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KR102203018B1 - 무정형, 부분 무정형, 또는 미세 결정형 조직을 보유하는 평강 제품의 제조 방법, 및 상응하는 유형의 평강 제품 - Google Patents

무정형, 부분 무정형, 또는 미세 결정형 조직을 보유하는 평강 제품의 제조 방법, 및 상응하는 유형의 평강 제품 Download PDF

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KR102203018B1
KR102203018B1 KR1020157022868A KR20157022868A KR102203018B1 KR 102203018 B1 KR102203018 B1 KR 102203018B1 KR 1020157022868 A KR1020157022868 A KR 1020157022868A KR 20157022868 A KR20157022868 A KR 20157022868A KR 102203018 B1 KR102203018 B1 KR 102203018B1
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KR
South Korea
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strip
max
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amorphous
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KR1020157022868A
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도로테 도르너
크리스티앙 획클링
하랄드 호프만
마티아스 쉬르머
마쿠스 다암멘
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티센크루프 스틸 유럽 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 10 ~ 10000㎚의 입자 크기를 갖는 무정형, 부분 무정형 또는 미세 결정형 조직을 보유하는 0.8 ~ 4.5㎜ 두께의 강재 스트립을 제조하기 위한 방법, 그리고 상응하는 유형의 평강 제품에 관한 것이다. 이를 위해, 본 발명에 따라서, 용강은 주조 장치(2)에서 주조 스트립(B)으로 주조되어 가속화된 속도로 냉각된다. 용융물은, Fe와 제조로 인해 불가피한 불순물들 외에도, "Si, B, C, P"의 그룹에 속하는 2개 이상의 추가 원소를 함유한다. 이 경우, 상기 원소들의 함량들에 대해, (중량% 단위로) Si: 1.2 ~ 7.0%, B: 0.4 ~ 4.0%, C: 0.5 ~ 4.0%, P: 1.5 ~ 8.0%가 적용된다. 본 발명에 따른 평강 제품은 상응하는 조성 및 상응하는 유형의 조직의 조건에서 760 ~ 900의 경도 HV0.5를 보유한다.

Description

무정형, 부분 무정형, 또는 미세 결정형 조직을 보유하는 평강 제품의 제조 방법, 및 상응하는 유형의 평강 제품{METHODS FOR CREATING A FLAT STEEL PRODUCT WITH AN AMORPHOUS, PARTIALLY AMORPHOUS OR FINELY CRYSTALLINE STRUCTURE AND FLAT STEEL PRODUCT OF SUCH A TYPE}
본 발명은, 미세 결정형 조직이 10 ~ 10000㎚ 범위의 입자 크기를 갖는, 부분 무정형 또는 미세 결정형 조직을 보유하는 평강 제품(flat steel product)을 제조하기 위한 방법, 그리고 상기 유형의 무정형, 부분 무정형 또는 미세 결정형 조직을 보유하는 평강 제품에 관한 것이다.
이 경우, 제1 방법 변형예에 따라서, 용강(molten steel)이 주조 장치 내에서 주조 스트립으로 주조되고 가속화된 속도로 냉각된다.
또 다른 방법 변형예에 따라서, 무정형, 부분 무정형 또는 미세 결정형 조직을 보유하는 평강 제품을 제조하기 위해, 철과 제조로 인해 불가피한 불순물들 외에도, "Si, B, C 및 P"의 그룹 중에서 2개 이상의 추가 원소를 함유하는 용강은, 주조 영역이 길이방향 측면들 중 하나 이상의 길이방향 측면에서 주조 모드 동안 주조 방향으로 이동하면서 냉각되는 벽부를 통해 형성된 주조 장치 내에서 주조 스트립으로 주조된다. 이 경우, "주조 영역"으로서 지칭되는 영역은, 주조 스트립이 그 내부에서 성형되는 주조 장치의 영역이다.
WO 2008/049069 A2로부터는, 앞서 언급한 유형의 평강 제품들이 스트립 주조 방법을 통해 제조되는 점이 공지되어 있다. 스트립 주조 동안, 주조 스트립이 그 내부에서 성형되는 주조 영역 또는 응고 영역이 길이방향 측면들 중 하나 이상의 길이방향 측면에서 주조 공정 동안 연속해서 이동되는 벽부를 통해 그 경계가 정해져 있는 주조 장치에 의해 용강이 주조된다.
상기 최종 형상 근접 연속 주조 방법(near-net-shape, continuous casting method), 또는 평강 제품을 제조하기 위한 주조 장치에 대한 예는 이른바 "2-롤러 주조 장치"이며, 전문 용어로는 "트윈 롤러 주조기"로서도 지칭된다. 2-롤러 주조 장치의 경우, 주조 모드 동안 상호 간에 축 평행하게 정렬된 2개의 주조 롤 또는 주조 롤러는 상호 간에 반대 방향으로 회전하면서 상호 간에 가장 가까운 이격 간격의 영역에서 주조 영역을 규정하는 주조 갭을 한정한다. 이 경우, 주조 롤러들은 강하게 냉각되며, 그럼으로써 주조 롤러들 상에 부딪치는 용융물은 응고되어 각각 하나의 셸(shell)을 형성한다. 이 경우, 주조 롤러들의 회전 방향은, 용융물과 이 용융물에 의해 주조 롤러들 상에서 용융물로 형성되는 셸들이 주조 갭 내로 이송되도록 선택된다. 주조 갭 내에 도달하는 셸들은 충분한 스트립 성형력의 작용하에 압축되어 주조 스트립을 형성한다.
스트립을 주조하기 위한 또 다른 주조 장치는 "벨트 주조" 기술의 원리를 기반으로 한다. 벨트 주조 방법을 위해 정해진 주조 장치의 경우, 용강은 공급 시스템을 통해 순환하는 주조 벨트 상에 부어진다. 이 경우, 벨트의 이송 방향은, 용융물이 공급 시스템으로부터 멀어지도록 선택된다. 하부의 제1 주조 벨트의 상부에는, 이 제1 주조 벨트에 대해 반대 방향으로 순환하는 제2 주조 벨트가 배치될 수 있다.
