KR100548726B1

KR100548726B1 - 유황함유 스텐레스 쾌삭강용 몰드파우더

Info

Publication number: KR100548726B1
Application number: KR1020030096352A
Authority: KR
Inventors: 김영모
Original assignee: 주식회사 포스코; 창원특수강주식회사; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2006-02-02
Also published as: KR20050064761A

Abstract

본 발명은 유황을 함유하는 오스테나이트계 스텐레스 볼룸 제조시 사용하는 몰드파우더의 개선에 관한 것으로, CaO, SiO₂, Al₂O₃, CaF₂의 기본성분들에 Fe₂O₃, Al₂O₃, Na₂O, MgO 등을 미량 첨가하고, 중량%로 4.55%의 유리탄소를 가지도록 하여 조성되고, 염기도가 1.05, 연화점이 1122℃, 용융점이 1160℃, 유동점이 1174℃, 점도가 6.4poise가 되도록 하여 구성된 것을 특징으로 하는 유황함유 스텐레스 쾌삭강용 몰드파우더를 제공한다.

이러한 본 발명의 몰드파우더는 스텐레스 블룸 연속주조시에 발생할 수 있는 브레이크 아웃(Break-out)을 사전에 방지하고 연속주조시 주편의 표면 윤활작용을 원활하게 하면서 주편표면의 표면크랙이 현저히 저감되고 주편의 표면절삭 회수가 대폭 줄어 들어 우수한 표면품질을 얻어낼 수 있는 효과를 제공한다.

Description

유황함유 스텐레스 쾌삭강용 몰드파우더{Mold Powder for Free Cutting Stainless Bloom including Sulphur}

도1은 주편표면에 나타나는 면세로크랙의 일례를 보인 사진,

도2는 주편 단변부에 나타나는 블리딩(Bleeding) 현상의 일례를 보인 사진,

도3은 기존 몰드파우더를 사용한 주편의 표면사진,

도4는 개선된 몰드파우더를 사용한 주편의 표면사진,

도5는 기존 몰드파우더를 사용한 주편의 응고조직 사진,

도6은 개선된 몰드파우더를 사용한 주편의 응고조직 사진.

본 발명은 유황함유 스텐레스 쾌삭강용 몰드파우더(Mold Powder)에 관한 것으로, 연속 주조시에 사용하는 몰드파우더를 개선함으로써 스텐레스 쾌삭강의 표면품질을 향상시키도록 하는 것에 관한 것이다. 즉, 본 발명에서는 종전보다 개선된 새로운 몰드파우더를 사용하여 표면크랙의 발생 빈도를 낮춰 표면절삭의 횟수를 줄임으로써 유황함유 스텐레스 쾌삭강의 표면품질을 개선하고자 하는데 그 목적이 있다.

유황함유 스텐레스 쾌삭강은 온도관리가 자동제어되는 가열로에서 최적의 온도로 가열되어 압연라인을 거쳐서 각종 봉강 및 선재로 생산되며, 특히 쾌삭성을 요하는 기계부속류, 너트 등 산업설비류 및 화학공장, 석탄공장, 정유공장 등에 사용되고 있다. 연속주조로 제조되는 스텐레스 쾌삭강은 표면크랙(crack) 등의 발생으로 인해 표면품질이 열악하게 되는데, 종래에는 표면크랙의 발생이 심할 경우 후공정인 압연공정에서 또 다른 결함을 유발하게 되므로 연속주조한 주편표면을 표면절삭(grinding)을 통해 표면품질을 개선하도록 하였는 바, 이는 주편의 표면품질개선을 위한 가외의 공정과 비용이 소요되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기존 사용하던 유황함유 스텐레스 쾌삭강용 몰드파우더(Mold Powder)의 조성과 물성을 변화시켜 연속주조시에 사용하는 몰드파우더를 개선함으로써 주편표면 절삭회수를 줄이고 스텐레스 쾌삭강의 표면품질을 개선하는 방안을 제공하고자 하는 것이다.

다음 표1은 기존 사용하는 몰드파우더의 조성 및 주요 물성을 나타낸 것이다.

<표1> 기존사용한 몰드파우더의 조성 및 주요물성

구분	조성(중량%) 및 주요물성
염기도	0.86
SiO₂	36.48
CaO	31.22
MgO	0.89
Al₂O₃	5.09
TiO₂	0.26
Fe₂O₃	3.73
MnO₂	0.04
P₂O₅	1.28
Na₂O	5.88
K₂O	0.22
F	6.66
C(free)	(~3.5)
C(total)	4.82
CO₂	없음
Ignition Loss	9.23
용융특성(연화점)
(용융점)	1143℃
(유동점)
점도(POISE)	4.01
형상	분말형

기존에 사용한 몰드파우더는 상기 표1에서 나타낸 바와 같이 분말형태의 몰드파우더로서 연속주조시 스텐레스 쾌삭강의 표면에 불균일 응고 및 이상응고 현상이 빈번하게 일으키고 표면에 미세한 크랙을 유발하는 원인을 제공한다. 이를 보다 상세히 설명하면 몰드파우더로 인하여 발생하는 표면크랙은 주로 면세로크랙으로 그 생성원리는 다음과 같다.

