KR20090011017A - 강 스트립 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강 스트립 및 강 스트립 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 예시된 실시 형태는, 용융 저탄소강을 100-300 미크론 폭의 거친 입자인 오스테나이트 입자를 갖는 5 mm 두께 이하의 스트립으로 연속 주조하는 단계, 및 적어도 200 MPa의 항복강도를 갖는 스트립을 제공하는 미세구조를 제조하기 위해서 적어도 0.01℃/sec의 소정의 냉각속도로 850℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 오스테나이트 입자를 페라이트로 변태시키기 위해 스트립을 냉각함으로써 주조 스트립에 소망하는 항복강도를 제공하는 단계로 이루어지므로 바람직한 미세구조를 갖는 저탄소강이 제조된다.

Description

강 스트립 제조 방법{A METHOD OF PRODUCING STEEL}
본 발명은 강 스트립 제조 방법 및 이 방법으로 제조된 강 스트립 주조에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 연속 스트립 주조기에서 강 스트립 제조 방법에 관한 것이다.
본원에 사용된 "스트립" 이라 함은 두께가 5mm 이하의 제품을 의미하는 것으로 이해될 것이다.
본 출원인은 트윈 롤 주조기 형태에서 연속 스트립 주조기의 강 스트립 주조 분야에서 광범위한 연구와 진보된 업적을 달성하였다.
일반적 견지에서, 트윈 롤 주조기에 연속적으로 강 스트립 주조는 내부적으로 수냉되는 한 쌍의 상반 방향 회전의 수평 주조 롤 쌍 사이에 용융금속을 도입하는 것에 의해, 이동하는 롤 표면에 금속 쉘(shell)을 응고시키고, 이 금속 쉘이 롤 간극(nip)에서 하방으로 공급되는 응고된 스트립 제품을 제조하기 위해서 롤 사이의 롤 간극으로 함께 이동한다. 본원 명세서에서 "롤 간극" 이라 함은 롤이 서로 가장 근접하는 영역을 일반적으로 지시한다. 용융금속은, 레이들(ladle)로부터 보 다 작은 용기로 주입되고, 이들 용기에서 롤 간극 상방에 위치한 금속공급노즐을 통해 용융금속이 흘러서, 롤 간극으로 향하게 되어, 롤 간극 바로 위의 롤 주조 표면에 지지되며 롤 간극을 따라 연장하는 용융금속 주조 풀(pool)을 형성하게 된다. 전자기 장벽(electromagnetic barrier) 같은 대안적 수단들이 제시되고 있지만, 이 주조 풀은 일반적으로 유출에 대해서 주조 풀의 양 단부를 막기 위해서 롤의 단면과 미끄럼 맞물림 관계로 유지되는 측부판 또는 측부 댐 사이에 구속된다. 이런 종류의 트윈 롤 주조기에서 강 스트립 주조에 관해서는, 예컨대 미국 특허 제5,184,668호, 제5,277,243호 및 제5,934,359호 공보에 개시되어 있고, 이들 특허는 특별히 모두 본원에 참고로 인용되고 있다.
스트립을 연속 주조한 후 850℃ 내지 400℃ 사이에서 오스테나이트로부터 페라이트로 스트립을 변태하기 위해 스트립을 선택적으로 냉각시킴으로써, 광범위한 미세구조, 즉 광범위한 항복강도를 갖는 소정 성분의 강 스트립을 제조한다. 변태 범위는 전체 온도 범위가 아니며 850℃ 내지 400℃ 사이의 범위 내인 것이 이해될 것이다. 정확한 변태 온도 범위는 강 성분의 화학성질과 처리 특성에 따라 다양하다.
특히, 실리콘/망간 킬드(killed) 또는 알루미늄 킬드된 저탄소강을 포함하는 저탄소강에서 실행된 작업으로부터, 850℃ 내지 400℃ 사이의 온도범위에서 오스테나이트로부터 페라이트로의 스트립을 변태시키기 위해서 0.01 ℃/sec 에서 100 ℃/sec 이상의 범위에서 냉각속도를 선택하여, 200 MPa 에서 700 MPa 범위 또는 그 이상의 항복강도를 갖는 강 스트립을 제조할 수 있도록 결정된다. 폭넓은 특성 범위를 제조하기 위해 부수의 화학 변화를 필요로 하는 종래의 슬라브(slab) 주조/열간 압연 처리와 달리, 단일 화학성질(single chemistry)로 동일한 산출이 달성될 수 있기 때문에, 이는 상당한 진보이다.
