KR101243211B1 - 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 주조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마르텐사이트계 스테인리스 박판을 주조하기 위한 쌍롤 박판 주조 방법에 관한 것으로, 반대 방향으로 회전하는 두 개의 주조롤 사이로 용강을 주입하여 마르텐사이트계 스테인리스 박판을 주조하되, 주조 개시 전에 목표 주조속도를 결정하고, 주조 개시 후에 미리 정해진 상기 목표 주조속도를 향해 2 단계 이상의 변화율로 주조속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 주조 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 쌍롤 박판 주조 공정에서 주조 초기의 목표 주조속도와 주조속도의 변화율을 제어하여 일정한 주조두께를 확보함으로써, 용강의 미응고와 판파단을 방지하여 안정적으로 연속조업이 가능하고, 주조시 중심편석과 균열이 억제되어 도물(刀物)류나 공구류 제작시 경도가 높고 우수한 품질의 마르텐사이트계 스테인리스 제품을 제조할 수 있다.

Description

마르텐사이트계 스테인리스 박판의 주조 방법{TWIN ROLL STRIP CASTING PROCESS OF MARTENSITIC STAINLESS STRIP}

본 발명은 마르텐사이트계 스테인리스 박판을 주조하는 쌍롤식 박판 주조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주조 초기에 용강의 미응고와 판파단을 방지하여 안정적으로 연속조업이 가능한 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 주조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 마르텐사이트계 스테인리스강은 내식성, 경도 및 내마모성이 우수하여 각종 공구류나 도물(刀物)류 제조에 사용되는데, 연속주조공정이나 잉곳으로 슬라브를 제조한 다음 재가열하고 열간압연하여 제조하며, 열간압연된 상태에서 강의 조직은 마르텐사이트상, 템퍼드 마르텐사이트상, 페라이트상 및 잔류 오스테나이트상 등이 혼재하여 존재한다. 그리고, 열연강판은 상소둔(batch annealing) 공정을 거쳐 페라이트와 탄화물로 변태되어 연질화되고, 스케일 제거를 위해 산세 공정을 거친 후, 연질 소재는 냉간압연 또는 제품으로 가공후 최종 수요가의 열처리 공정을 통해 마르텐사이트계 스테인리스강으로 변태되는 것이다.

여기서, 마르텐사이트계 스테인리스강을 연속주조공정에 의해 제조하는 경우에는 탄소 첨가량이 높을수록 주편 중심부에 조대한 중심 편석이 심하게 형성되고 고액공존영역이 넓어 주조성에 취약한 문제가 있기 때문에, 주로 잉곳으로 슬라브를 제조한 다음 재가열하고 열간압연하여 열연코일을 생산하고, 상소둔 공정을 거쳐 산세처리후 냉간압연하여 마르텐사이트계 스테인리스강을 제조하고 있다.

그러나, 상술한 잉곳 주조법을 이용하는 경우에는 느린 냉각속도 때문에 슬라브에 조대한 중심 편석이 형성되고 상기 중심 편석은 후속 열처리 공정에서 잘 제거되지 않고 잔류하게 되어 스트립의 절단 과정에서 이중판(lamination) 결함을 수반하게 되며, 입계에는 조대한 1차 크롬 탄화물(크롬 카바이드)이 석출되어 후처리 공정에서 강판에 균열이나 판파단이 발생하게 된다.

상기 문제점을 해결하고자, 탄화물을 고용하기 위해 열간압연후 상소둔 공정(BAF, Batch Annealing Furnace)에서 소둔온도를 높이고, 소둔시간을 장시간 유지하는 기술이 공지되어 있으나, 가열로의 설비투자가 필요하여 생산원가가 증대되고, 생산성이 급감하는 문제가 있다.

그밖에, 저온주조 및 저속주조 방법도 제안되었으나, 이 방법들은 주편 중심부에 입상의 등축정 조직을 형성하고 주편 응고층을 빠르게 형성시켜 중심편석이 감소되지만, 주조중 침지노즐이 막혀 조업이 불안정하게 되고 생산성이 저하되는 문제가 있다.

따라서, 주조시 중심 편석이 억제되고, 균열 및 판파단을 방지하여 주조 안정성이 확보된 고품질의 마르텐사이트 스테인리스강 및 그 제조방법에 대한 개발이 요청되어 왔다.

