KR101739674B1 - 주편의 연속 주조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 플랫롤을 사용하여, 중심 편석 및 중심 공극율의 저감과, 주편의 표면 균열 및 내부 균열의 억제를 만족하는 주편의 연속 주조 방법을 제공하는 것을 주목적으로 한다. 본 발명은, 내부에 미응고 영역을 가지는 횡단면이 원형인 주편을, 원기둥형의 수평롤에 의해 압하함으로써, 주편에 1세트의 평행한 면을 형성하는 단계와, 완전하게 응고한 주편을, 원기둥형의 수평롤의 롤쌍과, 원기둥형의 연직롤의 롤쌍으로 교호로 압하함으로써, 주편에, 상기 1세트의 평행한 면에 수직인 1세트의 평행한 면을 형성하는 단계를 포함하고, 전자의 단계에서, 각 롤쌍에 의한 주편의 압하율을, 0.5% 초과 3% 이하로 하며, 또한, 주편과 롤의 접촉부의 폭에 대한 주편의 횡단면에 있어서의 미응고 영역의 폭의 비를 0~7.15로 하고, 후자의 단계에서, 수평롤 및 연직롤에 의한 주편의 압하율을 각각 5.4%~6.8%로 하는, 주편의 연속 주조 방법으로 한다.

Description

주편의 연속 주조 방법{CONTINUOUS CASTING METHOD FOR CAST SLAB}

본 발명은, 고급 봉형강 제품의 소재로서 이용되는 주편의 연속 주조 방법에 관한 것이며, 특히 중심 편석 및 중심 공극율의 저감과, 내부 균열 및 표면 균열의 억제를 양립한 주편의 연속 주조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고급 봉형강 제품은, 큰 직사각형의 횡단면을 가지는 연속 주조 주편(이른바 블룸)을 분괴 압연하여 강편으로 하고, 또한 강편을 압연하여 봉강 제품이나 선재 제품으로 함으로써 제조된다. 연속 주조 주편에는, 응고 말기에 중심 편석이나 중심 공극율 등의 결함이 형성되는 경우가 있다. 고급 봉형강 제품은, 소재가 되는 주편에 이러한 결함이 존재하면 특성이 악화되기 때문에, 연속 주조시에 주편에 이러한 결함을 발생시키지 않도록 하는 것이 중요하다.

중심 편석 및 중심 공극율을 저감시키는 대표적인 방법으로서, 주편을 내부에 미응고 영역을 가지는 상태로 압하하는 방법(이하 「미응고 압하법」이라고도 한다) 및 주편을 내부까지 완전하게 응고한 상태로 압하하는 방법(이하 「완전 응고 후 압하법」이라고도 한다)이 있다. 미응고 압하법에 의하면, 주편 내부의 미응고 영역을 구성하는 편석 원소가 농화한 용강을, 주조 방향 상류측으로 배출할 수 있기 때문에, 중심 편석을 저감시킬 수 있다. 또, 미응고 압하법 및 완전 응고 후 압하법에 의하면, 중심 공극율을 압착하여 저감시킬 수 있다.

횡단면이 직사각형인 주편(이하 「각주편」이라고도 한다)의 중심 편석 및 중심 공극율을, 단순한 원기둥형의 롤(이하 「플랫롤」이라고도 한다)을 이용하여 주편을 압하함으로써 저감시키려면, 주편 중심부로의 압하 침투도를 높이기 위해 큰 압하량이 필요하다. 여기서, 「압하 침투도」란, 주편 중심부로의 압하의 집중 정도이며, 압하 침투도가 클수록, 주편의 압하 방향 중심부의 변형량의, 표층부의 변형량에 대한 비가 크다. 주편의 표층으로부터 압하 방향 중심부에 걸쳐, 온도나 변형 저항의 차이에 의해, 주편의 표층부의 실질적인 압하량과 압하 방향 중심부의 실질적인 압하량이 상이해, 압하 침투도도 온도나 변형 저항에 의존하여 변화한다.

그러나, 압하량을 크게 하면, 특히 미응고 압하시에 주편의 내부 균열이 발생할 가능성이 높아짐과 더불어, 이하에 설명하는 도 1에 도시하는 바와 같이, 비압하면에 균열이 발생할 우려도 있으며, 봉형강 제품의 특성 및 품질이 손상될 가능성이 높다라고 하는 문제가 있었다.

도 1은, 각주편을 플랫롤로 압하한 경우에 있어서의 비압하면의 균열의 발생 상태를 도시하는 도이다. 각주편(100)에 미응고 압하법 또는 완전 응고 후 압하법을 적용하여, 플랫롤(101)로 압하한 경우, 각주편(100)의 압하면 전체에는 압하 응력이 발생하고, 비압하면에는 좌굴 변형이 발생하여, 주편 단변 부분이 튀어나오는 형상이 되기 때문에, 압하 침투도가 저하한다. 또한, 비압하면에는, 이 주편 단변 부분의 벌징 변형에 의해 인장 변형이 발생한다. 압하량이 큰 경우에는, 이 주편 표면의 인장 변형에 기인하여, 각주편(100)의 비압하면에, 주조 방향의 균열(102)이 발생하는 경우가 있다.

이 문제에 대해, 특허 문헌 1에는, 각주편을, 플랫롤의 폭방향 중앙부에 반경이 큰 볼록부가 국소적으로 설치된 철형롤을 이용하여, 미응고 부분과 대향하는 부분만을 소정의 압하율로 압하함으로써, 미응고 부분의 압하의 압하 침투도를 증가시키는 방법이 제안되어 있다.

일본국 특허 공개 2000-190058호 공보

특허 문헌 1에서 제안된 방법에 의하면, 플랫롤을 이용한 경우에 비해 적은 압하량으로 높은 압하 침투도를 얻을 수 있다. 그러나, 본 발명자들이 검토한 결과, 철형롤을 이용하여 주편을 압하한 경우, 롤의 볼록부에 의해 주편의 압하면이 요형 형상이 될 때에 변형이 발생해, 주편의 표면에 균열이 발생하는 경우가 있는 것을 알았다.

