KR840001298B1 - 주강제품의 연속 주조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

주강제품의 연속 주조방법

제1도는 밀폐된 주형이 홈의길이 부분위에 형성되도록 홈의 길이 부분을 덮는 본 발명의 방법을 실시하는데 적합한 종래 장치의 일실시예를 설명한 개략도.

제2도는 본 발명에 따라 주조된 강바아(steel bar)에서의 황의 분포를 도시한 그래프.

제3도는 본 발명에 따라 주조된 강바아에서의 산의 분포를 도시한 그래프.

제4도는 종래의 하제렛(Hazelett)이 중벨트 공정에 따라 주조된 강바아에서의 산소의 분포를 도시한 그래프.

제5도는 또다른 종래 공정 즉 정한형(Junghans type) 공정에 따라 주조된 강바아에서의 산소의 분포를 도시한 그래프.

제6도는 본 발명에 따라 주조된 강바아에서의 탄소의 분포를 도시한 그래프.

제7도는 본 발명에 따라 제조된 주강제품의 인장강도와 종래 방법에 의해 제조된 주강제품의 인장강도를 비교한 막대 그래프.

제8도는 본 발명에 따라 주조된 강바아에서의 망간의 미세편석에 기인한 x-레이 강도변화를 도시한 그래프.

제9도는 종래 콘캐스트(concast) 공정에 따라 주조된 강바아에서의 망간의 미세편석에 기인한 x-레이 강도 변화를 도시한 그래프.

본 발명은 성분이 균일하게 분포된 주강제품의 연속주조 방법에 관한 것이다.

강의 바람직한 성질을 제공하기 위한 강의 주조조건으로는 강제품내에 통상 존재하는 불순물 및 성분을 균일하게 분포시키게 하는 것을 들 수 있는데, 여기서 “성분”이란 합금의 현미경조직에서 특징적인 형태를 가지는 화학적인 시스템, 또는 단일상, 또는 상의 조합을 만들어주는 요소의 하나를 의미하며, “불순물”은 모든 금속에 존재하는 바람직하지 못한 원소 또는 혼합물을 의미한다. 본문에서 언급되는 성분은 주조된 강을 특수한 형태로 제조하기 위해 화학적인 시스템에서 결합된 물질을 포함하는 것으로, 불순물 즉, 주조금속에 존재하는 바람직하지 못한 원소 또는 화합물은 포함하지 않는다. 소정의 경우에는 주강내의 성분의 편석 때문에 단조 또는 압연 및 인발같은 후속 작업에 바람직하지 못한 영향을 미치게 되는데, 여기서 “편석”이란 금속의 응고시 생기는 성분(또는 불순물)의 불균일한 분포 즉 응집을 의미하는 것으로 금속내의 여러 위치에서의 이러한 불순물이 응집을 예를들어 편석이라 하고 있고, 수지상정의 아암들 사이에서 발생하는 편석을 미소 또는 미세편석이라고 하며, 이때의 조성은 단결정내에서 변화하게 된다. 매크로 편석(macrose-gregation)은 관과 같은 일차 또는 이차수축공 주위에서 발생하고, 종종 뚜렷한 선으로 나타나며 직립 또는 역원뿔 형태를 갖는데 이것은 강괴가 절단되고 부식될때 현저히 나타난다. 편석대는 주강의 중간지역에 생기는 경향이 있으며, 보통 그 부분은 등축 결정모양을 한다. 종종 미세편석은 소둔에 의해 제거될 수 있으나 매크로편석은 후속 열열처리 및 가공작업에서도 잔존한다. 소위 관편석은 관의 공동주위에서 발생하며, 일반적으로 강에서의 편석에 있어서는 응고되지 않은 철(용매) 내의 성분(용질)은 최저융점의 성분이 마지막으로 응고되는 부분으로 응집되도록 고체/입체계면에 응집되나, 역편석(inverce segregation)에 있어서는 용융물이 수지상정 사이에 집적되어 강괴표면으로부터 중심쪽으로 용질의 집중을 감소시키기 때문에 상기의 편석과는 반대로 된다. 역편석은 강괴의외부표면(내부에 비해) 근처에 많은 성분 또는 불순물이 응집된 것을 의미한다.

종래 주강의 제조방법으로는 비교적 높은 불순물의 편석도 및 주강내에 물질이 함유된 주강제품이 제공될 수밖에 없었는데, 그 이유는 강에 성분 및 불순물이 많이 함유되어 역편석이 발생하기 때문이다. 주강내의 불순물 및 성분의 불균일한 분포 때문에 추후공정에서 주강으로부터 제조된 제품의 내부 및 표면 특성에 바람직하지 못한 결과를 초래하지 않도록 하기 위해서는 강중의 불순물 및 성분의 총량을 감소시키는 것이 바람직하다.

그러나, 이와같이 전체 불순물을 감소시키기 위해서는 주조전에 강의부가적인 정제를 요하는데 이것은 경제적이 못되는 한편 특수성분을 첨가하는 것도 필요하다.

