KR100584739B1 - 자성이 우수한 브라운관 수축 밴드용 고강도 냉연강판의제조방법 - Google Patents

자성이 우수한 브라운관 수축 밴드용 고강도 냉연강판의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 텔레비전, 컴퓨터 모니터 등의 칼라 브라운관에 사용되는 수축 밴드용 냉연강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 화학조성과 제조공정 인자와의 관계를 면밀히 조사하여 최적의 화학조성 및 제조조건을 적절히 제어하므로써 자성이 우수하고 강도도 높은 브라운관 수축밴드용 냉연강판을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.
본 발명은 중량%로, C: 0.002~0.008%, Mn: 0.5~2.0%, Si: 1.5% 이하, s-Al: 0.05~0.5%, N: 0.005% 이하, 기타 불가피한 불순원소 및 나머지 Fe로 이루어진 강슬라브를 일정한 온도이하로 가열하여 열간압연하고 일정한 온도범위에서 열간 마무리압연한 다음, 냉간압연 및 재결정온도 이상에서 소둔하여 자성이 우수한 브라운관 수축 밴드용 고강도 냉연강판을 제조하는 방법을 그 요지로 한다.
자성, 강도, 브라운관, 수축밴드, 냉연강판, 슬라브가열온도, 열간마무리 압연온도

Description

자성이 우수한 브라운관 수축 밴드용 고강도 냉연강판의 제조방법{Method for Manufacturing Cold-Rolled Steel Sheet for Shrinkage Band of Braun Tube with Superior Magnetic Shielding Property and Tensile Strength}
도 1은 통상적인 브라운관의 구조를 나타내는 모식도
도 2는 슬라브 가열온도(SRT)기준을 결정하기 위한 실험결과도
본 발명은 텔레비전, 컴퓨터 모니터 등의 칼라 브라운관에 사용되는 수축 밴드(heat shrinkage band)용 냉연강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강도가 높으면서도 자기차폐성이 우수한 수축 밴드용 냉연강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
수축 밴드는 도 1에도 나타나 있는 바와 같이 브라운관 전면 유리(panel)의 외곽을 감싸게 설치되는데, 고온에서 가열한 후 장력을 가하여 길이를 늘린 다음 브라운관에 장착하여 냉각시킴으로써 전면 유리에 압축응력을 가하는 역할을 한다.
이와 같이 전면 유리에 압축응력을 가하는 이유는 고진공인 브라운관 내부와 대기압하의 브라운관 외부의 응력 차이에 의해 전면 유리가 변형되는 것을 방지함으로 써 색번짐을 막기 위함이다.
따라서, 수축 밴드에 요구되는 특성으로는 높은 강도 및 우수한 내식성을 들 수 있다.
일반적으로 내식성을 위해서는 냉연강판 표면에 알루미늄 또는 아연 도금을 실시한다.
종래에는 상기의 요구특성을 만족시키기 위해 수축 밴드용 소재로 일반 탄소강 냉연강판을 이용하였는데, 이 경우에는 자기차폐성에 대한 고려가 전혀 없었다.
그런데, 최근에 브라운관의 대형화, 고선명화에 따라 브라운관 수축 밴드에도 자기차폐성이 우수한 강판을 사용할 필요가 있게 되었다.
그러나, 일반적으로 강도가 증가할수록 자기차폐성이 나빠지기 때문에, 브라운관 수축 밴드에 요구되는 강도를 만족시키면서도 우수한 자기차폐성을 확보하기 위해서는 특별한 방법이 필요하다.
자기 차폐성이 우수한 브라운관 수축 밴드용 강판을 제조하기 위한 기술로는 일본 특개평11-209848 및 특개평11-158549가 있다.
먼저, 특개평11-209848에서는 자기차폐성의 향상을 위해 탄소함량이 0.005% 이하인 극저탄소강에 다량의 Si(0.2~3.0%), Mn(1.0% 이하), Al(1.0% 이하)을 첨가한 강을 사용하고 있다. 이 경우 제조공정 조건은 고려하지 않았으며, 제품상태에서 항복강도가 24kg/mm2 이상, 0.3Oe의 자계에서 투자율과 판 두께의 곱이 400 이상인 제품이 얻어지는 것을 특징으로 한다.
