KR20010009878A - 고 니켈함유강의 연주주편 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고 Ni함유강의 연주주편 제조방법에 관한 것이며, 그 목적하는 바는 연속주조에 의해 고 Ni함유강 제조시 정련조건, 연속주조조건 및 표면처리조건 등을 적절히 제어함으로서, 주편 상태에서 우수한 표면과 내부품질 확보할 수 있는 고 Ni 함유 연주주편을 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데 있다.

본 발명은 중량%로 C:0.05-0.10%, Si:0.15-0.35, Mn:0.50-0.80%, P:0.005%이하, S:0.003%이하, 가용성Al:0.020-0.060%, Ni:3.5-9.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되도록 전로정련하고, 정련된 용강을 탈가스 처리하고, 탈가스 처리된 용강을 턴디쉬에 주입하고, 연주기에 의해 연속주조하여 연주주편을 제조하는 방법에 있어서, 상기 정련은 용강을 저진공도에서 20분 이상 탈가스 처리하여 N함량이 30ppm이하가 되도록 행하고; 상기 턴디쉬에서의 용강은 과열도가 13-17℃범위가 되도록 하고; 상기 연속주조시 주조속도는 0.90-0.93m/min으로 행하고; 상기 연주기에 의해 연속주조되어 주형 밑으로 빠져 나온 주편에 냉각수를 살수하여 냉각하고; 상기 표면가공은 스카핑 및 그라인딩을 실시한 후 산화방지도포제를 도포하여 행하는 고 Ni함유강의 연주주편 제조방법을 그 요지로 한다.

Description

고 니켈함유강의 연주주편 제조방법{A Method for Manufacturing Continuously Cast Strands from High Ni Containing Steel}

본 발명은 저장용 탱크(Tank) 등의 소재로 사용되는 고 니켈강의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Ni성분이 다량 함유된 고합금강을 연속주조에 의해 후판으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 Ni은 저온인성을 향상시키는 원소로 알려져 있으며, 이로 인해 고 Ni함유강은 Ni의 함유량에 따라 프로필렌가스(Prophylene Gas, 약2.5% Ni함유강 사용)로 부터 LNG가스(약 9%Ni함유강사용)까지 저온 액화가스를 담는 탱크(Tank)용도로 주로 사용되어 진다.

고 Ni함유강은 주 사용용도가 액화가스 저장용 탱크이기 때문에 안전성 확보를 위해 표면크랙은 물론 허용되지 않으며, 후판에서의 충격치와 충격파면 까지 양호해야하는 물성이 요구되고 있기 때문에, 내부품질 역시 일반강 대비 훨신 엄격하다. 이러한 엄격한 품질특성 때문에 이전에는 주로 조괴를 통한 생산이 주류를 이루었으나, 요즘에는 연속주조 기술의 발달과 함께 연속주조를 통한 품질확보가 전 세계적으로 꾸준히 추진되고 있다.

고 Ni함유강의 강종 특성은 첫째, 오스테나이트(γ)가 초정이므로 입계에 석출하기 쉬운 N, P, S의 화합물에 의해 고온특성이 영향을 받으므로 불순원소의 엄격한 관리가 요구되며, 둘째, 페라이트(α)↔오스테나이트(γ) 변태시 열수축, 열팽창이 일반강 대비 50%정도 더 크고, 셋째, 고온취화역이 일반강(700-900℃) 대비 넓은 600-900℃이고, 넷째, 냉각시 주편 표면에 스케일이 고착되어 주편표면의 불균일 냉각을 조장하기 때문에 표면크랙 발생이 매우 용이한 강이다.

통상 표면품질을 확보하기 위해서는 2차냉각 약냉, 고속주조가 유리하나, 내부품질 확보를 위해서는 이와반대로 강냉, 저속주조가 유리하다. 또, 고 Ni함유강은 상기한 바와같이, 일반강과는 다른 특이한 강종특성을 가지고 있기 때문에 최적의 주조조건을 설정하여 1Heat 주조가 완료될 때 까지 주조조건의 변동없이 주조를 완료해야 하며, 이와 함께 주조시 발생된 주편 표면결함의 특성을 파악하여 주편상태에서 효과적으로 검사, 제거해야 한다. 이같이, 연속주조에 의해 고 Ni함유강을 제조하는 경우에는 여러 가지 조건을 동시에 제어하는데에 기술적으로 많은 어려움이 있었다.

