KR100334580B1 - 경도편차와귀부발생이적은고강도석도원판의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디프드로윙 가공시 귀부(ear)(10) 발생이 적은 연속소둔형 드로윙용 고강도 석도원판의 제조방법에 관한 것으로서, 강의 성분과 조성비를 조정하여 석도 강판의 Ar₃변태점을 강하시켜 열간압연시 훼라이트와 오스테나이트의 혼립조직 발생을 방지하여 석도감판의 폭방향 경도편차를 줄여주며, 강의 조성비를 제한하고 열연강판의 권취온도를 차등 적용하며 냉간압연시 압하율을 조정하고 소둔온도를 관리함으로 면내이방성을 적게하여 드로윙 작업시 귀부 발생을 방지시켜 식품용기인 캔 제조시 불량율을 감소시키며 수율을 높여주는 폭방향 경도편차가 적으며 디프드로윙 가공시 귀부 발생이 적은 고강도 석도원판 제조 방법에 관한 것이다.

Description

경도편차와 귀부 발생이 적은 고강도 석도원판의 제조방법{A method of manufacturing high strength black plate having uniform hardeness and no earing}

본 발명은 경도편차가 적으며 디프드로윙 가공시 귀부발생이 적은 고강도 석도원판의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게 설명하면 강에 첨가되는 첨가성분의 범위를 제어하여 폭방향 두께편차를 줄여주며 제조공정의 조건을 제어함으로써 드로윙 가공시 귀부의 발생을 방지시켜 주는 연속소둔형 고강도 D & I(Drawing & Ironing)용 석도원판의 제조방법에 관한 것이다.

석도원판은 표면이 미려하여 주석도금후에는 내식성이 우수하게 향상됨으로 식품저장용기로 주로 사용되고 있으며, 또한 동일 용도로 사용되는 타재료인 종이,플라스틱, 유리 등에 비해 가격이 싸고 안정적이며 내용물을 안정하게 보관하는 충분한 강도를 보유하고 있어 수요와 용도가 증가추세에 있다.

종래 석도원판의 제조방법은 고로에서 제조된 용선을 사용하여 전로에서 제강된 강을 열간압연을 행하고 열간압연중 생성된 스케일 제거를 위한 산세작업을 행한후 냉간압연을 행하여 석판의 두께를 확정시킨 후 냉간압연시 발생된 스트레스 제거 및 경도를 적정하게 유지시키기 위한 소둔작업을 행하게 된다.

소둔작업이 완료된 강판 코일, 즉 석도원판은 도금전처리로 산세를 행한 후 도금을 하여 석도강판으로 제조되었다.

상기와 같이 제조된 석도강판은 용기 제조공장으로 운송되어 용기 제조공정에 투입되게 된다. 용기를 제조하는 방법은 석도강판을 블랭킹(blanking)하여 용기의 몸통, 윗뚜껑, 아래뚜껑을 제조하고 3부분을 조립하는 방법과, 블랭킹된 석도강판을 D & I하여 몸통과 아래부위를 동시에 제조하고 뚜껑을 조립하는 방법이 사용되고 있다. 근래에는 생산성이 높고 외관이 미려한 D & I 방법이 주로 사용되고 있다.

종래 방법으로 제조된 석도강판을 D & I 방법으로 용기를 제조하는 과정에서 석도강판을 펀치와 다이를 이용하여 디프드로윙을 행하게 된다. 이때, 도 1에 도시된 바와 같이 원통의 가장자리에 지느러미 같은 귀부(ear)(10)가 발생되어 심한 경우에는 컵 형태로 가공된 용기의 높이 미달이 생기는 불량품이 발생되며 트리밍(trimming)작업시 많은 부분을 절단하게 되어 수율 저하가 발생되고 연속작업 과정에서 문제를 야기하여 작업생산성이 저하되는 문제가 발생되었다.

