KR950008378B1 - 열간압연을 위한 오스테나이트계 스테인레스강 슬라브의 가열방법 - Google Patents

열간압연을 위한 오스테나이트계 스테인레스강 슬라브의 가열방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

열간압연을 위한 오스테나이트계 스테인레스강 슬라브의 가열방법
제1도는 1250℃에서 Mo를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강의 산화 속도에 미치는 과잉 산소의 영향을 나타내는 그래프.
제2도는 1250℃에서 산화된 Mo를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강의 과잉 산소별 스케일 단면 형상을 보여주는 주사현미경사진.
제3도는 1250℃의 3.0% 과잉산소분위기에서 산화된 Mo를 함유한 오스테니이트계 스테인레스강에 발생된 노들 (Nodule)의 형상을 보여주는 주사현미경 사진.
제4도는 1250℃의 0.8% 과잉산소분위기에서 산화된 Mo를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강에 스케일에 대한 EPMA 분석결과를 보여주는 사진.
제5도는 1250℃에서 산화된 Mo를 함유한 오스테나이트계에 스테인레스강의 과잉 산소별 스케일/금속 계면 형상을 보여주는 주사 현미경사진.
제6도는 1250℃의 0.8% 과잉산소 분위기에서 산화된 Mo를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강 스케일/ 금속계면의 EPMA분석결과를 보여주는 사진.
제7도는 1250℃에서 Type 321 스테인레스강의 산화속도에 미치는 과잉 산소의 영향을 나타내는 그래프.
제8도는 1250℃에서 산화된 Type 321스테인레스강의 스케일 파괴개시온도에 미치는 과잉산소의 영향을 나타내는 그래프.
제9도는 1250℃에서 산화된 Type 321 스테인레스강의 과잉산소별 스케일 단면형상을 보여주는 주사 현미경 사진.
제10도는 1250℃의 3.0%와 4.7% 과잉산소분위기에서 산화된 Type 321 스테인레스강에 발생된 노들(Nodule)의 형상을 보여주는 주사 현미경 사진.
제11도는 1250℃의 0.8% 과잉산소분위기에서 산화된 Type 321 스테인레스강의 스케일 단면형상을 저배로 관찰한 주사 현미경사진.
제12도는 1250℃의 0.8% 과잉산소 분위기에서 산화된 Type 321 스테인레스강 스케일 단면의 EPMA 분석결과를 보여주는 사진.
제13도는 1250℃의 4.7% 과잉산소 분위기에서 산화된 Type 321 스테인레스강 스케일 단면의 EPMA 분석결과를 보여주는 사진.
본 발명은 오스테나이트계 스테인레스강 슬라이브를 열간압연하기 위하여 슬라브를 가열하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 Mo 또는 Ti 함유 오스테나이트계 스테인레스강 슬라브를 열간압연하기 위하여 가열로에서 가열하는 방법에 관한 것이다.
통상 스테인레스강 슬라브를 열간압하기 위하여 스테인레스강 슬라브를 1200℃이상의 온도로 가열하여 열간압연을 위한 온도를 확보하고 있다.
그런데, 슬라브 표면에 형성된 Cr2O3보호피막은 1000℃이상의 온도에서 그 기능이 상실되기 때문에 가열로내에서 슬라브 표층부의 산화는 급속히 진행된다.
특히, 가열로 연료로 코우크 개스(COG) 및 용광로개스(BFG)등을 사용하는 경우 연소가스 분위기내에 이산화탄소와 수분이 형성되어 산화속도는 급격히 증가하여 매우 두꺼운 스케일층을 형성하게 된다.
이러한 가열로 스케일은 열간압연시 스케일 박리 공정(descaling)에서 완전히 제거하여야 하는데 그렇지 못한 경우 열간압연시 열간압연판에 압입되어 슬리버(Sliver)와 같은 표면 결함으로 표출될 수 있다.
따라서, 열압연강판의 표면 품질을 개선하고 실수율을 향상시키기 위하여 열간압연을 위한 가열로 공정에서 박리가 용이하지 않은 스케일의 생성량을 최소화 하는 것이 요구되고 있다.