종래의 방법에 의해 제조되는 강제품에 편석되는 불순물 및 합금원소중에는 황, 산소, 인, 망간, 규소등이 있는데, 이러한 불순물 및 합금원소들이 심하게 편석되게 되면 강제품의 경제성을 감소시켜, 예를들면 강의 인장강도를 약화시키며, 와이어로의 추후의 인발작업에도 부적당하다. 기체 불순물의 편석은 주강제품의 상부표면 근처에 기공 지역을 형성하시키는데, 이것은 강의 표면의 질을 저하시킨다는 점에서 특히 바람직하지 못한 것이다.

(휘트 모어, B,C와 힐린카 J.W.의 “하제렛 스트립주조 공정에 의한 저탄소강 슬래브의 연속주조 방법”에 기재됨) 심한 망간의 미세편석은 오스테나이트에서 퍼얼라이트/베이나이트/마르텐 사이트로 변화하는 효과에 기인하여 연속주조 빌렛으로된 최종제품에 여러문제를 야기한다.

예를들면, 봉(rod)으로 압연된 주조빌렛의 경우는 코어내에 망간이 많이 응집되어 주조시 국부적인 마르텐 사이트의 형성을 촉진시키므로 추후 와이어 인발작업시 자주 파괴가 발생하게 된다.

상기 문제점은 당분야에 종래부터 알려져 왔으나 실제 생산 데이타를 기술한 문헌은 거의없는 실정이고, 다만사우스 아프리칸아이론 및 스틸인다스트 리얼리미티드의한스 반버렌(Hans van Vuren)에 의한 논문에서만이 최종 로드제품에서의 미세편석의 조절 및 이들의 효과에 대해서 설명되어 있을 뿐이다.

상기 논문에 의하면, 망간의 총량을 최대 0.75%, 인을 최대 0.02%까지로 제한하고, 압연에 이어서 시행되는 냉각라인에서의 냉각공정을 조절함에 의하여, 소정의 강와이어 로드의 중심부에서 마르텐사이트의 형성을 방지시킬 수 있다고 기재되어 있다.

그러나 연속주조 블루움(이스커(ISCOR))은 연속 주조블루움기계에 의해 연속적으로 205mmx315mm의 블루움을 주조함에 의해 시작된다고 믿음)의 미세편 석값에 대해서는 아무런 언급이 없고, 다만 최종로드 제품에 대해 분석하여 망간의 미세편석 값이 기본 분석의 101.5%으로부터 139.0% 범위에 있다는 것에 대해서만 언급을 하고 있다.

주조 블루움에서의 망간의 미세편석값은 주조시간과 압연시간 사이의 기간중에 발생하는 넓은 열 확산으로 인해 최종로드 제품에서의 미세편석값보다 크게 된다.

종래 방법에 있어서는 편석에 기인하는 문제점(일례로, 와이어의 파괴)의 해결방안으로 주조시 최초의 편석을 제거하는 대신에 중간제품(예를들면 로드)의 보수처리(일례로 균질화)하는 것을 들 수 있는데, 이와같이 하는 이유는 용량이 큰 연속주조 공정을 제어하기가 더욱 힘들기 때문이다.

종래의 강괴주조 방법에 있어서, 편석은 용융강이 서서히 응고됨에 따라 발생하게 되며, 불순물은 비중선별에 의하여 강괴상부로 부유되게 된다. 좋은 품질을 얻기 위해서는 종종 강괴의 상부에 응집되어 있는 불순물의 층을 후속되는 공정처리전에 물리적으로 제거시켜야만 한다. (1978년 1월에 간행된 “아이론 및 스틸 엔지니어에 기재된” 연속적으로 주조되고 압연된 강의 기계적인 스커어핑(scarfing)의 개선” 및 미합중국 특허 제4,155,399호의 1면 61-68페이지에 기술되어 있음)

새로이 개발된 강의 연속주조 방법으로 여러번의 강괴처리 및 상부표면층의 제거의 필요성이 생략되었는데, 본 출원인이 가장 좋은 재료와 종래의 강의 연속주조 방법중에서 가장 경제성이 있는 방법이라고 생각하는 것은 구리와 같이 전도성이 양호한 재료로 제조된 주형에 용융금속을 주입하도록 하고 상기 주형내부를 물을 순환시켜 냉시키각도록 하는 것이다. 용융금속의 가장 자리가 응고되어 주형벽에 인접한 곳에서 응고강의 셸을 형성함에 따라 강의 스트랜드는 서서히 주형의 저부로부터 사출되는 한편 용융금속은 주형의 상부에 연속적으로 주입된다. 이러한 형태의 방법은 정한형(Junghans type) 또는 연속 주조 시스템의 정한-로시형(Junghans-Rossi type)으로 불리우며, 미합중국의 코퍼스(concast) 코오포레이숀 인코오포레이티드와 쥬리히의 콘캐스트(concast) A.G에 의해 계속하여 상업화되어 왔다. 일찌기 정한 특허는, 미합중국 특허 제2,135,183호 (미합중국 분류 164-83)에 공고되어 있다.

정한형 공정에 있어서, 주형은 짧은 경로를 따라 수직적으로 진동하게 되어 있고, 그러한 진동시스트랜드와 함께 이동하게 되어, 스트랜드와 주형간의 상대적인 이동이 없는 기간중에 열전달을 증가시키게 하고 있다. 이러한 진동은 주조속도를 증가시켜 주기는 하나, 종종 주물의 표면상에 바람직하지 않은 진동표식 즉 링(ring)을 형성시키게 된다.

