KR920007883B1 - 양호한 표면질의 열간압연 밴드(hot-rolled band)를 위한 오스테나이트 스텐레스강 슬라브(slabs)의 제조방법 - Google Patents

Abstract

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Description

양호한 표면질의 열간압연 밴드(hot-rolled band)를 위한 오스테나이트 스텐레스강 슬라브(slabs)의 제조방법.

본 발명은 중간두께로 열간압될때 개선된 표면질을 가지도록 연속적으로 스텐레스강 슬라브를 주조하는 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 황함량을 극소로 한 오스테나이트 스텐레스강을 연속적으로 제조하여 열간압연 밴드의 표면질을 개선하는 방법에 관한 것이다.

강 슬라브의 제조에서 전기로, 상부취입 산소전로, 혹은 알곤-산소 탈탄(AOD) 베셀(vessel)을 포함하는 종래의 어떤 수단에 의해 필요한 강 조성물의 용탕을 제조하는 것은 전통적인 것이다. 이후 용융상태의 강, 예컨대 스텐레스강이 로(furnance)에서 래들(laddle)롤 옮겨지고 이로부터 다시 유동형 연속주조 몰드와 장치로 보낸다. 강절은 연속주조 몰드내에서 냉각되어 외피부분은 굳어지고 내부는 용융상태인 슬라브를 형성한다. 이 부분적으로 응고된 주조물이 일련의 지지롤을 통과할때 냉각수를 분무하여 주조물이 완전히 응고되게 한다. 이 응고작업은 지지롤로부터 빠져 나가기 전에 완전히 실행된다. 이후 주조물은 또다른 처리를 위해 필요한 길이로 절단한다.

일반적으로, 후속 과정은 열간압연과 또한 냉간 압연을 포함한다. 그러나 열간압연전에 보통 슬라브 표면상의 산화물, 스케일 및 비-금속 함유물 형태의 표면결함과 연속주조로 인한 주름같은 것을 제거하기 위해 표면연마 같은 표면손질 작업으로 개선시킨다. 많은 경우에서 열간압연전에 슬라브를 개선하는데 실패하면 열간압연된 밴드의 표면질과 냉간압연된 최종 두께제품의 표면질을 떨어뜨리는 결과를 가져온다.

슬라브의 표면손질작업이 되었건 아니되었던 간에, 슬라브는 로에서 재가열되고 중간 혹은 최종두께로 열간압연된다. 전통적으로 열간압연된 밴드는 소둔전후 숏 블라스팅(shot blasting) 및 산세척(piokling)같은 방법으로 스케일을 제거하고 표면질을 검사하게 된다. 만약 열간압연된 밴드가 양호한 표면질을 가지고 있으면 이 밴드는 그의 해당 용도에 사용하거나 혹은 중간소둔을 하면서 혹은 중간소둔없이 냉간압연에 의해 최종 냉간압연 두께로 만든다. 만약 열간압연된 밴드의 질이 양호하지 않으면, 이 밴드를 다시 연마하거나 하여 표면질을 개선하거나, 혹은 표면을 긁어낸다. 열간압연전에 필요한 슬라브 표면손질작업과 열간압연밴드의 표면손질작업은 노동-집약적이고 제품의 전체가격을 크게 상승시키며 수량손실의 증가로 제품제조효율이 떨어진다.

여러 출원들이 스텐레스강의 열간가공성을 개선하려는 시도를 보여왔다. 열간가공성에 역효과를 줌은 일반적으로 잘 알려져 있다. 예를들면 미국특허 제4,007,038호는 칼슘과 세륨 둘다의 임계량까지 합하여 황의 함량을 0.006% 이하로 유지시켜서 고몰리브데늄 함량의 오스테나이트 스텐레스강에 우수한 열간가공성을 제공하는 것을 발표했다. 이 열간가공성은 열간 및 냉간 마감 스트립에서 엣지 첵크(dege checks)의 감소를 특징으로 한다.

