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KR102452599B1 - 인라인에서 Ti 미세합금화 열간압연 고강도강 석출 강화 효과를 향상시키는 생산방법 - Google Patents

인라인에서 Ti 미세합금화 열간압연 고강도강 석출 강화 효과를 향상시키는 생산방법 Download PDF

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KR102452599B1
KR102452599B1 KR1020207010904A KR20207010904A KR102452599B1 KR 102452599 B1 KR102452599 B1 KR 102452599B1 KR 1020207010904 A KR1020207010904 A KR 1020207010904A KR 20207010904 A KR20207010904 A KR 20207010904A KR 102452599 B1 KR102452599 B1 KR 102452599B1
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지아춘 슈
예 왕
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바오스틸 잔장 아이론 앤드 스틸 컴퍼니 리미티드
바오샨 아이론 앤 스틸 유한공사
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Abstract

인라인에서 Ti 미세합금화 열간압연 고강도강 석출 강화 효과를 향상시키는 생산방법은, 미세합금원소 Ti 를 첨가한 용강을 주조하여 슬라브를 획득하고, 가열한 후 조압연, 사상압연, 층류냉각과 권취를 거쳐 열간압연롤을 획득하며, 스트리핑 후 인라인에서 보온 커버를 덮어 이송체인을 따라 코일야드로 이동하여 진입시키고, 인라인 보온시간에 도달한 후 보온 커버를 제거하여, 실온으로 공랭시키는 단계를 포함하며; 여기서, 상기 미세합금원소 Ti의 함량은 ≥ 0.03 wt% 이고; 상기 권취온도는 500 ~ 700℃ 이며, 상기 인라인에서 보온 커버를 덮는 단계는 각각의 열간압연롤이 스트리핑된 후 60 분 내에 독립적이고, 밀폐된 보온 커버 장치를 개별적으로 덮는 것을 말하며, 상기 인라인 보온시간은 ≥ 60 분이다. 상기의 방법은 저비용, 고효율이면서, 또한 주변환경의 영향을 받지 않는다.

Description

인라인에서 Ti 미세합금화 열간압연 고강도강 석출 강화 효과를 향상시키는 생산방법
본 발명은 고강도강 생산 기술분야에 속하며, 구체적으로는 인라인에서 Ti 미세합금화 열간압연 고강도강 석출 강화 효과를 향상시키는 생산방법에 관한 것이다.
최근 몇 년간, 일반적인 C-Mn 강 또는 저합금강 매트릭스 화학성분에 미량의 Ti 원소 (0.01 ~ 0.20%) 를 첨가한 미세합금화 열간압연 고강도강은 자동차, 공정기계, 컨테이너, 교량, 건축, 철도차량 등 분야에서 광범위하게 응용되어, 관련 업계에서 경량화 설계와 제조를 구현하는 중요한 원료가 되었다. Ti 는 강에 미세합금으로서 첨가되는 원소로서, 주로 TiC 또는 Ti(C, N) 의 형식으로 침전 석출되며, 강의 강도를 향상시키고, 강의 냉간성형 성능과 용접성능을 개선시킬 수 있다.
중국특허공고번호 CN 102703812 B 에서는 “티타늄 미세합금화 500 MPa 급 고강도철근 및 이의 생산방법” 이 공개되었는 바, 티타늄이 강에서 석출강화를 일으키는 원리를 이용하여, 강의 항복강도와 인장강도 등 기계적 성능을 향상시킨다는 점을 뚜렷하게 강조하였으나, 석출 강화 효과를 어떻게 향상시키는지에 대해서는 연구 및 설명을 하지 않았다.