따라서, 본 발명은,
(a) 용융 저탄소강을 100-300 미크론 폭의 거친 오스테나이트 입자를 갖는 5 mm 두께 이하의 스트립으로 연속 주조하는 단계, 및
(b) 200 내지 700 MPa 이상의 항복강도를 갖는 스트립을 제공하는 미세구조를 제조하기 위해 적어도 0.01℃/sec의 선택된 냉각속도로 850℃ 내지 400℃의 온도 범위에서 오스테나이트 입자를 페라이트로 변태시키기 위해 스트립을 냉각하는 단계로 이루어지며, 상기 미세구조는,
(ⅰ) 다각형 페라이트,
(ⅱ) 다각형 페라이트와 저온 변태 제품의 혼합물, 및
(ⅲ) 저온 변태 제품의, 미세구조의 군으로부터 선택되는 단계를 포함한다.
"저온 변태 제품" 이라 함은 뷔드맨스태텐 페라이트(Widmanstatten ferrite), 침상 페라이트, 베이나이트, 및 마텐사이트를 포함한다.
상기 방법은 송출테이블 상에 스트립을 통과시키는 단계를 추가로 포함하고 단계 (b)는 850℃ 내지 400℃ 온도 범위에서 오스테나이트의 스트립을 페라이트로 변태시키기 위해 선택된 냉각속도를 달성하도록 송출테이블 상의 스트립의 냉각을 제어하는 것을 포함한다.
상기 방법은 오스테나이트의 스트립을 850℃ 내지 400℃ 온도 범위에서 페라이트로 변태시키기 위해서 스트립을 냉각하기 이전에 주조 스트립을 직렬형 열간 압연(in-line hot rolling)하는 단계를 추가로 포함한다. 이 직렬형 열간 압연 단계는 15%까지 스트립 두께를 감소시킨다.
단계 (a)에서 제조된 주조 스트립의 두께는 2 mm 이하인 것을 예시하고 있다.
100-300 미크론 폭으로 단계 (a)에서 제조된 거친 오스테나이트 입자는 주조 스트립의 두께에 의존하는 길이를 갖는다. 일반적으로, 거친 오스테나이트 입자는 스트립 두께의 절반보다 약간 작게 된다. 예컨대, 2mm 두께의 주조 스트립에 대해, 거친 오스테나이트 입자의 길이는 약 750 미크론이하 이다.
단계 (a)에서 제조된 주조 스트립은 주상(columnar)의 오스테나이트 입자이어도 된다.
단계 (b)에서 냉각속도의 상부 한계는 적어도 100℃/sec 이다.
"저탄소강" 이라 함은, 중량%로
탄소 : 0.02-0.08,
규소 : 0.5 이하,
망간 : 1.0 이하,
잔류물/부수적 불순물 : 1.0 이하, 및
철 : 나머지
로 이루어지는 조성의 보통(mean) 강이라는 것이 이해될 것이다.
"잔류물/부수적 불순물" 이라 함은 구리, 주석, 아연, 니켈, 크롬, 및 몰리브덴 등과 같은 원소의 범위를 포괄하며, 이들 원소의 특별한 첨가의 결과가 아니라 표준 강 제조의 결과로서 비교적 소량이 일반적이다. 실례로서, 이들 원소는 저탄소강을 제조하기 위해 고철(scrap steel) 사용의 결과로서 나타날 수도 있다.
저탄소강은 실리콘/망간 킬드(silicon/manganese killed)이고 중량%로
탄소 0.02 - 0.08%
망간 0.30 - 0.80%
실리콘 0.10 - 0.40%
황 0.002 - 0.05%
알루미늄 0.01% 이하의 조성을 갖는다.
저탄소강은 칼슘 처리된 알루미늄 킬드이고 중량%로
탄소 0.02 - 0.08%
망간 0.40% 이하
실리콘 0.50% 이하
황 0.002 - 0.05%
알루미늄 0.05% 이하의 조성을 갖는다.
