KR20170012224A - 강 스트립을 제조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강 스트립, 특히 스프링 강 스트립 또는 펀칭 툴과 같은 베이나이트 미세조직을 갖는 강 스트립을 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 강 스트립은 다음의 처리 단계, 즉 오스테나이트화 온도보다 높은 제1 온도에서의 강 스트립의 오스테나이트화 및 가스상 켄칭제를 이용하여 소망하는 강 미세조직에 따라 선택된 보다 낮은 제2 온도로의 강 스트립의 켄칭을 연속 통과하여 형성된다. 본 발명에 따르면, 가스상 켄칭제가, 강 스트립의 폭에 걸쳐 균일한 냉각이 달성되도록 하는 방식으로 강 스트립 상에 전달된다.

Description

강 스트립을 제조하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING A STEEL STRIP}

본 발명은 강 스트립, 특히 예컨대 스프링 강 스트립 또는 펀칭 툴과 같은 베이나이트 미세조직을 갖는 강 스트립을 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

이러한 타입의 스프링 강 또는 펀칭 툴은 공통적으로 고온 압연 및 및 피클링(pickling) 처리된 탄소 함유 스트립 강에서부터 시작하여 제조되는데, 고온 압연 및 및 피클링 처리된 탄소 함유 스트립 강은 강 스트립의 강도 특성에 영향을 주기 위해 먼저 소망하는 두께로 냉간 압연된 다음에 다양한 처리 단계를 겪는다. 그 후, 본래 폭 강 스트립이 종방향으로 소망하는 치수로 개별 스트립으로 분할되어 완성된다.

강도 특성에 영향을 주기 위해, 강 스트립은 연속 프로세스의 다양한 처리 디바이스를 통해 안내되는데, 상기 강 스트립은 먼저 가열에 의해 경화되고, 이어서 냉각된 다음, 템퍼링과 냉각에 의해 그 인성 특성 면에서 개질된다. 강 스트립이 처리 디바이스를 통과할 때에 일어나는 가열 및 냉각 프로파일에 따라, 재료 내의 상이한 미세조직을 생성할 수 있다. 탄소강의 켄칭(quenching) 및 템퍼링에서 매우 바람직한 미세조직은 베이나이트 미세조직이라고 명명된 것으로, 베이나이트 미세 조직은 탄소 함유 강의 열처리 중에 등온 변태의 결과로서 그리고 연속 냉각의 결과로서 형성될 수 있다. 가능한 한 완벽한 변환을 위해, 등온 또는 준등온 변태를 위한 노(爐) 내에서의 유지 시간 동안에 고유한 냉각률 및 온도를 관찰하는 것이 필수적이다.

독일 특허 출원 DE 10 2005 054 014 A는 연속 프로세스에서 베이나이트 미세조직을 지닌 강 스트립을 제조하는 방법을 개시하며, 상기 방법에서 시작 재료는 오스테나이트화 온도보다 높은 온도에서 오스테나이트화되고, 다음에 시작 재료는 금속욕(metal bath)에서 오스테나이트화 온도보다 낮은 온도로 켄칭되고, 베이나이트를 위한 변태 온도에서 고온 공기로 가열된 노 내에서 유지된다. 유지 단계 후, 강 스트립은 주위 온도로 냉각된다. 오스테나이트화 온도보다 높은 온도의 강 스트립을 켄칭하는 데 사용 가능한 전형적인 금속욕은 납/비스무트 용융 매스이다.

그러나, 금속용 켄칭에는 단점이 있다. 납 및 비스무트와 같은 중금속을 사용하는 것으로 인해, 강 스트립의 켄칭 및 템퍼링 동안에 용융욕에 있는 즉각 가공 영역에서 그리고 또한 용융 재료를 취급할 때에 먼지, 증기 및 스패터(spatter) 형태의 중금속 오염의 위험이 있다. 더욱이, 스트립 표면 상에서의, 특히 스트립 에지 상에서의 확산 및 접착으로 인해 후속 가공 단계에서 워크스테이션도 또한 중금속으로 오염될 수 있다. 추가로, 이러한 방식으로 처리된 강 스트립은 여러 용례 분야에 부적절하거나 사전에 복잡한 방법에 의해 세정 또는 코팅되어야만 한다. 또한, 용융 재료를 유지 및 배치할 때에 그리고 또한 예컨대 금속욕 하류에 배치된 스트리퍼(stripper)와 같은 대응하여 오염된 제2 재료의 배치 시에 높은 비용이 발생한다.

