KR20200075433A - 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법 - Google Patents

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KR20200075433A
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홍승갑
김상훈
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    • B22D11/1206Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for plastic shaping of strands

Abstract

본 발명은 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 모재를 가열하는 단계; 상기 가열된 모재를 클래드재용 용탕이 수용된 몰드 내부로 제공한 뒤, 상기 클래드재용 용탕을 연속주조하여 상기 모재의 양측면에 클래드재가 형성되도록 하여 클래드강을 얻는 단계; 및 상기 클래드강을 압연하는 단계;를 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법을 제공한다.

Description

연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING CLAD STEEL SHEET USING CONTINUOUS CASTING}
본 발명은 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법에 관한 것이다.
클래드강이란 탄소강 표면에 STS강, Ni 합금강 등 내식성이 우수한 강재를 2~5mm의 두께로 접합하여, 단일 내식강 사용 대비 원가를 절감한 강재이다. 이러한 클래드강은 여러가지 제조방법에 의해 제조되고 있으며, 대표적으로는 롤 본딩(Roll Bonding), 폭발 압접(Explosive Welding), 육성 용접(Overlay Welding) 등이 있다. 이중 롤 본딩 방법은 투자비는 높으나, 우수한 품질 및 낮은 제조비용 등의 이점이 있어 통상적으로 후판 밀에서 채택되어 사용 중이다. 클래드강은 소재에 따라서도 분류가 가능하며 적용되는 클래드 소재는 STS, Ni 합금, Cu 합금, Ti 합금, 산화물 등이 있다. 이중 STS강 및 Ni 합금강을 적용한 클래드 강판이 시장의 85% 이상을 차지하고 있다.
앞에서 소개한 바와 같이 후판 밀에서 주로 적용하고 있는 롤 본딩 방법의 경우 슬라브 패키지 제작, 후판 압연, 열처리, 절단, 교정, 표면처리 등의 공정으로 이루어져 있으며, 이중 슬라브 패키지 제작이 핵심기술이라고 할 수 있다. 슬라브 패키지 제작에는 이종금속의 접합성능을 높이고 2매의 클래드 강판의 분리가 용이하게 되도록 전처리 공정이 필수이며, 전처리 공정에는 모재와 클래드재의 접합력을 높이기 위한 표면연마, Ni 도금 또는 포일(Foil) 부착, 클래드재 간 계면에 분리재 도포 및 진공처리가 포함된다. 이러한 전처리 공정은 진공챔버 또는 진공펌프를 적용하여 진공처리를 수행하게 되는데, 확실한 진공처리를 위해서는 높은 초기 투자비용이 필요할 뿐만 아니라, 생산속도 또한 낮아지게 되며, 공정상의 어려움으로 실제 생산기술을 확보하는 것이 매우 어려운 실정이다. 한편, 육성 용접의 경우에는 클래드강의 품질이 우수하고, 제조비용이 낮으며, 초기 투자비용 또한 낮다는 이점이 있으나, 생산속도가 느리다는 단점이 있다.
따라서, 생산속도가 우수할 뿐만 아니라, 양호한 품질을 확보할 수 있는 클래드강의 제조기술이 요구되고 있다.
본 발명의 일측면은 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 모재를 가열하는 단계; 상기 가열된 모재를 클래드재용 용탕이 수용된 몰드 내부로 제공한 뒤, 상기 클래드재용 용탕을 연속주조하여 상기 모재의 양측면에 클래드재가 형성되도록 하여 클래드강을 얻는 단계; 및 상기 클래드강을 압연하는 단계;를 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시형태는 2개의 클래드재를 가열하는 단계; 상기 가열된 2개의 클래드재를 모재용 용탕이 수용된 몰드의 하부측으로 제공하는 단계; 상기 2개의 클래드재 사이에 모재가 형성되도록 상기 모재용 용탕을 연속주조하여 클래드강을 얻는 단계; 및 상기 클래드강을 압연하는 단계;를 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 생산속도가 우수할 뿐만 아니라, 양호한 품질을 확보할 수 있는 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다.
