KR20120110347A - 강판 제조방법 - Google Patents

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KR20120110347A
KR20120110347A KR1020110028134A KR20110028134A KR20120110347A KR 20120110347 A KR20120110347 A KR 20120110347A KR 1020110028134 A KR1020110028134 A KR 1020110028134A KR 20110028134 A KR20110028134 A KR 20110028134A KR 20120110347 A KR20120110347 A KR 20120110347A
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김형진
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현대제철 주식회사
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Abstract

본 발명은 강판 제조방법에 관한 것으로서, 소재를 가열로에서 추출한 후 공냉하는 단계, 소재를 복수(2N+1, N=1,2,…,n-1, n)의 패스로 조압연하되, 최종 패스(N=n) 이전의 조압연 출측 패스 후 소재를 대기시켜 조압연하는 단계, 소재를 사상압연하는 단계 및 소재를 권취하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면 가열로 추출 후의 공냉 대기시간을 줄여 생산성을 향상시킬 수 있으며, 조압연 출측대기를 1회 이상 수행함으로써 소재의 온도분포를 고르게 하여 상향(하향)불량, 선단부 과냉각에 의한 불량 등을 방지할 수 있고, 고강도, 저온에서의 인성이 우수한 강재를 제조할 수 있다.

Description

강판 제조방법{Method for manufacturing steel sheet}
본 발명은 강판 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 생산성이 우수하고 고강도, 저온 인성 특성이 우수한 강판 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 강판을 제조하기 위해서는 가열로에서 가열된 슬라브를 조압연기에서 1차로 압연하고, 사상압연기에서 소비자가 원하는 두께로 2차로 압연한 다음 권취기에 감겨진다. 즉, 슬라브는 가열로에서 배출된 다음, 롤러에 의해 조압연기로 이송되고, 조압연기에 의해 복수 회 압연된 다음, 사상압연기를 통과하면서 원하는 두께로 압연되는 것이 일반적이다.
상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.
본 발명은 생산성이 우수하고, 강도가 우수하며, 저온에서의 인성 특성이 우수한 강판 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 강판 제조방법은: 소재를 가열로에서 추출한 후 공냉하는 단계; 상기 소재를 복수(2N+1, N=1,2,…,n-1, n)의 패스로 조압연하되, 최종 패스(N=n) 이전의 조압연 출측 패스 후 상기 소재를 대기시켜 조압연하는 단계; 상기 소재를 사상압연하는 단계; 및 상기 소재를 권취하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 소재를 가열로에서 추출한 후 공냉하는 단계에서, 상기 공냉은 2분 내지 4분 수행될 수 있다.
바람직하게는, 상기 소재를 복수(2N+1, N=1,2,…,n-1, n)의 패스로 조압연하되, 최종 패스(N=n) 이전의 조압연 출측 패스 후 상기 소재를 대기시켜 조압연하는 단계에서, 상기 대기를 2분 내지 4분 수행할 수 있다.
바람직하게는, 상기 소재를 복수(2N+1, N=1,2,…,n-1, n)의 패스로 조압연하되, 최종 패스(N=n) 이전의 조압연 출측 패스 후 상기 소재를 대기시켜 조압연하는 단계는, 최종 패스 이전의 출측 패스(N=n-1) 외에 조압연 출측에서 대기시키는 단계를 1회 이상 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 최종 패스 이전의 출측 패스(N=n-1) 외에 조압연 출측에서 대기시키는 단계에서, 상기 대기를 2분 내지 4분 수행할 수 있다.
바람직하게는, 상기 조압연이 진행될수록 조압연 출측 대기시간이 점차 감소할 수 있다.
바람직하게는, 상기 소재를 복수(2N+1, N=1,2,…,n-1, n)의 패스로 조압연하되, 최종 패스(N=n) 이전의 조압연 출측 패스 후 상기 소재를 대기시켜 조압연하는 단계를 거친 후의 상기 소재의 조압연 추출온도가 상기 소재의 재결정온도 이하일 수 있다.
더 바람직하게는, 상기 소재를 복수(2N+1, N=1,2,…,n-1, n)의 패스로 조압연하되, 최종 패스(N=n) 이전의 조압연 출측 패스 후 상기 소재를 대기시켜 조압연하는 단계를 거친 후의 상기 소재의 조압연 추출온도가 상기 소재의 재결정온도보다 0℃ 내지 20℃ 낮을 수 있다.
바람직하게는, 상기 소재를 복수(2N+1, N=1,2,…,n-1, n)의 패스로 조압연하되, 최종 패스(N=n) 이전의 조압연 출측 패스 후 상기 소재를 대기시켜 조압연하는 단계에서, 총 9회의 패스(N=4)로 진행하며, 5번째의 출측 패스와 7번째의 출측 패스 후 각각 2분 내지 4분 대기할 수 있다.
