KR970001407B1

KR970001407B1 - 제어 압연에 의한 저 탄소 당량의 압연강 형상 제조 방법

Info

Publication number: KR970001407B1
Application number: KR1019940000556A
Authority: KR
Inventors: 고이찌 야마모또; 야스시 다께시마; 아끼라 이나가끼; 나오끼 오다
Original assignee: 신니뽄 세이데쯔 가부시끼가이샤; 다나까 미노루
Priority date: 1993-02-04
Filing date: 1994-01-14
Publication date: 1997-02-06
Also published as: CA2102545A1; JP2837056B2; DE69327091T2; EP0609556A2; CA2102545C; KR940019876A; EP0609556A3; US5738739A; DE69327091D1; EP0609556B1; JPH06228634A

Abstract

내용 없음.

Description

제어 압연에 의한 저 탄소 당량의 압연강 형상 제조 방법

제1도는 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 장치의 개략도.

제2도는 H비임의 단면 외형과 기계적 성질을 측정하기 위한 테스트 샘플의 위치를 도시하는 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 비임 2 : 플랜지

3 : 웨브 4,6 : 압연기

5a,5b : 수냉기

[발명의 배경]

본 발명은 건축용 구조물로써 사용되기 적합한 단일 강종류이지만 다양한 치수로 된, 예를 들어 H비임, I비임, 채널 또는 측면이 다르고 두께가 다른 앵글과 같은 구조적 형상 또는 단면과, 패널과 같은 다른 형상을 제어 압연과 가속 냉각에 의해 적은 수의 강종류로부터 여러 치수의 형상을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

[종래 기술]

고온 압연으로 제조되는 H비임과 같은 형상 또는 단면은 화학적 성분이 동일하다면 플랜지 두께가 증가함에 따라, 압연후 냉각 속도가 낮기 때문에 강도의 감소를 보여준다. 강도 감소는 종래에는 예정 강도값을 보장하도록 이들 합금비를 증가함으로 보상받는다.

압연 H비임의 다양한 부분에 따라 매우 다양한 단면 치수를 가진다. 웨브부가 플랜지부 보다 더 얇기 때문에, 이것은 압연 동안 압하(압연 감소)량 뿐만 아니라 압연동안과 후의 열이력(heat history)에 대한 웨브 대 플랜지 차를 가져온다.

그러므로, 재료의 질이 심지어 단일 형상내에서도 다양한 부분에서 서로 다르다. 재료의 질의 차이는 웨브부의 높이가 증가될 때 더욱 증대되므로 웨브와 플랜지부의 두께를 증가시킨다. 이런 질 차이를 감소시키기 위해, 종래의 압연 제조 방법에서는 균일한 강도 레벨로된 H비임을 얻기 위해 다양한 제품의 목표 크기에 따라 이미 조정된 화학적 성분을 가지는 강괴(bloom)를 사용할 필요가 있다. 그러므로, 다양한 치수이지만 균일한 강도 레벨을 갖도록, 개별 목표 치수에 대응하여 여러 화학적 성분을 설정하고, 이런 성분을 가지는 강괴를 준비할 필요가 있다.

일본 공개특허 출원 평 2-76236에는 표면 경도를 감소시킬 뿐만 아니라 냉각된 웨브내의 리플(ripple)을 방지하는 방법이 공지되어 있다. 이 방법에 있어서, 플랜지부를 중간 압연동안 수냉하고 공작물을 마무리 압연후 냉각한다. 그러나, 여기서는 플랜지부의 중간 압연에서 사용된 온도와 압하량을 명시하지 않을 뿐만 아니라 마무리 압연후에 사용된 냉각 속도를 명시하지 않고 있다. 그러므로, 상기 방법은 다양한 치수의 단면을 생산하는데 필요한 여러 가지의 강화합물수를 줄이는데 이용될 수 없다. 이와 대조적으로, 본 발명은 탄소 당량을 감소시키므로써 강화합물의 수를 감소시키려고 하는 것이다.