더욱이, 어닐링 처리에 후속하는 스트립 냉각을 위해 가스 스트림을 사용하는 것이 알려져 있다. 이에 따라, 예컨대 C. Brugnera저, La Revue de Metallurgie, 제89권, 제12호(1992년 12월 1일 발간), 제1093면 내지 제1099호에는 가스 스트림에 의해 금속 스트립을 급속 냉각하는 방법이 기술되어 있다. 그러나, 베이나이트 미세조직은 Brugnera가 설명한 방법을 사용하여 생성될 수 없다. 첫번째로, 이러한 목적으로 Brugnera에서 언급된 750 내지 850 ℃의 시작 온도는 너무 낮고, 두번째로 도 2에 제시된 온도 프로파일에 따르면 설명된 것은 먼저 650 ℃로 천천히 냉각하고, 이어서 400 ℃로 급속 냉각하는 것이다. 이러한 급속 냉각조차 대략 초당 40 ℃의 냉각률로만 실시되며, 이것은 베이나이트 미세조직을 위해서는 너무 느리다. 더욱이, 제1095면에는, 대략 초당 80 ℃의 냉각률이 가스 냉각을 위한 상한으로서 언급되는 다양한 냉각법이 설명되어 있다.

더욱이, H. Lochner 등은 Stahl und Eisen, 제128권, 제7호 (2008년 1월 1일 발간), 제45면 내지 제48면에서 마르텐사이트 형성을 위해 수소 가스 스트림을 사용하여 강 스트립을 켄칭하는 방법을 설명하고 있다. 이 경우, 중간 및 높은 탄소 함량을 지닌 강 스트립은, 높은 가스 유출 속도와 최적화된 가스 안내가 이루어지는 현저히 감소된 노즐 간격에 의해 사전 분리 없이 냉각된다. 고합금 마르텐사이트 크로뮴 강은 스트립의 평탄화에 영향을 줄 관련 가능성이 있는 2 단계 켄칭에 의해 경화된다.

Lochner 등이 설명한 종래 기술이 베이나이트 미세조직을 지닌 강 스트립을 제조하기에 부적절하다는 것도 또한 사실이다. 이러한 목적으로, 강 스트립이 오스테나이트화 온도보다 높은 온도, 즉 대략 900 ℃보다 높은 온도로부터 시작하여 높은 냉각률로 베이나이트화 범위의 온도로 켄칭되는 것이 필수적일 뿐만 아니라, 베이나이트화 범위의 온도는 미세조직의 발열 변태에도 불구하고 가능한 한 일정하게 유지되어야만 한다.

과냉각 오스테나이트의 베이나이트로의 완전 변태를 달성하기 위해서는 더욱이, 스트립 폭에 걸쳐 오스테나이트화 온도로부터의 켄칭을 가능한 한 균일하게 하고, 400 ℃ 영역의 온도에서 켄칭을 중단하며, 이 온도에서 등온 유지로 전환하는 것이 필수적이다. 이것도 역시 Brugnera 및 Lochner 등이 설명한 종래 기술에 의해서는 보장될 수 없다. 이들 시스템 디자인은 강 스트립, 특히 비교적 넓은 스트립의 냉각에 관한 특정 환경을 고려하지 않는다. 상세하게는, 스트립의 협폭측 상의 추가의 표면적을 고려하여, 스트립 에지가 스트립의 나머지 부분보다 급속 냉각되고, 보다 중심을 향해 위치하는 스트립 영역에 대하여 온도에서의 차이가 형성된다(에지 효과). 추가로, 발열 가스가 스트립 에지에서보다 스트립 전반에 걸쳐 덜 효율적으로 이송될 수 있는 것이 사실이기 때문에, 훨씬 높은 온도차가 형성된다. 이것은 스트립 폭에 걸친 불균일한 온도 분포를 유발한다. 스트립 연장 방향에 대해 횡방향으로 배치되는 슬롯형 노즐에도 불구하고, 이에 따라 스트립 연장 방향에 대해 횡방향으로 만곡된 냉각 프런트(front)가 형성된다(스트립 에지가 스트립 중심보다 더 냉각됨). 다른 미세조직 형성 동안에, 스트립에서의 불균일한 온도 분포는 미세조직 변태 횟수나 미세조직 구성물 및 그 체적 조성에 악영향을 줄 수 있다. 예컨대 베이나이트 미세조직이 형성하는, 인성과 같은, 베이나이트 미세조직의 강도 및 재료 특성은 변태 온도에 좌우되기 때문에, 변태 중에 스트립 중심과 스트립 에지 간의 온도에서의 차이는 강도에서의 차이도 또한 초래한다. 이에 따라, 만곡된 냉각 프런트는 스트립 폭에 걸친 재료 특성의 상이한 분포를 초래한다.

