KR20220062364A

KR20220062364A - 급속 담금질 라인

Info

Publication number: KR20220062364A
Application number: KR1020227011939A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 앤쏘니 갠스바워; 윌리엄 벡; 프랭크 수; 사무엘 로버트 왜그스태프; 스티븐 엘. 믹; 앤드류 제임스 호비스
Original assignee: 노벨리스 인크.
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2020-10-13
Publication date: 2022-05-16
Also published as: BR112022005740A2; CA3152277A1; ES2967375T3; JP7378609B2; MX2022004453A; CN114585753B; EP4045203B1; WO2021076473A1; EP4045203A1; US20220349038A1; CN114585753A; JP2022552979A

Abstract

급속 담금질 라인은 금속 스트립의 재결정화 지점 이상에서 고온 코일과 함께 사용하는 데 적합할 수 있다. 고온 코일은 비접촉 일시 유보 디바이스를 사용하여 저 장력 권출기에 의해 권출될 수 있다. 고온 코일로부터 나오는 금속 스트립은 다수의 담금질 존들을 통해 (예를 들어, 100℃/s 또는 200℃/s 이상의 속도로) 급속 담금질된다. 냉각제는 이를테면 에어 나이프(air knife) 및/또는 와이퍼(wiper)(예를 들어, 울트라-컴플라이언트 와이퍼(ultra-compliant wiper))로 제거될 수 있다. 증기는 이전의 담금질 존들로부터 모아질 수 있고 이를테면 금속 스트립의 온도가 라이덴프로스트점 이하인 영역들에서 금속 스트립에 습한 공기를 제공하도록 용도 변경될 수 있다. 냉각된 금속 스트립은 금속 스트립이 선택적으로 윤활되고 그 후 재권취되거나 그렇지 않으면 추가로 처리되기 전에 금속 스트립에서의 장력을 증가시키기 위해 브리들(bridle)을 통과할 수 있다.

Description

급속 담금질 라인

관련 출원에 대한 참조

본 출원은 2019년 10월 16일에 출원된 "RAPID QUENCH LINE"이라는 명칭의 미국 특허 가출원 제62/915,915호의 이익을 주장하며, 이의 내용은 이에 의해 그 전문이 참조로 원용된다.

기술분야

본 발명은 일반적으로 금속가공(metalworking)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 금속품의 생산 동안 금속품의 온도를 제어하는 것에 관한 것이다.

금속품의 야금 구조는 금속품의 강도 및/또는 성형성과 같은 금속품의 다양한 속성들에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 제조 공정들 동안, 생산되는 금속품이 원하는 야금 속성들을 갖는 것을 보장하도록 주의를 기울여야 한다. 금속품의 생산 동안 금속품의 온도의 정확한 제어는 금속품이 원하는 야금 속성들 및 원하는 야금 구조로 생산될 수 있게 할 수 있다.

직접 냉각(direct chill, DC) 및 연속 주조는 액체 금속으로부터 고체 금속을 주조하는 두 가지 방법들이다. DC 주조에서, 액체 금속은 주형 내의 액체 금속의 응고 속도로 인출할 수 있는 인출 가능한 가저면(false bottom)을 갖는 주형 내로 부어져, 보통 크고 비교적 두꺼운 잉곳(예를 들어, 1500 mm x 500 mm x 5 m)을 생성한다. 잉곳은 금속품의 소비자(예를 들어, 자동차 제조 설비)에 배분가능한 금속 스트립 제품으로 코일링되기 전에 가공, 균질화, 열간 압연, 냉간 압연, 어닐링 및/또는 열처리될 수 있고, 그 외 마감될 수 있다.

연속 주조는 이동하는 반대 주조 표면들의 쌍 사이에 규정되는 주조 공동 내로 용융 금속을 연속적으로 주입하는 단계 및 주조 공동의 출구로부터 주조 금속품(예를 들어, 금속 스트립)을 인출하는 단계를 포함할 수 있다. 연속 주조는 임의의 적합한 길이의 금속품을 제조할 수 있으며, 이는 권취가능한 금속 스트립을 제조하는 데 특히 적합할 수 있다.

보통, 금속품은 원하는 야금 구조 및/또는 야금 속성들을 달성하기 위해 열처리되어야 한다. 이러한 열처리의 예들은 고온 어닐링 또는 균질화를 포함하며, 이들 양자는 금속품을 비교적 고온으로 가열하는 것을 수반한다. 어닐링은 보통 금속의 재결정화 온도 또는 그 부근의 온도(예를 들어, 알루미늄 합금의 일부 유형들에 대해 약 300-400℃)에서, 가공된(예를 들어, 가공 경화된) 금속품에 대해 수행되는 고온 공정이다. 균질화는 생주물 미세구조의 입자 수준 이질성을 감소시키기 위해 금속품들에 대해 수행되는 고온 공정이다. 균질화는 보통 합금의 시스템에 따라, 알루미늄 합금의 일부 유형들에서 약 450-600℃의 온도와 같은 금속의 재결정화 온도보다 높은 온도에서 수행된다. 이러한 온도 범위(예를 들어, 재결정화 온도 이상)로 가열될 때, 금속품의 야금 미세구조는 더욱 균질해질 수 있어, 금속품의 성형성 및/또는 다른 야금 속성들을 개선시킨다. 그러나, 이러한 고온에서, 금속품은 잘못 처리되는 경우 특히 손상되기 쉽다. 보통, 어닐링 또는 균질화는 DC 주조 잉곳들 상에서 수행된다.

권취된 금속 스트립과 같은 금속 스트립에 대한 어닐링 또는 균질화는 보통 연속 어닐링 및 용해 열처리(continuous annealing and solution heat treatment, CASH) 라인의 사용을 필요로 한다. 이러한 CASH 라인들은 매우 큰 풋프린트를 점유하고, 금속 스트립을 권출하고, 노(furnace)들 및 냉각 존들을 통해 금속 스트립을 부양시키며, 금속 스트립을 재권취하도록 설계된 장비의 많은 특수 부품들을 필요로 한다. 금속 스트립을 부양시키지 않으면, 압연기들 등과의 물리적 접촉은 금속 스트립이 상승된 온도에 있을 때 섬세한 금속 스트립을 손상시킬 수 있다. CASH 라인을 통해 금속 스트립에 의해 취해지는 경로는 보통 길고 순환적이어서, 금속 스트립을 처리하기 시작하기 위해 금속 스트립을 CASH 라인을 통해 스레딩(threading)할 필요성으로 인해 금속 스트립의 긴 길이가 스크래핑(scrapping)될 것을 요구한다. 또한, 각 코일에 대해 이러한 많은 양의 금속 스트립을 스크래핑해야 하는 것을 피하기 위해, CASH 라인들은 보통 별개의 코일들을 함께 연속 금속 스트립으로 조합한 후 연속 금속 스트립을 별개의 처리된 코일들로 절단하기 위해 어큐뮬레이터들 및 절단기들의 사용을 필요로 한다.

용어 실시예 및 유사한 용어들은 본 개시 및 이하의 청구항들의 모든 요지를 광범위하게 지칭하는 것으로 의도된다. 이러한 용어들을 포함하는 표현들은 여기에 설명된 대상을 제한하거나 아래 청구항들의 의미 또는 범위를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 본원에서 다뤄지는 본 개시의 실시예들은 본 발명의 내용이 아니라, 아래 청구항들에 의해 정의된다. 본 개시의 양태들은 본 발명의 다양한 실시 예의 상위 수준의 개요이고 아래 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 섹션에서 더 설명되는 개념들 중 일부를 소개한다. 본 발명의 내용은 청구되는 대상의 주요한 키 또는 본질적인 특징들을 확인하려는 것도, 청구되는 대상의 범위를 결정하는데 별개로 사용되기 위한 것도 아니다. 주제는 본 개시의 전체 명세서, 임의의 또는 모든 도면 및 각 청구항의 적절한 부분들을 참조하여 이해되어야 한다.

본 개시의 실시예들은 금속 스트립의 금속 코일을 수용하고 풀기 위한 저 장력(low-tension) 언와인딩 유닛(unwinding unit); 금속 코일의 풀림 동안 금속 스트립 상에 금속 코일의 중심을 향해 힘을 제공하도록 저 장력 언와인딩 유닛에 인접하게 위치된 비접촉 일시 유보(hold-down) 디바이스; 금속 스트립을 냉각하기 위한 담금질 존(quenching zone) 세트 - 담금질 존 세트는 금속 스트립의 온도를 초당 적어도 100℃의 속도로 감소시키기에 충분한 냉각제를 제공함 -; 담금질 존 세트의 다운스트림에 위치된 냉각제 제거 유닛; 및 금속 스트립에서의 장력을 증가시키기 위해 냉각제 제거 유닛의 다운스트림에 위치된 브리들 유닛(bridle unit)을 포함하는, 시스템을 포함한다.

일부 경우들에서, 저 장력 언와인딩 유닛은 금속 코일의 권취된 부분들 내에 열을 보유하도록 배치된 절연부를 포함한다. 일부 경우들에서, 저 장력 언와인딩 유닛은 금속 코일의 권취된 부분들에 열을 제공하기 위한 열원을 포함하며, 열원은 금속 코일을 임계 온도 이상으로 유지하기 위한 제어기에 결합된다. 일부 경우들에서, 비접촉 일시 유보 디바이스는 금속 스트립을 통해 변화하는 자기장을 생성하기 위한 하나 이상의 자석을 포함한다. 일부 경우들에서, 변화하는 자기장은 금속 스트립의 폭을 가로질러 시간이 지나면서 힘을 분배하도록 구성된다. 일부 경우들에서, 비접촉 일시 유보 디바이스는 금속 스트립에 대해 가열된 공기를 송풍하기 위한 노즐을 포함한다. 일부 경우들에서, 본 시스템은 금속 스트립의 평탄도(flatness)를 측정하도록 위치된 평탄도 측정 유닛; 및 평탄도 측정 유닛 및 담금질 존 세트에 결합되어, 금속 스트립의 측정된 평탄도에 기초하여 냉각제의 전달을 조정하는 제어기를 더 포함한다. 일부 경우들에서, 본 시스템은 금속 스트립 내로 파(wave)를 유도하기 위해 담금질 존 세트의 업스트림에 위치된 안정화 시스템을 더 포함한다. 일부 경우들에서, 금속 스트립은 금속 코일과 냉각제 제거 유닛 사이의 기계적 접촉 없이 지지되게 유지된다. 일부 경우들에서, 담금질 존 세트는 담금질 존 세트의 적어도 하나의 담금질 존의 다운스트림의 위치에서 담금질 존 세트의 적어도 하나의 담금질 존으로부터 금속 스트립으로 습한 공기를 전향시키기 위한 증기 재생 모듈(steam reclamation module)을 포함한다. 일부 경우들에서, 담금질 존 세트의 적어도 하나의 담금질 존의 다운스트림의 위치는 금속 스트립의 온도가 라이덴프로스트점(Leidenfrost point) 이하인 위치이다. 일부 경우들에서, 본 시스템은 저 장력 언와인딩 유닛의 다운스트림에 위치된 사전 담금질 가열 유닛; 사전 담금질 가열 유닛에 결합되어, 금속 스트립이 담금질 존 세트에 진입하기 전에 금속 스트립을 타겟 온도로 가열하는 제어기를 더 포함한다. 일부 경우들에서, 비접촉 일시 유보 디바이스는 금속 스트립이 중력으로 인해 금속 코일로부터 멀어져 떨어지는 위치 또는 그에 인접한 위치에서 금속 스트립 상에 힘을 제공하도록 위치된다.

