냉연 강판

냉연 강판의 제조 공정은 열연 강판을 원료로 시작한다. 먼저 제철소에서 생산된 슬래브를 고온으로 가열한 후, 일련의 열간 압연 공정을 거쳐 두께를 수 mm 수준으로 압연하여 열연 코일을 만든다. 이 열연 코일은 냉연 강판의 기본 소재가 된다.

열연 공정에서 생산된 열연 코일은 표면에 스케일이라 불리는 산화막이 형성되어 있고, 표면 거칠기와 치수 정밀도가 냉연 강판에 비해 상대적으로 낮다. 따라서 냉연 공정에 투입되기 전에 이 스케일을 제거하는 산세 공정이 필수적으로 선행된다.

산세 공정은 열연 강판의 표면에 존재하는 산화 피막을 화학적으로 제거하는 과정이다. 이 공정은 열연 코일이 냉간 압연 공정으로 들어가기 전에 반드시 거치는 필수 전처리 단계이다.

열간 압연 과정에서 고온의 강판 표면은 공기 중의 산소와 반응하여 두꺼운 산화 피막(스케일)을 형성한다. 이 피막은 매우 단단하고 거칠어서, 이를 제거하지 않고 냉간 압연을 할 경우 압연 롤의 표면을 손상시키고 최종 제품의 표면 품질을 크게 저하시킨다. 따라서 산세 공정은 염산이나 황산과 같은 산성 용액에 열연 코일을 통과시켜 화학 반응을 통해 산화 피막을 용해·제거한다. 이를 통해 강판은 깨끗한 금속 표면을 노출시키며, 이후의 냉간 압연 공정에서 우수한 표면 질감과 치수 정밀도를 확보할 수 있는 기반이 마련된다.

산세 처리 후에는 잔류 산을 중화하고 표면을 세척하는 수세 공정을 거친다. 이후에는 표면의 물기를 제거하는 건조 공정을 통해 강판 표면의 녹 발생을 방지한다. 이렇게 처리된 코일은 표면이 균일하고 매끄러워져, 냉간 압연 공정에서 고품질의 냉연 강판을 생산하는 데 필수적인 조건을 갖추게 된다.

냉간 압연 공정은 열연 강판으로 생산된 코일을 상온 상태에서 압연하여 최종 두께와 표면 품질을 확정하는 핵심 단계이다. 이 공정은 열연 공정에서 생산된 두꺼운 열연 코일을 원료로 사용하며, 별도의 가열 없이 롤러 사이를 반복적으로 통과시켜 강판을 얇게 압연한다. 이 과정에서 강판은 소성 변형을 겪으며 두께가 감소하고, 표면은 매우 매끄럽고 광택이 나는 상태로 가공된다. 또한, 치수 정밀도가 크게 향상되어 두께와 폭의 편차가 매우 작아진다.

냉간 압연 중 강판은 상온에서 심한 소성 변형을 받기 때문에 가공 경화 현상이 두드러지게 나타난다. 이로 인해 재료의 인장 강도와 경도는 증가하지만, 반대로 연신율과 같은 연성은 감소하게 된다. 따라서 냉연 강판의 기계적 성질은 최종 열처리 공정을 통해 조절해야 한다. 냉간 압연만으로는 필요한 성형성을 확보하기 어렵기 때문에, 후속 열처리 공정인 소둔을 통해 가공 경화를 제거하고 적절한 강도와 연성을 부여하는 것이 일반적이다.

이 공정은 표면 품질과 치수 정밀도에 직접적인 영향을 미친다. 압연기 내부의 백업 롤과 워크 롤의 표면 상태, 압연 유압의 정밀한 제어, 그리고 롤 그라인딩 기술은 최종 제품의 표면 거칠기와 광택을 결정하는 중요한 요소이다. 이러한 높은 수준의 표면 특성과 치수 정밀도는 자동차의 외판재나 가전제품의 외관 부품처럼 미려한 외관과 정밀한 조립이 요구되는 용도에 냉연 강판이 필수적으로 사용되는 주된 이유가 된다.

냉연 강판의 열처리 공정은 냉간 압연 후 강판의 기계적 성질을 최종적으로 조절하고 결정하는 핵심 단계이다. 냉간 압연 과정에서 발생한 가공 경화로 인해 강판은 경도는 높아졌지만 연성이 떨어져 추가 성형 가공이 어려운 상태가 된다. 따라서 목적에 맞는 적절한 연성과 강도를 부여하기 위해 다양한 열처리 방식을 적용한다.

