KR0179419B1 - 응력부식균열에 강한 캔용강판 및 그 제조방법 - Google Patents

응력부식균열에 강한 캔용강판 및 그 제조방법

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KR0179419B1 KR1019950700994A KR19950700994A KR0179419B1 KR 0179419 B1 KR0179419 B1 KR 0179419B1 KR 1019950700994 A KR1019950700994 A KR 1019950700994A KR 19950700994 A KR19950700994 A KR 19950700994A KR 0179419 B1 KR0179419 B1 KR 0179419B1
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마사유키 마쯔다
야스시게 요시토미
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타나카 미노루
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Abstract

중량%로 C : 0.0015% 이하, Mn : 0.05-0.40%, P : 0.06% 이하, S : 0.06% 이하, 산가용 Al : 0.10% 이하, N : 0.0100% 이하, 또는 다시 Ti : 3.4 ×[(N의 중량%)-0.0010]% 이상, 0.06% 이하, Nb : 6.6×[(N의 중량%)-0.0010]% 이상, 0.06% 이하 중 적어도 1종을 함유하고, 잔부가 철 및 불가피한 불순물로 되고, 15MPa 이상의 시효지수를 갖고, 판후 중심부의 서로에 50㎛ 이상 떨어진 20개 이상의 결정립에 대해 측정된 전자채널링 패턴의 상대평균선명도가 0.85이하인 것을 특징으로 하는 응력부식균열에 강한 캔용 강판 및 그 제조방법.
본 발명에 의해 판두께가 얇고, 응력부식균열에 강한 2피이스 캔용 강판 및 3피이스 캔용강판이 얻어진다.

Description

[발명의 명칭]
응력부식균열에 강한 캔용강판 및 그 제조방법
[발명의 상세한 설명]
[기술분야]
본 발명은 응력부식균열에 강한 2피이스(piece)캔(can)용 극박강판 및 3피이스 캔용극박강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
[배경기술]
강판에 주석(Sn)도금을 한 틴 플레이트(tin plate) 또는 크롬산 처리한 틴 프리강(tin free steel)과 같은 캔용 강판은 식용캔이나 에어졸캔, 이지 오픈(easy open)캔등에 많이 사용되어진다. 이러한 캔은 2피이스와 3피이스 캔으로 대별할 수 있다.
2피이스캔은 몸체와 저면이 일체로 되고, 뚜껑과 합친 2부품으로 이루어진 것으로 제조비용이 저럼하여 캔 전체에 점하는 2피이스 캔의 비율은 최근 점차적으로 신장되는 경향이 있다. 2피이스 캔은 다단 드로잉(drawing) 또는 DWI 가공(drawing and wall ironing의 약자. 즉, deep drawing 가공후에 ironing 가공이 행해진다)등 정밀가공이 행하여지며 내식성 뿐만아니라 우수한 가공성도 요구된다.
2피이스캔으로 대표되는 DWI캔의 일반적인 제조공정의 일예는 다음과 같다.
캅핑프레스기(cupping press)로 강대로 부터 원반상의 블랭크(black)판을 펀칭함(도려냄)과 동시에 블랭크(blank)판을 펀치(punch)와 다이스를 사용해서 낮게 드로잉하여 컵(cup)을 성형하고, 이어서 DWI 프레스기에서 컵측벽의 두께보다 틈새(clearance)가 적은 펀치와 다이스를 사용하여 측벽을 아이로닝(Ironing)하면서 늘어나게 해서 측벽의 두께를 감소시킴에 따라 소정깊이의 컵모양의 캔체를 성형한다. 이 성형을 DWI 가공이라 한다.
이어서 캔체의 저면을 저면성형구(bottom former)로 캔저면을 내측으로 凸한 돔형태로 성형한다. DWI 가공의 경우, 재료의 가공성의 이방성에 의해, 가공후의 몸체 상단이 원주방향으로 파형을 이루는 이어링(earing)이라고 부르는 현상에 따라 귀(lug)가 생긴다.
이 귀는 트리밍기(trimming machine)에서 트림(trim)되어, 몸체상단의 높이가 가지런하게 된다.
이어서 상기 캔체는 세정 및 건조하고 캔외면에 인쇄 및 도장을 한다. 그리고 열간프렌저(Hot plunger)에서 캔체 개구경을 적게는다단 넥킹(necking)가공을 한다.
이어서 캔체 개구단에 뚜껑을 덮도록 하기 위해 개구단부에 반경방향 외측을 향하여 늘어나는 후렌지(flange)부를 성형하는 후렌지 가공을 행해진다.
DWI캔용 강판에 요구되는 중요한 특성으로서는 DWI 가공성, 이어링성, 네크가공성, 후렌지가공성, 캔체가 된 후의 내압강도 및 스프링 강도가 있다.
이들 특성은 다음과 같다.
DWI 가공성은 DWI 가공에서, 금형의 마모와 손상(gall)이 적고, 가공에너지가 적은 성능을 말한다.
이어링 성은 DWI 가공시 이어링을 될수 있는한 작게 하는 성능을 말하고, 귀부분은 네트가공전에 트리머(trimmer)로 잘라내므로 이어링이 크면 재료의 수율이 떨어지게 된다.
네크가공성은 다단넥킹가공에서 주름이 생기지 않는 성능을 말한다.
후렌지가공성은 후렌지 가공시 후렌지부에 캔의 내용물이 새는 원인이 되는 균열, 즉 후렌지 균열이라고 부르는 결함을 일으키지 않는 성능을 말한다.
