KR100423446B1 - 고크롬 페라이트계 스테인레스강의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고크롬 페라이트계 스테인레스강의 제조에 관한 것이며; 그 목적은 고크롬 함유 스테인레스 용강을 탈산과정없이 조탈탄과 동시에 탈류를 행하므로써 탈류효율을 높이면서도 용강중의 흡질을 방지하는 효과적인 제강 정련을 통해 고크롬 페라이트계 스테인레스강을 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 고크롬 페라이트계 스테인레스강을 제조하는 방법에 있어서, 탄소농도를 2.0중량% 이상으로 유지한 용강을 AOD에 장입하고, 상기 AOD공정에서 탈탄초기에 슬래그의 염기도를 적어도 4.0 이상으로 유지한 다음, 상기 슬래그에 용강톤당 형석을 9.0~11.0Kg를 투입한 후, 2~3분간 교반가스를 취입 교반하여 조탈탄 및 탈류정련하는 1차 정련과정을 종료하는 단계; 및 상기 1차 정련이 종료된 용강을 출강한 후 VOD공정에서 탈탄정련하는 단계;를 포함하여 구성되는 고크롬 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

고크롬 페라이트계 스테인레스강의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING HIGH CHROME FERRITE STAINLESS STEEL}

본 발명은 고크롬 페라이트계 스테인레스강의 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제강에서 정련과정을 효율적으로 개선한 고크롬 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 관한 것이다.

최근 수요가 급증하고 있는 고크롬 페라이트계 스테인레스강은 크롬농도가 약 18%이상인 SUS444, SUS445, SUS446 등의 스테인레스강으로, 오스테나이트계 스테인레스강에 비하여 내부식성이 우수하고 가격이 동급 오스테나이트계 스테인레스강보다 저렴하여 건축외장재는 물론 저수조, 온수조 등에도 많이 사용되고 있다. 그러나, 페라이트계 스테인레스강은 오스테나이트계 스테인레스강에 비하여 가공성이나 용접성이 열위하여 페라이트계 스테인레스강중의 탄소 및 질소의 농도를 극한까지 낮추는 것이 필요하다. 특히, 크롬을 다량 포함한 페라이트계 스테인레스강에서는 크롬의 영향 때문에 강중 탄소 및 질소의 농도를 낮추는 작업이 상당히 어려워 각 제조사별로 독특한 제강기술을 이용하여 생산하고 있다.

대표적인 예로서, 고크롬 페라이트계 스테인레스강을 제조하기 위한 종래의 제강 정련과정은, 도1과 같이, 고로 또는 전기로에서 용해된 용탕을 이용하여 정련로(AOD)나 전로 등의 정련설비에서 탄소농도를 일정수준 이하로 낮추는 조탈탄과 탈류작업을 행하는 1차 정련공정을 거친 후, 최종적으로 진공정련로(VOD)에서 2차 정련을 행하게 된다.

구체적으로 종래의 대표적인 방법중 하나를 살펴보면, 우선 정련로에서 용탕중의 탄소농도를 1%이하로 낮추기 위해 산소를 취입하여 일단 조탈탄을 행한다. 이때, 조탈탄과정에서 탈질반응도 병행되어 질소농도도 어느 정도 저하되어 진다. 보통 스테인레스강의 경우 대체로 합금철 및 스크랩중에 유황의 농도가 약 0.03%내외로 높기 때문에 상기 조탈탄과정을 거친 용강은 이후 AOD에서 탈류작업을 필요로 한다. 따라서, 종래의 경우 산소취입을 중단한 상태에서 조탈탄된 용강에 생석회(CaO)와 페로실리콘(Fe-Si)을 투입하여 염기도를 약 2.0~3.0의 범위로 슬래그를 형성한 상태에서 교반가스(Ar)를 취입하여 용강중의 탈산 및 탈류작업을 행한다. 그러나, 일반적으로 정련공정에서의 탈산 및 탈류반응은 화학식1 및 2에서와 같이, 용강중의 용존산소의 탈산반응이 진행됨에 따라 탈류반응은 곤란하게 된다.

