KR100759609B1

KR100759609B1 - 알루미나 클러스터가 적은 강재

Info

Publication number: KR100759609B1
Application number: KR1020057001133A
Authority: KR
Inventors: 미조구찌도시아끼; 우에시마요시유끼; 야마구찌준; 와따나베유; 미까사아끼라; 야스이히로쯔구
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2003-07-22
Publication date: 2007-09-17
Also published as: AU2003281547A1; KR20050021547A; EP1538224A4; CN1678761A; CN101429586B; AU2003281547B8; DE60330358D1; CN101429586A; JP4430284B2; US7776162B2; AU2003281547B2; EP1538224B1; EP1978123A1; EP1538224A1; US20060260719A1; JP2004052076A; CN1678761B; WO2004009854A1; ES2333417T3; TW200408714A

Abstract

Al을 이용하여 탈산하고, Ce, La, Pr 및 Nd의 1종 또는 2종 이상의 희토류 원소(REM)를 첨가한 용강을 주조한 강재이며, (a) 알루미나와 REM 산화물을 주성분으로 하는 산화물계 개재물 중의 REM 산화물의 함유량이 상기 산화물 개재물에 대한 질량 ％로, 0.5 ％ 이상 15 ％ 이하이거나, (b) (a) 모두 강재 중의 전체 REM의 전체 산소(T.O)에 대한 질량비 : REM/T.0가 0.05 이상 0.5 이하이거나, 또는 (c) 전체 REM량이 0.1 ppm 이상 10 ppm 미만이고, 또한 고용 REM량이 1 ppm 미만인 것을 특징으로 하는 알루미나 클러스터가 적은 강재이다.

희토류 원소, 용강, 알루미나 클러스터, 강재, 산화물 개재물

Description

알루미나 클러스터가 적은 강재 {STEEL PRODUCT REDUCED IN AMOUNT OF ALUMINA CLUSTER}

본 발명은, 자동차용 강판, 구조용 강판, 내마모 강용 두꺼운 판, 유정관용 강관 등에 적합한 알루미나 클러스터가 적은 강재에 관한 것이다.

강판 등의 압연 강재는 일반적으로 전로에서 용제된 미탈산의 용강을 Al로 탈산하고, 알루미킬드강으로서 제조된다. 탈산시에 생성하는 알루미나는 경질이고, 클러스트화되기 쉽고, 용강 중에 수백 ㎛ 이상의 개재물로서 잔류한다.

그로 인해, 이 개재물의 용강으로부터의 제거가 불충분한 경우, 얇은 판에서의 슬리버 흠(선형 흠), 구조용 두꺼운 판에서의 재질 불량, 내마모 강용 두꺼운 판에서의 저온 인성 저하, 유정관용 강관에서의 용접부(UST) 결함(Ultra Sonic Testing〔초음파 탐상〕으로 검지하는 결함) 등의 원인이 된다. 또한, 알루미나는 연속 주조시에 침지 노즐의 내벽에 부착, 퇴적되어 노즐 폐색의 원인이 된다.

이 알루미나를 용강으로부터 제거하는 방법으로서, (1) 탈산 후에 알루미나가 응집, 합체하여 용강으로부터 부상, 분리되는 시간을 가능한 한 길게 취하도록 전로에서의 출강시에 탈산제의 Al을 투입하는 방법, (2) 2차 정련법 중 하나인 CAS(Composition Adjustment by Sealed Argon Bubbling)나 RH(Rheinstahl Huttenwerke und Heraus) 처리(진공 탈가스 처리)로 용강을 강교반하여 알루미나의 부상, 분리를 촉진하는 방법, (3) 용강 중으로 Ca를 첨가하고, 알루미나를 저융점 개재물의 CaO-Al₂0₃로 개질하여 무해화하는 방법 등이 행해지고 있었다.

그런데, 상기 (1)과 (2)의 방법에 의한 알루미나의 부상 분리책에서는 수백 ㎛ 이상의 개재물을 완전히 제거할 수 없어, 강판 표면에 생기는 슬리버 흠을 방지할 수 없게 되는 문제가 있다.

상기 (3)의 방법에 의한 개재물의 개질책에 따르면, 개재물을 저융점화하여 클러스터의 생성을 방지할 수 있고, 또한 미세화할 수 있다.

그러나, 시로따 등[재료와 프로세스, 4(1991), p. 1214, 참조]에 따르면, 용강 중에서 알루미나를 액상의 칼슘알루미네이트로 만들기 위해서는 [Ca]/[T.O]를 0.7 내지 1.2의 범위로 제어할 필요가 있다.

그러기 위해서는, 예를 들어 T.O(용강 중의 전체 산소량이고, 용존 산소와 개재물 중의 산소의 합계)가 40 ppm인 경우, 28 내지 48 ppm의 다량의 Ca를 용강에 첨가할 필요가 있다.

한편, 타이어용 스틸 코드나 밸브 스프링재에서는 개재물을 압연 가공시에 변형하기 쉬운 저융점의 CaO-SiO₂-Al₂0₃(-Mn0)계의 개재물로 개질하여 무해화하는 것이 일반적으로 알려져 있다.

그러나, 이들 방법에 있어서는, 통상 Ca를 저렴한 CaSi 합금으로 첨가하므로, Si량의 상한치가 엄격히 관리되는 자동차용 강판이나 관용 냉간 압연 강판의 제조이고, 상기 (3)의 방법은 실용화되어 있지 않다.

