KR20020040435A

KR20020040435A - 해수 강관용 스테인레스강의 표층결함 저감을 위한연속주조방법

Info

Publication number: KR20020040435A
Application number: KR1020000070479A
Authority: KR
Inventors: 심상대; 김종완; 김지준
Original assignee: 이구택; 주식회사 포스코
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2002-05-30

Abstract

본 발명은 오스테나이트계 스테인레스 합금중 17.7Cr-12.3Ni-2.2Mo(wt.%)를 기본 성분으로 하는 316L 강의 표층결함이 없는 건전한 슬래브를 제조하는 방법에 관한 것으로, 초정 델타 페라이트로 응고하고, 응고과정중 오스테나이트상이 형성되는 316L 강을 연속주조로 제조하는 해수강관용 스테인레스강의 연속주조방법에 있어서, 턴디쉬에서의 용강온도와 이론 응고온도 차이(△T)는 15∼35℃ 범위로 조절하고, 주형내 몰드 파우더의 염기도는 1.2∼1.3 범위로 조업하고, 식 S = Q/(VxWxDxG) (S: 비수량 (ℓ/㎏), Q: 2차냉각대의 총 물량 (ℓ/㎡), W: 주편 폭 (mm), D: 주편 두께 (mm), G: 밀도 (g/㎤))에 의해 구해진 2차 냉각대에서의 비수량을 0.30∼0.34(ℓ/kg)로 유지하여 조업하는 해수 강관용 316L 스테인레스 강의 연주주조 방법을 제공하는 것을 요지로 한다. 본 발명에 의하면, 연속주조 및 열간압연시 응고크랙을 공정부하 없이 방지할 수 있어서, 품질이 우수한 316L강의 오스테나이트계 스테인레스강을 제조할 수 있다.

Description

해수 강관용 스테인레스강의 표층결함 저감을 위한 연속주조방법{continuous casting method of stainless steel for decresing surface defect}

본 발명은 오스테나이트계 스테인레스 합금중 17.7Cr-12.3Ni-2.2Mo(wt.%)를 기본 성분으로 하는 316L 강의 표층결함이 없는 건전한 slab를 제조하는 방법이며, 보다 상세하게는 주편표면 및 내부의 응고크랙을 방지하고 열간압연시 발생하는 선상결함을 방지하기 위해 연속주조로 건전한 주편을 제조하는 방법에 관한 것이다.

스테인레스 316L강은 고온내식성이 우수하고 특히 공식 및 틈부식에 대한 저항성이 뛰어나기 때문에 해수 강관용으로 널리 사용되고 있다. 그러나 316L강은 응고과정중에 생성되는 delta-ferrite를 제어하지 못하여 불순물들이 입계에 편석이 되어 응고크랙이 발생하기 쉽다. 이러한 크랙은 열간 및 냉간압연을 거치는 동안 표층결함으로 발생한다. 이러한 표층결함은 발생장소가 연주주편이고 표면품질이 중요한 스테인레스강에 있어서 치명적인 결함이 되기 때문에 재산세와 grinding 같은 정정공정을 통해 선상결함을 제거하는 추가 공정으로 인해 가격상승의 요인이 되고 있다.

도1의 연속주조장치는, 제강과정에서 정련을 완료한 용강(1)이 담겨있는 래들(2), 상기 래들(2)과 주형(8)사이에서 buffer역할을 하는 턴디쉬(4), 주편을 제조하는 주형(8) 및 2차냉각대(9)로 구성되어 있다. 상기 래들(2)과 턴디쉬(4) 사이에는 쉬라우딩 노즐(shrouding nozzle) (3)이 있다. 턴디쉬(4) 내부에는 용강의 유동을 제어하기 위한 턴디쉬 댐(dam) (5)이 있고, 턴디쉬(4)와 주형(8)사이에는 침지노즐(7)이 있고, 침지노즐(7) 상부에는 용강의 유량을 조절하는 턴디쉬 스토퍼(stopper) (6)가 설치되어 있다. 이러한 연속주조 공정에서 선상결함은 주편이 형성되는 주형(8)과 2차냉각대(9)에서 응고조직이 불균일하게 형성되었을 때 발생된다.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 턴디쉬에서의 주조온도와 주형내의 열전달의 제어 및 2차냉각대에서 비수량을 적절히 제어함으로써연속주조시에 발생하는 응고크랙을 방지할 수 있는 316L강의 연속주조 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 연속주조장치를 도시한 개략도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1…용강 2…래들

