KR100360095B1 - 성형성이 우수한 고밀착 법랑강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가전제품의 부분품 또는 욕조 등 법랑처리제품의 소지강판으로 사용되는 법랑용 냉연강판의 제조방법에 관한 것이며; 그 목적은 법랑용 냉연강판에 요구되는 법랑밀착성, 내피쉬스케일성(Fishscale) 성형성의 모든 특성을 만족하는 법랑용 냉연간판의 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 법랑용 냉연강판의 제조방법에 있어서, 중량%로, C:0.004% 이하, Mn:0.3%이하, S:0.02%-0.03%, P:0.005%-0.03%, Ti:0.08-0.15%, N:0.004%이하를 함유하며, Ti^*= Ti -(48/32)S -(48/14)N-(48/12)C로 정의되는 과잉티타늄(Ti^*)이 0.04%이상을 만족하고, 나머지 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 알루미늄킬드강을 재가열하고, 마무리 압연온도를 Ar₃변태점 이상으로 하는 조건으로 열간압연한 후 통상의 방법으로 권취한 다음, 이어 50-85%압하율로 냉간압연하고, 이어 재결정온도 이상의 온도에서 연속소둔하여 이루어지는 성형성이 우수한 고밀착 법랑강판의 제조방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

성형성이 우수한 고밀착 법랑강판의 제조방법

본 발명은 가전제품의 부분품 또는 욕조 등 법랑처리제품의 소지강판으로 사용되는 법랑용 냉연강판의 제조방법에 속한다. 보다 상세히는, 본 발명은 법랑용 냉연강판의 법랑밀착성, 내피쉬스케일성(Fishscale) 성형성 모두를 일정수준으로 확보할 수 있는 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 법랑용 냉연강판은 용도에 맞는 다양한 형태로 성형가공된 다음, 표면에 법랑처리하고 고온에서 소성하여 법랑제품으로 제조된다. 이러한 법랑용 냉연강판에 요구되는 주요 특성으로는, 강판과 법랑층과의 밀착성, 내피쉬스케일(Fishcale)성 및 성형성등이 있다.

법랑밀착성은 강판과 법랑층과의 밀착성으로 이는, 강판에 첨가되는 첨가원소 및 표면조도에 영향을 받는 것으로 알려져 있다.

그리고, 피쉬스케일(Fishcale)은 법랑제품 제조공정에서 소성전 또는 고온소성시 강중에 고용되었던 수소가 방출되면서 생기는 수소압력에 의해 강판표면에 이미 경화된 법랑층이 물고기 비늘모양으로 깨어지는 결함을 말한다. 피쉬스케일 결함의 방지를 위해서는 강 내부에 수소를 흡착할 수 있는 위치를 만들어 줄 필요가있으며, 이는 주로 강판에 존재하는 비금속개재물 또는 석출물의 양에 크게 영향을 받는 것으로 알려져 있다.

지금까지 피쉬스케일을 방지하기 위해 제시된 강종들은 티타늄, 보론, 질소 및 산소 등을 첨가하여 티타늄황화물, 티타늄질화물, 티타늄탄화물, 보론질화물 또는 망간산화물 등의 수소흡장원으로 알려진 석출물 또는 산화물을 석출시키거나, 고탄소강을 탈탄소둔하여 내피쉬스케일성을 확보한 티타늄첨가강, 보론첨가강, 고산소강 및 탈탄소둔강이 대부분이다.

또한, 성형성은 법랑제품이 법랑처리하기전에 원하는 형태로 가공을 하기 때문에 법랑용 소재의 성형성은 매우 중요하게 받아들어지고 있다.

현재까지 개발된 법랑용 냉연강판은 법랑밀착성, 내피쉬스케일성 및 소지강판의 성형성의 특성을 모두 만족하지 못하고, 어쩔수 없이 어느 하나의 특성을 확보하는 대신 이중 몇가지 특성의 희생하는 문제점이 있어왔다.

