KR100525646B1 - 법랑용 열간압연강판 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 법랑용 열간압연강판 제조 방법에 관한 것으로, 그 목적은 고티타늄, 고황에 의한 연속주조의 불안정성을 개선하고 법랑밀착성 및 내피쉬스케일성이 향상된 법랑용 후물 열간압연강판을 제조하는 데 있다. 이를 위하여, 본 발명에서는 C 0.01~0.1 중량%, Mn 0.01~1.0 중량%, P 0.05 중량% 이하, S 0.05 중량% 이하, N 0.015 중량% 이하, Ti 0.05~0.2 중량%를 포함하고, Ti 함량이 C 함량과 N 함량의 합보다 3배 이상 큰 알루미늄 킬드강을 열간압연하여 830~900℃의 온도에서 열간압연을 마무리하고, 700℃ 이하의 온도에서 권취한 후, 25℃ 이하에서 두께의 1~10%로 조질압연을 수행함으로써, 냉간압연용으로 성분 설계된 슬라브를 열간압연강판으로 마무리하여 법랑특성이 우수하고 두께가 2.0mm 이상인 법랑용 열간압연강판을 제조한다.

Description

법랑용 열간압연강판 제조방법 {Fabrication method of hot rolled steel plate for enamel}

본 발명은 열간압연 공정에 의해 강판을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 두께 2.0mm 이상의 두꺼운 소재를 법랑제품에 적용하는 열간압연 강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

종래 법랑용 강판은 강판 내의 최대 수소흡장 위치인 미세 공공 및 격자결함을 발생하는 효과를 얻을 수 있는 냉간압연 공정에 의해 주로 생산되었으며, 일부 열간압연 공정에 의해 생산된 강판은 극저탄소강에 피쉬스케일(fish scale) 결함을 방지하기 위해 고가의 타타늄을 강 중에 다량 첨가하여 티타늄탄화물을 석출시키는 방법으로 제조된 것이다.

그러나, 이러한 종래 열간압연 공정에 의한 법랑용 강판 제조방법은 극저탄소강 제조에 따른 제조원가 상승 및 고가의 티타늄합금철 다량 첨가에 따른 제조원가 상승의 문제점이 있었으며, 또한 반응성이 강한 티타늄의 다량 첨가에 따른 연속주조상의 문제점이 발생하고 제품에 여러 가지 표면결함이 발생하기 쉬우며 법랑밀착성이 낮은 단점이 있었다.

종래 법랑용 열간압연강판의 또 다른 방법으로는, 극저탄소강에 고가의 티타늄의 첨가량을 감소시키고 황을 다량 첨가하는 방법이 있으며, 여기서는 고황조업에 의한 연속주조의 문제점과 극저탄소강 제조에 따른 제강의 제조원가 상승을 수반하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 고티타늄, 고황에 의한 연속주조의 불안정성을 개선하고 법랑밀착성 및 내피쉬스케일성이 향상된 법랑용 후물 열간압연강판을 제조하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 C 0.01~0.1 중량% , Mn 0.01~1.0 중량%, P 0.05 중량% 이하, S 0.05 중량% 이하, N 0.015 중량% 이하, Ti 0.05~0.2 중량%를 포함하고, Ti 함량이 C 함량과 N 함량의 합보다 3배 이상 큰 알루미늄 킬드강을 열간압연하여 830~900℃의 온도에서 열간압연을 마무리하고, 700℃ 이하의 온도에서 권취한 후, 25℃ 이하에서 두께의 1~10%로 조질압연을 수행함으로써, 두께가 2.0mm 이상인 법랑용 열간압연강판을 제조한다.

이하, 본 발명에 따른 법랑용 열간압연강판의 제조방법에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에서는 법랑제품의 치명적인 결함인 피쉬스케일 및 기타 표면결함이 발생하지 않으며 법랑밀착성이 우수한 후물 열간압연강판을 열간압연한 후, 상온에서 조질압연을 추가로 수행하여 냉간압연강판 대비 제조공정상 법랑성 품질확보에 불리한 강판 내의 최대 수소흡장위치인 미세 공공 및 격자결함 발생효과를 얻음으로써, 기존의 냉간압연 공정으로는 설비특성상 생산이 곤란한 2.0mm 두께 이상의 두꺼운 소재를 가스렌지 삼발이, 건축 내외장 판넬, 온수탱크 등의 법랑제품에 적용하는 열간압연강판을 제조한다.

이를 위해 먼저, C 0.01~0.1 중량%, Mn 0.1~1.0 중량%, P 0.05 중량% 이하, S 0.05 중량% 이하, N 0.015 중량% 이하, Ti 0.05~0.2 중량%를 포함하고, Ti 함량이 C 함량과 N 함량의 합보다 3배 이상 큰 조성의 알루미늄 킬드강을 제조한다.

