KR100363414B1 - 열연강판의 선후단부의 재질편차가 적은 열연강판의 제조방법 - Google Patents

열연강판의 선후단부의 재질편차가 적은 열연강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열연강판의 제조방법에 있어서, 열연코일강판의 길이방향의 재질편차를 감소시켜 선, 중, 후단부의 재질이 균일한 열연강판을 제조하는 열연강판의 선후단부의 재질편차가 적은 열연강판의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따르면, 열연강판 제조방법에 있어서, 열연강판의 성분조성단계과, 열연강판의 원료인 열연바의 열처리 온도의 조절단계를 포함하며, 상기 성분조성단계는 0.04∼0.06wt%의 C, 0.2%∼1.0wt%의 Mn, 0.025wt%이하의 Si, 0.008wt%이하의 S, 0.1wt%이하의 Cr, 0.2wt%이하의 Ni, 0.4wt%이하의 Cu, 0.001∼0.04wt%의 Sn, 0.001∼0.012wt%의 Pb, 0.04∼0.08wt%의 산가용 Al, 150ppm 이하의 N, 0.0002∼0.008wt%의 Ca, 잔부의 Fe 및, 기타 불순물로 강의 성분을 조성하며, 상기 온도의 조절단계는 1차 압연된 열연바를 가열대에서 중앙부보다 선후단부가 40 ~ 60℃ 높게 가열하며, 코일박스의 분위기 온도를 1020℃이상으로 유지하며, 후압연시에 압연온도를 850℃이상에서 압연을 실시하여 열연강판을 제조 후, 선후단부가 중앙부보다 20℃이상 높은 상태로 코일링하는 것을 특징으로 하는 열연강판의 선후단부의 재질편차가 적은 열연강판의 제조방법이 제공된다.

Description

열연강판의 선후단부의 재질편차가 적은 열연강판의 제조방법
본 발명은 열연강판 제조방법에 관한 것이며, 특히, 열연강판의 선후단부에 재질편차를 줄일 수 있는 열연강판 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 미니밀 공정은 기존의 고로방식 제철법과는 달리 전기로에서 고철을 용해하여 연속주조기에서 박슬라브(두께가 100mm이하)로 주조한 후, 중간설비에서 압연온도를 확보하여 직송열간압연을 실시하는 에너지 저감형, 환경 친화적인 공정이다.
따라서 미니밀 공정은 박슬라브를 직송열간압연하기 전에 압연온도를 확보하는 것이 미니밀 공정에 있어 중요하다.
이러한 압연온도의 확보를 위한 설비로는 CSP(Compact Strip Process)형과 ISP(In-line Strip Process)형 미니밀이 있다.
CSP형 미니밀의 경우에는 150m정도의 터널로 (Tunnel Furnace)에서 압연온도를 확보하여 후압연기에서 열연바(Bar)를 열간압연하며, ISP형의 미니밀 경우에는 연속주조 후, 표면온도가 약 900℃까지 되는 1차 압연된 열연바을 인덕티브 히터에서 가열하여 후압연기의 입측온도 1000℃을 확보한다. 그리고, 코일박스(8)의 설비를 거쳐 후압연단계에 이르게 된다.
ISP형 미니밀의 코일박스(8)는 연속주조기에서 추출된 열연바가 선압연과 후압연 사이에서 코일링된 열연코일바로 일정시간 유지하는 곳이다.
종래의 ISP형의 미니밀 설비의 작동관계에 대하여 상세히 설명하겠다.
선압연공정에서 20∼30mm의 두께로 1차 압연된 열연바는 표면 온도가 850∼950℃정도가 된다. 이러한 열연바를 코일링하여 후압연하기 위해서는 열연바의 온도를 일정온도 이상 확보하여야 한다. 이러한 일정온도 확보를 위해 코일박스가 설치된다.
인덕티브 히터에서는 유도가열방식으로 열연바를 200∼300℃ 정도 더 가열한다.
가열된 열연바는 가속로를 통과하여 코일박스(8)내에서 코일링된 후, 언코일러로 이송된다. 그리고 언코일러에서 열연코일바는 풀려 후압연기에서 압연된다.
