KR20170046402A - 포정강의 슬라브 제조 방법 - Google Patents

포정강의 슬라브 제조 방법 Download PDF

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Abstract

일 실시 예에 따른 포정강의 슬라브 제조 방법에 있어서, 중량%로, 탄소(C) 0.09 내지 0.12%, 실리콘(Si) 0.9 내지 1.1%, 망간(Mn) 2.1 내지 2.3%, 크롬(Cr) 0.35 내지 0.45%, 몰리브덴(Mo) 0.04 내지 0.07%, 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 용강을 몰드 내에 주입하고 1차 냉각한다. 연주기의 벤더부 및 언벤더부를 순차적으로 경유하는 2차 냉각을 통해 상기 용강으로부터 주편을 제조한다. 상기 벤더부는 상기 주편으로부터 150 내지 190 mm의 높이를 가지고, 노즐 간격은 190 내지 360mm이며, 상기 언벤더부는 상기 주편으로부터 260 내지 420 mm의 높이를 가지고, 노즐 간격은 650 내지 900 mm이다. 상기 2차 냉각의 수량은, 상기 벤더부의 경우 식 1을 따르고, 상기 언벤더부의 경우 식 2를 따르도록 설정한다.
Qv = 959*Vc-148.53 ------------ (1)
Qu = 63 + 327*Vc + 0.111*Wc ----------- (2)
Qv는 벤더부의 냉각 수량(liter/min), Qu는 언벤더부의 냉각 수량(liter/min), Vc는 주조속도(meter/min), Wc는 주조폭(milimeter)임

Description

포정강의 슬라브 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING PERITECTIC STEEL SLAB}
본 발명은 슬라브 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연속주조 공정 시에 발생하는 주편의 코너부 크랙을 감소시키는 포정강의 슬라브 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 목적된 성분으로 처리된 용강을 일정한 형태로 연속적으로 응고시키는 공정을 연속주조라고 한다. 이러한 연속주조를 진행하는 연속주조기는 제강로에서 생산되어 래들(ladle)로 이송된 용강을 턴디쉬(turndish)에 받았다가 연속주조기용 몰드로 공급하여 일정한 크기의 슬라브를 생산하게 된다.
종래의 연속주조기는 턴디쉬의 용강을 1차적으로 몰드에서 냉각시켜 임의의 형상을 가지는 주편으로 형성하고, 몰드에 연결되어 연속주조기용 몰드에서 형성된 주편을 이동시키면서 냉각하고, 압하하는 냉각대를 포함한다.
즉, 턴디쉬에서 출강된 용강은 몰드에서 소정의 폭과 두께를 가지는 슬라브(Slab) 또는 블룸(Bloom), 빌렛(Billet) 등의 주편으로 형성되며, 용강은 몰드 내에서 1차 냉각된 후 냉각대를 따라 이동하면서 분사되는 냉각수에 의해 2차 냉각되어 몰드에서 형성된 형상을 유지하면서 이송된다.
관련 선행기술로는 대한민국 공개공보 2000-0013111호(2000.03.06. 공개, 발명의 명칭 : 연속주조방법및이에이용되는연속주조장치)가 있다.
본 발명은 포정강의 연속주조 공정시에 슬라브에 발생하는 코너부 크랙을 저감하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 포정강의 슬라브 제조 방법이 개시된다. 상기 슬라브 제조 방법에 있어서, 중량%로, 탄소(C) 0.09 내지 0.12%, 실리콘(Si) 0.9 내지 1.1%, 망간(Mn) 2.1 내지 2.3%, 크롬(Cr) 0.35 내지 0.45%, 몰리브덴(Mo) 0.04 내지 0.07%, 알루미늄(Al) 탈산 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 용강을 몰드 내에 주입하고 1차 냉각한다. 연주기의 벤더부 및 언벤더부를 순차적으로 경유하는 2차 냉각을 통해 상기 용강으로부터 주편을 제조한다. 상기 벤더부는 상기 주편으로부터 150 내지 190 mm의 높이를 가지고, 노즐 간격은 190 내지 360mm이며, 상기 언벤더부는 상기 주편으로부터 260 내지 420 mm의 높이를 가지고, 노즐 간격은 650 내지 900 mm이다. 상기 2차 냉각의 수량은, 상기 벤더부의 경우 식 1을 따르고, 상기 언벤더부의 경우 식 2를 따르도록 설정한다.
Qv = 959*Vc-148.53 ------------ (1)
Qu = 63 + 327*Vc + 0.111*Wc ----------- (2)
Qv는 벤더부의 냉각 수량(liter/min), Qu는 언벤더부의 냉각 수량(liter/min), Vc는 주조속도(meter/min), Wc는 주조폭(milimeter)임
일 실시 예에 있어서, 상기 주조속도는 1.0 내지 1.3 meter/min 이고, 상기 주조폭(슬라브폭)은 900 내지 1600 mm 일 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 비수량은 0.5 내지 0.8 liter/kg으로 진행될 수 있다.
또다른 실시 예에 있어서, 상기 설정된 2차 냉각 수량은 슬라브 단위로 모니터링하고, 설정된 수량 대비 5% 이하의 공정 오차로 관리하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 연속주조 공정시에 주편의 응고를 위해 분사되는 2차 냉각 수량이 과다하면, 주편 코너부의 과냉을 조장하여 주편 코너 크랙이 발생할 수 있음을 발견하였다. 슬라브 연주기를 벤더부와 언벤더부로 나누어 별도로 2차 냉각 수량을 제어하되, 벤더부에서는 주조폭과 관련없이 주조속도에 따라 냉각 수량을 제어하고 언벤더부에서는 주조속도와 주조폭에 따라 냉각 수량을 제어함으로써, 주편 코너부의 표면 크랙을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연속 주조기를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연속 주조기의 벤더부의 냉각 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연속 주조기의 언벤더부의 냉각 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 주조 속도 및 주조 폭에 따른 2차 냉각 수량을 결정하는 회귀식을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연속 주조 시편의 코너부 크랙 결함 지수를 나타내는 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예에 따른 포정강의 슬라브 제조 방법을 상세하게 설명한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 적절하게 선택된 용어들로서, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 일 예로서, 자동차용 수동 클러치부에 적용되는 합금 공구강과 같은 포정강의 슬라브 제조 방법에 있어서, 주편의 커너부 표면의 크랙을 저감하는 방법을 제공한다.
상기 합금 공구강과 같이, 연속 주조 공정 이후에 열간 압연이 연이어 진행되는 경우, 연속 주조 공정 후 슬라브가 냉각된 후에 표면을 검사하는 정정 검사 공정이 불가능할 수 있다. 연속 주조 공정 중 주편의 코너부 표면에서 발생한 크랙은 검사 및 정정 과정 없이 열간 압연되기 때문에 열연 코일에서 에지 스캡 결함의 형태로 검출된다. 이러한 결합이 발생된 열연 코일은 양 에지부를 절단하는 추가 공정이 요청되기 때문에 원가 상승을 야기시키게 된다.
이러한 연속 주조 공정 시의 결함은, 반드시 어느 하나의 원인 또는 이론으로 설명하기는 어려우나, 대략 다음과 같은 이유로 그 발생을 판단할 수 있다. 즉, 첫째, 수직 만곡형 연주기에서 주조온도에 따른 강의 고온강도의 변화와 관련이 있을 수 있다. 일반적으로 강은 온도에 따라 세군데에서 취성영역을 가지고 있는데, 이중 주편의 표면온도가 700 내지 900℃(이하 '제3 영역 취성구간'으로 칭함) 사이 영역에서는 스트레인 속도가 작아도 쉽게 크랙이 발생할 수 있다. 둘째, 통상적인 수직 만곡형 연주기에서는 주편의 굽힘(bending) 혹은 교정(straightening) 작업시 주편에 응력이 부가될 수 있다. 이와같이 주편에 응력이 부가되는 구간에서 주편의 표면온도가 상기 제3 영역 취성구간에 포함되면 코너부 크랙이 발생할 수 있다.
이에 따라, 하기에 기술하는 것과 같이, 본 발명의 실시예에서는 포정강의 슬라브 제조에 적용되는 슬라브 연주기를 벤더부와 언벤더부의 부위로 구분하여, 각각의 부위에서 서로 다른 냉각 수량을 설정하여 주편 코너부의 과냉을 억제함으로써, 슬라브 코너부 표면 크랙을 저감하는 방법을 제안한다. 본 명세서에서 벤더부는 벤딩부로, 언벤더부는 언벤딩부로도 명명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연속 주조기를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도시된 바와 같이, 연속 주조기는 수직 만곡형 연주기일 수 있다.
연속 주조기(100)는 제강공정에서 정련된 용강(molten steel, M)이 담기는 래들(ladle, 10)과, 래들(10)에 연결되는 주입노즐(15)을 통해 용강(M)을 공급받고, 이를 일시 저장하는 턴디쉬(tundish, 20)와, 턴디쉬(20)에 일시 저장된 용강을 침지노즐(25)을 통해 전달받아 일정한 형상으로 초기 응고시키는 주형(30) 및 주형(30)의 하부에 구비되어 미응고된 주편(S)을 냉각시키면서 일련의 성형 작업을 수행하도록 다수의 세그먼트(segment, 50, 52)가 연속적으로 배열되는 냉각라인(40)을 포함한다. 이때, 냉각라인(40) 중 주형(30) 하부의 일정 영역을 2차 냉각대라 일컫는다. 한편, 스토퍼(21)는 침지노즐(25)로 이동하는 용강(M)의 양을 조절할 수 있다.
2차 냉각대에서는 주형(30)에서 1차적으로 냉각되어 주형(30)으로부터 빠져나오는 주편(S)을 신속하게 냉각시킨다. 주형(30)은 평행 몰드(parallel mold) 타입일 수 있다. 2차 냉각대에서는 미응고된 상태의 주편(S)에 냉각수를 분사하는데, 주형(30) 바로 아래에 영역을 벤더부(40a)라 지칭할 수 있다. 한편, 벤더부(40a)와 연결되며, 벤더부(40a)의 후단 부분을 언벤더부(40b)로 지칭할 수 있다. 도 2a 및 도 2b에서와 같이, 벤더부(40a)와 언벤더부(40b)는 냉각 장치의 구성이 서로 차별된다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연속 주조기의 벤더부의 냉각 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연속 주조기의 언벤더부의 냉각 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2a를 참조하면, 벤더부(40a)에서, 주편(S)의 폭 방향으로, 복수개의 분사 노즐(410a)이 배치될 수 있다. 주편(S)으로부터 분사 노즐(410a)까지의 높이(h1)는 약 50 내지 190 mm이며, 분사 노즐(410a) 사이의 간격(d1)은 190 내지 360mm 일 수 있다. 또한, 주편의 폭 방향으로 한 열당 분사 노즐(410a) 개수는 4 내지 9 개일 수 있다. 한편, 주편의 주조폭(w)은 900 내지 1600 mm 일 수 있다. 주편의 두께는 약 250mm 일 수 있다.
도 2b를 참조하면, 언벤더부(410b)에서, 주편(S)의 폭 방향으로, 복수개의 분사 노즐(410b)가 배치될 수 있다. 주편(S)으로부터 분사 노즐(410b)까지의 높이(h2)는 약 260 내지 420 mm이며, 분사 노즐(410b) 사이의 간격(d2)은 650 내지 900 mm 일 수 있다. 또한, 주편의 폭 방향으로 한 열당 분사 노즐(410b) 개수는 2 내지 3 개일 수 있다. 한편, 주편의 주조폭(w)은 900 내지 1600 mm 일 수 있다. 주편의 두께는 약 250mm 일 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 상술한 구조의 연속 주조기에서, 중량%로, 탄소(C) 0.09 내지 0.12%, 실리콘(Si) 0.9 내지 1.1%, 망간(Mn) 2.1 내지 2.3%, 크롬(Cr) 0.35 내지 0.45%, 몰리브덴(Mo) 0.04 내지 0.07%, 알루미늄(Al) 탈산 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 용강을 연속주조할 때, 연속주조 공정시 주편의 응고를 위해 분사되는 2차 냉각 수량이 과다하면, 주편 코너부의 과냉을 조장하여 주편 코너부의 표면에 크랙이 발생할 수 있음을 발견하였다.
이에, 주편 코너부의 표면 크랙을 방지하기 위해, 본 발명에서는, 2차 냉각 수량을 제어하여 주조 속도를 제어하는 방법을 제안한다. 실시예에 있어서, 첫째, 벤더부(40a)에서는 주조폭에 관계없이 주조 속도를 독립변수로 하여 2차 냉수 수량을 변경시킨다. 둘째, 언벤더부(40b)에서는 주조폭과 주조 속도를 독립변수로 하여 2차 냉각 수량을 변경시킨다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따라 주조 속도 및 주조 폭에 따른 2차 냉각 수량을 결정하는 회귀식을 나타내는 그래프이다.
도 3a에서와 같이, 주조폭을 900 mm인 경우에, 주조 속도에 따르는 2차 냉각 수량 변동치를 실험치로서 산출하고, 각 실험치들을 커버하도록 회귀 분석을 실시하였다. 이에 따라, 도 3a에 도시되는 바와 같이, 벤더부와 언벤더부 각각에 대해 R2가 1, 및 0.9994로서 신뢰성있는 회귀식을 도출할 수 있었다.
도 3b에서와 같이, 주조속도 1.28m/min인 경우에, 주조폭에 따르는 2차 냉각 수량 변동치를 실험치로서 산출하고, 각 실험치들을 커버하도록 회귀 분석을 실시하였다. 이에 따라, 도 3b에서와 같이, 언벤더부에 대해 R2가 0.9987로서 신뢰성 있는 회귀식을 도출할 수 있었다. 상술한 바와 같이, 벤더부에 대해서는 주조폭을 독립 변수에서 제외시켰다.
도 3a 및 도 3b의 회귀 분석 결과를 토대로 다음과 같이 연주기의 위치별 냉각 수량 제어식을 도출할 수 있다.
Qv = 959*Vc-148.53 ------------ (1)
Qu = 63 + 327*Vc + 0.111*Wc ----------- (2)
Qv는 벤더부의 냉각 수량(liter/min), Qu는 언벤더부의 냉각 수량(liter/min), Vc는 주조속도(meter/min), Wc는 주조폭(milimeter)임.
이와 같은 연주기의 위치별 냉각 수량 제어식을 이용하여, 2차 냉각 수량을 설정할 수 있다. 그리고, 실제 연속 주조 공정을 진행할 때, 상기 설정된 2차 냉각 수량을 슬라브 단위로 모니터링하여, 실제 분사되는 냉각 수량을 설정된 수량 대비 5% 이하의 공정 오차로 관리할 수 있다.
포정강 연속 주조시 조업 조건에 따라 주편 2차 냉각 수량을 계산 및 적용하여 코너부 결함 발생을 사전 방지하고, 만약 계산값과 연주기 2차 냉각 수량의 설정값이 5% 이상 차이날 경우 주편 정정(스카핑) 공정을 실시 후 압연을 수행할 수 있다.
실시예
본 발명의 실시예의 함금함량 조건을 만족하는 용강을 아래 표 1의 조건에 따라 비교예와 실시예로서 연속주조하였다.
실시예의 경우, 연주기의 위치별로 식(1) 및 식(2)의 수량 제어식을 따르도록 2차 냉각 수량이 조절되었다.
비교예 실시예
비수량 (벤더~언벤더) 0.8~1.1 l/kg 0.5~0.8 l/kg
주조폭 1200mm 1200mm
주조 속도 1.28m/min 1.28m/min
벤더부 1531 l/min 1079 l/min
언벤더부 707 l/min 593 l/min
총 냉각수량 2238 l/min 1672 l/min
실시예는 종래의 비교예 조건에 비해, 2차 냉각 수량이 벤더부 및 언벤더부 에 있어서, 함께 감소되었다. 이에 따라, 실시예의 경우, 총 비수량이 감소한 양태를 보인다.
한편, 연속 주조 후에, 비교예 및 실시예의 시편들에 대하여, 결함 검사를 실시하여 코너부 크랙 결함 지수를 산출하였다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연속 주조 시편의 코너부 크랙 결함 지수를 나타내는 그래프이다. 도 4를 참조하면, 비교예의 시편에 비해 실시예의 시편은 코너부 크랙 결함 지수를 상대적으로 크게 감소한 결과를 나타내었다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 연속주조 공정시에 주편의 응고를 위해 분사되는 2차 냉각 수량이 과다하여, 주편 코너부에 발생하는 표면 크랙을 효과적으로 저감할 수 있다. 슬라브 연주기를 벤더부와 언벤더부로 나누어 별도로 2차 냉각 수량을 제어하되, 벤더부에서는 주조폭과 관련없이 주조속도에 따라 냉각 수량을 제어하고 언벤더부에서는 주조속도와 주조폭에 따라 냉각 수량을 제어함으로써, 주편 코너부의 표면 크랙을 저감할 수 있다.
상술한 강종은 연속 주조 공정 이후 열간 압연이 되기 때문에 연속 주조 공정 중 주편의 코너부 표면에서 발생한 크랙은 열연 코일에서 에지 크랙 결함으로 검출된다. 에지 크랙 결함이 발생된 열연 코일은 양 에지부를 절단하는 추가 공정이 필요하기 때문에 원가 상승을 야기시키는 바, 본 발명에서는 주편 코너부의 표면 크랙을 저감함으로써 열연 코일의 표면 품질을 개선하며 원가 절감을 기대할 수 있다.
본 발명은 개시된 실시예 뿐만 아니라, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 개시된 실시예로부터 도출할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포함한다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 연속 주조기
40a : 벤더부
40b : 언벤더부
S : 주편
W : 주조폭

Claims (4)

  1. 중량%로, 탄소(C) 0.09 내지 0.12%, 실리콘(Si) 0.9 내지 1.1%, 망간(Mn) 2.1 내지 2.3%, 크롬(Cr) 0.35 내지 0.45%, 몰리브덴(Mo) 0.04 내지 0.07%, 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 용강을 몰드 내에 주입하고 1차 냉각하는 단계; 및
    연주기의 벤더부 및 언벤더부를 순차적으로 경유하는 2차 냉각을 통해 상기 용강으로부터 주편을 제조하는 단계를 포함하고,
    상기 벤더부는 상기 주편으로부터 150 내지 190 mm의 높이를 가지고, 노즐 간격은 190 내지 360mm이며, 상기 언벤더부는 상기 주편으로부터 260 내지 420 mm의 높이를 가지고, 노즐 간격은 650 내지 900 mm이며,
    상기 2차 냉각의 수량은, 상기 벤더부의 경우 식 1을 따르고, 상기 언벤더부의 경우 식 2를 따르도록 설정하는,
    Qv = 959*Vc-148.53 ------------ (1)
    Qu = 63 + 327*Vc + 0.111*Wc ----------- (2)
    Qv는 벤더부의 냉각 수량(liter/min), Qu는 언벤더부의 냉각 수량(liter/min), Vc는 주조속도(meter/min), Wc는 주조폭(milimeter)임.
    포정강의 슬라브 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 주조속도는 1.0 내지 1.3 meter/min 이고
    상기 주조폭은 900 내지 1600 mm 인
    포정강의 슬라브 제조 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    비수량은 0.5 내지 0.8 liter/kg으로 진행되는
    포정강의 슬라브 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 설정된 2차 냉각 수량은 슬라브 단위로 모니터링하고, 설정된 수량 대비 5% 이하의 공정 오차로 관리하는 단계를 더 포함하는
    포정강의 슬라브 제조 방법.




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