KR101149126B1

KR101149126B1 - 연속주조 슬라브의 중심편석 평가방법

Info

Publication number: KR101149126B1
Application number: KR1020090068464A
Authority: KR
Inventors: 유석현; 조원재; 최주태; 이계영
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2012-05-25
Also published as: KR20110011029A

Abstract

본 발명의 연속주조 슬라브의 중심편석 평가방법은 소정의 중량%를 갖는 피크르산(C₆H₃N₃O₇), 염화제2구리(CuCl₂), 나트륨 라우릴벤젠술폰산(C₁₈H₂₉SO₃Na), 소정의 부피%를 갖는 에탄올(C₂H₅OH) 및 잔부 증류수로 이루어지는 에칭액에 슬라브를 침지하여 에칭하는 단계, 에칭이 종료된 슬라브의 부착물을 세척한 후 건조하는 단계, 건조 후 실리콘 그리스를 상기 슬라브의 표면에 도포하는 단계, 상기 실리콘 그리스를 닦아내고, 상기 실리콘 그리스가 도포된 에칭면을 연마하는 단계, 투명 접착 테이프를 에칭면에 부착하는 단계, 상기 투명 접착 테이프를 떼어 종이에 부착하는 단계 및 상기와 같이 현출된 결과에 의하여 중심편석을 평가하는 단계를 포함한다. 이에 따르면 본 발명은 슬라브 중 S의 함량이 50 ppm 이하인 극저류강에 대해서도 높은 해상도를 갖는 이미지를 얻을 수 있으므로 육안으로 중심편석을 용이하게 확인할 수 있을 뿐만 아니라, EPMA 방법에 비해 10분의 1 이하의 빠른 시간으로 편석을 평가할 수 있고 그로 인해 조업에 신속하게 대응할 수 있는 이점이 있다.

중심편석, EPMA 방법

Description

연속주조 슬라브의 중심편석 평가방법{Method for evaluating centerline segregation in continuous casting slab}

본 발명은 연속주조 슬라브의 중심편석 평가방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소정의 성분으로 이루어진 에칭액을 이용하여 고해상도의 중심편석 이미지를 신속하게 얻을 수 있는 연속주조 슬라브의 중심편석 평가방법에 관한 것이다.

일반적으로, 연속주조설비는 용강을 슬라브(Slab)로 제조하기 위한 것으로, 크게 턴디쉬와 몰드 및 다수의 연주기 롤러로 구성된다.

도 1a는 슬라브의 두께 중심부에 발생된 공극을 도시한 도이고, 도 1b는 EPMA 방법을 이용하여 슬라브의 중심 편석 현상을 도시한 도이다.

압연 강판 전의 슬라브를 생산하는 연속 주조 공정은, 온도와 성분이 조절된 용강을 몰드에 통과하면서 표면에 응고층이 형성되도록 한 후에, 응고층이 형성된 슬라브를 스트랜드에 배치된 다수개의 연주기 롤러 사이로 통과할 때 냉각수를 분사시켜 슬라브의 표면을 냉각시키는 2단계로 이루어진다.

여기서, 슬라브가 스트랜드(strand)를 통해 냉각되는 과정에서 응고가 진행됨에 따라 액상에 비해 낮은 용해도를 갖는 고상에서 용질 원소가 배출되어 수지상 정 사이에 농화되는 미소 편석 현상이 발생한다.

그로 인해, 응고 완료 시점인 슬라브의 두께 중심부에서는 도 1a에 도시된 바와 같이 응고 수축에 의한 공극이 발생하여, 수축공 내의 부압에 의해 주변의 수지상정 간의 미소 편석 흡입 현상이 유발되어, 도 1b에 도시된 바와 같이 잔류 용강 속에 농축된 유황, 인, 망간 탄소 성분 등이 슬라브의 두께 중심부에 집적되는 중심편석(centerline segregation)이 발생하게 된다.

슬라브에 중심편석이 심하게 발생하게 되면 압연 후 최종 제품인 코일(coil)에 남게 되고, 코일 내부에 남게 된 중심편석은 다른 모재(matrix) 보다 단단한 조직이므로 용접성을 저하시키거나 석유 수송관 같은 제품으로 가공하여 사용할 경우 중심편석에 기인한 결함으로 크랙이 발생하여 강관의 파손까지 이르게 된다.

