KR960002216B1 - 주조결함 및 열간압연 공정을 개선한 주편제조법 및 그 주형장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

주조결함 및 열간압연 공정을 개선한 주편제조법 및 그 주형장치

제1도는 본 발명의 주편제조 방법에 이용된 주형설비의 평면도.

제2a도는 본 발명의 방법에 의해 제조된 주편의 응고조직을 도시한 사진.

(b)도는 비교예에 의한 주편의 응고조직을 도시한 사진.

제3a도는 본 발명의 방법에 의해 제조된 주편의 편석대 관찰사진.

(b)도는 비교예에 의한 주편의 편석대 관찰사진.

제4도는 열처리(소준)후 본 발명재와 비교재의 페라이트 결정입도를 비교한 그래프도.

제5도는 열간압연 후 본 발명재와 비교재의 천이온도를 비교한 그래프도.

제6도는 열간압연 후 본 발명재와 비교재의 페라이트 결정입도를 비교한 그래프도.

제7도는 열간압연 후 본 발명재와 비교재의 인장성질을 비교한 그래프도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 주형 12a, 12b : 가이드부재

13a, 13b : ㅗ형 요홈 15 : 이동대

19 : 너트부재 21 : 스크류축

23a, 23b : 베어링부재 Ⅰ: 주편

본 발명은 철 또는 강, 비철금속의 주편 제조시 주편두께의 조절이 가능한 주형과 이러한 형태의 주형을 이용한 주편 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주형내 주편두께의 조절에 따른 응고속도의 증가로 주조결함의 개선 및 열처리후 결정입도 미세화가 가능하고, 아울러 주편두께 조절에 따라서 후공정의 열간압연시 압연횟수의 단축이 가능한 주편 제조방법 및 그 주형장치에 관한 것이다.

일반적으로 강의 제조공정중 연속주조시 스라브(Slab)와 빌레트(Billet)의 두께는 통상 120㎜ 이상으로서 응고시 냉각속도가 늦으므로, 주편에 여러가지 결함들(예, pin hole, 수축공, 중심편석)이 발생하고, 또한 후 공정인 열간압연시 조압연, 사상압연에서 10회 이상의 압연을 실시한 후 열간압연 코일(Coil)로 생산되므로, 주편의 품질 및 압연 공정의 원가절감 측면에서 많은 개선점이 남아 있는 실정이다. 이를, 보다 상세히 설명하면 이하와 같다.

즉, 종래 주편에서는 주편의 두께가 두껍기 때문에 응고속도가 늦어져 표면부위의 수지상정의 방향은 응고잠열의 이동방향에 따라 수직방향이나 응고말기 중심부위의 응고시점에서는 고상과 액상의 온도차이가 거의 없는 상태에서 응고가 완료되어 중심부에서는 무방향성을 띄게 되며, 조성적 편석(Constitutional Segregation)에 의해 중심부에 편석대가 형성된다. 또한 주편의 두께가 두꺼운 경우, 철정압(ferrostatic pressure)이 증가하게 되고 이로인한 두께 방향으로 용강의 유동이 발생하여 벌징(burging) 현상이 나타나게 된다. 이러한 벌징 현상은 주편 중심부위에서의 균열발생을 초래할 가능성이 매우 높게 되며 실제의 응고과정중 대부분 균열이 발생되며 이 부분에 편석대가 형성된다. 그리고, 종래 주편에서는 주편의 두께가 두껍기 때문에 응고잠열이 소재의 표면부위를 통하여 빠져나가는 속도가 늦어져 중심부위의 응고시점에서는 응고속도가 늦어지므로 응고후에 소재의 결정입도가 커진다. 이러한 강을 소준처리하면 소재의 결정입도가 커진다.

더 나아가 종래 주편에서는 주편의 두께가 두껍기 때문에 열간압연 공정에서 조압연 및 사상압연의 공정(최소 10회의 압연횟수)을 거친 후 최종 열간압연 제품(Hot Coil)으로 생산되기 때문에 고가의 제조원가가 소요되는 문제점을 갖는 것이다.

