KR101242776B1 - 쌍롤형 연속박판 주조기를 이용한 Ｔｉ 함유 스테인레스 강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면 결함이 없는 Ti 함유 스테인레스 강판을 쌍롤형 박판연속 주조기를 이용하여 제조하는 방법에 관한 것으로서,
반대방향으로 회전하는 두개의 주조롤 사이에 Ti 함유 스트인레스 용강을 주입하여 주편을 제조하는 방법에 있어서, 상기 주조롤의 표면에는 요철이 형성되어 있고, 상기 용강 중 Ti의 함량은 0.3중량%이하인 것을 특징으로 하는 쌍롤형 연속박판 주조기를 이용한 Ti 함유 스테인레스 강판의 제조방법을 제공한다.

Description

쌍롤형 연속박판 주조기를 이용한 Ｔｉ 함유 스테인레스 강판의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING TI-CONTAINING STAINLESS STEEL SHEET USING TWIN ROLL STRIP CASTER}

본 발명은 Ti 함유 스테인레스 강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용탕으로부터 직접 박판을 제조하는 쌍롤형 박판 주조기를 이용한 Ti 함유 스테인레스 강판의 제조방법에 관한 것이다.

Ti 함유 스테인레스강은 Ti 첨가에 의하여 C 성분이나 N 성분이 Cr 탄화물 또는 Cr 질화물이 발생하는 것을 방지하여, 내식성을 향상시킨 강종으로서, 입계 부식성을 크게 향상시킨 강이다. 이러한 Ti 함유 스테인레스강은 내식성이 요구되는 항공기 배기관, 보일러용 파이프, 열교환기 등에 주로 사용된다. 첨가되는 Ti의 함량은 C와 N의 함량, 즉, 5*(C+N)의 기준에 의해서 첨가되는 것이 일반적이다.

종래에, Ti 함유 스테인레스강의 박판 제조는 도 1(a)에 나타난 연속주조 방법에 의해 슬라브를 제조하고, 상기 슬라브를 열간압연하여 두께 2~6㎜의 박판을 제조하였다. 연속주조에 의한 슬라브의 제조시에는 큰 문제가 없으나, 압연에서 표면결함의 문제가 발생하였다. 상기 연속주조 공정에서는 냉각속도가 느리기 때문에, Ti 산화물이나 TiN 석출물이 조대해지는 문제점이 있으며, 이러한 조대 석출물은 열간압연이나 냉간압연 중에 변형이 되지 않으므로 스캡(scab)이하는 결함을 발생하게 된다. 이러한 스캡 결함이 심각하게 발생하면 제품으로 판매할 수 없으므로, 실수율이 저하되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서, 도 1(b)에 나타난 바와 같이, 박판 주조기를 이용하는 방법이 고안되었다. 도 1(b)에 나타난 쌍롤형 박판 주조기를 이용한 제조는 용탕으로부터 직접 두께 2~6㎜의 박판을 직접 주조하여 강판을 제조하므로, 슬라브 연속주조법에서의 압연을 생략할 수 있도록 한 새로운 공정이다. 이러한 쌍롤형 박판 주조법은 응고속도가 통상 슬라브 공정 대비 100배 이상 빠르기 때문에, Ti 산화물이나 TiN 석출물이 조대화 될 수 있는 시간이 없으므로, 상기 산화물이나 석출물이 매우 미세하게만 잔류하여 스캡 결함 발생의 문제점이 근본적으로 해결되게 될 뿐만 아니라, 제조공정도 단순화에 의해서 제조 비용도 크게 감소하게 되는 장점이 있다. 즉, 제조원가가 슬라브 연주법에 비하여 저감되는 장점이 있으며, 급속응고에 의한 비평형상의 존재로 입도 미세화나 개재물 미세화 등에 의하여 주편 내부품질도 우수하다.

상기 쌍롤형 박판 주조기를 이용한 Ti 함유 스테인레스 강판의 제조방법에 대해 도 2를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 2에 나타난 바와 같이, 크랙이 없는 양호한 주편(8)을 제조하기 위해서는 래들(2)과 턴디쉬(3)를 통과한 용강이 침지노즐(4)을 통해 주조롤(1) 사이를 통과하면서, 주편(8)으로 제조된다. 이렇게 제조된 주편(8)은 핀치롤(9)과 수냉장치(10)를 통한 냉각 후 권취(11)된다.

상기 주조롤(1)에 의해 주조될 때, 용탕면을 완전히 덮을 수 있고, 가스를 공급할 수 있는 메니스커스실드(5)를 사용한다. 이때 사용하되는 분위가 가스가 중요한데, 분위기 가스는 용탕의 산화를 방지하고 응고시의 용강 메니스커스와 주조롤 계면의 계면에너지를 변화시켜 응고를 균일하게 하는 역할을 한다. 상기 분위기 가스는 아르곤이나 질소를 사용할 수 있으며, 용탕의 산화를 방지하기 위해서는 분위기 가스를 충분히 공급하여 산소농도를 0.1부피%이하로 관리한다.

