KR940003784B1 - 침탄 · 침질대를 구비한 연속 어닐링로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

침탄·침질대를 구비한 연속 어닐링로

제1도는 본 발명의 세로형 연속 어닐링로의 개략 횡단면도.

제2a도는 본 발명의 침탄·침질대의 개략 횡단면도.

제2b도는 제2a도의 A-A선 정면단면도.

제3도는 연속 어닐링되는 강대의 온도이력을 나타낸 그래프.

제4도는 본 발명의 복수존을 가진 침탄·침질대의 개략 횡단면도.

제5도는 침탄대와 냉각대의 기능을 구비한 복수의 침탄·침질대의 횡단면도.

제6도는 제5도의 일부를 나타낸 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 예열대 2 : 가열대

3 : 균열대 4 : 침탄대

5 : 제1냉각대 6 : 제2냉각대

7 : 강대 9 : 속도센서

18 : 히터 19 : 제어밸브

20 : 온도계 21 : 컴퓨터

본 발명은 냉연강판의 연속 어닐링로에 관한 것으로서, 특히 가열대 또는 균열대와 냉각대와의 사이에 냉연강판을 연속적으로 침탄 또는 침질화하기 위한 침탄·침질대를 설치한 연속 어닐링로에 관한 것이다.

근래, 냉연강판의 어닐링 방법은 에너지 절약 또는 제작시간의 대폭 단축을 꾀하기 위해서 연속 어닐링법이 널리 채택 이용되도록 되었다.

연속 어닐링법에 의해 프레스 성형성이 우수한 냉연강판을 얻는데에는 저탄소강 또는 극저탄소강(c≤0.01%함유)을 이용하고, 필요에 따라서 Ti, Nb, Zr 등의 탄화물 형성원소나 Al, B 등의 질화물 형성원소를 첨가하여 강중의 고용 C와 고용 N을 탄화물이나 질화물로서 고정하는 것이 바람직하다는 것은 잘 알려져 있다.

그러나 이와 같은 방법으로 제조된 냉연강판은 프레스 성형후 도장 바탕 처리로서 실시되는 인산아연화성 처리에 있어서 인산염의 피막결정이 조대화되기도 하고 또는 인산염 결정이 추출되지 않는 부분(결함)이 발생하여 그 결과, 도장후 내식성이 악화되므로 자동차 강판으로서 커다란 문제점을 가지고 있다.

또 용접성에 대해서, 극저탄소강은 열영향부(HAZ)의 조직이 조대화하고 용착부나 모재보다도 강도가 저하하기 쉽기 때문에 용접부의 강도 및 피로 특성의 점에서 저 C-Al 킬드강 보다 열화한다고 하는 문제가 있었다.

또한 극저탄소강은 연성이 풍부하고 대단히 점성이 강하기 때문에 저 C-Al 킬드강과 동일조건으로 펀칭이나 전단을 행하면, 그 단면에 비어가 발생하고 이 비어가 후에 프레스 공정에서 탈락하면 삼눈결함을 유발하는 등 문제가 있고 극저탄소강의 펀칭성 개선이 강하게 요망되고 있다.

또 가공성의 향상을 위해서 필연적으로 불순물 원소의 저감을 동반하기 때문에 어닐링중의 강중원소의 표면 농화량이 제어되고 강판의 표면경화의 저하를 발생하게 한다.

그 때문에 프레스 성형을 실시했을 경우에 윤활이 충분하지 않으면 강판표면과 프레스형틀이 접촉시에 맞붙어서 강판의 표면 상처 결함을 유발사킬 뿐만 아니라 극단적인 경우에는 프레스 균열조차 동반한다고 하는 문제도 있었다.

그리고 상기 문제에 대한 유효한 해결책으로서 강대의 표층부만 침탄·침질을 행하여 표층의 물성을 변화시킬 수 있는 기술이 일본국 특공평 1-42331호, 일본국 특개소 63-38556호 및 일본국 특개평 2-133561호 등에 제안되어 있다.

