KR101676140B1

KR101676140B1 - 오스테나이트계 스테인레스강의 정련방법

Info

Publication number: KR101676140B1
Application number: KR1020140189041A
Authority: KR
Inventors: 김완이; 남기주; 김지수
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2016-11-15
Also published as: KR20160078812A

Abstract

본 개시의 일 실시 형태에 따른 오스테나이트계 스테인레스강의 정련방법은 오스테나이트계 스테인레스강을 제조함에 있어, 정련로에 Si 및 Al 중 하나를 투입하여 스테인레스 용강을 탈산하는 용강탈산단계; 상기 탈산된 용강을 래들로 출강하는 단계; 상기 래들 내에 Ca를 투입하여 상기 탈산된 용강을 재탈산 및 성분조정하는 래들처리(LT)단계;를 포함하며,상기 래들처리 단계에서, 상기 Si으로 탈산된 용강에는 Ca를 일괄 투입하며, 상기 Al로 탈산된 용강에는 Ca를 1차 및 2차로 분할 투입할 수 있다. 상기 탈산된 용강에 Ca를 투입으로 인한 재탈산 및 성분 조정 공정을 수행함으로써, 표면 크랙 및 스캡 결함을 감소시킬 수 있다.

Description

오스테나이트계 스테인레스강의 정련방법{METHOD FOR REFINING AUSTENITE STAINLESS STEEL}

본 개시는 오스테나이트계 스테인레스강의 정련 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오스테나이트계 스테인레스강의 표면 크랙(crack) 및 스캡(scab) 결함의 발생을 감소할 수 있는 오스테나이트계 스테인레스강의 정련방법에 관한 것이다.

오스테나이트계 스테인레스강의 제조공정은 통상 전기로 공정(EAF), 정련공정(AOD), 래들처리(LT) 공정, 턴디쉬(Tundish) 공정 및 연속주조 공정으로 이루어져 있다.

정련로(AOD) 공정은 스테인레스 용강 중 탄소, 산소 및 황 등의 불순물을 제거하는 가장 중요한 공정으로 크게 탈탄기와 환원기로 구분할 수 있다.

탈탄기는 정련로 내에 산소를 취입함으로써 탄소를 제거하는 공정을 말하는데, 이때 탄소의 연소뿐만 아니라 크롬 성분도 다량 산화된다. 산화된 크롬은 환원과정을 통하여 용강 안으로 회수되어야 하는데 이 공정을 환원기라고 한다.

상기 환원기에서는 상기 크롬 산화물의 환원을 위하여 탈산제로서 크롬보다 산화력이 강한 Si 또는 Al을 투입한다. 그러나, Si 로 탈산하는 경우 용강 중 산소 농도가 높아 열간 가공성이 낮아지며 압연 공정시 표면 크랙 결함을 일으킬 수 있며, Al로 탈산을 하는 경우 탈산 생성물인 알루미나(Al₂O₃), 즉, 고융점 개재물이 생성되어 스캡 결합을 일으킬 수 있다.

또한, 상기 스테인레스 용강 중의 산소(O), 질소(N) 및 황(S)이 포화 용해도보다 높을 경우, 응고시 또는 열간 압연 중에 결정립계(grain boundary)상에 산화물, 황화물 또는 질화물이 석출되어 강중의 연성을 감소시키게 되고, 이로 인해, 스테인레스강의 열간 가공성은 낮아지게 된다. 따라서, 상기 오스테나이트계 스테인레스강의 우수한 열간 가공성을 확보하기 위해서는 용강 중의 산소(O), 질소(N) 및 황(S)의 함량을 조절하여야 한다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 오스테나이트계 스테인레스강의 열간 가공성 및 내식성을 확보하면서 표면 결함 및 스캡 결함을 방지할 수 있는 기술이 필요한 실정이다.

하기 특허문헌 1은 강재 내 고융점 개재물의 발생을 억제할 수 있는 AOD-LT 정련방법에 관한 것이다.

특허문헌 1: 한국공개특허공보 2011-0071811

본 개시는 스테인레스강의 우수한 열간 가공성 확보 및 고융점 개재물 생성을 방지하여 표면 크랙 및 스캡 결함을 감소시킬 수 있는 오스테나이트계 스테인레스강의 정련방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 개시의 일 실시 형태에 따른 오스테나이트계 스테인레스강의 정련방법은 오스테나이트계 스테인레스강을 제조함에 있어, 정련로에 Si 및 Al 중 하나를 투입하여 스테인레스 용강을 탈산하는 용강탈산단계; 상기 탈산된 용강을 래들로 출강하는 단계; 상기 래들 내에 Ca를 투입하여 상기 탈산된 용강을 재탈산 및 성분조정하는 래들처리(LT)단계;를 포함하며,상기 래들처리 단계에서, 상기 Si으로 탈산된 용강에는 Ca를 일괄 투입하며, 상기 Al로 탈산된 용강에는 Ca를 1차 및 2차로 분할 투입할 수 있다.