상기와 같은 귀부를 발생시키는 원인은 드로윙 공정에 투입되는 강판의 경도 편차가 큰 경우 혹은 면내 이방성(△r)이 큰 경우로서, 드로윙 과정에서 경도가 낮은 부분, 즉 연한부분은 가공성이 높아 많이 가공되며 상대적으로 경도가 높은 경질부분은 적게 가공됨에 기인되기 때문이다. 면내 이방성(△r)과의 관계는 도 2에 도시된 바와 같이 면내이방성(△r)이 증가시 귀부가 증가되는 것으로 판명되었다.

도 2는 드로윙 비 1.82, 펀치직경 33mmØ 로 드로윙하여 귀부와 △r과의 상관 관계를 도표화한 것이다. △r과 귀부의 관계를 좀 더 상세히 설명하면, △r이 0.1 증가시 귀부 높이는 0.5mm증가하며 귀부 높이는 △r의 절대값에 비례하는 것을 알수 있다. 이때, 면내 이방성(△r)은 다음과 같이 계산된다.

[수학식 1]

[수학식 2]

상술한 내용을 정리하면 디프드로윙시 발생되는 귀부의 생성은 강판의 폭방향 두께편차 및 열간압연시 온도편차에 의한 혼립조직 생성에 의한 경도편차와 압연시의 압하율에 의해 발생되는 방향성에 기인하며 이의 완화를 위한 소둔공정과도밀접한 관계가 있음을 알 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하는 석도원판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 목적은 디프드로윙 가공시 귀부가 발생되지 않아 불량품 감소 및 수율이 향상되며 연속작업에서의 문제가 야기되지 않는 석도원판의 제조방법을 제공함에 있다 본 발명의 다른 목적은 석도원판의 폭방향 경도편차가 적으며 면내이방성이 ± 0.15 범위에 드는 석도원판을 제조하는 방법을 제공함에 있다.

도 1은 D & I 가공후의 귀부(ear) 발생부를 도시한 사시도.

도 2는 면내이방성과 귀부 발생 상관도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 귀부(ear)

본 발명에 따른 석도원판의 제조방법은, 제강, 열간압연, 산세, 냉간압연 및 소둔으로 이루어진 석도원판 제조방법에 있어서,

강의 성분을 중량비로, C : 0.03%∼0.07%, P : 0.03%이하, S : 0.05%이하, N : 0.01%이하, AI : 0.02%∼0.05%, 고용 Mn: 0.2%∼0.4%와 잔여물은 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 조성된 저탄소 Al킬드강 스라브를 균질화 처리후 850∼900℃ 사이에서 마무리 열간압연하고, 상기 스라브중의 고용 Al함량이 0.02중량% 미만일때 710℃이상에서 열연권취하고 고용Al 함량이 0.02중량%이상일 때 600℃∼700℃ 사이에서 권취한 다음, 87%∼89%의 냉간압하율로 냉간압연하고 600℃∼700℃ 범위에서 소둔을 행하는 것을 특징으로 한다.

이하, 상세히 설명하면 하기와 같다.

경도편차를 적게 하기 위하여는 경도편차의 중요원인이 되는 훼라이트와 오스테나이트의 혼립조직의 발생을 억제시키는 것이 필요하다. 이를 성취시키기 위하여 종래에는 열간마무리 압연온도를 Ar₃변태점 이상 온도, 즉 900℃ 이상에서 작업하였다. 그러나, 마무리 압연이 900℃ 이상에서 작업하기 위하여는 초기 온도를 그 온도 이상으로 올려야 할 뿐만 아니라, 강판스트립의 가장자리부는 온도하락이 발생되는 것을 감안한다면 초기 온도를 더욱 상승되어야 한다. 더욱이, 상기와 같은 종래의 방법을 사용할 때 스케일 제거의 어려움 및 온도상승에 의한 제비용이 발생되게 된다.

따라서, 본 발명에서는 초기 온도 상승에 따른 부담을 덜고 스케일 제거를 용이하게 하는 한편 경도편차의 주원인이 되는 훼라이트와 오스테나이트의 혼립조직의 발생을 방지하도록 Ar₃변태점을 하향시킬 수 있는 합금원소를 첨가하여 종래보다 열간 마무리 압연온도를 낮추어 850~900℃의 온도 영역에서 마무리 열간압연을 한다. 850℃ 미만에서는 훼라이트와 오테나이트의 이상공존 영역이 존재하게 되어 균일한 재질확보가 불가능하다.