주요 열처리 방식으로는 소둔이 가장 일반적으로 사용된다. 소둔은 강판을 재결정 온도 이상으로 가열한 후 일정 시간 유지시켜, 냉간 압연으로 변형된 결정립을 새로운 무변형 결정립으로 재성장시키는 공정이다. 이를 통해 가공 경화가 제거되고 연성이 크게 회복되어 후속 성형 가공이 용이해진다. 소둔 방식에는 상자 소둔과 연속 소둔이 있으며, 대량 생산 체제에서는 처리 속도가 빠른 연속 소둔이 주로 사용된다.

열처리 후 강판의 표면에는 산화 피막이 형성되는데, 이는 후공정이나 최종 사용에 방해가 될 수 있다. 따라서 소둔된 강판은 대부분 산세 공정을 거쳐 표면의 산화 피막을 화학적으로 제거하고, 필요에 따라 인산염 피막 처리나 크로메이트 처리와 같은 표면 처리를 추가로 진행하여 내식성과 도장성을 향상시킨다. 이렇게 열처리와 표면 처리를 완료한 강판은 최종 사용 목적에 맞는 기계적 성질과 우수한 표면 품질을 갖추게 된다.

냉연 강판의 제조 공정에서 표면 처리 및 정정 공정은 제품의 최종 품질을 결정짓는 중요한 단계이다. 냉간 압연 후의 강판은 가공 경화로 인해 경도가 높고 내부 응력이 존재하여 추가적인 성형 가공이 어려울 수 있다. 따라서 사용 목적에 맞는 기계적 성질과 평탄도를 확보하기 위해 열처리와 정정 작업이 필수적으로 수행된다.

주요 열처리 공정으로는 소둔이 있다. 소둔은 강판을 재결정 온도 이상으로 가열한 후 적절히 냉각하여 가공 경화를 제거하고 연성을 회복시키는 과정이다. 이 공정을 통해 강판은 성형 가공에 적합한 연성과 인성을 부여받는다. 소둔 방식에는 상자 소둔과 연속 소둔이 있으며, 특히 연속 소둔 라인은 생산성과 품질 균일성 측면에서 널리 사용된다.

열처리 후 강판은 표면 상태와 평탄도를 개선하기 위한 추가 가공을 거친다. 표면 조도를 높이고 균일한 광택을 부여하기 위해 연마 또는 약산 세정이 이루어질 수 있다. 또한, 롤러 사이를 통과시키는 피닝이나 텐션 레벨링과 같은 정정 공정을 통해 강판의 평탄도를 향상시키고 내부 잔류 응력을 제거한다. 이는 후속 프레스 성형 공정의 정밀도를 높이는 데 기여한다.

최종적으로, 특정 용도에 따라 도금이나 도장과 같은 표면 처리 공정이 추가될 수 있다. 예를 들어 자동차 차체용 강판은 아연 도금을 통해 부식 저항성을 높인다. 모든 공정이 완료된 냉연 강판 코일은 사용자의 요구사항에 따라 특정 폭과 길이로 절단되어 출하된다.

일반용 냉연 강판은 열간 압연된 열연 코일을 상온에서 추가로 압연하는 냉간 압연 공정을 거쳐 제조된다. 이 과정을 통해 최종 두께와 원하는 표면 상태를 확보하며, 추가적인 열처리 없이 사용되는 것이 특징이다. 가공 경화 현상으로 인해 열연 강판에 비해 인장 강도는 높아지지만 연신율은 다소 낮아진다.

주요 장점은 뛰어난 표면 품질과 치수 정밀도에 있다. 열연 강판에 비해 표면이 매우 매끄럽고 광택이 좋으며, 두께와 폭의 편차가 적어 정밀한 가공이 요구되는 부품 제작에 적합하다. 이러한 특성 덕분에 자동차의 외판 부품, 가전제품의 외장, 건축용 내외장 자재, 그리고 다양한 일반 기계 부품 등 폭넓은 분야에서 핵심 소재로 활용된다.

표면 상태에 따라 무광택, 반광택, 광택 등 다양한 등급으로 분류되며, 연강과 저탄소강이 주로 사용된다. 제품의 용도와 요구되는 강도, 성형성에 따라 압연 조건과 탄소 함량을 조절하여 다양한 사양을 생산할 수 있다.

