KR101036911B1 - 열간 압연성이 우수한 니켈 함유 강편의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 니켈이 1.65 내지 1.75 중량%가 함유된 전차 트랙 슈 핀 제조용 강편을 제조함에 있어서 연주 공정 및 열간 압연 공정의 제어를 통해 표면 터짐 및 크랙 발생 현상을 감소시킬 수 있도록 해주는 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 기술구성은, C: 0.40 ~ 0.44 중량%, Si: 1.5 ~ 1.7 중량%, Mn: 0.65 ~ 0.85 중량%, P: 0.01 중량% 이하, S: 0.01 중량% 이하, Ni: 1.65 ~ 1.75 중량%, Cr: 0.75 ~ 0.85 중량%, V: 0.07 ~ 0.09 중량%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강종을 연주 및 압연 공정을 통해 강편으로 제조하는 방법에 있어서, 상기 연주 공정의 2차 냉각대의 온도가 강종의 고온 취성영역에 해당되는 것을 회피하기 위하여 상기 2차 냉각대에서의 비수량을 0.20 ~ 0.30 ℓ/kg로 제어한다.

고온 취성영역, 연속주조, 2차 냉각대, 비수량, 주조속도, 가열로

Description

열간 압연성이 우수한 니켈 함유 강편의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING STEEL BLOOM INCLUDING NICKEL WITH EXCELLENT HOT ROLLING PROPERTY}

본 발명은 열간 압연성이 우수한 니켈 함유 강편의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 니켈이 1.65 내지 1.75 중량%가 함유된 전차 트랙 슈 핀 제조용 강편을 제조함에 있어서 연주 공정 및 열간 압연 공정의 제어를 통해 표면 터짐 및 크랙 발생 현상을 감소시킬 수 있도록 해주는 제조방법에 관한 것이다.

연주 공정은 아직 액체 상태인 용강을 주형(mold)에 주입하고 연속 주조기를 통과하는 동안 냉각, 응고시킴으로써 연속적으로 슬래브나 블룸, 빌릿 등의 중간 소재를 만드는 공정이다.

도 1에서 보듯이, 연속주조기는 용강(10)이 담겨 있는 래들(20), 이 래들(20)과 주형(30) 사이에서 용강(10) 저장 및 개재물 부상분리 기능을 담당하는 턴디쉬(40), 주편(70)을 요구 형태 및 크기로 응고시키는 주형(30) 및 다수의 세그먼트롤로 조합된 2차 냉각대(50)를 포함하여 구성되어 있다.

여기에서, 상기 2차 냉각대(50)는 이 냉각대(50)를 통과하는 용강이 임의의 위치에서 일정한 두께의 응고쉘을 유지하도록 노즐에 의한 냉각 및 롤에 의한 약간 의 압하(굽힘 및 교정역)를 가한다. 연주 공정을 통해 제조된 주편은 열간 압연 등의 압연 공정을 통해 최종 제품으로 만들어진다.

이러한 연주 및 열연 공정을 거쳐 생산된 몇몇 강편의 품질을 분석해 본 결과, 도 2에서 보는 보와 같이 강편 상면의 양 코너부 표층 및 표층 직하에 미세한 크랙이 발견되었다. 또한, 강편의 단면을 살펴보면 도 3에서 보는 바와 같이 중앙 부위에 주상정 및 등축정 간 크랙이 발견되었다. 이러한 크랙은 최종 제품의 표면 터짐부를 만들어 생산성을 저하시키고 고객사 크레임(claim)의 주요 원인이 되고 있다.

상기 주상정 및 등축정 간 크랙의 경우 주편의 표면은 2차 냉각수에 의해 냉각되어 수축되나 주편의 내부는 중심부로부터 전도되는 복열로 인해 팽창되어 그 경계 부위에서 크랙이 발생하기 때문인 것으로 알려져 있다.