본 발명에 따르면 가열로 추출 후의 공냉 대기시간을 줄여 생산성을 향상시킬 수 있으며, 조압연 출측대기를 1회 이상 수행함으로써 소재의 온도분포를 고르게 하여 상향(하향) 불량, 선단부 과냉각에 의한 불량 등을 방지할 수 있고, 강도가 우수하며, 저온에서의 인성 특성이 우수한 강판을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판 제조방법을 설명하기 위한 강판 제조장치의 개략 사시도이다.
도 2는 소재의 상향 불량을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판 제조방법의 온도 프로파일을 나타낸 도면이다.
도 4는 조압연 공정을 마친 후 소재의 두께 방향의 온도 분포를 나타낸 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 강판 제조방법의 일 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판 제조방법을 설명하기 위한 강판 제조장치의 개략 사시도이며, 도 2는 소재의 상향 불량을 설명하기 위한 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 강판 제조방법의 온도 프로파일을 나타낸 도면이며, 도 4는 조압연 공정을 마친 후 소재의 두께 방향의 온도 분포를 나타낸 도면이다.
한편, 본 발명에 따른 강판 제조방법은 API(American Petroleum Institute) 강판을 제조하는 데 유용할 수 있다. 이러한 API 강판은 송유관이나 유정관 등 석유 수송이나 채굴 등에 사용되는 소재를 일컫는 용어이다.
석유산업에 관련된 소재의 여러가지 규격은 API 규격집에서 규정하는데, API 규격집에 정의된 송유관용 철강소재를 API재라고도 일컫는다. 대부분의 API재는 원유 수송 효율을 높이기 위해 고압의 송유관에 적합한 후판, 고강도의 철강재로 이루어진다.
또한 석유채굴 환경 및 수송환경의 가혹화에 따라 보증 기준이 날로 까다로와지고 있으며, 특히 영하 -30℃ 내지 0℃에서 우수한 저온 인성값을 요구한다. 이러한 고강도, 저온인성 등의 특성이 요구되기 때문에 가열로에서의 승온 이력, 조압연 추출 온도 등의 공정 조건이 다른 소재에 비하여 엄격한 관리를 요한다.
이하, 특별한 언급이 없는 한 API재를 기준으로 설명하도록 하나, 본 발명은 이러한 API재 외의 다른 강판을 제조하는데 적용될 수 있으며, 특히 극저온 취성이 필요한 강판, 강관재 제조방법에 유용할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판 제조장치는 가열로(102), 사이징 프레스(104), 조압연기(106), 에지히터(108), 디스케일러(110), 사상압연기(112), 런아웃테이블(114), 냉각부(116) 또는 권취기(118) 등을 포함할 수 있다.
본 발명에서 슬라브(Slab), 바(Bar), 스트립(Strip) 등의 재료를 가리키는 용어로 소재(S)를 사용하도록 한다. 상기 소재(S)의 형태는 일정하지 않고 열간압연을 진행하는 동안에 그 두께, 길이 등이 변경될 수 있다. 가열로(102)에 장입되기 전의 소재(S)는 연주공장 또는 분괴공장 등에서 이송된 슬라브일 수 있으며, 조압연 후에는 바, 사상압연 후에는 스트립으로 불릴 수 있으며, 이들을 통칭하는 용어로 '소재'를 사용하도록 한다.
가열로(102)는 소재(S)를 열간압연하기 위해 (재)가열하는 로(Reheating furnace)로서, 가열로(102)에 사용되는 연료로는 중유, 천연가스, 코크스 가스 등이 사용될 수 있다. 가열로(102)에서의 가열온도(최고 승온온도)는 소재(S)의 재질, 형태 등에 따라 달라질 수 있으나 1,000℃ 내지 1,300℃, 바람직하게는 1,100℃ 내지 1,300℃, 보다 바람직하게는 1,200℃ 내지 1,300℃일 수 있다. API재의 경우, 1,230℃ 정도의 가열온도가 필요할 수 있다.
