KR20160027163A - 캔용 강판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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유스케 나카가와
카츠미 고지마
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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

양호한 드로잉 가공성 및 외압에 대한 캔 몸체부의 좌굴(buckling) 강도가 우수한 캔용 강판 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. C: 0.0030％ 이상 0.0100％ 이하, Si: 0.05％ 이하, Mn: 0.10％ 이상 1.0％ 이하, P: 0.030％ 이하, S: 0.020％ 이하, Al: 0.010％ 이상 0.100％ 이하, N: 0.0050％ 이하, Nb: 0.010％ 이상 0.050％ 이하를 함유하고, C 및 Nb의 함유량이 0.10≤([Nb]/92.9)/([C]/12)＜0.60을 만족하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, HR30T 경도가 56 이상이고, 평균 영률이 210㎬ 이상인 것을 특징으로 하는 캔용 강판이다. 열연 강판을 85％ 이상의 압하율로 냉간 압연하고, 재결정 온도 이상으로 어닐링함으로써 얻어진다.

Description

캔용 강판 및 그의 제조 방법{STEEL SHEET FOR CAN, AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은, 식캔(food cans)이나 음료캔(beverage cans)에 이용되는 캔 용기 재료에 적합한 캔용 강판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 드로잉 가공성과 외압에 대한 캔 몸체부의 좌굴(buckling) 강도가 우수한 캔용 강판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 캔용 강판은 2피스(two-piece) 캔으로의 적용에 유용하다.
최근의 환경 부하 저감 및 비용 삭감의 관점에서 식캔이나 음료캔에 이용되는 강판의 사용량 삭감이 요구되고 있고, 2피스, 3피스 캔에 상관없이 강판의 박육화(thickness reduction)가 진행되고 있다. 이에 수반하여, 캔 제조, 반송 공정 및 시장에 있어서의 핸들링시에 작용하는 외력에 의한 캔체(can body)의 변형과, 내용물의 가열 살균 처리 등에 있어서의 캔 내부의 압력의 증감에 따른 캔 몸체부의 좌굴 변형이 문제시되고 있다.
종래, 이 캔 몸체부의 내(耐)좌굴 변형성을 향상시키기 위해 강판의 고강도화가 행해져 왔다. 그러나, 강판의 고강도화에 의해 강도(YP)가 상승하면, 성형성이 저하되어, 캔 제조 공정에 있어서 문제가 된다. 즉, 강판의 고강도화에 의해 통상, 성형성은 저하된다. 그 결과, 캔 몸체부 성형 후에 행해지는 네크 가공(neck forming), 이어서 플랜지 성형에 있어서, 네크 주름(neck wirinkles) 및 플랜지 균열의 발생률이 증가한다는 문제나, 또한, 재질의 이방성에 기인하여 2피스 캔에서는 드로잉 가공시에 「귀(ear)」가 커진다는 문제가 있다. 이와 같이, 강판의 고강도화는 반드시 강판의 박육화에 수반하는 내좌굴 변형성의 열화를 보완하는 방법으로서는 적절하지 않다.
한편, 캔 몸체부의 좌굴 현상은, 캔 몸체부 판두께가 박육화된 것에 따른 캔체의 강성의 열화에 의해 발생하고 있다. 따라서, 내좌굴 변형성을 향상시키기 위해서는, 강판 자체의 영률(Young's modulus)을 높여 강성을 향상시키는 방법이 생각된다. 특히 2피스 캔에서는, 성형 후의 캔 몸체의 원주 방향이 강판의 특정의 방향이 되지 않기 때문에, 강판면 내의 영률을 평균적으로 향상시킬 필요가 있다.
철의 영률과 결정 방위는 강한 상관이 있다. 압연에 의해 발달하는 ＜110＞ 방향이 압연 방향에 평행한 결정 방위군(α 파이버(fiber))은, 특히 압연 방향에 대하여 90°가 되는 방향의 영률을 높이고, 또한, ＜111＞ 방향이 판면 법선 방향에 평행한 결정 방위군(γ 파이버)은 압연 방향에 대하여 0°, 45°, 90° 방향의 영률을 약 220㎬까지 높일 수 있다. 한편, 강판의 결정 방위가 특정의 방위로의 배향을 나타내지 않는 경우, 즉 집합 조직이 랜덤인 강판의 영률은, 약 205㎬이다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 중량％로 C: 0.0020％ 이하, P: 0.05％ 이하, S: 0.008％ 이하, Al: 0.005∼0.1％, N: 0.004％ 이하, Cr, Ni, Cu, Mo, Mn, Si의 1종 혹은 2종 이상의 합계가 0.1∼0.5％를 포함하고 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 압연 강판으로, 결정립의 단경(minor axis)에 대한 장경(major axis)의 비가 평균으로 4 이상인 가공 조직을 나타내고, 최대 탄성 계수가 230000㎫ 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 고강성 용기용 강판이 개시되어 있다. 또한, 상기 화학 성분을 함유하는 강을 냉연 어닐링 후, 50％ 이상의 2차 냉연을 행하여 강한 압연 집합 조직을 형성시켜, 압연 방향에 대하여 90° 방향의 영률을 높임으로써 강판의 강성을 올리는 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 2에서는, 중량％로 C: 0.0020％ 이하, Mn: 0.5％ 이하, P: 0.02％ 이하, S: 0.008％ 이하, Al: 0.005％∼0.1％, N: 0.004％ 이하를 포함하고 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강을 통상의 열연, 산세정 후, 60％ 이상 냉연하고, 그 후 전혀 어닐링을 하지 않는 것을 특징으로 하는 용기용 강판의 제조 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 3에서는, 중량비로 C: 0.003％ 이하, Si: 0.1％ 이하, Mn: 0.4％ 이하, S: 0.015％ 이하, P: 0.02％ 이하, Al: 0.01％∼0.1％, N: 0.005％ 이하를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강을, Ar3 변태점 이하의 온도에서 적어도 전체 압하율이 50％ 이상의 열간 압연을 하고, 산세정 후, 50％ 이상의 냉간 압연을 하고 나서, 400℃ 이상, 재결정 온도 이하에서 어닐링하는 것을 특징으로 하는 용기용 강판의 제조 방법이 개시되어 있다. 냉연률의 증가에 따른 압연의 집합 조직의 형성에 의해, 면 내에 있어서의 최대의 탄성 계수의 값을 크게 하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 여기에서 서술하는 재결정 온도란, 집합 조직의 재결정의 진행에 의한 변화가 거의 보이지 않는, 재결정률이 10％가 되는 온도라고 정의되어 있다.
