KR20010053734A - 스테인레스스틸 합금의 결함 제거 방법 - Google Patents

스테인레스스틸 합금의 결함 제거 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초정 델타 페라이트상에서 오스테나이트상으로 변태되어 응고되는 스테인레스스틸 합금에 관한 것으로, 턴디쉬(110)에서 출탕되는 초정 델타 페라이트상의 출탕온도와 주형(120)에서 인출되는 오스테나이트상의 온도차이가 10∼40(℃)의 온도범위내에 속하도록 0.8∼1.0(ｍ/min)의 속도로 연속주조시킴과 동시에, 주형(120)에서 인출되어 냉각대(130)로 공급되는 오스테나이트상의 주편에 0.30∼0.35(ℓ/㎏)의 분량으로 냉각수를 분사하여 덴드라이트상을 미세하게 형성시키게 되어, 연속주조공정 및 압연공정에서 내/외부결함이 최소화되므로써, 오스테나이트계 스테인레스스틸 합금의 품질이 향상될 뿐만 아니라 이로인해 합금의 제조공정이 신속하게 이루어져 제조단가가 절감되게 한 것이다.

Description

스테인레스스틸 합금의 결함 제거 방법 {Method for eliminating the defect of stainless steel alloy}
본 발명은 초정 델타 페라이트상에서 오스테나이트상으로 변태되어 응고되는 스테인레스스틸 합금에 관한 것으로, 특히 스테인레스스틸 합금의 연속주조속도와 냉각수의 분사량을 조절하여 내외부결함 발생요인을 제거하므로써, 압연과정에서 발생되는 선상결함을 최소화시킬 수 있도록 된 스테인레스스틸 합금의 결함 제거 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 오스테나이트계 스테인레스합금은, 초정 델타 페라이트상에서 응고가 진행되기 시작하여 응고과정 중 오스테나이트상이 형성된 후 냉각과정 중 덴드라이트상으로 고상화되는 합금이다.
그리고, 오스테나이트계 스테인레스합금은, 고온상태에서 내식성 및 강도가 우수하여 터빈 등과 같이 고열을 발생시키게 되는 기계부품에 널리 사용되는 소재로서, 통상 연속주조공정을 통해 성형된다.
물론, 오스테나이트계 스테인레스스틸합금에 함유되는 성분은 다음과 같은 수학식(1,2)을 통해서 구해진〔Ｃｒ／Ｎｉ〕ｅｑ값이 대략 1.5∼1.8 범위에 속하게 된다.
여기서, 〔Ｃｒ〕ｅｑ=Ｃｒ+1.37Ｍｏ+1.5Ｓｉ+2.0Ｎｂ+3.0Ｔｉ---(1)
〔Ｎｉ〕ｅｑ=Ｎｉ+0.31Ｍｎ+22.0Ｃ+14.2Ｎ+1.0Ｃｕ-----(2)
즉, 오스테나이트계 스테인레스스틸 합금의 연속주조장치는, 도 1에서와 같이, 제강공정에서 정련된 용탕이 담겨지는 래들(100)과, 래들(100)에서 출탕되는 용탕의 저장용기인 턴디쉬(110)와, 턴디쉬(110)에서 출탕되는 용탕을 성형하여주는 주형(120)과, 주형(120)에서 성형되어 인출된 주편을 응고하여주는 냉각대(130)가 구비되어 있다.
그리고, 래들(100)에서 출탕된 용탕을 턴디쉬(110)로 주입하는 배출관로인 쉬라우딩노즐(140)과, 턴디쉬(110)에서 출탕된 용탕을 성분조정하여 주형(120)으로 공급하는 침지노즐(150)과, 턴디쉬(110)의 내부공간에 설치되어 용탕의 유동을 제어하는 턴디쉬댐(160)이 구비되어 있다.