특개평11-158549에서도 상기 기술과 유사하게 Si(1~4%), Mn(0.1~3%), Al(0.001~2%) 을 다량 첨가하고 Al2O3 개재물의 분율을 적절히 제어함으로써 항복강도 29kg/mm2 이상, 보자력 2.0Oe 이하의 강판을 개시하고 있다.
또한, 여러 종류의 불순원소(tramp element)의 효과를 조사하여, 불순원소가 다량 함유된 스크랩(scrap)을 사용하더라도 제품의 품질을 확보할 수 있다고 제시하고 있다.
그런데, 상기 공지발명들은 공통적으로 강도의 증가를 위해서는 다량의 합금원소를 첨가하고, 자성향상을 위해 Si을 첨가하는 방법을 이용하여야 하고, 또한, 이들 원소를 효과적으로 이용하기 위한 적절한 제조공정 조건을 제시하지 못하고 있는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 화학조성과 제조공정 인자와의 관계를 면밀히 조사하여 최적의 화학조성 및 제조조건을 적절히 제어하므로써 자성이 우수하고 강도도 높은 브라운관 수축밴드용 냉연강판을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있는 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 중량%로, C: 0.002~0.008%, Mn: 0.5~2.0%, Si: 1.5% 이하, s-Al: 0.05~0.5%, N: 0.005% 이하, 기타 불가피한 불순원소 및 나머지 Fe로 이루어진 강슬라브를 하기 수학식(1)에서 구해지는 온도이하로 가열하여 열간압연하고 750oC 이상 하기 수힉식(2)에 구해진 온도이하의 온도범위에서 열간 마무리압연한 다음,
Figure 112001032887542-pat00001
[여기서, SRT: 슬라브 가열온도(oC), [%Mn]: Mn 함량(중량%), [%S]: S 함량(중량%)]
Figure 112001032887542-pat00002
[여기서, FT: 열간마무리압연 온도 (oC), [%C]: 탄소함량 (중량%),[%Mn]: Mn 함량 (중량%), [%Si]: Si 함량 (중량%), [%s-Al]: s-Al 함량 (중량%)]
냉간압연 및 재결정온도 이상에서 소둔하여 자성이 우수한 브라운관 수축 밴드용 고강도 냉연강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
자기 차폐성은 사용되는 강판의 두께, 차폐재의 형상 및 강판의 투자율에 의해 결정되며, 다음과 같은 수식으로 표현된다(A.J. Mager; IEEE Transactions on Magnetics, March, 1970, pp.67-74).
구형 차폐재: S = (4/3) (μd/D) + 1
실린더형 차폐재: S = μd/D + 1
(여기서 S: 차폐도, μ: 투자율(permeability), d: 차폐재의 두께, D: 구 또는 실린더의 직경)
따라서, 투자율이 높은 소재일수록 자기차폐성이 우수하다고 말할 수 있으며, 일반적으로 투자율은 보자력(coercive force)과 반비례하기 때문에 보자력이 낮을수록 자기차폐성은 우수하다.
먼저, 본 발명강의 화학조성에 대하여 설명한다.
상기 탄소는 강의 투자율을 낮출 뿐만 아니라, 자기시효의 원인이 되기 때문에 사용 중에 투자율이 낮아지는 문제가 있으므로, 그 상한은 0.008%로 한정하는 것이 바람직하고, 탄소의 함량이 너무 낮으면, 뒤에서 설명하는 바와 같이 열간압연 중 변태된 페라이트의 집합조직 제어에 불리하기 때문에 그 하한은 0.002%로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 Mn은 강 중의 S를 MnS로 고정함으로써 적열취성을 방지하는 효과가 있는데, 단순히 적열취성의 방지목적이면 S 함량의 약 20배 정도만을 첨가함으로써 충분하나, 본 발명에서는 집합조직의 제어와 가열시 형성되는 MnS의 조대화를 목표로 하기 때문에 0.5% 이상 첨가되어야 하지만, Mn 첨가량이 2.0%를 초과하는 경우에는 소둔 후 냉각시 전위밀도가 높은 미세조직이 얻어져서 자성을 떨어뜨리는 효과가 있으므로, 상기 Mn 함량은 0.5%~2.0%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 Si은 투자율을 증가시키는 원소이기 때문에 그 함량이 높을수록 자기차폐성에는 유리하지만, 너무 높으면 그 효과가 포화될 뿐만 아니라, 표면품질 및 도금성이 나빠지고 가공성이 떨어져서 냉간압연을 하기 곤란하기 때문에 그 함량은 1.5%이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Al은 슬라브 제조단계에서 용강 중의 탈산을 위해 불가피하게 첨가되는데 통상 탈산제로서의 역할만 고려하면 0.01~0.05% 정도로 충분하다. 그런데, 이렇게 소량으로 존재하는 s-Al은 강 중의 질소와 결합하여 미세한 AlN 석출물을 형성하여 자기 적 특성을 나쁘게 한다.
