KR900005373B1 - 길이 방향재질이 균일한 열연코일의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

길이 방향재질이 균일한 열연코일의 제조방법

제1도는 열연코일의 길이방향 재질편차를 나타낸 그래프.

제2도는 압연소재의 길이방향 온도변화를 나타낸 그래프.

제3도는 권취후의 냉각속도 변화에 따른 인장강도를 나타낸 그래프.

제4도는 권취후 냉각속도에 따른 체적팽창변화를 나타낸 그래프.

제5도는 마무리압연 종료온도와 권취온도에 따른 재질편차량의 변화를 나타낸 그래프.

본 발명은 열연공장에서 열간압연된 코일(coil)의 길이방향에 따른 재질편차를 최소화시키는 열간압연법에 관한 것이다. 일반적으로 열간압연된 코일은 길이방향 위치에 따른 기계적 성질의 차이가 크다. 길이방향에 따른 코일의 기계적성질의 변화(제 1도 참조)는 양 선단부에서 심하여, 강도는 양 선단부가 높고 연신율은 양선단부가 낮은 형태를 나타내고 있고 강도의 차이는 4-5㎏/㎟이고 연신율의 차이는 약 5%이다.

또한 굽힘시험에 의한 가공성 평가에 있어서도 양 선단부의 균열 발생율은 중앙부에 비해 약 2.5배나 된다. 그러나 코일 전체길이를 기준으로 양끝의 2% 이내에서는 강도의 차이는 2㎏/㎟ 연신율은 2% 이하로 재질이 균일해진다. 따라서 균일한 재질의 코일을 얻기위해서는 코일의 양 선단부를 약 2%씩 잘라내면 가능하지만 이는 제품의 실수율에 엄청난 손실을 가져오게된다. 열간압연 코일의 길이방향 재질편차 발생이유로서는 화학성분의 편석, 열간압연온도의 변화, 권취온도의 변화 및 권취이후 불균일 냉각등으로 알려져 있다. 이같은 재질편차를 감소시키는 방법으로서는 저온인성을 균일화하기 위해 코일 선단부의 온도를 마무리압연전 미리 수냉시켜 코일 미부의 온도와 같게하여 열간압연시 길이방향온도 변화가 없도록하여 압연하는 방법 또는 마무리압연전 이송테이블(delay table)에서 공냉시켜 마무리압연온도를 낮추어 압연한으로서 길이방향 재질편차를 감소시키는 방법등이 제안되어 있으나 이같은 방법들은 온도제어의 정확도가 낮고 생산성이 떨어지는 등의 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 생산성감소등 단점이 생기지 않도록 통상의 열간압연방법을 그대로 사용하되 공정상의 변수인 마무리압연 종료온도와 권취온도만을 제어하여 코일내길이방향 재질이 균일한 열연로일을 제조하고자 하는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은, 강판의 열간압연에 있어서. 열간압연재의 마무리압연 종료온도의 하한온도를 완전체에 걸쳐 혼입이 발생되지 않는 최소의 온도인 페라이트생성개시온도(Ar₃+40) +15℃로 하고, 권취온도의 하한온도를 베이나이트가 생성되는 온도(B₅) +15℃로 구성하여 길이방향재질이 균일한 열연로일을 제조하는 방법에 관한 것이다.

