KR101239555B1 - 티타늄 첨가 페라이트계 스테인리스강 주편 등축정율 향상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Ti 첨가 페라이트계 스테인리스강을 제조함에 있어서 주편 등축율을 개선하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용강제조단계와 정련단계와 정련된 용강에 대한 성분조정단계와 연속주조단계를 포함하는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 있어서 본 발명의 상기 정련단계에서는 슬래그 산화물의 조성 중 %Al2O3+%MgO비를 증가시키기 위여 용강 중 Al성분과 Mg성분을 증가시키는 것을 특징으로 한다.

즉 주편의 산화물계 개재물이 등축정 생성에 유리한 조성을 갖도록 산화물의 조성과 개수를 제어하기 위하여 슬래그 및 용강 성분을 제어함으로써 주편의 등축정율을 상향 안정화시킴에 따라 리징 및 로핑 결함을 방지하여 표면품질이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제조할 수 있다.

페라이트계 스테인리스(Ferritic Stainless Steel), 복합 탈산(Complex Deoxidation), 산화물(Oxide), 접종재(Inoculant), 등축정(Equiaxed dendrite), 주상정(Columnar dendrite), 주편(Slab)

Description

티타늄 첨가 페라이트계 스테인리스강 주편 등축정율 향상방법{The method for manufacturing the Ti bearing ferritic stainless steel improved the equiaxed structure ratio}

본 발명은 Ti 첨가 페라이트계 스테인리스강을 제조함에 있어서 주편 등축율을 향상시키는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주편의 산화물계 개재물이 등축정 생성에 유리한 조성을 갖도록 산화물의 조성과 개수를 제어하기 위해, 슬래그 및 용강 성분을 제어함으로써 주편의 등축정율을 상향 안정화시킴에 따라 리징 및 로핑 결함을 방지하여 표면품질이 우수한 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 페라이트계 스테인리스강의 제조에 있어서 주편의 등축정율을 40% 이상 확보하지 않은 주편은 열연 코일내 조대한 band 조직이 잔존하여 냉연강판의 deep drawing 혹은 성형가공시 코일 표면에는 ridging 혹은 roping으로 명명되는 냉간 압연방향에 평행하고 가느다란 요철 결함이 발생하기 쉽다. 따라서, 기존에는 ridging 결함을 방지하기 위해 냉연 재압연 및 열연 강압하등을 실시하고 있으나, 페라이트계 스테인리강 제조시 제조원가 상승 및 생산성 저하가 발생하는 문제가 있다.

이러한 이유에서 등축정을 향상시키기 위하여 종래에는 저온주조 방법, 분철 혹은 강철첨가 방법, 희토류원소 (REM) 첨가방법 및 전자교반장치(ElectroMagnetic Stirring)등이 제안 및 사용되고 있다.

일예로 일본특허 JP1998-127991에 의하면 0.3~0.5㎛크기의 Al-Ti계 복합개재물이 등축정 핵 생성 seed로 작용한다고 보고되고 있으며, 또한 일본특허 JP1999-222036에 의하면 염기도 조성을 0.5~3.0으로 하고 과열도를 20~70℃로 하여 등축정을 향상시킬 수 있다고 보고하고 있다. 또한 JP2000-220688 특허에서는 Al을 0.002~0.02% 포함하고 Mg을 0.0005% 미만으로 0.3~5㎛의 지름을 갖는 MgO, MgO-Al2O3를 30개/㎥생성하여 등축정을 확보할 수 있다고 한다. 그러나 이들 특허에서는 등축정 생성 메커니즘이 명확하게 규명되어 있지 아니하여 작업조건이나 주위 여건에 따라 많은 편차가 발생될 수 있다.