제공되는 주조 벨트가 하나인지 또는 두 개인지의 여부와 무관하게, 앞서 언급한 방법의 경우에서도, 하나 이상의 주조 벨트가 주조 스트립을 형성하는 영구 몰드를 한정한다. 이 경우, 각각의 주조 벨트는 집중 냉각되며, 그럼으로써 관련된 주조 벨트와 접촉하는 용융물은 공급 시스템의 반대 방향으로 향해 있는 주조 벨트의 전환점에서 응고되어 주조 벨트로부터 제거될 수 있는 스트립을 형성한다.
각각의 주조 장치에서 배출되는 주조 스트립은 인출되고 냉각되어 추가 가공부로 공급된다. 이런 추가 가공부는 열처리 공정 및 열간압연 공정을 포함할 수 있다. 여기서, 스트립 주조의 특별한 장점은, 스트립 주조에 후속하는 작업 단계들이 중단 없는 연속적인 순서로 수행될 수 있다는 점에 있다.
앞서 이미 언급한 WO 2008/049069 A2에는, 무정형, 부분 무정형 또는 미세 결정형 조직을 보유하는 강재 스트립의 제조를 위해 적합한 강재가, 철과, "B, C, Si, P, Ga"의 그룹 중에서 하나 또는 복수의 원소를 기반으로 하는 합금들이며, 이런 원소들 외에도 추가로 Cr, Mo, W, Ta, V, Nb, Mn, Cu, Al, Co 및 희토류 원소들의 함량들도 존재할 수 있다고 언급되어 있다. 그리고 이런 유형으로 조성된 합금들로부터, 스트립 주조를 통해 주조되어 입자의 90% 이상이 5Å ~ 1㎛ 크기인 미세입자 조직, 나노결정형 조직, 또는 거의 나노결정형인 조직을 보유하는 스트립들이 제조되고, 주조 스트립을 구성하는 강재의 용융점은 800 ~ 1500℃의 범위이고, 강재의 임계 냉각 속도는 105K/s 미만이며, 주조 스트립들은 α-Fe 상 및/또는 γ-Fe 상을 함유한다고 되어 있다.
WO 2008/049069 A2에 재현되어 있는 고려 사항들은 무정형, 부분 무정형 또는 미세 결정형 조직을 보유하는 주조 스트립의 제조를 위해 적합한 작업 단계에 대한 논의로만 국한된다.
앞서 설명한 종래 기술 외에도, US 6,416,879 B1로부터는, 원자% 단위로 78 ~ 90%의 Fe, 2 ~ 4.5%의 Si, 5 ~ 16%의 B, 0.02 ~ 4%의 C 및 0.2 ~ 12%의 P를 함유하고 최적화된 자기 특성을 보유한다고 하는 10 ~ 100㎛의 두께를 갖는 Fe 기반의 무정형 얇은 스트립(thin strip)이 공지되어 있다. 얇은 스트립의 제조를 위해, 그에 상응하게 조성된 용융물은 실험실 조건하에서 고속 회전하는 냉연 롤 상에 부어지고 그 위치에서 응고되며 그런 다음 롤로부터 인출된다. 이런 방식으로, 약 25m/s의 범위인 주조 속도가 달성된다. 그 밖에, 상기 얇은 스트립의 제조는 2-롤 주조기에서도 이루어진다는 점도 언급되어 있다. 그러나 이에 대한 추가 설명은 없다. 또한, 상기 종래 기술로부터는, 공지된 접근법이 수득된 스트립의 상대적으로 더 두꺼운 판재 두께 및 또 다른 특성들이 요구되는 대규모 기술 산업 분야에서 어떻게 구현될 수 있는지 그 방법도 추론되지 않는다.
앞서 기술한 종래 기술과 유사한 종래 기술은 US 4,219,355로부터 공지되어 있다. 이 미국 공보에서도 목적은 마찬가지로 최적화된 자기 특성을 보유하면서 30 ~ 100㎛의 두께를 갖는 필름 유형의 얇은 스트립을 제조하는 것에 있다. 이를 위해, 상기 미국 공보의 경우에서도, 적합하게 조성된 용융물은 회전하는 롤 상으로 부어지며, 이 롤 상에서는, 무정형 조직을 생성하기 위해, 105 ~ 106℃/s의 속도로 냉각이 수행된다. 이 경우, 상대적으로 더 두꺼운 두께를 갖고 또 다른 요건 특징을 보유하는 평판 제품이 제조되어야 할 때, 실제로 대규모 기술 산업 분야에서 어떻게 구현되어야 하는지에 대한 방법에 대해서는 마찬가지로 기재되어 있지 않다.
마지막으로, DE 10 2009 048 165 A1로부터는, 15중량%를 초과하는 크롬 함량을 함유하는 강재를 스트립 주조하기 위한 방법이 공지되어 있으며, 이 방법의 경우 용강은, 용융로와, 주조 레이들(foundry ladle)과, 이 주조 레이들에서 배출되는 액상 강재 스트립을 수용하여 냉각하기 위한 컨베이어 벨트를 포함하는 수평의 스트립 주조 설비 내에서 주조된다. 이렇게 제조된 강재 스트립들의 두께는 8 ~ 25㎜이다. 그러나 여기서도 상기 설비에서 어떠한 냉각 속도가 달성될 수 있는지, 그리고 상기 설비가 예컨대 앞서 설명한 평강 제품들 중 어느 하나를 제조하기 위해 적합한지의 여부에 대해서는 기재되어 있지 않다.
그러므로 본 발명의 과제는, 앞서 설명한 종래 기술의 배경에서, 무정형, 부분 무정형 또는 미세입자 조직을 보유하는 평강 제품들의 제조를 위한 실무에 적합한 방법을 제시하는 것에 있다.
그 밖에도, 본 발명의 과제는, 실무에 적합한 방식으로 경제적으로 제조되는 평강 제품을 제시하는 것에 있다. 이 경우, 평강 제품은 주조되거나 압연된 강재 스트립 또는 그 판재뿐만 아니라, 이로부터 수득되는 시트(sheet bar), 블랭크 등을 의미한다.
