KR100981566B1 - 페라이트계 스테인리스강의 제조방법 및 이를 위한연속주조장치 - Google Patents

페라이트계 스테인리스강의 제조방법 및 이를 위한연속주조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 Cr : 10~20 중량% 를 포함하는 페라이트계 스테인리스강 제조방법에 있어서, 상부 전자교반장치로 용강을 1차 교반하는 단계 및 상기 상부 전자교반장치에 의하여 일부 교반된 용강을 하부 전자교반장치로 2차 교반하는 단계를 포함하고, 상부 전자 교반장치 중심으로부터 하부 전자교반장치 중심까지의 거리가 1.5m 이상 3.5m 이하가 되도록 제어하여 주편의 중심에 생기는 등축정율을 증대할 수 있다.
페라이트계, 스테인리스강, 연속주조, 주상정, 등축정

Description

페라이트계 스테인리스강의 제조방법 및 이를 위한 연속주조장치 {Manufacturing Method of A Ferrite Stainless Steel and Continuous Casting Apparatus for the Same}
본 발명은 페라이트계 스테인리스강의 제조방법 및 이를 위한 연속주조장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 연속주조장치에서 상/하부 전자교반장치를 설치하여 상부의 전자교반장치는 상부의 뜨거운 용강이 하부로 내려오는 것을 한정하며 교반하고 하부 전자교반장치의 미응고된 하부의 용강을 완전히 교반시켜 제강연주공정 후 주편의 중심에 생기는 등축정을 증대시킴으로써 리징결함을 개선하기 위한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법 및 이를 위한 연속주조장치에 관한 것이다.
일반적으로, 페라이트계 스테인리스강은 우수한 가공성과 내식성을 가지면서 비교적 가격이 저렴하기 때문에 주방기기, 전기기기, 자동차용 재료 등으로서 광범위하게 사용되고 있다.
이러한 페라이트계 스테인리스강의 주조조직은 칠(chill)층 등축정 영역, 주상정 영역, 및 중심 등축정 영역으로 구분되어진다. 칠(chill)층 등축정 영역에서 는 주편 표면에서 몰드냉각으로 급속 냉각에 의해 등축정이 생성된다. 주상정 영역에서는 칠층에서 발생한 각 등축정의 방위는 임의의 방향을 갖는데 그 중에서 열흐름 방향에 평행한 <100>방위를 갖는 결정립이 경쟁성장에 의해 주상정으로 성장한다.
페라이트계 스테인리스강의 응고 조직은 최종 제품의 특성이나 재질에 영향을 크게 주기 때문에 주편의 응고조직을 제어할 필요성이 높아지고 있다. 특히 스테인리스 강판에서는 리징 표면 결함의 방지가 중요한 과제가 되고 있다.
리징 결함은 열연 및 냉간가공을 한 코일에서, 압연 방향에 요철이 있는 줄무늬가 생기는 현상을 말한다. 주편의 응고조직이 리징 발생에 큰 영향을 미치는 것은 이미 알려져 있고 주상정 조직이 발달할수록 리징이 발생하기 쉬운 것으로 알려져 있다. 따라서 연속 주조중에 조업조건을 개선하여 리징 방지를 위한 연구가 다양하게 수행되고 있다. 특히, 주편에서 주상정 조직이 생성되지 않도록 주편을 응고시킬 필요가 있어 등축정 생성 기술이 여러 가지로 검토되고 있다.
또한, 등축정은 턴디쉬에서 과열도를 20℃ 이하로 하는 것에 의해 생성이 촉진되는 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 일본 특개소 57-75275호에는 연속 주조용 주형내의 용강에 강선 등의 냉각재를 첨가하고, 또한 용강의 전자교반을 행하는 것에 의해 주편의 중심부에 등축정을 생성한 기술이 있다. 일본 특개소 52-62130호와 일본 특개소 64-83350호에는 주편에 초음파를 인가하여 미응고부 또는 응고계면을 진동시켜 등축정을 생성한 기술이 있다. 또 일본 특개 2002-30395호에는 용강의 성분과 온도를 조정하는 것에 의해 등축정을 증대하는 기술이 있다.
