KR20080089362A - 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 페라이트 조직의 냉연 스트립을 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법에 따르면, 냉각 중에 페라이트 조직을 형성하는 용강을 주조 스트립으로 주조하고, 필요한 경우에 주조 스트립을 연속 라인 내에서 열연하고, 열연 스트립을 권취하고, 하나 이상의 단계로 냉연하여 냉연 스트립을 형성한다. 이러한 유형의 방법은 냉간 성형 공정 중에 귤피 현상 또는 리징의 발생 위험성이 최소화된 냉간 스트립을 제조할 수 있게 한다. 이를 달성하기 위하여, 주조 공정과 권취 공정 사이에서 스트립을 1180℃ 이상의 개시 온도부터 1000℃의 최대 중간 온도까지 150℃/초 이상의 냉각 속도로 냉각한 후에 900℃와 1000℃ 사이의 유지 온도에서 10초 이상 유지한다.

페라이트, 냉연 스트립, 냉각, 중간 온도, 리징, 귤피

Description

페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING A COLD-ROLLED STRIP WITH A FERRITIC STRUCTURE}

본 발명은 페라이트 조직의 냉연 스트립을 제조하는 방법에 관한 것으로, 냉각 중에 페라이트 조직을 형성하는 용강을 주조하여 주조 스트립을 제조하고, 필요한 경우에 주조 스트립을 연속 라인 내에서(in-line) 열연하고, 열연 스트립을 권취하고, 1회 이상 단계로 냉연하여 냉연 스트립을 형성하는 냉연 스트립 제조 방법에 관한 것이다.

Ni이 고가이기 때문에, 세계적으로 오스테나이트 스테인리스강이 페라이트 스테인리스강으로 점차 대체되고 있으며, 페라이트 스테인리스강은 전형적으로 생산 관련 수반 원소(production-related companion element)로서만 Ni을 함유한다. 이를 가능하게 하는 서두에 기재된 유형의 방법이 예를 들면 유럽 특허공보 제EP 0881 305 B1호에 의해 공지되어 있다. 종래 기술에 따르면, (중량%로) 최대 0.12% C, 최대 1% Mn, 최대 1% Si, 최대 0.04% P, 최대 0.030% S, 16% ~ 18% Cr 및 잔부로서의 Fe와 불가피한 불순물을 함유하는 페라이트 스테인리스강을 쌍롤 주조기(twin roll casting machine)의 롤들 사이에 형성된 주조 간극(casting gap) 내로 주조하여 스트립을 제조한다. 그 후, 스트립을 냉각하고, 냉각 공정 중에 오스 테나이트-페라이트 변태 영역 내에서 스트립을 유지하는 것을 피하도록 한다. 냉각 후에, 스트립을 600℃와 마르텐사이트 변태 온도 사이의 온도에서 권취한다.

그 후, 권취 스트립을 200℃와 대기 온도(ambient temperature) 사이의 온도까지 최대 300℃/시간의 속도로 냉각한다. 마지막으로, 권취 스트립을 널리 공지되어 있는 바와 같은 배치식(batch type)으로 소둔한다.

통상적으로 페라이트 강판의 제조를 위해 채용하는 슬라브 연속 주조에 의한 방법에서는, 우선 슬라브의 표면을 성형하고 슬라브를 재가열한 후에, 슬라브를 열연기(hot strip mill)로 열연하여 열연 스트립을 제조하고 나서 코일로 권취한다. 이와 같이 얻은 열연 스트립을 바로 소둔하고 산세(pickling)하고 여러 패스로 냉연한다. 마지막으로, 냉연 스트립을 통상적으로 광택 소둔하고 조질 압연(skin-pass rolling)한다.

열연 스트립을 제조하기 위하여 전술한 어떤 방법을 사용하든지 간에, 17% 정도의 Cr을 함유하는 페라이트 스테인리스강으로 제조한 냉연 스트립의 문제점은, 그 후의 냉간 가공 특히 디프-드로잉 중에 리징(ridging) 또는 귤피(orange peel) 현상이 발생할 수 있다는 것이다. 여기서 리징은 매우 현저한 선형 표면 결함을 의미하고, 페라이트 크롬강의 경우에는 이 표면 결함이 압연 방향으로 정렬된다. 반면에, “귤피”로서 표현된 표면 결함은 방향성이 없고 거친 표면 외관이 특징이다.

공지된 생산 공정들 중 하나에 의하여 제조한 열연 스트립을 각 냉연 패스들 사이에 중간 소둔하면, 비용이 추가되기는 하나, 리징 또는 귤피 현상의 발생을 방 지할 수 있다. 그러나, 이러한 고비용의 소둔 단계는 생산비의 증가로 이어지고, 그 결과 오스테나이트 스테인리스강으로 제조된 동종 재료에 비하여 페라이트 스테인리스강 스트립의 시장 가격이 증가하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 냉간 성형 공정 중의 귤피 또는 리징 결함 발생의 위험성이 최소화된 페라이트 스테인리스강으로 제조한 냉연 스트립을 제공하는 것이다.

