KR101674762B1

KR101674762B1 - 쌍롤식 박판 주조장치, 이를 이용한 듀플렉스 스테인리스 박강판의 제조방법 및 듀플렉스 스테인리스 박강판

Info

Publication number: KR101674762B1
Application number: KR1020140186477A
Authority: KR
Inventors: 정성인; 황석균; 박철민
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2016-11-10
Also published as: KR20160077370A; US20190144967A1; US20160177415A1; CN105714212A; CN105714212B

Abstract

본 발명은 쌍롤식 박판 주조장치, 이를 이용한 듀플렉스 스테인리스 박강판의 제조방법 및 듀플렉스 스테인리스 박강판에 관한 것이다. 본 발명은 일 실시형태로서, 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 주조롤, 상기 한 쌍의 주조롤의 양측면에 용강풀이 형성되도록 설치되는 에지댐, 및 상기 용강풀의 상부를 덮어 외기와 용강풀의 접촉을 차단토록 제공되는 메니스커스 쉴드를 포함하고, 상기 주조롤의 표면에는 원주 방향을 따라 산과 골이 교대로 배치되며, 중심부에서보다 에지부에서 상기 산의 면적 비율인 산 면적율이 높은 쌍롤식 박판 주조장치를 제공한다.
중심부에서보다 에지부에서 상기 산의 면적 비율인 산 면적율이 높은 주조롤을 이용함으로써, 에지 품질이 향상된 스테인리스 박강판이 제공될 수 있다.

Description

쌍롤식 박판 주조장치, 이를 이용한 듀플렉스 스테인리스 박강판의 제조방법 및 듀플렉스 스테인리스 박강판{TWIN ROLL STRIP CASTER, METHOD FOR MANUFACTURING DUPLEX STAINLESS THIN STEEL SHEET BY USING THE SAME AND DUPLEX STAINLESS THIN STEEL SHEET}

본 발명은 쌍롤식 박판 주조장치, 이를 이용한 듀플렉스 스테인리스 박강판의 제조방법 및 듀플렉스 스테인리스 박강판에 관한 것이다.

일반적으로 가공성과 내식성이 양호한 오스테나이트계 스테인리스강은 철(Fe)을 소지금속으로 하여, 크롬(Cr), 니켈(Ni)을 주요한 원료로 함유하고 있으며, 몰리브덴(Mo) 및 구리(Cu) 등의 기타 원소들을 첨가하여 각종 용도에 맞도록 다양한 강종으로 개발되고 있다. 내식성 및 가공성이 우수한 304계, 316계 스테인리스강은 고가의 원료인 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 등을 포함하고 있어, 이에 대한 대체 방안으로 200계 및 400계 스테인리스강이 대두되기도 하였다. 다만, 200계 및 400계 스테인리스강은 각각 성형성 및 내식성에서 300계 스테인리스강보다 우수한 특성을 갖지 못한다.

한편, 오스테이나트 상과 페라이트 상이 혼합된 듀플렉스 스테인리스강은 오스테나이트계 및 페라이트계가 가지는 장점을 모두 가지고 있어, 다양한 종류의 듀플렉스 스테인리스강이 개발되고 있다. 듀플렉스 스테인리스강의 경우, 내식성을 보다 높이기 위해 질소를 다량 함유하여, 다양한 부식 환경에서 우수한 내부식성을 가지며, AISI의 304, 316 등의 오스테나이트계 스테인리스강보다 우수한 내부식성을 나타낸다. 다만, 이러한 듀플렉스 스테인리스강은 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 등의 고가 원소를 포함하고 있기 때문에, 제조 비용이 상승된다.

최근에는 이러한 듀플렉스 스테인리스강의 가격 경쟁력을 보완하기 위하여, 듀플렉스 스테인리스강에 포함되어 있는 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 등의 고가 합금 원소를 배제하고 저원가의 합금원소를 첨가한 린 듀플렉스(lean duplex) 스테인리스강에 대한 관심이 증대되고 있다. 그러나, 이러한 린 듀플렉스 스테인리스강은 페라이트계 상과 오스테나이트계 상 사이의 강도 차이에 따라 열간 가공성이 취약하여 표면 균열 및 에지 균열이 발생하는 단점이 있다.

