KR100314851B1 - 열간압연시 선상결함이 적은 오스테나이트계 스테인레스 합금의연속주조방법 - Google Patents

열간압연시 선상결함이 적은 오스테나이트계 스테인레스 합금의연속주조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열간압연시 선상결함이 적은 오스테나이트계 스테인레스 합금의 연속주조방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 용강과 주조합금과의 온도차를 이용하여 주조속도를 적절히 제어함으로써, 오스테나이트계 스테인레스강의 열간압연시에 발생하는 선상결함이 방지되는 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조 방법을 제공하고자 하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 초정 δ-페라이트로 응고하고, 응고완료전 오스테나이트가 생성되는 오스테나이트계 스테인레스강을 연속주조하는 방법에 있어서, 주조속도(Vc)는 0.7∼1.2m/min 범위이고, 턴디쉬에서의 용강온도와 주조합금의 용융온도차이(△T)는 10∼60℃ 범위로 조업하면서, 상기 주조속도를 상기 범위를 만족하는 동시에 하기 식1에 의해 구해진 주조속도 이하로 유지하여 조업하는 것을 특징으로 하는 열간압연시 선상결함이 적은 오스테나이트계 스테인레스 합금의 연속주조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.
[수학식1]
Vc = 2.44(△T)-0.3

Description

열간압연시 선상결함이 적은 오스테나이트계 스테인레스 합금의 연속주조방법
본 발명은 초정 델타 페라이트(δ-ferrite)로 응고하는 오스테나이트계 스테인레스 합금을 열간압연시 코일 표면에 발생하는 선상결함을 방지할 수 있는 연속주조 방법에 관한 것이다.
오스테나이트계 스테인레스 합금은 Cr 및 Ni이 다량 함유된 고합금이기 때문에 열간압연시에 열간가공성이 저하되어 발생된 선상결함이 실수율을 크게 떨어뜨리는 등 제조를 불가능하게 하는 문제점을 야기시키고 있다. 이러한 선상결함을 방지하기 위해 열연과정에서 발생하는 크랙에 관해서는 종래부터 많은 검토가 이루어져서 현재는 성분과 압연조건의 적정화에 의해 제조가 불가능하게 되는 경우는 적어지고 있다.
이처럼 제조 가능여부를 결정짓는 선상결함은 열간압연 공정에서 거의 발견되지 않고, 산세후와 냉연공정에서 검출되는 선상결함이다. 이러한 선상결함은 발생장소가 열연판이고 표면품질이 중요한 스테인레스강에 있어서 치명적인 결함이 되기 때문에 재산세와 그라인딩(grinding) 같은 정정공정을 통해 선상결함을 제거하는 추가 공정이 필요하고, 경우에 따라서는 표면품질 관리측면에서 제품이 되지않는 경우가 있기 때문에, 후판, 박판의 제조공정에서 가격상승의 요인이 되고 있다. 이같은 선상결함을 방지하기 위해 연속주조 공정에서부터 열연 및 소둔공정에 이르기까지 여러 가지 검토가 이루어져 왔다. 특히 선상결함은 열연공정에서 미세한 크랙을 방지하는 관점에서 δ-페라이트(계산) = 3(Cr+Mo+1.5Si-0.5Nb) - 2.8(Ni+0.5Mn+0.5Cu) - 8.4(C+N) - 19.8의 관계식으로부터 결정되는 δ-페라이트 함량을 4% 이하가 되도록 강 조성을 조절하는 것으로 열간가공성을 확보하였다. 한편 주편 표층부의 조직개선의 관점에서 일본의 특공평 2-9651호 공보에서는 오스테나이트계 스테인레스강의 Si 함유량을 규제한 슬라브를 가열로 투입전에 숏 블라스트(shot blast)를 행하는 것으로 표층에 가공층을 만들어서, 가열시에 재결정시킨 슬라브 표층부의 결정립을 미세화시켜서 크랙을 방지하는 기술을 제시하고 있다. 또한 가열시에 스케일에 관점을 둔 것으로는 특공평 4-48865호 공보에서는 sol.Al을 규제하여 슬라브 가열시의 산소농도를 0.5∼5%로 규제하여 선상결함을 방지하는 기술을 제안하고 있다. 그러나 상술한 방법은 추가공정이 요구되기 때문에 공정상의 부하를 증가시키고, 또한 성분이 일정한 경우에도 연속주조시 주편에 존재하는 δ-페라이트 함량은 다르게 나타나기 때문에 위의 방법으로는 선상결함을 완전히 제거하기는 곤란한 실정이다.