따라서, 이러한 중심편석은 강관의 수소 유기 균열 및 용접 균열의 원인이 되기 때문에 반드시 저감시킬 필요가 있으며, 그러기 위해서는 중심편석의 수준을 정확히 파악할 필요가 있다.

슬라브의 중심편석을 평가하기 위해서는 중심편석을 현출시키는 것이 필요하며, 중심편석을 현출시키기 위하여 가장 많이 사용되는 방법으로 S 프린트(sulfur print) 방법이 있다. 이 방법은 연마된 슬라브에 묽은 황산용액을 바른 인화지를 바른 후 떼어내고 이 인화지를 건조시키는 방법이다. 중심부에 편석된 S는 황산과 반응하여 H₂S 가스를 발생시키며 이 가스가 인화지에 감광되어 검은 반점으로 남게 되는 것을 원리로 한다.

그러나, 이 방법은 슬라브 중 S의 함량이 50 ppm 이하인 극저류강에서는 발생되는 H2S 가스의 양이 적어지기 때문에 인화지를 감광할 수 없으므로 해상도가 매우 낮다는 문제점이 있다.

한편, 슬라브의 중심 편석을 가장 정확하게 평가할 수 있는 방법으로는 도 1b과 같은 결과를 현출하는 EPMA(Electron Probe Macro Analyzer)방법이 있다. 이 방법은 고가의 장비 및 매우 곱게 연마된 슬라브를 필요로 하며, 해상도가 높고 극저류강의 분석에도 적합하지만, 시편의 처리 및 분석에 약 12 시간 정도가 소요되므로 결과를 현출하는 데 너무 오랜 시간이 소요되는 문제가 있다.

본 발명은 소정의 성분으로 이루어진 에칭액을 이용하여 고해상도의 중심편석 이미지를 신속하게 얻을 수 있는 연속주조 슬라브의 중심편석 평가방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 연속주조 슬라브의 중심편석 평가방법은 소정의 중량%를 갖는 피크르산(C₆H₃N₃O₇), 염화제2구리(CuCl₂), 나트륨 라우릴벤젠술폰산(C₁₈H₂₉SO₃Na), 소정의 부피%를 갖는 에탄올(C₂H₅OH) 및 잔부 증류수로 이루어지는 에칭액에 슬라브를 침지하여 에칭하는 단계, 에칭이 종료된 슬라브의 부착물을 세척한 후 건조하는 단계, 건조 후 실리콘 그리스를 상기 슬라브의 표면에 도포하는 단계, 상기 실리콘 그리스를 닦아내고, 상기 실리콘 그리스가 도포된 에칭면을 연마하는 단계, 투명 접착 테이프를 에칭면에 부착하는 단계, 상기 투명 접착 테이프를 떼어 종이에 부착하는 단계 및 상기와 같이 현출된 결과에 의하여 중심편석을 평가하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 피크르산(C₆H₃N₃O₇)의 중량%는 1.5~2.0 wt%, 상기 염화제2구리(CuCl₂)의 중량%는 0.5~1.0 wt%, 상기 나트륨 라우릴벤젠술폰산(C₁₈H₂₉SO₃Na)의 중량%는 1.0~3.0 wt%일 수 있다.

또한, 상기 에탄올(C₂H₅OH)의 부피%는 0 초과 10 Vol% 이하일 수 있다.

본 발명은 슬라브 중 S의 함량이 50 ppm 이하인 극저류강에 대해서도 높은 해상도를 갖는 이미지를 얻을 수 있으므로 육안으로 중심편석을 용이하게 확인할 수 있을 뿐만 아니라, EPMA 방법에 비해 10분의 1 이하의 빠른 시간으로 편석을 평가할 수 있고 그로 인해 조업에 신속하게 대응할 수 있는 이점이 있다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 연속주조 슬라브의 중심편석 평가방법은, 소정의 성분으로 이루어진 에칭액에 슬라브를 침지하여 에칭함으로써 슬라브의 중심 편석을 부식시키고, 반응된 표면을 샌드페이퍼(sand paper)로 연마하여 선택적으로 부식된 편석 부위에 연마 분말이 스며들도록 한 후 투명 접착 테이프를 주편에 접착시켜 연마 분말을 투명 테이프에 달라붙게 하여 편석을 현출하는 방법이다.

