KR101611671B1 - 페라이트계 스테인리스 강의 제조 방법 - Google Patents

페라이트계 스테인리스 강의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 페라이트계 스테인리스 강을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 용강의 개재물에 의한 결함 발생을 억제시킬 수 있어, 표면 품질이 우수한 페라이트계 스테인리스 강의 제조 방법을 제공한다.

Description

페라이트계 스테인리스 강의 제조 방법 {METHOD FOR MANUFACTURING FERRITIC STAINLESS STEEL}
본 발명은 페라이트계 스테인리스 강을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 개재물에 의한 결함 발생을 저감시킬 수 있는 페라이트계 스테인리스 강의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 스테인리스 강은 내식성과 가공성이 매우 중요하며, 특히 스테인리스 강에 함유된 티타늄은 스테인리스 강의 입계부식을 억제하는 역할을 하는 인자로서 중요하다.
그러나, 상기 티타늄이 산화되어 개재물로써 용강 내에 잔류하거나 티타늄의 산화를 억제하기 위해서 투입한 탈산제인 알루미늄이 산화되어 개재물로써 용강내에 잔류할 경우에는 연속주조 시 턴디쉬에 있는 용강을 주조용 몰드에 일정한 속도로 공급하는 역할을 하는 침지노즐 내벽에 개재물이 부착되어 응집 및 성장함으로써 노즐 구멍이 폐색되는 원인이 되고 용강 품질을 악화시켜 제품 표면에 결함을 발생시킨다.
이를 방지하고자 2 차 정련 (VOD) 공정에서 탈탄공정이 끝난 후, 탈산제의 투입으로 용강 중 산소와 슬래그 중 크롬 산화물을 제거하고 이후 충분히 탈산이 된 상태에서 티타늄을 투입한 다음, 후속 공정인 성분조정 단계에서, 알루미늄 산화물과 티타늄 산화물로 이루어진 고융점 개재물이 무해한 개재물인 CaO-Al2O3-TiO2계 성분을 갖는 개재물이 되도록 칼슘-실리콘을 투입하게 된다.
이러한 공정에 있어서, 종래에는 칼슘-실리콘을 투입하더라도 용강 중에 알루미늄 산화물과 티타늄 산화물로 이루어진 고융점 개재물이 상당량 잔존하는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 종래에는 티타늄의 산화를 방지하기 위한 방법 (특허문헌 1 및 2)이나, 특별한 장치 없이 탈산제의 투입량과 슬래그 염기도를 제어하는 방법 (특허문헌 3 및 4) 등이 제시되어 왔다.
상기 티타늄의 산화를 방지하기 위한 방법은 티타늄 함유 개재물을 무해화하여 침지노즐 폐색을 억제하고 양호한 표면품질을 얻고자 하는 것이다.
또한, 상기 슬래그 염기도를 제어하는 방법은, 종래에 공지되거나 사용되는 기술에서는, 염기도를 2.0보다 가능한 한 낮은 쪽으로 제어하여 슬래그의 유동성을 높여 개재물의 포집능력을 증대시키고 용강 중 알루미늄과 마그네슘의 활동도를 낮추어 MgO-Al2O3 스피넬 개재물의 발생을 억제하고자 하는 것이다.
그러나 이러한 경우 슬래그 중 SiO2가 용강 중 Ti에 의해 환원되면서 슬래그 및 개재물 중 TiO2를 증가시키는 악영향을 초래하기도 하고, 성분조정 (LT) 단계에서 래들 바닥으로부터 아르곤 (Ar)가스를 취입하여 용강 교반을 시킬 경우, 유동성이 좋은 슬래그가 오히려 용강 내부로 혼입되어 유해한 개재물의 수를 증가시키는 문제가 발생한다.