본 개시에 의하면, 스테인레스강의 제조공정 중 스테인레스강의 우수한 열간 가공성 확보 및 고융점 개재물 생성을 방지하여 표면 크랙 및 스캡 결함이 없는 품질이 우수한 오스테나이트계 스테인레스강을 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 스테인레스 용강 중의 합금 원소에 따른 산소 간의 탈산 라인을 나타낸 그래프이다.
도 2는 Ca 탈산 방법에 따른 오스테나이트계 스테인레스 용강의 표면 크랙 및 스캡 결함 발생률에 대한 그래프이다.
도 3은 턴디쉬(tundish) 공정에서 용강 중의 Ca와 산소(O), 황(S), 질소(N) 및 몰리브덴(Mo)의 조성적 관계를 통해 표면 크랙 결함 발생 유무를 판단하는 관계식 4를 도출하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 턴디쉬(tundish) 공정에서 용강 중의 Ca와 산소(O) 및 황(S) 사이의 조성적 관계를 통해 표면 크랙 결함 발생을 방지하기 위한 조건인 관계식 2를 도출하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 턴디쉬 공정에서 용강 중의 Ca와 Al, Si 및 O의 조성적 관계를 통해 스캡 결함 발생 유무를 판단하는 관계식 3을 도출하여 나타낸 그래프이다
도 6은 턴디쉬 공정에서 용강 중의 Ca와 Al 사이의 조성적 관계를 통해 표면 스캡 결함 발생을 방지하기 위한 조건인 관계식 4를 도출하여 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 오스테나이트계 스테인레스강 제조시 래들처리(LT)단계에서 1520℃ 내지 1560℃에 적용할 수 있는 Ca 함량 및 상기 Ca 함량에 따른 탈산 라인의 관계식 5를 도출하여 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.

그러나, 본 개시의 실시 형태는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진자에게 본 개시를 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

또한, 본 개시의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 개시의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.

덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

이하, 본 개시에 의한 오스테나이트계 스테인레스강의 정련방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 개시의 일 실시 형태에 따른 오스테나이트계 스테인레스강의 정련방법은 오스테나이트계 스테인레스강을 제조함에 있어, 정련로에 Si 및 Al 중 하나를 투입하여 스테인레스 용강을 탈산하는 용강탈산단계; 상기 탈산된 용강을 래들로 출강하는 단계; 상기 래들 내에 Ca를 투입하여 상기 탈산된 용강을 재탈산 및 성분조정하는 래들처리(LT)단계;를 포함하며, 상기 래들처리 단계에서, 상기 Si으로 탈산된 용강에는 Ca를 일괄 투입하며, 상기 Al로 탈산된 용강에는 Ca를 1차 및 2차로 분할 투입하는 것을 특징으로 한다.

일반적으로, AOD 정련공정에서는 스테인레스강 용강 중의 크롬 성분이 다량 산화하는데, 이렇게 산화된 크롬은 환원과정을 통하여 상기 용강으로 회수되어야 한다.

따라서, 크롬 산화물을 환원하여 크롬 성분으로 회수하기 위해서는 탈산제를 투입하여야 하며, 그 탈산제로는 크롬보다 산화력이 강한 금속원소를 사용하여야 한다.

본 개시의 일 실시 형태에 따르면, 상기 정련로에 Si 및 Al 중 하나를 투입하여 스테인레스 용강을 탈산하는 용강탈산단계 및 상기 탈산된 용강을 래들로 출강하는 단계를 포함한다.

상기 용강탈산단계에서는 정련로에 탈산제인 상기 Si 또는 상기 Al을 투입하여 상기 스테인레스 용강의 탈산을 수행할 수 있다.

상기 용강탈산단계는 AOD 정련공정에서 환원기일 수 있다.

상기 용강탈산단계 이후 상기 탈산된 용강을 래들로 출강할 때, 출강온도는 1620~1660℃의 범위일 수 있다

상기 출강하는 단계에서는 재산화가 발생할 수 있으며, 상기 스테인레스 용강 중에 20 ppm 내지 30 ppm의 산소(O)가 추가로 함유될 수 있다.