이에, 본 발명자들은 선상결함을 보다 손쉽게 제거하기 위해 연구와 실험을 거듭하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제공하게 된 것으로, 본 발명은 용강과 주조합금과의 온도차를 이용하여 주조속도를 적절히 제어함으로써, 오스테나이트계 스테인레스강의 열간압연시에 발생하는 선상결함이 방지되는 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
도 1은 열연 선상결함과 주조온도 및 주조속도의 관계를 보이는 그래프
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 초정 δ-페라이트로 응고하고, 응고완료전 오스테나이트가 생성되는 오스테나이트계 스테인레스강을 연속주조하는 방법에 있어서, 주조속도(Vc)는 0.7∼1.2m/min 범위이고, 턴디쉬에서의 용강온도와 주조합금의 용융온도차이(△T)는 10∼60℃ 범위로 조업하면서, 상기 주조속도를 상기 범위를 만족하는 동시에 하기 식(1)에 의해 구해진 주조속도 이하로 유지하여 조업하는 것을 특징으로 하는 열간압연시 선상결함이 적은 오스테나이트계 스테인레스 합금의 연속주조방법에 관한 것이다.
Vc = 2.44(△T)-0.3
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 초정 δ-페라이트로 응고하고, 응고완료전 오스테나이트가 생성되는 스테인레스강을 연속주조로 제조하는 경우 연주주편을 열간압연시 코일 선상결함의 발생위치와 주편조직의 상관성을 조사하여 슬라브의 표층부 조직을 연속주조시 제어하는 것이다. 초정 δ-페라이트로 응고하고, 응고완료전 오스테나이트가 생성되는 오스테나이트계 스테인레스강은 [Cr/Ni]eq.가 1.5∼1.9에 속하는 범위이며, [Cr/Ni]eq. 는 다음의 해머 앤드 스벤슨(Hammar and Svensson) 관계식인 하기 식(2),(3)으로 부터 구해진다.
[Cr]eq. = Cr + 1.37Mo + 1.5Si + 2Nb + 3Ti,
[Ni]eq. = Ni + 0.31Mn + 22C + 14.2N + 1Cu.
열간압연시 코일 표면에 발생하는 선상결함을 야금학적으로 살펴보면, 열간압연시의 선상결함은 δ/γ(델타 페라이트/오스테나이트) 계면에서 발생하는 경우와 γ입계에서 발생하는 경우의 2종류가 있다. δ/γ 계면에서 발생하는 경우는 δ-페라이트가 열간 압연공정에서 상당량 잔존한 경우 열간압연시 δ-페라이트와 γ상의 연신율이 틀리기 때문에 δ/γ 계면에서 열간가공성이 저하되어 크랙이 발생하는 경우이고, 크랙을 방지하기 위해서는 δ-페라이트를 슬라브 상태부터 적게 제어하는 것이 요구된다. 한편 δ-페라이트는 직접적으로 열간가공성에 관련이 있지만 가열시 δ-페라이트가 재결정의 핵생성 위치(site)로 작용하기 때문에 γ립의 성장 및 조대화에도 영향을 미쳐서 γ립의 불규칙 성장을 만드는 원인이 되어 γ입계에서 크랙이 발생하는 경우가 있다. 즉 연속주조 슬라브 표층부에 분포하는 δ-페라이트 함량이 2% 이하로 존재하면 슬라브 표면에 면세로 크랙 및 적열취성을 유발되고, 또한 열간압연시 δ-페라이트가 완전히 소멸되어 γ립 재결정이 지연되기 때문에 γ립이 불규칙하게 성장되어 열간압연시 선상결함을 야기시킨다. 한편, 연속주조 슬라브 표층부의 δ-페라이트 함량이 6% 이상 분포하면 열간압연조건에서 δ-페라이트는 상당부분 잔존하게 되어 열간압연시 δ/γ 계면에서 선상결함이 발생된다.