상기의 문제점을 해결하기 위한 종래의 기술로는 박 스라브 주조(thin slab casting)를 들 수 있다.

상기 박 스라브 주조(thin slab casting)는 주편의 두께를 주형에서 얇게 하여 주편의 품질과 열간압연 공정의 단축을 위한 기술로 다음과 같은 특징을 갖고 있다. 첫째, 종래 주조방법에서 발생하는 균열, 편석 등을 절감하여 고품질의 주조 제품의 제조가 가능하다. 둘째, 수지상정이 미세하고 균일한 주조조직을 얻을 수 있다. 세째, 설비 도입시 설비비의 절감이 가능하다. 넷째, 직접열간압연(Hot Direct Rolling 및, Hot Charge Rolling) 기술을 이용한 주조 및 압연 공정의 결합이 용이하다. 다섯째, 연속주조시 주조속도의 증가로 생산성을 향상시킬 수 있다는 여러가지 장점이 있다. 그러나 박 스라브 제조시 아용되는 주형은 턴디쉬(tundish)에서 주형으로의 주조시 침적 노즐(Nozzle)을 사용하기 위해 주형 최상단 부위의 중앙 부분을 큰 타원형의 형태로 제작하고, 주형의 하부를 박 스라브의 형상으로 제작하거나, 주형의 양쪽벽이 평행이지만 주형 상부와 하부의 두께를 다르게 하며, 주형의 양쪽벽이 평행인 동시에 주형 상부와 하부의 두께가 같은 구조를 갖춤으로서 대부분 주조시 주편두께의 변경이 불가능한 단점이 있다.

따라서 통상 잉곳트(Ingot)의 제조시나 기존의 주형에 주조를 하여 강을 생산하는 경우에는 주편의 두께의 조절이 불가능하기 때문에 주조시 주편의 두께를 감소시켜 응고속도를 빠르게 하고, 주편의 결함을 개선 시킬 수 없을 뿐만 아니라, 후에 최종 제품까지의 압연 공정의 단축이 불가능한 실정이다. 그리고, 통상적인 주편의 응고시에는 벌징(burging)및 수축공(shrink hole)에 의한 균열이 발생하여 중심부가 취약하거나 균열이 잔존하기 때문에 소재로 사용하기에 부적합한 경우가 있다. 또한 중심부에 편석대가 형성되어 주편의 주조후 편석을 균일화하기 위한 시간이 상당히 소요됨으로서 열처리 공정에서 열처리 비용이 상승되며, 편석이 심한 경우에는 장시간 열처리에도 불구하고 중심편석의 잔존으로 인한 제품품질의 특성이 열악해지는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 주조시 주형내에서 주편의 두께를 줄임으로서 주조 결함을 제거하고 응고속도를 빠르게 하며 최종제품의 압연공정을 크게 단축시킬 수 있는 주편제조법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 주편의 두께 감소효과에 의해서 후공정의 주편균열 열처리 시간 단축 및, 중심부 소재의 물성 균질화와, 열간압연 공정의 단축이 가능한 주형 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 연속주조설비의 주편 제조방법에 있어서, 주편의 두께를 40㎜ 내지 70㎜로 유지시켜 응고속도를 빠르게 유지시킴으로서 주편내의 주조결함을 개선하고, 열간압연시 주편두께의 감소에 따라 열간압연 횟수를 단축시킴을 특징으로 하는 주편제조법을 마련함에 의한다.

