KR101755777B1 - 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법 및 그 제조장치 - Google Patents

린 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법 및 그 제조장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101755777B1
KR101755777B1 KR1020140190870A KR20140190870A KR101755777B1 KR 101755777 B1 KR101755777 B1 KR 101755777B1 KR 1020140190870 A KR1020140190870 A KR 1020140190870A KR 20140190870 A KR20140190870 A KR 20140190870A KR 101755777 B1 KR101755777 B1 KR 101755777B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
steel
molten steel
cooling
manufacturing
stainless steel
Prior art date
Application number
KR1020140190870A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160082399A (ko
Inventor
최점용
김지준
Original Assignee
주식회사 포스코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 포스코 filed Critical 주식회사 포스코
Priority to KR1020140190870A priority Critical patent/KR101755777B1/ko
Publication of KR20160082399A publication Critical patent/KR20160082399A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101755777B1 publication Critical patent/KR101755777B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/055—Cooling the moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/124—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Abstract

본 발명은 연속주조방식이 적용되는 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법은 연속주조설비를 이용한 린 듀플렉스 스테인리스강을 제조하는 방법으로서, 중량%로, C: 0.08% 이하(0% 제외), Si: 0.2~3.0%, Mn: 2.0~4.0%, Cr: 19.0~23.0%, Ni: 0.3%~2.5%, N: 0.2~0.3%, Cu: 0.5~2.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하도록 성분이 조정된 용강을 준비하는 단계와; 상기 용강을 이론 응고온도보다 10 ~ 50℃ 높게 유지하면서 턴디쉬에 임시저장하는 단계와; 상기 턴디쉬에서 용강을 주형으로 주입하여 500 ~ 1500℃/min의 냉각속도를 유지하면서 주형을 통과시켜 1차 냉각하는 단계와; 1차 냉각되어 응고쉘이 형성된 용강을 세그먼트로 인발하여 통과시키면서 2차 냉각하는 단계를 포함한다.

Description

린 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법 및 그 제조장치{Manufacturing method for lean duplex stainless steel and equipment for manufacturing the same}
본 발명은 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연속주조방식이 적용되는 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법 및 그 제조장치에 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 Ni, Mo 등을 포함하고 있는바, 이에 대한 대체 방안으로 200계 및 400계 스테인리스강이 논의되기도 하였으나, 200계 및 400계 스테인리스강은 각각 성형성 및 내식성이 300계 스테인리스강에 미치지 못한다는 단점이 있다.
한편, 오스테이나트상과 페라이트상이 혼합된 듀플렉스 스테인리스강은 오스테나이트계 및 페라이트계가 가지는 모든 장점을 갖는바, 현재까지 다양한 종류의 듀플렉스 스테인리스강이 개발되어 있다.
또한, 최근에는 이러한 가격 경쟁력 단점을 보완하기 위하여, 듀플렉스 스테인리스강에 포함되어 있는 Ni 및 Mo 등의 고가 합금 원소를 배제하고, 저원가의 합금원소를 첨가, 비용상의 장점을 더욱 부각시킨 린 듀플렉스(lean duplex) 스테인리스강에 대한 관심이 증대되고 있다.
그러나, 이러한 린 듀플렉스 스테인리스강은 페라이트계와 오스테나이트계 상간의 강도 차이에 따라 열간 가공성이 취약하여 표면 균열 및 에지 균열이 다량 발생하는 단점이 있다.
최근, 이러한 문제점을 해결하기 위해, 질소를 첨가하여 고용강화 작용에 의해 강도의 향상을 도모한 강종이 알려져 있다. 이러한 강종으로는 SUS304N2, SUS304LN, SUS316N, SUS316LN 등의 오스테나이트계 스테인리스 강이 있다.
또한, 이러한 질소 농도가 높은 강종을 종래의 일반적인 연속 주조법에 따라 가공하게 되면, 액상에서 고상으로 응고될 때 질소 고용도 차이에 따라 슬라브 내부에 기공(porosity)이 많이 발생된다. 이러한 내부 기공은 후속 공정인 재가열 및 열간 압연 과정에서 제품 표면에 다량의 결함 발생 원인이 되는 것은 물론, 열간압연된 코일의 에지에 다량의 균열이 발생한다는 단점을 초래한다.
종래, 용강 중의 수소 함유율을 10 ppm 미만으로 하고, 유황 함유율을 20 ppm 미만으로 제한하여 수소 기포를 형성시키지 않아 질소 함유율이 높더라도 핀홀 형성을 방지하는 기술에 대해서는 "스테인릭스강 또는 고합금강의 주조 방법(일본 공개특허 특개2007-275903호)" 등에서 구체적으로 공지되어 있다.
