KR20010037457A

KR20010037457A - 스테인레스강 열간압연방법

Info

Publication number: KR20010037457A
Application number: KR1019990045010A
Authority: KR
Inventors: 진원; 이치규
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1999-10-18
Filing date: 1999-10-18
Publication date: 2001-05-07

Abstract

본 발명은 스테인레스강의 압연판을 열간압연시키는 방법에 관한 것으로, 스테인레스강을 생산하는 열간압연공장의 조압연 및 사상압연 스탠드 장입측에 압연반대방향으로 10 ∼ 20°의 각도로 분사되도록 한 냉각수 분사장치를 장착하여, 압연되기 직전에 냉각수를 압연판에 분사함으로서 압연판의 표면온도를 800℃이하로 냉각시켜 스테인레스 압연판의 변형저항을 확보시킨 후, 2초 이내에 열간압연하므로서 소재 내부의 균일변형을 유도할 수 있다.

Description

스테인레스강 열간압연방법{Method for hot rolling ferritic stainless steel}

본 발명은 스테인레스강용 열간압연방법에 관한 것이고, 특히 페라이트계 스테인레스강의 열간압연공정중 조압연 및 사상압연시 발생하는 스테인레스강 내부의 불균일변형을 균일변형으로 유도하기 위한 스테인레스강용 열간압연방법에 관한 것이다.

일반적으로, 열간압연 공정에서 페라이트계 스테인레스강을 조압연 및 사상압연 스텐드에서 압연할 때, 스테인레스강 내부의 표층직하에 압연응력이 집중되어 이부분에서 전단변형이 일어남과 동시에 재결정이 발생하여 소재의 가공성에 불리한 불규칙한(random)한 집합조직을 갖게 된다.

그러나, 스테인레스강을 열간압연할 때, 압연응력이 스테인레스강의 표층부에서 모두 소진되어 스테인레스강의 내부까지 전달되지 못하므로, 재결정이 발생하지 않게 된다. 따라서, 스테인레스강의 주조조직이 파괴되지 않고, 도1에 도시된 바와 같이, 주조조직에 기인된 가공성에 불리한 집합조직이 스테인레스강 내부에 잔존하게 된다.

따라서, 전단변형의 발생없이 재결정 부위를 확대시키면 주조조직의 파괴와 함께 가공성에 유리한 집합조직을 얻을 수 있다.

한편, 스테인레스강을 열간압연할 때, 스테인레스강 내부에 주조조직이 잔존하는 현상을 억제하기 위하여, 조압연 및 사상압연단계에서 다양한 압연온도, 압하율, 압연속도 등의 압연조건을 조절하여 스테인레스강의 균일변형을 유도하려는 시도가 있었다(소성과 가공, 1998, 大阪大學工學部左海哲夫).

그러나, 이러한 종래의 방법에서, 압연온도를 낮추면, 열간압연시 압연하중을 증가시켜 에너지원단위를 상승시키고, 또한 압하율을 낮추면, 압연 패스(pass)수를 증가시키며, 압연속도를 감소시키면 열연공장의 생산성을 저하시키는 문제점을 수반할 뿐만 아니라 압연판의 균일변형을 얻는데도 부족함이 있다.

또한, 도2에 도시된 바와 같이, 스테인레스강의 압연판을 열간압연시킬 때, 윤활유 분사장치(4)로부터 압연롤(3; work roll)에 윤활유를 직접 분무시켜, 상기 압연롤(3) 사이를 통과하는 스테인레스강의 압연판(2; hot bar)의 균일변형을 유도하려는 열간윤활압연방법(CAMP-ISIJ, Vol.12, 1999, p444, 소64-187404)이 제안되었으며, 또한 최적의 윤활압연을 위한 윤활제 개발 등의 시도(JP 63254195, JP 01167396, JP 01083309, 평4-167396, 평4-130194, 소63-254195, 소64-83309)가 활발히 이루어지고 있다.

이러한 열간윤활압연방법에 의하면, 가공성 등의 품질확보차원에서는 바람직하다. 그러나, 스테인레스강의 균일변형을 유도하려는 이러한 종래의 실시예에서는 기름 및 고체윤활제를 사용하므로, 열연공정에 있어서, 분위기오염 및 냉각수오염등의 환경문제를 수반한다. 그리고, 고온에서의 사용시 산화에 의한 분위기 오염문제가 있어 오염방지시설 및 원료부담의 원가 상승요인을 수반할 뿐만 아니라 단순한 열간압연조건의 변화로는 균일변형의 성과를 크게 나타내지 못하는 것으로 알려져 있다.