1. 미국등록특허 제5624504호('Duplex structure stainless steel having high strength and elongation and a process for producing the steel', 공개일: 1997년 4월 29일) 2. 한국공개특허 제2013-0135575호('쌍롤식 박판주조기를 이용한 고질소 듀플렉스 스테인레스 박강판의 제조방법', 공개일: 2013년 12월 11일)

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제 중 하나는, 에지 품질이 향상된 스테인리스 박강판을 제조할 수 있는 쌍롤식 박판 주조장치, 이를 이용한 듀플렉스 스테인리스 박강판의 제조방법 및 듀플렉스 스테인리스 박강판 을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에서는, 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 주조롤; 상기 한 쌍의 주조롤의 양측면에 용강풀이 형성되도록 설치되는 에지댐; 및 상기 용강풀의 상부를 덮어 외기와 용강풀의 접촉을 차단토록 제공되는 메니스커스 쉴드를 포함하고, 상기 주조롤의 표면에는 원주 방향을 따라 산과 골이 교대로 배치되며, 중심부에서보다 에지부에서 상기 산의 면적 비율인 산 면적율이 높은 쌍롤식 박판 주조장치를 제공한다.

일 실시예에서, 상기 산 면적율은 상기 중심부에서는 일정하고, 상기 에지부에서는 상기 중심부와의 경계로부터 멀어질수록 연속적으로 증가할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 산 면적율은 상기 중심부에서는 약 10~40 %이며, 상기 에지부에서는 최대 70 %까지 증가할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 에지부의 폭은 상기 주조롤의 일단으로부터 50~200 mm일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 중심부에서의 가스배출지수(G) 값은 80~130이고, 상기 에지부에서의 G값은 상기 중심부의 경계로부터 최소 50~70의 범위까지 연속적으로 감소하며, G = 상기 골의 폭(w) × 깊이(d) / 피치(p)일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는, 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 주조롤 사이에 용강이 주입되어 주조박판을 형성하는 단계; 및 상기 주조박판을 압연기에서 압연하여 열연박판을 제조하는 단계를 포함하고, 상기 주조롤의 표면에는 원주 방향을 따라 산과 골이 교대로 배치되며, 중심부에서보다 에지부에서 상기 산의 면적 비율인 산 면적율이 높은 듀플렉스 스테인리스 박강판의 제조방법을 제공한다.

일 실시예에서, 상기 압하율이 15~60 %의 범위일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 열연박판을 소둔하는 단계를 더 포함하고, 소둔 온도는 1000~1250 ℃의 범위일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는, 상기 듀플렉스 스테인리스 박강판의 제조방법에 의해 제조된 듀플렉스 스테인리스 박강판을 제공한다.

일 실시예에서, 상기 듀플렉스 스테인리스 박강판은, 중량 %로, C : 0.1% 이하(0% 제외), Si : 0.2~3.0%, Mn : 1.0~4.0%, Cr : 19.0~23.0%, Ni : 0.3~2.5%, N : 0.15~0.3%, Cu : 0.3~2.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 듀플렉스 스테인리스 박강판은, 압연방향에 직각방향으로의 연신율이 25~55 %이며, 항복강도는 350~700 MPa일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 듀플렉스 스테인리스 박강판은, 압연방향에서의 재결정립의 길이가 약 4~9 ㎛이고, 폭넥킹이 10 mm이하일 수 있다.

중심부에서보다 에지부에서 상기 산의 면적 비율인 산 면적율이 높은 주조롤을 이용함으로써, 에지 품질이 향상된 스테인리스 박강판을 제조할 수 있는 쌍롤식 박판 주조장치, 이를 이용한 듀플렉스 스테인리스 박강판의 제조방법 및 듀플렉스 스테인리스 박강판이 제공될 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 쌍롤식 박판 주조장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 쌍롤식 박판 주조장치의 주조롤 표면을 도시하는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 쌍롤식 박판 주조장치의 주조롤 표면의 3차원 이미지이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 주조롤의 폭 방향을 따른 산 면적율 및 가스배출지수(G)를 나타내는 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 비교예와 본 발명의 실시예에 따른 주편의 고온 사진들이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 비교예와 본 발명의 실시예에 따른 주조재의 표면 사진들이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 비교예와 본 발명의 실시예에 따른 주조재의 냉연 소둔 후의 미세조직 사진들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 다음과 같이 설명한다.

