KR101153735B1 - 높은 망간 함량을 함유하는 경량 구조용강의 제조 방법 및시스템 - Google Patents

높은 망간 함량을 함유하는 경량 구조용강의 제조 방법 및시스템 Download PDF

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Abstract

연속 주조를 통해 TWIP 특성(쌍정 유기 소성)을 가지면서 증가된 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 규소(Si) 함량을 함유하는 강의 제조는 종래 기술에 따르면 다양한 이유로 어렵거나 불가능한 것으로서 간주되었다. 이러한 이유는 무엇보다, Mn의 강한 미세 편석으로 인해 응고시 스트랜드 쉘(strand shell)의 낮은 강성, 초저온 온도일 때에 높은 강성, 주조 분말과 강 내 알루미늄의 반응, 거대 편석, 가장자리 영역의 합금 원소 감소 및 푸셔형 연속로(pusher furnace)에서 슬래브를 재 가열할 때에 결정입계 경계의 산화를 들 수 있다. 그러므로 본 발명에 따라, 적합한 주조 분말을 이용하여 두께(d)가 120mm 이하인 박슬래브를 주조하기 위한 박슬래브 주조기(1) 상에서 연속해서 이어져 배치된 처리 단계들을 통해 15 내지 27wt%의 Mn, 1 내지 6wt%의 Al, 1 내지 6wt%의 Si, ≤0.8wt%의 C, 잔부 Fe 및 수반 원소들의 사전 지정된 화학적 조성을 갖는 상기 경량 구조용강을 주조하고, 응고 직후 곧바로 연속 강편(2)으로부터 슬래브들(3)을 분리하며, 그리고 중간 로(4)에서 연속적으로 통과시키면서 온도 균형 조정을 실행하고, 그런 다음 상기 슬래브(3)를 중간 냉각 처리 없이 곧바로 열간 압연하는 점이 제안된다.(도면 참고)
Figure 112006065095263-pct00001
TWIP 특성, 냉간 성형성, 오스테나이트계 경량 구조용강, 열간 압연 스트립의 제조 방법, 주조 분말, 광물성 물질, 열간 압연 스트립의 제조 시스템.

Description

높은 망간 함량을 함유하는 경량 구조용강의 제조 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR MANUFACTURING A LIGHTWEIGHT STRUCTURAL STEEL WITH A HIGH MANGANESE CONTENT}
본 발명은 TWIP-특성(Twinning Induced Plasticity; 쌍정 유기 소성)을 가지 면서 높은 함량의 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 규소(Si)를 함유하며 그리고 우수한 냉간 성형성을 갖는 고강도의 오스테나이트계 경량 구조용강을 소재로 열간 압연 스트립을 제조하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따라 강은 우선적으로 연속 주조 시스템에서 연속 강편으로 주조되고, 슬래브로 분리되며, 그런 다음 최종 두께에 이를 때까지 압연된다.
예컨대, 차체 패널 부재; 보강용 차체 부재;뿐 아니라 초저온 탱크; 및 배관;용으로 이용하기 위한 TWIP 특성을 갖는 오스테나이트계 경량 구조용강은 예컨대 EP 0 889 144 B1에 상응하게, 10 내지 30wt%의 Mn, 1 내지 6wt%의 Si, 1 내지 8wt%의 Al(Si + Al ≤ 12wt%) 및 잔부 Fe의 화학적 조성을 갖는다.
DE 199 00 199 A1에는 7 내지 30wt%의 Mn, 1 내지 10wt%의 Al, 0.7 내지 4wt%의 Si, ≤10wt%의 Cr, ≤10wt%의 Ni, ≤3wt%의 Cu, 및 ≤0.5wt%의 C 뿐 아니라 선택적으로 추가의 합금 원소들(N, Va, Nb, Ti, P)을 함유하는 고강도 경량 구조용강이 개시되어 있다. 이러한 경량 구조용강은 우수한 기계적 특성 이외에도 우수한 내부식성 및 내응력부식균열성을 갖는다. 이와 같은 강은, 상기 인용문헌에 따르면, 연속 주조 방법으로 주조되어 열간 압연되거나, 혹은 박 스트립(thin strip) 주조를 통해 최종 치수에 근접하게 주조되는 것으로 되어 있다.
