KR100946132B1 - 주석도금 원판의 제조방법 - Google Patents

주석도금 원판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 캔(can)용 소재로 사용되는 주석도금 원판에 관한 것으로, 그 목적은 극저탄소 베이스(Base)의 알루미늄-킬드(Al-killed)강에 탄화물 형성 원소인 Nb의 첨가량, Nb/C 원자비 및 Al/N 중량비를 적절히 관리함과 아울러 열연 및 권취조건을 제어하여 회복특성을 개선함으로써 2차 압연설비 없이도 조질도 T1~T6의 전조질도 주석도금 원판을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 중량%로, C: 0%초과~0.004%이하, Mn: 0.05~0.6%, Mo: 0.1~0.5%, Si: 0%초과~0.05%이하, S: 0%초과~0.02%이하, Al: 0.03~0.10%, N: 0.002~0.006%, Nb: 0.02~0.06%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되며, Nb/C 원자비가 0.8~1.6, Al/N 중량비가 20~30을 만족하는 강을 850~880℃로 마무리압연하고 550~650℃로 권취한 다음, 연속소둔하여 T1~T6의 전조질도를 갖는 것을 포함하여 이루어지는 주석도금 원판의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.
열연강판, 주석도금 원판, 전조질도, 알루미늄-킬드강, 극저탄소

Description

주석도금 원판의 제조방법{A manufacturing method of tinplate}
도 1은 발명강과 비교강의 소둔조건에 따른 조질도를 나타낸 그래프
본 발명은 캔(can)용 소재로 사용되는 주석도금 원판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 극저탄소 베이스(Base)의 알루미늄-킬드(Al-killed)강에 탄화물 형성 원소인 Nb의 첨가량, Nb/C 원자비 및 Al/N 중량비의 적절한 관리 및 열연, 권취조건의 제어를 통한 전조질도 주석도금 원판의 제조방법에 관한 것이다.
캔(Can)용 소재로 사용되는 철강 소재인 주석도금 원판은 대부분 소재의 두께가 얇으므로 록크웰 표면 경도인 HR30T 로 측정되는 조질도에 의해 재질을 구분한다. 주석도금 원판을 이용하여 내용물을 저장하기 위한 캔을 만들기 위해서는 원판의 표면에 주석(Tin, 원소기호 Sn) 등을 도금하여 내식성을 부여하고, 일정한 크기로 절단한 후 원형 또는 다각형으로 가공하고 있다. 용기를 가공하는 방법으로는 캔이 뚜껑과 몸체(Body)의 2부분으로 구성되는 2-피스(Piece) 형태와 같이 용접을 하지 않고 가공하는 방법과 캔의 구성이 몸통, 위 뚜껑(End) 및 아래 뚜껑(Bottom)의 3부분으로 이루어진 3-피스 형태와 같이 용접 또는 접합에 의해 몸통을 체결하는 방법으로 나누어 진다.
T3(HR30T 54~60) 이하의 조질도를 가지는 연질 주석도금 원판은 가공성이 요구되는 부분에 주로 사용되며, T4(HR30T 58~64)~T6(HR30T 67~73)급의 경질 주석도금 원판은 캔의 몸체, 뚜껑(End 및 Bottom) 등과 같이 내용물에 의한 내압을 견딜 수 있는 성질이 요구되는 부분에 주로 사용된다.
전조질도 주석도금 원판이란 열연, 냉연 등의 제조조건을 변화시킴으로써 조질도 T1~T6 까지의 재질을 하나의 소재로서 확보한 주석 도금원판을 의미한다. 단일 소재로서 전조질도를 제조하기 위해서는 연질의 주석도금 원판을 효율적으로 제조하는 것이 중요하다. 가공도가 크게 요구되는 연질의 주석도금 원판은 주로 상소둔 방식에 의해 제조되어 왔으나, 이 경우 소둔에 따른 시간이 많이 소요되는 등 생산성이 떨어지고 제품의 재질이 불균일한 문제점이 있다. 따라서, 최근에 와서는 생산비가 적고 재질이 균일하며 평탄도와 표면 특성이 우수한 연속소둔 방식에 의해서 제조되고 있다.