이와 관련하여, Y. Kinoshita 등은 가열로내에서 18Cr-8Ni 오스테나이트계 스테인레스강의 산화는 과잉 산소량이 3.0% 일때 가장 적게 발생된다고 보고하면서 이러한 현상은 과잉 산소량이 높은 경우 조밀한 노듈(nodule) 산화물이 형성되어 계속적인 성장이 억제되는 반면, 과잉산소량이 낮은 경우에는 노듈의 성장이 내부 산화형태로 진행됨에 기인한다고 설명하고 있으며(일본 철과강, 7, 57(1979)), A. Eduwards등은 이러한 노듈의 성장이 열연판에 가늘고 짧은 선상의 결함을 유발한다고 보고한 바 있다(Iron and Steel institude, 8, 1067(1969)). 스테인레스강 슬라브의 가열로 산화에 미치는 인자로는, 통상, 강의 합성분계, 온도, 연료 및 분위기 가스 조성등을 들 수 있는데, 이중 합금성분계는 조성에 따라 가열로와 같은 1200℃ 이상의 고온역에서 강의 조직을 결정하며, 이러한 조직의 변화는 합금 원소들의 확산속도를 변화시켜 산화 기구의 근본적인 변화를 유발할 수 있으며, 또한, 합금 성분계중 Ti나 Mo와 같이 산소와의 친화력이 가장 강한 합금원소가 일정량 이상 함유되는 경우 산화거동의 변화를 유발할 수 있다.
따라서, 상기한 Y. Kinoshita등이 보고한 공지기술은 18Cr-18Ni 오스테나이트계 스테인레스강 슬라브의 가열로 조업에 적절히 적용될 뿐, 산소와의 친화력이 강한 Mo나 Ti과 같은 합금원소를 함유하고 있는 오스테나이트계 스테인레스강 슬라브의 가열로 조업에는 적절히 적용될 수 없게 된다.
이에, 본 발명자는 COG(코크스 오븐 개스)와 BFG(용광로 가스)를 혼합한 혼합가스를 연료로 사용하는 가열로 공정에 있어서 Mo와 Ti 함유한 오스테나이트계 스테인레스강 슬라브이 가열로 산화에 미치는 과잉산소의 영향을 관찰하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로써, 본 발명은 열간압연을 위하여 Mo 또는 Ti 함유 오스테나이트계 스테인레스강 슬라브를 가열할때 가열로 분위기내의 과잉산소량을 적절히 조절함으로써, 스케일의 생성량을 최소화하여 열간압연판의 표면품질을 개선할 뿐만 아니라 실수율 향상을 가져오는 Mo 또는 Ti 함유 오스테나이트계 스테인레스강 슬라브의 가열방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은, 2-5wt%의 Mo을 함유하는 오스테나이트계 스테인레스강 슬라브를 열간압연하기 위하여 COG와 BFG와의 혼합개스를 연료로 사용하여 가열로에서 가열하는 방법에 있어서, 가열로 분위기중의 과잉산소량이 1.0Vol%이하가 되도록 제어하는 열간압연을 위한 오스테나이트계 스테인레스강 슬라브의 가열방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 0.2-0.5wt%의 Ti을 함유하는 Type 321 스테인레스강 (STS 321) 슬라브를 열간압연하기 위하여 COG와 BFG와의 혼합개스를 연료로 사용하여 가열로에서 가열하는 방법에 있어서, 가열로 분위기중의 과잉산소량이 4.0-8.0Vol.%가 되도록 제어하는 열간압연을 위한 오스테나이트계 스테인레스강 슬라브의 가열방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
Mo 함유 스테인레스강으로서 본 발명에 적용될 수 있는 바람직한 스테인레스강으로는 C : 0.08wt%이하, Cr : 16-18wt%, Ni : 10-15wt%, N : 0.1wt% 이하, Si : 1.0wt%이하, Mn : 2.0wt%이하, B : 0.005wt%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 이루어지고, 여기에 2-5wt%의 Mo이 함유되는 오스테나이트계 스테인레스강을 들 수 있다.