연속 주조법을 통해 높은 망간 함량을 갖는 강을 제조하는 방법은 종래 기술에 따르면 다양한 이유에서 어렵거나 불가능한 것으로서 간주된다. 이러한 이유는 다음과 같다: Mn의 강한 미세 편석으로 인해 응고시 스트랜드 쉘(strand shell)의 낮은 강성(Mn > 15wt%일 때에 파괴 위험), 초저온 온도일 때에 높은 강성(시스템 과부하, 균열 문제), 주조 분말과 강 내의 알루미늄의 반응(기능의 제한), 거대 편석, 물 분사 냉각에 의한 수소 및/또는 산소의 흡수, 비금속 함유물의 발생 증가, 가장자리 영역의 합금 원소 감소, 및 푸셔형 연속로(pusher furnace)에서 슬래브를 재가열할 때에 결정 입계 경계의 산화.
이와 관련하여, 2001년 Barbara Konferenz-Einzelbericht(바바라 회의 개인 보고서) 71 ~ 84쪽, Spitzer등의 공개 인쇄물, "Innovative Stahlprodukte - Herausforderung fuer die Prozessentwicklung(혁신적 강제품 - 공정 개발을 위한 도전)"에는 하기와 같이 진술되어 있다. 강은 망간 함량이 증가할수록 그 주조가 점차 더욱 어려워진다. 강은 한편으로 고온에서 응고 후 낮은 강성을 갖는다. 왜냐하면, 망간은 잔여 용융물 내 함량이 높을 경우 대단히 농후해지고, 수지상 영역(interdendritic range)에서 용융점을 강하시키기 때문이다. 그렇게 함으로써, 오늘날 평가에 따라 Mn 함량이 15wt%인 경우 연속 주조 방법을 불가능하게 하는 접착제 파괴의 경향이 상승하게 된다. 상기한 강은 또 다른 한편으로 더욱 낮은 온도에서 높은 강성을 가지며, 그럼으로써 강편을 굽힐 때에 시스템 과부하가 발생하며 균열 형성을 고려해야만 한다. 또한, 상기한 강 등에서 밀도를 감소시키기 위해 설정되는 바와 같이 알루미늄이 더욱 많은 백분율로 함유될 때에, 주조 분말의 기능을 더욱 심각하게 악화시키는 주조 분말과의 반응이 이루어진다.
이와 관련하여, BHM 149(2004), 3호, 112 - 117쪽에 공개된 Gigacher 등의 또 다른 공개 인쇄물 "Eigenschafte hochmanganhaltiger Staehle unter stranggiessaehnlichen Bedingungen(연속 주조와 유사한 조건 하에서 높은 망간 함량을 함유한 강의 특성)"으로부터 요약되어 있는 바에 따르면 다음과 같다. TWIP 강을 제조하기 위해 제안된 합금 컨셉의 주조는 주조 분말을 이용한 방법에 바람직하지 못하다.
높은 Al 함량(> 1wt%)을 갖는 강의 주조 할 때에 일반적인 문제는 주조 분말의 산화물 성분;과 강으로부터 나오는 Al;의 반응이다. 강으로부터 나오는 Al에 의해 슬래그 내에서 이루어지는 SiO2의 환원을 통해 Al2O3가 생성되며, 이는 슬래그에 의해 흡수되며, 그럼으로써 슬래그의 염기도(CaO/SiO2의 비율)는 증가한다. 그 결과 주조 다이 내의 점도 및 윤활비율은 매우 강하게 변화한다.