이러한 목적은, 서두에 기재된 유형의 방법에 있어서, 본 발명에 따라 주조 공정과 권취 공정 사이에서 주조 스트립을 1180℃ 이상의 개시 온도부터 최대 1000℃의 중간 온도(intermediate temperature)까지 적어도 150℃/초의 냉각 속도로 냉각한 후에 900℃ 내지 1000℃ 사이의 유지 온도에서 적어도 10초 동안 유지하는 점에 의하여 달성된다.

고강도 냉각(high-intensity cooling)의 실용적인 개시 온도는 전형적으로 1180℃ 내지 1270℃의 범위이고, 특히 1200℃ 내지 1250℃의 범위이다. 최소 온도 1180℃가 달성되지 않으면, 스트립의 가장자리에 이미 다량의 오스테나이트가 생성될 수 있고, 따라서 본 발명에 따른 방법이 성공적으로 이루어질 수 없게 된다.

페라이트 조직을 형성하는 10 중량% ~ 18 중량% Cr 함유 스테인리스강종에 속하고 페라이트로부터 시작한 냉각 중에 오스테나이트로의 변태와 그 후 다시 페라이트로의 변태가 전혀 일어나지 않는 종래의 강이 본 발명에 따른 방법을 실시하기에 특히 적합하다.

그러한 강은, Fe와 불가피한 불순물 이외에, 전형적으로, 중량%로 0.08% 이하 C, 10% ~ 18% Cr, 1% 이하 Si, 1.5% 이하 Mn, 1% 이하 Ni, 0.04% 이하 P 및 0.015% 이하 S를 함유한다. 여기서 존재할 수 있는 Ni 함량은 야금학적인 목적의 첨가량이 아니고, 생산 공정 중에 기인하여 Ni 함유 주조 레이들(foundry ladle), 전로(converter) 또는 노를 통해 용강에 혼입된 양이다. 전형적으로 본 발명에 따라 처리된 강의 Ni 함량은 0.7 중량% 내지 0.8 중량%의 범위이다.

스트립 주조, 급속 냉각 및 950±50℃ 특히 950±20℃ 범위의 온도에서 최소 10초의 충분한 시간에 걸쳐서 주조 스트립을 유지하는 공정의 조합은 본 발명에 따른 방법의 유효성에 있어서 중요하다. 경이롭게도, 본 발명에 따라 열적 처리된 동종의 주조 스트립으로 제조한 냉연 스트립에 대하여, 냉연 단계들 사이에 고비용의 중간 소둔을 하지 않더라도, 냉연 스트립의 냉간 성형 중에 리징이나 귤피 현상이 모두 발생하지 않는다는 점이 밝혀졌다.

본 발명에 따라 사용되는 강 합금은 스트립 주조 공정 중에 초기에 페라이트로 응고한다. 응고된 스트립을 냉각시키면, 페라이트는 1200℃와 800℃ 사이에서 부분적으로 오스테나이트로 변태한다. 그 이유는 열역학적으로 페라이트 내의 탄소의 고용도(solubility)가 매우 작고 온도에 따라 감소하기 때문이다. 탄소를 흡수할 수도 있는 탄화물은 900℃ 이하의 온도에서 형성될 뿐이다. 반면에 오스테나이트 내의 탄소의 고용도는 실질적으로 더 크다.

통상의 냉각 중에, 페라이트 내의 탄소가 급속히 확산하고 결정립 내부로부터 가장자리로 이동할 수 있으므로, 오스테나이트는 결정립계에만 형성된다. 따라서, 페라이트 결정립계는 오스테나이트에 의해 점유된다. 900℃ 미만의 온도에서 탄화물이 형성되면, 바로 결정립계에서의 오스테나이트 양이 감소한다. 그러나 탄화물 형성은 비교적 서서히 진행하므로 완전히 일어나지는 않으며, 따라서 오스테나이트 잔부(austenite residue)가 잔존하고 그 후에 200℃ ~ 300℃의 온도 범위에서 마르텐사이트로 변태한다. 따라서 통상의 가공 방법에 있어서 결정립계에 잔존하는 잔류 오스테나이트(residual austenite)는 조대한 주조 조직을 생성한다.

본 발명이 기초로 하는 기술 사상은, 오스테나이트 양이 최대가 되는 대략의 온도(950℃±50℃, 특히 950℃±20℃)까지 매우 급속히 냉각시키는 것이다. 이러한 방식으로, 결정립계에서의 오스테나이트 형성이 최소화하는데, 그 이유는 이 경우에 짧은 냉각 시간 동안에 탄소와 치환형 원소(Cr, Ni, Mn 등)만에 대해서는 이동하는 확산 거리가 충분하지 않기 때문이다.

동시에, 오스테나이트 형성을 일으키는 힘은 대략 950℃의 유지 온도 범위에서 최대이고, 온도 의존성 확산 계수가 작으므로 오스테나이트립(austenite particle)이 핵생성에 의해 결정립 내에 형성된다. 실질적으로 감소한 확산 계수에 의하여, 각 합금에 함유된 치환형 원소의 분포는 변화하지 않거나 변화 정도가 미약하다(의사-평형)(para-equilibrium). 동시에 탄소 과포화(supersaturation)가 감소한다.

