KR19980050643A - 고합금 오스테나이트계 내열 스테인레스강의 열간압연방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 20% 이상의 Cr을 함유하는 고합금 오스테나이트계 스테인레스강의 열간압연 방법에 관한 것이며, 그 목적은 20% 이상의 Cr이 첨가되어 내산화성이 우수하나 완전한 오스테나이트 조직을 가짐으로써 고온연성이 낮은 고합금 오스테나이트계 내열 스테인레스강의 열간압연에 있어서 표면균열의 발생을 방지하기 위한 열간압연방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본발명은 20% 이상의 Cr을 함유하는 고합금 오스테나이트계 스테인레스강을 연속주조하여 두께 150 -250mm의 슬라브를 제조하고, 이후 슬라브를 재가열로에서 1200-1270℃의 온도범위로 총 재로시간 300분 이내로 가열한 후 추출하여 조압연과 사상압연을 거쳐 열연강판으로 제조하는 방법에 있어서,상기 조압연전에 가열된 슬라브에 5kg/㎠이상의 압축공기를 분사하여 스케일을 제거한 후 조압연의 첫째 및 들째 패스(pass)에서의 압연속도를 200 mpm(meter per minute) 이상 400mpm 이하로 제어하여 조압연한 다음, 사상압연하는 열연표면품질향상을 위한 고합금 오스테나이트계 스테인레스강의 열간압연 방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

고합금 오스테나이트계 내열 스테인레스강의 열간압연 방법

본 발명은 고합금 오스테나이트게 내열 스테인레스강의 열간압연 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 20% 이상의 Cr이 첨가되어 열연가열로 내에서 내산화성이 우수하나 연속주조 스라브 내에 델타 페라이트가 거의 없고 고온연성의 온도 의존성이 매우 큰 고합금 오스테나이트계 내열 스테인레스강의 열간압연에 의한 열연강판 제조에 있어서 표면균열의 발생을 방지하기 위한 열간 조압연 공정에 관한 것이다.

통상적으로 오스테나이트계 스테인레스 열연강판의 제조공정은 두께 150-300mm의연속주조 스라브를 1200 - 1300℃의 온도로 균열되도록 재가열한후 추출하여 먼저 조압연 공정에서 두께 20 - 40mm 의 이송바(bar)로 제조하고 이를 사상압연공정에서 두께 2- 6mm의 열연코일로 제조하는 과정으로 이루어진다. 이러한 과정에서 압연소재의 열간가공성이 낮거나 가열로에서 과다한 국부산화가 일어나는 경우에는 조압연 공정중에 압연소재의 표면에 균열이 생성되어 최종 제품의 표면품질이 떨어지는 문제가 있다. 상기 가열로에서의 국부산화에 의한 표면품질 저하에 관해서는 최근 많은 연구, 개발이 이루어져서 가열로내의 과잉산소 농도를 적절히 제어함으로써 표면품질의 저하를 방지하는 기술이 사용되고 있다.

그러나, 강의 열간가공성이 나빠서 압연온도에서의 단면감소율이 50% 이하로 낮아지면 균열발생이 용이해져서 가열로의 과잉산소농도를 적절히 제어한다해도 표면품질의 저하를 막기 어렵다.

오스테나이트계 내열 스테인레스강은 우수한 고온 내산화성을 확보하기 위하여 통상적인 Fe-18중량% Cr-8중량% Ni(이하,'%'라 한다)강에 비해 많은 Cr를 함유하며 동시에 고온에서 고강도를 유지하기 위하여 많은 양의 Ni을 첨가한 완전한 오스테나이트 조직을 갖게 된다. 대표적인 고합금 오스테나이트계 내열 스테인레스강의 조성은 Fe-25% Cr-20% Ni이다. 그러나, 이와 같은 완전한 오스테나이트 조직을 갖는 강은 고온에서의 연성이 매우 낮아서 통상적인 열간조압연 공정중 압연재의 전폭에 걸쳐 표면균열이 발생한다.