상기 오스테나이트계 스테인레스강에 있어서 C은 강력한 오스테나이트계 안정화 원소이나, 0.08wt%이상 첨가시 입계 Cr 탄화물을 형성하여 내식성을 저하시키므로, 상기 C의 함량은 0.08wt% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 Cr은 내식성 향상 원소로서 15wt%이상 첨가시 Cr2O3부동태 피막의 형성에 의해 내식성이 상승하지만, 다량 첨가시 오스테나이트상 안정성이 저하되고, 16-18wt%일때 오스테나이트상 안정에 요구되는 Ni량이 최소화되므로 상기 Cr의 함량은 16-18wt%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 Ni은 오스테나이트상 형성원소로서 Cr의 함량이 16-18wt%일때 오스테나이트상안정성을 위해 8wt%이상이 되어야 하지만, Mo등의 페라이트 형성원소의 첨가 또는 C함량 저하시 슬라이브내의 δ-페라이트(ferrite) 상분률 저하를 위하여 10wt%이상이 되어야 한다. 그러나, Ni은 전략원소로서 그 가격이 매우 비싸므로 그 함량은 10-15wt%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 N은 C과 같이 강력한 오스테나이트 안정화원소로서 고용강화 효과에 의한 강도 상승에 기여하는 바가 크지만, 다량 첨가시 석출물등의 형성에 의해 기계적 성질의 저하가 발생되므로, 상기 N의 함량은 0.1wt%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 Si은 다량 첨가시 내산화성을 향상시키거나 기계적 성질을 저하시키므로 1.0wt% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 Mn은 첨가량 증가와 함께 내산화성을 저하시키며, 슬라브 표면에 국부산화를 촉진하고 개재물등을 형성하므로, 그 함량은 2.0wt% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 B은 미량 첨가시 고온에서 열간가공성을 향상시키지만, 0.005wt%이상 첨가시 액상의 공정상을 형성하여 열간가공성을 저하시키므로, 상기 B의 함량은 0.005wt%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 Mo은 공식 및 틈부식과 같은 국부부식의 저항을 향상시키는 원소로서 첨가량이 2% 이상에서 월등한 내식성을 보이지만, 댜량 첨가시 열간가공성을 저하시키고 시그마상등의 형성에 의한 취성을 보이므로, 상기 Mo의 함량은 2.0-5.0wt%로 제한하는 것이 바람직하다.
한편, Ti 함유 스테인레스강으로서 본 발명에 적용될 수 있는 바람직한 스테인레스강으로는 0.2-0.5wt%의 Ti을 함유하는 Type 321 스테인레스강(STS 321)을 들 수 있다.
본 발명에 있어, Mo 함유 스테인레스강을 가열로에서 가열할 시 가열로내의 과잉 산소량이 1.0Vol. % 이상인 경우에는 스케일과 금속이 혼재되는 경향은 감소하지만, 수십에서 수백 ㎛크기의 노듈들이 스케일/금속계면에서 전면적으로 발달하여 열간압연중 슬리버와 같은 표면결함의 발생율이 높아지므로, 과잉산소량은 1.0vol.%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
가열로내의 Type 321강의 산화는 Mo 함유 스테인레스강의 산화와는 다른 기구를 갖는데, 이에 대하여 설명하면 다음과 같다.
가열내에서 Type 321강의 산화는 보호피막을 형성하지를 못하는데, 이는 Ti 및 Mn과 같은 합금원소의 첨가에 기인한다.
일반적으로, Mn은 내산화성에 유해한 원소로 알려져 있으며, 스테인레스강의 산화에서 Mn은 S(스케일/M(금속) 계면 또는 G(개스)/S(스케일) 계면에 MnCr2O4스피넬 산화물 형태로 존재하며, 또한 Mn은 유동성이 좋아 Cr2O3피막을 통과하여 G/S 계면으로의 이동이 용이하므로 Mn 첨가당의 경우 내산화성은 저하된다.
본 발명자의 실험에서 G/S 계면의 스케일로부터 Mn과 cr이 다량 검출됨이 확인되었는데, 이는 G/S 계면에 MnxCryO4가 형성되어 있음을 예시하는 것이다.
