KR102303872B1 - 강판의 냉각 방법 및 강판의 냉각 장치 그리고 강판의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

열간 압연 후의 강판을 롤로 구속하면서 냉각시키는 제어 냉각에 있어서, 왜곡이 적은 강판의 냉각 방법 및 강판의 냉각 장치 그리고 강판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
강판 반송 방향으로 소정의 피치로 배치되는 복수의 롤에 의해 강판을 구속한 상태로 반송하고, 복수의 롤 사이에 배치되는 냉각 노즐에 의해 강판의 상하면에 냉각수를 분사하여 강판을 냉각시키는 강판의 냉각 방법에 있어서, 하기 식 (1) 을 만족하는 통판 속도 (V) 로 냉각시키는 강판의 냉각 방법.
V ＞ 2.21×10^-5×Cv×L³×t^-2×(24.2＋204.3×(L/W)²)^-1 ··· (1)
단, 식 (1) 에 있어서, V : 통판 속도 (m/s) Cv : 판두께 방향의 강판 평균 온도에 대한 냉각 속도 (℃/s) L : 롤 피치 (m) t : 판두께 (m) W : 판폭 (m) 이다.

Description

강판의 냉각 방법 및 강판의 냉각 장치 그리고 강판의 제조 방법

본 발명은, 열간 압연된 고온의 강판을, 롤에 의해 구속한 상태로 통과 냉각을 실시하는 제어 냉각에 관한 것이다. 특히 판두께가 10 ㎜ 이하로 얇으며, 또한 판폭이 3000 ㎜ 이상인 후 (厚) 강판 (이하, 간단하게 강판으로 부르기도 한다) 에 대해, 왜곡 (distortion) 이 적은 강판을 제조할 수 있는, 강판의 냉각 방법 및 냉각 장치 그리고 강판의 제조 방법에 관한 것이다.

강판의 제조에 있어서는, 강판에 요구되는 기계적 성질, 특히 강도와 인성을 확보할 필요가 있다. 이것을 달성하기 위해서, 압연 후의 고온의 강판을 그대로 냉각하거나, 일단 실온까지 공랭 (空冷) 하고, 오프 라인에서 재가열·??칭하거나 하는 작업이 이루어진다. 이 냉각에서는, 강판에 요구되는 재질 상의 특성을 확보하기 위해, 냉각 속도를 크게 하는 것이 필요하다. 동시에, 재질의 균일성을 확보하여, 냉각시의 왜곡 (냉각 왜곡) 의 발생을 억제하기 위해서 냉각이 강판 면 전체에 걸쳐서 균일하게 이루어지는 것이 중요하다. 냉각 왜곡이 발생한 경우, 냉각 후의 강판을 롤러 교정기나 프레스 등의 교정기를 사용하여 평탄도를 확보하는 것이 필요해지기 때문에, 추가 공정이 발생하는 점에서 납기 단축의 큰 장해가 된다.

이에 대응하여, 현재, 강판의 냉각은 복수의 롤에 의해 강판을 구속하고, 그 구속 롤 사이에 냉각 노즐을 배치하여, 강판을 통과시키면서 냉각하는 수법 (통과 냉각이라고 한다) 이 널리 행해지고 있고, 이로써 왜곡이 적은 강판을 제조하고 있다.

이와 같은 방법으로 제어 냉각하는 이유로서, 통과 냉각으로 함으로써 짧은 설비 길이로 냉각이 가능해지기 때문에, 초기 투자 비용의 억제가 가능하다는 것을 들 수 있다. 또, 구속 롤은 냉각 중인 강판 상하면이나 강판 면내의 온도 분포의 불균일에서 기인하여 발생하는 왜곡을 억제하며, 또한 롤 사이에 냉각 노즐을 배치함으로써, 냉각 장치 외부로 냉각수가 나오지 않도록 하여, 강판 위에 냉각수가 체류하는 것을 방지하고 있다.

이상의 관점에서, 예를 들어 특허문헌 1 에는, 냉각 후의 강판 온도 분포의 불균일에서 기인한 형상 불량에 대해, 냉각 후의 강판의 온도 분포의 측정으로부터 강판에 발생하는 잔류 응력을 예측함으로써, 교정의 필요 여부를 판단하는 방법이 기재되어 있다.

또, 특허문헌 2 에는, 수랭 중에 발생하는 C 휨을 억제하는 관점에서, 구속 롤에 착안하여, 그 롤 피치, 강판 두께의 함수로서 필요한 구속 롤의 구속력의 범위에서 부하를 가함으로써, 평탄도가 양호한 강판의 제조 방법에 대해 기재되어 있다.