이와같은 표면균열을 방지하기 위한 대표적인 방법으로 독일특허 DE254495나 일본특허 JP52156716에 제안된 방법을 들수 있는데, 상기 방법은 20-27ppm(무게기준)의 B를 강에 첨가하여 강의 고온연성이 향상되는 효과는 있지만, B의 첨가로 열연판이나 냉연판의 소둔 후 냉각시 Boride(M₂B)가 입계에 석출되어 강의 내입계부식성이 저해되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 종래문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 고합금 오스테나이트계 스테인레스강의 열간압연에 의한 열연강판의 제조시 강의 내입계부식성을 저해함이 없이 조압연 공정에서 표면균열의 발생을 효과적으로 억제하여 열연강판의 표면품질을 개선하는 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도1은 Fe-18% Cr-8% Ni(STS 304)강과 Fe-25% Cr-20% Ni(STS 310S)강의 열간가공성을 비교한 그래프

도2는 일반적인 오스테나이트계 스테인레스강의 조압연 조건에서 롤 갭(roll gap) 내 소재에 형성되는 압연방향 인장응력 분포(가)와 소재의 온도분포(나)를 나타낸 그래프

도3는 소재온도 1250℃인 조압연 조건에서 롤갭(roll gap) 추출부의 소재표면온도에 미치는 압연속도의 영향을 나타낸 그래프

상기 목적을 달성하기 위한 본발명은 20% 이상의 Cr을 함유하는 고합금 오스테나이트계 스테인레스강을 연속주조하여 두께 150 -250mm의 슬라브를 제조하고, 이후 슬라브를 재가열로에서 1200- 1270℃의 온도범위로 총 재로시간 300분 이내로 가열한 후 추출하여 조압연과 사상압연을 거쳐 열연강판으로 제조하는 방법에 있어서,상기 조압연전에 가열된 슬라브에 5kg/㎠이상의 압축공기를 분사하여 스케일을 제거한 후 조압연의 첫째 및 둘째 패스(pass)에서의 압연속도를 200 mpm(meter per minute) 이상 400mpm 이하로 제어하여 조압연한 다음, 사상압연하는 열연표면품질향상을 위한 고합금 오스테나이트계 스테인레스강의 열간압연 방법에 관한 것이다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도1는 통상적인 Fe-18% Cr-8% Ni(STS 304)오스테나이트계 스테인레스강과 Fe-25% Cr-20% Ni(STS 310S)강의 열간가공성을 비교한 것이다.

도1에서 보는 바와같이, 고합금 오스테나이트계 내열 스테인레스강인 STS 310S은 STS 304강에 비해 고온연성이 낮으며, 고온연성의 온도 의존성이 커서 1000℃까지 온도가 낮아지면 고온연성이 현저히 낮아진다.

이와같은 고합금 오스테나이트계 내열 스테인레스강의 낮은 열간가공성은 이들 강종의 S, P 등 불순물 원소에 고온취화에 매우 민감하기 때문이다.

더욱 구체적으로 설명하면, 일반적으로 오스테나이트계 스테인레스강에 첨가된 다량의 Ni은 강의 Ni 당량을 높여서 연주과정에서 오스테나이트상으로 응고가 일어나 페라이트가 전혀 없는 완전한 오스테나이트 조직을 갖게 한다.

이러한 강종들은 S, P등 입계를 취화하는 원소의 고용도가 큰 페라이트상이 없으므로 이들 취화원소들이 열간압연 공정에서 오스테나이트 입계에 편석하여 입계를 취화시켜 열간가공성이 크게 낮아진다.

이러한 S,P의 입계 취화현성은 도1에 도시된 바와같이 1000℃ 근방에서 가장 현저하다. 본 발명은 상기와 같은 1000℃ 근방의 온도에서 고은연성이 급격히 저하되는 고합금 오스테나이트계 내열 스테인레스강의 특징을 감안하여 조압연에서 소재의 표면 온도를 높여주므로 강의 열간가공성 부족에 의한 표면균열 발생을 방지하는데 특징이 있다.

이를 위해 우선, 본 발명에서는 연속주조 스라브의 두께가 150-250mm의 범위로 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 두께 150mm 미만의 경우 생산성의 저하가 심하고, 250mm 이상의 두꺼운 스라브의 경우 통상적인 이송 바 두께까지 조압연을 실시할때 조압연 각 패스(pass) 당 압하율이 과대해져서 본 발명에 의한 표면균열 억제효과롤 얻기 어렵기 때문이다.

상기와 같은 두께를 가지는 스라브의 재가열시 온도를 1200-1270℃의 범위로, 재로시간은 300분 이하로 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 온도가 1200℃미만인 경우 열간압연에 필요한 충분한 숙열이 이루어지지 않고, 온도가 1270℃를 초과하거나 재로시간이 300분을 초과하면 과다한 스라브 표면의 국부산화에 의해 균열의 기점으로 작용하는 노듈형 산화물이 생성되고, 또한 과다한 결정립 성장에 의해 결정립계 파괴가 일어나기 쉽기 때문이다.