Ce, La 등의 REM을 이용하는 용강의 탈산에 있어서는 (1) Al 킬드를 전제로 하여, Al 탈산 후에 REM을 알루미나의 개질제로서 사용하는 방법이나, (2) Al을 사용하지 않고, REM을 단독 또는 Ca, Mg 등으로 조합하여 탈산제로서 사용하는 방법이 알려져 있다.

Al 킬드를 전제로 한 방법으로서, 일본 특허 공개 소52-70918호 공보에는 Al 탈산 또는 Al-Si 탈산 후에 Se, Sb, La 또는 Ce의 1종 이상을 0.001 내지 0.05 ％ 첨가함으로써, 또는 이것과 용강 교반과 조합함으로써 용강/알루미나 클러스터 사이의 계면 장력을 제어하고, 용강 중의 알루미나 클러스터를 부상 분리시켜 제거하는 비금속 개재물이 적은 청정강의 제조법이 개시되어 있다.

또한, 일본 특허 공개 2001-26842호 공보에는 용강을 Al 및 Ti로 탈산한 후, Ca 및/또는 REM을 첨가함으로써 산화물계 개재물의 크기를 50 ㎛ 이하로 하고, 또한 상기 개재물 조성을 Al₂0₃ : 10 내지 30 중량 ％, Ca 산화물 및/또는 REM 산화물 : 5 내지 30 중량 ％, Ti 산화물 : 50 내지 90 중량 ％로 하는 표면성상 및 내질이 우수한 냉간 압연 강판 및 그 제조 방법이 개시되어 있다.

또한, 일본 특허 공개 평11-323426호 공보에는 Al, REM 및 Zr에 의한 복합 탈산에 의해 알루미나 클러스터가 없고, 결함이 적은 청정한 Al 킬드강을 제조하는 제조 방법이 개시되어 있다.

그러나, 이들 방법에서는 알루미나 클러스터를 확실하게 부상 분리시키는 것 이 어렵고, 개재물 결함을 요구되는 품질 레벨까지 저감시킬 수 없었다.

Al을 사용하지 않는 방법으로서, 일본 특허 제1150222호 공보에는 용강을 CaO 함유 플럭스로 탈산한 후, Ca, Mg, REM의 1종 이상을 포함하는 합금을, 예를 들어 100 내지 200 ppm 첨가하여 개재물을 저융점화하고, 또한 연질화하는 스틸용 강의 제조 방법이 개시되어 있다.

또한, 일본 특허 제1266834호 공보에는 Mn, Si 등의 Al 이외의 탈산제로 T.O(전체 산소량)를 100 ppm 이하로 조정한 후, 공기에 의한 산화를 방지하는 것을 목적으로 REM을 50 내지 500 ppm 첨가하는 극세 신선성이 양호한 선재의 제조 방법이 개시되어 있다.

그러나, 이들 방법에서는 탈산제로서 저렴한 Al을 사용하지 않으므로, 탈산제의 비용 상승이라는 문제가 생긴다. 또한, 이들 방법에 있어서 Si로 탈산하는 경우, Si량의 상한치가 엄격히 관리되는 얇은 판재용 용강의 탈산에 적용하는 것은 곤란하다.

한편, 알루미나 입자의 클러스터화에 대해서는 몇 개의 생성 기구가 제안되어 있다.

예를 들어, 일본 특허 공개 평9-192799호 공보에는 용강 중의 P₂0₅가 Al₂0 ₃ 입자의 응집, 합체를 촉진하고 있다고 생각하여 용강에 Ca를 첨가하고, nCaOㆍmP₂0₅를 생성하게 하고, Al₂0₃의 바인더인 P₂0₅의 결합력을 저하시킴으로써 침지 노즐에의 Al₂0₃의 부착을 방지할 수 있는 것이 개시되어 있다.

또한, 안나까 등[철과 강, (1995), p.17]은 연속 주조에 있어서, 침지 노즐의 폐색 방지를 위해 이용하는 Ar 가스의 기포에 포착된 알루미나 입자가 냉간 압연 강판에 발생하는 슬리버 흠의 원인이라 추찰하고 있다.

또한, H.Yin et al.(ISIJ Int., 37(1997), p.936)은 기포에 포착된 알루미나 입자가 모세관 효과에 의해 기포 표면에서 응집, 합체한다는 관찰 결과를 개시하고 있다.

이와 같이, 알루미나 클러스터의 생성 기구가 해명되고 있지만, 클러스터화를 방지하기 위한 구체적인 방법은 명백하지 않고, 알루미나 클러스터에 의한 개재물 결함을 요구되는 품질 레벨까지 저감시키는 것은 곤란하다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 유리하게 해결하기 위해 이루어진 것으로, 얇은 판, 두꺼운 판, 강관, 형강, 막대강 등의 강재의 제조에 있어서, 제품 결함의 원인이 되는 조대한 알루미나 클러스터의 생성을 용강 중 및 Ar 기포 표면에서 방지함으로써 자동차, 가전용 얇은 판에서의 슬리버 흠, 구조용 두꺼운 판에서의 재질 불량, 내마모용 두꺼운 판에서의 저온 인성 저하, 유정관용 강관에서의 용접부(UST) 결함 등의 표면 흠이나 내부 결함이 적은 강재를 제공하는 것을 목적으로 하여 완성된 것이다.

