KR20060057538A - 이중-상 구조를 갖는 고온 압연 밴드를 제조하는 방법 및장치 - Google Patents

이중-상 구조를 갖는 고온 압연 밴드를 제조하는 방법 및장치 Download PDF

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볼프강 헨니크
틸만 뵈세르
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에스엠에스 데마그 악티엔게젤샤프트
아세리아 콤팍타 데 비즈카이아 에세.아.
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Abstract

본 발명의 목적은 연속 주조 및 압연 공장의 기존의 냉각구간에서도 두 개의
냉각단계로 고온 압연 밴드를 제어냉각하여 지역적 조건하에서 이중-상 강철을 제조할 수 있는 데에 있다. 상기 목적은, 정확히 정의된 한계 내에서 초기 강철의 화학 조성물을 구성하고, A3-100K < T최종 < A3-50K 범위의 최종 압연 밴드 온도(T최종)에서 300℃ 미만의(초기 마르텐사이트 온도 미만의) 권선(coiling) 밴드 온도(T권선)까지 두 단계로 냉각함으로써 달성되며, 상기 두 개의 냉각단계에서의 냉각속도(V1,2)는 30-150K/s,바람직하게는 50-90K/s 범위 내에 있다. 상기 제1 냉각단계는, 냉각곡선이 페라이트 범위에 진입할 때까지 수행된다. 이에 따라, 오스테나이트(austenite)를 페라이트로 변형함으로써 해제된 열은 상기 제2 냉각단계를 시작할 때까지 5초의 보류시간 동안 도달된 밴드 온도(T일정)를 등온으로 유지하는 데에 사용된다.
Figure 112005072446035-PCT00001
페라이트, 마르텐사이트, 가열밴드, 주조 압연 장치, 오스테나이트, 수냉그룹, 압연 갠트리, 냉각속도, 개폐가능한 밸브, 냉각 지지대

Description

이중-상 구조를 갖는 고온 압연 밴드를 제조하는 방법 및 장치{METHOD AND INSTALLATION FOR THE PRODUCTION OF HOT-ROLLED STRIP HAVING A DUAL-PHASE STRUCTURE}
본 발명은 페라이트(ferrite)와 마르텐사이트(martensite)로 이루어진 이중-상 구조를 갖는 가열밴드를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하기로는, 상기 마르텐사이트의 적어도 70%가 페라이트로 변형되고, 상기 열간 압연된 상태에서 시작하여, 간격을 두고 연속적으로 배치된 수냉그룹으로 이루어진 냉각구간에서 초기 마르텐사이트 온도 미만의 밴드온도에서 압연을 완료한 후에 2단계 제어 냉각이 수행되는 이중-상(dual-phase) 구조를 갖는 가열밴드를 제조하는 방법에 관한 것이다.
강철을 제어냉각하여 구조변형을 수행하는 것은 잘 알려져 있다. 즉, 이중-상 강철을 제조하기 위하여, 상기 제어냉각은 시간적으로 가열밴드를 변형한 후에 수행된다. 이때, 도달가능한 이중-상 구조를 조정하는 것은 실질적으로 설비기술적으로 가능한 냉각속도 및 상기 강철의 화학 조성물에 달려 있다. 이때, 여하간, 제1 냉각단계에서 적어도 70%의 충분한 페라이트 형성이 중요하다. 여기서, 상기 제1 냉각단계중 오스테나이트(austenite)가 펄라이트(perlite)단계에서 변형되는 것을 방지해야 한다.
상기 제1 냉각단계에 연결되는 제2 냉각단계의 냉각능력은, 권선(coiling) 온도가 초기 마르텐사이트 온도 미만이 되도록 커야 한다. 그 후에만, 이중-상 구조가 페라이트 및 마르텐사이트 성분을 사용하여 확실하게 형성된다.
