KR20140010941A - 스트립 단면에 걸쳐 조절 가능한 재료 특성을 갖는 주조 스트립을 제조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스트립의 횡단면 및 스트립의 길이에 걸쳐 조절될 수 있는 재료 특성을 갖는 스틸의 주조 스트립을 제조하기 위한 공정에 관한 것으로, 스틸 융액은 용융 용기를 통해 수평 스트립 주조 설비의 순환하는 주조 벨트 상에 공급되고, 응고되어 러프(roughed) 스트립을 형성하고, 다음에 필요에 따라 열간 압연 작업을 거친다. 더욱이, 본 발명은 스틸의 수평 스트립 주조용 장치 및 핫 스트립(hot strip)에 관한 것이다. 이 경우, 융액이 주조 벨트 상에 공급되기 전, 첨가제를 포함하는 담체 액체로 이루어지는 코팅 조성물이 융액과 접촉하는 주조 벨트의 일측면에 적용되고, 융액이 공급되기 전, 상기 코팅 조성물이 건조되고, 다음에 공급된 융액과 일체로 결합된다.
Description
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따라 스트립의 횡단면 및 스트립의 길이를 따라 조절될 수 있는 재료 특성을 갖는 주조 스트립을 제조하기 위한 방법 및 청구항 18에 따라 그 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이다.
격렬하게 경쟁하는 자동차 시장으로 인해, 제조자는 신속한 소모를 저감하는 한편 동시에 최상의 가능한 쾌적함 및 탑승자 보호를 유지하기 위한 해결방안을 끊임없이 모색해야 한다. 이와 관련하여, 중량의 절감 및 다른 한편으로 높은 정적 응력 및 작동 중의 그리고 충돌의 경우의 동적 응력 중에 탑승자의 수동적 안정성을 촉진하는 개별 부품의 특성은 중요한 역할을 한다.
원료 재료 제조자는, 그 시트의 두께가 예상되는 응력에 따라 최적화되고, 또는 상이한 강도를 갖는 재료로 이루어지는 응력-최적화된 스틸 시트 및 스틸 스트립(예를 들면, 테일러(Tailor) 용접 스트립 또는 테일러 압연 스트립)을 제공함으로써 이들 요건을 위한 원인을 모색한다.
이와 같은 스틸 시트 및 스틸 스트립은 강도 전성, 인성 에너지 흡수, 마모 및 예를 들면 냉간 성형, 용접 및/또는 표면 처리와 같은 그 가공성에 관하여 비교적 높은 표준에 부합되어야 한다.
용접된 시트 메탈 블랭크(sheet metal blank)에서 응력-최적화된 스틸 시트의 결점은 곤란한 절삭 및 접합 공정 뿐만 아니라 재료의 천이부(transition)에서의 급격한 특성 구배(property gradient)이다.
스틸로 복합 재료를 제조하기 위한 방법은, 예를 들면, DE 10-1 24 594 A1로부터 공지되어 있다. 여기서, 투-롤(two-roll) 방법에 따라 직접 주조되는 페라이트 코어 스트립은 오스테나이트 또는 고합금 페라이트 피복 스트립으로 피복된다.
WO 02/45885 A1에 따른 유사한 방법에서, 재산화 방지 코팅이 롤을 통과하는 중에 일측면 또는 양측면 상에 적용된다.
이 경우에 결점은 또한 피복으로 인한 복합재의 특성의 급격한 변화로서, 이 피복에 의해 각각의 요건에 따른 스트립 폭을 가로지르는 특성의 최적의 조절이 곤란해진다. 더욱이, 이 특성은 스트립 폭을 가로질러 변화될 수 없다.