본 발명에 따라서 상기 과제를 해결하는 방법은 청구항 제1항에 명시되어 있다.
평강 제품과 관련하여, 앞서 명시한 과제의 본 발명에 따른 해결책은, 상기 평강 제품이 청구항 제15항에 언급된 특징들을 보유하는 것에 있다.
본 발명에 대해 본원에서 언급되는 다양한 구현예들은, 최종 형상 근접 주조 방법을 통해, 무정형, 부분 무정형 또는 나노결정형 또는 미세 결정형으로 응고되는 강재들로 구성되는 평강 제품들이 제조된다는 공통 사상을 기초로 한다. 이 경우, 본 발명에 따라서, 각각 처리되는 강재들은, 요구되는 조직 상태가 확실하게 설정되도록 조성된다. 본원에서 강 합금과 관련하여 "%"로 명시되어 있다면, 이런 명시 사항은, 다른 방식으로 분명하게 명시되어 있지 않는 한, 항상 "중량%"로서 간주된다.
이와 동시에, 본 발명에는, 실무를 위해 충분한 재현성으로, 철과 불가피한 불순물들 외에도 "Si, B, Cu, P"의 그룹 중에서 2개 이상의 추가 원소를 함유하는 강재로 무정형, 부분 무정형 또는 미세 결정형 구조를 보유하는 주조 스트립들을 제조하는 작동 조건들도 언급되어 있다.
무정형, 부분 무정형 또는 미세 결정형 조직을 보유하는 강재 스트립을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법에 따라서, 용강은, 철 및 제조로 인해 불가피한 불순물들 외에도, "Si, B, C, P"의 그룹 중에서 2개 이상의 추가 원소를 함유한다. 이 경우, 본 발명에 따라서, "Si, B, C, P"의 그룹 중에서 각각 적어도 존재하는 두 원소의 함량들은 각각 하기의 범위들(중량% 단위)에 속한다.
Si: 1.2 ~ 7.0%,
B: 0.4 ~ 4.0%,
C: 0.5 ~ 4.0%,
P: 1.5 ~ 8.0%.
원칙상, 본 발명에 따라서, 각각 제조로 인해 불가피하지만 본 발명에 따라 제조되는 평강 제품들의 특징들과 관련하여 불활성인 성분들 외에도, 철 외에 "Si, B, C, P"의 그룹 중에서 2개의 추가 원소만이 본 발명에 따라 사전 설정된 함량들로 존재하는 합금들이 바람직하다. 상기 합금들의 경우, 강재 내에는, Fe 및 불가피한 불순물들 외에도, 각각 Si 및 B, Si 및 C, Si 및 P, B 및 C, B 및 P, 또는 C 및 P의 합금 원소 쌍들만이 존재한다. 이런 유형으로 조성된 강 합금들은 특히 무정형 또는 부분 무정형 응고를 위해 적합하다. 이 경우, 필요한 경우, 본 발명에 따른 설정 값들 이내에서 언급한 합금 쌍들은 "Si, B, C, P"의 그룹 중에서 각각 하나 또는 2개의 또 다른 합금 원소만큼 보충될 수 있다. 이 경우, 동일한 방식으로, "Si, B, C, P"의 그룹 중에서, 각각 본 발명에 따른 설정 값들 이내에 속하지 않는 합금 원소들은 효과를 나타낼 수 있는 측정 가능한 함량들로 존재할 수 있기는 하지만, 이들 합금 원소들은 본 발명에 따라 달성하고자 하는 조직의 형성에 기껏해야 미미하게 기여한다. 다시 말하면, 본 발명에 따라서, 본 발명에 따른 평강 제품의 제조를 위해, "Si, B, C, P"의 그룹 중에서 각각 2개의 원소가 본 발명에 따라 사전 설정된 함량들로 존재하기만 하며 되고, 이는, "Si, B, C, P"의 그룹 중에서 각각 또 다른 원소들이 본 발명에 따른 설정 값들을 벗어나는 함량들로 존재하는 점을 배제하지는 않는다. "Si, B, C, P"의 그룹 중에서 각각 본 발명에 따른 설정 값들을 벗어나 함유되는 합금 원소의 존재는, 특히 그 합금 원소의 함량이 해당 원소의 함량에 대해 본 발명에 따라 규정된 하한을 하회할 때 가능하다.
그에 따라, 본 발명에 따른 강재의 가장 폭넓은 조성은, 필수 성분들로서, 붕소, 규소, 탄소 및 인의 원소들 중에서 2개 이상의 원소, 그리고 잔여 성분들로서는 철과 불가피한 불순물들을 함유한다. 이런 원소들은 상대적으로 낮은 비용으로 제공될 수 있기 때문에 특히 바람직한 것으로서 증명된다. 특허청구범위에서 언급되는 상기 원소들에 대한 함량들에 의해, 본 발명에 따른 제조 방법은, 무정형, 부분 무정형 또는 미세 결정형 조직을 보유하는 강 제품의 재현 가능한 제조를 가능하게 한다. 본 발명에 따라 제조된 평강 제품은 10 ~ 10000㎚ 범위의 입자 크기를 갖는 미세 결정형 조직을 보유하며, 실제로 입자 크기가 최대 1000㎚으로 제한되어 있는 평강 제품들이 제조된다.
최대 4.0중량%의 함량인 C는 본 발명에 따라 제조된 평강 제품들에서 재료의 무정형화를 촉진한다. 이런 효과를 확실하게 달성하기 위해, C 함량은 1.0중량% 이상, 특히 1.5중량% 이상으로 설정될 수 있다.