본 개시의 실시예들은 저 장력 언와인더를 사용하여 고온 금속 코일을 푸는 단계 - 고온 금속 코일을 푸는 단계는 고온 금속 코일에 비접촉 일시 유보력을 가하는 단계 및 고온 금속 코일의 금속 스트립이 금속 코일로부터 멀어져 떨어지도록 하는 단계를 포함함 -; 담금질 존 세트에서 금속 스트립을 급속 담금질하는 단계 - 금속 스트립을 급속 담금질하는 단계는 금속 스트립의 온도를 초당 적어도 100℃의 속도로 감소시키도록 금속 스트립에 냉각제를 가하는 단계를 포함함 -; 금속 스트립으로부터 냉각제를 제거하는 단계; 및 금속 스트립에 다운스트림 장력을 가하는 단계를 포함하는, 방법을 포함한다.

일부 경우들에서, 본 방법은 저 장력 언와인더에서 고온 금속 코일의 초기 온도를 유지하는 단계를 더 포함한다. 일부 경우들에서, 본 방법은 금속 스트립을 급속 담금질하기 직전에 금속 스트립을 예열하는 단계를 더 포함한다. 일부 경우들에서, 비접촉 일시 유보력을 가하는 단계는 금속 스트립을 통해 변화하는 자기장을 생성하는 단계를 포함한다. 일부 경우들에서, 비접촉 일시 유보력을 가하는 단계는 금속 스트립에 대해 가열된 공기를 송풍하는 단계를 포함한다. 일부 경우들에서, 본 방법은 금속 스트립의 평탄도를 측정하는 단계; 및 측정된 평탄도에 기초하여 냉각제의 전달을 조정하는 단계를 더 포함한다. 일부 경우들에서, 본 방법은 금속 스트립과 접촉하지 않고 금속 스트립에 파를 유도하는 단계를 더 포함한다. 일부 경우들에서, 본 방법은 담금질 존들 중 적어도 하나로부터 증기를 포집하는 단계; 및 금속 스트립을 향해 포집된 증기를 전향시키는 단계를 더 포함한다. 일부 경우들에서, 포집된 증기를 전향시키는 단계는 금속 스트립의 온도가 라이덴프로스트점 이하인 위치에서 금속 스트립을 향해 포집 증기를 전향시키는 단계를 포함한다.

본 명세서는 다음의 첨부된 도면들을 참조하며, 여기서 상이한 도면들에서의 동일한 참조 부호들의 사용은 동일하거나 유사한 컴포넌트들을 예시하는 것으로 의도된다.
도 1은 본 개시의 특정 양태들에 따른 고온 금속 코일을 급속 담금질 및 재권취하기 위한 시스템의 개략적인 측면도이다.
도 2는 본 개시의 특정 양태들에 따른 추가 압연을 위해 고온 금속 코일을 급속 담금질하기 위한 시스템의 개략적인 측면도이다.
도 3은 본 개시의 특정 양태들에 따른 급속 담금질 라인의 개략적인 블록도이다.
도 4는 본 개시의 특정 양태들에 따른 담금질 라인을 통과하는 금속 스트립의 상대 온도들을 도시하는 조합 개략 블록도 및 온도 그래프이다.
도 5는 본 개시의 특정 양태들에 따른 급속 담금질 라인 상의 증기 재생 모듈의 개략적인 측면도이다.
도 6은 본 개시의 특정 양태들에 따른 자기 회전자 비접촉 일시 유보 롤의 개략적인 평면도이다.
도 7은 본 개시의 특정 양태들에 따른 고온 금속 코일을 급속 담금질하기 위한 공정을 도시하는 흐름도이다.

본 개시의 특정 양태들 및 특징들은 금속 스트립의 재결정화 지점 부근, 지점, 또는 지점 위의 온도에서 고온 코일 또는 권취된 금속 스트립과 함께 사용하는 데 적합한 급속 담금질 라인에 관한 것이다. 재결정화 지점은 금속 스트립의 용융 온도의 40%-50% 사이 또는 대략 그 사이일 수 있다. 급속 담금질 라인은 비접촉 일시 유보 디바이스를 활용하는 저 장력 권출기를 포함할 수 있다. 저 장력 권출기로부터 나오는 금속 스트립은 다수의 담금질 존들을 통해 (예를 들어, 30℃/s, 50℃/s, 100℃/s 또는 200℃/s 이상의 속도로) 급속 담금질된다. 냉각제는 이를테면 에어 나이프(air knife) 및/또는 울트라-컴플라이언트 와이퍼(ultra-compliant wiper)의 사용을 통해, 제거될 수 있다. 일부 경우들에서 이전의 담금질 존들로부터 모아진 증기는 금속 스트립의 온도가 라이덴프로스트점 이하인 영역들에서 금속 스트립에 습한 공기를 제공하도록 용도 변경될 수 있다. 냉각된 금속 스트립은 금속 스트립이 선택적으로 윤활되고 그 후 재권취되거나 그렇지 않으면 추가로 처리되기 전에 금속 스트립에서의 장력을 증가시키기 위해 브리들을 통과할 수 있다

금속 생산에서, 연속 주조 공정들 또는 압연 공정들(예를 들어, 열간 압연)은 권취된 제품, 이를테면 권취된 금속 스트립을 생성할 수 있다. 본원에서 개시될 때, 용어 금속 스트립은 권취될 수 있는 임의의 적합한 두께의 금속품들, 이를테면 금속 시트 또는 금속 셰이트를 포함한다. 금속 스트립은 임의의 적합한 길이 또는 폭을 가질 수 있다. 일부 경우들에서, 본 개시의 특정 양태들은 반드시 권취될 필요는 없는 금속 스트립 제품들과 함께 사용하는 데 적합할 수 있지만, 일부 경우들에서 본 개시의 특정 양태들은 금속 코일들과 함께 사용하는 데 특히 적합할 수 있다. 금속 코일은 권취되는 금속 스트립을 포함할 수 있다.

본원에 사용될 때, 시트는 일반적으로 두께가 약 4 mm 미만인 알루미늄 제품을 지칭한다. 예를 들어, 시트는 두께가 약 4 mm 미만, 약 3 mm 미만, 약 2 mm 미만, 약 1 mm 미만, 약 0.5 mm 미만, 또는 약 0.3 mm 미만(예를 들어, 약 0.2 mm)일 수 있다.

본원에 사용될 때, "주조 금속 제품", "주조 제품" 및 "주조 알루미늄 합금 제품" 등과 같은 용어들은 상호 교환 가능하고, 직접 냉각 주조(직접 냉각 공동 주조를 포함함) 또는 반연속 주조, 연속 주조(예를 들어, 트윈 벨트 주조기, 트윈 롤 주조기, 블록 주조기, 또는 임의의 다른 연속 주조기의 사용에 의한 것을 포함함), 전자기 주조, 핫 탑 주조, 또는 임의의 기타 주조 방법에 의해 생산되는 제품을 지칭한다.

본원에 사용될 때, "실온"의 의미는 약 15℃ 내지 약 30℃, 예를 들어, 약 15℃, 약 16℃, 약 17℃, 약 18℃, 약 19℃, 약 20℃, 약 21℃, 약 22℃, 약 23℃, 약 24℃, 약 25℃, 약 26℃, 약 27℃, 약 28℃, 약 29℃, 또는 약 30℃로부터의 온도를 포함할 수 있다. 본원에 사용될 때, "주위 조건들"의 의미는 약 실온의 온도, 약 20% 내지 약 100%의 상대 습도, 및 약 975 밀리바(mbar) 내지 약 1050 mbar의 기압을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상대 습도는 약 20 %, 약 21 %, 약 22 %, 약 23 %, 약 24 %, 약 25 %, 약 26 %, 약 27 %, 약 28 %, 약 29 %, 약 30 %, 약 31 %, 약 32 %, 약 33 %, 약 34 %, 약 35 %, 약 36 %, 약 37 %, 약 38 %, 약 39 %, 약 40 %, 약 41 %, 약 42 %, 약 43 %, 약 44 %, 약 45 %, 약 46 %, 약 47 %, 약 48 %, 약 49 %, 약 50 %, 약 51 %, 약 52 %, 약 53 %, 약 54 %, 약 55 %, 약 56 %, 약 57 %, 약 58 %, 약 59 %, 약 60 %, 약 61 %, 약 62 %, 약 63 %, 약 64 %, 약 65 %, 약 66 %, 약 67 %, 약 68 %, 약 69 %, 약 70 %, 약 71 %, 약 72 %, 약 73 %, 약 74 %, 약 75 %, 약 76 %, 약 77 %, 약 78 %, 약 79 %, 약 80 %, 약 81 %, 약 82%, 약 83 %, 약 84 %, 약 85 %, 약 86 %, 약 87 %, 약 88 %, 약 89 %, 약 90 %, 약 91 %, 약 92 %, 약 93 %, 약 94 %, 약 95 %, 약 96 %, 약 97 %, 약 98 %, 약 99 %, 약 100 %, 또는 이들 사이의 임의의 지점일 수 있다. 예를 들어, 기압은 약 975 mbar, 약 980 mbar, 약 985 mbar, 약 990 mbar, 약 995 mbar, 약 1000 mbar, 약 1005 mbar, 약 1010 mbar, 약 1015 mbar, 약 1020 mbar, 약 1025 mbar, 약 1030 mbar, 약 1035 mbar, 약 1040 mbar, 약 1045 mbar, 약 1050 mbar, 또는 이들 사이의 임의의 지점일 수 있다.

본 개시의 특정 양태들은 임의의 유형의 금속과 함께 사용하는 데 적합할 수 있지만, 본 개시의 특정 양태들은 알루미늄과 함께 사용하는 데 특히 적합할 수 있다. 본 설명에서, AA 번호 및 "시리즈" 또는 "7xxx"와 같은 다른 관련 지정에 의해 식별되는 합금들이 참조된다. 알루미늄 및 이의 합금을 명명하고 식별하는 데 가장 일반적으로 사용되는 번호 지정 시스템의 이해를 위해, "International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys" 또는 "Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot" - 양자는 알루미늄 협회에 의해 발행됨 - 을 참조한다.

본 개시의 특정 양태들은 2xxx, 6xxx, 7xxx, 또는 8xxx 시리즈로부터의 알루미늄 합금들과 함께 사용하는 데 특히 적합하지만, 다른 합금들이 사용될 수도 있다. 특정 알루미늄 합금들이 생산될 때, 합금 원소들은 침전물을 형성할 수 있다. 일부 합금들, 이를테면 2xxx, 6xxx, 7xxx, 또는 8xxx 시리즈 합금들의 경우에서, 특히 알루미늄 합금이 고온으로부터, 이를테면 실온까지 냉각될 때 괴상 침전물이 형성될 수 있다. 이러한 괴상 침전물은 알루미늄 제품에 잘 용해되지 않고, 교정하기 어렵거나 불가능할 수 있으며, 바람직하지 않은 기계적 속성들을 초래할 수 있다. 예를 들어, 6xxx 시리즈 알루미늄 합금들에서, 전통적인 속도로 고온으로부터 실온으로 냉각시키는 것은 거대 Mg2Si 침전물의 형성을 초래할 수 있으며, 이는 알루미늄 제품의 원하는 야금 구조에 해로울 수 있다. 이러한 문제들은 어닐링 또는 균질화 공정 동안과 같이 금속의 재결정화 온도보다 높은 온도로부터 실온으로 냉각할 때 특히 일반적이다. 그러나, 본원에 개시된 바와 같이, 금속품이 충분히 신속하게 냉각될 수 있는 경우, 그 외 침전물을 형성할 용해된 원소들이 실온까지 항상 과포화 고용체에 남아 있을 수 있다.

균질화 단계에서, 본원에서 설명되는 금속 제품은 약 400℃ 내지 약 600℃ 범위의 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 제품은 약 400℃, 약 410℃, 약 420℃, 약 430℃, 약 440℃, 약 450℃, 약 460℃, 약 470℃, 약 480℃, 약 490℃, 또는 약500℃의 온도로 가열될 수 있다. 그 후, 제품은 일정 시구간 동안 침지(즉, 지시된 온도에서 유지)되도록 된다. 일부 예들에서, 가열 및 침지 시기들을 포함하는 균질화 단계에 대한 총 시간은 최대 24시간일 수 있다. 예를 들어, 생성물은 균질화 단계를 위해 18시간 이하의 총 시간 동안 500℃까지 가열되고 침지될 수 있다. 선택적으로, 생성물은 균질화 단계를 위해 18시간 초과의 총 시간 동안 490℃ 미만으로 가열되고 침지될 수 있다. 일부 경우들에서, 균질화 단계는 다수의 공정들을 포함한다. 일부 비제한적인 예들에서, 균질화 단계는 제품을 제1 시구간 동안 제1 온도로 가열한 후, 제2 시구간 동안 제2 온도로 가열하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 제품은 약 3.5시간 동안 약 465℃로 가열된 후, 약 6시간 동안 480℃로 가열될 수 있다.