따라서, 종래의 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 열간압연공정에서, 스테인레스강의 압연판에 변형저항을 확보시킨 후, 이러한 압연판을 조압연 및 사상압연시킴으로써, 스테인레스강의 압연판 내부에서 생성되는 불균일 변형을 균일 변형으로 유도하기 위한 스테인레스강의 열간압연방법을 제공한 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 스테인레스강 압연판의 열간압연 방법은 상기 압연판의 표면 온도를 800℃ 이하의 열연온도로 유지하는 단계와, 열연 온도로 유지된 압연판을 조압연 및 사상압연 스탠드로 통과시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도1은 종래 실시예에 따른 열간압연시, 페라이트계 스테인레스강의 내부구조를 개략적으로 나타낸 구조도.

도2는 종래의 실시예에 따른 페라이트계 스테인레스강의 열간압연을 도시한 개략도.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 페라이트계 스테인레스강의 열간압연을 도시한 개략도.

도4는 430스테인레스강에 있어서 온도 변화에 따른 5% 내력강도의 변화를 나타낸 그래프.

도5는 430 스테인레스강에 있어서 열간압연시 표면온도 변화에 따른 압연판 내부의 재결정된 부위의 분율을 나타낸 그래프.

도6은 430 스테인레스강에 있어서, 열간압연시 1150℃인 압연판 표면을 수냉 및 공냉에 의하여 순간적으로 냉각하였을 때, 시간경과에 따른 압연판 표면의 온도 냉각 곡선을 나타낸 그래프.

〈 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 〉

1 : 냉각 장치

2 : 압연판

3 : 압연롤

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명한다.

도3은 본 발명에 따른 열간압연장치가 개략적으로 도시한 구조도이고, 도4는 430스테인레스강의 온도 변화에 따른 고온강도 변화를 나타낸 그래프이고, 도5는 430 스테인레스강의 열간압연시 표면온도 변화에 따른 압연판 내부의 재결정부위의 분율을 나타낸 그래프이고, 도6은 430 스테인레스강의 열간압연시 1150℃인 압연판 표면을 공냉 및 수냉시켰을 때, 시간경과에 따른 압연판 표면의 온도 냉각 곡선을 나타낸 그래프이다.

먼저, 도3을 참조하면, 본 발명에 따른 스테인레스강의 압연판을 열간압연하기 위한 장치는 압연판(2)이 통과하는 복수개의 압연롤(3)을 갖고, 상기 압연롤(3)의 압연판 장입측에는 상기 압연판(2)을 냉각시키기 위한 냉각 장치(1)가 설치되어 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 냉각 장치(1)는 냉각수 분사장치(cooling water sprayer)로 이루어져 있다. 그리고, 냉각수는 상기 냉각수 분사장치의 분사노즐(도시되지 않음)을 통해 압연판(2)에 직접 분사된다. 또한, 상기 냉각수는 상기 압연롤(3)에 장입되는 압연판(2)에 대하여 소정의 경사각도 예를 들어, 10°내지 20°의 각도로 분사된다. 특히, 상기 냉각수는 상기 압연판(2)의 장입방향의 반대 방향으로 분사된다.

상술된 바와 같이, 스테인레스강의 압연판(2)을 열간압연하기 전에, 상기 냉각수 분사 장치로부터 냉각수를 압연판(2)에 직접 분사하여 압연판(2)을 냉각시킴으로써, 스테인레스강의 압연판(2)에 냉각에 대한 변형저항을 확보시킨다. 그리고, 이 후에, 상기 압연판에 열간압연을 실시하므로서, 상기 압연판 내부의 균일변형을 유도할 수 있다.

한편, 열간압연시 압연판 내부의 표층직하에 압연응력이 집중되어 이부분에 전단변형이 일어나게 되는데, 이는 압연판표면부분의 온도를 냉각시켜 고온강도 확보에 의한 변형저항을 갖게 되면 전단변형을 피할 수 있다. 또한, 압연응력이 압연판 내부까지 전달되어 재결정부위의 확대가 가능하다.

따라서, 본 발명에 따르면, 상술된 바와 같이, 압연스텐드의 장입측에서 냉각수 분사에 의해 압연판의 표면온도를 800℃ 이하로 냉각시킨 후, 열간압연을 수행함으로써, 압연판 내부에 균일변형 유도가 가능하다.

