KR20030028175A - 브라이트 냉연강판 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 열연작업에서 FGS(Ferrite Grain Size)No7 이상 관리로 혼립 조직을 제거, 그래인 사이즈가 큰 금속조직에서 고 연신에 의하여 발생하는 오랜지 필등 성형성 불량 문제를 해소하고 고 압하, 고 장력으로 전사 율을 향상시켜 1회의 조질 압연만으로 수요자의 요구 표면 광택도와 표면 조도를 만족시킬 수 있는 브라이트 냉연강판 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 강판을 냉간 압연하고 그를 전해 청정처리 한 후 열처리하고 조질 압연하여 표면광택도 50이상. 조도 0.3∼0.6㎛를 확보하는 브라이트 냉연강판 제조방법에 있어서,

상기 조질 압연하는 롤은 조도 0.25∼0.4㎛의 크롬 코팅된 브라이트 롤을 사용하여 압하 력 250∼300톤, 전단장력 4.5∼5.0톤, 후단장력 5.2∼5.7톤으로 고 연신 조질 압연을 1회 하여서 된 것이다.

Description

브라이트 냉연강판 제조방법{Manufacturing method for bright cold rolled steel sheet}

본 발명은 브라이트 냉연강판 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차 및 가전, 가구 제품 등에 사용되는 브라이트 냉연강판을 한번의 조질 압연으로 수요자의 요구 표면 광택도 및 표면 조도를 만족시킬 수 있도록 한 브라이트 냉연강판 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 열처리가 끝난 강판을 조질 압연하는 이유는 크게 3가지로 구분 할 수 있는데, 그 첫째는 탄소함량이 0.01wt% 이상이 되는 저탄소강 및 중저 탄소강의 경우에 있어서 탄소 및 질소 등의 고용원소에 의해서 발생되는 시효현상을 억제하기 위함이고, 둘째는 열처리 등의 공정에서 발생되는 강판의 뒤틀림 등을 교정하는 형상교정 이고, 셋째는 강판에 원하는 표면 거칠기를 부여하기 위함이다.

통상적으로 조질 압연후의 강판 표면 거칠기는 워크 롤(Work Roll)에 부여된 거칠기가 조질 압연을 통하여 강판에 전사되어 얻어지며, 롤의 압하력 및 강판에 걸리는 장력, 압연유의 사용유무 등의 공정 조건에 따라 전사되는 정도가 달라진다.

이때 브라이트 냉연강판을 생산하기 위하여 사용되는 브라이트 워크롤은 지석으로 롤을 연마하여 제조되며, 그 연마정도에 따라 거칠기가 세분되고, 상기 지석으로 가공된 롤은 거칠기가 매우 미세하므로 가공 량이 적고, 우수한 광택이 요구되는 브라이트 냉연강판 제조에만 사용되며, 브라이트 냉연강판의 표면품질 기준은 조질 압연후의 강판 표면 거칠기(조도)가 0.3 ~ 0.6㎛를 요구한다.

이는 표면 거칠기의 정도에 따라 광택도가 달라지기 때문이며 광택도는 표면 거칠기가 미세할수록 좋아지고, 같은 거칠기에서는 최대 표면 거칠기(Rmax)값이 작을수록 광택도 또한 증가한다. 즉 거칠기가 균일하고 낮을수록 광택도는 증가하며, 광택도 저하를 억제하기 위하여 평균 표면 거칠기 값을 하향시키면 후 공정 및 수요자의 가공 공정에서 문제가 발생하게 된다.

종래의 브라이트 냉연강판 제조공정은 도 1에 나타낸 바와 같이 열연공장에서 제조된 열연강판을 냉간 압연기(10)에 공급하여 냉간 압연하고 그를 압연유와 기타 오염물질을 제거하는 전해청정라인(20)에 공급하여 청정처리 한 후 연속 소둔로(30)에 공급하여 열 처리하고 그를 다시 1차 조질 압연설비(40)와 2차 조질 압연설비(50)를 거쳐 조질 압연이 순차적으로 실시함으로서 요구되는 조도와 광택도를 갖는 브라이트 냉연강판을 생산하게 되는 것이다.

상기와 같이 2회에 걸친 조질 압연으로 브라이트 냉연강판을 생산하는 이유는, 1회의 조질 압연만 실시하여 브라이트 냉연강판을 생산하게 되면 프레스 등을 이용하여 가공시, 강판 표면에 조 대립에 의한 오랜지 필(Orange feel:가공시 강판표면에 발생하는 귤 껍질과 같은 결함)발생으로 성형성이 불량해짐으로 2차에 걸친 조질 압연을 실시해야한다. 이와 같은 상기의 방법은 조질 압연이 2회 이상 이루어져야 하기 때문에 생산성저하와 원가 상승의 요인이 되는 문제점이 있었다.

