KR20000038631A - 열간직송압연을 통한 오스테나이트계 스테인레스 열연강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오스테나이트계 스테인레스강의 제조에 관한 것이며, 그 목적은 오스테나이트계 스테인레스강 슬라브의 표면에 형성되는 스케일층의 제거와 슬라브 재가열을 용이하게 하여 열간 직송압연에 의해서 열연강판을 제조하는 방법을 제공함에 있다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명은 연속주조된 슬라브를 열간압연하여 오스테나이트계 스테인레스 열연강판을 제조하는 방법에 있어서,

연속주조 직후 슬라브의 표면에 바로 냉각수를 접촉시켜 상기 슬라브의 표면온도를 500~300℃의 범위로 유지한 다음, 과잉산소농도가 3~5%인 분위기에서 재가열한 후, 재가열된 슬라브를 바로 열간압연하는, 직송압연을 통한 오스테나이트계 스테인레스 열연강판의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

열간 직송압연을 통한 오스테나이트계 스테인레스 열연강판의 제조방법

본 발명은 오스테나이트계 스테인레스강의 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오스테나이트계 스테인레스강 슬라브의 표면에 형성되는 스케일층의 제거와 슬라브 재가열을 용이하게 하여 열간 직송압연에 의해서 열연강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

통상 오스테나이트계 스테인레스 열연강판은 슬라브의 표면에 형성된 스케일층을 제거하기 위해 우선, 연속주조 완료된 슬라브를 냉각수조에 약 20여분간 침적하여 완전히 냉각하여 스케일 제거한 다음, 냉각된 슬라브를 열간압연 라인에 이송하고, 이송된 슬라브를 열연 가열로에 장입하여 약 3시간에 걸쳐 1250-1300℃ 범위까지 재가열한 후, 열간압연을 행하여 제조된다. 일반강 또는 기타 다른 종류의 스테인레스강에 비해 오스테나이트계 스테인레스강은 높은 열간변형저항을 보유하고 있어 일반강에 비해 1250~1300℃의 높은 가열온도를 유지하여야 한다는 특징이 있다. 그러나, 이러한 높은 온도로 슬라브를 가열해야만 함에도 불구하고 연속주조후에는 탈스케일을 위해 슬라브를 냉각수조에 오랜동안 침적시키므로써 무엇보다도 슬라브 재가열에 따른 연료 원단위가 더욱 많이 소비됨은 물론 생산공기가 길어지며 슬라브 적치공간(slab yard)을 차지하는 등의 공정부하는 심하다는 문제가 있다.

최근에는 이런 공정상의 불합리한 점과 가열로 연료원단위의 비효율적 상승을 방지할 목적으로 일반강 및 페라이트, 마르텐사이트계 스테인레스강과 마찬가지로 연속주조가 완료된 강 슬라브를 열연라인에 직접 이송하여 장입하는 열간압연기술 개발이 활발한 추진되고 있다. 직송 열간압연기술을 적용함에 있어 가장 중요한 점은 연속주조된 강 슬라브의 표면 스케일을 신속히 제거하여 온간 상태의 슬라브를 바로 열간압연으로 직송해야 한다는 것이다. 즉, 직송 열간압연을 적용하는 경우 강 슬라브의 표면 스케일을 제거하지 않은 상태에서 열간압연을 하게 되면 최종 제품에 면거침 등의 결함이 생겨 강판이 미려하지 못하다는 문제가 있다.

그러나, 스테인레스강 슬라브는 냉각수조에 침적하더라도 어느 정도 약간의 스케일이 남아 있게 되며, 연속주조과정에서 슬라브는 표면에 마찰을 줄이기 위해 몰드 플럭스(mold flux)를 사용하기 때문에 스테인레스강 슬라브에 형성되는 산화 스케일에는 이러한 몰드 플럭스들이 스케일층에 일부 포함되어 있다. 도1은 연주후 가열로에 장입한 오스테나이트계 스테인레스강 슬라브의 스케일층의 일례를 보이고 있다. 도1에 보는 바와 같이, 스케일층은 그 두께가 두껍고 다량의 Al-Ca-Si가 스케일층에 혼입되어 있음을 알 수 있다. 이 스케일층은 매우 치밀하기 때문에 박리성이 좋지 않아 열간압연과 탈스케일링 작업에도 박리되지 않고 제품에 남아 압입되므로써 최종 강 제품의 면거침 결함으로 전이된다.