한편, 페라이트계 스테인리스강에 Ti를 첨가하여 용강중에 석출한 TiN을 페라이트 응고핵으로 이용하는 경우 응고조직이 등축정화하기 쉽다고 알려져 있다. 그러나 Ti와 N 함량이 일정한 조건에서도 응고조직이 주상정과 등축정이 되는 경우가 있고, 또한 등축정율을 향상시키기 위해서는 Ti 첨가를 필요로 하지만 과잉의 Ti를 첨가하는 경우 노즐 막힘, 표면흠 등의 결함을 야기시키는 문제를 가지고 있으므로 이와 관련된 많은 연구가 필요한 실정이다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 주편의 산화물계 개재물이 등축정 생성에 유리한 조성을 갖기 위한 조건을 규명하는데 있다.

또한 본 발명은 규명된 조건을 만족시키는 각 공정 별 조절인자를 발견함으로써 각 공정별 조절인자의 제어를 통한 주편의 등축정율을 향상시키는 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여,

용강제조단계와 정련단계와 정련된 용강에 대한 성분조정단계와 연속주조단계를 포함하는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 있어서 본 발명의 상기 정련단계에서는 슬래그 산화물의 조성 중 %Al2O3+%MgO비를 증가시키기 위여 용강 중 Al성분과 Mg성분을 증가시키는 것을 특징으로한다.

또한 상기 정련단계에서 Al 성분과 Mg성분을 하기 식 3, 4 및 5를 만족하는 범위에서 증가시킬 수 있다.

%(CaO)+%(MgO)+%(SiO2)+%(Al2O3) ≥ 85% ··········(3)

%(CaO+MgO)/(SiO2) ≥ 2.3 ··········(4)

%(Al2O3) ≤ 6 ··········(5)

또한 상기 정련단계에서 용존 Al이 40 내지 100 ppm되도록 농도를 증가시킬 수 있다.

또한 상기 성분조정단계에서 Ti 함유량을 소강 Ti 성분을 기준으로 0.185 내지0.230wt%로 제어할 수 있다.

또한 상기 정련단계에서는 AOD 정련법을 이용할 수 있다.

본 발명에 의한 페라이트계 스테인리스강은 C: 0.02이하, N: 0.015이하, Si: 0.3~0.7, Ti: 0.1~0.3, S: 0.01이하, Cr:9.0~15 및 나머지 Fe 등 기타 불가피한 불순물로 구성되고 상기 한 방법에 의하여 제조된다.

또한 본 발명에 의한 페라이트계 스테인리스강은 그 주편에 개재된 하기식 (1) 및 (2)를 만족하는 Ti계 개재물이 10개/mm2 이상 분포될 수 있다.

%(TiO2) + %(CaO) + %(Al2O3) + %(MgO) ≥ 95 % ·········· (1)

%(TiO2) /{ %(CaO) + %(Al2O3) + %(MgO)} ≤ 4 ·········· (2)

또한 상기 식 (1) 및 (2)를 만족하는 Ti계 개재물은 전체 Ti계 개재물 중 40% 이상의 비율로 구성될 수 있다.

상술한 본 발명의 구성상의 특징으로부터,

등축정 형성의 근원 내지는 원인을 규명할 수 있었으며, 이를 통하여 각 공정별 등축정율의 조절이 가능한 인자를 제안함으로써 높은 등축정률을 갖는 주편의 생산이 가능하게 되었다.

주편의 등축정율을 향상시킴에 따라 결과적으로 리징 및 로필 결함을 방지하여 표면품질이 우수한 페라이트계 스테인리스강을 제조할 수 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

연주공정에서 생성되는 슬라브 내에 등축정이 후공정인 압연공정에서 뿐만 아니라 제품에까지 영향을 미치기 때문에 페라이트계 스테인리스강의 등축정율을 향상하기 위하여 제강 및 연속주조공정에서의 등축정 생성 메커니즘을 명확히 하는 것이 무엇보다 중요하다.