3…쉬라우딩 노즐(SHROUDING NOZZLE) 4…턴디쉬

5…턴디쉬 댐(DAM) 6…턴디쉬 스토퍼(STOPPER)

7…침지노즐8…주형

9…2차 냉각대

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 초정 델타 페라이트로 응고하고 응고과정중 오스테나이트상이 형성되는 316L합금을 연속주조방법에 있어서, 턴디쉬에서의 용강온도와 이론 응고온도 차이(△T)는 15∼35℃ 범위로 하고, 주형내의 열전달을 위해 몰드파우더의CaO/SiO2의 비율을 1.2∼1.3으로 하고, 식 S = Q/(VxWxDxG) (S: 비수량 (ℓ/㎏), Q: 2차냉각대의 총 물량 (ℓ/㎡), W: 주편 폭 (mm), D: 주편 두께 (mm), G: 밀도 (g/㎤))에 의해 구해진 2차 냉각대에서의 비수량을 0.30∼0.34(ℓ/kg)로 유지하여 조업하는 것을 특징으로 하는 316L 합금의 연주주조 방법에 관한 것이다.

통상, 초정 델타 페라이트상으로 응고를 시작하고, 응고과정중 오스테나이트상이 형성되는 스테인레스 합금은, [Cr/Ni]eq.값이 1.45∼1.8 범위인 것이다. 이때 [Cr/Ni]eq.는 하기 Hammar and Svensson 관계식으로부터 구해진다.

[Cr]eq.=Cr+1.37Mo+1.5Si+2Nb+3Ti

[Ni]eq.=Ni+0.31Mn+22C+14.2N+1Cu.

또한, 316L강의 연속주조에 있어서, 연속주조주편의 열간압연시 발생하는 코일 표층결함의 위치는 주편크랙과 관련이 있기 때문에, 연속주조시 주편의 응고크랙을 방지해야 한다.

본 발명은 316L 강을 연속주조로 제조하는 경우에 있어서, 연주주편 열간압연시 코일 선상결함의 발생위치와 주편크랙과의 상관성을 조사하여 연속주조시 주편의 응고크랙을 방지하는 것에 관한것이다.

연속주조시 주편에 발생하는 응고크랙을 야금학적으로 살펴보면, 용질원소의 편석량이 높아 발생하는 경우와 응고조직 (dendrite)이 조대하게 형성된 경우 연신율이 저하되어 발생하는 경우가 있다. 용질원소의 편석으로 인해 응고크랙이 발생하는 경우는 응고과정중 용질원소가 덴드라이트(dendrite) 사이에서 편석되어 머쉬존(mushy zone) 영역을 확장시키기때문에 발생하는 경우이다. 이경우의 응고크랙을 방지하기 위해서는 응고과정중 용질원소의 편석량을 줄이는 것이 요구된다. 한편 조대한 응고조직은 고온강도가 낮기때문에 외부응력의 작용시 응고조직 계면에서 응고크랙이 발생한다.

따라서 연주주편의 응고크랙을 억제하기 위해서는 용질원소의 편석량을 줄이고, 응고조직을 미세하게 형성시키는 것이 필요하다. 상세하게 이러한 방법들을 살펴본다.

액상선 온도부터 응고완료 온도인 고상선 온도까지의 온도구간은 용질원소가 농축되는 구간으로 이 구간에서 냉각속도를 느리게 하면 용질원소의 확산이 진행되기때문에 액상에 농축되는 용질원소의 함량은 감소된다. 따라서 냉각속도를 느리게 하면 응고크랙의 발생은 억제할 수 있다. 한편 냉각속도를 빠르게 하면덴드라이트(dendrite)의 크기가 미세하게 되므로 응고크랙을 억제할 수 있는 효과가 있지만, 용질원소의 확산이 지연되는 단점도 있다.