이에, 본 발명은 법랑밀착성, 내피쉬스케일성 및 성형성의 특성을 모두 만족하는 법랑용 냉연강판을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조방법은, 중량%로, C:0.004% 이하, Mn:0.3%이하, S:0.02%-0.03%, P:0.005%-0.03%, Ti:0.08-0.15%, N:0.004%이하를 함유하며, Ti^*= Ti -(48/32)S -(48/14)N-(48/12)C로 정의되는 과잉티타늄(Ti^*)이0.04%이상을 만족하고, 나머지 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 알루미늄킬드강을 재가열하고, 마무리 압연온도를 Ar₃변태점 이상으로 하는 조건으로 열간압연한 후 통상의 방법으로 권취한 다음, 이어 50-85%압하율로 냉간압연하고, 이어 재결정온도 이상의 온도에서 연속소둔하는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

상기 C는 0.004% 이상 첨가할 경우 강중 고용탄소의 양이 많아 소둔시 집합조직의 발달을 방해하거나 미세한 티타늄탄화물의 석출량이 많아 결정립이 미세화되어 성형성이 크게 낮아지므로 0.004%이하로 제한한다.

상기 Mn은 강중 고용 황을 망간황화물로 석출하여 고용 황에 의한 적열취성(Hot shortness)을 방지하기 위해 첨가하지만, 본 발명강의 경우 티타늄을 첨가하여 황을 티타늄황화물을 석출함으로써 고용상태로 잔존하는 황을 완전히 제거하므로 망간을 별도로 첨가할 필요가 없다. 또한, 망간의 경우 강중에 고용상태로 존재할 경우 강도를 증가하는 효과는 있지만, 강화효과는 크지 않으면서 성형성을 해치므로 0.3%이하로 제한한다.

상기 S은 일반적으로 강의 물성을 저해하는 원소로 알려져 있으나, 본 발명강의 경우 티타늄황화물을 석출하여 내피쉬스케일성을 확보하기 위해 첨가한다. 황의 함량 0.02% 미만에서 티타늄황화물의 생성량 및 크기가 적어 내피쉬스케일성을 확보하지 못하며, 0.03% 이상 첨가할 경우 과잉 Ti의 양이 적어 성형성이 저하하므로 0.02-0.03%로 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 P은 냉연강판에서는 성형성을 크게 저하하지 않으면서도 강도를 효과적으로 상승시키는 원소로 알려져 있다. 본 발명에서는 티타늄과 반응하여 Ti(Fe, P)석출물을 생성하여 내피쉬스케일성을 향상할 목적으로 첨가한다. P의 첨가량이 0.005% 이하에서는 Ti(Fe,P)석출물이 생성되지 않아 내피쉬스케일성의 향상을 기대하기 어려우며, 0.03% 이상에서는 매우 미세한 (Ti, Fe)P석출물의 생성으로 재결정립을 미세화하여 성형성을 저하하므로 P은 0.005-0.03%로 첨가한다.

상기 Ti은 강중 고용탄소 및 질소를 티타늄탄,질화물로 석출하여 제거함으로써 소지강판의 성형성을 향상시키고, 티타늄황화물(TiS) 및 Ti(Fe, P)석출물을 석출하여 내피쉬스케일성을 향상시키는 원소로서, 그 첨가량이 0.08% 이하에서는 석출되는 티타늄석출물의 양이 적어 내피쉬스케일성을 확보할 수 없으며, 0.15% 이상 첨가할 경우 티타늄 석출물의 양이 많아 내피쉬스케일성은 확보할 수 있지만 법랑밀착성을 저하하므로 0.08-0.15%로 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 N는 티타늄과 결합하여 티타늄질화물로 석출하여 내피쉬스케일성을 향상시키지만, 티타늄질화물의 경우 강판에 노출된 경우 산화하여 발생하는 질소가스에 의해 표면결함이 발생하므로 질소의 함량을 가능한 낮게 하는 것이 좋으며, 질소함량이 0.004%이하에서는 티타늄질화물의 석출량이 적어 표면결함발생 확율이 매우 낮으므로 질소의 첨가량은 0.004%이하로 한정한다.