도1은 스텐레스 쾌삭강에서 나타나는 면세로크랙의 일례를 나타낸 것이다. 스텐레스 쾌삭강을 연속주조하면 초기 응고시에 강의 표면에는 델타-페라이트가 생성되어 감마-오스테나이트로 체적감소와 함께 변태를 하게 된다. 이때 체적감소로 인해 에어갭(Air gap)이 발생하는데, 에어 갭은 주형과 응고쉘(shell) 간의 열전달을 감소시켜서 응고쉘의 두께가 불균일하게 되고, 이러한 두께가 불균일한 응고쉘 주변에 인장응력 등이 집중되면 필연적으로 도1의 예와 같은 면세로크랙이 일어나 게 되는 것이다. 특히, 유황함유 스텐레스 쾌삭강에서는 도2에서 나타낸 바와 같이 '블리딩'(bleeding)이라고 불리는 이상응고 현상이 주편의 단변부에 많이 발생하여 면세로크랙의 유발원인이 된다고 알려져 있는 바, 이에 대한 대책으로 면세로크랙의 발생빈도를 저감시킬 필요가 있다. 종래의 표면크랙에 의한 표면결함 개선방법은 연속주조 직후에 주조된 표면을 육안으로 관찰하여 표면크랙의 유무와 그 정도에 따라 표면부위를 절삭(grinding)하여 표면결함을 제거하도록 하는 것이다. 이러한 경우는 최종 제품의 품질은 향상시킬 수 있으나 실수율이 저하되고, 별도의 절삭공정과 비용이 발생되는 등의 단점이 있으므로, 표면크랙의 발생빈도 및 주편표면의 절삭회수를 대폭적으로 줄임으로써 표면품질이 우수한 제품을 생산하는 것이 요구되고 있다.

이하 본 발명에서 제조한 몰드파우더를 사용하여 연속주조한 스텐레스 쾌삭강의 표면품질을 개선한 실시예를 기술하면 다음과 같다.

다음 표2는 기존의 몰드파우더와 대비되는 본 발명에 따른 몰드파우더의 조성 및 주요물성에 대해 나타낸 것이다.

<표2> 본 발명 몰드파우더의 조성 및 주요물성

구분	조성(중량%) 및 주요물성
염기도	1.05
SiO₂	33.30
CaO	34.92
MgO	0.93
Al₂O₃	8.99
TiO₂	0.39
Fe₂O₃	2.45
MnO₂	0.05
P₂O₅	0.06
Na₂O	6.18
K₂O	0.08
F	3.50
C(free)	4.55
C(total)	6.12
CO₂	5.75
Ignition Loss	10.70
용융특성(연화점)	1122℃
(용융점)	1160℃
(유동점)	1174℃
점도(poise)	6.4
형상	분말형

본 발명이 관련된 몰드파우더는 CaO-SiO₂-Al₂O₃-CaH₂의 조성에 소량의 MgO, LiO₂, B₂O₃, ZrO₂, TiO₂, P₂O₅ 및 탄소(Carbon)를 첨가한 인조합성 슬래그(Slag)로서 연속주조시 몰드내 용강의 산화방지, 용강표면의 열차단에 의한 이상응고 생성방지, 몰드 내에서 용강 표면으로 떠오르는 비금속 개재물의 흡수, 응고쉘과 몰드 사이의 균일한 슬래그막 형성에 의한 윤활작용, 주편과 몰드 사이의 열전달속도 균일화 및 조업조건에 따른 최적 열전달 속도 조절 등의 역할을 담당한다.

본 발명의 몰드파우더를 제조하는 방법은 기본적인 조성에다 필요한 특성(점도, 염기도 등등)을 감안하여 인위적으로 다른 성분을 첨가하여 제조하는데, 아래 조건으로 제조한다.

염기도(CaO/SiO₂에 의한 산성과 염기성 비율) : 본 발명의 경우 이를 1.05로 한다.

점도 : 몰드파우더의 중요한 특성중의 하나로서 점도가 높아지면 소모량은 줄어들고 점도가 낮아지면 몰드파우더의 소모량은 늘어난다. 따라서 강종에 따라서 적정 소모량을 예상하고 적정 점도를 결정한다. 본 발명의 경우는 6.4 poise 정도가 적합하다.

