KR20020051998A

KR20020051998A - 2상 스테인레스 강의 열연강판의 제조방법

Info

Publication number: KR20020051998A
Application number: KR1020000081061A
Authority: KR
Inventors: 최용준; 조성우; 김영환
Original assignee: 이구택; 주식회사 포스코
Priority date: 2000-12-23
Filing date: 2000-12-23
Publication date: 2002-07-02

Abstract

본 발명은 2상 스테인레스강 열연강판의 제조방법에 관한 것으로서, 슬라브 재가열전 슬라브 에지부를 그라인딩(Grinding) 하고 그리고 조압연공정에서 각 압연기의 변형속도를 적절히 제어하므로써, 에지크랙을 현저히 감소시킬 수 있는 2상 스테인레스 강의 열연강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 2상 스테인레스 강 슬라브를 재가열하고, 재가열된 슬라브를 조압연 및 사상압연으로 이루어지는 열간압연을 행하여 열연강판을 제조하는 방법에 있어서,

상기 슬라브를 제가열하기 전에 슬라브의 에지부 표면 및 측면을 2.0 -4.0mm 깊이의 연삭량으로 그리고 43mpm 이하의 휠속도 조건으로 연삭을 행하고, 그리고 상기 조압연공정에서 하기 식(1)에 의해 구해지는 변형속도가 10sec^-1이하가 되도록 각 압연기의 변헝속도를 제어하여 조압연하는 것을 특징으로 하는 2 상스테인레스강의 열연강판의 제조방법을 그 요지로 한다.

(수학식 1)

변형속도= {(V_r)/√(R * h₀)} * √r * (1 + r/4)}

Description

2상 스테인레스 강의 열연강판의 제조방법{Method For Manufacturing Hot-Rolled 2 Phase Stainless Steel Sheet}

본 발명은 2상 스테인레스강 열연강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열간압연 공정 중 압연소재의 양 에지(Edge)부에 발생하는 크랙(Crack)의 발생량을 현저하게 감소시킬 수 있는 2상 스테인레스 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.

2상 스테인레스강은 금속조직학상 오스테나이트상과 페라이트상의 2상으로 이루어진 스테인레스강으로서 오스테나이트 스테인레스강 대비 강도가 우수하고 크롬 및 몰리브데늄의 함량이 높아 염기부식 환경에서도 내식성이 우수하여 각종 해수, 화학용 설비의 재료로 사용되는 고부가가치 강으로서 향후 지속적인 수요확대가 예상되는 강종이다

이와 같은 이상 스테인레스강은 고온에서 열간압연중 열간가공성이 극히 불량하여 도 1에 나타난 바와 같이 압연재의 표면 및 에지부에 크랙이 심하게 발생하게 된다.

상기 크랙발생에 대한 야금학적 설명으로는 2상 스테인레스강은 오스테나이트상과 페라이트상간에 고온강도 차이가 있고 열간압연중의 변형이 연질재인 페라이트상에 집중되는 상태에서 두상간의 결합강도 이상의 응력이 계면에 작용하게 되면 계면에서 크랙이 발생하는 것으로 알려져 있다.

이와 같은 균열을 일으키는 인자로는 슬라브내 성분중의 S(황)이 오스테나이트상과 페라이트상 계면에 편석 또는 석출하여 계면 결합강도를 떨어뜨림으로써 고온연성을 저하시키거나, 성분원소 중 각 상의 강화원소에 의한 고온강도의 차이 발생과 각 상의 분율에 따른 고온연성 차에 의한 영향 등인 것으로 연구되어 왔다.

그러나, 이와 같은 슬라브 성분조정에 의한 결함 억제에는 한계가 있어 열간압연공정에서 크랙발생을 억제 할 수 있는 조업방법 연구가 절실하게 요구되어 왔다.

표면균열을 억제 할 수 있는 조업방법으로는 대한민국 특허출원제 1998-53962호에 제시된 것을 들수 있다.

상기 특허출원에는 2상 스테인레스강 슬라브를 1200~1260℃로 재가열한 뒤 누적압하율 60 % 이내의 구간에서 각 압연단계별로 압하율과 변형율 속도식을 정하고 각 구간별 압하량, 압연롤 속도범위를 설정하여 열간압연을 함으로써 표면균열을 억제하는 기술이 제시되어 있다.

