KR20150076983A - 합금강 주편의 스카핑 방법 - Google Patents

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Abstract

합금강 주편의 스카핑 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 합금강 주편을 제공하는 준비 단계; 상기 합금강 주편의 내부 온도가 제1 온도 미만이 될 때까지 상기 합금강 주편을 실온에서 보관하는 제1 냉각 단계; 상기 합금강 주편을 스카핑 장치로 통과시켜 상기 합금강 주편의 표면부를 스카핑하는 스카핑 단계; 및 상기 스카핑 장치를 거쳐 이송되는 상기 합금강 주편의 표면부를 상기 스카핑 장치의 출구에 설치되는 워터커튼 장치에서 분사되는 냉각 매체에 의해 제1 온도로 냉각시키는 제2 냉각 단계를 포함하는 합금강 주편의 스카핑 방법이 제공된다.

Description

합금강 주편의 스카핑 방법{METHODS FOR SCARFING CONTINUOUS CASTING PIECE OF ALLOY STEEL}
본 발명은 합금강 주편의 스카핑 방법에 관한 것이다.
철광석은 제선 공정을 거쳐 용선으로 제조된다. 제선 공정은 철광석을 코크스, 석회석 등과 함께 고로에 투입함으로써 이루어진다. 제선 공정은 넓은 의미에서 소결 공정도 포함한다. 용선은 제강 공정을 거쳐 용강으로 제조된다. 제강 공정은 용선예비처리, 전로제강, 2차정련 등을 포함한다. 용강은 연속 주조 공정을 거쳐 주편, 예를 들어 슬라브(slab), 블룸(bloom), 빌릿(billet) 등의 철강 반제품으로 성형된다. 철강 반제품은 압연 공정을 거쳐 최종적으로 압연코일 등의 최종 제품으로 성형된다. 주편은 압연공정에 투입되기 전에 스카핑(scarfing) 공정을 거칠 수 있다. 스카핑 공정에 의해 주편의 표면 결함이 제거된다. 주편의 표면 결함은 압연 공정에 악 영향을 미칠 수 있기 때문에, 주편이 압연 공정에 투입되기 전에 스카핑 공정에 의해 제거될 필요가 있다. 스카핑 공정은 주편의 표면에 가스 불꽃과 산소 제트를 분사함으로써 이루어질 수 있다. 주편의 표면이 가스 불꽃에 의해 용융된 후, 고순도의 산소 제트에 의해 주편의 표면에 있는 표면 결함 및 각종 이물질이 제거될 수 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0046644호(2011. 05. 06, 슬라브 스카핑 장치)에 개시되어 있다.
본 발명의 실시예들은 스카핑 공정을 거친 합금강 주편의 표면부의 온도를 내부 온도까지 냉각시키는 합금강 주편의 스카핑 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 합금강 주편을 제공하는 준비 단계; 상기 합금강 주편의 내부 온도가 제1 온도 미만이 될 때까지 상기 합금강 주편을 실온에서 보관하는 제1 냉각 단계; 상기 합금강 주편을 스카핑 장치로 통과시켜 상기 합금강 주편의 표면부를 스카핑하는 스카핑 단계; 및 상기 스카핑 장치를 거쳐 이송되는 상기 합금강 주편의 표면부를 상기 스카핑 장치의 출구에 설치되는 워터커튼 장치에서 분사되는 냉각 매체에 의해 제1 온도로 냉각시키는 제2 냉각 단계를 포함하는 합금강 주편의 스카핑 방법이 제공된다.
상기 합금강 주편은 전체 100중량부에 대하여 탄소(C), 크롬(Cr), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo) 및 니오뮴(Nb)의 총량이 1.1중량부 이상일 수 있다.
상기 제1 온도는 100℃일 수 있다.
상기 제1 냉각 단계에서, 상기 합금강 주편을 연속 주조 공정 후 4일 이상 실온에서 보관할 수 있다.
상기 냉각 매체는 냉각수로 이루어질 수 있다.
