KR20190078396A - 아포정강의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아포정강의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.07~0.17%, Mn: 1.5~2.5%, Ti: 0.015~0.05%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 연속주조하여 박 슬라브를 얻는 단계; 상기 박 슬라브를 조압연하여 바를 얻는 단계; 상기 바를 마무리 압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및 상기 열연강판을 권취하는 단계를 포함하고, 상기 각 단계는 연속적으로 행하여지며, 상기 연속주조시 몰드 내에 투입되는 몰드 플럭스는 결정질율이 45~60%이고, 카본 함량 10중량% 이상인 아포정강의 제조방법을 제공한다.

Description

아포정강의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING SUB-PERITECTIC STEEL}
본 발명은 아포정강의 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로 탄소 함량이 0.07~0.17중량%인 아포정강의 경우 포정반응에 의한 응고 수축시 불균일 응고쉘 형성이 쉽고 이로 인해 몰드 접촉면과의 계면에 에어갭(AIR GAP) 발생으로 국부적으로 파단강도가 약한 얇은 응고쉘이 형성되고 이러한 부분에서 크랙이 발생하게 된다. 주속이 증가하는 경우 이러한 불균일 응고가 심화되기 때문에 기존의 conventional mill에서는 통상 주조 속도를 일반 강종 대비 약 20% 정도 감속하여 통상 2mpm 이하로 아포정강을 생산하고 있다.
그러나, 최근 공정의 효율을 높이고 강재의 품질 편차를 줄이기 위해 사용되고 있는 연주-압연 직결라인에서는 압연속도에 연속주조 속도를 맞추기 위하여 연속주조를 상대적으로 빠른 속도로 할 수밖에 없으므로, 아포정강을 연주-압연 직결라인에서 제조하는 것은 매우 곤란한 측면이 있었다.
본 발명의 일측면은 고속으로 주조가 가능하게 하면서도 슬라브 표면에 크랙 발생이 없는 아포정강의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.07~0.17%, Mn: 1.5~2.5%, Ti: 0.015~0.05%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 연속주조하여 박 슬라브를 얻는 단계; 상기 박 슬라브를 조압연하여 바를 얻는 단계; 상기 바를 마무리 압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및 상기 열연강판을 권취하는 단계를 포함하고, 상기 각 단계는 연속적으로 행하여지며, 상기 연속주조시 몰드 내에 투입되는 몰드 플럭스는 결정질율이 45~60%이고, 카본 함량 10중량% 이상인 아포정강의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 고속으로 주조가 가능하게 하면서도 윤활 특성 표면에 크랙이 없는 아포정강을 안정적으로 생산할 수 있게 하여 기존의 열연밀 대비 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 아포정강의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 강의 탄소 함량에 따른 응고 셀 형상을 나타난 것이다.
도 2는 본 발명에 적용 가능한 연주~압연 직결공정을 위한 설비의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 몰드 동판의 모식도이다.
도 4는 발명예 및 비교예의 사진이며, (a)는 발명예 1, (b)는 비교예 1, (c)는 비교예 2의 사진이다.
도 1은 강의 탄소 함량에 따른 응고 셀 형상을 나타난 것이다. 통상적으로 아포정강의 경우에는 초기 응고 과정시 메니스커스(meniscus) 주변을 따라 얇은 응고쉘이 형성되고, 이 과정에서 응고 수축이 크게 나타나게 되어 되며, 이로 인해 응고 쉘과 몰드 표면사이에 에어 갭(air gap) 발생으로 인해 도 1의 (c) 영역에서와 같이 불균일한 응고쉘이 형성된다.
이러한 불균일 응고쉘이 형성되면 국부적으로 파단강도가 낮은 부분이 발생하게 되고 이로 인해 주조 중 크랙이 발생하거나 심한 경우 Breakout과 같은 용강 유출로 인한 조업 사고가 일어난다.
이러한 이유로 기존 공정에서는 일반강 대비 주조 속도를 20% 정도 감소하여 생산을 하고 있지만 여전히 주편 표면에 발생하는 크랙에 의한 품질 이슈가 많이 발생하고 있다.
이에 따라, 본 발명자들은 상기 불균일 응고쉘 형성을 최소화하기 위한 방법으로서, 몰드 플럭스의 결정질율을 증가시키고, 다만, 상기 몰드 플럭스의 결정질율을 증가로 인해 나타나는 윤활성 저하의 문제를 해결하기 위하여 몰드 내 투입되는 몰드 플럭스 조건을 제어하게 되면 연주 압연 직결라인에서 고속 주조를 안정적으로 행할 수 있도록 할 뿐만 아니라 표면 크랙이 없는 고강도 아포정강을 생산하는 것이 가능하다는 점에 착안하여 본 발명을 제안하게 되었다.
