KR20090093007A - 흑연강의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흑연강의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 래들을 이용한 전기로 정련 조업에서 용강을 얻은 다음에 주괴 또는 연속주조를 통해 흑연강을 제조하되. 용강을 래들로 출탕하기 전 래들 바닥에 접종제를 투입하고, 용강을 래들로 주입한 후 래들 내로 비활성 기체인 아르곤 가스를 취입하여 래들 내의 용강교반을 유도함을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 접종제와 용강의 혼합효율을 증대시킬 수 있으며 이로 인해 흑연 크기 및 분포가 개선되는 흑연강을 제조할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

흑연강의 제조방법{Manufacturing Method of Graphite Steel}

본 발명은 흑연강의 제조방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 접종제와 접종방법을 변경하여 흑연이 미세하고 균일하게 분포되도록 한 흑연강의 제조방법에 관한 것이다.

산업기계와 자동차등에 사용되고 있는 기계부품들은 일반적인 연속주조공정에서 생산된 슬라브를 조압연, 중간압연, 사상압연 등의 압연 공정을 거쳐 최종 강재로 제조하고, 이것을 다시 소정의 형상으로 가공하고 그 후 소입 소려 처리함에 의해 기계부품으로서의 요구되는 특성을 확보하게 된다.

이와 같은 기계부품으로 이용되는 강재는 가공성이 우수해야 한다. 따라서 강재의 가공성을 개선하기 위한 방법으로 예를 들어, 강재 중에 포함된 탄소의 일부를 흑연으로 정출하는 흑연강이 주로 사용된다.

상기 흑연강은 전기로 조업에서 최종적으로 정련된 용강에 접종제를 투입하여 탄소의 일부를 구상흑연주철에서와 같이 구상으로 흑연화시키는 방법으로 생산하게 된다. 여기서 구상화된 흑연은 흑연강의 압연시 압연성을 향상시키는 윤활제 역할을 하여 흑연강의 내마모성을 향상시키게 된다. 그리고 상기 흑연은 미세하고 균일하고 분포될 때 윤활작용에 의한 흑연강의 내마모성 향상효과를 기대할 수 있다.

이와 같이 탄소를 흑연화하는 접종제는 일반적으로 용강의 출탕시 래들에 투입하게 된다. 즉, 전기로 조업에서 최종 정련된 용강을 래들에 출탕하면서 동시에 상기 래들에 접종제를 투입하는 것이다. 접종제로는 일반적인 FeSi가 사용된다. FeSi에서 Si는 Fe에 고용되어 페라이트의 기지를 유도하고 흑연분포를 미세화하는 역할을 하게 된다.

하지만 종래의 방법에 의해 탄소를 흑연화하는 방법은, 접종제와 용강의 비중차이로 인해 접종제가 용강에 완전히 용해되지 못하고 미용해 상태로 래들 내에서 측면으로 밀려나게 되어 소실되는 접종제의 양이 많아 접종제의 회수율이 줄어드는 문제점이 발견되었다.

이와 같이 접종제의 회수율이 줄어들면 접종제가 용강에 고용되는 분율이 감소되어, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 흑연의 크기가 조대화되고, 불균일하게 분포되는 현상이 발생된다. 이와 같은 흑연의 조대화와 불균일한 분포는 흑연강의 가공성에 악영향을 미치게 되므로 이에 대한 개선 방법이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 흑연강에 흑연이 미세하고 균일하게 분포될 수 있도록 접종제 및 접종제의 투입시기를 변경하여 접종제의 회수율을 높이는 흑연강의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 접종제 및 접종제의 투입시기 변경과 함께 아르곤 버블링을 실시하여 접종제의 회수율을 높이도록 한 흑연강의 제조방법을 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 래들을 이용한 전기로 정련 조업에서 용강을 얻은 다음에 주괴 또는 연속주조를 통해 흑연강을 제조하되. 용강을 래들로 출탕하기 전 래들 바닥에 접종제를 투입하고, 용강을 래들로 주입한 후 래들 내로 비활성 기체인 아르곤 가스를 취입하여 래들 내의 용강교반을 유도한다.

상기 접종제로는 CaSi 단독으로 사용되고, 적정투입량은 0.6~2.0 wt% 범위이다.

상기 접종제로는 CaSi와 FeSi의 복합접종제가 사용되고, 적정투입량은 각각 0.3~1.0 wt% 범위이다.

상기 CaSi와 FeSi의 복합접종제는 CaSi와 FeSi의 비율이 동일하게 투입된다.