내압강도는 뚜껑을 권체한후 내압에 의해 캔체의 약한 부분이 외측으로 돌출해버리는 좌굴(buckling)현상을 일으키는 임계의 캔 내압을 말한다.
캔내압에 약한 부분은 캔저면 및 뚜껑이다.
내압강도도 캔의 저면 및 뚜껑의 역학강도에 지배되는 일이 많다.
스프링강도는 뚜껑이 권체된후, 내압에 의해 캔 몸체부가 내측으로 음푹 들어가는 임계의 외압을 말한다.
통조림의 포장, 운반, 개봉, 자동판매기에서의 낙하 등, 취급중 외력에 대한 강도는 이 스프링 강도로 대표되는 일이 많다.
다음은 3피이스 캔에 대하여 설명한다.
3피이스캔은 2피이스캔에 비해 스프링 강도가 높는등의 장점을 가지므로 생산되는 절대량은 점점 늘어나는 경햐이 있다.
3피이스캔은 대략 다음과 같이 제조된다.
먼저, 강판에 소정의 인쇄와 내면도장을 하고 건조한다.
이어서 절단기로 압연방향 및 직각방향의 2공정을 통해 소정크기의 4각형 블랭크(Blank)판으로 절단하고, 제동기로 원통로 성형후, 용접, 접착, 땜납등의 방법으로 접합하여 캔몸체로 된다.
이어서 열간 프렌저기에서 캔체 개구경을 작게하는 다단넥킹가공을 행하고, 캔체 개구단에 뚜껑을 붙이기 위해 개구단부에 반경방향 외측을 향하여 늘리는 후렌지부를 형성하는 후렌지 가공을 행하고, 2중 권체기에 의해 뚜껑 또는 저면의 일방이 후렌지부에 부착된다.
3피이스캔은 그 접합방법에 따라 용접캔, 접착캔, 땜납캔으로 구분된다.
접합 중합부의 폭은 재료의 수욜의 저하로 이어지므로 그 폭이 가장 작은 용접캔이 점점 많이 사용되는 경향이 있다.
용접캔용 강판에 요구되는 중요한 특성으로는, 용접성, 넥크가공성, 후렌지 가공성, 스프링강도가 있다.
용접성은 용접 가능 전류범위, 즉 충분한 접합강도를 가지며, 또한 스프레쉬(splash)의 발생이 없는 전류범위가 넓은 성능을 말한다.
용접가능 전류범위가 넓을 수록 용접작업은 안정하다.
넥크가공성은 후렌지 가공성, 스프링강도는 상기한 설명과 같다.
그리고, 2피이스캔으로 하드 3피이스캔으로 하든, 자원절약의 관점에서 캔제조업자는 캔용강판제조업자에게 점점 판두께가 얇은 캔용강판을 요구하고 있는 추세에 있다.
그러나 강판두께가 얇으면 얇을수록 이어링성, 넥크가공성 및 후렌지 가공성은 열화하고, 캔강도는 저하되는 문제가 발생한다.
따라서, 판두께가 얇고, 또한 소정의 이어링성, 네크가공성, 후렌지 가공성 및 캔강도를 확보할 수 있는 캔용강판을 공급하는 것이 큰 과제라 할 수 있다.
본 발명자는 이러한 요망에 부응하기 위해 특허원 평4-132712호(특개평5-345924호 공보)를 제안하였다.
이 발명은 화학성분을 적절하게 제어하는, 특히 C(탄소)함유량을 극한까지 저감함과 함께 Ti(티탄), 니오븀(Nb) 또는 붕소(B)를 첨가할 뿐만아니라 2차 냉간압연조건의 제어등과 조합함에 따라 판두께가 얇고 또한 이어링성, DWI 가공성이 우수한 2피이스 캔용 강판 및 후렌지 가공성이 우수한 용접캔용 극박강판을 제조할 수 있는 기술이다.
그러나, 그후 계속하여 상세한 검토결과, 캔용강판의 박판화에 따라 응력부식 균열이 발생하는 경우가 있다.
본 발명자는 지금까지 제안한 기술을 포함한 종래의 기술에서는 응력부식균열을 완전하게 방지할 수 없음을 알았다.
응력부식균열은 판두께를 관통하는 균열이고, 내용물의 누설과 외계로 부터의 이물의 혼합등에 결부되는 중대한 결함이다.
그원인에 대하여는 불명한 점이 많으나, 강판의 응력상태, 캔의 형상, 가공조건, 내용물의 조성이나 수소이온농도(pH)등의 몇가지의 악조건이 중복되었을 때 발생하는 것이라고 판단된다.
박판화에 반하여 응력부식균열이 문제로 되는 이유는 강판의 판두께가 얇기 때문에 균열이 관통하기 쉬워지는 것 뿐만 아니라 박판화에 대응하는 강판을 제조하기 위한 특유의 제조방법에도 있다고 판단된다.
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로, 판두께가 얇고, 또한 응력부식균열에 강한 2피이스 캔용 강판 및 3피이스 캔용강판과 그 제조방법을 제공하는것에 목적이 있다.
