KR102103392B1 - 정련방법 및 강재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정련방법 및 강재에 관한 것으로서, 100㎜ 이상의 두께를 가지며, 강재 전체 100중량%에 대해서, 전체 산소량을 0.0012중량% 이하로 포함하고, 10㎛ 이상의 크기를 갖는 비금속 개재물을 강재 1g 당 1200개 이하로 포함하고, 상기 비금속 개재물 중 Al2O3 단독 개재물을 100개 이하로 포함하며, CaO-Al2O3 개재물을 50개 이하로 포함하는 것을 특징으로 하고, 강 중 전체 산소량의 제어를 통해 비금속 개재물의 개수 및 크기가 제어되어 저온 인성 저하, 수소 취성 등의 제품 특성 저하를 억제할 수 있다.

Description

정련방법 및 강재{Refining method and steel material}
본 발명은 정련방법 및 강재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강 중 비금속 개재물을 저감시켜 청정도를 확보할 수 있는 정련방법 및 강재에 관한 것이다.
후판 제품 기준으로 30㎜ 이하 두께를 갖는 박물재의 경우, 강 중에 비금속 개재물이 존재할 경우 후판 압연과정에서 누적 압하량 증대에 따른 개재물 파쇄로 철 소재와 비금속 개재물 계면에 공극이 발생하게 된다. 이러한 공극은 수소의 흡장 공간으로 되어 수소 유기 크랙(Hydrogen Induced Crack, HIC) 결함을 발생시키고, 비금속 개재물이 대형화될수록 결함 크기 역시 증가하게 된다. 이러한 결함이 발생하는 것을 억제하기 위해 박물재의 경우 전체 산소량(T.[O])를 0.001 중량% 이하로 제어하고, 조대 Al2O3 개재물 혹은 CaO-Al2O3 개재물 제거 효율을 높이기 위한 기술들이 개발되고 있다.
한편, 100㎜ 이상 두께의 후물재의 경우 주로 P, S 중심 편석에 의한 저온인성 저하를 방지하기 위해 P 와 S 성분을 극한으로 제어하고 있다. 또한, 수소 취성 방지를 위해 용강 중 H를 낮게 제어하고 있는 반면, 압연 가공량이 박물재 대비 낮아 개재물의 파쇄가 적고, 철소재와 비금속개재물 간 계면 공극 발생 여지가 적어 후물재의 청정도 수준과 그 제어에 대한 공지 기술이 거의 없는 실정이다.
하지만, 최근 후물재의 경우에도 사용 환경에 따라 강중 비금속개재물 역시 저온인성 하락과 수소 취성을 발생하는 기원으로 작용할 수도 있다는 의견이 대두되고 있다. 후판제품은 제강에서 주로 전로~LF~RH~연속주조 공정을 통해 생산되고 있다. 후물재의 경우 P 성분은 0.01 중량% 이하 범위에서 엄격한 강종은 0.008 중량% 이하로 제어되고, S 성분은 0.005 중량% 이하 범위에서 엄격한 강종은 0.001 중량% 이하로 제어되며, H 성분은 0.0002 중량% 미만에서 제어되고 있다. 그러나 강의 청정도를 나타내는 T.[O]에 대해서는 후물재의 경우 어느 수준에서 제어될 필요가 있는지에 대해 의견이 일치되지 못하고 있는 상황이다. 이러한 상황에서 후물재로 생산되고 있는 강종들에 대해 비금속개재물이 제품 특성에 미치는 영향이 없는 전체 산소량의 수준을 정의하고, 이를 구성하는 비금속개재물들은 제강공정에서 어느 정도 수준에서 제어될 필요가 있을지 제시될 필요가 있다.
JP 5223706 B JP 5131827 B
본 발명은 강 중 비금속 개재물을 저감시켜 청정도를 확보할 수 있는 정련방법 및 강재를 제공한다.
본 발명은 강 중 전체 산소량을 통해 강 중 비금속 개재물을 제어할 수 있는 정련방법 및 강재를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 정련방법은, 용강을 마련하는 과정; 및 용강을 진공 탈가스 처리하는 과정;을 포함하고, 상기 진공 탈가스 처리하는 과정은, 용강 전체 100중량%에 대하여, 용강 중 전체 산소량을 0.0015중량% 이하로 제어할 수 있다.
상기 진공 탈가스 처리하는 과정은, 10㎛ 이상의 크기를 갖는 비금속 개재물을 용강 1g 당 1200개 이하로 제어하고, 상기 비금속 개재물 중 Al2O3 단독 개재물의 개수를 100개 이하로 제어하며, CaO-Al2O3 개재물의 개수를 50개 이하로 제어할 수 있다.
상기 진공 탈가스 처리하는 과정은, 2torr 이하의 진공하에서 15 내지 30분 동안 용강을 환류시키는 과정을 포함할 수 있다.
