KR20120072497A - 에지 품질이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 스트립 제조용 쌍롤식 박판 주조기 및 그 주조 방법 - Google Patents

에지 품질이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 스트립 제조용 쌍롤식 박판 주조기 및 그 주조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마르텐사이트계 스테인리스 스트립을 주조하는 쌍롤 박판 주조기 및 주조 방법에 관한 것으로, 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤과, 상기 주조롤의 양 측면에 설치되어 용강의 유출을 방지하는 에지댐을 포함하되, 상기 에지댐은 높이, 즉 상기 한쌍의 주조롤의 최근접점인 롤닙으로부터 에지댐의 하단까지의 거리가 8~30mm가 되도록 설치된 것을 특징으로 하는 에지 품질이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 스트립 제조용 쌍롤식 박판 주조기와, 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤 사이로 용강을 주입하여 마르텐사이트계 스테인리스 스트립을 주조하되, 상기 주조롤의 압하력에 따라 에지댐의 높이, 즉 상기 한쌍의 주조롤의 최근접점인 롤닙으로부터 에지댐의 하단까지의 거리를 조정하여 주조하는 것을 특징으로 하는 에지 품질이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 스트립의 주조 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 마르텐사이트계 스테인리스 스트립 제조에 있어서 주조롤의 압하력에 따라 에지댐의 높이를 제어하여 스트립의 폭방향 등축정율을 균일하게 유지함으로써 스트립 에지부에서 발생되는 과도한 응고를 방지하여 에지핀 발생에 의한 에지터짐과 에지 스컬의 스트립 혼입에 의한 균열 발생을 억제할 수 있으며, 이로 인하여 에지 품질이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 스트립을 제조할 수 있을 뿐만 아니라 에지댐의 내구성을 향상시켜 안정적인 주조작업을 수행할 수 있다.

Description

에지 품질이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 스트립 제조용 쌍롤식 박판 주조기 및 그 주조 방법{TWIN ROLL STRIP CASTER FOR MANUFACTURING MARTENSITIC STAINLESS STRIP WITH EXCELLENT EDGE QUALITY AND STRIP CASTING PROCESS}
본 발명은 마르텐사이트계 스테인리스 스트립을 주조하는 쌍롤 박판 주조기 및 주조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주조롤의 압하력에 따라 에지댐의 높이를 제어하여 스트립의 폭방향 등축정율을 균일하게 유지함으로써 에지 품질이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 스트립을 제조할 수 있는 쌍롤식 박판 주조기 및 그 주조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 마르텐사이트계 스테인리스강은 내식성, 경도 및 내마모성이 우수하여 각종 공구류나 도물(刀物)류 제조에 사용되는데, 연속주조공정이나 잉곳으로 슬라브를 제조한 다음 재가열하고 열간압연하여 제조하며, 열간압연된 상태에서 강의 조직은 마르텐사이트상, 템퍼드 마르텐사이트상, 페라이트상 및 잔류 오스테나이트상 등이 혼재하여 존재한다. 그리고, 열연강판은 상소둔(batch annealing) 공정을 거쳐 페라이트와 탄화물로 변태되어 연질화되고, 스케일 제거를 위해 산세 공정을 거친 후, 연질 소재는 냉간압연 또는 제품으로 가공후 최종 수요가의 열처리 공정을 통해 마르텐사이트계 스테인리스강으로 변태되는 것이다.
여기서, 마르텐사이트계 스테인리스강을 연속주조공정에 의해 제조하는 경우에는 탄소 첨가량이 높을수록 주편 중심부에 조대한 중심 편석이 심하게 형성되고 고액공존영역이 넓어 주조성에 취약한 문제가 있기 때문에, 주로 잉곳으로 슬라브를 제조한 다음 재가열하고 열간압연하여 열연코일을 생산하고, 상소둔 공정을 거쳐 산세처리후 냉간압연하여 마르텐사이트계 스테인리스강을 제조하고 있다.
