KR20040020467A

KR20040020467A - 쌍롤형 박판주조기를 이용한 ３０４ 스테인레스강 박판의제조방법

Info

Publication number: KR20040020467A
Application number: KR1020020052075A
Authority: KR
Inventors: 김완수; 강태욱; 하만진
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-09
Also published as: KR100887109B1

Abstract

본 발명은 쌍롤형 박판제조장치를 이용하여 용탕으로부터 304 스테인레스 강의 박판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 쌍롤형 박판주조장치를 이용한 304 스테인레스강 박판을 제조함에 있어서, 용강중의 O(산소)의 함량 또는/및 Se의 함량을 적절히 제어하므로써 용강 성분 변화에 따르는 흡열량 변화를 최소화하여 안정된 주조가 가능한 304 스테인레스강 박판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

본 발명은 롤갭을 두고 서로 맞서 위치되는 쌍롤, 이 쌍롤 양끝단부에 설치된 에지댐 및 용강 탕면을 차단하여 실링하는 메니스커스 실드를 포함하는 쌍롤형 박판주조기의 쌍롤 사이에 304 스테인레스강의 용강을 공급하여 304 스테인레스강의 박판을 제조하는 방법에 있어서,

상기 용강중의 O(산소)의 함량을 150-250ppm으로 제어하거나 또는/그리고 용강중의 Se의 함량을 15-60ppm으로 제어하여 롤흡열량 밀도의 차이가 15%이내가 되도록 하는 박판주조기를 이용한 304 스테인레스강 박판의 제조방법을 그 요지로 한다.

Description

쌍롤형 박판주조기를 이용한 ３０４ 스테인레스강 박판의 제조방법{Method for Manufacturing ３０４ Stainless Steel Strip with Twin Roll Strip Casting Apparatus}

본 발명은 쌍롤형 박판주조기를 이용하여 용탕으로부터 304 스테인레스 강의 박판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용강중의 표면 활성화 원소를 일정 함량 이상으로 하여 주조시 용강의 성분변화에 따른 흡질능의 변화를 줄여 용강 성분의 미세 변화가 전체 주조 흡열량에 미치는 영향을 작게 할 수 있는 쌍롤형 박판주조기를 이용한 304 스테인레스 강의 박판제조방법에 관한 것이다.

쌍롤형 박판주조기는 도 1에 나타난 바와 같이 노즐(1)로부터 공급된 용강(2)을 내부가 수냉되는, 회전하는 롤(3)을 통하여 직접 박판(5)을 제조하는 장치로서, 제조되는 박판(주편)의 품질 및 형상은 응고가 개시되면 탕면/롤 접점에서의 초기응고에 크게 의존한다.

따라서, 대부분의 쌍롤형 박판주조기에서는 안정성 있는 응고계면을 형성시키기 위해 불활성 탕면분위기를 유지시키는 것이 필수적이다.

만약, 불활성 분위기를 유지하지 못하여 스컴이나 스컬등이 탕면에 많이 형성되게 되면 주편에 혼입되어 주편결함 및 과도한 롤 반발력 등을 발생시켜 주편 품질에 큰 악영향을 가져오게 된다.

일반적으로 불활성가스분위기 유지는 도 1에 나타난 바와 같이 용강공급 노즐(1)이 삽입된 상태에서 밀봉이 될 수 있는 구조를 하는 것이 보통이며 이때 불활성가스는 쉴딩장치(6)의 상부 또는 측면의 가스공급부(8)를 통해 불어 넣어주는 방법이 사용되고 있다.

한편, 롤과의 밀봉은 실링용 커튼(7)을 롤 위에 설치하여 기밀을 유지할 수도 있다.

이러한 탕면 쉴드에 사용되는 불활성가스로는 크게 아르곤 가스와 질소 가스를 들 수 있으며, 최종 주편조성에 질소의 함유량이 크게 문제가 되지 않는 경우는 비교적 저렴한 질소를 사용하는 것이 보통이다.

304 스테인레스 강은 강 내부의 질소함량이 크게 문제가 되지 않기 때문에 질소를 불활성기체로 사용하는 것이 가능하다.

특히, 304 스테인레강은 질소에 대한 친화력이 큰 Cr 원소가 다량으로 포함되어 있어, 질소에 대한 흡질성이 크고, 이러한 성질이 용강과 롤 경계면에서의 응고 균일화 및 응고촉진역할을 하게 되어 주편 결함 방지에 큰 역할을 하게 된다.

