KR20230015949A - 페라이트상에 의한 주조 슬래브의 표면 크랙 저감방법 - Google Patents
페라이트상에 의한 주조 슬래브의 표면 크랙 저감방법 Download PDFInfo
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Abstract
페라이트상을 이용하여 주조 슬래브의 표면 크랙을 감소시키는 방법을 제공한다. 냉각수는 주조기의 직선화 구간 이전에 주조 슬래브의 표면층 온도를 조절하여 스틸의 오스테나이트-페라이트 상전이온도 부근에서 주조 슬래브 표면층이 장기간 일정하게 유지되도록 하는 데 사용된다. 장시간 일정한 온도로 인해 주조 슬래브의 표면층에 페라이트층이 형성되어 주조 슬래브의 표면층 조직에서 페라이트의 비율이 향상되어 페라이트의 높은 가소성으로 주조 슬래브 표면층 조직의 가소성을 향상시켜 직선화 영역에서 인장응력을 받아 주조 슬라브 내면에 발생하는 크랙을 감소시킨다. 이 방법은 주조 슬래브의 표면층 구조를 제어할 수 있을 뿐만 아니라 주조 슬래브 표면층의 가소성을 향상시키고 주조 슬래브의 표면 크랙을 감소시킨다.
Description
본 발명은 연속주조 기술분야에 관한 것으로, 특히 페라이트상에 의한 주조 슬래브의 표면 크랙 저감방법에 관한 것이다.
야금연속주조의 생산 공정에서 야금 작업자는 주조 슬래브의 내부 및 외부 품질에 세심한 주의를 기울인다. 주조 슬래브의 내부 품질 문제는 주로 불균질 조성, 느슨함, 수축 구멍, 크랙 및 기타 결함으로 나타나고 외부 품질 문제에는 슬래그 포함, 크랙 및 기타 결함이 포함된다. 이러한 결함은 후속 압연 제품에도 이어지므로, 내외부 구조가 우수한 주조 슬래브가 요구된다.
주조 슬래브에 크랙이 형성되는 것은 연속주조 공정에서 야금학적 요인과 기계적 요인이 복합적으로 작용한 결과이다. 주조 슬래브에 크랙이 나타나는지 여부는 스틸의 구조 성능, 응고의 야금학적 거동, 주조기의 공정 매개변수 및 장비의 작동 상태에 따라 달라진다. 주조 슬래브의 구조를 제어하는 것은 재료의 포괄적인 특성을 개선하는 효과적인 방법 중 하나이다. 연속주조 공정에서 주조 슬래브의 주조 조직은 일반적으로 용강(molten steel)의 과냉각도를 제어하거나 전자기 교반을 하거나 알루미늄, 티타늄 또는 희토류 원소와 같은 핵제(nucleating agent)를 첨가하여 제어한다. 연속주조 공정에서 주조 슬래브의 냉각속도와 가열 공정을 변경하여 주조 슬래브의 표면층 구조를 제어할 수도 있다. 주조 슬래브는 주형을 떠날 때 여전히 오스테나이트 단상(single-phase) 영역에 있기 때문에 주형의 냉각 강도는 표면층의 구조에 매우 중요하다. 주조 슬래브의 일반 표면 크랙은 주조기의 직선화 구간에서 발생하는 것으로 여기서 주조 슬래브가 직선화 효과를 받고, 주조 슬래브의 내부 표면에 인장 응력을 발생시켜 인장 응력의 영향으로 주조 슬래브의 낮은 가소성 구조에 크랙을 발생시킨다. 따라서, 직선화 구간에 들어가기 전에 주조기에서 주조 슬래브에 대한 제어 냉각을 수행하면 주조 슬래브의 구조를 효과적으로 제어하고 주조 슬래브의 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.
특허 CN110653352A에서는 페라이트로 인한 주조 슬래브의 표면 크랙을 제거하기 위해 직선화 구간 앞에 작은 스프레이 각도를 가진 냉각수 노즐 열을 추가하고 좁은 영역의 강력한 냉각을 제공하여 주조 슬래브의 표면 크랙을 제어하기 위한 표면상에 초석 페라이트(proeutectoid ferrite)를 제거한다. 특허 CN107695313A에서는 주조 슬래브의 표면층에서 페라이트 및 탄질화물의 침전을 제거하기 위해 집중 냉각 담금질을 사용하여 취성을 방지하고 주조 슬래브의 가소성을 개선하여 주조 슬래브의 표면 크랙을 줄인다. 특허 CN105478704B에서는 2차 냉각수 분사 프레임의 승강 장치를 설치하여 2차 냉각수 냉각 영역의 동적 제어 및 물 유량의 자동 조정을 달성할 수 있다. 이러한 방식으로 2차 냉각수는 주조 슬래브의 모서리를 직접 냉각하지 않고 극히 낮은 온도 또는 온도 변화로 인한 모서리 크랙을 방지한다.