[도 1]의 발명재와 비교재를 비교하여 보면, 비교재의 경우 주편의 중앙에 등축정율이 거의 형성되지 않은 것을 알 수 있고, 발명재의 경우 주편 전체가 고르게 등축정이 형성된 것을 알 수 있다. 이와 같이 동일한 강종 및 유사한 성분조건에서 극명하게 주조조직의 차이를 보이는 것에 착안을 하여 등축정 생성 메커니즘을 규명하고 이를 토대로 등축정을 향상할 수 있는 방법을 제안하게 되었다.

[도 2]는 슬라브 내에 있어서 등축정 0%일 때와 100%일 때의 TiN의 크기와 개수를 분석한 그래프이다. 그래프에서 나타난 바와 같이 TiN의 크기가 3~10㎛일 때 TiN의 개수도 증가하며 이를 분석해 본 결과 TiN 크기와 개수가 등축정 생성에 영향을 미친다는 사실을 알 수 있다.

[도 3]은 주편내 TiN을 전자현미경으로 확대하여 정밀 관찰한 결과이다. TiN내에 검은색의 구형이 관찰된다. 검은색의 구형을 전자현미경을 통해 면밀히 관찰해 보면 명암의 차이가 나는 두 종류로 나누어져 있다는 것을 알 수 있다. TiN내 검은색의 구형은 산화물로 구성되어 있으며, 밝게 보이는 산화물과 검게 나타난 산화물이 관찰된다. 명암 차이가 나는 산화물을 EMPA를 이용하여 규명하였다. 밝게 보이는 산화물은 CaO-TiO2계로 구성되어 있고, 검게 나타난 산화물은 Al2O3- MgOTiO2 계로 존재하고 있다.

1. 턴디쉬 내 산화물 비율과 등축정율과의 관계

턴디쉬 내 산화물 비율과 등축정율의 관계를 연구하기 위하여 역으로 등축정율이 높은 주편이 인발된 턴디쉬 내의 용강과 등축정율이 낮은 주편이 인발된 턴디쉬 내의 용강의 산화물 비율을 조사하였다.

[도 4]는 등축정율이 각각 100%와 0%인 주편의 각각의 턴디쉬에서 채취한 샘플의 산화물 구성비율을 보여주고 있다. 등축정율(REZ)이 100%인 용강에서는 도 3에서와 같은 조성의 산화물 비율(type 3과 type 5)이 등축정율이 0%인 경우보다 그 개수가 훨씬 많이 존재함을 알 수 있다. 반면 등축정율이 0%인 경우는 TiO2형 산화물(type 1)이 비율이 훨씬 높은 것을 알 수 있었으므로, 결론적으로 Ti-Ca-Al-Mg-O 산화물(type 3)과 Ti-Al-Ca-Mg-O 산화물(type 5)이 TiO2형 산화물(type 1)보다 등축정율을 결정짓는 중요한 요인임을 확인할 수 있었으며, 아래 식 1 및 식 2를 만족해야 한다는 사실을 도출하였다.

%(TiO2) + %(CaO) + %(Al2O3) + %(MgO) ≥ 95 % ·········· (1)

%(TiO2) /{%(CaO) + %(Al2O3) + %(MgO)} ≤ 4 ·········· (2)

또한 도 4에서와 같이 등축정율이 100%인 경우 전체 산화물 중 유효산화물(type 3과 type 5)의 비율은 최소 60 % 이상이며, 그 개수는 최소 10개/mm2 이상 되어야 한다는 결론을 얻었다.

2. 턴디쉬 내 유효산화물 생성의 원인 규명

유효 산화물의 생성근원을 규명하고자 AOD공정에서부터 턴디쉬 공정 전반에 걸쳐 산화물의 조성 이력에 대한 연구를 진행하였으며, 그 결과 [도 5a]와 [도 5b]에 도시된 바와 같이 Ti 투입전 용강의 산화물의 조성분포가 유효산화물의 생성에 결정적인 역할을 한다는 것을 알게 되었다.

