KR20030055944A - 연주 주편 중심편석 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속주조 주편의 내부품질을 평가에 관한 것으로서, 그 목적은 슬라브, 블룸, 빌렛 등을 포함한 모든 주편의 중심편석 정도를 새로운 중심편석지수를 도입하여 정량적으로 나타낸 연속주조 주편 중심편석 측정함에 있다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 연속주조 주편 중심편석 측정방법은 연속주조 주편 내의 중심편석을 측정하는 방법에 있어서, 연속주조된 주편의 황 프린트를 채취한 후, 채취된 황 프린트의 상(image)에 대하여 이미지 분석을 통해 특정 면적을 갖는 흑점들의 분포를 구하고, 상기 특정 면적을 가진 흑점들에 대한 검은 정도를 이미지 분석을 통해 세분하여 강도 분포를 구한 다음, 주편의 중심 부위에 존재하는 특정 면적을 가진 흑점들에 대한 강도 분포(I)와 편석이 없는 부위의 강도 분포(Io)의 비를 구하여 연속주조 주편의 중심편석 정도를 정량적으로 나타낸다.

Description

연주 주편 중심편석 측정방법{A method for measuring center segregation in a continuous casted slab}

본 발명은 연속주조 주편의 내부품질을 평가에 관한 것으로서, 특히 슬라브, 블룸, 빌렛 등을 포함한 모든 주편의 중심편석 정도를 새로운 중심편석지수를 도입하여 정량적으로 나타낸 연속주조 주편 중심편석 측정방법에 관한 것이다.

연속주조 주편(이하, 단지 연주 주편)의 편석도(segregation level)가 조괴법으로 주조된 강괴의 편석도보다 낮다는 것은 널리 알려진 사실이다. 연주 주편은 조괴재에 비해 후공정에서 압하율이 적어 주편에 존재하는 결함이 최종제품에 잔존하기 쉽기 때문이다. 일반적으로 편석은 응고중 고액계면의 용질배출에 의해 발생되며, 특히 중심편석은 이러한 용질배출에 의한 농화용강의 유동에 의해 발생된다.그리고, 이러한 유동의 직접적인 원인은 응고수축과 주편벌징(bulging)인 것으로 알려져 있다. 연주주편의 중심편석 발생은 단순한 야금학적 요인 이외에도 연주기 고유의 기계적 요인에 의해 크게 영향을 받는다. 중심편석에 영향을 미치는 또 다른 인자들로서는 주편의 응고조직, 소강성분, 턴디시 과열도, 주조 단면 크기, 주조속도 등을 들 수 있다. 중심편석의 용질원소의 최대 농화정도를 중앙부의 등축정 면적율과의 관계를 볼 때 일반적으로 중심편석부에 거의 등축정이 존재하지 않는 경우에는 탄소의 중심편석도는 약 2.5배, 불순물 성분인 인과 황은 약 5배 정도로 정편석이 발생하는 것으로 알려져 있다. 대체로 중심편석이 증가함에 따라 판두께 방향의 제성질의 열화가 현저하며 두께방향 특성을 요구하는 후판재에 대해서는 무엇보다도 중심편석의 저감이 각별히 요구된다. 뿐만 아니라, 블룸 및 빌렛으로 생산되는 고탄소강 선재의 경우는 강선의 고강도화에 따라 중심편석에 의한 신선 가공성의 저하가 문제시 되고 있고, 고합금강 특히 베어링강의 경우 피로수명의 저하에 큰 영향을 미친다. 따라서, 연주주편의 중심편석의 제어는 매우 중요하며, 나아가 중심편석의 적극적인 제어뿐만 아니라 연주 주편 상에서의 중심편석 정도를 정확히 판별하는 것은 보다 중요하다. 이는 연속주조 주편을 이용한 후공정에서의 내부품질의 기준을 제시할 수 있게 되기 때문이다. 나아가 중심편석 제어를 위한 연주 조건 개선 및 최종 제품의 품질을 보증하기 위한 측면에서 반드시 필요한 중요한 기술이다.

