KR100543296B1 - 내 리징성을 가진 페라이트계 스테인리스강의 연속주조 방법 - Google Patents

내 리징성을 가진 페라이트계 스테인리스강의 연속주조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초정 페라이트 상으로 응고하고, 상변태없이 응고를 완료하는 내 리징성을 가진 페라이트계 스테인리스강의 연속주조 방법에 있어서, 전자교반이 적용된 상태에서 주조속도(Vc)는 0.7∼1.1m/min 범위이고, 턴디쉬에서의 용강온도와 이론 응고온도 차이(△T)는 10∼40℃ 범위로 조업하면서, 주조속도는 하기 [수학식 1]에 의해 구해진 주조속도 이하이면서 하기 [수학식 2]에 의해 구해진 주조속도 이상으로 유지하여 조업하는 것을 특징으로 하는 내 리징성을 가진 페라이트계 스테인리스강의 연속주조 방법을 요지로 한다.
연속주조, 페라이트, 스테인레스강, 등축정율, 리징

Description

내 리징성을 가진 페라이트계 스테인리스강의 연속주조 방법{Continuous casting method for ridging improvement of ferritic stainless steel}
도 1은 본 발명에 따른 주편 및 냉연강판의 결함발생과 주조온도와 주조속도와의 상관관계를 나타낸 그래프.
본 발명은 내 리징성을 가진 페라이트계 스테인리스강의 연속주조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 페라이트계 스테인리스강을 연속주조로 제조하는 경우 전자교반을 실시하면서 주조속도 및 주조온도 제어에 의해 주편내 등축정율을 증가시킴으로써 내 리징성을 개선하는 페라이트계 스테인리스강의 연속주조 방법에 관한 것이다.
STS 430으로 대표되는 페라이트계 스테인리스강은 우수한 가공성과 내식성을 갖으면서 비교적 가격이 저렴하기 때문에 주방기기, 전기기기, 자동차용 재료등으 로 광범위하게 사용되고 있다. 그러나 페라이트계 스테인리스강의 연주주편을 열간압연과 냉간압연을해서 제조한 강판을 심가공하거나, 굽힘(bending)등의 냉간가공을 실시하면 리징(ridging)이라는 굴곡의 형상이 압연방향을 따라 발생하여 제품의 외관이 현저히 손상되며, 또한 성형가공시 크랙이 발생되는 문제점이 있다. 이 리징의 발생은 연속주조시에 생성한 조대한 주상정조직이 열간 압연공정에서 충분히 파괴되지 않고, 조대한 집합조직(band상 조직)이 잔존하는 것이 원인이 되는 것으로 알려져 있다. 리징 또는 밴드(band)상 조직의 발생을 억제하기 위해 연속주조로 주편을 제조하는 경우에 등축정율을 높이는 방법이 일본 특허공개공보 평9-49010호, 일본 특허공개공보 평1-118341호에 각각 개시되어 있는데, 이들 방법은 열간압연후에 냉간압연 및 소둔을 반복해서 재결정에 의해 조직을 미세화 시키는 것으로 알려지고 있다.
이와 같이 냉간압연 및 소둔을 반복하는 방법은 조직을 미세화시켜 밴드상 조직을 소멸시키는 효과적인 방법이다. 그러나 이러한 방법은 제조공정에 부하가 걸리고, 제조비용을 상승시키는 요인이 되어 대량 생산 강종에는 적절하지 않다.
연속주조법으로 주편을 제조하는 단계에서 등축정율을 높이는 방법으로서는 비교적 저온으로 주조하는 방법, 용강을 전자교반하면서 주조하는 방법등이 있다.