이를 위한, 본 발명의 일 실시형태는 연주-압연 직결 공정으로 아포정강을 제조하는 방법으로서, 중량%로, C: 0.07~0.17%, Mn: 1.5~2.5%, Ti: 0.015~0.05%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 연속주조하여 박 슬라브를 얻는 단계; 상기 박 슬라브를 조압연하여 바를 얻는 단계; 상기 바를 마무리 압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및 상기 열연강판을 권취하는 단계를 포함하고, 상기 연속주조시 몰드 내에 투입되는 몰드 플럭스는 결정질율이 45~60%이고, 카본 함량 10중량% 이상인 아포정강의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 설명한다.
본 발명은 그 대상재가 아포정강으로서, 예를 들면 중량%로, C: 0.07~0.17%, Mn: 1.5~2.5%, Ti: 0.015~0.05%를 함유할 수 있다. 상기 고강도 아포정강의 경우 포정 반응 등에 의한 응고 불균일 위험성이 커서 주편 표면에 크랙이 발생할 가능성이 크고 특히 주조속도가 증가하는 경우 이러한 현상을 더욱 심화된다. 따라서, 이러한 아포정강의 응고 불균일을 줄이기 위한 방법이 필요하다.
본 발명 대상재인 아포정강의 나머지 성분은 철(Fe)이며, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
도 2는 본 발명에 적용 가능한 연주~압연 직결공정을 위한 설비의 모식도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 연주~압연 직결 설비는 크게 래들(10), 몰드(20), 세그먼트 냉각대(30)를 포함하는 연속주조기와, 박 슬라브 가열기(40), 조압연기(50), 바 가열기(60), 마무리 압연기(70) 및 권취기(80)로 구성된다. 상기 연주~압연 직결 설비는 상기 몰드(20)는 래들(10)로부터 용강을 공급 받아 상기 용강을 수용함은 물론 세그먼트 냉각대로 배출하여 연속주조를 수행하게 된다. 상기 세그먼트 냉각대(30)를 통해 제1두께의 박 슬라브(Slab)(a)를 생산하며, 조압연기(50)는 상기 슬라브를 상기 제1두께보다 얇은 제2두께의 바(b)로 압연시키고, 마무리 압연기(70)는 상기 제2두께의 바를 제3두께의 스트립(c)으로 압연시키며, 권취기(90)를 통해 스트립을 코일의 형태로 제작하여 제품 생산하게 된다.
보다 상세하게는, 상기 래들(10)로 부터 몰드(20) 내로 용강이 공급되고, 상기 몰드(20) 외벽에 흐르는 냉각수와의 열교환에 의해 응고가 시작된다.
이 과정에서 용강의 보온과 주조중 재산화를 막아주며 용강중 개재물을 포집하고 몰드 내 응고된 슬라브의 윤활을 담당하는 몰드 플럭스가 투입된다. 투입된 몰드 플럭스는 필름을 형성하여 몰드와 용강 사이의 열전달을 제어해주기 때문에 몰드내 응고쉘의 형성에 중요한 요소이다.
한편, 상기 용강의 과열도는 15~25℃인 것이 바람직하다. 상기 용강의 과열도가 15℃미만인 경우에는 주조 중 온도하락에 의한 프리징(freezing)으로 주조 중단 우려가 있고 25℃를 초과하는 경우에는 몰드 레벨 헌팅이 발생하여 표면 품질 결함이 발생할 수 있다.
본 발명에서는 상기 몰드 내에 투입되는 상기 몰드 플럭스의 결정질율을 45~60%로 제어하는 것이 바람직하다. 상기 몰드 플럭스의 결정질율이 45% 미만인 경우에는 몰드와 용강 사이의 열전달을 감소 효과가 적어 불균일 응고쉘이 형성되어 주조시 문제가 발생할 수 있다. 반면, 60%를 초과하는 경우에는 응고점이 과도하게 높아짐에 따라 윤활성을 충분히 확보하기 어렵다는 단점이 있다.
