KR20230175293A - 봉형 강재를 제조하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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미하엘 쾨버리히
니콜라 레돌피
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에스엠에스 그룹 게엠베하
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Abstract

본 발명은 긴 강철 반제품(2)들을 열-기계적으로 압연하기 위한 시스템(1) 및 방법에 관한 것으로서, 상기 시스템은 제1 압연 장치(5); 이송 방향으로 제1 압연 장치(5)의 하류에 배치되는 제1 열-기계식 사이징 블록(8); 제1 압연 장치(5)와 제1 열-기계식 사이징 블록(8) 사이에 배치되는 제1 냉각 장치(6); 이송 방향으로 제1 열-기계식 사이징 블록(8)의 하류에 배치되는 분리 장치(14); 제1 열-기계식 사이징 블록(8)과 분리 장치(14) 사이에 배치되는 냉각 장치(11); 및 이송 방향으로 분리 장치(14)의 하류에 배치되는 코일 권취 장치(13)를 포함한다.

Description

봉형 강재를 제조하기 위한 시스템 및 방법
본 발명은 긴 강철 반제품(long steel semi-finished product)들을 열-기계적으로 압연하기 위한 시스템; 긴 강철 반제품들로, 특히 최소 300MPa의 항복 강도, 바람직하게는 최소 400MPa의 항복 강도를 갖는 봉형 강재들(rod-shaped steels), 바람직하게는 구조강들을 제조하기 위한 제조 방법; 및 바람직하게는 본 발명에 따른 방법에 따라서 수득될 수 있는 봉형 강철 제품에 관한 것이다.
봉형 강철 제품들의 종래 제조의 경우, 상응하는 강재들은 우선 복수의 롤 스탠드에 걸쳐서 열간 압연되며, 그리고 압연기열(roll train)에 이어서 담금질(quenching)된다. 큰 온도 강하를 통해, 주변부(circumference)에 걸쳐 마르텐사이트 링(martensite ring)이 형성된다. 그 다음에 수득되는 강철 제품들은 최대 12m의 길이로 분리되고, 냉각 베드(cooling bed) 상에서 650℃에서 100℃로 최대한 균일하게 냉각되며, 그에 뒤이어 운송될 수 있으면서 추가 가공부로 공급될 수 있는 코일들로 결합된다.
냉각 베드 상에서의 냉각에 대한 대안으로, 상기 유형의 강철 제품들은 조밀한 코일로도 권취될 수 있다. 그러나 종래 접근법과 달리, 권취된 코일의 경우, 매우 불균일한 냉각 조건들이 존재하며, 이런 조건들은 기계적 특성들의 증가된 산포도(scattering)를 야기하며, 그리고 그 다음에 예컨대 다이(die)를 통해 인발하는 경우와 같은 추가 가공 시 부정적으로 작용한다.
WO 2004/104237 A1호로부터는 예컨대 금속 봉들을 권취하기 위한 방법이 공지되어 있다. 개시되는 방법에 따라서, 다듬질 압연된 봉들은, 복수의 물탱크를 포함하여 이송 방향으로 압연 장치의 하류에 배치되는 냉각 및 보상 구간에서, 천천히 600℃ 내지 700℃ 범위의 온도로 냉각되며, 그런 다음 코일 권취 장치로 공급된다. 그렇게 하여, 페라이트 및 펄라이트(perlite)로 이루어진 코어를 포함한 미세조직(microstructure)만이 달성되고, 상기 코어는 마르텐사이트와 보다 더 높은 비율의 베이나이트(bainite)로 이루어진 환형 구조에 의해 에워싸인다.
그러므로 본 발명의 과제는 긴 강철 반제품들을 열-기계적으로 압연하기 위한 시스템, 및 봉형 강철 제품들, 특히 구조강들을 제조하기 위한 제조 방법에 있어서, 기계적 재료 특성들의 적은 산포도를 나타내고, 그리고/또는 자체 미세 조직과 관련하여 변함없는 품질을 보유하는 봉형 강철 제품들, 특히 구조강들을 제조하는 데 사용할 수 있는 상기 시스템 및 상기 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 과제는, 본 발명에 따라서, 특허 청구항 제1항의 특징들을 갖는 시스템, 및 특허 청구항 제10항의 특징들을 갖는 제조 방법을 통해 해결된다.
긴 강철 반제품들을 열-기계적으로 압연하기 위한 본 발명에 따른 시스템은 제1 압연 장치; 이송 방향으로 제1 압연 장치의 하류에 배치되는 제1 열-기계식 사이징 블록(thermomechanical sizing block); 제1 압연 장치와 제1 열-기계식 사이징 블록 사이에 배치되는 제1 냉각 장치; 이송 방향으로 제1 열-기계식 사이징 블록의 하류에 배치되는 분리 장치; 제1 열-기계식 사이징 블록과 분리 장치 사이에 배치되는 제2 냉각 장치; 및 이송 방향으로 분리 장치의 하류에 배치되는 코일 권취 장치를 포함한다.