중국특허공고번호 CN 102965574 B 에서는 “티타늄 미세합금화 저항복비 고강도 열간압연 후강판 및 이의 생산공정” 이 공개되었는 바, 슬라브를 1220 ~ 1270℃ 까지 가열하고, 오스테나이트 재결정 영역과 비재결정 영역의 두 단계 압연을 통해 강판으로 제작한 후, 자기 뜨임 (self-tempering) 온도로 냉각하여 가열 변형 교정 (thermal-straightening) 을 실시하고, 강판이 변형 교정된 후 적층 서냉시켜 석출 강화 작용을 촉진한다. 문헌 “2050 정정 고강도강의 서냉 공정 분석” 에서는 서냉벽을 사용하여 BS600MC, BS700MC 등의 고강도강 스틸롤을 코일야드의 냉각과정에서 제어함으로써 석출 강화 효과와 내부응력 분포를 개선하고, 판형의 품질을 향상시키는 목적을 달성한다고 소개하였다. 문헌 “620 mm 스트립강 서냉피트 구축방안의 연구와 실시” 에서는 서냉피트를 이용하여 품종강 스틸롤에 대하여 48 시간의 서냉주기로 온도제어 냉각을 실시함으로써, 전체 스틸롤의 온도가 균일해지도록 하는 방안을 제시하였다. 그러나, 실제 생산 과정에서, 상기 서냉공정들은 모두 스틸롤을 적시에 보온시킬 수 없는 동시에, 보온효과가 서냉영역의 환경에 의해 받는 영향이 비교적 크며, 특히 Ti 미세합금화 열간압연 고강도강 스틸롤의 경우, 효과적인 보온이 이루어지지 못하여 석출 강화를 개선하는 효과를 얻기 어렵다는 점을 발견하였다.
중국특허공고번호 CN 102534141 A 에서는 “석출 강화 고강도강의 인라인 유도가열 열처리 공정” 을 공개하였는 바, 스트리핑 후의 강판에 대하여 유도가열 열처리 (induction heat treatment) 를 실시하여 석출 강화상을 충분히 석출시키고, 확산분포상태를 띠도록 함으로써, 강판성능의 균일성을 개선하는 작용을 일으킨다. 그러나 이 공정은 우선 스틸롤을 편평하게 한 뒤, 유도가열 기술을 사용하여 다시 승온 및 보온시켜야 하므로, 단계가 비교적 많고, 또한 유도가열장치를 추가해야 한다.
본 발명의 목적은 원가가 낮고, 효율이 높으며, 주변환경의 영향을 받지 않는 인라인에서 Ti 미세합금화 열간압연 고강도강 석출 강화 효과를 향상시키는 생산방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 기술적 해결수단은 하기와 같다:
본 발명은 Ti 미세합금화 열간압연 고강도강에 대하여 제어 압연 (controlled rolling), 제어 냉각 (controlled cooling) 을 수행하고, 권취한 후, 인라인에서 독립적이고 밀폐된 보온 커버 장치를 신속하게 덮음으로써, 스틸롤을 보온하여 서냉시키고, 권취 여열을 이용하여 전체적인 스틸롤의 온도를 균일화시켜, TiC 가 균일하고 충분하게 석출되도록 촉진시키며, 또한 사이즈를 나노급으로 유지시켜, 석출 강화 효과를 향상시키는 목적을 달성한다.
구체적으로, 본 발명의 인라인에서 Ti 미세합금화 열간압연 고강도강 석출 강화 효과를 향상시키는 생산방법은, 미세합금원소 Ti 를 첨가한 용강을 주조하여 슬라브를 획득하고, 가열한 후 조압연, 사상압연, 층류냉각과 권취를 거쳐 열간압연롤을 획득하며, 스트리핑 후 인라인에서 보온 커버를 덮어 이송체인을 따라 코일야드로 이동하여 진입시키고, 인라인 보온시간에 도달한 후 보온 커버를 제거하여, 실온으로 공랭시키는 단계를 포함하며; 여기서, 상기 미세합금원소 Ti 의 함량은 ≥ 0.03 wt% 이고; 상기 권취온도는 500 ~ 700℃ 이며, 상기 인라인에서 보온 커버를 덮는 단계는 각각의 열간압연롤이 스트리핑된 후 60 분 내에 독립적이고, 밀폐된 보온 커버 장치를 개별적으로 덮는 것이며, 상기 인라인 보온시간은 ≥ 60 분이다.
바람직하게는, 상기 미세합금원소 Ti 의 첨가량은 0.03 ~ 0.10 wt% 이고;
또한, 상기 슬라브의 가열온도는 ≥ 1200℃ 이고, 균일화 가열 시간 (soaking time) 은 ≥ 60 분이며;
바람직하게는, 슬라브의 가열온도는 1200 ~ 1350℃ 이고, 균일화 가열 시간은 1 ~ 2 시간이며;
또한, 상기 조압연 온도는 1000 ~ 1200℃ 이고, 3 ~ 8 회 왕복식 압연을 진행하되, 누적 변형량은 ≥ 50%이며;
또한, 상기 사상압연은 6 ~ 7 회 연속식 압연을 진행하며, 누적 변형량은 ≥ 80% 이고, 다듬질 압연 온도는 800 ~ 900℃ 이다.
