KR20110010494A - 박슬라브 열연코일의 표면품질 예측 방법 및 이를 이용한 박슬라브 열연코일의 제조방법 - Google Patents

박슬라브 열연코일의 표면품질 예측 방법 및 이를 이용한 박슬라브 열연코일의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박슬라브 열연코일의 표면품질 예측 방법 및 이를 이용한 박슬라브 열연코일의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 용강의 Cu당량(Copper equivalent, Cueq)을 측정하고, 상기 측정된 용강의 Cu당량과 생산할 코일두께를 식: (Cu당량×100)+(1.5×코일두께)에 대입하여 보정값 A를 구한 후, 상기 보정값 A를 식 :0.0067×A2-0.088×A에 적용하여 비늘흠 지수를 산출하며, 상기 비늘흠 지수로 박슬라브 열연코일의 표면결함 발생을 예측한다.
본 발명에 의하면 용강의 Cu당량 및 생산할 코일두께로 박슬라브 열연코일의 비늘흠 결함을 예측할 수 있으므로 수요자의 요구 품질 수준에 맞는 박슬라브를 제공할 수 있어 생산성 및 제품신뢰도가 향상되는 이점이 있다.
박슬라브, 표면결함, 비늘흠

Description

박슬라브 열연코일의 표면품질 예측 방법 및 이를 이용한 박슬라브 열연코일의 제조방법{Method for predicting surface quality of thin slab hot coil, and method for producing of hot coil used in the method}
본 발명은 박슬라브 열연코일의 표면품질 예측 방법 및 이를 이용한 박슬라브 열연코일의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 박슬라브 열연코일의 대표적인 표면결함 중 하나인 비늘흠 결함을 저감하여 박슬라브 열연코일의 표면품질을 개선하는 박슬라브 열연코일의 표면품질 예측 방법 및 이를 이용한 박슬라브 열연코일의 제조방법에 관한 것이다.
박슬라브는 슬라브 주조공정에서 슬라브의 두께를 좀더 얇은 두께로 하여 최종제품에 가까운 형상으로 주조하는 것으로, 열연공장에서 조압연 공정을 생략할 수 있어 공정생략 및 단순화에 주로 적용된다.
이러한 박슬라브 연속주조공정은 일반 연속주조공정과 달리 얇은 두께의 슬라브가 빠른 속도로 주조가 되고, 액상의 용강이 박슬라브로 응고되는 것이 몰드와 스트랜드부에서 완전히 이루어지므로 일반 슬라브에 비하여 미세한 결정립을 갖는다.
그러나 이와 같은 종래 기술에는 다음과 같은 문제점이 있다.
스크랩을 주원료로 사용하여 용강을 생산하는 전기로 공정에서는 일반적인 강 생산공정 중에 제거되지 않는 Cu, Ni, Sn, As, Cr, Mo, Pb 등의 트램프(Tramp) 원소가 강 중에 잔류하게 된다. 트램프 원소는 철강제품 품질에 악영향을 미치는 미량원소를 총칭하며, 제강공정에서 제거가 어렵다.
이러한 트램프 원소 중 Cu가 다량 함유된 용강으로 박슬라브를 제조하면 도 1에 도시된 바와 같이, 박슬라브가 권취된 열연코일에 죽순형태의 표면결함인 비늘흠이 발생한다.
박슬라브는 열연코일로 제조된 상태에서 표면 및 내부결함이 존재하면 후공정에서 이들 결함의 제거와 교정이 거의 불가능하다. 따라서 이러한 형태의 결함이 발생하면 정상제품으로 판매가 불가하며 품질 손실 비용이 발생하게 된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 박슬라브 열연코일의 표면품질을 개선할 수 있도록 용강의 Cu당량(Cueq)과 코일두께로 비늘흠 지수를 산출하는 박슬라브 열연코일의 표면품질 예측 방법 및 이를 이용한 박슬라브 열연코일의 제조방법을 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 용강의 Cu당량(Cueq)을 측정하고, 상기 측정된 용강의 Cu당량과 생산할 코일두께를 식: (Cu당량×100)+(1.5×코일두께)에 대입하여 보정값 A를 구한 후, 상기 보정값 A를 식 :0.0067×A2-0.088×A에 적용하여 비늘흠 지수를 산출하며, 상기 비늘흠 지수로 박슬라브 열연코일의 표면결함 발생을 예측한다.
