KR20020052847A - 오스테나이트 스테인레스강 열간압연재의 면거침 결함개선방법 - Google Patents

오스테나이트 스테인레스강 열간압연재의 면거침 결함개선방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오스테나이트 스테인레스강 열간압연재의 면거침 결함 개선방법에 관한 것으로, 그 목적은 열간장입에 의한 열간압연방법에서 발생하였던 면거침 결함을 방지하기 위해 면거침 결함의 원인인 몰드 슬래그 등 이상 산화물을 사전에 제거하는 것이다. 이를 위해, 본 발명에서는, 주조 직후의 오스테나이트 스테인레스강 슬라브의 표면에 단시간 동안 물을 살수하여 열충격을 준 다음, 열연공장으로 직송하여 가열로에 열간장입하기 전에 슬라브의 표면으로부터 몰드 슬래그 및 산화스케일과 같은 이물을 제거하고 나서, 가열로에 300℃ 이상의 열간상태로 장입하여 열간압연하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

오스테나이트 스테인레스강 열간압연재의 면거침 결함 개선방법 {Modification method of surface roughness of Austenite stainless steel hot rolling materials}
본 발명은 오스테나이트 스테인레스강 열간압연재의 면거침 결함 개선방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주조 완료한 오스테나이트 스테인레스강 슬라브를분할 직후 표면에 물을 살수하여 단시간 동안 열충격을 준 다음, 열연공장으로 직송하여 가열로에 장입하기 전 슬라브 표면의 몰드 슬래그와 산화 스케일을 제거하고 나서 가열로에 장입하여 열간 압연함으로써 열간압연재의 면거침 결함을 개선하는 방법에 관한 것이다.
스테인레스 열간압연 제품은 제강 및 연주 공장에서 중간소재인 슬라브를 생산한 다음, 그 슬라브를 열연공장에서 재가열하고 압연하여 생산하고 있다.
이 때, 가열로 열원단위를 저감하고 슬라브 열응력 변화 감소에 의한 슬리버 결함(sliver defect)을 저감하기 위한 목적으로 300℃ 이상의 고온상태에서 가열로에 장입하는 열간압연방법을 적용하여 왔다.
그러나, 이러한 열간장입에 의한 열간압연방법에서는 슬리버 결함이 개선되는 효과는 상당하나, 반대급부적으로 슬라브 표면의 이물이 제거되는 디스케일링(descaling) 현상이 미흡하여 면거침 결함(surface roughness)이 새로이 발생하고 이로 인해 제품의 표면 정정비용이 별도로 발생하는 문제점이 있었다. 또한, 이러한 면거침 결함으로 인해 고급 냉연제품으로는 사용하지 못하는 등 용도적용이 제한되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 열간장입에 의한 열간압연방법에서 발생하였던 면거침 결함을 방지하기 위해 면거침 결함의 원인인 몰드 슬래그 등 이상 산화물을 사전에 제거하는 것이다.
도 1a 및 도 1b는 열연 블랙 코일제품의 면거침 결함상태를 각각 40배 및 1000배로 확대도시한 현미경 상면 사진이다.
도 2a는 면거침 결함부의 표층을 현미경 단면사진이다.
도 2b 내지 도 2d는 면거침 결함부에서 각각 Ca, Si, Al 성분을 도시한 현미경 단면사진이다.
도 3은 슬라브 표면의 스케일 상태를 도시한 현미경 사진이다.
도 4a는 슬라브 표면의 스케일을 도시한 현미경 상면사진이다.
도 4b는 도 4a에서 스케일 조성을 도시한 것이다.
도 5는 온라인 에어 블로우어 및 롤러 브러쉬가 설치된 것을 도시한 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 주조 직후의 오스테나이트 스테인레스강 슬라브의 표면에 단시간 동안 물을 살수하여 열충격을 준 다음, 열연공장으로 직송하여 가열로에 열간장입하기 전에 슬라브의 표면으로부터 몰드 슬래그 및 산화스케일과 같은 이물을 제거하고 나서, 가열로에 300℃ 이상의 열간상태로 장입하여 열간압연하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 오스테나이트 스테인레스강 열간압연재의 면거침 결함 개선방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에서는 면거침 결함이 발생하는 원인을 상세히 분석해 보았는데, 그 결과 주조 시의 용강과 몰드 계면간의 윤활 작용, 대기와의 접촉 차단에 의한 용강의 재산화 방지, 용강의 보온작용 및 개재물 흡수작용 목적으로 몰드 내에 공급되는 몰드 파우더가 주원인인 것으로 확인되었다.
몰드 파우더는 몰드 내 용강면의 인공 슬래그 조성물로서 대부분 주요 성분은 CaO-SiO2-Al2O3로 이루어진 모재에 적정한 용융특성을 얻기 위해 알칼리 산화물과 불화물이 첨가된 것이다.
