KR100347570B1 - 성형성 및 표면품질이 우수한 법랑용 강판의제조방법 - Google Patents

성형성 및 표면품질이 우수한 법랑용 강판의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 법랑제품의 소지금속으로 사용되는 강판의 성형성 및 표면특성 향상을 위하여 성형성 및 표면품질이 우수한 법랑용 강판의 제조방법을 제공함을 목적으로 하며, 알루미늄 킬드강을 이용하여 법랑용 강판을 제조하는데 있어서, 중량%로 C:0.01% 이하, Mn:0.05-0.3%, S:0.03-0.06%, P:0.03-0.06%, Ti:0.04-0.12%, N:0.005% 이하로 첨가하고 Ti/(C+N+0.5S)원자비를 1이상으로 조절하여, 강의 제조시 불가피하게 첨가되는 원소를 포함하는 알루미늄 킬드강을 열간 압연하되 마무리 압연온도를 Ar3변태점이상으로 하여 권취한 후 50-85%의 압하율로 냉간 압연하여 재결정온도이상의 소둔온도에서 연속소둔하여서 된 것이다.

Description

성형성 및 표면품질이 우수한 법랑용 강판의 제조방법
본 발명은 성형성 및 표면품질이 우수한 법랑용 강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 법랑제품의 치명적인 결함인 피쉬스케일(Fishscale)결함의 발생이 전혀 없으며, 법랑밀착성이 우수하고, 소지강판의 가공성이 우수하여 복잡한 형상을 갖는 가스렌지, 전자렌지 등 가전제품의 부분품 또는 건축의장으로 사용될 수 있는 법랑제품의 소지강판으로 사용되는 우수한 법랑용 강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
종래에는 강중에 티타늄(Ti), 보론(B), 산소(O) 등을 각각 첨가하여 티타늄질화물, 티타늄산화물, 보론질화물 또는 망간산화물 등의 형태로 석출물을 석출하여 피쉬스케일결함을 방지하는데 주력하여 왔다. 이러한 종래강들은 각각 장단점이 있어 복잡한 형상의 제품에 필요한 성형성과 법랑층과 강판간의 우수한 밀착성을 동시에 만족하는 강은 없었다.
티타늄 첨가강의 경우 성형성이 우수하여 복잡한 형상을 가진 제품의 제조는 용이하나 법랑밀착성이 다른 강종에 비해 열등하며, 보론첨가강의 경우는 법랑밀착성은 우수하나 성형성 및 내피쉬스케일성이 열등한 단점이 있다. 한편 고산소강의 경우는 밀착성은 우수하나 가공성과 내피쉬스케일성이 열등하며 강중 산소를 많이 첨가하므로 여러 가지 표면결함이 발생하는 단점이 있다.
이러한 단점들을 개선하기 위해 티타늄과 황을 동시에 첨가한 강이 개발되었으나 성형성의 경우 고산소강이나 보론첨가강에 비해 우수하지만 티타늄만 첨가한 강종에 비해 열등하며 다량의 황을 첨가함에 따라 표면결함이 발생하는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래강의 단점들을 개선하기 위한 본 발명은 성형성을 향상시키고 표면특성 즉 소지강판의 표면결함을 개선하여 성형성 및 표면특성이 우수한 법랑용 강판을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 중량%로 C:0.01% 이하, Mn:0.05-0.3%, S:0.03-0.06%, P:0.03-0.06%, Ti:0.04-0.12%, N:0.01% 이하, 또한 Ti/(C+N+0.5S)원자비를 1이상으로 조절하여 강의 제조시 불가피하게 함유되는 원소를 포함한 알루미늄 킬드강을 열간 압연하되, 열간 마무리 압연온도를 Ar3변태점 이상으로 하여 권취한 후 50-85% 압하율로 냉간 압연하여 연속소둔하는 것이다.
본 발명은 탄소를 0.01% 이상 첨가할 경우 강중 고용탄소의 양이 많아 소둔시 집합조직의 발달이 방해되거나 미세한 티타늄탄화물의 석출량이 많아 결정립이 미세화되어 성형성이 크게 낮아지기 때문에 탄소의 상한값을 0.01%로 제한하였다.
망간은 강중 고용황을 망간황화물로 석출하여 고용황에 의한 적열취성(Hot shortness)을 방지하고 망간황화물을 열간 압연중에 석출하여 냉간 압연시 미세한 틈을 생성하여 내피쉬스케일성을 향상하기 위해 첨가한다.
