KR20230006903A - 연속 주조 방법 - Google Patents

Abstract

주편의 표면 균열을, 확실히 억제하고, 특히 코너 균열이 없는 고품질의 슬래브를 제조하는 연속 주조 방법을 제안한다. 강을 연속 주조하는 방법으로서, 주형 코너부의 모따기 형상이 0.09 ≤ C/L ≤ 0.20 (식 중, C : 코너 모따기량 (㎜), L : 주편 단변 길이 (㎜) 를 나타낸다.) 인 관계를 만족하는 주형을 사용하고, 주편 코너부에 가해지는 주형 바로 아래에서부터 하부 교정까지의 평균 2 차 냉각수량 밀도를 20 ∼ 60 L/(min·m²) 로 하는 연속 주조 방법이다. 특히, 강의 성분 조성이, 질량％ 로, C : 0.05 ∼ 0.25 ％ 및 Mn : 1.0 ∼ 4.0 ％ 를 갖고, 추가로, Nb : 0.01 ∼ 0.1 ％, V : 0.01 ∼ 0.1 ％ 및 Mo : 0.01 ∼ 0.1 ％ 중에서 선택되는 1 종 이상을 임의로 갖는 것이 바람직하다.

Description

연속 주조 방법

본 발명은, 연속 주조에 있어서의 주편의 표면 균열의 발생을 억제한, 강의 연속 주조 방법에 관한 것이다.

최근, 고장력강의 요구 사양이 엄격화되고 있고, 강판의 기계적 성질의 향상을 목적으로, Cu, Ni, Nb, V 및 Ti 등의 합금 원소의 함유량이 증가하고 있다. 이와 같은 합금강을, 예를 들어 수직 굽힘형 연속 주조기를 사용하여 주조하는 경우에, 주편의 교정부나 굽힘부에 있어서 주편의 주조 방향과 직교하는 직사각형 단면의 네 귀퉁이 (이하, 주편 코너부라고도 한다) 에 응력이 부하되어, 표면 균열, 특히 주편 코너부에 균열이 발생하기 쉽다. 이 코너 균열은 후강판의 표면 결함의 원인이 되기 쉽고, 강판 제품의 수율을 저하시키는 원인이 된다.

즉, 합금강의 주편은, 그 응고 조직이 오스테나이트상으로부터 페라이트상으로 변태하는 Ar₃ 변태점의 근방 온도에서, 열간 연성이 현저하게 저하된다.

그래서, 연속 주조 공정에서는, 상기 서술한 코너 균열을 방지하기 위해서, 2 차 냉각에 의해 주편 표면 온도를 제어하여 변태점 이상의 온도에서 교정하거나, 주편 응고 조직을 균열되기 어려운 조직으로 제어하는 것이 일반적으로 실시되고 있다.

주편 표면 온도를 고온으로 유지하기 위해서는 일반적으로 주편 코너부 근방의 스프레이 배관을 폐쇄로 하여, 냉각을 실시하지 않는 스프레이 폭 감소가 실시되고 있다.

또, 응고 조직을 제어하는 방법으로는, 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 주편을 직사각형의 주형으로부터 인발한 직후에 주편의 2 차 냉각을 개시하여, 주편의 표면 온도를 일단 Ar₃ 변태점보다 낮은 온도로 냉각한 후에, Ar₃ 변태점을 초과하는 온도로 복열시키고, 그 후 주편을 교정할 때에, 주편 표면 온도를 Ar₃ 변태점보다 낮은 온도로 유지하는 시간과 주편 표면 온도가 도달하는 최저의 온도를 적절한 범위로 함으로써, 주편 표면으로부터 적어도 2 ㎜ 깊이까지의 응고 조직을, 오스테나이트 입계가 불명료한 페라이트 및 펄라이트의 혼합 조직으로 하는 기술이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2002­307149호

그러나, 상기 종래 기술에는 이하의 문제가 있다.

즉, 스프레이 폭 감소의 기술은, 주편 코너부 근방의 스프레이로부터의 분사를 멈추어, 코너 온도의 저하를 방지하는 것이다. 그러나, 최근의 다양한 요구에 대응하여 주편의 폭도 다방면에 걸치기 때문에, 모든 사이즈의 주편의 코너를 적절히 스프레이 폭 감소하기 위해서는 다대한 설비 투자가 필요해진다는 문제가 있다. 그에 더하여, 주조 속도가 느려지면, 주편 코너부는 슬래브의 장변측, 단변측의 2 면으로부터 냉각되기 때문에 과냉각이 되기 쉽다. 또한, 연속 주조기 내에서의 체재 시간이 늘어나기 때문에, 냉각 스프레이를 분사하지 않아도 복사 냉각에 의해 코너 온도가 내려가 버린다는 문제도 발생한다.

