KR20000042179A - 오스테나이트계 스테인레스강의 슬래브의 표면결함 감소방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오스테나이트계 스테인레스강의 슬래브의 모서리부에 발생하는 OCD (Off Corner Depression )를 감소시키는 방법에 있어서, 메니스커스(Meniscus)영역에서 슬래브의 중심부의 온도와 양단부의 온도차를 0 ~ 4℃이내로 제어하여 오스테나이트계 스테인레스강의 슬래브의 OCD를 감소시키는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 오스테나이트계 스테인레스강의 슬래브 연속주조시에 OCD를 감소시키는 방법에 있어서, 최대온도 지점 측정단계와, 슬래브의 중심과 단부의 온도차 측정단계 및, 온도조정단계를 포함하며, 상기 최대온도 지점 측정단계는 다수 개의 열전대를 응고되는 슬래브 중심에서 주형내부로 9 ~ 20mm 위치에 설치하여 주형 길이방향에서 최대온도 지점의 온도를 측정하며, 상기 온도차 측정단계는 응고되는 슬래브의 단부에서 중심으로 40 ~ 50mm의 지점에 열전대를 설치하고 상기 최대온도 지점의 슬래브의 중심의 온도와 단부의 온도차를 계산하며, 상기 온도조정단계는 상기 중심의 온도와 단부의 온도차가 0 ~ 4℃이내를 유지하도록 침지노즐의 침지깊이와 냉각조건을 조절하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스강의 슬래브의 OCD 감소방법이 제공된다.

Description

오스테나이트계 스테인레스강의 슬래브의 표면결함 감소방법

본 발명은 연속주조시에 오스테나이트계 스테인레스강의 슬래브의 모서리부에 발생하는 OCD (Off Corner Depression )를 감소시키는 방법에 관한 것이며, 특히, 연속주조 중에 메니스커스(Meniscus)영역에서 슬래브의 중심온도와 양단부의 온도차를 0 ~ 4℃이내로 제어하여 OCD를 감소시키는 방법에 관한 것이다.

제강공정의 연속주조에서 주형은 용강을 1차적으로 냉각시켜 슬래브를 형성한다. 용강은 주형과 접촉하면서 응고가 시작되고 이 때, 일정 두께의 응고층이 형성된다. 응고층의 두께는 냉각정도에 따라 결정되며, 응고층은 일정압력을 견딜 수 있는 강도를 가지도록 응고되어야 한다.

도 1은 주형내에 용강이 주입되는 것을 나타낸 개략도이며, 도 2는 OCD가 발생된 스테인레스의 슬래브를 나타낸 단면도이다.

용강(1)이 침지노즐(3)을 통하여 주형(4)내로 공급된다. 주형(4)은 냉각수에 의해 냉각되기 때문에, 고온의 용강은 점차적으로 응고되면서 응고층(5)을 형성한다.

주형(4)의 단면은 직사각형태로 장변과 단변으로 형성되며, 주형의 단변은 슬래브의 두께면이 되며, 주형의 장변은 슬래브의 폭이 된다.

침지노즐(3)로부터 나온 용강(1)은 주형(4)의 벽과 주형의 모서리에 집중적으로 부딪힌다. 이 때 불균일한 열전달이 발생되며, 이런 상태에서 응고된 슬래브의 두께면과 폭면이 만나는 모서리부에는 OCD가 발생하고, 두께면에는 벌징(bulging )이 발생한다. 이런 OCD와 벌징은 슬래브의 표면결함으로 나타난다.

주형(4) 내에서 용강(1)의 응고는 연속주조공정에서 가장 중요한 부분으로서, 주형 내의 열전도에 의한 열전달과 냉각수의 대류 열전달에 의해서 스테인레스 용강의 열을 얼마나 떨어뜨리느냐에 따라 결정된다.

용강과 주형 사이의 열전달은 주형재료의 열전도와, 냉각수의 온도와 진행속도와, 용강의 과열도와, 주조속도 및, 침지노즐의 침지깊이 등의 요소에 따라서 달라진다.

연속주조속도가 증가할수록 주형과의 접촉시간은 짧아지지만, 단위 시간당 새로운 용강이 많이 공급되기 때문에 용강으로부터 주형이 빼앗는 열량은 증가한다.

그리고 연속주조에서 균일한 응고층을 가지기 위해서는 주형 내를 동판으로 설치하여 균일한 열전달이 일어나도록 한다.

도 2는 OCD가 발생된 오스테나이트계 스테인레스강의 슬래브를 나타낸 단면도이다.

침지노즐에서 나온 용강이 주형의 모서리부와 일부의 벽면에 부딪히면서 부분적으로 불균일한 열전달이 일어난다. 주형의 모서리부 근처의 동판의 온도는 올라가고, 따라서 슬래브의 모서리부는 다른 부위에 비해 느리게 응고되며, 응고수축에 의해 OCD가 발생한다.

또한 벌징은 슬래브의 모서리부의 OCD에 대한 반작용으로 발생하는 슬래브의 두께면의 휘는 힘과 침지노즐로부터 밀려오는 용강압에 의해 두께면에 발생한다.