본 발명에 따른 방식으로 주조 스트립 재료를 이 온도에서 최소 10초 바람직하게는 최소 20초 동안 유지하면, 오스테나이트립이 결정립 내에서 조직 결함에 석출하기 시작한다. 원래의 주조 조직을 파괴하는 새로운 결정립은 페라이트 기지(ferritic matrix) 내에서 발달한다. 유지 시간이 길어지면, 입자 밀도가 증가한다. 이러한 석출 기구에 의하여 결정립 미세화가 일어나고, 그 결과 본 발명에 따라 제조한 냉연 스트립은 리징과 귤피 형성에 둔감해진다.

본 발명에 따른 주조 스트립의 고강도 냉각 중에 냉각 속도가 클수록, 본 발명에서 의도하는 바와 같이, 오스테나이트 형성이 더욱 신뢰성 있게 억제된다. 따라서 원론적으로는 가급적 냉각 속도를 크게 하여야 한다. 그러나, 이와 관련된 실제 실험에서는, 본 발명에서 이용되는 효과가 150℃/초 ~ 250℃/초의 냉각 속도에서 신뢰성 있게 나타난다는 점이 확인되었다.

전술한 본 발명에 따른 기본적인 방법에 기초하여, 각 경우에 제조되는 냉연 스트립의 바람직한 특징적인 조합, 각 경우에 얻어지는 주조 스트립의 열간 성형 거동, 이용 가능한 설비 기술(plant technology) 또는 조업 관리(operating logistics)의 요건에 따라 선택할 수 있는 본 발명의 다양한 변형 실시예가 가능하다. 따라서, 예를 들면 고강도 냉각을 우선 실시한 후에, (페라이트 영역 내의 1200℃ 초과 온도에서) 열연 또는 초기 압연(initial rolling)을 실시하고 나서 급속 냉각을 실시할 수 있다. 또한, 1200℃와 800℃ 사이의 2상 영역(two-phase range)을 매우 신속히 통과하도록 할 수도 있다. 이 때 오스테나이트는 초기에 형성되지 않으나, 탄소로 과포화된 페라이트가 동결 상태가 된다. 800℃ 미만의 온도부터 유지 온도까지 급속히 가열을 실시하면, 결정립 내부에 오스테나이트가 다시 형성된다. 특히, 이 경우에 유지 온도까지의 급속 재가열이 조업 결과에 바람직한 영향을 미친다. 가열을 너무 서서히 실시하면, 결정립계에 바람직하지 않은 오스테나이트가 형성되면서 탄소 확산에 의해 결정립 내의 탄소 과포화가 감소하며, 그에 따라 최종적으로는 원래의 주조 조직이 고정된다. 또한, 800℃ ~ 900의 온도 범위에서의 장시간 유지도 피하여야 하는데, 그 이유는 이 온도 범위에서 탄화물 형성에 의하여 대략 100초 후에 탄소 과포화도가 감소한다는 점이 실제 실험에 의하여 입증되었기 때문이다.

냉각 중에 온도가 500℃ 미만에 도달, 예를 들어 대기 온도에 도달하면, 탄화물은 더 이상 형성될 수 없다. 반면에, 과포화 페라이트를 동결하고 그 후 불연속적 공정으로(off-line) 950℃까지 급속히 재가열함으로써 결정립 내부에 오스테나이트립을 형성할 수 있다.

본 발명에 기초하여 주조 스트립을 본 발명에 따른 고강도 냉각 중에 900℃ ~ 1000℃의 중간 온도까지 냉각함으로써, 본 발명에서 중요시하는 온도에 직접적으로 급속히 도달하게 된다.

실제 실험에 의하면, 주조 공정과 권취 공정 사이의 열연을 생략한 상태에서, 본 발명에 따른 중간 온도로의 급속 냉각과, 주조 공정과 권취 공정 사이에서 유지 온도에서의 유지는, 그와 같은 방법에 의해서도, 얻어진 냉연 스트립의 리징과 귤피 형성의 둔감성에 바람직한 영향을 미친다. 그러나, 쌍롤 주조기에 의해 종래의 방식으로 제조한 동종 주조 스트립의 경우에, 미세조직 형성과 분포 특성의 균일성의 관점에서, 스트립 주조 공정과 권취 공정 사이에 스트립을 적어도 1 패스 열연하는 것이 일반적이다. 오스테나이트립의 밀도와 석출 속도는 열간 변형에 의 해서 증가하는데, 그 이유는 미세조직 내로 조직 결함이 도입되기 때문이다. 이러한 결정립 미세화 기구의 이용은 변형 조건과 냉각 및 가열 속도의 최적의 선택에 주로 의존한다. 원론적으로, 급속 가열 또는 냉각은 얇은 스트립에 대하여 달성될 수 있을 뿐이다. 따라서, 본 발명에 따른 방식으로 주조하여 제조한 스트립은 그러한 가공 열처리(thermo-mechanical treatment)에 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 방법으로 열연을 실시할 경우, 우선 스트립을 1mm ~ 5mm, 특히 2mm ~ 3mm의 두께로 주조한 후에 연속-라인에서 주조 스트립을 패스당 5% ~ 60% 특히 10% ~ 40%의 압하율로 열연하는 것이 바람직하다. 이 경우 본 발명에 따른 방법의 작용은, 필요에 따라 실시한 열연에 대하여 스트립의 온도 제어가 선택될 수 있도록 하고, 따라서 각 경우에 처리된 강의 연성 거동(ductile behavior) 또는 얻어진 스트립의 바람직한 특성 조합에 최적으로 부합되는 온도 조건이 열연 중에 형성된다.