Ti도 Mn과 유사한 산화거동을 보여주고 있지만, Mn에 비하여 유동성이 떨어지므로 일부는 내부산화물(internal oxide)형태로도 존재하게 되는데, 이는 본 발명자의 실험에서도 S/M 계면에 Ti이 일부 검출됨으로써 입증되었다.
이와같이, Type 321강은 Mn과 Ti의 확산으로 인하여 낮은 온도, 낮은 산소 분압하에서도 산화가 빠르게 진행되는 것으로 판단된다.
그러나, Type 321강의 산화속도는 과잉산소 분압이 증가하는 경우 오히려 저하하는 경향을 보이게 되는데, 이에 대하여 설명하면 다음과 같다.
우선, STS 304 강에 형성된 노듈형 산화물(nodular oxide)의 EPMA 분석 결과를 살펴보면, 노듈에 따라 Mn의 존재 부위는 다양하여 노듈형 산화물/금속계면에 연속적인 보호피막의 형태로 존재하기도 하며 노듈/스케일 계면에 존재하기도 한다.
이러한 분석결과는 Mn이 노듈이 성장과 함께 초기에는 노듈/금속계면에 MnxCryO4형태로 존재하다가 시간의 경과와 함께 Mn은 G/S 계면쪽으로 이동하여 나가고 있을 가능성이 큼을 의미한다.
즉, STS 321강의 초기 산화단계에서 S/M계면에 형성되는 스케일은 Cr2O3보다는 MnxCryO4일 가능성이 크며, 이 경우 스피넬 산화물은 Cr2O3보다 연성(ductility)이 커 스케일 파괴(scale braeakaway)를 지연시키게 된다. 그러나, 산화의 지속적인 진행과 함께 Mn은 G/S계면측으로 지속적으로 확산하여 G/S 계면에 Cr-rich MnxCryO4스피넬을 형성하여 S/M 계면에는 Cr2O3가 주성분인 보호피막이 형성되게 된다.
G/S 계면쪽에서 형성된 Cr-리치(rich) MnxCryO4스피넬은 Fe-산화물의 성장을 억제하며, S/M 계면내 산소분압을 낮추는 역할을 한다.
스피넬 산화물내 금속이온의 확산속도가 Cr2O3내 금속이온의 확산속도 보다 빠르지만, Cr2O3피막이 보호피막으로서의 기능을 상실하는 조간하에서는 Cr-리치 MnxCryO4는 Fe-산화물에 비하여 산소이온의 침투 및 금속이온의 확산을 억제하는데 매우 효과적일 것으로 판단된다.
즉, S/M 계면내 형성된 Cr2O3피막이 보호피막으로서의 기능을 유지하는 경우 Mn 및 Ti의 첨가는 빠른 확산을 통하여 산화속도를 증가시키지만, S/M 계면내 Cr2O3피막이 보호피막으로서의 기능을 상실하는 조건하에서는 계속적인 스케일 분리와 노듈형 산화물의 성장과정이 반복되는 조건하에서 Mn의 첨가는 S/M 계면에 형성된 스케일의 연성을 향상시켜 스케일 분리온도를 상승시키고 동시에 G/S 계면쪽으로 지속적인 확산을 통하여 Cr-리치 MnxCryO4스피넬 산화물을 형성하여 S/M 계면내 산소분압을 낮추고 Fe이온의 확산을 저지하는 결합을 하여 산화속도를 약간 저하시키는 역할을 하게 된다.
Type 321강을 가열로에서 가열할때 과잉산소량이 4Vol.%이하인 경우에는 Cr2O3의 보호피막을 충분히 형성하지 못하여 노듈 산화물에 대형화되므로 표면결함을 유발하고, 8vol.% 이상인 경우에는 열량의 손실이 커 비경적이므로 과잉산소랑은 4.0-8.0vol.%로 제한하는 것이 바람직하다.
본 발명에 적용되는 오스테나이트계 스테인레스강 슬라브를 열간압연하기 위해서는 슬라브를 가열로에서 1200℃이상으로 열간압연에 필요한 온도를 확보해야 한다.