전조질도 석도원판을 제조방법에 관한 종래기술로는 일본 공개특허공보 평 2-118027 호가 있다. 상기 종래기술에서는 상소둔 또는 연속소둔에 의해 조질도 T1 급의 석도원판을 제조한 후 조질압연 공정에서 압하율을 변화시켜 전조질도의 석도원판을 얻고 있다. 그러나, 상기 종래기술에서는 조질압연 단계에서 강한 압하를 적용하기 위해 2차 압연설비 등이 필요하여 가공비의 상승을 초래한다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 극저탄소 베이스(Base)의 알루미늄-킬드(Al-killed)강에 탄화물 형성 원소인 Nb의 첨가량, Nb/C 원자비 및 Al/N 중량비를 적절히 관리함과 아울러 열연 및 권취조건을 제어하여 회복특성을 개선함으로써 2차 압연설비 없이도 조질도 T1~T6의 전조질도 주석도금 원판을 제조하는 방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 중량%로, C: 0%초과~0.004%이하, Mn: 0.05~0.6%, Mo: 0.1~0.5%, Si: 0%초과~0.05%이하, S: 0%초과~0.02%이하, Al: 0.03~0.10%, N: 0.002~0.006%, Nb: 0.02~0.06%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되며, Nb/C 원자비가 0.8~1.6, Al/N 중량비가 20~30을 만족하는 강을 850~880℃로 마무리압연하고 550~650℃로 권취한 다음, 연속소둔하는 것을 포함하여 이루어진다.
이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 극저탄소 베이스(Base)의 알루미늄-킬드(Al-killed)강에 탄화물 형성 원소인 Nb의 첨가량, Nb/C 원자비 및 Al/N 중량비를 적절히 관리함과 아울러 열연 및 권취조건 제어를 통하여 회복특성을 개선함으로써 2차 압연설비 없이도 조질도 T1~T6의 전조질도 주석도금 원판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
먼저, 주석도금 원판의 성분한정 이유부터 설명한다.
C: 0%초과~0.004중량%이하
상기 C의 함량이 0.004중량%를 초과하면 소둔후 조질도 T1급의 재질을 얻을 수 없을 뿐만 아니라 강의 시효성에도 악영향을 미치므로, 그 함량을 0.004중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Mn: 0.05~0.6중량%
상기 Mn의 경우 적열취성을 방지하기 위해 첨가하는 원소로서, 함량이 0.05중량% 미만이면 적열취성을 방지하는 효과가 떨어지고, 0.6중량%를 초과하면 소입성을 증가시켜 베이나이트와 같은 경한 2상 조직을 형성하여 강도가 불안정해질 뿐만 아니라 미소-편석(micro-segregation)을 일으켜 성형성을 나쁘게 하는 요인이 되므로, 그 함량을 0.05~0.6중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
Mo: 0.1~0.5중량%
상기 Mo은 강의 회복특성을 개선하기 위해 첨가된다. 상기 Mo의 함량이 0.1중량% 미만이면 상기 효과를 얻을 수 없어 전조질도의 주석도금 원판을 제조하기 곤란하며, 0.5중량%를 초과하면 고가의 Mo 사용에 따른 제조원가의 상승 및 경한 제2상이 형성되어 목표 조질도를 확보하기 곤란하므로, 그 함량을 0.1~0.5중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
Si: 0%초과~0.05중량%이하
상기 Si의 함량이 0.05중량%를 초과하면 산소와 결합하여 강판의 표면에 산화층을 형성하여 주석 도금성을 나쁘게 하고 내식성을 떨어뜨리는 요인으로 작용하므로, 그 함량을 0.05중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
S: 0%초과~0.02중량%이하
상기 S은 일부가 강중 망간과 결합하여 망간-설파이트계 석출물을 형성한다. 상기 S의 함량이 0.02중량%를 초과하면 이들 석출물의 크기가 조대화될 수 있으므로, 그 함량을 0.02중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
Al: 0.03~0.10중량%
상기 Al은 알루미늄-킬드강에서 탈산제 및 시효에 의한 재질열화를 방지할 목적으로 첨가되는 원소로서, 함량이 0.03중량% 미만이면 탈산제 및 시효에 의한 재질열화를 방지하는 효과가 떨어지고, 0.10중량%를 초과하여 첨가하면 탈산효과의 포화 및 알루미늄-옥사이드(Al2O3)와 같은 표면 개재물이 급증하여 열간 압연재의 표면특성을 악화시키는 문제점이 있으므로, 그 함량을 0.03~0.10중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
N: 0.002~0.006중량%
상기 N는 강내에 침입하여 강화 특성을 나타내는 대표적인 침입형 강화원소로서, 목표 조질도를 확보하기 위해서는 0.002중량% 이상의 첨가가 필요하지만, 0.006중량%를 초과하여 첨가되면 시효성이 급격히 나빠질 뿐만 아니라 강 제조 단계에서 탈질처리가 필요하게 되어 제강작업성이 악화되므로, 그 함량을 0.002~0.006중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