또한, 상기 몰드 플럭스는 카본 함량이 10중량% 이상인 것이 바람직하다. 본 발명에서는 이와 같이 몰드 플럭스의 카본 함량을 증대시킴으로써 상기 카본이 윤활성을 충분히 확보할 수 있도록 한다. 상기 카본 함량이 10중량% 미만인 경우에는 상기 효과를 확보하기 곤란하다. 본 발명에서는 상기 몰드 플럭스 내 카본 함량이 10% 이상일 경우에는 본 발명이 얻고자 하는 윤활 작용을 충분히 얻을 수 있으므로, 그 상한에 대해서 특별히 한정하지 않는다. 다만, 플럭스 내 카본 함량이 지나칠 경우 smut과 같은 표면 결함을 야기할 수 있으므로 상기 카본 함량은 20% 이하인 것이 바람직하다. 한편, 상기 몰드 플럭스의 크기는 10~20㎛를 가질 수 있다.
또한, 상기 몰드 플럭스는 중량%로, CaO를 10~50% 포함하고, SiO2를 10~50% 포함할 수 있으며, 이 때, CaO/SiO2로 표현되는 염기도가 1.3~1.8인 것이 바람직하다. 상기 염기도가 1.3미만일 경우 몰드 내 전열량이 증가하게되어 균일 응고쉘 형성에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있으며 1.8 초과시에는 플럭스의 윤활성이 저하되어 구속성 Breakout이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 염기도는 1.3~1.8의 범위를 갖는 것이 바람직하며, 1.4~1.8의 범위를 갖는 것이 보다 바람직하고, 1.5~1.8의 범위를 갖는 것이 보다 더 바람직하며, 1.6~1.8의 범위를 갖는 것이 가장 바람직하다.
한편, 상기 몰드 플럭스는 2중량%이하의 MgO를 추가로 포함할 수 있다. 상기 MgO는 몰드 플럭스 필름의 결정화에 영향을 주는 원소로서 몰드 플럭스 필름의 결정화 촉진을 위해서 포함될 수 있다. 다만, 상기 MgO가 2중량%를 초과하는 경우에는 결정질율 형성이 부족하여 완냉각 효과가 떨어질 수 있다.
아울러, 본 발명의 몰드 플럭스는 Al2O3, Na2O 등을 추가로 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이 제공되는 본 발명의 몰드 플럭스는 응고온도가 1200℃ 이상으로 증가하여 몰드 플럭스의 융융성이 감소되어 윤활 능력이 저하될 수도 있다.
이에 따라, 본 발명에서는 윤활성의 증대를 위하여, 상기 몰드 플럭스가 1300℃에서의 점도가 0.3~0.8Pa.S의 범위를 가질 수 있다.
또한, 몰드 플럭스 필름내 잔류 유리질의 점도가 950℃이상의 온도에서 5Pa.S 이하로 유지되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 950℃ 이상의 온도에서의 몰드 플럭스 필름내 잔류 유리질의 점도가 5Pa.S를 초과하는 경우에는 고상 필름 내 점도가 높아서 윤활성이 떨어지는 단점이 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 몰드 동판의 모식도이다. 몰드에서의 완냉각은 상기 몰드의 냉각수 홀과 용강의 접촉하는 면 간의 거리에도 영향을 받는다. 이에 따라, 본 발명에서는 도 3에 도시된 용강이 접촉하는 동판 단면과 몰드 동판의 냉각수 홀간의 거리를 제어하는 것이 바람직하며, 그 거리를 15~20mm로 제어하는 것이 바람직하다. 상기 용강이 접촉하는 동판 단면과 몰드 동판의 냉각수 홀간의 거리가 15mm 미만인 경우에는 전열량 증가 방지 효과가 충분하지 않으며, 20mm를 초과하는 경우에는 고속 주조시 응고쉘 형성이 부족하여 breakout발생 위험성이 있다.
아울러, 본 발명에서는 상기 연속주조시, 몰드 내 전열량 값은 장변부 기준으로 2.0~2.5MW/㎡인 것이 바람직하다. 상기 몰드 내 전열량 값이 2.0MW/㎡ 미만인 경우에는 몰드 내 에어 갭(air gap) 발생으로 동판과의 접촉 불량으로 인해 열전달이 되지 않아 구속성 브레이크아웃이 발생할 수 있으며, 2.5MW/㎡를 초과하는 경우에는 전열량 증가로 인해 크랙 발생의 위험이 증가할 수 있다.