중심편석도를 판별하기 위한 현장 조업에서 가장 일반적으로 사용하는 방법은 황(S)의 편석정도를 판단할 수 있는 황 프린트(S print)를 이용하는 기술이다.즉, 연주 주편의 특정부위의 황 프린트를 채취하여 도1과 같은 황 프린트 한도 견본과 비교하여 연주 주편의 중심편석도를 판별하는 것이다. 이러한 황 프린트로 만들어진 한도 견본의 기준은 주편 중앙부의 중심편석을 나타내는 중심선이 연결 되어진 정도에 따라서 그 등급이 결정된다. 즉, 주편 중앙부의 선이 길게 연결되어진 경우에는 3등급 이상의 중심편석도로 평가되고, 선이 연결되어지지 않은 경우는 1등급 이하의 중심편석도로 평가된다. 이러한 한도 견본을 이용하는 방법은 신속한 평가를 할 수 있는 장점이 있으나 육안과 경험에 기초한 판단을 하기 때문에 판별하는 사람에 따라서 중심편석도가 서로 차이가 나는 문제점이 있다. 또한, 주편 두께 중앙부의 선의 연결되어진 상태만을 고려한 기준이기 때문에 중심편석 정도를 판단하는데 중요한 브이 편석 및 황의 함량에 따라서 황 프린트상에 나타나는 편석정도를 엄밀하게 판단을 할 수 없는 문제점이 있다. 결국 상기 한도견본을 이용하는 방법은 근본적으로 중심편석 정도를 개략적으로 파악할 수 있는 방법이지 정량적인 중심편석도를 판단하는 것은 불가능한 방법이다.

중심편석도를 판단하는 다른 방법으로는, 중심편석이 발생되었을 것으로 예측되는 주편 두께 중앙부의 샘플을 채취하여 성분 함량을 정량적으로 분석하는 것이다. 즉, 중심편석 부위의 성분 함량과 강중의 평균적인 성분의 함량과의 비로서 중심편석도를 나타내는 것이다. 두께 중앙부의 샘플 채취는 통상적으로 드릴을 이용하여 드릴 칩(chip)을 만들어 습식분석으로 정량분석하게 된다. 이러한 방법으로 나타내는 일반적인 중심편석도는 X/Xo의 값으로 표기된다. 여기에서 X는 중심편석 부위의 성분 함량(예, C, S, P, Mn 등)을 나타내고, Xo는 소강성분(예, C, S, P,Mn 등)을 나타낸다. 그러나, 이러한 방법은 분석이 장기간 소요되고 칩을 내는 시편 채취 부위에 따라서 정량분석값의 분산이 심하여 분석 시간 및 비용이 많이 소요된다. 더욱이 얻어지는 분석 데이타의 신뢰도를 위해서는 분석 개수를 20부위 이상으로 하여 그 중 최고값을 나타내는 5개정도의 평균값을 선택하여야 한다. 그러나, 일반적으로 분석 개수를 5개 이하로 할 경우 정량값의 신뢰도는 굉장히 낮아지는 문제점이 있다.

이보다 더 중심편석도를 정밀하게 분석하는 방법으로서는, 전자현미경을 이용한 분석 방법이 있다. 이 방법은 주편 두께 중앙부를 포함하여 100mm×100mm 정도의 시편을 특정 원소에 대해 원소 분포를 측정하는 것이다. 원소 분포의 측정 방법으로는 선분석 및 면분석 방법이 있다. 일반적으로는 정밀한 면 분석 방법에 의해 중심부의 편석정도를 파악한다. 이러한 방법은 시편 준비 및 시편 분석에 장시간 소요되고 분석 비용이 많이 드는 단점이 있다.