상기 Cu당량(Cueq)은 식: [wt%Cu]+5[wt%Sn]+8[wt%Sb]-[wt%Ni]로 측정한다.
상기 Cu, Sn, Sb, Ni의 함량은 용강의 정련과정 완료 후 연속주조 직전의 용강을 샘플링하여 측정한다.
용강의 Cu당량(Cueq)을 측정하는 단계, 상기 측정된 용강의 Cu당량과 생산할 코일두께를 식: (Cu당량×100)+(1.5×코일두께)에 적용하여 보정값 A를 구하는 단계, 상기 보정값 A값을 식 :0.0067×A2-0.088×A에 적용하여 비늘흠 지수를 산출하 는 단계, 상기 산출된 비늘흠 지수가 1 이하인 용강을 연속주조하여 주조된 박슬라브를 열간압연하고 권취하여 열연코일로 제조하는 단계를 포함한다.
상기 Cu당량(Cueq)은 식: [wt%Cu]+5[wt%Sn]+8[wt%Sb]-[wt%Ni]로 측정한다.
상기 Cu, Sn, Sb, Ni의 함량은 용강의 정련과정 완료 후 연속주조 직전의 용강을 샘플링하여 측정한다.
본 발명은 용강의 Cu당량(Cueq)과 생산할 코일두께로 비늘흠 지수를 산출하여 박슬라브에 의해 제조될 열연코일의 품질 수준을 예측할 수 있다. 따라서, 수요자의 요구 품질 수준에 맞는 박슬라브를 제공하는 것이 가능하며 그에 따라 제품신뢰도가 증진되고 수요자의 만족도가 향상되는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 의한 박슬라브 열연코일의 표면품질 예측 방법 및 이를 이용한 박슬라브 열연코일의 제조방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명은 용강의 Cu당량(Cueq)을 측정하고, 측정된 용강의 Cu당량과 생산할 코일두께를 식: (Cu당량×100)+(1.5×코일두께)에 대입하여 보정값 A를 구한 후, 상기 보정값 A를 식 :0.0067×A2-0.088×A에 적용하여 비늘흠 지수를 산출하며, 상기 비늘흠 지수로 박슬라브 열연코일의 표면결함 발생을 예측한다.
비늘흠 지수는 박슬라브 열연코일의 대표적인 표면결함인 비늘흠의 발생 정도를 정량적으로 표현한 것이다.
비늘흠 지수가 1 초과 2 이하이면 일반재 열연코일에서 허용가능한 정도로 보고, 표면 엄격재 열연코일의 경우에는 비늘흠 지수가 1 이하를 만족하도록 한다.
비늘흠 지수의 기준은 아래의 표 1과 같다.
비늘흠 지수
 비늘흠 발생 정도
1이하 판 면적당 10%이하
1초과 2이하 판 면적당 30%이하
2초과 3이하 판 면적당 40%이하
3초과 4이하 판 면적당 50%이하
5초과 판 면적당 70%이하
비늘흠 지수는 Cu보다 Cu당량과 상관성이 더 높으며, 생산할 열연코일의 코일두께와도 관련된다. 보다 상세하게는 전기로의 용강을 이용하여 열연코일을 제조하는 박슬라브 공정에서 비늘흠은 Cu당량, 열연코일의 코일두께와 상관성이 높다.
이는 생산되는 열연코일의 코일두께가 두꺼울 경우 Cu당량이 낮더라도 비늘흠 결함 발생율이 높아지기 때문이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바에 의하면, 비늘흠 지수와 Cu의 상관계수는 41%(R2=0.1712)이고, 비늘흠 지수와 Cu당량의 상관계수는 63%(R2=0.3973)인데 반해, 비늘흠 지수와 Cu당량 및 코일두께와의 상관계수는 85%(R2=0.7182)로 80%를 상회한다.
즉, 전기로의 용강을 이용하여 열연코일을 제조하는 박슬라브 공정에서 비늘흠은 Cu당량과 코일두께의 두 인자와 상관성이 높음을 알 수 있다. 이를 통해 박슬라브 열연코일의 비늘흠(표면결함) 발생 정도를 미리 예측한다.
비늘흠 지수는 식 :0.0067×A2-0.088×A로 산출한다. A는 Cu당량에 코일두께를 적용한 보정값으로 식: (Cu당량×100)+(1.5×코일두께(T))로 표현된다.