바람직하게는, 각각의 열간압연롤이 스트리핑된 후 20 분 내에 보온 커버를 개별적으로 덮고;
또한, 상기 스틸롤의 보온 커버 내에서의 냉각속도는 ≤ 15℃/시간이며;
바람직하게는, 상기 스틸롤의 인라인 보온시간은 1 ~ 5 시간이다.
또한, 예시성 보온 커버는 CN 107470377 A 중의 임의의 실시방안에서 공개된 스트립강 제조 생산라인의 인라인 보온서냉장치이며, 본문은 이의 모든내용을 인용방식으로 본 발명에 포함시켰다.
본 발명의 제조공정 설계 이유는 하기와 같다:
Ti 는 강 중의 C, N 원자와 매우 강한 결합력을 가지며, Ti 의 첨가량이 적당할 때에만 각 방면의 요구를 동시에 충족시킬 수 있다. Ti 의 함량이 ＜ 0.03% 일 때, 주로 TiN 이 형성되어 오스테나이트 결정립의 조대화를 저지하고; Ti 의 함량이 ≥ 0.03% 일 때, ω(Ti)/ω(N) 의 이상적인 화학배합비를 초과하는 Ti 는 고용형식 또는 미세한 TiC 미립자 (particle) 형식으로 재결정화를 현저하게 저지하여, 석출 강화 작용을 일으키나; 단 Ti 의 첨가량이 지나치게 높은 경우, 결정립계에서 질화물과 황화물을 형성하여, 강의 취화 (embrittlement) 를 야기한다. 따라서, 본 발명의 Ti 의 함량은 ≥ 0.03% 이며, 바람직하게는 0.03 ~ 0.10% 이다.
압연공정 설계에서, 슬라브의 가열온도는 가능한 한 많은 Ti 원자가 오스테나이트에 고용될 수 있도록 반드시 충분히 높아야 한다(예 ≥ 1200℃). 가열온도의 상한은 가열로가 실제로 도달 가능하거나 견딜 수 있는 온도에 한하며, 원칙적으로는 상한요구를 설정하지 않으나; 단 에너지 절약과 에너지 소모를 줄이기 위하여, 통상적으로는 실제 최고 가열온도를 ≤ 1350℃ 으로 제어한다.
상기 균일화 가열 시간은 ≥ 60 분이며, 균일화 가열 시간은 슬라브가 설정된 가열온도로 가열된 후 일정시간 보온되는 시간이다.
조압연과 사상압연 단계에서, 오스테나이트 재결정 압연과 오스테나이트 비재결정 압연을 각각 실시한다. 재결정 영역은 고온단계(예: 조압연 온도 1000 ~ 1200℃) 에서, 압연 저항력이 작으므로, 큰 변형량을 사용하여 오스테나이트 결정립을 충분히 미세화시켜야 하고; 미재결정 영역(예: 다듬질 압연 온도 800 ~ 900℃) 의 압연목적은 결정립에 인장 변형을 발생시켜, 전위 (dislocation) 와 변형대 (deformation band) 를 증가시킴으로써, 새로운 위상의 핵을 형성하는 코어를 증가시키는 것이다. 너무 많은 Ti의 탄질화물이 압연단계에서 석출되는 것을 방지하고, 최대한 많은 Ti 원자를 보존하여 압연 이후에 석출되도록 하기 위해, 조압연과 사상압연 과정은 가능한 한 신속하게 완료되어야 한다.
다듬질 압연이 완료된 후, 조직구조의 상전이 (phase change) 요구에 따라 일단식 예냉, 이단식 냉각, 또는 U 형 냉각 등 제어전략을 선택하나, 가속냉각은 나노 사이즈의 TiC 석출을 억제한다. 이밖에, 실제 생산과정에서, 스트립강은 가속냉각과정 및 권취 후 모두 냉각이 불균일한 현상이 존재하고, 석출 강화는 또한 온도의 변화에 대해 비교적 민감하여, 스틸롤 각 부위의 석출상의 수량과 크기가 불일치하게 되며, 국부영역에서는 석출이 충분하지 않아, 역학적 성능의 균일성에 영향을 미친다는 점을 발견하였다.