스트랜드가 주형으로 사출될때 응고를 완전히 하기 위해 물이 반고체 스트랜드의 표면에 분사된다. 정한형의 주조기를 구비하는 설비의 수직높이를 감소시키기 위하여, 안내로울러가 스트랜드를 일례로 12.2m의 반경으로 약 90°의 각도로 굽히고, 그에이어 스트랜드를 절단 또는 추후 공정을 위해 수평으로 연장되도록 재차 굽히는데 사용되어 왔는데, 이러한 형태로 스트랜드를 두번 굽히는 것을 배제시키면서도 보다 작은 설비에 주조기를 설치하는 것을 가능하게 하기 위한 방책으로 만곡형의 주형을 개발하여, 스트랜드를 바람직한 곡선경로를 갖는 주형으로부터 사출시키게 한 다음 단 한번의 굽힘공정을 통해 절단을 위해 수평방향으로 직선화 시키도록 하였다.

종래 연속주조에 대해서는 L.V. 갤러거와 B.C 올드에 의해 “강의 연속주조”란 명칭으로 1963년 12월에 간행된 “사이언 티픽 아메리칸”잡지에 기술되어 있다.

그러므로 종래 수직형의 주형을 사용하도록 하는 주조방법에 있어서는 응고강의 방향을 급속히 변화시킬 수 없고, 예를들면 콘캐스트 인코오포레이티드의 미합중국 특허 제3,542,115호(미합중국 분류 164-28)에 기재된 바와 같이 스트랜드의 중심부에 존재하는 용융금속이 수평위치를 유지하게 되고, 따라서 불순물은 응고시상부로 부유되는 기회를 갖게 되며, 일반적으로 편석은 10cmx10cm(4inx4in)의 횡단면에서 스트랜드의 내부반경으로부터 약 2.54cm(1인치)의 편석라인의 형태로 발생하게 된다.

또한, 상술한 바와같은 휘트모어 및 힐린카의 공보에는 미합중국 특허 제2,640,235호에 기술된 하제렛스 트립 주조기의 유사한 이중벨트 주조기와 같은 대체로 수평의 주형에서 강을 연속 주조하도록 하는 방법에 관해 기재되어 있는데, 상기 공보에는 비중의 영향과 응고시 스트랜드가 수평으로부터 20°를 이루기 때문에 강중의 불순물이 주물의 상부 표면근처에서 편석물질의 지역을 형성하고 상승되는 경향이 있다고 기재되어 있다.

또한 상기 공보에는 상부표면 산화물 피트(pit) 조건과 함께 횡단면의 매크로에치(macroetch) 시험에서 내부산화물 편석이 나타나고 있다고 기재되어 있다. 모든 슬래브주조물에 있어서는 산화물 편석 정도가 변화한다 할지라도 프로필(profile)은 유사하게 되어있고, 또한 상기 공보에는 상기 데이타로부터 산화물 편석부가 시이트표면의 품질을 저하시키는 역할을 한다고 결론짓고 있다, 모울드-풀 슬래그(mold-poolslag)의 제거, 수냉되는 구리연부를 갖는 고정댐(dam)의 이용침지된 공급관의 이용등과 같은 가능한한 여러 해결책이 시도되었으나, 상기한 모든 시도는 효과가 없었는데, 그 이유는 상부피막의 두께가 1.27-1.91cm(1/2-3/4인치)일 경우 편석된 산화물이 응고슬래브에 응집되기 때문이다. 또한 상기 공보에는 20 각도로 주조를 하게되면 알루미늄 킬드강 또는 진공처리강으로부터 제조된 시이트용 제품의 경우 야금학적인 면에서 부적합하고, 또한 그 이유는 상기 산화물을 제거시키는 아무런 방법이 없고 개재물이 주조 빌렛의 상부로 향하여 편석되기 때문이라고 기재되어 있다. 또한 상기 공보에는 편석의 문제점을 극복하기 위해 가능한한 수직위치에서 종래 주형을 작동시키도록 하는 것에 대해 기재되어 있다. 본 출원인은 성분과 불순물의 편석분포에 의해 재료의 열간압연과 같은 후속공정에서 예측하기 힘든 여러가지 변화가 발생된다고 믿고 있다.

일반적으로 본 발명은 종래 방법에 비해 망간, 산소, 황, 탄소 등의 편석을 배제시킨 것을 특징으로 하는 주조 바아의 연속주조 방법을 제공하는데 있다. 또한 본 발명은 망간, 산소, 황, 탄소를 균일하게 분포시키도록한 주조바아의 연속주조 방법을 제공하는데 있다. 본 발명의 방법에 의해 제조된 주조바아는 매크로 편석조사를 위해 횡단면을 관찰하였을 때, 산소 함량의 최대 평균 변화량이 약 20ppm(0.002%) 미만이고 약 0.01%의 산소를 함유하는 시편에서의 산소 편석 표준편차가 약 8ppm(0.0008%) 미만이고, 황 함량의 최대 평균 변화량이 약 40ppm(0.004%) 미만이고 약 0.02%의 황을 함유하는 시편에서의 황편석 표준편차가 약 10ppm(0.001%) 미만이고, 약 0.185%의 탄소를 함유하는 시편에서의 탄소편석 표준편차가 약 40ppm(0.004%) 미만으로 되어, 개선된인 장강도 및 신율을 나타낸다. 이와 유사한 양호한 결과는 일반적으로 강에 사용되는 규소, 크롬, 인 및 다른 합금 원소의 경우에도 예상되는 것이다.