켄칭 중에 만곡된 냉각 프런트는 다른 장점과 연관된다: 냉각 프런트는 강 스트립의 경화에 관여할 뿐만 아니라, 강 스트립의 냉각 중에, 예컨대 비경화형 크로뮴 강의 냉각 중에도 또한 일반적으로 발생할 수 있다. 특히 켄칭의 초기 단계에서(즉, 상대적으로 높은 온도 레벨에서), 불균일한 수축 응력이 만곡된 냉각 프런트에 의해 스트립 폭에 걸쳐 유발되며(에지에서의 인장 응력, 스트립 중심에서의 압축 응력), 상기 수축 응력은 개별 스트립 구역에서 소성 변형을 유발할 수 있다. 이러한 관점에서, 냉각 중에 스트립 연장 방향에 대한 횡방향으로의 온도에서의 차이는 스트립 평탄도에 악영향을 줄 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 연속 켄칭 및 템퍼링 프로세스에서, 강 스트립, 구체적으로는, 예컨대 스프링 강 또는 펀칭 툴과 같은 베이나이트 미세조직을 갖는 강 스트립을 제조하는 방법 및 장치 - 금속욕 잔여물이 절대로 없고, 특히 납 또는 비스무트와 같은 중금속 잔여물이 없고, 스트립의 높은 평탄도와 가능한 한 균일한 미세조직을 보장함 - 를 명시하는 기술적 문제에 기초한다.

이러한 기술적인 문제는 본 발명의 청구항 1의 방법에 의해 그리고 각각 본 발명의 청구항 13의 장치에 의해 해결된다. 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예는 종속 특허 청구항의 보호대상이다.

따라서, 본 발명은, 다음의 처리 단계, 즉 오스테나이트화 온도보다 높은 제1 온도에서의 강 스트립의 오스테나이트화 및 가스상 켄칭제를 이용하여 소망하는 강 미세조직에 따라 선택된 보다 낮은 제2 온도로의 강 스트립의 켄칭을 연속적으로 통과하여 형성되는 강 스트립의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 따른 방법은, 가스상 켄칭제가, 강 스트립의 폭 전반에 걸쳐 균일한 냉각이 달성되도록 하는 방식으로 강 스트립에 걸쳐 전달되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 제공되는 가스상 켄칭제의 사용으로 인해, 강 스트립과 작업 환경 양자 모두의 중금속 오염이 효과적으로 방지된다. 더욱이, 강 스트립의 켄칭과 템퍼링은 보다 비용 효율적으로 되는데, 그 이유는 중금속 함유 용융욕과 또한 사후 처리 및 세정 단계의 이용과 연관된 에너지 및 보수 관리에 대한 경비가 절감될 수 있기 때문이다.

본 발명에 따르면, 가스상 켄칭 방법에 경우에 발생하는 에지 효과가 방지되거나 적어도 상당히 줄어드는데, 그 이유는 강 스트립의 폭 전반에 걸쳐 균일한 냉각이 달성되도록 하는 방식으로 켄칭제가 강 스트립 상에 전달되기 때문이다. 스트립의 단면 상에서, 스트립 중심과 스트립 에지에서의 스트립 온도는 이에 따라 기본적으로 동일하다. 이에 따라, 만곡된 냉각 프런트와, 스트립 평탄도 손상 및 불균일한 미세조직 형성과 같은 관련 단점이 회피되거나 감소된다.

사용되는 강 스트립은, 예컨대 냉간 압연되고 선택적으로 피클링 처리된 강 스트립 - 열처리, 특히 본 발명에 따른 방법을 이용하여 켄칭 및 템퍼링되기 전에 소망하는 두께로 냉간 압연됨 - 일 수 있다. 통상적인 시작 재료는 폭이 250 내지 1250 mm이고 두께가 2 내지 4 mm인 강 스트립 - 예컨대 0.4 mm 내지 2.5 mm 두께로 냉간 압연됨 - 이다. 강 스트립의 오스테나이트화는, 강 스트립 성분에 좌우되는 오스테나이트화 온도보다 높은 제1 온도에서 실행된다. 통상적으로, 이러한 제1 온도는 900 ℃ 이상의 영역에 있다. 오스테나이트화 노의 치수와 강 스트립의 이송 속도는, 강 스트립이 수 분, 예컨대 2 내지 5분 동안 오스테나이트화 노 내에 위치하도록 하는 방식으로 선택된다.

오스테나이트화 후, 강 스트립은 더 낮은 제2 온도로, 즉 제2 범위에서 매우 급속하게 켄칭된다. 제2 온도와 냉각률은 대개 소망하는 미세조직과 관련된다. 예컨대 베이나이트 미세조직을 갖는 강 스트립이 요망되면, 강 스트립은 강 스트립 재료의 베이나이트화 범위에서 더 낮은 제2 온도로 켄칭된다. 베이나이트화 범위, 즉 베이나이트 미세 조직이 강 스트립 내에 형성될 수 있는 온도는 강 스트립 재료의 오스테나이트화 온도보다 낮고 그리고 마르텐사이트 시작 온도보다 높다. 이러한 온도는 통상적으로 300 ℃ 내지 450 ℃ 범위에 있다. 이어서, 강 스트립은, 베이나이트 미세 조직이 강 스트립 내에 소망하는 정도로 형성될 수 있도록 수 분 동안, 통상적으로 2 내지 3분 동안 베이나이트화 범위에 있는 온도로 유지된다. 베이나이트 미세 조직 형성이 발열 수단에 의해 실시되기 때문에, 유지 노 내에서의 분위기 온도는, 베이나이트 미세조직의 준등온 형성, 즉 유지 노 내의 온도의 현저한 변화가 없는 베이나이트 미세조직의 형성이 실시될 수 있다.

