KR20160052865A - 가공성이 우수한 고강도 주석도금원판 및 그 제조방법 - Google Patents

가공성이 우수한 고강도 주석도금원판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 가공성이 우수한 고강도 주석도금원판은 wt%로, 탄소(C) 0.0005~0.005%, 망간(Mn) 0.1~0.5%, 실리콘(Si) 0.05% 이하(0%로 제외), 인(P) 0.001~0.030%, 황(S) 0.020% 이하(0%는 제외), 알루미늄(Al) 0.01~0.07%, 질소(N) 0.0005~0.004%, 보론(B) 0.0025~0.0040%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 0.0015≤[(Al/27)*(B/11)/(N/14)]≤0.0050을 만족한다.

Description

가공성이 우수한 고강도 주석도금원판 및 그 제조방법{High Strength Blackplate Having Excellent Formability And Method For Manufacturing The Same}
본 발명은 식/음료 캔(can), 가스(gas) 등의 저장용기 등에 사용되는 가공성이 우수한 고강도 석도 원판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강 성분 및 제조 프로세스 등을 최적화하여 고강도의 표면 특성 및 가공성이 우수한 주석도금 원판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래부터 캔(can)용 소재로 사용되는 철강 소재인 주석도금원판(blackplate)은 대부분 소재의 두께가 얇으므로 로크웰 표면경도인 Hr30T로 표시되는 조질도에 의해 재질을 구분한다. 주석도금원판을 이용하여 내용물을 저장하기 위한 캔을 만들기 위해서는 주석도금원판의 표면에 주석 등을 도금하여 내식성을 부여하고 일정한 크기로 절단한 후 원형 또는 각형으로 가공하고 있다. 용기를 가공하는 방법으로는 용기가 뚜껑과 몸체(body)의 2부분으로 구성되는 2-피스(piece) 캔과 같이 용접을 하지 않고 가공하는 방법과 캔의 구성이 몸통, 위 뚜껑, 아래 뚜껑의 3부분으로 이루어진 3-피스 캔과 같이 용접 또는 접합에 의해 몸통을 체결하는 방법으로 나누어 진다.
1회 압연법에 의해 제조되는 주석도금원판 중에서 조질도 T3 이하의 연질 석도 원판의 주 사용 용도는 가공성이 요구되는 부위이며, 반면에 조질도 T4~T6급의 경질 주석도금원판은 캔의 몸체, 뚜껑 등과 같이 가공성 보다는 내용물에 의한 내압을 견딜 수 있는 성질이 요구되는 부위들에 널리 사용되고 있다.
2차 압연 강판이란 열연, 1차 냉연 및 소둔을 거친 소재를 조질압연 공정에서 비교적 높은 압하율을 가함으로써 소재의 강도를 상승시킨 강판을 말한다. 2차 압연용 소재의 대표적 용도인 2차 압연 주석도금원판(double-reduced blackplate, DR-BP)은 소재의 강도 및 경도에 따라 등급을 나누고 있으며, 대부분의 2차 압연용 소재의 경우 가공경화에 의해 강도는 상승하지만 그 반작용으로 연성이 급격히 감소하는 문제점이 있었다.
특히 2차 압연용 주석도금원판으로서 저탄소강을 이용하여 연속소둔하는 경우에는 주석도금공정에서 주석층을 합금화하기 위한 틴-멜팅 단계나, 제관 공정에서 락카 등의 유기물 건조를 위해 경유하는 베이킹 단계에서 강에 고용되어 있는 원소에 의해 시효 현상이 발생함에 따라 캔의 가공시 각형으로 꺾이는 플루팅(fluting) 또는 강판의 표면에 줄무늬 형태의 결함을 유발하는 스트레쳐-스트레인(stretcher strain)과 같은 가공결함을 유발하는 문제점이 있을 뿐 만 아니라 2차 압연 후에도 변형시효가 발생하여 소재의 연성을 더욱 감소시키는 요인으로 작용하여 왔다.
