KR19980027313A - Manufacturing method of type 321 stainless steel to ensure casting stability and to improve product surface quality - Google Patents

Manufacturing method of type 321 stainless steel to ensure casting stability and to improve product surface quality Download PDF

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Abstract

본 발명은 대표적인 Ti 첨가 스테인레스강인 321 스테인레스강의 주조시 문제가 되는 노즐 막힘 문제를 효과적으로 방지하고 TiN의 형성을 억제하여 주조 안정성을 확보하고 제품 표면 품질을 양호하게 하는 타입 321 스테인레스강의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a method for producing a type 321 stainless steel which effectively prevents the nozzle clogging problem, which is a problem in casting a typical Ti-added stainless steel, and suppresses the formation of TiN to secure casting stability and improve product surface quality. For the purpose of

이를 위해 본 발명은, 용강중에서 중량 %로 Ti/C의 비를 8이상으로 하고, C : 0.025 - 0.04%, Ti : 0.2%이상의 조성을 만족하고, 질소의 농도를 턴디쉬 용강 온도 T(℃)에서 Log(N%) = -19755/(T+273) + 7.78 + 0.07[%Ti] - log[%Ti] + 0.045[%Cr]의 식에 의해 계산되는 농도 이하로 조절하므로써 주조중 노즐 막힘을 방지하고 TiN의 형성을 억제하여 주조 안정성을 확보하고 제품 표면 품질을 양호하게 하는 타입(Type) 321 스테인레스강의 제조 방법을 제공한다.To this end, in the present invention, the ratio of Ti / C in weight% in molten steel is 8 or more, satisfies the composition of C: 0.025-0.04%, Ti: 0.2% or more, and the concentration of nitrogen is tundish molten steel temperature T (° C). Nozzle clogging during casting by adjusting below the concentration calculated by the formula Log (N%) = -19755 / (T + 273) + 7.78 + 0.07 [% Ti]-log [% Ti] + 0.045 [% Cr] The present invention provides a method for producing Type 321 stainless steel, which prevents the formation of TiN and suppresses the formation of TiN to ensure casting stability and improve product surface quality.

Description

주조안정성을 확보하고 제품표면품질을 양호하게 하는 타입(Type)321 스테인레스강의 제조방법Manufacturing method of Type 321 stainless steel to ensure casting stability and to improve product surface quality

본 발명은 Ti을 첨가하는 타입(Type) 321 스테인레스강의 연속 주조시 강중에 생성된 Ti 산화물 개재물과 용강과의 혼합에 의한 래들 및 턴디쉬간의 쉬라우드 노즐(Shroud Nozzle) 및 턴디쉬 몰드간의 침지 노즐(Submerged Entry Nozzle)의 막힘을 용강중의 산소, 티타늄, 탄소 및 질소 등의 성분을 적절히 조절하여 노즐 막힘도 방지하고 제품 표면 품질도 양호하게 하는 타입(Type) 321 스테인레스강의 제조 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a shroud nozzle between a ladle and a tundish and a dipping nozzle between a tundish mold by mixing Ti oxide inclusions and molten steel produced in the steel during continuous casting of Type 321 stainless steel containing Ti. This invention relates to a method for manufacturing Type 321 stainless steel which prevents clogging of the submerged entry nozzle and prevents nozzle clogging and improves product surface quality by appropriately adjusting components such as oxygen, titanium, carbon and nitrogen in molten steel.

일반적으로 Ti 첨가 스테인레스강은 고내식성이 요구되는 강종에 0.1 - 0.4%까지 Ti을 첨가하여 강중 탄소를 TiC 형태로 고정시키므로써 스테인레스강의 내식성을 보장하는 가장 중요한 원소인 Cr이 탄소와 결합하여 Cr23C8의 형태로 석출하는 것을 방지하기 위하여 첨가된다. 이러한 Ti 첨가 스테인레스강의 생산 공정은 일반적인 스테인레스강 생산 공정인 전기로 - 정련로 - Bubbling 장 - 연속주조의 공정에 의해 생산된다. 즉, 전기로에서 스크랩 및 합금철을 녹여 용탕을 만들고 정련로에서는 이 용탕을 산소 및 아르곤 가스를 이용하여 탈탄, 탈린 및 탈황의 정련을 하며, 버블링(Bubbling)장에서는 연속 주조에 알맞게 온도 및 성분을 조절한다. 특히, Ti 첨가강의 Ti 첨가는 버블링장에서 실시하게 된다. 온도 및 성분이 조절된 용강은 연속 주조에 의해 슬라브(Slab) 형태의 제품을 생산하게 된다. 표 1은 타입 321 스테인레스강의 조성을 나타낸다.In general, Ti added stainless steel is in the range of 0.1 to steel grade which requires high corrosion resistance - which is the most important element for ensuring the corrosion resistance of stainless written because secure the steel carbon in TiC form lecture by the addition of Ti up to 0.4% Cr the Cr 23 to combine with the carbon It is added to prevent precipitation in the form of C 8 . The Ti-containing stainless steel production process is produced by the general stainless steel production process: electric furnace-refinery-bubbling sheet-continuous casting process. In addition, it has to create molten metal to melt the scrap and ferro-alloy in an electric furnace in a refining using oxygen and argon gases to the molten metal, and the polishing of the tantalum, Tallinn and desulfurization, bubbling (Bubbling) chapter moderately temperature and the component in a continuous casting Adjust In particular, Ti addition of Ti addition steel is performed in a bubbling site. Molten steel with controlled temperature and composition produces slab-shaped products by continuous casting. Table 1 shows the composition of type 321 stainless steel.