열간압연퇸 코일에서 재질편차의 발생원인으로 고려되고 있는 화학성분의 길이방향편석은 조괴재에서는 가끔 나타나지만 연주재에서는 거의 발생되지 않으며, 또한 조괴재에서의 성분편석은 코일의 재질편차발생에 주요인이 되는 양단부 재질이상과 상관 관계를 나타내지 않으므로 본 발명의 고려사항에서 제외되었다. 또한 열연공정에서 압연시 온도변화를 나타낸 제2도를 보면 조압연후 소재의 온도는 길이방향에 따른 차이는 거의 보이지 않는다. 압연온도차이는 마무리압연 직전에 가장 크게되는데 이는 마무리압연시에 길이방향으로 시간차이 때문이고, 공냉에 의한 온도강하에 의한 마무리압연전소재(bar)의 온도차이는 두부와 미부에서 약 60℃이다. 하지만 마무리압연후 길이방향온도는 마무리압연중 가공발열 또는 압연기 사이에서의 수냉 조절에 의해 거의 균일화되고 있으며 권취시의 온도역시 길이방향으로 거의 변화가 없음을 알 수 있다. 그리고 열연공정의 열이력을 모사(摸似)하여 실험한 결과 기계적성질의 변화는 거의 없었으으로 압연온도차이에 관해서도 길이방향 재질편차는 일어나지 않음을 알 수 있다. 이상과 같이 재질편차발생의 변수로서 알려져 있는 화학성분의 변화, 압연공정온도의 변화는 실제로 코일의 길이방향 재질편차 발생에는 영향을 미치지 않는 것으로 판명되 었다.

권취이후 코일의 위치별 불균일 냉각은 열간압연코일에서는 피할 수 없는 현상으로 이에 따라 재질편차가 발생할 수 있으므로 불균일 냉각이 존재할때 재질변화를 조사하였다. 공냉되는 권취로일의 내부 냉각속도를 기온, 코일단층 및 코일폭에 의해 크게 변화한다. 열전대를 코일내부에 삽입하여 실측한 코일내부의 냉각속도는 약 30-60℃/Hr이며 로일의 최외권부(最外卷部) 및 최내권부(最內卷部)에서의 냉각속도는 약 2000℃/Hr이었다. 열연 공정에서의 수(水)냉각시의 냉각속도가 모두 포함될 수 있는 냉각속도로 목포권취온도까지 냉각한후, 권취온도이후 냉각속도 차이에 따른 재질변화를 제3도에 나타내었다. 제3도에 나타난 바와같이 권취후 공냉각시의 냉각속도변화(20-2000℃/Hr)는 로일의 위치별 재질변화에 큰 영향을 미치지 못하지만 권취온도가 600℃로 높으면 급냉(quenching)에 의해 재질변화가 크게 나타나고 있다. 통상의 열간압연시 권취온도는 약 620℃이므로 권취직후 급냉에 의한 재질변차가 길이방향 재질편차의 원인으로 판단된다.

실제로 열연공정에 있어서, 코일이 권취될때는 거의 상온으로 유지되는 맨드렐 (mandrel)에 감기기 때문에, 코일의 두부는 맨드렐과 접촉시 접촉열전달에 의해 열방출속도가 증가되어 급냉되고, 코일의 두부는 권취후 권취기의 기기냉각수에 의해 급냉된다.

이때의 변태과정을 조사하기 위하여 온도와 체적팽창곡선(temperature-dilatation curve)을 제4도에 나타내었다. 강이 변태할때 체적팽창이 생기므로 변태과정은 온도와 체적팽창의 관계에서 알 수 있다. 제4도에서 알 수 있듯이 권취온도가 높으면 권취이후 급냉에 의해 저온측에서 체적팽창이 나타나고, 권취후 서냉되면 권취온도 직하에서 큰 체적팽창이 나타난다.

반면 귄취온도가 낮은 경우에는 권취이후 급냉되어도 저온측에서는 체적 팽창이 거의 나타나지 않고. 서냉하면 권취온도 직하에서 악간의 체적팽창이 생긴다. 이러한 현상은 권취시에 남아있던 미변태 오오스테나이트가 권취후의 냉각속도에 따라 변화되는 과정을 나타내는 것이다. 즉 권취온도가 높은 경우에는 미변태 오오스테나이트가 많아 이후 냉각시 급냉하면 미변태 오오스테나이트가 저온에서 마르텐사이트(martensite)나 베이나이트(bainite)등으로 변태하면서 기지조직을 강화시키며, 반대로 서냉을 하면 권취온도직하에서 페라이트(ferrite)와 퍼얼라이트(pearlite)로 변태하여 기지조직을 연화시킨다.

