KR20170089045A - 마르텐사이트 함유 강판의 제조방법 및 장치 - Google Patents

마르텐사이트 함유 강판의 제조방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수냉 시 오스테나이트의 적어도 일부가 마르텐사이트로 변태되는 강판을 코일 형태로 준비하는 단계; 상기 강판 코일을 강판의 미세조직의 적어도 일부가 오스테나이트가 되도록 가열하는 단계; 및 상기와 같이 가열된 강판 코일을 풀어 300mpm이상의 이송속도로 강판을 이송시키면서 500℃/sec 이상의 냉각속도로 수냉하여 상기 오스테나이트의 적어도 일부를 마르텐사이트로 변태시키는 단계를 포함하는 마르텐사이트 함유 강판의 제조방법 및 장치에 관한 것이다.

Description

마르텐사이트 함유 강판의 제조방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING STEEL SHEET HAVING MARTENSITE PHASE}
본 발명은 자동차 구조용 강에 사용되는 마르텐사이트 함유 강판의 제조방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배치식으로 가열하고 연속식으로 냉각하여 마르텐사이트 함유 강판을 제조하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
경량화를 통한 높은 연비와 엄격한 안전 규제를 만족하기 위해 고강도 자동차 구조용 강에 대한 수요가 증가하고 있다.
일반적으로 고강도강을 제조하기 위해서 비철금속이나 희토류 등의 합금원소를 첨가한다.
그러나, 합금원소를 첨가할 경우에는 제조비용이 상승하고 제조 효율성 및 제품 가공성(예컨대, 용접성)이 나빠지는 등의 문제가 있다.
이러한 이유로 합금 성분을 최소로 하면서 열처리 공정에서 급속 냉각함으로써 강의 강도를 향상시키기 위한 시도가 행해지고 있다.
이러한 급속 냉각방법의 일례로 담금질(Quenching)을 이용한 방법이 있다. 담금질 냉각방법은 일반적으로 강판 1㎜의 경우, 예를 들면, 초당 1000℃의 냉각속도로 강판을 냉각할 수 있는 방법이다.
상기 담금질 냉각공정에서는 냉각수가 저장된 담금질 냉각조를 이용하게 된다.
상기 냉각조는 냉각수를 일정한 온도로 유지하기 위한 냉각기와 냉각속도를 높이기 위한 제트 분사 장치를 포함할 수 있다. 이와 같이 강 스트립이 급냉장치인 냉각조를 통과하면서 요구되는 정도의 냉각이 이루어지는 것이다.
하지만, 기존의 담금질 냉각장치로 고온의 강판을 담금질하면 강판의 형상이 나빠지는 문제가 있다.
예컨대, 가열대에서 강판은 800℃이상 고온 상태가 되며, 이를 담금질하면 1초만에 상온으로 빠르게 냉각되면서 강판에 길이방향, 폭방향 온도차가 크게 발생하고 따라서 열응력이 크게 발생하여 강판이 변형하게 된다.
이러한 문제를 해결하여 담금질 공정에서 평탄한 강판 확보를 위해 강판의 장력을 증가시키거나, 냉각수의 수온을 조절하거나, 담금질 시작 시점에서 강판의 온도를 낮추고 페라이트 변태를 방지하기 위해 합금 성분을 추가하는 등의 다양한 방안들이 제시되어 왔다.
그러나, 기존의 기술을 통해 고온의 강판을 담금질(급냉)하여 양호한 평탄도를 얻는 데에는 한계가 있다.
한편, 강판을 열처리하는 공정은 배치(Batch)타입과 연속 타입이 있는데, 강판을 코일 상태로 가열 및 냉각하는 배치 타입은 냉각속도가 느리며, 강판을 이동시키면서 가열 및 냉각하는 연속 타입은 열처리 설비가 큰 특징이 있다.
일반적으로, 상기 연속타입은 대량 생산에 유리하고, 배치타입은 연속타입에 비하여 소량 생산에 유리하다.
