KR20240004700A - 와이어 및/또는 봉 형태의 강철 제품을 제조하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

와이어 및/또는 봉 형태의 강철 제품을 제조하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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토마스 네르자크
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에스엠에스 그룹 게엠베하
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Abstract

본 발명은 긴 강철 반제품(2)을 열-기계적으로 압연하기 위한 시스템(1) 및 방법에 관한 것이며, 상기 시스템은 제1 압연 장치(5); 이송 방향으로 제1 압연 장치(5)의 하류에 배치되는 제2 압연 장치(7); 선택적으로 제1 압연 장치(5)와 제2 압연 장치(7) 사이에 배치되는 제1 냉각 장치(6); 이송 방향으로 제2 압연 장치(7)의 하류에 배치되는 제1 열-기계식 사이징 블록(11); 제2 압연 장치(7)와 제1 열-기계식 사이징 블록(11, 11.1) 사이에 배치되는 제2 냉각 장치(9); 이송 방향으로 제1 열-기계식 사이징 블록(11)의 하류에 배치되는 냉각 베드, 링 레잉 및/또는 코일 권취 장치(16); 제1 열-기계식 사이징 블록(11)과 냉각 베드, 링 레잉 및/또는 코일 권취 장치(16) 사이에 배치되는 제3 냉각 장치(14); 및 제1 열-기계식 사이징 블록(11)과 냉각 베드, 링 레잉 및/또는 코일 권취 장치(16) 사이에 배치되어, 공정 진행 중에, 열-기계적으로 압연된 긴 강철 반제품에서 또는 와이어 및/또는 봉 형태의 강재(3)에서 마르텐사이트 구조, 특히 면적 퍼센트(% by area) 단위의 마르텐사이트 비율을 직접 측정하는 데 사용될 수 있는 구조 센서 장치(17);를 포함한다.

Description

와이어 및/또는 봉 형태의 강철 제품을 제조하기 위한 시스템 및 방법
본 발명은 긴 강철 반제품(long semi-finished steel product)을 열-기계적으로 압연하기 위한 시스템; 긴 강철 반제품으로, 특히 최소 300MPa의 항복 강도, 바람직하게는 최소 400MPa의 항복 강도를 갖는 와이어 및/또는 봉 형태의 강재, 바람직하게는 구조강을 제조하기 위한 제조 방법; 및 바람직하게는 본 발명에 따른 제조 방법에 따라 수득할 수 있는 와이어 및/또는 봉 형태의 강철 제품;에 관한 것이다.
원래 고품질 강재들의 제조를 위해 개발되었던 열-기계식 압연 방법은 철근의 제조를 위해서도 점점 더 많이 사용되고 있는데, 그 이유는, 상기 열-기계식 압연 방법에 의해, 구조강의 주요 특성들, 특히 연성 특성의 분명한 개선 외에도, 그와 동시에 합금 비용 및 운용 비용의 절감이 달성될 수 있기 때문이다. 이와 관련하여 연성 특성은 특히 지진 위험이 있는 지역에서 건축물의 붕괴 위험을 최소화하기 위해 대단히 중요하다.
구조강은, 구조용 건축 자재로서 허용되도록 하기 위해, 몇몇 특별한 기술적 요건을 충족해야만 한다. 이런 요건으로는 주로 항복 강도 및 인장 강도, 연성, 파괴연신율(A), 단면수축률(Z), 노치 봉 충격 에너지(notched bar impact energy)(K), 주로 탄소 당량(Ceq: Carbon equivalent)으로서 표시되는 용접성, 그리고 피로 저항에 대한 사양을 포함한다.
와이어 및/또는 봉 형태의 구조강들을 제조하기 위한, 종래 기술로부터 공지된 열-기계식 방법에 의해서는 전체 횡단면에 걸쳐 기본적으로 순수 페라이트-펄라이트 미세 구조들이 달성될 수 있으며, 그럼으로써 상기 유형으로 제조된 구조강 제품들은 높은 강도값 외에 요구되는 연성 특성들 역시도 보유하게 된다. 전체 냉각 공정은 각각의 목표 온도에 대하여 불안정하기 때문에, 공정 관리의 범주에서 자주 와이어 및/또는 봉 형태의 구조강들의 가장자리 영역들에서 허용되지 않는 마르텐사이트 미세 구조들이 갑작스럽게 형성되고, 이는 요구되는 연성 특성들과 관련하여 부정적으로 작용한다.
그러므로 본 발명의 과제는, 긴 강철 반제품들을 열-기계적으로 압연하기 위한 시스템, 및 와이어 및/또는 봉 형태의 강재들, 특히 구조강들을 제조하기 위한 제조 방법에 있어서, 미세 구조 및 기계적 특성들과 관련하여 일정한 품질로 와이어 및/또는 봉 형태의 강재들, 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 제8항의 특징들을 갖는 제조 방법을 통해 해결된다.