따라서, AlN 석출물의 크기를 가능한 크게 만들어 주어야 하는데, 이를 위해서는 s-Al의 함량을 다소 높게 첨가할 필요가 있다. 그러나, 0.5% 이상으로 첨가하는 것은 경제적이지 못하다
따라서, 상기 s-Al 함량은 0.05~0.5%로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 질소는 불순원소로서 강 중에서 고용상태 또는 s-Al과 결합하여 AlN으로 석출한 상태로 존재할 수 있다. 그런데, 고용질소는 탄소와 유사하게 자성을 나쁘게 하거나, 자기시효에 의해 사용 중에 자성을 떨어뜨리는 효과가 있다. 또한 AlN으로 석출하는 경우에는 결정립 성장을 방해하여 자성을 나쁘게 하는데 함량이 높을수록 AlN 석출물의 분율이 높아지기 때문에 질소함량은 가능한 낮게 억제하는 것이 필요하다.
따라서, 상기 질소의 함량은 0.005% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
기타 불가피한 불순원소의 함량은 통상적인 범위 내에서는 본 발명의 효과에 영향을 미치지 않는다.
이하, 본 발명강의 제조공정 조건에 대해 설명키로 한다.
상기 화학조성 범위를 만족하는 슬라브를 열간압연하는 단계에 있어서 슬라브 가열온도와 Mn, S와의 함량과의 관계를 면밀히 조사한 결과, 하기 식(1)을 만족시키는 슬라브 가열온도에서 자성이 우수함을 알 수 있었다.
(수학식 1)
Figure 112001032887542-pat00003
[여기서, SRT: 슬라브 가열온도(oC), [%Mn]: Mn 함량(중량%), [%S]: S 함량(중량%)]
상기 수학식(1)에서 슬라브 가열온도의 상한 만을 정하였는데, 그 하한은 실제로 열연공장의 설비능력과 관계가 있다. 즉, 가열온도가 낮을수록 압연시 높은 하중이 요구되기 때문에 실제로 압연가능한 범위에서 가열온도가 결정된다.
슬라브 가열온도가 중요한 이유는 가열시 MnS가 석출할 수 있도록 해주면, 석출된 MnS의 크기가 조대해져서 결과적으로 결정립도가 조대해지기 때문에 자성이 향상된다.
이에 비해 가열온도가 너무 높으면 가열 중에는 MnS가 석출되지 않고 있다가, 열간압연 중에 석출되기 때문에 그 크기가 매우 미세해지고 이 미세한 석출물은 결정립 성장을 억제하여 결과적으로 자성이 나빠지게 된다.
열간압연 마무리 온도 역시 본 발명에서는 매우 중요한데 그 하한은 750oC로 하고 상한은 하기 식(2)에 의해 결정된다.
(수학식 2)
Figure 112001032887542-pat00004
[여기서, FT: 열간마무리압연 온도 (oC), [%C]: 탄소함량 (중량%), [%Mn]: Mn 함량 (중량%), [%Si]: Si 함량 (중량%), [%s-Al]: s-Al 함량 (중량%)]
먼저, 열간마무리 압연온도의 하한이 너무 낮으면 압연하중이 지나치게 높아져서 현실적으로 압연이 어렵기 때문에 열간마무리 압연온도의 하한은 750oC로 한정하는 것이 바람직하다.