특허문헌 1: 미국 특허 등록 제5211744호 특허문헌 2: 미국 특허 등록 제4872907호 특허문헌 3: 일본 특허 등록 제4000674호 특허문헌 4: 일본 특허 등록 제4193784호
본 발명은 표면 품질이 우수한 페라이트계 스테인리스 강을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 전기로 (EAF) 공정, 정련로 (AOD) 공정, 2 차 정련 (VOD) 공정, 성분조정 (LT) 공정, 턴디쉬 (Tundish) 공정 및 연속주조 공정을 포함하는 페라이트계 스테인리스 강의 제조 방법에 있어서, 상기 정련로 (AOD) 공정 및 2 차 정련 (VOD) 공정에서 탈탄 과정을 수행한 용강에 알루미늄을 투입하여 용강을 탈산시키는 단계; 상기와 같이 탈산된 용강에 칼슘-실리콘 (Ca-Si)을 투입하는 단계; 및 상기와 같이 칼슘-실리콘 (Ca-Si)이 투입된 용강의 저부에서 불활성 가스를 취입하여 용강을 교반하는 단계를 포함하고, 상기 알루미늄 투입량과 칼슘-실리콘 투입량의 비(알루미늄 투입량/칼슘-실리콘 투입량)가 4.0 이하인 페라이트계 스테인리스 강의 제조 방법에 의하여 달성된다.
여기에서, 바람직하게는 상기 페라이트계 스테인리스 강은 중량%로 Cr (크롬): 10~30%, 함유하고, Ti (타이타늄): 0.1~0.5%, C (탄소); 500ppm이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
바람직하게는, 상기 용강의 교반 시 교반시간은 17분 이상이다.
바람직하게는, 상기 턴디쉬 용강온도는 1560℃ 이상이다.
본 발명에 따라 페라이트계 스테인리스 강을 제조함으로써, 용강의 개재물에 의한 결함 발생을 억제시킬 수 있어, 표면 품질이 우수한 페라이트계 스테인리스 강을 제공할 수 있다.
도 1은 칼슘-실리콘 투입 후, 래들 바닥으로부터 아르곤 가스를 취입하여 용강 전체를 교반시키는 시간과 턴디쉬 용강온도와 결함 발생 유무의 관계를 나타낸 것이다.
도 2는 알루미늄과 칼슘-실리콘 투입량의 비와 결함 발생 유무의 관계를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 강의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 탈탄 후의 알루미늄 투입량과 칼슘-실리콘(Ca-Si)투입량의 비를 제어하고 칼슘-실리콘 투입 후 용강을 적절히 교반시킴으로써 표면 품질이 우수한 페라이트계 스테인리스 강을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명은 전기로 (EAF) 공정, 정련로 (AOD) 공정, 2 차 정련 (VOD) 공정, 성분조정 (LT) 공정, 턴디쉬 (Tundish) 공정 및 연속주조 공정을 포함하는 페라이트계 스테인리스 강의 제조 방법에 바람직하게 적용된다.
본 발명에 적용될 수 있는 페라이트계 스테인리스 강은 특별히 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는, Cr (크롬): 10~30중량%, Ti (타이타늄): 0.1~0.5중량% 및 C (탄소); 500ppm이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 페라이트계 스테인리스 강을 들 수 있다.
본 발명에서는 상기 정련로 (AOD) 공정 및 2 차 정련 (VOD) 공정에서 탈탄 과정을 수행한 용강에 알루미늄을 투입하여 용강을 탈산시키는 단계; 상기와 같이 탈산된 용강에 칼슘-실리콘 (Ca-Si)을 투입하는 단계; 및 상기와 같이 칼슘-실리콘 (Ca-Si)이 투입된 용강의 저부에서 불활성 가스를 취입하여 용강을 교반하는 단계를 포함한다.
상기 알루미늄을 투입하여 용강을 탈산시키는 단계는 2 차 정련 (VOD) 탱크 내 주조래들에 위치한 용강에 대해서 실시하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 2 차 정련 (VOD)공정에서 탈탄공정이 끝난 후, 알루미늄을 투입함으로써 용강 중 산소와 슬래그 중 크롬산화물이 제거되어 용강의 청정도가 향상된다.
