KR19990087003A - 강편의 수냉방법 및 수냉용 수조_ - Google Patents

Abstract

(과제) 부분적인 광택불균일이나 스캐브를 저감시킬 수 있는 강편의 냉각방법 및 강편의 수냉용 수조를 제공한다.

(해결수단) 강편을 그의 넓은면이 상하면이 되도록 수중에 침지시킴과 함께, 강편의 하면에 대하여 수분사를 행한다. 수분사의 유량은 10 ∼ 150ℓ/m²·min, 수분사는 강편의 하면에 대하여 수직 또는 경사 방향에서 행하는 것이 좋으며, 그 때, 상기 수분사를 상기 강편의 하면까지의 거리가 30 ∼ 500 ㎜ 인 위치에서 행하는 것이 바람직하다. 5 ∼ 30 wt% 의 Cr 을 함유하는 크롬함유강 주편을 냉각할 때에는, 냉각 개시전의 표면온도를 500℃ 이상으로 하고, 표면온도가 400℃ 이하가 될 때까지 수중 침지시키는 것이 바람직하다.

Description

강편의 수냉방법 및 수냉용 수조

본 발명은 강편의 수냉에 관한 것으로서, 구체적으로는 예컨대 강의 연속주조설비에 있어서 제조된 연속주조 슬래브 등의 고온하에 있는 강편을 수중에 침지시켜 냉각하는 방법 및 그것에 적합한 설비에 관한 것이다.

강의 제조 공정에 있어서는, 정련되어 소정의 성분 조성으로 조정된 용강을 연속주조법이나 조괴법에 의하여 강편으로 만든 후, 이것을 열간압연이나 냉간압연하여 소정 형상의 강재로 만드는 것이 일반적으로 행해지고 있다. 이와같은 공정의, 특히 응고후의 고온에 있는 강편이 냉각되는 과정에서, 강재의 표면품질이나 내부품질을 열화시키는 변태를 회피하거나, 바람직하지 못한 석출물의 석출을 피하기 위하여 강편을 수중에서 급냉하는 일이 있다.

예를들면, 스텐레스강의 연속주조 주편을 주조후 그대로 방냉하면, 그 냉각과정에서 강 내의 크롬 등의 합금원소와 탄소가 결합하여 탄화물이 되고, 그것이 결정입계에 선택적으로 석출되어, 석출물 근방에 크롬 결핍층이 형성되기도 한다. 이와같은 성분의 불균일을 내포하는 주편을 압연했을 경우, 특히 열간압연 후 다시 냉간압연한 경우에는, 강판에 상기의 성분 불균일에 기인하는 광택불균일 등의 표면 결함이 발생하기도 한다.

또, 연속주조 주편의 표면에는 몰드의 상하진동 (오실레이션) 에 의하여 주기적인 요철 (오실레이션 마크) 이 형성된다. 이 오실레이션 마크의 요부 (오목부) 에 형성되는 Ni 가 농화한 표면 편석부가 압연 및 산 세정후에 나뭇결 모양의 결함이 되어 문제가 되어 왔다.

상기한 문제에 대처하기 위하여, 본 출원인은, 앞서 일본 공개특허공보 평 6-87054 호에서 연속주조 주편을 소정의 냉각속도 이상으로 급냉하는 스텐레스강 주편의 제조방법을, 일본 공개특허공보 평 4-266416 호에서 연속주조 주편을 표면온도가 400℃ 이상에서 급냉시킨 후 다시 쇼트 블라스팅 처리하고 이어서 1100℃ 이상으로 가열하여 주편의 스케일을 제거하는 스텐레스강 주편의 정정방법을 제안하였다. 그리고 일본 공개특허공보 평 7-100609 호에서 수중 급냉에 적합한 고온 슬래브의 급속냉각창지를 제안하였다.

그런데, 본 발명자들이 일본 공개특허공보 평 7-100609 호에 기재된 슬래브의 급속냉각장치를 이용하여, 일본 공개특허공보 평 6-87054호 및 일본 공개특허공보 평 4-266416 호에 기재된 방법에 의하여 연속주조제 스텐레스강 슬래브를 처리하고, 이것을 열간압연 및 냉간압연하여 스텐레스강판을 제조한 결과, 일부 강판의 표면에 부분적으로 광택불균일이나 스캐브 (scab) 등의 표면 결함이 나타나는 사태를 맞게 되었다.

본 발명은 이와같은 종래 기술에 있어서 예측하지 못했던 문제점을 유리하게 해결하여, 냉연강판까지 압연했을 때 발생하는 부분적인 광택불균일이나 스캐브를 가급적 저감할 수 있는 강편의 냉각방법 및 강편의 수냉용 수조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 달성하기 위하여, 우선 본 발명자들은, 일본 공개특허공보 평 6-87054 호 및 일본 공개특허공보 평 4-266416 호에 기재된 방법으로 처리된 슬래브를, 열간압연 및 냉간압연하여 박강판으로한 스텐레스강 박강판의 일부 표면에 발생하는, 표면 결함의 발생원인에 대하여 상세하게 조사하였다. 그 결과, 슬래브에 ① 일본 공개특허공보 평 6-87054 호에 기재된 방법과 동일하게, 급냉 (수냉) 처리만을 시행한 경우와, ② 일본 공개특허공보 평 4-266416 호에 기재된 방법과 동일하게, 급냉 (수냉) 처리후, 다시 쇼트 블라스팅 처리를 행한 경우의 어느 경우에 있어서도 정도의 차이는 있으나 부분적인 광택불균일이나 스캐브 등의 표면 결함이 발생하는 것을 확인하였다.

이것으로부터, 본 발명자들은 부분적인 광택불균일이나 스캐브 등의 표면 결함은, 쇼트 블라스팅처리 이외에 기인하는 것으로 추측하였다.