상기 진공 탈가스 처리하는 과정 이전에, 용강을 승온 처리하는 과정을 포함하고, 상기 승온 처리하는 과정은, 슬래그의 염기도(CaO/SiO2)를 3 내지 6으로 제어하고, 슬래그 전체 중량에 대해서 전체 철(Fe)의 함량을 1.0중량% 이하로 제어할 수 있다.
상기 진공 탈가스 처리하는 과정 이후에, 용기 내에 용강을 20~60분 동안 체류시켜 용강 중 개재물을 제거하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 진공 탈가스 처리하는 과정은, 용강 중 전체 산소량을 0.0010중량% 이하로 제어할 수 있다.
상기 진공 탈가스 처리하는 과정은, 칼슘 함유 첨가제를 투입하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 칼슘 함유 첨가제를 투입하는 과정은, 상기 칼슘 함유 첨가제 전체 100중량%에 대하여, 알루미늄 1 내지 1.1중량%와, 전체 산소량 4 내지 5중량%를 포함하는 CaSi를 칼슘 함유 첨가제로 사용할 수 있다.
상기 칼슘 함유 첨가제를 투입하는 과정 이후에, 상기 진공 탈가스 처리하는 과정을 종료하고, 용강에 가스를 취입하여 교반하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 강재는, 상기 정련 방법에 의해 제조되고, 100㎜ 이상의 두께를 가지며, 강재 전체 100중량%에 대해서, 전체 산소량을 0.0012중량% 이하로 포함할 수 있다.
10㎛ 이상의 크기를 갖는 비금속 개재물을 강재 1g 당 1200개 이하로 포함하고, 상기 비금속 개재물 중 Al2O3 단독 개재물을 100개 이하로 포함하며, CaO-Al2O3 개재물을 50개 이하로 포함할 수 있다.
상기 Al2O3 단독 개재물과 상기 CaO-Al2O3 개재물은 10 내지 30㎛ 의 크기로 존재할 수 있다.
중량%로, 탄소(C): 0.1 ~ 0.2 중량%, 규소(Si): 0.2 ~ 0.4 중량%, 망간(Mn): 1.0 ~ 1.4 중량%, 알루미늄(Al): 0.02~0.04 중량%, 크롬(Cr): 0.01 ~ 0.2 중량%, 바나듐(V): 0중량% 초과, 0.04 중량% 이하, 니켈(Ni): 0.01 ~ 0.4 중량%, 몰리브덴(Mo): 0중량% 초과, 0.1 중량% 이하, 황(S): 0중량% 초과, 0.005 중량% 이하, 인(P): 0중량% 초과, 0.01 중량% 이하, 질소(N): 0중량% 초과, 0.007 중량% 이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하고, 전체 산소량이 0.0010중량% 이하일 수 있다.
중량%로, 탄소(C): 0.1 ~ 0.2 중량%, 규소(Si): 0.2 ~ 0.4 중량%, 망간(Mn): 1.0 ~ 1.4 중량%, 알루미늄(Al): 0.02~0.04 중량%, 크롬(Cr): 0.01 ~ 0.2 중량%, 바나듐(V): 0중량% 초과, 0.04 중량% 이하, 니켈(Ni): 0.01 ~ 0.4 중량%, 몰리브덴(Mo): 0중량% 초과, 0.1 중량% 이하, 칼슘(Ca): 0.0015 ~ 0.0020중량%, 황(S): 0중량% 초과, 0.005 중량% 이하, 인(P): 0중량% 초과, 0.01 중량% 이하, 질소(N): 0중량% 초과, 0.007 중량% 이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 비금속 개재물에 의해 발생할 수 있는 제품 특성의 저하를 억제 혹은 방지할 수 있다. 즉, 강 중 전체 산소량을 제어하여 강 중 존재하는 비금속 개재물의 개수 및 크기를 제어함으로써 저온 인성 저하, 수소 취성 등을 유발하는 요인을 저감시킬 수 있다. 특히, 100㎜ 이상 두께를 갖는 강재, 예컨대 후물재의 청정도를 확보할 수 있는 비금속 개재물의 제어 기준을 제시하여 후물재의 제품 결함을 방지하고, 이를 통해 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 강의 정련 방법을 보여주는 순서도.
도 2는 칼슘 첨가강과 칼슘 미첨가강의 공정별 전체 산소량(T.[O])의 변화를 보여주는 그래프.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명은 100㎜ 이상 두께를 갖는 강재, 예컨대 후물재에 있어서 비금속 개재물의 영향이 없는 고청정 후물재의 청정도 지표로서 전체 산소량과, 전체 산소량 제어를 위한 정련 공정의 조건을 제시한다.