이와 같이 상기 크랙들은 연주 공정에서의 2차 냉각 과정과 밀접한 관계가 있는 것으로 어느 정도 알려져 있으나, 그 주된 생성 원인에 대해서는 아직 정확히 밝혀진 바 없다. 따라서, 이러한 원인을 규명하고 이를 해결하기 위한 조업 조건의 개선이 요구되고 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 니켈이 1.65 내지 1.75 중량%가 함유된 전차 트랙 슈 핀 제조용 강편의 경우 강종 특유의 고온 취성영역이 연주 공정의 2차 냉각대의 온도와 유사하여, 2차 냉각대에서 이루어지는 굽힘 및 교정역에서 주편에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 연주/압연 공정의 조업 조건을 개선한 새로운 제조방법을 제공하는데 주된 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기술구성은, C: 0.40 ~ 0.44 중량%, Si: 1.5 ~ 1.7 중량%, Mn: 0.65 ~ 0.85 중량%, P: 0.01 중량% 이하, S: 0.01 중량% 이하, Ni: 1.65 ~ 1.75 중량%, Cr: 0.75 ~ 0.85 중량%, V: 0.07 ~ 0.09 중량%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강종을 연주 및 압연 공정을 통해 강편으로 제조하는 방법에 있어서, 상기 연주 공정의 2차 냉각대의 온도가 강종의 고온 취성영역에 해당되는 것을 회피하기 위하여 상기 2차 냉각대에서의 비수량을 0.20 ~ 0.30 ℓ/kg로 제어하도록 구성된다.

이때, 상기 연주 공정의 주조 속도를 0.57 ~ 0.63 m/min으로 제어하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 연주 공정에서 제조된 주편의 열간 압연성을 향상시키기 위하여 가열로 내에서 예열대: 1000 ± 10℃, 가열대: 1200 ± 10℃, 균열대: 1250 ± 15℃로 제어하도록 구성된다.

이때, 상기 가열로 내의 총 재로 시간을 300분 이상으로 제어하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 열간 압연성이 우수한 니켈 함유 강편의 제조방법에 의하면, 니켈의 함량이 증가함에 따라 고온 취성영역의 저온화가 이루어지는 것을 감안하여 연주 및 열연 공정에서 해당 강종의 고온 취성영역을 회피할 수 있도록 조업 조건을 최적화함으로써 열간 압연성을 향상시키고 최종 제품의 표면에 크랙 등이 발생하는 것을 방지해준다.

그 결과, 니켈이 1.65 내지 1.75 중량%가 함유된 전차 트랙 슈 핀 제조용 강편을 제조함에 있어 안정적인 열간 압연성을 확보함으로써, 강편의 표면 터짐 현상으로 인해 스크랩 처리되던 량을 크게 절감하여 생산성을 향상시켜준다.

이하에서 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 기술 구성을 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 니켈이 함유된 강편의 열간 압연성을 향상시키기 위하여 개발된 것으로, 보다 상세하게는 C: 0.40 ~ 0.44 중량%, Si: 1.5 ~ 1.7 중량%, Mn: 0.65 ~ 0.85 중량%, P: 0.01 중량% 이하, S: 0.01 중량% 이하, Ni: 1.65 ~ 1.75 중량%, Cr: 0.75 ~ 0.85 중량%, V: 0.07 ~ 0.09 중량%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강종을 대상으로 한다. 이 강종은 니켈이 1.65 내지 1.75 중량%가 함유되는 고합금강으로서, 현재 전차 트랙 슈 핀 제조용 강편을 제조하는데 사용되고 있다.

일반적으로 강은 고온에서 강종 특유의 고온 취성영역을 가진다. 따라서, 연속 주조기의 2차 냉각대에서와 같이 냉각과 동시에 압하가 가해지는 공정에서 해당 강종의 고온 취성영역을 지나게 되면 크랙 발생에 민감해진다. 특히 니켈이 함유된 강종에 있어서 니켈의 함량이 증가함에 따라 고온 취성영역이 더욱 저온영역으로 확장됨으로써 연주 공정의 2차 냉각대에서 크랙이 발생될 위험이 증가한다.

