authors : Hikaru Okada, Tomoki Fukagawa, Haruhiko Ishihara, Atsuki Okamoto, Masatoshi Azuma, Yukio Matsuda
link : https://doi.org/10.2355/isijinternational.35.886
abstract :
Red scale defects usually observed in high Si hot rolled strip were reproduced in a laboratory 3 stand tendem mill. The effects of hot rolling and descaling conditions on the strip surface color and scale structure were examined.
Irrespective of Si content in steel, the hot rolled strip surface became red when the scale thickness before rolling was above 20 μm and the rolling temperature was below 900°C. It was found that surface part of the scale (mainly FeO) was broken to powder by hot rolling at the temperature below 900°C. The red scale of Fe2O3 was formed by the oxidation of powdered scale during cooling. Thick scale formed during slab soaking was completely removed by hydraulic descaling before rolling in low Si steel, whereas that was not removed in high Si steel. This remained scale caused the red scale defects after rolling and cooling. The application of obtained results to the hot strip mill production of red scaleless strip was discussed.
Introduction
적 scale은 0.5Si이상의 열연 고장력강에서 주로 형성되며, 산세 이후에도 미관상 좋지 않은 외관을 가지게 된다. 슬라브 가열 온도의 제어와 고압수 descaling의 강화가 제안되었지만 이러한 조건들은 열연제품의 적scale을 예방하기에는 충분하지 않다. 앞선 Report에서 적 Scale의 원인은 철과 철의 부산물 사이에 있는 Fayalite(Fe2SiO4)였는데, 전통적인 descaler가 압연 전에 그 scale을 제거하지 못하는 이유가 명확하지 않다. 게다가 Si 성분이 매우 낮은 경우에도 비슷한 상황이 발생하기 때문에 적 Scale 형성의 메커니즘을 명확히하고 고Si강과 저Si강 둘 다에서 예방하는 방법을 알아보고자 한다.
Experimental Condition
1. Hot Rolling Mill
여기서 전로의 최고 가열 온도는 1300℃, Descaler의 압력은 15MPa, 유량은 1.8L/s, spray angle(퍼지는 각도)은 25도, lead angle(노즐의 기울어진 각도)은 10도, 분사 높이는 250mm이다.
2. Materials
(1)번 강종 : Si이 0.54, Mn이 1.46, C가 0.09(고 Si강)
(2)번 강종 : Si이 0.005, Mn이 0.15, C가 0.05(저 Si강)
3. Test 조건
Test 1.
8mm 두께의 두 샘플을 겹쳐서 820℃에서 1280℃까지 질소가스에서 가열한다. 스케일은 이 가열동안 생성되지 않는다. 가열로에서 꺼낸 뒤, manipulator에 고정하고 두 샘플을 분리한다. 고정된 온도(750, 800, 850, 900, 1000℃)로 공기중에서 5~50초까지 냉각한 후에, 한 샘플은 3Pass 압연해서 4mm까지 만들고 다른 샘플은 압연 전 Scale의 두께를 측정하기 위해 quenching시킨다. 각 Stand의 압하율은 20이고 rolling speed는 1.67m/s로 한다. 압연 후에 샘플들은 공기중에 water spray로 냉각된다.
Test 2.
water spray 냉각존의 atmosphere 효과는 저 Si강을 사용함으로써 측정된다. 30분동안 1000~1280℃사이의 온도로 가열된 후에 저 Si강 샘플(8mm)은 2차 Sale형성을 위해 900℃로 공냉된 다음 3pass로 압연되고 Test 1처럼 진행된다.
Test 3.
압연 전 descaling의 효과를 검증하기 위해, 고 Si강과 저 Si강을 30mm두께로 1000~1280℃사이에서 30분간 가열한 뒤 Test 1처럼 진행한다. 1050에서 분리시킨 뒤 970℃까지 공기중에서 40초동안 공냉시키고 나서, 샘플들은 고압수로 descaling되고 3Pass 압연된 뒤 공기중에서 water spray로 냉각된다. 압연시시작 온도는 약 900℃이다.
Test 4.
적 scale 형성에서 1차 scale의 효과를 검증하기 위해 초기 두께 scale은 slab상태에서 만들어지므로 30mm두께의 샘플을 1150~1300℃사이의 온도에서 20~120분 정도 가열시킨다. 이 때 공기비는 77.1%N2+14.3%H2O+8.6%CO2이다. 가열로로부터 꺼낸 후에, 샘플들은 Edger를 지나고 1차 Scale제거를 위해 Descaling 시킨다. 1pass 압연한 후 40초동안 공냉시켜서 2차 scale형성을 시키고 descaling하고 압연한 뒤 공기중에서 water spray로 냉각한다.
4. Results
Test 1.
① Scale의 두께는 공냉 시작 온도가 높을수록 증가한다.
하지만 고 Si강의 scale이 동일 온도에서는 저 Si강의 scale보다 더 얇다.