강에 첨가되는 합금원소를 포함한 성분비와 각 성분의 특성에 관하여 서술하면 하기와 같다.

탄소함량은 강의 강도 경도를 좌우하는 성분으로 적정함량 이상으로 첨가되면 용접성과 노치인성이 열화되고, 가공시 성형(forming) 불량이 발생되는 단점이 있다.

일반적으로 0.07% 이상인 경우에는 용접불량이 발생되며 드로윙 가공시 강도 초과에 의해 가공불량이 발생되며 0.03중량% 이하에서는 강도 경도확보에 문제가 있는 것으로 판명되어 있어 탄소의 함량은 0.03~0.07중량%로 제한하였다.

망간은 열간취성을 일으키는 황(S)과 함께 황화물을 석출시킴으로써 연주시크랙 발생을 방지하며, 또한 오스테나이트 구역 확장원소로 강의 Ar₃변태점을 강하시키는 특징이 있다.

따라서, 열간마무리 압연시 냉각속도가 빠른 강판의 가장자리가 오스테나이트 영역에서 압연되어 고른 조직이 생성되도록 Ar₃변태점을 강하시키도록 조성을 제한하였다.

상세히 설명하면, Mn원소의 Ar₃변태점 강하 성질은 S와의 화합물인 MnS로 존재시 효력을 발휘하지 못하고 고용상태로 존재시 Ar₃변태점 강하 효력을 발휘하게 되는 성질을 이용하는 것이다. Mn은 S와 1.71의 비율로 결합됨으로 S를 화합물로 고정시키는 데 필요한 Mn량은 1.71S가 되고 그 이상의 첨가량이 고용 Mn으로 존재하게 되는 것이다.

따라서 고용 Mn의 함유량이 0.2중량% 이하에서 Ar₃변태점 강하 효과가 미 약하고 0.4중량% 이상 첨가시에는 목표 경도가 초과되어 가공성이 저하되어 바람직하지 않다. 보다 바람직하게는 Mn첨가량은 (0.2+1.71S)∼(0.4+1.71S) 중량%로 제한하는 것이다.

P는 고용경화효과가 큰 치환형 합금원소로 0.03중량% 초과시 재질이 경화되어 성형성이 저하되므로 0.03중량%이하로 제한하였다.

S는 열간 취성을 일으키는 취약한 원소로 Mn계 황황물을 석출하기 때문에 Mn의 함유량을 낮추기 위하여 0.05% 이하로 제한하였다.

Al은 강의 탈산을 위해 첨가되는 성분으로 0.05중량% 이상에서 재질 경화 원인이 되고 0.02중량% 이하에서는 시효유발 원소인 N을 효과적으로 제어하지 못하는 이유로 0.02중량%∼0.05중량%로 제한하였다.

N은 침입형 원소로서 집합조직을 억제하여 가공성을 해치고 입자성장을 방 해하여 연신율을 저하시키므로 낮게 제한하는 것이 가공성에 좋으며 시효성 원소로서 시효 현상을 최소화하기 위하여 0.01중량% 이하로 제한하였다.

상술한 첨가원소가 첨가된 슬라브는 열간압연전 오테나이트 조직이 충분히 균질화되도록 통상적인 1200℃부근에서 가열하고 Ar₃변태점 온도직상인 850∼900℃에서 열간압연을 행함으로써, 열간압연시 오스테나이트와 훼라이트의 혼립조직 생성을 방지하여 경도편차의 원인을 제거할 수 있는 것이다.

또한, 면내 이방성(△r)이 ±0.15 이내로 관리하기 위한 방법은 Al의 첨가로 Al과 N의 복합석출물을 형성시켜 N을 고정시키므로써, 면내 이방성을 감소시키는 성질을 이용하는 것이다. 구체적으로, 고용 Al이 0.02% 미만일 때 고용 Al의 부족으로 면내 이방성 지수가 (-) 방향으로 커지게 되는 것을 (+) 방향으로 유도하기 위하여 열연강판의 권취온도를 비교적 높은 710℃이상에서 작업을 행한다. 반대로, 고용 Al이 0.02중량% 이상일 때 충분한 고용 Al의 확보로 면내이방성 지수가 안정화되도록 열연강판의 권취온도를 680∼700℃에서 작업한다.

