KR100515488B1 - 캔제작용의강판또는스트립의제조방법과,상기방법으로제조된강판또는스트립 - Google Patents

Abstract

다음과 같은 중량 %의 조성물을 함유하는 강철로 된, 드로잉과 아이로닝으로 얻어질 수 있는 캔을 제작하기 위한 강판 또는 스트립의 제조방법 : 탄소 0.008%미만, 망간 0.10∼0.30%, 질소 0.006% 미만, 알루미늄 0.01∼0.06%, 인 0.015%미만, 황 0.020% 미만, 실리콘 0.020% 미만, 구리, 니켈 및 크롬으로부터 선택된 하나 이상의 원소를 최고 0.08%, 나머지는 철과 잔류 불순물이며, 이 방법에서 슬랩은 3mm 이하의 두께를 갖는 열판이나 스트립으로 열간 압연되고, 그런다음 열판이나 스트립이 83∼92%의 삭감으로 냉간 압연되고, 재결정화 어닐링되고, 10∼40%의 압하율로 냉간 재압연 된다.

Description

캔(can) 제작용의 강판 또는 스트립(strip)의 제조방법과, 상기 방법으로 제조된 강판 또는 스트립

본 발명은 음료수 캔 유형의, 드로잉(drawing)과 아이로닝(ironing)에 의해 얻어지는 캔 제작용의 강판(steel sheet) 또는 스트립의 제조방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 드로잉과 아이로닝으로 얻어지는 캔 제작용의 강판 또는 스트립에 관한 것이다.

이러한 타입의 캔은 일반적으로 바닥과 얇은 외주벽(peripheral wall) 및 쉽게 열 수 있는 유형의 뚜껑을 고정하거나 시이밍(seaming)할 수 있는 목부위로 이루어졌으며, 특히 강판이나 스트립을 컵모양으로 절단해 드로잉과 아이로닝함으로써 제작된다.

이런 목적으로, 컵은 우선적으로 한쪽에는 고정된 펀치(puuch)와 상기 펀치 주변에서 슬라이드 할 수 있으며 위쪽에 컵을 두는 외주부의 블랭크 홀더(blank holder)를 형성하는 서포트(support), 다른 한쪽에는 상부의 슬라이드에 의해 수직으로 전달되는 힘으로 컵에 반대되게 적용되는 다이(die)로 이루어진 통상적인 방법의 프레스(press)에서 비교적 심한 압하량(reduction)으로 드로잉된다.

드로잉 작업으로 형성된 바닥과 플랜지(flange)를 포함하는 컵은 블랭크 흘더의 사용없이 가벼운 드로잉 작업으로 교정되거나 블랭크 홀더로 재드로잉된 후, 드로잉 다이를 이용하여 연속적 압하에 의해 점차적으로 캔의 얇은 외주벽을 형성하도록 하는 플랜지 드로잉을 포함하는 아이로닝 작업을 거치게 된다.

그후에, 바닥은 드로잉 다이상에서 일정한 기하학적 형태를 부여하도록 성형되고, 얇은 외주벽의 목부위는 두가지 방법, 즉 다이-넥킹(die-necking)이라 불리우는 다이를 이용한 넥킹방법, 또는 스핀-넥킹이라 불리우는 성형롤러를 이용한 넥킹방법으로써 성형된다.

다이를 이용하여 넥킹하는 방법은 목부위를 원뿔형 입구 프로필과 원통형 출구 프로필을 갖는 다이속으로 강제로 넣는 것을 포함한다. 원통형 엘레먼트(element)는 성형된 벽이 다이로부터 이탈되도록 유도한다.

금속의 변형을 가능케 하는데 필요한 힘은 캔의 바닥에 적용된 추력(thrust)에서 생겨나며 캔의 얇은 외주벽에 의하여 축방향으로 전달된다.

바람직한 내부직경을 이루기 위하여 수회의 연속적인 압하가 필요한데, 각각은 별개의 성형단계이다. 직경의 감소가 이루어질 때, 플랜징은 통상적으로 플랜징롤러를 사용하여 이루어진다.

