KR100368551B1 - 고속용융아연도금열연강판의제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 용융아연도금 열연강판 제조공정(Pickling & Galvanizing Line)시 열연강판의 표면에 형성된 스케일층을 환원가열대에서 환원시킴으로써 레이아웃(layout)을 콤팩트화 시킴은 물론, 열연공정 및 도금공정의 직결화로 제조공기를 크게 단축시키며, 열연스케일 제거로 유발되는 환경문제를 해결하고 제조원가를 절감시킬 수 있도록 한 고속 용융아연도금 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 열간압연 공정과 온라인으로 직결화된 용융아연도금 열연강판의 제조방법에 있어서, 열연강판의 권취후 중간급냉온도를 300 내지 470℃로 설정하고, 이때의 급냉속도를 20 내지 100℃/min로 설정하여 열연강판의 스케일 조성이 60% 이상의 뷔스타이트로 되도록 제조한 후, 수소농도가 10% 이상으로 유지된 환원가열로에서 550 내지 700℃의 온도 영역에서 30 내지 300초로 환원열처리한 후 소정의 알루미늄 농도로 유지된 용융아연 도금욕에 침적시켜 우수한 도금밀착성을 획득하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 열연강판의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 용융아연도금 열연강판 제조공정(Pickling & Galvanizing Line)시 열연강판의 표면에 형성된 스케일층을 환원가열대에서 환원시킴으로써 레이아웃(layout)을 콤팩트화 시킴은 물론, 열연공정 및 도금공정의 직결화로 제조공기를 크게 단축시키며, 열연스케일 제거로 유발되는 환경문제를 해결하고 제조원가를 절감시킬 수 있도록 한 고속 용융아연도금 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 용융아연도금 열연강판의 제조는 열간압연후 생산되는 열연산세강판(Pickled & Oiled Steel)보다 우수한 내식성을 부여하기 위해서 열연판을 산세한 후 용융아연도금을 실시하여 강판의 부가가치를 증대시킬 목적으로 개발된 기술이다.
열간압연공정 중 조압연 과정 이후에 형성되는 스케일을 2차 스케일이라 하며, 이 스케일층은 공기와 접촉하는 최외층에 헤마타이트(Hematite), 계속하여 기지조직 쪽으로 마그네타이트(Magnetite) 그리고 기지조직과 인접한 뷔스타이트(Wustite)층으로 구성되며 두께는 약 10㎛이다.
용융아연도금 열연강판 제조공정에서, 이러한 스케일은 도금밀착성을 크게 저해시키므로 산세공정에서 염산 혹은 황산용액과 부식억제제를 혼합한 산세액으로 완전히 제거시키게 된다. 그러나, 산세공정에서 산세된 열연강판에도 여전히 100∼570 Å 정도의 산화피막이 잔존하므로 용융아연 도금처리시 도금밀착성을 크게 저하시키는 요인으로 작용한다. 따라서, 7∼15% 농도의 수소 분위기, 480∼500 ℃의 온도로 가열하는 환원가열대에서 아래 반응식 (1∼3)과 같은 기구에 의해 잔존 산화피막을 완전히 환원시킨 후 용융아연 도금욕조에 침적하여 도금을 실시하고 있다(US 3673980, DE 2633872).
3Fe2O3+ H2→ 2Fe3O4+ H2O ........ (1)
Fe3O4+ H2→ 3FeO + H2O ........... (2)
FeO + H2→ Fe + H2O .............. (3)
산세공정에서 스케일층을 산세법에 의해 제거시킬 때 형성된 스케일층의 조성에 따라 산세성의 큰 차이가 있으므로, 기지조직의 일부는 과산세되어 소지철이 노출되어 강판표면이 거칠고 수소취성, 철손실 및 산손실 등의 문제가 발생될 뿐 아니라 짧은 시간내에 산세가 완료되어야 하기 때문에 가열조건, 산농도 관리, 부식억제제 적정농도관리 등 복잡한 조업조건 유지가 상당히 힘들다. 또한, 독성과 부식성이 강한 염산 또는 황산 등이 산세용액으로 사용되기 때문에 산화수 처리시설 및 폐용액 처리시설 등의 관리 등 제조원가 상승은 물론이고, 심각한 환경오염문제를 야기시킨다.