그러나, 이러한 Ti 첨가시 결정적인 단점은 Ti 이 산소 및 질소와의 친화력이 매우 크기 때문에 제강 공정중 용강중에 Ti 산화물(TiO2) 및 Ti 질화물(TiN)을 형성하며, 이와 같이 형성된 Ti 산화물 및 질화물이 융점이 매우 높아 주조중 노즐막힘을 야기하고 제품 표면의 품질에 악영향을 미치는 것이다. 특히, 주조중 노즐막힘은 래들 및 턴디쉬간의 쉬라우드 노즐과 턴디쉬와 몰드 사이의 침지 노즐 내부에서 동시에 발생되어 심하게 막히는 경우, 턴디쉬 및 몰드에 용강이 공급되지 않으므로 주조가 불가능하게 되어 제품 자체를 생산하지 못하는 가장 치명적인 상황을 야기시킨다.However, a critical disadvantage in the addition of Ti is that Ti has a very high affinity with oxygen and nitrogen, forming Ti oxide (TiO 2 ) and Ti nitride (TiN) in molten steel during the steelmaking process. The melting point is very high, causing nozzle clogging during casting and adversely affecting the quality of the product surface. Particularly, when the nozzle is clogged during casting, the shroud nozzle between the ladle and the tundish and the immersion nozzle between the tundish and the mold are simultaneously clogged and severely blocked, the molten steel is not supplied to the tundish and the mold so that the casting itself is impossible. It causes the most deadly situation that fails to produce.

또한, 노즐 막힘이 주조가 중단될 정도로 심하지 않은 경우라도 주조는 가능하지만 침지 노즐로부터의 몰드로의 용강 공급이 불안정하게 되어 제품 표면 품질에 가장 중요한 몰드내 용강 탕면 레벨이 불안정하게 되고 또한, 노즐 막힘 물질 자체가 잘려서 용강으로 혼입되어서 대형 개재물에 의해 제품의 표면 품질이 극히 불량하게 된다.In addition, even if the nozzle clogging is not so severe as to stop casting, casting is possible, but the molten steel supply from the immersion nozzle to the mold becomes unstable, causing the molten steel hot water level in the mold, which is most important for product surface quality, to become unstable. The material itself is cut off and incorporated into the molten steel, resulting in extremely poor surface quality of the product by large inclusions.

이와 같이, 주조중 노즐 막힘은 생산성 측면 뿐 아니라 제품 표면 품질에도 큰 영향을 미치기 때문에 지금까지 많은 연구 및 저감 기술이 개발되어 왔다. 도 1 (가), (나)는 전형적인 Ti 첨가 스테인레스강의 노즐 막힘 형태를 도시하고 있는데, 이는 노즐 막힘 정도가 심하여 주조가 중단된 경우로 (가)는 노즐 막힘의 외관상 형태를 도시한 것이며, (나)는 (가)의 A부분을 확대하여 도식적으로 도시한 도면이다. 도 1 (나)에 도시된 바와 같이, 노즐 막힘 단면은 4개층으로 구분됨을 알 수 있다. 즉, 원래의 노즐 내화몰층(4), 노즐 막힘을 직접적으로 야기한 층(5), 노즐 내부로 용강이 침투한 층(6), 치밀한 Ti 산화물층(7)의 4개층으로 이루어지며, 층(6)은 용강과 노즐 재질이 혼재되어 있으며 침투증 두께는 약 4㎜ 정도이다. 층(7)은 치밀한 Ti 산화물층으로, 이는 여러 연구자들의 조사에 의하면 용강중 Ti 이 아래의 반응식(1)에 의해 내화물 재질중 SiO2를 환원하여 형성된 Ti 산화물층으로 두께는 1㎜정도이다.As such, clogging of the nozzle during casting has a great influence not only on the productivity side, but also on the surface quality of the product, and thus many research and reduction techniques have been developed. 1 (a) and (b) show the nozzle clogging of a typical Ti-added stainless steel, which shows the appearance of nozzle clogging due to severe clogging of the nozzle. B) is a diagram schematically showing a portion A of (a) in an enlarged manner. As shown in Figure 1 (b), it can be seen that the nozzle clogging cross-section is divided into four layers. That is, it consists of four layers of the original nozzle refractory molten layer 4, the layer 5 which directly caused the nozzle clogging, the layer 6 in which molten steel penetrated into the nozzle, and the dense Ti oxide layer 7. 6) is a mixture of molten steel and nozzle material, the penetration thickness is about 4㎜. The layer 7 is a dense Ti oxide layer, which has been investigated by various researchers, and has a thickness of about 1 mm in which Ti in molten steel is formed by reducing SiO 2 in the refractory material by the following Reaction (1).

SiO2(노즐 내화물) + Ti (용강중) = TiO2+ Si ------------ (1)SiO 2 (nozzle refractory) + Ti (in molten steel) = TiO 2 + Si ------------ (1)

층(5)은 10 - 20㎛ 크기의 수없이 많은 TiO2입자(8)와 용강(9)이 섞여서 나타나며 그 두께는 10 - 20㎜이다. 도면에서 주조중 용강의 흐름 방향이 (10)으로 표시되고 있다. 결국 노즐 막힘은 강중의 Ti 산화물(TiO2)에 의해 주로 야기되었음을 알 수 있다.The layer 5 is a mixture of numerous TiO 2 particles 8 and molten steel 9 having a size of 10-20 μm and a thickness of 10-20 mm. In the figure, the flow direction of molten steel during casting is indicated by (10). It can be seen that the nozzle clogging was mainly caused by Ti oxide (TiO 2 ) in the steel.