위의 특허에서 알 수 있듯이 주조 슬래브의 표면 크랙을 해결하는 기술 경로는 주로 두 가지가 있다. 하나의 경로는 고온에서 작동하여 주조 슬래브의 표면층 온도를 증가시켜 입계에서 페라이트 필름 및 탄질화물 석출물의 상전이 및 석출을 방지한다. 이러한 방식으로 연속주조기는 고온 상태로 유지되며 장비의 정확도와 수명에 큰 영향을 미친다. 다른 경로는 스틸의 세 번째 취성 영역을 피하기 위해 저온에서 작동한다. 이러한 방법은 많은 양의 냉각수를 필요로 하므로 에너지와 환경에 큰 영향을 미친다. 따라서 스틸 자체에서 스틸의 가소성을 향상시킬 수 있는 구조 상태를 찾는 것이 필요하다.
본 발명은 주조 슬래브의 표면층에 고비율의 페라이트 조직을 형성하여 주조 슬래브의 표면 크랙을 감소시키는 페라이트상에 의한 주조 슬래브의 표면 크랙 감소방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이 방법은 주조 슬래브의 표면층 구조를 제어할 수 있을 뿐만 아니라 주조 슬래브 표면층의 가소성을 향상시키고 주조 슬래브의 표면 크랙을 감소시킨다.
본 발명의 기술적 해결 방안은 다음과 같다.
야금연속주조(metallurgical continuous casting)의 제조에서, 주조 슬래브(casting slab)의 표면층 온도를 장기간 오스테나이트-페라이트 전이온도(austenite-to-ferrite transition temperature)로 유지하도록 제어하여, 주조기(casting machine)의 직선화 지점(straightening point) 이전에 주조 슬래브 표면층의 페라이트상의 비율이 35% 이상이 되도록 페라이트상의 높은 비율을 수득하는 것을 특징으로 하는 페라이트상에 의한 주조 슬래브의 표면 크랙 저감방법.
구체적으로, 본 발명의 페라이트상에 의한 주조 슬래브의 표면 크랙 저감방법에 있어서, 야금연속주조의 제조시 상기 주조 슬래브는 탄소 함유량이 0<C≤0.25%인 스틸에 의해 형성되고; 상기 주조기의 직선화 지점 이전에 상기 주조 슬래브 표면층의 페라이트상의 비율이 35% 이상이 되도록 오스테나이트-페라이트 전이온도 범위 내에서 온도를 유지하도록 주조 슬래브 표면층 온도를 제어한다.
연속주조 공정에서는 제련된 스틸을 주형에서 응고시켜 일정한 두께의 주조 슬래브를 형성하는데 이때 주조 슬래브의 온도는 1000~1250℃이다. 나중에 주조 슬래브가 냉각되고 냉각되는 동안 지지롤러(supporting roller)에 의해 이송된다. 굽힘 후 주조 슬래브는 보우 섹션(bow section)으로 들어가고 직선화를 위해 주조기의 직선화 지점으로 더 이송되며, 그런 다음 주조 슬래브는 완전한 응고를 위해 주조기의 수평 섹션을 통과하고 주조기 밖으로 이송된다.
본 발명에서 주조 슬래브의 표면 온도 제어는 주조 슬래브가 주조기의 직선화 지점에 도달하기 전에 수행된다. 처음에, 주형을 통과하는 응고된 주조 슬래브는 상대적으로 높은 온도를 가지며, 이는 오스테나이트-페라이트 전이온도 내에서 주조 슬래브의 표면층 온도를 유지하기 위해 냉각수에 의해 냉각될 수 있다. 냉각속도는 스틸의 연속 냉각 특성 CCT 곡선(continuous cooling characteristic CCT curve)에 의해 결정될 수 있다. 본 발명은 오스테나이트에서 페라이트로의 변태를 달성하기 위해 오스테나이트-페라이트 전이온도 범위 내에서 온도를 유지하기 위해 주조 슬래브의 표면층 온도를 제어하는 것에 초점을 맞춘다. 주조 슬래브 표면층의 페라이트상의 비율이 주조기의 직선화 지점 이전에 35% 이상에 도달해야 한다는 것이 연구를 통해 밝혀졌다. 이 조건을 만족한 후, 원하는 상 비율을 가진 주조 슬래브는 주조기의 직선화 지점에 들어갈 수 있고 슬래브를 수평 주조 슬래브로 직선화할 수 있다.