상기한 바로부터, 연속주조시 주편의 응고크랙은 응고과정중 냉각조건에 의해 조절될 수 있다고 판단하여, 본 발명에서는 연속주조시 주편에 발생하는 응고크랙을 제어하기 위해 턴디시에서의 용강과열도로 설정되는 주조온도와 1차 냉각대에서의 냉각속도를 제어하고 2차냉각대에서의 비수량을 조절하는 것이다.

이에 본 발명은 턴디쉬에서의 용강온도와 이론 응고온도 차이(△T)는 15∼35℃ 범위로 하고, 주형내의 열전달을 위해 몰드 파우더의CaO/SiO2의 비율을 1.2∼1.3으로 하고, 2차냉각대에서의 비수량을 0.30∼0.34(ℓ/kg)으로 조절하여 조업하는 것이다.

턴디쉬에서의 용강온도와 이론 응고온도 차이(△T)를 설정한 이유는 다음과 같다.상기 턴디쉬에서의 용강온도와 이론 응고 차이인 △T(℃)는 하한이 15℃이고, 상한은 35℃인데, △T가 상한 35℃를 초과하게 되면 응고중 응고속도가 느리게 되어 응고조직이 조대하게 되므로 연주주편에 응고크랙 및 열간압연시 표층결함이 발생되기 쉽다. 한편, △T가 하한 15℃ 이하로 되면 연주과정에서 몰드 파우더의 윤활능이 떨어지기 때문에 연주주편에 개재물성 결함을 야기시키게 된다.

또한, 상기한 주조온도 조건을 만족시키면서 몰드 파우더의 염기도를 설정한 이유는 다음과 같다. 염기도가 1.2 이하이면 주형내 접촉하고 있는 응고 쉘(shell)부분이 결정질 조직을 갖지 못하게 되고 유리질 조직을 갖게 되어 열전달이 급속히 빠르게 되어 슬랩(slab) 표층부의 델타 페라이트(delta-ferrite)가 분해되어 불순물들의 편석을 유발하게 되어 열간압연시 크랙(crack) 발생이 쉽게 되고 1.3 이상이 되면 용강과 접촉하고 있는 응고 쉘(shell) 부분에 몰드파우더의 포어(pore)가 급속히 생성되어 응고과정이 지연이 되게된다.

또한, 상기한 조건을 만족시키면서 2차 냉각대 비수량을 0.30∼0.34ℓ/kg으로 제어하여 응고크랙을 방지하도록 한다. 비수량의 한계설정 이유는 다음과 같다. 2차냉각대 비수량을 크게 하면 응고조직은 미세하게 형성시킬 수 있지만, 비수량을 0.34ℓ/kg 이상으로 하면 연속주조시 응고조직사이에 편석된 불순물들이 확산할 시간이 적어지기때문에 주편표면에 면세로 크랙을 발생시키고, 또한 주편이 복열되어 열응력으로 인한 크랙뿐만아니라, 잔류응력이 표면에 과도하게 발생되므로 주편 그라인딩(grinding)시 표면크랙이 발생되는 문제점이 있다. 그리고 비수량을 0.30ℓ/kg 이하로 하면 응고조직은 조대하게 되어 응고크랙이 발생되는 문제점과 주조중 주편 응고 쉘(shell)의 강도가 저하되어 주편 벌징(bulging)으로 인한 크랙이 발생하게 된다. 따라서 2차냉각대 비수량은 0.30∼0.34ℓ/kg으로 제어하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예를 통해 보다 상세히 설명한다.

[실시예]

하기 표 1에 나타나 바와 같은 [Cr/Ni]eq.가 1.5인 316L강을 이용하고, 하기 표2와 같은 용강과열도 및 몰드파우더 및 2차 냉각대 비수량을 적용하여 연속주조 주편으로 제조하였다. 제조된 주편들의 결함발생을 조사하여 그 결과를 하기 표2에 나타내었다.