그러나 이 종래예에서는 표면층에서만 고용 C 또는 고용 N이 존재되는 프레스 성형용 냉연강판을 연속적으로 제조하기 위한 구체적인 설비구성에 대해서는 어디에도 제안되어 있지 않았다.

그런데 강재에 연속적으로 침탄 또는 침질을 실시한 종래 장치로서 일본국 특개소 47-29230호가 있지만 개별부품을 처리하는 것이고 강대를 처리하는 것은 아니다.

또 일본국 특공소 55-26708호(미합중국 특허 제 3,950,192호)에는 저탄소강의 스트립을 연속 팀탄하는 방법이 개시되어 있다.

그러나 상기 방법에서 사용되는 연속로는 예열대, 침탄대, 균질대 및 냉각대의 순으로 배열되어 있으므로, 강대의 표면층만을 침탄시키는 본 발명에는 통하지 않는다. 즉 강대를 침탄후 균질대에서 오스테나이트화 온도범위에서 가열함에 따라 강대 전체를 탄소가 균일하고 미세하게 분산되도록 한 것이다.

강판 표면에 연속해서 침탄함으로서 강판 표면층만 고용 C을 소정량, 또 소정깊이로 존재하게 하기 위해서는 강판을 어닐링한 후 단시간(수십초 이내)에 침탄하여 탄소의 확산을 방지하기 위해서 급냉할 필요가 있다.

실제로 냉연강판의 제조현상에서 침탄·침질을 행하는데는 연속 어닐링 라인의 가열대로부터 냉각대 사이에서 적당한 온도대역에서 침탄·침질로를 장입하여 처리하는 것이 가장 효율적이다. 이 경우 판 통과속도는 강판본체의 열처리 조건에서 결정되기 때문에 침탄·침질로의 조건을 이것에 적합시킬 필요가 있다. 또한 강판의 재질규격과 치수등의 조건변경에 의해 판 통과속도의 변경이 항상 발생되기 때문에 이것에도 대응할 필요가 있다. 또 침탄·침질처리 자체도 다른 제조규격에 대응할 필요가 있다. 단시간의 침탄에 있어서는 탄소의 고용은 표면반응 율속이기 때문에 연속 어닐링할 때의 강판의 판 통과속도 변화에 따르는 침탄처리 시간의 변화가 침탄농도나 침탄깊이에 커다란 영향을 부여하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이고 특히 극저탄소강의 강대를 연속적으로 침탄 및/또는 침질처리를 행하는 동시에 강대의 판 통과속도가 변경되어도 침탄·침질대의 유효로 길이를 제어가능하게 한 연속 어닐링로를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 연속적으로 공급되는 냉연강판을 가열하는 가열대 또는 가열대 및 균열대와, 뒤이어 해당강판을 냉각하는 냉각대를 가지는 연속 어닐링로에 있어서, 상기 가열대 또는 균열대와 상기 냉각대와의 사이에서 상기 강판을 연속적으로 침탄 및/또는 침질하는 침탄·침질대를 설치하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또 상기 침탄·침질대를 복수의 존으로 분할하고 해당 존마다에 침탄·침질성 분위기 및/또는 침탄·침질 온도를 제어하는 제어수단을 설치한 것을 특징으로 하고, 또한 상기 복수의 침탄, 침질대를 침탄·침질/냉각전환 가능하게 한 것을 특징으로 하는 청구범위 제1항에 기재된 침탄·침질대를 구비한 연속 어닐링로이다.

그외 본 발명의 구성은 그 변화와 함께 이하의 설명에 있어서 분명하게 될 것이다.

이하 도면을 기초로 하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

제1도는 본 발명의 세로형 연속 어닐링로의 개략 횡단면도를 나타낸다. 입구측 설비에는 도시하지 않은 코일 되감는기, 용접기, 세정기등이 있고 계속해서 예열대(1), 가열대(2), 균열대(3), 침탄대(4), 제1냉각대(5), 제2냉각대(6)가 배치되어 있다. 또한 출력측 설비로서 도시하지 않은 전단기, 감는기기 등이 배치되어 있다.

본 발명의 연속 어닐링로는 특히 상기 순서로 배치된 것에 특징이 있다.

