KR20190120303A - 강의 연속 주조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중심 편석이 경미한 주편을 제조하는 강의 연속 주조 방법에 관한 것으로서, 연속 주조기의 주형에 용강을 주입하면서, 상기 용강이 응고되어 생성된 응고 셸을 상기 주형으로부터 인발하여 주편을 제조할 때, 상기 연속 주조기 내의 상기 주편의 두께 중심 위치의 고상률 fs가 0＜fs≤0.3을 충족하는 주편 부위의 적어도 일부에서, 상기 주편에 대하여, 자장 강도가 0.15T 이상인, 상기 주편의 인발 방향과 직교하는 방향의 정자장을, 하기식으로 정의되는 인가 시간율을 10％ 이상으로 하여 인가한다. 인가 시간율(％)＝(주편에 정자장이 인가되는 시간(min))×100/(주편 두께 중심 위치의 고상률이 0을 초과하고 나서 0.3이 될 때까지의 시간(min))

Description

강의 연속 주조 방법
본 발명은, 연속 주조에 의해 제조되는 주편(strands)의 중심 편석의 저감에 유효한 강의 연속 주조 방법에 관한 것이다.
강의 연속 주조에 있어서, 주형에 주입된 용강은, 응고되는 과정에서, 탄소(C), 인(P), 황(S), 망간(Mn) 등의 용질 원소를, 고상인 응고 셸(solidified shell side)측으로부터 액상인 미응고층측으로 배출한다. 이들 용질 원소는 미응고층 중에 농화되어, 소위 편석이 발생한다. 이 편석의 정도는, 최종 응고부인 주편의 두께 중심 위치 및 그 근방에서 최대가 된다.
또한, 용강은, 응고되는 과정에서 수％의 체적 수축을 일으킨다. 이 체적 수축은, 등축정(equiaxed crystals)을 다량으로 함유하는, 주편의 응고 말기부의 고/액 공존 영역에 부압의 공극부를 발생시킨다. 그 결과, 용질 원소의 농화된 용강(이후, 「농화 용강」이라고도 함)은, 고/액 공존 영역의 좁은 통로를 빠져 나가 부압의 공극부에 흡인되고, 주편의 두께 중심 부분에 중심 편석을 형성한다. 한편, 용질 원소의 농화된 용강이 흡인되지 않은 경우에는, 「포로시티(porosities)」라고 불리우는 공극이 주편의 두께 중심 부분에 형성된다.
중심 편석이나 포로시티는, 강 제품의 품질에 악영향을 미친다. 그 때문에, 이들을 저감하기 위해 각종 기술이 제안되고, 실시되어 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 턴디시(tundish) 내의 용강의 과열도를 50℃ 이하로 조정하여 연속 주조용 주형에 주입하고, 주편 내의 미응고층에 전자기력을 작용시켜 교반하고, 주편의 두께 중심 부분의 응고 조직을 미세한 등축정으로 하고, 또한, 주편의 두께 중심 위치의 고상률이 0.1∼0.8인 시점에서, 미응고층을 갖는 주편을 5㎜ 내지 50㎜의 범위에서 경압하하여 응고 수축을 보상하고, 이에 따라 응고 말기의 농화 용강의 유동을 억제하는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는, 과열도를 20∼40℃로 조정한 용강을 연속 주조용 주형에 주입하고, 또한, 주형 하부에서 정자장(靜磁場) 인가에 의한 용강 유동의 제어를 행하여 응고 조직을 주상정화(columnar-crystallized)시켜 응고 계면을 균일화하고, 추가로, 응고 말기의 주편에 경압하를 실시하여, 주편의 중심 편석을 개선하는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 3에는, 용강의 과열도를 50∼80℃로 하여 주편의 응고 조직을 주상정으로 하고, 또한, 주편 횡단면에 있어서의 고상 비율이 30∼75％인 위치에서 주편에 정자장을 인가하여, 주편의 중심 편석을 개선하는 것이 개시되어 있다.
일본공개특허공보 평6-126405호 일본공개특허공보 평7-100608호 일본공개특허공보 2008-221278호
그러나, 상기 종래 기술에는 이하의 문제가 있다.