또한, 본 발명은 연속주조 설비용 주형장치에 있어서, 상부면에 ㅗ형 요홈이 각각 형성된 한쌍의 가이드부재를 갖추고, 상기 ㅗ형 요홈에 끼워지는 ㅗ형 활주대를 갖춘 이동대가 마련되며, 상기 이동대의 일측에는 연결봉을 통해서 너트부재가 장착되고, 상기 너트부재는 스크류축에 나사결합되는 한편, 상기 이동대의 전방측에는 고정봉을 통해서 주형의 일측벽면이 연결됨으로서, 상기 스크류축의 손잡이를 정,역회전 시키면 이동대가 상기 가이드부재상에서 전,후 이동하고, 고정봉을 통하여 주형의 일측벽면을 전,후 이동시킴으로서 주편의 두께를 가변시킬 수 있음을 특징으로 하는 주형장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

제1도에는 본 발명에 따른 주편 조제법을 실시하기 위한 주형장치가 도시되어 있다. 상기 주형장치(1)는 사각 박스구조를 이루는 주형(10)의 일측에 한쌍의 가이드부재(Guide Member)(12a)(12b)가 위치되고, 상기 가이드부재(12a)(12b)의 상부면에는 ㅗ형 요홈(13a)(13b)이 각각 형성되며, 상기 가이드부재(12a)(12b)의 ㅗ형 요홈(13a)(13b)내에는 활주이동 가능한 이동대(15)가 장착되는 바, 상기 이동대 (15)의 양측으로는 각각 복수개의 ㅗ형 활주대(16)가 형성되어 상기 ㅗ형 요홈(13a)(13b)에 각각 일치하여 끼워진다. 또한, 상기 이동대(15)의 일측으로는 연결대(17)가 형성되고, 상기 연결대(17)의 단부에는 너트부재(19)가 장착되며 상기 너트부재(19)는 스크류축(Screw shaft)(21)에 나사결합되고, 상기 스크류축(21)의 양측 단부는 베어링부재(23a)(23b)에 끼워지면서 손잡이(24)가 형성된다. 한편, 상기 이동대(15)의 전방측으로는 주형(10)의 이동가능한 일측벽(10a)에 연결되는 고정봉(15a)이 형성되며, 상기 주형(10)의 나머지 3개의 측벽(10b)(10c)(10d)은 고정된 구조를 갖는 것이다.

따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명의 주형장치(1)는 손잡이(24)가 회전되어 스크류축(21)이 회전되면, 이는 너트부재(19)를 통해서 이동대(15)를 전, 후 위치이동시키고, 상기 이동대(15)에 고정봉(15a)을 통해서 연결된 주형(10)의 일측벽(10a)이 전, 후 이동됨으로서 주편(Ⅰ)의 두께(T)를 조절하게 된다. 이때 본 발명의 주형장치(1)에 의해서 제조되는 주편의 두께(T)는 가변적이고, 상기 주형(Ⅰ)의 높이는 높이(H)는 600㎜이며, 폭(W)은 500㎜이다.

또한, 본 발명에 따른 주편제조법은, 상기와 같은 주형장치(1)를 이용하여 주편의 두께를 40㎜ 내지 70㎜의 범위로 주조함으로서 기계적 및 전기적인 교반방법에 의하지 아니하고 응고속도를 빠르게 하여 내부의 주조결함을 개선시키는 것인바, 상기와 같이 본 발명의 주편제조법에 따라서 주편의 두께(T)를 40㎜ 내지 70㎜의 범위로 한정하는 이유에 대하여 설명한다. 이는 주편의 두께가 40㎜ 이하인 경우에는 현재 연속주조시 이용되고 있는 턴디쉬(turndish)에서 주형으로 강을 공급할시에 이용되는 포어링 스트림(pouring stream) 주위에 불활성 가스(예 : 질소 및 아르곤)를 취입시키는 경우 온도강하등 주조 기술상에 많은 문제점이 발생되기 때문이다. 그리고 더 나아가 이 경우 두께가 10㎜인 열연코일(Coil)로 열간압연하는 경우 총 압하비(ℓn ho/h, ho : 초기두께 h : 최종두께)가 1.4이하이므로 열간압연 공정을 단축할 경우 여러가지 제성질(예 : 천이온도, 결정립의 크기, 인장성질)이 통상제품에 비하여 열악하기 때문이다. 또한, 최고 두께를 70㎜를 한정하는 이유는 주편의 두께(T)가 70㎜ 이상인 경우에는 두께가 70㎜ 이상인 주편을 두께가 10㎜인 열연코일(Coil)로 열간압연하는 경우 열간압연 횟수가 7회 이상이 되므로 열간압연시 압연횟수의 단축효과가 없어지기 때문이다.

