KR20020026539A - 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼과 그 가공 방법 및 장치및 박육 주편과 그 연속 주조 방법 - Google Patents

박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼과 그 가공 방법 및 장치및 박육 주편과 그 연속 주조 방법 Download PDF

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Abstract

냉각 드럼 주면에, 함몰부 바람직하게는, 평균 깊이 40∼200μm, 원 상당 지름 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부 또는 표면에, 미소 돌기（바람직하게는，함몰부　표면에，높이 1∼50μｍ，원　상당　지름 5∼200μｍ의　미소　돌기，함몰부의　정부에，높이 1∼50μｍ，원　상당　지름 30∼200μｍ의　미소　돌기)，세공（바람직하게는 5μｍ 이상, 원 상당 지름 10∼200μｍ의 세공）또는 미세 요철（바람직하게는，평균　깊이 1∼50μｍ，원　상당 지름 10∼200μｍ의　미세　요철）이 형성되어 있다.

Description

박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼과 그 가공 방법 및 장치 및 박육 주편과 그 연속 주조 방법{COOLING DRUM FOR CONTINUOUSLY CASTING THIN CAST PIECE AND FABRICATING METHOD AND DEVICE THEREFOR AND THIN CAST PIECE AND CONTINUOUS CASTING METHOD THEREFOR}
한 쌍의 냉각 드럼(이하, 「드럼」이라 하는 경우도 있다.)을 구비한 쌍드럼식 연속 주조 장치, 또는, 1개의 냉각 드럼을 구비한 단드럼식 연속 주조 장치에 의하여 판 두께 1∼10mm의 박육 주편(이하「주편」이라고 하는 경우가 있다.)을 연속 주조하는 기술이 개발되어 있다.
예를 들면, 쌍드럼식 연속 주조 장치는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 축을 수평으로 하고 서로 접근하여 평행하게 설치되고, 또한 서로 역방향으로 회전하는 한 쌍의 냉각 드럼(1, 1')과, 냉각 드럼(1, 1')의 양 단면에 압착된 사이드뱅크(2)를 주요 구성부재로 하여 구성되어 있다.
냉각 드럼(1, 1')과 사이드 뱅크(2)로 형성된 탕 고임부(3)의 상방에는, 실 챔버(seal chamber)(4)가 만들어지고, 실 챔버(4) 중에 불활성 가스가 공급된다. 턴디쉬(5)로부터 탕 고임부(3)에 용탕을 연속적으로 공급하면, 용탕은, 냉각 드럼(1, 1')과의 접촉부에서 응고되어, 응고 쉘을 형성한다. 응고 쉘은, 냉각 드럼(1, 1')의 회전에 동반하여 하강하고, 키싱 포인트(6)에서 압착되어 박육 주편C이 된다.
이 냉각 드럼(1, 1')은, 회전하면서 용탕을 냉각하여 응고 쉘을 생성하기 위한 것이고, 일반적으로, 열전도율이 양호한 Cu, Cu 합금에 의하여 형성된다.이 냉각 드럼(1, 1')은, 탕 고임부(3)를 형성할 때 용탕과 직접 접촉하나, 키싱포인트(6)를 지나, 다음으로 탕 고임부(3)를 형성하기까지의 사이는 용탕과 비접촉 상태가 되기 때문에, 용탕의 보유열로 가열되거나, 냉각 드럼(1, 1')의 내부 냉각수나 공기에 의하여 냉각된다.
또 이 냉각 드럼(1, 1')은, 응고 쉘을 압착하여 박육 주편C를 형성할 때에, 박육 주편C와 냉각 드럼(l, 1') 표면의 상대 미끄러짐에 의한 마찰력을 반복하여 받는다. 그 때문에, 냉각 드럼(1, 1')의 표면층이 Cu 또는 Cu 합금인 경우에는, 주조의 진행에 따라, 주면 표층(d)의 손모가 심하고, 표면 형상을 유지할 수 없게 되어, 조기에 주조 불능으로 된다.
이와 같은 드럼 표면층의 조기 손모를 방지하기 위하여, 냉각 드럼의 표면에, 예를 들면, 1mm 두께 정도의 Ni 도금층을 형성한 냉각 드럼 구조가 알려져 있다.
또한, 상기 드럼 구조의 냉각 드럼을 사용하여 연속 주조를 할 때에, 용탕과 드럼의 밀착성 불균일에 의한 가스 갭의 불균일이나, 탕면의 혼란에 의한 응고 개시 위치의 불균일, 또는 드럼 표면의 부착물 불균일이 생긴다. 그 결과, 응고 불균일이 생겨 크래킹이 발생하고, 주편의 품질이 손상된다고 하는 문제점이 있다.
그러나, 이 기술은 최종 제품에 가까운 형상의 다소 두꺼운 박육 주편을 제조하는 것이므로, 높은 수율로, 소요 레벨의 품질을 가지는 최종 제품을 최종적으로 얻는데 있어서, 이 기술에 대하여는, 크래킹이나 균열 등의 표면 결함이 전무한 박육 주편을 제조하는 것이 불가결한 것으로서 요구된다.
특히, 스테인레스 강의 박판 제품에 있어서는, 고품질의 표면 성상이 요구되기 때문에, 산세 얼룩이 없는 박육 주편을 주조하는 것이 큰 과제가 된다.
이 표면 결함은, 박육 주편을 주조할 때, 냉각 드럼 표면에서의 응고 쉘의 생성이 일정하지 않은 것, 즉, 용탕의 급냉 응고 태양이 일정하지 않은 것에 기인하여 발생하는 열 수축 응력의 불균형에 기초하여 형성되는 것으로 알려져 있고, 지금까지, 이 열 수축 응력의 불균형이 주편 내부에 최대한 남지 않도록 용탕을 냉각, 응고하는 냉각 드럼의 주면구조 및/또는 주면재질이 다양하게 제안되어 있다.
예를 들면, 표면 크래킹의 발생을 방지하기 위하여, 냉각 드럼의 주면에 형성된 Ni 도금층에, 쇼트 블라스트, 포토 에칭, 레이저 가공 등에 의하여 다수의 함몰부(이하「딤플」이라 하는 경우가 있다.)를 만드는 기술이, 일본공개특허공보 소60-184449호 공보에 개시되어 있다. 상기 기술은, 이 함몰부에 의하여 냉각 드럼과 응고 쉘의 사이에 단열층이 되는 가스 갭을 형성하고, 용탕의 완만한 냉각을 함으로써, 또한 함몰부에 용탕을 적당하게 넣어 주편 표면에 볼록전사를 형성시키고, 볼록전사의 주연으로부터 응고를 개시시킴으로써 응고 쉘 두께의 균일화를 꾀하는 것이다.
또 특공평4-33537호 공보에는, 냉각 드럼의 주면에 원형 또는 타원형의 함몰부(딤플)를 다수 형성하는 방법이, 특개평3-174956 호 공보에는, 냉각 드럼의 주면을 롤렛가공, 또는, 샌드 블라스트 가공에 의하여 조면화하는 방법이, 또한, 특개평9-136145호 공보에는, 냉각 드럼의 주면에, 쇼트 블라스트 가공에 의하여 최대 직경≤평균 직경+ 0.30mm을 만족하는 함몰부를 형성하는 방법이 개시되어 있다. 이러한 방법은, 모두, 냉각 드럼의 주면에 함몰부나 돌기를 다수 형성함으로써 냉각 드럼과 용강 사이에 공기층을 도입하고, 냉각 드럼의 주면과 용강과의 실효 접촉 면적을 감소시키며, 응고 쉘의 냉각을 완화하고, 열 수축에 기인하는 응력을 경감하며, 급냉에 의한 크래킹이나 균열의 발생을 방지하여 건전한 표면 성상의 박육 주편을 얻는 것을 목적으로 하고 있다.
그러나, 일본공개특허공보 평4-33537호 공보나 일본공개특허공보 평3-174956 호 공보에 개시된 방법에서는, 냉각 드럼의 주면에 형성된 함몰부(dimple)에 용강이 들어가, 주편 표면에 볼록상의 돌기가 형성되기 때문에, 후공정에서의 압연 등의 가공으로, 스케일의 섞여들어가는 등의 압연 결함이 발생한다. 또 일본특허공개공보 평9-136145호 공보에 기재된 냉각 드럼에서는, 직경:0.5∼2.0mm, 면적율:30∼70%, 평균 깊이:60μm이상, 최대 깊이:l00μm이하의 딤플을 쇼트 립으로 부여하나, 실제로는, 주편에, 여전히 미소표면 결함이 발생한다. 이것은, 상기 사이즈의 딤플을 형성하는 쇼트 블라스트 시공 단계에 있어서, 인접하는 딤플의 간격이 지나치게 커지고, 또한, 그 부분이 사다리꼴을 하고 있기 때문에, 용강과의 접촉 표면적이 너무 커져, 응고 쉘 형성시에, 과냉각부와 완냉각부가 혼재하게 되어 주편 크래킹이 일어나는 것으로 생각된다.
이와 같은 문제점에 대응하는 냉각 드럼으로서, 특개평4-238651호 공보에는, 드럼 주면에, 50∼200μm 깊이의 함몰부를 15∼30%의 면적율로 형성함과 동시에, 10∼50μm 깊이의 함몰부를 40∼60%의 면적율로 형성한 냉각 드럼이 개시되어 있다. 또 특개평6-328204호 공보에는, 드럼 주면에, 직경 100∼300μm, 깊이 100∼500μm의 함몰부를 15∼50%의 면적율로 형성함과 동시에, 직경400∼1000μm, 깊이 10∼100μm, 주면의 접선에 대하여 수직인 선과 함몰부의 측면이 이루는 각도가 45∼75°인 함몰부를 40∼60%의 면적율로 형성한 냉각 드럼이 개시되어 있다.
그리고, 이러한 냉각 드럼은, 주편표면에서의 표면 크래킹이나 균열의 발생을 억제함과 동시에, 다른 일방의 대표적인 표면 결함인 산세 얼룩의 발생을 억제할 수 있는 것으로, 광택 얼룩이 없는 스테인레스강 박판 제품을 제조하는 데 있어서, 현저한 효과를 나타내는 것이다.
또 특개평11-179494호 공보에는, 포토 에칭, 레이저 가공 등의 수단에 의하여 드럼 주면에, 다수의 돌기(바람직하게는, 크기 20μm이상, 직경 0.2∼1.0mm, 최근접 간격 0.2∼1.0mm)를 형성한 냉각 드럼이 개시되어 있다. 이 냉각 드럼은, 박육 주편의 연속 주조에 있어서, 표면 결함을 전무에 가까운 상태까지 억제할 수 있다.
그러나, 상기 냉각 드럼에 있어서는, 냉각 드럼의 표면에 관계되는 재질에 대하여 특정하고 있지 않다.
이 냉각 드럼의 표면에 관계되는 재질이, 박육 주편의 표면 성상에 영향을 미치는 것은 명백하다.
통상, 냉각 드럼의 주면 표층(도1 중, d)의 재질로서는, 전술한 바와 같이, Ni 도금층이 상정되어 있다. Ni 도금층은, 드럼 모재 (Cu, Cu 합금)보다 열전도율이 낮고, 드럼 모재와의 결합성도 양호하므로, 크래킹이나 박리가 생기기 어려우며, 또한, 모재보다 고경도이고 내마모성, 내변형성에 있어서 상대적으로 우수하지만, 실주조에 있어서, 장기간에 걸쳐 표면 형상을 안정적으로 유지하는 레벨의 내마모성이나 내변형성을 구비하고 있지 않다. 때문에, 장기간 연속 사용하면, 냉각 드럼의 주면표층의 형상이 변화하고, 그 형상 변화가 박육 주편에서의 표면 크래킹의 주된 원인이 될 수 있는 것으로 확인되었다.
이 때, 상기 과제를 해결하는 냉각 드럼으로서, 특개평9-103849호 공보에는, 드럼 주면에, Ni층과 두께10∼500μm의 Co층이 순서대로 형성되어 있고, 그Ni층과 Co층의 두께의 합이 500μm∼2mm이고, 그 Co층의 표면에는 평균 깊이 30∼150μm의 함몰부가 형성되어 있는 냉각 드럼이 개시되고, 또 특개평9-103850호 공보에는, 드럼 주면에 Ni층을 형성하고, 그 Ni층에 쇼트 블라스트 처리를 하여 평균 깊이 10∼50μm의 함몰부를 설치한 후, 두께10∼500μm의 전기 도금을 하고, 함몰부의 평균 깊이를 30∼l50μm로 한 냉각 드럼이 개시되어 있다.
이러한 냉각 드럼은, 드럼의 주면구조 및 주면재질을 개선 연구함으로써 박육 주편에서의 크래킹 발생 억제나, 드럼 수명의 연장을 꾀한 것으로, 현저한 효과를 가지는 것이다.
이와 같이 판 두께 1∼10mm의 박육 주편을 연속 주조하는 기술에 있어서는, 냉각 드럼의 주면구조 및/또는 주면재질을 개선·연구함으로써 산세얼룩을 포함하는 표면 결함의 발생을 억제하는데, 큰 성공을 거두고 있다.
그러나, 조업 중, 냉각 드럼과 그 양측에 당접하는 사이드 뱅크로 형성되는 용강을 수용하는 탕 고임부를 불활성 분위기로 포위하여 (도1 중, 실 챔버(4) 참조), 스캠의 생성을 가능한 한 억제하여도 용강의 내부에서, 개재물이나 혼입한 슬러그가 부상하거나 하여, 상당량의 스캠이, 용강 표면상에 부유하여, 응집하는 것은 피할 수 없다. 또한, 이 스캠이 냉각 드럼과 용강의 사이에 들어가면, 박육 주편의 표면에 산세얼룩이 발현한다.
이 산세얼룩 부분은, 최종 박판 제품에 있어서는,“광택 얼룩"으로서 발현되어, 제품 소재로서의 가치를 떨어뜨린다. 그 때문에, 최종 박판제품의 품질과 수율을 더욱 높이기 위하여, 박육 주편을 연속 주조할 때, 스캠의 생성을 최대한 억제하는 한편, 스캠이 말려들어가도 박육 주편에 산세얼룩이 발생하는 것을 최대한 억제할 수 있는, 가능하면, 그 발생을 전무하게 할 수 있는 대책이 필요하다.
이에, 본 발명자는, 그 대책을 찾기 위하여, 산세얼룩이 발현한 박육 주편에 대하여 상세하게 조사하였다. 그 결과, 본 발명자는, “산세얼룩"이 발현한 영역과 그렇지 않은 영역의 경계 근방에, 종전에 알려져 있는“표면 크래킹"과는 형태가다른“크래킹"이 발생하고 있는 것을 발견하였다. 이“크래킹" (이하「산세얼룩 부수 크래킹」이라고 한다.)을 도2에 나타낸다.
도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, “산세얼룩 부수 크래킹"은, 산세얼룩이 발생하고 있지 않는 부위에 발생하는“표면 크래킹"(이하「딤플 크래킹」이라고 하는 경우가 있다.)과는, 당연히, 크래킹의 기원, 위치, 형태 등의 점에서 이질적인 것이다.
따라서, 지금까지의 수단으로는, 상기 이질적인“산세얼룩 부수 크래킹"의 발생을 방지하는 것은 곤란하다.
이와 같이 박육 주편의 연속 주조에 있어서, “딤플 크래킹" 및“산세얼룩"의 발생을 억제한다고 하는 과제 이외에, 이들과는 이질적인“산세얼룩 부수 크래킹"의 발생을 억제한다고 하는 과제를, 새로 안게 되었다.
그런데, 냉각 드럼의 주면에, 함몰부(딤플)를 가공하는 수단으로서는, 쇼트 블라스트, 포토 에칭, 레이저 가공 등이 있다 (특허공개소60-184449호 공보, 참조). 예를 들면, 레이저 가공의 예로서, 특허 제2067959호 공보에는, 파장 0.30∼1.07μm의 펄스 레이저를 사용하여, 직경 500μm이하, 깊이 50μm이상, 구멍 피치가 구멍지름의 1.05배 이상, 5배 이하인 구멍을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법의 실시례를 참조하면, 펄스 반복 주파수가 500Hz인 YAG 레이저 4대를 사용하고, 구멍 피치가 200∼250μm인 구멍을 형성한다. 이에, 냉각 드럼의 형상을, 만일, 1m 직경, 1m 폭으로 가정하고, 이 냉각 드럼의 주면에, 200μm 피치로 구멍을 도입하면, 전체적으로, 약8000만개의 구멍을 가공하게 된다. 이와 같은 구멍가공을위하여 YAG 레이저를 유도 방출하려면, 일반적으로, 펄스 발광하는 플래쉬 램프를 사용하나, 플래쉬 램프의 수명은, 100∼1000만 펄스이다. 따라서, 예를 들어 4대의 YAG 레이저를 사용하여 구멍가공을 하여도 플래쉬 램프의 수명 중에, 냉각 드럼의 전주면을 가공하는 것은 불가능하며, 도중에 일단 가공을 정지하고, 램프를 교환하여야 한다.
이 때, 가공 정지 부위에 있어서는, 가공의 비연속성이 발현한다. 이와 같은 가공 비연속성을 가지는 냉각 드럼을 사용하여 주조하면, 이 비연속 부위에 있어서 크래킹이 발생한다고 하는 문제점이 있다. 이 방식에 있어서는, 레이저의 대수를, 예를 들면, 4대에서 10대로 증가하면, 상기 문제점은 해결 가능하지만, 한편으로, 가공 장치가 대규모화되고, 또한, 복잡화한다고 하는 문제점이 생긴다.
상기 문제점에 대처하기 위하여, 일반적으로, Q스위치 CO2레이저를 사용하는 가공 방법으로서, 냉연 롤의 눈메움 가공 방법이 특허 제3027695호 공보에, 또한 동합금의 가공 방법이 특개평8-309571호 공보에 개시되어 있다. 이러한 가공 방법에 있어서는, 펄스 전폭이 30μsec까지인 초기 스파이크와 펄스 테일을 가지는 Q스위치 CO2레이저 펄스를 사용하여 구멍 가공을 실현하나, 구멍깊이는, 모두 40μm정도가 상한이다. 한편, 냉각 드럼에 있어서는, 표면 크래킹 광택 얼룩을 방지하기 위하여, 경우에 따라서는, 깊이 50μm이상의 구멍을 형성할 필요가 있고, 상기 주지의 방법으로는, 본 발명에서의 소요 목적에 합치하는 구멍 가공을 실현할 수 없다고 하는 문제점이 있다.
또한, 금속 재료를, 예를 들면, 냉각 드럼의 주면를 레이저로 구멍 뚫기 가공할 때, 천공 과정에서 발생하는 용융물이, 금속 자신의 증발반력나 어시스트 가스의 배압에 의하여 구멍 외부로 스패터에 의하여 배출되고, 구멍주위에 드 로스(de loss)로서 재부착되는 것이 많다. 일반적으로, 이와 같은 드 로스는, 표면의 평활성을 저해하므로, 이것을 방지하는 수단이 요구된다. 이와 같은 배경에 기초하여, 종래, 각종의 드 로스를 제거 또는 억제하는 수단이 제안되어 있다.
지금까지 비교적 많이 사용되어 온 수단은, 피가공면에 고체 마스크층을 만들고, 마스크와 함께 피가공재를 구멍 가공하고, 최종적으로 마스크를 제거함으로써 평활한 가공면을 얻는 것이었다. 그러나, 이 수법에 있어서는, 가공에 앞서 마스크를 피가공면에 밀착시키는 공정, 및, 레이저 가공 후에 마스크를 제거하는 공정을 필요로 하기 때문에, 전체적으로, 가공 효율 및 코스트의 관점에서 문제가 있다.
또 피가공면에 부착한 드 로스를 적극적으로 제거하는 수법으로서, 특개평10-263855호 공보에는, 냉간압연용 워크 롤에의 미세구멍 형성용 가공 헤드에 인접하고, 롤 표면에 부착한 부착물 분포를 균일화하는 수단으로서의“주걱"이나, 회전식 전동 연마기를 구비하는 것이 개시되어 있다.
그러나, 드 로스는, 용융물이 피가공면에 있어서 재응고되어 부착된 것이므로, 드 로스를“주걱"과 같은 기계적인 수단으로 완전히 제거하기는 어렵고, 또한, 10∼100μm정도 깊이의 미세구멍을 형성하는 경우, 회전 전동 연마기로 드 로스만을 제거하는 것은, 기계 정밀도상 곤란하며, 경우에 따라서는, 과연마에 의하여 구멍깊이가 감소한다고 하는 문제점도 있다. 또한, 부착한 드 로스를 적극적으로 제거하는 방법을 채용하면, 레이저 가공 헤드에 부대적인 장치를 부가하게 되고, 장치가 대형화한다고 하는 문제점도 있다. 한편, 피가공면에, 유지류로 대표되는 액상 물질을 사전 도포함으로써 가공 후의 표면 성상을 청정화하는 방법도, 여러가지, 제안되어 있다. 예를 들면, 특개소52-1l2895호 공보에는, 레이저광에 대하여 투명한 점성 물질을 도포하는 방법이, 또 특허공개소60-180686호 공보에는, 유류를 도포하는 방법이 개시 되어 있다. 이들은, 레이저에 의한 용융가공을 염두에 둔 것이지만, 이들 공보에는, 도포하는 물질의 특성이 기재되어 있지 않다. 특히, 이하에서 상세하게 설명하는 바와 같이, 유지류를 도포할 때에는, 도포하는 물질의 레이저 파장에 대한 투과율이, 가공 후의 표면 성상에 크게 영향을 미치나 (본 발명자들의 실험 연구 검토에 의하여 밝혀졌다), 이들 공보에는, 본 발명에 관한 사상을 시사하는 기재는 없고, 이들 공보 기재 방법에서는, 금속 재료의 레이저 구멍 가공에 있어서, 재현성있게 드 로스 부착 억제를 실현하는 것이 불가능하다고 하는 문제점이 있다.