이어서, 본 발명자들은 강판의 표면 결함이 슬래브의 어느 면에 상당하는 면에서 많이 발생하는가를 조사하였다. 그 결과, 슬래브의 상면측에 상당하는 면에서는 전혀 없었고, 오로지 슬래브의 하면측에 상당하는 면에서 발생하는 것으로 밝혀졌다.

그리하여, 본 발명자들은 상기 결함이, 연속주조의 과정 또는 주편을 급냉 (수냉) 하는 과정중 어느 것에 기인하는 것으로 추측하였다.

다음에, 본 발명자들은 연속주조하여 얻어진 슬래브를 표리 반전시켜 수냉처리한 후, 열간압연 및 냉간압연하여 냉연강판으로 만들고, 강판 표면의 결함 발생 상황을 조사하였다. 그 결과 반전한 후의 슬래브의 하면측에 상당하는 강판면에 있어서만 결함이 발생한다는 사실을 발견하였다. 이것으로부터 강판의 표면결함은 슬래브의 수냉처리에서의 현상에 기인하는 것으로 추측하였다.

이 발견에 근거하여, 본 발명자들은 슬래브의 수냉처리시에 슬래브 하면측의 냉각이 불충분하거나 또는 불균일하게 되는 것으로 추측하고, 이것을 개선하는 방법을 검토하였다.

우선, 슬래브의 수중냉각에 있어서 하면측의 냉각을 강화·개선하는 방법으로서, 일본 공개특허공보 소 55-147468 호에 개시된 방법, 즉 고온의 슬래브를 냉각액에 침지하여 슬래브의 하방으로부터 압축기체를 강제 분출하면서 급냉하는 방법을 실험해 보았다. 이 방법은 슬래브의 수중냉각시의 폭발음이나 휨을 방지할 목적으로 한 것이며, 본 발명자들의 실험에 의해서도 소음의 저감과 휨의 방지에는 어느 정도 효과를 볼 수 있었으나, 냉연강판의 표면 결함의 방지에는 효과가 나타나지 않았다.

이어서, 본 발명자들은 냉각후의 슬래브의 표면 형상과 탈 크롬층의 발생상황의 대응, 및 슬래브의 탈 크롬층과 상기 슬래브를 열간압연 및 냉각압연한 강판의 강판 표면 결함 발생위치의 대응을 상세하게 조사하였다. 그 결과, 슬래브의 움푹 패임이나 오실레이션 마크가 특히 깊은 부분에, 크롬 탄화물의 석출량이 많고, 또 탈 크롬층이 발달되어 있는 점, 그리고 그 부분에 대응하는 강판에서 특히 표면 결함이 발생하고 있다는 사실을 밝혀냈다.

이것으로부터 본 발명자들은, 슬래브를 수중에서 급냉할 때 발생하는 수증기의 기포나 수증기막이 슬래브의 움푹 패인 부분이나 오실레이션 마크가 특히 깊은 부분에 정체되며, 더구나 압축기체를 강제 분출하는 정도의 교반력으로는 이와같은 수증기막은 제거되지 않고, 해당 부분으로부터의 발열을 방해했거나 또는 강제 분출된 기체 자체가 슬래브 하면측에 정체하여 마찬가지로 슬래브와 물과의 열전달을 방해하여, 냉각부족이 발생한 것으로 추측하였다.

상기한 발견에 근거하여, 본 발명자들은 슬래브 하면측의 냉각을 더욱 강화하기 위하여, 특히 슬래브 하면에 정체되어 있는 수증기막을 씻어 내도록, 슬래브 하면에 대하여 물이 유동하게끔 수조내에서 냉각수 자체를 분사하는 것을 생각해내고 드디어 본 발명의 완성에 이른 것이다.

즉, 본 발명은 강편을 수중에 침지시켜 냉각하는 강편의 수냉방법에 있어서, 상기 강편을 그의 넓은면이 상하면이 되도록 수중에 침지시킴과 함께, 상기 강편의 하면에 대하여 물이 유동하도록 수분사를 행하는 것을 특징으로 하는 강편의 수냉방법이다. 또, 본 발명에서는 상기 수분사의 유량을, 상기 강편의 하면의 면적에 대하여 10 ∼ 150ℓ/m²·min 으로 하는 것이 바람직하다. 또, 본 발명에서는 상기 수분사를, 상기 강편의 하면에 대하여 수직 또는 경사 방향에서 행하는 것이 좋으며, 그 때, 상기 수분사를 상기 강편의 하면까지의 거리가 30 ∼ 500 ㎜ 인 위치에서 행하는 것이 바람직하다.

그리고 특히 표면 결함이 발생하기 쉬운, Cr을 5 ∼ 30 wt% 함유하는 크롬함유강의 연속주조 주편의 경우에는, 상기 강편을, 표면온도가 500℃ 이상으로 한 크롬함유강 연속주조 주편으로 하고, 상기 크롬함유강 주편의 표면온도가 400℃ 이하가 될 때까지 상기한 방법으로 수중에 침지시켜 냉각하는 것이 바람직하며, 또 상기 수중에 침지시켜 냉각하는 시간을, 상기 크롬함유강 주편을 수중에서 꺼내, 방치후에 그 표면으로부터 주편 두께의 1 % 이내의 위치에 있어서의 복열 (復熱) 최고온도가 400℃를 초과하지 않도록 설정하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명은 상기한 방법에 의하여 크롬함유강 주편을 수냉한 후, 주편의 휨률 = (주편의 휨량 (㎜))/(주편의 길이 (m)) 로 정의되는 주편의 휨률이 3 ㎜/m 이하인 상기 크롬함유강 주편에 대하여 블라스팅 처리하는 것을 특징으로 하는 크롬함유강 주편의 결함 저감 방법이다.

