KR101360660B1 - 에지 품질이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쌍롤식 박판 주조 방법을 이용하여, 오스테나이트계 스테인리스 강판을 제조함에 있어서, 우수한 에지 품질을 확보할 수 있는 오스테나이트계 스테인리스 강판을 제조할 수 있는 방법에 관한 것으로,
서로 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 롤, 상기 롤 측면을 밀봉하여 용강풀을 형성하는 에지댐 및 상기 용강풀 상부를 밀봉하고, 불활성 가스를 공급하는 매니스커스 쉴드를 포함하는 쌍롤식 박판 주조 장치를 이용하여 오스테나이트계 스테인리스 강판을 제조하는 방법에 있어서,
상기 매니스커스 쉴드 내의 평균압력이 200~450mmAq이고,
주조 톤수 10톤까지 상기 매니스커스 쉴드 내의 압력을 150mmAq이상으로 주조하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법을 제공한다.

Description

에지 품질이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING AUSTENITIC STAINLESS STEEL SHEET HAVING EXCELLENT EDGE PROPERTY}

본 발명은 쌍롤식 박판 주조장치를 이용하여 스테인리스 강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에지 품질이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 오스테나이트계 스테인리스강은 다음과 같은 제조공정을 통해 제조된다. 용강을 주조하여 연주 슬라브를 제조한 다음 재가열하고 열간압연하여 열연코일을 제조한다. 이러한 열연코일은 열연판 소둔 및 산세 목적으로 고온 연속 소둔 산세 (Hot Annealing & Pickling Line) 공정을 거쳐 델타페라이트를 분해하여 오스테나이트로 연질화시킨 후 냉간압연을 거쳐 최종 제품으로 사용된다.

상기와 같은 연속주조방식은 주조, 압연 공정이 분리되어 있어서 공정이 복잡할 뿐만 아니라, 주조 후 다시 재가열하여 압연을 하여야 하는 점에서, 많은 에너지를 필요로 하는 점에서 경제적, 환경적으로 바람직하지 않다. 이러한 기존의 연속주조방식이 아닌 박물을 직접 쌍롤에 의하여 생산하는 쌍롤식 박판 주조(스트립캐스팅, strip casting)법을 활용하여 오스테나이트계 스테인리스강을 제조하는 기술이 개발되었다.

상기 쌍롤식 박판 주조법은 용강으로부터 두께 10mm 이하의 박판을 직접 제조하는 것으로, 빠른 속도로 반대방향으로 회전하는 내부 수냉식 쌍롤 사이에 주입 노즐을 통해 용강을 공급하여 원하는 두께의 박판을 제조하는 방법이다.

이렇게 획기적인 쌍롤식 박판 주조법을 이용하여, 오스테나이트계 스테인리스 강판을 제조하는 경우에도, 에지벌징이 발생할 수 있다. 이와 같이, 에지벌징이 발생하게 되면, 열간압연이 힘들고, 압연시 에지 크랙이 발생하거나 형상불량으로 실수율이 저하되는 문제가 있다.

에지벌징은 에지부 응고지연 현상이 발생하여 에지부 약 200~300㎜구간의 주편 온도가 상대적으로 높거나, 심할 경우, 에지부 주편 두께가 국부적으로(~50mm) 높게되거나 주편이 찢어져 발생하게 된다. 에지부 응고지연은 쌍롤식 주조공정의 특성일 수 있는데, 응고쉘이 응고 수축되면서 중심부에 비해 상대적으로 자유로운 에지부가 주조롤과 들뜨게 되어 열전달이 나빠짐에 따라 응고지연현상이 발생하게 된다. 에지부 응고지연현상이 심하게 되면 에지벌징이 발생하게 되는데, 이때 주조시에도 에지크랙이나 용강이 흘러내리는 문제가 발생하기도 하고, 압연시 두께가 두껍거나 온도가 높게되면 폭방향 압연율 차이로 인해 주편형상이 불량하거나 에지 웨이브가 심해 압연성이 나빠져 실수율 저하의 원인이 되기도 한다.