[발명의 개시]
본 발명에 따른 응력부식균열에 강한 캔용강판은 중량%로서, C : 0.0015%이하, Mn : 0.05-0.40%, P : 0.06% 이하, S : 0.06 % 이하, 산용성 Al : 0.10% 이하, N : 0.010% 이하를 함유하고, 또한 여기에 Ti : 3.4 × [(N의 중량%)-0.0010]% 이상 0.06% 이하, Nb : 6.6 × [(N의 중량%)-0.0010]% 이상 0.06% 이하중 적어도 1종 이상을 함유하고 나머지가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진다.
15MPa 이상의 시효지수를 갖고, 판두께 중심의 서로 50㎛ 이상 떨어진 20개 이상의 결정립에 대하여 측정한 전자 채널링 패턴의 상대평균선명도가 0.85 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징은 상기한 화학성분으로 된 열강편을 810℃ 이상의 마무리 온도에서 2.0㎜ 이상의 두께까지 열간압연한후, 열간 압연강 대가 열간압연기의 최종 마무리 스텐드를 나오고 나서, 1.5초이내에 (마무리 온도-30)℃ 이상의 온도로 부터 런아웃테이블에서 수냉하면서 이것을 권취, 산세, 냉간압연, 재결정 소둔하여, 하기식에서 정의한 평균 왜곡속도(SR)가 12.4S-1이상되도록 0.7-60%의 압하율로 2차 냉간압연하는 캔용강판의 제조방법이다.
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]
본 발명자는 강판의 전자 채널링 패턴의 선명도와 응력부식균열방생과의 사이에는 강한 상관관계가 있다는 것을 알게되었다.
그래서, 이상 관계를 계통적으로 조사함과 함께 강판을 제조하는 방법에 대하여 각종 실험을 행한 결과 하기 사항이 판명되었다.
(1)전자채널링 패턴의 상대 평균 선명도가 작은 강판이 응력부식균열에 강하고,
(2)일정량 이상의 고용 C 및 고용 N의 존재도 응력부식균열방지에 필요하다.
(3)2차 냉간압연의 조건, 특히 롤바이드사이의 평균 왜곡속도를 제어함에 따라 전자채널링 패턴의 선명도를 작게함이 중요하다.
(4)화학성분을 적절히 제어한다.
특히 C 함유량을 극한까지 저감함과 함께 열간압연조건을 적절히 제어하는 것도 강판제조에 필요하다.
본 발명은 이러한 새로운 인식에 기초하여서 된 것이다.
이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다.
먼저, 강판의 전자 채널링 패턴 및 그 선명도에 대하여 설명한다.
전자채널링 패턴(Electron channelling pattern. 이하 「ECP」라 한다)의 상대평균선명도는 본 발명의 가장 중요한 구성요건이다.
주사형 전자현미경을 사용하여 결정질 재료에 전자빔을 각도주사하면, 블랙(bragg) 반사조건을 만족하는 입사각도에서 채널링 현상을 일으켜 많은 국화모양의 선으로된 상이 얻어진다.
이 상은 전자채널링 패턴이라고 부르며, 결정립 하나 하나의 결정방위의 연구등에 이용되어진다.
공업적으로 제조된 강판의 경우는 반드시 선명한 ECP가 얻어지는 것은 아니다.
결정방위의 연구를 행하는 경우는, ECP의 3조의 평행한 국화모양지선의 간격 및 그들 평행선이 교차해서 생기는 평행사변형이 중심좌표가 중요하다.
ECP의 불선명은 노이즈로서 처리된다.
본 발명자는 이 ECP의 선명도와 응력부식 균열발생율과의 사이에 상관관계가 있고, 선명도가 일정치보다 작은 캔용 강판이 응력부식 균열에 강하다는 것을 발견하였다.
선명도를 정량화하는 것에는 몇개의 방법이 있으나, 본 발명자는 「ECP 화상 해석에 의한 결정왜곡 측정방법」(일본 금속학회지 제55권 제1호(1991년) 22-28페이지)의 논문에서 사용하고 있는 방법에 따른다.
즉, 주사형 전자현미경과 온라인으로 연결된 화상 해석장치를 이용하여, 화상입력, 농담(진함과 묽음)화상처리, 2치(binary)화, 2치 화상처리하고 하는 일련의 ECP의 화성처리를 행한후, ECP 화면내의 선명한 국화모양지선의 길이의 합을 L, ECP 화면내의 선명한 국화모양지선의 폭을 W, ECP 화면을 면적을 A라고 할때,
식 (1)에서 표시한 량 S를 선명도라고 정의한다.
여기서, 화상입력은 ECP상을 주사형 전자현미경에서 화상해석장치로 평균 가산입력하는 것을 말한다.
농담화상처리는 ①입력된 화상을 중간치 필터에서 스무징(Smoothing)하고 ②농담레벨의 최소치, 최대치가 화상해석장치의 농담 레벨의 하한치, 상한치가 되도록 선형 변환하고, ③선택적 국소 평균화를 행하고, ④소벨(sobel)필타에서 2차원 미분을 행하고, ⑤감마변환을 행하고 이어서 로그변환을 행하고, 다시 감마변환을 행한다. ⑥최후로 다시 중간치 필터에서 대상 화면의 스무징을 행하는 것을 말한다.
2치화란 농담화상처리 완료된 화상에 대해 고정임계치를 설정하고, 그것보다 큰가, 적은가에 따라서 2개의 값으로 변화하는 것을 말한다.
2치화상처리는 ①2치화 완료한 화상에 대하여 고립점을 제거하고, 이어서 팽창, 수축처리하고 ②평활화 처리하고 이어서 구멍메움 처리하고, ③다무라(田村)의 방법( 全大誌, 제1539권 1974년 1390페이지에 기재)으로 세선화처리하고, 마지막에 다시 팽창 처리하는 것을 말한다.