미세 편석분석은 전자탐사에 의해 탄소, 망간, 황, 크롬 및 실리콘에 대해서도 실시되었는데, 결과는 종래의 콘캐스트(concast) 시편에 비해 망간의 미세편석이 적게 나타났다.

예를들면 탄소 0.46% 및 망간 0.98%를 함유한 용융강을 본 발명의 방법과 공지된 종래의 큰 캐스트 방법에 의해 주조하여, 주조바아의 시편을 횡방향으로 절단하고, 그 절단한 작은 시편을 다시 가장 자리에서 중심쪽으로 1/2절단하였다. 그러므로 가장 좋은 부분도 아니고 가장 나쁜 부분도 아닌 부분이 선택되었다. 이 작은 시편은 전자탐사 시험을 하기위해 부착되어져 약 1800미크론의 길이인 임의의 선을 따라 망간의 응집을 결정하기 위해 분석되었다.

이들 공정은 일반적으로 당분야에 잘 알려져 있는 것으로 금속의 미세편석을 탐지하기에 가장 적당한 방법이다. 근본적으로 이 방법은 시편에 x-레이를 가하여 원소의 응집을 야기하는 고 에너지전자 비임을 시편에 가하는 공정을 포함한다. x-레이는 이들의 회절에 의해 결정(동시에 하나의 원소를 선택함)이 분석되며, 이것의 강도를 적당한 탐지기로 측정한다. 특정원소의 응집은 시편내의 원소에 의해 생긴 상대적인 x-레이의 강도를 공지된 표준 시편과 비교함에 의해 결정되고, 약 0.5% 정도의 최대 정확성을 위해 상기 비(ratio)는 방출된 x-레이의 흡수 및 형광성을 위해 정확하게 수정되어져야 한다. 다른 방법으로 평균 강도수준은 일반적인 화학분석에 의해 얻어진 기본 응집을 나타낼 수 있도록 가정될 수 있고, 그에 의해 강도의 변화는 직접적으로 기온응집으로부터의 변화를 나타내게 된다.

이 후자의 방법을 다수의 시편을 비교하는데 사용하는 경우, 이것은 상당한 변화의 평균강도 및 기본수준으로부터의 응집의 평균 변화도를 나타내는 각 시편에 소정의 값을 부여하기에 유용하다. 이값은 미세한 편석값이라고 불리워질 수 있으며, 기본응집 퍼센트로서 표현되어진다.

본 비교에 사용된 시편을 기본분석한 결과 망간은 약 0.98%이었다. 결과는, 종래의 주조바아에 있어서는 기본분석의 퍼센트로 표현할때 약 300%의 미세 편석값을 가지는 반면 본 발명의 방법에 의해 제조된 주조바아의 미세 편석값은 약 175% 미만이었다.

본 발명의 중요한 특징중의 하나는 종래의 주조기를 사용하여 본 발명의 방법을 시행할 수 있다는데 있는 것으로, 본 발명의 방법에 있어서는 중심축위의 주변에 홈을 가진 주조 휘일을 회전시킴에 의해 이동하는 호 형태의 주형을 만들고, 주조 휘일의 상부에서 밴드를 주변홈과 접촉시키면서 길이 방향을 따라 이동시키고, 휘일의 하부에서 밴드와 휘일을 함께 이동시키며, 그뒤에는 밴드를 휘일로부터 멀리 이동시키고 (표면형의 주형을 이동하는 엔드리스 형식을 형성한다), 용융강을 호형주형에 주입시키고, 상기 주형내에서 용융강을 응고시키기 위하여 주형을 냉각시키며, 호형주형으로부터 주조바아를 사출시키고, 주조바아가 호형 주형의 밀폐 부분으로부터 사출된 후별도의 냉각기의 사용에 의해 주조바아를 추가적으로 냉각시키고, 주조바아가 주형으로부터 멀어지게 될때 점진적으로 직선적으로 퍼지게 하는 공정을 구비하고 있는데, 이에 대해서는 미합중국 특허 제3,623,535호 (미합중국 분류 164-87)와 미합중국 특허 제359,348호 (미합중국 분류 164-263)에 기재되어 있는 것이다.

본 발명의 목적은 주강 제품의 연속주조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 주강 바아 내에서의 불순물 또는 성분의 편석 또는 역편석의 정도가 낮은 것을 특징으로 하는 주강제품의 연속주조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 종래의 방법에 비하여 로드로의압연과 와이어로의 인발 또는 단조와 같은 열간성형과 같은 후속처리에 보다 적합한 주조바아를 제조할 수 있는 주강제품의 연속주조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 내부특성이 개량된 주강 제품의 연속 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적, 특징, 그리고 잇점은 첨부된 도면을 참조하여 기재되는 하기의 설명을 살펴볼때 더욱 명백하게 되어질 것이다. 제1도는 본 발명의 제품을 제조하기 위한 주조 휘일장치(10)을 도시한 것이다. 상기 장치는 미합중국 특허 제3,623,535호에 기술되어 있는 장치와 유사하다. 주조휘일(10)은 주조휘일 주변부의 일부분이 밀폐된 주형을 형성하도록 가요성 무단밴드 즉 벨트(11)에 의해 덮혀지는 주변 홈(G)을 가지고 있다.