주편의 등축정률이 0%인 경우와 100%인 경우 각각의 Ti 투입 전 산화물 조성을 [도 5a]와 [도 5b]에 도시하였다. 등축정율이 높은 경우 %[Al2O3+MgO]비가 %[SiO2+MnO]비보다 높은 산화물 비율이 약 40 % 정도인 반면, 등축정율이 낮아 질수록 %[Al2O3+MgO]의 조성비가 높은 구간이 점차 줄다가 등축정율이 0%가 되면 도 5a에 도시된 바와 같이 %[Al2O3+MgO]의 조성비가 높은 구간이 현저히 줄어드는 것을 알 수 있었다.

역으로 판단해 본다면 %[Al2O3+MgO]가 %[SiO2+MnO]에 비하여 조성비가높은 구간이 늘어날수록 등축정률이 높아진다는 결과를 얻을 수 있었다.

이는 Ti 투입에 따라 산화물의 조성이 변화하는데, Ti보다 상대적으로 산화력이 약한 SiO2와 MnO는 Ti에 의해 환원되기 때문에, %[SiO2+MnO]이 높은 산화물은 대부분 TiO2형 산화물로 천이되어 등축정에 무효한 산화물이 되는 것이다. 반면 %[Al2O3+MgO]가 높은 경우 Ti 투입시 용존 Ti와 반응하여 유효산화물로 발전하기 때문이라 판단된다.

3. 유효산화물의 개수와 등축정률과의 관계

유효산화물 조성을 갖더라도 그 개수가 부족할 경우 80 % 이상 등축정율을 확보하기는 어렵다. 따라서 유효 산화물 조성을 갖는 산화물의 개수에 대한 기준이 필요하게 된다.

이와 관련하여 래들터렛(이하 LT라 함) 도착공정에서 산화물의 평균 개수를 분석한 결과 30 ~ 50 개/mm2 의 결과를 얻었으며, 등축정율 80 % 이상을 얻기 위해서는 전체 산화물 중 %[Al2O3+MgO]> %[SiO2+MnO]인 조건을 만족하는 산화물의 비율이 적어도 30 % 이상 되어야 한다는 결론을 얻었다. 따라서 상기 조건을 만족하는 산화물의 개수는 최소 10개/mm2 이상이어야 한다.

4. 공정별 유효산화물 조성 제어 방법

앞서 설명한 결론들에 따라 등축정율이 높은 주편을 생산하기 위하여 정련로에서 탈탄 및 탈산 과정 중 슬래그의 조성을 조절하는 방법, 이후 LT로 이송하기 직전 Al 성분을 조정함으로써 유효산화물의 생성을 증대시키는 방법 및 턴디쉬 내 유효 산화물 조성을 위한 LT 처리 공정에서의 제어방법으로 나누어 이하 상세히 설명한다.

(1) 탈탄 및 탈산 과정 중 슬래그의 조성을 조절하는 방법

본 발명자들은 이상의 연구결과를 통해 공정별 산화물의 조성제어가 TiN 및 등축정의 유효 핵으로 작용하기 위한 필수 조건이며, 더 나아가 주편의 등축정율을 결정짓는 핵심 인자임을 알게 되었다. 따라서 각 공정별 산화물 조성제어을 위한 제어 인자와 그 제어 방법을 모색하게 되었다.

상술한 바와 같이 LT공정에 도착 후 Ti 투입 전 %[Al2O3+MgO]이 %[SiO2+MnO]에 비해 높은 산화물의 조성을 갖는 용강의 경우가 유효산화물로 발전되는 것을 확인하였다. 이러한 이유로 LT 공정에 도착한 산화물의 조성 중 %Al2O3+%MgO비를 증가시키기 위해 슬래그 탈산과정에서 슬래그의 조성 변화에 대한 등축정율의 변화에 관심을 가지고 연구를 수행하였다. 기본적인 슬래그 조성은 CaO-SiO2계로써 구체적인 성분 범위는 40~60% CaO - 15~30% SiO2 - 4~8% Al2O3 - 9~15% MgO - 5~15% CaF2로 정하였다.