본 발명의 일 실시형태는 모재를 가열하는 단계; 상기 가열된 모재를 클래드재용 용탕이 수용된 몰드 내부로 제공한 뒤, 상기 클래드재용 용탕을 연속주조하여 상기 모재의 양측면에 클래드재가 형성되도록 하여 클래드강을 얻는 단계; 및 상기 클래드강을 압연하는 단계;를 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법의 일 실시형태에 대하여 설명한다.
우선, 모재(10)를 가열한다. 이는 후술하는 바와 같이, 상기 모재(10)가 클래드재용 용탕(20')이 수용된 몰드(100) 내부로 제공됨에 따라 상기 클래드재용 용탕(20')과의 온도 차이를 줄이기 위한 것이며, 이를 통해, 상기 모재(10)에 클래드재용 용탕(20')이 급격하게 응고되는 것을 방지하여 양호한 제품 품질을 얻기 위한 것이다. 상기 모재의 가열 온도는 상기 모재의 용융온도 보다 50~300℃ 낮은 범위를 갖는 것이 바람직하다. 만일, 상기 모재의 가열 온도가 과도하게 높을 경우에는 상기 모재에 용융이 발생하거나 소재의 강도가 너무 저하될 수 있고, 상기 모재의 가열 온도가 과도하게 낮을 경우에는 적정 접합력을 가지는데 불리할 수 있다. 한편, 본 발명에서는 상기 모재의 종류에 대해서 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 당해 기술분야에서 범용적으로 사용되는 탄소강일 수 있다.
한편, 상기 모재를 고온으로 가열하게 되면 상기 모재의 표면에는 스케일이 용이하게 형성하게 된다. 이러한 스케일은 클래드재와의 접합성을 저하시키므로, 상기 스케일은 제거되거나 그 형성이 억제되어야 한다. 상기 스케일의 형성 억제를 위하여 상기 모재의 가열은 불활성 분위기에서 이루어질 수 있다. 본 발명에서는 스케일의 형성을 억제할 수 있는 불활성 분위기라면 그 조건에 대해서 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 크세논(Xe), 라돈(Rn) 및 질소(N2) 중 하나 이상을 이용하여 상기 불활성 분위기를 조성할 수 있다.
아울러, 스케일의 형성 억제를 위하여, 상기 모재의 가열 후에는 상기 모재가 몰드 내부로 인입되기 전까지 상기 모재를 불활성 분위기에서 이송시킬 수도 있다. 상기 이송시 불활성 분위기는 별도의 이송관을 설치함으로써 형성될 수 있으며, 상기 이송관 내부에 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 크세논(Xe), 라돈(Rn) 및 질소(N2) 중 하나 이상을 불어 넣어주는 방법 등이 있을 수 있다.
만일, 상기 모재의 가열 후, 불활성 분위기를 형성하지 않아 상기 모재에 스케일이 형성되거나, 불활성 분위기를 형성하더라도 상기 모재에 스케일이 형성되는 경우에는 상기 모재에 형성된 스케일을 제거하는 공정을 추가로 포함할 수 있다. 본 발명에서는 상기 스케일 제거 방법에 대해서 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 고압의 물이나 가스를 분사하여 스케일을 떨어뜨리는 방법이나 기계장치를 이용하여 제거하는 방법이 있으며, 상기 기계장치를 이용하여 제거하는 방법에는 회전하는 스틸브러쉬를 이용하여 제거하는 방법, 그라인더 장치를 이용하는 방법, 밀링 또는 커터를 이용하는 방법 등을 이용할 수 있다.