그리고 강종에 실리콘(Si)이 약 0.2∼0.3% 이상이 되면 도금 밀착성은 현저히 저하되는데, 고강도 고가공성의 용도로 사용되는 Si이 0.1 wt% 이상 첨가된 열연강판의 스케일층과 기지조직의 경계에는 페올라이트(2FeO ·SiO2)가 형성되며, 키잉효과(Keying effect)에 의해 산세공정에서도 완전히 제거되지 않는 스케일층이 잔존될 것이며, 계속되는 가열대에서의 환원처리에 의해서도 잔존 스케일이 완전히 환원되지 않는 문제점을 유발하게 된다.
그리고, 기존의 열연판의 스케일층 조성은 약 81%의 마그네타이트, 6%의 뷔스타이트 그리고 약 3%의 헤마타이트로 구성되어 있다. 이렇게 마그네타이트가 주종을 이루는 열연 스케일층을 환원시키기 위해서 기존의 탈스케일공정 생략형 용융아연도금강판 제조공정에서 환원가열온도를 650∼820℃로 높게 하고, 유지시간을 250 초 이상으로 유지하였다. 이에 따라, 바로 연결되는 도금욕조에서 열연판을 도금할 때, 도금욕조의 온도인 450℃와 열연판의 온도가 동일해져야 하기 때문에 열연판을 급냉시킬 수 있는 냉매와 냉각방법에 문제점이 있었으며, 환원가열 유지 시간이 길어짐에 따라 통판속도의 저하로 인하여 생산성이 격감되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위해서 안출된 것으로서, 열연스케일 제거공정 생략형 열연 및 도금공정 직결화 용융도금 열연강판 제조의 고속화를 위한 환원가열대의 열처리 조건을 확대시킬 수 있을 뿐 아니라, 높은 환원가열온도에서 450℃의 도금욕 온도로 급락시켜야 되는 냉각제어상의 문제점을 해결할 수 있음은 물론, 열연코일의 통판성을 증가시킴으로써 용융도금열연강판의 생산성을 향상시킬 수 있으며 우수한 도금밀착성을 가질 수 있는 열연 및 도금공정 직결화 탈스케일공정 생략형 고속 용융아연도금 열연강판의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 고속 용융아연도금 열연강판의 제조공정을 설명하는 개략도.
도 2는 본 발명에서의 고속 용융아연도금 열연강판의 도금밀착성이 양호한 환원가열대 처리조건의 확대범위를 도시한 그래프도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호 설명〉
1 : 사상압연 마무리 압연온도 2 : 열연권취온도
3 : 냉각대 냉각속도 4 : 권취후 냉각속도
5 : 중간급냉온도 6 : 냉각대
7 : 열연코일 8 : 환원가열대
9 : 용융아연 도금욕조 10 : 도금욕조 온도
11 : 환원가열대 온도 12 : 중간급냉장치
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 열간압연 공정과 온라인으로 직결화된 용융아연도금 열연강판의 제조방법에 있어서, 열연강판의 권취후 중간급냉온도를 300 내지 470℃로 설정하고, 이때의 급냉속도를 20 내지 100℃/min로 설정하여열연강판의 스케일 조성이 60% 이상의 뷔스타이트로 되도록 제조한 후, 수소농도가 10% 이상으로 유지된 환원가열로에서 550 내지 700℃의 온도 영역에서 30 내지 300초로 환원열처리한 후 소정의 알루미늄 농도로 유지된 용융아연 도금욕에 침적시켜 우수한 도금밀착성을 획득하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 기술적인 요지는 기존의 열연공정중 냉각대(run out table)에서의 냉각속도를 동일하게 유지하면서 환원속도가 가장 빠른 뷔스타이트의 안정화 산화물상의 존재 온도인 570 ℃ 이상의 온도에서, 기존의 자연공냉에 의한 냉각속도인 6 ℃/min 보다 빠르면서 냉각과정 중에 뷔스타이트가 변태 마그네타이트로 변태되지 않도록 20℃/min 이상, 그리고 공기에 의해 냉각될 수 있는 100 ℃/min 이하의 냉각속도로 뷔스타이트의 공석변태온도 이하의 온도범위이면서 변태마그타이트의 변태속도가 가장 빠른 온도구간인 300∼470℃에 해당하는 중간급냉온도까지 제어냉각시킨 후 상온의 물에 급냉시킴으로써 뷔스타이트의 환원속도가 느린 변태마그네타이트(transformed magnetite)로의 변태를 억제시킴과 동시에, 환원가열대 수소농도가 10% 이상인 경우에는 환원속도의 차이가 있으므로 10% 이상의 수소농도로 환원가열과정에서 순철로의 환원속도가 가장 빠른 뷔스타이트의 분율을 증가시킴으로써 온라인 고속 용융아연 도금강판의 생산성을 향상시킬 수 있으므로 뷔스타이트 분율을 60% 이상으로 형성시키고자 하였다.