하지만 연속주조 조업에 있어서 주조속도나 용강성분, 용강 과열도 등의 가동조건이 변동하기 쉽기 때문에 종래의 기술로는 등축정만을 생성하는 것은 어렵고 부분적으로 주상정이 생성되는 것을 피할 수 없다.
본 발명의 목적은 페라이트계 스테인리스강의 연속주조 시 연속주조장치에서 상/하부 전자교반장치를 설치하여 상부의 전자교반장치는 상부의 뜨거운 용강이 하부로 내려오는 것을 한정하여 교반하고 하부 전자교반장치의 교반에 의해 하부의 미응고 용강을 완전히 교반시켜 등축정을 증대시키는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법 및 이를 위한 연속주조장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 Cr : 10~20 중량% 를 포함하는 페라이트계 스테인리스강 제조방법은 상부 전자교반장치로 용강의 일부를 1차 교반하는 단계 및 상부 전자교반장치에 의하여 일부 교반된 용강을 하부 전자교반장치로 2차 교반하는 단계를 포함한다.
여기서, 상부 전자교반장치 중심으로부터 하부 전자교반장치 중심까지의 거리는 1.5m 이상 3.5m 이하가 되도록 제어하는 것이 바람직하다.
이때, 상부 전자교반장치 중심까지의 거리는 메니스커스로부터 2.7m 초과 5.0m 미만으로 제어하는 것이 바람직하다.
그리고, 메니스커스로부터 상부 전자교반장치 중심까지의 거리와 용강 토출량의 비율은 1.5 이상 3.0 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스강 제조를 위한 연속주조장치는 용강의 일부를 1차 교반하는 상부 전자교반장치 및 상부 전자교반장치로부터 이격되어 아래에 위치하고, 용강을 2차 교반하는 하부 전자교반장치를 포함한다.
여기서, 상부 전자교반장치와 하부 전자교반장치는 상부 전자교반장치 중심으로부터 하부 전자교반장치 중심까지의 거리가 1.5m 이상 3.5m 이하가 되는 위치에 설치한다.
또한, 메니스커스로부터 상부 전자교반장치 중심까지의 거리와 용강 토출량의 비율은 1.5 이상 3.0 이하가 되도록 한다.
그리고, 상부 전자교반장치는 메니스커스로부터 2.7m 초과 5.0m 미만인 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
한편, 상부 전자교반장치 및 하부 전자교반장치는 용강에 대하여 양측에 쌍을 이루어 설치되는 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 페라이트계 스테인리스강 연속주조 시에 있어서, 상/하부 전자교반장치를 설치하여 상부 전자교반장치로 상부의 뜨거운 용강이 하부로 흘러 내리는 것을 한정하며 용강의 일부를 교반시켜 등축정이 향상되도록 할 수 있다. 또한, 하부 전자교반장치로 하부의 차가운 미응고 용강을 완전히 교반함으로써 등축정을 증대시키고 내 리징성이 우수한 냉연제품을 얻을 수 있다.
이하에서는 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 본 발명의 제조방법은 페라이트계 스테인리스강을 제조하는 경우라면 어느 강종이든 상관없이 적용가능하나, 바람직하게는 Cr 함량이 10~20 중량% 범위이며, 주편의 두께는 150~250mm이고 주조폭은 900~2200mm인 페라이트계 스테인리스강의 제조에 매우 유용하게 적용할 수 있다. 페라이트계 스테인리스강을 연속주조하기 위한 연속주조장치가 도 1에 도시되어 있다. 페라이트계 스테인리스강 제조방법은 다음과 같다.