상기 서술한 바와 같이, 고급 봉형강 제품의 특성 및 품질을 향상시키는 점에서, 소재가 되는 주편의 중심 편석 및 중심 공극율을 저감시키는 것이 중요하고, 또한, 압하시의 표면 균열 및 내부 균열의 발생을 억제하는 것도 중요하다. 그러나, 생산 능력의 향상도 포함해, 이들 모두를 만족하는 연속 주조 기술은 아직도 확립되어 있지 않다.

본 발명은, 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 플랫롤을 사용하여, 중심 편석 및 중심 공극율의 저감과, 주편의 표면 균열 및 내부 균열의 억제를 만족하고, 또한 고급 봉형강 제품에 사용되는 폭넓은 강종에 적용 가능한, 뛰어난 내부 품질 및 표면 품질을 구비하는 주편의 연속 주조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 플랫롤을 사용하고, 또한 중심 편석 및 중심 공극율의 저감과, 표면 균열 및 내부 균열의 억제를 만족한, 고급 봉형강 제품의 소재에 적절한 주편의 제조 방법에 대해 검토했다.

주편을 고급 봉형강 제품에 적절한 품질로 하려면, 횡단면적을 크게 하는 것이 유효하다. 이것은, 대단면적으로 함으로써, 생산성이 향상하기 때문에, 연속 주조기에 있어서의 주조 속도를 저하시키는 것이 가능하게 되기 때문이다. 주조 속도를 저하시킴으로써, 중심 편석의 저감에 유효한 등축 결정이 생성되기 쉬워짐과 더불어, 용강 중의 개재물을 부상 분리시켜, 제거하기 쉬워진다.

그러나, 주편의 횡단면적이 클수록 응고 수축량이 크기 때문에, 미응고 압하법을 적용하여 중심 편석을 저감시키려면, 횡단면적이 클수록 주편의 압하량을 크게 할 필요가 있다. 그로 인해, 미응고 압하법을 적용한 경우, 주편의 횡단면적이 클수록, 압하량이 큰 압하에 수반하는 표면 변형에 기인하는 주편의 내부 균열이 발생하기 쉽다.

또, 주편의 중심 편석 및 중심 공극율의 발생을 억제하려면, 압하 침투도를 높일 필요가 있다. 그러나, 상기 서술한 바와 같이, 플랫롤을 이용하여 압하 침투도를 높이려면, 주편의 좌굴 변형분을 고려해 압하량을 크게 해야만 한다. 그렇게 하면, 주편의 내부 균열이 발생할 가능성이 높아짐과 더불어, 비압하면에 균열이 발생할 우려도 있다.

또한, 미응고 압하법을 적용한 경우에 주편이 좌굴 변형하면, 압하 방향에 수직인 방향(주편 두께 방향으로 압하하는 경우에는 주편폭 방향. 상기 도 1 참조)으로 넓어지도록 주편이 변형한다. 주편이 좌굴 변형하면, 주편 중심부의 미응고 영역도 주편폭 방향으로 넓어지도록 변형한다. 그로 인해, 좌굴 변형이 발생한 경우, 편석 원소가 농화한 용강을 주조 방향 상류측으로 배출하는 작용이 약해져, 미응고 압하법을 적용하더라도, 편석 원소가 농화한 용강을 주조 방향 상류측으로 충분히 배출하지 못해, 중심 편석을 충분히 저감시킬 수 없다.

이상적인 주편의 압하 방법으로서는, 주편의 좌굴 변형을 발생시키는 일 없이, 주편 중심부의 미응고 영역만을 압하하는 방법을 들 수 있다. 특허 문헌 1에 기재된 철형롤을 사용한 방법에 의하면, 미응고 영역에 상당하는 부분을 국부적으로 압하할 수 있다. 그러나, 상기 서술한 바와 같이, 이 방법을 적용한 경우, 롤의 볼록부에 의해 주편의 압하면에 요형 형상이 되는 변형이 발생해, 주편의 표면에 균열이 발생할 우려가 있다.

이러한 문제에 대해, 본 발명자들이 열심히 연구를 거듭한 결과, 횡단면의 형상이 원형인 주편(이하 「환주편」이라고도 한다)을 플랫롤로 압하하면, (1) 각주편을 철형롤로 압하한 경우에 비해 적은 압하량으로 동등의 압하 침투도가 얻어지는 것, (2) 압하시의 주편 표면의 변형 뒤틀림이 각주편에 비해 적고, 표면 균열의 발생의 방지가 가능한 것을 지견했다. 이는, 환주편에서는, 주편의 압하시에 플랫롤에 접촉하는 원호 부분에 집중하여 압하 응력이 작용하기 때문이다.

또, 환주편에 대해, 축을 수평 방향으로 하여 배치된 플랫롤(이하 「수평롤」이라고 하는 경우가 있다)을 이용하여 미응고 압하법을 적용할 때에, 주편의 횡단면에 있어서의 주편과 플랫롤의 접촉 부분의 폭을 소정의 넓이로 함으로써, 주편의 내부 균열 및 표면 균열의 발생을 방지하면서, 중심 편석을 충분히 저감시킬 수 있는 것을 지견했다. 이는, 주편과 플랫롤의 접촉 부분의 폭을 한정함으로써, 주편의 미응고 영역을 국부적으로 압하할 수 있어, 충분한 압하 침투도가 얻어지기 때문이다.

