KR100674618B1 - Sheet metal manufacturing method of high manganese steel using twin roll sheet casting machine - Google Patents
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Abstract
쌍롤형 박판 주조기를 이용한 고 망간강의 박판 제조 방법이 제공된다. 이 방법은 서로 반대방향으로 동기하여 회전하는 한쌍의 주조롤, 상기 주조롤의 양단에 설치된 에지댐 및 용강 탕면을 차단하여 실링하는 메니스커스 실드를 포함하는 쌍롤형 박판 주조기의 주조롤 사이에 고 망간강의 용강을 공급하여 고 망간강의 박판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 용강은 중량%로 C: 0.1~2.0%, Mn: 10~35%, Al: 0.5~4.0%, N: 0.1%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 상기 메니스커스 실드 내의 용강 탕면의 분위기를 질소 가스 분위기 하며, 용강의 과열도를 10~50도로 하는 것을 특징으로한다.Provided is a method for producing a sheet of high manganese steel using a twin roll sheet casting machine. The method includes a pair of casting rolls of a twin roll type sheet casting machine including a pair of casting rolls rotating in synchronization in opposite directions, an edge dam provided at both ends of the casting roll, and a meniscus shield for sealing by sealing the molten steel. In the method for producing a thin sheet of high manganese steel by supplying molten steel of manganese steel, the molten steel in the weight% C: 0.1 ~ 2.0%, Mn: 10 ~ 35%, Al: 0.5 ~ 4.0%, N: 0.1% or less, It is composed of the balance Fe and other unavoidable impurities, characterized in that the atmosphere of the molten steel in the meniscus shield is a nitrogen gas atmosphere, the superheat of the molten steel is 10 to 50 degrees.
Description
도 1은 박판 표면에 발생되는 덴트 결함을 보여주는 주사전자현미경(SEM) 사진이다.1 is a scanning electron microscope (SEM) photograph showing dent defects occurring on a thin plate surface.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 고 망간강의 박판을 제조하는 데 사용되는 쌍롤형 박판 주조기의 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram of a twin roll type sheet casting machine used to produce a high manganese steel sheet according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 실시예들과 비교예들에 의하여 제조된 고 망간강 박판의 덴트지수를 나타내는 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the dent index of the high manganese steel sheet manufactured by the embodiments and comparative examples of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 설명 *Description of the main parts of the drawing
1: 턴디쉬 3: 용강 공급노즐1: tundish 3: molten steel supply nozzle
5: 주조롤 7: 고 망간강 제조용 용강5: casting roll 7: molten steel for manufacturing high manganese steel
9: 에지댐 11: 박판9: edge dam 11: sheet
13: 메니스커스 실드 15: 압연기13: meniscus shield 15: rolling mill
본 발명은 고 망간강의 박판 제조 방법에 관한 것으로, 특히 쌍롤형 박판 주조기를 이용하여 최소화된 표면 덴트 결함을 갖는 표면품질이 우수한 고 망간강의 박판 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a thin plate of high manganese steel, and more particularly to a method for manufacturing a thin plate of high manganese steel having excellent surface quality with minimized surface dent defects using a twin roll type sheet casting machine.
자동차용 강판으로는 성형성을 고려하여 기지 조직이 페라이트이며, 불순물을 최대한 저감한 극저탄소강이 사용되어 왔다. 그러나, 극저탄소강의 경우에는 성형성이 높은 반면에 충분한 인성을 가지지 못하고, 또한 강도가 낮은 단점을 가지고 있다.As a steel sheet for automobiles, the base structure is ferrite in consideration of formability, and ultra-low carbon steel which has reduced impurities as much as possible has been used. However, in the case of ultra low carbon steel, it has high drawability but does not have sufficient toughness, and also has a disadvantage of low strength.
최근에 자동차용 강판의 요구 조건으로 자동차의 충돌에서 최소의 충격을 위하여 고인성의 강판이 요구되고 있고, 또한 자동차 경량화를 위하여 고강도 강판을 필요로 하고 있다. 이러한 고강도, 고인성의 강판은 기지 조직이 페라이트인 극저탄소강에서는 달성하기 어려운 것이며, 기지 조직이 오스테나이트인 강에서 TRIP (Transformation Induced Plasticity) 또는 TWIP(Twin Induced Plasticity) 현상을 이용하는 방법에 의하여 달성할 수 있는 것으로 알려져 있다.Recently, high toughness steel sheet is required to minimize impacts in collision of automobiles as a requirement of steel sheet for automobiles, and high strength steel sheet is required for lightening automobiles. Such high strength and high toughness steel sheet is difficult to achieve in the ultra low carbon steel having a base structure of ferrite, and can be achieved by using a transformation induced plasticity (TRIP) or twin induced plasticity (TWIP) phenomenon in a steel having a base structure of austenite. It is known that it can.