이에 본 발명은 연속주조에 의해 고 Ni함유강 제조시 정련조건, 연속주조조건 및 표면처리조건 등을 적절히 제어함으로서, 주편 상태에서 우수한 표면과 내부품질 확보할 수 있는 고 Ni 함유 연주주편을 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 연주설비를 보이는 모식도

도 2는 본 발명에 의한 강의 마크로 시험결과를 보이는 사진

도 3은 비교예에 의한 강의 마크로 시험결과를 보이는 사진

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로 C:0.05-0.10%, Si:0.15-0.35, Mn:0.50-0.80%, P:0.005%이하, S:0.003%이하, 가용성Al:0.020-0.060%, Ni:3.5-9.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되도록 전로정련하고, 정련된 용강을 탈가스 처리하고, 탈가스 처리된 용강을 턴디쉬에 주입하고, 연주기에 의해 연속주조하여 연주주편을 제조하는 방법에 있어서,

상기 정련은 용강을 저진공도에서 20분 이상 탈가스 처리하여 N함량이 30ppm이하가 되도록 행하고; 상기 턴디쉬에서의 용강은 과열도가 13-17℃범위가 되도록 하고; 상기 연속주조시 주조속도는 0.90-0.93m/min으로 행하고; 상기 연주기에 의해 연속주조되어 주형 밑으로 빠져 나온 주편에 냉각수를 살수하여 냉각하고; 상기 표면가공은 스카핑 및 그라인딩을 실시한 후 산화방지도포제를 도포하여 행하는 것임을 특징으로 하는 고 Ni함유강의 연주주편 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 연주주편 제조방법을 적용할 수 있는 강은 고Ni함유강으로서, 탄소함량이 0.05-0.10%이고, Ni함량이 3.5-9.5%인 것이 바람직하며, 가용성Al이 0.020-0.030%, N가 30ppm이하로 제어된 강이 바람직하다. 즉, 중량%로 C:0.05-0.10%, Si:0.15-0.35, Mn:0.50-0.80%, P:0.005%이하, S:0.003%이하, 가용성Al:0.020-0.060%, Ni:3.5-9.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강종을 들 수 있다.

이 같은 고 Ni강은 표면크랙에 민감한 강종이므로 불순원소의 석출물에 의한 취화요인을 최소화하기 위해 가용성 Al과 N는 가능한한 낮게 관리하는 것이 바람직하다.

상기한 바와같은 조성을 강을 이용하는 본 발명은 정련공정에서 용강을 저진공도에서 20분 이상 탈가스 처리하여 N함량이 30ppm이하가 되도록 한다.

이는 수소성분이 높으면 시간의 경과에 따라 주편 또는 제품내부에 균열을 유발하므로, 탈가스 처리를 저진공도에 충분히 실시하는 것이다. 이때, 바람직하게는 2torr이하에서 20분이상 탈가스 처리하는 것이다.

또한, 본 발명에서는 탈가스 처리된 상기 용강을 턴디쉬에 주입하는데, 이때, 용강의 과열도는 13-17℃범위가 되도록 한다.

상기 용강의 과열도는 13-17℃범위로 제어한다. 연속주조중 용강 과열도 관리는 주편의 내부품질과 주조성 확보를 위해 매우 중요한 것으로, 용강 과열도가 너무 높으면 주상정 조직의 발달과 등축정 조직의 감소로 인해 중심편석이 열위할 가능성이 높고, 반대로 너무 낮으면 주조중 조즐 막힘과 개재물 분리부상 미흡으로 강의 청정성이 악화될 수 있기 때문이다.

특히, 본 발명에서와 같은 강은 γ가 초정인 강종으로 고액 공존역(Mushy Zone)이 거의 없어 취약한 조직인 주상정 조직이 발달하여 내부 품질을 취약하게 할 가능성이 높기 때문에 용강 과열도는 일반강 대비 다소 낮은 13-17℃로 관리하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 연속주조시 주조속도를 0.90-0.93m/min으로 행한다.

상기 연속주조시 주조속도는 양호한 내부 품질확보를 위해 일반강 대비 저속인 0.90-0.95m/min의 범위로 하는 것이 좋다. 저속주조를 행하게 되면 주형내 용강 유동과 주편냉각을 균일하게 하고 충분한 응고쉘(Shell)의 확보로 주형하부에서의 벌징(Bulging)을 작게 함으로서, 주편의 내부품질을 양호하게 한다.

