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KR101105933B1 - 압연결함이 저감된 오스테나이트계 스테인레스강 주편의제조방법 - Google Patents

압연결함이 저감된 오스테나이트계 스테인레스강 주편의제조방법 Download PDF

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KR101105933B1
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Abstract

본 발명은 압연결함이 저감된 오스테나이트계 스테인레스강 주편의 제조방법에 관한 것으로서, 주편을 절단하여 상기 절단된 주편 각각에 와전류 측정법을 이용한 델타 페라이트를 측정을 통하여 델타 페라이트가 과밀집되어 이루어진 고립영역의 고립영역 지수를 수학식 1로 정하는 단계; 및 상기 고립영역 지수를 0.6 이하로 하여 연속주조하는 단계;를 포함하여 이루어져 델타 페라이트를 측정하여 고립영역 지수를 정하여 주조조건을 산출함으로써, 생산성 및 품질이 향상되고 안정된 재연성으로 압연결함을 저감시킬 수 있다.
연속주조, 델타 페라이트, 고립영역, 압연결함

Description

압연결함이 저감된 오스테나이트계 스테인레스강 주편의 제조방법{Method for manufacturing the austenitic stainless steel with reduced roll-defect}
도 1은 수직 만곡형 연속주조설비를 나타낸 도면,
도 2는 스테인레스강 연속주조에 의해 제조된 주편의 결함을 나타낸 도면,
도 3은 열간압연시 주편에 발생된 슬리버 결함을 나타낸 사진도면,
도 4는 열간압연시 발생하는 압연 결함의 발생위치별 빈도수를 나타낸 그래프도면,
도 5는 고립영역 지수와 압연결함의 상관관계를 나타낸 그래프도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1... 용강, 2... 턴디쉬,
3... 주형, 4... 침지노즐,
5... 주편, 6... 주편 절단기,
7... 가이드롤, 11... 디프레션,
12... 벌징, 13... 고립영역.
본 발명은 오스테나이트계 스테인레스강 연속주조 주편의 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주편 단변부의 델타 페라이트를 측정하여 고립영역 지수를 정하여 주조조건을 산출함으로써, 생산성 및 품질이 향상되고 안정된 재연성으로 압연결함을 저감시키도록 된 압연결함이 저감된 오스테나이트계 스테인레스강 주편의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 오스테나이트계 스테인레스강 연속주조 주편은 도 1에 도시된 수직 만곡형 연속주조설비에서 제조된다. 이 연속주조설비는 래들(미도시)로부터 공급되는 정련과정을 거친 용강(1)을 수용하는 턴디시(2; tundish)와, 턴디시(2)에서 용강(1)을 배출하는 침지 노즐(4)과, 침지 노즐(4)로부터 배출되는 용강(1)을 소요치수의 주편(5)으로 성형하는 주형(3)과, 주형(3)에서 성형된 주편(5)을 유도하는 다수의 가이드 롤(7)과, 주편(5)을 원하는 길이만큼 절단하는 주편 절단기(6)를 포함하여 이루어진다.