상술한 환경에 비추어, H-비임 등의 제품을 생산하기 위해, 목표 제품 치수에 따라 설정된 다양한 강 화합 성분을 가지는 강괴를 심지어 강괴가 동일한 강도 레벨의 강종류에 속할지라도 준비해야 한다.

압연전에 다양한 강화합물로된 강괴중에서 소망의 제품 크기에 적합한 강화합물로된 강괴를 선택할 필요가 있는데, 이런 일은 약간의 단점을 가진다. 즉, 다양한 강괴를 정확한 목록 관리하에서 적층해야하고 종종 비교적 소량 다품종의 소비자 요구에 따라 생산해야 하고, 전로 강(converter steel)에서부터 얻어진 강괴의 전체량을 좀처럼 한 압연 작동에 사용되지 않고 나머지를 재고로 유지해야 하기 때문에 약간의 단점을 가진다.

[발명의 요약]

본 발명은 제어 압연과 가속 냉각에 의해서 동일한 강도 레벨을 가지지만 다양한 치수의 형상을 생산할 수 있는 저 탄소 당량 제어 압연 형상의 제조 방법에 관한 것으로, 이런 방법에서, 상기 형상을 강화합물의 수를 줄이고 압연 작동과 목록 관리를 간단화하도록 롤의 교환 주기를 감소하면서 다양한 치수로 제조하고, 제조된 형상이 저 탄소 당량을 가지도록 해서 인성과 용접성과 같은 재료 성질을 개선한다.

본 발명에 따라서, 일본 산업 기준 G3106에 기재된 강화합 성분을 가지는 강괴가 12 내지 40mm의 두께의 플랜지를 가지는 형상으로 압연하여 저 탄소 당량의 제어 압연 형상을 제조하는 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 1100 내지 1300℃의 영역내의 온도로 강괴를 가열시킨 후 압연을 시작하는 단계와, 중간 압연 단계에서 두 개의 연속 압연 통로사이 750℃이하의 플랜지부의 표면층 온도로 공작물의 플랜지부를 수냉시키는 단계와, 중간 압연 단계내에서 적어도 한번 두 압연 통로 사이에서 복열동안 공작물을 압연하는 단계와, 플랜지부를 950℃이하의 평균 압연 온도로 20% 이상의 전체 압하비가 성취되도록 압연하는 단계와, 중간 압연 단계후 공작물을 마무리 압연 단계로 보내어 플랜지부의 외면을 소망의 플랜지 두께에 따라서 0.5 내지 10℃/S의 범위의 냉각 속도로 냉각하는 단계를 포함하며, 본 발명의 방법으로서 제조함으로서, 일본산업 기준 G3106에 정의된 바와 같은 탄소 당량을 SM400 강에 대해서 0.21 내지 0.25% 범위로 감소하고 SM490에 대해서 0.29 내지 0.37% 범위로 감소하므로, 다양한 외곽 단면과 치수를 제어 압연과 함께 가속냉각에 의해 줄어든 범위를 가진 강화합 성분으로된 강괴로부터 제조할 수 있다.

[양호한 실시예의 설명]

일반적으로 알려진 바와 같이, 본 발명과 관련 있는 일본 산업 기준(JIS) G3106(1988 개정)은 빌딩, 교량, 선박 및 차량과 같은 다양한 구조물에 적용되는 용접 구조용 압연 강재에 대한 기준이 기재되어 있다. 기준에 따라서, 이런 강재는 다양한 용도와 다양한 두께에 따라 11가지로 분류된다.

또한 화학 성분이 기재되어 있다. 특히, 5가지의 주된 요소 속에는 탄소(C) 함유량의 허용가능한 범위의 최상값이 각 종류와 두께에 대해서 기술되어 있고, 또한 다른 4가지 요소의 대응 값도 기재되어 있다. JIS G3106내에 기재된 종류속에서, 본 발명은 일반적으로 강재, 특히 SM400A와 SM400B(이들은 하기에 일반적으로 SM400이라 언급함)와 SM400A와 SM400B(이들은 하기에 일반적으로 SM490이라 언급함)로써 널리 사용되는 종류에 관한 것이다.