긴 강철 반제품을 와이어 및/또는 봉 형태의 강재로 열-기계적으로 압연하기 위한 본 발명에 따른 시스템은 제1 압연 장치; 이송 방향으로 제1 압연 장치의 하류에 배치되는 제2 압연 장치; 선택적으로 제1 압연 장치와 제2 압연 장치 사이에 배치되는 제1 냉각 장치; 이송 방향으로 제2 압연 장치의 하류에 배치되는 제1 열-기계식 사이징 블록(sizing block); 제2 압연 장치와 제1 열-기계식 사이징 블록 사이에 배치되는 제2 냉각 장치; 이송 방향으로 제1 열-기계식 사이징 블록의 하류에 배치되는 냉각 베드, 링 레잉(ring laying) 및/또는 코일 권취 장치; 제1 열-기계식 사이징 블록과 냉각 베드, 링 레잉 및/또는 코일 권취 장치 사이에 배치되는 제3 냉각 장치; 및 제1 열-기계식 사이징 블록과 냉각 베드, 링 레잉 및/또는 코일 권취 장치 사이에 배치되어, 공정 진행 중에, 열-기계적으로 압연된 긴 강철 반제품에서, 또는 와이어 및/또는 봉 형태의 강재에서 마르텐사이트 구조, 특히 면적 퍼센트(% by area) 단위의 마르텐사이트 비율을 직접 측정하는 데 사용될 수 있는 구조 센서 장치;를 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 와이어 및/또는 봉 형태의 강재들을 제조하기 위한 제조 방법에 관한 것이되, 우선 선택적으로 최소 900℃의 온도로, 바람직하게는 최소 950℃의 온도로 가열된 긴 강철 반제품은 제1 압연 장치에서 조압연(rough rolling)되고 선택적으로 그에 이어지는 제1 냉각 장치에서 냉각되며; 그런 다음 이송 방향으로 제1 압연 장치의 하류에 배치되는 제2 압연 장치에서 재압연(rerolling)되고 그에 이어지는 제2 냉각 장치에서 최소 850℃의 온도로 냉각되며; 그에 뒤이어 이송 방향으로 제2 냉각 장치의 하류에 배치되는 제1 열-기계식 사이징 블록에서 와이어 및/또는 봉 형태의 강재로 마무리 압연되고, 이런 강재는 제1 열-기계식 사이징 블록에 이어지는 제3 냉각 장치에서 400℃ 내지 850℃ 범위의 온도로 냉각되며; 그런 다음 이송 방향으로 제3 냉각 장치의 하류에 배치되는 냉각 베드, 링 레잉 및/또는 코일 권취 장치로 공급되되, 제1 열-기계식 사이징 블록과 냉각 베드, 링 레잉 및/또는 코일 권취 장치 사이의 섹션에 배치되는 구조 센서 장치에 의해서는, 공정 진행 중에, 열-기계적으로 압연된 긴 강철 반제품에서, 또는 와이어 및/또는 봉 형태의 강재에서 존재하는 마르텐사이트 구조가 직접적으로 측정된다.
열-기계적으로 마무리 압연된 와이어 및/또는 봉 형태의 강재에서 존재하는 마르텐사이트 구조, 특히 면적 퍼센트 단위의 마르텐사이트 비율을 연속해서 측정하는 데 사용될 수 있는 구조 센서 장치의 도입을 통해, 제조 공정은 분명히 보다 더 효과적으로 형성될 수 있는데, 그 이유는, 마르텐사이트 구조의 온라인 식별을 통해, 각각의 냉각 장치들 내의 온도와 각각의 압연 유닛들 내에서의 압연 온도 및/또는 압하율이 매칭될 수 있는 정도로 각각의 공정 매개변수들에 직접적인 영향을 미칠 수 있기 때문이다.
이 때문에, 자체 미세 구조와 관련하여 마르텐사이트가 없으면서 거의 일정한 품질을 보유하는 와이어 및/또는 봉 형태의 강재들, 특히 구조강들이 수득된다. 그에 추가로, 각각의 냉각 장치들 내에서 냉각 온도가 불완전하고, 그리고/또는 바람직하지 못한 경우, 온라인 센서 시스템을 통해, 스크랩 비율이 실시간으로 검출되어 곧바로 교정될 수 있다.
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, 그리고 본 발명의 또 다른 구성들을 정의할 수 있다. 더 나아가, 청구범위에 명시된 특징들은 명세서에 보다 더 상세하고 정확하게 규정되고 설명되되, 본 발명의 또 다른 바람직한 구성들도 설명된다.
여기서 주지할 사항은, 전술한 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 와이어 및/또는 봉 형태의 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.