이와 같은 변형시효의 억제를 위하여 상소둔재를 이용하는 방안이 제안되었지만 상소둔재의 경우에도 소둔에 따른 시간이 장시간 소요되는 등 생산성이 떨어지고 제품의 재질이 불균일할 뿐 만 아니라 2차 압연 강판의 표면 결함이 다발하여 작업성이 떨어지는 근본적인 문제점을 가지고 있었다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 최근에는 생산비가 적고 재질이 균일하며 평탄도와 표면 특성이 우수한 연속소둔 방식을 통한 2차 압연 주석도금원판을 제조하고자 하는 방안이 적극적으로 검토되고 있다.
현재 가공성, 특히 넥킹(necking) 가공성이 요구되는 2차 압연 주석도금원판을 제조하는 방법으로는 주로 상소둔에 의해 조질도 T3급의 주석도금원판을 제조한 후 조질압연 공정에서 비교적 높은 압하율을 적용함으로써 목표로 하는 조질도를 확보하는 방안 및 극저탄소강을 활용하여 탄질화물 형성원소인 Ti나 Nb 등을 첨가하여 시효성을 억제함으로써 가공성을 확보하는 방안이 제안되어 있다. 그러나, 이들 소재의 경우에도 역시 연질의 원판을 제공함에 따라 조업성을 열화시킬 뿐만 아니라 생산비 증가와 같은 프로세스상의 문제점 및 표면 품질, 특히 산화층 등에 의한 2차압연판의 도금 특성이 나빠지므로 효율적인 가공용 2차압연 주석도금원판의 제조 방법으로 보기는 곤란하였다.
또한 가공경화에 의해 재질을 확보하는 2차압연법은 강을 출강한 후 열간압연 ~ 1차 냉간압연 ~ 소둔 ~ 2차 냉간압연 등의 공정을 거쳐 강판을 제조함으로써 기존의 소둔에서 제품이 만들어지는 통상적인 공정에 비해 공정이 추가되므로, 이에 따른 제조원가의 상승을 유발하는 문제점이 있어 이에 대한 대책도 적극적으로 검토되고 있다. 한편, 캔의 안정성, 내압특성 및 경량화를 동시에 추가함에 따라 항복강도 480~600MPa, 전체 연신율 6% 이상, 홀 확장율 10% 이상을 확보하는 방안에 대한 검토도 병행하여 이루어지고 있다.
예를 들어, 일본 공개특허 1997-104919에는 딥 드로잉(deep drawing)성이 우수한 용기용 강판을 제조하기 위한 방법으로서, 극저탄소강 베이스에 Nb, Ti 등을 첨가함으로써 가공성 및 시효성이 우수한 용기용 주석도금원판을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 또한 이들 강판을 이용하여 1차 압연 80~98%와 재결정 열처리 후 2차 압하율 30% 이하를 행함으로써 가공성이 우수한 2차 압연 주석도금원판을 제조하는 공정도 제안하였다. 그러나 이 특허에서는 가공성 확보를 위해 Nb과 같은 특수원소의 첨가가 필요하므로 제강 작업성의 악화 및 원가 상승의 요인이 될 뿐만 아니라 열처리 온도가 높아 극박재의 작업성이 악화 및 언가 상승의 요인이 될 뿐만 아니라 열처리 온도가 높아 극박재의 작업성이 악화되는 문제점이 있었다.
또 다른 예로서, 일본 공개특허 1999-189841에는 C: 0.01~0.03%, Al: 0.02~0.15%, N: 0.0035% 이하를 함유하는 강에서 압하율 5~30%의 2차 압연에 의해 고강도 극박재를 제조하는 방안을 개시하고 있지만, 이 경우에도 연신율이 낮아 목표로 하는 스트레칭성을 확보하기는 곤란하였다.
또한, 일본 공개특허공보 평8-269568에서는, 희토류 원소를 첨가하는 강을 사용하고, 열간압연에 있어서의 마무리 온도를 Ar3 변태점 이하로 하여, 85% 이하의 압하율로 냉간압연을 실시한 후, 200~500℃ 의 범위로 10분간 이상 열처리 함으로써, 항복강도가 640MPa 이상인 강판을 얻는 기술을 개시하고 있다. 그러나 냉간 압연 후 200~500℃에서 10분 이상 소둔하여 변형을 회복시킨다고 하지만, 연속소둔로에서 10분 이상 소둔을 하기 위해서는 라인 스피드를 크게 낮추어야 하므로 생산성을 현저히 저하시켜 실기 적용이 곤란한 문제점이 있다.
