KR100362664B1 - 미니밀에 의한 일반구조용 열연강판의 제조방법8 - Google Patents
미니밀에 의한 일반구조용 열연강판의 제조방법8 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 건축, 기계, 선박, 교량 등의 일반 구조용에 사용되는 열연강판의 제조에 관한 것이며, 그 목적은 미니밀(mini-mill)에 의해 41Kg/㎟급 열연강판을 제조하는 방법을 제공함에 있다.
본 발명은 일반 구조용 열연강판을 미니밀공정을 통해 제조하는 방법에 있어서, 중량%로, C: 0.15~0.20%, Mn: 0.20~0.40%, Si: 0.025%이하, P: 0.02%이하, S: 0.015%이하, 산가용성 Al: 0.01~0.04%, N: 0.015%이하, 기타 고철로 부터 유입되는 난정련성 원소중 Cu: 0.20%이하, Sn: 0.15%이하, Ni: 0.40%이하로 조성되도록 전기로 용해하고, 용해된 용강을 두께 100mm이하의 박슬라브를 연속주조한 다음, 연속주조된 박슬라브를 Ar3의 영역에서 미니밀 열간 마무리압연한 후, 압연된 바(bar)를 680~600℃의 온도에서 열연권취함을 포함하여 구성되는, 미니밀에 의한 일반 구조용 열연강판의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.
Description
본 발명은 건축, 기계, 선박, 교량 등의 일반 구조용에 사용되는 열연강판의 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미니밀(mini-mill)에 의해 41Kg/㎟급 열연강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 주조부문의 기술개발동향은 용융금속으로부터 최종제품에 가까운 형상을 직접주조하므로써 가열, 압연 등과 같은 중간공정을 대폭 생략하여 에너지 및 설비투자비, 조업비 등 제조원가를 절감하는 추세에 있다. 현재 가장 활발하게 기술개발이 추진되고 있는 기술은 박슬라브주조(thin slab casting)와 스트립캐스팅(strip casting)이다. 그 가운데 박슬라브주조기술은 대부분 슬라브 주조공정에서 슬라브의 두께를 좀더 얇은 두께로 하므로써 기존의 일관압연과는 달리 압연부문의 부하를 감소시키는 방향으로 전개되고 있다. 즉, 상기 박슬라브주조기술은 최근에는 점차 주로 스크랩(scrap)을 철원으로 이용하는 전기로용해공정을 거쳐 박슬라브연속주조공정에 이어 최종적으로 열간 압연기로 압연하는 공정을 포함한 제조기술(이하, 단지 `미니밀공정'이라 함)로 개발되고 있다.
전로조업-연속주조-열간압연으로 이루어지는 기존의 공정은 슬라브 재가열로(reheating furnace)가 필요한 반면, 상기 미니밀공정은 연주기와 압연기를 연속화시켰기 때문에 단지 중간가열설비(induction heater) 및 보온균열설비(acceleration furnace)가 설치되어 있는 것이 보통이다. 따라서, 중간가열설비나 보열설비의 설치가 거의 불가능한 기존의 열연공정과는 달리, 미니밀에서는 상기 가열설비나 보온설비의 조업패턴을 변경하므로써 마무리압연온도를 유연하게 제어할 수 있는 장점이 있다. 이러한 잇점으로 인해 미니밀에서는 열간압연조건을 제어하므로써 열연판의 두께가 두꺼워질수록 열연판의 강도가 하락하는 현상을 방지할 수 있다. 이는 열연판의 두께가 두꺼워질수록 열연판의 강도가 하락하는 현상을 방지하기 위해 전로조업시 강조성을 조절하여야만 했던(결국 출강목표성분이 다양화될 수 밖에 없었던) 기존의 열연공정과는 달리, 미니밀만이 갖는 커다란 장점인 것이다. 즉, 미니밀공정에서는 마무리압연온도와 권취온도에 차등을 두어 열간압연을 실시하므로써 재질제어가 가능하기 때문에 목표출강 강종을 1개로 단순화할 수 있다.