본 발명에 따른 방법에서, 특히 베이나이트 형성의 경우에 있어서, 베이나이트화 범위의 온도로의 강 스트립의 켄칭이 신뢰성 있게 보장되는 것, 즉 켄칭 이후에 설정되는 강 스트립의 온도가 너무 높지도 낮지도 않은, 예컨대 이미 마르텐사이트 범위에 있는 것이 매우 중요하다. 다른 냉각 방법에서도 역시, 통상적으로 예정된 온도 프로파일이 가능한 한 정확하게 관찰되는 것이 중요하다. 따라서, 가스상 켄칭제는 온도 제어 회로에서 안내되는 것이 바람직하다. 한편으로, 이것은 가스상 켄칭제의 최소의 가능한 손실이 일어나는 것을 보장하여, 예컨대 비교적 고가의 가스가 사용되는 것도 또한 가능하다. 다른 한편으로, 온도 제어는, 가스가 조정 가능한 일정한 온도로, 통과하는 강 스트립 상으로 송출될 수 있는 것을 보장한다. 이러한 목적으로, 강 스트립이 바람직하게는 상부측과 저부측 양자 모두로부터 가스 흐름을 받게 하는 복수 개의 노즐을 구비하는 제트 블로어를 사용하는 것이 바람직하다.

제트 블로어의 개별 노즐은 바람직하게는 그 배향 및/또는 그 유량 면에서 조정 가능하다. 선택적으로, 켄칭 유닛 하류의 강 스트립의 온도를 모니터링하고 제트 블로어를 이에 대응하게 구성하기 위해 적절한 센서가 사용될 수 있다.

가스상 켄칭제의 유량이 강 스트립의 폭에 걸쳐, 즉 스트립 연장 방향에 대해 횡방향으로 변하는 것이 특히 바람직하다. 켄칭제의 유량은 바람직하게는, 궁극적으로는 스트립 폭에 걸쳐 일정한 온도 프로파일이 달성되도록 하기 위해 스트립 에지를 향하는 냉각 출력이 스트립 중심에서보다 낮게 하는 방식으로 변경된다. 이것은, 일정한 경도 또는 강도를 지닌 균일한, 예컨대 베이나이트 미세조직이 스트립 전반에 걸쳐 형성되는 것을 보장한다.

복수 개의 노즐의 적절한 배향 및/또는 유량의 조정뿐만 아니라, 슬롯형 노즐이 사용될 때에 이것은, 예컨대 개별 슬롯형 노즐의 특정 성형에 의해 달성될 수 있으며, 노즐은 특히 제1 냉각 구역에서 스트립 폭에 걸쳐 에지 효과에 기인하는 굴곡진 온도 분포에 맞춰진다. 그러나, 이러한 속성의 해법은 기술적으로 복잡하고 매우 유연하지 않은데, 그 이유는 슬롯형 노즐의 성형이 각각의 스트립 치수에 맞춰져야만 하기 때문이다. 따라서, 스트립 연장 방향에 대한 횡방향으로의 냉각은 바람직하게는, 가스가 통과하여 흐르는 슬롯형 노즐의 폭을 설정하거나 심지어는 제어하는 것에 의해, 예컨대 노즐의 개구 부분을 측방으로 폐쇄 또는 피복하는 것에 의해 달성된다. 이에 의해, 특히 제1 냉각 구역에서는 온도 분포가 스트립 폭 전반에 걸쳐 균일할 수 있고, 이에 따라 수축 응력 또는 소성 변형의 경우가 회피될 수 있고, 이에 의해 스트립 평탄도 또는 균일한 미세조직 변태가 현저히 향상될 수 있다. 예컨대 연신에 의한 스트립의 직선화와 같은 스트립 평탄도를 개선하기 위한 후속 처리 단계가 이에 따라 최소화될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 매우 다양한 경화형 및 비경화형 강에 대해 사용될 수 있다. 그러나, 상기 방법은 경화형 탄소강을 경화시는 데 있어서, 특히 베이나이트 미세조직을 갖는 탄소 함유 강 스트립을 제조하는 데 있어서 특히 바람직하게 사용된다. 본 발명에 따르면, 베이나이트 미세조직을 갖는 강 스트립을 제조하기 위해, 이에 따라 보다 낮은 제2 온도가 강 스트립의 베이나이트화 범위에 있도록 선택되고, 강 스트립이 냉각 후에 베이나이트 미세조직의 준등온 형성을 위한 이 제2 온도로 유지된다.

