전해슬래그 재용융(ESR)이란 무엇입니까?
전해슬래그 재용융(ESR)은 고성능 강재 및 고온 합금을 생산하는 데 사용되는 2차 정련 공정입니다. ESR 공정은 강괴를 재용융함으로써 재료 순도와 미세구조 균일성을 크게 향상시킵니다. 기존 제강 방식과 비교했을 때, ESR 공정으로 생산된 강재는 우수한 물성을 나타냅니다. 이 공정의 핵심은 산화물 및 황화물과 같은 비금속 개재물을 현저히 감소시켜 응력 집중점을 제거하고 강재의 피로 저항성과 기계적 강도를 효과적으로 향상시키는 데 있습니다. 아오보강은 ESR 공정으로 생산된 공구강을 고객에게 제공할 수 있으며, 이는 기존 전기로 공정보다 톤당 약 $250~300 정도 높은 가격입니다.
ESR 프로세스는 어떻게 진행되나요?
ESR 공정의 기본 원리는 용융 슬래그를 저항 발열체로 활용하는 것입니다. ARC 제련과 달리 ESR 공정에서는 교류(AC) 전류가 고저항 액체 슬래그를 통과할 때 발생하는 줄 발열을 통해 열을 공급합니다. 이 공정은 세 가지 주요 단계로 구성됩니다.
- 전극 재용융: 소모성 전극(정련할 강철)을 수냉식 구리 주형 내의 초고온 슬래그 풀에 담급니다. 전류가 슬래그를 통과하면 슬래그의 온도가 금속의 액상선 이상으로 상승하여 전극 끝부분이 녹습니다.
- 액적 정련: 전극 용융으로 형성된 용융 금속 액적이 하강하는 동안 액체 슬래그를 통과하면서 강렬한 금속-슬래그 계면 반응이 일어나 황이 효과적으로 제거되고 산화물과 같은 비금속 개재물이 제거됩니다. 이 단계는 강철 순도를 향상시키는 데 핵심적인 역할을 합니다.
- 수직 응고: 정제된 용융 금속 방울들이 슬래그 층 아래의 용융 풀에서 합쳐지고, 수냉식 주형 내에서 아래에서 위로 점진적으로 응고됩니다. 제어된 냉각 속도를 통해 주괴의 방향성 응고가 가능해지며, 매우 균일한 미세 구조를 확보할 수 있습니다.
ESR 강철의 주요 장점
ESR 공법으로 제조된 강철은 기존 주조 방식으로는 얻기 어려운 우수한 특성을 지니고 있습니다.
- 고순도: ESR의 핵심 장점은 황 및 비금속 개재물을 현저하게 줄일 수 있다는 점입니다. ESR에 사용되는 슬래그는 화학적 반응성이 매우 높아 산화물 개재물을 효과적으로 흡수하고 탈황 반응을 완료합니다. 그 결과, 미세 순도가 탁월한 소재가 생산되어 심각한 결함이 근본적으로 제거됩니다.
- 등방성: 기존 주강에서는 원래 불규칙한 결정립이 단조 또는 압연 과정에서 길게 늘어나 섬유 형태의 유동선을 형성합니다. 종방향은 이러한 섬유를 따라 형성되고, 횡방향은 이에 수직입니다. 종방향의 인성과 강도는 횡방향보다 훨씬 우수합니다. ESR 주괴는 매우 균일한 미세구조를 나타냅니다. 열간 가공 후에도 종방향과 횡방향 모두에서 일관된 기계적 특성을 유지하여 다방향 응력을 견딜 수 있습니다.
- 향상된 미세구조: ESR 주괴는 탁월한 밀도와 거시적 균일성을 나타냅니다. 제어된 방향성 응고 공정(하향식)은 수축 공동 형성 및 거시적 편석을 효과적으로 방지하여 기존 주괴의 중심부에서 흔히 발견되는 품질 결함을 해결합니다.
- 탁월한 연마 성능: 광학 또는 고급 플라스틱 성형 산업에서 표면 마감은 매우 중요한 요소입니다. 비금속 개재물은 연마 과정에서 미세한 구멍이나 패임을 유발할 수 있습니다. ESR 강은 개재물이 미세하고 균일한 특성을 지니고 있어 탁월한 연마 성능을 제공하며, 거울처럼 매끄러운 마감을 쉽게 구현할 수 있습니다.