이 배열에 의한 연속 어닐링로에 의해 가열대 또는 가열대 및 균열대에서 소정의 재결정을 행한 후 강판온도, 분위기조건, 반송속도(노에 있는 시간), 및 냉각조건을 제어하고 침탄·침질처리를 행함으로서 강판의 재질규격을 만족시키면서 표층침탄, 침질의 농도와 깊이를 소정값으로 할 수 있다.

또한 본 발명을 제2a, b도 이하에 의해 자세하게 설명한다.

제2a, b도는 세로형의 공지된 균열로(3) 및 냉각대(5) 사이에 설치된 본 발명의 침탄대(4)이다. 침탄대(4)는 내화블럭등의 노각(10)으로 이루어지고, 측면에는 침탄성 분위기 가스 공급구(11)가 설치되며, 이 분위기 가스 공급구(11)에 분위기 가스 유량제어밸브(12), 분위기 가스 유량계(13)를 구비한 분위기 가스 공급관(14)이 연이어 설치되어 있다.

또한 이 분위기 가스 공급관(11)은 분기하여 분위기 가스 각각의 성분 가스 공급원( CO,CO₂,H₂,N₂)에 연이어 설치되고, 각 성분 가스공급원의 출구에는 성분 가스 유량제어밸브(15) 및 성분 가스 유량계(16)가 구비되어 있다.

침탄로내에 공급되는 침탄가스의 조성으로서 예를들면 CO=5∼10vol%, H₂=2∼4vol%, CO/CO₂=15∼20, 나머지부 N₂를 들을 수 있고, 이 침탄성 가스가 1000N㎥/hr 이상의 비율로 침탄대내에 공급된다.

또 노벽하부에는 분위기 가스 배출구(17)가 열려 있다.

한편 침탄대내를 소정의 온도를 하기 위해서 라지안트 튜브 도는 히터(18)가 구비되어 있고 공급하는 연료가스 또는 전류를 제어하는 제어밸브(19)가 설치되어 있다. 노내온도는 열전대등의 온도계(20)에서 측정한다.

본 실시예에서의 연속 침탄로(4)내의 침탄성 분위기의 제어는 상기 라지안트 튜브 또는 히터(18)의 온도제어, 분위기 가스의 유량제어 분위기 가스의 조성(C포텐셜)의 제어에 의해 행해진다.

이 제어를 할 때에는 강대(7)의 판 통과속도를 속도센서(9)에 의해 항시 모니터하고 컴퓨터(21)에서의 설정치에 의해 노내의 온도, 분위기 가스 유량, 분위기 가스 조성을 피드백 제어하는 것 등에 의해 상기 제어를 자동화한다.

이외 노내에는 강대(7)를 공급하기 위한 패스롤(8)이 설치되어 있는 동시에 강대(7)의 침탄대내로의 출입구에는 시일부(22)에 의해 분위기 가스가 외부로 누출되는 것을 방지하고 있다.

다음으로 구체적인 실시예에 대해서 설명한다.

C=0.0027wt%, Si=0.01wt%, Mn=0.10wt%, P=0.011wt%, S=0.008wt%, Al=0.041wt%, Nb=0.006wt%, 그외의 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 전로 출강후 RH가스 및 연속 주조법에 의해 작성했다. 이 슬라브를 1200℃로 가열 후, 마무리온도 890℃에서 열간압연하고 540℃에서 코일링 열연 강대로 했다.

다음으로 이 열연강대를 되감아서 산세척한후 압하율 75%에서 냉간압연을 실시하여 0.8㎜ 두께의 냉연강대로 했다.

이와 같이 냉연강대를 상기 제1도의 연속 어닐링로에서 상기 제3도의 온도 이력에 의한 연속 어닐링을 행하였다. 이 제3도는 제1도의 어닐링 프로세스에서의 냉연강판의 온도 이력을 나타낸 것이고, 제3도의 (a)(b)(c)(d)는 각각 제1도의 (a)(b)(c)(d)의 각점에서의 강판온도에 대응한다.

