KR100362659B1

KR100362659B1 - 해양구조물용후판중탄소강의제조방법

Info

Publication number: KR100362659B1
Application number: KR10-1998-0051572A
Authority: KR
Inventors: 김장갑; 장승현
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1998-11-28
Filing date: 1998-11-28
Publication date: 2003-02-05
Also published as: KR20000034287A

Abstract

본 발명은 해양 구조물 등의 소재로 사용되는 후판 중탄소강의 제조에 관한 것으로서, 그 목적은 B함량의 적절한 제어를 통해 표면 및 내부품질이 우수한 30mm이상의 두께를 갖는 후판 중탄소강을 제공함에 있다.

본 발명은 전로에 장입되는 용선비를 100%로 하여 용강의 조성을 중량%로, C: 0.12~0.17%, Si: 0.30~0.40%, Mn: 1.30~1.55%, P: 0.025%이하, S: 0.005%이하, 가용성 Al: 0.020~0.050%, Nb: 0.020~0.040%, Cu: 0.20~0.30%, Ni: 0.10~0.20%, B: 1ppm이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되도록 전로 정련하고, 정련된 용강을 10^-2torr이하에서 적어도 20분간 탈가스 처리한 후, 탈가스 처리된 용강을 턴디쉬의 과열도가 13~18℃ 범위가 되도록 가열하여 턴디쉬내에 장입한 다음, 연속주조 주형의 테이퍼를 1.05~1.15%로 부여한 주형에 상기 용강을 주입하면서 주조속도를 0.95~1.05m/분의 범위로 하여 연속주조하고, 연속주조되어 주형밑으로 빠져나와 2차냉각대에 이르는 주편에 0.45~0.50ℓ/Kg의 냉각수를 살수하여 2차냉각하는 후판 중탄소강의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

해양 구조물용 후판 중탄소강의 제조방법{A METHOD OF MANUFACTURING MEDIUM CARBON STEEL PLATE FOR OFFSHORE STRUCTURE}

본 발명은 해양 구조물 등의 소재로 사용되는 후판 중탄소강의 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 B함량의 적절한 제어를 통해 표면 및 내부품질이 우수한 30mm이상의 두께를 갖는 후판 중탄소강의 제조방법에 관한 것이다.

해양 구조물 등에 사용되는 후판 중탄소강은 대체로 내식성 확보를 위해 Cu과 Ni가 첨가되어지고, 또한 강도 확보를 위해 Nb를 함유하며, 그리고 탄소의 경우 약 0.12~0.17%의 범위로 함유되어 있는 강종으로서, 연속주조시 포정반응에 따른 응고수축으로 인해 주형내에서 발생되는 공기틈(air cap)으로 불균일 응고 현상이 일어나 주편에서 표면 균열 발생이 민감한 성분을 갖는다. 즉, 이러한 강종은 연속주조후 주편 표면에 균열이 빈번히 발생되며, 공정부하 초래하거나 후판 압연라인을 거치면서 품질 불량을 초래하는 비율이 매우 높은 취약점을 갖고 있다.

한편, 일반강의 경우 전로에 장입되는 용선비(장입량에 대한 용선의 비; hot metal ratio)를 85~90%의 수준으로 하고, 나머지는 스크랩을 활용하여 1charge의 용강을 정련하게 된다. 그러나, 해양 구조물용 후판 중탄강의 경우 이러한 정련방법을 사용하게 되면, 스크랩 속의 각종 이물 원소에 의해 불필요한 원소가 용강내 함유된다. 특히, 붕소, 질소나 알루미늄 같은 원소는 오스테나이트 입계에 탄질화물의 형태로 석출하여 입계취화를 조장하여 일반강과 같은 정련방법을 그대로 적용할 수 없다.

또한, 상기 해양 구조물용 후판 중탄소강을 일반강의 조건처럼 주조속도를 약 1m/분 이상의 속도로 빠르게 하거나 용강 과열도를 적어도 20℃ 수준으로 높여 연속주조하는 경우 연주기의 주형을 빠져나온 열간 상태의 주편이 굽혀진 영역에서 다시 펴지면서 발생하는 교정점영역(straightening zone)에서 주편 내부의 응력이 최대가 되는 한편 주편 온도 역시 700~900℃로 취화되어 후판 중탄소강의 제조가 자체가 곤란한 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 해양 구조물 등의 소재로 사용되는 후판 중탄소강의 제조시 발생되는 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 전로 정련 단계에서 부터 연속주조에 이르는 제조조건을 적절히 제어하여 내부에는 물론 표면에도 균열 발생이 거의 없는 후판 중탄소강을 제조함에 그 목적이 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 중량%로, C: 0.12~0.17%, Si: 0.30~0.40%, Mn: 1.30~1.55%, P: 0.025%이하, S: 0.005%이하, 가용성 Al: 0.020~0.050%, Nb: 0.020~0.040%, Cu: 0.20~0.30%, Ni: 0.10~0.20%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되도록 전로 정련하고, 정련된 용강을 탈가스 처리하고, 탈가스 처리된 용강을 턴디쉬 및 주형에 주입하여 연주기에 의해 연속주조하는 강의 제조방법에 있어서,