즉, 304 스테인레스강종에 아르곤을 쉴딩 가스로 사용하는 경우는 용강과 롤 사이의 가스층에 존재하는 아르곤이 응고가 진행됨에 따라 쉘/롤 사이에서 팽창하여 응고를 늦추게 되어 롤 표면에 약간의 결함이 존재하여도 주편 쉘두께를 국부적으로 작게하여 주편이 응고되면서 발생하는 변형스트레스를 못이기게 되므로 분위기 가스로 질소를 사용하는 경우보다 주편결함을 발생시킬 가능성이 아주 크다.

따라서, 미국특허 제5103895호에서와 같이 이러한 용강과의 반응성을 지닌 가스를 사용하여 전반적인 주편 응고 균일화를 확보함과 동시에 롤 표면에 요철을 부여하여 응고시 발생되는 열응력을 효과적으로 분산시켜 결함이 없는 주편을 제조하는 것이 쌍롤식 박판주조방법에서 많이 사용되고 있다.

그러나, 흡질성이 있는 용강을 질소 분위기를 통해 주조하는 경우 롤의 응고능 변화가 큰 주조가 적지 않은 빈도로 발생하는 문제점이 나타났다.

즉, 쌍롤형 박판주조법에서는 몰드와 용강/주편사이에 열전달 지연물질인 몰드 플럭스를 사용하는 연속주조공정과는 달리 용강이 직접 롤과 접촉하기 때문에 응고속도가 빨라 응고양상에 영향을 주는 인자가 존재하면 그 효과는 연속주조와는 비교할 수없을 정도로 크게 나타나며 별다른 주조변수의 변화가 없었는데도 같은 주조두께를 주조하는 경우 롤 속도가 상당히 다르게 나타나는 경우가 발생하게 되는 것이다.

이러한 롤의 응고능 변화 즉, 주조결과의 변화는 용강 성분 변화에 따르는 흡열량변화에 기인하는 것이다.

이러한 주조결과의 큰 변화는 박판의 바람직한 형상을 위해 적용하는 초기 롤 크라운량 및 롤 폭 방향의 응고능 균일도에도 상당히 큰 영향을 미치게 되어 재현성 있는 품질의 주편 제조에 많은 장애를 가져올 수 있다.

더욱이, 연연속 주조시에는 래들이 교환되는 시점에 있어 급격한 응고능의 변화는 목표 두께에 대한 주속이 급속히 교정되어야 할 뿐만 아니라 디스챠지 (discharge)에서의 주편 냉각조건도 크게 변화하는 등 실제 대량 생산 조업에서는 더 큰 문제점을 야기할 가능성이 있는 등 공정자체의 신뢰성을 낮게 하고 조업 안정성을 저해할 가능성이 크다.

본 발명은 쌍롤형 박판주조기를 이용한 304 스테인레스강 박판을 제조함에 있어서, 용강중의 O(산소)의 함량 또는/및 Se의 함량을 적절히 제어하므로써 용강 성분 변화에 따르는 흡열량 변화를 최소화하여 안정된 주조가 가능한 304 스테인레스강 박판의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 통상적인 쌍롤형 박판주조기의 개략도

도 2는 대표적인 표면 활성화 원소의 용강에 대한 표면 점유율 상관도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

1 . . . 노즐 2 . . . 용강 3 . . . 쌍롤 5 . . . 박판

6 . . . 탕면분위기 조절장치 7 . . . 실링용 커튼

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

상기 용강중의 O(산소)의 함량을 150-250ppm으로 제어하거나 또는/그리고 용강중의 Se의 함량을 15-60ppm으로 제어하여 롤흡열량 밀도의 차이가 15%이내가 되도록 하는 쌍롤형 박판주조기를 이용한 304 스테인레스강 박판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 용강이 흡질성이 있는 강의 박판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 바람직하게 적용되는 강으로는 304 스테인레스 강을 들수 있으며, 그 조성은 중량%로 C: 0.08%이하, Si: 1.0%이하, Mn: 2.0%이하, P: 0.045%이하, S: 0.03%이하, Cr: 18.0-20.0%, 및 Ni: 8.0-10.50%를 포함하여 구성된다.

용강이 흡질성이 있을 때 흡질에 영향을 미치는 인자로는 크게 용강중의 질소 평형농도에 미치는 원소의 함량 및 용강과 롤이 접하는 계면에서 용강표면의 흡질에 관련되는 성분을 들수 있다.

즉 흡질이 잘 되기 위해서는 용강중의 질소 농도가 낮아 분위기 질소와의 농도차이가 큰 것이 바람직하고 접촉 계면에서의 흡질이 방해를 받지 않아야 한다.