수평 스트립 주조 시스템에 의해 경량 스틸로 스트립을 제조하기 위한 방법은, 예를 들면, 정기 간행물인 스틸 리서치(periodical steel research 74(2003), No 11/12, 724-731면)로부터 공지되어 있다. 이 방법에서, 융액은 공급 용기의 적용 시스템으로부터 주조 그루브(groove)를 통해 수평 스트립 주조 시스템의 순환하는 스트립 상에 적용된다. 주조 스트립의 강력한 냉각으로 인해, 적용된 융액은 6 내지 20 mm 범위의 두께를 갖는 예비 스트립으로 응고된다. 완전한 응고 후에 예비 스트립은 열간 압연 공정을 거친다.
이 방법에 의하면, 연속 주조와 같은 전통적인 방법에 의해 제조되기 어려운 고 망간 또는 고 알루미늄 함량을 갖는 경량 스틸이 이상적으로 제조될 수 있다.
이들 경량 스틸에서, 이전의 공법을 유지하는 상태에서 철의 비중보다 훨씬 낮은 비중을 갖는 합금 성분(예를 들면, Mn, Si, Al)의 높은 비율로 인해, 자동차 산업을 위해 유리한 중량의 감소가 달성된다.
그러나, 지금까지는 이들 공지된 스트립 주조 방법을 이용하여 변형, 충돌 또는 마모 특성에 관하여 스트립의 단면 및 스트립의 길이를 따라 응력-최적화된 재료 특성을 갖는 스틸 스트립을 제조할 수 없었다.
본 발명의 목적은 요구되는 재료 특성이 스트립의 단면 및 스트립의 길이를 따라 가변적으로 조절될 수 있는 수평 스트립 주조에 의해 스틸제 스트립을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 더욱이, 이 방법을 실시하기 위한 장치가 제공된다.
이 목적은 청구항 1의 특징부와 조합되는 전제부에 기초하여 해결된다. 유리한 개량은 종속 청구항의 주제이다.
본 발명에 따른 방법은, 주조 밴드 상에 융액의 적용 전에, 첨가제를 도입한 액체 또는 페이스트상(paste-like) 담체 재료로 구성되는 코팅 재료(coating mass)가 융액과 접촉하는 주조 밴드의 일측면에 적용되고, 융액을 적용하기 전에 건조되고, 적용된 융액과 차후에 물질적으로 결합되는 것을 특징으로 한다.
첨가제는 금속 원소 또는 비금속 원소일 수 있고, 이들 원소에 의해 (기계적 특성, 부식 특성 및 마모 특성과 같은) 재료 특성은 표적화된 방식으로 영향을 받을 수 있다.
이들은 기본 재료에 합금되기 위한 광범위한 금속 또는 용융 온도에 따라 형성 중인 스틸 스트립의 표면 상에 석출되거나 또는 용융에 의해 재료 내에 도입되는 금속 산화물/질화물/붕화물을 포함할 수 있다.
중요한 것은, 융액의 적용 중에 폭발적 증발 및 그로부터 유발되는 세공 또는 공동과 같은 응고 중인 주조 스트립 내의 결함을 방지하기 위해, 주조 밴드 상에 융액을 적용하기 전에, 존재할 수 있는 코팅 재료의 아직 건조되지 않은 성분을 제거하는 것이다.
그러므로, 본 발명에 따르면, 코팅 재료 중 첨가제 만이 주조 밴드의 표면 상에 잔류하도록, 융액의 적용 전에 코팅 재료로부터 액체 성분을 제거하는 건조 유닛이 제공된다.
대안으로서, 건조를 위해 이전에 적용된 융액에 기인하는 주조 밴드의 잔류 열을 이용하는 것도 가능하다. 그러므로, 주조 밴드의 코팅은 주조 밴드가 여전히 충분한 잔류 열을 가지고 있는 부위에서 실시되어야 한다.
주조 밴드 상에의 융액의 주조 중에, 코팅 즉 코팅 재료에 첨가되는 금속 원소를 용융시킴으로써, 액체 상들의 혼합이 발생하여 적용된 융액은 이 혼합 영역에서 합금된다.