상기한 바와 같이 강의 합금성분 조성을 제한하는 것이 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다.

탄소(C)는 냉간압연강판의 경우 다량 첨가시 가공성 열화의 요인이 되어 대부분의 경우 상한값을 0.01 중량%로 제한하고 있으나, 0.01% 이하의 탄소함량을 얻기 위해서는 제강공정에서 제조원가 상승의 요인이 되며, 통상 일반 저탄소 열간압연강판의 제조범위인 0.01~0.1 중량%의 범위에서도 가스렌지 삼발이, 온수탱크, 건축 내외장 패널의 적정용도로 이용가능한 가공성이 확보되므로, 0.01~0.1 중량%로 탄소함량을 정하는 것이 픔질측면 및 경제성 측면에서도 바람직하다. 탄소의 최적 첨가량 범위는 0.01~0.06 중량%이다.

망간(Mn)은 열간취성의 원인이 되는 황(S)을 MnS로 고정시키는 이외에 내피쉬스케일성을 향상시키는 유효한 원소이며, 그 효과를 발휘하기 위해서는 최소한 황의 중량의 10배 이상이 필요하다. 따라서, 망간의 첨가량이 0.1 중량% 미만일 때에는 적열취성의 우려가 있으므로 0.1 중량% 이상으로 하한값을 제한하며, 1.0 중량%를 초과하면 제조원가가 너무 높아지기 때문에 본 발명에서는 비용을 고려하여 1.0 중량%를 상한값으로 정한다. 망간의 최적 첨가량 범위는 0.1~0.5 중량% 이다.

인(P)은 산화속도를 빠르게 하는 원소로서 법랑 밀착성을 향상시키는 미세한 표면요철을 형성시키는 원소이다. 그러나, 인의 함량이 너무 많으면 강판 표면에 산화 생성물을 다량 부착시켜 법랑 표면에 기포 및 흑점의 표면결함을 유발하기 때문에 0.05 중량% 이하로 상한값을 제한한다. 인의 최적 첨가량 범위는 0.02 중량% 이하이다.

황(S)은 TiS와 MnS를 형성시켜 내피쉬스케일성 및 법랑밀착성을 향상시키는 원소이나, 인과 마찬가지로 그 함량이 너무 많으면 강판 표면에 산화생성물을 다량 부착시키기 때문에 첨가량을 0.05 중량% 이하로 상한값을 제한한다. 황의 최적 첨가량 범위는 0.005~0.03 중량% 이다.

질소(N)는 TiN을 형성시켜 피쉬스케일 결함을 방지하는데 유효한 원소로서 최소한 0.001 중량%의 함유량이 필요하다. 그러나, 0.015 중량%를 초과하는 경우에는 연속주조 공정에서 슬라브의 표면결함의 요인이 되고 또한 고가의 Ti를 다량 첨가해야 하기 때문에 상한값을 0.015 중량%로 정한다. 질소의 최적 첨가량 범위는 0.001~0.01 중량% 이다.

티타늄은 TiC, TiN을 형성시켜 내피쉬스케일성을 향상시키는 유효한 원소이며, 이러한 목적을 달성하기 위해서는 티타늄 함량이 최소한 탄소 함량과 질소 함량의 합보다 3배 이상 커야 한다. 즉, 티타늄은 수소와의 결합에너지가 원자 상태에서 26 kJ/mol 인데 비해, TiC 계면에서는 96 kJ/mol로 약 3.7배 정도 강하기 때문에, 원자 상태보다는 화합물 상태에서 수소흡장능 효과가 뛰어나기 때문이다. 그러나 티타늄의 첨가량이 0.2 중량% 이상에서는 고가원소 첨가로 경제성이 저하하고, 내피쉬스케일성이 더 이상 향상되는 효과보다는 많은 석출물의 생성으로 재결정립 크기가 작아져 성형성이 저하되므로 0.2 중량%를 상한값으로 한다. 티타늄의 최적 첨가량 범위는 0.05~0.15 중량%이다.

상기한 바와 같은 조성의 슬라브를 Ar3 변태점 이상 온도인 830~900℃에서 열간압연을 마무리하고 700℃ 이하의 온도에서 권취한 후, 열연강판의 표면온도 25℃ 이하의 온도에서 1~10% 조질압연을 수행한다.