그리고, 상술한 비늘흠 지수 식 0.0067×A2-0.088×A, A=(Cu당량×100)+(1.5×코일두께)는 도 4의 상관관계 그래프를 통해 도출된 식이다.
복수회 실험결과, 비늘흠 발생 정도는 Cu당량이 증가할수록 높아지며, 동일한 Cu당량인 경우에도 생산되는 열연코일의 두께가 두꺼운 경우 비늘흠 발생 정도가 증가하였다.
특히, Cu당량에 100을 곱한값에 코일두께를 1.5배 한 값을 더한 값과 비늘흠 지수와의 상관성이 높음을 알 수 있었고, 이를 그래프로 작성할 결과 상술한 비늘흠 지수 식 :0.0067×A2-0.088×A, A=(Cu당량×100)+(1.5×코일두께(T))이 도출되었다.
Cu당량은 식 k1[wt%Cu]+k2[wt%Sn]+k3[wt%Sb]+k4[wt%Ni]로 측정된다. 계수 k1= 1, k2= 5, k3= 8, k4= -1이다. Cu당량 식에서 비늘흠 결함에 가장 큰 영향을 미치는 원소는 Cu이므로 Cu를 제외한 나머지 계수는 일정 허용범위를 갖는다.
k2의 경우 3~8, k3의 경우 5~10, k4의 경우 -0.7~1.5의 허용범위를 가질수 있다. 하지만 이 경우, 도 4의 그래프가 좌측 상방 또는 우측 하방으로 평행이동하여 비늘흠 지수와 상관계수가 다소 낮아지게 된다.
따라서, Cu당량은 식 [wt%Cu]+5[wt%Sn]+8[wt%Sb]-[wt%Ni]로 측정되는 것이 가장 바람직하다. 상기 Cu당량(Cueq)은 트램프(Tramp) 원소의 영향을 Cu기준으로 환산한 값이다. 트램프 원소는 제강공정에서 제거가 어려운 원소를 의미한다.
스크랩에 포함되는 트램프 원소인 Cu, Sn, Sb, Ni는 강 중에 치환형 고용원소로 존재하기 때문에 고용강화 효과를 갖지만 박슬라브의 표면결함을 발생시키는 경향이 강한 원소이다.
스크랩은 배합비를 관리하기는 하나, 스크랩에 함유된 트램프 원소를 제강공정에서 제거하기는 어렵다.
스크랩에 함유된 트램프 원소 중 Cu는 박슬라브 재가열시 또는 열간압연 중 Fe의 스케일 계면에 농축되어 표면결함을 유발한다.
Sn은 강 중에 Cu없이 단독으로 존재하는 경우 Fe의 스케일 계면에 농축되지 않고 기지Fe로 확산 고용되어 표면결함을 유발하지 않는다. 그러나, Sn은 Cu와 함께 함유되는 경우 Fe의 스케일 계면에 농축되어 표면결함을 유발한다.
Sb도 박슬라브의 표면결함을 발생시키는 경향이 강한 원소이다.
Ni는 Cu와 동등량이 첨가되면 오스테나이트 중의 Cu고용도를 증가시켜 표면결함 발생을 저감시킨다.
상술한 Cu, Sn, Sb, Ni의 상관관계를 고려하여 Cu당량을 나타내었다.
Cu당량을 측정하기 위한 Cu, Sn, Sb, Ni의 함량은 용강의 정련과정 완료 후 연속주조 직전의 용강을 샘플링하여 측정한다. 용강의 정련과정 완료 후 연속주조 직전의 용강을 샘플링하면, 용강을 이루는 주요원소를 포함한 Cu, Sn, Sb, Ni원소(Tramp element)의 함량이 측정된다.
박슬라브 열연코일의 표면품질을 예측하는 과정은 다음과 같다.
용강의 정련과정 완료 후 연속주조 직전의 용강의 Cu당량(Cueq)을 측정하고, 측정된 용강의 Cu당량과 생산할 코일두께를 식: (Cu당량×100)+(1.5×코일두께)에 적용하여 Cu당량에 생산할 코일두께를 적용한 보정값 A를 구한다. 그리고, 보정값 A값을 식 :0.0067×A2-0.088×A에 적용하여 비늘흠 지수를 산출한다.
