KR930011960B1 - 연속주조에서 주조 스테인레스강 스트립을 폭방향으로 균일하게 급속냉각하는 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

연속주조에서 주조 스테인레스강 스트립을 폭방향으로 균일하게 급속냉각하는 방법

제1도는 프레스로울이 구비되어있지 않은 수직형 트윈-로울 연속주조기를 사용하는 연속주조를 하기 위한 종래의 장치를 도시한 수직 단면도.

제2도는 냉각로울 크라운과 주조스트립 크라운과의 상호관계를 도시한 제1도 또는 제3도의 선A-A에 따른 수평 단면도.

제3도는 본 발명에 따른 프레스로울이 구비된 수직형 트윈-로울(twin-roll) 연속주조기를 사용하는 연속주조를 하기 위한 장치를 도시한 수직 단면도.

제4도는 본 발명에 따른 (a) 볼록-크라운 프레스로울, 또는 (b) 소정의 로울크라운을 형성하기 위해 굽힐 수 있는 직선프레스로울(straight press roll)을 사용함으로써 냉각로울에 대하여 가압되는 주조스트립의 도시한 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,2 : 냉각로울 4 : 주조스트립

C_A: 주조스트립 크라운 C_KA: 냉각로울 크라운

본 발명은 대체로 연속주조 강스트립으로부터 냉간압연 스테인레스 강스트립을 제조하는 것에 관한 것이며, 보다 상세히는 주조스트립과 주형의 내벽 간에 상대속도의 차이가 없는 동기형 연속주조기, 특히 수직형 트윈-로울연속주조기를 사용함으로써 이러한 주조스트립을 제조할 때 냉간압연 스테인레스 강스트립 제품의 두께와 근사한 두께를 가지는 주조 스테인레스 강스트립을 폭방향으로 균일하게 급속냉각하는 방법에 관한 것이다.

이러한 방법에서 한 쌍의 냉각로울 사이의 갭 또는 ＂키싱포인트(kissing point)＂(접합점)을 통과한 주조스트립은 냉간로울중 하나와 접촉을 유지함으로써 계속하여 급냉되어 표면품질이 우수한 냉간압연 스테인레스 강스트립을 제조하기 위한 재료로서 유리하게 사용되는 미세한 결정립의 주조스트립이 제조된다.

연속주조 방법을 이용하여 냉간압연 스테인레스 강스트립을 제조하는 종래의 제조방법에 있어서는 두께가 100mm이상인 강슬랩은 진동식 주형(oscillating mold)을 사용하여 주조되고, 이 주조슬랩은 표면처리되고 가열로에서 1000℃ 또는 그 이상의 온도로 가열되어, 수 mm두께의 핫(hot) 스트립을 형성하기 위해 조압 연로울열과 마무리압연로울열로 구성된 핫스트립밀로 열간압연된다.

냉간압연전에, 상기한 것처럼 얻어진 핫스트립은 강하게 열간가공된 조직을 연화시키기 위하여 소둔되며, 표면 스케일 등은 최종 냉간압연 스트립제품에 요구되는 표면품질, 기계적특성, 편평도, 또는 냉간압연 형상을 확보하기 위하여 산세척과 이에 후속하는 연삭에 의해 제거된다.

종래의 공정은 열간압연을 위한 장대한 설비가 필요하고, 다대한 에너지가 재료를 가열하고 가공하기 위해 소모되며, 더욱이 이러한 공정은 생산성의 관점에서 불리하다. 또한 시이트(sheet)제품의 사용은 많은 면에서 제한되는데, 예를 들면 10mm이상의 두꺼운 주조슬랩을 최종 냉간압연스트립으로 형성하는 공정도중에 많은 가공단계에 의해서 잘 발달된 집합조직 때문에 프레스가공 등으로 스트립을 가공할 때 이방성(anisotropy)을 고려해야 한다.

100mm이상의 두꺼운 슬랩을 핫스트립으로 형성하기 위한 열간압연용 장대한 설비, 다대한 양의 에너지 및 압연동력이 필요하다는 문제점을 해결하기 위해, 치근 연속 주조의 과정에서 핫 스트립의 두께와 실질적으로 동등하거나 근사한 두께를 갖는 주조스트립을 제공하는 프로세스에 관한 연구가 수행되었다.

