KR100450612B1 - 고 Si 함유 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조방법 - Google Patents

고 Si 함유 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고Si 함유 오스테나이트계 스테인레스 강의 연속주조방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 턴디쉬에서의 주조온도 및 2차냉각대에서의 비수량을 적절히 제어함으로써, 연속주조시 발생하는 응고크랙를 방지하여 연속주조주편의 품질을 향상하고, 연속주조조업을 안정하게 할 수 있는, 연속주조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 초정 델타 페라이트로 응고하고 응고과정중 오스테나이트상이 형성되는 고Si함유 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조방법에 있어서, 턴디쉬에서의 용강온도와 이론 응고온도차이(ΔT)를 10 ~ 50℃범위로 하고, 식 S = Q/(V×W×D×G)(S: 비수량(ℓ/㎏), Q: 2차 냉각대의 총수량(ℓ/min), W: 주편 폭(m), D: 주편 두께(m), G: 밀도(kg/㎥), V: 주조속도(m/min))에 의해 구해진 2차 냉각대에서의 비수량을 0.25 ~ 0.35ℓ/kg으로 유지하여 조업하는 것을 특징으로 하는 고Si함유 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

고 Si함유 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조방법{A CONTINUOUS CASTING METHOD OF AUSTENITIC STAINLESS STEEL CONTAINING HIGH SI CONTENT}
본 발명은 고Si 함유 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 주편표면 및 내부의 응고크랙을 방지하고 열간압연시 발생하는 선상결함을 방지할 수 있는 연속주조방법에 관한 것이다.
엔진의 고성능화에 따른 사용온도의 증가 및 부품수명 보증기간의 증가로 인하여, 자동차 배기계에 있어서 스테인레스강의 사용량이 증가하고 있고, 강종도 고급·고성능화 되고 있다. 대부분의 배기계에서는 페라이트계 스테인레스강을 주로사용하지만, 유연성 파이프(flexible pipe)는 성형성, 용접성, 내산화성 및 고온에서의 내피로 특성이 요구되기 때문에 오스테나이트계 스테인레스강을 주로 사용하고 있다. 특히, 추운지역에서는 겨울철 도로의 결빙 방지재로서 NaCl이나 CaCl2계 염(salt)을 노면에 살포하는데, 이로 인해 유연성 파이프(flexible pipe)가 부식되기 때문에, 고Si함유 오스테나이트계 스테인레스강을 사용하여 상기 문제에 대한 저항성을 높이고 있는 추세다. 그러나, 고Si함유 오스테나이트계 스테인레스강은 응고과정중 Si, P 및 S편석이 심하게 발생되고, 또한 응고 수축량이 크기 때문에 연주과정에서 응고크랙이 발생되기 쉽고, 열간압연시 열간가공성이 저하되어 크랙이 발생되기 쉽다. 특히, 슬라브 엣지(slab edge)와 열연판 엣지에 발생하는 크랙인 엣지(Edge)크랙은, 실수율을 크게 떨어뜨려 제조를 불가능하게 하는 문제를 야기시킨다. 이중, 열연과정시 발생하는 크랙에 대해서는 방지를 위한 연구 및 검토가 종래부터 수행되어 왔고, 현재는 성분과 압연조건을 제어하고 있기 때문에, 그 결과 제조가 불가능하게 되는 경우는 줄어들고 있다.
따라서, 제조의 가능여부를 결정짓는 크랙은 열간압연공정에서 산세후 검출되는 선상결함이 된다. 이러한 선상결함은 연주주편에서 발생되고, 표면품질이 중요한 스테인레스강에 있어서 치명적인 결함이 되기 때문에, 재산세 및 그라인딩 (grinding)등의 추가공정을 통해 제거해야 하고, 그로 인한 가격상승이 초래된다. 이와 같은 선상결함을 방지하기 위해서, 연속주조공정에서부터 열연 및 소둔공정에 이르기까지 여러가지 검토가 이루어져 왔다.
