KR100650562B1

KR100650562B1 - 쌍롤식 박판주조 공정에서 표면결함 없는 고망간강 생산장치 및 방법

Info

Publication number: KR100650562B1
Application number: KR1020050127563A
Authority: KR
Inventors: 하만진; 김상훈; 임지우
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2006-11-30

Abstract

본 발명은 고 망간강의 박판 주조에 관한 것으로, 특히 쌍롤식 박판 주조기에서 연속주조시에 주조롤은 스텐인레스 스틸과 같은 강한 재질로 구비하고, 주조롤의 표면에는 내마모를 위한 Cr이 함유된 재질(Weldclad 등)을 육성 용접하고, 육성 용접층 표면에는 강의 응고를 균일하게 하는 숏 브라스트와 같은 방식을 적용하는 쌍롤식 박판주조 공정에서 표면결함 없는 고망간강 생산 장치 및 방법에 관한 것이다. 또한, 본발명은 쌍롤식 박판 주조 방법에서 1에서 10mm 두께의 고 망간강 박판을 제조하는데 있어서, C의 함량을 0.1~2.0wt%, Mn의 함량을 10~35wt%, Al의 함량을 1wt%이하로 하고, Si의 함량을 0.1~2%로 하고, 나머지는 Fe 및 용해재에 포함되어 있는 불순물이 함유된 강을 주조시에, 표면 덴트흠을 줄이기 위하여 롤을 Cr이 함유된 육성 용접된 재질을 사용하고, 용강에 용해되는 질소 가스를 분위기로 사용하며, 롤 표면에 Ra 10um이하의 표면 조도를 가공하여 주조하여 쌍롤식 박판주조 공정에서 표면결함 없는 고망간강 생산 장치 및 방법을 제공한다.

Description

쌍롤식 박판주조 공정에서 표면결함 없는 고망간강 생산 장치 및 방법{A Method and apparatus of producing High Manganese at twin-roll strip casting}

도 1은 쌍롤식 박판 주조기의 개략적인 구성도,

도 2는 고 망간강의 표면 덴트흠 사진의 예,

도 3은 쌍롤식 박판 주조 공정에서 롤의 재질에 따른 표면 덴트흠의 발생 실험결과 그래프,

도 4는 쌍롤식 박판 주조 공정에서 분위기 가스 종류에 따른 표면 덴트흠의 발생 실험결과 그래프이다.

♠도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1: 턴디쉬, 2: 노즐,

3: 롤, 4: 용강,

5: 에지댐, 6: 브러쉬롤

7: 주조 박판 8: 분위기 유지 쳄버,

9: 메니스커스 쉴드, 10: 압연기

본 발명은 고 망간강의 박판 주조에 관한 것으로, 특히 쌍롤식 박판 주조기에서 연속주조시에 주조롤은 스텐인레스 스틸과 같은 강한 재질로 구비하고, 주조롤의 표면에는 내마모를 위한 Cr이 함유된 재질(Weldclad 등)을 육성 용접하고, 육성 용접층 표면에는 강의 응고를 균일하게 하는 숏 브라스트와 같은 방식을 적용하는 쌍롤식 박판주조 공정에서 표면결함 없는 고망간강 생산 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 쌍롤식 박판주조 공정은 냉각되고 있는 한 쌍의 주조롤 사이에 용강을 공급하고 주조롤을 상호 마주보는 방향으로 회전시켜 용강으로부터 직접 얇은 강판을 연속적으로 제조하는 방법이다.

종래의 한국특허 출원번호 10-1995-0026569호 "열간가공성이 우수한 고망간강 및 그 열간압연 방법"에 따르면 중량%로, C:1.5%이하, MN:15.0-35.0%, AL:0.1-6.0%, 잔부 FE및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성된 강을 기본강으로 하여, 여기에 B:0.0005-0.040%, TI:0.0005-0.050%, ZR:0.0005-0.050%, LA:0.0005-0.040%, CE:0.0005-0.040% 및 CA:0.0005-0.030% 로 이루어진 그룹중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 첨가되어 조성된 것을 특징으로 하는 열간가공성이 우수한 고망간강을 그 요지로 한다고 되어 있다. 이러한 조성은 기본적으로 고 망간강의 최종재의 물성을 확보하는데 필요한 원소들이며, 이러한 기본조성을 사용하는 것이 필요하다.