Si, B, C 및 P에 대해 실무에 적합한 함량 설정은, Si 함량(%Si)에 대해 2.0중량% ≤ %Si ≤ 6.0중량%, 특히 3.0중량% ≤ %Si ≤ 5.5중량%가 적용될 때, B 함량(%B)에 대해 1.0중량% ≤ %B ≤ 3.0중량%, 특히 1.5중량% ≤ %B ≤ 3.0중량%가 적용될 때, C 함량(%C)에 대해 1.5중량% ≤ %C ≤ 3.0중량%가 적용될 때, 또는 P 함량(%P)에 대해 2.0중량% ≤ %P ≤ 6.0중량%가 적용될 때 제공된다. 이 경우, Si, B, C 및 P의 원소들 중에서 각각 하나 또는 복수의 원소를 더 좁게 제한하는 명시된 함량으로 첨가하는 것이 바람직할 수 있고, 그에 반해 "Si, B, C, P"의 그룹 중에서 또 다른 원소들은 본 발명에 따라 허용되는 최대 설정 값들의 범위 이내로 첨가된다. 동일한 방식으로, 각각 본 발명에 따른 함량들로 존재하는 원소들 각각을 본원에서 명시되는 상대적으로 더 좁은 한계 값들로 첨가하는 것이 적합할 수 있다.
비록 본 발명에 따라서, Fe 및 불가피한 불순물들 외에, 본 발명에 따른 강재의 합금 원소들의 그룹을 Si, B, C 및 P로 제한하는 점이 바람직한 것으로서 간주된다고 하더라도, 특정 상황들하에서 수득되는 평강 제품들의 특정 특성들의 설정을 위해, 강재에 선택적으로 "Cu, Cr, Al, N, Nb, Mn, Ti, V" 그룹의 원소들 중에서 하나 또는 복수의 원소를 첨가하는 것도 적합할 수 있다. 이를 위해 본 발명에 따라 각각 고려되는 함량 범위는 하기와 같다(중량% 단위).
Cu: 최대 5.0%, 특히 최대 2.0%,
Cr: 최대 10.0%, 특히 최대 5.0%,
Al: 최대 10.0%, 특히 최대 5.0%,
N: 최대 0.5%, 특히 최대 0.2%,
Nb: 최대 2.0%,
Mn: 최대 3.0%,
Ti: 최대 2.0%,
V: 최대 2.0%.
Cu의 첨가를 통해 재료의 연성(ductility)은 증가될 수 있지만, 이에 반해 Cr의 작용은 주로 내부식성의 개량에 있다. Al의 첨가도 내부식성을 증가시키지만, 그 외에도 무정형 조직의 형성을 지원하는 효과를 나타낸다. N은 C에 대한 가능한 치환기로서 간주될 수 있다. 따라서, N의 존재는, 상대적으로 더 높은 C 함량과 동일한 방식으로, 무정형 조직의 강화된 형성을 보조한다.
선택적으로 첨가되는 합금 원소들(Cu, Cr, Al 및 N)의 긍정적인 영향들을 이용할 수 있도록 하기 위해, 용강은 각각 선택적으로 (중량% 단위로) 0.1% 이상의 Cu, 0.5% 이상의 Cr, 1.0% 이상의 Al 및 0.005% 이상의 N을 함유할 수 있다.
본 발명에 따른 강 합금은 필수 성분들로서 철강 산업에서 통상적이면서 비교적 경제적인 합금 원소들로 제조될 수 있다.
"경량" 원소들의 높은 함량들을 바탕으로, 감소된 밀도 및 높은 강도에 근거하여, 통상적인 강재들에 비해 상당한 경량 구조의 장점들을 생각해볼 수 있다.
무정형, 부분 무정형 또는 미세 결정형 조직을 보유하는 본 발명에 따라 합금된 평강 제품을 제조할 수 있는 전형적인 냉각 속도는 100 ~ 1100K/s의 범위이다. 여기서 놀랍게도 확인된 점에 따르면, 대규모 산업 기술 범위에서 실현될 수 있는 상기 냉각 속도로, 요구되는 조직을 보유하면서, 앞서 설명한 종래 기술의 경우에 제공되는 것보다 더 두꺼운 두께를 갖는 스트립들을 공정상 신뢰성 있게 제조할 수 있었다.
전술한 설명에 상응하게, 무정형, 부분 무정형 또는 미세 결정형 조직을 보유하는 강재 스트립을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 한 변형예는, 본 발명에 따른 방식으로 조성된 용강이 주조 장치 내에서 주조 스트립으로 주조되는 것에 기초하는데, 주조 스트립이 주조되는 상기 주조 장치의 주조 영역은 길이방향 측면들 중 하나 이상의 길이방향 측면에서 주조 모드 동안 이동하면서 냉각되는 벽부를 통해 형성된다. 주조 영역을 한정하면서 주조 모드 동안 이동되는 벽부는 특히 상호 간에 반대 방향으로 회전하는 2개의 주조 롤러, 또는 주조 모드 동안 주조 방향으로 이동되는 벨트를 통해 형성될 수 있다. 본 발명에 따라서, 용강은 이동되는 벽부와의 접촉을 통해 200K/s 이상의 속도로 냉각된다.
이 경우, 본 발명에 따른 강재의 조성에 대한 본원에 명시된 설명 내용은, 본 발명에 따른 평강 제품에 대한 것과 동일한 방식으로, 본원에서 제안되는 모든 본 발명에 따른 방법에도 적용된다.
평강 제품의 달성하고자 하는 조직의 형성은, 고속 냉각이 실제로 각각의 강재의 유리 전이 온도(TG)를 하회할 때까지 실행되는 것을 통해 보장될 수 있다. 이런 방식으로, 우선 무정형 또는 부분 무정형 조직이 형성된다.
그런 다음, 상기 조직을 기반으로, 결정화 온도(TX)를 상회하는 후속하는 열처리 공정을 이용하여 이에 의해 설정되는 결정 핵 형성 및 결정화를 통해 미세 결정형 조직이 생성될 수 있다. 이런 방식은, 미세 입도가 매우 정밀하게 설정될 수 있다는 장점을 갖는데, 이때 형성되는 복수의 결정 핵에 근거하여 매우 적은 변동폭을 갖는 매우 균일한 입자 크기 분포가 설정된다.
