KR100584744B1 - 오스테나이트계 스테인레스 냉연 무늬 강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 얇은 박판을 주조하는 박판주조공정과 후속 냉연 소둔공정을 이용하여

오스테나이트계 스테인레스 냉연 강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 일정한 무늬를 형성하는 적절한 돌출부를 그 표면에 형성한 주조롤을 이용하여 적절한 압연하중으로 박판주조하므로써 박판주조공정을 거쳐 제조된 오스테나이트계 스테인레스 냉연 소둔판에서의 불규칙한 표면 광택 불균일에 의한 품질 저하를 방지할 뿐만 아니라 오히려 광택차이를 이용하여 냉연소둔판 표면에 미려한 무늬가 형성되어 있는 오스테나이트계 스테인레스 냉연강판을 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다..

본 발명은 주조롤에 돌출부(요철)로 무늬를 가지도록 가공하여 Ni부편석이 발생하는 위치를 미리 결정하고, 이것에 의해 발생한 광택 불균일이 불규칙적이지 않고 심미적이도록 함으로써 오히려 부가가치가 높은 무늬 강판을 제조하는 방법을 그 요지로 한다.

박판주조, 오스테나이트계 스테인레스, 무늬 강판, 니켈(Ni) 부편석

Description

오스테나이트계 스테인레스 냉연 무늬 강판의 제조방법{Method for Manufacturing Patterned Austenite Stainless Steel Strip}

도 1은 통상적인 박판주조공정의 개략도

도 2는 통상적인 박판주조공정에서의 박판주조롤닙부 확대도

도 3의(a)는 통상적인 공정에 따라 박판주조된 주편의 단면 조직 사진

도 3의(b)는 도 3(a)의 A - A'선을 따르는 Ni 성분 분석 결과도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1, 1’. . . 주조롤 11 . . . 주조롤 냉각수 구멍 3 . . . 엣지댐

4 . . . 침지노즐 5 . . . 용강풀 6 . . . 응고셀 7 . . . 주편

본 발명은 얇은 박판을 주조하는 박판주조공정과 후속 냉연 소둔공정을 이용하여

오스테나이트계 스테인레스 냉연 강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원하는 모양의 미려한 무늬가 형성된 고품질의 오스테나이트계 스테인레스 냉연 무늬 강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 박판(STRIP)을 제조하는 방법에는 용강을 턴디쉬를 통하여 연속주조방 법으로 슬라브를 제조하고, 이를 압연 및 사상작업을 거쳐 박판으로 제조하는 연속주조방법과, 회전하는 쌍롤식 주조롤에 직접 용강을 투입하여 상기 롤을 통하여 슬라브의 압연 및 사상 작업없이 직접 박판을 주조하는 쌍롤식 박판주조방법이 있다.

현재 후자의 쌍롤식 박판주조방법이 연속주조방식의 여러공정을 거치지 않으면서도 박판을 직접 주조할 수 있으므로, 원가측면에서 상당한 비용절감이 이루어지는 한편, 박판의 제조공정을 줄일 수 있어 이와 같은 쌍롤식 박판주조방법에 많은 연구가 진행되고 있다.

한편, 상기와 같은 쌍롤식 박판주조방법을 개략적으로 살펴보면, 도 1과 같이 서로 반대방향으로 회전하고, 평행하게 설치된 냉각수 구멍(11)으로 냉각수가 흐르는 2개의 주조롤(1, 1')사이에 용강 저장용기(턴디쉬)(2)의 하측으로 설치된 침지노들(4)을 통하여 용강이 주조롤(1, 1')과 엣지댐(3)으로 형성되는 용강풀(5)로 공급되면, 공급된 용강이 주조롤(1, 1')과 접촉하여 응고셀(6)을 형성하고, 응고셀(6)은 주조롤(1, 1')을 따라 회전한다.

각각의 주조롤(1, 1')에서 생성된 응고셀(6)이 주조롤(1, 1')을 따라 회전하면서 성장하여 점차 근접하면 응고셀(6)의 고상부분이 부딪치기 시작한다.