또, 본 발명은 강편을 침지시켜 냉각하는 수조에 있어서, 상기 수조의 내부에서 상기 강편을 그의 넓은면이 상하면이 되도록 지지하는 강편 지지부와, 상기 강편 지지부로 지지된 상기 강편의 하면에 물을 분사하는 수분사 장치를 설치한 것을 특징으로 하는 강편의 수냉용 수조이다. 또, 본 발명에서는, 상기 수분사 장치의 수분사 방향이 상기 강편의 하면에 대하여 수직 또는 경사 방향이 되도록 형성되어 있는 것이 바람직하며, 그 때 상기 수분사 장치의 수분사 위치와 상기 강편의 하면간의 거리를 30 ∼ 500 ㎜ 로 하는 것이 좋다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예인 냉각용 수조의 구성을 나타내는 개략 설명도.

도 2 는 본 발명의 일 실시예인 냉각용 수조에 있어서의 수분사장치의 구성을 나타내는 개략 단면도.

도 3 은 본 발명의 다른 실시예인 냉각용 수조에 있어서의 수분사장치의 구성을 나타내는 개략 단면도.

도 4 는 본 발명의 냉각용 수조에 있어서의 강편 지지부의 일 예를 나타내는 개략 단면도.

도 5 는 본 발명의 냉각용 수조에 있어서의 강편 지지부의 다른 예를 나타내는 개략 단면도.

도 6 은 주편을 수중에 침지시켜 냉각 도중에 수중에서 끌어올렸을 때의 주편 표면온도의 변화를 나타내는 모식도.

도 7 은 열전달 계산으로 주편내의 온도분포를 계산할 때의 대표단면의 위치를 나타내는 설명도이다.

도 8 은 주편의 휨률의 정의를 나타내는 설명도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 수조 1a : 측벽

2 : 강편 지지부 2a : 지지부재

2b : 지지부재 2d : 강판

3 : 수분사장치 3a : 수분사노즐

3b : 급수관 3c : 급수관 서포트

4 : 강편 (슬래브) 6 : 물

본 발명에 있어서 대상으로 하는 강편은, 압연이나 단조 등의 가공에 의하여 최종제품을 제조하기 위한 강소재이며, 특히 수중 냉각시에 하면측에 수증기막이 정체하기 쉬운 형상을 갖는 강편이다. 구체적으로는, 편평한 직방체 형상을 한 슬래브나 블룸 등이 여기에 해당한다. 본 발명의 직접 계기는, 스텐레스강의 연속주조 슬래브로의 탄화물의 불균일 석출과 그것에 수반하는 탈 크롬층 기인의 스텐레스강판의 결함이지만, 슬래브 하면측의 수중에서의 불균일 냉각 또는 냉각부족이 재질상의 문제점을 일으킬 가능성이 있는 경우라면, 특히 강 종류가 스텐레스강인가 아닌가는 문제가 되지 않는다. 또 가압 주조법에 의하여 제조된 슬래브나, 조괴법에 의하여 일단 잉곳으로 만든 후 이것을 분괴압연하여 얻어진 슬래브여도 된다는 것은 말할것도 없다.

본 발명에서는 강편을 수중에 침지시켜 냉각한다. 이것은 스프레이 냉각 등에 비하여 수중 냉각쪽이 한번에 강편에 접촉할 수 있는 수량이 압도적으로 많아 급냉효과가 높기 때문이다.

본 발명에서는 강편을 강편의 넓은면이 상하면이 되도록 수중에 침지시킨다. 여기서, 강편의 넓은면이란 강편의 외주를 형성하는 복수의 면중 가장 면적이 넓은 면을 말한다. 슬래브로 말하면, 판두께 방향에 수직인 두 개의 면이다. 슬래브를 세워 수중에 침지시키면 슬래브의 하면측에 수증기막이 체류하는 것을 방지할 수 있다는 것은 용이하게 추측되지만, 통상, 연속주조 슬래브나 압연 슬래브 등의 슬래브의 반송은, 슬래브의 넓은면을 거의 수평으로 하여 행해지고 있다. 이 때문에, 슬래브를 세워 수중에 침지시키기 위해서는, 슬래브의 기도(起倒) 장치를 마련할 필요가 있고, 설비비가 늘어난다는 문제가 있다.

그리고, 여기서 강편의 넓은면이 상하면이 되도록 한다는 것은, 대략 수평이 되면 되고, 반드시 강편의 넓은면이 연직방향에 대하여 엄밀하게 수직인 것을 의미하지 않는다. 본 발명의 취지로 보아, 강편 하면측에서 수증기를 씻어내는 것을 촉진하기 위하여, 강편을 다소 기울여 지지하는 것은 바람직한 일이다. 그러나, 강편을 크레인이나 텅 등으로 취급할 경우, 지나치게 강편의 기울기가 심하면 취급에 지장을 줄 염려가 있기 때문에 그와같은 지장이 생기지 않을 정도의 기울기로 고정시키는 것이 바람직하다.

본 발명에서 가장 중요한 점은, 수중에 침지된 강편의 하면에 대하여 물이 유동하도록 수분사를 행하는 것이다. 이 수분사는 분사된 물의 운동량에 의하여 강편 하면측에 부착, 정체되어 있는 수증기 등의 기포나 기체의 막을 씻어내고, 물과 강편의 직접접촉 열전달을 발생시킴과 동시에, 난류에 의한 열전달계수의 증대를 도모하는 것이다.

특히 중요한 것은, 계산상 물의 평균 유속이 충분히 커서 강편 표면의 온도를 100℃ 미만으로 유지시킬 수 있는 조건이 되어 있어도, 강편 표면의 요철에 의하여 반드시 국소적으로 물의 유속이 작은 부분이 생기는 것이다. 그와같은 부분에서는 강편 표면온도가 100℃ 이상이 되며, 비등하여 수증기 기포가 생기게 된다.

이러한 관점에서, 수분사량은 많을수록, 그리고 강편의 하면에 가까운 위치에서 분사하는 것이 중요해진다. 그러나, 수분사량을 필요이상 증가시켜도, 물과 강편간의 열전달저항 보다도 강편 내부에서의 열전달저항이 상대적으로 커져 강편 내부에서의 전도열전달율 제어로 되기 때문에, 수분사량의 증대효과가 포화되고 만다.