알루미늄 킬드 강은 칼슘 처리되어도 된다.
알루미늄 킬드 강의 항복강도는 일반적으로 실리콘/망간 킬드 강의 항복강도보다 20 내지 50 MPa 낮다.
예시적으로, 다각형 페라이트이고 250 MPa 이하의 항복강도를 갖는 미세구조를 제조하기 위해 단계 (b)의 냉각속도는 1℃/sec 이하이다.
예시적으로, 다각형 페라이트, 뷔드맨스태텐 페라이트 및 침상 페라이트의 혼합물이고 250-300MPa 범위의 항복강도를 갖는 미세구조를 제조하기 위해서 단계 (b)의 냉각속도 범위는 1-15℃/sec 이다.
예시적으로, 다각형 페라이트, 베이나이트 및 마텐사이트의 혼합물이고 300-450MPa 범위의 항복강도를 갖는 미세구조를 제조하기 위해서 단계 (b)의 냉각속도 범위는 15-100℃/sec 이다.
예시적으로, 다각형 페라이트, 베이나이트 및 마텐사이트의 혼합물이고 적어도 450MPa 의 항복강도를 갖는 미세구조를 제조하기 위해서 단계 (b)의 냉각속도는 적어도 100℃/sec 이다.
연속 주조기는 트윈 롤 주조기이다.
소망하는 미세구조와 항복강도를 갖는 전술한 방법으로 제조된 저탄소강을 제공한다.
본 발명을 보다 충분히 설명하기 위해서, 첨부 도면을 참조하면서 실시예를 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 형태의 이하의 설명은 트윈 롤 주조기를 이용한 연속 주조 강 스트립에 관계한다. 본 발명은 트윈 롤 주조기의 이용에 한정하는 것은 아니며, 다른 형태의 연속 주조기에도 적용된다.
도 1은 본 발명에 따른 강 스트립을 제조할 수 있는 제조 라인의 연속적인 부분을 도시한다. 도 1 및 도 2는 중계 통로(10)로 가이드 테이블(13)을 가로질러 핀치 롤(14A)의 핀치 롤 스탠드(14)로 통과하는 주조 강 스트립(12)을 제조하는 참조번호 11로 지시된 트윈 롤 주조기를 도시한다. 핀치 롤 스탠드(14)를 바로 빠져 나온 후, 한 쌍의 분쇄 롤(16A)과 지지 롤(16B)로 이루어진 열간 압연 주조기(16)를 통과하는 스트립의 두께가 감소하도록 열간 압연된다. 열간 압연된 스트립은 워터제트(18)(또는 다른 적절한 수단)를 통해 공급된 물과의 접촉에 의한 대류와 복사로 스트립이 냉각되는 송출테이블(17)을 통과한다. 그후 압연된 스트립은 한 쌍의 핀치 롤(20A)의 핀치 롤 스탠드(20)를 통과하여, 코일러(coiler, 19)로 이동한다. 스트립의 최종 냉각(필요하다면)이 코일러에서 발생한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 트윈 롤 주조기(11)는 주조면(22A)을 갖는 한 쌍의 평행한 주조 롤(22)을 지지하는 메인 머시인 프레임(21)을 구비하고 있다. 용융금속이 주조작업 동안 레이들(도시생략)로부터 턴디쉬(23)로 공급되고, 내화 보호판(24)을 통해 분배기(25)로 진행한 후 금속공급노즐(26)을 통해 주조 롤(22) 사이의 롤 간극(27)으로 공급된다. 이와 같이 롤 간극(27)으로 공급된 용융금속은 롤 간극(27) 바로 위에 풀(30)을 형성하고 이 풀(30)은 측부판 홀더에 접속되는 유압실린더장치를 구비하는 한 쌍의 스러스터(thruster)(도시생략)에 의해 롤의 단부에 가해진 측부 폐쇄 댐 또는 판에 의해 롤의 단부에서 구속되어 있다. 풀(30)의 상부면(일반적으로 "메니스커스(meniscus)" 레벨로 언급됨)은 공급노즐의 하단부 위까지 상승하므로 공급노즐의 하단부가 이 풀에 잠기게 된다.