또, 특허문헌 1 에 기재된 기술에서는, 2 차 냉각 스프레이로부터 주편에 분사된 후에 주편을 따라 흐르는, 낙수의 영향이 염려된다. 특히, 주조 속도가 느려지면, 낙수가 주편 표면의 냉각에 영향을 주기 때문에, 예를 들어 전열 계산에 의해, 주편 표면 온도를 정량적으로 제어하는 것이 곤란해지는 경우가 있었다.

본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 종래, 2 차 냉각에 의한 주편의 온도 제어만으로는 충분히 해소되지 않았던 주편의 표면 균열을, 확실하게 억제하고, 특히 코너 균열이 없는 고품질의 슬래브를 제조하는 연속 주조 방법을 제안하는 것에 있다.

발명자들은, 적절한 형상의 주조 공간을 갖는 주형을 사용하면서 2 차 냉각에서의 주편 코너부의 온도 저하를 억제함으로써 주편의 표면 균열을 억제할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명을 생각하기에 이르렀다.

상기 과제를 유리하게 해결하는 본 발명의 연속 주조 방법은, 강을 연속 주조하는 방법으로서, 주형 코너부의 모따기 형상이 하기 (1) 식을 만족하는 주형을 사용하고, 주편 코너부에 가해지는 주형 바로 아래에서부터 하부 교정까지의 평균 2 차 냉각수량 밀도를 20 ∼ 60 L/(min·m²) 로 하는 것을 특징으로 한다.

0.09 ≤ C/L ≤ 0.20 ···(1)

여기서, C : 코너 모따기량 (㎜),

L : 주편 단변 길이 (㎜)

를 나타낸다.

또한, 본 발명에 관련된 연속 주조 방법은, 상기 강의 성분 조성이, 질량％ 로, C : 0.05 ∼ 0.25 ％ 및 Mn : 1.0 ∼ 4.0 ％ 를 갖고, 추가로 Nb : 0.01 ∼ 0.1 ％, V : 0.01 ∼ 0.1 ％ 및 Mo : 0.01 ∼ 0.1 ％ 중에서 선택되는 1 종 이상을 임의로 갖는 것이 보다 바람직한 해결 수단이 될 수 있는 것으로 생각된다.

본 발명에 의하면, 적절한 형상의 주조 공간이 구획된 주형을 사용하면서, 2 차 냉각에 의해 주편 코너부의 온도를 제어하므로, 연속 주조 주편의 코너 균열을 방지하여, 고품질의 슬래브를 제공하는 것이 가능해진다.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 주형을 나타내는 상면 모식도이다.
도 2 는, 챔퍼 형상이 주편 코너부의 온도에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.

본 발명의 일 실시형태에 관련된 강의 연속 주조 방법 (강편의 제조 방법) 은, 연속 주조 주형으로부터 인발된 주편을, 각각 대향하는 복수 쌍의 롤에 의해 지지하면서 주조하는 공정을 갖는다. 먼저, 용강을 주형에서 일차 냉각한다. 그 후, 소정의 인발 속도로 주형으로부터 주편을 인발하고, 이 주편을 주조 방향으로 늘어선 복수 쌍의 롤로 지지하면서 2 차 냉각하여, 강편을 얻는다. 예를 들어 만곡형 연속 주조기의 경우에는, 출측 근방에 만곡된 주편을 교정하는 롤이 1 쌍 혹은 복수 쌍 존재하고, 그들 롤에 의해 굽힘의 교정이 이루어져 수평 방향으로 인발된다. 그 때, 교정시에 주편 코너부에서 표면 균열을 유발시키지 않기 위해서, 적절한 형상의 주조 공간이 구획된 주형을 사용함과 함께, 주형 바로 아래에서부터 굽힘 복원 교정점 (하부 교정) 까지의 냉각대에 있어서 적절한 냉각 패턴을 거치는 것이 중요하다. 본 실시형태에 있어서 사용하는 연속 주조기는, 주형의 바로 아래에서부터 주편 반출까지 사이에 굽힘 혹은 굽힘 복원 교정을 포함하는 것이면 특별히 한정되지 않는다.