동일한 방식으로, 본 발명은, 긴 강철 반제품들로, 특히 최소 300Mpa의 항복 강도, 바람직하게는 최소 400MPa의 항복 강도, 훨씬 더 바람직하게는 최소 500MPa의 항복 강도, 가장 바람직하게는 최소 600MPa의 항복 강도를 갖는 봉형 강재들을 제조하기 위한 제조 방법에 관한 것으로서, 우선 선택적으로 최소 900℃의 온도로, 바람직하게는 최소 950℃의 온도로 가열된 긴 강철 반제품은 제1 압연 장치에서 조압연(rough rolling)되고 그에 이어지는 제1 냉각 장치에서 최소 850℃의 온도로 냉각되며; 그에 뒤이어, 이송 방향으로 제1 냉각 장치의 하류에 배치되는 제1 열-기계식 사이징 블록에서 봉형 강재로 다듬질 압연되고, 이런 봉형 강재는 제1 열-기계식 사이징 블록에 이어지는 제2 냉각 장치에서 400℃ 내지 600℃ 범위의 온도로 냉각되며; 그에 뒤이어, 이송 방향으로 제2 냉각 장치의 하류에 배치되는 분리 장치에서 사전 맞춤 재단(pre-tailoring)되며; 그런 다음 이송 방향으로 분리 장치의 하류에 배치되는 코일 권취 장치로 공급되어, 수직으로, 그리고/또는 수평으로 권취된 코일로 권취된다.
본 발명의 개발의 범주에서, 조정되는 공정 제어를 통해, 한편으로 특정한 펄라이트-베이나이트 미세 조직을 보유하고 다른 한편으로는 기계적 재료 값들(mechanical material values)의 감소된 산포도를 보유하는 봉형 강철 제품의 수직으로, 그리고/또는 수평으로 권취된 코일이 수득되는 것으로 확인되었다. 바람직하게는, 봉형 강철 제품들은 기계적 재료 값들의 산포도, 특히 25MPa 이하의 항복 강도(Re ≤ 25Mpa)의 산포도, 보다 더 바람직하게는 20MPa 이하의 항복 강도(Re ≤ 20MPa)의 산포도, 훨씬 더 바람직하게는 15MPa 이하의 항복 강도(Re ≤ 15MPa)의 산포도, 가장 바람직하게는 10MPa 이하의 항복 강도(Re ≤ 10MPa)의 산포도를 보유하고, DIN488에 준하여 각각의 표준들에서 기설정된 강도 수준(strength level) 및 또 다른 재료 값들은 부분적으로 개선된다.
열-기계적 압연 및 이를 통해 달성되는 봉형 강철 제품들 내에서의 결정립 미세화 효과(grain refinement effect)의 또 다른 장점은, 망간, 또는 강도를 증가시키는 또 다른 미세 합금 원소들의 사용이 감소되거나 절약될 수 있다는 점에 있으며, 이는 제조 비용에 바람직하게 작용한다.
또한, 수직으로, 그리고/또는 수평으로 권취되는 코일로 봉형 강철 제품들의 권취는 운반 및 공간 요구량과 관련하여 추가 장점을 나타낸다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구성들은 종속적으로 기재된 청구항들에 명시되어 있다. 종속적으로 기재된 청구항들에 개별적으로 제시된 특징들은 기술적으로 유의미한 방식으로 상호 간에 조합될 수 있으며, 본 발명의 또 다른 구성들을 한정할 수 있다. 더 나아가, 청구범위에 명시된 특징들은 명세서에 보다 더 상세하고 정확하게 규정되고 설명되고, 본 발명의 또 다른 바람직한 구성들도 설명된다.
여기서 주지할 사항은, 본원에서 언급되는 온도들이 압연 스톡의 횡단면에 걸친 평균 온도들이고 그에 따라 표면 온도들과 동일시 될 수 없다는 점이다.
"긴 강철 반제품(long semi-finished steel product)"이란 용어는, 본 발명의 문맥에서, 본 발명에 따른 봉형 강재들 또는 강철 제품들, 특히 구조강들을 제조하기에 적합한 강철 반제품을 의미한다. 상기 긴 강철 반제품들은 빌릿(billet)으로서도 지칭되며, 그리고 일반적으로 정사각형 또는 직사각형 횡단면을 보유한다.
"봉형 강철 제품들"이란 용어는 본 발명의 문맥에서 강철 제품들 또는 봉강들(bar steel), 특히 구조강들을 의미하고, 이러한 강철 제품들 또는 봉강들, 특히 구조강들은 6.0 내지 50mm, 바람직하게는 6.0 내지 32mm 범위의 지름을 갖는 원형 횡단면을 보유하고, 이들의 표면은 물결 모양으로, 그리고/또는 매끄럽게 형성된다. 상기 봉형 강철 제품들은 영어 명칭인 "rebar(리바: 철근)"로도 공지되어 있다.
