KR20080061832A - 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기로 출탕 후 AOD(Argon Oxygen Decarburization) 정련로에서의 온도 제어를 통하여 주조래들로 옮겨진 용강의 개재물수를 최소화하는 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련 방법에 관한 것이다. 본 발명은 전기로(EAF: Electric Arc Furnace)-정련로(AOD:Argon Oxygen Decarburization)-성분조정(LT:Ladle Treatment)-턴디쉬(Tundish)-연속주조 공정을 거치는 10~30%의 크롬(Cr), 5~15%의 니켈(Ni), 0.005%이하의 타이타늄(Ti) 및 0.1%이하의 탄소(C)를 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강의 정련 방법에 있어서, 상기 정련로(AOD)에서의 용강 온도를 조정하는 단계와, 성분조정(LT) 시 용강 온도를 조정하는 단계를 더 포함한다. 이러한 구성에 의하여, 개재물에 기인한 표면결함의 감소로 인하여 스테인리스강의 청정도를 향상시킬 수 있다.
고청정, 정련로, AOD, 성분조정, LT, 온도

Description

오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련 방법 {A method for refining with high purity of austenitic stainless steel}
도 1은 일반적인 스테인리스강 제조공정을 나타내는 모식도.
도 2a는 스테인리스강의 경질 개재물의 형상을 나타내는 도면.
도 2b는 경질 개재물에 의한 냉연코일 표면결함을 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 정련방법에 의해 생산된 스테인리스강의 공정별 강 중 산소농도를 종래와 비교하여 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 정련방법에 의해 생산된 스테인리스강의 공정별 강 중 개재물수를 종래와 비교하여 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 정련방법에 의해 생산된 스테인리스강의 결함지수를 종래와 비교하여 나타낸 그래프.
본 발명은 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전기로 출탕 후 AOD(Argon Oxygen Decarburization) 정련로에서 의 탈탄 및 탈산 과정 이후의 온도 및 주조래들 정련 시의 용강온도 조절과 주조온도 제어 등을 통하여 주조래들로 옮겨진 용강의 개재물수를 최소화함으로써, 스테인리스강의 청정도를 향상시킬 수 있는 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련 방법에 관한 것이다.
일반적으로 오스테나이트계 스테인리스강은 표면품질이 매우 중요하다. 표면 결함에 영향을 미치는 인자 중, 고융점 비금속 개재물의 조성 및 개수 등이 큰 문제가 되고 있다. 즉, 개재물이 제품의 표면에 잔류해 있을 경우 표면을 손상시키거나, 균열 발생의 원인이 된다. 그러나, 비금속 개재물은 용강의 탈산 과정과 온도 제어를 위한 합금철 투입 등의 공정을 통해서 필연적으로 발생하기 때문에 개재물의 발생을 최소화시켜야 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 스테인리스강 제조공정을 구체적으로 설명한다.
도 1은 일반적인 스테인리스강 제조공정을 나타내는 모식도이고, 도 2a는 스테인리스강의 경질 개재물의 형상을 나타내는 도면이며, 도 2b는 경질 개재물에 의한 냉연코일 표면결함을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 전기로에서 용융되어 생성된 용탕, 즉 전기로 용탕을 장입래들에 출탕하고, 상기 장입래들을 기울여 상기 용탕의 상부에 부상하고 있는 슬래그의 일부를 제거한다. 그리고, 배재장에서 나머지 잔류하는 슬래그를 제거한 전기로 용탕을 정련로에 투입한다.
상기 용강은 AOD(Argon Oxygen Decarburization) 정련로에서 탈탄 중에 크롬, 철 등의 유가금속들이 산화되어 용강 성분의 손실을 야기하며, 산소 가스를 용 강 중에 취입하여 탄소를 제거하기 때문에 크롬산화물이 생성되고, 이를 환원시키기 위해서 생석회(CaO)를 주성분으로 하는 염기성 플럭스와 함께 탈산제로 규소철(FeSi)을 함께 첨가하고, 탈산 및 개재물의 제거를 촉진하기 위해서 불활성 가스로 용강을 교반시킨다. 그러나, 이와 같은 규소의 투입에 의한 탈산의 경우, 도 2a 내지 도 2b를 참조하면, 규소와 산소가 반응하여 하기 [반응식 1]의 반응에 의해 규소산화물(SiO2)이 생성되고, 또한, 규소를 환원제로 이용하는 경우에도 실리콘 합금 내 알루미늄이 함유되어 있기 때문에 용강 중 알루미늄의 농도가 일정치 이상이 되는 경우에는 마그네슘 알루미네이트계 알루미나 또는 [반응식 2]의 반응에 의해 알루미늄산화물(Al2O3)의 개재물이 생성되어 용강 내에 고융점 개재물이 필연적으로 존재하게 되는 문제점이 있다.