그러나, Ti 첨가 스테인레스강과 같이 용강 중 Ti와 같이 산화성 원소가 함유되게 되면, 용강의 표면에 산화물을 형성하여, 분위기 가스(대표적으로 질소 가스)가 용강으로 용해되는 속도가 감소하고, 이에 따라 가스의 온도가 올라감에 따라 가스 팽창에 의하여 응고셀이 주조롤 표면에서 국부적으로 들뜨는 현상이 발생하게 된다. 주조롤 표면에서 들뜬 응고셀이 주위의 응고셀에 의하여 힘을 받게 되면, 도 4에 나타난 바와 같이, 표면 크랙의 원인이 되는 문제가 있다.

본 발명의 일측면은 표면 결함이 없는 Ti 함유 스테인레스 강판을 쌍롤형 박판연속 주조기를 이용하여 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 반대방향으로 회전하는 두개의 주조롤 사이에 Ti 함유 스트인레스 용강을 주입하여 주편을 제조하는 방법에 있어서,

상기 주조롤의 표면에는 요철이 형성되어 있고, 상기 용강 중 Ti의 함량은 0.3중량%이하인 것을 특징으로 하는 쌍롤형 연속박판 주조기를 이용한 Ti 함유 스테인레스 강판의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 연속 박판 주조기에서 Ti 첨가 스테인레스강을 제조하는 방법을 고안하므로써, 기존의 연속주조에 의한 제조법에서는 열간압연 및 냉간압연중에 생기는 스캡(scab) 결함의 문제를 근본적으로 해결하여, 제조를 용이하게 하였을 뿐 아니라 공정단축에 의하여 제조원가를 절감하였다.

도 1(a)는 연속주조와 열간압연 공정을 개략적으로 나타낸 공정도임
도 1(b)는 박판 주조기를 이용한 공정을 개략적으로 나타낸 공정도임.
도 2는 쌍롤형 박판 주조기를 이용한 주편 제조공정을 나타낸 공정도임.
도 3은 본 발명의 주조시 주조롤에 형성된 요철의 일예를 나타낸 사진임.
도 4는 Ti 함유 스테인레스강 주편의 표면에 형성된 크랙을 관찰한 사진임.
도 5의 (a) 내지 (b)는 실시예에서 Ti함량 변화에 따라 제조된 주편의 표면을 관찰한 사진임.
도 6은 상기 도 5의 주편의 전사율을 측정하여 나타낸 그래프임.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 Ti를 함유하는 스테인레스강을 쌍롤형 박판연속 주조기를 이용하여 제조하는 방법에 관한 것이다.

상기 쌍롤형 박판 연속 주조기를 이용한 주편의 제조방법을 도 2를 참조하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2에 나타난 바와 같이, Ti를 함유한 스테인레스 용강을 반대방향으로 회전하는 주조롤(1)에 주입하여, 주편(8)으로 제조한다. 이때, 상기 주조롤(1)에 주입되는 용강의 용탕면을 완전히 덮을 수 있고 가스를 공급할 수 있는 메니스커스 실드(5)를 사용한다. 이때 사용하는 분위기 가스는 아르곤이나 질소인 것이 바람직하다.

상기 주조롤(1)의 표면에 요철이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 상기 주조롤 표면에 요철이 형성된 주조롤에 의하여 주조하면 용강은 항상 조도산에 먼저 접촉하게 되고, 이에 따라 조도산이 용강응고의 핵생성 위치가 된다. 따라서, 전폭으로 미세한 조도산의 공급은 응고시 핵생성 위치가 전폭으로 균일해짐에 따라 결과적으로 균일한 응고를 유발하여 결함이 없는 주편(strip)의 제조를 가능하게 한다. 도 3은 본 발명에 사용되는 상기 주조롤의 표면에 형성된 요철의 일예를 나타낸 사진이다. 위와 같은 효과를 얻기 위해서는 요철의 조도(Ra)가 10㎛이상으로 하는 것이 바람직하다.

상기 요철의 형성 방법은 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니며, 바람직한 예로는 숏블라스트 처리를 통해 형성하는 것이 바람직하다.

상기 분위기 가스는 응고셀이 주조롤 표면의 요철에 충분히 전사되도록 하는 역할을 한다. 일예로서, 질소를 분위기 가스로 사용하는 경우에 질소의 용강으로 흡수가 중요한데, 상기 질소의 흡수 속도는 다음과 같다.