이와 같은 어려운 문제들을 기반으로, 과거에는 TWIP-강을 제조하기 위한 다양한 방법들이 개시되었다:
WO 02/101109 A1에 공지된 방법에 따르면, 가능한 탄소 함량(C ≤ 1wt%)을 상승시킴으로써, 그리고 여기서는 특히 B, Ni, Cu, N, Nb, Ti, V, P와 같은 또 다른 원소들을 첨가함으로써, 항복점의 확실한 저하와 그에 따른 열간 및 냉간 압연 시 성형성의 개선이 달성된다. 이와 같은 강을 제조하기 위해, 주입 재료(슬래브, 박슬래브 혹은 스트립)은 가열되고, 소정의 온도 한계를 고려하면서 열간 압연되어 권취된다.
EP 1 341 937 B1에 개시된 방법에 따르면, 12 내지 30wt%의 Mn을 함유하는 강이 트윈 롤러 주조기를 이용하여 1mm 내지 6mm 이하의 두께를 갖는 박막의 예비 스트립이 주조되고, 수직으로 주조 갭사이로 배출되는 예비 스트립은 자체 표면에 도포되는 냉각 매체에 의해 냉각되며, 그런 다음 단 하나의 열간 압연 공정에서 최종 두께로 압연된다. 주조 갭으로부터 배출되는 시점과 롤러 스탠드로 유입되는 시점 사이의 총 시간 간격은 약 8초이다.
EP 1 067 203 B1에는 Fe-C-Mn 합금을 이용하여 스트립을 제조하기 위한 방법이 개시되어 있다. 이 방법에 따라 우선적으로 1.5 내지 10mm 사이의 두께를 가지면서 6 내지 30wt%의 Mn, 0.001 내지 1.6wt%의 C, ≤2.5wt%의 Si, ≤6wt%의 Al, ≤10wt%의 Cr 및 추가 원소들로 이루어진 조성을 갖는 박막의 강 스트립이 트윈 롤러 주조기에서 제조되고, 그런 다음 상기 박막 강 스트립은 10과 60wt% 사이의 압하율로써 하나 혹은 그 이상의 단계에서 열간 압연된다.
본 발명의 목적은 종래 기술의 단점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 사전 지정된 화학적 조성을 가지면서 높은 망간 함량을 함유하는 강이 연속 주조를 통해 제조될 수 있도록 하기 위해 이용될 수 있고 가능한 한 간단하게 실현될 수 있는 방법 및 시스템을 제공하는 것에 있다.
상기 목적은 본원의 방법에 따라 청구항 제1항의 특징부를 이용하여, 연속 이어져 배치되는 처리 단계들을 통해,
15 내지 27wt%의 Mn, 1 내지 6wt%의 Al, 1 내지 6wt%의 Si, ≤0.8wt%의 C, 잔부 Fe 및 수반 원소들의 사전 지정된 화학적 조성을 갖는 경량 구조용강은,
? 두께(d)가 120mm 이하인 박슬래브를 주조하기 위한 박슬래브 주조기(1)에서, 매우 빠르게 균형을 달성하면서도 그에 이어서 자체 윤활 거동을 더 이상 변화시키지 않는 적합한 주조 분말을 이용하는 조건에서 주조되고 슬래브로 분리되며,
? 슬래브의 응고 및 분리 직후에 이어서 중간 로(intermediate furnace)에서 연속적으로 통과하면서 온도 균형 조정이 개시되며, 그런 다음
? 슬래브는 중간 냉각 처리없이 곧바로 열간 압연된다.
본 발명에서 상기 수반원소는 예컨대 불가피한 불순물을 의미한다.
본원의 방법을 실행하기 위한 시스템은 청구항 제1항의 특징부를 특징으로 한다.
예컨대 CSP-주조기(CSP = Compact Strip Production) 상에서 박슬래브를 제조할 때에, 강편은 수직으로 추출되고, 응고에 이어서 수평으로 만곡되며, 이어서 슬래브로 분리된다. 그러므로 이 경우 내부 균열과 결부된 문제는 발생할 수 없다. 고강도의 오스테나이트 강의 제조는 시스템 과부하 없이 가능하다.
응고 직후 여전히 강편 내에 존재하는 미세 편석은 재차 중간 로, 예컨대 롤러 허스로(roller hearth furnace)를 연속해서 통과할 때에 재차 후행하는 압연 성형 이전에 대부분이 확산을 통해 사라진다. 이때, 슬래브 중심에 존재하는 거대 편석은 오스테나이트계 특수강에서와 유사하게 열간 압연기 내에서의 강한 성형할때에 충분히 보상된다.