또한, 미응고 압하법에 의해 환주편에 1세트의 평행한 면을 형성한 후, 내부까지 완전하게 응고한 주편에 대해, 수평롤 및 축을 연직으로 하여 배치된 플랫롤쌍(이하 「연직롤」이라고 하는 경우가 있다)을 교호로 각각 1쌍 또는 복수 쌍 배치한 롤군을 이용하고 완전 응고 후 압하법을 적용함으로써, 주편의 내부 균열 및 표면 균열의 발생을 방지하면서, 주편의 횡단면에, 먼저 형성된 1세트의 평행한 면에 수직인 1세트의 평행한 면을 형성하는 것, 즉, 주편의 횡단면을, 각이 둥그스름한 직사각형으로 할 수 있는 것을 지견했다(여기에서의 「직사각형」에는 「정방형」을 포함한다. 이하 동일).

완전 응고 후에, 미응고 압하법과 같은 방향으로만 압하한 경우에는, 주편의 좌굴 변형에 의해, 주편의 단면이 압하 방향에 수직인 방향으로 크게 변형한 형상이 되어, 압하 완료 후의 주편의 핸들링이 어려워질 우려가 있다. 그러나, 상기 서술한 바와 같이, 수평롤 및 연직롤을 이용하여 압하 완료 후의 주편의 횡단면을 각이 둥그스름한 직사각형으로 함으로써, 핸들링이 용이해진다.

또한 본 발명자들이 연구를 진행한 결과, 주편의 중심부의 온도가 표면의 온도보다 높은 상태일 때에, 수평롤 및 연직롤을 이용한 완전 응고 후 압하법을 적용함으로써, 주편 전체의 온도가 균일한 경우에 비해, 압하 침투도를 높일 수 있어, 중심 공극율을 압착할 수 있는 것을 지견했다. 이는, 주편의 중심부에 있어서 표면보다 온도가 높은 상태에서는, 주편의 중심부는 표면보다 변형 저항이 작기 때문이다.

본 발명은, 이들의 지견에 의거하여 이루어진 것이며, 그 요지는, 주편의 연속 주조 방법으로서, 횡단면이 원형인 주편을 주형으로 주조하는 단계 1과, 주조된 상기 주편을, 내부에 미응고 영역이 없어질 때까지, 축을 수평 방향으로 하여 배치된 원기둥형의 롤로 이루어지는 복수의 롤쌍에 의해 압하함으로써, 상기 주편에 1세트의 평행한 면을 형성하는 단계 2와, 상기 단계 2에서 압하한 후 완전하게 응고한 상기 주편을, 축을 수평 방향으로 하여 배치된 원기둥형의 수평롤의 롤쌍과, 축을 연직 방향으로 하여 배치된 원기둥형의 연직롤의 롤쌍으로 교호로 압하함으로써, 상기 주편에, 상기 단계 2에서 형성한 1세트의 평행한 면에 수직인 1세트의 평행한 면을 형성하는 단계 3의 일련의 각 단계를 포함하고, 상기 단계 2에 있어서, 상기 복수의 롤쌍을 구성하는 각 롤쌍에 의한 상기 주편의 압하율을, 0.5% 초과 3% 이하로 하고, 또한, 상기 각 롤쌍에 의한 압하 위치에서의 상기 주편의 횡단면에 있어서의 상기 미응고 영역의 폭의, 상기 주편과 상기 롤이 접촉하는 부분의 폭에 대한 비를 0~7.15로 하며, 상기 단계 3에 있어서, 상기 수평롤 및 상기 연직롤에 의한 상기 주편의 압하율을 각각 5.4%~6.8%로 하는 것을 특징으로 하는, 주편의 연속 주조 방법에 있다.

이 주편의 연속 주조 방법에서는, 상기 주형의 내벽면의 직경이 400~600mm인 것이 바람직하다.

또한, 상기 단계 3에 있어서, 상기 주편의 중심 온도가 표면 온도보다 150℃ 이상 높은 것이 바람직하다. 또, 단계 3 완료시에 있어서, 상기 2세트의 평행한 면의 간격을 동일하게 235~270mm로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 주편의 연속 주조 방법은, 고급 봉형강 제품에 사용되는 폭넓은 강종에 대해 적용 가능하고, 본 발명의 주편의 연속 주조 방법에 의하면, 플랫롤을 사용하여, 중심 편석, 중심 공극율, 내부 균열 및 표면 균열이 없고, 또한 핸들링이 용이한, 고급 봉형강 제품에 적절한 대단면의 주편을 제조할 수 있다.

도 1은 각주편을 플랫롤로 압하한 경우에 있어서의 비압하면의 균열의 발생 상태를 도시하는 도이다.
도 2는 본 발명의 주편의 연속 주조 방법을 적용할 수 있는 연속 주조기의 구성예를 도시하는 도이다.
도 3은 단계 1에서 제조되는 주편(6)을 설명하는 도이다.
도 4는 압하롤군을 이용한 압하에 의한 주편의 형상의 변화를 도시하는 모식도이다.

1. 연속 주조기의 기본 구성

도 2는, 본 발명의 연속 주조 방법을 적용할 수 있는 연속 주조기의 구성예를 도시하는 도이다. 턴디쉬(1)에는, 도시하지 않은 레이들로부터 용강(2)이 공급된다. 턴디쉬(1)로부터 침지 노즐(3)을 거쳐, 주형(4) 내에 메니스커스(5)를 형성하도록 주입된 용강(2)은, 주형(4) 및 그 하방의 도시하지 않은 이차 냉각 스프레이 노즐군으로부터 분사되는 냉각수에 의해 이차 냉각되고, 응고 셸을 형성하여 주편(6)이 된다. 도 3에, 주편(6)의 단면을 간략화하여 도시한다.

주편(6)은, 내부에 미응고 영역을 유지한 채로 복수의 가이드롤(7)에 의해 지지되면서, 가이드롤(7)의 주조 방향 하류측에 배치된 복수 쌍의 압하롤군(8)에 의해 인발되고, 압하된다.