특허문헌 4에는, 질량％로, C: 0.003％ 이하, Si: 0.02％ 이하, Mn: 0.05∼0.60％, P: 0.02％ 이하, S: 0.02％ 이하, Al: 0.01∼0.10％, N: 0.0010∼0.0050％, Nb: 0.001∼0.05％, B: 0.0005∼0.002％를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 판두께 중앙부에 있어서, ({112}＜110＞ 방위의 집적 강도)/({111}＜112＞ 방위의 집적 강도)≥1.0이고, 압연 방향에서 90° 방향의 인장 강도가 550∼800㎫, 압연 방향에서 90° 방향의 영률이 230㎬ 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 캔용 강판이 개시되어 있다.
일본공개특허공보 평6-212353호 일본공개특허공보 평6-248332호 일본공개특허공보 평6-248339호 일본공개특허공보 2012-107315호
그러나, 상기 종래 기술에는 하기에 나타내는 문제를 들 수 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에서는, 50％ 이상이라는 큰 2차 압연에 의해 네크 성형성 및 플랜지 성형성이 저하된다는 문제가 있다. 게다가, 압연 집합 조직만이 발달하여, 이방성이 커지기 때문에, 드로잉 가공성이 저하된다는 문제가 있다.
특허문헌 2에서는, 냉간 압연 그대로의 소재로는 강도가 지나치게 높고 연성도 낮은 점에서, 딥드로잉 성형성(deep drawability)이 열위하다는 문제가 있다. 게다가, 네크 성형성 및 플랜지 성형성이 저하되어 버린다는 문제가 있다.
특허문헌 3에서는, 특허문헌 1과 동일하게 압연 집합 조직만이 발달하여, 이방성이 커지기 때문에, 드로잉 가공성이 저하된다는 문제가 있다. 또한, 재결정 온도보다 낮은 온도에서 어닐링하고 있기 때문에, 연성이 낮고 네크 성형성 및 플랜지 성형성이 낮다는 문제가 있다.
특허문헌 4에서는, 회복 어닐링에 의해, 3피스 캔에 요구되는 정도의 성형성은 얻어지기는 하지만, 2피스 캔과 같이 보다 엄격한 성형성이 요구되는 용도에는 적용할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 전술한 종래 기술의 문제를 해결하여, 충분한 경도를 유지하면서, 양호한 드로잉 가공성 및 외압에 대한 캔 몸체부의 좌굴 강도가 우수한 캔용 강판 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구를 행했다. 그 결과, 화학 성분, 열간 압연 조건, 냉간 압연 조건 및 어닐링 조건을 최적화함으로써, HR30T 경도(hardness)가 56 이상이고, 드로잉 가공성이 우수하고, 또한, 평균 영률이 210㎬ 이상인 외압에 대한 캔 몸체부의 좌굴 강도가 우수한 캔용 강판의 제조가 실현 가능한 것을 발견했다.
본 발명은, 이상의 인식에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.
(1) 질량％로, C: 0.0030％ 이상 0.0100％ 이하, Si: 0.05％ 이하, Mn: 0.10％ 이상 1.0％ 이하, P: 0.030％ 이하, S: 0.020％ 이하, Al: 0.010％ 이상 0.100％ 이하, N: 0.0050％ 이하, Nb: 0.010％ 이상 0.050％ 이하를 함유하고, C 및 Nb의 함유량이 식 (1)을 만족하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, HR30T 경도가 56 이상, 또한, 평균 영률이 210㎬ 이상인 것을 특징으로 하는 캔용 강판.
0.10≤([Nb]/92.9)/([C]/12)＜0.60　　···식 (1)
[Nb], [C]는 각각 Nb, C의 함유량(질량％)
(2) 질량％로, C: 0.0030％ 이상 0.0100％ 이하, Si: 0.05％ 이하, Mn: 0.10％ 이상 1.0％ 이하, P: 0.030％ 이하, S: 0.020％ 이하, Al: 0.010％ 이상 0.100％ 이하, N: 0.0050％ 이하, Nb: 0.010％ 이상 0.050％ 이하를 함유하고, C 및 Nb의 함유량이 식 (1)을 만족하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, HR30T 경도가 56 이상, 또한, 평균 영률이 210㎬ 이상이고, 판두께 1/4면에서 측정한 집합 조직이, Bunge의 Euler각 표시로, φ1＝30°, φ＝55°, φ2＝45°의 방위의 집적 강도가 6.0 이상, 또한, φ1＝0°, φ＝0∼35°, φ2＝45°의 방위의 평균 집적 강도가 3.0 이상 10.0 이하인 것을 특징으로 하는 캔용 강판.
0.10≤([Nb]/92.9)/([C]/12)＜0.60　　···식 (1)
[Nb], [C]는 각각 Nb, C의 함유량(질량％)
(3) 페라이트 평균 결정 입경이 7㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 캔용 강판.
(4) 추가로, 질량％로, 성분 조성으로서 Ti: 0.020％ 이하, Mo: 0.020％ 이하 중으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)∼(3) 중 어느 것에 기재된 캔용 강판.