질소의 흡수 속도(d[%N]/dt) = K (A/V)([%N]_S - [%N])

K: 물질 이동계수, A: 반응 계면적, V: 용강의 체적

[%N]_S: 질소의 평형 농도

[%N]: 질소의 실제 농도

상기 Ti 함유된 스테인레스강을 쌍롤형 박판 연속 주조기로 주편을 제조하는 경우에, 용강중의 Ti와 같은 산화성 원소가 용강의 표면에 산화물을 형성하게 되어, 상기 분위기 가스(특히, 질소가스)가 용강으로 용해되는 속도가 감소하고, 이에 따라 가스의 온도가 올라가고, 가스 팽창이 일어나 응고셀이 주조롤 표면에서 국부적으로 들뜨게 된다. 이렇게 표면에서 들뜬 응고셀이 주위의 응고셀에 의해서 힘을 받게 되어, 도 4에 나타난 바와 같은 표면 크랙의 원인이 된다.

이러한 표면 크랙의 원인을 해결하기 위해서, 본원발명에서는 상기 분위기 가스가 쉽게 용해되도록 하기 위해, 본 발명에서는 상기 Ti 함유 스테인레스 용강의 Ti의 함량을 0.3중량%이하로 제어한다.

한편, 본 발명에서는 상기 주편의 전사율이 80% 이상이 되도록 유지하는 것이 바람직하다. 상기 전사율(%)은 주조박판 표면조도(Ra)/주조롤 표면조도(Ra)*100으로 정의된다. 즉, 응고셀이 완전히 주조롤 표면 요철을 전사하여, 조도값이 동일하게 되면 전사율이 100%가 되게 된다. 이렇게 전사율이 높아지게 되면, 요철의 조도산에서 응고셀을 효과적으로 잡아주게 되어, 응고셀의 들뜸이 발생되지 않아 크랙의 발생하지 않는다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것으로, 하기 실시예에 의해서 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

(실시예)

상기 도 2의 쌍롤형 박판 주조기를 이용하여 Ti 함유 스테인레스강 주편을 제조하였다. 상기 쌍롤형 박판 주조기에서 주조롤의 표면 조도는 18㎛로 하고, Ti의 함량을 0.22중량%, 0.27중량%, 0.37중량% 및 0.41중량%로 함유한 스테인레스 용강을 사용하여 주편을 제조하였다.

이렇게 제조된 주편의 표면을 관찰한 사진을 도 5의 (a) 내지 (d)에 나타내었고, 각각의 전사율을 측정하여 이를 도 6의 그래프에 나타내었다.

Ti의 함량이 0.22중량%, 0.27중량%인 도 5(a) 및 (b)를 보면, 응고셀이 주조롤 표면에 전사되어, 주편의 표면에 요철이 발생하는 것을 확인할 수 있었고, 이들의 전사율은 모두 80% 이상인 것을 도 6을 통해 확인할 수 있다. 따라서, 이러한 경우에는 표면크랙이 방지된 건전한 박판을 제조할 수 있다.

반면에 Ti의 함량이 0.37중량%, 0.41중량%인 도 5(c) 및 (d)에서는 응고셀이 주조롤 표면에 전사가 되지 않아 제조된 주편의 표면에 요철이 거의 없게 되었다. 이들의 전사율은 모두 70% 이하인 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 응고셀의 전사가 거의 없으면, 주조롤의 조도산에서 응고셀을 효과적으로 잡아주지 못함에 따라 국부적인 응고셀의 들뜸이 발생하게 되고, 그 결과 표면에 크랙이 발생할 수 있게 된다.

1.....주조롤 2.....래들
3.....턴디쉬 4.....침지노즐
5.....메니스커스 실드 6.....브러쉬롤
7.....에지댐 8.....주편
9.....핀치롤 10.....냉각장치
11.....권취코일

Claims (4)

1. 반대방향으로 회전하는 두개의 주조롤 사이에 Ti 함유 스트인레스 용강을 주입하여 주편을 제조하는 방법에 있어서,
   상기 주조롤의 표면에는 요철이 형성되어 있고, 상기 용강 중 Ti의 함량은 0.3중량%이하이고, 상기 주편의 전사율(주조박판 표면조도(Ra)/주조롤 표면조도(Ra)*100)은 80% 이상인 것을 특징으로 하는 쌍롤형 연속박판 주조기를 이용한 Ti 함유 스테인레스 강판의 제조방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 주조롤의 표면에 형성된 요철의 조도는 Ra 10㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 쌍롤형 연속박판 주조기를 이용한 Ti 함유 스테인레스 강판의 제조방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 요철는 숏블라스트 처리에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 쌍롤형 연속박판 주조기를 이용한 Ti 함유 스테인레스 강판의 제조방법.
   
4. 삭제

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