질소가 용강에 녹아들어가는 데는 다음의 3가지 과정이 순차적으로 필요하다.

1) 분위기 가스가 용강 표면까지 확산되어 가는 단계

2) 용강표면에서의 화학적 반응

3) 질소원자가 표면에서 용강내부로 확산되어 가는 단계

1)은 탕면 부근의 분위기가 질소이므로 율속 단계로 작용하지 않으며 3)은 일단 질소가 용강 표면에 붙고 나서야 진행되며 내부확산은 용강중의 질소 평형 농도와 밀접한 연관이 있게된다. 결국 흡질은 일차적으로 분위기 질소가 용강 표면으로 녹아들어가는 화학적 반응에 의해 좌우되며 식으로 표시하면 하기 식(1)과 같다.

dN₂/dt = kA(1-f)(PN₂-PN₂ ^e)

(상기 식에서, k : rate of constant of pure iron, A : 접촉면적, f : 특정 원소의 용강 표면의 점유율, 1-f : 질소 접촉가능 유효면적율, PN₂ ^e: 평형 질소 압력,

PN₂: 질소 압력)

즉, 흡질에 가장 큰 영향을 주는 것은 용강표면의 유효면적율이며, 이 유효면적율의 크기에 따라 흡질의 양상이 달라지게 되는 것이다.

산소, S, Se 등과 같은 원소는 함량이 적어도 용강표면에서 활발하게 작용하게 되므로 결과적으로 이들 성분이 많으면 도 2에서와 같이 성분의 증가에 따라 용강표면을 차지하는 비율이 높아져 질소와 용강과의 반응면적을 현격히 줄일수 있는 것이다.

즉, 용강중의 일정량의 질소가 존재하는 경우 흡질에 영향을 미치는 중요한 원소로서는 산소, S 및 Se 등을 들수 있다.

본 발명에서는 롤 흡열량 밀도의 차이가 15%이내가 되도록 용강중 산소의 함량을 150-250ppm으로 제어하거나 또는/그리고 용강중의 Se의 함량을 15-60ppm으로 제어하는 것이 바람직하다.

상기 산소, S 및 Se는 대표적인 용강 표면활성화 원소이며 이들 활성화 원소의 함량이 많으면 이들 원소가 용강표면에 많이 분포하게 되어 분위기에 존재하는 질소 가스가 용강계면으로 흡질되는 것을 방해하게 된다.

따라서, 용강중의 산소 및 S의 함량이 적으면 분위기 가스의 용강으로의 흡질을 방해하지 않게 되며 이 경우는 분위기 가스와 용강중의 질소 가스 농도의 차가 흡질에 큰 영향을 미치게 된다.

반대로, 용강중의 산소 및 S의 함량이 많으면 분위기 가스의 용강으로의 흡질을 크게 방해하며 분위기 가스와 용강중의 질소 가스 농도의 차는 2차적인 효과밖에 나타낼 수가 없는 것이다.

따라서, 주조시 응고에 영향을 미치는 흡질능을 일정 범위 안으로 두기 위해서는 용강중의 질소, 산소와 S 성분을 일정 범위로 하여야만 한다.

그러나 용강중에 존재하는 이들 성분의 함량을 모두 일정 범위내로 관리한다는 것은 상당히 어려운 일이며 제강공정의 정련시간이 길어지고, 용해제로 사용하는 스크랩의 선별 기준 강화 등과 같이 제강공정의 원가를 높이는 바람직하지 못한 측면이 대두될 가능성이 크다.

따라서, 이들 원소중 비교적 함량 조정이 용이한 것을 선택하여 그 성분의 조정을 통해 일정범위 안의 흡질능을 재현성 있게 확보하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 흡질과 관련있는 성분의 조정을 통해 주조시 냉각능의 변화를 적게 하기 위해 이들 원소의 변동이 냉각능에 미치는 영향을 줄이는 방법 가운데 용강중의 산소, 질소와 S 성분중 산소성분을 함량을 크게 하므로써, 용강성분중의 질소나 S성분의 변동에 따른 롤 냉각능의 변화가 상당히 둔감하게 되며 이에 따라 안정되고 재현성있는 주조를 할 수 있게 된다.

상기 용강중의 질소, 산소, S 성분중 조정 성분으로 산소를 택한 이유는 다음과 같다.