이와 같은 슬래그 조성에서 산화물의 조성 중 %Al2O3+%MgO비를 증가시키기 위해서는 용강 중 Al성분과 Mg성분을 증가시킴으로써 가능할 것이라 판단하여, 슬래그와 용강과의 반응에 대한 기본 반응식을 유추하였으며 이는 아래 식과 같다.

2(Al2O3) + 3Si → 4Al ↑+ 3(SiO2) ·········· (6)

3(MgO) + 2Al → 3Mg↑ + (Al2O3) ·········· (7)

상기 식에서 슬래그내의 성분은 괄호로 표현했으며, 이외의 것은 용강 중 성분이다.

한편 후술할 (식 5)를 고려하여 용강 중 Al과 Mg성분을 증가시키기 위해서는 슬래그 중의 (SiO2)비를 낮추어야 하며, 동시에 슬래그 중 (MgO)를 높일 경우 Mg의 비가 증가함을 예측할 수 있다. 또한 (MgO)와 동일한 거동을 하고 슬래그 중 구성비가 가장 높으며 슬래그 유동에 직접적인 영향을 미치는 (CaO)의 비도 제어인자에 포함하기로 하였다.

그리고 (Al2O3)비는 서로 상쇄되는 경향이 있으며, 동시에 (Al2O3)비가 증가함에 따라 슬래그의 유동성이 저하되어 슬래그 탈산 효율을 저하시키는 문제가 있으므로 제한할 필요가 있다.

따라서 본 발명에서는 슬래그 성분 중 Al과 Mg성분에 영향을 미치는 (CaO)와 (SiO2) 그리고 (Al2O3)와 (MgO)의 비에 따른 등축정율과의 상관관계에 대해 조사한 결과 [도 6]과 같은 관계를 얻을 수 있었다.

(CaO+MgO)/(SiO2)비가 증가할 경우 높은 등축정율을 확보할 수 있었으며, 또한 그 비는 (Al2O3)의 비가 증가할수록 증가되어야 한다는 결과를 얻을 수 있었다. 이상의 결과를 바탕으로 다음 조건을 만족할 경우 최소 80% 이상의 높은 등축정율을 확보 할 수 있다는 결과를 도출하였다.

%(CaO)+%(MgO)+%(SiO2)+%(Al2O3) ≥ 85% ··········(3)

%(CaO+MgO)/(SiO2) ≥ 2.3 ··········(4)

%(Al2O3) ≤ 6 ··········(5)

식(3)과 식(4)의 조건을 만족할 경우 턴디쉬 내에서의 용강으로부터 상기 식 (1)과 식(2)를 만족하는 유효산화물을 얻을 수 있었다.

(2) LT 이송 전 Al 성분 조정을 통한 유효산화물의 생성을 증대 방법

바람직하게는 이상과 같은 조건으로 슬래그 조성을 제어할 경우 높은 등축정율을 확보할 수 있을 것이나, 조업상의 이상으로 용강 중 Al의 농도가 충분치 않을 경우 추가 Al을 투입함으로써 등축정율을 확보할 수 있다.

최종 주편에서 용존 Al의 농도가 슬래그 탈산 효과와 추가 Al의 투입량을 결정하는 기준이 될 것이라 판단하고 주편 등축정율 별로 용존 Al을 분석한 결과 등축정율과 상관관계가 있음을 알 수 있었다.