압하롤군(8)은, 내부에 미응고 영역을 가지는 상태의 주편(6)을, 내부에 미응고 영역이 없어질 때까지, 복수 쌍의 롤로 다단 압하하는 미응고 압하롤(9)과, 이 미응고 압하롤(9)에 이어서 배치되고, 내부까지 완전하게 응고한 주편(6)을 압하하는 완전 응고 후 압하롤(10)을 가지고 있다. 미응고 압하롤(9)은, 축을 수평 방향으로 하여 배치된 롤(수평롤)이 복수 쌍 배치된 것이다. 완전 응고 후 압하롤(10)은, 축을 수평 방향으로 하여 배치된 수평롤(11) 및 축을 연직 방향으로 하여 배치된 연직롤(12)이 교호로 각각 1쌍 또는 복수 쌍 배치된 것이다. 압하롤군(8)을 구성하는 롤은, 모두 단순한 원기둥형의 롤, 즉 플랫롤이다.

2. 본 발명의 주편의 연속 주조 방법

본 발명의 연속 주조 방법에서는, 주형(4)으로서 내벽면의 횡단면이 원형인 무저 주형을 이용하여 횡단면이 원형인 주편(6)을 주조한다(단계 1).

도 4는, 압하롤군을 이용한 압하에 의한 주편의 형상의 변화를 도시하는 모식도이다. 단계 1에서 주조된 횡단면의 형상이 원형인 주편(6)에 대해, 동 도면에 도시하는 바와 같이, 주편(6)의 내부에 미응고 영역(6a)이 없어질 때까지, 미응고 압하롤(9)에 의해 다단 압하하여, 1세트의 평행한 면을 형성한다. 이때, 각 미응고 압하롤(9)에 의한 압하 위치에서의 주편(6)의 횡단면에 있어서의 미응고 영역(6a)의 수평 방향의 폭(W2)을, 주편(6)과 대응하는 미응고 압하롤(9)의 접촉 부분의 폭(W1)의 0~7.15배로 한다. 즉, 주편의 미응고 영역의 폭(W2)의, 접촉 부분의 폭(W1)에 대한 비의 값(이하 「접촉비」라고도 한다) W2/W1을 0~7.15로 한다(단계 2, 미응고 압하법). 주편의 미응고 영역의 폭(W2)의 값은, 사전에 리벳팅법으로 측정한 값에 의거하는 값을 이용할 수 있다. 주편 중심부 근방의 농화 용강 흡인을 억제하기 위한 단계 2에서, 경압하에 의해 1세트의 평행한 면을 형성함으로써, 타원형으로 변형한 주편 내부의 미응고 영역에 대해, 계속해서 농화 용강 흡인을 억제하기 위해서는 복수 롤에서의 경압하가 필요하다. 이때, 평행한 면을 1세트로 한정하는 것은, 전단의 경압하에 의해 타원형으로 변형한 미응고 영역을 더 얇게 하는 것이 농화 용강 흡인 방지에 효과적인 것과, 내부 균열 발생을 방지하기 위함이다. 상하 좌우로부터 압하하여 평행한 면을 2세트로 한 경우는, 각 단에서의 경압하량이 커져, 미응고 영역에서의 경압하에 의한 내부 균열 발생의 염려가 있다.

단계 2에서 1세트의 평행한 면을 형성한 후, 내부까지 완전하게 응고한 주편(6)을, 완전 응고 후 압하롤(10)로 압하한다. 즉, 도 4에 도시하는 바와 같이, 주편(6)을, 수평롤(11)에 의해 미응고 압하롤(9)의 압하 방향과 같은 방향으로 압하함으로써, 미응고 압하롤(9)에 의해 형성된 1세트의 평행한 면의 폭을 확대하고, 또한, 연직롤(12)에 의해 수평롤(11)의 압하 방향에 대해 수직인 방향으로 압하함으로써, 수평롤(11)에 의해 확대된 1세트의 평행한 면에 수직인, 1세트의 평행한 면을 형성한다. 그리고, 수평롤(11)에 의한 압하 및 연직롤(12)에 의한 압하로 이루어지는 일련의 2방향으로부터의 압하를 복수 회 반복한다(단계 3, 완전 응고 후 압하법). 그 결과, 주편(6)의 단면의 형상은, 각이 둥그스름한 직사각형이 된다.

본 발명의 주편의 연속 주조 방법은, 이상의 일련의 단계 1~3을 포함하는 방법이다.

본 발명의 연속 주조 방법에 의해 얻어진 주편은, 중심 편석, 중심 공극율, 내부 균열 및 표면 균열이 없고, 내부 성상, 표면 성상 모두 양호하다. 또한, 단면의 형상이 둥그스름한 직사각형이기 때문에, 환주편에 비해 핸들링이 용이하다. 또, 본 발명의 효과는, 본 발명의 방법을 탄소강, 합금강 등 어느 강종에 적용하더라도 얻을 수 있다.

단계 2에 있어서의 주편의 압하율은, 미응고 압하롤을 구성하는 각 롤에 대해, 0.5% 초과 3.0% 이하로 한다. 단계 2에 있어서의 주편의 압하율이란, 각 롤에 있어서의, 압하 전의 주편 두께에 대한 주편 두께 방향의 압하량의 비율을 말한다.

상기 범위로 하는 이유는, 압하율이 0.5% 이하인 경우, 주편을 충분히 압하 할 수 없는 경우가 있어, 중심 편석의 발생을 억제하는 것이 어렵기 때문이다. 또, 압하율이 3.0%를 초과하는 경우, 주편의 압하량이 과대해져, 주편의 내부 균열 및 비압하면의 표면 균열이 발생할 가능성이 높아지기 때문이다. 이 압하율은, 0.5% 초과 2.5% 이하가 바람직하다. 각 롤쌍에 의한 주편 압하시의 압하량은, 롤쌍마다 압하 방향의 롤 간격을 제어함으로써, 단계 2에서의 압하 테이퍼를 적정하게 설정할 수 있다.