고강도 및 고인성을 갖는 오스테나이트계 강판으로는 오스테나이트계 고망간강에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 예를 들어, 대한민국 공개특허 1995- 0026569호에 의하면, 중량%로 C: 1.5% 이하, Mn: 15.0~35.0%, Al: 0.1~6.0%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된 강을 기본강으로 하여, 여기에 B, Ti, Zr, La 및 Ca로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 첨가되고, 우수한 열간가공성을 갖는 고 망간강이 개시되어 있다.As an austenitic steel sheet having high strength and high toughness, research on austenitic high manganese steel has been actively conducted. For example, according to Korean Patent Laid-Open Publication No. 1995- 0026569, the base steel is composed of steel composed of C: 1.5% or less, Mn: 15.0-35.0%, Al: 0.1-6.0%, balance Fe, and other unavoidable impurities by weight. By this, one or two or more selected from the group consisting of B, Ti, Zr, La, and Ca are added thereto, and high manganese steel having excellent hot workability is disclosed.
한편, 쌍롤식 박판 주조기를 사용하여 박판(주편)을 제조하는 이른바 스트립 캐스팅(strip casting) 공정은 거의 최종제품에 가까운 두께의 박판을 직접 생산함으로써 재가열 및 열간 압연 공정일체를 생략할 수 있어 설비 투자비 및 제조비용의 대폭적인 절감이 가능한 공정으로써, 상기 고 망간강을 스트립 캐스팅 공정에 의하여 제조하기 위한 연구가 진행되고 있다.On the other hand, the so-called strip casting process of manufacturing a thin plate (casting) using a twin-roll thin plate casting machine directly produces a thin plate almost close to the final product, thereby eliminating the entire reheating and hot rolling process. And as a process that can significantly reduce the manufacturing cost, the research for manufacturing the high manganese steel by a strip casting process is in progress.
그러나, 상기 스트립 캐스팅 공정을 사용하여 고품질의 고 망간강을 제조하기 위하여는 해결해야 할 많은 문제점들이 있다. 이러한 문제점들 중의 하나는 제조된 고 망간강 박판의 표면 결함에 의한 표면 품질저하이다. 이러한, 표면 품질 저하는 표면 균열, 덴트 결함 및 산화물의 혼입량에 의하여 결정된다. 이 중, 덴트 결함(D)은 도 1의 주사전자현미경(SEM) 사진에 나타낸 바와 같이, 박판 표면에 발생되는 직경 0.5~3mm, 깊이 0.1~1mm 정도의 반구형 피트(pit)로써, 압연 후에도 그 중의 일부가 박판의 표면에 잔존하여 표면 결함으로 남게되어 박판의 표면품질을 저하시키는 요인으로 작용한다.However, there are many problems to be solved to produce high quality high manganese steel using the strip casting process. One of these problems is surface deterioration due to surface defects in the manufactured high manganese steel sheets. This degradation in surface quality is determined by the surface cracks, dent defects and the amount of oxide incorporated. Among them, the dent defect (D) is a hemispherical pit having a diameter of 0.5 to 3 mm and a depth of about 0.1 to 1 mm generated on the surface of the thin plate, as shown in the scanning electron microscope (SEM) photograph of FIG. Some of them remain on the surface of the thin plate and remain as surface defects, which acts as a factor of lowering the surface quality of the thin plate.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 쌍롤식 박판 주조기를 이용하여 고망간의 박판을 제조하는 방법에 있어서, 용강 조성 및 주조 조건을 최적화하여 제조된 박판의 표면에 발생할 수 있는 덴트 결함을 최소화함으로써 우수한 표면품질을 갖는 고 망간간의 박판을 제조하는 데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is a method of manufacturing a high manganese thin plate using a twin roll thin plate casting machine, by optimizing the molten steel composition and casting conditions to minimize the dent defects that may occur on the surface of the thin plate produced excellent surface To prepare a thin plate of high manganese of quality.