즉, 특허문헌 1에 개시된 전자기력에 의한 교반과 경압하를 병용하는 기술은, 전자기력의 교반에 의해 주편의 두께 중심 부분의 응고 조직을 미세한 등축정으로 하고, 주편의 두께 중심 부분의 유동 저항을 증대시켜, 주편의 두께 중심 부분으로의 농화 용강의 유동 및 집적을 경감하는 기술이다. 추가로, 당해 기술은, 응고 말기의 경압하에 의해 응고 수축을 보상하고, 농화 용강의 유동 구동력을 저감하여 농화 용강의 유동을 억제하는 기술이다. 이에 따라, 높은 중심 편석 저감 효과를 기대할 수 있다. 그러나, 엄격한 품질 요구에 응하기 위해서는, 특허문헌 1에 개시된 기술로는 불충분하고, 주편의 등축정 조직 내의 중심 편석을 한층 더 개선할 필요가 있다.
특허문헌 2에 개시된 기술은, 전자기력에 의해 응고 조직을 제어하고 있지만, 자장을 인가하는 주편 부위가 주형 하부이기 때문에, 이 부위에서 자장을 인가해도 중심 편석에 영향을 주는 응고 말기에는 효과는 없어, 주편의 두께 중심 부분의 응고 조직을 주상정화할 수는 없다.
또한, 특허문헌 3에 기재된 기술은, 용강 과열도를 50∼80℃로 하기 때문에, 응고 조직을 완전하게 주상정화할 수 있다. 그러나, 당해 기술은, 용강 과열도를 50℃ 이상으로 하고 있어, 응고 셸 두께의 부족에 의한 브레이크 아웃(breakout)의 위험성이 매우 높아진다. 그 대응으로서 주편의 인발 속도를 저속(低速)할 필요가 있어, 생산성이 악화된다.
본 발명은, 종래 기술이 갖는 이들 문제점을 해결하는 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 최근에 있어서의 강 제품의 품질로의 엄격한 요구에도 응할 수 있는 중심 편석이 경미한 주편을 제조할 수 있는, 강의 연속 주조 방법을 제안하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 요지는 이하와 같다.
[1] 연속 주조기의 주형에 용강을 주입하면서, 상기 용강이 응고되어 생성된 응고 셸을 상기 주형으로부터 인발하여 주편을 제조하는 강의 연속 주조 방법으로서,
상기 연속 주조기 내의 상기 주편의 두께 중심 위치의 고상률 fs가 하기의 (1)식의 범위 내인 주편 부위의 적어도 일부에서, 상기 주편에 대하여, 자장 강도가 0.15T 이상인, 상기 주편의 인발 방향과 직교하는 방향의 정자장을, 하기의 (2)식으로 정의되는 인가 시간율을 10％ 이상으로 하여 인가하는, 강의 연속 주조 방법.
Figure pct00001
[2] 상기 주편의 두께 중심 위치의 고상률이 0.3인 시점에 있어서, 하기의 (3)식의 값이 0.27℃×min1/2/㎜3/2 이상인, 상기 [1]에 기재된 강의 연속 주조 방법.
Figure pct00002
여기에서, G는, 두께 중심 위치의 고상률이 0.3이 되는 시점의 상기 주편의 고상률이 0.99가 되는 위치에서의 온도 구배(℃/㎜)이고, V는, 상기 주편의 고액 계면의 이동 속도(㎜/min)이다.
[3] 상기 주편의 두께 중심 위치의 고상률이 0.3 이상 0.7 이하의 범위인 주편 부위를, 롤 간격을 주조 방향 하류측을 향하여 단계적으로 감소시킨 복수 쌍의 주편 지지 롤로 5.0％ 이하의 압하율로 압하하는, 상기 [1] 또는 상기 [2]에 기재된 강의 연속 주조 방법.
본 발명에 의하면, 주편의 두께 중심 위치의 고상률이 0 초과 0.3 이하의 범위 내의 주편에, 주편 인발 방향과 직교하는 방향의 정자장을 소정 강도 또한 소정 시간 인가하기 때문에, 주편 내부의 미응고층에 있어서의 열대류가 억제되고, 주편 두께 방향에 있어서의 미응고층의 온도 구배가 증대하여, 주편의 두께 중심 부분의 응고 조직을 주상정으로 할 수 있다. 그 결과, 응고 계면이 균일화됨과 함께, 주편 응고 조직의 평균 편석 입경이 작아진다. 이에 따라, 연속 주조기에 의해 주조된 주편의 탄소, 인, 황, 망간 등의 용질 원소의 중심 편석을 저감하는 것이 달성된다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 연속 주조 방법이 이용되는 연속 주조기의 일 예를 나타내는 단면 개략도이다.