연속주조되는 슬라브로부터 압연된 코일의 열간압연 밴드 표면을 개선하는 것이 필요하다. 특히, 열간압연 작업전에 슬라브의 표면을 손질하였는지에 관계없이 슬라브로부터 열간압연된 밴드의 표면질을 개선하는 것이 필요하다. 열간압연한 밴드의 표면질을 개선하면서도 표면손질작업을 거치지 않아 최종 제품의 총비용을 감소시킬 수 있는 방법이 요구된다. 이 방법은 슬라브의 표면손질작업 여부에 관계없이 연속주조 슬라브를 표면질이 개선된 밴드로 만든다. 또한 열간압연 단계에서 슬라브로부터 진동혼(os cillation marks)에 기인한 분열파편 슬리이브(sliver) 혹은 심한 손상을 나타내는 스텐레스강의 크롬-니켈과 크롬-니켈-몰리브덴 등급의 열간압연 밴드의 표면질을 개선하는 것이 요구된다.

본 발명에 따르면, 약 15%이상의 크롬, 약 5%이상의 니켈, 또한 최대 0.002%의 황과 나머지로서 철과 강철제조에 필수 불가결한 표준첨가물 및 불순물들로 구성된 오스테나이트계 스텐레스강 스트립을 만드는 방법이다. 또한 본 발명은 슬라브를 열간압연하여 슬라브의 진동혼(oscillation marks)에 기인한 균열파편이나 손상이 감소한 특징이 있는 양호한 표면질을 갖는 열간밴드로 만드는 것을 포함한다.

본 발명의 실시예에서, 본 발명의 방법은 연속주조작업으로 스텐레스강 슬라브를 제조하기 위한 것으로써 제조된 열간압연 밴드는 표면손질에 특징이 있고 이런 특징은 용융스텐레스강 조성물내에서 황함량을 극소로 조절하면 얻어진다. 좀더 특별히는, 황을 임계최대치로 유지하며 한편 이 최대치는 스텐레스강의 조성에 따라 다소 변화될 것이다. 본 발명에 따른 황의 최대치는 0.0002%이고 0.001%이면 바람직하다.

본 발명을 완성하는 과정에서 AISI 300 시리즈 같은 크롬-니켈 등급의 스텐레스강은 AISI 200 시리즈 같은 다른 스텐레스강들 보다 열간압연밴드에서 불량한 표면질의 가지기 쉽다는 것이 발견되었다. 또한 스텐레스강에서 오스테나이트 조직이 더 강하거나 더 우수한 합금강일수록 열간압연된 밴드는 균열파편 형태로 불량한 표면질을 나타내기 쉽다는 것이 발견되었다. 완전히 오스테나이트화 된 강은 열간-압연 밴드에 있어서 오스테나이트계 혹은 페라이트계 스텐레스강보다 균일파편으로 되는 경향이 더 강하다.

이 목적을 위해, 열간-압연된 밴드 표면질을 결정하는 기준은 열간-압연밴드의 스케일을 제거한 후 검사하여 측정한 것이다. 검사는 표면의 외관 및 느낌 혹은 감촉 모두를 포함한다. 양호한 표면질을 가진 열간압연밴드는 우수한 표면 무결성과 외관과 감촉에서 매끈하고 깨짐이 없을 것이다. 불량한 표면질은 표면에서 열파편을 나타내고 거칠고 갈라져있고 외관과 감촉에서 균일하지 못한 표면을 보일 것이다. 열간압연된 밴드는 스케일 제거 및 냉간압연같은 후속처리 과정전에 소둔하거나 하지 않아도 된다. 이러한 소둔과정은 본 발명에 기여하지 않는 것이다.

AISI 200 시리즈 등급의 연속주조에서 종래 작업은 함량을 최대 0.01%, 특히 최대 0.007%이나 더 특별하게는 최대 0.005%로 유지시킬 경우, 만약 슬라브가 열간압연전에 표면손질을 하지 않았다면 열간압연밴드의 표면질이 우수하게 개선된다. 200시리즈의 크롬-망간-니켈합금에 대한 통상의 보고서에서 황 함량은 최대 0.030%이다. 그러나 이러한 등급은 AISI 300 시리즈 보다 쉽게 우수한 표면질의 열간압연밴드를 제조할 수 있다.