이때, 사용되는 주형은 통상사용되는 것을 적용할 수도 있는데, 냉각시 응고 수축정도를 고려하여 1.05-1.10%의 테이퍼가 부여된 주형을 사용하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 상기 연주기에 의해 연속주조되어 주형 밑으로 빠져 나온 주편에 냉각수를 살수하여 냉각한다.

상기 냉각수는 2차 냉각대에 이르는 주편에 살포되는데, 일반적으로 연주품의 두께나 속도 등을 고려하여 냉각수량을 결정한다. 특히, 본 발명에서는 양호한 주편 표면품질 확보를 위해서 주형 직하에서 강냉 실시에 의한 오스테나이트(γ)입자 미세화가 필요하고, 주편폭방향의 균일냉각과 교정점 통과온도를 900℃이상으로 제어하는 냉각조건이 바람직하다. 이를 위해 주형직하의 살수물량을 증가시키고, 교정점으로 부터 일정거리(예를들어 5m) 이전부터 물을 살수치 않는 냉각조건이 바람직하다. 또한, 통상 주조말기에는 조업안정성을 위해 감속후 증속하여주조를 마무리 하게 되는데, 본 발명의 경우 이러한 주조속도 변화에 따라 표면과 내부 품질이 악화되는 경향을 보이므로, 주조 말기에도 주조속도의 변화가 없이 정속주조하는 것이 바람직하다.

한편, 이 같은 냉각조건을 만족하도록 상기 2차 냉각대에서의 냉각수량을 제어할 수 있는데, 예를들면, 0.38-0.43l/kg의 물량으로 2차 냉각대에서의 냉각을 행할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에서는 연주주편의 표면을 스카핑 및 그라인딩을 실시한 후 산화방지도포제를 도포한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 조건으로 연속주조기를 통과하여 나온 주편은 그 표면에 부분적으로 결함이 잔존할 수 있고, 오실레이션마크(Oscillation Mark)와 스케일로 덮혀 있는 것이 보통이다. 따라서, 후판 제품에서 표면결함 발생방지를 위해 주편상태에서 결함의 검사, 제거와 후판 스케일 결함방지를 위해 가열로내에서 주편 표면 스케일 발생을 최소화할 수 있도록 산화방지제를 도포한다. 이때, 표면결함 제거와 산화방지제 도포를 위해서는 스카핑후 그라인딩을 실시하는 것이 바람직하다. 상기 스카핑 및 그라인딩은 전면을 행하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 산화방지제는 통상의 것을 사용할 수 있으며, 알루미나를 주성분으로 하는 것을 사용하는 것이 보다 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

실시예

하기 표1과 같은 조성을 갖는 고 Ni함유강을 전로취련후 2torr이하의 저진공에서 20분이상 탈가스 처리하고 턴디쉬 용강 과열도는 13-17℃로 관리된 용강을 하기 표2와 같은 조건으로 연속주조하여 폭 1600mm인 주편을 얻었다. 이때, 사용된 연주기는 도 1과 같은 통상의 연주기를 이용하였으며, 주형의 테이퍼는 1.05-1.08%를 부여하였다.

얻어진 주편에서 일부(시편)를 채취하여 마크로시험에 의해 표면과 내부품질을 검사하여 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

구분	화학성분(중량%)
	C	Si	Mn	P	S	S.Al	Ni	N(ppm)
강종a	0.067	0.26	0.66	0.0040	0.0010	0.027	9.26	26
강종b	0.058	0.27	0.69	0.0043	0.0010	0.056	9.23	34
강종c	0.060	0.26	0.65	0.0035	0.0013	0.047	9.37	36
강종d	0.066	0.25	0.65	0.0040	0.0010	0.030	9.33	36

구분	적용강종	주조속도(m/min)	비수량(l/kg)	주조말기주조조건	교정점온도(℃)	주편품질지수
						내부결함지수	표면결함지수
발명예1	강종a	0.90	0.43	정속주조	900	0	0.2
발명예2	강종a	0.90	0.40	정속주조	920	0	0.2
발명예3	강종b	0.93	0.38	정속주조	940	0.1	0.4
비교예1	강종d	0.90	0.38	감속,증속	940	0.1-0.3	0.3-0.8
비교예2	강종c	0.95	0.35	감속,증속	1000	0.5-0.7	0.7-1.0
비교예3	강종c	0.95	0.35	정속주조	1000	0.5-0.7	0.8

상기 표2에서 알 수 있는 바와같이, 교정점 통과온도가 900℃부근이 되도록 주조속도, 2차냉각을 행한 발명예의 경우 표면결함이 상대적으로 감소하였으며, 내부품질도 양호하였다. 이에 반하여, 주조속도를 증가하고 2차냉각을 약냉한 비교예의 경우는 표면과 내부품질이 상대적으로 미흡하였다.

