KR100462913B1 - 연속 주조 빌릿 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중심 편석이 적은 연속 주조 빌릿, 특히 고탄소강 연속 주조 빌릿 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

연속 주조 빌릿에 있어서, 빌릿 중심부의 분기상 등축정의 크기를 6mm 이하로 한다. 그러므로, 주형내 전자 교반을 행하여, 빌릿 표층 10mm 이내의 일차 덴드 라이트 경사각을 10도 이상으로 한다. 또한, 연속 주조 중에 경압하를 행하고, 빌릿 중심부의 중앙 공극률을 직경 4mm 이하로 한다. 이로 인해, 특히 탄소 농도 0.6 질량% 이상, 빌릿 사이즈 160mm 이하의 연속 주조 빌릿의 제조에 있어서, 빌릿의 중심 편석을 저감하고, 선재 압연 후의 신선에 있어서 단선 트러블이 적은 빌릿을 제공할 수 있다.

Description

연속 주조 빌릿 및 그 제조방법{Continuous casting billet and production method therefor}

선재 또는 봉강으로 대표되는 강재를 제조하는 것에 있어서는 1변의 길이가 200mm 이하인 각기둥(角住), 또는 직경이 200mm 이하인 원기둥형상의 빌릿(billet)을 제조하여, 이 빌릿을 압연함으로써 각종 강재가 제조된다. 종래, 빌릿을 제조함에 있어서는 대단면의 블룸(bloom)을 연속 주조법으로 주조하여, 이 블룸을 분괴 압연하여 빌릿을 형성하는 방법이 취해지고 있었다. 그러나, 제조 공정의 단축, 에너지 절약의 추진을 위해서는 연속 주조법에 의해서 직접 빌릿을 주조하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 주로 탄소 농도가 0.05 내지 0.3 질량%의 저탄소·중탄소강을 중심으로 빌릿의 연속 주조가 행하여지고 있었다.

강의 연속 주조에 있어서는 주물편의 중심부에 강중의 불순물이 농화하여 집적하는 중심 편석(偏析)의 발생이 문제가 된다. 이 중심 편석부분의 성분 농도가 높거나, 또는 중심 편석 부분의 범위가 큰 경우에는 예를 들면 선재의 제조에 있어서는 중심 편석부와 그 밖의 부위의 경도가 다르기 때문에, 와이어에 신선(伸線)할 때에 파단이 생겨, 단선한다. 또한, 슬래브(slab) 주물편의 경우, 예를 들면 후판(厚板)의 제조에 있어서는 제조한 후판 중심의 중심 편석부의 인성이 저하하는 등의 문제가 발생한다.

중심 편석의 문제는 연속 주조에 의해 빌릿을 직접 주조하는 경우에도 슬래브나 블룸과 마찬가지로 발생한다. 강중의 탄소 농도가 높은 경우에는 빌릿의 중심 편석에 의한 영향이 특히 현저하게 된다. 고탄소강 빌릿을 소재로 하여 선재 압연을 행할 때에, 빌릿의 중심 편석부가 선재 압연 후에 초석(初析) 시멘타이트나 미크로마르텐사이트로 성장하여, 해당 선재를 신선할 때에 그들 초석 시멘타이트나 미크로마르텐사이트를 기점으로 하여 신선 중에 균열이 발생하여 선재의 단선에 이르기 때문이다.

슬래브나 블룸의 연속 주조에 있어서, 주형내에 주입하는 용강의 과열도를 저하함으로써 주물편 중심부의 등축정율(等軸晶率)을 증대하고, 이로써 중심 편석을 저감하는 기술이 알려져 있다. 연속 주조 빌릿에 있어서도, 주형내 용강 과열도를 저하함으로써 중심 편석을 저감할 수 있다. 그러나 빌릿 연속 주조에 있어서는 주형 단면 사이즈가 작고, 주입 노즐의 내부 직경도 작다 ． 그 때문에 과열도가 낮은 용강을 주조하고자 하면 주입 노즐내에서 용강이 응고하여 노즐이 폐쇄하고, 주조가 불가능하게 되는 곤란성이 발생하기 쉽다. 따라서 빌릿 연속 주조에 있어서는 중심 편석 대책으로서 용강 과열도를 저하시키는 방법을 채용하기는 곤란하다.

또한, 슬래브나 블룸 연속 주조기에서는 롤에 의해 주물편을 경압하(mechanical soft reduction)하여 중심부 용강의 응고 수축에 의한 유동을 방지하며, 이로 인해 중심 편석을 개선하는 방법이 알려져 있다. 이 경압하 기술을 그대로 빌릿에 적용하고자 하면, 슬래브나 블룸 연속 주조기와 같이 약 10m의 길이 범위에 경압하 롤을 20개 정도 배치할 필요가 생긴다. 빌릿 연속 주조기는 1 스트랜드의 핀치롤 수가 5대 정도라고 하는 특징을 갖지만, 슬래브나 블룸 연속 주조기와 같이 다수의 경압하 롤을 배치한 것에서는, 빌릿 연속 주조기의 설비적인 간편함을 잃게 된다.

본 발명은 중심 편석이 적은 연속 주조 빌릿, 특히 고탄소강 연속 주조 빌릿 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 연속 주조 빌릿(billet), 특히 고탄소강 연속 주조 빌릿 및 그 연속 주조에 있어서의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 빌릿 중심부의 중심 편석이 적은 연속 주조 빌릿 및 그 제조방법에 관한 것이다.

도 1은 빌릿의 분기상 등축정 직경과 선재에서의 편석 정도와의 관계를 도시한 도면.

도 2는 빌릿의 주조 방향에 수직인 단면에서의 표층 10mm 이내의 1차 덴드라이트의 방향이, 표층과 수직인 방향에 대하여 이루는 경사각과 빌릿의 분기상 등축정 직경과의 관계를 도시한 도면.

도 3은 빌릿의 1차 덴드라이트 경사각과 상면측 등축정율과의 관계를 도시한 도면.

도 4는 빌릿의 상면측 등축정율과 경압하 영역 출구측 중심 고상율이 중심 편석의 정도에 미치는 영향을 도시한 도면.

본 발명이 요지로 하는 점은 이하와 같다.

(1) 탄소 농도가 O.6질량% 이상이고, 빌릿 중심부의 분기상 등축정의 크기가 6mm 이하인 것을 특징으로 하는 연속 주조 빌릿.

(2) 주조 방향에 수직인 단면에서의 표층이 10mm 이내인 1차 덴드라이트의 방향이, 표층과 수직인 방향에 대하여 경사각이 10도 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 연속 주조 빌릿.

(3) 빌릿의 상면측 등축정율이 25% 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (2)에 기재된 연속 주조 빌릿.

(4) 빌릿 중심부의 공극률(porosity)이 직경 4mm 이하인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 연속 주조 빌릿.

(5) 탄소 농도를 0.6질량% 이상으로 하고, 주형내에서 전자 교반기에 의해용강의 교반을 행하고, 빌릿 중심부의 분기상 등축정의 크기를 6mm 이하로 하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 빌릿의 제조방법.

(6) 또한, 빌릿의 상면측 등축정율을 25% 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 상기 (5)에 기재된 연속 주조 빌릿의 제조방법.

(7) 연속 주조 중에 경압하 영역(a zone of mechanical soft reduction)을 설정하여 빌릿의 경압하를 행하는 것을 특징으로 하는 상기 (5) 또는 (6)에 기재된 연속 주조 빌릿의 제조방법.

(8) 상기 경압하 영역의 출구측에서의 주물편 중심 고상율이 하기 식(1)으로나타내는 중심 고상율(Y)보다도 큰 값인 것을 특징으로 하는 상기 (7)에 기재된 연속 주조 빌릿의 제조방법.

Y= -0.0111×X+ 0.8……(1)

Y: 경압하 영역 출구측 주물편 중심 고상율의 하한치(-)

X: 상면측 등축정율(%)

(9) 상기 빌릿의 경압하에 있어서, 전체 압하량을 20mm 이하로 하는 것을 특징으로 하는 상기 (8)에 기재된 연속 주조 빌릿의 제조방법.

