KR20090066838A

KR20090066838A - 페라이트계 스테인리스강의 제조방법

Info

Publication number: KR20090066838A
Application number: KR1020070134547A
Authority: KR
Inventors: 김지준; 김종철; 김선구
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2009-06-24
Also published as: KR100958029B1

Abstract

본 발명은 크롬(Cr) : 10~20 중량% 를 포함하는 페라이트계 스테인리스강 제조방법에 있어서, 전자교반장치로 용강을 교반하는 단계 및 2차 냉각대로 용강을 냉각하는 단계를 포함하고, 2차 냉각대의 전체 비수량은 0.80ℓ/kg 이상에서 1.20 ℓ/kg 이하로 하고, 전자교반장치 하단부의 2차 냉각대의 비수량은 0.20 ℓ/kg 이상에서 0.40ℓ/kg 이하로 제어하는 것을 포함하여 이루어져 주편의 중심에 생기는 등축정율을 증대할 수 있다.

페라이트계, 스테인리스강, 연속주조, 주상정, 등축정

Description

페라이트계 스테인리스강의 제조방법 {A Method of Manufacturing A Ferrite Stainless Steel}

본 발명은 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전자교반장치를 설치하고, 2차 냉각대의 비수량을 제어하여 용강을 효과적으로 냉각하는 것을 포함하여 이루어지는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 페라이트계 스테인리스강은 우수한 가공성과 내식성을 가지면서 비교적 가격이 저렴하기 때문에 주방기기, 전기기기, 자동차용 재료 등으로서 광범위하게 사용되고 있다.

이러한 페라이트계 스테인리스강의 주조조직은 칠(chill)층 등축정 영역, 주상정 영역, 및 중심 등축정 영역으로 구분되어진다. 칠(chill)층 등축정 영역에서는 주편 표면에서 몰드냉각으로 급속 냉각에 의해 등축정이 생성된다. 주상정 영역에서는 칠층에서 발생한 각 등축정의 방위는 임의의 방향을 갖는데 그 중에서 열흐름 방향에 평행한 <100>방위를 갖는 결정립이 경쟁성장에 의해 주상정으로 성장한다.

페라이트계 스테인리스강의 응고 조직은 최종 제품의 특성이나 재질에 영향을 크게 주기 때문에 주편의 응고조직을 제어할 필요성이 높아지고 있다. 특히 스테인리스 강판에서는 리징 표면 결함의 방지가 중요한 과제가 되고 있다.

리징 결함은 열연 및 냉간가공을 한 코일에서, 압연 방향에 요철이 있는 줄무늬가 생기는 현상을 말한다. 주편의 응고조직이 리징 발생에 큰 영향을 미치는 것은 이미 알려져 있고 주상정 조직이 발달할수록 리징이 발생하기 쉬운 것으로 알려져 있다.

따라서 연속 주조중에 조업조건을 개선하여 리징 방지를 위한 연구가 다양하게 수행되고 있다. 특히, 주편에서 주상정 조직이 생성되지 않도록 주편을 응고시킬 필요가 있어 등축정 생성 기술이 여러 가지로 검토되고 있다.

또한 등축정은 턴디쉬에서 과열도를 20℃ 이하로 하는 것에 의해 생성이 촉진된다는 것이 알려져 있다. 예를 들면, 일본 특개소 57-75275호에는 연속 주조용 주형내의 용강에 강선 등의 냉각재를 첨가하고, 또한 용강의 전자교반을 행하는 것에 의해 주편의 중심부에 등축정을 생성한 기술이 있다. 일본 특개소 52-62130호와 일본 특개소 64-83350호에는 주편에 초음파를 인가하여 미응고부 또는 응고 계면을 진동시켜 등축정을 생성하는 기술이 있다. 또 일본 특개 2002-30395호에는 용강의 성분과 온도를 조정하는 것에 의해 등축정을 증대하는 기술이 있다.

하지만, 연속주조 조업에 있어서 주조속도나 용강성분, 용강 과열도 등의 가동조건이 변동하기 쉽기 때문에 종래의 기술로는 등축정만을 생성하는 것은 어렵고 부분적으로 주상정이 생성되는 것을 피할 수 없다.