사전에 최소 900℃의 온도로, 바람직하게는 최소 950℃의 온도로 가열되는 긴 강철 반제품이 조압연되는 곳인 제1 압연 장치는 복수의 무지주 롤 스탠드(pillarless roll stand)로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 제1 압연 장치는 적어도 10개, 보다 더 바람직하게는 적어도 12개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 14개, 가장 바람직하게는 16개의 상기 무지주 롤 스탠드를 포함한다.
그에 보충하여, 또는 그 대안으로, 제1 압연 장치는, 무지주 롤 스탠드들 대신, 유압으로 조정 가능한 롤 스탠드들을 포함할 수 있다.
이송 방향으로 제1 압연 장치의 하류에서, 제1 냉각 장치는, 제1 압연 장치와 제1 열-기계식 사이징 블록 사이에 뻗어 있는 제1 라인 섹션 내에 배치된다. 제1 냉각 장치는 하나의 물탱크를 포함하거나, 또는 복수, 바람직하게는 2개의 물탱크를 포함할 수 있고, 이런 경우 이들 물탱크는 제1 라인 섹션 내에 상호 간에 이격되어 배치된다. 냉각 장치에 의해서는, 열-기계적 압연 단계 전에 압연 스톡 내의 온도 감소가 달성된다.
각각의 냉각 장치의 물탱크들의 냉각 용량은 냉각수의 체적 유량, 물탱크당 활성 냉각 튜브의 개수, 냉각 튜브 지름 및/또는 냉각수 압력 그리고 선택적으로 냉각수 온도에 근거하여 목표한 바대로 설정될 수 있다. 설정값들은 전형적으로 특정한 공정 모델들에 의해 기결정되고 온라인 조절을 통해 매칭될 수 있다.
예시의 물탱크는 6500mm의 물탱크 길이를 보유할 수 있으며, 그리고 각각 750mm의 길이를 갖는 6개의 냉각 튜브를 포함할 수 있다. 이런 경우, 상기 유형의 물탱크는 전형적으로 230㎥/h의 최대 냉각수량과 1.5 내지 6.0bar의 조절 가능한 냉각수 압력 범위를 보유한다.
또한, 제1 라인 섹션은, 바람직하게는 압연 스톡이 횡단면에 걸쳐 충분한 온도 보상을 위한 충분한 시간을 확보하는 방식으로 선택된다. 압연 스톡 내의 온도의 보상은 코어에서부터 표면까지의 전도(conduction)를 통해 수행된다. 압연 스톡의 전체 표면에 걸쳐 최대한 균일한 온도를 달성하기 위해, 매우 바람직하게는 최대 100℃의 온도 기울기, 보다 더 바람직하게는 최대 80℃의 온도 기울기, 훨씬 더 바람직하게는 최대 60℃의 온도 기울기, 가장 바람직하게는 최대 50℃의 온도 기울기가 설정된다. 횡단면 온도들의 균질화의 산포도는 각각의 스테이션들 사이에서 간접적으로 압연된 긴 강철 반제품의 표면 온도들의 측정을 통해 수행될 수 있다. 그에 보충되어, 상응하는 공정 모델들도 고려될 수 있다.
제1 라인 섹션은 80 내지 120m의 길이, 보다 더 바람직하게는 90 내지 100m의 길이를 보유할 수 있다.
그런 다음, 제1 냉각 장치에서 최소 850℃의 온도로 냉각되는 압연된 긴 강철 반제품은 제1 열-기계식 사이징 블록으로 공급되며, 이런 사이징 블록 내에서 상기 긴 강철 반제품은 의도되거나 기설정된 최종 지름으로 다듬질 압연된다.
매우 바람직한 실시 변형예에서, 압연된 긴 강철 반제품은 최소 700℃의 온도, 바람직하게는 최소 730℃의 온도, 보다 더 바람직하게는 최소 750℃의 온도, 훨씬 더 바람직하게는 최소 760℃의 온도, 가장 바람직하게는 최소 770℃의 온도를 갖는 제1 열-기계식 사이징 블록으로 공급된다. 그러나 압연된 긴 강철 반제품들의 온도는 너무 높지 않아야 하는데, 그 이유는 그렇지 않을 경우 표면 온도와 코어 온도 사이에서 야금학적 재결정화 과정들(recrystallization processes) 및 이에 수반되는 결정립 미세화 효과들을 위해 필요하고 최대한 적은 온도 기울기가 설정될 수 없기 때문이다. 그러므로 압연된 긴 강철 반제품이 제1 열-기계식 사이징 블록으로 공급될 때 보유하는 온도는 850℃로, 바람직하게는 840℃로, 보다 더 바람직하게는 820℃로, 가장 바람직하게는 800℃로 제한된다. 아주 매우 바람직하게는, 압연된 긴 강철 반제품은 780℃의 온도를 갖는 제1 열-기계식 사이징 블록으로 공급된다.
열-기계식 사이징 블록 내에서는, 바람직하게는 30 내지 80%일 수 있는 최대 성형 또는 최대 압하가 수행된다. 열-기계식 사이징 블록은 하나, 바람직하게는 2개, 보다 더 바람직하게는 4개, 훨씬 더 바람직하게는 6개, 가장 바람직하게는 8개의 스탠드로 형성될 수 있다.
