KR100429158B1

KR100429158B1 - 오스테나이트계 스테인레스강의 탈산방법

Info

Publication number: KR100429158B1
Application number: KR10-1999-0045527A
Authority: KR
Inventors: 김동식; 이용득; 안병용
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1999-10-20
Filing date: 1999-10-20
Publication date: 2004-04-28
Also published as: KR20010037816A

Abstract

본 발명은 약 2wt.% 이상의 실리콘을 함유하는 오스테나이트계 스테인레스 용강의 탈산방법에 관한 것으로, 탈탄처리된 용강을 에오디 정련로에 공급하는 단계와, 상기 용강에 1wt.% 정도의 망간(Mn)을 첨가하는 제1첨가단계와, 상기 용강 내 실리콘의 조성을 0.24wt.% 정도로 유지시키도록 실리콘을 첨가하는 제2첨가단계와, 상기 용강에 0.02wt.% 내지 0.03wt.% 정도의 알루미늄을 첨가하는 제3첨가단계와, 상기 용강 내 실리콘의 조성을 3wt.% 정도로 유지하도록 상기 용강에 실리콘 합금철을 첨가하는 제4첨가단계로 이루어진 것을 특징으로 하므로, 실리카 개재물의 함유량을 감소시켜, 스테인레스 용강을 냉간압연할 때, 냉연코일 표면 상에 미세 슬리버에 의한 선상결함을 저감시킬 수 있다.

Description

오스테나이트계 스테인레스강의 탈산방법{Method for decarburizing austenite stainless steel}

본 발명은 약 2wt.% 이상의 실리콘을 함유하는 고실리콘 스테인레스강의 냉연코일 표면 상에 미세 슬리버(sliver)에 의한 선상결함을 감소시키기 위한 방법에 관한 것이고, 특히 에오디 정련로에서 정련시 오스테나이트계 스테인레스 용강에 망간, 실리콘, 알루미늄, 실리콘 순으로 탈산제를 첨가함으로써, 스테인레스 용강 내의 개재물 조성을 제어하여 청정도가 우수한 스테인레스 용강을 정련하기 위한 탈산방법에 관한 것이다.

일반적으로, 스테인레스강은, 12 내지 18 wt.%의 크롬(Cr)을 함유하는 내식성이 강한 강으로서, 0.2 내지 0.8 wt.%의 실리콘(Si)을 함유하고 있다. 한편, 자동차 엔진의 배기관 부위에 사용될 수 있도록 내열성이 요구되는 오스테나이트계 스테인레스강의 화학성분은, 도 1에 나타난 바와 같이, 대체적으로 0.04wt.% C - 19wt.% Cr - (2∼3)wt.% Si - 13wt.% Ni로 이루어져 있다. 즉 오스테나이트계 스테인레스강은 다른 스테인레스강에 비하여 상대적으로 많은 양의 실리콘을 함유하고 있음을 알 수 있다.

그러므로, 이러한 조성의 오스테나이트계 스테인레스 용강을 연속주조하여 생성된 주편에는 상대적으로 많은 양의 실리카(Silica, SiO₂) 개재물이 존재하게 된다. 따라서, 이러한 주편을 냉간압연하는 경우에, 냉연강판의 표면 상에 실리카 개재물에 의한 선상결함이 형성되어, 제품의 생산성과 품질에 있어서, 많은 문제점을 야기시키고 있다.

예를 들어, 도 2를 참조하면, 스테인레스 용강에 함유되는 실리카 개재물에 의해 생성되는 표면결함의 전형적인 예로서 냉연코일 표면에 나타나는 선상결함의형태가 보여지고 있다. 즉, 실리카 개재물이 존재하는 주편을 냉간압연하는 경우, 도 2에 나타난 바와 같이, 개재물이 신장하면서, 개재물과 매트릭스의 계면에서 크랙이 발생하고 성장하여 표면결함을 발생시키기 때문에, 주편의 표면에 이러한 대형선상결함의 생성을 야기시킨다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 보고된 종래의 기술을 살펴보면 다음과 같다.

즉, 일본 대동특수강(주, 출원정보, JP95-83524, 1995. 3. 16)의 "저 실리콘강의 저융점 연질 개재물을 저감하는 방법" 이라는 일본 특허를 살펴보면, 실리카 개재물을 저감하기 위해서 0.5∼0.01wt.% 정도의 알루미늄을 저 실리콘강에 첨가하는 기술이 보고되고 있다. 그러나, 이러한 방법에 있어서, 저 실리콘강 내의 실리카 개재물의 감소를 기대할 수 있지만, 알루미늄 첨가시 저 실리콘강 내에 알루미나 개재물의 생성이 불가피하므로, 저 실리콘강을 냉간압연시킬 때, 이러한 알루미늄 개재물에 의한 미세슬리버의 결함이 냉연코일의 표면 상에 생성되는 새로운 문제가 발생하게 된다.