일본 특허공보 제2843273호 일본 특허공보 제3925789호

상기에서 설명한 수법에 의해 왜곡이 적은 강판을 제조할 수 있게 되었지만, 폭 방향이나 상하면의 온도 균일성을 확보하여 냉각해도, 여전히 왜곡이 발생하는 경우가 있다. 그래서 본 발명자들이 왜곡의 발생에 대해 검토한 결과, 수랭시의 강판 폭 방향의 수축에 의한 좌굴 변형에서 기인하여 냉각 왜곡이 발생하는 것을 알았다. 좌굴 변형에서 기인하는 냉각 왜곡은, 판두께가 얇으며 또한 판폭이 넓은 강판의 경우, 상기에서 설명한 수법에 의한 저감 효과가 발현되기 어렵고, 특히 판두께가 10 ㎜ 이하이며 또한 판폭 3000 ㎜ 이상인 강판의 냉각시에는, 폭 방향이나 상하면의 온도 균일성을 확보하여 냉각해도 왜곡이 발생한다는 것을 알았다.

수랭시의 강판 폭 방향의 수축에 의한 좌굴 변형은, 지금까지 상정되어 있는 상하면의 온도 편차에 따른 왜곡과 상이한 메커니즘이기 때문에, 종래의 수법으로 냉각을 실시해도 왜곡이 발생하는 것으로 생각된다. 특허문헌 1 과 같은 강판의 냉각 후의 온도 분포로부터 예측하는 방법에서는, 예측한 판 형상보다 큰 변형이 발생한다. 그 때문에 예측이 빗나가, 교정의 발생률의 삭감은 곤란하다. 또, 특허문헌 2 에서는, 상하면의 온도 편차에서 기인한 왜곡의 억제는 가능하지만, 수랭시에 수반되는 판폭 수축에서 기인한 좌굴 변형은 고려하고 있지 않기 때문에, 판두께가 얇으면서 또한 판폭이 넓은 영역에 관해서 효과가 발현되지 않는다.

그래서 본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하는 것을 과제로 하여, 열간 압연 후의 강판을 롤로 구속하면서 냉각시키는 제어 냉각에 있어서, 왜곡이 적은 강판의 냉각 방법 및 강판의 냉각 장치 그리고 강판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 요지는, 다음과 같다.

[1] 강판 반송 방향으로 소정의 피치로 배치되는 복수의 롤에 의해 강판을 구속한 상태로 반송하고, 복수의 롤 사이에 배치되는 냉각 노즐에 의해 강판의 상하면에 냉각수를 분사하여 강판을 냉각시키는 강판의 냉각 방법에 있어서,

하기 식 (1) 을 만족하는 통판 속도 (V) 로 냉각시키는 강판의 냉각 방법.

V ＞ 2.21×10^-5×Cv×L³×t^-2×(24.2＋204.3×(L/W)²)^-1 ··· (1)

단, 식 (1) 에 있어서,

V : 통판 속도 (m/s)

Cv : 판두께 방향의 강판 평균 온도에 대한 냉각 속도 (℃/s)

L : 롤 피치 (m)

t : 판두께 (m)

W : 판폭 (m) 이다.

[2] 판두께 (t) 는 10 ㎜ 이하인 [1] 에 기재된 강판의 냉각 방법.

[3] 판폭 (W) 은 3000 ㎜ 이상인 [1] 또는 [2] 에 기재된 강판의 냉각 방법.

[4] 강판 반송 방향으로 소정의 피치로 배치되고, 강판을 구속하여 반송하는 복수의 롤과,

복수의 롤 사이에 배치되고, 강판의 상하면에 냉각수를 분사하여 강판을 냉각시키는 냉각 노즐과,

하기 식 (1) 을 만족하도록 통판 속도 (V) 를 제어하는 제어 기구를 구비하는 강판의 냉각 장치.

V ＞ 2.21×10^-5×Cv×L³×t^-2×(24.2＋204.3×(L/W)²)^-1 ··· (1)

단, 식 (1) 에 있어서,

V : 통판 속도 (m/s)

Cv : 판두께 방향의 강판 평균 온도에 대한 냉각 속도 (℃/s)

L : 롤 피치 (m)

t : 판두께 (m)

W : 판폭 (m) 이다.

[5] 판두께 (t) 는 10 ㎜ 이하인 [4] 에 기재된 강판의 냉각 장치.

[6] 판폭 (W) 은 3000 ㎜ 이상인 [4] 또는 [5] 에 기재된 강판의 냉각 장치.

[7] 열간 압연 후의 강판을 [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 냉각 방법을 이용하여 냉각하고, 강판을 제조하는 강판의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 왜곡이 적은 강판의 제조가 가능해진다. 특히 후강판의 오프 라인 열처리에 적용함으로써 그 효과를 발휘할 수 있다.

