KR101516724B1 - 질소성분 보증이 가능한 비조질강 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진공탈가스 처리 완료된 용강에 질소합금와이어(FeMnN or FeCrN)를 먼저 투입함과 아울러 질소합금와이어의 질소함유량을 줄임으로써, 용강과 질소합금의 반응성을 줄일 수 있기 때문에 진공탈가스 처리된 용강의 재산화를 방지할 수 있으면서 비금속개재물의 형성을 억제할 수 있어 강의 청정도를 높일 수 있게 하는 질소성분 보증이 가능한 비조질강 제조방법에 관한 것으로서, LF공정 개시부터 LF공정이 완료될 때 까지 용강에 질소 가스를 주입 하는 S1단계; 진공탈가스 공정을 실시하는 S2단계; 질소합금와이어을 투입하여 용강 중 질소함유량이 140ppm~200ppm이 되도록 질소성분을 보증 하는 S3단계; 약한 저취교반을 통해 용강을 진정시키는 S4단계; 칼슘-실리콘(Ca-Si)합금 와이어를 투입하여 용강 중 칼슘-실리콘(Ca-Si)함유량이 300~400ppm이 되도록 칼슘-실리콘(Ca-Si)성분을 보증하는 S5단계; 및 황(S)와이어를 투입하여 용강 중 황(S)함유량이 400~450ppm이 되도록 황(S)성분을 보증하는 S6단계;를 포함한다.

Description

질소성분 보증이 가능한 비조질강 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING NON-NORMALIZED STEEL OF POSSIBLE ASSURANCE NITROGEN COMPONENT}
본 발명은 질소성분 보증이 가능한 비조질강 제조방법에 관한 것으로서, 진공탈가스 처리 완료된 용강에 질소합금와이어(FeMnN or FeCrN)를 먼저 투입함과 아울러 질소합금와이어의 질소함유량을 줄임으로써, 용강과 질소합금의 반응성을 줄일 수 있기 때문에 진공탈가스 처리된 용강의 재산화를 방지할 수 있으면서 비금속개재물의 형성을 억제할 수 있어 강의 청정도를 높일 수 있게 하는 질소성분 보증이 가능한 비조질강 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 엔진, 미션, 섀시 등의 자동차 부품에 적용되는 소재는 친환경, 고출력, 고품질의 목표 하에 고강도화 되고 있는 추세이다.
이러한 자동차 부품용 소재는 주로 기계 구조용 합금강이 사용된다. 기계 구조용 합금강은 일반적으로 열간 압연 또는 냉간 압연에 의한 합금강의 제조 과정, QT(Quenching and Tempering)와 같은 조질 처리 과정, 그리고 절삭 가공 과정을 거쳐 제조된다.
그러나 상기의 조질 처리 과정은 시간 및 비용을 요하는 바, 상기의 조질 처리 과정을 생략하여 원가절감, 생산성 향상 등을 추구하기 위하여 비조질강(non quenched and tempered steel)이 개발되었다.
비조질강은, 주된 조직이 통상 페라이트와 펄라이트이다. 그러나, 이 경우, 강도 향상에 한계가 있어, 최근에는 경화능을 높인 베이나이트계 비조질강에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 그러나, 베이나이트계 비조질강의 경우, 고경도화에 따른 가공성이 매우 낮은 문제점이 있다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0109548호(2009.10.20. 공개) 및 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0098488(2013.09.05.)호가 있다.
본 발명은 진공탈가스 처리 완료된 용강에 질소합금와이어(FeMnN or FeCrN)를 먼저 투입함과 아울러 질소합금와이어의 질소함유량을 줄임으로써, 용강과 질소합금의 반응성을 줄일 수 있기 때문에 진공탈가스 처리된 용강의 재산화를 방지할 수 있으면서 강의 청정도를 높일 수 있게 하는 질소성분 보증이 가능한 비조질강을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 의하면, LF공정 개시부터 LF공정이 완료될 때 까지 용강에 질소 가스를 주입 하는 S1단계; 진공탈가스 공정을 실시하는 S2단계; 질소합금와이어을 투입하여 용강 중 질소함유량이 140ppm~200ppm이 되도록 질소성분을 보증 하는 S3단계; 약한 저취교반을 통해 용강을 진정시키는 S4단계; 칼슘-실리콘(Ca-Si)합금 와이어를 투입하여 용강 중 칼슘-실리콘(Ca-Si)함유량이 300~400ppm이 되도록 칼슘-실리콘(Ca-Si)성분을 보증하는 S5단계; 및 황(S)와이어를 투입하여 용강 중 황(S)함유량이 400~450ppm이 되도록 황(S)성분을 보증하는 S6단계;를 포함할 수 있다.