종래의 쌍롤식 박판주조기를 이용하여 고 망간강 박판을 제조하는데 있어, 주편 표면 품질은 표면균열 및 덴트흠 그리고 산화물의 혼입량에 의해 결정된다. 이중 덴트흠은 주편 표면에 직경 0.5~3mm, 깊이 0.1~1mm 정도의 반구 피트(pit)로써, 압연 후에도 일부 표면에 잔류하여 표면의 결함으로 작용한다. 그러므로 이러한 결함을 줄이는 것이 요구된다.

언급한 종래의 한국특허에 기재된 망간강은 성형중 쌍정 변태를 유발시켜, 강도와 연성이 뛰어난 강종이다. Mn의 함량은 미세 조직에서 오스테나이트를 안정화시키기 위하여 10~35wt%로 한정되며, Al 또한 가공중 오스테나이트를 안정화시키고, 쌍정변태를 유발할 목적으로 0.5~2w% 첨가하며, C의 함량은 강도를 향상시키고, 고액 구간을 유지하기 위하여 0.1~2.0wt%로 한정한다. 그리고 용강중의 N의 함량은 0.1%이하로 하여, 질화물의 과잉 생성을 억제한다.

고 망간강을 박판 주조할 경우 주조롤 표면에는 미세한 조도를 부여하여, 응고시 발생하는 응력을 분산시켜, 응고성 균열의 발생을 막게 되어 있다. 이러한 응력의 발생은 응고 속도와 관련되어 있는데, 즉 응고속도가 빠를 경우에는 응력의 발생이 많으므로, 응고성 균열이 발생할 가능성이 크다.

그러므로, 박판 주조 공정에서 일반적으로 사용하는 구리로 만든 롤을 사용할 경우는 열전도도가 높기 때문에, 응고시 응력의 발생이 높아, 응고성 균열을 방지하기 위해서는 롤 표면에 부여하는 조도의 깊이를 수십 um Ra 정도로 유지하여야 한다.

반면 스테인레스 스틸(stainless steel)과 같이 열전도도가 낮은 재질로 만든 주조롤을 사용할 경우는 열전도도가 낮기 때문에, 응고 속도가 낮고 응고시 응력의 발생이 적기 때문에 롤 표면에 부여하는 조도를 수 um Ra로 낮게 하여도 응고 균열이 발생하지 않는다.