가열로(102)는 소재(S)의 진행방향을 따라 예열대, 가열대, 및 균열대를 포함할 수 있으며, 예열대 이전에 장입대를 더 포함할 수 있다. 예열대에서는 낮은 온도로 소재(S)를 가열하고, 가열대에서는 가열온도를 높여 소재(S)를 목표온도에 도달시키며, 균열대에서는 소재(S)의 모든 부분에서 온도가 균일하게 분포되도록 할 수 있다. 장입대 또는 예열대는 급속한 온도 상승에 의해 소재(S)에 파열, 균열, 크랙이 발생하는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
가열대 및 균열대에서의 최고 승온온도는 소재(S)를 구성하는 재료의 고용체(Solid solution) 형성온도 이상으로 올려줄 수 있다. 구체적으로, API재의 경우 1210℃ 내지 1250℃, 바람직하게는 1220℃ 내지 1240℃까지 가열대 또는 균열대의 온도를 높여줄 수 있다. 한편, 균열대의 온도를 가열대보다 낮게 설정할 수 있다. 예를 들어, 균열대의 최종 온도, 즉 소재(S)가 가열로에서 추출되는 추출온도를 1,100℃ 내지 1,200℃로 설정할 수 있다. 상기 온도범위에서 추출함으로써 가열로 추출 후의 공냉 대기시간을 감소시키거나 후술하는 조압연 패스 수를 늘려 줌으로써 공냉 대기시간을 감소시킬 수 있다.
가열로(102)에서 추출된 소재(S)는 공냉될 수 있다. 공냉을 위한 대기시간은 2분 내지 4분인 것이 바람직하다. 공냉 대기시간이 2분 미만이면 조압연을 위한 목표온도에 도달하기가 어려고, 공냉 대기시간이 4분을 초과하면 소재(S) 내의 온도편차가 크게 발생하고, 생산성 측면에서 바람직하지 않다.
사이징 프레스(104, SSP: Slab Sizing Press)는 소재(S) 길이 방향의 폭 편차를 줄이고 최종 수요사의 요구에 맞춰 일정 폭으로 압연하는 폭압연기일 수 있다.
조압연기(106, Roughing Mill)는 사상압연에서 요구되는 적정 두께와 폭으로 압연할 수 있다. 조압연기(106)의 입측으로부터 출측으로의 소재(S)의 이동 또는 출측으로부터 입측으로의 소재(S)의 이동을 패스(Pass)라 하는데, 이러한 패스를 복수 회 수행할 수 있으며, 각 패스 후 복열현상을 이용해 소재(S)의 온도구배를 저감시키기 위한 대기시간을 설정할 수 있다.
에지히터(108)는 소재(S)의 에지부의 온도 강하를 막는 용도로 설치될 수 있으며, 디스케일러(110)는 고압수로 소재(S) 표면의 스케일을 제거할 수 있다. 사상압연기(112)는 강판을 고액 또는 냉간압연 공정에서 요구하는 두께, 폭 등의 최종 형상으로 제조하는 기기이다. 사상압연기(112)를 통과한 소재(S)는 런아웃테이블(114)를 통과하는 동안 냉각부(116)에서 나온 라미나 플로우(Laminar flow) 냉각수에 의해 목표 온도로 수냉각되고, 권취기(118)에 권취될 수 있다.
전술한 강판 제조장치(열간압연 장치)는 일 실시예에 불과하고 상기 강판 제조장치를 구성하는 기기 중 일부는 생략될 수도 있고, 다른 추가적인 기기가 더 포함될 수도 있다. 예를 들어, 조압연기 전, 후 또는 그 내부에 디스케일러가 추가될 수도 있다. 또 다른 예를 들어, 열간상태의 소재 표면에 생성된 스케일을 제거하기 위하여 가열로 내에 디스케일러가 존재할 수도 있다. 또 다른 예를 들어, 사이징 프레스에 의해 발생하는 폭 편차를 균일화하기 위한 에저(Edger Mill)를 포함할 수도 있다. 또한, 전술한 기기의 명칭은 편의상 붙여진 것이며 다른 명칭을 사용할 수도 있다.
도 2를 참조하면, 조압연 도중 소재(S)에는 디스케일러에 의해 고압수(물)가 가해질 수 있다. 이 경우, 소재(S)의 상부면(ST)에 존재하는 물은 오래 머물지만, 소재의 하부면(SB)에 존재하는 물은 중력에 의해 일찍 밑으로 떨어지게 된다. 디스케일러 외의 그 밖의 요인에 의해서도 소재(S)의 상부면(ST)과 하부면(SB)의 온도차이가 발생할 수 있고 이 온도차이는 소재(S)의 팽창율에 차이를 일으키게 된다. 도시된 것처럼, 소재(S)의 상부면(ST)의 온도가 낮은 경우 상부면(ST) 쪽은 팽창율이 작으나 하부면(SB) 쪽은 소재(S)의 팽창율이 커 조압연기를 통과한 소재의 단부가 상측으로 휘는 상향 불량이 발생할 수 있다.