이후, 상기 가열된 모재(10)를 클래드재용 용탕(20')이 수용된 몰드(100) 내부로 제공 즉, 인입시킨 뒤, 상기 클래드재용 용탕(20')을 연속주조하여 상기 모재의 양측면에 클래드재(20)가 형성되도록 하여 클래드강을 얻는다. 이와 같이 몰드(100) 내로 인입된 모재(10)는 상기 몰드(100) 내에 수용된 클래드재용 용탕(20')과 접촉하게 된다. 상기 클래드재용 용탕(20')을 연속주조하게 되면, 상기 클래드재용 용탕(20')은 상대적으로 온도가 낮은 몰드(100)의 측면부와 상기 모재(10)를 따라 서서히 응고하게 되어 응고쉘을 형성하게 되며, 최종적으로 응고가 완료되면 상기 모재(10)의 측면에 클래드재(20)가 형성되어 클래드강이 얻어지게 된다. 이 때, 상기 클래드재(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 모재(10)의 양측면에 형성되는 것이 바람직하다. 만일, 상기 모재(10)의 일측면에만 상기 클래드재(20)가 형성되는 경우에는 모재(10)와 클래드재(20)의 열팽창 계수 등의 차이로 인해 후공정인 압연시 불균일 연신에 따른 제품 형상 불량 문제가 야기될 수 있다. 한편, 클래드재용 용탕(20')이 산화되어 모재(10)와 클래드재(20)의 접합면에 산화물이 침투하지 못하도록 상기 몰드(100)에는 몰드 플럭스가 투입될 수 있다. 본 발명에서는 상기 몰드 플럭스 종류에 대해서 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, Al2O3, B2O3, CaO, MgO, BaO, SrO, Na2O, Li2O, K2O, F 등을 적절히 배합하여 사용할 수 있다. 본 발명에서는 상기 클래드재의 종류에 대해서 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 당해 기술분야에서 범용적으로 사용되는 STS, Ni 합금, Cu 합금 및 Ti 합금 중 1종 이상일 수 있다.
더하여, 본 발명에서는 도 1의 몰드(100)의 측부에 다른 종류의 클래드재용 용탕을 수용하는 몰드를 추가로 구비하고, 이를 연속주조함으로써 상기 클래드재(20)의 측부에 다른 종류의 클래드재를 더 형성시킬 수도 있다. 또 다른 방법으로는 상기 클래드재(20)의 측부에 다른 종류의 클래드재를 제공한 뒤, 압연함으로써 다른 종류의 클래드재를 더 형성시킬 수도 있다. 상기 방법들에 의하면, 모재를 포함하여 3층 이상의 클래드 강판을 제조할 수 있다.
이후, 상기 클래드강을 압연한다. 상기 압연은 압연롤(200)을 통해 이루어질 수 있다. 본 발명에서는 상기 압연 방법이나 시점에 있어 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 상기 압연은 상기 클래드재용 용탕(20')이 응고를 시작하여 응고쉘로 모두 변하는 시점, 즉, 응고쉘의 두께 방향으로 기준으로 용강이 존재하지 않는 시점부터 수행될 수 있다. 이를 통해, 두께를 정확하게 제어하여 목표로 하는 두께의 클래드 강판을 용이하게 얻을 수 있다. 아울러, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 원하는 미세조직 또는 기계적 물성 등을 고려하여 상기 압연시 압하량 등을 별다른 어려움없이 설정할 수 있으며, 상기 압연 후에는 열처리(냉각 포함) 및 형상 교정 등의 공정을 추가로 수행할 수 있다.
전술한 바와 같이 제공되는 본 발명의 제조방법에 따르면, 당해 기술분야에서 통상적으로 이용되는 연속주조 및 압연 공정의 생산 속도로 클래드 강판을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 양호한 제품 품질을 확보할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 2개의 클래드재를 가열하는 단계; 상기 가열된 2개의 클래드재를 모재용 용탕이 수용된 몰드의 하부측으로 제공하는 단계; 상기 2개의 클래드재 사이에 모재가 형성되도록 상기 모재용 용탕을 연속주조하여 클래드강을 얻는 단계; 및 상기 클래드강을 압연하는 단계;를 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법을 제공한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다. 이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법의 다른 실시형태에 대하여 설명한다.