본 발명에서 주조 슬래브를 냉각시키거나 오스테나이트-페라이트 전이온도 범위 내에서 온도를 유지하는 정확한 시간은 주조기의 직선화 지점 이전에 주조 슬래브 표층의 페라이트상의 비율이 35% 이상인 한, 생산 조건에 따라 조절될 수 있다. 주조 슬래브의 표면층이란 주조 슬래브 두께가 10 mm 이하인 부분을 말한다. 주조 슬래브 표면층의 페라이트상의 비율을 35% 이상으로 제어하는 것과 주조 슬래브의 표면층 온도를 제어하는 것은 모두 주조 슬래브 두께가 10 mm 이하인 부분에 대해 수행된다.
본 발명의 페라이트상에 의한 주조 슬래브의 표면 크랙 저감방법에 따르면, 페라이트상에 대한 주조 슬래브의 냉각속도 범위는 스틸의 연속 냉각 특성 CCT 곡선에 의해 결정된다. 냉각속도 범위 내에서 주조 슬래브를 냉각하여 주조 슬래브의 표면층 온도를 오스테나이트-페라이트 전이온도 범위로 낮추고 상기 온도 범위 내에서 유지한다. 구체적으로, 주조 슬래브의 표면층 온도는 오스테나이트-페라이트 전이온도 범위 내에서 유지되도록 주조기의 보우 섹션에서 제어된다.
바람직하게는, 스틸의 페라이트상의 냉각속도 범위는 스틸의 연속 냉각 특성 CCT 곡선에 따라 3~0.05℃/s이다. 바람직하게는 냉각속도 범위는 3~0.1℃/s이고 더 바람직하게는 1.5~0.08℃/s이다. 냉각속도는 프로그램 모델에서 매개변수를 구성하여 제어할 수 있으며 주조 슬래브의 온도를 페라이트의 상전이온도 부근으로 유지하여 페라이트 형성을 용이하게 한다.
바람직하게는, 주조 슬래브의 표면층 온도는 주조 슬래브의 표면층 상의 페라이트상의 비율이 주조기의 직선화 지점 이전에 35%-100%, 바람직하게는 35%-75%에 도달하도록 제어된다. 페라이트의 비율은 주조 슬래브의 표면층이 우수한 가소성을 얻을 수 있게 한다. 또한, 페라이트의 비율을 형성하는 시간을 충족하고 제어하기가 더 쉽다.
바람직하게는, 본 발명의 스틸과 관련하여, 주조 슬래브의 표면층이 900℃~600℃의 오스테나이트-페라이트 전이온도 범위 내에서 유지되고 0.44-35분 동안 유지된다는 것이 연구를 통해 밝혀졌다.
페라이트상에 의한 주조 슬래브의 표면 크랙 감소 방법에 따르면, 주조 슬래브의 표면층 온도는 냉각수에 의해 제어된다. 전술한 온도를 낮추는 냉각과 달리, 여기서 설명하는 냉각은 온도를 유지하는 냉각이다. 위에서 언급한 온도를 낮추는 냉각과 구별하기 위해 주조 슬래브의 표면층 온도를 오스테나이트-페라이트 전이온도까지 냉각시키는 냉각을 1차 냉각이라 하고, 온도를 오스테나이트에서 페라이트로의 전이온도를 유지하는 냉각을 2차 냉각이라고 한다. 주조 슬래브의 표면층을 소정의 온도 범위로 냉각한 후, 주조 슬래브의 표면층 온도를 소정의 온도 범위 내로 제어하는 것도 필요하다. 본 발명에서는 냉각수 분사(즉, 앞서 언급한 2차 냉각)에 의해 주조 슬래브의 표면층 온도를 유지할 수 있다. 이는 주조 슬래브의 중앙 온도가 상대적으로 높기 때문에 냉각을 하지 않으면 중앙의 열이 주조 슬래브의 표면층으로 전달되어 주조 슬래브의 표면층 온도가 상승하기 때문이다. 따라서, 주조 슬래브의 표면층 온도는 냉각수에 의해 제어될 수 있다.
