KR20150055788A - 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고질소 듀플렉스 스테인레스강을 쌍롤식 박판주조기를 사용하여 요철없이 제조할 수 있는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 평균 조도 (RA): 10~30um의 표면거칠기를 갖는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 상에 폭: 50~500um, 간격: 100~1000um 및 깊이: 50~200um의 사선 형태의 미세흠을 상기 주조롤의 원주방향의 30~70°의 기울기로 대칭되도록 교차하여 형성한 쌍롤식 박판주조기의 주조롤을 제공한다.
Description
본 발명은 용탕으로부터 직접 박판을 제조하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 고질소를 함유한 듀플렉스 스테인레스강을 제조할 수 있는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
듀플렉스 스테인레스 강이란 오스테나이트와 페라이트 상이 혼합된 조직을 가지는 스테인레스 강을 의미한다. 이러한 듀플렉스 스테인레스 강은 일반 스테인레스 강보다도 높은 강도와 내식성을 가지고 있을 뿐만 아니라, 염소이온, 바닷물에 강한 성질을 가진다. 따라서, 듀플렉스 스테인레스 강은 고강도, 고내식성이 요구되는 분야에 많이 사용되며, 화력발전소, FGD(Flue Gas Desulfurizer) 덕트, 원자력 발전소 해수냉각 파이프, 조선용 화학 탱크, 해수용/화학용 설비 등에 주로 사용되며, 그 용도는 점차 증가되는 추세이다.
이러한 듀플렉스 스테인레스강은 연속주조방식으로 슬라브를 제조하고, 얻어진 슬라브를 열간압연하여 원하는 두께로 제조하는 것이 일반적인 방식이였으나, 최근에는 도 1에 도시한 것과 같은 쌍롤식 박판주조기를 사용하여 용탕으로부터 직접 두께 2 - 6 mm 의 주편을 직접 주조하여 제조할 수 있는 방법이 개발되어 사용되고 있다. 도 1을 참조하여 쌍롤식 박판주조기를 사용한 주조 공정을 간단히 설명하면, 래들(2)에 저장된 용탕이 스토퍼를 통해 턴디쉬(3)로 공급되며, 턴디쉬(3)로 공급된 용탕은 다시 침지노즐(4)을 통해 두 개의 주조롤(1)과 주조롤 양 측면의 에지댐(7)으로 형성된 섬프로 공급된다. 섬프(9)로 공급된 용강은 약 0.2초 내에 두 주조롤(1) 사이에서 압하되면서 응고되어 주편(8)으로 주조된다. 주조된 주편(8)은 핀치롤(9)의 안내로 수냉장치(10)를 거쳐, 최종적으로 권취 코일(11)에 의해 코일로 권취되어 박판이 완성된다.
그러나, 상기 쌍롤식 박판주조기를 이용하여 1500ppm이상의 고질소를 함유한 듀플렉스강을 제조할 때에는. 응고 시 액상과 고상 사이의 질소 용해도 (최소고용도 약 1140ppm)차이로 인해 과포화된 질소가스가 배출되어 주조롤과 응고쉘 사이에 존재하게 되어 질소가스의 압력에 의해 응고쉘의 들뜸현상이 발생하게 된다.
이러한 응고쉘 들뜸현상을 해결하기 위하여 종래에는 도 2a에 나타낸 바와 같이 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 표면 상에 원주방향으로 줄무늬 형태의 미세흠(groove)을 형성시키는 방법을 사용하여 왔다.
그러나 도 2a와 같은 모양으로 주조롤 표면 상에 미세흠을 형성하면 도 2b에 나타낸 바와 같이 주조된 주편의 표면에 줄무늬 미세흠(groove)의 형상이 전사된 줄무늬가 나타나는 문제점이 있다. 이러한 줄무늬가 나타나는 문제점을 해결하기 위하여 도 3a와 같이 주조롤의 표면의 미세흠을 원주방향으로 형성하는 방법이 제시되었으나, 이는 도 3b의 그래프를 보면 알 수 있듯이 주편의 표면에 요철이 발생되는 문제점이 나타난다. 이러한 요철이 발생되면 주편의 외관이 미려하지 못하여, 요철을 제거하는 연마 등의 추가적인 비용이 발생하게 된다.
