KR20130014924A - 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법 - Google Patents

듀플렉스 스테인리스강 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 듀플렉스 스테인리스강 제강 공정은 중량%로, C: 0 내지 0.030% 이하, Si: 0.35 내지 0.65%, Mn: 1.4 내지 1.7%, P: 0 내지 0.03% 이하, S: 0 내지 0.0010% 이하, Cr: 22.1 내지 22.6%, Ni: 5.05 내지 5.45%, Mo: 2.5 내지 2.7%, Ti: 0 내지 0.005% 이하, Cu: 0 내지 0.5% 이하, Al: 0 내지 0.15%와 철(Fe)을 포함하고, B: 20 내지 35ppm, N: 1650 내지 1900ppm, 기타 불가피한 불순물을 포함하는 듀플렉스 스테인리스강을 정련하는 공정에 관한 것으로서, 다음과 같은 단계를 포함한다. 제1 단계에서는 실리콘과 함께 슬래그 톤당 27 내지 33 킬로그램의 알루미늄을 투입하여 1차 탈산을 한다. 제2 단계에서는 1차 탈산 후 슬래그를 배제한다. 제3 단계에서는 2차 탈산을 위한 슬래그를 제조한다. 제4 단계에서는 2차 탈산용 알루미늄을 투입하여 2차 탈산을 한다.
본 발명에 따르면 듀플렉스 스테인리스강의 정련 공정에서 탈산을 극대화으로써 용강 및막힘 슬라브 내 산소농도 저감을 극대화 할 수 있다.

Description

듀플렉스 스테인리스강 제조 방법{Manufacturing method of duplex stainless steel }
본 발명은 용강 중 산소농도를 저감하기 위한 듀플렉스 스테인리스강 제강공정에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 듀플렉스 스테인리스강의 압연공정 중 크랙 현상 저감을 위한 듀플렉스 스테인리스강의 제조 방법에 관한 것이다.
전기로 공정을 거쳐 나온 용탕은 탄소 함유량이 많고 상당량의 규소, 황과 같은 불순물이 함유되어 있어 경도가 높고 취약한 성질을 가진다. 이러한 용탕을 잘 늘어나면서 강인한 강으로 만들려면 정련 공정을 통하여 탄소의 량을 줄이고 불순물을 제거하여야 한다. 이러한 공정을 제강이라고 한다.
제강공정은 정련 공정(AOD, Argon Oxygen Decarburization) - 성분조정 공정(LT, Ladle Treatment) - 연속주조 공정(C/C, Continuous Casting)을 통하여 이루어 진다.
연속 주조 공정은 용강을 연속 주조형 주형에 주입하고 반 응고된 강편을 주형의 하부에서 연속으로 빼내어 빌렛, 슬래브 등의 제품을 제조하는 것이다.
본 발명의 과제는 듀플렉스 스테인리스강의 제강 공정 중 용강 및 슬라브 내 산소농도를 저감함으로써 용강의 청정도를 향상시키는 방법을 제공하는 데 있다.
동시에 본 발명의 과제는 용강 및 슬라브 내 산소농도를 저감함으로써 열간 가공성을 확보하여 압연공정시 발생되는 크랙 결함을 최소화할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 의한 듀플렉스 스테인리스강 제강 공정은 중량%로, C: 0 내지 0.030% 이하, Si: 0.35 내지 0.65%, Mn: 1.4 내지 1.7%, P: 0 내지 0.03% 이하, S: 0 내지 0.0010% 이하, Cr: 22.1 내지 22.6%, Ni: 5.05 내지 5.45%, Mo: 2.5 내지 2.7%, Ti: 0 내지 0.005% 이하, Cu: 0 내지 0.5% 이하, Al: 0 내지 0.15%와 철(Fe)을 포함하고, B: 20 내지 35ppm, N: 1650 내지 1900ppm, 기타 불가피한 불순물을 포함하는 듀플렉스 스테인리스강을 제조하는 공정에 관한 것으로서, 다음과 같은 단계를 포함한다.
제1 단계에서는 실리콘과 함께 슬래그 톤당 27 내지 33 킬로그램의 알루미늄을 투입하여 1차 탈산을 한다.
제2 단계에서는 1차 탈산 후 슬래그를 배제한다.
제3 단계에서는 2차 탈산을 위한 슬래그를 제조한다.
제4 단계에서는 2차 탈산용 알루미늄을 투입하여 2차 탈산을 한다.
또한 상기 제4 단계에서 탈산용 알루미늄은 금속산화물 발생량 및 용강발생된 중 성분 Al을 400ppm으로 조정할 수 있는 양만큼 투입하여 탈산 할 수 있다.