"와이어 및/또는 봉 형태의 강재들 또는 강철 제품들"이란 용어는 본 발명의 문맥에서 강철 제품들, 특히 구조강들을 의미한다. 이러한 강철 제품들, 특히 구조강들은 바람직하게는 물결 모양이고, 그리고/또는 매끄러운 표면을 갖는 원형 횡단면을 보유한다. 그러나 대안의 실시 변형예에서, 상기 강철 제품들 또는 구조강들은 정사각형 횡단면, 직사각형 횡단면 또는 정육각형 횡단면도 보유할 수 있다.
본 발명의 문맥에서의 와이어 형태의 강철 제품들은 4.5 내지 29mm 범위의 지름, 바람직하게는 5.5 내지 16mm 범위의 지름을 보유할 수 있으며, 그리고 생산 라인의 끝 부분에서 링 레잉 장치(ring-laying device), 특히 루프 레잉 헤드(loop laying head)로 공급된다. 링 레잉 장치 또는 루프 레잉 헤드를 통해서는 와이어 형태의 강철 제품이 원하는 크기의 와이어 권선들(wire windings)로 형성되고, 그런 다음 롤러 테이블 상에 균질한 냉각을 위해 펼쳐져 내려놓여지고 그에 뒤이어 코일 형성 챔버(coil build-up chamber) 내에서 코일로서 수집된다.
그와 반대로, 봉 형태의 강철 제품들은 8.0 내지 60.0mm 또는 6.0 내지 50.0mm 범위의 지름을 보유할 수 있다. 긴 강철 반제품들이 최대 12m의 완성 길이(finished length)를 갖는 봉강(bar steel)으로 가공되어야 한다면, 봉 형태의 강철 제품들은 8.0 내지 60.0mm 범위의 지름을 보유하며, 그리고 생산 라인의 끝 부분에서 냉각 베드로 공급된다. 긴 강철 반제품들이 코일로 권취되는 봉강으로 가공되어야 한다면, 봉 형태의 강철 제품들은 6.0 내지 50mm 범위의 지름, 바람직하게는 6.0 내지 32.0mm 범위의 지름을 보유하며, 그리고 생산 라인의 끝 부분에서 코일 권취 장치로 공급된다.
사전에 최소 900℃의 온도로, 바람직하게는 최소 950℃의 온도로 가열된 긴 강철 반제품이 조압연되는 곳인 제1 압연 장치는 복수의 무지주 롤 스탠드로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 제1 압연 장치는 적어도 6개, 보다 더 바람직하게는 적어도 8개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 10개, 가장 바람직하게는 12개의 상기 무지주 롤 스탠드를 포함한다.
이송 방향으로 제1 압연 장치의 하류에는, 조압연된 긴 강철 반제품의 온도가 조절되어야 하는 점에 한해, 제1 냉각 장치가 배치될 수 있다. 제1 냉각 장치는 하나의 물탱크를 포함하거나, 또는 제1 압연 장치와 제2 압연 장치 사이의 제1 라인 섹션 내에 상호 간에 이격되어 배치되어 있는 2개의 물탱크를 포함한다.
그런 다음, 제2 압연 장치 내에서는 조압연된 긴 강철 반제품들이 재압연된다. 제2 압연 장치는 바람직하게는 적어도 2개, 보다 더 바람직하게는 적어도 4개, 가장 바람직하게는 6개의 무지주 롤 스탠드를 포함한다.
그에 보충되거나 그 대안으로, 제1 및/또는 제2 압연 장치는, 무지주 롤 스탠드들 대신, 유압 조정식 롤 스탠드들을 포함할 수 있다.
또 다른 바람직한 실시 변형예에서, 제2 압연 장치 내에서 마무리 압연된 긴 강철 반제품은 이송 방향에서 최종 롤 스탠드 내에서 성형을 통해 2개의 개별 스트랜드(strand)로 분리될 수 있으며, 이들 스트랜드는 추가 공정에서 상호 간에 평행하게 배치되는 열-기계식 사이징 블록들 내에서 와이어 및/또는 봉 형태의 강철 제품들로 마무리 압연될 수 있다.
이송 방향으로 제2 압연 장치의 하류에서는 제2 냉각 장치가 제2 라인 섹션 내에 배치된다. 제2 냉각 장치는 바람직하게는 적어도 2개, 보다 더 바람직하게는 적어도 3개 또는 4개의 물탱크를 포함하되, 이들 물탱크는, 열-기계적 압연 단계 전에 압연 스톡 내에서 온도 감소를 달성하기 위해, 제2 라인 섹션 내에 서로 이격되어 배치된다.
제1 및 제2 라인 섹션은, 바람직하게는, 압연 스톡이 횡단면에 걸쳐서 충분한 온도 보상을 위한 충분한 시간을 확보하는 방식으로 선택된다. 압연 스톡 내에서 온도의 보상은, 코어에서부터 표면으로의 전도를 통해 수행된다. 압연 스톡의 전체 횡단면에 걸쳐 최대한 균일한 온도를 달성하기 위해, 매우 바람직하게는 최대 100℃의 온도 기울기(temperature gradient), 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 제어는 각각의 스테이션들 사이에서 압연된 긴 강철 반제품의 표면 온도들의 측정을 통해 간접적으로 수행될 수 있다. 그에 보충되어, 상응하는 공정 모델들 역시도 고려될 수 있다.