본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해, 실험 및 검토를 반복하고, 그 성과로서 (i) 클러스터의 알루미나 입자 사이에는 FeO 및 FeOㆍAl₂0₃의 저융점 산화물이 바인더로서 존재한다는 것, (h) 이 바인더를 적당한 양의 REM으로 환원함으로써 용강 중 및 Ar 기포 표면에서의 알루미나 입자의 응집, 합체를 억제할 수 있는 것 및 (ⅲ) 고용 REM을 필요량 이상으로 강 중에 잔존시키면, 용강 단계에서 용강과 슬러그의 반응에 의해 REM 산화물과 알루미나로 이루어지는 복합 산화물이 다량으로 생성되어 용강의 청정성이 악화되는 것을 알 수 있었다.

본 발명은 상기 지견을 기초로 하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.

(1) Al을 이용하여 탈산하고, Ce, La, Pr 및 Nd 중 1종 또는 2종 이상의 희토류 원소(REM)를 첨가한 용강을 주조한 강재이며,

알루미나와 REM 산화물을 주성분으로 하는 산화물계 개재물 중 REM 산화물의 함유량이 상기 산화물 개재물에 대한 질량 ％로, 0.5 ％ 이상 15 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 알루미나 클러스터가 적은 강재.

(2) Al을 이용하여 탈산하고, Ce, La, Pr 및 Nd 중 1종 또는 2종 이상의 희토류 원소(REM)를 첨가한 용강을 주조한 강재이며,

강재 중의 전체 REM의 전체 산소(T.O)에 대한 질량비 : REM/T.O가 0.05 이상 0.5 이하이고, 또한,

(3) Al을 이용하여 탈산하고, Ce, La, Pr 및 Nd 중 1종 또는 2종 이상의 희 토류 원소(REM)를 첨가한 용강을 주조한 강재이며,

전체 REM량이 0.1 ppm 이상 10 ppm 미만이고, 또한,

고용 REM량이 1 ppm 미만인 것을 특징으로 하는 알루미나 클러스터가 적은 강재.

(4) 상기 강재가 질량 ％로, C : 0.0005 내지 1.5 ％, Si : 0.005 내지 1.2 ％, Mn : 0.05 내지 3.0 ％, P : 0.001 내지 0.1 ％, S : 0.0001 내지 0.05 ％, Al : 0.005 내지 1.5 ％, T.O : 80 ppm 이하를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 알루미나 클러스터가 적은 강재.

(5) 상기 강재가 또한 질량 ％로, Cu : 0.1 내지 1.5 ％, Ni : 0.1 내지 10.0 ％, Cr : 0.1 내지 10.0 ％, Mo : 0.05 내지 1.5 ％ 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (4)에 기재된 알루미나 클러스터가 적은 강재.

(6) 상기 강재가 또한 질량 ％로, Nb : 0.005 내지 0.1 ％, V : 0.005 내지 0.3 ％, Ti : 0.001 내지 0.25 ％의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (4) 또는 (5)에 기재된 알루미나 클러스터가 적은 강재.

(7) 상기 강재가 또한 질량 ％로, B : 0.0005 내지 0.005 ％를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (4) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 알루미나 클러스터가 적은 강재.

(8) 상기 강재를 슬라임 추출하여 얻을 수 있는 알루미나 클러스터의 최대 직경이 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재 된 알루미나 클러스터가 적은 강재.

(9) 상기 알루미나 클러스터에 있어서, 20 ㎛ 이상인 알루미나 클러스터의 개수가 2개/㎏ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 (8)에 기재된 알루미나 클러스터가 적은 강재.

도1은 산화물계 개재물 중의 REM 산화물의 함유량과, 최대 알루미나 클러스터의 직경과의 관계를 나타내는 도면이다.

도2는 REM/T.O와, 최대 알루미나 클러스터의 직경과의 관계를 나타내는 도면이다.

도3은 강 중의 전체 REM량과, 최대 알루미나 클러스터의 직경과의 관계를 나타내는 도면이다.

도4는 강 중의 고용 REM량과, 팬 노즐의 폐색 상황과의 관계를 나타내는 도면이다.

이하에, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 설명한다.

상기 (1)의 본 발명[본 발명(1)]에서는 Al 탈산 또는 Al-Si 탈산과 같은 Al을 이용하여 탈산한 용강 중에 Ce, La, Pr 및 Nd 등으로부터 선택한 1종류 이상의 희토류 원소(REM)를 첨가하고, 알루미나와 REM 산화물이 주성분인 산화물계 개재물 중 REM 산화물의 함유량을 질량 ％로, 0.5 내지 15 ％로 한다.

이 REM 산화물의 조성 범위에 있어서, 알루미나 입자끼리의 응집, 합체를 억 제할 수 있고, 조대한 알루미나 클러스터의 생성을 방지할 수 있다. 산화물계 개재물 중의 REM 산화물의 함유량은 질량 ％로, 2 내지 12 ％로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서 희토류 원소는 원자 번호 57인 La로부터 원자 번호 71인 Lu까지를 나타낸다.

