KR101207154B1 - 페라이트계 스테인리스강 비등속 주조 슬라브의 냉각방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 페라이트계 스테인리스강의 비등속 주조 슬라브의 냉각방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 비등속 주조 시의 페라이트계 스테인리스강 슬라브의 냉각속도, 냉각속도 편차 및 표면 최저온도를 제어하여 비등속 주조 슬라브의 저온 크랙을 최소화하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 페라이트계 스테인리스강의 비등속 주조 슬라브의 냉각방법은 냉각시 1500~600℃ 온도구간에서 평균 33℃/min 이하의 속도로 냉각됨으로써 열응력에 의한 크랙발생을 최대한 억제할 수 있으며, 1500~600℃ 온도구간에서 최대 냉각속도를 40℃/min 이하로 유지함으로써 열충격을 최소화하여 크랙발생의 빈도를 줄일 수 있다. 또한 슬라브의 열간압연 전까지 최저온도를 200℃이상으로 유지함으로써 슬라브 표면 및 표층하에 발생하는 저온 크랙을 방지하여 열간압연 중의 판 파단 및 저온 크랙에 의한 열연코일 표면의 결함을 최소화 할 수 있다.
페라이트계, 스테인리스강, 슬라브, 비등속 주조, 저온크랙
Description
본 발명은 페라이트계 스테인리스강의 비등속 주조 슬라브의 냉각방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 비등속 주조 시의 페라이트계 스테인리스강 슬라브의 냉각속도, 냉각속도 편차 및 표면 최저온도를 제어하여 비등속 주조 슬라브의 저온 크랙을 최소화하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 페라이트계 스테인리스강은 11%이상의 Cr성분을 함유하는 스테인리스강으로 오스테나이트계 스테인리스강에 비해 저가이며, 염화물에 의한 응력부식 균열이 발생하지 않는 재료로서 수요가 점차적으로 증가하고 있다. 또한 필요한 용도에 따라 C, N, O등의 불순물을 저하시키고, Ti, Nb, Mo, V등의 합금원소를 첨가하여 내식성이나 내산화성을 향상시킬 수 있다.
그러나, 페라이트계 스테인리스강의 연속주조에 의해 생산되는 반제품인 슬라브는 제조시 낮은 소성-취성 천이온도에 의해 상온에서 표면이나 표층 직하에 균열이 쉽게 발생한다는 문제점이 있다. 특히 상온 근처에서의 균열발생 현상은 슬라 브 내에 저장되어 있는 열적 왜곡에 의한 것으로 이를 저온 크랙이라 칭한다. 이 소성-취성 천이온도는 Cr성분의 함량이 증가할수록 더 낮아지며 이에 따라 저온 크랙의 발생이 더욱 빈번하다.
한편, 표면 및 표층하에 저온 크랙이 발생한 페라이트계 스테인리스강 슬라브를 열간압연 하면 판 파단에 의한 압연작업이 중지되는 경우가 발생한다. 또한 표면의 균열은 열간압연 공정 및 소둔산세 공정에 의해 제거되지 않으며 열연코일 표면에 균열에 의한 결함이 잔존하여 스크랩 처리되는 것이 통상적이다.
페라이트계 스테인리스강 슬라브 냉각 크랙의 발생은 600~700℃ 온도구간에서 금속간 화합물인 라베스(Laves)상의 결정립계 석출, 475℃ 부근의 시그마상 석출에 의한 취성 및 Cr함량 증가에 따른 인성의 저하등이 주요 원인으로 알려져 있다.
이러한 이유로 취성상의 석출을 막기 위하여 취성 상 석출온도 영역에서 슬라브를 급랭시키는 등 슬라브의 취성을 최소화하기 위해서 슬라브의 온도를 제어하는 기술들이 소개되고 있다. 또한 슬라브 내의 열응력의 감소를 위한 슬라브의 냉각속도 제어가 소개되어 있다.
예를 들면, 일본특허 소화60-2628호에서는 800~300℃의 온도구간에서 슬라브 냉각속도를 40℃/hr. 이하의 극서냉을 제안한 바 있으며, 일본특허 특개평8-193221호에서는 슬라브온도 700~600℃구간에서 라베스(Laves)상의 석출을 억제하기 위해 슬라브의 두께(t)에 따라 식(1)의 관계를 만족하는 급속 냉각조건을 제시하고 냉각후의 슬라브의 표면온도를 140℃이상으로 유지하는 방법을 제시하였다.
R≥1.2*10-3*t2+10.0 ----------------------------------(1)
그러나 이러한 저온 크랙의 방지를 위한 기술은 고온역에서 슬라브를 냉각시킬 때 엄격한 냉각속도 제어를 요구하여 실용성이 떨어질 뿐 아니라, 냉각 완료 시까지 장시간이 소요되어 생산성, 납기, 비용 및 설비능력의 제한 등의 어려움이 따른다.