그러나, 수소 함유율을 10 ppm 미만으로 제한하고 유황 함유율을 20 ppm 미만으로 제한하더라도, 고합금강 또는 스테인리스강 중에 함유된 질소 등의 가스 성분이 용해도를 초과하는 경우, 핀홀이 발생되는 문제점을 해결하지 못하였다.
즉, 일반적으로 수소의 함유율에 비하여 질소의 함유율이 낮아 수소 및 유황의 함유율을 제한하여 수소 기포 발생을 억제하더라도, 질소 등 가스 성분이 용해도를 초과하여 핀홀이 발생되는 문제점을 가지고 있었다.
상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
일본 공개특허 특개2007-275903호 (2007. 10. 25.)
본 발명은 연속주조시에 액체에서 페라이트로 응고되는 동안 질소 고용도의 급격한 감소에 기인한 질소 가스의 다량 방출에 대한 문제점을 해결할 수 있는 린 듀를렉스 스테인리스강의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법은 연속주조설비를 이용한 린 듀플렉스 스테인리스강을 제조하는 방법으로서, 중량%로, C: 0.08% 이하(0% 제외), Si: 0.2~3.0%, Mn: 2.0~4.0%, Cr: 19.0~23.0%, Ni: 0.3%~2.5%, N: 0.2~0.3%, Cu: 0.5~2.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하도록 성분이 조정된 용강을 준비하는 단계와; 상기 용강을 이론 응고온도보다 10 ~ 50℃ 높게 유지하면서 턴디쉬에 임시저장하는 단계와; 상기 턴디쉬에서 용강을 주형으로 주입하여 500 ~ 1500℃/min의 냉각속도를 유지하면서 주형을 통과시켜 1차 냉각하는 단계와; 1차 냉각되어 응고쉘이 형성된 용강을 세그먼트로 인발하여 통과시키면서 2차 냉각하는 단계를 포함한다.
상기 용강을 준비하는 단계에서, 상기 용강은 중량%로 Ti: 0.001~0.1%, Nb: 0.001~0.05, V: 0.001~0.15%, W: 0.1 ~ 1.0% 및 Mo: 0.1 ~ 1.0% 중 1종 이상을 더 포함한다.
상기 2차 냉각하는 단계에서 응고쉘이 형성된 용강으로 0.25 ~ 0.35ℓ/㎏의 냉각수를 분사하는 것을 특징으로 한다.
상기 2차 냉각하는 단계 이후에 인발되는 주편의 표면온도가 1100 ~ 1200℃인 범위에서 주편의 표면으로 100 ~ 125ℓ/㎏·분의 냉각수를 공기와 냉각수의 비율이 1.0 ~ 1.2가 되도록 혼합하여 분사하여 3차 냉각하는 단계를 더 포함한다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조장치는 턴디쉬, 주형, 복수의 세그먼트가 순차적으로 배치된 연속주조장치로서, 상기 세그먼트의 후단부에는 공기와 냉각수를 혼합하여 분사시키는 분사수단이 더 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명의 실시예에 따른 합금원소를 연속주조하는 경우에 용강 온도 및 냉각속도를 제어하여 주편 내부에서 발생하는 핀홀을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 린 듀플렉스 스테인리스강의 연속주조방식 제조공정을 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 연속주조 방식에 따라 제조된 비교재 I와 발명재 A의 조직사진이며,
도 3은 본 발명의 연속주조 방식에 따라 제조된 비교재 H의 표면 결함 사진이고,
도 4는 본 발명의 연속주조 방식에 따라 제조된 비교재 F의 표면 결함 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명은 중량%(이하 특별한 언급이 없는 한 성분의 함량은 중량%임)로, C: 0.08% 이하(0% 제외), Si: 0.2~3.0%, Mn: 2.0~4.0%, Cr: 19.0~23.0%, Ni: 0.3%~2.5%, N: 0.2~0.3%, Cu: 0.5~2.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어져서, 초정 델타 페라이트상으로 응고를 시작하고, 응고완료한 후 고상변태과정 중 오스테나이트상이 형성되어 페라이트상과 오스테나이트상으로 구성되는 린 듀플렉스 스테인리스 강을 대상으로 한다. 상기 린 듀플렉스 스테인리스강은 Ti: 0.001~0.1%, Nb: 0.001~0.05, V: 0.001~0.15%, W: 0.1 ~ 1.0% 및 Mo: 0.1 ~ 1.0% 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
C는 오스테나이트 형성 원소로 고용강화에 의한 재료 강도 증가에 유효한 원소이다. 하지만, 과다 첨가 시 페라이트-오스테나이트 상 경계에서 내식성에 유효한 Cr과 같은 탄화물 형성 원소와 쉽게 결합하여 결정립계 주위의 Cr 함량을 낮추어 내부식 저항성을 감소시키기 때문에 내식성을 극대화하기 위해서는 C를 0초과 ~ 0.08% 이하의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.