또한, 신일본제철(주, 일본특허 JP96-152885, 1995. 5.27)에서 출원한 "고 청정도 오스테나이트계 스테인레스강"의 발명내용을 살펴보면, 알루미늄 농도가 0.15 내지 0.05wt.%인 오스테나이트계 스테인레스강의 청정도를 개선하기 위하여, 0.15 내지 0.0050wt.% 정도의 칼슘(Ca)을 오스테나이트계 스테인레스 용강에 첨가함으로써, 개재물의 조성을 CaO-Al₂O₃의 복합상으로 제어하는 보고가 있다. 그러나, 이러한 특허보고에도 불구하고, 2 내지 5wt.% 정도의 실리콘을 함유하는 내열성 오스테나이트계 스테인레스 용강에 있어서의 실리카 개재물을 제거하는 데에는 큰 도움이 되지 못한다.

따라서, 상기된 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은, 약 2wt.% 이상의 실리콘을 함유하는 오스테나이트계 스테인레스 용강에 있어서, 실리카 개재물의 함유량을 감소시켜, 스테인레스 용강을 냉간압연할 때, 냉연코일 표면 상에 미세 슬리버에 의한 선상결함을 저감시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 목적을 달성하기 위하여, 고크롬 고실리콘 함유 오스테나이트계 스테인레스 용강을 탈산시키는 방법은 상기 용강을 에오디 정련로에 공급하는 공급단계와, 상기 용강에 1wt.% 정도의 망간(Mn)을 첨가하는 제1첨가단계와, 상기 용강 내 실리콘의 조성을 0.24wt.% 정도로 유지시키도록 실리콘을 첨가하는 제2첨가단계와, 상기 용강에 0.02wt.% 내지 0.03wt.% 정도의 알루미늄을 첨가하는 제3첨가단계와, 상기 용강을 에오디 정련로로부터 출강한 후 버블링 스탠드에서 실리콘 합금철을 첨가하여 상기 용강 내 실리콘의 조성을 3wt.% 정도로 유지하는 제4첨가단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 오스테나이트계 스테인레스강의 화학성분을 나타낸 표.

도 2는 냉연코일표면에 형성되는 실리카 개재물에 의한 표면결함을 나타낸 사진.

도 3은 본 발명과 종래 실시예에 따라 탈산처리된 주편 내에 개재물의 조성분포 비율을 나타낸 표.

도 4는 본 발명과 종래 실시예에 따라 탈산처리된 냉연코일의 표면결함의 미세 슬리버 발생비율을 막대그래프로 나타낸 그래프.

도 5는 본 발명과 종래 실시예에 따라 탈산처리된 냉연코일의 표면결함의 미세 슬리버결함 중 실리카 개재물에 의한 결함비율을 막대그래프로 나타낸 그래프.

이하, 첨부도면을 참조하여, 고크롬 고실리콘 오스테나이트계 용강의 청정도를 향상시키기 위한 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

먼저, 도 3에는 약 2wt.% 내지 5wt.% 정도의 실리콘을 함유하는 스테인레스 용강(19wt.% Cr - 13wt.% Ni)의 탈산방법에 따라, 주편에 존재하는 개재물의 조성분포 비율이 나타나고 있다.

탈탄공정이 완료된 후, 전기로를 거쳐 90톤 에오디(AOD, Argon Oxygen Decarburization) 정련로에서 환원 및 탈류 목적으로 Si 또는 Al을 첨가함으로써 탈산공정을 수행하게 된다. 그리고, 탈산처리된 강종은 자동차 배기관용의 특수용도의 기계적 성질을 만족시켜야 한다. 따라서, 용강중 실리콘의 목표 함유량을 약 3% 수준으로 유지하기 위하여, 한번에 다량의 실리콘(90톤 용강을 기준으로 약 2톤 내지 5톤)을 첨가하기 때문에, 첨가된 실리콘이 용강중의 산소와 반응하여 많은 실리카(SiO₂) 개재물이 형성되어, 용강에 실리카가 존재함으로써 발생되는 문제점을 해결하여야 한다.