도 1 은, 본 발명의 강판의 냉각 장치를 사용한 제조 설비의 일부의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2 는, 강판 냉각시에 있어서의 좌굴 변형을 설명하는 도면으로 (a) 는 본 발명의 냉각 장치의 구성을 나타내는 모식도이고, (b) 는 강판 냉각시에 있어서의 강판의 판폭 (W) 의 변화를 설명하는 도면이다.
도 3 은, 강판의 형상 불량 (에지 웨이브 (耳波)) 의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4 는, 급준도 (λ) 의 정의를 설명하는 도면이다.
도 5 는, 롤 피치 (L) 와 급준도 (λ) 의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6 은, 냉각 속도 (Cv) 와 급준도 (λ) 의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7 은, 통판 속도 (V) 와 급준도 (λ) 의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8 은, 일부의 강판 (롤 피치 (L) 사이의 강판) 을 잘랐을 때의, 좌굴 변형을 설명하는 도면이다.
도 9 는, 좌굴 계수 (k) 와, 롤 피치 (L) 와 판폭 (W) 의 2 승과의 관계를 나타내는 도면이다.

먼저, 냉각 왜곡의 원인으로 생각되는 수랭시의 강판 폭 방향의 수축에 의한 좌굴 변형에 대해 설명한다. 도 1 은, 본 발명의 강판의 냉각 장치를 사용한 제조 설비의 일부의 구성을 나타내는 모식도이다. 압연기 라인에서 제조한 소정의 판두께의 강판 (1) 을, 도 1 의 제조 라인으로 반송한다. 가열로 (爐) (10) 에 의해 강판 (1) 을 소정의 온도로 가열한 후, 복수의 롤 (2) 에 의해 구속하면서 강판 (1) 을 반송시켜, 각 롤 (2) 사이에 설치되어 있는 복수의 냉각 노즐 (3) 에 의해 냉각을 실시한다. 또한, 도면 중의 화살표는 강판의 반송 방향이다. 또, 롤 (2) 및 냉각 노즐 (3) 은 강판 (1) 의 상하면에 설치된다. 본 발명에 관련된 냉각 장치는, 롤 (2), 냉각 노즐 (3), 및 후술하는 식 (1) 을 만족하도록 통판 속도 (V) 를 제어하는 제어 기구 (도시 생략) 를 구비한다.

도 2 (a) 는, 본 발명의 강판의 냉각 장치의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 2 (a) 에 나타내는 바와 같이, 강판 (1) 은 반송 방향을 따라서, 롤 (2-0), 롤 (2-1), … 롤 (2-i), 롤 (2-n) 과 같은, 복수의 롤 (2) 에 의해 상하면이 구속되어 있다. 각 롤 (2) 사이에는, 냉각 노즐 (3) 이 강판 (1) 의 상하면에 각각 설치되어 있다.

도 2 (b) 는, 강판 냉각시에 있어서의 강판의 판폭 (W) 의 변화를 설명하는 도면으로, 도 2 (a) 에 나타내는 강판의 냉각 장치 내를 통과할 때의, 강판 (1) 의 판폭 (W) 의 변화를 위에서 본 도면이다. 각 롤 (2) 을 통과할 때의 강판 (1) 의 판폭을 W, 강판 반송 방향에 있어서의 롤 피치를 L 로 하면, 수랭에 의해 강판 (1) 은 수축된다. 예를 들어, 롤 (2-0) 에서 롤 (2-1) 로 강판이 이동한 경우, 도 2 (b) 에 나타내는 바와 같이, 판폭은 ΔW (Δ = W₀－W₁, 또한, W_o : 롤 (2-0) 을 통과할 때의 판폭, W₁ : 롤 (2-1) 을 통과할 때의 판폭이다) 만큼 수축한다. 이 때, 판폭이 넓은 강판과 판폭이 좁은 강판이 같은 폭이 되도록 접합시키고 있는 것과 동일한 상태가 되기 때문에, 판폭이 넓은 부분 (예를 들어 판폭 (W_o)) 은 큰 압축 응력을 받는다. 이 압축 응력에 의한 강판의 변형을 본 발명에서는 좌굴 변형이라고 부른다.

이 때, 통판 속도가 느리거나 혹은 냉각 속도가 빠른 경우에는, 그 반송 방향에 대한 수축 구배 (ΔW/L) 가 급준해짐으로써 큰 압축 응력이 발생하여, 좌굴 변형이 발생하기 쉬워진다. 또, 판두께가 얇고 또한 판폭이 넓은 경우에는, 판의 강성이 낮아짐으로써, 압축 응력에 의한 내성이 낮아져, 마찬가지로 좌굴 변형이 발생하기 쉬워진다.