이러한 몰드 파우더의 슬래그 층은 개재물과 반응하여 저융점 화합물을 만들어 슬래그 중에 용해시키는 기능이 있는데, 이러한 저융점 화합물이 가열로 장입 전에 슬라브의 표면으로부터 제거되지 않을 경우, 가열로 내에서 1100℃ 이상의 고온가열 초기에 기지 스케일 위에 치밀하게 융착됨으로써 기지 스케일의 고온산화 및 박리를 방해한다. 박리되지 못한 모재 최상층부의 기지 스케일은 가열 중 산화가 부족하여 압연 중 고압의 물에 의한 디스케일링 및 어닐링 열처리 시에도 박리되지 않다가 황산, 질산, 불산 등의 혼산 피클링(pickling) 작업 중에 이탈됨으로써 제품 표면에 미세한 곰보 형태의 면거침 결함을 생성하게 되는 것이다.
도 1a 및 도 1b는 오스테나이트 스테인레스강 열연제품의 면거침 결함을 분석하기 위해 열연 블랙 코일제품의 면거침 결함상태를 현미경으로 관측한 사진이며, 도 1a는 40배로 확대한 현미경 사진이고 도 1b는 1000배로 확대한 현미경 사진이다.
도 2a는 이러한 면거침 결함부의 표층을 단면으로 관측한 현미경 사진이고, 도 2b 내지 도 2d는 면거침 결함부에서 각각 Ca, Si, Al 성분을 도시한 단면도 사진이며, 도 2a 내지 도 2d는 모두 2800배로 확대하여 본 현미경 사진이다.
도 3은 열간 장입의 대상이 되는 슬라브 표면의 스케일 상태를 예시하기 위해 500배로 확대하여 관측한 현미경 사진으로서, 슬라브 표면의 디스케일링 불량부에 스케일이 도시되어 있다.
도 4a 및 도 4b는 열간 장입의 대상이 되는 슬라브 표면의 스케일 조성을 알아보기 위한 실험결과로서, 도 4a에는 슬라브 표면의 디스케일링 불량부에서의 스케일이 도시되어 있고, 도 4b는 이 때의 스케일 조성을 도시한 것이다.
본 발명이 적용되는 강종은 각종 규격에 이미 공지되어 있는 오스테나이트계 스테인레스강으로서 대표 성분은 다음과 같다. 즉, Cr이 15.0∼20.0 중량%, Ni이 6.0∼13.0 중량%, Mn이 3.0 중량% 이하, C이 0.15 중량% 이하, P가 0.045 중량% 이하, S이 0.030 중량% 이하이다.
이러한 조성으로 구성된 슬라브를 주조공정 최후단계인 분할 직후 표면에 2분 이내의 단시간동안 물을 뿌려준다.
이것은 모재에 열충격을 최소화하면서 스케일층과 모재간의 열변형 특성 차이를 이용하여 몰드 슬래그와 불균일 주조 스케일 층에 스폴링(spalling) 현상을 유발시켜 이들을 모재로부터 쉽게 분리하기 위한 것이다.
다음, 슬라그를 가열로에 장입하기 직전, 표면에 박리되어 있거나 박리 중인 몰드 슬래그와 산화 스케일을 온라인 고압 에어 블로우어(blower) 및 롤러 브러쉬로 제거하여 표면을 깨끗이 한다. 이로써 저융점 몰드 슬래그가 가열로 내에서 모재 위의 주조 스케일에 치밀하게 융착됨으로써 기지 스케일 층이 가열 중 산화되는 것을 방지하고 압연 중 박리되는 것을 방지함으로써 결과적으로 면거침 현상이 방지된다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 구체적으로 설명한다.
먼저, 주조 직후 슬라브의 표면에 노즐을 부착한 자동 스프레이 장치를 이용하여 상온의 물을 2분 이내의 단시간 동안 살수하여 슬라브의 표층에 열충격을 준다.
이것은 산화 스케일층은 모재에 비해 조직이 포러스(porous)하여 열팽창계수가 작기 때문에 열충격시 쉽게 박리되는 메카니즘을 이용한 것이며, 결과적으로 면거침 결함의 원인인 몰드 슬래그를 포함한 불균일 주조 스케일이 모재로부터 쉽게 박리되도록 한다.
다음, 온라인 롤러 테이블 상에 설치된 고압 에어 블로우어 및 온라인 롤러브러쉬를 이용하여 슬라브 표면으로부터 상기한 불균일 주조 스케일을 제거한다. 이로써 후속 공정인 가열 중에 기지 스케일의 산화가 균일하게 잘 일어나 압연 중 통상조건으로도 충분히 디스케일링됨으로써 면거침 결함 문제점을 개선할 수 있게 된다.
도 5는 온라인 에어 블로우어 및 롤러 브러쉬가 설치된 것을 도시한 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 오스테나이트 스테인레스강 열간압연재의 면거침 결함 개선방법의 공정을 다음의 표 1에 정리하여 나타내었으며, 비교를 위해 종래 방법의 공정을 함께 나타내었다.