(5) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 화학 성분을 갖는 강 슬래브를, 가열 온도 1100℃ 이상에서 가열하고, 열연 마무리 온도 800∼950℃로 하여 압연한 후, 권취 온도 500∼700℃에서 권취하고, 산세정하여, 85％ 이상의 압하율로 냉간 압연하고, 재결정 온도 이상에서 어닐링을 행하는 것을 특징으로 하는 캔용 강판의 제조 방법.
(6) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 화학 성분을 갖는 강 슬래브를, 가열 온도 1100℃ 이상에서 가열하고, 열연 마무리 온도 800∼950℃로 하여 압연한 후, 권취 온도 500∼700℃에서 권취하고, 산세정하여, 85％ 이상 93％ 이하의 압하율로 냉간 압연하고, 재결정 온도 이상에서 어닐링을 행하는 것을 특징으로 하는 캔용 강판의 제조 방법.
또한, 본 명세서에 있어서, 강의 성분을 나타내는 ％는 모두 질량％이다.
본 발명에 의하면, HR30T 경도가 56 이상이고, 압연 방향, 압연 45° 방향 및 압연 직각 방향의 평균 영률이 210㎬ 이상인 캔용 강판이 얻어진다.
또한, 본 발명의 캔용 강판을 이용하면, 외압에 대한 캔 몸체부의 좌굴 강도가, 캔 제조 및 음료 메이커가 마련하고 있는 기준값(약 1.5kgf/㎠)보다 높은 캔체를 용이하게 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 식캔이나 음료캔 등에 사용되는 캔체의 강성이 향상되고, 강판의 더 한층의 박육화가 가능하게 되어, 자원 절약화 및 저비용화를 달성할 수 있어, 산업상 각별한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명의 캔용 강판은 충분한 경도를 유지하면서, 양호한 드로잉 가공성을 갖고 있고, 또한 캔 몸체부 성형 후에 행해지는 네크 가공, 이어서 행해지는 플랜지 성형의 어느 것에 있어서도 성형성이 우수하다.
본 발명의 캔용 강판은, 2피스 캔의 성형에 필요한 양호한 드로잉 가공성을 구비함과 함께, 강판 면내 방향의 영률이 평균적으로 높아, 캔 몸체부의 좌굴 강도를 향상시킬 수 있기 때문에, 특히 2피스 캔용으로서 적합하다. 이것은, 2피스 캔과 같이, 드로잉 가공이 포함되는 용기에서는, 강판의 특정의 방향이, 캔 제조 후의 캔 몸체 방향이 되지 않기 때문에, 캔 몸체부의 좌굴 강도를 향상시키기 위해서는, 강판 면내 방향의 영률을 평균적으로 향상시키는 것이 필요하기 때문이다.
그리고, 본 발명에 의한 강판의 적용 범위는, 각종 금속캔뿐만 아니라, 건전지 내장캔, 각종 가전·전기 부품, 자동차용 부품 등의 폭넓은 범위로의 적용도 기대할 수 있다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 캔용 강판은, 성분 조성이 질량％로, C: 0.0030％ 이상 0.0100％ 이하, Si: 0.05％ 이하, Mn: 0.10％ 이상 1.0％ 이하, P: 0.030％ 이하, S: 0.020％ 이하, Al: 0.010％ 이상 0.100％ 이하, N: 0.0050％ 이하, Nb: 0.010％ 이상 0.050％ 이하를 함유하고, C 및 Nb의 함유량이 식 (1)을 만족하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, HR30T 경도가 56 이상, 압연 방향, 압연 45° 방향 및 압연 직각 방향으로부터 계산되는 평균 영률이 210㎬ 이상이다. 그리고, 본 발명의 캔용 강판은, 상기 성분 조성을 갖는 강 슬래브에, 가열 온도 1100℃ 이상에서 가열하고, 열연 마무리 온도 800∼950℃로 하여 압연한 후, 권취 온도 500∼700℃에서 권취하고, 산세정하여, 85％ 이상의 압하율로 냉간 압연하고, 재결정 온도 이상에서 어닐링을 행함으로써 제조 가능하다.
우선, 본 발명의 캔용 강판의 성분 조성에 대해서 설명한다.
C: 0.0030％ 이상 0.0100％ 이하
C는 본 발명에 있어서 특히 중요한 원소이다. NbC에 의한 결정립 미세화 및 고용 C에 의해 경도가 상승하고, 또한 α파이버의 일부인 (001)[1-10]∼(112)[1-10] 방위(Bunge의 Euler각 표시로 φ1＝0°, φ＝0∼35°, φ2＝45°)의 집합 조직이 발달하여, 영률이 향상된다. 이들 효과를 얻기 위해서는 C를 0.0030％ 이상으로 할 필요가 있다. 특히 결정립 미세화에 의한 경도 상승 효과의 관점에서는, 0.0040％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, C를 0.0100％ 초과로 함유하면, (001)[1-10]∼(112)[1-10] 방위의 집합 조직이 과잉하게 발달함과 함께, (111)[1-21] 방위(Bunge의 Euler각 표시로 φ1＝30°, φ＝55°, φ2＝45°)의 집합 조직이 발달하지 않게 되어 평균 영률이 저하된다. 또한, 이방성이 커지는 점에서 드로잉 가공시에 귀가 커져, 드로잉 가공성이 저하된다. 이들 이유에 의해, C의 상한을 0.0100％로 한다. 특히 (111)[1-21] 방위의 집합 조직의 발달에 의한 평균 영률의 향상의 관점에서는, C는 0.0080％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
Nb: 0.010％ 이상 0.050％ 이하
Nb는, 본 발명에 있어서, C와 함께 가장 중요한 역할을 갖는 원소이다. 즉, Nb는, 열연판의 조직을 미세하게 하는 것에 더하여, NbC를 생성하여 핀 고정 효과(pinning effect)에 의해 어닐링판의 결정립을 미세화하고, 경도의 상승에 기여하는 효과가 있다. 게다가, NbC 자체의 석출 강화에 의해, 경도의 상승에 기여한다. 동시에 열연판의 결정립 미세화에 의해, (111)[1-21] 방위 및 (001)[1-10]∼(112)[1-10] 방위의 집합 조직의 발달에 기여하여, 평균 영률이 향상한다. 이들 효과를 얻기 위해, Nb는 0.010％ 이상으로 할 필요가 있다. 또한, Nb는 0.015％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Nb는, 0.050％를 초과하면, NbC의 생성이 많아지고, 고용 C가 감소하여 (001)[1-10]∼(112)[1-10] 방위의 집합 조직이 발달하지 않아, 평균 영률이 저하된다. 게다가, NbC가 조대화(coarse)하기 쉬워져, 핀 고정 효과가 작아짐으로써 어닐링판의 결정립이 조대해지고 경도가 저하된다. 이 때문에, Nb의 상한은 0.050％로 한다. 바람직하게는 0.040％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.030％ 이하이다.