이러한 연속주조설비를 거쳐 제조되는 오스테나이트계 스테인레스강 연속주조 주편은 액상의 용강이 냉각함에 따라 초정 델타 페라이트(δ-ferrite)가 생기고, 포정반응을 거쳐 델타 페라이트-감마 오스테나이트(γ-austenite)의 2상 영역이 생긴 후, 상온에서 감마 오스테나이트의 단상조직이 나타난다. 최종적으로 주편 절단기(6) 전에서는 3~10%의 델타 페라이트 함량을 가지게 된다. 상기 델타 페라이트 함량은 열간압연시 표면결함 및 하자율을 발생시키는 중요한 요인인데, 그 함량이 10% 이상인 경우는 열간압연시 오스테나이트와 델타 페라이트 계면에서 균열이 나타난다. 이와는 반대로, 그 함량이 적정 수준 이하로 존재하면 편석이 심해져서 적열취성을 일으킨다고 알려져 있다. 주편(5) 표면에서 델타 페라이트가 3~4% 정도이면, 주편(5) 중심부로 갈수록 델타 페라이트 함량이 8~10%까지 높아지다가, 주편(5) 중심부에서는 편석에 의하여 4~8% 정도로 분포하게 된다.
도 2는 스테인레스강 연속주조에 의해 제조된 주편(5)의 결함을 나타낸 도면이다. 빠른 속도로 침지노즐(4)에서 나온 용강(1)이 만곡부와 단변부에 부딪히게되면 부분적으로 불균일 열전달이 발생하여 응고 수축에 의한 오프코너 디프레션(11)이 발생한다. 또한, 디프레션(11)에 대한 반작용으로 단변부 주편(5)을 휘는 힘과 침지노즐(4)로부터 가해지는 철정압에 의해 벌징(12)이 발생한다. 이러한 주편(5) 에지부에서 30~100 ㎜ 위치에서 생기는 디프레션(11) 부위의 내부에서는 델타 페라이트 분포가 불균일하게 분포하며 고립된 영역(13)이 발생하여 슬리버 결함의 원인이 되기도 한다.
도 3은 열간압연시 주편(5)에 발생된 슬리버 결함을 나타낸 사진도면이다. 이러한 결함 내부에는 제강성 개재물이 편석되어 있지 않으므로 제강성 개재물에 의한 결함이 아니며, 도 4의 열간압연시 발생하는 압연 결함의 발생위치별 빈도수를 나타낸 그래프도면과 같이 압연강판 에지부위에 발생하는 결함율이 중심부위보다 더 높은 것으로 추정해보면 단변부에서 불균일한 델타 페라이트에 의해 발생하는 것으로 알려져 있다.
이러한 결함을 해결하기 위한 종래의 연속주조 기술은 연속주조 초기의 침지노즐(4)을 깊이 장입하여 침지노즐(4)에서 용출된 용강(1)이 만곡부와 에지부에 직접 접촉하지 않아서 오프코너 디프레션(11) 및 벌징(12)에 미치는 영향을 감소시켜 균일한 델타 페라이트를 얻는 방법과 침지노즐(4)의 각도를 조절함으로써 침지노즐(4)로부터 용출된 용강(1)이 직접적인 영향을 주지 않도록 하였다. 또한, 몰드 파우더를 이용하여 만곡부와 에지부에서 균일한 열전달이 일어나게 하였다.
이러한 방법들은 작업자의 작업능력과 경험에 의존하며 전체의 문제점을 한번에 해결하는 것이 아니라 때에 따라서 코너부와 에지부의 열전달을 균일하게 하여 델타 페라이트가 과밀집되어 이루어진 고립영역을 해소하려는 것이다. 따라서, 이러한 방법들로는 제품의 재연성이 떨어지는 문제점이 있어왔다.
본 발명은 상기된 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 델타 페라이트를 측정하여 고립영역 지수를 정하여 주조조건을 산출함으로써, 생산성 및 품질이 향상되고 안정된 재연성으로 압연결함을 저감시키도록 된 압연결함이 저감된 오스테나이트계 스테인레스강 주편의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 압연결함이 저감된 오스테나이트계 스테인레스강 주편의 제조방법은, 주편을 절단하여 상기 절단된 주편 각각에 와전류 측정법을 이용한 델타 페라이트를 측정을 통하여 델타 페라이트가 과밀집되어 이루어진 고립영역의 고립영역 지수를 수학식 1
[수학식 1]
Figure 112011056833326-pat00009
로 정하는 단계-여기서, I.R는 고립영역 지수, n은 고립영역 내 측정되어진 델타 페라이트 갯수, A는 면적, δ는 측정되어진 델타 페라이트의 분율을 각각 나타냄-; 및 상기 고립영역 지수를 0.6 이하로 하여 연속주조하는 단계;를 포함한다.
또한, 상기 연속주조의 조건은 침지깊이가 110~130 ㎜이며, 주조속도가 0.9~1.4 m/min.으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 압연결함이 저감된 오스테나이트계 스테인레스강 주편의 제조방법을 상세히 설명한다.