이후 단계인 래틀처리(LT) 단계에서는 AOD 슬래그(slag)를 완전히 배재한 후, 라파지 슬래그(Lafarge Slag)와 같은 CaO와 Al₂O₃ 함유 슬래그를 투입하여 추가 산화가 일어나지 않도록 할 수 있다.

상기 Si를 투입하여 탈산하는 경우, 상기 스테인레스 용강 중의 산소(O)함량이 60 ppm 내지 70 ppm으로 높을 수 있다. 이로 인해, 상기 스테인레스강의 열간 가공성이 낮아지게 되고, 압연 공정시 표면 크랙 결함이 발생할 수 있다.

상기 Al을 투입하여 탈산하는 경우, 상기 스테인레스 용강 중의 산소(O)함량이 20 ppm 내지 30 ppm으로 낮아질 수 있다. 이로 인해, 상기 스테인레스강의 열간 가공성은 개선될 수 있으나, 탈산 생성물인 알루미나(Al₂O₃)의 생성 및 상기 용강 중 Al로 인한 개재물 내 Al₂O₃의 함량 상승으로 고융점 개재물이 생성되어 스캡 결함을 일으킬 수 있다.

종래에는 Ca 투입량을 스테인레스 용강 중 8 ppm 내지 10 ppm으로 투입하여 개재물의 개질을 목적으로만 사용되었다.

도 1은 스테인레스 용강 중의 합금 원소에 따른 산소 간의 탈산 라인을 나타낸 그래프이다.

본 개시의 일 실시 형태에 따르면, 상기 래들(ladle) 내에 Ca를 투입하여 상기 탈산된 용강의 재탈산 및 성분을 조정하는 래들처리(LT)단계를 포함한다.

상기 래들처리 단계에서는 상기 정련로에서 상기 Si 또는 Al로 탈산된 용강을 래들 내에서 Ca의 투입으로 추가 탈산을 수행할 수 있다.

상기 Ca의 투입량은 상기 용강 중 Ca 함량이 22 ppm 내지 50 ppm이 되도록 조절할 수 있다.

도 1을 참조하면, 상기 용강 중 상기 Ca의 함량이 22 ppm 이하일 경우, 1600℃에서 CaO가 생성되지 않아, Ca를 투입하더라도 Ca에 의한 탈산 효과가 미비할 수 있다.

상기 용강 중 상기 Ca의 함량이 50 ppm 이상일 경우, 상기 용강 중에서 점상의 부식(pitting)이 존재하게 되어, 상기 스테인레스강의 내식성이 감소할 수 있다.

상기 Ca를 투입할 때, 상기 스테인레스 용강 온도는 낮을수록 상기 용강 중 O 및 Ca의 용해도가 감소하여 CaO 생성이 촉진될 수 있다. 따라서, 상기 Ca는 낮은 온도에서 투입하는 것이 바람직하다.

상기 용강 온도는 1600℃이하일 수 있으며, 보다 바람직하게는 1520℃ 내지 1560℃일 수 있다.

상기 Ca의 투입량은 하기의 관계식 1 내지 5을 이용하여, 1520℃ 내지 1560℃에서 상기 용강 중 Ca 함량이 50 ppm이하를 만족하도록 할 수 있다.

하기 관계식 1 내지 5에서, [Ca], [Al], [Si], [Mo]. [N], [O] 및 [S]는 용강 중에 함유된 원소들로서, 그 함량을 나타내며, 단위는 ppm이다.

(관계식 1)

X≥2, (X= 30[Ca]/(4[s]+0.02[N]+0.0006[Mo]))

(관계식 2)

[Ca]> 0.39[O+S]-0.15

(관계식 3)

Y≥0.15, (Y= [Ca]/([O]+[Al]+0.01[Si]))

(관계식 4)

[Ca]> 0.22[Al]-7.7

(관계식 5)

11864*log[Ca][O]= 108.25[Ca]+58.57[O]+2.897

상기의 관계식 1 내지 5를 이용하여 상기 Ca의 투입량을 제어함으로써, 상기 용강 중의 잉여 용존 산소를 감소시킬 수 있으며, 개재물 개질의 효과를 얻을 수 있다. 이로 인해, 상기 용강 압연시 표면 크랙 및 고융점 개재물로 인한 스캡 결함 발생을 방지할 수 있어, 표면 품질이 우수한 오스테나이트계 스테인레스강을 제조할 수 있다.