(10) 주형내 메니스커스로부터 상기 경압하 영역의 출구측까지의 주물편에 따른 거리가 하기 식(2)으로 나타내는 거리(L1)보다도 큰 것을 특징으로 하는 상기 (7)에 기재된 연속 주조 빌릿의 제조방법.

L1=(-1.38×X+332.84)×d²×Vc×10^-6……(2)

L1: 주형내 메니스커스로부터 경압하 영역 출구측까지의 주물편에 따른 거리의 하한치(m)

X: 상면측 등축정율(%)

d: 빌릿의 두께(mm)

Vc: 주조 속도(m/min)

(11) 상기 빌릿의 경압하에 있어서, 전체 압하량을 20mm 이하로 하는 것을 특징으로 하는 상기 (10)에 기재된 연속 주조 빌릿의 제조방법.

(12) 주형내 메니스커스로부터 상기 경압하 영역의 입구측까지의 주물편에 따른 거리가 하기 식(3)으로 나타내는 거리(L2)보다도 짧은 것을 특징으로 하는 상기 (1O)에 기재된 연속 주조 빌릿의 제조방법.

L2=d²×Vc/4000 …(3)

본 발명에 있어서, 빌릿이란 1변의 길이가 200mm 이하인 각기둥, 또는 직경 200mm 이하인 원기둥형상 강괴, 특히 1변의 길이 또는 직경이 160mm 이하인 강괴를 의미한다. 연속 주조 빌릿이란, 연속 주조에 의해서 용강으로부터 직접 주조한 빌릿을 의미한다.

빌릿의 연속 주조에 있어서는 주형내에 주입하는 용강의 과열도를 낮게하여 빌릿 중심부의 등축정율을 높게 한 경우, 해당 등축정 영역에 있어서는 입상 등측정이 생성한다. 한편, 통상적인 용강 과열도에 있어서 주조한 경우에는 빌릿 중심부의 등축정율이 낮아짐과 동시에, 해당 등축정 영역에 있어서는 분기상 등축정과 입상 등축정이 혼재한 조직이 된다. 여기서, 분기상 등축정이란, 1개의 등축정내에 분기한 덴드라이트를 갖는 것을 말한다. 또한, 입상 등축정이란, 덴드라이트를 갖지 않은 입상의 등축정을 말한다.

분기상 등축정은 입상 등축정에 비교하여 그 크기가 크다. 주물편이 응고하는 과정에 있어서의 응고 수축에 수반하여, 응고 말기에 있어서는 고액 공존상(固液 共存相)이 응고 선단을 향해 유동한다. 고액 공존상 중에 큰 분기상 등축정이 존재하는 경우, 대면하는 응고 쉘과 응고 쉘 사이에 이 분기상 등축정이 구속되고, 브릿징이라고 하는 현상을 야기한다. 분기상 등축정이 브릿징을 야기하면, 고액 공존상 중의 고상부분은 해당 분기상 등축정에 방해되어 유동할 수 없고, 브릿징한 분기상 등축정으로부터 하류측에는 성분이 농화한 액상 부분만이 이동하여, 중심 편석이 심한 부분이 형성된다.

본 발명에 있어서는 응고 주물편의 등축정 중에 포함되는 분기상 등축정의 크기를 6mm이하, 바람직하게는 4mm 이하, 보다 바람직하게는 3mm 이하로 함으로써, 상기와 같은 브릿징의 발생을 억제하여, 빌릿 중의 중심 편석을 저감하는 것을 특징으로 한다.

분기상 등축정의 크기를 본 발명과 같이 작게 하는 수단으로서는 연속 주조 주형내에서 전자력을 사용하여 용강을 수평방향으로 교반하는 것이 가장 효과적이다. 본 발명의 대상은 소단면의 빌릿이기 때문에, 교반은 빌릿의 중심축을 중심으로 용강을 회전시키도록 하는 것이 바람직하다.

응고 진행 중에 용강을 교반하면, 응고 조직의 하나인 1차 덴드라이트(기둥모양 결정)의 방향이 주물편 표면과 수직인 방향으로 기우는 것이 알려져 있다. 이 경사 각도를 경사각이라고 한다. 교반에 의한 용강 유속이 빠를수록, 경사각이 커진다.

본 발명에 있어서는 1차 덴드라이트의 경사각이 크게 될수록 빌릿의 분기상 등축정의 크기가 작아지는 것이 명백해졌다. 구체적으로는 주조 방향에 수직인 단면에서의 표층이 10mm 이내인 1차 덴드라이트의 방향이, 표층과 수직인 방향에 대하여 경사각이 15도 이상이 되도록 용강 교반 강도을 설정함으로써, 응고 주물편의 등축정 중에 포함되는 분기상 등축정의 크기를 6mm 이하로 할 수 있다. 용강 교반 강도의 조정은 주형내에 설치한 전자 교반 장치의 추력(推力)을 조정함으로써 행할 수 있다.

주형내에서 전자 교반를 행함으로써, 분기상 등축정의 크기를 작게 할 수있는 동시에, 등축정율을 높이는 효과도 얻을 수 있다. 구체적으로는 주조 방향에 수직인 단면에서의 표층이 10mm 이내인 1차 덴드라이트의 방향이, 표층과 수직인 방향에 대하여 경사각이 10도 이상이 되도록 용강 교반 강도를 설정함으로써, 빌릿의 상면측 등축정율을 25% 이상으로 할 수 있다. 여기서, 상면측 등축정율이란, 빌릿 중심에서 상면측에 존재하는 등축정 영역의 폭을 빌릿 두께의 1/2로 나누어 백분률로 표시한 값이다.

연속 주조에 있어서는 주물편의 응고 진행과 동시에 응고 수축이 일어나, 상술과 같이 잔류 용강은 응고 수축을 보상하기 위해서 응고 말단을 향해 유동한다. 이 용강 유동이 연속 주조 주물편의 중심 편석의 원인의 하나가 되기 때문에, 응고 진행 중인 주물편에 경압하를 가하여, 응고 수축에 적당한 양만큼 주물편을 압하하고, 용강 유동을 방지하는 기술이 알려져 있다.

본 발명에 있어서도, 상기 주물편의 분기상 등축정의 크기를 작게 하는 발명에 부가하여, 연속 주조 중에 경압하 영역을 설정하여 빌릿의 경압하를 행함으로써, 빌릿의 중심 편석을 더한층 개선할 수 있다. 중심 편석의 저감에 유효하고 적절한 경압하를 행한 경우에는 용강 유동을 적절히 방지할 수 있기 때문에, 주물편의 중앙 공극률을 저감할 수 있다. 반대로 주물편의 중앙 공극률이 소정의 레벨보다도 심하게 발생하고 있는 경우에는 경압하를 행하지 않았거나, 또는 중심 편석 저감을 위해서는 경압하가 적정하지 않은 것을 나타내고 있다. 따라서, 주물편의 중앙 공극률의 발생 상황을 평가함으로써, 본 발명의 경압하에 의한 중심 편석 개선이 행하여진 것을 확인할 수 있다. 구체적으로는 주조 후의 주물편에 대해서 주조 방향의 50Omm 길이 부분의 중심선을 포함한 수직면내에서 중앙 공극률을 측정하여, 해당 측정한 중앙 공극률의 최대 직경이 4mm 이하인 경우에는 본 발명의 경압하에 의한 중심 편석 개선이 이루어지고 있는 것으로 인정할 수 있다.

본 발명자는 우선, 연속 주조 빌릿을 선재 압연하고, 또한 신선 가공을 가한 경우에 있어서, 해당 빌릿 및 선재의 어떤 부위가 신선시에 파단하는 것인가를 상세하게 조사하였다. 그 결과, 선재의 단면을 나이탈로 부식하였을 때에 선재단면의 중심부가 흑색이 된 경우이고, 흑색의 정도가 강한 경우에는 선재의 신선시에 파단할 확률이 높음을 알았다. 그래서, 선재의 단면에 있어서의 중심부의 흑색의 정도와, 해당 선재의 평가 위치의 근방 부위에 있어서 미리 채취하여 둔 빌릿 단면의 편석 형태와 편석 성분의 농도에 대해 해석하였다.