단계 2에 있어서 사용하는 미응고 압하롤은, 2~6쌍으로 하는 것이 바람직하다.

단계 2에 있어서 미응고 압하법을 적용할 때에는, 접촉비(W2/W1)를 0~7.15로 한다(도 4 참조). 접촉비(W2/W1)를 0~7.15로 하는 것은, 미응고 영역(6a)의 중심 고체상 비율(주편의 중심부에 있어서의 고체상의 비율)이 0.3~0.8인 위치에 있어서, 압하율이 과대하면 주편의 내부 균열이 발생해 버리고, 또, 압하율이 부족하면 중심 편석이 발생해 버리기 때문이며, 압하율을 적절한 범위로 하여 이러한 결함을 억제하는 것을 목적으로 한다.

W2/W1이 7.15보다 클 때는 중심 고체상 비율이 낮은 상태에서의 경압하이기 때문에, 농화 용강 흡인의 전 단계이며, 경압하는 아직 불필요하다. 또, W2/W1이 0일 때는 주편 내부의 미응고 영역이 완전하게 제로가 된다, 즉 완전 응고 상태가 되는 것을 의미하고 있으며, 이 단계에 있어서의 주편 경압하는 중심 편석 억제에는 영향을 주지 않는 상태로 되어 있다. 즉, W2/W1이 7.15에서 0이 될 때까지, 선형적으로 변화하게 경압하하도록, 각 롤에서의 경압하량을 제어하는 것이 유효하다. 이는 환단면 형상의 주편에 대해, 경압하량을 제어함으로써 주편과 경압하롤이 접촉하는 길이를 일의적으로 구할 수 있기 때문이다.

본 발명의 연속 주조 방법에서는, 이하의 양태가 바람직하다.

단계 1에서 사용하는 주형은, 내벽면의 횡단면의 직경이 400~600mm인 것이 바람직하다. 이것은 이하의 이유에 의한다.

우선, 미응고 압하법에 의해 중심 편석의 발생을 억제하기 위해, 편석 원소가 농화한 용강을 주조 방향 상류측으로 충분히 배출하려면, 광범위에 걸쳐 주편의 미응고 영역을 압하해야만 한다. 그러나, 주조에 의해 얻어지는 주편의 단면적이 작을수록, 주편의 중심까지 냉각되기 쉽기 때문에, 주형 내의 메니스커스로부터 주편이 완전하게 응고하는 위치까지의 거리(이하 「미응고 영역의 길이」라고 한다)가 짧아진다. 특히, 주형의 내벽면의 직경이 400mm 미만에서는, 편석 원소가 농화한 용강을 주조 방향 상류측으로 충분히 배출할 수 없을수록, 미응고 영역의 길이가 짧다. 또한, 주형의 내벽면의 직경이 작을수록, 주편의 생산성을 확보하려면 스트랜드수를 증가시키는 것이 필요하기 때문에, 연속 주조기에 필요한 비용이 막대해진다. 그로 인해, 주형의 내벽면의 직경은 400mm 이상이 바람직하다.

한편, 주형의 내벽면의 직경이 600mm를 초과하여 크면, 주편이 완전하게 응고하는 위치가, 통상의 연속 주조기의 길이를 초과한 위치가 되어, 단계 3의 완전 응고 후 압하법을 적용하기 어렵고, 중심 공극율을 압착하여, 저감시키는 것이 어려워진다. 또, 완전 응고 후 압하법을 적용 가능하게 함과 더불어, 주편을 분괴 압연을 생략할 수 있을 정도의 사이즈에까지 압하 가능하게 하는 경우, 연속 주조기의 길이가 매우 길어지기 때문에, 연속 주조기에 필요한 비용이 막대해진다. 그로 인해, 주형의 내벽면의 직경은 600mm 이하가 바람직하다.

이상의 이유로부터, 주형의 내벽면의 직경은, 400~600mm가 바람직하다. 또, 이 직경은, 400~460mm가 보다 바람직하다. 주형의 내벽면의 직경을 이들 범위로 한 경우, 주편의 생산성이 높기 때문에, 주조 속도를 하기의 바람직한 범위(0.35~0.65m/min)까지 저하시키는 것이 용이해진다.

본 발명의 연속 주조 방법에 있어서, 주조 속도는 0.30~0.65m/min가 바람직하다. 주조 속도가 0.30m/min 미만인 경우, 주편이 미응고 압하롤에 도달하기 전에 주편의 내부까지 완전하게 응고할 가능성이 높아, 단계 2의 미응고 압하법을 적용할 수 없을 우려가 있다. 또, 단계 3에 있어서 완전 응고 후 압하롤로 압하할 때에, 주편 중심부의 온도와 표면의 온도의 차가 작아지고, 주편 중심부의 변형 저항과 표면의 변형 저항의 차가 작아지기 때문에, 압하 침투도가 낮아져, 중심 공극율의 압착이 충분히 이루어지지 않을 우려가 있다.

한편, 주조 속도가 0.65m/min를 초과하면, 주편이 완전하게 응고하는 위치가, 일반적인 연속 주조기의 길이를 초과한 위치가 될 가능성이 높다. 그 결과, 단계 3의 완전 응고 후 압하법의 적용이 어려워지고, 중심 공극율을 압착하여, 저감시키는 것이 어려워진다.

이상의 이유로부터, 주조 속도는 0.30~0.65m/min가 바람직하다. 주조 속도가 이 범위인 경우에는 등축 결정이 생성되기 쉽기 때문에, 중심 편석을 보다 저감시킬 수 있다. 또, 용강 중의 개재물을 부상시켜, 제거하기 쉬워, 주편의 품질을 보다 향상시킬 수 있다. 주조 속도는, 0.35~0.60m/min가 보다 바람직하다.