열간압연 마무리 온도를 Ar3 변태점 이상의 온도로 하는 이유는, 열간압연으로 양호한 프레스 성형성을 부여하고 열간압연 과정에서 슬라브 재가열 이전 또는 재가열중 석출한 티타늄화합물이 파괴 및 소지강판과의 변형정도가 다르기 때문에 생기는 미세 공공을 이용하여 피쉬스케일의 발생원인인 수소를 흡장하기 위한 수소 트랩위치를 생성시켜 내피쉬스케일성을 향상시키기 위해서이다. 그러나, 열간압연 온도가 지나치게 높을 경우, 소지강판 및 티타늄 석출물의 강도저하로 미세 공공의 생성이 곤란하기 때문에 900℃ 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 또한 열간압연 마무리 온도를 830℃ 이하의 Ar3 변태점 이하로 하면 페라이트(ferrite)와 오스테나이트(austenite)의 2상역 압연으로 상온에서의 가공성이 현저히 열화하게 되기 때문이다.

권취온도는 온도가 높은 경우 생성된 미세 공공이 냉각과정 중 회복에 의해 소멸하므로, 상한값을 700℃ 이하로 제한한다.

권취 완료된 열간압연강판은 25℃ 이하의 상온에서 1~10% 조질압연을 수행하여, 냉간압연강판의 최대수소흡장원인 미세공공 및 격자결함 발생효과를 일으키는 것이 본 발명에서 매우 중요한 단계이다. 조질압연을 10% 이상 실시하면 열간압연강판의 가공성이 현저히 저하되므로 10%를 상한값으로 한다. 최적의 조질압연 실시범위는 3~6%이다.

상기한 바와 같은 방법을 사용하여 열간압연 강판을 제조하면 후물재 법랑용으로 사용시 우수한 법랑특성을 나타내게 된다. 즉, 피쉬스케일 결함을 완전히 방지하고, 극저탄소강이 아닌 일반 저탄소강으로 제강부하를 경감하며, 상온에서 조질압연을 수행하여 종래강 대비 강 중 첨가물의 양을 감소시켜 법랑밀착성을 향상시키고 내피쉬스케일성이 향상된다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

실시예

실시예 1 내지 5에서는 표 1에 나타난 바와 같은 조성으로 강을 제조하고 이를 1250℃의 가열로에서 1시간 동안 유지한 후, 표 1에 나타난 조건을 만족하도록 열간압연 및 조질압연을 수행하여 두께 2.3 mm 의 열간압연 강판을 제조하였다.

실시예와의 비교를 위하여, 비교예 1 내지 6에서는 본 발명에서 제시한 범위에서 벗어난 조건으로 열간압연 강판을 제조하였으며, 그 조성, 열간압연 및 조질압연 조건을 표 1에 나타내었다.

	강의 조성 (중량%)							열간압연(℃)		조질압연(%)
	C	Mn	P	S	N	Ti	3(C+N)	마무리	권취
실시예1	0.036	0.20	0.014	0.015	0.0068	0.135	0.1284	875	643	3
실시예2	0.041	0.23	0.015	0.014	0.0058	0.146	0.1404	865	605	5
실시예3	0.028	0.19	0.017	0.015	0.0063	0.130	0.1029	860	635	2
실시예4	0.031	0.20	0.014	0.013	0.0057	0.128	0.1101	858	603	3
실시예5	0.028	0.28	0.013	0.015	0.0048	0.130	0.0984	865	598	4
비교예1	0.028	0.21	0.013	0.012	0.0050	0.136	0.0990	880	630	-
비교예2	0.030	0.21	0.016	0.011	0.0049	0.142	0.1047	950	600	-
비교예3	0.030	0.21	0.016	0.011	0.0049	0.142	0.1047	900	750	-
비교예4	0.036	0.20	0.014	0.015	0.0068	0.230	0.1284	900	700	-
비교예5	0.004	0.23	0.011	0.063	0.0029	0.077	0.0207	850	550	-

표 1에 나타난 바와 같은 조건으로 제조된 열간압연 강판은, 표면 산화층의 제거를 위한 산세를 수행한 후, 70℃의 10% 황산용액에서 5분간 침적하여 산처리를 수행하고 온수로 세척한 다음, 85℃의 3.6g/l 탄산소다 + 1.2g/l 붕사수용액에 5분간 침적하여 중화처리하였다.

다음, 유약을 강판에 도포한 후 200℃에서 10분간 건조하였다. 건조가 끝난 시편은 830℃에서 5분간 유지하여 소성처리를 수행한 후 공냉하여 법랑처리를 완료하였다. 이 때 소성로의 분위기 조건은 피쉬스케일 결함이 가장 발생하기 어려운 조건인 노점온도를 30℃로 하였다.

상기한 조건으로 법랑처리가 완료된 시편의 법랑특성을 평가한 후, 그 결과를 표 2에 정리하여 나타내었다.

