KR20130075014A - 마르텐사이트계 스테인리스 강판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쌍롤식 박판 주조기술을 이용하여, 마르텐사이트계 스테인리스 강판을 제조하는 방법에 있어서, 판파단 발생을 억제하고, 강판의 중심 편석을 저감시켜 우수한 품질을 확보할 수 있는 마르텐사이트계 스테인리스 강판에 관한 것으로서,
쌍롤식 박판 주조 공정에 의해 제조되고, 중량%로, C: 0.1~1.2중량%를 포함하며, 강판의 등축정율 편차가 15% 이하인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스 강판과 그 제조방법을 제공한다.

Description

마르텐사이트계 스테인리스 강판 및 그 제조방법{MARTENSITIC STAINLESS STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 쌍롤식 박판 주조장치를 이용하여 스테인리스 강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마르텐사이트계 스테인리스 강판과 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

마르텐사이트계 스테인리스 강은 내식성, 경도 및 내마모성이 우수하여, 각종 도물류나 공기구루에 사용된다. 특히 면도날, 의료용 칼, 일반 식도 및 가위 등에 많이 사용된다.

일반적으로 마르텐사이트계 스테인리스강은 다음과 같은 제조공정을 통해 제조된다. 용강을 주조하여 연주 슬라브를 제조한 다음 재가열하고 열간압연하는데, 열간압연된 상태에서 강의 조직에는 마르텐사이트상, 템퍼드 마르텐사이트상, 잔류오스테나이트 상 등이 혼재하여 존재한다. 이러한 열연코일의 조직은 열연판 소둔 목적으로 상소둔(batch annealing) 공정을 거쳐 페라이트와 탄화물로 변태되어 연질화되는데, 열연소둔에 의한 연질재는 열연소둔시 형성된 스케일 제거를 위하여 산세공정을 거친다. 산세후의 연질의 소재는 냉간압연 또는 제품가공 후 최종수요가 열처리 공정을 거쳐 마르텐사이트강으로 변태되는 것이다.

대표적인 마르텐사이트계 스테인리스강으로는 420 계열강이 있는데, 이 강들은 강의 높은 탄소함량으로 인하여 연주슬라브 제조공정에서 조대한 탄화물 중심편석을 형성한다. 탄화물 중심편석은 수지상(dendrite) 사이에 존재하는 미세편석 용강이 응고가 진행되면서 벌크(bulk) 용강내로의 흡입과 집적의 결과로 발생하는 현상이다. 슬라브내에 형성된 중심편석은 재가열 또는 소둔열처리 공정에서 잘 제거되지 않아서, 열연 또는 냉연판에 잔류하게 되고, 이로 인해 스트립(strip)의 전단절단(shearing) 과정에서 라미네이션(lamination, 이중판) 결함을 수반한다.

종래의 200~250mm의 슬라브를 생산하는 경우에 있어서, 중심편석을 최소화하기 위하여 연주공정에서 주조속도를 통상재 대비 70~80%로 저감하여 조업하는데, 연주생산성이 현저히 저하되는 문제점이 있다. 또한 주조시 형성된 중심부의 조대한 탄화물을 고용하기 위해, 열간압연 후의 상소둔(batch annealing)의 소둔온도 및 유지시간을 과다하게 해야 하므로, 생산성이 급격히 감소한다. 연속주조시 발생하는 중심편석은 응고가 진행되면서 탄소의 축적에 의한 농화용강에 의해 발생되므로 이를 저감시키는 방법이 보고되고 있다. 즉, 중심편석을 저감하는 방법은 전자교반법(Electromagnetic Stirring), 기계적 경압화법(Mechanical Soft Reduction) 그리고 열적 경압하(Thermal Soft Reduction) 등이 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해서, 기존의 연속주조법이 아닌 박물을 직접 쌍롤에 의하여 생산하는 쌍롤식 박판 주조(스트립캐스팅)법을 활용하여 마르텐사이트계 스테인리스강을 제조하는 기술이 개발되었다.

한편, 고급 도물류일수록 무엇보다 높은 경도가 요구되는데, 이러한 높은 경도 수준은 강의 마르텐사이트 기지조직에 의해 구현된다. 마르텐사이트 조직은 고온의 오스테나이트를 빠르게 냉각시킬 때 형성되는 매우 경한 미세조직이다. 고온의 오스테나이트상에 고용된 탄소의 함량이 높을수록, 마르텐사이트에 고용된 탄소가 많아 마르텐사이트 경도는 높아진다. 따라서, 높은 경도를 갖는 마르텐사이트계 스테인리스강을 제조하기 위해서는 가급적 많은 탄소를 강에 첨가시킬 수 있어야 한다.