Nb: 0.02~0.06중량%
상기 Nb은 열간압연 작업성 확보와 회복특성 개선 및 시효에 의한 가공성 열화를 억제할 목적으로 첨가되며, 상기와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.02중량% 이상의 첨가가 필요하지만, 0.06중량%를 초과하여 첨가되면 오히려 강의 재결정온도를 급격히 증가시켜 극박재의 소둔특성을 열화시키는 요인으로 작용하므로, 그 함량을 0.02~0.06중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에서 내시효성 확보를 통한 소재의 성형성 개선 및 회복특성의 개선 을 위해서는 Nb/C 원자비를 관리하는 것이 필요하다. 상기 Nb/C 원자비가 0.8 미만이면 고용 C의 잔존량이 증가하여 변형시효를 유발하므로 성형시 스트레쳐 스트레인과 같은 가공 결함을 일으키는 요인이 될 뿐만 아니라 회복 특성이 확보되지 않아 전조질도의 주석도금원판을 제조하기 곤란하다. 반면에 Nb/C 원자비가 1.6을 초과하면 극박재의 재결정온도가 급격히 상승하여 소둔 작업성을 나쁘게 하는 문제점이 있으므로, 상기 Nb/C 원자비를 0.8~1.6으로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 연질 주석도금 원판의 내시효성 확보를 위해서는 Al/N의 중량비를 관리하는 것이 필요하다. Al/N의 중량비가 20 미만이면 강내에 고용 상태로 존재하는 N량이 증가하여 최종 제품의 시효성을 열화시키게 되고, 30을 초과하면 고용 N에 의해 시효성을 억제하는데는 효과적이지만 첨가되는 고가의 Al량이 증가하여 제조원가가 상승하는 요인으로 작용하므로, 상기 Al/N 중량비를 20~30으로 제한하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 조성된 강을 오스테나이트 단상역에서 재가열한 후, 1100~1150℃에서 열간압연을 시작하여 850~880℃의 Ar3 변태점 직하에서 마무리압연을 실시한다. 상기 재가열 온도는 초기의 오스테나이트 조직을 최대한 조대화시킬 수 있는 오스테나이트 단상역으로 제한하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 열간압연에 있어서 열연개시온도가 1100℃ 미만이면 목표 마무리 압연온도를 확보하기가 어렵고, 1150℃를 초과하게 되면 마무리 압연온도를 확보하기 위해 열연 롤(Roll)을 통과하는 시간이 증가함에 따라 제품 결정립의 이상 성장이 생겨 가공성을 열화시킬 수 있으므로, 열간압연 개시는 1100~1150℃에서 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 마무리압연에 있어서 마무리압연 온도가 850℃ 미만이면 상온에서 안정한 상인 페라이트 결정립의 혼립화가 급격히 진행되어 최종 제품의 가공성을 현저하게 저하시킬 뿐만 아니라 열간압연의 부하를 증가시켜 부위별 재질 편차의 요인으로 작용하고, 880℃를 초과하면 변태점과의 온도차이가 적어 변형대의 잔존율이 낮아지게 되어 목표로 하는 냉연판의 회복특성을 개선하기 곤란하므로, 850~880℃에서 마무리압연하는 것이 바람직하다.
상기 마무리압연 후 통상적인 15~40℃/초의 냉각속도로 냉각한 다음, 550~650℃에서 권취한다. 상기 권취단계에서는 탄화물 및 알루미늄 질화물(AlN)의 석출이 일어나므로, 이를 최적화하는 것이 목표로 하는 재질 및 가공성을 얻는데 보다 유리하다. 상기 권취온도가 550℃ 미만이면 강내 고용 N의 석출거동이 불충분하여 제품의 시효성을 열화시키는 요인으로 작용하며, 650℃를 초과하면 열연판 결정립이 성장하여 단일 강종에서 동일 압하율을 통한 전조질도 주석도금 원판의 제조가 곤란해지므로, 상기 권취온도는 550~650℃로 제한하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 제조된 열연강판을 연속소둔함으로써, 단일조성의 소재로 T1~T6의 전조질도를 확보하는 것이 가능하다.
이때, 연속소둔 온도는 520~760℃로 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기와 같이 제조된 열연강판을 각각 520~550℃, 570~600℃, 620~660℃, 670~700℃, 710~730℃ 및 740~760℃로 연속소둔하여, 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 조질도 T6(HR30T 67~73), T5(HR30T 62~68), T4(HR30T 58~64), T3(HR30T 54~60), T2(HR30T 50~56) 및 T1(HR30T 46~52)을 얻을 수 있게 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
[실시예]
하기 표 1과 같이 조성된 강을 연속 주조한 후, 슬라브를 오스테나이트 단상역에서 재가열하여 1100~1150℃부근에서 열간압연을 시작하고 850~880℃에서 마무리압연을 실시한다. 압연 종료 후 열연판은 초당 20℃의 냉각속도로 냉각하고 하기 표 2의 소둔온도로 각각 권취한다.