이상의 견지로부터 다양한 강 종류 및 사이즈의 강편에 대하여 실험을 반복한 결과, 수분사의 유량은 강편의 하면의 면적에 대하여 10 ∼ 150ℓ/m²·min 으로 하는 것이 바람직함이 밝혀졌다. 물의 유량이 10ℓ/m²·min 미만인 경우는, 오실레이션 마크가 깊은 연속주조 슬래브나, 넓은면측의 평탄도가 떨어지는 강편에 있어서, 일부 냉각의 불균일이 남는 경우가 있다. 또, 150ℓ/m²·min 을 초과하는 유량에서는 효과가 거의 포화에 달하기 때문에, 150ℓ/m²·min 을 초과하는 유량의 증대는 용역 비용의 증대와 펌프나 배관계의 설비부하를 증대시키기 때문에 바람직하지 못하다.

수분사 방향은, 강편의 하면에 대하여 평행 방향으로 할 경우와, 강편의 하면에 대하여 수직 또는 경사 방향에서 행하는 경우가 있으나, 어느 것을 채용해도 상관없다. 바람직하게는, 강편 하면측에 더욱 큰 난류를 일으켜, 높은 냉각효과와 기포의 제거효과를 달성시키는 관점에서, 강편의 하면에 대하여 수직 또는 경사 방향에서 행하는 것이 좋다.

이 경우에, 수분사의 위치에서 강편 하면까지의 거리는 짧은 편이, 물의 분사위치로부터 강편 하면에 이르는 사이에 있어서의 물의 유속의 감쇠가 작고, 그만큼 강편 하면에서의 물의 선유속을 크게할 수 있어, 기포의 씻어냄과, 강편의 냉각의 관점에서는 바람직하다. 그러나, 이 거리가 지나치게 작으면, 강편 하면에 충돌하여 반전한 수류와 분사하는 수류가 간섭하여, 수분사 위치의 압력손실을 증대시켜 버린다. 그 때문에, 펌프나 배관계의 설비부하를 현저하게 증대시키는 결과를 초래한다. 또, 수량 증대의 경우와 마찬가지로, 물과 강편 사이의 열전달저항보다도 강편 내부에서의 열전달저항이 상대적으로 커지기 때문에 강편의 냉각은 강편 내부에서의 전도열전달율 제어로 되기 때문에, 이미 거리의 저감효과가 포화되고 만다. 이들을 고려한 경우, 수분사 위치에서 강편 하면까지의 거리를 30 ∼ 500 ㎜ 으로 하는 것이 바람직하다. 수분사 장치의 수분사 위치와 강편 하면 사이의 거리가 30 ㎜ 미만에서는, 효과가 포화에 달하고, 설비 부하를 쓸데없이 증대시킨다.

한편, 수분사 위치와 강편 하면간의 거리를 멀리하는 것은, 강편 하면에의 도달시의 물의 유속을 저하시키고, 또 수조의 깊이를 증가시킬 필요가 있어 설비 비용이 커진다. 수분사 위치와 강편 하면간의 거리가 500 ㎜ 를 초과하면, 오실레이션 마크가 깊은 연속주조 슬래브나 넓은면측의 평탄도가 저하하는 슬래브에 있어서, 일부 냉각의 불균일이 남는 경우가 있다.

이어서, 상기한 강편의 수냉 방법을, 강편이 크롬함유강 주편인 경우에 대하여 설명한다. 여기서 대상으로 하는 것은, 강판까지 압연했을 때 표면 결함이 발생하기 쉬운 Cr을 5 ∼ 30 wt% 함유하는 크롬함유강의 연속주조 주편이다. Cr을 5 ∼ 30 wt% 함유하는 크롬함유강의 연속주조 주편은, 특히 냉각과정에서 크롬 탄화물이 석출되고, 이 크롬 탄화물에 기인하여, 강판까지 압연했을 때 표면 결함이 발생하기 쉽다. 그리고, 연속주조의 형식은, 수직형, 수직굴곡형, 전체만곡형, 수평형 등이 알려져 있으나, 본 발명에서는 특히 그 형식을 제한하지 않는다.

본 발명에 있어서, 수중에 침지시켜 냉각하는 크롬함유강 주편은 그 냉각전의 표면온도를 500℃ 이상으로 한다. 주편 표면온도가 500℃ 미만에서는, 주편 표층에는 대량의 크롬 탄화물이 석출되어 있기 때문에, 본 발명의 수냉방법을 이용하더라도 압연후의 강판의 표면 결함을 충분히 저감시키기가 어렵다.

이어서 냉각전의 주편 표면온도를 500℃ 이상으로 하는 구체적인 방법에 대하여 설명한다.

강의 연속 주조에 있어서는, 용강을 우선 양단 해방의 내부수냉 주형내에 주입하여, 외측을 응고시킨 후, 안내 롤군에 의하여 연속적으로 계속 인출하면서, 또한 냉각수를 스프레이하여 냉각 (이것을 2 차 냉각이라 함) 하여 내부까지 완전하게 응고시킨다. 완전하게 응고시킨 후, 산소와 가열가스의 불꽃에 의하여 소정의 길이로 용단 (이것을 토치 컷이라 함) 하여 주편으로 한다. 이 2 차 냉각의 방식에 따라서 토치 컷 후의 주편의 표면온도가 다르다. 또 토치 컷 후의 주편의 경과시간에 따라서도, 대기로의 방냉에 의하여 주편 표면온도가 변화한다.

그러므로, 본 발명에서는, 2 차 냉각의 조건, 주조속도, 토치 컷으로부터 수중침지 냉각개시까지의 경과시간을 조정하고, 냉각 전의 주편 표면온도를 500℃ 이상으로 조정하는 것이 바람직하다.