상기 조업방법에 의해 열연강대에서의 표면균열은 크게 개선 되었으나 압연재의 에지부에는 50~100 mm 정도의 크랙이 계속 발생하고 있어 열갑압연공정중 스크랩 처리 또는 코일상태에서 양 에지부 절단량이 증가하여 실수율이 떨어지는 문제점이 있어 왔다.

본 발명자들은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로써, 본 발명은 슬라브 재가열전 슬라브 에지부를 그라인딩(Grinding) 하고 그리고 조압연공정에서 각 압연기의 변형속도를 적절히 제어하므로써, 에지크랙을 현저히 감소시킬 수 있는 2상 스테인레스 강의 열연강판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 2상 스테인레스강의 표면 및 에지 크랙 발생 형태를 나타내는 사진

도 2는 S 함량이 다른 슬라브의 고온 연성 실험결과도

도 3은 슬라브 에지부 표면으로부터 깊이변화에 따른 S 및 C 분포도

도 4는 슬라브 시편 표면 연삭 모식도

도 5는 슬라브 시편 시험압연후 (9 패스 후)의 크랙발생상태를 나타내는 사진

도 6은 현장 오작 발생재 바(Bar) 측면 사진

도 7은: 현장 오작 발생재 바(Bar) 단면 사진

도 8은 열간압연시 패스별 변형속도변화를 나타내는 그래프

도 9는 연삭량에 따른 크랙깊이변화를 나타내는 그래프

도 10은 연삭속도(휠속도)변화에 따른 크랙깊이변화를 나타내는 그래프

도 11은 변형속도에 따른 단면감소율 변화를 나타내는 그래프

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 중량 % 로 Cr: 21~24%, Ni: 4.5~6.5%, Mo: 2.5~3.5%, N: 0.08~2 % 및 S:0.03 % 이하를 함유하는 2상 스테인레스 강 슬라브를 재가열하고, 재가열된 슬라브를 조압연 및 사상압연으로 이루어지는 열간압연을 행하여 열연강판을 제조하는 방법에 있어서,

상기 슬라브를 제가열하기 전에 슬라브의 에지부 표면 및 측면을 2.0 -4.0mm 깊이의 연삭량으로 그리고 43mpm 이하의 휠속도 조건으로 연삭을 행하고, 그리고

상기 조압연공정에서 하기 식(1)에 의해 구해지는 변형속도(strain rate)가 10sec^-1이하가 되도록 각 압연기의 변헝속도를 제어하여 조압연하는 것을 특징으로 하는 2 상스테인레스강의 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.

(수학식 1)

변형속도= {(V_r)/√(R * h₀)} * √r * (1 + r/4)

[상기 식에서, V_r: 압연롤의 원주속도, R: 롤 반경, h₀: 소재의 초기 두께, r: 압하율]

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명자들의 연구에 의하면, 에지부에서의 크랙발생은 오실레이션 마크(Oscillation Mark), 불순물 원소의 집적, 및 복사에 의한 소재의 큰 온도감소량에 기인한 것으로 여겨진다.

즉, 슬라브 에지부에는 연주시 오실레이션 마크(Oscillation Mark)가 생기고 그리고 불순물 원소가 집적되며, 또한 슬라브 에지부에서는 열간 압연 중 표면대비 상대적으로 복사에 의한 소재의 온도감소량이 커지게 되고 이러한 현상들은 열간 가공성을 떨어뜨리는 요인들로 작용하여 슬라브 에지부에 크랙을 발생시키는 것으로 생각된다.

본 발명은 상기 2상 스테인레스강 슬라브 에지부를 전 길이방향을 따라 오실레이션 마크 및 이에 수반하는 편석대, 그리고 주편 측면 표층의 S 및 C 등 불순물 원소의 집적층을 제거하여 열간압연시 에지부 크랙을 저감시킬수 있는 슬라브를 제조할수 있도록 그라인딩에 의한 슬라브 에지부 표면 및 그 측면의 부적합부를 적절히 제거하므로써크랙발생의 초기 시작위치를 제어함과 동시에 조압연공정에서 각 압연기의 변형속도의 제어를 바탕으로 하고 있는 바, 이에 대하여 상세히 설명한다.