성형롤러를 이용하는 스핀-넥킹법은 캔을 푸셔(pusher)와 센터링링(centering ring) 사이에 유지하면서 회전시키는 것을 포함한다.

얇은 외주벽의 자유단(free end)은 맨드럴(mandrel)에 맞물리고, 축 방향으로 회전하는 두 개의 롤러에 의해 캔의 목부위가 성형되며, 목부위가 성형되는 캔은 푸셔와 센터링 링 사이에서 항상 유지된 상태에서 점차적으로 맨드럴로부터 벗어나게 된다. 목부위의 프로필은 롤러, 센터링 링과 푸셔의 동시 이동에 의해 얻어진다.

이런 다양한 작업에 연속하여 캔은 충전되고, 쉽게 열 수 있는 유형의 뚜껑이 캔의 목에, 고정되거나 시이밍된다. 이러한 유형의 캔을 제작하기 위해서 사용되는 초-연강(extra-soft)형의 강판 또는 스트립은 다음과 같은 중량%의 조성물을 함유한다.

탄소 0.030∼0.040%

망간 0.15∼0.25%

질소 0.004∼0.006%

알루미늄 0.03∼0.05%

인 0.015% 미만

황 0.020% 미만

실리콘 0.020% 미만

구리, 니켈 및 크롬으로부터 선택된 하나이상의 윈소 최대 0.08%, 나머지는 철과 잔류 분순물들이다.

강판 또는 스트립은 계속적인 주조작업으로 배출된 슬랩(slab)을 열간 압연한 후, Acl 이하의 온도에서 재결정화 어닐링(recrystallizatlon annealing)되는 얇은 판 또는 호일을 얻기 위하여 냉간 압연하는 공정에 의해 제조된다.

이 공정에 의해 두께가 약 0.30mm인 얇은 판이나 호일을 얻을 수 있으며, 이런 판을 이용하여 드로잉과 아이로닝 후에 두께가 0.1mm인 얇은 외주벽을 갖는 캔을 제조할 수 있다.

현재 캔 제조자들은 경제성과 생산성 증가를 이유로 하여 무게가 감소된, 즉 더 얇은 벽을 가지는 캔을 생산하는데 목표를 두고 있다.

더 얇은 벽을 가지는 캔이 그것이 담고 있는 용액의 압력을 견디기 위해서는, 특히 기체성 음류수일 경우에는 캔 자체의 충분한 강도 보장을 위해 기계적 특성이 향상된 강철이 사용되어야만 한다.

기계적 특성을 향상시키기 위해 제조회사들은 상술한 조성물로 이루어진 초-연강을 사용하여 얻어진 슬랩을 열간 압연하고, Acl 이하의 온도에서 재결정화 어닐링 되는 판을 만들기 위해 냉간 압연한 후, 다시 냉간 재압연한다. 그러나 판이나 스트립의 두께 감소 또는 기계적 특성의 향상은 캔을 만들 때 구김 현상을 두드러지게 한다고 알려져 있다.

이 공정이 판 또는 스트립의 드로잉 가능 범위를 좁히며, 이어링(earing) 계수의 증가를 초래한다는 것이 실험을 통해 밝혀졌다.

드로잉 가능 범위가 좁은 것은 바닥 성형을 어렵게 하며, 드로잉 작업시 주름생성의 원인이 된다.

드로잉을 할때 주름의 생성을 피하기 위해서는 판 블랭크(sheet blank)상에서 블랭크 흘더에 의한 압력이 증가되어야 하지만, 블랭크 홀더의 압력증가는 드로잉 동안에 금속의 이동흐름 조절상에 문제를 야기하여 결과적으로 특히 연결부위 또는 코너 반경영역에서 금속의 파쇄 또는 인열(tear)이 일어나도록 할 수 있다.

더우기, 이어링 계수의 증가는 드로우 펀치로부터 캔을 제거할때, 즉 스트리핑(stripping) 작업동안 문제점을 야기한다.

실제로, 이 작업은 캔의 얇은 외주벽의 자유단에 대해 지탱될 수 있도록 드로우 펀치를 따라 링을 슬라이딩 시킴으로써 수행된다.