따라서, 상기와 같이, 에지벌징의 발생을 억제하여, 에지 품질이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강판을 제조할 수 있는 기술이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명의 일측면은 쌍롤식 박판 주조 방법을 이용하여, 오스테나이트계 스테인리스 강판을 제조함에 있어서, 우수한 에지 품질을 확보할 수 있는 오스테나이트계 스테인리스 강판을 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 서로 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 롤, 상기 롤 측면을 밀봉하여 용강풀을 형성하는 에지댐 및 상기 용강풀 상부를 밀봉하고, 불활성 가스를 공급하는 매니스커스 쉴드를 포함하는 쌍롤식 박판 주조 장치를 이용하여 오스테나이트계 스테인리스 강판을 제조하는 방법에 있어서,

상기 매니스커스 쉴드 내의 평균압력이 200~450mmAq이고,

주조 톤수 10톤까지 상기 매니스커스 쉴드 내의 압력을 150mmAq이상으로 주조하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 오스테나이트계 스테인리스 강을 제조함에 있어서 용강으로부터 직접 열연코일을 제조하는 스트립캐스팅(strip casting) 공정을 적용하는 것을 특징으로 하며, 특히 에지벌징을 감소키켜 에지품질이 양호한 오스테나이트계 스테인리스 강판을 제조하는 방법을 제안하므로써 품질을 향상시키고, 실수율을 개선시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 통상의 쌍롤식 박판 주조 공정의 단면을 나타낸 모식도임.
도 2는 쌍롤식 박판 주조 장치에 대한 단면을 나타낸 모식도임.
도 3은 매니스커스 쉴드 내의 압력과 에지 벌징의 발생에 관한 관계를 나타낸 그래프임.
도 4는 주조 톤수의 증가에 따른 매니스커스 쉴드내의 압력변화를 나타낸 그래프임.
도 5는 (a) 내지 (c)는 에지벌징이 발생하는 고온의 주편, 그때의 폭방향 온도분포 및 두께분포를 예시한 것이며, (d)는 에지벌징이 없는 경우의 두께 분포를 예시한 예시도임.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 하기 도면은 본 발명의 이해를 위한 일실시예를 나타낸 것이며, 본 발명이 하기 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 서로 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 롤, 상기 롤 측면을 밀봉하여 용강풀을 형성하는 에지댐 및 상기 용강풀 상부를 밀봉하고, 불활성 가스를 공급하는 매니스커스 쉴드를 포함하는 쌍롤식 박판 주조 장치를 이용하여 마르텐사이트계 스테인리스 강판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 매니스커스 쉴드 내의 압력이 200~450mmAq이 되도록 제어한다.

도 1은 알려진 쌍롤식 박판 주조 장치 일예의 단면을 모식화한 것이다. 도 1로부터, 쌍롤식 박판 주조 장치를 이용하여 오스테나이트 스테인리스 강판을 제조하는 방법을 간략히 설명하면 다음과 같다.

용강을 래들(1)에 수용시키고, 노즐을 따라 턴디쉬(2)로 유입되며, 턴디쉬(2)로 유입된 용강은 주조롤(6) 양 끝단부에 설치된 에지댐(5)의 사이, 즉, 주조롤(6)의 사이로 용강 주입노즐(3)을 통해 공급되어 응고가 개시된다. 이때 롤 사이의 용탕부에는 산화를 방지하기 위해 매니스커스 쉴드(4)로 용탕면을 보호하고 적절한 가스를 주입하여 분위기를 적절히 조절하게 된다. 양 롤이 만나는 롤 닙(7)을 빠져나오면서 박판(8)이 제조되어 인발되면서 압연기(9)를 거쳐 압연이 된 후 냉각공정을 거쳐 권취 설비(10) 에서 권취된다.

본 발명에서 상기 오스테나이트계 스테인레스 강판을 제조하기 위한 용강의 조성은 특별히 한정하는 것은 아니다. 일예로는, C: 0.1중량% 이하, Cr: 12~25중량%, Ni: 5~12중량%를 포함하고, Fe와 불순물을 포함하는 강종을 사용할 수 있다.

본 발명은 주조과정에서 상기 매니스커스 쉴드 내의 평균압력을 200~450mmAq로 제어하는 것이 바람직하다. 상기 평균압력은 주조 개시 후 종료까지 매니스커스 쉴드 내의 평균압력을 의미한다. 상기 압력이 200mmAq 미만에서는 에지벌징이 심하거나 주편 표면에 미세크랙이 발생하는 등 주조불안정성이 증가되고, 450mmAq를 초과하게 되면 에지댐에 과한 힘을 발생하여 에지댐 제어에 영향을 주므로 적정한 압력으로 제어하는 것이 바람직하다.

