KR100369233B1 - 내압강도가 우수한 2피스 캔용 강판의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 캔의 내압강도가 우수한 2피스 캔용 강판의 제조방법에 관한 것으로 가공성을 부여하기 위하여 충분히 소둔하여 강의 연신율을 확보하고, 다시 2차 압연을 적절히 실시하여 가공에 필요한 연신율을 가지면서 강도를 증가시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 2피스 캔용 강판의 제조방법에 있어서, 중량%로 탄소:0.0025%이하, 망간: 0.20%이하, 알루미늄: 0.015∼0.035%, 질소:0.0025%이하, 그리고 철 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강을, 연속소둔 후 2차 냉간압연율의 범위를 5∼8%로 하는 내압성이 우수한 2피스 캔용 강판의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 강판의 두께가 감소하더라도 소재의 강도를 증가시키는 방법으로 캔의 안정성을 확보할 수 있는 효과를 가진다.
Description
본 발명은 캔의 내압강도가 우수한 2피스 캔용 강판의 제조방법에 관한 것으로, 특히 가공성을 부여하기 위하여 충분히 소둔하여 강의 연신율을 확보하고, 다시 2차 압연을 적절히 실시하여 가공에 필요한 연신율을 가지면서 강도를 증가시키는 기술을 이용한 것으로 캔 가공후 내압성이 우수한 2피스 캔용 강판의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 음료 및 식품을 저장하기 위하여 사용되는 용기는 그 소재 및 형태가 매우 다양하다. 먼저 용기의 소재를 보면 주로 사용되는 철강제를 비롯하여 플라스틱, 유리, 종이 나무 및 알루미늄 등이 있으며, 그 중에서 철강제는 가격이 타 소재에 비하여 매우 낮으며 내용물에 대한 안정성 즉 내식성이 우수하기 때문에 가장 널리 사용되고 있고 최근에는 플라스틱과 알루미늄이 그 다음으로 널리 사용되고 있다. 그러나 알루미늄과 플라스틱 재료는 소재의 제조비용이 철강재에 비하여 높을 뿐 아니라 자원의 재활용 측면에서 회수방법이 복잡하고 및 재생에 소요되는 비용이 높으므로 철강재에 비하여 불리한 것으로 알려져 있다. 한편 유리의 경우 회수시 반복하여 사용할 수 있는 이점이 있으나 빛이 통과하기 때문에 일부 내용물에 대해서는 안정성을 확보할 수 없으며 재활용하는 경우에도 세정 및 회수에 많은 비용이 추가되는 것으로 알려져 있다. 설명한 바와 같이 철강재는 경제적이며 안정적인 특성을 이용하여 식품 및 음료의 저장용기로 가공되어 널리 사용되고 있으며 향후에도 점차 확대될 전망이다.
한편 식품 및 음료를 저장하는 용기의 형태를 고려하면 대부분 캔의 형태로 가공하여 사용하고 있으며 이는 소형이므로 운반이 간편하고 이동 중에 손상이 없으며 저장방법에 제한이 없는 특징이 있다. 캔이 형태를 살펴보면 철강재의 경우 캔의 구성 개체수에 따라 2피스 캔과 3피스 캔으로 구분하며, 2피스 캔의 경우는 캔 바닥과 몸통이 일체형이고 뚜껑이 있는 두 개의 개체로 구성되어 있고, 3피스 캔의 경우 몸통, 바닥 그리고 뚜껑의 세 개의 개체로 구성되어 있다. 한편 알루미늄의 경우 용접이 불가능하기 때문에 대부분 2피스 캔으로 구성되어 있다. 통상적으로 2피스 캔을 3피스 캔에 비하여 용접부가 없기 때문에 내용을 보관시 내용물과 캔과의 접촉에 의한 용접부의 접촉이 없으므로 보관 안정성이 우수하며 산업적으로 고속 생산이 가능하고, 캔 표면의 색상을 고려한 디자인이 일체형이므로 외관이 우수하고 가공 공정이 단순하고 배 가스의 방출이 적으므로 최근에는 3피스 캔보다 2피스 캔의 적용이 진행되고 있는 실정이다.
2피스 캔의 가공공정은 크게 도로잉(drawing), 리드로잉(redrawing), 아이어닝(ironing), 그리고 도밍(doming) 공정으로 구분할 수 있으며 드로잉 공정에서 소재로부터 일정한 컵의 형태로, 리드로잉 공정에서는 컵의 직경을 감소하게 되며 아이어닝 공정에서는 직경의 변화는 없이 두께를 단계적으로 감소하여 캔의 높이를 형성하고 최종적으로 도밍(doming)에 의해 캔의 바닥부를 가공하게 된다.