그러나, 상술한 잉곳 주조법을 이용하는 경우에는 느린 냉각속도 때문에 슬라브에 조대한 중심 편석이 형성되고 상기 중심 편석은 후속 열처리 공정에서 잘 제거되지 않고 잔류하게 되어 스트립의 절단 과정에서 이중판(lamination) 결함을 수반하게 되며, 입계에는 조대한 1차 크롬 탄화물(크롬 카바이드)이 석출되어 후처리 공정에서 강판에 균열이나 판파단이 발생하게 된다.
상기 문제점을 해결하고자, 탄화물을 고용하기 위해 열간압연후 상소둔 공정(BAF, Batch Annealing Furnace)에서 소둔온도를 높이고, 소둔시간을 장시간 유지하는 기술이 공지되어 있으나, 가열로의 설비투자가 필요하여 생산원가가 증대되고, 생산성이 급감하는 문제가 있다.
그밖에, 저온주조 및 저속주조 방법도 제안되었으나, 이 방법들은 주편 중심부에 입상의 등축정 조직을 형성하고 주편 응고층을 빠르게 형성시켜 중심편석이 감소되지만, 주조중 침지노즐이 막혀 조업이 불안정하게 되고 생산성이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 주조시 중심 편석이 억제되고, 균열 및 판파단을 방지하여 주조 안정성이 확보된 고품질의 마르텐사이트 스테인리스강 및 그 제조방법에 대한 개발이 요청되어 왔다.
본 발명은 상기 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 마르텐사이트계 스테인리스 스트립 제조에 있어서 스트립 에지부에서 발생되는 과도한 응고를 방지하여 에지핀 발생에 의한 에지터짐과 에지 스컬의 스트립 혼입에 의한 균열 발생을 억제하고, 이로 인하여 에지 품질이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 스트립 제조와 에지댐의 내구성 향상이 가능한 쌍롤식 박판 주조기 및 그 주조 방법의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤과, 상기 주조롤의 양 측면에 설치되어 용강의 유출을 방지하는 에지댐을 포함하되, 상기 에지댐은 높이, 즉 상기 한쌍의 주조롤의 최근접점인 롤닙으로부터 에지댐의 하단까지의 거리가 8~30mm가 되도록 설치된 것을 특징으로 하는 에지 품질이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 스트립 제조용 쌍롤식 박판 주조기를 제공한다.
이때, 상기 에지댐은 하단이 용탕의 응고점과 롤닙 사이에 위치하는 것에도 그 특징이 있다.
또한, 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤 사이로 용강을 주입하여 마르텐사이트계 스테인리스 스트립을 주조하되, 상기 주조롤의 압하력에 따라 에지댐의 높이, 즉 상기 한쌍의 주조롤의 최근접점인 롤닙으로부터 에지댐의 하단까지의 거리를 조정하여 주조하는 것을 특징으로 하는 에지 품질이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 스트립의 주조 방법을 제공한다.
여기서, 상기 주조롤의 압하력은 4~10톤인 것에도 그 특징이 있다.
나아가, 상기 에지댐의 높이는 8~30mm인 것에도 그 특징이 있다.
아울러, 상기 스트립은 단면 조직에서의 폭방향 등축정율이 4~22%로 균일하게 유지되는 것에도 그 특징이 있다.
본 발명에 의하면, 마르텐사이트계 스테인리스 스트립 제조에 있어서 주조롤의 압하력에 따라 에지댐의 높이를 제어하여 스트립의 폭방향 등축정율을 균일하게 유지함으로써 스트립 에지부에서 발생되는 과도한 응고를 방지하여 에지핀 발생에 의한 에지터짐과 에지 스컬의 스트립 혼입에 의한 균열 발생을 억제할 수 있으며, 이로 인하여 에지 품질이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 스트립을 제조할 수 있을 뿐만 아니라 에지댐의 내구성을 향상시켜 안정적인 주조작업을 수행할 수 있다.
도 1은 쌍롤 박판 주조 공정의 개략도.
도 2는 주조중 마르텐사이트계 스테인리스 스트립의 에지핀 및 에지터짐이 발생 사진.
도 3은 주조중 마르텐사이트계 스테인리스 스트립의 에지 스컬 및 균열이 발생한 사진.