상기 용강중의 B함량은 1ppm이하가 되도록 전로 정련한 다음, 정련된 용강을 10^-2torr이하에서 적어도 20분간 탈가스 처리하는 단계;

탈가스 처리된 용강을 턴디쉬의 과열도가 13~18℃ 범위가 되도록 가열하여 턴디쉬내에 장입하는 단계;

연속주조 주형의 테이퍼를 1.05~1.15%로 부여한 주형에 상기 용강을 주입하면서 주조속도를 0.95~1.05m/분의 범위로 하여 연속주조하는 단계; 및

연속주조되어 주형밑으로 빠져나와 2차냉각대에 이르는 주편에 0.45~0.50ℓ/Kg의 냉각수를 살수하여 2차냉각하는 단계;를 포함하여 구성되는 해양 구조물용 후판 중탄소강의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에 부합되는 중탄소강은 Cu, Nb, Ni이 함유되고 탄소함량이 약 0.12~0.17% 함유된 강종으로서, 바람직하게는 B의 함량이 1ppm이하로 제어된 강종이다. 그 대표적인 강종을 예로들면, C: 0.12~0.17%, Si: 0.30~0.40%, Mn: 1.30~1.55%, P: 0.025%이하, S: 0.005%이하, 가용성 Al: 0.020~0.050%, Nb: 0.020~0.040%, Cu: 0.20~0.30%, Ni: 0.10~0.20%, B: 1ppm이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강종을 들 수 있다.

보통 상기한 조성을 갖는 해양 구조물용 후판 중탄소강중의 Cu는 저융점의화합물을 형성하여 연속주조중 액상 필림을 형성하므로 고온역에서 표면 균열을 조장하므로 Cu화합물의 용해온도를 올리기 위해 Ni을 함유시킴이 필요하다.

또한, Nb은 Nb(C,N)의 석출물 형태로 입계 또는 입내에 석출하여 강화 현상을 나타내는 작용을 하는데, 연속주조시 약냉할수록 석출물의 조대화와 결정립내 불균일 분포에 의해 고온연성이 개선되는 현상을 나타낸다.

중요한 점은 상기 용강의 조성중 B함량을 1ppm이하가 되도록 유지하는 것이다. 바람직하게는 처음 전로에 용선을 장입할 때 스크랩을 사용하지 않고 용선비를 100%로 관리하면 용강중의 B함량을 1ppm이하로 관리할 수 있다.

상기 강종은 수소성분이 높으면 시간의 경과에 따라 주편 또는 제품 내부에서 균열을 유발하므로 탈가스 처리를 저진공에서 충분히 실시하는게 바람직하다. 바람직하게는 10^-2torr이하에서 적어도 20분간 탈가스 처리하는 것이다.

그 다음, 탈가스 처리된 용강을 턴디쉬의 과열도가 13~18℃ 범위가 되도록 가열하여 턴디쉬내에 장입하여 연속주조를 행한다. 연속주조중 용강 과열도(주조온도) 관리는 주편의 내부 품질 확보를 위해 매우 중요한 것으로서, 용강 과열도가 너무 높으면 주상정 조직의 발달과 등축정 조직의 감소로 인해 중심편석이 열위할 가능성이 높고, 반대로 너무 낮으면 주조중 노즐 막힘과 개재물 분리 부상 미흡으로 청정성이 떨어질 수 있다. 특히, 본 발명은 강의 청정성에 비하여 중심편석을 보다 더 엄격하게 제어해야 되므로 용강 과열도는 일반강 대비 다소 낮은 13~18℃, 바람직하게는 약 15℃ 정도로 하는 것이다.

본 발명의 후판 중탄소강은 연속주조에서는 주조 초기와 말기에서 온도관리가 불리하고, 또한 각종 이물질의 혼입 등이 용이하고 주조속도의 편차도 발생되기 쉬우므로 용선비를 100%로 장입하면서도 주조 초기와 말기의 용강은 사용하지 않는 편이 좋다.

상기 후판 중탄소강을 연속주조하는 경우 테이퍼를 1.05~1.15%로 부여한 주형을 사용함이 바람직하며, 특히 주조속도는 0.95~1.05m/분의 범위로 함이 좋다. 보통 고탄소강의 경우 주형 테이퍼는 1.0%를 적용하나 중탄소강의 경우 응고수축 정도를 고려하여 0.05~0.15%를 더 부여함이 좋다.

또한, 본 발명에서 일반강의 주조속도보다 낮게 하는 것은 주형내 용강 유동과 주편냉각을 균일하게 하고 충분한 응고쉘의 확보로 주형 하부에서의 벌징(bulging)을 작게 하므로써 주편의 내부품질을 양호하게 하고자 함이다. 그러나, 주조속도가 너무 낮으면 연주 생산성과 직결되며, 더욱이 지나친 저속 주조는 주편의 과냉으로 인해 연주기내에서 주편이 움직이지 못하게 되는 주편정체가 발생될 수 있어 바람직하지 않다.

