라고도 함)의 생산을 요구하고 있는 실정이다.

이런 수요는 에너지 분야의 저장탱크의 바닥재 또는 지붕재 등에서도 요구되고 있다. 또한, 산업기계 분야에서도 트럭적재함 바닥판 등에 사용되는 내마모강으로 두께 3.2~5mm의 광폭재가 요구되고 있다. 이에, 일부 철강사에서는 초박물 광폭 후판의 생산을 위하여 박물 전용 소구경 압연롤을 이용하여 압연을 하고 롤 크라운 제어를 위한 CVC 공법 등을 활용하여 3~6mm 두께의 초박물재를 3500mm 폭까지 생산하고 있다. 그러나, 통상의 제철소는 설비 제약으로 인하여 후판 제조시 두께와 폭에 있어 제한을 받고 있다.

통상의 제철소는 압연롤 구경이 큰 중후물 전용 후판 밀을 이용하는데, 이에 따라 6mm 이하의 후판재 생산시에는 사이징 압연을 하여 압연 부하 요인 등을 제거한 뒤 가열로에서 재가열하여 Pair cross 압연 기술을 활용하여 초박물을 생산하는 공정을 채택하고 있다. 하지만 이러한 공정 또한 두께 방향의 웨이브(Wave) 제어 및 롤 키싱(roll kissing) 등에 의한 문제로 그 생산 두께와 폭이 제한되어 초박물 광폭 후판을 제조하는데 어려움이 있다.

본 발명의 일측면은 초박물 광폭 강판의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 실시형태는 2매 이상의 판재를 준비하는 단계; 상기 판재의 표면에 분리제를 도포하는 단계; 상기 분리제가 도포된 판재를 쌓은 뒤, 결합부가 형성되도록 상기 판재를 결합시켜 결합 판재를 얻는 단계; 상기 결합 판재의 결합부를 일부 제거하는 단계; 상기 결합부가 일부 제거된 결합 판재를 가열 및 압연하는 단계; 및 상기 압연된 결합 판재를 분리하여 강판을 얻는 단계를 포함하는 초박물 광폭 강판의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일측면에 따르면, 기존의 초박물 광폭재를 생산하기 어려운 범용 설비에서 범용적인 강재 압연조건을 이용하더라도 초박물이면서도 광폭인 강판을 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한, 기존의 범용 압연 설비를 이용하더라도 설비 부하가 해결되어 제조 비용을 낮출 수 있다. 아울러, 다층결합판재의 팽창과 압연중 터짐을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 다층으로 용접된 판재의 제작 공정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따라 결합부가 일부 제거된 결합 판재를 관찰한 사진이다.
도 3은 최종적으로 목표하는 강판의 두께에 따라 압하비와 판재 매수를 달리하여 압연하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 용접된 판재의 압연 후 압연직각방향의 단면을 관찰한 사진이다.

본 발명자들은 후판 생산 공정에서 있어서, 다층의 금속 판재를 결합시킨 뒤, 이 다층으로 결합된 금속 판재(이하, '다층 결합 판재'라고도 함)를 활용하여 후판 제조 공정 중 다양한 두께 및 폭으로 압연되는 구간에서 압연한 뒤 최종 제품 단계에서 상기 금속 판재를 다층으로 분할하여 강판으로 제조하는 방법을 활용하면 초박물이면서도 광폭을 갖는 강판의 생산이 가능하다는 식견하에 본 발명을 완성하게 되었다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 다층으로 용접된 판재의 제작 공정을 설명하기 위한 모식도이다.