그러나, 탄소함량이 높을수록 중심편석이 발생할 가능성이 높아지고, 상기 쌍롤식 박판 주조기술을 이용하더라도 주조성 및 제품 실수율이 매우 취약한 문제가 있다.

본 발명의 일측면은 쌍롤식 박판 주조기술을 이용하여, 마르텐사이트계 스테인리스 강판을 제조하는 방법에 있어서, 판파단 발생을 억제하고, 강판의 중심 편석을 저감시켜 우수한 품질을 확보할 수 있는 마르텐사이트계 스테인리스 강판과 그의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 턴디쉬로부터 유입된 용강이 서로 반대 방향을 회전하는 한쌍의 롤을 통과하면서 박판을 제조하는 쌍롤식 박판 주조 방법을 이용하여 마르텐사이트계 스테인리스 강판을 제조하는 방법에 있어서,

상기 용강의 탄소함량[C]은 0.1~1.2중량%이고,

상기 턴디쉬에서 용강의 온도(T_TD)는 1560-40*[C]±25℃인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스 강판의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 쌍롤식 박판 주조 공정에 의해 제조되고, 중량%로, C: 0.1~1.2중량%를 포함하며, 강판의 등축정율 편차가 15% 이하인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스 강판을 제공한다.

본 발명은 마르텐사이트계 스테인리스 강을 제조함에 있어서 용강으로부터 직접 열연코일을 제조하는 쌍롤식 박판 주조 방법(strip casting) 공정을 적용하는 것을 특징으로 하며, 탄소함량에 따른 적정 용강온도를 설정하고, 추가적으로 압하력을 일정 수준으로 제어한 상태로 주조함으로써, 판파단발생을 방지하고, 중심편석 편차를 감소시켜 주조안정성을 향상시키고, 품질수준을 향상시킬수 있는 장점이 있다.

도 1은 통상의 쌍롤식 박판 주조 공정의 단면을 나태낸 모식도임.
도 2는 스컬의 혼입에 의한 판파단의 발생을 나타낸 사진임
도 3은 본 발명에서 탄소함량에 따른 턴디쉬 용강 목표 온도범위를 나타낸 그래프임
도 4는 박판의 단면을 나타낸 사진으로, 등축정 영역과 주상정 영역을 구분한 사진임
도 5는 본 발명에서 압하력에 따른 등축정률 편차를 나타낸 그래프임
도 6은 본 발명의 범위로 주조한 강판의 중심부 편석을 관찰한 사진임.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 상기 도면은 본 발명의 이해를 위한 실시예를 포함하고 있으며, 상기 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

이하, 성분의 함량은 []으로 나타낸다.

본 발명의 일태양은 턴디쉬로부터 유입된 용강이 서로 반대 방향을 회전하는 한쌍의 롤을 통과하면서 박판을 제조하는 쌍롤식 박판 주조 방법을 이용하여 마르텐사이트계 스테인리스 강판을 제조하는 방법에 있어서,

상기 용강의 탄소함량[C]은 0.1~1.2중량%이고,

상기 턴디쉬에서 용강의 온도(T_TD)는 1560-40*[C]±25℃인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스 강판의 제조방법을 제공한다.

도 1은 알려진 쌍롤식 박판 주조 장치 일예의 단면을 모식화한 것이다. 도 1로부터, 쌍롤식 박판 주조 장치를 이용하여 마르텐사이트 스테인리스 강판을 제조하는 방법을 간략히 설명하면 다음과 같다.

용강을 래들(1)에 수용시키고, 노즐을 따라 턴디쉬(2)로 유입되며, 턴디쉬(2)로 유입된 용강은 주조롤(6) 양 끝단부에 설치된 에지댐(5)의 사이, 즉, 주조롤(6)의 사이로 용강 주입노즐(3)을 통해 공급되어 응고가 개시된다. 이때 롤 사이의 용탕부에는 산화를 방지하기 위해 매니스커스 쉴드(4)로 용탕면을 보호하고 적절한 가스를 주입하여 분위기를 적절히 조절하게 된다. 양 롤이 만나는 롤 닙(7)을 빠져나오면서 박판(8)이 제조되어 인발되면서 압연기(9)를 거쳐 압연이 된 후 냉각공정을 거쳐 권취 설비(10) 에서 권취된다.

