KR100574448B1 - 3% 구리 스테인레스강 선재의 표면결함 저감방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속주조를 거친 빌렛으로 3% Cu 스테인레스강 선재를 제조할 때 선재의 표면결함을 저감시키기 위하여 빌렛 내부의 델타-페라이트의 량과 형상을 조절함과 동시에 표면에 생성되는 스케일의 성상을 제어하는 연속주조 빌렛의 가열처리에 의해 선재의 표면결함을 저감하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 중량 %로 C: 0.013%이하, Si:0.1% 이하, Mn:0.7%이하, P: 0.024% 이하, S:0.001％이하, Cr:17.1-17.5%, Ni:9.73-9.76%, Cu:3.0-3.2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 구성되며 표면 연마 등 빌렛 정정과정을 거친 3% Cu 스테인레스강 연속주조 빌렛을, 공연비를 1.5-1.65로 제어하여 산소량을 7-8 vol.%가 되도록 조절된 가열로내에서 1220-1240 ℃의 균열온도에서 70-80분 재가열하여 추출한 뒤, 조압연과 선재압연을 실시하여 선재표면의 선형결함을 저감시키는 것을 특징으로 하는 3% Cu 스테인레스강 선재의 표면결함 저감방법을 제공한다.

Description

3% 구리 스테인레스강 선재의 표면결함 저감방법{Method for reducing Surface crack on 3% Cu stainless steel wire}

도1은 균열부에 존재하는 델타-페라이트를 나타내는 사진,

도2는 균열온도 및 균열시간 변화에 따른 델타-페라이트의 량 변화를 나타내는 그래프,

도3은 본 발명에 따른 빌렛 재가열시 균열시간 변화에 따른 델타-페라이트의 형상과 량 변화를 나타내는 사진,

도4a~도4c는 본 발명에 따른 빌렛 재가열시 로내 산소량 변화에 따른 스케일의 성상 변화를 나타내는 사진.

본 발명은 연속주조를 거친 빌렛으로 3% Cu 스테인레스강 선재를 제조할 때 선재의 표면결함(깊이 0.03 mm 이상)을 저감시키기 위하여 빌렛 내부의 델타-페라이트의 량과 형상을 조절함과 동시에 표면에 생성되는 스케일의 성상을 제어하는 연속주조 빌렛의 가열처리에 의해 3% Cu 스테인레스강 선재의 표면결함을 저감하는 방법에 관한 것이다.

냉간압조용으로 사용되는 3% Cu 스테인레스강 선재는 Cu가 3-3.2 % 첨가된 것으로, 이를 소재로 생산된 볼트는 전자제품, 주방 용기 등의 체결구로 사용된다. 현재 3% Cu 스테인레스강 선재는 제강공정 후 연속주조를 거친 빌렛 그리고 잉곳 혹은 블룸 제조 후 압연을 거친 빌렛을 선재압연하는 공정으로 만들어지는 바, 이에 대한 냉간압조는 무인, 자동화에 의한 대량, 고속 생산으로 가공조건이 매우 가혹하여 업-세팅(up-setting)시 표면터짐에 의한 불량이 많이 발생하게 되며, 그 원인은 1 차적으로 압조시 선재표면에 생성된 결함에 직결되므로 표면결함이 없는 선재의 제조가 필수적이다.

이에 본 발명은 연속주조를 거친 빌렛으로 3% Cu 스테인레스강 선재를 제조할 때 빌렛의 가열방법을 개선하여 표면결함을 저감하는 방법에 관한 것으로, 그 목적은 빌렛 내부의 델타-페라이트의 량과 형상을 조절함과 동시에 가열중 표면에 생성되는 스케일의 성상을 제어함으로써 선재의 표면결함(깊이 0.03 mm 이상)을 효과있게 저감시킬 수 있는 방법을 제공하려는 것이다.