도 1에 나타난 바와 같이, 우선, 2매 이상의 판재(10, 10')를 준비한다. 상기 판재로는 슬라브, 바 플레이트 및 후판으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 이용할 수 있다. 한편, 상기 준비된 판재가 본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 두께를 갖는 것이라면 그대로 후공정을 진행하여도 무방하다. 다만, 상기 판재가 상당히 두께운 경우라면 상기 판재를 사이징 압연할 수 있다. 사이징 압연이란 판재의 두께를 줄이는 압연을 의미한다. 예를 들어, 통상의 압연 설비가 300mm 두께의 슬라브를 수용할 수 있는 것이라 가정할 때, 슬라브를 두께가 150mm가 되도록 사이징 압연한 뒤, 이 슬라브를 2매 겹쳐 용접하여 총 두께가 300mm가 되도록 한 뒤, 후공정을 수행하도록 하는 것이다. 또 다른 예로는, 슬라브를 100mm 두께로 사이징 압연한 뒤, 이 슬라브를 3매 겹쳐 용접하여 총 두께가 300mm가 되도록 한 뒤, 압연을 수행할 수도 있다. 본 발명에서는 상기 판재가 통상의 압연 설비에서 박물로 압연되기 어려운 것이라면 그 두께에 대하여 특별히 한정하지 않는다. 다만, 상기 판재는 40~200mm의 두께를 갖는 것이 바람직한데, 상기 판재가 40mm 미만의 두께를 가지기 위해서는 제조 자체가 어려울 수 있을 뿐만 아니라, 사이징 압연에 많은 공정이 소모되고, 다층 결합 판재의 제작을 위해 용접공정이 과도하게 필요하게 되어 공정의 효율성이 현저히 떨어지게 된다. 또한, 상기 판재가 200mm를 초과하는 경우에는 과도한 두께로 인하여 통상의 압연설비로는 압연이 불가능하게 되는 단점이 있다.

상기와 같이 판재가 준비되면, 상기 판재의 표면에 분리제(20)를 도포한다. 후술하는 바와 같이, 본 발명에서는 상기 2매 이상의 판재를 쌓은 뒤, 상기 판재를 결합하는 과정을 거친다. 따라서, 상기 판재가 적층되는 영역, 즉, 상기 판재와 판재가 접하는 영역에 분리제를 도포하는 것이 바람직하다. 상기 분리제는 다층 결합 판재가 압연에 의해 기계적인 결합이 되지 않도록 하기 위한 것이며, 용접 및 압연된 판재를 서로 용이하게 분리되도록 하는 수단이다. 상기 분리제는 여러 매의 판재가 적층될 경우, 판재와 판재가 접하는 영역에는 모두 도포되는 것이 바람직하다. 다만, 분리제의 도포 용이성 등을 고려하면, 2매 이상의 판재 중 상대적으로 하부에 위치하는 판재(10')의 상면에 상기 분리제가 도포되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 분리제로는 Al₂O₃, SiO₂, TiO₂, Cr₂O₃, Fe₂O₃, Fe₃O₄ 등의 금속산화물과, MnS, 산성계 플럭스(flux)로 등으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 이용할 수 있다.

이후, 상기 분리제가 도포된 판재를 쌓은 뒤, 결합부가 형성되도록 상기 판재를 결합시켜 결합 판재를 얻는다. 상기 결합은 상기 판재의 외주면을 용접하여 적층체(30) 즉, 다층 결합 판재를 얻는 것으로 이루어질 수 있다. 본 발명에서는 상기 용접시 그 방법에 대해서는 특별히 한정하지 않는다. 다만, 상기 용접은 2매 이상의 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 세는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 판재가 서로 맞닿는 외주면 모두, 즉 4면을 용접하는 것이 바람직하다. 아울러, 본 발명에서는 매우 두꺼운 판재가 박물의 강판으로 제조되는 것이기 때문에, 상기 판재에 상당한 압하량이 부여되고, 이로 인해, 변형량이 많아 상기 용접이 깨지는 문제가 발생할 수도 있으므로, 용접량을 적절히 제어하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 통상의 기술자라면 별다른 어려움 없이 상기 용접량을 적절히 제어하여 적용할 수 있다.