따라서 근래에는 상기와 같은 문제점을 해소하고자 1.2% 연신율을 목표로 조질 압연을 하기 위하여 연신율 0.5%로 1차 조질압연을 실시하고, 이후에 2차 조질압연을 함으로써 기계적 성질에 영향을 주지 않으면서 강판표면의 조도를 좀더 미세하게 제어할 수 있도록 하는 방법인 특허출원 제1996-69647호가 제공되어 있다. 그러나 상기 방법역시 조질 압연을 2회 이상 실시하여야 함으로 생산성저하와 원가 상승의 요인이 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 열연작업에서 FGS(Ferrite Grain Size)No7 이상 관리로 혼립 조직을 제거, 그래인 사이즈가 큰 금속조직에서 고 연신에 의하여 발생하는 오랜지 필등 성형성 불량 문제를 해소하고 고 압하, 고 장력으로 전사 율을 향상시켜 1회의 조질 압연만으로 수요자의 요구 표면 광택도와 표면 조도를 만족시킬 수 있는 브라이트 냉연강판 제조방법을 제공함에 있다.

도 1은 종래의 브라이트 냉연강판 제조방법 공정을 나타낸 개략도,

도 2는 종래의 냉간 압연, 조질 압연에 사용된 워크 롤의 발췌도,

도 3은 본 발명에 따른 브라이트 냉연강판 제조방법 공정을 나타낸 개략도,

도 4는 본 발명에 따른 냉간 압연, 조질 압연에 사용된 워크 롤의 발췌도,

※도면의 주요부분에 대한 부호설명※

10 : 냉간 압연기

20 : 전해청정라인

30 : 연속 소둔로

40 : 1차 조질 압연설비

50 : 2차 조질 압연설비

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 브라이트 냉연강판 제조방법에 대한 특징적인 기술적 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 열연공정에서 FGS(Ferrite Grain Size)No7 이상으로 작업된 강판을 소둔 후 조질 압연 과정에서 Cr-코팅(Coating)된 조도 0.25 ~ 0.4㎛의 브라이트 워크롤을 사용하고 SPM(Skin Pass Mill)압하 량과, SPM 전,후 텐션(Tension)을 상향조정하여 고 연신 조건 상태에서 조질 압연작업을 하는 것에 의해서,

두께 1.122mm, 폭 923mm, 재질의 중 저탄소강 브라이트 냉연강판을 1차의 조질 압연으로 성형성, 표면거칠기 및 광택도를 확보한 브라이트 냉연강판을 생산하여 원가 경쟁력 향상 및 원활한 물량 공급으로 수요가 요구에 부응한 제품을 생산할 수 있도록 한 것이다.

상기와 같은 본 발명은 강판을 냉간 압연하고 그를 전해 청정처리 한 후 열처리하고 조질 압연하여 표면광택도 50이상. 조도 0.3∼0.6㎛를 확보하는 브라이트 냉연강판 제조방법에 있어서, 상기 조질 압연하는 롤은 조도 0.25∼0.4㎛의 크롬코팅된 브라이트 롤을 사용하여 압하 력 250∼300톤, 전단장력 4.5∼5.0톤, 후단장력 5.2∼5.7톤으로 연신율 3%이상이 되게 조질 압연을 1회 하여서 된 것이다.

상기와 같은 본 발명은 혼립조직을 제거하여 조질 압연 고 연신 작업 후에도 표면 조대립에 의한 가공시 오랜지 필 발생과 성형성 불량 방지를 위하여 열연공정에서 생산된 핫코일은 FGS No7 이상 관리가 요구되며 FGS와 그래인 사이즈(GRAIN SIZE)의 관계는 하기 표 1과 같다.

FGS No	5.5	6.0	6.5	7.0	7.5	8.0	8.5	9.0	9.5	10	10.5
크기(㎛)	55	45	38	32	27	22	19	16	13	11	9.4

상기에서 방법에서 3% 이상의 고 연신 작업을 해야 하는 이유는 조질 압연 1회로 목표조도를 확보하기 위해서는 전사율을 향상시켜야 하는데, 전사율 향상을 위해서 고 연신 작업이 필요하다.