일반적으로, 가열로의 예열대, 가열대 및 균열대로 이루어져 있으며, COG, BFG 및 LNG등의 연료와 공기를 가열로에 도입시켜 가열로내에서 연소반응이 일어나도록 하므로서 연소반응에 의한 반응열로서 가열로 내를 통과하는 슬라브를 예열, 가열 및 균열시킨다.
이때, 가열로내의 온도는 1100℃이상이 되기 때문에 가열로에 도입된 연료는 전부 공기중의 산소와 반응하여 연소되므로, 가열로내의 가스조성(가열로 분위기)은 CO2와 H2O등의 연소가스와 공기중에 함유되어 있는 질소(N2)와 과잉산소(Ex. O2)등으로 이루어진다. Mo 함유강을 가열로에서 가열하는 경우 가열로내의 가스(분위기)는 1.0vol.% 이하의 과잉산소, 10-12vol.%의 CO2, 16-19vol.%의 H2O, 및 잔부 N2로 조성되는 것이 바람직하다.
또한, Ti 함유 Type 321강을 가열로에서 가열하는 경우 가열로내의 가스(분위기)는 4.0-8.0vol.%의 과잉산소, 7-10vol.%의 CO2, 12-16vol.% H2O, 및 잔부 N2로 조성되는 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
실시예 1
하기표 1과 같이 조성되는 Mo 함유 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조 슬라브의 표층부를 시편으로 사용하였다.
슬라브 시편의 가열은 가열로내 슬라브 표층부의 승온속도 측정결과에 기초하여 상온에서 600℃까지는 50℃/min으로 가열하고, 1250℃까지는 5-7℃/min의 속도로 승온시켰으며, 이때 전체승온 시간은 120분이였고, 이후 1250℃에서 90분간 유지하였다.
이때, 가열로 분위기의 조성은 하기표 2와 같이 변화시켰으며, 과잉산소량은 공연비 조절에 의해 변화시켰다.
상기와 같이 가열된 시편에 대하여 1250℃에서의 과잉산소량 변화에 따른 산화증량 변화를 조사하고, 그 결과를 제1도에 나타내었다.
또한 상기와 같이 가열된 시편에 대하여 과잉산소별 스케일 단면 형상을 주사현미경으로 관찰하고, 그 결과를 제2도에 나타내었으며, 3.0% 과잉 산소분위기에서 산화된 시편에 발생된 노듈의 형상을 주사현미경으로 관찰하고, 그 결과를 제3도에 나타내었다.
또한, 상기와 같이 가열된 시편중에서 0.8% 과잉산소분위기에서 산화된 시편의 스케일에 대하여 EPMA 분석을 행하고, 그 분석결과를 제4도에 나타내었다.
또한, 상기와 같이 가열된 시편에 대하여 과잉산소별 스케일/금속계면 형상을 주사현미경으로 관찰하고, 그 관찰결과를 제5도에 나타내었다.
또한, 상기와같이 가열된 시편중에서 0.8% 과잉산소 분위기에서 산화된 시편의 스케일/금속 계면에 대하여 EPMA 분석하고, 그 분석결과를 제6도에 나타내었다.
[표 1]
[표 2]
제1도에 나타난 바와같이, 과잉산소량의 영향은 초기의 급격한 산화량 증가이후 나타나며, 0.8% 과잉산소량 조건에서 산화속도는 상대적으로 저하하고 있음을 알 수 있다.
또한, 제2도에 나타난 바와같이, 과잉산소가 높은 조건에서 형성된 스케일의 경우 외부 스케일은 냉각중에 박리되었으며, 스케일 단면 형상은 과잉산소 조건에 따라 매우 큰 차이를 보이고 있음을 알 수 있다.
즉, 과잉산소량이 0.8%로 낮은 경우 외부 스케일은 층을 이루며 성장하고 있으며, 내부 스케일은 약 150㎛두께로 스케일/금속계면을 따라 균일하에 성장하고 있고, 또한, 내부 스케일내에 많은 공공이 존재하고 있으며, 과잉산소가 3.0% 이상의 분위기에서 산화된 경우 외부 스케일은 박리되어 나타나지 않으나, 내부 스케일은 노듈(nodule) 산화물 형성에 의한 스케일 성장을 보이고 있음을 알수 있다.