수소 함유 가스 혼합물, 예컨대 수소 및 질소의 혼합물이 켄칭제로 특히 바람직하게 사용된다. 켄칭제로서 사용되는 가스 혼합물의 수소 비율은 바람직하게는 50 체적% 내지 100 체적%이다. 수소는 그 높은 열전도율로 인해 또는 보다 정확히 말하자면 결과적인 높은 열전달계수로 인해 냉각제로서 특히 바람직하다. 표면으로부터 표면 주위로 흐르는 유체까지의 열전달계수는 열전도율과 표면에서의 유체의 열경계층의 두께의 비로서 정의된다. 질소/수소 가스 혼합물의 경우, 수소 비율이 대략 85 체적%인 경우에 최대 열전달계수가 달성된다. 그러나, 적절히 높은 열전도율을 지닌 다른 가스도 또한 수소에 더하여 또는 수소에 대한 대안으로서 사용될 수 있다. 켄칭제가 회로에서 안내된다는 사실로 인해, 냉각 회로에서의 수소의 손실은 적고, 선택적으로 연속해서 교체된다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 변형예에 따르면, 강 스트립의 표면은, 상류 노 내에서의 오스테나이트화 이전에 또는 심지어는 동일한 노에서의 오스테나이트 중에 습한 산소 함유 질소 분위기에서 탈탄소될 수 있다. 표면 탈탄소는 통상적으로 오스테나이트화에 필적하는 온도 범위에서 발생하며, 이에 따라 2개의 프로세스 모두가 동일한 노 내에서 실행될 수 있다. 이러한 목적으로, 대략 39 ℃의 이슬점이 설정되도록 수소, 질소 및 수증기의 가스 혼합물, 예컨대 15 질량% 수소 가스 및 질소와 함께 물로 이루어진 분위기가 사용된다.

이러한 강 스트립이 표면 탈탄소 노 또는 오스테나이트화 노 내에서 통상적으로 900 ℃보다 높은 온도로 가열되는 경우, 강 스트립 상에 통상적으로 존재하는 표면 오염, 예컨대 선행 처리 단계로부터 나온 오일 잔여물이 갈라진다. 이러한 잔여물이 스트립의 표면에 달라붙지 않도록 하기 위해, 습윤 수소 함유 질소 분위기가 강 스트립의 이송 방향에 대해 향류식으로 안내되는 것이 바람직하며, 이에 의해 오염이 제거되고 노 밖으로 안내될 수 있다.

본 발명에 따른 방법 이후, 즉 예컨대 베이나이트 미세조직의 형성 이후, 강 스트립은 실온으로 냉각될 수 있고, 예컨대 강 스트립을 종방향 분할에 의해 비교적 작은 폭의 개별 라인으로 분할한 다음, 개별 라인들이, 예컨대 차후 절단 라인을 형성하는 것에 의해 더욱 처리될 수 있다. 이러한 목적으로, 종방향 분할 이후, 결과적인 라인들의 적어도 하나의 에지를 경화하는 것이 가능하고, 이것이 차후에 절단 라인의 절단 에지를 형성한다.

그러나, 본 발명에 따른 방법에 바로 이어서, 예컨대 베이나이트 미세조직의 형성 이후, 강 스트립은 비교적 높은 온도에서, 즉 예컨대 베이나이트화 범위보다 높은 온도에서 소망하는 최종 강도로 템퍼링되는 것이 특히 바람직하다. 예컨대, 템퍼링은 산소 함유 질소 분위기에서 300 ℃ 내지 600 ℃의 온도에서, 통상적으로 400 ℃의 온도에서 실시될 수 있다. 템퍼링은 통상적으로 수 분의 기간, 예컨대 1분의 기간 동안 실시된다. 템퍼링에 사용되는 불활성 질소 분위기의 수소 비율은 1 내지 10 체적%, 바람직하게는 대략 5 체적%일 수 있다.

본 발명에 따른 방법에서는, 탄소 함량이 0.2 내지 1.25 중량%인 강으로 이루어진 강 스트립을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 타입의 강은, 예컨대 마르텐사이트 경화형 크롬강 또는 마르텐사이트 경화형 탄소강을 포함한다. 베이나이트 미세조직을 형성하기 위해, 탄소 함량이 0.3 내지 0.8 중량%인 탄소 함유 강 스트립을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 강 스트립을 제조하기 위한, 특히 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 통과하는 강 스트립을 오스테나이트화 온도보다 높은 제1 온도로 가열하는 오스테나이트화 유닛 및 통과하는 강 스트립을, 소망하는 강 미세조직에 따라 선택되는 보다 낮은 제2 온도로 켄칭하는 켄칭 유닛을 포함하며, 켄칭 유닛은 통과하는 강 스트립에 온도 제어 가스상 켄칭제를 공급하는 공급 디바이스를 포함한다. 본 발명의 따른 장치는, 공급 디바이스가, 강 스트립의 폭 전반에 걸쳐 균일한 냉각이 달성되도록 하는 방식으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 따르면, 공급 디바이스는, 통과하는 강 스트립 위아래에 배치되고, 강 스트립 상으로 온도 제어 가스상 켄칭제를 송출하는 데 사용될 수 있는 복수 개의 노즐을 포함한다.