도 2는 스컬 혼입에 대한 판파단 발생을 나태낸 사진이며, 이러한 에지 스컬은 주조시 탕면이나 에지댐 하부에 발생된 지금이 혼입되어 주편 에부에 과응고되어 나타나며, 이때 주조롤 보호를 위해 롤갭이 벌어지면서 폭방향으로 두꺼운 주편이 형성되며, 국부적으로 스컬 혼입된 부위를 제외하고는 응고가 지연되어 고온의 라인이 형성되어 크랙이 쉽게 발생하거나 그 라인을 따라 판파단이 발생하게 된다. 이러한 스컬의 발생은 용강의 온도와 밀접한 연관성이 있으므로, 본 발명에서는 스컬을 최소화 하기 위해서, 탄소함량과 용강의 온도를 제어한다.

본 발명의 용강의 탄소 함량은 0.1~1.2중량%인 것이 바람직하다. 상기 탄소함량이 너무 낮게되면 경도가 낮아 도물류에 적용될 수 있는 마르텐사이트계 스테인리스 강판 제조가 어렵고, 1.2중량%를 초과하는 경우에는 취성이 강해 주조하기 어려운 문제가 있다.

또한, 크롬의 함량은 11.0~16.0중량%인 것이 바람직하다. 상기 [Cr] 함량이 11중량% 미만에서는 스테인리스 강 고유특성인 내식성에 문제가 발생할 수 있고, 16중량%를 초과하는 경우에는 경제적인 어려움이 존재한다.

상기 탄소 및 크롬 이외에 다른 조성이 더 첨가될 수 있으나, 본 발명에서 필수적인 것은 아니며, 그 이외에는 불가피한 불순물과 Fe를 포함한다.

본 발명에서는 상기 주조시 용강의 온도(T_TD)는 1560-40*[C]±25℃인 것이 바람직하다. 도 3에서는 [C]의 함량에 대한 판파단 발생 영역을 관측한 결과를 나타내고 있다. [C]의 함량이 증가할수록 온도는 감소하는 것을 알 수 있고, 상기 온도범위를 벗어나는 경우에는 스컬발생이나 고온 취성 증가로 판파단 발생이 용이하다.

예를 들어, [C] 함량이 0.5중량%일 경우, 용강 온도범위는 1515~1565℃인 것이 바람직하다. 상기 온도가 1515℃ 미만에서는 스컬 혼입이 심해 판파단 발생이 용이하고, 1565℃를 초과하는 경우에는 응고지연이 심해 용강이 흘러내리거나 판파단이 발생하게 된다.

또한, 본 발명에서는 박판 주조시 압하력이 2~10톤인 범위에서 주조를 행하는 것이 바람직하다. 상기 압하력은 주편의 전폭에 걸리는 총 압하력으로 로드쉘로 측정한 힘으로 표시한 것이다. 상기 압하력은 응고쉘이 양롤과 접하여 겹치는 부분에서부터 압하가 시작하는데, 응고점에서 롤닢부까지의 높이가 압하력을 발생하는 영역인데, 정확하게 그 높이를 예측하기 힘들기 때문에 총압하력을 로드쉘로 측정된 롤 반발력을 측정하여 압하력으로 표시하였다.

상기 압하력은 주조성과 품질을 고려하여 결정되며, 상기 압하력이 2톤으로 설정한 것은 주조가 안정적으로 가능한 최소값이고, 그 미만에서는 용강이 완전 응고되지 않고 국부적으로 흘러내리거나 판파단이 나서 주조가 중단될 수도 있다. 그리고 상한값인 10톤은 후술하는 등축정 편차가 15% 이하인 점이다. 상기 압하력이 10톤을 초과하게 되면 등축정 편차가 너무 커지므로, 품질편차를 발생하므로 바람직하지 않다.

이하, 본 발명의 강판에 대해서 상세히 설명한다.

본 발명의 강판은 쌍롤식 박판 주조 방법에 의해 제조되고, 강판의 등축정율의 편차가 15% 이하인 것을 특징으로 한다.

등축정율에 대해서는 하기 도 4에 나타내었다. 도 4는 쌍롤식 박판 주조 공정에 의해 제조된 마르텐사이트계 스테인리스 강판의 단면 주조조직을 나타낸 것이다. 도 4에 나타난 바와 같이, 중심부는 등축정영역을 가지나, 나머지는 주상정역역을 갖는다. 일반적으로 등축정율은 박판 두께에 대한 등축정 영역의 비를 의미한다.

본 발명에서는 상기 등축정율 편차가 15% 이하인 것을 특징으로 한다. 하기 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 등축정율 편차가 15%를 초과하는 경우에는 중심편석이 불균일하게 발생하게 되며, 이렇게 불균일한 중심편석이 이렇게 불균일한 중심편석이 발생하게 되면 품질편차가 발생하게 되어 바람직하지 않고, 심할 경우, 판파단을 발생할 수도 있다. 통상적인 조건에서의 등축정율은 약 10~20% 정도이며, 주조조건에 따라 등축정율 편차를 발생하게 되는데, 압하율을 증대시키면 등축정율 편차는 증가하게 된다.