상기 열간마무리 압연온도가 너무 높으면, 자성이 나빠지는 것이 실험적으로 관찰되었는데, 이는 자성의 향상을 위해 열간압연시 어느정도의 페라이트가 존재하는 것이 필요하기 때문이라고 분석되었다. 즉, 열간압연을 오스테나이트로부터 페라이트로 변태되는 Ar3 온도 이하에서 실시하면, 압연 중 변태된 페라이트는 변형을 받게되고 압연 후 변태된 페라이트는 변형을 받지 않게 되어 불균일한 변형 에너지를 갖는 미세조직이 형성된다.
따라서, 이후의 냉간압연 및 소둔공정에서 이 변형에너지 차이를 구동력으로 하여 결정립 성장이 조장되는 효과가 있어서 조대한 결정립을 얻을 수 있고, 이는 자성향상에 기여하게 된다.
뿐만 아니라, 열간압연시 변태된 페라이트는 고용탄소함량이 높은 상태에서 압연을 받게 되며, 이는 압연방향과 {111} 결정면이 평행한 집합조직의 발달을 억제하기 때문에 자성향상에 기여하는 효과가 있다.
특히, 이러한 집합조직의 발달경향은 Mn이 존재하는 경우에 그 효과가 더 크게 되는데, 이 때문에 본 발명에서는 Mn을 0.5~2.0% 첨가하는 것이다.
상기의 방법으로 제조된 열연 코일은 통상적인 조건으로 냉간압연 및 재결정 온도 이상에서의 소둔을 실시하여 냉연강판으로 제조한다.
또한, 냉연 강판의 표면에 내식성을 위해 아연 또는 알루미늄 등의 금속도금을 실시할 수 있으며, 이러한 도금종류에 의해 본 발명강의 강도 및 자기차폐성은 영향을 받지 않는다.
본 발명에 따라 제조된 냉연강판은 자기차폐성의 척도로 보자력 1.3Oe 이하(10Oe의 자장을 가한 조건에서 측정된 것임)및 최대투자율 3000 이상 및 인장강도 40kg/mm2 이상을 갖게 된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 자기차폐성이 향상되는 효과는 다음과 같은 두 가지의 효과 때문인 것으로 추정된다. 먼저, 슬라브 가열온도와 화학조성을 적절히 제어함에 의해 MnS 및 AlN 석출물의 조대화에 의한 결정립 조대화 효과이다. 즉, 자성은 결정립의 조대화에 의해 향상되는데, 본 발명에서는 미세한 석출물을 없애므로써 결정립 성장을 방해하는 요인을 제거하여 자성을 향상시킬 수 있었다.
또한, 압연온도를 저온으로 유지함에 의해 일부 페라이트가 열간압연 종료 전에 변태가 일어나기 때문에 자성향상에 불리한 {111} 집합조직의 발달이 억제되는 효과 역시 자성향상에 기여한 것으로 판단된다.
특히, Mn과 고용탄소의 상호작용에 의해 그 효과가 상승된 것으로 추정된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
하기 표 1의 화학조성을 가진 강을 이용하여 슬라브 가열온도 조건의 영향을 조사하였다.
즉, 모두 본 발명의 범위에 속하는 화학조성을 갖는 강 슬라브의 가열온도를 달리한 후 열간압연을 860oC에서 마무리 한 다음, 69%의 냉간압연을 실시하고 840oC에서 60초간 연속소둔을 실시한 후, 보자력을 측정하고 그 결과를 도 2에 나타내었다.
강종 C Si Mn s-Al S N
발명강 1 0.0030 1,0 1.0 0.35 0.006 0.0026
발명강 2 0.0027 1.1 1.2 0.32 0.010 0.0023
발명강 3 0.0023 0.8 1.6 0.38 0.014 0.0025
도 2에 나타난 바와 같이 가열온도가 본 발명의 범위에 속하는 경우에는 우수한 자성을 보여주지만, 가열온도가 너무 높은 경우에는 자성이 나빠짐을 알 수 있다.
이때 보자력은 10Oe의 자장을 가한 조건에서 측정하였다.