Si는 탈산효과를 위하여 일부 첨가되며, 페라이트 형성 원소로 소둔 열처리 시 페라이트에 농화되는 원소이다. 따라서, 적정한 페라이트 상분율 확보를 위하여 0.2% 이상 첨가하여 한다. 그러나, 3.0%를 초과하는 과다한 첨가는 페라이트상의 경도를 급격히 증가시켜서 2상강의 연신율 저하에 영향을 미치며, 충분한 연신율 확보를 위한 오스테나이트상 확보를 어렵게 한다. 또한, 과다할 경우 제강 시 슬래그 유동성을 저하시키고, 산소와 결합하여 개재물을 형성하여 내식성을 저하시킨다. 따라서, Si 함량은 0.2 ~ 3.0%로 제한함이 바람직하다.
N는 듀플렉스 스테인리스강에서 Ni와 함께 오스테나이트 상의 안정화에 크게 기여하는 원소로, 소둔 열처리 시 고상에서의 확산 속도가 빨라서 대부분 오스테나이트 상에 농화가 발생하는 원소 중의 하나이다. 따라서, N 함량 증가는 부수적으로 내식성 증가 및 고강도화를 유도할 수 있다. 그러나 첨가된 Mn의 함량에 따라 N의 고용도가 변화한다. 본 발명의 Mn 범위에서 N 함량이 0.32%를 초과하면, 질소 고용도 초과에 의한 주조 시 블로우홀(blow hole), 핀홀(pin hole) 등의 발생에 의한 표면 결함 유발로 강의 안정된 제조가 어렵게 된다. 한편, 304강 수준의 내식성 확보를 위하여 N를 0.15% 이상을 첨가시키며, N 함량이 너무 낮으면 적정한 상분율 확보가 곤란해진다. 따라서, N 함량은 0.2 ~ 0.3%로 제한하는 것이 바람직하다.
Mn은 탈산제 및 질소 고용도를 증가시키는 원소이며, 오스테나이트 형성 원소로, 고가의 Ni 대체용으로 사용될 수 있다. Mn이 많이 첨가되는 경우, 질소의 고용도에는 효과가 있으나 강 중의 S와 결합하여 MnS를 형성함에 따라 내식성을 나쁘게 한다. 그래서, 그 함량을 4%를 초과하여 첨가하는 경우에는 304강 수준의 내식성 확보가 어려워진다. 또한, Mn의 함량이 2% 미만인 경우, 오스테나이트 형성 원소인 Ni, Cu, N등을 조절하여도 적정한 오스테나이트 상분율의 확보가 어렵고, 첨가되는 N의 고용도가 낮아서 상압에서 질소의 충분한 고용을 얻을 수 없다. 따라서, Mn의 함량은 2 ~ 4%로 제한하는 것이 바람직하다.
Cr은 Si와 함께 페라이트 안정화 원소로서 2상 스테인리스강의 페라이트상 확보에 주된 역할을 할 뿐만 아니라, 내식성 확보를 위한 필수 원소이다. 함량을 증가시키면 내식성이 증가하나 상분율 유지를 위하여 고가의 Ni이나 기타 오스테나이트 형성원소의 함량을 증가시켜야 한다. 이에 따라, 2상 스테인리스강의 상분율을 유지하면서 304강 이상의 내식성을 확보하기 위해서 Cr의 함량은 19 ~ 23%로 제한하는 것이 바람직하다.
Ni은 Mn, Cu 및 N와 함께 오스테나이트 안정화 원소로, 듀플렉스 스테인리스강의 오스테나이트상의 확보에 주된 역할을 한다. 원가절감을 위하여 가격이 비싼 Ni 함량을 최대한 감소시키는 대신에 다른 오스테나이트상 형성 원소인 Mn과 N을 증가시켜서 Ni의 저감에 의한 상분율 균형을 충분히 유지할 수 있다. 그러나, 냉간 가공 시 발생하는 소성 유기 마르텐사이트 형성을 억제하기 위하여 충분한 오스테나이트의 안정도 확보를 위하여 0.2% 이상 첨가하여야 한다. Ni를 많이 첨가하면 오스테나이트 분율이 증가하여 적절한 오스테나이트 분율 확보가 어렵고, 특히 고가인 Ni로 인한 제품의 제조 비용 증가로 304강 대비 경쟁력 확보가 어렵다. 따라서, Ni의 함량은 0.3 ~ 2.5%로 제한하는 것이 바람직하다.