이러한 열연강판을 이용하여 환원가열 처리하게 되면 환원성이 우수한 뷔스타이트가 순철로 용이하게 환원되고, Fe-Al-Zn 화합물을 스케일층과 기지조직 경계에 선택적으로 형성시킴으로써 밀착성을 향상시킴과 동시에, 환원가열온도 저하와 유지시간 단축으로 용융아연 도금 공정을 고속화시켜 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 환원성이 우수한 열연스케일을 제조하여 열연 및 도금공정의 직결화에 의한 고속 용융아연도금 열연강판 제조개념의 한 예를 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명에서의 고속 용융아연도금 열연강판의 도금밀착성이 양호한 환원가열대 처리조건의 확대범위를 도시한 그래프도이다.
사상압연 마무리 압연온도(1)에서 특정 열연 권취온도(2)까지는 기존의 열연강판 제조법과 같은 냉각대(6)에서의 냉각속도(3)인 90∼120 ℃/sec의 냉각속도로 냉각시켜 권취한 후, 열연코일(7)의 냉각속도(4)를 기존의 자연공냉에 의한 냉각속도인 6 ℃/min 보다 빠르며 냉각과정 중에 뷔스타이트가 변태 마그네타이트로 변태되지 않도록 20 ℃/min 이상, 그리고 공기에 의해 냉각될 수 있는 100 ℃/min 이하의 냉각속도로 뷔스타이트의 공석변태온도 이하의 온도범위이면서 변태마그네타이트의 변태속도가 가장 빠른 온도구간인 300∼470℃에 해당하는 중간급냉온도(5)에서 열연코일(7)을 중간급냉장치(12)를 이용하여 상온으로 급냉시킨다.
이렇게 하여 환원성이 우수한 스케일을 갖는 열연강판을 제조하여 계속되는 산세공정을 생략시킨 후에 도금욕조(9) 이전의 환원가열대(8) 온도를 480∼500 ℃로 유지하며 열처리 유지시간을 약 60초로 하면서 열처리 분위기는 7∼15 %의 수소농도로 열처리하여 산세공정 이후에 형성되는 약 100∼570Å 정도의 산화피막을 환원시킨다.
이후, 도금욕조의 온도(10)인 약 450℃로 제어냉각시킨 후 용융도금을 하는 종래 방법 대신에 본 발명법에 의한 제조 방법은 환원가열대 온도(11)를 열연판의 스케일층이 빠른 시간 내에 환원되면서 기계적 성질의 변화가 없는 온도구역인 550∼700℃로 하면서 환원가열 유지시간도 짧게 유지하여도 열연강판의 대부분을 차지하는 뷔스타이트가 순철로 부분적으로 환원됨으로써 Fe-Al-Zn 화합물을 선택적으로 형성시켜 밀착성을 향상시킴과 동시에 용융아연도금 공정을 직결화 및 고속화시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 설명한다.