이때, 산출된 비늘흠 지수가 1 이하이면 연속주조하여 생산된 박슬라브를 표면 엄격재에 적용하고, 산출한 비늘흠 지수가 1 초과 2 이하이면 연속주조하여 생산된 박슬라브를 일반재의 열연코일 제조에 적용한다. 여기서, 표면 엄격재란 표면 결함 기준이 엄격하게 관리되어야 하는 열연코일로 비늘흠의 발생정도가 판 면적당 10% 이하인 열연코일이 이에 해당된다.
계산하면, 비늘흠 지수: 0.0067×A2-0.088×A≤2 이하를 만족하기 위한 A값은 25 이하이며, 표면 엄격재에 적용되는 0.0067×A2-0.088×A≤1를 만족하기 위한 A값은 20 이하이다.
그리고, 산출된 비늘흠 지수가 1 이하인 용강을 연속주조하여 주조된 박슬라브를 열간압연하고 권취하여 열연코일로 제조하면, 비늘흠 결함이 거의 발생되지 않는 열연코일을 생산할 수 있다.
즉, 발슬라브를 열연코일로 제조하기 전 산출된 비늘흠 지수로 비늘흠 발생정도를 미리 예측하여 공급함으로써 수요자의 요구 품질 수준에 맞는 박슬라브 열연코일을 생산할 수 있도록 한다.
이하, 본 발명에 따른 박슬라브 열연코일의 표면품질 예측 방법 및 이를 이용한 박슬라브 열연코일의 제조방법을 실시예를 통해 상세하게 설명하기로 한다.
[실시예]
용강의 정련과정 완료 후 연속주조 직전의 용강을 샘플링하여 용강 중 Cu, Sn, Sb, Ni의 Tramp원소 함량을 측정한 후, 식 [wt%Cu]+5[wt%Sn]+8[wt%Sb]-[wt%Ni]에 대입하여 Cu당량(Cueq)을 구한다.
구한 Cu당량과 수요자가 요구하는 코일두께를 식 (Cu당량×100)+(1.5×코일두께)에 대입하여 Cu당량에 코일두께를 적용한 보정값 A를 구한다.
구해진 보정값 A는 식 :0.0067×A2-0.088×A에 대입하여 비늘흠 지수를 산출한다
이 후 용강을 연속주조하여 박슬라브로 제조하고 열간압연을 실시하여 열연코일로 제조한다. 이때, 상술한 과정에 의해 산출한 비늘흠 지수가 각각 0.5, 1, 2, 3이었던 박슬라브를 열연코일로 제조하였을 경우 실제 열연코일에서의 발생된 비늘흠 결함 정도를 측정하였다.
하기 표 2는 용강의 Cu당량(Cueq) 및 생산할 코일두께로 산출한 비늘흠 지수와 생산된 박슬라브 열연코일의 비늘흠 결함의 상관 관계를 나타낸 것이다.
구분 용강 Cu당량
(w%)		 코일두께
(mm)		 A
(Cu당량에 코일두께를 적용한 보정값 )		 비늘흠 지수 열연코일의 비늘흠 발생 정도 비고
1 0.094 5 17 0.5 미발생 발명강
(표면엄격재 적용)
2 0.119 5 20 1 발생
(판면적당 5%)		 발명강
(표면엄격재 적용)
3 0.175 5 25 2 발생
(판면적당 25%)		 발명강
(일반재 적용)
4 0.205 5 28 3 발생
(판면적당 37%)		 비교강
(불량)
5 0.02 10 17 0.5 미발생 발명강
(표면엄격재 적용)
6 0.05 10 20 1 발생
(판면적당 4.5%)		 발명강
(표면엄격재 적용)
7 0.1 10 25 2 발생
(판면적당 26%)		 발명강
(일반재 적용)
8 0.129 10 28 3 발생
(판면적당 36%)		 비교강
(불량)
9 0.02 20 32 4 발생
(판면적당 48%)		 비교강
(불량)
표 2의 실험결과에 의하면, 용강의 Cu당량과 생산할 코일두께를 식: (Cu당량×100)+(1.5×코일두께)에 대입하여 보정값 A를 구한 후, 보정값 A를 식 :0.0067×A2-0.088×A에 적용하여 산출한 비늘흠 지수가 1 이하를 만족하는 경우 박슬라브 열연코일에서 비늘흠 결함이 발생하지 않거나 발생하여도 그 발생정도가 미미하였다.(발명강1, 발명강2, 발명강5, 발명강6)
비늘흠 지수가 1을 초과하나 2 이하를 만족하는 경우에는 박슬라브 열연코일에서 비늘흠 결함이 발생하였으나 그 정도가 일반적으로 허용 가능한 정도였다.(발명강3, 발명강7)
반면, 비늘흠 지수가 2를 초과하는 경우에는 박슬라브 열연코일에서 심각한 비늘흠 결함이 발생하였다.(비교강4, 비교강8)
그리고, 측정한 용강의 Cu당량이 동일한 경우에도 생산되는 코일 두께가 얇은 경우에는 비늘흠 결함이 발생하지 않고 두꺼운 경우에는 비늘흠 결함이 발생하였다.(발명강5,비교강9) 참고로, 박슬라브 연주에서 생산되는 슬라브의 두께는 40~100mm이고, 열연코일의 두께는 4~20mm이다.