그러나 저온주조는 용강의 응고온도 근처까지 주입온도를 저하시켜 주조하기 때문에 조업중에 노즐 막힘등의 대형 조업장애가 발생하기 쉽게 되어 양산을 하는 조업에서 실시하기에는 어려움이 수반된다. 한편 전자교반은 응고조직의 등축정화에 유효하지만, 안정적으로 달성가능한 등축정율은 25-45% 정도에 지나지 않기 때 문에 통상적인 압연에 의해 리징성이 우수한 강판을 얻을 수 있는 등축정율의 하한 인 50%에는 미치지 못한다. 한편 다른 방법으로 페라이트계 스테인리스강에 Ti을 첨가하여 용강중에서 석출한 TiN을 페라이트의 응고핵으로 이용하면 응고조직이 등축정화하는 것으로 알려져 있다. 그러나 강종에 따라서는 단순히 Ti 첨가만으로 조직이 등축정화화지 않는 것이 있다. 또한 과도한 Ti 첨가는 노즐 막힘, 표면결함등의 원인이 된다.
이에 본 발명자들은 상기한 문제점을 해결하기 위해 연구와 실험을 거듭한 결과 창안한 것으로, 전자교반을 적용한 조건에서 턴디쉬에서의 주조온도와 주조속도를 적절히 제어하여 등축정율을 높힘으로써, 페라이트계 스테인리스강 냉연판 소재 가공시 리징결함이 방지되는 페라이트계 스테인리스강의 연속주조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 초정 페라이트 상으로 응고하고, 상변태없이 응고를 완료하는 페라이트계 스테인리스강을 연속주조로 제조하는 방법에 있어서, 전자교반이 적용된 상태에서 주조속도(Vc)는 0.7∼1.1m/min 범위이고, 턴디쉬에서의 용강온도와 이론 응고온도 차이(△T)는 10∼40℃ 범위로 조업하면서, 주조속도는 하기 [수학식 1]에 의해 구해진 주조속도 이하이면서 하기 [수학식 2]에 의해 구해진 주조속도 이상으로 유지하여 조업하는 것을 특징으로 하는 내 리징 성을 가진 페라이트계 스테인리스강의 연속주조 방법을 제공한다.
[수학식 1]
Vc=2.14(△T)-0.29
[수학식 2]
Vc=0.0004(△T)2-0.0254(△T)+1.1443
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 페라이트계 스테인리스강을 연속주조로 제조하는 경우 연속주조 주편내의 등축정율과 냉연강판 가공시 리징 발생과의 상관성을 조사하여 주편의 등축정율을 제어함으로써 초정 페라이트상으로 응고를 시작하고, 응고과정중 상변태없이 응고를 완료하는 페라이트계 스테인리스강은 Cr 함량이 10∼20 중량% 범위로 한 것을 특징으로 한다.
연속주조시 주편에 형성되는 등축정율은 주편내 용강의 온도와 전자교반에의해 다르게 발생한다. 우선 전자교반에 의해 등축정이 형성되는 과정을 살펴보면, 주형에서 성장한 주상정은 전자교반이 영향을 미치는 영역에 도달하게되면, 주상정의 팁(tip) 부분은 전자교반에 의해 분리, 절단되고, 이러한 절단된 주상정의 결정립들은 주편내부로 이동하여 응고핵으로 작용된다. 이러한 조건에서 응고핵이 재용해되지 않고 성장하는 경우 등축정이 형성되며, 이러한 응고핵이 재용해되면 주상정이 형성된다.
따라서 주편내 등축정율을 높이기 위해서는 주편내부의 용강온도를 응고핵이 재용해되지 않도록 낮추는 것이 필요하다. 즉, 액상선 온도(응고온도)이하에서는 응고가 시작되기 때문에 턴디쉬에서 용강의 온도와 주조합금의 응고온도 차이(△T)를 낮추어서 주편내부의 용강온도를 저하시키도록 하거나, 턴디쉬에서 용강온도가 높은 경우는 주조속도를 낮추어서 주편내부의 온도가 저하되도록 제어하는 방법을 제시하였다. 상기와 같은 이유로 연속주조시 턴디쉬에서 용강과열도(△T)와 주조속도는 주편내 등축정율 형성에 큰 영향을 미친다고 판단하여 다음과 같은 실험을 하였다. 즉 STS 430 스테인리스강을 대상으로 주조속도(Vc)가 0.7(m/min) ∼ 1.1(m/min) 범위에서 각종의 턴디쉬에서 용강과열도(△T)로 주편을 제조하였다.
