KR100940736B1 - 연속주조 슬라브 주편의 중심편석 저감방법 - Google Patents

연속주조 슬라브 주편의 중심편석 저감방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연속주조되는 슬라브 주편의 중심편석을 저감하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 압하율 1∼2%의 경압하를 적용하는 연속주조공정에 있어서, 턴디쉬 용강과열도를 10∼15oC로 유지하거나 23∼40oC로 유지하는 것을 특징으로 하는 연속주조 슬라브 주편의 중심편석 저감방법이 제공된다.
본 발명은 경압하 적용에 의한 강의 연속주조시 용강과열도 및 인 함량을 적절히 조절함으로써 슬라브 주편의 중심편석을 보다 효율적으로 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
중심편석, 용강가열도, 경압하

Description

연속주조 슬라브 주편의 중심편석 저감방법{Method for Reducing Centerline Segregation of Continuously Cast Slab Segments}
도 1은 통상적인 연속주조장치를 나타내는 모식도
도 2는 종래의 저온주조법에 의한 주편 중심부 조직사진
도 3은 종래의 고온주조법에 의한 주편 중심부 조직사진
도 4는 본 발명에 부합되는 용강과열도에 따른 주편 편석면적율의 변화를 나타내는 그래프
도 5a는 본 발명의 저온주조법에 의한 주편 중심부 조직사진
도 5b는 비교예의 용강과열도에 의한 주편 중심부 조직사진
도 5c는 본 발명의 고온주조법에 의한 주편 중심부 조직사진
도 6은 본 발명에 부합되는 인 함량에 따른 주편 편석면적율의 변화를 나타내는 그래프
도 7a는 본 발명의 인 함량에 따른 주편 중심부 조직사진
도 7b는 비교예의 인 함량에 따른 주편 중심부 조직사진
도 8은 본 발명에 부합되는 인 함량에 대한 용강과열도에 따른 주편 편석면적율의 변화를 나타내는 그래프
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1... 래들 2... 턴디쉬 3... 주형 4... 연주기 세그먼트
5... 롤 6... 경압하 설비
본 발명은 연속주조되는 슬라브 주편의 중심편석을 저감하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 턴디쉬 용강온도(즉, 용강과열도)와 불순물의 함량을 제어함으로써 중심편석을 저감하는 방법에 관한 것이다.
강의 연속주조시 주편의 응고말기에 응고수축이나 벌징(bulging) 등에 의하여 잔류 용강 속에 농축된 유황, 인, 망간, 탄소성분 등이 주편의 두께 중심부에 집적되는 중심편석이 발생하게 된다. 주편에 중심편석이 심하게 발생하면 압연 후의 최종 제품인 코일(coil)에 남게 되고, 코일 내부에 남은 중심편석은 다른 모재 (matrix)보다 단단한 조직이므로 코일의 용접성을 저하시키거나 석유 수송관 같은 제품으로 가공하여 사용할 경우 크랙이 발생하여 강관의 파손에까지 이르게 된다. 따라서, 최종 제품인 코일의 품질을 보증하기 위해서는 연속주조에서 생산되는 중간 소재인 슬라브 주편의 중심편석을 가능한 최소화시켜야만 한다. 특히, 가혹한 환경이나 고압용 석유수송관 같은 고급강이나 강종 특성상 중심편석이 심한 고탄소강 주편 생산시에는 슬라브 주편의 중심편석을 최소화시키는 것이 필수적이다. 이러한 중심편석을 저감하기 위해서는 응고말기의 수축을 보상해 주거나 농축된 불순물 원소의 이동을 조장하는 벌징을 최소화시키는 것이 효과적이다.