주조 스트립이 각각의 주조 영역에서 배출된 후에도 무정형 또는 부분 무정형 조직의 형성을 위해 충분한 속도로, 각각 처리된 강재의 임계 유리 전이 온도로까지 냉각되는 것을 보장하기 위해, 주조 영역에서 사용되는 주조 스트립의 신속한 냉각은 주조 영역에서 배출된 후에도 계속될 수 있다. 이 경우, 계속되는 냉각은 바람직한 방식으로 주조 영역에서 배출된 직후에 바로 연속되며, 그럼으로써 각각 달성하고자 하는 조직 상태가 달성될 때까지, 주조 스트립 내에서 실질적으로 연속적이고 가속화되는 온도 감소가 보장된다.
이를 위해, 주조 스트립의 주조를 위해 이용되는 주조 장치의 주조 영역에 직접 연결되는 추가 냉각 장치가 제공될 수 있다. 상기 냉각 장치에 의해, 용강은, 주조되는 평강 제품 내에 무정형 또는 부분 무정형 조직을 생성하기 위해, 본 발명에 따라 사전 설정된 냉각 속도로 확실하게 유리 전이 온도(TG) 미만으로까지 냉각될 수 있다. 이 경우, 추가 냉각 장치는, 주조 장치 자체의 주조 영역 내에서 주조 영역의 이동하면서 냉각되는 벽부와의 접촉을 통해 불충분한 열 방출만이 발생하는 경우, 주조 영역에 바로 후속하는 스트립의 냉각이, 본 발명에 따라 생성될 조직 상태가 확실하게 달성될 정도로 신속하게 계속 진행되는 것을 확실하게 보장한다.
주조 장치에 바로 후속하여 수행되는 추가 냉각의 추가 장점은, 상기 냉각에 의해 특별히 매칭된 냉각 곡선이 제어되면서 가변된다는 것에 있다. 이는, 주조 및 냉각 공정의 결과로서 부분 무정형 또는 미세 결정형 조직을 보유하는 목표한 바대로 주조된 스트립들이 수득되어야 할 때 적합할 수 있다. 따라서 냉각은, 유리 전이 온도(TG)가 가속화되기는 하지만, 완전한 무정형 조직을 분명하게 나타내기에 충분한 속도로 냉각되지는 않도록 실행될 수 있다.
대안으로, 주조 스트립은 본 발명에 따른 설정 값들에 상응하게 가속화된 속도로 냉각될 수 있기는 하지만, 상기 냉각은 각각 처리되는 강재의 유리 전이 온도(TG)에 도달하기 전에 중단될 수 있다. 이런 방식은 수득되는 평강 제품 내에 사전 결정된 미세 결정형 조직을 생성하는 첫 번째 가능성을 나타낸다. 여기서, 미세 결정형 조직은, 추가 냉각을 통해 제어되는 결정화가 허용됨으로써 용융물로부터 곧바로 형성된다.
미세 결정형 조직을 보유하는 본 발명에 따른 평강 제품을 제조하는 또 다른 방식은, 우선 무정형 또는 부분 무정형 조직을 보유한 스트립을 제조하고, 그런 후에 비로소 상기 스트립이 어닐링 공정 및 그 결과 야기되는 결정화를 통해 미세 결정형 상태로 변환된다는 것에 있다. 이런 방식의 특징은, 결정화가 복수의 결정 핵에서 수행되고 그로 인해 형성되는 결정 입자들은 매우 균일하게 재료 내에 분포된다는 것에 있다.
미세 결정형 조직을 분명하게 형성하기 위해 중요한 결정화 온도(TX)는 평균적으로 각각 처리되는 강재의 유리 전이 온도(TG) 위의 약 30 ~ 50K이다. 그러므로 무정형 또는 부분 무정형 조직을 보유하는 본 발명에 따른 평강 제품의 제조를 위해, 용융물의 냉각 동안 냉각 속도(v > vcrit)로 최대한 신속하게 온도(TG)를 하회하도록 해야 하며, 여기서 vcrit는 본 발명에 따라 200K/s이다. 이런 방식으로, 강재의 무정형 상태는 "동결되며", 이에 반하여 온도(TX)를 상회하는 열처리 온도로 가열할 때 강재의 결정화가 개시된다.
본 발명에 따라 필요한 경우 제공되는 추가 냉각 장치는, 냉각 매체가 주조 스트립 상으로 직접 제공되도록 형성될 수 있다. 상기 냉각 매체는 물, 액상 질소 또는 그에 상응하는 효과를 갖는 또 다른 냉각액일 수 있다. 이에 대한 대안 또는 보충안으로, 기상 질소, 수소, 가스 혼합물, 또는 물 안개와 같은 냉각 가스들도 제공될 수 있다. 이를 위해 적합한 냉각 장치들은 종래 기술로부터 공지되어 있다(KR2008/0057755A).
무정형 조직의 달성을 위한 임계 냉각 속도는 특히 용강의 각각 설정되는 조성에 따라서 결정된다. 따라서, 250K/s 초과, 450K/s 초과, 또는 심지어는 800K/s 초과의 냉각 속도를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
그에 따라, 본 발명에 따른 방법에 의해, 목표한 바대로, 무정형 또는 부분 무정형 조직을 보유하는, 본 발명에 따른 방식으로 합금된 스트립이 제조된다.
본 발명에 따라 제조되는 유형의 미세 결정형 강재들의 특별한 양태는 구조적인 초소성(superplasticity)을 위한 성능에 있다. 따라서 본 발명에 따른 평강 제품을 기반으로 부품의 극도로 복잡한 기하구조들은 상승된 온도(열적 활성화) 조건에서 결정립계 슬라이딩 공정(grain boundary sliding process)을 통해 수득될 수 있다.
