KR20030002578A

KR20030002578A - 미니밀에 의한 고 내후성 압연강판 제조방법

Info

Publication number: KR20030002578A
Application number: KR1020010038243A
Authority: KR
Inventors: 양근식; 임오규
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2003-01-09

Abstract

본 발명의 목적은 크랙 민감 구역인 C:0.07~0.15%의 범위를 피하고 블랙 아웃을 억제하기 위하여 고로의 설계법과는 다르게 P를 적게 첨가하고 내후성 원소인 Cu, Ni, Cr은 고철에 잔류된 원소를 이용하여 미니밀 공정에서 경제적인 방법으로 고 내후성 압연강판을 생산하고자 함에 있는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 중량%로 C:0.02∼0.07%, Mn:0.35∼0.50%, Si:0.3~0.5, P:0.07~0.09%, S:0.010%, 산가용성 Al:0.04%이하, N:0.009~0.018% 및 고철로부터 유입된 난정련 원소 중 Cu:0.25~0.35%, Ni: 0.25~0.35%의 강 성분을 가지며 박슬라브연주 후 820~900℃에서 원하고자하는 두께로 마무리압연하고 550~650℃에서 열간 권취하여 된 것이다.

Description

미니밀에 의한 고 내후성 압연강판 제조방법{Manufacturing method for high atmosperic corrosion resisting}

본 발명은 미니밀에 의한 고 내후성 압연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주로 교량 및 컨테이너에 사용하는 열간 압연강판으로 전기로-박슬라브연주-압연으로 이루어지는 미니밀 공정에 의해 인장강도 50kg/㎟ 이상의 고 내후성 열간 압연강판 및 그 압연강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 주조 부문의 기술개발 동향은 슬라브의 생산 및 그 생산된 슬라브를 가열, 압연하는 등의 중간 공정을 생략하고 용융금속으로부터 최종 제품에 가까운 형상을 직접 주조함으로써 에너지 및 설비투자비, 조업비등을 절감하고 생산성을 향상시키는 박 슬라브 주조와 스트립 케스팅 방법이다.

상기 박 슬라브 제조기술은 대부분 슬라브 주조 공정에서 슬라브 두께를 좀더 얇은 두께로 함으로서 기존의 일관 제철공정과는 다르게 압연 부문의 부하를 감소시키는 방향으로 전개되고 있다.

종래의 고 내후성 열연강판을 미니밀 공정에서 제조하는 경우, 강성분계는 중량%로 C : 0.06~0.09, Mn : 0.4~0.5%, Si : 0.3~0.5%, P : 0.09~0.11%, Cu :0.25~0.35%, Ni : 0.10~0.20%, Cr : 0.35~0.55% 함유한다.

그리고 미니밀 공정에서 고 내후성 열연강판을 제조시 고로밀 성분계를 이용할 경우 연속 주조시의 주조 중단 및 주편 크랙의 문제점이 대두된다. 그리고 미니밀 공정은 고로밀에 비하여 연속 주조시의 주조속도가 빠르고, 주편의 두께가 얇기 때문에 주조가 어려운 단점이 있다.

특히 탄소함량 영역이 0.07∼0.15중량%인 경우 주조성이 극히 열화되는 문제점이 있고, 상기 탄소영역이 0.07∼0.15중량%인 용강이 주형에 인입되어 응고시에는 포정반응이 일어나 주편이 수축되는 문제점이 있으며, 상기 주편이 수축시에는 주형과 주편 사이에 공기 층이 생겨 열 전달이 억제되면서 국부적인 재 용해가 일어나 주편이 터지는 문제점이 발생한다.

또한 내후성 향상 원소인 P(인)의 농도가 일정 이상일 때, 입계 편석에 의한 저융점 화합물이 형성되어 입계 액상 피막(Film)이 존재하여 입계의 취성파괴가 유발되고 주조 층이 얇은 미니밀 공정에서는 주조 불량 가능성이 증대되어 블랙아웃(Break Out)을 유발하여 생산성에 약 영향을 미친다. 따라서 미니밀 공정으로 고 내후성 압연 강재를 생산할 경우에 고로밀에 비하여 탄소와 인의 사용 제한이 따른다.