바람직한 실시예에 따르면, 노즐은, 강 스트립의 폭에 걸쳐 변하는 가스상 켄칭제의 유량을 생성하도록 하는 방식으로 구성된다. 이에 의해, 냉각 중에 에지 효과가 보상되고, 스트립 폭에 걸쳐 일정한 온도가 달성되도록 하는 방식으로 냉각률이 국부적으로 설정되는 것이 가능하다.

일실시예에 따르면, 노즐은 슬롯형 노즐 형태일 수 있으며, 노즐들 중 적어도 일부는 통과하는 강 스트립에 대해 경사지게 배치된다. 대안으로서 또는 추가로, 슬롯형 노즐 형태의 노즐은 조정 가능한 구멍을 가질 수 있으므로, 가스상 켄칭제를 통과하는 강 스트립 상에 작용시키는 노즐의 폭은 스트립 연장 방향으로 변경될 수 있다. 이러한 면에서 구멍들은, 초기에는 단지 스트립의 중심 구역만이 냉각되는 반면, 후속하는 슬롯형 노즐에서는 에지가 또한 증가하여 냉각되도록 하는 방식으로 조정되는 것이 바람직하다.

켄칭을 제어하기 위해, 예컨대 베이나이트 형성에 있어서, 첫번째로 펄라이트 석출을 회피하기 위해 요구되는 냉각률이 달성되고, 두번째로 마르텐사이트 시작 온도가 언더슛하지 않는 것이 중요하다. 스트립의 단부 온도가 제어 변수로서 사용되는 경우, 동시에 냉각률이 변경되고, 주 석출이 없는 켄칭을 위한 임계값이 언더슛될 위험이 있다.

2개 이상의 독립적으로 제어 가능한 가스 스트립의 조합은, 냉각률 및 단부 온도에 대하여 형성되는 요구를 동시에 만족시키는 것을 가능하게 한다. 제1 단계에서, 냉각률은 높은 레벨로 유지될 수 있고, 이 단계에서 단부 온도는 대략적으로 마르텐사이트 시작 온도보다 훨씬 높다. 하나 이상의 다른 단계에서, 등온 변태를 위한 타겟 온도는 비교적 온건하거나 온도 제어 가스 스트림에 의해 정확하게 설정될 수 있다.

서로 독립적으로 제어 가능한 2개 이상의 가스 스트림은 이에 따라 특히 바람직하게는 본 발명에 따른 방법에서 그리고 본 발명에 따른 장치에서 조합되고, 이에 따라 첫번째로 냉각률에 대해 형성되는 요구를 만족시키고, 동시에 단부 온도를 일정하게, 예컨대 베이나이트화 범위로 유지하는 데 대해 형성되는 요구를 만족시키는 것이 가능하다.

더욱이, 켄칭 유닛은 바람직하게는 가스상 켄칭제를 위한 회로와, 선택적으로 공급 라인을 포함하며, 이를 통해 저장 컨테이너로부터 회로에서의 가스상 켄칭제의 손실을 보상하는 것이 가능하다. 켄칭 유닛은 더욱이 가스상 켄칭제의 온도를 소망하는 값으로 유지하기 위해 적절한 수단, 예컨대 열교환기를 포함한다.

본 발명은 첨부도면에 개략적으로 예시된 예시적인 실시예를 참고하여 아래에서 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 본 발명에 따른 장치의 개략도이고,
도 2는 분명한 에지 효과가 발생하는, 종래 기술에 따른 슬롯형 노즐 구성을 보여주는 도면이며,
도 3은 몇몇 경우에 경사지게 배치된 슬롯형 노즐을 지닌 슬롯형 노즐 구성의 본 발명에 따른 변형예를 보여주는 도면이고,
도 4는, 슬롯형 노즐의 개구가 조정 가능한 구멍을 갖는, 슬롯형 노즐의 본 발명에 따른 다른 구성을 보여주는 도면이다.