본 발명의 바람직한 일 측면은 배치식으로 가열하고 연속식으로 냉각하여 형상 변형이 적은 마르텐사이트 함유 강판을 보다 경제적으로 제조하는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일 측면은 배치식으로 가열하고 연속식으로 냉각하여 형상 변형이 적은 마르텐사이트 함유 강판을 보다 경제적으로 제조하는 장치를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
본 발명의 바람직한 일 측면은 수냉 시 오스테나이트의 적어도 일부가 마르텐사이트로 변태되는 강판을 코일 형태로 준비하는 단계;
상기 강판 코일을 강판의 미세조직의 적어도 일부가 오스테나이트가 되도록 가열하는 단계; 및
상기와 같이 가열된 강판 코일을 풀어 300mpm이상의 이송속도로 강판을 이송시키면서 500℃/sec 이상의 냉각속도로 수냉하여 상기 오스테나이트의 적어도 일부를 마르텐사이트로 변태시키는 단계를 포함하는 마르텐사이트 함유 강판의 제조방법에 관한 것이다.
상기 수냉 시 수냉종료온도는 Ms(마르텐사이트 변태개시온도)이하 150℃이상이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 다른 일 측면은 강판을 코일 형태로 가열하는 가열로; 가열된 코일을 풀어주는 페이오프릴; 코일로부터 풀려 이송되는 가열된 강판을 냉각하는 냉각장치; 및 냉각된 강판을 감는 코일러를 포함하는 마르텐사이트 함유 강판의 제조장치에 관한 것이다.
상기 냉각장치는 강판의 냉각 시 500℃/sec 이상의 냉각속도를 부여하도록 구성될 수 있다.
상기 냉각장치는 가열된 강판을 냉각하는 냉각액이 저장된 냉각조 및 상기 냉각액을 상기 강 스트립을 향해 제트 분사하도록 구비되는 냉각대를 포함할 수 있다.
상기 페이오프릴과 냉각장치 사이와 냉각장치와 코일러 사이에, 강판을 안내하는 안내롤러를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 측면에 따르면, 설비 크기를 줄이면서 마트강 제조에 필요한 냉각속도를 만족하여 설비 비용을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 가열과 냉각을 분리함으로써 냉각 공정에서 강 스트립의 이송속도를 높여 500℃/sec 이상의 빠른 냉각에서도 강 스트립의 길이방향 온도구배 변화를 최소화하여 열응력을 감소시켜 강 스트립의 형상 변형을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 부합되는 마르텐사이트 함유 강판의 제조장치의 일례를 나타내는 개략도
본 발명은 설비 투자와 운영 측면에서 효율적일 뿐만 아니라 강판의 급속 냉각시 강판의 길이 방향 열응력의 집중을 분산하여 최소화함으로써 강 스트립의 형상 변형을 최소화하는 마르텐사이트 함유 강판의 제조방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 측면에 따라 마르텐사이트 함유 강판을 제조하기 위해서는수냉 시 오스테나이트의 적어도 일부가 마르텐사이트로 변태되는 강판을 코일 형태로 준비한다.
상기 강판으로는 가열시 미세조직의 적어도 일부가 오스테나이트가 되고, 수냉 시 오스테나이트의 적어도 일부가 마르텐사이트로 변태되는 강판으로 충분하고, 특별히 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 강판은 마르텐사이트 강판, 듀얼페이즈 강판 및 콤플렉스페이즈 강판 등을 들 수 있다.
강판의 일례는 탄소: 0.05~0.4중량%, 규소: 2중량% 이하, 망간: 1~3 중량%, 인: 0.05중량% 이하, 황: 0.02 중량%이하, 잔부 Fe 및 기타 불순물을 포함하는 강판일 수 있다.
상기 강판은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 열연강판 또는 냉연강판일 수 있다.
다음에, 상기와 같이 준비된 강판 코일을 강판의 미세조직의 적어도 일부가 오스테나이트가 되도록 가열한다.
상기 강판의 가열조건은 제조하고자 하는 강판에 따라 적절히 제어될 수 있다.
예를 들면, 미세조직의 전부를 마르텐사이트로 변태시키기 위해서는 강판의 미세조직이 전부 오스테나이트가 되도록 가열하면 된다.
강판을 가열하는 경우, 가열온도는 700~900℃, 가열분위기는 환원성 분위기가 바람직하다. 상기 환원성 분위기로 질소 90~98부피%, 수소 2~10부피%일 수 있다. 가열방식은 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면, 복사가열로, 라디언트 튜브나 머플타입 가열로 방식을 들 수 있다.
