KR100276342B1 - 내부품질이 우수한 특수용접용 브룸주편의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CO₂용접, MIG용접, 및 MAG용접 등의 특수용접와이어에 사용되는 브룸주편(bloom)의 연속주조방법에 관한 것이며, 그 목적은 내부품질이 우수한 특수용접용 브룸주편의 연속주조방법을 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 중량%로, C:0.026-0.074%, Si:0.7-0.9%, Mn:1.4-1.6%, P:0.020%이하, S:0.020%이하, Ti:1.6-2.1%, Ni:0.007%이하, 및 잔부 는 Fe와 기타 불가피한 불순원소로 조성되는 특수용접봉용 용강을, 턴디쉬의 과열도가 20-25℃의 온도범위를 유지하도록 하여 수강하고, 수강된 용강을 연주몰드에 주입하고, 주조된 주편을 2차냉각시의 비수량은 0.16-0.18ℓ/Kg의 범위로 하고, 그리고 주편의 압하는 주편의 감면을 2-2.5mm 범위로 하는 한편 전체 연속주조속도를 0.65-0.75m/분 의 범위로 행하는 내부품질이 우수한 특수용접용 브룸주편의 연속주조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

내부품질이 우수한 특수용접용 브룸주편의 연속주조방법

본 발명은 CO₂용접, MIG용접, 및 MAG용접 등의 특수용접와이어에 사용되는 브룸주편(bloom)의 연속주조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내부품질이 우수한 특수용접용 브룸주편의 연속주조방법에 관한 것이다.

최근 용접생산성 및 품질향상을 위하여 자등화의 요구가 급증함에 따라 GMA용접적용율, 용접재료의 품질안정화 및 고능률화의 요구가 급증하고 있다.

GMA용접이란 전극으로서 고체와이어를 소모전극으로 사용하고 대기로부터 용접부를 보호하기 위하여 차폐가스를 사용하는 용접법을 말한다. 차폐가스의 종류에 따라 CO₂가스를 사용하는 용접, Ar가스를 사용하는 MIG용접, Ar가스와 CO₂가스의 혼합가스를 사용하는 MGA용접 등으로 세분되고 있으며, 최근에는 고능률화를 위하여 3가지 종류의 가스를 혼합하여 최대 500-600A 에서도 우수한 용접작업성을 얻을 수 있는 용접기술이 개발되고 있다.

상기 CO₂용접은 다른 용접에 비하여 저렴한 가스를 사용하게 됨에 따라 경제적인 측면에서 큰 이점이 있음은 물론 용접작업이 간편하여 현재 가장 많이 사용되는 용접법 중의 하나이다·이같은 장점에 반하여 CO₂용접은 아크가 불안전하여 용접시 스패터(spatter) 발생이 현저하다는 단점이 있는네, 이러한 현상은 주로 브룸주편(bloom)의 내부품질과 관계가 있다. 즉, 종래 CO₂용접와이어는 용접 아크나 용적이행의 안정화, 용착금속의 특성개선을 위해 선재 제조시 Ti, Ca, Al 등 미량의 원소를 첨가하였는데, 이러한 조성의 강을 통상의 방법으로 연속주조하는 경우 제조되는 브룸주편내부에는 많은 결함이 생겨 용접시 아크가 불안정하고 스패터가 발생되는 경우가 많다. 표1에는 CO₂용접와이어 선재의 대표적인 조성을 나타내었다.

[표 1]

보통 용접와이어중의 C 함량이 증가하면 단락수(shot circuit)가 증가하는 경향을 보이는데, 특히 탄소함량이 0.1%이상인 경우 용접시 스패터발생량과 단락수가 현저하게 증가한다. 구체적으로 발생한 입도구성을 보면 탄소함량의 증가에 따라 세립의 스패터는 증가되고, 조립의 스패터는 감소하게 된다.

또한, Mn, Si량이 증가하면 용접스패터는 감소하고, 반대로 Mn, Si량의 감소에 따라 스패터량이 증가하는 경향을 보인다. Mn에 비해 Si의 경우가 스패터를 감소시키는 효과가 크지만 고Mn, Si은 냉각취성이 강하여 크랙과 중심부의 기공에 불리한 원소로 작용하게 된다.