상기와 같이 탈산된 용강에 칼슘-실리콘 (Ca-Si)을 투입하는 단계에서는 알루미늄 산화물과 티타늄 산화물로 이루어진 고융점 개재물이 무해한 개재물인 CaO-Al2O3-TiO2계 성분을 갖는 개재물이 되도록 칼슘-실리콘을 투입하게 된다.
본 발명에서는 상기와 같이 용강에 투입되는 상기 알루미늄 투입량과 칼슘-실리콘 투입량의 비를 4.0 이하로 한정한다.
상기 알루미늄 투입량과 칼슘-실리콘 투입량의 비가 4.0을 초과하는 경우에는 용강 중에 알루미늄 산화물과 티타늄 산화물로 이루어진 고융점 개재물이 잔존하게 되어 개재물에 의한 결함을 발생시키게 되는 문제점이 있으므로, 상기 알루미늄 투입량과 칼슘-실리콘 투입량의 비를 4.0 이하로 한정한다.
상기와 같이 칼슘-실리콘(Ca-Si)이 투입된 용강의 저부에서 불활성 가스, 바람직하게는 아르곤 가스를 취입하여 용강을 교반한다. 이 때, 용강의 교반은 17분 이상 실시는 것이 바람직하다. 용강의 교반시간이 17분 미만인 경우에는 용강의 충분한 교반을 확보할 수 없어 용강 중의 개재물의 부상분리가 충분히 이루어지지 않아 결함이 발생될 우려가 있으므로, 용강의 교반 시간은 17분 이상으로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 턴디쉬 공정에서 턴디쉬 용강온도는 1560℃ 이상으로 한정하는 것이 바람직하다. 상기 턴디쉬 용강온도가 1560℃ 미만인 경우에는 턴디쉬내 용강 중 개재물이 충분히 부상분리 되지 않아 결함이 발생될 우려가 있으므로 상기 턴디쉬 용강온도가 1560℃이상으로 한정하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 페라이트계 스테인리스 강의 정련방법에 있어서, 전기로 출탕 후 정련로 (AOD)공정 및 2 차 정련 (VOD) 공정에서의 탈탄 과정 이후 2 차 정련 (VOD) 탱크 내 주조래들에 위치한 용강에 대해서, 알루미늄으로 탈산하고 성분조정 단계에서 칼슘-실리콘을 투입하는 과정에서 알루미늄 투입량과 칼슘-실리콘 투입량을 조절하여 개재물의 성분을 조정하고, 칼슘-실리콘 투입 후 래들 바닥으로부터 불활성 가스, 바람직하게는, 아르곤 가스를 취입하여 용강 전체를 교반시키는 시간을 충분히 유지시키고, 턴디쉬내 용강 중 개재물이 충분히 부상분리 되도록 함으로써, 제품 표면 품질을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 페라이트계 스테인리스 강의 제조 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
[ 실시예 ]
중량%로 Cr (크롬): 18중량%, Ti (타이타늄): 0.35% 및 C (탄소): 100ppm을 포함하는 페라이트계 스테인리스 용강을 2 차 정련 (VOD) 공정에서 알루미늄으로 탈산하고, 티타늄을 첨가하고, 성분조정(LT) 단계에서 칼슘-실리콘을 첨가하고, 이후 저부에서 아르곤 가스를 취입하여 용강을 교반한 다음, 턴디쉬 공정을 행하였다.
이 때, 알루미늄/칼슘-실리콘 투입량의 비, 후 교반 (Bottom Bubbling; BB) 시간 및 턴디쉬 용강온도를 하기 표 1에서와 같이 변화시켰다.
상기와 같이 제조된 스테인리스 강에 대하여 결함발생강도에 대하여 조사하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 상기 결함발생강도는 상기와 같이 제조된 스테인리스 강의 주편이 후속 공정인 열간압연-소둔-산세 공정을 거친 중간 제품 단계 (열연 코일) 에서 검사자가 육안으로 코일의 상하 표면에 발생한 표면 결함의 개수를 모두　측정하여, 발생하지 않은 경우에는 미발생, 그 개수가 하나의 코일 당 1개 이상 5개 미만인 경우에는 약, 5개 이상 10개 미만인 경우에는 중, 10개 이상 발생한 경우에는 강으로 나타내었다.