그래서, 상기한 판폭 (W) 의 수축 메커니즘을 확인하기 위해서, 실제의 제조 라인에 있어서, 통판 속도 (V), 판두께 (t), 판폭 (W) 이나 냉각 속도 (Cv) 등 다양한 조건으로 냉각시킨 강판의 형상과 각 냉각 조건의 관계에 대해서 조사하였다. 구체적으로는, 압연기 라인에서 제조한 판두께 6 ㎜ ∼ 10 ㎜ 의 강판 (1) 을, 도 1 의 제조 라인으로 반송하여, 가열로 (하스 롤 가열로) (10) 에 의해 950 ℃ 까지 가열한 후에, 롤 (2) 에 의해 구속하면서, 냉각 노즐 (3) 에 의해 100 ℃ 까지 냉각을 실시하였다. 냉각 후의 강판 형상으로부터 좌굴 변형했는지 여부의 판단을 실시하였다.

도 3 은, 형상 불량이 발생한 강판의 형상을 나타내는 일례의 도면으로, 강판 (1) 의 에지부에 이른바 에지 웨이브로 불리는 형상 불량이 발생되어 있었다. 이 에지 웨이브 형상의 불량을, 도 4 및 하기 식 (2) 에 나타낸 정의로 표시되는 급준도 (λ) (％) 를 사용하여 정량화하였다. 또한, 에지 웨이브는 한 군데에 발생하는 것은 아니라, 강판의 양단부에서 복수 발생한다. 그래서, 하기 식 (2) 에 있어서의 δ/P 의 값은, 강판 양단부에서 발생한 모든 에지 웨이브의 평균치로 한다.

λ = (δ/P)×100 ··· (2)

단, 식 (2) 에 있어서,

λ : 급준도 (％)

δ : 웨이브 높이 (m)

P : 웨이브 피치 (m) 이다.

정량화한 결과, 형상 불량이 발생한 강판의 웨이브 피치 (P) 는 0.6 ∼ 1.4 m 정도였다. 급준도의 허용치에 관해서는, 예를 들어 복수의 판을 용접할 때에 큰 형상 불량이 있으면, 강판이 갖는 변형을 구속하여 평평하게 한 상태에서 용접하는 작업 등이 발생하는 점에서, 가능한 한 급준도는 작은 것이 바람직하다. 일반적인 기준으로는, 강판 반송 방향에 있어서의 웨이브 피치 (P) 를 2 m 로 했을 때에, 웨이브 높이 (δ) 를 10 ㎜ 이하로 하는 것이 요구되고 있다. 그래서, 본 발명에서는, 급준도 (λ) = (10/2000)×100 = 0.5 ％ 미만을 좌굴 변형이 없는 것으로 생각하고, λ 가 0.5 ％ 이상을 좌굴 변형이 있다고 판단하였다.

도 5 는, 판두께 (t) = 10 ㎜, 판폭 (W) = 3000 ㎜, 통판 속도 (V) = 0.58 m/s, 냉각 속도 (Cv) = 220 ℃/s 로 하여, 롤 피치 (L) 와 에지 웨이브 형상의 급준도 (λ) 의 관계를 나타내는 도면이다. 롤 피치 (L) 가 짧아질 수록 급준도 (λ) 는 작아지는 것이 확인되었다. 롤 피치 (L) 가 600 ㎜ 이하인 경우, 에지 웨이브는 발생하지 않았다.

도 6 은, 판두께 (t) = 10 ㎜, 판폭 (W) = 3000 ㎜, 통판 속도 (V) = 0.58 m/s, 롤 피치 (L) = 750 ㎜ 로 하여, 냉각 속도 (Cv) 와 에지 웨이브 형상의 급준도 (λ) 의 관계를 나타내는 도면이다. 냉각 속도 (Cv) 가 작아질 수록 급준도 (λ) 는 작아지는 것이 확인되었다. 냉각 속도 (Cv) 가 110 ℃/s 이하인 경우, 에지 웨이브는 발생하지 않았다.

도 7 은, 판두께 (t) = 6 ㎜, 롤 피치 (L) = 750 ㎜, 냉각 속도 (Cv) = 300 ℃/s 로 하여, 판폭 (W) 이 1500 ㎜ 와 판폭 (W) 이 3000 ㎜ 인 경우의 강판에 대해, 통판 속도 (V) 와 급준도 (λ) 의 관계를 나타내는 도면이다. 어느 판폭에서도, 통판 속도 (V) 가 빠를수록, 급준도 (λ) 는 작아지는 것이 확인되었다. 또, 판폭 (W) 이 1500 ㎜ 에서는, 통판 속도 (V) 가 1.8 m/s 이상에서 에지 웨이브가 발생하지 않았다. 한편, 판폭 (W) 이 3000 ㎜ 에서는, 통판 속도 (V) 가 3.0 m/s 이상에서 에지 웨이브가 발생하지 않았다. 이들 결과로부터, 동일한 통판 속도인 경우, 판폭이 클수록 형상이 나빠지는 것을 알았다.