본 발명의 실시 예에 따른 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.1 ~ 0.2 중량%, 규소(Si): 0.2 ~ 0.4 중량%, 망간(Mn): 1.0 ~ 1.4 중량%, 알루미늄(Al): 0.02~0.04 중량%, 크롬(Cr): 0.01 ~ 0.2 중량%, 바나듐(V): 0중량% 초과, 0.04 중량% 이하, 니켈(Ni): 0.01 ~ 0.4 중량%, 몰리브덴(Mo): 0중량% 초과, 0.1 중량% 이하, 황(S): 0중량% 초과, 0.005 중량% 이하, 인(P): 0중량% 초과, 0.01 중량% 이하, 질소(N): 0중량% 초과, 0.007 중량% 이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하고, 전체 산소량(T.[O])은 0.0012중량% 이하로 포함될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 강재를 구성하는 각 합금성분을 첨가하는 이유와 이들의 적절한 함량 범위에 대하여 설명한다. 여기에서 각 성분의 함량은 중량%를 의미한다.
탄소(C): 0.1 ~ 0.2중량%
탄소는 강을 강화시키는데 가장 경제적이며 효과적인 합금성분이다. 다만, 탄소가 0.1중량% 이하로 첨가되는 경우에는 V 등과 결합하여 강을 강화시키는 효과가 매우 적고, 0.2중량%를 초과하는 경우에는 수소유기크랙(Hydrogen Induced Crack, HIC)을 증가시키는 중심편석이 증대되는 문제가 있다. 따라서, 탄소는 0.01 ~ 0.2중량%로의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
규소(Si): 0.2~0.4중량%
규소는 탈산 및 고용강화에 유효한 성분으로, 이러한 효과를 위해서는 0.2중량% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, 0.4중량%를 초과하는 경우에는 용접성 및 취성을 저하시키므로, 규소는 0.2~0.4중량%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 1.0~1.4중량%
망간은 강도 및 인성 확보를 위하여 필수적인 성분이나, 1.0중량% 미만으로 첨가되는 경우에는 강도와 인성을 확보하기 어렵고, 1.4중량%를 초과하는 경우에는 연주시 중심편석을 조장하여 충격인성 및 HIC을 증가시킬 수 있다. 따라서, 망간은 1.0~1.4중량%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
알루미늄(Al): 0.02~0.04중량%
알루미늄은 규소와 함께 탈산작용을 하는 성분으로서, 0.02중량% 미만으로 첨가되는 경우에는 탈산효과를 얻기 어렵고, 0.04중량%를 초과하는 경우에는 알루미나 집합체를 증가시켜 HIC를 증가시키므로 알루미늄의 함량을 0.02~0.04중량%의 범위가 되도록 제어하는 것이 바람직하다.
크롬(Cr): 0.01~0.2중량%
크롬은 강도증가 및 내식성 확보를 위해 첨가된다. 다만, 크롬은 0.01중량% 미만으로 첨가될 경우 상기 효과를 나타내기 어렵고, 0.2중량%를 초과할 경우에는 국부부식 발생 위험이 증대되므로, 그 함량을 0.01 ~ 0.2중량%로 제어하는 것이 바람직하다.
바나듐(V): 0중량% 초과, 0.04중량% 이하
바나듐은 소량 첨가에 의해 석출강화 효과를 나타내는 성분으로서, 이러한 효과를 위해서는 0중량% 초과하도록 포함시킬 필요가 있으며, 본 발명의 탄소범위에서는 0.04중량% 초과시 석출강화에 의한 강도증가가 크지 않으므로, 그 함량을 각각 0.04중량% 이하로 제어하는 것이 바람직하다. 따라서, 바나듐의 함량은 0초과, 0.04중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.01 ~0.04중량% 범위를 갖는 것이 바람직하다.
니켈(Ni): 0.01~0.4%이하
니켈은 강판 강도를 증가시키고 결정립을 미세화하는 효과를 가진다. 하지만 일정 조건의 NACE 용액에서는 내식성을 저하시키는 단점이 있다. 니켈은 0.4%이상에서도 강도증가 역할을 하나, 내식성 저하가 현저하게 나타나기 때문에 니켈의 함량은 0.4%이하로 제어하는 것이 바람직하며, 이 범위에서는 크롬과 함께 첨가되는 경우 내식성 저하 효과가 거의 나타나지 않는다.
몰리브덴(Mo): 0중량% 초과, 0.1중량% 이하
몰리브덴은 소재의 강도를 상승시키는데 매우 유효하며, 저온변태 조직인 침상형(acicular) 페라이트 생성을 조장함에 의해 강도를 증가시키며, HIC를 저감시키는 것으로 알려져있다. 이때, 몰리브덴이 0.1중량%를 초과하는 경우 마르텐사이트-오스테나이트조직(MA조직)과 같은 경한 2차상의 분율이 증가하여 HIC 발생 위험이 증대되므로, 몰리브덴의 함량은 0중량% 초과, 0.1중량% 이하의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
황(S): 0중량% 초과, 0.005중량% 이하
황은 강 중에서 망간과 반응하여 MnS를 형성함으로써 취성을 크게 저하시키는 성분으로서, 0.005중량%를 초과하는 경우 수소유기균열 저항성을 크게 감소시킨다. 따라서, 황의 함량을 0.005중량% 이하, 보다 바람직하게는 0중량% 초과, 0.005중량% 이하로 제어할 수 있다.