0.10≤([Nb]/92.9)/([C]/12)＜0.60
[Nb], [C]는 각각 Nb, C의 함유량(질량％)
본 발명에 있어서, C 및 Nb는, 각각의 함유량을 소정의 범위 내로 하는 것에 더하여, 균형을 조절함으로써, 캔용 강판으로서 적합한 경도, 평균 영률, 드로잉 가공성을 향상시킬 수 있다. ([Nb]/92.9)/([C]/12)가 0.10보다 낮은 경우, 고용 C가 과잉하게 되고, (111)[1-21] 방위의 집합 조직의 발달이 저해되어 평균 영률이 저하된다. 게다가, (001)[1-10]∼(112)[1-10] 방위의 집합 조직이 과잉하게 발달하고, 드로잉 가공시의 귀가 커져 드로잉 가공성이 저하된다. ([Nb]/92.9)/([C]/12)가 0.60 이상에서는, NbC가 조대화하기 쉬워지고, 핀 고정 효과가 작아짐으로써, 어닐링판에서의 결정립이 조대화되고 경도가 저하된다. 게다가, 고용 C가 현저하게 저하되기 때문에, (001)[1-10]∼(112)[1-10] 방위의 집합 조직이 발달하지 않게 되어, 이방성의 균형이 변화하고, 드로잉 가공에서의 귀가 커져 드로잉 가공성이 저하된다. 이 때문에, C 및 Nb는, 0.10≤([Nb]/92.9)/([C]/12)＜0.60으로 할 필요가 있다. 바람직하게는, 0.10≤([Nb]/92.9)/([C]/12)＜0.40이다.
Si: 0.05％ 이하
Si는, 다량으로 첨가하면 강판 표면으로의 농화에 의해 표면 처리성을 열화시키고, 또한 내식성을 저하시킨다. 그 때문에, Si는, 0.05％ 이하로 할 필요가 있다. 바람직하게는 0.02％ 이하이다.
Mn: 0.10％ 이상 1.0％ 이하
Mn은, 고용 강화에 의해 강판의 경도를 향상시키는 효과나, MnS를 형성함으로써, 강 중에 포함되는 S에 기인하는 열간 연성의 저하를 방지하는 효과가 있다. 이것의 효과를 얻기 위해서는, Mn은, 0.10％ 이상 첨가가 필요하다. 또한, Mn은 Ar3 변태점을 저하시킴으로써, 열연판의 결정립이 미세화한다. 이에 따라, 어닐링판의 집합 조직 발달에 기여하여, 평균 영률을 향상시키는 효과가 있다. 이 관점에서는, Mn은, 0.25％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Mn이 1.0％를 초과하면, 어닐링시에 집합 조직이 발달하기 어려워지고, 특히 (111)[1-21] 방위가 저하되어, 평균 영률이 저하되기 때문에, Mn의 상한을 1.0％로 한다. 바람직하게는 0.60％ 이하이다.
P: 0.030％ 이하
P는, 다량으로 첨가하면 강판의 과잉한 경질화나 중앙 편석에 의해 성형성을 저하시키고, 또한 내식성을 저하시킨다. 이 때문에, P의 상한은 0.030％로 한다. 바람직하게는 0.020％ 이하이다.
S: 0.020％ 이하
S는, 강 중에서 황화물을 형성하여, 열간 연성을 저하시킨다. 따라서, S의 상한은 0.020％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.015％ 이하이다.
Al: 0.010％ 이상 0.100％ 이하
Al은, 탈산제로서 첨가되는 원소이다. 또한, N과 결합하여 AlN을 형성함으로써, 강 중의 고용 N을 감소시켜, 드로잉 가공성이나 내시효성(anti-aging property)을 향상시키는 효과를 갖는다. 이들 효과를 얻기 위해서는, Al은, 0.010％ 이상의 첨가가 필요하다. Nb 질화물이 생성되면 유효한 Nb량이 저하되기 때문에, 우선적으로 AlN을 생성시키는 것이 바람직하고, 이 관점에서, Al은, 0.050％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 과잉하게 첨가해도, 상기 효과가 포화될 뿐만 아니라, 제조 비용이 상승한다. 또한, 알루미나 등의 개재물이 증가하여 드로잉 가공성이 저하되는 등의 문제가 발생한다. 이 때문에, Al의 상한은 0.100％이다.
N: 0.0050％ 이하
N은, Al이나 Nb 등과 결합하여 질화물이나 탄질화물을 형성하여 열간 연성을 손상시키기 때문에, 적을수록 바람직하다. 또한, 다량으로 첨가되면 집합 조직의 발달이 저해되어 평균 영률이 저하된다. 그 때문에, 상한을 0.0050％로 할 필요가 있다. 한편, N을 안정적으로 0.0010％ 미만으로 하는 것은 어렵고, 제조 비용도 상승한다. 따라서, N은 바람직하게는 0.0010％ 이상이다.
잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.
상기의 성분 조성에 더하여, 본 발명에서는, 이하의 원소를 첨가할 수 있다.
Ti: 0.020％ 이하, Mo: 0.020％ 이하 중으로부터 선택되는 1종 이상
Ti 및 Mo는, 탄화물을 형성하는 원소로서, 핀 고정 효과에 의해 어닐링판의 결정 입경을 미세화하여 경도의 향상에 기여하는 효과가 있다. Ti 또는 Mo 탄화물 자체의 석출 강화에 의해, 경도의 상승에 기여할 뿐만 아니라, 조대화하기 어려운 Nb와의 복합 탄화물을 형성하여, 어닐링판의 결정립의 미세화나 경도의 상승의 효과를 높일 수 있다. 첨가하는 경우는, 이들 향상 효과를 확실하게 얻기 위해서는, Ti: 0.005％ 이상, Mo: 0.005％ 이상이 바람직하다. 한편, 과잉하게 첨가하면, 고용 C가 감소하여 (001)[1-10]∼(112)[1-10] 방위의 집합 조직이 발달하지 않아, 평균 영률이 저하된다. 이 때문에, Ti, Mo를 첨가하는 경우는, Ti: 0.020％ 이하, Mo: 0.020％ 이하로 한다. (111)[1-21] 방위의 집합 조직을 발달시키고, 또한, 탄화물의 조대화를 억제하는 관점에서, 이하의 식을 만족하는 것이 바람직하다.
0.10≤([Nb]/92.9＋[Ti]/47.9＋[Mo]/95.4)/([C]/12)≤2.0
[Nb], [Ti], [Mo], [C]는 각각 Nb, Ti, Mo, C의 함유량(질량％)
다음으로, 본 발명의 재질 특성에 대해서 설명한다.
HR30T 경도: 56 이상
캔의 낙하, 캔의 축적(stacking of cans) 및 자동 판매기 내의 반송 등에 의해, 하중을 받았을 때의 소성 변형을 방지하기 위해서는, 강판을 경질화시키는 것이 필요하다. 이 때문에, 로크웰 슈퍼피셜 경도(Rockwell superficial hardness)(스케일 30T, HR30T)로 56 이상으로 할 필요가 있다. 바람직하게는 58 이상이다. 경도가 지나치게 커지면 성형성이 저하되기 때문에, 63 이하로 하는 것이 바람직하다. 측정 방법의 상세는 실시예에 후술한다. 전술의 화학 성분을 함유하는 강을 열간 압연할 때에 있어서, 공정에 있어서, 소정의 범위의 마무리 온도, 권취 온도로 함으로써 열연판의 조직을 미세화한다. 소정의 압하율로 냉간 압연하고, 재결정 온도 이상에서 어닐링함으로써, 어닐링판의 결정립을 미세화하면서, NbC의 조대화를 억제한다. 이상에 의해, HR30T 경도로 56 이상으로 할 수 있다.
평균 영률: 210㎬ 이상
평균 영률은, 본 발명에 있어서 특히 중요한 요건이다. 2피스 캔과 같이, 드로잉 가공이 포함되는 용기에서는, 강판의 특정의 방향이, 캔 제조 후의 캔 몸체 둘레 방향이 되지 않기 때문에, 강판 면내 방향의 영률을 평균적으로 향상시킴으로써, 캔 몸체부의 좌굴 강도를 향상시킬 수 있다. 본 발명에 있어서는, 평균 영률은, 압연 방향의 영률(E[L]), 압연 방향으로부터 45° 방향의 영률(E[D]), 압연 직각 방향의 영률(E[C])로부터 (E[L]＋2E[D]＋E[C])/4로 하여 산출된다.
평균 영률을 210㎬ 이상으로 함으로써, 캔 몸체부의 좌굴 강도 향상 효과가 얻어진다. 바람직하게는 215㎬ 이상이다. 측정 방법의 상세는 실시예에 후술한다. 평균 영률을 이러한 범위로 하는 방법으로서는, 집합 조직을 이하에 서술하는 상태로 발달시키는 것이 바람직하다. 즉, 강 성분을 소정의 범위 내로 하고, 특히 C와 Nb의 균형을 제어하고, 열연 공정에서, 마무리 온도 및 권취 온도를 제어함으로써, 냉연 및 어닐링 공정에서의 집합 조직의 발달을 촉진하고, 85％ 이상의 냉간 압연과 재결정 어닐링함으로써, 바람직한 집합 조직이 얻어진다.
판두께 1/4면에서의 집합 조직이, Bunge의 Euler각 표시로, φ1＝30°, φ＝55°, φ2＝45°의 방위의 집적 강도: 6.0 이상, 또한, φ1＝0°, φ＝0∼35°, φ2＝45°의 방위의 평균 집적 강도: 3.0 이상 10.0 이하
본 발명에 있어서는, 집합 조직을 제어함으로써, 평균 영률을 향상시켜 캔 몸체부의 좌굴 강도 향상 효과가 얻어지는 것에 더하여, 추가로, 드로잉 가공시의 귀의 발생을 억제하여, 드로잉 가공성을 향상시킬 수 있다. (111)[1-21] 방위(Bunge의 Euler각 표시로, φ1＝30°, φ＝55°, φ2＝45°의 방위)는, 평균 영률의 향상에 효과적인 결정 방위로서, 6.0 이상으로 하는 것이 바람직하다. 8.0 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. (001)[1-10]∼(112)[1-10] 방위(Bunge의 Euler각 표시로, φ1＝0°, φ＝0∼35°, φ2＝45°의 방위)는, 특히 압연 직각 방향의 영률을 향상시킴으로써, 평균 영률의 향상에 효과가 있는 것에 더하여, (111)[1-21] 방위와 동시에 집합 조직을 발달시킴으로써 드로잉 가공시의 귀의 발생을 억제하여 드로잉 가공성을 향상할 수 있다. 이 때문에, (001)[1-10]∼(112)[1-10] 방위의 평균 집적 강도를 3.0 이상으로 하는 것이 바람직하다. 6.0 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 한편, (001)[1-10]∼(112)[1-10] 방위의 집합 조직이 과잉하게 발달하면, 이방성의 균형이 변화하여 반대로 귀의 발생이 커지기 때문에, 10.0 이하로 하는 것이 바람직하다. 집합 조직은, 일반적으로 판두께 위치에 따라 변화하지만, 본원 발명에 있어서는, 판두께 1/4면에서의 측정값과, 영률이나 드로잉 가공성과 양호한 상관이 얻어졌기 때문에, 측정 위치를 판두께 1/4면으로 했다.