또한, 후강판에서는 판두께가 두꺼울수록, 냉각시에 강판 표면과 강판 중심에 있어서, 온도차가 발생한다. 그 때문에, 여기서의 냉각 속도 (Cv) 는, 판두께 방향의 평균 온도에 대한 냉각 속도이다.

이들 지견으로부터, 좌굴 변형은, 통판 속도 (V), 냉각 속도 (Cv), 롤 피치 (L), 판두께 (t), 판폭 (W) 에서 기인하여 발생한다고 말할 수 있다. 그래서 본 발명자들이 한층 더 검토한 결과, 하기 식 (1) 로 나타내는 통판 속도 (V) 를 만족하면, 좌굴 변형이 발생하지 않고, 왜곡이 적은 강판을 얻어지는 것을 알았다.

V ＞ 2.21×10^-5×Cv×L³×t^-2×(24.2＋204.3×(L/W)²)^-1 ··· (1)

단, 식 (1) 에 있어서,

V : 통판 속도 (m/s)

Cv : 판두께 방향의 강판 평균 온도에 대한 냉각 속도 (℃/s)

L : 롤 피치 (m)

t : 판두께 (m)

W : 판폭 (m) 이다.

이하, 상기 식 (1) 의 도출에 대해 설명한다.

탄성학 (彈性學) 핸드북 (나카하라 외, 2001년, 아사쿠라 서점, P.264) 에 의하면, 좌굴 한계의 압축 응력은 다음과 같이 기재되어 있다.

상기 식에 있어서,

σ_e : 좌굴 한계 응력 (㎫)

k : 좌굴 계수

E : 영률 (㎫)

π : 원주율

ν : 포아송비

t : 판두께 (m)

L : 롤 피치 (m)

W : 판폭 (m)

m : 웨이브수 (통상 1 을 취한다) 이다.

또한, L 는 탄성학 핸드북에서는 판길이로 기재되어 있지만, 이번에는 롤로 구속되어 있는 계 (系) 이기 때문에, 응력의 방향에서 판단하여 롤 피치라고 바꿔 읽는다. 또, 좌굴 계수 (k) 에 관해서는, 식 (4) 는 초등 해석의 일례이다. 실제로는 강판의 구속 상태 등이 변화하기 때문에, 이 식 (4) 대로의 좌굴 계수로는 되지 않는다. 그 때문에, 좌굴 계수 (k) 는, 식 (4) 를 참고하여 실태에 맞도록 적절히 수정해서 이용되는 경우가 많다.

도 8 과 같이, 일부의 롤 사이의 강판 (롤 피치 (L) 사이의 강판) 을 잘라 생각하면, 롤 사이 입측 온도 및 롤 사이 출측 온도로부터, 강판의 폭 방향에 미치는 압축 응력은 다음과 같이 기재할 수 있다.

상기 식에 있어서,

σ_a : 폭 방향의 압축 응력 (㎫)

α : 선 팽창률 (1/℃)

E : 영률 (㎫)

T_in : 롤 사이 입측 온도 (℃)

T_out : 롤 사이 출측 온도 (℃) 이다.

롤 사이에 있어서, 일정한 냉각 속도로 냉각되었다고 하면, 상기한 식 (5) 의 롤 사이 입측 온도 (T_in) 및 롤 사이 출측 온도 (T_out) 는 다음과 같이 기재할 수 있다.

상기 식에 있어서,

Cv : 냉각 속도 (℃/s)

V : 통판 속도 (m/s) 이다.

즉, 폭 방향의 압축 응력 (σ_a) 은 다음과 같이 기재할 수 있다.

폭 방향의 압축 응력 (σ_a) 이, 좌굴 한계 응력 (σ_e) 보다 작은 경우에는 좌굴하지 않기 때문에, 식 (8) 의 관계식을 만족하면 좌굴 변형은 하지 않는다.

식 (8) 을 통판 속도 (V) 에 관해서 다시 기재하면 다음과 같이 된다.

또한, 강의 경우에는, 포아송비 (ν) 및 열 팽창률 (α) 은 고유한 값을 갖기 때문에, 정수 (定數) 로서 생각하면, 좌굴 변형하지 않는 통판 속도 (V) 는 다음과 같이 기재할 수 있다 (고온역에서의 조업을 상정하여, 포아송비 (ν) 및 열 팽창률 (α) 은 각각 ν = 0.3, α = 2.0×10^-5 로 환산).