상기 래들처리 단계에서, 상기 Si으로 탈산된 용강일 경우와 상기 Al로 탈산된 용강일 경우는 Ca를 투입하는 방법이 상이할 수 있다. 상기 탈산된 용강에 따른 Ca 투입법으로 인하여, 상기 용강 중의 고융점 개재물 생성을 억제할 수 있으며, 스캡 결함을 감소시킬 수 있다.

본 개시의 일 실시 형태에 따르면, 상기 Si으로 탈산된 용강일 때 상기 래들 내에 상기 Ca를 일괄 투입하며, 상기 Al로 탈산된 용강일 때 상기 래들 내에 상기 Ca를 1차 및 2차로 분할 투입한다.

상기 Si으로 탈산된 용강일 때, 1520℃ 내지 1560℃에서 상기 Ca를 투입할 수 있다.

상기 Al로 탈산된 용강일 때, 1520℃ 내지 1560℃에서 상기 Ca를 1차 및 2차 분할 투입될 수 있다.

상기 Ca 투입량은 강종에 따라 변화될 수 있으나, 상기 Ca 투입량은 상기 용강 중 Ca의 함량이 22 ppm 내지 50 ppm이 되도록 조절할 수 있다.

상기 Ca를 분할 투입할 때, 상기 1차 투입은 전체 상기 Ca 투입량 100 중량% 중 40 중량% 이하를 투입하고, 상기 2차 투입에서는 나머지를 투입할 수 있다.

본 개시의 일 실시 형태에 따라 제조된 오스테나이트계 스테인레스강은 Cr: 10~20%, Ni: 0~14%, Mo: 0~3%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 개시를 보다 구체적으로 설명하고자 한다.

(실시예)

정련로에서 Si 또는 Al 중 하나를 투입하여 오스테나이트계 스테인레스 용강의 탈산을 실시한 후, 래들(ladle)내에 Ca를 투입하여 상기 탈산된 용강의 재탈산 및 성분을 조정하였다.

상기 탈산 및 성분이 조정된 용강을 턴디쉬(tundish) 공정 및 연속주조공정을 거쳐 주편으로 제조하였다.

표 1 내지 표 3은 상기 턴디쉬(tundish) 공정에서 시편 채취를 통해 분석된 상기 용강 중 성분들의 농도와 표면 크랙 결함 및 스캡 결함의 발생유무를 나타낸다.

도 2는 Ca 탈산 방법에 따른 오스테나이트계 스테인레스 용강의 표면 크랙 및 스캡 결함 발생률에 대한 그래프이다.

도 2의 'Si 탈산'은 상기 Si으로 탈산된 용강에 Ca를 투입한 후, 상기 용강 중에 Ca의 함량이 22 ppm 이하인 것이며, 'Ca 탈산'은 상기 용강 중에 Ca의 함량이 22 ppm 내지 50 ppm인 것이다. 'Al 탈산'은 상기 Al로 탈산된 용강에 Ca를 투입한 후, 상기 용강 중에 Ca의 함량이 Ca/Al이 0.15 이하를 만족하는 것이다.

도 1은 Si, Al 및 Ca에 의한 탈산 라인을 나타낸 그래프이다.

도 1을 참조하여 'Si 탈산', 'Al 탈산' 및 'Si 탈산'을 설명하면, Si 탈산을 하는 경우, 통상 용강내 산소는 이론적 계산으로 62ppm의 농도를 나타낸다.

상기 용강을 다시 Ca 처리를 하면, 예를 들어 1600℃의 온도에서의 경우, 상기 이론적 계산으로 용강 내 Ca의 농도가 12ppm 이하일 때는 Ca이 산소와 반응하여 CaO를 형성하지 않고, 용존 Ca와 O로만 존재할 수 있다.

따라서, 용강 내 산소의 농도는 62ppm으로 유지할 수 있다.

그러나, 용존 내 Ca의 농도가 30ppm이 되면, Ca이 산소와 반응하여 CaO를 형성하게 되고, 이로 인해 용존 산소의 농도는 62ppm에서 5ppm으로 감소하게 된다.

즉, 턴디쉬(tundich) 공정에서 Ca이 특정 농도 이하가 되면, Ca이 산소와 반응하지 않고 Ca 자체로만 존재하게 되므로, 탈산 역할을 할 수 없다.

본 개시에서는 Ca의 농도가 턴디쉬 공정에서 22~50ppm 인 것을 확인할 수 있다.

따라서, Ca의 농도가 22ppm인 경우를 'Si 탈산', Ca의 농도가 22~50ppm인 경우를 'Ca 탈산'이라고 하였다.