이상 스테인레스강의 열간 가공성에 영향을 미치는 가장 중요한 소재성 인자는 슬라브내 S 함량이라고 일반적으로 알려져 있다.

이와 같은 S 농도의 영향을 분석하기 위하여 강중 S 농도가 각각 10 ppm 및 15 ppm인 슬라브에서 시편을 채취 고온 인장시험을 한 결과를 도 2에 나타내었는데, 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 미세한 슬라브내 S 농도차이, 다시 말하면 5 ppm 정도의 S 함량차이에 의해서도 열간 가공시에는 큰 영향을 미치고 있음을 알 수 있다.

특히, 열간 압연중 에지크랙을 예방하기 위해서는 일반적으로 70% 이상의 단면감소율(Reduction Ratio)이 요구되나 S 함량 15 ppm의 소재는 950~1050℃의 구간에서 단면감소율이 급격히 하락하며 1000℃ 이하에서는 70% 미만의 값을 나타내고 있다. 이상과 같은 결과로 부터 슬라브내 S 함량은 이상 스테인레스강의 열간 가공성에 중요한 인자임을 알수 있다.

또한, 슬라브내에서 S 및 C 의 함량분포를 조사하고 측면 표면으로부터의 S 및 C의 분포를 도 3에 나타내었다.

도 3에 나타난 바와 같이, S 및 C 은 표면에서 1 mm 깊이 까지 편석되어 있고 부분적으로는 표면에 3 mm 깊이까지도 편석되어 있음을 알 수 있다.

표면에서의 S 편석은 표층부의 고온 연성을 저하시키고, C 의 편석 또한 표층부의 균열발생 가능성을 크게 할 수 있는데, 이는 C 이 표면에 편석될 때 페라이트 분율이 감소하여 고온연성을 낮출 수 있기 때문이다.

따라서, 본 발명에서는 2상 스테인레스강 슬라브 에지부 표층의 오실레이션 마크 및 그 주변에 형성되는 S 및 C 편석이 열간 가공성을 크게 저하시킬 수 있으므로 오실레이션 마크 및 편석 분포 영역인 ~4.0mm 깊이까지 슬라브의 에지부 표층 및 그 측면부를 그라인딩하므로써 에지크랙 발생을 감소시킬 수 있다.

열간압연 공정중 발생하는 에지부 크랙의 발생현상을 슬라브 에지부 조건과의 상관관계를 분석하기 위하여 도 4 에서와 같은 슬라브 시편 압연재의 표면 연삭조건으로 슬라브 측면부를 그라인딩하고 시험압연기에서의 시험압연을 실시하였다. 슬라브 시편은 측면을 전부 그라인딩한 것, 반쪽을 그라인딩한 것 그리고 그라인딩을 하지 않은 3종류의 시편으로서 연삭 깊이는 1.5 mm, 3.0 mm의 2가지 조건으로 하고 1230℃의 온도에서 180분 동안 재가열하고 압연기의 압연회수를 8 패스 부터 12패스까지 현장 실기 압연조건과 유사하게 압하조건을 설정하여 시험압연을 하고 에지부의 크랙 발생량과 단면조직을 관찰하여 크랙의 발생 및 전파거동을 조사하였다.

도 5에는 9 패스이후의 시험조건별 시편의 크랙발생 사진이 나타나 있다.

도 5에서, (a)는 연삭을 행하지 않은 시편측면의 사진을, (b)는 연삭을 행하지 않은 시편상면의 사진을, (c)는 1.5mm연삭을 행한 시편측면의 사진을, 그리고 (d)는 3.0mm 연삭을 행한 시편측면의 사진을 나타낸다.

시험압연결과 9 패스 (누적압하 75 %) 이후 시점부터 크랙이 발생하기 시작하였으며 이는 실기압연에서의 크랙 발생시점과 유사한 결과이며, 도 5에 나타난 바와 같이, 크랙의 발생형태는 직선적인 전파양상과 함께 25~35 mm의 주기성을 갖고 있다.