앞서 이미 언급한 것처럼, 미세 결정형 조직을 보유하는 평강 제품을 제조하는 특히 공정 신뢰성 있는 가능성에 따라서, 주조 장치의 주조 갭에서 배출되어 선택적으로 이에 바로 후속하여 추가로 냉각되는 주조 스트립은 무정형 또는 부분 무정형 조직을 보유하며, 주조되는 상응하는 유형의 스트립은 후속하여 적어도 각각의 강재의 결정화 온도(TX)에 상응하는 어닐링 온도(Tanneal)에서 요구되는 조직 상태가 달성될 때까지 어닐링된다. 강 조성이 본 발명에 따른 설정 값들 이내에 존재하는 경우, 이를 위해 적합한 어닐링 온도(Tanneal)는 500 ~ 1000℃이다. 이 경우, 순수한 미세 결정형 조직을 달성하기 위해, 각각 구체적으로 선택된 조성에 따라서 전형적으로 어닐링 시간은 2s ~ 2h로도 충분하다.
주조 스트립이 주조 갭에서 배출되는 스트립 속도는 실제로 전형적으로 0.3 ~ 1.7m/s의 범위이다.
본 발명에 따라 주조되고 냉각되는 스트립이 주조 갭에서 배출될 때 스트립 두께는 전형적으로 0.8 ~ 4.5㎜, 특히 0.8 ~ 3.0㎜의 범위이다.
스트립을 주조하고, 주조에 후속하여 선택적으로 추가로 실행되는 냉각 후에, 주조 스트립은, 초기 열간압연 온도가 500 ~ 1000℃에 달해야 하는 열간압연 공정으로 처리될 수 있다. 일렬로 주조 및 냉각 공정에 후속하는 열간압연 단계들을 통해, 한편으로 스트립의 요구되는 최종 두께 및 다른 한편으로는 표면 조건이 설정될 수 있을 뿐만 아니라, 예컨대 주조된 상태에서 여전히 존재하는 공동들(cavity)이 폐쇄됨으로써 미세구조는 최적화될 수 있다. 또한, 주조 스트립의 무정형 또는 부분 무정형 상태를 유지하기 위해, 열간압연 공정은 유리 전이 온도(TG)와 결정화 온도(TX) 사이의 범위에 속하는 초기 열간압연 온도에서 수행되어 열간압연 스트립으로 열연될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 실행을 위한 주조 장치로서는 예컨대 2-롤러 주조 장치가 적합하며, 상호 간에 축 평행하게 정렬된 축들을 중심으로 상호 간에 반대 방향으로 회전하는 2-롤러 주조 장치의 롤러들은, 스트립이 그 내부에서 성형되는 주조 영역의 각각 하나의 길이방향 벽부를 형성하여, 상기 길이방향 벽부는 주조 모드 동안 주조 방향으로 연속해서 이동하면서 냉각된다.
본 발명에 따른 방법은 최종 형상 근접 평강 제품들의 연속적인 제조를 위한 기존 방법들 또는 장치들에서 적은 변경만을 요구한다.
하기에서 본 발명은 한 실시예를 도시한 도면에 따라서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 주조 스트립을 제조하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 측면도이다.
주조 스트립(B)을 제조하기 위한 설비(1)는 주조 장치(2)를 포함하며, 이 주조 장치는 종래의 2-롤러 주조 장치로서 구성되고 그에 상응하게 상호 간에 축 평행하고 동일한 높이에 정렬된 축들(X1, X2)을 중심으로 상호 간에 반대 방향으로 회전하는 2개의 롤러(3, 4)를 포함한다. 롤러들(3, 4)은 제조할 주조 스트립(B)의 두께(D)를 결정하는 이격 간격으로 이격되어 배치되고, 그에 따라 자신들의 길이방향 측면들에서 주조 갭으로서 형성된 주조 영역(5)을 한정하며, 이 주조 영역 내에서는 주조 스트립(B)이 성형된다. 마찬가지로 공지된 방식으로 주조 영역(5)은, 자신의 협폭 측면에서, 롤러들(3, 4)의 단부면들 쪽에 밀착되는, 도면에 도시되지는 않은 측면 플레이트들을 통해 밀폐된다.
주조 모드 동안, 집중 냉각되는 롤러들(3, 4)은 회전하며, 이런 방식으로 롤러들(3, 4) 및 측면 플레이트들을 통해 형성되는 주조 몰드의 길이방향 벽부들을 형성하며, 이 길이방향 벽부들은 주조 모드 동안 계속해서 이동된다. 이 경우, 롤러들(3, 4)의 회전 방향은 중력 방향(R)으로 주조 영역(5) 안쪽으로 향하며, 그럼으로써 회전의 결과로서 용융물(S)은 주조 영역(5) 상부의 공간에서 롤러들(3, 4) 사이에 존재하는 용융 풀(molten pool)로부터 주조 영역(5) 내로 이송된다. 이 경우, 용융물(S)은, 롤러들(3, 4)의 원주면과 접촉할 때, 그 해당 위치에서 각각의 셸 쪽으로 개시되는 집중적인 열 방출로 인해 응고된다. 롤러들(3, 4) 상에 점착된 셸들은 롤러들(3, 4)의 회전을 통해 주조 영역(5) 내로 이송되고, 그 해당 위치에서 스트립 성형력(K)의 작용하에 압축되어 주조 스트립(B)을 형성한다. 이 경우, 주조 영역(5) 내에서 유효한 냉각 용량과 스트립 성형력(K)은, 주조 영역(5)에서 지속적으로 배출되는 주조 스트립(B)이 실질적으로 완전하게 응고되도록, 상호 간에 매칭된다.
결정화 효과를 억제하기 위해, 주조 스트립(B)은 주조 영역(5)에 후속하여 냉각 장치(7) 내로 유입되며, 이 냉각 장치는 주조 스트립(B)에 냉각 매체를 공급하며, 그럼으로써 주조 스트립은 계속하여 냉각된다. 이 경우, 냉각 장치(7)를 통한 냉각은 주조 영역(5)에 바로 후속하여 개시되고, 이와 동시에 주조 스트립(B)의 온도(T)가 각각 주조되는 용융물(S)의 유리 전이 온도(TG)를 하회할 때까지 연속해서 감소하는 방식으로 강하게 수행된다. 따라서 주조 스트립(B)의 조직의 각각의 결정화는 억제되며, 그럼으로써 주조 스트립은 이송 구간(6)에 도달할 때 항시 무정형 상태로 존재하게 된다.