[도 7]은 주편에서 용존 Al의 농도와 등축정율과의 관계를 보여주고 있다. 등축정율과 용존 Al은 선형적인 비례관계를 갖는 결과를 보였으며, 80%이상의 고 등축정율을 확보하기 위한 용존 Al의 기준은 40 ppm 이상으로, 바람직하게는 100 ppm 이하로 설정할 수 있었다. 여기서 Al의 상한선을 100 ppm으로 설정한 이유는 Al의 농도가 100 ppm 이상 일 경우 산화물의 조성 중 Al2O3의 비율이 높아져 결과적으로 유효 산화물 조성영역을 벗어나게 된다. 뿐만 아니라 산화물 조성 중 높은 Al2O3은 용존 Mg와 반응하여 MgOAl2O3형 스피넬로 천이되고, 이와 같은 고융점 산화물은 노즐 막힘의 발생율을 증대시킬 뿐만 아니라, 압연과정에서도 선형성 결함을 유발시킬 수 있으므로, Al 농도 증가는 신중을 기해야 한다.

(3) 턴디쉬 내 유효 산화물 조성을 위한 LT 처리 공정에서의 제어방법

정련로의 탈산 공정에서 Al 농도제어를 통해 유효 산화물의 근원이 될 수 있는 산화물을 생성시켰더라도 후공정인 LT 처리 공정에서 Ti 및 Ca 처리에서 올바른 조업이 이루어지지 않을 경우에는 유효 산화물을 높은 비율로 확보하기는 어렵다. 등축정 또는 TiN의 핵생성에 유익한 최종 유효산화물 조성을 생성하기 위해서는 LT 처리 공정에서 Ti 투입량이 상당히 중요하다.

상술한 바와 같이 LT 공정에 도착한 산화물의 조성은 Si-Cr-Al-Mg-Mn-O계의 복합 산화물로 구성되어 있다. 이후 Ti를 투입하게 되면 산화물의 조성은 아래의 반응식에 의해 조성이 변화하게 된다.

식8: SiO2 + Ti → TiO2 + Si

식9: 2MnO + Ti → TiO2 + 2Mn

식10: 2Al2O3 + 3Ti → 3TiO2 + 4Al

식11: 2MgO + Ti → TiO2 + 2Mg

여기서 각각의 반응 속도는 산화물의 구성 성분과 Ti성분과의 산화력차이에 의해 결정된다. 산화력의 순서는 Mg>Al>Ti>Si>Mn 순으로 높으므로 가장 먼저 MnO와 SiO2 성분이 TiO2로 환원되어 취환될 것이며, 이후 Al2O3와 MgO가 TiO2로 환원되는 반응이 일어날 것이다. 특히 식(10), 식(11)의 반응은 열역학적으로는 불안정한 상황이므로, 그 반응 속도나 안정화는 Ti의 농도에 의존하게 될 것이다.

즉 조성이 낮을 경우, 식(10), 식(11)의 반응은 상당히 느리게 일어나거나 또는 일어나지 않을 수 있으며, Ti 조성이 높을 경우 반응이 빠르게 진행될 것이다.

이와 같이 각각 서로 양립하는 경우에 산화물의 조성과 등축정율과의 관계를 도 8과 같이 예측할 수 있다. Ti조성이 낮은 경우(영역I) 산화물의 조성 중 MnO와 SiO2을 TiO2가 취환하므로서 산화물 조성은 Ti-Al-Mg-O로 변화하며, 그 결과 유효 산화물의 개수는 등축정율 80% 이상 확보 할 수 있을 정도로 충분한 조건이 될 것이다. 하지만 도 8에서와 같이 유효 산화물을 핵으로한 TiN 정출온도가 액상선 온도보다 낮은 영역에 존재하게 되고, 그 결과 등축정의 핵으로 작용하는 TiN이 생성 되지 않기 때문에 등축정으로 성장하지 못하고 주상정으로 성장하게 된다. 이후 온도가 저하됨에 따라 TiN은 주상정과 주상정 사이에서 석출하게 됨으로써 결론적으로 등축정의 핵 역할을 할 수 없게 된다. 정리하면 영역 I의 경우 유효 산화물의 개수는 충분하지만, TiN 정출온도의 저하로 등축정율은 저하되는 것이다.

