KR100877037B1 - 저탄소강의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저탄소강의 제조방법에 관한 것으로서, 레이들 내에 용강을 수강하여 대기중에서 유도가열하여 1540 ~ 1570℃로 유지하는 단계(S10)와, 생석회 및 형석등의 부원료를 투입하여 염기도를 조정하는 단계(S20)와, Si-Mn을 투입하여 탈산을 실행하는 단계(S30)와, 탈산한 용강에 합금철을 투입하여 성분을 조정하는 단계(S40)와, Ca를 투입하여 최종 용강성분의 Ca 중량분율을 20 ~ 30ppm으로 조정하는 단계(S50)로 이루어지며, 최종 압연 제품의 가공성을 향상시키고 제조원가를 절감하는 효과가 있다.

Description

저탄소강의 제조방법{manufacturing method of low carbon steel}

본 발명은 저탄소강의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저탄소강의 크랙발생빈도를 줄이고 가공성을 향상시키기 위한 저탄소강의 제조방법에 관한 것이다.

제강 공정중 용강 중에 용해되어 있는 탄소(C), 실리콘(Si), 인(P) 등은 사용목적에 맞게 정련된다. 이때 산화력이 좋은 성분들에 대해서는 용강 중에 산소를 취입하는 방식으로 정련을 실시한다. 산소를 취입하는 동안 용강 성분들은 산소와 결합된 형태로 저감되고, 여분의 과다한 산소는 용강 중에 포함된 산소량을 증대시키는데, 용강 중에 포함된 산소는 주조 중에 용강이 응고됨에 따라 2차 개재물의 형성이나 가스 결함 등을 유발하여 추후 최종 제품에 악영향을 미치게 된다. 따라서 과다한 용존 산소는 산소와의 반응성이 우수한 성분을 첨가하여 산화물의 형태로 제거하게 된다. 이때 탈산제는 강재의 사용목적과 원가를 고려하여 선택한다.

탈산 후 용강 중의 산소 함유량은 감소하고, 탈산 생성물이 용강 중에 남아서 추후 최종 제품의 인장강도 저하 및 가공성에 영향을 미치게 된다. 따라서 탈산 후 레이들에서 탈산 생성물을 부상시켜 슬래그와의 접촉을 통해 제거하는데, 제거 되지 않은 생성물은 응고후 강 중에 남게 된다.

종래 용강 중의 산소를 제거하는 방법(탈산방법)으로 한국공개특허 제2000-0034518호, 한국공개특허 제2001-0048998호 등이 개시되어 있다.

일반 저탄소강으로 생산된 열연재는 절판 및 굴곡을 하여 사용하는 데, ㄱ,ㄷ, ㅇ 등 다양한 단면 형상으로 용도에 맞게 가공된다. 이때 가공성을 시험하고 품질 평가목적으로 굽힘시험을 하게 된다. 굽힘시험에서 크랙이나 터짐현상이 없어야 한다. 다용도로 사용되는 열연재는 생산 원가를 낮추기 위해 값이 저렴한 Si을 사용한 단독탈산 또는 Si-Mn을 사용한 복합탈산을 하게 되는데, 고급강 생산을 위해 Al을 사용한 탈산을 하기도 한다.

탈산제로 Si 또는 Si-Mn을 사용하는 경우에는 굽힘시험에서 크랙이 종종 발생한다는 문제점이 있었다. 이는 탈산 생성물이 SiO₂-MnO 조성을 가지게 되어 열간 압연중 연신되어 추후 가공시 크랙이 발생했다.

탈산제로 Al을 사용하는 경우에는 굽힘시험에서 크랙발생율이 감소하지만 생산원가가 현저히 높아지게 되고 주조중 산화알루미늄(Al₂O₃)의 생성으로 노즐 막힘이 생기므로 탈산 후 추가로 Ca를 첨가하여 노즐막힘을 해결하여야 한다는 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 탈산의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 저탄소강의 제조시 Si-Mn 복합 탈산 후 Ca처리를 함으로써 최종 압연제품의 가공성을 향상시키고 제조원가를 절감하는 저탄소강의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 저탄소강의 제조방법은, 레이들 내에 용강을 수강하여 대기중에서 유도가열하여 1540 ~ 1570℃로 유지하는 단계와, 생석회 및 형석 등의 부원료를 투입하여 염기도를 조정하는 단계와, Si-Mn을 투입하여 탈산을 실행하는 단계와, 탈산한 용강에 합금철을 투입하여 성분을 조정하는 단계와, Ca를 투입하여 최종 용강성분의 Ca 중량분율을 20 ~ 30ppm으로 조정하는 단계로 이루어진다.