한편, 이와 같이 조성된 용접용 선재의 제조시 종래에는 제1도와 같은 브룸연주설비를 이용하여 실시하였는데, 이때 주조조건들은 상기 성분에 따른 영향을 전혀 고려치 않았었다. 즉, 종래에는 제1도와 같이, 승온, 성분의 미세조정 및 버블링(bubbling)을 실시하고 탈가스 설비에 이송하여 탈수소처리후 최종적으로 성분을 상기표1과 같이 미세조정한 래들퍼니스(ladle furnace)(1)의 용강을, 플라즈마히터(plasnla heater)(7)에 의해 과열도(주조온도-이론온도)가 30℃이상 되도록 항온유지하여 턴디쉬(2)에 수강하고, 수강된 턴디쉬(2)의 용강을 주형(3)에 주입한 다음, 주형으로부터 약 0.85m/분의 주조속도로 주조하였다. 그리고 종래에는 주조된 브룸주편(4)을 2차냉각대(5)에서 비수량을 강하게 실시(약 0.26ℓ/Kg정도)하고, 경압하기(6)에서는 전혀 압하를 하지 않았다. 상기 조건에 따라 용접용 선재의 연주조업을 한 결과 주편의 내부에는 기공과 함께 크랙이 크게 발생되어 제2도와 같이 주편의 내부품질이 극히 불량하였다.

따라서, 본 발명은 용접용 브룸주편의 연속주조시 연주조건을 적절히 제어하므로써, 내부에 기공과 크랙발생이 없는 용접용 브룸주편의 연주방법을 제공함에 그 목적이 있다.

제1도는 일반적인 브룸(bloom)연속주조설비의 개략구성도.

제2도는 종래방법에 의해 주조된 브룸주편의 내부결함을 보이는 사진.

제3도는 본 발명방법에 의해 주조된 브룸주편의 내부결함을 보이는 사진.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 중량%로, C:0.026-0.074%, Si:0.7-0.9%, Mn:1.4-1.6%, P:0.020%이하, S:0.020%이하, Ti:1.6-2.1%, Ni:0.007%이하, 및 잔부는 Fe와 기타 불가피한 불순원소로 조성되는 특수용접봉용 용강을 턴디쉬에 수강하고, 수강된 용강을 연주몰드에 주입하여 주조된 주편을 냉각 및 경압하하면서 용접용 브룸주편을 언속주조하는 방법에 있어서, 상기 턴디쉬의 과열도는 20-25℃의 온도범위를 유지하도록 하며, 주편의 2차냉각시의 비수량은 0.16-0.18ℓ/Kg 의 범위로 하고, 그리고 주편의 압하는 주편의 감면을 2-2.5mm 범위로 하는 한편 전체 연속주조속도를 0.65-0.75m/분 의 범위로 행함을 특징으로 하는 내부품질이 우수한 특수용접용 브룸주편의 연속주조방법에 관한것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에 부합되는 용접봉용 선재로는 C:0.026-0.074중량%(이하, 단지 '%'), Si:0.7-0.9%, Mn:1.4-1.6%, P:0.020%이하, S:0.020%이하, Ti:1.6-2.1%, Ni:0.007%이하, 및 잔부는 Fe와 기타 불가피한 불순원소로 조성되는 특수용접봉용선재가 적합하다.

상기한 조성을 갖는 용접봉용 용강을 이용한 본 발명의 연주조건을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 턴디쉬에 수강할 때의 턴디쉬 과열도가 크면 주조시 주상정 조직이 잘 발달하여 응고브리지(solidification bridge)가 발생하고 중심부 기공이 대형화하는 문제가 있기 때문에 가능한 한 턴디쉬 과열도는 20-25℃ 범위로 하향화함이 바람직하다. 즉, 상기 과열도가 20℃미만이면, 연속주조작업에 장시간이 소요되므로, 주조완료 시점에는 온도하락으로 인한 용강의 응고로 작업이 곤란한 문제가 있다. 반면, 25℃를 초과하면, 주상정 조직이 빨리 성장하여 등측정율이 급격히 감소하므로 중심부에 편석 및 기공이 커져 압연후 신선시 단선을 유발할 수 있다.

이러한 턴디쉬의 과열도는 턴디쉬 상부에 설치된 플라즈마히터에 의해 조정가능하다.

또한, 2차냉각대에서의 냉각은 가능한 한 약랭으로 실시하여 응고셀(solidification shell)이 철정압을 효과적으로 견딜 수 있도록 온도를 낮춰주며 냉각하는 것이 주편 중심부의 인장응력 방지에 유리하다. 이를 위해 본 발명에서는 2차냉각시 균열발생을 억제하도록 2차냉각시 비수량을 0.16-0.18ℓ/Kg의 범위로 함이 바람직하다. 상기 2차냉각 비수량이 0.16ℓ/Kg미만이면, 응고셀이 철정압을 견딜수가 없어 벌징(Bulging)에 의한 표면크랙이 발생하며, 심지어는 미응고에 의한 주편터짐현상을 유발하여 더이상 작업을 할 수 없게 한다. 반면에, 0.18ℓ/Kg을 초과하면, 냉각이 과도하여 언벤딩(Unbending)구간에서 인장 및 압측응력에 의해 코너크랙을 유발하게 된다.