오스테나이트에서 페라이트로의 전이온도 범위 내에서 유지하기 위해 주조 슬래브의 표면층 온도에 필요한 냉각수의 유량은 연속주조 온라인 모델에 의해 계산된다. 구체적으로, 상기 모델은 당업계의 일반적인 모델이며, 본 발명의 연속주조 온라인 모델은 연속주조 및 2차 냉각 온라인 모델로서, 주조 슬래브의 표면 온도는 용강 온도, 주조 슬래브 주조 속도 및 냉각수와 같은 연속 주조 공정 조건과 함께 열 전달 원리에 따라 계산된다. 이 모델은 주조 슬래브의 온도를 제어하기 위해 공정에서 설정한 목표 온도에 따라 주조 슬래브의 다른 영역에 필요한 냉각수의 유량을 계산할 수 있다. 사용 중 주조 슬래브의 표면층에 대해 유지해야 하는 온도를 설정하는 것만으로 연속주조 및 2차 냉각 온라인 모델에 의해 분사되는 물의 유량을 계산할 수 있으며, 그런 다음 물을 분사하여 냉각시키고 미리 결정된 범위 내에서 주조 슬래브의 표면층 온도를 제어한다.
연구 후, 통상적으로 2차 냉각을 위한 냉각수의 물 분사 유량은 0-0.87 L/kg (0 및 0.87 포함) 범위 내에서 적절하게 제어될 수 있으며, 이는 주조 슬래브의 표면층 온도를 오스테나이트에서 페라이트로의 전이온도 범위 내에서 조절할 수 있다. 물 분사 유량의 단위 L/kg은 단위질량의 스틸에 의해 요구되는 물 분사 부피를 말한다.
페라이트상에 의한 주조 슬래브의 표면 크랙 저감방법에 따르면, 바람직하게는 냉각수에 의해 주조 슬래브의 표면층이 오스테나이트-페라이트 전이온도를 장시간 유지하고, 2차 냉각 노즐은 냉각을 위해 주조 슬래브의 표면층에 물을 분사하여 주조 슬래브의 표면층 온도를 제어하는 데 사용된다. 구체적으로, 본 발명의 경우 소량의 물량(0~0.62 L/kg)으로 균일한 냉각이 가능하다.
대안적으로, 주조 슬래브의 표면층을 오스테나이트-페라이트 전이온도에서 장기간 유지하기 위해서는 때때로 낮은 1차 냉각속도가 요구되므로 비수분사 냉각(non-water spraying cooling)을 채택할 수 있는데, 이는 공냉 상태에서 유지되는 건식 냉각(dry cooling)이라고도 한다. 유사하게, 오스테나이트에서 페라이트로의 전이온도 내에서 주조 슬래브의 표면층 온도를 유지하기 위해 낮은 2차 냉각속도가 필요한 경우 건식 냉각을 사용할 수도 있다. 구체적으로, 연속주조 및 2차 냉각 온라인 모델을 적용하는 동안 낮은 2차 냉각속도가 필요할 때 모델은 주조 슬래브의 표면층 온도 감소를 방지하기 위해 물 분사 유량을 줄일 것이다. 또한, 온도가 너무 빨리 떨어지면 모델은 공기 냉각을 사용하여 주조 슬래브의 표면 온도를 유지한다. 주조 슬래브의 표면층 온도가 공기 냉각에 의해 제어되는 경우, 주조기의 보우 섹션의 지지롤러를 냉각시키는 냉각수가 없다는 사실로 인해 상대적으로 높은 온도가 쉽게 발생한다. 따라서 주조기 보우 섹션의 지지롤러를 냉각시킬 필요가 있다. 본 발명에서는 주조기 보우 섹션의 지지롤러를 내부에서 냉각시킨다. 구체적으로, 지지롤러 내부에 냉각수를 공급하여 지지롤러의 표면 온도를 550℃ 이하로 제어함으로써 보우 섹션의 손상을 방지할 수 있다. 여기서 보우 섹션은 아크 형상 섹션이라고도 한다.
본 발명의 방법에 따르면, 냉각수를 사용하여 주조기의 직선화 구간 이전에 주조 슬래브의 표면층 온도를 제어함으로써 오스테나이트-페라이트로의 전이온도 부근에서 주조 슬래브의 표면 온도가 장시간 동안 일정하게 유지되도록 한다. 냉각수에 의해 주조 슬래브의 표면층 온도를 보다 잘 제어하기 위해서는 미립화 효과가 좋고 균일한 분사가 가능한 2차 냉각 노즐이 필요하다. 특히 적은 물 양의 조건에서 균일한 분사 냉각을 할 수 있는 노즐이 필요하다. 일부 실제 사례에서는 주조 슬래브의 온도를 일정하게 유지하기 위해 건식 냉각, 즉 연속주조를 위해 분사되는 2차 냉각수가 필요하지 않다. 이 경우, 보우 섹션의 지지롤러는 주조 슬래브의 고온으로 인한 보우 섹션의 지지롤러 및 베어링의 손상을 방지하기 위해 양호한 내부 냉각이 필요하다. 주조 슬래브의 표면층 온도를 일정 온도로 제어하기 위해서는 주조 슬래브의 표면층 온도를 온라인 및 실시간으로 제어할 수 있는 연속주조 모델이 필요하다. 현재 많은 주조기에 연속주조 온라인 제어 모델이 장착되어 있다. 이 모델을 통해 주조 슬래브의 표면층 온도에 필요한 냉각수의 양을 구성할 수 있다. 장시간 온도를 일정하게 유지함으로써 주조 슬래브의 표면층에 페라이트층이 형성되는데, 이는 주조 슬라브의 표면층 조직에서 페라이트의 비율이 증가함에 따라 페라이트의 높은 가소성 때문에 주조 슬라브의 표면층 조직의 가소성을 향상시켜, 직선화 구간에서 인장응력에 의해 주조 슬래브 내면에 발생하는 크랙을 감소시킨다.