그러나 권취온도가 낮은 경우에는 권취시 미변태 오오스테나이트양이 적어지므로 이후 냉각속도가 크게 변하여도 변태할 수 있는 양이 적기때문에 기지조직의 강도에는 별영향을 미치지못한다

이와같이 권취후의 변태에 의해 일어나는 강화현상은 제3도에서 잘 알 수 있다. 권취온도가 높은 경우에는 강도가 낮지만 급냉에 의해 크게 경화된다. 그러나 권취온도가 낮으면 권취온도가 높은 경우에 비해 강도가 높지만 급냉에 의해서 경화되는 양은 훨씬작다.

이와같이 권취이후 강도가 낮았던 고온 권취재가 강도가 높았던 저온 권취재보다도 더욱 강도가 높아지는 것은 앞서 언급했듯이 고온권취시 존재하는 다량의 미변태 오오스테나이트가 마르텐사이트나 베이나이트등 강도가 높은 저온 변태조직으로 변화하였기 때문이다. 그러므로 권취시 맨드렐이나 기기냉각수에 의해 급냉되어도 저온변태조직의 생성량이 적도록 권취온도를 낮추면 권취후의 급냉에 의한 강도의 증가는 거의 없게 되어 양 선단부의 재질이상을 감소시킬수 있다. 그리고 권취온도가 저온변태조직인 베이나이트 생성온도(Bs)이하로 되면 압연후 귄취온도까지 냉각되는 동안 오오스테나이트가 베이나이트로 변태하게되어 재질이 취화되므로 권취온도는 그이상의 온도로 하여야한다.

권취후 변태에 의해 재질편차를 일으키는 미변태된 오오스테나이트의 양을 조절할 수 있는 열간압연공정의 변수로는 앞서 언급한 권취온도 이외에 마무리압연 종료온도가 있다. 마무리압연 종료은도가 높으면 변태전 오오스테나이트의 결정입도를 조대화시키며, 마무리압연 종료온도가 낮으면 변태전 오오스테나이트의 결정입도를 미세화시킨다.

변태전 오오스테나이트가 미세할수록 페라이트변태의 구동력이 커지므로 변태량이 많아진다. 그러므로 같은 권취온도까지 냉각할때 조대한 오오스테나이트로부터 변태한 것보다 페라이트 변태량이 많아지고 미변태 오오스테나이트양은 줄어들어 권취온도를 낮춘것과 같은 효과를 가져온다.

이때 마무리압연 종료온도가 너무낮아 최종압연전 초석 페라이트(proeutecti ferrite)를 석출시키게되면 혼립 (mixed grain)이 형성되어 열연코일의 기계적 성질을 악화시키므로 이온도(Ar₃)이상에서 마무리압연을 종결시킬 필요가 있다. 그러나 표면부위 및 엣지(edge)부위는 통상 압연소재 내부의 온도보다 40℃정도 낮기 때문에 표면부위 및 엣지부위에서도 혼립이 발생되지 않으면서 전체적으로 Ar₃온도직상이 되도록 마무리 압연 종료온도를 Ar₃+40℃ 이상으로 하여야 한다. 또 열간압연재의 생산시 마무리압연 종료온도와 권취온도는 코일전체 길이에 결쳐 ±15℃ 이내로 관리가 가능하므로 압연재의 마무리압연 종료와 권취온도의 하한 온도를 각각(Ar₃+40)+15℃, Bs +15℃로 하면 전체 코일에 대해 혼립발생, 저온변태조직의 생성이 없이 균일한 재질의 코일을 생산할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

탄소함량 0.16% 망간함량 0.8% 기타불순물을 미량 포함한 강(일반구조용 탄소강)을 실제 열연공정에서 마무리압연 종료온도와 권취온도를 하기 표 1과 같이 변화시켰다. 즉 통상 열간압연시 압연조건은 마무리압연 종료온도가 850에서 870℃, 권취온도가 620℃ 이었으나 통상 압연재에 대해 마무리압연 종로온도만을 저하시킨 시험재, 권취온도만을 저하시킨 시험재 및 마무리압연 종료온도와 권취온도 모두를 저하시킨 시험재로 구분하여 열간압연 후 길이방향 재질편차 발생량을 조사하였다. 열간압연 후 생산된 강판은 두께 7미리, 폭 1045미리였다.