스테인레스강에 Cu의 첨가는 냉간가공성, 내식성, ε-Cu석출에 의한 강도 등을 향상시킨다고 보고되어 있으나 Cu첨가로 인한 강의 열간가공성 저하 및 고온에서의 취화 현상은 Cu첨가 스테인레스강의 공업적 이용에 장애 요소로 존재한다. 고온에서 발생하는 취화 현상은 Cu가 첨가된 강을 재가열하는 경우, Cu는 산화되지 않고 스케일과 금속의 계면에 집적되어 강에서의 Cu의 고용도를 초과하게 되며 고용도 이상으로 농화된 저융점의 Cu층이 고온에서 용융되면 입계침투(penetration)가 이루어져 열간압연중 균열이 발생하고 이것이 표면결함의 원인이 된다. 그러나 스테인레스강의 경우 Cu의 고용도는 첨가된 Ni 양의 0.5배인 것으로 알려져 있으므로 Ni과 동시에 첨가시 액체금속취화 발생가능성이 매우 낮아지며, 실제 현재의 스테인레스강에서와 같이 다량의 Cu를 첨가하는 경우 Cu 농도 및 열간 가공온도, 가공속도 변화를 통하여 조직을 조사함으로써 열간가공시의 균열 원인이 Cu 농도가 4.8% 이상일 때 입계에서 나타나는 Cu 편석에 있음과 최적의 가공조건이 보고된 예도 있다.

한편, 스테인레강의 열간가공성에 대한 델타-페라이트의 영향에 대해서, 델타-페라이트 함량이 너무 작은 경우, 연주 또는 용접공정에서 표면균열 및 고온 취성에 민감하게 되고 열간가공성이 저하하며 열간가공중 균열을 유발한다고 알려져 있다. 이에 반하여 주조조직내 존재하는 델타-페라이트는 응고조직의 미세화 및 열간 재결정 거동을 촉진시킨다는 보고도 있다.

또한, 오스테나이트 스테인레스강의 고온연소분위기중에서의 산화거동을 조사하고 가열로내 가스농도와 강의 성분에 따라 생성되는 스케일의 성상이 변화하는 것도 알려져 있다.

그러나, 위에서 서술한 기술 내용의 대부분은 실험실적 연구를 통한 결과로 실제 조업에서 나타나는 선재 표면의 균열 억제를 위해서 활용하기에는 한계가 있으며, 특히 주조조직이 발달된 연속주조된 3% Cu 스테인레스강 빌렛으로 선재를 제조할 때 다발하는 표면 균열의 구체적 저감방법에 대한 기술은 아직까지 제안된 바 없다.

본 발명은 이러한 배경에서 연구발명된 것으로, 그 목적은 연속주조를 거친 빌렛으로 3% Cu 스테인레스강 선재를 제조함에 있어 빌렛 가열시 빌렛 내부의 델타-페라이트의 량과 형상을 조절함과 동시에 표면에 생성되는 스케일의 성상을 제어함으로써 선재의 표면결함(깊이 0.03 mm 이상)을 효과있게 저감시키도록 하는 방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 중량 %로 C: 0.013%이하, Si:0.1% 이하, Mn:0.7%이하, P: 0.024% 이하, S:0.001％이하, Cr:17.1-17.5%, Ni:9.73-9.76%, Cu:3.0-3.2% 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 구성되며 표면 연마 등 빌렛 정정과정을 마친 3% Cu 스테인레스강 연속주조 빌렛을, 공연비를 1.5 이상으로 제어함으로써 로내 산소량을 7.0 vol.% 이상이 되도록 조절된 가열로 내에서 1220 ℃ 이상의 균열온도에서 70분 이상 균열유지 재가열하여 추출한 뒤, 조압연과 선재압연을 실시하여 최종 선재제품을 제조하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 방법은 중량 %로 C: 0.013%이하, Si:0.1% 이하, Mn:0.7%이하, P: 0.024% 이하, S:0.001％이하, Cr:17.1-17.5%, Ni:9.73-9.76%, Cu:3.0-3.2% 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 구성되며 표면 연마 등 빌렛 정정과정을 마친 3% Cu 스테인레스강 연속주조 빌렛을, 공연비를 1.5-1.65로 제어함으로써 산소 량이 7-8 vol.%가 되도록 조절된 가열로 내에서 1220-1240 ℃의 균열온도에서 70-80분 재가열하여 추출한 뒤, 조압연과 선재압연을 실시하여 최종 선재제품을 제조하는 것을 특징으로 하는 바, 이와 같이 함으로써 선재표면의 선형결함(깊이 0.03 mm 이상)을 저감에 특히 효과가 있는데 그 이유는 다음과 같다.

도1은 상기 성분으로 제조된 3% Cu 스테인레스강 연속주조 빌렛에서 채취한 인장시편 및 압축시편에서 시험후 (a)는 인장시편의 파단부를, (b)는 압축시편의 표면 균열부를 관찰한 것으로 각각의 균열부에서 반드시 델타-페라이트가 존재하는 것으로 나타나 델타-페라이트가 연주빌렛의 표면쪽에 노출될 경우 균열의 발생원이 됨을 분명히 확인할 수 있다.