그러므로 제1 압연 장치와 제2 압연 장치 사이의 제1 라인 섹션은 바람직하게는 40 내지 80m의 길이, 보다 더 바람직하게는 45 내지 60m의 길이를 보유한다. 제2 압연 장치와 제1 열-기계식 사이징 블록 사이의 제2 라인 섹션은 바람직하게는 100 내지 140m의 길이, 보다 더 바람직하게는 115 내지 130m의 길이를 보유한다.
그런 다음, 제2 냉각 장치 내에서 최소 850℃의 온도로 냉각되는 압연된 긴 강철 반제품은 제1 열-기계식 사이징 블록으로 공급되되, 이런 사이징 블록 내에서 상기 압연된 긴 강철 반제품은 의도되거나 기설정된 최종 지름으로 마무리 압연된다.
매우 바람직한 실시 변형예에서, 압연된 긴 강철 반제품은 700℃ 범위의 온도, 바람직하게는 최소 730℃의 온도, 보다 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 야금 재결정 과정 및 이에 수반되는 입자 미세화 효과를 위해 필요하고 최대한 낮은 온도 기울기가 설정될 수 없기 때문이다. 그러므로 압연된 긴 강철 반제품이 제1 열-기계식 사이징 블록으로 공급될 때의 온도는 850℃로, 바람직하게는 840℃로, 보다 더 바람직하게는 820℃로, 가장 바람직하게는 800℃로 제한된다. 매우 바람직하게는, 압연된 긴 강철 반제품은 780℃의 온도를 갖는 제1 열-기계식 사이징 블록으로 공급된다.
열-기계식 사이징 블록 내에서는 최대 성형 또는 최대 압하율이 수행되되, 이는 바람직하게는 30 내지 80%일 수 있다. 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 제3 냉각 장치 사이에 제2 열-기계식 사이징 블록을 포함할 수 있되, 이런 제2 열-기계식 사이징 블록도 마찬가지로 하나, 바람직하게는 2개, 보다 더 바람직하게는 4개, 훨씬 더 바람직하게는 6개, 가장 바람직하게는 8개의 스탠드로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 매우 바람직하게는, 두 열-기계식 사이징 블록 사이에, 하나 또는 상호 간에 이격된 2개의 물탱크를 포함하는 중간 냉각 장치가 제공된다. 이렇게, 예를 들면 바람직한 제1 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. 두 열-기계식 사이징 블록에 대해 전술한 스탠드들의 분배와 관련하여 각각 또 다른 조합도 가능하며, 그리고 생각해볼 수 있다.
또한, 이렇게, 기본 유형으로 형성된 열-기계식 사이징 블록, 예를 들면 6개의 스탠드로 형성된 열-기계식 사이징 블록 역시도 6개의 단일 스탠드형 열-기계식 사이징 블록으로 분할될 수도 있되, 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 제3 냉각 장치는 제3 라인 섹션 내에 배치되되, 제3 냉각 장치 내에서는 와이어 및/또는 봉 형태의 강재들로 마무리 압연된 긴 강철 반제품들이 추가 입자 성장을 중지시키기 위해 냉각된다. 제3 냉각 장치는 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 2개, 보다 더 바람직하게는 적어도 3개, 훨씬 더 바람직하게는 적어도 4개, 가장 바람직하게는 적어도 5개의 물탱크를 포함하며, 이들 물탱크를 통해서는, 한편으로 온도 보상을 보장하기 위해, 그리고 다른 한편으로는 마르텐사이트 또는 베이나이트(Bainite)의 형태로 경화된 미세 구조의 형성을 방지하기 위해, 와이어 및/또는 봉 형태의 강재들이 냉각된다.
매우 바람직하게는, 제3 냉각 장치는 2개 내지 12개의 물탱크, 보다 더 바람직하게는 4개 내지 10개의 물탱크를 포함한다.
각각의 냉각 장치의 각각의 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 모델에 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 냉각 수량과 1.5 내지 6.0bar의 조절 가능한 냉각수 압력 범위를 보유한다.
