KR20040020464A

KR20040020464A - 쌍롤형 박판 주조기를 이용한 고 망간 강의 박판 제조 방법

Info

Publication number: KR20040020464A
Application number: KR1020020052072A
Authority: KR
Inventors: 정성인; 이철규; 추동균
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-09
Also published as: KR100887119B1

Abstract

본 발명은 자동차용 강판으로 대체될 수 있는 우수한 성형성과 높은 강도를 갖는 고망간 강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 쌍롤형 박판주조기를 이용하여 롤 압하력을 최소화하고, 분위기 가스를 적절히 조정하므로써 우수한 성형성과 높은 강도를 가질 뿐만 아니라 표면산화 및 표면 균열을 최소화하여 표면품질이 양호한 고망간 강의 박판을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 쌍롤형 박판 주조기의 쌍롤 사이에 고 망간강의 용강을 공급하여 주조하고; 그리고 상기 주조시 상기 롤 폭 단위 길이당 압하력을 5kg/mm이하로 제어하는 쌍롤형 박판 주조기를 이용한 고망간강의 박판제조방법을 그 요지로 한다.

Description

쌍롤형 박판 주조기를 이용한 고 망간 강의 박판 제조 방법 {Method of Manufacturing High Manganese Steel Sheet Strip with Twin Roll Strip Casting Apparatus}

본 발명은 자동차용 강판으로 대체될 수 있는 우수한 성형성과 높은 강도를 갖는 고망간 강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열연공정을 생략한 쌍롤형 박판주조기를 이용하여 우수한 성형성과 높은 강도를 갖는 고망간강의 박판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근에 자동차용 강판 분야에서는 대기오염을 줄일 수 있는 탄산가스 배출 규제가 대두되면서 자동차 연비효율을 높이고 자동차의 무게를 줄일 수 있는 성형성이 우수하고 강도가 높은 강판의 개발이 요구되고 있고, 또한 이러한 요구에 따라 여러 종류의 강판들이 개발되었다.

그 예로서 김태웅등이 제안한 대한민국 특허공보 제1994-0008945호, 제1994-0007374호, 및 제1997-0001324 호(등록번호)를 들 수 있다.

상기 특허들에는 자동차 강판으로 적합한 고성형성과 고강도 특성을 갖는 25wt% 정도의 망간을 함유하는 고망간 강이 제시되어 있다.

그러나, 상기한 고망간 강은 자동차용 강판으로서의 제반 특성이 우수함에도 불구하고 통상의 연속주조-열간압연 공정으로 강판을 제조할 시 표면산화가 심하고, 표면 균열이 심하게 발생되어 열간압연공정에 의한 강판의 제조를 어렵게 할 뿐만 아니라 절단. 표면연마 등이 필수공정으로 되어 실수율 감소와 제조단가 상승의 원인이 되어 상업화에 문제가 되어 왔다.

본 발명은 쌍롤형 박판주조기를 이용하여 롤 압하력을 최소화하고, 분위기 가스를 적절히 조정하므로써 우수한 성형성과 높은 강도를 가질 뿐만 아니라 표면산화 및 표면 균열을 최소화하여 표면품질이 양호한 고망간 강의 박판을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 통상적인 쌍롤형 박판 주조기의 개략도

도 2는 강종별 변형온도에 따른 응력변화를 나타내는 그래프

도 3은 쌍롤형 박판 주조기로 제조된 고망간 주편의 균열 단면 미세조직 사진

도 4는 본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 쌍롤형 박판 주조기의 일례개략도

도 5는 롤단위길이당 압하력에 따른 크랙지수변화를 나타내는 그래프

도 6은 단위부피당 아르곤 가스량에 따른 크랙지수 변화를 나타내는 그래프

* 도면의 주요부분에 대한 부호발명 *

10 : 턴디쉬 20 : 노즐 40 : 에지댐 50 : 주조롤 60 : 박판

70 : 가스유량계 75 : 분위기 가스 80 : 로드셀 81 : 롤 갭 센서

82 : 주조속도 센서 100 : 유압실린더 110 : CCD 카메라

120 : 압하력/주조속도/갭제어기

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 쌍롤형 박판 주조기의 쌍롤 사이에 고 망간강의 용강을 공급하여 주조하고; 그리고 상기 주조시 상기 롤 폭 단위 길이당 압하력을 5kg/mm이하로 제어하는 쌍롤형 박판 주조기를 이용한 고망간강의 박판제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