이러한 이유 때문에 미니밀 공정에서는 포정 반응역인 탄소:0.07∼0.15% 범위를 피하고 인을 적게 첨가하여 고로 수준의 강도를 확보하면서 미니밀의 주원료인 고철에 잔류된 잔류성분 Cu, Ni, Cr을 이용하여 변동비용을 적게 첨가하여 제조 비용을 낮추어야 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 발명한 것으로서, 그 목적은 크랙 민감 구역인 C:0.07~0.15%의 범위를 피하고 블랙 아웃을 억제하기 위하여 고로의 설계법과는 다르게 P를 적게 첨가하고 내후성 원소인 Cu, Ni, Cr은 고철에 잔류된 원소를 이용하여 미니밀 공정에서 경제적인 방법으로 고 내후성 압연강판을 생산하고자 함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 미니밀에 의한 고 내후성 압연강판 및 그 제조방법에 대한 특징적인 기술적 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 미니밀에 의한 고 내후성 압연강판 제조방법은 중량%로 C:0.02∼0.07%, Mn:0.35∼0.50%, Si:0.3~0.5, P:0.07~0.09%, S:0.010%, 산가용성 Al:0.04%이하, N:0.009~0.018% 및 고철로부터 유입된 난정련 원소 중 Cu:0.25~0.35%, Ni: 0.25~0.35%의 강 성분을 가지며 박슬라브연주 후 820~900℃에서 원하고자하는 두께로 마무리압연하고 550~650℃에서 열간 권취하여 된 것이다.

또 본 발명의 미니밀에 의한 고 내후성 압연강판은 중량%로 C:0.02∼0.07%, Mn:0.35∼0.50%, Si:0.3~0.5, P:0.07~0.09%, S:0.010%, 산가용성 Al:0.04%이하, N:0.009~0.018% 및 고철로부터 유입된 난 정련 원소 중 Cu:0.25~0.35%, Ni: 0.25~0.35%의 강 성분을 가진다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 미니밀에 의한 고 내후성 압연강판 및 그 제조방법을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 전기로-박슬라브연주-압연의 과정으로 이루어지는 미니밀 공정에서 고 내후성 압연강판을 제조하는 방법은 중량%로 C:0.02∼0.07%, Mn:0.35∼0.50%, Si:0.3~0.5, P:0.07~0.09%, S:0.010%, 산가용성 알루미늄(Soluble Al):0.04%이하, N:0.009~0.018% 및 고철로부터 유입된 난정련 원소 중 Cu:0.25~0.35%, Ni:0.25~0.35%인 강 성분을 갖는 강재를 박슬라브연주 후 마무리압연온도 820~900℃, 열연권취온도 550~650℃ 사이에서 목표 제품의 두께별로 마무리 압연온도 및 권취온도에 차등을 두어 열간 압연을 실시하여 강종을 단순화시킨 고 내후성 압연강판을 제조하였다.

하기에서는 상기 본 발명의 고 내후성 열연강판을 제조하는데 사용되는 각 성분의 사용량 한정이유 및 역할에 대하여 설명한다.

C의 역할은 강 중에 함유되는 침입형 원소로서 강판의 강도를 향상시키는 역할을 하는 원소이다. 그러나 박 슬라브(100mm이하)법에 의한 연속주조는 기존 주조법에 비하여 슬라브가 얇고, 주조속도가 빠르기 때문에 무결함 주편을 제조하기가 어려운 특성을 가지고 있다.

따라서 종래 C 함유량이 0.07-0.15% 영역에서는 응고 중 포정 반응시 슬라브 수축이 일어나고 일부분이 동판 주조 몰드와 유리되어 열 전달이 억제되며 이때 응고 층이 재 용해되어 반응고층이 파열되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 C 함유량을 0.02∼0.07%로 유지하여 포정 반응 영역을 피하게 하였다.

Mn의 역할은 강 중에 함유되어 강도 향상을 시키는 원소이며, 강 중 불순물로써 존재하는 S를 MnS로 고정하여 열간 압연 중 저융점 화합물인 S화합물에 의해발생하는 크랙발생을 억제하는 역할을 수행한다.

따라서 박슬라브 주조법은 연속주조 직후 고온에서 중간압연을 실시하기 때문에 기존 연주법에 비하여 S화합물에 의한 에지크랙 발생이 심각하기 때문에 0.2% 이상 함유되어야 하며, 고 내후성 압연강판의 규정인 0.35~0.5%범위로 제한하였다.

Si의 역할은 강 중에 함유되어 강도 향상을 시키는 탁월한 원소이며 , 내후성 향상 원소로 규격에서 범위를 제한하고 있다. 적절한 강도확보와 스케일(SCALE) 표면 품질 향상을 위하여 0.45~0.55%로 제한하였다.

Ni의 역할은 내후성을 향상시키면서 열간 표면 크랙을 억제하는 원소이고, 고철 중 잔존하는 Cu, Sn, Pb등은 Fe에 비하여 열역학적으로 안정하여 지철의 산화 과정시 철이 선택 산화되고, 이들 원소는 농화되어 스케일과 지철 계면에 농화된다. 이 원소들의 농화 층은 저융점 물질로써 열간 압연온도에서 용융되어 변형 수반시 오스테나이트 입계를 침식하여 열간크랙을 유발한다.

