Fe-Cr 용강의 극저 탈탄에 관한 연구

Abstract

스테인레스 강은 Cr과 Ni이 첨가되는 300계 강과 Cr만 첨가되는 400계 강으로 분류된다. 400계 강은 300계 강에 비해 가격이 저렴할 뿐만 아니라 최근 Ni 가격의 상승으로 인해 그 차이가 더 커지고 있어 400계 강이 300계 강을 대체하고 있는 추세이다. 이를 위해 기존 400계 스테인레스 강 제품의 획기적인 품질 개선이 필요하며, 그 중에서도 제품의 고성형성을 위한 극저 C+N강의 제조기술이 필요하게 되었다. 전기로에서 출강되는 1.5~2wt%C을 함유한 Fe-Cr 강의 탈탄 공정은 AOD 공정을 거쳐 VOD와 VCD 공정을 진행하게 된다. 본 연구에서는 VOD와 VCD 공정에서의 진공 탈탄 공정을 개선하기 위한 여러 가지 공정 변수에 따른 스테인레스 용강의 탈탄 거동을 조사하였다. 감압 조건에서 Fe-Cr 용강 상부에 취입되는 산소에 의한 탈탄 반응은 용강 중 Cr의 산화반응과 동시에 진행되며, 용강 중 탄소 정련 한계는 용강 중 Cr 농도, 슬래그 중 Cr2O3의 활동도, 용강 온도 및 CO 가스의 분압에 의존한다. VOD 공정에서는 기체 산소에 의한 Cr 산화를 통해 탈탄이 이루어지고 VCD 공정에서는 산소의 공급 없이 슬래그화된 Cr 산화물에 의해서만 탈탄 반응이 이루어지게 된다. 본 연구에서는 VOD 공정에서의 산소 공급 패턴과 VOD/VCD 공정에서의 공정 변수에 따른 탈탄 거동을 조사하여 최적의 탈탄 공정 조건을 도출하였다. VOD 탈탄 초기에는 탄소의 농도와 무관하게 탈탄 속도가 매우 빨라서 공급되는 산소유량에 의해 탈탄 속도가 결정되는 단계임을 확인하였으며, 용강 중 탄소농도가 감소함에 따라 용강 표면에 생성된 Cr 산화물에 의해서 탈탄 반응이 진행되었다. VOD 공정 중 상취 O2+Ar로 인한 탈탄은 산소 이용 효율이 향상되어 극저 탈탄을 가능하게 해주는 것을 확인 하였으며, 특히 교반력이 약할 경우 Ar 희석 탈탄 효과가 더욱 큰 것을 알 수 있었다. 또한 VCD 공정에서도 상취 Ar blowing 시 탈탄 속도가 증가하여 목표 탄소 농도 도달 시간이 단축됨을 확인하였고, VCD 공정 중 추가 산소 취입으로 탈탄 효율이 향상됨을 알 수 있었다.