JIS G3106은 또한 기준의 첨부 1에 기재된 바와 같이 열-기계 제어를 받은 강판내에 탄소 당량의 허용 범위의 상한값을 기재한다. 종류 SM490에 속하고 50mm 이하의 두께를 가지는 강판의 경우에, 상한값은 0.38%이다. 본 발명에 따라서, 상한값 범위내의 탄소 당량을 가지는 형상을 만드는데 사용되는 이런 종류의 시이트 재료는 하한값에 의해서도 제한되어 수용가능한 범위를 좁힌다. 그러므로, 본 발명에 따른 형상의 제조에 사용되는 강화합물의 종류를 줄일 수 있다.

강재의 인장 강도(MPa)는 피커링(pickering)에 따라서 아래의 실험식(1)에 의해 표현되고, 압연강의 강도 레벨은 합금 설계에 의해 설정된 강화합물내의 성분들의 함유량, 퍼얼라이트 비와 페라이트 입자 크기에 의해 대부분 결정된다.

인장강도(MPa)=15.4[19.1+1.8(%Mn)+5.4(%Si)+0.25%(%퍼얼라이트)+0.5d^-1/2]…(1)

여기서 심볼 d는 페라이트 입자 크기(mm)를 나타낸다.

따라서, 균일한 강도를 보장하기 위해, 그러므로 감소된 합금 함유량을 허용하기 위해, 제어 압연과 가속냉각에 의한 퍼얼라이트 비율의 증가와 미세 페라이트 입자 크기를 얻도록 하는 방식으로 압연을 제어하는 것이 중요하다. 페라이트(α) 입자크기는 γ/α 변태동안 α 핵생성 공간(nucleation site)의 수와 입자 성장 속도에 의해 결정되고, ① γ/α 변태전 오스텐나이트(γ)의 입자 크기와 ② 전형적으로 가속 냉각형 제어 압연(TMCP)에서의 열처리 동안의 워킹 온도 및 스트레인 량뿐만 아니라 변태 영역내의 냉각 속도에 의해 영향을 받는다. 한편, 퍼얼라이트 비율은 주로 퍼얼라이트 변태 온도에 의해 결정되며, 그 변태 온도는 냉각 속도에 따라 변한다.

본 발명은 상술한 원리에 근거를 둔 것이다. 압연에 의해 플랜지 형상(전형적으로 H비임)을 제조함에 있어서, 본 발명은 이들 특정 형상 또는 치수에 의한 마무리 압연 온도, 압하율과 냉각 속도의 차이에 의해 발생되는 비임의 여러부분(즉, 웨브, 플랜지 및 펠렛부분)사이의 품질 차이를 방지하도록 사용된다. 특히, 본 발명은 저온 마무리 공정동안 보다 높은 냉각 속도를 가지기 쉽고 플랜지부 보다 작은 두께를 가지는 웨브부분의 열이력과 플랜지의 열이력(단면을 통한 온도의 이력)이 가능한 거의 같도록, 압연동안 및 압연후 플랜지 부분만을 냉각시키므로써 비임의 여러 부분 사이에 균일한 품질을 얻는다. 본원의 장치는 이들 부분 사이의 퍼얼라이트 비와 페라이트 입자 크기의 차이를 감소할 수 있고, 그러므로 써, 여러부분의 구조를 균일하게 만들 수 있다.

본 발명은 다양한 형상과 치수를 생산하는데 필요한 강괴의 강화합물의 수를 줄이는 것이다. 특히 12mm의 플랜지 두께(본 발명내에서 특정된 범위내의 가장 작은 두께)를 가지는 형상 또는 비임에 요구된 강화합물은 특정 범위내의 가장 큰 두께까지의 플랜지 두께를 가지는 여러 비임에 요구된 강화합물과 가능한 매우 근접하게 한다.

이 목적을 위하여, 압연 동안과 후에 플랜지 부분의 냉각을 두께 차이에 따라서 적당하게 제어한다. 이 방법으로, 다양한 크기의 형상을 생산하기 위해 필요한 강화합물의 종류수를 최소화할 수 있다.

아래에는 본 발명에 의해 특정된 여러 한계치에 대한 이유를 설명한다.