또한 상기 제1 단계에서 투입된 생석회 중량의 30%에 해당하는 형석을 투입하여 슬래그 유동성을 확보할 수 있다.
또한 상기 제3 단계에서 2차 슬래그 제조시 실리콘을 투입하지 않고 산소 취입만을 할 수 있다.
또한 상기 제4 단계에서 투입된 생석회 중량 대비 20%에 해당하는 형석을 투입하여 슬래그 유동성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면 듀플렉스 스테인리스강의 정련 공정에서 산소농도를 최소화할 수 있다.
결과적으로 산소농도를 최소화함에 따라 압연 공정 중의 크랙 현상을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시에에 따른 정련 설비를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제강공정을 나타내는 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 특별한 정의나 언급이 없는 경우에 본 설명에 사용하는 방향을 표시하는 용어는 도면에 표시된 상태를 기준으로 한다. 또한 각 실시예를 통하여 동일한 도면부호는 동일한 부재를 가리킨다. 한편, 도면상에서 표시되는 각 구성은 설명의 편의를 위하여 그 두께나 치수가 과장될 수 있으며, 실제로 해당 치수나 구성간의 비율로 구성되어야 함을 의미하지는 않는다.
1. 전체 제강 공정 및 탈산 과정
제강공정은 정련 공정(AOD, Argon Oxygen Decarburization) - 성분조정 공정(LT, Ladle Treatment) - 연속주조 공정(C/C, Continuous Casting)을 통하여 이루어 지거나, 정련공정(AOD) 이후에 진공탈탄(VOD, Vaccum Oxygen Decarburizatin) 공정을 추가로 포함할 수 있다.
정련공정(AOD)에서는 탈탄 작업과 슬래그의 제조를 통한 탈황(Desulfurization)과 탈산(Deoxidation)이 이루어진다. 즉, 정련 공정(AOD)에서는 아르곤(Ar)과 산소(O2) 혼합가스 또는 질소(N2)와 산소(O2) 혼합가스를 용탕 중에 취입한다. 용강 중에 산소(O2)가 공급되면 크롬(Cr)이 먼저 산화되면서 탈탄반응이 진행된다.
진공탈탄 공정(VOD)은 고크롬 용강의 진공 탈탄법이다. 진공탈탄법에서의 진공탈탄은 통상 이전 공정에서 예비 탈탄처리한 용강을 사용한다. 진공탈탄 공정에서는 진공 용기 내에 레이들을 넣고 레이들 바닥에 설치한 다공질 플러그를 통해 아르곤(Ar) 가스를 취입하여 용강을 교반하면서 상부에 설치한 랜스로부터 산소를 취입하여 탈탄처리를 한다. 생산성은 정련공정(AOD)보다 미흡하지만 고크롬 페라이트계의 극저 탄소(C), 질소(N)강 제조에 적합하다.
이후 성분조정 공정(LT, Ladle Treatment)에서는 탈산 후 교반을 통하여 성분 조정을 하게 된다. 성분조정 공정은 용강상태에서 성분 및 온도를 적중하기 위한 마지막 공정이다. 즉, 성분조정 공정에서 침적관중 상승 쪽으로 아르곤(Ar) 및/또는 질소(N2)를 취입하게 되면 상승관 내에서 버블(Bubble)이 형성되어 위로 올라가고 그 위치 에너지 차에 의하여 하강관 쪽으로 용강이 내려오게 되어 순환하게 된다. 용강이 순환하면서 래들 내에서 아르곤(Ar) 및 질소(N2)기포의 파열과 함께 비산 및 포말층으로 탈가스가 이루어 진다.
연속주조 공정에서는 특정 온도로 출강된 용강을 래들터렛(ladle turret)을 통하여 연주기 주상으로 이송한 다음 중간 용기인 턴디시(tundish)로 주입한다. 턴디시에서는 용강 중 게재물을 부상 분리시키며 몰드(mold)내로 용강을 주입한다.
도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 정련 설비를 설명한다. 도 1은 일 실시예에 따른 정련 설비를 나타내는 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 정련 설비는 크게 노체(100), 집진후드(101), 탑랜스(110), 서브랜스(111), 원료투입구(112) 및 투이어(121)를 포함한다.
노체(100)는 내측에 일정한 공간부를 형성하여 상부가 개방되도록 구비되고 내부에 용강을 수용한다. 집진후드(101)는 노체(100)의 상부에 구비되어 탈탄 및 교반을 위해 취입된 가스와 투입된 원료에서 발생되는 분진을 집진하여 외부로 유출시킨다. 탑랜스(110)는 노체(100)의 상부로부터 내측으로 일정 깊이 수용되도록 구비된다. 탑랜스(110)를 통하여 아르곤, 질소 특히 산소를 상취한다. 서브랜스(111)는 노체(100)의 상부로부터 내측으로 일정깊이 수용되도록 구비된다. 서브랜스(111)를 통하여 용강 샘플을 채취하고, 용강의 온도를 측정할 수 있다. 원료투입구(112)는 노체(100) 상부에 구비된다. 원료투입구(112)를 통하여 원료를 노체(100) 내부로 투입한다. 투이어(121)는 노체(100) 하부를 관통하도록 구비된다. 투이어(121)를 통하여 아르곤, 질소 등의 불활성 가스와 산소를 횡취할 수 있다.