따라서, 본 발명에 따른 방법에서는 이하에서와 같이 열연을 포함하는 변형 실시예가 가능하다.

변형 실시예 1:

- 주조 스트립을 주조;

- 1180℃ 이상, 전형적으로 1180℃ ~ 1270의 열연 온도에서 스트립을 열연(열연 공정 중에 주조 스트립의 초기 냉각이 발생);

- 열연 직후에 900℃ ~ 1000℃의 온도(이 온도는 중간 온도와 유지 온도와 동일)까지 적어도 150℃/초의 냉각 속도로 냉각;

- 900℃ ~ 1000℃ 사이, 특히 950℃±20℃의 적정 온도에서 적어도 10초 동안 스트립을 유지.

본 발명에 따른 방법의 제1 변형 실시예와 관련하여, 열연 후에 본 발명에 따른 냉각과 스트립의 유지를 실시할 뿐이다. 동시에 이 경우에, 열연 후에 가급적 속히, 실질적으로 최종 열연 스탠드(hot-rolling stand)를 떠난 후 3초 내에 특히 1초 내에, 냉각을 개시하여야 한다. 이러한 방식으로 스트립의 주조 열(casting heat)은 열연 단계로 직접 전달될 수 있고, 따라서 높은 열연 온도가 가능할 뿐만 아니라, 스트립의 온도 제어에 필요한 에너지 소모도 최소로 감소한다.

변형 실시예 2:

- 주조 스트립을 주조;

- 900℃ ~ 1000℃의 중간 온도까지 적어도 150℃/초의 냉각 속도로 냉각;

- 중간 온도에서 스트립을 열연;

- 900℃ ~ 1000℃ 사이, 특히 실질적으로 중간 온도와 동일한 온도 또는 950℃±20℃에 달하는 온도에서 적어도 10초 동안 스트립을 유지.

본 발명의 이 변형 실시예에서는, 열연 전에 중간 온도까지 냉각을 실시하고, 주조 스트립을 열연한 후에 유지 온도에서 유지한다. 900℃ ~ 1000℃의 온도 범위에서 열연함으로써, 그 후의 유지 온도에서 유지하는 중에 오스테나이트 형성의 핵 위치로서의 역할을 하는 부가적인 전위가 열연 스트립의 미세조직 내에 생성된다.

변형 실시예 3:

- 주조 스트립을 주조;

- 900℃ ~ 1000℃의 중간 온도까지 적어도 150℃/초의 냉각 속도로 냉각;

- 900℃ ~ 1000℃ 사이, 특히 실질적으로 중간 온도와 동일한 온도 또는 950℃±20℃에 달하는 온도에서 적어도 10초 동안 스트립을 유지;

- 중간 온도에서 스트립을 열연.

제3 변형 실시예에 따르면, 주조 스트립을 열연하기 전에, 중간 온도까지 냉각하고 유지 온도에서 유지한다. 미리 유지 온도에서 유지함으로써 페라이트 기지 내에 오스테나이트립의 밀도가 증가하고, 이와 같은 오스테나이트립의 밀도가 높은 미세조직을 열연하면, 전위 밀도가 증가하고 그 후의 재결정 시에 미세한 결정립 구조를 얻을 수 있다. 그와 같은 재결정은 통상적으로 적절한 재결정 소둔 처리에 의하여 일어나며, 논의되고 있는 유형의 냉연 스트립의 제조에 있어서는 재결정 소둔 처리가 표준화되어 실시되고 있다.

변형 실시예 4:

- 주조 스트립을 주조;

- 150℃/초의 냉각 속도로 900℃ 미만의 중간 온도까지, 특히 800℃의 범위에서 냉각;

- 중간 온도에서 스트립을 열연;

- 950℃±50℃ 특히 950℃±20℃의 유지 온도까지 스트립을 급속 가열;

- 유지 온도에서 스트립을 유지.

여기서, 900℃ 미만의 온도 범위 특히 대략 800℃ 범위에서의 열연은, 혼합 상(mixed phase) 영역에서의 압연에 비하여 항복 응력이 작은 페라이트 영역에서만 이루어진다. 따라서, 이러한 조건이 필요하고 바람직할 경우에, 에너지 소비 감소와 롤 마모의 감소와 함께 높은 변형도(deformation degree)를 달성할 수 있다.