상기한 바와 같이, 고망간 강은 자동차용 강판으로서의 제반 특성이 우수함에도 불구하고 통상의 연속주조-열간압연 공정으로 강판을 제조할 시 표면산화가 심하고, 표면 균열이 심하게 발생된다.

따라서, 본 발명에서는 상기한 문제점을 해결하기 위하여 통상적인 연속주조공정에 의하지 않고 쌍롤형 박판 주조기를 사용하여 고망간 강의 박판을 제조하고자 한 것이다.

본 발명에 바람직하게 적용될 수 있는 고 망간강으로는 중량%로, C: 0.1-1.0%, Si: 0.5%이하, Mn: 20-30%, P: 0.1%이하, S: 0.1%이하, T-Al: 0.5-3.0%, N: 0.01-0.1%, B: 0.005-0.1%, Ti: 0.01-0.2%, 잔부 Fe 및 기타 불순물을 포함하는 고 망간강을 들수 있다.

일반적으로 박판주조방법은 도 1에 도시된 바와 같이 용융된 용강을 턴디쉬 (10)로 공급하고, 턴디쉬로 유입된 용강은 쌍롤형 박판주조기의 롤 양끝단부에 설치된 에지댐(40)의 사이, 즉, 쌍롤(50)의 사이로 노즐(20)을 통해 공급되어 박판 (60)이 제조되면서 냉각공정을 거쳐 권취 설비에 권취가 된다.

도 1에서 부호 "30"은 메니스커스 실드를 나타내고, 그리고 부호 "55"는 브러쉬롤 나타낸다.

따라서, 용강으로부터 두께 10mm 이하의 박판(60)을 직접 제조하는 쌍롤식 박판주조공정에 있어서 중요한 기술은, 빠른 속도로 반대방향으로 회전하는 내부 수냉식 쌍롤(50)사이에 주입 노즐(20)을 통해 용강을 공급하여 원하는 두께의 박판(60)을 제조하는 것이다.

본 발명에서와 같이 쌍롤형 박판 주조기를 사용하여 고 망간강의 박판을 제조하는 경우에는 급속응고에 의한 결정립 미세화, 고용한 증대, 편석 감소 효과등에 의해 물성이 향상되고, 열연공정을 생략할 수 있어 상업화 가능성이 매우 높다.

하지만, 이러한 많은 장점에도 불구하고 쌍롤형 박판 주조 공정에 적용하기 위해 해결되어야 하는 문제가 있는데, 바로 소재가 갖는 고온물성 저하의 문제이다.

쌍롤형 박판 주조기를 사용하는 경우에는 통상적인 연속주조-열간압연공정에 비해 급속응고이므로 훨씬 유리한 부분이 있지만, 기본적으로 주조와 압연이 동시에 이루어지기 때문에 고온의 응고쉘에 압하력을 가하게 되면 치명적인 결함의 요인이 될 수 있다.

박판주조공정에 의한 박판 제조시 대상 강종의 주조성(castability)에 영향을 미치는 주된 금속야금학적 인자중의 하나로 대상강의 응고크랙 민감도를 들 수 있다.

일반적으로, 응고크랙은 인장강도가 나타나기 시작하는 온도인 ZST(Zero StrengthTemperature)와 연성이 나타나기 시작하는 ZDT(Zero Ductility Temperature)사이의 온도 구간에서 발생하기 때문에 응고크랙의 민감도, 즉 DT(= ZST-ZDT)는 대상합금의 주조성 평가에 중요한 항목이 되고 있다.