페라이트 평균 결정 입경: 7㎛ 미만(적합 조건)
어닐링판의 페라이트 평균 결정 입경을 7㎛ 미만으로 함으로써, 소정의 경도가 얻어지기 쉬워져, 반송 등에서 하중을 받았을 때의 소성 변형을 방지하는 효과가 보다 한층 얻어진다. 또한, 강판 표면에 유기 피막을 피복한 래미네이트 강판으로 하는 경우는, 페라이트 평균 결정 입경을 미세하게 함으로써, 캔 제조 가공시의 표면 거칠기가 억제되고 유기 피막의 밀착성이 향상하여, 양호한 내식성이 얻어진다. 따라서, 페라이트 평균 결정 입경은 바람직하게는 7㎛ 미만, 보다 바람직하게는, 6.5㎛ 미만이다.
다음으로, 본 발명의, HR30T 경도가 56 이상이고 양호한 드로잉 가공성 및 외압에 대한 캔 몸체부의 좌굴 강도가 우수한 캔용 강판을 얻기 위한 제조 방법의 일 예에 대해서 설명한다.
본 발명의 캔용 강판은, 상기 성분 조성을 갖는 강 슬래브에, 가열 온도 1100℃ 이상에서 가열하고, 열연 마무리 온도 800∼950℃로 하여 압연한 후, 권취 온도 500∼700℃에서 권취하고, 산세정하여, 85％ 이상의 압하율로 냉간 압연하고, 재결정 온도 이상에서 어닐링을 행함으로써 제조된다.
열간 압연 전 가열 온도: 1100℃ 이상
열간 압연 전의 가열 온도가 지나치게 낮으면, 조대한 NbC가 잔류하여, 결정립의 미세화 효과나 석출 강화에 의한 경도 상승 효과가 얻어지기 어렵다. 따라서, 열간 압연 전의 가열 온도는 1100℃ 이상으로 한다. 가열 온도가 지나치게 높으면 스케일이 과잉하게 발생하여 제품 표면의 결함이 되기 쉽다. 따라서, 1300℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.
열연 마무리 압연 온도 800∼950℃
열연 마무리 압연 온도가 950℃보다도 높아지면, 열연판의 결정립이 조대하게 되어, 집합 조직의 발달을 저해함과 함께, 어닐링판의 결정립이 조대하게 되어 경도가 저하된다. 열연 마무리 압연 온도가 800℃ 미만이 되면, 변태점 이하의 압연이 되어, 조대 알갱이의 생성이나 가공 조직의 잔존에 의해, 집합 조직이 발달하기 어려워진다. 따라서, 열연 마무리 압연 온도는, 800∼950℃로 한다. 바람직하게는 850∼950℃로 한다.
열연 후의 권취 온도 500∼700℃
열연 후의 권취 온도가 700℃를 초과하면, NbC가 조대화하여 핀 고정 효과가 작아진다. 게다가, 열연판의 결정립이 조대하게 됨으로써 어닐링판의 결정립이 조대하게 되어버려 경도가 저하된다. 또한, 열연판의 결정립이 조대하게 됨으로써 집합 조직의 발달은 저해되고, 평균 영률이 저하된다. 이상의 이유에 의해, 열연 후의 권취 온도는 700℃ 이하로 한다. 바람직하게는 650℃ 이하로 한다. 권취 온도가 지나치게 낮은 경우에는, NbC의 석출이 충분히 일어나지 않고, 핀 고정 효과가 저하되거나 석출 강화가 저하되기 때문에, 어닐링판의 경도가 저하되어 버린다. 또한, 고용 C가 과잉하게 되어 버리기 때문에, (111)[1-21] 방위의 집합 조직의 발달이 저해되어 평균 영률이 저하되고, (001)[1-10]∼(112)[1-10] 방위의 집합 조직이 과잉하게 발달하여 이방성의 균형이 열화되기 때문에, 드로잉 가공에서의 드로잉 가공성을 저하시킨다. 이 때문에, 열연 후의 권취 온도는 500℃ 이상으로 한다. 바람직하게는 530℃ 이상으로 한다.
산세정 조건은, 표층 스케일을 제거할 수 있으면 좋고 특별히 조건은 규정하지 않는다. 일반적인 방법에 의해, 산세정할 수 있다.
냉간 압연 압하율: 85％ 이상
냉간 압연의 압하율은, 집합 조직의 발달에 의한 평균 영률 향상과 HR30T 경도 56 이상을 달성하기 위해, 85％ 이상으로 한다. 압하율 85％ 미만에서는, 집합 조직이 충분히 발달하지 않고, 평균 영률이 저하된다. 게다가, 결정립이 조대화하여 소정의 경도가 얻어지지 않는다. 집합 조직의 발달의 관점에서 바람직하게는 88％ 이상이다. 냉간 압연의 압하율이 지나치게 높으면, 이방성이 지나치게 커져, 드로잉 가공성이 저하되기 때문에, 93％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 90％ 미만이다.