본 발명자는 이러한 화상해석에 TOSP IX-II 형을 사용한다.
이와 동등이상의 화상해석능력이 있는 화상해석장치이면 어느것을 사용해도 상기의 화상처리함이 가능하다.
선명도 S는, 강판의 물리량에 있어, 화상해석장치의 형식에 의존하는 것은 아니다.
또한 주사형 전자현미경과 화상해석장치는 온라인으로 연결할 필요는 없고, 자기테이프등의 매체로서 데이터를 건네줘도 좋다.
선명한 국화모영의 지선은 실제에서는 상기 화상처리가 완료된 화상중의 모든 곡선이다.
왜냐하면, 선명하지 않은 국화모양지선은 화상처리의 과정에서 소거되기 때문이다.
선명한가 아닌가의 판정기준은 2치화의 임계치이다.
본 발명자는 이 임계치로서 50을 사용하였다.
ECP 화면내의 선명한 국화모양지선의 길이의 합 L은, 상기 화상처리가 끝난 화상중의 단속적인 모든 곡선의 길이의 합이다.
이 량은 일반적인 화상해석장치에서 용이하게 구할 수 있다.
ECP화면내의 선명한 국화모양지선의 폭 W은 상수이다.
이것도 일반적인 화상해석장치에서 용이하게 구할 수 있다.
또한 ECP화면의 면적 A는 시료에 의존하지 않는 정수이다.
X선 회절이 다결정재료인 강판의 평균적인 결정방위의 정보를 주는 것에 대하여, ECP는 가는 전자선을 사용하기 때문에 결정립 하나하나 방위의 정보를 주는 특징이 있다.
그 결과 측정된 선명도 S도 전자빔에 따라 결정립 방위에 강하게 의존한다.
그러나 결정립 방위는 응력부식 균열과 직접의 관계를 갖는 것은 아니다.
따라서 선명도를 응력부식균열과 대응시키려면 선명도에서 방위의 기여를 분리할 필요가 있다.
그래서 본 발명자는 판후 중심부의 상호간에 50㎛ 이상 분리된 20개 이상의 결정립에 대하여 각각 선명도를 측정하고, 이것을 산술 평균하여 평균선명도 AS를 구한다.
여기서 판후중심부라는 것은 판후중심으로 부터 표면 및 배측에, 판후의 약 1/4 이내의 부분이면 어느곳이든 좋다.
갠용 강판은 다결정재료임으로 평균 선명도 AS는 각각의 결정립 방위의 영향을 제거한 량으로 되고 응력부식균열과 대응하도록 된다.
본 발명자는 응력부식균열과의 대응을 한층 명확하게 하기 위해 상대평균 선명도 RAS를 이용한다.
상대평균 선명도 RAS는 공시재의 평균선명도 AS를, 가공왜가 없는 표준시료의 그것에서 제거한 것에 따라서 규격화한 수치이다.
상대평균선명도 RAS는 강판의 물리량으로 주사형 전자 현미경과 화상해석장치를 이용하여 상기한 논문(일본 금속학회지 제55권 제1호(1991년) 22-28페이지에 기재)를 참고하여 측정할 수 있는 것이다.
본 발명자의 실험에 따르면 상대평균선명도 RAS는 응력부식균열과 상관관계를 나타낸다.
이 수기치 0.85를 초과하면 응력부식균열을 완전하게 방지할 수 없어 상한을 0.85로 한정한다.
ECP 측정에 공급되는 시료는 편면으로 부터 판후 중심부까지 연마한후, 화학연마로 마무리하고 전자선을 쐬어 표면을 경면상태로 하여 놓는다.
다음은 본 발명강의 화학성분, 즉 각 원소의 기능, 적정 조성범위에 대하여 설명한다.
C : C함유량은 0.0015%를 초과하면 응력부식균열을 완전하게 방지할 수 없을 뿐만아니라 2피이스 캔용 극박강판의 이어링성, DWI 가공성, 후렌지 가공성을 열화하고, 용접캔용 극박강판의 후렌지 가공성이 열화함으로 0.0015% 이하로 한정한다.
이러한 특성에 미칠 C의 영향에 대한 메카니즘은 명확하지 않으나 다음과 같은 이유라고 판단된다.
①C와 응력부식균열의 관계에 대하여는 응력부식균열의 완전방지에는 일정량의 고용 C를 확보할 필요가 있으므로, C량이 상한치를 초과하면 탄화물의 석출 사이트가 많게되어 응력부식균열방지에 유효한 고용 C를 확보할 수 없다.
②2피이스 캔용 극박강판에 적용한 경우에 우수한 이어링성을 나타내는 이유로서는 본 발명 강은 C량이 적어 성분의 고순도화가 현저하므로 이어링성을 지배하는 집합 조직이 개선된다.
③우수한 DWI 가공성을 나타내는 이유로서는, 본 발명 강은 C량이 극히 적어 페라이트보다 경질의 탄화물이 존재하지 않으므로 동일한 압하율의 2차 냉간압연을 하여도 내부축적 왜량이 적고, DWI 가공성의 변형저항이 적다.
④용접캔용 극박강판에 적용한 경우에 우수한 후렌지 가공성을 나타내는 이유로서는 본 발명은 C량이 극히 적기때문에 통상의 강에서 관찰되는 용접부의 경화현상이 보이지 않으므로, 경화부에의 응력집중이 일어나지 않는다.