한편, 최근에는 황 프린트의 특정 면적을 마크로 뷰어(macro viewer)로 이미지를 측정하고, 이 이미지를 이미지 분석기를 이용하여 황의 면적을 분석하는 것에 의해서 중심편석도를 신속하고 정확하게 정량적인 중심편석도를 판단할 수 있는 방법이 공개특허 제호에 개시되어 있다. 이 방법은 주편의 두께 방향으로 30mm 이상의 면적을 기준으로 하여 분석한 황 프린트의 흑점의 크기를 각각 0mm 이상, 0.5mm 이상, 1.0mm 이상으로 세분하여, 특히 0.5mm이상의 크기의 합계를 이용하여 연주 주편 내부 품질을 평가하고 있다. 그러나, 이 방법에서는 황 함량의 차이에 따라 황 프린트상의 주편 내의 황 함량에 기인하여 나타나는 흑점의 농도 차이를 명확히구분하지 못하여 동일한 황 함량의 강종끼리만 서로 정량적인 비교가 가능하며, 황 함량이 차이가 날 경우에는 중심편석도의 서로 상대적인 비교가 힘든 한계가 있다. 또한, 황 프린트의 채취시에 시편과 인화지간의 반응시간 및 온도 등의 주위 변수들 조건에 따른 변수에 큰 영향을 받을 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 황 프린트의 특정 면적을 마크로 뷰어로 이미지를 측정하고, 이 이미지를 이미지 분석기를 이용하여 황의 면적 및 흑점의 강도(intensity)를 분석하는 것에 의해서 새로운 중심편석 지수를 도입하여 강중의 황함량의 차이 및 외부적인 변수에 관계없이 중심편석도를 신속하고 정확하게 정량적으로 측정하는데, 그 목적이 있다.

도1은 종래의 기술인 중심편석을 평가하기 위한 황 프린트 견본 사진.

도2는 일반적인 이미지 분석기의 개략 구성도.

도3은 본발명과 습식분석에 의한 중심편석도 측정결과를 비교한 그래프.

도4는 본발명에 의한 실제 연주주편의 중심편석도 측정 결과 그래프.

상기 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 연속주조 주편 중심편석 측정방법은 연속주조 주편 내의 중심편석을 측정하는 방법에 있어서,

연속주조된 주편의 황 프린트를 채취하는 단계;

채취된 황 프린트의 상(image)에 대하여 이미지 분석을 통해 특정 면적을 갖는 흑점들의 분포를 구하는 단계;

상기 특정 면적을 가진 흑점들에 대한 검은 정도를 이미지 분석을 통해 세분하여 강도 분포를 구하는 단계 및

주편의 중심 부위에 존재하는 특정 면적을 가진 흑점들에 대한 강도 분포(I)와 편석이 없는 부위의 강도 분포(Io)의 비를 구하는 단계를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 연주 주편 내의 중심편석 측정방법은 황 프린트의 특정 면적에 대한 이미지를 분석하고, 이 분석된 이미지를 통해 황의 면적 및 흑점의 강도를 분석한 새로운 개념의 중심편석 지수를 도입하여 이루어진다.

먼저, 황 프린트의 상 분석을 위해서는, 연속주조된 주편의 황 프린트를 채취한다. 황 프린트는 시편 내의 황(S)과 황 프린트를 채취하기 위한 인화지 표면의 은(Ag)의 화학적 반응에 의해 인화지 표면에 시편내의 황이 있는 부위는 검은 색을 나타내게 된다. 그러나, 이러한 흑점들은 반응시간 및 시편내의 황의 함량에 따라서 동일한 시편내에서도 흑점의 숫자 및 그 검은 정도가 차이가 난다. 따라서, 이러한 흑점의 검은 정도를 구분하면 시편 전체에 있어서의 중심편석의 경향을 정량적으로 비교하는 것이 가능하다.