일반적으로, 강의 고온취화특성을 나타내는 자료로 사용되는 특성온도인 ZDT, ZST에 관한 연구 결과는 상당히 많이 보고되어 있다.

강의 강도가 나타나기 시작하는 온도 ZST는 고상분율(fs)이 0.7부근이 되는 온도와 대체로 일치하는 경향을 나타내는데, 이러한 이유는 고상이 일정 분율 이상으로 응고되어 주상정이 서로 합체, 맞물림되어 고,액 공존영역에서도 강이 강도를 가지기 때문이다.

또한, 강의 연성을 띠기 시작하는 온도 ZDT는 응고가 완료되는 즉, 고상분율이 1이 되는 최종 응고온도와 일치하는 것으로 보고되고 있다.

하기 표 1에 나타난 바와 같이, 고망간 강의 균열감수성(DT)은 88℃(0.5w%C)로 타 강종에 비해 매우 높다.

강종	STS304	STS310S	인바(Invar)	고망간강(Fe-25Mn)
DT= ZST-ZDT(℃)	10	43	5	88

한편, 고 망간강의 고온인장시험(Gleeble Test)결과에 의하면, 도 2에 나타난 바와 같이 열간변형저항은 1200℃이하의 온도영역에서는 STS304, SS41 및 인바합금에 비해 높은 값을 가지지만, 1200℃에서부터 고온강도가 급격히 감소하는 경향을 나타냄을 알 수 있다.

통상적인 연속주조-열간압연공정을 이용하는 경우에는 이러한 재료의 고온 물성을 향상시키기 위해 결정립계 강화 원소인 B, Ti 등을 첨가하여 균열을 억제하였다고 보고하고 있다.

그러나, 쌍롤형 박판 주조 공정에서는 주조와 더불어 가해지는 압하력을 적절히 조절해 주지 않으면 이러한 고온물성이 취약한 강종에 대해서는 문제가 심각해질 수 있다.

특히, 도 3에 표시된 바와 같이 균열 발생시 대부분 주상정을 따라 생성되는 응고성 균열이며, 특히 등축정이 없이 주상정이 서로 맞닿는 특성을 나타내 보이므로 응고 중 외란이나 압하력은 주편 균열에 많은 문제점을 야기할 수 있다.

이러한 점을 고려하여 본 발명에서는 고 망간강의 박판을 쌍롤형 박판주조기를 이용하여 제조함에 있어서 압하력을 적절히 설정하고, 바람직하게는, 본 발명에서는 적절한 압하력의 설정과 함께 탕면에 불활성 가스를 분위기 가스로 투입하는 것으로서, 이에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 바람직하게 사용될 수 있는 쌍롤형 박판 주조기의 일례가 도 4에 나타나 있다.

도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 바람직하게 사용될 수 있는 쌍롤형 박판 주조기는 롤갭을 두고 서로 맞물리게 위치되는 쌍롤(50), 이 쌍롤 양끝단부에 설치된 에지댐(40) 및 용강 탕면을 차단하여 실링하는 메니스커스 실드(30)을 포함하고; 그리고 상기 쌍롤(50) 사이에는 롤갭 센서(81)가 구비되고, 각각의 롤 후단에 롤 압하력 감지센서인 로드쉘(80)이 구비되고, 롤 갭을 제어하도록유압실린더(100)가 장착되고, 롤의 속도를 측정하도록 구성되는 속도센서(82)가 구비되고, 그리고 롤갭과 주조속도를 제어하도록 구성되는 롤압하력/주조속도/롤갭 제어기(120)가 구비되어 있다.

도 4에서, 부호 "90"은 모터를 나타낸다.

도 4와 같이 구성되는 쌍롤형 박판 주조기를 이용하여 본 발명에 따라 고망간강의 박판을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

고 망간강의 용강이 쌍롤(50)사이에 주입되면 롤이 서로 맞물려 돌게 되고, 롤 사이에서 응고된 주편이 압연되면서 롤 후단에 설치된 로드쉘(80)에 롤 압하력이 감지되고, 롤 갭 센서(81)는 롤 갭을 감지하며, 속도 센서(82)는 롤의 속도를 측정하여 압하력/주조속도/롤 갭 제어기(120)에 신호를 보내면 이를 제어하여 적정한 압하력, 주조속도 및 롤 갭을 유지할 수 있도록 제어하게 된다.