그러나, 크랙의 발생양상은 시편별로 다른 거동을 나타내었는데 그라인딩을 하지 않은 시편[도 5의 (a) 및 (b)]은 크랙의 발생이 주기성을 띠고 크게 나타났으나 측면부를 그라인딩한 경우(도 5의 (c) 및 (d))에는 크랙이 주기성이 미약해지고 또한 3 mm 그라인딩 한 경우(도 5의 (c))에는 1.5 mm 연삭한 시편(도 5의 (d))보다 결함의 크기가 적어짐을 확인 할수 있다.

또한, 에지부의 크랙발생 현상을 보다 명확히 규명하기 위하여 현장 실기압연재의 크랙발생 양상을 분석하고, 그 결과를 도 6에 나타내었다.

도 6에 나타난 바와 같이, 40~45 mm 간격의 주기적인 크랙이 발생되었으며 이를 압하량을 고려하여 슬라브 기준으로 환산 시 약 3~4 mm 간격의 주기로서 이는 슬라브 에지부의 오실레이션 마크 간격과 일치한다. 이와 같은 시험압연재와 현장 실기압연재의 크랙 발생양태는 슬라브에서의 오실레이션 마크가 크랙의 진원지로 작용하고 있음을 알수 있다.

한편, 현장 실기압연에서 크랙이 발생한 슬라브를 압연방향에 수직한 방향의 단면조직을 관찰하고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.

이와 같은 시험조업 및 분석결과는 이상 스테인레스강에 있어서 에지부 크랙은 슬라브의 오실레이션 마크 및 주변 편석대를 제거하고 열간압연시 획기적인 개선효과를 얻을 수 있음을 설명해준다.

이하, 슬라브 에지부 그라인딩 조건설정 이유에 대하여 설명한다.

본 발명에 있어서 슬라브의 에지부 표면 및 측면부의 연삭량은 2.0-4.0mm깊이로 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 연삭량이 2.0mm미만인 경우에는 크랙발생을 충분히 억제할 수 없고, 4.0mm를 초과하는 경우에는 연삭시 내부 주상조직의 노출로 열간압연시 오히려 취약한 부분으로 작용할수 있기 때문이다.

또한, 본 발명의 연삭 작업시 휠(Wheel)의 속도를 일정속도 이상으로 할 경우 슬라브 표층에 미세 크랙을 야기하고 이로 인한 열간압연중 에지부 크랙이 발생할 수 있으므로, 휠의 속도는 43 mpm 이하로 설정하는 것이 바람직하다.

상기한 조건으로 슬라브 에지부를 적정 조건으로 연삭한 후 가열로에서 소정의 온도로 가열한 다음, 순차적으로 조압연,사상압연의 열간압연공정을 거치게 되는데, 본 발명에서는 상기 조압연공정에서 하기 식(1)에 의해 구해지는 변형속도가 10sec^-1이하가 되도록 각 압연기의 변형속도를 제어하여 압연하므로써 열간압연시 에지부 크랙을 감소시킬 수 있다.

(수학식 1)

변형속도= {(V_r)/√(R * h₀)} * √r * (1 + r/4)

도 8에는 R2 롤속도를 45 rpm 이하로 제한한 조압연구간에서의 각 패스별 변형속도와 롤속도가 나타나 있다

도 8에 나타난 바와 같이, 조압연 공정에서의 변형속도는 후단 패스로 진행될수록 빨라지게 되므로 도면에 표시된 R3,R4 구간에서는 변형속도가 10 sec^-1이상으로 높아지게 된다.

조압연 구간에서는 압하량이 많아 길이방향으로의 연신외에 폭방향으로의 연신도 고려하면 실제로 압연재의 에지부에서의 변형속도는 더욱 증가하게 된다.

실기 압연에 있어서 에지 크랙은 R3 에서 초기에 발생하기 시작하여 R4 공정을 거치면서 확대되고 이 구간에서의 변형속도의 제어가 필요하고 실험결과에 따라 조압연구간에서의 변형속도는 10 sec^-1이하로 할때 에지부 크랙을 감소시킬수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예)

연삭량에 따른 에지크랙의 발생깊이를 관찰하고, 그 결과를 도 9에 나타내고, 또한, 연삭속도에 따른 에지크랙의 발생깊이를 관찰하고, 그 결과를 도 10에 나타내었다.