상기 인덕티브 히터에서 가열된 열연바가 코일박스(8)내에서 코일링될 때, 연속주조속도에 따라 다르지만 평균 15분 정도 머무르게 되고, 이송 도중 낮은 분위기 온도와 언코일러에서 대기하는 시간 때문에 열연코일바 외권부가 과냉되는 문제점이 발생된다.
이러한 열연코일바의 외권부가 과냉됨으로써, 열연코일바가 열연강판으로 되면서 열연강판의 선단부의 온도가 미확보되어 두께편차가 발생하고, 낮은 온도에서 후압연이 수행되기 때문에 압연변형조직이 존재하게 된다.
선후단부에는 중심부에 비하여 미세립대가 형성되어 인장강도가 29.4∼39.2N/mm2상승되고, 연신율이 5∼6% 하락하는 문제점이 발생한다.
또한 코일링할 때, 코일러의 차가운 릴(Reel)에 접촉함으로써, 열연코일바의 내권부 즉, 열연바의 선단부의 온도는 하향되고, 열연코일바의 외권부 즉, 열연바의 후단부는 중심부보다 냉각속도가 빠르기 때문에 조직 미세화가 촉진되어 선후단부 재질편차를 증대시키는 요인이 된다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 미니밀 열연강판의 선후단부 재질편차를 낮추어 열연강판 전체에 걸친 재질보증 및 양호한 가공성을 갖는 열연강판을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 미니밀의 인덕티브 히터에서 후압연기의 입측까지를 도시한 개략도이며,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열연바가 열연강판으로 압연되면서 온도강하량을 계산 순서를 나타낸 블록도이다.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠
1 : 열연바 8 : 코일박스
11 : 코일러 13 : 인덕티브 히터
17 : 가속로 24 : 언코일러
30 : 후압연기 41 : 열연강판
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 열연강판 제조방법에 있어서, 열연강판의 성분조성단계과, 열연강판의 원료인 열연바의 열처리 온도의 조절단계를 포함하며, 상기 성분조성단계는 0.04∼0.06wt%의 C, 0.2%∼1.0wt%의 Mn, 0.025wt%이하의 Si, 0.008wt%이하의 S, 0.1wt%이하의 Cr, 0.2wt%이하의 Ni, 0.4wt%이하의 Cu, 0.001∼0.04wt%의 Sn, 0.001∼0.012wt%의 Pb, 0.04∼0.08wt%의 산가용 Al, 150ppm 이하의 N, 0.0002∼0.008wt%의 Ca, 잔부의 Fe 및 기타 불순물로 강의 성분을 주성하며, 상기 온도의 조절단계는 1차 압연된 열연바를 가열대에서 중앙부보다 선후단부가 40 ~ 60℃ 높게 가열하며, 코일박스의 분위기 온도를 1020℃이상으로 유지하며, 후압연시에 압연온도를 850℃이상에서 압연을 실시하여 열연강판을 제조 후, 선후단부가 중앙부보다 20℃이상 높은 상태로 코일링하는 것을 특징으로 하는 열연강판의 선후단부의 재질편차가 적은 열연강판의 제조방법이 제공된다.
아래에서, 본 발명에 따른 열연강판의 선후단부의 재질편차가 적은 열연강판의 제조방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도면에서, 도 1은 일반적인 미니밀의 인덕티브 히터에서 후압연기 입측까지를 나타낸 개략도이며,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열연바가 열연강판으로 압연되면서 온도강하량을 계산 순서를 나타내는 블록도이다.
열연강판의 선후단부의 재질편차가 적은 열연강판의 제조하기 위해서는 강판의 조성성분과 가열온도가 중요하다.
먼저, 열연강판의 선후단부의 재질편차가 적은 열연강판의 제조에 사용되는 강판의 조성성분을 상세히 설명하겠다.
[실시예]
표 1과 같은 조성성분을 연속주조하여 생산된 열연바를 선압연하고, 인덕티브 히터에서의 가열 및, 인덕티브 히터에서부터 후압연기까지의 온도를 표 2의 조건으로 관리한 후, 후압연기에서 열연바를 압연하여 열연강판으로 제조한다.