용강중에 실리콘 등을 투입하여 탈산을 실시하면 Si가 잔류하여 탈류에는 유리하지만, 강중의 용존산소가 저하됨에 따라 1차 정련시 다량의 흡질이 발생되는 경향이 있다. 더욱이 고크롬 페라이트계 스테인레스강을 정련하는 경우 탈류반응이 효율적으로 진행되지 못할 뿐만 아니라 용강중에 크롬이 다량 포함되어 있기 때문에 탈산과 탈류공정을 행한 후에 용강중의 용존산소의 농도가 저하된 상태이므로 출강하는 과정에서 흡질현상이 나타나 이로 인해 질소농도가 상승하게 된다. 결국, 크롬이 18%이상 다량 함유된 페라이트계 스테인레스강의 정련에 상기와 같은 종래방법을 적용할 경우 탄소와 질소의 농도를 낮추는 것이 곤란하여 페라이트계 스테인레스강의 결점인 가공성 및 용접성을 향상시키기 어려울 뿐만 아니라 1차 정련 이후의 진공정련(VOD)과정에서 정련시간이 길어지고 VOD의 교반력이 부족하여 유황농도를 요구수준까지 낮추기 곤란한 문제가 있다.

이러한 정련공정에서의 문제를 해결하기 위한 다른 예로서, 도1에서와 같이, 먼저 AOD에서 탈산 및 탈류작업을 행한 후, 슬래그를 배재한 다음, 용탕중에 산소를 취입하여 조탈탄을 행하는 1차 정련방법이 있다. 이러한 방법은 조탈탄 및 탈질 정련 완료후에는 탈류정련이 필요없으므로 미탈산 출강(Fe-Si 등과 같은 탈산제를 투입하지 않은 상태에서 조업을 종료하고 출강)을 하므로써 AOD출강시 흡질 방지와잔류 탈산제에 의한 2차 정련의 저해를 방지하는 장점이 있다. 그러나, 이 방법은 슬래그의 배재로 인해 용강의 온도가 하락하여 이후의 진공정련공정(VOD)에서 승온을 해야만 하는 부담이 생긴다.

이에 본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 고크롬 함유 스테인레스 용강을 탈산과정없이 조탈탄과 동시에 탈류를 행하므로써 탈류효율을 높이면서도 용강중의 흡질을 방지하는 효과적인 제강 정련을 통해 고크롬 페라이트계 스테인레스강을 제조할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 종래 및 본 발명에 따른 스테인레스강의 개략적인 제조공정도

상기 목적달성을 위한 본 발명은 고크롬 페라이트계 스테인레스강을 제조하는 방법에 있어서,

탄소농도를 2.0중량%이상으로 유지한 용강을 AOD에 장입하고, 상기 AOD공정에서 탈탄초기에 슬래그의 염기도를 적어도 4.0 이상으로 유지한 다음, 상기 슬래그에 용강톤당 형석을 9.0~11.0Kg를 투입한 후, 2~3분간 교반가스를 취입 교반하여 조탈탄 및 탈류정련하는 1차 정련과정을 종료하는 단계; 및

상기 1차 정련이 종료된 용강을 출강한 후 VOD공정에서 탈탄정련하는 단계;를 포함하여 구성되는 고크롬 페라이트계 스테인레스강의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명의 제조방법은 중량%로, Cr: 18~26%, C: 0.010~0.015%, N: 0.010~0.015%, 0.015≤C+N ≤0.025를 포함하여 조성되는 고크롬 페라이트계 스테인레스강의 제조에 적합하다.

상기와 같은 고크롬 스테인레스강을 제조하기 위해서는 본 발명은 AOD에서의 1차 정련시 조탈탄과 탈류를 동시에 행하여야만 된다. 본 발명에 따라 조탈탄과 탈류를 동시에 행하는 작업은 AOD에서 용강중의 탄소농도를 정련완료 시점까지 높게 유지하여 환원성 분위기를 최대한 유지하는 한편 정련과정중 슬래그의 염기도를 높게 유지하여 산소 취입중에도 복류가 되지 않도록 하는 것이다.

구체적으로 AOD에 장입되는 용탕의 탄소농도는 2.0중량%이상으로 유지함이 바람직한데, 그 이유는 용탕중의 탄소농도가 높을수록 탈질이 효과적으로 일어날 뿐만 아니라 탄소의 산화에 따른 온도상승으로 탈류에도 유리하기 때문이다.