또한, 도포하는 물질의 특성에 관하여는, 일본공개특허공보 소58-110190호 공보에, 비점이 80℃이상인 유지류를 도포하는 것이 개시되어 있고, 또한, 특개평1-298113호 공보에, 도포재의 조성을 규정하는 것이 개시되어 있다. 이러한 개시에 있어서, 전자에서는 도포재의 특성 규정으로서는 비점만이 규정 되고 있고, 가공에 사용하는 레이저 파장에 대한 투과율에 관한 개시는 없다. 본 발명자들의 실험 연구에 의하면, 예를 들어 비점이 80℃ 이상이라도 흡수가 큰 유지류를 사용하면, 드 로스 억제가 불가능해진다고 하는 문제점이 있다. 또 후자에 있어서는 상세한 조성이 개시되어 있는데, 기본 사상은, 레이저 빛의 흡수율을 높인, 즉, 레이저 빛의 투과율을 저하시키는 기능을 발휘하는 도포재를 규정하는 것이다. 그러나, 도포재에서의 흡수가 지나치게 커지면, 금속 재료의 구멍 가공에 있어서는, 드 로스 부착성은 오히려 악화되어, 유효한 드 로스 억제 수법이 되지 않다고 하는 문제점이 있다.
〔발명 개시〕
본 발명이 과제로 하는 것은, 종래 기술에서의 문제점으로서 설명한, 박판 제품에서의 2대 결함인 표면 크래킹과 광택 얼룩의 발생을 동시에 억제하고, 박육 주편을, 장기간에 걸쳐 안정적으로 주조할 수 있는 기술을 실현하는데있으며, 본 발명은, 그를 위한 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼 및 그 냉각 드럼을 사용한 연속 주조 방법을 제공하는 것이다.
또 본 발명은, 냉각 드럼의 주면에, 종래의 딤플 이외에, 더욱 미세한 요철을 중복하여 부여하는 것, 및/또는, 미소 돌기를 부여함으로써 주편 크래킹, 균열등이 없고, 표면 성상이 우수한 주편을 안정적으로 제조하기 위한 냉각 드럼을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은, 통상의 딤플 내에, 미세한 요철을 부여함과 동시에, 그리드(grid)의 파편을 파서 작은 돌기를 부여함으로써 응고 개시점을 통상 딤플보다 미세하게 분산시키고, 이것에 의하여 높은 볼록전사, 주편 크래킹, 균열 등이 없고, 표면 성상이 우수한 박육 주편을 안정적으로 제조할 수 있는 냉각 드럼 및 그냉각 드럼을 사용한 연속 주조 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은, 냉각 드럼의 주면에 형성된 딤플에 있어서, 인접하는 딤플간의 사다리꼴 부분을 저감함으로써 주편 크래킹, 균열 등이 없고, 표면 성상이 우수한 주편을 안정적으로 제조할 수 있는 냉각 드럼을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은, “딤플 크래킹"의 발생을 억제함과 동시에, “산세 얼룩"및“산세얼룩 부수 크래킹"의 발생을 억제하는 것을 과제로 하여, 그 과제를, 용강의 응고 태양에 크게 영향을 주는 냉각 드럼의 주면구조 및/또는 주면재질의 점에서 해결하는 것을 목적으로 하는 것이다.
또 본 발명은, 박판 제품의 2대 결함인“표면 크래킹"과“광택 얼룩"의 발생을 동시에 억제하여 박육 주편을 장기간에 걸쳐 안정적으로 주조할 수 있는 냉각 드럼에 관한 레이저 가공 방법 및 레이저 가공 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은, 금속 재료의 레이저 구멍 가공 방법에 있어서, 부가적이고 복잡한 처리를 하지 않고 간편한 수법으로, 드 로스 부착을 억제할 수 있는 방법, 또한, 유지류의 사전 도포라고 하는 간편한 수법에 있어서, 그 특성을 규정함으로써, 확실히 드 로스 억제를 달성할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
이에, 본 발명자는, 우선, 냉각 드럼에 있어서, 전술한 딤플의 접촉 표면적 보다 더욱 접촉 표면적이 적은 딤플을 형성하면 주편 표면에, 높은 볼록전사 및 크래킹이 발생하지 않을까, 또한 전술한 딤플에 의한 요철의 수보다 더 많은 요철을 형성하면, 많은 볼록부에서 응고가 시작되기 때문에, 응고를 보다 안정적으로 개시할 수 있고, 그것에 의하여 크래킹을 방지할 수 있지 않을까 하는 발상 하에, 냉각드럼의 주면에, 종래의 딤플에, 미세한 요철 및 작은 돌기를 부여함으로써 높은 볼록 전사, 주편 크래킹, 균열 등을 최대한 저감할 수 있는 방법을 개발하였다.
또한 산세얼룩은, 스캠이 부착된 부위에 있어서 용강의 응고가 지연되어, 그 결과, 스캠 부착부의 응고 조직이, 그 주변의 응고 조직과 다른 것이 되는 것에 기인하여, 산세 후, 주편 표면에“얼룩"으로서 발현하는 것이기 때문에, 냉각 드럼의 표면상에서의 용강의 응고 태양이, “산세얼룩 부수 크래킹"의 발생에도, 크게 관여하고 있는 것으로 추측된다.
이에, 본 발명자는, 우선, 도2에 도시한 바와 같은“산세얼룩 부수 크래킹"이 발생한 박육 주편의 응고 태양에 대하여 조사하였다. “산세얼룩 부수 크래킹"는, 기본적으로는, 스캠의 유입, 부착에 의하여 냉각 드럼과 용강과의 계면의 열저항이 변화하고, 스캠이 부착된 부위와 그렇지 않은 부위에 형성되는 응고 쉘의 두께에 차가 생기는 것에 기인하며, 구체적으로는, 응고 쉘 두께의 불균일도가 20%를 넘는 부위에서,“산세얼룩 부수 크래킹"이 발생하고 있는 것으로 판명되었다.
도3에, 그 발생 기구를 모식적으로 나타낸다. 스캠(7)이 부착된 부위에서는, 냉각 드럼(1)과 용강(15) 계면에서의 열저항이 변화하고, 용강의 응고가 지연되므로, 응고 쉘(8)의 두께는, 다른 부위에서의 응고 쉘의 두께보다 얇아지지만, 스캠(7)과 딤플(함몰부)(9)의 오목면의 사이에 형성되는 가스 갭(10)과의 상승 작용에 의하여 두꺼운 응고 쉘과 얇은 응고 쉘의 경계부(응고 쉘 두께의 불균일 부분)에,“변형"이 발생하여, 축적된다. 또한, 이 응고 쉘 두께의 불균일도가 20%를 넘으면, 도3에 도시하는 바와 같이, 상기 경계부에“산세얼룩 부수 크래킹(11)"이발생한다.
상기와 같이, “산세얼룩 부수 크래킹 (11)"의 원인이 되는“변형"의 발생, 축적에는, 스캠(7)과 딤플(9)의 요부와의 사이에 형성되는 가스 갭(10)의 존재도 관련되며, 본 발명자는, 또한, 딤플의“깊이"을 변화시키기 보다 용강의 응고 태양을 변화시키고, 응고 태양의 변화(이 변화를 나타내는 지표로서, “딤플 깊이"을 사용하였다. )와, “딤플 크래킹" 및“산세얼룩 부수 크래킹"의 발생 상황(발생 상황을 가리키는 지표로서, “크래킹 길이"를 사용하였다. )과의 관련성을 조사한다.
그 결과를, 도4에 나타낸다. 이 도면에 의하면, 딤플의 깊이(μm)을 얕게 하면, “딤플 크래킹"의 발생을 방지할 수 있지만, 반대로, “산세얼룩 부수 크래킹"의 발생을 조장하는 것을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명자는, “산세얼룩 부수 크래킹"과“딤플 크래킹"의 발생 또는 발생 억제는, 냉각 드럼의 주면에 형성된 딤플의 깊이와의 관계에서 볼 때, 트레이드 오프의 관계에 있는 것을 밝혀내었다.
이에, 도5에, “딤플 크래킹"의 발생 기구를 모식적으로 나타낸다. 딤플(9)의 정부에 당접한 용강 부위에 응고 핵이 생성되며 (도중「12」참조), 여기에서 응고가 진행되지만, 딤플(9)의 요부에 침입하여 형성되는 용강의 볼록부(13)가 응고될 때, 응고는 딤플 단위로 비교하면 불균일하고, 이 불균일에 기인하여, 딤플 단위마다 불균일 응력·변형이 축적된다. 또한, 이 불균일 응력·변형이 원인이 되어, “딤플 크래킹 (14)"이 발생하는 용강의 볼록부(13)가 응고될 때, 스캠(7)이 부착된 부위에서는, 스캠이 열저항이 되어, 당연히 응고가 지연되나, 이 경우, 응고 지연에 의하여 상기 불균일 응력·변형이 완화된다.
이상의 조사 결과로부터 얻어진 것을 정리하면, 다음과 같다.
(a) 용강은, 딤플의 정부에 당접하지만, 가스 갭의 존재에 의하여 그 저부에는 접촉하지 않거나, 접촉하여도 일부분이 접촉한다 (완전히 당접하지 않는다).
(b) 딤플의 정부에 당접한 용강은, 정부에 당접하고 있지 않은 용강보다 빠르게 응고된다.
(c) 용강과 딤플의 사이에 가스 갭이 존재하면, 가스 갭이 열저항으로서 작용하여 핵 생성이 지연되어, 용강의 응고가 지연된다.
(d) 용강의 응고는, 딤플 단위로 비교하면 불균일이고, 이 불균일에 기인하는 불균일 응력·변형이, 딤플 단위마다 축적된다. 이것이, “딤플 크래킹"의 원인이 된다.
(e) 스캠이 부착된 용강과 딤플의 사이에 가스 갭이 존재하면, 스캠과 가스 갭이 열저항으로서 작용하여, 용강의 응고가 보다 지연된다. 그 결과, 스캠이 부착된 부위의 응고 쉘의 두께와, 그렇지 않은 부위의 응고 쉘의 두께에 차가 생기고, 두께 경계부에, 불균일 응력·변형이 축적된다. 이것이, “산세얼룩 부수 크래킹"의 원인이 된다.
(f)“딤플 깊이"가 얕으면, 용강의 딤플 요부에의 침입 높이(볼록부의 높이)가 낮기 때문에, 딤플 단위마다 불균일 응력·변형의 축적이 완화되고, “딤플 크래킹"의 발생이 억제되지만, 반대로, 스캠과 가스 갭에 기초하는 응고 지연에 기인하는 불균일 응력·변형의 축적이 조장되어, “산세 얼룩"과 함께“산세얼룩 부수크래킹"이 빈발한다.
(g)“딤플 깊이"가 깊으면, 용강의 딤플요부에의 침입 높이(볼록부의 높이)는 높기 때문에, 딤플 단위마다 불균일 응력·변형의 축적이 조장되어, “딤플 크래킹"이 빈발하지만, 반대로, 스캠과 가스 갭에 기초하는 응고 지연에 기인하는 불균일 응력·변형의 축적은 완화되기 때문에, “산세 얼룩"과 함께“산세얼룩 부수 크래킹"의 발생이 억제된다.
“딤플 크래킹"과“산세얼룩 부수 크래킹"이, 모두 냉각 드럼 표면에서의“용강의 응고 태양"과 밀접하게 관련되어 있는 것은 분명한 만큼, 본 발명자는, 이러한 식견에 기초하여, 딤플(15)의 형태에 있어서, 우선,“산세 얼룩" 및“산세얼룩 부수 크래킹"의 발생을 억제함으로써 충분한“딤플 깊이"을 확보하고, 이“딤플 깊이"을 전제로, 딤플의 표면에, (x) 정부에 당접한 용강의 응고를 지연시키고, 또한, (y) 저부에 당접한 용강의 응고를 촉진하는, 기능을 부여하면, 딤플 단위마다 발생, 축적되는 불균일 응력 변형을 저감할 수 있고,“산세얼룩 부수 크래킹"의 발생과“딤플 크래킹"의 발생 양방을 억제할 수 있지 않을까하는 발상을 하기에 이르렀다.
또한, 본 발명자는, 상기 발상 하에, 냉각 드럼의 주면에 형성하는 딤플에 있어서, 상기 (x) 및 (y)의 기능을 완수하는 표면 형태에 대하여, 여러가지로 조사하였다. 그 결과,
(A) 딤플의 정부에, 소정 형상의“둥근 모양"을 부여하거나, 또는, 소정 형상의“세공”을 형성하면, 딤플의 정부에 당접한 용강의 응고를 지연시킬 수 있다는 것,
을 알게 되었다.
또한 딤플의 정부에“둥근 모양”을 만들거나, “세공”을 형성하면, 용강은, 용강의 정압이나 냉각 드럼의 압력 하에서, 용이하게 딤플 저부에 당접하고, 발생한 응고 핵을 기점으로 하여 응고하나,
（Ｂ）딤플 저부에, 소정 형상의“미소 돌기”,“세공”또는“미소 요철"을 형성해 놓으면, 응고 핵의 발생이 촉진되고, 용강의 응고가 보다 빠르게 진행하는 것을 알게 되었다.
또한 본 발명자는, 이러한 식견에 기초하여, 딤플의 형태에 있어서, 우선, “딤플 크래킹"를 억제할 수 있는“딤플 깊이"을 확보하고, 이“딤플 깊이"을 전제로, 딤플의 표면(16)에,
(W) 열저항이 되는 가스 갭을 형성하지 않고,
(X) 정부에 당접한 용강의 응고를 지연시키며, 및,
(Y) 저부에 당접한 용강의 응고를 촉진하는,
기능을 부여하면, 종래, 스캠 부착 부위에서의 응고 지연에 기초하여, 응고 쉘의 두께 경계부에 축적되는 불균일 응력·변형을 저감할 수 있으며, 결과적으로,“딤플 크래킹"의 발생, 및,“산세 얼룩"과“산세얼룩 부수 크래킹"의 발생 양방을 억제할 수 있지 않을까하는 발상을 하기에 이르렀다.
또한, 본 발명자는, 상기 발상 하에서, 냉각 드럼의 주면에 형성되는 딤플에 있어서, 상기(W)의 기능을 완수하는 표면에 대하여, 예의, 조사 연구를 하였다. 그결과, 가스 갭의 존재는, 냉각 드럼의 표면과 스캠의 젖음성에 크게 관계하고 있고,
(C) 냉각 드럼 표면에, 스캠과의 젖음성이 좋은 물질이 존재하면, 스캠이 그 표면에 밀착되어, 가스 갭이 형성되기 어렵다
는 식견을 얻었다.
또한, 냉각 드럼의 표면에는, 통상, Ni도금이 실시되는데, 스캠과의 젖음성이 좋은 물질로서 Ni-Ｗ 합금이 적합하다는 것이 판명되었다.
또한, 가스 갭의 형성를 억제하고, 또한, 딤플의 정부에“둥근 모양”을 만들거나“세공”을 형성하면, 용강은, 냉각 드럼의 압하력 하에서, 용이하게 딤플 저부에 당접하고, 발생한 응고 핵을 기점으로 응고하는데,
(D) 딤플 저부에,“미소 돌기"를 형성해 놓으면, 응고 핵의 생성이 촉진되고, 용강의 응고가 보다 빠르게 진행된다는 식견을 얻었다.
본 발명은, 이상의 식견에 기초하고, 또한, 딤플의 형상과, 딤플의 정부에 형성되는“둥근 모양”과“세공”의 형상, 또 딤플 저부에 형성하는“미소 돌기”의 형상과의 바람직한 관계를 확인하여 이루어진 것이다.
박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼에 관계되는 발명의 요지는, 다음과 같다.
（1）박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 소정 형상의 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부 및/또는 함몰부의 표면에, 소정 형상의 미소돌기, 세공 또는 미세 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(2) 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 매개해 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 표면에, 높이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 5∼200μm인 미소돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(3) 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3ｍｍ의 함몰부가, 함몰부의 정부를 매개하여 서로 인접하게 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 표면에, 깊이가 5μｍ이상, 원 상당 지름이 5∼200μｍ인 세공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(4) 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하게 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 표면에, 평균 깊이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 10∼200μm의 미세 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(5) 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm에, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부에, 높이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 30∼200μm의 미소 돌기가 인접하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(6) 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm에, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부에, 높이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 30∼200μm의 미소 돌기가 인접하여 형성되고, 또한, 함몰부의 표면에, 높이가 1∼50μm이고, 원 상당 지름이 5∼200μm인 미소 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 주조용 냉각 드럼.
(7) 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm이고, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부에, 높이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 30∼200μm의 미소 돌기가 인접하여 형성되고, 함몰부의 표면에, 깊이가 5μm이상, 원 상당 지름이 5∼200μｍ인 세공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(8) 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm이고, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부인, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하게 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부에, 높이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 30∼200μm인 미소 돌기가 인접하여 형성되고, 또한, 함몰부의 표면에, 평균 깊이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 10∼200μm의 미세 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(9) 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm이고, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부에, 깊이가 5μｍ이상, 원 상당 지름이 5∼200μｍ의 세공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(10) 박육 주편을 연속 주조하는 드럼으로서, 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm이고, 원 상당 지름이 0.5∼3ｍｍ인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부에, 깊이가 5μｍ이상, 원 상당 지름이 5∼200μｍ인 세공이 형성되고, 또한, 함몰부의 표면에, 높이가 1∼50μｍ에, 원 상당 지름이 5∼200μm인 미소 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(11) 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3ｍｍ인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하게 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부 및 표면에, 깊이가 5μｍ이상, 원 상당 지름이 5∼200μｍ인 세공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(12) 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3ｍｍ의 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하게 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부에, 깊이가 5μｍ이상, 원 상당 지름이 5∼200μｍ의 세공이 형성되고, 또한, 함몰부의 표면에, 평균 깊이가 1∼50μｍ, 원 상당 지름이 10∼200μm의 미세 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(13) 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 소정 형상의 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부 및/또는 함몰부의 표면에, 미세 요철 및 미소돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(14) 상기 소정 형상의 함몰부가, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름의 평균이 1.0∼4.0mm인 함몰부임을 특징으로 하는 상기(l3)에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(15) 상기 미세 요철의 평균 깊이가 1∼50μm 및 미소 돌기의 높이가 1∼50μm이고, 또한, 상기 미소 돌기의 높이가 상기 미세 요철의 평균 깊이보다 적은 것을 특징으로 하는 상기 (13) 또는 (14)에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(16) 상기 미세 요철이 알루미나 그리드를 취부하여 형성한 미세 요철이고, 또한, 상기 미소 돌기가 알루미나 그리드의 파편이 잠식하여 형성된 미소 돌기임을 특징으로 하는 상기 (13), (14) 또는(15)에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼
(17) 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 직경이 1.0∼4.0mm, 평균 깊이가 40∼200μm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부 및/또는 함몰부의 표면에, 평균 직경이 10∼50μm, 평균 깊이가 1∼50μm인 미세 요철과, 알루미나 그리드의 파편이 잠식하여 높이 1∼50μm의 미소 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(l8) 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 소정 형상의 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 평균 깊이가 20μm이하의 함몰부가 1mm이상 계속되는 영역이 3% 이하임을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(19) 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 직경이 l.0∼4.0mm, 평균 깊이가 40∼170μm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 평균 깊이가 20μm이하의 함몰부가 1mm 이상 계속되는 영역이 3% 이하임을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(20) 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 도금이 된 드럼 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 그 주면에, 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질을 포함하는 피막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(21) 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 도금이 된 드럼 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 그 함몰부의 표면에, 높이가 l∼50μm, 원 상당 지름이 5∼200μm인 미소 돌기가 형성되어 있고, 또한, 그 표면에는, 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질을포함하는 피막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(22) 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 도금이 된 드럼 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 그 함몰부의 정부에, 높이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 30∼200μm이고, 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질을 포함하는 피막이 형성되어 있는 미소 돌기가, 상호 인접하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(23) 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 도금이 된 드럼 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 그 함몰부의 정부에, 높이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 30∼200μm의 미소 돌기가 서로 인접하여 형성되고, 또한, 그 함몰부의 표면에, 높이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 5∼200μm에, 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질을 포함하는 피막이 형성되어 있는 미소 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(24) 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 도금이 된 드럼 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 그 함몰부의 정부에, 깊이가 5μｍ이상, 원 상당 지름이 5∼200μｍ인 세공이 형성되고, 또한, 그 함몰부의 표면에, 높이가 1∼50μｍ, 원 상당 지름이 5∼200μｍ이고, 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질을 포함하는 피막이 형성되어 있는 미소 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼
(25) 상기 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질이, 연속 주조되는 용강을 구성하는 원소의 산화물임을 특징으로 하는 상기(20), (21), (22), (23) 또는(24)중 어느 하나에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(26) 상기 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질이, 냉각 드럼 주면 위의 도금을 구성하는 원소의 산화물임을 특징으로 하는 상기 (20), (21), (22), (23)또는 (24) 중 어느 하나에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(27) 상기 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질을 포함하는 피막이, 냉각 드럼 주면 위의 도금이 산화하여 형성된 피막임을 특징으로 하는 상기 (20) 또는 (21)에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(28) 상기 스캠과의 젖음성이 Ni보다 산화되기 쉬운 물질을 포함하는 피막이, 냉각 드럼 주면 위의 도금에, 용강 중의 성분 원소가 산화하여 생성된 산화물이 부착하여 형성된 피막임을 특징으로 하는 상기 (20) 또는 (21)에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(29) 상기 도금이, Ni보다 산화되기 쉬운 원소를 포함하는 도금임을 특징으로 하는 상기(20), (21), (22), (23), (24), (27) 또는(28)중 어느 하나에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(30) 상기 도금이, W, Co, Fe, Cr의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 도금임을 특징으로 하는 상기 (20), (21), (22), (23), (24), (27) 또는 (29)중 어느 하나에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(31) 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 드럼 모재의 열전도율이100W/m·K이상이고, 상기 드럼 모재의 표면에, 열팽창율이 상기 드럼 모재의 0.50∼1.20배이고, 비커스 경도 Hv가 150 이상인 두께가 100∼2000μm인 중간층이 피복되고, 또한, 최표면에, 두께 1∼500μm, 비커스 경도 Hv가 200이상인 경질 도금이 이루어지고 있음과 동시에, 그 표면에, 직경이 200∼2000μm, 깊이가 80∼200μｍ인 함몰부가, 서로 접하거나 또는 중복되는 부분을 가진 조건으로 형성되어 있고, 또한, 직경이 50∼200μｍ, 깊이가 30μｍ이상인 세공이, 세공끼리 서로 접하지 않으면서, 피치가 100∼500μｍ가 되는 조건으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박주편 연속 주조기용 드럼.