본 발명에 따른 900℃ 미만의 온도 범위에서의 고강도 냉각은, 실질적으로 800℃ 미만의 온도에서 주조 스트립을 압연하거나 500℃ 미만 특히 400℃ 미만의 온도에서 추가 열처리를 실시할 수 있는 가능성을 제공한다.

주조, 필요한 경우에 실시하는 열연, 권취, 및 본 발명에 따라 주조 공정과 권취 공정 사이에 실시하는 중간 온도까지의 냉각 단계와 유지 온도에서의 유지 단계를 순차적인 단계로 연속적으로 하나씩 실시하는 전술한 여러 변형 실시예에서의 본 발명에 따른 방법은, 스트립 주조기에 의해 특히 경제적으로 구현될 수 있다.

그러나 본 발명에 의해 이용되는 효과는 본 발명에 따른 방법의 각각의 가공 단계를 불연속적으로 실시할 가능성을 제공하기도 한다. 불연속 실시는, 예를 들어 그에 대응하는 설비 기술이 이용 가능하거나 공정 관리의 이유(logistic reason)로 의해 가공 단계들을 다른 시간에 실시하는 것이 바람직할 경우에 유리할 수 있다. 이에 따라 다음과 같은 본 발명의 제5 변형 실시예가 가능하다.

변형 실시예 5:

- 주조 스트립을 주조;

- 900℃ 미만 특히 800℃ 미만의 중간 온도까지 150℃/초의 속도로 냉각;

- 500℃ 미만 특히 대기 온도까지 냉각;

- 열연 최종 온도(hot-rolling end temperature)까지 급속 가열;

- 열연 온도에서 스트립을 열연;

- 950℃의 유지 온도까지 스트립을 급속 가열;

- 유지 온도에서 스트립을 유지.

본 발명의 제5 변형 실시예에 따르면, 본 발명에 따라 냉각 중에 900℃ 미만 특히 800℃ 미만의 중간 온도까지 냉각한 주조 스트립을 제공하며, 대기 온도와 같이 낮은 온도까지 냉각을 실시하는 것도 가능하다. 그 후 주조 스트립을 유지 온도까지 재가열한다. 본 문맥에서 “그 후”라 함은, 냉각 단계와 유지 단계 사이에, 예를 들면 특정 온도에서의 열연, 보관, 판재로의 분할 등과 같은 추가 가공 단계를 실시할 수도 있다는 점을 의미한다.

또한, 주조 후에 주조 스트립을 대기 온도까지 냉각하고, 그 후의 소정 시점에, 우선 최적 온도로 가열하여 열연한 후에 유지 온도로 변경하여 필요 시간 동안 유지하는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 발명을 실시함에 있어서 유지 온도로 재가열 시에 800℃ ~ 900℃ 범위의 중간 온도에 이르게 되면, 원론적으로 이 온도 범위는 이미 언급하였던 이유에 의하여 신속히 통과되어야 한다. 따라서, 본 발명의 바람직한 한 실시예에서는, 각각의 중간 온도에서 시작하여 1초 ~ 5초, 특히 2초 ~ 3초 내에 유지 온도로의 재가열이 이루어지도록 한다.

냉각 중에 이르게 되는 중간 온도가 실질적으로 800℃ 미만일 경우 특히 대기 온도의 범위이거나 그보다 약간 높을 경우, 전술한 이유에 의해 스트립을 충분히 급속히 재가열하여 열연하여야 한다. 따라서, 본 발명에서는, 낮은 중간 온도부 터 시작하여, 전형적으로 700℃ ~ 800℃인 특정 열연 온도까지 스트립을 200초 이내 특히 100초 이내에 재가열하여야 한다. 800℃까지의 가열이 너무 느리면, 바람직하지 않은 탄화물이 석출할 수 있다. 이러한 현상에 의해 과포화가 조속히 감소하고 그에 따라 오스테나이트립의 밀도가 실질적으로 감소하며, 그 결과 본 발명에서 목표로 하는 결정립 미세화가 달성되지 않는다.

따라서 본 발명은, 고비용의 생산 단계를 피하면서, 특성과 가격 모두의 관점에서 경쟁력이 있는 제품을 제조할 가능성을 제공한다. 본 발명에 따른 방법의 특별한 장점은, 균질한 외관과 산화물이 없는 표면(scale-free surface)을 특징으로 하는 냉연 스트립을 생산할 수 있다는 점이다. 주조 스트립에 부착되어 있던 산화물은 본 발명에 따른 고강도 냉각 중에 가급적 많은 양이 이미 제거된다는 점에 의해 산화물이 없는 표면을 얻을 수 있고, 따라서 최악의 경우, 필요에 따라 실시하는 열연 중에 스트립 표면에 여전히 존재하는 산화물에 의한 최소한의 표면 결함이 발생한다.