산화물계 개재물 중의 REM 산화물의 함유량의 상한을 15 ％로 하는 것은, 도1에 도시한 바와 같이 REM 산화물의 함유량이 15 ％를 넘어 많아지면, 개재물이 응집, 합체되기 쉬워져 조대 클러스터가 생성되기 때문이다.

한편, 상기 함유량의 하한을 0.5 ％로 한 것은, 마찬가지로 도1에 도시한 바와 같이 REM 산화물의 함유량이 0.5 ％ 미만에서는 REM 첨가의 효과가 없고, 알루미나 입자의 클러스터화를 방지할 수 없기 때문이다.

상기 (2)의 본 발명[본 발명(2)]에서는 Al 탈산 또는 Al-Si 탈산과 같은 Al을 이용하여 탈산한 용강 중에 Ce, La, Pr 및 Nd 등으로부터 선택한 1종류 이상의 희토류 원소(REM)를 첨가하여 알루미나의 클러스터화를 확실하게 방지하기 위해, 산화물계 개재물 중의 REM 산화물의 함유량을 0.5 내지 1.5 질량 ％로 하는 동시에, 강 중의 전체 REM의 전체 산소(T.O)에 대한 질량비 REM/T.O를 0.05 내지 0.5로 한다.

또한, 알루미나의 클러스터화를 보다 확실하게 하기 위해서는 REM/T.O ＝ 0.15 내지 0.4로 하는 것이 바람직하다.

REM/T.O의 상한을 0.5로 하는 이유는, 도2에 도시한 바와 같이 REM을, 0.5를 넘도록 첨가하면 통상의 Al 탈산에 있어서 생성되는 클러스터와 같은 정도의 크기의 조대한 REM 산화물 주체의 클러스터가 생성되기 때문이다.

한편, REM/T.O의 하한을 0.05로 하는 이유는, 0.05 미만이 되는 REM의 첨가에서는 마찬가지로 도2에 도시한 바와 같이 알루미나 입자의 클러스터화를 방지하는 효과를 충분히 얻을 수 없기 때문이다.

또한, T.O는 전술한 바와 같이 강 중의 전체 산소량이고 용존 산소와 개재물 중 산소의 합계를 나타낸다.

상기 (3)의 본 발명[본 발명(3)]에서는 Al 탈산 또는 Al-Si 탈산과 같은 Al을 이용하여 탈산한 용강 중에 Ce, La, Pr 및 Nd 등으로부터 선택한 1종류 이상의 희토류 금속(REM)을 첨가하고, 전체 REM을 0.1 ppm 이상 10 ppm 미만으로 하고, 또한 고용 REM을 1 ppm 미만으로 한다.

이 전체 REM량 및 고용 REM량의 조성 범위에 있어서, 알루미나 입자끼리의 응집, 합체를 억제하여 조대 알루미나 클러스터의 생성을 방지할 수 있는 동시에, 고용 REM과 슬러그의 반응에 의한 용강의 청정성의 악화를 방지할 수 있다.

전체 REM을 5 ppm 미만으로 하면, 보다 확실하게 조대 알루미나 클러스터의 생성을 방지하는 것이 가능해진다.

전체 REM의 상한을 10 ppm 미만으로 한 것은, 도3에 도시한 바와 같이 10 ppm 이상에서는 산화물계 개재물 중의 REM 산화물의 농도가 증가되고, 알루미나 입자가 응집, 합체되기 쉬워져 조대 클러스터가 생성되기 때문이다. 한편, 전체 REM의 하한을 0.1 ppm으로 한 것은, 마찬가지로 도3에 도시한 바와 같이 0.1 ppm 미만에서는 REM 첨가의 효과가 없고, 알루미나 입자가 클러스터화되는 것을 방지할 수 없기 때문이다.

조대 알루미나 클러스터의 생성을 보다 확실하게 방지하기 위해서는, 전체 REM을 5 ppm 미만으로 하면 된다.

고용 REM을 1 ppm 미만으로 하는 것은, 1 ppm 이상에서는 용강 단계에 있어서, 슬러그와 강 중 고용 REM이 반응하고, REM 산화물과 알루미나로 이루어지는 복합 산화물이 다량으로 생성하고, 그 결과, 조대 클러스터가 생성되어 용강의 청정성이 악화되기 때문이다. 또한, 고용 REM이 1 ppm 이상에서는 도4에 도시한 바와 같이 팬 노즐이 폐색된다.

여기서, 본 발명에 있어서, Al을 이용하여 탈산하는 강재는 질량 ％로, C : 0.0005 내지 1.5 ％, Si : 0.005 내지 1.2 ％, Mn : 0.05 내지 3.0 ％, P : 0.001 내지 0.1 ％, S : 0.0001 내지 0.05 ％, Al : 0.005 내지 1.5 ％, T.O : 80 ppm 이하를 함유하고, 또한 필요에 따라서 (a) Cu : 0.1 내지 1.5 ％, Ni : 0.1 내지 10.0 ％, Cr : 0.1 내지 10.0 ％, Mo : 0.05 내지 1.5 ％의 1종 또는 2종 이상, (b) Nb : 0.005 내지 0.1 ％, V : 0.005 내지 0.3 ％, Ti : 0.001 내지 0.25 ％ 중 1종 또는 2종 이상 및 (c) B : 0.0005 내지 0.005 ％의 3개의 원소군으로부터 선택되는 하나 또는 두개 이상의 원소군을 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 용강을 주조한 것이고, 또한 필요한 압연을 실시함으로써 얇은 판, 두꺼운 판, 강관, 형강, 막대강 등으로 가공할 수 있는 것이다.