일본 공개특허 1997-104919호(1997.04.22.) 일본 공개특허 1999-189841호(1999.07.13.) 일본 공개특허공보 평8-269568호(1996.10.15)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 극저탄소강 베이스의 강 성분 중 Al, B, N 등의 첨가량 및 합금원소의 비를 제어하고 생산성이 높은 연속소둔 공정을 경유하고, 압연 및 열처리 공정을 최적화하여, 보다 경제적인 방법으로 고강도를 유지할 수 있는 가공성이 우수한 고강도 주석도금원판 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 가공성이 우수한 고강도 주석도금원판은 wt%로, 탄소(C) 0.0005~0.003%, 망간(Mn) 0.1~0.5%, 실리콘(Si) 0.05% 이하(0%로 제외), 인(P) 0.001~0.030%, 황(S) 0.020% 이하(0%는 제외), 알루미늄(Al) 0.01~0.07%, 질소(N) 0.0005~0.004%, 보론(B) 0.0025~0.0040%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 0.0015≤[(Al/27) *(B/11)/(N/14)]≤0.0050을 만족한다.
상기 주석도금원판의 변형 페라이트 분율이 92%이상일 수 있다.
상기 주석도금원판의 항복강도 480~600MPa일 수 있다.
상기 주석도금원판의 전체 연신율이 6% 이상일 수 있다.
상기 주석도금원판의 홀 확장율이 15% 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가공성이 우수한 고강도 주석도금원판의 제조방법은 wt%로, 탄소(C) 0.0005~0.003%, 망간(Mn) 0.1~0.5%, 실리콘(Si) 0.05% 이하(0%로 제외), 인(P) 0.001~0.030%, 황(S) 0.020% 이하(0%는 제외), 알루미늄(Al) 0.01~0.07%, 질소(N) 0.0005~0.004%, 보론(B) 0.0025~0.0040%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 0.0015≤[(Al/27)*(B/11)/(N/14)]≤0.0050을 만족하는 슬라브를 열간압연하는 과정, 상기 열간압연된 열연판을 마무리압연하고 권취하는 과정, 상기 권취된 열연판을 냉간압연하는 과정, 및 상기 냉연판을 연속 소둔하는 과정을 포함한다.
상기 마무리 압연공정은 900~950℃의 온도에서 이루어질 수 있다.
상기 권취 공정은 550~700℃의 온도에서 이루어질 수 있다.
상기 냉간압연 공정에서 압하율은 80~94%일 수 있다.
상기 연속소둔 공정은 500~600℃의 온도에서 이루어질 수 있다.
본 발명에 의한 가공성이 우수한 고강도 주석도금원판 및 그의 제조방법에 따르면, 적절한 성분 제어 및 제조 프로세스의 최적화를 통하여 내충격성을 확보함과 동시에 가공성, 도금성을 향상시켜 식/음료관, 가스 용기, 등에 사용되는 초극박의 고부가가치 강판을 제조할 수 있다. 또한, 열처리 온도를 통상적인 작업재와 동등한 수준에서 확보할 수 있어 공정에서 통판성 확보가 용이하여 열처리 작업의 효율성을 높을 수 있고 공정 단축 효과도 동시에 얻을 수 있다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 가공성이 우수한 고강도 주석도금 강판 및 그의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 가공성이 우수한 고강도 주석도금원판은 연신율, 강도, 가공성 및 도금성을 동시에 만족시켜 식/음료관, 가스 용기용으로 사용될 수 있는 고부가가치의 고강도, 고가공성의 주석도금원판에 대해 연구 및 실험을 거듭하여 완성시킨 것이다. 이하 본 발명에 따른 강 성분을 보다 자세하게 설명한다. 본 명세서에서 성분의 함량에 대하여 특별한 언급이 없는 경우 wt%를 의미한다.
C: 0.0005~0.005%
탄소(C)는 일반적으로 강판의 강도 향상을 위해 첨가되는 원소이며, 고용 원소로 강 중에 존재할 경우 시효를 일으킬 수 있는 대표적인 원소이다. 그 첨가량이 0.005% 이상 되면 재질이 경화되어 냉간 압연성을 저하시킬 뿐만 아니라 연성에 좋지 않은 영향을 미치므로 그 상한은 0.005%로 설정하였다. 반면에 C가 0.0005% 미만에서는 조직의 조대화 등으로 경도 및 강도의 확보가 곤란하여 목표로 하는 재질을 확보하기 곤란하므로 C의 관리 범위는 0.0005~0.005%로 한정한다.