가열시간은 예를 들면, 코일 폭 600~1400㎜일 경우 20~80시간일 수 있다.
상기와 같이 가열된 강판 코일을 풀어 300mpm이상의 이송속도로 강판을 이송시키면서 500℃/sec 이상의 냉각속도로 수냉하여 상기 오스테나이트의 적어도 일부를 마르텐사이트로 변태시켜 마르텐사이트 함유 강판을 제조한다.
강판의 이송속도가 300mpm 미만인 경우에는 온도구배와 열응력 감소가 기존 연속소둔방법 대비 불충분하여 형상 개선 효과가 작은 문제가 있다.
강판의 이송속도는 빠를수록 좋지만, 너무 빠른 경우에는 사행제어 및 설비 관리 어려움이 있을 수 있으므로, 그 상한은 800mpm으로 한정하는 것이 바람직하다.
보다 바람직한 강판의 이송속도는 400 ~ 600mpm이다.
상기 강판의 냉각속도가 500℃/sec미만인 경우에는 막비등 영역에서 냉각 편차가 증가하여 강판 형상이 나빠지는 문제가 있다.
한편, 냉각속도가 너무 빠른 경우에는 온도구배와 열응력이 증가하여 강판 형상이 나빠지는 문제가 있을 수 있으므로, 그 상한은 2000℃/sec로 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 강판의 냉각속도는 500~1500℃/sec이다. 가장 바람직한 강판의 냉각속도는 800~1200℃/sec이다.
상기 수냉 시 수냉종료온도는 Ms(마르텐사이트 변태개시온도)이하라면, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 상온일 수 있다.
셀프 템퍼링을 목적으로 하는 경우에는 상기 수냉 시 수냉종료온도는 Ms(마르텐사이트 변태개시온도)이하 150℃이상이 바람직하다.
상기와 같이, 수냉 시 수냉종료온도를 Ms이하, 150℃이상으로 하면, 셀프 템퍼링 되어 별도의 템퍼링 공정 없이 연신율을 향상시키고 강 스트립 표면의 잔류수를 증발시켜 스케일 형성을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 부합되는 마르텐사이트 함유 강판의 제조장치의 일례를 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 마르텐사이트 함유 강판의 제조장치(100)은 강판을 코일(10)형태로 가열하는 가열로(1); 가열된 코일(10)을 풀어주는 페이오프릴(2); 코일로부터 풀려 이송되는 가열된 강판을 냉각하는 냉각장치(3); 및 냉각된 강판을 감는 코일러(4)를 포함한다.
상기 냉각장치(300)는 가열된 강판을 냉각하는 냉각액이 저장된 냉각조(31) 및 상기 냉각액을 상기 강 스트립을 향해 제트 분사하도록 구비되는 냉각대(32)를 포함할 수 있다.
상기 냉각장치(3)는 강판의 냉각 시 500℃/sec 이상의 냉각속도를 부여하도록 구성될 수 있다.
상기 페이오프릴(2)과 냉각장치(3) 사이와 냉각장치(2)와 코일러(4) 사이에, 강판을 안내하는 안내롤러(5a),(5b)를 포함할 수 있다.
도 1에서, 미설명부호 6은 이송대차를 나타내고, 11은 가열로 도어를 나타내고, 33은 냉각조 롤러를 나타낸다.
도 1의 마르텐사이트 함유 강판의 제조장치(100)를 사용하여 마르텐사이트 함유 강판을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
우선, 가열할 강판 코일(10)을 이송 대차(6)에 크레인 등으로 올려 놓는다.
코일을 실은 이송대차(6)가 가열로(1)로 이동한다. 코일(10)을 페이오프릴(2)에 끼우면 이송대차(6)는 가열로(1) 밖으로 나온다.
이후 강판을 안내 롤러(5a), 냉각조 롤러(33), 안내롤러(5b), 코일러(4) 까지 연결한다. 또는, 이미 연결된 강판에 페이오프릴(2)에 새로 끼운 코일(10)의 강판을 용접하여 연결한다.
이후, 가열로 도어(11)를 닫고 코일(10)을 가열한다.