도 1은, 오스테나이트화를 위해 그리고 또한 선택적으로 강 스트립의 표면 탈탄소를 위해 간극(11)을 통해 노(12) 내로 안내되는 강 스트립(10)을 보여준다. 강 스트립의 이송 방향은 화살표 13 및 14로 표시된다. 노(12)에서, 강 스트립(10)은 대략 900 ℃의 온도로 가열된다. 강 스트립(10)은 로크부(15)를 통해 다시 오스테나이트화 노를 떠난다. 질소뿐만 아니라 선택적으로 수소도 또한 함유할 수 있는 건조 또는 습윤 분위기가 오스테나이트화/표면 탈탄소 노 내에 존재한다. 분위기는 로크부(15) 부근에 위치하는 유입 개구(16)를 통해 노 내로 송출되고, 진입 간극(11) 부근에 위치하는 유출 개구(17)를 통해 다시 노(12)를 빠져나갈 수 있다. 화살표(18)에 의해 나타낸 바와 같이, 분위기는 이에 의해 통과하는 스트립(10)에 대해 향류식으로 안내되므로, 균열된 오염물이 가스 스트림과 함께 방출될 수 있다. 오스테나이트화 노(12)는, 로크부(15)에 의해 오스테나이트화 노로부터 분리되는 켄칭 유닛(19)에 이웃한다. 켄칭 유닛(19)에서, 가스상 켄칭제(예컨대, 수소/질소 가스 혼합물)는 온도 제어 회로(20)에서 안내된다. 이러한 목적으로, 회로(20)는 순환 가스를 일정한 온도로 유지하기 위해 냉각 디바이스(21)를 포함하는데, 이것은 켄칭 유닛(19)에 진입하는 강 스트립(10)이 강 스트립(10)의 베이나이트화 범위에 있는 온도로 제2 범위로 냉각되는 것을 보장한다. 이러한 목적으로, 켄칭 유닛(19)은 강 스트립 위아래로 배치되고 가스상 켄칭제를 통과하는 강 스트립의 표면 상으로 송출하는 복수 개의 노즐(22, 23)을 갖는다. 회로 내에서의 손실, 주로 로크부(15)를 통한 그리고 나아가서는 유출 개구(17)를 통한 손실을 보상하기 위해, 신선한 가스를 회로(20)에 공급하기 위한 공급부(24)가 사용될 수 있다. 켄칭 유닛(19)은, 통과하는 강 스트립이 베이나이트화 범위의 온도로, 예컨대 400 ℃의 온도로 유지되는 유지 유닛(25)에 이웃하므로, 강 스트립에 베이나이트 미세조직이 형성될 수 있다. 예로서, 유지 노(25) 내의 분위기는, 유입 개구(28)를 통해 유입되는 수소/질소 혼합물로 이루어진다. 유지 노(25)는 또한 적절한 온도 제어 수단(도 1에는 도시되어 있지 않음)을 가지며, 온도 제어 수단은 노 내에 조성된 대류(화살표 26으로 개략적으로 나타냄)로 인해, 베이나이트 미세조직 형성이 준등온 방식으로 실시될 수 있는 것을 보장한다. 베이나이트 미세조직이 내부에 형성된 강 스트립은 출구(27)에서 본 발명에 따른 장치를 빠져나간다. 후속하여, 그 자체로 알려진 후처리 과정을 위해 다른 디바이스, 예컨대 어닐링 노 및/또는 강 스트립을 복수 개의 스트립으로 분리하는 절단 디바이스가 마련될 수 있다.

도 2는 종래 기술에 따른 켄칭 유닛(19)의 구역에 있는 강 스트립(10)의 평면도를 보여준다. 강 스트립(10)의 이송 방향(스트립 연장 방향)도 역시 화살표 13으로 기호화된다. 종래 기술에 따르면, 복수 개의 슬롯형 노즐(22)은 강 스트립(10)을 냉각시키기 위해 스트립 연장 방향에 대해 횡방향으로 배치된다. 냉각 가스는 이들 슬롯형 노즐(22)로부터 강 스트립(10) 상으로 흐른다. 점선(30a 내지 30g)은 30a 내지 30g로부터 감소하는 온도를 갖는 등온선을 기초로 하여 강 스트립(10)의 온도 프로파일을 기호화한다. 등온선의 프로파일은, 종래 기술과 연관된 에지 효과 - 강 스트립(10)의 에지가 더 많이 냉각되는 것으로 인해 강 스트립의 중심보다 에지에서 훨씬 더 일찍 보다 낮은 온도에 도달함 - 를 보여준다.

이러한 에지 효과를 보상하기 위해, 본 발명에 따르면 강 스트립의 폭에 걸쳐 가스상 켄칭제의 유량을 변경하는 것이 제안된다.

도 3에서 제안한 변형예에 따르면, 스트립 연장 방향(13)으로 증가하는 폭을 갖는 슬롯형 노즐(22a, 22b, 22c, 22d)이 사용되므로, 우선 강 스트립(10)의 중앙 구역만이 냉각되고, 노즐은 켄칭 유닛(19)의 단부측만을 향하여, 에지 구역도 또한 냉각된다. 온도 분포를 더욱 균일하게 하기 위해, 스트립 연장 방향(13)에 대하여 비스듬하게 배치되는 슬롯형 노즐(22f, 22g)이 마련될 수 있다.

도 4에 도시한 바와 같은 켄칭 유닛의 변형예에 따르면, 종래 기술에서와 같이 스트립 연장 방향(13)에 대해 횡방향으로 배치되는 슬롯형 노즐(22)들이 마련되지만, 본 발명에 따르면 이들 노즐에는, 우선 강 스트립(10)의 중심 구역에서 냉각되는 한편, 에지 구역은 켄칭 유닛(19)의 단부에서만 냉각되도록 하는 방식으로 조정될 수 있는 구멍(31)이 마련된다. 화살표 32로 기호화된 바와 같이, 구멍들은 바람직하게는 가동식으로 형성되므로, 각각의 개구는 상이한 강 등급, 스트립 치수 또는 냉각 프로파일에 맞춰질 수 있다.

