KR100285648B1 - 내열용 오스테나이트계 310에스 스테인레스강 슬라브의 가열방법 - Google Patents

내열용 오스테나이트계 310에스 스테인레스강 슬라브의 가열방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 310S강 열연코일의 표면 품질을 개선하고 실수율을 향상시킬 수 있는 내열용 오스테나이트계 310S 스테인레스강 슬라브의 가열 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 중량비로 C:0.08% 이하, Cr:24-26%, Ni:19-22%, Mn:2% 이하, Si:1.5% 이하, B:0.01% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 오스테나이트계 310S 테인레스강 슬라브를 열간압연하기 위하여 코크스 오븐가스(COG)와 용광로 가스 또는 이와 유사한 조성의 혼합가스를 연료로 사용하여 가열로에서 슬라브를 가열하여 방법에 있어서 가열로 분위기 중의 과잉산소량을 체적비 1.5% 이하의 범위로 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

내열용 오스테나이트계 310에스 스테인레스강 슬라브의 가열방법
본 발명은 내열용 오스테나이트계 스테인레스강인 310S강 슬라브를 열간압연하기 위하여 가열로에서 가열하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가열로 분위기 가스 조성비를 적절하게 조정하여 슬라브 표면에 형성되는 스케일 생성량을 최소화 시킴으로써 310S강 열연코일의 표면품질 개선 및 실수율을 향상시키는 가열로 조업 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 스테인레스 슬라브를 열간압연하기 위한 가열로 조업은 통상 1200℃ 이상의 고온에서 행하여지며 열원으로는 코크스가스(COG:Coke Oven Gas), 용광로가스(BFG:Blast Furnace Gas), 프로판가스(LPG) 및 액화천연가스(LNG) 등을 연소시킬 때 발생하는 열량을 이용한다. 그러나 이러한 가스들이 연소될 때 발생되는 이산화탄소, 수분 및 과잉산소는 슬라브 표면의 산화를 급속히 촉진시키는 역할을 한다.
통상적으로 산화량은 온도, 시간, 연소가스의 조성에 지배 받는다. 온도의 경우 가능한 낮은 온도로 가열하는 것이 바람직하나 열간압연성 확보를 위하여 약 1250℃ 전,후에서 가열하여야 하며, 가열시간은 짧을수록 좋으나 슬라브 내부가 숙열되어야 하므로 200mm 두께 슬라브의 경우 약 200분 전,후가 소요된다. 반면, 연소가스 조성은 공기:연료 비에 따라 변화하므로 열간압연성에 무관하에 산화량을 최소화 시키는 조건의 설정이 가능하다.
열간압연을 위한 오스테나이트계 스테인레스 슬라브의 가열로 조업방법에 관한 특허로는 대한민국 특허 제 93-18894가 있으며, Fe-Cr계 스테인레스 슬라브의 가열로 조업방법에 관한 특허로는 대한민국 특허 제 93-15397이 있다. 이들 특허에 의하면 오스테나이트계 스테인레스강의 대표강종인 18%Cr-8%Ni 강의 가열로 조업은 연소가스내 과잉산소를 높임으로써 기지금속에 형성되는 노들상의 국부산화 및 스케일 생성량을 최소화하여 표면품질을 개선할 수 있다고 보고된바 있으며, Fe-Cr계 스테인레스강의 대표강종인 12%Cr강 및 17%Cr강의 경우 연소가스내 과잉산소를 낮춤으로써 기지금속에 형성되는 핑거(finger)상의 산화물을 최소화하여 표면품질특개선할뿐만 아니라 스케일 생성량을 약 50% 감소시킴으로써 실수율 향상에 크게 기여한다고 보고된 바 있다.
310S 강은 25%Cr-20%Ni을 함유한 강으로 가열로내에서 기존에 보고된 강과는 또 다른 산화거동을 보여준다. 즉, 기 보고된 강들이 가열로 내에서 크롬피막 파괴에 의해 노들상이나 핑거상의 산화물을 형성하는 반면 310S 강은 높은 크롬 함량으로 인해 안정된 크롬피막을 형성하나 이로 인해 기지금속내에 Si 중심의 내부산화물을 형성한다.
본 발명의 목적은 스케일 생성량을 최소화함으로써 열연 표면품질을 개선하고 실수율을 향상시킬 수 있는 내열용 오스테나이트계 310S 스테인레스강 슬라브의 가열 방법을 제공하는데 있다.
제1도는 가열로 산화거동을 모사를 위한 슬라브 표층부의 승온곡선,
제2도는 연소가스 조성변화에 따른 310S 강의 가열로 산화거동을 보여주는 그래프,
제3도는 1250℃4.7%ExO2분위기에서 210분간 산화된 시편의 스케일 단면 EPMA 분석 결과를 보여주는 사진,