도 2는, 평균 편석 입경과 인가 시간율의 관계를 자장 강도마다 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 3은, 평균 편석 입경과 자장 강도의 관계를 인가 시간율마다 비교하여 나타낸 그래프이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 연속 주조 방법이 이용되는 연속 주조기(10)의 일 예를 나타내는 단면 개략도이다. 도 1에 있어서, 12는 주형, 14는 주편, 16은 미응고층(미응고 용강), 18은 응고 셸, 20, 22는, 주편(14)을 사이에 두고 설치되는 정자장 발생 장치이고, 주편(14)은, 외각을 응고 셸(18)로 하고, 내부를 미응고층(16)으로 하고 있다. 두께 중심 위치까지 응고된 후의 주편(14)은, 모두 응고 셸(18)로 형성되고, 미응고층(16)은 소멸한다.
연속 주조기(10)는, 주편(14)을 사이에 두고 상대하는 복수 쌍의 주편 지지 롤을 갖는, 복수의 세그먼트(도시하지 않음)로 구성되어 있다. 주형(12)으로부터 인발된 주편(14)은, 세그먼트에 배치되는 주편 지지 롤에 지지되면서, 주조 방향 하방으로 인발된다. 주편(14)의 응고 완료 위치 근방의 세그먼트에는, 상대하는 롤 간의 롤 간격을 주조 방향 하류측을 향하여 단계적으로 감소시킨 복수 쌍의 주편 지지 롤(24)(압하 롤(24))이 배치되어 있다. 이 복수 쌍의 주편 지지 롤(24)에 의해, 주편(14)은, 주조 방향 하방으로 인발되면서, 소정량의 압하량으로 압하되도록 구성되어 있다. 이 복수 쌍의 주편 지지 롤(24)로 이루어지는 롤군(group of rolls)은, 「경압하대」라고도 불리운다.
정자장 발생 장치(20, 22)는, 예를 들면, 직류 자장 인가 코일로서, 주편(14)의 두께 중심 위치의 고상률 fs가 0.24 내지 0.30이 되는 위치의 세그먼트에 형성되어 있다. 정자장 발생 장치(20, 22)는, 주편(14)의 인발 방향과 직교하는 방향의 정자장을 주편(14)의 내부의 미응고층(16)에 인가한다. 미응고층(16)은, 정자장 발생 장치(20, 22)로부터 인가되는 정자장에 의해, 주편의 인발 방향과 직교하는 방향의 유동이 억제된다. 즉, 응고 셸측의 온도가 낮은 미응고층(16)과, 두께 중심측의 온도가 높은 미응고층(16)의 혼합이 억제되고, 환언하면, 미응고층(16)에 의한 열대류(thermal convection)가 억제되고, 주편의 인발 방향과 직교하는 방향에 있어서의 미응고층(16)의 온도 구배가 증대한다. 정자장에 의해 미응고층(16)의 유동이 억제되는 이유는, 정자장이 인가된 공간에서 용강이 이동하고자 하면, 용강의 이동과는 반대측의 방향으로, 정자장에 의한 제동력이 작용하는 것에 의한다.
미응고층(16)의 온도 구배가 증대함으로써, 주편(14)의 두께 중심 부분에서의 등축정의 생성은 억제되어, 주편(14)의 두께 방향의 응고 조직이 주상정화되고, 주편(14)의 두께 중심 부분의 응고 조직은 주상정화된다. 주편(14)의 두께 중심 부분의 응고 조직을 주상정화함으로써, 응고 계면이 균일화되어, 응고 말기에 있어서의 큰 공극부의 발생을 억제할 수 있다. 이에 따라, 연속 주조기(10)에서 연속 주조되는 주편(14)의 중심 편석을 저감시킬 수 있다.