주조 롤(22)은 수냉되므로 이동하는 롤 표면에 쉘이 응고하고, 롤 사이의 롤 간극에서 하방으로 공급되는 응고된 스트립(12)을 제조하기 위해서 이들 사이의 롤 간극(27)으로 함께 이동한다.
이런 종류의 트윈 롤 주조기는 미국 특허 제5,184,668호 및 제5,277,243호 또는 제5,488,988호 공보에 상세히 도시 및 개시되어 있으며, 상기 공보의 개시 내용은 본원에 참고로 인용된다.
전술한 트윈 롤 주조기는 100-300 미크론 폭의 주상 오스테나이트 입자의 미 세구조를 갖는 2mm 이하의 두께의 스트립(12)을 연속적으로 주조한다.
개시된 방법의 예시적 실시 형태에 따르면, 850℃ 내지 400℃ 사이의 온도범위에서 오스테나이트로부터 페라이트로 스트립을 변태시키기 위해서 주조 스트립의 냉각속도는 주조 스트립의 특정된 항복강도를 제공하는데 요구되는 페라이트로의 오스테나이트의 변태를 제어하도록 선택된다.
예시적 실시 형태에 따르면, 냉각속도는 적어도 0.01 ℃/sec이며, 100 ℃/sec 이상이고 오스테나이트 변태가 완료될 때까지 오스테나이트에서 페라이트로 강 스트립을 변태시키도록 선택된다.
저탄소강의 경우, 이런 범위의 미세구조는 200 MPa 내지 700 MPa 이상의 범위의 항복강도를 가질 수 있다.
저탄소강에 대한 이런 냉각속도에 의해 하기의 미세구조를 갖는 주조 스트립을 제조하는 것이 가능하다.
(ⅰ) 다각형 페라이트,
(ⅱ) 다각형 페라이트와, 뷔드맨스태텐 페라이트, 침상 페라이트 및 베이나이트 등과 같은 저온 변태 제품의 혼합물, 및
(ⅲ) 저온 변태 제품.
저탄소강의 경우, 이런 범위의 미세구조는 200MPa 내지 700MPa 이상 범위에서 항복강도를 가질 수 있다.
본 개시 내용은 실리콘/망간 킬드 저탄소강에서 실행된 실험적 연구의 일부에 기초한다.
하기에 제시한 표는 미세구조에 850℃ 내지 400℃ 사이의 온도 범위에서 오스테나이트로부터 스트립을 페라이트로 변태시키기 위한 냉각속도와 실리콘/망간 킬드 저탄소강 스트립의 최종 항복강도의 효과를 요약한다. 스트립은 전술한 형태의 트윈 롤 주조기에서 주조되었다.
도 3(a)~3(b)는 주조 스트립의 최종 미세구조의 현미경 사진이다.
냉각속도의 선택과 제어가 단일 화학성질에 의한 주조 스트립의 미세구조와 항복강도에 상당한 영향을 주는 것으로 표와 현미경 사진으로부터 명백하다. 주지한 바와 같이, 종래 슬라브 주조/열간 압연 공정에서, 다른 화학성질의 범위가 항복강도의 범위를 달성하기 위해 요구된다. 화학성질의 범위는 과거에는 강 제조 공정에 상당한 주조 공정을 부가하는 상이한 양의 합금을 추가함으로써 달성되었다.
냉각속도 (℃/sec) 냉각온도 (℃) 미세구조 조성물 항복강도(MPa)
0.1 >800 다각형 페라이트, 펄라이트 210
13 670 다각형 페라이트, 뷔드맨스태텐 페라이트, 침상 페라이트 320
25 580 다각형 페라이트, 베이나이트 390
100 <400 다각형 페라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 490
850℃ 내지 400℃ 사이의 온도범위에서 오스테나이트로부터 페라이트로 스트립을 변태시키기 위한 냉각속도의 제어는 스트립 주조장치의 송출테이블(17) 및/또 는 코일러(19)에서 냉각을 제어함으로써 완료된다.
연질재료(항복강도 < 350 MPa)의 제조는 오스테나이트로부터 페라이트 변태 온도범위에 걸쳐 비교적 느린 냉각속도가 필요하다. 느린 냉각속도를 달성하기 위해서, 코일러(19)상에서 오스테나이트 변태를 완료하는 것이 필요하다.