좌굴 계수 (k) 는, 상기 식 (10) 으로부터 도출되는 하기 식 (11) 이 된다.

여기서, 좌굴 계수 (k) 는 프로세스 고유의 값이 되기 때문에, 각종 실험을 실제 기기로 실시하여, 좌굴 계수 (k) 를 실제로 구하였다. 실제로 좌굴 계수 (k) 를 구하기 위해, 실험 조건으로는, 판두께 (t) 를 5 ∼ 15 ㎜, 판폭 (W) 을 3000 ∼ 5000 ㎜, 롤 피치 (L) 를 500 ∼ 750 ㎜, 통판 속도를 0.3 ∼ 2.0 m/s 로 하였다.

한편, 실제로 좌굴하는 경계의 좌굴 정수 (k) 는, 상기 식 (4) 로부터, 롤 피치 (L) 와 판폭 (W) 의 2 승에 관계하는 것으로 생각된다. 앞서 서술한 바와 같이, 좌굴 계수 (k) 는 각 단부의 구속이나 변형 조건 등에 의해 식 (4) 의 이론식으로부터 벗어나는 경우가 있고, 예를 들어 전단력이 있는 경우에는 (W/L) 항을 생략하는 예도 존재한다. 그래서, 이번에는 (W/L) 항을 생략한 경우에 실제 기기에 의해 실제로 구한 좌굴 계수 (k) 와, 롤 피치 (L) 와 판폭 (W) 의 2 승과의 관계를 플롯하였다. 그 결과를 도 9 에 나타낸다. 도 9 에 있어서, ○ 는 급준도 (λ) 가 0.5 ％ 미만이고, × 는 급준도 (λ) 가 0.5 ％ 이상인 것을 나타낸다. 도 9 로부터, 실제로 좌굴하는 경계의 좌굴 정수 (k) 와 급준도 (λ) 사이에 상관 관계가 있다고 말할 수 있다.

도 9 의 결과로부터, 좌굴 계수 (k) 는, 이하의 관계로 나타낼 수 있다.

k = 204.3(L/W)²＋24.2 ··· (12)

식 (10) 및 식 (12) 를 조합함으로써, 좌굴하지 않는 통판 속도 (V) 는, 하기 식 (1) 로 나타낼 수 있다.

V ＞ 2.21×10^-5×Cv×L³×t^-2×(24.2＋204.3×(L/W)²)^-1 ··· (1)

단, 식 (1) 에 있어서,

V : 통판 속도 (m/s)

Cv : 판두께 방향의 강판 평균 온도에 대한 냉각 속도 (℃/s)

L : 롤 피치 (m)

t : 판두께 (m)

W : 판폭 (m) 이다.

또한, 롤 피치 (L) 는 기계 구성에서 오는 파라미터이기 때문에, 기계 설치 후에는 변경할 수 없는 파라미터이다. 또, 판두께 (t), 판폭 (W) 이나 냉각 속도 (Cv) 는, 상품의 특성을 결정하는 데 관련하는 파라미터로, 이것도 단순히 변경할 수는 없다. 그래서, 조업상, 적절히 변경이 가능한 파라미터인 통판 속도 (V) 에 착안하여 식 (1) 을 정리하였다.

상기 식 (1) 로부터, 좌굴 변형은 판두께 (t) 가 얇을수록, 롤 피치 (L) 가 넓을수록, 냉각 속도 (Cv) 가 빠를수록, 판폭이 넓은 경우, 좌굴 변형시키지 않기 위해서는 빠른 통판 속도 (V) 로 냉각할 필요가 있음을 알 수 있다. 여기서, 롤 피치 (L), 냉각 속도 (Cv), 통판 속도 (V) 는 냉각 설비 고유의 값이고, 판두께 (t), 판폭 (W) 은 제품에 따라 정해진다. 한편, 냉각 속도 (Cv) 는 냉각 장치의 냉각수의 유량, 통판 속도 (V) 는 테이블 롤의 회전수로, 각각 변경 가능하다. 그래서, 설계 단계에서 미리 제조 품종의 범위에 따라서, 냉각 장치의 롤 피치를 가능한 한 짧게 설계해 두고 (예를 들어 500 ㎜ 피치), 테이블 롤의 회전수는 가능한 한 빠르게 회전하도록 하고 (예를 들어 2 m/s 이상까지), 냉각수의 유량의 조정 범위도 넓게 하도록 설계하는 것이 좋다. 또, 기존 설비를 활용하는 등의 롤 피치 (L) 를 단축할 수 없는 경우에는, 냉각수의 유량의 조정 범위를 넓게 하여, 적은 유량으로의 냉각을 가능하게 함으로써 냉각 속도 (Cv) 를 느리게 하는 것이 유효하다 (예를 들어, 판두께 10 ㎜ 에서 100 ℃/s 이하). 열연 강대를 제조하는 핫 스트립 밀이나 후강판의 온라인 제어 냉각에서는, 판두께 10 ㎜ 의 두께에서 대략 2.5 m/s 정도의 통판 속도가 되어, 비교적 속도가 빠르기 때문에, 이와 같은 좌굴 변형은 발생하기 어렵다. 한편, 후강판의 오프 라인 열처리시의 냉각에서는, 가열로의 추출 속도와 연동하여 수랭하기 때문에, 1.0 m/s 정도의 통판 속도가 되므로, 본 발명에서 설명한 것과 같은 좌굴 변형이 발생하기 쉽다.