본 발명에 있어서 압하력은 롤 폭 단위 길이당 5kg/mm이하로 제어하는 것이 바람직하다.

고 망간강의 액상선 온도는 1410~1420^oC 이고, 고상선 온도는 1220~1280^oC 로 탄소함량에 따라 다소 차이가 나며, 액상선과 고상선의 온도 차가 140~180^oC 로 매우 큰 특성을 가지고 있다. 응고가 개시되어 최종 응고가 일어나는 동안의 온도가 1200^oC 이상이며, 넓은 온도 구간에서 일어나므로 이때 압하력 등의 외력을 받는 경우에는 응고쉘의 취약한 고온물성으로 인해 쉽게 균열이나 파단이 발생할 수 있다.1200^oC 에서의 응고쉘의 최대응력은 약 10 kg/mm²이며, 이 값보다 훨씬 낮은 압하력을 가해야 하며, 가능한 압하력을 가하지 않는 것이 균열발생에 큰 도움이 되리라 판단되나 주조를 제어하다 보면 어느 정도의 압하력은 감수해야 한다.

따라서, 압하력은 롤 폭 단위 길이당 5kg/mm이하로 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 일정한 압하력을 유지하는 것이 무엇보다 중요한데, 이를 위해 롤 갭과 주조속도가 서로 맞물려 제어된다.

본 발명에 있어서 일정한 압하력의 유지시 가능한 주조속도를 주 제어기로 사용하여 맞추고 롤 갭은 특수한 경우 미세한 변화로 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 도 4에 나타난 바와 같이, 쌍롤형 박판주조기에 주편 균열 감지용 CCD 카메라(110)를 장착시켜 롤 직하에 주편이 나오게 되면 고온의 주편의 밝기로 주편의 균열을 감지하는 것이 바람직하다.

만약, 균열이 감지되면 그 신호를 롤압하력/주조속도/롤갭 제어기로 보내 주조속도를 증가시킴에 따라 롤 압하력을 감소시키고, 주편의 균열을 방지하도록 하는 것이 바람직하다.

이때 롤 압하력은 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하며, 롤갭은 가능한 최소로 움직이게 한다.

롤 직하 주편은 CCD 카메라로 관찰하면 매우 고온이며, 밝게 나타나게 되는데, 스컬 등의 혼입으로 국부적인 과응고가 일어나게 되면 온도가 급격히 떨어지고, 어둡게 관찰되는 반면, 균열이나 들뜸 등으로 미응고가 발생하게 되면 주편의 온도는높고, 밝게 관찰된다. 균열은 라인상으로 나타나는 것으로 평균온도보다 20~50^oC 정도 높게 나타나며, 카메라 화상에는 밝은 라인으로 표시되는 것으로 쉽게 관찰할 수 있다.

또한, 탕면에는 불활성 가스를 분위기 가스로 투입하는 것이 바람직하며, 가스 공급량은 가스를 투입하는 입구에 유량계를 설치하여 공급량을 제어할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 불활성 가스의 공급량은 단위부피당 100 Nm³/hr 이상이 되도록 제어하는 것이 바람직하다.

상기 불활성 가스로서 바람직한 것으로는 아르곤 가스를 들수 있다.

상기 불할성 가스로서 질소를 사용할 수도 있지만, 질소를 사용하는 경우에는 탕면에 AlN 이 석출되어 탕면이 쉽게 응고되거나 용탕으로 혼입되어 결함으로 존재하게 될 우려가 있기 때문에 아르곤을 사용하는 것이 바람직하다.

