KR102452598B1 - 고강도 q＆p강 열간압연롤의 연화방법 - Google Patents

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Abstract

고강도 Q&P강 열간압연롤의 연화방법은, Q&P강 슬라브를 가열한 후 조압연, 사상압연, 층류냉각과 권취를 거쳐 열간압연롤을 획득하고, 스트리핑한 후 인라인에서 보온 커버를 덮어 이송체인을 따라 코일야드로 이동하여 진입시키고, 보온시간에 도달한 후 보온 커버를 제거하여, 실온까지 공랭시키는 단계를 포함하며; 여기서, 권취온도는 400~600℃이고, 상기 인라인에서 보온 커버를 덮는 단계는 각각의 열간압연롤이 스트리핑된 후 60분 내에 독립적이고, 밀폐된 보온 커버 장치를 개별적으로 덮는 것을 말하며; 상기 스틸롤의 보온 커버 내에서의 보온시간은 ≥60분이다. 상기 연화방법은 냉간압연 Q&P강 생산과정 중의 중간 어닐링 공정을 대체하여 저비용, 고효율이며, 또한 주변환경의 영향을 받지 않는다.

Description

고강도 Q＆P강 열간압연롤의 연화방법
본 발명은 제3세대 자동차용 선진 고강도강 생산 기술분야에 속하는 것으로, 구체적으로 고강도 Q&P강 열간압연롤의 연화방법에 관한 것이다.
경량화와 충돌방지 안전성에 대한 자동차 업계의 요구가 높아짐에 따라, 선진 고강도강이 BIW(Body in White)에 응용되는 비율이 증가하는 추세이다. 자동차용 강의 종합적 역학성능-강도와 연성의 곱(UT)(인장강도×신장율)지표에 따른 분류는 다음과 같다:
1 세대 고강도강은UT가 15±10GPa%로, 경량화와 안전성 지표가 낮은 편이고;
2 세대 고강도강은UT가 60±10GPa%로, 강도와 소성이 모두 이상적이나, 공정이 복잡하고, 합금함량이 높으며, 생산원가가 고가행진을 하고 있어, 시장에서 받아들여지기가 어려우며;
3 세대 고강도강은UT가 30±10GPa%로, 경량화와 안전성 지표는 1세대 고강도강보다 우수하고, 생산원가는 2 세대 고강도강보다 현저하게 낮아, 자동차 및 야금업계의 폭넓은 관심을 불러일으켰다.
근래 들어, C, Si, Mn등의 염가원소를 주요한 합금원소로 하는 퀀칭- 분할강 즉 Q&P(Quenching and Partitioning)강은 이미 3세대 자동차용 선진 고강도강의 중요한 대표로 공인되었는 바, 이의 산업 생산흐름은 두 가지 유형으로 분류된다:
중국특허공고번호 CN105177415A, CN105441814A, CN103215516A, CN103805851A, CN104532126A, CN103233161A, CN103805869A, CN102226248A등에서 공개된 첫 번째 유형의 열간압연 Q&P강은, 제련, 열간압연을 통해 생산되는데, 그 특징은 공정흐름이 짧고, 생산원가가 낮지만, 열간압연, 층류냉각 제어에 대한 요구가 매우 높아, 산업적으로 구현되기 어렵고, 제품 표면 품질 또한 보장하기 어렵다는 것이다.
중국특허공고번호 CN105734213A, CN104988391A, CN105648317A등에 공개된 또 다른 유형의 냉간압연 Q&P강은, 제련, 열간압연, 중간 어닐링, 냉간압연과 최종 Q&P열처리를 통해 생산되는데, 그 특징은 제품이 고강도, 고가공 경화율, 양호한 소성을 지니며, 표면품질이 우수하나, 단 공정흐름이 길고, 생산원가가 상대적으로 높다는 것이다. 일반적인 냉간압연 제품의 생산흐름에 비하여, 냉간압연 Q&P강은 열간압연과 냉간압연 사이에 하나의 중간 어닐링 공정(벨형노 어닐링 또는 연속 어닐링)을 추가해야 하며, 즉 열간압연롤을 다시 오스테나이트화 온도로 가열하여 충분한 시간동안 유지한 후, 적당한 속도로 실온까지 냉각하여, Q&P강 열간압연롤을 연화시킴으로써 냉간압연 유닛의 압연력을 낮추어 냉간압연의 목적을 달성한다.