제1 또는 제2 열-기계식 사이징 블록과 냉각 베드, 링 레잉 도는 코일 권취 장치 사이에서 연장되는 제3 라인 섹션 역시도 바람직하게는 압연 스톡이 횡단면에 걸쳐 충분한 온도 보상을 위한 충분한 시간을 확보하는 방식으로 선택된다. 그러므로 바람직하게는 와이어 및/또는 봉 형태의 강재로 마무리 압연되는 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. 그러므로 바람직하게는 제3 라인 섹션은 110 내지 150m의 이송 길이, 보다 더 바람직하게는 110 내지 130m의 이송 길이를 보유한다. 이와 관련하여, 매우 바람직한 것으로 확인된 점에 따르면, 재결정 과정들의 제어; 및 바람직하게는 12.0㎛ 미만의 평균 입자 지름, 훨씬 더 바람직하게는 10.0㎛ 미만의 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 700℃ 내지 1100℃ 범위의 온도를 보유하는 와이어 및/또는 봉 형태의 강재들은 최대 300ms 후에, 바람직하게는 최대 200ms 후에, 훨씬 더 바람직하게는 최대 100ms 후에, 추가로 바람직하게는 최대 90ms 후에, 가장 바람직하게는 최대 80ms 후에 제3 냉각 장치로, 특히 제3 냉각 장치의 제1 물탱크로 공급된다.
추가의 입자 성장을 억제하기 위해, 와이어 및/또는 봉 형태의 강재들은, 400℃ 내지 850℃ 범위에서의 냉각 베드 유입 온도, 링 레잉 장치 내로의 유입 온도 및/또는 코일 권취 장치 내로의 유입 온도가 달성되는 정도로 냉각된다. 매우 바람직한 냉각 베드 유입 온도는 550℃ 내지 750℃이며, 보다 더 바람직하게는 600℃ 내지 650℃이다. 그와 반대로 코일 권취 장치 내로의 매우 바람직한 유입 온도는 450℃ 내지 550℃이다. 링 레잉 장치 내로의 매우 바람직한 유입 온도는 600℃ 내지 750℃이다.
제1 또는 제2 열-기계식 사이징 블록과 냉각 베드, 링 레잉 또는 코일 권취 장치 사이의 제3 섹션 내에 배치되는 본 발명에 따른 구조 센서 장치는 바람직하게는 이송 방향으로 냉각 베드, 링 레잉 또는 코일 권취 장치의 직상류에, 이송 방향으로 냉각 베드, 링 레잉 또는 코일 권취 장치의 상류에 배치되는 분리 장치의 직상류에, 그리고/또는 이송 방향으로 제3 냉각 장치의 하류에, 선택적으로는 제3 냉각 장치의 직하류에, 특히 최종 물탱크의 하류에 배치될 수 있다. 제3 냉각 장치 내 복수의 물탱크 중 2개의 물탱크 사이의 배치 역시도 가능하다.
바람직한 실시 변형예에서, 본원 시스템은, 제3 라인 섹션 내 제3 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 특정한 물탱크들 내에서 마르텐사이트 구조의 형성이 할당될 수 있다.
구조 센서 장치를 통해서는, 공정 진행 중에, 와이어 및/또는 봉 형태의 강재들 내의 마르텐사이트 구조, 특히 면적 퍼센트 단위의 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 있되, 상기 제어 및/또는 조절 장치를 통해서는 선택적으로 상응하는 알고리즘에 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 15.0 면적 퍼센트의 마르텐사이트 비율, 바람직하게는 최대 10.0 면적 퍼센트의 마르텐사이트 비율, 보다 더 바람직하게는 최대 8.0 면적 퍼센트의 마르텐사이트 비율, 훨씬 더 바람직하게는 최대 6.0 면적 퍼센트의 마르텐사이트 비율, 가장 바람직하게는 최대 5.0 면적 퍼센트의 마르텐사이트 비율을 포함하는 와이어 및/또는 봉 형태의 강철 제품에 관한 것이다.
바람직하게는, 본원의 와이어 및/또는 봉 형태의 강재, 특히 구조강은 중량 퍼센트 단위로 하기 화학 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 와이어 및/또는 봉 형태의 강재는 추가 동반 원소들로서 바람직하게는 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: 0.65 내지 1.0,
납: 최대 0.25,
주석: 최대 0.07.
매우 바람직하게는, 본원 와이어 및/또는 봉 형태의 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, 도면들 및/또는 예시들에서 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 와이어 및/또는 봉 형태의 강재(3)들로 열-기계적으로 압연되는 상기 긴 강철 반제품(2)들은 165 x 165mm의 치수를 갖는 4각형(정사각형) 횡단면을 보유할 수 있다. 그에 상응하게 마무리 압연된 와이어 및/또는 봉 형태의 강재(3)들은 4.5 내지 29mm 범위의 지름(와이어 형태의 강재)을 보유할 수 있거나, 또는 8.0 내지 60.0mm 또는 6.0 내지 50.0 범위의 지름(봉 형태의 강재)을 보유할 수 있다.
상응하는 와이어 및/또는 봉 형태의 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 12개의 무지주 롤 스탠드의 캐스케이드(미도시)에서 조압연된다. 이와 관련하여, 각각의 롤 스탠드 내에서 패스당 20 내지 40%의 압하율이 달성된다. 제1 압연 장치(5) 내에서 압연 스톡의 평균 온도는 900℃ 내지 1100℃이다.