상기 표2에서, 발명예 (1) 및 비교예 (2)에 의한 강의 마크로 시험결과를 도 2 및 도 3에 나타내었다. 발명예의 마크로 테스트 결과를 보이는 도 2은 내부크랙이 발생치 않았으나, 비교예의 마크로 테스트 결과를 보이는 도 3에서는 주상정조직이 매우 발달하여 있는 취약한 조직으로 내부크랙이 발생됨을 알 수 있었다. 표면품질 또한 표면의 미세조직인 칠존(chill zone)이 발명예 대비 비교예가 미흡하며, 표면크랙 깊이도 발명예의 경우는 약5mm이내이나, 비교예의 경우는 약 20mm까지 발생하였다.

한편, 주편손질 방법에 따라서도 후판에서의 표면크랙 결함발생에 차이가 존재하였는데, 과도한 스카핑에 의해 표면 응고 칠존(Chill Zone)을 완전히 제거하여 주상정조직이 주편표면으로 되어 후판 가열로 내에서 입계산화 등에 의해 표면이 취약하게 되는 것 보다는 약간의 표면결함이 잔존하더라도 주편 표면 칠존을 많이 남기는 방법으로 주편표면을 손질하는 경우가 더 양호한 후판표면품질을 나타내었다.

즉, 이같은 사실은 상기 발명예 (1) 및 비교예 (1,2)에 의해 얻어진 주편을 이용하여 하기 표3과 같은 방법에 의해 표면을 손질한 후, 후판 표면의 품질을 검사함으로서 쉽게 알 수 있었다. 표면 품질의 검사결과는 표면크랙 결함 발생지수로서 하기 표3에 나타내었다.

구분	주편 손질방법	후판 표면크랙 결함발생지수
발명예1	전편스카핑(2mm)→전면 그라인딩(1mm)→산화방지제 도포→후판압연	0.1
비교예1	전면스카핑(7mm)→전면 그라인딩(2mm)→산화방지제 도포→후판압연	0.4
비교예2	전면 그라인딩(2mm)→산화방지제 도포→후판압연	0.3

상술한 바와같이, 본 발명의 방법에 의해 주편을 제조하면, 기존의 조괴법에 의한 방법이 아닌 연속주조 방법에 의해 고 Ni함유강을 제조할 수 있고, 또한 얻어지는 주편은 내부는 물론 표면품질까지도 우수한 후판소재이다.

Claims (3)

1. 중량%로 C:0.05-0.10%, Si:0.15-0.35, Mn:0.50-0.80%, P:0.005%이하, S:0.003%이하, 가용성Al:0.020-0.060%, Ni:3.5-9.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되도록 전로정련하고, 정련된 용강을 탈가스 처리하고, 탈가스 처리된 용강을 턴디쉬에 주입하고, 연주기에 의해 연속주조한 다음, 표면가공하여 연주주편을 제조하는 방법에 있어서,

   상기 정련은 용강을 저진공도에서 20분 이상 탈가스 처리하여 N함량이 30ppm이하가 되도록 행하고; 상기 턴디쉬에서의 용강은 과열도가 13-17℃범위가 되도록 하고; 상기 연속주조시 주조속도는 0.90-0.93m/min으로 행하고; 상기 연주기에 의해 연속주조되어 주형 밑으로 빠져 나온 주편에 냉각수를 살수하여 냉각하고; 상기 표면가공은 스카핑 및 그라인딩을 실시한 후 산화방지도포제를 도포하여 행하는 것임을 특징으로 하는 고 Ni함유강의 연주주편 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 주형은 1.05-1.10%의 테이퍼가 부여된 것임을 특징으로 하는 고 Ni함유강의 연주주편 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 냉각수를 살수하여 냉각하는 과정은 2차냉각대에서 0.38-0.43l/kg과 같은 양의 냉각수에 의한 것임을 특징으로 하는 고 Ni함유강의 연주주편 제조방법.