캔 몸체의 얇은 외주벽이 큰 이어링을 가질때는 스트리핑 링은 외주벽의 몇 부위에 대해서만 지탱되며, 스트리핑 동안 외주벽에 매우 자주 주름이 생성되므로 캔을 문질러야만 한다.

이어링 계수를 줄이기 위해서 냉간 압연과 재결정화 어닐링전에 달궈진 상태(hot state)에서 판을 둘둘마는 것이 알려져 있다.

그러나, 이러한 부가적인 작업은, 판 또는 스트립의 가장자리가 주변 공기와 직접 접촉해서 중심부 보다 더 빨리 냉각되므로 결점을 초래한다.

가장자리와 중심부 사이에서의 이같은 자연적인 냉각의 차이는 판 또는 스트립의 기계적 특성상의 이질성을 초래한다. 더구나, 달궈진 상태에서 시이트를 둘둘마는 것은(coiling up) 조잡한 시멘타이트(cementite)의 생성을 초래한다.

조잡한 시멘타이트는 목부위를 형성할때에 얇은 외주벽을 날카롭게 만들고 강철내의 단단한 입자들 때문에 드로잉시에 이 금속의 인열(tearing)을 초래할 수 있다.

더구나, 강철내에 단단한 입자들이 존재하면 여러 가지 드로잉과 아이로닝 공구들의 조기 마멸을 초래한다.

결과적으로, 제조자들은 캔 벽의 두께를 감소시키려는 시도를 할 때 종종 이율배반적인 중대한 문제점들과 직면한다.

본 발명의 목적은 캔벽의 두께를 감소시켜 결과적으로 중량을 감소시키는 드로잉과 아이로닝에 의해 얻어질 수 있는 캔을 제작하기 위한 판 또는 스트립의 제조방법을 제공하므로써 이러한 결점들을 제거하고자 하는 것이다.

본 발명은 다음과 같은 중량%의 조성물을 함유하는 강철을 사용해, 음료수 캔 유형의, 드로잉과 아이로닝 공정에 의해 얻어지는 캔을 만들기 위한 판 또는 스트립의 제조방법을 제공한다 :

탄소 0.008% 미만

망간 0.10∼0.30%

질소 0.006% 미만

알루미늄 0.01∼ 0.06%

인 0.015% 미만

황 0.020% 미만

실리콘 0.020% 미만

구리, 니켈 및 크롬으로부터 선택된 한가지 이상의 원소 최대 0.08%, 나머지는 철과 잔류 불순물들이며, 이 방법에서 슬랩은 3mm 두께를 갖는 열판(hot sheet) 또는 밴드로 열간 압연되고, 그후에 열판 또는 밴드는 83%~92%의 압하율로 냉간 압연처리되며, Acl 보다 낮은 온도에서 재결정화 어닐링 된 후에, 최종적으로 10%∼40%의 압하율로 냉간 재압연처리 된다.

또한 본 발명은, 상술한 방법에 따라서 얻어지는 것을 특징으로 하는, 음료수캔 유형의, 드로잉과 아이로닝에 의해 얻어지는 캔을 제작하기 위한 강판 또는 스트립을 제공한다.

본 발명이 더 잘 이해되도록 하기 위해 실시예를 들어 설명하고자 한다.

음료수 캔 유형의, 드로잉과 아이로닝에 의한 캔의 제조는 강판 또는 스트립으로부터 블랭크를 절단하는 것과, 그런 다음 컵을 형성하기 위해 이 블랭크를 비교적 심하게 압하하는 드로잉을 포함한다.

그후에, 바닥과 플랜지를 포함하는 컵은 교정되고 연속적인 압하에 의해 플랜지를 드로잉하는 것을 포함하는 아이로닝으로 처리되어 점차적으로 캔의 외주면을 형성하게 된다.

그런 다음 바닥은 거기에 일정한 기하학적 형태를 부여하도록 형성되고, 얇은 외주벽의 목부위는, 다이로서 넥킹하는 방법인 다이-넥킹법 또는 성형롤러를 이용하는 방법인 스핀-넥킹법에 의하여 성형된다.