Al으로 정련공정(AOD)에서 탈산을 하는 경우, Al이 200ppm 이상이 되면, 이미 용존 산소는 이론적 계산으로 10ppm 이하가 되어, 이후에 Ca를 첨가하더라도 추가 탈산이 이루어지지 않는다. 또한, Ca은 Al₂O₃ 개재물을 저융점화하는 개재물 개질 역할을 하므로, 'Ca 탈산'의 효과가 있다고 할 수 없다.

그러나, Al이 90ppm 미만의 농도로 첨가되었을 경우, Al에 의한 충분한 탈산이 이루진 것이 아니므로, Ca의 첨가에 의한 추가 탈산이 일어날 수 있다.

따라서, 용강 내 Al의 농도가 200ppm 이상인 경우를 'Al 탈산'이라고 하며, 상기 Al의 농도가 90ppm 미만인 경우를 'Ca 탈산'이라고 하였다.

구분	탈산방법	Cr [wt%]	Ni [wt%]	Mo [wt%]	Si [wt%]	S [ppm]	O [ppm]	Ca [ppm]	Al [ppm]	N [ppm]	표면 크랙*	스캡*	정련로 탈산제	Ca 투입방법
1	Al 탈산	18.26	8.05	0.14	0.521	9	24	27	232	395	×	○	Al	일괄
2		18.18	8.04	0.1	0.496	8	31	14	527	296	○	○
3		18.25	8.04	0.1	0.455	8	23	12	385	376	○	○
4		16.77	10.03	2.04	0.417	9	25	16	547	433	×	○
5		16.8	10.02	2.0	0.431	12	40	22	275	374	×	○
6		16.72	10.1	2.06	0.489	13	33	10	412	350	○	○
7		16.72	10.08	2.04	0.483	18	30	26	320	422	×	○
8	Ca 탈산	18.19	8.04	0.12	0.487	19	26	33	76	358	×	×	Si	일괄
9		18.06	8.04	0.1	0.455	12	23	17	22	364	×	×	Al	분할
10		16.66	10.05	2.07	0.467	15	33	24	27	390	×	×	Al	분할
11		18.06	8.03	0.11	0.387	34	22	34	82	369	×	×	Si	일괄
12		18.31	8.03	0.14	0.458	19	31	31	67	300	×	×	Si	일괄
13		18.38	8.02	0.13	0.509	17	27	32	58	395	×	×	Si	일괄
14		18.34	8.07	0.13	0.469	13	36	13	32	405	○	○	Al	분할
15		18.09	8.05	0.13	0.461	9	23	26	68	360	×	×	Si	일괄
16		18.11	8.06	0.12	0.43	20	32	25	72	387	×	×	Si	일괄
17		18.05	8.04	0.13	0.433	13	22	28	42	386	×	×	Al	분할
18		18.08	8.05	0.12	0.38	29	21	30	52	395	×	×	Si	일괄
19		16.7	10.06	2.05	0.479	12	22	31	88	380	×	×	Si	일괄
20		18.38	8.06	0.15	0.359	26	41	19	29	429	○	×	Al	분할
21		18.18	8.05	0.13	0.384	19	26	32	53	379	×	×	Si	일괄
22		18.11	8.06	0.12	0.471	10	33	27	42	346	×	×	Al	분할
23		18.13	8.02	0.13	0.42	16	21	29	38	365	×	×	Al	분할
24		18.2	8.04	0.18	0.481	9	26	30	72	339	×	×	Si	일괄
25		18.16	8.07	0.11	0.443	17	22	34	61	325	×	×	Si	일괄
26		18.13	8.06	0.11	0.409	17	27	25	58	391	×	×	Si	일괄