적용된 코팅재료의 두께 또는 주조 속도를 변화시켜 주조 밴드를 추가로 가열시키는 것을 통해, 융액과 코팅 재료 사이의 열 교환이 유리하게 제어되어 코팅 재료는 완전히 용융되거나 부분적으로만 용융될 수 있고, 후자의 경우 코팅의 표면 인접 층만이 확산 공정을 통해 기재(base material)와 반응하여 냉각 후의 주조 스트립으로부터 얻어지는 스틸 스트립은 응고 직후에 코팅 재료에 첨가된 합금 원소로 제조된 코팅을 갖는다. 따라서 제조된 스틸 스트립의 특정의 재료 특성은 합금 원소의 함량을 통해 요구에 따라 합금되는 영역에서 조절될 수 있다.
부분적으로만 용융되는 상태로 코팅 재료를 용융시키는 것은 재료 특성에 영향을 주는 추가의 효과를 유발한다. 코팅 재료의 용융되지 않은 부분이 융액과 코팅 밴드 사이의 분리 층과 유사한 기능을 한다는 사실로 인해, 융액으로부터 주조 밴드로의 열의 소산 및 이것에 의한 융액의 응고 속도는 이 분리 층의 두께를 통해 유리하게 영향을 받을 수 있다. 또한, 스트립의 분리는, 예를 들면, 산화 방지로서의 페이싱(facing)의 의미에서 이 층의 분리 기능에 의해 개선될 수 있다. 다음에 이 분리 층은 생성되는 스틸 스트립 상에 견고하게 부착되는 층으로서 잔류한다.
본 발명의 유리한 개량에서, 기재에 대해 합금되는 비율은 스트립 주조 중에 적용되는 코팅 재료의 상이한 두께에 의해 가변적으로 조절되어, 합금화에 의해, 스트립 길이를 따라 상이한 특성을 갖는 스틸 스트립이 생성되고, 이와 같은 방법으로 응력-최적화된 서브섹션(subsection)을 갖는 스틸 스트립 또는 스틸 스트립 단면이 생성될 수 있다. 코팅 두께는, 예를 들면, 적용되는 코팅 재료를 그릿 블래스팅(grit blasting) 또는 박리 가공(stripping off)함으로써 또는 점도를 변화시킴으로써 가변적으로 조절될 수 있다.
본 발명의 추가의 유리한 실시형태에서, 각각 상이한 합금 조성 및/또는 상이한 두께를 갖는 코팅이 주조 스트립의 폭에 걸쳐 적용되어, 대응하는 상이한 특성이 형성 중인 스틸 스트립의 폭을 가로질러 조절될 수도 있다.
코팅 재료는, 예를 들면, 코팅 재료를 수용하고 또한 주조 밴드의 하측에 배치되는 용기 및 이 용기 내에 침지되고 또한 이동하는 주조 밴드 상에서 구르는 어플리케이터 롤(applicator roll)에 의해 주조(cast)에 적용된다. 적용되는 코팅 재료의 두께는 어플리케이터 롤의 가압력 및/또는 회전 속도를 통해 제어될 수 있다. 필요한 경우, 이 어플리케이터 롤은 모터에 의해 독립적으로 구동되도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 재료 특성은 형성 중인 스틸 스트립의 폭 및 길이를 따라, 대칭적으로 또는 비대칭적으로 또는 각각의 요구에 따라, 대응하여 유연하게 조절될 수 있다. 따라서, 대응하는 합금 수단의 추가를 통해, 요구되는 강도 인성 부식 또는 마모 특성에 대한 조절이 넓은 범위에 걸쳐 가능하다.
코팅 재료에 산화물, 질화물 또는 붕화물을 첨가하는 경우, 코팅 재료는 스틸보다 더 높은 융점으로 인해 형성 중인 스틸 스트립의 표면 상에 석출되고, 그 곳에서 주조 밴드와 융액 사이의 분리 층을 형성하는 물질적으로 접합되는 견고하게 부착하는 층으로서 잔류한다.