여기서, 발명자들은, 만곡형 연속 주조기로 주조된 주편에 대해, 표면 균열을 관찰하였다. 주편의 표면 균열은, 상면 코너 및 그 근방에 집중하여 발생하고 있었다. 이는 굽힘 복원 교정시에 인장 응력이 발생하기 때문이다. 또한, 주편의 상면측이란, 만곡형 연주기의 만곡대의 굽힘의 내측, 즉 수평대에서 상면이 되는 장변면측을 말한다.

균열부를 에칭하면, 구오스테나이트 입계를 따라 균열이 전파되어 있었기 때문에, 오스테나이트로부터 페라이트 변태가 시작된 온도역 (일반적으로 취화 온도라고 부른다) 에서 균열이 발생하고 있었다고 생각하여, 2 차 냉각 조건을 여러 가지 변경하는 실험을 실시하였다.

즉, 여러 가지 2 차 냉각 조건으로 전열 해석을 사용한 실험을 실시한 결과, 주형 바로 아래에서부터 하부 (굽힘) 교정부에 들어가기까지의 사이에, 주편 코너부 근방에 가해지는 2 차 냉각 스프레이의 평균 수량 밀도를 20 L/(min·m²) 미만으로 제어하고, 굽힘 교정에 들어갈 때까지 표면 온도가 Ar₃ 점 이하가 되지 않도록 제어하면, 주편 코너부의 균열이 저감되는 것을 알 수 있었다.

그러나, 전술한 바와 같이, 주편 코너부의 온도는 주위에 비해 내려가기 쉽기 때문에, 냉각 스프레이량을 상당히 줄일 필요가 있어, 코너부 이외의 주편 표면에 냉각 부족이 발생해 버렸다. 그에 의해 응고 셸 두께 부족에 의한 주편 벌징 (용강 정압에 의해 지지 롤 사이에서 주편이 부풀어 오르는 현상) 이 발생하여, 응고 셸 내부에 균열이 발생하였다.

그래서, 발명자들은 주편의 형상에 주목하였다. 종래의 주편은 직사각형이고 코너부가 2 면으로부터 냉각되기 때문에, 주편 코너부의 과냉각이 발생하기 쉽다. 주편의 형상을 변경함으로써 냉각 구조가 바뀌어 과냉각을 억제할 수 없을지 생각하여, 열 응력 해석에 의해 적절한 주편 형상을 검토하였다.

열 응력 해석에 의한 검토를 실시한 결과, 주편을, 그 주조 방향과 직교하는 직사각형 단면의 네 귀퉁이의 모서리부를 제거한 모따기 형상으로 함으로써, 주편 코너부에서의 과냉각, 또한 응력 부하를 경감시킬 수 있는 것을 알아내었다. 그리고, 주편의 네 귀퉁이를 모따기 형상으로 하기 위해서는, 직사각형 단면의 주형과 동일하게 직사각형인 주조 공간의 네 귀퉁이 (의 직각부) 를 직각 삼각형상으로 제거하여 모따기 형상으로 한, 주형을 사용하여 주조를 실시하는 것이 중요하다. 이하, 이와 같은 모따기 형상으로 한 주조 공간을 갖는 주형을, 챔퍼 몰드라고도 칭한다.

본 발명의 목적에 적합한 주형의 모따기 형상을 분명히 하기 위해, 예의 검토를 거듭한 결과, 이하의 형상 규정이 필요하다는 것이 판명되었다. 챔퍼 몰드에 있어서의 모따기부 (4) 에 대해, 도 1 의 챔퍼 몰드의 상면도에 나타낸다. 직사각형 주조 공간의 각 귀퉁이의 직각 부분을 직각 삼각형상으로 제거하는 모따기를 실시하는 경우에, 그 직각 삼각형을 주형 장변 (2) 측의 길이 a 에 대한 주형 단변 (3) 측의 길이 b 의 비 b/a 로 규정하고, 이 비 b/a 가 주편 코너부의 과냉각에 미치는 영향에 대해 열 해석을 실시하였다. 그 계산 결과를, 모따기 전의 직사각형 몰드 (도 1 의 b = a = 0) 에서의 온도를 750 으로 규격화하여, 도 2 에 나타낸다. 여기서, a 는 2 ∼ 20 ㎜ 의 범위, b 는 20 ㎜ 로 고정하여 조사를 실시하였다. 챔퍼 몰드에서의 주편 코너부의 온도는, 모따기에 의해 생긴 모서리 2 점과 그 사이에서 최저의 온도로 하였다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 먼저, 챔퍼 몰드로 함으로써 주편 코너부의 온도가, 직사각형 몰드와 비교하여 높아지는 것을 알 수 있다. 특히, 비 b/a = 1 에 있어서, 주편 코너부의 온도는 최대가 된다. 본 실시형태에서는 가장 효과가 커지는 b/a = 1 의 조건에서 모따기량 C (= a = b) 로 하여, 연속 주조 주형 (1) 을 설계하였다.

