KR20190060469A - 몰드플럭스, 강재, 및 강재 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 강재를 제조하는 강재 제조방법으로서, 내후성 금속을 포함하는 몰드플럭스를 마련하는 과정; 주형 내부로 용강을 공급하는 과정; 상기 용강으로 상기 몰드플럭스를 공급하는 과정; 및 상기 몰드플럭스에서, 상기 용강의 표면으로 내후성 금속을 확산시켜, 강재의 외층부에 내후성 금속의 농화층을 형성하는 과정;을 포함하고, 강재 표면에 내후성 금속의 농화층을 형성하여, 강재의 내후성을 향상시킬 수 있다.

Description

몰드플럭스, 강재, 및 강재 제조방법{Mold Flux, steel product, and Method for manufacturing steel product}
몰드플럭스, 강재, 및 강재의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강재 표면에 내후성 금속의 농화층을 형성하여, 강재의 내후성을 향상시킬 수 있는 몰드플럭스, 강재, 및 강재의 제조방법에 관한 것이다.
내후성용 강재는 옥외 등에 장기간 노출되었을 경우에도 외관이나 물성 등이 심하게 훼손되지 않고 사용될 수 있도록, 부식의 진행이 억제되거나 방지될 수 있는 강을 의미한다. 이러한 내후성용 강재가 외장재로 사용되는 경우, 도장을 실시하지 않고 그대로 사용하여도 물성에 큰 변화가 없기 때문에 경제적으로 매우 유리하다는 장점을 가진다. 이에, 강재의 내후성을 향상시키는 방법에 대한 연구가 많이 진행되었다.
미국에서는 1930년 대에 내후성 강재를 개발하여, 건축 등의 분야에 사용하고 있다. 이후, 일본에서도 내후성 강재를 개발하여, 교량 등의 건설에 사용하고 있다.
종래에는 강재를 제조할 때, Cu, Mo, Sn, Sb, P 등의 금속을 첨가하여 강재의 내후성을 향상시켰다. 그러나 강재의 내후성을 향상시키는 금속들이 고가이기 때문에, 강재의 제조비용을 상승시키는 문제가 있다. 또한, 강재의 내후성을 향상시키는 금속 중 P의 첨가량이 증가하면 강재의 용접성이 저하되고, Sn의 첨가량이 증가하면 강재의 표면 적열 취성을 조장할 수 있다. 이에, 내후성 강재의 제조성과 품질을 향상시키기 위한 기술이 필요한 실정이다.
JP 1999-172370 A JP 1999-071632 A JP 2012-255184 A
본 발명은 강재의 표면에 내후성 금속의 농화층을 형성할 수 있는 몰드플럭스, 강재, 및 강재의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 강재 표면의 내후성을 향상시킬 수 있는 몰드 플럭스, 강재, 및 강재의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 강재 제조공정에서 내후성 금속의 사용량을 감소시킬 수 있는 몰드 플럭스, 강재, 및 강재의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 강의 제조에 사용되는 몰드플럭스로서, 내후성 금속의 산화물을 함유하는 조성물을 포함한다.
상기 내후성 금속의 산화물은, 구리 산화물, 주석 산화물, 및 니오븀 산화물 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 조성물의 전체 중량에 대해서, 상기 구리 산화물은 2중량% 내지 40중량%가 포함된다.
상기 조성물의 전체 중량에 대해서, 상기 주석 산화물은 1.1중량% 내지 40중량%가 포함된다.
상기 조성물의 전체 중량에 대해서, 상기 니오븀 산화물은 1.3중량% 내지 40중량%가 포함된다.
상기 내후성 금속은, 상기 구리 산화물, 상기 주석 산화물, 및 상기 니오븀 산화물 중 2종 이상을 포함하고, 상기 조성물의 전체 중량에 대해서, 상기 내후성 금속의 산화물은 5중량% 내지 40중량% 포함된다.
상기 조성물에, 상기 내후성 금속의 산화물을 환원시킬 수 있는 환원성 물질이 더 포함된다.
상기 환원성 물질은 카본을 포함한다.
상기 조성물에 포함되는 상기 카본의 양은 하기의 식에 의해 산출된다.
식: 카본의 함유량(중량%) = 1.50 + (0.0839)A + (0.16)B + (0.23)C
(여기서, A는 조성물 내 구리 산화물의 함량, B는 조성물 내 주석 산화물의 함량, C는 조성물 내 니오븀 산화물의 함량임.)
본 발명은 용강으로부터 제조되는 강재로서, 내층부, 및 상기 내층부의 둘레를 감싸는 외층부를 포함하고, 상기 외층부는, 상기 내층부보다 내후성 금속의 농도가 높다.
상기 내층부보다 상기 외층부에, 상기 강재의 전체 중량에 대하여, 상기 구리가 0.01중량% 내지 1중량% 더 포함된다.
상기 외층부에, 상기 강재의 전체 중량에 대하여, 상기 구리가 0.01 내지 1중량% 포함된다.
상기 내층부보다 상기 외층부에, 상기 강재의 전체 중량에 대하여, 상기 주석이 0.009중량% 내지 0.9중량% 더 포함된다.
상기 외층부에, 상기 강재의 전체 중량에 대하여, 상기 주석이 0.005 내지 0.9중량% 포함된다.