가요성 밴드(11)는 밴드 지지휘일(12),(13),(14)에 의해 주조 휘일주변의 일부분에 지지되어 주조휘일과 함께 회전한다. 밀폐된 주형 M이 시작하는 밴드 지지휘일 근처에서 용융강은 주입포트 즉 턴디시(16)으로 부터 공급관(16a)을 따라 주형 M에 주입된다.

본 발명의 양호한 실시예에서, 주조휘일 및 밴드의 모든 외면은 냉각액의 분사에 의해 연속적으로 냉각되며, 홈 및 밴드의 외부는 노즐(비도시됨) 즉 매니포울드 S₂, S₃, S₄, 에서의 냉각액의 분사에 의해 냉각되고 주변홈 G의 내부는 헤더 S₁상의 노즐로부터의 분사에 의해 냉각된다.

주변홈의 내측을 따른 각 노즐의 분사는 (노즐의 그룹) 노즐로부터 분사된 냉각액의 양을 변화시키기 위해 개별적으로 조정되게 됨으로써, 주형 M내의 금속의 냉각속도를 변화시킨다. 노즐(노즐의 그룹)에의 냉각액의 공급은 냉각액을 공급 및 정지시켜 주고 냉각액의 공급양을 변화시킬 수 있도록 조정 가능한 밸브에 의해 제어되는데, 이러한 냉각 장치는 사우스 와이어 컴페니의 미합중국 파허 제3,279,000호에 기술되어 있다. 굴곡부(18)는 밴드 지지휘일(14)위에 위치되어 밀폐된 주형 M부를 나온 후 주조휘일(10)의 주변부로부터 사출된 주강바아 B를 직선화시키는 수단으로 작용한다.

굴곡부(18)는 프레임(비도시됨)상에 정착된 다수의 지지안내로울(19)을 구비하고 있고, 측면 안내로울(도시안됨이 굴곡부(18)에 설치되어 강바아를 거의 수직면상에 위치시키도록 작용하게 된다. 지지안내로울(19)이 구동되거나 구동되지 않거나 간에 적어도 일부의 지지로울(19)은 강바아를 직선화하는데 도움을 주기 위해 작동하는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시 예에서, 추후 냉각헤더(21)는 밴드지지휘일(14)위에 인접설치되어 호형태의 주형 M에서 사출된 강바아의 냉각액을 직접 분사하는 작용을 한다.

본 발명의 방법에 따른 작동 시스템에서, 주조휘일(10)은 시계반대방향으로 회전하며, 용융강은 런디쉬에서 공급관(16a)을 통해 주조휘일의 주변 홈 G와 밴드(11) 사이에 형성된 주형 M으로 주입된다. 용융강은 철 및 비철 주조분야에 잘 알려진 방법으로 주형 M으로 주입되어지는데, 그 속도는 주조휘일이 용융강이 주형 M의 입구에서 일정한 수준으로 용융강의 풀(pool)의 표면이 유지되도록 공급관을 통하여 유입되는 속도만큼 빠르게 용융강을 공급관(16a)으로부터 주형 M으로 이동하도록 회전하는 속도이다. 공급관(16a)의 출구단부는 주형 M의 있구에 가능한한 근접하게 위치되어 용융강을 공급관으로부터 주형내의 용융금속의 풀로 직접 유입시킨다.

용융강의 주조휘일 주변의 주형 M으로 이동될때 냉각액은 헤더 S₁의 노즐 및 다른 헤더 S₂, S₃, S₄의 노즐로부터 주형에 분사되며, 밴드 및 주조휘일에 분사된 냉각액의 양은 용융강의 냉각속도를 제어하도록 적절하게 조정한다.

본 발명의 양호한 실시예에 있어서는 사우스 와이어 컴페니의 미합중국 특허공보 제3,279,000호에 시기술되어 있는 바와 같이 주조바아의 종축을 따라 균일한 냉각조건을 갖는다. 용융강의 초기금속냉각 및 응고는 주조휘일 및 밴드에서 발생하여 등축입자 조직을 갖는 응고강의 표피 즉 셸을 형성시킨다. 그런 다음 부분적으로 응고된 바아로부터 연속적으로 열을 추출하여 점진적이고 균일한 방법으로 용융코어내의 금속을 응고시켜 강의 과열여하에 따라 셸로부터 고체강바아 B의 중심쪽으로 수지상정 즉 등축조직을 형성한다.