(32) 상기 드럼 모재가 동 또는 동합금이고, 상기 중간층이 Ni, Ni-Co, Ni-Co-W 또는 Ni-Fe의 도금층이고, 상기 최표면의 경질 도금이 Ni-Co-W, Ni-W, Ni-Co, Co, Ni-Fe, Ni-Al, Cr 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 상기(3l)에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
(33) 상기 함몰부가 샷 블라스트에 의하여 형성된 함몰부이고, 또한, 상기 세공이 펄스 레이저 가공에 의하여 형성된 세공임을 특징으로 하는 상기（31）또는 (32)에 기재된 박주편 연속 주조기용 드럼.
(34) 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼의 주면를 가공하는 방법에 있어서, 냉각 드럼의 표면층에 Ｑ스위치 CO2레이저 펄스를 조사하고, 직경이 50∼200μｍ, 깊이가 50μｍ이상인 세공을, 세공끼리 접하지 않고, 또한, 피치가 100∼500μm가 되는 조건하에서 형성할 때에, Q스위치 CO2. 레이저 펄스의 펄스 에너지를 40∼150mJ, 시간 전폭을 30∼50μsec로 하고, 레이저 빔 집광 직경을 50∼150μm로 하는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 가공 방법.
(35) 상기 드럼의 표면층에, 직경이 200∼3000μm, 깊이가 80∼250μm의 함몰부를, 상기 레이저 펄스를 조사하기 전에 서로 접하거나 그렇지 않으면 중복을 가진 조건으로 형성하는 것을 특징으로 하는 상기(34)에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 가공 방법.
(36) 상기 레이저 펄스를 조사하기 전의 냉각 드럼의 표면층이, 평활 곡면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 상기(34)에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 가공 방법.
(37) 상기 냉각 드럼의 표면이, Ni, Ni-Co, Ni-Co-W, Ni-Fe, Ni-W, Co, Ni-Al, Cr 중 어느 하나 또는 이들 조합으로 이루어진 도금을, 상기 레이저 펄스의 조사전 또는 조사후에 실시하는 것을 특징으로 하는 상기 (35) 또는 (36)에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 가공 방법.
(38) 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼을 사전에 정해진 일정 속도로 회전하는 드럼 회전 장치와, 펄스 에너지가 50∼150mJ, 시간 전폭이 30∼50μsec인 펄스를 6kHz 이상의 펄스 반복 주파수에 출력하는 Q스위치 CO2레이저 발진기와, 그 발진기부터 출력된 레이저 빔을 상기 냉각 드럼의 회전축 방향으로 주사하는 레이저광 주사 장치와, 레이저 빔을 직경 50∼150μm의 레이저 빔으로 집광하는 집광장치와, 상기 냉각 드럼의 크라운를 온라인으로 계측하여 그 신호에 기초하여 그 집광장치와 냉각 드럼의 표면과의 간격을 일정하게 제어하는 추적자 제어장치를 구비하고, 상기 냉각 드럼의 전면에 걸쳐 일정 직경 및 깊이의 세공을 일정 간격으로 가공하는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 가공 장치.
(39) 레이저 빔에 의한 금속 재료의 구멍가공에 앞서 상기 금속 재료의 피가공면에 유지류를 도포재로 하여 도포하고 펄스 레이저를 조사하여 구멍을 형성하는 방법에 있어서, 조사 레이저 파장에 대한 흡수 계수가 10mm-1이하인 도포재를 사용하고, 도포층에서의 레이저 파장의 투과율이 50% 이상이 되도록 도포재의 두께를 설정하는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 레이저구멍 가공 방법.
(40) 상기 금속 재료가, 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 주면을 덮는 도금층임을 특징으로 하는 상기 (39)에 기재된 금속 재료의 레이저구멍 가공 방법.
(41) 한 방향으로 회전하는, 상기 (1)∼(l2) 및 (20)∼(30)중 어느 한 항에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 주면 상에 용강을 주입하고, 상기 용강을 그 냉각 드럼의 주면에서 냉각, 응고시키고, 박육 주편을 연속 주조하는 것을 특징으로 하는 박육 주편의 연속 주조 방법.
(42) 평행하게 배치되어 서로 역방향으로 회전하는 한 쌍의, 상기(1)∼(12) 및 (20)∼(30) 중 어느 하나에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 주면에 탕 고임부를 형성하고, 상기 탕 고임부에 주입한 용강을, 그 냉각 드럼의 주면에서 냉각, 응고시키고, 박육 주편을 연속 주조하는 것을 특징으로 하는 박육 주편의 연속 주조 방법.
(43) 평행하게 배치되어 서로 역방향으로 회전하는 한 쌍의, 상기 (13)∼(17)중 어느 하나에 기재된 냉각 드럼의 주면에 탕 고임부를 형성하고, 상기 탕 고임부를 용강에 가용성인 비산화성 가스, 또는, 용강에 가용인 비산화성 가스와 용강에 비가용인 비산화성 가스의 혼합 가스 분위기로 덮고, 상기 탕 고임부에 주입한 용강을, 상기 냉각 드럼의 주면에서 냉각, 응고시키고, 박육 주편을 연속 주조하는 것을 특징으로 하는 박육 주편의 연속 주조 방법.
(44) 평행하게 배치되어 서로 역방향으로 회전하는 한 쌍의, 상기 (18) 또는(19)에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 주면에 탕 고임부를 형성하고, 상기 탕 고임부를, 용강에 가용인 비산화성 가스 분위기, 또는, 용강에 가용인 비산화성 가스와 용강에 비가용인 비산화성 가스의 혼합 가스 분위기로 덮고, 상기 탕 고임부에 주입한 용강을, 상기 냉각 드럼의 주면에서 냉각, 응고시키고, 박육 주편을 연속 주조하는 것을 특징으로 하는 박육 주편의 연속 주조 방법.
(45) 평행으로 배치되어 서로 역방향으로 회전하는 한 쌍의, 상기 (31), (32)또는 (33)중 어느 하나에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 주면에 탕 고임부를 형성하고, 상기 탕 고임부에 주입한 용강을, 그 냉각 드럼의 주면에서 냉각, 응고시키고, 박육 주편을 연속 주조하는 것을 특징으로 하는 박육 주편의 연속 주조 방법.
（46) 상기 냉각 드럼이 용강과 접촉하고 있지 않을 때, 세공을 가공 처리하는 것을 특징으로 하는 상기（45）에 기재된 박육 주편의 연속 주조 방법.
(47) 상기(1)∼(33)중 어느 하나에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼을 사용하여 용강을 연속 주조한 박육 주편으로서, 용강이, 그 냉각 드럼의 주면위의 함몰부의 정부에 당접한 용강 부위에 생성한 응고 핵 발생 기점을 기점으로 하여 응고를 개시하고, 이어서, 상기 함몰부의 표면상의 미소 돌기, 세공 또는 미세 요철에 당접한 용강 부위에 생성한 응고 핵 발생 기점을 기점으로 하여 응고하는 것을 특징으로 하는 박육 주편.
(48) 상기 함몰부의 정부에 당접한 용강 부위에 생성한 응고 핵 발생 기점은, 원 상당 지름으로 0.5∼3mm의 환상으로 생성한 것임을 특징으로 하는 상기(47)에 기재된 박육 주편.
(49) 상기 미소 돌기, 세공 또는 미세 요철에 당접한 용강 부위에 생성된 응고 핵 발생 기점은, 250μｍ이하의 간격으로 생성한 것임을 특징으로 하는 상기（47）또는（48)에 기재된 박육 주편.
(50) 상기(1)∼(33)의 어느 하나에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼을 사용하여 용강을 연속 주조한 박육 주편으로서, 상기 박육 주편의 표면에는, 용강이 그 냉각 드럼의 주면 위의 함몰부의 정부에 당접하여 응고한 것으로서 형성된 망상의 연속 오목부가 존재함과 동시에, 그 망상의 연속 오목부로 구획된, 각각의 영역 안에는, 미소 함몰부 및/또는 작은 돌기가 존재하는 것을 특징으로 하는 박육 주편.
(51) 상기 망상의 연속 오목부로 구획된 각각의 영역은, 원 상당 지름으로 0.5∼3mm인 영역임을 특징으로 하는 상기(50)에 기재된 박육 주편.
(52) 상기 망상의 연속 오목부로 구획된 각각의 영역 안에는, 미소 함몰부 및/또는 작은 돌기가, 250μm 이하의 간격으로 존재하는 것을 특징으로 하는 상기 (50) 또는 (51)에 기재된 박육 주편.
(53) 상기 망상의 연속 오목부의 저부에, 미소한 오목부 및/또는 작은 돌기가 존재하는 것을 특징으로 하는 상기 (50), (51) 또는 (52)중 어느 하나에 기재된 박육 주편.
(54) 상기(1)∼(33)의 어느 하나에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼을 사용하여 용강을 연속 주조한 박육 주편으로서, 용강이 그 냉각 드럼의 주면위의 함몰부의 정부에 당접한 용강 부위에 형성된 망상의 연속 오목부를 따라 생성되고, 응고 핵 발생 기점을 기점으로, 그 망상의 연속 오목부의 형상을 유지한 채 응고를 개시하고, 뒤이어, 상기 함몰부의 표면상의 미소 돌기, 세공 또는 미세 요철에 당접한 용강 부위에 생성된 응고 핵 발생 기점을 기점으로서 응고하는 것을 특징으로 하는 박육 주편.
(55) 상기 망상의 연속 오목부로 구획된 각각의 영역은, 원 상당 지름으로 0.5∼3mm인 영역임을 특징으로 하는 상기(54)에 기재된 박육 주편.
(56) 상기 미소 돌기, 세공 또는 미세 요철에 당접한 용강 부위에 생성된 응고 핵 발생 기점은, 250μｍ이하의 간격으로 생성한 것임을 특징으로 하는 상기（54）또는（55）에 기재된 박육 주편.
본 발명은, 보통강, 스테인레스강, 합금강, 규소강, 및, 기타 강이나 합금, 금속의 용탕으로부터, 직접, 박육 주편을 주조하는 단 드럼식 연속 주조기 또는 쌍드럼식 연속 주조기에 사용하는 냉각 드럼과 그 가공 방법 및 가공 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은, 상기 냉각 드럼을 사용하여 연속 주조한 박육 주편 및 그 연속 주조 방법에 관한 것이다.
도1은, 쌍드럼식 연속 주조 장치의 측면도이다.
도2는, 연속 주조한 박육 주편의 표면에 발현한“산세 얼룩"과“산세얼룩 부수 크래킹"의 태양을 나타내는 도면이다.
도3은, 도2에 나타내는“산세얼룩 부수 크래킹"의 발생 기구를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도4는, “딤플 깊이"(응고 태양)와, “딤플 크래킹" 및“산세얼룩 부수 크래킹"의“크래킹 길이"(발생 상황)와의 관련성을 나타내는 도면이다.
도5는, “딤플 크래킹"의 발생 기구를 모식적으로 나타내는 도면이다
도6은, 냉각 드럼의 주면에 있어서, 함몰부(딤플)가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 태양을 모식적으로 도시되는 도면이다. (a)는, 상기 함몰부의 표면 형태를 나타내는 도면이고, (b)는, 상기 함몰부의 단면 형상을 나타내는 도면이다.
도7은, “미소 돌기"의 단면 형상의 예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도８은, “세공”의 단면 형상의 예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도9는, 냉각 드럼의 주면에“미소 돌기"을 형성한 태양을 평면적으로, 또한, 모식적으로 나타내는 도면이다.
도10은, 냉각 드럼의 주면에“미소 돌기"을 형성한 태양의 단면을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도11은, 냉각 드럼의 주면에“세공”을 형성한 태양을, 평면적으로, 또한, 모식적으로 나타내는 도면이다.
도12는, 냉각 드럼의 주면에“세공”을 형성한 태양의 단면를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도13은, 종래의 냉각 드럼의 주면에 있어서 딤플의 레플리카를 채취한 후, 전자현미경으로, 45°비스듬하게 관찰(촬영)(15배)한 결과를 나타내는 도면이다.
도14는, 종래의 냉각 드럼의 주면에 있어서 딤플의 레플리카를 채취한 후, 전자현미경으로, 45°비스듬하게 관찰(촬영)(50배)한 결과를 나타내는 도면이다.
도15는, 본 발명에 의한 냉각 드럼의 주면에서의 딤플의 레플리카를 채취한 다음, 전자현미경으로 45°비스듬하게 관찰(촬영)(15배)한 결과를 나타내는 도면이다.
도16은, 본 발명에 의한 냉각 드럼의 주면에서의 딤플의 레플리카를 채취한 후, 전자현미경으로 45°비스듬하게 관찰(촬영)(50배)한 결과를 나타내는 도면이다.
도17은, 본 발명에 의한 냉각 드럼의 주면에서의 딤플의 레플리카를 채취한 후, 전자현미경으로 45°비스듬하게 관찰(촬영)(100배)한 결과를 나타내는 도면이다.
도18은, 종래의 냉각 드럼의 주면 딤플을 이차원 조도계로 측정한 결과의 일부(주위보다 높고 평평한 부의 발생 비율:7. 5%)를 나타내는 도면이다.
도19는, 종래의 냉각 드럼의 주면의 딤플을 이차원 조도계로 측정한 결과의 일부(주위보다 높고 평평한 부의 발생 비율:4. 2%)를 나타내는 도면이다.
도20은, 본 발명에 의한 냉각 드럼의 주면의 딤플을 이차원 조도계로 측정한 결과의 일부(주위보다 높고 평평한 부의 발생 비율:1.1%)를 나타내는 도면이다.
도21은, 본 발명에 의한 연속 주조용 냉각 드럼의 표면의 태양을 나타내는 도면이다. (a)는, 표면 근방을 확대하여 도시하는 단면도, 및 (b)는, 표면의 요철 상황을 색의 농도로 표현하는 표면도이다.
도22는, 본 발명에 의한 연속 주조용 냉각 드럼의 표면의 다른 태양을 도시하는 도면이다.
도23은, 본 발명 연속 주조 방법을 실시하는 장치의 측면도이다
도24는, 본 발명에 의한 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 딤플 가공 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도25는, 본 발명에 의한 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 딤플 가공 장치에 사용하는 Q스위치 CO2레이저의 한 구성 요소인 회전 초퍼(chopper)의 형상을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도26은, Q스위치 CO2레이저 발진 파형의 일례를 나타내는 도면이다.
도27은, 각종 펄스 에너지와 펄스 전폭의 조합조건으로, Q스위치 CO2레이저에 의하여 구멍 가공을 한 실험 결과를 나타내는 그래프이다. (a)는, 펄스 전폭과 구멍깊이와의 관계를 나타내는 그래프(b)는, 펄스 전폭과 표면구멍 지름과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도28은, 도27의 데이터 중에, 펄스 전폭 30μsec 조건의 데이터에 관하여, 펄스 에너지와 구멍깊이와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도29는, 본 발명의 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 딤플 가공 방법을 써서 가공을 한 결과의 표면 개관을 나타내는 도면이다.
도30은, 본 발명 레이저에 의한 금속 재료의 구멍 가공 방법에서의 가공 현상을 측방에서 나타내는 도면이다.
도31은, 본 발명의 실시례에 사용한 석유계 윤활재의 적외 투과 특성을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. (a)는, 윤활재 두께 15μm인 경우의 결과를 나타내는 그래프, (b)는, 윤활재 두께 50μm인 경우의 결과를 나타내는 그래프이다.
도32는, 본 발명의 실시례에 사용한 석유계 윤활재의 파장10.59μm에서의, 도포층 두께에 대한 광투과율 특성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도33은, 본 발명 실시례로서 구멍 가공을 한 표면의 표면 개관을 나타내는 도면이다. (a)는, 종래법에서 도포재를 사용하지 않은 경우의 결과를 나타내고, (b)는, 본 발명 조건으로 도31에 나타내는 도포재를 50μm도포한 결과를 나타내며, 및 (c)는, 본 발명부터 일탈하는 조건으로서 도31에 나타내는 도포재를 200μm 도포한 결과를 나타낸다.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
본 발명에 대하여, 더욱 상세하게 설명한다.
1) 청구항1∼12에 기재된 발명과 그 발명에 관련되는 발명에 대하여,
상기 발명은, 주면에, 소정 형상의 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 냉각 드럼에 있어서, 딤플（함몰부)의 정부상 및/또는 딤플（함몰부）의 표면에, 미소 돌기, 세공 또는 미세 요철을 형성하는 것을 기본적인 기술 사상으로 한다.
이는, 상기 기술사상에 따라서, 딤플의 정부에, 미소 돌기 또는 세공을 형성함으로써 용강의 응고를 지연시키는 기능를 부여하고, 또 딤플의 표면에, 미소 돌기, 세공 또는 미세 요철을 형성함으로써 용강의 응고를 촉진하는 기능을 부여한 것이다. 이 때, 도6에, 냉각 드럼의 주면에 있어서, 함몰부(16)가, 함몰부의 정부(17)를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 태양을 모식적으로 나타낸다. 도6(a)에, 함몰부의 표면 형태를 모식적으로 나타내나, 도6(a)에 있어서, 실선이 딤플의 정부이다. 이 표면 형태의 단면을 도6(b)에, 모식적으로 나타낸다.
도6(b)에 나타내는 바와 같이, 딤플을 형성한 그대로의 딤플의 정부는, 예각적인 형상을 이루고 있는데, 그 정부에, 다수의 미소 돌기를 형성하면, 상기 미소 돌기는, 좁은 예각적 형상의 정부에서 서로 연속된 태양으로 형성되기 때문에, 딤플의 정부는“둥근 모양"을 띠게 된다.
이에, 도7에서, “미소 돌기"의 단면 형상의 예를, 모식적으로 나타낸다
도7에 예시하는“미소돌기"가 딤플의 정부에, 서로 연속된 태양으로 형성되어 딤플의 정부가“둥근 모양"을 띠게 된다.
상기“둥근 모양"을 띤 딤플 정부는, 그 정부에 당접한 용강에서의 응고 핵의 생성을 지연하게 하고, 용강의 응고 진행을 지연시키는 작용을 한다. 또한 상기“둥근 모양"을 띤 정부는, 딤플 저부에 용강이 침입하는 것을 촉진하는 작용을 한다. 그 결과, 용강은, 용강의 정압이나 냉각 드럼의 압력하에, 용이하게 딤플 저부에 당접하게 된다.
예각적인 형상의 딤플정부에“세공”을 형성하면, 예각적인 형상이 소멸함과 동시에, 가스를 유지하는 완냉각부가 형성되기 때문에, “세공”을 가지는 딤플 정부는, 그 정부에 당접한 용강에서의 응고 핵의 생성을 지연하고, 용강의 응고 진행을 지연시키는 작용을 한다.