Mn: 0.1~0.5%
망간(Mn)의 경우 고용강화 원소로서 강의 강도를 높이고 열간 가공성을 향상시키지만 과도한 망간-설파이드(MnS) 석출물이 형성되면 강의 연성 및 가공성을 저해할 수 있는 원소이다. 따라서, Mn이 과잉 첨가되면 연성이 저하되고 합금원소의 다량 첨가에 의한 원자 상승 및 중심 편석의 발생 요인이 되므로 상한은 0.5%가 바람직하다. 다만, 0.1% 미만이면 가공성은 개선되나 적열 취성의 발생 요인이 되고 목표로 하는 조질도 확보가 곤란하므로, Mn의 함량은 0.1~0.5%로 한정한다.
Si: 0.05% 이하(0%로 제외)
실리콘(Si)은 산소 등과 결합하여 강판의 표면에 산화층을 형성하여 주석 도금성을 나쁘게 하고 내식성을 떨어뜨리는 요인으로 작용하므로 그 첨가량을 0.05% 이하로 한정한다.
P: 0.001~0.030%
인(P)은 강 중 고용원소로 존재하면서 고용강화를 일으켜 강의 강도 및 경도를 향상시키는 원소로서 이들 특성의 확보를 위해서는 0.001% 이상 함유되는 것이 바람직하지만, 그 함량이 0.030%를 초과하면 주조시 중심 편석을 일으키고 가공성이 저하되므로, P의 함량은 0.001~0.030%로 한정한다.
S: 0.020% 이하(0%는 제외)
황(S)은 강 중 Mn과 결합해 부식 개시점 역할을 하는 비금속 개재물을 형성하고 적열취성(red shortness)의 요인이 되므로 가능한 그 함량을 저감시키는 것이 바람직하며, 또한 강 중 망간과 결합하여 망간-설파이드계 석출물을 형성하므로 황이 너무 많은 경우 이들 석출물의 크기가 조대화되어 목표 조질도의 확보가 어려우므로 그 첨가량을 0.020% 이하로 한정한다.
Al: 0.01~0.07%
알루미늄(Al)은 알루미늄 킬드강에서 탈산제 및 시효에 의한 재질 열화를 방지할 목적으로 첨가되는 원소로서 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 최소한 0.01% 이상의 첨가가 필요하지만, 과다하게 첨가되면 탈산 효과의 포화 및 알루미늄-옥사이드(Al2O3)와 같은 표면 개재물이 급증하여 열간 압연재의 표면특성을 악화시키고 가공성이 저하되는 문제점이 있으므로 상한을 0.07%로 제한하여 첨가 범위를 0.01~0.07%로 한정한다.
N: 0.0005~0.004%
질소(N)는 강 내부에 고용 상태로 존재하면서 재질 강화에 유효한 원소로서, 목표 조질도를 확보하기 위해서는 0.0005% 이상의 첨가가 필요하며, 반면에 0.0040% 이상으로 첨가되면 시효성이 급격히 나빠질 뿐만 아니라 강 제조 단계에서 탈질에 따른 부담을 증가시켜 제강 작업성이 악화되므로 그 첨가량을 0.0005~0.004%로 한정한다.
B: 0.0025~0.0040%
보론(B)은 강의 재결정 온도를 상승시키는 원소로써 소둔 통판성을 확보하고 용접시의이상적인 결정립 성장을 억제하여 용접부 특성을 개선하는 원소로써 이와 같은 효과를 확보하기 위해서는 0.0025% 이상 첨가가 필요하지만, 0.0040% 이상으로 과잉 첨가되면 열간압연 공정에서 오스테나이트역 에서의 재결정을 저해하고, 압연 하중을 증대시키며 가공성을 나쁘게 하므로 B 첨가량은 0.0025~0.0040%로 한정한다.