비록 특별한 이론에 의해 뒷받침하는 어떤 개념은 없지만, 최대 허용 황함량(me ximum tolerable sulfur level)은 그 등급에서의 황에 대한 내성과 합금 함량에 영향을 미치는 등급에 대한 응고 메카니즘의 함수이고 이것이 어떻게 슬라브의 고온연성에 영향을 미치는가를 보여준다. 더구나 그 등급의 물질이 더욱더 오스테나이트화 하고/또는 더욱더 우수한 합금으로 형성될수록 황에 대한 내성이 더 작고 열간압연밴드의 표면질에 있어서 문제를 야기시키기 쉽다. 일반적으로 최선의 결과는 가능한한 가장 낮은 황함량에서 얻어진다. 대체로, 황의 총량은 슬라브에서의 오스테나이트 구조의 총량과 또한 더 우수한 합금으로 처리된 슬라브의 조성에 대해 역으로 조정되어야 함을 발견하였다. 환언하면, 최대 0.002%으로서 비교적 낮은 황함량일때 비교적 많은 오스테나이트 구조와 또는 더 우수한 합금으로 만들어져서 질의 열간압연밴드를 얻을 수 있도록 하여야 한다.

슬라브가 표면처리 되었건 아니되었건 간에, 균열파편은 고온연성의 감소로부터 연유되며 열간압연에 의해 생기 인장 응력으로 인해 슬라브 표면에 고온균열을 일으킨다. 균열은 장력연신율이 고온연성율을 초과하였을 때 일어난다. 이러한 균열파편은 슬라브 표면에 이미 존재하던 결함때문이라고는 연속주조에서 생긴 진동혼이 뚜렷하여 열간-압연 작업중에 고온 균열로 인한 현저한 무늬를 만들게 된다. 비록 그 구조는 명백히 이해되지 못했지만 황함량이 작을 경우 연속주조 슬라브로 만든 열간압연 밴드의 표면질을 개선하는데 우수한 효과를 얻는 것이 명백하였다.

본 발명의 방법은 15%이상의 크롬과 5%이상의 니켈을 주요성분으로 하는 스텐레스강 조성물에 특히 적당하다. 특히, 16% 내지 26%의 크롬, 특히 16% 내지 20%의 크롬을 함유한 강철슬라브 조성물은 열간압연밴드의 표면질이 개선되는 효과를 얻는 본 발명에 유리하다. 더구나 6% 내지 22%의 니켈, 특히 6% 내지 17%의 니켈을 함유한 강철슬라브 조성물은 본 발명의 청구범위에 따른 본 발명의 연속주조방법을 사용하면 유리하다.

상기 강철 조성물은 최대 5%의 몰리브덴과 스텐레스강의 고유특성, 즉 점부식, 틈부식 혹은 입자간 부식에 대한 저항성같은 특성들을 개선하는데 유용한 혹은 안정제로 유용한 티타늄 및 콜롬비움같은 다른 성분도 부가할 수 있다. 또한 상기 조성물은 통상의 제강성분들과 나머지로서 철을 포함하고 있다.

본 강철슬라브 조성물은 16 내지 26%의 Cr과 또한 6 내지 22%의 니켈을 함유한다. 특히 본 조성물은 16 내지 20%의 크롬과 6 내지 17%의 니켈과 최대 5%의 몰리브덴을 함유하거나 혹은 16 내지 18%의 크롬과 10 내지 14%의 니켈과 최대 3%의 몰리브덴을 함유한다. 본 발명으로 좋은 결과를 얻을 수 있는 다른 합금들은 16 내지 18%의 크롬과 6 내지 8%의 니켈, 혹은 18 내지 20%의 크롬과 8 내지 12%의 니켈을 주요 구성성분으로 하는 것들이다.

본 발명의 완전한 이해를 위해 하기의 실시예들이 제시되었다.

[실시예 1]

대표적인 AISI 316/316L 등급의 합금들을 용융하고 연속주조한후 코일형상의 시이트(sheet) 크기로 강을 열간압연하는 공장실험이 실시되었다. 시료들은 상업적인 생산-크기의 알곤-산소틸탄(AOD) 베셀(vessel)에서 융융되었고 그 조성은 다음과 같은 대표적인 AISI 316/316L의 분석결과를 보여준다.