상기 제2 냉각 단계에서, 상기 합금강 주편의 표면부에서 석출되는 탄화물로 인한 크랙 발생을 억제할 수 있는 임계 냉각 속도 이상으로 상기 합금강 주편의 표면부를 냉각시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 스카핑 공정을 거친 합금강 주편의 표면부의 온도를 내부 온도까지 냉각시킴으로써, 합금강 주편의 표면부의 냉각 과정에서 석출되는 탄화물(carbide)로 인한 크랙 발생을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 합금강 주편의 스카핑 방법을 나타낸 도면이다.
도 2는 스카핑 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 합금강 주편의 냉각 곡선을 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 합금강 주편의 스카핑 방법의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 합금강 주편의 스카핑 방법을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 합금강 주편의 스카핑 방법은 준비 단계(S100), 제1 냉각 단계(S110), 스카핑 단계(S120) 및 제2 냉각 단계(S130)를 포함한다.
먼저, 연속 주조 공정을 거쳐 생산된 합금강 주편을 제공한다(S100).
합금강 주편은 예를 들어 슬라브(slab), 블룸(bloom), 빌릿(billet) 등일 수 있다.
합금강 주편은 전체 100중량부에 대하여 탄소(C), 크롬(Cr), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo) 및 니오뮴(Nb)의 총량이 1.1중량부 이상인 60kg급 고장력강(high tensile steel)으로 이루어짐으로써, 예를 들어 기계 구조용 부품의 재료로 사용될 수 있다.
다음으로, 합금강 주편의 내부 온도가 제1 온도 미만이 될 때까지 합금강 주편을 실온에서 보관한다(S110).
합금강 주편은 연속 주조 공정에 의해 성형된 직후 실온보다 훨씬 높은 온도를 형성한다.
만약, 고온의 합금강 주편이 제1 냉각 단계(S110)를 거치지 않고 바로 스카핑 단계(S120) 및 제2 냉각 단계(S130)를 차례로 거친다면, 합금강 주편의 내부는 고온으로 유지되는 반면, 합금강 주편의 표면부는 스카핑 단계(S120)에서 추가적으로 가열된 후에 제2 냉각 단계(S130)에서 저온으로 급랭될 수 있다. 이 경우, 합금강 주편의 표면부는 스카핑 단계(S120)에서 γ상까지 변태되고, 제2 냉각 단계(S130)에서 예를 들어 200℃/초의 냉각 속도로 급랭됨으로써, 합금강 주편의 표면부에 고용되어 있던 크롬(Cr), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo) 등의 원소가 탄화물(carbide) 형태로 결정립 내부에 석출될 수 있다. 또한, 저온으로 냉각된 합금강 주편의 표면부와 고온으로 유지되는 합금강 주편의 내부 사이의 온도 차이로 인하여 합금강 주편의 표면부의 직 하부에는 응력이 발생할 수 있다. 이러한 응력은 탄화물 석출에 의해 경화된 결정립 내부보다 상대적으로 취약한 결정립계에서 크립(creep) 현상을 야기함으로써 합금강 주편의 표면까지 전파되는 크랙(crack) 발생을 초래할 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 합금강 주편의 내부 온도를 제2 냉각 단계(S120)에 의해 형성될 수 있는 합금강 주편의 표면부의 온도, 즉 제1 온도 미만으로 냉각시킬 필요가 있다.
합금강 주편의 내부 온도는 제1 온도 미만, 예를 들어 100℃ 미만으로 냉각될 수 있다.
합금강 주편의 내부 온도가 100℃ 미만이 되기 위해서는, 합금강 주편을 연속 주조 공정 후 4일 이상 실온에서 보관하여야 한다.
다음으로, 합금강 주편을 스카핑 장치로 통과시켜 합금강 주편의 표면부를 스카핑 한다(S120).
도 2는 스카핑 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 합금강 주편(100)은 복수의 이송롤러(110)에 의해 스카핑 장치(120)로 이송될 수 있다.