주조 영역(5)에서 배출되는 스트립(B)은 우선 중력 방향(R)으로 수직으로 이송되고 이에 후속하여 공지된 방식으로 연속해서 만곡된 만곡부에서 수평으로 정렬된 이송 구간(6) 내로 편향된다.
후속하여 이송 구간(6) 상에서 주조 스트립(B)은 가열 장치(8)를 통과할 수 있으며, 이 가열 장치 내에서 스트립(B)은 각각 주조되는 용강(S)의 결정화 온도(TX)를 상회하는 어닐링 온도(Tanneal)에서 어닐링 시간(tanneal)에 걸쳐 완전하게 가열된다. 이런 열처리의 목적은 주조 스트립(B) 내에 10 ~ 10000㎚의 범위에 속하는 입자 크기를 갖는 미세 결정형 조직을 제어하면서 형성하는 것에 있다. 이런 유형의 열처리된 주조 스트립(B)은 후속하여 열간압연 롤 스탠드(9) 내에서 열간압연되어 열간압연 스트립(WB)을 형성한다.
설비(1) 내에서는, 표 1에 명시된 조성들(Z1, Z2, Z3)을 갖는 3개의 용강(S)에서 주조 스트립(B)이 제조되었다. 각각의 조성(Z1, Z2, Z3)에 대해, 각각의 용강(S)에서 주조되는 스트립들(B)의 두께(D), 각각 주조 영역(5) 내에서 용융물(S)의 냉각 동안 달성되는 냉각 속도(AR), 각각 주조 영역(5)에서 배출되는 주조 스트립(B)의 냉각 동안 추가 냉각 장치(7)에서 달성되는 냉각 속도(ARZ), 그리고 추가 냉각의 목표 온도(Tz)가 명시되어 있다. 또한, 표 2에는 수득된 스트립의 조직 상태와 경우에 따라 존재하는 조직 성분들이 나열되어 있다.
앞서 설명한 방식으로 조성(Z1)을 갖는 용강(S)에서 제조된 주조 스트립(B)의 2개의 시료에 대해 가열 장치(8)에서 서로 상이한 열처리 공정이 실행되었다. 이 경우, 열처리 공정의 각각 설정된 어닐링 온도(Tanneal) 및 어닐링 시간(tanneal)은 표 3에 대조되어 있다.
확인된 바에 따르면, 주조 스트립(B)은 열처리 공정 전에 이미 840 ~ 900의 경도 HV0.5 조건에서 α-Fe, Fe2B, Fe3B 및 Fe3Si로 이루어진 미세 결정형 조직을 나타냈다. 열처리 공정 후에도, 조직은 α-Fe, Fe2B, Fe3B 및 Fe3Si로 구성되었지만, 그러나 이제 경도 HV0.5는 760 ~ 810이었다.
자명한 사실로서, 가열 장치(8)를 이용한 기술한 열처리 공정 및 열간압연 롤 스탠드(9)를 이용한 열간압연 공정은 선택적인 방법 단계들일 뿐이다.
그에 따라, 본 발명은, 10 ~ 10000㎚ 범위의 입자 크기를 갖는 무정형, 부분 무정형 또는 미세 결정형 조직을 보유하는 강재 스트립(B)을 제조하기 위한 방법뿐만 아니라, 그에 상응하는 유형의 평강 제품을 제공한다. 이를 위해, 본 발명에 따라서, 용강은 주조 장치(2) 내에서 주조 스트립(B)으로 주조되고 가속화된 속도로 냉각된다. 용융물은, Fe와 제조로 인해 불가피한 불순물들 외에도, "Si, B, C, P"의 그룹에 속하는 2개 이상의 추가 원소를 함유한다. 제1 방법 변형예에 따라서, 상기 원소들의 함량들에 대해(중량% 단위) Si: 1.2 ~ 7.0%, B: 0.4 ~ 4.0%, C: 0.5 ~ 4.0%, P: 1.5~ 8.0%가 적용된다. 제2 방법 변형예에 따라서는, Si, B, C 및 P를 함유하는 용강은, 주조 영역(5)이 길이방향 측면들 중 하나 이상의 길이방향 측면에서 주조 모드 동안 주조 방향(G)으로 이동하면서 냉각되는 벽부를 통해 형성된 주조 장치(2) 내에서 주조 스트립(B)으로 주조되며, 이동하면서 냉각되는 벽부와의 접촉을 통해 용강(S)은 200K/s 이상의 냉각 속도로 냉각된다.