도 4는 니켈 함량에 따른 고온 취성영역의 저온화 현상을 예시한 그래프이다. 도 4에서 보듯이, 니켈의 함량이 증가함에 따라 취성을 띠는 온도 영역(단면 감소율, R.A.% 가 작을수록 취성이 크다)의 고온 쪽은 거의 변화가 없다. 그런데, 니켈의 함량이 증가함에 따라 취성을 띠는 온도 영역의 저온 쪽은 그 영역이 저온 쪽으로 더욱 확장된다.

앞서 설명한 바와 같이, 수직 만곡형 연속 주조기의 2차 냉각대에서는 노즐을 통한 냉각과 동시에 압하가 이루어진다. 굽힘 및 교정 영역에서 이루어지는 압하에 의해 Bending부와 Unbending부에서 주편의 상면 및 하면에 변형응력을 받게 되는데, 2차 냉각시에 주편이 변형응력을 받는다는 점에서 2차 냉각의 온도가 고온 취성영역에 해당되는지, 이를 회피하는지가 최종 제품의 표면 품질에 큰 영향을 미치게 된다.

도 4에서 보듯이 니켈의 함량이 증가함에 따라 고온 취성영역이 저온으로 확장되므로, 2차 냉각대의 온도를 더 저온으로 가져가 고온 취성영역을 회피하는 것보다는 더 고온으로 가져가 고온 취성영역을 회피하는 것이 바람직하리라 판단된 다. 본 발명의 대상이 니켈이 1.65 내지 1.75 중량%가 함유되는 고합금강이므로, 상기 도 4를 참조해 볼 때 니켈이 미 함유된 탄소강에 비해 고온 취성영역이 저온으로 100℃ 이상 확장되었을 것으로 판단된다.

도 5는 연주 공정의 2차 냉각대에서 강냉(Strong cooling, 1.8 ~ 2.5 ℓ/kg )을 통해 저온으로 가져가는 것보다 약냉(Mild cooling, 0.3 ~ 0.6 ℓ/kg)을 통해 고온으로 가져가는 것이 크랙 발생을 방지하는데 더 효과적임을 실험적으로 알려준다. 이러한 결과를 토대로 본 발명은 그 대상 강종인 니켈이 1.65 내지 1.75 중량%가 함유된 고합금강의 제조 공정 중에서 고온 취성영역에서 변형응력이 가해지는 것을 회피할 수 있는 최적의 조업 조건을 만들어 낸 것이다.

먼저, 본 발명에 따르면 상기 연주 공정의 2차 냉각대의 온도가 강종의 고온 취성영역에 해당되는 것을 회피하기 위하여 상기 2차 냉각대에서의 비수량을 0.20 ~ 0.30 ℓ/kg로 제어하도록 구성된다. 이는 종래에 평균 0.44 ℓ/kg보다 2차 냉각대에서의 비수량을 크게 감소시킨 약냉화 조치인 것이다.

즉, 연속 주조기의 2차 냉각대에서는 노즐은 통해 주편의 표면에 물을 분사함으로써 냉각을 시키는데, 이때 분사되는 물의 비수량을 종래의 조업 조건보다 감소시키는 약냉화 조치를 함으로써 보다 높은 온도에서 압하를 받도록 해준다.

2차 냉각대에서의 비수량이 0.20 ℓ/kg보다 적으면 응고 도중에 복열에 의해 주편에 벌징(bulging)이 발생하게 되고 벌징이 발생된 부위가 압하롤을 통과할 시에 다시 압축되므로, 이러한 팽창과 압축이 반복되면 크랙이 발생될 가능성이 높아진다. 반면 2차 냉각대에서의 비수량이 0.30 ℓ/kg보다 많으면 강냉화에 의해 2차 냉각대에서 해당 강종의 고온 취성영역에 포함되고, 그 결과 상기한 주상정 및 등축정 간 크랙과 같은 표면 결함이 나타나게 된다.