바람직하게는 CSP-시스템의 롤러 허스로를 본 발명에 따라 이용할 때에, 짧은 통과 시간 덕분에 합금 원소의 더욱 강한 감소 또는 결정 입계 경계의 산화는 회피된다. 이는 예컨대 종래 기술에 따른 통상적인 열간 압연 광폭 스트립 압연기의 푸셔형 연속로 내에서 가열 단계가 더욱 길어질 때에 곤란한 문제점들을 초래할 수 있다.
높은 Mn 및 Al 함량을 함유하는 TWIP 경량 구조용강의 주조 기술을 본 발명에 따라 박슬래브 주조기에서 활용할 수 있도록 하기 위해, 적합한 주조 분말의 사용이 요구된다. 이와 같이 적합한 주조 분말이란, 본 발명에 상응하게 매우 빠르게 균형을 달성하고, 그런 후에 자체 윤활 거동이 더 이상 변화되지 않는 특성을 갖는다.
예를 들어 강의 Al에 의한 SiO2 환원의 반응 속도를 감소시키기 위해, 주조 분말은 본 발명에 따라 10wt%를 초과하는 Al2O3를 함유한다. 균형 상태에서 더욱 많은 SiO2를 가용하게 하기 위해서, 대체되거나 추가되는 방법에 따라, 주조 분말의 SiO2-비율이 증가하되, 이와 같은 증가는 0.5 - 0.7의 염기도(CaO/SiO2의 비율)에 도달할 때까지 실시된다.
MnO2는 SiO2보다 강의 Al에 의해 더욱 적게 환원되고, 그럼으로써 SiO2는 상기와 같은 환원(배소(roasting))으로부터 보호되기 때문에, 본 발명의 또 다른 실시예로서 주조 분말에 MnO2를 첨가할 수 있다.
SiO2와 같이 유리화 작용을 하지만, 그러나 강의 Al에 의해 영향을 받지 않는(환원되지 않는) TiO2으로 SiO2를 부분적으로 대체하는 점 역시 본 발명에 따라 주조 분말에 혼용될 수 있다.
최종적으로, 주조 다이 내에서 주조 분말의 점도를 감소시킬 수 있다. 그렇게 함으로써 주조 분말 소모량은 상승하고, 형성된 Al2O3은 더욱 많이 소멸되며, 그럼으로써 더욱 낮아진 Al2O3 함량을 갖는 균형이 설정된다. 이와 같은 점도 감소는 주조 분말에 B2O3(붕산염), Na2O 및/또는 LiO2를 첨가함으로써 달성된다.
다음에서는 열간 압연 스트립을 제조하기 위한 본 발명에 따른 시스템의 개략도로 도시된 처리 흐름이 더욱 상세하게 설명된다.
첨부한 도는 열간 압연 스트립을 제조하기 위한 본 발명에 따른 시스템을 도시한 개략적인 처리 흐름도이다.
원칙적으로 이용되는 시스템은 공지된 CSP 시스템이다. 그러나 상기 CSP 시스템의 경우, 본 발명에 따라 본원의 방법이 응고 직후에 이어서 중간 로 내에서 연속적으로 통과하면서 온도 균형 조정을 실행하고 그런 다음 중간 냉각 처리없이 슬래브를 직접적으로 열간 압연하는 요건을 충족하면서 실행될 수 있는 점에 한해서 개별 시스템 부재들 사이의 간격은 변경되었다.
그에 따라 도면에 도시된 시스템은 박슬래브 주조기(1)와 그 후방에 배치되는 중간 로(4)로 구성된다. 상기 중간 로(4) 내로는 연속 강편(2)으로부터 응고 후에 분리된 슬래브(3)가 송입된다. 상기한 중간 로(4) 후방에는 재차 압연기(5)가 배치되며, 이 압연기(5) 내에서는 중간 로(4) 내에서 온도 균형이 조정된 슬래브(3)가 곧바로, 다시 말해 중간 냉각 처리 없이 열간 압연 스트립(6)으로 압연된다.