이와같이, 표면온도를 500℃ 이상으로 조정한 주편을 수중에 침지시키고, 상기한 본 발명의 강편의 냉각방법으로, 주편 표면온도가 400℃ 이하가 될 때까지 냉각한다.

이와같이 수중에 침지하는 냉각 (급냉) 에 의하여, 주편 표층에 크롬 탄화물이 석출되지 않는 500℃ 이상의 고온역에서부터, 입계에 크롬 탄화물이 석출되지 않는 400℃ 이하의 온도역까지 냉각하여, 크롬 탄화물의 입계석출을 회피할 수 있다. 그리고 이 냉각시, 주편의 중심부가 400℃ 이하가 될 때까지 냉각시켜도 좋으나, 그 경우 주편을 장시간 수중에 침시시켜 둘 필요가 있어 생산성을 저해하게 된다.

그리하여, 수중에 침지시켜 냉각하고, 그 냉각 도중에 주편을 꺼내어, 후처리를 수행하도록 하면, 수중침지 냉각에 필요한 시간을 단축시키고, 생산성을 향상시킨다.

일반적으로, 수중에 침지되어 냉각 도중에 있는 주편에서는, 표면이 저온이고 내부일수록 고온이 되는 온도 분포를 나타내고 있다. 이와같은 온도분포를 갖는 주편을 수중에서 꺼내어 대기중에 방치하면, 대기로의 자연 방냉이 발생하는 한편, 내부의 고온부에서 표면의 저온부를 향하여 열의 이동이 발생한다. 이 때문에 주편의 표면온도는 상승하며, 어느 시점에서 피크를 나타낸 후, 서서히 강하하는 복열현상을 일으킨다.

따라서 5 ∼ 30 wt% 의 Cr 을 함유하는 크롬함유강 주편의 경우, 수중에 침지되어 냉각 도중에 있는 주편을 꺼내어 방치해도 그 복열시의 피크 온도가 400℃를 초과하지 않으면, 크롬 탄화물의 석출을 회피할 수 있게 된다.

또, 본 발명자들의 발견에 의하면, 크롬함유강 주편을 압연하여 강판으로 한 경우에 표면 결함은, 주편 두께의 1% 까지의 극히 최표층의 석출물이나 이상조직에 기인하여 발생하고 있고, 적어도 이 범위에서 크롬 탄화물의 석출을 회피할 수 있으면, 크롬 탄화물의 석출에 의한 표면결함의 발생을 방지할 수 있게 된다.

그리하여, 본 발명에서는 5 ∼ 30 wt% 의 Cr 을 함유하는 크롬함유강 주편을 냉각할 경우에는, 주편을 수중에 침지시키는 냉각시간을, 주편을 수중에서 꺼내어 방치후에 그 표면에서부터 주편 두께의 1 % 이내의 위치에 있어서의 복열 최고온도가 400℃ 를 초과하지 않도록 설정하는 것으로 하였다. 도 6 에 주편을 수중에 침지시키는 냉각시간에 따라서, 주편의 표면온도가 복열하는 상황을 모식적으로 나타낸다. 케이스 1 의 경우는 수중에 침지하는 냉각시간이 부족하여 복열에 의하여 주편의 표면온도가 400℃ 를 초과하고 있다. 케이스 2 의 경우는 수중에 침지하는 냉각시간이 적절하여 복열에 의한 주편의 표면온도가 400℃ 이하로 억제되어 있다.

그리고, 주편내의 온도분포는 통상, 실측이 곤란하기 때문에, 열전달 계산에 의하여 추정하는 것이 좋다. 열전달 계산은 3 차원으로 행해도 좋으나, 도 7 에 나타낸 바와같이 주편의 길이방향 중앙위치 (1/2L, L: 주편 길이) 의 대표단면에 대하여, 2 차원으로 행하는 것이 간편하고 또 실제와의 일치도도 높아 바람직하다. 왜냐하면, 복열에 의하여 가장 온도가 높아지는 위치는 주편의 길이방향 중앙이며, 또 길이방향 중앙 위치에서는 거의 길이방향으로의 열의 이동은 제로에 가깝고, 길이방향 중앙위치의 단면에서 2 차원 방향에서의 열전달계산을 수행해도 실제와의 괴리는 작기 때문이다. 여기에서는 초기 조건으로서, 수중 침지 냉각전의 주편 내부온도가 표면온도와 한결같이 동일하다고 가정한다. 수중 침지시의 경계조건은 물의 유속을 이용하여 강제대류의 열전달계수를 사용한다. 또 수중에서 끌어올린 후의 열전달계산은, 대기중에서의 자연대류의 열전달계수를 사용한다. 이와같이 하여 수치 계산함으로써, 수중침지 냉각시와 그 후의 복열시의 주편내 온도분포의 추정이 가능하며, 문제가 되는 표층하 1 % 두께 위치에서의 온도 이력을 추정할 수 있다.

수중에 소정시간 침지시켜 냉각된 주편은, 표층하의 크롬 탄화물의 석출이 억제되어 표면 결함을 일으키는 원인이 되는 탈크롬상의 형성이 없고, 따라서 이와같은 주편을 이용함으로써 표면 결함이 매우 작은 강판을 얻을 수 있다. 그러나, 용강중의 비금속 개재물이 연속 주조시에 주편 표층하에 트랩되거나 또는 오실레이션 마크의 오목부에 성분 편석이 있는 경우에는, 그와같은 주편을 이용하여 강판으로 했을 때, 그것들에 기인하는 표면 결함의 발생은 피할 수 없다.

그리하여, 본 발명에서는 열간압연을 위한 주편 가열전에 수중에 침지시켜 냉각한 크롬함유강 주편에 블라스팅 처리를 수행한다.