ESR과 VAR: 두 가지 재용융 공정 비교
ESR과 진공 아크 재용융(VAR)은 모두 고성능 합금용 소모성 전극 재용융 공정이지만, 야금학적 원리에서 상당한 차이를 보입니다.
| 특징 | 전해슬래그 재용융(ESR) | 진공 아크 재용융(VAR) |
| 가열 방식 | 항공기 엔진 로터와 같은 중요 부품은 가스 함량 및 미량 원소에 민감합니다. | 직류(DC)는 전기 아크 열을 발생시킵니다. |
| 근무 환경 | 일반적으로 대기 중에서 (슬래그 풀로 보호된 상태에서) 진행됩니다. | 고진공 환경에서 실험을 진행했습니다. |
| 정제 메커니즘 | 화학 정제: 활성 슬래그를 사용하여 탈황 및 산화물 개재물 제거를 수행합니다. | 물리적 정제: 고진공을 사용하여 용해된 가스($H$, $N$)와 휘발성 원소를 제거합니다. |
| 주요 장점 | 표면 품질이 우수하고 구조적 균일성이 높으며 황 함량이 매우 낮습니다. | 극도로 높은 가스 순도와 휘발성 불순물 원소의 효과적인 제거. |
| 선호하는 지원 분야 | 우수한 열간 가공성, 연마성 및 다방향 기계적 특성이 요구되는 부품. | 항공기 엔진 로터와 같은 중요 부품은 가스 함량 및 미량 원소에 민감합니다. |
ESR 강철의 응용 분야
- 플라스틱 금형강광학 부품이나 고투명 플라스틱을 생산할 때 금형은 탁월한 거울 연마 성능을 요구합니다. ESR 정제 S136 및 H13 연마 과정에서 에칭 패턴을 효과적으로 억제하고 피팅과 같은 표면 결함을 제거하는 매우 균일한 미세 구조를 나타냅니다.
- 냉간 가공 공구강: 다음과 같은 영향력이 큰 응용 분야에서 블랭킹 다이, 따라서 해당 소재는 탁월한 인성과 내파손성을 보여야 합니다. 기존 강종과 비교했을 때, 다음과 같은 유형은 디2 ESR은 탁월한 피로 저항성을 제공하여 공구의 조기 고장 위험을 크게 줄여줍니다.
- 고온 작업용 공구강: 다음과 같은 도구들 다이캐스팅 금형 고온 환경에서 금형 수명을 연장하는 데 필요한 열 순환을 견뎌야 하므로 열 피로에 매우 취약합니다. H13 ESR은 우수한 등방성과 비편석 미세구조로 인해 널리 사용되고 있으며, 이는 횡방향 인성과 열충격 저항성을 크게 향상시켜 고온 환경에서 금형 수명을 연장합니다.
자주 묻는 질문
ESR은 2차 정제 공정 고성능 강철 및 고온 합금을 생산하도록 설계되었습니다. 용융 슬래그를 사용하여 강철 잉곳을 재용융함으로써 재료 순도를 크게 향상시키고 미세 구조의 균일성을 보장합니다.
ESR은 사용합니다 용융 슬래그를 저항 발열체로 사용. 교류(AC) 전류가 슬래그를 통과하면서 줄열이 발생하고, 이 열로 소모성 전극이 녹아 슬래그 아래로 떨어져 정련 및 응고됩니다.
이 공정은 다음과 같은 강철을 생성합니다. 더 높은 순도 황과 비금속 개재물을 줄임으로써. 또한 다음과 같은 이점을 제공합니다. 등방성, 이를 통해 종방향과 횡방향 모두에서 일관된 기계적 특성을 보장하고 거시적인 분리를 방지합니다.
ESR 공정으로 생산된 공구강의 일반적인 비용은 대략 다음과 같습니다. 톤당 $250~300개 더 기존 전기로 제련 방식으로 생산된 강철보다 우수하다.
네, ESR 강철은 이러한 성능을 달성합니다. 거울처럼 매끄러운 마감 또한 미세한 구멍이나 패임을 제거합니다. 이는 연마 과정에서 표면 결함의 주요 원인인 비금속 개재물을 제거하기 때문입니다.
ESR은 사용합니다 활성 슬래그 및 교류 전력 화학적 정제(탈황)는 대기 환경에서 이루어집니다. 이와 대조적으로, 진공 아크 재용융(VAR)은 고진공과 직류 전력을 사용하여 용해된 가스를 제거하는 물리적 정제 방식입니다.
이것은 다음과 같은 용도로 사용됩니다. 플라스틱 금형강 거울처럼 매끄럽게 광택을 내야 하는, 냉간 가공 공구강 피로 저항성이 요구되며, 고온 작업용 공구강 (H13과 같은) 열충격 저항성과 긴 수명이 요구되는 경우.