본 발명에서는 상기와 같이 준비되는 용강을 연속주조하여 박 슬라브를 얻는다. 이 때, 상기 연속주조는 4.0~8.0mpm(m/min)의 주조속도로 행하는 것이 바람직하다. 주조속도를 4.0mpm 이상으로 하는 이유는 고속주조와 압연과정이 연결되어 이루어져, 목표 압연 온도를 확보하기 위해서는 일정 이상의 주조 속도가 요구되기 때문이다. 만일 주조속도가 8.0mpm을 초과하는 경우에는 용강 탕면 불안정에 의해 조업 성공율이 저감될 수 있다 따라서, 상기 주조속도는 4.0~8.0mpm의 범위를 갖는 것이 바람직하며, 4.5~7.5mpm의 범위를 갖는 것이 보다 바람직하고, 4.5~6.5mpm의 범위를 갖는 것이 보다 더 바람직하다.
이때 상기 박 슬라브의 두께는 80~120mm인 것이 바람직하다. 상기 박 슬라브의 두께가 120mm를 초과하는 경우에는 고속주조가 어려울 뿐만 아니라, 조압연 시 압연 부하가 증가하게 되고, 80mm미만인 경우에는 주편의 온도 하락이 급격하게 일어나 균일한 조직을 형성하기 어렵다. 이를 해결하기 위해서는 부가적으로 가열 설비를 설치할 수 있으나, 이는 생산 원가를 향상시키는 요인이 되므로, 가능한 배제하는 것이 바람직하다. 따라서, 박 슬라브의 두께는 80~120mm로 제어하는 것이 바람직하고, 85~115mm인 것이 보다 바람직하며, 90~110mm이하인 것이 보다 더 바람직하다.
이후, 상기 박 슬라브를 조압연하여 바를 얻는다. 상기 바의 두께는 10~20mm인 것이 바람직하다. 상기 바의 두께가 20mm를 초과하는 경우에는 마무리 압연시 압연 부하가 커질 수 있고, 10 mm미만인 경우에는 압연변형 저항이 커져 조업상에 어려움을 유발할 수 있으며, 마무리 압연시 온도 확보가 어렵다는 단점이 있다.
이후, 상기 바를 마무리 압연하여 열연강판을 얻는다. 이 때, 상기 마무리 압연 온도는 750℃ 이상인 것이 바람직하다. 상기 마무리 압연 온도가 750℃ 미만인 경우에는 열간압연시 롤의 부하가 크게 증가하여 에너지 소비 증가 및 작업속도가 늦어질 수 있다.
이후, 상기 열연강판을 권취한다. 이때, 상기 권취온도는 500~650℃인 것이 바람직하다. 상기 권취온도가 500℃ 미만인 경우에는 강도가 너무 높아져 냉간압연시 압연성 및 형상이 불량할 수 있는 문제가 있을 수 있고, 650℃를 초과하는 경우는 2차 스케일이 발생하여 표면 품질이 저하될 수 있으므로, 상기 권취온도를 500~650℃로 제어하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 얻어지는 본 발명의 아포정강은 두께가 1.5mm 이하일 수 있으며, 이와 같이 본 발명에서는 고속의 주조속도로 박물의 아포정강을 용이하게 제조할 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
하기 표 1의 합금조성을 갖는 용강을 연주-압연 직결 공정을 적용하여 연연속압연 모드로 아포정강을 제조함에 있어 상기 용강을 연속주조하여 박 슬라브를 얻었다. 이 때, 하기 표 2의 조건을 갖는 몰드 플럭스를 이용하여 연속주조하였으며, 주조 중 몰드 직하에 설치한 플럭스 채취 설비를 통해 몰드 플럭스 필름을 채취하여 SEM, 광학 현미경 분석을 통해 분석된 필름내 결정질율과 잔류 C량, 잔류 유리질의 점도와 조업시 모니터링된 전열량, 조업 중 생산된 슬라브에 크랙 발생 여부와 불균일 응고쉘 발생 여부를 측정한 후, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 한편, 결정질율의 경우 주조중 채취된 플럭스 필름의 SEM 분석을 통해서 얻어진 데이터에 이미지 처리하는 방식으로 면적비를 통해 결정질율을 산출하였다.