균질화 단계 이후, 열간 압연 단계가 수행될 수 있다. 열간 압연의 시작 전에, 균질화된 제품은 300℃ 내지 520℃ 사이의 온도로 냉각될 수 있다. 예를 들어, 균질화된 제품은 325℃ 내지 425℃ 또는 350℃ 내지 400℃ 사이의 온도로 냉각될 수 있다. 그 후, 제품은 300℃ 내지 450℃ 사이의 온도에서 열간 압연되어 3 mm와 200 mm 사이(예를 들어, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm, 25 mm, 30 mm, 35 mm, 40 mm, 45 mm, 50 mm, 55 mm, 60 mm, 65 mm, 70 mm, 75 mm, 80 mm, 85 mm, 90 mm, 95 mm, 100 mm, 110 mm, 120 mm, 130 mm, 140 mm, 150 mm, 160 mm, 170 mm, 180 mm, 190 mm, 200 mm, 또는 이들 사이의 임의의 위치)의 게이지를 갖는 열간 압연된 플레이트, 열간 압연된 셰이트 또는 열간 압연된 시트를 형성할 수 있다.

선택적으로, 주조 제품은 300℃ 내지 520℃ 사이의 온도로 냉각되게 될 수 있는 연속 주조 제품일 수 있다. 예를 들어, 연속 주조 제품은 325℃ 내지 425℃ 또는 350℃ 내지 400℃ 사이의 온도로 냉각되게 될 수 있다. 그 후, 연속 주조 제품은 300℃ 내지 450℃ 사이의 온도에서 열간 압연되어 3 mm와 200 mm 사이(예를 들어, 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm, 25 mm, 30 mm, 35 mm, 40 mm, 45 mm, 50 mm, 55 mm, 60 mm, 65 mm, 70 mm, 75 mm, 80 mm, 85 mm, 90 mm, 95 mm, 100 mm, 110 mm, 120 mm, 130 mm, 140 mm, 150 mm, 160 mm, 170 mm, 180 mm, 190 mm, 200 mm, 또는 이들 사이의 임의의 위치)의 게이지를 갖는 열간 압연된 플레이트, 열간 압연된 셰이트 또는 열간 압연된 시트를 형성할 수 있다. 열간 압연 동안, 온도 및 다른 동작 파라미터들은 열간 압연 밀로부터 배출 시 열간 압연된 중간 제품의 온도가 470℃ 이하, 450℃ 이하, 440℃ 이하, 또는 430℃ 이하가 되도록 제어될 수 있다.

그 후, 플레이트, 셰이트 또는 시트는 통상적인 냉간 압연 밀들 및 기술을 사용하여 시트로 냉간 압연될 수 있다. 냉간 압연된 시트는 약 0.5 내지 10 mm 사이, 예를 들어, 약 0.7 내지 6.5 mm 사이의 게이지를 가질 수 있다. 선택적으로, 냉간 압연된 시트는 0.5 mm, 1.0 mm, 1.5 mm, 2.0 mm, 2.5 mm, 3.0 mm, 3.5 mm, 4.0 mm, 4.5 mm, 5.0 mm, 5.5 mm, 6.0 mm, 6.5 mm, 7.0 mm, 7.5 mm, 8.0 mm, 8.5 mm, 9.0 mm, 9.5 mm, 또는 10.0 mm의 게이지를 가질 수 있다. 냉간 압연은 최대 85%의 게이지 감소(예를 들어, 최대 10%, 최대 20%, 최대 30%, 최대 40%, 최대 50%, 최대 60%, 최대 70%, 최대 80%, 또는 최대 85% 감소)를 나타내는 최종 게이지 두께를 초래하도록 수행될 수 있다. 선택적으로, 냉간 압연 단계 동안 인터어닐링 단계가 수행될 수 있다. 인터어닐링 단계는 약 300℃ 내지 약 450℃(예를 들어, 약 310℃, 약 320℃, 약 330℃, 약 340℃, 약 350℃, 약 360℃, 약 370℃, 약 380℃, 약 390℃, 약 400℃, 약 410℃, 약 420℃, 약 430℃, 약 440℃, 또는 약 450℃)의 온도에서 수행될 수 있다. 일부 경우들에서, 인터어닐링 단계는 다수의 공정들을 포함한다. 일부 비제한적인 예들에서, 인터어닐링 단계는 플레이트, 셰이트 또는 시트를 제1 시구간 동안 제1 온도로 가열한 후, 제2 시구간 동안 제2 온도로 가열하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 플레이트, 셰이트 또는 시트는 약 1시간 동안 약 410℃로 가열된 후, 약 2시간 동안 330℃로 가열될 수 있다.

후속해서, 플레이트, 셰이트 또는 시트는 용체화 열처리 단계를 거칠 수 있다. 용체화 열처리 단계는 가용성 입자의 용체화를 초래하는 시트에 대한 임의의 통상적인 처리일 수 있다. 플레이트, 셰이트 또는 시트는 최대 590℃(예를 들어, 400℃ 내지 590℃)의 피크 금속 온도(peak metal temperature, PMT)로 가열되고 이 온도에서 일정 시구간 동안 침지될 수 있다. 예를 들어, 플레이트, 셰이트 또는 시트는 최대 30분(예를 들어, 0초, 60초, 75초, 90초, 5분, 10분, 20분, 25분, 또는 30분)의 침지 시간 동안 480℃에서 침지될 수 있다. 가열 및 침지 후에, 플레이트, 셰이트 또는 시트는 200℃/s 초과의 속도로 500과 200℃ 사이의 온도로 급속 냉각된다. 일 예에서, 플레이트, 셰이트 또는 시트는 450℃와 200℃ 사이의 온도에서 200℃/s 초과의 담금질 속도를 갖는다. 선택적으로, 냉각 속도는 다른 경우들에서 더 빠를 수도 있다. 일부 경우들에서, 담금질은 본원에서 개시되는 바와 같은 급속 담금질 라인을 사용하여 일어날 수 있다.

담금질 후에, 플레이트, 셰이트 또는 시트는 선택적으로 권취 전에 플레이트,셰이트 또는 시트를 재가열함으로써 사전 시효 처리를 거칠 수 있다. 사전 시효 처리는 최대 6시간의 시구간 동안 약 70℃ 내지 약 125℃의 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 사전 시효 처리는 약 70℃, 약 75℃, 약 80℃¸ 약 85℃, 약 90℃, 약 95℃, 약 100℃, 약 105℃, 약 110℃, 약 115℃, 약 120℃, 또는 약 125℃의 온도에서 수행될 수 있다. 선택적으로, 사전 시효 처리는 약 30분, 약 1시간, 약 2시간,약 3시간, 약 4시간, 약 5시간, 또는 약 6시간 동안 수행될 수 있다 사전 시효 처리는 복사열, 대류열, 유도열, 적외선 열 등을 방출하는 디바이스와 같은 가열 디바이스에 플레이트, 셰이트트 또는 시트를 통과시킴으로써 수행될 수 있다.

본원에서 설명된 주조 제품들은 또한 제품들을 플레이트들 또는 다른 적합한 제품들의 형태로 제조하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 본원에서 설명된 바와 같은 제품들을 포함하는 플레이트들은 균질화 단계에서 잉곳을 처리하거나 연속 주조기에서 제품을 주조한 후 열간 압연 단계에 의해 제조될 수 있다. 열간 압연 단계에서, 주조 제품은 200 mm 두께 게이지 이하(예를 들어, 약 10 mm 내지 약 200 mm)로 열간 압연될 수 있다. 예를 들어, 주조 제품은 최종 게이지 두께가 약 10 mm 내지 약 175 mm, 약 15 mm 내지 약 150 mm, 약 20 mm 내지 약 125 mm, 약 25 mm 내지 약 100 mm, 약 30 mm 내지 약 75 mm, 또는 약 35 mm 내지 약 50 mm인 플레이트로 열간 압연될 수 있다.

일부 경우들에서, 고온 금속 스트립을 (예를 들어, 금속의 재결정화 온도 이상의 온도에서) 금속 코일의 형태로 저장하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 고온 금속 코일은 (예를 들어, 연속 주조 또는 DC 주조 제품으로부터) 연속 주조 공정 또는 압연 공정의 결과일 수 있다. 금속 코일 포맷은 긴 길이의 금속 스트립을 효율적인 방식으로 저장하는 데 유용할 수 있다. 긴 길이의 금속 스트립을 긴 길이의 노들 및 냉각 존들을 갖는 CASH 라인 또는 다른 유사한 처리 라인을 통해 통과시키는 것이 아니라, 단일 금속 코일이 노에 배치되고 원하는 열 처리 효과를 달성하기 위해 원하는 지속기간 동안 원하는 온도에 유지될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 금속 코일은 금속 스트립을 어닐링하는 지속기간 동안 노에서 약 350℃ - 400℃에 유지될 수 있다.

고온 금속 코일들은 긴 길이의 금속 스트립을 비교적 작은 풋프린트에 저장하는 데 유용하지만, 고온 금속 코일들은 주의 깊게 핸들링되어야 한다. 금속 스트립이 이의 재결정화 온도를 초과할 때마다, 과도한 압력, 장력, 기계적 접촉, 또는 다른 힘이 금속 스트립에 해를 끼칠 수 있어, 금속 스트립의 일부 또는 전부의 스크래핑을 요구할 위험이 존재한다. 예를 들어, 고온 금속 코일을 권출할 때 너무 높은 장력은 금속 스트립이 찢어지고/지거나 변형되고/되거나 표면이 손상될 수 있다. 이에 따라, 고온 금속 코일들의 핸들링은 특히 어렵다. 특정 시간들에서(예를 들어, 어닐링 또는 균질화와 같은 열 처리 동안) 금속 스트립을 고온 코일로서 저장하는 것이 바람직할 수 있지만, 다른 시간들에서 (예를 들어, 이를테면 포크리프트 또는 다른 공통 공장 장비를 사용하여, 금속 스트립의 핸들링을 가능하게 하기 위해) 금속 스트립을 가온 또는 저온 코일로서 저장할 수 있다. 일부 경우들에서, 특정 장비(예를 들어, 열간 압연 밀)는 동작하기에 충분한 역장력(back-tension) - 이는 고온 금속 스트립이 견딜 수 있는 것보다 더 높은 장력일 수 있음 - 을 필요로 한다. 이러한 경우들에서, 고온 금속 코일이 원하는 장비 내로 공급될 수 있도록 충분히 낮은 온도로 고온 금속 코일을 냉각시키는 것이 필요할 수 있다. 본원에서 개시될 때, 용어들 가온 및 저온은 금속의 재결정화 지점 미만의 온도를 지칭한다.

전통적으로, 고온 금속 코일들은 실온 또는 실온 부근의 주위 온도로 고온 금속 코일을 방치함으로써 또는 금속 코일 위로 공기를 밀어 넣음으로써 냉각되어, 고온 코일이 수 시간에 걸쳐 냉각되게 할 수 있다. 일부 경우들에서, 고온 금속 코일들에 압연 유와 같은 유체를 분사하는 것이 시도되었지만, 원하는 냉각 온도를 얻기 위해 여전히 시간을 필요로 하고, 환경 친화적이지 않고, 매우 비싸며, 코일을 압연 유에 침지된 상태로 남겨두며, 이는 다음 동작을 냉간 압연 밀에만 제한한다. 본 개시의 특정 양태들에 따르면, 급속 담금질 시스템은 적은 비용으로, 그리고 금속 스트립 상에 잔류하는 잔류 냉각제가 거의 또는 전혀 없이, 보다 환경 친화적인 방식으로, 아주 짧은 시간에, 이를테면 몇 분 안에 고온 금속 코일을 가온 또는 저온 금속 코일로 냉각시킬 수 있다.