구체적으로 그 과정을 살펴보면, 먼저 소정의 성분으로 이루어진 에칭액에 슬라브를 소정 시간 침지하여 에칭한다.

상기 에칭액은 소정의 중량%를 갖는 피크르산(C₆H₃N₃O₇), 염화제2구리(CuCl₂), 나트륨 라우릴벤젠술폰산(C₁₈H₂₉SO₃Na), 소정의 부피%를 갖는 에탄올(C₂H₅OH) 및 잔부 증류수로 이루어진다.

여기서, 상기 피크르산(C₆H₃N₃O₇)의 중량%는 1.5~2.0 wt%, 상기 염화제2구 리(CuCl₂)의 중량%는 0.5~1.0 wt%, 상기 나트륨 라우릴벤젠술폰산(C₁₈H₂₉SO₃Na)의 중량%는 1.0~3.0 wt%, 상기 에탄올(C₂H₅OH)의 부피%는 0 초과 10 Vol% 이하인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 에칭액에 포함된 성분들의 기능 및 함유량의 한정 이유에 대해 설명한다.

피크르산(C₆H₃N₃O₇): 1.5~2.0 wt%

그 함유량이 1.5 wt% 미만인 경우에는 에칭 시간이 2시간 이상이 소요되므로, 에칭 시간이 증가하게 되고, 2.0 wt% 초과인 경우에는 미용해 침전물에 의해 얼룩이 발생하는 문제가 있음을 고려하여 그 함유량을 1.5~2.0 wt%의 범위로 제한한다.

염화제2구리(CuCl₂): 0.5~1.0 wt%

그 함유량이 0.5 wt% 미만인 경우 에칭 해상도가 저하되고, 1.0 wt% 초과인 경우 과도한 에칭 발생하는 문제가 있음을 고려하여 그 함유량을 0.5~1.0 wt%의 범위로 제한한다.

나트륨 라우릴벤젠술폰산(C₁₈H₂₉SO₃Na): 1.0~3.0 wt%

나트륨 라우릴벤젠술폰산(C₁₈H₂₉SO₃Na)은 계면 활성제로, 염화 벤질다이메틸테트라데실암모늄(C₂₃H₄₂ClN)을 계면 활성제로 사용한 결과 점착성 반응물이 에칭면에 생성되어 에칭 반응을 방해하는 것을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명에서는 나트륨 라우릴벤젠술폰산(C₁₈H₂₉SO₃Na)은 계면 활성제로 사용하며 그 함유량이 1.0wt% 미만인 경우 에칭의 속도가 저하되고, 3.0wt% 초과하는 경우 과포화되어 침전물이 발생하는 문제가 있음을 고려하여 그 함유량을 1.0~3.0 wt%의 범위로 제한한다.

에탄올(C₂H₅OH): 0 초과 10 Vol% 이하의 부피%

에탄올(C₂H₅OH)은 쉽게 증발이 되는 성질로 인해 에칭 이후의 흔적을 없애는 데에 유리하다. 하지만, 10 Vol% 초과하여 첨가시 에칭의 속도가 저하되고, 에칭 중 증발에 의해 에칭액 농도가 변화되므로, 그 부피%를 0 초과 10 Vol% 이하로 제한한다.

한편, 상기 성분 및 잔부 증류수로 이루어지는 에칭액을 제조한 후, 상기 에칭액에 슬라브를 소정 시간 동안 침지하여 에칭한다.

상기 슬라브는 그라인딩 처리된 샘플로 제작된 슬라브이고, 상기 소정 시간은 2시간 이내로 한다. 2시간 이상 침지하여 과에칭하면 해상도가 급격히 저하되기 때문이다.

이 후, 에칭이 종료된 슬라브의 부착물을 브러쉬를 사용하여 물로 세척한 후 따뜻한 공기에 건조시킨다.

건조 후에는 실리콘 그리스를 슬라브의 표면에 도포하여, 상기 에칭액으로 편석 부식함으로써 형성되는 부식 구멍에 실리콘 그리스를 채운다.

소정 시간 후, 예를 들면 약 1~3분 후 상기 실리콘 그리스를 닦아내고, #800 이상의 고운 샌드 페이퍼를 이용하여 실리콘 그리스가 도포된 에칭면을 고루 연마한다.