어닐링 온도: 재결정 온도 이상
집합 조직의 제어 및 드로잉 가공성의 향상의 관점에서, 어닐링 온도는 재결정 온도 이상으로 한다. 알갱이 성장에 의한 집합 조직의 발달의 관점에서는 710℃ 이상에서 10s 이상의 균열(soaking)을 행하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 740℃ 이상이다. 온도가 지나치게 높으면, 결정립이 조대하게 되고, 또한, NbC도 조대화하여, 경도가 저하되기 때문에, 어닐링 온도는 800℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 어닐링 방법은 한정하는 것은 아니지만, 재질의 균일성의 관점에서 연속 어닐링법이 바람직하다. 본원에서 말하는 재결정 온도는, 재결정이 충분히 진행하는 온도를 의미하고, 구체적으로는 면적률로 재결정률이 99％ 이상이 되는 온도이다.
조질 압연(temper rolling) 압하율
어닐링 후의 강판은, 형상 교정 그리고 표면 거칠기 및 경도의 조정의 관점에서, 조질 압연을 행하는 것이 바람직하다. 스트레쳐 스트레인(stretcher strain) 발생의 억제의 관점에서, 0.5％ 이상의 압하율로 압연하는 것이 바람직하다. 한편, 압하율이 5.0％ 이상을 초과하는 압하율로 압연하면, 강판이 경질화함으로써 드로잉 가공성이 저하됨과 함께 이방성이 커져, 드로잉 가공에서의 귀가 커진다. 그 때문에, 조질 압연 압하율은 5.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.7％∼3.5％이다.
강판의 표면 처리로서 Sn 도금, Ni 도금, Cr 도금 등을 행해도 좋고, 추가로 화성 처리나 래미네이트 등의 유기 피막을 행해도 좋다.
본 발명의 강판의 판두께는 한정되는 것은 아니지만, 박육화의 관점에서는 0.25㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 판두께가 지나치게 얇아지면, 캔 몸체부의 좌굴 강도가 저하되기 쉬워지기 때문에, 판두께는 0.16㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
이상에 의해, 본 발명의, HR30T 경도가 56 이상이고 양호한 드로잉 가공성 및 외압에 대한 캔 몸체부의 좌굴 강도가 우수한 캔용 강판이 얻어진다.
실시예 1
표 1에 나타내는 강 기호 A∼V의 성분을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강을 용제하여, 강 슬래브를 얻었다. 얻어진 강 슬래브를 표 2에 나타내는 조건으로, 가열 후, 열간 압연하고, 산세정으로 스케일을 제거한 후, 냉간 압연했다. 이어서, 연속 어닐링로에서, 각 어닐링 온도로 20s의 균열을 하여 냉각 후, 조질 압연을 행하여, 판두께 0.220㎜의 강판(강판 기호 1∼32)을 얻었다. 이상으로부터 얻어진 강판에 대하여, 이하의 방법으로 특성 평가를 행했다.
Figure pct00001
Figure pct00002
페라이트 평균 결정 입경은, 압연 방향 단면의 페라이트 조직을 3％ 나이탈 (nital)용액으로 에칭하여 입계(grain boundary)를 현출시키고, 광학 현미경을 이용하여 촬영한 400배의 사진을 이용하여, JIS G 0551의 강-결정립도의 현미경 시험 방법에 준거하여, 절단법에 의해 평균 결정 입경을 측정하고, 페라이트 평균 결정 입경으로 했다.
페라이트 평균 결정 입경을 측정한 광학 현미경 사진을 이용하여, 화상 처리에 의해, 재결정한 영역의 면적률을 구하여, 재결정률로 했다. 재결정률이 99％ 이상인 경우에 재결정하고 있는 것으로 판정하여, ○로 하고, 99％ 미만의 것을 미재결정으로 판정하여, ×로 했다.
평균 영률의 평가는, 압연 방향에 대하여 0°, 45° 및 90° 방향을 길이 방향으로 하여, 10×35㎜의 시험편을 잘라내고, 횡진동형의 공진 주파수 측정 장치를 이용하여, American Society for Testing Materials의 기준(C1259)에 따라, 각 방향의 영률(㎬)을 측정하고, (E[L]＋2E[D]＋E[C])/4에 의해 평균 영률을 산출했다.
JIS Z 2245의 로크웰 경도 시험 방법에 준거하여, JIS G 3315에 규정된 위치에 있어서의 로크웰 슈퍼피셜 30T 경도(HR30T)를 측정했다.
판두께 1/4면에서의 집합 조직에 있어서, Bunge의 Euler각 표시로, φ1＝30°, φ＝55°, φ2＝45°의 방위의 집적 강도 및, φ1＝0°, φ＝0∼35°, φ2＝45°의 방위의 평균 집적 강도는, X선 회절에 의해 극점도(pole figure)를 측정하고, 결정 방위 분포 함수(ODF: Orientation Distribution Function)를 계산하여 평가했다. 판두께 1/4부까지, 기계연삭 및, 가공 변형의 영향을 제거하기 위해 옥살산에 의한 화학 연마로 두께 감소하고, Schulz의 반사법(reflection method)에 의해 (110), (200), (211), (222) 극점도를 작성했다. 이들 극점도로부터 급수 전개법(series expansion method)에 의해 ODF를 산출하고, Bunge의 Euler각 표시로, φ1＝30°, φ＝55°, φ2＝45°의 방위를 평가하고, φ1＝0°, φ＝0∼35°, φ2＝45°의 방위의 ODF의 값의 산술 평균을 평균 집적 강도로 하여 평가했다.