그 후 주편 및 냉연강판의 결함발생과 주조온도와 주조속도와의 상관관계를 도출하여 도 1에 나타낸 것이다. 도 1에서 보듯이 ×로 나타난 부분은 등축정율이 50% 미만인 경우, 혹은 주편의 표면결함이 발생한 경우이고,
Figure 112001032675716-pat00001
로 나타난 부분은 등축정율이 50% 이상이면서 주편품질이 양호한 것을 의미한다. 이와 같은 실험를 여러 번 반복실시하여 등축정율을 50% 이상 확보되면서 주편결함이 발생하지 않은 주조속도와 주조온도는 [수학식 1]과 [수학식 2]사이에 존재한다는 것을 알 수 있었다.
[수학식 1]
Vc=2.14(△T)-0.29
[수학식 2]
Vc=0.0004(△T)2-0.0254(△T)+1.1443
즉, 전자교반을 적용한 연속주조시 주조온도가 높으면 주조속도를 감소시켜서 등축정율을 증가시킬 수 있고, 주조온도가 낮으면 주조속도를 증가시켜서 주편 표면결함의 발생을 방지할 수 있게 된다. 따라서 전자교반을 적용한 연속주조시 주조온도를 △T 로 한 경우 Vc=2.14(△T)-0.29 으로부터 구해진 Vc 값 이하로 주조속도를 조절하면 주편내 등축정율을 50% 이상 확보하는 것이 가능하다는 것을 파악하였다.
이때 주조온도와 주조속도를 조절하는 과정에서 주편내 등축정율을 확보하는 것 이외에 품질 및 조업문제를 야기시킬 수 있기 때문에 주조온도와 주조속도의 한계 및 범위가 설정된다. 따라서 본 발명은 턴디쉬에서의 용강온도와 이론 응고온도 차이(△T)는 10∼40℃ 범위로 조업하면서 주조속도는 0.7∼1.1(m/min) 범위에서 Vc=0.0004(△T)2-0.0254(△T)+1.1443 이상으로 유지, 조업하는 것을 특징으로 한다.
다음은 상기 주조조건 설정이유에 대해서 상세히 기술한다. 상기 주조속도가 0.7m/min 미만으로 되면 생산량이 떨어질 뿐만 아니라 주편이 과냉되어 연주주편에 표면크랙이 발생되고, 주조속도가 1.1m/min을 초과하면 주편의 열전달이 늦어져 주편 응고층의 강도가 저하되므로 주조중 주편 벌징(bulging)되는 현상이 발생되기 때문에 조업 및 품질에 악영향을 미친다. 그리고 통상의 주조속도는 본 발명에 있 어서 Vc=2.14(△T)-0.29 의 관계식으로부터 결정되며, 이때 턴디쉬에서의 용강온도와 이론 응고 차이인 △T(℃)는 하한이 10℃이고, 상한은 40℃가 된다. △T에 있어서 상한 40℃를 초과하게 되면 응고중 응고속도가 느리게 되어 응고조직이 조대하게 되므로 연주주편에 응고크랙 및 열간압연시 선상결함이 발생되기 쉽다. 한편 △T가 하한 10℃ 이하로 되면 연주과정에서 몰드 파우더의 윤활능이 떨어지기 때문에 연주주편에 개재물성 결함을 야시시키는 문제점과 주조중 노즐이 막혀 주조가 중단되는 심각한 조업사고가 발생한다.
이하 실시예를 통해 본 발명의 효과 및 특징을 상세히 설명한다.
[실시예]
본 발명은 표 1과 같은 조성의 430 페라이트계 스테인리스강을 대상으로 하기 표2에 나타낸 주조조건으로 주편을 제조해서, 연속주조 주편의 등축정율과 주편품질을 평가하였고, 또한 통상의 열연 및 냉연조건으로 압연, 권취한후 산세하여 코일의 리징성을 평가하였다. 그 평가결과는 하기 표2에 나타내었다.