도면에 도시된 것과 반대로 소재(S)의 상부면(ST)의 온도가 하부면(SB)보다 높은 경우에는 하향 불량이 발생할 수도 있다.
후술하는 조압연 출측 대기를 수행함으로써 전술한 상향 불량 또는 하향 불량을 감소시킬 수 있으며, 선단부 과냉각에 의한 오동작을 방지할 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 전술한 것과 같이, 가열로(102)에서 추출된 소재(S)는 대기롤러(103)에서 공기와 접촉되면서 냉각될 수 있다. 즉, 공냉 대기를 통해 소재의 온도를 T0에서 T1으로 낮출 수 있고, 가열로(102) 추출온도를 낮추거나 조압연에서의 패스 수를 늘려 공냉 대기시간을 2분 내지 4분으로 짧게 설정할 수 있다.
공냉 대기를 거친 소재는 조압연기에 진입하여 조압연을 수행하게 된다. 조압연시 복수(2N+1, N=1,2,…,n-1, n의 자연수)의 패스로 조압연할 수 있다. 총 패스 수는 7회 내지 11회, 바람직하게는 9회 수행할 수 있다.
도시된 도면은 제1패스(P2→P3), 제2패스(P3→P4), 제3패스(P4→P5), 제4패스(P5→P6), 제5패스(P6→P7), 제6패스(P8→P9), 제7패스(P9→P10), 제8패스(P11→P12) 및 제9패스(P12→P13)의 총 9회의 패스를 나타낸 것이다.
본 발명에서 조압연 입측에서 출측으로 이동하는 패스를 출측 패스, 조압연 출측에서 입측으로 이동하는 패스를 입측 패스로 부르기로 한다. 예를 들면, 제1패스(P2→P3), 제3패스(P4→P5), 제5패스(P6→P7), 제7패스(P9→P10), 및 제9패스(P12→P13)가 출측 패스가 되고, 제2패스(P3→P4), 제4패스(P5→P6), 제6패스(P8→P9) 및 제8패스(P11→P12)가 입측 패스가 된다.
조압연 도중의 대기는 최종 출측 패스(N=n-1) 후의 대기를 포함하여 출측 패스 후 대기를 1회 이상 수행할 수 있다. 적어도 1회 이상의 출측 패스 후 대기를 수행하는 것이 소재 표면과 내부, 중심부와 에지부의 온도구배를 줄여 소재의 상향, 하향 등의 불량을 방지할 수 있다. 구체적으로, 소재가 조압연기에서 나가기 전의 출측 패스 중에서 1회 이상 선정할 수 있다. 즉 각 패스 중 후반부 출측 패스에서 대기를 수행하는 것이 유효할 수 있다. 소재가 조압연기에서 나가기 전, 즉 소재가 얇아진 상태에서 대기를 수행하는 것이 온도 분포를 고르게 하고 목표 온도로 설정하는 것이 유리하기 때문이다.
도 3에는 일례로서, 제5패스(P6→P7) 후 제1대기(P7→P8)와 제7패스(P9→P10) 후 제2대기(P10→P11)를 수행하는 경우를 나타낸 것이다. 즉, 9회의 패스 중 제5패스와 제7패스 후 대기하는 것을 나타낸 것이다. 이때, 각각의 대기 시간은 2분 내지 4분일 수 있다. 대기 시간이 4분을 초과하면 생산성 측면에서 바람직하지 않으며, 대기 시간이 2분 미만이면 목료로 하는 조압연 출측 온도를 맞추기 어렵다. 각각의 대기 수행시 대기 시간은 2분 내지 4분 범위 내에서 자유롭게 선정될 수 있으나, 복수 회의 대기를 수행하는 경우 조압연이 진행될수록 소재의 두께가 얇아지므로 그에 따라 대기시간도 점차 짧아지는 것이 바람직하다. 또한, 조압연 출측에는 온도계를 설치하여 온도를 측정하면서 대기를 진행할 수 있다. 즉, 필요한 온도를 정확히 맞추어 대기를 진행할 수 있다.
조압연이 끝나고 소재가 조압연기에서 나올 때의 온도(조압연 추출온도, T3)는 소재의 재결정온도 이하, 바람직하게는 재결정온도보다 0℃ 내지 20℃ 낮게, 보다 바람직하게는 10℃ 내지 20℃ 낮게 설정할 수 있다. 예를 들어, API재(API-X70 또는 API-X80)의 경우, 약 930℃의 재결정온도를 가지므로 조압연 추출온도를 910℃ 내지 920℃로 설정할 수 있다. 상기와 같은 조압연 추출온도 범위를 가지는 경우, 재결정온도 이하에서 사상압연을 수행함으로써 결정립 사이즈를 미세화시켜 고강도의 강판을 제조할 수 있으며 극저온 취성(DWTT: Drop Weight Tearing Test)을 확보할 수 있다. 조압연 추출온도를 재결정온도보다 지나치게 낮추는 경우 사상압연의 압연 효율이 저하되므로 상기 조압연 추출온도 범위가 바람직하다.