이후, 상기 결합 판재의 결합부를 일부 제거한다. 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따라 결합부가 일부 제거된 결합 판재를 관찰한 사진이다. 본 발명에서는 앞서 언급한 바와 같이, 상기 결합 판재의 분리가 용이하도록 분리제를 도포한다. 그러나, 상기 분리제는 압연을 위한 가열 공정시 가스를 발생시키게 되는데, 상기 가스는 상기 결합 판재의 팽창을 유발하고, 압연 공정시 외부로 빠져 나오려고 하기 때문에 상기 결합 판재의 터짐 현상을 야기하게 된다. 이와 같이 결합 판재가 터지게 되는 경우, 제품으로 사용이 불가능하거나 심한 경우에는 정상적인 압연수행이 불가하고, 설비 파손 등의 문제를 발생시킨다. 이에 따라, 본 발명에서는 도 2와 같이 결합 판재의 결합부를 일부 제거함으로써 상기 결합 판재의 내부에 발생하는 가스를 배출하여 앞서 언급한 문제들을 해소할 수 있다. 한편, 상기 결합부의 제거량은 적을수록 유리하다. 결합부의 제거량이 과도할 경우, 결합부 파단발생에 따른 결합 판재의 분리를 야기하고, 결합 판재의 내부로 고온의 가스가 유입되어 제품의 표면스케일을 발생시키며, 최종 제품의 실수율을 감소시키는 등의 문제가 발생할 수 있다. 상기 결합부 제거는 결합 판재의 1개소 이상에서 이루어질 수 있고, 바람직하게는 2개소 또는 4개소에서 이루어질 수 있다. 본 발명에서는 상기 결합부 제거 위치에 대해서 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 상기 결합부 제거의 위치는 모서리부인 것이 바람직하고, 2개소일 경우 대각선 방향으로 마주보는 2개의 모서리부, 4개소일 경우에는 4개의 모서리부일 수 있다. 이와 같이 결합부의 모서리부를 제거하는 경우, 결합부의 측부를 제거하는 경우에 비하여 제품 실수율을 향상시킬 수 있으며, 이는 결합부의 측부 제거시에는 압연 공정시 동일한 압하량이 부여되더라도 결합 판재의 측부가 연신되는 양에 차이가 발생하게 되고, 이로 인해, 최종 제품을 얻기 위하여 제거해야 하는 부위가 많아지게 되어 제품 실수율 측면에서 불리하게 되기 때문이다. 또한, 상기 결합부의 제거 방법으로는 가스절단, 플라즈마절단, 레이저절단, 워터젯절단, 드릴링, 그라인딩, 절삭, 전단가공 중 1종 이상을 이용할 수 있다.

이후, 상기 결합부가 일부 제거된 결합 판재를 가열 및 압연한다. 본 발명에서는 상기 가열 및 압연 공정으로서 통상의 후판 제조 공정을 이용하는 것읕 특징으로 한다. 후판 압연 공정은 일방향으로 압연되는 통상의 열연강판 제조와는 달리, 판재가 압연기를 통과하면서 압연되고 다시 되돌아오면서 압연되는 것은 물론, 판재를 회전시킴으로써 압연 방향을 바꿀 수 있기 때문에 길이 방향 뿐만 아니라, 폭 방향으로도 압연이 가능하다. 즉, 후판 압연 공정은 길이내기 압연과 폭내기 압연이 가능하다. 이를 통해, 본 발명에서는 상기 판재를 박물이면서도 광폭의 강판으로 제조하는 것이 가능하다. 상기 압연 공정 전에는 상기 적층체를 가열하는 공정을 수행할 수 있으며, 상기 압연 공정은 통상의 후판 제조 공정과 같이 조압연 및 사상압연 공정을 포함할 수 있다.

본 발명에서는 상기 압연시 최종적으로 목표하는 강판의 두께에 따라 압하비를 설정하여 적용할 수 있으므로, 상기 압하비에 대해서 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 10~40:1의 압하비를 가질 수 있다. 상기 압하비가 40:1을 초과하는 경우에는 압연공정 중 높은 압하비에 의해 용접부의 파단이 발생할 가능성이 커지는 문제가 있으며, 이를 방지하기 위해서는 용접부의 강도를 높이고자 용접공정이 증가되어야 하는 문제가 발생하게 된다. 그렇게 되면 최종적으로 제거되는 용접부가 증가하게 되어 생산수율의 감소가 커지게 된다. 그리고 압하비가 증가하게 되면 압연공정 후 분리를 위해 도포되는 분리제의 도포량이 증가하게 되는 문제도 발생하게 된다. 또한 상기 압하비가 10:1 미만인 경우에는 박물의 강판을 얻기 위해서 적층체를 구성하는 판재의 수가 증가하게 되고, 판재의 두께가 얇아지게 되어 사이징 압연을 많이 해야하는 단점이 있으며, 다층 용접 판재의 제작을 위해 판재의 용접 횟수가 과도하게 증가하게 되어 공정의 효율성이 현저히 떨어지게 된다.

도 3은 최종적으로 목표하는 강판의 두께에 따라 압하비와 판재 매수를 달리하여 압연하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.

도 3 (a)는 강판의 목표하는 두께가 4mm인 경우로서, 60mm로 사이징 압연된 판재 3매를 적층하여 용접함으로써 용접 판재가 180mm의 두께를 갖도록 하고, 이를 15:1의 압하비로 압연하여 최종 12mm의 두께를 갖는 용접 판재를 얻는 방법이다. 이후, 상기 12mm의 두께를 갖는 용접 판재를 3매의 강판으로 분리하게 되면, 상기 강판은 최종적으로 4mm의 두께를 갖게 된다.