망간의 첨가량이 0.05% 이하일 경우 고용상태로 존재하는 황에 의한 적열취성의 우려가 있고, 망간의 함량이 0.3% 이상인 경우 고용망간의 양 또는 석출되는 망간황화물의 숫자가 많아져 소둔시 재결정성장을 억제하여 성형성을 저하하므로 망간의 상한값을 0.3%로 제한하였다.
한편 망간의 함량 0.05-0.3% 구간에서는 망간황화물의 양이 적절하고 고용상태로 남아있는 황을 완전히 석출할 수 있어 적열취성의 우려가 없다.
황은 일반적으로 강의 물성을 저해하는 원소로 알려져 있으나, 본 발명강의 경우 티타늄황화물을 석출하여 내피쉬스케일성을 향상하기 위해 첨가한다.
황의 함량 0.03% 미만에서 티타늄황화물의 생성량 및 크기가 작아 내피쉬스케일성의 향상에 크게 기여하지 못하므로 하한값을 0.03%로 하였으며, 0.06% 이상 첨가할 경우 적열취성에 의한 표면결함이 발생하며 성형성도 저하되므로 상한값을 0.06%로 하였다.
인은 냉연강판에서 성형성을 크게 저하하지 않으면서 강도를 효과적으로 상승시키는 원소로 알려져 있으나, 본 발명강에서는 티타늄과 반응하여 티타늄(철, 인)석출물을 생성하여 내피쉬스케일성을 향상시키기 위해 첨가한다.
강중 석출물인 티타늄(철, 인)은 열간 압연강판에서는 기지금속인 철과 다른 조성을 하고 있기 때문에 기지금속과의 계면이 피쉬스케일 발생의 원인이 되는 수소를 저장할 수 있는 위치가 되어 수소의 방출을 억제하여 피쉬스케일 발생을 방지할 수 있다. 이를 냉간 압연하게 되면 그 계면은 더욱 커져 많은 양의 수소를 저장할 수 있어 피쉬스케일 발생을 방지할 수 있다.
인의 함량이 0.03% 미만인 경우에는 티타늄과 반응되는 양이 적어 티타늄(철, 인)석출물의 생성량이 적거나 거의 생성이 되지 않아 내피쉬스케일성을 향상시키지 못하므로 하한값을 0.03%로 하였으며, 0.06% 이상 첨가할 경우에는 티타늄(철, 인)석출물의 양이 너무 많아 내피쉬스케일성은 향상되지만 이들 석출물이 소둔시 결정립성장을 억제하여 연신율이 크게 저하함으로써 소지강판의 가공성이 낮아지므로 상한값을 0.06%로 하였다.
한편 본 발명의 범위인 0.03-0.06% 구간에서는 티타늄(철, 인)석출물의 양이 적당하여 내피쉬스케일을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 결정립의 크기가 적당하여 가공성도 확보할 수 있다.
티타늄은 소지강판의 성형성을 향상하고 내피쉬스케일성을 확보하기 위해 첨가하는 원소로, 첨가량 0.04% 이하에서는 티타늄석출물의 양이 적어 내피쉬스케일성을 확보할 수 없으므로 하한값을 0.04%로 하였으며, 0.12% 이상 첨가할 경우 티타늄석출물의 양이 많아 내피쉬스케일성은 확보할 수 있지만 법랑밀착성이 저하되므로 상한값을 0.12%로 제한하였다.
질소는 티타늄과 결합하여 티타늄질화물로 석출하여 내피쉬스케일성을 향상시키지만, 0.005% 이상 함유할 경우 생성된 티타늄질화물이 턴디쉬노즐막힘의 원인이 되고 표면에 잔존할 경우 법랑표면결함이 발생하므로 질소의 상한값을 0.005%로 하였다.
Ti/(C+N+0.5S)원자비를 1이상으로 제한한 것은 강중 고용탄소 및 고용질소를 완전히 석출하여 소둔시 가공성에 유리한 집합조직을 발달시키기 위한 것이다. 티타늄을 탄소나 질소에 대해서는 첨가된 양과 원자비로 동량을 첨가하고, 황에 대해서는 원자비로 첨가된 황의 0.5의 양이면 잔존하는 고용황을 티타늄황화물로 완전히 석출할 수 있다고 판단되어 0.5에 해당하는 양을 첨가한다.
열간 압연조건에서 마무리압연온도를 Ar3변태점 이상의 온도로 제한한 것은 변태점 미만의 온도에서 열간 압연할 경우 압연립의 생성으로 {III}집합조직의 발달이 저해되어 가공성이 저하되기 때문이다.