또 다른 바람직한 실시 변형예에서, 본원 시스템은 제1 열-기계식 사이징 블록과 제2 냉각 장치 사이에 제2 열-기계식 사이징 블록을 포함할 수 있고, 이런 제2 열-기계식 사이징 블록도 마찬가지로 1개, 바람직하게는 2개, 보다 더 바람직하게는 4개, 훨씬 더 바람직하게는 6개, 가장 바람직하게는 8개의 스탠드로 형성될 수 있다. 이와 관련하여 아주 매우 바람직하게는, 두 열 기계식 사이징 블록 사이에, 하나의 물탱크 또는 상호 간에 이격된 2개의 물탱크를 포함하는 중간 냉각 장치가 제공된다. 이렇게, 예컨대 제1 바람직한 실시 변형예에서, 제1 열-기계식 사이징 블록은 4개의 스탠드로 형성될 수 있고 제2 열-기계식 사이징 블록은 2개의 스탠드로 형성될 수 있다. 또 다른 바람직한 실시 변형예에서, 제1 열-기계식 사이징 블록은 예컨대 4개의 스탠드로 형성될 수 있고 제2 열-기계식 사이징 블록도 마찬가지로 4개의 스탠드로 형성될 수 있다. 2개의 열-기계식 사이징 블록에 대한 스탠드들의 분배와 관련하여 각각 또 다른 조합도 가능하고 생각해볼 수 있다.
또한, 이렇게, 기본 유형으로 형성된 열-기계식 사이징 블록, 예를 들면 6개의 스탠드로 형성된 열-기계식 사이징 블록도 6개의 단일 스탠드형 열-기계식 사이징 블록으로 분할될 수도 있고, 예컨대 6개의 단일 스탠드형 열-기계식 사이징 블록으로 구성된 전체 캐스케이드(cascade)의 안쪽에서 상기 6개의 단일 스탠드형 열-기계식 사이징 블록 중 각각 2개의 사이에 적어도 하나의 물탱크를 포함한 각각 하나의 중간 냉각 장치가 제공된다.
열-기계식 사이징 블록들은 기본적으로 공지되어 있으며, 그리고 본원 출원인에 의해 MEERdrive®의 상표명으로 판매되고 있다.
그런 다음, 이송 방향으로 제1 열-기계식 사이징 블록의 하류에서, 선택적으로는 제2 열-기계식 사이징 블록의 하류에서 제2 냉각 장치는 제2 라인 섹션 내에 배치되고, 제2 냉각 장치 내에서는 봉형 강재들로 다듬질 압연된 긴 강철 반제품들이 추가 입자 성장을 중지시키기 위해 냉각된다.
제2 냉각 장치는 4개 내지 9개의 물탱크, 보다 더 바람직하게는 5개 내지 8개의 물탱크를 포함할 수 있다. 또 다른 실시 변형예에서, 제2 냉각 장치는 적어도 2개, 보다 더 바람직하게는 3개, 훨씬 더 바람직하게는 4개, 가장 바람직하게는 5개의 물탱크를 포함할 수 있으며, 이들 물탱크를 통해서는, 한편으로 온도 보상을 보장하기 위해, 그리고 다른 한편으로는 마르텐사이트 또는 베이나이트의 형태로 경화된 미세 구조의 형성을 방지하기 위해, 봉형 강재들이 냉각된다.
제1 또는 제2 열-기계식 사이징 블록 또는 이 사이징 블록의 최종 스탠드와 코일 권취 장치 사이에 뻗어 있는 제2 라인 섹션도, 바람직하게는 압연 스톡이 횡단면에 걸친 충분한 온도 보상을 위한 충분한 시간을 확보하는 방식으로 선택된다. 그러므로 바람직하게는 봉형 강재로 다듬질 압연된 긴 강철 반제품 내에는, 최대 100℃의 온도 기울기, 보다 더 바람직하게는 최대 80℃의 온도 기울기, 훨씬 더 바람직하게는 최대 60℃의 온도 기울기, 가장 바람직하게는 최대 50℃의 온도 기울기가 설정된다.
제2 라인 섹션은 바람직하게는 200 내지 350m의 이송 길이, 보다 더 바람직하게는 250 내지 300m의 이송 길이를 보유할 수 있다. 이와 관련하여 매우 바람직한 것으로 확인된 점에 따르면, 재결정화 과정들의 제어; 및 바람직하게는 12.0㎛ 미만의 평균 입자 지름, 보다 더 바람직하게는 10.0㎛ 미만의 평균 입자 지름, 훨씬 더 바람직하게는 8.0㎛ 미만의 평균 입자 지름, 가장 바람직하게는 5.0 내지 6.5㎛ 범위의 평균 입자 지름을 갖는 높은 미세 입도(fine granularity);를 위해, 최종 패스(pass) 직후에, 다시 말해 제1 또는 제2 열-기계식 사이징 블록 후에 최대한 단기간으로 개시되는 냉각이 결정적으로 중요하다.