빌릿의 긴쪽 방향에 평행인 단면에 있어서 에칭을 행하면, 빌릿 중심부의 중심 편석 부위에 입상 편석을 볼 수 있다. 선재 단면 중심부가 나이탈 부식으로 흑색이 된 선재 부위에 근접하는 위치로부터 채취한 빌릿에 있어서는 빌릿 단면의 입상 편석의 입자 직경이 크고, 또한 해당 입상 편석이 몇개나 집중되어 있는 것에 대하여, 선재 단면의 중심부가 지나치게 흑색으로 되어 있지 않은 부위의 근방에서채취한 빌릿 단면에서 볼수 있는 입상 편석 직경은 작고, 또한 서로 분산하고 있음을 알았다. 한편, 빌릿에서 볼 수 있는 입상 편석 부위의 편석 성분, 예를 들면, P, Mn의 편석 최대 농도는 입상 편석 직경과 관계없이 거의 일정치인 것을 알았다.

상기와 같은 결과가 얻어진 이유를 추정한다. 빌릿의 입상 편석이 분산하고 있으면, 선재에서 부식하더라도 분산하여 부식되기 때문에, 검게 집중되어 보이지는 않는다. 한편, 빌릿의 입상 편석부가 분산하지 않고 집중되어 있으면, 선재에서 부식되는 부분도 집중되어 커지게 되어, 부식면의 육안 관찰에 있어서 검게 보이는 것으로 생각된다.

이와 같이, 빌릿의 입상 편석이 연속해 있는 형태의 지점에서는 선재에 있어서도 경도가 높은 지점(P 편석부)이나, 시멘타이트, 마르텐사이트가 생성하는 곳(Mn 편석부)이 연속해 있고, 선재의 신선시에 균열이 전파함으로써 선재의 파단이 생성한다고 생각된다. 한편, 빌릿의 중심 편석부이더라도 입상 편석이 분산한 형태로 존재하는 경우에는 상기 입상 편석이 연속해 있는 부위와 같은 편석 농도이더라도 균열의 전파는 일어나지 않고, 파단에는 도달하지 않는다고 생각된다. 또한, 빌릿의 입상 편석이 분산한 형태로 존재하는 경우에는 대응하는 선재 단면의 부식에서는 검은 부분이 적기 때문에, 선재 압연의 단계에서의 성분 확산이 얼마안되지만 존재하고, 입상 편석이 분산한 경우인 편이 해당 성분 확산이 많이 촉진되어 있을 가능성도 있다.

다음에, 상기 주물편의 입상 편석 직경을 작게 하여 또한, 분산시키기 위한 요인을 검토하였다.

연속 주조 빌릿에 있어서는 특히 낮은 용강 과열도로 주조를 행한 경우를 제외하고, 상술한 바와 같이 등축정 영역에는 분기상 등축정과 입상 등축정이 존재하고, 종래의 주조 방법을 채용한 경우는 해당 분기상 등축정의 크기가 크다. 빌릿의 응고 조직에 있어서, 분기상 등축정의 크기가 작은 경우에는 빌릿 중심 편석부의 입상 편석 직경이 작게 되고 또한, 분산하는 형태로 됨을 알았다.

빌릿의 분기상 등축정의 크기가 작게 됨으로써 입상 편석 직경이 작아지고, 또한 분산하는 이유에 대해서 고찰한다. 응고 말기에는 등축정 입자가 서로 연결하여 네트워크를 조직하게 된다. 본 발명자 등이 3차원적으로 수학적 모델을 작성하여 확인한 결과에 의하면, 등축정 직경이 크면 등축정 입자 네트워크와 응고 쉘사이에서 브릿징을 쉽게 일으키고, 등축정 영역에 V 편석을 쉽게 생성하는 데 반해, 등축정 직경이 작으면 등축정으로 둘러싸인 부분의 체적이 작아지고, 입상 편석 직경이 작아지게 되면 동시에 쉽게 분산되어지는 것이 명확해졌다.

이 경우에, 등축정 직경이 3.5mm 정도로 작은 경우에는 등축정의 비율이 0.8정도가 되면 그와 같은 네트워크가 완성하지만, 등축정 직경이 7mm 정도로 큰 경우에는 등축정 비율이 0.8정도일지라도 네트워크가 완성하지 않은 경우가 10% 정도의 확률로 일어나고, 그 결과, 입상 편석이 연속해 있는 형으로 커지게 된다고 생각된다.

이상과 같이, 빌릿의 연속 주조에 있어서는 분기상 등축정의 크기를 작게 하는 것이, 선재에서의 파단을 방지하는 데에 있어서 중요한 것을 발명자는 발견하였다. 더불어, 주물편 단계의 검사에서 등축정 직경을 측정하면 선재에서의 파단을 미리 예측하는 것도 가능하게 되었다.

빌릿의 분기상 등축정 직경과 선재에서의 편석 정도의 관계를 도 1에 도시한다. 여기서,

편석 정도 1: 선재에서 강한 편석 없음, 초석 페라이트·미크로마르텐 사이트 없음

편석 정도 2: 선재에서 강한 편석 있음, 초석 페라이트·미크로마르텐 사이트 발생

편석 정도 3: 선재에서 강한 편석 있음, 초석 페라이트·미크로마르텐 사이트 많이 발생되었다. 분기상 등축정 직경이 6mm이하이고, 바람직하게는 4mm이하이며, 보다 바람직하게는 3mm 이하에 있어서 선재에서의 편석 정도가 낮고, 입상 시멘타이트·미크로마르텐사이트의 발생이 저감하는 것이 명백하다. 또한, 도 1은 빌릿 사이즈가 122mm인 빌릿을 연속 주조한 결과이고, 턴디시내 용강 과열도는 모두 20 내지 40℃ 이었다. 1변의 길이가 160mm 이하의 크기인 빌릿이면 동일한 결과를 얻을 수 있다.

본 발명에 있어서의 분기상 등축정 직경의 산출 방법으로서는 이하에 나타내는 방법을 사용한다.

주물편 긴쪽 방향 임의의 개소에 있어서 샘플을 채취한다. 통상적으로는 선재 압연에 알맞은 길이로 절단한 빌릿의 끝부분에서 샘플을 채취한다. 해당 샘플에 있어서 주물편의 주조 방향에 평행하며 또한 주물편의 중심을 통과하는 단면을 경면 연마하여, 피크린산 등을 사용한 부식액으로 응고 조직을 현출한다. 또한, 에칭액으로 편석 부식함으로써 형성되는 부식 구멍을 재연마 미세한 분말로 충전한 후, 이것을 투명 점착 테이프에 전사하는 방법(에칭 프린트법)으로 프린트를 채취하여도 된다. 상기 주물편 샘플의 부식면 또는 에칭 프린트면을 사용하여, 주물편의 긴쪽방향 500mm의 범위에 대해서, 주물편 중심부에 존재하는 분기상 등축정 중에 가장 큰 것의 크기를 측정한다. 여기서 주물편 중심부란, 주물편 중심 부근의 편석 입자가 연속해 있는 부분을 중심선으로 하고, 이 중심선으로부터 상하 ±10mm의 범위를 말한다. 분기상 등축정의 크기 측정에 있어서는 5배 정도의 확대경 등으로 확대하여 측정하는 것이 바람직하다.

본 발명을 적용하는 전제 조건으로서 제품에 있어서 편석 기인의 결함이 생길 우려가 있는 0.6질량% 이상의 탄소 농도를 포함하는 빌릿을 대상으로 한다.

본 발명은 1변의 길이 또는 직경이 16Omm 이하인 빌릿에 있어서 특히 유용하다. 그 이유로서 아래와 같이 3가지를 들 수 있다.