철강재 2피스 캔과 알루미늄 2피스 캔의 품질 특성을 비교하여 보면 큰 차이가 있다. 철강 캔의 경우 내용물의 종류에 관계없이 충분한 내식성을 가지기 때문에 보관하고자 하는 내용물에 대한 제한이 없으나, 알루미늄의 경우는 특히 염분이 함유된 식품에는 국부적 부식에 의해 저장이 곤란하며 현재까지도 염분 함유 내용물을 알루미늄 캔에의 적용 실정은 없는 실정이다. 또한 철강 캔의 경우 알루미늄에 비하여 강도가 높기 때문에 캔의 안정성 즉 캔의 운반 중 캔에 작용하는 압축에 의한 손상이 적은 특징이 있다. 캔에 내용물을 보관할 때는 내용물의 종류에 따라 캔 내부를 대기의 압력보다 높게 하는 탄산 음료 또는 스포츠 음료의 저장방법과 대기의 압력보다 낮게 하는 과일 음료, 차 종류 또는 건강 식품의 저장방법으로 나눌 수 있다. 알루미늄의 경우는 철강재에 비하여 강도가 낮기 때문에 캔의 내부를 대기의 압력보다 낮게 하는 경우 캔이 손상을 입기 때문에 사용할 수 없다. 그러나 철강 캔의 경우는 충분한 강도를 가지므로 캔 내부의 압력에 관계없이 사용이 가능하기 때문에 내용물의 종류 또는 보관 방법에 제한을 받지 않고 가장 널리 사용되고 있다.
앞에서 설명한 바와 같이 2피스 캔은 3피스 캔에 비하여 경제적이고 우수한 특성을 보이고 있으나 최근에는 2피스 캔에 대해 더욱 이점을 더하기 위하여 캔을 가볍게 가공하고자 하는 경량화 노력이 진행되고 있다. 즉 캔의 경량화는 소재의 두께가 얇은 경우 동일한 소재 무게에 대하여 캔의 생산량이 증가하기 때문이며,이러한 경량화 기술은 소재의 두께와 강도측면을 동시에 고려하게 된다. 즉 소재의 두께가 얇아지면 캔 가공후 무게는 감소하게 되지만 캔의 안정성인 수직 압축강도가 저하하고 및 내부 압력에 견디는 내압강도가 저하하게 된다.
본 발명은 2피스 캔의 경량화 기술인 소재 두께를 감소시키는 경우 발생하는 캔의 내압강도 저하를 억제하기 위하여 소재의 강도를 적절히 함으로써 소재의 두께가 감소하더라도 충분한 내압특성을 얻을 수 있는 내압 특성이 우수한 2피스 캔용 강판의 제조법에 관한 것이다. 캔을 가공하는 공정에서 소재의 가공성은 매우 중요하며 통상 소재의 재질이 연할수록 가공에는 유리하지만 내압강도는 저하하게 되며 소재의 재질이 경한 경우에는 내압강도는 충분하지만 가공성이 열화하는 경향이 있다. 따라서 캔의 경량화를 위해서는 소재 두께의 감소와 강도의 증가는 불가피하므로 적절한 강도를 부여함으로써 가공성과 내압성을 동시에 만족하게 하는 강판의 제조기술은 매우 중요하다고 할 수 있다.
2피스 캔의 무게를 감소하고자 하는 경량화 기술은 소재 두께를 감소시키는 것이 필요하다. 그러나 소재의 두께가 얇을수록 캔의 안정성인 압축강도 및 내압강도는 감소하게 되므로, 소재의 강도 증가는 불가피하며 두께 감소에 따른 캔의 안정성 저하를 강도 증가에 의해 억제하게 된다. 소재의 감도가 증가하는 경우, 캔의 가공공정인 드로잉 및 아이어닝 공정에서 충분한 가공성을 확보하기 곤란하므로 강도의 수준을 적절히 할 필요가 있다.
본 발명은 상기의 요망된 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 내압성이 우수한 2피스 캔용 강판의 제조법에 관한 것으로, 종래에 사용되는 강판에 비하여 약 8∼13%정도 두께가 얇은 강판을 적용함에 있어 강판의 강도와 가공성을 동시에 만족하는 특성을 가진다. 캔 가공에 있어서 강판의 강도가 낮을수록 가공성에는 유리하지만 앞에서 설명한 바와 같이 내압강도가 저하하게 되므로 충분한 내압특성을 가지면서 가공성도 동시에 만족하는 강판의 제조가 필요하다. 