상기와 같이 재가열한후, 행하는 열간압연은 본 발명의 가장 중요한 특징으로서,본 발명에 따라 랭하는 조압연 초기 탈스케일 방식과 압연속도의 한정 이유를 보다 상세히 설명한다.

일반적으로 조압연 공정에서 스라브는 가열로와 조압연기 직전의 탈스케일 장치 및 조압연 각 스텐드(stand)를 거치면서 약 20-40 mm 두께의 바(bar)로 제조된다. 통상적으로 탈스케일은 약간의 폭압연에 의해 슬라브 표면의 가열로 스케일을 제거한 다음, 고압수를 분사하여 파괴된 스케일을 제거하는 과정으로 이루어진다. 이후 행하는 조압연의 스탠드(stand)는 1- 4개이고 보통 1개 이상의 스탠드(stand)가 가역식 압연을 함으로서 총압연패스(pass)수는 6 -9번 정도이며, 첫째와 둘째 스댄드에서의 압연속도는 50-150mpm빔위에 있다.

이때, 스라브가 매우 취약한 주조조직을 유지하고 있는 상태에서 압연이 이루어지는 조압연 초기 즉, 첫째 및 둘째 패스(pass)에서 표면균열이 발생할 위험이 가장 높다.

한편, 도2는 일반적인 오스테나이트계 스테인레스강의 조압연 첫째 및 둘째패스(pass) 압연조건에서 롤갭(roll gap)내 소재에 형성되는 압연방향 인장응력 분포와 소재의 온도분포를 소재 표면과 중심부에 대해 나타낸 것이다.

도2a에서 보인 바와같이, 압연소재는 롤 갭(roll gap) 내에서의 불균일 변형에 의해 치입부와 추출부의 소재 표면에 압연방향으로 큰 인장응력이 형성된다.

또한, 도2b에 보인 바와같이 압연전 1200℃의 균일한 온도 분포를 갖는 소재는 롤(roll)과의 접촉에 의해 추출부에서는 표면의 온도가 1000℃정도로 저하되고 압연 변형에 의한 변형열의 발생으로 중심의 온도는 다소 상승하는 불균일한 분포를 갖게 된다.

따라서, 추출부의 소재 표면은 높은 인장응력의 발생과 함께 온도가 저하되는데 전술한 바와같이 고합금 오스테나이트계 내열 스테인레스강의 경우 심한 고온연성의 저하가 수반되므로 이 부위에서 압연방향과 수직한 표면균열이 발생한다.

상기 문제점을 해결하기 위한 연구한 결과, 롤갭(roll gap) 추출부의 소재표면에서의 온도저하가 탈스케일 방식과 표면 수냉 효과에 의해 탈스케일 직후 압연재의 표면온도가 20-40℃정도 저하되며 탈스케일 후 조압연 첫 패스까지의 이송시 압연재 표면에 수막이 잔류함으로써 표면온도가 내부온도에 의해 거의 복열되지 않고 불균일한 온도 분포를 가진 채로 압연이 이루어짐으로써 조압연 첫째 패스에서의 롤 출고(roll exit)부 표층 온도를 낮추는 작용을 한다. 그러나, 탈스케일을 폭압연후압축공기 분사방식으로 실시하면 탈스케일 직후의 표면온도 저하가 거의 없게 된다.

통상적인 STS 304강의 경우 가열로 스케일이 두껍게 형성되기 때문에 압축공기 분사방식에서는 스케일의 박리성이 저하되어 최종제품의 표면에 면거침이 발생될 우려가 있으나 본 발명에서는 대상으로 한 고합금 오스테나이트계 스테인레스강의 경우 가열로 스케일이 상대적으로 얇게 형성되므로 압축공기 분사로도 충분한 탈스케일 효과를 얻을 수 있음과 동시에 탈스케일 직후 압연재 표면온도를 높게 확보할수 있다. 이때의 압축공기 분사압은 5kg/㎠이상으로 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 폭압연시 제거되지 않고 남아 있는 스케일이 있는 경우 제거가 어려워 최종제품의 면이 거칠어질 수 있기 때문이다.