(실시예 2)
하기 표 2와 같은 화학성분을 갖는 강슬라브를 하기 표 2와 같은 슬라브가열온도 (SRT) 및 열간마무리압연온도(FT)조건으로 열간압연한 후, 60-75%의 압하율로 냉간압연하고, 830~850oC의 범위에서 30~60초간 재결정처리한 다음, 강판의 품질특성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
강종 화학조성(중량%) 제조조건
C Mn Si s-Al S N SRT(℃) FT(℃)
비교강 1 0.015 0.62 1.10 0.34 0.008 0.0045 1150 950
비교강 2 0.0025 0.25 0.87 0.31 0.009 0.0023 1150 950
비교강 3 0.0035 2.31 0.75 0.25 0.010 0.0024 1200 780
비교강 4 0.0005 0.53 0.56 0.12 0.012 0.0012 1200 880
비교강 5 0.0028 0.75 1.03 0.03 0.011 0.0061 1200 880
비교강 6 0.0031 0.75 0.70 0.27 0.021 0.0021 1250 900
비교강 7 0.0035 1.12 0.98 0.25 0.006 0.0024 1250 900
비교강 8 0.0035 1.13 0.95 0.24 0.006 0.0024 1200 950
발명강 4 0.0034 1.21 0.98 0.25 0.006 0.0024 1200 880
발명강 5 0.0028 0.75 0.71 0.29 0.009 0.0021 1200 880
발명강 6 0.0031 0.75 0.52 0.21 0.007 0.0028 1200 880
발명강 7 0.0056 1.60 0.63 0.32 0.006 0.0036 1200 830
강종 품질특성
TS(인장강도)(kg/mm2) Hc(보자력)(Oe) μmax(최대투자율)
비교강 1 46.7 2.4 1680
비교강 2 38.5 1.4 2450
비교강 3 47.3 1.9 2050
비교강 4 34.6 1.4 2530
비교강 5 42.3 1.6 2180
비교강 6 41.5 1.5 2230
비교강 7 43.5 1.5 2310
비교강 8 42.1 1.4 2510
발명강 4 44.5 1.1 3460
발명강 5 42.6 1.1 3870
발명강 6 41.2 1.1 3510
발명강 7 43.7 1.2 3320
상기 표 3에 나타난 바와 같이, 화학조성 또는 제조공정 조건이 본 발명의 범위를 벗어나는 비교강(1-8)의 경우에는 품질특성이 나쁘게 나타남을 알 수 있다.반면에, 화학조성 또는 제조공정 조건이 본 발명의 범위에 부합되는 발명강(4-7)의 경우에는 우수한 품질특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.
상기 비교강(1 및 4)는 탄소함량의 범위가 각각 상한 및 하한을 벗어난 경우이며, 비교강(2 및 3)은 Mn 함량의 범위가 발명범위에서 벗어난 경우이고, 비교강(5)는 s-Al 함량과 질소함량이 벗어난 경우이며, 비교강(6)은 S 함량이 과다하게 높은 경우이고, 비교강(7)은 화학조성은 발명범위 이내이지만 슬라브 가열온 도가 본 발명에서의 상한치인 1230oC보다 높은 1250oC에서 가열한 경우이고, 비교강(8)은 마무리 압연온도가 상한인 915oC보다 높은 950oC에서 압연한 경우이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 표면품질 및 도금밀착성이 우수하고도, 고강도와 우수한 자기차폐성을 동시에 확보할 수 있는 수축 밴드용 냉연강판을 제조할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

  1. 중량%로, C: 0.002~0.008%, Mn: 0.5~2.0%, Si: 1.5% 이하, s-Al: 0.05~0.5%, N: 0.005% 이하, 기타 불가피한 불순원소 및 나머지 Fe로 이루어진 강슬라브를 하기 수학식(1)에서 구해지는 온도이하로 가열하여 열간압연하고 750oC 이상 하기 수힉식(2)에 구해진 온도이하의 온도범위에서 열간 마무리압연한 다음,
    (수학식 1)
    Figure 112001032887542-pat00005
    [여기서, SRT: 슬라브 가열온도(oC), [%Mn]: Mn 함량(중량%), [%S]: S 함량(중량%)]
    (수학식 2)
    Figure 112001032887542-pat00006
    [여기서, FT: 열간마무리압연 온도 (oC), [%C]: 탄소함량 (중량%), [%Mn]: Mn 함량 (중량%), [%Si]: Si 함량 (중량%), [%s-Al]: s-Al 함량 (중량%)]
    냉간압연 및 재결정온도 이상에서 소둔하는 것을 특징으로 하는 자성이 우수한 브라운관 수축 밴드용 고강도 냉연강판의 제조방법
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