(실시예)
본 발명에 의한 도금밀착성이 우수한 탈스케일공정 생략형 고속 용융아연도금 열연강판을 제조하기 위해서, 열연공정의 권취 후 중간급냉온도인 300∼470℃ ㄲ지 20∼100℃/min의 냉각속도로 제조된 열연강판을 이용하여 650℃의 20% 수소 분위기로 유지된 환원가열로에서 129초 간 환원처리하였으며, X-선 회절분석기를 이용하여 환원된 순철의 량을 측정하여 뷔스타이트 량에 따른 순철의 환원속도를 측정하였으며, 50%의 순철이 환원되는 소요시간을 하기 표 1에 나타내었다.
표 1은 본 발명에 의해 제조된 열연강판의 뷔스타이트량과 순철의 환원속도의 상관결과를 나타낸다.
[표 1]
이와 같이 뷔스타이트 량이 다른 열연강판을 용융도금 시뮬레이터를 이용하여 100(mm) × 200(mm) ×1.2(mm) 두께의 열연판을 탈지한 후 가열대의 열처리 온도는 550∼700 ℃, 열처리 유지시간은 30∼300초로 유지시키면서, 수소농도를 20%로 유지하면서 환원열처리한 후 도금욕의 알루미늄 성분이 0.2%인 용융아연 도금욕에서 도금한 다음에 도금밀착성을 평가하기 위해서 프레스를 이용하여 0t 벤딩(bending) 시험한 후 벤딩부위에 테이프를 부착한 후 제거할 때 도금층의 박리성 여부를 평가 하였다.
그 결과를 도 2에 나타내었다. 여기서 알 수 있듯이 열연강판의 스케일 조성을 환원이 용이한 뷔스타이브가 50% 이상이 되게 제조된 본 발명의 경우가 낮은 온도, 짧은 시간에서 용융도금하여도 도금밀착성이 양호함을 알 수 있다.
본 발명은 열간압연 공정에서 일정량 이상의 뷔스타이트를 함유하도록 권취한 후 중간급냉시킴으로써 직결화된 환원가열대에서 소정의 열처리 온도, 유지시간 및 수소농도로 유지시켜 환원처리를 실시함으로써 산세공정이나 스케일의 기계적 박리공정이 필요없이 고속으로 도금밀착성이 우수한 용융아연도금 열연강판을 제작 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 열간압연공정에서 권취후 냉각속도 및 중간급냉을 실시하여 환원이 용이한 스케일 조성으로 열연강판을 제조함으로써 열연강판의 스케일층 제거를 위한 산세공정이나 기계적 박리공정을 생략할 수 있으며, 산세공정에서 제거되기 어려운 페욜라이트 등의 스케일 결함을 제거시키지 않고 융용아연도금 열연강판의 제조공정중의 도금욕 이전에 설치되어 있는 환원가열대에서 열연판의 스케일층을 고속으로 환원시킴으로써, 열연스케일 제거로 유발되는 환경문제를 해결하고 제조원가를 절감시키는 효과가 있다.
또한, 열간압연 및 용융도금 공정의 온라인화법에 의한 용융도금 열연강판 제조를 위한 환원가열대의 열처리 조건을 확대 시킬 수 있을 뿐 아니라, 산세공정을 생략할 수 있으며 제품 야드의 불필요 등으로 공정이 콤팩트화 및 간략화될수 있으며, 고속도금기술로서 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 복합적인 효과로 우수한 도금밀착성을 갖는 고속 용융아연도금 열연강판을 제조할 수 있는 효과가 있다.
Claims (1)
- 열간압연 공정과 온라인으로 직결화된 용융아연도금 열연강판의 제조 방법에 있어서,열연강판의 권취후 중간급냉온도를 300 내지 470℃로 설정하고, 이때의 급냉속도를 20 내지 100℃/min로 설정하여 열연강판의 스케일 조성이 60% 이상의 뷔스타이트로 되도록 제조한 후, 수소농도가 10% 이상으로 유지된 환원가열로에서 550 내지 700℃의 온도 영역에서 30 내지 300초로 환원열처리한 후 소정의 알루미늄 농도로 유지된 용융아연 도금욕에 침적시켜 우수한 도금밀착성을 획득하는 것을 특징으로 하는 고속 용융아연도금 열연강판의 제조방법.
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