제3도의 (a)는 침탄대내 온도영역, (b)는 침탄대 출구측 온도영역, (c)는 제1냉각대내 온도영역, (d)는 제1냉각대 출구측 온도영역을 나타낸다. 이 연속 어닐링에 있어서, 침탄대(4)에서의 침탄성 분위기 CO=9.5vol%, H₂=30vol%, 나머지부 N₂로 하고 가스유량을 1000N㎥/hr, 침탄온도 780℃, 침탄시간을 20초로 하고 제1냉각대에서의 냉각속도가 20℃/sec, 출구측 온도가 500℃로 될때까지 냉각했다.

또 비교예로서, 상기 연속 어닐링에 있어서 침탄처리를 실시하지 않은 냉연강판도 작성했다.

이와 같이 하여 표 1에 나타낸 결과를 얻었다.

[표 1]

이와 같이, 본 실시예에 관한 연속 어닐링로에 의해서 프레스 성형성 및 화성처리성에서 우수한 냉연강판을 연속적으로 제공할 수 있다.

상기 실시예에서는 침탄의 경우에 대해서 설명했지만 침탄대로 바꾸어서 침질을 행하는 침질대를 설치해도 좋다. 또 분위기를 바꿈으로서 동일로를 침탄과 침질에 사용할 수 있다. 침질성 분위기로서는 예를 들면 NH₃를 함유하는 (N₂+H₂)가스와 그외의 혼합가스를 이용한다면 충분하다.

또 본 발명의 침탄대는 침탄 뿐만 아니라 침탄질화를 행하는 것이어도 좋다.

다음으로 강대의 열처리 조건, 재질의 규격과 치수 및 침탄, 침질처리 조건 등의 변경에 따라서 판 통과 속도의 변경이 항상 발생하기 때문에 이것에 대응시킬 필요가 있다. 제4도, 제5도 및 제6도는 대응책의 실시예이다. 제4도는 침탄대(4)를 복수의 존으로 분할하는 동시에, 또한 상기 복수의 존이 적어도 1개를 침탄·침질성 가스를 도입하지 않도록 제어하고 유효 침탄·침질로 길이를 변경하는 것을 특징으로 하는 것이다. 이에따라 강대의 판 통과속도가 감소 내지는 증가했을 경우에도 과침탄·침질 또는 그 역의 침탄·침질 부족을 방지할 수 있다.

제4도에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 관한 연속 침탄로(4)는 열을 차단하는 간막이벽(31)에 의해 4개의 존[제1존(32) 내지 제4존(35)]으로 분할되어 있고 각 존마다 강대(7)의 출입구에는 인접하는 존과의 침탄성 분위기 가스의 유통 및 각 존내 온도가 인접하는 존내의 온도에 영향을 미치지 않도록 시일부(36)가 각각 설치되고 존마다에 격리된 상태로 되어 있다. 다른 구성요건은 제2a ,b도에 나타낸 침탄대(4)와 같은 것이다.

이 연속 침탄로(4)에서는 상기 강대(7)의 판 통과속도에 따라서 침탄성 분위기 및/또는 침탄온도가 제어된다.

예를들면 강대의 판 통과속도가 통상의 판 통과속도보다 감소했을 경우는 해당 강대가 침탄로내에 체재하는 시간이 길어지고, 이때의 침탄조건을 유지하면 과침탄으로 되어 프레스 성형성이 악화하는 등, 강대의 품질이 저하한다. 그래서 이 과침탄을 피하는 방법으로서 이하의 제어를 행하는 것이 유효하다.

즉 분위기 가스 유량제어밸브(12)를 완전 닫히게 하고 분위기 가스를 공급하지 않는 존을 만들고 실제로 길이를 짧게 함으로서 강대가 노내에 체재하는 시간을 짧게 하여 과침탄을 피할 수 있다.