인(P): 0중량% 초과, 0.01중량% 이하
인의 함량이 0.01중량%를 초과하게 되는 경우에는 연주시 망간과 함께 중심편석을 조장하여 충격인성 및 유화물응력균열 저항성을 저하시킬 뿐만 아니라 용접성도 저하시키므로, 인의 함량을 0.01중량% 이하, 보다 바람직하게는 0중량% 초과, 0.01중량% 이하로 제어할 수 있다.
질소(N): 0.007중량% 이하
질소는 강 중 티타늄(Ti)과 결합하여 TiN으로 석출되어 재가열시 오스테나이트의 결정립 성장을 억제하는데 효과적인 원소이다. 이를 통해 고강도 및 우수한 충격인성을 확보할 수 있다. 다만, 질소의 함량이 0.007중량%를 초과하는 경우에는 슬라브에 균열을 야기할 수 있으므로, 질소의 함량은 0.007중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.003 ~ 0.007중량%의 범위를 가질 수 있다.
이외에도 강종에 따라 칼슘(Ca)을 첨가할 수도 있다.
이 경우, 강 중에 칼슘(Ca)은 0.0015 ~ 0.002중량% 정도 포함될 수 있다.
칼슘은 유화물계 개재물의 형상을 구상화시킴으로써 HIC 발생 기점을 억제하는 역할을 하는 성분으로, 0.002중량%를 초과할 경우에는 비금속 개재물 양이 오히려 증가하여 HIC 저항성을 저하시킬 수 있다. 0.0015 내지 0.002중량% 범위를 갖도록 제어할 수 있다.
전체 산소량(T.[O], Total oxygen): 0.0012 중량% 이하
여기서 전체 산소량은 주조가 완료된 주편(또는 강재)에 산소 단독으로 존재하거나, 비금속 개재물에 함유되는 총 산소량을 의미할 수 있다. 산소는 주편에서 산소 단독으로 존재하기 보다는 주로 비금속 개재물으로 존재할 수 있다.
용강 중 용존 산소(O)는 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 규소(Si) 등과 결합하여 조대한 비금속 개재물을 형성한다. 이와 같은 개재물은 압연 중 파쇄되어 강재 내에 공극을 발생시키고, 이렇게 형성된 공극은 수소의 집적 사이트가 되어 HIC 결함을 발생시키는 요인으로 작용하게 된다.
따라서 본 발명에서는 전체 산소량(T.[O])을 0.0012중량% 이하로 제어하여 HIC 등과 같은 결함 발생을 억제할 수 있다. 강종에 따라 정련 과정에서 칼슘을 첨가할 수도 있고, 칼슘을 첨가하지 않을 수도 있다. 이때, 칼슘 첨가강의 경우에는 전체 산소량(T.[O])을 0.0012중량% 이하로 제어할 수 있고, 칼슘 미첨가강의 경우에는 전체 산소량(T.[O])을 0.0010중량% 이하로 제어할 수 있다. 이는 칼슘 소스로 사용되는 칼슘 합금철 자체에 비금속개재물과 전체 산소량이 4중량% 이상 함유되어 있기 때문이다.
비금속 개재물: 강재 1g 크기 10㎛ 이상의 비금속 개재물은 1200개 이하이고, Al2O3 단독 개재물은 100개 이하이며, CaO-Al2O3 개재물은 50개 이하일 수 있다. 이때, Al2O3 단독 개재물과 CaO-Al2O3 개재물은 10 ~ 30㎛ 정도의 크기를 가질 수 있다. 즉, 강재에 존재하는 Al2O3 단독 개재물과 CaO-Al2O3 개재물의 크기는 30㎛를 초과하지 않는다. Al2O3 단독 개재물과 CaO-Al2O3 개재물의 크기가 증가할수록 강재 내 T.[O]의 함량이 증가하게 된다. 이에 Al2O3 단독 개재물과 CaO-Al2O3 개재물의 크기를 저감시키면 강재 내 전체 산소량을 저감시키는데 유리하다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 강재를 제조하기 위한 용강을 정련하는 방법에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 정련 방법을 순차적으로 보여주는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 정련 방법은, 용강을 마련하는 과정(S110)과, 용강을 진공 탈가스 처리하는 과정(S130)을 포함할 수 있다. 그리고 진공 탈가스 처리하는 과정 이전에 용강을 승온 처리하는 과정(S120)을 수행할 수 있으며, 용강을 진공 탈가스 처리하는 과정 이후에는 주조 개시 전까지 용강을 용기 내에 체류시켜 개재물을 제거하는 과정(S140)을 포함할 수 있다.