또한, 미니밀공정에서는 연주기와 압연기가 연속화(in-line)되어 있기 때문에 연주공정과 열연공정이 서로 분리되어 있는 기존의 제철공정에서 처럼 압연속도에 의해 열연공장의 생산성이 결정되는 것이 아니고, 박슬라브 연주기의 주조속도에 의해 생산성이 좌우되므로 압연속도를 빨리할 필요가 없다. 또한, 기존의 열연공장에서 처럼 마무리 압연온도를 맞추기 위해 가속압연을 할 필요가 없으므로 압연속도를 일정하게 유지하는 등속압연이 가능하다. 이러한 이유로 미니밀공정에서는 기존 압연 대비 압연직후 물을 뿌리는 런아웃테이블(run-out-table)상에서의 스트립속도를 일정하게 유지할 수 있기 때문에 상대적으로 마무리압연온도뿐만아니라 권취온도제어 측면에서 기존 압연에 비해 매우 유리하다. 따라서, 이러한 미니밀공정특성상의 유리한 점을 최대한 이용하면 기존공정에서 여러개로 되어 있는 목표출강강종을 1개로 운영할 수 있어 출강목표강종의 단순화가 가능하고, 이때 발생되는 제품두께에 따른 재질변화는 실 조업상 마무리압연온도와 권취온도의 조합에 의해 보정 가능하다.
그러나, 상기 미니밀공정에서는 주로 스크랩을 철원으로 이용하기 때문에 전기로용해단계에서 제거가 거의 불가능한 소위 난정련성 원소(tramp elements)(Cu, Ni, Cr, Mo, Sn 등)가 강중에 잔류하게 된다. 이들 원소들은 주로 강중 고용강화 효과를 갖을 뿐만아니라 열연판 제품의 품질 및 수요가 요구특성에도 영향을 미치기 때문에 미니밀공정에서는 이를 고려하여 미니밀공정에 적합한 합금설계가 요구된다. 요컨데 기존의 일관제철공장에서의 강종설계 개념을 그대로 미니밀공정에 적용하여 열연판을 제조하는 것은 제품의 품질상 많은 문제를 야기시킬 뿐만아니라 제조비용 측면에서도 매우 비경제적이다.
예를들면, 일반 구조용 열연강판은 0.2중량%(이하, 단지 `%')의 탄소와 0.6~1.0%의 망간을 함유한 강을 이용하는데, 기존의 일관 제철공정에서 제조하는 경우 목표로 하는 제품의 두께에 따라 인장강도가 변하는 것을 보정하기 위해 상기 조성범위내에서 탄소와 망간 함량을 변경하여 출강하게 된다. 이 경우 기존 출강 성분에 탄소와 망간을 적정 첨가에 따른 비용이 상승함은 물론 제강 출강목표가 다양해지므로 공정 관리가 매우 복잡해지는 문제가 있다. 그러나, 이러한 문제를 해결하고자 고로 용선을 이용하여 일반 구조용 열연강판을 미니밀 공정에서 제조할 때 역시 연속주조시 주조 중단과 주편 균열의 문제점이 대두된다. 즉, 전술한 바와 같이, 미니밀 공정의 경우 기존의 일관 제철공정에 비하여 연속주조에 있어 주조속도가 빠르고 주편의 두께가 얇기 때문에 주조가 어려운 단점이 있다. 특히, 탄소함량 영역이 0.08~0.15%인 용강의 경우 주조성이 극히 열화되는 단점이 있다.
이러한 단점을 해결하면서 미니밀 공정을 통해 일반 구조용 열연강판을 제조하는 기술이 대한민국 특허출원 제97-22932호에 출원된 바 있다. 이 방법은 일반 구조용 열연강판인 JIS G3101의 SS400강종을 미니밀 공정에 의해 포정반응 영역인 0.08~0.15%의 탄소범위를 피하여 저탄소 영역인 0.08%이하인 범위에서 일반 구조용 열연강판을 제조하는 방법이다. 그러나, 저탄소 범위에서 일반 구조용 열연강판을 제조하는 경우 강도 확보가 어렵기 때문에 강도 확보측면에서 Mn을 적어도 0.4%이상 첨가하므로 제조비용이 상승하는 등의 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 단점을 해결하고자 제안된 것으로서, 그 목적은 미니밀공정에 의한 다양한 강종개발확대의 하나로 미니밀공정을 통해 중탄소강을 이용하여 41Kg/mm2급 일반구조용 열연강판의 제조하는 방법을 제공하고자 함에 있다.