이러한 연주 공정에서의 약냉화 조치를 위해서는 상기 연주 공정의 주조 속도를 0.57 ~ 0.63 m/min으로 제어하는 것이 바람직하다. 주조 속도가 0.57 m/min보다 느리면 주편이 과냉각이 되어 해당 강종의 고온 취성영역을 고온으로 회피하고자 하는 본 발명의 목적을 달성할 수 없게 된다. 반면 주조 속도가 0.63 m/min보다 빠르게 되면, 충분한 냉각이 이루어지지 못해 벌징 효과에 따른 크랙이 발생된다.

니켈이 1.65 내지 1.75 중량%가 함유된 고합금강이 고온 취성영역에서 변형응력을 받는 것을 회피할 수 있도록 해주는 또 다른 기술구성으로서, 상기 연주 공정에서 제조된 주편을 가열로 내에서 예열대: 1000 ± 10℃, 가열대: 1200 ± 10℃, 균열대: 1250 ± 15℃로 승온 제어한다.

열간 압연 공정은 크게 가열로 -> 조압연 -> 사상압연의 단계로 이루어지는데, 가열로는 연주 공정에서 제조된 중간 소재인 슬라브, 블룸, 빌렛 등이 열연 공장으로 이송되는 과정에서 냉각되어진 것을 열간 압연을 할 수 있도록 재가열하는 공정이다. 이 가열로에서의 가열 온도는 후속하는 압연 공정에서의 강편 온도를 결정하므로, 열간 압연성을 높이고 고온 취성영역에서 변형응력을 받는 것을 회피하기 위해서는 가열로 내에서의 온도를 더욱 정밀하게 제어할 필요가 있다.

가열로의 내부는 압연 대상인 주편이 인입되는 예열대, 열간 압연에 필요한 온도까지 가열하는 가열대, 주편 전체가 균일한 온도가 되도록 해주는 균열대로 구 분되는데, 본 발명에서는 상기한 바와 같이 각각 예열대: 1000 ± 10℃, 가열대: 1200 ± 10℃, 균열대: 1250 ± 15℃가 되도록 제어한다.

상기한 예열대, 가열대, 균열대의 온도 범위는 상호 유기적으로 관련되어 가열로로부터 추출되는 소재의 최종 온도를 결정하는 것으로, 본 발명자는 여러 번의 실험을 통해 고합금강의 열간 압연성을 충분히 확보할 수 있는 최적의 조업 조건을 찾아낸 것이다. 각 영역의 온도가 하한치보다 낮은 경우에는 주편이 숙열되지 못해 열간 압연성이 저하되고 해당 강종의 고온 취성영역에 해당되어 주상정 및 등축정 간 크랙이 발생될 위험이 있으며, 각 영역의 온도가 상한치보다 높은 경우에는 소재의 온도가 너무 높아 열간 압연성이 저하된다.

또한, 가열로의 상기 온도 조건을 충족시키기 위해서는 가열로 내의 총 재로 시간을 300분 이상으로 제어하는 것이 바람직하다. 재로 시간이 300분 보다 적으면 상기 예열대, 가열대, 균열대에서 충분한 가열이 이루어지지 못하고, 특히 균열대에서의 재로 시간이 적은 경우에는 주편의 두께 전체에 걸쳐 균일한 온도로 가열되지 못해 주편의 일부가 고온 취성영역에서 변형응력을 받게 될 수도 있다.

<실시예>

지금까지 설명한 본 발명에 따른 니켈 함유 강편의 제조방법의 기술 효과를 알아보기 위해 다음과 같이 실험을 실시하였다.

먼저, 본 발명에 따른 강종으로서, C: 0.42 중량%, Si: 1.6 중량%, Mn: 0.75 중량%, Ni: 1.7 중량%, Cr: 0.8 중량% 이하, V: 0.08 중량%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강종을 제강(전로-LF-RH) 및 연주 공정을 거쳐 300mm * 400mm의 블룸을 제조하였다.

이때, 연속 주조기의 2차 냉각대에서의 비수량은 주조 속도 0.60m/min을 기준으로 0.30 ℓ/kg을 제어하였는 바, 그 상세한 비수 패턴은 하기 표 1과 같다.