본 발명에 의하면, 접종제 및 접종제의 투입방법과 투입시기를 조절하는 흑연강의 제조방법에 관한 것인 바, 접종제로는 CaSi 단독접종제 또는 FeSi와 CaSi의 복합접종제를 사용하고, 접종제의 투입시기는 용강이 래들로 출탕되기 전 래들 바닥에 투입하며 아르곤 버블링을 실시한다. 따라서 접종제와 용강의 혼합효율을 증대시킬 수 있으며 이로 인해 흑연 크기 및 분포가 개선되어 내마모성 및 가공성이 향상된 흑연강을 제조할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 종래 기술에 의한 흑연강의 제조방법에 의해 비교예1의 접종제를 접종한 흑연강의 미세조직을 보인 30배 및 100배의 현미경 조직사진.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 흑연강의 제조방법에 의해 실시예1의 접종제를 접종한 흑연강의 미세조직을 보인 30배 및 100배의 현미경 조직사진.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 흑연강의 제조방법에 의해 실시예2의 접종제를 접종한 흑연강의 미세조직을 보인 30배 및 100배의 현미경 조직사진.

이하 본 발명에 의한 흑연강의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 흑연강의 제조방법은, 흑연분율을 유지하면서도 흑연강에 고용된 흑연이 미세하고 균일하게 분포되도록 한 것으로서, 전기로 조업에서 최종적으로 정련된 용강을 래들로 출탕하기 전 래들 바닥에 접종제를 투입하고, 용강을 래들로 주입한 후 래들 내로 비활성 기체인 아르곤 가스를 취입하여 래들 내의 용강교반을 유도하는 것이다.

여기서 접종제를 용강이 래들로 출탕하기 전 래들 바닥에 투입하는 것은 접종제와 용강의 비중차이로 인하여 접종제가 용강 내에 용해되지 못하고 용강표면에 잔류하는 것을 방지하기 위함이고, 아르곤 가스의 취입을 통한 버블링을 실시하는 것은 용강내의 교반을 유도하여 래들 내에서 접종제가 용강에 용해되는 비율이 높아지도록 하기 위함이다.

특히, 아르곤 버블링의 교반작업은 래들내 용강 온도를 균질화시키고, 비금속 개재물의 부상분리를 강화하며, 슬래그와 금속간의 반응을 촉진시키는 기능을 수행하게 된다.

상기 접종제는 래들 바닥에 분말상태로 투입될 수 있다. 상기 접종제로는 CaSi 단독접종제 또는 FeSi와 CaSi가 혼합된 복합접종제가 사용될 수 있다. 일반적으로는 Si는 용강 내에서 다른 원소들의 확산을 도와주는 역할을 한다. 보다 상세하게는 Si는 Fe에 고용될 수 있는 양이 16% 정도로 Fe에 고용되어 흑연강 내에 흑연분포를 미세화하는 역할을 한다. 그리고 Ca는 흑연구상화제로 주로 사용되는 원소로 여기서는 Si의 접종효과를 개선시키는 역할을 하게 된다.

CaSi는 단독으로 접종할 경우 0.6~2.0 wt% 범위로 투입된다. CaSi는 함량이 0.6wt% 미만이면, 강의 흑연분율이 저하되어 냉각과정이나 열처리과정에서 강의 불량을 초래할 수 있고 압연과정에서도 고체윤활성을 저하시킬 수 있다. 그리고, 2.0wt%을 초과하는 경우에는 흑연분율이 필요이상으로 높아져 압연과정에서 마모성이 저하되는 문제가 발생하고 흑연이 조대화되어 가공성에도 악영향을 미치게 된다.

FeSi와 CaSi가 혼합된 복합접종제가 사용될 경우에는 FeSi와 CaSi가 각각 0.3~1.0 wt% 범위로 투입된다. FeSi와 CaSi의 복합접종제는 CaSi와 FeSi의 비율이 동일하게 CaSi 단독접종제과 동일량 투입시 유사한 흑연분포 및 입도를 구현하고 흑연분율은 일부 향상된 결과를 보이게 된다.

FeSi와 CaSi 복합접종제는 함량이 0.6wt% 미만이면, 강의 흑연분율이 저하되어 냉각과정이나 열처리과정에서 강의 불량을 초래할 수 있고 압연과정에서도 고체윤활성을 저하시킬 수 있다. 그리고, 2.0wt%을 초과하는 경우에는 흑연분율이 필요이상으로 높아져 압연과정에서 마모성이 저하되는 문제가 발생하고 흑연이 조대화되어 가공성에도 악영향을 미치게 된다.

이와 같은 방법에 의하여 접종제를 투입하면, 접종제는 래들 중 용강의 하부에서 용해되고 접종제가 용강보다 비중이 가볍기 때문에 용강에 쉽게 용해된다. 그리고 아르곤 가스의 취입에 의한 아르곤 버블링은 접종제가 용강내에 균일한 비율로 용해되도록 용강을 교반하므로 접종제의 회수율을 높아지게 한다.

여기서, 접종은 핵수(Cell count)증가를 도모하는 것으로 0.2%의 첨가가 이상적이며, 1500℃ 이상에서의 접종은 무의미하다. 이는 접종제를 0.2% 이상의 첨가시에는 응고과정에서 농도차에 의해 원소간의 균형이 깨져 기지조직이 취약해지기 쉽고, 또한 용강의 출탕시 용강과 접종제가 반응을 일으키는 온도가 1,480∼1,500℃ 정도이므로 1500℃ 이상에서의 접종은 무의미하기 때문이다.