상기와 관련하여 경압하를 적용하지 않는 경우의 용강과열도에 관한 기술로는 일본 공개특허 2001-219253, 2001-192782, 2001-071098, 1999-267810, 한국 공개특허 2002-000700, 2001-044866, 2001-027741, 2001-009878, 2000-034287, 1998-052514, 1995-068437, 1995-016965 등이 있는데, 이들에 의하면 용강과열도의 범위가 10∼50oC이고 고급합강(고 Ni, Cr), 빌렛, 고탄소강(0.2%C 이상) 등에 관한 것으로 매우 다양하다.
현재까지 중심편석을 줄이는 가장 효과적인 방법은 도 1과 같이 연주기 상부 롤(5)과 하부 롤(5) 사이의 간격을 줄이는 즉, 약간의 압연을 가함으로써 응고말기의 응고수축을 보상하는 경압하(soft reduction) 기술로 알려져 있다. 그러나, 이 방법을 적용한다고 해도 슬라브 주편의 중심편석이 완전히 제거되는 것은 아니다. 이는 제강공정으로부터 이동된 용강 자체의 온도나 불순물 원소의 함량에 따라 영향을 받기 때문이다.
통상적인 연속주조공정은 도 1에 나타난 바와 같이 제강공정에서 정련된 용강이 래들(1)에 의해 이송되어 턴디쉬(2), 수냉식 동제 주형(3) 순서로 공급되어 1차로 초기 응고되고, 응고층이 형성된 주편은 다수의 롤(5)로 구성된 연주기 세그먼트(4)를 통과하면서 2차로 응고가 진행된다. 특히, 최근에는 응고 말기에 중심편석을 저감하기 위한 목적으로 경압하 설비(6)가 사용되고 있다. 현재까지 경압하를 적용할 경우의 용강과열도에 관한 기술로는 일본 공개특허 2002-224701, 2001-162353, 2000-000638, 1993-228589, 한국 공개특허 2001-048739 등이 있는데, 이들에 의하면 용강과열도의 범위가 20∼50oC이고, 빌렛에 관한 것, 압하율 등이 매우 다양하다.
본 발명은 압하율 1∼2%의 경압하를 적용하는 연속주조에 있어서 용강과열도 및 인의 함량을 적절히 제어함으로써 더욱 효율적으로 슬라브 주편의 중심편석을 저감시키는 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 압하율 1∼2%의 경압하를 적용하는 연속주조공정에 있어서, 턴디쉬 용강과열도를 10∼15oC로 유지하거나 23∼40oC로 유지하는 것을 특징으로 하는 연속주조 슬라브 주편의 중심편석 저감방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
경압하 적용시 연속주조 슬라브 주편의 중심편석을 저감하는 방법으로는 첫째 턴디쉬의 용강과열도를 낮추거나 높게 하는 것이다. 턴디쉬의 용강과열도를 낮추는 저온주조법은 주편 내부에 등축정 조직을 많이 형성시켜 응고말기에 편석립을 가능한 분산시키는 방법이다. 도 2는 용강과열도가 10oC 일 때의 전형적인 등축정 조직을 보여주는 슬라브 주편의 중심부 조직사진이다. 그러나, 응고 중 등축정 조직을 많이 생성시키기 위하여 턴디쉬의 주조온도를 낮추면 주조시간이 경과함에 따라 용강온도가 보상선 온도까지 내려가 침지노즐이 막히기 때문에 주조를 더 이상 할 수 없게 되므로 턴디쉬의 용강온도를 일정이상으로 유지하여야만 한다. 일반적으로는 철강사에서 턴디쉬 용강온도를 일정하게 유지하기 위하여 턴디쉬내의 용강을 가열시키는 플라즈마 가열장치를 설치하여 운영하고 있다.