따라서 본 발명에 따른 방법에서는, 종래 기술에 있어서 연속 생산 공정의 주기적인 중단을 야기하는 고비용의 산화물 제거(descaling) 공정을 필요로 하지 않는다. 또한, 종래 기술에 있어서 냉연 재료의 배치식 소둔의 필요성에 의해 여전히 요구되는 비용이 본 발명에 의해 절감될 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 실시 중에, 800℃ 미만의 온도로 냉각하면, 예를 들면 일반적으로 평탄도(flatness) 문제를 피할 수 있는 온도에서, 일례로 600°C의 온도에서, 주조 스트립 또는 열연 스트립을 트리밍(trimming)할 수 있다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법은, 스트 립 주조 라인 내에서 예를 들면 제2 롤 스탠드 또는 보다 소형의 작업 롤(working roll) 직경에 의하여 일반적으로 자유로이 변경 가능한 온도 제어에 의하여 열간 변형도가 증가될 수 있도록 하며, 그 결과 본 발명에 따라 제조된 냉연 스트립은 통상의 제조 공정을 통해 제조된 동종의 냉연 스트립에 비하여 보다 양호한 디프-드로잉/신장-드로잉(stretch-drawing) 성능을 가질 수 있다. 본 발명에 따른 발명을 실시하기 위해 필요한 급속한 온도 변화는 이 경우에 스트립 주조 기술에 의하여 실현될 수 있으며, 그 이유는 주조 스트립의 최소 두께만이 스트립의 전체 단면에 걸쳐서 충분하고 급속한 온도 변화를 가능하게 하기 때문이다.

대표적인 실시예:

본 발명의 유효성을 입증하기 위해 실시한 이하의 대표적인 실시예(실험예 I ~ 실험예 IV)에서, 각 경우에, 중량%로, 0.043% C, 0.25% Si, 0.36% Mn, 0.021% P, 0.002% S, 16.23% Cr, 0.49% Ni를 함유하는 페라이트 강을 기본 강으로 하였다.

통상적인 설계의 주조 압연 설비에서, 각 경우에 적정 용강으로부터 주조 스트립을 제조하고, 주조 스트립을 열연하여 열연 스트립을 형성하고, 최종적으로 열연 스트립을 권취하였다. 이를 위하여 사용한 스트립 주조 설비는 쌍롤 주조기와, 주조 스트립의 이송 방향으로 주조기를 따라 연속 라인으로 배치된 열연 스탠드와, 열연 스탠드의 후방의 이송 방향에 배치된 권취 장치를 포함하였다. 특정 실험 공정에 따라, 고강도 수냉 장치와, 유도-작동식 오븐(inductively-operating oven)과, 온도 유지 전기로(electric temperature maintenance furnace)를 사용하였다.

본 발명에 따른 열적 처리 후에 얻은 열연 스트립은 미세 결정립 조직을 가 졌으며, 종래에 “미세(fine)”라고 칭하는 미세조직(micro-structure)과는 달리, 비교적 큰 페라이트 결정립(=기지) 내에 다수의 입자(마르텐사이트, 잔류 오스테나이트, 탄화물)가 존재하였다. 따라서, 전체적으로 조직은 더욱 미세하나, 본질적으로 종래의 미세 결정립 조직보다는 불균질하다. 따라서, 본 발명에 따라 제조한 스트립의 미세조직의 특징은 결정립 당 입자의 개수가 많다는 점이다.

주조 압연 설비를 사용하여 실험예 I ~ 실험예 IV에서 본 발명에 따라 제조한 각 열연 스트립을 배치식 소둔, 산세(pickling), 중간 소둔이 없는 냉연, 광택 소둔 및 조질 압연을 포함하는 종래의 방식으로 후속 처리하였다.

총 변형도가 70%되도록 하여 얻은 냉연 스트립으로부터 시험편을 제조하였다. 어느 시험편에서도 귤피 현상 또는 리징이 나타나지 않았다.

실험예 I:

본 발명에 따른 방법의 제1 변형 실시예에서, 주조 스트립의 두께는 3mm이었다. 쌍롤 주조기의 주조 간극(casting gap)을 떠난 주조 스트립이 1180℃의 온도에 도달한 후에, 고강도 수냉을 실시하였다. 주조 스트립을 2초 내에 950℃의 중간 온도까지 냉각하였다.

이와 같이 냉각한 주조 스트립을, 연속적인 생산 순서로 중단 없이, 유도 가열 오븐 내에서 10초의 시간 동안 유지 온도에서 유지하였으며, 이 경우에 유지 온도를 중간 온도와 동일하게 하였다.

본 발명에 따라 이와 같이 열적 처리한 주조 스트립을 두께 2.5mm의 스트립으로 열연하였다.

열연 후에, 런-아웃 롤러 테이블(run-out roller table) 상에서 권취 장치에 도달하기 전까지, 스트립을 대략 550℃의 권취 온도까지 냉각하였으며, 권취 장치에서 스트립을 코일로 권취하였다.