본 발명에 따라서, 강종류 SM400은 0.21 내지 0.25% 범위의 내의 탄소 당량을 가지며 강종류 SM490는 0.29 내지 0.37%내의 탄소 당량을 가져야 한다. 이들 한계치는 주로 강화합물의 필요한 종류수를 가능한 많이 줄이기 위한 것이 목적이지만 인성과 제품의 용접성을 개선하기 위한 것도 목적이다. 탄소 당량은 아래식에 의해 산술된다.

탄소당량(%)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14

H-비임 제품은 12 내지 40mm 범위내의 플랜지 두께를 가지도록 특정되며, 그 이유는 이 범위내의 플랜지 두께를 가지는 비임이 구조상 일반적인 용도에서 양호한 품질로 많이 생산되고, 이런 비임의 생산으로 화학성분의 필요한 종류수를 줄일 수 있는 장점을 제공할 수 있기 때문이다.

본 발명의 특징을 이루는 제어 압연과 제어 냉각은 아래 이유 때문에 정해진 조건하에서 수행된다.

H비임강의 생산을 위해 압연을 시작할 때, 강괴는 1100 내지 1300℃범위내의 온도로 재가열되어야 한다. 고온 압연에 의한 비임을 형성하기 위해, 1100℃ 보다 낮지 않은 온도로의 가열이 소성 변형을 용이하는데 필요하다. 온도 범위의 상한치는 가열노의 용량가 경제성 관점에서 1300℃ 로 설정한다.

가열강재는 거친 압연 단계, 중간 압연 단계(대개, 유니버셜 압연)와 마무리 압연 단계를 거친다. 본 발명에 따른 압연은 중간 압연기에서, 플랜지부를 압연 통로사이에 750℃ 보다 높지 않은 표면층 온도까지 수냉하고 , 공작물을 중간 압연 단계동안 적어도 한번, 강재의 표면의 복열동안 열간 리버스(복열) 압연을 하고, 플랜지부가 950℃ 보다 높지 않은 평균 압연 온도와 20% 보다 적지 않은 전체 압하율이 성취되도록 압연을 수행한다. 상당히 큰 두께를 가지는 플랜지부가 웨브부의 것과 근접한 온도를 가지도록 그리고 상당히 두꺼운 비임의 미세 압연 온도와 상당히 얇은 비임의 미세 압연 온도가 근접하도록 수냉을 한다.

그러므로, 중간 압연 단계를 설치함으로서, 플랜지부의 표면층에서부터 두께의 중앙을 향해서 온도 구배를 부과할 수 있으며, 차례로 작업 효과가 심지어 저 압하 압연 상태에서 작업물의 내부로 퍼질 수 있으므로, 심지어 두께의 중앙에서 입자 크기를 미세화 할 수 있다.

압연이 플랜지부가 950℃ 보다 높지 않은 평균 압연 온도를 가지고 전체 압하율이 20% 보다 적지 않은 방법으로 이루어지는 이유는 950℃ 를 초과하는 평균 압연 온도에서는 제어 압연에 의해 입자의 미세화의 효과를 얻을 수 없으며, 20% 보다 낮은 전체 압하율에서는 평균 압연 온도가 950℃ 또는 그 이하일지라도 입자의 미세화의 충분한 효과를 제공하지 못하기 때문이다.

복열동안의 수냉과 압연은 플랜지의 두께와 같은 압연될 재료의 두께에 비례해서 이루어지고, 플랜지가 상당히 두꺼우면 여러 번 반복해서 수행된다. 중간 압연 단계에 있어서, 플랜지의 표면층 부분은 아래 이유 때문에 750℃ 보다 높지 않은 표면층 온도로 냉각된다. 즉, 압연한 다음에 가속 냉각을 하고 이 가속 냉각이 정상(γ)온도 범위에 달하면, 표면층 부분은 소입되어 잡업성을 해칠 수 있는 경화상(hardened phase)을 형성할 수 있다. 이와 대조적으로, 냉각 단계에 있어서, 표면층 부분을 750℃ 또는 그 이하의 온도로 냉각하면, 플랜지의 표면층 부분은 한번 γ/α 변태 온도 아래의 온도로 냉각되고, 표면층 온도는 다음의 압연 전까지 복열에 의해 증가한다. 그러므로, 작업이 γ/α 상 공정 온도 범위의 낮은 온도 범위 내에서 이루어지므로써, 소입 위험이 매우 감소되어, 가속 냉각이 표면층의 소입 경화를 일으키지 않는다.