조성물의 각성분들을 용융상태로 유지한후 주조에 들어가기 전에, 여러 탈황제 혼합물을 사용하여 표 1에서 기술된 황의 각함량에 도달하도록 하였다. 이후 각 시료들은 두께 8인치(20㎝)와 폭 51인치(127㎝)의 슬라브로 연속주조되었다. 이후 슬라브는 연마석으로 연마하는 종래 방법으로 표면손질하고, 연마된 슬라브는 로(furnace)에서 2000℉(1093℃)이상으로 재가열하고 다시 코일형상의 열간압연 밴드 중간 두께로 직접 열간압연한다. 열간압연 작업은 슬라브를 1인치(2.5㎝)보다 작은 두께로 열간압축한 후 열간압연된 밴드 두께(HRB)로 즉시 열간압연시켰다. 이후 열간압연된 밴드는 소둔처리하고, 쇼트 블라스팅(shot blasting)과 산세척으로 스케일 제거후 표면질을 검사하였다. 열간압연 밴드 두께는 0.2인치(0.5㎝) 정도이었다. 검사 결과는 표 I에 기재되어 있다.

[표 1]

표 1의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 연마하여 표면손질한 주조 슬라브를 열간압연시킨 종래의 AISI 316/316L 스텐레스강에서 황의 함량은 연간압연 밴드의 표면질에 직접 영향을 미치고 있다. 대체로 AISI 316/316L 등급은 황을 최대 0.030%까지 함유한다. 표 I로부터 0.003%이상의 황함량을 갖는 시료들은 비록 슬라브들이 열간압연전에 표면손질되더라도 상당한 수의 열간압연 코일들이 불합격된다. 특히, 열간압연 밴드코일의 40.9%만 수용되고 있음을 발견하였다. 약 0.002%의 황함량을 가진 시료들은 열간압연 코일의 69.4%를 수용할 수 있는 우수한 표면질을 보여준다. 심지어 약 0.001%의 황함량으로 낮아질 때는 양호한 표면질의 코일수가 극적으로 약 92.8%까지 증가되었다. 이 자료는 약 0.002%이하의 극히 낮은 수준까지 황함량을 낮추면 슬라브는 열간압연 작업에 앞서서 표면연마한후 양호한 표면질의 열간압연밴드를 제조함에 있어 큰 개선이 이루어짐은 명백하다.

본 발명전에는 표면질 때문에 열간압연된 T316/316L가 불합격되는 비율이 대략 50% 정도이었다. 다른말로, 약 50%의 코일만이 합격될 수 있는 표면질을 가지고 있었음을 알 수 있다. 이러한 불합격된 코일은 연마 혹은 이와 유사한 방법에 의해 표면손질하여 표면질을 개선하는 것이 필요하다. 하지만 제조비용이 상승하고 많은 손실이 생긴다.

[실시예 2]

열간압연 작업전에 슬라브를 표면손질 하는지 여부에 관계없이 열간압연 밴드의 표면질 불합격비율이 개선되었나를 결정하기 위해 다른 공장실험이 실시되었다. 황함량이 약 0.002%이하인 Type 304 스텐레스강의 시료가 준비되었다. 이 시료들은 다음같은 대표적인 AISI 304 조성비를 가지고 있다.

시료들은 실시예 1과 비슷한 방법으로 준비되었다. 그러나 시료A에서 D까지의 연속주조 슬라브들은 균열이 있었고 한편 이 슬라브들 중 일부는 열간압연 작업전에 연마작업을 거쳐 표면손질 되었고 다른 슬라브들은 열간압연전에 표면손실되지 않았다. 공장실험의 결과는 표 2에서 나타나 있다.