상기 목적달성을 위한 본 발명은 일반 구조용 열연강판을 미니밀공정을 통해 제조하는 방법에 있어서,
중량%로, C: 0.15~0.20%, Mn: 0.20~0.40%, Si: 0.025%이하, P: 0.02%이하, S: 0.015%이하, 산가용성 Al: 0.01~0.04%, N: 0.015%이하, 기타 고철로 부터 유입되는 난정련성 원소중 Cu: 0.20%이하, Sn: 0.15%이하, Ni: 0.40%이하로 조성되도록 전기로 용해하고, 용해된 용강을 두께 100mm이하의 박슬라브를 연속주조한 다음, 연속주조된 박슬라브를 Ar3의 영역에서 미니밀 열간 마무리압연한 후, 압연된 바(bar)를 680~600℃의 온도에서 열연권취함을 포함하여 구성되는 미니밀에 의한 일반 구조용 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
먼저, 강중 탄소는 침입형 고용원소로서 강도 향상을 시키는데 유리한 원소이다. 그러나, 100mm이하의 박 슬라브를 제조하는 연속주조는 기존의 주조법에 비하여 슬라브가 얇고, 주조속도가 빠르기 때문에 결함이 없는 주편을 제조하기가 어렵다. 특히, 탄소가 0.08~0.15%영역에서는 응고중 포정반응시 슬라브 수축이 일어나고, 일부분이 동판 주형과 유리되어 열전달이 억제되며, 응고층이 재용해되어 반응고층이 파열될 가능성이 증대된다. 따라서, 이러한 포정영역을 피하기 위하여 탄소함량은 0.15~0.20%로 제한함이 바람직하다.
또한, 망간은 강중에 함유되어 강도 향상을 시키는 원소이며, 강중 불순물로서 존재하는 S를 MnS로 고정하여 열간압연중 저융점 화합물인 황화합물에 의해 발생되는 크랙을 억제하는 역할을 한다. 박 슬라브 주조법은 연속주조 직후 고온에서 중간압연을 실시하기 때문에 기존 연속주조방법에 비하여 황화합물에 의한 크랙발생이 심각하기 때문에 망간의 함량은 0.2%이상 함유되어야 하며, 원가 절감을 위해서 그 상한을 0.4%이하로 제한함이 바람직하다.
실리콘은 강중에 함유되어 강도 향상을 시키는 탁월한 원소이다. 본 발명의 경우 Si함량은 도금용으로도 사용하는 연질 열연강판 특성상 0.025%이하로 제한함이 바람직하다. 즉, 강중 Si함량이 0.025%이상으로 함유되는 경우 아연도금시 과도금층이 형성되는 문제점이 발생하기 때문에 바람직하지 않다.
인은 용접성에 악영향을 미치는 불순원소이므로 용접성을 확보 측면에서 그 함유량을 0.05%이하로 관리하는 것이 필요하다. 특히, 페라이트에 균일하게 분산시키기 위해서는 0.02%이하로 관리하는 것이 더욱 바람직하다.
황은 유화물계 개재물을 형성하여 가공성을 저하하는 불순원소이며, 또한 박슬라브 연주법에서는 열간가공시 유화물계 저융점 화합물을 형성하여 에지크랙을 일으킨다. 따라서, Mn에 의하여 MnS로 고정하거나, S를 150ppm이하, 바람직하게는 80ppm이하로 관리하는 것이다.
산가용성(soluble) 알루미늄은 그 함량이 0.01%이하인 경우 강중 용존산소가 증대하는 문제가 발생하며, 또한 너무 많으면 개재물량이 증가하고 제조비용측면에서도 비경제적이기 때문에 그 함량을 0.01-0.04%로 제한함이 좋다.
강중 질소는 강력한 침입형 고용원소로서, 강도확보에는 매우 유리하나 가공성을 악화시키며, 또한 취성을 증가시키기 때문에 가공성을 요하는 제품에서는 그 양을 0.015%이하로 낮게 제한함이 바람직하다.