주조휘일의 상부에서 용융금속으로서 주형 M에 주입된 용융강은 주조휘일의 하부 주변에서 하방으로 이동한 다음 상부 방향에서 밴드 지지휘일(14) 근처의 주형 M의 밀폐부분을 지날때까지 헤더(21)와 결합된 노즐로부터 추후냉각액을 분사하는 분사기를 통과하여 주조휘일을 벗어나 안내 휘일에 도달한다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 주형 M의 밀폐부분에서 사출된 응고강의 주변 표피의 외면 온도는 약 2500℉를 초과하지 않으며, 약 1900℉ 또는 2000℉정도이다. 주조휘일을 떠난 강 바아는 호형태의 주형 즉 호형주형 M의 곡면에 일치하는 형상을 가지므로 바아가 굴곡부(18)를 따라 이동할때 바아 B의 반경이 증가되어 점진적으로 직선화된다. 안내로울(19)은 바아를 지지하며 주조휘일(10) 위의 굴곡되지 않은 즉 직선경로를 따라 상기 바아를 안내하여 주는데, 최소한 한쌍의 안내로울(19)이 주조휘일(10)로부터 길이 방향을 따라 바아 B를 당기도록 구동되는 것이 바람직하다. 바아 B의 용융 코어는 헤더(21)상의 마지막 노즐의 마지막 분사기를 통과하는 시간동안 완전히 응고되어 주형입구의 용융금속 풀(pool)의 수준과 동등한 지점에 도달되기 전에 완전히 고체로 된다. 따라서 바아의 코어내의 용융금속이 응고되지 않은 바아 중심을 따라 주형 운동에 반대 방향으로 흐르지 않게 되므로 바아의 중심에 공극이 생긴다. 따라서 고체바아는 굴곡부(18)에 들어가기 전에 야금학적으로 완전하며, 굴곡되기전의 온도는 직선화 작업시 바아의 내부 응력을 제어하기 위하여 헤더(21)에 의해 공급된 냉각액의 량의 조정에 의해 조절된다.

본원에 기술된 주조휘일(10)의 장치에서, 주형 M은 주변홈의 내부에 위치된 작은 부분과 밴드(11)에 인접위 치된 큰 부분으로 대략 사다리꼴 형상을 이룬다.

그러므로 주조기(10)에 의해 주조된 강바아는 가장 큰 폭에서의 넓이는 6.67cm(2-5/8인치), 보다 작은 폭에서의 넓이는 5.4cm(2-1/8인치) 깊이는 4.76cm(1-7/8인치) 정도이며, 바아의 두측면과 작은 폭이 연결된 반경은 0.64(1/4인치) 정도이다. 다른 형상 및 크기의 바아는 희망에 따라 주조된다. 예를들어 데이타에 의하면, 31㎠ (4.8in²)의 바아는 1341cm/min(528in/min)의 속도로 주조되며, 52.3cm(8.1in²)의 바아는 1067(m/min (420in/min)으로 주조된다.

본 발명의 신규의 주강바아는 비교적 높은 선속도로 제조되는데, 그 이유는 급격한 냉경 냉각액분사에 의해 냉각된 호형주형 M의 비교적 긴 길이분 만큼이 주조휘일(10)의 비교적 빠른 회전속도에도 불구하고 응고가 성취되게 한다. 또한 비교적 반경이 작은 주조휘일(10)은 휘일이 회전할때 용융강의 방향을 급속히 변화시키는 반면에 종래 연속주조 기술에 의한 응고강은 일반적인 기간동안 수평방향을 유지하여 응고공정 동안 불순물이 상부 방향으로 부유한다. 본 발명에 따른 비교적 작은 단면적을 갖는 바아 B를 주조시, 바아 B는 성분 및 불순물의 편석이 일어나기 전에 헤더 S₁, S₂, S₃, S₄및 (21)과 결합된 노즐로부터의 냉액각의 분사에 의해 급격히 냉각된다. 따라서 본 발명의 제조방법은 비교적 작은 반경을 가지는 비교적 급속히 회전하는 주조휘일에 의해 편석 및 연편석이 발생하기 전에 급속히 응고되도록 충분히 냉각되어, 종래 주조기에서 제조된 주강과 다른 성질을 갖는 주강제품을 제조한다. 휘일 주형의 형태, 냉각수분사 지역 및 다소 작은 주조바아 단면등으로 종래 연속적인 강주조 방법에 비해 높은 열전달 속도를 얻을 수 있다.

냉각 또는 응고의 빠른 속도는 주조 시스템의 야금학적 높이로부터 얻을 수 있는데, 이 야금학적 높이는 주형내의 용융풀의 상부와 바아가 완전히 응고 되는 지점간의 거리로 정의된다. 본 발명의 제조방법에서는 31㎠ (4.8in²)의 바아를 35-44FPM(420-528 IPM)에서 제조하고, 그리고 52.3㎠ (8.1in²)의 바아를 25-35FPM(300-420IPM)에서 제조할때 야 4.6m(15ft)의 야금학적인 높이로 작업한다. 종래 정한형의 연속주조 시스템에서 야금학적 높이는 254-305cm(100-120in/min) (8.33-10FPM)의 속도에서 10.2cmx10.2cm(4″x4″) 빌렛으로 주조하기 위해 약 15-21m (50-70피이트)가 된다고 알려져 있다.

본 발명의 주조 바아는 약 25-30초 동안 완전히 응고되는 반면에 정한 형에 의한 주조 바아는 약 6분이 소요된다.