이러한 저융점 농화 층은 Ni을 첨가시 전율 고용되어 농화 층 용융점을 상향시켜서 열간 변형온도에서 고상으로 존재함으로써 열간크랙을 억제하는 역할을 수행한다. 하지만 Ni이 0.40%을 넘으면 상기의 작용이 포화점에 이르게 되어 경제성을 상실한다. 따라서 Ni함유량을 기존 고로법에 의해 제조되는 0.1~0.2%와는 다르게 0.25~0.35% 설정하였다.

또한 Ni 함유량이 증가하는 경우 스케일과 지철 사이의 형상이 거칠게 되어 디스케일성을 방해한다. 따라서 스케일 측면에서는 적정 범위를 첨가하는 것이 필요하다.

Cu, Sn, Pb: 고철에 함유된 Cu, Sn은 상기와 같이 산화과정시 저융점 농화 층을 형성하여 열간 표면 크랙을 유발하므로 Cu, Sn 비율을 낮추는 것이 중요하다. 그러나 고 내후성 압연강판에 있어서 Cu는 내후성 원소로 절대적 필요 원소임으로 표면 크랙발생 방지를 위해서 Ni/Cu비를 1로 하였다.

특히 Cu는 2차원적으로 표면에 구성된 치밀한 Cu 화합물이 생성하여 녹 형성 억제효과가 크다. 따라서 Cu의 함량을 0.25~0.35%하며 고철에 잔류된 원소를 활용하기 위해 원료 중 Cu의 함량이 높은 #1HMS 스크랩(scrap)을 25% 이상을 배합한다.

산가용 알루미늄은 그 양이 0.01%이하인 경우는 강 중 용존 산소가 증가하는 문제가 발생하며, 또한 너무 많으면 개재물량이 증가하고 제조 비용면에서 비 경제 적이므로 그 양을 0.04%이하로 제한하였다.

Ca은 개재물 형상을 조정하여 연주 노즐 막힘을 억제하는 작용을 한다. 박 슬라브 연속주조의 경우 노즐이 기존 고로밀에 비하여 협소하기 때문에 노즐 막힘이 심각하다. 따라서 Ca을 첨가하여 개재물을 구형화, 연주성을 향상시키기 위하여 0.002∼0.08%로 제한하였다.

P는 고용강화 효과와 내후성 증대 효과를 가지며 산화 과정 중 FeO, P₂O₅, Fe₂SiO₄등과 같은 산화물을 형성하고 부식 초기에 P를 함유한 녹 층이 형성되며 치밀 녹층 외측에 결정성 FeOOH 형성되고, P 또는 인산이온은 용출된 제1철 이온을 제2철 이온으로 공기산화반응을 촉진하여 녹 입자를 치밀화 하여 점진적으로 불용성의 P화합물 형성 내후성을 강화시킨다.

그리고 규격에서도 P의 함량을 0.07~0.15% 규정하고 있으며 종래 고로법에서는 P의 함량을 0.09~0.11로 제조하고 있으나, P(인)의 농도가 일정 이상일 때, 입계 편석에 의한 저융점 화합물이 형성되어 입계 액상 피막이 존재하고 또 입계의 취성파괴가 유발되며 주조 층이 얇은 미니밀 공정에서는 주조 불량 가능성이 증대되어 블랙아웃을 유발하여 생산성에 약 영향을 미치므로 P을 0.07~0.09%로 제한하였다.

S는 유화물계 개재물을 형성하여 가공성을 저하하는 불순물이다. 또한 박슬라브 연주법에서는 열간 가공시 유화물계 저융점 화합물을 형성하여 에지 크랙을 일으키는 원소이다. 따라서 Mn에 의하여 MnS로 고정하거나, S을 100ppm이하로 관리하는 것이 좋다.

N은 침입형 고용 원소로서 연질용 강판에서는 제품의 시효경화 및 코일브레이크(COIL BREAK)를 유발하는 원소이나 강도가 높은 강종에서는 질소를 적절하게 사용시 강도 향상을 시키는데 적용할 수 있다. 따라서 N을 0.009~0.018% 관리하면 타 합금철 원소의 중량 비율을 낯추어 비용절감을 할 수 있다.

Cr은 비정질 녹의 결정화를 억제하여 치밀한 녹 층이 형성되고, α-(Fe1-xCrx)OOH 형태의 물리적, 열역학적으로 안정한 상을 형성하여 녹 입자를 미세화하며 입자간 응집을 촉진하여 치밀한 녹 층을 만들어 내후성을 강화시키는 원소로 규격에서 성분의 범위를 규정하고 있다.