본 발명의 연속 주조 방법에 있어서, 주편을 이차 냉각할 때의 비수량은 0.10~0.55L/kg-steel이 바람직하다. 0.10L/kg-steel 미만에서는, 냉각수의 스프레이를 소정의 형상으로 유지하고 주편의 소정의 범위를 충분히 냉각시키는 것이 어렵기 때문이다. 또, 0.55L/kg-steel을 초과하면, 주편의 냉각 강도가 국소적으로 과도하게 커지기 때문이다. 냉각 강도가 과도하게 큰 부분에서는, 냉각시와 복열시의 온도의 진폭이 크기 때문에, 표면 균열이 발생할 우려가 있다. 이차 냉각 비수량은, 0.15~0.20L/kg-steel이 보다 바람직하다.

본 발명의 단계 3(완전 응고 후 압하법)에 있어서, 수평롤 및 연직롤에 의한 주편의 압하율은, 각각 5.4%~6.8%로 한다. 이하, 단계 3에 있어서의 주편의 압하율이란, 특별히 기재하지 않는 한, 수평롤에 대해서는, 각 수평롤에 의한 주편의 압하 전의 두께 방향의 두께에 대한 두께 방향의 압하량의 비율을 말하고, 연직롤에 대해서는, 각 연직롤에 의한 주편의 압하 전의 폭방향의 폭에 대한 폭방향의 압하량의 비율을 말한다.

단계 3에 있어서의 주편의 압하율을 5.4%~6.8%로 하는 이유는, 압하율이 5.4% 미만인 경우, 주편을 충분히 압하하지 못하고, 중심 공극율을 압착하여 저감시키는 것이 어렵기 때문이다. 한편, 압하율이 6.8%보다 크면, 주편의 압하율이 과대해져, 주편의 표면 균열이 발생하기 때문이다. 주편의 표면 균열에는, 압하에 의한 좌굴 변형에 기인하여 발생하는 것도 포함된다.

단계 3에 있어서 사용하는 완전 응고 후 압하롤은, 인접하는 수평롤 1쌍과 연직롤 1쌍을 1세트로 하고, 1세트여도 되지만, 2~7세트로 하는 것이 바람직하다.

단계 3에서는, 주편의 중심 온도가 표면 온도보다 150℃ 이상 높은 상태로 압하하는 것이 바람직하다. 주편의 중심 온도가 표면 온도보다 150℃ 이상 높은 경우, 주편 중심부의 변형 저항은 주편 표면의 변형 저항에 비해 충분히 작고, 작은 압하량에서도 압하 침투도를 높일 수 있어, 중심 편석의 억제 및 중심 공극율의 압착에 의한 저감을 보다 확실히 행할 수 있기 때문이다. 주편의 중심 온도가 표면 온도보다 150℃ 이상 높은 상태는, 예를 들어, 주조 속도와 이차 냉각 비수량을 적절히 제어함으로써 실현할 수 있다. 또, 주편의 중심 온도와 표면 온도의 차는, 예를 들어, 서모뷰어나 방사 온도계를 이용하여 측정한 주편 표면 온도를 바탕으로, 응고 모델 계산에 의해 구한 주편의 중심 온도로부터 파악할 수 있다. 단계 3에 있어서, 주편의 중심 온도와 표면 온도의 차(주편의 중심 온도-주편의 표면 온도)는, 500℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또, 단계 3에서는, 주편의 2세트의 평행한 면의 간격을, 동일하게 235~270mm로 하는 것, 즉 횡단면을, 1변의 길이가 235~270mm의 각이 둥그스름한 정방형으로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 그 후 주편을 압연하여 빌릿(단면이 1변 100~200mm의 정방형, 또는 직경 100~200mm의 원형)으로 가공할 때에, 종래의 분괴 압연 공정(주편을 단면이 1변 235~270mm의 정방형이 되도록 하는 일차 압연 공정)을 생략할 수 있어, 압연 전의 주편의 가열에 필요한 에너지 비용을 삭감 가능하게 되기 때문이다.

실시예

본 발명의 주편의 연속 주조 방법의 효과를 확인하기 위해, 이하에 개시하는 주조 시험을 실시했다.

(1) 시험 조건

주조 시험에는, 도 2에 도시한 연속 주조기를 이용했다. 미응고 압하롤은 주형 내의 메니스커스로부터 주조 방향 하류측에 17~32m의 구간에 배치하고, 완전 응고 후 압하롤은 메니스커스로부터 주조 방향 하류측에 32~45m의 구간에 배치했다. 미응고 압하롤은, 수평롤을 6쌍 배치하고, 롤 피치(주조 방향에 인접하는 롤쌍 사이의 거리)를 1.2m로 했다. 완전 응고 후 압하롤은, 주조 방향 상류측으로부터 순서대로 수평롤 1쌍과 연직롤 1쌍을 배치한 것을 1세트로 하여, 주조 방향으로 7세트 배치했다.

주조 속도는 0.30m/min(시험 번호 3) 또는 0.50m/min(시험 번호 1~2 및 시험 번호 4~9)로 하고, 이차 냉각 비수량은 0.20L·kg-steel로 했다. 주조 시험에 이용한 강종은, 표 1에 기재하는 화학 조성을 가지는 것으로 했다.

[표 1]

표 2에는, 시험 조건으로서, 주형의 내벽면의 횡단면의 형상, 단계 2(미응고 압하법)에서의 압하 조건, 단계 3(완전 응고 후 압하법)에서의 압하 조건을 기재했다. 단계 2에서의 압하 조건으로서는, 미응고 압하롤의 각 롤쌍에 의한 압하율의 범위, 주편의 미응고 영역의 폭(도 4에 있어서의 W2)의, 주편과 미응고 압하롤의 접촉 부분의 폭(도 4에 있어서의 W1)에 대한 비의 값(접촉비, W2/W1)의 범위, 및 미응고 압하롤에 의한 합계 압하율을 기재했다. 단계 3에서의 압하 조건으로서는, 완전 응고 후 압하롤(수평롤 및 연직롤)의 각 롤쌍에 의한 압하율, 및 수평롤 및 연직롤에 의한 각각의 합계 압하율을 기재했다. 미응고 압하롤은, 일정한 압하 테이퍼를 형성하도록, 각 롤쌍의 압하 방향의 롤 간격을 설정했다.