또한, 상기와 같이 제조된 스테인리스 강에 대하여 교반 시간과 턴디쉬 용강온도와 결함 발생 유무의 관계를 조사하고 그 결과를 도 1에 나타내고, 그리고 알루미늄과 칼슘-실리콘 투입량의 비와 결함 발생 유무의 관계를 조사하고 그 결과를 도 2에 나타내었다.
실시예No. Al/Ca-Si
투입비		 후 교반(BB)시간 (분) 턴디쉬(TD)용강온도 (℃) 결함발생강도
1 2.5 18 1563 미발생
2 3.3 20 1561 미발생
3 3.5 25 1564 미발생
4 4.5 20 1561 중
5 3.3 10 1565 약
6 3 18 1550 약
7 4.1 8 1563 강
8 2.5 15 1545 약
9 5 23 1555 중
10 5.5 3 1557 강
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 알루미늄/칼슘-실리콘 투입량의 비, 후 교반 (Bottom Bubbling; BB) 시간 및 턴디쉬 용강온도 조건 모두를 충족시키는 실시예 1~3의 경우 결함이 발생하지 않았다.
그리고, 알루미늄/칼슘-실리콘 투입량의 비가 4.0 이하인 경우(실시예 5, 6 및 8)에는 후 교반 (Bottom Bubbling; BB) 시간 및 턴디쉬 용강온도 조건이 충족되지 않더라도 결함 발생 정도가 약하게 나타남을 알 수 있다.
한편, 알루미늄/칼슘-실리콘 투입량의 비가 4.0을 초과하는 경우(실시예 4, 7, 9 및10)에는 결함 발생 정도가 다소 높게 나타남을 알 수 있다.
또한, 도 1에서는 후 교반 (BB) 시간과 턴디쉬 용강온도에 따라, 상기 실험의 결과가 양호하게 나왔는지 불량하게 나왔는지를 보여주고 있다. 칼슘-실리콘의 투입비에 따라 달라질 수 있지만, 후 교반 시간이 17분 이상이고 턴디쉬 용강 온다고 1560℃이상일 경우에는 대체적으로 양호하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 2에 나타난 바와 같이, 용강 중 알루미늄의 농도에 관계없이 알루미늄 투입량과 칼슘-실리콘 투입량의 비가 4.0을 초과하는 경우에는 결함이 발생함을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도면을 참조하여 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.

Claims (4)

  1. 전기로 (EAF) 공정, 정련로 (AOD) 공정, 2 차 정련 (VOD) 공정, 성분조정 (LT) 공정, 턴디쉬 (Tundish) 공정 및 연속주조 공정을 포함하는 페라이트계 스테인리스 강의 제조 방법에 있어서,
    상기 정련로 (AOD) 공정 및 2 차 정련 (VOD) 공정에서 탈탄 과정을 수행한 용강에 알루미늄을 투입하여 용강을 탈산시키는 단계;
    상기와 같이 탈산된 용강에 티타늄을 첨가하는 단계;
    상기와 같이 티타늄이 첨가된 용강에 칼슘-실리콘 (Ca-Si)을 투입하는 단계; 및
    상기와 같이 칼슘-실리콘 (Ca-Si)이 투입된 용강의 저부에서 불활성 가스를 취입하여 용강을 17분 이상 교반하는 단계를 포함하고,
    상기 알루미늄 투입량과 칼슘-실리콘 투입량의 비가 2.5 내지 3.5이며,
    상기 턴디쉬 용강온도는 1560℃ 이상인
    페라이트계 스테인리스 강의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 페라이트계 스테인리스 강은 중량%로 Cr (크롬): 10~30%, Ti (타이타늄): 0.1~0.5%, C (탄소); 500ppm이하(단, 0ppm 초과), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강의 제조 방법.
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