본 발명강은 C량이 극히 적어 연성에 유해한 탄화물이 존재하지 않기 때문에, 2차 냉간압연을 하여도 높은 국부연성을 나타나게 되므로 후렌지 가공에 있어서 소재의 잠재적 변형능이 높다.
보다 얇은 판후에서 2피이스 캔용 극박강판 및 용접캔용 극박강판을 제조하기 위해서는, C 함유량을 0.0010% 이하로 함이 바람직하다.
Mn : 0.05% 이하면 열간 취성을 일읔 캔용강판을 제조할 수 없으므로 0.05% 이상 함유할 필요가 있다.
한편 그 량이 0.4% 초과하면 강판이 과도하게 경질화하여 후렌지 가공성 및 DWI 가공성이 열화하고, 이어서 C량의 저감에서 얻어진 성분의 고순도화 효과를 떨어뜨려 이어링성을 열화함과 함께 제조비용이 높게된다.
따라서 0.05∼0.40%로 한정한다.
P : P는 그다지 적극적으로 첨가할 필요가 없는 원소이고, 강을 현저하게 경화하는 불가피한 불순물 원소이다.
그 량이 0.06%를 초과하면 강판이 과도하게 경질화하여 후렌지 가공성 및 DWI 가공성을 열화한다.
또한 C량의 저감에서 얻어진 성분의 고순도와 효과를 떨어뜨려 이어링성을 열화시킴과 함께 내식성도 열화하므로써 상한을 0.06%로 한다.
보다 우수한 후렌지 가공성, DWI 가공성, 이어링성 및 내식성을 얻기 위해서는 0.02% 이하로 함이 바람직하다.
S : S도 임의로 첨가할 필요가 없는 원소로서 열간취성을 일으키는 불가피한 불순물 원소이다.
그 량이 0.06%를 초과하면 열간취성때문에 캔용 강판을 제조할 수 없으므로 그 상한을 0.06%로 한정한다.
보다 바람직한 범위는 0.02% 이하이다.
Al : 탈산원소로서 필요한 원소이나, 산가용 Al로서 존재시킬 필요는 없다.
또한 다른 품종과의 강성분 집약의 관점에서 산가용 Al이 0.100% 이하면 본 발명의 효과는 떨어지지 않는다.
그량이 0.100%를 초과하면 Al2O3계 개재물이 증가하여 제조캔 가공시에 후렌지 균열이나 DWI 가공성의 열화등의 원인이 된다.
또한 제조비용이 높게되므로 그 상항을 0.100%로 한다.
N : N도 임의로 첨가할 필요가 없는 원소이고, 강을 강화시키는 불가피한 불순물 원소이다.
그 량이 0.0100%를 초과하면 강판이 과도하게 경화하여 후렌지 가공성 및 DWI 가공성을 열화한다.
또한 C량의 저감에서 얻어진 성분의 고순도화 효과를 떨어뜨려 이어링성을 열화하므로 그상한을 0.0100%로 한정한다.
B : B를 첨가하면 본 발명의 효과를 한층 높일 수 있다.
0.0001% 이하면 응력부식균열 발생이 쉽고 제품의 이어링성, DWI 가공성, 넥크가공성이 열화하므로 그 하한은 0.0001%가 바람직하다.
또한 B량이 0.0060%를 초과하면 재결정온도 상승하여 합금제조비용도 커지므로 그 상한은 0.0060%가 바람직하다.
Ti와 Nb : Ti, Nb를 첨가하면 본 발명의 효과를 한층 높일 수 있다.
이러한 첨가원소는 충분하게 많은량을 첨가하면 용이하게 이어링성의 우수한 2피이스캔용 극박강판 및 후렌지 가공성의 우수한 용접캔용 극박강판이 얻어진다.
그러나 응력부식균열방지가 곤란하게 되고, 합금제조비용이 상승된다.
또한, 재결정온도를 상승시키는 결점이 있다.
한편, 첨가량이 적으면 응력부식균열, 합금 제조비용의 상승과 재결정온도상승과 같은 결점을 해소시킬수 있으나, 이어링성의 우수한 2피이스 캔용 극박강판 및 후렌지 가공성의 우수한 용접캔용 극박 강판을 얻기가 곤란하게 된다.
그래서 본 발명자는 합금제조비용상승과 재결정 온도상승을 공업적으로 허용할 수 있는 범위로 억제하고, 또한 응력부식균열에 강한 2피이스 캔용 극박강판 및 용접 캔용 극박 강판을 얻을 수 있는 Ti과 Nb의 첨가량을 다른 강성분과의 관계에 대하여 상세하게 연구하였다.
그 결과 C함류량을 상기한 범위로 한정함과 함께 이러한 원소의 첨가량을 N함유량과의 관계에 대하여 하기와 같은 범위로 제어하는 것이 유효하다는 것을 알았다.
Ti : Ti은 N량과의 관계에 있어서, 3.4 × [(N의 중량%)-0.0010%] 이하면 제품의 이어링성, DWI 가공성, 넥크가공성이 열화하므로 그 하한을 3.4 × [(N의 중량%)-0.0010%]로 한정하였고, Ti량이 0.06%를 초과하면 응력부식균열을 완전하게 방지함이 곤란하고, 재결정온도가 현저히 상승하고, 합금제조비용도 커지므로 그 상한을 0.06%로 한정하였다.