따라서 본 발명에서는 이러한 특성을 만족하는 강판을 제조함에 있어 강의 화학성분 및 제조조건을 적절히 하여 종래에 사용하는 강판의 두께보다 얇게 하여 2피스 캔의 경량화를 달성하며 가공성과 내압특성을 만족하는 강판을 제조하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 2피스 캔용 강판의 제조방법에 있어서, 중량%로 탄소:0.0025%이하, 망간: 0.20%이하, 알루미늄: 0.015∼0.035%, 질소:0.0025%이하, 그리고 철 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강을, 연속소둔 후 2차 냉간압연율의 범위를 5∼8%로 하는 내압성이 우수한 2피스 캔용 강판의 제조방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 내용물을 저장하는 용기로서의 스틸 2피스 캔을 제조함에 있어 사용되는 강판에 대하여 종래의 두께보다 얇은 소재를 사용하여 캔의 정량화를 달성하고 소재의 강도를 증가하지만 가공에 필요한 충분한 가공성과 가공 후에는 캔의 내압강도를 동시에 만족하는 2피스 캔용 강판의 제조기술로서, 종래 캔용 강판에 대한 통상의 제조방법은 적절한 화학조성으로 된 강을 열간압연을 거치고 다시 두께를 감소하기 위하여 냉간압연을 실시한 다음 재질을 제어하는 열처리 공정을 거치게 된다. 이 때 최종적으로 재질의 수준에 따라 열처리를 실시하며 충분한 가공성을 갖도록 한다. 2피스 캔용 소재의 경우도 통상의 과정을 거쳐 제조하게 되며 열처리 공정에서는 냉간압연 단계에서 압연에 의한 변형을 완전히 제거하고 연신율과 가공성을 얻도록 한다. 캔용 강판은 이러한 공정을 소재의 두께에 관계없이 동일한 과정을 거치게 되므로 얇은 소재의 경우도 재질이 연하게 된다. 따라서 캔을 경량화하기 위하여 강판의 두께를 감소하는 경우 두께 감소에 따른 강도의 저하가 있을 뿐 아니라 소둔에 의해 가공성을 나타내는 연신율은 충분하지만 강도가 저하하므로 앞에서 설명한 바와 같이 캔의 충분한 내압성을 얻기에 곤란하다. 따라서 본 발명에서는 목적으로 하는 두께를 얻기 위하여 실시하는 냉간압연이후에 통상의 공정에 의해 소둔 열처리를 실시하여 가공에 필요한 충분한 연신율을 확보하고 열처리한 강판을 다시 약간의 냉간압연을 실시하여 강도를 증가시키는 기술을 특징으로 한다. 이러한 강판은 가공시에 충분한 연신율을 가지므로 가공성을 만족하며 가공 후에는 강판의 초기 강도를 유지하므로 내압성 향상에 기여하는 기술을 이용한 것이다.
즉, 스틸 2피스 캔을 가공하는 데 있어 강판의 가공성과 가공 후 캔의 내압특성을 개선하기 위해서는 두가지 방법을 고려할 수 있다. 먼저 종래의 방법으로 소둔 열처리 공정에서 캔의 내압강도를 얻기 위하여 온도를 낮추는 방법이 있다. 그러나 소둔 공정에서 온도의 저하에 의해 냉간압연시 형성된 변형을 제거하고 재결정 단계에서 결정립의 크기를 제어하여 강판이 강도를 증가할 수는 있으나 이 경우 강판의 연신률은 현저하게 감소하게 되며 연신율이 너무 낮은 경우에는 캔 가공을 위한 가공성 확보가 곤란하다. 또 다른 방법으로 소둔 열처리 과정에서 충분히 열처리를 실시하여 연신율을 증가시키고 캔 가공에 필요한 가공성을 확보한 강판을 대상으로 다시 약간의 냉간압연을 실시하여 강도를 증가시키는 방법이다. 이 경우에 2차 냉간압연에 의해 일부 연신율의 감소현상은 나타나지만 이는 적절한 화학성분의 조정과 2차 압연시 압연율을 적적하게 제어함으로써 연신율의 감소량을 최소화하는 방법에 의해 해소가 가능하다. 즉 본 발명의 주요기술은 앞에서 설명한 바와 같이 적절하게 성분을 설계한 강을 대상으로 소둔 열처리에 의해 충분한 연신율을 확보하고 다시 2차 압연을 실시하여 연신율의 저하를 최소로 하여 캔의 가공성을 만족할 수 있도록 하는 기술적 특징이 있다. 이러한 강판의 제조기술을 이용하여 2피스 캔의 경량화를 달성하기 위하여 극박 강판을 적용하는 경우 캔의 가공성과 내압 특성을 만족하는 강판의 제조가 가능하다.
앞에서 설명한 바와 같이 2피스 캔용 강판에 대해 이러한 특성을 얻기 위한 기술로서 강의 화학성분, 소둔 열처리 조건 및 2차 냉간압연율의 설정이 중요한 요소기술이며, 이 조건들은 소둔후 충분한 연신율에 의해 가공성이 우수한 특성을 보이고 2차 냉간압연에 의해서는 강도는 상승하지만 연신율의 저하는 크지 않는 특성을 지배하게 된다.