Ti^*= Ti -(48/32)S -(48/14)N-(48/12)C로 정의되는 과잉티타늄(Ti^*)은 티타늄이 질소, 황 및 탄소와 반응하여 TiN, TiS 및 TiC로 결합하여 첨가된 원소의 전부가 석출한다는 가정하에 계산된 고용상태로 잔존하는 티타늄의 양인데 실제로는 이들 원소가 전부 반응하지 않으므로 과잉 티타늄의 양이 많을수록 일부 석출되지 않고 잔존하는 고용탄소 또는 질소를 완전히 석출할 뿐만 아니라 (Ti, Fe)P석출물을 석출하여 내피쉬스케일성을 향상하는 역할을 한다. 과잉티타늄의 함량이 0.04%이상에서는 고용상태로 잔존하는 탄소 또는 질소가 거의 없어 복잡한 형상을 수 있을 정도인 r값 2.0이상의 성형성을 확보할수 있고 적당한 양의 (Ti,Fe)P생성으로 내피쉬스케일성도 확보할 수 있으므로 하한값을 0.04%이하로 한다.

상기와 같이 조성되는 알루미늄킬드강을 재가열하여 열간압연하는데, 이때의 열간압연은 마무리 압연온도를 Ar₃변태이상의 온도로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 Ar₃변태온도 미만에서 열간압연할 경우 압연립의 생성으로 가공성을 저하하기 때문이다.

상기와 같이 열간압연하고 통상의 방법으로 권취한 다음, 냉간압연하는데, 이때의 냉간압하율은 50-85%로 제한하는 것이 바람직하다. 이는 열간압연시 생성하여 성장한 석출물이 냉간압연과정에서 파괴 또는 연신되는 과정에서 미세한 틈이 생성되며, 이 틈은 연속소둔후에 대부분 그대로 잔존하여 중요한 수소흡장원으로 작용하는데, 이를 위해서는 냉간압하율의 제어가 필요하다. 즉, 냉간압하율이 50% 미만일 경우 미세한 틈의 생성면적이 적어 수소흡장능이 저하하여 피쉬스케일 발생 확율이 높으며, 85% 이상의 냉간압하율로 압연할 경우 압하율이 너무 높아 미세한 틈이 압착되어 미세한 틈의 면적이 오히려 감소하여 수소흡장능이 급격히 감소하게되기 때문이다.

상기와 같이 냉간압연한 다음 통상의 방법으로 연속소둔한다. 즉, 재가열온도이상으로 연속소둔하면 된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기 표 1과 같은 조성을 만족하도록 용해되어 제조된 강괴를 1250℃ 가열로에 1시간 유지후 열간압연을 실시하였다. 이때 열간마무리 압연온도는 900℃, 권취온도는 650℃로 하였으며, 최종두께를 3.2mm로 하였다. 열간압연된 시편은 산세처리하여 표면의 산화피막을 제거한 후 70%의 압하율로 냉간압연 하였다.

냉간압연이 완료된 시편은 법랑특성을 조사하기 위한 법랑처리시편 및 기계적 특성을 조사하기 위한 인장시편으로 가공한후 연속소둔을 실시하였다.

이때, 법랑처리시편은 70mm×150mm의 크기로 절단하였으며, 인장시편은 ASTM(ASTM E-8 standard)에 의한 표준시편으로 가공하였다. 연속소둔은 830℃의 온도에서 소둔을 실시하였다.