예를들면, 철과강, 1985, 페이지 A197 내지 A256에 게재된 보고서에는 이와같은 주조스트립이 연속주조에 의하여 직접얻어지는 방법이 개시되어 있다. 이러한 보고서에서 트윈-로울형 연속주조의 사용은 두께가 1mm 내지 10mm인 주조스트립을 얻기 위해서 고려되었다.

그러나 이들 연속주조 방법은 주조공정 그 자체에 문제점을 갖고 있으며, 기계적 특성과 표면품질의 문제점에 대한 효과적인 해결책을 제공하지 못했다.

연속주조가 핫스트립의 두께와 동등하거나 또한 근사한 두께를 갖는 주조스트립을 제공하는 이러한 새롭게 개발되고 있는 프로세스에 있어서, 주조로부터 완제품 스트립까지의 공정은 간략화되거나 또는 수개의 공정단계가 생략되기 때문에, 최종 냉간압연 스트립의 표면특성이 주조스트립 품질에 의해서 쉽게 영향받는다. 즉 우수한 표면품질을 갖는 최종 냉간압연 스트립을 얻는데는 양호한 주조스트립이 요구된다.

냉간압연 스테인레스 강스트립에 있어 특유하고 또한 시이트제품의 상업적가치를 저하시키는 ＂로우핑(roping)＂이라고 하는 표면결함과 불균일한 광택을 방지하기위해 특별한 주위가 기울어져야 한다.

로우핑과 같은 표면결함의 발생은 주조스트립의 응고조직의 조대화와 밀접한 관계가 있다. 수직형 트윈-로울 연속주조기에 있어서, 주조스트립은 냉각로울은 냉각로울들 사이의 키싱포인트를 지남에 따라서 냉각로울로부터 분리되어서, 더 이상 냉각로울과의 금속접촉에 의해서 급냉되지 않고 단지 공냉만 한다. 따라서 결정립성장이 가속되는 고온에서 보다 장시간동안 주조스트립이 머물러 있기 때문에, 주조스트립의 결정립 조대화 및 최종제품 스트립의 표면결함이 야기된다. 따라서 주조조직의 조대화를 방지하기 위해서 키싱포인트를 통과한 주조스트립을 급냉시키는 것이 매우 중요하다.

주조스트립의 급냉을 확보하기 위해서, 주조스트립이 키싱포인트를 통과한 후 주조스트립을 냉각로울의 외주표면 또는 냉각표면과 접촉상태로 유지하는 것이 가장 효과적이다.

이러한 목적을 위해서, 일본 특허공고공보 제63-19258호(이하 공보(1)이라 함)에는 장력을 부여함으로써 주조스트립이 냉각로울과의 접촉상태를 유지하는 방법이 제안되었고, 일본 특허공개공보 제63-68248(이하 ＂공보(2)＂라 함)에는 복수의 수냉보조로울이 주냉각로울의 둘레를 따라 배치되어 주조스트립이 주냉각로울과 보조냉각로울 사이에서 이동함에 따라 냉각되는 공정이 제안되어 있다.

이들 제안은 비교적 작은 폭을 갖고 있는 리본형태의 주조스트립의 경우에 효과적이지만, 주조스트립의 폭이 커야만 하는 큰폭의 냉각로울 스테인레스 강스트립의 제조에 채택될 때, 다음의 근본적인 문제가 야기된다.

연속주조기의 냉각로울은 로울내에 제공된 냉각수용 유로를 갖추고 있기 때문에, 압연로울등과 같은 다른 로울에 비하여 대단히 강성이 낮고 열적인 열변형도 크다. 즉, 냉각로울은 그 냉각로울몸체의 양단부가 로울 전체몸체에 강성을 부여하는 지지부분으로서 높은 강성을 갖고 있으나, 로울 몸체길이의 중간부분은 낮은 강성을 부여하는 지지부분으로서 높은 강성을 갖고 있으나, 로울 몸체길이의 중간부분은 낮은 강성을 갖는 구조를 불가피하게 갖고 있다. 따라서 로울 몸체길이의 중간부분은 낮은 강성을 갖는구조를 불가피하게 갖고 있다. 따라서, 로울몸체의 중간부분의 직경은 온도가 상승하면 상대적으로 확대되며, 로울온도가 낮아지면 상대적으로 수축하고, 그 결과 로울 크라운 또는 로울커브는 로울온도의 변화에 의하여 상당히 변한다.