본 실시형태는, 상기 서술한 바와 같이, 오스테나이트로부터 페라이트 변태에서의 취화 감수성이 높은 강에 적용하기에 바람직하다. 예를 들어, 강의 성분 조성이, 질량％ 로, C : 0.05 ∼ 0.25 ％ 및 Mn : 1.0 ∼ 4.0 ％ 를 갖고, 추가로 Nb : 0.01 ∼ 0.1 ％, V : 0.01 ∼ 0.1 ％ 및 Mo : 0.01 ∼ 0.1 ％ 중에서 선택되는 1 종 이상을 임의로 갖는 경우에 바람직하게 적용할 수 있다. 이하, 성분 조성은, 특별히 언급하지 않는 한, 「질량％」를 간단히 ％ 로 표기한다.

C : 0.05 ∼ 0.25 ％

C 함유량이 0.05 ∼ 0.25 ％ 에서는 특히 오스테나이트립이 조대화 (粗大化) 되기 쉽다. 따라서, 취화 감수성이 높은, C 함유량이 0.05 ∼ 0.25 ％ 인 강 조성의 경우에 본 실시형태를 적용하는 것이 바람직하다.

Mn : 1.0 ∼ 4.0 ％

Mn 함유량이 1.0 ％ 미만에서는 취화 인자인 MnS 가 생성되기 어렵기 때문에 문제가 되지 않는다. 1.0 ％ 이상에서는 취화 감수성이 높아지지만, 4.0 ％ 초과에서는 제품이 지나치게 고강도가 되기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 취화 감수성이 높은, Mn 함유량이 1.0 ∼ 4.0 ％ 인 강 조성의 경우에 본 실시형태를 적용하는 것이 바람직하다.

Nb : 0.01 ∼ 0.1 ％, V : 0.01 ∼ 0.1 ％ 및 Mo : 0.01 ∼ 0.1 ％ 에서 선택되는 1 종 이상

Nb, V 및 Mo 는 강의 강도 향상에 기여하는 원소이지만, 그 함유량이 각각 0.01 ％ 미만에서는 취화 인자인 탄질화물을 생성하기 어렵기 때문에 문제가 되지 않는다. 한편, 0.1 ％ 초과에서는, 합금의 가격이 비싸져 비용이 상승하는 데다, 필요 이상으로 과잉 성능이 되기 때문에 0.1 ％ 보다 많이 첨가하는 것은 바람직하지 않다.

실시예

(실시예 1)

만곡형 연속 주조기를 사용하여, 질량％ 로, C : 0.18 ％, Si : 1.4 ％, Mn : 2.8 ％, P : 0.020 ％ 이하, S : 0.003 ％ 이하, 및 Ti : 0.020 ％ 를 함유한 소정의 성분 조성을 갖는 강을 주조하였다. 이 강의 Ar₃ 변태점은 805 ℃ 이다. 주조 조건은, 주조 두께 220 ㎜, 주조 폭 1000 ∼ 1600 ㎜ 및 주조 속도 1.20 ∼ 1.80 m/min 의 범위였다. 또한, 굽힘부 (하부 교정) 통과시의 주편 온도는, 열전쌍이나 방사 온도계를 사용하여 측정함으로써 확인하였다. 주조 후의 주편은, 주편 표면의 균열의 관찰을 용이하게 하기 위해서, 숏블라스트에 의해 주편 표면의 산화물을 제거하고, 그 후, 컬러 체크 (염색 침투 탐상 시험) 를 실시하여, 주편 코너부의 균열 유무를 조사하였다. 그리고, 코너 균열 발생률로서, 코너 균열 주편 개수/조사 주편 개수 × 100 ％ 로 평가하였다. 내부 균열의 조사에 관해서는, 주편의 주조 방향에 수직인 단면 샘플을 잘라, 프레이즈 마무리 후, 온염산에 의해 매크로 에칭을 실시하였다. 매크로 에칭의 사진으로 내부 균열의 유무를 조사하였다.