본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형되거나 여러 가지 실시예가 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시예는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 쌍롤식 박판 주조장치로, 용강을 수용하는 래들(1), 수용된 용강이 유입되는 턴디쉬(2), 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 주조롤(5), 주조롤들(5) 사이로 용강을 공급하는 주입노즐(3), 주조롤(5)의 양측면에 용강풀이 형성되도록 섬프(sump)(4)를 형성하는 에지댐(6) 및 상기 용강풀의 상부를 덮어 외기와 용강풀의 접촉을 차단하도록 제공되는 메니스커스 쉴드(7)를 포함한다. 또한, 쌍롤식 박판 주조기는 압연기(8), 냉각 장치(9) 및 권취기(10)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 쌍롤식 박판 주조공정에서는, 도 1의 쌍롤식 박판 주조장치를 이용하며, 용강을 래들(1)에 수용시키고, 수용된 용강은 노즐을 따라 턴디쉬(2)로 유입된다. 턴디쉬(2)로 유입된 용강은 주조롤들(5) 양 끝단부에 설치된 에지댐(6)의 사이, 즉, 주조롤들(5)의 사이로 용강 주입노즐(3)을 통해 공급되어 응고가 개시된다. 이 때, 메니스커스 쉴드(7)에 의해 주조롤들(5) 사이의 용강풀에서의 산화를 방지하여 용강풀의 상면을 보호할 수 있으며, 소정 가스를 주입하여 분위기를 조절할 수 있다. 상기 용강은 양 주조롤들(5)이 만나는 롤 닙을 빠져나오면서 박판으로 제조되어 인발될 수 있으며, 압연기(8)를 거쳐 압연이 된 후 냉각 장치(9)를 거쳐 권취기(10)에서 권취된다.

용강으로부터 두께 10mm 이하의 박판을 직접 제조하는 쌍롤식 박판 주조공정에 있어서, 빠른 속도로 반대방향으로 회전하는 내부 수냉식 양 주조롤들(5) 사이에 주입노즐(3)을 통해 용강을 공급하여 원하는 두께의 박판을 균열이 없고 실수율이 향상되도록 제조하는 것이 중요하다.

또한, 쌍롤식 박판 주조공정을 이용하여 고질소 함유 듀플렉스 스테인리스강과 같이 가스 배출이 발생하는 박강판을 제조하기 위해서는, 가스 배출이 가능한 주조롤 표면처리기술이 필요하며, 폭 방향으로 균일하게 냉각이 이루어질 수 있도록 제어하는 것이 요구된다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 쌍롤식 박판 주조장치의 주조롤(5)의 일부 표면(5S)이 도시된다. 주조롤의 표면(5S)은 일단으로부터 소정 폭을 갖는 에지부 및 에지부들 사이의 중심부를 포함할 수 있으며, 도 2에서는 에지부와 중심부의 경계를 포함하는 일부 영역이 도시된다.

주조롤의 표면(5S)에는 산(110) 및 골(120)이 주조롤(5)의 주조 방향 또는 롤링 방향을 따라 연장되며 교대로 형성될 수 있다. 도 3에는 이러한 주조롤(5)의 일부 표면의 3차원 이미지가 도시된다. 즉, 산(110) 및 골(120)은 주조롤(5)의 원주 방향을 따라 라인 형상으로 배치될 수 있다. 고질소 듀플렉스 스테인리스강의 경우, 응고 시에 용해도 차이에 의해 질소 가스 배출이 발생하므로, 주조롤 표면(5S)에 이와 같이 골(120)을 형성하여 가공함으로써 가스 배출을 용이하게 할 수 있다.

특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 에지부로부터 중심부를 향할수록 산(110)의 면적율이 감소될 수 있다. 따라서, 에지부의 어느 하나의 산(110)의 폭(L1)은 중심부와 인접한 산(110)의 폭(L2)보다 클 수 있다. 또한, 상기 에지부의 산들(110)의 폭(L1, L2)은 중심부의 산(110)의 폭(L3)보다 클 수 있다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주조롤의 폭 방향을 따른 산 면적율 및 가스배출지수(G)의 값이 도시된다. 그래프는 에지부의 일단, 즉 주조롤의 일단으로부터 중심부를 향하여 길이에 따른 변화를 도시한다.

중심부의 산 면적율은 10~40 %일 수 있으며, 산 면적율이 일정할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 중심부의 산 면적율이 10 %보다 작은 경우, 주조롤과 응고쉘이 달라붙어 주조 진행이 힘들 수 있으며, 40 %보다 크면 에지부와의 응고능 차이가 크지 않아 에지부의 응고지연을 방지하기 어려울 수 있다.

에지부의 산 면적율은 중심부보다 클 수 있다. 또한, 에지부의 산 면적율은 중심부로부터 멀어지는 방향으로 증가할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 에지부의 산 면적율은 10~70 %일 수 있으며, 에지부에서 산 면적율은 연속적으로 변화될 수 있다. 에지부에서의 최대 70 %의 산 면적율은 가스 배출을 고려한 값이다.

산 면적율의 천이 경계, 즉 산 면적율이 변화하다가 균일하게 변화하는 에지부와 중심부와의 천이 경계는 주조롤의 일단으로부터 50~200 mm일 수 있다. 즉, 에지부의 폭은 주조롤의 일단에서 각각 50~200 mm일 수 있다. 상기 천이 경계는 에지부를 따라 응고 지연이 발생하는 위치에 대응될 수 있다.

중심부의 가스배출지수(G)는 80~130일 수 있으며, 에지부에서 G값은 연속적으로 감소하여 최소 50~70의 범위까지 감소될 수 있다. 여기서 G값은 가스배출지수로서, G = 골의 폭(w) × 깊이(d) / 피치(p) 이고, 단위 피치(pitch)당 골 면적을 나타낸다.

중심부의 G값이 80보다 작을 경우 주조재 표면에 미세 크랙이나 디프레션(depression)이 발생할 수 있고, 130 이상인 경우 골 깊이가 너무 깊어 주조롤과 응고쉘이 달라 붙어 주조 진행이 어려울 수 있다.

만약, 폭 방향을 따라 일정한 산 면적율을 갖는 주조롤을 이용하게 되면, 에지부에서 응고 지연이 발생하여 에지 벌징 또는 용강누출까지 발생할 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따르면, 산 및 골의 폭을 상기와 같이 조절한 주조롤을 사용하여 고질소 린 듀플렉스 스테인리스강을 제조함으로써, 응고 정도를 제어할 수 있게 된다. 산의 면적율이 높을수록 응고능이 향상됨을 시험결과로부터 알 수 있었으며, 이를 바탕으로 에지부에서 산 면적율을 높임으로서 에지 벌징을 방지할 수 있었다. 또한 G값이 일정 이상의 값을 가지도록 미세홈 형태의 골을 가공하고, 에지부와 중심부에 차등적용하여 표면 및 에지품질이 양호한 주조재를 제조할 수 있었다.

이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 듀플렉스 스테인리스 박강판을 제조하는 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따르는 듀플렉스 스테인리스 박강판의 제조방법은 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 주조롤 사이에 용강이 주입되어 주조박판을 형성하는 단계; 및 상기 주조박판을 압연기에서 압연하여 열연박판을 제조하는 단계를 포함한다.

상기 주조롤의 표면에는 원주 방향을 따라 산과 골이 교대로 배치되며, 중심부에서보다 에지부에서 상기 산의 면적 비율인 산 면적율이 높다.

상기 주조박판은 1~6 mm의 두께를 가질 수 있고, 1000~1400 mm의 폭을 가질 수 있다.

상기 압연시 압하율은 15~60 %의 범위일 수 있다.

상기 압하율이 15%보다 작은 경우에는 중심 편석부에 기공이 생성되어 품질 저하를 가져올 수 있으며, 60%보다 큰 경우에는 압연 설비의 사양 한계로서, 압연이 불가능할 수 있다.

상기 열연박판은 0.7~4 mm의 두께를 가질 수 있고, 1000~1400 mm의 폭을 가질 수 있다.

본 발명에서는 상기 열연박판을 소둔하는 단계를 더 포함할 수 있고, 이 때, 소둔 온도는 1000~1250 ℃의 범위일 수 있다.

이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 듀플렉스 스테인리스 박강판에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 듀플렉스 스테인리스 박강판은, 중량 %로, C : 0.1% 이하(0% 제외), Si : 0.2~3.0%, Mn : 1.0~4.0%, Cr : 19.0~23.0%, Ni : 0.3~2.5%, N : 0.15~0.3%, Cu : 0.3~2.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 다만, 편석을 억제하기 위해 인(P) 및 황(S)은 최소로 포함할 수 있다.

탄소(C)는 오스테나이트 상 형성 원소로서, 고용 강화에 의한 재료 강도 증가에 유효한 원소이다. 다만, 과다 첨가하는 경우, 페라이트-오스테나이트 상의 경계에서 내식성에 유효한 크롬(Cr)과 같은 탄화물 형성 원소와 쉽게 결합하여 결정립계 주위의 크롬(Cr) 함량을 낮추어 내부식성을 감소시키기 때문에, 내식성을 최대로 하기 위해서는 0.1 % 이하의 범위로 첨가할 수 있다.

실리콘(Si)은 탈산효과를 위하여 일부 첨가되며, 페라이트 상 형성 원소로서, 소둔 열처리 시 페라이트에 농화되는 원소이다. 따라서, 적정한 페라이트 상 분율의 확보를 위하여 0.2 % 이상 첨가한다. 다만, 3.0 % 이상 첨가하는 경우, 페라이트 상의 경도를 급격히 증가시켜서 연신율을 저하시켜, 연신율 확보에 영향을 미치는 오스테나이트 상의 확보를 어렵게 할 수 있다. 또한, 과다 첨가 시에는 제강 공정에서 슬래그 유동성을 저하시키고, 산소와 결합하여 개재물을 형성하여 내식성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 실리콘(Si)의 함량은 0.2~3.0 %의 범위에서 결정될 수 있다.

질소(N)는 듀플렉스 스테인리스강에서 니켈(Ni)과 함께 오스테나이트 상의 안정화에 크게 기여하는 원소로서, 소둔 열처리 시 오스테나이트 상에 농화되는 원소 중의 하나이다. 따라서, 질소(N) 함량을 증가시킴으로써 부수적으로 내식성 및 강도가 향상될 수 있으나, 첨가된 망간(Mn)의 함량에 따라 질소(N)의 고용도가 변화될 수 있으므로, 함량 조절이 필요하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 망간(Mn)의 범위에서 질소(N) 함량이 0.3 %를 초과하면, 질소 고용도 초과에 의해 주조 시 블로우홀(blow hole), 핀홀(pin hole) 등이 발생하여, 제품의 표면 결함이 유발될 수 있다. 또한, 304강 수준의 내식성 확보를 위해서는 질소(N)를 0.15 % 이상을 첨가해야 하며, 질소(N) 함량이 상대적으로 낮으면 적절한 상분율 확보가 어려울 수 있다. 따라서, 질소(N) 함량은 0.15~0.30 %로 결정될 수 있다.

망간(Mn)은 탈산제 및 질소 고용도를 증가시키는 원소이며, 오스테나이트 형성 원소로, 고가의 니켈(Ni)을 대체하여 첨가된다. 망간(Mn) 함량이 4 %를 초과하면 304강 수준의 내식성 확보가 어려워질 수 있다. 또한, 망간(Mn)이 4 %를 초과하여 첨가되는 경우, 질소 고용도를 개선할 수는 있으나, 강 중의 황(S)과 결합하여 MnS를 형성하고 내식성을 저하시킬 수 있다. 또한, 망간(Mn)의 함량이 1 % 미만인 경우, 오스테나이트 형성 원소인 니켈(Ni), 구리(Cu), 질소(N) 등을 조절하여도 적정한 오스테나이트 상분율의 확보가 어렵고, 첨가되는 질소(N)의 고용도가 낮아서 상압에서 질소(N)의 충분한 고용을 얻을 수 없다. 따라서, 망간(Mn)의 함량은 1~4 %의 범위로 할 수 있다.

크롬(Cr)은 실리콘(Si)과 함께 페라이트 안정화 원소로 2상 스테인리스강의 페라이트상 확보에 주된 역할을 할 뿐만 아니라, 내식성 확보를 위한 필수 원소이다. 크롬(Cr)의 함량을 증가시키면 내식성이 증가하지만, 상분율 유지를 위하여 고가의 니켈(Ni)이나 기타 오스테나이트 형성 원소 함량을 증가시켜야 한다. 따라서, 2상 스테인리스강의 상분율을 유지하면서 304강 이상의 내식성을 확보하기 위해서 크롬(Cr)의 함량을 19~23%로 할 수 있다.

니켈(Ni)은 망간(Mn), 구리(Cu) 및 질소(N)와 함께 오스테나이트 안정화 원소로, 듀플렉스 스테인리스강의 오스테나이트 상의 확보에 주된 역할을 한다. 다만, 니켈(Ni)를 많이 첨가하면 오스테나이트상 분율이 증가하여 적절한 오스테나이트 분율 확보가 어렵고, 고가인 니켈(Ni)로 인한 제품의 제조 비용 증가로 304강 대비 경쟁력 확보가 어렵다. 따라서, 원가 절감을 위하여 고가의 니켈(Ni) 함량을 최대한 줄이는 대신에 다른 오스테나이트 상 형성 원소인 망간(Mn)과 질소(N)를 증가시켜서 상분율 균형을 충분히 유지할 수 있다. 다만, 니켈(Ni)에 의해, 냉간 가공 시 발생하는 소성 유기 마르텐사이트 형성을 억제함으로써 충분한 오스테나이트 상의 안정도 확보할 수 있으므로, 이를 위하여 0.3 % 이상 첨가할 수 있다. 따라서, 니켈(Ni)의 함량을 0.3~2.5 %로 할 수 있다.

구리(Cu)는 함량이 2.5% 이상이면 열간 취성에 의해 제품 가공이 어려워지며, 원가 절감을 고려하여 함량을 최소한으로 할 수 있다. 다만, 냉간 가공 시 발생하는 소성 유기 마르텐사이트 형성을 억제함으로써 충분한 오스테나이트상의 안정도 확보를 위하여 0. 3% 이상 첨가될 수 있다. 따라서, 구리(Cu)의 함량은 0.3~2.5 %의 범위에서 조절될 수 있다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

용강 중의 고용 한도 이상의 질소가 박판에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 하기 표 1과 같은 조성을 갖는 용강을 이용하여 하기 표 1의 주조방법에 의해 주조하여 주조박판을 제조하고 압연하여 열연박판을 제조하였다. 하기 표 1의 각 조성의 함량은 중량 % 값이다.

하기 표 1의 급속주조법에 의한 주조(비교예 2 및 실시예 1-6)는 본 발명의 쌍롤식 박판주조(급속주조)법을 이용하여 행한 것으로, 박판주조 공정에 적용된 주조 폭은 1,300 mm, 주조 두께는 4.0 mm이었으며, 90톤을 주조하여 주조박판을 제조하고, 주조 직후 고온에서 주조박판을 열간압연하여 2.5 mm 두께의 열연박판 코일로 제조하였다.

한편, 하기 표 1의 기존 연속주조법에 의한 주조(비교예 1)는 일반적인 연속 주조법을 이용하여 주조한 것이다.

상기와 같이 제조된 열연박판에 대하여 내부기공 발생 여부를 관찰하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

구분	C	Si	Mn	Cr	Ni	Cu	N	주조법	질소배출	내부기공
비교예1	0.05	1.35	2.8	20.3	1.06	1.0	0.23	기존연속주조	X	○
비교예2	0.05	1.35	2.8	20.3	1.06	1.0	0.33	급속주조	X	○
실시예1	0.045	1.08	3.02	19.63	0.98	0.98	0.272	급속주조	○	X
실시예2	0.071	1.3	3.81	19.69	1.14	0.5	0.24	급속주조	○	X
실시예3	0.051	1.28	3.07	20.02	1.0	0.503	0.24	급속주조	○	X
실시예4	0.051	1.27	3.09	20.41	1.03	0.5	0.25	급속주조	○	X
실시예5	0.02	1.21	2.63	20.53	0.85	0.793	0.22	급속주조	○	X
실시예6	0.05	0.7	2.73	20.5	0.95	0.7	0.15	급속주조	○	X

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 비교예 1의 경우에는 질소(N) 함량이 0.23 %이지만 기존 연속주조법으로 주조한 것으로 주조 시 질소가 배출되지 않아 열연박판에 내부기공이 발생됨을 알 수 있다.

비교예 2의 경우에는 질소(N) 함량이 0.33 %로 높아서, 본 발명의 실시예에 따른 쌍롤식 박판주조법을 적용하여도 질소 배출이 충분히 일어나지 않아 열연박판에 내부기공이 발생됨을 알 수 있다.

한편, 본 발명에 부합되는 실시예 1 내지 6의 경우에는 질소(N) 함량이 0.15~0.3 %이고, 본 발명의 쌍롤식 박판주조법을 적용한 것으로 열연박판에 내부 기공 발생 없이 주조 가능함을 알 수 있다.

한편, 기존의 쌍롤식 박판주조법에 의해 제조된 열연박판(종래예)과 상기 표 1의 실시예 2의 열연박판의 고온사진을 관찰하고, 그 결과를 각각 도 5a 및 도 5b에 나타내었다. 즉, 도 5a는 에지부의 응고 지연이 발생한 종래예의 열연박판을 나타내고, 도 5b는 실시예 2의 열연박판을 나타낸다.

도 5에 나타난 바와 같이, 종래예의 경우, 에지부 응고쉘이 주조롤로부터 들뜨는 현상이 발생하여, 에지부 주조롤의 냉각능이 저하되어 열연박판(주조재)의 에지부의 온도가 높아진다. 또한, 이러한 현상이 심한 경우, 응고가 되지 않고 용강상태로 흘러내리게 될 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시예1의 경우, 폭 방향으로 온도가 균일하여, 디프레션이 발생하지 않은 열연박판(주조재)의 제조가 가능하게 된다.

또한, 기존의 쌍롤식 박판주조법에 의해 제조된 열연박판(종래예)과 상기 표 1의 실시예 2의 열연박판의 표면사진을 관찰하고, 그 결과를 각각 도 6a 및 도 6b에 나타내었다. 즉, 도 6a는 에지 디프레션 결함이 발생한 종래예의 것을 나타내고, 도 6b는 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 열연박판(주조재)의 것을 나타내었다.

도 6에 나타난 바와 같이, 종래예의 경우, 에지부 가스 배출이 부족하거나 응고쉘 변형에 의해 가스 배출이 급격하게 이루어질 때 발생하는 디프레션 결함이 발생됨을 알 수 있다. 이러한 디프레션 결함은 주조롤 표면의 산과 골의 경계부에서 세로형 또는 가로형으로 발생할 수 있다. 또한, 디프레션은 미세 크랙을 포함하고 있어 냉간압연 시 판파단의 원인이 될 수 있어, 에지부에 이와 같은 디프레션이 발생하면 에지부를 제거하고 냉간압연을 진행하게 된다. 하지만, 본 발명의 실시예 2의 경우, 디프레션 결함이 발생되지 않음을 알 수 있다.

한편, 상기 표 1의 실시예 2 및 비교예 1의 제조된 열연박판을 열연 소둔, 냉간 압연 및 냉연 소둔 처리하였으며, 이 때, 열연 소둔 온도는 1100 ℃이었고, 냉연소둔 온도는 1150 ℃이었다.

냉연 소둔 후의 강판의 미세조직을 조사하고 그 결과를 도 7a 및 도 7b에 나타내었다.

도 7a는 비교예 1로서, 연속주조방식으로 생산한 냉연 소둔재의 재결정 조직사진을 나타내며, 도 7b는 본 발명의 실시예 2에 따른 쌍롤식 박판주조공정으로 제조된 냉연 소둔재의 미세조직을 나타낸다.

비교예 1의 경우, 압연방향으로 길게 연신된 결정립을 나타내고 있으며, 페라이트와 오스테나이트가 적층되어 배열되어 있다. 이와 같은 미세조직 배열에 의해 압연방향으로 인장시험을 실시할 경우, 연신율이 높으나 압연방향과 직각방향으로 인장시험을 실시하게 되면 연신율이 낮게 나타난다. 이미지 분석 툴을 이용한 분석 결과, 압연방향으로 연신된 결정립 길이는 평균 9~10 ㎛의 범위이었으며, 평균 직경은 약 5 ㎛이었다.

실시예 2의 경우, 미세 조직이 무방향성을 가지고 랜덤하게 배열되며, 이러한 미세 조직에 의해 소성 이방성이 최소화됨을 확인할 수 있었다. 또한, 냉연 소둔 시, 폭 넥킹이 10 mm이하로 일반 304수준으로 양호하게 나타났다. 재결정립 분포와 크기를 확인하기 위해 이미지 분석 툴을 이용하여 분석한 결과, 압연방향으로 연신된 결정립 길이는 약 4~9 ㎛의 범위이었으며, 평균직경은 약 4 ㎛이었다.

또한, 상기 표 1의 실시예 1-6의 열연박판을 상기 조건으로 열연 소둔, 냉간 압연 및 냉연 소둔 처리한 후, 열연 소둔재 및 냉연 소둔재의 연신율과 항복강도를 측정한 결과, 열연 소둔 후 연신율은 25~50 %의 범위이었고, 항복강도는 350~700 MPa이었다. 또한 냉연 소둔 후 연신율은 30~55 %로 열연재보다 약 5 %높게 나타났다. 냉연 소둔 후 항복강도는 열연재보다 약간 낮은 320~680 MPa의 범위를 나타내었다.

본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

1: 래들
2: 턴디시
3: 주입노즐
4: 섬프
5: 주조롤
6: 에지댐
7: 메니스커스 쉴드
8: 압연기
9: 냉각 장치
10: 권취기

Claims

서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 주조롤;
상기 한 쌍의 주조롤의 양측면에 용강풀이 형성되도록 설치되는 에지댐; 및
상기 용강풀의 상부를 덮어 외기와 용강풀의 접촉을 차단토록 제공되는 메니스커스 쉴드를 포함하고,
상기 주조롤의 표면에는 원주 방향을 따라 산과 골이 교대로 배치되며, 중심부에서보다 에지부에서 상기 산의 면적 비율인 산 면적율이 높고, 상기 중심부에서의 가스배출지수(G) 값은 80~130이고, 상기 에지부에서의 G값은 상기 중심부의 경계로부터 최소 50~70의 범위까지 연속적으로 감소하며, G = 상기 골의 폭(w) × 깊이(d) / 피치(p)인 쌍롤식 박판 주조장치.
제1 항에 있어서,
상기 산 면적율은 상기 중심부에서는 일정하고, 상기 에지부에서는 상기 중심부와의 경계로부터 멀어질수록 연속적으로 증가하는 쌍롤식 박판 주조장치.
제1 항에 있어서,
상기 산 면적율은 상기 중심부에서는 10~40 %이며, 상기 에지부에서는 최대 70 %까지 증가하는 쌍롤식 박판 주조장치.
제1 항에 있어서,
상기 에지부의 폭은 상기 주조롤의 일단으로부터 50~200 mm인 쌍롤식 박판 주조장치.
삭제
서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 주조롤 사이에 용강이 주입되어 주조박판을 형성하는 단계; 및
상기 주조박판을 압연기에서 15~60% 압하율로 압연하여 열연박판을 제조하는 단계를 포함하고,
상기 주조롤의 표면에는 원주 방향을 따라 산과 골이 교대로 배치되며, 중심부에서보다 에지부에서 상기 산의 면적 비율인 산 면적율이 높고, 상기 중심부에서의 가스배출지수(G) 값은 80~130이고, 상기 에지부에서의 G값은 상기 중심부의 경계로부터 최소 50~70의 범위까지 연속적으로 감소하며, G = 상기 골의 폭(w) × 깊이(d) / 피치(p)인 듀플렉스 스테인리스 박강판의 제조방법.
삭제
제6 항에 있어서,
상기 열연박판을 소둔하는 단계를 더 포함하고,
소둔 온도는 1000~1250 ℃의 범위인 듀플렉스 스테인리스 박강판의 제조방법.
제6 항 또는 제8 항에 따른 듀플렉스 스테인리스 박강판의 제조방법에 의해 제조되고, 압연방향에서의 재결정립의 길이가 4~9 ㎛이고, 폭넥킹이 10 mm이하인 듀플렉스 스테인리스 박강판.
제9 항에 있어서,
상기 듀플렉스 스테인리스 박강판은, 중량 %로, C : 0.1% 이하(0% 제외), Si : 0.2~3.0%, Mn : 1.0~4.0%, Cr : 19.0~23.0%, Ni : 0.3~2.5%, N : 0.15~0.3%, Cu : 0.3~2.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 듀플렉스 스테인리스 박강판.
제9 항에 있어서,
상기 듀플렉스 스테인리스 박강판은, 압연방향에 직각방향으로의 연신율이 25~55 %이며, 항복강도는 350~700 MPa인 듀플렉스 스테인리스 박강판.
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