KR20040048027A

KR20040048027A - 성형성이 우수한 법랑용 강판의 제조방법

Info

Publication number: KR20040048027A
Application number: KR1020020075775A
Authority: KR
Inventors: 윤정봉; 손원호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-12-02
Filing date: 2002-12-02
Publication date: 2004-06-07

Abstract

본 발명은 가전제품의 부분품 또는 욕조등 법랑 처리제품의 소지강판으로 사용되는 법랑용 강판의 밀착성 개선과 함께 피쉬스케일(Fishscale) 결함을 방지할 수 있도록 한 성형성이 우수한 법랑용 강판의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 중량 %로, C:0.002% 이하, Mn:0.05~0.3%, S:0.005~0.02%, P:0.02% 이하, Al:0.01~0.1%, B:0.002~0.01%, N:0.004~0.015%, Cu:0.005~0.1% 함유하고, B 또는 N의 첨가량을 0.0005%<N-1.3B<0.005% 되게 조절하며, 나머지 Fe와 불가피하게 함유되는 불순물을 포함한 강을, 통상의 방법으로 열간 압연한 후 650℃ 이상의 온도로 권취한 다음, 70~95% 범위의 압하율로 냉간압연을 실시하며, 소둔온도 600℃ 이상으로 20초 이상 연속소둔하는 것을 특징으로 하는 성형성이 우수한 법랑용 강판의 제조방법을 그 요지로 한다.

Description

성형성이 우수한 법랑용 강판의 제조방법{A method for manufacturing enameling steel plate with excellent formability}

본 발명은 법랑용 강판의 제조방법에 관한 것으로, 특히 가전제품의 부분품 또는 욕조등 법랑 처리제품의 소지강판으로 사용되는 법랑용 강판의 밀착성 개선과 함꼐 피쉬스케일(Fishscale) 결함을 방지할 수 있도록 한 성형성이 우수한 법랑용 강판의 제조방법에 관한 것이다.

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

법랑 밀착성은 강판과 법랑층과의 밀착성으로 이는 강판에 첨가되는 첨가원소 및 표면 조도에 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 또한, 상기 피쉬스케일(Fishscale)은 법랑제품 제조공정에서 소성전 또는 고온소성시 강중에 고용되었던 수소가 방출되면서 생기는 수소압력에 의해 강판표면에 이미 경화된 법랑층이 물고기 비늘모양으로 깨어지는 결함을 말하며, 이러한 피시스케일 결함의방지를 위해서는 강 내부에 수소를 흡착할 수 있는 위치를 만들어 줄 필요가 있으며, 이는 주로 강판에 존재하는 비금속개재물 또는 석출물의 양에 크게 영향을 받는 것으로 알려져 있다.

종래의 법랑용 강판은 상기 피쉬스케일(Fishscale) 결함을 방지하거나 성형성을 향상시키기 위해 탈탄 소둔공정등을 경유하기 때문에 제품의 원가가 높다. 또한 연속 소둔공정을 이용하여 제조한 강판은 Ti(일본공개 2000-001741) 또는 Nb(일본공개 2002-249850) 등을 첨가한 강으로 이들 강은 재결정온도가 높아 고온에서 소둔 처리를 해야 하므로 생산성이 낮고 제조원가가 높은 단점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 낮은 온도에서 연속소둔을 하여도 성형성이 우수하고, 피쉬스케일(Fishscale)과 같은 결함 발생을 사전에 방지할 수 있는 성형성이 우수한 법랑용 강판의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 중량 %로, C:0.002% 이하, Mn:0.05~0.3%, S:0.005~0.02%, P:0.02% 이하, Al:0.01~0.1%, B:0.002~0.01%, N:0.004~0.015%, Cu:0.005~0.1% 함유하고, B 또는 N의 첨가량을 0.0005%<N-1.3B<0.005% 되게 조절하며, 나머지 Fe와 불가피하게 함유되는 불순물을 포함한 강을, 통상의 방법으로 열간 압연한 후 650℃ 이상의 온도로 권취한 다음, 70~95% 범위의 압하율로 냉간압연을 실시하며, 소둔온도 600℃이상으로 20초 이상 연속소둔하는 것을 특징으로 하는 성형성이 우수한 법랑용 강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하에서는 본 발명에서의 성분범위의 한정이유에 대해 설명한다.

C를 0.002% 이상 첨가할 경우 강중 고용탄소의 양이 많아 소둔시 집합조직의 발달을 방해하여 성형성을 낮게 하고 시효현상이 발생하여 생산 후 긴 기간이 지난 후 가공을 할 경우 표면결함(Stretcher Strain결함)이 발생할 가능성이 높기 때문에 C의 상한 값을 0.002%로 제한하였다.