〈실시예〉

430 스테인레스강의 압연판의 고온강도를 측정하는 시험을 실시하였다. 시험조건은 상기 압연판를 10℃/sec의 가열 속도(heating rate)로 가열하고, 가열된 압연판를 목적온도에 20초동안 유지한 후, 실인장율(true strain rate)을 1 (sec^-1)로 하고 실인장(ε)은 0.9로 하였다.

도4에 나타난 바와 같이, 430 스테인레스강의 압연판는, 온도가 하강함에 따라, 5% 내력강도, 즉 고온강도가 급속히 증가하는 특성을 나타내며, 700 ∼ 800℃ 부근에서 200MPa 이상의 고온강도를 확보한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 압연판 표층부의 응력집중을 억제하기 위해서는, 열간압연을 수행하기 전에 압연판 표층부를 냉각시킴으로써, 압연판에 고온강도를 확보시켜, 압연판의 변형 저항을 증가시키는 것이 요구된다.

430 스테인레스강의 압연판를 열간압연시킬 때, 압연판의 표면온도 변화에 따른 압연판 내부의 재결정된 부위의 분율(%)를 나타낸 도5를 참조하면, 압연판의 표면온도가 1000℃ 이상인 경우에는 재결정부위의 분율이 40% 이하를 나타내지만, 온도가 하강함에 따라 재결정부위의 분율은 증가한다. 특히, 압연판의 표면온도가 800℃ 이하인 경우에는 재결정부위의 분율이 70% 이상의 값을 나타내며, 압연판의 표면온도를 계속적으로 하강하여도 재결정부위의 분율은 크게 증가되지 않고 70% 내지 80%에 유지된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 압연판를 열간압연시킬 때, 재결정부위의 분율을 증가시키기 위해서는, 압연판의 표면온도를 800℃ 이하로 하강시켜야 한다.

즉, 압연판의 표면온도를 하강시킴으로써, 압연판의 변형저항이 증가하게 되고, 그 결과 열간압연시의 소성변형은 압연판의 표면직하에 집중되는 대신에 그 내부까지 전달된다. 따라서, 압연판의 재결정부위가 확대된다.

한편, 430 스테인레스강의 열간압연시 1150℃인 압연판 표면에 냉각수를 분사하여 냉각시키거나 또는 공냉시켰을 경우, 압연판 표면에 있어서 시간경과에 따른 순간적인 온도 냉각곡선을 나타낸 도6을 참조하면, 압연판의 표면을 공냉시킨 경우, 압연판의 표면온도는 완만하게 하강하지만, 압연판의 표면에 냉각수를 분사하였을 경우, 700℃까지 급격하게 하강한다는 것을 알 수 있다.

이때, 냉각된 압연판의 표면이 700℃의 온도에서 800℃까지의 상승하는 데 약 2초의 시간을 요구된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 압연판의 표면온도를 800℃ 이하로 유지한 상태에서 상기 압연판를 열간압연시키기 위해서는, 압연판의 표면에 냉각수를 분사한 후 2초이내에 열간압연을 실시하여야 한다는 것을 알 수 있다.

그러나, 도6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 압연판의 표면에 냉각수를 분사하여 2초가 경과하게 되면, 압연판의 표면온도는 약 1100℃까지 상승하게 되고, 이 후에 압연판의 표면온도는, 공냉시킨 경우와 비교하여 15℃ 내지 20℃ 정도 하강한 상태에서 완만한 냉각곡선을 유지하였다.

그리고, 하기 표1은 430 스테인레스강의 열간압연시 1150℃인 압연판 표면에 냉각수를 분사하였을 경우, 압연판가 압연롤에 장입되는 방향의 반대방향을 향한 냉각수의 분사각도 변화에 따른 압연판의 냉각효율을 나타낸다.

	냉각수 분사장치의 분사각도(°)
	-10	-5	0	5	10	15	20	25	30
압연판표면냉각온도(℃)	830	810	810	780	730	700	750	820	850

즉, 압연판에 대한 냉각수의 분사각도가 10°∼ 20°인 경우에는, 압연판의 표면온도는 700℃ 내지 750℃ 정도를 확보하고 있으므로, 냉각수를 압연판 표면에 분사한 후, 압연 직전 온도보상에 의해 800℃ 이하의 표면온도를 유지할 수 있으므로 본 발명을 양호하게 실시할 수 있다.