그러므로 바람직하게는, 최종 패스 후에 800℃ 내지 950℃ 범위의 온도, 바람직하게는 800℃ 내지 900℃ 범위의 온도를 보유하는 봉형 강재들은 최대 100ms 후에, 바람직하게는 최대 90ms 후에, 훨씬 더 바람직하게는 최대 80m 후에, 추가로 더 바람직하게는 최대 70ms 후에, 가장 바람직하게는 최대 60ms 후에, 제2 냉각 장치로, 특히 제2 냉각 장치의 제1 물탱크로 공급된다.
추가의 입자 성장을 억제하기 위해, 봉형 강재들은, 400℃ 내지 600℃ 범위에서의 코일 권취 장치 내로의 유입 온도, 바람직하게는 450℃ 내지 550℃의 코일 권취 장치 내로의 유입 온도가 달성되는 정도로 냉각된다.
또 다른 바람직한 실시 변형예에서, 본원 시스템은 제2 냉각 장치와 분리 장치 사이에 배치되는 구조 센서 장치를 포함할 수 있으며, 이런 구조 센서 장치를 통해서는, 공정 진행 중에 열-기계적으로 압연된 봉형 강철 제품 내에 경우에 따라 존재하는 마르텐사이트 구조, 특히 면적 퍼센트(A.-%) 단위의 마르텐사이트 비율이 직접적으로 검출될 수 있다. 제2 라인 섹션 내에 배치되는 본 발명에 따른 구조 센서 장치는 바람직하게는 이송 방향으로 코일 권취 장치의 직상류에, 분리 장치의 직상류에, 그리고/또는 이송 방향으로 제2 냉각 장치의 하류에, 특히 이 제2 냉각 장치의 최종 물탱크의 하류에, 선택적으로는 이들의 직하류에 배치될 수 있다. 제2 냉각 장치 내에서 복수의 물탱크 중 2개의 물탱크 사이의 배치도 가능하다.
바람직한 실시 변형예에서, 본원 시스템은 제2 라인 섹션 내의 제2 냉각 장치 안쪽에 배치되는 복수의 물탱크 각각의 하류에 각각 하나의 본 발명에 따른 구조 센서 장치를 포함한다. 이를 통해, 복수의 물탱크 각각은 개별적으로 조정될 수 있으며, 그리고 마르텐사이트 구조의 형성은 특정한 물탱크들 내에서 기인할 수 있다.
구조 센서 장치를 통해서는, 공정 진행 중에, 봉형 강재들 내의 마르텐사이트 구조, 특히 면적 퍼센트 단위(A.-%)의 마르텐사이트 비율이 온라인으로 식별될 수 있다. 측정 방법으로서는 기본적으로 출원 시점에 통상의 기술자에게 공지된 모든 기술이 사용될 수 있다. 그러나 바람직하게는, 구조 센서 장치는, 의도되지 않은 마르텐사이트의 식별을 위해, 초음파 측정 장치, X-선 측정 장치, 레이더 빔 측정 장치 및/또는 전자기 측정 장치를 포함한다.
구조 센서 장치는 바람직하게는 제어 및/또는 조절 장치와 연결될 수 있고, 상기 제어 및/또는 조절 장치를 통해서는 선택적으로 상응하는 알고리즘들에 의해 의도되는 구조를 설정하기 위해 각각의 공정 단계들에 대한 능동적 개입이 실행될 수 있다.
또한, 또 다른 양태에서, 본 발명은, 바람직하게는 본 발명에 따른 방법에 따라 제조되고, 특히 최소 300MPa의 항복 강도, 보다 더 바람직하게는 최소 400MPa의 항복 강도, 훨씬 더 바람직하게는 최소 500MPa의 항복 강도, 가장 바람직하게는 최소 600MPa의 항복 강도를 가지며, 그리고 최대 15.0면적 퍼센트(A.-%)의 마르텐사이트 비율, 바람직하게는 최대 10.0면적 퍼센트(A.-%)의 마르텐사이트 비율, 보다 더 바람직하게는 최대 8.0면적 퍼센트(A.-%)의 마르텐사이트 비율, 훨씬 더 바람직하게는 최대 6.0면적 퍼센트(A.-%)의 마르텐사이트 비율, 가장 바람직하게는 최대 5.0면적 퍼센트(A.-%)의 마르텐사이트 비율을 포함하는 봉형 강철 제품에 관한 것이다.
바람직하게는, 본원의 봉형 강재, 특히 구조강은 중량 퍼센트 단위로 하기 조성을 포함한다.
탄소: 0.04 내지 0.35,
규소: 0.10 내지 0.80,
망간: 0.40 내지 1.60,
인: 최대 0.06,
황: 최대 0.06,
질소: 최대 0.012,
및 철 잔여물, 선택적으로 추가 동반 원소들, 및 불가피한 불순물들.
본원 봉형 강재는 추가 동반 원소들로서 하기 원소들을 개별적으로, 그리고/또는 조합하여 포함할 수 있다(중량 퍼센트 단위).