[Si] + 2[O] = SiO2
2[Al] + 3[O] = Al2O3
또한, 환원 정련 과정과 정련로에서 주조래들로 옮겨지는 과정에서 용강의 온도가 100℃ 이상 떨어지게 되는데, 이 때 용강 중 알루미늄과 규소는 용강 온도 하강에 의해 용해도가 낮아지면서, 용강 중 산소와 결합하는 산화반응이 촉진되기 때문에 규소산화물 및 알루미나 개재물이 생성된다. 즉, 용강온도의 하강이 클수록 고융점 개재물의 개수는 증가하게 된다. 주조래들로 옮겨진 용강의 온도가 주 조 공정에서 응고될 때까지 지속적으로 하강하면서 알루미늄의 산화 반응이 개재물의 조성 변화를 일으켜, 개재물 중 알루미나의 농도를 높이게 된다.
이와 같이 생성된 미세한 비금속 개재물들은 1600~1700℃의 용강 내부에서 미세한 고체 입자로 부유하므로, 각 입자들간의 응집, 성장이 어렵고, 부력에 의해 용강 상부로 떠올라 제거되지 못하고 계속 용강 중에 체류하게 된다. 이 개재물들은 AOD 정련로에서 주조래들로 출강할 때, 용강 내로 혼입된 슬래그와 서로 반응하면서 대형 개재물로 변화하고 최종적으로 제품 표면 품질에 악영향을 미치는 슬래그성 개재물과 고융점 스피넬(Spinel) 개재물의 석출상이 결합되어 있는 형상을 보이게 된다. 이러한 개재물의 개수, 크기 등을 제어하기 위해 여러 가지 기술들이 적용되어 왔다.
공개된 문헌을 참조하면, 한국공개특허 제2002-0022275호, 한국공개특허 제2001-0063536호, 일본공개특허 제1995-188861호는 이미 생성된 개재물 혼입을 방지하거나 알루미나 개재물을 억제하는 방법으로 개재물 발생 억제와는 무관하다. 그리고, 한국공개특허 제2004-0056706호는 개재물 중 알루미나의 농도를 감소시키기 위해 돌로마이트 래들을 이용하는 방법을 제시하고 있으나, 이 방법 역시 용강 중 개재물의 수를 줄이기에는 곤란하다. 또한, 일본공개특허 제19991-267312호와 일본공개특허 제1998-158720호, 프랑스특허 E.I.7603020603호에서는 정련로 슬래그의 염기도와, 슬래그 중의 알루미나 및 마그네시아의 농도를 규제함으로써, 고융점 개재물의 생성을 방지하는 방법에 관한 것으로 개재물 성분 제어를 목적으로 하며, 상기 종래의 기술들은 대부분 개재물수의 저감방법을 제공하지는 못하고 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 고안된 발명으로, 본 발명의 목적은 전기로 출탕 후 AOD(Argon Oxygen Decarburization) 정련로에서의 탈탄 및 탈산 과정 이후 주조래들로 옮겨진 용강의 개재물수를 최소화할 수 있는 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련 방법을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련 방법은 전기로(EAF:Electric Arc Furnace)-정련로(AOD:Argon Oxygen Decarburization)-성분조정(LT:Ladle Treatment)-턴디쉬(Tundish)-연속주조 공정을 거치는 10~30%의 크롬(Cr), 5~15%의 니켈(Ni), 0.005%이하의 타이타늄(Ti) 및 0.1%이하의 탄소(C)를 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강의 정련 방법에 있어서, 상기 정련로(AOD)에서의 용강 온도를 조정하는 단계와, 성분조정(LT) 시 용강 온도를 조정하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게 상기 정련로(AOD)에서의 용강 온도를 조정하는 단계는 상기 전기로 출탕 후 정련로 탈탄 공정에서의 온도를 (전기로 출탕 온도+50℃) 이하로 제어하고, 상기 성분조정(LT) 시 용강 온도를 조정하는 단계는 상기 정련로 출강 후 주조래들에서 성분 및 온도 조정 후의 온도를 (정련로 출강온도-100℃) 이상으로 제어한다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 도시한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련 방법을 구체적으로 설명한다.