상기 내층부보다 상기 외층부에, 상기 강재의 전체 중량에 대하여, 상기 니오븀이 0.008중량% 내지 0.8중량% 더 포함된다.
상기 외층부에, 상기 강재의 전체 중량에 대하여, 상기 니오븀이 0.005중량% 내지 0.8중량% 포함된다.
상기 외층부의 두께는, 상기 강재의 전체 두께 대비 0.05% 내지 20%이다.
본 발명은 강재를 제조하는 강재 제조방법으로서, 내후성 금속을 포함하는 몰드플럭스를 마련하는 과정; 주형 내부로 용강을 공급하는 과정; 상기 용강으로 상기 몰드플럭스를 공급하는 과정; 및 상기 몰드플럭스에서, 상기 용강의 표면으로 내후성 금속을 확산시켜, 강재의 외층부에 내후성 금속의 농화층을 형성하는 과정;을 포함한다.
상기 내후성 금속은, 구리, 주석, 및 니오븀 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
상기 몰드플럭스를 마련하는 과정은, 상기 내후성 금속의 용융점을 낮추기 위해, 상기 몰드플럭스에 상기 내후성 금속을 산화물 형태로 포함시키는 과정을 포함한다.
상기 강재의 외층부에 상기 내후성 금속의 농화층을 형성하는 과정은, 상기 내후성 금속의 산화물을 환원시키는 과정; 및 환원된 내후성 금속을 상기 강재의 외층부의 응고 조직에 확산시키는 과정;을 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 강재의 표면에 내후성 금속의 농화층을 형성할 수 있다. 즉, 강재의 내후성을 향상시키기 위해 사용되는 내후성 금속의 함량이, 강재의 외층부와 내층부에서 서로 달라지게 제어할 수 있다. 이에, 강재의 주조공정에서 강재의 내후성을 향상시키기 위해 사용되는 내후성 금속의 사용량을 감소시키면서, 강재 표면의 내후성은 향상시킬 수 있다. 따라서, 내후성을 가지는 강재의 생산 비용을 절감할 수 있고, 강재의 생산성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 강재 제조설비의 구조를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 강재 제조방법을 나타내는 플로우 차트.
도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 강재에 내후성 금속의 외층부에 농화층이 형성되는 과정을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 강재의 외층부를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 강재와 비교 예에 따른 강재의 두께감소량을 비교한 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 강재 제조설비의 구조를 나타내는 도면이다. 하기에서는 본 발명을 이해하기 위해, 강제 제조설비의 구조에 대해 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 강제 제조설비는, 래들(10), 턴디쉬(20), 주형(30), 및 냉각대(40)를 포함할 수 있다. 이때, 강재 제조설비는, 용강을 주형(30)에 연속하여 주입하고, 반응고된 주편을 주형(30)의 하부에서 연속하여 인출시켜 빌렛, 블룸, 슬라브 등의 주편을 얻는 연속 주조설비일 수 있다.
래들(10)은 원통형의 용기 모양으로 형성될 수 있다. 래들(10)은 용강을 담을 수 있도록 내부공간을 가지고, 상부가 개방될 수 있다. 래들(10)의 하부에는 주입기(15)가 구비될 수 있다.
예를 들어, 주입기(15)는 쉬라우드 노즐일 수 있다. 주입기(15)는 상하방향으로 연장형성되어 내부에 용강이 이동하는 경로를 형성한다. 주입기(15)의 상단부에는 용강이 유입될 수 있는 입구가 형성되고, 하단부에는 용강이 배출될 수 있는 출구가 형성될 수 있다. 래들(10) 내부에 저장된 용강이 주입기(15)를 통해 턴디쉬(20) 내부로 주입될 수 있다.
이때, 래들(10)은 래들 터렛에 의해 지지될 수 있고, 래들 터렛은 턴디쉬(20) 상측에 배치되는 래들(10)을 교체하여, 턴디쉬(20)에 연속적으로 용강을 공급해줄 수 있다. 그러나 래들(10)의 구조와 형상은 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
턴디쉬(20)는 래들(10)의 하측에 위치할 수 있다. 턴디쉬(20)는 용강이 저장될 수 있는 용기 모양으로 형성될 수 있다. 턴디쉬(20)의 상부는 개방되고, 하부에는 침지노즐(25)이 구비될 수 있다.
침지노즐(25)은 상하방향으로 연장될 수 있다. 침지노즐(25)은 상단부가 턴디쉬(20) 바닥면에 형성된 출강구와 연결되고, 하단부가 주형(30)의 내부를 향하여 연장될 수 있다. 이에, 출강구를 통해 침지노즐(25) 내부로 유입된 용강이 주형(30) 내부로 공급될 수 있다.
또한, 주형(30)으로 공급되는 용강의 유량을 제어하기 위해 턴디쉬(20)의 출강구를 개폐하는 스토퍼(미도시)가 턴디쉬(20)에 설치될 수 있다. 이에, 스토퍼의 작동을 제어하여 침지노즐(25)을 통해 주형(30)으로 공급되는 용강의 양을 조절할 수 있다.
또는, 턴디쉬(20)와 침지노즐(25)에는 슬라이딩 게이트(미도시)가 설치될 수도 있다. 슬라이딩 게이트는 침지노즐(25) 내부에 형성된 용강의 이동경로의 개방된 정도를 조절할 수 있다. 이에, 슬라이딩 게이트의 작동을 제어하여 턴디쉬(20)에서 주형(30)으로 용강이 공급되는 양을 조절할 수 있다.
