KR100775745B1 - 연주주편 단변부 내부크랙 저감 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연주주편을 이용한 후판재의 생산에서, 연주기내에서의 테이퍼를 0.099~0.210mm/m를 부여하고, 인발롤의 힘을 동일하게 부여함으로서, 연주주편의 양 단변부에 나타나는 내부크랙의 방지를 통해 후판재의 양모서리 근접부에 나타나는 초음파 탐상 불량율을 저감하는 연주주편 단변부 내부크랙 저감방법을 요지로 한다.

연주주편, 후판재, 크랙

Description

연주주편 단변부 내부크랙 저감 방법{a method for reducing internal crack in the slab edge region}

도 1은 후판재 초음파 탐상 불량부의 분석사진도.

도 2는 연주주편의 단변부 내부품질 사진도.

도 3은 주편 벌징에 따른 내부크랙 발생 모식도.

도 4는 연주기 내에서의 강종별 수축율을 나타내는 표.

도 5는 주편에 있어서 상면과 하면의 응고셀 유동을 나타내는 사진도.

도 6은 본 발명에 의한 주조법에 의한 연주주편 내부품질을 나타내는 사진도.

도 7은 본 발명을 적용 후 후판 초음파 탐상 불량율의 변화를 도시한 도면.

본 발명은 연주주편 단변부 내부크랙 저감 방법에 관한 것으로, 더욱 상세히는 극후물재 후판재에 있어서 초음파 탐상 불량을 저감시키는 기술에 관한 것으로서 특히, 연주주편의 양 단변부의 크랙저감에 관한 것이다.

일반적으로 연속주조 공정으로 생산된 주편을 이용하여 후판재를 생산하는 데 있어서 후판재의 내부품질의 평가는 통상적으로 초음파 탐상법에 의한다. 즉, 초음파 탐상법에 의해 후판 내부에 결함이 있는 것으로 판정되는 경우는 불량재로 간주되어 스크랩(scrap)처리가 이루어진다.

이러한 초음파 탐상에 의한 후판 불량재의 발생 경향은 후판 공정에 있어서의 문제에 비해 연주 공정에 의해 생산되어진 주편의 내부품질 불량에 기인하는 것이 대부분이다.

따라서 후판재의 초음파 탐상의 불량율을 낮추기 위해서 연주주편의 내부품질을 향상시키는 것이 필요하다.

통상, 후판재에 있어서 연주주편 두께에 대해 후판두께에 대한 비를 압하비라 정의하고 통상적으로 압하비가 3이상의 후판을 일반재에서는 생산하게 된다. 통상적인 압연공정에 있어서 연주주편의 일반적인 내부결함이 압착가능한 수준이 압하비가 3이상 필요한 것으로 알려져 있으며, 이에 따라 250mm 두께의 연주주편에 있어서는 통상적인 후판재 내부품질 보증수준은 65~70mm 두께까지의 수준이다.

그러나, 최근 건축구조용강재 및 특수목적용 강재의 경우 건물의 고층화 및 경량화 추세에 따라 후판재의 두께가 80mm이상의 극후물재를 요구하고 있다.

이러한 극후물재의 경우는 연주주편의 내부품질 불량에 기인한 초음파 탐상시 불량재가 빈번히 발생이 되며, 특히 후판재의 전판에 있어서 양 모서리 근접에서 주로 초음파탐상 불량이 나타나는 경향이 있다.

도 1은 극후물재의 단변부에서 발생된 일반적인 초음파탐상 불량재의 전자현미경 분석결과로서, 내부에 망간과 황성분의 혼합물이 개재물로 존재하고, 크랙이 전파되어져 있는 것을 확인할 수 있다. 이러한 후판재의 불량부와 연주주편과의 품질을 연계하면 연주주편에 있어서는 도 2에서와 같이 단변부의 두께 중앙부의 품질과 주편의 폭방향과 평행하게 나타나는 크랙이 후판재에 초음파 탐상시 불량으로 주로 나타난다. 따라서 극후물재에 있어서 초음파 탐상 불량율을 낮추기 위해서는 연주주편에 있어서는 단변부에 나타나는 크랙 및 주편의 양 끝단부위의 품질 개선을 위한 기술의 개발이 무엇보다 필요하다.