이상으로부터, 본 발명에서는, 상기 식 (1) 을 만족하는 통판 속도 (V) 로 강판을 냉각시킴으로써, 냉각 왜곡이 적은 강판의 제조가 가능해진다. 본 발명에서는, 판두께가 얇고 또한 판폭이 넓은 강판에 관해서 효과가 발현된다. 특히 판두께가 10 ㎜ 이하 및/또는 판폭 3000 ㎜ 이상인 후강판의 냉각에 바람직하여, 후강판의 오프 라인 열처리에 적용할 수 있다.

실시예 1

도 1 에 나타내는 제조 설비를 사용하여, 강판을 냉각시켰다. 여기서, 가열로 (10) 에 있어서의 가열 온도는 930 ℃ 로 하고, 판두께는 좌굴 변형이 발생하기 쉬운 판두께 5 ㎜, 10 ㎜, 12 ㎜ 로 하였다. 냉각 노즐 (3) 은 플랫 스프레이를 폭 방향으로 복수 정렬한 것을 사용하였다. 냉각수량은 변경 가능하며, 최대 수량을 분사했을 경우의 판두께 5 ㎜ 인 후강판의 냉각 속도는 400 ℃/s, 최소 유량을 분사했을 때의 냉각 속도는 100 ℃/s 이다. 또한, 냉각수량을 일정하게 하고, 판두께만 변경하여 냉각시킨 경우, 냉각 속도는 판두께에 반비례한다. 따라서, 판두께 10 ㎜ 인 경우의 최대 냉각 속도는 200 ℃/s, 최소 냉각 속도는 50 ℃/s 가 된다. 또, 롤 피치 (L) 는 각 조건마다 변경하였다.

강판 형상은 급준도 (λ) 로 판단하였다. 급준도 (λ) 가 0.5 ％ 미만을 강판 형상이 플랫하다고 판단하고, 한편, 급준도 (λ) 가 0.5 ％ 이상을 강판 형상이 좌굴 변형되어 있다고 판단하였다. 또한, 급준도 (λ) 를 구함에 있어서, δ/P 는 강판 양단부에 발생한 모든 에지 웨이브의 평균치로부터 산출하였다.

결과를 표 1 에 나타낸다.

본 발명예는, 식 (1) 에 의해 구한 통판 속도 (V) 보다 빠른 통판 속도로 냉각시키고 있다. 모든 본 발명예가 좌굴 변형은 발생하지 않고 플랫한 형상이 되었다. 한편, 비교예는 모두, 식 (1) 에 의해 구한 통판 속도 (V) 보다 느린 통판 속도로 냉각시키고 있다. 모든 비교예가 모든 조건에서 좌굴 변형이 발생하였다. 그 결과, 비교예의 모든 강판은, 냉각 후에 롤러 교정기로 형상 수정을 실시하여 출하하였다. 본 발명예의 모든 강판은, 재교정하지 않고 그대로 출하가 가능하였다.