이러한 치밀한 스케일층이 형성되더라도 페라이트계나 마르텐사이트계 스테인레스강 또는 일반강의 경우에는 연속주조후 가열로에서 가열될 때 상기 치밀한 스케일층아래에 다시 두꺼운 산화 스케일층이 형성되어 열간압연과 탈스케일처리를 하면 모든 스케일의 박리가 용이하여 직송 열간압연에 문제가 없다. 그러나, 오스테나이트계 스테인레스강의 경우 연속주조후에 직접 열연 가열로에 장입하는 방법을 적용함에 있어 상기 다른 강종과는 달리 강중에 크롬과 니켈의 함량이 매우 높으므로 고온에서 산화가 잘 되지 않아, 가열로에서 가열 작업후 다시 산화 스케일층이 형성이 어려워 열간압연과정에서 코일 표면상에 스케일층이 박리되지 못하고, 면거침 결함이 다량 발생되며, 이로 인하여 냉간압연후 최종제품의 표면이 미려하지 못하는 단점이 있다. 따라서, 오스테나이트계 스테인레스강의 경우 표면 스케일층을 완전히 제거해야 함에 따라 높은 재가열온도까지 슬라브를 가열해야 하는 부담과 더불어 강 슬라브 표면상에 다량 발생되는 면거침 결함을 해결하지 못할 경우 열간 직송 압연이 곤란한 문제가 있다.

이에 본 발명은 오스테나이트계 스테인레스강을 연속주조후 슬라브에 일정의 수처리를 하여 면거침 결함을 없애고, 저연료 원단위에 의해 슬라브를 가열하여 직송 열간압연이 가능하도록 하므로써 열연강판을 제조하는 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

도1은 연주후 공냉된 슬라브의 표면 조직 사진

도2는 가열로 분위기 산소농도별 산화시험후 스케일 단면 SEM 조직 사진

상기 목적 달성을 위한 본 발명은, 연속주조된 슬라브를 열간압연하여 오스테나이트계 스테인레스 열연강판을 제조하는 방법에 있어서,

연속주조 직후 슬라브의 표면에 바로 냉각수를 접촉시켜 상기 슬라브의 표면온도를 500~300℃의 범위로 유지한 다음, 과잉산소농도가 3~5%인 분위기에서 재가열한 후, 재가열된 슬라브를 열간 직송압연하는, 오스테나이트계 스테인레스 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에 부합되는 강종으로는 오스테나이트계 스테인레스강이면 어느 것이나, 적용 가능하며, 바람직하게는 17%이상의 Cr과 7%이상의 Ni을 포함한 강종이다. 이러한 강종으로는 예를들면 301, 301L, 304, 304L, 305, 310S, 316, 316L, 317L, 316Ti, 309S, 347, XM15J1 등과 같은 300계열의 스테인레스강을 들 수 있다.

본 발명에서는 먼저 상기한 오스테나이트계 스테인레스강 슬라브를 연속주조한 후 냉각수에 접촉시켜 슬라브의 표면 스케일층을 먼저 제거한다. 이때, 강 슬라브는 바로 열간 직송압연을 해야 하므로 어느 정도 온간 상태의 슬라브로 유지함이 필요하다.

연속주조되어 약 800℃ 정도에 이르는 슬라브를 온간 상태로 유지하면서 표면상의 스케일을 제거하기 위하여 냉각수를 슬라브 표면에 접촉시키기 위한 수단으로서 여러 가지 방법이 있으나, 바람직하게는 슬라브 냉각수중에 약 1-2분간 침적하거나 라인상에서 냉각수를 표면에 최대 30분간 분사하는 것이다. 이러한 과정을 통하면, 열적 충격에 의해 슬라브 표면에 형성되어 있는 매우 치밀한 연주 스케일층에 일정한 균열(crack)을 유도할 수 있다. 냉각수에 침적할 때 바람직하게는 약 10-50℃의 냉각수중에 침적시키는 것이 적당하다.