상기 표 1에서 FGS No 7.0 이상은 그래인 사이즈 32 ㎛ 이하를 의미하는 것이며, 고 연신 작업 후 성형성을 확보하기 위해서는 FGS No 7 이상이 필요하다. 한편 냉연 중저 탄소강([C] 0.02%, [Mn] 0.25%, [B] 10 ppm)의 열연 조업조건에 따른 FGS는 다음 표 2와 같다.

CT온도 FDT온도	650℃	580℃
890℃	7.0∼7.5	7.5∼8.5
870℃	7.5∼8.0	8.5∼9.0

상기 결과로 FGS No 7 이상을 확보하기 위한 열연 조업조건은 CT 온도 650℃ 이하, FDT 온도 890℃ 이하가 요구되며, 이는 일반적인 열연작업으로 가능한 조건이다. 상기 조건으로 실 작업 후 벤딩 실험결과 성형성에 문제가 발생하지 않았다.

상기 그래인 사이즈 32㎛이하(FGS No 7이상)로 관리 후 조질 압연시 항복응력과 결정립과의 관계를 Hall-Petch식을 이용하여 설명하면

σ_{0 =}σ_i+ k'D^-1/2

σ₀= 인장항복응력

σ_i= 입내에서 전위의 이동을 방해하는 마찰응력

k' = 결정입계의 상대적인 강화기여도를 나타내는 상수

D = 결정립의 직경

으로 대부분의 결정질 재료의 항복강도는 결정립의 크기가 감소할수록 증가한다는 것을 나타내고 있다. 연성파괴가 일어날 때까지의 임의의 소성변형에서의 유동응력과 결정립의 크기 사이에도 Hall-Petch식이 성립하고, 취성 파괴응력과 결정립의 크기 또 피로강도와 결정립의 크기에도 이러한 관계가 성립한다.

상기 식에서 결정립이 작아지면 항복점 신율이 크게되어 고 연신 작업이 가능함을 알 수 있다.

본 발명은 열연공정에서 FGS No7 이상을 확보하여 Cr-코팅된 브라이트 워크 롤을 사용하고 그를 이용하여 도 4에 나타낸 바와 같이 조질 압연스텐드에서 0.25 ~ 0.4㎛의 워크롤 사용, 둘째 SPM 압하 250 ~ 300 TON, SPM 전단장력 4.5 ~ 5.0 TON, 후단장력 5.2 ~ 5.7 TON이 필요하며 1회의 고 연신(3% 이상) 조질 압연을 실시한 결과 하기 표 3과 같은 결과가 나왔다.

하기 표 3은 종래의 것과 본 발명의 것을 비교한 것이다.

구분	조도	광택도	비고
브라이트 일반 ROLL	0.35 ~ 0.48	30 ~ 35	광택도 낮음
브라이트 Cr-Coating ROLL	0.38 ~ 0.48	50 ~ 80	광택도 향상

한편 본 발명에서 추구하는 고 연신 작업을 위해서는 압연하중 250 TON 이상이 필요한데, 이는 사용하는 워크 롤의 조도가 0.25 ~ 0.4㎛인 브라이트 롤로서 피 가공물간의 마찰이 큰 만큼의 압연하중 증가가 필요하며, 250 TON 이하 작업시에는 재료의 항복응력을 제어하지 못하여 워크 롤과 피 가공물 사이에서 슬립(SLIP)이 발생되는 문제점이 있고 압연하중이 300 TON을 초과하면 재료의 항복응력 대비 고 압하가 발생하여 피 가공물의 중앙에 발생하는 인장응력과 가장자리에 발생하는 압축응력의 급속한 변화에 의해 피가공물 에지(EDGE)부분에 순간적으로 핀치트리 발생 등 품질불량이 발생하는 것이 실 조업에서 확인되었다.

또 SPM 전, 후단 장력도 조질 압연에서의 큰 변수로서 장력이 크면 연신율이 증가하고 형상제어에 유리하지만 과대 장력이 사용되면 조질 압연 후 시효에 의한 형상불량이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명이 추구하는 고 연신 작업을 위해서 SPM 전단장력 4.5 TON 이하 설정은 재료의 항복응력을 제어하지 못하여 워크 롤과 피 가공물 사이에서 슬립이 발생되는 것을 방지할 수 없으며 5.0 TON 이상 설정은 조질 압연 후 시효에 의한 형상불량이 우려되기 때문이다.

그리고 SPM 전단장력과 후단장력은 일반적으로 0.8:1 ~ 0.9:1 의 일정한 비율로 설계되어진다. 이것은 압연의 힘과 기하학적인 형상의 관계에서 후단의 장력이 높아야 압연이 이루어지며, 피 가공물의 조질 압연 후 연신율에 따라 SPM 후단 브라이들 롤의 스피드가 전단 브라이트 롤의 스피드보다 빨라짐으로 라인장력 밸런스를 유지하기 위해서 전, 후단 장력 비율이 주요한 변수가 된다.