본 개시의 특정 양태들에 따르면, 고온 코일을 안전하게 언래핑할 수 있는 저 장력 권출기가 개시된다. 전통적인 권취기들은 금속 코일로부터 금속 스트립의 적절한 페이-오프(pay-off)를 보장하기 위해 장력을 사용하지만, 저 장력 권출기는 금속 코일의 나머지로부터 금속 스트립을 분리하는 것을 가능하게 하기 위해 자연적으로 끌어당기는 중력을 활용한다.

또한, 비접촉 일시 유보 디바이스가 금속 스트립의 적절한 페이-오프를 제어하도록 돕기 위해 금속 스트립을 통해 금속 코일을 향해 충분한 힘을 가하기 위해 사용된다. 본원에서 사용될 때, 용어 비접촉은 금속 스트립과 또 다른 구조체 사이의 비기계적 접촉 또는 물리적 접촉의 결여를 지칭한다. 예를 들어, 비접촉 일시 유보 롤은 금속 스트립과 접촉하지 않고, 금속 스트립을 통해 변화하는 자기장을 생성하여, 렌츠 법칙을 통해 금속 스트립 상에 힘을 유도하는 자기 회전자 또는 전자석 세트의 형태를 띨 수 있다. 또 다른 예에서, 비접촉 일시 유보 디바이스는 금속 코일의 나머지로부터 금속 스트립의 페이-오프를 제어하기 위해 금속 스트립에 대해 고온(예를 들어, 금속 스트립을 담금질하는 것을 회피하기에 충분히 고온) 공기를 송풍하도록 설계된 하나 이상의 노즐의 형태를 띨 수 있다. 하나 이상의 노즐은 금속 스트립과 접촉되지 않고, 유체를 금속 스트립을 향해 지향시킨다.

일부 경우들에서, 비접촉 일시 유보 롤은 임의의 시점에서 금속 스트립을 통과하는 총 자속이 일정하거나 거의 일정하도록, V형(chevron) 패턴으로 배향된 교번 극들을 갖는 자기 회전자일 수 있다. 이러한 V형 패턴은 금속 스트립 상에 작용하는 균일한 힘을 생성할 수 있고 장력의 동요를 회피할 수 있다.

일부 경우들에서, 비접촉 일시 유보 롤은 페이-오프 지점(예를 들어, 금속 스트립이 금속 코일의 나머지로부터 분리되는 지점)에 위치될 수 있거나, 또는 페이지-오프 지점의 5°, 10°, 15°, 또는 20° 내에 위치될 수 있다.

금속 스트립이 금속 코일의 나머지 부분으로부터 페이-오프될 때, 페이-오프되는 금속 스트립의 곡률이 (예를 들어, 거리 측정 디바이스들 또는 기계 비전을 통해) 측정될 수 있고, 금속 코일의 페이-오프 속도를 제어하기 위해 사용될 수 있다.

일부 경우들에서, 권출기는 이를테면 절연 또는 추가적인 헤딩 요소들의 사용을 통해 특정 온도로 유지될 수 있다. 고온 코일 자체에서의 온도 강하를 회피함으로써, 후속 담금질 단계들이 더 정확하게 수행될 수 있는데, 이는 담금질 존들에 진입하는 금속 스트립의 온도가 비교적 안정할 것이기 때문이다. 일부 경우들에서, 담금질 공정을 위한 안정한 시작 온도는 권출기의 다운스트림에 배치된 추가적인 가열 요소들의 사용을 통해 선택적으로 달성될 수 있으며, 이는 금속 스트립의 초기 온도의 변동에도 불구하고 금속 스트립을 타겟 온도로 가열할 수 있다. 이러한 추가적인 가열 요소들은 복사, 대류, 적외선, 화염, 또는 자기 가열 요소들과 같은 임의의 적합한 형태를 띨 수 있다. 일부 경우들에서, 이러한 추가적인 가열 요소들은 금속 스트립에 인접하게 배치되고 금속 스트립과 접촉하지 않고 금속 스트립에서의 온도를 증가시키기에 충분한 속도로 회전하는 회전 자석들의 형태를 띨 수 있다. 일부 경우들에서, 비접촉 일시 유보 디바이스는 금속 스트립의 온도를 타겟 온도로 만드는 하나 이상의 추가적인 가열 요소와 협력하여 작동할 수 있다. 일부 경우들에서, 자기 회전자 또는 전자석 세트인 추가적인 가열 요소가 사용될 때, 금속 스트립의 에지들 부근의 냉점(cold spot)들은 추가적인 가열 요소에 의해 통과하기 전 또는 후에 이들 냉점들에 추가적인 열을 유도함으로써 회피될 수 있다. 이러한 경우들에서, 금속 스트립의 에지들 바로 앞의 위치들에서 금속 스트립에 인접하게 위치된 자기 회전자들의 쌍 형태의 비접촉 일시 유보 디바이스는 금속 스트립이 자기 회전자 추가적인 가열 요소를 통과할 때 냉점 형성을 회피하기 위해 이러한 추가 열을 유도하기 위해 사용될 수 있다.

일부 경우들에서, 자기 회전자들, 전자석들 및/또는 공기 노즐들은 시트를 안정화하기 위해 파(예를 들어, 사인파)를 유도하기 위해 사용될 수 있다.

권출된 금속 스트립은 담금질 존 세트(예를 들어, 하나 이상의 담금질 존 또는 둘 이상의 담금질 존들)을 통과할 수 있다. 각 담금질 존은 금속 스트립에 냉각제를 전달하도록 구성된 분무 헤더 세트(예를 들어, 상부 분무 헤더 및 하부 분무 헤더)를 포함할 수 있다. 본원에 사용될 때, 분무 헤더는 단일 노즐, 다수의 노즐들, 또는 임의의 다른 적합한 구성을 포함할 수 있다. 냉각제는 임의의 적합한 냉각제, 이를테면 물, 오일, 공기, 또는 라이덴프로스트-프리 유체를 포함할 수 있다. 분무 헤더들은 금속 스트립의 온도를 100℃/s 또는 200℃/s 이상의 속도로 낮추기 위해 금속 스트립에 냉각제를 전달하도록 크기가 정해질 수 있다. 담금질 존 세트는 금속 스트립이 평탄하게 떨어질 때, 페이-오프 지점에 인접하여 시작하거나, 또는 금속 스트립이 평탄하게 떨어진 후에, 페이-오프 지점으로부터 이격되어 시작할 수 있다. 일부 경우들에서, 하나 이상의 담금질 존의 분무 헤더들은 금속 스트립과 분무 헤더 간의 원하는 간격을 유지하기 위해, 금속 스트립에 대한 자신들의 상대 위치들을 제어하기 위해 액추에이터들에 결합될 수 있다.

일부 경우들에서, 담금질 존 세트의 파라미터들은 특정 합금에 대해 최적화된 원하는 담금질 속도를 달성하도록 조정될 수 있다. 일부 경우들에서, 유입되는 합금의 식별 정보는 자동이든 수동이든 간에, 담금질 존 세트의 파라미터들을 미리 조정하기 위해 사용될 수 있다.

일부 경우들에서, 증기 재생 모듈이 담금질 존 세트 중 하나 이상의 담금질 존(예를 들어, 제1의 하나 이상의 담금질 존)으로부터의 증기를 모으고 증기를 더 다운스트림의 지점에서의 금속 스트립으로 지향시킬 수 있다. 반드시 그럴 필요는 없지만, 증기를 금속 스트립이 라이덴프로스트점 이하의 온도에 도달하기에 충분히 냉각된 위치의 금속 스트립을 향해 지향시키는 것이 특히 바람직할 수 있다. 증기 재생 모듈은 모아진 증기의 전향을 가능하게 하는 데 필요한 송풍기(예를 들어, 팬) 또는 다른 장비를 선택적으로 포함할 수 있다. 라이덴프로스트점 이후의 금속 스트립 주위의 이러한 습한 공기의 존재는 금속 스트립 상의 응축을 회피하고, 건조 공기보다 금속 스트립으로부터 열을 추출하는 더 많은 열 용량을 갖는다. 이에 따라, 재포집된 증기의 사용은 라이덴프로스트점을 통해 그리고/또는 그 후에 열 추출을 위한 일관된 환경을 제공할 수 있다. 이러한 일관되고 습한 환경은 냉각 금속 스트립의 평탄도를 보호할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 일부 경우들에서, 증기 재생 모듈은 증기를 포집하고/하거나 금속 코일로부터 멀어지게 증기를 전향시켜, 더 다운스트림의 지점에서 금속 스트립으로 증기를 전향시키거나 전향시키지 않으면서, 금속 코일 상에 여전히 금속 스트립의 오염을 방지하도록 도울 수 있다.

라이덴프로스트점 위에서, 냉각제가 비등하는 속도로 인해, 금속 스트립의 표면을 건조하게 유지하는 것은 사소할 수 있다. 그러나, 라이덴프로스트점 아래에서, 금속 스트립으로부터 잔류 냉각제를 제거하는 것은 사소하지 않을 수 있다. 이에 따라, 에어 나이프들이 냉각제를 금속 스트립의 상부로부터(예를 들어, 중심선으로부터 멀리 그리고 금속 스트립의 에지들 위로) 와이핑하기 위해 사용될 수 있다 일부 경우들에서, 스퀴지가 과잉 냉각제를 제거하기 위해 사용될 수 있다. 금속 스트립 아래에는 울트라-컴플라이언트와 같은 와이퍼가 사용될 수 있다. 울트라-컴플라이언트 와이퍼는 금속 스트립의 파와 정합하기 위해 울트라-컴플라이언트 와이퍼의 형상을 변경하도록 설계된 다수의 액추에이터들을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 윤활 분무(예를 들어, 오일 분무)가 와이퍼에 도달하기 전에 금속 스트립에 가해질 수 있다.

금속 스트립이 급속 담금질되고 과잉의 냉각제가 제거된 후에, 금속 스트립은 브리들과 같은 금속 스트립으로 역장력을 부가하기 위한 장치를 통과할 수 있다. 브리들은 장력을 다운스트림 방향으로 유지하기 위해 금속 스트립이 둘레에 래핑되는 롤러 세트를 포함할 수 있다. 급속 담금질 시스템은 개별 고온 금속 롤들을 처리하는 데 특히 적합하기 때문에, 스레딩을 위해 상부 및/또는 외부 롤들로부터 스레딩 위치로 이동될 수 있고, 그 후 금속 스트립으로 장력을 유도하기 위해 동작 위치로 다시 이동될 수 있는 하부 및/또는 내측 롤들을 갖는 브리들과 같은 스레딩에 용이한 브리들을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

브리들 롤 후에, 금속 스트립은 선택적으로 윤활기를 통과한 후, 권취기와 같은 다운스트림 장비의 원하는 피스로 진행하기 전에 편향기 롤 주위를 통과할 수 있다. 일부 경우들에서, 편향기 롤은 금속 스트립의 평탄도를 측정할 수 있다(예를 들어, 평탄도 측정 롤). 일부 경우들에서, 이러한 측정된 평탄도는 금속 스트립의 평탄도 제어를 가능하게 하기 위해 담금질 존 세트에 피드백을 제공하기 위해 사용될 수 있다.

일부 경우들에서, 본원에서 개시되는 급속 담금질 시스템은 CASH 라인의 사용 없이 완전히 용체화된 금속 제품들의 생산을 가능하게 할 수 있으며, 이에 따라 시간, 비용 및 자본 지출을 절감한다.