전로에서 출강된 용강을 래들 퍼니스(Ladle Furnace, LF)에서 승온 처리한다. 이때, 용강에 함유되는 개재물 중 일부가 슬래그화되면서 제거될 수 있다. 승온 처리 시 슬래그의 염기도(CaO/SiO2)는 3 내지 6으로 제어하고, 슬래그 중 전체 철(T.F)의 함량은 1.0중량% 이하로 제어할 수 있다. 슬래그의 염기도가 제시된 범위 내인 경우, 용강 중 전체 산소량의 편차를 1ppm 이내로 제어할 수 있다. 그러나 슬래그의 염기도가 3 미만인 경우에는 슬래그 중 SiO2와 용강 중 Al 성분의 반응이 촉친되어 Al2O3 개재물이 다량 생성되는 문제점이 있다. 반면, 슬래그의 염기도가 6을 초과하게 되면, 슬래그의 융점이 공정 온도보다 높아져 용강 중 개재물을 흡수 제거할 수 있는 능력이 저하되는 문제점이 있다. 그리고 슬래그 중 철 함량도 1 중량% 이하에서는 용강의 전체 산소량 변화에 영향을 거의 주지 않지만, 그 이상이 되면 용강 중 Al 성분과 반응하여 Al2O3 개재물을 다량 생성하기 때문에 1중량% 이의 낮은 범위 내에서 제어될 필요가 있다.
용강의 승온 처리가 완료되면, 용강을 진공 탈가스 설비, 예컨대 RH 설비로 이동시켜 진공 탈가스 처리를 실시한다. 용강 중 개재물은 그 크기가 클수록 부상분리 제거가 용이하다. 이에 2torr 이하의 진공하에서 15 내지 30분 간 용강을 충분히 환류시키고, 이를 통해 용강 중 개재물을 충돌시켜 합체 성장시킴으로써 용강 중 개재물을 용이하게 제거할 수 있다.
이러한 방법으로 진공 탈가스 처리를 통해 용강 중 개재물을 제거함으로써 이후 제조되는 주편에서의 비금속 개재물의 크기 및 개수를 제어할 수 있다. 즉, 이와 같은 방법으로 용강을 진공 탈가스 처리하면, 전로 출강 직후 용강에 존재하던 10㎛ 이상의 비금속 개재물을 90% 이상 감소시킬 수 있다. 이때, 비금속 개재물 중 Al2O3 단독 개재물은 95% 이상, CaO-Al2O3 개재물은 90% 이상 제거될 수 있으며, 30㎛ 이상의 크기를 갖는 Al2O3 단독 개재물과 CaO-Al2O3 개재물을 대부분 제거할 수 있다.
이와 같이 진공 탈가스 처리가 완료되면, 주조 개시 전까지 용기에 용강을 20 내지 60분 정도 체류시켜 용강 중 개재물을 분리부상시킴으로써 슬래그로 제거할 수 있다.
한편, 진공 탈가스 처리 중 용강에 칼슘을 첨가할 수도 있다.
이 경우, 진공 탈가스 처리가 완료되기 전, 예컨대 1~3분 전에 용강 상부 나탕에 칼슘 함유 첨가제를 투입할 수 있다. 이때, 칼슘 함유 첨가제로서 CaSi를 사용할 수 있다. 하기의 표1을 참조하면, CaSi는 덩어리 형상의 CaSi 럼프와 CaSi 와이어를 포함할 수 있는데, CaSi 와이어 자체에 비금속 개재물과 전체 산소량이 다량 함유되어 있어 용강의 청정도에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 발명의 실시 예에서는 전체 100중량%에 대하여 알루미늄(A) 1 ~ 1.1중량%, 전체 산소량 4~5중량%를 포함하는 CaSi 럼프를 칼슘 함유 첨가제로 사용하였다.
C(중량%) S(중량%) N(중량%) T.[O](중량%) Al(중량%)
CaSi 럼프(lump) 0.27 0.013 0.080 4.50 1.04
CaSi 와이어(wire) 0.43 0.033 0.046 5.71 1.47
칼슘 함유 첨가제는 용강 중 칼슘 함량을 0.0015 내지 0.0020중량% 정도로 제어할 수 있는 양, 예컨대 용강 톤당 1.5~1.7㎏ 정도 투입될 수 있으며, 투입 후 1 내지 3분 정도 용강을 환류시킨 다음 진공 탈가스 처리를 완료한다.
용강의 진공 탈가스 처리가 완료되면, 용강을 교반설비, 예컨대 버블링 스테이션으로 옮기고, 상취 또는 저취로 아르곤 가스 등과 같은 불활성 가스를 취입하면서 용강을 교반시킬 수 있다. 이때, 가스의 취입은 용강 상부에 나탕이 발생하지 않을 정도로 수행할 수 있으며, 3 내지 10분 정도 지속하여 용강 중 개재물을 부상분리시켜 제거할 수 있다.