미니밀공정에서 전기로에 의한 용해시 고철로부터 유입되는 강중의 난정련성 원소로서 Ni은 열간 표면 크랙을 억제하는데, 고철중에 잔존하는 Cu, Sn 등은 Fe에 비하여 열역학적으로 안정하여 지철의 산화과정시 철이 선택산화되고, 이들 원소는 농화되어 스케일과 지철계면에 농화된다. 이 원소들의 농화층은 저융점 물질로서 열간압연온도에서 용융되어 변형 수반되는 경우 오스테나이트 입계를 침식하여 열간 크랙을 유발한다. 이러한 저융점 농화층은 Ni을 첨가시 전융 고용되어 농화층 용융점을 상향시켜서 열간 변형온도에서 고상으로 존재함으로써 열간크랙을 억제하는 역할을 수행한다. 하지만, Ni의 경우 그 함량이 0.40%을 넘으면 상기 작용이 포화점에 이르게 되어 경제성을 상실한다. 또한, Ni함유량이 0.40%이상으로 증가하는 경우 스케일과 지철 사이의 형상이 거칠게 되어 탈스케일을 방해하여 바람직하지 못하다.
또한, 고철에 함유된 Cu, Sn은 상기와 같이 산화과정시 저융점 농화층을 형성하여 열간 표면 크랙을 유발하므로 Cu, Sn의 함유량은 각각 Cu:0.20%이하, Sn:0.15%이하로 제한함이 바람직하다. 바람직하게는 상기 Cu와 Sn의 양은 Cu+10Sn≤0.4의 범위가 되도록 관리하는 것이다.
한편, 상기와 같은 조성을 갖는 강을 전기로에서 용해하여 그 용강을 100mm이하의 두께를 갖는 박슬라브로 주조후 최종목표 두께를 갖도록 열간압연을 실시한다. 이때, 양호한 미세조직과 재질을 확보하기 위해 마무리 압연온도는 오스테나이트 단상영역에서 행함이 바람직하다. 즉, 본 발명에서는 마무리 압연온도가 Ar3온도이하인 경우 변형조직이나 조대립, 혼립 등이 잔존하기 때문에 가공성을 저해한다.
또한, 마무리 압연을 행한 열연강판은 양호한 가공성을 확보하기 위해서는 탄질화물을 조대하게 석출시켜 열연강판의 결정립 성장을 억제하는 효과를 줄여하므로 적어도 620℃이상에서 권취함이 바람직하다. 그러나, 권취온도가 너무 높으면 산세성이 저하되거나 스케일 두께가 두꺼워지는 문제점이 있으므로 680℃이하에서 권취작업을 행함이 바람직하다.
이와같이 구성되는 본 발명은 공정 특성상의 유리한 점을 최대한 이용하여 41kg/㎠ 급 열연강판의 출강목표를 1개로 운영하고, 제품두께에 따른 재질변화를 마무리 압연 조건과 권취조건 온도로 보정하므로써 미니밀 공정에서 강종의 단순화를 도모하고, 특히 중탄소 영역의 문제점으로 인식되었던 주조속도의 하락 문제를 해결하여 일반 구조용 중탄소 열연강판의 양산을 가능하게 할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.
[실시예]
표1과 같은 SS400 강종의 조성을 갖도록 용해하여 용강을 제조하였다. 본 발명강(1-3)은 고철과 스크랩을 이용하여 전기로에서 용해한 중탄소 영역의 강종이며, 비교강(1)(2)은 저탄소 영역의 강종이다.
| 실시예 | 화학조성(중량%) | |||||
| C | Mn | P | S | sol. Al | Cu | |
| 발명강1 | 0.180 | 0.30 | 0.020 | 0.010 | 0.040 | 0.20 |
| 발명강2 | 0.154 | 0.26 | 0.012 | 0.007 | 0.060 | 0.06 |
| 발명강3 | 0.158 | 0.26 | 0.014 | 0.002 | 0.037 | 0.03 |
| 비교강1 | 0.06 | 0.85 | 0.02 | 0.015 | 0.02 | 0.20 |
| 비교강2 | 0.054 | 0.78 | 0.015 | 0.009 | 0.035 | 0.07 |
표1과 같이 조성되는 각 강종을 연속주조하여 70mm의 박슬라브로 제작하여 최종두께를 3mm, 8mm 두께의 열연판을 얻었다.