상기 합금철을 투입하여 성분을 조정하는 단계에서는 Fe-Si 및 Fe-Mn을 투입하여 Si 0.1~0.3중량%, Mn 0.2~0.5중량%을 유지한다.

상기 Ca 중량분율을 조정하는 단계에서는 Ca를 와이어형태로 용강에 직접투입하여 버블링을 약하게 4 ~ 8분동안 유지하여 Ca 중량분율을 조정한다.

본 발명에 의한 저탄소강의 제조방법에 의하면, 탈산을 하여 제조된 저탄소강으로 된 압연제품에 크랙이 발생하지 않고 가공성이 양호하다는 효과가 있다.

이하 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 도1에 도시한 바와 같이 레이들에 용강을 수강하여 소정온도로 유지하는 단계(S10)와, 용강에 부원료를 투입하여 염기도를 조정하는 단계(S20)와, 용강에 탈산제를 투입하여 탈산하는 단계(S30)와, 탈산한 용강에 합금철을 투입하여 성분을 조정하는 단계(S40)와, 용강에 Ca를 투입하여 Ca 중량분율을 조정하는 단계(S50)로 이루어진다.

레이들에 용강을 수강하여 소정온도로 유지하는 단계(S10)는, 전로에서 산소 취련을 통하여 800ppm 이상의 용존산소를 함유하는 용강을 레이들에 수강하여 대기중에서 유도가열하여 1540 ~ 1570℃로 유지한다.

상기 염기도를 조정하는 단계(S20)는 레이들의 부원료 투입구를 통해 생석회 및 형석을 투입하여 염기도(CaO/SiO₂)를 조정하는 단계이다. 염기도는 저탄소강의 사용목적에 따라 적정하게 조정한다.

상기 탈산하는 단계(S30)에서는 Si-Mn 탈산제를 용강에 투입하여 탈산한 후 , 레이들 하부를 통해 불활성 가스(아르곤 가스등) 투입하여 버블링하면서 8~12분 동안 유지한다.

합금철을 투입하여 합금성분을 조정하는 단계(S40)에서는 Fe-Si 및 Fe-Mn을 투입하여 Si 0.1~0.3중량%, Mn 0.2~0.5중량%을 유지한다.

상기 Ca 중량분율을 조정하는 단계(S50)에서는 Ca를 와이어형태로 용강에 직접투입하고 레이들 하부를 통해 불활성가스를 투입하여 버블링을 약하게 하면서 4 ~ 8분동안 유지하여 Ca 중량분율을 20 ~ 30ppm으로 조정한다.

이하, 비교예와 본 발명의 실시예를 비교하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

[비교예]

대기와 접촉하는 용해로 내에 순도 99.9% 마그네시아 도가니를 위치하고 저탄소강 50kg을 장입하고 1.5kg의 산화철을 첨가한 후 유도가열하여 용해한 다음, 1mm 굵기를 가진 87%백금-13%로듐 합금과 순백금 선을 두개의 2mm 구멍을 가지는 99.9% 알루미나 보호관에 삽입한 후 산소 용접기로 두선을 용접하여 비드를 제작한 다음, 외경10mm 내경6mm의 순도 99.9% 알루미나 보호관을 씌운 R타입 TC(Thermal Couple)를 사용하여 온도를 측정하며 1550℃로 유지시켰다.

다음에 Si-Mn 탈산제 1kg을 투입한 후 하부의 불활성 가스(아르곤 가스) 취입구(Porous Plug)를 통해 1N㎥/min의 유량으로 아르곤 가스를 주입하였다.

탈산제 투입후 용강에 용존 산소를 측정할 수 있는 탐침을 삽입하여 그 수치를 확인하였다. 또한 용존 산소 수치가 일정해진 이후(탈산 완료)에 버블링을 통해 10분 정도 유지한 후, 용강을 금형에 주입하여 응고시켰다.

주괴가 완전히 냉각된 후 금형에서 분리하여 두께 20mm씩 절단한 다음, 박스로에서 1100℃로 가열한 후, 직경이 250mm인 압연롤 시험기에 6회 통과하여 최종 제품 두께가 2mm 되도록 압연하였다.

상기한 바와 같은 과정을 통해 얻은 3개의 열간압연 모사 샘플을 폭방향 중심을 기준으로 180°까지 굴곡하면서 크랙이 발생하는 굽힘 각도를 측정하였다.