구분	탈산방법	Cr [wt%]	Ni [wt%]	Mo [wt%]	Si [wt%]	S [ppm]	O [ppm]	Ca [ppm]	Al [ppm]	N [ppm]	표면 크랙*	스캡*	정련로 탈산제	Ca투입방법
27	Si 탈산	18.16	8.03	0.11	0.429	11	32	20	32	304	×	×	Si	일괄
28		18.16	8.02	0.12	0.444	12	40	22	31	296	×	×
29		18.14	8.03	0.1	0.451	11	30	19	42	248	×	×
30		18.19	8.06	0.11	0.457	13	88	8	18	292	○	○
31		18.02	8.02	0.13	0.347	13	35	21	24	460	×	×
32		18.01	8.03	0.12	0.352	16	52	16	28	394	○	×
33		18.14	8.04	0.12	0.395	15	34	23	22	405	×	×
34		18.14	8.03	0.12	0.395	15	34	22	24	420	×	×
35		18.12	8.04	0.12	0.384	12	82	21	25	462	○	×
36		18.13	8.04	0.12	0.572	10	44	14	21	281	○	×
37		18.13	8.05	0.14	0.488	14	32	21	34	321	×	×
38		18.13	8.04	0.12	0.478	17	40	13	20	314	○	×
39		18.12	8.06	0.12	0.378	32	54	13	81	450	○	○
40		18.13	8.04	0.11	0.426	16	44	26	67	395	×	×
41		18.03	8.02	0.11	0.381	14	40	15	29	402	○	×
42		18.14	8.05	0.14	0.431	22	62	18	74	406	○	○
43		18.14	8.04	0.14	0.453	17	48	21	85	356	○	○
44		18.12	8.05	0.16	0.469	20	40	20	22	367	○	×
45		18.22	8.03	0.13	0.505	12	32	16	54	416	○	○
46		18.11	8.05	0.1	0.483	19	51	19	35	331	○	×
47		18.11	8.05	0.12	0.516	11	46	15	34	419	○	×
48		18.11	8.03	0.13	0.397	14	47	20	107	428	○	○
49		18.2	8.07	0.1	0.52	9	40	20	31	300	×	×
50		18.18	8.03	0.1	0.503	9	44	8	136	293	○	○
51		18.48	8.04	0.110	0.439	14	60	9	86	429	○	○

구분	탈산방법	Cr [wt%]	Ni [wt%]	Mo [wt%]	Si [wt%]	S [ppm]	O [ppm]	Ca [ppm]	Al [ppm]	N [ppm]	표면 크랙*	스캡*	정련로 탈산제	Ca 투입방법
52	Si 탈산	18.15	8.03	0.11	0.41	29	56	11	97	344	○	○	Si	일괄
53		18.12	8.03	0.11	0.41	28	33	11	94	360	○	○
54		16.86	10.05	2.07	0.456	24	36	9	102	415	○	○
55		16.79	10.08	2.05	0.477	10	39	9	64	383	○	○
56		17.48	9.17	0.07	0.465	13	31	20	28	283	×	×
57		18.1	8.04	0.09	0.421	18	23	22	29	368	×	×
58		18.12	8.04	0.11	0.484	14	37	11	24	314	○	○
59		17.24	9.16	0.02	0.514	10	20	12	58	323	○	○
60		17.26	9.19	0.03	0.513	5	40	18	82	304	×	○
61		18.05	8.06	0.1	0.406	13	35	22	26	393	×	×
62		18.12	8.04	0.09	0.408	15	30	23	24	383	×	×
63		16.68	10.02	2.03	0.449	18	33	10	24	382	○	○
64		16.84	10.1	2.13	0.455	12	86	8	75	403	○	○
65		18.23	8.05	0.15	0.474	15	31	21	78	399	×	○
66		17.22	9.15	0.04	0.486	7	31	11	18	299	○	○
67		17.34	9.12	0.04	0.504	7	30	26	52	286	×	×
68		18.13	8.04	0.13	0.554	15	34	22	31	299	×	×

표면크랙*: 표면 크랙 결함 발생의 경우 ○, 미발생의 경우 ×

스탭*: 스캡 결함 발생의 경우 ○, 미발생의 경우 ×

상기 표 1 내지 3 및 도 2를 참조하면, 래들처리 단계에서 상기 'Si 탈산'의 경우 58%의 표면 크랙 결함율을 가지며, 상기 'Al 탈산'의 경우 33%의 표면 크랙 결함율을 가지는데 반해, 상기 'Ca 탈산'은 10%의 표면 크랙 결함율을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 이는, 상기 'Ca 탈산'이 상기 'Si 탈산' 및 상기 'Al 탈산'보다 표면 크랙 발생이 작다는 것을 알 수 있다.

상기 'Ca 탈산', 즉, Ca 처리에 의하여 상기 용강 중의 산소(O)의 감소 효과와 상기 용강 중의 황(S)를 용존 황(S)이 아닌 CaS의 형태로 환원되는 효과를 가질수 있다. 상기 효과를 통하여 상기 용강 중의 산소(O) 및 황(S)의 농도에 의한 결정립계(grain boundary)상에서의 산화물 또는 황화물의 석출을 억제시켜, 표면 크랙 저감 효과를 보이는 것이다.