열간 압연시 생성되어 성장한 석출물이 냉간 압연과정에서 파괴 또는 연신되는 과정에서 미세한 틈이 생성되는데, 이 틈의 대부분이 연속소둔후에도 그대로 잔존하여 중요한 수소흡장원으로 작용한다.
냉간압하율이 50% 미만일 경우 이 미세한 틈이 적게 생성되고 수소흡장능이 저하되어 피쉬스케일 발생확률이 높으므로 냉간압하율의 하한값을 50%로 하였으며, 85% 이상의 냉간압하율로 압연할 경우 압하율이 너무 높아 미세한 틈이 압착됨으로써 미세한 틈의 면적이 오히려 감소하여 수소흡장능이 급격히 감소되므로 냉간압하율의 상한값을 85%로 제한하였다.
냉간압하율을 50-85% 구간으로 냉간 압연할 경우 압하율이 적당하여 충분한 수소흡장능을 확보할 수 있으므로 피쉬스케일결함이 발생하지 않는다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
(실시예)
표 1은 본 발명강 및 비교강의 화학성분 및 제조조건을 나타낸 것이다.
발명강 및 비교강의 화학성분과 냉간압하율
시료번호 화학성분(중량%) Ti(C+N+0.5S) 원자비 냉간압하율(%) 비고
C Mn P S Ti N
1 0.0015 0.15 0.035 0.035 0.082 0.0030 1.93 70 발명강
2 0.0024 0.12 0.052 0.036 0.071 0.0024 1.58 70 발명강
3 0.0033 0.20 0.033 0.052 0.080 0.0022 1.34 70 발명강
4 0.0024 0.14 0.045 0.044 0.090 0.0015 1.89 70 발명강
5 0.0017 0.20 0.034 0.042 0.152 0.0030 3.12 70 비교강
6 0.0053 0.25 0.070 0.038 0.072 0.0030 1.20 70 비교강
7 0.0025 0.25 0.010 0.037 0.092 0.0030 1.92 70 비교강
8 0.0033 0.15 0.041 0.038 0.030 0.0040 0.54 70 비교강
9 0.0141 0.20 0.048 0.059 0.070 0.0022 0.64 70 비교강
10 0.0033 0.20 0.033 0.052 0.080 0.0022 1.34 40 비교강
11 0.0039 0.15 0.010 0.013 0.122 0.0075 2.39 70 종래강
용해된 성분강의 강괴를 1250℃ 가열로에서 1시간 유지한 후 열간 압연을 실시하였다. 이때 열간 마무리압연온도는 900℃, 권취온도는 650℃로 하였으며, 냉간압하율을 70%로 하여 냉간 압연한 후 소둔온도를 830℃로 하여 연속소든을 실시하였다. 냉간압하율의 효과를 조사하기 위한 비교재(시료번호 10)의 경우 냉간압연율을 40%로 하였다.
소둔이 완료된 시편은 완전히 탈지한 후 70℃, 10% 황산용액에서 5분간 침적하여 산세를 실시하고 온수로 세척한 후, 85℃의 3.6g/l 탄산소다수용액과 1.2g/l 붕산수용액의 혼합액에 5분간 침적하여 중화처리하였다.
전처리를 완료한 시편은 유약을 강판에 도포한 후 200℃에서 10분간 건조하였다.
건조가 끝난 시편은 830℃에서 7분간 유지하여 소성처리를 실시한 후 공냉하여 법랑처리를 완료하였다. 이때 소성로의 조건은 노점온도 30℃로 피쉬스케일이 가장 발생하기 쉬운 조건이다.
법랑처리가 끝난 시편은 200℃ 유지로에서 20시간동안 유지하여 피쉬스케일 가속처리후 폭 60mm, 길이 200mm에서 발생한 피쉬스케일 결함수를 육안으로 조사하였고, 법랑밀착성 평가는 PEI 밀착시험기를 이용하여 PEI 밀착지수를 측정하였다.
표 2는 본 발명강 및 비교강의 법랑특성 및 기계적 성질을 조사한 결과를 나타낸 표이다.
