KR100397298B1 - 비자성오스테나이트계스테인레스강의주편냉각방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고 Ni 당량 오스테나이트계 스테인레스강의 열간압연 및 연속주조시에 발생하는 미세크랙을 방지하기 위한 비자성 오스테나이트계 스테인레스강의 주편 냉각방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서 본 발명은 액상선에서 오스테나이트상이 초정으로 생성되어 응고 개시되고 고상선에서 오스테나이트상으로 응고 완료되는 비자성 오스테나이트계 스테인레스강의 주편을 냉각시키는 방법에 있어서, 액상선에서 고상선까지의 온도구간에서 주편을 10∼3000℃/min의 냉각속도로 냉각시키는 단계와, 고상선에서 700℃까지의 온도구간에서 주편을 150℃/min이하의 냉각속도로 냉각시키는 단계로 이루어지는 비자성 오스테나이트계 스테인레스강의 주편 냉각방법을 제공한다.
Description
본 발명은 비자성 오스테나이트계 스테인레스강의 주편 냉각방법에 관한 것으로서, 특히 초정 오스테나이트상으로 응고를 시작하고, 응고과정 중 새로운 상 형성없이 응고를 완료하는 스테인레스강의 연속주조시 주편표면 및 내부에서 크랙발생뿐 만 아니라 열간압연시 선상결함 발생을 방지할 수 있는 비자성 오스테나이트계 스테인레스강의 주편 냉각방법에 관한 것이다.
일반적으로 비자성용인 고 Ni 당량 오스테나이트계 스테인레스강은 초정 오스테나이트상으로 응고를 하기 때문에 응고과정중 편석이 심하게 발생되고, 또한 응고 수축량이 크기 때문에 연주 공정에서 응고크랙이 발생하기 쉽고, 또한 열간압연시에 열간가공성이 저하되어 크랙이 발생하기 쉽다.
특히 슬라브(slab) 또는 열연판의 에지에 크랙이 발생하는 경우에는 스테인레스강의 실수율을 크게 떨어뜨리는 문제점을 야기시키고 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위해 스테인레스강의 성분과 압연조건에 대한 연구를 통해서 특히 열연과정의 크랙발생을 방지할 수 있었다.
한편 연주주편에서 발생되는 크랙은 대부분 열간압연 공정에서 산세후 검출되는 선상결함을 야기시킨다. 표면품질이 중요한 스테인레스강에서 선상결함은 치명적 결함으로 작용하며, 이러한 선상결함은 재산세와 연삭(grinding)같은 정정공정을 통해 제거된다. 선상결함이 심한 경우에는 스테인레스강 제품이 만들어지지 않는다. 따라서, 크랙발생 또는 선상결함 발생은 제조공정에서 가격상승의 요인이 되고 있다.
이같은 선상결함 발생을 방지하기 위해서 연속주조 공정에서부터 열연 및 소둔공정에 이르기까지 여러 가지 검토가 이루어져 왔다. 예를 들어 크랙발생을 방지하기 위하여 하기 관계식으로 결정되는 δ-ferrite의 함량이 4부피% 이하가 되도록 강조성을 조절함으로써 열간가공성을 확보하였다.
δ-ferrite=3(Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb)/2.8(Ni+0.5Mn+0.5Cu)-8.4(C+N)-19.8
(상기 관계식에서 조성은 중량%를 나타냄)
한편, 일본 특공평 2-9651호 공보에 제시된 바에 의하면, 주편 층부의 조직개선의 관점에서 오스테나이트계 스테인레스강의 Si 함유량을 규제한 슬라브를 가열로 투입전에 숏 블라스트(shot blast)를 행하여 표층에 가공층을 만들고, 가열시 슬라브 표층부 응고조직의 재결정을 통해 결정립을 미세화시킴으로서 크랙발생을방지하는 기술을 제시하였다.
또한 가열시에 스케일에 관점을 둔것으로 일본 특공평4 -48865호 공보에서는 sol Al을 규제하여 슬라브 가열시의 산소농도를 0.5∼5중량%로 함으로써 선상결함을 방지하는 기술을 제안하고 있다.