상기와 같이 빠른 냉각속도는 수지상정간 채널(interdendritic channels) 내의 고농도 용질 액체의 흐름을 감소시켜 비금속 불순물이 무질서하게 분포되어 용융강에 존재시 역편석을 감소시킨다. 이동 휘일주형에서의 용융강의 급속한 방향변화는 주조바아 내에서의 부적당한 위치의 불순물의 편석을 감소시킨다. 즉 초기 다소 얇은 응고셸 및 큰 용융중심부를 갖는 주조 바아는 헤더 S₂에서 시계 반대방향으로 이동하여 헤더 S₃, S₄를 지난 다음 응고셸이 용융중심부에 대해 크게 되는 지점(21)으로 이동하는데, 이것은 주조 바아가 90°이상의 호를 따라 이동되는 것을 의미한다. 이러한 응고 과정동안의 주조방향의 변화는 응고셸 내부의 상부에 부유되는 편석 성분 즉 불순물의 편석을 제거시키는 경향이 있는데, 그 이유는 응고셸의 “상부”는 항상 휘일의 회전에 따라 변화되기 때문이다.

본 발명에 따라 주조된 강바아에 있어서, 황 및 산소 불순물의 편석도, 탄소의 편석도를 측정하였다.

주조 바아의 휘일 측면으로부터 밴드 측면까지의 편석을 측정하기 위해 분석용으로 시편의 세부분을 주조바아의 횡단면에서 펀칭하였는데, 하나는 단면의 중심부이고, 다른 하나는 중심으로부터 좌측으로 20mm, 또 다른 하나는 중심으로부터 우측으로 20mm에서 펀칭하였다. 얻어진 값을 각 바아의 평균값을 얻기 위해 평균치로 계산하였다. 이 결과를 제2도, 3도 및 6도에 도시하였다.

제2도는 탄소 45%, 황 0.02%, 망간 0.99%, 인 0.02%, 규소 0.21% (시편 #45)의 조성을 갖는 강의로된 바아의 휘일 측면(0mm)과 밴드측면(44mm) 사이의 위치에 다한황의 평균 퍼센트를 표시한 그래프이다.

제2도에서 알 수 있듯이 바아 전체를 통하여 평균 황 함량의 최대 변화도는 0.0013% (13ppm)이며, 표준편차는 0.000498%이다. 이것은 편석이 심하게 일어나지 않고 황이 균일하게 분포된 것을 의미한다.

신규제품의 다른 시편에 있어서는 아래에 기재된 바와 같이 황 0.01755% 및 0.02993%을 가지는 시편에서 각각 최대 평균 황 함량변화도는 0.00114%-0,004% (11.4ppm-40ppm)이며, 황의 표준편차는 0.000483%-0.00128%로 변화한다.

제3도는 제2도에서 측정한 동일 주조 바아 즉 시편 45의 휘일 및 밴드 측면 사이의 위치에 대한 평균산소함량(ppm)의 그래프인데, 제3도에 도시된 바와 같이 산소함량은 70ppm이며, 바아 전체를 통한 평균산소함량의 최대 변화도는 5ppm(0.0005%)이고 표준편차는 1.651ppm이었다.

이것은 매우 바람직한 결과 즉 본원 주조 바아의 조직에서 성분의 균일도를 의미한다. 때로는 주조바아의 중심부에 기공이 존재하는데, 이것은 바아의 특정 위치에서 측정한 산소함량에 의해 생긴다. 이러한 기공은 본 발명의 편석을 나타내는 것이 아니고, 일반적으로 추후 가열공정시 제거된다.

본 발명의 개량된 산소편석 성질은 제3도와 4도 및 5도를 비교하여 알 수 있다.

제4도는 수평주형을 가진 “하제렛스트립-주조기”을 사용하여 주조한 주조바아의 상부 및 하부 사이의 위치에서의 산소함량의 퍼센트를 표시한 그래프이다. 이 그래프는 1969년도의 “오픈하스프로씨딩”에서의 휘트모어와 힐린카에 의한 “하제렛스트립 주조공정에 의한 저탄소 강슬래브의 연속주조”에서의 43페이지의 제6도에서 인용한 것이다.

이것은 ppm으로 고쳐보면, 제4도는 거의 100ppm (0.01%) 또는 그 이상의 최대 변화도와 거의 29.88ppm의 표준편차를 나타내준다. 이것은 수평으로 실시한 하제렛실험 주형공정에서 20°정도 기울어진 것인데, 평균 산소함량이 다소 낮은 약 0.004%일때도 중대한 산소 편석 문제점을 야기시킨다. 가장 심한 편석은 휘트모어와 힐린카에 의한 공보의 제4도에서 확실히 알 수 있는 바와같이 바아의 상부표면 근처에서 일어난다.

제5도는 진동주형을 포함하는 수직주형 연속 주조기에 의해 제조된 주조바아의 위치에서의 산소함량의 그래프이다. 이 그래프는 바아의 하부로부터 상부까지의 횡단면에서 선택한 5개 시편의 평균값을 나타내는데 이것은 0.46%의 탄소, 0.94%의 망간 0.21%의 인 0.016%의 황, 그리고 0.22%의 규소를 함유하고 있다. 제5도에 나타난 최대 변화도는 약 26.5ppm이고, 표준편차는 약 10.6ppm이었다. 평균 산소 함량은 0.006%이었다. 평균 산소함량이 약 0.009%인 다른 시편은 29ppm의 변화도를 나타내었다.