화학성분 Cr N Si Mn S C
중량% 16.25 0.03 0.26 0.39 0.001 0.04
구 분 턴디쉬에서 용강 과열도(℃) 주조속도 (m/min) 주편단변내 등축정율(%) 주편품질 냉연강판 내리징성
본 발 명 A 10 1.10 70 양호 양호
B 25 0.83 55 양호 양호
C 37 0.72 52 양호 양호
비 교 재 D 8 1.05 70 불량 양호
E 43 0.70 40 양호 불량
F 25 0.95 45 양호 불량
G 30 0.67 37 불량 불량
H 7 0.68 75 불량 양호
상기 표2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 발명예(A∼C)는 연주주편내 등축정율을 50%이상 확보하였고, 주편 벌징(bulging) 및 크랙이 발생하지 않았으며, 또한 냉연 제품에도 내 리징성이 양호한 결과를 얻었다.
그러나 비교재(D)는 주조온도가 본 발명의 조건 보다 낮은 조건으로 연주주편에 몰드 파우더가 혼입된 개재물성 결함이 다발하여 주편의 실수율을 떨어뜨렸고, 또한 연주주편의 결함을 그라인딩으로 제거하는 공정이 필요하므로 제품생산시 공정부하가 걸리는 문제점이 발생하였다.
그리고 비교재(E)는 주조온도가 본 발명보다 높은 경우로 주조성 및 주편품질은 양호하였으나, 주편내 등축정율은 40%로 존재하여 냉연제품에 리징성 결함이 발생되었다.
한편 비교재(F)는 주조온도가 본 발명의 범위에 속하지만 본 발명에서 제시한 주조속도의 범위를 초과한 경우로서 등축정율은 45%로 미흡하여 냉연 코일의 내 리징성은 불량하였지만, 연속주조시 주편품질은 양호하였다.
비교재(G)는 비교재(F)처럼 주조온도가 본 발명의 범위에 속하지만, 주조속 도가 본 발명에서 제시한 주조속도의 하한치를 벗어난 경우이다. 등축정율은 37%로 미흡하였으며, 또한 주조속도가 너무 느려서 주편 과냉으로 인해 주편 표면크랙이 발생하였다.
그리고 비교재(H)는 주조온도와 주조속도 모두가 본 발명의 기준치 보다 벗어난 경우로 등축정율은 75%로 양호하였지만, 연속주조시 주편 표면 및 내부크랙이 발생하는 문제점을 앉고 있다.
이상의 결과를 통해 본 발명예는 등축정율을 50% 이상 확보가능 할 뿐만 아니라 우수한 연속주조 주편 및 냉연제품을 얻을 수 있는 연속주조 조업이 가능하다는 것을 알 수 있다.
상술한 바와같이, 본 발명에 의하면 페라이트계 스테인리스강을 연속주조함에 있어, 전자교반을 적용한 조건에서 주조속도의 범위와 턴디쉬에서의 용강 온도와 주조합금의 응고온도의 차이를 이용하여 연속주조 조건을 설정함으로써 내 리징성이 우수한 냉연제품을 얻을 수 있는 효과가 제공된다.

Claims (1)

  1. 페라이트계 스테인리스강을 연속주조로 제조하는 방법에 있어서, 전자교반을 적용한 조건에서 주조속도(Vc)는 0.7∼1.1m/min 범위이고, 턴디쉬에서 용강온도와 주조합금의 응고온도 차이(△T)는 10∼40℃ 범위로 조업하면서, 주조속도를 상기 주조속도 범위를 만족하는 동시에 하기 [수학식 1]과 [수학식 2] 사이의 주조속도로 유지하여 조업하는 것을 특징으로 하는 내 리징성을 가진 페라이트계 스테인리스강의 연속주조 방법.
    [수학식 1]
    Vc=2.14(△T)-0.29
    [수학식 2]
    Vc=0.0004(△T)2-0.0254(△T)+1.1443
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