Nb : Nb은 N량과의 관계에 있어서, 6.6 ×[(N의 중량%)-0.0010%]이하면 제품의 이어링성, DWI 가공성, 넥크가공성이 열화하므로 그 하한을 6.6×[(N의 중량%)-0.0010%]로 한정하였고, Nb량이 0.06%를 초과하면 응력부식균열을 완전하게 방지할 수 없고, 재결정온도가 현저히 상승하고, 합금제조비용도 커지므로 그 상한을 0.06%로 한정하였다.
Ti 및 Nb는 상기 범위내에서 어느 1종을 첨가하면 유효하나, 2종을 첨가함여도 지장은 없다.
응력부식균열을 방지하려면 일정량 이상의 고용 C 및 고용 N의 존재가 필요하다.
고용 C 및 고용 N의 량을 한정하기 위해서는 내부 마찰법, 전기저항법등에 따라 그 량을 엄밀하게 측정하는 것이 바람직하나, 캔용강판과 같은 공업제품을 관리하는 것은 보다 간편한 방법이 좋다.
본 발명자의 연구에 의하면, 고용 C 및 고용 N을 직접 측정하지 않아도 시효치수를 측정하는 것에 따라 그 원소를 간편하게 한정할 수 있다.
여기서 말하는 시효지수는 인장시험편에 10%의 인장예왜(歪)를 부여할때의 유동응력과, 그것에 100℃×1시간의 인공시효를 실시한 후의 하강복응력과의 차이를 말한다.
시효지수가 15MPa 이하면 응력부식균열을 완전하게 방지하는 것이 곤란하므로 그 하한을 15MPa로 한정한다.
다음은 본 발명 강의 제조방법에 대하여 설명한다.
통상의 방법으로 용제한 강을 연속주조법 또는 주괴 및 분괴 압연법으로 열강편으로 만들고 열간압연에 공급한다.
열간압연에 선행하는 강편의 열처리 조건은 통상 행하여지는 어떠한 방법도 채용할 수 있다.
즉, 열강편을 직송하여 압연하여도 좋고, 가열로에서 재가열해도 좋다.
본 발명에 있어서는, 열간압연 마무리 온도를 810℃ 이상으로 확보하는 것이 필수 요건임으로, 열간압연 작업상 마무리 온도를 확보할 수 없는 과도하게 낮은 재가열 온도를 갖게할 수 없다.
통상의 열간압연 설비의 경우, 재가열온도가 1000℃ 이하면 마무리 온도를 810℃ 이상으로 확보하기가 곤란하므로 재가열온도는 1000℃ 이상으로 함이 바람직하다.
열간압연 마무리 온도가 810℃ 이하면 이하에서 설명하는 이유에 의거 본 발명의 목적을 달성할 수 없다.
①열간압연 강대의 판후 제어가 곤란하게 되는 결과, 냉간압연에서의 판후제어가 곤란하고, 제품강판의 판후정밀도가 열화함과 함께 자주 냉간압연 작업중에 판의 파단을 일으킨다. 극박강판을 제조함에 있어서 이것은 치명적인 결점이다.
②열간압연강대에 이어링성에 유해한 집합 조직이 형성되는 결과, 제품강판의 DWI 가공시에 이어링이 크게되어 수율을 떨어뜨린다.
③응력부식균열을 완전하게 방지함이 곤란하다.
이것도 열간압연 강대에 집합조직이 형성된 결과로 판단된다.
열간압연의 마무리 판두께가 2.0㎜ 이하면 필요로 하는 마무리 온도의 확보가 곤란하게 되고, 응력부식균열방지에도 바람직하지 못하므로 하한을 2.0㎜로 한정한다.
본 발명자의 연구에 따르면 열간압연 강대가 마무리 최종 스탠드(stand)를 나오면서 런아우트 테이블상에서의 냉각이 개시되기 까지의 시간(냉각개시시간) 및 냉각이 개시되는 온도(냉각개시온도)는 제품강판의 후렌지 가공성 및 ECP의 상대 평균 선명도에 영향이 미침을 알았다.
먼저, 열간압연 강대가 마무리 최종 스탠드를 나오면서 런아우트 테이블상에서의 냉각개시시간이 1.5초를 초과하면 제품강판의 후렌지 가공성이 열화하고, ECP의 상대평균선명도가 크게되므로, 1.5초 이하로 한정할 필요가 있다.
또한 냉각개시온도는 [마무리온도-30℃] 이하면 역시 제품강판의 후렌지 가공성이 열화하고, ECP의 상대평균 선명도가 크게되므로 [마무리온도-30℃] 이상으로 한정할 필요가 있다.
이러한 현상의 이유는 명확하지 않으나, 이런 한정에 따라 열간압연 강대의 결정립이 작게되는 것이 관계된다고 추측할 수 있다.
열간압연의 권취온도에 있어서는 720℃를 초과하면 열간압연강대의 스캐일 생성량이 많게되어 산세공정의 생산성을 저해하므로 권취온도는 720℃ 이하로 함이 바람직하다.
열간압연이 종료한 강대는 통상의 방법에 따라 산세, 냉간압연, 재결정소둔을 실시한다.
재결정소둔후 2차 냉간압연을 행한다.
2차 냉각압연의 경우, 하기 (1)식에서 정의하는 평균왜곡속도(SR)가 12.4s-1이하면 ECP의 상대평균선명도가 크게되므로 평균왜곡속도의 하한을 12.4s-1로 한정한다.