구체적으로 S1단계에서 주입되는 질소 가스는 45~55 Nm3/hr의 유량으로 주입될 수 있다.
구체적으로 S2단계에서는 25~35Nm3/hr 유량으로 주입되는 질소 가스를 이용한 저취 질소 교반이 진공탈가스 공정 개시부터 진공탈가스 공정이 완료될 때 까지 지속적으로 주입되며, S2단계는 용강 중 질소 함유량이 120ppm 이상이 확보될 때 까지 진행될 수 있다.
구체적으로 S3단계에서 질소합금와이어는 질산화 페로망간(FeMnN) 또는 질산화 철산크롬(FeCrN) 중 어느 하나가 투입되며, 질산화 페로망간(FeMnN)은 3~5%의 질소함유량을 가지면서 용강량의 2.8~3.5배가 투입되고, 질산화 철산크롬(FeCrN)은 5%의 질소함유량을 가지면서 용강량의 3.2~3.5배가 투입될 수 있다.
구체적으로 S5단계에서는 용강량에 대해 1배의 칼슘-실리콘(Ca-Si)합금와이어가 투입되며, S6단계에서는 용강량에 대해 1.5~3.O배의 황(S)와이어가 투입될 수 있다.
구체적으로 S3단계에서는, 1~3Nm3/hr 유량의 질소 가스를 이용한 저취 질소 교반 3~5분 실시될 수 있다.
구체적으로 S4단계, S5단계, 및 S6단계에서는 1~3Nm3/hr 유량을 가지는 질소 가스를 이용해 약한 저취 질소 교반이 지속적으로 수행될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 질소성분 보증이 가능한 비조질강 제조방법에 따르면, 진공탈가스 처리 완료된 용강에 질소함유량을 줄인 질소합금와이어(FeMnN or FeCrN)를 칼슘실리콘합금와이어 및 황와이어 보다 먼저 투입함으로써, 용강과 질소합금의 반응성을 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따르면, 용강과 질소합금의 반응성을 줄일 수 있기 때문에 진공탈가스 처리된 용강의 재산화를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 강의 청정도를 높일 수 있게 하는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 질소성분 보증이 가능한 비조질강 제조방법의 전체 구성을 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 질소성분 보증이 가능한 비조질강 제조방법을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 질소성분 보증이 가능한 비조질강을 제조하기 위해서는, 우선 LF공정 개시부터 LF공정이 완료될 때 까지 용강에 질소 가스를 주입한다(S1단계).
이때, 주입되는 질소 가스는 45~55 Nm3/hr의 유량으로 주입되는데, 전술한 유량의 질소 가스를 LF공정 개시부터 LF공정이 끝날 때 까지 지속적으로 주입되지 않으면 후속되는 진공탈가스 공정 이후에 더 많은 양의 질소합금와이어를 투입하여야만 하고, 그로 인해 더 많은 비금속개재물이 형성된다.
전술한 바와 같이, 질소 가스를 주입하면서 LF공정이 완료되면(S1단계), 다음으로 진공탈가스 공정을 실시한다(S2단계).
진공탈가스 공정은 누구나 알 수 있듯이 용강 중에 잔존하는 산소 및 수소가스를 제거하기 위한 것이다. 즉 산소 및 수소가스는 비금속개재물 형성 및 연속주조 과정을 통해 제조되는 반제품 블룸의 표면 및 내부 크랙 형성 등의 품질에 악영향을 미치기 때문에 진공탈가스 공정(S2단계)을 통해 제거하게 된다.
한편, 진공탈가스 공정(S2단계)에서는 질소 가스를 이용한 저취 질소 교반이 동시에 수행되는데, 이때 주입되는 질소 가스는 25~35Nm3/hr 유량으로 진공탈가스 공정 개시부터 진공탈가스 공정이 완료될 때 까지 지속적으로 주입된다. 그리고 진공탈가스 공정(S2단계)은 용강 중 질소 함유량이 120ppm 이상이 확보될 때 까지 진행된다.