도 9에서 휠의 속도는 35mpm이고, 그리고 변형속도는 8 sec^-1이였으며, 도 10에서 연삭량은 3.0mm이고, 그리고 변형속도는 8 sec^-1이였다.

도 9에 나타난 바와 같이, 기존의 제조방법에서는 에지부 크랙이 평균 98 mm 발생하였으나 슬라브 에지부를 그라인딩 후 열간압연시 에지부 크랙의 발생깊이가 감소되고, 연삭량 2.0~4.0 mm로 연삭시 크랙의 발생깊이가 안정영역인 55 mm 이하로 감소함을 알 수 있다.

그러나, 연삭량이 4.0 mm를 초과하는 경우에는 오히려 크랙의 발생깊이가 증가함을 알 수 있다.

한편, 도 10에 나타난 바와 같이, 연삭(그라인딩) 속도를 43 mpm 이하로 작업시 크랙의 발생깊이가 45 mm 미만으로 안정되게 나타나나, 45 mpm 이상의 속도에서는 크랙의 발생깊이가 그리인당속도의 증가에 따라 증가함을 알 수 있다.

이상과 같은 결과는 슬라브 에지부를 그라인딩 작업시 에지부의 오실레이션 마크 및 편석대를 제거함으로써 크랙발생량을 현저하게 개선할 수 있고 크랙발생 깊이는 그라인딩 연삭량 및 그라인딩 속도에 따라 영향을 받고 있음을 알 수 있으며 이것은 실험실적인 결과와도 일치하고 있다.

또한, 주조상태와 압연상태의 시험재를 1050 ℃와 1100 ℃에서 측정한 변형속도의 영향을 관찰하고, 그 결과를 도 11에 나타내었다.

도 11에서, 연삭량은 3.0mm이고, 연삭속도는 35mpm 이였다.

도 11에 나타난 바와 같이, 주조재(As-cast)의 경우에는 열간가공성이 변형속도가 증가함에 따라 감소하며 15 sec^-1이상의 영역에서는 열간가공성이 현저하게 나빠짐을 알수 있다. 열간압연재(As-rolled)의 경우에는 변형속도에 따른 변화폭이 크지 않으나 변형속도가 빨라짐에 따라서 고온에서의 열간가공성이 저하됨을 알수 있다

상술한 바와 같이, 본 발명은 2상 스테인레스강의 열연강판 제조시 발생하고 있는 에지부 크랙 발생량을 현저하게 감소 시키므로써 이상 스테인레스강의 열간압연시 크랙발생에 의한 작업성 불량을 개선하고 크랙발생부위 절단량 감소에 의한 실수율을 획기적으로 향상 시킬 수 있어 원가절감 및 작업율 향상의 효과가 있는 것이다.

Claims

중량 % 로 Cr: 21~24%, Ni: 4.5~6.5%, Mo: 2.5~3.5%, N: 0.08~2 % 및 S: 0.03 % 이하를 함유하는 2상 스테인레스 강 슬라브를 재가열하고, 재가열된 슬라브를 조압연 및 사상압연으로 이루어지는 열간압연을 행하여 열연강판을 제조하는 방법에 있어서,

상기 슬라브를 제가열하기 전에 슬라브의 에지부 표면 및 측면을 2.0 - 4.0mm 깊이의 연삭량으로 그리고 43mpm 이하의 휠속도 조건으로 연삭을 행하고, 그리고

상기 조압연공정에서 하기 식(1)에 의해 구해지는 변형속도가 10sec^-1이하가 되도록 각 압연기의 변헝속도를 제어하여 조압연하는 것을 특징으로 하는 2 상스테인레스강의 열연강판의 제조방법

(수학식 1)

변형속도= {(V_r)/√(R * h₀)} * √r * (1 + r/4)

[상기 식에서, V_r: 압연롤의 원주속도, R: 롤 반경, h₀: 소재의 초기 두께, r: 압하율]
제1항에 있어서, 상기 연삭시 연삭량이 2.5 - 3.5mm이고, 그리고 휠 속도가 40mpm 이하인 것을 특징으로 하는 2상 스테인레스 강의 열연강판의 제조방법