KR101015322B1

KR101015322B1 - 표면 품질이 우수한 고 티타늄 첨가 페라이트스테인레스강의 연속주조방법

Info

Publication number: KR101015322B1
Application number: KR1020030076666A
Authority: KR
Inventors: 김종완; 김지준; 정수화
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2011-02-15
Also published as: KR20050041475A

Abstract

본 발명은 티타늄(Ti)이 0.4 wt% 이상 다량 함유되는 고 Ti 첨가 페라이트 스테인레스강의 연속주조 방법에 있어서, 이산화규소(SiO₂)함량을 크게 증가시키지 않은 상태에서 몰드 슬래그의 조성을 염기도 1.0 이하, 이산화티타늄(TiO₂)함량을 10% 이하로 조절하므로써 우수한 표면 품질을 얻을 수 있는 페라이트 스테인레스강의 연속주조 방법에 관한 것이다.

본 발명은 티타늄(Ti)이 0.4 wt% 이상 첨가되는 고 Ti 첨가 페라이트 스테인레스강의 연속주조 방법에 있어서, 상기 연속주조 과정에서 용강의 산화 방지와 동판과의 윤활을 위해 투입되는 몰드 파우더의 투입량을 0.6~0.8 kg/Ton-steel 범위로 제어하므로써 몰드 슬래그의 염기도(%CaO/%SiO₂)를 1.0 이하, 이산화티타늄(TiO₂)의함량을 10% 이하로 조절하여 상기 몰드 슬래그중 CaTiO₃의형성을 억제하는 것을 특징으로 한다.

페라이트, 스테인레스강, 연속주조, 몰드, 몰드 파우더

Description

표면 품질이 우수한 고 티타늄 첨가 페라이트 스테인레스강의 연속주조 방법{Method for continuous casting of high Ti added ferrite stainless steel with excellent surface quality}

도 1은 연속주조 공정을 도시한 개략도.

도 2는 고 Ti 첨가 페라이트 스테인레스강의 연속주조시 주조시간에 따른 몰드 슬래그의 조성 변화를 나타내는 그래프.

도 3은 슬래그/용강 반응에 따른 몰드 슬래그의 조성 변화를 나타내는 모식도.

도 4는 몰드 슬래그의 투입량이 연속주조중 이산화티타늄(TiO₂)함량 및 주편 오실레이션 마크(OSM) 깊이에 미치는 영향을 나타내는 그래프.

도 5는 본 발명에 따라 고 Ti 첨가 페라이트 스테인레스강의 연속주조시 주조시간에 따른 몰드 슬래그의 조성 변화를 나타내는 그래프.

도 6은 본 발명 방법 적용시의 제품 품질을 종래 방법과 비교한 그래프.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 래들 2 : 롱노즐

3 : 턴디쉬 4 : 침적노즐

5 : 몰드 6 : 몰드 파우더

7 : 2차 냉각수 8 : 주편

본 발명은 페라이트 스테인레스강의 연속주조 방법에 관한 것으로, 특히 티타늄(Ti)이 0.4 wt% 이상 다량 함유되는 고 Ti 첨가 페라이트 스테인레스강의 연속주조 방법에 있어서, 이산화규소(SiO₂)함량을 크게 증가시키지 않은 상태에서 몰드 파우더의 물성 제어에 의해 몰드 슬래그의 조성을 염기도 1.0 이하, 이산화티타늄(TiO₂)함량을 10% 이하로 조절하므로써 우수한 표면 품질을 얻을 수 있는 페라이트 스테인레스강의 연속주조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 고 Ti 첨가 페라이트 스테인레스강(이하, 페라이트강이라 약칭함)은 Fe-Cr의 베이스(base)에 Ti을 0.4 wt% 이상 첨가하여 고온 내식성을 크게 향상시킨 것으로, 주로 자동차 배기계 및 컴퓨터 부품에 널리 사용된다.

하기 표 1은 대표적인 페라이트강인 STS 430 Ti의 화학 조성을 나타낸다.