이와 같이 얻은 열연 스트립은 등축정의 스트립 중앙 영역(결정립 크기 150㎛)과 함께 주상정 조직(대략 폭이 100㎛이고, 길이가 500㎛)을 나타내었다. 결정립계는 마르텐사이트와 탄화물의 얇은 경계 조직(thin seam)에 의해 점유되었다. 결정립 내부에는 결정립 크기가 20㎛인 재결정 영역이 존재하였다. 또한, 미세조직 내에 탄화물, 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트로 이루어진 미세 분산 고립형 입자(isolated particle)가 존재하였다. 입자 밀도는 전형적으로 결정립 당 15 입자 ~ 25 입자이었다.

실험예 II:

제2 실험예에서는, 우선 전술한 바와 같은 합금의 용강으로부터 2.8mm 두께의 스트립을 제조하였다. 주조 스트립을 유도 가열 오븐에서 1200℃의 온도로 유지한 후에, 이 온도에서 두께 2.1mm의 스트립으로 열연하였다.

열연 직후에, 고강도 수냉을 실시하였다. 이 경우에, 대략 1m/초로 이동하는 스트립을 1초 내에 950℃의 중간 온도까지 냉각하였다. 그 후, 열연 스탠드에 연결된 제1 구획부를 구비하는 런-아웃 롤러 테이블에 스트립이 도달하였으며, 제1 구획부는 길이 15m 이상의 후드를 구비함으로써 스트립이 제1 구획부 내에서 실질적으로 일정한 온도에서 15초 동안 유지되도록 보장한다. 이어서, 스트립을 런-아웃 롤러 테이블 상에서 대략 500℃의 권취 온도까지 냉각하였으며, 이 온도에서 최종 적으로 스트립을 코일로 권취하였다.

제2 실험예에서 얻은 열연 스트립의 미세조직은, 제1 실험예에서 얻은 열연 스트립의 미세조직과 같이, 주상정 조직(대략 폭이 100㎛이고, 길이가 500㎛)과 함께 등축정의 스트립 중앙 영역(결정립 크기 150㎛)을 나타내었다. 또한, 이 경우에 결정립계는 마트텐사이트와 탄화물에 점유된 얇은 경계 조직을 나타내었다. 마찬가지로, 결정립 내에 평균 결정립 크기가 20㎛인 재결정 영역이 존재하였다. 또한, 제1 실험예에서 얻은 스트립과 마찬가지로, 미세조직 내에 탄화물, 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트로 이루어진 미세 분산 고립형 입자가 존재하였다. 입자 밀도는 전형적으로 결정립 당 20 입자 ~ 30 입자이었다.

실험예 III:

제3 실험예에서, 우선 3mm 두께의 스트립을 주조하였다. 주조 스트립이 1180℃의 온도에 도달한 후에, 고강도 수냉을 개시하여 스트립을 3초 내에 780℃의 중간 온도까지 냉각하였다. 이와 같이 냉각한 주조 스트립을 유도 가열 오븐 내에서 보온하고 800℃의 열연 온도로 가열한 후에, 이 열연 온도에서 두께 2.5mm의 스트립으로 열연하였다. 그 후, 스트립을 런-아웃 롤러 테이블 상에서 대략 550℃의 권취 온도까지 냉각하고 이 온도에서 권취하였다.

이와 같이 얻은 스트립으로부터 대기 온도에서 샘플 판재(specimen plate)를 분할하였다. 이를 우선 800℃까지 유도 가열한 후에 950℃까지 15초의 시간 이내에 유도 가열하였다. 800℃와 950℃ 사이의 가열 시간은 2초간 지속되었다.

그 후 바로 스트립을 유지로에 의해 950℃의 유지 온도에서 20초 동안 유지 하였다. 이어서 공랭을 실시하였다.

이와 같이 열적 처리한 열연 스트립 샘플 판재의 미세조직은 주상정 조직(대략 폭이 100㎛이고 길이가 500㎛)과 함께 등축정의 스트립 중앙 영역(결정립 크기 150㎛)을 나타내었다. 또한, 결정립 내에 결정립 크기 20㎛의 재결정 영역이 관찰되었고, 미세조직 내에 탄화물, 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트로 이루어진 미세 분산 고립 입자가 존재하였다. 입자 밀도는 전형적으로 결정립 당 40 입자 ~ 60 입자이었다.

실험예 IV:

실험예 III과 유사하게, 3mm 두께의 스트립을 제조하였고, 1180℃의 스트립 온도에 도달한 후에 고강도로 냉각하여 780℃의 중간 온도에 이르게 하였다. 그러나, 실험예 III과는 달리, 유지 온도에서의 유지 단계와 열연 단계 모두를 불연속 공정으로 실시하였다.

이러한 목적으로, 주조 스트립을 대기 온도까지 냉각한 후에 주조 스트립으로부터 판재를 분할하였으며, 이 판재를 대기 온도로부터 800℃의 열연 온도까지 30초 이내에 유도 가열하고 2.4mm의 판재 두께로 열연하였다. 열연 판재를 반복 냉각한 후에, 950℃의 유지 온도까지 3초 내에 재가열하였다.