본 발명의 목적은 쌍롤식 박판주조기를 사용하여 고질소 듀플렉스 스테인레스강을 제조할 때, 주조된 주편의 표면에 요철이 발생하는 것을 방지할 수 있는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 쌍롤식 박판주조기의 주조롤의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 평균 조도 (RA): 10~30um의 표면거칠기를 갖는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 상에 폭: 50~500um, 간격: 100~1000um 및 깊이: 50~200um의 사선 형태의 미세흠을 상기 주조롤의 원주방향의 30~70°의 기울기로 대칭되도록 교차하여 형성한 쌍롤식 박판주조기의 주조롤에 의하여 달성된다.
여기에서, 바람직하게는 상기 주조롤로 주조 시 응고쉘의 한쪽 두께는 1.5mm이상이다.
본 발명은 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 표면 상에 10~30um의 표면거칠기를 갖도록 숏블라스팅으로 요철을 형성하는 단계; 상기 요철이 형성된 주조롤 상에 폴리머 막을 형성하는 단계; 레이져를 사용하여 상기 폴리머 막에 폭: 50~500um 및 간격: 100~1000um의 사선 형태의 패턴을 상기 주조롤의 원주방향의 30~70°의 기울기로 대칭되도록 교차하여 형성하는 단계; 및 상기 레이저에 의한 패턴 형성으로 상기 폴리머 막이 제거된 패턴부를 50~200um의 깊이로 에칭하는 단계를 포함하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 제조 방법에 의하여 달성된다.
본 발명은 고질소 듀플렉스 스테인레스강을 쌍롤식 박판주조기를 사용하여 제조하면서도 표면 요철의 생성을 방지할 수 있으므로, 성형 후 표면의 주기적인 요철이 없는 주편을 제조할 수 있으며, 성형 후 표면이 미려하여 요철을 연마하기 위해 추가적으로 발생하는 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 쌍롤식 박판주조공정의 개념도이다.
도 2a는 종래의 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 표면처리를 나타내는 사진이다.
도 2b는 도 2a와 같이 표면처리된 주조롤로 주조된 주편의 표면형상을 보여주는 사진이다.
도 3a는 또 다른 종래의 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 표면을 나타내는 사진이다.
도 3b는 도 3a와 같이 표면처리된 주조롤로 주조된 주편의 표면 요철을 측정한 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 표면을 나타내는 사진이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예인 도 4a와 같이 표면처리된 주조롤로 주조된 주편의 표면형상을 보여주는 사진이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예인 도 4a와 같이 표면처리된 주조롤로 주조된 주편의 인장성형 후의 표면형상을 보여주는 사진이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예인 도 5a의 주편의 인장성형후 표면 조도를 보여주는 그래프이다.
도 2a는 종래의 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 표면처리를 나타내는 사진이다.
도 2b는 도 2a와 같이 표면처리된 주조롤로 주조된 주편의 표면형상을 보여주는 사진이다.
도 3a는 또 다른 종래의 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 표면을 나타내는 사진이다.
도 3b는 도 3a와 같이 표면처리된 주조롤로 주조된 주편의 표면 요철을 측정한 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 표면을 나타내는 사진이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예인 도 4a와 같이 표면처리된 주조롤로 주조된 주편의 표면형상을 보여주는 사진이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예인 도 4a와 같이 표면처리된 주조롤로 주조된 주편의 인장성형 후의 표면형상을 보여주는 사진이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예인 도 5a의 주편의 인장성형후 표면 조도를 보여주는 그래프이다.
본 발명은 쌍롤식 박판주조기를 사용하여 고질소 듀플렉스 스테인레스강을 제조할 수 있는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 쌍롤식 박판주조기에 의하여 주조된 주편의 표면에 요철이 발생하는 것을 방지할 수 있는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 쌍롤식 박판주조기의 주조롤에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명의 쌍롤식 박판주조기의 주조롤은, 평균 조도 (RA): 10~30um의 표면거칠기를 갖는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 상에 폭: 50~500um, 간격: 100~1000um 및 깊이: 50~200um의 사선 형태의 미세흠을 상기 주조롤의 원주방향의 30~70°의 기울기로 대칭되도록 교차하여 형성된다. 이때 평균조도(RA)는 10um이하가 되면 응고 수축 발생시 응고쉘을 잡아주는 역할을 하기 어려워 표면크랙이 발생할 수 있으며, 30um이상이 되면 표면크랙은 방지되지만 높은 표면 조도로 인해 최종 냉간압연재의 표면조도가 높아져 표면품질이 미려하지 않게 된다. 또한, 응고 시 용강중의 질소 함량이 증감에 따라 배출되는 과포화 질소가스의 량이 달라지게 되며, 질소함량에 따라 함유 질소함량이 많으면 미세흠의 크기를 크게, 깊이를 깊게 하고, 함유 질소량이 적으면 미세흠의 크기를 작게, 깊이를 낮게 적용할 수 있다. 따라서, 용강이 응고 시에 배출되는 과포화된 질소가스의 원할한 배출을 위해 폭, 간격, 깊이를 선택적으로 적용하여 응고쉘의 들뜸 및 성형 후 표면 요철을 방지할 수 있다.