본 발명의 기술은 종래의 기술과는 크게 다르며 이는 종래에 가공성을 얻기 위하여 소둔 열처리과정에서 연신율을 증가하는 경우 강도가 감소하므로 캔의 경량화를 위한 두께 감소가 불가능하였으며 또한 강도를 얻기 위하여 열처리를 온도를낮게 하는 경우 강도는 증가하지만 가공성이 낮아지는 문제점이 있으나 본 발명을 통하여 가공성과 내압특성을 모두 만족하는 강판제조가 가능한 특징이 있다. 또한 본 발명에서의 제조기술은 강판이 제조공정에서 잇점이 있다. 즉, 종래 강판의 경우 최종적으로 사용하고자 하는 강판의 두께는 소둔 이전에 냉간압연단계에서 결정해야 하며 소둔 열처리 공정을 거치게 된다. 그러나 본 발명에서의 제조공정은 소둔 후 2차 압연을 거치게 되므로 사용하고자 하는 두께는 2차 압연공정에서 결정하게 된다. 즉 종래의 기술에서는 얇은 강판이 소둔 열처리 공정을 거치게 되며 본 발명에서는 종래 강판에 비하여 두꺼운 강판이 소둔 열처리 공정을 거치게 된다. 한편, 소둔 열처리의 경우 대부분 650℃ 이상의 고온이므로 강판의 두께가 얇을수록 소둔로에서의 강판의 흐름이 원활하지 않은 경우가 많으며 때로는 강판의 흐름이 좋지 않은 경우 강판의 형상이 일정하지 않거나, 작업의 연속성을 확보하기에 곤란한 문제점이 쉽게 나타난다. 따라서 본 발명 기술에 의한 소둔 열처리전의 강판의 두께는 종래의 강판에 비하여 두꺼우므로 소둔 열처리 공정에서 균일한 형상을 얻기 쉬우며 동일 시간내에 생산량도 증가하는 유리한 특징이 있다.
스틸 2피스 캔은 음료 또는 식품의 내용물을 보관하기 위한 용기로서 다양한 내용물에 대한 내식성이 우수할 뿐만 아니라 캔의 강도가 높기 때문에 운반 중에 손상을 억제할 수 있으며 기타 용기용 소재에 비하여 가격이 저렴하므로 가장 널리 사용되고 있다. 또한 스틸 캔의 무게 감소는 동일한 무게의 소재로부터 캔을 가공하는 경우 생산량이 증가하므로 점차 소재의 두께를 감소하여 경량 캔을 가공하고자 하는 노력이 진행하고 있다.
한편 캔의 요구특성으로 탄산음료와 같이 내용물 중에 가스를 충전하는 경우, 내부의 압력에 의해 캔은 팽창을 일으키며 이러한 경우 캔의 바닥부위에 변형이 생기므로 캔을 적치하는 데 어려움이 있어 운반의 편리성이 악화될 뿐만 아니라 뚜껑에 부착되어 있는 손잡이(tab)와의 접촉에 의해 뚜껑이 열리게 되고 결국 내용물이 대기와의 산소 교환에 의해 변질될 가능성이 있다. 따라서 캔은 특히 내용물 중에 탄산가스를 주입하는 스포츠 음료 및 탄산 음료 캔의 경우 바닥부위의 내압에 대한 변형 저항을 크게 하여 운반성인 내용물의 안정성을 확보할 필요가 있다. 그러나 앞에서 설명한 바와 같이 소재의 두께를 감소하여 캔을 경량화하는 기술은 소재의 두께가 얇기 때문에 캔을 가공한 후에도 바닥부위에서의 내부압력에 의한 변형저항 강도는 저하하게 되므로 두께의 감소에는 제한이 있다. 따라서 본 발명에서는 소재의 두께 감소에 따른 캔의 내압성을 개선하기 위하여 소재에 강도를 부여하는 기술에 관한 것으로, 종래의 소재의 두께보다 얇은 강판을 사용하면서도 내압강도를 충분히 얻을 수 있는 특징이 있으며, 강의 화학성분, 소둔 열처리조건 또 소둔후 2차 냉간압연율을 적절히 제어하여, 캔을 가공하기 전의 강판은 충분한 연신율을 가지며 가공후에는 내압성이 우수한 특성을 나타낸다.
이하는 본 발명을 달성하기 위한 강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
먼저, 강의 화학성분은 강판의 재질을 결정하는 기본요소로서 주요 원소는 탄소(C), 망간(Mn), 인(P), 황(S), 알루미늄(Al), 그리고 질소(N)가 있으며 이들 원소는 강의 재질에서 항복 강도, 인장 강도 및 연신률에 크게 영향을 미치게 된다. 강에서 탄소와 망간의 함량이 높을수록 강도는 증가하게 되며 연신율이 저하함을 나타내고, 인화 황은 강의 제조과정에서 불가피하게 함유되는 원소로서 함량이 많을수록 강도가 증가하며 특히 황의 경우 열간압연공정에서 압연 중 파단을 일으키는 취성거동에 영향을 미치기 때문에 가능한 낮게 하는 것이 바람직하다. 한편 알루미늄의 경우 강을 연속주조하는 공정에서 강중에 존재하는 산소는 주조중에 파단을 일으키므로 이를 제거하는 목적으로 첨가하거나, 잔류하는 질소를 석출시키는 목적으로 첨가하며 통상 일정량 이상으로 첨가되면 강도가 증가하는 경향이 있는 것으로 알려져 있다. 한편 미량의 원소로 존재하는 질소의 경우 함량이 증가할수록 강도는 증가하게 되므로, 가능한 낮은 함량이 바람직하며 질소는 소둔 열처리 후에도 잔류하는 경우에 상온에서 강종에서의 이동에 의해 재질이 열화하는 시효현상을 일으키므로 가능한 낮게 하는 것이 요구된다. 본 발명에서 제조하고자 하는 강의 경우, 소둔 열처리후의 재질이 캔 가공에 충분한 연신율을 확보해야 하므로, 이들 원소를 적절히 제어하여 강의 특성을 얻도록 한 특징이 있다. 특히 본 발명에서는 연속소둔 공정을 거쳐 강을 제조하는 기술이므로 소둔 열처리 이전에 충분히 연성을 확보할 수 있도록 강의 하학 성분 중에서 탄소, 망간의 함량을 제한하고 있으며 알루미늄과 질송의 경우는 상호 석출에 의해 잔류하는 고용 질소를 최소화하는 범위로 설정하게 된다.
