KR20120062930A - 내표면거침성이 우수한 캔용 강판 및 그 제조방법 - Google Patents

내표면거침성이 우수한 캔용 강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

내표면거침성이 우수한 캔용 강판 및 그 제조방법을 제공한다. C:0.0040?0.01%, Nb:0.02%?0.12%를 함유한다. 강판 표층으로부터 판두께의 1/4 두께까지의 압연방향 단면 페라이트 평균 결정입경이 7㎛ 이상 10㎛ 이하이고, 판두께의 1/4 두께로부터 판두께 중앙부까지의 압연방향 단면 페라이트 평균 결정입경이 15㎛ 이하이다. 또한, 상기 강판 표층으로부터 판두께의 1/4 두께까지의 압연방향 단면 페라이트 평균 결정입경은 상기 판두께의 1/4 두께로부터 판두께 중앙부까지의 압연방향 단면 페라이트 평균 결정입경보다 작다. 이상의 캔용 강판은, 최종 마무리 압연 후에 1초 이내에 50?100℃/s로 냉각하고, 500℃?600℃로 권취하며, 산세처리를 행한 후, 압연율 90% 이상으로 냉간 압연하고, 재결정온도 이상 800℃ 이하에서 연속소둔을 행함으로써 얻어질 수 있다.

Description

내표면거침성이 우수한 캔용 강판 및 그 제조방법{STEEL SHEET FOR CANS HAVING EXCELLENT SURFACE ROUGHENING RESISTANCE, AND METHOD FOR PRODUCING SAME}
본 발명은, 식품과 음료 캔에 이용되는 캔 용기 재료로 적합한 캔용 강판에 관한 것으로, 특히 딥 드로잉 캔(deep drwan can) 및 딥 드로잉-아이어닝(ironed) 캔에 이용하며, 연질이고 우수한 가공성을 가지면서, 또 가공 후에 강판 표면에 표면거침(surface roughening)이 생기지 않는 캔용 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재, 세계적으로 사용되고 있는 2 피스 캔은, 강판에 DRD(Draw and Redraw) 가공이나 DI(Draw and wall Ironing) 가공 등의 가공을 행한 캔 통(can barrel)과 뚜껑(lid)으로 형성되어 있다. 음료 캔에 대해서는, 내식성(耐蝕性)이 요구되기 때문에 캔 제조 후에 유기(有機) 도장을 행함으로써 캔 내용물과 캔 내부표면을 보호하는 방법이 일반적이다.
한편, 최근에는, 성형 전의 금속판에 유기 수지(樹脂) 필름을 미리 피복한 라미네이트 강판이 지구환경 보전 면에서 주목받고 있다. 라미네이트 강판은, 필름 자체가 윤활성을 갖기 때문에, 딥 드로잉 가공이나 아이어닝 가공 시에 종래 필요했던 윤활유가 필요 없게 된다. 그 결과, 윤활유의 세정공정이 생략되어, 세정 배수(排水)가 나오지 않는다는 이점이 있다. 또한, 내용물과 강판 표면 보호를 위해 필요했던 캔 내면 도장공정과 그 소부(baking)공정이 불필요하기 때문에, 소부공정 시에 배출되고 있던 온실효과 가스인 이산화탄소가 발생하지 않는다는 이점이 있다.
이와 같이, 라미네이트 강판을 이용한 캔 제조방법은 지구환경 보전에 크게 공헌하는 것이 가능하며, 향후 수요 확대가 생각될 수 있다. 다만, 이 방법에서는, 캔 제조 후에 하지(下地, 기초)가 되는 강판의 표면거침에 의해 피복된 필름의 두께가 국소적으로 저하하여, 필름 파손 및 박리 등에 의해 내식성이 열화(劣化)한다는 새로운 문제가 발생하는 경우가 있다. 이 때문에, 하지가 되는 강판에는, 딥 드로잉 가공이나 아이어닝 가공이라는 큰 가공도에 견딜 수 있는 높은 성형성과, 캔 제조 후에 필름과의 밀착성을 양호하게 유지하기 위해 강판 표면에 표면거침이 발생하지 않는 표면 성상이 중요한 요소로서 요구된다. 캔 제조 후의 하지 강판 표면에 발생하는 표면거침은, 캔 제조 전 강판의 평균 결정입경이 미세할수록 억제할 수 있는 것이 알려져 있으며, 입경(粒徑)을 미세화하는 방법은, 과거에 다수의 기술이 개시되어 있다. 또한, 이를 응용하여, 가공 다이(die)가 접촉하는 강판 표층(表層) 영역만을 세립화(細粒化)하고, 강판 중앙부는 가공 에너지를 작게 하기 위해 결정립을 조대화(粗大化)시켜 연질화(軟質化)한다는 기술도 개시되어 있다.