한편, 턴디쉬의 용강과열도를 높이는 고온주조법은 주편 내부에 등축정 조직이 억제되어 응고말기에 편석립은 감소되지만, 중심선상에 편석이 집중되는 것을 경압하에 의해 제거하는 방법이다. 또한, 이 방법은 고온이기 때문에 개재물 부상 분리가 용이하여 주편에 개재물이 혼입되는 것을 억제하는 장점이 있다. 도 3은 용강과열도가 25oC 일 때의 전형적인 수지상 성장 발달조직을 보여주는 슬라브 주편의 중심부 조직사진으로 수지상 성장에 의한 등축정 조직이 억제됨을 알 수 있다. 그러나, 고온주조법은 용강온도가 높기 때문에 주형 내에서 응고가 지연되어 응고층이 얇아져 구속성 응고층 터짐이 발생할 가능성이 있으므로 응고층 터짐 예지 시스템(BOPS: Break Out Predict System)을 설치 운영해야만 한다.
연속주조 슬라브 주편의 중심편석을 저감하는 두 번째 방법으로는 불순물 원소를 제강공정에서부터 제어하는 것이다. 불순물 원소가 전혀 없다면 슬라브 주편의 중심편석은 발생하지 않겠지만 인위적이든 아니든 항상 불순물 원소는 용강중에 포함되어 있으며, 따라서 이러한 불순물 원소들을 억제하기 위하여 많은 공정이 소요되고 있다. 특히, 유황과 인 등과 같은 불순물 원소들을 최소화하기에는 비용도 많이 들지만 제강공정에 부하가 많이 걸린다. 따라서, 적정한 불순물 원소의 함량을 유지하면서 슬라브 주편의 중심편석 제거가 가능한 한계 함량을 구체화할 필요가 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
(실시예)
본 발명에서는 성분이 C: 0.03∼0.2%, Si: 0.02∼0.5%, Mn: 0.4∼1.6%, P: 0∼0.02%, S: 0∼0.01%이고 두께가 220∼280㎜인 슬라브 고급강을 압하율 1∼2%로 경압하한 것이다.
유정 수송관용강, 해양 구조용강 및 건축 구조용강의 슬라브를 생산하기 위하여 경압하 설비가 설치된 연속주조기를 이용하여 주조를 실시한 후 슬라브를 채취하여 용강과열도에 따른 슬라브 중심부의 편석정도를 조사하였다. 용강과열도는 하기 식(1)로 정의한다.
[관계식 1]
용강과열도(oC) = 턴디쉬에서의 용강온도 - 용강의 액상선 온도
대상으로 한 강종의 중심편석 정도는 전자탐침 미소분석기(EPMA: Electron Probe Micro Analyzer)로 분석하여 비교하였다. 중심편석의 정도를 나타내는 주편의 중심편석은 일정 편석도 이상의 편석립(P/PO≥3)을 대상으로 하여 편석면적율을 구간 분석법(zone analysis)을 이용하여 나타내었다. 일반적으로 유정 수송관용강 등의 고부가가치강은 슬라브 주편의 중심편석이 후공정에 지대한 영향을 미치는데 중심편석과 후공정 사이의 상관관계를 지속적으로 도출한 결과, 주편의 편석면적율은 0.4% 이하를 유지해야 한다는 관리지수를 도출하여 사용하였다.
도 4는 본 발명에 부합되는 용강과열도에 따른 슬라브 주편의 편석면적율을 나타내는 그래프이다. 용강과열도가 15oC보다 낮은 저온주조법 및 23oC보다 높은 고온주조법의 경우 슬라브 주편의 편석면적율이 크게 감소하는 반면 상기의 중간온도 (15~23oC)에서는 슬라브 주편의 중심편석율이 크게 증가함을 알 수 있다.
그러나, 용강과열도가 10oC 밑으로 내려가면 턴디쉬에서 몰드로 용강을 이송하는 노즐이 막힐 염려가 있으므로 저온주조법의 용강과열도는 10∼15oC가 바람직하고, 용강과열도가 40oC를 넘으면 응고가 되기까지 시간이 다소 걸리기 때문에 몰드 내에서 응고층 터짐이 발생할 가능성이 높으므로 고온주조법의 용강과열도는 23∼40oC가 바람직하다.