따라서, 제강공정을 통해 정련되어진 용탕이 래들(100)내에서 턴디쉬(110)로 출탕된 다음, 0.5∼1.4(ｍ/min)의 연속주조속도로 주형(120)내로 공급되어 원하는 형상으로 성형되고, 이후 냉각대(130)에서 냉각수에 의해 냉각되어 후처리공정으로 공급되는 것이다.
그러나, 연속주조공정 중 냉각대(130)에서 응고되는 과정에서 입계내로 Ｃ, Ｎ, Ｎｂ 등의 용질원소가 편석됨으로 인해 스테인레스스틸의 주편을 육안으로 검사해 본 결과 응고크랙과 같은 결함이 발생되었다.
더욱이, 스테인레스스틸에서 생성된 결함은 열간/냉간압연과정에서 선상결함으로 진행되어 표면품질에 악영향을 끼치게 되고, 이를 산세나 그라인딩과 같은 정정공정을 통해 제거하게 되므로 제조공정이 지연되는 원인으로 작용된다.
결론적으로, 스테인레스스틸 합금의 연속주조공정에서 주편내에 발생되는 결함은, 용질원소의 편석량이 높아져 발생되는 경우와, 응고조직(dendrite)의 조대화로 인한 연신율이 저하되어 발생되는 경우로 대별된다.
이때, 용질원소의 편석량이 높아져 발생되는 결함은 응고과정에서 덴드라이드조직내에 용질원소가 편석됨으로 인해 머쉬존(mushy zone)의 영역을 확장시키기 때문이며, 응고조직의 조대화로 인해 발생되는 결함은 조직의 조대화로인한 고온강도가 낮아 외부응력 작용시 응고조직이 손상되기 때문이다.
따라서, 스테인레스스틸에서 발생되는 내부 및 외부결함을 최소화시키기 위해서는, 입계내에 용질원소가 편석되는 것을 최소화시킴과 더불어 응고조직의 크기를 미세하게 형성시키는 작업과정이 요구된다.
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 턴디쉬에서 출탕되는 용탕의 입계내에서 용질원소가 편석되는 것을 방지함과 더불어 응고조직을 미세화시키므로써, 스테인레스스틸 주편의 내외부결함이 방지되도록하여, 압연 과정에서 발생되는 선상결함과 같은 품질이상을 최소화시킬 수 있도록 된 스테인레스강의 주편 제조 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 기술에 따른 스테인레스강의 주편 제조 장치를 도시한 개략도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 래들 110 : 턴디쉬
120 : 주형 130 : 냉각대
140 : 쉬라우딩노즐 150 : 침지노즐
160 : 턴디쉬댐
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 기술에 따른 스테인레스강의 주편 제조 장치를 도시한 개략도로서, 제강공정에서 정련되어진 용탕의 수용용기인 래들(100)과, 래들(100)에서 출탕되는 용탕의 임시저장용기인 턴디쉬(110)와, 턴디쉬(110)에서 출탕되는 용탕을 원하는 형상으로 성형하여주는 주형(120)과, 주형(120)에서 인출된 주편을 냉각수를 분사하여 응고하여주는 냉각대(130)로 이루어진 연속주조장치를 이용하여, 스테인레스스틸 합금을 제조하는 방법에 있어서, 턴디쉬(110)에서 출탕되는 초정 델타 페라이트상의 출탕온도와 주형(120)에서 인출되는 오스테나이트상의 인출온도의 차이가 10∼40(℃)의 온도범위내에 속하도록 0.8∼1.0(ｍ/min)의 주조속도로 연속주조시킴과 동시에, 주형(120)에서 인출되어 냉각대(130)로 공급되는 오스테나이트상의 주편에 0.30∼0.35(ℓ/㎏)의 분량으로 냉각수를 분사하여 덴드라이트상을 미세하게 형성시키게 특징으로 한다.
먼저, 본 발명에 따른 연속주조장치와 종래 기술에 따른 연속주조장치는 상호 기능이 동일하므로 그에 대한 설명은 생략하기로 하고, 다만 본 발명과 종래기술은 턴디쉬(110)내에서 출탕되는 용탕의 주조속도와 냉각대(130)에서 분사되는 냉각수의 분사량에만 그 차이점이 있음을 첨언한다.