우선, 2개의 클래드재(20)를 준비한 뒤, 상기 클래드재(20)를 가열한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 클래드재(20)가 모재용 용탕(10')으로부터 응고되어 형성되는 응고쉘과의 온도 차이를 줄이기 위한 것이며, 이를 통해, 양호한 제품 품질을 얻기 위한 것이다. 상기 클래드재의 용융온도 보다 50~300℃ 낮은 범위를 갖는 것이 바람직하다. 만일, 상기 클래드재의 가열 온도가 과도하게 높을 경우에는 상기 클래드재에 용융이 발생하거나 소재의 강도가 너무 저하될 수 있고, 상기 클래드재의 가열 온도가 과도하게 낮을 경우에는 적정 접합력을 가지는데 불리할 수 있다. 한편, 본 발명에서는 상기 클래드재의 종류에 대해서 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 당해 기술분야에서 범용적으로 사용되는 STS, Ni 합금, Cu 합금 및 Ti 합금 중 1종 이상일 수 있다.
한편, 상기 클래드재 또한 고온으로 가열하게 되면 상기 클래드재의 표면에는 스케일이 용이하게 형성하게 된다. 다만, 상기 클래드재의 경우에는 모재와는 달리 상당히 얇은 두께의 스케일이 형성되므로, 만일, 상기 스케일이 모재와 클래드재간의 클래딩에 큰 문제를 야기하지 않는 경우에는 상기 스케일을 제거할 필요가 없다. 다만, 상기 스케일이 모재와 클래드재간의 클래딩에 문제를 야기할 경우에는 상기 스케일은 제거되거나 그 형성이 억제되어야 한다. 상기 스케일의 형성 억제를 위하여 상기 클래드재의 가열은 불활성 분위기에서 이루어질 수 있다. 본 발명에서는 스케일의 형성을 억제할 수 있는 불활성 분위기라면 그 조건에 대해서 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 크세논(Xe), 라돈(Rn) 및 질소(N2) 중 하나 이상을 이용하여 상기 불활성 분위기를 조성할 수 있다.
만일, 상기 클래드재의 가열 후, 불활성 분위기를 형성하지 않아 상기 클래드재에 스케일이 형성되거나, 불활성 분위기를 형성하더라도 상기 클래드재에 스케일이 형성되는 경우에는 상기 클래드재에 형성된 스케일을 제거하는 공정을 추가로 포함할 수 있다. 본 발명에서는 상기 스케일 제거 방법에 대해서 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 고압의 물이나 가스를 분사하여 스케일을 떨어뜨리는 방법이나 기계장치를 이용하여 제거하는 방법이 있으며, 상기 기계장치를 이용하여 제거하는 방법에는 회전하는 스틸브러쉬를 이용하여 제거하는 방법, 그라인더 장치를 이용하는 방법, 밀링 또는 커터를 이용하는 방법 등을 이용할 수 있다.
이후, 상기 가열된 2개의 클래드재(20)를 모재용 용탕(10')이 수용된 몰드(100')의 하부측으로 제공한다. 상기 클래드재(20)의 제공은 이송롤(300)을 통해 이루어질 수 있다. 아울러, 상기 클래드재(20)는 모재용 용탕(10')이 응고되어 형성되는 응고쉘 즉, 모재(10)와 접촉할 수 있도록 제공되는 것이 바람직하다.
이후, 상기 2개의 클래드재(20) 사이에 모재(10)가 형성되도록 상기 모재용 용탕(10')을 연속주조하여 클래드강을 얻는다. 전술한 바와 같이, 상기 클래드재(20)는 상기 모재용 용탕(10')이 응고되어 형성되는 응고쉘과 접촉될 수 있도록 제공되고, 따라서, 상기 모재용 용탕(10')을 연속주조하게 되면 상기 2개의 클래드재(20) 사이에 모재가 채워지게 되어 클래드강을 얻을 수 있게 된다. 한편, 모재용 용탕(10')이 산화되어 모재(10)와 클래드재(20)의 접합면에 산화물이 침투하지 못하도록 상기 몰드(100')에는 몰드 플럭스가 투입될 수 있다. 본 발명에서는 상기 몰드 플럭스 종류에 대해서 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, Al2O3, B2O3, CaO, MgO, BaO, SrO, Na2O, Li2O, K2O, F 등을 적절히 배합하여 사용할 수 있다. 본 발명에서는 상기 모재의 종류에 대해서 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 당해 기술분야에서 범용적으로 사용되는 탄소강일 수 있다.