이러한 노즐 막힘을 방지하기 위한 종래의 방법으로는 첫째, Ti을 감소시키는 방법이다. 즉, Ti을 감소시키면 Ti 산화물 및 Ti 질화물의 생성량이 감소할 것이라는 이론이다. 그러나, 이 경우 탄소(C)를 동시에 감소시켜야 하는 부담이 생긴다. 즉, 표 1에 나타낸 바와 같이 Ti 첨가 스테인레스강은 내식성 확보를 위해 C의 함량에 따라 일정비 이상의 Ti를 첨가하는 것을 설계 기본으로 한다. 통상 그 비율(Ti/C)은 7 - 10정도이다.The conventional method for preventing such a nozzle clogging is, firstly, a method of reducing Ti. That is, the theory is that reducing Ti will reduce the amount of Ti oxide and Ti nitride produced. However, in this case, there is a burden of simultaneously reducing carbon (C). That is, as shown in Table 1, the Ti-added stainless steel is based on the design of adding more than a certain ratio of Ti in accordance with the content of C to ensure corrosion resistance. Usually, the ratio (Ti / C) is about 7-10.

본 발명의 대상인 321 스테인레스강에서는 Ti/C>8을 설계 기본으로 한다. 따라서 동일한 비를 만족하기 위하여 Ti이 적은 경우 탄소를 낮추어야 한다. 탄소를 낮추면 정련로에서 탈탄을 위해 산소 취입량이 증가하게 되어 용강중 용존 산소량이 증가하게 되어 오히려 Ti 산화물이 더 많이 생성될 가능성이 있다. 또한, 정련 시간이 길어짐에 따라 용강 온도가 상승하여 출강후 온도를 낮추기 위하여 상당량의 냉각제를 투입하게 되어 냉각제 투입중 용강이 대기와 접촉하게 되어 재산화에 의한 개재물의 다량 생성의 가능성이 있다.In 321 stainless steel, which is the object of the present invention, Ti / C> 8 is the design basis. Therefore, in order to satisfy the same ratio, carbon should be lowered when Ti is small. Lowering the carbon increases the amount of oxygen blown for decarburization in the refining furnace, which increases the amount of dissolved oxygen in the molten steel. In addition, as the refining time increases, the molten steel temperature rises, and a considerable amount of coolant is added to lower the temperature after the tapping, and the molten steel comes into contact with the atmosphere during the coolant input, and there is a possibility of generating a large amount of inclusions by reoxidation.

둘째의 방법은 Ti 산화물을 원천적으로 감소시키기 위해 Ti 투입 전에 Ti 보다 산소와의 친화력이 큰 Al 을 다량 첨가하여 용존 산소를 없애는 방법이다. 이 방법은 Ti 산화물을 거의 형성시키지 않는 반면, 표면 품질에 Ti 산화물 보다 더 해로운 다량의 Al 탈산 생성물인 Al2O3가 형성되므로 이러한 Al2O3를 덜 해로운 CaO-Al2O3로 만들기 위하여 용강에 Ca을 투입하는 처리를 반드시 해 주어야 한다. 그러나 Ca 처리의 경우 Ca 자체의 강한 기화성으로 인해 정확한 농도 제어가 매우 어려우며 지나치게 적거나 많게 투입되면 원하는 개재물 형상이 얻어지지 않아 표면 결함이 증가하게 되며 특히, 지나치게 많이 첨가될 경우 용강중 Ca 이 턴디쉬와 몰드 사이의 용강 주입을 조절하는 스토퍼 내화물의 Al2O3와 반응하여 저융점 화합물인 CaO-Al2O3를 형성하여 스토퍼의 용손이 심하게 된다. 따라서 용강 주입 조절이 불안정하게 되어 제품 품질이 크게 악화된다.The second method is to remove dissolved oxygen by adding a large amount of Al, which has affinity with oxygen than Ti, before the addition of Ti to reduce Ti oxide. While this method rarely forms Ti oxide, a large amount of Al deoxidation product Al 2 O 3 is formed on the surface quality which is more harmful than Ti oxide, so in order to make this Al 2 O 3 a less harmful CaO-Al 2 O 3 . Ca must be added to molten steel. However, in the case of Ca treatment, due to the strong vaporization of Ca itself, it is very difficult to accurately control the concentration. If too little or too much is added, the desired inclusion shape is not obtained, and the surface defects are increased. Reaction of molten steel between molds reacts with Al 2 O 3 of the stopper refractory to form CaO-Al 2 O 3 , which is a low melting point compound, causing severe stoppage of the stopper. Therefore, molten steel injection control becomes unstable, and the product quality is greatly deteriorated.