용강을 수용하는 노체(100)에 용강을 투입한 후 탑랜스(110) 및 투이어(121)을 통해 산소와 불활성 가스를 취입하여 용강 중의 탄소를 산화시켜 탈탄을 한다. 또한 투이어(121)를 통하여 횡취되는 산소 및 불활성 가스로는 용강을 교반할 수 있다.
성분 조정에 필요한 원료는 노체 상부에 설치된 원료투입구(112)를 통해 투입되며 이 때 발생되는 분진과 상취 및 횡취에 의해 투입되는 가스, 탈탄에 의해 발생되는 일산화탄소는 집진후드(101)로 집진되어 제거 된다.
따라서, 탑랜스(100) 및 투이어(121)에서 취입되는 산소 및 불활성 가스에 의해 용강 중의 탄소가 제거되고 이 과정에서 발생되는 금속산화물은 투이어(121)에서 횡취되는 불활성 가스에 의해 교반되며, 원료투입구(112)를 통해 투입되는 실리콘과 알루미늄 등 탈산제를 통하여 탈산이 이루어지게 된다.
2. 일 실시예에 따른 정련 공정
도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 제강 공정을 설명한다. 스테인리스강을 정련하는 공정에 있어서 본 발명에 따른 듀플렉스 스테인리스강 제강 공정은 다음과 같은 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 스테인리스강은 중량%로, C: 0 내지 0.030% 이하, Si: 0.35 내지 0.65%, Mn: 1.4 내지 1.7%, P: 0 내지 0.03% 이하, S: 0 내지 0.0010% 이하, Cr: 22.1 내지 22.6%, Ni: 5.05 내지 5.45%, Mo: 2.5 내지 2.7%, Ti: 0 내지 0.005% 이하, Cu: 0 내지 0.5% 이하, Al: 0 내지 0.15%와 철(Fe), 기타 불가피한 불순물을 포함하는 듀플렉스 스테인리스강일 수 있다. 또한 B: 20 내지 35ppm, N: 1650 내지 1900ppm을 포함할 수 있다.
제1 단계에서는 실리콘과 알루미늄을 투입하여 1차 탈산을 한다.(S10)
상기 1차 탈산에서는 통상 300계 강종에서 탈산을 위하여 실리콘을 투입하는데 듀플렉스 스테인리스강의 특성상 더 많은 산소를 포함하게 되므로 일정 비율의 알루미늄을 투입하여 탈산을 강화한다.
이 때 투입되는 알루미늄은 슬래그 톤당 27kg 내지 33kg만큼 투입된다. 예를 들어 통상적인 듀플렉스 스테인리스강 조업 프로세스 중 1차 조업에서 발생되는 슬래그의 양을 17톤이라 하면 약 510킬로그램의 알루미늄이 투입된다. 알루미늄을 27kg 보다 적은 양을 투입하는 경우에는 탈산 효과가 약화되고, 슬래그의 성질을 개선할 수 없으며, 반면 33kg 초과된 양을 투입하는 경우에는 과다한 유동성을 갖게 된다.
이 때 슬래그의 유동성을 확보해 주기 위하여 투입된 생석회 중량의 30%에 해당하는 형석을 투입한다. 즉, 형석은 용강의 유동성을 확보함으로써 정련 단계에서의 반응성을 확보하는 역할을 한다.
이 때 용강을 교반하는 시간은 10분 이상 15분 이하로 확보한다. 교반시간이 10분 미만일 경우 충분한 교반이 이루어지지 않고 15분 이상인 경우에는 확보된 시간에 비해 교반효과가 증가되지 않으므로 교반시간을 준수하도록 한다.
알루미늄의 투입에 따라 생성된 슬래그의 성질은 기존의 생석회-실리콘으로 제조된 슬래그보다 유동성이 좋고, 탈산도 강화할 수 있다. 투입되는 알루미늄 양이 적을 경우 슬래그의 성질을 개선할 수 없고 그 이상 투입될 경우 슬래그의 유동성이 과다하게 확보되어 정련로 노체의 내화물을 침식하게 되므로 투입되는 알루미늄의 양을 준수하도록 한다.