또는 분위기 가스 유량제어밸브(12)를 닫히는 방향으로 잠그고 1개 또는 2개 이상의 존내에 공급하는 분위기 가스 유량을 감소시킴으로서 과침탄을 피할 수 있다. 또 각 성분 가스의 유량제어밸브(12)를 닫히는 방향으로 잠그고 분위기 가스 조성을 변경하여 1개 또는 2개 이상의 존에 공급하는 이 분위기 가스의 C포텐셜을 내리는 것으로 과침탄을 피할 수 있다. 또 라지안트 튜브 또는 피터(18)에서 공급하는 연료가스 또는 전류를 조정하여 1개 또는 2개 이상의 존내 온도를 내림으로서 과침탄을 피할 수 있다. 이들중 적어도 1개 또는 2개 이상을 조합시켜서 실행하는 것으로 강대의 판 통과속도가 변화해도 항상 일정한 농도, 깊이의 침탄층을 형성할 수 있다.

또 상기 침탄성 분위기의 제어는 판 통과속도의 변화에 대응하여 행하는 외에 강대의 두께, 폭, 소재등의 다른 연속 어닐링 조건의 변화에서도 대응하여 행할 수 있다.

제5도는 침탄/냉각겸용대를 나타낸 단면도이고, 제6도는 그 사시도이다.

제5도에 나타낸 바와 같이, 복수의 침탄/냉각대(4a∼4c)를 가지며, 그 구조는 제6도에 나타낸 바와 같이 강대(7)의 양면을 거의 직각으로 냉각가스가 닿도록 냉각가스 유량제어밸브(38), 냉각가스 유량계(39)를 구비한 복수의 냉각노즐(37)이 복수의 히터(18)와 번갈아 가면서 강대(7)에 따라 배치되어 있다. 그외의 구성요건은 제2도(1)(2)에 나타낸 침탄대(4)와 같은 것이다.

속도센서(9)는 강대(7)의 판 통과속도를 항시 감지하여 해당 강대의 판 통과속도에 따라 마이크로컴퓨터(21)에 미리 설정된 기억테이블을 기초로 하여 침탄/냉각겸용대(4)를 침탄대로서 사용하는지 또는 냉각대로서 사용하는지를 판단하는 제어수단을 가지고 있다. 이 제어는 침탄내의 분위기 가스 조정을 변화하는 것으로 강대의 판 통과속도 변화에 따라 발생하는 과침탄 또는 침탄 부족을 피하는 방법으로, 상기 판 통과속도에 대한 응답성, 제어성이 극히 양호하고 효율적이다.

본 실시예에서의 침탄/냉각겸용대(4)의 침탄대/냉각대의 전환은 상기 히터(18)의 온도제어, 분위기 가스 유량제어밸브(12) 및 냉각가스 유량제어밸브(38)의 개폐에 의해 행해진다. 예를들면 강대(7)의 판 통과속도가 감소하고, 침탄대로서 사용하고 있던 침탄/냉각겸용대(4)를 냉각대측으로 전환할 경우는 분위기 가스 유량제어밸브(12)를 닫고서 상기 히터(18)로의 전류공급을 정지하고 냉각가스 유량제어밸브(38)를 열고서, 냉각가스를 냉각노즐(37)에 공급하여 대내온도를 내려서 냉각대로 한다.

그리고 침탄대, 냉각대의 전환은 각 겸용대마다 실행하기 위한 강대(7)의 판 통과속도 변화에 신속하고 확실하게 대응한다.

상기 침탄/냉각겸용대(4)는 설치면적의 저감요구 때문에 세로형으로 형성된다. 이 침탄/냉각겸용대(4)에서는 강대(7)의 판 통과속도에 따라 침탄대측과 냉각대측의 전환이 행해진다.

예를들면 강대(7)의 판 통과속도가 통상의 판 통과속도보다 감소했을 경우는 강대(7)가 침탄대내에 체재하는 시간이 길게 되어 과침탄이 된다.

이 과침탄을 피하기 위해서는 유효로 길이를 짧게 하고 강대 (7)가 침탄대내에 체재하는 시간을 조정할 필요가 있다.