(실시예)
상기 도 1에서 설명한 전기로-AOD 정련로-주조래들-연속주조 공정을 통한 오스테나이트계 스테인리스강의 제조 공정에서 스크랩, 페로크롬(FeCr)을 원료로 하여 90톤 전기로에서 용해하고, 출탕 시 온도를 1580~1600℃로 조정한다. AOD 정련로에서 알곤-산소 혼합가스를 이용한 탈탄 정련을 실시한다. 탈탄 정련 후 산화된 크롬을 환원 및 회수하기 위하여 실리콘과 함께 생석회와 형석을 첨가하고, 알곤 가스를 불어 환원 정련을 행한 후 주조래들로 이송한다. 주조래들로 이송하기 전 출강 시 온도를 1630~1650℃로 조정하고, 주조래들에서는 용강상부의 슬래그를 용강무게의 1.5~2.0%가 되도록 일부만 제거하고 알곤 가스를 주조래들 하부로부터 취입하여 교반을 실시하면서 최종 성분 및 온도 조정을 행한다.
상기 교반 작업을 완료하였을 때 용강의 온도는 1530~1550℃를 유지하도록 조정하였으며, 또한 주조 온도를 스테인리스강의 용융온도보다 40~50℃ 높게 제어하고 연속주조를 통해 스테인리스강의 슬라브 주편을 제조하고, 주편 표면을 현미경으로 검사하여 표면의 개재물 개수를 조사한 뒤, 이를 0에서 10 사이의 수준으로 구분한 스테인리스강의 청정도 지수로 나타내었다.
하기 [표 1]에 본 발명의 실시예에서 사용한 오스테나이트 스테인리스강의 성분을 나타내었다.
성분 C Si Mn Al Ca Cr Ni N P S
% 0.1 이하 0.30~ 0.70 1.00~ 1.50 0.0003이하 0.001 이하 17.0~ 20.0 5.0~ 10.0 0.05 이하 0.03 이하 0.01 이하
그리고, 하기 [표 2]에는 실험조건과 그에 따른 청정도 지수를 나타내었다.
구분 실시 번호 실험조건 청정도 지수 (0~10)
전기로 출탕 온도(℃) AOD 출강 온도(℃) LT 후 용강 온도(℃) 주조온도 (℃)
종래 기술 1 1550 1680 1530 1483 5.0
2 1543 1700 1524 1479 8.6
3 1578 1695 1518 1487 5.5
4 1566 1678 1510 1480 6.7
5 1555 1667 1506 1485 9.9
본 발명 1 1583 1631 1535 1495 0.4
2 1585 1630 1533 1503 0.8
3 1596 1628 1530 1503 1.0
4 1588 1625 1528 1495 2.2
5 1581 1620 1525 1493 0.8
[표 2]에서 보는 바와 같이, 정련로(AOD)에서의 용강 온도는 상기 전기로 출탕 후 정련로 탈탄 공정에서의 온도를 (전기로 출탕 온도+50℃) 이하로 제어하고, 상기 성분조정(LT) 시 용강 온도는 상기 정련로 출강 후 주조래들에서 성분 및 온도 조정 후의 온도를 (정련로 출강온도-100℃) 이상으로 제어함으로써, 종래에 비해 현저히 높은 청정도 지수를 나타냄을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 정련방법에 의해 생산된 스테인리스강의 공정별 강 중 산소농도를 종래와 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 3에서 보는 바와 같이, 종래기술의 경우 공정의 진행에 따라 산소 농도의 변화가 심하고 그 수준이 본 발명에 비해 높은 것을 알 수 있다. 따라서, 종래의 경우, 규소의 투입을 통한 탈산시 전체 공정 중에 높은 산소 농도로 인하여 규소산화물(SiO2)이 생성될 수 있으므로, 본 발명과 같이 산소 농도의 변화가 일정하면서도 산소 농도가 낮으면 고융점 개재물의 발생을 감소시킬 수 있다.
그리고, 도 4는 본 발명의 정련방법에 의해 생산된 스테인리스강의 공정별 강 중 개재물수를 종래와 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 상기 설명한 바와 같이 산소 농도에 비례하여 개재물의 개수도 종래기술의 경우 그 기복이 심하고 많은 반면, 본 발명의 경우 개재물의 개수가 공정의 진행에 따라 서서히 감소하는 것을 알 수 있다.