이에, 도８에, “세공”의 단면 형상의 예를 모식적으로 나타낸다. 도８에 예시하는“세공”이 딤플의 정부에 형성되고, 그 정부의 예각적인 형상이 소멸된다.
또 딤플 정부에서의“세공”의 존재에 의하여 딤플 저부에 대한 용강의 침입이 촉진되고, 마찬가지로, 용강의 정압이나 냉각 드럼의 압하력 하에서, 용강이 용이하게 딤플 저부에 당접하게 된다.
또한, 딤플의 정부에, “미소 요철”을 형성하면, 상기“둥근 모양”의 기능과, 상기“세공”의 기능을 겸하게 된다.
한편, 딤플 저부 표면에 형성된“미소 돌기”,“세공”또는“미세 요철”은, 그 표면에 당접한 용강에서의 응고 핵의 생성을 촉진하고, 용강의 응고를 촉진하는 작용을 한다.
이 때, 도9 및 도10에, 냉각 드럼의 주면에,“미소 돌기(18)”를 형성한 태양을, 또한, 도11 및 도12에, 냉각 드럼의 주면에,“세공(19)”을 형성한 태양을 모식적으로 나타낸다.
이와 같이, 본 발명의 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼(이하,「본 발명의 냉각 드럼」이라고 한다. )은, “산세 얼룩"및“산세얼룩 부수 크래킹"의 발생을 억제함으로써 충분한“딤플 깊이"를 확보하고, 딤플의 정부에 있어서, 용강의 응고를 늦추는 동시에, 딤플 저부에 대한 용강의 침입을 촉진하고, 또한, 딤플 저부표면에 있어서, 침입하여 그 표면에 당접하는 용강의 응고를 촉진하는 기능을 가지는 것이다.
따라서, 본 발명의 냉각 드럼에 있어서는, 냉각 드럼 주면 위에서의 응고 태양이 균일화되어 있기 때문에, 종래, 딤플의 단위마다 발생하고, 축적되는 불균일 응력·변형(“딤플 크래킹"의 원인이 된다. )은 저감된다.
또 본 발명 냉각 드럼에 있어서는, 만일, 냉각 드럼과 용강과의 사이에 스캠이 말려들어가고, 스캠이 부착된 용강부분의 응고가 지연되며, 스캠부착 부위에서, 얇은 응고 쉘이 형성되었다고 하더라도, 응고 쉘 두께의 불균일도는 20% 이하로 억제되기 때문에, 응고 쉘 두께의 불균일 부분에 발생하여, 축적되는“변형"(“산세얼룩 부수 크래킹"의 원인이 된다. )은 저감된다.
본 발명 냉각 드럼에 있어서는, 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 것이 바람직하다 (도6, 참조).
함몰부(딤플)의 평균 깊이가 40μm미만이면, 딤플에 의한 거대한 응력·변형의 완화 효과가 얻어지지 않으므로, 하한은 40μm로 한다. 한편, 함몰부(딤플)의 평균 깊이가 200μm을 넘으면, 딤플 저부에의 용강의 침입이 불충분하게 되므로, 상한은 200μm로 한다.
함몰부의 높이는, 원 상당 지름으로 0.5∼3mm가 바람직하다. 이 지름이 0.5mm미만이면, 딤플저부에의 용강의 침입이 불충분하게 되므로, 하한은 0.5mm로 한다. 한편, 원 상당 지름이 3mm를 넘으면, 딤플 단위로의 응력·변형의 축적이 많아지고, 딤플 크래킹이 발생하기 쉬우므로, 상한은 3mm로 한다.
상기 형상의 함몰부 표면에, 소요 형상의“미소 돌기”, 세공”또는“미세 요철”을 형성하는 것이 바람직하다. 이하, 그러한 소요 형상에 대하여 설명한다.
(a) 미소 돌기
상기 형상의 함몰부의 표면에, 높이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 5∼200μm인 미소 돌기를 형성한다.
높이가 1μm미만이면, 돌기가 용강과 충분하게 접촉할 수 없고, 응고 핵의 생성이 일어나지 않기 때문에, 하한은 1μm로 한다.
한편, 높이가 50μm을 넘으면, 돌기 저부에서의 용강의 응고가 지연되어, 함몰부내에서의 응고 쉘의 불균일이 발생하기 때문에, 상한은 50μm로 한다.
또 원 상당 지름이 5μm미만이면, 돌기에서의 냉각이 불충분하게 되고, 응고 핵의 생성이 일어나지 않기 때문에, 하한은 5μm로 한다.
한편, 원 상당 지름이 200μm을 넘으면, 돌기에의 용강의 접촉이 불충분한 부위가 발생하고, 응고 핵의 생성이 불균일하게 되므로, 상한은 200μm로 한다.
(b) 세공
상기 형상의 함몰부의 표면에, 깊이가 5μｍ이상, 원 상당 지름이 5∼200μｍ인 세공을 형성한다.
깊이가 5μｍ미만이면, 세공부에서의 공기 갭의 생성이 불충분하게 되어, 세공부 이외의 함몰부 표면에서의 확실한 응고 핵의 생성를 달성하는 것이 불가능하기 때문에, 하한은 5μm로 한다.
또한, 원 상당 지름이 5μｍ미만이면, 세공부에서의 냉각 완화 효과가 충분하게 발휘되지 않아 응고 핵의 발생을 세공부 이외의 함몰부 표면에 한정할 수 없기 때문에, 하한은 5μｍ으로 한다. 한편, 원 상당 지름이 200μｍ을 넘으면, 세공부까지 용강이 침입하고, 침입된 용강이 응고되어 응고 쉘을 구속하고, 변형이 집중되어 크래킹의 발생를 조장하기 때문에, 상한은 200μｍ으로 한다.
(c)미세 요철
상기 형상의 함몰부의 표면에, 평균 깊이 l∼50μm, 원 상당 지름 10∼200μm인 미세 요철을 형성한다.
평균 깊이가 1μm미만이면, 요철부에서의 응고 핵의 생성이 일어나지 않기 때문에, 하한은 1μm로 한다. 한편, 평균 깊이가 50μm을 넘으면, 요철 저부에서의 응고가 지연, 함몰부내에서의 응고 쉘의 불균일이 발생하기 때문에, 상한은 50μm로 한다.
또 원 상당 지름이 10μm미만이면, 요철부에서의 응고 핵의 생성이 일어나지 않기 때문에, 하한은 10μm로 한다. 한편, 원 상당 지름이 200μm을 넘으면, 요철부에의 용강의 접촉이 불충분한 부위가 발생하고, 응고 핵의 생성이 불균일하게 되기 때문에, 상한은 200μm로 한다.
또한, 본 발명 냉각 드럼에 있어서는, 그 주면에, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성한“평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3ｍｍ인 함몰부”의 정부에, 소요 형상의 미소돌기를 인접하여 형성하고, 그 정부에“둥근 모양”을 만들거나, 또한, 소요 형상의“세공”을 형성하는 것이 바람직하다.그것들의 소요 형상에 대하여 설명한다.
(d) 미소 돌기
상기 형상의 함몰부의 정부에, 높이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 30∼200μm인 미소 돌기를 인접하여 형성한다.
높이가 1μm미만이면, 딤플 정상부에서의 응고 핵 생성 지연 효과가 얻어지지 않기 때문에, 하한은 1μm로 한다. 한편, 크기가 50μm을 넘으면, 딤플저부에의 용강의 침입이 불충분하게 되기 때문에, 상한은 50μm로 한다.
또 원 상당 지름이 30μm미만이면, 딤플 정상부에서의 응고 핵 생성 지연 효과가 얻어지지 않기 때문에, 하한은 30μm로 한다. 한편, 원 상당 지름이 200μm을 넘으면, 딤플에 의한 응력·변형의 완화 효과가 얻어지지 않기 때문에, 상한은 200μm로 한다.
（ｅ）세공
상기 형상의 함몰부의 정부에, 깊이가 5μｍ이상, 원 상당 지름이 5∼200μｍ인 세공을 형성한다.
깊이가 5μｍ미만이면, 세공부에서의 공기 갭의 형성이 불충분하게 되고, 응고 핵 생성 지연 효과가 얻어지지 않기 때문에, 하한은 5μｍ로 한다.
또, 원 상당 지름이 5μｍ미만이면, 세공부 이외의 정상 근방에서 응고 핵이 생성되고, 딤플저부에의 용강의 침입 촉진 효과가 얻어지지 않기 때문에, 하한은 5μｍ로 한다. 한편, 원 상당 지름이 200μm을 넘으면, 딤플 정상부의 높이가 외관상 낮아지고, 응력·변형의 완화 효과가 얻어지지 않기 때문에, 상한은 200μm로한다.
본 발명에 있어서는, 강종이나, 소망 판 두께, 품질에 따라, 상기（ａ)∼(ｅ）의“미소 돌기”,“세공”및“미세 요철”을, 적절하게 조합하고, 냉각 드럼의 주면구조를 구성할 수 있다.
또한, 본 발명의 냉각 드럼은, 단롤식의 연속 주조 및 쌍 롤식 연속 주조 어느 것으로도 사용할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 냉각 드럼을 사용하고, 단롤식의 연속 주조, 및 쌍 롤식의 연속 주조 중 어느 하나로 연속 주조한 박육 주편에 대하여 설명한다.
본 발명 박육 주편는, 기본적으로는, 용강이 냉각 드럼의 주면위의 함몰부의 정부에 당접한 용강 부위에 생성되고, 응고 핵 발생 기점을 기점으로 하여 응고를 개시하고, 뒤이어, 상기 함몰부의 표면상의 미소 돌기, 세공 또는 미세 요철에 당접한 용강 부위에 생성된 응고 핵 발생 기점을 기점으로 하여 응고된 것이다.
이 때, 냉각 드럼의 주면 상의 함몰부의 원 상당 지름이 0.5∼3mm이면, 그 함몰부의 정부에 당접한 용강 부위에서는, 응고 핵 발생 기점이, 그 정부에 따라, 즉, 원 상당 지름으로 0.5∼3mm인 환상으로 생성된다.
함몰부의 표면상의“미소 돌기”, “세공”또는“미세 요철”에 당접한 용강 부위에서 생성되는 응고 핵 발생 기점은 250μｍ이하의 간격으로 생성하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 함몰부의 표면에는, 원 상당 지름의 상한이 200μｍ인“미소 돌기”, “세공”또는“미세 요철”을, 250μｍ이하의 간격으로 형성하고, 상기 응고핵 발생 기점의 생성를 촉진하는 것이 바람직하다.
본 발명 박육 주편에 있어서는, 용강이, 냉각 드럼의 주면 위의 함몰부의“정부" 및“저부 표면"에 당접하여 응고됨으로써 그 표면에, “망상의 연속 오목부"가 형성되는 동시에, 상기“망상의 연속 오목부"로 구획된 각각의 영역 안에, “미소한 오목부" 및/또는“작은 돌기"가 형성되는 경우가 있다.
상기“미소한 오목부”및/또는“작은 돌기”는, 본 발명 냉각 드럼의 주면 상의 함몰부의 정부에, “세공”또는“미세 요철”을 형성한 경우에, 그것들에 대응하고, 박육 주편의 표면상에 형성되는 것이다.
본 발명 냉각 드럼의 주면위의 함몰부의 원 상당 지름이 0.5∼3mm이면, 상기“망상의 연속 오목부"에 구획된 각각의 영역은, 그 함몰부의 원 상당 지름에 상응하여, 원 상당 지름으로 0.5∼3mm인 영역이 된다.
그리고, 또 상기 망상의 연속 오목부로 구획된 각각의 영역 안에는, 냉각 드럼의 함몰부의 표면상의 미소 돌기, 세공 또는 미세 요철에 당접하는“미소 함몰부”및/또는“작은 돌기”가 형성된다. 이“미소한 오목부" 및/또는“작은 돌기"는, 250μm이하의 간격으로 존재하는 것이 바람직하다.
본 발명 박육 주편은, 가장 바람직하게는, 용강이, 냉각 드럼의 주면위의 함몰부의 정부에 당접한 용강 부위에 형성된 망상의 연속 오목부를 따라 생성된 응고 핵 발생 기점을 기점으로, 그 망상의 연속 오목부의 형상을 유지한 채로 응고를 개시하고, 이어서, 상기 함몰부의 표면상의“미소 돌기”, “세공”또는“미세 요철”에 당접한 용강 부위에 생성한 응고 핵 발생 기점을 기점으로 하여 응고된 것이다.
또한, 바람직하게는, 상기 박육 주편에 있어서, 상기 망상의 연속 오목부로 구획된 각각의 영역이, 원 상당 지름으로 0.5∼3ｍｍ의 영역이고, 및/또는, 상기 미소 돌기, 세공 또는 미세 요철에 당접한 용강 부위에 생성된 응고 핵 발생 기점이, 250μｍ이하의 간격으로 생성된 것이다.
이하, 본 발명 실시례에 대하여 설명하나, 본 발명은, 실시례에 사용한 냉각 드럼의 주면구조, 연속 주조 조건, 및, 이들 주면구조 및 연속 주조 조건으로 얻은 박육 주편의 형상·구조에 한정되는 것은 아니다.
(실시례1)
SUS304계 스테인레스강을 나타내는 쌍드럼 식연속 주조기에 의하여 판 두께 3mm의 스트립상 박육 주편을 주조하고, 그 후, 상기 주편을 냉간압연하고, 판 두께 0.5mm의 박판 제품을 제조한다. 상기 스트립상 박육 주편을 주조할 때, 폭 1330mm, 직경 1200mm의 냉각 드럼의 주면을, 표1에 나타내는 조건으로 가공하였다. 또한, 표 1에 있어서, “함몰부"는, 쇼트 블라스트로 가공된 것이다.
최종적으로 얻어진 박판 제품의 표면 품질은, 표1, 표2(표1의 계속)및 표3(표2의 계속)에 나타내는 바와 같다.
또한, 크래킹·광택 얼룩은, 박육 주편을 냉간압연 및 산세소둔한 후에, 육안 관찰에 의하여 판정하고, 조직은, 주편표면을 연마· 에칭한 후, 현미경 관찰에 의하여 판정하고, 표면의 요철은, 3차원 조도계로 측정하였다.
2) 청구항13∼17에 기재된 발명과 그 발명에 관련되는 발명
박육 주편의 표면 크래킹을 방지하기 위하여, 냉각 드럼과 응고 쉘과의 사이에 가스 갭을 형성하여 응고 쉘을 완냉각하고, 주편표면에 딤플에 의한 볼록전사를형성하여 볼록전사 주연부에서 응고를 개시시키며, 또한, 응고를 주편폭 방향으로 균일하게 하는 것이 필요하다. 한편, 주조 후의 박육 주편을 인라인(in-line)으로 압연하는 경우에는, 압연후의 박육 주편에 스케일 물림으로 인한 결함부가 발생하고, 이 결함부는 냉연 후의 박판 제품에도 잔존한다.
스케일 물림으로 인한 결함부는, 볼록 전사부 중에 높은 볼록전사 부분, 즉, 냉각 드럼의 주면에 가공한 함몰부(딤플) 중에 깊은 함몰부(딤플)와 대응하는 부분에서 우선적으로 발생한다. 또 주조 후에 인-라인으로 압연하지 않는 경우에는, 스케일 물림에 의한 결함의 발생은 없지만, 냉연후에도 볼록전사가 사라지지 않고 흔적이 잔존한다.
또한, 냉각 드럼주면에 가공된 딤플은, 장시간의 주조에 의하여 마모되어 수명이 저하된다. 상기 볼록 전사에 의한 스케일 물림에 의한 결함부 및 함몰부의 마모에 의한 수명 저하를 억제하기 위하여, 최대 깊이와 평균 깊이의 차가 적은 딤플이 유효하다는 것을 알아내고, 또 쇼트 립의 입경분포 범위(최대 직경 - 평균 직경)를 줄이면, 딤플 깊이의 분포 범위도 줄어드는 것을 알아내었다.
또한, 쇼트 블라스트 가공에 있어서는, 최대 직경≤평균 직경 + 0. 30mm을 만족하는 쇼트 립을 사용하고, 딤플 깊이의 분포에 있어서, 소망하는 평균 깊이를 얻기 위하여, 냉각 드럼의 주면의 경도가 높으면, 사용하는 쇼트 립의 평균 직경을 늘리고, 또한, 시공시의 블라스트 압력을 높였다.
그러나, 상술한 사실에 기초하여 딤플을 가공한 냉각 드럼을 사용하여, 주조된 주편의 표면에는, 여전히 미소한 표면 크래킹이 발생하였다. 이에, 본 발명자는, 현상의 딤플을 상세하게 관찰하였다. 그 결과를 도13 및 도14에 나타낸다. 이 도13 및 도14는, 종래법으로서 가장 일반적인 쇼트 블라스트 가공을 실시하고, 냉각 드럼의 주면에, 평균 직경: 2. l mm, 평균 깊이: 130μm의 딤플을 부여하며, 이 냉각 드럼의 주면에서의 딤플의 레플리카를 채취한 후, 45°경사로부터 전자현미경으로 15배(도13), 50배(도14)로 관찰(촬영)한 결과 표면의 요철 형상)를 나타낸 것이다.
도 l3 및 도 14에 있어서는, 함몰부의 요철이 명료하고, 딤플의 직경은 4000μm, 깊이 100μm을 넘는 깊이에 달하여 있다. 이와 같은 딤플에 있어서는, 딤플의 직경 및 깊이 모두 크기 때문에, 응고 쉘 형성시에, 급냉각부와 완냉각부가 혼재하게 된다. 이것으로는, 냉각 드럼의 주면에 형성한 딤플의 오목부에서는 너무 완냉각되고, 한편, 볼록부에서는 급냉각 현상이 발생하는 것은 당연하다.
또한, 주조시의 응고 현상은, 딤플과의 접촉 부위로부터 응고가 개시되기 때문에, 딤플 지름이 큰 부분이나 깊이가 큰 부분에서는, 급냉·완냉의 차가 너무 커지고, 딤플 단위의 미소 크래킹이 발생하기 쉬워진다.
본 발명자는, 냉각 드럼의 주면에, 평균 직경: 1.0∼4.0mm, 평균 깊이:40∼170μm의 딤플을 부여하고, 그 후, 이 딤플로, 또한, 평균 직경 수십∼수백 마이크론이라는 상당히 작은 알루미나 그리드를 취부하고, 평균 직경:10∼50μm, 평균 깊이:1∼50μm의 미세 요철 및 높이1∼50μm의 알루미나 그리드 파편 잠식에 의한 미소 돌기를 형성하였다.
이 경우에 있어서, 상기 알루미나 그리드는, 드럼의 주면에 충돌하여 함몰부를 형성하나, 충돌한 순간 파쇄되어, 그 파편이 냉각 드럼 주면에 꽂히고, 그대로 파편으로서 드럼의 주면에 패여들어가, 예각 또한 둔각상의 미소 돌기를 형성한다. 따라서, 종래의 지름이 크고, 깊이가 큰 딤플 내에, 미세한 요철, 및 작은 돌기가 형성된다. 이 미세 요철은, 평균 직경:10∼50μm, 평균 깊이:l∼50μm에, 미소 돌기 높이는 l∼50μm이다.
도15, 도16 및 도17은, 이와 같이 형성한 냉각 드럼의 주면에서의 딤플의 레플리카를 채취하고, 전자현미경으로, 45° 비스듬하게 15배(도15), 50배(도16), (도17)로 관찰(촬영)한 결과(표면의 요철 형상)를 나타내는 것이다. 도l5 (l5배) 및 도16 (50배)에서는, 딤플 내에 미세 요철이 형성되어 있는 상태를 볼 수 있다.
또한 도17 (100배)에는, 화살표로 나타내는 바와 같이, 알루미나 그리드의 파편이 잠식한 부분을 볼 수 있다. 이와 같은 딤플에 있어서는, 딤플로부터 뿐만 아니라, 미세 요철의 볼록부, 및 미소 돌기로부터도 응고가 개시되기 때문에 응고 쉘 형성시에, 급냉각부와 완냉각부의 분포가 적어지고, 보다 균일한 냉각이 가능하게 된다.
본 발명에 있어서는, 상기 사이즈의 미세 요철을 형성하기 위하여, 수십∼수백μm의 알루미나 그리드를 사용한다. 상기 알루미나 그리드의 사이즈가 수십μm 미만에서는, 미세 요철의 형성이 곤란하고, 또 미소 돌기를 형성하는 그리드 파편이 너무 작아 돌기 형성 효과가 얻어지지 않는 한편, 상기 사이즈가 수백μm 이상에서는, 먼저 형성된 딤플 사이즈(평균 깊이40∼200μm)을 넘거나, 그리드의 파편도 지나치게 커지게 된다. 그 때문에, 사용하는 알루미나 그리드의 사이즈는 수십∼수백μm로 한다. 바람직하게는, 150∼100μm전후의 사이즈의 알루미나 그리드가 가장 효과를 발휘한다.