상술한 바와 같이 열간압연시 크랙을 유발시키는 연주주편의 δ-페라이트는 응고시 초정으로 생성된 δ-페라이트가 냉각과정에서 완전히 소멸되지 못하고 잔존한 것이다. 응고시 생성되는 δ-페라이트의 크기(λ)는 일반적으로 다음과 같이 표현되는 냉각속도(R)의 관계식인 하기 식(4)로부터 결정되기 때문에 냉각속도를 제어하면 δ-페라이트의 함량 및 크기는 조절할 수 있다고 판단된다.
λ = 63.1(R) - 0.347
여기서 냉각속도(R)은 응고속도와 온도구배의 곱으로 이루어지기 때문에 본 발명은 연속주조시 주조속도와 주조온도가 δ-페라이트가 큰 영향을 미친다고 판단하였다. 이러한 사실을 확인하기 위해 다음과 같은 실험을 하였다.
즉, 스테인레스강을 대상으로 주조속도(Vc)가 0.7(m/min)에서 1.2(m/min) 범위에 있어서, 각종의 주조온도(△T)로 주편을 제조하였고, 통상의 열연 가열조건 및 압연조건으로 압연, 권취한 후 산세하여 코일의 표면결함을 조사하여 선상결함의 발생상황을 평가하였다. 도 1은 이러한 것을 정리하여 나타낸 것이다. 도 1에서 X는 선상결함 발생이 심한 경우이고, △는 선상결함이 미세하게 발행한 경우이며, ○는 선상결함이 발생하지 않은 경우를 의미한다.
이와 같은 조사를 여러번 실시하였다. 이 조사에서 선상결함이 미세하게 발생하는 △표시를 따라 표시한 실선은 Vc = 2.44(△T)-0.3으로 표시될 수 있다는 것을 알 수 있었다. 즉 연속주조시 주조온도가 높은 경우 주조속도를 감소시키면 열간압연시 선상결함이 발생하기 어렵게 되고, 한편, 주조온도가 낮은 경우 주조속도를 증가시키면 열간압연시 선상결함이 발생하게 어렵게 된다. 따라서 연속주조시 주조온도를 △T로 한 경우 Vc = 2.44(△T)-0.3으로부터 구해진 Vc 값 이하로 주조속도를 조절하면 열간압연중에 선상결함이 발생하지 않는다는 것을 파악하였다.
이때, 주소속도와 주조온도의 관계식과 함께 오스테나이트계 스테인레스강 연속주조시 주조속도 및 주소온도의 설정한계가 요구되는데 이에 대해 서술하면 다음과 같다.
즉, 상기 주소속도가 0.7m/min 미만으로 되면 생산량이 떨어질 뿐만 아니라 주편이 과냉되어 주조중 주편이 휘는 현상이 발생되고, 주조속도가 1.2m/min을 초과하면 주조중 주편의 열전달이 늦어져 주편 응고 셀(shell)의 강도가 저하되어 주편 벌징(bulging) 되는 현상이 발생되기 때문에 조업 및 품질의 악화를 초래하게 된다. 그리고 통상의 주조속도는 본 발명에 있어서 Vc = 2.44(△T)-0.3의 관계식으로부터 결정되며, 이때 턴디쉬에서의 용강온도와 주조합금의 용융온도의 차이인 △T(℃)는 하한이 10℃이고, 상한은 60℃가 된다. △T에 있어서 상한 60℃를 초과하게 되면 응고중 응고속도가 느리게 되어 앞에서 서술한 냉각속도와 초정 δ-페라이트 관계식인 상기 식(4)로부터 초정 δ-페라이트는 크게 되므로 연속주편에 잔존하는 δ-페라이트는 높게 되어 열간압연시 선상결함이 야기되기 쉽다. 그리고, △T가 하한 10℃ 미만으로 되면 상기식(4)로부터 연주주편에 잔존하는 δ-페라이트는 낮게 되어 선상결함을 야기시킬 뿐만 아니라 연속주조과정에서 몰드 파우더의 윤활능이 떨어지기 때문에 연속주조 주편에 개재물성 결함을 야기시킨다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
실시예
[Cr/Ni]eq.가 1.5∼1.9 구간에 속하는 하기 표1과 같은 조성의 304 스테인레스강을 대상으로 하기 표2와 같은 주조조건으로 연속주조로 주편을 제조하였고, 통상의 열연 가열조건 및 압연조건으로 압연, 권취한 후 산세하여 코일이 표면결함을 조사하여 선사결함의 발생상황을 평가하였다. 그 평가결과는 하기 표2에 나타내었다.