도1의 연속주조장치는, 제강과정에서 정련을 완료한 용강(1)이 담겨있는 래들(2), 주형(8)사이에서 완충(buffer)역할을 하는 턴디쉬(4), 주편을 제조하는 주형(8) 및 2차냉각대(9)로 구성되어 있다. 상기 래들(2)과 턴디쉬(4)사이에는 쉬라우딩 노즐(shrouding nozzle)(3)이 있다. 턴디쉬(4) 내부에는 용강의 유동을 제어하기 위한 턴디쉬 댐(dam)5)이 있고, 턴디쉬(4)와 주형(8)사이에는 침지노즐(7)이 있으며, 침지노즐(7) 상부에는 용강의 유량을 조절하는 턴디쉬 스토퍼(stopper) (6)가 설치되어 있다. 이러한 연속주조공정에서 선상결함은 주편이 형성되는 주형(8)과 2차냉각대(9)에서 응고조직이 불균일하게 형성되었을 때 발생된다.
상기와 같은 결함 방지를 위한 종래기술로는, 표층부 주편조직에 관점을 둔 특공평(特公平)2-9651호 공보에 제시된 기술이 있다. 이 방법은, 오스테나이트계 스테인레스강의 Si함유량을 규제한 슬라브를, 가열로 투입전에 샷 블라스트 (shot blast)함에 의해 그 표층에 가공층이 형성되도록 하여, 가열시 슬라브 표층부 응고조직의 재결정을 통해 결정립이 미세화하도록 함으로써 크랙발생을 방지하는 기술이다. 또한, 가열시 스케일에 관점을 둔 特公平(특공평)4-48865호 공보는, sol.Al을 규제한 슬라브의 가열시, 산소농도를 0.5~5중량%로 규제하여 선상결함을 방지하는 기술을 제안하고 있다. 그러나, 상기한 방법으로는 선상결함을 완전히 제거하는 것이 불가능하다.
이에, 본 발명은 턴디쉬에서의 주조온도 및 2차냉각대에서의 비수량을 적절히 제어함으로써 연속주조시 발생하는 응고크랙를 방지할 수 있는 고Si함유 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
도1은 연속주조장치를 도시한 개략도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1…용강 2…래들 3…쉬라우딩 노즐(shrouding nozzle) 4…턴디쉬
5…턴디쉬 댐(dam) 6…턴디쉬 스토퍼(stopper) 7…침지노즐
8…주형 9…2차 냉각대
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 초정 델타 페라이트로 응고하고 응고과정중 오스테나이트상이 형성되는 고Si함유 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조방법에 있어서, 턴디쉬에서의 용강온도와 이론 응고온도차이(ΔT)를 10 ~ 50℃범위로 하고, 식 S = Q/(V×W×D×G)(S: 비수량(ℓ/㎏), Q: 2차 냉각대의 총수량(ℓ/min), W: 주편 폭(m), D: 주편 두께(m), G: 밀도(kg/㎥), V: 주조속도(m/min))에 의해 구해진 2차 냉각대에서의 비수량을 0.25 ~ 0.35ℓ/kg으로 유지하여 조업하는 것을 특징으로 하는 고Si함유 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조방법에 관한 것이다.
이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
통상, 초정 델타 페라이트상으로 응고를 시작하고 응고과정중 오스테나이트상이 형성되는 오스테나이트계 스테인레스강은, [Cr/Ni]eq.값이 1.5~1.8범위인 것이다. 이때, [Cr/Ni]eq.는 하기 Hammar and Svensson관계식으로부터 구해진다.
(Cr[중량%])eq.=Cr[중량%]+1.37Mo[중량%]+1.5Si[중량%]+2Nb[중량%]+3Ti[중량%]
(Ni[중량%])eq.=Ni[중량%]+0.3Mn[중량%]+22C[중량%]+14.2N[중량%]+1Cu[중량%]
또한, 고Si함유 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조에 있어서, 연속주조주편의 열간압연시 발생하는 코일 선상결함의 위치는 주편크랙과 관련이 있기 때문에, 연속주조시 주편의 응고크랙을 방지해야 한다.