도 5는 용강과열도에 따른 슬라브 주편의 중심부 조직사진이다. 도 5a, 5b, 5c는 각각 용강과열도가 12oC, 19oC, 25oC일 때이며, 용강과열도가 낮은 5a와 용강과열도가 높은 5c의 경우에는 슬라브 주편의 중심편석대가 생성되지 않는 반면 용강과열도가 중간온도(15~23oC)인 5b의 경우에는 슬라브 주편의 중심선상에 편석대가 존재함을 알 수 있다. 이와 같이 슬라브 주편의 중심편석에 미치는 용강과열도의 영향을 살펴본 결과, 15oC 이하의 저온주조법 또는 23oC 이상의 고온주조법을 이용해야만 슬라브 주편의 중심편석이 감소함을 알 수 있다.
도 6은 인 함량에 따른 슬라브 주편의 편석면적율을 나타내는 그래프이다. 인 함량이 증가함에 따라 슬라브 주편의 중심편석율이 크게 증가하는 경향을 보여주고 있으며, 특히 인 함량이 0.014% 이상인 경우에는 중심편석이 악화됨을 알 수 있다. 대략 인 함량이 0.01% 이하일 경우 슬라브의 중심편석율이 감소된다.
도 7은 인 함량에 따른 슬라브 주편의 중심부 조직사진이다. 도 7a, 7b는 각각 인 함량이 0.007%, 0.018%일 때이며, 인 함량이 낮은 7a의 경우 슬라브 주편 중심편석대가 생성되지 않는 반면 인 함량이 높은 7b의 경우 슬라브 주편 중심선상에 편석대가 존재함을 알 수 있다. 이와 같이 슬라브 주편의 중심편석에 미치는 인 함량의 영향을 살펴본 결과, 인 함량을 0.01%보다 낮게 조절해야만 슬라브 주편의 중심편석이 감소함을 알 수 있다.
도 8은 인 함량에 대한 용강과열도에 따른 슬라브 주편의 편석면적율을 나타내는 그래프이다. 인 함량이 0.009% 이하일 경우 슬라브 주편의 중심편석에 미치는 용강과열도의 영향이 매우 작아 편석면적율 관리지수인 0.4% 이내에 만족한다. 그러나, 인 함량이 0.009%를 초과할 경우 슬라브 주편의 중심편석에 미치는 용강과열도의 영향이 매우 커서 용강과열도가 15~23oC인 온도범위에서는 편석면적율 관리지수인 0.4% 이상의 슬라브 주편이 관찰된다. 다만, 인 함량이 많아도 용강과열도를 23oC 이상 유지한 경우 슬라브 주편의 중심편석이 감소한다.
이처럼 강의 연속주조시 압하율 1∼2%의 경압하 하에서 인 함량을 0.009% 이하로 제어하면 슬라브 주편의 중심편석이 크게 감소하고, 만일 인 함량을 0.009% 이하로 제어하지 못할 경우에는 용강과열도를 15oC 이하로 유지하는 저온주조법 또 는 23oC 이상으로 유지하는 고온주조법을 적용하면 슬라브 주편의 중심편석이 감소함을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 경압하 적용에 의한 강의 연속주조시 용강과열도 및 인 함량을 적절히 조절함으로써 슬라브 주편의 중심편석을 보다 효율적으로 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 압하율 1∼2%의 경압하를 적용하는 연속주조공정에 있어서,
    턴디쉬 용강과열도를 10∼15oC로 유지하는 것을 특징으로 하는 연속주조 슬라브 주편의 중심편석 저감방법
  2. 제1항에 있어서, 강은 성분이 C: 0.03∼0.2%, Si: 0.02∼0.5%, Mn: 0.4∼1.6%, P: 0∼0.02%, S: 0∼0.01%이고 두께가 220∼280㎜인 슬라브 고급강인 것을 특징으로 하는 연속주조 슬라브 주편의 중심편석 저감방법
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 인의 함량은 0∼0.009%로 유지하는 것을 특징으로 하는 연속주조 슬라브 주편의 중심편석 저감방법
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