또한, 연속주조속도를 느리게하면 입계내에 용질원소의 확산이 원활하게 진행되어 편석량이 감소되기는 하지만, 덴드라이트조직이 조대화되어 외부응력 작용시 응고조직이 손상되며,
반대로, 연속주조속도를 빠르게하면 덴드라이트 조직이 미세화되어 외부응력에 대한 조직손상이 줄어들기는 하지만, 용질원소의 확산이 상대적으로 느리게 진행되어 편석량이 증대되는 특징이 있다.
따라서, 턴디쉬(110)에서 출탕되는 초정 델타 페라이트상의 액상선온도와 주형(120)에서 응고되어 인출되는 오스테나이트상의 고상선온도 구간은, 입계내에 용질원소(Ｃ,Ｎ,Ｎｂ)가 확산되는 구간으로서, 온도차이를 10∼40℃내의 범위로 유지되도록 0.8∼1.0ｍ/min의 주조속도로 연속주조시켰다.
즉, 턴디쉬(110)에서 배출되는 액상선온도와 주형(120)에서 인출되는 고상선온도의 차이를 10∼40℃의 범위내로 한정시킨 이유는, 온도차이가 10℃이하인 경우에는 주형(120)내에 부착된 파우더의 윤활기능이 떨어져 주편내로 개재물이 침투되기 때문이며, 온도차이가 40℃이상인 경우에는 주편의 응고속도가 지연됨으로인해 덴드라이트상이 조대화되어 열간/냉간압연 과정에서 외부응력에 의해 조직이 손상되기 때문이다.
한편, 연속주조속도를 0.8∼1.0(ｍ/min)의 범위내로 한정시킨 이유는, 연속주조속도가 0.8ｍ/min이하인 경우에는 주편내로 슬래그나 스컴(scum)등의 혼입량이 줄어들기는 하지만 조직이 조대화되어 외부응력에 취약하게 되며, 주조속도가 1.0ｍ/min 이상인 경우에는 주형(120)의 내부에서 주편쉘(외형, shell)이 일시적으로 파단되어지는 오우버래핑현상이 발생되기 때문이다.
그리고, 냉각대(130)로 분사되는 냉각수의 비수량을 0.30∼0.35(ℓ/㎏)으로 한정시킨 이유는, 냉각수의 분사량이 0.30ℓ/㎏이하인 경우에는 응고조직이 조대화될 뿐만 아니라 주편의 강도가 상대적으로 저하되어 주편의 벌징(bulging)현상으로 인한 결함이 발생되기 때문이며,
반면에, 냉각수의 비수량이 0.35ℓ/㎏이상인 경우에 덴드라이트조직이 미세화되기는 하지만 입계내에 용질원소의 확산시간이 짧아져 상대적으로 편석량이 증대되고, 주편내에 잔류응력이 과도하게 존재하여 산세공정과 그라인딩공정과 같은 정정공정에서 주편의 표면이 손상되는 특징이 있기 때문이다.
물론, 냉각대(130)로 분사되는 비수량(냉각수 분사량,S)은, S=Q/Vx.Wx.Dx.G의 공식을 통해 얻었다. 여기서, Q:냉각대에서의 총 분사량(ℓ/㎡), Vx: 주편부피, W:주편폭(㎜), D:주편두께(㎜), G:밀도(g/㎤)이다.
[실시예]
표 1에서와 같이 [Cr/N1]eq의 값이 1.8인 오스테나이트계 스테인레스스틸 합금을, 표 2와 같은 액상선과 고상선의 온도차이와 비수량을 적용하여, 연속조조주편으로 제조하였다.