T부는 열연바의 선단부이고, M부는 중앙부이며, B부는 후단부이다. 그리고, TS는 인장강도이고, El은 연신율이며, I/H는 인덕티브 히터를 나타내고, 또한 T부의 데이터와 B부의 데이터는 M부의 데이터와 비교한 편차를 나타낸다.
상기 표 1과 같은 조성성분의 열연바(1)는 인덕티브 히터(13)의 입측온도계(5)에서 온도를 측정하고, 목표온도까지 인덕티브 히터(13)에서 가열한 후, 출측 온도계(15)에서 가열된 온도를 측정한다. 인덕티브 히터(13)를 거친 열연바는 코일러(20)로 가는 준비시간 확보를 위해 가속기능을 가지는 가속로(17)를 통과한다.
가속로(17)를 통과한 열연바(1)는 코일러(20)까지 공기중에 노출된 상태로 진행된다. 코일러(20)에 도착된 열연바(1)는 코일링된다. 코일링할 때, 열연코일바의 외경은 대기온도에 따라 복사에 의한 열전달이 일어나고, 한바퀴 이상 코일링된 열연코일바(11)의 경우 내권부 및 외권부를 제외하고는 열연코일바(11)간에 접촉되어 있으므로 열대류에 의한 열전달이 이루어진다.
코일링된 열연코일바(11)는 이송장치를 통해 유지로(22)에 안착된다. 유지로(22)는 연속주조공정과 후압연공정 사이에 어느 한 공정에 이상이 발생하였을 때, 조정할 수 있도록 최대 6코일을 60분간 보관하는 곳이다.
유지로(22)의 열연코일바(11)는 언코일러(24)로 이송되고, 언코일러(24)에서 풀린다.
후압연기(30)의 입측온도계(25)에서 열연바(1)의 온도를 측정하여 후압연기(30)의 압연온도를 설정한다. 언코일러(24)에서 풀린 열연바(1)는 디스케일러(27), 후압연기(30)를 거쳐 열연강판(41)으로 형성되며, 수냉각대(28)에서 냉각되어 열연강판의 코일러(29)에 코일링된다. 그럼으로써, 열연바(1)는 열연강판(41)으로 제조된다.
다음은 인덕티브 히터(13)에서 후압연기(30) 전까지의 열연바(1)의 온도 변화를 계산하는 과정을 설명하겠다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열연바가 열연강판으로 압연되면서 온도강하량을 계산 순서를 나타낸 블록도이다.
선압연기에서 압연을 마친 열연바는 인덕티브 히터에서 인덕티브 목표온도로 가열되어 인덕티브 히터 출측에서 표면온도가 측정된다(S1).
인덕티브 히터는 특성상 표면부위가 급속 가열되기 때문에 두께 방향으로 온도 분포가 불균일하다. 그럼으로써, 인덕티브 히터의 열연바의 표면 가열도를 고려하여 열연바의 두께방향 온도분포를 유한차분법을 활용하여 시뮬레이션한다.
가속로에서 가해지는 열은 복사와 대류에 의해 열연바의 표면에 전달되고, 열연바의 내부에는 열전도에 의해 열이 전달된다.
일반적으로 가속로에서 분위기 온도는 1000℃이상의 고온이며, 이 때, 대류와 복사를 동시에 고려하면 표면에서의 열유속은 다음과 같다.
q=Aat(TS-TO)
at=a+εδ(TS 2+TO 2)⋅(TS+TO)
q : 열유속 ( Kcal/m2·hr )
αt : 복사와 대류를 고려한 열전달 계수
A : 면적 ( m2)
TS : 열연바의 표면 온도
To : 열연바의 표면과 접촉하는 분위기 온도
ε: 방사율 ( 0 ≤ε ≤ 1 )
ο: stefan - Boltzman 상수 ( 5.57 x 10-8 W/m2K4)
시간에 따른 열전달은 다음과 같은 방정식으로 계산된다.
k : 열전도도 ( W/hr·m·K )
ρ: 밀도 ( kg/m3)
Cp : 비열 ( W / kg·K )
가속로에서 통과시간은 열연바의 진행속도와 가속로 길이로 계산되고, 분위기 온도를 고려하여 열연바의 두께방향으로의 온도분포를 계산한다(S2).