표면 결함의 원인이 되는 이와같은 표층의 개재물이나 편석을 제거하는데는, 열간압연전의 주편 가열단계에서 산화 스케일을 두껍게 형성하고, 스케일과 함께 탈락시키는 것이 가장 좋은 방법이다. 그러나, 크로함유강의 경우는 주편 표면에 형성되는 치밀한 크롬 산화물 피막이 산소의 확산을 방해하여 스케일이 충분히 발달하지 않는다. 본 출원인의 발견 (예를들면, 일본 공개특허공보 평 5-98346 호 참조) 에 의하면, 주편 표면에 블라스팅 처리를 수행하여 미세변형을 도입함으로써, 산소의 확산을 촉진할 수 있으며, 스케일을 두껍게 발달시킬 수 있다. 이와같은 미세변형을 도입하는데 있어서, 주편 상하면의 변형량을 동등하게 하는 것이 중요하다. 예를들면, 수중침지 냉각시에 주편의 상면과 하면에서 냉각이 부등하면, 주편의 변형저항이 상이하여, 블라스팅 처리에 의하여 도입되는 변형량이 상하면에서 달라짐으로써, 스케일 오프되는 양이 상하면에서 균등하지 않게 된다.

수중에 침지하여 냉각할 때, 강편 (주편) 의 하면에 대하여 물을 유동시키도록 수분사를 행하는 본 발명의 경우에는, 이와같은 상하면의 냉각의 불균등은 상당히 해소되지만, 엄밀하게는 균등해지지 않는다.

그리하여 본 발명에서는, 주편의 상면 및 하면에서의 냉각의 균일한 정도를 주편의 휨률로 평가한다. 여기서, 주편의 휨률은 도 8 에 나타낸 바와같이,

주편의 휨률 (h/L) = 주편의 휨량 h(㎜)/주편의 길이 L (m) 로 정의된다.

본 발명자들의 발견에 의하면, 이 주편의 휨률이 3 ㎜/m 이하인 경우에 주편의 상면과 하면은, 블라스팅 처리에 의하여 도입되는 변형량에 실질적인 차이가 없어지고, 주편의 가열로 또는 열연공정에서의 스케일 오프량이 상하면에서 균등해지는 것이다.

그리고, 블라스팅처리로서는, 상술한 일본 공개특허공보 평 5-98346 호에 나타낸 쇼트 블라스팅처리 (다수의 부정형 혹은 대략 구형의 경질립을 고속으로 피처리재에 투사하는 처리) 를 바람직하게 적용할 수 있으나, 그 이외에도 그리트 블라스팅처리 (선재를 절단하여 얻어진, 대략 구형의 경질립체를 다수, 고속으로 피처리재에 투사하는 처리) 등, 경질체를 다수, 고속으로 피처리재에 투사하는 처리이면, 투사하는 경질체의 형상의 여하에 상관없이 바람직하게 적합하다.

이어서, 본 발명의 강편의 냉각방법을 실시하는데 적합한 냉각용 수조에 대하여 설명한다. 냉각용 수조의 일 실시예를 도 1 및 도 2 에 나타낸다.

본 발명의 강편의 냉각용 수조 (1) 는 강편을 수중에 침지시켜 냉각하는 수조이며, 수조 (1) 의 내부에서 상기 강편을 그 넓은면이 수평이 되도록 지지하는 강편 지지부 (2) 와, 강편 지지부 (2) 로 지지된 강편 (4) 의 하면에 물을 분사하는 수분사장치 (3)을 설치한 것을 특징으로 한다.

이 수조의 기본적인 형상은, 예를들면 일본 공개특허공보 평 8-253807 호 및 일본 공개특허공보 평 7-100609 호 등에 개시되어 있는것과 같은, 상방에서 강편을 출입시킬 수 있도록 상면이 개방된 수조가 적합하게 적용될 수 있다. 이와같은 수조이면, 강편을 연속주조설비나 분괴압연설비로 제조된 대로의 방향, 즉 넓은면이 상하면이 되는 방향 그대로 침지시킬 수 있다. 수조의 이밖의 형상에 대해서는 아무런 한정도 필요없다. 또, 수조는 강편의 냉각에 필요한 시간과 생산속도를 고려하여, 강편을 복수매 가로로 늘어놓고 침지시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

강편 지지부 (2) 는 강편 (4) 의 넓은면을 상하면이 되도록 지지하고, 또 강편 (4) 의 하면을 수조의 바닥에서 이격시켜 유지시킬 수 있고, 또 강편의 하면에 물을 분사하는 수분사장치 (3) 를 설치할 수 있고, 또한, 분사된 물을 흐르게 할 수 있는 수로를 확보할 수 있으면, 그 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를들면, 수조 (1) 의 바닥에 레일을 부설하거나 도 1 에 나타낸 바와같이 강판 (2d)을 세로로하여 용접하는 등에 의해, 수조의 바닥에 수조와는 다른 부재를 장착시키는 구조로 해도 되며, 또 수조의 바닥을 일부 돌기시키는 구조로 해도 되고, 또는 도 4 및 도 5 에 나타낸 바와같이 수조의 측벽 (1a) 이나, 수조 상부로부터 지지부재 (2a) 나 지지부재 (2b) 로 강편 (4) 을 유지시킬 수 있는 구조로 해도 된다.

도 4 는 강편 지지부 (2) 를 수조의 측벽에 장착시킨 예이며, 도 5 는 강편 지지부 (2) 를 수조 측벽 상단에 현가하도록 한 예이다. 또한, 도 4, 도 5 에서는 수분사 장치는 도시가 생략되어 있다. 그밖에 많은 변화예를 생각할 수 있으나, 본 발명의 기본적인 기술사상을 사용하여 그것과 동등한 효과를 가져오는 것이라면, 사소한 차이에 상관없이 본 발명의 기술적인 범위 내지 그 균등의 범위에 속하는 것이다.