본 발명강 및 비교강의 법랑특성 및 기계적 성질
시료 번호 법 랑 특 성 기 계 적 성 질 비고
피쉬스케일 결함발생수(개) 법랑층두께(㎛) PEI지수 항복강도(kg/mm2) 인장강도(kg/mm2) 연신율(%) r
1 0 108 97 12.2 29.0 51.4 2.21 발명강
2 0 114 100 14.5 31.2 50.6 2.02 발명강
3 0 104 96 13.2 29.2 50.9 2.01 발명강
4 0 108 94 13.8 30.8 50.2 2.15 발명강
5 0 104 75 14.5 30.8 49.5 2.12 비교강
6 0 96 96 21.8 36.3 42.4 1.73 비교강
7 25 115 93 13.6 28.3 52.8 2.34 비교강
8 38 99 93 25.7 34.8 43.8 1.62 비교강
9 0 119 95 28.5 37.4 40.8 1.28 비교강
10 41 120 99 10.5 27.5 54.9 1.73 비교강
11 5 99 81 10.2 28.8 51.9 2.35 종래강
본 발명의 범위에 속하는 시료번호 1-4는 PEI 법랑밀착지수가 94 이상으로 매우 우수한 법랑밀착성을 나타내었으며, 가장 가혹한 조건에서도 법랑의 치명적인 결함인 피쉬스케일결함의 발생이 전혀 없었다. 또한 기계적 성질은 항복강도 15kg/mm2이하, r값 2.0 이상, 연신율 50% 이상으로 욕조 등을 포함한 거의 모든 법랑제품을 매우 용이하게 가공할 수 있다.
한편 시료번호 5는 기계적 성질이 우수하며, 피쉬스케일발생은 없었으나, 법랑밀착성이 75%로 매우 낮은데, 이것은 티타늄의 함량이 본 발명의 범위보다 훨씬 높기 때문이다.
시료번호 6의 경우 피쉬스케일발생이 없으며 법랑밀착성도 96%로 우수하나, 인의 함량이 본 발명의 범위보다 높아 인장강도 및 항복강도가 높으며 연신율 및 성형성을 나타내는 지수인 r값이 매우 낮아 심한 성형을 요하는 부품에는 사용할 수 없다.
시료번호 7 및 8은 인의 함량 및 티타늄의 함량이 본 발명의 범위보다 낮아 25개 및 38개의 피쉬스케일이 발생되었다. 이는 인 및 티타늄의 함량이 낮아 피쉬스케일발생을 억제하는 강중 석출물인 티타늄-인탄화물의 양이 적어짐으로써 피쉬스케일이 발생한 것이다.
시료번호 8의 경우는 Ti/(C+N+0.5S)원자비가 1 이하로 본 발명의 범위보다 낮아서 r값이 낮아졌으므로 높은 성형성을 요하는 부품에는 사용이 곤란하다.
시료번호 9는 피쉬스케일이 발생하지 않았고 법랑밀착성도 우수하나 탄소의 함량이 본 발명의 범위보다 높고 Ti/(C+N+0.5S)원자비가 1 이하로 본 발명의 범위보다 낮아서 r값이 낮으므로 성형용으로 사용할 수 없다.
시료번호 10은 냉간압하율이 본 발명의 범위보다 낮아 피쉬스케일결함이 발생하였으며 r값도 낮다.
시료번호 11은 종래강으로 티타늄 함량이 본 발명의 범위보다 높아 법랑밀착성이 81%의 낮은 수준을 보이며 가혹한 분위기에서 피쉬스케일이 발생하여 하절기와 같은 습도가 높은 분위기에서 법랑처리를 할 경우 피쉬스케일이 발생한다.
상기의 방법으로 법랑용 강판을 제조함으로써, 피쉬스케일결함의 발생이 전혀 없어 표면품질이 우수하고, 법랑밀착성이 우수하며, 가공성이 우수하여 복잡한 형상의 제품으로도 가공할 수 있는 우수한 법랑용 강판을 생산할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 법랑용 강판의 제조에 있어서, 중량%로 C:0.01% 이하, Mn:0.05-0.3%, S:0.03-0.06%, P:0.03-0.06%, Ti:0.04-0.12%, N:0.005% 이하로 하여 첨가하고 Ti/(C+N+0.5S)원자비를 1 이상으로 조절하여, 강의 제조시 불가피하게 첨가되는 원소를 포함하는 알루미늄 킬드강을 열간 압연하되, 마무리압연온도를 Ar3변태점 이상으로 하여 권취한 후 50-85%의 압하율로 냉간 압연하여 재결정온도 이상의 소둔온도에서 연속소둔하는 것을 특징으로 하는 성형성 및 표면품질이 우수한 법랑용 강판의 제조방법
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