여기서 용강 중 질소 함유량이 120ppm 미만이거나, 주입되는 질소 가스가 25~35Nm3/hr 유량으로 주입되지 않으면 후속되는 공정에서 더 많은 양의 질소합금와이어를 투입하여야만 하고, 그로 인해 더 많은 비금속개재물이 형성된다.
전술한 바와 같이 진공탈가스 공정이 완료되면(S2단계), 이어서 용강 중 질소함유량이 140ppm~200ppm이 되도록 질소성분을 보증한다(S3단계).
질소성분의 보증(S3단계)은 질소합금와이어를 용강 중에 투입함으로써 이루어지는데, 용강 중에 투입되는 질소합금와이어로는 질산화 페로망간(FeMnN) 또는 질산화 철산크롬(FeCrN) 중 어느 하나가 투입된다.
이때 질산화 페로망간(FeMnN)과 질산화 철산크롬(FeCrN)은 질소를 첨가하여 합금화 할 수 있는 최소 질소 성분을 가지는데, 즉 질산화 페로망간(FeMnN)은 3~5%의 질소함유량을 가지는 것이 바람직하며, 질산화 철산크롬(FeCrN)은 5%의 질소함유량을 가지는 것이 바람직하다. 이렇게 질소합금와이어이 질소성분을 줄임으로써 용강의 재산화를 방지할 수 있으면서 비금속개재물의 형성을 억제할 수 있다.
한편, 질소합금와이어는 용강량의 2.8~3.5배가 투입되는데, 바람직하게는 질산화 페로망간(FeMnN)은 용강량의 2.8~3.5배가 투입되며, 질산화 철산크롬(FeCrN)은 용강량의 3.2~3.5배가 투입된다. 여기서 질산화 페로망간(FeMnN)이 용강 100톤에 대하여 200m 미만 또는 초과하여 투입되면 원하는 질소함유량을 기대하기 어려우며, 가지로 철산크롬(FeCrN)은 용강 100톤에 대하여 160m 미만 또는 초과하여 투입되면 원하는 질소함유량을 기대하기 어렵다.
그리고 질소성분의 보증(S3단계) 시 질소합금와이어 투입에 따른 용강의 재산화 및 용강속의 합금원소의 불규칙도를 낮추기 위해 저취 질소 교반이 수행되는데, 이때 질소 가스는 1~3Nm3/hr 유량으로 3~5분간 주입된다. 이때 주입되는 질소 가스의 유량이 1Nm3/hr 미만이면 교반이 용이하게 이루어지지 않으며, 질소 가스의 유량이 3Nm3/hr 초과하면 용강이 대기 중의 공기와 접촉하는 나탕현상이 발생한다.
그리고 질소 가스의 주입 시간이 3분 미만이면 비금속개재물의 응집 및 군집이 이루어지지 않을 뿐만 아니라 부상분리되지 않으며, 질소 가스의 주입 시간이 5분을 초과하면 과다한 질소 가스의 사용으로 제조비용이 상승할 뿐만 아니라 작업시간이 길어진다.
한편, 질소성분 보증이 완료되면(S3단계), 약한 저취교반을 통해 용강을 진정시킨 후(S4단계), 용강 청정처리를 위해 용강 중 칼슘-실리콘(Ca-Si)함유량이 300~400ppm이 되도록 칼슘-실리콘(Ca-Si)성분을 보증한 다음(S5단계), 용강 중 황(S)함유량이 400~500ppm이 되도록 황(S)성분을 보증하여 본 발명에 따른 질소성분 보증이 가능한 비조질강의 제강을 완료한다(S6단계).
칼슘-실리콘(Ca-Si)의 함유량을 300~400ppm으로 유지하기 위해서는 용강량에 대해 1배의 칼슘-실리콘와이어가 투입되며, 황(S)의 함유량이 400~450ppm으로 유지하기 위해서는 용강량에 대하여 1.5~3.0배의 황(S)와이어가 투입된다. 다시 말해 칼슘-실리콘(Ca-Si)의 함유량을 300~400ppm으로 유지하기 위해서는 칼슘-실리콘(Ca-Si)합금와이어는 용강 100톤에 대하여 100m가 투입되며, 황(S)의 함유량이 400~450ppm으로 유지하기 위해서는 황(S)와이어는 용강 100톤에 대하여 150~300m가 투입된다.