만약, 주편 후단의 CCD카메라로부터 균열이 감지되면 분위기 가스의 공급량을 증가시키는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 가능한 단위부피당 100 Nm³/hr 이상이 되도록 공급량을 제어하는 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예 1

폭 1300mm, 롤 직경 1250mm 의 쌍롤형 박판 주조기를 이용하여 하기 표 2의 조성을 갖는 고망간강을 롤단위길이당 압하력(kg/mm)을 변화시키면서 주조하여 크랙지수(kg/m²)를 구하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.

원소	C	Si	Mn	P	S	T-Al	N	B	Ti
목표	0.5	0.08	25.0	0.015	0.01	1.5	0.015	0.007	0.02
고망간강의 기본 성분계 (wt%)

도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되게 압하력을 아주 낮게 제어하는 경우 에는 주편의 표면 결함이 제거됨을 알 수 있다.

실시예 2

분위기 가스로서 아르곤 가스를 공급한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 박주편을 제조하였으며, 이 때 가스의 공급량은 도 6과 같이 변화시켰다.

상기와 같이 제조된 박주편에 대하여 크랙지수를 조사하고, 그 결과를 도 6에 나타내었다.

도 7에 나타난 바와 같이, 아르곤 가스의 공급량이 단위부피당 100Nm³/hr 이상으로 제어되는 경우에는 주편의 균열지수가 급격히 떨어짐을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 쌍롤형 박판 주조기를 이용하여 고성형 고강도 자동차 강판용 고망간 강의 박판을 제조하므로써, 종래의 연속주조방법에 비하여 열연공정이 생략됨에 따라 양호한 주편품질을 얻을 수 있고, 낮은 압하력으로 주편 표면이 양호한 주편을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 적정한 분위기 가스를 제어함으로써 주편의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

따라서, 본 발명에 따라 제조된 고 망간강의 박판은 자동차 강판용으로 사용하기에 매우 적절한 새로운 소재로서 대두될 수 있다.

Claims

롤갭을 두고 서로 맞서 위치되는 쌍롤, 이 쌍롤 양끝단부에 설치된 에지댐 및 용강 탕면을 차단하여 실링하는 메니스커스 실드를 포함하는 쌍롤형 박판주조기의 쌍롤 사이에 고 망간강의 용강을 공급하여 고 망간강의 박판을 제조하는 방법에 있어서, 주조시 롤 폭 단위 길이당 압하력이 5kg/mm이하로 제어되는 것을 특징으로 하는 쌍롤형 박판 주조기를 이용한 고 망간 강의 박판 제조 방법
제1항에 있어서, 롤 직하부에서 박판의 균열존부를 CCD 카메라로 관찰하여 균열이 검지되면, 주조속도를 더욱 증가시켜 롤 압하력을 더욱 감소시키는 과정을 롤 직하부에서의 박판에서 균열이 검지되지 않을 때까지 반복하는 것을 특징으로 하는 쌍롤형 박판 주조기를 이용한 고 망간강의 박판 제조 방법
제1항 또는 제2항에 있어서, 아르곤 가스가 상기 메니스커스 실드내의 용강 탕면상에 단위부피당 100Nm³/hr이상의 가스량으로 주입되는 것을 특징으로 하는 쌍롤형 박판 주조기를 이용한 고 망간 강의 박판 제조 방법
제1항 또는 제2항에 있어서, 고 망간강은 중량%로, C: 0.1-1.0%, Si: 0.5%이하, Mn: 20-30%, P: 0.1%이하, S: 0.1%이하, T-Al: 0.5-3.0%, N: 0.01-0.1%, B: 0.005-0.1%, Ti: 0.01-0.2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 조성되는 것임을 특징으로 하는 쌍롤형 박판 주조기를 이용한 고 망간 강의 박판 제조 방법
제3항에 있어서, 고 망간강은 중량%로, C: 0.1-1.0%, Si: 0.5%이하, Mn: 20-30%, P: 0.1%이하, S: 0.1%이하, T-Al: 0.5-3.0%, N: 0.01-0.1%, B: 0.005-0.1%, Ti: 0.01-0.2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 조성되는 것임을 특징으로 하는 쌍롤형 박판 주조기를 이용한 고 망간 강의 박판 제조 방법