주형(30)은 턴디쉬(20)의 하측에 위치할 수 있다. 주형(30)은 용강을 응고시켜 금속 제품의 외관을 결정하는 틀이다. 주형(30)은 서로 마주보게 배치되는 2개의 장변 플레이트와, 2개의 장변 플레이트 사이에 서로 마주보게 배치되는 2개의 단변 플레이트를 포함할 수 있다. 장변 플레이트들과 단변 플레이트들 사이의 용강이 수용되는 공간이 형성되고, 주형(30)의 상부와 하부는 개방될 수 있다. 장변 플레이트들과 단변 플레이트들 중 적어도 일부의 내부에는 냉각수가 순환하는 경로가 형성될 수 있다. 이에, 주형(30) 내부로 공급된 용강이 냉각수에 의해 열을 빼앗겨 신속하게 응고될 수 있다.
냉각대(40)는 주형(30)의 하측에 위치할 수 있다. 냉각대(40)는 주편의 이동경로를 형성하면서 배치되는 복수개의 이송롤러(45), 및 이송롤러(45)에 의해 이동하는 주편으로 냉각수를 분사하는 냉각수 분사기(미도시)를 포함할 수 있다. 이에, 냉각대(40)는 주형(30)으로부터 인발되어 이동하는 주편을 냉각시키면서 일련의 성형 작업을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 강재 제조방법을 나타내는 플로우 차트이고, 도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 강재에 내후성 금속의 외층부에 농화층이 형성되는 과정을 나타내는 도면이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예에 따른 강재 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 강재 제조방법은, 강재를 제조하는 강재 제조방법으로서, 내후성 금속을 포함하는 몰드플럭스를 마련하는 과정(S110), 주형 내부로 용강을 공급하는 과정(S120), 용강으로 몰드플럭스를 공급하는 과정(S130), 및 몰드플럭스에서 용강의 표면에 내후성 금속을 확산시켜, 강재의 외층부에 내후성 금속의 농화층을 형성하는 과정(S140)을 포함한다. 이때, 내후성 금속으로 구리(Cu: Copper), 주석(Sn: Stannum), 및 니오븀(Nb: Niobium) 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있고, 강재는 주편일 수 있다.
우선, 강재 제조공정에서 사용될 몰드플럭스를 마련할 수 있다. 내후성 금속은 용강과 용융점이 다를 수 있다. 내후성 금속의 용융점이 용강의 용융점보다 높은 경우, 용강에 의해 용융되지 않을 수 있다. 이에, 용강에 내후성 금속이 녹지 않을 수 있고, 용융점이 높은 내후성 금속이 주조공정에 나쁜 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 내후성 금속의 용융점을 낮추어야 하기 때문에, 내후성 금속을 산화물 형태로 만들어 몰드플럭스에 포함시킬 수 있다. 즉, 몰드플럭스는 내후성 금속의 산화물을 함유하는 조성물을 포함할 수 있고, 용강에 공급되면 용강의 열에 의해 용이하게 용융되어 액상이 될 수 있다.
내후성 금속의 산화물로, 구리 산화물, 주석 산화물, 및 니오븀 산화물 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. 예를 들어, 구리 산화물로 Cu2O가 사용될 수 있고, 주석 산화물로 SnO2가 사용될 수 있고, 니오븀 산화물로 Nb2O5가 사용될 수 있다. 그러나 사용되는 산화물의 종류는 이에 한정되지 않고 다양할 수 있다. 이때, 몰드플럭스의 조성물에 이때, 몰드플럭스에는 SiO2, CaO, MgO, Al2O3, Na2O, F 중 적어도 어느 하나가 더 포함될 수 있다.
구리만 내후성 금속으로 사용되는 경우, 구리 산화물은 조성물의 전체 중량에 대해서, 2중량% 내지 40중량%가 포함된다. 조성물에 구리 산화물이 2중량% 미만으로 함유되면, 강재 표면에서 내후성 금석에 의해 형성되는 산화막에 치밀화가 감소할 수 있다. 이에, 강재 표면에 형성된 산화막 사이로 산소가 침투하여 강재의 내부가 쉽게 부식되는 문제가 있다. 조성물에 구리 산화물이 40중량%를 초과하여 함유되면, 몰드플럭스가 용강 내에서 쉽게 용융되지 않아 강재에 내후성 금속의 농화층을 형성하지 못하는 문제가 있다. 따라서, 강재 표면에 형성되는 산화막의 치밀화를 증가시키면서, 몰드플럭스가 용강에 의해 용이하게 용융될 수 있도록, 몰드플럭스 내 구리 산화물의 함유량이 제어될 수 있다.
주석만 내후성 금속으로 사용되는 경우, 주석 산화물은 조성물의 전체 중량에 대해서, 1.1중량% 내지 40중량%가 포함된다. 조성물에 주석 산화물이 1.1중량% 미만으로 함유되면, 주석의 양이 적어 강재 표면에 산화막이 형성되지 못할 수 있다. 이에, 강재가 쉽게 부식되는 문제가 있다. 조성물에 주석 산화물이 40중량%를 초과하여 함유되면, 몰드플럭스가 용강 내에서 쉽게 용융되지 않아 강재에 내후성 금속의 농화층을 형성하지 못하는 문제가 있다. 따라서, 강재 표면에 산화막을 형성시키면서, 몰드플럭스가 용강에 의해 용이하게 용융될 수 있도록, 몰드플럭스 내 주석 산화물의 함유량이 제어될 수 있다.