한편, 압연판의 표면에 거의 수직(0°와 5°)으로 냉각수를 분사하였을 때, 압연판의 최저 냉각온도는 800℃ 이상으로서 압연직전 온도보상에 의해 850℃이상의 온도를 갖게되므로, 냉각효과가 미약하다는 것을 알 수 있다. 그리고, 압연판에 대한 냉각수의 분사각도가 -10°∼ -5°인 경우, 압연판의 표면온도가 800℃ 이상의 냉각온도를 유지하므로 냉각수에 의한 냉각효과가 미약함을 알 수 있다. 또, 냉각수의 분사각도가 25°이상인 경우에도, 압연판의 표면온도가 800℃ 이상의 냉각온도를 유지한다는 것을 알 수 있다.

따라서, 압연판의 표면온도를 800℃ 이하로 유지하기 위해서는 냉각수 분사장치의 분사노즐의 분사각도는 압연롤을 향한 장입방향의 반대방향으로 10°내지 20°의 경우가 가장 바람직하다.

하기 표2는, 종래 실시예 및 본 발명에 따른 실시예에 의하여, 430 스테인레스강의 압연판를 열간압연하였을 경우, 압연판의 재결정분율 및 단면적 감소율(RA; Reduction of area)의 값을 비교한 표이다.

통상의 압연 조건으로 압연판을 압연한 종래 압연 실시예1의 경우에, 압연판의 재결정분율은 20% 내지 30% 정도로 유지되고, 단면적 감소율(RA)은 1.0 ∼ 1.1을 나타내고 있다. 그리고, 유압연조건을 사용하는 종래 압연 실시예2의 경우에는 압연판의 재결정분율은 70% ∼ 80% 정도이고, 단면적 감소율(RA)은 1.2 ∼ 1.3 정도를 나타내고 있다.

종래 압연 실시예2는, 종래 압연 실시예1의 경우보다, 압연판의 재결정율과 단면적 감소율이 향상되었음을 알 수 있지만, 유압연시 사용되는 오일과 고체윤활제에 의한 냉각수 오염의 문제가 있고, 또한 고온에서의 사용시 산화에 의한 분위기 오염문제가 있어 오염 방지시설 및 원료부담의 원가상승요인이 있어 장점외 단점을 갖고 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 압연판의 재결정분율은 70% ∼ 80%이고, 단면적 감소율(RA)은 1.2 ∼ 1.3임을 알 수 있다. 이는, 스테인레스강의 압연판이, 품질측면에 있어서, 종래 압연 실시예2와 본 발명의 실시예에 큰 차이가 없다는 것을 나타낸다.

그러나, 공장환경 측면에서는, 종래 압연 실시예2와는 달리, 본 발명의 실시예는 기존 설치되어 있는 냉각수 라인을 사용하므로, 설비투자 및 오염발생의 우려가 없고 유압연방법과 동등 이상의 품질을 확보할 수 있기 때문에 이로부터 수요가 요구에 충족되는 우수한 품질의 스테인레스 강판을 제조할 수 있다.

	재결정율	RA	환경오염	생산원가상승
종래 압연 실시예1(통상 압연조건)	20∼30%	1.0∼1.1	분위기:×냉각수:×	-
종래 압연 실시예2(유압연 사용조건)	70∼80%	1.1∼1.3	분위기:○냉각수:○	기름 및 고체 윤활제 사용에 의한 원가상승
본 발명에 의한 방법	70∼80%	1.1∼1.3	분위기:×냉각수:×	기존 냉각수 line 사용

따라서, 본 발명에 따르면, 스테인레스강을 열간압연하는 열간압연공정에서, 압연판 내부의 균일 변형을 유도하여 가공성에 유리한 집합조직을 갖게 함으로서 가공품질이 우수한 스테인레스 열연강판을 제조할 수 있는 효과가 있다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로, 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지를 변경시키지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.

Claims

스테인레스강 압연판을 복수개의 압연롤로 통과시킴으로써 열간압연시키는 방법에 있어서,

상기 압연판이 상기 압연롤을 통과하기 직 전에 상기 압연판의 표면온도를 800℃ 이하의 열연온도로 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열간압연방법.
제1항에 있어서, 상기 압연판의 표면온도는 상기 압연롤에 장입되는 압연판의 표면을 향해 10°내지 20°의 각도로 냉각수를 분사하는 것을 특징으로 하는 열간압연방법.
제1항에 있어서, 상기 압연판의 표면에 냉각수를 분사한 후 2초 경과 전에 상기 압연판을 상기 압연롤에 통과시키는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스강용 열간압연장치.