이때 침탄대로서 사용하고 있던 침탄/냉각겸용대(4)중 적어도 1개를 냉각대로 하는 것으로 침탄대의 유효로 길이를 짧게 할 수 있다. 이 결과 강대의 판 통과속도가 변화해도 항상 일정된 침탄층을 형성할 수 있다. 또한 침탄/냉각겸용대(4)의 전환제어는 강대의 판 통과속도의 변화에 대응하여 행하는 외에 강대의 두께, 폭, 소재등의 다른 연속 어닐링 조건이 변화에도 대응하여 행할 수 있다. 그리고 침탄대로서 사용되는 침탄/냉각겸용대(4)는 강대표면의 극히 얇은 부분(0.5㎛∼100㎛ 이하)에 C≤0.01%의 침탄층을 형성하기 위해서 650∼900℃의 침탄대내 온도에서 제어된다. 상기 강대온도가 650℃ 미만이면 침탄속도가 저하하여 열처리 생산성이 저하한다. 한편, 침탄대내에 온도가 900℃를 넘으면 고용 C가 확산하여 표면층에만 고용 C를 고정할 수 없다.

이 침탄대내 온도분포는 강대표면으로 스팅을 방지하기 위해 침탄대내 온도차는 50℃ 이내인 것이 바람직하다. 강대의 표면에 유리된 C가 부착하면 화학처리성의 악화 등 품질저하 및 후공정의 폐해 요인이 된다.

또 냉각대로서 사용되는 침탄/냉각겸용대(4)는 다음의 제1냉각대(5)의 일부로서 취급되고 제1냉각대(5)와 같은 분위기로 제어된다. 즉, 강대(7)의 표면이 극히 얇은 범위에만 고용 C를 고정하기 위해서 침탄후강대(7)의 온도가 600℃ 이하, 바람직하게는 500~400℃ 정도가 될때까지 20℃/sec 이상의 냉각속도로 급냉한다. 상기 냉각대 및 제1냉각대(5)내에서는 이 냉각조건이 달성할 수 있도록 냉각대내를 반송시키는 강대(7)로 내뿜어지는 냉각가스 유량, 유속 및 냉각을 온도, 감김각 등이 제어된다.

또, 침탄/냉각겸용대(4)의 모두가 침탄대로서 사용될 경우는 상기 냉각은 제1냉각대(5)만으로 행하여진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하여, 가열대와 냉각대의 사이에 냉연강판을 연속적으로 침탄 및/또는 침질하는 침탄, 침질대를 설치하는 동시에 이 침탄·침질대를 복수의 존으로 분할 또는 냉각대로 변환가 능하게 했기 때문에 침탄·침질성 분위기 및/또는 침탄·침질온도의 변경을 신속하고 고정밀도로 행할 수 있다. 또 침탄·침질대의 유효로 길이를 소정의 침탄침질에 필요한 길이로 할 수 있다.

이 결과, 프레스가공성, 화성처리성, 용접성, 및 펀칭성에서 우수한 극저탄소강의 냉연강대를 연속하여 좋은 효율로 제공할 수 있다.

Claims (5)

1. 연속적으로 공급되는 냉연강판을 가열하는 가열대 또는 가열대 및 균열대와, 뒤이어 해당강판을 냉각하는 냉각대를 가진 연속 어닐링로에 있어서, 상기 가열대 또는 균열대와 상기 냉각대와의 사이에서 침탄·침질대를 설치한 것을 특징으로 하는 침탄·침질대를 구비한 연속 어닐링로.
2. 제1항에 있어서, 상기 침탄·침질대를 복수의 존으로 분할하여 해당 존마다에 침탄·침질성 분위기 및 침탄·침질온도중 어느 하나 이상을 제어하는 제어수단을 설치한 것을 특징으로 하는 침탄·침질대를 구비한 연속 어닐링로.
3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 침탄·침질대를 침탄·침질/냉각전환 가능하게 한 것을 특징으로 하는 침탄·침질대를 구비한 연속 어닐링로.
4. 제1항에 있어서, 상기 연속 어닐링로가 세로형인 것을 특징으로 하는 침탄·침질대를 구비한 연속 어닐링로.
5. 제1항에 있어서 , 상기 냉연강판이 극저탄소강인 것을 특징으로 하는 침탄·침질대를 구비한 연속 어닐링로.