특허문헌 1에서는, 딥 드로잉 시의 내형마모성(die galling resistance)이 우수한 양호한 성형성을 갖는 냉연강판 소재로 이용하는 열연강판 및 그 제조방법과, 그 열연강판을 소재로 사용한 냉연강판 제조방법이 개시되어 있다. 판두께방향의 결정입도와 {111} 결정방위(結晶方位)의 비율을 적정하게 조정한 열연강판을 냉연강판 소재로 이용하여, 딥 드로잉성과 내형마모성을 함께 향상시키고 있다. 그러나 열간 압연을 Ar3변태점 이하에서 행하기 때문에, 종래보다 고도의 온도제어기술과 품질관리가 필요하게 되고, 또, 마무리 압연온도의 저하에 따른 압연하중의 증대 등이 과제로 들 수 있다.
특허문헌 2에서는, 플랜지 성형시의 균열이 적고, 가공성이 우수하며, 도장 소부 후의 캔체(can body) 강도가 높은 DI캔용 강판과 그 제조방법이 제공되어 있다. 판두께 표층부에서는 미세 AlN를 석출시켜 결정립을 미세화시키고, 또, 입계 강도를 높여 넥트인(necked-in) 가공, 플랜지 가공 등의 2차 가공성을 향상시키며, 판두께 중앙층에서는 과시효처리(過時效處理)를 거쳐 조립연질재(粗粒軟質材)로 함으로써, 양호한 DI 가공성을 갖는 복층 조직을 구성하고 있다. 그러나 고용C를 잔존시킴으로써 도장 소부 후의 캔체 강도를 높이고 있기 때문에, 제강공정에서의 총C량의 조정과 그 총C량에 대해서의 열연공정에서의 권취온도관리와 소둔(燒鈍)공정의 과시효처리에서의 고용C량의 조정이 필요하게 되어, 생산성을 저하시키는 요인이 되고 있다.
특허문헌 3에서는, 침탄(浸炭) 분위기 중에서 연속소둔함으로써, 내형마모성과 화성(化成)처리성 및 스폿용접성이 우수한 냉연강판을 제공하고 있다. 양호한 가공성을 유지하기 위해 극저탄소강(極低素鋼)을 베이스로 하고 있다. 또한, 침탄 분위기 중에 의한 소둔으로 강판 표면에 탄소 농화층(濃化層)을 구성하여 슬라이드성(slidability)을 양호하게 함으로써, 형마모(die galling)가 발생하기 쉬운 극저탄소강의 결점을 해결하고 있다. 그러나 침탄 분위기 중에서 연속소둔하는 것이 필수이며, 종래 설비에 새로운 설비를 도입할 필요가 있다.
특허문헌 4에서는, Nb첨가 극저탄소강을 사용하여, DI캔 경량화를 위해 판두께 0.20㎜ 이하로 하고, 원판(原板) 평균 결정입경을 6㎛ 이하로 한 DI캔용 강판의 제조방법이 개시되어 있다. 극저탄소강으로 가공성을 양호하게 하면서, 평균 결정입경 6㎛ 이하로 함으로써, 유기 수지 필름을 라미네이팅한 강판의 아이어닝 가공 후의 원판의 표면거침을 억제하여, 내식성을 확보하고 있다. 그러나 라미네이트 강판의 아이어닝 가공은 윤활유 및 쿨란트(coolant)를 사용하지 않고 행하기 때문에, 과도한 세립화에 따른 강판의 경화는 가공 발열을 과대하게 하여 공업적 생산 관점에서 문제가 된다.
일본 특허공개 평 11-80888호 공보 일본 특허공개 평 10-17993호 공보 일본 특허공개 평 1-339752호 공보 일본 특허공개 평 11-209845호 공보
상기한 바와 같이, 종래 기술에서는, 중앙부를 조립화하고 표층부를 세립화하여 DI 가공성과 플랜지 가공이나 넥트인 가공 등의 2차 가공성을 양립하는, 결정립이 다른 복층 조직을 갖는 캔용 강판을 제조하는 것은 매우 곤란했다.
또한, 상술한 특성을 달성할 수 있었다고 해도 제조 비용의 상승이나 설비상 및 조업상 곤란한 문제가 새롭게 발생하고 있었다.
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 딥 드로잉 가공성, 아이어닝 가공성 및 가공 후의 내(耐)표면거침성이 우수한 캔용 강판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의연구를 행했다. 그 결과, 이하의 식견을 얻었다.
극심한 딥 드로잉 가공이나 아이어닝 가공에 견딜 수 있는 높은 가공성을 획득하기 위해, 0.0040?0.01%C강을 베이스로 화학성분을 설계하는 것이 유효하다.
열간 압연 조건, 냉간 압연 조건 및 연속소둔 조건을 적정화함으로써, 강판 표층 부근의 결정립을 미세화하고, 중앙부의 결정립은 표층부와 비교하여 조대(粗大)하게 할 필요가 있다.