이후, 상기 클래드강을 압연한다. 상기 압연은 압연롤(200)을 통해 이루어질 수 있다. 본 발명에서는 상기 압연 방법이나 시점에 있어 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면, 상기 압연은 상기 모재용 용탕(10')이 응고를 시작하여 응고쉘로 모두 변하는 시점, 즉, 응고쉘의 두께 방향으로 기준으로 용강이 존재하지 않는 시점부터 수행될 수 있다. 이를 통해, 두께를 정확하게 제어하여 목표로 하는 두께의 클래드 강판을 용이하게 얻을 수 있다. 아울러, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 원하는 미세조직 또는 기계적 물성 등을 고려하여 상기 압연시 압하량 등을 별다른 어려움없이 설정할 수 있으며, 상기 압연 후에는 열처리(냉각 포함) 및 형상 교정 등의 공정을 추가로 수행할 수 있다.
전술한 바와 같이 제공되는 본 발명의 제조방법에 따르면, 당해 기술분야에서 통상적으로 이용되는 연속주조 및 압연 공정의 생산 속도로 클래드 강판을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 양호한 제품 품질을 확보할 수 있다.
10: 모재
10': 모재용 용탕
20: 클래드재
20': 클래드재용 용탕
100, 100': 몰드
200: 압연롤
300: 이송롤

Claims (15)

  1. 모재를 가열하는 단계;
    상기 가열된 모재를 클래드재용 용탕이 수용된 몰드 내부로 제공한 뒤, 상기 클래드재용 용탕을 연속주조하여 상기 모재의 양측면에 클래드재가 형성되도록 하여 클래드강을 얻는 단계; 및
    상기 클래드강을 압연하는 단계;를 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 모재의 가열 온도는 상기 모재의 용융 온도 보다 50~300℃ 낮은 범위를 갖는 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 모재는 탄소강인 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 모재의 가열은 불활성 분위기에서 이루어지는 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 모재의 가열 후, 상기 모재는 불활성 분위기에서 이송되는 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법.
  6. 청구항 4 또는 5에 있어서,
    상기 불활성 분위기는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 크세논(Xe), 라돈(Rn) 및 질소(N2) 중 하나 이상에 의해 조성되는 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 모재의 가열 후, 상기 모재에 형성된 스케일을 제거하는 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 클래드재는 STS, Ni 합금, Cu 합금 및 Ti 합금 중 1종 이상인 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법.
  9. 2개의 클래드재를 가열하는 단계;
    상기 가열된 2개의 클래드재를 모재용 용탕이 수용된 몰드의 하부측으로 제공하는 단계;
    상기 2개의 클래드재 사이에 모재가 형성되도록 상기 모재용 용탕을 연속주조하여 클래드강을 얻는 단계; 및
    상기 클래드강을 압연하는 단계;를 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 클래드재는 STS, Ni 합금, Cu 합금 및 Ti 합금 중 1종 이상인 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 클래드재의 가열 온도는 상기 클래드재의 용융 온도 보다 50~300℃ 낮은 범위를 갖는 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 클래드재의 가열은 불활성 분위기에서 이루어지는 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 불활성 분위기는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 크세논(Xe), 라돈(Rn) 및 질소(N2) 중 하나 이상에 의해 조성되는 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 클래드재의 가열 후, 상기 클래드재에 형성된 스케일을 제거하는 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 모재는 탄소강인 연속 주조를 이용한 클래드 강판의 제조방법.
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