본 발명의 목적은 연속주조장치에 전자교반장치를 설치하여 교반을 행하며 주조온도와 2차 냉각대의 비수량을 적절하게 제어하면서 등축정을 증대시키는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스강의 제조방법은 크롬(Cr) : 10~20 중량% 를 포함하는 페라이트계 스테인리스강 제조방법에 있어서, 전자교반장치로 용강을 교반하는 단계 및 2차 냉각대로 용강을 냉각하는 단계를 포함한다.

여기서, 2차 냉각대의 전체 비수량은 0.80ℓ/kg 이상에서 1.20 ℓ/kg 이하로 하고, 전자교반장치 하단부의 2차 냉각대 비수량은 0.20 ℓ/kg 이상에서 0.40ℓ/kg 이하로 제어한다.

그리고, 용강의 주조온도 과열도는 20℃ 이상에서 40℃ 이하로 유지하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 페라이트계 스테인리스강 연속주조 시에 있어서, 전자교반장치로 상부의 뜨거운 용강을 한정하고, 하부의 차가운 미응고 용강을 교반하며 주조온도와 전자교반장치 하단부의 2차 냉각에 관한 연속주조 조건을 설정하여 등축정을 증대시키고 내 리징성이 우수한 냉연제품을 얻을 수 있 다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명의 제조방법은 스테인리스강을 제조하는 경우라면 어느 강종이든 상관없이 적용가능하나, 바람직하게는 크롬(Cr) 함량이 10 ~ 20 중량% 범위이며, 주편의 두께는 150 ~ 250mm이고, 주조폭은 900 ~ 2200mm인 페라이트계 스테인리스강의 제조에 매우 유용하게 적용할 수 있다.

페라이트계 스테인리스강을 연속주조하기 위한 연속주조장치가 도 1에 도시되어 있고, 페라이트계 스테인리스강의 제조방법은 다음과 같다.

래들(100)로부터 공급되는 정련과정을 거친 용강을 턴디쉬(200; tundish)로 보내어 수용한다. 턴디쉬(200)에서 용강을 배출하여 침지노즐(1)로 보내고, 침지노즐(1)로부터 배출되는 용강을 주형(3)에서 소요치수의 주편으로 1차 냉각 및 성형한다. 그리고 주형(3)에서 형성된 주편을 아래 방향으로 롤(5)에 의해 인출한다. 전자교반장치(9)에 의하여 침지노즐(1)에서 토출되는 상부의 뜨거운 용강을 한정하고, 하부의 차가운 미응고 용강을 교반한다. 2차 냉각대(7)를 이용하여 주형(3)에서 인출되는 용강을 2차적으로 냉각한다. 이때, 2차 냉각대(7)의 전체 비수량 및 전자교반장치(9) 하단부(A)에 위치한 2차 냉각대(7)의 비수량을 조절하여 미응고 용강(11)을 효과적으로 냉각한다.

연속주조시 주편에 형성되는 등축정율은 주편내 용강의 온도와 전자교반에 의해 다르게 발생한다. 우선 전자교반에 의해 등축정이 형성되는 과정을 살펴보면, 주형(3)에서 성장한 주상정은 전자교반이 영향을 미치는 영역에 도달하게 되면, 주상정의 결정립들은 주편내부로 이동하여 응고핵으로 작용한다. 이러한 조건에서 응고핵이 재용해되지 않고 성장하는 경우 등축정이 형성되며, 이러한 응고핵이 재용해되면 주상정이 형성된다.

따라서 주편내 등축정율을 높이기 위해서는 주편내부의 용강온도를 응고핵이 재용해 되지 않도록 낮추는 것이 필요하다. 즉, 액상선 온도 (응고온도)이하에서는 응고가 시작되기 때문에 전자교반장치(9)로 상부의 뜨거운 용강이 하부로 교반되는 것을 억제하고, 하부의 미응고 용강(11)은 전자교반장치(9) 하단부(A)의 2차 냉각대(7)에 의해 효과적으로 냉각시켜 등축정이 생기는 영역에 공급한다.

이때, 2차 냉각대(7)의 전체 비수랑은 0.80ℓ/kg ~ 1.20ℓ/kg의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 전자교반장치(9) 하단부(A)의 2차 냉각대(7)의 비수량은 0.20ℓ/kg 이상에서 0.40ℓ/kg 이하가 되도록 한다.

한편, 과열도(∇T)는 20℃ 이상에서 40℃ 이하로 행하는 것이 바람직하다.