본원에서 설명되는 알루미늄 합금 제품들은 자동차 용도, 및 항공기 및 철도 용도를 포함하는 다른 운송 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 개시된 알루미늄 합금 제품들은 범퍼, 사이드 빔, 루프 빔, 크로스 빔, 필러 보강재(예를 들어, A-필러, B-필러, 및 C-필러), 내측 패널, 외측 패널, 사이드 패널, 내측 후드, 외측 후드 또는 트렁크 리드 패널과 같은 자동차 구조 부품들을 제조하는 데 사용될 수 있다. 본원에서 설명되는 알루미늄 합금 제품들 및 방법들은 또한 예를 들어, 외부 및 내부 패널들을 제조하기 위해 항공기 또는 철도 차량 용도로 사용될 수 있다.

본원에서 설명되는 알루미늄 합금 제품들 및 방법들은 또한 전자 기기 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본원에서 설명되는 알루미늄 합금 제품들 및 방법들은 휴대폰 및 태블릿 컴퓨터를 포함하는 전자 기기용 하우징을 제조하는 데 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 알루미늄 합금 제품들은 휴대폰(예를 들어, 스마트폰)의 외측 케이싱, 태블릿 저면 섀시, 및 다른 휴대용 전자 기기를 위한 하우징을 제조하는 데 사용될 수 있다.

본원에서 개시되는 모든 범위들은 그 안에 포함되는 임의의 및 모든 하위 범위들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"의 언급된 범위는 1의 최소값과 10의 최대값 사이의(그리고 이를 포함하는) 임의의 그리고 모든 하위 범위들; 즉, 1 이상의 최소값, 예를 들어, 1 내지 6.1로 시작하고 10 이하의 최대값, 예를 들어, 5.5 내지 10으로 끝나는 모든 하위 범위들을 포함하는 것으로 간주되어야 한다. 달리 언급되지 않는 한, 원소의 조성량을 언급할 때 표현 "최대 ~"는 원소가 선택적이고 그 특정 원소의 0 퍼센트 조성을 포함함을 의미한다. 달리 언급되지 않는 한, 모든 조성 백분율은 중량%(wt.%) 단위이다.

본원에서 사용될 때, "한", "하나", 및 "그"의 의미는 문맥상 명확히 달리 지시하지 않는 한 단수 및 복수 대상들을 포함한다.

이러한 예시적인 예들은 본원에서 논의되는 일반적인 주제를 독자에게 소개하기 위해 제공되고, 개시된 개념들의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 다음의 섹션들은 도면들을 참조하여 다양한 추가적인 특징들 및 예들을 설명하며, 여기서 동일한 번호들은 동일한 요소들을 나타내고, 방향 설명들은 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용되지만, 예시적인 실시예들과 같이, 본 개시를 제한하기 위해 사용되지 않아야 한다. 본원의 예시들에 포함된 요소들은 일정한 비율로 도시되지 않을 수 있다.

도 1은 본 개시의 특정 양태들에 따른 고온 금속 코일(104)을 급속 담금질 및 재권취하기 위한 시스템(100)의 개략적인 측면도이다. 고온 금속 코일(104)은 고온(예를 들어, 금속 스트립(124)의 재결정화 온도 이상의 온도)의 금속 스트립(124)을 포함한다.

금속 코일(104)은 언와인더(102)에 의해 풀릴 수 있다. 권출기(102)는 고온 금속 코일(104)을 풀기 방향(106)으로 풀 수 있다. 비접촉 일시 유보 디바이스(108)가 금속 코일(104)의 나머지로부터 금속 스트립(124)의 제어된 페이-오프를 가능하게 하기 위해 약간의 힘을 가할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 비접촉 일시 유보 디바이스(108)는 금속 스트립(124)에 약간의 다운스트림 장력을 가하기 위해 방향(110)으로 회전하는 비접촉 일시 유보 롤이다.

금속 스트립(124)은 중력으로 인해 자연적으로 금속 코일(104)의 나머지로부터 멀어져 떨어져, 곡률을 띨 수 있다. 곡률은 거리 센서 및/또는 카메라와 같은 센서(194)에 의해 모니터링될 수 있다(예를 들어, 곡률이 기계 비전을 통해 감지됨). 센서(194)는 제어기(192)에 결합될 수 있다. 제어기(192)는 이를테면 권출기(102)의 페이-오프 속도를 조정함으로써, 시스템(100)에 대한 조정들을 행하기 위해 곡률 측정치들을 사용할 수 있다. 일부 경우들에서, 조정은 담금질 존 세트(112)의 하나 이상 담금질 존의 분무 헤더들(114, 116)의 위치를 조작하는 것을 포함할 수 있다.

일부 경우들에서, 권출기(102)는 금속 코일(104) 내에 열을 보유하기 위해 금속 코일(104)의 적어도 일부분을 둘러싸는 절연부를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 권출기(102)는 금속 스트립(124)이 금속 코일(104)에 있는 동안 금속 스트립(124)의 온도를 유지하기에 충분하게, 가열된 아버(arbor)와 같은 가열기를 포함할 수 있다.

권출된 금속 스트립(124)은 담금질 존 세트(112)를 통과할 수 있다. 담금질 존 세트의 각각은 상부 분무 헤더(114) 및 하부 분무 헤드(116)를 포함할 수 있다. 각 분무 헤더(114, 116)는 냉각제가 금속 스트립을 향해 지향되는 하나 이상의 포트를 자체로 포함할 수 있다. 냉각제 유속은 이를테면 제어기(192)를 통해, 제어될 수 있다. 냉각제 유속은 금속 스트립(124)의 온도를 적어도 100℃/s 또는 200℃/s만큼 감소시키기에 충분할 수 있다.

담금질 존 세트(112)를 통과한 후에, 금속 스트립은 에어 나이프들(118)을 통과할 수 있으며, 이는 금속 스트립(124)의 상부에서 과잉 냉각제를 송풍한다. 일부 경우들에서, 선택적인 스퀴지(122)가 과잉 냉각제를 추가로 제거하기 위해 사용될 수 있다. 일부 경우들에서, 와이퍼(120)가 금속 스트립(124)의 저면으로부터 과잉 냉각제를 제거하기 위해 사용될 수 있다. 일부 경우들에서, 와이퍼(120)는 울트라-컴플라이언트 와이퍼이다.

냉각제가 금속 스트립(124)으로부터 제거된 후에, 금속 스트립(124)은 브리들 존(126)을 통과할 수 있다. 브리들 존(126)에서, 금속 스트립(124)은 브리들 존(126)의 업스트림의 금속 스트립(124) 상에 추가적인 장력을 부여하지 않고, 브리들 존(126)의 다운스트림의 금속 스트립(124) 상에 원하는 양의 장력을 부여하기 위해 상부 브리들 롤들(130)과 하부 브리들 롤들(132)을 래핑할 수 있다. 일부 경우들에서, 브리들 롤들(130, 132) 이외의 또는 이에 추가적인 디바이스들이 금속 스트립(124) 상으로 필요한 장력을 부여하기 위해 사용될 수 있다. 일부 경우들에서, 브리들 존(126)은 용이한 스레드 브리들을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 브리들 존(126)은 각각 상부 브리들 롤(130)을 하부 브리들 롤(132)에 결합시키는 두 개의 브리들 아암들(128)을 포함한다. 브리들 아암들(128)은 도 1에서 동작 위치에 있다. 금속 스트립(124)을 브리들 존(126)을 통해 스레딩하기 위해, 브리들 아암들(128)은 하부 브리들 롤들(132)이 상부 브리들 롤들(130) 위에 위치되도록 상부 브리들 롤들(130)을 중심으로 피봇될 수 있다. 그 후, 금속 스트립(124)은 상부 브리들 롤들(130)과 하부 브리들 롤들(132) 사이에서 용이하게 통과될 수 있다(예를 들어, 금속 스트립(124)은 상부 브리들 롤들(130) 위와 하부 브리들 롤들(132) 아래를 통과할 수 있다). 그 후, 브리들 아암들(128)을 다시 동작 위치로 이동시키기 위해, 브리들 아암들(128)은 도 1에 도시된 바와 같이, 하부 브리들 롤들(132)이 금속 스트립(124)과 완전히 맞물릴 때까지 상부 브리들 롤들(130)을 중심으로 다시 피봇될 수 있다.

일부 경우들에서, 금속 스트립(124)은 선택적으로 윤활기(134)를 통과하여 금속 스트립(124)에 윤활제를 가할 수 있으며, 예를 들어, 금속 스트립(124)을 권취하기 전에 금속 스트립(124)을 윤활하게 할 수 있다.

일부 경우들에서, 금속 스트립(124)은 편향 롤(136) 주위를 통과할 수 있다. 편향 롤(136)은 권취기(134)에 의해 적절하게 권취되도록 금속 스트립(124)을 전향시킬 수 있다. 일부 경우들에서, 편향 롤(136)은 금속 스트립의 평탄도를 측정할 수 있다. 이러한 경우들에서, 편향 롤(136)은 제어기(192)에 결합되어, 편향 롤(136)에서 측정된 평탄도에 기초하여 담금질 존 세트(112)의 피드백 제어를 가능하게 할 수 있다. 편향 롤(136)은 평탄도 측정 롤일 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 금속 스트립(124)은 냉각된 후 그리고 장력이 가해진 후, 권취기(138)에 의해 금속 코일(140) 내로 권취된다. 금속 코일(140)은 금속 스트립(124)의 재결정화 온도보다 낮은 온도에서 가온 또는 저온 코일이다. 일부 경우들에서, 금속 코일(140)은 실온에 있다. 일부 경우들에서, 금속 코일(140)(예를 들어, 담금질 후의 금속 스트립(124))은 온간 또는 냉간 압연에 적합한 온도에 있다.

도 2는 본 개시의 특정 양태들에 따른 추가 압연을 위해 고온 금속 코일(204)을 급속 담금질하기 위한 시스템(200)의 개략적인 측면도이다. 시스템(200)은 몇몇 상이한 요소들 및 구성을 갖지만, 시스템(100)과 유사할 수 있다. 시스템(200)의 특정 양태들 및 특징들은 적절하게 시스템(100)과 함께 사용될 수 있고, 시스템(100)의 특정 양태들 및 특징들이 적절하게 시스템(200)과 함께 사용될 수 있다. 고온 금속 코일(204)은 고온(예를 들어, 금속 스트립(224)의 재결정화 온도 이상의 온도)의 금속 스트립(224)을 포함한다.

금속 코일(204)은 언와인더(202)에 의해 풀릴 수 있다. 권출기(202)는 고온 금속 코일(204)을 풀기 방향(206)으로 풀 수 있다. 비접촉 일시 유보 디바이스(208)가 금속 코일(204)의 나머지로부터 금속 스트립(224)의 제어된 페이-오프를 가능하게 하기 위해 약간의 힘을 가할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 비접촉 일시 유보 디바이스(208)는 금속 스트립(224)에 약간의 다운스트림 장력을 가하기 위해 방향(210)으로 회전하는 비접촉 일시 유보 롤이다.

금속 스트립(224)은 중력으로 인해 자연적으로 금속 코일(204)의 나머지로부터 멀어져 떨어져, 곡률을 띨 수 있다. 곡률은 도 1의 시스템(100)을 참조하여 개시된 바와 같이, 센서에 의해 모니터링될 수 있다. 제어기는 도 1의 시스템(100)을 참조하여 개시된 바와 같이 시스템(200)에 대한 조정들을 행하기 위해 사용될 수 있다.

일부 경우들에서, 권출기(202)는 금속 코일(204) 내에 열을 보유하기 위해 금속 코일(204)의 적어도 일부분을 둘러싸는 절연부를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 권출기(202)는 금속 스트립(224)이 금속 코일(204)에 있는 동안 금속 스트립(224)의 온도를 유지하기에 충분하게, 가열된 아버(arbor)와 같은 가열기를 포함할 수 있다.

권출된 금속 스트립(224)은 담금질 존 세트(212)를 통과하기 전에 예열기 세트(246)를 통과할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 예열기들(246)은 회전하고 금속 스트립(224)의 온도를 타겟 온도로 증가시키기에 충분한 금속 스트립(224)을 통해 변화하는 자기장을 생성하는 자기 회전자들이다. 그러나, 일부 경우들에서, 직접 화염 가열기, 적외선 가열기, 고온 공기 송풍기, 또는 다른 가열기들과 같은 다른 유형들의 예열기들(246)이 사용될 수도 있다.