Mn은 강중 고용 황을 망간황화물로 석출하여 적열취성(Hot shortness)을 방지하기 위해 첨가하는데 본 발명에서는 망간황화물을 미세한 석출물로 석출하여 결정립을 미세하게 함으로써 성형성을 향상시키는 작용을 한다. 망간함량이 0.05%이하에서는 망간황화물의 크기는 미세하지만 숫자가 적어 결정립 미세화 효과가 적고, 0.3% 이상 첨가할 경우 망간황화물 및 결정립의 크기가 조대해 지므로 상한값을 0.3%로 하였다.

S과 P은 일반적으로 강의 물성을 저해하는 원소로 알려져 있으나 본 발명에서는 미세한 망간황화물 또는 구리황화물을 이용하여 소둔 재결정립의 크기를 미세화하여 성형성을 향상하는 작용과 법랑 처리공정에서 발생하는 수소를 흡수, 저장하여 피쉬스케일 결함 발생을 억제하는 작용을 한다. 황의 함량 0.005%이하에서는 생성되는 망간황화물 또는 구리황화물의 양이 적어 소둔결정립 미세화 효과와 수소흡장능이 낮고, 0.02%이상에서는 연성이 크게 낮아지고 황에 의한 적열취성이 발생하기 쉬우므로 상한 값을 0.02%로 제한하였다.

Al은 탈산제로 첨가하는 것으로 강중 산화물의 생성을 억제하여 연성을 향상시키는 작용을 한다. 알루미늄의 함량이 0.01% 이하인 경우 강중 산화물이 많이 생성되어 연성이 저하하고, 0.1% 이상 첨가할 경우 오히려 알루미늄 산화물이 강중 또는 강표면에 잔존하여 연성이 저하되거나 표면결함을 발생할 가능성이 높으므로 상한 값을 0.1%로 제한하였다.

Cu는 구리황화물을 생성하여 소둔 재결정립을 미세하게 하여 성형성을 향상하는 작용과 미세한 구리황화물 주변에 법랑 처리공정에서 발생하는 수소를 흡수, 저장하여 피쉬스케일 결함 발생을 억제하는 작용을 한다. 구리의 함량을 0.005% 이하로 첨가할 경우 구리황화물의 양이 적어 소둔 재결정립의 성장을 효과적으로 억제하지 못하고 법랑처리공정에서 수소를 흡장하는 능력이 낮고, 0.1% 이상 첨가할 경우 석출물의 양이 너무 많아 소둔 재결정립이 너무 미세하여 오히려 연성이 크게 저하하므로 상한 값을 0.1%로 하였다.

B은 질소와 결합하여 보론 질화물을 생성하여 피쉬스케일 결함의 발생을 방지하는 작용을 한다. 보론의 첨가량이 0.002% 이하일 경우 보론 질화물의 생성량이 적어 피쉬스케일 결함 발생 가능성이 높아지고, 보론의 첨가량이 0.01% 이상인 경우 고용 상태로 잔존하는 보론의 양이 많아 성형성이 저하하므로 상한 값을 0.01%로 제한하였다.

N는 B과 결합하여 보론 질화물로 석출하여 피쉬스케일 결함을 방지하는 작용을 한다. 질소의 첨가량이 0.002% 이하에서는 석출되는 보론 질화물의 양이 적어 피쉬스케일 결함 발생 가능성이 크고, 0.015% 이상 첨가할 경우 강중 고용 질소의양이 많아 성형성 및 시효성이 저하하므로 상한 값을 0.015%로 제한하였다.

B 또는 N의 첨가량을 0.0005%<N-1.3B<0.005%로 제한한 것은 강중에 고용 보론이 잔존할 경우 내피쉬스케일성 향상 효율이 낮을 뿐만 아니라 성형성이 급격히 저하하고, 고용 질소가 많을 경우 성형성과 시효성이 나빠지므로 N-1.3B값의 제한은 내피쉬스케일성, 성형성 및 내시효성을 확보하는 작용을 한다. N-1.3B값이 0.0005% 이하에서는 고용 보론의 양이 많아 내피쉬스케일성 향상 효율이 낮고, 강중에 보론과 결합하고 남은 질소의 양이 너무 많을 경우 알루미늄질화물의 과다 석출 또는 고용상태로 잔존하는 질소의 양이 많아 성형성이 낮아지므로 N-1.3B의 상한 값을 0.005%로 하였다.