본 발명은, 이상의 식견에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.
[1] 질량%로, C:0.0040?0.01%, Si:0.05% 이하, Mn:0.3 초과?0.6%, P:0.02% 이하, S:0.02% 이하, Al:0.01?0.10%, N:0.0015?0.0050%, Nb:0.02?0.12%를 함유하고, 잔부(殘部)는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지며, 강판 표층으로부터 판두께의 1/4 두께까지의 압연방향 단면(斷面) 페라이트(ferrite) 평균 결정입경이 7㎛ 이상 10㎛ 이하이고, 판두께의 1/4 두께로부터 판두께 중앙부까지의 압연방향 단면 페라이트 평균 결정입경이 15㎛ 이하이며, 또한, 상기 강판 표층으로부터 판두께의 1/4 두께까지의 압연방향 단면 페라이트 평균 결정입경은, 상기 판두께의 1/4 두께로부터 판두께 중앙부까지의 압연방향 단면 페라이트 평균 결정입경보다 작은 것을 특징으로 하는 내표면거침성이 우수한 캔용 강판.
[2] 상기 [1]에 기재된 내표면거침성이 우수한 캔용 강판을 제조하는 방법으로서, 질량%로, C:0.0040?0.01%, Si:0.05% 이하, Mn:0.3 초과?0.6%, P:0.02% 이하, S:0.02% 이하, Al:0.01?0.10%, N:0.0015?0.0050%, Nb:0.02?0.12%를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 성분을 갖는 강 슬래브(slab)를 열간 압연하며, 최종 마무리 압연 후 1초 이내에 50?100℃/s의 냉각속도로 냉각하고, 500℃?600℃의 권취온도에서 권취하며, 뒤이어, 산세(酸洗)처리를 행한 후, 90% 이상의 압하율(壓下率)로 냉간 압연하고, 재결정온도 이상 800℃ 이하의 온도에서 연속소둔을 행하는 것을 특징으로 하는 내표면거침성이 우수한 캔용 강판의 제조방법.
또한, 본 명세서에서, 강 성분을 나타내는 %는, 모두 질량%이다.
본 발명에 의하면, 딥 드로잉 가공성, 아이어닝 가공성, 및, 가공 후의 내표면거침성이 우수한 캔용 강판이 얻어진다.
본 발명의 캔용 강판은 종래 강에 비해 강판 표층부 부근은 세립화되어 있기 때문에, 플랜지 가공과 넥트인 가공 등의 2차 가공성이 향상한다.
또한, 고도의 제어기술과 품질관리를 필요로 하지 않아, 효율적으로 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
우선, 본 발명의 내표면거침성이 우수한 캔용 강판의 성분 조성에 대해 설명한다.
C:0.0040?0.01%
C는, 성형성과 결정립 미세화에 큰 영향을 미치는, 본 발명 가운데에서 중요한 원소 중 하나이다. 0.0040% 미만에서는, 매우 연질이어서 우수한 성형성을 달성할 수 있지만, 페라이트립(粒)의 조대화를 초래하기 때문에 강판 표층 부근을 세립화하는 것이 곤란하다. 한편, 0.01% 초과에서는, 페라이트 중에 C가 고용되어 매트릭스(matrix)가 경질화(硬質化)해서 성형성이 악화한다. 성형성과 결정립 미세화를 양립하기 위해, C량은 0.0040% 이상 0.01% 이하로 한다.
Si:0.05% 이하
Si는 다량으로 첨가하면 강판의 표면 처리성이 열화한다. 또한, 내식성이 저하한다. 그 때문에, 상한을 0.05%로 한다. 바람직하게는 0.03% 이하, 더 바람직하게는 0.02% 이하이다.
Mn:0.3% 초과?0.6%
Mn는, 일반적으로는, 강 중에 포함되는 불순물인 S에 기인하는 열간 연성(延性)의 저하를 방지하기 위해 적어도 0.05% 이상 첨가한다. 그러나 본 발명에서는 세립화를 위해 더 첨가하여 하한은 0.3% 초과로 한다. 즉, Mn는 Ar3변태점을 저하시키는 원소 중 하나이며, 열간 압연 시의 마무리 압연온도를 더 저하시킬 수 있다. 그리고 열간 압연 시에 γ(감마)립의 재결정립 성장을 억제하고, 또한 변태 후의 α(알파)립을 미세화할 수 있다. 본 발명에서는, 0.0040?0.01%C를 베이스로 하는 Nb첨가 강에 Mn를 첨가함으로써, 표층 부근의 세립화를 달성하여, 캔 제조 후의 내압(耐壓) 강도를 확보한다. 이상의 효과를 얻기 위해, Mn량은 0.3% 초과로 한다. 한편, JIS G3303에 규정되는 [레이들(ladle) 분석치]나 아메리카합중국 재료시험협회 규격(이하, ASTM으로 칭하기도 한다)에서의 [레이들 분석치]에 있어서, 통상의 식품 용기에 이용되는 양철(tin) 원판의 Mn량은 0.6% 이하로 규정되어 있다. 이 때문에, 본 발명의 Mn량의 상한은 0.6%로 한다.