[표 2]

표 2의 자료들은 Type 304 스텐레스강에 있어서 황의 함량이 극소일 때 열간압연 작업전에 연마작업으로 표면손실하였거나 하지 않았거나 간에 합격될 수 있는 우수한 표면질의 열간압연 밴드코일을 높은 비율로 구비함을 보여주고 있다. 비록 황의 극소 황량이 100% 합격될 수 있는 표면질을 만들 수는 없더라도 연마된 슬라브와 안마안된 슬라브 둘다로부터 만들어진 열간압연 밴드코일의 표면질을 충분하게 개선하고 있다. 슬라브 연마방식, 겹침, 스케일상태 및 기계적손상 같은 유황함량에 관련되지 않은 표면질에 기인하여 코일이 불합격하는 문제도 있다. 연마하지 않은 슬라브의 경우에도 열간압연 밴드코일의 약 75%가 합격될 수 있는 표면질을 가졌다. 본 발명전에는 Type 304 스텐레스강의 연속주조의 슬라브의 극히 일부만이 열간압연 작업전에 표면손질을 하지 않았다. 이는 이들 열간압연 밴드들이 균열파편을 나타내는 경향이 컸기 때문이다. 대체로 본 발명전에는 연마안된 슬라브의 80% 정도가 불합격되었다.

본 발명의 목적은 연속주조 슬라브로부터 만들어진 열간압연 밴드의 균열파편 (sliver)이 크게 감소한 것을 특징으로 한 양호한 표면질을 만드는 것이다. 더구나, 본 발명의 교시의 관점에서 당해 분야의 전문가들은 어느등급의 물질을 슬라브로 연속주조하고 이것을 노동집약적이고 비용이 많이 드는 표면손질작업을 거치지 않고 양호한 표면질의 많은 열간압연 밴드를 생산할 수 있는가를 결정할 수 있다. 본 발명의 방법은 어떤 스텐레스강 조성물에도 유용하겠지만 크롬-니켈, 또한 크롬-니켈-몰리브덴 오스테나이트 등급의 물질에 특히 적당하다.

바람직한 실시예가 기술되었지만 당해분야의 전문가라면 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 여러가지로 변화시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다.

Claims (11)

16 내지 25%의 코롬, 6 내지 22%의 니켈과 최대함량이 0.002%인 황을 포함하고 또한 강철제조에 필수불가결한 첨가물인 5%이하의 몰리브덴과 나머지로서 철을 포함하는 조성으로 된 8인치(20㎝) 두께와 51인치(127㎝)폭의 슬라브(slab)를 연속 주조하고 이 슬라브를 2000℉(1093℃) 이상의 온도에서 열간압축하여 1인치(2.5㎝)두께가 되게하고 그후 열간압연하여 열간압연밴드 표준두께(HRB)인 0.2인치(0.5㎝)로 만들고 열간압연밴드를 소둔하고 밴드의 스케일을 제거하는 단계로 구성되고 한편 스케일 제거시 열간압연밴드상의 균열파편(sliver)이 감소한 우수한 표면질을 얻게 됨을 특징으로 하는 오스테나이트 스텐레스강슬라브(slab) 제조방법.

제1항에 있어서, 강 슬라브내에 있는 황의 최대함량이 0.001%인 것을 특징으로 한 제조방법.

제1항에 있어서, 강슬라브가 16 내지 20% 크롬과 10 내지 14% 니켈을 포함하는 것을 특징으로 한 제조방법.

제1항에 있어서, 강슬라브가 16 내지 18% 크롬, 10 내지 14% 니켈과 또한 3%이하의 몰리브덴을 포함하는 것을 특징으로 한 제조방법.

제1항에 있어서, 강슬라브가 16 내지 18% 크롬, 6 내지 8% 니켈을 포함하는 것을 특징으로 한 제조방법.

제1항에 있어서, 강슬라브가 18 내지 20% 크롬과 8 내지 12% 니켈을 포함하는 것을 특징으로 한 제조방법.

제1항에 있어서, 열간압연전에 슬라브의 표면을 손질함을 특징으로 한 제조방법.

제1항에 있어서, 슬라브를 표면손질없이 열간압연으로 압축시키는 것을 특징으로 한 제조방법.

제1항에 있어서, 열간압연 밴드를 소둔하고 스케일 제거후 냉간압연하여 최종 제품 규격으로 만드는 것을 특징으로 한 제조방법.

제1항에 있어서, 슬라브의 오스테나이트 구조의 양이 클수록 황의 함량은 작아지도록 조절하는 것을 특징으로 하는 제조방법.

제1항에 있어서, 슬라브 조성물이 더 우수한 합금으로 만들어질수록 황의 함량은 작아지도록 조절하는 것을 특징으로 하는 제조방법.