본 발명은 상기 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 스테인레스강의 연속 주조중 노즐의 막힘을 효과적으로 방지하고 TiN의 형성을 억제하여 주조 안정성을 확보하고 제품 표면 품질을 양호하게 하는 타입 321 스테인레스강의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art described above, and is a type 321 stainless steel that effectively prevents the clogging of the nozzle during continuous casting of stainless steel and suppresses the formation of TiN to ensure casting stability and improve product surface quality. It is an object to provide a manufacturing method.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 용강중에서 Ti/C의 비를 8이상으로 하고, 중량 %로, C : 0.025 - 0.04%, Ti : 0.2%이상의 조성을 만족하고, 질소의 농도를 턴디쉬 용강 온도 T(℃)에서 Log(N%) = -19755/(T+273) + 7.78 + 0.07[%Ti] - log[%Ti] + 0.045[%Cr]의 식에 의해 계산되는 농도 이하로 조절하므로써 주조중 노즐 막힘을 방지하고 TiN의 형성을 억제하여 주조 안정성을 확보하고 제품 표면 품질을 양호하게 하는 타입(Type) 321 스테인레스강의 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, the ratio of Ti / C in molten steel to 8 or more, by weight%, satisfies the composition of C: 0.025-0.04%, Ti: 0.2% or more, tundish the concentration of nitrogen At the molten steel temperature T (℃), below the concentration calculated by the formula Log (N%) = -19755 / (T + 273) + 7.78 + 0.07 [% Ti]-log [% Ti] + 0.045 [% Cr] The present invention provides a method for producing Type 321 stainless steel that prevents nozzle clogging during casting and suppresses the formation of TiN to ensure casting stability and improve product surface quality.

도 1 (가)는 타입(Type)321 스테인레스강의 노즐 막힘 형태를 도시하는 도면이고, (나)는 (가)에서 A로 표시한 노즐 막힘층을 확대 도시한 도면이며,FIG. 1A is a view showing a nozzle clogging form of Type 321 stainless steel, (B) is an enlarged view of a nozzle clogging layer indicated by A in (A), and

도 2 (가)는 비금속 개재물을 모사하는 Al2O3기판과 타입 321 스테인레스강의 접촉 상태를 나타내며, 도 2 (나)는 TiO2기판과 타입 321 스테인레스강의 접촉 상태를 나타내는 도면이며,FIG. 2 (A) shows a contact state between an Al 2 O 3 substrate and a type 321 stainless steel that simulates a non-metallic inclusion, and FIG. 2 (B) shows a contact state between a TiO 2 substrate and a type 321 stainless steel.

도 3은 타입 321 스테인레스강에 있어서 용강중 티타늄(Ti)과 산소(O)의 평형 관계를 온도의 함수로 나타내는 그래프도이며,3 is a graph showing the equilibrium relationship between titanium (Ti) and oxygen (O) in molten steel as a function of temperature in type 321 stainless steel;

도 4는 (가)는 스테인레스강 제조시 용강중 탄소 함량과 정련로 출강 직전 용존산소(Free Oxygen)의 관계를 나타내는 그래프도이고, (나)는 탄소의 함량과 출강시 용강 온도의 관계를 나타내는 그래프도이며,Figure 4 (a) is a graph showing the relationship between the carbon content of molten steel in the manufacture of stainless steel and dissolved oxygen (Free Oxygen) just before tapping in the refining furnace, (b) is a graph showing the relationship between the carbon content and the molten steel temperature when tapping Degrees,

도 5는 타입 321 스테인레스강에 있어서 용강중 티타늄(Ti)과 질소(N)의 평형 관계를 나타내는 그래프도이며,5 is a graph showing the equilibrium relationship between titanium (Ti) and nitrogen (N) in molten steel in type 321 stainless steel;

도 6은 본 발명 방법과 종래 기술의 방법에서의 321 스테인레스강의 연연주비를 비교하여 도시한 그래프도이다.FIG. 6 is a graph showing a comparison of the lead ratio of 321 stainless steel in the method of the present invention and the prior art.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

1 : 노즐내화물2 : 노즐막힘물질4 : 원노즐내화물층DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Nozzle refractory material 2: Nozzle blocking material 4: One nozzle refractory layer

5 : 노즐막힘층6 : 노즐내용강침투층7 : TiO25: Nozzle Clogging Layer 6: Nozzle Content Hard Penetration Layer 7: TiO 2 Layer

8 : TiO2개재물입자9 : 응고된 용강10 : 용강흐름방향8 TiO 2 inclusion particles 9: solidified molten steel 10 molten steel flow direction

11 : Al2O3기판12 : TiO2기판13 : 용강입자11 Al 2 O 3 substrate 12 TiO 2 substrate 13 molten steel particles

14,15 : 접촉각14,15: contact angle

이하 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.The invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which preferred embodiments are shown.