P:0.02% 이하
P는, 다량으로 첨가하면, 강의 경질화, 내식성의 저하를 야기하기 때문에, 상한은 0.02%로 한다. 한편으로, 과도하게 저감해도 그 효과가 포화함에 더해, 제조 비용 상승으로 연결되기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 하한은 0.005%가 바람직하다.
S:0.02% 이하
S는, 강 중에서 Mn과 결합해서 MnS를 형성하여, 다량으로 석출함으로써 강의 열간 연성을 저하시킨다. 따라서 S의 상한은 0.02%로 한다.
Al:0.01?0.10%
Al는, 탈산제(deoxidizing agent)로 첨가되는 원소이다. 또, N과 AlN를 형성함으로써, 강 중의 고용N를 감소시키는 효과를 갖는다. 그러나 Al 함유량이 0.01% 미만에서는, 충분한 탈산 효과와 고용N 저감 효과가 얻어지지 않는다. 따라서 Al량의 하한은 0.01%로 한다. 한편, 0.10%를 초과하면, 상기 효과가 포화할 뿐 아니라, 알루미나 등의 개재물이 증가하기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 Al량의 상한은 0.10%로 한다.
N:0.0015?0.0050%
N는, Al이나 Nb 등과 결합해서 질화물이나 탄질화물을 형성하여, 열간 연성을 해치기 때문에 적을수록 바람직하다. 또한, N는 고용강화 원소 중 하나이며, 다량으로 첨가하면 강의 경질화로 이어져 신장성(elongation)이 현저히 저하해서 성형성을 악화시킨다. 그러나 N를 안정적으로 0.0015% 미만으로 하는 것은 어렵고, 제조 비용도 상승한다. 이상으로부터, N량은 0.0015% 이상 0.0050% 이하로 한다.
Nb:0.02?0.12%
Nb는, NbC 또는 Nb(C, N)를 형성하는 원소이며, 강 중의 고용C를 감소시키는 효과가 있어, 신장성과 r치의 향상을 목적으로 하여 첨가된다. 또한, Nb의 첨가에 의해 형성된 탄질화물에 의한 입계의 피닝(pinning) 효과나, 강 중의 고용Nb에 의한 입계의 드래그(drag) 효과에 의해 결정립의 미세화가 가능해진다. 이상의 효과를 얻기 위해, Nb량의 하한은 0.02%로 한다. 한편, Nb량이 0.12%를 초과하면, 상술한 고용Nb에 의한 결정립 미세화 효과가 포화함에 더해, 재결정 완료 온도를 상승시켜, 특히 박물재(thin material)가 많은 캔용 강판에서는 연속소둔공정에서 소둔온도를 상승시키기 때문에 공업적 생산이 곤란해진다. 따라서 Nb량의 상한은 0.12%로 한다. 또한, 강 중 고용C가 증가하면, 성형 시에 상항복점(upper yield point)을 초과한 변형 후에 발생하는 YP-E1에 기인하는 스트레쳐 스트레인(stretcher strain)으로 불리는 변형 모양이 나타나기 때문에, 외관을 중시하는 음료 캔ㆍ식품 캔 용도에 적용함에는 바람직하지 않다. 이 때문에 Nb량과 C량의 밸런스는, 상기 이유에 의해, 더 바람직하게는, (Nb/C＜0.8)이고, 또 Nb량은 0.04% 이상 0.12% 이하로 한다.
잔부는 Fe 및 불가피한 불순물로 한다.
압연방향 단면 페라이트 결정입경에 대해
딥 드로잉 가공 및 아이어닝 가공 후의 강판 표면에 있어서의 표면거침의 크기는, 페라이트 결정입경의 크기에 비례한다. 그리고 라미네이트 강판의 DI 가공에서는, 강판 표면의 표면거침이, 필름과 강판의 박리를 야기한다. 또한, 필름으로 응력이 집중함으로써 필름 파단이 발생하고, 그 결과, 하지 강판이 노출한다. 그리고 이러한 필름과 강판의 박리나 하지 강판의 노출 등에 의해, 내식성이 악화한다. 또한, DI 가공 후의 캔체를 플랜지 가공, 넥트인 가공 등의 2차 가공을 행할 때에는, 조립화한 강판 표면에서는 입계 강도가 약하여, 주름이나 균열 등이 발생한다. 이 때문에, 표면거침 방지 관점에서, 강판 표면에서는 결정입경은 미세한 것이 바람직하다. 그러나 과도하게 표층이 미세해도, 강판이 경화하기 때문에 가공성에 악영향을 미친다.