스카핑 장치(120)는 합금강 주편(100)의 표면부를 스카핑 한다.
이를 위해, 스카핑 장치(120)에는 합금강 주편(100)의 표면에 가스 불꽃을 분사하는 토치(torch) 및 고순도의 산소 제트를 분사하는 산소 제트 공급부가 구비될 수 있다. 합금강 주편(100)의 표면부가 가스 불꽃에 의해 용융되면, 고순도의 산소 제트에 의해 합금강 주편(100)의 표면부에 존재하던 표면 결함 및 각종 이물질이 제거될 수 있다.
스카핑 장치(120)의 입구 및 출구에는 제1 워터커튼 장치(130) 및 제2 워터커튼 장치(140)가 각각 설치될 수 있다.
제1 워터커튼 장치(130) 및 제2 워터커튼 장치(140)는 합금강 주편(100)에 냉각 매체를 분사하여 에어커튼과 유사한 워터커튼을 형성함으로써 스카핑 장치(120)에서 분사되는 가스 불꽃이 제1 워터커튼 장치(130) 또는 제2 워터커튼 장치(140)를 넘어 사방으로 비산하는 것을 방지하는 기능을 수행함과 아울러, 후술하는 것처럼 제2 워터커튼 장치(140)에 의해 형성된 워터커튼은 스카핑 장치(120)를 통과하면서 고온으로 가열된 합금강 주편(100)의 표면부를 냉각시킬 수도 있다.
다음으로, 스카핑 장치를 거쳐 이송되는 합금강 주편의 표면부를 스카핑 장치의 출구에 설치되는 제2 워터커튼 장치에서 분사되는 냉각 매체에 의해 제1 온도로 냉각시킨다(S130).
합금강 주편(100)의 표면부는 스카핑 장치(120)를 통과하면서 가열되어 γ상으로 변태될 수 있다. 이와 같이 가열된 합금강 주편(100)의 표면부는 제2 워터커튼 장치(140)를 통과하면서 합금강 주편(100)의 내부 온도와 동일한 제1 온도로 냉각된다. 합금강 주편(100)의 표면부와 내부를 동일한 온도로 형성함으로써, 합금강 주편(100)의 표면부와 내부 사이의 온도 차이에 의해 합금강 주편(100)의 표면부의 직 하부에서 응력이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 이러한 응력으로 인해 결정립계에서 발생할 수 있는 크립(creep) 현상을 방지하고, 그로 인한 크랙(crack) 발생 또한 억제할 수 있다.
하지만, 합금강 주편(100)의 표면부가 냉각되는 과정, 즉 제1 온도에 이르기 전까지는 여전히 크립(creep) 현상으로 인한 크랙(crack) 발생 가능성이 존재한다.
도 3은 합금강 주편의 냉각 곡선을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 합금강 주편(100)의 표면부가 탄화물 형성 온도에 이르기 전까지는 크립(creep) 현상이 발생하지 않는다. 하지만, 합금강 주편(100)의 표면부가 탄화물 형성 온도에 이르면, 합금강 주편(100)의 표면부에 고용되어 있던 크롬(Cr), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo) 등의 원소가 탄화물(carbide) 형태로 결정립 내부에 석출될 수 있다. 그 결과, 합금강 주편(100)의 표면부가 탄화물 형성 온도에서 합금강 주편(100)의 내부 온도인 제1 온도에 이르기 전까지의 시간(A) 동안 크립(creep) 현상으로 인한 크랙(crack) 발생 가능성이 있다. 따라서, 크랙(crack) 발생 가능성을 낮추기 위해서는, 합금강 주편(100)의 표면부가 탄화물 형성 온도에서 합금강 주편(100)의 내부 온도인 제1 온도에 이르기 전까지 소요되는 시간을 감소시킬 필요가 있다.
이를 위해, 합금강 주편(100)의 표면부를 임계 냉각 속도 이상으로 냉각시킬 수 있다.