이하에서는 본 발명의 제조조건에 대해 설명한다.

상기와 같은 조성범위를 갖는 강을 통상의 방법으로 열간압연하되, 이때의 열연 권취온도를 650℃ 이상으로 제한한 것은 열연 결정립을 크게 하여 연성을 향상시키기 위함이다. 권취온도가 650℃ 이하에서는 열연 결정립이 작아 연성이 낮기 때문에 하한값을 650℃로 제한하였다.

상기 냉간압하율을 70~95% 범위로 한정한 것은, 70% 이하로 너무 낮을 경우 재결정 집합조직의 발달이 낮아 성형성이 저하하고, 95% 이상 너무 높을 경우 연성이 저하하는 작용을 하기 때문이다.

연속소둔은 냉간압연된 강판에 연성과 성형성을 부여하는 작용을 하는 것으로서 600℃ 이하에서는 재결정이 완료되지 않아 연성 및 성형성을 확보 할 수 없으므로 하한 값을 600℃로 제한하였으며, 소둔시간이 너무 짧을 경우도 재결정이 완료되지 않아 연성 및 성형성을 확보할 수 없으므로 하한 값을 20초로 하였다.

이하에서는 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

(실시예)

하기 표 1은 본 발명강 및 비교강의 화학성분 및 냉간압하율을 나타낸 것이다.

본 발명강 및 비교강의 화학성분(단위:중량%) 및 냉간압하율

강번	C	Mn	P	S	Al	Cu	N	B	(N-1.3B)	냉간압하율(%)
발명강 1	0.0015	0.09	0.011	0.011	0.03	0.024	0.0072	0.0035	0.00265	88.5
발명강 2	0.0018	0.12	0.009	0.008	0.03	0.012	0.091	0.0044	0.00338	88.5
발명강 3	0.0012	0.15	0.01	0.010	0.04	0.009	0.0085	0.0051	0.00187	88.5
발명강 4	0.0016	0.12	0.011	0.011	0.03	0.059	0.0088	0.0065	0.00035	88.5
비교강 1	0.0019	0.2	0.015	0.014	0.04	0.023	0.0024	0.0071	-0.00683	88.5
비교강 2	0.0015	0.2	0.01	0.009	0.03	0.005	0.0075	0.0014	0.00568	88.5
비교강 3	0.0013	0.45	0.01	0.004	0.04	0	0.0030	0.0025	-0.00025	88.5
비교강 4	0.0018	0.12	0.009	0.008	0.03	0.012	0.091	0.0044	0.00338	65

용해된 성분강의 강괴를 1250℃ 가열로에 1시간 유지후 열간압연을 실시하였다. 이때 열간마무리 압연온도는 900℃, 권취온도는 700℃로 하였으며, 최종두께를 2.0mm로 하였다. 열간압연된 시편은 산세처리하여 표면의 산화피막을 제거한 후 냉간압연을 실시하였다. 이때 냉간압하율은 88.5%로 하여 최종 두께를 0.23mm로 하였으며, 냉간압연이 완료된 시편은 법랑특성을 조사하기 위한 법랑처리시편 및 기계적 특성을 조사하기 위한 인장시편으로 가공한 후 연속소둔을 실시하였다.

법랑처리시편은 70mmX150mm의 크기로 절단하였으며, 인장시편은 ASTM규격(ASTM E-8 standard)에 의한 표준시편으로 가공하였다. 연속소둔은 소둔온도 700℃로 하여 소둔을 실시하였다. 소둔이 완료된 인장시편은 인장시험기(INSTRON사, Model 6025)를 이용하여 항복강도, 인장강도, 연신율, 소성 이방성 지수(r_m) 및 면내 이방성 지수(r)를 측정하였다.

성형성을 나타내는 소성 이방성 지수(r_m)는 인장시편을 압연방향, 압연직각방향 및 압연 45°방향으로 각각 채취하여 15% 인장시의 폭 방향 및 두께방향의 수축비, 즉, r=ln(w_f-w₀)/ln(t_f/t₀)를 측정하여 계산한 값을 각각 r₀, r₄₅및 r₉₀이라 하고, r_m=(r₀+ 2r₄₅+ r₉₀)/4 로 하였다.

한편 방향별 이방성을 나타내는 면내 이방성 지수 r=(r₀- 2r₄₅+ r₉₀)/2 로 하였다. 법랑처리용 시편은 완전히 탈지한 후 하유 유약을 도포하여 200℃에서 10분간 건조하여 수분을 완전히 제거하였다. 건조가 끝난 시편은 830℃에서 7분간 유지하여 소성처리를 실시한 후 상온까지 냉각하였다. 하유 법랑처리가 완료된 시편은 상유 유약을 도포한후 200℃에서 10분간 건조하여 수분을 완전히 제거하였다.