상기 조성 범위가 바람직한 이유는 이하와 같다.

C는 강의 강도를 향상시키는 기본적인 원소이므로, 원하는 강도에 따라서 함유량을 0.0005 내지 1.5 ％의 범위에서 조정한다. 원하는 강도 또는 경도를 확보하기 위해서는 0.0005 ％ 이상 함유시키는 것이 바람직하지만, 1.5 ％보다 많으면 인성이 손상되므로 1.5 ％ 이하가 좋다.

Si를 0.005 내지 1.2 ％로 한 것은, 0.005 ％ 미만에서는 Si량의 저감에 큰 비용 부담이 생겨 경제성이 손상되고, 한편, 1.2 ％보다 많으면 도금을 실시할 때에 도금 불량이 발생하여 강재의 표면성상이나 내식성이 열화되기 때문이다.

Mn을 0.05 내지 3.0 ％로 한 것은, 0.05 ％ 미만에서는 정련 시간이 길어져 경제성이 손상되고, 한편, 3.0 ％보다 많으면 강재의 가공성이 크게 열화되기 때문이다.

P를 0.001 내지 0.1 ％로 한 것은, 0.001 ％ 미만에서는 용선의 예비 처리에 시간과 비용이 들어 경제성이 손상되고, 한편, 0.1 ％보다 많으면 강재의 가공성이 크게 열화되기 때문이다.

S를 0.0001 내지 0.05 ％로 한 것은, 0.0001 ％ 미만에서는 용선의 예비 처리에 시간과 비용이 들어 경제성이 손상되고, 한편, 0.05 ％보다 많으면 강재의 가공성과 내식성이 크게 열화되기 때문이다.

Al을 0.005 내지 1.5 ％로 한 것은, 0.005 ％ 미만에서는 N을 AlN으로서 트랩하여 고용(N)을 감소시킬 수 없고, 한편, 1.5 ％보다 많으면 강재의 표면성상과 가공성이 열화되기 때문이다.

T.O를 80 ppm 이하로 한 것은 80 ppm보다 많으면 알루미나 입자의 충돌 빈도 가 증가되어 클러스터가 조대화되기 때문이다. 또한, T.O가 80 ppm보다 많으면 알루미나의 개질에 필요한 REM의 첨가량이 증대되어 경제성이 손상되게 된다.

본 발명은 이상의 성분을 기본 성분으로 하지만, 이 기본 성분 외에 각각의 용도에 따라서 (a) Cu, Ni, Cr, Mo의 1종 또는 2종 이상, (b) Nb, V, Ti의 1종 또는 2종 이상 및 (c) B의 3개의 원소군으로부터 어느 하나 또는 두개 이상의 원소군을 선택하여 함유시킬 수 있다.

Cu, Ni, Cr, Mo는 모두 강의 담금질성을 향상시키는 원소이며, Cu, Ni 및 Cr은 0.1 ％ 이상, 또한 Mo는 0.05 ％ 이상 함유시킴으로써 강재의 강도를 높일 수 있다.

그러나, Cu 및 Mo는 1.5 ％를 넘고, 또한 Ni 및 Cr은 10 ％를 넘어 첨가하면 인성 및 가공성을 손상시킬 우려가 있으므로, Cu는 0.1 내지 1.5 ％, Ni 및 Cr은 모두 0.1 내지 10 ％, Mo는 0.05 내지 1.5 ％로 한다.

Nb, V, Ti는 모두 석출 강화에 의해 강의 강도를 향상시키는 원소이며, Nb 및 V는 0.005 ％ 이상, 또한 Ti는 0.001 ％ 이상 함유시킴으로써 강의 강도를 높일 수 있다.

그러나, Nb는 0.1 ％를 넘고, V는 0.3 ％를 넘고, 또한, Ti는 0.25 ％를 넘어 첨가하면 인성을 손상시킬 우려가 있으므로, Nb는 0.005 내지 0.1 ％, V는 0.005 내지 0.3 ％, Ti는 0.001 내지 0.25 ％로 한다.

B는 강의 담금질성을 향상시켜 강도를 높이는 원소이며, 0.0005 ％ 이상 함유시킴으로써 강의 강도를 높일 수 있다.

그러나, 0.005 ％를 넘어 첨가하면 B의 석출물이 증가되어 인성을 손상시킬 우려가 있으므로, B는 0.0005 내지 0.005 ％로 한다.

또한, 본 발명에 있어서는, 주조 부재의 슬라임 추출로 얻을 수 있는 알루미나 클러스터의 최대 직경은 100 ㎛ 이하가 바람직하다. 이는 알루미나 클러스터의 최대 직경이 100 ㎛보다 크면, 강재를 강제품으로 가공한 후, 표면 결함이나 내부 결함을 형성하는 원인이 되기 때문이다.

또한, 본 발명에 있어서는, 주조 부재의 슬라임 추출로 얻을 수 있는 20 ㎛ 이상의 알루미나 클러스터의 개수는 2개/㎏ 이하가 바람직하다. 이는 상기 개수가 2개/㎏보다 많으면, 압연 후에 표면 결함이나 내부 결함이 생기는 일이 있기 때문이다.