핫 주조 스트립이 하향으로 이동하여 키싱포인트에서 로울표면으로부터 분리됨에 따라서, 키싱포인트 이후의(하방의) 부분에서 로울온도는 낮아져서, 핫 주조 스트립과 접촉하는 부분에서 또는 키싱포인트 이전의(상방의) 부분의 로울크라운 곡률에 비하여 키싱포인트 이후의 부분에서 로울크라운의 곡률이 급해진다. 스트립폭을 가로지르는 주조스트립 크라운 또는 곡률은 키싱포인트상방의 덜 급한 곡률을 가지고 있는 로울부분의 로울크라운에 의해서 결정된다. 따라서 키싱포인트로부터 아래로 이동되고 있는 덜 급한 크라운을 갖고 있는 주조스트립이 키싱포인트 이후에 위치한 보다 급한 곡률을 가지고 있는 로울표면과 단순히 접촉할뿐이라면, 단지 주조스트립의 측변 엣지부분만이 냉각로울의 길이방향 단부와 실제로 접촉하게 되며, 이에 따라 주조스트립의 전체폭에 걸쳐 급냉이 이루어질 수 없다.

상기에서 언급된 공보(1)과 (2)는 상기 문제가 고려되지 않았으므로 냉간압연 스테인레스 강스트립의 표면결함을 방지하기 위한 주조스트립을 급속냉각하는 방법으로서는 만족스럽지 못한다. 공보(1)의 방법에서, 스트립폭의 중간부분이 냉각로울표면과 접촉될 수 있는 정도까지 장력을 증가시키는 것이 가능하지만, 이러한 경우에 과도하게 큰장력이 키싱포인트에서 방금 응고된 주조스트립상에 부여되어, 예를 들면 주조스트립의 파단과 같은 위험이 야기된다. 그러므로 공보(1)의 방법은 실제적으로는 채택될 수 없다.

본 발명의 목적은 수직형 트윈-로울 연속주조기에 의해서 주조되고 있는 주조스트립의 응고 조직의 조대화를 방지하기 위해서 주조스트립의 응고로부터 연속적으로 응고된 결정립이 신속히 성장하는 온도범위에 걸쳐서 주조스트립을 이 스트립의 전체폭에 걸쳐서 폭방향으로 균일하게 급속냉각시키는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 주조스트립과 동기적으로 이동하는 주형벽으로 구성된 외주표면을 갖춘 한쌍의 냉각로울이 구비된 수직형 트윈-로울 연속 주조기를 사용하여 스트립을 주조할 때 주조스테인레스 강스트립을 폭방향으로 균일하게 급속냉각하는 방법에 있어서, 냉각로울 크라운과 주조스트립 크라운에 따라 결정된 프레스로울 표면형상을 갖고있고, 키싱포인트의 하류측에 배치된 프레스로울을 사용하여, 냉각로울 사이를 떠나온 주조스트립을 냉각로울중 어느 하나의 외주표면에 대하여 가압하여, 스트립의 응고종료시부터 연속적으로 스트립의 응고결정립의 성장이 가속되는 온도범위에 걸쳐서 상기 주조스트립을 스트립의 전체폭에 걸쳐 급속냉각시키는 단계로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각방법을 제공하는 것이다.

제1도에 도시한 바와같이 수직형 트윈-로울 연속주조기를 사용하는 종래의 연속주조에서, 용융금속(3)은 한쌍의 냉각로울(1,2)과 한쌍의 도시되지 않은 측면댐 (dam)에 의해서 확정된 주형내로 부어지며, 이주형에서 냉각로울(1,2)은 용융금속(3)으로부터 열을 빼앗아서 용융금속을 응고시켜서 주조스트립(4)을 형성시켜 이때 상기 응고는 주조스트립(4)이 냉각로울(1,2) 사이의 키싱포인트(a)를 떠날 때 스트립의 전체 두께에 걸쳐 실질적으로 완료된다.

주조스트립(4)이 형성되는 동안에 키싱포인트(a)에서의 냉각로울크라운(C_RA)은 주조스트립(4)의 횡단면 프로필 또는 필요한 주조스트립 크라운(C_A)을 결정한다는 것을 제2도로부터 알 수 있다. 그러므로 냉각로울(1,2)은 키싱포인트 ＂a＂의 영역에서의 온도(이하 ＂키싱포인트 온도＂라 함)로 가열될 때 로울크라운(C_RA)을 갖게 되어 소정의 주조스트립의 크라운(C_A)을 형성하게 된다.