한편, 용강 진정 S4단계, 칼슘-실리콘(Ca-Si)성분 보증 S5단계, 및 황(S) 성분 보증 S6단계에서는 1~3Nm3/hr 유량을 가지는 질소 가스를 이용해 약한 저취 질소 교반이 지속적으로 수행된다.
여기서 용강 진정 S4단계, 칼슘-실리콘(Ca-Si)성분 보증 S5단계, 및 황(S) 성분 보증 S6단계에서 질소 가스의 유량이 1Nm3/hr 미만이면 교반이 용이하게 이루어지지 않으며, 질소 가스의 유량이 3Nm3/hr 초과하면 용강이 대기 중의 공기와 접촉하는 나탕현상이 발생한다.
본 발명에 따른 질소성분 보증이 가능한 비조질강 제조방법에 따르면, 진공탈가스 처리 완료된 용강에 질소함유량을 줄인 질소합금 와이어(FeMnN or FeCrN)를 칼슘실리콘합금와이어 및 황 합금 와이어 보다 먼저 투입함으로써, 용강과 질소합금의 반응성을 줄일 수 있다.
또한 본 발명에 따르면, 용강과 질소합금의 반응성을 줄일 수 있기 때문에 진공탈가스 처리된 용강의 재산화를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 강의 청정도를 높일 수 있게 한다.
상기와 같은 질소성분 보증이 가능한 비조질강 제조방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

Claims (7)

  1. LF공정 개시부터 LF공정이 완료될 때 까지 용강에 질소 가스를 주입 하는 S1단계;
    진공탈가스 공정을 실시하는 S2단계;
    질소합금와이어을 투입하여 용강 중 질소함유량이 140ppm~200ppm이 되도록 질소성분을 보증 하는 S3단계;
    약한 저취교반을 통해 용강을 진정시키는 S4단계;
    칼슘-실리콘(Ca-Si)합금 와이어를 투입하여 용강 중 칼슘-실리콘(Ca-Si)함유량이 300~400ppm이 되도록 칼슘-실리콘(Ca-Si)성분을 보증하는 S5단계; 및
    황(S)와이어를 투입하여 용강 중 황(S)함유량이 400~450ppm이 되도록 황(S)성분을 보증하는 S6단계;를 포함하며,
    상기 S1단계에서 주입되는 질소가스는 45~55 Nm3/hr의 유량으로 주입되는 질소성분 보증이 가능한 비조질강 제조방법.


  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 S2단계에서는 25~35Nm3/hr 유량으로 주입되는 질소가스를 이용한 저취 질소 교반이 상기 진공탈가스 공정 개시부터 상기 진공탈가스 공정이 완료될 때 까지 지속적으로 주입되며,
    상기 S2단계는 용강 중 질소 함유량이 120ppm 이상이 확보될 때 까지 진행되는 질소성분 보증이 가능한 비조질강 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 S3단계에서 상기 질소합금와이어는 질산화 페로망간(FeMnN) 또는 질산화 철산크롬(FeCrN) 중 어느 하나가 투입되며,
    상기 질산화 페로망간(FeMnN)은 3~5%의 질소함유량을 가지면서 용강량의 2.8~3.5배가 투입되며, 상기 질산화 철산크롬(FeCrN)은 5%의 질소함유량을 가지면서 용강량의 3.2~3.5배가 투입되는 질소성분 보증이 가능한 비조질강 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 S5단계에서는 용강량에 대해 1배의 상기 칼슘-실리콘(Ca-Si)합금와이어가 투입되며,
    상기 S6단계에서는 용강량에 대해 1.5~3.O배의 상기 황(S)와이어가 투입되는 질소성분 보증이 가능한 비조질강 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 S3단계에서는,
    1~3Nm3/hr 유량의 질소 가스를 이용한 저취 질소 교반 3~5분 실시되는 질소성분 보증이 가능한 비조질강 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 S4단계, 상기 S5단계, 및 상기 S6단계에서는
    1~3Nm3/hr 유량을 가지는 질소가스를 이용해 약한 저취 질소 교반이 지속적으로 수행되는 질소성분 보증이 가능한 비조질강 제조방법.
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