도 2 (가), (나)는 Ti 산화물이 용강과 혼재되어 용이하게 노즐 막힘을 발생하는 이유를 알아보기 위하여 히팅 마이크로스코프(Heating Microscope)를 이용하여 용강과 개재물간의 접촉 상태를 측정한 결과를 나타낸다. 도 2 (가)는 Al2O3재질의 판(11)위에 타입 321 스테인레스강(13)이 녹아 접촉한 상태를 나타내며, 도 2 (나)는 TiO2재질의 기판(12)위에서 타입 321 스테인레스강(13)이 녹아 접촉한 상태를 나타낸다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, Al2O3의 경우는 접촉각(14)이 135°로 TiO2의 접촉각(15)인 100°보다 크게 나타난다. 즉, 용강과의 접촉성이 Al2O3보다 TiO2가 큼을 알 수 있다(완전 접촉성인 경우 접촉각은 0°이며, 완전 비접촉성일 때 접촉각은 180°임). 이러한 결과는 TiO2개재물이 용강과 혼합되어 있을 때 서로간의 접촉성이 매우 좋으므로 개재물 사이에 존재하는 용강이 쉽게 이동하지 못하고 서로 접촉하여 TiO2개재물 + 용강 상태로 존재하여 도 1에서 노즐막힘을 야기시킨 층(5)을 형성하기 때문이다. 따라서 노즐 막힘을 방지하기 위한 가장 효과적인 방법은 TiO2개재물을 감소시키는 것이다. TiO2개재물을 감소시키는 방법은 Ti 농도를 감소시키거나 용존 산소(Free Oxygen)의 양을 감소시키는 것이다. 따라서 본 발명에서는 우선 다음식의 Ti 와 산소와의 탈산 평형 관계를 열역학적으로 조사하였다.Figure 2 (a), (b) is a result of measuring the contact state between the molten steel and the inclusions using a heating microscope (Heating Microscope) in order to find out why Ti oxide is mixed with the molten steel to easily cause nozzle clogging. Indicates. Figure 2 (a) shows the state in which the type 321 stainless steel 13 is melted and contacted on the plate 11 of Al 2 O 3 material, Figure 2 (b) is type 321 stainless on the substrate 12 of TiO 2 material The state where the steel 13 melted and contacted is shown. As can be seen from the figure, in the case of Al 2 O 3 , the contact angle 14 is 135 °, which is larger than 100 °, which is the contact angle 15 of TiO 2 . In other words, it can be seen that the contact with molten steel is larger than TiO 2 than Al 2 O 3 (contact angle is 0 ° in case of full contact, and contact angle is 180 ° when completely non-contact). These results indicate that when the TiO 2 inclusions are mixed with the molten steel, the mutual contact between them is very good, so that the molten steels between the inclusions do not move easily and are in contact with each other, so that the TiO 2 inclusions + molten steel are present to prevent the nozzle clogging in FIG. 1. This is because the resulting layer 5 is formed. Thus, the most effective way to prevent nozzle clogging is to reduce TiO 2 inclusions. The method of reducing TiO 2 inclusions is to reduce the concentration of Ti or reduce the amount of free oxygen. Therefore, in the present invention, first, the deoxidation equilibrium relationship between Ti and oxygen in the following equation was thermodynamically investigated.

Ti+ 2.0 = TiO2----------- (2)Ti + 2.0 = TiO 2 ----------- (2)

도 3은 열역학적 자료를 이용하여 Ti와 산소와의 평형관계를 온도의 함수로 나타낸 것이다. 즉, 임의의 Ti 농도 및 온도에서 결정되는 평형 산소 농도 이상으로 산소가 존재하면 평형 산소 농도에 도달할 때까지 Ti은 탈산되어 TiO2의 탈산생성물 개재물을 만들 것이며, 반대로 산소가 평형 농도 이하로 존재하면 TiO2개재물은 형성되지 않을 것이다.3 shows the equilibrium relationship between Ti and oxygen as a function of temperature using thermodynamic data. That is, if oxygen is present above the equilibrium oxygen concentration determined at any Ti concentration and temperature, Ti will deoxidize until the equilibrium oxygen concentration is reached, resulting in deoxygenation inclusions of TiO 2 , on the contrary, oxygen is below equilibrium concentration TiO 2 inclusions will not be formed.

도 3 도시와 같이, 평형 산소 농도는 일정한 Ti 농도에서 온도가 감소할수록 감소하는 것을 알 수 있다. 또한, 특징적인 것은 평형 산소 농도에 미치는 Ti 농도의 영향은 Ti 이 0.1% 이하일 경우에는 Ti이 증가함에 따라 민감하게 감소하나 Ti 농도가 0.1%이상이 되면 평형 산소 농도는 Ti 농도에 거의 영향을 받지 않음을 알 수 있다.As shown in FIG. 3, the equilibrium oxygen concentration decreases with decreasing temperature at a constant Ti concentration. In addition, the effect of Ti concentration on the equilibrium oxygen concentration is sensitively decreased as Ti increases when Ti is less than 0.1%, but when Ti concentration is above 0.1%, the equilibrium oxygen concentration is hardly affected by Ti concentration. It can be seen that.

이러한 결과로부터 타입 321 스테인레스강의 Ti 범위가 0.1 - 0.4%이므로 Ti 산화물을 줄이기 위해서 Ti 농도를 낮게 하는 것은 의미가 없다는 것을 알 수 있다. 오히려 Ti 농도를 줄이기 위하여 탄소를 감소시킬 경우 정련로에서의 탈탄에 따른 부하가 증가하고 장시간 탈탄에 의한 용존 산소 및 용강 온도가 증가한다. 따라서, Ti 산화물의 개재물이 증가하고 다량의 냉각제 사용에 의해 용강의 재산화가 많게 되어 청정도 약화 및 노즐 막힘이 증가할 가능성이 높다.From these results, it can be seen that it is not meaningful to lower the Ti concentration in order to reduce the Ti oxide because the Ti range of type 321 stainless steel is 0.1-0.4%. On the contrary, if the carbon is reduced to reduce the Ti concentration, the load due to decarburization in the refining furnace increases, and the dissolved oxygen and molten steel temperature due to prolonged decarburization increase. Therefore, the inclusion of Ti oxide increases and the reoxidation of molten steel is increased by the use of a large amount of coolant, which is likely to reduce the cleanliness and the nozzle clogging.

이에 본 발명자는 TiO2를 감소시키기 위해서는 Ti 농도를 어느 정도 확보하여 정련로에서의 탈탄에 대한 부하를 감소시키고, 탄소(C)의 증가에 의한 용존 산소 및 용강 온도를 감소시켜 노즐 막힘을 방지하고 제품 품질의 개선을 동시에 만족시킬 수 있을 것이라는 점에 착안하였다. 먼저 본 발명자는 최적의 용강중 탄소 농도의 범위를 결정하기 위하여 스테인레스강에 대하여 용강중 탄소가 용존 산소 및 용강 온도에 미치는 영향을 조사하였다.In order to reduce the TiO 2 , the inventors secured the Ti concentration to some extent to reduce the load on decarburization in the refining furnace, and to reduce the dissolved oxygen and molten steel temperature due to the increase of carbon (C) to prevent nozzle clogging. It was pointed out that the improvement of product quality could be satisfied at the same time. First, the present inventors investigated the effect of carbon in molten steel on dissolved oxygen and molten steel temperature for stainless steel to determine the optimum range of carbon concentration in molten steel.