상기 표2에서 알 수 있는바와 같이, 본 발명의 제어조건을 모두 만족시키는 발명예(1)~(5)는 연속주조 주편 및 열연 코일 표면에 벌징(bulging), 응고크랙이 발생되지 않았다.

그러나, 비교예 (1), (2)는 비수량의 범위가 본 발명의 조건을 벗어났기 때문에, 벌징(bulging)이 주편에 생겨서 주편표면에 면세로 크랙이 미세하게 발생되었다. 그로 인하여, 열간압연시 과도한 스케일이 형성되어 열연 코일상에 선상결함이 야기되었다.

비교예 (3)은 턴디시에서의 용강과열도가 본 발명보다 낮은조건으로 주조된 경우이다. 주조온도가 낮아 몰드 파우더의 용융불량이 발생되기때문에 몰드와 응고층사이의 윤활작용이 부족하게 되고, 이로인해 응고층에서 크랙이 발생되며, 또한 주조말기에는 주편 표면에 scab등 대형 표면결함이 발생되었다. 그리고, 비교예 (4)는 주조온도가 본 발명의 범위보다 높은 조건으로 주조되었다. 따라서, 주편표면의 조대한 응고조직이 형성되어 입계에 응고크랙이 발생되었고, 또한 연속주조시 주편 벌징이 발생되었다.

비교예 (5),(6)은 몰드파우더의 염기도가 본 발명의 조건에 맞지않는 경우이다. 따라서, 주형내의 열전달의 불균일로 인하여 염기도가 낮은 (5)의 경우에는 1차냉각이 강냉이 되어 불순물의 편석이 발생되었고 (6)의 경우에는 응고과정이 지연되어 결정립이 조대화 되어 응고크랙이 발생되었다.

비교예 (7), (8)은 본 발명의 조건에 모두 벗어나게 되어 표층결함이 심하게 발생되었다.

Cr	Ni	P	S	C	N	Cr/Ni eq.
17.7	12.3	0.023	0.0013	0.02	0.02	1.5

	용강과열도(℃)	염기도(CAO/SiO2)	비수량(l/kg)	표층결함발생정도
발명예	1	15	1.2	0.30	0
	2	15	1.2	0.34	0
	3	15	1.3	0.34	0
	4	35	1.3	0.34	0
	5	35	1.3	0.30	0
실시예	1	30	1.3	0.36	△
	2	30	1.3	0.29	△
	3	14	1.3	0.33	△
	4	37	1.3	0.33	△
	5	30	1.1	0.33	△
	6	30	1.4	0.33	△
	7	14	1.4	0.29	×
	8	37	1.3	0.36	×

0 : 표층결함 없음, △ : 표층결함미세, ×: 표층결함실함

상술한 바와같이, 본 발명은 연속주조 및 열간압연시 응고크랙을 공정부하 없이 방지할 수 있어서, 품질이 우수한 316L강의 오스테나이트계 스테인레스강을 제조할 수 있다.

Claims

연속주조과정의 응고중 델타 페라이트로 응고하고, 오스테나이트상이 형성되는 316L 강을 연속주조로 제조하는 해수강관용 스테인레스강의 연속주조방법에 있어서, 턴디쉬에서의 용강온도와 이론 응고온도 차이(△T)는 15∼35℃ 범위로 조절하고, 주형내 몰드 파우더의 염기도는 1.2∼1.3 범위로 조업하고, 식 S = Q/(VxWxDxG) (S: 비수량 (ℓ/㎏), Q: 2차냉각대의 총 물량 (ℓ/㎡), W: 주편 폭 (mm), D: 주편 두께 (mm), G: 밀도 (g/㎤))에 의해 구해진 2차 냉각대에서의 비수량을 0.30∼0.34(ℓ/kg)로 유지하여 조업하는 것을 특징으로 하는 표층결함 저감을 위한 해수 강관용 스테인레스강의 연속주조방법.