반면 Ti 투입량이 과다할 경우(영역 III), 산화물의 조성은 액상 중 높은 Ti농도에 의해 대부분 TiO2형 산화물로 천이하게 된다. 그 결과 TiN의 핵생성 자리가 되는 유효산화물의 개수가 급격히 감소하게 됨으로써 등축정율이 저하되는 것이다.

따라서 높은 등축정율을 확보하기 위해서는 적정의 영역 II 내에서 Ti투입량이 결정되도록 제어해야 한다.

이상과 같은 기본개념하에 최적의 Ti투입량을 도출하고자 Ti 성분에 따른 등축정율의 변화를 조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 도 9에서와 같이 주편의 등축정율은 소강 [Ti] 농도에 의해 포물선 형태의 경향을 보였으며, 본 발명에서 목표로 하는 등축정율 80 % 이상 확보를 위해서는 Ti 함량을 질량 비로 0.185~ 0.230 범위내로 제한하여야 한다.

상술한 제어방법을 간략하게 정리하면 다음과 같다.

AOD 공정에서 탈탄이 완료된 시점에 Si 탈산을 실시한 후 산화물 조성은 Si-Cr-O계다. 이후 슬래그 탈산 과정에서 본 발명에서 도출한 슬래그 조성과 Al 투입량을 조절한 경우 뒤이은 LT 공정에 도착한 산화물의 조성은 %[Al2O3+MgO]비가 %[SiO2+MnO]비보다 높은 산화물의 비율이 40% 이상 존재하게 되어, 유효산화물로 천이하기 위한 1단계 과정이 완성된다.

이후 LT공정에 도착한 산화물의 조성은 Si-Cr-Al-Mg-Mn-O계 산화물이며, 이때 Ti 투입에 의해 등축정 성장을 위한 유효 산화물과 무효 산화물로 결정된다. 턴디쉬 공정에서 유효산화물로 규명된 Al-Ti-Mg-O계 산화물은 Ti 투입량이 특정 영역 내로 조정될 경우 유효 산화물 조성을 갖게 되며, 동시에 Ti 투입량은 이후 응고과정에서 TiN 정출온도에 영향을 미치게 되는데, 본 발명 영역 내로 Ti 투입량을 제어할 경우 충분한 개수의 유효산화물이 생성되고, 이후 용강이 1500℃로 냉각하는 과정에서 유효 산화물을 기반으로 하여 TiN이 응고 전에 불균일 핵으로 생성 되고, TiN 크기가 3~10㎛으로 성장함으로써 충분한 개수의 등축정을 형성하여 80% 이상의 등축정율을 갖게 된다.

본 발명의 실증을 위한 장기간에 걸친 실험결과를 [도 10]에 도시하였다.

C: 0.02이하, N: 0.015이하, Si: 0.3~0.7, Ti: 0.1~0.3, S: 0.01이하, Cr:9.0~15 및 나머지 Fe 등 기타 불가피한 불순물로 구성되는 Ti 첨가 페라이트계 스테인리스강을 대상으로 전기로(EAF)-정련로(AOD)-성분조정(LT)-턴디쉬(Tundish)-연속주조 공정을 거쳐 주편을 생산하였으며, 이때 %(TiO2)/{%(CaO) + %(Al2O3) + %(MgO)} ≤ 4 를 만족하는 유효산화물을 생성시키기 위해 AOD 공정에서 슬래그 조성 제어 및 Al 성분 제어, 그리고 LT 공정에서 Ti 성분을 본 발명의 범위에서 제어함에 따라 등축정율의 변화를 조사하였다.

실험결과 [도 10]에 나타난 바와 같이 평균 주편 등축정율이 기존 기술 대비 66.7 %에서 99.2%로 향상된 결과를 얻을 수 있었고, 등축정율 편차도 상당히 개선되었으며, 불량율 또한 현저히 감소하였음을 알 수 있었다. 이와 같이 등축정율 향상에 따른 공정생략 및 냉간압연 공정에서의 Tandem mill 압연이 가능하게 되어 생산성 향상이 가능하여졌다.