또한, 제3도에 나타난 바와같이, 노듈의 크기는 수십에서 수백 ㎛로 일정하지 않고 스케일/금속계면전반에 걸쳐 발달하고 있음을 알 수 있다.
또한, 제4도에 나타난 바와같이, 다층 스케일로 형성된 외부 스케일은 순수한 철계 산화물로 되어있으나, 내부 스케일은 크롬을 주성분으로 하고 철과 실리콘이 일부 혼재된 복합 산화물 형태를 나타내고 있으며, 내부 스케일에서 검출되는 니켈은 상당량 산화물형태가 아닌 금속형태로 존재하고 있음을 알 수 있다.
그러나, 스케일내에서 Mo은 검출되지 않는다.
또한, 제5도에 나타난 바와같이, 내부 산화물의 침투는 기지금속쪽으로 진행되며, 침투깊이는 약 30-40㎛정도이며, 또한, 스케일/금속계면 부근에 공공들이 많이 존재하고 있으며, 내부 산화물 주변에는 금속이 혼재되어 있으며 이러한 현상은 과잉산소가 낮은 경우 심화되는 경향이 있음을 알 수 있다.
또한, 제6도에 나타난 바와같이, 내부산화물의 주성분은 크롬과 실리콘이며, 그 주변의 기지금속에는 철과 니켈이 농축되어 있음을 알 수 있다. 이러한 스케일의 단면분석에 의하면 Mo를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강의 경우, 과잉 산소량이 낮으면 보호피막을 형성하지 못하여 전면산화가 발달하여 스케일/금속계면의 형상이 편평한 반면, 과잉산소량이 높은 경우는 호보피막을 일부 형성하며 스케일/금속 계면에서 노듈 산화물의 성장이 진행된다. 또한, 스케일/금속 계면에서 니켈의 산화가 진행되지 않고 내부 스케일내에 니켈이 금속상태로 존재하는데 이것은 두꺼운 스케일의 형성에 의한 스케일/금속계면의 산소분합이 매우 낮음에 기인한 것으로서 내부 산화의 침투 현상과도 관련이 있다.
상기에서 알 수 있는 바와같이 Mo를 함유한 오스테나이트계 스테인레스강에 형성되는 스케일은 과잉산소량 0.8%로 낮은 경우 전반적으로 균일하게 산화가 진행되고 스케일/금속계면에 약 150㎛정도 두께의 스케일과 금속이 혼재된 층이 존재하며, 과잉산소량이 3.0% 이상으로 증가하면 스케일과 금속이 혼재되는 경향은 감소하지만, 수십에서 수백 ㎛크기의 노듈들이 스케일/금속계면에서 전면적으로 발달하며, 노듈의 발달은 열간압연중 슬리버와 같은 표면결함의 발생율이 높아져 CG(Coil Grinding)등과 같은 결함제거 공정에 의해 제조단가가 높아진다. 그러므로, 과잉산소량을 1.0%이하로 낮추어서 노듈의 성장을 억제시켜 표면 결함의 발생율을 낮출 수 있으며, CG와 같은 결함제거 공정을 줄여서 제조단가의 절약에 의한 생산성향상을 기대할 수 있다.
실시예 2
하기표 3과 같이 조성되는 Ti함유 오스테나이트계 스테인레스강의 연속주조 슬라브의 표층부를 시편으로 사용하였다.
슬라브 시편의 가열은 가열로내 슬라브 표층부의 승온속도 측정결과에 기초하여 상온에서 600℃까지는 50℃/min으로 가열하고, 1250℃까지는 5-7℃/min의 속도로 승온시켰으며, 이때 전체 승온시간은 120분이였고, 이후 1250℃에서 90분간 유지하였다.
이때, 가열로 분위기의 조성은 하기표 4와 같이 변화시켰으며, 과잉산소량은 공연비 조절에 의해 변화시켰다.