본 발명의 목적은 신규한 저비용, 고효율 고강도 Q&P강 열간압연롤의 연화방법을 제공하여, 자기 뜨임 연화를 이용하여 냉간압연 Q&P강 생산과정 중의 중간 어닐링 공정을 대체하고자 하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 해결수단은 하기와 같다:
본 발명의 Q&P강은 열간압연, 퀀칭, 권취를 거친 후, 인라인에서 독립적이고 밀폐된 보온 커버 장치를 신속하게 덮음으로써, 스틸롤에 대해 제어 냉각을 수행하고, 권취 여열을 이용하여 자기 뜨임 연화처리를 효과적으로 수행하며, Q&P강 열간압연롤의 미세조직 구조를 인라인으로 조절하여, 마르텐사이트를 분해시킴으로써 스틸롤의 강도를 낮추는 목적을 달성한다.
구체적으로, 본 발명의 고강도 Q&P강 열간압연롤의 연화방법은, Q&P강 슬라브를 가열한 후 조압연, 사상압연, 층류냉각과 권취를 거쳐 열간압연롤을 획득하고, 스트리핑한 후 인라인에서 보온 커버를 덮어 이송체인을 따라 코일야드로 이동하여 진입시키고, 보온시간에 도달한 후 보온 커버를 제거하여, 실온까지 공랭시키는 단계를 포함하며; 여기서, 권취온도는 400~600℃이고, 상기 인라인에서 보온 커버를 덮는 단계는 각각의 열간압연롤이 스트리핑된 후 60분 내에 독립적이고, 밀폐된 보온 커버 장치를 개별적으로 덮는 것을 말하며; 상기 스틸롤의 보온 커버 내에서의 보온시간은 ≥60분인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 슬라브의 가열온도는 ≥1150℃이고, 균일화 가열 시간은 ≥60분이다.
바람직하게는, 슬라브의 가열온도는 1200~1300℃이고, 균일화 가열 시간은 1~3시간이다.
또한, 상기 조압연과 사상압연은 풀 오스테나이트화 온도 구간에서 실시되고, 전체 열간압연 압하율은 ≥90%이며, 다듬질 압연 온도는 800~1000℃이다.
바람직하게는, 각각의 열간압연롤이 스트리핑된 후 20분 내에 보온 커버를 개별적으로 덮는다.
또한, 상기 스틸롤의 보온 커버 내에서의 냉각속도는 ≤15℃/시간이다.
바람직하게는, 스틸롤의 보온 커버 내에서의 보온시간은 1~24시간이다.
또한, 예시성 보온 커버는 CN 107470377 A 중의 임의의 실시방안에서 공개된 스트립강 제조 생산라인의 인라인 보온서냉장치이며, 본문은 이의 모든 내용을 인용방식으로 본 발명에 포함시켰다.
본 발명의 제조방법에서:
캐스팅 블랭크의 가열온도가 1200℃보다 낮으면, 합금원소의 균일화에 불리하고; 온도가 1300℃보다 높을 경우, 제조원가가 상승할 뿐만 아니라, 가열 품질이 어느 정도 떨어지게 된다. 따라서, 슬라브의 가열온도는 일반적으로 1200~1300℃으로 제어되는 것이 비교적 적합하다.
이와 유사하게, 균일화 가열 시간 역시 일정한 범위 내에서 제어되어야 한다. 균일화 가열 시간(soaking time)은 즉 슬라브가 설정된 가열온도로 가열된 후 일정시간 보온되는 시간이다. 균일화 가열 시간이 너무 짧으면, Si, Mn등과 같은 용질원자가 충분히 확산되지 못하고, 슬라브의 가열품질을 보장하기 어려우며; 균일화 가열 시간이 너무 길면 오스테나이트 결정립이 조대화되고, 제조원가가 상승한다. 따라서, 균일화 가열 시간은 일반적으로 1~3시간으로 제어되는 것이 비교적 적합하며, 가열온도가 높을 수록, 상응한 균일화 가열 시간은 적당하게 단축될 수 있다.
Q&P강의 성분 중의 합금원소가 주로 C, Si, Mn이고, 또한 C의 함량은 일반적으로 0.15%보다 크고, Si함량은 일반적으로 1.0%보다 크며, Mn함량은 일반적으로 1.5%보다 크기 때문에, 슬라브가 가열된 후, 이러한 합금원소가 오스테나이트에 고용되어, 오스테나이트의 안정성이 향상될 뿐만 아니라, 고온강도 역시 향상된다. 따라서, 조압연과 사상압연은 열간압연의 압연력을 낮추어, 통판(threading) 안정성을 보장하도록, 풀 오스테나이트화 온도구간에서 수행되어야 한다.