먼저 질소 성분을 조정할 경우 용강중 질소의 성분을 높게 하는 것이 필요한데 질소의 성분을 높게 하면 산소와 S의 성분 변동에 따른 흡질능의 변화가 적어질 수는 있으나 용강의 응고 과정을 통해 질소가 가스로 방출되어 주편내부에 기공을 발생시켜 주편 품질에 악영향을 줄 가능성이 높기 때문에 응고능 변동 저감의 목적으로 질소 함량을 높게 하는 것은 별로 바람직하지 않다.

본 발명에 있어서 질소의 함량은 통상 함유되는 범위이면 어느 범위나 가능하지만, 600ppm이하로 제한하는 것이 바람직하다.

용강중 S의 성분을 높혀 다른 원소 변동에 따른 냉각능의 변화를 작게 하는 것은 S 성분의 증가에 따라 MnS가 많아져 입계 취약성분으로 작용하여 주편 결함의 원인이 되기 때문에 바람직한 방법이 아니다.

본 발명에 있어서 S의 함량도 통상 함유되는 범위이면 어느 범위나 가능하지만, 80ppm이하로 제한하는 것이 바람직하다.

용강중 산소는 일반적으로 함량이 많은 경우는 연속주조에서는 개재물의 발생량의 증가를 불러와 주편 내부 품질을 악화시키기 때문에 가능하면 강중 산소의 함량을 작게 하고 있다.

그러나, 쌍롤형 박판주조법에서는 주편의 응고시간이 1초도 되지 않는 짧은 시간내에 완료되기 때문에 상대적으로 응고완료 시간이 수분에 이르는 연속주조와는 응고양상이 근본적으로 다를 뿐 아니라 개재물의 체류시간도 상당히 짧은 특징을 가지고 있다.

따라서, 개재물 체류시간이 길어 작은 개재물들이 응집을 통하여 주편 결함의 원인이 되는 대형 개재물로의 변환 가능성이 매우 큰 연속주조공정과는 달리 쌍롤형 박판주조법에서는 작은 개재물이 큰 개재물로 응집할 시간적인 여유가 없기 때문에 주편내에 잔존하는 개재물의 크기가 작게 된다.

따라서, 용강에 포함되어 있는 산소농도가 약간 높다고 하여도 제조되는 주조상태 (as-cast)의 박판 내부 품질에는 거의 영향을 미치지 않으며 냉간압연등과 같은 후처리 과정에서도 큰 영향은 없는 것으로 나타났다.

또한, 본 발명에서는 상기한 바와 같이, 롤 흡열량 밀도의 차이가 15%이내가 되도록 용강중 Se의 함량을 15-60ppm으로 제어하므로써 용강성분중의 질소나 S성분의 변동에 따른 롤 냉각능의 변화가 상당히 둔감하게 되며 이에 따라 안정되고 재현성있는 주조를 할 수 있게 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

롤 직경과 폭이 각각 1250 mm 및 1300 mm인 대형 쌍롤식 박판주조기에서 하기 표 1의 조성을 갖는 304 스테인레스 강 용강으로 주조하여 박판을 제조하고, 롤 흡열량 밀도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

이 때, 용강 높이는 450 mm이고, 그리고 주조두께는 3.4 mm 이였다.

주조번호	조성(wt%)	롤 흡열량 밀도(Mw/m²)
주조번호	질소	롤 흡열량 밀도(Mw/m²)	산소	S	Cr	Ni	Se
A	0.0320	0.0041	0.0031	18.41	8.30	-	6.8
B	0.0143	0.0045	0.0035	18.23	8.51	-	6.1
C	0.0316	0.0051	0.0025	18.34	8.25	-	6.4
D	0.0388	0.0044	0.0041	18.43	8.46	-	6.5
E	0.0321	0.0056	0.0013	18.40	8.44	-	7.5
F	0.0345	0.0062	0.0044	18.14	8.21	-	6.3
G	0.0334	0.0041	0.0017	18.39	8.11	-	7.3
H	0.0256	0.0045	0.0014	18.19	8.31	-	8.0
I	0.0390	0.0055	0.0040	18.24	8.25	-	6.2
J	0.0460	0.0050	0.0058	18.61	8.18	-	5.7

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 산소 또는 Se의 함량을 제어하지 않은 경우에는 롤흡열량 밀도차가 큼을 알 수 있다.