잘 알려진 이중-상 강철을 제조하는 것은 낮은 밴드 속도 또는 충분히 큰 냉각구간에서 문제가 없다. 물론, 매우 높은 밴드 속도에서 상기 제2 냉각단계의 시작을 기존의 냉각구간에서 많이 연기하여 연속적인 마르텐사이트 형성이 불완전하게만 수행되거나 전체적으로 중단될 수 있다. 혼합 구조는 페라이트, 베이나이트(bainite), 및 마르텐사이트 일부로 형성된다. 상기 혼합 구조는 순수한 이중-상 구조의 원하는 기계적 특성에 도달하지 못한다.
EP 0 747 495 B1에는, 우수한 고정성을 갖는 강철판을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 상기 강철판은, 적어도 75 질량% 페라이트, 적어도 10 질량% 마르텐사이트, 및 경우에 따라서는 베이나이트, 및 잔량의 오스테나이트(austenite)로 이루어진 구조를 포함한다. 이에 따르면, 순수한 이중-상 강철의 구조가 중요하지 않다. 니오븀 합금된 강철이 합금(alloy)으로서 사용된다. 상기 강철을 제조하기 위하여, 열간 압연된 강철판이 냉각된다. 이때, 느린 냉각된 후에 신속한 냉각이 수행되거나 상기 느린 냉각 대신에 우선적으로 신속한 냉각이 언급된다. 상기 제1 냉각단계를 위해, 8-40초 냉각기간의 시간 내에서 2-15℃/s의 냉각속도가 Ar1-점 및 730℃ 사이의 최종온도까지 제공된다. 상기 제2 냉각단계는, 20-150℃/s의 냉각속 도로 300℃의 온도까지 안내된다. 상기 느린 냉각 대신에 언급된 신속한 냉각이 20-150℃/s의 냉각속도로 Ar3-점 미만까지 안내된다.
EP 1 108 072 B1에는, 이중-상 강철을 제조하는 방법이 개시된다. 여기서, 처음에는 천천히, 그 후 신속하게 수행되는 2단계 냉각을 포함하는 최종 압연 후에 70-90 질량% 페라이트 및 30-10 질량% 마르텐사이트로 이루어진 이중-상 구조가 도달된다. 상기 제1(느린) 냉각은, 간격을 두고 연속적으로 배치된 수냉지대를 통해서 가열밴드가 20-30K/s의 냉각속도로 정의되어 냉각되는 냉각구간에서 수행된다. 이때, 상기 냉각은, 페라이트 형성이 신속하게 수행될 수 있는 높은 온도를 가지고 페라이트 영역에 도달하도록 냉각곡선이 조정된다. 상기 제1 냉각은, 상기 또다른(신속한) 냉각이 직접 그리고 보류시간없이 연결되기 전에, 오스테나이트의 적어도 70%가 페라이트로 변형될 때까지 계속된다.
전술한 이중-상 구조를 제조하는 여러 가능성을 보여주는 종래기술로부터, 본 발명의 목적은, 주어진 장소적 그리고 시간적 제한을 가지고 종래의 주조 압연 장치에서 이중-상 구조를 포함하는 가열밴드를 제조할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 데에 있다. 이러한 장치의 냉각구간은, 전체길이가 일반적으로 50m를 초과하지 않으며 콤팩트(compact)한 냉각이 수행되지 않는 것을 특징으로 한다.