한편으로 DI 가공은, 성형 에너지 관점에서, 연질재일수록 생산성 면에서 유리하다. 이들을 감안하면, 강판 표층부에서는 결정입경을 미세하게 하고, 판두께 중앙부에서는 조립화한 연질재인 것이 바람직하다고 할 수 있다.
또한, 예의연구를 행한 결과, 아이어닝 가공 후의 강판 표면의 표면거침은, 주로 강판 표층으로부터 판두께의 1/4 두께까지의 페라이트 입경의 크기에 의존하고 있음이 밝혀졌다.
이상의 검토 결과, 본 발명에서는, 강판 표층으로부터 판두께의 1/4 두께까지의 압연방향 단면 페라이트 평균 결정입경이 7㎛ 이상 10㎛ 이하이고, 판두께의 1/4 두께로부터 판두께 중앙부까지의 압연방향 단면 페라이트 평균 결정입경이 15㎛ 이하이며, 또한, 상기 강판 표층으로부터 판두께의 1/4 두께까지의 압연방향 단면 페라이트 평균 결정입경은, 상기 판두께의 1/4 두께로부터 판두께 중앙부까지의 압연방향 단면 페라이트 평균 결정입경보다 작은 것으로 한다. 석출한 Nb 탄질화물에 의한 입계(粒界) 피닝 효과, 고용Nb에 의한 입계의 Drag 효과, 그리고 열간 압연 시의 마무리 압연 후의 냉각조건을 최적화함으로써, 강판 표층 부근의 페라이트 입경을 세립화한다. 또한, 성분과 제조 조건의 최적화에 의해 표층으로부터 판두께 1/4층을 판두께 1/4층으로부터 판두께 중앙층보다 세립화하는 것을 가능하게 한다. 그 결과, 본 발명에서는 표층으로부터 판두께 1/4층의 세립층에서 가공 후의 내표면거침성을 갖고, 또한 판두께 중앙부가 표층부보다 조대립(粗大粒)이 됨으로써 가공성을 갖는다는, 우수한 내표면거침성과 우수한 가공성을 양립하게 된다.
강판 표층으로부터 판두께의 1/4 두께까지의 압연방향 단면 페라이트 평균 결정입경이 7㎛ 미만에서는 과도하게 경화하기 때문에, 성형 시의 변형저항이 커져 파단 등의 문제가 발생한다. 한편, 10㎛ 초과에서는, 성형 후에 입경 크기에 의존하여 강판 표면의 표면거침이 발생한다.
판두께의 1/4 두께로부터 판두께 중앙부까지의 압연방향 단면 페라이트 평균 결정입경이 15㎛ 초과에서는 과도하게 연화하기 때문에, 캔 제조 후의 내압 강도가 부족하다.
또한, 상기 강판 표층으로부터 판두께의 1/4 두께까지의 압연방향 단면 페라이트 평균 결정입경 및 상기 판두께의 1/4 두께로부터 판두께 중앙부까지의 압연방향 단면 페라이트 평균 결정입경은, 이하의 방법으로 측정할 수 있다. 압연방향 단면의 페라이트 조직을 3% 나이탈(nital) 용액으로 에칭하여 입계를 노출시키고, 광학현미경을 이용하여 촬영한 400배 사진을 이용해서, JIS G0551의 강-결정입도 현미경 시험방법에 준거하여, 절단법에 의해 페라이트 결정입경을 측정한다.
강판 강도(가공성)에 대해
로크웰 경도시험방법(HR30T):50 이상 60 이하(적합범위)
상술한 바와 같이, DI 가공은, 연질이고 가공 에너지가 작은 것이 생산성 면에서 바람직하다. 본 발명에서는, 가공성 악화나 캔 제조 시의 가공 발열이 과대하게 되는 등, 생산성을 해치는 것을 방지하기 위해, 조질도(調質度)로 T3CA 이하로 하고, 로크웰 경도시험방법(HR30T)의 상한을 60포인트 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, DI 가공에서는 캔 저부(底部)는 캔 통부(can barrel portion)와 같이 아이어닝 가공에 의한 경화가 없다. 그 때문에, 음압(negative pressure) 캔이나 양압(positive pressure) 캔에 관계없이 캔 저부의 내압 강도 관점에서, 어느 정도의 강판 강도가 필요하다. 조질도로 T2CA 상당 이상이 최저한 필요한 강판 강도이며, HR30T의 하한을 50포인트 이상으로 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 내표면거침성이 우수한 캔용 강판의 제조방법에 대해 설명한다.
본 발명의 내표면거침성이 우수한 캔용 강판은, 연속주조에 의해 제조된 상기 조성으로 이루어지는 강 슬래브를 이용하며, 열간 압연, 산세, 냉간 압연, 소둔처리를 행하여 제조한다. 이때, 최종 마무리 압연 후 1초 이내에 50?100℃/s의 냉각속도로 냉각하고, 권취온도는 500℃?600℃으로 한다. 또한, 산세처리 후의 냉간 압연 압하율은 90% 이상, 연속소둔온도는 재결정온도 이상 800℃ 이하로 한다.