도 3 (b)는 강판의 목표하는 두께가 3mm인 경우로서, 60mm로 사이징 압연된 판재 4매를 적층하여 용접함으로써 용접 판재가 240mm의 두께를 갖도록 하고, 이를 20:1의 압하비로 압연하여 최종 12mm의 두께를 갖는 용접 판재를 얻는 방법이다. 이후, 상기 12mm의 두께를 갖는 용접 판재를 4매의 강판으로 분리하게 되면, 상기 강판은 최종적으로 3mm의 두께를 갖게 된다.

도 3 (c)는 강판의 목표하는 두께가 2.4mm인 경우로서, 60mm로 사이징 압연된 판재 5매를 적층하여 용접함으로써 용접 판재가 300mm의 두께를 갖도록 하고, 이를 25:1의 압하비로 압연하여 최종 12mm의 두께를 갖는 용접 판재를 얻는 방법이다. 이후, 상기 12mm의 두께를 갖는 용접 판재를 5매의 강판으로 분리하게 되면, 상기 강판은 최종적으로 2.4mm의 두께를 갖게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 용접된 판재의 압연 후 압연직각방향의 단면을 관찰한 사진이다. 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 강판의 양단은 용접에 의해 접합되어 있는 것을 확인할 수 있고, 이외의 영역은 분리제에 의하여 강판이 분리되어 있음을 알 수 있다.

이후, 상기 압연된 결합 판재를 분리하여 강판을 얻는다. 이 때, 상기 압연된 결합 판재의 분리는 용접부를 제거하는 것으로 이루어질 수 있으며, 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. 여기서, 사이드 트리밍이란 적층체의 측면을 절단하는 하는 것을 의미한다. 본 발명에서는 후판 공정을 통해 강판을 제조하는 것이므로, 상기 강판은 코일의 형태가 아닌 낱매의 판 형태를 가지게 된다. 또한, 본 발명이 제공하는 강판은 후판 공정을 이용하여 제조됨에도 불구하고, 두께가 6mm 이하의 박물이면서도, 폭이 2000mm 이상일 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 강판의 모습을 나타낸 사진이다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 강판은 용접부 제거 및 분리된 후, 표면에 기계적 결함이 없는 매끈한 형태로 제조되었음을 알 수 있다.

한편, 본 발명에서는 상기와 같이 얻어지는 강판에 대해서 숏 블라스팅 등을 통한 표면 처리 또는 열처리 등의 공정을 추가로 행할 수 있다.

10, 10': 판재
20: 분리제
30: 결합 판재

Claims

2매 이상의 판재를 준비하는 단계;
상기 판재의 표면에 분리제를 도포하는 단계;
상기 분리제가 도포된 판재를 쌓은 뒤, 결합부가 형성되도록 상기 판재를 결합시켜 결합 판재를 얻는 단계;
상기 결합 판재의 결합부를 일부 제거하는 단계;
상기 결합부가 일부 제거된 결합 판재를 가열 및 압연하는 단계; 및
상기 압연된 결합 판재를 분리하여 강판을 얻는 단계를 포함하는 초박물 광폭 강판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 판재는 슬라브, 바 플레이트 및 후판으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 초박물 광폭 강판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 판재를 준비하는 단계는 상기 판재를 사이징 압연하는 단계를 포함하는 초박물 광폭 강판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 판재는 40~200mm의 두께를 갖는 초박물 광폭 강판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 분리제는 Al₂O₃, SiO₂, TiO₂, Cr₂O₃, Fe₂O₃, Fe₃O₄, MnS, 산성계 플럭스(flux)로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 초박물 광폭 강판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 결합부의 제거는 가스절단, 플라즈마절단, 레이저절단, 워터젯절단, 드릴링, 그라인딩, 절삭, 전단가공 중 1종 이상을 이용하는 초박물 광폭 강판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 압연은 길이내기 압연 및 폭내기 압연을 포함하는 초박물 광폭 강판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 압연은 10~40:1의 압하비로 행하여지는 초박물 광폭 강판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 압연된 판재의 분리는 사이드 트리밍하는 것을 포함하는 초박물 광폭 강판의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 강판은 두께가 6mm 이하이고, 폭이 2000mm 이상인 초박물 광폭 강판의 제조방법.