그러나 상술한 방법들은 추가공정이 필요하고, 또한 공정상의 부하를 증가시키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고 Ni 당량 오스테나이트계 스테인레스강의 열간압연 및 연속주조시에 발생하는 미세크랙을 방지하기 위한 비자성 오스테나이트계 스테인레스강의 주편 냉각방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 비자성 오스테나이트계 스테인레스강의 응고 및 편석과정을 설명한 개략도.
도 2는 비자성 오스테나이트계 스테인레스강의 부분 응고선도.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 액상선에서 오스테나이트상이 초정으로 생성되어 응고 개시되고 고상선에서 오스테나이트상으로 응고 완료되는 비자성 오스테나이트계 스테인레스강의 주편을 냉각시키는 방법에 있어서, 액상선에서 고상선까지의 온도구간에서 주편을 10∼3000℃/min의 냉각속도로 냉각시키는 단계와, 고상선에서 700℃까지의 온도구간에서 주편을 150℃/min이하의 냉각속도로 냉각시키는 단계로 이루어지는 비자성 오스테나이트계 스테인레스강의 주편 냉각방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 1은 비자성 오스테나이트계 스테인레스강의 응고 및 편석과정을 설명한 개략도이고, 도 2는 비자성 오스테나이트계 스테인레스강의 부분 응고선도이다.
먼저, 고 Ni당량 오스테나이트계 스테인레스강을 연속주조로 제조하는 경우 주편의 표층부에 응고크랙이 발생하는 것을 방지하기 위하여 연속주조 주편을 열간압연시 코일 선상결함의 발생위치와 주편크랙과의 상관성을 조사한다. 일반적으로 초정 오스테나이트상으로 응고를 시작하고, 응고과정중 새로운 형성없이 응고를 완료하는 스테인레스강에서 ｜Cr/Ni｜eq는 1.2 이하에 속하는 범위이고, ｜Cr/Ni｜eq는 다음의 Hammerand Svenssan 관계식,
｜Cr｜eq = Cr + 1.37Mo + 1.5Si + 2Nb + 3Ti.
｜Ni｜eq = Ni + 0.31Mn + 22C + 14.2N + 1Cu.
으로부터 구해지고, 상기 관계식에서 조성은 중량%로 나타낸다.
그리고 야금학적으로 연속주조시 주편에 발생하는 응고크랙은 용질원소의 편석량이 높아서 발생하는 경우와 응고조직(dendrite)이 조대하게 형성되어서 연신율이 저하되어 발생하는 경우가 있다.
용질원소의 편석으로 인해 응고크랙이 발생하는 경우는 응고과정 중 용질원소가 응고조직 사이에서 편석되어 머쉬 존(mushy zone)을 확장시키기 때문이다. 이 경우에 응고크랙의 발생을 방지하기 위해서는 응고과정중 용질원소의 편석량을 줄이는 것이 요구된다.
한편, 조대한 응고조직은 고온강도가 낮기 때문에 외부응력이 작용할 때 응고조직의 계면에서 응고크랙이 발생하게 된다. 따라서 연주주편의 응고크랙을 억제하기 위해서는 용질원소의 편석량을 줄이고, 응고조직을 미세하게 형성시키는 것이 필요하다.
또한, 주편 표층부의 크랙발생을 방지하고, 또한 열간압연시 에지크랙 발생을 방지하기 위해서는 오스테나이트계 스테인레스강의 응고과정 및 편석거동이 파악되어야 한다. 이에 대한 과정은 온도강하에 따른 스테인레스강의 응고과정과 편석거동을 모식도로 나타낸 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.
제1단계에서는 액상선(1)에서 오스테나이트상(2)이 초정으로 생성되고 온도가 떨어짐에 따라 오스테나이트상이 성장하여 인접하는 응고조직과 부딪히게 된다.
제2단계는 응고크랙이 발생하기 시작하는 영역으로서, 응고과정중 고상으로부터 액상으로 배출되는 Cr, Ni, Mn, Si, P, S 등의 용질원소가 덴드라이트사이(interdendrite)에 잔류하는 잔류액상(3)에서 갇히게 되고, 온도가 강하됨에 따라 이러한 잔류액상(3)은 용질원소가 편석된 상태로 응고된다.