(wt%)

C	Si	Ti	Cr	N	Mn	Fe
0.01	0.2	0.44	20.1	0.01	0.3	78.9

상기 페라이트강은 도 1에 도시된 바와 같은 연속주조 공정에 의해 생산되는 바, 도 1을 참조하면 용강은 래들(1)로부터 롱노즐(2)을 통해 턴디쉬(3)로 이동되고, 침적노즐(4)을 통해 몰드(5)로 이동되어 몰드 파우더(6)의 윤활작용에 의해 주조되며, 상기 몰드(5)를 빠져 나온 용강은 2차 냉각수(7)에 의해 냉각되어 최종적으로 적절한 크기로 절단된 후 주편(8)이 생산된다.

위와 같이 생산된 주편(8)은 열간 및 냉간 압연 후 최종 제품의 형태(코일)로서 각 용도에 맞게 가공되어 수요가에게 공급된다. 상기 몰드 파우더(mold powder)(6)는 주편(8)의 제조 과정에서 용강이 대기와 접촉하지 않게 산화를 방지하고 동판과의 윤활, 불순물 제거, 보온의 목적으로 투입되며, 상기 페라이트강의 연속주조에 따른 조업 및 제품 품질에서 가장 중대한 문제는 몰드 슬래그중 이산화규소(SiO₂)와, 용강중 Ti의 반응에 의한 몰드 슬래그중 이산화티타늄(TiO₂) 농도의 증가이고, 반응식은 아래 식 1과 같다.

SiO₂(몰드 슬래그) + Ti(용강) → TiO₂(몰드 슬래그) + Si(용강) --- (식 1)

따라서, 연속주조중 몰드 슬래그의 조성은 SiO₂가 감소하고 TiO₂가증가하며, 반대로 용강은 Ti가감소하고 Si는 증가한다. 도 2는 실제 페라이트강의 연속주조시 몰드 슬래그의 조성 변화를 나타낸 것으로, TiO₂의농도는 0→25%로 증가하 고, SiO₂의농도는 40→20%로 감소하였으며, 통상 %CaO/%SiO₂로 나타내는 몰드 슬래그의 염기도는 0.65→1.3으로 크게 증가하는 것을 보여준다.

이와 같은 몰드 슬래그 조성의 큰 변화는 조업 및 제품 품질에 악영향을 미친다. 즉, 위의 반응에 의해 형성된 TiO₂는몰드 슬래그에 존재하는 CaO와 반응하여 CaTiO₃라는 매우 고융점의 결정상을 만든다. 이러한 CaTiO₃는 그 자체가 결함으로 작용할 뿐 아니라 몰드 슬래그의 점도를 크게 증가시켜 윤활능을 급격히 증가시킴으로써 주편(8)과 몰드(5) 사이의 마찰력이 증가되어 연속주조 조업의 최대 조업사고인 응고셀이 파괴됨으로써 내부 용강이 유출되는 이른 바, 탕누출(break out)을 야기시킨다.

이러한 CaTiO₃의형성은 실제 주조시 조사 결과에 따르면 TiO₂함량이 10% 이하 및 염기도가 1.0 이하로 조절되면 형성이 되지 않는다. 따라서 가장 중요한 것은 몰드 슬래그와 용강의 반응을 제어하여 연속주조중 몰드 슬래그의 조성을 위의 조건 즉, TiO₂함량이 10% 이하 및 염기도 1.0 이하로 관리하는 것이다.

상기 몰드 슬래그의 조성을 조절하기 위하여 가장 일반적으로 사용되는 종래의 기술은 몰드 슬래그의 초기 염기도(%CaO/%SiO₂)를 그 반응을 고려하여 0.5 이하로 크게 낮추는 것이다. 즉, 연속주조중 반응할 것을 미리 예측하여 초기 SiO₂함량을 잉여로 첨가하는 것이다. 이러한 방법은 점도를 크게 증가시키는 SiO₂함량을 다량 첨가함에 따라 적정한 점도를 만족하기 위해서 점도를 낮추는 물질을 추가로 다 량 첨가해야 한다. 통상 이러한 물질로는 Na₂O, Li₂O, F등이 있다. 이러한 물질은 매우 고가이고 점도뿐만 아니라 융점을 동시에 낮추는 기능이 있어서 융점이 지나치게 낮아지기 때문에 원하는 점도 및 융점을 동시에 만족하도록 설계하는 것이 매우 어려운 문제점이 있다(SiO₂는 점도는 상승시키지만 융점을 오히려 감소시킨다).