상기 미세흠의 폭 또는 깊이를 50㎛이상으로 한정하는 것은 50㎛미만일 경우에, 미세흠을 형성하기 이전에 샷블라스팅에 의해 형성된 요철의 깊이에 비해 너무 작게 되어 가스배출 통로의 역할을 할 수 없기 때문이다. 또한, 폭 또는 깊이가 500㎛ 또는 200㎛을 초과하면 용강이 흠에 너무 깊게 차고 들어서 주조롤과 붙는 문제가 발생할 수 있다. 그리고 상기 미세흠의 간격을 100~1000um로 한정하는 것은, 100um 미만일 경우, 용강의 정압 및 열전달에 필요한 접촉면적이 너무 작아져서 제품의 표면에 흠이 발생할 우려가 있기 때문이고, 1000um를 초과할 경우, 가스의 배출효과가 충분하지 않을 수 있기 때문이다.
원주방향의 30~70°의 기울기로 대칭되도록 교차하여 형성된 미세흠이 있는 주조롤에 의하여 주조하면 용강은 항상 조도산에 먼저 접촉하게 되고, 조도산이 용강응고의 핵생성 위치가 된다. 따라서, 전폭으로 미세한 조도산의 공급은 응고 시 핵생성 위치가 전폭으로 균일해지고, 고 질소로 인해 용해되지 않은 가스는 원주방향에 30~70°로 형성된 요철 형태의 골을 따라 탕면으로 배출되어 결과적으로 균일한 응고를 유발하여 원주방향으로 평행한 표면 무늬가 없는 주편의 제조를 가능하게 한다.
상기 주조롤로 주조 시 응고쉘의 한쪽 두께는 1.5mm이상인 것이 바람직하다. 고질소 함유 듀플렉스 스테인리스강은 응고 시 질소가스의 배출로 인해 쌍롤식 주조기를 이용하여 주조 시 응고쉘의 들뜸이 발생하게 되며, 이때 응고쉘의 두께가 1.5mm 이하가 되면 응고쉘의 고온강도가 부족하여 표면결함이 발생하게 된다. 이를 방지하여 표면결함이 없는 주편을 제조하기 위하여 응고쉘의 두께를 1.5mm이상으로 주조하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예인 도 4a는 사선 모양으로 미세흠(groove)을 형성하여 응고 시 발생하는 질소가스의 배출 경로를 다양화 되었고 가스 배출능력이 향상되어 도 4b와 같이 주편의 표면형상이 랜덤하게 된다. 또한, 주조롤 표면에 돌출된 돌기는 응고의 시작점으로 작용하여 주조 시 응고능이 향상되어서, 주편의 표면에 형성되었던 원주방향에 평행한 무늬가 방향성을 나타내는 문제를 근본적으로 해결할 수 있다.
도 3a에서는 종래의 줄무늬 미세흠이 가공된 주조롤을 적용하여 생산된 제품의 인장 시 표면 요철 형상을 나타내고 있고, 도 3b에서는 도 3a의 주조롤의 표면 요철을 나타낸 그래프이다. 도 3b의 그래프에서 표면 조도의 규칙적인 배열을 확인할 수 있는데, 이 규칙적인 무늬의 배열이 육안으로 관찰되면 표면 품질이 열위하게 느껴지게 된다.
반면에, 도 5a에서는 표면이 미려하게 형성된 것을 확인할 수 있는데, 본 발명의 일실시예에 따라 사선형태의 미세흠이 가공된 주조롤을 적용하여 생산된 제품의 인장 후 표면 형상을 나타낸 것이다. 도 5b에 도 5a의 주조롤의 표면 형상을 그래프로 나타낸 것으로, 도 3b와 비교하여 규칙적인 배열의 조도 변화가 확연하게 감소된 것을 확인 할 수 있다. 이러한 차이에 의하여 도5a에 나타낸 바와 같이 표면 요철이 육안으로는 확인 할 수 없는 정도로 개선되었음을 확인할 수 있다.