상기와 같이 연속소둔이 완료된 시편중 인장시편은 인장시험기(INSTRON사, Model 6025)를 이용하여 항복강도, 인장강도, 연신율 및 r값을 측정하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

그리고, 법랑처리용 시편은 완전히 탈지한후 70℃, 10% 황산용액에서 5분간 침적하는 산처리를 실시하고, 온수로 세척한후 85℃로 유지한 3.6g/ℓ 탄산소다 + 1.2g/ℓ 붕사수용액에 5분간 침적하는 중화처리하였다. 전처리가 완료된 시편에유약(해광요업, 초벌법랑용 유약 소성온도 830℃)을 도포한후 200℃에서 10분간 건조하여 수분을 완전히 제거하였다. 건조가 끝난 시편은 830℃에서 7분간 유지하여 소성처리를 실시한후 공냉하는 법랑처리를 하였다. 이때 소성로의 분위기는 노점온도 30℃로 피쉬스케일결함이 가장 발생하기 쉬운 가혹한 조건으로 하였다. 법랑처리가 끝난 시편은 200℃ 유지로에 20시간동안 유지하여 피쉬스케일 가속처리후 발생한 피쉬스케일 결함수를 육안으로 조사하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 이때, 법랑밀착성 평가는 밀착시험기기(ASTM C313-78규격에 의한 시험 기기)를 이용하여 밀착지수를 측정하였다.

[표 1]

[표 2]

상기 표 1 및 2에 나타난 바와 같이, 발명재(1-4)는 강판의 r값 2.0이상으로 높은 성형성을 확보하였으며 가혹한 조건에서도 피쉬스케일이 발생하지 않아 내피쉬스케일성도 우수하였다. 또한, 법랑밀착지수의 경우 95%이상으로 높은 밀착성을 나타내었다.

이에 반해, 비교재(1)은 황의 함량이 0.042%로 높아 피쉬스케일 결함 발생은 없었으나 과잉 티타늄의 양이 0.005%로 낮아 r값이 1.7로 성형성이 매우 낮았다.

비교재(2)는 과잉 티타늄의 양이 0.057%로 높아 r값이 2.25로 성형성은 우수하나 황 함량이 0.012%로 낮아 25개의 피쉬스케일이 발생하여 법랑용 강판으로 사용할 수 없다.

비교재(3)은 황함량이 0.32%로 피쉬스케일 결함발생이 없을 뿐아니라 과잉 티타늄이 0.115%로 r값이 2.37로 성형성도 우수하지만 티타늄함량이 0.182%로 높아법랑밀착성이 83%로 매우 낮아 법랑용 강판으로 사용하기는 곤란하다.

비교재(4)는 황함량이 0.038%로 높지만 티타늄의 함량이 0.072%로 낮아 38개의 피쉬스케일이 발생할 뿐만 아니라 과잉티타늄의 양도 0.002%로 낮아 r값이 1.72로 성형성도 줄지 않았다.

비교재(5)는 종래강으로 티타늄함량이 0.122%로 높고 질소의 함량이 0.0075%로 높아 강중 조대한 티타늄질화물의 생성으로 피쉬스케일 결함이 발생하지 않았으며 과잉 티타늄의 양이 0.061%로 r값이 2.12로 성형성도 우수하였으나 조대한 석출물인 조대한 티타늄질화물이 표면에 다량 존재하여 기포에 의한 표면결함이 발생하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 법랑밀착성, 내피쉬스케일성(Fishscale) 및 성형성 모두 우수한 법랑용 강판이 제공되며, 이러한 법랑용 강판은 특히 복잡한 형상으로 성형되는 제품에 적용될 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 법랑용 냉연강판의 제조방법에 있어서,

   중량%로, C:0.004% 이하, Mn:0.3%이하, S:0.02%-0.03%, P:0.005%-0.03%, Ti:0.08-0.15%, N:0.004%이하를 함유하며, Ti^*= Ti -(48/32)S -(48/14)N-(48/12)C로 정의되는 과잉티타늄(Ti^*)이 0.04%이상을 만족하고, 나머지 Fe와 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어지는 알루미늄킬드강을 재가열하고, 마무리 압연온도를 Ar₃변태점 이상으로 하는 조건으로 열간압연한 후 통상의 방법으로 권취한 다음, 이어 50-85%압하율로 냉간압연하고, 이어 재결정온도 이상의 온도에서 연속소둔하는 것을 특징으로 하는 성형성이 우수한 고밀착 법랑강판의 제조방법.