한편, 주석도금 원판의 적절한 가공 특성 및 소둔 통판성을 확보하기 위해서는 석출물 및 고용상의 분율을 적절히 관리하는 것이 필요하다. 이런 관점에서 [(Al/27) * (B/11) / (N/14)]의 값을 제어할 필요가 있다.
본 발명의 특성을 확보하기 위해서는 Al과 B의 N의 성분관계식, [(Al/27) * (B/11) / (N/14)]의 값을 0.0015~0.0050로 제어하는 것이 바람직하다.. [(Al/27) * (B/11) / (N/14)]의 값이 0.0015 미만에서는 강 중 고용원소 과다로 상온 내꺽임성이 열화되고, 고온에서 결정립 억제 효과가 미흡하며, [(Al/27) * (B/11) / (N/14)]의 값이 0.0050를 초과하면 연성이 저하되고 가공성이 감소하는 문제가 있으므로, [(Al/27) * (B/11) / (N/14)]의 값은 0.0015~0.0050로 한정한다.
이하에서는, 상기와 같이 성분 제어된 강을 이용하여 본 발명에 따른 가공용 주석도금원판을 제조하는 방법에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 가공성이 우수한 고강도 주석도금원판의 제조방법은 wt%로, 탄소(C) 0.0005~0.005%, 망간(Mn) 0.1~0.5%, 실리콘(Si) 0.05% 이하(0%로 제외), 인(P) 0.001~0.030%, 황(S) 0.020% 이하(0%는 제외), 알루미늄(Al) 0.01~0.07%, 질소(N) 0.0005~0.004%, 보론(B) 0.0025~0.0040%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 0.0015≤[(Al/27) * (B/11) / (N/14)]≤0.0050을 만족하는 슬라브를 열간압연하는 과정, 상기 열간압연된 열연판을 마무리압연하고 권취하는 과정, 상기 권취된 열연판을 냉간압연하는 과정 및 상기 냉연판을 연속 소둔하는 과정을 포함한다.
본 발명에서 열연 후 마무리 압연 공정은 900~950℃의 온도범위에 이루어지는 것이 바람직하다. 마무리 압연온도가 900℃ 미만에서는 저온 영역에서 열간압연이 마무리됨에 따라 결정립의 혼립화가 급격히 진행되어 압연성 및 가공성의 저하를 초래한다. 이에 반해, 마무리 압연온도가 950℃보다 높으면 두께 전반에 걸쳐 균일한 열간압연이 이루어지지 않아 결정립 미세화가 불충분하게 되어 결정립 조대화에 기인한 충격 인성의 저하가 나타나므로, 상기 마무리 압연온도 범위는 900~950℃로 한정한다.
그리고, 상기 마무리 압연이 된 열연강판은 런-아웃-테이블(ROT, Run-out-table) 단계에서 냉각한 후에 550~700℃의 온도에서 권취하는 것이 바람직하다. 권취온도가 550℃ 미만에서는 냉각 및 유지하는 동안 폭 방향 온도 불균일에 의해 저온 석출물의 생성 거동이 차이를 나타내어 재질 편차를 유발함으로써 가공성에 좋지 않은 영향을 준다. 이에 반해, 권취온도가 700℃를 초과하면 최종 제품의 조직이 조대화됨에 따라 재질 연화 및 내식성이 저하되는 문제점이 발생하므로, 상기 권취온도의 범위는 550~700℃로 관리하는 것이 바람직하다.
상기 권취가 끝난 강판은 산세 처리 후 냉간 압연을 80~94%의 압하율 범위에서 실시하는 것이 바람직하다. 냉간 압하율 80% 미만에서는 목표하는 극박의 소재를 제조하기 위해서는 열연판 두께를 낮추어 작업하여야 하므로 열간압연 작업성을 현저히 저하시킬 뿐만 아니라 압하율이 낮음에 따라 최종 제품 재질을 확보하기 위한 결정립을 확보하기 어려웠다. 반면에 냉간 압하율이 94% 이상에서는 재질은 경화되지만 압연기의 부하로 냉간 작업성을 현저히 저하시키는 문제점이 있으므로 냉간압하율의 범위를 80~94%로 한정한다.