본 발명의 방법에 따라 제조된 주조바아는 예기치 않았던 균일한 탄소 분포를 가지는데, 이것은 그러한 주조바아 (시편 #48)의 탄소함량의 평균값을 나타내주는 제6도에 잘 나타나 있다. 이 특수한 바아는 0.185%의 탄소, 0.59%의 망간, 0.01%의 인, 0.032%의 황, 그리고 0.17%의 규소를 함유하고 있다. 제6도에 찍힌 점들은 제2도와 3도의 경우에서와 같이, 휘일과 밴드측면 사이의 주조 바아를 통한 각각의 위치에서의 6부분의 평균값이다. 제6도는 바아전체를 통하여 0.009% (90ppm)의 최대 평균 탄소함량 변화도와, 0.00305%의 표준 편차를 나타내준다. 본 발명에 있어서 용융강은 탄소가 하나의 성분으로서 0.04-1.4%의 범위로 존재하는 화학적 시스템으로부터 준비된다. 본 시편의 변화에 대한 이범위의 시료의 최대 변화는 비례적이 될 것이다.

출원인은 특히 탄소의 함량이 0.09-0.80% 사이에 있을때 우수한 결과가 얻어진다는 것을 알았다.

또 진동하는 호형태의 주형을 갖는 종래의 컨캐스트 주조기를 사용하여 주조한 주조의 바의 인장강도를 비교하기 위해 또 다른 실험을 실시하였는데, 상기한 두 주조바아는 용융된 상태가 동일한 강에서 주조한 것이. 다이 실험은 1인치의 익스텐소메터( extensometer)를 사용하여 변형율 0.001/sec에서 행하였다.

제7도는 인장강도 107-110asi (107,000-150,000psi)인 본 발명의 주조바아와 인장강도 93-94ksi인 종래 컨캐스트바아의 인장강도를 비교한 주상도이다.

이때의 용융된 강의 조성은 0.45%의 탄소, 0.97%의 망간의 인, 0.019%의 황, 그리고 0.017%의 규소이다. 따라서 본원주조바아의 인장강도에서의 0.21% 또는 그 이상의 증가는 본원주조바아에서 관찰된 성분과 불순물의 균일한 분포에 의한 것이다. 또 이러한 실험에서 본원주조바아는 하기한 표에서 알 수 있는 바와같이 종래의 컨캐스트바아보다 신율과 비례한계가 향상되었다.

제8도는 길이 1800미크론의 무질서한 선을 따라 본 발명에 의해 주조된 강 바아의 시편에서의 망간 x-레이의 강도를 도시한 것인데, 강도레벨은 망간 0.98%의 기본응집에 해당되며, 전자탐침분 석기로부터의 그래프상에 약 11 유닛의 절대기록에 해당하는 선 표식 100%에서 일정하다.

중요한 변화는 기본 레벨의 약 173% 즉 망간 1.69%의 국부응집에 해당하는 측정이다.

제9도는 종래 콘캐스트 공정에 의해 주조된 시편에서의 망간 x-레이 강도를 도시한 것으로, 강도레벨은 편석된 망간의 작은 지역에 해당하는 많은 피이크를 함유한다.

여기서 약 12유닛의 절대기록은 전자탐침 유닛으로부터의 스트립 챠아트상에서 관찰되며 100%라인으로 사용된다. 가장 중요한 피이크의 평균값은 기본레벨의 320%이며, 관찰된 망간함량에서의 최대 변화량은 아래에 기술된 바와같이 400% 이상이다.

이상에서 기술한 바와같이 강의 망간 함량이 무게로 0.3%-1.2%일때 양호한 결과를 얻을 수 있다.

본 발명이 본 발명의 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명되었는데, 또 변화와 수정도 상기의 본 발명의 이념과 범위내에서 그리고 청구범위에 정의된 범위내에서 행하여질 수 있다는 것은 이해되어질 것이다.

예를들어 출원인은 여기에서 본 발명에 따라 주조되어질 수 있는 강 조성의 한정된 범위내에의 대표적인 시편에 대해서만 서술한 것이다. 성분과 불순물의 농도가 시편분석에서의 정확한 응집내에서 변화되는 다른 조성에서도, 출원인인 비례적으로 개선된 결과를 얻을 수 있다고 기대하고 있다.

Claims (1)

1. 주형의 일부분을 밀폐시키는 적어도 하나의 이동 밴드에 의해 형성된 밀폐된 주형에 용융금속을 주입시키는 공정과, 용융금속이 주형벽에서 응고를 시작하여 용융코어 주위에 고체금속의 표면을 형성하게 하도록 상기주형을 냉각시키는 공정과 적어도 부분적으로 응고된 주조 바아를 주형의 밀폐부분으로부터 사출시키는 공정과, 냉각액을 분사하여 주조바아를 냉각시키는 공정으로 구성된 주강제품의 연속 주조방법에 있어서, 횡단면 측정시 미세편석이 없으며 성분 및 불순물이 균일하게 분포되어있는 강 바아를 제공하도록 망간함량의 최대 변화도를 평균 망간 함량의 약 400% 미만으로 할 수 있게 상기 각공정을 조절하는 것을 특징으로 하는 주강제품의 연속 주조방법.

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