도 4 (가)는 용강중 탄소가 용존산소에 미치는 영향을 나타낸 것으로 용강중 탄소가 감소함에 따라 용존산소는 거의 직선적으로 증가함을 보여준다. 도 4 (나)는 용강중 탄소의농도가 용강 온도(정련로 출강직전)에 미치는 영향을 나타낸 것으로 전반적으로 C의 농도가 감소함에 따라 용강 온도는 상승하며 특히 탄소가 0.025% 이하로 되면 출강 온도는 크게 증가함을 보여 준다. 즉, 이 농도 이하의 탄소 농도에서는 탈탄 반응과 동시에 기타 성분인 Cr, Mn, Si등이 동시에 산화되어 용강 온도가 급상승하는 것으로 판단된다. 이상의 조사 결과로부터 321 스테인레스강에 있어서 TiO2개재물을 감소시키기 위해서는 용강중 탄소 농도를 가능한한 크게 하는 것이 유리함을 알 수 있다. 그러나, 탄소 농도를 높이는 데는 한계가 있다. 즉, 탄소가 높아지면 최종 제품의 경도가 지나치게 높아져 제품으로 사용할 수가 없으며 또한, 정련로에서 정련후 제강 및 연주에 필요한 최소 온도의 확보가 불가능하게 된다. 따라서 대부분의 321 강의 경우 C의 최대양은 0.04%로 한다. 이상의 결과로부터 본 발명자는 321 스테인레스강의 적정 탄소 함량은 0.025 - 0.04% 정도임을 도출하였다.Figure 4 (a) shows the effect of carbon in the molten steel on the dissolved oxygen shows that the dissolved oxygen increases almost linearly as the carbon in the molten steel decreases. Figure 4 (b) shows the effect of the concentration of carbon in the molten steel on the molten steel temperature (just before the tapping of the refining furnace), the overall temperature of the molten steel increases as the concentration of C decreases, especially when the carbon is less than 0.025% Shows a significant increase. That is, at the carbon concentration below this concentration, it is judged that simultaneously with the decarburization reaction, other components Cr, Mn, Si, etc. are simultaneously oxidized, and the molten steel temperature rises rapidly. From the above results, it can be seen that in order to reduce TiO 2 inclusions in 321 stainless steel, it is advantageous to increase the carbon concentration in molten steel as much as possible. However, there is a limit to increasing the carbon concentration. In other words, if the carbon is high, the hardness of the final product is too high to be used as a product, and it is impossible to secure the minimum temperature necessary for steelmaking and performance after refining in the refining furnace. Therefore, for most 321 steels, the maximum amount of C is 0.04%. From the above results, the present inventors derived that the appropriate carbon content of 321 stainless steel is about 0.025-0.04%.

이러한 C의 함량에 해당하는 Ti 의 온도는 321 제품 특성상 Ti/C비가 8 이상이어야 하므로 0.2 - 0.32% 이다. 그러나 이와 같이 탄소가 0.025% 이하일 경우의 Ti 농도의 0.2% 보다 다량으로 Ti을 첨가할 경우 문제가 되는 것은 용강중 Ti과 질소와의 반응에 의해 형성되는 TiN개재물이다. TiN은 융점이 2000℃ 근방으로 매우 높기 때문에 용강중에 형성되어 여러 TiN 입자가 응집하여 성장하면 비록 노즐 막힘에는 TiO2개재물 보다는 악영향을 미치지 않지만은 제품 표면 품질에는 극히 해롭다. 따라서 TiN을 용강중, 정확히 말하면 턴디쉬 용강 이전에 형성하지 않도록 조절하는 것이 중요하다. 따라서 본 발명자는 다음식으로 나타내어지는 Ti와 질소의 TiN 형성 반응에 대해 열역학적 조사를 하였다.The temperature of Ti corresponding to the content of C is 0.2-0.32% since the Ti / C ratio should be 8 or higher due to the characteristics of the 321 product. However, when Ti is added in an amount greater than 0.2% of the Ti concentration when the carbon is 0.025% or less, a problem is TiN inclusions formed by the reaction of Ti and nitrogen in molten steel. Since TiN has a very high melting point around 2000 ° C., when TiN particles are formed in molten steel and aggregate and grow, the TiN particles are extremely detrimental to the surface quality of the product, although they do not adversely affect the nozzle clogging than TiO 2 inclusions. Therefore, it is important to control TiN not to form in molten steel, that is to say, before tundish molten steel. Therefore, the present inventors have thermodynamically investigated the TiN formation reaction of Ti and nitrogen represented by the following formula.