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 초기 염기도(%CaO/%SiO₂) 0.6~0.7로서 초기 SiO₂함량을 크게 증가시키지 않고도 고 Ti 첨가 페라이트강의 연속주조중 몰드 슬래그의 조성을 염기도 1.0 이하, TiO₂함량 10% 이하로 조절하므로써 표면 품질이 우수한 고 Ti 첨가 페라이트강을 연속주조할 수 있는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 티타늄(Ti)이 0.4 wt% 이상 첨가되는 고 Ti 첨가 페라이트 스테인레스강의 연속주조 방법에 있어서, 상기 연속주조 과정에서 용강의 산화 방지와 동판과의 윤활을 위해 투입되는 몰드 파우더의 투입량을 0.6~0.8 kg/Ton-steel 범위로 제어하므로써 몰드 슬래그의 염기도(%CaO/%SiO₂)를 1.0 이하, 이산화티타늄(TiO₂)의함량을 10% 이하로 조절하여 상기 몰드 슬래그중 CaTiO₃의형성을 억제하는 것을 그 기술적 요지로 한다. 여기서, 일반적으로 주편 제조 과정에서 투입되는 몰드 파우더는 CaO-SiO₂-Al₂O₃-CaF₂의 조성에 소량의 MgO, LiO₂, B₂O₃, ZrO₂, TiO₂, P₂O₅ 및 탄소를 첨가하여 제조한 인조합성 슬래그(Slag)일 수 있다.

전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 핵심적인 기술적 착안사항은 몰드 슬래그의 조성변화에 미치는 인자는 몰드 파우더의 초기 조성 외에도 몰드 파우더의 투입량이 매우 중요한 영향을 미친다는 것이다. 이러한 현상이 도 3에 설명되고 있다. 즉, 몰드 슬래그와 용강은 슬래그/용강 반응 계면에서 상기 식 (1)에 의해 반응하고, 반응 생성물은 미반응된 몰드 슬래그와 섞이고, 이들 몰드 슬래그는 일정한 속도로 주편과 함께 소모되어 없어지며, 몰드(5) 상부로 새로운(미반응된) 몰드 슬래그가 용융되어 들어오고 다시 반응하는 순환 반응이 계속되어 정상 상태가 된다.

따라서 반응 생성물(TiO₂)의 양이 일정한 경우 몰드 파우더의 투입되는 양을 많게 하면 TiO₂이 몰드(5) 내에서 유지하는 시간이 적어지기 때문에 몰드 슬래그 중 TiO₂의 함량은 적어지게 된다. 따라서 몰드 파우더의 투입량을 적절하게 증가시키면 몰드 슬래그 중의 TiO₂함량은 감소하고, 원하는 함량 이하로 제어하는 것이 가능하다.

본 발명에서는 상기한 방법의 가능성을 확인하기 위해 몰드 파우더 투입량에 따른 몰드 슬래그중 TiO₂함량 및 주편 오실레이션 마크(이하 'OSM'이라 함) 깊이를 조사하였다. 여기서 OSM 깊이를 조사한 이유는 통상 몰드 파우더 투입량이 증가하면 OSM 깊이가 증가하기 때문에 투입량 증가의 제약 요소가 되기 때문이다. 도 4는 그 조사 결과를 나타낸 것으로, 몰드 파우더의 투입량 증가에 따라 몰드 슬래그 중 TiO₂ 함량은 효과적으로 감소하고 반면 OSM은 증가하는 경향을 보인다.