본 발명은 위에서 언급한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스테인레스 스틸(stainless steel)과 같이 열전도도가 낮은 재질로 주조롤을 제작하고, 주조롤의 표면에는 Cr을 포함하는 Weldclad와 같은 육성 용접 재료를 사용하여 육성용접을 행한 후, 주조롤 표면에 숏 블래스팅(shot blasting) 방식을 사용하여 표면 조도를 형성하고, 표면 조도는 평균 조도(Ra) 기준으로 5~15um 정도로 하거나 5~10um의 표면 조도 범위를 가지도록 하여 박판의 표면에 나타나는 덴트흠을 저감할 수 있으며 표면 품질이 우수한 고 망간강 박판을 생산할 수 있는 쌍롤식 박판주조 공정에서 표면결함 없는 고망간강 생산 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 쌍롤식 박판 주조 방법에서 1에서 10mm 두께의 고 망간강 박판을 제조하는데 있어서, C의 함량을 0.1~2.0wt%, Mn의 함량을 10~35wt%, Al의 함량을 1wt%이하로 하고, Si의 함량을 0.1~2%로 하고, 나머지는 Fe 및 용해재에 포함되어 있는 불순물이 함유된 강을 주조시에, 표면 덴트흠을 줄이기 위하여 롤을 Cr이 함유된 육성 용접된 재질을 사용하고, 용강에 용해되는 질소 가스를 분위기로 사용하며, 롤 표면에 Ra 10um이하의 표면 조도를 가공하여 주조하여 쌍롤식 박판주 조 공정에서 표면결함 없는 고망간강 생산 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 쌍롤식 박판주조 공정에서 표면결함 없는 고망간강 생산 방법은, 쌍롤식 박판 주조 공정에서 C의 함량을 0.1~2.0wt%, Mn의 함량을 10~35wt%, Al의 함량을 1wt%이하로 하고, Si의 함량을 0.1~2%로 하고, 나머지는 Fe 및 용해재에 포함되어 있는 불순물이 함유된 고 망간강 박판을 제조하는데 있어서, 박판의 표면 덴트흠을 줄이기 위하여 주조롤을 Cr이 함유된 육성 용접된 재질을 사용하고, 용강에 용해되는 질소 가스를 분위기로 사용하며, 상기 롤 표면은 표면 조도로 가공하여 주조하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 고 망간강 박판은 1에서 10mm 두께로 제조되며, 롤 표면은 5~15um 사이의 표면조도로 가공하는 것을 특징으로 하고, 상기 주조롤의 육성 용접층 표면에는 강의 응고를 균일하게 하기 위해 숏 브라스트 방식을 이용하여 무방향 조도가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 쌍롤식 박판주조 공정에서 표면결함 없는 고망간강 생산 장치는 턴디쉬, 노즐, 주조롤, 브러쉬롤, 압연기 등이 구비된 쌍롤식 박판 주조기에 있어서, 상기 주조롤은 스테인레스 스틸과 같이 열전도도가 낮은 재질로 구비하고, 상기 주조롤을 Cr이 함유된 육성 용접된 재질을 사용하며, 상기 주조롤 표면조도를 숏 블래스팅 방식을 적용하는 것을 특징으로 하며, 상기 주조롤의 표면 조도는 숏 블래스팅 방식으로 Ra 10um이하의 표면 조도로 가공하는 것을 포함함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 쌍롤식 박판 주조기의 개략적인 구성도이고, 도 2는 고 망간강의 표면 덴트흠 사진의 예이고, 도 3은 쌍롤식 박판 주조 공정에서 롤의 재질에 따른 표면 덴트흠의 발생 실험결과 그래프이고, 도 4는 쌍롤식 박판 주조 공정에서 분위기 가스 종류에 따른 표면 덴트흠의 발생 실험결과 그래프이다.

본 발명은 스테인레스 스틸(stainless steel)과 같이 열전도도가 낮은 재질로 주조롤을 제작하고, 주조롤의 표면에는 Cr을 포함하는 Weldclad와 같은 육성 용접 재료를 사용하여 육성용접을 처리하고, 주조롤 표면에 숏 블래스팅(shot blasting) 방식을 사용하여 표면 조도를 형성하고, 표면 조도는 평균 조도(Ra) 기준으로 5~15um 정도로 되도록 하며, 더 바람직하게는 5~10um의 표면 조도 범위를 가지도록 하여 고망강간 박판의 표면에 나타나는 덴트흠을 대폭줄이며 표면 품질이 우수한 고 망간강 박판을 제공한다.

본 발명은 쌍롤식 박판 주조 공정에서 C의 함량을 0.1~2.0wt%, Mn의 함량을 10~35wt%, Al의 함량을 1wt%이하로 하고, Si의 함량을 0.1~2%로 하고, 나머지는 Fe 및 용해재에 포함되어 있는 불순물이 함유된 1에서 10mm 두께의 고 망간강 박판을 제조하는데 있어서, 표면 덴트흠을 줄이기 위하여 주조롤을 스테인레스 스틸(stainless steel)과 같이 열전도도가 낮은 재질로 제작하고, 주조롤을 Cr이 함유된 육성 용접된 재질을 사용하고, 용강에 용해되는 질소 가스를 분위기로 사용하 며, 주조롤 표면에 숏 블래스팅(shot blasting) 방식을 사용하여 조도 Ra 10um이하의 표면 조도로 가공하여 주조하여 덴트흠을 주이고, 표면이 우수한 고망간강 박판을 제조한다.

도 1에는 고망간간을 주조하는 쌍롤식 박판 주조기의 개략적인 구성도를 나타낸 것으로, 고망간간 박판은 쌍롤씩 박판 주조기에서 연속주조한다.