니오븀만 내후성 금속으로 사용되는 경우, 니오븀 산화물은 조성물의 전체 중량에 대해서, 1.3중량% 내지 40중량%가 포함된다. 조성물에 니오븀 산화물이 1.3중량% 미만으로 함유되면, 니오븀의 양이 적어 강재 표면에 산화막이 형성되지 못할 수 있다. 이에, 강재가 쉽게 부식되는 문제가 있다. 조성물에 니오븀 산화물이 40중량%를 초과하여 함유되면, 몰드플럭스가 용강 내에서 쉽게 용융되지 않아 강재에 내후성 금속의 농화층을 형성하지 못하는 문제가 있다. 따라서, 강재 표면에 산화막을 형성시키면서, 몰드플럭스가 용강에 의해 용이하게 용융될 수 있도록, 몰드플럭스 내 니오븀 산화물의 함유량이 제어될 수 있다.
또한, 내후성 금속의 산화물은, 구리 산화물, 주석 산화물, 및 니오븀 산화물 중 2종 이상을 포함할 수도 있다. 즉, 구리 산화물, 주석 산화물, 및 니오븀 산화물 중 2개 이상을 내후성 금속의 산화물로 사용할 수 있다. 이때, 조성물 전체 중량에 대해서, 내후성 금속의 산화물은 5중량% 내지 40중량% 포함될 수 있다.
조성물 내 내후성 금속의 산화물 함량이 5중량% 미만이면, 강재의 표면에 산화막이 형성되지 않아 주편의 내후성이 향상되지 않을 수 있다. 조성물 내 내후성 금속의 산화물 함량이 40중량%를 초과하면, 몰드플럭스가 용강 내에서 쉽게 용융되지 않아 몰드플럭스에 용강에 녹지 않는 문제가 있다. 따라서, 몰드플럭스가 용강에 의해 용이하게 용융되면서, 강재의 내후성을 향상시킬 수 있도록, 조성물 내 내후성 금속의 산화물 함량을 제어할 수 있다.
한편, 몰드플럭스에 포함되는 조성물에, 내후성 금속의 산화물을 환원시킬 수 있는 환원성 물질이 더 포함될 수 있다. 환원성 물질로 카본(C: Carbon)이 사용될 수 있다. 몰드플럭스가 용강으로 공급될 때, 카본은 하기 식(1)과 같이, 구리 산화물, 주석 산화물, 및 니오븀 산화물 중 적어도 어느 하나를 환원시킬 수 있다.
식(1): Cu2O + C = 2Cu = CO
SnO2 + 2C = Sn + 2CO
Nb2O5 + 7C = 2NbC + Nn2O5 = 7Nb + 5CO
따라서, 강재의 외층부에는 구리, 주석, 및 니오븀 중 적어도 어느 하나가 산화물이 아닌 금속 형태로 존재할 수 있다. 이에, 강재 외층부에 존재하는 내후성 금속이 시간이 지남에 따라 공기 중의 산소와 반응하여, 강재 외층부 표면에 산화막을 형성할 수 있다.
이때, 조성물에 함유되는 카본의 양은, 조성물에 포함되는 내후성 금속의 산화물의 양에 의해 조절될 수 있다. 조성물에 포함되는 카본의 양은 하기의 식(2)에 의해 산출될 수 있다.
식(2): 카본의 함유량(중량%) = 1.50 + (0.0839)A + (0.16)B + (0.23)C
(여기서, A는 조성물 내 구리 산화물의 함량, B는 조성물 내 주석 산화물의 함량, C는 조성물 내 니오븀 산화물의 함량임.)
상대적으로 니오븀의 산화물이 환원되는데 많은 수의 카본이 필요하기 때문에, 조성물 내 니오븀 산화물의 함유량이 증가할 때, 카본의 함유량이 증가하는 정도가, 다른 금속의 산화물에 비해 크다. 또한, 상대적으로 구리의 산화물이 환원되는데 적은 수의 카본이 필요하기 때문에, 조성물 내 구리 산화물의 함유량이 증가할 때, 카본의 함유량이 증가하는 정도가, 다른 금속의 산화물에 비해 작다. 조성물 내 카본의 양이 내후성 금속의 산화물 양에 의해 결정되기 때문에, 조성물 내 적정량의 카본이 함유될 수 있다. 이에, 몰드플럭스를 마련할 때, 함유되는 내후성 금속의 산화물 양을 먼저 결정하고, 카본이 함유되는 양을 결정할 수 있다.
그 다음, 주형 내부로 용강을 공급한다. 예를 들어, 도 3과 같이 침지노즐(25)을 통해, 턴디쉬 내부에 저장된 용강(M)을 주형(30) 내부로 주입할 수 있다. 이에, 주형(30) 내부로 공급되는 용강(M)이 응고되면서, 주형(30)의 하부로 강재가 인발될 수 있다.