연속주조조건이 불안정할 때, OCD는 슬래브의 폭의 양단부로부터 40 ~ 50 ㎜내의 위치에서 발생하며 슬래브의 폭방향으로 존재한다.

도 3a, 3b, 3c, 3d는 오실레이션 마크 편석대의 조직사진이다.

도 3a는 오실레이션 마크 편석대 조직사진(×50배율)이고, 도 3b는 오실레이션 마크 편석대의 P 전자현미경 분석사진이고, 도 3c는 오실레이션 마크 편석대의 S 전자현미경 분석사진이며, 도 3d는 오실레이션 마크 편석대의 Ni 전자현미경 분석사진이다.

이러한 결함은 압연공정의 가열로를 통과할 때 불균일한 슬래브의 표면형상은 표면결함으로 나타난다.

OCD를 해결하기 위한 종래의 연속주조 기술은 연속주조기의 침지노즐을 깊게 하여 침지노즐에서 나온 뜨거운 용강이 모서리부에 직접 접촉하지 않게 하여 결함을 줄이는 방법이 있다.

또한 몰드파우더(Mold Powder)(2)를 이용하여 모서리부의 균일한 열전달이 일어나게 하는 방법이 있다.

이런 두 가지의 방법은 작업자의 작업 능력과 경험에 의존하며, 결함발생의 원인을 그 상황에 따라 하나씩 해결하는 방법들이다.

또한 "1997년 대한민국 특허출원번호 제 1997-97541호"에 출원된 바와 같이, 오스테나이트계 스테인레스강의 OCD 저감방법은 주형의 동판에서 크랙(Crack)과 브레이크아웃(breakout)의 발생을 방지하는 것으로서, 동판의 열집중부를 냉각하고 주형의 벽부 쪽으로 갈수록 냉각능을 최대화시켜 뜨거운 용강과 주형의 동판이 만나도록 하여 슬래브의 표면결함을 감소시키는 것을 특징으로 한다. 하지만 이 방법은 하드웨어 설비인 주형의 구조를 교체해야 하는 단점이 발생한다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 연속주조 중에 메니스커스(Meniscus)영역에서 슬래브의 중심부의 온도와 양단부의 온도차를 0 ~ 4℃이내로 제어하여 오스테나이트계 스테인레스강의 슬래브의 OCD를 감소시키는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 주형 내에 용강이 주입되는 것을 나타낸 개략도이고,

도 2는 OCD가 발생된 스테인레스의 슬래브를 나타낸 단면도이고,

도 3a, 3b, 3c, 3d는 오실레이션 마크 편석대의 조직사진이고,

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전대가 설치된 주형의 개략도이고,

도 5는 도 4에 도시된 열전대에 의해 측정된 주형의 온도를 나타내고 그래프이고,

도 6은 침지노즐의 침지깊이에 따라 OCD지수를 나타낸 그래프이며,

도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 슬래브의 중심과 단부의 온도차의 조절에 따른 오스테나이트계 스테인레스강의 OCD의 발생상태를 나타낸 그래프이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 : 용강 2 : 몰드파우더

3 : 침지노즐 4 : 주형

5 : 응고층 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 : 열전대

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 오스테나이트계 스테인레스강의 슬래브 연속주조시에 OCD를 감소시키는 방법에 있어서, 최대온도 지점 측정단계와, 슬래브의 중심과 단부의 온도차 측정단계 및, 온도조정단계를 포함하며, 상기 최대온도 지점 측정단계는 다수 개의 열전대를 응고되는 슬래브 중심에서 주형내부로 9 ~ 20mm 위치에 설치하여 주형 길이방향에서 최대온도 지점의 온도를 측정하며, 상기 온도차 측정단계는 응고되는 슬래브의 단부에서 중심으로 40 ~ 50mm의 지점에 열전대를 설치하고 상기 최대온도 지점의 슬래브의 중심의 온도와 단부의 온도차를 계산하며, 상기 온도조정단계는 상기 중심의 온도와 단부의 온도차가 0 ~ 4℃이내를 유지하도록 침지노즐의 침지깊이와 냉각조건을 조절하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스강의 슬래브의 OCD 감소방법이 제공된다.

아래에서, 본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인레스강의 슬래브의 OCD 감소방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열전대가 설치된 주형의 개략도이고, 도 5는 도 4에 도시된 열전대에 의해 측정된 주형의 온도를 나타내고 그래프이고, 도 6은 침지노즐의 침지깊이에 따라 OCD지수를 나타낸 그래프이며, 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 슬래브의 중심과 단부의 온도차의 조절에 따른 오스테나이트계 스테인레스강의 OCD의 발생상태를 나타낸 그래프이다.

도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 최대 열전달지점을 찾는 온도측정단계와, 슬래브의 중심부과 양단부의 온도차를 구하는 단계 및, 온도차를 조절하는 온도조절단계를 포함한다.