또한, 강편 지지부 (2) 에 의하여 지지된 강편 (4) 의 하면에 대하여, 물이 유동하도록 물을 분사하는 수분사장치 (3) 을 설치한다. 수분사장치의 일 예를 도 2 및 도 3 에 나타낸다. 수분사장치 (3) 는 물을 강편 (4) 하면에 분사하는 수분사 노즐 (3a) 과, 수분사 노즐 (3a)에 물을 공급하는 급수관 (3b) 과, 급수관 (3b)을 서포트하는 급수관 서포트 (3c)를 갖는다. 급수관 (3b) 으로부터 공급된 분사용수 (냉각수) 는, 수분사 노즐 (3a) 를 통하여 강편 (4) 의 하면에 분사된다. 수분사 노즐 (3a)은 특히 그 형식을 문제삼지 않으나, 수중분사 노즐, 슬릿으로부터 막상으로 물을 분사하는 분사 슬릿, 단순히 급수 파이프에 분사공을 형성한 것, 수조의 측벽에 개구를 형성하여 그곳으로부터 물을 분사하는 것 등이 적합하고, 또 그 변화형태를 생각할 수 있다. 급수관 (3b) 은 급수관 서포트 (3c) 로 유지되고 있다.

또, 물을 분사하는 방향은, 강편의 하면에 대하여 평행방향으로 하는 경우와, 강편 하면에 대하여 수직 또는 경사 방향에서 행하는 경우가 있으나, 어느 경우를 채용해도 상관없다. 바람직하게는, 강편 하면측에 보다 큰 난류를 일으켜 높은 냉각효과와 기포의 제거효과를 달성하는 점에서, 강편의 하면에 대하여 수직 (도 2) 또는 경사 방향 (도 3) 에서 분사하도록 수분사 노즐 (3a) 을 설치하는 것이 좋다.

그리고, 이 경우, 수분사 위치로부터 강편 하면까지의 거리 h 를 30 ∼ 500 ㎜ 로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 전술한 그대로이다. 도 3 의 경우, 수분사 위치와 강편 하면의 거리 h 는 그 분사방향 중심축을 따라서 측정하면 된다.

실시예

[본 발명예 1]

도 1 및 도 2 에 개략적으로 나타낸 수조 (길이 10m × 폭 10m × 수심 1.2m) 에, 연속주조설비로 주조되어 토치 컷된 직후의 SUS 304 스텐레스강 슬래브 (두께 200 ㎜, 길이 9.0 m, 폭 650 ∼1600 ㎜, 슬래브 표면온도 850℃) 를 슬래브의 넓은면이 거의 수평이 되도록 수중에 침지시키고 수냉하였다. 수냉중은 슬래브 하면에 대하여 수분사장치 (3) 로부터 물을 분사하여 물을 유동시켰다. 그리고, 수분사장치 (3) 의 수분사 위치와 슬래브 (강편) 하면의 간격 h 를 130㎜ 로 하고, 분사하는 물의 유량을 50ℓ/m²·min 으로 하였다. 그리고, 이 수조는 슬래브의 냉각에 요하는 시간과 생산속도를 고려하여 슬래브를 복수매 가로로 늘어놓고 침지시킬 수 있도록 설계되어 있고, 본 발명예에서는 10 매를 동시에 수냉하였다. 또, 수조의 바닥에는 두께 20 ㎜ 의 강판을 복수매 세운 상태에서 용접한 강편 지지부 (2) 가 설치되어, 슬래브 (강편) (4) 의 하면을 수조의 바닥에서 이격시켜 유지할 수 있도록 되어 있다.

수중에서 슬래브 중심온도가 400℃ 이하가 될 때까지 급냉시킨 후, 수조에서 끌어올리고, 이어서 이들 슬래브 (10매) 를 슬래브 가열로에서 가열한 후, 열간압연과 냉간압연을 실시하여 1.0 ㎜ 두께의 스텐레스강판으로 만들고, 또 광휘 소둔 + 마무리 소둔 또는 마무리 소둔만으로 마무리를 하고 본 발명예 1 로 하였다. 이들 강판의 표면상황을 조사하였다. 그 결과, 얻어진 스텐레스강판의 양면의 어느쪽에도 스캐브 및 광택불균일은 나타나지 않았다.

[본 발명예 2]

본 발명예 1 과 마찬가지로, 도 1 및 도 2 에 개략으로 나타나는 수조를 이용하여, 연속주조설비로 주조되어 토치 컷된 직후의 SUS 304 스텐레스강 슬래브 (두께 200 ㎜, 길이 9.0 m, 폭 650 ∼ 1600 ㎜, 슬래브 표면온도 850℃) 를 슬래브의 넓은면이 거의 수평이 되도록 수중에 침지시키고, 20 분간 수냉시킨 후, 수조에서 끌어올렸다. 그리고, 물의 분사조건은 본 발명예 1 과 동일 조건으로 하였다.

미리 2 차원의 열전달계산에 의하여, 수중에서 끌어올린 후의 슬래브 표면으로부터 주편 두께의 1 % 위치의 온도추이를 예측하였다. 그 결과, 복열최고온도를 400℃ 이하로 하려면 수중 침지 냉각을 15분 이상 행할 필요가 있음을 알았다. 그리하여, 수중에 침지하여 냉각하는 시간을 20 분으로 하였다.

수조에서 끌어올린 후, 이어서 이들 슬래브 (10매) 를 슬래브 가열로에서 가열하고, 열간압연과 냉간압연을 수행하여 1.0 ㎜ 두께의 스텐레스강판으로 만들고, 또 광휘 소둔 + 마무리 소둔 또는 마무리 소둔만으로 마무리를 행하고, 본 발명예 2 로 하였다. 이들 강판의 표면상황을 조사한 결과, 얻어진 스텐레스강판의 양면 어느쪽에도 스캐브 및 광택불균일은 나타나지 않았다.