상기와 같이 가열된 시편에 대하여 과잉산소변화에 따른 산화증량을 측정하고, 그 결과를 제7도에 나타내었다.
또한, 상기와 같이 가열된 시편에 대하여 스케일 파괴개시 온도에 미치는 과잉산소의 영향을 조사하고 그 결과를 제8도에 나타내었다.
또한, 상기와 같이 가열된 시편에 대하여 과잉산소별 스케일 단면을 주사현미경을 관찰하고, 그 결과를 제9도에 나타내었다.
또한, 상기와 같이 가열된 시편중에서 과잉산소 함량이 3.0vol.% 및 4.7vol.%인 시편에 대하여 노듈의 형상을 주사 현미경으로 관찰하고, 그 결과를 제10도에 나타내었다.
또한, 상기와 같이 가열된 시편중에서 과잉산소함량이 0.8vol.%인 시편의 스케일 단면형상을 주사현미경으로 관찰하고, 그 결과를 제11도에, 그리고 스케일단면의 EPMA분석을 행하고, 그 분석결과를 제12도에 각각 나타내었다.
또한, 상기와 같이 가열된 시편중에서 과잉산소 함량이 4.7vol.%인 시편에 대하여 스케일 단면의 EPMA 분석을 행하고, 그 분석결과를 제13도에 나타내었다.
[표 3]
[표 4]
제7도에 나타난 바와같이, 과잉산소량의 영향은 초기의 급격한 산화량 증가단계에서 나타내며, 제8도에 나타난 바와같이, 과잉산소가 0.8vol.%로 낮은 경우의 스케일 파괴온도(Scale Breakaway Temperatuer)는 1200℃이상으로 3.0vol.%의 과잉산소 분위기에서의 스케일 파괴온도인 1150℃에 비하여 높음에도 불구하고 약 2배 정도의 전체 산화량 증가를 나타내고 있음을 알 수 있다.
또한, 제9도에 나타난 바와같이, 과잉산소가 높은 조건에서 형성된 스케일의 경우 외부 스케일은 냉각중에 박리되었으며, 스케일 단면 형상은 과잉산소조건에 따라 매우 큰 차이를 보이고 있다. 즉, 과잉산소량이 0.8vol.%로 낮은 경우 외부 스케일은 층을 이루며 성장하고, 내부 스케일은 약 400㎛두께로 스케일/금속계면을 따라 균일하게 성장하고 또한, 내부 스케일내에는 많은 공공이 존재하고 있으며, 과잉산소가 3.0vol.%인 경우에는 외부 스케일로 박리되어 나타나지 않으나, 내부 스케일은 노듈 산화물 형성에 스케일 성장을 보이고 있다.
또한, 제10도에 나타난 바와같이, 노듈이 크기는 수십에서 수백 ㎛로 일정하지 않고 스케일/금속 계면전반에 걸쳐 발달하고 있으며, 과잉산소량이 4.7vol.%인 경우에도 노듈 산화물이 성장하나 노듈의 깊이는 전반적으로 감소하는 경향을 보이고 있다.
또한, 제11도에 나타난 바와같이, 최외각 스케일은 박리되어 떨어져나가고, 내부 스케일에는 공공이 많이 존재하고 있으며, 스케일/금속계면에는 금속과 산화물이 혼재된 층이 약 100㎛정도의 깊이로 존재하며, 제12도 및 제13도에 나타난 바와같이, 과잉산소량이 0.8vol.%로 낮은 경우, Ni의 농축현상을 발견되지 않고, 과잉산소가 4.7vol.%로 낮은 경우, 노듈 내부의 스케일은 두층으로 구분되며, 상부층의 스케일은 Fe와 Cr이 주성분이고, Ni이 일부 혼재된 산화물이며, 스케일/금속계면은 금속과 산화물이 혼재된 층이 약 40-50㎛정도의 깊이로 얇게 형성되어 있다.
즉, 과잉산소량이 많은 경우에 내부 산화의 정도가 약하며, Ti의 농축현상은 거의 발견되지 않았다.