이때, 용강(M)으로 몰드플럭스(F)를 공급한다. 예를 들어, 주형(30)에 상측에 위치한 몰드플럭스 공급기(50)를 이용해 주형(30) 내 용강(M)으로 몰드플럭스(F)를 공급할 수 있다. 몰드플럭스(F)는 용강(M)의 상부로 공급되어, 주형(30)의 벽체와 용강(M) 사이로 공급될 수 있다. 몰드플럭스(F)는 용강(M)의 온도에 의해 용융될 수 있고, 액체 상태가 될 수 있다. 따라서, 몰드플럭스(F)는 주형(30)과 용강(M) 사이에서 윤활 작용을 할 수 있고, 몰드플럭스(F)가 용강(M)의 응고에 영향을 미칠 수 있다.
한편, 몰드플럭스(F)의 내후성 금속은, 주형(30)의 벽체와 마주보는 용강(M)의 경계면에 확산될 수 있다. 즉, 카본을 이용해 내후성 금속의 산화물을 환원시키고, 환원된 내후성 금속을 용강(M)의 표면(또는, 강재의 외층부)의 응고 조직에 확산시킬 수 있다. 이에, 강재의 외층부의 내후성이, 외층부 내부의 내층부보다 높아질 수 있다. 따라서, 강재의 외층부에 내후성 금속의 농화층을 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 강재는 중심부의 내층부(B) 및 내층부(B)의 둘레를 감싸는 외층부(A)를 포함한다. 내층부(B)는 강재의 내측에 위치하기 때문에, 몰드플럭스(F)에 의해 공급되는 내후성 금속과 접촉하지 않는다. 이에, 강재의 내층부(B)는 몰드플럭스(F)에 의해 내후성 금속의 함량이 조절되지 않는다. 반면, 외층부(A)는 내층부에서 강재의 표면까지의 영역이고, 용강(M)으로 공급되는 몰드플럭스(F)와 직접 접하여 내후성 금속이 확산될 수 있는 부분이다. 따라서, 몰드플럭스(F) 내 내후성 금속이 강재의 외층부(A)로 공급될 수 있고, 강재 외층부(A)의 내후성 금속의 함량이 증가될 수 있다. 즉, 외층부(A) 전체가 몰드플럭스(F)에 의해, 내층부(B)보다 내후성 금속의 함량이 높은, 내후성 금속 농화층이 될 수 있다.
예를 들어, 내층부보다 외층부에, 강재의 전체 중량에 대하여, 구리가 0.01중량% 내지 1중량% 더 포함될 수 있다. 내층부보다 외층부에 구리가 0.01중량% 미만으로 더 포함되면, 몰드플럭스에서 외층부로 내후성 금속이 제대로 공급되지 못한 것을 의미한다. 이에, 내층부에 포함된 구리의 양, 및 외층부에 포함된 구리의 양의 차이가 너무 적어질 수 있다. 따라서, 외층부에 산화막이 안정적으로 형성되지 못할 수 있고, 강재가 쉽게 산화될 수 있다.
내층부보다 외층부에 구리가 1중량% 초과하여 더 포함되면, 몰드플럭스 내에 너무 많은 양의 구리 산화물이 포함된 것을 의미한다. 몰드플럭스 내에 구리 산화물의 양이 너무 많아지면, 몰드플럭스가 용강 내에서 쉽게 용융되지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 이에, 외층부에 산화막이 안정적을 형성되면서, 몰드플럭스에 사용되는 구리 산화물의 양이 적절해지도록, 외층부에 구리가 더 함유되는 양을 조절할 수 있다.
또한, 내후성 금속으로 구리만 사용하는 경우 외층부에, 강재의 전체 중량에 대하여, 구리가 0.01 내지 1중량% 포함될 수 있다. 외층부에 구리가 0.01중량% 미만으로 함유되면, 강재 표면에 형성되는 산화막에 치밀화가 감소할 수 있다. 이에, 강재 표면에 형성된 산화막 사이로 산소가 침투하여 강재의 내부가 쉽게 부식되는 문제가 있다. 외층부에 강재를 1중량% 초과하여 함유시키기 위해 몰드플럭스 내 구리 산화물의 함량을 증가시키면 몰드플럭스가 용강 내에서 쉽게 용융되지 않는 문제가 있다. 따라서, 강재 표면에 형성되는 산화막의 치밀화를 증가시키면서, 몰드플럭스가 용강 내에 용이하게 용융될 수 있도록, 강재 내 구리의 함유량이 제어될 수 있다.
내층부보다 외층부에, 강재의 전체 중량에 대하여, 주석이 0.009중량% 내지 0.9중량% 더 포함될 수 있다. 내층부보다 외층부에 주석이 0.009중량% 미만으로 더 포함되면, 몰드플럭스에서 외층부로 내후성 금속이 제대로 공급되지 못한 것을 의미한다. 이에, 내층부에 포함된 주석의 양, 및 외층부에 포함된 주석의 양의 차이가 너무 적어질 수 있다. 따라서, 외층부에 산화막이 안정적으로 형성되지 못할 수 있고, 강재가 쉽게 산화될 수 있다.
내층부보다 외층부에 주석이 0.9중량% 초과하여 더 포함되면, 몰드플럭스 내에 너무 많은 양의 주석 산화물이 포함된 것을 의미한다. 몰드플럭스 내에 주석 산화물의 양이 너무 많아지면, 몰드플럭스가 용강 내에서 쉽게 용융되지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 이에, 외층부에 산화막이 안정적을 형성되면서, 몰드플럭스에 사용되는 주석 산화물의 양이 적절해지도록, 외층부에 주석이 더 함유되는 양을 조절할 수 있다.