상기 응고셀(6)의 고상이 부딪치기 시작하면 압연하중이 발생하고 이 위치를 도 2에 나타낸 바와 같이 압연개시점(Kissing Point)라 한다.

상기 압연개시점에서는 액상과 고상이 혼재된 상태로 압연하중을 받고 두개의 주조롤(1, 1')에서 각각 성장한 응고셀(6)이 합체되어 하나의 주편(7)을 형성하고 이러한 합체과정은 롤 최근접점인 롤닙(Roll Nip)에서 완료된다.

쌍롤식 박판주조방법이 일반적인 주조 방법과 가장 큰 차이중 하나는 주조과정과 함께 상기에서 설명한 바와 같이 압연과정을 동시에 거친다는 것이다. 이러한 쌍롤식 박판주조방법의 특징은 제조된 박판의 중심 편석 저감, 내부 기공의 형성 억제 등 여러 측면에서 장점으로 작용하지만 압연이 전폭에 걸쳐 균일하게 일어나지 않을 경우에는 오히려 불균일 압하에 의해 악영향을 끼치기도 한다.

불균일 압하에 의해 발생하는 대표적인 문제중 하나가 쌍롤식 박판주조공정을 통해 제조된 오스테나이트계 스테인레스 박판을 냉연 소둔할 때 나타나는 표면 거칠음 (Surface Roughening) 및 광택 불균일이며, 이러한 문제는 판재 성형시 더욱 두드러지게 나타난다.

박판주조공정을 거쳐 제조된 냉연판의 판재 성형시 나타나는 표면 거칠음과 광택 불균일에는 두가지 종류가 있는데 하나는 폭 0.5mm, 길이 수 mm의 작은 것(이하, "Type A 표면결함"이라 칭함)이고, 다른 하나는 폭 3mm 이하, 길이 수백 mm의 큰 것(이하, "Type B 표면결함"이라 칭함)이 있다.

상기 Type B 표면결함이 불균일 압하와 관계가 있다.

박판주조공정을 거쳐 제조된 오스테나이트계 스테인레스 냉연판에서 나타나는 작은 크기의 표면 거칠음 및 광택 얼룩인 Type A 표면결함은 조대한 결정립에 기인하는 것으로 결정립을 미세화시킴으로써 해결할 수 있다.

상기한 Type A 표면결함을 방지하는 방법들이 미국특허 5092393, 미국특허 5281284 및 미국특허 6099665등에 제시되어 있다.

상기 미국특허 5092393에는 1200^oC 이상의 온도에서 50 ^oC /sec 이상의 빠른 냉각, 고강도의 냉간압연롤 사용 및 Cr 탄화물 생성을 억제하여 Type A 표면결함을 방지하는 방법을 제시되어 있다.

또한, 상기 미국특허 5281284에는 Ti, Nb등 결정립 성장 억제 원소들을 첨가하여 Type A 표면결함을 방지하는 방법이 제시되어 있다.

또한, 상기 미국특허 6099665에는 적절한 조건으로 인-라인 롤링(in-line rolling)을 함으로써 Type A 표면결함을 방지하는 방법을 제시되어 있다.

이와 같이 작은 크기의 표면 거칠음과 광택 얼룩인 Type A 표면결함 문제의 해결책으로 결정립을 미세화 시키는 다양한 방법들이 제안되었다.

그러나 폭 3mm 이하, 길이 수백 mm의 큰 표면 거칠음 및 광택불량인 Type B 표면 결함은 조대한 결정립에 기인한 것이 아니고 불균일압하에 기인한 것이므로 상기의 Type A 표면결함을 해결하는 수단들로는 해결할 수 없다.

Type B 표면결함의 생성원인을 보다 자세히 알아보면 다음과 같다.

박판주조공정으로 제조된 박판의 내부 조직은 도 3의 (a)에 나타난 바와 같이 응고 초기의 빠른 응고속도에 의해 생성된 주상정부와 응고가 거의 완료된 시점에 생긴 주상정 내부의 등축정부로 나누어 진다.