그 후, 권취된 열연코일은 산세를 행하고, 면내이방성이 안정되게 확보되는 87%~89%의 냉간압하율 하에서 0.11~0.30mm 두께가 되도록 냉간압연을 실시한 후 소둔을 실시한다.

소둔온도는 재결정이 완료되고 훼라이트 결정립 성장이 일어나는 600∼700℃ 가 적당하다. 소둔온도가 700℃ 이상인 경우 장력제어에 어려움이 생기고 입자의 과대 성장에 의한 목표경도가 미달되는 현상이 발생된다.

면내 이방성을 개선하는 예로 일본 특개소 61-64852 호가 알려져 있으나, 이는 Nb를 극저탄소강에 첨가하는 방법이다. 이외에도, 한국특허 95-13192 경우 극저 탄소강에 대하여 열연강판온도를 변화시킴으로써 면내이방성을 개선하는 방법이 있으나, 이 방법은 탄소가 0.03중량%이하 첨가되는 저탄소강에 대한, 특히 경도가 61정도가 되는 고강도 D & I 용 소재에 대한 면내 이방성을 개선하는 방법과는 차이가 많이 난다.

본 발명을 고용 Al 함량에 따라 열연강판 권취온도를 조정하며 냉간압연시 압하율과 소둔온도를 제어함으로써 면내이방성을 ±0.15 이내 범위에 드는 강판을 제조함에 특징이 있다.

상술한 방법에 의해 제조된 석도원판의 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

상기 표 1과 같은 조성을 갖도록 저탄소 Al-killed강을 전로에서 용해하여 노외정련을 한 후 연속주조하여 강 스라브를 제조하였다. 이때, 상기 표에 나타난 발명강(1-3) 및 비교강(4-9)는 모두 노외정련후 최종강 성분이다.

발명강(1)은 Mn 함량이 0.46%로서 기준 첨가범위인 0.2+1.71[S] 0.4+1.71[S] 구간 내에 첨가되었으며, Al 함량은 0.028% 첨가되어 고용[Al]이 0.02%를 초과하였다. 발명강(2,3)도 Mn 함량이 각각 0.33%, 0.25%로서 기준 첨가범위 내로 첨가되었지만, 발명강(2)는 Al은 0.050%로서, 고용 [Al]이 0.02%을 초과한 반면, 발명강(3)의 경우 Al은 0.032%로서, 고용 [Al]은 0.02%에 미달된 강종이다. 발명강(6)의 경우 Mn이 0.47%로서 기준 첨가범위인 0.280∼0.480 내에 첨가되었으며, 고용 [Al]이 0.02%에 미달 첨가된 강종이다.

반면, 비교강(4)의 경우 Mn이 0.23%로서 기준 첨가범위인 0.285∼0.485 내에 미달 첨가되었고, 이에 따라 고용 [Mn]도 0.14%로서 기준에 미달되었다. 또한, 비교강(5)의 경우 Mn이 0.28%로서 기준 첨가범위인 0.234∼0.434 내에 첨가되었지만, Al이 0.055%로서 첨가 기준을 초과한 강종이다. 또한, 비교강(7)의 경우 Mn이 0.44%로서, 기준 첨가범위인 0.217∼0.417 내에 초과 첨가되어 고용 [Mn]이 0.4%를 초과한 강종이다.

상기 표 1과 같은 조성을 갖는 강 스라브를 1200℃정도에서 균질화 처리한 다음, Ar₃온도 직상인 850~900℃에서 2.3mm의 두께로 마무리 열간압연을 한 후, 표 2에 표기한 권취온도에서 권취하고 통상의 방법으로 산세를 행하였다. 산세된 열연 강판을 냉간압연후 연속소둔을 적용하여 최종 냉연강판의 두께가 0.26mm인 냉연강판을 얻었다. 또한, 표2는 발명강과 비교강의 기계적 성질 및 D & I 캔(can)으로 가공한 후의 가공결과를 나타낸다.