본 발명에 따르면, TWIP-특성(Twinning Induced Plasticity; 쌍정 유기 소성)을 가지 면서 높은 함량의 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 규소(Si)를 함유하며 그리고 우수한 냉간 성형성을 갖는 고강도의 오스테나이트계 경량 구조용강을 소재로 열간 압연 스트립을 제조하기 위한 방법 및 시스템이 제공된다.

Claims (7)

  1. TWIP 특성(쌍정 유기 소성)을 가지면서 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 규소(Si)를 함유하고 우수한 냉간 성형성을 갖는 오스테나이트계 경량 구조용강으로 열간 압연 스트립(6)을 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 경량 구조용강은 우선적으로 연속 주조기(1) 내에서 연속 강편(2)으로 주조되고 슬래브들(3)로 분리되며, 그런 다음 최종 두께로 압연되는
    상기 제조 방법에 있어서,
    연속으로 이어져 배치되는 처리 단계들을 통해, 15 내지 27 wt%의 Mn, 1 내지 6 wt%의 Al, 1 내지 6 wt%의 Si, ≤0.8 wt%의 C, 잔부 Fe 및 불순물들의 사전 지정된 화학적 조성을 갖는 상기 경량 구조용강은,
    ? 두께(d)가 120mm 이하인 박슬래브를 주조하기 위한 박슬래브 주조기(1)에서, 주조 분말을 이용하는 조건에서 주조되고 슬래브(3)로 분리되되, 상기 주조 분말에는, 강의 Al에 의한 SiO2-환원의 반응 속도를 감소시키는 작용과 주조 다이 내 점도를 감소시킴으로써 발생하는 Al2O3-함량을 감소시키는 작용 중의 한 가지 이상의 작용을 하는 광물성 물질들이 첨가되며,
    ? 슬래브(3)의 응고 및 분리 직후에 이어서 중간 로(4)에서 연속적으로 통과하면서 온도 균형 조정이 개시되고, 그런 다음
    ? 슬래브(3)는 중간 냉각 처리없이 곧바로 열간 압연되고,
    상기 주조 분말은 0.5 내지 0.7의 염기도(CaO/SiO2의 비율)를 갖는 SiO2를 함유하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 주조 분말은 10wt%를 초과하는 Al2O3를 함유하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주조 분말은 MnO2와 TiO2 중의 하나 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 주조 다이 내에서 상기 주조 분말의 점도를 감소시키기 위해, 상기 주조 분말은 B2O3, Na2O 및 LiO2 중의 하나 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중간 로(4)는 롤러 허스로인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 따르는 방법을 실행하고, TWIP 특성(쌍정 유기 소성)을 가지면서 15 내지 27 wt%의 Mn, 1 내지 6 wt%의 Al, 1 내지 6 wt%의 Si, ≤0.8 wt%의 C, 잔부 Fe 및 불순물들의 사전 지정된 화학적 조성을 갖고 우수한 냉간 성형성을 갖는 고강도의 오스테나이트계 경량 구조용강으로 열간 압연 스트립(6)을 제조하기 위한 시스템으로서,
    시스템 부재로서의 박슬래브 주조기(1), 중간 로(4) 및 열간 압연기(5)가 연속하여 이어져 배치되는 CSP(Compact Strip Production)-시스템으로 구성되는 상기 제조 시스템에 있어서,
    연속 강편(2)의 응고 직후에 이어서 중간 로(4)에서 연속적으로 통과하면서 분리된 슬래브(3)의 온도 균형 조정이 실행되고 그런 다음 상기 슬래브(3)는 중간 냉각 처리 없이 직접적으로 열간 압연되도록, 상기 시스템 부재 사이의 간격이 변경되고,
    상기 주조 분말은 0.5 내지 0.7의 염기도(CaO/SiO2의 비율)를 갖는 SiO2를 함유하는 것을 특징으로 하는 제조 시스템.
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