폭방향으로 완전히 균일하게 응고가 진행되었다면 등축정부는 전폭에 걸쳐 일정한 두께를 가지고, 등축정부의 미세조직과 성분도 전폭에 걸쳐 일정해야한다.

그러나, 실제 박판주조 주편에서 관찰되는 등축정부는 국부적으로 다른 부분에 비 해 희게 보이는 부분이 존재하고 이 부분의 성분을 조사하면 도 3의 (b)에서와 같이 Ni이 평균보다 적게 함유된 Ni 부편석이 발생하며 따라서 이 부분을 Ni 부편석부라 한다.

상기 Ni 부편석이 발생하는 기구는 다음과 같다.

순금속이 아닌 합금이 응고를 하는 경우에는 응고가 어떤 한 온도에서 발생하는 것이 아니고 응고가 시작하는 액상선과 응고가 완료되는 고상선이 존재한다.

액상의 합금이 온도가 낮아져서 액상선 온도에 도달되면 응고가 시작되고 이때 응고된 고상의 조성은 액상의 조성과 차이가 난다.

따라서 응고중 액상은 점차 용질의 농도가 높아지거나 낮아지게 되는데, 응고가 진행됨에 따라 액상의 용질 농도가 높아지는 것을 정편석, 액상의 용질농도가 낮아지는 것을 부편석이라 한다.

오스테나이트계 스테인레스 합금에서 Ni은 정편석을 일으키므로 응고가 진행됨에 따라 Ni의 농도가 점차 높아진다.

따라서, 박판주조동안 주조롤에서 응고셀이 성장하여 압연개시점에 이르면 액상은 Ni의 농도가 높아진 정편석이 일어난 상태이다.

이때 압하를 받으면 Ni 농도가 높은 액상이 빠져나가는 스퀴즈 아웃(Squize Out) 현상이 발생하고 결과적으로 등축정부가 부편석이 발생한다.

따라서 박판주조 주편에서 나타나는 Ni 부편석부는 압하를 많이 받은 부분이다. 즉 주조동안 폭방향 응고불균일에 의해 응고가 주위보다 빨랐던 부분에서 집중적인 압하가 발생하고, 이러한 집중적인 압하에 의해 응고가 빨랐던 위치에 Ni 부편석이 발생한다.

오스테나이트계 스테인레스 강에서 Ni은 오스테나이트 안정화 원소로 Ni 성분의 감소는 강의 오스테나이트 안정도(Austenite Stability)를 낮춘다.

따라서, 박판주조된 주편이 냉간압연되는 동안 발생하는 소성 유기 마르텐사이트의 생성거동에 있어서 Ni 부편석부와 일반부분이 차이가 난다.

그 결과, 냉연, 소둔된 냉연판의 Ni 부편석부 표면에 요철이 발생하고 따라서 광택불균일이 발생한다.

이러한 냉연판을 다시 판재성형하는 경우에는 Ni 부편석부에서 더 빨리, 더 많이 소성 유기 마르텐사이트가 생성되고 따라서 Ni 부편석에 기인하는 표면부 요철이 심해지고, 광택 불균일이 더욱 뚜렷해진다.

상기한 박판주조된 오스테나이트계 스테인레스 냉연판의 광택불균일 원인을 다시 정리하면 다음과 같다.

박판주조중 폭 방향 응고 불균일에 의해 임의의 지점에서 응고셀이 주위보다 빠르게 성장하면, 집중적인 압하를 받게되고, 그 결과 Ni 부편석부가 발생한다.

Ni부편석부는 냉간압연중 소성유기 마르텐사이트의 생성이 주위보다 빠르고 많이 생성되므로 냉연 소둔후 표면에 요철을 형성하고, 이러한 요철은 후속 판재성형시 더욱 두드러져 광택불균일을 나타낸다.