또 본 발명에 있어서, 최초로 형성하는 딤플의 사이즈는, 통상의 쇼트 블라스트법, 포토 에칭법, 레이저 가공 등 중에서 어느 한 수단으로 형성되는 딤플의 사이즈로 충분하고, 그 사이즈는, 평균 직경: 1.0∼4.0mm, 평균 깊이: 40∼200μm가 바람직하다. 또한, 이와 같은 사이즈로 형성한 딤플의 표면에, 또한, 수십∼수백μm인 사이즈의 알루미나 그리드를 취부하여 형성하는 미세 요철의 사이즈는, 평균 직경이 10∼50μm, 평균 깊이가 1∼50μm이고, 그 밖에도, 통상의 딤플의 평균 깊이 이하인 것이 바람직하다.
또 본 발명에 있어서 형성하는 미소 돌기는, 높이가 1∼50μm이다. 또한, 미세 요철의 형성에는, 알루미나 그리드를 사용한지만, Ni, Co, Co-Ni합금, Co-W합금, Co-Ni-W 합금 중 어느 한 종 이상으로 이루어지는 용액을 도금하는 방법이나, 또는 용사하는 방법을 사용하여도 된다.
이와 같이 본 발명에 있어서는, 통상의 방법으로 형성한 통상의 딤플 내에, 또한, 미세 요철 또는 미소 그리드 파편로 잠식시켜 미소돌기를 형성함으로써 용강의 응고 개시점을, 통상의 함몰부(딤플)보다 미세 분산시키고, 냉각시의 주편의 미소 크래킹을 확실히 방지할 수 있다.
(실시례2)
다음으로, 실시례에 대하여 설명한다. 본 발명에 있어서는, 전술한 바와 같은 냉각 드럼을 사용하고, 용강에 가용인 비산화성 분위기하, 또는, 용강에 가용인비산화성 가스와 용강에 비가용인 비산화성 가스의 혼합 분위기하에서 주조하고, 주편에, 본 발명에 의한 냉각 드럼의 딤플을 전사하였다.
표4에 도시하는 바와 같이, 직경: l000mmφ의 Cu제 냉각 드럼주면에 베이스 딤플로서, 통상의 쇼트 블라스트법에 의하여 평균 직경: 1.5∼3.0mm, 평균 깊이:30∼250μm의 딤플을 형성하였다. 비교례로서의 냉각 드럼은, 이 쇼트 블라스트법에 의한 베이스 딤플이 그대로인 예, 또는 베이스 딤플 깊이가 너무 작은 예, 너무 큰 예, 또는 미세 요철이 형성되어도 미세 요철의 직경, 미세 요철의 깊이, 또는, 미소 돌기 높이가, 본 발명 범위를 만족하지 않는 것이다.
한편, 본 발명 실시례에 있어서는, 상기 베이스 딤플 위에, 50∼l00μm전후의 사이즈의 알루미나 그리드를 취부하고, 평균 직경:10∼50μm, 평균 깊이: 1∼50μm의 미세 요철을 형성하고, 동시에, 상기 알루미나 그리드 파편으로 미소 요철의 면을 잠식시켜, l∼50μm 높이의 미소 돌기를 형성하였다. 상기 표4에 그 결과를 함께 나타내었다.
표 4에 있어서, No.2 및 No.8은 본 발명례이고 남은 No. 1, 3∼7, 9, 10은 모두 비교례이다. 본 발명 예의 No. 2 및 No. 8에 있어서는, 주편 크래킹의 발생이 전무하였다.
한편, 비교례인 통상 베이스 딤플 그대로의 No.1 및 No.7의 예에서는, 크래킹 발생량이, 각각, 0. 2mm/m2및 0. 3mm/m2인 주편 크래킹이 발생하였다. No.3의 예에서는 미세 요철의 지름이 너무 작아, 미세 요철이 형성되어도 0.lmm/m2의 주편크래킹이 발생하였다.
No.4의 예에서는, 미세 요철의 깊이가 너무 작고, 또 미소 돌기 높이가 너무 작아, 0.lmm/m2의 주편 크래킹이 발생하였다. No5의 예에서는, 베이스 딤플 깊이가 너무 작고, 또는, 미세 요철 및 미소 돌기도 형성되어 있지 않기 때문에, 17.0mm/m2의 큰 주편 크래킹이 발생하였다.
이것은, 베이스 딤플 깊이가 너무 작아, 완냉각 효과가 부족하였던 것으로 생각된다. 또한 마찬가지로, No.6의 비교예에서는, 미세 요철 및 미소 돌기를 형성하더라도 베이스 딤플의 깊이가 너무 작아, l5.0mm/m2의 큰 주편 크래킹이 발생하였다. 이 비교례에서는, 베이스 딤플 깊이가 너무 작아, 미소 요철 및 미소 돌기 효과가 발휘되지 않았던 것으로 생각된다.
또한, No.9의 비교례에서는, 베이스 딤플의 평균 깊이가 250μm로 너무 크고, 미세 요철 및 미소 돌기의 효과가 없어, 5.0mm/m2의 주편 크래킹이 발생하였다. No.10의 비교례에서는, 깊이가 250μm인 큰 딤플 내에, 미세 요철 및 미소 돌기를 부여하였으나, 베이스 딤플이 너무 깊고, 미소 요철 및 미소 돌기 효과가 발휘되지 않아 3.0mm/m2의 주편 크래킹이 발생하였다.
3) 청구항18 및 19에 기재된 발명과 상기 발명에 관련되는 발명
종래 냉각 드럼주면에 가공하는 딤플는, 쇼트 블라스트 가공, 포토 에칭 가공, 또는, 레이저 가공 등의 가공 수단에 의하여 딤플의 사이즈가, 평균직경: 1. 0∼4.0mm, 최대 직경:1.5∼7.0mm, 평균 깊이:40∼170μm, 최대 깊이:50∼250μm인 딤플을 여러 해 동안 연구와 조업실적을 토대로 부여하고 있으나, 전「 (2)」에서 설명한 바와 같이, 주편 표면에는 여전히 작은 표면 크래킹이 발생하였다. 이에, 본 발명자는 현상의 딤플 상태를 더욱 상세하게 관찰하였다. 그 결과, 인접하는 딤플간의 형상이 사다리꼴을 하고, 또한, 그 상호간의 거리가 1mm이상을 가지는 영역에서 전사한 주편으로는, 용강의 과냉각 현상이 일어나고, 주편에 미소 크래킹이 발생하고 있다는 것을 알았다.
즉, 쇼트 블라스트 시공에 의한 딤플 형성 시에, 통상의 시공으로는 요철의 산부분이 사다리꼴 모양이 되는 부분이 있고, 이것이 원인이 되어 주편에, 상기 크래킹이나, 크래킹이 발생하므로, 이 사다리꼴 모양 부분을 저감하여, 딤플의 밀도를 높이고, 또한, 인접하는 딤플끼리의 간격이 좁은 딤플을 냉각 드럼의 주면에 형성하는 것이 중요한 것으로 판명하였다.
따라서, 본 발명자는, 딤플 시공 후에 표면을 이차원 조도계로 측정하고, 사다리꼴 모양 부분의 발생 비율을, 요철의 산부가 2mm이상 연속하는 영역의 발생 비율과 근사하고, 그 부분의 발생 비율을 파형 불량율로서 정의하며, 이 파형 불량율을 3% 이하, 바람직하게는, 2.5% 이하로 함으로써, 딤플 불량에기인하는 주편 크래킹을 해결할 수 있다는 것을 알게 되었다.
이를 해결하기 위하여, 쇼트 블라스트 시공에 사용하는 여러가지 사이즈의 블라스트구를, 통상, 직경 1.5∼2.5mm의 범위 내로 맞추나, 블라스트시의 노즐 형상, 가공 압력을 최적화하는 것이 필요하다는 것을 알게 되었다.
도18, 도19 및 도20에, 딤플 시공 후, 냉각 드럼의 표면을 이차원 조도계로 측정한 결과의 일부를, 각각 나타내었다. 전측정 길이 180mm에 대하여, 사다리꼴 모양부의 발생 비율, 즉, 요철의 산부가 2mm이상 연속되는 발생 비율이, 도18에서는 7.5%, 도19에서는 4.2%이고, 이 때, 주편에 미소 크래킹이 발생하고 있다. 도18 및 도19에 있어서, 둥글게 싼 부위는 파형 불량부를 나타내고 있다. 한편, 도20에 있어서는, 상기 사다리꼴 모양부의 발생 비율이 1. 1%이고, 주편에 있어서, 미소 크래킹의 발생은 대부분 관찰되지 않았다. 또한, 수%의 불량율을 측정하기 위하여,측정 길이는 적어도 50mm이상이 필요하고, 측정 길이 100mm 이상으로 측정하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의한 냉각 드럼을 사용하고, 용강을, 용강에 가용인 비산화성 분위기하, 또는, 용강에 가용인 비산화성 가스와 용강에 가용인 비산화성 가스의 혼합 분위기하에서 주조하고, 주편에, 본 발명에 의한 냉각 드럼의 딤플을 전사시킴으로써 용강의 응고 개시점을 미세 분산시켜, 냉각시의 주편의 미소 크래킹을 확실히 방지할 수 있다.
(실시례3)
다음으로, 실시례에 대하여 설명한다. 본 발명에 있어서는, 전술한 바와 같은 냉각 드럼을 사용하고, 용강을, 용강에 가용인 비산화성 분위기하, 또는, 용강에 가용인 비산화성 가스와 용강에 가용인 비산화성 가스의 혼합 분위기하에 주조하고, 주편에 본 발명에 의한 냉각 드럼의 딤플을 전사시켜, 연속 주조를 실시하였다.
표5에 도시하는 바와 같이, 직경:l000mmφ Cu제 냉각 드럼의 주면에, 베이스 딤플로서, 직경 1.5∼2.5mm의 사이즈의 블라스트구를 쇼트 블라스트함으로써 평균 깊이: 30∼250μm, 평균 직경: 1.5∼3.0μm의 범위내에서, 여러가지 딤플을 형성하고, 파형 불량율 및 크래킹 발생량을 측정하였다. 그 결과를 표5에 함께 나타낸다.
표5에 있어서, 실시례 No.3, 4 및 No.8은, 본 발명례이고, 나머지 No.1, No.2, No.5∼7, No.9, No.10은 모두 비교례이다. 본 발명예 No.3, 4 및 No.8에 있어서, 주편 크래킹이 전무한 데 비하여, 비교 예의 No.1 및 No.2에서는, 파형 불량율이 7.5%, 및 4.2%로 모두 나쁘고, 그 때문에 크래킹 발생량이, 각각, 0.5mm/m2및 0.2mm/m2의 주편 크래킹이 발생하였다.
비교예 No.5, 및 No.7에서는, 파형 불량율이, 각각, 4.2% 및 4.5%로 모두 나쁘고, 그 때문에 크래킹 발생량이, 각각, 17.0 mm/m2및 0.3mm/m2인 주편 크래킹이 발생하였다. 특히, No.5는, 베이스 딤플이 지나치게 얕고, 완냉각 효과가 부족한 경우이다.
또한, 비교예 No.6에서는, 파형 불량율이 1.1%로 낮음에도 불구하고 크래킹 발생량이 15.0mm/m2로 높은 값을 나타내었다. 이것은, No.5와 같이, 베이스 딤플이 지나치게 얕고, 완냉각 효과가 부족하기 때문이다.
비교예의 No.9 및 No.10에서는, 파형 불량율이, 각각, 4. 5% 및 2. 2%로, 크래킹 발생량이, 각각, 50mm/m2및 3.0mm/m2의 주편 크래킹이 발생하였다. 이것은 베이스 딤플이 지나치게 깊고, 딤플 단위의 냉각 얼룩에 기인하는 크래킹이 발생하기 때문이다.
4) 청구항20∼30에 기재된 발명과 그 발명에 관련되는 발명
상기 발명 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼(이하「본 발명 냉각 드럼」라고 한다. )은, 도금이 된 드럼 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성됨과 동시에, 그 주면에, 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질을 포함하는 피막이 형성되어 있는 것을 기본적인 기술 사상으로 한다.
이것은, 상기 기술사상에 따라, 도금이 된 드럼 주면에, 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질을 포함하는 피막을 형성함으로써 냉각 드럼의 주면에, 그 주면과 용강과의 사이에 열저항이 되는 가스 갭의 생성을 최대한 억제할 수 있는 기능을부여한 것이다.
냉각 드럼의 주면 상에서, 응고 쉘이 형성될 때, 가스 갭이 존재하지 않으면, 스캠이 유입되고, 스캠이 부착된 부위의 용강의 응고가 지연되어도 스캠이 부착되어 있지 않는 용강의 응고와의 사이에,“산세얼룩 부수 크래킹"를 유발할만한 응고 불균일은 생기지 않는다. 통상, 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 표면에는, 완냉각화 및 장수명화 (열응력에 의한 표면의 크래킹의 발생 방지)를 위해서, Cu 보다 열전도율이 낮고, 또한, 단단하고 열응력에 강한 Ni도금을 실시하나, 상기 도금은, Ni보다 산화되기 쉬운 원소, 예를 들면, W, Co, Fe, Cr의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 도금인 것이 바람직하다. 본 발명 냉각 드럼에 있어서는, 드럼의 표면에서의 완냉각화와 장수명화를 유지하면서, 스캠과의 젖음성을 개선하므로, 그 표면에, 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질을 포함하는 피막을 형성한다.
스캠은, 용강을 구성하는 원소의 산화물의 응집체이므로, 상기 스캠와의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질로서는, 연속 주조되는 용강을 구성하는 원소의 산화물이 바람직하다.
또한, 상기 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질을 포함하는 피막은, 용강을 구성하는 원소의 산화물을, 스프레이나 롤 코터 등의 수단으로, 냉각 드럼의 도금 주면에 피복한 피막도 되고, 또 조업중, 냉각 드럼 주면위의 도금에, 용강중(속)의 성분 원소가 산화하여 생성된 산화물이 부착하여 형성된 피막이어도 된다.
또한 상기 스캠와의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질은, 냉각 드럼 주면위의 도금을 구성하는 원소의 산화물이어도 된다. 이것은, 냉각 드럼 주면위의 도금이 용강의 열로 산화되어 생성한 산화물은, 스캠과의 젖음성이, 상기 도금보다 좋기 때문이다.
그 때문에, 실제로는, 냉각 드럼 주면상에, 다시, 도금을 구성하는 원소의 산화물의 피막을 형성할 필요는 없고, 조업 중, 용강의 열로 냉각 드럼의 주면상에 형성된 도금의 산화물을 그대로 남긴 채 사용할 수 있다.
본 발명 냉각 드럼에 있어서는, 도금이 된 드럼 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있다.
함몰부(딤플)의 평균 깊이는 40∼200μm로 한다. 이 평균 깊이가 40μm미만이면, 딤플에 의한 거대한 응력변형의 완화 효과가 얻어지지 않기 때문에, 하한은 40μm로 한다. 한편, 평균 깊이가 200μm을 넘으면, 딤플 저부에의 용강의 침입이 불충분하게 되고, 딤플의 불균일성이 증대하기 때문에, 상한은 200μm로 한다.
함몰부의 높이는, 원 상당 지름으로 0.5∼3mm로 한다. 이 지름이 0.5mm미만이면, 딤플 저부에의 용강의 침입이 불충분하게 되고, 딤플의 불균일성이 증대하기 때문에, 하한은 0.5mm으로 한다. 한편, 원 상당 지름이 3mm을 넘으면, 딤플 단위로의 응력·변형의 축적량이 많아지고, 딤플 크래킹이 발생하기 쉬워지므로, 상한은 3mm로 한다. 또한, 본 발명의 냉각 드럼에 있어서는, 상기 형상의 함몰부를, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하게 형성한다.
이와 같은 함몰부를 형성하면, 함몰부 각각이, 응고 쉘에 가해지는 응력·변형을 분산화할 수 있고, 응고 쉘에 가해지는 큰 응력·변형을 저감할 수 있게 된다.
또한, 상기 함몰부의 형성 태양은, 도6에 도시하는 바와 같다.
본 발명 냉각 드럼에 있어서는, 상기 형상의 함몰부의 표면에, 높이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 5∼200μm인 미소 돌기를 형성하는 것이 바람직하다. 이 미소 돌기에 의하여 함몰부의 표면에 당접한 용강의 응고를 촉진할 수 있다.
또한, “미소 돌기"의 형상은, 도7에 도시한 바와 같다.
높이가 1μm미만이면, 돌기가 용강과 충분하게 접촉할 수 없고, 응고 핵의 생성이 일어나지 않아 용강의 응고를 촉진할 수 없기 때문에, 하한은 1μm로 한다. 한편, 높이가 50μm을 넘으면, 돌기 저부에서의 용강의 응고가 지연, 함몰부내에서의 응고 쉘의 불균일이 발생하기 때문에, 상한은 50μm로 한다.
또 원 상당 지름이 5μm미만이면, 돌기에서의 냉각이 불충분하게 되고, 응고 핵의 생성이 일어나지 않기 때문에, 하한은 5μm로 한다.
한편, 원 상당 지름이 200μm를 넘으면, 돌기에 대한 용강의 접촉이 불충분한 부위가 발생하고, 응고 핵의 생성이 불균일하게 되므로, 상한은 200μm로 한다.
그리고, 상기 미소 돌기는, 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질을 포함하는 피막이 형성되어 있는 것이다.
또 본 발명 냉각 드럼에 있어서, 상기 스캠와의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질을 포함하는 피막이 형성되어 있는 미소 돌기는, 용강 중의 성분 원소가 산화하여 생성된 산화물이 부착된 미소 돌기이어도 된다. 상기 미소 돌기에, 용강중의 성분 원소가 산화하여 생성된 산화물이 부착됨으로써 미소 돌기와 스캠와의 젖음성이 보다 향상되고, 상기 미소 돌기에 당접한 용강 부위에 있어서, 보다 많은 응고 핵 발생 기점의 생성을 재촉하여, 용강의 응고를 빠르게 할 수 있다.
본 발명의 냉각 드럼에 있어서는, 상기 형상의 함몰부의 정부에, 높이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 30∼2()0μm이고, 스캠와의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질을 포함하는 피막이 형성되어 있는 미소 돌기가, 서로 인접하여 형성되어 있는 것이 바람직하다.
딤플을 형성한 그대로의 딤플의 정부는, 예각적인 형상을 하고 있는데, 그 정부에, 다수의 상기 미소 돌기를 서로 인접한 태양으로 형성함으로써“둥근 모양"을 만들 수 있다. 이“둥근 모양"에 의하여 딤플의 정부에 당접한 용강에 있어서는, 응고 핵의 생성이 지연되고, 응고 진행이 지연된다. 또한, 상기“둥근 모양"을 띤 딤플정부는, 딤플의 요부에 용강이 침입하는 것을 촉진하는 작용을 한다. 그 결과, 용강은, 용강의 정압이나 냉각 드럼의 압하력 하에서, 용이하게 딤플 저부에 당접된다.
높이가 1μm미만이면, 딤플 정상부에서의 응고 핵 생성 지연 효과가 얻어지지 않기 때문에, 하한은 1μm로 한다. 한편, 높이가 50μm를 넘으면, 딤플 저부에의 용강의 침입이 불충분하게 되기 때문에, 상한은 50μm로 한다.
또 원 상당 지름이, 30μm미만이면, 딤플 정상부에서의 응고 핵 생성 지연 효과가 얻어지지 않기 때문에, 하한은 30μm로 한다. 한편, 원 상당 지름이 200μm을 넘으면, 딤플에 의한 응력·변형의 완화 효과가 얻어지지 않기 때문에, 상한은 200μm로 한다.
또한, 딤플을 형성한 채로, 예각적인 형상을 이루고 있는 딤플의 정부에, 미소 돌기 대신에, 깊이가 5μm이상, 원 상당 지름이 5∼200μｍ인“세공”을 형성하는 것이 바람직하다. 이“세공”의 형성에 의하여 딤플의 정부에서의 예각적인 형상이 소멸됨과 동시에, 가스를 유지하는 완냉각부（공기 갭）가 형성되기 때문에, “세공”을 가지는 딤플 정부는, 그 정부에 당접한 용강에서의 응고 핵의 생성을 지연시켜 응고 진행을 지연시키는 작용을 한다. 또한“세공”을 가지는 딤플 정부는, 딤플의 요부에 용강이 침입하는 것을 촉진하는 작용를 한다. 그 결과, 용강은, 용강의 정압이나 냉각 드럼의 압하력 하에서, 용이하게 딤플 저부에 당접하게 된다.
또는, “세공”의 형상는, 도８에 도시하는 바와 같다.
깊이가 5μｍ 미만이면, 세공부에서의 공기 갭의 형성이 불충분하게 되고, 응고 핵 생성 지연 효과가 얻어지지 않기 때문에, 하한은 5μｍ로 한다.
또한, 원 상당 지름이 5μｍ미만이면, 세공부 이외의 정상 근방에서 응고 핵이 생성되고, 딤플 저부에의 용강의 침입 촉진 효과가 얻어지지 않기 때문에, 하한은 10μｍ로 한다. 한편, 원 상당 지름이 200μm을 넘으면, 딤플 정상부의 높이가 겉보기상 낮아지고, 응력변형의 완화 효과가 얻어지지 않기 때문에, 상한은 200μm으로 한다.