몰드파우더의 연화점 : 몰드파우더가 열을 받아서 서서히 연화되는 온도로서, 본 발명의 경우 1122℃정도가 되게 한다.

몰드파우더의 용융점 : 몰드파우더를 각설탕형태로 만들어 테스트하여 반이상 용융되어 흐물어지는 온도로서, 본 발명의 경우 이를 1160℃정도가 되게 한다.

몰드파우더의 유동점 : 몰드파우더가 완전히 용융되어 각설탕 형태가 없어진 시점의 온도로서, 본 발명의 경우 이를 1174℃정도가 되게 한다.

유리탄소(free carbon) : 몰드파우더의 중요한 원소중의 하나인데, 이 유리탄소는 제조하는 스텐레스강과 몰드파우더의 특성에 중요한 영향을 미친다. 탄소가 너무 많으면 강중으로 침탄되므로 통상 5% 이상은 잘 사용하지 않으며, 본 발명의 경우 이를 4.55% 정도로 한다.

다른 성분에 있는 탄소를 포함하여 총 탄소량(total carbon)을 관리하는데, 본 발명의 경우 이를 6.12% 이하로 한다.

탄소는 용강표면에 덮히는 몰드파우더내의 산소와 발열반응을 일으켜서 몰드파우더가 적정온도를 유지하여 이상응고를 일으키지 않도록 하며, 탄소가 많으면 용강중에 침탄되어서 강의 표면에 결함(크랙)을 유발시키므로 적정값을 유지해야 한다.

기타성분 : TiO₂, MnO₂, P₂O₅, MgO 등의 미량의 성분들을 표2와 같이 첨가하여 몰드파우더의 특성을 맞춘다. 이러한 몰드파우더의 대부분은 성분함량은 CaO-SiO₂-Al₂O₃-CaF₂ 이고, 특별히 첨가하는 주요 미량원소는 F, Fe₂O₃, Al₂O₃, Na₂O, MgO 등이다.

상기 표2와 같이 개선된 몰드파우더를 사용하여 주조한 경우에는 전술한 표1에 나타난 기존의 몰드파우더를 사용한 주조표면에 비하여 아주 양호한 주편표면상태를 얻을 수 있었으며 표면크랙의 저감으로 인해 표면절삭 횟수도 대폭적으로 감소되었다. 도3 및 도4는 기존 몰드파우더를 사용했을 경우(도3) 및 본 발명에 따라 개선된 몰드파우더를 사용했을 경우(도4)의 주편표면상태를 각각 보여 준다. 사진에서 보면 육안으로 보아도 개선된 몰드파우더를 사용한 제품의 표면이 훨씬 양호한 결과라는 것을 잘 알 수 있다.

표1의 기존 몰드파우더를 사용한 경우에는 불균일 응고에 의해 표면이 매끄럽지 못한 경우가 많으며 특히, 주편 단변부의 블리딩현상도 심하였으나, 표2의 개선된 몰드파우더를 사용한 결과 주편 표면이 양호하고 주편 단변부의 블리딩현상도 상당히 줄어들었다. 한편, 도5 및 도6은 기존의 몰드파우더를 사용하였을 경우 도5 및 개선된 몰드파우더를 사용했을 경우(도6)에 있어서 광학현미경으로 관찰한 응고조직을 보여 준다. 사진에서 보면 기존 몰드파우더를 사용한 경우에는 도5와 같이 응고조직에 까맣게 보이는 부분과 같은 불균일 응고조직이 많이 나타났으며, 개선된 몰드파우더를 사용한 경우에는 도6과 같이 불균일 응고 조직이 나타나지 않고 대부분의 응고조직이 양호한 것으로 나타났다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의해 개선된 몰드파우더를 유황함유 스텐레스 쾌삭강 제조에 적용한 결과 기존 몰드파우더 대비 표면크랙이 저감되고 주편의 표면절삭 회수가 대폭 줄어 들어 우수한 표면품질을 얻을 수 있는 효과가 있음이 확인되었다.

Claims

중량%로,

CaO:34.92%, SiO₂:33.30%, Al₂O₃:8.99%, MgO:0.93%, TiO₂:0.39%, Fe₂O₃:2.45%, MnO₂:0.05%, P₂O₅:0.06%, Na₂O:6.18%, K₂O:0.08%, F:3.50%, 유리탄소(free-C):4.55%, 잔부 이산화탄소 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고,

염기도:1.05, 연화점:1122℃, 용융점:1160℃, 유동점:1174℃, 점도:6.4poise가 되도록 하여 구성된 것을 특징으로 하는 표면품질이 향상된 유황함유 스텐레스 쾌삭강용 몰드파우더.