이러한 광택불균일은 불규칙하게 형성되고 따라서 냉연판 표면은 매우 지저분하게 보이도록 하므로 제품의 상품적 가치를 떨어뜨린다.

상기와 같은 type B 표면결함(광택 불균일)을 방지하기 위한 방법의 일례가 미국 특허 5467811에 제시되어 있다.

상기 미국특허에서는 부편석비가 0.9 이상이 되어야 하며 이를 위해 박판주조시 압연하중(Roll Seperation Force)이 3~25kg/mm 영역이 되도록 해야한다고 제시하고 있다.

그러나, 실제의 경우에는 응고속도가 폭방향으로 차이나기 때문에 폭방향 압연하중 분포가 차이나게 되고, 폭방향 압연하중 분포는 많은 주조변수들에 영향을 받기 때문에 3~25kg/mm의 압연하중으로 주조하는 경우에도 대부분의 경우 Ni 부편석비가 0.9 이하인 심한 Ni 부편석이 일어난다.

그 결과 냉연판에서 광택 불균일이 나타나고, 이러한 광택 불균일은 판재 성형동안 심화되어 최종제품의 품질을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

본 발명은 일정한 무늬를 형성하는 적절한 돌출부를 그 표면에 형성한 주조롤을 이용하여 적절한 압연하중으로 박판주조하므로써 박판주조공정을 거쳐 제조된 오스테나이트계 스테인레스 냉연 소둔판에서의 불규칙한 표면 광택 불균일에 의한 품질 저하를 방지할 뿐만 아니라 오히려 광택차이를 이용하여 냉연소둔판 표면에 미려한 무늬가 형성되어 있는 오스테나이트계 스테인레스 냉연강판을 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다..

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 오스테나이트계 스테인레스 강을 쌍롤식 박판주조작업을 통해 박판을 제 조하고 이를 냉간압연 및 소둔 과정을 거쳐 오스테나이트계 스테인레스 냉연 강판을 제조하는 방법에 있어서,

주조롤 표면의 돌출부 면적분률이 20% 이하이고; 그리고
그 각각의 폭이 50mm 이하이고, 높이가 50~200 μ(micron)인 상기 돌출부가 무늬화 된 주조롤을 이용하여 압연하중(RSF)이 하기 식(1)을 만족하도록 하여 박판주조를 한 후,

(20kg/mm × 돌출부 면적분률 + 1.5kg/mm RSF < 100kg/mm × 돌출부 면적분률 + 1.5kg/mm)
냉간압연 및 소둔하여 오스테나이트계 스테인레스 냉연 무늬 강판을 제조하는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 주조롤 표면에 돌출부(요철)로 무늬를 가지도록 가공하여 Ni부편석이 발생하는 위치를 미리 결정하고, 이것에 의해 발생한 광택 불균일이 불규칙적이지 않고 심미적이도록 함으로써 오히려 부가가치가 높은 무늬 강판을 제조하는 것이다.

많은 경우 통상의 방법으로 제조된 스테인레스 강판은 제품을 만든 후 엣칭등의 방법을 통하여 광택의 차이를 줌으로써 무늬를 형성하여 심미적인 효과를 내는데, 이와 같이 엣칭을 통해 무늬를 형성하는 방법은 추가적인 제조 단가 상승을 가져오게 된다.

따라서, 본 발명에서는 원하는 무늬가 미리 형성된 냉연판을 제조하므로서 제조단가를 현저히 낮출 수 있다.

박판주조에 의해 제조된 냉연판의 광택 불균일은 박판주조중 생긴 Ni 부편석에 기 인하며, Ni 부편석부는 박판주조중 압하를 많이 받은 부분이다.

이러한 국부적인 압하의 집중은 응고셀의 성장 속도가 전폭에 걸쳐 일정하게 일어나지 못하고 차이가 나기 때문이며, 폭방향 응고속도의 불균일은 다양한 원인에서 발생하는 자연스러운 현상으로 응고속도 불균일을 완전히 없애는 것은 현실적으로 거의 불가능하다.