상기 냉연판은 미세 조직 제어를 위해 500~600℃의 온도에서 연속소둔 과정을 거친다. 본 공정에서 열처리의 목적은 냉간압연에서 도입한 변형에 의해 강도가 높아져 있는 상태로부터, 변형 제거 소둔을 실시함으로써 목표로 하는 강도까지 저하시키는 것이다. 그런 측면에서 500℃ 이하의 소둔 온도에서는 충분히 변형이 해방되지 않음에 따라 강도는 높지만 가공성을 현저히 떨어뜨린다. 반면에 소둔 온도 600℃ 이상에서는 소둔 과정에서 재결정 현상이 급격히 진행되어 변형 페라이트의 분율이 감소하고 재질은 연화되어 목표로 하는 강도를 얻지 못하므로 소둔온도의 범위는 500~600℃로 한정한다.
상기 소둔판에서 얻어진 미세 조직은 광학 혹은 전자 현미경에 의한 관찰로 식별할 수 있으며, 전위밀도가 높은 변형 페라이트(Deformed ferrite)의 구성 분율이 92% 이상을 차지하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 95%일 수 있다. 변형 페라이트의 분율이 95% 이상에서 재질의 변동 폭이 작고, 또한 강도가 목표로 하는 수준에 도달하여 본 발명의 목적에 더욱 부합하게 된다.
본 발명에 따른 주석도금원판은 2차압연 주석도금원판과 같이 고강도재로써 극박의 소재를 이용하고 있는 분야인 내압관 또는 캔 몸체(Body)부 등은 강판의 항복강도를 480MPa 이하로 하면, 캔의 좌굴 발생 우려가 있으므로 항복강도를 480MPa 이상을 목표로 하였다. 한편, 600MPa를 넘어가면 캔의 내압특성 측면에서는 유리하나 강도 상승에 의한 압연성 저하 및 다량의 합금원소 첨가에 따른 내식성 저하 등의 문제가 있으므로 그 범위를 480~600MPa로 한정한다.
또한 전체 연신율 6% 미만에서는 캔의 플랜지(Flange) 가공성이 나빠져 가공 균열이 발생하는 문제점이 있으므로, 가공성 확보를 위해서는 6% 이상의 전체 연신율을 확보하는 것이 바람직하다.
한편, 홀 확장성을 나타내는 홀 확장율(HER, Hole Expansion Ratio)은 신장플랜지성과 밀접한 관계를 가지는 인자로써 [{(성형후 가공부의 구멍 길이) - (초기 가공 구멍의 길이)} * 100 / (초기 가공 구멍 길이)]로 정의된다. 현재 고강도 가공용 주석도금원판이 적용되고 용도의 홀 확장율은 10% 수준이므로 본 발명에서는 15% 이상의 홀 확장율을 확보하는 것을 목표로 하였으며 이를 통해 더 열악한 가공조건에서도 가공이 이루어 질 수 있는 방안을 제시하고자 하였다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 변형 페라이트 분율이 95% 이상, 항복강도 480~600MPa의 고강도를 가지며, 전체 연신율 6% 이상, 홀 확장성 15% 이상 확보 가능한 가공성이 우수한 주석도금원판의 제조방법에 대한 기술적 효과를 알아보기 위해 다음과 같이 실험을 실시하였다.
먼저, 아래 [표 1]과 같은 조성으로 된 각각의 강(발명강 3종, 비교강 3종)을 마련하고, 1250℃의 가열로에서 2시간 재가열한 후 [표 2]에 개시된 열연 및 냉연조건에 따라 실험을 실시하였다.
강종 화학성분 (중량 %) 원소간
성분비
C Mn Si P S Al N B (Al/27)*(B/11)/(N/14)
발명강1 0.0019 0.21 0.015 0.011 0.009 0.034 0.0021 0.0027 0.0021
발명강2 0.0041 0.16 0.009 0.008 0.011 0.042 0.0028 0.0032 0.0023
발명강3 0.0028 0.36 0.011 0.01 0.008 0.049 0.0018 0.0035 0.0045
비교강1 0.0021 0.41 0.015 0.006 0.015 0.035 0.0025 - 0
비교강2 0.0026 0.65 0.014 0.008 0.026 0.034 0.0031 0.0016 0.0008
비교강3 0.0316 0.32 0.214 0.018 0.005 0.081 0.007 0.0025 0.0014
구분 사용 강종 재가열온도
(℃)		 마무리온도
(℃)		 권취온도
(℃)		 냉간압하율
(%)		 소둔온도
(℃)
발명예1 발명강1 1250 910 600 88 520
발명예2 1250 910 640 88 550
발명예3 1250 910 640 88 580
발명예4 발명강2 1250 930 580 90 560
발명예5 1250 930 660 90 510
발명예6 발명강3 1250 910 600 86 59
비교예1 발명강1 1250 750 600 88 460
비교예2 1250 910 600 68 560
비교예3 발명강2 1250 930 450 86 640
비교예4 비교강1 1250 910 640 88 560
비교예5 비교강2 1250 910 640 88 560
비교예6 비교강3 1250 910 640 88 560
제조된 각 강종 별 물성 및 기계적 특성을 측정하여 아래와 같이 [표 3]에 나타내었다.