감소하는 온도의 등온선은 결과적으로 도면부호 30a 내지 30g로 도 3 및 도 4에 도시된다. 슬롯형 노즐의 특정 구성 또는 스크리닝(screening)은 냉각 공정 중에 강 스트립(10)의 폭에 걸쳐 일정한 온도를 달성한다.

Claims (18)

1. 강 스트립 제조 방법으로서,
   강 스트립은
   - 강 스트립을 오스테나이트화 온도보다 높은 제1 온도에서 오스테나이트화하는 처리 단계; 및
   - 가스상 켄칭제(quenchant)를 이용하여 강 스트립을 소망하는 강 미세조직에 따라 선택된 보다 낮은 제2 온도로 켄칭(quenching)하는 처리 단계
   를 연속 통과하여 형성되는 것인 강 스트립 제조 방법에 있어서,
   가스상 켄칭제는, 강 스트립의 폭에 걸쳐 균일한 냉각이 달성되도록 하는 방식으로 강 스트립 상으로 전달되는 것을 특징으로 하는 강 스트립 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 가스상 켄칭제는 온도 제어 회로에서 안내되는 것인 강 스트립 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 가스상 켄칭제의 유량은 강 스트립의 폭에 걸쳐 변경되는 것인 강 스트립 제조 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 강 스트립 제조 방법은 베이나이트 미세조직을 갖는 강 스트립을 제조하기 위한 것이며, 보다 낮은 제2 온도는 강 스트립의 베이나이트화 범위 내에 있도록 선택되고, 강 스트립은 베이나이트 미세조직의 준등온 형성을 위해 제2 온도로 유지되는 것인 강 스트립 제조 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 수소 함유 가스 혼합물은 켄칭제로서 사용되는 것인 강 스트립 제조 방법.
6. 제5항에 있어서, 켄칭제로서 사용되는 가스 혼합물의 수소 비율은 50 체적% 내지 100 체적%인 것인 강 스트립 제조 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 강 스트립의 표면은 오스테나이트화 이전에 또는 오스테나이트화 동안에 습윤 수소 함유 질소 분위기에서 탈탄소되는 것인 강 스트립 제조 방법.
8. 제7항에 있어서, 습윤 수소 함유 질소 분위기는 강 스트립의 이송 방향에 대해 향류식으로 안내되는 것인 강 스트립 제조 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 강 스트립은 미세조직이 형성된 후에 수소 함유 질소 분위기에서 비교적 높은 온도로 최종 강도로 템퍼링되는 것인 강 스트립 제조 방법.
10. 제9항에 있어서, 질소 분위기에서의 수소 비율은 1 내지 10 체적%, 바람직하게는 대략 5 체적%인 것인 강 스트립 제조 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 강 스트립은 탄소 함량이 0.2 내지 1.25 중량%인 강으로 이루어지는 것인 강 스트립 제조 방법.
12. 제11항에 있어서, 강 스트립은 베이나이트 미세조직 및 0.3 내지 0.8 중량%의 탄소 함량으로 이루어지는 것인 강 스트립 제조 방법.
13. 특히 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 강 스트립 제조 방법을 실행하는 강 스트립 제조 장치로서, 통과하는 강 스트립을 오스테나이트화 온도보다 높은 제1 온도로 가열하는 오스테나이트화 유닛과, 통과하는 강 스트립을 소망하는 강 미세조직에 따라 선택된 보다 낮은 제2 온도로 켄칭하는 켄칭 유닛을 포함하고, 켄칭 유닛은 통과하는 강 스트립 상에 온도 제어 가스상 켄칭제를 공급하는 공급 디바이스를 포함하는 것인 강 스트립 제조 장치에 있어서,
    공급 디바이스는, 강 스트립의 폭에 걸쳐 균일한 냉각이 달성되도록 하는 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 강 스트립 제조 장치.
14. 제13항에 있어서, 공급 디바이스는 통과하는 강 스트립의 위아래에 배치되는 복수 개의 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 강 스트립 제조 장치.
15. 제14항에 있어서, 노즐은, 강 스트립의 폭에 걸쳐 변하는 가스상 켄칭제의 유량을 생성하도록 하는 방식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 강 스트립 제조 장치.
16. 제15항에 있어서, 노즐은 슬롯형 노즐 형태이고, 노즐의 적어도 일부는 통과하는 강 스트립에 대하여 비스듬하게 배치되는 것을 특징으로 하는 강 스트립 제조 장치.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 노즐은 슬롯형 노즐 형태이고, 노즐의 개구는 조정 가능한 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 강 스트립 제조 장치.
18. 제13항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 강 스트립 제조 장치는, 강 스트립에 베이나이트 미세조직이 준등온 형성되도록 베이나이트화 범위의 온도로 강 스트립을 유지하는 유지 유닛을 갖는 것을 특징으로 하는 강 스트립 제조 장치.

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