제2 단계에서는 1차 탈산 후 슬래그를 배제한다. 슬래그 배제시에는 노체를 경동하여 슬래그를 그대로 흘려보내는 유재 방식을 적용하며 슬래그를 2톤 이내로 잔류시키도록 한다.(S20) 잔류하는 슬래그는 2차 탈산시에 활용할 수 있으므로 과도한 유재를 통해 용강이 손실되는 것을 방지한다.
제3 단계에서는 2차 탈산을 위한 슬래그를 제조한다(S30). 2차 탈산을 위한 슬래그 제조시에는 별도의 실리콘은 투입하지 않고 강 중의 실리콘만 산화시켜 슬래그를 제조한다. 별도의 실리콘을 투입할 경우 슬래그가 생석회-실리카-알루미나의 3상계 슬래그가 형성되므로, 생석회-알루미나 슬래그가 제조되도록 강 중의 실리콘만을 산화시키게 된다. 산소는 용강의 온도가 향후 주조시의 온도를 고려하여 일정 수준의 양만 투입하고 과도하게 온도가 상승되지 않도록 한다.
제4 단계에서는 2차 탈산용 알루미늄을 투입하여 2차 탈산을 한다(S40). 2차 탈산용 알루미늄은 2차 탈산을 위한 슬래그 제조시 취입된 산소의 탈산에 필요한 양 및 용강 중 성분으로 400ppm정도의 알루미늄(Al)이 성분으로 나올 수 있는 양을 함께 고려하여 투입한다.
이 때 용강의 유동성 확보를 위해 투입되는 생석회 중량의 20%에 해당하는 형석을 투입한다. 탈산용 알루미늄이 투입되어 탈산을 하면서 슬래그 중으로 분리부상되면 슬래그는 생석회-알루미나계의 슬래그로 조성되며 이 과정에서 탈산이 일어나게 된다.
이 때 용강 중에 성분으로 알루미늄이 400ppm(±50ppm) 정도 나오도록 투입량을 조정하한다. 성분 알루미늄이 400ppm 보다 적을 경우 충분한 탈산이 되지 않은 것이고 400ppm을 초과할 경우 과도한 알루미늄의 투입으로 인한 알루미나 개재물이 발생되어 용강의 청정도를 악화시킬 수 있으므로 알루미늄 투입량 및 성분을 준수할 수 있도록 한다.
이 때 용강을 교반하는 시간은 10분 이상 15분 이하로 확보한다. 교반시간이 10분 미만일 경우 충분한 교반이 이루어지지 않고 15분 이상인 경우 확보된 시간에 비해 교반효과가 증가되지 않으므로 교반시간을 준수하도록 한다.
2차 탈산이 끝나면 출강한다(S50).
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 상술한 바람직한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 구체화된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 용강 중의 산소농도 저감을 위한 듀플렉스 스테인리스강 제강 공정으로 구현될 수 있다.
100: 노체 110: 탑랜스
101: 집진 111: 서브랜스
112: 원료투입구 121: 투이어

Claims (5)

  1. 중량%로, C: 0 내지 0.030% 이하, Si: 0.35 내지 0.65%, Mn: 1.4 내지 1.7%, P: 0 내지 0.03% 이하, S: 0 내지 0.0010% 이하, Cr: 22.1 내지 22.6%, Ni: 5.05 내지 5.45%, Mo: 2.5 내지 2.7%, Ti: 0 내지 0.005% 이하, Cu: 0 내지 0.5% 이하, Al: 0 내지 0.15%와 철(Fe)을 포함하고, B: 20 내지 35ppm, N: 1650 내지 1900ppm, 기타 불가피한 불순물을 포함하는 듀플렉스 스테인리스강을,
    실리콘과 함께 슬래그 톤당 27 내지 33 킬로그램의 알루미늄을 투입하여 1차 탈산을 하는 제1 단계;
    1차 탈산 후 슬래그를 배제하는 제2 단계;
    2차 탈산을 위한 슬래그를 제조하는 제3 단계; 및
    2차 탈산용 알루미늄을 투입하여 2차 탈산을 하는 제4 단계;
    를 포함하는 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법..
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제4 단계에서 탈산용 알루미늄은 금속산화물 발생량 및 용강발생된 중 성분 Al을 400ppm으로 조정할 수 있는 양만큼 투입하여 탈산하는 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단계에서 투입된 생석회 중량의 30%에 해당하는 형석을 투입하여슬래그 유동성을 확보하는 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 단계에서 2차 슬래그 제조시 실리콘을 투입하지 않고 산소만을 취입하는 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제4 단계에서 투입된 생석회 중량 대비 20%에 해당하는 형석을 투입하여슬래그 유동성을 확보하는 듀플렉스 스테인리스강 제조 방법.
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