용강 중에의 REM의 첨가는, 예를 들어 2차 정련 장치의 CAS식 정련 장치나 RH식 정련 장치를 사용하여 용강을 탈산한 후에 행한다. REM은 Ce, La 등의 순금속, REM 금속의 합금 또는 다른 금속과의 합금 중 어느 것이라도 좋고, 형상은 덩어리형, 알갱이형, 또는 와이어 등이라도 좋다.

REM의 첨가량은 극미량이므로, 용강 중의 REM 농도를 균일하게 하기 위해, RH식 정련 조 내에서의 환류 용강 중으로 첨가하거나, 또는 쇳물 바가지에 첨가한 후, Ar 가스 등으로 교반하는 것이 바람직하다. 또한, 턴디쉬 내 또는 주형 내의 용강으로 REM을 첨가할 수도 있다.

〔실시예〕

(제1 실시예)

용강을 270 t의 전로에 있어서 취련하고, 그 후, 소정의 탄소 농도로 조정하여 출강하였다. 2차 정련에서 목표의 용강 성분으로 조정하여 Al로 탈산한 후, REM을 Ce, La, 미쉬 메탈(예를 들어, 질량 ％로, Ce : 45 ％, La : 35 ％, Pr : 6 ％, Nd : 9 ％, 불가피 불순물로 이루어지는 합금), 또는 미쉬 메탈, Si 및 Fe의 합금(Fe-Si-30 ％ REM)의 형태로 첨가하였다. 그 결과의 용강의 성분 조성을 표 1에 나타낸다.

표 1에 나타내는 성분 조성의 용강을 수직 굽힘형 연속 주조기에 의해 주조 속도 1.0 내지 1.8 m/분, 턴디쉬 내 용강 온도 1520 내지 1580 ℃의 조건으로 주조하여 245 ㎜ 두께 × 1200 내지 2200 ㎜ 폭의 주조 부재를 제조하였다.

그 후, 이 주조 부재에 열간 압연, 산세정, 또한 필요에 따라서 냉간 압연을 실시하여 품질 조사를 행하였다. 열간 압연 후의 판두께는 2 내지 100 ㎜이고, 냉간 압연 후의 판두께는 0.2 ㎜이다.

주조 부재로부터 채취한 샘플에 대해 최대 클러스터 직경, 클러스터 개수, 평균 개재물 조성 및 결함 발생율 등을 조사하였다. 그 결과는 표 2에 나타낸 바와 같다.

표 2로부터 본 발명이 알루미나 클러스터에 기인하는 제품 결함을 대폭으로 저감시키는 것인 것을 확인할 수 있다.

또한, 표 1과 표 2에 있어서의 *1 내지 *7의 의미는 이하와 같다.

*1 : REM은 Ce, La, Pr, Nd의 합계이다.

*2 : MM : 미쉬 메탈. 질량 ％로, Ce : 45 ％, La : 35 ％, Pr : 6 ％, Nd : 9 ％ 및 불가피 불순물로 이루어지는 합금. MMSi : REM-Si-Fe 합금. 조성은 REM : 30 ％, Si : 30 ％, 잔량부 Fe.

*3 : 주조 부재 단면으로부터 임의 추출한 10개의 개재물의 조성의 평균치. 조성은 EDX가 달린 SEM(Scanning Electron Microscope)으로 동정하였다.

*4 : 최대 클러스터 직경의 측정 방법은 (1 ± 0.1) ㎏의 주조 부재로부터 슬라임 전해법으로 추출(최소 메쉬 20 ㎛를 사용)한 개재물을 실체 현미경으로 사진 촬영(40배)하고, 사진 촬영한 개재물의 긴 직경과 짧은 직경의 평균치를 모든 개재물로 구하고, 그 평균치의 최대치를 최대 클러스터 직경으로 하였다.

클러스터 개수는 (1 ± 0.1) ㎏의 주조 부재로부터 슬라임 전해법으로 추출(최소 메쉬 20 ㎛를 사용)한 개재물의 개수이고, 광학 현미경(100배)으로 관찰한 20 ㎛ 이상의 모든 개재물의 개수를 1 ㎏당의 개수로 환산한 것이다.

*5 : 결함 발생율은 이하의 식에 따른다.

얇은 판 : 판 표면에서의 슬리버 흠 발생율〔＝(슬리버 흠의 총 길이/코일 길이)× 100(％)〕.

두꺼운 판 : 제품판에서의 UST 결함 발생율 또는 분리 발생율〔＝(결함이 발생한 판의 수/검사한 판의 총수)× 100(％)〕.

또한, 샤르피 시험 후의 파면 관찰로 분리 발생의 유무를 확인하였다.

두꺼운 판의 결함 발생율의 난에 있어서, 결함이 UST 결함인 경우에는 (UST), 분리 결함인 경우에는 (SPR)이라 기재하였다.

강관 : 유정관 용접부에서의 UST 결함 발생율〔＝(결함이 발생한 관의 수/검 사한 관의 총수)× 100(％)〕.

*6 : - 20 ℃에서의 압연 방향에 있어서의 V노치 샤르피 충격 시험치. 시험 부재 5개의 평균치.

*7 : 실온에 있어서의 제품판의 판두께 방향의 교축치〔＝(인장 시험 후의 파단 부분의 단면적/시험 전의 시험 부재의 단면적)× 100(％)〕.