본 발명이 추구하는 고 연신 작업에서 브라이트 롤의 슬립을 발생시키지 않고, 전사율을 향상시키는 가장 효율적인 장력비를 실 작업을 통하여 지속 테스트한 결과 전, 후단 장력 비율 0.86 : 1이 도출되어 후단장력을 전단장력과의 비율을 고려한 5.2 ~ 5.7 TON으로 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 브라이트 냉연강판 생산 요건을 실시 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

(실시예)

열연공정에서 FGS No 7 이상을 확보한 냉연강판을 도면 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 조질 압연스텐드에서 0.35㎛의 Cr-Coating 워크롤을 사용하여 고 연신 작업으로 조질 압연시 전사율을 향상시켜 1회 SPM으로 수요가 요구 표면거칠기 0.3 ~ 0.6㎛를 맞추기 위하여 연신율 목표를 3% 이상으로 설정하여 실 작업 테스트 결과 다음과 같이 도출되었다.

* CAL 조질 압연 실 작업 결과*

- 대표코일 NO : CP 3619 (STRIP 두께 1.122 mm, 폭 923 mm, 재질 중저 탄소강)

- 사용 워크롤: 조도 0.35㎛, Cr-Coating

- 소둔온도 HS 816, SS 813, RCS 430, OAS 429, SST 44, SS 적중율100%

- SPM 압하력 254.2 Ton, SPM 전단장력 4.5 TON, SPM 후단장력 5.2TON

-연신율 3.98%

1) 실 작업 TEST 결과 두께 변화치

- 소재 입측두께 : 1.122mm, 출측 제품두께 : 1.068mm, FCE 수축량 : 0.012mm

- SPM 입측두께 = 소재 입측두께 Fce 수축량 = 1.122 0.012 = 1.110 mm

- SPM 출측두께 = 제품두께 = 1.068 mm

2) 이론 연신율 계산공식 = ((SPM 출측속도 - SPM 입측속도)/ SPM 입측속도) * 100(%) = (1-SPM 출측두께 / SPM 입측두께) * 100(%) = (1- 1.068/1.110)*100 = 3.78%

▶ 이론연신율 3.78% 대비, 실 연신율3.98%로 LOSS량 감안 유사한 실적을 보임으로 상기 작업조건에서 고연신 작업이 이루어짐을 확인 가능하다.

3) 고 연신 작업에 의한 조질압연 전사율

- 냉간압연후 STRIP 표면조도: 0.81 ~ 1.01㎛

- CAL SPM 워크롤 조도: 0.35㎛

- 조질압연 1회후 STRIP 표면조도: 평균 0.42㎛

- 고연신 작업에 의한 조질압연 전사율: 120%

▶ 상기 실 작업 결과와 같이 상기 작업방법으로 작업시 고 연신 작업이 이루어져 조질압연 전사율을 향상시킴으로서 SPM 1회 작업으로 목표조도를 확보할 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 브라이트 냉연강판의 생산에 있어서, 성형성을 확보하기 위하여 FGS No 7 이상으로 생산된 열연 코일을 소둔 후 조질 압연 과정에서 Cr-Coating된 0.25 ~ 0.4㎛ 조도의 브라이트 워크롤을 이용하여 SPM 압하 210 ~ 250 TON, SPM 전단장력 4.0 ~ 4.5 TON, 후단장력 4.5 ~ 5.0 TON을 적용하는 고 연신 조질압연 작업을 1회만 함으로서 공정의 단축은 물론, 생산성을 높이고, 소비자가 요구하는 표면 거칠기 및 광택도를 확보할 수 있는 특유의 효과가 있다.

Claims (2)

1. 강판을 냉간 압연하고 그를 전해 청정처리 한 후 열처리하고 조질 압연하여 표면광택도 50이상. 조도 0.3∼0.6㎛를 확보하는 브라이트 냉연강판 제조방법에 있어서,

   상기 조질 압연하는 롤은 조도 0.25∼0.4㎛의 크롬 코팅된 브라이트 롤을 사용하여 압하 력 250∼300톤, 전단장력 4.5∼5.0톤, 후단장력 5.2∼5.7톤으로 고 연신 조질 압연을 1회 하여서 된 특징으로 하는 브라이트 냉연강판 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 조질 압연의 연신율은 3%이상 임을 특징으로 하는 브라이트 냉연강판 제조방법.