샌드 페이퍼의 숫돌입자의 입도(굵기의 정도)에 따라 샌드페이퍼 표면의 거친 정도가 표시되는데, 표면이 거칠수록 해상도가 떨어지는 문제가 있으므로 가능한 #800 이상의 샌드 페이퍼를 사용한다.

상기와 같은 연마 공정을 통해 미세한 연마 분말로 충전하게 되면 부식 요철부에 채워진 그리스와 연마 분말이 혼합되어 명암이 부여된다.

이 후, 연마된 슬라브의 에칭면에 투명 접착 테이프를 부착시킨다. 그로 인해 연마 분말이 투명 접착 테이프에 달라붙게 되어 편석이 현출된다. 상기 투명 접착 테이프를 백색 종이에 부착하고, 상기 종이를 스캔하면 후술하는 도 2c와 같이 중심편석을 육안으로 확인할 수 있다.

결국 상기와 같이 투명 접착 테이프를 종이에 부착하여 스캔하는 등의 방법을 통해 현출된 결과에 의하여 중심편석을 용이하게 평가할 수 있게 된다.

도 2a, 도 2b, 도 2c는 슬라브 중 S의 함량이 50 ppm 이하인 극저류강에 대해, 각각 S 프린트법, EPMA 방법, 본 발명의 실시예에 의한 중심편석 평가방법을 적용한 결과를 나타낸 도이다.

도 2a에 도시된 바와 같이 S 프린트법에 의하면 극저류강의 경우 중심편석의 이미지를 거의 얻을 수 없으므로 육안으로 확인하기가 매우 곤란한다.

도 2b에 도시된 바와 같은 EPMA 방법을 적용하면 높은 해상도의 중심편석의 이미지를 얻을 수 있으나, 시편의 처리 및 분석에 약 12 시간 정도가 소요되는 문제가 있다.

이에 비해 본 발명의 연속주조 슬라브의 중심편석 평가방법의 경우, 도 2c에 도시된 바와 같이, 슬라브 중 S의 함량이 50 ppm 이하인 극저류강에 대해서도 높은 해상도를 갖는 이미지를 얻을 수 있으므로 육안으로 중심편석을 용이하게 확인할 수 있을 뿐만 아니라, EPMA 방법을 사용할 때 소요되는 시간의 10분의 1 이하의 빠른 시간으로 편석을 평가할 수 있고 그로 인해 조업에 신속하게 대응할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1a는 슬라브의 두께 중심부에 발생된 공극을 도시한 도이고,

도 1b는 슬라브의 중심 편석 현상을 도시한 도,

Claims

소정의 중량%를 갖는 피크르산(C₆H₃N₃O₇), 염화제2구리(CuCl₂), 나트륨 라우릴벤젠술폰산(C₁₈H₂₉SO₃Na), 소정의 부피%를 갖는 에탄올(C₂H₅OH) 및 잔부 증류수로 이루어지는 에칭액에 슬라브를 침지하여 에칭하는 단계;

에칭이 종료된 슬라브의 부착물을 세척한 후 건조하는 단계;

건조 후 실리콘 그리스를 상기 슬라브의 표면에 도포하는 단계;

상기 실리콘 그리스를 닦아내고, 상기 실리콘 그리스가 도포된 에칭면을 연마하는 단계;

투명 접착 테이프를 에칭면에 부착하는 단계;

상기 투명 접착 테이프를 떼어 종이에 부착하는 단계; 및

상기와 같이 현출된 결과에 의하여 중심편석을 평가하는 단계를 포함하고,

상기 나트륨 라우릴벤젠술폰산(C₁₈H₂₉SO₃Na)의 중량%는 1.0~3.0 wt%인 것을 특징으로 하는 연속주조 슬라브의 중심편석 평가방법.
청구항 1에 있어서,

상기 피크르산(C₆H₃N₃O₇)의 중량%는 1.5~2.0 wt%, 상기 염화제2구리(CuCl₂)의 중량%는 0.5~1.0 wt%인 것을 특징으로 하는 연속주조 슬라브의 중심편석 평가방법.
청구항 1에 있어서,

상기 에탄올(C₂H₅OH)의 부피%는 0 초과 10 Vol% 이하인 것을 특징으로 하는 연속주조 슬라브의 중심편석 평가방법.