한편, 개재물들은, 상호 응집하고 성장하여 용강중에 부상되므로, 용강으로부터 분리될 수 있지만, 용강 내의 잔류하는 미세한 실리카 개재물들은 효과적으로 제거될 수 없으므로, 용강 내에 계속 잔류하여 연속주조 공정시 주편으로 혼입하게 된다.

즉, 도 3에서 알수 있는 바와 같이, 종래 실시예에 따라, 실리콘만을 단독으로 사용하여 탈산처리된 스테인레스 용강을 연속주조로 주편을 생산하는 경우에, 생산된 주편 내에서 실리카의 분포비율이 약 70%∼90% 정도 범위이며, 이는 대부분의 실리카 개재물이 용강 내에 존재한다는 것을 의미한다. 그리고, 이들 실리카 개재물의 융점은 약 1750℃로서 아주 높기 때문에, 이러한 주편을 냉간압연할 때, 크랙이 발생하는 원인으로 작용한다.

따라서, 본 발명에 따르면, 약 2wt.% 내지 5wt.% 정도의 고실리콘 함유 스테인레스 용강(0.04wt.% C - 1wt.% Mn - 19wt.% Cr - 13wt.% Ni)의 제강정련 공정에서, 용강의 청정도를 향상시키기 위하여, 에오디(AOD) 정련로에서 정련을 수행하게 된다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따르면, 탈탄공정이 완료된 용강 중에 약 1wt.% 정도의 망간(Mn)을 첨가하고, 이러한 용강에 함유된 실리콘의 함유량이 약 0.2wt.% 정도로 유지될 수 있도록 실리콘의 첨가량을 조절한 다음, 약 0.02wt.% 내지 0.03wt.% 정도의 알루미늄(Al)을 용강에 첨가하여, 용강 내 개재물의 성분을 MnO-SiO₂-Al₂O₃로 제어한다.

그리고, 상기 에오디 정련로에서 용강을 출강한 후, 출강된 용강 내 실리콘의 함유량을 3wt.% 정도로 유지하기 위하여, 버블링 스탠드(Bubbling Stand)에서 실리콘 합금철을 첨가함으로써, 청정도가 높은 오스테나이트계 스테인레스 용강으로 탈산한다.

한편, 상기 에오디 정련로에서 첨가되는 실리콘의 첨가량은 다음 조건, 즉 Mn/Si = 3.8 내지 4.2을 만족시키도록 조절되고, 또한, 알루미늄을 용강에 첨가함으로써 생성되는 개재물의 조성은 MnO/SiO₂= 1 내지 1.5를 유지할 수 있도록 제어된다.

따라서, 상술된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 오스테나이트계 스테인레스 용강의 탈산방법은 용강에 실리콘을 첨가할 때 생성되는 실리카 개재물의 생성량을 최소화하기 위하여, 약 1600℃의 온도에서 먼저 약 1wt.% 정도의 망간을 첨가하여 저응점의 MnO-SiO₂계 개재물 생성을 유도한 다음, 약 0.02wt.% 정도의 알루미늄을 첨가하여 MnO-SiO₂-Al₂O₃조성의 개재물 형성을 유도하고, 마지막으로 실리콘을 추가로 첨가하여 용강내 실리콘의 최종 목표 함유량을 약 3wt.% 정도로 유지하는 것을 특징으로 한다.

즉, 도 3을 다시 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 탈산처리된 오스테나이트계 스테인레스 용강에 있어서, MnO/SiO₂가 1∼1.5 정도의 비율로 유지되어 있는 MnO-SiO₂-Al₂O₃계 저용점 구상화 개재물이 주편 내에 60% 내지 75% 정도로 분포되어 있고 슬래그성 개재물(CaO-SiO₂-Al₂O₃)은 15% 내지 30% 정도로 분포되어 있는 반면에, 실리카가 5% 내지 8% 정도 분포되어 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 실리카 개재물들이 현저히 감소하였음을 알 수 있다.