Ti, Nb, V는 질소와 반응하여 질화물을 형성하는 원소로서, 용강 중에 TiN, NbN, VN등로 정출하여, 응고시 페라이트 상의 핵생성 처로 작용하여, 냉각 속도가 증가하여도 충분한 응고를 유지하여, 슬라브 파단을 억제한다. 또 이들 원소는 제조 과정 즉 재가열, 열간압연시 충분히 고용되고, 냉각시 탄소, 질소와 반응하여 탄 질화물을 형성하여, Cr 탄화물의 형성을 억제함에 따라 내식성 향상에 도움을 준다. 특히, 용접시 열영향부에 Cr 탄화물형성을 억제하는 원소이다. 이들 원소가 각각 과다하게 첨가되는 경우 즉, Ti는 0.1% 초과, Nb는 0.05% 초과, V는 0.15% 초과하는 경우, 응고시 이들 정출물이 대형의 클러스터를 형성하여 주조 노즐을 막는 클로깅 현상을 초래하고, 또 이들이 슬라브 표층부에 존재하는 경우 압연시 결함, 가공시 파단의 원인으로 작용한다. 또 대부분 고가의 합금 원소로서 많이 첨가하는 경우 제조 원가의 상승을 초래한다. 따라서 바람직하게는 Ti: 0.001 ~ 0.1%, Nb: 0.001 ~ 0.05%, V: 0.001 ~ 0.15% 범위로 제한하는 것이 바람직하다.
W 및 Mo은 오스테나이트 형성 원소로 내식성을 향상시키는 원소로서, 열처리 시 700 ~ 1000℃에서 금속간 화합물의 형성을 조장하여 내식성 및 기계적 성질의 열화를 초래하는 원소이다. 그 함량이 1%를 초과하는 되는 경우, 금속간 화합물의 형성으로 인하여 내식성 및 특히 연신율의 급격한 저하를 초래한다. 또한, 내식성의 개선 효과를 나타내기 위하여서는 0.1% 이상 첨가되어야 한다. 따라서, W 및 Mo의 함량은 0.1 ~ 1.0%로 제한하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법은 액상에서 고상으로 응고될 때 질소 고용도 차이에 따라 질소 가스 생성의 문제를 해결하는 연속주조방식의 제조방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 린 듀플렉스 스테인리스강의 연속주조방식 제조공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 린 듀플렉스 스테인리스강을 제조하기 위한 제조장치는 래들(110), 턴디쉬(120), 주형(130), 복수의 세그먼트(140)가 순차적으로 배치된 통상의 연주설비(100)를 이용한다. 다만, 세그먼트(140)의 후단부에는 공기와 냉각수를 혼합하여 분사시키는 분사수단(150)이 더 구비된다.
린 듀플렉스 스테인리스강을 연속주조 방식으로 제조하기 위해서는 먼저 상기에서 제시된 합금성분을 갖는 용강을 준비하여 래들(110)로 이동시킨 다음, 쉬라우딩노즐(111)을 이용하여 턴디쉬(120)에 임시저장시킨다. 이때 턴디쉬(120)에 임시저장되는 용강은 이론 응고온도보다 10 ~ 50℃ 높게 유지하는 것이 바람직하다.
부연하자면 턴디쉬(110)에서의 용강온도와 이론 응고온도차이인 ΔT(℃)는 하한이 10℃이고, 상한은 50℃인데, ΔT가 하한값인 10℃ 보다 낮게 되면 턴디쉬(110)에서 용강(M)의 응고가 진행될 수 있어 연속주조에 문제가 발생하고, ΔT가 상한값인 50℃를 초과하게 되면 응고 중 응고속도가 느려져 응고조직이 조대해지므로 연주주편에 응고크랙 및 열간압연시 선상결함이 발생되기 쉽기 때문이다.
그리고, 턴디쉬(120)에서 침지노즐(121)을 이용하여 주형(130)으로 용강(M)을 주입한다. 이때 주형(130)에서는 용강(M)의 냉각속도를 500 ~ 1500℃/min로 유지하면서 주형(130)을 통과시켜 1차 냉각한다.
이때 냉각속도가 500℃/mim 미만이 되면, 초기에 형성된 델타 페라이트 응고에 의한 질소 용해도 차이에 의하여 발생된 질소 가스가 주형(130)의 응고셀을 통하여 배출되는 문제에 의하여 조대한 질소 핀홀이 발생하여 연속주조된 슬라브에 조대한 다량의 질소 핀홀이 발생한다. 또 초기에 형성된 델타 페라이트의 조대화가 발생하여 외부응력에 취약하게 된다. 또한 냉각속도를 500℃/mim 미만으로 하는 경우에는 연속주조시 주형(130)에서의 냉각(1차 냉각) 및 세그먼트(140)에서의 냉각(2차 냉각) 양이 감소되고, 이로 인해 주조중 주편(S)의 열전달이 늦어져 주편 응고층의 강도가 저하되어 주편이 벌징(bulging)되는 현상이 발생되어 조업 및 품질의 악화를 초래하게 된다.