일반적으로 슬래그의 염기도는 2.0 정도일 때 탈류조업에 효과적이지만, 본 발명의 경우 슬래그의 염기도는 적어도 4.0 이상으로 유지함이 바람직한데, 그 이유는 탈류 효과도 증가시키면서 산소 취입에 따른 복류를 방지하기 위함이다. 상기 염기도가 너무 높으면 슬래그의 유동도가 저하되는 현상이 있으므로 바람직하게는 염기도를 4.0~5.0의 범위로 유지하는 것이다. 본 발명의 경우 슬래그의 염기도를 4.0~5.0의 범위로 유지하기 위해서는 탈탄초기에 용강톤당 3.5~7.5Kg의 페로실리콘 및 35.0~50.0Kg의 생석회를 용강에 투입하면서 탄소농도가 0.5~1.0% 도달되는 시점까지 용강톤당 산소를 35~40N㎥을 취입하여 유지하는 것이다. 이때, 페로실리콘과생석회를 용강에 투입하면서 탄소농도가 0.5~1.0% 도달되는 시점까지 상기 범위로 산소를 취입하는 것은 AOD에서의 1차 정련과정중 탄소농도를 적어도 0.5~1.0% 정도 유지해야 고크롬 스테인레스강중의 질소농도를 목표 범위내로 관리할 수 있기 때문이다. 즉, 탄소농도가 0.5%이하로 되면 강중의 질소농도를 100ppm이하로 관리하기 곤란하며, 1.0%이상으로 되면 최종 VOD에서의 탈탄시간이 너무 길어져 바람직하지 않다.

이렇게 AOD에서 산소를 취입하여 조탈탄을 실시하는 탈탄 초기에 용강내 적정한 양으로 Fe-Si과 같은 탈산제와 생석회(CaO) 등의 조재제를 투입하면, 투입된 Si은 취입 산소와 반응하여 탈탄과 동시에 산화되어 실리케이트(SiO₂)가 되고, 다시 실리케이트는 투입된 생석회와 반응하여 슬래그를 재화하므로써 재화된 슬래그중의 CaO와 용강중의 유황이 반응하므로 조탈탄과 동시에 탈류가 진행되게 된다.

한편, 상기와 같이 고염기도 슬래그는 점성이 커서 유동도가 저하되므로 본 발명에서는 용강톤당 형석을 9.0~11.0Kg를 투입하고 있다. 형석 투입량이 증가하면 슬래그의 유동도가 증가되어 용강의 탈류율이 향상되지만, 너무 과량으로 투입되면 정련로의 노체에 용손이 발생되어 바람직하지 않다.

형석이 투입된 용강은 이어서 적어도 2~3분간 Ar과 같은 교반가스를 취입하여 교반한다.

그 다음, 이와 같이 1차 정련이 종료된 용강은 미탈산된 상태로 진공정련로에 출강한 후 VOD공정에서 최종 탈탄정련을 행한다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

실시예

중량%로, Cr: 26%, Mo: 2.0%, Nb: 0.25%, C: 3.0%로 조성된 스테인레스강(SUS446)용 용선을 90톤급 AOD에서 하기 표1과 같은 양으로 Fe-Si(75%Si)와 생석회를 투입하면서 최종 소강중의 C: 100ppm이하, N: 100ppm이하, C+N: 200ppm이하가 되도록 정련하였다.

이때, 탈탄초기에 표1과 같이, 용강톤당 3.0~9.0Kg의 페로실리콘 및 35.0~55.0Kg의 생석회를 용강에 투입하면서 탄소농도가 0.5~1.2% 도달되는 시점까지 용강톤당 산소를 35~42N㎥을 취입하여 슬래그중의 염기도를 조정하였으며, 상기 슬래그에 용강톤당 형석을 7.0~13Kg를 투입한 후, 2~5분 동안 교반가스를 취입 교반하여 조탈탄 및 탈류정련하는 1차 정련과정을 종료한 후, 상기 1차 정련이 종료된 용강을 출강하였으며, 출강된 용강을 다시 VOD공정에서 탈탄정련하였다.