건조가 끝난 시편은 800℃에서 7분간 유지하여 소성처리를 실시한후 공냉하는 법랑처리를 하였다. 이때 소성로의 분위기 조건은 노점온도 30℃로 피쉬스케일 결함이 가장 발생하기 쉬운 가혹한 조건으로 하였다. 법랑처리가 끝난 시편은 200℃ 유지로에 20시간동안 유지하여 피쉬스케일 가속처리후 발생한 피쉬스케일 결함수를 육안으로 조사하였다. 법랑밀착성 평가는 밀착시험기기(ASTM C313-78 규격에 의한 시험기기)를 이용하여 밀착지수를 측정하였다.

한편, 하기 표 2는 본 발명강 및 비교강의 기계적 성질 및 법랑처리조건별 법랑특성을 조사한 결과를 나타낸 것이다. 본 발명의 범위에 속하는 발명강 1~4는 r_m값 1.5이상, 연신율 40%이상, r값 0.2이하로 기계적 성질이 양호하며 가혹한 조건에서도 피쉬스케일이 발생하지 않아 내피쉬스케일성도 확보하였으며, 법랑밀착지수도 95%이상으로 높은 밀착성을 나타내었다.

반면 비교강 1은 (N-1.3B)값이 본 발명의 범위에서 벗어나 rm값이 1.03으로 매우 낮아 성형시 가공불량이 발생할 가능성이 크다. 비교강 2의 경우 보론의 첨가량이 본 발명의 범위에서 벗어났고, (N-1.3B)값도 본 발명의 범위에서 벗어나 법랑제품에서 가장 치명적인 결함인 피쉬스케일 결함이 발생하였으며 구리의 첨가량도 본 발명의 범위 보다 낮아 r값이 0.53으로 매우 높아 성형시 불량 발생 가능성이 높다.

비교강 3의 경우 보론 첨가량은 본 발명의 범위에 속하지만 망간, 황, 구리의 첨가량이 본 발명의 범위에서 벗어나 피쉬스케일 결함이 발생하였으며 r_m값이 낮고 r값은 높아 성형성이 좋지 않다. 비교강 4는 냉간압하율이 본 발명 범위에서 벗어나 r값이 0.58로 매우 높아 성형성이 좋지 않다.

본 발명강 및 비교강의 기계적 성질 및 법랑특성

강번	기계적 성질	법랑특성
강번	항복강도(kg/mm²)	인장강도(kg/mm²)	연신율(%)	소성 이방성 지수(r_m)	면내 이방성 지수(r)	밀착지수(%)	피쉬스케일(Fishscale)
발명강 1	22.6	32.8	45	1.59	0.12	100	발생없음
발명강 2	21.5	31.2	46	1.62	0.08	98	"
발명강 3	22.0	31.7	44	1.53	0.16	97	"
발명강 4	23.6	32.3	43	1.56	0.18	99	"
비교강 1	21.6	30.9	42	1.03	0.16	95	"
비교강 2	24.5	31.9	41	1.53	0.53	97	발생
비교강 3	20.5	31.2	45	1.02	0.35	100	발생
비교강 4	20.1	29.4	49	1.52	0.58	98	발생없음

이상에서와 같이 본 발명의 성형성이 우수한 법랑용 강판의 제조방법에 따르면, 양호한 기계적 성질과 함께 가혹한 조건에서도 내피쉬스케일(Fishscale)성이 확보되고, 95% 이상의 높은 법랑 밀착지수를 얻을 수 있으며, 낮은 온도에서 연속소둔을 하여도 성형성이 우수한 효과가 있다.

Claims

중량 %로, C:0.002% 이하, Mn:0.05~0.3%, S:0.005~0.02%, P:0.02% 이하, Al:0.01~0.1%, B:0.002~0.01%, N:0.004~0.015%, Cu:0.005~0.1% 함유하고, B 또는 N의 첨가량을 0.0005%<N-1.3B<0.005% 되게 조절하며, 나머지 Fe와 불가피하게 함유되는 불순물을 포함한 강을, 통상의 방법으로 열간 압연한 후 650℃ 이상의 온도로 권취한 다음, 70~95% 범위의 압하율로 냉간압연을 실시하며, 소둔온도 600℃ 이상으로 20초 이상 연속소둔하는 것을 특징으로 하는 성형성이 우수한 법랑용 강판의 제조방법.