그 다음, 각 열간압연된 열연판을 표2와 같은 온도에서 권취한 다음, 권취코일로부터 시편을 채취하고, 인장강도와 연신율을 측정하여 그 결과를 표2에 나타내었다.
| 실시예 | 강종 | 제품두께(mm) | 열연조건(℃) | 재질특성 | ||
| 마무리압연온도 | 권취온도 | 인장강도(kg/㎠) | 연신율(%) | |||
| 발명재1 | 발명강1 | 8.0 | 838 | 680 | 49.0 | 24 |
| 발명재2 | 발명강2 | 8.0 | 862 | 684 | 47.6 | 23 |
| 발명재3 | 발명강3 | 3.0 | 849 | 640 | 48.9 | 33 |
| 비교재1 | 비교강1 | 8.0 | 870 | 576 | 45.6 | 37 |
| 비교재2 | 비교강2 | 8.0 | 860 | 597 | 44.8 | 28 |
| 비교재3 | 발명강2 | 8.0 | 838 | 690 | 49.2 | 24 |
| 비교재4 | 발명강2 | 8.0 | 905 | 640 | 51.6 | 30 |
표2에 나타난 바와 같이, 비교재(1)(2)의 경우 저탄소강을 이용하여 미니밀 공정을 적용한 것으로서, 본 발명에서 원하는 재질 특성과는 거의 동등한 수준을 보이나 탄소량을 낮추기 위한 정련공정의 부하가 커지고, 특히 Mn의 함량이 높아져 실 생산에는 유리하지 못하였다.
또한, 비교재(3)(4)의 경우 중탄소강을 이용하고는 있으나 열연조건이 맞지 않아 타원형 열연코일이 생기고, 재질이 취약해지는 문제가 있었다.
반면, 본 발명의 경우 탄소함량을 0.15~0.20%로 제어하여 주편크랙 민감영역인 포정반응영역을 피하고, 중탄소 영역에 따른 인장강도 확보를 위해 Mn함량을 크게 낮추면서도 41Kg/mm2급 일반구조용 열연판 제조시 미니밀공정에 적합한 합금설계가 가능함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 중탄소강을 이용하여 미니밀 공정특성을 최대한 활용하므로써, 주편크랙을 피하면서도 기존의 저탄소강을 이용한 미니밀 공정 대비 정련부하를 감소하여 주조조업관리가 용이하며, 출강 목표조성을 1개로 운용 가능하므로 생산성이 크게 향상되는 효과가 있다.
Claims (2)
- 일반 구조용 열연강판을 미니밀공정을 통해 제조하는 방법에 있어서,중량%로, C: 0.15~0.20%, Mn: 0.20~0.40%, Si: 0.025%이하, P: 0.02%이하, S: 0.015%이하, 산가용성 Al: 0.01~0.04%, N: 0.015%이하, 기타 고철로 부터 유입되는 난정련성 원소중 Cu: 0.20%이하, Sn: 0.15%이하, Ni: 0.40%이하로 조성되도록 전기로 용해하고, 용해된 용강을 두께 100mm이하의 박슬라브를 연속주조한 다음, 연속주조된 박슬라브를 Ar3의 영역에서 미니밀 열간 마무리압연한 후, 압연된 바(bar)를 680~600℃의 온도에서 열연권취함을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미니밀에 의한 일반 구조용 열연강판의 제조방법
- 제1항에 있어서, 상기 마무리압연은 880~820℃의 온도에서 실시함을 특징으로 하는 제조방법
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| KR10-1998-0055317A KR100362664B1 (ko) | 1998-12-16 | 1998-12-16 | 미니밀에 의한 일반구조용 열연강판의 제조방법8 |
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| KR20010002170A (ko) * | 1999-06-11 | 2001-01-05 | 이구택 | 미니밀에 의한 일반구조용 열연강판의 제조방법 |
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