정자장 발생 장치(20, 22)는, 주편(14)의 두께 중심 위치의 고상률 fs가 0보다 크고, 0.3 이하가 되는 위치에, 주편(14)의 인발 방향과 직교하는 방향의 정자장을 인가하도록 설치하면 좋다. 미응고층(16)의 열대류는, 주편(14)의 두께 중심 위치의 고상률 fs가 낮고, 미응고층(16)의 유동성이 높은 경우에 발생하고, 한편, 주편(14)의 두께 중심 위치의 고상률 fs가 높고 미응고층(16)의 유동성이 낮은 경우에는 발생하지 않는다. 그 때문에, 주편(14)의 두께 중심 위치의 고상률 fs가 0보다 크고, 0.3 이하가 되는 위치에서 정자장을 인가함으로써, 효과적으로 미응고층(16)의 열대류를 억제할 수 있다. 그 결과, 주편(14)의 두께 중심 부분의 응고 조직에 있어서의 평균 편석 입경을 작게 하는 것이 가능해진다.
또한, 주편(14)의 두께 중심 위치의 고상률 fs란, 주편(14)의 인발 방향에 대하여 수직이 되는 방향의 단면에 있어서의 중심점의 고상률을 말한다. 주편(14)의 두께 중심 위치의 고상률 fs는, 주편(14)의 인발 방향에 대하여 수직이 되는 방향의 단면에 있어서의 중심점(이후, 간단히, 「주편의 중심점」이라고도 함)의 용강 온도로부터 산출할 수 있다. 즉, 고상률이 0이 되는 용강 온도와 고상률이 1.0이 되는 용강 온도에서 구해지는 고상률차 및 온도차의 대응 관계로부터, 용강 온도와 고상률의 관계식을 산출할 수 있기 때문에, 주편(14)의 중심점의 용강 온도를 산출할 수 있으면, 당해 용강 온도에 대응한 고상률을 산출할 수 있다.
또한, 주편(14)의 중심점의 온도는, 응고 셸(18)의 표면 온도와, 간행물 1(사단법인 일본철강협회, 「연속 강편 가열로에 있어서의 전열 실험과 계산 방법」, 1971년 5월 10일 발행)에 기재되는 전열 계산식을 이용하여 산출할 수 있다. 응고 셸(18)에 열전쌍(thermocouple)을 형성하고, 응고 셸(18)의 표면 온도의 온도 변화를 취득함으로써, 주편 인발 방향에 있어서의 응고 셸 표면의 온도 프로파일을 취득할 수 있다. 취득한 응고 셸(18)의 표면 온도 프로파일과 전열 계산식을 이용하여, 주편(14)의 중심점의 인발 방향을 따른 온도 프로파일을 산출한다.
주편(14)의 중심점의 온도 프로파일 및 미리 산출된 용강 온도와 고상률의 관계식을 이용하여, 주편(14)의 인발 방향을 따른 주편 두께 중심 위치의 고상률 fs의 프로파일을 산출한다. 산출한 주편(14)의 두께 중심 위치의 고상률 fs의 프로파일에 기초하여, 연속 주조기(10)에 있어서의 정자장 발생 장치(20, 22)의 설치 위치를 설정한다.
주편(14)에 인가하는 자장 강도는 0.15T 이상으로 한다. 인가하는 자장 강도가 0.15T보다 작으면, 주편(14)의 두께 중심 부분의 평균 편석 입경을 작게 할 수 없어, 주편(14)의 중심 편석을 억제할 수 없다.
또한, 주편(14)에 0.15T 이상의 자장 강도의 정자장을 인가하는 인가 시간율은 10％ 이상으로 한다. 인가 시간율이 10％보다 짧으면, 주편(14)의 두께 중심 부분의 응고 조직을 주상정으로 할 수 없어, 주편(14)의 중심 편석을 억제할 수 없다. 또한, 인가 시간율은, 하기의 (2)식으로 산출되는 값이다.
Figure pct00003
또한, 주편(14)의 중심 편석을 더욱 억제하기 위해, 주편(14)의 온도 구배와 응고 속도를 제어하여 응고 조직을 균일한 주상정으로 하는 것이 바람직하다. 여기에서, 온도 구배 G를, 두께 중심 위치의 고상률이 0.3이 되는 시점의 주편(14)의 고상률이 0.99가 되는 위치에서의 온도 구배(℃/㎜)라고 정의하고, 또한, 응고 속도 V를, 주편(14)의 고액 계면의 이동 속도(㎜/min)라고 정의한다.