주조온도의 과열도와 2차 냉각대(7)의 전체 비수량 및 전자교반장치(9) 하단부(A)의 2차 냉각대(7)의 비수량을 한정한 이유는 다음과 같다.

먼저, 주조온도의 과열도는 용강온도와 액상선 온도(이론 응고 온도)와의 관계를 하기의 수학식 1로 나타낼 수 있다.

과열도 (∇T)= 용강온도 - 액상선 온도

과열도를 20℃ 이상에서 40℃ 이하로 한정하는 이유는 과열도가 20℃ 이하인 경우, 용강의 과열도가 너무 낮아 주조 중 침지노즐의 막힘 또는 주편 표면에 스캠(scab) 결함이 발생할 수 있기 때문이다. 또한, 과열도가 40℃ 이상인 경우, 응고핵이 재용융되어 등축정이 생기는 영역이 감소하기 때문이다. 따라서, 본원발명에서 주조온도 과열도(∇T)는 20℃ 이상에서 40℃ 이하로 행하는 것이 바람직하다.

2차 냉각의 정도는 하기의 수학식 2를 이용하여 계산한 비수량으로 나타낼 수 있다. 여기서, S는 비수량 (ℓ/kg), Q는 2차 냉각대의 총수량 (ℓ/min), W는 주편폭(m), D는 주편 두께 (m), G는 용강 밀도 (kg/m3)를 나타내고 V는 주조속도 (m/min) 이다.

S = Q/(V×W×D×G)

페라이트계 스테인리스강을 제조할 때 2차 냉각대(7)의 전체 비수량이 0.80ℓ/kg 미만인 경우, 주편의 냉각이 줄어들어 충분한 냉각이 이루어지지 못해 몰드 레벨의 헌팅(Hunting) 또는 벌징(Bulging)을 일으키게 된다. 또한, 2차 냉각대(7)의 전체 비수량이 1.20ℓ/kg 을 초과한 경우, 주편이 과냉각되어 표면 크랙이 발생하기 쉽다. 따라서, 본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스강을 제조할 때 2차 냉각대(7)의 전체 비수랑은 0.80ℓ/kg ~ 1.20ℓ/kg의 범위 내로 행하는 것이 바람직하다.

한편, 비수랑은 주속 및 2차 냉각대(7)의 위치별 냉각테이블 형식으로 된 표 로서 계산되는데 이때 하기의 수학식 3을 이용하여 응고층 두께로 환산함으로써 응고층 두께에 따른 냉각곡선을 구할 수 있다.

여기서, S는 응고층 두께(mm), t는 시간(min), K는 응고 상수(mm/min^½)이며, 응고상수 K는 25를 사용한다.

일반적으로 냉각곡선의 형태는 하기의 수학식 4와 같은 역다항식(Inverse polynomial) 형태의 2차 식으로 나타낼 수도 있다.

여기서 W(ℓ/min m²)는 물량이며, S는 응고층 두께(mm)이고, a, b, c는 계수이다.

전자교반장치(9) 하단부(A)의 2차 냉각대(7)의 비수량이 0.20ℓ/kg 미만인 경우, 수학식 4에 의해 구해진 냉각수량과 같은 형태로 전자교반장치(9) 하단부(A)의 냉각이 증가하지 않는다. 미응고 용강을 더 강하게 냉각할 수 없으므로 등축정 증대의 효과를 기대할 수 없다. 또한, 전자교반장치(9) 하단부(A)의 2차 냉각대(7)의 비수량이 0.40ℓ/kg 초과하는 경우, 주편의 냉각이 지나치기 때문에 주편이 복 열되어 열응력으로 인한 크랙과 잔류 응력이 표면에 과도하게 발생한다. 그 결과, 주편 벤딩 및 표면크랙이 발생하게 된다. 따라서, 본원발명에서 전자교반장치(9) 하단부(A)의 2차 냉각대(7)의 비수량은 0.20ℓ/kg 이상에서 0.40ℓ/kg 이하가 되도록 한다.

이하 실험예를 통해 본 발명의 효과 및 특징을 상세히 설명한다.

(실험예)

본 발명의 실험예서는 하기 표 1과 같은 조성의 430 페라이트계 스테인리스강을 대상으로 하여 하기의 표 2에 나타낸 주조조건으로 주편을 제조해서, 연속주조 주편의 등축정율과 주편 품질을 평가하였고, 또한 통상의 열연 및 냉연조건으로 압연 권취한 후 산세하여 코일의 리징성을 평가하였다. 그 평가 결과는 하기 표 2에 나타내었다.