즉, 키싱포인트 온도보다 낮은 온도에서, 냉각로울몸체의 길이 방향의 중간부분이 상대적으로 열수축하기 때문에 냉각로울(1,2)은 C_RA)(=C_A)보다 더 급한 곡률을 갖는 크라운(C_RO)을 가지고 있다.

제3도는 본 발명에 따른 수직형 트윈-로울 연속주조기의 장치를 도시하고 있는데, 여기에서 키싱포인트(a)을 떠난 주조스트립(4)은 제4a도에 도시한 바와같이 주조스트립 크라운과 냉각로울 크라운에 따라 미리 설정된 가압면 형상을 갖고있고 또한 키싱포인트(a)의 하류에 배치된 프레스로울(5)에 의해 냉각로울(1,2)들 중의 하나(또는 도시된 실시예에서 냉각로울(1))에 대하여 가압된다. 이러한 경우 냉각로울(1)은 수축되어서 제2도의 급한 크라운(C_RO)이 제공된다.

여기에서 사용되는 ＂가압면 형상＂이라는 용어는 프레스로울(5)이 냉각로울(1)에 대하여 주조스트립(4)을 가압할 때 주조스트립(4)과 접촉하는 부분에서의 프레스로울(5)의 압연표면 형상을 의미한다. 이러한 목적을 위해서, 프레스로울(5)은 제4a도에 도시한 바와 같은 필요한 로울프링룬을 갖고있는 크라운로울이거나, 또는 제4b도에 도시한 바와같은 필요한 로울크라운으로 굽힐 수 있는 직선로울일 수 있다.

제4a도에서 도시한 크라운로울로 필요에 따라 제4b도에 도시한 것처럼 굽힐수 있다. 프레스로울(5)의 로울크라운과 굽힘량은 냉각로울의 형상(크라운 등) 및 크기(로울폭 등), 프레스로울의 직경 및 주조스트립의 크라운을 포함하는 변수에 따라 예비실험에 의해서 결정된다.

그러므로, 본 발명의 방법에 의하면 냉각로울의 크라운과 주조스트립의 크라운에 따라 결정된 가압면 형상을 갖고 있는 프레스로울을 사용하여 주조스트립을 냉각로울 표면에 대하여 가압함으로써 냉각로울표면과 주조스트립의 전체폭과의 금속접촉이 보장되므로, 주조스트립의 전체폭에 걸쳐서 주조스트립을 균일하게 급속냉각하는 것이 가능하게 된다.

[실시예]

[실시예1]

본 발명에 따른 제4a도의 크라운이 형성된 프레스로울(5)이 구비되었으며 제3도에 부분적으로 도시된 수직형 트윈-로울 연속주조기에 의해서 두께가 2mm이고 폭이 800mm인 JIS SUS 304 스테인레스 강의 주조스트립(4)을 주조하였다. 냉각로울 (1)은 직경이 1200mm이고, 폭이 800mm이고, 크라운이 150μm이며, 프레스로울 (5)은 직경이 40mm이고, 폭이 800mm이고, 크라운이 5μm이다.

주조온도는 1500℃이다. 이러한 경우에, 프레스로울의 크라운을, 키싱포인트에서 냉각로울(1,2)의 온도는 350℃이고 로울길이의 중앙에서의 냉각로울 표면이 키싱포인트 ＂a＂로부터 키싱포인트 ＂a＂의 하류측 250mm에 위치한 제3도의 가압점 ＂b＂까지 로울회전으로 인하여 100μm만큼 내측으로 이동된다는 사실에 기초하여 결정하였다.

실시예 1에서와 동일한 크기를 가지고 있는 JIS SUS 304스테인레스 강 주조스트립을 본 발명에 따라 주조하였는데, 주조스트립(4)의 가압을 제4(b)도의 직선 프레스로울을 굽힘으로써 실시한 것을 제외하고는 실시예 1에서와 동일한 조건이고, 굽힘량은 프레스길이의 중앙에서 측정할 때 50μm이다.