② 강종에 상관없이 공냉시간이 길수록 scale의 두께가 두꺼워지고 이는 적 Scale로 된다.
③ 강종에 상관없이 압연 전 Scale의 두께가 두꺼울수록 색도가 더 높아진다.(붉은 색으로 변한다)
④ 압연 온도가 900℃보다 낮은 경우 압연 전 scale의 두께는 20㎛ 이상으로 고정되고, 색도는 1보다 커지며 적 scale이 형성된다. 반대로 압연 온도가 1000℃일 때 scale 두께가 50㎛이더라도, 색도는 0.5미만이고 scale 색은 회색이다.
→ 압연 전 Scale의 두께와 압연 시작 온도는 적 Scale의 중요한 요소이다.
Test 2.
N2에서 냉각되었을 때 압연 전 scale 두께가 얇고 색도가 낮고 표면이 회색이다. 공냉되었을 때는 색도가 높고 압연 전 scale 두께가 두꺼워진다.
Test 3.
2차 Scale이 descaling에 의해 제거되지 않는다면, 적 scale은 확실히 생성된다. 고 Si 강이라고 하더라도 고압수에 의한 descaling이 2차 scale을 효과적으로 제거해준다.
Test 4.
① 1220℃에서 가열할 때 가장 두꺼운 scale이 형성되었고, 고 Si 강은 적scale 표면을 보여주었고, 저 Si강은 회색 표면을 보여주었다.
② Fig. 10을 보면 강종에 상관없이 1차 2차 descaling 후 차이가 거의 없으며 고 Si 강은 scale이 잔존하고 저 Si강은 scale이 거의 남아있지 않다.
③ 고 Si강이 1220℃에서 20분, 40분, 60분 가열된 후 descaling하고 압연되었을 때 결과는, 가열 시간이 짧을수록 코일의 표면이 적색이고 불규칙적이었다.
고 Si강에서 가열 온도가 1150℃인 경우에는 적 scale이 형성되지 않았으며, 1220℃인 경우에는 전체 표면에 형성되었고, 1300℃인 경우에는 표면에 부분적으로 형성되었다.
④ 가장 하이라이트 부분인데 1180~1200℃에서 적 scale이 가장 많이 생겼고 더 높은 가열 온도구간에서는 적 scale의 비율이 적어졌다.(여기서 드는 의문, 저 Si강은 같은 양상을 보이지 않는가? 분명 결과가 있을법도한데 첨부되어있지는 않다.)
Discussion
실험 결과를 통해 도출된 적 scale형성의 두가지 특징은 아래와 같다.
① 적 Scale 형성은 Si 성분과 관계없이 열간압연 전 scale의 두께, 압연 온도, 냉각 시 산화에 영향을 받는다.
② 고 Si강의 경우 가열로 안에서 생성된 두꺼운 1차 Scale은 고압수 descaler에 의해서 완전히 제거되지 않는다. 적 scale로 덮여있는 표면은 slab 가열 온도와 시간에 영향을 받는다.
Relation between the Scale Powder and the Red Scale
Hematite powder grain size는 2㎛보다 작다. scale powder의 무게가 클수록 색도가 증가했다(적sclae이 되었다), 즉 분진이 적을수록 적 scale이 덜 생성된다는 이야기같다.
Effect of Rollng Temperature
scale층의 두께는 30㎛정도이고 압연 온도를 750~1000℃로 했을 때, 750℃에서 압연했을 때 scale이 분진으로 부서졌고, 1000℃에서는 분진이 관찰되지 않았다.온도가 증가함에 따라 scale 분진의 비율이 감소했다.
Formation of Red Scale on High Si Steel
여기서 가장 핵심 내용은 가열 온도가 1260℃ 위로 올라가면 적 scale 비율이 감소한다는 것이다. 적 Scale의 freeform patterns는 Fayalite의 녹는점(1173℃)보다 높은 온도에서 descaling함으로써 제거되는 것으로 생각된다.
Measures to Prevent from the Red Scale during Commercial Production Process
저 Si강에서처럼 압연 pass마다 꾸준한 descaling과 고온 사상압연은 적 scale을 예방하는 가장 중요한 요소이다. 고 Si 강에서 압연 후에 산와는 불가피하지만 slab 가열동안 생성된 두꺼운 scale을 완전히 descaling하는 게 더 중요하다. descaling능을 강화하는 것도 중요하고 descaling position과 온도도 고려되어야 한다. Fayalite의 완전한 제거를 위해 1173℃보다 높은 온도에서 강한 decaling을 하는것도 적 scale 한 예방 방법이다.
근데 이 방법을 사용하기가 참 어려운 이유는 1150℃에서 가열을 해야 1차 scale이 덜 생기고 압연을 1000℃ 근방에서 하기가 어렵다. 만약 Descaling만 초점을 둔다면 1280℃에서 가열을 한 뒤 1173℃에서 descaling을 해야 하는데, 그러면 온도가 그만큼 떨어지기가 쉽지가 않다.
Good Job!!!!
Thanks