가속로와 코일러까지의 온도강하량은 가속로에서와 같은 방법으로 계산된다(S3). 하지만, 이 때의 분위기 온도는 열연바가 대기중에 노출된 상태이므로 가속로의 고온조건과는 다르다.
한편 열연바는 가속로를 지나 코일러에서 코일링된다. 코일링단계에서 온도강하량 계산은 원형으로 코일링되기 때문에 열해석 모델과 해석조건들이 변한다.
코일링이 시작될 때는 열연바의 양 표면이 복사와 대류에 의해 열전달이 이루어지지만, 2겹 이상 감기면 열연코일바의 내권부와 외권부는 복사와 대류에 의해 열전달이 이루어고 접촉된 열연바의 표면은 대류와 열전도에 의해 열전달이 일어난다.
따라서, 대류와 열전달을 고려한 등가 열전달 계수가 도입된다.
코일링단계에서의 온도강하량은 먼저 코일러에서 코일링되는 열연바의 길이를 계산하고(S4), 코일링할 때의 시간을 계산하고(S5), 분위기 온도 및 코일링되는 형상인자들을 고려하여 코일링할 때의 온도강하량을 계산한다(S6).
코일러에 코일링된 열연코일바는 유지로에서 최장 60분간 유지되며, 이 때, 온도강하량 계산은 코일링 완료시의 온도강하량 계산과 동일하게 계산한다(S7).
언코일러에서 열연코일바의 온도강하량은 코일링할 때와는 반대로 계산한다(S8). 그러나 짧은 언코일링시간 때문에 온도에 미치는 영향은 적으며, 언코일러에서 후압연기의 입측온도계까지의 온도강하량을 측정한다(S9).
그리고 후압연기 전에 설치된 온도계에 의해 후압연기의 초기 설정치 온도를 결정한다(S10). 이상의 계산방법에 따라 인덕티브 히터 출측온도로부터 후압연기의 입측온도까지의 온도강하량을 계산하여 열연바의 선단부터 후단까지의 온도분포를 예측한다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 열연강판의 선단부와 후단부 및 중앙부의 온도분포를 균일하게 함으로써, 열연강판의 재질을 균일화할 수 있다는 장점이 있다.
상기와 같은 장점을 확인하기 위해 표 1의 조성성분을 가지는 열연바를 표 2와 같은 온도조건에서 관리한 후, 후압연공정을 거쳐 제조된 열연강판을 선단부와 후단부의 각각 3m지점과 중앙부에서 샘플링을 하여 인장강도와 연신율을 측정하였다.
표 1의 조성성분을 가지는 강에서는 인장강도가 20N/mm2이내, 연신율이 3% 이내로 측정되었다. 비교강에서는 인장강도가 30∼50N/mm2이고, 연신율이 5%이내 이다. 따라서 인장강도의 편차와 연신율의 편차가 작아짐을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 열연강판의 선후단부의 재질편차가 적은 열연강판의 제조방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (1)

  1. 열연강판 제조방법에 있어서,
    열연강판의 성분조성단계과, 열연강판의 원료인 열연바의 열처리 온도의 조절단계를 포함하며,
    상기 성분조성단계는 0.04∼0.06wt%의 C, 0.2%∼1.0wt%의 Mn, 0.025wt%이하의 Si, 0.008wt%이하의 S, 0.1wt%이하의 Cr, 0.2wt%이하의 Ni, 0.4wt%이하의 Cu, 0.001∼0.04wt%의 Sn, 0.001∼0.012wt%의 Pb, 0.04∼0.08wt%의 산가용 Al, 150ppm 이하의 N, 0.0002∼0.008wt%의 Ca, 잔부의 Fe 및 기타 불순물로 강의 성분을 조성하며,
    상기 온도의 조절단계는 1차 압연된 열연바를 가열대에서 중앙부보다 선후단부가 40 ~ 60℃ 높게 가열하며, 코일박스의 분위기 온도를 1020℃이상으로 유지하며, 후압연시에 압연온도를 850℃이상에서 압연을 실시하여 열연강판을 제조 후, 선후단부가 중앙부보다 20℃이상 높은 상태로 코일링하는 것을 특징으로 하는 열연강판의 선후단부의 재질편차가 적은 열연강판의 제조방법.
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