이와 같이 정의했을 때, 두께 중심 위치의 고상률 fs가 0.3인 주편(14)에 있어서, 온도 구배 G 및 응고 속도 V로 이루어지는 하기의 (3)식의 값이 0.27℃×min1/2/㎜3/2 이상인 것이 바람직하다. 이에 따라, 주편(14)의 두께 중심 부분에 있어서의 응고 조직을 균일한 주상정으로 할 수 있어, 연속 주조기(10)에서 연속 주조되는 주편(14)의 중심 편석을 더욱 억제할 수 있다.
Figure pct00004
한편, (3)식의 값이 0.27℃×min1 /2/㎜3 /2보다 작으면, 주편(14)의 두께 중심 부분에 있어서의 응고 조직을 균일한 주상정으로 할 수 없어, 상기 효과는 발휘되지 않는다.
주편(14)의 중심 편석의 확인은, 주편(14)의 두께 중심 부분으로부터, 예를 들면, 두께 50㎜, 폭 410㎜, 길이 80㎜의 크기로 잘라낸 시료에 의해 평가할 수 있다. 구체적으로는, 잘라낸 시료의 주조 방향에 평행한 단면을 포화 피크르산으로 에칭하여 매크로 조직을 현출시키고, 주편(14)의 두께 중앙부에서 관찰되는 편석 입경이 5㎜ 정도인 매크로 편석 및 편석 입경이 1㎜ 정도인 세미 매크로 편석립(semi-macrosegregation spots)을 사진 촬영한다. 그리고, 촬영한 사진을 화상 해석하여, 편석립의 평균 면적을 측정하고, 이 평균 면적으로부터 원 상당의 평균 입경(평균 편석 입경)을 산출하고, 산출한 상기 평균 입경에 기초하여 편석립의 크기가 평가 가능하다.
편석립은, 미응고층(16)의 응고의 진행에 수반하여 주편(14)의 상면측(연속 주조기의 반대 기준면측) 및 하면측(연속 주조기의 기준면측)으로부터 성장한 주상정이 충돌하는 두께 방향 중앙부의 최종 응고부에 형성된다. 이 편석립의 크기(편석 입경)는, 중심 편석이 클수록 커지고, 그에 수반하여, 가공성 등이 저하하는 것이 알려져 있다. 즉, 편석 입경을 작게 하는 것은, 중심 편석을 작게 하는 것을 의미하고 있고, 편석 입경을 측정함으로써 주편(14)의 중심 편석을 평가할 수 있다.
상기의 수법에 의해, 주편(14)의 두께 중심 부분의 응고 조직을 주상정화한 경우, 쌍방의 응고 계면의 덴드라이트(dendrites)끼리가 부딪치는 개소에 있어서, 덴드라이트 선단부에 작은 공극부가 형성되어, 작은 포로시티로서 주편(14)에 잔존할 가능성이 있다. 이 작은 공극부의 생성을 방지하기 위해, 주편(14)의 두께 중심 위치의 고상률 fs가 0.3 내지 0.7의 범위에 있어서, 복수 쌍의 주편 지지 롤(24)에 의해, 주편(14)을 5.0％ 이하의 압하율의 범위로 압하(이후, 「경압하」라고도 함)하는 것이 바람직하다. 응고 말기의 주편(14)의 응고 셸(18)을 강제적으로 압하함으로써, 전술의 작은 공극부는 용이하게 소멸한다. 또한, 응고 말기의 주편(14)을 압하함으로써, 농화 용강의 유동이 억제되고, 주편(14)의 중심 편석도 개선된다.
여기에서, 압하율이란, 압하 전의 주편(14)의 두께에 대한 압하량(압하 전의 주편(14)의 두께와 압하 후의 주편(14)의 두께의 차)의 비율(백분율)이다. 압하율이 5.0％를 초과하면, 압하량이 지나치게 많아, 주편(14)에 내부 균열이 생성된다. 한편, 압하율이 지나치게 낮으면 주편(14)의 두께 중심 부분에 포로시티가 잔존하기 때문에, 1.0％ 정도의 압하량을 확보하는 것이 바람직하다.
주편(14)의 두께 중심 위치의 고상률이 0.3을 초과하고 나서 압하를 개시한 경우에는, 그 이전에 농화 용강의 유동이 일어나고 있을 가능성이 있어, 주편(14)의 중심 편석을 억제할 수 없을 우려가 있다. 또한, 주편(14)의 두께 중심 위치의 고상률이 0.7을 초과하는 범위에서는 농화 용강의 유동은 일어나지 않아, 압하하지 않아도 중심 편석은 악화되지 않는다. 따라서, 주편(14)의 두께 중심 위치의 고상률 fs가 0.3 내지 0.7의 범위를 경압하할 필요가 있다.