본 발명에서의 내압성 향상을 위한 기술로서 강판의 경우 소둔 열처리후의 강의 재질은 가공성이 확보되는 조건을 만족하고, 2차 냉간압연에 의해 강도를 증가하는 기술을 적용하고 있다. 따라서 강의 화학성분이외에 본 본 발명의 기술로서는 소둔 열처리 후 2차 냉간압연의 조건이 포함되어 있다. 소둔후 2차 냉간압연은 강의 재질을 경하게 하고자 하는 것이 목적이며 2차 냉간압연율의 증가에 따라 강도는 증가하고 연신율은 감소하게 된다. 이는 강을 압연하면 강판의 내부에 변형 조직이 형성하게 되며 변형 에너지는 강의 변형저항으로 작용하기 때문이다. 소둔 열처리후 2차 냉간압연율이 적절하지 못하여 과다한 압연율인 경우 강도 증가의 효과는 기대할 수 있으나 연신율의 저하가 크게 되므로 캔 가공에서는 적절하지 못하며 상대적으로 2차 냉간압연율이 낮은 경우 연신율은 높게 되지만 강도의 증가를 기대할 수 없으므로 캔 가공후 충분한 내압특성을 얻기에 곤란하다. 따라서 소둔 열처리후의 2차 냉간압연율은 매우 중요하며 소둔 열처리에 의해 얻어진 연신율의 저하가 가능하면 최소로 하는 조건에서 강도가 증가하도록 일정한 범위로 하는 것이 바람직하다. 앞에서 설명한 바와 같이 캔의 내압특성이 우수한 2피스 캔용 강판의 제조법에 관한 본 발명은 강의 화학성분을 제어하는 기술 및 그 제조조건과 소둔 열처리후 2차 냉간압연율을 제어하는 기술로 구성되어 있다.
(실시예)
다음은 본 발명의 실시예를 설명한다.
2피스 캔용 강판의 화학성분과 제조조건의 실시예를 표 1에, 그 결과로서 기계적 성질과 내압특성을 표 2에 나타내었다. 본 발명을 위하여 강중 탄소의 함량이 각기 다른 강판을 대상으로 2차 냉간압연을 실시하고 기계적 성질(인장강도, 연신율, 경도)을 평가하였고 2피스 캔의 가공성은 파일럿 설비를 이용하여 평가하였다. 캔의 가공조건으로 캔의 크기는 음료캔의 크기로서 용량은 355ml이고 직경은 66mm이다. 캔의 가공속도는 분당 350개로 가공하여 상업 조건과 동일하게 하였으며 연속적인 조건에서의 캔의 파단 여부를 조사하였다. 한편 가공된 캔의 내압 특성을 내압 측정기를 사용하였으며 캔의 입구를 완전히 밀봉하고 내부에 공기로 압력을 가하여 캔의 바닥부위에서의 초기 변형이 일어나는 하중을 측정하였다. 캔의 가공성은 연속가공조건에서 파단과 같은 작업성의 열화를 일으키지 않아야 하며 내압 특성은 음료캔의 경우 내부의 탄산가스의 압력에 의한 캔의 변형인 팽창을 억제할 수 있는 범위로서 상업적으로 요구하는 압력 90PSI이상인 경우에 만족하는 것으로 평가하였다.
종래예 1은 소둔 열처리 공정을 상소둔방식으로 하는 경우로서 연속소둔기술의 개발 이전에 사용하였던 강의 제조조건을 보이는 것으로 상소둔 방식은 열처리 공정에서 가열 및 냉각시간이 길기 때문에 비교적 연질의 강판을 제조하는 데 사용된다. 상소둔방식으로 제조되는 2피스 캔용 강판의 경우는 재질이 연한 경우이므로, 비교적 두께가 무거운 경우이며 연속소둔방식에 의한 강판보다 재질이 균일하지 못한 단점이 있다. 최근에는 강판의 생산성이 높고 재질이 균일한 특성을 보이는 연속소둔 방식을 적용하고 있으며 본 발명에서도 연속소둔 열처리 방식을 대상으로 하고 있다. 상소둔 방식에 의해 강판을 제조하는 경우는 열처리 공정의 특성으로 인하여 연질의 강판제조에 유리하므로 경한 재질을 얻기 위해서는 강중 탄소 및 기타 원소의 함유량이 비교적 높다. 종래예 2는 연속 소둔에 의해 강판을 제조하는 방법으로 탄소의 함량이 0.042%로서 본 발명의 탄소의 함량과는 차이가 있으며 강중 탄소의 함량이 높기 때문에 강판의 강도가 증가하여 연신율이 낮은 문제점이 있으므로, 캔용 소재로서 두께를 감소시키는 경우는 더욱 연신율의 저하에 의해 가공성을 만족하지 못하는 문제점이 예상된다.