따라서, 연주 빌렛의 주조조직내 불가결하게 존재하는 델타-페라이트의 형상을 구형으로 변환시키며 량을 저감시킬 필요가 있으므로 이와 같은 목적으로 실시한 결과를 도2에 나타낸다. 도2의 (a)는 균열온도에 따른 빌렛 단면내 위치별 델타-페라이트 량의 변화를 나타내며, (b)는 1200 혹은 1230 ℃의 균열온도에서 균열시간을 변화시켰을 때 나타난 델타-페라이트 량의 변화를 나타내고 있다. 이 결과에서, 델타-페라이트의 량을 저감시키기 위해서는 온도보다 시간제어가 유효함을 확인할 수 있으며, 가열조건을 1220-1240 ℃의 균열온도에서 70-80분 재가열로 한정한 이유가 여기에 있다. 이 정도범위의 가열에서 빌렛내에 존재하는 델타-페라이트 량이 최대 6% 정도이던 것이 2% 이하로 되어 그 목적을 달성할 수 있고, 그 이상의 고온, 장시간의 가열은 선재 제조단가를 높일 뿐이기 때문이다. 그러나, 델타-페라이트 량을 제어한 것과 하지 않은 빌렛에서의 시편으로 조압연 말단의 소재온도인 1100 ℃에서의 고온인장시험결과 단면감소율은 양쪽 모두 90% 정도로 양호한 값을 나타내어 델타-페라이트 량이 열간가공성에는 큰 영향을 주지 않는 것으로 나타났다.

이상의 결과를 종합하면, 열간가공성에 큰 영향을 주지 않는 델타-페라이트가 표면부로 노출되거나 혹은 입계로 외부와 연결되면 델타-페라이트는 모재에 비하여 Cr의 농도가 높으므로 가열로에서의 재가열중 모재 보다 우선 산화되어 산화물 덩어리가 되며 이 상태에서 조압연이 실시되면 압연방향으로 선형 결함이 유발되고 이것이 소멸되지 않고 최종 선재 제품 표면에 잔존하여 결함으로 나타나는 것이라 판단할 수 있다. 따라서, 가능하면 델타-페라이트의 량을 줄임과 동시에 형상을 미세한 구형으로 제어할 필요가 있으며 표면에 생성되는 스케일의 성상 변화 즉 금속과 스케일의 계면에 Cr이 농후한 연결된 보호막을 형성시켜 외부에서 입계를 통한 산소의 이동을 원천적으로 차단시킴으로써 델타-페라이트의 산화를 방지할 수 있는 방안이 강구되어야 한다.
이때, 구리 함유량이 델타-페라이트 조직형성에 어떠한 영향을 주는지는 아직까지 보고된 바 없고 구리함유량에 따른 열간가공성의 저하, 고온에서의 취화현상 등 야금학적 특성변화는 델타-페라이트와 관계없으므로 실험적 데이터에 의해 델타-페라이트의 형상을 구형화시킴으로써 그 양을 저감시키도록 구성하여 표면에 생성되는 금속과 스케일의 계면에 Cr이 농후하게 연결된 보호막을 형성시켜 외부에서 입계를 통한 산소의 이동을 원천적으로 차단시키는 것에 의해 델타-페라이트의 산화를 방지토록 한 것에 본 발명의 특징이 있는 것이다.

본 발명에서는 위에서 언급한 스케일 성상을 변화시키기 위하여 통상의 개념과는 달리 공연비를 1.5-1.65로 조절하여 로내 산소량을 7-8 vol.%이 되도록 오히려 상향 제어하는 것으로 한정하였다. 그 이하에서는 스케일의 성상 변화를 기대하기 어렵고, 그 이상에서는 연료의 소모가 커지므로 경제성에 있어 불리하기 때문이다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