열간압연 전에 일반적으로 고압 디스케일링의 방식을 사용하여 가열과정에서 형성된 산화스케일을 깨끗하게 제거하지만, 압연과정 및 뒤이어 이루어지는 냉각은 여전히 스트립강 표면에 한층의 산화스케일(oxide scale)을 형성할 수 있다. 산화스케일을 감소시켜, 내부 산화 문제를 방지하거나 경감시키기 위하여, 권취온도의 설정은 600℃을 초과해서는 안 되며, 권취온도가 낮을 수록, 산화스케일이 더욱 얇아진다. 그러나 권취온도가 낮아짐에 따라, Q&P강 열간압연롤 중의 마르텐사이트 오스테나이트 조직과 마르텐사이트 함량이 점차적으로 증가되면서, 강도를 큰 폭으로 상승시켜, 안정적인 권취와 후속 공정인 냉간압연에 불리하기 때문에, 권취온도의 설정은 400℃보다 낮으면 좋지 않다.
Q&P강 열간압연롤이 권취된 후, 이의 미세조직은 주로 베이나이트와 마르텐사이트로 구성되며, 또한 마르텐사이트의 부피 백분율은 ≥20%이고, 인장강도는 1000MPa를 초과한다. 후속 공정인 냉간압연의 생산성을 향상시키고, 냉간압연의 압연력을 줄이기 위해서는, Q&P강 열간압연롤에 대한 연화처리가 필요하다. 본 발명에서, Q&P강 열간압연롤이 스트리핑된 후, 인라인(바람직하게는 20분 내)으로 독립적이고, 밀폐된 보온 커버 장치를 신속하게 덮음으로써, 스틸롤에 대해 제어 냉각(controlled cooling)을 수행하고, 권취 여열을 이용하여 자기 뜨임 처리를 수행하며, 마르텐사이트는 보온 커버 내에서 서냉시키는 과정에서, 점차적으로 분해가 발생하면서 시멘타이트와 소량의 페라이트로 전환되며, 스틸롤 강도를 저하시킨다. “인라인”이란, 즉 스틸롤이 스트리핑된 후 가장 빠른 시간에 보온 커버를 덮도록 요구하는 것이며, 스틸롤이 코일야드로 진입한 후 보온 커버를 덮는 “오프라인” 모드에 비해：①보온 커버 진입 온도가 보장되어, 권취 여열을 충분히 이용하여 자기 뜨임 처리를 실시할 수 있고; ②“오프라인” 모드에서는, 스틸롤이 보온 커버로 진입하기 전의 이송 과정에서, 코일 내/외부와 엣지부의 온도저하가 중간부에 비해 현저하게 크고, 스틸롤의 전체 온도의 균일성이 좋지 않으며; ③“오프라인” 모드에서는, 스틸롤 상전이 균일성이 좋지 않고, 국부영역의 마르텐사이트 부피분율이 너무 높아, 균일한 뜨임 연화에 불리하다.
(1) 본 발명은 합리적인 압연 공정 설계를 통해, 혁신적인 권취 후 “단권형(single roll type)” 보온 서냉 공정을 동시에 결합하여, 인라인, 저비용, 고효율로 Q&P강 열간압연롤에 대하여 제어 냉각을 실시하고, 미세조직 구조를 조절할 수 있다.
(2)본 발명을 사용하여 제조된 Q&P강 열간압연롤은, 통상적인 적층 서냉 공정에 비하여, 항복강도 하강폭이 ≥85MPa이고, 인장강도 하강폭이 ≥150MPa인 동시에 양호한 연신율(≥15%)을 구비하며, 연화효과가 뚜렷하여, 전통적인 공정 중의 중간 어닐링 공정을 대체할 수 있으며, 냉간압연 Q&P강의 생산원가를 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1의 시험강의 전형적인 금속조직 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2의 시험강의 전형적인 금속조직 사진이다.
도 3은 본 발명의 비교예 1의 시험강의 전형적인 금속조직 사진이다.
도 4는 본 발명의 비교예 2의 시험강의 전형적인 금속조직 사진이다.
이하, 실시예와 도면을 결합하여 본 발명을 추가적으로 설명한다.
표 1은 본 발명의 실시예의 핵심 공정 파라미터이고, 표 2는 본 발명의 비교예의 핵심 공정 파라미터이며, 표 3은 본 발명의 실시예와 비교예의 스틸롤의 성능이다.
본 발명의 실시예의 공정흐름은 Q&P강 슬라브 가열→조압연→사상압연→층류냉각→권취→인라인에서 보온 커버 덮기→보온 커버 제거이며, 여기서 핵심 공정 파라미터는 표 1을 참조한다.
본 발명의 비교예의 공정흐름은 Q&P강 슬라브 가열→조압연→사상압연→층류냉각→권취→스틸롤 적층 서냉이며, 여기서 핵심 공정 파라미터는 표 2를 참조한다.