도 4는 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 입계에 석출된 1차 크롬 탄화물 사진.
도 5는 본 발명의 마르텐사이트계 스테인리스 스트립의 폭방향 등축정율을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 에지댐 높이와 응고점이 나타난 모식도.
도 7은 본 발명의 에지댐 높이와 등축정율의 관계를 나타낸 그래프.
이하, 본 발명에 따른 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 주조 방법에 관하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명은 쌍롤식 박판 주조 공정에 의해 마르텐사이트계 스테인리스 박판을 주조하고, 턴디쉬의 용강온도 및 주조롤의 압하력을 최적 조건으로 제어함으로써, 주조시 중심편석과 균열 및 판파단을 방지하여 주조 안정성을 확보하고, 주조두께의 편차를 대폭 저감하여 경도가 높고 품질이 우수한 도물(刀物)류나 공구류를 제작할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 판파단 발생이 억제되는 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 주조 방법은 도 1의 쌍롤식 박판 주조 공정을 이용하여 제조되는 바, 이와 같은 쌍롤식 박판 주조 공정은 턴디쉬(1)에 수용된 용강(4)이 하부의 침지노즐(2)을 통하여 반대방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤(3) 사이로 공급되어 그 용강으로부터 직접 수 mm 두께의 박판 제품을 연속적으로 제조하는 설비이다.
즉, 반대방향으로 회전하면서 냉각되는 한 쌍의 주조롤(3) 사이에 침지노즐(2)을 통하여 주입된 소정의 성분을 갖는 용강이 응고되어 응고쉘을 형성하고 롤닢에서 압하되어 박판(7)이 생성된다. 이렇게 생성된 박판(7)은 핀치롤(10)에 의해 안내되어 인라인 압연기(11)의 압연롤에 의해 압연되어 마르텐사이트계 스테인리스 강판으로 제조되는 것이다.
마르텐사이트계 스테인리스 박판을 종래의 연속주조공정이나 잉곳 주조법에 의해 주조하는 경우, 중심 편석이 형성되어 선상 결함이나 판상 분리가 발생될 수 있고, 입계에 조대한 1차 크롬 탄화물이 석출되어 후처리 공정에서 강판에 균열이나 판파단이 발생하는 문제가 있었으나, 상기 쌍롤식 박판 주조 공정에 의해 마르텐사이트계 스테인리스 박판을 주조하는 경우에는 롤닙 부근의 용강이 압하될 때 압착 유동(squeezing flow)이 발생됨으로써 중심부 용질 농축이 발생되는 구간의 용강이 압출(squeezing out)되어 중심 편석이 제거될 뿐만 아니라, 용강이 응고되는 냉각속도가 빨라 입계의 결정립이 미세화되어 1차 크롬 탄화물의 석출물이 저감되므로, 주조시 중심 편석 및 균열을 억제하여 주조 안정성을 확보할 수 있다.
이와 같이, 상기 쌍롤식 박판 주조 공정에 의해 제조된 마르텐사이트계 스테인리스 박판은 종래의 주조법에 비해 중심 편석이 제거되고, 도 4와 같이 입계에 1차 크롬 탄화물이 미세하게 석출되어 균열 및 판파단 억제에 유리하지만, 쌍롤식 박판 주조 공정을 적용하더라도, 도 2 및 도 3의 사진에 나타난 바와 같이, 주조시 에지핀에 의한 에지터짐이 발생하거나, 에지 스컬이 스트립에 혼입되어 균열이 발생될 수 있는 문제가 있다.
에지핀은 스트립 에지부의 과응고로 인하여 에지댐에 가해지는 힘이 증가하게 됨으로써 에지댐과 주조롤의 측면에 용강이 스며들어 생성되며 에지 터짐이 동반되는 경우가 많고, 에지 스컬은 주조시 탕면이나 에지댐 하부에 발생된 지금이 주편에 혼입되어 스트립 에지부에 과응고됨으로써 형성되며 심한 경우 에지 스컬이 떨어져 나가 스트립 에지부에 균열이 발생하여 판파단으로 이어질 수 있는 것이다. 물론, 에지부에 과응고 현상이 일어나면 에지댐에 가해지는 힘이 증가하여 에지댐이 파손될 수 있어 에지댐의 내구성에 문제가 발생한다.