{표 1}
Cr Ni Nb P S C N [Cr/N1]eq
17.68 9.10 0.644 0.023 0.0013 0.036 0.0212 1.8
표 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제어조건을 모두 만족하는 발명예(1,2)는 연속조주과정에서 형성된 주편 및 열간압연된 코일표면에 벌징(bulging)과 응고크랙이 발생되지 않았다.
{표 2}
액상과 고상의 온도차이(℃) 냉각대의 비수량(ℓ/㎏) 결함발생정도
발명예 1 10 0.35 무
2 38 0.30 무
비교예 1 20 0.23 유
2 30 0.36 유
3 8 0.33 유
4 41 0.33 유
그러나, 비교예(1)은 비수량의 범위가 본 발명의 제어조건을 벗어난 것으로서, 주편의 외표면에 벌징현상과 같은 표면결함이 발생되었고, 이들은 열간압연과정에서 과도한 스케일을 형성시키게 됨은 물론 외표면에서 선상결함으로 발생되었다.
비교예(2)는 비수량의 범위가 본 발명의 제어조건보다 높은 것으로, 연속주조공정 중 벌징현상이 발생되지는 않았지만, 주편표면에 열응력이 심하게 작용하여 주편표면에서 크랙이 발생되었다.
비교예(3)은 주조온도의 범위가 본 발명의 제어조건보다 낮은 것으로, 주형파우더의 용융불량현상이 발생됨으로인해 주형과 응고층의 사이에 윤활작용이 부족하여 크랙이 발생되며, 주조말기에는 주편표면에 스캡(scab)과 같은 대형 표면결함이 발생되었다.
비교예(4)는 주조온도의 범위가 본 발명의 제어조건보다 높은 조건으로 주조된 것으로서, 주편표면에 조대한 응고조직이 형성되어 입계내에서 응고크랙이 발생되었으며, 또한 연속주조시 주편의 벌징현상이 발생되었다.
따라서, 턴디쉬(110)에서 출탕되는 액상선온도와 주형(120)에서 인출되는 고상선온도가 10∼40(℃)의 온도범위내에 속하도록 0.8∼1.0(ｍ/min)의 주조속도로 연속주조시킴과 동시에, 냉각대(130)에 0.30∼0.35(ℓ/㎏)의 분량으로 냉각수를 분사하여 냉각시키게 되면, 스테인레스스틸 주편의 내/외부결함이 최소화됨을 알 수 있었다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 스테인레스스틸 합금의 결함 제거 방법에 의하면, 주조공정에서의 주조속도를 조절함과 더불어 냉각대에서의 냉각수 비수량을 조절하므로써, 연속주조공정 및 압연공정에서 내/외부결함이 최소화되어, 오스테나이트계 스테인레스스틸 합금의 품질이 향상될 뿐만 아니라 이로인해 합금의 제조공정이 신속하게 이루어져 제조단가가 절감되는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

  1. 제강공정에서 정련되어진 용탕의 수용용기인 래들(100)과, 래들(100)에서 출탕되는 용탕의 임시저장용기인 턴디쉬(110)와, 턴디쉬(110)에서 출탕되는 용탕을 원하는 형상으로 성형하여주는 주형(120)과, 주형(120)에서 인출된 주편에 냉각수를 분사하여 응고하여주는 냉각대(130)로 이루어진 연속주조장치를 이용하여, 스테인레스스틸 합금을 제조하는 방법에 있어서,
    턴디쉬(110)에서 출탕되는 초정 델타 페라이트상의 출탕온도와 주형(120)에서 인출되는 오스테나이트상의 인출온도의 차이가 10∼40(℃)의 온도범위내에 속하도록 0.8∼1.0(ｍ/min)의 속도로 연속주조시킴과 동시에, 주형(120)에서 인출되어 냉각대(130)로 공급되는 오스테나이트상의 주편에 0.30∼0.35(ℓ/㎏)의 분량으로 냉각수를 분사하여 덴드라이트상을 미세화시키게 됨을 특징으로 하는 스테인레스스틸 합금의 결함 제거 방법.
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