(제2 실시예)

용강을 270 t의 전로에 있어서 취련하고, 그 후, 소정의 탄소 농도로 조정하여 출강하였다. 2차 정련에서 목표의 용강 성분으로 조정하여 Al로 탈산한 후, REM을 Ce, La, 미쉬 메탈(예를 들어, 질량 ％로, Ce : 45 ％, La : 35 ％, Pr : 6 ％, Nd : 9 ％, 불가피 불순물로 이루어지는 합금), 또는 미쉬 메탈, Si 및 Fe의 합금(Fe-Si-30 ％ REM)의 형태로 첨가하였다. 그 결과의 용강의 성분 조성을 표 3에 나타낸다.

표 3에 나타내는 성분 조성의 용강을 수직 굽힘형 연속 주조기에 의해 주조 속도 1.0 내지 1.8 m/분, 턴디쉬 내 용강 온도 1520 내지 1580 ℃의 조건으로 주조하고, 245 ㎜ 두께 × 1200 내지 2200 ㎜ 폭의 주조 부재를 제조하였다.

주조 부재로부터 채취한 샘플에 대해 최대 클러스터 직경, 클러스터 개수, 주조 후의 침지 노즐의 폐색 상황 등을 조사하였다. 그 결과는, 표 4에 나타내는 바와 같다.

표 4로부터 본 발명이 알루미나 클러스터에 기인하는 제품 결함을 대폭으로 저감시키는 것인 것을 확인할 수 있다.

또한, 표 3과 표 4에 있어서의 *1 내지 *4의 의미는 이하와 같다.

*1 : REM(전체 REM)은 Ce, La, Pr, Nd의 합계이다. REM과 T.O는 REM 첨가로부터 1분까지의 동안에 채취한 용강 샘플의 분석치.

*3 : 최대 클러스터 직경의 측정 방법은 (1 ± 0.1) ㎏의 주조 부재로부터 슬라임 전해법으로 추출(최소 메쉬 20 ㎛를 사용)한 개재물을 실체 현미경으로 사진 촬영(40배)하여 사진 촬영한 개재물의 긴 직경과 짧은 직경의 평균치를 모든 개재물로 구하고, 그 평균치의 최대치를 최대 클러스터 직경으로 하였다.

*4 : 주조 후에 침지 노즐의 내벽에 부착하여 개재물의 두께를 측정하였다. 원주 방향에 있어서의 10점의 두께의 평균치로부터 노즐 폐색 상황을 이하와 같이 레벨 나눔하였다.

○ : 부착 두께 1 ㎜ 미만

△ : 부착 두께 1 내지 5 ㎜

× : 부착 두께 5 ㎜ 초과

(제3 실시예)

용강을 270 t의 전로에 있어서 취련하고, 그 후 소정의 탄소 농도로 조정하여 출강하였다. 2차 정련에서 목표의 용강 성분으로 조정하여 Al로 탈산한 후, REM을 Ce, La, 미쉬 메탈(예를 들어, 질량 ％로, Ce : 45 ％, La : 35 ％, Pr : 6 ％, Nd : 9 ％, 불가피 불순물로 이루어지는 합금), 또는 미쉬 메탈, Si 및 Fe의 합금(Fe-Si-30 ％ REM)의 형태로 첨가하였다. 그 결과의 용강의 성분 조성을 표 5에 나타낸다.

표 5에 나타내는 성분 조성의 용강을 수직 굽힘형 연속 주조기에 의해 주조 속도 1.0 내지 1.8 m/분, 턴디쉬 내 용강 온도 1520 내지 1580 ℃의 조건으로 주조하고, 245 ㎜ 두께 × 1200 내지 2200 ㎜ 폭의 주조 부재를 제조하였다.

그 후, 이 주조 부재에 열간 압연, 산세정, 또한 필요에 따라서 냉간 압연을 실시하여 품질 조사를 행하였다. 열간 압연 후의 판두께는 2 내지 100 ㎜이고, 냉간 압연 후의 판두께는 0.2 내지 1.8 ㎜이다.

주조 부재로부터 채취한 샘플에 대해 최대 클러스터 직경, 클러스터 개수, 결함 발생율, 팬 노즐 폐색 상황 등을 조사하였다. 그 결과는 표 6에 나타내는 바와 같다.

표 6으로부터 본 발명이 알루미나 클러스터에 기인하는 제품 결함을 대폭으로 저감시키는 것인 것을 확인할 수 있다.

또한, 표 5와 표 6에 있어서의 *1 내지 *7의 의미는 이하와 같다.

*1 : 전체 REM은 개재물 중에 존재하는 REM과, 강 중에 고용하는 REM의 합계이다. 턴디쉬로 채취한 직경 30 ㎜ × 높이 60 ㎜의 용강 샘플 중앙부로부터 시료 1 g을 드릴로 잘라내고, 유도 결합 플라즈마-질량 분석 장치(ICP-MS : Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry)에서 REM(Ce, La, Pr, Nd의 합계)을 분석하고, 이를 전체 REM으로 하였다.

또한, 질량 분석 장치의 분석 하한은 각 원소 0.1 ppm이다.

*2 : 고용 REM은 이하와 같이 분석하였다. 즉, 콜드클루시블 용해에서 강 중 개재물을 샘플 표면에 배출한 후, 개재물이 없는 샘플 중앙부로부터 시료 1 g을 드릴로 취출하고, ICP-MS에서 REM(Ce, La, Pr, Nd의 합계)을 분석하고, 이를 고용 REM으로 하였다.