따라서, Ni 부편석에 기인하는 광택 불균일을 없애기 위하여 응고속도가 가장 빠른 위치에서도 압하가 일어나지 않도록, 즉 압연하중이 전혀 걸리지 않도록 해야 하지만 이렇게 할 경우에는 미국특허 5467811에 나타나있는 바와 같이 박판 중심부에 기공(pore)이 형성되어 각종 물성을 떨어뜨린다.

따라서, 본 발명에서는 압하가 일어날 부분을 인의적으로 만들어줌으로써 불규칙한 광택얼룩 대신 광택 불균일을 이용하여 미려하고 규칙적인 무늬를 오스테나이트계 스테인레스 냉연판에 형성시켜 기존의 오스테나이트계 스테인레스 보다 부가가치가 높은 강판을 제조할 수 있는 방법을 제시한다.

일반적인 박판주조에서는 두 주조롤 사이의 간격이 일정하기 때문에 상기에 서술한 바와 같이 응고속도가 빠른 부분이 집중적으로 압하를 받게되고 따라서 응고가 빠른 부분에서 Ni 부편석이 나타난다.

통상적으로 박판주조용 주조롤의 표면은 박판주조중 균열발생을 억제하기 위하여 숏트 블라스팅(Shot Blasting), 포토 엣칭(Photo Etching) 등의 방법으로 요철을 주지만 이러한 요철은 산과 골사이 간격이 수백 μ의 매우 작은 값을 가지므로 수 mm에서 수십 mm의 간격으로 변화되는 응고 불균일 관점에서는 롤간격이 일정한 것 으로 볼 수 있다.

본 발명은 원하는 무늬를 가진 돌출부가 표면에 형성된 주조롤을 이용하여 박판주조 함으로써 압하가 돌출부에 집중되도록 하여 돌출부 위치에 돌출부와 동일한 형상의 Ni 부편석부를 형성하도록 하는 것이다.

이렇게 하면 최종 냉연 소둔판에서는 롤의 돌출부의 모양과 동일한 무늬의 광택 불균일이 나타나고, 이러한 광택 불균일은 표면 결함으로 작용하는 것이 아니고 미적인 무늬로 작용하므로 최종 냉연판의 부가가치를 오히려 높일 수 있다.

이때 주조롤에 형성시킬 돌출부의 높이는 50~200 μ이 되도록 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다.

만약, 돌출부의 높이가 50 μ보다 작으면 응고 불균일에 의해 주조롤의 돌출부가 아닌 부분이 응고 불균일에 의해 많은 압하를 받을 수 있고, 따라서 원하지 않는 광택 불균일이 나타나게 된다. 반면 돌출부의 높이가 200 μ보다 커지게 되면 주조동안 지나친 압하 불균일을 야기하여 주편에 균열을 유발하고, 후속 냉연공정 중에도 냉연롤의 손상 및 균열 생성 등의 문제를 야기한다.

주조롤에 돌출부를 형성하여 주조를 하는 경우에도 압연하중이 지나치게 낮으면 돌출부에서 조차도 압하가 일어나지 않아 Ni 부편석부를 형성시키지 못할 뿐만 아니라 내부기공 형성 등의 문제를 야기 시킨다.

반면, 압연하중이 지나치게 높으면 돌출부가 아닌 부분에서도 많은 압하를 받아 Ni 부편석 정도가 롤의 돌출부와 아닌 부분의 차이가 없어져서 냉연 소둔후 무늬가 형성되지 않을 뿐만 아니라, 박판주조공정에서 압연하중이 높으면 크랙이 발생하는 문제도 있다.

따라서, 본 발명에서는 다음과 같은 범위의 압연하중(RSF)에서 박판주조하여야 원하는 무늬 강판을 만들 수 있다.