또한, 2차 냉간압연의 압하율(r)은 0.7% 이하면 응력부식균열발생이 쉽고, 캔강도가 부족하므로 그하한을 0.7%에 한정한다.
또한 압하율이 60%를 초과하면 강판이 지나치게 경질화하여 후렌지 가공성 및 DWI 가공성이 열화하므로 그 상한을 60%로 한다.
본 발명의 강판에 시행하는 표면피복은 그 방법을 불문한다.
즉 주석도금, 닉켈도금, 특수한 하지처리후에 극박이음매 주석도금을 행하는 방법, 또는 고분자 유기필름을 붙이는등, 2피이스 캔용 강판 및 용접캔용 강판에 사용되어지는 어떠한 표면 피복으로도 양호한 효과를 얻는다.
다음은 본 발명 강의 캔제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명 강을 2피이스 캔에 적용하는 경우, 캔제조방법은 DWI 가공법, 다단드로잉 가공법의 어느 경우에도 좋다.
또한 3피이스 캔에 적용하는 경우 본 발명강은, 판을 취하는 방향의 제약을 받지않고, 노말법(강판의 압연방향이 캔몸체의 축방향에 직각이 되도록 판을 취하는법), 리바이스법(강판의 압연방향이 캔몸체에 평행이 되도록 판을 취하는 법) 및 이런 방법을 흔재한 어떠한 방법으로도 제조 가능하다.
또한 접착캔에 대하여도 본 발명 강의 효과는 발휘된다.
이하에서는 본 발명을 실시예에 따라 상세히 설명한다.
[실시예 1]
표 1에 나타낸 화학성분을 갖는 강을 전로에서 용해 제조하고, 슬라브를 실온까지 냉각한후 1000∼1290℃ 슬라브 재가열 온도까지 재가열하고, 800∼950℃의 마무리 온도에서 판두께 3.0㎜ 까지 열간압연한다.
열간압연 강대가 마무리 최종 스탠드를 나오고 나서 0.4∼1.9초후에 런아우트 테이블상에서 냉각을 개시하고 이어서 권취하고, 산세, 냉간압연, 연속소둔, 판두께 0.17㎜까지 2차 냉간압연하고, 최후에 극박주석(Sn) 도금을 하였다.
이렇게 하여 얻어진 극박석도금 강판의 시효지수, ECP의 상대평균선명도, 내응력부식균열성, 후렌지 가공성, 이어링성 및 스프링 강도를 표 2에 나타내었다.
표 1 및 표 2에 나타낸 바와같이, 시료번호 1∼6은 본 발명의 범위내이고, 비교예로서 열거한 시료번호 7∼10은 본 발명의 범위밖이다.
본 발명외의 시료 7은 C 및 Ti의 화학성분이 범위밖이고, 시효지수와 상대평균선명도가 범위밖이다.
시료 8은 화학성분이 범위내에 있으나 선명도가 벗어나고 있다.
시료 9는 선명도가 범위밖에 있다.
시료 10은 Ti와 시효지수가 범위밖에 있다.
표 1 및 표 2에 있어서 본 발명의 범위로 부터 벗어난 수치는, 밑줄로 표시한 것이다.
또한 합격은 O, 불합격은 X로 표시하였다.
각 시료의 특성에 대한 시험결과의 평가에 대하여 설명한다.
내응력부식균열성의 평가는 인장시험편을 상온의 대기중에서 10-6s-1의 왜곡속도에서 인장시의 파단연장 E0와 동일시료의 인장시편을 80℃의 부식촉진액중에서 동일 왜곡속도로 인장시의 파단연장 E1과의 비 E1/E0를 이용한다.
E1/E0의 비가 0.90 이상의 것을 「합격」, 이것미만의 것을 「불합격」으로 판정한다.
후렌지 가공성의 평가는 후렌지 성형기에서 용접캔의 후렌지 가공의 시뮬레이션을 행할때의 파단발생까지의 가공율로 행한다.
이 가공율은 9.0% 이상을 「합격」, 9.0% 미만을 「불합격」으로 판단한다.
이어링성의 평가는 드로잉 가공기에서 컵성형을 행하여, 이어링 산(山)의 평균높이와 골자기(谷)의 평균높이의 차를 골짜기의 평균높이의 차로 나눈 값을 백분율로 나타내여 구한다.
이어링율 3.5% 이하를 「합격」, 3.5% 초과를 「불합격」으로 판정한다.
스프링강도의 평가방법은 다음과 같다.
먼저, 와이어심 용접기에서 캔몸체를 만들고, 몸체의 양단에 고무제의 라니어를 압착하여 일시적으로 밀폐한 후 진공펌프로 캔내의 공기를 서서히 배출하여, 스프링(외압에 의해 캔몸체의 굴곡)이 생기는 순간의 외기압과 내압의 차를 측정한다.
스프링 강도가 2.20kg/㎠ 이상을 「합격」, 2.20kg/㎠ 미만을 「불합격」으로 판정한다.
[실시예 2]
표 3에 나타낸 화학성분을 갖는 강을 전로에서 용해 제조하여 표 4에 제시한 제조 조건, 즉 마무리 온도, 마무리 판두께, 열간압연 강대가 마무리 최종 스탠드를 나오면서 부터 런아우트 테이블상에서의 냉각이 개시되기 까지의 시간(냉각개시시간), 냉각개시온도 및 권취온도에서 열간압연한다.