오스테나이트 스테인레스강은 아주 안정된 장시간에 걸친 응고시 액상에서 온도가 하락함에 따라서 초정으로 델타 페라이트가 생기고 포정반응을 거쳐 델타 페라이트와 감마 오스테나이트 2상영역을 통과하게 된다. 상온구간까지 응고시 감마 오스테나이트 단상조직이 된다. 그러나, 실제로 2상영역에서 응고시 짧은 시간과 편석 및 용질 재분배에 의하여 전부 감마 오스테나이트 단상 조직이 되지 못하고 응고 완료점에서 델타 페라이트가 일부 잔존해 있는 비평형 조직이되어 잔류 델타 페라이트의 분포에 따라 압연강판 품질에 영향을 미치게 된다.
델타 페라이트가 과밀집되어 이루어진 고립영역(13)을 찾기 위해서는 델타 페라이트를 측정하여야 하는데, 델타 페라이트의 측정은 현미경으로 상분율을 측정하는 방법과 와전류를 이용하여 델타 페라이트를 측정하는 방법이 있다. 현미경으로 미세조직을 현출시켜 상분율을 측정하는 방법은 시편 준비시간 및 델타 페라이트 상분율 측정 시간이 과다하게 소요되므로 와전류를 이용하여 측정기를 주편 단면에 접촉하면 즉시 측정되는 시스템을 이용하는 것이 바람직하다.
델타 페라이트를 측정하기 위하여 단변부 단면주편 크기는 한쪽으로는 주편 두께만큼, 또 다른 한쪽으로는 주편 두께의 절반만큼의 크기로 절단한 후, 측정할 부위를 1 ㎜ 간격으로 단변부의 델타 페라이트를 측정하였다. 예를 들면, 주편두께가 200 ㎜인 경우에는 주편 단변부위는 200×100 ㎟이고 측정점의 수는 20,000 개이다. 주편두께가 250 ㎜인 경우에는 250×125 ㎟로 하고 측정점의 수는 31,250 개이다.
이러한 측정점에서 측정되어진 값들로부터 2차원 등고선을 그려보면 측정되어진 단변부 평균 델타 페라이트(δaverage)보다 크면서 디프레션(11) 안쪽 에지부에서 발생하는 고립영역(13)에서의 델타 페라이트 지수 즉, 고립영역 지수를 구할 수 있다. 이 고립영역 지수를 결정하기 위하여 수학식 1과 같이 계산하였다.
Figure 112011056833326-pat00010
여기서, I.R 및 n은 고립영역 지수 및 고립영역(13) 내 측정되어진 델타 페라이트 갯수이며, A는 면적이고, δ는 측정되어진 델타 페라이트의 분율을 각각 나타낸다.
수학식 1에서 구한 고립영역 지수와 압연결함의 상관관계가 도 5에 도시되어 있다. 고립영역 지수가 증가할수록 압연결함과의 상관관계가 높으며 고립영역의 지수가 0.65 이상이면 압연결함이 발생할 확률이 크다. 그러므로, 공차를 감안하여 고립영역 지수가 0.6 이하가 되도록 주조조건을 설정함이 바람직하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
[실시예 1]
주조속도가 0.9~1.4 m/min., 침지깊이가 110~130 ㎜인 오스테나이트계 스테인레스강 주편의 연속주조시 다양한 주조조건에 따른 따른 델타 페라이트를 측정하여 고립영역 지수를 표 1에 나타내었다. 표 1에서 압연결함 지수는 해당 강판에서 발생한 압연결함의 길이를 전체 강판의 길이로 나누어 지수화한 것이며, 이는 통상의 당업계에서 적용하고 있는 방법이다.
구분 주조속도
(m/min.)		 침지깊이
(㎜)		 고립영역 지수 압연결함 지수
발명재 1 1.1 120 0.43 1.56
발명재 2 0.9 125 0.54 2.72
발명재 3 1.4 130 0.58 2.51
발명재 4 0.9 120 0.41 2.53
비교재 1 1.1 130 1.35 7.43
비교재 2 1.1 110 1.38 7.59
비교재 3 0.9 130 1.04 5.73
표 1을 참조하면, 오스테나이트계 스테인레스강 주편의 연속주조시 적정 조업조건 하에서는 고립영역의 지수가 0.6 이하로 주조되어 주편의 압연결함은 상당히 감소됨을 알 수 있다.