본 발명에서는 채취된 황 프린트 상을 분석하기 위하여, 도2와 같은 일반적인 이미지 분석기(1)를 이용한다. 즉, 도2에 도시된 바와 같이, 채취된 황 프린트(2)는 마크로 뷰어(macro viewer)(3)에 의해 상이 찍히게 되고, 이 상은 이미지 분석기(4)로 전송되게 된다. 이미지 분석기에서는 황 프린트 상의 면적이 계산되어 각 면적별로의 이미지 개수 및 분포를 구할 수 있다. 또한, 각 흑점들에 대한 정량적인 강도를 구하여 출력장치(5)를 통하여 결과를 구할 수 있다.

구체적으로, 중심편석 부위의 황 프린트 상의 이미지에는 많은 흑점이 나타나게 된다. 이러한 점들은 황의 함량에 따라 큰 차이를 나타내게 된다. 이러한 황의 함량이 높을수록 많이 나타나는 작은 흑점들은 실제의 중심편석과는 큰 상관성이 없는 미시편석에 의해 나타난다. 따라서, 본 발명에서는 상기에서 채취된 황 프린트의 상(image)에 대하여 이미지 분석을 통해 특정 면적을 갖는 흑점들의 분포를 구할 필요가 있다. 바람직하게는, 공개특허 제2001-57093에서와 같이, 0.5㎟ 이상의 면적을 가진 흑점들만을 중심편석으로 고려하는 것이다.

그 다음, 상기 특정 면적을 가진 흑점들에 대한 검은 정도를 이미지 분석을 통해 세분하여 강도 분포를 구한다. 즉, 본 발명에서는 전체 측정 면적 대비 기존의 특정 면적을 가진 흑점들에 대한 면적비율로 중심편석을 나타내는 것과는 달리, 특정 면적을 가진 흑점들의 강도비라는 새로운 개념의 중심편석 지수를 도입하여 중심편석을 정량적으로 측정한다.

구체적으로, 흑점들에 대한 검은 정도를 흑점 강도라고 표현하면, 이는 이미지 분석기에서 세분이 가능하다. 예를들어, 흑점의 강도는 이미지 분석기에서 가장 검은 색을 0단계로 하고 흰색을 255로 구분이 되며, 0과 255사이의 숫자는 회색의 단계를 나타냄으로서 흑점의 강도를 정의할 수 있다. 즉, 0에 가까운 값을 가지는 숫자는 검은 색에 점차 가까운 회색을 나타내고, 255에 가까운 강도는 흰색에 가까운 값을 나타냄으로써 총 256단계의 강도값을 표현할 수 있다.

이러한 값들은 강중의 황 함량 및 황프린트를 채취할 때의 인화지와 시편간의 반응온도 및 반응시간, 마크로 뷰어로 이미지를 받아들일 때의 외부 조명의 조건들에 따라서 변하게 된다. 따라서, 이러한 외부 인자들에 대한 영향을 최소화할 수 있는 하기의 작업이 필요하다.

황 프린트상의 일반적으로 중심편석부인 주편 두께 중앙부를 기준으로 상하±15mm, 즉 전체 30mm 이상의 강도 분포를 I로 정의하고, 또한 일반적으로 편석이 나타나지 않는 부위, 예를 들어 1/4두께 부위의 30mm 폭에 대한 강도 분포의 평균값(이하, `백 그라운드의 강도평균'라 한다)을 Io로 나타내면, 두께 중앙부의 중심편석대의 강도를 백그라운드의 강도평균값으로 보정해 주면 정량적인 중심편석 분포를 구할 수 있다. 이때, 중심편석이 심한 부위는 검은 흑색(0)단계에 가깝고 편석이 없는 부위는 백색(255)에 가깝기 때문에 중심편석부의 지수화를 위해서는 서로 이러한 값들을 역전시켜야 한다. 즉, 흑색에 가까운 흑점일수록 중심편석이 심하기 때문에 큰 강도값을 나타낼 수 있도록 하기 위해 전체 강도분포의 수인 256에서 실제 측정한 강도값을 빼 주게 되면 중심편석이 심할수록, 즉 흑점의 색이 검은색을 띄울수록 더욱 큰 수치를 나타내게 된다. 외부 인자와의 영향을 최소화 하면서 중심편석부의 정량적인 값을 평가하기 위해 중심부의 강도를 1/4두께 부위의 강도분포와 비교하여 새로운 중심편석 지수를 산출할 수 있는 기준을 아래의 수학식 1과 같이 정의할 수 있다.