일정한 타겟 온도로 가열된 후에, 금속 스트립(224)은 담금질 존 세트(212)를 통해 통과될 수 있다. 담금질 존 세트의 각각은 상부 분무 헤더(214) 및 하부 분무 헤드(216)를 포함할 수 있다. 각 분무 헤더(214, 216)는 냉각제가 금속 스트립을 향해 지향되는 하나 이상의 포트를 자체로 포함할 수 있다. 냉각제 유속은 제어될 수 있다. 냉각제 유속은 금속 스트립(224)의 온도를 적어도 100℃/s 또는 200℃/s만큼 감소시키기에 충분할 수 있다.

일부 경우들에서, 증기 재생 모듈(steam reclamation module)(242)이 담금질 존 세트의 하나 이상의 담금질 존 부근의 영역들로부터 증기를 포집하고 더 다운스트림의 위치에서 금속 스트립(224)을 향해 증기를 전향시키기 위해 담금질 존 세트(212)에 인접하여 위치될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 증기 재생 모듈(242)은 증기를 포집하고 금속 스트립(224)을 향해 전향시키도록 구성된 덕트워크를 포함하지만, 항상 그럴 필요는 없다. 예를 들어, 일부 경우들에서, 증기 재생 모듈(242)은 증기를 금속 스트립(224)으로부터 멀리, 송풍기를 통해, 그리고 다시 금속 스트립(224)을 향해 전달할 수 있다. 그러나, 일부 경우들에서, 증기 재생 모듈(242)은 증기를 포집하고/하거나 증기를 금속 코일(204)로부터 멀어지게 전향시켜, 금속 코일(204) 상에 여전히 금속 스트립(224)의 오염을 방지하도록 도울 수 있다.

담금질 존 세트(212)를 통과한 후에, 금속 스트립(224)은 에어 나이프들(218)을 통과할 수 있으며, 이는 금속 스트립(224)의 상부에서 과잉 냉각제를 송풍한다. 일부 경우들에서, 선택적인 스퀴지(222)가 과잉 냉각제를 추가로 제거하기 위해 사용될 수 있다. 일부 경우들에서, 와이퍼(220)가 금속 스트립(224)의 저면으로부터 과잉 냉각제를 제거하기 위해 사용될 수 있다. 일부 경우들에서, 와이퍼(220)는 울트라-컴플라이언트 와이퍼일 수 있다.

냉각제가 금속 스트립(224)으로부터 제거된 후에, 금속 스트립(224)은 브리들 존(226)을 통과할 수 있다. 브리들 존(226)에서, 금속 스트립(224)은 브리들 존(226)의 업스트림의 금속 스트립(224) 상에 추가적인 장력을 부여하지 않고, 브리들 존(226)의 다운스트림의 금속 스트립(224) 상에 원하는 양의 장력을 부여하기 위해 외측 브리들 롤들(230)과 내측 브리들 롤(232)을 래핑할 수 있다. 일부 경우들에서, 브리들 롤들(230, 232) 이외의 또는 이에 추가적인 디바이스들이 금속 스트립(224) 상으로 필요한 장력을 부여하기 위해 사용될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 브리들 롤들(230, 232)은 동작 위치에 있다. 브리들 존(226)을 용이하게 스레딩하기 위해, 내측 브리들 롤(232)이 상승될 수 있고, 금속 스트립(224)은 외측 브리들 롤들(230) 위로 그리고 내측 브리들 롤들(232) 아래로 통과될 수 있다. 그 후, 내측 브리들 롤(232)은 금속 스트립(224)과 맞물리고 동작 위치에 진입하도록 도 2에 도시된 위치로 다시 아래로 이동될 수 있다.

일부 경우들에서, 금속 스트립(224)은 선택적으로 윤활기(234)를 통과하여 금속 스트립(224)에 윤활제를 가할 수 있으며, 예를 들어, 금속 스트립(224)을 압연하기 전에 금속 스트립(224)을 윤활하게 할 수 있다.

일부 경우들에서, 금속 스트립(224)은 압연 밀의 롤 스택(224)과 같은 다운스트림 장비로 지향될 수 있다. 다운스트림 장비는 임의의 적합한 다운스트림 장비, 이를테면 고온 코일(204)의 온도에서 금속 스트립(224)의 항복 강도보다 큰 역장력의 양을 필요로 하는 다운스트림 장비이거나, 또는 금속 스트립(224)의 온도가 고온 코일(204)의 온도보다 낮을 것을 필요로하는 다운스트림 장비일 수 있다. 이에 따라, 시스템(200)은 고온 코일(204)이 고온 코일들(204)과 함께 이전에 사용할 수 없었던 다운스트림 장비 내로 공급될 수 있게 할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 다운스트림 장비에 진입하는 금속 스트립(224)은 가온 또는 저온 온도, 이를테면 금속 스트립(224)의 재결정화 온도보다 낮은 온도에 있다. 일부 경우들에서, 금속 코일(240)은 실온에 있다. 일부 경우들에서, 다운스트림 장비에 진입하는 금속 스트립(224)은 온간 또는 냉간 압연에 적합한 온도에 있다.

도 3은 본 개시의 특정 양태들에 따른 급속 담금질 라인(300)의 개략적인 블록도이다. 급속 담금질 라인(300)은 도 1, 2의 시스템들(100, 200)일 수 있다. 금속 스트립(324)은 도 3에 도시된 바와 같이 좌측에서 우측으로 담금질 라인(300)을 통해 다운스트림으로 이동한다.

권출기(302)는 고온 금속 코일(예를 들어, 재결정화 온도 이상의 금속 코일)을 수용할 수 있고 저 장력으로 고온 코일로부터 금속 스트립(324)을 권출할 수 있다. 권출기(302)는 금속 스트립(324)을 페이-오프하기 위해 중력에 의존할 수 있다. 일부 경우들에서, 권출기(302)는 금속 스트립(324)의 페이-오프를 가능하게 하기 위해 금속 코일에 힘을 가하는 데 적합한 비접촉 일시 유보 디바이스(308)를 포함할 수 있다.

선택적인 비접촉 가열기(346)는 권출기(302)의 다운스트림에 위치될 수 있다. 비접촉 가열기(346)(예를 들어, 도 2의 예열기(246)와 같은 예열기)는 자기 회전자 가열기와 같이 담금질 전에 금속 스트립(324)을 가열하기 위한 임의의 적합한 디바이스일 수 있다. 자기 회전자 가열기는 회전자 상에 배치된 영구 자석 세트를 포함할 수 있으며, 이는 회전 시, 인접한 금속 스트립 상에 온도 증가를 부여할 수 있다.

담금질 존 세트(312)는 권출기(302) 및 선택적인 비접촉 가열기(346)의 다운스트림에 위치될 수 있다. 각 담금질 존은 금속 스트립(324) 상에 냉각제를 분배하도록 위치된 하나 이상의 분무 헤더를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 선택적인 증기 재생 모듈(342)은 특히 금속 스트립(324)의 온도가 라이덴프로스트점 이하에 있을 때, 금속 스트립(324)의 냉각을 가능하게 하기 위해 담금질 존 세트의 하나 이상의 담금질 존으로부터 증기를 모으고, 금속 스트립(324)을 향해 증기를 전향시키도록 위치될 수 있다.

냉각제 제거 존(318)은 담금질 존 세트의 다운스트림에 위치될 수 있다. 냉각제 제거 존(318)은 금속 스트립(324)으로부터 냉각제를 제거하는 데 적합한 임의의 장비를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 냉각제 제거 존(318)은 하나 이상의 에어 나이프를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 냉각제 제거 존(318)은 하나 이상의 스퀴지를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 냉각제 제거 존(318)은 하나 이상의 와이퍼(예를 들어, 울트라-컴플라이언트 와이퍼)를 포함할 수 있다.

브리들 존(326)은 냉각제 제거 존(318)의 다운스트림에 위치될 수 있다. 브리들 존(326)은 금속 스트립(324)에서의 다운스트림 장력(예를 들어, 브리들 존(326)의 다운스트림 장력)을 달성하기 위해 금속 스트립(324)이 부분적으로 래핑될 수 있는 브리들 롤 세트를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 브리들 존(326)은 스레딩에 용이한 브리들 롤들을 포함할 수 있다.

일부 경우들에서, 선택적 윤활기(334)는 다운스트림 장비(338)에 도달하기 전에 금속 스트립 상에 윤활을 부여하기 위해 브리들 존(326)의 다운스트림에 위치될 수 있다.

금속 스트립(324)은 추가 처리 또는 저장을 위해 다운스트림 장비(338)에 도달할 수 있다. 일부 경우들에서, 다운스트림 장비(338)는 권취기를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 다운스트림 장비(338)는 온간 또는 냉간 압연 ㅁ리들과 같은 다른 장비를 포함할 수 있다. 금속 스트립(324)이 다운스트림 장비(338)에 도달할 때까지, 금속 스트립은 재결정화 지점 아래의 온도로 냉각될 것이고, 그 위에 장력(예를 들어, 권출기(302)에서 고온 코일에 적합한 것보다 더 큰 장력)이 부여될 것이다.

도 4는 본 개시의 특정 양태들에 따른 담금질 라인을 통과하는 금속 스트립(424)의 상대 온도들을 도시하는 조합 개략 블록도(400) 및 온도 그래프(401)이다. 금속 스트립(424)은 도 4에 도시된 바와 같이 좌측에서 우측으로 담금질 라인을 통해 다운스트림으로 이동한다. 블록도(400)는 도 3의 급속 담금질 라인(300)의 도해일 수 있다. 온도 그래프(401)는 단지 예시적인 목적을 위한 상대 그래프이고, 일정한 비율인 것으로 의도되지 않는다. 블록도(400) 및 온도 그래프(401)는 금속 스트립(424)이 블록도(400)에 도시된 급속 담금질 라인의 다양한 컴포넌트들을 통과할 때 그것의 대략적인 상대 온도를 도시하기 위해 수직으로 정렬된다.

권출기(402)에서, 금속 스트립(424)은 고온으로 간주되는 온도, 예를 들어, 금속 스트립(424)의 재결정화 온도(457) 이상의 온도를 가질 수 있다. 일부 경우들에서, 권출기(402)는 다양한 초기 온도들(450)의 고온 코일을 수용할 수 있다. 일부 경우들에서, 권출기(402) 내의 집적된 가열 및/또는 절연은 금속 스트립(424)의 초기 온도(450)를 유지하는 것을 도울 수 있다.

일부 경우들에서, 선택적인 비접촉 가열기(446)는 고온 코일의 초기 온도(450)에도 불구하고 금속 스트립(424)의 온도를 타겟 온도(456)로 상승시키도록 설계된 추가적인 가열을 부여할 수 있다. 일부 경우들에서, 비접촉 일시 유보 디바이스(408)는 금속 스트립(424)에 일정량의 열을 부여할 수 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다.

담금질 존 세트(412) 내에서, 다수의 담금질 존들이 금속 스트립(424)을 신속하게 담금질하기 위해 사용될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 네 개의 담금질 존들(458, 460, 462, 464)이 도시되어 있지만, 임의의 수의 존이 사용될 수 있다. 일부 경우들에서, 선택적인 증기 재생 모듈(442)이 사용될 때, 증기 재생 모듈(442)은 제1 담금질 존(458) 및 제2 담금질 존(460)과 같은 업스트림 담금질 존들로부터 증기를 모으고, 증기가 모아진 곳의 다운스트림의 위치에서 금속 스트립(424)을 향해 증기 및/또는 습한 공기를 전향시킬 수 있다. 일부 경우들에서, 증기 재생 모듈(442)은 후속 담금질 존들(예를 들어, 제3 담금질 존(462) 및 제4 담금질 존(464)) 전에, 동안에, 또는 후에 금속 스트립(424)을 향해 증기를 전향시킬 수 있다. 일부 경우들에서, 증기 재생 모듈(442)은 금속 스트립(424)이 라이덴프로스트점(470) 아래로 떨어질 것이거나, 현재 그렇거나, 이미 그랬던 위치(468)에서 금속 스트립(424)을 향해 증기를 전향시킬 수 있다.