그리고, 냉각속도를 1500℃/min 초과로 제어하면, 질소 핀홀의 관점에서 매우 유리하나, 현재 연속 주조 설비의 한계로 연속적인 조업이 불가능하고, 연속주조시 수지상정(dendrite) 사이에 잔존하는 용질원소의 편석이 확산할 시간이 적어져서 주편의 표면크랙을 발생시킨다. 이러한 현상에 의하여 주형(120)의 내부에서 주편쉘(외형, shell)이 일시적으로 파단되어지는 오우버래핑 현상이 발생되는 문제가 있다. 따라서 바람직하게는 주형(130)에서의 1차 냉각시 냉각속도를 500 ~ 1500℃/min 으로 설정하는 것이 바람직하다.
주형(130)에서 응고쉘이 형성된 용강(M), 즉 주편(S)은 세그먼트(140)로 인발하여 2차 냉각을 하게 되는데, 이때 주편(S)으로 0.25 ~ 0.35ℓ/㎏의 냉각수를 분사하는 것이 바람직하다. 이렇게 세그먼트(140)에서의 비수량을 한정한 이유는 다음과 같다.
세그먼트(140), 즉 2차 냉각대에서의 비수량을 상대적으로 크게 설정하면, 응고조직은 미세하게 형성시킬 수 있지만, 비수량이 0.35ℓ/㎏ 초과되면, 연속주조공정시 응고조직 사이에 편석된 불순물들이 확산할 시간이 적어지기 때문에, 시그마상으로 존재하게 되어 주편 표면에 크랙이 발생하게 된다. 또한 열응력으로 인한 크랙 뿐만 아니라 잔류응력이 표면에 과도하게 발생되므로, 주편 연마(grouding)시 표면 크랙이 발생하게 된다. 그리고, 비수량이 0.25ℓ/㎏ 미만이면, 응고조직은 과대하게 되어 입계에 생성된 시그마상에 의해 응고크랙이 발생되는 문제점과 연속주조 중 주편 응고쉘(shell)의 강도가 저하되어 주편 벌징(bulging)으로 인한 크랙이 발생하는 문제점을 야기시킨다. 한편, 2차 냉각에서의 냉각수 양은 주편(S)의 체적을 응고시키는데 필요한 냉각수의 양이므로, 주편의 무게 대비 비수량인 'ℓ/㎏'으로 단위를 사용하였다.
따라서 세그먼트(140)에서의 비수량 범위는 0.25 ~ 0.35ℓ/㎏인 것이 바람직하다.
그리고, 2차 냉각된 주편(S)의 표면온도가 1100 ~ 1200℃인 범위에서 주편(S)의 표면 전체에 대하여 100 ~ 125ℓ/㎏·분의 냉각수를 공기와 냉각수의 비율(공기/냉각수)이 1.0 ~ 1.2가 되도록 혼합하여 분사하여 3차 냉각시킨다.
3차 냉각은 주편(S)의 표면에 균일한 스케일을 확보하도록 제어하는 것이다. 그 이유는 린 듀플렉스 스테인리스강의 경우 가열로에서 산화량이 매우 작아 열간 압연시 스케일에 의한 윤활 효과가 작아서 표면 크랙을 저감하는 것은 매우 어렵다. 따라서 압연중에 롤과 강판의 접촉에 의한 온도 저감을 막고 롤과 강판 간의 마찰력을 감소시켜 표면 크랙을 방지하기 위해서는 강판 표면에 치밀하고 두꺼운 스케일을 형성시키고, 또한 압연중에 쉽게 박리가 일어나지 않도록 하여야 한다. 상기와 같이 주편(S)의 표면온도, 냉각수의 비수량 및 냉각수와 공기의 비율을 한정하는 이유는 상기 조건을 만족하지 못하는 경우 주편(S)의 표면에 원하는 수준(대략 35㎛±2㎛)의 두께로 스케일이 형성되지 않으며, 생성되는 스케일이 균일하게 형성되지 않기 때문이다. 한편, 3차 냉각에서의 냉각수 양은 주편(S)의 표면에 산화 스케일을 형성시키는데 필요한 냉각수의 양이므로, 시간당 주편의 무게 대비 비수량인 'ℓ/㎏·분'으로 단위를 사용하였다.