도 5는 C: 0.3중량%, Cr: 14중량%를 포함하는 마르텐사이트 스테인리스 강판을 쌍롤식 박판 주조 공정을 이용하여 주조폭 1300mm, 두께 2.9mm로 주조한 후, 2mm두께로 열간압연하여 제조하는 경우에, 주조시 압하력의 변화에 따른 등축정율 변화를 나타낸 그래프이다. 상기 도 5에 나타난 바와 같이, 등축정율 편차가 15% 이상이면 품질편차가 심하게 발생하므로 가능한 등축정율 편차를 15%이하로 유지하는 것이 본 발명에서 제안하는 것이고, 이때 압하력은 10톤 이하로 관리해야 등축정율 편차를 15%이하로 유지할 수 있는 것이다.

상기 품질편차라 함은 중심편석에 기인된 탄화물의 분포 불균일을 의미하는데, 최종 제품에서 경도차이가 발생하거나, 도물류의 경우, 날끝품질, 즉 날끝이 탈락하는 등 최종 제품의 실수율을 떨어뜨리는 요인이 된다.

한편, 본 발명의 스테인리스 강판의 두께 중심부 [Cr] 편석도는 100% 이하인 것이 바람직하다. 도 6은 본 발명의 범위로 주조한 강판의 중심부 편석을 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 각 성분의 함량을 색깔로 표시하여 위치별 성분함량을 쉽게 파악한 사진이다. 도 6의 결과에서 알 수 있듯이, [C]와 [P]는 등축정영역과 주상정 영역에서 성분함량의 변화가 없으나, 본 발명의 주조조건으로 주조한 경우에는 등축정 영역에서 [Cr] 함량이 낮은 부편석 현상을 나타낸다.

통상적인 기존 연주재의 경우, 등축정영역에서 [Cr] 성분이 농축되어 함량이 높아지는 정편석이 발생하고, 이런 경우, 중심편석이 발생한다고 하고, [C], [Cr] 등이 농축되어 탄화물이 중심부에 밀집하게 되어 날끝품질을 저해하거나 심할경우, 냉간압연시 판분리가 발생하는 등 문제가 되고 있다. 그러나 본 발명의 압하력 조건으로 주조하면, 중심부 등축정영역에서 [Cr] 함량이 오히려 낮아지는 부편석이 발생하고, 부편석의 편차도 감소하게 된다. 이러한 부편석이 발생하게 되면, 성분농축에 의한 라인성 결함이나 판분리 등의 문제가 해결된다.

[Cr] 편석도는 주상정 영역에서의 [Cr]성분값과 등축정영역에서의 [Cr]성분값의 비로 표시되는데, 정편석이 발생하는 경우, 100%이상의 편석도를 나타내고, 본 발명의 경우와 같이 부편석이 발생하게 되는 경우, 100%보다 낮은 값을 갖게 된다. 따라서, 본 발명의 스테인리스 강판의 두께 중심부 [Cr] 편석도는 100% 이하인 것이 바람직하다.

1.....래들 2.....턴디쉬
2.....주입노즐 4.....매니스커스 쉴드
5.....에지댐 6.....주조롤
7.....롤닙 8.....주편
9.....압연기 10.....코일권취설비

Claims (6)

1. 턴디쉬로부터 유입된 용강이 서로 반대 방향을 회전하는 한쌍의 롤을 통과하면서 박판을 제조하는 쌍롤식 박판 주조 방법을 이용하여 마르텐사이트계 스테인리스 강판을 제조하는 방법에 있어서,
   상기 용강의 탄소함량[C]은 0.1~1.2중량%이고,
   상기 턴디쉬에서 용강의 온도(T_TD)는 1560-40*[C]±25℃인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스 강판의 제조방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 롤을 통과하면서 가해지는 주편의 전폭에 걸리는 총 압하력은 2~10톤인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스 강판의 제조방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 강판의 조성은 C: 0.1~1.2중량%, Cr: 11.0~16.0중량%, 나머지는 불가피한 불순물 및 Fe를 포함하는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스 강판의 제조방법.
   
4. 쌍롤식 박판 주조 공정에 의해 제조되고, 중량%로, C: 0.1~1.2중량%를 포함하며, 강판의 등축정율 편차가 15% 이하인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스 강판.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 강판의 조성은 C: 0.1~1.2중량%, Cr: 11.0~16.0중량%, 나머지는 불가피한 불순물 및 Fe를 포함하는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스 강판.
   
6. 청구항 4 또는 5에 있어서,
   상기 강판의 두께 중심부 [Cr] 편석도는 100%이하인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스 강판.

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