또한 취성을 가지는 상의 석출을 제어하기 위한 700~600℃ 온도구간의 슬라브의 급랭은 등속 주조구간에서 생산된 슬라브의 경우 저온 크랙 발생에 다소 효과가 있으나 비등속 주조구간의 슬라브의 경우 냉각속도 차이에 의한 주조방향으로의 열응력의 불균형에 열충격을 더하여져 저온 크랙 발생을 심화시킬 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 페라이트계 스테인리스강의 비등속 주조 슬라브의 냉각속도, 냉각속도 편차제어 및 표면 최저온도를 제어하여 비등속 주조 슬라브의 저온 크랙을 방지하는 데 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 중량%로 Cr:10.5~35.0%, 합금원소로 Mo, Ti, Nb, V, Ni을 단독 혹은 2종 이상을 복합으로 5%이하 첨가, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 C+N: 0.05%이하로 이루어진 페라이트계 스테인리스강의 주조 슬라브 냉각방법에서, 상기 슬라브를 1500~600℃ 온도구간에서 평균 냉각속도를 33℃/min 이하로 유지하며 냉각하는 제1단계; 및 냉각 후 슬라브를 열간압연하기 전까지 최저온도를 200℃이상으로 유지하는 제2단계;를 포함하는 페라이트계 스테인리스강 비등속 주조 슬라브의 냉각방법을 제공한다.
또한 본 발명의 상기 제1단계는 1500~600℃ 온도구간에서 이루어질 수 있다.
또한 본 발명의 제1단계의 상기 평균 냉각속도를 산출하기 위하여 주조개시 시점의 온도를 측정하는 단계 및 슬라브 절단시점에서의 온도를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 제1단계는 1500~600℃ 온도구간에서 최대 냉각속도를 40℃/min 이하로 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 페라이트계 스테인리스강의 비등속 주조 슬라브의 냉각방법은 냉각시 1500~600℃ 온도구간에서 평균 33℃/min 이하의 속도로 냉각됨으로써 열응력에 의한 크랙발생을 최대한 억제할 수 있으며, 1500~600℃ 온도구간에서 최대 냉각속도를 40℃/min 이하로 유지함으로써 열충격을 최소화하여 크랙발생의 빈도를 줄일 수 있다.
또한 슬라브의 열간압연 전까지 최저온도를 200℃이상으로 유지함으로써 슬라브 표면 및 표층하에 발생하는 저온 크랙을 방지하여 열간압연 중의 판 파단 및 저온 크랙에 의한 열연코일 표면의 결함을 최소화 할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
본 실시예에서의 냉각 대상인 페라이트계 스테인리스강 비등속 주조 슬라브는 중량%로 Cr:10.5~35.0%, 합금원소로 Mo, Ti, Nb, V, Ni을 단독 혹은 2종 이상을 복합으로 5%이하 첨가, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 C+N: 0.05%이하의 조성으로 이루어진다.
본 실시예에서는 진행된 두 가지 실험의 과정 및 결과를 설명한다. 첫째 냉각 속도가 저온 크랙 발생에 미치는 영향, 둘째 냉각 후 슬라브에 대한 열간압연 전까지 유지되어야할 최저온도가 열연코일에서의 저온 크랙 발생빈도에 미치는 영 향에 대하여 실험하였다.
가. 냉각 속도가 저온 크랙 발생에 미치는 영향
슬라브의 제조에 있어서 냉각속도는 슬라브의 품질을 결정하는 주요 요인 중 하나이다. 이러한 냉각속도가 슬라브의 결함 발생빈도에 미치는 영향을 조사하기 위하여 다음과 같은 실험을 진행하였다. 즉 18Cr-0.3Ti의 페라이트계 스테인리스강으로부터 비등속 주조 구간에서 제조된 슬라브를 대상으로 냉각속도에 따라 저온 크랙에 의한 열연코일 표면의 결함 발생빈도를 조사하였다. 실험은 1500~600℃ 의 온도구간에서 진행되었으며, 그 결과를 [도 1]에 도시하였다.
이 때 온도구간의 상한을 섭씨 1500도로 설정한 이유는 연주작업시 액체상태의 용강이 몰드에서 냉각되어 고체상태의 슬라브가 되는 시점의 온도가 1500도정도이기 때문이며, 온도구간의 하한을 600도로 설정한 이유는 연주작업을 끝내는 시점에서 냉각을 통해 슬라브를 600도 이하로 만드는 것이 기술적인 면에서 어렵고 경제적이지 못하기 때문이다. 즉 당사의 현재 기술적인 상황과 경제적인 면에서 연주작업 시 온도를 제어할 수 있는 범위는 섭씨 1500도 내지 600도가 된다.
실험 결과를 [도 1]을 참조하여 설명하면 다음과 같다. [도 1]의 가로축에는 평균 냉각속도를 나타냈으며, 세로축에는 각 평균냉각속도에 따른 크랙발생빈도를 표시하였다. 이 때 냉각속도는 시점 및 슬라브의 절단시점에서의 온도를 측정하여 진행시간에 대한 평균 냉각속도로 표시하였다.