이와 같이 진공 탈가스 처리가 완료되면, 용강 중 전체 산소량은 0.0015중량% 이하로 제어될 수 있다. 특히, 칼슘이 첨가되지 않은 용강의 경우에는 0.0010중량% 이하로 제어될 수 있다. 진공 탈가스 처리 중 칼슘을 첨가한 용강에 전체 산소량이 많은 이유는 칼슘 함량을 제어하기 위해 투입된 칼슘 함유 첨가제의 전체 산소량에 기인할 수 있다.
이후, 주조 개시 전까지 용기 내에서 용강을 20~60분정도 체류시켜 용강 중 개재물을 추가적으로 제거할 수 있다.
이하, 본 발명의 실험 예에 대해서 설명한다.
먼저, 하기 표 2에 기재된 성분을 갖는 용강 300톤을 마련하고, 마련된 용강을 이용하여 주편을 주조하였다. 상기 표2에 기재된 성분 실적은 턴디쉬에 수용된 용강의 성분 실적을 나타낸다.
실험 예1 실험 예2 실험 예3
C(중량%) 0.162 0.1551 0.1596
Si(중량%) 0.294 0.289 0.376
Mn(중량%) 1.340 1.312 1.152
P(중량%) 0.0078 0.0098 0.0046
S(중량%) 0.0040 0.0024 0.0006
Cu(중량%) 0.019 0.012 0.02
Sol-Al(중량%) 0.026 0.027 0.0262
Nb(중량%) 0.021 0.020 0.0073
Ni(중량%) 0.011 0.012 0.156
Cr(중량%) 0.037 0.030 0.018
Mo(중량%) 0.010 0.003 0.08
Ti(중량%) 0.0008 0.0012 0.0024
V(중량%) 0.032 0.037 0.0022
Ca(중량%) 0.0001 0.0005 0.0017
V(중량%) 0.0033 0.0029 0.0034
실험 예1 및 2는 전로 정련이 완료된 용강을 승온 처리와, 진공 탈가스 처리를 순차적으로 수행한 다음, 용기 내에서 용강을 약 60분간 체류시킨 후 턴디쉬에 주입하여 주편을 주조하였다.
실험 예3은 전로 정련이 완료된 용강을 승온 처리한 후, 진공 탈가스 처리를 수행하였다. 그리고 진공 탈가스 처리가 완료되기 전 용강에 510㎏의 CaSi 럼프를 투입하고 1분 동안 환류시킨 후, 버블링 스테이션으로 이송하여 약 5분 동안 저취를 통해 용강을 교반함으로써 용강 중 개재물을 용강으로부터 분리 부상시켜 슬래그로 제거하였다. 이후, 용기 내에서 용강을 약 55분간 체류시켜 용강 중 개재물을 추가로 제거한 후 턴디쉬에 주입하여 주편을 주조하였다.
그리고 전로에서 출강 직후와 진공 탈가스 처리가 완료된 이후, 강 중 전체 산소량과 비금속 개재물을 분석하였다.
강 중 전체 산소량은 LECO 산소/질소 분석기를 이용하여 분석하였고, 분석된 결과를 도 2에 나타내었다.
그리고 강 중 비금속 개재물의 분석은 용강으로부터 샘플을 채취하고, 주조된 주편으로부터 샘플을 채취하여 용강 중 또는 주편에 함유되는 비금속 개재물을 분석하였다. 이때, 용강 샘플은 응고시켜 적정 사이즈의 금속 시편으로 가공한 다음, 산용액에 넣고 금속 시편 1g을 용해시킨 후 여과지에 걸러내어 여과지 위에 존재하는 10㎛ 이상의 크기를 갖는 개재물, 즉 비금속 개재물을 SEM(scanning electron microscope)/EDX(Energy-dispersive X-ray spectroscopy) 로 분석하였다.
그리고 주편으로부터 채취한 샘플은 적정 사이즈의 시편으로 가공한 후, 상기 용강 샘플과 동일한 방법으로 분석하였다.
이와 같이 분석된 결과를 아래의 표 3 내지 표 5에 나타내었다.