1 주조 스트립(B)을 제조하기 위한 설비
2 주조 장치
3, 4 주조 장치(2)의 롤러
5 주조 영역
6 수평으로 정렬된 이송 구간
7 냉각 장치
8 가열 장치
9 열간압연 롤 스탠드
B 주조 스트립
D 주조 스트립(B)의 두께
R 중력 방향
S 용융물
K 스트립 성형력
X1,X2 롤러들(3, 4)의 회전축
Figure 112015081583511-pct00001

Claims (15)

  1. 무정형, 부분 무정형 또는 미세 결정형 조직을 보유하는 평강 제품을 제조하기 위한 방법으로서, 미세 결정형 조직은 10 ~ 10000㎚ 범위의 입자 크기를 가지며, 용강이 주조 장치(2) 내에서 주조 스트립(B)으로 주조되고 가속화된 속도로 냉각되어 무정형 또는 부분 무정형 주조 스트립을 형성하고 상기 주조 스트립을 열간압연하여 열간압연 스트립을 형성하는, 평강 제품의 제조 방법에 있어서,
    주조 스트립(B)의 두께는 0.8 ~ 4.5㎜이며,
    용강은, 철과 제조로 인해 불가피한 불순물들 외에도, 아래와 같은(중량% 단위) "Si, B, C, P"의 그룹에 속하는 2개 이상의 추가 원소뿐만 아니라,
    Si: 1.2 ~ 7.0%,
    B: 0.4 ~ 4.0%,
    C: 0.5 ~ 4.0%,
    P: 1.5 ~ 8.0%,
    아래와 같은(중량% 단위) "Cu, Cr, Al, N, Nb, Mn, Ti, V" 그룹의 원소들 중에서 하나 또는 복수의 원소를 함유하고,
    Cu: 최대 5.0%,
    Cr: 최대 10.0%,
    Al: 최대 10.0%,
    N: 최대 0.5%,
    Nb: 최대 2.0%,
    Mn: 최대 3.0%,
    Ti: 최대 2.0%,
    V: 최대 2.0%,
    무정형 또는 부분 무정형으로 주조된 스트립(B)은 유리 전이 온도(TG)와 결정화 온도(Tx) 사이의 범위에 속하는 초기 열간압연 온도에서 열간압연 스트립으로 열간압연되는, 평강 제품의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 용강은 100 ~ 1100K/s의 냉각 속도로 냉각되는 것을 특징으로 하는, 평강 제품의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 용강은 200K/s 이상의 냉각 속도로 유리 전이 온도(TG)를 하회할 때까지 냉각되는 것을 특징으로 하는, 평강 제품의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 주조 영역(5)이 길이방향 측면들 중 하나 이상의 길이방향 측면에서 주조 모드 동안 주조 방향(G)으로 이동하면서 냉각되는 벽부를 통해 형성된 주조 장치(2) 내에서 용강은 주조 스트립(B)으로 주조되며, 용강(S)은 이동하면서 냉각되는 벽부와의 접촉을 통해 200K/s 이상의 냉각 속도로 냉각되는 것을 특징으로 하는, 평강 제품의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 주조 스트립(B)은 주조 영역(5)에서 배출된 후에 200K/s의 냉각 속도로 계속해서 냉각되는 것을 특징으로 하는, 평강 제품의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서, 주조 영역(5)에서 배출되는 주조 스트립(B)은 각각의 강재의 유리 전이 온도(TG)를 하회할 때까지 연속해서 냉각되는 것을 특징으로 하는, 평강 제품의 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서, 주조 스트립(B)은 500 ~ 1000℃에 달하는 초기 열간압연 온도에서 열간압연 스트립으로 열간압연되는 것을 특징으로 하는, 평강 제품의 제조 방법.
  8. 제3항에 있어서, 주조 장치(2)의 주조 영역(5)에서 배출되고 선택적으로 추가로 냉각되는 주조 스트립(B)은 무정형 또는 부분 무정형 조직을 보유하며, 그렇게 제공되는 주조 스트립(B)은 적어도 각각의 강재의 결정화 온도(Tx)에 상응하는 어닐링 온도(Tanneal)에서 어닐링되는 것을 특징으로 하는, 평강 제품의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 어닐링 온도(Tanneal)는 500 ~ 1000℃의 범위인 것을 특징으로 하는, 평강 제품의 제조 방법.
  10. 제3항에 있어서, 용강(S)은, Si, B, C 및 P의 그룹 중에서 2개 이상의 원소 외에도, Cu, Cr, Al, N, Nb, Mn, Ti 및 V의 그룹 중에서 하나 이상의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는, 평강 제품의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 용강(S)은, 철과 제조로 인해 불가피한 불순물들 외에도, (중량% 단위로)
    Si: 1.2 ~ 7.0%,
    B: 0.4 ~ 4.0%,
    C: 0.5 ~ 4.0%,
    P: 1.5 ~ 8.0%뿐만 아니라,
    아래와 같은, Cu, Cr, Al, N, Nb, Mn, Ti 및 V 그룹의 원소들 중에서 하나 또는 복수의 원소를 함유하는
    Cu: 최대 5.0%,
    Cr: 최대 10.0%,
    Al: 최대 10.0%
    N: 최대 0.5%,
    Nb: 최대 2.0%,
    Mn: 최대 3.0%,
    Ti: 최대 2.0%,
    V: 최대 2.0%,
    것을 특징으로 하는, 평강 제품의 제조 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, "Si, B, C, P" 그룹의 원소들 중에서 하나 이상의 원소에 대해 다음 중 각각 하나가 적용되는(중량% 단위)
    Si: 2.0 ~ 6.0%,
    B: 0.4 ~ 3.0%,
    C: 0.5 ~ 3.0%,
    또는
    P: 2.0 ~ 6.0%,
    것을 특징으로 하는, 평강 제품의 제조 방법.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 용강은 각각 선택적으로 (중량% 단위로) 0.1% 이상의 Cu와, 0.5% 이상의 Cr과, 1.0% 이상의 Al과, 0.005% 이상의 N을 함유하는 것을 특징으로 하는, 평강 제품의 제조 방법.
  14. 제1항에 따른 평강 제품의 제조 방법에 따라 제조된 평강 제품이며,
    평강 제품은 0.8 ~ 4.5㎜의 두께를 보유하고 강재로 구성되고, 강재는, 철과 불가피한 불순물들 외에도, 아래와 같은(중량% 단위) Si, B, C 및 P의 그룹 중에서 2개 이상의 추가 원소를 함유할 뿐만 아니라,
    Si: 1.2 ~ 7.0%,
    B: 0.4 ~ 4.0%,
    C: 0.5 ~ 4.0%,
    P: 1.5 ~ 8.0%,
    아래와 같은(중량% 단위) "Cu, Cr, Al, N, Nb, Mn, Ti, V" 그룹의 원소들 중에서 하나 또는 복수의 원소를 함유하며,
    Cu: 최대 5.0%,
    Cr: 최대 10.0%,
    Al: 최대 10.0%,
    N: 최대 0.5%,
    Nb: 최대 2.0%,
    Mn: 최대 3.0%,
    Ti: 최대 2.0%,
    V: 최대 2.0%,
    그리고 10 ~ 10000㎚의 범위에 속하는 입자 크기를 갖는 무정형, 부분 무정형, 또는 미세 결정형 조직을 보유하며, 평강 제품의 경도 HV0.5는 760 ~ 900인, 평강 제품.
  15. 삭제
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