(수학식 1)

20kg/mm × 돌출부의 면적분률 + 1.5kg/mm < RSF < 100kg/mm × 돌출부의 면적분률 + 1.5kg/mm

여기서 돌출부의 면적분률은 20% 이하가 되어야 하고, 각 돌출부의 폭방향 길이는 50mm를 넘지 않아야 한다. 돌출부의 면적분률이 지나치게 높으면 전체폭에서 돌출부가 차지하는 면적이 너무 커서 돌출부들 사이에도 응고 불균일이 발생하여 가해준 압연하중이 특정 돌출부에만 가해지고 다른 돌출부에는 가해지지 않는 문제가 발생한다.

또한, 각 돌출부의 폭이 지나치게 큰 경우에도 돌출부 내에서 응고 불균일이 발생하여 돌출부의 특정부분만 압하를 받고 어떤 돌출부는 압하를 받지 못하여 무늬가 제대로 형성되지 못하는 문제가 발생한다.

이상과 같은 돌출부를 가진 주조롤을 제조하는 방법으로는 널링(Knurling), 엣칭(Etching), 연마(Grinding) 등을 알 수 있다.

이러한 돌출부를 가진 주조롤을 이용하여 제조된 박판은 롤의 돌출부와 동일한 무늬의 Ni 부편석부를 가지며 이후 통상의 방법과 동일한 냉연 및 소둔에 의해 무늬를 가진 오스테나이트계 스테인레스 박판을 제조할 수 있다.

이때 최종 박판에 형성된 무늬는 냉간압연중 길이방향으로 1/(1-냉연 압하률) 배만 큼 연신되므로 롤에 돌출부는 이러한 효과를 미리 고려하여 원하는 무늬보다 주조롤 원주방향으로 (1-냉연 압하률) 배만큼 축소시켜 무늬를 형성시켜야 한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

304 스테인레스 강을 이용하여 하기 표 1과 같은 치수의 돌출부를 주조롤 표면에 형성시키고 하기 표 1과 같은 조건의 압연하중으로 가하면서 박판주조하고, 냉간압연 및 소둔한 후, 강판의 표면을 관찰하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 No.	실시조건				결과
	압연하중 (kg/mm)	돌출부 높이 (μ)	돌출부 폭 (mm)	돌출부 면적분율(%)
발명예 1	5	100	10	5	무늬형성 양호
발명예 2	8	150	25	10	무늬형성양호
비교예 1	0.5	100	10	5	무늬형성되지 않음
비교예 2	50	100	10	5	무늬형성 불량 및 크랙발생
비교예 3	8	15	25	10	무늬형성되지 않음
비교예 4	8	500	25	10	돌출부 손상 및 크랙 발생
비교예 5	10	100	200	20	무늬형성 불량

상술한 바와 같이, 본 발명은 적절한 무늬를 갖는 돌출부를 그 표면에 형성시킨 주조롤을 이용하여 적절한 하중을 가하여 박판주조하므로써 오스테나이트계 스테인레스 냉연강판에 나타나는 불규칙한 광택 불균일에 의한 품질 저하를 방지할 뿐만 아니라, 오히려 표면에 미려한 무늬를 형성시킴으로써 오스테나이트계 스테인레스 강판에 무늬를 형성하기 위한 엣칭등의 후속 공정을 생략할 수 있는, 고부가 가치의 강판을 제조할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 오스테나이트계 스테인레스 강을 쌍롤식 박판주조작업을 통해 박판을 제조하고 이를 냉간압연 및 소둔 과정을 거쳐 오스테나이트계 스테인레스 냉연 강판을 제조하는 방법에 있어서,

   주조롤 표면의 돌출부 면적분률이 20% 이하이고; 그리고

   그 각각의 폭이 50mm 이하이고, 그리고 높이가 50~200 μ인 상기 돌출부가 무늬화 된 주조롤을 이용하여 압연하중(RSF)이 하기 식(1)을 만족하도록 하여 박판주조를 한 후,

   (수학식 1)

   (20kg/mm × 돌출부 면적분률 + 1.5kg/mm < RSF < 100kg/mm × 돌출부 면적분률 + 1.5kg/mm)

   냉간압연 및 소둔하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스 냉연 무늬 강판의 제조방법

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