제3단계에서는 덴드라이트가 서로 부딪힌 후 오스테나이트상(1)은 결정입자 조대화(coarsening)과정을 통해 조대해진다.
액상선(1)부터 응고완료 온도인 고상선(4)까지의 온도구간은 용질원소가 농축되는 구간이므로 이 구간에서 냉각속도를 느리게 하면 용질원소가 고상주위의 스테인레스 용강으로 확산되므로 덴드라이트 사이에 잔류하는 잔류액상(3)에 농축되는 용질원소의 함량은 감소된다. 따라서 냉각속도를 느리게 하면 용질원소의 편석에 기인한 응고크랙의 발생은 억제할 수 있다.
한편, 냉각속도를 빠르게 하면 응고조직의 크기가 미세하게 되므로 조대한응고조직에 기인한 응고크랙을 억제할 수 있는 효과가 있지만, 잔류액상(3)에 농축된 용질원소의 확산이 지연되는 단점도 있다.
위의 설명으로부터 연속주조시 주편의 응고크랙은 응고과정 중 냉각조건에 의해 조절될 수 있다고 판단되므로 본 발명은 연속주조시 주편 응고크랙을 냉각속도에 의해 제어하는 방법을 제시하였다. 그러나 냉각속도를 제어하는 과정에서 응고크랙 이외의 품질 및 조업문제를 야기시킬 수 있기 때문에 냉각속도의 한계 및 범위가 설정된다.
즉, 본 발명에 따르면 액상선(1)에서 고상선(4)까지의 온도구간에서 냉각속도를 10∼3000℃/min(1.6∼50℃/sec)로 제어하고, 고상선(4)에서 700℃까지의 온도구간에서 냉각속도를 150℃/min(2.5℃/sec)이하로 제어하여 주편에서 응고크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 냉각속도의 한계설정 이유는 다음과 같다.
액상선(1)에서 고상선(4) 까지의 온도구간에서 냉각속도를 빠르게 하면, 응고조직을 미세하게 형성시킬 수 있고 응고크랙이 일어나는 구간을 빨리 지나갈 수 있지만, 냉각속도가 3000℃/min을 초과하면 연속주조시 응고조직 사이에 잔류하는 잔류액상에 농축된 용질원소가 확산할 시간이 적어져서 주편표면에 용질원소의 편석에 기인한 응고크랙을 발생시킨다.
냉각속도가 10℃/min이하로 되면 초기에 생성되는 응고조직이 조대하게 되어 조대한 응고조직에 기인한 응고크랙이 발생된다. 그리고 냉각속도를 느리게 하기 위해서 연주조업시 제1차냉각 및 제2차냉각에 사용되는 냉각수의 사용량을 감소시키는 경우에, 연속주조중 주편 응고 셀(shell)의 강도가 저하되어 주편이벌징(bulging)되는 현상이 발생되므로 연주조업 및 제품품질의 악화를 초래하게 된다.
한편, 고상선(4)에서 700℃까지의 온도구간에서 냉각속도가 150℃/min를 초과하면 주편이 복열되어서 열응력으로 인한 크랙뿐만 아니라, 주편 그라인딩시 표면에 과도하게 잔류하는 잔류응력으로 인한 표면크랙이 발생된다. 이러한 크랙은 열간압연시 선상결함을 유발한다. 따라서 고상선(4)에서 700℃까지의 온도구간에서 냉각속도를 150℃/min이하로 제어하는 것이 요구된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명의 효과 및 특징을 상세히 설명한다.
(실시예)
본 발명은 표 1에서 표시한 바처럼 ｜Cr/Ni｜eq 가 1.2이하에 속하는 대표적인 비자성 스테인레스강을 대상으로 표 2에 나타난 냉각조건으로 연속주조 주편을 제조하였고, 연속주조 주편의 응고크랙 및 벌징(bulging)을 조사하였다.
본 발명의 냉각조건을 만족하는 발명재(A∼C)의 연속주조 주편은 표면에 벌징 및 응고크랙이 발생하지 않는 양호한 품질을 얻을 수 있었다.