이어서 산세, 냉간압연, 연속소둔하고, 표 4에 나타낸 평균왜곡속도와 2차 냉간압연압하율로서 0.2㎜까지 2차 냉간 압연하고, 석도금하였다.
이와같이 하여 얻어진 석도금강판의 시효지수는, ECP의 상대평균선명도, 내응력부식균열성, 후렌지가공성, 이어링성 및 내압강도를 표 4에 아울러 나타내었다.
표 3에 나타낸 바와같이, 시료번호 11-18은 화학성분이 본 발명의 범위내이고, 시료번호 19-22는 비교예로서 열거한 본 발명범위밖의 강이다.
시료번호 19는 C 및 Ti가, 시표번호 20은 C, S, N이, 시료번호 21은 Mn, P, Sol Al이, 시료번호 22는 Ti가, 각각 본 발명 범위밖의 화학성분이다.
표 4에 나타낸 바와같이, 시료번호 19-22는 제조조건에 있어서도 본 발명 범위밖이다.
즉, 시료번호 19는 시효지수가, 시료번호 20은 냉각개시시간, 냉각개시온도, 평균왜곡속도, 시효지수, 상대평균선명도가, 시료번호 21은 열연마무리온도, 평균왜곡속도, 2차 냉연압하율, 선명도가, 시료번호 22는 평균왜곡속도, 2차 냉연압하율, 시효지수, 선명도가 각각 빗나가고 있다.
다음은 각 시표의 특성에 있어서의 시험 및 평가에 대하여 설명한다.
내응력부식균열성의 평가는 실시예 1과 동일한 방법으로 행하였다.
후렌지 가공성의평가는 DWI 캔체의 개구단을 트림(trim)후, 후렌지 가공성 시험기에서 원추상의 펀치를 개구단에 삽입하면서 개구단의 지름을 넓히는 시험을 행하여 파단 발생까지의 가공율로 행하였다.
가공율이 9.0% 이상을 「합격」, 9.0% 미만을 「불합격」으로 판정하였다.
이어링성의 평가는 실시예 1과 같은 방법으로 하였다.
내압강도평가는 DWI 캔용강판의 캔체를 만들어, 제로(zero)분위기 건조로에서 도포 건조 공정 상당의 열처리한후, 캔체 개구부를 고무제라이너로 밀폐하고, 캔체내부에 압축공기를 서서히 도입하여, 캔저면이 백크링을 일으켜 임계의 압력을 구하도록 하였다.
임계압력이 7.5kgf/㎠ 이상의 것을 「합격」, 그미만의 것을 「불합격」으로 평가하였다.
표 3 및 표 4에 있어서, 본 발명의 범위를 벗어난 수치를 밑줄로 표시하여 나타낸었다.
또한, 「합격」은 O, 「불합격」은 X로 표시하였다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명은 판두께가 얇고, 또한 소정의 이어링크성, 넥크가공성, 후렌지 가공성 및 캔강도를 확보할 수 있고, 응력부식균열에 강한 2피이스 캔용 강판 및 3피이스 캔용 강판에 이용할 수 있다.

Claims (2)

  1. 중량%로 따져서, C : 0.0015% 이하, Mn : 0.05-0.40%, P : 0.06% 이하, Si : 0.06% 이하 산가용 Al : 0.10% 이하, N : 0.0100% 이하를 함유하고, 상기의 성분에 더하여 Ti : 3.4 ×[(N의 중량%)-0.0010]% 이상, 0.06% 이하 및 Nb : 6.6×[(N의 중량%)-0.0010]% 이상, 0.06% 이하 중 적어도 1종을 함유하고나머지가 철 및 불가피한 불순물로 되며, 15MPa 이상의 시효지수를 갖고, 판두께 중심부의 상호간에 50㎛ 이상 떨어진 20개 이상의 결정립에 대하여 측정된 전자채널링 패턴의 상대평균선명도가 0.85 이하인 것을 특징으로 하는 응력부식균열에 강한 캔용강판.
  2. 중량 %로 따져서, C : 0.0015% 이하, Mn : 0.05-0.40%, P : 0.06% 이하, Si : 0.06% 이하 산가용 Al : 0.10% 이하, N : 0.0100% 이하를 함유하고, 상기의 성분에 더하여 Ti : 3.4 ×[(N의 중량%)-0.0010]% 이상, 0.06% 이하, 또는 Nb : 6.6×[(N의 중량%)-0.0010]% 이상, 0.06% 이하 중 적어도 1종을 함유하며, 나머지가 철 및 불가피한 불순물로된 열강편(슬라브)을, 810℃ 이상의 마무리 온도에서 2.0㎜ 이상의 판두께까지 열간압연하고, 열간압연 강대가 열간압연기의 마무리 최종 스탠드를 나오면서부터 1.5초 이내에 (마무리온도-30)℃ 이상의 온도로부터 런아우트 테이블상에서 수냉하고, 이어서 권취, 산세, 냉간압연, 재결정소둔하여 하기 (1)식에서 정의하는 평균왜곡속도(SR)가 12.4s-1이상되도록 0.7-60% 압하율로 2차 냉간압연하고, 시효지수가 15MPa 이상, 판두께중심부의 서로간에 50㎛ 이상 떨어진 20개 이상의 결정립에 대하여 측정된 전자채널링 패턴의 상대평균 선명도가 0.85이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 응력부식균열에 강한 캔용강판의 제조방법.
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