실시예 스틸롤 두께(mm) 가열온도(℃) 조압연온도(℃) 다듬질 압연 온도(℃) 권취온도(℃) 커버 덮는 시간(min) 보온시간(h)
1 3.0 1261 1128 927 523 9 2
2 3.0 1265 1122 930 510 28 4
3 3.0 1259 1127 933 520 10 2
4 2.6 1267 1130 938 498 10 4
5 2.6 1263 1125 936 488 8 8
비교예 스틸롤 두께(mm) 가열온도(℃) 조압연온도(℃) 다듬질 압연 온도(℃) 권취온도(℃)
1 3.0 1268 1129 920 522
2 3.0 1266 1130 925 530
3 3.0 1259 1125 935 529
4 2.6 1268 1125 937 481
5 2.6 1269 1129 936 486
실시예 항복강도(MPa) 인장강도(MPa) 연신율(%)
1 644 816 20
2 692 840 16
3 726 859 18
4 849 970 17
5 885 1056 16
비교예 항복강도(MPa) 인장강도(MPa) 연신율(%)
1 740 966 16
2 928 1063 14
3 1021 1184 14
4 1024 1257 15
5 970 1296 14
표 3의 실시예와 비교예의 데이터를 통해, 본 발명에서 제시된 방법을 사용하여 Q&P강 열간압연롤을 생산할 경우, 스틸롤 적층 서냉 방법을 사용하는 경우와 비교하여, 항복강도 하강폭은 ≥85MPa이고, 인장강도 하강폭은 ≥150MPa이며, 단열 연신율 향상폭은 ≥2%임을 알 수 있으며, 이는 본 발명에서 제시한 방법이 Q&P강 열간압연롤을 효과적으로 연화시킬 수 있는 동시에, 재료의 소성지수를 향상시켜, 후속공정인 냉간압연의 압연력을 낮추는데 유리하다는 것을 설명한다.도 1, 도 2는 실시예 1와 2의 시험강의 전형적인 금속조직 사진이다. 사진에서 분명하게 볼 수 있듯이, 보온 커버 처리를 거치지 않은 스틸롤의 현미경조직은 주로 베이나이트+마르텐사이트이다.
도 3, 도 4는 비교예 1와 2의 시험강의 전형적인 금속조직 사진이다. 사진에서 분명하게 볼 수 있듯이, 보온 커버 처리를 거친 스틸롤의 현미경조직은 주로 베이나이트+시멘타이트이다.
본 발명의 실시형태는 상기 실시예에 의해 한정되지 않고, 본 발명의 정신적인 실질과 원리를 벗어나지 않는 전제하에서 실시되는 기타 어떠한 변화, 수식, 대체, 조합, 단순화는 모두 등가적인 치환방식이며, 모두 본 발명의 보호범위 내에 포함되어야 한다.

Claims (7)

  1. Q&P강 슬라브를 가열한 후 조압연, 사상압연, 층류냉각과 권취를 거쳐 열간압연롤을 획득하고, 스트리핑한 후 인라인에서 보온 커버를 덮어 이송체인을 따라 코일야드로 이동하여 진입시키고, 보온시간에 도달한 후 보온 커버를 제거하여, 실온까지 공랭시키는 단계를 포함하며; 여기서, 권취온도는 400~523℃이고, 상기 인라인에서 보온 커버를 덮는 단계는 각각의 열간압연롤이 스트리핑된 후 60분 내에 독립적이고, 밀폐된 보온 커버 장치를 개별적으로 덮는 것을 말하며; 상기 열간압연롤의 보온 커버 내에서의 보온시간은 ≥60분이며, 보온 커버를 사용하는 처리를 거친 스틸롤의 미세조직은 베이나이트+시멘타이트인 것을 특징으로 하는 고강도 Q&P강 열간압연롤의 연화방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬라브의 가열온도는 ≥1150℃이고, 균일화 가열 시간은 ≥60분인 것을 특징으로 하는 고강도 Q&P강 열간압연롤의 연화방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬라브의 가열온도는 1200~1300℃이고, 균일화 가열 시간은 1~3시간인 것을 특징으로 하는 고강도 Q&P강 열간압연롤의 연화방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 조압연과 사상압연은 풀 오스테나이트화 온도 구간에서 수행되고, 전체 열간압연 압하율은 ≥90%이며, 다듬질 압연 온도는 800~1000℃인 것을 특징으로 하는 고강도 Q&P강 열간압연롤의 연화방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열간압연롤이 스트리핑된 후 20분 내에 보온 커버를 개별적으로 덮는 것을 특징으로 하는 고강도 Q&P강 열간압연롤의 연화방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 스틸롤의 보온 커버 내에서의 냉각속도는 ≤15℃/시간인 것을 특징으로 하는 고강도 Q&P강 열간압연롤의 연화방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 스틸롤의 보온 커버 내에서의 보온시간은 1~24시간인 것을 특징으로 하는 고강도 Q&P강 열간압연롤의 연화방법.
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