[본 발명예 3]

본 발명예 2 와 동일한 조건에서 제조한 슬래브 (2매) 를 슬래브 가열로에서 가열한 후, 열간압연과 냉간압연을 수행하여 0.5 ㎜ 두께의 스텐레스강판으로 만들고, 또 광휘 소둔 + 마무리 소둔 또는 마무리 소둔만으로 마무리를 행하고, 본 발명예 3 으로 하였다. 이들 강판의 표면 상황을 조사한 결과, 광택불균일은 나타나지 않았으나, 스캐브부가 0.2% 의 표면 결함률로 나타났다. 또한, 표면 결함률 (%) 은, (결함을 가진 코일의 길이)/(스텐레스강 코일 전장)×100 % 로 나타낸 것이다.

[본 발명예 4]

본 발명예 2 와 동일한 조건에서 제조한 슬래브 중, 슬래브 (주편) 의 휨률이 0.2 ㎜/m 인 슬래브 (2매) 를, 그 상면과 하면에 쇼트 블라스팅 처리를 수행하였다. 쇼트 블라스팅 조건은, 블라스팅 입자경은 1.5 ㎜, 초기속도 90m/sec, 투사밀도 600 kg/m²이었다. 이와같이하여 처리한 슬래브를 슬래브 가열로에서 가열한 후, 열간압연과 냉간압연을 수행하여 0.5 ㎜ 두께의 스텐레스강판으로 만들고, 또 광휘소둔 + 마무리소둔 또는 마무리소둔만으로 마무리를 행하고, 본 발명예 4 로 하였다. 이들 강판의 표면상황을 조사한 결과, 광택불균일, 스캐브 모두 나타나지 않았다.

[비교예]

한편, 수조중에서의 수냉시, 수분사 노즐로부터의 물의 분사를 대신하여 압축공기 (공급압 5 kgf/mm²) 로 분사하고, 냉각하여 비교예 1 로 하였다. 그리고 다른 조건은, 본 발명예 1 과 동일하게 하였다. 비교예 1 의 스텐레스강판의 슬래브 상면 상당면에는 스캐브 및 광택불균일은 나타나지 않았으나, 슬래브 하면상당면에는 광택불균일부와 스캐브부를 합하여 1.8% 의 표면결함이 나타났다. 단, 표면 결함률 (%) 은 (결합을 가진 코일의 길이) / (스텐레스강 코일 전장)×100 % 로 정의하였다.

또 수조중에서의 수냉시, 수분사 노즐로부터의 물의 분사를 행하지 않고, 냉각하여 비교예 2 로 하였다. 그리고 다른 조건은 본 발명예 1 과 동일하게 하였다. 이 결과 비교예 2 의 스텐레스강판의 슬래브 상면상당면에는 스캐브 및 광택불균일은 나타나지 않았으나, 슬래브 하면상당면에는 광택불균일부와 스캐브부를 합하여 2.0 % 의 표면결함이 나타났다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 스텐레스강 연속주조 슬래브의 수중냉각에 있어서, 그 하면측의 냉각부족이나 냉각의 불균일에 기인하는, 열간압연, 냉간압연 후의 강판표면 결함을 가급적 저감시킬 수 있어, 산업상 각별한 효과를 나타낸다.

또, 본 발명은, 스텐레스강 슬래브에 한정되지 않고, 강편 하면측의 수중에서의 불균일 냉각 혹은 냉각부족이 재질상의 문제점을 일으킬 가능성이 있는 경우에 적절하게 적용할 수 있고, 강재의 품질을 현격히 향상시킬 수 있는 효과도 있다.

Claims (10)

1. 강편을 수중에 침지시켜 냉각하는 강편의 수냉방법에 있어서, 상기 강편을 그의 넓은면이 상하면이 되도록 수중에 침지함과 함께, 상기 강편의 하면에 대하여 물이 유동하도록 수분사를 행하는 것을 특징으로 하는 강편의 수냉방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 수분사의 유량을 상기 강편의 하면 면적에 대하여 10 ∼ 150ℓ/m²·min 으로 하는 것을 특징으로 하는 강편의 수냉방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 수분사를 상기 강편의 하면에 대하여 수직 또는 경사 방향에서 행하는 것을 특징으로 하는 강편의 수냉방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 수분사를 상기 강편의 하면까지의 거리가 30 ∼ 500 ㎜ 인 위치에서 행하는 것을 특징으로 하는 강편의 수냉방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 강편을 표면온도가 500℃ 이상인 연속주조된 Cr 을 5 ∼ 30 wt% 함유하는 크롬함유강 주편으로 하고, 이 크롬함유강 주편의 표면온도가 400℃ 이하가 될 때까지 수중에 침지시켜 냉각하는 것을 특징으로 하는 강편의 수냉방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 수중에 침지시켜 냉각하는 시간을, 상기 크롬함유강 주편을 수중에서 꺼내어 방치한 후에 그 표면으로부터 주편 두께의 1 % 이내의 위치에 있어서의 복열 최고온도가 400℃ 를 초과하지 않도록 설정하는 것을 특징으로 하는 강편의 수냉방법.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 기재한 방법에 의하여 크롬함유강 주편을 수냉시킨 후, 하기식

   주편의 휨률 = (주편의 휨량 (㎜)) / (주편의 길이 (m))

   으로 정의되는 주편의 휨률이 3 ㎜/m 이하인 상기 크롬함유강 주편에 대하여 블라스팅 처리를 하는 것을 특징으로 하는 크롬함유강 주편의 결함저감방법.
8. 강편을 침지시켜 냉각하는 수조에 있어서, 상기 수조의 내부에서 상기 강편을 그의 넓은면이 상하면이 되도록 지지하는 강편 지지부와, 이 강편 지지부로 지지된 강편의 하면에 물을 분사하는 수분사 장치를 설치한 것을 특징으로 하는 강편의 수냉용 수조.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 수분사 장치의 수분사 방향이 강편 하면에 대하여 수직 또는 경사 방향이 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 강편의 수냉용 수조.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 수분사 장치의 수분사 위치와 상기 강편 하면 사이의 거리를 30 ∼ 500 ㎜ 로 하는 것을 특징으로 하는 강편 수냉용 수조.