턴디쉬에서 채취한 직경 30 ㎜ × 높이 60 ㎜의 용강 샘플 중앙부로부터 90 g의 강 부재를 취출하고, 이를 콜드클루시블로 용해하였다. 용해는 Ar-2 ％ H₂가스 중에서 실시하였다. 분석 하한 미만에서도 REM 원소가 정성적으로 검출되는 경우를 ＜ 0.1 ppm으로 표 중에 나타냈다.

또한, 콜드클루시블 용해의 상세는, 예를 들어 CAMP-ISIJ, 14(2001), p.817에서 보고되어 있다.

*4 : 결함 발생율은 이하의 식에 따른다.

또한, 샤르피 시험 후의 파면 관찰에서 분리 발생의 유무를 확인하였다.

강관 : 유정관 용접부에서의 UST 결함 발생율〔＝(결함이 발생한 관의 수/검사한 관의 총수)× 100(％)〕.

*5 : -20 ℃에서의 압연 방향에 있어서의 V노치 샤르피 충격 시험치. 시험 부재 5개의 평균치.

*6 : 실온에 있어서의 제품판의 판두께 방향의 교축치〔＝(인장 시험 후의 파단 부분의 단면적/시험 전의 시험 부재의 단면적)× 100(％)〕.

*7 : 팬 노즐 폐색 상황은 ○가 폐색이 없는 것, △가 폐색은 있었지만 주조 속도의 저하에는 이르지 않았던 것, ×가 폐색에 의해 주조 속도를 저하시킨 것이다.

본 발명에 따르면, Al을 이용하여 탈산한 강재이며, 최종 제품에 있어서 조대한 알루미나 클러스터에 기인하는 표면 흠이나 내부 결함이 매우 적은 강재를 얻 을 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 연속 주조에 있어서, 용강 중의 알루미나가 침지 노즐로 부착되는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명은 Al을 이용하여 탈산한 강에 있어서의 종래의 문제점을 일소한 알루미나 클러스터가 적은 강재를 제공하는 것이고, 산업의 발전에 기여하는 부분이 매우 크다.

Claims

Al을 이용하여 탈산하고, Ce, La, Pr 및 Nd 중 1종 또는 2종 이상의 희토류 원소(REM)를 첨가한 용강을 주조한 강재이며,

알루미나와 REM 산화물을 주성분으로 하는 산화물계 개재물 중의 REM 산화물의 함유량이 상기 산화물 개재물에 대한 질량 ％로, 0.5 ％ 이상 15 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 알루미나 클러스터가 적은 강재.
Al을 이용하여 탈산하고, Ce, La, Pr 및 Nd 중 1종 또는 2종 이상의 희토류 원소(REM)를 첨가한 용강을 주조한 강재이며,

강재 중의 전체 REM의 전체 산소(T.O)에 대한 질량비 : REM/T.O가 0.05 이상 0.5 이하이고, 또한,

알루미나와 REM 산화물을 주성분으로 하는 산화물계 개재물 중의 REM 산화물의 함유량이 상기 산화물 개재물에 대한 질량 ％로, 0.5 ％ 이상 15 ％ 이하인 것을 특징으로 하는 알루미나 클러스터가 적은 강재.
Al을 이용하여 탈산하고, Ce, La, Pr 및 Nd 중 1종 또는 2종 이상의 희토류 원소(REM)를 첨가한 용강을 주조한 강재이며,

전체 REM량이 0.1 ppm 이상 10 ppm 미만이고, 또한,

고용 REM량이 1 ppm 미만인 것을 특징으로 하는 알루미나 클러스터가 적은 강재.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강재가 질량 ％로, C : 0.0005 내지 1.5 ％, Si : 0.005 내지 1.2 ％, Mn : 0.05 내지 3.0 ％, P : 0.001 내지 0.1 ％, S : 0.0001 내지 0.05 ％, Al : 0.005 내지 1.5 ％, T.O : 80 ppm 이하를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미나 클러스터가 적은 강재.
제4항에 있어서, 상기 강재가 또한 질량 ％로, Cu : 0.1 내지 1.5 ％, Ni : 0.1 내지 10.0 ％, Cr : 0.1 내지 10.0 ％, Mo : 0.05 내지 1.5 ％ 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 알루미나 클러스터가 적은 강재.
제4항에 있어서, 상기 강재가 또한 질량 ％로, Nb : 0.005 내지 0.1 ％, V : 0.005 내지 0.3 ％, Ti : 0.001 내지 0.25 ％ 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 알루미나 클러스터가 적은 강재.
제4항에 있어서, 상기 강재가 또한 질량 ％로, B : 0.0005 내지 0.005 ％를 함유하는 것을 특징으로 하는 알루미나 클러스터가 적은 강재.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강재를 슬라임 추출하여 얻을 수 있는 알루미나 클러스터의 최대 직경이 100 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 알루미나 클러스터가 적은 강재.
제8항에 있어서, 상기 알루미나 클러스터에 있어서 20 ㎛ 이상의 알루미나 클러스터의 개수가 2개/㎏ 이하인 것을 특징으로 하는 알루미나 클러스터가 적은 강재.