이때, 연속주조되어 주형밑으로 빠져나와 2차냉각대에 이르는 주편에 0.45~0.50ℓ/Kg의 냉각수를 살수하여 2차냉각을 행한다. 연속주조에서 강의 취화온도역은 합금원소 첨가 유무에 따라 다소 차이가 있으나 700~900℃ 정도로 알려져 있다. 본 발명의 경우 열간 상태의 주편이 연주기의 교정점 부위에서 상기 취화온도역이 되지 않도록 2차 냉각을 느리게 행하여 교정점역의 주편온도를 적어도 900℃이상으로 유지한다.

이와 같이, 본 발명의 제조방법은 우선 전로에서 스크랩을 사용하지 않고 용선비를 100% 유지하여 B함량을 엄격관리하는 한편 연속주조 속도를 느리게 하고 연주기의 2차 냉각대에서 냉각속도를 약냉하여 주편중의 BN석출물에 의한 균열을 방지하고, 교정점에서의 취화를 방지하여 내부와 표면 품질이 우수한 해양 구조물용 후판 중탄소강을 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

표1과 같은 조성을 갖는 API(미국석유학회; American Petroleum Institute) 규격을 만족하는 소재 3개의 강종에 대해 각각의 용선을 표2와 같은 용선비로 전로에 장입한 다음, 전로 취련을 마치고 10^-2torr의 진공상태인 진공탈가스 설비에서 약 20분 동안 탈가스 처리를 행하였다. 탈가스 처리를 행한 각 강종을 잔류원소의 엄격한 관리를 위해 연연주 순서를 편성할 때 처음과 마지막에 heat 편성이 되지 않도록 한 상태(예를 들어 300톤 래들 6개를 연속주조할 때 처음 래들과 마지막 래들에서 생산된 주편을 시험재로 하지 않고)에서 표2와 같은 조건으로 연속주조하여 폭 1900mm인 주편을 얻었다. 이때, 연속주조중 주형의 테이퍼는 각각 1.05%를 부여하였으며, 몰드 플럭스는 SGP2Q-02-H type(CaO:37.25%, SiO₂:31.21%, Al₂O₃:6.1%, Na₂O:4.55%, F:6.7%, Li₂O:1.4%, 나머지 기타 불가피한 불순물로 조성)를 사용하였다. 제조된 각각의 주편에서 시편을 채취하여 주편중의 B함량, 주편의 표면과 내부품질을 검사하여 그 결과를 표2에 나타내었다.

표2에 나타난 바와 같이, 용선비를 100%로 하고 연주기의 교정점에서의 주편 온도를 900℃이상으로 유지하도록 주조속도와 2차냉각을 행한 발명예의 경우 표면 균열이 거의 없었으며, 내부 균열은 전혀 발생되지 않았다.

반면 용선비를 100%로 하지 않고, 주속과 2차 강냉을 실시한 비교예의 경우 교정점에서의 주편온도가 900℃이하로 되었으며, 또한 주편중 B함량이 높아 BN석출물에 기인한 표면 균열이 다발하였고 내부 균열 또한 다량 발생되었음을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 통상의 Cu, Ni, Nb함유 중탄소강을 제조할 때 용선비에서부터 정련후 연속조건을 엄격히 제어하므로써, 내부는 물론 표면 품질이 우수한 후판 소재를 안정적으로 공급할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

Claims

중량%로, C: 0.12~0.17%, Si: 0.30~0.40%, Mn: 1.30~1.55%, P: 0.025%이하, S: 0.005%이하, 가용성 Al: 0.020~0.050%, Nb: 0.020~0.040%, Cu: 0.20~0.30%, Ni: 0.10~0.20%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되도록 전로 정련하고, 정련된 용강을 탈가스 처리하고, 탈가스 처리된 용강을 턴디쉬 및 주형에 주입하여 연주기에 의해 연속주조하는 강의 제조방법에 있어서,

상기 용강중의 B함량은 1ppm이하가 되도록 전로 정련한 다음, 정련된 용강을 10^-2torr이하에서 적어도 20분간 탈가스 처리하는 단계;

탈가스 처리된 용강을 턴디쉬의 과열도(주조온도-용강의 이론응고온도)가 13~18℃ 범위가 되도록 가열하여 턴디쉬내에 장입하는 단계;

연속주조 주형의 테이퍼를 1.05~1.15%로 부여한 주형에 상기 용강을 주입하면서 주조속도를 0.95~1.05m/분의 범위로 하여 연속주조하는 단계; 및

연속주조되어 주형밑으로 빠져나와 2차냉각대에 이르는 주편에 0.45~0.50ℓ/Kg의 냉각수를 살수하여 2차냉각하는 단계;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 제조방법
제1항에 있어서, 상기 전로 정련단계에서 용강의 용선비를 100%로 함을 특징으로 하는 방법