개재물크기(㎛)
10-15 16-20 21-25 26-30 31-35 36-40 41-45 46-50 >50 전체

실험
예1		 출강후 5393 1390 392 119 37 14 8 2 2 7357
RH출발 350 175 139 114 109 54 31 22 50 1044
주편 256 98 92 39 27 19 16 9 33 589
실험
예2
 출강후 2051 901 405 199 114 64 21 12 29 3796
RH출발 143 62 26 13 10 3 1 1 3 262
주편 82 32 14 2 2 1 0 0 2 135
실험
예3		 RH 출발 318 77 22 9 3 5 1 3 7 445
주편 505 112 32 13 2 2 2 2 2 670

Al2O3 단독 개재물크기(㎛)
10-15 16-20 21-25 26-30 31-35 36-40 41-45 46-50 >50 전체

실험
예1		 출강후 4716 1196 308 76 23 8 0 0 0 6327
RH출발 53 23 11 2 0 1 0 0 0 90
주편 4 1 1 1 0 0 0 0 0 7
실험
예2
 출강후 1424 542 198 72 23 7 2 2 1 2271
RH출발 25 12 4 1 0 0 0 0 0 42
주편 7 0 0 0 0 0 0 0 0 7
실험
예3		 RH출발 38 17 8 1 1 0 0 0 0 65
주편 23 8 2 0 0 0 0 0 0 33

CaO-Al2O3 개재물크기(㎛)
10-15 16-20 21-25 26-30 31-35 36-40 41-45 46-50 >50 전체

실험
예1		 출강후 100 51 37 24 10 4 8 2 1 237
RH출발 14 9 3 5 2 0 1 0 2 36
주편 10 5 2 2 1 0 0 0 0 20
실험
예2
 출강후 82 73 35 24 21 6 2 2 2 247
RH출발 12 2 4 0 0 0 0 0 0 16
주편 9 3 3 1 0 0 0 0 0 16
실험
예3		 RH출발 8 4 3 2 1 0 0 0 0 18
주편 23 6 2 1 0 0 0 0 0 32
먼저, 도 2를 참조하면, 강 종에 관계없이 진공 탈가스 처리 후 전체 산소량이 0.0013중량% 이하로 제어되었고, 주편 중 T.[O]는 0.0011 중량% 이하로 제어되었음을 알 수 있다. 그리고 칼슘이 첨가되지 않은 동일 강종인 실험 예1 및 2의 경우 실험 예2의 전체 산소량이 실험 예1의 전체 산소량에 비해 낮게 제어된 것을 알 수 있다.
그리고 상기 표 3 내지 5를 참조하면, 실험 예1 내지 3은 진공 탈가스 처리 후 10㎛ 이상의 비금속 개재물이 금속 시편 1g 당 1200개 이하로 제어되었고, 특히 Al2O3 단독개재물과 CaO-Al2O3 개재물은 각각 100개 이하, 50개 이하로 제어되었음을 알 수 있다.
그리고 Al2O3 단독개재물은 출강 직후 대비, 진공 탈가스 처리 후 약 98% 이상 제거되었고, CaO-Al2O3 개재물은 약 84% 이상 제거되었다.
한편, 실험 예2는 진공 탈가스 처리가 완료된 용강과, 주편에서 30㎛를 초과하는 Al2O3 단독개재물과 CaO-Al2O3 개재물이 검출되지 않았다. 반면, 실험 예1은 진공 탈가스 처리 후 용강과 주편에서 30㎛를 초과하는 Al2O3 단독개재물과 CaO-Al2O3 개재물이 검출되었다. 이는 실험 예1의 전체 산소량이 실험 예2의 전체 산소량에 비해 높게 제어되었기 때문으로 추측된다. 즉, 전체 산소량이 비금속 개재물의 크기에 영향을 미치는 것으로 판단할 수 있다.
그리고 실험 예3의 경우 진공 탈가스 처리 후 용강에서는 30㎛를 초과하는 Al2O3 단독개재물과 CaO-Al2O3 개재물이 검출되었으나, 주조된 주편에서는 30㎛를 초과하는 Al2O3 단독개재물과 CaO-Al2O3 개재물이 검출되지 않았다. 이는 진공 탈가스 처리 후 수행된 가스 취입을 통한 교반으로 개재물이 추가적으로 제거되었기 때문으로 추측된다.
이와 같이 주편, 예컨대 후물재의 전체 산소량 및 진공 탈가스 처리 후 용강의 전체 산소량은 개재물의 크기에 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 특히, 진공 탈가스 처리 후 용강의 전체 산소량은 주편에 대형 개재물, 예컨대 30㎛ 이상의 개재물의 생성 유무에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 진공 탈가스 처리공정에서 제어된 용강의 전체 산소량은 주조 후 주편에 그대로 반영되기 때문에 진공 탈가스 공정에서 용강의 전체 산소량을 제어하면 주편에 형성되는 비금속 개재물의 크기를 제어할 수 있다.