연속주조 공정에서 금형을 떠난 후 주조 슬래브의 표면층 온도는 일반적으로 1000~1250℃의 고온 영역에 있다. 현재 주조 슬래브의 표면층 구조는 오스테나이트 영역에 있다. 스틸은 단상의 경우 상대적으로 높은 가소성을 가지며 크랙을 생성하지 않는다. 그러나 주조 슬래브는 보우 섹션에서 냉각수에 의해 냉각되면서 주조 슬래브 표면층 조직의 온도는 지속적으로 낮아지게 된다. 온도가 상전이온도에 도달하면 주조 슬래브의 오스테나이트가 초석 페라이트로 변태하는 것이 확산형 상전이(diffusion type phase transition)에 속한다. 상대적으로 낮은 냉각속도에서 초석형 페라이트는 초기 오스테나이트 입계에서 먼저 핵을 생성하고 입계를 따라 성장한다. 냉각이 계속되면 입자의 페라이트가 핵을 형성하기 시작한다. 현재 초기 오스테나이트 입계에는 상대적으로 조대한 초석 페라이트 피막이 형성되어 있다. 주조 슬래브가 직선화 구간을 통과할 때 구조는 직선화 인장 응력을 받아 오스테나이트 입계에서 페라이트 필름에 크랙이 발생하고 크랙은 후기 단계에서 점차 확산된다. 주조 슬래브의 직선화 시 주조 슬래브 조직 내 페라이트의 비율이 35% 미만으로 낮으면 초기 페라이트 피막이 응력 집중을 일으켜 크랙을 형성하기 쉬우나 페라이트의 비율이 초과되면 35%, 응력 집중이 발생하지 않아 크랙을 피할 수 있다. 열역학적 및 동적 요인, 즉 온도 및 지속 시간은 모두 페라이트의 석출 비율에 영향을 미친다. 스틸의 연속 냉각 특성 CCT 곡선에 따라 다른 냉각속도에서 상전이온도를 얻는다. 일반적으로 페라이트는 3~0.05℃/s의 냉각속도와 900℃~600℃의 온도 범위 내에서 스틸에서 형성될 수 있다. 주조 슬래브의 표면층 온도를 상전이온도 부근에서 장시간 제어하면 주조 슬래브의 표면층에 다량의 페라이트가 형성된다. 본 발명의 유지 시간은 0.44~35분이다. 페라이트의 비율이 35%를 초과하면 주조 슬래브 구조의 가소성이 크게 향상되어 크랙을 피할 수 있다. 따라서 주조 슬래브가 굽힘 구간, 즉 보우 섹션을 통과한 후, 주조 슬래브의 표면층 온도를 오스테나이트-페라이트 전이온도 범위 내에서 일정하게 유지하기 위해 3℃/s 이하의 냉각속도로 냉각 방식으로 약냉각을 수행하고, 직선화 구간까지 온도를 유지한다. 이와 같이 오스테나이트 입계에만 저비율 페라이트 필름을 형성하는 대신 주조 슬래브 표면층에 고비율 페라이트층을 형성한다. 높은 비율의 페라이트 층을 갖는 주조 슬래브는 직선화 구간을 통과할 때 응력 집중으로 인한 크랙에 직면하지 않는다. 본 발명의 하나의 혁신은 이 방법이 오스테나이트-페라이트 전이온도 근처에서 장시간 동안 주조 슬래브의 표면 온도를 일정하게 유지한다는 것이다. 두 가지 핵심 포인트가 있다: 하나는 온도를 오랫동안 유지하는 것이고 다른 하나는 상전이온도 근처에서 온도를 제어하는 것이다.