본 발명은 고Si함유 오스테나이트례 스테인레스강을 연속주조로 제조하는 경우에 있어서, 연주주편 연간압연시 코일 선상결함의 발생위치와 주편크랙과의 상관성을 조사하여 연속주조시 주편의 응고크랙을 방지하는 것에 관한 것이다.
연속주조시 주편에 응고크랙이 발생하는 원인을 야금학적으로 살펴보면, 용질원소의 편석량이 많아 발생하는 경우와 응고조직(dendrite)이 조대하게 형성됨으로 인해 연신율이 저하되어 발생하는 경우가 있다. 상기 용질원소의 편석에 기인한 응고크랙은, 응고과정중 용질원소가 덴드라이트(dendrite)사이에서 편석되어 머쉬존(mushy zone)을 확장시킴으로 인해 발생되는 것이다. 이 경우, 응고크랙을 방지하기 위해서는 응고과정중 용질원소의 편석량을 줄여야 한다. 한편, 조대한 응고조직은 고온강도가 낮기 때문에 외부응력의 작용시 응고조직 계면에서 응고크랙이 발생한다.
따라서, 연주주편의 응고크랙을 억제하기 위해서는 용질원소의 편석량을 줄이고 응고조직을 미세하게 형성시키는 것이 필요한데, 다음에서는 그 방법들을 상세히 살펴본다.
액상선 온도부터 응고완료 온도인 고상선 온도까지의 온도구간은 용질원소가 농축되는 구간으로, 이 구간에서 냉각속도를 느리게 하면 용질원소의 확산이 진행되어 액상에 농축되는 용질원소의 함량이 감소하기 때문에, 응고크랙의 발생은 억제된다. 그러나, 이 경우, 덴드라이트의 크기가 조대해지는 문제가 있다. 반면, 냉각속도를 빠르게 하면 덴트라이트의 크기가 미세해지므로 응고크랙을 억제하는 효과는 있지만, 용질원소의 확산이 지연되는 단점이 있다.
상기한 바로부터, 연속주조시 주편의 응고크랙은 응고과정중 냉각조건에 의해 조절할 수 있다고 판단하여, 본 발명에서는 연속주조시 주편에 발생하는 응고크랙을 제어하기 위해 턴디쉬에서의 용강과열도로 설정되는 주조온도 및 2차냉각대에서의비수량을 조절하는 것이다. 또한, 주조온도 및 비수량의 한계범위를 설정하여, 주조온도 및 비수량 조절시 발생할 수 있는 응고크랙이외의 품질 및 조업문제를 해결하는 것이다.
이에, 본 발명은 턴디쉬에서의 용강온도와 이론 응고온도차이(ΔT)를 10~50℃ 범위로 하고, 2차냉각대에서의 비수량을 0.25~0.35(ℓ/㎏)으로 조절하여 조업하는 것이다.
상기 턴디쉬에서의 용강온도와 이론 응고온도차이인 ΔT(℃)는 하한이 10℃이고, 상한은 50℃인데, ΔT가 상한 50℃를 초과하게 되면 응고중 응고속도가 느려져 응고조직이 조대해지므로 연주주편에 응고크랙 및 열간압연시 선상결함이 발생되기 쉽다. 한편, ΔT가 하한 10℃ 미만이면, 연주과정에서 몰드 파우더의 윤활능이 떨어지기 때문에 연주주편에 개재물성 결함을 야기시키게 된다.
또한, 상기한 주조온도조건을 만족시키면서 2차 냉각대 비수량을 0.25~0.35ℓ/㎏으로 제어하여 응고크랙을 방지하도록 한다.
비수량의 한계설정 이유는 다음과 같다. 2차 냉각대 비수량을 크게 하면 응고조직은 미세하게 형성시킬 수 있지만, 비수량이 0.35ℓ/㎏ 을 초과하면 연속주조시 응고조직사이에 편석된 불순물들이 확산할 시간이 적어지기 때문에 주편표면 면세로 크랙이 발생되고, 주편의 복열시 열응력으로 인한 크랙 및 잔류응력이 표면에 과도하게 발생되어, 주편 그라인딩(grinding)시 표면크랙이 발생된다. 그리고, 비수량이 0.25ℓ/㎏ 미만이면 응고조직이 조대해져 응고크랙이 발생하고 주조중 주편응고 쉘(shell)의 강도가 저하되어 주편 벌징(bulging)으로 인한 크랙이 발생하게 되는 문제가 있다. 따라서, 2차 냉각대 비수량은 0.25~0.35ℓ/㎏으로 제어하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예를 통해 보다 상세히 설명한다.