표1과 같은 조건으로 정련하는 동안 용강중의 탈류율, 슬래그의 발생량 및 소강중 N 함량을 측정하고 그 결과를 표2에 나타내었다.

구분	Fe-Si(Kg/톤)	생석회(Kg/톤)	종점탄소(%)	산소량(N㎥/톤)	형석(Kg/톤)	Ar취입시간(분)
비교예1	3.0	35	0.7	36	10	2
비교예2	4.6	30	0.6	37	8	2
비교예3	4.9	43	1.0	35	13	2
비교예4	6.8	48	0.7	39	9	5
비교예5	7.0	48	0.3	42	7	3
비교예6	9.0	55	1.2	32	9	2
발명예1	3.9	40	0.8	36	9	2
발명예2	4.8	42	0.9	36	10	3
발명예3	7.4	49	0.6	38	10	3

구분	탈류율(%)	슬래그중의 MgO량(%)	소강N(ppm)	출강중 흡질량(ppm)	비고
비교예1	70	10	88	15	탈류율이 낮음
비교예2	69	9	89	17	탈류율이 낮음
비교예3	85	13	85	20	노체 손상 심함
비교예4	94	10	100	37	출강중 흡질
비교예5	75	8	110	9
비교예6	94	8	90	12	슬래그 발생량 많음
발명예1	80	10	91	21
발명예2	82	10	93	16
발명예3	95	9	89	17

표1, 2에 나타난 바와 같이, 페로실리콘과 형석의 투입량이 적은 비교예(1)(2)의 경우 용강중의 탈류율이 낮아 탈류처리를 위해 별도의 처리가 필요하는 등 정련공정이 순조롭지 못하였다. 또한, 형석의 투입이 많은 비교예(3)의 경우 정련로체의 손상 정도가 심화되었으며, 형석 투입후 산소 취입시간이 과다한 비교예(4)의 경우 출강중의 흡질 현상이 심화되어 바람직하지 않음을 알 수 있었다. 그리고, 슬래그 염기도 조정후 산소 취입이 빠른 비교예(5)의 경우 탈류율이 낮으면서도 소강중의 질소 함량이 높아졌고, 슬래그 염기도 조정시 Fe-Si의 과대 투입후 산소 취입이 느린 비교예(6)의 경우 슬래그의 발생량이 많아져 바람직하지 않음을 알 수 있었다.

반면, 본 발명의 조건 범위를 만족하면서 정련된 발명예(1-3)의 경우 소강중의 질소 농도가 100ppm이하로 관리되면서도 탈류율이 크게 향상되고 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 고크롬 함유 스테인레스 용강을 탈산과정없이 조탈탄과 동시에 탈류를 행하므로써 탈류효율을 높이면서도 용강중의 흡질을 방지하는 효과적인 제강 정련을 통해 고크롬 페라이트계 스테인레스강을 제조할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 고크롬 페라이트계 스테인레스강을 제조하는 방법에 있어서,

   탄소농도를 2.0중량% 이상으로 유지한 용강을 AOD에 장입하고, 상기 AOD공정에서 탈탄초기에 슬래그의 염기도를 적어도 4.0 이상으로 유지한 다음, 상기 슬래그에 용강톤당 형석을 9.0~11.0Kg를 투입한 후, 2~3분간 교반가스를 취입 교반하여 조탈탄 및 탈류정련하는 1차 정련과정을 종료하는 단계; 및

   상기 1차 정련이 종료된 용강을 출강한 후 VOD공정에서 탈탄정련하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고크롬 페라이트계 스테인레스강의 제조방법
2. 제1항에 있어서, 슬래그의 염기도는 4.0~5.0의 범위로 유지함을 특징으로 하는 고크롬 페라이트계 스테인레스강의 제조방법
3. 제2항에 있어서, 상기 슬래그의 염기도는 탈탄초기에 용강톤당 3.5~7.5Kg의 페로실리콘 및 35.0~50.0Kg의 생석회를 용강에 투입하면서 탄소농도가 0.5~1.0% 도달되는 시점까지 용강톤당 산소를 35~40N㎥을 취입하여 유지함을 특징으로 하는 고크롬 페라이트계 스테인레스강의 제조방법