슬래브 재가열온도:1050?1300℃(적합범위)
열간 압연 전의 슬래브 재가열온도는, 특히 조건은 규정하지 않지만, 가열온도가 너무 높으면 제품 표면의 결함이나 에너지 비용이 상승하는 등의 문제가 발생한다. 한편, 너무 낮으면, 최종 마무리 압연온도의 확보가 어려워진다. 따라서 슬래브 재가열온도는 1050?1300℃ 범위가 바람직하다.
열간 압연 시의 최종 마무리 압연온도:Ar3변태점 이상 930℃ 이하(적합범위)
최종 마무리 압연온도는, 열연강판 결정립 미세화와 석출물 분포 균일성 관점에서, Ar3변태점 이상 930℃ 이하 범위가 바람직하다. 최종 마무리 압연온도가 930℃보다 높게 되면, 압연 후의 γ립 입자성장이 일어나, 그에 따른 조대 γ립에 의해 변태 후의 α립 조대화를 초래하는 경우가 있다. 또한, Ar3변태점 미만의 압연에서는, α립이 압연되어 α립이 조대화하는 외에, 온도 저하에 의한 압연하중의 증대 등이 문제가 된다. 더 바람직하게는, Ar3변태점 이상 900℃ 이하 범위이다.
열간 압연 후의 냉각:마무리 압연 종료 후 1초 이내에 50?100℃/s
본 발명의 특징인 강판 표층부의 결정입경 미세화를 달성하기 위해, 가장 중요한 것은 열간 압연 후의 냉각조건이다. 마무리 압연 종료 후에 급냉함으로써, 특히 표층의 압연 후 미재결정(未再結晶) γ상(相)과 상변태 후의 α상을 미세화하는 것이 가능하게 된다. 마무리 압연 종료 후의 냉각은 1초 이내 또한 50?100℃/s의 냉각속도로 행하는 것으로 한다. 바람직하게는, 마무리 압연 종료 후 0.5초 이내에 냉각을 개시하는 것이 바람직하다. 마무리 압연 종료 후의 냉각이 1초를 넘겨 행해지면, 마무리 압연 후의 급냉까지의 공냉 시간이 길어지게 되어, γ립 및 변태 후의 α립이 입자성장하기 때문에 미세립이 되지 않는다. 냉각속도가 50℃/s 미만인 경우, 결정립이 높은 온도영역에서 장시간 체류하기 때문에, 입자성장에 의해 열연판 결정립은 조대화하고, 냉간 압연ㆍ소둔 후에도 조대립을 계승하여 미세립이 되지 않는다. 한편, 냉각속도가 100℃/s를 초과하는 경우, 판폭방향 및 압연방향의 온도 불균일이 발생하여, 재질의 불균일과 형상 불량이 발생한다. 또한, 냉각수단은 상기 조건을 만족하게 행할 수 있는 것이라면 특히 한정하지 않는다. 예를 들면, 수냉으로 행할 수 있다. 냉각개시온도는, 거의 마무리 압연온도이며, 적어도 700℃ 이하까지 냉각할 필요가 있다. 더 바람직한 냉각온도범위는, 권취온도 500?600℃까지이다.
열간 압연 시의 권취온도:500?600℃
열간 압연 시의 권취온도가 600℃보다 높게 되면, Nb계 석출물의 석출량은 많아지지만, 석출물 입경이 조대화하고, 석출물의 피닝 효과가 감소하여 α입경이 조대화한다. 한편, 500℃보다 낮은 온도영역에서는 Nb계 석출물의 석출량이 줄어들기 때문에, 피닝 효과로 α상을 미세화할 수 없다.
계속해서, 산세처리를 행한다. 산세공정은, 표층부의 스케일(scale)이 제거될 수 있으면 좋고, 특히 조건은 규정하지 않는다.
냉간 압연 압하율:90% 이상
냉간 압연 압하율은, 본 발명이 규정하는 표면 부근의 미세립화를 달성하기 위해 90% 이상으로 한다. 압하율 90% 미만에서는, 결정립이 조대화하여 재질이 열화하는 등, 본 발명이 목적으로 하는 결정립 미세화와 우수한 성형성을 양립할 수 없다. 열간 압연 시에 석출하지 않고 고용되어 잔존해 있는 Nb 석출 사이트(site)를 마련하는 점에서, 압하율을 90% 이상으로 하여 변형 에너지를 강판에 많이 축적함으로써, 다음 공정의 소둔 시에 다수의 사이트에서 미세한 Nb계 석출물을 석출시켜 피닝 효과에 의한 결정립 미세화를 실현할 수 있다. 미세화의 관점에서는, 압하율은 91% 이상이 바람직하다.