상기와 같은 수처리 작업에 의해 슬라브의 표면 스케일층에 균열을 유도하면 슬라브의 온도는 약 300-500℃의 온간상태로 유지될 수 있다. 이러한 온간 상태에서 슬라브를 재가열하는 것은 슬라브를 냉각수에 장시간 침적하여 상온에 이른 상태에서 슬라브를 재가열하는 종래의 방법과는 달리 직송 열간압연을 가능하게 한다. 즉, 수처리에 의해 슬라브 온도를 500℃ 이상으로 하면 표면 스케일층에 균열이 발생이 어려워 스케일 박리가 곤란하며, 300℃미만으로 되면 재가열 열원의 소모량이 크게 되어 직송 열간 압연에 비효율적이다.

이렇게 온간 상태로 유지된 슬라브는 재가열로에 장입하여 목표 온도까지 재가열한다. 이때, 슬라브를 열연가열 작업하는 경우 예열대 분위기 온도를 1080-1170℃, 가열대 및 균열대 분위기 온도가 1210-1290℃인 범위에서 행함이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 오스테나이트계 스테인레스강은 일반강과 페라이트계, 마르텐사이트계 스테인레스강과는 달리 강중에 크롬과 니켈의 함량이 높아 고온에서 산화가 잘 되지 않아 가열로에서 산화층이 형성이 곤란하여 수처리후 잔류되는 연주 스케일층의 박리가 곤란하다. 따라서, 본 발명의 경우 가열로중의 과잉산소량을 조절하여 가열로에서 두꺼운 산화 스케일을 생성하여 잔류 연주 스케일과 함께 박리가 용이하도록 함에 특징이 있다.

즉, 오스테나이트계 스테인레스강은 고온에 장시간 노출되는 관계로 왕성한 산화반응이 일어나게 된다. 이는 가열로 분위기중에는 산소가 포함되어 있기 때문이다. 따라서 가열중의 산소농도를 적절히 이용하면 연주 스케일층을 가열 산화 스케일층에 포함시켜 제거할 수가 있기 때문에 가열로내의 산소농도 관리에 의한 산화층 두께 관리가 매우 중요한 역할을 하게 된다. 지금까지 밝혀진 바에 의하면, 오스테나이트계 스테인레스강의 경우 일반강과 페라이트계, 마르텐사이트계 스테인레스강과는 달리 가열로 분위기중 산소농도가 지나치게 낮거나 높을 경우 스케일층이 두껍게 형성됨이 보고되고 있다. 그러나, 가열시 스케일층의 두께가 과도하게 두껍게 형성하면 연주 스케일층을 충분히 스케일 제거할 수 있어 면거침 방지에 효과적이나, 이 경우 지나친 산화층의 형성으로 오히려 스리버(silver) 결함이 증가되는 단점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 가열로내의 과잉산소의 양을 3~5% 정도로 제어하여 적정한 스케일층을 형성해야 한다. 만일, 가열로 내에서 1%정도의 낮은 산소농도를 유지하는 경우 과다한 스케일층이 형성될 뿐만 아니라 오목형태의 이상 산화층이 폭넓게 형성되고 제품의 표면에 스리버 결함이 증가하는 문제가 있다. 반면 6% 정도의 높은 산소농도를 유지할 경우는 스케일량은 약간 줄어드나 과도한 산소농도에 의해 가열초기에 치밀한 크롬산화층이 안정되게 형성되고 이의 영향으로 박리성이 악화되어 면거침이 극심하게 발생될 수 있다.

따라서, 이렇게 3-5%의 산소농도를 유지한 상태에서 가열하면, 산소와 스테인레스 슬라브 표면과의 적절한 산화반응에 의해 매우 평활한 스케일층을 형성하고 다량의 기공이 포함된 스케일로 인해 매우 우수한 박리성을 확보할 수가 있기 때문에 재가열된 슬라브를 열간압연라인에 바로 직송하여 통상의 열간압연을 행할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

발명예(1)(2)

304스테인레스강 슬라브를 연속주조후 10분 이내에 25℃의 냉각수조에 1분간 침지하여 443℃의 온도를 유지한 상태에서 열연 가열로로 이송하였다. 상기 가열로의 분위기는 각각 3, 5%의 산소농도를 유지한 상태였으며, 이 가열로에서 상기 슬라브를 1100℃의 온도에서 예열한 후, 1250℃의 온도에서 균일처리하였다. 그 다음, 가열로내에서 가열되는 슬라브를 바로 열간압연을 행하여 압연된 열연강판의 결함발생 정도를 검사하여 그 결과를 표1에 나타내었다. 또한, 가열로내에서 소비된 열량과 스키드 마크(skid mark)의 온도 차이를 조사하여 표1에 함께 나타내었다.