제4도는 연소가스내 과잉산소 변화에 따른 스케일 단면형상 변화를 보여주는 사진이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 중량비로 C:0.08% 이하, Cr:24-26%, Ni:19-22%, Mn:2% 이하, Si:1.5% 이하, B:0.01% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 오스테나이트계 310S스테인레스강 슬라브를 열간압연하기 위하여 코크스 오븐가스(COG)와 용광로 가스 또는 이와 유사한 조성의 혼합가스를 연료로 사용하여 가열로에서 슬라브를 가열하여 방법에 있어서 가열로 분위기 중의 과잉산소량을 체적비 1.5% 이하의 범위로 제어하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 310S 스테인레스강 슬라브 가열방법를 제공한다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에서 사용도니 310S 강의 화학조성은 다음(표 1)과 같다.
도 1은 가열로 산화거동을 모사하기 위한 슬라브 표층부의 승온곡선을 보여주고 있다. 가열로 장입 초기에는 약 600℃까지 급격한 승온을 보여주나 이후 약 5-7℃/min의 속도로 승온되어 표층부가 1250℃에 도달하는데 약 120분이 소요된다. 이후 슬라브 내부숙열을 위해 1250℃에서 약 90분간 유지하였다.
다음 표2는 공연비별 연소가스의 조성을 보여주고 있다. 본 발명에서는 연소가스내 과잉산소량을 연소가스 조성의 척도로 하였다. 여기에서, 과잉산소량(Excess Oxygen = Ex. O2) 이란 완전연소에 필요한 산소량에 부가하여 여분으로 공급하는 산소량을 말한다.
도 2는 1250℃의 가열로 내에서 연소가스 조성변화에 따른 310S강의 가열로 산화거동을 보여주고 있다. 좌측은 산화에 의한 시편의 무게증가량을 나타내며 우측은 가열로내 장입시간을 나타낸다. 도 2에서 보여지듯이 연소가스내 과잉산소량의 체적비가 0.8%에서 3.0%로 증가함에 따라 산화량은 약 1.35배로 급증하고 있다. 여기에서, [과잉산소량의 체적비=연소가스내 산소함량/총연소가스량]을 말하는 것으로, 그 값이 1.5% 이하로 제어됨으로써 산화량의 급증현상을 억제할 수 있게 된다.
이러한 현상은 통상적인 오스테나이트계 스테인레스가의 가열로 산화거동(특허 제 93-18894)과는 상반된 현상으로 이는 Cr 함량 차이에 기인한 것이다. 즉, Cr 함량이 적은 경우 연소 분위기내 산소의 활동도를 높여 크롬보호피막의 생성을 촉진하여 산화량을 줄여줄 수 있는 반면 Cr 함량이 많은 경우 크롬보호피막의 생성이 용이하므로 연소 분위기내 산소의 활동도를 낮추어 크롬보호피막의 두께를 최소화할 수 있다. 이 경우 스케일의 박리성 개선 및 산화량 최소화에 의한 실수율 향상과 기지금속내 내부산화물 생성 최소화에 의한 표면품질의 개선효과를 기대할 수 있다.
도3은 1250℃-4.7%Ex.O2분위기에서 산화된 시편의 스케일 단면의 EPMA 맵핑(mapping) 결과를 보여주고 있다. 가열로 산화후 시편 최 외층에 형성된 Fe-산화물은 냉각과정에서 모두 박리되어 사진에는 기지금속 표면에 치밀하게 형성된 산화피막의 형상만을 나타내었다. 사진에서 알 수 있듯이 기지금속 표면에 치밀하게 형성된 스케일은 표면에 Mn-산화물을 일부 함유하는 Cr-산화물이며, 기지금속 내부에 형성된 내부산화물은 Si-산화물을 주성분으로 하고 있음을 알 수 있다.
이러한 산화물들은 스테인레스 제조공정에서 제거하기 어려워 슬리버(sliver)와 같은 표면결함을 유발하는 것으로 알려져 있다. 특히 피막의 두께가 두꺼워 질수록, 내부산화물의 크기가 조대하거나 침투깊이가 깊을수록 제거가 용이하지 않다. 따라서 고합금 스테인레스강의 표면품질 개선을 위하여는 보호피막의 두께 및 내부산화물의 형성을 최소화할 수 있는 조업조건의 설정이 매우 중요하다.
도4는 연소가스내 과잉산소량 증가에 따른 스케일 단면형상 변화를 보여주고 있다. 도4를 참조하면, 과잉 산소 증가에 따라 크롬피막의 두께 및 기지금속내 형성되는 Si-산화물의 크기와 깊이가 현저히 증가하고 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 310S강 슬라브를 열간압연시 가열로 분위기내 과잉산소를 낮춤으로써 열연표면품질을 크게 개선할 뿐만 아니라 실수율의 향상을 가져올 수 있는 효과가 있다. 또한 과잉 산소를 낮춤으로써(공기 유입량 저감) 연료의 열효율 향상에도 크게 기여할 수 있다.

Claims (1)

  1. 중량비로 C:0.08% 이하, Cr:24-26%, Ni:19-22%, Mn:2% 이하, Si:1.5% 이하, B:0.01% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 오스테나이트계 310S 스테인레스강 슬라브를 열간압연하기 위하여 코크스 오븐가스(COG) 또는 용광로 가스를 연료로 사용하여 슬라브를 가열하는 방법에 있어서, 가열로 분위기 중 과잉산소량을 체적비를 1.5% 이하의 범위로 제어하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 310S 스테인레스강 슬라브 가열방법.
KR1019960056913A 1996-11-23 1996-11-23 내열용 오스테나이트계 310에스 스테인레스강 슬라브의 가열방법 KR100285648B1 (ko)

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