주편의 내부품질을 향상시키기 위한 기술로는 출원번호 1999-062536에 나타나 있는 벌징제어와 연속주조시 주편이 응고완료되기 직전에 냉각수량을 현저히 감소시켜 표면의 온도를 상승시킨 다음 응고말기에 냉각수량을 증가시켜 주편의 표면과 중심부의 냉각속도가 같도록 유지하는 방법 및 출원번호 1998-027645와 같이 불량롤이 주편의 응고중 고상분율 0.3과 0.8에 해당되는 지점의 연주롤의 수평도가 허용범위 1mm이상을 벗어난 불량 연주롤 위치가 상기 고상분율 사이의 구간에 위치하지 않도록 주조속도를 제어하는 방법, 출원번호1995-018790, 일본 특개평5-84554등에 나타나 있는 주편의 응고 말기부에 미응고 용강을 압하하는 경압하 관련 기술들이 이미 있다.

그러나 이러한 기술들은 한계는 주편의 전체 폭에 걸쳐서 중심편석을 제어하기 위한 목적으로서 극후물재에 주로 나타나는 양단변부의 초음파 불량을 개선하기 위한 연주주편에 있어서 단변부의 품질개선에는 미흡한 면이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 연주주편 단변부의 크랙 저감을 위해서 주편의 응고 완료시까지의 수축율을 연주기내에서의 적절한 테이퍼(taper)로 보상하며, 상면과 하면 응고셀의 유동에 의한 크랙 전파를 방지하기 위해 연주기내의 인발롤의 부하를 균등배분하는 방법에 관한 것으로, 연주주편의 단변부의 품질 개선을 통해 후판 극후물재 양 모서리 근접부의 초음파 탐상 불량률을 저감하는 것을 목적으로 한다.

이하, 본 발명을 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 극후물재 후판재에 있어서 초음파 탐상 불량을 저감시키는 기술에 관한 것으로서 특히, 연주주편의 양 단변부의 크랙저감에 관한 것이다.

본 발명은 수치해석을 통해 연속주조에 있어서 주편의 수축량을 계산하여 연주기 내에서 이를 보상하는 롤 배열을 구현하며, 크랙전파를 방지하기 위해 연주기 인발롤들의 부하를 균일하게 가져감으로서 연주주편의 단변부의 크랙을 저감하는 방법을 제시하고 있다.

도 3은 연속주조 공정에 있어서 주편의 벌징이 발생될 경우 내부 응력의 변화를 나타내고 있다. 도면에 나타난 바와 같이 주편의 벌징이 발생될 경우에는 단변부 응고셀에 인장응력이 작용하는 것을 알 수 있고, 이에 따라 내부크랙이 발생하는 것을 쉽게 추정할 수 있다. 따라서 이러한 주편의 벌징을 줄이는 것이 주편의 내부 크랙 저감을 위해 반드시 필요하다.

도 4는 강종 및 주조속도에 따라서 연주기내에서 응고가 완료될 시점까지 연주주편이 거치는 열이력에 따라서 수축되는 양을 정량적으로 계산한 수치해석 결과 이다.

연주공정은 액상의 용강이 몰드를 지나면서 응고가 되는 공정으로서, 이때 액상의 금속이 응고하면서 발생하는 응고 수축, 그리고 주편의 온도가 낮아지면서 발생하는 열수축, 및 상변태에 수반하는 상변태 수축 등을 연주기 내에서 거치게 된다. 이러한 응고수축 및 열수축, 상변태수축 등을 고려하여 연주기 내에서 적절히 롤 간의 간격을 조절하여 주편의 벌징을 최소화 하는 것이 필요하다. 일반적인 연주기에 있어서 몰드 하단에서부터 응고가 완료되는 시점까지 일정한 값으로 롤 간격을 유지하는 데 이때는 앞의 계산에서 보듯이 롤 간격이 자연 수축량만큼을 보상하지 못하므로, 롤의 정상적인 배열하에서도 수축량 미보상치만큼 주편 벌징이 발생하게 된다.