담금질 존 세트(412) 후에, 금속 스트립(424)의 온도는 가온 또는 저온에 있을 수 있다. 금속 스트립(424)의 온도는 냉각제 제거 존(418), 브리들 존(426), 선택적인 윤활기(434), 또는 다운스트림 장비(438)를 통과할 때와 같이 담금질 존 세트(412) 후에 거의 변하지 않을 수 있지만, 일부 경우들에서, 금속 스트립(424)의 온도는 실온 또는 주위 온도에 천천히 접근할 수 있다. 일부 경우들에서, 담금질 존 세트(412) 후의 금속 스트립(424)의 온도는 냉각된 온도(472)로서 알려질 수 있다.

도 5는 본 개시의 특정 양태들에 따른 급속 담금질 라인(500) 상의 증기 재생 모듈(542)의 개략적인 측면도이다. 도 5는 권출기와 브리들 존 사이에 위치된 급속 담금질 라인(500)의 일부분을 도시한다. 급속 담금질 라인(500)은 도 3의 급속 담금질 라인(300)일 수 있다.

금속 스트립(524)이 좌측으로부터 우측으로 다운스트림 방향으로 통과함에 따라, 금속 스트립은 수 개의 담금질 존들(558, 560, 562, 564, 566)을 통과할 수 있다. 각 담금질 존은 금속 스트립(524) 상에 냉각제(574)를 분배하는 분무 헤더들(514)을 포함할 수 있다. 특히 처음 하나, 두 개, 또는 수 개의 담금질 존들(예를 들어, 담금질 존들(558, 560, 562)) 부근에서의 금속 스트립(524)으로부터의 냉각제 추출 열은 상당한 양의 증기(576)를 생성할 것이다.

증기 재생 모듈(542)은 증기(576)를 포집하고 다시금속 스트립(524) 상으로 증기(576)를 전향시키도록 위치될 수 있다. 일부 경우들에서, 증기 재생 모듈(542)은 증기를 수집하기 위한 후드(578) 및 금속 스트립(524)을 향해 증기를 전향시키기 위한 덕트워크(580)를 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 증기 재생 모듈(542)은 금속 스트립(524)을 향해(예를 들어, 후드(578)와 반대편에 있는 덕트워크(580)의 단부를 향해) 증기(576)를 이동시키는 것을 가능하게 하는 선택적인 송풍기(582)를 포함할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 증기 재생 모듈(542)은 증기(576)를 처음 세 개의 담금질 존들(558, 560, 562)의 다운스트림 및 마지막 두 개의 담금질 존들(564, 566)의 업스트림의 위치에서 다시 금속 스트립(524)으로 전향시키지만, 항상 그럴 필요는 없다. 대신에 증기 재생 모듈(542)은 증기(576)가 모아지는 위치의 업스트림 또는 다운스트림을 포함하는 임의의 적합한 위치에서 금속 스트립(524)으로 증기(576)를 전향시킬 수 있다. 그러나, 금속 스트립(524)의 온도가 라이덴프로스트점 이하에 있는 위치(568)에 인접하여, 그 위치에서, 그리고/또는 그 직후에 금속 스트립(524)으로 증기(576)를 전향시키는 것이 특히 유용할 수 있는 것으로 결정되었다.

또한, 도 5에는 금속 스트립(524)으로부터 냉각제를 제거하기 위해 금속 스트립(524)의 표면 상으로 공기(584)를 지향시키기 위해 금속 스트립(524) 위에 위치된 에어 나이프 세트(518)가 도시되어 있다.

도 6은 본 개시의 특정 양태들에 따른 자기 회전자(690)를 포함하는 비접촉 일시 유보 롤(608)의 개략적인 평면도이다. 일부 경우들에서, 비접촉 일시 유보 롤(608)은 자기 회전자(690)일 수 있다. 임의의 적합한 자기 회전자가 사용될 수 있지만, V형 패턴의 자극들을 갖는 자기 회전자(690)가 금속 스트립 상에 일관된(예를 들어, 비변동) 장력을 부여하기에 특히 적합할 수 있으며, 이에 따라 깨지기 쉬운 고온 코일을 손상시킬 위험을 최소화한다는 것이 결정되었다.

도 6에 도시된 V형 패턴은 자기 회전자(690)의 폭 및 원주에 걸쳐 분포된 교번하는 북극들(686) 및 남극들(688)을 도시한다. 일부 경우들에서, V형 패턴은 자기 회전자(690)의 회전에 따른 모든 지점들에 대해, 자기 회전자(690)가 금속 스트립에 항상 또는 대략 동일한 양의 자속을 제공하도록 구성된다. V형 패턴은 중첩, 갭, 받음각, 및 다른 특성들에서 변할 수 있다 일부 경우들에서, 자기 회전자(690)는 V형 패턴의 방향으로(예를 들어, 도 6에 도시될 때 페이지의 상단으로부터 페이지의 하단으로) 회전하도록 구성되지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 일부 경우들에서, 금속 스트립 상의 일관된 장력을 달성하기 위해 다른 유형들의 패턴들도 사용된다.

도 7은 본 개시의 특정 양태들에 따른 고온 금속 코일을 급속 담금질하기 위한 공정(700)을 도시하는 흐름도이다. 일부 경우들에서, 공정(700)은 도 1, 2의 시스템들(100, 200) 또는 도 3의 급속 담금질 라인(300)을 사용할 수 있다.

블록(702)에서, 고온 금속 코일이 풀린다. 고온 금속 코일의 풀림은 저 장렬 언와인더에 의해 수행된다. 일부 경우들에서, 고온 금속 코일을 푸는 것은 비접촉식 일시 유보 디바이스를 통해 금속 코일에 비접촉 일시 유보력을 가하는 것을 더 포함한다. 일부 경우들에서, 고온 금속 코일을 푸는 것은 금속 스트립이 중력의 사용을 통해 금속 코일로부터 페이-오프하도록 하는 것을 포함한다.

선택적인 블록(706)에서, 금속 스트립은 타겟 온도로 가열(예를 들어, 예열)될 수 있다. 일부 경우들에서, 고온 금속 코일이 이미 타겟 온도에 있다면, 예열이 필요하지 않다.

블록(708)에서, 금속 스트립은 급속 담금질될 수 있다. 급속 담금질은 금속 스트립의 온도를 100℃/s 또는 200℃/s 이상의 속도로 낮추는 것을 포함할 수 있다. 급속 담금질은 하나 이상의 분무 헤더를 사용하여 금속 스트립에 냉각제를 분배하는 것을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 블록(708)에서 금속 스트립을 급속 담금질하는 것은 선택적인 블록들(710, 712, 714) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 블록(710)에서, 하나 이상의 담금질 존으로부터의 증기가 모아질 수 있다. 블록(712)에서, 금속 스트립은 라이덴프로스트점 아래의 온도로 담금질될 수 있다. 블록(714)에서, 블록(710)으로부터 모아진 증기는 금속 스트립으로 전향될 수 있다. 일부 경우들에서, 블록(714)은 블록(712)이 먼저 발생하지 않고 발생할 수 있다, 그러나, 일부 경우들에서, 블록(714)은 블록(712)에서 금속 스트립이 라이덴프로스트점 아래의 온도에 도달한 후에만 발생한다.

일부 경우들에서, 블록(708)에서 금속 스트립을 담금질하는 것은 (예를 들어, 편향 롤과 같은 다운스트림 평탄도 측정 디바이스로부터) 평탄도 정보를 수신하는 것 및 원하는 평탄도를 달성하기 위해 분무 헤더들로부터의 냉각제의 분배를 조정하는 것을 포함할 수 있다.

블록(716)에서, 냉각제가 금속 스트립으로부터 제거된다. 일부 경우들에서, 금속 스트립으로부터 냉각제를 제거하는 것은 에어 나이프, 스퀴지, 와이퍼(예를 들어, 울트라-컴플라이언트 와이퍼), 또는 다른 냉각제 제거 디바이스들의 임의의 조합을 사용하는 것을 포함한다.

블록(718)에서, 금속 스트립에 장력이 가해진다. 블록(718)에서 금속 스트립에 가해지는 장력은 다운스트림 장력일 수 있어서, 장력은 권출기에서 고온 롤을 통해 위로 전달되지 않는 것이 아니라, 다운스트림 장비로 전달된다. 블록(718)에서 장력을 가하는 것은 금속 스트립으로 장력을 부여하기 위해 브리들 존의 브리들 롤들에 금속 스트립을 통과시키는 것을 포함할 수 있다

선택적인 블록(720)에서, 윤활이 금속 스트립에 선택적으로 가해질 수 있다.

금속 스트립은 임의의 적합한 다운스트림 장비로 다운스트림으로 진행할 수 있다. 일부 경우들에서, 다운스트림 장비는 권취기일 수 있으며, 이 경우에 금속 스트립은 블록(722)에서 권취될 수 있다. 그 결과 금속 코일은 가온 금속 코일 또는 저온 금속 코일일 것이다. 일부 경우들에서는, 금속 스트립이 온간 압연 또는 냉간 압연과 같은 다른 다운스트림 처리를 거칠 수 있는 다른 다운스트림 장비가 사용될 수 있다.

예시된 실시예들을 포함한 본 실시예들에 대한 전술한 설명은 단지 예시 및 설명의 목적으로 제시되었고, 완전하다거나 정확히 개시된 형태들로 제한하려는 것은 아니다. 이의 수많은 변형, 개조 및 용도가 당업자들에게 명백할 것이다.

본원에서 설명된 개념들에 따른 다양한 예시적인 실시예들에 대한 추가적인 설명을 제공하는 "예시들"로서 명시적으로 열거되는 적어도 일부를 포함하는 예시적인 실시예들의 집합이 아래에 제공된다. 이러한 예시들은 상호 배타적이거나, 포괄적이거나, 또는 제한적인 것으로 의도되지 않고; 본 개시는 이러한 예시적인 예시들에 제한되지 않는 것이 아니라, 허여되는 청구항들 및 이들의 균등물들의 범위 내의 모든 가능한 수정들 및 변형들을 포함한다.

예시 1은 금속 스트립의 금속 코일을 수용하고 풀기 위한 저 장력(low-tension) 언와인딩 유닛(unwinding unit); 금속 코일의 풀림 동안 금속 스트립 상에 금속 코일의 중심을 향해 힘을 제공하도록 저 장력 언와인딩 유닛에 인접하게 위치된 비접촉 일시 유보(hold-down) 디바이스; 금속 스트립을 냉각하기 위한 담금질 존(quenching zone) 세트 - 담금질 존 세트는 금속 스트립의 온도를 초당 적어도 100℃의 속도로 감소시키기에 충분한 냉각제를 제공함 -; 담금질 존 세트의 다운스트림에 위치된 냉각제 제거 유닛; 및 금속 스트립에서의 장력을 증가시키기 위해 냉각제 제거 유닛의 다운스트림에 위치된 브리들 유닛(bridle unit)을 포함하는, 시스템이다.

예시 2는 임의의 전술한 또는 후속하는 예시 또는 예시들의 집합에 있어서, 저 장력 언와인딩 유닛이 금속 코일의 권취된 부분들 내에 열을 보유하도록 배치된 절연부를 포함하는 것인, 시스템이다.

예시 3은 임의의 전술한 또는 후속하는 예시 또는 예시들의 집합에 있어서, 저 장력 언와인딩 유닛이 금속 코일의 권취된 부분들에 열을 제공하기 위한 열원을 포함하며, 열원은 금속 코일을 임계 온도 이상으로 유지하기 위한 제어기에 결합되는 것인, 시스템이다.