또한, 이들 MnO-SiO₂계 개재물들은, 용강중에서 액상이기 때문에, 부상분리가 쉽고 냉간압연시에도 크랙 발생이 어렵다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 탈탄공정이 완료된 오스테나이트계 스테인레스 용강(0.04% C-3% Si-1% Mn-19% Cr-13% Ni)의 정련시에 에오디 정련로에서 약 1wt.% 정도의 망간을 첨가하고, 약 0.24wt.% 정도의 실리콘(Mn/Si=3.8∼4.2)이 용강 내에 함유되도록 실리콘의 첨가량을 조절하고, 약 0.02wt.% 내지 0.03wt.% 정도의 알루미늄을 첨가하여 개재물 조성율 MnO-SiO₂-Al₂O₃(MnO/SiO₂=1∼1.5)로 제어하고, 용강을 에오디 정련로에서 출강한 후, 3wt.% 실리콘의 목표 함유량을 유지하도록 실리콘 합금철을 버블링 스탠드(Bubbling Stand)에서 첨가함으로써, 청정도가 높은 오스테나이트계 스테인레스강을 제작할 수 있다.

한편, 도 4에는 종래의 실시예와 본 발명의 실시예에 따라서 탈산처리된 오스테나이트계 스테인레스 용강을 각각 냉각압연한 결과 냉연코일 표면 상에서 개재물로 인한 미세 슬리버 발생율의 막대그래프가 나타나 있다. 여기에서, 종래 실시예에 따라 탈산처리된 오스테나이트계 스테인레스 용강에서 미세 슬리버의 발생율이 27%인 반면에, 본 발명의 실시예에 따라 탈산처리된 스테인레스 용강에서 미세 슬리버의 발생율이 0.8%이므로, 본 발명의 실시예에 의하면, 냉연코일의 표면결함이 현저히 감소되었음을 알 수 있다.

한편, 도 5에는 종래의 실시예와 본 발명의 실시예에 따라서 탈산처리된 오스테나이트계 스테인레스 용강을 각각 냉각압연한 결과 냉연코일의 표면에 형성되는 미세 슬리버 결함중에서 실리카 개재물에 의해 형성되는 결함의 분포비율이 막대그래프로 나타나 있다. 여기에서, 종래 실시예에 의해 탈산처리된 냉연강판의 표면결함 중 실리카 개재물에 의해 형성되는 결함이 82% 정도 차지하는 반면에, 본 발명의 실시예에 의해 탈산처리된 냉연강판의 표면결함 중 실리카 개재물에 의해형성되는 결함이 7% 수준이므로, 실리카 개재물에 의한 표면결함의 비율이 현저히 감소하였음을 알 수 있다.

한편, 종래 실시예 및 본 발명의 실시예에 따라 각각 탈산처리된 강을 30mm 폭 ×180mm 길이 ×0.5mm-1.5mm 두께의 크기로 준비한 후, 준비된 강들을 각각 냉간압연한 결과, 실리카에 의한 표면결함 발생율은 종래 실시예에 따라 탈산처리된 냉연강판에는 약 25% 정도인 반면에, 본 발명의 실시예에 따라 탈산처리된 냉연강판에는 전혀 발생되지 않았음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 약 2wt.% 이상의 실리콘을 함유하는 오스테나이트계 스테인레스 용강에 있어서, 실리카 개재물의 함유량을 감소시켜, 스테인레스 용강을 냉간압연할 때, 냉연코일 표면 상에 미세 슬리버에 의한 선상결함을 저감시킬 수 있다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로, 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 요지 및 사상으로부터 벗어남이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.

Claims

탈탄처리된 오스테나이트계 스테인레스 용강을 탈산시키는 방법에 있어서,

탈탄처리된 용강을 에오디 정련로에 공급하는 단계와,

상기 용강에 1wt.% 정도의 망간(Mn)을 첨가하는 제1첨가단계와,

상기 용강 내 실리콘의 조성을 0.24wt.% 정도로 유지시키도록 실리콘을 첨가하는 제2첨가단계와,

상기 용강에 0.02wt.% 내지 0.03wt.% 정도의 알루미늄을 첨가하는 제3첨가단계와,

상기 용강 내 실리콘의 조성을 3wt.% 정도로 유지하도록 상기 용강에 실리콘 합금철을 첨가하는 제4첨가단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스 용강의 탈산방법.
제1항에 있어서, 상기 제2첨가단계에서 실리콘은 하기 조건,

Mn/Si = 3.8 ~ 4.2,

을 만족시키도록 첨가되는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스 용강의 탈산방법.
제2항에 있어서, 상기 제3첨가단계에서 생성되는 개재물은 MnO-SiO₂-Al₂O₃로이루어지고, MnO/SiO₂의 비가 1 ~ 1.5에 유지되는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스 용강의 탈산방법.
제3항에 있어서, 상기 제4첨가단계는 상기 용강을 에오디 정련로로부터 출강한 후 버블링 스탠드에서 실시하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스 용강의 탈산방법.