Ti + N = TiN ---------- (3)Ti + N = TiN ---------- (3)

위식에 대한 평형관계식은 여러 학술 자료에서 발표되어 왔다. 본 발명에서는 이들 여러 자료를 검토 계산한 후 실제 321 스테인레스강에서 TiN 형성 결과와 가장 잘 일치하는 다음 식을 채택하였다.Equilibrium relations have been published in several academic sources. In the present invention, after reviewing and calculating these various data, the following equation that best matches the TiN formation result in actual 321 stainless steel was adopted.

log(N%) = -19755/(T+273) + 7.78 + 0.07[%Ti] - log[%Ti] + 0.045[%Cr]---- (4)log (N%) = -19755 / (T + 273) + 7.78 + 0.07 [% Ti]-log [% Ti] + 0.045 [% Cr] ---- (4)

(T :。C)(T: 。C)

도 5는 이 식을 이용하여 321 스테인레스강종에 대하여 Ti와 질소의 평형 관계를 온도의 함수로 나타낸 것이다. 도 5 도시로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 2의 Ti와 산소와의 관계와는 달리 321 강의 Ti 농도 범위(0.15 - 0.4%)에서 평형 질소 농도에 미치는 Ti 농도의 영향은 미남한 것을 알 수 있고, 따라서 TiN을 감소시키기 위해 Ti 농도를 감소시키는 것이 효과적임을 알 수 있다. 따라서 앞에서 용강중 산소 농도를 감소시키기 위해 탄소 및 Ti를 어느 농도 이상 첨가하되, Ti 농도는 턴디쉬 용강에서 TiN을 형성하지 않는 질소 농도를 확보한다는 것을 반드시 전제해야 함을 알 수 있다. 한편, 도면중 ●표는 TiN 클러스터(Cluster)(여러개의 TiN이 뭉쳐서 100㎛ 이상의 크기를 갖는 것)가 제품에서 존재하는 경우이며, ○표는 TiN 클러스터가 존재하지 않아 양호한 표면 품질을 나타낸 용강의 턴디쉬에서의 Ti와 N의 관계를 나타낸 것이다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이들은 턴디쉬 온도인 1500℃에서의 Ti와 질소의 평형선을 기준으로 구분됨을 알 수 있다. 즉, 1500℃ 평형선보다 위에 존재하는 영역(16)의 조성에서는 대부분 TiN 클러스터가 존재하며, 평형선 아래의 영역(17)에 존재하는 조성은 TiN 클러스터가 없다. 이는 턴디쉬 이후에 TiN이 형성되면 이들이 서로 응집 성장할 기회가 없기 때문에 TiN 클러스터가 형성되지 않고 결과적으로 제품 표면 품질도 양호한 결과를 보인 것으로 해석된다. 따라서 질소의 농도는 턴디쉬 용강 온도에서 (4)식으로부터 계산되는 질소 농도 이하로 조절되어야 함을 알 수 있다.FIG. 5 shows the equilibrium relationship between Ti and nitrogen as a function of temperature for 321 stainless steels using this equation. As can be seen from FIG. 5, unlike the relationship between Ti and oxygen in FIG. 2, the influence of Ti concentration on the equilibrium nitrogen concentration in the Ti concentration range (0.15-0.4%) of the 321 steel is slight. Therefore, it can be seen that reducing the Ti concentration is effective to reduce TiN. Therefore, in order to reduce the concentration of oxygen in the molten steel, carbon and Ti may be added to a certain concentration, but it can be seen that the Ti concentration must ensure that the nitrogen concentration that does not form TiN in the tundish molten steel. In the drawing, the table shows TiN clusters (multiple TiNs having a size of 100 μm or more) in the product. ○ The table shows that the molten steel exhibited good surface quality due to the absence of TiN clusters. The relationship between Ti and N in the tundish is shown. As can be seen from the figure, it can be seen that they are divided on the basis of the equilibrium line of Ti and nitrogen at 1500 ° C tundish temperature. That is, most of TiN clusters exist in the composition of the region 16 that exists above the 1500 ° C equilibrium line, and there is no TiN cluster in the composition that exists in the region 17 below the equilibrium line. It is interpreted that when TiN is formed after tundish, they do not have a chance to grow coherently with each other, so that TiN clusters are not formed and consequently, the product surface quality is also good. Therefore, it can be seen that the concentration of nitrogen should be controlled below the nitrogen concentration calculated from Eq. (4) at the tundish molten steel temperature.

본 발명자는 이상 설명한 본 발명에 대한 효과를 실시예를 통하여 검증하였다.The present inventors verified the effects on the present invention described above through the examples.

이하에서는 본 발명을 실시예와 관련하여 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the examples.