결론적으로 페라이트계 스테인리스강의 등축정 핵으로 작용하는 유효산화물을 도출하였고, 이러한 유효산화물의 생성을 위해 정련공정 및 연속주조 공정에서 유효산화물의 근원이 되는 산화물의 조성과 개수를 제어함으로써 응고과정에서 등축정으로 성장하기 위한 유효 핵의 개수를 안정적으로 확보할 수 있었으며, 그 결과 등축정율을 향상시킴에 따라 리징 및 로핑 결함을 억제할 수 있었다.

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 등축정율이 향상된 페라이트계 스테인리스강의 제조 방법으로 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 페라이트계 스테인리스강 연주 주편 등축정을 비교한 사진이다.

도 2는 슬라브의 등축정율에 따른 TiN의 크기와 개수를 비교한 그래프이다.

도 3은 연속주조 주편내 TiN을 확대한 사진이다.

도 4는 턴디쉬에서 등축정율별 산화물 크기에 따른 산화물 구성비를 비교한 그래프이다.

도 5는 Ti 투입 전 산화물에 따른 구성비를 비교한 그래프이다.

도 6은 등축정율과 슬래그 조성과의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 7은 주편에서 용존 Al의 농도와 등축정율과의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 8은 Ti 투입량에 따른 유효산화물 개수 및 주편의 등축정율과의 관계를 도식화한 모식도이다.

도 9는 주편 등축정율과 소강 [Ti] 성분과의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 10은 본 발명에 따른 평균 등축정율 및 불량율의 변화를 비교한 그래프이다.

Claims (8)

1. 용강제조단계와 정련단계와 정련된 용강에 대한 성분조정단계와 연속주조단계를 포함하는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 있어서,

   상기 정련단계에서는 슬래그 산화물의 조성 중 %Al2O3+%MgO비를 증가시키기 위하여 용강 중 Al성분과 Mg성분을 증가시키되,

   상기 정련단계에서 Al 성분과 Mg성분을 하기 식 3, 4 및 5를 만족하는 범위에서 증가시키는 것을 특징으로하는 페라이트계 스테인리스강 주편 등축정율 향상방법.

   %(CaO)+%(MgO)+%(SiO2)+%(Al2O3) ≥ 85% ··········(3)

   %(CaO+MgO)/(SiO2) ≥ 2.3 ··········(4)

   %(Al2O3) ≤ 6 ··········(5)
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 정련단계에서 용존 Al이 40 내지 100 ppm되도록 농도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강 주편 등축정율 향상방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 성분조정단계에서 Ti 함유량을 소강 Ti 성분을 기준으로 0.185 내지0.230wt%로 제어하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강 주편 등축정율 향상방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 정련단계에서는 AOD 정련법을 이용하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강 주편 등축정율 향상방법.
6. 제1항, 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 제조되고, C: 0.02이하, N: 0.015이하, Si: 0.3~0.7, Ti: 0.1~0.3, S: 0.01이하, Cr:9.0~15 및 나머지 Fe 등 기타 불가피한 불순물로 구성되는 페라이트계 스테인리스강.
7. 제6항에 있어서,

   주편에 개재된 하기식 (1) 및 (2)를 만족하는 Ti계 개재물이 10개/mm2 이상 분포되는 페라이트계 스테인리스강의 연주 주편.

   %(TiO2) + %(CaO) + %(Al2O3) + %(MgO) ≥ 95 % ·········· (1)

   %(TiO2) /{ %(CaO) + %(Al2O3) + %(MgO)} ≤ 4 ·········· (2)
8. 제7항에 있어서,

   상기 식 (1) 및 (2)를 만족하는 Ti계 개재물은 전체 Ti계 개재물 중 40% 이상의 구성비를 갖는 페라이트계 스테인리스강.

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