또한, 압하 속도가 0.30㎜/min 미만에서는, 응고 수축량에 대하여 압하 속도가 지나치게 작아, 농화 용강의 유동을 억제하는 것이 불충분하고, 한편, 압하 속도가 2.00㎜/min을 초과하면, 응고 수축량에 대하여 압하 속도가 지나치게 커, 역V편석이나 내부 균열을 발생할 우려가 있다. 따라서, 경압하를 행할 때는, 압하 속도를 0.30∼2.00㎜/min의 범위로 하는 것이 바람직하다.
응고 말기의 주편(14)을 경압하한 경우에는, 정자장 인가에 의한 편석 경감 효과와, 경압하에 의한 편석 개선 효과 및 포로시티 방지 효과에 의해, 연속 주조기(10)에서 연속 주조되는 주편(14)의 중심 편석 및 포로시티를 한층 더 저감시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 주편(14)의 두께 중심 위치의 고상률이 0 초과 0.3 이하의 범위 내인 주편에, 주편 인발 방향과 직교하는 방향의 정자장을 소정 강도 또한 소정 시간 인가하기 때문에, 주편 내부의 미응고층(16)에 있어서의 열대류가 억제되고, 주편 두께 방향에 있어서의 미응고층(16)의 온도 구배가 증대하여, 주편(14)의 두께 중심 부분의 응고 조직을 주상정으로 할 수 있다. 그 결과, 주편 두께 중심 부분의 평균 편석 입경이 작아지고, 이에 따라, 연속 주조기에 의해 주조된 주편(14)의 탄소, 인, 황, 망간 등의 용질 원소의 중심 편석을 저감하는 것이 달성된다.
실시예
도 1에 나타낸 연속 주조기와 동일한 구성으로서, 연속 주조기의 설비 길이가 19.9m, 만곡 반경이 15m, 주조되는 주편의 단면 사이즈가, 두께 250㎜, 폭 410㎜의 블룸 연속 주조기를 이용하여 주편을 연속 주조했다. 또한, 주형에 주입되는 용강 성분은, 탄소: 0.7질량％, 규소: 0.2질량％, 망간: 0.9질량％를 포함하고, 주편의 인발 속도를 0.8m/min으로 하고, 턴디시 내에서의 용강 과열도(용강 온도－액상선 온도)를 20℃로 했다.
주편의 두께 중심 위치의 고상률 fs가 0.24 내지 0.30이 되는 위치에 정자장 발생 장치를 설치하고, (2)식으로 정의되는 인가 시간율이 2％, 5％, 8％, 10％, 15％ 및 20％가 되도록, 또한, 자장 강도가 0.05T, 0.10T, 0.15T, 0.20T 및 0.30T가 되도록, 인가 시간율 및 자장 강도를 변경하여 연속 주조했다.
표 1에 각 주편의 두께 중심 부분의 응고 조직과 측정한 평균 편석 입경을 나타낸다. 또한, 주편 두께 중심 부분의 응고 조직은, 전술한 바와 같이, 주편으로부터 잘라낸 시료의 단면을, 포화 피크르산을 이용하여 에칭하여 매크로 조직을 현출시키고, 당해 조직을 육안 관찰함으로써 응고 조직의 종류를 확인했다. 또한, 평균 편석 입경도, 전술한 바와 같이, 편석립의 평균 면적을 측정하고, 이 평균 면적으로부터 산출되는 원 상당의 평균 입경을 평균 편석 입경으로 했다.
Figure pct00005
도 2는, 표 1에 나타낸 측정 결과를, 자장 강도마다 평균 편석 입경과 인가 시간율의 관계를 나타낸 그래프이고, 도 3은, 표 1에 나타낸 측정 결과를, 인가 시간율마다 평균 편석 입경과 자장 강도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 2로부터, 자장 강도가 0.10T 이하이면, 인가 시간율을 크게 해도 평균 편석 입경은, 거의 변화하지 않는 것을 알 수 있었다. 한편, 자장 강도가 0.15T 이상이면, 인가 시간율을 10％ 이상으로 함으로써, 평균 편석 입경을 작게 할 수 있는 것을 알 수 있었다.