이하, 본 발명에 따른 조성을 갖는 린 듀플렉스 스테인리스강을 턴디쉬에서의 용강온도, 주형에서의 냉각속도, 2차 냉각대에서의 비수량을 [표 4]와 같이 변경하면서 주편을 생산하였고, 그 결과 핀홀 및 주편 표면의 크랙 발생 정도를 [표 1]에 함께 나타내었다. 이때 주편의 핀홀 발생 여부는 슬라브의 표면을 약 0.5mm 정도 그라인딩 후 그리인딩 된 표면을 관찰하였다.
구분 턴디쉬에서 용강 과열도 (oC) 주형에서의
냉각속도 (oC/min)		 2 냉각대의
비수량
(ℓ/kg)		 핀홀
발생 정도		 연주 주편
표면 크랙 발생 정도
발명재 A 15 1350 0.29 O O
발명재 B 20 1100 0.32 O O
발명재 C 15 1100 0.27 O O
발명재 D 25 850 0.29 O O
발명재 E 22 550 0.3 O O
비교재 F 19 1100 0.4 O X
비교재 G 13 1100 0.2 O Δ
비교재 H 20 400 0.3 Δ O
비교재 I 15 60 0.28 X O
비교재 J 19 40 0.29 X O
[표 1]에서 핀홀 및 연주 주편의 표면 크랙 발생 정도를 표시한 항목 중 "O"는 "없음", "Δ"는 "미세", "X"는 "심함"이다.
[표 1]에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제어 조건을 모두 만족시키는 발명예인 발명재 A ~ 발명재 D는 모두 연속 주조 주편에서 질소로 인한 핀홀이 발생하지 않았고, 또 벌징 및 열연 코일 표면에 결함이 발생하지 않았다.
그리고, 비교재 F 및 비교재 G는 주형에서의 냉각 속도가 본 발명의 범위 내에 있어서 주편의 내부에 질소로 인한 핀홀은 발생하지 않았다. 하지만, 비교재 F의 경우 비수량이 본 발명의 범위보다 많아서 주조중 벌징(bulging)은 발생하지 않았지만, 주편표면에 열응력이 심하게 작용하여 크랙발생을 유발하였다. 또한, 비교재 G는 2차 냉각대의 비수량의 범위가 본 발명의 범위보다 적어서 벌징이 주편에 발생함에 따라 주편 표면에 크랙이 발생되었다. 그로 인하여, 열간압연시 국부적인 과도한 스케일의 형성에 의한 열연 코일 표면에 선상 결함이 발생되었다.
그리고, 비교재 I 및 비교재 J는 주형에서의 냉각 속도가 본 발명의 범위보다 낮아서, 주편에 심한 핀홀이 발생하였다. 그러나, 2차 냉각대의 비수량이 본 발명의 범위로 연주 주편의 표면은 양호하나, 주편에 존재하는 핀홀에 의하여 열간 압연시 다량의 선상 결함이 발생하였다.
한편, 도 2는 본 발명의 연속주조 방식에 따라 제조된 비교재 I와 발명재 A의 조직사진이고, 도 3은 본 발명의 연속주조 방식에 따라 제조된 비교재 H의 표면 결함 사진이며, 도 4는 본 발명의 연속주조 방식에 따라 제조된 비교재 F의 표면 결함 사진이다. 이때, 도 3 및 도 4는 비교재 H 및 비교재 F의 열간압연 후 발견된 열연코일 표면의 표면 결함 사진이다.
도 2에서 알 수 있듯이, 발명재 A 주편은 표면에 핀홀이 발견되지 않았으나, 비교재 I는 다량의 핀홀이 발생함을 확인할 수 있다. 또한, 도 3에서 알 수 있듯이, 비교적 핀홀의 발생이 양호한 비교재 H를 열간 압연 후 열연 코일의 표면을 관찰하였더니 압연 방향으로 연신된 핀홀성 결함이 다량으로 관찰되었다. 그리고, 도 4는 비교재 F를 열간 압연 후 열연 코일의 표면을 관찰하였더니 주편 크랙성 표면 결함이 다량으로 관찰되었다.
따라서, 다양한 실시예를 통해 본 발명에 따라 연속주조시 주형에서의 냉각속도와 2차 냉각대의 비수량을 적절히 제어함으로써 핀홀 및 주조시 균열, 벌징의 발생이 억제된 오스테나이트와 페라이트로 구성된 린 듀플렉스 스테인레스강의 우수한 주편품질을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 안정적인 연속주조 조업이 가능하다는 것을 확인하였다.
그리고, 본 발명에 따른 조성을 갖고, 1차 냉각과 2차 냉각이 이루어진 린 듀플렉스 스테인리스강을 3차 냉각시 냉각수량, 분사시간, 공기/냉각수 비율, 주편 표면온도를 [표 2]와 같이 변경하면서 주편을 생산하였고, 그 결과 스케일의 두께 및 균일정도를 [표 2]에 함께 나타내었다.