소둔(annealing)온도:재결정온도 이상 800℃ 이하
소둔방법은, 재질의 균일성과 높은 생산성의 관점에서 연속소둔법이 바람직하다. 소둔온도가 재결정온도 미만이면 냉간 압연 시의 압연조직이 잔존하여, 드로잉 시에 귀(earring) 발생의 원인이 되는 r치의 면내(面內) 이방성의 증대를 야기한다. 한편, 소둔온도 800℃ 초과에서는 결정립이 조대화하고, 가공 후 표면거침이 커지는 외에, 캔용 강판 등의 박물재에서는 로(爐) 내 파단이나 버클링(buckling)의 발생 위험이 커진다. 따라서 소둔온도는 재결정온도 이상 800℃ 이하로 한다.
조질 압연 압하율:0.5?5%(적합조건)
조질 압연은 적절히 행할 수 있다. 조질 압연을 행하는 경우의 압하율은, 강판의 조질도에 의해 적절히 결정되지만, 스트레쳐 스트레인의 발생을 억제하기 위해서는, 0.5% 이상이 바람직하다. 한편, 압하율이 5% 초과에서는, 강판이 경질화함에 따른 가공성의 저하와 신장성의 저하, 또한 r치의 저하 및 r치의 면내 이방성의 증대를 야기하는 경우가 있다. 따라서 조질 압연을 행하는 경우, 압하율은 0.5% 이상 5% 이하로 한다.
이후의 도금 등의 공정은 통상의 방법에 따라 행하여, 캔용 강판으로 마무리한다.
[실시예]
표 1에 나타내는 각종 성분 조성을 갖는 강을 용제(溶製)하여 강 슬래브로 하고, 얻어진 강 슬래브에 대해 표 2에 나타내는 조건으로 열간 압연, 산세, 냉간 압연, 직접 통전(通電) 가열장치에 의한 연속소둔의 시뮬레이션, 조질 압연을 행하여, 최종 판두께:0.24㎜의 캔용 강판을 제조했다. 또한, 열간 압연 후의 냉각은 수냉으로 행하고, 냉각속도는, 수냉설비 입측(inlet side)과 출측(exit side)의 방사 온도계 측정과 라인속도로부터 계산했다. 이렇게 하여 얻어진 캔용 강판의 시험편에 대해, 이하의 시험에 제공했다.
Figure pct00001
미재결정 조직률의 측정
상기 시험편에 대해, 압연방향 단면 페라이트 조직을 에칭하여 노출시키고, 광학현미경을 이용해서 촬영한 200배 사진으로, 미재결정 조직부와 재결정 완료부를 구별하여, 재결정되어 있지 않은 결정립의 면적율을 산출했다.
평균 페라이트 결정입경의 측정
상기 시험편에 대해, 압연방향 단면 페라이트 조직을 3% 나이탈 용액으로 에칭하여 입계를 노출시키고, 광학현미경을 이용해서 촬영한 400배 사진을 이용하여, JIS G0551의 강-결정입도 현미경시험방법에 준거해서, 절단법에 의해 페라이트 결정입경을 측정했다.
경도 측정
JIS Z2245의 로크웰 경도시험방법에 준거하여, JIS G3315에 규정된 위치에서의 로크웰 30T 경도(HR30T)를 측정했다. 측정점은 1 시료당 5점 측정하여, 그들 평균치를 계산했다.
평가
표면거침(소둔 후의 평균 페라이트 결정입경)
강판 표면의 표면거침의 평가는, 우선, 실시예에 있는 샘플을 다음에 기술하는 바와 같이 DI 캔으로 제조하여 평가했다.
PET필름(막두께 16㎛)이 라미네이팅된 강판을 φ123의 블랭크판(blank sheet)으로 해서, 1차 및 2차 커핑(cupping)의 드로잉 비(drawing ratio)를 1.74, 1.35로 하여 드로잉 성형을 행하고, 또한 3단(段) 아이어닝에 의해 캔 통부의 판두께 감소율을 최대 49%(해당하는 변형률 1.4)로 하여 φ52.64×높이 107.6㎜의 캔을 제조했다. 캔 제조 후의 샘플은, 라미네이팅된 필름을 NaOH 용액에 의해 박리하며, 가공도가 최고가 되는 부분에서 캔 통부의 강판표면의 거칠기를 측정하고, 최대높이 Rmax를 조사했다. 본 발명에서는, 최대높이 Rmax가 7.4㎛ 미만이면 표면거침 적음(◎), 최대높이 Rmax가 7.4 이상?9.5㎛ 미만이면 표면거침 약간 적음(○), 9.5㎛ 이상이면 표면거침 많음(×)으로 하여 평가했다. 본 발명의 평가대상은, 미재결정 면적율이 0.5?5%의 범위이며, 범위로부터 벗어나는 수준은 평가대상에서 제외했다.