경질재료(항복강도 > 400 MPa)의 제조는 850℃ 내지 400℃ 온도범위에서 오스테나이트에서 페라이트로 스트립을 변태시키기 위해 빠른 냉각속도가 필요하다. 빠른 냉각속도를 달성하기 위해서, 오스테나이트 변태는 송출테이블에서 완료된다.
도 3(a)~3(b)는 주조 스트립의 최종 미세구조의 현미경 사진이다.
본 발명이 여러 실시 형태를 참조로 도면과 상세한 설명으로 상세히 예시 및 개시하지만, 상세한 설명은 예시적 목적으로 그 특징을 제한하는 것이 아니며, 본 발명은 개시된 실시 형태에 한정되는 것이 아니라는 것이 이해될 것이다. 또, 본 발명은 본 발명의 범위와 사상 내에 도달하는 모든 변경, 변형 및 등가 구조를 포괄한다. 본 발명의 추가적 특징은, 현재 인식한 바와 같이 본 발명을 실행하는 최상 형태를 예시하는 상세한 설명을 고려하여 당분야 당업자에게 명백하게 된다. 여러 변경은 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 전술한 바와 같이 본 발명에 이루어질 수도 있다.
도 1은 직렬형 열간 압연 주조기 및 코일러를 통합하는 스트립 주조 장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 트윈 롤 스트립 주조기를 상세히 도시하는 도면이다.
도 3은 오스테나이트에서 페라이트 변태 온도 범위 동안 냉각속의 최종 미세구조에 대한 효과를 도시하는 주조 스트립의 현미경 사진이다.

Claims (5)

  1. (a) 용융 저탄소강을 100-300 미크론 폭의 거친 오스테나이트 입자를 갖는 5 mm 두께 이하의 스트립으로 연속 주조하는 단계로서, 상기 저탄소강은 중량%로,
    탄소 0.02 - 0.08 중량%
    망간 0.30 - 0.80 중량%
    실리콘 0.10 - 0.40 중량%
    황 0.002 - 0.05 중량%
    알루미늄 0.01 중량% 미만의 조성을 포함하는 실리콘/망간 킬드 저탄소강인, 단계;
    (b) 15% 까지의 두께 감소로 주조 스트립을 열간 압연하는 단계; 및
    (c) 850℃와 400℃ 사이의 온도 범위에서 오스테나이트 입자를 페라이트로 변태시키고 상기 주조 스트립을 냉각시키는 단계를 포함하고,
    (d) 상기 주조 스트립을 냉각시키는 단계는,
    (i) 다각형 페라이트와 베이나이트의 혼합물인 미세구조를 가지고 300-450MPa 범위의 항복강도를 가지는 냉각된 스트립을 제조하기 위해 단계 (c)의 냉각속도가 15-100℃/sec 범위에 있도록; 또는
    (ii) 다각형 페라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트의 혼합물인 미세구조를 가지고 적어도 450MPa 의 항복강도를 가지는 냉각된 스트립을 제조하기 위해 단계 (c)의 냉각속도가 적어도 100℃/sec가 되도록;
    냉각속도를 선택함으로써 상기 주조 스트립에서 요구되는 항복 강도를 제공하도록 제어되는, 스트립 주조 공정에서 주조 강 스트립을 제조하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    단계 (a)에서 제조된 주조 스트립이 2mm 이하의 두께를 가지는, 스트립 주조 공정에서 주조 강 스트립을 제조하는 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    단계 (a)에서 제조된 오스테나이트 입자는 주상인, 스트립 주조 공정에서 주조 강 스트립을 제조하는 방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    단계(a)에서 제조된 주조 스트립을 송출테이블 상에 통과시키는 단계를 더 포함하고,
    단계 (c)는 850℃와 400℃ 사이의 온도 범위에서 오스테나이트 입자로부터의 변태를 완료하고 선택된 냉각속도를 달성하도록 상기 송출테이블 상의 스트립의 냉각을 제어하는 단계를 포함하는, 스트립 주조 공정에서 주조 강 스트립을 제조하는 방법.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 연속 주조하는 단계는 트윈 롤 주조기로 수행되는, 스트립 주조 공정에서 주조 강 스트립을 제조하는 방법.
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