스케일의 단면 분석결과에 기초할때 Ti을 함유한 오스테나이트계 스테인레스강의 경우, 과잉산소량이 낮으면 보호피막을 형성하지 못하여 전면산화가 발달하여 스케일/금속계면의 형상이 편평한 반면, 과잉산소량이 높은 경우 보호피막을 일부 형성하나 스케일/금속 계면에서 노듈 산화물의 성장이 진행됨을 특징으로 한다. 또한, 스케일/금속계면에서 니켈의 산화가 진행되지 않고 스케일내에 니켈이 금속상태로 존재하는데 이것은 두꺼운 스케일의 형성에 의한 스케일/금속계면의 산소분압이 낮아짐에 기인한 것으로 내부 산화의 침투 현상과도 관련이 있다. 특히, 과잉산소량이 0.8%로 낮은 경우에는 과잉산소량이 미세하게 변하여도 산화속도가 크게 변하는 현상을 재현성 실험을 통하여 관찰하였다. 이는 Type 321 스케인레스강의 산화시 보호피막의 형성 여부가 Mn과 Ti등의 확산에 기인하기 때문으로 Ti 첨가강의 경우 산소 분압에 매우 민감하게 영향을 받음을 알 수 있다. 과잉산소량이 3.0%에서 4.7%로 증가시, 노듈의 크기는 소형화되고, 전체 산화량 저감으로 얇은 스케일이 형성되어 내부산화에 의한 스케일과 금속의 혼재층의 깊이가 현저히 감소한다.
이상의 실시예에서 알 수 있듯이 Ti을 첨가한 스케인레스강에 형성되는 스케일은 과잉산소량이 0.8%로 낮은 경우 산화가 전반적으로 균일하게 진행되나 스케일/금속 계면에 약 100㎛정도 두께의 스케일과 금속이 혼재된 층을 형성하며, 과잉산소량이 3.0%에서 수백 ㎛크기의 대형 노듈을 형성한다. 그러나 과잉산소량을 4.7%로 증가시키면 대형 노듈의 발생이 억제되고 스케일과 금속이 혼재되는 경향도 감소한다.
대형 노듈의 발생은 열간압연중 슬리버와 같은 표면결함의 발생율을 높이며, 스케일과 금속 혼재층과 같은 내부 산화의 심화는 면거침 또는 그외의 결함을 유발하여 추가적인 표면연마공정을 거쳐야 하므로 제조단가 사승의 원인이 된다. 따라서 321 강과 같이 Ti을 함유한 오스테나이트계 스테인레스강의 가열로 조업은 분위기내 과잉산소량을 4% 이상으로 높여서 조업하는 것이 대형 노듈 및 내부 산화물의 생성을 최소화하여 표면 품질의 향상을 도모할 수 있다. 그러나 분위기내 과잉산소량을 계속적으로 높이기 위하여는 공기 공급량을 눌려야 하므로 열량저하를 유발하므로, 경제적인 측면을 고려할때 로내 과잉산소량은 4-8vol.%로 제한하는 것이 바람직하다.

Claims (2)

  1. C : 0.08wt%이하, Cr : 16-18wt%, Ni : 10-15wt%, Mo : 2-5wt%, N : 0.1wt%이하, Si : 1.0wt%이하, Mn : 2.0wt%이하, B : 0.005wt%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 Mo 함유 오스테나이트계 스테인레스강 슬라브를 열간압연하기 위하여 코크스 오븐 개스(COG)와 용광로 개스(BFG)와의 혼합개스를 연료로 사용하여 가열로에서 가열하는 방법에 있어서, 가열로분위기 중의 과잉산소량이 1.0vol.%이하가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 열간압연을 위한 오스테나이트계 스테인레스강 슬라브의 가열방법.
  2. Ti을 0.2-0.5wt% 함유한 Type 321 스테인레스강(STS 321) 슬라브를 열간압연하기 위하여 코크스 오븐 개스(COG)와 용광로개스(BFG)와의 혼합개스를 연료로 사용하여 가열로에서 가열하는 방법에 있어서, 가열로 분위기중의 과잉산소량이 4.0-8.0vol%가 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 열간압연을 위한 오스테나이트계 스테인레스강 슬라브의 가열방법.
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