또한, 내후성 금속으로 주석만 사용하는 경우, 외층부에 강재의 전체 중량에 대하여, 주석이 0.005 내지 0.9중량% 포함될 수 있다. 외층부에 주석이 0.005중량% 미만으로 함유되면, 강재 표면에 형성되는 산화막이 형성되지 않을 수 있다. 이에, 강재 표면이 산화막에 의해 보호받지 못해, 쉽게 산소가 침투할 수 있고, 강재가 쉽게 부식되는 문제가 있다. 강재에 주석을 0.9중량% 초과하여 함유시키기 위해 몰드플럭스 내 주석 산화물의 함량을 증가시키면, 몰드플럭스가 용강 내에서 쉽게 용융되지 않는 문제가 있다. 따라서, 강재 표면에 산화막을 형성하면서, 몰드플럭스가 용강 내에 용이하게 용융될 수 있도록, 강재 내 주석의 함유량이 제어될 수 있다.
내층부보다 외층부에, 강재의 전체 중량에 대하여, 니오븀이 0.009중량% 내지 0.9중량% 더 포함될 수 있다. 내층부보다 외층부에 니오븀이 0.008중량% 미만으로 더 포함되면, 몰드플럭스에서 외층부로 내후성 금속이 제대로 공급되지 못한 것을 의미한다. 이에, 내층부에 포함된 주석의 양, 및 외층부에 포함된 주석의 양의 차이가 너무 적어질 수 있다. 따라서, 외층부에 산화막이 안정적으로 형성되지 못할 수 있고, 강재가 쉽게 산화될 수 있다.
내층부보다 외층부에 니오븀이 0.8중량% 초과하여 더 포함되면, 몰드플럭스 내에 너무 많은 양의 니오븀 산화물이 포함된 것을 의미한다. 몰드플럭스 내에 니오븀 산화물의 양이 너무 많아지면, 몰드플럭스가 용강 내에서 쉽게 용융되지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 이에, 외층부에 산화막이 안정적을 형성되면서, 몰드플럭스에 사용되는 니오븀 산화물의 양이 적절해지도록, 외층부에 니오븀이 더 함유되는 양을 조절할 수 있다.
또한, 내후성 금속으로 니오븀만 사용하는 경우, 외층부에 강재의 전체 중량에 대하여, 니오븀이 0.005 내지 0.8중량% 포함될 수 있다. 외층부에 니오븀이 0.005중량% 미만으로 함유되면, 강재 표면에 형성되는 산화막이 형성되지 않을 수 있다. 이에, 강재 표면이 산화막에 의해 보호받지 못해, 쉽게 산소가 침투할 수 있고, 강재가 쉽게 부식되는 문제가 있다. 강재에 니오븀을 0.8중량% 초과하여 함유시키기 위해 몰드플럭스 내 주석 산화물의 함량을 증가시키면, 몰드플럭스가 용강 내에서 쉽게 용융되지 않는 문제가 있다. 따라서, 강재 표면에 산화막을 형성하면서, 몰드플럭스가 용강 내에 용이하게 용융될 수 있도록, 강재 내 니오븀의 함유량이 제어될 수 있다.
한편, 도 3과 같이 외층부(A)의 두께(X1+X2)는 강재의 전체 두께(Y) 대비 0.05% 내지 20%일 수 있다. 외층부(A)의 두께가 0.05% 미만으로 형성되면, 강재를 압연하는 공정에서 외층부(A)가 제거될 수 있다. 즉, 강재의 표면에서 스케일이 제거될 때, 외층부(A) 전체가 스케일로 제거될 수 있고, 강재의 외층부(A)가 없어 강재의 내후성이 향상되지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
외층부(A)의 두께가 20%를 초과하면, 강재의 내후성을 향상시키기 위해 사용되는 내후성 금속의 사용량이 증가할 수 있다. 이에, 외층부(A)에만 내후성을 향상시키기 위해 사용되는 비용이, 강재 전체를 합금화하여 내후성 강재로 제작하는 비용보다 더 많이 들어갈 수 있다. 따라서, 강재의 제조비용을 감소시키면서, 강재의 내후성을 향상시키기 위해, 외층부(A)의 두께가 제어될 수 있다. 이때, 외층부(A)는 내후성 금속의 농화층일 수 있다.
이처럼, 강재의 표면에 내후성 금속의 농화층을 형성할 수 있다. 즉, 강재의 내후성을 향상시키기 위해 사용되는 내후성 금속의 함량이, 강재의 외층부와 내층부에서 서로 달라지게 제어할 수 있다. 이에, 강재의 주조공정에서 강재의 내후성을 향상시키기 위해 사용되는 내후성 금속의 사용량을 감소시키면서, 강재 표면의 내후성은 향상시킬 수 있다. 따라서, 내후성을 가지는 강재의 생산 비용을 절감할 수 있고, 강재의 생산성이 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예들에 따른 강재의 외층부를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시 예들에 따른 강재와 비교 예에 따른 강재의 두께감소량을 비교한 그래프이다. 하기에서는 본 발명의 실시 예들에 따른 강재 및 비교 예에 따른 강재를 비교하는 실험에 대해 설명하기로 한다.