용융금속(4)은 냉각되는 반대방향으로 회전하는 두개의 주조롤(3) 사이에 노즐(2)을 통하여 주입되고, 응고되어 응고쉘이 형성되고, 롤 닢에서 압하되어, 박판(7)이 생성된다. 롤의 단부에는 세라믹으로 구성된 댐(5)이 있어, 단부로의 용강 유출을 막는다. 또한, 롤의 상부에는 탕면에 산화물 등이 생성되지 않도록 밀폐된 메니스커스 쉴드(9)가 있고, 내부에는 불활성 가스를 충진한다. 그리고 주조된 박판은 압연기(10)를 거쳐 10~50% 열간 압연되어 코일링된다.

주조 롤은 내부에 냉각수 홀이 있어 이곳에 냉각수를 공급하여, 롤을 냉각시키고, 롤은 스텐인레스 스틸과 같은 강한 재질로 만들어져 있고, 표면에는 내마모를 위한 Cr이 함유된 재질을 육성 용접을 한다. 육성 용접층 표면에는 강의 응고를 균일하게 하기 위하여 숏 브라스트 방식을 이용하여 무방향 조도가 형성되어 있다.

도 2는 고 망간강의 표면 덴트흠 사진의 예로, 고 망간강을 박판 주조할 경우 주편 표면에는 덴트흠이 발생한다.

덴트흠은 주편 표면에 직경 0.5~3mm, 깊이 0.1~1mm 정도의 반구 피트(pit)로써, 압연 후에도 일부 표면에 잔류하여 표면의 결함으로 작용한다. 이러한 덴트는 주조롤(3) 표면에 혼입된 가스가 용강중에서 팽창하면서 생성된다. 그러므로 분위 기 가스는 용강에 용해도가 존재하는 질소 가스를 사용하는 것이 유리하며, 질소 가스에 10% 이하 분율의 CO2 가스 또는 Ar 가스가 혼합된 가스를 사용할 수 있다.

고 망간강을 박판 주조할 경우, 주조롤의 조도가 증가하면, 고 망간강을 박판 주조할 시 주편 표면의 덴트흠의 깊이가 증가한다.

도 3은 쌍롤식 박판 주조 공정에서 롤의 재질에 따른 표면 덴트흠의 발생 실험결과 그래프이다.

도 3에는 고 망간강의 Mn량이 15%, 25%의 경우 롤에 부여한 조도변화에 따른 덴트(dent) 깊이의 변화를 나타내었다.

주조롤의 조도가 증가하면, 조도의 기저부에 있는 가스의 양이 증가하여, 최종으로 팽창된 가스의 양이 증가한다. 주조롤의 조도가 평균 조도 깊이 Ra가 5.5um 인 경우와 Ra가 17um인 경우, 주편에 나타나는 덴트(dent)의 깊이는 Ra 5.5um인 경우 50~150um인데 반하여, 조도 깊이 Ra가 17um인 경우 덴트(dent)의 깊이는 50~300um으로 덴트(dent)의 깊이가 깊음을 알 수 있다.

결국, 주조롤의 조도깊이 Ra가 깊을수록 덴트(dent)의 깊이가 증가하는 것을 알 수 있다. 특히 압연기(10)를 거쳐서 10~30% 압연을 할 경우 덴트(dent)의 깊이 150um 이하인 경우는 압하에 의해 덴트(dent)가 평평해 지지만, 150um 이상의 경우는 압하에 의해 치유되지 못하여 최종 제품의 흠으로 나타나게 된다.

도 4에서도 기판 조도를 평균 Ra 8um을 한 경우와 Ra를 20um을 한 경우를 비 교하였는데, 이 또한 Ra 8um 조도를 사용한 경우 덴트(dent)의 깊이는 150um 미만이었는데 반하여, Ra를 20um 적용한 경우는 150um 이상을 넘는 덴트(dent)가 발생되었다.

그러므로, 고 망간강을 박판 주조할 경우에는 주조롤의 조도를 최소화할 필요가 있으며, 주편의 응고성 균열이 발생되지 않을 정도의 조도로 한정할 필요가 있다. 본 발명의 주조롤의 조도는 숏 블라스팅(shot blasting) 방식으로 시공할 경우, 평균 조도 즉 Ra 기준으로 5~15um, 양호하게는 5~10um으로 한다.