(실시예)
하기 표1에 나타난 바와 같은 [Cr/Ni]eq.가 1.64인 고Si함유 오스테나이트계 스테인레스강을 이용하고, 하기 표2와 같은 용강과열도 및 냉각대 비수량을 적용하여 연속주조주편으로 제조하였다. 제조된 주편들의 결함발생을 조사하여 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.
Cr(WT.%) Ni(WT.%) Si(WT.%) Mn(WT.%) P(WT.%) S(WT.%) C(WT.%) N(WT.%) [Cr/Ni]eq.
19.42 13.3 3.42 0.58 0.013 0.001 0.052 0.023 1.64
턴디쉬에서 용강 과열도(℃) 2차 냉각대비수량(ℓ/㎏) 연주주편 결함발생 정도
발명예 1 10 0.32
2 48 0.27
비교예 1 20 0.23
2 30 0.37
3 8 0.33 X
4 55 0.35 X
5 52 0.38 X
○: 없음, △: 미세, X: 심함
상기 표2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제어조건을 모두 만족시키는 발명예(1),(2)는 연속주조주편 및 열연코일 표면에 벌징(bulging), 응고크랙을 발생하지 않았다.
그러나, 비교예(1)은 비수량의 범위가 본 발명의 조건을 벗어났기 때문에,벌징(bulging)이 주편에 생겨서 주편표면 면세로 크랙이 발생되었다. 그로 인하여, 열간압연시 과도한 스케일이 형성되어 열연 코일상에 선상결함이 야기되었다. 비교예(2)는 비수량이 본 발명의 범위보다 높은 경우로, 주조중 벌징(bulging)은 발생하지 않았지만, 주편표면에 열응력이 심하게 작용하여 크랙발생을 유발하였다. 비교예(3)은 턴디쉬에서의 용강과열도가 본 발명의 범위보다 낮았기 때문에, 몰드 파우더의 용융불량이 발생하여 몰드와 응고층 사이의 윤활작용이 부족하였고, 이로 인해 응고층에서 크랙이 발생되어 주조말기에는 주편표면에 스캅(scab)등의 대형 표면결함을 유발하였다. 그리고, 비교예(4)는 주조온도가 본 발명 범위보다 높은 조건으로 주조되었다. 따라서, 주편표면의 조대한 응고조직이 형성되어 입계에 응고크랙이 발생되었고, 또한 연속주조시 주편 벌징(bulging)이 발생되어 탕면 헌팅(hunting)등의 조업불안정을 유발하였다. 비교예(5)는 주조온도 및 비수량이 본 발명의 기준치에서 벗어난 경우로, 연속주조주편 및 열연코일에 크랙을 야기시켰다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 연속주조 및 열간압연시 발생하는 응고크랙을 공정부하없이 방지할 수 있어서, 품질이 우수한 고내식 오스테나이트계 스테인레스강을 제조할 수 있다.

Claims (1)

  1. 초정 델타 페라이트로 응고하고 응고과정중 오스테나이트상이 형성되는 고Si함유 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조방법에 있어서, 턴디쉬에서의 용강온도와 이론 응고온도차이(ΔT)를 10 ~ 50℃범위로 하고, 식 S = Q/(V×W×D×G)(S: 비수량(ℓ/㎏), Q: 2차 냉각대의 총수량(ℓ/min), W: 주편 폭(m), D: 주편 두께(m), G: 밀도(kg/㎥), V: 주조속도(m/min))에 의해 구해진 2차 냉각대에서의 비수량을 0.25 ~ 0.35ℓ/㎏으로 유지하여 조업하는 것을 특징으로 하는 고Si함유 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조방법.
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