이와 같은 결과로 상기 [표 2]의 본 발명의 실시예 및 종래기술의 예를 비교해 보면 청정도 지수가 현저히 좋아진 것을 알 수 있다. 평균 7.1이었던 청정도 지수가 평균 1.0으로 대폭 낮아져서 스테인리스강의 청정도가 60%정도 향상되었음을 알 수 있다. 도 5는 본 발명의 정련방법에 의해 생산된 스테인리스강의 결함지수를 종래와 비교하여 나타낸 그래프로서, 상기 [표 2]의 결과는 도 5에 그래프로 나타내었으며, 이로부터 본 발명에 의한 용강 중 개재물 저감 효과의 타당성을 입증할 수 있다.
용강 청정도에 가장 큰 영향을 미치는 용강 중 개재물의 수는 AOD 조업 후의 온도, 성분 조정 시의 온도, 주조 온도에 의존한다. 이는 용강 중 개재물의 개수가 용강 중 산소 함량에 비례하고, 용강 중 산소 함량은 용강 온도에 비례하기 때문이다.
따라서, 본 발명은 개재물 개수를 저감시키기 위하여, 정련로(AOD)의 용강 온도를 조정하는 방법과 성분조정(LT) 시 온도를 조정하는 방법으로 구성된다.
본 발명에서 정련로(AOD) 용강의 온도를 조정하는 방법은 전기로 출탕 후 정련로(AOD) 탈탄 공정에서의 온도 상승을 전기로 출탕온도+50℃ 이하로 제어하는 것이다. 정련로 출강 온도를 (전기로 출탕온도+50℃) 이하로 한정한 것은 그 이상으로 온도가 높을 경우 용강 중 산소가 높아져서 강 중의 개재물수가 급격히 증가하기 때문이다. 또한 정련로 조업 후의 용강 온도를 1700℃이상으로 할 경우 내화물의 용손이 심해져서 용강의 청정도를 악화시킨다.
한편, 정련로에서 주조래들로 이송한 후, 성분 조정을 위한 합금철 투입 및 용강 교반 시간 동안 (AOD 출강온도-100℃) 이상으로 조정하여야, 용강 중 개재물의 발생을 최소화시킬 수 있다. 또한 주조 온도를 스테인리스강의 용융온도보다 40~50℃ 높게 제어하여야 스테인리스강의 고청정성을 확보할 수 있다.
즉, 정련로(AOD)의 용강 온도를 조정하는 단계는 전기로 출탕 후 정련로(AOD) 탈탄 공정에서 온도 상승을 (전기로 출탕온도+50℃) 이하로 제어하고, 성분조정(LT) 시 온도를 조정하는 단계는 출강 후 주조래들에서 성분 및 온도 조정 후의 온도를 (정련로 출강온도-100)℃ 이상으로 조정하며, 주조 온도를 스테인리스강의 용융온도보다 40~50℃ 높게 제어함으로써, 용강 중 개재물의 발생을 최소화시켜 스테인리스 제품 가공 시 개재물에 의해 발생하는 표면 결함을 방지할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 전기로 출탕 후 AOD(Argon Oxygen Decarburization) 정련로에서의 탈탄 및 탈산 과정 이후의 온도 및 주조래들 정련 시의 용강온도 조절, 주조온도 제어 등을 통하여 주조래들로 옮겨진 용강의 개재물수를 최소화함으로써, 스테인리스강 가공 시에 개재물의 연성을 향상시킬 뿐만 아니라, 개재물에 기인한 표면결함의 감소로 인하여 스테인리스강의 청정도를 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 전기로(EAF)-정련로(AOD)-성분조정(LT)-턴디쉬(Tundish)-연속주조 공정을 거치며, 중량%로, 10~30%의 크롬(Cr), 5~15%의 니켈(Ni), 0.005%이하의 타이타늄(Ti) 및 0.1%이하의 탄소(C)를 포함하는 오스테나이트계 스테인리스강의 정련 방법에 있어서,
    상기 정련로(AOD)에서의 용강 온도를 조정하는 단계와, 성분조정(LT) 시 용강 온도를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 정련로(AOD)에서의 용강 온도를 조정하는 단계는 상기 전기로 출탕 후 정련로 탈탄 공정에서의 온도를 (전기로 출탕 온도+50℃) 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 성분조정(LT) 시 용강 온도를 조정하는 단계는 상기 정련로 출강 후 주조래들에서 성분 및 온도 조정 후의 온도를 (정련로 출강온도-100℃) 이상으로 제어하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스강의 고청정 정련 방법.
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