본 발명은 상기 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 쌍롤 박판 주조 공정에서 주조 초기의 목표 주조속도와 주조속도의 변화율을 제어하여 일정한 주조두께를 확보함으로써, 용강의 미응고와 판파단을 방지하여 안정적으로 연속조업이 가능한 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 주조 방법의 제공을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 반대 방향으로 회전하는 두 개의 주조롤 사이로 용강을 주입하여 마르텐사이트계 스테인리스 박판을 주조하되, 주조 개시 전에 목표 주조속도를 결정하고, 주조 개시 후에 미리 정해진 상기 목표 주조속도를 향해 2 단계 이상의 변화율로 주조속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 주조 방법을 제공한다.

이때, 상기 변화율은 상기 목표 주조속도를 향할 수록 완만해 지는 것에도 그 특징이 있다.

게다가, 상기 변화율은 1차 변화율이 상기 목표 주조속도의 1/20~1/5이고, 2차 변화율이 상기 목표 주조속도의 1/50~1/20인 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 1차 변화율과와 2차 변화율 사이의 변곡점은 상기 목표 주조속도의 1/3~2/3인 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 목표 주조속도는 하기의 식으로 결정되는 것에도 그 특징이 있다.

S = a × tⁿ

(S는 목표 주조속도, a는 비례상수, t는 주조두께, n은 두께지수로 음의 값을 가짐)

여기서, 상기 비례상수(a)는 270~320이고, 상기 두께지수(n)는 -1.6~-1.3인 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 의하면, 쌍롤 박판 주조 공정에서 주조 초기의 목표 주조속도와 주조속도의 변화율을 제어하여 일정한 주조두께를 확보함으로써, 용강의 미응고와 판파단을 방지하여 안정적으로 연속조업이 가능하고, 주조시 중심편석과 균열이 억제되어 도물(刀物)류나 공구류 제작시 경도가 높고 우수한 품질의 마르텐사이트계 스테인리스 제품을 제조할 수 있다.

도 1은 쌍롤 박판 주조 공정의 개략도.
도 2는 주조초기 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 판파단 발생 사진.
도 3은 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 입계에 석출된 1차 크롬 탄화물 사진.
도 4는 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 주조차수에 따른 최소두께 및 평균열유속의 관계를 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 주조두께와 주조속도의 관계를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 주조속도의 변화율을 나타낸 그래프.

이하, 본 발명에 따른 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 주조 방법에 관하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 쌍롤식 박판 주조 공정에 의해 마르텐사이트계 스테인리스 박판을 주조시, 주조 초기의 목표 주조속도를 결정하고, 주조속도의 변화율을 2단계 이상으로 제어하여 일정한 주조두께를 확보함으로써, 용강의 미응고와 판파단을 방지하여 안정적으로 연속조업이 가능하며, 주조시 중심편석과 균열이 억제되어 도물(刀物)류나 공구류 제작시 경도가 높고 우수한 품질의 마르텐사이트계 스테인리스 제품을 제조할 수 있는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따른 판파단 발생이 억제되는 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 주조 방법은 도 1의 쌍롤식 박판 주조 공정을 이용하여 제조되는 바, 이와 같은 쌍롤식 박판 주조 공정은 턴디쉬(1)에 수용된 용강(4)이 하부의 침지노즐(2)을 통하여 반대방향으로 회전하는 한쌍의 주조롤(3) 사이로 공급되어 그 용강으로부터 직접 수 mm 두께의 박판 제품을 연속적으로 제조하는 설비이다.

즉, 반대방향으로 회전하면서 냉각되는 한 쌍의 주조롤(3) 사이에 침지노즐(2)을 통하여 주입된 소정의 성분을 갖는 용강이 응고되어 응고쉘을 형성하고 롤닢에서 압하되어 박판(7)이 생성된다. 이렇게 생성된 박판(7)은 핀치롤(10)에 의해 안내되어 인라인 압연기(11)의 압연롤에 의해 압연되어 마르텐사이트계 스테인리스 강판으로 제조되는 것이다.