이하, 본 발명의 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 제조 방법에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명의 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 제조 방법은, 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 표면 상에 10~30um의 표면거칠기를 갖도록 숏블라스팅으로 요철을 형성하는 단계; 상기 요철이 형성된 주조롤 상에 폴리머 막을 형성하는 단계; 레이져를 사용하여 상기 폴리머 막에 폭: 50~500um 및 간격: 100~1000um의 사선 형태의 패턴을 상기 주조롤의 원주방향의 30~70°의 기울기로 대칭되도록 교차하여 형성하는 단계; 및 상기 레이저에 의한 패턴 형성으로 상기 폴리머 막이 제거된 패턴부를 50~200um의 깊이로 에칭하는 단계를 포함한다.
상기 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 표면 상에 미세홈을 갖도록 형성하기 전에 응고 수축 발생시 응고쉘을 잡아주는 역할을 10~30um의 표면거칠기를 갖도록 요철을 형성한다. 상기 요철의 형성은 랜덤하게 요철을 형성할 수 있고, 비용이 저렴해 경제적이기 때문에 숏블라스팅으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 요철이 형성된 주조롤 상에 폴리머 막을 형성하는 단계에서 폴리머 막을 형성하는 방법은 폴리머 막을 주조롤 표면에 직접 접착하거나 또는 액상의 폴리머를 붓이나 분무장치 등을 이용하여 주조롤 표면에 도포하여 건조 후 막을 형성하는 방법으로 수행할 수 있다.
상기 폴리머 막은 액상의 광경화성 포토레지스트 수지(LPR)를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다. 상기 광경화성 포토레지스트 수지(LPR)는 숏블라스팅에 의해 미리 생성된 요철에도 균일한 두께로 도포될 수 있다.
상기 폴리머 막이 경화되면, 이어서, 레이저를 이용하여 패턴을 형성할 부위의 폴리머 막을 제거하는 단계를 실시한다. 포토 에칭 공정을 통한 필름 부착 및 감광 후 현상하는 방법을 사용하지 않고, 레이저에 의하여 직접 불필요한 폴리머 막을 제거하므로 해서, 암실에서의 작업이나 광원에 의한 현상 단계를 생략할 수 있어, 주조롤 표면 요철상태에 상관없이 작업할 수 있다.
상기와 같이 레이저에 의하여 패턴을 형성한 후, 패턴이 형성되어 폴리머 막이 제거된 부분을 에칭 가공액에 침지하거나 스프레이를 분무함으로 해서 50~200um의 깊이로 에칭할 수 있다. 바람직하게는, 상기 애칭 가공액으로서, FeCl4 + 염산 + H2O이 혼합된 용액 또는 FeCl3 + 염산 + H2O이 혼합된 용액을 사용한다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어, 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.
1. 주조롤 2. 래들
3. 턴디쉬 4. 침지노즐
5. 메니스커스 실드 6. 브러쉬롤
7. 에지댐 8. 주편
9. 핀치롤 10. 수냉장치
11. 권취코일
3. 턴디쉬 4. 침지노즐
5. 메니스커스 실드 6. 브러쉬롤
7. 에지댐 8. 주편
9. 핀치롤 10. 수냉장치
11. 권취코일
Claims (3)
- 평균 조도 (RA): 10~30um의 표면거칠기를 갖는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 상에 폭: 50~500um, 간격: 100~1000um 및 깊이: 50~200um의 사선 형태의 미세흠을 상기 주조롤의 원주방향의 30~70°의 기울기로 대칭되도록 교차하여 형성한 쌍롤식 박판주조기의 주조롤.
- 제 1 항에 있어서, 상기 주조롤로 주조 시 응고쉘의 한쪽 두께는 1.5mm이상인 것을 특징으로 하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤.
- 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 표면 상에 10~30um의 표면거칠기를 갖도록 숏블라스팅으로 요철을 형성하는 단계;
상기 요철이 형성된 주조롤 상에 폴리머 막을 형성하는 단계;
레이져를 사용하여 상기 폴리머 막에 폭: 50~500um 및 간격: 100~1000um의 사선 형태의 패턴을 상기 주조롤의 원주방향의 30~70°의 기울기로 대칭되도록 교차하여 형성하는 단계; 및
상기 레이저에 의한 패턴 형성으로 상기 폴리머 막이 제거된 패턴부를 50~200um의 깊이로 에칭하는 단계를 포함하는 쌍롤식 박판주조기의 주조롤 제조 방법.
Priority Applications (4)
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