구분 종래 방법 ① 종래방법② 본 발명
주조방법 연속주조 연속주조 연속주조
슬라브 주조 후물을 이용한 냉각 표피급냉(1∼2분) 표피급냉(1∼5분) 표피 급냉(2분 이하)
슬라브 정정 미실시 미실시 미실시
열연으로 슬라브 이송 열간상태 열간상태 열간상태
슬라브 보온 실시/미실시 실시/미실시 실시/미실시
강열로 장입전표면이물 제거 미실시 미실시 실시
가열로 장입전 슬라브 온도 300∼500℃ 300∼600℃ 300℃ 이상
가열 및 압연 통상조건 통상조건 통상조건
표 1에 나타난 공정으로 본 발명에 따라 오스테나이트 스테인레스강 열간압연재의 면거침 결함 개선방법을 적용한 제품의 표면품질을 다음의 표 2에 정리하여 나타내었으며, 비교를 위해 종래방법에 의해 열간압연한 제품의 표면품질을 함께 나타내었다.
구분 종래 방법 본 발명
주결함 발생율 (%) 슬리버 결함 10.5 9.8
면거침 결함 28.6 1.2
제품 보수율 (%) 슬리버 결함 0.7 0.5
면거침 결함 1.2 0.07
또한, 에어 블로우어와 롤러 브러쉬의 사용유무 등을 달리하여 샘플 1 내지 15에 대하여 본 발명을 적용한 결과 결함실적을 다음의 표 3에 나타내었다.
구분 에어 블로우어 사용 유무 롤러 브러쉬 사용 유무 면거침 결함 발생 실적
결함 발생율 (%) 결함 보수율 (%)
샘플 1 × × 27.90 1.16
샘플 2 × × 28.10 1.17
샘플 3 × × 30.30 1.22
샘플 4 × × 27.80 1.14
샘플 5 × × 29.10 1.20
샘플 6 O × 4.20 0.40
샘플 7 O × 3.90 0.38
샘플 8 O × 3.80 0.34
샘플 9 O × 4.10 0.39
샘플 10 O × 3.70 0.32
샘플 11 O O 1.20 0.07
샘플 12 O O 1.15 0.07
샘플 13 O O 1.22 0.08
샘플 14 O O 0.99 0.05
샘플 15 O O 1.15 0.06
표 2 및 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 오스테나이트 스테인레스강 열간압연재의 면거침 결함 개선방법을 이용하면 주결함 발생율 및 제품 보수율이 종래에 비해 현격하게 감소됨을 확인할 수 있었다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 오스테나이트 스테인레스강 열간압연재의 면거침 결함 개선방법에서는 슬라브의 주조 직후 종래 수냉 피트에서 장시간 침적하여 상온까지 급냉하던 단계를 생략하기 때문에 작업부하가 해소되는 효과가 있다.
또한, 슬라브의 주조 직후 고온에서 단시간 동안 열충격을 중 후 열연공장 슬라브 야드로 직송하기 때문에 연주 정정작업의 부하가 해소되고 물류 개선 및 가열열원단위 개선의 본래의 열간장입효과는 그대로 유지되는 효과가 있다.
이와 동시에, 슬라브의 표면에 물을 살수하여 표면의 스케일층을 균열시킨 다음, 표면의 이물을 제거하는 과정을 통해 이상 스케일을 효과적으로 제거함으로써, 슬리버 결함을 개선하는 효과는 동등 또는 그 이상이면서, 면거침 결함을 대폭적으로 개선하며, 이로 인해 제조원가가 절감되고 품질신뢰도가 향상되는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 오스테나이트 스테인레스강 열간압연재의 면거침 결함 개선방법에 있어서,
    주조된 오스테나이트 스테인레스강 슬라브의 표면에 물을 살수하는 단계;
    상기 살수된 슬라브의 표면으로부터 이물을 제거하는 단계; 및
    상기 표면 이물이 제거된 슬라브를 가열로에 장입하여 열간압연하는 단계
    를 포함하는 오스테나이트 스테인레스강 열간압연재의 면거침 결함 개선방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬라브의 표면에 물을 살수할 때에는,
    상온의 물을 이용하여 상기 슬라브의 표피에 2분 이내의 시간동안 살수하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트 스테인레스강 열간압연재의 면거침 결함 개선방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 슬라브를 가열로에 장입할 때에는,
    상기 슬라브의 온도가 300℃ 이상인 것을 특징으로 하는 오스테나이트 스테인레스강 열간압연재의 면거침 결함 개선방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬라브의 표면으로부터 이물을 제거할 때에는,
    온라인 고압 에어 블로우어 및 롤러 브러쉬를 이용하여 이물을 제거하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트 스테인레스강 열간압연재의 면거침 결함 개선방법.
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