본 발명은 다음과 같은 유익한 기술적 효과를 갖는다:
본 발명의 방법은 주조기의 보우 섹션에서 주조 슬래브의 표면층 온도를 제어하여 주조 슬래브의 표면층 온도가 스틸의 상전이온도 부근에서 장기간 일정하도록 하고, 공정을 통해 주조 슬래브 표면에 많은 수의 페라이트상이 형성될 수 있다. 높은 비율의 페라이트상을 가진 주조 슬래브가 주조기의 직선화 구간을 통과하면 구조에 많은 수의 페라이트상이 있기 때문에 주조 슬래브 내부 표면의 인장 응력이 집중되지 않고 결정립계를 손상하지 않으므로 주조 슬래브의 표면 크랙을 피할 수 있다. 이 기술은 주조 슬래브의 표면 가소성을 향상시키는 동시에 주조 슬래브의 표면 크랙을 줄이고 제품의 표면 품질을 향상시키는 데 매우 유용한다.
도 1a는 비교예 1의 주조 슬래브 표면층의 미세조직을 나타내는 모식도이다.
도 1b는 실시예 3의 주조 슬래브 표면층의 미세조직을 나타내는 모식도이다.
도 2는 실시예 1의 스틸의 연속 주조 냉각 특성 CCT 곡선이다.
도 1b는 실시예 3의 주조 슬래브 표면층의 미세조직을 나타내는 모식도이다.
도 2는 실시예 1의 스틸의 연속 주조 냉각 특성 CCT 곡선이다.
본 발명은 실시예들과 함께 아래에서 추가로 설명된다. 당업자는 실시예가 단지 예일 뿐이며 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 방법의 구현 공정은 아래에서 상세히 설명된다:
먼저, 스틸의 연속 냉각 특성 CCT 곡선을 시험 또는 계산하여 페라이트를 형성하는 스틸의 1차 냉각속도인 3-0.05℃/s와 다른 냉각속도에서의 오스테나이트-페라이트 전이온도의 범위인 900℃-600℃를 구한다. 냉각 후 온도를 900~600℃에서 0.44~35분 동안 유지하고 직선화 지점 이전에 공정을 종료한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 아래의 실시예 1의 스틸의 CCT 곡선은 여러 냉각속도에서 스틸 구조의 변화, 온도 및 시간 사이의 관계를 보여준다. 특정 냉각속도에서 오스테나이트에서 페라이트로의 전이온도와 특정 비율의 페라이트를 형성하는 시간은 도면에서 얻을 수 있다. 도 2에서 그래프의 X축은 냉각 시간을, Y축은 온도를 나타내며 그래프의 포물선과 유사한 여러 곡선은 냉각속도를 나타낸다. 그림에서 F로 표시된 부분이 페라이트가 형성되는 부분이고, 그림에서 P로 표시된 부분은 펄라이트(pearlite)를 나타내며; 그림에서 B로 표시된 부분은 베이나이트(bainite)를 나타낸다. 영역 F에 포함된 냉각속도는 페라이트로부터 가능한 냉각속도의 범위임을 알 수 있다. 도 2의 CCT 곡선에 따르면 오스테나이트에서 페라이트로의 전이온도도 얻을 수 있으며 이는 560-620℃이다. 실시예 1의 오스테나이트-페라이트 전이온도의 유지 시간에 대해, 0.44-35분의 유지 시간이 주조 슬라브 표면의 페라이트상의 비율이 35% 이상에 도달하도록 보장할 수 있다는 연구 결정에 따라 본 발명에서 얻어진다.
실시예 1: 스틸 1은 C 0.08%, Si 0.14%, Mn 1.69%, Cr 0.41%, Mo 0.02%, 나머지는 철 및 불가피 불순물을 포함한다. 연속 냉각 특성에 따라 페라이트가 형성될 수 있는 냉각속도 범위는 0.1℃/s 미만이다. 본 실시예는 냉각속도로서 0.1℃/s를 채택한다. 이 냉각속도에서 오스테나이트-페라이트 전이온도는 620℃, 유지시간은 11.67분으로 주조 슬래브의 표면층에 35% 이상의 페라이트 비율이 형성될 수 있다. 이 과정은 직선화 지점 이전에 완료된다. 제작 후 주조 슬래브 시편을 야금 현미경으로 관찰하고 계산하면 35% 이상의 페라이트가 형성되었음을 알 수 있다.