구분 냉각수량
(L/kg 분)		 분사시간
(분)		 공기/냉각수 주편 표면온도
(oC)		 스케일 두께
(mm)
발명재1 100 28 1.0 1100 35(균일)
발명재2 110 22 1.1 1160 34(균일)
발명재3 120 20 1.0 1156 37(균일)
발명재4 100 22 1.1 1121 33(균일)
비교재1 50 20 1.0 1111 22(불균일)
비교재2 80 20 1.0 1121 30(불균일)
비교재3 100 20 0.5 1082 10(불균일)
비교재4 100 20 0.6 1198 12(불균일)
비교재5 100 20 0.8 1145 23(불균일)
비교재6 100 15 1.0 1220 22(불균일)
비교재7 100 10 1.0 1230 12(불균일)
비교재8 100 20 1.0 932 15(불균일)
비교재9 100 20 1.0 1062 26(불균일)
발명재 1 ~ 발명재 4에서와 같이 주편표면온도가 1000∼1200℃인 지점에서 공기/냉각수의 비율을 1.0∼1.2로 유지하면서, 냉각수량 100∼120 ℓ/㎏·분 으로 20∼30분간 냉각수를 분사하는 경우에 스케일이 매우 균일하고 두꺼워지는 것을 알 수 있다.
하지만, 비교재 1 및 비교재 2와 같이 냉각수량을 50ℓ/㎏·분 또는 80ℓ/㎏·분 으로 분사한 경우에는 냉각수의 양이 충분하지 못하여 산화 스케일의 생성을 촉진시키지 못하였으며 균일한 산화 스케일도 얻을 수 없었다.
그리고 비교재 3 내지 비교재 5와 같이 공기 대 냉각수의 비율을 변화하여 산화 스케일을 조사한 바, 공기의 양이 충분할수록 스케일층의 두께가 증가함을 확인할 수 있었다. 이에 따라 원하는 두께의 스케일층을 형성하기 위해서는 공기 대 냉각수의 비율(공기/냉각수)을 1.0 이상으로 유지하는 것이 바람직하다. 하지만, 공기의 비율이 상한 1.2를 초과하게 되면 충분한 스케일층을 얻을 수 있지만 전체 냉각수 시스템에 지장을 초래할 염려가 있다.
비교재 6 및 비교재 7와 같이 냉각수의 분사시간을 15분 및 10분으로 분사한 경우, 비록 냉각수 분사지점의 온도와 냉각수/공기 비율 등은 발명재의 조건 부근이나, 분사 시간의 부족으로 균일하면서, 충분한 두께의 스케일층을 얻을 수 없었다. 따라서 균일하고 두꺼운 두께의 스케일 층을 얻기 위해서는 슬라브가 공기와 반응하기 위한 충분한 분사시간이 필요하다는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 냉각수의 분사시간이 일정 시간 이상 초과되면 주편이 정체되어 생산량이 감소할 우려가 있다.
또한 비교재 8 및 비교재 9와 같이 주편의 표면 온도가 932, 1063℃인 지점에서 냉각수를 분사한 경우 산화 스케일의 두께는 15, 26μm이고 불균일한 산화 스케일을 나타내었다. 하지만 주편의 온도가 높을수록 산화스케일의 형성을 촉진하여 균일한 스케일을 얻을 수 있다는 것을 예측할 수 있었다. 또한 연속 주조된 주편에서 주편의 표면온도가 높을수록 균일한 스케일층을 얻을 수 있다는 것을 예측할 수 있다.
