KR100743367B1 - 저탄소, 저질소 타이타늄 안정화 스테인레스강의 정련 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스테인레스강의 질소 픽업 방지 방법에 관한 것으로서,

AOD정련로에서의 탄소 및 질소가 충분히 제거되고, 탈산 및 탈황 작업이 완료된 후, 정련로 내에 용강중의 알루미늄 농도가 0.005%이하인 상태를 유지하고, 상기 용강중에 타이타늄 농도를 0.01-0.2중량% 첨가하여 출강함으로써 스테인레스강의 질소 농도 증가를 억제할 수 있는 저탄소, 저질소 타이타늄 안정화 스테인레스강의 정련 방법을 특징으로 한다.

스테인레스강, AOD, 저탄소, 저질소,안정화

Description

저탄소, 저질소 타이타늄 안정화 스테인레스강의 정련 방법{Method of refining low nitrogen, low carbon stainless steel sheets having stabilized titanium }

도 1은 본 발명의 용강중 산소농도와 TI,Al농도의 상관관계를 나타낸 그래프.

도 2는 본 발명의 반응시간에 따른 용강중 질소농도와 TI,Al첨가의 영향을 나타낸 그래프.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 용강 표면에 생성된 산화물의 전자현미경 (SEM) 사진(a)과 EDAX 분석(b) 결과를 나타낸 그래프.

본 발명은 저탄소, 저질소 타이타늄 안정화 스테인레스강의 정련 방법에 관한 것으로서, 특히 AOD 정련로를 이용한 Ti안정화 스테인레스강의 제조공정에서 출강 중 또는 용강 2차 정련과정에서 대기로 부터 용강으로의 질소가 픽업(pick-up) 되는 것을 방지하는 정련방법에 관한 것이다.

스테인레스강 중의 질소는 일반적으로 가공중의 연신율 및 용접부의 인성 저하 등 제품의 기계적 성질을 나쁘게 하는 요인으로 작용한다. 따라서 스테인레스강은 크롬, 망간 등 질소와의 친화력이 높은 원소를 다량 함유하고 있기 때문에 스테인레스강의 정련과정에서 질소를 제거하는 기술은 매우 중요하다. 특히 STS409L강과 같이 Ti를 함유하는 강은 탄소 및 질소가 각각 탄화물 또는 질화물을 형성하기 때문에 두 성분의 농도를 낮추어야 하는데, 그 중에서 특히 질소의 경우에는 응고 과정 중에 Ti과 결합하여 질화물인 TiN이 생성되어 이 강종의 연속주조시에 노즐 막힘 현상을 일으키거나 열연 코일의 표면결함을 야기시키므로 용강중의 질소농도를 적극적으로 감소시켜야 한다. 스테인레스강의 온도에 따른 용강중 [Ti]와 [N]관계에 있어서 Ti 농도가 증가함에 따라 용해 질소농도는 감소하게 된다. 만일 용강중 질소가 용해질소농도보다 높으면 질소는 TiN이 되어 석출하게 되며, TiN은 전술한 바와 같은 제반 문제를 야기시키게 된다. 또한 Ti 농도에서 용강 온도가 감소할수록 용해 질소농도도 감소한다. 즉, 정련로에서 용강을 출강한 후 연속주조할 때까지 용강의 온도가 감소할수록 용해 질소농도도 감소한다. 이에따라 고온에서 용해된 질소가 TiN으로 석출하게 되므로 Ti 안정화 스테인레스강의 질소농도는 낮을수록 바람직하다.

그러나 전기로, AOD(Argon Oxygen Decarburization) 공정으로 스테인레스강을 제조함에 있어서, 전기로에서는 합금철 및 일반 스크랩을 장입하고 용해하는데, 아크(Arc)방전에 의해 공기중의 질소가 용강중으로 용해되기도 하고, 출강 시에 용 강과 공기의 접촉에 의해 질소가 흡수되어 용강중의 질소농도를 증가시키게 되며, AOD장입 전의 질소농도는 200-250PPM정도가 함유되게 된다. 특히 AOD정련후 출강중에 용강과 대기와의 접촉에 의해 용강중의 질소농도가 높아지는 질소 픽업 현상이 발생하게 된다.

용강의 대기와의 접촉에 의해 발생하는 질소 픽업현상을 억제하기 위해 지금까지 시도되고 있는 방법은,

1) 용강중의 산소농도가 높은 상태에서의 출강법

2) CO₂ 발생물질의 첨가법

등이 알려져 있다.

상술한 1) 방법은 산소의 계면 활성 특성을 이용한 방법으로 용강중의 산소는 용강 표면에 집적하여 질소 분자가 용강과 접촉하는 것을 방해하기 때문에 질소 픽업을 억제할 수 있게 되는 것이다. 그러나 이 방법은 AOD이후의 공정으로 VOD와 같은 2차 정련 공정이 있는 경우에는 적용할 수 있지만, AOD 단독공정에서는 AOD내에서 용강의 탈산 및 크롬산화물의 환원 또는 탈황 작업이 이루어지기 때문에 적용하기 곤란한 문제가 있다. 또한 상술한 2) 방법은 CaCO₃, MgCO₃ 또는 드라이아이스(dry ice)등과 같이 고온 또는 상온에서 CO₂를 용이하게 발생하는 물질을 출강전에 래들(ladle)내에 미리 투입하여 래들내의 분위기를 CO₂로 만들어 줌으로써 공기와의 접촉을 차단하여 질소 픽업을 감소시키고자 하는 것이다. 그러나 이 방법도 CO₂ 가스를 이용하는 것이므로, CO₂가스가 스테인레스강과 같이 크롬 함유량이 높은 용강에서는 탄소 농도 증가의 원인이 되므로 사용하기 곤란한 문제점을 갖고 있다.

이에 본 발명의 발명자들은 상기한 종래 방법들의 문제점을 개선하기 위해 연구 및 실험을 중점적으로 수행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로써, 본 발명은 AOD를 이용한 저탄소, 저질소의 Ti안정화 스테인레스강의 제조공정에서, 용강중의 질소농도를 효과적으로 낮추어서 AOD정련로 출강과정에서의 질소 픽업을 저감할 수 있는 정련방법을 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 AOD정련로에서 저탄소, 저질소 타이타늄 안정화 스테인레스강의 정련 방법에 있어서,

AOD정련로에서의 탄소 및 질소가 충분히 제거되고, 탈산 및 탈황 작업이 완료된 후, 정련로 내에 용강중의 알루미늄 농도가 0.005%이하인 상태를 유지하고, 상기 용강중에 타이타늄 농도를 0.01-0.2중량% 첨가하여 출강함으로써 스테인레스강의 질소 농도 증가를 억제할 수 있는 저탄소, 저질소 타이타늄 안정화 스테인레스강의 정련 방법을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에서 타이타늄 첨가범위에 대한 한정 이유에 대해 설명한다.

본 발명에서 AOD정련로의 용강중에 타이타늄을 첨가하는 것은 타이타늄이 산소와 마찬가지로 계면활성원소이기 때문에 용강 표면으로 용이하게 이동하여 출강중에 혼입된 공기중의 산소와 반응하여 타이타늄 산화물을 형성하는 역할을 하기 때문이다. 이렇게 산화물로 형성된 TiO₂는 용강과의 젖음성(wet)이 있기 때문에 용강과 공기 기포의 계면을 덮어 질소와 용강의 반응을 효과적으로 방해하게 된다. 따라서 타이타늄의 농도가 0.01중량%이하가 되면 본 발명에서 요구되는 용강 계면의 타이타늄 산화물 막을 형성시키는 데 있어 타이타늄 양이 부족하게 되며, 0.2중량%이상에서는 용강중의 질소를 흡수하여 저감시키는 효과는 우수하지만, 타이타늄 안정화강에서의 필요로 하는 농도 범위를 벗어나게 된다. 따라서 본 발명에서 AOD정련로의 용강중에 첨가되는 타이타늄(Ti)은 0.01∼0.2중량%가 바람직하다.

또한 용강중의 알루미늄 농도가 0.005중량%이하가 되어야 하는 이유는 도 1에서 알수 있듯이 알루미늄 농도가 0.005중량% 이상에서는 알루미늄의 탈산력이 0.01중량%의 타이타늄 보다 우수하기 때문에 용강/기포 계면에서 타이타늄 산화물의 생성이 곤란하게 되어 질소 픽업 방지 효과가 없어지게 되는 것이기 때문이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예는 대기 유도 용해로를 이용하여 실시하였다. 18%Cr을 함유한 스테인레스강을 시험대상으로 하였으며, 용강온도는 1550℃, 질소 분압 1 기압의 조건에서 용강중 Ti 농도와 Al농도가 다른 용강에 대해 일정 시간 간격으로 시 편을 채취하여 용강중의 질소 농도 변화를 측정하였다. 도 2는 반응시간에 따른 질소농도의 변화를 나타낸 것이다. 도 2에서 보듯이 Ti을 함유하지 않은 경우는 질소 농도가 반응시간에 따라 급격히 증가하여 포화상태에 이르게 된다. 그러나 Ti를 0.01%, Al을 0.005%첨가한 경우에는 용강중의 질소 농도가 급격히 증가하는 것을 알 수 있다. 이것은 전술한 바와 같이 Ti를 용강중에 첨가함으로써 Ti산화물이 용강 표면을 덮어 질소의 흡착을 방해하기 때문에 질소의 흡수 속도가 느려지게 되는 것이다.

도 3은 용강 표면에 생성된 산화물을 채취하여 전자현미경(SEM) 사진(a)과 EDAX 분석(b)을 실시한 결과이다. 도 3에서 보듯이 용강 표면의 산화물은 Ti산화물임을 확인 하였다. 그러나 Ti를 첨가 했더라도, Al 농도가 0.005%함유된 경우에는 Al의 산화력이 Ti보다 높기 때문에 생성된 Ti산화물이 다시 환원되어 용강과 질소가스의 반응을 억제하는 효과가 없어지게 되는 것이다. 따라서 Cr을 함유한 용강의 흡질 방지에는 Ti를 0.01%이상 첨가하는 것이 유효한 효과를 나타내며, 이 경우 Al의 농도는 0.005%이하로 조절 되어야 함을 알 수 있다.

본 발명에 의하면 저탄소, 저질소의 타이타늄 안정화 스테인레스강을 제조할 때에 AOD정련로에서의 탄소 및 질소가 충분히 제거되고, 탈산 및 탈황 작업이 완료된 후, 용강중에 타이타늄을 첨가함으로써 스테인레스강의 질소 농도 증가를 억제할 수 있는 효과를 가진다.

Claims (2)

1. AOD정련로에서 저탄소, 저질소 타이타늄 안정화 스테인레스강의 정련 방법에 있어서,

   AOD정련로에서의 탄소 및 질소가 충분히 제거되고, 탈산 및 탈황 작업이 완료된 후, 정련로내 용강중에 타이타늄 농도를 0.01-0.2중량% 첨가하여 출강함으로써 스테인레스강의 질소 농도 증가를 억제하는 것을 특징으로 하는 저탄소, 저질소 타이타늄 안정화 스테인레스강의 정련 방법.
2. 제 1항에 있어서

   AOD정련로내 용강중에 알루미늄 농도가 0.005%이하로 제어된 상태에서 상기 타이타늄을 첨가하여 출강함으로써 스테인레스강의 질소 농도 증가를 억제하는 것을 특징으로 하는 저탄소, 저질소 타이타늄 안정화 스테인레스강의 정련 방법.

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