본 발명 냉각 드럼에 있어서는, 강종이나, 소망 하는 판 두께, 품질에 따라, 상기 미소 돌기 및 세공을, 적당하게 조합하여 냉각 드럼의 주면구조를 구성할 수 있지만, 최대의 특징으로 하는 것은, 그 주면에, 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은물질을 포함하는 피막을 형성하는 것이다.
즉, 본 발명 냉각 드럼은, “딤플 크래킹"의 발생, 및, “산세 얼룩" 및“산세얼룩 부수 크래킹"의 발생 모두를 억제하고, 고품질의 박육 주편, 최종 박판 제품을 양호한 수율로 제조하기 때문에, 드럼의 주면구조 및 주면재질의 양관점에서 개선한 것이다.
또한, 본 발명 냉각 드럼은, 단롤식의 연속 주조, 및, 쌍롤식의 연속 주조 어느 것에나 사용할 수 있다.
이하, 본 발명 실시례에 대하여 설명하나, 본 발명은, 실시례에 사용한 냉각 드럼의 주면구조 및 주면재질, 및 연속 주조 조건으로 한정되는 것은 아니다.
(실시례4)
SUS 304계 스테인레스강을 쌍드럼식 연속 주조기에 의하여 판 두께 3mm의 스트립상 박육 주편으로 주조하고, 냉간 압연하여 판 두께0.5mm의 박판 제품을 제조한다. 상기 주편을 주조함에 있어, 폭1330mm, 직경1200mm의 냉각 드럼의 외통부는 동제품으로 하고, 외통부의 주면에는 두께1mm의 Ni도금을 한 후, 표6에 도시하는 피복층을 형성하였다.
또한, 표6에 있어서, 함몰부는, 쇼트 블라스트로 가공한 것이다.
크래킹·광택 얼룩은, 박육 주편을 냉간압연 및 산세소둔 후, 육안 관찰에 의하여 판정하였다.
5) 청구항 31∼33에 기재된 발명과 상기 발명에 관련되는 발명
도21은, 본 발명에 따르는 냉각 드럼의 주면 표층의 단면을 확대하여 도시하는 도(a), 및, 표면의 요철 상황을 색의 농도로 나타내는 표면도(b)이다. 이하, 도21을 들어 본 발명 냉각 드럼의 각 구성 요건과 그 규정 이유에 대하여 상세하게 설명한다.
드럼 모재(20)에 있어서는, 그 온도를 낮게 유지하여 발생 열 응력을 줄이고 장수명화를 꾀하기 때문에, 100W/m·K 이상의 열전도율이 요구된다. Cu 및 Cu합금의 열전도율은 320∼400W/m·K이기 때문에, 이들 Cu 및 Cu합금이, 드럼 모재로서 최적이다.
드럼 표면의 중간층(21)의 열팽창 계수를, 드럼 모재(20)의 열팽창 계수의 l. 2배 미만으로 함으로써 중간층(21)과 드럼 모재(20) 사이의 열팽창 계수의 차에 의하여 발생하는 열응력에 기인하는 전단응력을 줄이고, 중간층(21)의 박리를 방지할 수 있다. 상기 열 팽창 계수의 차가 1.2배 이상이면, 열응력에 의하여 단기간에 중간층(21)이 박리되어, 냉각 드럼을 사용할 수 없게 된다. 이러한 관점에서, 중간층(21)과 드럼 모재(20)의 열팽창 계수는 같은 것이 바람직하지만, 중간층(21)에 요구되는 경도를 만족하는 재료 대부분은, 상기 열 팽창 계수의 차가 0.5배 이상이기 때문에, 하한은 실질적으로 0.5배 정도이다.
중간층(21)의 비커스 경도 Hv가, 150미만이면, 중간층(2l)으로서의 내변형성이 떨어져 수명이 짧아진다. 또 Hv가 1000을 넘으면 인성이 낮아지고, 크래킹이 생기기 쉬우므로, 중간층 21의 Hv는, 1000미만인 것이 바람직하다.
중간층21의 두께는, 드럼 모재(20)을 열적으로 보호하기 위하여, 100μm이상이 필요하고, 또 중간층(21)의 표면 온도가 너무 올라가지 않기 위한 조건으로서,최대 두께가 2000μm인 것이 요구된다. 중간층(21)의 형성 재료로서는, 열전도율이 80W/m·K정도이고, 드럼 모재(20)의 온도를 낮게 유지할 수 있는 Ni, Ni-Co, Ni-Co-W, Ni-Fe등이 적절하고, 드럼 모재(20)에, 도금으로 피복하는 것이, 결합력을 안정시켜 강도를 높이고 수명을 늘릴 수 있다. 또한 도금은, 균일한 피복을 형성하는 데 있어서도 바람직하다.
드럼 표면의 최표면층(22)의 재질 특성에서 요구되는 가장 중요한 특성은 내마모성이다. 실용적으로 최저한 요구되는 비커스 경도 Hv는 200이다. 두께는 1μm 이상이면, 충분한 내마모성을 얻을 수 있다. 경질 도금 재료는, 일반적으로 열전도율이 낮기 때문에, 표면 온도가 너무 상승하지 않도록, 두께는 500μm 이하일 필요가 있다.
경질부의 형성 재료로서는, 200 이상의 Hv가 얻어지는 재료로서, Ni-Co-W, Ni-W, Ni-Co, Co, Ni-Fe, Ni-Al, Cr 중 어느 하나가 적절하고, 중간층(21)에 도금으로 피복하는 것이, 결합력을 안정시켜 강도를 늘리고, 냉각 드럼의 장수명화를 꾀할 수 있다.
다음으로, 냉각 드럼의 주면 표면층에서의 함몰부(16), 및 미소구멍（세공）(19)의 가공에 관계되는 요건에 대하여 설명한다.
냉각 드럼의 주면 표면층에는, 우선, lmm 오더의 장주기의 요철(함몰부 16)이, 쇼트 블라스트법 등에 의하여 전면에 걸쳐 도입된다. 이와 같은 함몰부(16)가 만들어진 냉각 드럼을 사용하여 용탕을 주조하면, 우선, 함몰부 볼록부에 용탕이 접촉하여 응고 핵의 생성이 일어나고, 한편, 함몰부 오목부에서는, 주편 표면과의사이에 가스 갭이 생성되어 응고 핵의 생성이 지연된다. 함몰부볼록부에서의 응고 핵의 발생에 의하여 응고 수축응력은 분산, 완화되고, 크래킹의 발생은 억제된다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 함몰부 볼록부가 명확하게 규정될 필요가 있고, 이를 위하여, 함몰부(16)가 서로 접하거나, 중복을 가진 조건으로 형성할 필요가 있다 (도6 참조). 이것은, 함몰부(16)가 접하지 않는 조건으로 형성되면, 원래의 표면의 평탄한 부분이 상기 함몰부 볼록부와 동일한 작용을 하여, 응고 핵의 발생을 명확하게 규정할 수 없게 되기 때문이다.
함몰부 직경은, 함몰부 오목부에서의 응고 지연에 동반하여 발생하는 응고 수축응력에 기인하는 크래킹 발생과의 관계로 규정되고, 2000μm이하일 필요가 있다. 또한 이 하한치는, 후술하는 미소구멍（세공）(19)의 직경과의 관계로 규정되며, 미소구멍（세공)의 지름 이상일 필요가 있으므로 200μｍ가 된다.
함몰부의 깊이는, 상기 가스 갭을 생성시키기 때문에 80μm이상인 것이 요구된다. 또 함몰부의 깊이가 너무 깊으면, 함몰부 오목부의 가스 갭의 두께가 증대하고, 함몰부 산부의 응고 쉘의 생성이 크게 지연되어, 함몰부 볼록부의 응고 쉘 간의 두께의 불균일이 확대되어 크래킹이 발생한다. 그 때문에, 함몰부의 깊이는, 200μm이하일 필요가 있다. 이상의 설명에 나타낸 함몰부의 형성에 의하여 정상적인 주조 조건하에 있어서는, 박주편C의 크래킹·광택 얼룩은 유효하게 억제된다.
그러나, 이 함몰부만을 형성한 냉각 드럼에 의한 주조에서는,〔배경 기술〕에서 서술한 바와 같이, 산화물(스캠)이 냉각 드럼의 회전과 함께, 흘러 들어오는 용탕에 부수하여 함께 들어와, 주편의 응고 쉘의 표면에 부착와 주조되는 경우에는, 박육 주편의 스캠 유입부와 건전부와의 사이에 응고 불균일이 생겨 크래킹이나 얼룩 등이 발생할 가능성이 있다.
이에, 본 발명자는, 상세한 실험 연구를 수행한 결과, 이 함몰부, 또는, 미소구멍（세공)을 특정 조건으로 도입함으로써, 스캠이 유입한 개소에 있어서도 응고 불균일이 발생하지 않는 것을 해명하였다.
본 발명자는, 스캠이 용탕과 냉각 드럼과의 사이에 유입된 경우에 발생하는 응고 불균일은, 스캠의 열전도율의 차이보다도, 유입시에 함께 들어와 생성되는 공기층의 존재에 기인하는 것을 밝혀내었다. 이 때, 용탕이나 스캠이 표면장력에 의하여 흘러 들어오지 않을 정도의 미소구멍（세공)이 표면에 존재하면, 상기 공기는, 이 미소구멍（세공）의 부분에 집약되어 공기층이 형성되지 않는다.
따라서, 예를 들어 스캠이 유입되어도 응고 불균일의 발생이 억제된다. 또한, 미소구멍이 존재함으로써, 상기 함몰부의 요건에서 설명한 응고 핵의 발생을 보다 조밀한 간격으로 규정할 수 있기 때문에, 가스 갭부에서의 응고 지연에 수반되는 크래킹 발생을, 보다 확실히 억제할 수 있다. 이와 같은 기능를 달성하기 위한 미소구멍（세공)의 요건으로서는, 우선, 용탕나 스캠이 흘러 들지 않을 정도의 구멍직경의 상한치로서, 그 상한치가, 200μｍ인 것이 요구된다. 또한, 공기가 함께 들어온 경우에, 유효하게 미소구멍에 집약하기 위한 요건으로서, 구멍직경의 최소치가 50μm로 규정된다.
또한, 미소구멍의 상호 간격은, 공기를 유효하게 집약하기 위하여, 구멍 서로가 접하지 않을 필요가 있고, 응고 핵의 발생을 확실히 하기 위하여, 구멍끼리의중심간 피치는, 100∼500μm인 것이 요구된다. 또 공기의 집약 기능을 유효하게 발휘시키고, 또한, 응고 핵의 발생을 명확하게 규정하기 위하여, 미소구멍의 깊이는, 30μm이상, 바람직하게는 50μm이상이 필요하다.
이상과 같은 함몰부 및 미소구멍은, 냉각 드럼상에 중간층(21) 및 최표면층(22)를 형성하고, 상기 최표면층(22)에 도금 처리를 한 후에 예를 들면, 쇼트 블라스트 가공, 이어서 레이저 가공으로 형성한다. 또한, 최표면층의 도금 경도가 대단히 높고, 함몰부 형성시에 도금부에 크래킹이 발생할 가능성이 있는 경우에는, 중간층(21) 도금한 후에, 예를 들면, 쇼트 블라스트 가공으로 함몰부를 형성하고, 그 위에 최표면층(22)를 도금하고, 마지막으로, 미소구멍(19)을 도입하는 것도 가능하다.
또한 도22에 나타내는 바와 같이, 드럼 모재의 위에, 중간층(21)을 도금한 후에, 예를 들면, 쇼트 블라스트 가공으로 함몰부(16)를 형성하고 이어서 레이저 가공으로 미소구멍(19)을 도입하고, 마지막으로, 경질 도금을 하고, 최표면층(22)를 형성할 수 있다. 이 최표면층 형성 순서는, 도금종의 선정에 따라서 적절하게 선택할 수 있다.
이러한 함몰부(20) 및 미소구멍(21)을 형성하는 수단으로서는, 함몰부에 관하여는 상호가 서로 겹치는 패턴을 도입하는 방법으로서, 공간적으로 랜덤인 패턴 형성이 가능한 쇼트 블라스트법이 유효하지만, 방전 가공 기타의 수법에 의하여 본 발명에 규정하는 조건을 만족하는 가공이 가능한 수단이면 어떠한 것이든 무방하다. 또 미소구멍의 형성 수단으로서는, 공간적인 패턴 제어가 용이한 펄스 레이저가공법이 가장 적합하며, 포토 에칭법 등의 기타의 수법으로 실현하는 것도 가능하다.
이상의 설명에 있어서는, 냉각 드럼에 관해서는, 박육 주편의 주조에 사용하기 전에, 본 발명에 규정하는 조건으로 제조하여 사용하는 것을 상정하여 기술하나, 미소구멍이 주조 진행과 함께 마멸할 가능성이 있는 최표층 도금종이 선정된 경우에는, 도23에 나타내는 바와 같이, 주조중에 냉각 드럼면이 용탕으로부터 떨어지는 타이밍에, 미소구멍을, 상시 펄스 레이저 가공에 의하여 도입하는 수단을 취하는 것도 가능하다. 도23에 나타내는 구성에 있어서는, 레이저 발진기(23)로부터 출력된 펄스 레이저광(14)를 집광렌즈(25)로 집광하여 조사함으로써 주(周)방향으로 미소구멍을 형성시킬 수 있다.
또한, 미도시한 광주사 장치에 의하여 지면 수직 방향으로 레이저광을 주사함으로써 냉각 드럼(1, 1')의 전면에 걸쳐, 미소구멍을 형성할 수도 있다.
(실시례5)
오스테나이트계 스테인레스강(SUS304)을 도1에 나타내는 쌍드럼식 연속 주조 장치에 의하여 판 두께 3mm의 스트립상의 박육 주편으로 주조하고, 계속 열간압연한 후에 냉간압연하여, 판 두께0.5mm의 박판 제품을 제조하였다. 상기 박육 주편을 주조함에 있어서, 폭 800mm, 직경 1200mm의 냉각 드럼의 주면에, 표7에 나타내는 조건으로, 중간층 및 최표면층을 도금하고, 함몰부 및 미소구멍을 형성한 냉각 드럼을 사용하였다.
냉각 드럼의 주면 표면층d에 대한 가공 방법으로서는, 함몰부의 형성에는 쇼트 블라스트법을 사용하고, 또 미소구멍의 형성에는 레이저 가공법을 사용하였다. 냉각 드럼의 내구성의 평가에 관하여는, 각각, 20회의 주조를 하고, 그 주면표면층d의 손모 상태를 육안으로 평가함으로써 행하였다. 또한 주편품질의 평가에 관하여는, 냉간압연후의 박판 제품을 육안으로 검사함으로써 행하였다.
No. 1∼8은 발명례를 나타낸다. No. 9 및 10은, 종래법에 의한 비교례로서 Ni 도금 표면 드럼에 있어서, 미소구멍의 유무에 따른 케이스를 나타낸다. 발명례에서는, 어떠한 케이스에 있어서도, 냉각 드럼의 내구성보다 뛰어나고, 또한, 박주편에 표면 크래킹의 발생은 없으며, 압연후의 박판 제품에도 표면 결함은 발생하지 않았다. 비교례에서는, 20회의 연속 주조에 있어서, 냉각 드럼 표면의 손모가 발생하고, 그 결과로서, 초기의 주편품질이 좋은 No.9의 조건에 있어서도, 최종적으로 박주편표면에 크래킹이 발생하고, 압연후의 박판 제품에 표면 결함 및 광택 얼룩이 발생하였다.
6) 청구항34∼38에 기재된 발명과 그 발명에 관련되는 발명
(A) 냉각 드럼의 표면 형상과 재질의 근거
먼저, 세공（미소구멍)의 구성 요건와 그 규정 이유에 대하여 상세하게 설명한다. 일반적으로, 배경 기술에서 기술한 바와 같이, 산화물(스캠)이 냉각 드럼의회전과 함께, 흘러 드는 용탕에 부수하여 함께 들어와, 주편의 응고 쉘의 표면에 부착되어 주조된 경우에는, 박육 주편의 스캠유입부와 건전부와의 사이에 응고 불균일이 생기고, 박육 주편에 크래킹이나 얼룩 등이 발생할 가능성이 있다.
이에, 본 발명자는 상세하게 실험 연구를 수행한 결과, 세공（미소구멍）을 특정 조건으로 도입하면, 스캠이 유입한 개소에 있어서도 응고 불균일이 발생하지 않는 것을 밝혀내었다.
본 발명자는 스캠이 용탕과 냉각 드럼과의 사이에 유입한 경우에 발생하는 응고 불균일은, 스캠의 열전도율의 차이보다, 유입시에 함께 들어와 생성되는 공기층의 존재에 기인하는 것을 알아내었다. 즉, 주조 때, 용탕나 스캠이 표면장력에 의하여 흘러 들지 않는 정도의 세공이, 냉각 드럼의 표면에 존재하면, 상기 공기는, 이 구멍부분에 집약되어 공기층이 형성되지 않는다.
따라서, 예를 들어 스캠이 유입되어도 응고 불균일의 발생이 억제된다. 또한, 세공이 존재함으로써 응고 핵의 발생을 조밀한 간격으로 규정하는 것이 가능하고, 크래킹·얼룩의 발생을 확실하게 억제할 수 있다.
이와 같은 기능를 달성하기 위한 세공의 요건으로서는, 우선 용탕나 스캠이 흘러 들지 않기 위한 구멍직경의 상한치로서 200μｍ이하인 것이 요구된다. 또한 공기가 함께 들어온 때에 유효하게 세공에 집약하기 위한 요건로서, 구멍직경의 최소치가 50μｍ으로 규정된다.
또한, 세공（미소구멍)의 상호 간격은, 공기를 유효하게 집약하기 위하여, 구멍끼리 서로 접하지 않는 조건일 필요가 있고, 응고 핵 발생을 확실히 규정하기위하여, 구멍 상호간의 중심간 피치는 100∼500μｍ일 것이 요구된다.
또한 공기의 집약 기능을 유효하게 발휘시키고, 또한, 응고 핵 발생을 명확하게 규정하기 위하여, 세공（미소구멍)의 깊이로서 50μｍ이상이 필요하다.
이상에 설명한 세공이 냉각 드럼상에 전면에 걸쳐 균일하게 도입되어 있으면, 크래킹·얼룩의 발생을 유효하게 억제할 수 있기 때문에, 세공 또는 미소구멍을 가공하기 전의 드럼 표면는 평활한 면이면 된다. 한편, 어떠한 외적인 변동 요인(예를 들면 레이저 가공시의 주사 속도 변동 등)으로, 이와 같은 가공 균일성이 손상될 가능성이 있다. 이와 같은 경우에는, 이상에 도시하는 세공 또는 미소구멍을 도입하는 데 앞서, 특정 조건의 함몰부를 만드는 것이 유효한 것으로 판명되었다.
이하, 이 함몰부의 도입 요건에 대하여 상세하게 설명한다. 드럼 표면에는, 우선, 1mm 오더의 장주기의 요철(함몰부)이 쇼트 블라스트법 등에 의하여 전면에 걸쳐 도입된다. 이와 같은 함몰부를 만든 냉각 드럼을 사용하여 용탕을 주조하면, 우선, 함몰부 볼록부에 용탕이 접촉되어 응고 핵의 생성이 일어나 함몰부 요부에서는 주편 표면과의 사이에 가스 갭이 생성되어 응고 핵의 생성이 지연된다. 함몰부 볼록부에서의 응고 핵의 발생에 의하여 응고 수축응력은 분산, 완화되고, 크래킹의 발생은 억제된다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 함몰부 볼록부가 명확하게 규정될 필요가 있고, 이 때문에, 함몰부끼리 서로 접하든지 그렇지 않으면 중복을 가진 조건으로 형성될 필요가 있다 (도6참조).
이것은, 함몰부가 접하지 않는 조건으로 형성되면, 원래의 표면이 평활부가 상기 함몰부 볼록부와 다름없는 작용을 하여, 응고 핵의 발생을 명확하게 규정할 수 없어진다. 함몰부의 직경은, 함몰부 오목부에서의 응고 지연에 동반하여 발생하는 응고 수축응력에 기인하는 크래킹 발생과의 관계로 규정되며, 3000μm이하일 필요가 있다.
또 이 하한치는, 상기 세공의 직경과의 관계로 규정되고, 세공지름 이상일 필요가 있어 200μｍ가 된다. 함몰부의 깊이는, 상기 가스 갭을 생성시키기 때문에, 80μm이상인 것이 요구된다. 또한 함몰부의 깊이가 너무 크면, 요부의 가스 갭의 두께가 증대하고, 요부의 응고 쉘의 생성이 크게 지연되어, 볼록부의 응고 쉘 간의 두께 불균일이 확대되어 크래킹이 발생하기 때문에, 250μm이하일 필요가 있다.
이상의 설명에 나타낸 함몰부를 세공과 중첩하여 형성함에 따라, 세공의 공간 분포에 불균일성이 발생한 개소에 있어서도, 이 함몰부의 효과에 의하여 크래킹·얼룩의 발생을 보다 확실히 억제할 수 있다.