첫째, 1변의 길이가 작을 수록, 즉, 단면의 면적이 작을 수록, 주형 내에서 등축정이 생성되고 나서 응고하기까지의 시간이 짧아진다. 즉, 냉각 속도는 1변의 길이가 작을 수록 커지고, 주형내에서 생성한 등축정의 핵은 다발을 갖는 형으로 성장하고, 그대로 분기상 등축정으로서 잔존하기 쉽기 때문이다. 그 주물편의 1변의 길이의 최대치는 160mm 정도이다.

둘째로, 1변의 길이가 작을 수록, 버징량이 적어진다. 이 결과, 블룸 연속 주조기와 같이, 롤 간격을 좁게 하거나, 롤 사이를 냉각하는 등의 복잡한 설비를 필요하지 않고, 롤 개수가 적은 간편 롤 구성에서의 연속 주조기로 경압하 설비를 적용할 수 있기 때문이다. 그 주물편의 1 변의 길이의 최대치는 160mm 정도이다.

셋째로, 실용상의 관점에서는 분괴 압연을 생략하고 취하는 빌릿 사이즈가 160mm 이하이고, 그 이상의 사이즈에서는 선재로의 압연과의 사이에 분괴 공정이라고 하는 사이즈를 축소하는 공정이 필요하게 되기 때문이다. 분괴 공정을 생략할 수 있는 주물편 사이즈의 최대치는 160mm 정도이다.

다음은, 빌릿 중심부의 분기상 등축정 입경을 본 발명 범위내의 크기로 하기 위한 방법에 대해서 설명한다. 발명자 등은 연속 주조 주형내에서 전자력을 사용하여 용강을 수평 방향으로 교반하는 것이 분기상 등축정의 크기를 작게 함에 있어서 유효한 것을 발견하였다. 본 발명의 빌릿은 소단면의 각기둥 또는 원기둥이기 때문에, 수평방향의 교반류로서는 빌릿 중심을 중심으로 하는 회전류로 하는 것이 가장 바람직하다. 주형내에서 용강을 교반하기 위한 전자 교반 장치로서는 블룸 연속 주조에 있어서 통상적으로 사용되고 있는 전자 교반 장치와 동일한 것을 사용할 수 있다.

주형내의 응고 쉘에 접촉하는 부분의 수평 방향의 용강 유속은 이미 문헌에도 나타나 있는 바와 같이 응고 조직의 하나인 1차 덴드라이트(기둥모양 결정)의 경사각을 측정함으로써 추정할 수 있다. 1차 덴드라이트의 경사각이란, 주조 방향에 수직인 단면에서의 표층이 10mm 이내인 1차 덴드라이트의 방향이, 표층과 수직인 방향에 대하여 이루는 경사각을 말한다. 이 경사각이 클 수록, 용강 유속이 빠른 것을 나타낸다. 전자 교반 장치의 추력을 크게 할수록 이 용강 유속을 빨리할 수 있어, 결과적으로서 1차 덴드라이트의 경사각도 커진다.

1차 덴드라이트 경사각의 측정 방법은 아래와 같다. 즉, 주조 방향에 수직인 단면으로, 빌릿의 폭, 두께 방향의 중앙부의 표층보다 10mm 두께 정도의 시료를 4개 채취한 후에, 연마와 피크린산계의 부식액에 의한 부식으로 응고 조직을 현출하고, 5 내지 10배의 사진을 촬영한다. 사진상에 표층으로부터 깊이가 2mm 및 4mm 인 위치(5배 사진상에서는 10mm 깊이, 20mm 깊이의 위치)에 표층에 대하여 평행한 선을 근다. 그 선상에 1mm 간격에 원래의 선에 수직인 선을 긋는다(5배 사진상에서는 5mm 간격). 원래의 선과 수직선으로 둘러싸이고, 또한, 원래의 선상에서 관찰되는 1차 덴드라이트의 경사각(표층과 수직방향에 대하여 이루는 각도)중 최대의 값이 되는 1차 덴드라이트의 경사각을 측정한다. 각 시료의 깊이가 2mm와 4mm인 측정 선상에서 각각 20점의 측정을 행하고, 깊이가 2mm와 4mm에서의 각각 평균치를 산출하여 큰 쪽의 값을 그 시료의 1차 덴드라이트 경사각으로 한다. 단면에서의 1차 덴드라이트 경사각의 값은 해당 단면으로부터 채취한 4개의 시료의 1차 덴드라이트 경사각의 평균치(평균치는 산술 평균)로 정의한다.

발명자 등은 본 발명이 대상으로 하는 연속 주조 빌릿에서는 1차 덴드라이트의 경사각이 커질수록 분기상 등축정의 크기가 작아지는 것을 발견하였다. 따라서 1차 덴드라이트의 경사각을 측정함으로써, 분기상 등축정의 크기를 추정하는 것도 가능하다.

도 2에 1변의 길이가 120 내지 130mm인 빌릿의 경우인 1차 덴드라이트 경사각과 분기상 등축정의 크기와의 관계를 도시한다. 1차 덴드라이트 경사각을 10도 이상으로 함으로써, 주물편 중심부의 분기상 등축정의 크기를 6mm 이하로 할 수 있다. 또한 1차 덴드라이트 경사각을 15도 이상으로 하면 분기상 등축정의 크기를 4mm이하, 1차 덴드라이트 경사각을 20도 이상으로 하면 분기상 등축정의 크기를 3mm 이하로 할 수 있다. 또한, 도 2에 있어서는 120 내지 130mm 각 빌릿의 예를 도시하였지만, 1변의 길이가 160mm 이하의 크기인 빌릿이면 동일한 결과를 얻을 수 있다.

빌릿 중심부의 조직을 입상 등축정화하여 중심 편석을 저감하기 위해서는, 주형내에 주입하는 용강의 과열도를 내릴 필요가 있었다. 그러나, 빌릿 중심부의 분기상 등축정의 크기를 작게 하여 중심 편석을 저감하는 본 발명에 있어서는 용강의 과열도를 내릴 필요는 없다. 주형에 주입하기 직전의 턴디시내에서의 용강 과열도는, 통상적으로 주조를 할 때와 같이 20 내지 40℃ 정도의 범위에서 할 수 있다.

주형내에서 전자력을 사용하여 수평 방향으로 교반함으로써 분기상 등축정의 크기가 작아지는 이유는 아래와 같이 추측할 수 있다.

응고 쉘이 용강과 접하는 면에 있어서는 응고 쉘, 용강 중 어느 것이나 편석 하고 있는 성분의 농도가 교반에 의해 세정되어 낮아지고, 이로 인해 용강이 응고하는 온도가 상승하여 용강 온도와 계면 온도와의 차가 작아짐으로써, 고액 계면 뿐만 아니라 용강 중에서도 응고하기 쉬운 상태가 되어, 응고 핵 생성이 활발하게 일어남으로써 등축정의 수가 많아지게 되어 결과적으로 등축정 입경이 작아진 것으로 생각된다.

또한, 용강 유동의 상류측을 향해서 덴드라이트가 성장하는 것은 잘 알려져있다. 이 원인은 덴드라이트의 기둥의 용강류가 접촉하는 측은 반대측에 비교하여 온도 구배, 농도 구배도 커져, 응고가 쉽게 진행하기 때문에 덴드라이트는 경사진다고 설명되고 있다. 그러나, 주물편 표면에서의 발열은 응고각의 두께에 수직방향이기 때문에, 열의 균형을 잡기 위해서, 이러한 상태에서는 흐름의 상류측에 경사한 일차의 덴드라이트 기둥의 하류측에는 흐름과 온도의 정체역이 생기게 되어, 극소적으로는 등축정이 생성하기 쉬운 상태에 있다. 이와 같이, 덴드라이트가 경사하여 성장하는 것 자체가 등축정 생성에 직접 영향을 미칠 가능성도 크게된다.