비교예 1에서부터 비교예 10까지는 강중 탄소의 함량이 종래예보다 훨씬 낮은 극저탄소강으로 본 발명을 위하여 비교강으로 사용하였다. 비교에 1은 강중 탄소의 함량이 0.0035%이며 2차 압연율이 통상의 조절압연범위인 1.4%인 강으로 캔의 가공성은 양호하지만 재질이 상대적으로 연하여 가공후 캔의 내압성은 요구수준을 만족하지 못하였다. 비교예 2는 발명강에서 적용한 2차 냉간압연을 범위에서 탄소의 함유량을 증가시킨 것으로 2차 압연에 의해 강도의 상승 효과보다 연신율의 저하가 크게 나타남으로써, 내압성은 만족하지만 연속 가공성의 확보는 곤란함으로 보이고 있다.
비교예 3은 강중 망간의 함유량이 0.28%이며, 통상의 조절압연범위이다. 이 경우, 강중 망간에 의한 경화효과에 의해 캔의 내압특성은 우수하지만 가공중 일부 파단현상이 발생하여 연속 가공성을 만족하지 못하였다. 비교예 4와 5는 강중 알루미늄의 함량의 영향을 비교하기 위한 것으로 소둔 열처리후 2차 압연은 ** 압연 범위에 속한다. 비교예 4의 경우 강중 알루미늄의 과다 첨가에 따라 강판의 강도는 증가하여 내압 특성을 만족하였으나 일부 가공성을 만족하지는 못하였다. 또한, 비교예 5는 비교예 4에 비하여 알루미늄의 첨가량이 낮은 강으로 재질연화 효과에 의해 가공성은 충분하지만 동일한 두께에서의 내압강도는 요구수준 이하를 나타내었다. 비교예 6과 7은 강중 질소의 영향을 비교하는 것으로 질소에 의한 강의 강화 효과가 크게 나타나서 연신율의 저하가 크고 이로 말미암아 내압성은 개선할 수 있으나 가공성은 미흡하였다. 비교예 8, 9와 10은 극저탄소강을 대상으로 소둔열처리후 2차 냉간압연율을 달리하는 경우를 나타낸 것으로 2차 냉간압연율의 범위를 2.5%∼9.3%로 한 경우 강도와 연신율의 변화를 나타낸 것이다. 비교예 8과 9의 인장강도 및 경도 수준은 비교예 5와 유사하여 가공성은 만족하였으나 내압강도는 90psi이하로서 상업적으로 요구되는 수준을 만족하기 곤란하였다. 또 비교예 10은 2차 냉간압연율이 비교예 8과 9보다 높은 수준으로 과다하게 압연을 실시하여 강의 변형에 따른 강도 상승 효과에 의해 내압강도는 매우 높게 나타났으나 연신율의 급격한 감소에 의해 연속적인 캔 가공성은 만족하지를 못하였다.
한편 본 발명 가 1,2와 3의 경우, 탄소 0.0018∼0.0022%, 망간 0.15∼0.18%. 알루미늄 0.015∼0.030%, 질소 0.0018∼0.0022%의 범위인 강을 대상으로 연속소둔후 2차 냉간압연율을 5.3∼7.8%로 하는 경우, 캔 가공성이 양호한 특성을 보였으며 내압강도의 수준도 상업적으로 요구되는 수준보다 높게 나타나는 특성을 보였다.
다음은 본 발명의 특허청구범위에서의 한정 이유에 대해 설명한다. 본 발명은 내압강도가 우수한 2피스 캔용 강판의 제조법에 관한 것으로, 강중 탄소의 함량이 0.0025%이사, 망간 0.20% 이하, 알루미늄 0.015∼0.035%, 질소 0.0025%이하인 강을 대상으로 연속소둔 후 2차 냉간압연율의 범위를 5∼8%로 하는 것을 특징으로 하는 내압강도가 우수한 스틸 2피스 캔용 강판의 제조법이다.
강중 탄소의 함량을 0.0025%이하로 한정한 사유를 설명한다. 강중에 포함되어 있는 탄소는 함유량이 증가할수록 강화 효과에 의해 강판의 강도는 증가하게 되며, 연신율은 상대적으로 저하한다. 본 발명에서와 같이 소둔 열처리후 2차 냉간압연을 실시하는 경우, 강도의 증가 효과는 있으나 2차 냉간압연에 의해 연신율이 일부 저하하게 된다. 따라서 가공성을 충분히 확보하기 위해서는 소둔후의 강판의 연신율을 최대로 할 필요가 있으므로 강중 탄소의 함량을 최소로 하는 것이 바람직하다. 비교예 2의 경우 탄소를 제외한 기타 원소의 범위와 2차 압연율의 범위가 발명예의 범위에 속하지만 탄소가 0.0033%인 경우 2차 압연에 의해 인장 강도 및 경도의 증가에 따라 연신율의 저하가 매우 크게 되는 것을 보이며 이로 말미암아 내압강도는 만족하지만 가공성을 얻기에는 문제가 있었다. 따라서 본 발명에서는 2차 압연후에도 가공성을 만족하며 내압 특성을 동시에 만족할 수 있도록 탄소의 함량을 0.0025%이하로 제한하였다.