즉 [도 1]에 도시된 바와 같이 평균 냉각속도 33℃/min 이하의 서냉에서 저 온 크랙의 발생빈도가 유사한 분포를 보이며 낮게 유지되는 것을 알 수 있었다. 반면 33℃/min 이상의 평균 냉각속도에서는 저온 크랙 발생 빈도가 급격히 상승하였다는 것을 알 수 있었다.
한편, 연주 작업 도중의 연속적인 온도를 측정하여 결론을 도출하는 것이 바람직하나 연속적인 온도 측정에는 기술적인 어려움이 뒤따르며 일반적인 공정 상 주조개시 시점 및 슬라브의 절단시점에서 온도를 측정하는 것이 가장 경제적이다. 따라서 주조개시 시점 및 슬라브의 절단시점에서의 온도, 즉 연주 개시시점 및 연주작업 종점에서의 온도를 측정하여 전체 시간에 대한 평균온도를 데이터로서 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 별도의 연속적인 온도 측정을 진행하였으며, 그 결과 상술한 실험결과와 대동소이한 결과를 얻었으나 냉각속도가 40℃/min 이상인 경우에는 크랙의 발생이 현저하게 증가하는 것을 알 수 있었다.
이 경우 수냉조 냉각의 경우 냉각속도가 40도/min정도이므로 평균적으로 33도 이하의 냉각속도를 가지더라도 연주 냉각 종점에서 수냉조 냉각을 하는 경우 최대 냉각속도는 40도/min 이상이 되기 때문에 수냉조 냉각에 의한 급냉을 하여서는 안 된다.
나. 냉각 후 최저 유지온도가 크랙 발생에 미치는 영향
슬라브에 대한 열간압연 전까지의 열연코일에서의 저온 크랙에 의한 결함 발 생빈도에 대하여 최저온도가 미치는 영향을 조사하기 위한 실험을 진행하였으며 그 결과를 [도 2]에 도시하였다.
[도 2]의 가로축에는 열간압연 전까지 열연코일의 유지온도를 나타내었으며, 세로축에는 각 유지온도에 대한 크랙 발생빈도를 표시했다. 결과적으로 [도 2]에 도시된 바와 같이 슬라브의 최저온도가 200℃ 이상에서 저온 크랙의 발생이 급격히 낮아지는 것을 알 수 있으며, 반면 최저온도를 약 섭씨 200도 이하로 유지한 경우에는 크랙의 발생 빈도가 급격히 상승하는 것을 알 수 있었다.
다. 결과
페라이트계 스테인리스강 비등속 주조 슬라브의 저온 크랙은 슬라브 냉각시 주속 변경구간의 상이한 열이력에 의한 열응력이 주요 원인으로 생각된다. 즉 위 실험 데이터로부터 페라이트계 스테인리스강으로 형성된 비등속 주조 슬라브의 저온 크랙을 방지하기 위해서는 1500~600℃ 온도구간에서 평균 33℃/min 이하의 냉각속도로 냉각되어야하고, 수냉조에 의한 냉각없이 최대 냉각속도가 40℃/min 이하를 유지하여야 하며 슬라브의 열간압연 전까지 최저온도는 200℃이상을 유지하여야한다는 결론을 도출할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 페라이트계 스테인리스강 비등속 주조 슬라브의 냉각방법으로 구현될 수 있다.
도 1은 슬라브 냉각속도에 따른 저온 크랙 발생 추이를 나타낸 그래프이다.
도 2는 슬라브 최저온도에 따른 저온 크랙 발생 추이를 나타낸 그래프이다.
Claims (4)
- 중량%로 Cr:10.5~35.0%, 합금원소로 Mo, Ti, Nb, V, Ni을 단독 혹은 2종 이상을 복합으로 5%이하 첨가, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물로 C+N: 0.05%이하로 이루어진 페라이트계 스테인리스강의 주조 슬라브 냉각방법에서,상기 슬라브를 평균 냉각속도를 33℃/min 이하로 유지하며 냉각하는 제1단계; 및냉각 후 슬라브를 열간압연하기 전까지 최저온도를 200℃이상으로 유지하는 제2단계;를 포함하는 페라이트계 스테인리스강 비등속 주조 슬라브의 냉각방법.
- 제1항에 있어서,상기 제1단계는 1500~600℃ 온도구간에서 이루어지는 페라이트계 스테인리스강 비등속 주조 슬라브의 냉각방법.
- 제1항에 있어서,제1단계의 상기 평균 냉각속도를 산출하기 위하여,주조개시 시점의 온도를 측정하는 단계; 및슬라브 절단시점에서의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하는 페라이트계 스 테인리스강 비등속 주조 슬라브의 냉각방법.
- 제1항에 있어서,상기 제1단계는 1500~600℃ 온도구간에서 최대 냉각속도를 40℃/min 이하로 유지하는 페라이트계 스테인리스강 비등속 주조 슬라브의 냉각방법.
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