상기 목적은, 청구항 1항의 특징들을 갖는 방법, 즉, 주조 압연 장치의 냉각구간에서 우수한 기계적 고정성 및 우수한 변형능력(600MPa 이상의 인장 고정성, 적어도 25%의 파열 팽창력)을 갖는 70 내지 95 질량% 페라이트 및 30 내지 5 질량% 마르텐사이트로 이루어진 이중-상 구조를 포함하는 가열밴드를 제조하기 위하여, 0.01-0.08 질량% 탄소, 0.9 질량% 실리콘, 0.5-1.6 질량% 망간, 1.2 질량% 알루미늄, 0.3-1.2 질량% 크롬, 잔량의 철 및 일반적인 첨가원소에 의해 정의되는 화학 조성물로 이루어진 강철이 사용되며, 상기 방법은, A3-100K < T최종 < A3-50K 범위의 최종 압연 밴드 온도(T최종)에서 300℃ 미만의(초기 마르텐사이트 온도 미만의) 권선(coiling) 밴드 온도(T권선)까지 상기 2단계 제어 냉각을 수행하는 단계로서, 상기 두 개의 냉각단계에서의 냉각속도(V1 ,2)는 30-150K/s,바람직하게는 50-90K/s 범위 내에 있는 상기 2단계 제어 냉각을 수행하는 단계; 및 냉각곡선이 상기 페라이트 영역에 진입할 때까지 상기 제1 냉각단계를 수행하고, 그 후 오스테나이트(austenite)를 페라이트로 변형함으로써 해제된 변형 열을, 상기 제2 냉각단계를 시작할 때까지 5초의 보류시간 동안 도달된 밴드 온도(T일정)를 등온으로 유지하는 데에 사용하는 단계로 이루어짐으로써 달성된다.
기존의 주조 압연 장치에서 종래의 냉각구간의 짧은 길이에 기초하여, 이중-상 구조를 갖는 가열밴드는 특정한 냉각기법에 의해서만 제조될 수 있다. 이러한 냉각기법이 수행될 수 있도록, 사용될 짧은 냉각 전체시간 내에서 원하는 변형도에 도달하기 위하여 청구항 1항에 열거된 바와 같은 화학 조성물의 소정의 한계값을 유지하는 것이 반드시 필요하다.
이때, 상기 냉각기법은 선택적으로 서로 다른 냉각속도를 갖는 2단계 냉각을 제공한다. 상기 2단계 냉각은 최대 5초의 등온 보류시간 내내 중단된다. 상기 제1 냉각단계의 종료에 해당하는 보류시간의 시작은, 냉각곡선이 페라이트 영역에 진입하거나 오스테나이트가 페라이트로 변형되기 시작함으로써 결정된다. 상기 최대 5초의 짧은, 등온적 냉각시간 내에, 온도를 일정한 값으로 유지하기 위하여 해제된 변형 열이 사용되고 피할 수 없는 공기냉각이 보상되는 동안에, 상기 오스테나이트가 적어도 70% 페라이트로 생성된다. 상기 보류시간에 이어서, 직접 상기 제2 냉각단계가 300℃ 미만의 온도로 상기 가열밴드를 냉각함으로써 수행된다. 상기 온도가 초기 마르텐사이트 온도 미만이기 때문에, 상기 냉각에서 상기 제2 구조 성분의 마르텐사이트를 사용하여 원하는 높이가 달성된다.
짧은 보류시간을 수행하는 것 외에도, 상기 냉각기법은 두 가지 냉각단계에 대해 정확하게 정의된 소정의 냉각속도에 의해 결정된다. 상기 냉각속도(V)는, 상기 가열밴드 기하학적 구조 및 상기 사용된 강철의 화학 조성물에 따라서 30-150K/s, 바람직하게는 50-90K/s이다. 상기 냉각속도를 위해서, 주조 압연 장치의 종래의 냉각구간에서 사용될 짧은 시간 때문에 30K/s보다 작은 냉각속도가 불가능한 반면에, 이러한 냉각구간에서 150K/s보다 큰 냉각속도는 마찬가지로 도달될 수 없음을 알 수 있다.
종래기술에 따른 이중-상 가열밴드를 제조하는 방법에 비해, 본 발명에 따른 방법은, 최종 강철의 화학 조성물이 차이나는 점을 제외하고 하기와 같이 특징지워진다.
a) 최종 압연 온도가 명백히 A3 온도 미만이며,
b) 상기 제2 냉각단계에서 300℃ 미만의 온도에 이르기까지 냉각되며,
c) 상기 냉각속도는 150K/s 미만이고 30K/s 초과이며,
d) 상기 두 가지 냉각단계 사이에는 최대 5초의, 매우 짧은 보류시간이 존재하며, 상기 보류시간에는 냉각이 수행되지 않으며,
e) 페라이트로의 변형이 등온적으로 수행된다.