또한 본 발명에서는 마무리 압연을 Ar3 온도이상인 820~900℃에서 실시하는데, 상기 마무리 압연온도가 Ar3 온도 이하인 경우에는 변형조직이나 조대립, 혼립등이 잔존하기 때문에 가공성을 저해한다. 따라서 하한선을 Ar3 온도이상인 820~900℃ 온도로 하였다.

한편 권취온도는 550~650℃에서 하였는데, 그 이유는 내후성의 하락을 막기 위함이고 그리고 탄 질화물을 적절하게 석출-고용시키기 위하여 열연강판의 권취온도를 550~650℃ 범위 안에서 두께별로 차등 적용하였다.

하기에서는 미니밀에 의한 고 내후성 열연강판의 화학성분을 규격, 종래, 본 발명으로 나누어 표 1에 나타내었다.

상기 박슬라브 특성상 슬라브 두께가 얇아 연주 주조성이 고로에 바해 어렵기 때문에 연주 주조성에 미치는 탄소, 인을 차별화 하였으며 강도를 질소로 보정하는 방법을 강구하였다.

이상의 본 발명은 질소를 고용원소로 활용하기 위해서 2차 정련공정에서 질소 버블링을 특징으로 하여 품질을 설계하였고, 특히 고철에 잔류함량이 많은 원료(#1HMS)의 배합 구성비를 높임으로서 경제적으로 제조할 수 있는 장점이 있었다.

(실시예)

이하 본 발명의 실시 예를 하기 표 2를 이용하여 설명한다.

구분	번호	화학성분 ( wt% )	재질(kg/mm2,%)
구분	번호	C	Mn	Si	P	N	Cu	Ni	Cr	TS	EL
본발명	1E2907801	0.041	0.40	0.50	0.079	0.011	0.35	0.28	0.48	53.4	37
	2E2908201	0.030	0.44	0.50	0.080	0.012	0.49	0.28	0.49	53.3	36
	3E2908401	0.040	0.36	0.50	0.087	0.014	0.42	0.26	0.41	53.4	36
종래	1KB025670	0.075	0.40	0.45	0.100	0.003	0.28	0.13	0.42	53.4	38
종래	2MB023020	0.071	0.42	0.44	0.095	0.002	0.30	0.14	0.38	51.1	37

상기 표 2는 목표하는 재질과 연주 조업성을 확보하기 위하여 고 내후성 압연강판을 강 종 조성을 목표하는 성분계로 생산하였다. 그 결과 본 발명 강(1-3)은 고철을 주원료로 하여 전기로에서 용해한 강 종이며, 기존 강(1-2) 종래 고로밀에서 생산하는 강 종의 대표적 성분이다.

상기 표 2는 현재 제조하여 시장에 상업 공급한 제품의 재질실적을 나타낸 것으로, 67.5mm 박 슬라브를 소재로 하여 12.7mm이하의 최종 제품 생산하였다. 본 발명으로 실제 제품을 생산한 실적과 종래 고로제품과 품질을 비교한 결과 본 발명에 의해 생산된 제품은 규격 기준 안정된 제품의 품질을 확보하였다.

이상과 같은 본 발명은 미니밀 공정에 의해 고 내후성 압연강판를 고가인 Cu,Cr,Ni를 고철에 잔류하는 Tramp원소를 활용하므로 고로 제조법 보다 제강에서 Cu,Cr,Ni를 적게 첨가하여 목표하는 성분을 확보하며 특히 종래 제조법과는 다르게 인(P)를 낮추고 , 2차 정련 과정 중에 질소 버블링실시로 질소를 강 중에 고용시켜 고용 및 석출경화를 유발시킴으로서 종래 고로방식에 비해 탄소를 낮게 하여 합금철 투입비용과 박 슬라브 제조공법에서 연주 크랙 민감 구역을 피하고 생산성향상과 제조비 절감 등의 효과가 있었다.

Claims

중량%로 C:0.02∼0.07%, Mn:0.35∼0.50%, Si:0.3~0.5, P:0.07~0.09%, S:0.010%, 산가용성 Al:0.04%이하, N:0.009~0.018% 및 고철로부터 유입된 난정련 원소 중 Cu:0.25~0.35%, Ni: 0.25~0.35%의 강 성분을 가지며 박슬라브연주 후 820~900℃에서 마무리압연하고 550~650℃에서 열간 권취하여 된 것을 특징으로 하는 미니밀에 의한 고 내후성 압연강판 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 질소는 고용원소로 활용하기 위하여 2차 정련공정에서 순수질소를 버블링하여 됨을 특징으로 하는 미니밀에 의한 고 내후성 압연강판 제조방법.