자동차용 냉연 강판은 자동차 차체, 특히 도어, 후드, 트렁크 리드, 사이드 패널과 같은 외판 부품 제작에 주로 사용된다. 이 부품들은 자동차의 외관을 형성하고 공기역학적 성능에 영향을 미치므로, 높은 표면 품질과 치수 정밀도가 필수적이다. 냉연 강판은 열연 강판에 비해 표면이 매우 매끄럽고 광택이 좋으며, 두께와 형상의 정밀도가 뛰어나 도장 후 고품질의 마감을 구현할 수 있다.

이러한 강판은 일반적으로 인장 강도와 항복 강도가 높은 고강도 강종으로 제조된다. 자동차의 경량화와 충돌 안전성 향상 요구에 따라, 고장력강 및 초고장력강이 자동차용 냉연 강판의 주류를 이루고 있다. 이러한 고강도 강판을 사용하면 차체 두께를 줄여 무게를 감소시키면서도, 충돌 시 에너지 흡수 능력을 유지하거나 향상시킬 수 있다.

자동차용 냉연 강판은 용도와 요구 성능에 따라 다양한 등급으로 분류된다. 예를 들어, 깊은 드로잉 성형이 필요한 복잡한 형상의 패널에는 연성이 우수한 등급이 사용되고, 범퍼 빔이나 도어 임팩트 빔과 같은 충격을 받는 부위에는 매우 높은 인장 강도를 가진 등급이 적용된다. 또한, 방청 성능을 높이기 위해 아연 도금 처리가 된 도금 강판도 자동차 차체에 널리 사용된다.

전기용 강판은 변압기와 전동기의 철심 제작에 특화된 냉연 강판의 한 종류이다. 이 강판은 전기 저항을 높이고 히스테리시스 손실 및 와전류 손실과 같은 철손을 최소화하기 위해 특별히 설계된다. 이러한 낮은 전력 손실 특성은 전력 변압기와 고효율 모터의 핵심 소재로 사용되게 한다.

제조 과정에서 규소가 약 3% 정도 첨가되는 것이 특징이며, 이는 전기 저항률을 증가시키고 와전류 발생을 억제하는 데 기여한다. 또한 특수한 열처리 공정을 통해 결정 입자를 크게 성장시켜 자기 이방성을 제어하고, 원하는 자기 특성을 구현한다. 이러한 공정을 통해 생산된 방향성 전기 강판과 무방향성 전기 강판으로 크게 구분된다.

전기용 강판의 품질은 자기 유도 강도와 철손 값으로 평가되며, 에너지 효율 규제가 강화됨에 따라 그 중요성이 더욱 커지고 있다. 이는 전력망의 효율성 향상과 전기 자동차의 주행 거리 확보에 직접적으로 기여하는 핵심 소재이다.

도금 강판은 냉연 강판의 표면에 아연, 알루미늄, 주석 등의 금속을 도금하여 부식 저항성을 크게 향상시킨 제품이다. 냉연 강판 자체가 우수한 표면 품질과 치수 정밀도를 가지고 있지만, 대기 중의 습기나 화학 물질에 노출되면 녹이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 표면에 보호층을 형성하는 도금 공정이 적용되며, 이는 특히 자동차 차체나 가전제품 외판처럼 내구성과 미관이 모두 중요한 용도에서 필수적이다.

가장 대표적인 종류는 아연 도금 강판으로, 일반적으로 아연 도금 강판과 합금화 아연 도금 강판으로 구분된다. 아연 도금 강판은 냉연 강판을 용융 아연욕에 담가 도금층을 형성하는 방식이며, 합금화 아연 도금 강판은 도금 후 추가 열처리를 통해 강판 표면의 철과 아연이 합금층을 이루도록 한 제품이다. 이 외에도 알루미늄-아연 합금 도금 강판, 전기 아연 도금 강판, 주석 도금 강판 등 다양한 종류가 있으며, 각각의 도금 방법과 성분에 따라 내식성, 내열성, 도장성, 용접성 등이 달라진다.

도금 강판은 그 우수한 내식성 덕분에 자동차 산업에서 자동차 차체와 부품에 광범위하게 사용된다. 또한, 가전제품의 외관 부품, 건축 자재로서의 지붕이나 외벽 패널, 그리고 다양한 일반 기계 부품 제작에도 활용된다. 제품의 사용 환경과 요구되는 성능에 따라 적절한 도금 종류와 두께를 선택하여 적용함으로써 제품의 수명을 연장하고 유지 보수 비용을 절감하는 데 기여한다.