온도측정단계는 주형의 길이방향으로 열전대를 설치하고 주형의 온도를 측정한다. 이 때, 주형의 온도는 슬래브로 형성되는 용강의 온도와 비례한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 주형의 온도측정 및 열전달 분포를 측정하기 위해 주형의 길이방향으로 주형의 중심에 다수 개의 열전대를 설치한다. 설치위치는 온도의 영향을 알기 위하여 주형의 선단으로부터 100, 120, 140, 160, 240, 460, 660mm에 열전대(8, 9, 10, 11, 12, 13, 14)를 설치하는데, 슬래브의 중심의 표면으로부터 9mm 위에 즉, 주형 내부로 9mm 안쪽에 열전대를 설치한다.

그리고, 주형의 양단부의 온도를 측정하기 위해 주형의 선단에서 120mm지점에서 주형의 양단부에서 중심쪽으로 45mm에 열전대(도면에 도시 안됨)를 설치한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 열전대를 이용하여 온도를 측정하였을 때, 주형의 선단으로부터 120mm 위치에서 최대온도를 나타낸다. 최대온도를 나타내는 점은 용강의 과열에 의해 응고가 시작하는 점으로, 즉 주형 내에서 용강의 초기 응고가 시작되는 것을 나타낸다.

또한 최대온도를 나타내는 부분에서 주형의 장변의 길이가 단변의 응고층의 길이에 비해 길기 때문에, 장변의 응고층의 형상은 단변의 응고형상에 영향을 끼친다.

온도차를 구하는 단계에서는 최대온도를 가지는 부분에서 슬래브의 중심부와 양단부의 온도차를 계산한다.

주형의 장변방향으로 생긴 슬래브의 응고층의 수축력은 슬래브의 중심온도와 양단부 온도의 불균일에 의해 수축되는 힘이 다르다. 그렇기 때문에 주형의 단변부에서 측정된 슬래브의 온도가 크게 되면 슬래브의 두께부에 압축응력이 발생한다. 이러한 압축응력의 발생으로 인하여 슬래브의 모서리부에는 회전현상이 발생하게 되고 그럼으로써, OCD가 발생한다.

따라서, 슬래브의 중심과 단부의 온도차를 계산하여 온도차가 0 ~ 4℃이내가 되도록 한다.

온도조절단계는 슬래브의 중심과 단부의 온도차를 0 ~ 4℃이내로 유지하기 위해 침지노즐의 위치를 조정한다.

도 6은 침지노즐이 주형내에 삽입되는 침지깊이에 따라 OCD지수를 나타낸 그래프이다.

침지깊이가 115 ~ 125mm일 때, OCD의 발생은 슬래브당 약 600 ~ 700mm정도 발생하며, 침지깊이가 125 ~ 135mm일 때, OCD의 발생은 슬래브당 약 400mm정도 발생한다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 오스테나이트계 스테인레스강의 슬래브의 OCD 감소방법의 한 실시예에 따른 시험조건은 아래와 같다.

시험조건	종래재	발명재 1	발명재 2	발명재 3	발명재 4
강종	오스테나이트계 304 스테인레스강
주조두께	200mm
주조폭	1253mm
주조속도	1.0m/min
용강온도	1485℃

이와 같은 주조조건에서 주조를 하였을 때, 슬래브의 중심부와 주형의 양단부의 온도차는 다음과 같다.

	온도차 (슬래브의 단부온도 - 슬래브의 중심부온도)
발명재 1	-0.01℃ 이하
발명재 2	0 ~ 4 ℃
발명재 3	4 ~ 8 ℃
발명재 4	8 ~ 12 ℃

도 7은 표 2와 같은 슬래브의 단부온도와 슬래브의 중심부의 온도차를 가지는 슬래브가 완전히 응고한 후 OCD의 발생상태를 나타낸다.

발명재 3, 4에서는 각각 23%와 10%의 OCD의 감소를 나타냈고, 발명재 2에서는 OCD가 현저히 감소한다.

그러나 발명재 1의 경우 슬래브의 폭단부의 과냉으로 블랙밴드(Black Band)가 발생하였다.

따라서, 슬래브의 중심부와 양단부의 온도차가 0 ~ 4℃이내 일 때, OCD의 발생을 억제할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 오스테나이트계 스테인레스강의 슬래브의 OCD 감소방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (1)

1. 오스테나이트계 스테인레스강의 슬래브 연속주조시에 OCD를 감소시키는 방법에 있어서,

   최대온도 지점 측정단계와, 슬래브의 중심과 단부의 온도차 측정단계 및, 온도조정단계를 포함하며,

   상기 최대온도 지점 측정단계는 다수 개의 열전대를 응고되는 슬래브 중심에서 주형내부로 9 ~ 20mm 위치에 설치하여 주형 길이방향에서 최대온도 지점의 온도를 측정하며,

   상기 온도차 측정단계는 응고되는 슬래브의 단부에서 중심으로 40 ~ 50mm의 지점에 열전대를 설치하고, 상기 최대온도 지점의 슬래브의 중심의 온도와 단부의 온도차를 계산하며,

   상기 온도조정단계는 상기 중심의 온도와 단부의 온도차가 0 ~ 4℃이내를 유지하도록 침지노즐의 침지깊이와 냉각조건을 조절하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인레스강의 슬래브의 OCD 감소방법.