이와 같은 방법으로 강 중에 존재하는 Al2O3 단독 개재물과 CaO-Al2O3 개재물의 크기를 제어하면, 다른 개재물의 크기 분포도 동시에 제어할 수 있는 공정 조건이 된다고 연계할 수 있어, 강 중 개재물 제어 수준을 판단할 수 있는 기준으로 사용할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (14)

100㎜ 이상의 두께를 가지는 강재를 연속 주조하기 위한 용강을 정련하는 방법으로서,
용강을 마련하는 과정; 및
용강을 진공 탈가스 처리하는 과정;을 포함하고,
상기 진공 탈가스 처리하는 과정은,
용강 전체 100중량%에 대하여, 용강 중 전체 산소량을 0.0015중량% 이하로 제어하고,
10㎛ 이상의 크기를 갖는 비금속 개재물을 용강 1g 당 1200개 이하로 제어하고,
상기 비금속 개재물 중 Al2O3 단독 개재물의 개수를 100개 이하로 제어하며, CaO-Al2O3 개재물의 개수를 50개 이하로 제어하는 정련방법.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 진공 탈가스 처리하는 과정은,
2torr 이하의 진공하에서 15 내지 30분 동안 용강을 환류시키는 과정을 포함하는 정련방법.
청구항 3에 있어서,
상기 진공 탈가스 처리하는 과정 이전에,
용강을 승온 처리하는 과정을 포함하고,
상기 승온 처리하는 과정은,
슬래그의 염기도(CaO/SiO2)를 3 내지 6으로 제어하고, 슬래그 전체 중량에 대해서 전체 철(Fe)의 함량을 1.0중량% 이하로 제어하는 정련방법.
청구항 3에 있어서,
상기 진공 탈가스 처리하는 과정 이후에,
용기 내에 용강을 20~60분 동안 체류시켜 용강 중 개재물을 제거하는 과정을 포함하는 정련방법.
청구항 5에 있어서,
상기 진공 탈가스 처리하는 과정은,
용강 중 전체 산소량을 0.0010중량% 이하로 제어하는 정련방법.
청구항 5에 있어서,
상기 진공 탈가스 처리하는 과정은,
칼슘 함유 첨가제를 투입하는 과정을 포함하는 정련방법.
청구항 7에 있어서,
상기 칼슘 함유 첨가제를 투입하는 과정은,
상기 칼슘 함유 첨가제 전체 100중량%에 대하여, 알루미늄 1 내지 1.1중량%와, 전체 산소량 4 내지 5중량%를 포함하는 CaSi를 칼슘 함유 첨가제로 사용하는 정련방법.
청구항 8에 있어서,
상기 칼슘 함유 첨가제를 투입하는 과정 이후에,
상기 진공 탈가스 처리하는 과정을 종료하고, 용강에 가스를 취입하여 교반하는 과정을 포함하는 정련방법.
청구항 1, 3 내지 9 중 어느 한 항에 의해 제조되는 용강을 이용하여 제조되는 강재로서,
100㎜ 이상의 두께를 가지며,
강재 전체 100중량%에 대해서, 전체 산소량을 0.0012중량% 이하로 포함하고,
10㎛ 이상의 크기를 갖는 비금속 개재물을 강재 1g 당 1200개 이하로 포함하고,
상기 비금속 개재물 중 Al2O3 단독 개재물을 100개 이하로 포함하며, CaO-Al2O3 개재물을 50개 이하로 포함하는 강재.
삭제
청구항 10에 있어서,
상기 Al2O3 단독 개재물과 상기 CaO-Al2O3 개재물은 10 내지 30㎛ 의 크기로 존재하는 강재.
청구항 12에 있어서,
중량%로, 탄소(C): 0.1 ~ 0.2 중량%, 규소(Si): 0.2 ~ 0.4 중량%, 망간(Mn): 1.0 ~ 1.4 중량%, 알루미늄(Al): 0.02~0.04 중량%, 크롬(Cr): 0.01 ~ 0.2 중량%, 바나듐(V): 0중량% 초과, 0.04 중량% 이하, 니켈(Ni): 0.01 ~ 0.4 중량%, 몰리브덴(Mo): 0중량% 초과, 0.1 중량% 이하, 황(S): 0중량% 초과, 0.005 중량% 이하, 인(P): 0중량% 초과, 0.01 중량% 이하, 질소(N): 0중량% 초과, 0.007 중량% 이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하고,
전체 산소량이 0.0010중량% 이하인 강재.
청구항 12에 있어서,
중량%로, 탄소(C): 0.1 ~ 0.2 중량%, 규소(Si): 0.2 ~ 0.4 중량%, 망간(Mn): 1.0 ~ 1.4 중량%, 알루미늄(Al): 0.02~0.04 중량%, 크롬(Cr): 0.01 ~ 0.2 중량%, 바나듐(V): 0중량% 초과, 0.04 중량% 이하, 니켈(Ni): 0.01 ~ 0.4 중량%, 몰리브덴(Mo): 0중량% 초과, 0.1 중량% 이하, 칼슘(Ca): 0.0015 ~ 0.0020중량%, 황(S): 0중량% 초과, 0.005 중량% 이하, 인(P): 0중량% 초과, 0.01 중량% 이하, 질소(N): 0중량% 초과, 0.007 중량% 이하, 나머지 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재.
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