이와 같이 연주 공정 완료후 냉각 분사공정에서 최적의 분사위치에서 최적의 냉각수 및 공기비와 최적의 냉각수 수량을 분사하게 되면 스케일 형성을 최적화 수 있고 표면 품질을 향상시킬 수 있으며 흠 제거 공정 등에 드는 비용을 최소화할 수 있어 부가가치를 제고할 수 있다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
100: 연속주조 설비 110: 래들
120: 턴디쉬 130: 주형
140: 세그먼트 150: 분사수단

Claims (5)

  1. 연속주조설비를 이용한 린 듀플렉스 스테인리스강을 제조하는 방법으로서,
    중량%로, C: 0.08% 이하(0% 제외), Si: 0.2~3.0%, Mn: 2.0~4.0%, Cr: 19.0~23.0%, Ni: 0.3%~2.5%, N: 0.2~0.3%, Cu: 0.5~2.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하도록 성분이 조정된 용강을 준비하는 단계와;
    상기 용강을 이론 응고온도보다 10 ~ 50℃ 높게 유지하면서 턴디쉬에 임시저장하는 단계와;
    상기 턴디쉬에서 용강을 주형으로 주입하여 500 ~ 1500℃/min의 냉각속도를 유지하면서 주형을 통과시켜 1차 냉각하는 단계와;
    1차 냉각되어 응고쉘이 형성된 용강을 세그먼트로 인발하여 통과시키면서 2차 냉각하는 단계와;
    상기 2차 냉각하는 단계 이후에 인발되는 주편의 표면온도가 1100 ~ 1200℃인 범위에서 주편의 표면으로 100 ~ 125ℓ/㎏·분의 냉각수를 공기와 냉각수의 비율이 1.0 ~ 1.2가 되도록 혼합하여 분사하여 3차 냉각하는 단계를 포함하는 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 용강을 준비하는 단계에서,
    상기 용강은 중량%로 Ti: 0.001~0.1%, Nb: 0.001~0.05, V: 0.001~0.15%, W: 0.1 ~ 1.0% 및 Mo: 0.1 ~ 1.0% 중 1종 이상을 더 포함하는 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 2차 냉각하는 단계에서 응고쉘이 형성된 용강으로 0.25 ~ 0.35ℓ/㎏의 냉각수를 분사하는 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
KR1020140190870A 2014-12-26 2014-12-26 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법 및 그 제조장치 KR101755777B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140190870A KR101755777B1 (ko) 2014-12-26 2014-12-26 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법 및 그 제조장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140190870A KR101755777B1 (ko) 2014-12-26 2014-12-26 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법 및 그 제조장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160082399A KR20160082399A (ko) 2016-07-08
KR101755777B1 true KR101755777B1 (ko) 2017-07-20

Family

ID=56504329

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140190870A KR101755777B1 (ko) 2014-12-26 2014-12-26 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법 및 그 제조장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101755777B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101977492B1 (ko) * 2017-11-10 2019-08-28 주식회사 포스코 고질소 오스테나이트계 스테인리스 강 및 그 제조방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5063024B2 (ja) 2006-04-03 2012-10-31 住友金属工業株式会社 ＣｒおよびＮｉを含有する合金鋼の鋳造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160082399A (ko) 2016-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101766550B1 (ko) 린 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조방법
KR101423826B1 (ko) 마르텐사이트계 스테인리스강 및 그 제조방법
KR101940874B1 (ko) 저온인성 및 항복강도가 우수한 고 망간 강 및 제조 방법
JP7219882B6 (ja) 圧力容器用鋼材及びその製造方法
KR101504401B1 (ko) 고연성 린 듀플렉스 스테인리스강 및 그 제조방법
CN109161671B (zh) 一种大线能量焊接用高强度eh36钢板及其制造方法
EP3385402A1 (en) High-strength steel having excellent brittle crack arrestability and welding part brittle crack initiation resistance, and production method therefor
KR101674762B1 (ko) 쌍롤식 박판 주조장치, 이를 이용한 듀플렉스 스테인리스 박강판의 제조방법 및 듀플렉스 스테인리스 박강판
CN104928576A (zh) 260-330MPa级低合金高强钢的生产方法
KR101952818B1 (ko) 강도 및 연성이 우수한 저합금 강판 및 이의 제조방법
RU2338794C2 (ru) Сортовой прокат из среднеуглеродистой хромсодержащей стали для холодной объемной штамповки
KR101755777B1 (ko) 린 듀플렉스 스테인리스강의 제조방법 및 그 제조장치
CN104561829A (zh) 一种铁路辙叉用高耐磨钢及其制造方法
CN110592475A (zh) 一种大规格高碳硅锰钢及其制造方法
KR102209547B1 (ko) 취성균열개시 저항성이 우수한 구조용 극후물 강재 및 그 제조방법
JP2015080813A (ja) 遠心鋳造製圧延用複合ロール
RU2328535C1 (ru) Сортовой прокат, круглый со специальной отделкой поверхности из среднеуглеродистой стали
KR101441302B1 (ko) 스테인레스 강 및 그 제조 방법
KR101889176B1 (ko) 크랙발생이 저감된 고강도 듀플렉스 스테인리스 강 및 그 제조방법
JP7332692B2 (ja) 高強度構造用鋼及びその製造方法
RU2285054C2 (ru) Круглый сортовой прокат из среднеуглеродистой хромсодержащей стали
RU2327747C1 (ru) Сортовой прокат, круглый из среднеуглеродистой стали повышенной обрабатываемости резанием
KR100611201B1 (ko) 내거침성이 우수한 열간압연용 원심주조 고속도공구강복합롤
RU2285057C2 (ru) Пруток из среднеуглеродистой стали
RU2330893C2 (ru) Трубная заготовка из низколегированной стали

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant