KR20170105075A

KR20170105075A - 연속 주조기를 이용한 주편의 제조 방법

Info

Publication number: KR20170105075A
Application number: KR1020177022744A
Authority: KR
Inventors: 유타카 아와지야; 유지 미키; 세이지 나베시마; 코이치 츠츠미
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2015-04-06
Filing date: 2015-06-12
Publication date: 2017-09-18
Anticipated expiration: 2035-06-12
Also published as: WO2016162906A1; JP5896067B1; BR112015019860B1; CN107427907A; BR112015019860A2; KR101949351B1; JP2016196035A

Abstract

용강이 소정의 성분 조성을 갖는 경우에서도, 생산성을 떨어뜨리는 일 없이, 표면 균열을 억제한 주편을 얻는 것이 가능한, 연속 주조기를 이용한 주편의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, C: 0.13질량％ 이상 0.20질량％ 이하, Mn: 0.50질량％ 이상을 함유하는 용강을 주형에서 1차 냉각하는 공정과, 1.0m/분 이상의 인발 속도로 상기 주형으로부터 주편을 인발하는 공정과, 상기 주편의 표면 온도를 Ar₃ 변태점보다 낮게 하고, 그 후, Ac₃ 변태점보다 높은 온도로 되돌리는 것을 포함하는, 상기 주편을 2차 냉각하는 공정을 갖고, 상기 주형의 진동 조건이, 네거티브 스트립 시간 Tn이 0.08초 이상 0.20초 이하, 네거티브 스트립 시간 비율 R_NS가 0.30 이상 0.38 이하인 조건을 만족하고, 상기 주편이 상기 주형을 통과하고 나서 상기 주편의 표면 온도가 Ar₃ 변태점이 되기까지의 시간이 60초 초과이다.

Description

연속 주조기를 이용한 주편의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING SLAB USING CONTINUOUS CASTING MACHINE}

본 발명은, 연속 주조기를 이용한 주편의 제조 방법에 관한 것이다.

강의 연속 주조에 있어서, 주편의 표면 균열을 방지하는 것은, 주편을 압연한 후의 제품의 표면 품질을 양호하게 유지하기 위해, 매우 중요하다. 여기에서, 주편의 2차 냉각 공정에 있어서, γ→α 변태를 이용하여 주편 내의 결정 조직 중의 오스테나이트립을 미세화함으로써, 주편의 표면 균열을 억제하는 기술로서, 특허문헌 1∼3이 알려져 있다. 오스테나이트립을 미세하게 하는 것은, 상대적으로 취약한 오스테나이트립계의 표면적을 늘리게 되고, 연속 주조기의 교정대에 있어서의 주편의 교정(상부 교정, 하부 교정)시에 주편의 오스테나이트립계에 작용하는 응력을 분산하게 되어, 표면 균열이 발생하기 어려워진다. 또한, 오스테나이트립이 작으면, 한번 균열이 발생해도 균열이 전파하기 어렵다.

특허문헌 1에는, 만곡형 또는 수직 굽힘형의 연속 주조기를 이용한 주편의 2차 냉각 공정에 있어서, 주형을 나오고 나서 2분 이내의 사이에 주편의 표면 온도를 Ar₃ 변태점보다 낮게 하고, 그 후, 850℃ 이상으로 되돌림으로써, 주편의 가로균열을 막는 기술이 기재되어 있다.

특허문헌 2에는, 만곡형 또는 수직 굽힘형의 연속 주조기를 이용한 주편의 2차 냉각 공정에 있어서, 주편의 표면 온도가 A₃ 변태점보다 낮아지도록 주편을 일단 냉각하고, 그 후, 수량 밀도(water flux density)를 0.003∼0.015리터/㎠·분으로 하여 0.5∼2.0분간의 완냉각(mild cooling)을 행하여 주편의 표면 온도를 A₃ 변태점보다 높은 온도로 되돌림으로써, 주편의 표면 균열을 막는 기술이 기재되어 있다.

특허문헌 3에는, 균열 감수성이 높은, 하기 (1)식으로 정의되는 탄소 당량 Cp가 0.10 이상 0.18 미만인 저합금 탄소강을, 만곡형 또는 수직 굽힘형의 연속 주조기를 이용하여 연속 주조할 때에, 주형 내의 용강의 메니스커스부에서 주형 하단까지의 주편의 인발 소요 시간을 1분 이내로 하여 주형으로부터 인발한 후, 즉시 2차 냉각을 행하고, 1분 이내에 주편의 표면 온도를 A₃ 변태점 이하로 저하시킴으로써, 주편의 표면 균열을 막는 기술이 기재되어 있다.

Cp＝[C]＋[Mn]/33＋[Ni]/25＋[Cu]/44＋[N]/1.7…(1)

단, Cp는 탄소 당량, [ ] 안은 각 원소의 강 중 함유량(질량％)을 나타낸다.

일본공개특허공보 평9-225607호 일본공개특허공보 평11-197809호 일본공개특허공보 평9-47854호

특허문헌 1∼3의 기술은, 모두 2차 냉각에 있어서 주편 온도를 제어하여, 주편 내의 결정 조직 중의 오스테나이트립을 미세화함으로써, 주편의 표면 균열을 방지하는 것이다.

최근, 생산성을 높이는 요청으로부터, 주형으로부터의 주편의 인발 속도를 크게 하는 것이 요구되고 있지만, 인발 속도를 크게 하면, 주편의 표면 균열은 발생하기 쉬워진다. 그리고, 본 발명자들의 검토에 의하면, C: 0.13질량％ 이상 0.20 질량％ 이하, Mn: 0.50 질량％ 이상을 함유하는 고C고Mn강을, 1.0m/분 이상의 인발 속도로 연속 주조하는 경우에는, 특허문헌 1∼3의 기술에서는 주편의 가로균열이나 세로균열과 같은 표면 균열을 충분히 방지하지 못하는 것이 판명되었다.

탄소 당량 Cp가 상기의 0.10 이상 0.18 미만인 저합금 탄소강이라도, 상기와 같은 고C고Mn강의 경우에는, 특허문헌 3과 같은 주편의 표면 온도의 제어를 행해도, 표면 균열이 발생하는 경우가 있었다. 또한, 탄소 당량 Cp가 0.18보다도 큰 강에 있어서도, 당연, 상기와 같은 고C고Mn강의 경우에는, 표면 균열이 발생하는 경우가 있었다.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여, 용강이 상기 소정의 성분 조성을 갖는 경우에서도, 생산성을 떨어뜨리는 일 없이, 표면 균열을 억제한 주편을 얻는 것이 가능한, 연속 주조기를 이용한 주편의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, C: 0.13질량％ 이상 0.20질량％ 이하, Mn: 0.50질량％ 이상을 함유하는 고C고Mn강을, 1.0m/분 이상의 인발 속도로 연속 주조하는 경우에는, 이하의 2개의 조건을 동시에 만족함으로써, 가로균열이나 세로균열과 같은 표면 균열을 충분히 방지할 수 있는 것을 발견했다.

[1] 특허문헌 1∼3과 같은 2차 냉각으로 오스테나이트립을 미세화하는 것 만으로는 불충분하여, 주편이 주형을 통과하고 나서 주편의 표면 온도가 Ar₃ 변태점이 되기까지의 시간을 60초 초과로 할 필요가 있다.

[2] 2차 냉각 조건의 적정화만으로는 불충분하여, 1차 냉각(주형 내에서의 초기 응고)의 조건도 적정화할 필요가 있다. 즉, 주형의 진동 조건으로서, 네거티브 스트립 시간 Tn 및 네거티브 스트립 시간 비율 R_NS를 소정의 수치 범위로 할 필요가 있다.

본 발명은, 상기의 인식 및 착상에 의해 완성된 것이다. 즉, 본 발명은, 만곡형 또는 수직 굽힘형의 연속 주조기를 이용한 주편의 제조 방법으로서,

C: 0.13질량％ 이상 0.20질량％ 이하, Mn: 0.50질량％ 이상을 함유하는 용강을 주형에서 1차 냉각하는 공정과,

1.0m/분 이상의 인발 속도로 상기 주형으로부터 주편을 인발하는 공정과,

상기 주편의 표면 온도를 Ar₃ 변태점보다 낮게 하고, 그 후, Ac₃ 변태점보다 높은 온도로 되돌리는 것을 포함하는, 상기 주편을 2차 냉각하는 공정,

을 갖고,

상기 주형의 진동 조건이, 네거티브 스트립 시간 Tn이 0.08초 이상 0.20초 이하, 네거티브 스트립 시간 비율 R_NS가 0.30 이상 0.38 이하인 조건을 만족하고,

상기 주편이 상기 주형을 통과하고 나서 상기 주편의 표면 온도가 Ar₃ 변태점이 되기까지의 시간이 60초 초과인

것을 특징으로 한다.

본 발명의 연속 주조기를 이용한 주편의 제조 방법에 의하면, 용강이 상기 소정의 성분 조성을 갖는 경우에서도, 생산성을 떨어뜨리는 일 없이, 표면 균열을 억제한 주편을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서 이용하는 수직 굽힘형의 연속 주조기의 개략도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 수직 굽힘형의 연속 주조기에 있어서, 주형으로부터 인발한 주편의 주조 방향 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 형태에 있어서 이용하는 만곡형의 연속 주조기에 있어서의, 주형으로부터 인발한 주편의 주조 방향 단면도이다.
도 4는 주편의 표면에 발생하는 가로균열 및 세로균열을 도시한 주편의 사시도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시 형태를 설명한다.

우선, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서 이용하는 2 스트랜드 타입의 수직 굽힘형의 연속 주조기(100)의 구성을 설명한다. 연속 주조기(100)는, 레이들(10), 턴디쉬(11), 주형(12), 스프레이 노즐(13), 복수쌍의 롤(14), 절단 장치(15) 및, 전자 교반 장치(16)를 갖는다.

연속 주조기의 최상부에 위치하는 레이들(10)에는, 용강(M)이 수용된다. 용강(M)은, 레이들(10)의 저부(底部)로부터, 당해 레이들(10)의 하방에 위치하는 턴디쉬(11)에 부어진다. 그 후, 용강(M)은 턴디쉬(11)의 저부로부터, 침지 노즐을 통하여 주형(12)으로 부어지고, 주형(12) 내에서 용강의 1차 냉각이 행해진다.

주형(12)으로부터 인발되는 주편(S)을 연직 방향으로부터 수평 방향으로 안내하고, 또한, 정철압(ferrostatic pressure)에 의한 주편(S)의 변형을 방지하기 위해, 원호, 쌍곡선 등의 곡선을 따라 복수쌍의 롤(14)이 배열된다. 롤(14)의 일부는, 주편(S)을 인발하기 위한 핀치 롤로서의 기능을 갖는다. 도 2를 참조하여, 주형(12)으로부터 연직 하방으로 인발된 주편(S)은, 수직대(20A)를 통과한 후, 상부 교정대(20B)에 있어서 굽혀지고, 만곡대(20C)에 있어서 만곡한 상태를 유지한 후, 하부 교정대(20D)에 있어서 평판 형상으로 굽힘이 없어져서, 수평대(20E)를 통과한다. 주형 직하로부터 수평대에 걸쳐 주편(S)의 내부에는 용강의 미응고부가 존재하여, 주형 직하로부터 수평대의 거의 전체 길이에 걸쳐 주편(S)의 표면을 지지하도록 롤(14)이 배치된다. 주조 방향으로 인접하는 롤 간에 스프레이 노즐(13)이 위치하고, 이들 스프레이 노즐(13)로부터 주편(S)에 냉각수가 분무되어, 주편의 2차 냉각이 행해진다. 또한, 스프레이 노즐은, 실제로는 각 롤 간에 복수 배치되지만, 도 1에서는, 그 일부를 복수의 노즐을 연결하는 선분으로 개략적으로 표현하고 있다.

수평대의 하류측에는, 고화된 주편(S)을 절단하는 가스 토치, 유압 절단 등의 절단 장치(15)가 설치된다. 절단 장치(15)에 의해 절단된 주편(슬래브, 블룸, 또는 빌릿)은, 연속 주조기(100)로부터 배출되어, 압연 장치에 반송된다.

도 2를 참조하여, 상부 교정대(20B) 및 하부 교정대(20D)에 있어서, 주편(S)에는 굽힘 응력이 가해진다. 이 굽힘 응력에 의해, 상부 교정대(20B)에 있어서는 주편(S)의 하면측에 인장 응력이 가해지고, 하부 교정대(20D)에 있어서는 주편(S)의 상면측에 인장 응력이 가해진다. 이것이 원인으로, 도 4에 나타나는 바와 같이 주편(S)(슬래브)의 상면측 또는 하면측(주로 코너부)에는, 가로균열(C₁)이 발생하는 경우가 있다. 이와 같이 본 명세서에 있어서 「가로균열」이란, 주조 방향과 수직인 방향을 따른, 주편의 표면 균열을 의미한다.

한편으로, 주형(12)으로부터 인발된 직후에 주편의 표면을 강냉각하면, 응고 쉘의 불균일에 기인하여, 도 4에 나타나는 바와 같이 주편(S)(슬래브)에 세로균열(C₂)이 발생하는 경우가 있다. 이와 같이 본 명세서에 있어서 「세로균열」이란, 대략 주조 방향을 따른, 주편의 표면 균열을 의미한다.

본 발명의 일 실시 형태는, 연속 주조시의 주편의 표면 균열의 방지에 관한 것으로서, 특히, 포정강(아포정∼과포정의 저합금 탄소강)의 가로균열 및 세로균열의 방지 방법에 관한 것이다.

또한, 도 3에 나타내는 만곡형의 연속 주조기도 본 발명에 있어서 이용할 수 있다. 수직 굽힘형 연속 주조기에서는, 주형으로부터 연직 하방으로 주편을 인발하기 때문에, 주형(12)의 내벽면은 평탄하다. 그러나, 만곡형 연속 주조기의 경우, 주형으로부터 원호 형상으로 주편(S)을 인발하기 때문에, 만곡 주형(21)을 이용한다. 주형(21)의 내벽면이 만곡하고 있기 때문에, 만곡한 주편이 송출되어, 하부 교정대(20D)에서 굽힘 없애는 교정을 행한다. 만곡형의 경우, 수직 굽힘형의 경우와 상이하여 상부 교정대에서의 굽힘 공정은 없다.

다음으로, 용강의 성분 조성에 대해서 설명한다.

상기 (1)식으로 정의되는 탄소 당량 Cp가 0.10 이상 0.18 미만인 강의 경우, 슬래브의 표층 부분에는, 초석의 페라이트 필름을 갖는 오스테나이트립계가 명료하게 관찰되는 경우가 많다. 이러한 상태로 주편에, 도 2 및 도 3에서 나타낸 바와 같이 인장 응력이 작용하면, 용이하게 오스테나이트립계에서의 균열이 발생하여, 가로균열이 발생한다. 이에 대하여, 인발된 주편의 표면을 주형 직하에서 강냉각하여 주편의 표면 온도를 Ar₃ 변태점보다 낮게 하고, 그 후, 850℃ 이상 또는 Ac₃ 변태점보다 높은 온도로 되돌려 주편 표층부의 오스테나이트립을 미세화함으로써, 가로균열을 저감하는 효과가 얻어진다.

그러나, C: 0.13질량％ 이상 0.20질량％ 이하, Mn: 0.50질량％ 이상을 함유하는 강의 경우에는, 이하의 경향이 있다.

(A) 오실레이션 마크 깊이가 깊어지고, 마크의 오목부에 응력이 집중되어, 가로균열이 발생하기 쉽다.

(B) Ar₃ 변태점 및 Ac₃ 변태점이 저하하는 경향이 있어, 인발 속도를 크게 한 경우에, 슬래브 강냉각에 의한 연성 향상 효과가 발현하기 어려운 경향이 있다.

(C) 동일한 탄소 당량에서도 저C 함유량 또는 저Mn 함유량의 강에 비해, 넓은 온도 범위에서 취화하기 쉬워, 균열의 감수성이 높다.

(D) 냉각의 불균일에 의해, 응고 쉘의 두께가 불균일해져, 주형 내에서 세로균열이 발생하기 쉽다.

그 때문에, 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, C: 0.13질량％ 이상 0.20질량％ 이하, Mn: 0.50질량％ 이상을 함유하는 고C고Mn강을, 1.0m/분 이상의 인발 속도로 연속 주조하는 경우에는, 상기와 같이 주편의 표면 온도의 제어를 행해도, 주편의 가로균열이나 세로균열과 같은 표면 균열을 충분히 방지하지 못하는 것이 판명되었다.

이와 같이 본 발명이 대상으로 하는 용강의 성분 조성은, C: 0.13질량％ 이상 0.20질량％ 이하, Mn: 0.50질량％ 이상을 함유하는 것으로 한다. C 함유량이 0.13질량％ 미만 또는 Mn 함유량이 0.50질량％ 미만인 경우, 종래 기술과 같이 주편의 표면 온도의 제어를 행하면 표면 균열을 충분히 막을 수 있어, 본 발명의 과제는 현재화하지 않는다. 또한, C 함유량이 0.20질량％를 초과하는 경우, Ar₃ 변태점 및 Ac₃ 변태점이 저하하여, 연속 주조기 내의 주형의 하단으로부터 상부 교정대의 사이의 수직대에서, 주편의 표면 온도를 Ar₃ 변태점보다 낮게 하고, 그 후, Ac₃ 변태점보다 높은 온도로 되돌리는 본 실시 형태에 있어서의 2차 냉각 조건을 실시하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.

Mn 함유량이 2.5질량％를 초과하는 경우, C 함유량이 증가한 경우와 동일하게, Ar₃ 변태점 및 Ac₃ 변태점이 저하하여, 본 실시 형태에 있어서의 2차 냉각 조건을 실시하는 것이 곤란해지는 경우가 있고, 또한, MnS가 석출되기 쉬워짐으로써 균열 감수성도 커지는 경향이 있다. 이 때문에, Mn 함유량은 2.5질량％ 이하가 바람직하다.

용강의 성분 조성은, 임의로, Si: 0.8질량％ 이하, P: 0.10질량％ 이하, S: 0.05질량％ 이하, Al: 0.05질량％ 이하, Cu: 0.5질량％ 이하, Ni: 1.0질량％ 이하, Cr: 0.6질량％ 이하, V: 0.14질량％ 이하, Nb: 0.09질량％ 이하, Ti: 0.4질량％ 이하, N: 0.02질량％ 이하 중 1종 또는 2종 이상을 함유해도 좋고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.

본 발명의 일 실시 형태에 의한 주편의 제조 방법은, 용강을 주형에서 1차 냉각하는 공정과 1.0m/분 이상의 인발 속도로 상기 주형으로부터 주편을 인발하는 공정과, 상기 주편의 표면 온도를 Ar₃ 변태점보다 낮게 하고, 그 후, Ac₃ 변태점보다 높은 온도로 되돌리는 것을 포함하는, 상기 주편을 2차 냉각하는 공정을 갖는다. 인발 속도가 1.0m/분 미만인 경우, 종래 기술과 같이 주편의 표면 온도의 제어를 행하면 표면 균열을 충분히 막을 수 있어, 본 발명의 과제는 현재화하지 않는다. 인발 속도의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 2.5m/분으로 할 수 있다. 2.5m/분을 초과하는 인발 속도에서는, 연속 주조기 내의 주형의 하단으로부터 상부 교정대의 사이의 수직대에서, 주편의 표면 온도를 Ar₃ 변태점보다 낮게 하고, 그 후, Ac₃ 변태점보다 높은 온도로 되돌리는 본 실시 형태에 있어서의 2차 냉각 조건을 실시하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.

1차 냉각 공정에 있어서 주형은 연직 방향 상하로 일정 주기로 진동시킨다. 여기에서 본 발명의 일 실시 형태에서는, 주형의 진동 조건이, 네거티브 스트립 시간 Tn이 0.08초 이상 0.20초 이하, 네거티브 스트립 시간 비율 R_NS가 0.30 이상 0.38 이하의 조건을 만족하는 것이 중요하다. Tn이 0.20초 초과, 또는, R_NS가 0.38 초과인 경우, 오실레이션 마크가 깊어지고, 주편 표면에 있어서 노치로서 작용하여, 가로균열의 발생이 현저해진다. Tn이 0.08초 미만인 경우, 주형과 응고 쉘 간의 윤활이 불충분해져, 조업의 불안정, 나아가서는 브레이크 아웃을 일으켜 버린다. R_NS가 0.30 미만인 경우, 몰드 파우더의 유입량 및 소비량이 저감하여, 브레이크 아웃을 일으켜 버린다. 이와 같이, Tn이 0.08초 이상 0.20초 이하, 또한, R_NS가 0.30 이상 0.38 이하인 조건을 만족함으로써, 브레이크 아웃을 발생시키지 않고, 가로균열의 발생을 막을 수 있다. 또한, Tn이 0.20초 이하, 또한, R_NS가 0.38 이하인 조건에서는, Tn이 0.20초 초과, 또는, R_NS가 0.38 초과인 경우와 비교하여, 응고 후의 초기에 형성된 구(舊)γ립의 입경이 작아져 있었다. 이 현상도, 가로균열의 저감에 기여하고 있는 것이라고 생각된다.

여기에서, 주형의 하강 속도의 쪽이 주편의 인발 속도보다도 빠른 기간이 네거티브 스트립 기간이며, 1사이클 중에서 이 기간의 시간을 「네거티브 스트립 시간 Tn(초)」이라고 칭한다. 한편, 주형의 하강 속도가 주편의 인발 속도 이하인 기간이 포지티브 스트립 기간이며, 1사이클 중에서 이 기간의 시간을 「포지티브 스트립 시간 Tp(초)」라고 칭한다. 주형의 진동 주파수를 f(㎐)로 하면, Tn＋Tp＝1/f이 된다. 네거티브 스트립 시간 비율 R_NS는, Tn/(Tn＋Tp)로 정의된다. 또한, 진동의 파형에 제한은 없으며, 사인 파형, 비(非)사인 파형 어느 쪽이라도 좋다.

다음으로, 본 발명의 일 실시 형태에서는, 2차 냉각 조건으로서, 주편이 주형을 통과하고 나서 주편의 표면 온도가 Ar₃ 변태점이 되기까지의 시간이 60초 초과인 것이 중요하다. 당해 시간이 60초 이하인 경우, 주편이 주형으로부터 인발된 직후에 급격하게 냉각되게 되고, 그 결과, 응고 쉘이 불균일해져, 세로균열이 발생한다. 당해 시간을 60초 초월함으로써, 가로균열의 발생을 막을 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 강의 연속 주조 방법에 의하면, 가로균열 및 세로균열을 억제한 고품질의 주편(슬래브, 블룸, 또는 빌릿)을 얻을 수 있다. 그 결과, 주편 표면의 손질 공정이 불필요하고, 압연 공정시에 균열이 조업을 저해하는 일도 없기 때문에, 수율이 향상한다. 수율이 향상함으로써, 철광석을 원료로 하여 강을 제조하기까지의 제철 프로세스에 필요로 하는 막대한 에너지 소비량 중, 수율 향상에 대응하는 부분을 삭감할 수 있어, 공업적, 에너지적으로 유효하다.

실시예

도 1에 나타낸 연속 주조기를 이용하여, 표 1에 나타낸 각 성분 조성의 강(잔부는 Fe 및 불가피적 불순물)을, 표 2에 나타낸 연속 주조 조건으로 연속 주조 했다. 표 2 중의 하선부는 본 발명의 범위 외인 것을 나타낸다. 표 1에는, 각 성분 조성으로부터, 하기 (2)식에 의해 계산되는 탄소 당량 CE 및 하기 (3)식에 의해 계산되는 탄소 당량 Cp, 하기 (4)식에 의해 계산되는 Ar₃ 변태점 및, 하기 (5)식에 의해 계산되는 Ac₃ 변태점도 함께 나타냈다.

CE＝[C]＋[Mn]/33‥(2)

Cp＝[C]＋[Mn]/33＋[Ni]/25＋[Cu]/44＋[N]/1.7‥(3)

Ar₃＝910－273×[C]－74×[Mn]－16×[Cr]‥(4)

Ac₃＝937－476.5×[C]＋56×[Si]－19.7×[Mn]－4.9×[Cr]＋124.8×[V]－19×[Nb]＋198×[Al]‥(5)

여기에서, [ ] 안은 각 원소의 강 중 함유량(질량％)을 나타낸다. 강 B, C 및 D는, 탄소 당량 CE 및 Cp가 0.18보다 크고, 그 외는 탄소 당량 CE 및 Cp가 0.10∼0.18의 범위이다.

표 2 중, 2차 냉각 조건의 「냉각 온도」는, 주형 하단에서 상부 교정대까지의 사이의 수직대에 있어서의 주편의 표면 온도의 최저값을 나타내고, 「Ar₃점까지 필요로 한 시간」은, 주편이 주형을 통과하고 나서 주편의 표면 온도가 최초로 Ar₃ 변태점이 되기까지의 시간을 나타내고, 「복열 온도」는, 주편의 표면 온도가 상기의 최저값이 되고 나서 상부 교정대까지의 사이에서의 주편의 표면 온도의 최고값을 나타낸다. 각 시험 조건에 있어서, 주편의 인발 속도(주조 속도)와 2차 냉각수의 수량 밀도 분포를 조정함으로써, 상기의 냉각 온도, Ar₃점까지 필요로 한 시간 및, 복열 온도를 변경했다. 또한, 상기의 주편의 표면 온도는, 후술하는 응고·전열 해석에 의해 계산된, 주편의 코너부의 표면 온도를 의미하는 것이다.

주편의 표면 온도의 추이는, 일본공개특허공보 평4-231158호에 개시되어 있는, 수치 계산에 의한 2차원의 응고·전열 해석에 의해 구했다. 즉, 각 스프레이 노즐에 의한 열 전달 계수 분포의, 냉각수량 및 주편 표면 온도에 의존하는 데이터를 오프라인 시험에 의해 구했다. 각 스프레이 노즐의 냉각수량, 각 스프레이 노즐로부터의 주편 표면의 위치 및, 각 시점, 각 위치에서의 주편 표면의 온도에 맞추어, 2차 냉각대에서의 주편 표면의 경계 조건을 설정했다. 서포트 롤과의 접촉에 의한 냉각은, 일본공개특허공보 평4-231158호에 개시되어 있는 방법과 동일하게, 열 전달률을 설정하여 평가했다. 이와 같이 주편 표면의 경계 조건은 주조 방향의 위치에 따라서 변화하기 때문에, 주조 방향에 수직인 단면에서의 2차원의 응고·전열 해석에서는, 주조 방향의 위치를 인발 속도로 제산하여 경과 시간으로 변환함으로써, 각 경과 시간에 있어서의 경계 조건을 설정했다. 각 경과 시간에 있어서의 주조 방향에 수직인 단면에서의 온도 분포가 해석의 결과로서 얻어지기 때문에, 경과 시간에 인발 속도를 승산하여 주조 방향의 위치로 변환함으로써, 임의의 주조 방향의 위치에 있어서의 주조 방향에 수직인 단면에서의 온도 분포가 얻어진다. 이와 같이 하여 얻어진, 주조 방향에 수직인 단면에서의 주편 표면 온도의 분포의 주조 방향의 위치에 수반하는 추이로부터, 표 2에 나타내는 「냉각 온도」, 「Ar₃점까지 필요로 한 시간」, 「복열 온도」를 구할 수 있다.

각 시험예에 있어서, 슬래브 표층의 조직, 균열의 발생에 대해서 평가하고, 결과를 표 2에 나타냈다. 표 2 중, 「슬래브 표층의 조직」은, 시험 후 회수한 슬래브의 단부의 조직 관찰을 행하여, 구γ립계가 명료하게 관찰되고, 조대한 구γ립이 잔존하고 있는 것을 「조대립」, 구γ립계가 불명료한 조직의 경우를 「조직 미세화」라고 기재했다. 「균열의 발생」은, 주조 직후의 주편 표면을 육안 관찰하고, 그 후 압연을 행한 후의 주편의 표면을 육안 관찰하고, 그 양쪽에 있어서, 가로균열 및 세로균열이 없었던 것을 「없음」으로서 기재하고, 그 이외의 경우를 「있음」으로서 기재했다.

Tn이 0.20초 초과, 또는, R_NS가 0.38 초과인 시험 No.8 및 No.10에서는, 2차 냉각 조건이 본 발명 범위 내임에도 불구하고, 가로균열이 발생했다. 한편, 인발 속도가 1.0m/분 미만인 시험 No.12에서는, Tn이 0.20초 초과, 또한, R_NS가 0.38 초과라도, 가로균열이 발생하지 않았다. 이에 대하여, 인발 속도가 1.0m/분 이상인 경우에는, 2차 냉각 조건이 본 발명 범위 내에서도 가로균열이 발생해 버리는 경우가 있어, Tn이 0.20초 이하, 또한, R_NS가 0.38 이하인 주형 진동 조건으로 함으로써, 가로균열을 방지할 수 있는 것을 알 수 있다.