(비교실시예 1)

실시예 1에서와 동일한 크기를 갖고있는 JIS SUS 304 스테인레스 강 주조스트립을 프레스로울을 굽히지 않는 것을 제외하고는 실시예 2에서와 동일한 조건으로 실시예 2의 직선프레스로울(5)을 사용하여 주조하였다.

(비교실시예 2)

실시예 1에서와 동일한 크기를 갖고있는 JIS SUS 304 스테인레스 강 주조스트립을 실시예 1과 동일한 주조조건으로 프레스로울이 구비되어 있지 않은 제1도에 부분적으로 도시한 종래의 수직형 트윈-로울 연속주조기에 의해서 주조하였다.

실시예 1,2와 비교실시예 1,2에서 제조한 주조스트립을 평균 γ-결정립크기의 분포에 대해서 스트립 폭을 따라 측정하였다.

그 결과를 표 1에 요약하였다.

[표 1]

*평균 γ-결정립크기:결정립수는 100배율의 광학현미경을 사용하여 계수되었으며, 평균 γ-결정립크기는 γ-결정립이 입상이라는 가정하에 상기와 같이하여 얻은 결정립수를 환산함으로써 계산된다.

평균 γ-결정립크기는 냉간압연동안에 로우핑의 발생을 방지하기 위한 임계치인 100μm보다 상당히 작게 되도록 본 발명은 스트립전체폭에 대하여 주조스트립의 응고조직의 조대화를 방지한다는 것을 상기 결과로부터 확실히 알 수 있다.

비교 실시예 1에서는 결정립 조대화는 냉각로울과 금속접촉함으로써 급속냉각이 실행되는 단지 측면에지 부분에서만 방지되나, 결정립은 스트립폭의 중간부분, 즉 주조스트립의 대부분상에서 조대화 된다.

비교실시예 2에서는 금속접촉에 의한 급속냉각이 실행되지 않았기 때문에 결정립은 주조스트립의 전체폭에 걸쳐 조대화된다.

상기 실시예들에 의해 Cr-Ni 스테인레스 강인 JIS SUS 304 스테인레스 강에 대하여 본 발명에 의해 발성된 급속냉각 효과를 설명하였지만, 본 발명은 Cr-Ni 스테인레스 강에 한정되지 않고 다른 종류의 스테인레스 강에도 일반적으로 적용가능하다.

본 명세서에서 설명한 것처럼, 본 발명은 수직형 트윈-로울 연속주조기를 사용하여 스테인레스 강스트립을 주조할 때, 주조스트립의 응고조직의 조대화를 방지하여 최종냉간압연 강스트립제품의 로우핑과 같은 표면결함을 효과적으로 방지하기 위해서, 키싱 포인트에서의 스트립의 응고종료로부터 연속적으로 주조스트립의 응고된 결정립의 성장이 가속되는 온도범위에 걸쳐서 주조 스테인레스강 스트립을 스트립의 전폭에 걸쳐서 균일하게 급속냉각하는 방법을 제공하는 것이다.

Claims (4)

1. 주조스트립과 동기적으로 이동하는 주형벽을 구성하는 외주표면을 가지고 있는 한쌍의 냉각로울이 구비된 수직형 트윈-로울 연속주조기를 사용하여 주조 스테인레스강 스트립을 주조할 때 주조스테인레스 강스트립을 폭방향으로 균일하게 급속냉각하는 방법에 있어서, 냉각로울 크라운과 주조스트립 크라운에 따라 결정된 프레스로울 표면형상을 갖고있고, 키싱포인트의 하류측에 배치된 프레스로울을 사용하여서, 냉각 로울 사이의 키싱포인트를 떠나온 주조스트립을 냉각로울중 어느 하나의 외주표면에 대하여 가압하여, 스트립의 응고종료시부터 스트립의 응고결정립의 성장이 가속되는 온도범위에 걸쳐서 연속적으로 상기 주조스트립을 스트립의 전체폭에 걸쳐 급속냉각시키는 단계로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각방법.
2. 제1항에 있어서, 주조스트립이 1 내지 10mm의 두께를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 냉각방법.
3. 제1항에 있어서, 프레스로울은 크라운로울인 것을 특징으로 하는 냉각방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 프레스로울은 직선로울이고 상기 표면형상을 제공하기 위하여 굽혀져 있는 것을 특징으로 하는 냉각방법.

Images