따라서, 이러한 에지터짐이나 균열은 스트립 에지부의 과응고와 밀접한 관련이 있는 바, 304 스테인리스 강종의 경우에는 스트립 에지부로 갈수록 응고가 지연되어 등축정 영역이 확대됨으로 인하여 에지 벌징이 발생하는 문제가 있는 반면에, 본 발명에 관한 마르텐사이트계 스티인리스 강종의 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이 스트립 에지부로 갈수록 등축정율이 감소함으로써 스트립 에지부가 중심부에 비해 과응고가 발생하게 된다.
여기서, 등축정율이란 주상정이 성장하고 남은 부분이 응고된 영역의 비로서, 전체 두께에 대한 등축정의 길이비로 나타내는 바, 등축정율이 높다는 것은 주상정이 짧다는 것을 의미하며, 응고능이 높은 부분에서 주상정의 성장이 빠르게 진행되므로 반대로 등축정율은 상대적으로 낮게 되는 것이다.
이러한 에지부 스트립의 과응고는 스트립 폭방향의 등축정율과 밀접한 관련이 있는데, 이하에서 실시예를 통하여 상세히 설명한다.
쌍롤 사이로 주입되는 용강 성분은 중량%로 C:0.67%, Cr:13.2%가 함유되고, 그 밖에 Si, Mn의 성분이 적정량 포함되며, 편석 억제를 위하여 P,S 성분은 최소로 관리하였다. 그리고, 주조폭 1,300mm, 주조두께 2.86mm로 하여, 상기 용강을 쌍롤식 박판 주조기에 의하여 100톤씩 주조하여 마르텐사이트계 스테인리스 스트립을 제조하였으며, 상기 스트립은 주조직후에 인라인압연기에 의하여 압연되어 약 2mm 두께의 열연코일로 연속 제조되었다.
먼저 도 6을 참고하여 설명하면, 한쌍의 주조롤의 최근접점을 롤닙(roll nip)이라고 하고, 상기 롤닙 위의 어느 지점에 용강의 응고쉘이 합체되어 응고가 완료되는 응고점이 존재한다. 여기서, 응고점이 롤닙보다 아래로 내려가게 되면 미응고된 스트립이 생성되어 브레이크아웃(breakout)과 같은 주조중단 사고가 발생하게 되므로 응고점은 항상 롤닙보다 위에 존재하도록 관리되고 있다. 그리고, 에지댐의 높이(H), 즉 롤닙으로부터 에지댐의 하단까지의 거리는 롤닙과 응고점 사이에 위치하는 것이 바람직한 바, 이는 에지댐의 높이가 너무 아래에 위치하게 되면 주조롤 등에 의해 많은 힘을 받게 되어 에지댐이 파손될 수 있고, 에지댐의 높이가 너무 위에 위치하게 되면 용강 유출 방지 기능이 저하되어 용강이 외부로 흘러내리는 문제가 발생할 수 있기 때문이다.
도 7은 본 발명의 에지댐 높이와 등축정율의 관계를 나타낸 그래프인데, 에지댐의 높이(H)를 증가시키면 스트립 에지부의 등축정율이 증가하는 것을 알 수 있으며, 이와 같이 스트립 에지부의 등축정율이 증가하는 경우에는 스트립 에지부에서 응고 완화 효과로 인해 주조시 에지핀 발생에 의한 에지터짐이나 에지 스컬의 스트립 혼입에 의한 균열 발생 및 그로 인한 판파단을 방지할 수 있다.
이때, 에지댐의 높이(H)는 8~30mm가 바람직한 바, 상기 에지댐의 높이(H)가 8mm 미만이면 스트립 에지부에서 과응고가 일어나 에지댐에 가해지는 힘이 커서 에지핀이 발생하거나 에지댐이 파손될 수 있는 문제가 있으며, 상기 에지댐의 높이(H)가 30mm를 초과하면 스트립 에지부의 응고 완효 효과가 과도하여 오히려 용강이 외부로 흘러내려 주조작업이 불안정해 지는 문제가 있기 때문이다.