본 발명에 따른 상기 방법을 수행하는 장치는, 주조 압연 장치의 최종 압연 갠트리(gantry) 뒤에 배치된 일반적인 냉각구간이 간격을 두고 연속적으로 배치된, 수냉 지지대를 구비하는 제어가능한 수냉그룹을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 각각의 냉각그룹에 존재하는 냉각 지지대는, 상기 가열밴드의 밴드 상측 및 밴드 하측을 균일하게 소정의 물의 양을 사용하여 움직이도록 배치된다. 상기 전체 물의 양은, 개개의 냉각 지지대가 압연 동작 중에 연결 또는 차단되면서 조정가능하다. 상기 연결된 수냉 지지대의 수 및 배치는 상기 전체 냉각구간을 조정될 냉각조건에 최적으로 조정하기 위하여 가변적으로 조정될 수 있다.
도 1은 가열밴드의 시간-온도 냉각곡선을 도시하고,
도 2는 6개의 갠트리를 포함한 주조 압연 장치 내의 냉각구간의 레이아웃을 나타내며,
도 3은 7개의 갠트리를 포함한 주조 압연 장치 내의 냉각구간의 레이아웃을 나타낸다.
이하, 본 발명의 또다른 세부사항, 특징들 및 특성들은 개략적인 도면에 도시된 실시예에서 상세히 설명될 것이다.
도 1에는 가열밴드의 시간-온도 진행을 나타내는 냉각곡선이 예시적으로 도시되어 있다. 상기 가열밴드는 본 발명에 따른 방법에 따라 유출 압연 과정중에 냉각구간(1)에서 냉각된다. 상기 가열밴드는 0.06 질량% 탄소, 0.1 질량% 실리콘, 1.2 질량% 망간, 0.015 질량% 인, 0.06 질량% 황, 00.036 질량% 알루미늄, 0.15 질량% 구리, 0.054 질량% 니켈, 0.71 질량% 크롬, 잔량의 철 및 일반적인 첨가원소에 의해 정의되는 화학 조성물로 이루어진다. 상기 가열밴드는, 54K/s의 냉각속도(V1)를 갖는 제1 냉각단계에서 800℃의 조정된 최종 압연 온도로부터, 상기 냉각곡선이 상기 페라이트 영역으로 진입하는 670℃의 가열밴드의 온도까지 냉각된다. 대략 4초의 보류시간동안, 84K/s의 냉각속도(V2)를 갖는 제2 냉각단계에서 300℃ 미만의 밴드 온도(대략 250℃ 권선온도)까지 완전히 냉각되기 전에 상기 가열밴드 온도는 상기 보류온도(T일정)에 머문다. 적어도 70 질량% 페라이트 및 20 질량% 미만의 마르텐사이트로 이루어진, 원하는 영역 내의 이중-상 구조를 포함하는 상기 방법에 따라 제조된 가열밴드에서, 실험결과 0.52의 구간 한계비와 결합하여 620MPa의 인장 고정성이 검출된다.
도 2에는, 종래기술에 따른 주조 압연 장치에서 본 발명에 따라 형성된 냉각 구간(1)의 레이아웃이 예시적으로 도시되어 있다. 상기 가열밴드(10)로부터 운반방향(8)으로 통과하는 냉각구간(1)은 마지막 최종 갠트리(gantry)(2)와 권선(5) 사이에 존재한다. 상기 마지막 최종 갠트리(2)와 제1 수냉그룹(31) 사이에는 상기 냉각구간(1)으로 진행하는 가열밴드(10)의 온도를 제어하기 위한 온도 측정 위치(6)가 존재한다. 상기 냉각구간(1)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 전부 8개의 냉각그룹(31-7, 4)으로 이루어진다. 이때, 상기 마지막 냉각그룹은 주로 균형지대(4)로서 구현된다. 일반적으로, 각각의 주조 압연 장치에 따라서 6개 내지 9개 냉각그룹들은 종래기술에 따른 냉각구간에 속한다.