실험결과에 의하면, 용강의 정련과정 완료 후 연속주조 직전의 용강을 샘플링하여 Cu당량을 측정하고, 용강의 Cu당량과 생산할 코일두께를 적용하여 비늘흠 지수를 산출하면, 상기 용강으로 제조된 박슬라브를 열연코일로 제조할 경우 발생되는 비늘흠 결함을 예측할 수 있다. 따라서, 수요자의 요구 품질 수준에 맞는 박슬라브를 제공하는 것이 가능하다.
예컨데, 용강의 Cu당량(Cueq)을 측정하여서, 측정된 용강의 Cu당량과 생산할 코일두께를 식: (Cu당량×100)+(1.5×코일두께)에 적용하여 보정값 A를 구하고, 상기 보정값 A값을 식 :0.0067×A2-0.088×A에 적용하여 산출된 비늘흠 지수가 1 이하인 용강을 연속주조하여 주조된 박슬라브를 열간압연하고 권취하여 열연코일로 제조하면 비늘흠 결함이 최소화되어 박슬라브 열연코일의 표면품질을 개선할 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.
도 1은 열연코일에 발생한 비늘흠 결함을 보인 사진.
도 2는 비늘흠 지수와 Cu와의 상관관계를 나타낸 그래프.
도 3은 비늘흠 지수와 Cu당량과의 상관관계를 나타낸 그래프.
도 4는 비늘흠 지수와 Cu당량 및 코일두께와의 상관관계를 나타낸 그래프.

Claims (6)

  1. 용강의 Cu당량(Cueq)을 측정하고,
    상기 측정된 용강의 Cu당량과 생산할 코일두께를 식: (Cu당량×100)+(1.5×코일두께)에 대입하여 보정값 A를 구한 후,
    상기 보정값 A를 식 :0.0067×A2-0.088×A에 적용하여 비늘흠 지수를 산출하며,
    상기 비늘흠 지수로 박슬라브 열연코일의 표면결함 발생을 예측하는 것을 특징으로 하는 박슬라브 열연코일의 표면품질 예측방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 Cu당량(Cueq)은 식: [wt%Cu]+5[wt%Sn]+8[wt%Sb]-[wt%Ni]로 측정하는 것을 특징으로 하는 박슬라브 열연코일의 표면품질 예측 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 Cu, Sn, Sb, Ni의 함량은 용강의 정련과정 완료 후 연속주조 직전의 용강을 샘플링하여 측정하는 것을 특징으로 하는 박슬라브 열연코일의 표면품질 예측 방법.
  4. 용강의 Cu당량(Cueq)을 측정하는 단계,
    상기 측정된 용강의 Cu당량과 생산할 코일두께를 식: (Cu당량×100)+(1.5×코일두께)에 적용하여 보정값 A를 구하는 단계,
    상기 보정값 A값을 식 :0.0067×A2-0.088×A에 적용하여 비늘흠 지수를 산출하는 단계,
    상기 산출된 비늘흠 지수가 1 이하인 용강을 연속주조하여 주조된 박슬라브를 열간압연하고 권취하여 열연코일로 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박슬라브 열연코일의 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 Cu당량(Cueq)은 식: [wt%Cu]+5[wt%Sn]+8[wt%Sb]-[wt%Ni]로 측정하는 것을 특징으로 하는 박슬라브 열연코일의 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 Cu, Sn, Sb, Ni의 함량은 용강의 정련과정 완료 후 연속주조 직전의 용강을 샘플링하여 측정하는 것을 특징으로 하는 박슬라브 열연코일의 제조방법.
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