예를 들면 가열온도는 700~900℃이며, 내부는 환원성 분위기로 질소 90~98부피%, 수소 2~10부피%일 수 있다.
가열로(1)는 특별히 한정되는 것은 아니며, 복사가열로 라디언트 튜브나 머플타입 가열로 등이 사용될 수 있다.
가열시간은 코일 폭 600~1400㎜일 경우 20~80시간이다.
코일 내부까지 필요한 온도에 도달하면 페이오프릴(2)과 코일러(4)를 가동하여 강 판이 냉각장치(3)의 냉각조(31)를 지나도록 한다. 냉각조(31)는 냉각을 위한 냉매로 물이 채워져 있다. 또한 냉각조 안에 강 스트립 전/후면에 냉매를 분사하는 냉각대(32)가 구비되어 있어 500℃/sec 이상의 속도로 강판을 냉각한다.
냉각 시에 강판의 이송속도는 통상의 연속소둔공정 이송속도 200mpm보다 1.5배 빠른 300mpm이상, 바람직하게는 2~3배 빠른 400~600mpm이다.
이를 통해 통상의 연속열처리공정에서는 예를 들면, 담금질 급냉시 강 스트립 온도구배가 300℃/meter 이나 본 발명에서는 150~100℃/meter로 감소하여, 열응력도 감소한다. 수치해석 결과 속도가 2배 증가시 열응력은 1/3로 감소한다. 따라서 냉각속도가 통상의 연속소둔 담금질공정에서 냉각속도 1000℃/sec과 동일함에도 강판 형상이 양호할 수 있다. 한편, 냉각시 강 스트립 이송속도가 빠르므로 코일 전체를 냉각하는데 걸리는 시간은 약 4분 정도로 짧다.
1: 가열로, 2: 페이오프릴, 3: 냉각장치, 4: 코일러, 5(a),5(b): 안내롤러, 31: 냉각조, 32: 냉각대

Claims (11)

  1. 수냉 시 오스테나이트의 적어도 일부가 마르텐사이트로 변태되는 강판을 코일 형태로 준비하는 단계;
    상기 강판 코일을 강판의 미세조직의 적어도 일부가 오스테나이트가 되도록 가열하는 단계; 및
    상기와 같이 가열된 강판 코일을 풀어 300mpm이상의 이송속도로 강판을 이송시키면서 500℃/sec 이상의 냉각속도로 수냉하여 상기 오스테나이트의 적어도 일부를 마르텐사이트로 변태시키는 단계를 포함하는 마르텐사이트 함유 강판의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 강판의 이송속도는 300 ~800mpm인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트 함유 강판의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수냉 시 수냉종료온도는 Ms(마르텐사이트 변태개시온도)이하인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트 함유 강판의 제조방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수냉 시 수냉종료온도는 Ms(마르텐사이트 변태개시온도)이하 150℃이상인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트 함유 강판의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 강판의 냉각속도는 800 ~ 1200℃/sec인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트 함유 강판의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 강판은 마르텐사이트 강판, 듀얼페이즈 강판 및 콤플렉스페이즈 강판 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트 함유 강판의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 강판은 탄소: 0.05~0.4중량%, 규소: 2중량% 이하, 망간: 1~3 중량%, 인: 0.05중량% 이하, 황: 0.02 중량%이하, 잔부 Fe 및 기타 불순물을 포함하는 것임을 특징으로 하는 마르텐사이트 함유 강판의 제조방법.
  8. 강판을 코일 형태로 가열하는 가열로; 가열된 코일을 풀어주는 페이오프릴; 코일로부터 풀려 이송되는 가열된 강판을 냉각하는 냉각장치; 및 냉각된 강판을 감는 코일러를 포함하는 마르텐사이트 함유 강판의 제조장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 냉각장치는 강판의 냉각 시 500℃/sec 이상의 냉각속도를 부여하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트 함유 강판의 제조장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 냉각장치는 가열된 강판을 냉각하는 냉각액이 저장된 냉각조 및 상기 냉각액을 상기 강 스트립을 향해 제트 분사하도록 구비되는 냉각대를 포함하는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트 함유 강판의 제조장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 페이오프릴과 냉각장치 사이와 냉각장치와 코일러 사이에, 강판을 안내하는 안내롤러가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트 함유 강판의 제조장치.
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