크롬: 최대 0.40,
몰리브덴: 최대 0.20,
니켈: 최대 0.90,
구리: 최대 1.0,
납: 최대 0.25,
주석: 최대 0.07.
매우 바람직하게는, 본원 봉형 강재, 특히 구조강은 0.60 이하의 탄소 당량(Ceq)(≤ 0.60), 보다 더 바람직하게는 0.50 이하의 탄소 당량(Ceq)(≤ 0.50)을 보유한다.
본 발명 및 기술적 환경은 하기에서 도면들 및 예시들에 근거하여 보다 더 상세하게 설명된다. 여기서 주지할 사항은, 본 발명이 도시된 실시예들을 통해 제한되어서는 안 된다는 점이다. 특히 분명하게 다른 방식으로 설명되어 있지 않은 한, 도면들에서 설명되는 내용들에서 부분 양태들을 추출하여, 본원 명세서 및/또는 도면들에서의 또 다른 구성요소들 및 지식들과 조합할 수 있다. 특히 주지할 사항은, 도면들 및 특히 도시된 크기 비율이 개략적인 것일 뿐이라는 점이다. 동일한 도면부호들은 동일한 대상들을 나타내며, 그런 까닭에 다른 도면들에서의 경우에 따른 설명들이 보충적으로 고려될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템의 일 실시 변형예를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 제1 실시예의 온도 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 제2 실시예의 온도 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 방법의 제3 실시예의 온도 프로파일을 나타낸 그래프이다.
도 1에는, 긴 강철 반제품(2)들을 열-기계적으로 압연하기 위한 본 발명에 따른 시스템(1)의 일 실시 변형예가 개략적인 블록선도로 도시되어 있다. 시스템(1) 내에서 봉형 강재(3)들로 열-기계적으로 압연되는 상기 긴 강철 반제품들 또는 출발 빌릿(2)들은 160 x 160mm의 치수를 갖는 4각형(정사각형) 횡단면을 보유할 수 있다. 그에 상응하게 다듬질 압연된 봉형 강재(3)들은 6.0 내지 32mm 범위의 지름을 보유할 수 있다.
상응하는 봉형 강재(3)들의 제조를 위해, 긴 강철 반제품(2)들은 우선 재가열로(4)(reheating furnace)로 공급되고, 이런 재가열로 내에서 압연할 긴 강철 반제품(2)들은 900℃ 내지 1000℃의 온도로 가열된다.
그 다음 가열된 긴 강철 반제품(2)들은 제1 압연 장치(5)로 공급되고, 이런 제1 압연 장치 내에서 상기 긴 강철 반제품들은 16개의 무지주 롤 스탠드의 캐스케이드(미도시)에서 열간 조압연된다. 이와 관련하여, 각각의 롤 스탠드 내에서 패스당 20 내지 40% 범위의 압하율이 달성된다. 제1 압연 장치(5) 내에서 압연 스톡의 평균 온도는 850℃ 내지 1000℃이다.
이송 방향으로 제1 압연 장치(5)의 하류에는, 열 기계적으로 압연하는 후속 단계 이전에 850℃ 내지 1000℃로 고온인 압연 스톡의 온도 감소를 달성하기 위해, 여기서는 2개의 물탱크(미도시)를 포함하는 제1 냉각 장치(6)가 제1 라인 섹션(7) 내에 배치된다. 또한, 제1 압연 장치(5)의 최종 무지주 롤 스탠드와 제1 열-기계식 사이징 블록(8) 사이에 뻗어 있는 제1 라인 섹션(7)은, 압연 스톡이, 온도 감소 외에도, 충분한 온도 보상을 위한 충분한 시간을 확보하는 방식으로 선택된다. 제1 라인 섹션은 90m 내지 100m의 길이를 보유할 수 있다.
그런 다음, 그 사이에 원형 및/또는 타원형 횡단면을 보유하게 된 조압연되고 냉각된 긴 강철 반제품(2)은 760℃ 내지 820℃ 범위의 온도를 갖는 제1 열-기계식 사이징 블록(8)으로 공급되어, 예컨대 8mm, 12mm 또는 25mm일 수 있는 의도되거나 기설정된 최종 지름으로 다듬질 압연된다. 이를 위해, 제1 열-기계식 사이징 블록(8)은 일 실시 변형예에서 6개의 스탠드로 형성될 수 있고, 개별 스탠드들 내에서 패스당 22 내지 27%의 압하율이 달성될 수 있다.
또 다른 실시 변형예에서, 제1 열-기계식 사이징 블록(8/8.1)은, 마찬가지로 다수의 스탠드로 형성될 수 있는 제2 열-기계식 사이징 블록(8.2)을 통해 보충될 수 있다. 이러한 실시 변형예에서, 두 열-기계식 사이징 블록(8.1, 8.2) 사이에 형성되는 중간 라인 섹션(9) 내에는, 2개의 물탱크(미도시)를 포함한 중간 냉각 장치(10)가 제공된다. 이러한 중간 라인 섹션(9)도, 두 열-기계적 압연 단계 사이에서 충분한 온도 보상을 위한 충분한 시간을 압연 스톡에 가능하게 하기 위해, 예컨대 72m의 특정한 구간을 포함한다.