도 3으로부터, 인가 시간율이 8％ 이하이면, 자장 강도를 크게 해도 평균 편석 입경은, 거의 변화하지 않는 것을 알 수 있었다. 한편, 인가 시간율이 10％ 이상이면, 자장 강도를 0.15T 이상으로 함으로써, 평균 편석 입경을 작게 할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 표 1로부터 자장 강도가 0.15T 이상이면, 인가 시간율을 10％ 이상으로 함으로써, 주편 중앙부의 응고 조직을 주상정으로 할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
이들 결과로부터, 연속 주조기에, 주편의 두께 중심 위치의 고상률 fs가 0보다 크고 0.3 이하가 되는 범위의 적어도 일부에 정자장 발생 장치를 형성하고, 정자장 발생 장치로부터, 인가 시간율을 10％ 이상, 자장 강도를 0.15T 이상으로 하는 정자장을 주편에 인가하면서 연속 주조함으로써, 주편의 두께 중심 부분의 응고 조직을 주상정화할 수 있고, 주편 두께 중심 부분의 응고 조직의 평균 편석 입경을 작게 하는 것, 즉, 주편의 중심 편석을 개선할 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 상기 연속 주조기를 이용하여, 주편에 정자장을 인가하는 것과 동시에, 롤 간격을 주조 방향 하류측을 향하여 단계적으로 감소시킨 복수 쌍의 주편 지지 롤로 응고 말기의 주편을 서서히 압하(경압하)하는 시험을 행하고, 응고 말기의 주편을 압하하는 것에 의한 주편 두께 중심 부분의 응고 조직으로의 영향을 조사하는 시험을 행했다.
주편의 압하 조건은, 압하 속도를 0.30∼2.00㎜/min의 범위로 하고, 압하율을 0％, 0.1％, 0.8％, 1.0％, 5.0％, 7.0％, 10.0％로 변경하고, 주편의 주편 두께 중심 위치의 고상률이 0.3 이상 0.7 이하인 범위를 압하했다. 그때에, 주편의 두께 중심 위치의 고상률 fs가 0.24 내지 0.30이 되는 위치에 설치한 정자장 발생 장치를 통하여, 0.15T의 자장 강도의 정자장을, 인가 시간율을 10％로 하여 주편에 인가했다.
표 2에, 자장 강도가 0.15T인 정자장을 인가 시간율 10％로 인가하여 응고 조직을 주상정으로 제어했을 때의, 압하 조건마다의 주편 두께 중심 부분의 포로시티의 조사 결과를 나타낸다. 주편 두께 중심 부분의 포로시티는, 시료 단면을 육안 관찰함으로써, 그 정도를 평가했다.
Figure pct00006
표 2에 나타내는 바와 같이, 정자장의 인가 후에, 압하율 1.0％ 내지 5.0％의 범위에서, 두께 중심 위치의 고상률이 0.3 이상 0.7 이하의 범위의 주편을 압하함으로써, 포로시티가 발생하지 않는 주편을 제조할 수 있는 것을 알 수 있었다. 압하율이 1.0％ 미만인 경우에는, 압하량이 부족하여 포로시티가 잔존하고, 한편, 압하량이 5.0％보다도 큰 경우에는, 포로시티의 생성은 억제할 수 있지만, 주편에 내부 균열이 발생했다.
응고 조직을 주상정화시키기 위해서는, 온도 구배와 응고 속도를 제어하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 온도 구배가 작은 경우에는 응고 속도를 느리게 하고, 온도 구배가 큰 경우에는 응고 속도를 빠르게 해도 균일한 주상정 조직이 형성된다고 예측된다. 그래서, 시험용 수냉 주형을 이용하여 온도 구배 G와 응고 속도 V의 관계를 조사하는 시험을 행했다. 시험은, 시험용 수냉 주형에 용강을 주입하여, 수냉 주형의 내부 공간을 용강으로 채우고, 수냉 주형의 장변면(long-side surface)만을 수냉하여 상기 용강을 냉각하고, 수냉 주형의 배면에 설치한 정자장 발생 장치를 통하여, 주편의 두께 중심 위치의 고상률 fs가 0.3일 때에 정자장을 인가했다.