우선, 본 발명의 실시 예 1에 따른 강재 제조방법에 따라 구리 산화물이 포함된 몰드플럭스를 이용하여 주편을 주조하였다. 구리 산화물은 몰드플럭스 내 카본에 의해 환원되고, 주조 초기 용강의 응고 조직에 농화되어 강재의 표면에 구리의 농화층을 형성하였다. 이때, 몰드플럭스 전체 중량에 대하여, 구리 산화물이 30중량% 함유되었다.
또한, 본 발명의 실시 예 2에 따른 강재 제조방법에 따라 주석 산화물이 포함된 몰드플럭스를 이용하여 주편을 주조하였다. 주석 산화물은 몰드플럭스 내 카본에 의해 환원되고, 주조 초기 용강의 응고 조직에 농화되어 강재의 표면에 주석의 농화층을 형성하였다. 이때, 몰드플럭스의 전체 중량에 대하여, 주석 산화물이 10중량% 함유되었다.
또한, 본 발명의 실시 예 3에 따른 강재 제조방법에 따라 니오븀 산화물이 포함된 몰드플럭스를 이용하여 주편을 주조하였다. 니오븀 산화물은 몰드플럭스 내 카본에 의해 환원되고, 주조 초기 용강의 응고 조직에 농화되어 강재의 표면에 니오븀의 농화층을 형성하였다. 이때, 몰드플럭스의 전체 중량에 대하여 니오븀 산화물이 10중량% 함유되었다.
마지막으로, 비교 예는 일반적이 주조방법에 따라 내후성 금속의 산화물이 포함되지 않은 몰드플럭스를 이용하여 강재를 주조하였다. 몰드플럭스에 내후성 금속의 산화물이 포함되어 있지 않기 때문에, 주편에 내후성 금속의 농화층이 형성되지 않았다.
이후, 실시 예들에 따른 강재 및 비교 예에 따른 강재를, 열간 압연하였다. 하기의 표 1은 실시 예들에 따른 강재와 비교 예에 따른 강재에서, 각각의 내층부와 외층부의 함유된 성분을 비교한 표이다.
내층부 외층부
C(중량%) Si(중량%) Mn(중량%) P(중량%) Cr(중량%) Cu(중량%) Sn(중량%) Nb(중량%) Cu(중량%) Sn(중량%) Nb(중량%)
실시예 1 0.13 0.5 0.5 0.1 0.5 0.2 0.01 0.01 0.4 0.01 0.01
실시예 2 0.14 0.4 0.5 0.1 0.5 0.2 0.01 0.01 0.2 0.11 0.01
실시예 3 0.14 0.5 0.5 0.1 0.5 0.2 0.01 0.01 0.2 0.01 0.06
비교예 0.13 0.5 0.5 0.1 0.5 0.2 0.01 0.01 0.2 0.01 0.01
표 1을 참조하면, 실시 예 1에 따른 강재의 외층부의 구리 함량이 0.4중량%로 다른 실시 예들이나 비교 예의 강재보다 높게 나타났고, 실시 예 1에 따른 주편의 외층부의 구리 함량은 내층부보다 높게 나타났다. 따라서, 도 4의 (a)와 같이 실시 예 1에 따른 강재의 외층부(A)에 구리의 농화층이 형성된 것을 확인할 수 있다. 이때, 외층부(A)의 색이 내층부(B)보다 붉은 색으로 진하게 표시되었고, 외층부(A) 내 구리의 함량이 내층부(B)보다 높은 것을 나타낸다.
또한, 실시 예 2에 따른 강재의 외층부에 주석 함량이 0.11중량%로 다른 실시 예들이나 비교 예의 강재보다 높게 나타났고, 실시 예 2에 따른 주편의 외층부의 주석 함량은 내층부보다 높게 나타났다. 이에, 도 4의 (b)와 같이 실시 예 2에 따른 강재의 외층부에 주석의 농화층이 형성된 것을 확인할 수 있다. 이때, 외층부(A)의 색이 내층부(B)보다 붉은 색으로 진하게 표시되었고, 외층부(A) 내 주석의 함량이 내층부(B)보다 높은 것을 나타낸다.
또한, 실시 예 3에 따른 강재의 외층부에 니오븀 함량이 0.06중량%로 다른 실시 예들이나 비교 예의 주편보다 높게 나타났고, 실시 예 3에 따른 강재의 외층부의 니오븀 함량은 내층부보다 높게 나타났다. 이에, 도 4의 (c)와 같이 실시 예 3에 따른 강재의 외층부에 니오븀의 농화층이 형성된 것을 확인할 수 있다. 이때, 외층부(A)의 색이 내층부(B)보다 연두색으로 연하게 표시되었고, 외층부(A) 내 니오븀의 함량이 내층부(B)보다 높은 것을 나타낸다.
비교 예에서는 강재의 외층부와 내층부에서 Cu, Sn, 및 Nb의 함량이 동일하게 측정되었다. 이에, 비교 예에 따른 강재에는 별도의 금속 농화층이 형성되지 않을 것을 확인할 수 있다.