화학성분	Cr	Si	Mn	C	N	S
중량%	16.25	0.26	0.39	0.04	0.03	0.001

표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 사용된 페라이트계 스테인리스강은 중량 %로, Cr 16.25%, Si 0.26%, Mn 0.39%, C 0.04%, N 0.03%, S 0.001%를 함유한다.

구분	과열도 (℃)	전체 비수량 (ℓ/kg)	전자교반장치 하부 비수량 (ℓ/kg)	주편내 등축정율 (%)	냉연강판 내리징	비고
종래재	30	0.75	0.20	37%	불량
발명재1	33	1.0	0.30	62%	양호	탕면헌팅
발명재2	34	1.0	0.20	54%	양호
발명재3	32	1.0	0.40	53%	양호
발명재4	29	1.1	0.30	59%	양호
발명재5	35	0.8	0.30	50%	양호
발명재6	28	1.2	0.30	53%	양호
발명재7	29	0.9	0.40	55%	양호
비교재1	30	1.0	0.15	37%	불량
비교재2	29	1.0	0.45	38%	불량	벤딩/크랙 발생
비교재3	15	1.0	0.30	70%	불량	주조중단
비교재4	33	1.3	0.30	67%	-	표면크랙 발생

상기의 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실험예와 비교예들을 비교해 보면, 발명재 1~7에서는 주편 내 등축정율을 50%이상 확보하였고, 주편 벌징 및 크랙이 발생하지 않았으며, 냉연강판 내 리징성이 양호하였다.

그러나, 비교재 1에서는 주조온도 과열도의 범위를 만족하였지만, 전자교반장치 하단부의 2차 냉각대에 의한 냉각이 불충분하여 주편 등축정율을 37% 밖에 확보하지 못하였다.

또한, 비교재 2에서는 전자교반장치 하단부의 2차 냉각대의 비수량이 커 하단부의 용강의 냉각이 과도하여 주편이 복열되었다. 그 결과, 열응력으로 인한 크랙과 잔류 응력이 표면에 과도하게 발생하는 주편 벤딩 및 표면크랙이 나타났다.

그리고, 비교재 3에서는 주조온도의 과열도가 너무 낮아서 침지노즐이 막혀 주조를 중단하는 문제점이 발생하였다.

비교재 4에서는 전자교반장치 하단부의 2차 냉각대의 비수랑은 적정 범위 내로 하단부의 용강의 냉각은 적당하였지만, 2차 냉각대의 전체 비수량이 적정범위를 초과하였다. 그 결과, 페라이트 스테인리스강의 주편에 대한 전체 냉각이 과다하여 표면크랙이 발생하였다.

실험예를 통한 본 발명에 따르면, 등축정율을 50%이상 확보하였고, 우수한 연속주조 주편 및 냉연제품 내 리징성이 양호한 결과를 얻을 수 있었으며, 연속주조 조업이 가능하다는 것을 알 수 있었다.

전술한 실험예에서는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법 및 이를 위한 연속주조장치에 대해서 기술하였지만, 그 외의 다른 강종에도 본 발명에 따른 제조방법 및 이를 위한 연속주조장치를 적용할 수 있음은 물론이다.

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.

도 1은 본 발명에 따른 페라이트계 스테인리스강을 연속주조하기 위한 연속주조장치를 도시한 도면이다.

Claims

크롬(Cr) : 10~20 중량% 를 포함하는 페라이트계 스테인리스강 제조방법에 있어서,

전자교반장치로 용강을 교반하는 단계 및

2차 냉각대로 상기 용강을 냉각하는 단계를 포함하고,

상기 2차 냉각대의 전체 비수량은 0.80ℓ/kg 이상에서 1.20 ℓ/kg 이하로 하고, 상기 전자교반장치 하단부의 상기 2차 냉각대 비수량은 0.20 ℓ/kg 이상에서 0.40ℓ/kg 이하로 제어하는 것을 포함하여 이루어지는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.
청구항 1 항에 있어서,

상기 용강의 주조온도 과열도는 20℃ 이상에서 40℃ 이하로 유지하는 단계를 더 포함하는 페라이트계 스테인리스강의 제조방법.