래들(100)로부터 공급되는 정련과정을 거친 용강을 턴디쉬(200; tundish)로 보내어 수용한다. 턴디쉬(200)에서 용강을 배출하여 침지노즐(1)로 보내고, 침지노즐(1)로부터 배출되는 용강을 주형(3)에서 소요치수의 주편으로 1차 냉각 및 성형한다. 그리고 주형(3)에서 형성된 주편은 아래방향으로 롤(5)에 의해 인출된다. 롤(5)에 의해 인출되는 상부의 뜨거운 용강은 상부 전자교반장치(9a)에 의해 아래로 흘러내리는 것이 한정되어 완전히 교반되는 것이 억제되며 1차적으로 교반된다. 상부 전자교반장치(9a)에 의하여 일부만 1차로 교반된 하부의 차가운 미응고 용강(13)은 하부 전자교반장치(9b)에 의하여 2차로 완전히 교반된다.
이때, 용강의 상부위치인 메니스커스(meniscus)로부터 상부 전자교반장치(9a) 중심까지의 거리(A)가 2.7m 초과 5.0m 미만인 위치에 상부 전자교반장치(9a)를 실치하는 것이 바람직하다. 그리고, 상부 전자교반장치(9a) 중심으로부터 하부 전자교반장치(9b)까지의 거리(B-A)는 1.5m 이상 3.5m 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다. 또, 상부 전자교반장치(9a) 중심까지의 거리 (A)와 용강 토출량(Q;t/min)과의 비 A/Q는 1.5 이상 3.0 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 주편의 미세화 정도는 용강을 교반하는 부위에 따라서 달라진다. 본원 발명과 같이, 상/하부 전자교반장치(9a/9b)를 설치하고, 상/하부 전자교반장치(9a/9b)의 위치를 한정함으로써 주편 전체에 걸쳐 안정적으로 미세한 응고조직을 얻을 수 있다. 상/하부 전자교반장치(9a/9b)의 위치를 한정한 이유에 대해서는 이후 설명될 페라이트계 스테인리스강 제조를 위한 연속주조장치에 대하여 설명되어 있다.
한편, 2차 냉각대(7)를 이용하여 주형(3)에서 인출되는 용강을 2차적으로 냉각한다.
페라이트계 스테인리스강 제조를 위한 연속주조장치는 래들(100)로부터 공급되는 정련과정을 거친 용강을 수용하는 턴디쉬(200; tundish)와 턴디쉬(200)에서 용강을 배출하는 침지노즐(1)과 침지노즐(1)로부터 배출되는 용강을 소요치수의 주편으로 1차 냉각 및 성형하는 주형(3)을 포함한다. 그리고 주형(3)에서 형성된 주편을 아래방향으로 인출하는 롤(5)과, 롤(5)에 의해 인출되는 주편을 2차 냉각하는 2차 냉각대 노즐(7)를 포함한다. 연속주조 주형(3)의 출구쪽에서부터 주편의 표층부까지 응고쉘(11)이 있고 응고쉘(11) 내부에는 미응고의 용강(13)이 있기 때문에 연속주조 주형(3)으로부터 주편에 냉각수를 이용하여 냉각시켜 미응고 용강을 응고시킨다. 이때, 페라이트 스테인리스강의 등축정을 획기적으로 향상하기 위하여 쌍을 이루는 전자교반장치(9)를 설치하여 교반을 행한다. 전자교반장치(9)는 용강(13)의 양측에 쌍을 이루어 2차 냉각대 노즐(7) 일단에 설치되는 상부 전자교반장치(9a)와 용강(13)의 양측에 쌍을 이루어 2차 냉각대 노즐(7) 일단에 설치되는 하부 전자교반장치(9b)를 구비한다. 이때, 하부 전자교반장치(9b)는 상부 전자교반 장치(9a)와 이격되어 상부 전자교반장치(9a)의 아래에 위치한다. 상부 전자교반장치(9a)는 침지노즐(1)로부터 토출되는 상부의 뜨거운 용강이 완전히 교반되는 것을 억제하면서 용강의 일부를 1차로 교반한다. 하부 전자교반장치(9b)는 상부 전자교반장치에 의하여 일부만 교반된 용강을 완전히 교반시킨다.