하기 [표-1]은 최종 제품의 성분과 굽힘 시험 결과를 나타낸다.

[표-1]

최종 제품 성분(%)							굽힘 시험
C	Si	Mn	P	S	T.Al	Ca	No.1	No.2	No.3
0.148	0.269	0.415	0.013	0.026	0.003	0.0002	91°	89°	93°
0.155	0.273	0.413	0.012	0.028	0.003	0.0003	87°	89°	90°
0.150	0.278	0.412	0.011	0.027	0.004	0.0003	93°	95°	92°

상기 [표-1]에서 나타난 바와 같이 비교예의 경우, 최종 제품의 가공성 평가를 위한 굽힘 시험 결과, 직각정도의 굽힘각도에서 모두 크랙이 발생하였다.

[본 발명의 실시예]

대기와 접촉하는 용해로 내에 순도 99.9% 마그네시아 도가니를 위치하고 저탄소강 50kg을 장입하고 1.5kg의 산화철을 첨가한 후 유도가열하여 용해한 다음, 1mm 굵기를 가진 87%백금-13%로듐 합금과 순백금 선을 두개의 2mm 구멍을 가지는 99.9% 알루미나 보호관에 삽입한 후 산소 용접기로 두선을 용접하여 비드를 제작한 다음, 외경10mm 내경6mm의 순도 99.9% 알루미나 보호관을 씌운 R타입 TC(Thermal Couple)를 사용하여 온도를 측정하며 1550℃로 유지시켰다.

다음에 Si-Mn 탈산제 1kg을 투입한 후 하부의 불활성 가스(아르곤 가스) 취입구(Porous Plug)를 통해 1N㎥/min의 유량으로 아르곤 가스를 주입하였다.

상기 아르곤 가스에 의한 버블링을 10분 정도 유지한 후, Ca 0.5kg을 와이어 형태로 용강중으로 투입한 후 상기 아르곤 가스에 의한 버블링을 5분정도 더 실시한 다음, 용강을 금형에 주입하여 응고시켰다.

주괴가 완전히 냉각된 후 금형에서 분리하여 두께 20mm씩 절단한 다음, 박스로에서 1100℃로 가열한 후, 직경이 250mm인 압연롤 시험기에 6회 통과하여 최종 제품 두께가 2mm 되도록 압연하였다.

상기한 바와 같은 과정을 통해 얻은 3개의 열간압연 모사 샘플을 폭방향 중심을 기준으로 180°까지 굴곡하면서 크랙이 발생하는 굽힘 각도를 측정하였다.

하기 [표-2]은 최종 제품의 성분과 굽힘 시험 결과를 나타낸다.

[표-2]

최종 제품 성분(%)							굽힘 시험
C	Si	Mn	P	S	T.Al	Ca	No.1	No.2	No.3
0.159	0.277	0.409	0.012	0.025	0.003	0.0025	합격	합격	합격
0.151	0.271	0.411	0.011	0.029	0.005	0.0024	합격	합격	합격
0.155	0.273	0.414	0.012	0.026	0.004	0.0026	합격	합격	합격

상기 [표-2]에서 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예의 경우(Ca를 첨가한 경우), 최종 제품의 가공성 평가를 위한 굽힘 시험 결과, 180°까지 굽힘 시험한 경우 모든 샘플에서 크랙이 발생하지 않았다.

본 발명에서는 Ca를 첨가시 탈산 생성물 SiO₂-MnO는 환원되어 그 조성은 줄어들고 상대적으로 CaO 조성으로 바뀌어 압연시 연신되지 않아 크랙이 발생하지 않는다.

도1은 본 발명에 의한 저탄소강의 제조방법을 나타내는 플로우 차트이다.

Claims (3)

1. 레이들 내에 용강을 수강하여 대기중에서 유도가열하여 1540 ~ 1570℃로 유지하는 단계(S10)와,

   생석회 및 형석을 투입하여 염기도를 조정하는 단계(S20)와,

   Si-Mn을 투입하여 탈산을 실행하는 단계(S30)와,

   탈산한 용강에 합금철을 투입하여 성분을 조정하는 단계(S40)와,

   Ca를 투입하여 최종 용강성분의 Ca 중량분율을 20 ~ 30ppm으로 조정하는 단계(S50)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저탄소강의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 합금철을 투입하여 성분을 조정하는 단계(S40)에서는 Fe-Si 및 Fe-Mn을 투입하여 Si 0.1~0.3중량%, Mn 0.2~0.5중량%을 유지하는 것을 특징으로 하는 저탄소강의 제조방법.
3. 삭제

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