구분 통판성 항복강도
(MPa)		 연신율
(%)		 홀 확장율
(%) 		변형 페라이트 분율(%) 가공성
발명예1 O 542 (O) 10.5 (O) 19.6 (O) 99.2 양호
발명예2 O 536 (O) 10.9 (O) 22.6 (O) 97.8 양호
발명예3 O 521 (O) 11.6 (O) 20.4 (O) 96.4 양호
발명예4 O 574 (O) 9.9 (O) 18.4 (O) 98.9 양호
발명예5 O 564 (O) 8.7 (O) 25.1 (O) 99.8 양호
발명예6 O 508 (O) 11.4 (O) 21.6 (O) 98.4 양호
비교예1 X 642 (X) 2.8 (X) 8.2 (X) 100 불량
비교예2 O 458 (X) 4.9 (X) 10.4 (X) 86.5 불량
비교예3 X 367 (X) 12.4 (O) 9.1 (X) 47.5 불량
비교예4 O 252 (X) 29.1 (O) 25.4 (O) 8.9 양호
비교예5 O 330 (X) 21.6 (O) 23.9 (O) 21.1 양호
비교예6 O 415 (X) 18.6 (O) 13.9 (X) 3.9 불량
표 3에서 항복강도, 연신율 및 홀 확장율 수준은 각각 항복강도, 전체 연신율, 홀 확장율 기준으로 각각 480~600MPa, 6% 이상 및 15% 이상의 범위를 만족하면 O, 이 범위를 벗어나는 경우에는 X로 표시하였다.
또한 가공성은 플랜지 가공시 가공 결함이 발생하면 불량, 가공 결함이 발생하지 않으면 양호로 표시하였다.
통판성은 냉간 및 열간 압연시 압연 부하가 없으면 합격(O 표기), 압연 부하가 발생하는 경우를 불합격(X 표기)으로 구분하였다.
한편 변형 페라이트(Deformed ferrite)상 분율은 광학현미경 조직을 활용 시편의 (1/4) 두께 부분 사진을 200배로 다른 포인트에서 5매 촬영하고 이들 사진을 활용하여 점산법에 의해 변형 페라이트와 정립 페라이트의 분율을 각각 구하였다. 이 경우 변형 및 정립 페라이트 분율의 합은 100%가 된다.
상기한 기준에 따라 위 [표 3]에 개시된 실험 결과를 정리하면 다음과 같다. 발명예 1 내지 6은 본 발명에 따른 강 성분 제어, 열연 프로세스, 냉연 프로세스 등 공정 조건을 모두 만족하는 경우이다. 모든 발명예에서 변형 페라이트상의 분율은 92% 이상으로 항복강도도 480~600MPa를 만족하였으며 소재의 연신율도 6% 이상으로 플랜지 가공시에 꺾임 현상이나 균열이 발생하지 않아 우수한 가공성을 확보할 수 있었다. 더욱이 홀 확장성도 15% 이상으로 우수하여 양호한 신장 플랜지 가공성을 나타내므로 우수한 강도 특성 및 가공성을 가지는 주석도금 원판의 제조가 가능하였다.