본 발명에서 제공된 방법으로 중량 %로 C: 0.013%이하, Si:0.1% 이하, Mn:0.7%이하, P: 0.024% 이하, S:0.001％이하, Cr:17.1-17.5%, Ni:9.73-9.76%, Cu:3.0-3.2% 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 구성되며 표면 연마 등 빌렛 정정과정을 마친 단면 크기 150x150 mm, 중량 1톤의 3% Cu 스테인레스강 연속주조 빌렛 2개를, 공연비를 1.57로 제어하여 산소량을 7.6 vol.%로 조절한 가열로내에서 1228 ℃의 균열온도에서 74분 재가열하여 추출후 조압연과 선재압연을 실시하여 11.5 Φ선재를 제조하고 이 선재로 시험재로 2개의 코일을 제조하였다. 이와 같이 균열시간과 산소량을 동시에 변화시켜 가열을 실시한 이유는, 균열시간은 내부의 델타-페라이트의 량과 형상의 변화에만, 산소량은 스케일의 성상 변화에만 영향을 줄 것이므로 한 시편에 대하여 그 효과를 분리하여 파악할 수 있기 때문이다. 또한, 결함발생에 대한 균열 가열시간과 로내 산소량 변화의 효과를 비교할 비교재로서 동일성분과 사양의 연속주조 빌렛에 대하여 기존의 가열로 작업조건인 공연비를 1.06로 제어하여 산소량을 1.2 vol.% 조절한 가열로내에서 1226 ℃의 균열온도에서 27분 재가열하여 추출한 뒤 조압연과 선재압연을 실시한 11.5 Φ선재 코일도 2개 제조하였다.

도3은 비교재와 시험재 11.5 Φ선재의 표면(D), 중심(D/2), 표면과 중심사이(D/4) 위치에서의 단면조직을 나타내는데, (a)는 비교재이며, (b)는 시험재이다. (a)와 (b)에서 알 수 있듯이 시험재인 (b)에서 델타-페라이트의 량이 전반 적으로 감소하였고 형상도 입계를 따라 망 형태로 연결된 (a)의 모양에서 미세하게 구형으로 변화하였으며, 특히 D/4에서는 그 효과가 현저하며, 표면쪽에서는 거의 관찰되지 않는 것으로 나타나 균열시간의 증가 효과가 상당히 있음을 보이고 있다.

도4a~도4c에는 로내 산소량 증가에 따른 금속과 스케일 경계부에서의 성상 관찰결과를 나타낸다. 도4a는 비교재, 도4b는 시험재, 도4c는 도4b의 확대상이며 각각의 사진 하단에는 사진에 표시된 각 부분에서 분석된 성분 스펙트럼과 분석표를 함께 나타내었다. 도4a에서는 스케일의 주성분이 Cr로, 도4b에서는 Fe로 완전히 다르게 나타났고, 형상도 도4b가 단순하며 깊이도 상대적으로 얕은 것으로 나타났음이 확인된다. 또한 도4b의 확대 사진 도4c에서 스케일의 주성분이 Fe이기는 하나 스케일과 금속의 계면에 Cr이 농후한 얇은 보호막의 형성이 관찰되어 이것이 외부에서의 산소침투를 억제시킬 것으로 판단되는 등, 로내 산소량의 증가는 스케일의 성상을 완전히 바꾸는 효과가 있음을 보이고 있다.

다음 표1은 상기 제조한 비교재 및 시험재 선재 코일의 표면에서 결함검사를 실시하고 발견된 결함에 대하여 종류, 발생 위치, 깊이, 길이를 평가, 정리한 것이다. 표에서 1 ring의 길이는 4 m 정도이므로 검사를 실시한 1개 코일의 전체 길이는, 최소 ring수인 S3 코일의 길이인 1500 m 이상이다. 표에서 시험재 코일의 경우 발견된 결함의 개수 깊이, 길이가 비교재에 비하여 작은 것으로 나타났으며, 특히 시험재 S4 코일에서는 결함이 전혀 관찰되지 않았다.

상술한 바와 같이 본 발명은 연속주조를 거친 빌렛으로 3% Cu 스테인레스강 선재를 제조할 때 빌렛의 가열로 재가열중 빌렛 내부의 델타-페라이트의 량과 형상을 조절함과 동시에 표면에 생성되는 스케일의 성상을 제어함으로써 선재의 표면 결함 발생을 효율적으로 억제시켜 불량률 저감 및 생산성 향상 효과가 있다.

Claims (1)

1. 중량 %로 C: 0.013%이하, Si:0.1% 이하, Mn:0.7%이하, P: 0.024% 이하, S:0.001％이하, Cr:17.1-17.5%, Ni:9.73-9.76%, Cu:3.0-3.2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 구성되며 표면 연마 등 빌렛 정정과정을 거친 3% Cu 스테인레스강 연속주조 빌렛을, 공연비를 1.5-1.65로 제어하여 산소량을 7-8 vol.%가 되도록 조절된 가열로내에서 1220-1240 ℃의 균열온도에서 70-80분 재가열하여 추출한 뒤, 조압연과 선재압연을 실시하여 선재표면의 선형결함을 저감시키는 것을 특징으로 하는 3% Cu 스테인레스강 선재의 표면결함 저감방법.

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