예시 4는 임의의 전술한 또는 후속하는 예시 또는 예시들의 집합에 있어서, 비접촉 일시 유보 디바이스가 금속 스트립을 통해 변화하는 자기장을 생성하기 위한 하나 이상의 자석을 포함하는 것인, 시스템이다.

예시 5는 임의의 전술한 또는 후속하는 예시 또는 예시들의 집합에 있어서, 변화하는 자기장이 금속 스트립의 폭을 가로질러 시간이 지나면서 힘을 분배하도록 구성된 것인, 시스템이다.

예시 6은 임의의 전술한 또는 후속하는 예시 또는 예시들의 집합에 있어서, 비접촉 일시 유보 디바이스가 금속 스트립에 대해 가열된 공기를 송풍하기 위한 노즐을 포함하는 것인, 시스템이다.

예시 7은 임의의 전술한 또는 후속하는 예시 또는 예시들의 집합에 있어서, 금속 스트립의 평탄도(flatness)를 측정하도록 위치된 평탄도 측정 유닛; 및 평탄도 측정 유닛 및 담금질 존 세트에 결합되어, 금속 스트립의 측정된 평탄도에 기초하여 냉각제의 전달을 조정하는 제어기를 더 포함하는, 시스템이다.

예시 8은 임의의 전술한 또는 후속하는 예시 또는 예시들의 집합에 있어서, 금속 스트립 내로 파(wave)를 유도하기 위해 담금질 존 세트의 업스트림에 위치된 안정화 시스템을 더 포함하는, 시스템이다.

예시 9는 임의의 전술한 또는 후속하는 예시 또는 예시들의 집합에 있어서, 금속 스트립이 금속 코일과 냉각제 제거 유닛 사이의 기계적 접촉 없이 지지되게 유지되는 것인, 시스템이다.

예시 10은 임의의 전술한 또는 후속하는 예시 또는 예시들의 집합에 있어서, 담금질 존 세트가 담금질 존 세트의 적어도 하나의 담금질 존의 다운스트림의 위치에서 담금질 존 세트의 적어도 하나의 담금질 존으로부터 금속 스트립으로 습한 공기를 전향시키기 위한 증기 재생 모듈(steam reclamation module)을 포함하는 것인, 시스템이다.

예시 11은 임의의 전술한 또는 후속하는 예시 또는 예시들의 집합에 있어서, 담금질 존 세트의 적어도 하나의 담금질 존의 다운스트림의 위치가 금속 스트립의 온도가 라이덴프로스트점(Leidenfrost point) 이하의 위치인 것인, 시스템이다.

예시 12는 임의의 전술한 또는 후속하는 예시 또는 예시들의 집합에 있어서, 저 장력 언와인딩 유닛의 다운스트림에 위치된 사전 담금질 가열 유닛; 사전 담금질 가열 유닛에 결합되어, 금속 스트립이 담금질 존 세트에 진입하기 전에 금속 스트립을 타겟 온도로 가열하는 제어기를 더 포함하는, 시스템이다.

예시 13은 임의의 전술한 또는 후속하는 예시 또는 예시들의 집합에 있어서, 비접촉 일시 유보 디바이스가 금속 스트립이 중력으로 인해 금속 코일로부터 멀어져 떨어지는 위치 또는 그에 인접한 위치에서 금속 스트립 상에 힘을 제공하도록 위치된 것인, 시스템이다.

예시 14는 저 장력 언와인더를 사용하여 고온 금속 코일을 푸는 단계 - 고온 금속 코일을 푸는 단계는 고온 금속 코일에 비접촉 일시 유보력을 가하는 단계 및 고온 금속 코일의 금속 스트립이 금속 코일로부터 멀어져 떨어지도록 하는 단계를 포함함 -; 담금질 존 세트에서 금속 스트립을 급속 담금질하는 단계 - 금속 스트립을 급속 담금질하는 단계는 금속 스트립의 온도를 초당 적어도 100℃의 속도로 감소시키도록 금속 스트립에 냉각제를 가하는 단계를 포함함 -; 금속 스트립으로부터 냉각제를 제거하는 단계; 및 금속 스트립에 다운스트림 장력을 가하는 단계를 포함하는, 방법이다.

예시 15는 임의의 전술한 또는 후속하는 예시 또는 예시들의 집합에 있어서, 저 장력 언와인더에서 고온 금속 코일의 초기 온도를 유지하는 단계를 더 포함하는, 방법이다.

예시 16은 임의의 전술한 또는 후속하는 예시 또는 예시들의 집합에 있어서, 금속 스트립을 급속 담금질하기 직전에 금속 스트립을 예열하는 단계를 더 포함하는, 방법이다.

예시 17은 임의의 전술한 또는 후속하는 예시 또는 예시들의 집합에 있어서, 비접촉 일시 유보력을 가하는 단계가 금속 스트립을 통해 변화하는 자기장을 생성하는 단계를 포함하는 것인, 방법이다.

예시 18은 임의의 전술한 또는 후속하는 예시 또는 예시들의 집합에 있어서, 비접촉 일시 유보력을 가하는 단계가 금속 스트립에 대해 가열된 공기를 송풍하는 단계를 포함하는 것인, 방법이다.

예시 19는 임의의 전술한 또는 후속하는 예시 또는 예시들의 집합에 있어서, 금속 스트립의 평탄도를 측정하는 단계; 및 측정된 평탄도에 기초하여 냉각제의 전달을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법이다.

예시 20은 임의의 전술한 또는 후속하는 예시 또는 예시들의 집합에 있어서, 금속 스트립과 접촉하지 않고 금속 스트립에 파를 유도하는 단계를 더 포함하는, 방법이다.

예시 21은 임의의 전술한 또는 후속하는 예시 또는 예시들의 집합에 있어서, 담금질 존들 중 적어도 하나로부터 증기를 포집하는 단계; 및 금속 스트립을 향해 포집된 증기를 전향시키는 단계를 더 포함하는, 방법이다.

예시 22는 임의의 전술한 또는 후속하는 예시 또는 예시들의 집합에 있어서, 포집된 증기를 전향시키는 단계가 금속 스트립의 온도가 라이덴프로스트점 이하인 위치에서 금속 스트립을 향해 포집 증기를 전향시키는 단계를 포함하는 것인, 방법이다.

Claims

시스템으로서,
금속 스트립의 금속 코일을 수용하고 풀기 위한 저 장력(low-tension) 언와인딩 유닛(unwinding unit);
상기 금속 코일의 풀림 동안 상기 금속 스트립 상에 상기 금속 코일의 중심을 향해 힘을 제공하도록 상기 저 장력 언와인딩 유닛에 인접하게 위치된 비접촉 일시 유보(hold-down) 디바이스;
상기 금속 스트립을 냉각하기 위한 담금질 존(quenching zone) 세트 - 상기 담금질 존 세트는 상기 금속 스트립의 온도를 초당 적어도 30℃의 속도로 감소시키기에 충분한 냉각제를 제공함 -;
상기 담금질 존 세트의 다운스트림에 위치된 냉각제 제거 유닛; 및
상기 금속 스트립에서의 장력을 증가시키기 위해 상기 냉각제 제거 유닛의 다운스트림에 위치된 브리들 유닛(bridle unit)을 포함하는, 시스템.
제1항에 있어서, 상기 저 장력 언와인딩 유닛은 상기 금속 코일의 권취된 부분들 내에 열을 보유하도록 배치된 절연부를 포함하는 것인, 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 저 장력 언와인딩 유닛은 상기 금속 코일의 권취된 부분들에 열을 제공하기 위한 열원을 포함하며, 상기 열원은 상기 금속 코일을 임계 온도 이상으로 유지하기 위한 제어기에 결합되는 것인, 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비접촉 일시 유보 디바이스는 상기 금속 스트립을 통해 변화하는 자기장을 생성하기 위한 하나 이상의 자석을 포함하는 것인, 시스템.
제4항에 있어서, 상기 변화하는 자기장은 상기 금속 스트립의 폭을 가로질러 시간이 지나면서 상기 힘을 분배하도록 구성된 것인, 시스템.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비접촉 일시 유보 디바이스는 상기 금속 스트립에 대해 가열된 공기를 송풍하기 위한 노즐을 포함하는 것인, 시스템.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 스트립의 평탄도(flatness)를 측정하도록 위치된 평탄도 측정 유닛; 및
상기 평탄도 측정 유닛 및 상기 담금질 존 세트에 결합되어, 상기 금속 스트립의 측정된 평탄도에 기초하여 상기 냉각제의 전달을 조정하는 제어기를 더 포함하는, 시스템.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 스트립 내로 파(wave)를 유도하기 위해 상기 담금질 존 세트의 업스트림에 위치된 안정화 시스템을 더 포함하는, 시스템.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 스트립은 상기 금속 코일과 상기 냉각제 제거 유닛 사이의 기계적 접촉 없이 지지되게 유지되는 것인, 시스템.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 담금질 존 세트는 상기 담금질 존 세트의 적어도 하나의 담금질 존의 다운스트림의 위치에서 상기 담금질 존 세트의 상기 적어도 하나의 담금질 존으로부터 상기 금속 스트립으로 습한 공기를 전향시키기 위한 증기 재생 모듈(steam reclamation module)을 포함하는 것인, 시스템.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 담금질 존 세트의 상기 적어도 하나의 담금질 존의 다운스트림의 위치는 상기 금속 스트립의 온도가 라이덴프로스트점(Leidenfrost point) 이하의 위치인 것인, 시스템.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저 장력 언와인딩 유닛의 다운스트림에 위치된 사전 담금질 가열 유닛; 및
상기 사전 담금질 가열 유닛에 결합되어, 상기 금속 스트립이 상기 담금질 존 세트에 진입하기 전에 상기 금속 스트립을 타겟 온도로 가열하는 제어기를 더 포함하는, 시스템.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비접촉 일시 유보 디바이스는 상기 금속 스트립이 중력으로 인해 상기 금속 코일로부터 멀어져 떨어지는 위치 또는 그에 인접한 위치에서 상기 금속 스트립 상에 상기 힘을 제공하도록 위치된 것인, 시스템.
방법으로서,
저 장력 언와인더를 사용하여 고온 금속 코일을 푸는 단계 - 상기 고온 금속 코일을 푸는 단계는 상기 고온 금속 코일에 비접촉 일시 유보력을 가하는 단계 및 상기 고온 금속 코일의 금속 스트립이 상기 금속 코일로부터 멀어져 떨어지도록 하는 단계를 포함함 -;
담금질 존 세트에서 상기 금속 스트립을 급속 담금질하는 단계 - 상기 금속 스트립을 급속 담금질하는 단계는 상기 금속 스트립의 온도를 초당 적어도 100℃의 속도로 감소시키도록 상기 금속 스트립에 냉각제를 가하는 단계를 포함함 -;
상기 금속 스트립으로부터 상기 냉각제를 제거하는 단계; 및
상기 금속 스트립에 다운스트림 장력을 가하는 단계를 포함하는, 방법.
제14항에 있어서, 상기 저 장력 언와인더에서 상기 고온 금속 코일의 초기 온도를 유지하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 금속 스트립을 급속 담금질하기 직전에 상기 금속 스트립을 예열하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비접촉 일시 유보력을 가하는 단계는 상기 금속 스트립을 통해 변화하는 자기장을 생성하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비접촉 일시 유보력을 가하는 단계는 상기 금속 스트립에 대해 가열된 공기를 송풍하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 스트립의 평탄도를 측정하는 단계; 및
상기 측정된 평탄도에 기초하여 상기 냉각제의 전달을 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 스트립과 접촉하지 않고 상기 금속 스트립에 파를 유도하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 담금질 존들 중 적어도 하나로부터 증기를 포집하는 단계; 및
상기 금속 스트립을 향해 상기 포집된 증기를 전향시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
제21항에 있어서, 상기 포집된 증기를 전향시키는 단계는 상기 금속 스트립의 온도가 라이덴프로스트점 이하인 위치에서 상기 금속 스트립을 향해 상기 포집 증기를 전향시키는 단계를 포함하는 것인, 방법.