여기에서, 전술한 바와 같이, 온도 구배 G는, 두께 중심 위치의 고상률이 0.3이 되는 시점의 주편의 고상률이 0.99가 되는 위치의 온도 구배(℃/㎜)이다. 또한, 응고 속도 V는, 주편의 고액 계면의 이동 속도(㎜/min)이다.
수냉 주형 내의 주편에 2개의 R 열전쌍(장변 폭 1/2이고 단변 두께 1/2의 위치 및, 장변 1/2폭이고 단변 두께 1/4의 위치)을 형성하고, 이들 열전쌍으로부터 출력되는 온도 데이터와 전열 계산식으로부터, 주편의 중심을 향하는 방향을 따른 온도 프로파일을 구했다. 그리고, 구한 온도 프로파일로부터, 상기 고상률이 0.99가 되는 위치의 온도 구배 G(℃/㎜)를 산출했다. 즉, 온도 구배 G는, 당해 온도 프로파일로부터 산출되는 고상률이 0.99가 되는 위치의 전후의 온도와, 당해 전후의 거리를 이용하여 산출했다.
주편의 고액 계면의 위치는, 열전쌍으로부터 출력되는 온도 데이터와 전열 계산식으로부터 산출되는 주편의 온도 프로파일로부터 산출했다. 주편의 고액 계면의 이동 속도 V(㎜/min)는, 당해 온도 프로파일의 시간당의 변화량을 이용하여 산출했다.
온도 구배 G 및 응고 속도 V의 관계를 조사한 결과를 표 3에 나타낸다. 표 3으로부터, (3)식의 값이 0.19℃×min1 /2/㎜3 /2보다 작은 경우는, 주편의 두께 중심 부분에 덴드라이트 성장 방향이 불균일한 등축정 조직이 관찰되었다. 한편, (3)식의 값이 0.19℃×min1 /2/㎜3 /2 이상인 경우는, 주상정 조직이 형성되고, (3)식의 값이 0.27℃×min1/2/㎜3/2 이상인 경우는, 균일한 주상정이 형성되어 있는 것이 관찰되었다.
Figure pct00007
표 3으로부터, (3)식의 값이 0.27℃×min1 /2/㎜3 /2 이상이 되도록, 온도 구배 G 및 응고 속도 V를 제어함으로써, 주편의 두께 중심 부분의 응고 조직에 있어서의 평균 편석 입경을 작게 할 수 있고, 주편의 두께 중심 부분의 응고 조직을 더욱 균일한 주상정으로 하는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 연속 주조기에 의해 주조되는 주편의 중심 편석을 더욱 저감할 수 있는 것을 알 수 있었다.
10 : 연속 주조기
12 : 주형
14 : 주편
16 : 미응고층
18 : 응고 셸
20 : 정자장 발생 장치
22 : 정자장 발생 장치
24 : 압하 롤

Claims (3)

  1. 연속 주조기의 주형에 용강을 주입하면서, 상기 용강이 응고되어 생성된 응고 셸을 상기 주형으로부터 인발하여 주편을 제조하는 강의 연속 주조 방법으로서,
    상기 연속 주조기 내인 상기 주편의 두께 중심 위치의 고상률 fs가 하기의 (1)식의 범위 내인 주편 부위의 적어도 일부에서, 상기 주편에 대하여, 자장 강도가 0.15T 이상인, 상기 주편의 인발 방향과 직교하는 방향의 정자장(靜磁場)을, 하기의 (2)식으로 정의되는 인가 시간율을 10％ 이상으로 하여 인가하는, 강의 연속 주조 방법.
    Figure pct00008
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주편의 두께 중심 위치의 고상률이 0.3인 시점에 있어서, 하기의 (3)식의 값이 0.27℃×min1 /2/㎜3 /2 이상인, 강의 연속 주조 방법.
    Figure pct00009

    여기에서, G는, 두께 중심 위치의 고상률이 0.3이 되는 시점의 상기 주편의 고상률이 0.99가 되는 위치에서의 온도 구배(℃/㎜)이고,
    V는, 상기 주편의 고액 계면의 이동 속도(㎜/min)이다.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 주편의 두께 중심 위치의 고상률이 0.3 이상 0.7 이하의 범위인 주편 부위를, 롤 간격을 주조 방향 하류측을 향하여 단계적으로 감소시킨 복수 쌍의 주편 지지 롤로 5.0％ 이하의 압하율로 압하하는, 강의 연속 주조 방법.
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