실시예 1Example 1

표2는 기존의 방법에 의한 321 스테인레스강의 제조 방법과 본 발명 방법에 의한 제조시 용강의 성분 및 연속 주조 결과인 노즐 막힘 정도 및 주편 상태에서의 TiN 클러스터(Cluster) 개수 등을 비교한 것이다. 여기서 노즐 막힘 정도는 도 1 (나)에 도시한 노즐 막힘층(5)의 길이를 주조후 측정한 결과를 이용한 것이고 TiN 클러스터는 주조후 주편을 가로 50㎜ × 세로 50㎜ 로 채취하여 연마한 후 광학 현미경을 이용하여 크기 100㎛ 이상의 TiN 클러스터의 개수를 시편의 면적으로 나눈 것이다. 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교재 1 및 2는 Ti와 질소를 낮추어 TiN 클러스터는 전혀 발견되지 않으나 출강시 산소가 높고 결과적으로 TiO2의 탈산생성물의 개재물을 다량 발생시켜 주조중 노즐 막힘이 심하여 연속 주조 중간에 조업이 중단된 결과를 초래했다. 또한, 비교재 3은 C 및 Ti의 농도는 본 발명의 범위를 만족하나 질소 농도를 지나치게 높게 하여 주편에 무수한 TiN 클러스터를 발생하고 TiN에 의한 노즐 막힘도 상당량 발생한 경우이다. 반면 본 발명 방법에 의해 제조된 발명재 1, 2, 3은 노즐 막힘도 10㎜ 이하로 양호하고 TiN 클러스터도 약간은 존재하나 문제가 될 정도는 아닌 양호한 결과를 나타내었다.Table 2 compares the manufacturing method of 321 stainless steel by the conventional method and the composition of molten steel and the degree of nozzle clogging and the number of TiN clusters in the state of cast steel. Here, the degree of clogging of the nozzle is obtained by measuring the length of the nozzle clogging layer 5 shown in FIG. 1 (b) after casting. Using an optical microscope, the number of TiN clusters having a size of 100 μm or more was divided by the area of the specimen. As can be seen from Table 2, Comparative materials 1 and 2 lowered Ti and nitrogen so that TiN clusters were not found at all, but the oxygen was high at the time of tapping, and as a result, a large amount of inclusions in the deoxidation product of TiO 2 was generated, resulting in nozzle clogging during casting. The result was a severe shutdown in the middle of the continuous casting. In addition, the comparative material 3 is a case where the concentration of C and Ti satisfies the scope of the present invention, but the nitrogen concentration is excessively high to generate a myriad of TiN clusters on the cast steel, and a significant amount of nozzle clogging by TiN occurs. On the other hand, the inventive materials 1, 2, 3 produced by the method of the present invention showed good nozzle clogging degree of 10 mm or less, and TiN clusters were also present but not a problem.

실시예 2Example 2

도 6은 본 발명의 조업 방법을 실제 공정에 적용하여 노즐 막힘을 방지함으로써 연연주비의 증가를 도시한 도면이다. 여기서 연연주비는 연속 주조 개시후에 연속적으로 주조된 히트(Heat)수를 의미하며, 본 발명에서의 한 개의 히트(Heat)는 1개의 래들에 담긴 용강을 의미하고 통상 1개의 히트는 90톤의 용강을 담고 있다. 도시로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래의 방법에 의하면 노즐의 막힘으로 인하여 약 1.3 의 연연주비를 나타내는 반면, 본 발명에 의한 조업 방법을 적용한 결과 연연주비는 2배 이상인 3.0을 나타내어 생산성을 크게 향상시킨 결과를 나타낸다.FIG. 6 is a view showing an increase in the lead ratio by applying the operating method of the present invention to an actual process to prevent nozzle clogging. Here, the lead cast ratio refers to the number of hits (Heat) continuously cast after the start of continuous casting, one heat (heat) in the present invention means a molten steel contained in one ladle and usually one heat is 90 tons of molten steel It contains. As can be seen from the figure, the conventional method shows a soft fuel ratio of about 1.3 due to clogging of the nozzle, while the soft fuel ratio is 3.0, which is twice or more, as a result of applying the operation method according to the present invention, which greatly improves the productivity. Results are shown.

상기 설명한 바와 같은 본 발명의 주조 안정성이 확보되고 제품 표면 품질이 양호한 타입 321 스테인레스강으 제조 방법에 의하면, 용강중의 탄소(C)와 티타늄(Ti)의 비율 및 조성을 적절하게 조정하고 질소 농도를 소정 범위 이하로 조절함으로써 래들 및 턴디쉬간의 쉬라우드 노즐(Shroud Nozzle) 및 턴디쉬 몰드간의 침지노즐(Submerged Entry Nozzle)의 주조중의 막힘을 방지하고 TiN의 형성을 억제함으로써 주조의 안정성을 확보하고 제품 표면 품질을 양호하게 하는 효과가 얻어지며, 결과적으로 생산성을 향상시키는 효과가 달성된다.According to the method for producing type 321 stainless steel which ensures the casting stability of the present invention as described above and has good product surface quality, the ratio and composition of carbon (C) and titanium (Ti) in molten steel are properly adjusted and the nitrogen concentration is in a predetermined range. The following adjustment prevents blockage during casting of the shroud nozzle between the ladle and the tundish and the submerged entry nozzle between the tundish mold and prevents the formation of TiN to secure casting stability and to ensure the product surface. An effect of improving quality is obtained, and as a result, an effect of improving productivity is achieved.

Claims (1)

타입(Type) 321 스테인레스강의 제조 방법으로서, 용강중에서 중량 %로, Ti/C의 비를 8이상으로 하고, C : 0.025 - 0.04%, Ti : 0.2%이상의 조성을 만족하고, 질소의 농도를 턴디쉬 용강 온도 T(℃)에서 Log(N%) = -19755/(T+273) + 7.78 + 0.07[%Ti] - log[%Ti] + 0.045[%Cr]의 식에 의해 계산되는 농도 이하로 조절하므로써 주조중 노즐 막힘을 방지하고 TiN의 형성을 억제하여 주조 안정성을 확보하고 제품 표면 품질을 양호하게 하는 타입(Type) 321 스테인레스강의 제조 방법.A method for producing Type 321 stainless steel, in which the weight ratio of molten steel is set to 8 or more, the ratio of Ti / C is 8 or more, the composition of C: 0.025-0.04%, Ti: 0.2% or more, and the concentration of nitrogen are tundished. At the molten steel temperature T (℃), below the concentration calculated by the formula Log (N%) = -19755 / (T + 273) + 7.78 + 0.07 [% Ti]-log [% Ti] + 0.045 [% Cr] A method for producing Type 321 stainless steel which prevents nozzle clogging during casting and suppresses the formation of TiN, thereby ensuring casting stability and improving product surface quality by controlling.
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