그런 다음, 이송 방향으로 제1 또는 제2 열-기계식 사이징 블록(8, 8.1, 8.2)의 하류에서, 제2 냉각 장치(11)는, 제1 또는 제2 열-기계식 사이징 블록(8, 8.1, 8.2)과 코일 권취 장치(13) 사이에 뻗어 있는 제2 라인 섹션(12) 내에 배치된다. 제2 냉각 장치(11) 내에서, 봉형 강재(3)들로 다듬질 압연되고 800℃ 내지 900℃의 온도를 보유하는 긴 강철 반제품(2)들은, 추가 입자 성장을 억제하고 마르텐사이트 또는 베이나이트의 형태로 경화된 미세 조직의 형성을 방지하기 위해, 여기서는 연이어 이격된 4개의 물탱크의 캐스케이드를 통해 냉각된다. 이를 위해, 재결정화 과정들을 제어할 수 있고 6.0 내지 10.0㎛ 범위의 평균 입자 지름을 갖는 높은 미세 입도를 달성하기 위해, 최종 패스 직후에 최대한 단기간으로 개시되는 냉각이 요구된다. 최종 스테이션까지의 경로에서 충분한 온도 보상을 위한 충분한 시간을 압연 스톡에 가능하게 하기 위해, 제2 라인 섹션(12)도 그에 상응하게 길게 선택된다. 이러한 제2 라인 섹션은 예컨대 250 내지 300m의 길이를 보유할 수 있다.
그런 다음, 봉형 강재(3)들은, 분리 장치(14) 내에서의 사전 맞춤 재단 후에, 450℃ 내지 500℃의 코일 권취 온도를 보유한 상태로, 수직 코일 권취 장치로서 형성된 코일 권취 장치(13)로 공급된다.
전체 냉각 공정은 각각의 목표 온도와 관련하여 불안정하며, 그리고 그에 따라 공정 제어의 범주에서 마르텐사이트 미세 조직의 급격한 형성이 발생할 수 있기 때문에, 시스템(1)은 그 외에도 제2 라인 섹션(12) 내에 배치되는 구조 센서 장치(15)를 포함할 수 있다.
구조 센서 장치(15)를 통해서는, 공정 진행 중에, 생산되는 봉형 강재(3)들 내에서 마르텐사이트 구조의 형성, 특히 면적 퍼센트(A.-%) 단위의 마르텐사이트 비율이 식별될 수 있다. 의도되지 않는 마르텐사이트의 식별을 위해, 구조 센서 장치(15)는 예컨대 초음파 측정 장치, X-선 측정 장치, 레이더 빔 측정 장치 및/또는 전자기 측정 장치를 포함할 수 있다.
파선 화살표들을 통해서는, 제2 라인 섹션(12) 내에서 구조 센서 장치(15)의 가능한 포지셔닝이 도시되어 있다. 이렇게, 구조 센서 장치는, 예를 들면 이송 방향으로 제2 냉각 장치(11)의 상류에, 분리 장치(14)의 직상류에, 또는 코일 권취 장치(13)의 직상류에 배치될 수 있다. 제2 냉각 장치(11) 내에서, 또는 중간 라인 섹션(19) 내에서 복수의 물탱크 중 물탱크들 사이의 배치도 가능하다.
도 2~도 4에는, 본 발명에 따른 방법의 일 실시 변형예에 따라서 제조되었고 지름이 서로 상이한 3개의 봉강(3)의 3가지 온도 프로파일(평균 온도)(16, 17, 18)이 도시되어 있다. 이를 위해, 재가열로(4), 16개의 무지주 롤 스탠드(미도시)를 구비한 제1 압연 장치(5), 2개의 물탱크를 구비한 제1 냉각 장치(6), 6-스탠드형 사이징 블록(8), 4개의 물탱크를 구비한 제2 냉각 장치(11) 및 코일 권취 장치(13)를 포함하는 시스템(1)에서, 160 x 160mm의 치수를 갖는 사각형(정사각형) 횡단면을 보유한 등급 C20D의 빌릿을 8mm(도 2), 12mm(도 3) 및 25mm(도 4)의 지름을 갖는 봉강(3)으로 열-기계적으로 압연하였다.