강중 망간은 강의 치환형 강화 원소로서 함유량이 증가할수록 강도는 증가하며 연신율은 저하하는 성질을 가진다. 망간의 함량이 0.28%인 비교예 3에서 인장 강도의 증가와 연신율의 저하를 볼 수 있으나, 본 발명강에서는 소둔후 연신율을 얻어야 하므로 가능한 망간의 함유량은 낮을수록 유리하다. 그러나 망간은 강의 열간압연에서 취성을 나타내는 황과 결합하는 성질이 있으므로 일부 함유는 불가피하다. 따라서 본 발명에서 연신율의 향상에 의한 가공성을 확보하기에 적절한 망간의 함유량을 0.2%이하로 제한하였다.
강중 알루미늄은 앞에서 설명한 바와 같이 연속주조 공정에서 산소를 제거할 목적과 강중에 존재하는 질소를 제거하는 목적으로 첨가되는 원소이다. 그러나 알루미늄과 강의 강화원소이므로 목적이외의 과다한 첨가는 피하는 것이 바람직하다. 강중 알루미늄의 함유량이 높은 비교예 4와 함유량이 낮은 비교예 5의 경우를 비교하면, 비교예 4는 알루미늄의 과다 함유에 의해 강도 상승이 크게 나타나서 캔 가공성을 만족하지 못하며, 비교예 5는 재질의 열화에 의해 내압 특성을 만족하지 못하는 결과를 보이고 있다. 따라서, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서 강중 알루미늄의 함량 범위를 0.015%∼0.035% 범위로 제한하였다.
강중 질소는 탄소와 마찬가지로 침입형 원소로서 소량으로도 강용 강화효과가 있는 것으로 알려져 있다. 비교예 6과 7은 발명강의 질소의 함유량보다 훨씬 높으며 이로 인하여 연신율의 저하가 뚜렷하였으며 본 발명의 경우와 같이 연속 소둔 공정을 이용하는 경우에는 대부분의 질소는 고용상태로 존재하므로 고용강화 효과에 의해 재질의 강화 정도는 증가하며 연신율의 저하에 의해 가공성을 만족하지 못하였으므로 본 발명에서 질소의 함유량을 0.0025%이하로 제한하였다.
한편 소둔 열처리후 2차 냉간압연은 소둔후 강판의 연신율의 저하를 최소로 하면서 강도를 높이기 위하여 실시하는 것으로 압연율이 과다한 경우에는 강도 증가와 연신율의 감소에 의해 가공성을 만족할 수 없으며, 또한 압연율이 너무 낮은 경우에는 강도 상승을 기대할 수 없으므로 캔의 내압성을 얻기에 곤란하다. 따라서 2차 냉간압연율은 연신율의 저하와 강도의 증가와의 균형을 이루도록 설정해야 한다. 비교예 8, 9와 10은 2차 냉간압연율의 변화에 따른 가공성 및 내압 특성을 비교한 것으로 2차 냉간압연율이 2.5%와 3.5%로 낮은 경우 강도의 증가가 없기 때문에 내압강도의 수준이 낮으며 냉간 압연율이 9.3%로 과다한 비교예 10은 내압 특성은 충분하지만 가공성이 열화하는 것을 보이고 있다. 따라서 본 발명에서 내압성과 가공성을 동시에 만족하는 2차 냉간압연율의 범위를 5%∼8%로 제한하였다.