[표 2]

시험 번호 1~5에서는 주형은 내벽면의 횡단면이 직경 450mm의 원형인 것을 이용하고, 시험 번호 6 및 7에서는 내벽면의 횡단면이 두께 345mm, 폭 460mm의 직사각형인 것을 이용했다. 주형의 길이는 모두 800mm였다.

시험 번호 1 및 시험 번호 2는, 본 발명의 규정 조건을 만족하는 본 발명예이다. 시험 번호 3은, 주조 속도를 0.30m/min로 하고, 주편의 중심 온도와 표면 온도의 차를 150℃ 미만으로 한 예이다. 또, 시험 번호 4는, 단계 2에서의 압하율의 범위를 시험 번호 1과 같게 하는 한편, 단계 2(미응고 압하법)의 후에 단계 3(완전 응고 후 압하법)을 적용하지 않은 비교예이다. 시험 번호 5는, 단계 2에 있어서, 접촉비의 범위의 최대값이 본 발명에서 규정하는 범위의 최대값보다 크고, 또한, 단계 3에 있어서, 각 롤쌍에 의한 압하율의 범위가 본 발명에서 규정하는 범위보다 작은 쪽으로 벗어난 비교예이다. 또, 시험 번호 6은, 단계 3에 있어서, 각 롤쌍에 의한 압하율의 범위가 본 발명에서 규정하는 범위보다 작은 쪽으로 벗어난 비교예이며, 시험 번호 7은, 단계 3에 있어서, 각 롤쌍에 의한 압하율의 범위가 본 발명에서 규정하는 범위보다 큰 쪽으로 벗어난 비교예이다.

시험 번호 8 및 9는, 주편이 각주편인 비교예이며, 단계 3을 적용하지 않았다. 시험 번호 8은, 단계 2에서의 압하율의 범위를 시험 번호 1과 같게 하고, 시험 번호 9는, 단계 2에서의 압하율의 범위를 시험 번호 8보다 높게 했다.

(2) 시험 결과

표 3에는, 시험 결과로서, 얻어진 주편의 품질 평가 결과를 기재했다. 품질 평가는, 중심 편석, 중심 공극율, 내부 균열 및 비압하면의 표면 균열의 발생 상태의 평가에 의해 행했다. 「비압하면의 표면 균열」이란, 얻어진 주편의, 단계 2에서 미응고 압하롤에 접촉하지 않았던 면에 상당하는 면에 있어서의 표면 균열을 의미한다. 동 표에 있어서 평가는 3단계 평가로 하고, 1은 합격 레벨(제품 용도를 한정하는 일 없이 사용할 수 있는 레벨), 2는 제품 용도를 한정하면 사용할 수 있는 레벨, 3은 불합격 레벨(제품 용도의 여하에 상관없이 사용할 수 없는 레벨)을 의미한다.

중심 편석은, 얻어진 주편으로부터 잘라낸 횡단면의 샘플을 경면 연마하고, 연마면을 피르크산 용액으로 에칭하여 관찰해 평가했다. 관찰 결과, 주편의 2세트의 평행한 면의 각각에 평행한 방향의 중심 편석의 폭 중 큰 쪽의 폭이 3mm 미만인 경우는 평가를 1로 하고, 3mm 이상, 10mm 미만인 경우는 평가를 2로 하며, 10mm 이상인 경우는 평가를 3으로 했다.

중심 공극율은, 얻어진 주편에 대해 초음파 탐상을 행함으로써 평가했다. 초음파 탐상의 결과, 에코 높이가 20% 미만인 경우는 평가를 1로 하고, 20% 이상, 60% 미만인 경우는 평가를 2로 하며, 60% 이상인 경우는 평가를 3으로 했다.

내부 균열은, 얻어진 주편으로부터 잘라낸 횡단면의 샘플을 경면 연마하고, 연마면에 설퍼 프린트를 행하여, 목시에 의해 관찰해 발생의 유무를 평가했다. 비압하면의 표면 균열은, 얻어진 주편의 비압하면(미응고 압하롤에 접촉하지 않았던 면에 상당하는 면)을 목시에 의해 관찰해 발생의 유무를 평가했다.

[표 3]

표 3에 기재하는 바와 같이, 본 발명예인 시험 번호 1 및 2의 주편은, 중심 편석 및 중심 공극율의 평가가 모두 1이고, 내부 균열도 인정되지 않으며, 양호한 내부 품질을 가지고 있었다. 또, 비압하면의 표면 균열도 인정되지 않으며, 양호한 표면 품질을 가지고 있었다. 또, 주편의 중심 온도와 표면 온도의 차를 150℃ 미만으로 한 시험 번호 3은, 에코 높이의 수치가 시험 번호 2보다 커졌지만, 중심 공극율의 평가는 1이었다. 시험 번호 3은, 중심 편석 및 중심 공극율의 평가가 합격 레벨을 유지하고 있고, 내부 균열도 인정되지 않으며, 양호한 내부 품질을 가지고 있었다. 또, 비압하면의 표면 균열도 인정되지 않으며, 양호한 표면 품질을 가지고 있었다.

비교예인 시험 번호 4의 주편은, 중심 공극율의 평가가 2이며, 내부 품질이 뒤떨어져 있었다. 이는, 단계 3의 완전 응고 후 압하법을 적용하지 않았기 때문에, 중심 공극율이 잔존했기 때문이라고 생각된다. 중심 공극율 이외의 항목은 시험 번호 1과 동등의 평가였다.