그 다음, 각 강재의 내후성을 평가하기 위해 건습 부식 시험(Wet Dry Corrosion Test)를 수행하였다. 부식 시험 후, 강재의 표면 부식부에서 염산이 포함된 수용액을 이용하여 녹을 제거하고, 시험 전과 후의 강재의 무게를 비교하여, 두께로 환산한 후 감소량을 측정하였다.
도 5를 참조하면 측정 결과에서, 비교 예에 따른 강재는 두께 감소량이 14μm로 나타났다. 반면, 실시 예 1에 따른 주편의 강재는 두께 감소량이 8μm로 나타났고, 실시 예 2에 따른 주편의 강재는 두께 감소량이 9μm로 나타났고, 실시 예 3에 따른 주편의 강재는 두께 감소량이 10μm으로 나타났다. 이에, 실시 예들에 따른 강재가, 비교 예에 따른 강재보다 두께 감소량이 적은 것을 확인할 수 있다. 따라서, 실시 예들에 따라 내후성 금속의 농화층이 형성된 강재가, 비교 예에 따른 강재보다 내후성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 래들 15: 주입기
20: 턴디쉬 25: 침지노즐
30: 주형 40: 냉각대
45: 이송롤러 50: 몰드플럭스 공급기

Claims (21)

  1. 강의 제조에 사용되는 몰드플럭스로서,
    내후성 금속의 산화물을 함유하는 조성물을 포함하는 몰드플럭스.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 내후성 금속의 산화물은, 구리 산화물, 주석 산화물, 및 니오븀 산화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 몰드플럭스.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 조성물의 전체 중량에 대해서, 상기 구리 산화물은 2중량% 내지 40중량%가 포함되는 몰드플럭스.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 조성물의 전체 중량에 대해서, 상기 주석 산화물은 1.1중량% 내지 40중량%가 포함되는 몰드플럭스.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 조성물의 전체 중량에 대해서, 상기 니오븀 산화물은 1.3중량% 내지 40중량%가 포함되는 몰드플럭스.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 내후성 금속은, 상기 구리 산화물, 상기 주석 산화물, 및 상기 니오븀 산화물 중 2종 이상을 포함하고,
    상기 조성물의 전체 중량에 대해서, 상기 내후성 금속의 산화물은 5중량% 내지 40중량% 포함되는 몰드플럭스.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조성물에, 상기 내후성 금속의 산화물을 환원시킬 수 있는 환원성 물질이 더 포함되는 몰드플럭스.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 환원성 물질은 카본을 포함하는 몰드플럭스.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 조성물에 포함되는 상기 카본의 양은 하기의 식에 의해 산출되는 몰드플럭스.
    식: 카본의 함유량(중량%) = 1.50 + (0.0839)A + (0.16)B + (0.23)C
    (여기서, A는 조성물 내 구리 산화물의 함량, B는 조성물 내 주석 산화물의 함량, C는 조성물 내 니오븀 산화물의 함량임.)
  10. 용강으로부터 제조되는 강재로서,
    내층부, 및 상기 내층부의 둘레를 감싸는 외층부를 포함하고,
    상기 외층부는, 상기 내층부보다 내후성 금속의 농도가 높은 강재.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 내층부보다 상기 외층부에, 상기 강재의 전체 중량에 대하여, 상기 구리가 0.01중량% 내지 1중량% 더 포함되는 강재.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 외층부에, 상기 강재의 전체 중량에 대하여, 상기 구리가 0.01 내지 1중량% 포함되는 강재.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 내층부보다 상기 외층부에, 상기 강재의 전체 중량에 대하여, 상기 주석이 0.009중량% 내지 0.9중량% 더 포함되는 강재.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 외층부에, 상기 강재의 전체 중량에 대하여, 상기 주석이 0.005 내지 0.9중량% 포함되는 강재.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 내층부보다 상기 외층부에, 상기 강재의 전체 중량에 대하여, 상기 니오븀이 0.008중량% 내지 0.8중량% 더 포함되는 강재.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 외층부에, 상기 강재의 전체 중량에 대하여, 상기 니오븀이 0.005중량% 내지 0.8중량% 포함되는 강재.
  17. 청구항 10 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외층부의 두께는, 상기 강재의 전체 두께 대비 0.05% 내지 20%인 강재.
  18. 강재를 제조하는 강재 제조방법으로서,
    내후성 금속을 포함하는 몰드플럭스를 마련하는 과정;
    주형 내부로 용강을 공급하는 과정;
    상기 용강으로 상기 몰드플럭스를 공급하는 과정; 및
    상기 몰드플럭스에서, 상기 용강의 표면으로 내후성 금속을 확산시켜, 강재의 외층부에 내후성 금속의 농화층을 형성하는 과정;을 포함하는 강재 제조방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 내후성 금속은, 구리, 주석, 및 니오븀 중 적어도 어느 하나를 포함하는 강재 제조방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 몰드플럭스를 마련하는 과정은,
    상기 내후성 금속의 용융점을 낮추기 위해, 상기 몰드플럭스에 상기 내후성 금속을 산화물 형태로 포함시키는 과정을 포함하는 강재 제조방법.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 강재의 외층부에 상기 내후성 금속의 농화층을 형성하는 과정은,
    상기 내후성 금속의 산화물을 환원시키는 과정; 및
    환원된 내후성 금속을 상기 강재의 외층부의 응고 조직에 확산시키는 과정;을 포함하는 강재 제조방법.
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