도 2에 도시된 예에서, 6개의 갠트리 주조 압연 장치용 냉각구간의 전형적인 레이아웃이 도시되어 있으며, 이는, 상기 냉각그룹(37, 4) 사이의 간격에서 알 수 있다. 7개의 갠트리 최종 경로로의 추후의 개조는, 예를 들어, 상기 제1 냉각그룹
(냉각지대)(31)이 뒤로 상기 냉각그룹(37, 4) 사이의 구조적 간격으로 이동되는 경우에만 달성될 수 있다. 이 경우, 도 3의 냉각구간(1')의 레이아웃이 형성된다. 상기 레이아웃은, 상기 냉각그룹(37, 4) 사이의 구조적 간격이 끊기는 점에 의해서만 도 2의 냉각구간(1)의 레이아웃과 차이난다. 따라서, 도 3에 도시된 개개의 구조부 및 구조그룹의 참조부호는 도 2의 상응하는 참조부호에 해당된다. 상기 제1 냉각그룹(31')이 예외인데, 상기 냉각그룹의 상부 냉각 지지대는 도 2의 상기 냉각그룹(31)의 냉각 지지대와는 달리, 상기 냉각그룹(32-37)의 일반적 길이로 형성된다.
일반적으로, 각각의 냉각그룹은 상측 및 하측에 각각 4개의 냉각 지지대들을 구비한다. 각각의 냉각 지지대는, 밴드 상측(10') 및 밴드 하측(10")을 냉각하기 위한 수관에 대한 두 개의 라인으로 이루어진다. 도 2에 도시된 냉각그룹(31)은, 냉각 지지대 주위의 상측에 대한 공간상의 이유로 냉각되는 것이 바람직하다.
냉각지주 당 하나의 개폐가능한 밸브(7)를 구비하는 선두의 냉각그룹들(31-7)과는 달리, 각각의 지지대에 대한 균형지대(4)는 두 개의 밸브(7)를 구비한다. 이는, 상기 균형지대(4)에는 냉각관에 대한 각각의 라인이 제어될 수 있고 따라서 물의 양이 보다 미세하게 제어될 수 있음을 의미한다.
압연된 최종 밴드 두께에 따라서 상기 최종 경로로부터 상기 밴드의 유출속도가 변한다. 이에 상응하여, 밴드 특성을 조정하기 위해 필요한 시간-온도 안내를 조정하기 위하여 상기 냉각구간의 주행방식이 조정되어야 한다. 예를 들어, 3mm의 밴드 두께에 대해서, 상기 냉각그룹들(31, 32)을 포함하는 상기 필요한 제1 냉각단계가 도달하는 반면에, 상기 냉각그룹들(35, 36, 37, 4)을 포함하는 상기 제2 냉각단계가 실현된다. 2.0mm 최종밴드에서는, 상기 변경된 부수적 조건에 기초하여, 상기 제2 냉각단계에 대해서 단지 상기 냉각그룹들(36, 37, 4)만이 사용된다.