압연 단계후, 플랜지부를 0.5 내지 10℃/S의 냉각 속도로 냉각하여, 이 가속 냉각으로 페라이트 입자의 성장을 방해할 수 있고 퍼얼라이트와 베이나이트비의 비율을 증가하므로 저합금 합유량을 가지고 소망의 강도를 성취할 수 있다.

본 발명을 예를 들어서 설명한다.

[예]

본 발명에 따른 샘플(예를 들어, H비임강)과 종래 방법에 따른 샘플을 아래 방법으로 제조한다. 전로로부터 얻은 용융 강을 연속 주조에 의해서 240 내지 300mm의 두께를 가진 강괴를 만들고, 이 강괴로부터 제1도에 도시한 장치를 사용해서 H-비임을 제조한다. 장치는 중간 유니버셜 압연기(4), 마무리 유니버셜 압연기(6)를 포함한다. 압연 패스 상이의 수냉은 중간 유니버셜 압연기(4)의 상류 및 하류에 배치된 냉기(5a)에 의해 공작물의 플랜지부의 외부면을 스프레이 냉각함으로써 이루어진다.

압연후 가속 냉각은 마무리 유니버셜 압연기(6)의 하류에 배치된 수냉기(5b)에 의해 플랜지부의 외부면을 스프레이 냉각하는 단계를 포함한다.

제2도는 플랜지(2)와 웨브(3)를 가지는 각 H비임의 단면을 도시한 것이다. 각 H비임(1)의 기계적인 성질은 단면 형상의 아래부분, 즉, 플랜지(2)의 두께(t₂)의 중앙(1/2t₂)에서 그은 선과 플랜지(2)의 폭의 (1/4와 1/2)에서 그은선 사이의 교차점에 있는 제1 및 2부(각 1/4F와 1/2F)와, 웨브(3)의 두께(t₁)의 중앙(1/2t₁)에서 그은 선과 웨브(3)의 높이(H)의 1/2(즉 1/2H)에서 그은 선 사이의 교차점에 있는 제3부분(1/2W)으로부터 실험 샘플을 얻어서 측정한다. 이들 부분에서 기계적 성질을 측정하는 이유는 플랜지(2)의 제1부분(1/4F)과 웨브(3)의 제3부분(1/2W)이 제각기 플랜지(2)와 웨브(3)의 여러부분중에서 평균 기계적성질을 가지기 때문이고, 반면 플랜지(2)의 제2부분(1/2F)은 비임(1)의 여러 부분중 가장 낮은 기계적 성질을 가지기 때문이다. 그러므로, 이들 세 부분에서 측정된 기계적 성질은 전체 비임(1)의 기계적 성질을 나타낸다고 볼 수 있다.

본 발명에 따라서, 0.21 내지 0.25%의 탄소 당량을 가지는 SM400의 단지 두 개의 다른 강종류(표 1.2에 도시한 강형태 1 및 2)의 사용으로 12 내지 40mm 범위의 플랜지 두께를 가지는 다양한 크기로 H비임을 제조할 수 있다. 유사하게, 0.29 내지 0.37% 범위내의 탄소 당량을 가지는 단지 두 개의 다른 강종류(표 1.2에 도시한 강형태 3 및 4)의 사용으로 상기 영역내의 플랜지 두께를 가지는 다양한 크기로 H비임을 제조할 수 있다. 양쪽 각각은 JIS G3106내에 기재된 재료 강도와 -5℃ 에서 47(J)보다 낮지 않은 샬피값을 제공한다. 이와 대조적으로, 본 발명에 의해 특정된 바와 같은 제어 압연과 플랜지 수냉을 하지 않은 종래 방법에 있어서, 여러 종류의 SM400의 강(표 1 및 표 2(연속)에 도시된 강형태 5내지 8)은 다양한 플랜지 두께에 따라서 사용되어야 한다. 유사하게, 여러 SM490 강종류(상기 표에 도시한 강형태 9 내지 12)는 다양한 플랜지 두께에 따라서 사용되어야 한다.