| 구분 | 화학성분(중량%) | 열간권취온도 | 소둔방식 | 2차압연율(%) | |||||
| C | Mn | P | S | Al | N | ||||
| 종래예1 | 0.055 | 0.25 | 0.015 | 0.015 | 0.048 | 0.0029 | 570 | 상소둔 | 1.4 |
| 종래예2 | 0.042 | 0.32 | 0.012 | 0.008 | 0.045 | 0.0034 | 680 | 연속소둔 | 1.5 |
| 비교예12345678910 | 0.0035 | 0.19 | 0.011 | 0.010 | 0.023 | 0.0018 | 680 | 연속소둔 | 1.4 |
| 0.0033 | 0.17 | 0.009 | 0.012 | 0.030 | 0.0020 | 680 | 연속소둔 | 7.3 | |
| 0.0019 | 0.28 | 0.013 | 0.009 | 0.042 | 0.0022 | 680 | 연속소둔 | 1.6 | |
| 0.0022 | 0.17 | 0.016 | 0.011 | 0.041 | 0.0020 | 680 | 연속소둔 | 1.5 | |
| 0.0020 | 0.20 | 0.014 | 0.012 | 0.013 | 0.0025 | 680 | 연속소둔 | 1.3 | |
| 0.0017 | 0.19 | 0.011 | 0.008 | 0.025 | 0.0029 | 680 | 연속소둔 | 1.5 | |
| 0.0021 | 0.18 | 0.013 | 0.015 | 0.032 | 0.0031 | 680 | 연속소둔 | 1.4 | |
| 0.0019 | 0.20 | 0.011 | 0.008 | 0.030 | 0.0021 | 680 | 연속소둔 | 2.5 | |
| 0.0022 | 0.17 | 0.015 | 0.012 | 0.027 | 0.0019 | 680 | 연속소둔 | 3.5 | |
| 0.0018 | 0.14 | 0.013 | 0.009 | 0.029 | 0.0018 | 680 | 연속소둔 | 9.3 | |
| 발명예1 | 0.0020 | 0.18 | 0.011 | 0.012 | 0.015 | 0.0020 | 680 | 연속소둔 | 5.3 |
| 발명예2 | 0.0018 | 0.15 | 0.013 | 0.011 | 0.025 | 0.0022 | 680 | 연속소둔 | 7.8 |
| 발명예3 | 0.0022 | 0.17 | 0.011 | 0.012 | 0.030 | 0.0018 | 680 | 연속소둔 | 6.2 |
| 구분 | 기계적 성질 | 강판두께(mm) | 가공성 | 내압강도(요구수준90PSI 이상) | ||
| 인장강도kg/mm2 | 연신율(%) | 표면경도(HR30T) | ||||
| 종래예1 | 27.3 | 34.6 | 54 | 0.27 | 양호 | 113 |
| 종래예2 | 35.6 | 26.2 | 58 | 0.245 | 양호 | 120 |
| 비교예1 | 29.6 | 31.1 | 55 | 0.22 | 양호 | 85 |
| 2 | 36.8 | 20.9 | 59 | 0.22 | 불량 | 123 |
| 3 | 37.3 | 21.0 | 60 | 0.22 | 불량 | 116 |
| 4 | 36.8 | 23.5 | 59 | 0.22 | 불량 | 106 |
| 5 | 32.5 | 33.9 | 56 | 0.22 | 양호 | 82 |
| 6 | 36.1 | 29.5 | 59 | 0.22 | 불량 | 118 |
| 7 | 38.2 | 23.3 | 61 | 0.22 | 불량 | 115 |
| 8 | 33.6 | 31.3 | 54 | 0.22 | 양호 | 83 |
| 9 | 32.3 | 30.8 | 56 | 0.22 | 양호 | 85 |
| 10 | 38.1 | 20.6 | 61 | 0.22 | 불량 | 122 |
| 발명예1 | 37.5 | 27.3 | 60 | 0.22 | 양호 | 105 |
| 발명예2 | 37.9 | 26.8 | 59 | 0.22 | 양호 | 121 |
| 발명예3 | 36.8 | 27.5 | 60 | 0.22 | 양호 | 114 |
상술한 바와 같이, 본 발명은 음료를 보관하는 용기로서 내압특성이 우수한 2피스 캔용 강판의 제조방법으로서, 캔의 무게를 감소하기 위하여 강판의 두께를 감소하는 경우 캔의 바닥부위에서의 내압강도가 저하하게 되는데, 이를 효과적으로 억제하기 위한 기술로서 강판의 두께가 감소하더라도 소재의 강도를 증가시키는 방법으로 캔의 안정성을 확보할 수 있는 효과를 가진다. 따라서 본 발명은 강판을 제조함에 있어 산업적으로 이용할 수 있을 뿐만 아니라 현재에도 지속적으로 진행하고 있는 경량 캔 제조기술에 적용이 가능하다는 효과가 크다.
Claims (1)
- 2피스 캔용 강판의 제조방법에 있어서, 중량%로 탄소:0.0025%이하, 망간: 0.20%이하, 알루미늄: 0.015∼0.035%, 질소:0.0025%이하, 그리고 철 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 강을, 연속소둔 후 2차 냉간압연율의 범위를 5∼8%로 하는 것을 특징으로 하는 내압성이 우수한 2피스 캔용 강판의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-1999-0067107A KR100369233B1 (ko) | 1999-12-30 | 1999-12-30 | 내압강도가 우수한 2피스 캔용 강판의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-1999-0067107A KR100369233B1 (ko) | 1999-12-30 | 1999-12-30 | 내압강도가 우수한 2피스 캔용 강판의 제조방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20010057548A KR20010057548A (ko) | 2001-07-04 |
| KR100369233B1 true KR100369233B1 (ko) | 2003-01-24 |
Family
ID=19634226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR10-1999-0067107A KR100369233B1 (ko) | 1999-12-30 | 1999-12-30 | 내압강도가 우수한 2피스 캔용 강판의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100369233B1 (ko) |
-
1999
- 1999-12-30 KR KR10-1999-0067107A patent/KR100369233B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20010057548A (ko) | 2001-07-04 |
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