Cr Ni Si Mn P S Mo Ti C N O [Cr/Ni]eq.
함량(wt%) 18.38 8.53 0.54 1.06 0.023 0.003 0.14 0.014 0.041 0.034 0.005 1.89
주조온도(△T, ℃) 주조속도(m/min) δ-페라이트 주편표면품질상황 열연코일선상결함발생상황
발명예 A 10 1.22 2.8 양호 양호
B 60 0.71 5.4 양호 양호
C 30 0.88 4.3 양호 양호
비교예 D 7 1.36 1.5 불량 불량
E 13 1.15 4.3 불량 양호
F 63 0.71 7.5 양호 불량
G 65 0.75 8.4 불량 불량
상기 표2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 발명예(A∼C)는 연속주조 주편 및 열연코일 표면에 벌징, 개재물성 개재물 및 선상결함이 발생하지 않은 양호한 제품을 얻을 수 있었다.
그러나 비교예(D)는 주조온도가 본 발명의 조건을 벗어난 것으로 연주주편에 몰드 파우더가 혼입된 개재물성 결함이 다발하여 주편의 실수율을 저하시켰고, 또한 연주주편의 결함을 그라인딩으로 제거하는 공정이 필요하므로 제품생산시 공정부하가 걸리게 되었다. 그리고 δ-페라이트 함량도 1.5% 로 낮게 존재되어 열연 코일상에 선상결함이 발생되었다.
또한 비교예(E)는 주조온도가 본 발명의 범위에 속하지만 본 발명에서 제시한 주조속도의 범위를 초과한 경우이다. 상기 표2에서 보이는 바처럼 δ-페라이트 함량은 4.3%로 존재하게 되어 열연 코일상에 선상결함이 발생되지 않고 양호하였지만, 연속주조시 주편 빌징이 발생되었으며, 또한 탕면 헌팅(hunting) 등의 조업 불안정이 발생되었다.
그리고, 비교예(F)는 주조온도가 본 발명보다 높은 경우로 주편품질은 비교적 양호하였으나 δ-페라이트 함량이 7.5%로 존재하여 열연코일상에 선상결함이 발생되었다.
그리고, 비교예(G)는 주조온도와 주조속도 모두가 본 발명의 기준치 보다 벗어나서 연속주조 주편 및 열연코일에 결함을 야기시키는 문제점을 안고 있다.
이상의 결과를 통해 본 발명예는 적절한 δ-페라이트 함량을 확보할 뿐만 아니라 우수한 연속주조 주편품질을 얻을 수 있어 안정적인 연속주조조업이 가능하다는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 오스테나이트계 스테인레스강을 연속주조함에 있어, 그 주조속도의 상한치를 턴디쉬에서의 용강온도와 주조합금의 용융온도의 차이를 이용하여 설정함으로써, 열간압연시 선상결함이 적은 주편을 얻을 수 있는 효과가 제공된다.

Claims (1)

  1. 초정 δ-페라이트로 응고하고, 응고완료전 오스테나이트가 생성되는 오스테나이트계 스테인레스강을 연속주조하는 방법에 있어서,
    주조속도(Vc)는 0.7∼1.2m/min 범위이고, 턴디쉬에서의 용강온도와 주조합금의 용융온도차이(△T)는 10∼60℃ 범위로 조업하면서; 상기 주조속도를 상기 범위를 만족하는 동시에 하기 식1에 의해 구해진 주조속도 이하로 유지하여 조업하는 것을 특징으로 하는 열간압연시 선상결함이 적은 오스테나이트계 스테인레스 합금의 연속주조방법
    [수학식1]
    Vc = 2.44(△T)-0.3
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