용강 과열도가 높은 경우에 있어서, 주형내에서 전자 교반을 행하면, 잔류 용강의 온도가 저하한다. 그 결과, 다수의 응고핵이 성장하여 분기상 등축정이나 입상 등축정으로 되기 때문에, 하나하나의 분기상 등축정의 크기는 작아진다.

빌릿과 블룸·슬래브를 비교하면, 빌릿의 경우에는 표면적이 용강의 양에 비교하여 크고, 표면으로부터의 발열량 비가 큰 것도 생성한 등축정을 재용해시키지 않고 그대로 온도 보존시키는 데 유효하다. 실제로 빌릿 주물편내에 존재한 등축정의 형태를 관찰하면 덴드라이트상을 보인 소위 분기상 등축정이고, 종래 슬래브의 전자 교반에서 생긴 입상 등축정과는 다른 것이다. 이것은 빌릿의 경우에는 생성한 등축정이 최종 응고 위치까지 재용해하지 않고 잔류하였지만, 응고 중에 또한 성장한 것을 나타내고 있고, 먼저 말한 등축정에 의한 네트워크의 생성의 용이함의 관점에서는 그 다발이 갖게 되는 형상에서는 유리한 것으로 생각된다.

본 발명에 있어서는 분기상 등축정의 크기를 작게하는 것을 목적으로서 주형내의 용강을 전자력에 의해 교반한다. 이 결과로서, 빌릿의 등축정율도 증대시킬 수 있다. 도 3에 1차 덴드라이트의 덴드라이트 경사각과 상면측 등축정율과의 관계를 도시한다. 도 3은 빌릿 사이즈가 122mm인 빌릿을 연속 주조한 결과이고, 턴디시내 용강 과열도는 어느 것이나 20 내지 40℃ 이었다. 1변의 길이가 160mm 이하의 크기인 빌릿이면 동일한 결과를 얻을 수 있다. 주조 방향에 수직인 단면에서의 표층이 10mm 이내인 1차 덴드라이트의 방향이, 표층과 수직인 방향에 대하여 경사각이 10도 이상이 되도록 용강 교반 강도를 설정함으로써, 빌릿의 상면측 등축정율을 25% 이상으로 할 수 있다. 여기서, 상면측 등축정율이란, 상술한 바와 같이 빌릿 중심에서 상면측에 존재하는 등축정 영역의 폭을 빌릿 두께의 1/2로 나누어 백분율로 표시한 값이다.

또한, 본 발명에 있어서는 이상과 같이 분기상 등축정의 크기를 작게 하는 것과 더불어, 응고 말기에서 빌릿에 경압하를 행하는 것도, V 편석의 발생을 방지하여 편석 입자를 분산시키기 때문에 중심 편석 저감을 위해 유효하다. 경압하는 연속 주조 중에 있어서, 미응고 용강이 고액 공존상으로 되어 있는 주조 부위에 있어서, 1대 이상의 롤에 의해서 주물편을 압하함으로써 행한다. 복수의 롤쌍에 의해서 경압하 영역을 형성하여 경압하를 행하는 경우, 바람직하게는 롤 배치는 35Omm 이내의 간격으로 경압하 영역의 길이 분만큼 롤쌍을 배치하고, 각 롤쌍에서의 주물편의 압하량을 결정하여 압하를 행한다.

바람직한 주조 부위에 있어서 경압하를 행한 경우, 빌릿의 중심 편석이 저감함과 동시에, 빌릿 중심부의 중앙 공극률의 발생을 저감할 수 있다. 따라서, 상술한 바와 같이, 주조 후 주물편에 있어서 주조방향의 500mm 길이 부분의 중심선을 포함한 수직면내 중앙 공극률을 측정하고, 해당 측정한 중앙 공극률의 최대 직경으로 4mm 이하인 경우에는 본 발명의 경압하에 의한 중심 편석 개선이 이루어진 것으로 인정할 수 있다.

한편, 용강의 유속이 없는 경우에는 응고 조직은 등축정이 아닌 주상 결정뿐 이었다. 이 경우에는 경압하를 실시하더라도 중앙 공극률은 작아지지 않고 11 mm로 크다. 용강의 유동이 없는 경우에는 응고 쉘은 경압하 영역 이전의 매우 빠른 시기에 브릿징을 일으켜, 경압하 영역에 들어가기 전에 중앙 공극률이 생성하기 때문으로 생각된다.

빌릿 주조기의 경우에는 상술한 바와 같이 롤의 개수가 적은 점이 특징이다. 이에 대하여, 주상정만으로 응고한 경우에 편석을 경감하기 위해서는 슬래브의 연속 주조기로 행하여지는 바와 같이 긴 경압하 영역이 필요하게 된다. 빌릿 연속 주조기에 있어서 이러한 긴 경압하 영역을 배치하는 것은 상기 빌릿 연속 주조기의 특징에 반해 비경제적으로 된다.

또한, 중심부가 등축정으로 되어 있는 응고 조직에서는, 상술한 바와 같이 고상율이 높은 부분까지 브릿징의 발생이 지연되고, 높은 고상율로부터의 경압하라도 효과가 나타난다. 중심 응고 조직을 등축정 조직화하는 것만으로도, 주상 결정만의 경우에 비교하여 중앙 공극률은 작게 된다. 즉, 경압하를 행하지 않은 경우, 중심 응고 조직이 등축정의 경우의 중앙 공극률의 크기는 6mm 정도이었다.

경압하를 행해야 되는 주조 부위에 대해서 논의할 때는, 주물편의 중심 고상율을 지표로 할 수 있다. 그 이유는 고액 공존상에 있어서의 덴드라이트 수지 사이 등으로의 농화 용강(enriched liquid steel)의 집적이 시작되는 것은 주물편 중심부의 용강 통과 저항이 증대하는 응고 시기로 추정되어, 이 용강 통과 저항 증대에 대하여 중심 고상율이 가장 영향을 미치게 한다고 생각되고 있기 때문이다. 즉, 중심 고상율은 중심 편석 발생의 응고 시기를 나타내는 지표로서 가장 적절하다고 생각된다.

경압하 영역의 입구측의 중심 고상율을 고정하고, 응고 조직과 경압하 영역 출구측 중심 고상율이 중심 편석에 미치는 영향에 대해서 검토하였다. 그 결과, 도 4에 도시된 바와 같이, 주물편에 있어서의 상면 등축정율이 높을 수록, 경압하 영역 출구측에 있어서의 중심 고상율이 낮더라도 중심 편석이 양호한 것을 알았다. 즉, 상면 등축정율이 높으면, 짧은 경압하 영역일지라도 중심 편석이 양호해지는 결과가 얻어진다. 상면 등축정율의 증가에 의해 등축정 사이에 있는 농화 용강의 유동이 억제되어 응고 수축에 의한 농화 용강의 집적이 방지되기 때문인 것으로 추측된다.

상면 등축정율과 경압하 영역 출구측 중심 고상율(하한)과의 관계는 하기 수학식 1로 나타내는 관계가 된다. 따라서, 경압하 영역 출구측 중심 고상율을 하기 Y보다도 큰 값으로 함으로써, 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.

(식의 기호의 설명) Y는 경압하 영역 출구측의 주물편 중심 고상율(-)

X는 상면 등축정율(%)

이상과 같기 때문에, 상면 등축정율을 높은 값으로 유지할 수 있는 주조 조건과 조합함으로써, 경압하 영역의 길이를 짧게 설계하여, 경압하에 요하는 설비비를 저감하는 것이 가능하게 된다. 본 발명에 있어서는 분기상 등축정의 크기를 작게 하기 위해서 주형내에서 전자 교반을 행하기 때문에, 결과적으로 상면 등축정율을 높은 값으로 할 수 있기 때문에, 경압하 영역을 짧게 하는 것이 가능하다.

또, 중심 고상율의 값으로서 본 발명자 등이 주물편의 표면 온도로부터 맞추어 넣은 전열 계산으로부터 추정한 계산치를 사용한 바, 경압하 영역 출구측 중심 고상율을 0.7 이상으로 한 경우일지라도 경압하에 의한 중심 편석 저감 효과가 더욱 증대하고 있음을 알 수 있다. 한편, 상술한 3차원의 수학 모델로 V 편석의 형성에는 등축정의 비율이 0.8 정도로 즉 고상율이 0.8정도로 등축정의 네트워크가 형성한다고 하는 계산결과가 얻어지고 있다. 요컨대, 경압하 영역 출구측 중심 고상율을 0.7 이상으로 하여도 중심 편석 저감 효과가 증대한다고 하는 사실은 이 계산 결과에 대응하는 것으로, 높은 고상율에 있어서의 압하에서도 중심 편석 저감 효과가 나타나고 있고, 오히려 높은 고상율에서의 압력하에 의해 효과가 향상한다고 생각된다.

경압하 영역 출구측의 중심 고상율을 상기와 같이 규정함으로써 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 경압하 영역 입구측을 중심 고상율이 0.3의 부위보다도 상류측, 보다 바람직하게는 중심 고상율이 0.2의 부위보다도 상류측에 배치함으로써, 더욱 양호한 결과를 얻을 수 있다. 경압하 영역 입구측의 중심 고상율을 규정함으로써 중심 편석이 더욱 개선되는 이유는 아래와 같이 고찰할 수 있다. 즉, 중심 고상율이 0.3 정도보다도 높게 되면 고액 공존상의 유동이 억제되어 이동하기 어렵게 되고, 편석이 되는 잔액상 부분의 섬(島)이 생성하기 시작한다. 그 때문에, 이 부위보다 하류측을 롤로 압하함으로써, 잔류 용강 부분의 유동을 억제하여, 잔류 용강끼리가 응집하지 않도록 할 수 있게 되는 것이다.

한편, 수학식 1로 나타낸 바와 같은 경압하 영역 출구측의 중심 고상율을 만족하면서 경압하 영역 입구측 중심 고상율이 0.2 내지 0.3을 만족하도록 경압하 영역을 배치하면, 경압하 영역의 길이는 8 내지 10m로 긴 것이 된다.

그러나, 실제의 빌릿 주조기에는 3쌍 내지 4쌍의 핀치롤이 배치되어 있고, 이러한 핀치롤은 단지 중심 고상율이 0.2 내지 0.3의 영역도 어느정도 압하하고 있다. 중심 고상율이 0.2 내지 0.3인 영역에서 0.4 내지 0.5인 영역까지에 대해서는 이들 핀치롤에 의한 경압하일지라도 용강 유동 방지 효과는 생기는 것으로 생각된다. 따라서 핀치롤 영역을 포함해서 경압하 영역으로 생각할 수 있고, 경압하 영역 입구측의 중심 고상율을 0.2 내지 0.3로 할 수 있다. 한편, 편석 제어를 행하기 위해서 가장 중요한 부분은 네트워크의 형성의 빈도가 높은 부분이고, 중심 고상율로 말하면 0.4 내지 0.5 이상인 부분이다. 따라서, 이 중요한 영역에 대해서는 기존의 핀치롤이 아니라 몇쌍의 경압하 전용 롤을 밀접하게 나열함으로써, 본 발명의 경압하 효과를 충분히 발휘할 수 있다. 이와 같이 핀치롤에 의한 경압하를 병용함으로써, 새롭게 설치하는 경압하 영역의 길이를 짧게 하여 설비비를 저감할 수 있다.

경압하 영역에 있어서의 경압하 량은 주물편의 응고 수축을 보상하는 정도로 행하면 충분하다. 인접하는 경압하 롤의 간격이 350mm인 경우, 각 롤에서의 압하량은 1.5 내지 3mm 정도로 하면 적합하다. 압하량이 부족하면 주물편의 V 편석이 충분히 소멸하지 않고, 응고 수축량을 초과하는 압력하를 행하면 역 V 편석이 발생하기 때문에, 주물편의 편석 상황을 확인함으로써 각 연속 주조기마다 적합한 압하량을 구할 수 있다.

균열 감수성이 강한 강철에 관하여, 경압하 영역의 각 롤의 적정한 압하량에 대해서 설명한다. 각 롤의 적정한 압하량은 압력하 시점에서의 응고 쉘 두께에도 의존하고, 예를 들면 응고 쉘 두께가 30mm 이상에서는 적정한 압하량은 4.5mm 이하 정도이다. 압하량이 4.5mm를 초과하면, 균열 감수성이 강한 강철에서는 경압하 중에 응고 계면에서의 균열이 생길 가능성이 있기 때문이다. 통상적인 균열 감수성의 강에 대해서는 이것에 한정되지 않는다.

경압하에 있어서의 전체 압하량을 20mm 이하로 규정하는 이유는 더 이상의 압력하에서는 지나치게 압하함으로써 농화(濃化) 용강이 역류하여 역 V 편석을 일으켜, 편석이 악화한 때문이다. 또한, 전체 압하량 20mm 이하라고 하는 것은 빌릿 사이즈가 122mm에서의 적정 범위이고, 빌릿 사이즈가 122mm보다 커지면 전체 압하량 적정 범위도 상방으로 확대한다.

또한, 전체 압하량의 최소치는 122mm 빌릿에서 5mm 정도로 하면 경압하 효과를 얻을 수 있다. 5mm정도 이상으로 하면 응고 수축을 억제하여 농화 용강의 유동을 방지할 수 있다. 이 값은 빌릿 사이즈에 비례하여 증가한다고 생각된다.

본 발명에 있어서, 중심 고상율은 아래와 같이 하여 구할 수 있다.

주물편의 두께 중심부의 고상율은 통상적으로는 전열(傅熱) 계산에 의해 산출한 주물편 중심부의 온도로부터 산출된다. 본 발명자 등의 지견에 의하면, 주물편의 두께 중심부의 고상율은 물리적으로는 냉각 조건, 강의 성분 및 해당 주물편이 몰드로부터 압하롤까지 요하는 시간에 의해 결정되는 값이다. 따라서, 냉각 조건, 강철의 성분을 일정하게 한 경우, 해당 주물편이 몰드의 메니스커스로부터 압하롤까지 요하는 시간만으로 결정되는 주물편 중심부의 온도에 근거하여 산출한다.

주물편 중심부의 온도는 주물편의 전열 계산에 의해 구할 수 있다. 주물편표면에서의 스프레이 냉각에 의한 열전달 계수는 공지의 문헌에 근거하여 결정한다. 이어서, 주물편내의 온도 분포를 열전달 계산에 의해 구하면, 주물편의 표면 온도 및 중심 온도가 산출된다. 계산에 의해 구한 주물편 표면 온도와, 실측한 주물편 표면 온도를 대비하여, 열전달 계산을 실적에 맞추어 넣으므로써, 주물편 중심부 온도에 대해서도 실제의 온도와 같은 값을 계산으로 구할 수 있다. 본 계산은 예를 들면, 「철강 편람(제 3 판)」211 페이지 내지 213 페이지를 참조하여 계산할 수 있는 것이다. 스프레이부의 열전달 계수는 예를 들면 「철강의 응고(1978)의 부록-56」에 예시되어 있으므로, 이들의 지견을 이용하여 또한, 「철강 편람(제 3판)」212 페이지의 도 4. 9에 있는 바와 같이 계산으로 구한 표면 온도를 어떤점인가 실측치와 맞추어 넣은 것으로, 동일 도면에 있는 중심부의 온도도 구할 수 있다.

주물편 중심부의 온도를 구했다면, 이하의 식에 근거하여 해당 부위의 중심 고상율을 계산으로 구할 수 있다. 따라서, 전열의 계산식(프로그램)을 가지고 있으면, 각 스프레이죤에서의 수량, 주조 속도, 주물편의 두께와 폭 및 어떠한 점이나 표면 온도의 실측치가 얻어지면 중심 고상율의 계산은 가능하다.

주물편의 중심 고상율= (T1-T3)/(T1-T2) (4)

T1: 주물편의 액상 선 온도(℃)

T2: 주물편의 고상선 온도(℃)

T3: 주물편의 중심 온도(℃)

경압하 영역의 입구측과 출구측의 위치를, 상기와 같이 중심 고상율에 의해 규정하지 않고, 아래와 같이 별도의 조업 매개변수에 의해 규정할 수도 있다. 즉, 주형내 메니스커스로부터 상기 경압하 영역의 출구측까지의 주물편에 따른 거리가 하기 수학식 2로 나타내는 거리(L1)보다도 큰 값으로 함으로써, 경압하 영역 출구측의 중심 고상율이 상기 수학식 1로 규정한 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

L1: 주형내 메니스커스로부터 경압하 영역 출구측까지의 주물편에 따른 거리의 하한치(m)

X: 상면측 등축정율(%)

d: 빌릿의 두께(mm)

Vc= 주조 속도(m/min)

또한, 주형내 메니스커스로부터 상기 경압하 영역의 입구측까지의 주물편에 따른 거리가 하기 수학식 3으로 나타내는 거리(L2)보다도 작은 값으로 함으로써, 핀치롤에서의 얼마쯤의 압하도 포함하여 용강 유동 방지에 필요한 중심 고상율을 0.2 이하로 규정한 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

수학식 2의 우변 1항은 등축 결정율이 높아지면 경압하 영역 출구측의 길이가 짧아지는 것을 나타내고 있다. 등축정율이 높을 때에는 작은 고상율일지라도 고상사이의 농화 용강의 유동이 억제되어 편석이 분산한다. 이에 반해, 등축정율아 낮아지면 경압하 영역을 나오기 때문에 농화 용강의 유동이 현저하게 되어, 이것을 방지하기 위해서는 높은 고상율 부분까지를 압하할 필요가 있어, 긴 경압하 영역을 가지지 않으면 안되는 것을 나타내고 있다.

또한, 수학식 2의 우변 2항째는 빌릿의 두께의 자승에 따라서 중심 고상율이 낮게 되어 경압하 영역 위치가 하류측으로 신장하는 것을 나타내고 있다.

또한, 우변 3항은 동일한 빌릿의 두께에서는 주조 속도가 증가하면 중심 고상율이 낮게 되어 필요한 경압하 영역 위치가 하류측으로 신장하는 것을 나타내고 있다.

수학식 3은 중심부에 농화 용강을 집적시키지 않도록 하기 위한, 경압하 입구측까지의 길이의 최소치를 나타내고 있다. 이 값은 수학식 2와 동일하게 빌릿의 두께의 2승과 주조 속도의 1승에 비례하고 있다.

L2의 위치는 주물편의 중심 고상율에서는 0.4 이상에 상당한다. 상술한 바와 같이 핀치롤에서 중심 고상율이 0.2 내지 0.3의 영역도 어느정도 압하하고 있고, 용강 유동 방지 효과는 생긴다. 또한, 편석 제어를 행하기 위해서는 네트워크 형성의 빈도가 높은 고상율이 0.4 내지 0.5 이상인 부분에서의 용강 유동이 필요하고, 이 때문에, 밀접한 롤 배치를 갖는 편석 경감을 위한 경압하 롤 영역은 중심 편석 제어에 중요한 부분인 L2보다 하류측 즉, 중심 고상율이 0.4 이상인 부분에 배치하면 충분하다. 한편, 상술한 바와 같이 핀치롤에서는 중심 고상율이 0.4에서 더욱 저고상율부를 압하하고 있다.

이상의 설명에 있어서, 빌릿의 분기상 등축정의 크기를 작게 하는 대책과 경압하를 동시에 실시한 경우의 효과에 대해서 설명하였다. 그러나, 경압하를 단독으로 실시한 경우일지라도, 경압하 영역 출구측 중심 고상율을 수학식 1에 의해서 규정한 경우, 경압하 영역 출구측 위치를 수학식 2에 의해 규정한 경우, 경압하 영역 입구측 고상율을 0.5 이하, 보다 바람직하게는 핀치롤 영역을 포함시킨 넓은 의미에서의 경압하 영역의 입구측 고상율을 0.2 이하로 한 경우, 경압하 영역 입구측 위치를 수학식 3에 의해 규정한 경우에 있어서, 이들을 규정하지 않고 경압하를 행한 경우에 비교하여 중심 편석을 저감하는 효과를 실현할 수 있다.

(실시예)

강의 빌릿 연속 주조에 있어서 본 발명을 적용하였다. 빌릿 연속 주조기는 빌릿 사이즈가 120mm 내지 140mm인 각, 반경이 약 5m인 다점 절곡의 만곡형이고, 800mm 길이의 주형을 가지며, 주형내에는 용강에 회전류를 부여하는 전자 교반 장치를 갖는다. 주형 하방의 만곡부는 스프레이 냉각 영역이고, 서포트 롤을 갖지 않는다. 만곡부 후반에서 되접음부에 걸쳐서 3쌍의 핀치롤을 가지며, 핀치롤의 후 류에 경압하 영역을 갖는다. 경압하를 실시하는 경우, 경압하 량은 최대 15mm 내지 250mm로 하고, 품종에 따라 변경하였다. 주조 속도는 2.5 내지 3.4 m/min의 범위이다.

주형내 전자 교반의 정도는 덴드라이트 경사각으로 평가하였다. 덴드라이트 경사각은 주조방향에 수직인 단면에서의 표층이 10mm 이내인 1차 덴드라이트의 방향이, 표층과 수직인 방향에 대하여 이루는 각도이다.

분기상 등축정 직경 및 빌릿 편석 정도는 주물편의 에칭 프린트에 의해서 평가하였다. 주조 방향에 길이가 5O0mm인 범위에서, 주물편의 주조방향에 평행하고 또한 주물편의 중심을 통과하는 단면을 경면 연마하여 평가면으로 하고, 피크린산부식액으로 편석 부식하여, 부식 구멍을 재연마 미세한 분말로 충전한 후, 이것을 투명점착 테이프에 전사하여 에칭 프린트로 하였다. 이 에칭 프린트에 있어서, 주물편의 긴쪽방향의 5O0mm 범위에 대해서, 주물편 중심부에 존재하는 분기상 등축정 중 가장 큰 것의 직경을 분기상 등축정 직경으로 하였다. 동일한 에칭 프린트에 있어서, 중심부에 있는 최대의 편석 입자를 찾아 내어, 면적을 측정한 후에 그 면적을 원으로 생각하였을 때의 직경을 산출하여, 그 값을 빌릿의 편석 정도로 하였다. 또한, 주물편의 상기와 동일 면내에서 중앙 공극률을 측정하여, 그 최대 직경을 중앙 공극률 직경으로 하였다.

주조한 빌릿을 선재 압연하고 직경이 5.5mm인 선재로 하고, 압연 방향에 평행하게 선재의 중심을 통과하는 면에서 선재의 편석을 평가하였다. 또한 선재의 조직의 평가를 행하고, 초석 페라이트 및 미크로마르텐사이트의 유무를 평가하였다. 선재 편석 정도 「1」은 선재에서 강한 편석 없음, 초석 페라이트·미크로마르텐사이트 없음, 「2」는 선재에서 강한 편석 있음, 초석 페라이트·미크로마르텐사이트 있음, 「3」은 선재에서 강한 편석 있음, 초석 페라이트·미크로마르텐사이트 많이 발생함을 의미한다.