형성 중인 스틸 스트립 상의 이들 첨가제의 석출로 인해, 예를 들면, 부식 마모에 관한 표면 특성, 전기적 또는 자기적 특성은 넓은 범위에 걸쳐 조절될 수 있다. 선택적으로, 이 특성은 주조 스트립의 길이 및 폭을 가로지르는 석출 층의 두께를 통해 추가적으로 영향을 받을 수 있다
실험에 의하면, 응고된 스틸 융액(steel melt)과 주조 밴드(cast band) 사이의 분리 층의 존재는 더 균일한 열 소산을 유발하고, 이것에 의해 주조 밴드로부터의 리프팅(lifting) 중에 제조된 스틸 스트립의 폭을 가로질러 더 균일한 기하학적 형상을 유발한다는 것이 밝혀졌다.
따라서, 스틸 스트립의 사전 교정(prior straightening)이 요구되지 않으므로 이것은 하류의 제조 시스템으로의 전달을 상당히 단순화시킨다. 이것을 위해, 코팅 재료 내에 질화붕소의 사용은 유리한 것으로 입증되었다.
주조 밴드의 코팅의 추가의 이점은 주조 밴드의 기계적 및 열적 응력으로 인한 마모가 상당히 낮은 것으로서, 이것은 유지관리비를 상당히 감소시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 최초로 스트립의 횡방향 및 종방향에서 다양하게 조절할 수 있는 특성 구배를 갖는 복합 재료로서 수평 연속 주조 방법에 의해 주조되는 스틸 스트립을 제조하는 것과, 이것에 의해 변형 충돌 및 마모 특성에 관한 부위 특이적(site specific) 재료 특성에 따른 요구에 부합하는 것이 가능하다.
본 발명에 따라 제조되는 스틸 스트립은 차후에 공지된 방법으로 압연에 의해 열간 또는 냉간 스트립으로 추가로 처리될 수 있고, 선택적으로 코팅을 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 일반적으로 상이한 금속 재료로부터 스트립의 제조에 적합하고, 특히 높은 Mn, Si 및 Al 함량을 갖는 고합금 경량 스틸에도 적합하다.
요약하면, 다음의 이점이 본 발명으로부터 얻어진다:
- 비용효율이 높은 상이한 횡방향 및 종방향의 스트립 특성의 조합의 실현
- 스트립의 특성이 특성의 급격한 변화 없이 연속적으로 조절될 수 있다.
- 강도 구배 또는 부위 특이적 변형/충돌 특성을 생성하기 위해, 조절 가능한 혼합도에 기인하여 부위에 따라 상이한 합금 조성의 사용.
본 발명에 따른 방법은 도 1에 도시된 개략도에 의해 더 상세히 설명된다.
도 1은 표적화된 방식으로, 횡방향 및 종방향으로, 형성 중인 스틸 스트립의 재료 특성에 영향을 주기 위해 주조 밴드 상에 코팅 재료를 적용하기 위한 본 발명에 따른 장치를 구비하는 수평 스트립 주조 시스템의 측면도를 도시한다.
융액 용기(1)가 도시되어 있고, 이 융액 용기로부터 액체의 스틸 융액이 주조 밴드(2) 상에 주조 스트립으로서 적용되고, 이 주조 밴드는 전방 편향 롤러(3) 및 후방 편향 롤러(4)의 주위에서 회전한다.
주조 밴드(2)의 하측에는 이 주조 밴드(2) 상에 코팅 재료(7)의 적용을 위한 본 발명에 따른 장치가 위치된다. 이 장치는 페이스트상 코팅 재료(7)를 수용하는 용기(6) 및 코팅 재료(7) 내에 침지되어 있는 어플리케이터 롤(8)을 포함하고, 이 어플리케이터 롤(8)은 주조 밴드(2)와 접촉한다. 어플리케이터 롤은 주조 밴드(2)와 마찰 맞물림에 의해 구동되고, 이와 같은 방법으로 주조 밴드(2)의 저부 측면 상에 균일하게 코팅 재료(7)를 분배한다. 주조 밴드 상에 융액을 적용하기 전에 코팅 재료의 완전한 건조를 위한 건조 유닛은 도시되어 있지 않다.