이송 방향으로 제1 압연 장치(5)의 하류에는, 조압연된 긴 강철 반제품(2)이 제2 압연 장치(7)로 공급되기 전에 상기 긴 강철 반제품의 온도를 재조절할 수 있도록 하기 위해, 하나 또는 2개의 물탱크를 포함한 제1 냉각 장치(6)가 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 냉각 장치(6)는 제1 압연 장치(5)와 제2 압연 장치(7) 사이의 제1 라인 섹션(8) 내에 배치되되, 이런 제1 라인 섹션은, 압연 스톡이 두 압연 과정 간의 충분한 온도 보상을 위한 충분한 시간을 확보하는 방식으로 선택된다. 제1 라인 섹션(8)은 45 내지 60m의 길이를 보유할 수 있다.
그런 다음 조압연된 긴 강철 반제품(2)들은 제2 압연 장치(7)에서 6개의 무지주 롤 스탠드로 구성된 캐스케이드(미도시) 내에서 재압연되되, 이와 관련하여 각각의 롤 스탠드 내에서 패스당 20 내지 30%의 압하율이 달성된다. 제2 압연 장치(7) 내에서 압연 스톡의 평균 온도는 800℃ 내지 1000℃이다.
이송 방향으로 제2 압연 장치(7)의 하류에서는, 열-기계적 압연의 후속 단계 전에 800℃ 내지 1000℃로 고온인 압연 스톡의 온도 감소를 달성하기 위해, 본원에서는 서로 이격된 3개의 물탱크(미도시)를 포함한 제2 냉각 장치(9)가 제2 라인 섹션(10) 내에 배치된다. 또한, 제2 라인 섹션은, 압연 스톡이 온도 감소 외에도 자체 횡단면에 걸쳐 충분한 온도 보상을 위한 충분한 시간을 확보하는 방식으로 선택된다. 그러므로 제2 라인 섹션은 본원에서 115m 내지 130m의 길이를 보유할 수 있다.
그동안 원형 및/또는 타원형 횡단면을 보유하게 되는 재압연되고 냉각된 긴 강철 반제품(2)은 그 다음 740℃ 내지 800℃ 범위의 온도를 갖는 제1 열-기계식 사이징 블록(11)으로 공급되어, 예컨대 8mm, 18mm 또는 25mm일 수 있는 의도되거나 기설정된 최종 지름으로 마무리 압연된다. 이를 위해, 제1 열-기계식 사이징 블록(11)은 일 실시 변형예에서 6개의 스탠드로 형성될 수 있되, 개별 스탠드들 내 패스당 약 22 내지 27%의 압하율이 달성될 수 있다.
또 다른 실시 변형예에서, 제1 열-기계식 사이징 블록(11/11.1)은 마찬가지로 복수의 스탠드로 형성될 수 있는 제2 열-기계식 사이징 블록(11.2)을 통해 보충될 수 있다. 이러한 실시 변형예에서, 두 열-기계식 사이징 블록(11.1, 11.2) 사이에 형성되는 중간 라인 섹션(12) 내에는, 적어도 하나의 물탱크(미도시)를 포함한 중간 냉각 장치(13)가 제공된다. 이러한 중간 라인 섹션(12) 역시도, 압연 스톡의 횡단면에 걸쳐 충분한 온도 보상을 위한 충분한 시간을 압연 스톡에 부여할 수 있도록 하기 위해, 예컨대 30m의 특정한 라인을 포함한다.
그런 다음, 이송 방향으로, 제1 또는 제2 열-기계식 사이징 블록(11.1, 11.2)의 하류에서 제3 냉각 장치(14)는 제3 라인 섹션(15) 내에 배치된다. 이러한 제3 라인 섹션 내에서, 와이어 및/또는 봉 형태의 강재(3)들로 마무리 압연되어 700℃ 내지 1050℃의 온도를 보유하는 긴 강철 반제품(2)들은, 추가의 입자 성장을 억제하고 마르텐사이트 또는 베이나이트 형태로 경화된 미세 구조들의 형성을 방지하기 위해, 연이어 서로 이격된 4개 또는 5개의 물탱크의 캐스케이드를 통해 냉각된다. 이를 위해, 재결정 과정들을 제어할 수 있고 6.0 내지 10.0㎛ 범위의 평균 입자 지름을 갖는 높은 미세 입도를 달성하기 위해, 최종 패스 직후에 최대한 단기간 개시되는 냉각이 필요하다. 최종 스테이션까지의 경로에서 압연 스톡의 횡단면에 걸쳐 충분한 온도 보상을 위한 충분한 시간을 압연 스톡에 부여할 수 있도록 하기 위해, 제3 라인 섹션(15) 역시도 그에 상응하게 길게 선택된다. 이러한 제3 라인 섹션은 예컨대 110 내지 130m의 길이를 보유할 수 있다.