상기 표1, 2에 나타난 바와 같이, 비교예(4)의 경우 열연 권취온도는 670∼ 700℃ 이내에서 작업되었으나, 고용 [Mn]이 기준에 미달되어 중심부와 가장자리부의 재질 편차, 즉 경도 차이가 2.2 발생하였고, 따라서 D & I 가공 결과에서는 재질편차로 인하여 불량하였다.

비교예(5)의 경우 고용 [Mn]이 적정하여 중심부와 가장자리부의 경도 차이가 0.1로 양호하게 얻었지만, Al은 첨가 범위를 벗어나 첨가되고 열연 권취온도도 67 0~700℃범위를 벗어나 작업되어 △r이 -0.31로 높게 발생되었고, 그 결과 D & I 가 공시 귀부 발생으로 인하여 불량하였다.

비교예(6)의 경우 모든 조성비는 만족한 발명강(6)을 사용하였지만, 고용 [Al]이 0.02% 미만인데도 열연 마무리 압연을 710℃ 이상에서 행하므로써 △r이 -0.33로 높게 발생되었고, 그 결과 D & I 가공시 귀부 발생으로 인하여 불량하였다.

비교강(7)에 경우 고용 [Al]이 0.02% 초과하였음에도 열연 권취온도는 670∼ 700℃범위를 초과하여 작업됨으로써 △r이 +0.38로 높게 발생되었으며, 고용 [Mn]도 기준 범위를 초과됨으로써, 중심부와 가장자리부의 경도 차이는 0.4로 비교적 양호하나 경도가 목표를 초과함으로서 불량하였다, 또한, D & I 가공결과 귀부 발생이 과다하여 불량하였다.

이에 반하여 발명강(1,2,3)의 경우 고용 [Mn]이 적정한 범위 내로 유지되어 중심부와 가장자리부의 재질 차이, 즉 경도 차이가 각각 0.3, 0.1, 0.4 발생하여 재질 편차가 거의 없이 양호하였다. 또한, 고용 [Al]이 0.02% 초과시 열연 권취온도를 670∼690℃에서 작업하고, 고용 [Al]이 0.02% 이하인 경우 열연 권취온도를 710℃이상에서 작업함으로서 면내이방성(△r)이 ±0.15 이내로 확보되었다. 그리고, D & I용캔을 가공한 결과, 가공불량 없이 양호하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 D & I 용 소재 가공시 생산성, 작업성, 실수율 향상을 위하여 폭방향 경도 편차 및 귀부 발생을 개선할 수 있다. 즉, 첨가 성분의 범위를 제어함으로써 폭방향 경도 편차를 우수하게 하고, 제조 조건을 제어함으로써 D & I 가공시 귀부 발생을 방지하는 △r 값이 ±0.15 범위 이내에 만족하는 연소소둔형 고강도 석도원판을 제조할 수 있었다.

본 발명의 효과로는 석도원판을 소재로 용기를 제조하는 과정에서 디프드로윙 가공시 귀부 발생을 방지시켜 불량품을 감소시키며 수율을 향상시키고 연속 작업시 발생되는 작업중단을 방지시켜 생산성을 항상시키는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 제강, 열간압연, 산세, 냉간압연 및 소둔으로 이루어진 석도원판 제조방법에 있어서,

   강의 성분을 중량비로, C : 0.03%~0.07%, P: 0.03%이하, S : 0.05%이하, N :0.01%이하, Al : 0.02%~0.05%, 고용 Mn: 0.2%~0.4%와 잔여물은 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 조성된 저탄소 Al킬드강 스라브를 1200℃ 부근에서 균질화처리후 850~900℃ 사이에서 마무리 열간압연하고 상기 스라브중의 고용 Al함량이 0.02중량% 미만일 때 710℃이상에서 열연권취하고 고용Al 함량이 0.02중량%이상일 때 600℃∼700℃ 사이에서 권취한 다음, 87%∼89%의 냉간압하율로 냉간압연하고 600℃∼700℃ 범위에서 소둔을 행하는 것을 특징으로 하는 경도편차와 귀부 발생이 적은 고강도 석도원판의 제조방법.

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