먼저, 효과를 발휘하는 챔퍼 사이즈 (모따기량) C [㎜] 의 크기를 결정하기 위해 조사를 실시하였다. 여기서, 주편 코너부에 가해지는 주형 바로 아래에서부터 하부 교정까지의 평균 2 차 냉각수량 밀도를 60 L/(min·m²) 로 고정하였다. 표 1 에 그 결과를 나타낸다. 주편의 단변 길이를 L [㎜] 로 하면, C/L 이 0.09 보다 작아지는 시험 No.1 및 2 의 경우, 장변, 단변으로부터의 거리가 직사각형의 코너와 거의 변함없어, 과냉각 억제 효과가 거의 얻어지지 않는다. 한편, C/L 이 0.20 보다 커지는 시험 No.8 및 9 의 경우, 모따기부와 단변, 또는 모따기부와 장변의 연결부에서 2 면 냉각이 발생해 버려 주편 코너부의 온도가 저하되었다. 즉 챔퍼 몰드의 모따기량은, 0.09 ≤ C/L ≤ 0.20 의 범위로 할 필요가 있는 것을 알았다.

(실시예 2)

다음으로 굽힘부 (하부 교정) 통과시까지의 주편 코너부에 가해지는 평균 2 차 냉각수량 밀도와 코너 균열, 내부 균열의 관계를 결정하기 위해 실시예 1 과 동일한 강종, 연속 주조 조건으로 시험을 실시하였다. 결과를 표 2 에 나타낸다.

직사각형 주형 (시험 No.10 ∼ 16) 에서는 평균 2 차 냉각수량 밀도를 20 L/(min·m²) 미만으로 함 (시험 No.10 및 11) 으로써, 코너 온도가 Ar₃ 이상이 되어, 코너 균열이 경감되는 것을 알 수 있다. 그러나, 코너만을 서랭하는 것은 불가능하기 때문에, 코너 근방의 응고 셸 두께가 부족하여, 벌징에 의한 내부 균열을 발생시켜 버렸다. 이 점으로부터 통상적인 직사각형 주형에서는 코너 균열 억제와 내부 균열 억제가 양립할 수 없는 것을 알 수 있다. 또, 본 실시형태를 벗어나는 챔퍼 주형 (시험 No.17 ∼ 23) 을 사용한 경우에도, 실시예 1 에 나타낸 바와 같이, 코너 과냉각 억제 효과가 거의 없기 때문에, 직사각형 주형과 동일하게 평균 2 차 냉각수량 밀도를 20 L/(min·m²) 미만으로까지 내리지 않으면 코너 균열을 억제할 수 없어, 벌징에 의한 내부 균열을 회피할 수 없었다. 본 실시형태의 챔퍼 주형 (시험 No.24 ∼ 31) 을 적용한 경우, 20 L/(min·m²) 미만 (시험 No.24 및 25) 에서 내부 균열이 발생해 버리는 점은 동일하였다. 한편, 주편 형상을 변경한 효과에 의해, 60 L/(min·m²) 이하의 평균 2 차 냉각수량 밀도 범위 (시험 No.24 ∼ 30) 에 있어서 주편 코너부의 과냉각이 억제되어, 코너 균열을 방지할 수 있었다. 요컨대, 코너부에 가해지는 주형 바로 아래에서부터 하부 교정까지의 평균 2 차 냉각수량 밀도를 20 ∼ 60 L/(min·m²) 의 범위로 함 (시험 No.26 ∼ 30) 으로써, 코너 균열 억제와 내부 균열 억제를 양립시킨 주편을 제조할 수 있었다.

1 : 연속 주조 주형
2 : 장변
3 : 단변
4 : 모따기부

Claims (2)

1. 강을 연속 주조하는 방법으로서, 주형 코너부의 모따기 형상이 하기 (1) 식을 만족하는 주형을 사용하고, 주편 코너부에 가해지는 주형 바로 아래에서부터 하부 교정까지의 평균 2 차 냉각수량 밀도를 20 ∼ 60 L/(min·m²) 로 하는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.
   0.09 ≤ C/L ≤ 0.20 ···(1)
   여기서, C : 코너 모따기량 (㎜),
   L : 주편 단변 길이 (㎜) 를 나타낸다.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 강의 성분 조성이, 질량％ 로, C : 0.05 ∼ 0.25 ％ 및 Mn : 1.0 ∼ 4.0 ％ 를 갖고, 추가로 Nb : 0.01 ∼ 0.1 ％, V : 0.01 ∼ 0.1 ％ 및 Mo : 0.01 ∼ 0.1 ％ 중에서 선택되는 1 종 이상을 임의로 갖는 것을 특징으로 하는 연속 주조 방법.
   

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