[참조부호 목록]
1 : 냉각구간 2 : 마지막 최종 갠트리
31-7 : 수냉그룹 4 : 수냉그룹(균형지대)
5 : 권선 6 : 온도 측정 위치
7 : 개폐가능한 밸브 8 : 운반방향
10 : 가열밴드 10': 밴드 상측
10" : 밴드 하측 V1 : 제1 냉각단계의 냉각속도
V2 : 제2 냉각단계의 냉각속도
T최종 : 마지막 최종 갠트리의 밴드 온도
T일정 : 보류시간 후의 밴드 온도
T권선 : 냉각 종료 후의 밴드 온도 (권선 온도)

Claims (4)

  1. 페라이트와 마르텐사이트로 이루어진 이중-상 구조를 갖는 가열밴드(10)를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 마르텐사이트의 적어도 70%가 페라이트로 변형되고,
    상기 열간 압연된 상태에서 시작하여, 간격을 두고 연속적으로 배치된 수냉그룹(31-7, 4)으로 이루어진 냉각구간(1, 1')에서 초기 마르텐사이트 온도 미만의 밴드온도에서 압연을 완료한 후에 2단계 제어 냉각이 수행되며,
    주조 압연 장치의 냉각구간에서 우수한 기계적 고정성 및 우수한 변형능력(600MPa 이상의 인장 고정성, 적어도 25%의 파열 팽창력)을 갖는 70 내지 95 질량% 페라이트 및 30 내지 5 질량% 마르텐사이트로 이루어진 이중-상 구조를 포함하는 가열밴드를 제조하기 위하여, 0.01-0.08 질량% 탄소, 0.9 질량% 실리콘, 0.5-1.6 질량% 망간, 1.2 질량% 알루미늄, 0.3-1.2 질량% 크롬, 잔량의 철 및 일반적인 첨가원소에 의해 정의되는 화학 조성물로 이루어진 강철이 사용되며,
    상기 방법은,
    a) A3-100K < T최종 < A3-50K 범위의 최종 압연 밴드 온도(T최종)에서 300℃ 미만의(초기 마르텐사이트 온도 미만의) 권선 밴드 온도(T권선)까지 상기 2단계 제어 냉각을 수행하는 단계로서, 상기 두 개의 냉각단계에서의 냉각속도(V1 ,2)는 30-150K/s,바람직하게는 50-90K/s 범위 내에 있는 상기 2단계 제어 냉각을 수행하는 단계; 및
    b) 냉각곡선이 상기 페라이트 영역에 진입할 때까지 상기 제1 냉각단계를 수행하고, 그 후 오스테나이트를 페라이트로 변형함으로써 해제된 변형 열을, 상기 제2 냉각단계를 시작할 때까지 5초의 보류시간 동안 도달된 밴드 온도(T일정)를 등온으로 유지하는 데에 사용하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중-상 구조를 갖는 가열밴드를 제조하는 방법.
  2. 열간 압연된 상태에서 시작하여, 간격을 두고 연속적으로 배치된 다수의 수냉그룹(31-7, 4)으로 이루어지며 마지막 최종 압연 갠트리(2) 뒤에 배치된 냉각구간(1, 1')을 포함하는 이중-상 구조를 갖는 가열밴드(10)를 제조하는, 제1항에 따른 방법을 수행하기 위한 주조 압연 장치에 있어서,
    상기 냉각구간(1, 1')은 기존의 주조 압연 장치에서 일반적 길이(50m 미만)를 가지며,
    상기 전체 냉각구간의 적절한 주행방식에 의하여 밴드 두께 및 밴드 속도에 따라서 각각의 냉각단계에 필요한 냉각속도(V1 ,2)가 조정되고 상기 두 개의 냉각단계 사이의 밴드 온도(T일정)에 필요한 보류시간이 실현될 수 있도록, 상기 냉각구간(1, 1') 내부에는 상응하는 수의 제어가능한 수냉그룹(31-7, 4)이 배치되는 것을 특징으로 하는 이중-상 구조를 갖는 가열밴드를 제조하는 주조 압연 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 각각의 수냉그룹(31-7, 4)은 개폐가능한 밸브(7)를 사용하여 제어가능한 다수의 냉각 지지대를 포함하며,
    상기 냉각 지지대는, 상기 통과하는 가열밴드(10)의 밴드 상측(10') 및 밴드 하측(10")을 균일하게 소정의 물의 양을 사용하여 움직이도록 배치되며,
    상기 밴드 상측(10') 및 상기 밴드 하측(10")에 대한 물의 양도 서로 조정할 수 있는 것을 특징으로 하는 이중-상 구조를 갖는 가열밴드를 제조하는 주조 압연 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 밴드 상측(10') 및 상기 밴드 하측(10")을 냉각하기 위한 상기 마지막 수냉그룹(4)은, 상기 물의 양을 보다 정확하게 조정하기 위하여
    4개의 냉각 지지대에 대해서 각각 8개의 개폐가능한 밸브들(7)을 상부 및 하부에 구비하는 것을 특징으로 하는 이중-상 구조를 갖는 가열밴드를 제조하는 주조 압연 장치.
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