화학성분(중량%) Nb/C 원자비 Al/N 중량비
C Mn Si S S.Al N Mo Nb
발명강1 0.0030 0.20 0.01 0.009 0.065 0.0025 0.15 0.028 1.204 26.00
발명강2 0.0035 0.15 0.01 0.010 0.075 0.0028 0.35 0.041 1.512 26.79
비교강1 0.0041 0.21 0.01 0.009 0.025 0.0029 - 0.012 0.378 8.62
비교강2 0.042 0.25 0.01 0.009 0.045 0.0043 - - 0 10.46
강종 구분 소둔온도(℃) 경도(HR30T) 조질도 가공성
발명강2 발명재A 520 71.8 T6 ○
발명재B 540 70.9 T6 ○
발명재C 590 65.7 T5 ○
발명재D 630 62.1 T4 ○
발명재E 680 58.1 T3 ○
발명재F 720 53.4 T2 ○
발명재G 750 51.1 T1 ○
비교강2 비교재A 520 72.8 T6 ×
비교재B 610 71.4 T6 ×
비교재C 650 62.4 T4 ×
비교재D 680 58.1 T3 ×
비교재E 710 57.2 T3 ×
비교재F 750 56.9 T3 ×
○: 가공성 양호 ×: 가공불량 발생

도 1에는 발명강1과 비교강1, 2를 이용하여 연속소둔시 확보 가능한 경도 수준을 나타내었다. 발명강1, 2의 경우, 도 1 및 상기 표 2에서 알 수 있듯이 각각 소둔온도를 520~550, 570~600, 620~660, 670~700, 710~730 및 740~760℃로 소둔하면 각각 조질도 T6(발명재A~B), T5(발명재C), T4(발명재D), T3(발명재E), T2(발명재F) 및 T1(발명재G)의 전조질도를 얻어낼 수 있었다.
하지만, 비교강 1의 경우, 도 1에서 알 수 있듯이 Nb 및 Mo 의 첨가량과 Nb/C의 원자비 및 Al/N의 중량비가 본 발명법의 범위를 벗어남에 따라 소재의 회복영역이 좁아져 연속소둔시 급격하게 재결정이 진행되어 목표로 하는 전조질도를 얻는 것이 불가능하였다.
또한, 비교강 2의 경우, 도 1 및 상기 표 2에서 알 수 있듯이 각각 소둔온도를 520~550, 570~600, 620~660, 670~700, 710~730 및 740~760℃로 하여 소둔 하더라도 T1~T2 급의 연질 주석도금 원판을 제조하는 것이 불가능하였다.
그리고, 비교강 1, 2의 경우에는 강중 고용 원소에 의해 가공시 스트레치 스트레인이나 프루팅 같은 가공결함이 나타나는 문제점도 발생하는 것을 알 수 있었다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 단일 성분계를 이용하여 2차압연 없이 전조질도의 주석도금 원판을 제조할 수 있게 함으로써 가공비 절감 및 생산성 향상의 효과가 있으며, 가공성이 요구되는 용도에 사용하는 경우에 우수한 성형성 뿐만 아니라 내압특성도 동시에 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 중량%로, C: 0%초과~0.004%이하, Mn: 0.05~0.6%, Mo: 0.1~0.5%, Si: 0%초과~0.05%이하, S: 0%초과~0.02%이하, Al: 0.03~0.10%, N: 0.002~0.006%, Nb: 0.02~0.06%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되며, Nb/C 원자비가 0.8~1.6, Al/N 중량비가 20~30을 만족하는 강을 850~880℃로 마무리 열간압연하고 550~650℃로 권취한 다음, 연속소둔하는 것을 포함하여 이루어지는 주석도금 원판의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연속소둔은 520~760℃로 행하는 것을 특징으로 하는 주석도금 원판의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연속소둔은 조질도 T6를 얻기 위하여 520~550℃, T5를 얻기 위하여 570~600℃, T4를 얻기 위하여 620~660℃, T3를 얻기 위하여 670~700℃, T2를 얻기 위하여 710~730℃, T1을 얻기 위하여 740~760℃로 행하는 것을 특징으로 하는 주석도금 원판의 제조방법.
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