그러나 액상선(1)에서 고상선(4)까지의 온도구간에서 냉각속도 범위가 본 발명의 조건을 벗어난 비교재(D)에 있어서, 주편표면에 벌징이 발생하지 않았으나 세로방향의 크랙, 즉 면세로 크랙(facial longitudinal crack)이 발생되어 주편의 실수율을 저하시켰다. 이러한 비교재(D)는 그라인딩으로 크랙을 제거하는 공정이 필요하므로 제품생산시 공정부하가 걸리게 된다.
고상선(4)에서 700℃까지의 온도구간에서 냉각속도가 본 발명의 냉각조건을벗어난 비교재(E)에 있어서, 열응력 또는 잔류응력에 기인한 미세크랙이 발생하였고, 열간압연시 선상결합이 발생하였다.
액상선(1)에서 고상선(4)까지의 온도구간에서 냉각속도가 하한치보다 낮은 비교재(F)에 있어서, 주편표면의 조대한 응고조직으로 인해 응고크랙이 발생되었고, 연속주조시 주편 벌징이 발생되어 탕면 흔들림등의 조업 불안정이 발생되었다.
그리고 액상선(1)에서 고상선(4)까지의 온도구간과, 고상선(4)에서 700℃까지의 온도구간에서 냉각속도가 본 발명의 냉각조건을 벗어난 비교재(G)에 있어서, 연속주조 주편에 크랙과 벌징이 발생하였고 이러한 비교재(G)는 열간압연시 크랙을 발생시킬 수 있다.
이상의 실시예를 통해 본 발명재는 연주조업시 연주주편의 표층부 냉각속도를 제어함으로서 우수한 연속주조 주편품질을 얻을수 있을 뿐 만 아니라 안정적인 연속주조 조업이 가능하다는 것을 확인하였다.
상술한 바와같이 본 발명은 열간압연 및 연속주조시에 발생하는 미세크랙을 방지할 수 있으며, 연속주조 및 열간압연시크랙방지를 위한 공정부하 없이도 우수한 전자부품용 비자성 오스테나이트계 스테인레스강을 얻을 수 있는 효과가 있다.
Claims (1)
- 액상선에서 오스테나이트상이 초정으로 생성되어 응고 개시되고 고상선에서 오스테나이트상으로 응고 완료되는 비자성 오스테나이트계 스테인레스강의 주편을 냉각시키는 방법에 있어서,상기 액상선에서 고상선까지의 온도구간에서 상기 주편을 10∼3000℃/min의 냉각속도로 냉각시키는 단계와,상기 고상선에서 700℃까지의 온도구간에서 상기 주편을 150℃/min이하의 냉각속도로 냉각시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 비자성 오스테나이트계 스테인레스강의 주편 냉각방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR10-1998-0053388A KR100397298B1 (ko) | 1998-12-07 | 1998-12-07 | 비자성오스테나이트계스테인레스강의주편냉각방법 |
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| KR10-1998-0053388A KR100397298B1 (ko) | 1998-12-07 | 1998-12-07 | 비자성오스테나이트계스테인레스강의주편냉각방법 |
Publications (2)
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPH05209252A (ja) * | 1991-03-14 | 1993-08-20 | Nippon Steel Corp | 均一微細な炭化物組織を有する高炭素含有ステンレス鋼の製造方法 |
| JPH0665639A (ja) * | 1992-08-19 | 1994-03-08 | Nippon Steel Corp | 均一微細な炭化物組織を有し衝撃靭性に優れた高炭素含有ステンレス鋼帯の製造方法 |
-
1998
- 1998-12-07 KR KR10-1998-0053388A patent/KR100397298B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05209252A (ja) * | 1991-03-14 | 1993-08-20 | Nippon Steel Corp | 均一微細な炭化物組織を有する高炭素含有ステンレス鋼の製造方法 |
| JPH0665639A (ja) * | 1992-08-19 | 1994-03-08 | Nippon Steel Corp | 均一微細な炭化物組織を有し衝撃靭性に優れた高炭素含有ステンレス鋼帯の製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20000038397A (ko) | 2000-07-05 |
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