도면에서 볼 수 있듯이 몰드 슬래그중 TiO₂함량을 10% 미만으로 하기 위해서는 몰드 파우더 투입량이 0.6 kg/Ton-steel(TiO₂농도를 고려한 몰드 파우더의 임계 투입량 범위)(9) 이면 가능하나, 투입량이 0.8 kg/Ton-steel(OSM 깊이를 고려한 몰드 파우더의 임계 투입량 범위)(10) 이상이면 결함을 야기시키는 OSM 임계 깊이 300 ㎛ 이상이 되는 것을 나타내고 있다. 따라서 적정한 몰드 파우더의 투입량은 0.6~0.8 kg/Ton-steel 임을 알 수 있다.

본 발명에서는 상기와 같이 도출된 조업 방법에 대해 도 5 및 도 6을 통해 그 효과를 검증하였다. 즉, 도 5는 본 발명에 따라 고 Ti 첨가 페라이트 스테인레스강의 연속주조시 주조시간에 따른 몰드 슬래그의 조성 변화를 나타낸 것으로서, 연속주조중 염기도는 1.0 이하, TiO₂함량 역시 10% 이하로 관리되고 있음을 알 수 있다.

페라이트강의 특성상 주조중 몰드 슬래그의 염기도는 1.0 이하로 유지되어야 하며, 이는 염기도가 1.0 이상이 되면 몰드 슬래그는 결정질로 응고하여 냉각능이 감소되므로써 조업상 결함을 야기시킨다(염기도가 클수록 냉각능은 열위해짐).

또한 고 Ti 첨가강은 주조중 몰드 슬래그/용강간 반응하여 염기도가 증가하고, 본 발명에서 도출된 적정한 투입량을 확보하면 염기도 증가량은 0.2~0.3 정도가 되며, 따라서 염기도 1.0 이하를 유지할 수 있다.

물론 초기 염기도를 0.5 이하로 크게 낮출 수 있지만 이 경우 SiO₂함량이 지나치게 많아져 점도가 크게 증가하며 점도를 낮추기 위해 다량의 고가 융제(fluxing material)를 사용해야 하는 단점이 있다. 따라서 초기 염기도(%CaO/%SiO₂)를 0.6~0.7로 조절하면 연속주조중 염기도 1.0 이하를 유지할 수 있다.

한편, 도 6은 본 발명 방법 적용시의 제품 품질을 종래 방법과 비교한 것으로서, 열연 코일의 결함(스켑 및 개재물 결함)지수가 종래 방법 대비 1/5 수준으로 대폭 감소하였음을 알 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 표면 품질이 우수한 고 Ti 첨가 페라이트 스테인레스강의 연속주조 방법에 따르면, 초기 SiO₂함량을 크게 증가시키지 않고도 고 Ti 첨가 페라이트강의 연속주조중 몰드 슬래그의 조성을 염기도 1.0 이하, TiO₂함량 10% 이하로 조절하므로써 CaTiO₃와 같은 결함의 생성을 사전에 방지하므로써 코일 제품의 표면 품질이 우수해지는 효과가 있다.

Claims

티타늄(Ti)이 0.4 wt% 이상 첨가되는 고 Ti 첨가 페라이트 스테인레스강의 연속주조 방법에 있어서,

상기 연속주조 과정에서 용강의 산화 방지와 동판과의 윤활을 위해 투입되는 몰드 파우더의 투입량을 0.6~0.8 kg/Ton-steel 범위로 제어하여, 몰드 슬래그의 염기도(%CaO/%SiO₂)는 1.0 이하, 이산화티타늄(TiO₂)의함량은 10% 이하로 조절함에 의해 상기 몰드 슬래그중 CaTiO₃의형성을 억제하는 것을 특징으로 하는 표면 품질이 우수한 고 Ti 첨가 페라이트 스테인레스강의 연속주조 방법.
제 1항에 있어서,

상기 몰드 파우더의 초기 염기도(%CaO/%SiO₂)는 0.6~0.7인 것을 특징으로 하는 표면 품질이 우수한 고 Ti 첨가 페라이트 스테인레스강의 연속주조 방법.
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