마르텐사이트계 스테인리스 박판을 종래의 연속주조공정이나 잉곳 주조법에 의해 주조하는 경우, 중심 편석이 형성되어 선상 결함이나 판상 분리가 발생될 수 있고, 입계에 조대한 1차 크롬 탄화물이 석출되어 후처리 공정에서 강판에 균열이나 판파단이 발생하는 문제가 있었으나, 상기 쌍롤식 박판 주조 공정에 의해 마르텐사이트계 스테인리스 박판을 주조하는 경우에는 롤닙 부근의 용강이 압하될 때 압착 유동(squeezing flow)이 발생됨으로써 중심부 용질 농축이 발생되는 구간의 용강이 압출(squeezing out)되어 중심 편석이 제거될 뿐만 아니라, 용강이 응고되는 냉각속도가 빨라 입계의 결정립이 미세화되어 1차 크롬 탄화물의 석출물이 저감되므로, 주조시 중심 편석 및 균열을 억제하여 주조 안정성을 확보할 수 있다.

이와 같이, 상기 쌍롤식 박판 주조 공정에 의해 제조된 마르텐사이트계 스테인리스 박판은 종래의 주조법에 비해 중심 편석이 제거되고, 도 3과 같이 입계에 1차 크롬 탄화물이 미세하게 석출되어 균열 및 판파단 억제에 유리하지만, 쌍롤식 박판 주조 공정을 적용하더라도 마르텐사이트계 스테인리스 박판은 취성이 강하여 고온인성에 취약해 주조두께가 얇은 경우 도 2의 사진에 나타난 바와 같이 판파단이 쉽게 발생할 수 있다.

따라서, 주조초기에 판파단의 발생을 방지하기 위해서는 일정한 주조두께를 확보할 필요가 있고, 이러한 주조두께의 확보는 주조속도 및 그 변화율과 밀접한 관련이 있으며, 도 4에 나타난 바와 같이 주조롤의 평균열유속이 낮아 냉각능이 낮은 경우에도 주조두께가 얇아져 판파단이 용이하게 발생한다.

이때, 주조초기의 주조두께는 주조롤과 용강과의 접촉시간에 의해 결정되는데, 종래에는 이러한 주조초기가 과도기적 상태여서 정상상태를 유지하기 위해 도 6의 비교예에 나타난 바와 같이 1단계의 변화율(ramping rate, mpm/sec)로 주조속도를 가급적 빠르게 목표 주조속도까지 상승시켜 왔다.

그러나, 빠른 주조속도로 인하여 주조롤과 용강과의 접촉시간이 짧아져 주조두께가 감소하여 판파단이 쉽게 발생할 뿐만 아니라 주조재를 인발하는 주조롤 후단의 디스차지 조업의 난이도도 함께 증가하여 주조 조업이 매우 어렵게 되는 문제가 있는 바, 본 발명에서는 주조 개시 전에 먼저 목표 주조속도를 결정하고, 턴디쉬 내의 용강을 공급하면서 한쌍의 주조롤을 회전시켜 주조를 개시한 후에, 미리 정해진 상기 목표 주조속도를 향해 2 단계 이상의 변화율로 주조속도를 증가시켜 마르텐사이트계 스테인리스 박판을 주조한다.

즉, 도 6의 발명예에 나타난 바와 같이, 비교예처럼 가파른 기울기의 변화율로 빠르게 목표 주조속도까지 주조속도를 증가시키는 것이 아니라, 1차 변화율, 2차 변화율 등과 같이 2단계 이상의 변화율로 목표 주조속도까지 주조속도를 증가시킨다. 이때, 상기 2단계 이상의 변화율은 상기 목표 주조속도를 향할 수록 점차 완만해 지는 것이 바람직한 바, 예를들면 1차 변화율은 가파르게 제어하고, 2차 변화율은 그보다 완만하게 제어하는 것이다. 이는 주조 시작시점에는 리더스트립과 주편의 안정된 접착을 목적으로 과도한 주조 압하력이 요구되어 주조속도의 변화율을 높에 유지할 필요가 있는 반면에, 상기 리더스트립의 본딩부가 빠져나가는 시점에서는 주조속도의 변화율을 완만하게 제어하는 것이 주조안전성 및 적정한 주조두께의 확보에 유리하기 때문이다.

여기서, 상기 변화율 중에 1차 변화율이 상기 목표 주조속도의 1/20~1/5인 것이 바람직한 바, 1차 변화율이 목표 주조속도의 1/20 미만인 경우에는 리더스트립과 주편의 안정된 접착이 곤란하고, 1차 변화율이 목표 주조속도의 1/5를 초과하면 주조속도가 과도하여 주편 형성이 어려워 주조 불안정을 야기시키기 때문이다.