예를 들어, 크기 H540×200×8/12제조에 사용하는데 적합한 강형태 5를 종래 방법으로 크기 H400×300×10/16, 즉 보다 큰 플랜지 두께를 만드는데 사용되며, 표 2(연속)내의 언더라인에 의해 지적된 바와 같이, 항복점과 인장 강도의 규격값을 충족하는 것이 거의 불가능하다. 또, 종래 방법으로 강형태 7,9 및 11을 각각 사용해도 상기 표에서 언더라인으로 표시한 바와 같이, 제품의 크기가 증가될 때 표준값을 만족시키지 못한다.

그러므로, 종래 방법으로 12 내지 40mm의 플랜지 두께를 가지는 크기로 H비임을 생산하는데 필요한 8가지의 강종류 SM400과 10가지의 강종류 SM490을 필요로 했는데, 본 발명에 따른 모든 필요 조건을 만족시키는 제조 방법에 있어서, 표 3에 도시한 바와 같이 각종류를 두가지로 줄일 수 있다.

말할 필요도 없이, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조될 수 있는 형상이나 단면은 상술한 예로써 기술한 H비임에 제한되지 않고, I비임, 앵글, 채널 또는 부등변 비임과 같은 플랜지 형상으로 선택될 수 있다.

더욱이, 본 발명은 본 발명에 주로 사용되는 JIS G3106에 기재된 강재보다 등급이 낮은 일반 구조물용 압연 강재와 같은 SS400과 SS490 강종류를 사용하는 비임 또는 다른 형상의 제조에도 적용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따라서, 다양한 크기를 가진 형상 또는 단면을 제조하는데 필요한 강화합물의 수를 최소화하는 것이 가능하며 ; 특히, 다양한 크기의 H비임을 제조하는데 필요로 하는 8가지의 강종류 SM400과 10가지의 강종류 SM490은 각 종류의 2가지까지 줄일 수 있다.

이것은 압연 공정과 강괴 관리를 매우 간단히 할뿐 아니라 강괴 재고를 매우 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 형상(예, 비임)이 저 탄소 당량을 가지므로, 용접성, 작업성등을 개선하고 나아가 구조물 작업의 효율을 개선하는 H비임 등을 저 비용으로 제조할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 대형 빌딩의 신뢰서 향상, 안전성 확보, 경제성 등의 산업상의 큰 효과를 제공한다.

Claims

거친 압연 단계, 중간 압연 단계, 마무리 압연 단계를 포함하는 압연 공정에 의해 플랜지부를 가지는 압연강 형상 제조 방법에 있어서, (1) JIS(일본 표준 규격) G3106의 강괴를 1100 내지 1300℃ 의 온도 범위로 가열하는 단계와, (2) 상기 가열 단계에서 가열된 강괴를 거친 압연강으로 거친 압연을 하는 단계와, (3)상기 거친 압연강의 플랜지부를 750℃ 이하의 온도로 플랜지의 표면층을 냉각하도록 중간 압연 단계내의 압연 통로사이에서 수냉하고, 상기 플랜지부를, 전체 압하량이 20% 이하이고 평균 압연 온도가 950℃ 보다 높지 않게 압연 통로사이에 복열동안 적어도 한번 압연하는 단계와, (4) 마무리 압연 단계후 플랜지의 두께에 따라 0.5 내지 10℃/sec 범위의 냉각 속도로 플랜지부의 외면을 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압연강 형상 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 강괴를 0.21 내지 0.25% 범위의 탄소 당량을 가지는 SM400강으로 제공하는 것을 특징으로 하는 압연강 형상 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 강괴를 0.29 내지 0.37% 범위의 탄소 당량을 가지는 SM490강으로 제공하는 것을 특징으로 하는 압연강 형상 제조 방법.