그런 다음, 각각의 실시 변형예에 따라서, 봉 형태의 강재(3)들은 550℃ 내지 750℃의 냉각 베드 유입 온도로 냉각 베드 장치(16)로 공급되거나, 600℃ 내지 750℃의 유입 온도로 루프 레잉 헤드(16)로 공급되거나, 또는 450℃ 내지 550℃의 코일 권취 온도로 코일 권취 장치(16)로 공급된다.
전체 냉각 공정은 각각의 목표 온도에 대하여 불안정하기 때문에, 그리고 그에 따라 공정 관리의 범주에서 마르텐사이트 미세 구조가 갑작스럽게 형성될 수 있기 때문에, 시스템(1)은 그 외에 제3 라인 섹션(15) 내에 배치되는 구조 센서 장치(17)를 포함한다.
구조 센서 장치(17)를 통해서는, 공정 진행 중에 와이어 및/또는 봉 형태의 강재(3)들에서 마르텐사이트 구조의 형성, 특히 면적 퍼센트 단위의 마르텐사이트 비율이 온라인으로 식별될 수 있다.
의도되지 않은 마르텐사이트의 식별을 위해, 구조 센서 장치(17)는 예컨대 초음파 측정 장치, X-선 측정 장치, 레이더 빔 측정 장치 및/또는 전자기 측정 장치를 포함할 수 있다.
파선 화살표들을 통해서는, 제3 라인 섹션(15) 내에서 구조 센서 장치(17)의 가능한 포지셔닝이 도시되어 있다. 이렇게, 구조 센서 장치는 예컨대 이송 방향으로 제3 냉각 장치(14)의 상류에, 또는 냉각 베드, 링 레잉 또는 코일 권취 장치(16)의 직상류에 배치될 수 있다. 제3 냉각 장치(14) 내에서, 또는 중간 라인 섹션(12) 내에서 복수의 물탱크 중 물탱크들 사이의 배치 역시도 가능하다.
도 2~4에는, 본 발명에 따른 방법의 일 실시 변형예에 따라서 제조되었고 지름이 서로 상이한 3개의 봉강(3)의 3가지 온도 프로파일(평균 온도)(18, 19, 20)이 도시되어 있다. 이를 위해, 재가열로(4), 12개의 무지주 롤 스탠드(미도시)를 구비한 제1 압연 장치(5), 2개의 물탱크를 구비한 제1 냉각 장치(6), 6개의 무지주 롤 스탠드(미도시)를 구비한 제2 압연 장치(7), 3개의 물탱크를 구비한 제2 냉각 장치(9), 6-스탠드형 사이징 블록(11), 5개의 물탱크를 구비한 제3 냉각 장치(14) 및 냉각 베드 장치(16)를 포함하는 시스템(1)에서 165 x 165mm의 치수를 갖는 사각형(정사각형) 횡단면을 보유한 등급 HRB 400의 빌릿을 8mm(도 2), 18mm(도 3) 및 25mm(도 4)의 지름을 갖는 봉강(3)으로 열-기계적으로 압연하였다.
1: 시스템
2: 긴 강철 반제품
3: 와이어 형태/봉 형태 강재/봉강
4: 로(furnace)
5: 제1 압연 장치
6: 제1 냉각 장치
7: 제2 압연 장치
8: 제1 라인 섹션
9: 제2 냉각 장치
10: 제2 라인 섹션
11: 제1 사이징 블록
11.1: 제1 사이징 블록
11.2: 제2 사이징 블록
12: 중간 라인 섹션
13: 중간 냉각 장치
14: 제3 냉각 장치
15: 제3 라인 섹션
16: 냉각 베드 장치/코일 권취 장치/링 레잉 장치
17: 구조 센서 장치
18: 온도 프로파일
19: 온도 프로파일
20: 온도 프로파일

Claims (11)

  1. 긴 강철 반제품(2)을 와이어 및/또는 봉 형태의 강재(3)로 열-기계적으로 압연하기 위한 시스템(1)에 있어서, 상기 시스템은 제1 압연 장치(5); 이송 방향으로 제1 압연 장치(5)의 하류에 배치되는 제2 압연 장치(7); 선택적으로 제1 압연 장치(5)와 제2 압연 장치(7) 사이에 배치되는 제1 냉각 장치(6); 이송 방향으로 제2 압연 장치(7)의 하류에 배치되는 제1 열-기계식 사이징 블록(11); 제2 압연 장치(7)와 제1 열-기계식 사이징 블록(11, 11.1) 사이에 배치되는 제2 냉각 장치(9); 이송 방향으로 제1 열-기계식 사이징 블록(11)의 하류에 배치되는 냉각 베드, 링 레잉 및/또는 코일 권취 장치(16); 제1 열-기계식 사이징 블록(11)과 냉각 베드, 링 레잉 및/또는 코일 권취 장치(16) 사이에 배치되는 제3 냉각 장치(14); 및 제1 열-기계식 사이징 블록(11)과 냉각 베드, 링 레잉 및/또는 코일 권취 장치(16) 사이에 배치되어, 공정 진행 중에, 열-기계적으로 압연된 긴 강철 반제품(2)에서 또는 와이어 및/또는 봉 형태의 강재(3)에서 마르텐사이트 구조, 특히 면적 퍼센트 단위의 마르텐사이트 비율을 직접 측정하는 데 사용될 수 있는 구조 센서 장치(17);를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 구조 센서 장치(17)는 이송 방향으로 상기 냉각 베드, 링 레잉 및/또는 코일 권취 