또한, 상기 변화율 중에 2차 변화율이 상기 목표 주조속도의 1/50~1/20인 것이 바람직한 바, 2차 변화율이 목표 주조속도의 1/50 미만인 경우에는 주조속도가 너무 낮아 과다 두께의 주편이 생성될 수 있고, 2차 변화율이 목표 주조속도의 1/20을 초과하면 주조두께가 얇아 판파단이 발생할 수 있기 때문이다.

그리고, 상기 1차 변화율과와 2차 변화율 사이의 변곡점은 상기 목표 주조속도의 1/3~2/3인 것이 바람직한데, 변곡점이 목표 주조속도의 1/3 미만인 경우에는 1차 변화율이 과도하게 낮아 리더스트립과 주편의 안정된 접착이 곤란하고, 변곡점이 목표 주조속도의 2/3을 초과하는 경우에는 2차 변화율이 너무 낮아 과도한 주조두께의 주편이 생성될 수 있는 문제가 있기 때문이다.

한편, 본 발명의 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 주조 방법은 상기 목표 주조속도가 하기의 식으로 결정되는 것이 바람직하다.

S = a × tⁿ

(S는 목표 주조속도, a는 비례상수, t는 주조두께, n은 두께지수로 음의 값을 가짐)

상기 식은 본 발명의 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 주조두께와 주조속도의 관계를 나타낸 그래프인 도 5로부터 도출된 실험식다.

여기서, 상기 비례상수(a)는 270~320이면서 상기 두께지수(n)가 -1.6~-1.3인 것이 바람직한데, 비례상수(a)가 270미만이면서 n이 -1.6미만인 경우에는 주조두께 대비 주조속도가 너무 낮아 압하력이 높아지고, 비례상수(a)가 320을 초과하면서 두께지수(n)이 -1.3을 초과하는 경우에는 주조두께 대비 주조속도가 너무 높아 주편이 형성되지 않고 오히려 판파단이 발생하는 주조 불안정을 야기시키는 문제가 있기 때문이다.

이와 같이, 본 발명은 쌍롤 박판 주조 공정을 이용하고, 주조 초기의 목표 주조속도와 주조속도의 변화율을 제어하여 일정한 주조두께를 확보함으로써, 용강의 미응고와 판파단을 방지하여 안정적으로 연속조업이 가능하고, 주조시 중심편석과 균열이 억제되어 도물(刀物)류나 공구류 제작시 경도가 높고 우수한 품질의 마르텐사이트계 스테인리스 제품을 제조할 수 있는 것이다.

1: 턴디쉬 2: 침지노즐
3: 주조롤 4: 용강
5: 에지댐 6: 브러쉬롤
7: 박판 8: 루프피트
9: 메니스커스 쉴드 10: 핀치롤
11: 인라인 압연기(IRM)

Claims (6)

1. 반대 방향으로 회전하는 두 개의 주조롤 사이로 용강을 주입하여 마르텐사이트계 스테인리스 박판을 주조하되,
   주조 개시 전에 목표 주조속도를 결정하고 상기 목표 주조속도에 따라 상기 주조롤의 목표 회전속도를 결정하며,
   주조 개시 후에 미리 정해진 상기 목표 회전속도를 향해 2 단계 이상의 변화율로 회전속도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 주조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 변화율은 상기 목표 회전속도를 향할수록 완만해 지는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 주조 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 변화율은 1차 변화율이 상기 목표 회전속도의 1/20~1/5이고, 2차 변화율이 상기 목표 회전속도의 1/50~1/20인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 주조 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 1차 변화율과와 2차 변화율 사이의 변곡점은 상기 목표 회전속도의 1/3~2/3인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 주조 방법.
5. 반대 방향으로 회전하는 두 개의 주조롤 사이로 용강을 주입하여 마르텐사이트계 스테인리스 박판을 주조하되,
   주조 개시 전에 목표 주조속도를 결정하고 상기 목표 주조속도에 따라 상기 주조롤의 목표 회전속도를 결정하며,
   주조 개시 후에 미리 정해진 상기 목표 회전속도를 향해 2 단계 이상의 변화율로 회전속도를 증가시키되,
   상기 목표 주조속도는 하기의 식으로 결정되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 주조 방법.
   S = a × tⁿ
   (S는 목표 주조속도, a는 비례상수, t는 주조두께, n은 두께지수로 음의 값을 가짐)
6. 제5항에 있어서,
   상기 비례상수(a)는 270~320이고, 상기 두께지수(n)는 -1.6~-1.3인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인리스 박판의 주조 방법.

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