한편, 연속주조시 주편에 형성되는 등축정율은 주편내 용강의 온도와 전자교반에 의해 다르게 발생한다. 우선 전자교반에 의해 등축정이 형성되는 과정을 살펴보면, 주형(3)에서 성장한 주상정은 전자교반이 영향을 미치는 영역에 도달하게 되면, 주상정의 결정립들은 주편내부로 이동하여 응고핵으로 작용된다. 이러한 조건에서 응고핵이 재용해되지 않고 성장하는 경우 등축정이 형성되며, 이러한 응고핵이 재용해되면 주상정이 형성된다. 따라서 주편내 등축정율을 높이기 위해서는 주편내부의 용강온도를 응고핵이 재용해되지 않도록 낮추는 것이 필요하다.
즉, 액상선 온도 (응고온도)이하에서는 응고가 시작되기 때문에 상부 전자교반장치(9a)로 상부에서 공급되는 뜨거운 용강을 한정하고 하부 전자교반장치(9b)로는 하부의 2차 냉각대 노즐(7)에 의해 냉각되어진 윗부분보다 차가운 미응고 용강을 교반시켜 상부의 등축정이 생기는 영역에 공급한다.
상기와 같은 이유로, 용강의 상부위치인 메니스커스로부터 상부 전자교반장치(9a) 중심까지의 거리(A)가 2.7m 초과 5.0m 미만인 위치에 상부 전자교반장치(9a)를 실치하는 것이 바람직하다. 메니스커스로부터 상부 전자교반장치(9a) 중심까지의 거리(A)가 2.7m 이내인 경우는 등축정이 밴드(band) 형태를 이루어 원하는 만큼의 등축정 영역을 확보할 수가 없으며, 전자교반장치의 교반력이 탕면 레벨 에 영향을 미쳐 탕면 안정성을 확보할 수가 없다. 또한, 상부의 뜨거운 용강을 하부로 교반시킴으로써 전체적인 등축정이 소멸되어 조대한 주상정이 주편 내부에 발생하는 현상이 생기게 된다.
한편, 주편 등축정을 증대시키기 위해서는 침지노즐(1)에서 토출되는 용강의 교반은 억제하며, 2차 냉각대 노즐(7)에 의해 냉각되어진 하부의 미응고 용강을 상부로 교반시키는 것이 중요하다. 이를 위해서는 상부 전자교반장치(9a) 중심으로부터 하부 전자교반장치(9b)까지의 거리(B-A)가 1.5m 이상 3.5m 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.
상/하부 전자교반장치(9a/9b)의 거리 B-A를 제한하는 이유는 다음과 같다. B-A가 3.5m 이상일 경우, 2차 냉각대 노즐 (7)에 의해 냉각되어진 영역이 미응고 영역의 30% 미만으로 하부의 2차 냉각에 의해 차가워진 미응고 용강의 양이 너무 적어 불충분하고, 응고쉘(11)이 너무 두꺼워서 전자교반장치(9)의 교반력이 전달되지 않아 충분한 교반력을 얻을 수 없기 때문이다. 또, B-A가 1.5m 이하일 경우, 상부 전자교반장치(9a)와 간섭이 되어 설치가 용이하지 않으며 상/하부 전자교반장치(9a/9b)가 너무 가깝게 설치하게 되면 교반력이 증대되어 탕면 불안정을 야기하기 때문이다.
이때, 상부 전자교반장치(9a) 중심까지의 거리 (A)와 용강 토출량(Q;t/min)과의 비 A/Q는 1.5 이상 3.0 이하로 제한하는 것이 바람직하다. A/Q값을 1.5 이상으로 제한하는 것은 1.5 미만에서는 탕면 헌팅이 발생되어 제품결함을 초래할 수 있기 때문이다. 또한, A/Q 값을 3.0 이하로 제한하는 것은 주속 또는 주조폭이 증 가할수록 초기에 형성되는 응고쉘이 얇아져 뜨거운 용강을 한정할 수 없기 때문이다.