매우 얇은 벽두께를 갖는 캔을 제조할 수 있도록 하기 위해서, 본 발명은 다음과 같은 중량%의 조성물을 함유하는 매우 낮은 탄소함량의 강철을 사용하여 상술한 드로잉과 아이로닝 작업을 함으로써 이러한 유형의 캔을 제조하는 것을 제안한다 :

탄소 0.008% 미만

망간 0.10~0.30%

질소 0.006% 미만

알루미늄 0.01∼0.06%

인 0.015% 미만

황 0.020% 미만

실리콘 0.020% 미만

구리, 니켈 및 크롬으로부터 선택된 하나이상의 원소를 최대 0.08%, 나머지는 철과 잔류 불순물들이고, 이 방법에서 슬랩(slab)은 3mm 미만의 두께를 갖는 열판 또는 스트립으로 열간 압연처리되고, 그후에 열판 또는 스트립은 83%∼92%압하되게 냉간 압연처리된 후에, Acl이하의 온도에서 재결정화 어닐링 처리되고, 마지막으로 10%∼40% 압하되게 다시 냉간 재압연처리된다.

슬랩을 두께가 1.8∼2.5mm, 바람직하게는 2∼2.4mm인 판으로 열간 압연처리하고, 그후에 판을 0.26∼0.32mm의 두께가 되도록 냉간 압연처리하고, Acl 이하의 온도에서 재결정화 어닐링으로 처리하고, 마지막으로 판의 두께가 0.18∼0.22mm로 28∼35% 압하되도록 냉간 압연처리한다.

재결정화 어닐링은 연속적인 어닐링이다.

두께가 0.18∼0.22mm이며 캔 제작에 필요한 모든 특성들을 갖는 얇은 강판 또는 스트립을 제조할 수 있도록 하기 위해서는 즉, 두께가 0.07mm이하인 드로잉 및 아이로닝 된 캔벽을 만들기 위해서는, 중량%로 0.008% 보다 더 낮은 탄소함량을 갖는, 매우 낮은 탄소강을 사용하는 것과 열간 압연처리된 판 또는 스트립을 냉간 압연처리한 후에 재결정화 어닐링처리하고 다시 냉간 압연처리를 하는 이중의 삭감방법에 따라서 이 강철을 제조하는 것이 필수적인 것으로 인식되었다.

놀랍게도, 캔의 벽두께가 0.07mm인 캔을 얻기에 필요한 드로잉과 아이로닝을 실시가능케 하는 최적의 기계적 특성을 이루기 위해서는, 판 또는 스트립의 첫 번째 냉간 압연처리에 의해 상당한 압하가 이루어져야만 한다는 것이 인식되었다.

실제로, 다음과 같은 중량%의 조성물을 함유하는 강철로부터 제조된 강판 또는 스트립의 이어링계수를 시험해 보면 :

탄소 0.003%

망간 0.204%

인 0.009%

황소 0.009%

질소 0.003%

실리콘 0.002%

구리 0.008%

니켈 0.021%

크롬 0.017%

알루미늄 0.027%

나머지 성분은 철이고, 이 강철을 2.3mm 두께를 갖는 열간 압연처리된 스트립으로 만들기 위해 열간 압연처리하고, 그후에 0.26mm 두께의 스트립을 얻기 위해 냉간 압연처리하고, Acl 이하의 온도에서 연속적으로 어닐링 처리하고, 마지막으로 두께가 0.18mm 되도록 다시 냉간 재압연처리하면, 이어링 계수가 -0.2이다.

반면에, 동일한 강판을 사용하였으나 두께가 1.8mm되게 열간 압연처리하고, 그 후에 두께가 0.26mm가 되는 스트립을 얻기 위해 냉간 압연처리하고 동일한 조건하에서 연속적으로 어닐링처리하고, 두께가 0.18mm가 되도록 다시 냉간 재압연처리하여 제조된 판 또는 스트립은 -0.05의 이어링 계수를 가지며, 이는 이어링계수가 0에 매우 근접함으로써, 이어링을 형성하려는 경향이 매우 낮은 강철임을 보여준다.

따라서, 두께 3mm 미만의, 바람직하게는 1.8∼2.5mm의 두께를 갖는 열간 압연처리된 스트립을 제조하기 위해, 냉간 압연율과 어닐링후의 재압연율을 일치시키고 높은 열간 압연율을 이용하는 것이 특히 중요하다.