도 3은 C 0.06wt%, Cr 18wt%, Ni 8wt%, N 0.04wt% 및 Fe와 불가피한 불순물로 이루어진 304 오스테나이트계 스테인리스 박판을 제조하는 과정에서 매니스커스 쉴드 내의 압력에 따른 에지 벌징 지수를 나타낸 그래프이다. 상기 도 3에 나타난 바와 같이, 매니스커스 쉴드 내의 압력과 에지 벌징 지수는 서로 반비례 관계에 있음을 알 수 있다. 따라서, 매니스커스 쉴드 내의 압력이 낮으면, 에지 벌징이 발생할 수 있는 가능성이 높아지므로, 바람직하지 않다.

본 발명에서 상기 매니스커스 쉴드 내의 압력을 유지하는 방법에 대해 도 2를 참조하여 상세히 설명한다. 도 2는 주조롤(6)과 주조롤의 끝단부에 설치된 에지댐(5) 및 상기 주조롤(6)과 에지댐(5)의 상부에 설치된 매니스커스 쉴드(4)의 구조를 나타낸 단면이다. 한편, 용탕면을 보호하고 매니스커스 쉴드(4) 내부를 실링(sealing)하는 밀봉재(11)가 구비되어 있다. 또한, 상기 매니스커스 쉴드(4) 내부에 가스를 공급하는 가스 공급부(12) 및 가스를 배출하는 가스 배출부(13)가 구비되어 있다.

본 발명에서는 상기 메니스커스 쉴드 내의 평균압력을 200~450mmAq로 유지하기 위해서는 메니스커스 쉴드 내부에 상기 가스 공급부(12)로 가스를 공급하고, 내부 가스 압력을 측정하는 가스압력 측정센서(14)를 통해 가스압력을 측정하여 일정 압력 이상이 되면 상기 가스 배출부(13)를 통해, 가스를 배출하므로서 압력을 제어한다.

일반적으로, 쌍롤식 박판 주조공정에서 적용하고 있는 분위기가스는 질소가스를 사용하고 있는데, 에지벌징을 개선시키기 위해서 아르곤(Ar) 혼합가스를 적정 비율로 사용하고 있다. 통상적으로 아르곤 혼합가스는 10% 이내로 제한하여 사용하고 있는데, 10%이상의 아르곤 혼합가스를 사용하는 경우에는 주편 표면에 미세크랙이 발생하는 등 주조에 문제를 야기시킨다.

본 발명에서는 분위기가스를 폭방향에 차별적으로 적용한다. 본 발명에서는 에지부 응고지연이 발생하고 있는 에지부위에는 100% 질소 분위기를 사용하고, 중심부에만 국부적으로 아르곤 혼합가스를 적용하므로서 에지부 응고지연을 억제한다.

질소가스는 용강중 용해성 가스이므로 가스갭을 줄여 냉각능을 향상시키는 경향이 있고, 상기 혼합가스의 아르곤은 불용성 가스이므로 용강과 주조롤 표면사이의 가스가 팽창에 의해 가스갭을 증가시키는 방향으로 작용하므로 냉각능을 감소시키는 경향이 있다. 따라서, 쌍롤식 박판 주조공정에서 에지벌징을 완화시키기 위해서는 에지부에는 냉각능을 향상시킬 수 있도록 100% 질소가스를 공급하고, 중심부에는 질소가스 + 10%이하(0은 제외)의 아르곤 혼합가스를 공급하여 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 일반적으로는 에지응고가 지연되므로 아르곤 혼합가스를 중심부에 공급하여 사용하고 있는데, 가스압력이 일정이상이 되어 가스배출을 하고자 할 때 에지부에서 가스배출을 하게 되면, 100% 질소가스가 먼저 배출되므로, 주조롤 폭방향으로 모두 아르곤 혼합가스로 교체되어 에지벌징 완화효과를 없애는 경우가 발생하므로, 주조롤 중심부에서 가스배출을 실시하는 것이 바람직하다.

한편, 주조시에 주조 초기의 압력을 제어하는 것이 매우 중요하다. 즉, 본 발명에서는 주조 초기 10톤까지의 매니스커스 쉴드 내의 압력이 150mmAq이상인 것이 바람직하다. 상기 주조 초기 10톤이라 함은 주조개시 후 10톤의 주조량이 행해진 시점을 의미하는 것이다.