비교예 1 내지 3은 본 발명에 따른 강 성분 제어(발명강 1, 발명강 2) 조건은 만족하였으나, 공정 범위를 만족하지 못한 경우이다. 보다 상세히 설명하면, 비교예 1은 마무리 압연온도 및 소둔온도가 각각 관리 범위보다 낮은 750℃ 및 560℃로 실시하고, 비교예 2는 1차 냉간 압하율이 관리 범위보다 낮은 68%이며, 비교예 3은 권취온도를 관리 범위보다 낮은 450℃이고 소둔온도는 높게(740℃) 실시한 경우이다. 이들 비교예 1 내지 3는 변형페라이트 분율이나 강도 특성이 목표로 하는 범위를 벗어났으며 전반적인 가공성도 확보할 수 없었다.
비교예 4 내지 6은 본 발명에 따른 공정별 제조 조건을 만족하였으나, 강 성분 조건을 만족하지 못하는 강종(비교강 1 내지 3)을 사용한 경우이다. 대부분의 경우에 가공성은 확보가능하지만, 변형 페라이트의 분율이 낮거나 강도 수준을 만족 못함에 따라 고강도가 요구되는 용도 등에 적용할 수가 없는 문제점이 있어 본 발명의 특성을 만족할 수 없었다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면 두께가 비교적 얇은 주석도금원판을 생산 시 가공성, 특히 플랜지 및 신장플랜지 가공성이 요구되는 용도에 적합한 고강도의 주석도금 원판을 제조함에 있어서 적절한 성분 및 제조 공정의 제어를 통하여 압연성 및 소둔 특성 등을 개선함과 아울러 가공용 소재로써 적용할 수 있을 정도의 연신율 및 홀 확장성을 확보할 수 있었다. 그러므로 연속소둔 공정을 경유하면서도 고강도이면서 가공성이 우수하여 이들 특성이 요구되는 용도에 사용하면 가공 단계에서의 균열 발생을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제품의 안정적인 작업성 확보가 가능하므로 제품의 재질 편차 발생을 감소시키고 이를 통하여 두께가 얇은 극박용 소재를 제조하는 경우에 제조 원가 절감 측면에서도 효과적이었다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (10)

  1. wt%로, 탄소(C) 0.0005~0.005%, 망간(Mn) 0.1~0.5%, 실리콘(Si) 0.05% 이하(0%로 제외), 인(P) 0.001~0.030%, 황(S) 0.020% 이하(0%는 제외), 알루미늄(Al) 0.01~0.07%, 질소(N) 0.0005~0.004%, 보론(B) 0.0025~0.0040%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    0.0015≤[(Al/27)*(B/11)/(N/14)]≤0.0050을 만족하는 가공성이 우수한 고강도 주석도금원판.
  2. 청구항1에 있어서,
    변형 페라이트 분율이 92%이상 인 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 고강도 주석도금원판.
  3. 청구항1에 있어서,
    항복강도 480~600MPa인 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 고강도 주석도금원판.
  4. 청구항 1에 있어서,
    전체 연신율이 6% 이상인 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 고강도 주석도금원판.
  5. 청구항 1에 있어서,
    홀 확장율이 15% 이상 인 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 고강도 주석도금원판
  6. wt%로, 탄소(C) 0.0005~0.003%, 망간(Mn) 0.1~0.5%, 실리콘(Si) 0.05% 이하(0%로 제외), 인(P) 0.001~0.030%, 황(S) 0.020% 이하(0%는 제외), 알루미늄(Al) 0.01~0.07%, 질소(N) 0.0005~0.004%, 보론(B) 0.0025~0.0040%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    0.0015≤[(Al/27)*(B/11)/(N/14)]≤0.0050을 만족하는 슬라브를 열간압연하는 과정;
    상기 열간압연된 열연판을 마무리압연하고 권취하는 과정;
    상기 권취된 열연판을 냉간압연하는 과정; 및
    상기 냉연판을 연속 소둔하는 과정;을 포함하는 가공성이 우수한 고강도 주석도금원판의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 마무리 압연공정은 900~950℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 고강도 주석도금원판의 제조방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 권취 공정은 550~700℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 고강도 주석도금원판의 제조방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 냉간압연 공정에서 압하율은 80~94%인 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 고강도 주석도금원판의 제조방법.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 연속소둔 공정은 500~600℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 고강도 주석도금원판의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3885457A4 (en) * 2018-11-21 2022-01-19 JFE Steel Corporation STEEL SHEET FOR CANS AND METHOD FOR MAKING IT

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