도3는 소재온도 1250℃ 조압연 조건에서 롤 갭(roll gap) 추출부의 소재표면온도에 미치는 압연속도의 영향을 나타낸 것으로서, 조압연 첫째 및 둘째 패스(pass)에서의 통상적인 압연속도인 50 -120 mpm 범위에서는 소재 표면온도가 900 -1000℃범위에 있으나 압연속도를 200mpm이상으로 증가시키면 소재 표면온도가 1070℃ 이상으로 높아짐을 보여준다. 즉, 조압연 첫째 및 둘째 패스(pass)에서의 압연속도를 200 mpm 이상으로 제어하면 롤갭(roll gap) 추출부의 소재표면 온도의 심한 저하를 막을수 있어서 비록 이 부위에 인장응력이 형성된다 해도 도1에서 보인바와같이 소재의 연성이 충분히 높아져서 표면균열의 발생을 방지할수 있다. 그러나 압연속도가 400mpm을 초과하면 가역압연 조업시 압연소재의 역이송이 어려워진다는 문제점이 있으므로 압연속도는 200-400 mpm으로 제한하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 상기와 같은 조건으로 열간압연 하면, 표면 균열의 발생 위험이 가장 높은 롤갭(roll gap) 추출부 소재표면에서의 온도저하를 현저히 감소시킴으로써 이 부위 소재의 고온 연성을 높여 표면균열의 발생을 방지할수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

실시예

하기 표1의 Fe-25% Cr-20% Ni계(STS 310S)강을 진공유도 용해하여 25kg 잉고트로 제조한후 잉고트의 표층에서 폭 80mm, 두께 40mm, 길이 200 mm의 시편을 채취하여 열간압연을 실시하였다. 또한, 비교재로서 Fe-18% Cr-8% Ni(STS 304)강의 연속주조 스라브의 표층에서 동일한 크기의 시편을 채취하여 열간압연하였다. 상기 시편은 가열로에서 1250℃로 1시간 동안 가열한후 추출하여 산화스케일을 파괴하기 위하여 10%의 폭압연을 가하고 표면에 물을 분사하여 파괴된 스케일을 제거함과 동시에 표면에 5초간 수막이 형성되도록한 조건과 폭압연후 압축공기로 파괴된 스케일을 제거한 조건에서 수냉되고 있는 2단 롤을 사용하여 첫째 패스(pass)에서는 20%, 둘째패스(pass)에서는 30%의 압하율로 하고, 압연속도 하기 표 1과 같이 하여 2단 압연하였다. 상기 압연판은 상온까지 공냉한후 산세하고 표면에 나타난 균열을 관찰한후 길이 2mm 이상의 표면균열발생빈도를 측정한 다음 하기 표 1에 나타내었다.

상기 표1에서 보는 바와같이, 고합금 오스테나이트계 내열 스테인레스강을 조압연의 첫쩨 및 둘째 패스 에서의 압연속도가 모두 200mpm이상이 되는 발명예(1)의 경우 표면균열의 발생이 방지되었다.

전술한 바와같이 본 발명은 고합금 오스테나이트계 내열 스테인레스강을 열간압연함에 있어서 조압연직전 탈스케일 압축공기 방식에 의해 수행하며 조압연의 첫째 및 둘째 패스(Pass)에서의 압연속도를 200-400mpm 의 범위로 제어함으로써 롤갭(roll gap) 추출부의 소재 표층에서 온도저하를 감소시켜 이 부분의 고온연성의 저하를 방지하는 방법으로 표면 균열의 발생을 억제하는 것을 통하여 고합금 오스테나이트계 내열 스테인레스강의 열연표면품질을 개선하는 효과를 준다. 또한, 본 발명은 종래재와 비교하여 강의 내입계부식성을 저해하는 B의 첨가 없이도 열연표면품질을 향상시킴으로써 제품의 부가가치를 높여주며, 면거침 발생 우려가 없고, 표면균열에 의해 야기되는 열연코일 제품의 표면결함을 기계적으로 제거하기 위한 코일 연삭공정을 생략할수 있게 함으로써 생산비용의 절감효과를 주고, 동시에 표면결함 발생을 우려한 열연 재가열온도와 시간 및 압연조건의 제한 요소를 완화시킴으로써 작업성과 생산성을 향상시키는 효과를 준다.

Claims (1)

1. 20%이상의 Cr을 함유하는 고합금 오스테나이트계 스테인레스강을 연속주조하여 두께 150-250mm의 슬라브를 제조하고, 이후 슬라브를 재가열로에서 1200-1270℃의 온도범위로 총 재로시간 300분 이내로 가열한 후 추출하여 조압연과 사상압연을 거쳐 열연강판으로 제조하는 방법에 있어서, 상기 조압연전에 가열된 슬라브에 5kg/㎠이상의 압축공기를 분사하여 스케일을 제거한 후 조압연의 첫째 및 둘째 패스(pass)에서의 압연속도를 200mpm(meter per minute) 이상 400mpm 이하로 제어하여 조압연한 다음, 사상압연하는 것을 특징으로 하는 열연표면품질 향상을 위한 고합금 오스테나이트계 스테인레스강의 열간압연 방법.