상기 주조 초기 매니스커스 쉴드 내의 압력이 낮다는 것은 상기 도 2에서 밀봉재(11)에 의한 밀봉이 완전하지 않음을 의미한다. 이와 같이, 주조 초기에 매내스커스 쉴드 내의 밀봉 상태가 나쁘면, 질소가스와 아르곤 혼합가스의 차별화가 없어져 에지벌징이 심해지고, 심할 경우, 대기가스 유입으로 인해 주편표면에 크랙이 발생하는 등 주조문제를 야기시킨다. 따라서 밀봉재의 두께나 밀봉상태를 적정하게 맞추어 밀봉 상태가 양호하도록 밀봉재를 장착하는 것이 매우 중요하다.

도 4는 상기 C 0.06wt%, Cr 18wt%, Ni 8wt%, N 0.04wt% 및 Fe와 불가피한 불순물로 이루어진 304 오스테나이트계 스테인리스 박판을 주조하는 과정에서 주조 톤수의 증가량에 대한 압력 변화를 나타낸 그래프이다. 도 4의 (a) 내지 (c)는 주조 초기 10톤까지의 매니스커스 쉴드 내 압력이 150mmAq에 미치지 못하는 것이며, (d) 내지 (f)는 150mmAq 이상인 경우를 나타낸 것이다. 도 4의 (a) 내지 (c)의 주편(strip)은 에지벌징이 심하게 발생하였으나, (d) 내지 (f)의 경우에는 에지벌징이 약하여 에지 품질이 양호하였다.

한편, 도 5는 에지벌징이 발생할 때와 발생하지 않을 때의 상황을 설명하는 일예로서, 도 5 (a)는 에지벌징이 발생할 때의 주조롤 직하 고온의 주편(strip)표면상태를 나타낸 것이다. 도 5(a)에서, 에지부가 밝은 것은 온도가 높은 상태를 나타낸다. 도 5 (b)는 도 5 (a) 주편의 폭방향 온도분포를 측정한 것으로 250mm까지 온도가 높은 상태임을 나타내고, 도 5 (c) 는 도 5 (a) 주편의 폭방향 두께분포를 나타낸 것으로 에지부 50mm까지 두께가 두꺼운 상태를 나타낸다.

반면, 도 5의 (d) 는 본 발명의 일례로 에지벌징이 발생하지 않는 정상적인 상태에서의 주편의 폭방향 두께분포를 나타낸 것이다. 본 발명에 의한 경우, 에지부가 어느 정도 온도가 높은 분포를 나타내나 두께분포는 에지부에서 두께증가 없이 안정적으로 나타나는 것을 알 수 있다.

상기 도 4와 5의 결과에서 알 수 있듯이, 주조 초기 10톤까지 매니스커스 쉴드 내 압력이 150mmAq에 미치지 않는 경우에는 에지 벌징이 발생하는 것을 알 수 있으므로, 주조 초기 10톤까지의 압력을 150mmAq 이상으로 제어하는 것이 바람직하다.

1.....래들 2.....턴디쉬
2.....주입노즐 4.....매니스커스 쉴드
5.....에지댐 6.....주조롤
7.....롤닙 8.....주편
9.....압연기 10.....코일권취설비
11.....밀봉재 12.....가스 공급부
13.....가스 배출부

Claims (5)

1. 서로 반대 방향으로 회전하는 한쌍의 롤, 상기 롤 측면을 밀봉하여 용강풀을 형성하는 에지댐 및 상기 용강풀 상부를 밀봉하고, 불활성 가스를 공급하는 매니스커스 쉴드를 포함하는 쌍롤식 박판 주조 장치를 이용하여 오스테나이트계 스테인리스 강판을 제조하는 방법에 있어서,
   상기 매니스커스 쉴드 내의 평균압력이 200~450mmAq이고,
   주조개시 후 10톤의 주조량이 행해진 시점에서의 상기 매니스커스 쉴드 내의 압력이 150mmAq 이상이 되도록 주조하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 매니스커스 쉴드 내의 평균압력은 주조롤 폭 방향 중심부에 위치되어 매니스커스 쉴드에 구비된 가스 배출구를 통해 가스를 배출하여 제어하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 불활성 가스는 주조롤 폭 중심부에는 질소와 아르곤 혼합가스를 사용하고, 에지부에는 질소가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 질소와 아르곤 혼합가스는 아르곤이 10% 이하로 포함되어 있는 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 용강의 조성은 C: 0.1중량% 이하(0% 제외), Cr: 12~25중량%, Ni: 5~12중량%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 강판의 제조방법.

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