다음으로, 냉각 드럼 표면의 재질 요건에 관한 근거를 상세하게 설명한다. 박육 주편의 주조에 있어서 냉각 드럼이 회전하면 드럼 표면은 탕 고임부를 통과한 후, 기체 분위기에 노출되므로, 일정 주기의 열 사이클을 받는 동시에 표면에 산화물을 형성한다. 이와 같은 산화물층은 냉각시의 발열저항이 되므로, 기체 분위기중에 있어서 브러슁 등의 수법에 의하여 확실히 제거하여야 한다.
그러기 위하여, 표면층 재질로서는 열 피로에 강한 동시에 내마모성이 우수한 재질이 요구된다. 이와 같은 특성을 실현하기 위한 파라미터로서는, 표면 경도를 대표치로서 선택할 수 있고, 이 경우, 비커스 경도가 200 이상인 것이 요구된다. 이 요건을 만족시키는 재질로서는, Ni, Ni-Co, Ni--Co-W, Ni-Fe, Ni-W, Co, Ni-Al, Cr 중 어느 하나가 선택된다.
또한, 냉각 드럼으로서는 발열 기능에 뛰어날 필요가 있기 때문에, 드럼 모재로서는, 열전도성에 우수한 동 또는 동합금이 사용된다. 그러기 위하여, 상기 표면층 재질은, 모재와의 결합력이나 강도의 관점에서, 도금으로 피복한다.
또한 도금은, 단층 또는 복수종을 다층 도금하는 것도 생각할 수 있다. 또한, 도금의 타이밍은, 레이저 세공 가공 전에 행하는 경우와, 레이저 세공 가공 후에 박막 도금을 하는 경우를 생각할 수 있고, 레이저 가공성과 표면의 내마모성의 균형을 함께 고려하여 적절하게 선택한다.
（Ｂ）레이저 세공 가공 방법를 실현하는 레이저 펄스 요건의 근거
이하, 상기 (Ａ)항에 상술한 세공（미소구멍)을 형성하기 위한 레이저 펄스의 요건의 근거에 대하여 상세하게 설명한다.
도26은 회전 초퍼 Q스위치 수법에 의하여 잡아낸 CO2레이저 펄스의 전형적인 시간 파형을 나타낸 것이다. CO2레이저에 있어서는, 발진 효율을 개선하기 때문에 분자 진동준위 중에, 상준위의 에너지 레벨이 CO2의 에너지 레벨에 비교적 가까운 N2를 레이저 매질에 추가하고 있다.
이 N2의 존재가, 방전 유도방출 때의 에너지 축적 매질로서 동작하기 때문에, 회전 초퍼 등에 의하여 Q스위치 동작을 하게 하면, 고체 레이저에서의 자이안트 펄스에 상당하는「초기 스파이크 부분」에 추가하여, N2분자로부터 CO2분자에의 충돌에 의한 에너지 이양에 기인하고, 연속파적으로 발진하는「펄스 테일부」가 부수된 형태가 된다.
본 발명자는, 이와 같은 Q스위치 CO2레이저 펄스를 구멍 가공에 적용하면, 이 펄스 테일부가 가공에 유효하게 기여할 수 있는 것을, 예를 들면, 특개평8-309571호 공보에 제시하였다. 그러나, 상기 단계에서는, 구멍깊이 l0∼50μm의 구멍 가공을 염두에 두고 있었기 때문에, 본 발명의 목적과 같이, 50μm 이상의 깊이의 구멍을 가공하는 것은 실현할 수 없다는 것이 판명되었다. 구체적으로는, 펄스 전폭을 20μsec로서 펄스 에너지를 크게 하여도 구멍의 깊이는 포화되어, 깊이 50μm 이상의 구멍을 형성할 수 없는 것을 알게 되었다.
이에, 본 발명자는, Ni 도금 샘플에 대하여 펄스 전폭과 펄스 에너지의 편성을 계통적으로 변경한 상세한 실험 연구를 한 결과, 도27에 나타내는 바와 같은 결과가 얻어지는 것을 알아내었다.
도27(a)는 펄스 시간 전폭을 횡축, 가공구멍의 깊이를 종축으로 잡고, 펄스 에너지를 파라미터로서 정리한 결과이며, 동 도(b)는 표면 가공구멍 지름을 동일한 형식으로 정리한 결과이다.
도면을 참조하면, 표면구멍 지름의 펄스 폭 의존성은 적지만, 구멍깊이의 펄스폭 의존성은 특징적인 경향을 가지고 있다는 것을 알았다. 구체적으로는, 펄스 에너지가 10∼30mJ정도인 저펄스 에너지 조건 하에 있어서는, 펄스 전폭의 증가와 함께, 구멍의 깊이는 단조적으로 증가하지만, 펄스 전폭이 20∼30μsec인 조건에서 정점을 이루고, 구멍의 깊이는 감소로 바뀌므로(주지 범위), 구멍깊이도 40μm를 약간 넘는 정도를 상한으로 하여 제약된다.
그러나, 펄스 에너지를 50mJ 이상의 조건으로 펄스 전폭을 변경하면, 상술한 정점을 이루는 펄스 전폭 조건이 장 펄스쪽으로 쉬프트 하는 것을 알게 되었다.
이러한 현상을 해석하기 위하여, 레이저 생성 플라즈마의 분광평가를 한 결과, 펄스 전폭이 30μsec이하의 짧은 조건으로 펄스 에너지를 증가시키면, 초기 스파이크 타이밍에서의 플라즈마중의 전자 밀도가 대폭 높아지고, 이 영향으로 펄스 테일부의 타이밍에 역제동 복사과정이 유발되어, 펄스 테일부의 파워가 피가공물에 유효하게 공급되지 않는다는 것을 알아내었다.
한편, 펄스폭이 30μsec 이상인 긴 펄스 조건으로 펄스 에너지를 증가시켜도 펄스 테일부에 포함되는 펄스 에너지가 상대적으로 증대하고, 그 결과, 초기 스파이크부의 정점 출력 증가의 정도는, 상술한 조건 보다 완화된다. 그 결과, 레이저 생성 플라즈마 중의 자유 전자 밀도의 대폭적인 증가가 억제되기 때문에, 역제동 복사의 영향도 완화되고, 펄스 에너지의 증가에 따라서, 단조롭게, 구멍의 깊이가 증대한다.
이상에 나타낸 실험 결과 및 분광평가에 기초한 해석의 결과, 본 발명 목적인 50μm 이상의 구멍 가공을 달성하기 위하여, 30μsec 이상의 펄스 전폭이 필요한 것이 밝혀졌다.
다음으로, 펄스 전폭의 상한에 대하여 설명한다. 배경 기술에서 설명한 바와 같이, 본 발명을 달성하기 위하여, 냉각 드럼 1개당, 억전후에 이르는 수의 구멍 가공을 하여야 한다. 이와 같은 가공을 현실적인 시간 내에 종료하기 위하여, Q스위치 CO2레이저의 펄스 발진을 반복하는 주파수를, 최대한 빨리 설정할 필요가 있다.
구체적인 사례로서, 1개의 냉각 드럼의 가공 시간를 ４시간을 상한으로 하여, 상기（Ａ)에 기재한 세공（미소구멍）가공 조건의 전형치를 사용하면, 요구되는 펄스 반복 주파수는 ６kHz 이상이 필요하게 되는 한편, 소망하는 구멍 가공 피치와 펄스 반복 주파수가 결정되면, 구멍 사이의 이동 속도가 결정되지만, 펄스 전폭이 너무나 길어지면, 펄스 발진 시간 폭 내에 피가공물이 이동해 버려, 동일점에 집중된 가공이 불가능해진다. 이 결과, 표면구멍 지름이 커지고, 구멍의 깊이가 얕아진다는 문제점이 발생한다.
이 현상을 파악하기 위하여, 구멍 가공 성능의 이동 속도 의존성을 평가한 결과, 이동 속도가 2m/sec까지의 조건으로, 펄스 시간폭 내로의 이동량이 표면구멍 지름의 50% 이하이면, 현저한 가공성 악화가 발생하지 않는 것이 밝혀졌다.
이에, 표면구멍 지름은 (A)항에 있어서 설명한 바와 같이, 최대 200μm인 것부터 200(μm)×0.5/ 2(m/sec74)=50μsec를 얻는다. 따라서, 이 값이 펄스 전폭의 상한치를 부여하는 것이 된다.
또한, 이 펄스 전폭의 변경은 회전 초퍼를 사용하는 Q스위치 방식에 있어서는 슬릿의 개방 시간폭을 변경함으로써 달성된다. 또한 세공（미소구멍) 가공 조건을 변경할 때에, 펄스 폭을 적당히 변경하는 경우에는, 다른 슬릿 폭을 가지는 회전 초퍼 블레이드를 여러 개 준비하여도 되지만, 도25에 나타내는 바와 같이, 반경 방향으로 슬릿Ｓ의 개방폭이 변화하는 초퍼 블레이드를 준비해두면 1매의 블레이드로 각종의 펄스 전폭을 실현하는 것도 가능하다.
다음으로, 필요로 하는 펄스 에너지의 근거를 설명한다. 도28은 도27(a)의 데이터 중에 펄스 전폭 30μsec인 조건의 데이터를 추출하고, 펄스 에너지와 구멍깊이의 관계를 도시한 그래프이다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명 목적인 구멍깊이 50μm이상을 달성하려면, 펄스 에너지로서 40mJ 이상의 값이 필요하게 된다.
또한 연속파 유도방출 Q스위치 CO2레이저에 있어서, 회전 초퍼 Q스위치 방식으로는 공진기 내부에 공초점 텔레스코프를 구성함으로써 취할 수 있는 펄스 에너지는 공초점 위치에서의 에너지 밀도가 분위기 기체의 브레이크 다운 역치 이하일 필요가 있다. 일반적으로 이 조건으로 얻어지는 최대 펄스 에너지는 150mJ이므로 이 값이 에너지의 상한치를 부여한다.
이에, 출력 펄스 에너지는 방전 유도방출에서의 글로우 방전 전력량을 변화시킴으로써 제어할 수 있다. 방전 유도 방출 방식으로서는 일반적으로는 직류 방전이 사용되지만, 교류나 RF 방전을 연속적으로 인가하는 방식이나 그 방전에 펄스변조를 하는 방식 중 어느 것이어도 된다.
다음으로, 가공에 사용하는 레이저 빔 집광지름의 요건에 관하여 설명한다. 표면구멍 가공 지름은 일반적으로 레이저 빔 집광지름과 공급하는 펄스 에너지에 의존하여 변화한다. 예를 들면, 도27(b)와 같이, 일정 집광지름의 조건하에 있어서 펄스 에너지를 변화시키면, 표면구멍 지름은 에너지의 증가에 동반하여 단조롭게 증가한다. 이것은, 30μsec 이상으로 하는 비교적 긴 펄스 시간에 있어서 에너지를 증가시키면 전열확산에 의하여 집광 레이저 빔지름에 의하여 규정된 조사 영역보다 넓은 부분이 가열되어 용융· 증발에 이르기 때문이다.
이에, 각종의 초점거리의 렌즈를 준비하여 레이저 빔집 광지름을 변화시키면서 펄스 에너지를 변경하는 실험을 한 결과, 표면구멍 지름: 50∼200μm, 구멍깊이: 50μm이상으로 하는 조건을 만족하기 위한 집광지름의 조건으로서, 50∼150μm의 범위로 하는 것이 좋다는 것을 알았다. 집광지름의 상한이 150μm이면 표면구멍 지름의 상한 200μm 보다 적은 값이 되면, 상술과 같이 실제로 조사되고 있는 부분보다 넓은 구멍지름이 얻어지는 현상이 발생하기 때문이다. 또한 하한치는 표면구멍 지름의 하한치로 결정된다.
(실시례6)
도24는, 본 발명을 적용한 레이저 가공 장치의 구성도이다. 레이저 발진기(23)은 탄산 가스를 발진 매질로 한 연속 방전 유도방출 레이저관의 후면에 공초점 텔레스코프(텔레스코프 렌즈26과 전반사 거울27에 의하여 구성되어 있다)와, 그 공초점 위치에 설치된 회전 초퍼(28)(도25, Q조)로 이루어지는 Q스위치 장치가 조립된 Q스위치 CO2레이저 장치이다.
회전 초퍼(28)의 회전수는 8,000rpm이고, 초퍼 블레이드 상에는 45개의 슬릿(도25 참조)가 도입되고, 펄스 전폭은 32μsec, 펄스 반복 주파수로서는 6kHz의 펄스렬이 얻어진다. 레이저 발진기(23)로부터 출력된 레이저 빔L은오목거울(29)에 의하여 빔 발산 각이 보정되어, 가공 헤드(31)에 이르고, 초점거리 63. 5mm의 ZnSe제 집광렌즈(32)에 의하여 직경100μm로 집광되며, 냉각 드럼(1)에 조사된다.
직경 1, 200mm로 약간의 오목 크라운이 설치되어 있는 냉각 드럼(l)이 드럼 회전 장치(33)에 의하여 0. 4rps의 일정 속도로 회전됨으로써 그 냉각 드럼의 주면에, 250μm 피치로 구멍 가공이 이루어진다. 레이저 가공 헤드(31)은, X축 방향 구동 장치(34)에 의하여 드럼의 회전축 길이 방향에 평행하게 속도100μm/sec로 이동하고, 상기 축 길이 방향으로도, 250μm 피치로 구멍 가공을 한다. 또한, 드럼에는 약간 오목 크라운이 설치되어 있기 때문에, 와전류 방식의 높이 추적자 센서(36)에 의하여 가공 헤드와 드럼 표면과의 거리를 온라인으로 측정하고, 그 측정 결과에 기초하여, Z축 방향 구동 장치(35)에 의하여 가공 헤드(31)를 구동하고, 집광렌즈(32)와 냉각 드럼(1)의 표면과의 거리를 일정하게 유지하도록 제어한다.
이상의 구성을 사용하고, 표면에 Ni-Co-W를 도금하고, 미리 쇼트 블라스트에 의하여 함몰부를 만든 냉각 드럼(1)에 대하여, 레이저 펄스 에너지를 90mJ로하여 가공을 하였다. 그 결과, 표면구멍 지름 180μｍ, 깊이 55μｍ, 세공 피치250μｍ의 가공이 달성된다. 상기 가공이 행해진 냉각 드럼의 표면의 개관을 도29에 도시한다.
본 방법에 의하여 가공된 냉각 드럼을 사용하여, 오스테나이트계 스테인레스강(SUS304)을, 도 l에 도시하는 쌍드럼식 연속 주조 장치에 의하여 판 두께 3mm의 스트립상의 박주편으로 주조하고, 주조에 이어 열간압연하고, 그 후에 냉간압연하여 판 두께0.5mm의 박판 제품을 제조하였다. 주편품질에 관하여는 냉간압연후의 박판 제품을 육안 검사한 결과, 박주편에 표면 크래킹의 발생은 없고, 압연후의 박판 제품에도 표면 결함나 얼룩은 발생하지 않았다.
비교례로서 본 발명에 의한 레이저 딤플 가공을 하지 않는 드럼을 사용하여 동일한 주조를 한 결과, 스캠이 말려들어간 부분에 대응하여 미세 크래킹이 발생하는 동시에 박판제품 표면에 명료한 얼룩이 관찰되었다.
7) 청구항 39 및 40에 기재된 발명과 그 발명에 관련되는 발명
이하, 냉각 드럼의 주면에 대한 가공에 적용할 수 있는 금속 재료의 레이저구멍 가공 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 도30은, 펄스 레이저에 의한 금속 재료의 구멍 가공 현상을 측방으로부터 도시한 도면이다. 피가공재인 금속 재료(37) (예를 들면, 냉각 드럼)의 표면에는, 유지류로 이루어지는 도포재(38)이 사전에 도포 되어 있다. 레이저 빔(39)은 금속 재료(37)의 표면에 초점을 맺도록, 미도시한 집광렌즈에 의하여 집광되어 조사된다.
이 때, 레이저 빔(39)은, 공기와 도포재(38)의 계면에서 굴절된 다음, 소정의 흡수를 받아 금속 재료(37)의 표면에 이른다. 금속 재료(37)의 표면에서는 레이저 빔(39)의 높은 순간 파워 밀도에 기인하여 승화 현상이 발생하고, 구멍 가공이이루어진다.
이 때, 미시적으로 보면, 구멍 저부에는, 용융상의 표면(41)과 고상과 용융상의 계면(40)이 형성되고, 양 계면(41, 40)사이에 존재하는 용융상 내의 일부는, 금속 재료(37)의 증발반력, 및 어시스트 가스의 배압에 의하여 표면장력에 이겨내는 힘이 가해지고, 그것이 스패터(42)가 되어 구멍 밖으로 방출된다. 이 스패터(42)의 내, 구멍근방에 머무는 정도의 운동량밖에 가지지 않는 성분은, 용융상 그대로 피가공재의 표면에 도달하고, 도포재가 없는 경우에는 금속 재료(37)의 표면에 용착되어 드 로스가 된다.
한편, 표면에 도포재(38)가 사전에 도포되어 있으면, 도포재(38)에 의한 냉각 효과에 의하여 금속 재료(37)의 표면에 이르기까지 고화되고, 또는 도포재(38)이 가지고 있는 금속과의 젖음성 악화에 기인하여, 스패터(42)가 다시 한 번 반사되어 먼 곳으로 비산하는 현상이 발생한다. 이상이, 일반적인 도포재의 사전 도포에 의한 드 로스 부착 억제 원리이다.
다음으로, 본 발명자는, 상기 원리가 어떠한 유지류에 대하여도 성립하는지 여부에 대하여 실험 연구를 하였다. 그 결과, 유지류의 종류나 도포 두께에 의존하고, 드 로스 부착 억제 효과가 현저하게 다른 것을 알아내었다. 이러한 실험 결과를 계통적으로 조사한 결과, 도포 매질의 두께 방향으로의 레이저 파장에서의 투과율에 의하여 현상의 상위를 정리할 수 있다는 것이 판명되었다.
즉, 물질의 흡수가 큰 경우, 예를 들면, 도포 두께가 얇아도 드 로스 억제가 곤란하게 되고, 또 흡수가 적은 매질을 사용하여도 도포 두께가 깊어지면, 마찬가지로 드 로스 억제가 곤란하게 된다는 것을 알게 되었다.
이 현상을 해명하기 위하여, 펄스 레이저의 조사시에 생성하는 플라즈마의 시간 분해 분광 평가를 행하였다. 그 결과, 도포 매질의 흡수가 큰 조건에 있어서는, 시간적으로 펄스 초기의 단계에서 플라즈마중의 전자 밀도 및 전자 온도(플라즈마 온도)가, 흡수가 적은 조건과 비교할 때, 현저하게 높아지는 것을 알 수 있었다. 또한, 이 플라즈마는, 역제동 복사과정을 거쳐 후속 펄스 에너지를 흡수하여, 가속적으로 전자 온도가 높아졌다.
플라즈마에 의한 펄스 에너지의 흡수는, 피가공물인 금속 재료의 표면에 도달하는 에너지를 감소시키는 동시에, 플라즈마 자신이 2차 열원이 된다. 이 플라즈마는 시간적으로 급속하게 팽창하기 때문에, 이 2차 열원의 크기는, 레이저 집광지름보다 두자리수 이상 커진다.
이 결과, 도30에 설명한 과정을 거쳐 발생한 스패터 내에, 운동량이 적은 성분은, 이 플라즈마에 의하여 재가열되고, 가공구멍 근방으로의 드 로스로서의 부착 성분을 증가시키는 것과 관련된다.
이상의 해석에 기초하고, 각종 매질의 흡수 계수 α를 평가하도록 한 다음, 두께를 순차 변경하고, 드 로스 부착 억제에 관한 실험 평가를 실시하였다. 이에 흡수 계수α는, 매질의 두께를 t, 광투과율을 T라고 한 때, (1)식으로 정의되는 계수이다.
T=exp〔-α·t〕…(1)
그 결과를 표8에 나타낸다.
이상의 결과부터, 도포하는 유지류에 대한 요구 요건으로서는
도포막에서의 광투과율 T≥0.5…(2)
흡수 계수α≤10mm-1…(3)
의 양자를 동시에 만족하는 것이 필요한 것으로 판명되었다.
광투과율 T가 0.5보다 작아지면, 즉, 도포재에서의 흡수가 지나치게 커지면, 상기 현상이 발생하고, 드 로스 억제 효과가 악화한다. 또 흡수 계수α가 (3)식을 만족하지 않게 되면, 예를 들어, 광투과율 T가 0.5이상이라도, 마찬가지로, 드 로스 억제 효과가 악화된다.
이것은, 단위 두께당의 흡수율이 지나치게 커지면, 도포층 표면에서의 흡수가 상대적으로 커지기 때문에, 레이저 생성 플라즈마의 성장이 현저해지고, 상기 현상이 발생하기 때문이다. 이상, 본 발명에서의 드 로스 억제 효과를 유효하고도 재현성있게 실현하기 위한 요구 요건의 골자이다.
또한, 이상의 설명에 있어서, 도포하여야 하는 유지류는 특히 특정하지 않았지만, 석유계 윤활재가 가장 적합한 효과를 발휘한다. 그러나, (2)식, (3)식을 만족시키는 조건이면, 어떠한 유지라도 선택 가능하다.