또한, 일반적인 후강판의 오프 라인 열처리 장치의 반송 속도 제어는, 가열로의 구동 기구에 영향을 받고, 반송 속도는 대략 0.02 ∼ 0.5 m/s 정도의 속도 제어가 가능한 것이 많다. 실시예의 결과로부터도 알 수 있듯이, 특히 판두께 12 ㎜ 의 실험 조건에서는, 냉각 속도가 빨라도, 본 발명의 식 (1) 에 의해 구한 통판 속도, 즉 반송 속도는, 실제 기기의 반송 속도 제어 범위에 포함되기 때문에, 형상 조정은 용이하다. 또한 판폭이 좁은 강판도, 마찬가지로 본 발명의 식 (1) 에 의해 구한 통판 속도, 즉 반송 속도가 실제 기기의 반송 속도 제어 범위에 포함되기 때문에, 형상 조정은 용이하다. 한편, 특히 본 발명의 냉각 속도 제어나 롤 피치의 변경 등은, 판두께 10 ㎜ 이하, 및/또는 판폭 3000 ㎜ 이상인 강판에 있어서는, 본 발명의 식 (1) 에 의해 구한 통판 속도, 즉 반송 속도가 실제 기기의 반송 속도 제어 범위 밖이 되는 경우가 있다. 이 때문에, 판두께 10 ㎜ 이하, 및/또는 판폭 3000 ㎜ 이상인 강판에 대해 본 발명을 실시하는 경우에는, 냉각 속도 제어나 롤 피치의 변경 등이 필요하다는 것을 알 수 있다. 또, 특히 판두께 5 ㎜ 로 얇으며 또한 판폭 5000 ㎜ 인 조건에서는, 롤 피치를 500 ㎜ 로 좁게 하는 데 추가하여, 통판 속도를 2.0 m/s 로 일반적인 설비보다 약간 빠르게 제어함으로써, 좌굴 변형을 방지할 수 있음을 알 수 있다.

1 : 강판
2 : 롤
2-0 : 롤
2-1 : 롤
2-i : 롤
2-n : 롤
3 : 냉각 노즐
10 : 가열로 (하스 롤 가열로)
δ : 웨이브 높이
P : 웨이브 피치

Claims (7)

1. 강판 반송 방향으로 소정의 피치로 배치되는 복수의 롤에 의해 강판을 구속한 상태로 반송하고, 복수의 롤 사이에 배치되는 냉각 노즐에 의해 강판의 상하면에 냉각수를 분사하여 강판을 냉각시키는 강판의 냉각 방법에 있어서,
   하기 식 (1) 을 만족하는 통판 속도 (V) :
   V ＞ 2.21×10^-5×Cv×L³×t^-2×(24.2＋204.3×(L/W)²)^-1 ··· (1)
   단, 식 (1) 에 있어서,
   V : 통판 속도 (m/s)
   Cv : 판두께 방향의 강판 평균 온도에 대한 냉각 속도 (℃/s)
   L : 롤 피치 (m)
   t : 판두께 (m)
   W : 판폭 (m) 이다
   로 냉각시키고,
   상기 판두께 (t) 는 10 ㎜ 이하이며,
   냉각된 상기 강판은 하기 식 (2) 를 만족하는 0.5 ％ 미만의 급준도 (λ) 를 가지는, 강판의 냉각 방법.
   λ = (δ/P)×100 ··· (2)
   단, 식 (2) 에 있어서,
   λ : 급준도 (％)
   δ : 웨이브 높이 (m),
   P : 웨이브 피치 (m) 이고,
   δ/P 의 값은, 강판 양단부에서 발생한 모든 에지 웨이브의 평균치이다.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   판폭 (W) 은 3000 ㎜ 이상인 강판의 냉각 방법.
4. 강판 반송 방향으로 소정의 피치로 배치되고, 강판을 구속하여 반송하는 복수의 롤과,
   복수의 롤 사이에 배치되고, 강판의 상하면에 냉각수를 분사하여 강판을 냉각시키는 냉각 노즐과,
   하기 식 (1) 을 만족하도록 통판 속도 (V) 를 제어하는 제어 기구 :
   V ＞ 2.21×10^-5×Cv×L³×t^-2×(24.2＋204.3×(L/W)²)^-1 ··· (1)
   단, 식 (1) 에 있어서,
   V : 통판 속도 (m/s)
   Cv : 판두께 방향의 강판 평균 온도에 대한 냉각 속도 (℃/s)
   L : 롤 피치 (m)
   t : 판두께 (m)
   W : 판폭 (m) 이다
   를 구비하고,
   상기 판두께 (t) 는 10 ㎜ 이하이며,
   냉각된 상기 강판은 하기 식 (2) 를 만족하는 0.5 ％ 미만의 급준도 (λ) 를 가지는, 강판의 냉각 장치.
   λ = (δ/P)×100 ··· (2)
   단, 식 (2) 에 있어서,
   λ : 급준도 (％)
   δ : 웨이브 높이 (m),
   P : 웨이브 피치 (m) 이고,
   δ/P 의 값은, 강판 양단부에서 발생한 모든 에지 웨이브의 평균치이다.
5. 삭제
6. 제 4 항에 있어서,
   판폭 (W) 은 3000 ㎜ 이상인 강판의 냉각 장치.
7. 열간 압연 후의 강판을 제 1 항 또는 제 3 항에 기재된 냉각 방법을 이용하여 냉각하고, 강판을 제조하는 강판의 제조 방법.

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