석출 강화 효과를 더욱 향상시키기 위하여, 권취 온도를 500 ~ 700℃ 으로 설계하였으며, 상기 범위는 TiC 가 충분히 석출될 수 있는 온도구간이다. 또한 각각의 열간압연롤이 스트리핑된 후, 인라인 (바람직하게는 20 분 내) 에서 독립적이고, 밀폐된 보온 커버 장치를 신속하게 덮으며, 보온시간은 1 ~ 5 시간이고, 스틸롤의 보온 커버 내에서의 냉각속도는 ≤ 15℃/시간이다. 이렇게 하면 권취 후의 여열을 충분히 이용할 수 있어, 전체 스틸롤의 온도가 균일화되고, TiC 가 충분히 석출 가능한 온도구간에서 적당히 긴 시간 동안 체류할 수 있어, TiC 의 균일하고 충분한 석출을 보장하며, 또한 사이즈가 나노급으로 유지되어, 석출 강화 작용이 최대한 발휘된다. “인라인” 이란, 즉 스틸롤이 스트리핑된 후 가장 빠른 시간에 보온 커버를 덮도록 요구하는 조건이며, 스틸롤이 코일야드로 진입한 후 보온 커버를 덮는 “오프라인” 모드에 비해：① 스틸롤이 TiC 가 충분히 석출 가능한 온도구간에서 보온 커버로 진입하도록 보장할 수 있으며; 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, 스틸롤의 상전이 균일성이 좋지 않고, 국부영역의 TiC 석출이 충분하지 않아, 석출 강화 효과를 균일하게 향상시키기에 불리하다.
(1) 본 발명의 제조공정은, Ti 미세합금화에 스틸롤의 보온 서냉을 결합하여, 전체 스틸롤의 온도를 균일화함으로써, TiC 이 균일하고 충분하게 석출되도록 촉진시키고, 또한 사이즈를 나노급으로 유지시켜, 석출 강화 효과를 향상시키는 목적을 달성한다.
(2) 본 발명은 합리적인 압연 공정 설계를 통해, 혁신적인 권취 후 “단권형 (single roll type)” 보온 서냉 공정을 동시에 결합하여, 인라인, 저비용, 고효율로 Ti 미세합금화 열간압연 고강도강의 석출 강화 효과를 향상시켜, 강도성능 및 균일성을 향상시킬 수 있다.
(3) 본 발명을 사용하여 제조되는 Ti 미세합금화 열간압연 고강도강은, 스틸롤 적층 서냉 방법을 채택하였을 때와 비교하여, 항복강도는 10 ~ 40 MPa 향상되고, 인장강도는 10 ~ 50 MPa 향상된다.
이하, 실시예를 결합하여 본 발명을 추가적으로 설명한다.
표 1 은 본 발명의 실시예의 핵심 공정 파라미터이고, 표 2 는 본 발명의 비교예의 핵심 공정 파라미터이며, 표 3 은 본 발명의 실시예와 비교예의 스틸롤의 성능이다.
본 발명의 실시예의 공정흐름은 Ti 첨가량이 ≥ 0.03% 인 슬라브→슬라브 가열→조압연→사상압연→층류냉각→권취→인라인에서 보온 커버 덮기→보온 커버 제거이며, 여기서 핵심 공정 파라미터는 표 1 을 참조한다.
본 발명의 비교예의 공정흐름은 Ti 첨가량이 ≥ 0.03% 인 슬라브→슬라브 가열→조압연→사상압연→층류냉각→권취→스틸롤 적층 서냉이며, 여기서 핵심 공정 파라미터는 표 2 를 참조한다.