이후, 소재(S)를 사상압연기(112)에서 압연한 후 런아웃테이블(114)을 거치는 동안 냉각부(116)에서 분사된 냉각수에 의해 냉각한 후 권취기(118)에서 권취하여 강도가 우수하며 저온에서 인성 특성이 우수한 강판을 제조할 수 있다.
도 4를 참조하면, 조압연 공정을 마친 후 소재(S)의 두께 방향의 온도 분포가 매우 일정함을 알 수 있다. 점선은 조압연 출측 대기(공정)를 수행하지 않았을 때의 온도 분포를 나타낸 것이다.
이와 같이, 조압연기 출측에서 대기(공정)를 복수 회 수행함으로써 소재(S)의 내부와 표면, 에지부와 중심부의 온도 편차를 줄일 수 있고, 온도 구배를 줄여줌으로써 소재(S)의 상향 또는 하향 불량을 방지할 수 있어 조압연 불량, 이후의 사상압연 불량 등을 방지할 수 있고, 온도, 두께, 폭 등의 계측 데이터를 보다 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 출측 패스 후 대기시 온도를 측정하면서 대기시켜 정확한 온도를 확보할 수 있으며, 가열로 추출 후 공냉 대기시간을 줄여 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 또한 도시된 강판 제조장치는 예시적인 것에 불과하며, 다른 강판 제조장치에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
102 : 가열로 104 : 사이징 프레스
106 : 조압연기 108 : 에지히터
110 : 디스케일러 112 : 사상압연기
114 : 런아웃테이블 116 : 권취기

Claims (9)

  1. 소재를 가열로에서 추출한 후 공냉하는 단계;
    상기 소재를 복수(2N+1, N=1,2,…,n-1, n)의 패스로 조압연하되, 최종 패스(N=n) 이전의 조압연 출측 패스 후 상기 소재를 대기시켜 조압연하는 단계;
    상기 소재를 사상압연하는 단계; 및
    상기 소재를 권취하는 단계;
    를 포함하는 강판 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소재를 가열로에서 추출한 후 공냉하는 단계에서, 상기 공냉은 2분 내지 4분 수행되는 강판 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소재를 복수(2N+1, N=1,2,…,n-1, n)의 패스로 조압연하되, 최종 패스(N=n) 이전의 조압연 출측 패스 후 상기 소재를 대기시켜 조압연하는 단계에서, 상기 대기를 2분 내지 4분 수행하는 강판 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소재를 복수(2N+1, N=1,2,…,n-1, n)의 패스로 조압연하되, 최종 패스(N=n) 이전의 조압연 출측 패스 후 상기 소재를 대기시켜 조압연하는 단계는, 최종 패스 이전의 출측 패스(N=n-1) 외에 조압연 출측에서 대기시키는 단계를 1회 이상 더 포함하는 강판 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 최종 패스 이전의 출측 패스(N=n-1) 외에 조압연 출측에서 대기시키는 단계에서, 상기 대기를 2분 내지 4분 수행하는 강판 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 조압연이 진행될수록 조압연 출측 대기시간이 점차 감소하는 강판 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 소재를 복수(2N+1, N=1,2,…,n-1, n)의 패스로 조압연하되, 최종 패스(N=n) 이전의 조압연 출측 패스 후 상기 소재를 대기시켜 조압연하는 단계를 거친 후의 상기 소재의 조압연 추출온도가 상기 소재의 재결정온도 이하인 강판 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 소재를 복수(2N+1, N=1,2,…,n-1, n)의 패스로 조압연하되, 최종 패스(N=n) 이전의 조압연 출측 패스 후 상기 소재를 대기시켜 조압연하는 단계를 거친 후의 상기 소재의 조압연 추출온도가 상기 소재의 재결정온도보다 0℃ 내지 20℃ 낮은 강판 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 소재를 복수(2N+1, N=1,2,…,n-1, n)의 패스로 조압연하되, 최종 패스(N=n) 이전의 조압연 출측 패스 후 상기 소재를 대기시켜 조압연하는 단계에서, 총 9회의 패스(N=4)로 진행하며, 5번째의 출측 패스와 7번째의 출측 패스 후 각각 2분 내지 4분 대기하는 강판 제조방법.
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