주조 밴드(2) 상의 융액의 냉각 속도를 제어함으로써, 코팅 재료는 완전히 용융되고 이것에 의해 스틸 융액은 합금될 수 있거나, 또는 견고하게 부착되는 코팅이 스틸 스트립 상에 형성된다.
주조 중인 밴드(5) 또는 형성 중인 스틸 스트립이 스트립의 길이를 따라 조절될 수 있는 두께의 코팅(9)을 구비하도록, 융액의 적용 후에 여기서 설명되지 않은 스트립의 냉각에 의해, 주조 밴드(2)에 적용된 융액으로부터 코팅 재료로의 열의 이동은 코팅 재료 내의 첨가제, 코팅의 두께 또는 주조 속도의 선택에 따라 제어될 수 있다.
주조 밴드(2)의 폭에 걸쳐 분포되는 또한 도시되지 않은 다중 적용 장치를 통해, 상이한 조성의 코팅 재료(7)가 주조 밴드(2) 상에 적용될 수 있고, 이와 같은 방법으로 스틸 스트립의 상이한 특성 및 특성 구배가 또한 폭을 가로질러 달성될 수 있다.
1: 융액 용기
2: 주조 밴드
3: 전방 편향 롤러
4: 후방 편향 롤러
5: 주조 스트립
6: 용기
7: 코팅 재료(coating mass)
8: 적용 롤러
9: 코팅
2: 주조 밴드
3: 전방 편향 롤러
4: 후방 편향 롤러
5: 주조 스트립
6: 용기
7: 코팅 재료(coating mass)
8: 적용 롤러
9: 코팅
Claims (21)
- 스틸로 스트립의 횡단면 및 길이를 따라 조절될 수 있는 특성을 갖는 주조 스트립을 제조하기 위한 방법으로서, 스틸 융액(steel melt)이 융액 용기(1)를 통해 수평 스트립 주조 시스템의 회전하는 주조 밴드(cast band; 2)에 적용되고, 예비-스트립으로 응고되고, 선택적으로 차후에 열간 압연 공정을 거치고,
상기 융액과 접촉하는 상기 주조 밴드(2)의 일측 상에의 상기 융액의 적용 전에, 첨가제를 함유하는 담체(carrier) 액체를 포함하는 코팅 재료(7)가 적용되고, 상기 코팅 재료는 상기 액체 성분을 제거하기 위해 상기 융액의 적용 전에 건조되고, 상기 건조된 코팅 재료는 차후에 상기 적용된 융액과 물질적으로 결합되는, 스틸로 주조 스트립을 제조하기 위한 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 담체 액체는 상기 재료 특성의 표적화된 영향을 위한 금속 원소 또는 비금속 원소를 포함하는, 스틸로 주조 스트립을 제조하기 위한 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 담체 액체는 Cr, W, Co, Mo, Si, C와 같은 합금 원소를 포함하고, 상기 합금 원소는 용융에 의해 상기 적용된 융액에 합금되는, 스틸로 주조 스트립을 제조하기 위한 방법. - 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 담체 액체는 스틸보다 높은 융점을 갖는 산화물, 질화물 또는 붕화물을 포함하고, 상기 산화물, 질화물 또는 붕화물은, 상기 융액의 적용 후에, 상기 형성 중인 스틸 스트립 상에 본질적으로 견고하게 부착되는 코팅으로서 잔류하는, 스틸로 주조 스트립을 제조하기 위한 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주조 밴드의 추가의 냉각을 통해, 상기 주조 밴드에 적용되는 상기 코팅 재료(7)의 두께 및/또는 상기 융액의 주조 속도, 상기 융액과 건조된 코팅 재료 사이의 열 교환 및 이것에 의해 상기 건조된 코팅 재료(7)의 용융의 정도가 제어되는, 스틸로 주조 스트립을 제조하기 위한 방법. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 융액의 적용에 의한 상기 건조된 코팅 재료(7)의 단지 부분적 용융의 경우, 상기 건조된 코팅 재료(7)의 용융되지 않은 부분은 상기 융액과 접촉하는 그로부터 유래하는 상기 주조 스트립 또는 스틸 스트립의 일측면의 표면 상의 코팅(9)으로서 잔류하는, 스틸로 주조 스트립을 제조하기 위한 방법. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 주조 밴드(2)와 스틸 융액 사이의 열 전달 및 이것에 의한 상기 융액의 냉각 속도는 상기 적용된 코팅 재료(7)의 두께를 통해 제어되는, 스틸로 주조 스트립을 제조하기 위한 방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코팅 재료(7)는 액체 또는 페이스트상(paste-like) 형태로 상기 주조 밴드 상에 적용되는, 스틸로 주조 스트립을 제조하기 위한 방법. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적용된 코팅 재료(7)의 두께는 가변적으로 조절될 수 있는, 스틸로 주조 스트립을 제조하기 위한 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 코팅(9)의 두께는 상기 적용된 코팅 재료(7)의 기계적 박리 가공(mechanical stripping)에 의해 및/또는 그릿 블래스팅(grit blasting)에 의해 조절되는, 스틸로 주조 스트립을 제조하기 위한 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 코팅 재료(9)의 두께는 그것의 점도를 통해 조절되는, 스틸로 주조 스트립을 제조하기 위한 방법. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코팅 재료(7)는 상기 주조 밴드(5)의 저부 측으로부터 적용되는, 스틸로 주조 스트립을 제조하기 위한 방법. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코팅 재료(7)는 기계적으로 적용되는, 스틸로 주조 스트립을 제조하기 위한 방법. - 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
상기 코팅 재료(7)는 상기 코팅 재료(7)를 수용하는 용기(6) 및 탄성 표면을 갖는 어플리케이터 롤(8)에 의해 적용되는, 스틸로 주조 스트립을 제조하기 위한 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 적용된 코팅 재료(7)의 두께는 상기 어플리케이터 롤(8)의 상기 주조 밴드(2) 상의 가압력을 통해 조절되는, 스틸로 주조 스트립을 제조하기 위한 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 적용된 코팅 재료(7)의 두께는 상기 어플리케이터 롤(8)의 회전 속도를 통해 및/또는 상기 스틸 융액의 속도를 통해 조절되는, 스틸로 주조 스트립을 제조하기 위한 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 적용된 코팅 재료(7)의 두께는 상기 어플리케이터 롤(8)의 탄성 표면의 표면 조직을 통해 조절되는, 스틸로 주조 스트립을 제조하기 위한 방법. - 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위해, 2 개의 편향 롤러(3, 4)에 걸쳐 순환하는 주조 밴드로서 냉각되는 컨베이어 벨트 상에 융액의 적용을 위해 상기 융액을 수용하는 용기(1)를 포함하는, 스틸 특히 높은 망간 또는 알루미늄 함량을 갖는 경량 스틸의 수평 스트립 주조용 장치로서,
상기 주조 밴드(2) 상에 액체 또는 페이스트상 코팅 재료(7)를 적용하기 위한 장치가 상기 융액과 접촉하는 상기 주조 밴드(2)의 일측면 상에 배치되는, 스틸의 수평 스트립 주조용 장치. - 제 18 항에 있어서,
상기 장치는 상기 코팅 재료(7)를 수용하는 용기 및 상기 용기 내에 침지되고 또한 상기 주조 밴드의 표면 상에서 구르는 어플리케이터 롤(8)로 구성되는, 스틸의 수평 스트립 주조용 장치. - 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
상기 코팅 재료(7)의 적용을 위한 장치의 하류에 건조 장치가 배치되는, 스틸의 수평 스트립 주조용 장치. - 제 20 항에 있어서,
상기 건조 장치는 유도 열원인, 스틸의 수평 스트립 주조용 장치.
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