비교재 1과 발명재 1을 비교하면, 주조속도가 1.1 m/min.로 동일한 경우에, 비교재 1의 침지깊이가 130 ㎜인 경우에 고립영역 지수 1.35, 압연결함 지수 7.43으로 압연결함이 과다하게 발생될 수 있는데, 발명재 1의 침지깊이 120 ㎜인 경우에는 고립영역 지수 0.43, 압연결함 지수 1.56으로 압연결함이 크게 감소됨을 알 수 있다. 또한, 비교재 2와 발명재 1을 비교하면, 주조속도가 1.1 m/min.로 동일한 경우에, 비교재 2의 침지깊이 110 ㎜인 경우에도 1.35, 압연결함 지수 7.59로 적정 조업조건이 아님을 알 수 있다. 이는 주조속도가 0.9 m/min.인 발명재 2 및 발명재 4와 비교재 3의 비교에서도 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 침지깊이를 110~130 ㎜로 한정한다.
발명재 3을 포함한 발명재 1 내지 4의 예에서 보듯이, 주조속도가 0.9~1.4 m/min. 일때 상기 침지깊이 110~130 ㎜의 조건에서는 고립영역 지수가 0.6이하로 감소함을 알 수 있다. 그러나, 비교재 1 내지 3의 예에서 보듯이, 주조속도가 0.9 또는 1.1 m/min. 일지라도 침지깊이의 경계 조건인 110 ㎜, 130 ㎜에서는 압연결함이 과다하게 발생함을 알 수 있다. 따라서 본 발명에서는 침지깊이가 110~130 ㎜ 이고, 주조속도가 0.9~1.4 m/min.인 주조조건으로 한정한다.
이와 같이, 몰드 내의 불균일 유동과 열적조건에 의하여 단변부에 생기는 평균보다 높은 델타 페라이트를 가지는 고립영역의 델타 페라이트를 낮추는 방향으로 조업조건을 정하여 고립영역을 없애거나 억제함으로써 압연결함을 저감시킬 수 있다.
상기 내용은 본 발명의 바람직한 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속 하는 분야의 당업자는 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 요지로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다는 것을 인식하여야 한다. 예를 들면, 고립영역 지수를 저감하기 위한 주조조건은 상술한 주조속도 및/또는 침지노즐 침지깊이 이외에 다른 조업조건들을 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 압연결함이 저감된 오스테나이트계 스테인레스강 주편의 제조방법에 의하여, 델타 페라이트를 측정하여 고립영역 지수를 정하여 주조조건을 산출함으로써, 생산성 및 품질이 향상되고 안정된 재연성으로 압연결함을 저감시킬 수 있다.

Claims (2)

  1. 주편을 절단하여 상기 절단된 주편 각각에 와전류 측정법을 이용한 델타 페라이트를 측정을 통하여 델타 페라이트가 과밀집되어 이루어진 고립영역의 고립영역 지수를 수학식 1
    Figure 112011056833326-pat00011
    로 정하는 단계-여기서, I.R는 고립영역 지수, n은 고립영역 내 측정되어진 델타 페라이트 갯수, A는 면적, δ는 측정되어진 델타 페라이트의 분율을 각각 나타냄-; 및
    상기 고립영역 지수를 0.6 이하로 하여 연속주조하는 단계;
    를 포함하는 압연결함이 저감된 오스테나이트계 스테인레스강 주편의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연속주조의 조건은 침지깊이가 110~130 ㎜이며, 주조속도가 0.9~1.4 m/min.인 압연결함이 저감된 오스테나이트계 스테인레스강 주편의 제조방법.
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