이하 실험예를 통해 본 발명의 효과 및 특징을 상세히 설명한다.
(실험예)
본 발명의 실시예서는 하기 표 1과 같은 조성의 430 페라이트계 스테인리스강을 대상으로 하여 하기의 표 2에 나타낸 주조조건으로 주편을 제조해서, 연속주조 주편의 등축정율과 주편 품질을 평가하였고, 또한 통상의 열연 및 냉연조건으로 압연 권취한 후 산세하여 코일의 리징성을 평가하였다. 그 평가결과는 하기 표 2에 나타내었다.
화학성분 Cr Si Mn C N S
중량% 16.25 0.26 0.39 0.04 0.03 0.001
표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 사용된 페라이트계 스테인리스강은 중량 %로, Cr 16.25%, Si 0.26%, Mn 0.39%, C 0.04%, N 0.03%, S 0.001%를 함유한다.
구분 A(m) B 주속
(mpm)		 용강
토출량
Q (t/min)		 B-A A/Q 주편내
등축정율
(%)		 냉연강판
내리징성		 비고
종래재 2.8 미설치 0.9 1.73 - - 32% 불량
비교재1 1.8 2.8 0.9 1.76 1.0 0.9 15% 불량 탕면헌팅
비교재2 1.8 3.8 0.9 1.76 2.0 0.9 27% 불량 탕면헌팅
비교재3 2.8 3.8 0.9 1.76 1.0 1.59 35% 불량 탕면헌팅
비교재4 3.8 4.8 0.9 1.76 1.0 2.15 32% 불량 탕면헌팅
비교재5 4.8 5.8 0.9 1.76 1.0 2.72 33% 불량 탕면헌팅
비교재6 4.8 7.8 0.7 2.16 3.0 3.49 39% 불량
비교재7 4.8 8.8 0.9 1.76 4.0 2.72 37% 불량 2차주상정
비교재8 5.8 7.8 0.9 1.76 2.0 3.29 36% 불량
발명재1 2.8 4.8 0.8 1.57 2.0 1.59 65% 양호
발명재2 3.8 5.8 0.9 1.76 2.0 2.15 68% 양호
발명재3 3.8 7.8 0.9 1.76 4.0 2.15 54% 양호
발명재4 4.8 6.8 0.9 1.76 2.0 2.72 65% 양호
발명재5 4.8 7.8 0.9 1.76 3.0 2.72 58% 양호
상기의 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예, 종래재 및 비교재 1-8을 비교해 보면, 발명재 1, 2, 3, 4, 5에서는 주편 내 등축정율을 50% 이상 확보하여 주편 벌징 및 크랙이 발생하지 않았음을 알 수 있다. 다만, 발명재 3의 경우 상부 전자교반장치 중심으로부터 상기 하부 전자교반장치 중심까지의 거리가 1.5m 이상 3.5m 이하가 아닌 4m가 되도록 하여 실험을 한 결과이다. 표 2에서 알 수 있는 바와 같이 발명재 3의 등축정율은 54%로 나와 다른 비교예에 비하여 양호한 결과를 얻었다. 하지만, 발명재 3의 등축정율이 다른 발명재들보다 낮은 이유는 역시 상부 전자교반장치 중심으로부터 하부 전자교반장치 중심까지의 거리를 4m로 설정하였기 때문이다. 이에 의해, 발명재 3은 비교재에 비하여 비교적 높은 54%의 등축정율을 얻었으므로 일단 발명재로 표시하였다.
그러나, 비교재 1~2 에서는 상부 전자교반장치의 위치(A)가 적정하지 못하여 탕면 헌팅이 발생하여 주편 표면 품질이 우수하지 못하였다. 또한 주편 등축정율도 15%, 27% 밖에 확보하지 못하였다. 더욱이, 표면 결함을 제거하기 위하여 그라인딩 공정과 같은 추가공정이 필요하였다.