이와 같은 단계를 통하면 연주 주편의 중심 부위에 존재하는 특정 면적을 가진 흑점들에 대한 강도 분포(I)와 편석이 없는 부위의 강도 분포(Io)의 비를 구하므로써 연주 주편 내의 중심편석도를 정량적으로 표현할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

연주 주편에서 황 프린트를 채취하여 본 발명에 의한 분석 방법에 의한 중심편석 지수를 산출하고, 이에 대한 비교 값으로서 중심편석부위를 통상의 습식 분석에 의한 값과 비교하였다. 도3은 그 결과를 나타낸 그래프이다.

도3에 나타난 바와 같이, 습식분석에 의한 중심편석지수의 경향과 본 발명에서의 방법과는 비례하는 관계를 나타내고 있는 것을 확인할 수 있어서, 본 발명에 의한 중심편석지수의 평가가 타당함을 나타내고 있다.

[실시예 2]

여러 가지 황의 함량을 가진 다수의 강종을 다양한 주조조건에 따라서 제조하고, 본 발명에 따라 편석지수를 측정하였다. 이때, 황 프린트 상의 흑점의 크기를 주편 두께 중앙부 및 프이 편석을 포함할 수 있는 30mm 이상의 구간으로 분석하였으며, 0.5mm²이상의 흑점만을 포함하였고, 그 흑점의 강도를 세분하여, 1/4두께부의 강도값의 평균값으로 보정하여 흑점에 대한 강도비를 구하였다. 그 결과를 도4에 나타내었다.

도4에 도시된 바와 같이, 연속 주편의 두께 중앙부에서 중심편석이 형성되고 있음을 명확히 확인할 수 있으며, 강도값의 비교로부터 중심편석 정도를 정량적으로 비교하는 것이 가능함을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 연속주조 주편 내의 중심편석 정도를 강도비라는 새로운 중심편석 지수를 도입하여 연속주조 주편에 대한 중심편석을 정량적으로 측정 가능하며, 부가적으로 분석 시간을 기존 방법 대비 대폭 단축할 수 있다.

Claims (4)

1. 연속주조 주편 내의 중심편석을 측정하는 방법에 있어서,

   연속주조된 주편의 황 프린트를 채취하는 단계;

   채취된 황 프린트의 상(image)에 대하여 이미지 분석을 통해 특정 면적을 갖는 흑점들의 분포를 구하는 단계;

   상기 특정 면적을 가진 흑점들에 대한 검은 정도를 이미지 분석을 통해 세분하여 강도 분포를 구하는 단계;

   주편의 중심 부위에 존재하는 특정 면적을 가진 흑점들에 대한 강도 분포(I)와 편석이 없는 부위의 강도 분포(Io)의 비를 구하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연속주조 주편 중심편석 측정방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 흑점들의 면적 분포는 0.5㎟ 이상의 면적을 갖는 흑점들을 기준으로 하는 것을 특징으로 하는 연속주조 주편 중심편석 측정방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 특정 크기를 가진 흑점들의 검은 정도는 256개로 세분하는 것을 특징으로 하는 연속주조 주편 중심편석 측정방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 주편의 중심 부위에 존재하는 특정 면적을 가진 흑점들에 대한 강도 분포(I)와 편석이 없는 부위의 강도 분포(Io)의 비는 수학식1

   [수학식 1]

   로 표현되는 것을 특징으로 하는 연속주조 주편 중심편석 측정방법.