또한 드로잉 가공성과 캔 몸체의 좌굴 강도를 평가하기 위해, 상기 강판에 대하여, 표면 처리로서 크롬 도금(틴 프리(tin free)) 처리를 행한 후, 유기 피막을 피복한 래미네이트 강판을 제작했다.
드로잉 가공성을 평가하기 위해, 180㎜ 지름의 원형으로 펀칭한 후, 드로잉비 1.6의 원통 딥드로잉 가공을 행하여, 귀 높이(캔 전체 둘레의 캔 몸체부 높이)를 측정하고, 귀 높이의 최대값과 최소값과의 차를 전체 둘레의 높이의 평균값으로 나누어 이어링율(earing ratio)을 산출하여, 3％ 이하이면 양호(○), 3％를 초과한 것은 열화(×)로 했다.
드로잉 가공성이 양호한 강판에 대해서, 캔 몸체의 좌굴 강도를 평가하기 위해, 상기의 래미네이트 강판을 원형으로 펀칭한 후, 딥드로잉 가공, 아이어닝(ironing) 가공 등을 행하여, 음료캔에 적용되고 있는 2피스 캔과 동일한 캔체를 성형하고, 측정에 제공했다. 측정 방법은 이하와 같다. 캔체를 가압 챔버의 내부에 설치하고, 가압 챔버 내부의 가압은, 공기 도입 밸브를 통하여 챔버에 0.016㎫/s로 가압 공기를 도입함으로써 행했다. 챔버의 내부의 압력의 확인은, 압력 게이지, 압력 센서, 그 검출 신호를 증폭하는 앰프, 검출 신호의 표시, 데이터 처리 등을 행하는 신호 처리 장치를 통하여 행했다. 좌굴 압력은 좌굴에 수반하는 압력 변화점의 압력으로 했다. 일반적으로, 가열 살균 처리에 의한 압력 변화에 대하여, 외압 강도는 0.15㎫ 이상이 필요하게 되어 있다. 이로부터, 외압 강도가 0.15㎫보다 높은 것을 ○, 외압 강도가 0.15㎫ 이하의 것을 ×로 하여 각각 표시했다. 또한, 드로잉 가공성이 불량인 강판에 대해서는, 캔 몸체의 좌굴 강도 평가를 행하고 있지 않기 때문에, -로 표시했다.
Figure pct00003
결과를 표 3에 나타낸다. 본 발명예는, 모두 HR30T가 56 이상이고, 평균 영률이 210㎬ 이상으로, 성형성과 캔체로서의 좌굴 강도가 우수하다. 또한, 페라이트 평균 결정 입경이 7㎛ 미만으로, 피복한 유기 피막의 밀착성이 양호하고 내식성이 우수하다. 한편, 비교예에서는, 상기 특성의 어느 하나 이상이 뒤떨어지고 있다.

Claims (6)

  1. 질량％로, C: 0.0030％ 이상 0.0100％ 이하, Si: 0.05％ 이하, Mn: 0.10％ 이상 1.0％ 이하, P: 0.030％ 이하, S: 0.020％ 이하, Al: 0.010％ 이상 0.100％ 이하, N: 0.0050％ 이하, Nb: 0.010％ 이상 0.050％ 이하를 함유하고, C 및 Nb의 함유량이 식 (1)을 만족하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, HR30T 경도가 56 이상, 또한, 평균 영률이 210㎬ 이상인 것을 특징으로 하는 캔용 강판.
    0.10≤([Nb]/92.9)/([C]/12)＜0.60　　···식 (1)
    [Nb], [C]는 각각 Nb, C의 함유량(질량％)
  2. 질량％로, C: 0.0030％ 이상 0.0100％ 이하, Si: 0.05％ 이하, Mn: 0.10％ 이상 1.0％ 이하, P: 0.030％ 이하, S: 0.020％ 이하, Al: 0.010％ 이상 0.100％ 이하, N: 0.0050％ 이하, Nb: 0.010％ 이상 0.050％ 이하를 함유하고, C 및 Nb의 함유량이 식 (1)을 만족하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, HR30T 경도가 56 이상, 또한, 평균 영률이 210㎬ 이상이고, 판두께 1/4면에서 측정한 집합 조직이, Bunge의 Euler각 표시로, φ1＝30°, φ＝55°, φ2＝45°의 방위의 집적 강도가 6.0 이상, 또한, φ1＝0°, φ＝0∼35°, φ2＝45°의 방위의 평균 집적 강도가 3.0 이상 10.0 이하인 것을 특징으로 하는 캔용 강판.
    0.10≤([Nb]/92.9)/([C]/12)＜0.60　　···식 (1)
    [Nb], [C]는 각각 Nb, C의 함유량(질량％)
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    페라이트 평균 결정 입경이 7㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 캔용 강판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    추가로, 질량％로, 성분 조성으로서 Ti: 0.020％ 이하, Mo: 0.020％ 이하 중으로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 캔용 강판.
  5. 제1항 또는 제2항에 기재된 화학 성분을 갖는 강 슬래브를, 가열 온도 1100℃ 이상에서 가열하고, 열연 마무리 온도 800∼950℃로 하여 압연한 후, 권취 온도 500∼700℃에서 권취하고, 산세정하여, 85％ 이상의 압하율로 냉간 압연하고, 재결정 온도 이상에서 어닐링을 행하는 것을 특징으로 하는 캔용 강판의 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 기재된 화학 성분을 갖는 강 슬래브를, 가열 온도 1100℃ 이상에서 가열하고, 열연 마무리 온도 800∼950℃로 하여 압연한 후, 권취 온도 500∼700℃에서 권취하고, 산세정하여, 85％ 이상 93％ 이하의 압하율로 냉간 압연하고, 재결정 온도 이상에서 어닐링을 행하는 것을 특징으로 하는 캔용 강판의 제조 방법.
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