[표 1]

영역(Zone)	비수량(ℓ/min)
1	43.1
2(In/Out)	45
2(L/R)	33.7
3(In)	9.7
3(Out)	9.7
3(L/R)	14.6
4(In)	3.7
4(Out)	3.7
4(L/R)	5.6
합계	168.8
비수량	0.3 ℓ/kg

상기한 조업 조건으로 제조된 블룸을 강편으로 열간 압연하기에 앞서 가열로 내에서 승온 작업을 실시하였는 바, 이때 가열로의 조업 조건은 하기 표 2와 같다.

[표 2]

	장입 온도 (℃)	가열로 온도(℃)			추출 온도 (℃)	재로 시간 (분)
		예열대	가열대	균열대
기준	400 이상	1000	1200	1250	1230	300

이러한 조업 조건으로 최종 압연된 강편의 단면을 정밀 촬영한 결과가 도 6 및 도 7에 나타나 있다. 도 6에서 보듯이 본 발명에 따라 제조된 강편에는 도 2에서와 달리 표층 및 표층 직하의 미세 크랙이 발생되지 않았다. 또한, 도 7에서 보 듯이 본 발명에 따라 제조된 강편에는 도 3과 달리 주상정과 등축정 간의 크랙도 발생되지 않았다. 이로써 시험 적용한 2차 냉각대의 비수 패턴은 효과적인 약냉 효과를 가져오는 것으로 밝혀졌다. 본 발명에 따른 가열로의 조업 조건까지 적용하여 최종 생산된 강편의 코너부 표면에는 일반 탄소강의 통상 수준에 대비해 미세한 거침 현상은 있었으나, 크랙에 따른 터짐은 발생하지 않았다.

도 1은 일반적인 연주 설비를 도시한 도면.

도 2는 표면 터짐 현상이 발생한 주편의 사진.

도 3은 주상정 및 등축정 간 크랙이 발생한 주편의 사진.

도 4는 니켈 함유에 따른 고온취성영역의 저온화 현상을 예시한 그래프.

도 5는 2차 냉각의 제어를 통한 표면 결함 감소 효과를 예시한 그래프.

도 6은 본 발명에 따라 표면 터짐 현상이 방지된 주편의 사진.

도 7은 본 발명에 따라 주상정 및 등축정 간 크랙이 방지된 주편의 사진.

※도면의 주요 부분에 대한 설명※

10: 용강 20: 래들

30: 주형 40: 턴디쉬

50: 2차

Claims (4)

1. C: 0.40 ~ 0.44 중량%, Si: 1.5 ~ 1.7 중량%, Mn: 0.65 ~ 0.85 중량%, P: 0.01 중량% 이하, S: 0.01 중량% 이하, Ni: 1.65 ~ 1.75 중량%, Cr: 0.75 ~ 0.85 중량%, V: 0.07 ~ 0.09 중량%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 강종을 연주 및 압연 공정을 통해 강편으로 제조하는 방법에 있어서,

   상기 연주 공정의 2차 냉각대의 온도가 강종의 고온 취성영역에 해당되는 것을 회피하기 위하여 상기 2차 냉각대에서의 비수량을 0.20 ~ 0.30 ℓ/kg로 제어하는 것을 특징으로 하는 열간 압연성이 우수한 니켈 함유 강편의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 연주 공정의 주조 속도를 0.57 ~ 0.63 m/min으로 제어하는 것을 특징으로 하는 열간 압연성이 우수한 니켈 함유 강편의 제조방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 연주 공정에서 제조된 주편의 열간 압연성을 향상시키기 위하여 가열로 내에서 예열대: 1000 ± 10℃, 가열대: 1200 ± 10℃, 균열대: 1250 ± 15℃로 제어하는 것을 특징으로 하는 열간 압연성이 우수한 니켈 함유 강편의 제조방법.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 가열로 내의 총 재로 시간을 300분 이상으로 제어하는 것을 특징으로 하는 열간 압연성이 우수한 니켈 함유 강편의 제조방법.

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