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여 본 발명은, 서로 반대방향으로 동기하여 회전하는 한쌍의 주조롤, 상기 주조롤의 양단에 설치된 에지댐 및 용강 탕면을 차단하여 실링하는 메니스커스 실드를 포함하는 쌍롤형 박판 주조기의 주조롤 사이에 고 망간강의 용강을 공급하여 고 망간강의 박판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 용강은 중량%로 C: 0.1~2.0%, Mn: 10~35%, Al: 0.5~4.0%, N: 0.1%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 상기 메니스커스 실드 내의 용강 탕면의 분위기를 질소 가스 분위기 하며, 용강의 과열도를 10~50도로 하는 것을 특징으로 하는 쌍롤형 박판 주조기를 이용한 고망간강의 박판 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention, a pair of roll-shaped thin plate including a pair of casting rolls that rotate in synchronization with each other in the opposite direction, the meniscus shield for sealing by blocking the edge dam and the molten steel bath surface installed on both ends of the casting roll In the method for producing a high-manganese steel sheet by supplying molten steel of high manganese steel between the casting rolls of the casting machine, the molten steel in the weight% C: 0.1 to 2.0%, Mn: 10 to 35%, Al: 0.5 to 4.0% , N: 0.1% or less, balance Fe and other unavoidable impurities, the atmosphere of the molten steel bath surface in the meniscus shield nitrogen gas atmosphere, the superheat of the molten steel characterized in that the degree of superheat of 10 ~ 50 degrees Provided is a thin plate manufacturing method of high manganese steel using a casting machine.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed subject matter is thorough and complete, and that the scope of the invention to those skilled in the art will fully convey. Like numbers refer to like elements throughout.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 고 망간강의 박판을 제조하는 데 사용되는 쌍롤형 박판 주조기의 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram of a twin roll type sheet casting machine used to produce a high manganese steel sheet according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 쌍롤형 박판 주조기는 냉각수에 의하여 냉각되고 서로 반대방향으로 동기하여 회전하는 한쌍의 주조롤(5), 상기 한쌍의 주조롤(5)의 양단부에 배치되어 용강의 유출을 막는 에지댐(9), 및 상기 주조롤(5)의 상부에 위치하고, 용강(7) 탕면을 차단하여 실링함으로써 탕면에 산화물이 생성되는 것을 방지하는 메니스커스 실드(13)를 포함하여 구성된다. 상기 주조롤(5) 표면에서 응고된 응고쉘은 상기 주조롤(5)의 최근접점에서 합체되어 박판(11)으로 주조되며, 압연기(15)를 거치는 동안 10~50% 열간압연되어 코일링된다. 상기 주조롤(5)은 내부에 냉각수의 통로로 제공되는 냉각수홀을 구비하며, 구리 또는 구리합금과 같이 열전달이 양호한 재질로 제조된다. 또한, 그 표면에는 내마모성을 향상시키기 위하여 니켈과 같은 금속이 코팅되어 있을 수 있다. 이에 더하여, 상기 니켈 코팅층에는 용강의 응고를 양호하게 하기 위하여 예를 들어, 숏 블라스트(shot-blast)와 같은 공정을 이용하여 무방향 조도가 형성될 수 있다. 도 2에 있어서, 참조번호 '1'은 턴디쉬를 나타내고, 참조번호 '3'는 용강 공급 노즐을 나타낸다. Referring to FIG. 2, a twin roll type sheet casting machine is disposed at both ends of a pair of
본 발명에 의하면, 먼저 고 망간강 제조용 용강(7)을 상기 용강 공급노즐(3)을 통해 서로 반대방향으로 동기하여 회전하는 상기 한쌍의 주조롤(5) 사이에 주입한다. 주입된 용강(7)은 상기 주조롤(5)과 접촉하여 응고쉘을 형성하고 상기 주조롤(5)이 회전함에 따라 상기 주조롤(5)의 최근접점에서 합체되어 고 망간강의 박판(11)로 주조된다. 상기 주조롤(3) 사이로 주입되는 고 망간강 제조용 용강(7)은 일반적인 강종과 같이 고망간강을 용해로에서 용해한 후 래들에 수강한 다음, 수강된 용강의 2차 정련을 위한 정련 설비에서 온도 조정 및 미세성분 조정들을 행한 것이다.According to the present invention, first, the
본 발명에 있어서, 상기 고 망간강 제조용 용강(7)은 중량%로 C: 0.1~2.0%, Mn: 10~35%, Al: 0.5~4.0%, N: 0.1%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다. 여기서, 각 성분의 함량 수치는 다음과 같은 이유로 한정된다. Mn은 미세조직에서 오스테나이트를 안정화시키기 위하여 10~35 중량%로 첨가되며, Al 또한 가공 중 오스테나이트를 안정화시키고, 쌍정 변태를 유발할 목적으로 0.5~4.0 중량 % 첨가되며, C는 박판의 강도를 향상시키고, 고액 구간을 유지하기 위하여 0.1~2.0 중량% 첨가된다. 또한, 용강 중의 N의 함량은 질화물이 과잉 생성되는 것을 방지하기 위하여 0.1 중량% 이하로 첨가된다.In the present invention, the molten steel (7) for manufacturing high manganese steel is C: 0.1 to 2.0% by weight, Mn: 10 to 35%, Al: 0.5 to 4.0%, N: 0.1% or less, balance Fe and other unavoidable impurities It is made up of. Here, the content value of each component is limited for the following reason. Mn is added in an amount of 10 to 35% by weight in order to stabilize austenite in the microstructure, Al is also added in an amount of 0.5 to 4.0% by weight for the purpose of stabilizing austenite during processing and causing twin transformation. 0.1 to 2.0% by weight is added to improve and maintain the solid-liquid section. In addition, the content of N in the molten steel is added at 0.1% by weight or less in order to prevent the excessive production of nitride.