내압(耐壓) 강도 측정
DI 캔용 버클링 테스터를 사용하여, 내압 강도를 측정했다. 캔 내측으로부터 에어를 가압해서, 버클링 시에 급감하는 압력을 읽어내어, 내압 강도로 했다. 가압속도를 0.7㎏f/(㎝2ㆍs)로 하여 7.3㎏f/㎝2 이상을 우수(◎), 7.3 미만?6.7㎏f/㎝2 이상을 양호(○), 6.7㎏f/㎝2 미만을 열등(×)으로 했다.
가공 발열
본 발명은, 현행의 쿨란트 사용 양철 DI 캔의 캔 제조속도와 동등한 생산성을 라미네이트 강판 사용 DI 캔으로 달성하기 위해, 바람직하게는 조질도 T3CA 이하(HR30T로 60포인트 이하)로 한다.
가공 발열은 강판 강도에 의존하기 때문에, 소둔 후의 HR30T로 57 이하를 가공 발열 작음(◎), 57 초과 60 이하를 가공 발열이 캔 제조 시에 문제가 되지 않는 레벨로서 가공 발열 약간 작음(○), 60 초과를 가공 발열 큼(×)으로 하여 평가했다.
열연강판의 형상
열연강판의 형상은 육안으로 확인했다. 휨 등 형상이 현저히 불량하여 다음 공정에 영향을 미치는 것에 관해서는, 형상 불량(×)으로 했다. 120℃/s로 냉각한 것은, 냉각 불균일로부터 기인하는 재질의 불균일에 의해 형상이 악화했다.
Figure pct00002
표 2로부터, 본 발명은, 판두께 중앙부가 조립이고 연질이면서, 표층 부분에 세립 영역을 갖는 것이므로, DI 가공성과 DI 캔 제조 후의 내표면거침성이 우수하여, DI 가공용 강판의 모판(base material)에 적합한 성질을 갖고 있다.
한편, No.1?3은, 표층부가 조대립이므로 최대높이 Rmax가 9.5㎛ 이상으로 되어 있어, DI 캔용 강판에 적합하지 않다.
또한, No.19 강은, Mn량이 0.99%로 되어 있어, 본 발명의 청구항인 0.6%를 초과해 있다. Mn를 첨가시킴으로써 강은 세립화하지만, ASTM 성분 범위(Mn≤0.6%)를 초과한 원소의 첨가는 내식성을 현저하게 해친다. 이 때문에, 내식성 관점에서 이들 강의 캔용 재료로의 적용은 바람직하지 않다.
본 발명의 캔용 강판은 가공성이 높고 가공 후의 내표면거침성이 우수하기 때문에, 예를 들면, 식품과 음료 캔에 이용되는 캔 용기 재료로 매우 적합하게 이용될 수 있다.

Claims (2)

  1. 질량%로, C:0.0040?0.01%, Si:0.05% 이하, Mn:0.3 초과?0.6%, P:0.02% 이하, S:0.02% 이하, Al:0.01?0.10%, N:0.0015?0.0050%, Nb:0.02?0.12%를 함유하고, 잔부(殘部)는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지며, 강판 표층으로부터 판두께의 1/4 두께까지의 압연방향 단면(斷面) 페라이트(ferrite) 평균 결정입경이 7㎛ 이상 10㎛ 이하이고, 판두께의 1/4 두께로부터 판두께 중앙부까지의 압연방향 단면 페라이트 평균 결정입경이 15㎛ 이하이며, 또한, 상기 강판 표층으로부터 판두께의 1/4 두께까지의 압연방향 단면 페라이트 평균 결정입경은, 상기 판두께의 1/4 두께로부터 판두께 중앙부까지의 압연방향 단면 페라이트 평균 결정입경보다 작은 것을 특징으로 하는 내표면거침성이 우수한 캔용 강판.
  2. 제1 항에 기재된 내표면거침성이 우수한 캔용 강판을 제조하는 방법으로서, 질량%로, C:0.0040?0.01%, Si:0.05% 이하, Mn:0.3 초과?0.6%, P:0.02% 이하, S:0.02% 이하, Al:0.01?0.10%, N:0.0015?0.0050%, Nb:0.02?0.12%를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 성분을 갖는 강 슬래브(slab)를 열간 압연하며, 최종 마무리 압연 후 1초 이내에 50?100℃/s의 냉각속도로 냉각하고, 500℃?600℃의 권취온도에서 권취하며, 뒤이어, 산세(酸洗)처리를 행한 후, 90% 이상의 압하율(壓下率)로 냉간 압연하고, 재결정온도 이상 800℃ 이하의 온도에서 연속소둔을 행하는 것을 특징으로 하는 내표면거침성이 우수한 캔용 강판의 제조방법.
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