[표 1]

페라이트 생성온도(Ar₃)는 계산상으로 755℃ 근방이며 연속냉각 변태곡선상에서는 740℃ 정도로 대략 740℃ 내지 755℃로 예측되나 표면부위 및 엣지(edge)부위는 통상 압연소재 내부의 온도보다 40℃ 정도 낮기 때문에 이 표면부위 및 엣지부위에서 혼립이 발생되지 않으면서 전체적으로 Ar₃온도 직상이 되도록 마무리압연 종료온도를 810℃로 변경하였다 그리고 베이나이트 생성온도(Bs)는 냉각속도가 20에서 30℃/sec일때 연속냉각 변태곡선으로 확인한 결과 550에서 570℃ 범위이므로 권취온도는 그 직상이 되도록 580℃로 변경 하였다.

길이방향 재질편차는 코일의 전장을 100(%)로 보았을때 두부는 0.5(%) 위치 중앙부는 50(%) 위치 미부는 95.5(%) 위치에서 시편을 채취한후 인장시험을 하여 최대 차이를 그 코일의 재질편차양으로 계산하였다. 제5도가 그 결과로 마무리온도나 권취온도 어느 한쪽만을 저가시킨경우는 재질편차량의 감소가 작지만, 마무리압연 종료온도와 권취온도를 모두 저하시키면 재질편차량이 최소화된다. 마무리압연 종료온도는 높고 권취온도만을 저하시킨경우(비교재 2)는 변태전 오오스테나이트 결정입경이 큰 상태에서 저온까지 급냉되고, 특히 양단부와 같이 권춰 이후에도 급냉을 받게되는 경우에는 베이나이트와 같은 저온변태생성물이 생겨 양선단부가 경화되므로 재질편차량은 통상 압연재의 재질편차량과 거의같다.

그리고 마무리압연 종료온도만을 감소시킨경우(비교재 1)에는 변태전 오오스테나이트 결정입경이 작으므로 변태에 대한 구동력이크고, 권취시 미변태 오오스테나이트양이 적어지므로 권취후 급냉에 의해서도 조작의 변화는 거의없다. 그러나 권취온도가 높으므로 미변태 오오스테나이트양은 권취온도가 낮은 경우에 비해 많게되어 마무리압연 종료온도 저하만에 의한 재질편차감소량의 감소도 크지않다. 그러나 마무리압연 종료온도와 권취온도 모두를 저하시킨경우(본 발명재(4))에는 앞서말한 효과로 인해 재질편차발생량이 크게 줄어들며 현미경조직도 길이방향을 따라 안정된 상태를 보인다.

상술한 바와같이 본 발명에 의하면 권취후 급냉에 의해 저온 반 변태조직들 생성하여 선단부의 재질이상을 가져오는 미변태 오오스테나이트의 양을 최소로 할수있어 권취후 맨드렐이나 권취기의 기기냉각수에 의한 급냉시에는 저온변태조직의 생성을 억제하여 이에 따른 선단부의 재질 이상의 발생을 감소시키므로 코일의 길이 방향 재질편차를 극소화할 수 있다. 그리고 통상의 열간압연 방법을 그대로 사용하므로 생산성 저하가 일어나지 않으며 코일의 길이방향에 따른 재질이 균일하므로 2차가공시의 조업이 안정해지고 실수율이 향상되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 강판의 열간압연에 있어서, 열간압연재의 마무리압연 종료온도의 하한온도를 판전체에 걸쳐 혼립이 발생되지 않는 최소의 온도인 페라이트 생성개시온도(Ar₃+40) +15℃로하고, 권취온도의 하한온도를 베이나이트가 생성되는 온도(Bs)+15℃로 구성함을 특징으로 하는 길이방향 재질이 균일한 열연코일의 제조방법.

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