여기서, 바람직한 스트립 에지부의 등축정율은 4~22%이며, 상기 등축정율이 4% 미만으로 낮은 경우에는 과응고로 인하여 에지핀이 발생하거나, 주상정 조직이 서로 충돌하여 크랙 발생이 용이하게 되는 문제가 있고, 상기 등축정율이 22%를 초과하는 경우에는 기술적으로 확보하기도 어렵고, 과도한 응고 완화로 인한 문제가 있기 때문이다.
한편, 상기 에지댐의 높이(H)는 주조롤의 압하력(RSF, Roll Separation Force)에 따라 변화될 수 있는데, 이는 주조롤의 압하력에 따라 응고점의 높이가 달라지기 때문이다. 주조롤의 압하력이 증가할수록 응고점의 높이도 증가하는 경향을 보이며, 따라서, 주조롤의 압하력이 증가하게 되면 에지댐의 높이(H)도 더 증가할 수 있고, 주조롤의 압하력이 감소하게 되면 에지댐의 높이(H)도 더 감소할 수 있다.
다만, 안정적인 주조 조건 하에서는 주조롤의 압하력은 2~10톤이 바람직하며, 주조롤의 압하력이 10톤을 초과하게 되면 판파단 발생의 위험이 큰 문제가 있다.
이와 같이, 본 발명은 쌍롤 박판 주조 공정을 이용하고, 에지댐의 높이를 제어하여 스트립 에지부의 과도한 응고를 방지하여 에지터짐과 균열 발생이 없는 마르텐사이트계 스테인리스 스트립을 주조할 수 있으며, 이러한 스트립을 이용한 도물(刀物)류나 공구류 제작시 경도가 높고 에지 품질이 우수한 제품을 제조할 수 있는 것이다.
1: 턴디쉬 2: 침지노즐
3: 주조롤 4: 용강
5: 에지댐 6: 브러쉬롤
7: 박판 8: 루프피트
9: 메니스커스 쉴드 10: 핀치롤
11: 인라인 압연기(IRM)

Claims (6)

  1. 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤과, 상기 주조롤의 양 측면에 설치되어 용강의 유출을 방지하는 에지댐을 포함하되,
    상기 에지댐은 높이, 즉 상기 한쌍의 주조롤의 최근접점인 롤닙으로부터 에지댐의 하단까지의 거리가 8~30mm가 되도록 설치된 것을 특징으로 하는 에지 품질이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 스트립 제조용 쌍롤식 박판 주조기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에지댐은 하단이 용탕의 응고점과 롤닙 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 에지 품질이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 스트립 제조용 쌍롤식 박판 주조기.
  3. 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤 사이로 용강을 주입하여 마르텐사이트계 스테인리스 스트립을 주조하되,
    상기 주조롤의 압하력에 따라 에지댐의 높이, 즉 상기 한쌍의 주조롤의 최근접점인 롤닙으로부터 에지댐의 하단까지의 거리를 조정하여 주조하는 것을 특징으로 하는 에지 품질이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 스트립의 주조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 주조롤의 압하력은 4~10톤인 것을 특징으로 하는 에지 품질이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 스트립의 주조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 에지댐의 높이는 8~30mm인 것을 특징으로 하는 에지 품질이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 스트립의 주조 방법.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스트립은 단면 조직에서의 폭방향 등축정율이 4~22%로 균일하게 유지되는 것을 특징으로 하는 에지 품질이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 스트립의 주조 방법.
KR1020100134267A 2010-12-24 2010-12-24 에지 품질이 우수한 마르텐사이트계 스테인리스 스트립 제조용 쌍롤식 박판 주조기 및 그 주조 방법 KR20120072497A (ko)

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CN105714212A (zh) * 2014-12-22 2016-06-29 Posco公司 双辊带材铸轧机、使用其制造薄双相不锈钢板的方法及薄双相不锈钢板

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