이하, 본 발명을 실시예에 따라서 보다 상세히 설명한다.

[실시예]

본 발명의 효과를 보이기 위한 대상소재의 합금성분은 제1표와 같다.

[표 1]

본 발명의 주형장치(1)를 이용하여 상기 표1의 대상 소재에 대하여 두께가 40㎜인 주편과, 비교재로서 통상적인 주조 두께인 80㎜의 주편을 제작하였다.

주조시험시에는 주형에 잔존되어 있는 수분을 제거하기 위해 주조전 주형을 약 100℃까지 가열하였다. 주조전 주형의 냉각수를 작동시켰으며, 냉각수가 주형에 통과하는 속도는 약 8m/sec, 냉각수량은 약 60ℓ/min이었다. 용강을 주형에 주조, 냉각시킨 후 주편을 절단하였다. 주편의 높이에 따라 응고형상이 다르므로 중단부위에서 시편을 채취하였다.

주편 각 부위에서 채취한 응고조직의 관찰은 HC1 4％의 용액에 넣어 끓여 부식시킨 후 광학 현미경을 이용하여 조사하였으며 편석대의 관찰은 맵핑 어날라이져(mapping analyzer)를 이용하여 조사하였다.

제2a도는 본 발명의 방법에 의해 제조된 소재의 응고조직이며 제2b도는 비교예 의한 주편의 응고조직을 관찰한 것이다. 주편의 두께가 작은 본 발명강의 경우(제2a도) 주편의 중심부까지 수지상의 형태를 띄고 있으며 벌징(bulging)에 의한 중심균열의 생성이 억제되었다. 반면, 주편의 두께가 두꺼운 비교재의 경우에는 (제2b도) 주편의 표면부에는 수지상정을 띄고 있으나, 중심부에는 등축성을 띄고 있다. 또한 벌징(burging)에 의한 균열도 생성되었다.

제3a도는 본 발명의 방법에 의해 제조된 주편의 망간(Mn) 편석을 관찰한 것이며, 제3b도는 비교예에 의한 망간(Mn) 편석을 관찰한 것이다. 주편의 두께가 작은 본 발명강의 경우 주편의 두께가 큰 비교재에 비하여 현저한 편석대의 생성을 억제시킬 수 있었다.

제4도는 본 발명의 방법에 의해서 제조된 주편과 비교재를 소둔 열처리한 후 페라이트(Ferrite) 입자(grain)의 크기를 나타낸 것이다. 주편의 두께가 작은 본 발명강의 경우 주편의 두께가 큰 비교재에 비하여 열처리 페라이트 입자크기(ferrite grain size)가 미세함을 알 수 있다.

제5도는 본 발명의 방법에 의해 제조된 주편과 비교재를 열간압연시 압연횟수를 다르게 하여 최종 두께 10㎜까지 열간압연후 충격시험을 하여 천이온도의 차이를 비교한 것이다. 주편의 두께가 작고 압연횟수가 작은 본 발명재의 경우, 주편의 두께가 두껍고 압연횟수가 많은 비교재의 경우와 천이온도가 같으므로 주형에서 주편두께를 작게하여 열간압연 횟수의 단축이 가능하다는 것을 알 수 있다.