이상에서 언급한 바와 같이, 본 발명은 쌍롤식 박판 주조 공정으로 C의 함량을 0.1~2.0wt%, Mn의 함량을 10~35wt%, Al의 함량을 1wt%이하로 하고, Si의 함량을 0.1~2%로 하고, 나머지는 Fe 및 용해재에 포함되어 있는 불순물이 함유된 1mm에서 10mm 두께의 고 망간강 박판을 제조하는데 있어서, 표면 덴트흠을 줄이기 위하여 주조롤은 스테인레스 스틸(stainless steel)과 같이 열전도도가 낮은 재질로 제작하고, 주조롤을 Cr이 함유된 육성 용접된 재질을 사용하고, 용강에 용해되는 질소 가스 분위기(100%)를 사용하여 덴트흠과 크랙발생이 줄어들게 하며, 주조롤 표면에 숏 블래스팅(shot blasting) 방식을 사용하여 조도 Ra 10um이하의 표면 조도로 가공하여 주조하여 덴트흠을 주이고, 표면이 우수한 고망간강 박판을 제조한다.

표면 덴트흠을 줄이기 위하여 롤을 Cr이 함유된 육성 용접된 재질을 사용하고, 용강에 용해되는 질소 가스를 분위기로 사용하며, 롤 표면에 Ra 10um이하의 표면 조도를 가공하여 주조하는 방법이다.

지금까지 본 발명의 구성 및 동작에 대해 상세하게 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형을 가할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 조도 기저부에 혼입된 가스의 양을 줄일 수 있어, 고망간강 용강이 응고중 혼입된 가스의 열팽창을 적게할 수 있어, 판의 표면에 나타나는 덴트흠을 저감할 수 있어 표면 품질이 우수한 고 망간강 박판을 생산할 수 있는 효과가 있다.

또한, 조도가 낮아서 생성되는 주편의 표면 균열은 롤의 재질을 냉각능이 작은 스테인레스 스틸계를 사용하여 Cr이 함유된 (weldclad 재질등) 육성 용접롤을 사용하여, 냉각속도를 낮춤으로써 해결하므로, 주편의 표면 균열이 향상되는 효과가 있다.

Claims

쌍롤식 박판 주조 공정에서 C의 함량을 0.1~2.0wt%, Mn의 함량을 10~35wt%, Al의 함량을 1wt%이하로 하고, Si의 함량을 0.1~2%로 하고, 나머지는 Fe 및 용해재에 포함되어 있는 불순물이 함유된 고 망간강 박판을 제조하는데 있어서,

박판의 표면 덴트흠을 줄이기 위하여 주조롤을 Cr이 함유된 육성 용접된 재질을 사용하고, 용강에 용해되는 질소 가스를 분위기로 사용하며, 상기 롤 표면은 표면 조도로 가공하여 주조하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조 공정에서 표면결함 없는 고망간강 생산 방법.
제 1항에 있어서,

상기 고 망간강 박판은 1에서 10mm 두께로 제조되는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조 공정에서 표면결함 없는 고망간강 생산 방법.
제 1항에 있어서,

상기 롤 표면은 5~15um 사이의 표면조도로 가공하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조 공정에서 표면결함 없는 고망간강 생산 방법.
제 1항에 있어서,

상기 주조롤의 육성 용접층 표면에는 강의 응고를 균일하게 하기 위해 숏 브라스트 방식을 이용하여 무방향 조도가 형성되는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조 공정에서 표면결함 없는 고망간강 생산 방법.
턴디쉬, 노즐, 주조롤, 브러쉬롤, 압연기 등이 구비된 쌍롤식 박판 주조기에 있어서,

상기 주조롤은 스테인레스 스틸과 같이 열전도도가 낮은 재질로 구비하고, 상기 주조롤을 Cr이 함유된 육성 용접된 재질을 사용하며, 상기 주조롤 표면조도를 숏 블래스팅 방식을 적용하는 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조 공정에서 표면결함 없는 고망간강 생산 장치.
제 5항에 있어서,

상기 주조롤의 표면 조도는 숏 블래스팅 방식으로 Ra 10um이하의 표면 조도로 가공하는 것을 포함함을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조 공정에서 표면결함 없는 고망간강 생산 장치.