또한, 이 경향은, C 함유량이 0.13질량％ 이상 0.20질량％ 이하, 또한, Mn 함유량이 0.50질량％ 이상인 강 B, C, D에서도 동일한 경향이었다(시험 No.16, 17, 21, 22, 26, 27 참조). 한편으로, C 함유량이 0.13질량％ 미만, 또는, Mn 함유량이 0.50질량％ 미만인 강 E, F, G에서는, 인발 속도가 1.0m/분 이상인 경우에, Tn이 0.20초 초과, 또는, R_NS가 0.38 초과라도, 가로균열은 발생하지 않았다(시험 No.31, 32, 36, 37, 41, 42 참조). 이 이유는 확실하지 않지만, C 함유량 또는 Mn 함유량이 낮아, 균열에 대한 감수성이 낮기 때문이라고 생각된다. 이 점에서, C: 0.13질량％ 이상 0.20질량％ 이하, Mn: 0.50질량％ 이상을 함유하는 고C고Mn강을, 1.0m/분 이상의 인발 속도로 연속 주조하는 경우에는, 2차 냉각 조건이 본 발명 범위 내에서도 가로균열이 발생해 버리는 경우가 있어, Tn이 0.20초 이하, 또한, R_NS가 0.38 이하인 주형 진동 조건으로 함으로써, 가로균열을 방지할 수 있는 것을 알 수 있다.

또한, C 함유량이 0.13질량％ 이상 0.20질량％ 이하, 또한, Mn 함유량이 0.50질량％ 이상인 강 A, B, C, D에서는, Ar₃점까지 필요로 한 시간이 60초 이하인 조건에서는, 주편의 폭 방향 중앙의 부위에 세로균열이 발생했다(시험 No.6, 15, 20, 25 참조). 한편으로, C 함유량이 0.13질량％ 미만, 또는, Mn 함유량이 0.50질량％ 미만인 강 E, F, G에서는, Ar₃점까지 필요로 한 시간이 60초 이하인 조건이라도, 세로균열은 발생하지 않았다(시험 No.30, 35, 40 참조). 이 이유는 확실하지 않지만, C 함유량 또는 Mn 함유량이 낮아, 응고 쉘의 두께가 불균일해지는 것을 막을 수 있었기 때문이라고 생각된다. 이 점에서, C: 0.13질량％ 이상 0.20질량％ 이하, Mn: 0.50질량％ 이상을 함유하는 고C고Mn강을, 1.0m/분 이상의 인발 속도로 연속 주조하는 경우에는, 세로균열이 발생해 버리는 경우가 있어, Ar₃점까지 필요로 한 시간을 60초 초과로 함으로써, 세로균열을 방지할 수 있는 것을 알 수 있다.

또한, 냉각 온도가 Ar₃ 변태점 이상이거나, 복열 온도가 Ac₃ 변태점 이하인 시험 No.5, 7, 14, 19, 24, 29, 34, 39에서는, 강의 조성에 상관없이, 구γ립이 조대하여, 가로균열이 발생했다.

이상의 실시예로부터, 본 발명에 의하면, 연속 주조기를 합리적 또한 효율적으로 이용하면서, 표면 균열이 없는 품질 양호한 주편을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

[산업상 이용가능성]

본 발명의 연속 주조기를 이용한 주편의 제조 방법에 의하면, 용강이 소정의 성분 조성을 갖는 경우에서도, 생산성을 떨어뜨리는 일 없이, 표면 균열을 억제한 주편을 얻을 수 있다.

100 : 연속 주조기(수직 굽힘형)
10 : 레이들
11 : 턴디쉬
12 : 주형
13 : 스프레이 노즐
14 : 롤
15 : 절단 장치
16 : 전자 교반 장치
20A : 수직대
20B : 상부 교정대
20C : 만곡대
20D : 하부 교정대
20E : 수평대
21 : 만곡 주형
M : 용강
S : 주편
C₁ : 가로균열
C₂ : 세로균열

Claims

만곡형 또는 수직 굽힘형의 연속 주조기를 이용한 주편의 제조 방법으로서,
C: 0.13질량％ 이상 0.20질량％ 이하, Mn: 0.50질량％ 이상을 함유하는 용강을 주형에서 1차 냉각하는 공정과,
1.0m/분 이상의 인발 속도로 상기 주형으로부터 주편을 인발하는 공정과,
상기 주편의 표면 온도를 Ar₃ 변태점보다 낮게 하고, 그 후, Ac₃ 변태점보다 높은 온도로 되돌리는 것을 포함하는, 상기 주편을 2차 냉각하는 공정,
을 갖고,
상기 주형의 진동 조건이, 네거티브 스트립 시간 Tn이 0.08초 이상 0.20초 이하, 네거티브 스트립 시간 비율 R_NS가 0.30 이상 0.38 이하인 조건을 만족하고,
상기 주편이 상기 주형을 통과하고 나서 상기 주편의 표면 온도가 Ar₃ 변태점이 되기까지의 시간이 60초 초과인
것을 특징으로 하는 주편의 제조 방법.