한편, 박판 표면의 덴트 결함은 주조 중 주조롤 표면에 혼입된 가스가 용강 중에서 서서히 팽창하면서 생성되며 이러한 팽창은 용강이 응고하기 전까지 발생되어 덴트 결함의 크기를 증가시키게 된다. 따라서, 이러한 덴트 결함을 감소시키기 위해서는 주조 롤과 용강 사이에 가스의 혼입을 방지하거나, 혼입된 가스가 열팽창되지 않도록 하는 것이 필요하다. 일반적으로 주조롤과 용강 사이에 가스가 혼입되는 것을 방지하기 위하여는 주조롤 표면에 조도를 부여하지 않는 것이 바람직하나, 이 경우 고망간강의 박판 표면에 균열이 발생할 수 있다. On the other hand, the dent defect of the thin plate surface is generated while the gas entrained on the casting roll surface during the casting gradually expands in the molten steel and this expansion occurs until the molten steel solidifies to increase the size of the dent defect. Therefore, in order to reduce such dent defects, it is necessary to prevent the incorporation of gas between the casting roll and the molten steel or to prevent the entrained gas from thermal expansion. In general, in order to prevent gas from being mixed between the casting roll and the molten steel, it is preferable not to give roughness to the casting roll surface, but in this case, cracking may occur on the thin plate surface of high manganese steel.
덴트 결함을 방지하기 위하여는 혼입된 가스가 열팽창되지 않도록 하는 것이 필요하다. 혼입된 가스가 팽창되지 않도록 하기 위해서는 분위기 가스로써 용강에 대하여 용해도를 갖는 분위기 가스, 즉 질소가스를 사용하는 것이 필요하다. 상기 질소 가스를 분위기 가스로 사용할 경우 상기 질소 가스는 상기 고 망간강 제조용 용강(7) 중의 Al과 반응하여 AlN을 생성시키면서 상기 용강 중으로 용해된다. 이러한 과정을 통하여, 혼입된 가스가 팽창하는 힘이 약하게 된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 상술한 바와 같은 조성을 갖는 고 망간강 제조용 용강(7)을 주조하는 동안 상기 메니스커스 실드(13) 내부의 탕면 분위기를 질소 분위기로 하여 주조를 수행함으로써 주조된 박판 표면의 덴트 결함을 감소시킬 수 있다.In order to prevent dent defects, it is necessary to prevent the entrained gas from thermal expansion. In order to prevent the mixed gas from expanding, it is necessary to use an atmosphere gas having a solubility with respect to molten steel, that is, nitrogen gas, as the atmosphere gas. When the nitrogen gas is used as the atmosphere gas, the nitrogen gas is dissolved into the molten steel while generating AlN by reacting with Al in the
이에 더하여, 용강의 과열도가 높은 경우에는 응고 시간이 오래 걸리기 때문 에 혼입된 가스의 온도가 증가하게 되고, 이는 가스의 열팽창을 가속화시켜 덴트 결함의 크기를 증가시키는 요인이 되므로 용강의 과열도를 낮추는 것이 필요하다. 그러나 용강의 과열도가 과도하게 낮을 경우에는 세라믹 성분으로 이루어지는 상기 에지댐(9) 표면에서 용강이 응고되고, 응고물이 상기 에지댐(9)으로 부터 탈착되어 박판에 혼입되면 결함으로 작용할 수 있다. 그러므로, 용강의 과열도는 일정이상, 즉 10도 이상이 필요하다. 또한, 박판 표면에 생성되는 덴트 결함의 성장을 방지하기 위하여는 50도 이내의 용강 과열도가 필요하다. In addition, when the superheating degree of molten steel is high, the solidification time takes longer, and thus the temperature of the mixed gas increases, which accelerates the thermal expansion of the gas and increases the size of the dent defect. It is necessary to lower. However, when the degree of superheat of molten steel is excessively low, molten steel solidifies on the surface of the
따라서, 본 발명에 의하면, 상술한 바와 같은 조성을 갖는 고 망간강 제조용 용강(7)을 주조하는 동안 상기 메니스커스 실드(13) 내부의 탕면 분위기를 질소 분위기로 함과 동시에 용강 과열도를 10~50도로 함으로써 박판 표면에 덴트 결함의 발생 및 성장을 최소화시켜 표면품질이 우수한 고 망간간의 박판을 제조할 수 있게 된다.Therefore, according to the present invention, while casting the