비교예(1)(2)

가열로분위기를 각각 1%, 6%로 유지한 상태에서 슬라브를 열연 가열로로 이송한 것을 제외하고 발명예와 동일하게 가열한 후 열연강판을 제조하고 그 결과를 표1에 나타내었다.

한편, 본 발명과 비교방법에 의해 가열된 슬라브의 표면 스케일층의 조직을 관찰하고, 그 결과를 도2에 나타내었다.

종래예

슬라브를 냉각수조에 약 20분간 침적하여 상온 상태의 슬라브를 열연 가열로로 이송한 것을 제외하고, 발명예와 동일하게 가열한 후 열연강판을 제조하고 그 결과를 표1에 나타내었다.

구분	과잉산소량(%)	스키드 마크의 온도차(℃)	코일의 두께 편차(㎛)	두께 적중율(±㎛)	연료 원단위(kcal/톤)	스리버 발생율(%)	면거침 발생율(%)
발명예1	3	10.89	11.21	97.4%	376,000	15	20
발명예2	5	10.87	11.15	97.5%	377,000	14	18
비교예1	1	10.90	11.21	97.4%	376,000	35	18
비교예2	6	10.92	11.22	97.4%	375,000	25	30
종래예	3	11.34	12.58	96.6%	410,000	30	20

표1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 경우 통상의 작업방법에 비해 가열로 연료원단위가 현저히 감소하였으며, 가열로에서의 스키드 마크의 감소로 인해 두께 정도가 개선되고 부수적으로 열연강판에 스리버 결함 발생율이 현저하게 감소되었다. 즉, 본 발명의 경우 연주 슬라브의 헌열을 그대로 이용하므로써 동일한 가열 시간을 부여하더라도 슬라브 내부까지 완전히 숙열되어 가열로내의 빔과 접촉되는 스키드 접촉부위의 온도차가 크지 않아 열연강판의 두께 편차가 개선됨을 알 수 있다.

또한, 과잉산소량이 많거나 적은 비교예의 경우에는 연료원 단위는 본 발명과 유사하나 과잉산소에 따른 차이로 스리버 발생율이 다소 높게 됨을 알 수 있다.

한편, 본 발명과 비교방법에 의해 가열된 슬라브의 표면 스케일층의 조직을 관찰한 결과, 도2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 경우 산소와 스테인레스 슬라브의 표면과의 적절한 산화반응에 의해 스케일량은 줄어드는 반면, 비교예2의 경우 과도한 산소 농도에 의해 가열초기에 치밀한 크롬산화층이 안정되게 형성되어 박리성이 악화됨을 보이고 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 연주 슬라브의 현열을 그대로 이용하므로써 기존 방법에 비하여 재가열에 필요한 연료가 크게 절약되고, 숙열도가 우수하여 두께 적중율이 향상되며, 가열작업시 박리성이 우수한 산화스케일층 형성이 조장되고, 이에 따라 열간압연강대의 표면에 면거침 결함없이 제조가 가능하고, 부수적으로 스리버 결함의 감소되며, 무엇보다도 오스테나이트계 스테인레스강 열연강판을 직송 열간압연에 의해 제조할 수 있는 현저한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 연속주조된 슬라브를 열간압연하여 오스테나이트계 스테인레스 열연강판을 제조하는 방법에 있어서,

   연속주조 직후 슬라브의 표면에 바로 냉각수를 접촉시켜 상기 슬라브의 표면온도를 500~300℃의 범위로 유지한 다음, 과잉산소농도가 3~5%인 분위기에서 재가열한 후, 재가열된 슬라브를 바로 열간압연함을 특징으로 하는 열간 직송압연을 통한 오스테나이트계 스테인레스 열연강판의 제조방법
2. 제1항에 있어서, 냉각수를 접촉시키는 수단으로서 강슬라브를 냉각수중에 적어 1~2분 동안 침적하거나 혹은 30분이하 동안 냉각수를 분사함을 특징으로 하는 제조방법
3. 제1항에 있어서, 재가열은 1080~1170℃의 온도에서 예열한 후, 1210~1290℃의 온도에서 균일한 가열을 하는 것임을 특징으로 하는 제조방법