실시예 2: 스틸 2는 C 0.16%, Si 0.07%, Mn 1.04%, Cr 0.88%, Ti 0.02%, 나머지는 철 및 불가피 불순물을 포함한다. 연속 냉각 특성에 따라 페라이트가 형성될 수 있는 냉각속도 범위는 0.1-3℃/s이며, 이때 오스테나이트에서 페라이트로의 전이온도는 0.1℃/s의 냉각속도에서 750℃이고, 3℃/s의 냉각속도에서 630℃이다. 실시예 2에서 냉각은 0.2℃/s의 냉각속도로 수행된 후 주조 슬래브의 표면층 온도를 720℃에서 10분 동안 유지한다. 이 과정은 직선화 지점 이전에 완료된다. 제작 후 주조 슬래브 시편을 야금 현미경으로 관찰하고 계산하면 35% 이상의 페라이트가 형성되었음을 알 수 있다.
실시예 3: 스틸 3은 C 0.077%, Si 0.09%, Mn 1.45%, Cr 0.03%, Mo 0.01%, 나머지는 철 및 불가피 불순물을 포함한다. 연속 냉각 특성에 따라 페라이트가 형성될 수 있는 냉각속도 범위는 0.1~3℃/s이다. 오스테나이트에서 페라이트로의 전이온도는 0.1℃/s의 냉각속도에서 790℃이고 3℃/s의 냉각속도에서 730℃이다. 실시예 3에서, 냉각은 0.3℃/s의 냉각속도로 수행되고, 이어서 주조 슬래브의 표면층 온도는 780℃에서 7.22분 동안 유지된다. 이 과정은 직선화 지점 이전에 완료된다. 제작 후 주조 슬래브 시편을 금속현미경으로 관찰하여 계산하면 35% 이상의 페라이트가 형성되어 있음을 알 수 있다.
실시예 4: 스틸 4는 C 0.09%, Si 0.17%, Mn 0.83%, Cr 0.02%, 나머지는 철 및 불가피 불순물을 포함한다. 연속 냉각 특성에 따라 페라이트가 형성될 수 있는 냉각속도 범위는 0.1~3℃/s이다. 오스테나이트에서 페라이트로의 전이온도는 0.1℃/s의 냉각속도에서 830℃이고 3℃/s의 냉각속도에서 780℃이다. 실시예 4에서, 냉각은 0.5℃/s의 냉각속도로 수행되고, 이어서 주조 슬래브의 표면층 온도는 820℃에서 5.67분 동안 유지된다. 이 과정은 직선화 지점 이전에 완료된다. 제작 후 주조 슬래브 시편을 관찰하여 계산하면 35% 이상의 페라이트가 형성됨을 알 수 있다.
비교예 1: 비교예 1의 스틸은 C 0.077%, Si 0.09%, Mn 1.45%, Cr 0.03%, Mo 0.01%, 나머지는 철 및 불가피 불순물을 포함한다. 주조는 종래의 공정에 의해 수행된다. 금형을 떠난 후 주조 슬래브가 냉각된다. 주형 출구에서 주조 슬래브의 표면 온도는 1200℃이다. 주조 슬래브의 표면 온도는 보우 섹션의 2차 냉각수에 의해 점차 감소하여 주조 슬래브가 직선화 지점에 진입하면 750℃에 도달한다. 이때 주조 슬래브 표면의 조직은 도 1a와 같이 오스테나이트 입계에 페라이트가 석출된다. 직선화에 의해 주조 슬래브 표면에 인장응력이 발생하여 오스테나이트 입계에 페라이트가 석출된 위치에 크랙이 형성된다.
상기에서는 4가지 강종에 대한 냉각속도, 상전이온도 및 시간의 조합만 나열되어 있으며 다른 종류의 스틸의 다른 공정 매개변수 조합을 배제하지 않는다.
도 1a 및 도 1b는 비교예 1 및 실시예 3의 스틸의 주조 슬래브가 직선화 지점을 통과한 후 냉각된 주조 슬래브를 도시하고, 주조 슬래브 표면의 미세조직의 백분율을 측정한다. 비교예 1의 주조 슬래브 표면의 미세조직은 주로 오스테나이트이고, 페라이트의 함량은 8%에 불과함을 도면에서 알 수 있다. 따라서 페라이트에 응력집중이 일어나기 쉽고 외력에 의해 크랙이 발생한다. 실시예 3에서, 주조 슬래브는 0.3℃/s의 냉각속도로 780℃에서 유지되고 7.22분 동안 유지된다. 주조 슬래브가 직선화 지점에 들어갈 때 주조 슬래브의 표면에 95%의 페라이트가 형성된다. 이러한 구조에서는 외력에 의한 응력집중이 발생하지 않으며, 페라이트는 가소성이 좋아 크랙이 발생하지 않는다.