이하, 본 발명에 따른 흑연강의 제조방법을 실시예를 통해 종래의 방법과 비교하여 상세하게 설명하기로 한다. 발명의 이해를 돕고자 본 발명과 종래의 발명에 의한 데이터값을 비교예와 실시예의 표로서 나타낸다.

도 1에는 종래 기술에 의한 흑연강의 제조방법에 의해 비교예1의 접종제를 접종한 흑연강의 미세조직을 보인 30배 및 100배의 현미경 조직사진이 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 흑연강의 제조방법에 의해 실시예1의 접종제를 접종한 흑연강의 미세조직을 보인 30배 및 100배의 현미경 조직사진이 도시되어 있으며, 도 3에는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 흑연강의 제조방법에 의해 실시예2의 접종제를 접종한 흑연강의 미세조직을 보인 30배 및 100배의 현미경 조직사진이 도시되어 있다. 그리고 아래의 표에는 상술한 비교예와 실시예의 흑연강의 최종 흑연분율을 나타내었다.

구분	접종제	접종제 투입량	흑연량
비교예1	FeSi	0.6~2.0wt%	1.90 %
실시예1	FeSi+CaSi	0.6~2.0wt%	2.19 %
실시예2	CaSi	0.6~2.0wt%	1.84 %

[비교예 1]

표 1의 비교예 1은 전기로 조업에서 최종적으로 정련된 용강의 출탕시 래들에 접종제를 투입하며, 래들 내의 용강을 주괴 또는 연속주조를 통해 슬라브로 제조하고 조압연 중간압연 사상압연을 거쳐 최종 흑연강을 제조하였으며 이때, 접종제로는 FeSi를 사용하였다. 표 1을 살펴보면 비교예 1에서는 회수되는 흑연량이 1.90%로, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 흑연의 크기가 조대하고 불균일한 분포를 보임을 알 수 있다.

[실시예 1]

표 1의 실시예 1은 전기로 조업에서 최종적으로 정련된 용강을 래들로 출탕하기 전 래들 바닥에 접종제를 투입하고, 용강을 래들로 주입한 후 아르곤 버블링을 실시하여 주괴 또는 연속주조 및 압연공정을 거쳐 최종 흑연강을 제조하였으며 접종제로는 FeSi와 CaSi 복합접종제를 사용하였다. 표 1을 살펴보면 실시예 1에서는 회수되는 흑연량이 2.19%로 흑연의 회수율이 높고, 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 흑연의 크기가 비교예 1에 비해 미세하고 균일하게 분포됨을 알 수 있다.

[실시예 2]

표 1의 실시예 2는 실시예 1과 동일한 방법으로 흑연강을 제조한 것으로 다만, 실시예 1에서와 달리 단독접종제로 CaSi를 사용하였다. 실시예 2에서는 회수되는 흑연량이 1.84%로 흑연의 회수율은 종래와 유사하나, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 흑연의 크기가 비교예 1 및 실시예 2에 비해 미세하고, 또한 균일하게 분포됨을 알 수 있다.

비교예와 실시예를 통해 접종제와 접종방법에 따라 종래에 비해 흑연강의 흑연크기 및 분포가 개선되었음을 알 수 있다. 그리고, 접종제 CaSi > FeSi+CaSi > FeSi의 사용순서로 흑연이 미세하고 균일하게 분포되며, 접종제 FeSi+CaSi > FeSi > CaSi의 사용순서로 흑연의 회수율이 향상됨을 알 수 있다. 또한, 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, CaSi 단독접종제를 사용하더라도 흑연회수율은 종래의 FeSi 접종제 사용시의 흑연회수율과 동등수준을 유지함을 알 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (4)

1. 래들을 이용한 전기로 정련 조업에서 용강을 얻은 다음에 주괴 또는 연속주조를 통해 흑연강을 제조하되,

   용강을 래들로 출탕하기 전 래들 바닥에 접종제를 투입하고, 용강을 래들로 주입한 후 래들 내로 비활성 기체인 아르곤 가스를 취입하여 래들 내의 용강교반을 유도함을 특징으로 하는 흑연강의 제조방법
2. 제 1항에 있어서,

   상기 접종제로는 CaSi 단독으로 사용되고, 적정투입량은 0.6~2.0 wt% 범위임을 특징으로 하는 흑연강의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 접종제로는 CaSi와 FeSi의 복합접종제가 사용되고, 적정투입량은 각각 0.3~1.0 wt% 범위임을 특징으로 하는 흑연강의 제조방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 CaSi와 FeSi의 복합접종제는 CaSi와 FeSi의 비율이 동일하게 투입됨을 특징으로 하는 흑연강의 제조방법.