(실시예 2)

하기 표 2에서와 같이, 304 스테인레스 강의 용강조성을 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 주조하여 박판을 제조하고, 롤 흡열량 밀도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

주조번호	조성(wt%)	롤 흡열량 밀도(Mw/m²)
주조번호	질소	롤 흡열량 밀도(Mw/m²)	산소	S	Cr	Ni	Se
A	0.0401	0.0188	0.0026	18.33	8.21	-	6.7
B	0.0324	0.0176	0.0031	18.41	8.33	-	6.6
C	0.0344	0.0199	0.0034	18.51	8.21	-	6.8
D	0.0291	0.0210	0.0033	18.27	8.35	-	6.9
E	0.0356	0.0202	0.0048	18.42	8.40	-	6.4
F	0.0342	0.0208	0.0029	18.42	8.44	-	6.5
G	0.0394	0.0188	0.0021	18.31	8.49	-	6.4
H	0.0320	0.0195	0.0043	18.27	8.23	-	6.4
I	0.0411	0.0189	0.0034	18.49	8.18	-	6.3
J	0.0430	0.0178	0.0051	18.55	8.32	-	6.4

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 용강중의 산소함량을 제어함으로써 롤 흡열량 밀도차가 적게 나타남을 알 수 있다.

이는 산소함량이 커 표면 활성제의 역할로 분위기 질소의 용강 흡질시 산소가 상당한 방해 역할을 하기 때문이며 약간의 흡열량의 감소가 있기는 하나 용강성분 변동에 좌우받지 않는 안정된 주조를 확보할수 있다.

(실시예 3)

하기 표 3에서와 같이, 304 스테인레스 강의 용강조성을 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 주조하여 박판을 제조하고, 롤 흡열량 밀도를 측정하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

주조번호	조성(wt%)	롤 흡열량 밀도(Mw/m²)
주조번호	질소	롤 흡열량 밀도(Mw/m²)	산소	S	Cr	Ni	Se
A	0.0451	0.0045	0.0016	18.13	8.29	0.0017	6.5
B	0.0374	0.0055	0.0025	18.54	8.31	0.0021	6.3
C	0.0305	0.0057	0.0027	18.44	8.39	0.0020	6.4
D	0.0391	0.0061	0.0031	18.31	8.29	0.0022	6.3
E	0.0288	0.0041	0.0035	18.45	8.21	0.0022	6.2
F	0.0311	0.0034	0.0039	18.22	8.18	0.0019	6.6
G	0.0334	0.0053	0.0051	18.28	8.38	0.0017	6.2
H	0.0345	0.0052	0.0024	18.33	8.33	0.0018	6.2
I	0.0409	0.0049	0.0037	18.31	8.25	0.0019	6.4
J	0.0290	0.0061	0.0043	18.30	8.29	0.0020	6.5

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 용강중의 Se함량을 제어함으로써 롤 흡열량 밀도차가 적게 나타남을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 용강중의 O(산소)의 함량 또는/및 Se의 함량을 적절히 제어하여 용강 성분 변화에 따르는 흡열량 변화를 최소화하므로써 쌍롤형 박판주조장치를 이용하여 보다 안정되게 주조하여 304 스테인레스강 박판을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 효과가 있는 것이다.

Claims

롤갭을 두고 서로 맞서 위치되는 쌍롤, 이 쌍롤 양끝단부에 설치된 에지댐 및 용강 탕면을 차단하여 실링하는 메니스커스 실드를 포함하는 쌍롤형 박판주조기의 쌍롤 사이에 304 스테인레스강의 용강을 공급하여 304 스테인레스강의 박판을 제조하는 방법에 있어서,

상기 용강중의 O(산소)의 함량을 150-250ppm으로 제어하여 롤 흡열량 밀도의 차이가 15%이내가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조기를 이용한 304 스테인레스강 박판의 제조방법
제1항에 있어서, 용강중의 N의 함량이 600ppm이하이고, 그리고 용강중의 S의 함량은 80ppm이하인 것을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조기를 이용한 304 스테인레스강 박판의 제조방법
롤갭을 두고 서로 맞서 위치되는 쌍롤, 이 쌍롤 양끝단부에 설치된 에지댐 및 용강 탕면을 차단하여 실링하는 메니스커스 실드를 포함하는 쌍롤형 박판주조기의 쌍롤 사이에 304 스테인레스강의 용강을 공급하여 304 스테인레스강의 박판을 제조하는 방법에 있어서,

상기 용강중의 O(산소)의 함량을 150-250ppm으로 제어하고 그리고 용강중의 Se의 함량을 15-60ppm으로 제어하여 롤흡열량 밀도의 차이가 15%이내가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조기를 이용한 304 스테인레스강 박판의 제조방법
제3항에 있어서, 용강중의 N의 함량이 600ppm이하이고, 그리고 용강중의 S의 함량은 80ppm이하인 것을 특징으로 하는 쌍롤형 박판주조기를 이용한 304 스테인레스강 박판의 제조방법