	법랑 특성
	법랑층 두께 (㎛)	표면결함 발생여부
실시예 1	254	미발생
실시예 2	242	미발생
실시예 3	253	미발생
실시예 4	220	미발생
실시예 5	232	미발생
비교예 1	241	미발생
비교예 2	223	미발생
비교예 3	241	미발생
비교예 4	263	발생
비교예 5	251	미발생

또한, 피쉬스케일성 및 법랑의 밀착성 확인을 위해 법랑처리가 끝난 시편을 200℃ 유지로에 20시간 유지하여 피쉬스케일 가속 처리 후 폭 60 mm, 길이 200 mm에서 발생한 피쉬스케일 결함수를 육안으로 조사하고, PEI 밀착시험기기를 이용하여 ASTM C313-59에 의한 방법으로 법랑밀착지수 PEI 지수를 평가한 후 그 결과를 표 3에 정리하여 나타내었다.

	법랑 특성
	피쉬스케일 수	법랑밀착지수 (PEI 지수)
실시예1	0	98
실시예2	0	99
실시예3	0	100
실시예4	0	97
실시예5	0	97
비교예1	20	93
비교예2	137	84
비교예3	142	86
비교예4	16	88
비교예5	0	93

표 2 및 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 5에서는 표면결함 및 피쉬스케일이 전혀 발생하지 않았고, PEI 법랑밀착지수도 97 이상으로 매우 우수함을 확인할 수 있었다.

반면에, 비교예 1 내지 6에서는 다음과 같은 문제점이 있었다. 비교예 1에서는 화학성분 및 열간압연, 권취조건은 본 발명에서 제시한 범위를 만족하였으나, 조질압연을 수행하지 않아 피쉬스케일이 발생하였다.

비교예 2에서는 강의 조성은 본 발명의 범위에 속하지만 마무리 압연온도가 950℃로 본 발명의 범위를 벗어나, 강 중 티타늄탄화물, 티타늄질화물의 석출량은 충분하지만 열간압연에 의해 생성되는 미세 공공과 조질압연에 의해 다량 생성되는 미세 공공 및 격자결함이 거의 생성되지 않으며, 따라서 피쉬스케일 결함이 다량 발생하였다.

비교예 3에서는 강의 성분, 마무리 압연온도 등은 본 발명의 범위에 속하지만 권취온도가 750℃로 본 발명의 범위를 벗어나, 열간압연 중에 생성된 미세 공공이 권취과정 중에 회복되어 거의 없어지고, 이후 조질압연을 수행하지 않아 피쉬스케일 결함이 다량 발생하였다.

비교예 4에서는 강의 마무리 압연온도, 권취온도는 본 발명의 범위에 속하지만, 티타늄을 본 발명의 범위보다 다량 첨가하여 티타늄탄화물, 티타늄질화물의 많은 석출에 의한 기포결함이 발생하고, 조질압연을 수행하지 않아 피쉬스케일 결함이 발생하였다.

비교예 5에서는 탄소성분이 적어 과도한 석출물 등에 의한 기포결함 발생방지에 유리하지만, 탄소를 0.01 중량% 이하로 극저탄소화하는데 필요한 경제적 손실이 있으며, 또한, 연속주조 특성에 불리한 황(S)을 다량 함유하여 MnS를 형성시킴으로써 피쉬스케일을 방지하였으나, 적정한 조질압연을 수행하지 않아 법랑의 밀착성이 낮게 나타났다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 강의 합금성분 조성, 열간압연 마무리 온도, 권취온도 등의 범위를 엄격하게 제한하고, 상온에서 조질압연을 수행함으로써, 피쉬스케일 및 표면결함이 발생하지 않고 법랑 밀착성이 우수한 법랑용 열간압연강판을 제조하는 효과가 있다.

또한, 고가의 티타늄 첨가량을 종래에 비해 감소시켜 제조원가가 절감되는 효과가 있다.

그리고, 냉간압연 공정으로는 생산이 곤란한 두께 2.0mm 이상의 강판을 열간압연 공정으로 제조하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. C 0.01~0.1 중량%, Mn 0.1~1.0 중량%, P 0.05 중량% 이하, S 0.05 중량% 이하, N 0.015 중량% 이하, Ti 0.05~0.2 중량%를 포함하고, Ti 함량이 C 함량과 N 함량의 합보다 3배 이상 큰 알루미늄 킬드강을 열간압연하여 830~900℃의 온도에서 열간압연을 마무리하는 단계, 및

   상기 열간압연된 강판을 700℃ 이하의 온도에서 권취한 후, 상기 강판의 표면온도가 25℃ 이하에서 두께의 1~10%로 조질압연을 수행하는 단계

   를 포함하는 법랑용 열간압연강판 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 열간압연강판은 두께가 2.0mm 이상인 법랑용 열간압연강판 제조 방법.