구분
 합금조성(중량%)
C Si Mn P S Al Ti N
비교예1 0.096 1.0 2.8 0.019 0.001 0.025 0.015 0.008
비교예2 0.07 0.03 1.4 0.008 0.001 0.021 0.13 0.0064
발명예1 0.08 0.357 1.8 0.014 0.0008 0.022 0.022 0.0065
구분 SiO2
(중량%)		 CaO
(중량%)		 염기도 MgO
(중량%)		 Al2O3
(중량%)		 Na2O
(중량%)		 Total C
(중량%)		 응고온도
(℃)		 점도
(@1300℃, Pa.S)
비교예1 27.1 35.7 1.32 3.6 3.5 8.8 8.2 1151 0.52
비교예2 27.5 36.3 1.32 3.5 3.1 8 8.9 1183 0.71
발명예1 22.9 37.9 1.66 1.5 4.6 6.4 11.2 1211 0.56
구분 평균 결정질율
(%)		 카본
(중량%)		 잔류 유리질
점도(@950℃, Pa.S)		 크랙, 불균일
응고쉘
발생 여부		 전열량
(MW/m2)
비교예1 47 0.058 6 발생(BO) 1.75
비교예2 47.5 0.068 8.2 발생(BO) 2.75
발명예1 54.7 0.14 4.2 없음 2.2
상기 표 1 내지 3을 통해 알 수 있듯이, 본 발명이 제안하는 몰드 플럭스의 결정질율 및 카본 함량, 950℃에서의 잔류 유리질 점도 조건을 만족하는 발명예 1의 경우에는 크랙이나 불균일 응고쉘의 발생없이 양호한 주조 조업이 가능하면서도 양호한 제품 품질을 확보하고 있음을 알 수 있다.
그러나, 비교예 1 및 2의 경우에는 본 발명의 몰드 플럭스의 카본 함량, 잔류 유리질 점도 조건 등을 만족하지 못함에 따라 주편 표면에서 크랙이 발생하고 불균일 응고쉘이 형성되어 조업 중 브레이크 아웃(BO)가 발생하였음을 알 수 있다.
도 4는 발명예 및 비교예의 사진이며, (a)는 발명예 1, (b)는 비교예 1, (c)는 비교예 2의 사진이다. 도 4를 통해 알 수 있듯이, 발명예 1의 경우에는 표면이 양호한 것을 알 수 있으나, 비교예 1의 경우에는 불균일 응고쉘이 발생하였으며, 비교예 2의 경우에는 표면 크랙이 발생하였음을 알 수 있다.
a: 슬라브 b: 바
c: 스트립
10: 래들 20: 몰드
30: 세그먼트 냉각대 40: 박 슬라브 가열기
50: 조압연기 60: 바 가열기
70: 마무리 압연기 80: 권취기

Claims (16)

  1. 중량%로, C: 0.07~0.17%, Mn: 1.5~2.5%, Ti: 0.015~0.05%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용강을 연속주조하여 박 슬라브를 얻는 단계;
    상기 박 슬라브를 조압연하여 바를 얻는 단계;
    상기 바를 마무리 압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및
    상기 열연강판을 권취하는 단계를 포함하고,
    상기 각 단계는 연속적으로 행하여지며,
    상기 연속주조시 몰드 내에 투입되는 몰드 플럭스는 결정질율이 45~60%이고, 카본 함량 10중량% 이상인 아포정강의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 용강은 과열도가 15~25℃인 아포정강의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 몰드 플럭스는 염기도(CaO/SiO2)가 1.3~1.8인 아포정강의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 몰드 플럭스는 2중량%이하의 MgO를 포함하는 아포정강의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 몰드 플럭스는 응고온도가 1200℃ 이상인 아포정강의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 몰드 플럭스는 점도 0.3~0.8Pa.S인 아포정강의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 몰드 플럭스의 잔류 유리질의 점도가 950℃이상의 온도에서 5Pa.S 이하인 아포정강의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 몰드 플럭스는 크기가 10~20㎛인 아포정강의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 용강이 접촉하는 동판 단면과 몰드 동판의 냉각수 홀간의 거리가 15~20mm인 아포정강의 제조방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 연속주조시, 몰드 내 전열량 값이 장변부 기준으로 2.0~2.5MW/㎡인 아포정강의 제조방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 연속주조시 주조속도는 4.0~8.0mpm인 아포정강의 제조방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 박 슬라브의 두께는 80~120mm인 아포정강의 제조방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 바의 두께는 10~20mm인 아포정강의 제조방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 마무리 압연 온도는 750℃ 이상인 아포정강의 제조방법.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 권취 온도는 500~650℃인 아포정강의 제조방법.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 열연강판은 두께가 1.5mm 이하인 아포정강의 제조방법.
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