또한, 래들처리 단계에서 상기 'Al 탈산'의 경우 100%의 스캡 결함율을 가지며, 상기 'Si 탈산'의 경우 44%의 스캡 결함율을 가지는데 반해, 상기 'Ca 탈산'은 5%의 스캡 결함율을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 이는, 상기 'Ca 탈산'이 상기 'Si 탈산' 및 상기 'Al 탈산'보다 스캡 발생이 작다는 것을 알 수 있다.

상기 'Ca 탈산'은 상기 Si로 탈산된 용강에서 빈번히 발생하는 고융점 MgAl₂O₄(s)의 발생을 감소시킬 수 있어 스캡 결함을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 Al로 탈산된 용강에서는 높은 용존 Al에 의해 Al₂O₃-rich 와 같은 고융점 개재물의 발생하게 된다. 이는 Ca에 의한 개재물 개질 효과로 인해, 3Ca+Al₂O₃→ 3CaO+2Al의 반응을 촉진하여, CaO-Al₂O₃의 개재물로 저융점화 시킬 수 있어, 스캡 결함을 감소시킬 수 있는 것이다.

상기 결과로부터 'Ca 탈산'이 'Si 탈산' 및 'Al 탈산'보다 표면 크랙 발생 및 스캡 발생이 작다는 것을 알 수 있으며, 이러한 결과에 기초하여 본 개시에서는 탈산방법으로 Ca 탈산법을 채택하고, Ca 투입방법을 특정한 것이다.

도 3은 턴디쉬(tundish) 공정에서 용강 중의 Ca와 산소(O), 황(S), 질소(N) 및 몰리브덴(Mo)의 조성적 관계를 통해 표면 크랙 결함 발생 유무를 판단하는 관계식 4를 도출하여 나타낸 그래프이다.

상기 턴디쉬(tundish) 공정에서의 용강 중의 Ca와 산소(O), 황(S), 질소(N) 및 몰리브덴(Mo)의 조성적 관계를 통해 표면 크랙 결함 발생 유무를 판단하는 관계식 1을 도출하였다.

(관계식 1)

X≥2, (X= 30[Ca]/(4[s]+0.02[N]+0.0006[Mo]))

도 3을 참조하면, 상기 관계식 1에서 X의 값은 2 이상일 때, 표면 크랙 결함을 방지할 수 있음을 확인할 수 있었다.

도 4는 턴디쉬(tundish) 공정에서 용강 중의 Ca와 산소(O) 및 황(S) 사이의 조성적 관계를 통해 표면 크랙 결함 발생을 방지하기 위한 조건인 관계식 2를 도출하여 나타낸 그래프이다.

상기 용강 중의 Ca와 산소(O) 및 황(S)의 조성적 관계를 통해 제어되어야 할 Ca의 투입량에 대한 조건인 관계식 2을 도출하였다.

(관계식 2)

[Ca]> 0.39[O+S]-0.15

도 4를 참조하면, 점선으로 표시된 선은 관계식 2를 나타내고 있으며, 상기 용강 중의 Ca의 함량은 관계식 2에 따라 투입됨으로써, 표면 크랙 결함 발생을 방지할 수 있음을 확인할 수 있다.

도 5는 턴디쉬 공정에서 용강 중의 Ca와 Al, Si 및 O의 조성적 관계를 통해 스캡 결함 발생 유무를 판단하는 관계식 3을 도출하여 나타낸 그래프이다.

상기 턴디쉬(tundish) 공정에서의 용강 중의 Ca와 Al, Si 및 O의 조성적 관계를 통해 스캡 결함 발생 유무를 판단하는 관계식 3를 도출하였다.

(관계식 3)

Y≥0.15, (Y= [Ca]/([O]+[Al]+0.01[Si]))

도 5를 참조하면, 상기 관계식 3에서 Y의 값은 0.15 이상일 때, 스캡 결함을 방지할 수 있음을 확인할 수 있었다.

표 2는 Al 탈산, Ca 탈산 및 Si 탈산을 통해 제조된 스테인레스강 내의 개재물 조성 변화를 관찰한 결과를 나타낸다.

구분	탈산방법	CaO	SiO₂	Al₂O₃	MgO	MnO	C/S	석출상 (T= 1500℃)
3	Al 탈산	11.63	4.9	75.34	5.76	2.37	3.6	MgAl₂O₄(s) +CaAl₄O₇(s)
12	Ca 탈산	47.93	32.19	8.35	11.52	0	1.5	CaSiO₄(s)
65	Si 탈산	20.6	24.5	40.3	11.7	2.8	0.8	MgAl₂O₄(s)

도 6은 턴디쉬 공정에서 용강 중의 Ca와 Al 사이의 조성적 관계를 통해 표면 스캡 결함 발생을 방지하기 위한 조건인 관계식 4를 도출하여 나타낸 그래프이다.