비교예인 시험 번호 5의 주편은, 중심 편석 및 중심 공극율의 평가가 2이며, 내부 품질이 뒤떨어져 있었다. 중심 편석의 평가가 2인 이유는, 단계 2에서의 접촉비가 크고, 주편의 미응고 압하량이 부족했기 때문이라고 생각된다. 또, 중심 공극율의 평가가 2인 이유는, 단계 3에서의 완전 응고 후 압하율이 작고, 중심 공극율이 잔존했기 때문이라고 생각된다. 내부 균열 및 비압하면의 표면 균열은 인정되지 않았다.

비교예인 시험 번호 6의 주편은, 중심 편석의 평가는 1이었지만, 중심 공극율의 평가가 2이며, 내부 품질이 뒤떨어져 있었다. 중심 공극율의 평가가 2인 이유는, 단계 3에서의 완전 응고 후 압하율이 작고, 중심 공극율이 잔존했기 때문이라고 생각된다. 내부 균열 및 비압하면의 표면 균열은 인정되지 않았다.

비교예인 시험 번호 7의 주편은, 내부 균열 및 좌굴 변형에 수반하는 비압하면의 표면 균열이 인정되었다. 이는, 단계 2에서의 접촉비가 작고, 주편의 미응고 압하량이 과대했었기 때문에, 또, 단계 3에서의 완전 응고 후 압하율이 과대했었기 때문이라고 생각된다. 중심 편석 및 중심 공극율은, 시험 번호 1과 동등의 평가였다.

비교예인 시험 번호 8의 각주편은, 중심 편석 및 중심 공극율의 평가가 모두 2이며, 압하율이 동등한 시험 번호 1의 환주편에 비해 내부 품질이 뒤떨어져 있었다. 이는, 각주편에서는 미응고 압하롤이 주편의 전체 폭에 접촉하는 것에 비해, 환주편에서는 각주편에 비해 주편에 접촉하는 부분의 폭이 좁고, 환주편에 비해 각주편이, 압하 침투도가 낮았기 때문이라고 생각된다. 내부 균열 및 비압하면의 표면 균열은 인정되지 않았다.

비교예인 시험 번호 9의 각주편은, 내부 균열 및 비압하면의 표면 균열이 인정되었다. 시험 번호 9에서는, 압하 침투도를 높이기 위해, 시험 번호 8보다 단계 2에서의 압하율을 높였다. 비압하면(각주편의 단변측의 면)의 표면 균열은, 압하량이 과대했었기 때문에, 압하시의 좌굴 변형에 의해 주편의 비압하면에 큰 변형이 발생한 것에 수반하여 발생했다고 생각된다. 중심 편석 및 중심 공극율은, 시험 번호 1과 동등의 평가였다.

산업상의 이용 가능성

본 발명의 주편의 연속 주조 방법은, 고급 봉형강 제품에 사용되는 폭넓은 강종에 대해 적용 가능하고, 본 발명의 주편의 연속 주조 방법에 의하면, 플랫롤을 사용하여, 중심 편석, 중심 공극율, 내부 균열 및 표면 균열이 없고, 또한 핸들링이 용이한, 고급 봉형강 제품에 적절한 대단면의 주편을 제조할 수 있다.

1：턴디쉬, 2：용강, 3：침지 노즐, 4：주형, 5：메니스커스, 6：주편, 6a：미응고 영역, 7：가이드롤, 8：압하롤군, 9：미응고 압하롤, 10：완전 응고 후 압하롤, 11：수평롤, 12：연직롤, 100：각주편, 101：플랫롤, 102：표면 균열

Claims (5)

1. 주편의 연속 주조 방법으로서,
   횡단면이 원형인 주편을 주형으로 주조하는 단계 1과,
   상기 주편을, 내부에 미응고 영역이 없어질 때까지, 축이 수평 방향으로 배치된 원기둥형의 롤로 이루어지는 복수의 롤쌍에 의해 압하함으로써, 상기 주편에 1세트의 평행한 면을 형성하는 단계 2와,
   상기 단계 2에서 압하한 후 완전하게 응고한 상기 주편을, 축이 수평 방향으로 배치된 원기둥형의 수평롤의 롤쌍과, 축이 연직 방향으로 배치된 원기둥형의 연직롤의 롤쌍으로 교호로 압하함으로써, 상기 주편에, 상기 단계 2에서 형성한 1세트의 평행한 면에 수직인 1세트의 평행한 면을 형성하는 단계 3의 일련의 각 단계를 포함하고,
   상기 단계 2에 있어서, 상기 복수의 롤쌍을 구성하는 각 롤쌍에 의한 상기 주편의 압하율을 0.5% 초과 3% 이하로 하고, 또한, 상기 각 롤쌍에 의한 압하 위치에서의 상기 주편의 횡단면에 있어서의 상기 미응고 영역의 폭의, 상기 주편과 상기 롤이 접촉하는 부분의 폭에 대한 비를 0~7.15로 하며,
   상기 단계 3에 있어서, 상기 수평롤 및 상기 연직롤에 의한 상기 주편의 압하율을 각각 5.4%~6.8%로 하는 것을 특징으로 하는 주편의 연속 주조 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 주형의 내벽면의 횡단면의 직경이 400~600mm인 것을 특징으로 하는 주편의 연속 주조 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 단계 3에 있어서, 상기 주편의 중심 온도가 표면 온도보다 150℃ 이상 높은 것을 특징으로 하는 주편의 연속 주조 방법.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 단계 3 완료시에 있어서, 상기 단계 2에서 형성된 1세트의 평행한 면의 간격과, 상기 단계 3에서 형성된 1세트의 평행한 면의 간격을 동일하게 235~270mm로 하는 것을 특징으로 하는 주편의 연속 주조 방법.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 단계 3 완료시에 있어서, 상기 단계 2에서 형성된 1세트의 평행한 면의 간격과, 상기 단계 3에서 형성된 1세트의 평행한 면의 간격을 동일하게 235~270mm로 하는 것을 특징으로 하는 주편의 연속 주조 방법.

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