재가열한 스트립을 유지로에 의해 유지 온도에서 20초 동안 유지하였다. 그 후, 스트립을 공랭하였다.

이러한 예시적인 실시예에서도, 유지 온도에서 유지한 후에, 열연 판재의 미세조직은 주상정 조직(대략 폭이 100㎛이고 길이가 500㎛)과 함께 등축정의 스트립 중앙 영역(결정립 크기 150㎛)을 나타내었으며, 결정립계는 마르텐사이트와 탄화물에 의해 점유된 얇은 경계 조직을 나타내었으며, 결정립 내에 20㎛의 결정립 크기의 재결정 영역이 관찰되었다. 다른 실험예와 동일하게, 미세조직 내에 탄화물, 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트로 이루어진 미세 분산 고립형 입자가 존재하였다. 입자 밀도는 결정립 당 40 입자 ~ 60 입자이었다.

Claims (21)

1. 냉각 중에 페라이트 조직을 형성하는 용강을 주조 스트립으로 주조하고, 필요에 따라 주조 스트립을 연속 라인 내에서(in-line) 열연하고, 열연 스트립을 권취하고, 하나 이상의 단계로 냉연하여 냉연 스트립을 형성하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법에 있어서,

   주조 공정과 권취 공정 사이에서 스트립을 1180℃ 이상의 개시 온도부터 1000℃의 최대 중간 온도까지 150℃/초 이상의 냉각 속도로 냉각한 후에 900℃와 1000℃ 사이의 유지 온도에서 10초 이상 유지하는 것을 특징으로 하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   고강도 냉각의 개시 온도는 1180℃ 내지 1270℃의 범위, 특히 1200℃ 내지 1250℃의 범위인 것을 특징으로 하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   용강은 중량%로,

   Cr: 10.5% ~ 18%,

   C: 0.08% 이하,

   Si: 1% 이하,

   Mn: 1.5% 이하,

   Ni: 1.00% 이하,

   P: 0.04% 이하,

   S: 0.015% 이하,

   잔부 Fe 및 불가피한 불순물

   로 이루어진 것을 특징으로 하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법.
4. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

   냉각 속도는 150℃/초 ~ 250℃/초인 것을 특징으로 하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법.
5. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

   중간 온도는 900℃ ~ 1000℃인 것을 특징으로 하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법.
6. 제5항에 있어서,

   중간 온도는 유지 온도와 동일한 것을 특징으로 하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법.
7. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

   주조 스트립을 열연하는 것을 특징으로 하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법.
8. 제7항에 있어서,

   냉각 단계와 유지 단계를 열연 후에 실시하는 것을 특징으로 하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법.
9. 제8항에 있어서,

   열연 스트립이 최종 열연 스탠드를 떠난 후에 3초 내에, 특히 1초 내에 열연 스트립의 냉각을 개시하는 것을 특징으로 하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법.
10. 제7항에 있어서,

    주조 스트립을 열연하기 전에, 중간 온도까지의 냉각과 유지 온도에서의 유지를 실시하는 것을 특징으로 하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법.
11. 제7항에 있어서,

    주조 스트립의 열연 전에 중간 온도까지의 냉각을 실시하고, 열연 후에 유지 온도에서의 유지를 실시하는 것을 특징으로 하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법.
12. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

    주조 스트립이 냉각 중에 900℃ 미만, 특히 800℃ 미만의 중간 온도에 도달한 후에, 유지 온도로 재가열하는 것을 특징으로 하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법.
13. 제7항 또는 제12항에 있어서,

    열연을 800℃ 미만의 중간 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법.
14. 제12항 또는 제13항에 있어서,

    재가열을 1초 ~ 5초 내에 실시하는 것을 특징으로 하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법.
15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

    주조, 필요에 따라 실시한 열연, 권취, 주조 공정과 권취 공정 사이에 실시한 중간 온도까지의 냉각, 및 유지 온도에서의 유지를 불연속적인 제조 순서로 실시하는 것을 특징으로 하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법.
16. 제15항에 있어서,

    냉각 중에 스트립이 500℃ 미만, 특히 400℃ 미만의 온도에 도달하는 것을 특징으로 하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법.
17. 제16항에 있어서,

    주조 후에, 스트립을 대기 온도까지 냉각하는 것을 특징으로 하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법.
18. 제16항 또는 제17항에 있어서,

    스트립을 열연하기 위해 열연 온도까지 200초 이내, 특히 100초 이내에 가열하는 것을 특징으로 하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법.
19. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

    주조, 필요에 따라 실시한 열연, 권취, 주조 공정과 권취 공정 사이에 실시한 중간 온도까지의 냉각, 및 유지 온도에서의 유지를 연속적인 제조 순서로 실시하는 것을 특징으로 하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법.
20. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

    스트립을 쌍롤 주조기로 주조하는 것을 특징으로 하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법.
21. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

    주조 스트립의 최대 두께는 6mm인 것을 특징으로 하는 페라이트 조직의 냉연 스트립 제조 방법.