상기 용강 중의 Ca와 Ca와 Al 사이의 조성적 관계를 통해 제어되어야 할 Ca의 투입량에 대한 조건인 관계식 4를 도출하였다.

(관계식 4)

[Ca]> 0.22[Al]-7.7

표 2 및 도 6에 따르면, 도 6에 점선으로 표시된 선은 관계식 4를 나타내고 있으며, 상기 용강 중의 Ca의 함량은 관계식 4를 따라 투입됨으로써, 상기 Si 또는 Al로 탈산된 용강에서 발생하는 강도 높은 고융점 개재물(예를 들면, MgAl₂O₄ 또는 CaAl₄O₇)을 감소시킬 수 있으며, 이로 인해 스캡 결함의 발생을 방지할 수 있음을 확인할 수 있다.

도 7은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 오스테나이트계 스테인레스강 제조시 래들처리(LT)단계에서 1520℃ 내지 1560℃에 적용할 수 있는 Ca 함량 및 상기 Ca 함량에 따른 탈산 라인의 관계식 5를 도출하여 나타낸 그래프이다.

상기 용강 중의 Ca 함량에 따른 상기 용강 중의 산소(O) 감소를 나타낼 수 있는 탈산에 대한 관계식 5를 도출하였다.

(관계식 5)

11864*log[Ca][O]= 108.25[Ca]+58.57[O]+2.897

도 7에 따르면, 도 7에 실선으로 표시된 선은 관계식 5를 나타내고 있으며, 상기 용강 중의 Ca로 인한 탈산은 온도의 의존성 없이 1520℃ 내지 1560℃에서 적용이 가능함을 확인할 수 있다.

본 실시 예에 따른 오스테나이트계 스테인레스강의 정련방법은 Si 또는 Al로 인한 탈산 단계 이후에, 래들 내에서 상기 탈산된 용강에 Ca를 투입으로 인한 재탈산 및 성분 조정 공정을 수행함으로써, 표면 크랙 및 스캡 결함을 감소시키는 것을 확인할 수 있었다.

Claims

오스테나이트계 스테인레스강을 제조함에 있어,
정련로에 Si 및 Al 중 하나를 투입하여 스테인레스 용강을 탈산하는 용강탈산단계;
상기 탈산된 용강을 1620℃ 내지 1660℃에서 래들로 출강하는 단계;
상기 래들 내에 1520℃ 내지 1560℃에서 Ca를 투입하여 상기 탈산된 용강을 재탈산 및 성분조정하는 래들처리(LT)단계;를 포함하며,
상기 Ca의 투입량은 상기 용강 중의 Ca 함량이 22 ppm 내지 50 ppm이 되도록 조절하며,
상기 용강탈산단계에서 상기 Si으로 탈산된 용강에는 상기 래들처리 단계에서 Ca를 일괄 투입하며,
상기 용강탈산단계에서 상기 Al로 탈산된 용강에는 상기 래들처리 단계에서 Ca를 1차 및 2차로 분할 투입하는 오스테나이트계 스테인레스강의 정련방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 Ca를 분할 투입할 때, 상기 1차 투입은 전체 상기 Ca 투입량 100 중량% 중 40 중량% 이하를 투입하고, 상기 2차 투입에서는 나머지를 투입하는 오스테나이트계 스테인레스강의 정련방법.
제1항에 있어서,
상기 Ca의 투입량은 하기의 관계식 1 내지 5를 이용하여, 1520℃ 내지 1560℃에서 상기 용강 중의 상기 Ca 함량이 50 ppm이하를 만족하도록 하는 오스테나이트계 스테인레스강의 정련방법.
(하기 관계식 1 내지 5에서, [Ca], [Al], [Si], [Mo]. [N], [O] 및 [S]는 용강 중에 함유된 원소들로서, 그 함량을 나타내며, 단위는 ppm이다)
(관계식 1)
X≥2, (X= 30[Ca]/(4[s]+0.02[N]+0.0006[Mo]))
(관계식 2)
[Ca]> 0.39[O+S]-0.15
(관계식 3)
Y≥0.15, (Y= [Ca]/([O]+[Al]+0.01[Si]))
(관계식 4)
[Ca]> 0.22[Al]-7.7
(관계식 5)
11864*log[Ca][O]= 108.25[Ca]+58.57[O]+2.897