또한, 본 발명에서는 일반적인 브룸주편의 연속주조와는 달리 응고되고 있는 브룸주편내의 응고수측량만큼을 2차냉각대(5)이후에 위치한 경압하기(6)에 의해 경압하여 보상해줌으로써 용강의 유동을 억제함에 특징이 있다. 이때 응고되는 브룸주편에 약 2-2.5mm정도 감면되도록 경압하함이 바람직한데, 그 이유는, 경압하시 주편의 감면이 2mm미만이면, 압하의 효과가 미약하여 내부품질의 확보가 곤란하기 때문이다. 그러나, 경압하시 내부품질과 중심편석은 정반대의 관계가 있으므로, 압하를 많이 하면 중심편석은 줄어들지만, 상기 주편의 감면이 2.5mm를 초과하면 과도한 압하로 인해 내부크랙이 발생하여 제품으로 사용할 수 없게되는 문제가 발생한다.

한편, 상기 경압하는 경압하기(6)의 첫번째, 두번째에 위치된 한쌍의 핀치롤(6a)(6b)보다 3번째 및 4번째에 위치된 두쌍의 핀치롤(6c)(6d)에서 각각 실시함이 보다 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다. 주편의 연속주조시 주조속도, 과열도, 2차 냉각조건이 모두 동일한 경우, 주편의 고상율은 경압하에 의해 결정되는데, 상기 고상율은 0.3-0.7의 범위가 가장 바람직하고, 이것을 만족하기 위해서는 3번쩨와 4번째 핀치롤에서 주편을 경압하하는 것이 가장 바람직한 것이다.

상기 경압하 후, 연속주조시 주조속도는 0.65-0.75m/분의 범위로 하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 연속주조속도의 하한을 설정한 이유는, 과열도를 20∼25℃로 유지하면서 작엽할 수 있는 한계 주속이 0.65m/min이기 때문이다. 즉, 주조속도가 0.65m/min 미만이면, 주조시간이 길어져 용강온도의 하락으로 인해 노즐이 막히고 주조가 불가능 하게되는 문제가 발생하여, 생산성을 저하시킨다. 반면에, 상기 연속주조속도가 0.75m/min보다 빠르면 용강의 풀(Pool)이 깊어져 벌징(Bulging) 형성이 용이하고 대형 수축공이 생기며 중심부에 편석 및 파이프(Pipe)가 발생되는 문제가 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명한다.

[실시예]

탄소함량이 0.05중량%로 취련된 용강을 래들퍼니스에서 노외정련 및 탈가스처리를 완료한 다음, 제1도와 같은 브룸연주설비에서 하기표2와 같은 조건으로 연속주조하여 브룸주편을 얻었다.

[표 2]

상기 표2에서와 같이, 종래방법에 따라 주조된 브룸의 경우 주편내의 크랙 및 중심부의 기공율이 70-85% 정도로 심하게 발생되어 전량 스크랩처리할 수 밖에 없으며, 또한 본 발명의 조건범위를 벗어나는 비교예(1)(2)의 경우에도 역시 주편내의 결함발생율이 매우 큼을 알 수 있었다.

반면, 본 발명의 조건에 따라 주조된 경우 주편내의 군열 및 기공율이 10%이하이거나 전혀 없음을 알 수 있는데, 이러한 사실은 본 발명의 조건이 용접봉용 브룸주편의 연주시 최적조건임을 나타내고 있다.

한편, 본 발명에 따라 주조된 브룸주편의 내부품질수준은 제3도와 같이 종래보다도 훨씬 개선되어 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 용접봉용 선재 제조시 종래의 연속주조조건과는 달리 응고에 따른 내부결함을 최소학하도록 연주조건을 적절히 제어함으로써, 브룸주편내의 크랙 및 기공이 현저히 감소되어 용접봉와이어 선재의 생산성은 물론 품질이 횔씬 향상되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. (정정) 중량%로, C:0.026-0.074%, Si:0.7-0.9%, Mn:1.4-1.6%, P:0.020%이하, S:0.020%이하, Ti:1.6-2.1%, Ni:0.007%이하, 및 잔부는 Fe와 기타 불가피한 불순원소로 조성되는 용접봉용 용강을 턴디쉬에 수강하고, 수강된 용강을 연주몰드에 주입하여 주조된 주편을 냉각 및 경압하하면서 용접용 선재주편을 연속주조하는 방법에 있어서, 상기 턴디쉬의 과열도는 20-25℃ 의 온도범위를 유지하도록 하며, 주편의 2차냉각시의 비수량은 0.16-0.18ℓ/Kg의 범위로 하고, 그리고 주편의 경압하는 주편의 감면을 2-2.5mm 범위로 하는 한편 전체 연속주조속도를 0.65-0.75m/분 의 범위로 행함을 특징으로 하는 내부품질이 우수한 특수용접용 브룸주편의 연속주조방법
2. (정정) 제1항에 있어서, 상기 주편의 경압하는 상기 2차냉각대이후에 위치된 두쌍의 핀치롤(pinch roll)(6c),(6d)에서 각각 2-2.5mm 범위만큼 이루어짐을 특징으로 하는 방법