실시예 스틸롤
두께 (mm)		 Ti
첨가량 (%)		 가열
온도 (℃)		 조압연
온도 (℃)		 다듬질 압연
온도 (℃)		 권취
온도 (℃)		 커버 덮는 시간 (min) 보온시간 (h)
1 1.5 0.086 1255 1113 886 603 20 4
2 4.5 0.090 1261 1116 892 583 16 4
3 1.5 0.072 1261 1118 862 612 10 2
4 6.0 0.077 1245 1037 857 591 38 2
5 2.0 0.060 1249 1082 863 607 21 2
6 2.8 0.034 1258 1094 870 586 17 2
비교예 스틸롤 두께 (mm) Ti 첨가량 (%) 가열온도 (℃) 조압연 온도 (℃) 다듬질 압연 온도 (℃) 권취온도 (℃)
1 1.5 0.086 1251 1117 897 608
2 4.5 0.090 1264 1115 883 582
3 1.5 0.072 1260 1123 861 610
4 6.0 0.077 1243 1042 853 593
5 4.0 0.060 1252 1075 869 601
6 2.8 0.034 1261 1107 874 588
실시예 항복강도 (MPa) 인장강도 (MPa) 연신율 (%)
1 792 835 23
2 773 825 22
3 771 813 21
4 636 716 20
5 620 661 26
6 573 672 23
비교예 항복강도 (MPa) 인장강도 (MPa) 연신율 (%)
1 761 788 20
2 754 811 22
3 743 787 22
4 604 695 21
5 587 643 26
6 533 641 22
표 3 의 실시예와 비교예의 데이터를 통해, 본 발명에서 제시된 방법으로 Ti 미세합금화 열간압연 고강도강을 생산할 경우, 스틸롤 적층 서냉 방법을 채택하는 경우와 비교하여, 항복강도는 10 ~ 40 MPa, 인장강도는 10 ~ 50 MPa 향상되고, 단열 연신율은 양자가 대등한 것을 알 수 있으며, 이는 본 발명에서 제출된 방법이 TiC 의 석출 강화 효과를 효과적으로 향상시킬 수 있고, 재료의 소성지수를 악화시키지 않음을 설명한다. 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 (9)

  1. 미세합금원소 Ti 를 첨가한 용강을 주조하여 슬라브를 획득하고, 가열한 후 조압연, 사상압연, 층류냉각과 권취를 거쳐 열간압연롤을 획득하며, 스트리핑 후 인라인에서 보온 커버를 덮어 이송체인을 따라 코일야드로 이동하여 진입시키고, 인라인 보온시간에 도달한 후 보온 커버를 제거하여, 실온으로 공랭시키는 단계를 포함하며; 여기서, 상기 미세합금원소 Ti 의 함량은 ≥ 0.03 wt% 이고; 상기 권취온도는 500 ~ 700℃ 이며, 상기 인라인에서 보온 커버를 덮는 단계는 각각의 열간압연롤이 스트리핑된 후 60 분 내에 독립적이고, 밀폐된 보온 커버 장치를 개별적으로 덮는 것을 말하며, 상기 인라인 보온시간은 ≥ 60 분인 것을 특징으로 하는 인라인에서 Ti 미세합금화 열간압연 고강도강 석출 강화 효과를 향상시키는 생산방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세합금원소 Ti 의 첨가량은 0.03 ~ 0.10 wt% 인 것을 특징으로 하는 인라인에서 Ti 미세합금화 열간압연 고강도강 석출 강화 효과를 향상시키는 생산방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬라브의 가열온도는 ≥ 1200℃ 이고, 균일화 가열 시간은 ≥ 60 분인 것을 특징으로 하는 인라인에서 Ti 미세합금화 열간압연 고강도강 석출 강화 효과를 향상시키는 생산방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬라브 가열온도는 1200 ~ 1300℃ 이고, 균일화 가열 시간은 1 ~ 2 시간인 것을 특징으로 하는 인라인에서 Ti 미세합금화 열간압연 고강도강 석출 강화 효과를 향상시키는 생산방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 조압연 온도는 1000 ~ 1200℃ 이고, 3 ~ 8 회 왕복식 압연을 진행하되, 누적 변형량은 ≥ 50% 인 것을 특징으로 하는 인라인에서 Ti 미세합금화 열간압연 고강도강 석출 강화 효과를 향상시키는 생산방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 사상압연은 6 ~ 7 회 연결식 압연을 진행하며, 누적 변형량은 ≥ 80% 이고, 다듬질 압연 온도는 800 ~ 900℃ 인 것을 특징으로 하는 인라인에서 Ti 미세합금화 열간압연 고강도강 석출 강화 효과를 향상시키는 생산방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    각각의 열간압연롤이 스트리핑된 후 20 분 내에 보온 커버를 개별적으로 덮는 것을 특징으로 하는 인라인에서 Ti 미세합금화 열간압연 고강도강 석출 강화 효과를 향상시키는 생산방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 열간압연롤의 보온 커버 내에서의 냉각속도는 ≤ 15℃/시간인 것을 특징으로 하는 인라인에서 Ti 미세합금화 열간압연 고강도강 석출 강화 효과를 향상시키는 생산방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 열간압연롤의 인라인 보온시간은 1 ~ 5 시간인 것을 특징으로 하는 인라인에서 Ti 미세합금화 열간압연 고강도강 석출 강화 효과를 향상시키는 생산방법.
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