18%Cr 함유 페라이트 스테인리스 용강중 Al-Ti-Ca 복합탈산 시 개재물 거동 연구

Abstract

본 연구에서는 Al, Ti, Ca에 관한 복합탈산 시 개재물의 거동을 규명하고자 하였다. 1kg 진공 유도로를 이용하여 1600℃, 18Cr 용강 조건에서 Al → Ti, Al → Ca → Ti, Al → Ti → Ca 패턴의 실험을 수행하였으며, 시간에 따른 용강 내 성분 및 개재물의 거동을 관찰 하였다. 용강 시편 중 [Al], [Ca], [Ti] 는 유도결합 플라즈마 분석법(ICP: Inductively Coupled Plasma)으로 정량화 하였고, 시편 중 산소농도는 적외선 흡수법으로, 질소농도는 열전도 계수기를 이용하여 측정하였다. 개재물의 크기, 개수는 Image Analyzer System을 이용하였으며, 개재물의 조성과 형상 및 구조는 주사전자현미경(SEM-EDS), 투과전자 현미경(Fe-TEM) 그리고 FIB(Focus Ion Beam)-SEM 을 이용하여 정밀 관찰하였다. Al-Ti 탈산 시 Ti투입 전, 후에 개재물의 크기와 개수는 큰 변화가 없었다. Ti 투입 후 Al2O3 개재물은 환원되어 용강 내 [Al]농도는 증가 하였으며, 시간 경과 후 다각형의 개재물 만 용강 내 잔류하였다. 또한 기존 연구자들의 열역학 데이터를 활용하여 Fe-18%Cr 용강 내 Al-Ti-O 상평형도를 제안 하였으며, 본 실험 결과에서의 [Al], [Ti] 농도에서 예측되는 안정한 산화물과 실험 중 관찰된 개재물의 조성과 매우 잘 일치 하였다. Al-Ca-Ti 탈산 시 Ca 투입 후 개재물은 구형의 액상 CaO-Al2O3가 생성되었고, Ti 투입 후에는 다각형의 고상 Ti-rich Al-Ti-Ca-O 개재물로 존재 하였다. 또한 Ca 처리에 의한 용강 내 [Al]농도의 증가로 Ti 실수율 향상 가능성을 확인하였다. Al-Ti-Ca 탈산의 경우 Ca 투입후 개재물의 형상은 구형과 다각형의 Al-Ti-Ca-O로 존재 하였다. 그러나 구형의 개재물을 FIB(Forcus Ion Beam) 법을 이용한 Fe-TEM 분석 결과 액상 CaO·Al2O3 상에 고상의 CaTiO3 가 혼재하고 있었다.