따라서 강종별로 주조속도별로 연주기내에서의 총 수축량은 기존 연주조건인 주조속도 0.8~1.2m/min의 범위에서 는 계산한 도 4의 1.89~4.01mm임을 알 수 있고, 이때 필요한 연주기내에서의 테이퍼로 환산을 하면 0.099~0.210mm/m를 부여해야 함을 알 수 있다.

도 5는 연속주조중 연주기내에서 상면과 하면의 응고셀의 움직임을 파악하기 위해 실제 연속주조 공정 중 연주주편내에 못을 삽입한 결과를 보여주고 있다. 상면과 하면에 삽입되어진 핀의 궤적을 보면 상면과 하면이 못의 형태는 점선과 같이 일직선을 나타내어야 하나 방향이 약간 틀어진 것을 확인할 수 있다. 이로 볼 때 주편의 상면과 하면은 연주기 내에서 유동을 하고 있는 것으로 파악할 수 있다. 이의 원인은 여주기 내에 위치한 인발롤의 부하가 불균일하게 적용되기 때문이다. 즉, 연주기 내에서는 통상 5위치에 10쌍의 인발롤 있어서 이 인발롤이 주편을 당기게 된다. 이 때 각 인발롤들의 부하가 불균일 할 경우, 즉 앞쌍의 인발롤이 부하와 다음 쌍의 인발롤의 부하가 서로 다를 경우 응고셀의 상면과 하면의 유동이 발생한 것으로 볼 수 있다. 특히, 응고층의 두께가 얇은 부위의 인접 인발롤간의 힘이 불균일하게 유지될 경우 이러한 응고셀의 상면과 하면의 유동은 더욱 커지게 된다. 이러한 응고셀간의 유동이 발생될 경우에는 단변부의 응고셀에 그 응력이 집중이 되어 단변부의 크랙을 더욱 전파시키며, 또한 크랙의 발생을 조장할 수 있다.

따라서, 이러한 응고셀의 유동에 의한 크랙전파를 억제하기 위해서는 인발롤간의 힘을 균등배분하는 것이 반드시 팔요하다.

이상의 결과로부터 연주주편 단변부의 내부크랙을 방지하기 위해서는 연주기내에서의 테이퍼를 0.099~0.210mm/m를 부여하고, 인발롤의 힘을 동일하게 하여야 함을 알 수 있다.

본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다.

도 6은 탄소함량 0.1%의 강종을 주조속도 0.8m/min로 주조하고 연주기 내에서의 테이퍼를 0.2mm/m, 총 테이퍼(taper)를 3.94mm로 적용하고, 인발롤의 힘을 균등배분한 결과 도 2에서 볼 수 있었던 단변부의 내부크랙이 전혀 나타나지 않는 건전한 주편을 얻을 수 있었다.

도 7은 본 발명을 적용 전후 극후물재 단변부의 초음파 탐상 불량율의 거동을 나타내었다. 적용전에는 10%정도의 불량율이 본 발명 적용후 급격히 감소하여 1%대로 떨어졌음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 연주주편 단변부의 크랙 저감을 위해서 주편의 응고 완료시까지의 수축율을 연주기내에서의 적절한 테이퍼로 보상하며, 상면과 하면 응고셀의 유동에 의한 크랙 전파를 방지하기 위해 연주기내의 인발롤의 부하를 균등배분하는 방법에 의해, 연주주편의 단변부의 크랙을 크게 개선시킬 수 있었으며, 이러한 품질 개선을 통해 후판 극후물재 양 모서리 근접부의 초음파 탐상 불량률을 대폭 저감가능하다는 효과를 갖는다.

Claims (1)

1. 연주주편을 이용한 후판재의 제조방법에서, 연주기내에서의 테이퍼를 0.099~0.210mm/m를 부여하고, 인발롤의 힘을 동일하게 부여함으로서, 연주주편의 양 단변부에 나타나는 내부크랙의 방지를 통해 후판재의 양모서리 근접부에 나타나는 초음파 탐상 불량율을 저감하는 것을 특징으로 하는 연주주편 단변부 내부크랙 저감방법.

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