비교재 3~5에서는 상/하부 전자교반장치의 중심간의 거리(B-A)가 너무 작아 전자교반장치의 설치가 원활하지 못하였다. 또한, 전자교반장치가 서로 가깝게 설치되면 간섭되어 상쇄되거나 불규칙적으로 증폭되어 탕면 변동을 일으키므로 주편 품질을 확보할 수 없다.
한편, 비교재 6에서는 전자교반장치의 위치(A,B)는 적정하였으나 주속이 느려 용강 토출량이 작은 경우로서 등축정율은 39%로 미흡하여 냉연 코일 내 리징성은 불량하였다.
비교재 7를 살펴보면, 상부 전자교반장치의 위치(A)는 본 발명의 범위에 속하지만 상/하부 전자교반장치의 중심간의 거리(B-A)는 본 발명의 범위를 초과한 경우로서 등축정율은 37%로 미흡하였다. 또한, 등축정 사이에 2차 주상정이 발생하고 열연 공정에서 제거되지 못하여 내 리징성이 불량하였다.
비교재 8에서는 상/하부 전자교반장치의 중심간의 거리(B-A)는 본 발명의 범위에 속하지만, 상부 전자교반장치의 위치(A)가 본 발명의 범위를 초과되어 충분한 등축정율을 확보할 수가 없었다.
실험예를 통한 본 발명에 따르면, 등축정율을 50%이상 확보하였고, 우수한 연속주조 주편 및 냉연제품 내리징성이 양호한 결과를 얻을 수 있었으며, 연속주조 조업이 가능하다는 것을 알 수 있었다.
전술한 실시예에서는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법 및 이를 위한 연속주조장치에 대해서 기술하였지만, 그 외의 다른 강종에도 본 발명에 따른 제조방법 및 이를 위한 연속주조장치를 적용할 수 있음은 물론이다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스강을 연속주조하기 위한 연속주조장치를 도시한 도면이다.

Claims (7)

  1. Cr : 10~20 중량% 를 포함하는 페라이트계 스테인리스강 제조방법에 있어서,
    상부 전자교반장치로 용강의 일부를 1차 교반하는 단계 및
    상기 상부 전자교반장치에 의해 일부 교반된 상기 용강을 하부 전자교반장치로 2차 교반하는 단계를 포함하고,
    상기 상부 전자교반장치 중심으로부터 상기 하부 전자교반장치 중심까지의 거리가 1.5m 이상 3.5m 이하가 되도록 하고, 메니스커스로부터 상기 상부 전자교반장치 중심까지의 거리와 상기 용강의 토출량의 비율이 1.5 이상 3.0 이하가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1 항에 있어서,
    상기 상부 전자교반장치의 위치는 메니스커스로부터 2.7m 초과 5.0m 미만이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
  4. 페라이트계 스테인리스강을 연속주조로 제조하는 연속주조장치에 있어서,
    용강의 일부를 1차 교반하는 상부 전자교반장치 및
    상기 상부 전자교반장치로부터 이격되어 아래에 위치하고, 상기 용강을 2차 교반하는 하부 전자교반장치를 포함하고,
    상기 상부 전자교반장치 중심까지의 거리로부터 상기 하부 전자교반장치 중심까지의 거리가 1.5m 이상 3.5m 이하가 되도록 하고, 메니스커스로부터 상기 상부 전자교반장치 중심까지의 거리와 상기 용강 토출량의 비율은 1.5 이상 3.0 이하인 페라이트계 스테인리스강 제조를 위한 연속주조장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 4 항에 있어서,
    상기 상부 전자교반장치는 메니스커스로부터 2.7m 초과 5.0m 미만인 위치에 설치하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강 제조를 위한 연속주조장치.
  7. 청구항 4 항에 있어서,
    상기 상부 전자교반장치 및 상기 하부 전자교반장치는 상기 용강에 대하여 양측에 쌍을 이루어 설치되는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강 제조를 위한 연속주조장치.
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