<실험예>Experimental Example
본 발명의 실시예에 의하여 제조되는 고 망간강 박판의 표면품질을 알아보기 위하여 상술한 조성을 갖는 고 망간강 제조용 용강(7)을 사용하여 고 망간강 박판을 주조하였다. 또한, 비교를 위하여 분위기 가스 및 용강 과열도를 달리하여 고 망간강 박판을 주조하였다.In order to determine the surface quality of the high manganese steel sheet produced according to the embodiment of the present invention, the high manganese steel sheet was cast using
아래 <표 1>에 분위기 가스 및 용강 과열도를 달리하여 고 망간강 박판을 주조한 경우 박판 표면의 덴트 지수를 나타내었다. 또한, 도 3은 <표 1>의 결과를 나타낸 그래프이다. 상기 덴트 지수는 박판의 표면 상에서 덴트 결함이 차지하는 면적율을 의미하며, 일반적으로, 덴트지수가 0.2 이내이면 압연 후에는 표면 결함으로 작용하지 않게 되어 박판의 표면품질이 양호함을 나타낸다.Table 1 below shows the dent index of the thin plate surface when the high manganese steel sheet was cast by varying the atmospheric gas and molten steel superheat. 3 is a graph showing the results of <Table 1>. The dent index means the area ratio occupied by the dent defect on the surface of the thin plate. In general, when the dent index is within 0.2, the dent index does not act as a surface defect after rolling, indicating that the surface quality of the thin plate is good.
<표 1> 및 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에서와 같이 분위기 가스를 질소로 하고 용강 과열도를 50도 이하로 하여 주조한 경우, 즉 시편 2 및 시편 4의 경우에는 박판의 표면 덴트지수가 각각 0.196 및 0.004로 측정되어 표면 품질이 매우 양호한 고 망간강의 박판을 제조할 수 있었다. 반면, 비교예에 의한 시편들 즉, 아르곤을 분위기 가스로 사용하거나(시편 6, 7, 및 8) 용강 과열도가 50도를 초과한 경우(시편 1, 3 및 5)에는 주편 표면 덴트 지수가 0.2를 초과하여 본 발명의 실시예에 비하여 상대적으로 많은 덴트 결함이 발생했음을 알 수 있다. As shown in Table 1 and Figure 3, as in the embodiment of the present invention when casting the atmosphere gas to nitrogen and molten steel superheat of 50 degrees or less, that is, in the case of
이러한 결과는, 덴트 결함의 발생을 감소시키기 위하여는 분위기 가스로 아르곤을 사용하는 것에 비하여 질소를 사용하는 것이 덴트 지수를 감소 시킬 수 있으며, 이에 더하여 용강의 과열도를 50도 이하로 유지하는 경우 덴트 결함의 발생을 최소화할 수 있음을 나타낸다.These results indicate that, in order to reduce the occurrence of dent defects, the use of nitrogen can reduce the dent index compared to using argon as the atmosphere gas, and in addition, when the superheat of molten steel is maintained at 50 degrees or less, the dent The occurrence of defects can be minimized.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 쌍롤형 박판 주조기를 이용하여 고 망간강의 박판을 제조하는 데 있어서, 최적 조성으로 조성된 고 망간강 제조용 용강을 사용하고, 탕면의 분위기를 질소 분위기로 하며, 용강 과열도를 10~50도로 하여 주조를 함으로써 표면에 덴트 결함이 최소화되어 양호한 표면품질을 갖는 고망간강의 박주편을 제조할 수 있다.As described above, according to the present invention, in manufacturing a thin plate of high manganese steel using a twin roll thin plate casting machine, molten steel for manufacturing high manganese steel, which has been formulated with an optimum composition, is used, and the atmosphere of the hot water surface is a nitrogen atmosphere, and the molten steel is overheated. By casting at a degree of 10 to 50 degrees, dent defects on the surface can be minimized, and thin manganese pieces of high manganese steel having good surface quality can be manufactured.
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