스트립을 얻기 위한 공정에 관한 이러한 측면 이외에, 드로잉과 아이로닝 처리된 매우 얇은 캔을 만들 수 있도록 하기 위해서는 매우 낮은 탄소함량을 갖는 강철을 사용하는 것이 또한 필수적이다.

다음의 표1에서는 서로 다른 강철조성물이 제시되며, 강철 A∼F는 매우 낮은 탄소함량 즉, 탄소% 함량이 0.006% 보다 낮은 강철이고, 강철 G 및 H는 초-연강(extra-mild steel)이다.

표 1

상기 표1에 제시된 조성물들중의 한가지를 갖는 슬랩 각각을 열간 압연처리하여 판을 만든 후에 이 판을 냉간 압연처리하고, Acl 이하의 온도에서 재결정화 어닐링 처리하고, 마지막으로 다시 냉간 재압연처리하는 것을 포함하는 공정으로 처리 했다.

이 공정에 의하여 제조된 강판 또는 스트립을 길이 방향과 폭방향에서의 항복 강도(yield strength Y.S)와 최대장력강도(U.T.S), 그리고 이어링계수 △C를 측정하기 위하여 테스트 했다. 결과들은 다음의 표 2에 나타낸다.

표 2

이 표는, 강철 G와 H가 본 발명에 따른 제조방법의 압연처리 조건들을 만족시킨다고 할지라도, 강철 B, C, E 보다 이어링계수 △C의 값은 0으로부터 더 멀다는 것을 보여준다. 실제로, 강철 B와 강철 H를 유사한 열간 압연처리, 냉간 압연처리, 어닐링 그리고 냉간 재압연조건으로 처리했다. 그러나 강철 H는 더 높은 항복강도와 최대장력값을 가지며, 무엇보다도 0으로 부터 더 먼, 매우 낮은 값의 이어링계수 △C를 갖는다.

이와 유사하게, 강철 G는 강철 C보다 낮은 86%의 냉간 압연율과 11%의 냉간 재압연율로 처리되었다고 할지라도, 강철 G의 이어링계수 △C는 강철 C의 △C 보다 0으로부터 더 먼 값을 갖는다.

더우기, 냉간 압연율 85%인 강철 B와 냉간 압연을 90.7%인 강철 D를 사용하여, 이를 두가지 강철을 어닐링 후에 동일하게 냉간 제압연하면, 강철 D의 △C 아니소(aniso)는 0.24이고 강철 B의 △C아니소는 -0.06이다.

따라서, 본 발명법에 따라서 제조된, 즉 열간 압연처리하고, 83∼92%의 압하율로 냉간 압연한 후에, Acl 이하의 온도에서 재결정화 어닐링 처리하고, 마지막으로 10%∼40%의 압하율로 냉간 재압연처리된 0.008% 미만의 매우 낮은 탄소함량을 갖는 강판 또는 스트립은, 최종두께 약 0.22mm에 대해서는 350∼450MPa, 최종두께 약 0.20mm에 대해서는 440∼540MPa, 최종두께 약 0.18mm에 대해서는 500∼600MPa의 길이방향 항복강도를 갖는다.

본 발명에 따르는 판 또는 스트립은 mm²당 아철산염의 입자(grain)수가 매우 작은 입자크기에 상응되는 10000∼30000, 바람직하게는 15000∼25000 사이라는 것에 의해서도 또한 특징지어질 수 있다.

이것은 코일(coil)의 전체 길이에 걸쳐 금속의 특성의 규칙성을 위해 중요하며, 드로잉, 아이로닝, 그리고 목부위의 성형에 관한 이율배반적인 결점들을 피하기 위해서도 중요하다.

또한, 본 발명에 따르는 판 제조공정은 판내에 녹아있는 일정량의 탄소가 유지되도록 해준다.