임계 냉각 속도란 합금강 주편(100)의 표면부에서 석출되는 탄화물로 인한 크랙(crack) 발생을 억제할 수 있는 최소 냉각 속도를 의미한다.
합금강 주편(100)의 표면부가 임계 냉각 속도 미만으로 냉각되는 경우, 합금강 주편(100)의 표면부의 온도는 냉각 곡선 1을 따라 변화되고, 합금강 주편(100)의 표면부가 탄화물 형성 온도에서 합금강 주편(100)의 내부 온도인 제1 온도에 이르기 전까지의 시간(A) 동안 합금강 주편(100)에는 크립(creep) 현상으로 인한 크랙(crack) 발생 가능성이 있다. 하지만, 합금강 주편(100)의 표면부가 임계 냉각 속도 이상으로 냉각되는 경우, 합금강 주편(100)의 표면부의 온도는 냉각 곡선 2를 따라 변화되고, 합금강 주편(100)의 표면부가 탄화물 형성 온도에서 합금강 주편(100)의 내부 온도인 제1 온도에 이르기 전까지의 시간(B) 동안 합금강 주편(100)에는 크립(creep) 현상으로 인한 크랙(crack)이 발생하지 않게 된다. 즉, 냉각 곡선 1에서의 시간(A)에 비해 냉각 곡선 2에서의 시간(B)은 상대적으로 작게 형성될 수 있다.
합금강 주편(100)의 표면부는 스카핑 장치(120)의 출구에 설치되는 제2 워터커튼 장치(140)에서 분사되는 냉각 매체에 의해 임계 냉각 속도 이상으로 냉각될 수 있다. 즉, 제2 워터커튼 장치(140)에서 분사되는 냉각 매체에 의해 형성되는 워터커튼은 스카핑 장치(120)에서 분사되는 가스 불꽃이 제2 워터커튼 장치(140)를 넘어 사방으로 비산하는 것을 방지하는 기능을 수행함과 아울러, 스카핑 장치(120)에서 가열된 합금강 주편(100)의 표면부를 냉각시킬 수도 있다.
제2 워터커튼 장치(140)는 냉각 매체로 냉각수를 분사함으로써 합금강 주편(100)의 표면부의 냉각 속도를 임계 냉각 속도 이상으로 형성할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 합금강 주편
110: 이송롤러
120: 스카핑 장치
130, 140: 워터커튼 장치

Claims (6)

  1. 합금강 주편을 제공하는 준비 단계;
    상기 합금강 주편의 내부 온도가 제1 온도 미만이 될 때까지 상기 합금강 주편을 실온에서 보관하는 제1 냉각 단계;
    상기 합금강 주편을 스카핑 장치로 통과시켜 상기 합금강 주편의 표면부를 스카핑하는 스카핑 단계; 및
    상기 스카핑 장치를 거쳐 이송되는 상기 합금강 주편의 표면부를 상기 스카핑 장치의 출구에 설치되는 워터커튼 장치에서 분사되는 냉각 매체에 의해 제1 온도로 냉각시키는 제2 냉각 단계를 포함하는 합금강 주편의 스카핑 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 합금강 주편은 전체 100중량부에 대하여 탄소(C), 크롬(Cr), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo) 및 니오뮴(Nb)의 총량이 1.1중량부 이상인 것을 특징으로 하는 합금강 주편의 스카핑 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 온도는 100℃인 것을 특징으로 하는 합금강 주편의 스카핑 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 냉각 단계에서,
    상기 합금강 주편을 연속 주조 공정 후 4일 이상 실온에서 보관하는 것을 특징으로 하는 합금강 주편의 스카핑 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 매체는 냉각수로 이루어지는 것을 특징으로 하는 합금강 주편의 스카핑 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 냉각 단계에서,
    상기 합금강 주편의 표면부에서 석출되는 탄화물로 인한 크랙 발생을 억제할 수 있는 임계 냉각 속도 이상으로 상기 합금강 주편의 표면부를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 합금강 주편의 스카핑 방법.
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