	No.	탄소농도	빌릿 사이즈mm	과열도	주형내 교반유무	1차 덴드라이트 경사각도	분기상 등축정mm	상면측 등축정율%	중앙 공극율	경압하유무	출구측 중심 고상율	빌릿 편석 정도 (원 상당)	선재 편석 정도
본발명예	1	0.7	120	20	있음	20	3	40	6	없음	.	2mm대	2
	2	0.8	130	30	"	25	3	35	6	"	.	2mm대	2
	3	0.7	140	40	"	20	3.5	40	7	"	.	1mm대	2
	4	0.8	120	30	"	25	3	35	4	있음	0.6	2mm대	1
	5	0.7	130	40	"	20	3	40	4	"	0.7	1mm대	1
	6	0.8	140	30	"	25	2	35	3	"	0.8	1mm대	1
	7	0.8	140	40	"	15	6	35	4	"	0.6	3mm대	1
	8	0.7	120	20	"	15	4	35	3	"	0.5	2mm대	2
	9	0.8	130	30		15	4	30	4		0.4(범위외)	3mm대	2
	10	0.7	140	40	"	10	6	25	5	"	0.6	3mm대	1
비교예	11	0.8	120	20	없음	0	15	10	10	"	0.7	5mm이상	3
	12	0.7	130	30	"	0	15	25	11	"	.	4mm대	3
	13	0.8	140	40	"	0	15	10	8	없음	.	4mm대	3
	14	0.7	120	20	"	0	15	25	10	"	.	8mm대	3
	15	0.8	130	30	"	0	15	10	12	"	.	5mm이상	3

강철 중 탄소 농도가 0.7 내지 0.8질량%인 용강을 주조하여, 빌릿 사이즈가 120 내지 140mm 각의 빌릿을 제조하였다. 제조 조건 및 제조 결과를 표 1에 나타낸다. No. 1 내지 10이 본 발명의 예이고, NO.11 내지 15가 비교예이다. 턴디쉬 내의 용강 과열도는 20℃ 내지 40℃ 이었다.

본 발명예의 NO.1 내지 10은 어느 것이나 주형내 전자 교반을 행하고, 1차 덴드라이트 경사각을 10도 내지 25도로 하였다. 비교예의 No.11 내지 15는 주형내 전자 교반을 행하지 않는다. 본 발명 예의 분기상 등축정의 입자 직경은 모두 2 내지 6mm로 작은 값이 된 것에 반해, 비교예의 분기상 등축정의 입자 직경은 15mm라고 하는 결과가 되었다. 상면 등축정율에 대해서도, 본 발명예는 25 내지 40% 인데 반해, 비교예에 있어서는 10 내지 25%로 낮은 값을 나타내었다.

본 발명예의 No.4 내지 10 및 비교예의 No.11에 대해서는 경압하를 행하였다. 경압하 입구측 중심 고상율은 0.4 전후로 조정하고, 경압하 출구측 중심 고상율을 표 1에 있는 바와 같이 각 실시예마다 변화시키었다. 본 발명예 No.9는 출력측 중심 고상율이 본 발명 범위 외이다. 중앙 공극률의 직경을 보면, 경압하를 실시한 경우는 어느것이나 직경이 4mm 이하인 것에 반해, 경압하를 실시하지 않은 경우는 어느것이나 6 내지 12mm의 직경이었다. 경압하에 의한 중앙 공극률 개선 효과가 분명함과 동시에, 중앙 공극률의 직경이 4mm 이하이면 경압하를 행한 것으로 판별할 수 있는 것이 명백하다. No.9의 경우에는 중심부에 얇게 편석한 영역이 나타났다. 이 편석 영역은 경압하에 의해 응고 계면에서 나온 성분 농화 용강이 경압하 영역을 나와서 응고하였기 때문에 생긴 것으로 생각되어지고, 적정 범위에 있어서 경압하를 행한 No.4 내지 8에 비교하여 편석의 정도는 나쁘게 되었다.

빌릿 편석 정도 및 선재 편석 정도를 보면, 본 발명예인 No.1 내지 10은 어느것이나 편석은 개선되어 있고, 선재의 편석 정도는 2 이하가 되었다. 적절한 경압하를 행한 NO.4 내지 7에 대해서는 더욱 편석이 개선되어 있고, 선재의 편석 정도에서 1이 얻어졌다. 이에 반해, 적절한 전자 교반을 행하지 않고, 분기상 등축정 직경이 본 발명 범위 외인 비교예 No.11 내지 15에 대해서는 모두 빌릿 편석 정도는 3mm 이상이고, 선재 편석 정도도 3이며, 본 발명예와 비교하여 나쁜 결과가 되었다.

연속 주조 빌릿에 있어서, 분기상 등축정의 크기를 작게 함으로써, 빌릿 중심부의 편석을 저감할 수 있었다. 분기상 등축정을 작게 하기 위해서는 주형내 전자 교반에 의해 빌릿 표층부의 1차 덴드라이트 경사각을 크게 하는 것이 유효하였다. 또한 연속 주조중에 경압하를 행함으로써, 중심 편석을 더한층 저감할 수 있었다. 이 결과, 선재 압연 후의 신선에 있어서의 단선 발생율을 저감할 수 있었다. 탄소 농도가 0.6질량% 이상인 고탄소강에 있어서 특히 현저한 효과를 얻을 수 있었다.

이로 인해, 봉강용 고탄소강에 대해서, 종래와 같이 연속 주조로 대단면의 블룸을 주조하고, 그 후 분괴 압연으로 빌릿을 제조하는 경우에 비교하여, 공정을 단축함과 동시에 에너지 절약을 실현할 수 있었다.

Claims (12)

1. 탄소 농도가 0.6 질량% 이상이고, 빌릿 중심부의 분기상 등축정의 크기가 6mm 이하인 것을 특징으로 하는 연속 주조 빌릿.
2. 제 1 항에 있어서, 주조 방향에 수직인 단면에서의 표층 10mm 이내의 1차 덴드라이트의 방향이, 표층과 수직인 방향에 대하여 경사각이 10도 이상인 것을 특징으로 하는 연속 주조 빌릿.
3. 제 2 항에 있어서, 빌릿의 상면측 등축정율이 25% 이상인 것을 특징으로 하는 연속 주조 빌릿.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 빌릿 중심부의 중앙 공극률이 직경 4mm 이하인 것을 특징으로 하는 연속 주조 빌릿.
5. 탄소 농도를 0.6질량% 이상으로 하고, 주형내에서 전자 교반기에 의해 용강의 교반을 행하고, 빌릿 중심부의 분기상 등축정의 크기를 6mm 이하로 하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 빌릿의 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 빌릿의 상면측 등축정율을 25% 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 빌릿의 제조방법.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 연속 주조 중에 경압하 영역을 설정하여 빌릿의 경압하를 행하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 빌릿의 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 경압하 영역의 출구측에서의 주물편 중심 고상율이 하기 수학식으로 나타내는 중심 고상율(Y)보다도 큰 값인 것을 특징으로 하는 연속 주조 빌릿의 제조방법.

   Y=-0.0111×X+ 0.8

   Y: 경압하 영역 출구측 주물편 중심 고상율의 하한치(-)

   X: 상면측 등축정율(%)
9. 제 8 항에 있어서, 상기 빌릿의 경압하에 있어서, 전체 압하량을 20mm 이하로 하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 빌릿의 제조방법.
10. 제 7 항에 있어서, 주형내 메니스커스로부터 상기 경압하 영역의 출구측까지의 주물편에 따른 거리가 하기 수학식으로 나타내는 거리(L1)보다도 큰 것을 특징으로 하는 연속 주조 빌릿의 제조방법.

    L1: (-1.38×X+332.84)×d²×Vc×10^-6

    L1: 주형내 메니스커스로부터 경압하 영역 출구측까지의 주물편에 따른 거리의 하한치(m)

    X: 상면측 등축정율(%)

    d: 빌릿의 두께(mm)

    Vc: 주조 속도(m/min)
11. 제 10 항에 있어서, 상기 빌릿의 경압하에 있어서, 전체 압하량을 2Omm 이하로 하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 빌릿의 제조방법.
12. 제 10 항에 있어서, 주형내 메니스커스로부터 상기 경압하 영역의 입구측까지의 주물편에 따른 거리가 하기 수학식으로 나타내는 거리(L2)보다도 짧은 것을 특징으로 하는 연속 주조 빌릿의 제조방법.

    L2= d²×Vc/4000