이 결과로 만들어진 판은 성형된 후에 캔에 칠한 유약(varnish)을 가온(stoving)할 때에 상당히 단단해지는 특성을 갖는다. 본 발명의 공정에 따르는 판은 캔의 성형을 용이하게 하기 위하여 적절한 기계적 특성을 가져야 하기 때문에 이런 특성은 드로잉과 아이로닝에 의해 캔을 제조하는 경우에 매우 중요하다. 기계적 특성은 시간에 따라 거의 변하지 않는다.

캔을 성형하고, 유약을 칠하고, 유약을 가온하고 나면 그 기계적 특성이 상당히 향상되는데 이는 캔의 강도를 증가시키는 잇점을 갖는다. 이러한 캔의 강도는 특히 캔 바닥의 둥근 부분을 역전(inverting)하는 압력에 의해 특징지어진다.

캔 바닥의 등을 부분을 역전시킬 수 있는 하한 압력인 역전 압력은 가온후에 약 10% 증가하며, 예를들면 일정한 유형의 캔에 대하여서는 6.3bar에서 6.9bar로 변한다.

이것은 특히 판의 어닐링후의 냉간 압연율이 10∼30%인 경우이다.

이상과 같이, 음료수 캔 유형의, 드로잉과 아이로닝으로 얻어지는 캔을 제작하기 위한 탄소의 함량이 매우 낮은 강판이나 스트립을 생산하기 위한 본 발명에 따르는 방법은, 캔을 드로잉할 때 주름 형성의 위험과 이어링 계수를 줄이며 드로잉가능 범위를 넓히는 반면 캔벽의 두께를 줄여 판이나 스트립의 무게를 약 30%줄일 수 있도록 한다.

Claims (9)

1. 다음과 같은 중량%의 조성물을 함유하는 강철을 사용하여 음료수 캔 유형의, 드로잉과 아이로닝에 의해 만들어지는 캔을 제작하기 위한 강판 또는 스트립의 제조방법 ;

   탄소 0.0015~0.006%

   망간 0.10~0.30%

   질소 0.006% 미만

   알루미늄 0.01~0.06%

   인 0.015% 미만

   황 0.020% 미만

   실리콘 0.020% 미만

   구리, 니켈 및 크롬으로부터 선택된 하나 이상의 원소 최대 0.08%, 나머지는 철과 잔류 불순물이며, 이 방법에서 슬랩은 1.8∼2.5mm의 두께를 가지는 열판이나 스트립으로 열간 압연되고, 그 후 열판이나 스트립은 0.26∼0.32mm의 두께를 갖도록 하는 압하율로 냉간 압연되며, Acl보다 더 낮은 온도에서 재결정화 어닐링처리되고, 최종적으로 10∼40%의 압하율로 냉간 재압연된다.
2. 제 1 항에 있어서, 슬랩이 2∼2.4mm의 두께를 갖는 스트립으로 열간 압연되는 것을 특징으로 하는 강판 또는 스트립의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 스트립이 28∼35%의 압하율로 냉간 재압연되는 것을 특징으로 하는 강판 또는 스트립의 제조방법.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 스트립이 0.18∼0.22mm의 두께를 갖도록 하는 압하율로 상기 스트립이 냉간 재압연되는 것을 특징으로 하는 강판 또는 스트립의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 재결정화 어닐링이 연속적인 어닐링인 것을 특징으로 하는 강판 또는 스트립의 제조방법.
6. 제 1 항의 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는, 음료수 캔 유형의, 드로잉과 아이로닝에 의해 만들어지는 캔을 제작하기 위한 강판 또는 스트립.
7. 제 6 항에 있어서, 최종 두께 약 0.22mm인 강판이나 스트립에 대해서는 350∼450MPa, 최종 두께 약 0.20mm인 강판이나 스트립에 대해서는 440∼540MPa, 최종 두께 0.18mm인 강판이나 스트립에 대해서는 500∼600MPa의 길이 방향으로의 항복강도를 가지는 강판 또는 스트립.
8. 제 6 항에 있어서, mm²당 아철산염 입자의 수가 10,000∼30,000, 바람직하게는 15,000∼25,000인 강판 또는 스트립.
9. 드로잉과 아이로닝에 의해 만들 수 있는 음료수 캔을 제작하기 위한 용도로 사용되는, 제 1 항에 따른 방법으로 얻어지는 강판 또는 스트립.