장치(16)의 직상류에; 이송 방향으로 상기 냉각 베드, 링 레잉 또는 코일 권취 장치(16)의 상류에 배치되는 분리 장치의 직상류에; 그리고/또는 이송 방향으로 상기 제3 냉각 장치(14)의 하류에, 선택적으로는 상기 제3 냉각 장치의 직하류에; 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구조 센서 장치(17)는 초음파 측정 장치, X-선 측정 장치, 레이더 빔 측정 장치 및/또는 전자기 측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 상기 제1 열-기계식 사이징 블록(11, 11.1)과 상기 제3 냉각 장치(14) 사이에 배치되는 제2 열-기계식 사이징 블록(11.2)을 더 포함하고, 선택적으로 두 사이징 블록(11.1, 11.2) 사이에 배치되는 중간 냉각 장치(13)를 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 및/또는 상기 제3 냉각 장치(9, 14)는 각각이 상호 간에 이격되어 배치되는 적어도 2개의 물탱크, 바람직하게는 적어도 3개의 물탱크, 더 바람직하게는 적어도 4개의 물탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열-기계식 사이징 블록(11.1, 11.2)의 각각은 하나, 2개, 4개, 6개 및/또는 8개의 스탠드로 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구조 센서 장치(17)는 상기 시스템(1)의 상기 냉각 장치(6, 9, 13, 14)들 내의 온도 및 각각의 압연 유닛(5, 7, 11.1, 11.2) 내의 압연 온도 및/또는 압연 속도의 설정을 위해 제어 및/또는 조절 장치와 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
  8. 긴 강철 반제품(2)으로부터, 특히 최소 300MPa의 항복 강도, 바람직하게는 최소 400MPa의 항복 강도를 갖는 와이어 및/또는 봉 형태의 강재(3)를 제조하기 위한 제조 방법에 있어서, 우선 선택적으로 최소 900℃의 온도로 가열된 상기 긴 강철 반제품(2)은 제1 압연 장치(5)에서 조압연되고, 선택적으로 그에 이어지는 제1 냉각 장치(6)에서 냉각되고; 그런 다음 이송 방향으로 상기 제1 압연 장치(5)의 하류에 배치되는 제2 압연 장치(7)에서 재압연되고, 그에 이어지는 제2 냉각 장치(9)에서 최소 850℃의 온도로 냉각되고; 그에 뒤이어 이송 방향으로 상기 제2 냉각 장치(9)의 하류에 배치되는 제1 열-기계식 사이징 블록(11, 11.1)에서 와이어 및/또는 봉 형태의 강재(3)로 마무리 압연되고, 강재는 상기 제1 열-기계식 사이징 블록(11, 11.1)에 이어지는 제3 냉각 장치(14)에서 400℃ 내지 850℃ 범위의 온도로 냉각되고; 그런 다음 이송 방향으로 상기 제3 냉각 장치(14)의 하류에 배치되는 냉각 베드, 링 레잉 및/또는 코일 권취 장치(16)로 공급되고, 상기 제1 열-기계식 사이징 블록(11, 11.1)과 상기 냉각 베드, 링 레잉 및/또는 코일 권취 장치(16) 사이의 섹션에 배치되는 구조 센서 장치(17)에 의해, 공정 진행 중에, 열-기계적으로 압연된 상기 긴 강철 반제품(2)에서 또는 상기 와이어 및/또는 봉 형태의 강재(3)에서 존재하는 마르텐사이트 구조가 직접적으로 측정되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  9. 바람직하게는 제8항에 따른 제조 방법에 따라 제조되고, 특히 최소 300MPa의 항복 강도, 바람직하게는 최소 400MPa이 항복 강도를 가지며, 최대 15.0 면적 퍼센트의 마르텐사이트 비율을 포함하는 와이어 및/또는 봉 형태의 강재(3).
  10. 제9항에 있어서, 상기 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 불순물들과 같은 조성을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 및/또는 봉 형태의 강재(3).
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 강재는 0.60 이하의 탄소 당량(Ceq)(≤ 0.60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 및/또는 봉 형태의 강재(3).
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