(실시례7)
도31은, 본 발명 실시례로서 사용한 제 3 석유계 윤활재의 적외 분광 투과 특성을 측정한 결과이고, (a)는 윤활재 두께 15μm인 경우의 결과, (b)는 윤활재 두께 50μm인 경우의 결과를 나타내고 있다. 또한, 측정은 KBr 단결정을 윈도우재로서 사용한 관계상, 윈도우에서의 투과 손실 7. 5%가 포함된 결과이다.
본 실시례에서는, 후술과 같이 펄스 CO2레이저를 사용한 구멍 가공 예를 나타내기 때문에, CO2레이저의 발진 파장 10.59μm (10P 20 발진 라인)에 상당하는 파수의 부분을 T에 나타내었다.
도32는, 상기 윤활재에 대하여, 각종의 두께에 대하여, 도31과 같이 투과 특성을 평가하고, 윈도우재로의 투과율을 보정한 윤활재 그 자체의 광투과율을 나타내고, 그것을 윤활재 두께의 함수로서 나타낸 것이다.
도중 검은 동그라미가 실측치이고, 실선은 (1)식에 따라서 피팅한 결과이며, (1)식의 타당성을 나타내고 있다. 따라서, 이 윤활재의 흡수 계수α는 4. 05mm-1이다.
이상에 나타낸 특성을 가진 윤활재를 사용하여, 금속 재료의 구멍 가공을 실시하였다. 피가공재인 금속 재료로서 Ni를 사용하고, 그 위에 윤활재를 50μm 도포하였다. 이 때의 윤활재 부분의 광투과율은 0. 82이다.
이 재료에 대하여 Q스위치 CO2펄스 레이저에 의한 구멍 가공을 행하였다. 펄스 에너지는 90mJ, 펄스 레이저 빔의 집광지름은 95μm, 어시스트 가스로서 공기를 레이저 빔과 동축으로 200l/mm의 유량으로 공급하였다.
이상의 조건으로 표면구멍 지름으로서 170μm, 깊이80μm의 미세구멍이 형성된다. 이 조건으로 가공을 한 표면 개관 모식도를 도33(b)에 나타낸다. 대비를 위하여, 윤활재를 사전에 도포하지 않았던 경우의 표면 개관 모식도를 동도(a)에, 또 이 윤활재를 200μm 사전 도포한 경우(광투과율T=0. 44)의 표면 개관 모식도를 동도(c)에 나타낸다.
도면에서 명백히 알 수 있는 바와 같이, 윤활재를 도포하지 않은 (a)에 비하여, 본 발명 조건으로 도포한 (b)에서는, 유의하게 드 로스 부착이 억제되고, 또한, 동일의 윤활재에 있어서도 두껍게 도포하여 광투과율이 0.5보다 작아지는 (c)의 조건에서는 도포하지 않는 (a)와 마찬가지로, 드 로스 부착 억제를 할 수 없다는 것이 판명되었다.
또한, 이상의 실시례에 있어서는, 피가공물로서의 금속 재료로 Ni의 경우를 예시하였으나, 철계 금속 재료 등 다른 금속에 대하여도, 본 발명 조건으로, 유의의하게 드 로스 부착이 억제되는 것이 확인되어, 재료가 금속이면 어떠한 종류에 대하여도 본 발명은 적용 가능하다.
또한, 상기 실시례에 있어서는, 레이저 광원으로서 펄스 Q스위치 CO2레이저를 사용한 구멍 가공으로의 예를 나타내었지만, 레이저 파장에 대한 도포재의 흡수 특성을 본원 발명 범위에 규정함으로써 다른 레이저원을 사용하는 것도 가능하고, 예를 들면 YAG 레이저 (파장1. 06μm), 반도체 레이저(파장 약0.8μm), 엑시머 레이저 (파장:자외영역)에 대하여도 적용이 가능하다.
또한, 상기 예에 있어서는, 구멍지름 170μm, 구멍깊이 80μm의 미세구멍 형성 예를 나타내었지만, 본 발명은, 또한, 큰 구멍지름이나 깊이가 깊은 구멍 가공, 또는, 또한 작은 미소구멍 가공에의 적용도 가능하다.
본 발명에 의하면, 표면 크래킹과, 균열 등의 표면 결함이나, 산세얼룩 이외에도, 산세얼룩 부수 크래킹이 없는 박육 주편을 능률적으로 제조할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 표면 성상보다 뛰어나고, 또한, 광택 얼룩이 없는 고품질의 스테인레스강 박강판을, 높은 수율, 낮은 제조비용으로 제공할 수 있고, 스테인레스강을, 제품 소재나, 건재로서 사용하는 소비재 제조업이나, 건축업 등의 발전에 크게 기여하는 것이다.

Claims (56)

  1. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 소정 형상의 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부상 및/또는 함몰부의 표면에, 소정 형상의 미소 돌기, 세공 또는 미세 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  2. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 표면에, 높이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 5∼200μm인 미소 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  3. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3ｍｍ인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 표면에, 깊이가 5μｍ이상, 원 상당 지름이 5∼200μｍ인 세공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  4. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 깊이가40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 표면에, 평균 깊이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 10∼200μm인 미세 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  5. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm에, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부에, 높이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 30∼200μm인 미소 돌기가 인접하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  6. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm에, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부에, 높이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 30∼200μm인 미소 돌기가 인접하여 형성되고, 또한 함몰부의 표면에, 높이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 5∼200μm인 미소 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 주조용 냉각 드럼.
  7. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부에, 높이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 30∼200μm인 미소 돌기가 인접하여 형성되고, 또한, 함몰부의 표면에, 깊이가 5μm이상, 원 상당 지름이 5∼200μｍ인 세공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  8. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm에, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부에, 높이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 30∼200μm인 미소 돌기가 인접하여 형성되고, 또한, 함몰부의 표면에, 평균 깊이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 10∼200μm인 미세 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  9. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm이고, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부에, 깊이가 5μｍ이상, 원 상당 지름이 5∼200μｍ인 세공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  10. 박육 주편을 연속 주조하는 드럼으로서, 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3mｍ의 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부에, 깊이가 5μｍ이상, 원 상당 지름이 5∼200μｍ인 세공이 형성되고, 또한, 함몰부의 표면에, 높이가 1∼50μｍ, 원 상당 지름이 5∼200μm인 미소 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  11. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3ｍｍ인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부상 표면에, 깊이가 5μｍ이상, 원 상당 지름이 5∼200μｍ인 세공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  12. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3ｍｍ의 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하고 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부에, 깊이가 5μｍ이상, 원 상당 지름이 5∼200μｍ인 세공이 형성되고, 또한, 함몰부의 표면에, 평균 깊이가 1∼50μｍ, 원 상당 지름이 10∼200μm인 미세 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  13. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 소정 형상의 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부상 및/또는 함몰부의 표면에, 미세 요철 및 미소 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 소정 형상의 함몰부가, 평균 깊이 40∼200μm, 원 상당 지름의 평균이 l.0∼4.0mm의 함몰부임을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  15. 제 13항 또는 제 14항에 있어서,
    상기 미세 요철의 평균 깊이가 1∼50μm 및 미소 돌기 높이가 1∼50μm이고, 또한, 상기 미소 돌기 높이가 상기 미세 요철의 평균 깊이보다 적은 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  16. 제 13, 14, 또는 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세 요철이 알루미나 그리드를 취부 형성한 미세 요철이고, 또한, 상기 미소 돌기가 알루미나 그리드의 파편이 잠식하여 형성된 미소 돌기임을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  17. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 직경이 1.0∼4.0mm, 평균 깊이가 40∼200μm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 함몰부의 정부상 및/또는 함몰부의 표면에, 평균 직경이 10∼50μm, 평균 깊이가 1∼50μm인 미세 요철과, 알루미나 그리드의 파편이 잠식한 높이가 1∼50μm의 미소 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  18. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 소정 형상의 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 평균 깊이가 20μm이하인 함몰부가 1mm 이상 계속되는 영역이 3% 이하임을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  19. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 그 주면에, 평균 직경이 1.0∼4.0mm, 평균 깊이가 40∼170μm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 평균 깊이가 20μm이하의 함몰부가 1mm이상 계속되는 영역이 3% 이하임을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  20. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 도금이 된 드럼 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 그 주면에, 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질을 포함하는 피막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  21. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 도금이 된 드럼 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 그 함몰부의 표면에, 높이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 5∼200μm인 미소 돌기가 형성되어 있고, 또한, 그 표면에는, 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질을 포함하는 피막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  22. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 도금이 된 드럼 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 그 함몰부의 정부에, 높이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 30∼200μm이고, 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질을 포함하는 피막이 형성되어 있는 미소 돌기가, 서로 인접하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  23. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 도금이 된 드럼 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3mm인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 그 함몰부의 정부에, 높이가 l∼50μm, 원 상당 지름이 30∼200μm인 미소 돌기가 서로 인접하여 형성되고, 또한, 그 함몰부의 표면에, 높이가 1∼50μm, 원 상당 지름이 5∼200μm, 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질을 포함하는 피막이 형성되어 있는 미소 돌기가 형성되어 있는 것을특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  24. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 도금이 된 드럼 주면에, 평균 깊이가 40∼200μm, 원 상당 지름이 0.5∼3ｍｍ인 함몰부가, 함몰부의 정부를 사이에 두고 서로 인접하여 형성되어 있는 동시에, 그 함몰부의 정부에, 깊이가 5μｍ이상, 원 상당 지름이 5∼200μｍ인 세공이 형성되고, 또한, 그 함몰부의 표면에, 높이가 1∼50μｍ, 원 상당 지름이 5∼200μｍ이고, 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질을 포함하는 피막이 형성되어 있는 미소 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  25. 제 20, 2l, 22, 23 또는 24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질이, 연속 주조되는 용강을 구성하는 원소의 산화물임을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  26. 제 20, 21, 22, 23 또는 24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질이, 냉각 드럼 주면위의 도금을 구성하는 원소의 산화물임을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  27. 제 20항 또는 제 21항에 있어서,
    상기 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질을 포함하는 피막이, 냉각 드럼 주면 위의 도금이 산화하여 형성된 피막임을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  28. 제 20항 또는 제 21항에 있어서,
    상기 스캠과의 젖음성이 Ni보다 좋은 물질을 포함하는 피막이고, 냉각 드럼 주면 위의 도금에, 용강중의 성분 원소가 산화하여 생성된 산화물이 부착되어 형성된 피막임을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  29. 제 20, 21, 22, 23, 24, 27 또는 28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도금이, Ni보다 산화되기 쉬운 원소를 포함하는 도금임을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  30. 제 20, 21, 22, 23, 24, 27 또는 29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도금이, W, Co, Fe, Cr의 1종 또는 2종 이상을 포함하는 도금임을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  31. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼으로서, 드럼 모재의 열전도율이 100W/m·K이상이고, 상기 드럼의 표면에, 열팽창율이 상기 드럼 모재의 0.50∼1.20배이고 비커스 경도 Hv가 l50 이상인 두께 l00∼2000μm의 중간층이 피복되고, 또한, 최표면에, 두께1∼500μm로 비커스 경도 Hv가 200 이상인 경질 도금이 되어 있는 동시에, 그 표면에, 직경 200∼2000μm, 깊이 80∼200μｍ인 함몰부가, 서로 접하거나 또는 중복를 가지는 조건으로 형성되어 있고, 또한, 직경 50∼200μｍ, 깊이 30μｍ 이상인 세공이, 세공이 서로 접하지 않고, 또한, 피치가 100∼500μｍ가 되는 조건으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박주편 연속 주조기용 드럼.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 드럼 모재가 동 또는 동합금이고, 상기 중간층이 Ni, Ni-Co, Ni-Co-W 또는 Ni-Fe의 도금층이고, 상기 최표면의 경질 도금이 Ni-Co-W, Ni-W, Ni-Co, Co, Ni-Fe, Ni-A1, Cr 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼.
  33. 제 31항 또는 제 32항에 있어서,
    상기 함몰부가 쇼트 블라스트에 의하여 형성된 함몰부이고, 또한, 상기 세공이 펄스 레이저 가공에 의하여 형성된 세공임을 특징으로 하는 박주편 연속 주조기용 드럼.
  34. 박육 주편을 연속 주조하는 냉각 드럼의 주면를 가공하는 방법에 있어서, 냉각 드럼의 표면층에 Ｑ스위치 CO2레이저 펄스를 조사하고, 직경이 50∼200μｍ, 깊이가 50μｍ 이상인 세공을, 세공끼리 접하지 않고, 또한, 피치가 100∼500μm가되는 조건하에서 형성할 때에, Q 스위치 CO2레이저 펄스의 펄스 에너지를 40∼150mJ, 시간 전폭을 30∼50μsec로 하고, 레이저 빔 집광 직경을 50∼150μm로 하는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 가공 방법.
  35. 제 34항에 있어서,
    상기 드럼의 표면층에, 직경 200∼3000μm, 깊이 80∼250μm의 함몰부를, 상기 레이저 펄스를 조사하기 전에 서로 접하거나 또는 중복을 가진 조건으로 형성하는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 가공 방법.
  36. 제 34항에 있어서,
    상기 레이저 펄스를 조사하기 전의 냉각 드럼의 표면층이, 평활한 곡면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 가공 방법.
  37. 제 35항 또는 제 36항에 있어서,
    상기 냉각 드럼의 표면에, Ni, Ni-Co, Ni-Co-W, Ni-Fe, Ni-W, Co, Ni-Al, Cr 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 도금을, 상기 레이저 펄스의 조사전 또는 조사후에 실시하는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 가공 방법.
  38. 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼을 미리 정해진 일정 속도로 회전하는 드럼 회전 장치와, 펄스 에너지가 50∼150mJ이고, 시간 전폭이 30∼50μsec인 펄스를 6kHz 이상의 펄스 반복 주파수로 출력하는 Q스위치 CO2레이저 발진기와, 그 발진기로부터 출력한 레이저 빔을 상기 냉각 드럼의 회전축 방향으로 주사하는 레이저광 주사 장치와, 레이저 빔을 직경 50∼150μｍ의 레이저 빔으로 집광하는 집광장치와, 상기 냉각 드럼의 크라운를 온라인로 계측하여 그 신호에 기초하여 그 집광장치와 냉각 드럼의 표면과의 간격을 일정하게 제어하는 추적자 제어장치를 구비하고, 상기 냉각 드럼의 전면에 걸쳐 일정 직경 및 깊이의 세공을 일정 간격으로 가공하는 것을 특징으로 하는 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 가공 장치.
  39. 레이저 빔에 의한 금속 재료의 구멍 가공에 앞서 상기 금속 재료의 피가공면에 유지류를 도포재로서 도포하고 펄스 레이저를 조사하여 구멍을 형성하는 방법에 있어서, 조사 레이저 파장에 대한 흡수 계수가 l0mm-1이하인 도포재를 사용하고, 도포층에서의 레이저 파장의 투과율이 50% 이상이 되도록 도포재의 두께를 설정하는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 레이저구멍 가공 방법.
  40. 제 39항에 있어서,
    상기 금속 재료가, 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 주면을 덮는 도금층임을 특징으로 하는 금속 재료의 레이저구멍 가공 방법.
  41. 한 방향으로 회전하는 청구항 1∼12 및 20∼30중 어느 한 항에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 주면 위에 용강을 주입하고, 그 용강을 그 냉각 드럼의 주면에서 냉각, 응고시키고, 박육 주편을 연속 주조하는 것을 특징으로 하는 박육 주편의 연속 주조 방법.
  42. 평행하게 배치되어 서로 역방향으로 회전하는 한 쌍의, 청구항1∼12 및 20∼30 중 어느 한 항에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 주면에 탕 고임부를 형성하고, 그 탕 고임부에 주입한 용강을, 그 냉각 드럼의 주면에서 냉각, 응고시키고, 박육 주편을 연속 주조하는 것을 특징으로 하는 박육 주편의 연속 주조 방법.
  43. 평행하게 배치되어 서로 역방향으로 회전하는 한 쌍의, 청구항 13∼17의 어느 한 항에 기재된 냉각 드럼의 주면에 탕 고임부를 형성하고, 그 탕 고임부를, 용강에 가용인 비산화성 가스, 또는, 용강에 가용인 비산화성 가스와 용강에 비가용인 비산화성 가스의 혼합 가스 분위기로 덮고, 상기 탕 고임부에 주입한 용강을, 상기 냉각 드럼의 주면에서 냉각, 응고시키고, 박육 주편을 연속 주조하는 것을 특징으로 하는 박육 주편의 연속 주조 방법.
  44. 평행하게 배치되어 서로 역방향으로 회전하는 한 쌍의, 청구항 18 또는 19에기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 주면에 탕 고임부를 형성하고, 그 탕 고임부를, 용강에 가용인 비산화성 가스 분위기, 또는, 용강에 가용인 비산화성 가스와 용강에 비가용인 비산화성 가스의 혼합 가스 분위기로 덮고, 상기 탕 고임부에 주입한 용강을, 상기 냉각 드럼의 주면에서 냉각, 응고시키고, 박육 주편을 연속 주조하는 것을 특징으로 하는 박육 주편의 연속 주조 방법.
  45. 평행하게 배치되어 서로 역방향으로 회전하는 한 쌍의, 청구항 31, 32 또는 33에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼의 주면에 탕 고임부를 형성하고, 그 탕 고임부에 주입한 용강을, 그 냉각 드럼의 주면에서 냉각, 응고시키고, 박육 주편을 연속 주조하는 것을 특징으로 하는 박육 주편의 연속 주조 방법.
  46. 제 45항에 있어서,
    용강과 접촉하고 있지 않을 때, 상기 냉각 드럼이 세공을 가공 처리하는 것을 특징으로 하는 박육 주편의 연속 주조 방법.
  47. 청구항1∼33의 어느 한 항에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼을 사용하여 용강을 연속 주조한 박육 주편으로서, 용강이 그 냉각 드럼의 주면 위의 함몰부의 정부에 당접한 용강 부위에 생성된 응고 핵 발생 기점을 기점으로 응고를 개시하고, 이어, 상기 함몰부의 표면상의 미소 돌기, 세공 또는 미세 요철에 당접한 용강 부위에 생성된 응고 핵 발생 기점을 기점으로 응고하는 것을 특징으로 하는 박육 주편.
  48. 제 47항에 있어서,
    상기 함몰부의 정부에 당접하는 용강 부위에 생성된 응고 핵 발생 기점은, 원 상당 지름으로 0.5∼3mm의 환상으로 생성된 것임을 특징으로 하는 박육 주편.
  49. 제 47항 또는 제 48항에 있어서,
    상기 미소 돌기, 세공 또는 미세 요철에 당접한 용강 부위에 생성한 응고 핵 발생 기점은, 250μｍ이하의 간격으로 생성한 것임을 특징으로 하는 박육 주편.
  50. 청구항 1∼33의 어느 한 항에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼을 사용하여 용강을 연속 주조한 박육 주편으로서, 그 박육 주편의 표면에는, 용강이 그 냉각 드럼의 주면 위의 함몰부의 정부에 당접하여 응고됨으로써 형성된 망상의 연속 오목부가 존재함과 동시에, 그 망상의 연속 오목부로 구획된 각각의 영역 안에는, 미소 함몰부 및/또는 작은 돌기가 존재하는 것을 특징으로 하는 박육 주편.
  51. 제 50항에 있어서,
    상기 망상의 연속 오목부로 구획된 각각의 영역은, 원 상당 지름으로 0.5∼3mm인 영역임을 특징으로 하는 박육 주편.
  52. 제 50항 또는 제 51항에 있어서,
    상기 망상의 연속 오목부로 구획된 각각의 영역 안에는, 미소 함몰부 및/또는 작은 돌기가, 250μm이하의 간격으로 존재하는 것을 특징으로 하는 박육 주편.
  53. 제 50, 51, 또는 52항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 망상의 연속 오목부의 저부에, 미소 함몰부 및/또는 작은 돌기가 존재하는 것을 특징으로 하는 박육 주편.
  54. 청구항1∼33의 어느 한 항에 기재된 박육 주편 연속 주조용 냉각 드럼을 사용하여 용강을 연속 주조한 박육 주편으로서, 용강이 그 냉각 드럼의 주면 위의 함몰부의 정부에 당접한 용강 부위에 형성한 망상의 연속 오목부를 따라 생성된 응고 핵 발생 기점을 기점으로, 그 망상의 연속 오목부의 형상를 유지한 채 응고를 개시하고, 이어서, 상기 함몰부의 표면상의 미소 돌기, 세공 또는 미세 요철에 당접한 용강 부위로 생성한 응고 핵 발생 기점을 기점으로서 응고하는 것을 특징으로 하는 박육 주편.
  55. 제 54항에 있어서,
    상기 망상의 연속 오목부로 구획된 각각의 영역은, 원 상당 지름으로 0.5∼3mm인 영역인 것을 특징으로 하는 박육 주편.
  56. 제 54항 또는 제 55항에 있어서,
    상기 미소 돌기, 세공 또는 미세 요철에 당접한 용강 부위에 생성된 응고 핵 발생 기점은, 250μｍ이하의 간격으로 생성한 것임을 특징으로 하는 박육 주편.
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