물론, 상기 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명을 한정하려는 것은 아님은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 본질적인 사상 범위 내에서 상기 실시예에 대한 변경 및 변형은 모두 본 발명의 특허청구범위에 속한다.
Claims (10)
- 야금연속주조(metallurgical continuous casting)의 제조에서, 주조 슬래브(casting slab)의 표면층 온도를 장기간 오스테나이트-페라이트 전이온도(austenite-to-ferrite transition temperature)로 유지하도록 제어하여, 주조기(casting machine)의 직선화 지점(straightening point) 이전에 주조 슬래브 표면층의 페라이트상의 비율이 35% 이상이 되도록 페라이트상의 높은 비율을 수득하는 것을 특징으로 하는 페라이트상에 의한 주조 슬래브의 표면 크랙 저감방법.
- 제1항에 있어서, 상기 주조 슬래브는 탄소 함유량이 0<C≤0.25%인 스틸에 의해 형성되고; 상기 주조기의 직선화 지점 이전에 상기 주조 슬래브 표면층의 페라이트상의 비율이 35% 이상이 되도록 오스테나이트-페라이트 전이온도 범위 내에서 온도를 유지하도록 주조 슬래브 표면층 온도를 제어한 다음, 상기 주조 슬래브는 상기 주조기의 직선화 지점에 들어가는 것을 특징으로 하는 페라이트상에 의한 주조 슬래브의 표면 크랙 저감방법.
- 제1항에 있어서, 상기 스틸의 주조 슬래브를 페라이트상으로 변태시키기 위한 냉각속도의 범위는 상기 스틸의 연속냉각특성 CCT 곡선(continuous cooling characteristic CCT curve)에 따라 결정되고; 상기 냉각속도 범위 내에서 상기 주조 슬래브를 냉각하여 상기 주조 슬래브의 표면층 온도가 오스테나이트-페라이트 전이온도 범위로 낮아진 다음, 상기 주조 슬래브의 표면층 온도는 상기 주조기의 보우 섹션(bow section)에서 제어되는 것을 특징으로 하는 페라이트상에 의한 주조 슬래브의 표면 크랙 저감방법.
- 제1항에 있어서, 상기 주조기의 보우 섹션(bow section)에서 주조 슬래브의 표면층 온도를 제어하고; 연속 냉각 특성 CCT 곡선에 의해 결정된 스틸의 페라이트상의 냉각속도는 3-0.05℃/s인 것을 특징으로 하는 페라이트상에 의한 주조 슬래브의 표면 크랙 저감방법.
- 제1항에 있어서, 상기 주조기의 보우 섹션(bow section)에서 주조 슬래브의 표면층 온도를 제어하고; 연속 냉각 특성 CCT 곡선에 의해 결정된 스틸의 페라이트상의 냉각속도는 3-0.1℃/s인 것을 특징으로 하는 페라이트상에 의한 주조 슬래브의 표면 크랙 저감방법.
- 제1항에 있어서, 상기 주조 슬래브의 표면층 온도는 상기 주조기의 직선화 지점 전에 주조 슬래브의 표면층에서 페라이트상의 비율이 35%-75%에 도달하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 페라이트상에 의한 주조 슬래브의 표면 크랙 저감방법.
- 제1항에 있어서, 상기 주조 슬래브의 표면층은 900℃~600℃의 오스테나이트-페라이트 전이온도 범위 내에서 0.44-35분 동안 유지되는 것을 특징으로 하는 페라이트상에 의한 주조 슬래브의 표면 크랙 저감방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주조 슬래브의 표면층 온도는 냉각수에 의해 제어되고; 상기 주조 슬래브의 표면층 온도에 필요한 냉각수의 양은 연속주조 온라인 모델에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 페라이트상에 의한 주조 슬래브의 표면 크랙 저감방법.
- 제8항에 있어서, 상기 주조 슬래브의 표면층은 오스테나이트-페라이트 전이온도에서 장기간 유지되고; 소량의 유속으로 균일한 냉각을 위해 분무 특성이 우수한 2차 냉각 노즐을 사용하는 것을 특징으로 하는 페라이트상에 의한 주조 슬래브의 표면 크랙 저감방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주조 슬래브의 표면층은 비수분사 냉각(non-water spraying cooling)에 의해 오스테나이트에서 페라이트로의 전이온도에서 장시간 유지되고; 상기 주조기 보우 섹션의 지지롤러(supporting roller)가 내부적으로 냉각되어 상기 지지롤러의 표면온도를 550℃ 이하로 제어하여 상기 보우 섹션의 손상을 방지하는 것을 특징으로 하는 페라이트상에 의한 주조 슬래브의 표면 크랙 저감방법.
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