제6도는 본 발명의 방법에 의해 제조된 주편과 비교재를 열간압연시 압연횟수를 다르게 하여 최종 두께 10㎜까지 열간압연 후 페라이트 입자크기를 비교한 것이다. 주편의 두께가 작고 압연횟수가 작은 본 발명에 의해 제조된 주편의 경우 주편의 두께가 크고 압연횟수가 많은 비교 주편에 비하여 페라이트 입자크기가 거의 동일하므로, 앞에서 설명한 바와같이 주형에서 주편두께를 작게하여 열간압연 횟수의 단축이 가능하다는 것을 알 수 있다.

제7도는 본 발명의 방법에 의해 제조된 주편과 비교재를 열간압연시 압연횟수를 다르게 하여 최종 두께 10㎜까지 열간압연후 인장시험하여 인장성질을 비교한 것이다. 주편의 두께가 작고 압연회수가 작은 본 발명에 의해 제조된 주편의 경우, 주편의 두께가 크고 압연횟수가 많은 비교 주편에 비해 항복강도 및 인장강도의 변화가 거의 없으므로 주형에서 주편두께를 작게하여 열간압연 횟수의 단축이 가능하드는 것을 알 수 있다.

이상과 같은 결과로 볼때, 통상 사용되는 주편의 응고시 기계적 및 전기적인 교반방법에 의하지 않고 단지 주형내 주편두께를 40㎜에서 70㎜ 범위내로 조절하여 중심균열과 중심편석을 방지할 수 있었으며 열처리후 조직의 미세화를 실현할 수 있었다.

더 나아가 최종 제품까지 열간압연 공정의 압연횟수 단축시 최종제품의 천이온도 및 결정립의 크기, 인장특성의 저하없이 열간압연 공정의 단축 및 주조결함의 개선을 실현할 수 있었다.

상기에서와 같이 본 발명에 의한 제조방법을 적용하게 되면 응고속도가 빠른 상태에서 응고가 완료되기 때문에 응고조직이 중심부까지 수지상의 형태를 띄게 되며, 조성적 편석(Constiturtional Segregation)이 형성될 시간이 없으므로 편석대의 형성을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 제조방법을 적용하게 되면, 주편의 두께가 얇으므로, 용강의 유동을 두께 방향으로의 억제가 가능하여 벌징(bulging)에 의한 중심균열의 생성을 방지할 수 있고 이와 병행하여 발생되는 소재의 중심편석의 억제가 가능하다.

더 나아가, 주편의 중심부위에서도 응고후 결정입도가 미세한 소재를 생산할 수 있으며, 이와 더불어, 소준열처리 후에도 결정입도가 미세한 소재의 생산이 가능하다. 그리고, 6회 이하의 압연횟수를 거친 후 열간압연 제품의 생산이 가능하므로 통상 열간압연 공정중 조압연 공정의 일부를 생략이 가능한 것이다.

Claims (1)

1. 연속주조설비용 주형 장치에 있어서, 상부면에 ㅗ형 요홈(13a)(13b)이 각각 형성된 한쌍의 가이드부재(12a)(12b)를 갖추고, 상기 ㅗ형 요홈(13a)(13b)에 끼워지는 ㅗ형 활주대(16)를 갖춘 이동대(15)가 마련되며, 상기 이동대(15)의 일측에는 연결봉(17)을 통해서 너트부재(19)가 장착되고, 상기 너트부재(19)는 스크류축(21)에 나사결합되는 한편, 상기 이동대(15)의 전방측에는 고정봉(15a)을 통해서 주형(10)의 일측벽면(10a)이 연결되고, 상기 스크류축(21)의 손잡이(24)를 정,역회전 시키면 이동대(15)가 상기 가이드부재(12a)(12b)상에서 전, 후 이동하고, 고정봉(15a)을 통하여 주형(10)의 일측벽면(10a)이 전, 후 이동되어 주편(Ⅰ)의 두께(T)가 가변됨을 특징으로 하는 주조결함 및 열간압연 공정을 개선한 주형장치.