1: 시스템
2: 긴 강철 반제품
3: 봉형 강재/봉강
4: 로(furnace)
5: 제1 압연 장치
6: 제1 냉각 장치
7: 제1 라인 섹션
8: 제1 사이징 블록
8.1: 제1 사이징 블록
8.2: 제2 사이징 블록
9: 중간 라인 섹션
10: 중간 냉각 장치
11: 제2 냉각 장치
12: 제2 라인 섹션
13: 코일 권취 장치
14: 분리 장치
15: 구조 센서 장치
16: 온도 프로파일
17: 온도 프로파일
18: 온도 프로파일

Claims (15)

  1. 긴 강철 반제품(2)들을 열-기계적으로 압연하기 위한 시스템(1)으로서,
    제1 압연 장치(5); 이송 방향으로 제1 압연 장치(5)의 하류에 배치되는 제1 열-기계식 사이징 블록(8); 제1 압연 장치(5)와 제1 열-기계적 사이징 블록(8) 사이에 배치되는 제1 냉각 장치(6); 이송 방향으로 제1 열-기계식 사이징 블록(8)의 하류에 배치되는 분리 장치(14); 제1 열-기계식 사이징 블록(8)과 분리 장치(14) 사이에 배치되는 제2 냉각 장치(11); 및 이송 방향으로 분리 장치(14)의 하류에 배치되는 코일 권취 장치(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 열-기계식 사이징 블록(8)과 상기 제2 냉각 장치(11) 사이에 배치된 제2 열-기계식 사이징 블록(8.2)을 더 포함하고, 선택적으로 상기 두 사이징 블록(8.1, 8.2) 사이에 중간 냉각 장치(10)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 냉각 장치(6)는 적어도 하나의 물탱크, 바람직하게는 2개의 물탱크롤 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 냉각 장치(11)는, 각각 상호 간에 이격되어 배치되는 적어도 2개의 물탱크, 바람직하게는 적어도 3개의 물탱크, 더욱 더 바람직하게는 적어도 4개의 물탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열-기계식 사이징 블록(8.1, 8.2)들 각각은 1개, 2개, 4개, 6개 및/또는 8개의 스탠드로 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코일 권취 장치(13)는 수직 코일 권취 장치로서 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은, 이송 방향으로 상기 코일 권취 장치(13)의 직상류에; 상기 분리 장치(14)의 직상류에; 그리고/또는 이송 방향으로 상기 제2 냉각 장치(11)의 하류에, 선택적으로는 상기 제2 냉각 장치의 직하류에 배치되는 구조 센서 장치(15)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
  8. 제7항에 있어서, 상기 구조 센서 장치(15)는 초음파 측정 장치, X-선 측정 장치, 레이더 빔 측정 장치 및/또는 전자기 측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 구조 센서 장치(15)는, 상기 시스템(1)의 상기 냉각 장치(6, 10, 11)들 내의 온도, 및 각각의 압연 유닛(5, 8, 8.1, 8.2)들 내의 압연 온도 및/또는 압연 속도의 설정을 위해, 제어 및/또는 조절 장치와 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
  10. 긴 강철 반제품(2)들로, 특히 최소 300MPa의 항복 강도, 바람직하게는 최소 400MPa의 항복 강도를 갖는 봉형 강재(3)들을 제조하기 위한 제조 방법에 있어서, 우선 선택적으로 최소 900℃의 온도로 가열된 상기 긴 강철 반제품(2)은 제1 압연 장치(5) 내에서 조압연되고, 이에 뒤이은 제1 냉각 장치(6)에서는 최소 850℃의 온도로 냉각되며; 그에 뒤이어 이송 방향으로 상기 제1 냉각 장치(6)의 하류에 배치된 제1 열-기계식 사이징 블록(8) 내에서 봉형 강재(3)로 다듬질 압연되고, 이런 봉형 강재는 상기 제1 열-기계식 사이징 블록(8)에 이어지는 제2 냉각 장치(11)에서 400℃ 내지 600℃ 범위의 온도로 냉각되고; 그에 뒤이어 이송 방향으로 상기 제2 냉각 장치(11)의 하류에 배치된 분리 장치(14) 내에서 사전 맞춤 재단되며; 그리고 그런 다음 이송 방향으로 상기 분리 장치(14)의 하류에 배치된 코일 권취 장치(13)로 공급되어, 수직으로, 그리고/또는 수평으로 권취되는 코일로 권취되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 긴 강철 반제품(2)은 700℃ 내지 850℃ 범위의 온도에서 다듬질 압연되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 봉형 강철 제품(3)은 450℃ 내지 550℃ 범위의 온도에서 상기 코일 권취 장치(13)의 맨드릴에 권취되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  13. 바람직하게는 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따르는 제조 방법에 따라 제조되고, 특히 최소 300MPa의 항복 강도, 바람직하게는 최소 400MPa의 항복 강도를 가지며, 최대 15.0면적 퍼센트(A.-%)의 마르텐사이트 비율을 포함하는 것을 특징으로 하는 봉형 강재(3).
  14. 제13항에 있어서, 상기 봉형 강재는, 중량 퍼센트 단위로,
    탄소: 0.04 내지 0.35,
    규소: 0.10 내지 0.80,
    망간: 0.40 내지 1.60,
    인: 최대 0.06,
    황: 최대 0.06,
    질소: 최대 0.012,
    철 잔여물, 선택적으로 추가 동반 원소들, 및 불가피한 불순물들의 조성을 포함하는 것을 특징으로 하는 봉형 강재(3).
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 봉형 강재는 0.60 이하의 탄소 당량(Ceq)(≤ 0.60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 봉형 강재(3).
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