KR101128315B1 - 캔용 강판의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

고강도의 캔용 강판을 제조할 시에, Ar3 변태점 이상의 마무리 온도에서 열간 압연을 실시하고, 냉간 압연 후 (재결정 개시 온도 ? 200℃) ～ (재결정 개시 온도 ? 20℃) 에서 회복 소둔을 실시함으로써, 인장 강도 : 550MPa ～ 650MPa, 전체 신장 : 5% 이상을 얻는다. 또한 Nb : 0.001% ～ 0.05%, B : 0.0001% ～ 0.005%의 적어도 어느 하나를 첨가함으로써, 통상적인 캔용 강판과 동일한 온도 영역에서 소둔할 수 있게 한 후에, 인장 강도 : 550MPa ～ 700MPa, 전체 신장 : 4% 이상을 얻는다.

Description

캔용 강판의 제조 방법{PROCESSES FOR PRODUCTION OF STEEL SHEETS FOR CANS}

본 발명은, 캔 음료 (canned beverage) 나 식품 통조림 (canned food) 의 용기 (can or container) 로서 사용되는 2 피스 DRD 캔 (two-piece drawn and redrawn can) 이나 3 피스 용접 캔 (three-piece welded can) 에 사용되는 캔용 강판 (tin mill black plate) 의 제조 방법에 관한 것이다.

최근에 캔용 강판으로서의 스틸캔의 수요를 확대하기 위해서, 캔 제조 비용의 저감이 진행되고 있다. 캔 제조 비용의 저감책으로서는, 소재의 저비용화를 들 수 있다. 즉, 드로잉 가공 (drawing) 을 실시하는 2 피스 캔에 있어서도, 단순한 원통 성형이 주체인 3 피스 캔에 있어서도, 극박 (extremely thin) 의 고강도 캔용 강판이 이용되도록 되어 있다.

예를 들어, 판 두께 0.16㎜ 의 강판을 이용하는 경우에는, 적어도 캔 동체부 (body of weld cans) 에는 록웰 경도 (HR30T) 로 73 ～ 77 정도 (적어도 73 ～ 76, 바람직하게는 74 ～ 77), 인장 강도 (TS : tensile strength) 로 550MPa ～ 620MPa 정도의 고강도재를 사용할 필요가 있다.

현재, 매우 얇고 경질 (hard) 인 캔용 강판은, 소둔 후에 2 차 냉연 (secondary cold rolling) 을 실시하는 Double Reduce 법 (이하, DR 법이라고 칭한다) 으로 제조되고 있다. 그러나, DR 법에서는 강판은 열간 압연 (hot rolling) - 냉간 압연 - 소둔 - 2 차 냉연이라는 공정을 거쳐 제조된다. 즉, 소둔까지로 종료되는 통상적인 공정에 비해 1 공정 많기 때문에, 그 만큼 제조 비용이 높아진다. 따라서, 이런 종류의 캔용 강판에 있어서는, 비용 절감이 요망되고 있고, 각종 강화 원소 (강도를 증가시키는 합금 원소) 를 첨가시켜 소둔 (여기서는 재결정 소둔 (recrystallization annealing)) 공정까지로 (즉 2 차 냉연하지 않고) 제조하는 방법이 제안되어 있다.

예를 들어, 일본 공개특허공보 2001-107186호 (특허 문헌 1) 및 일본 공개특허공보 2005-336610호 (특허 문헌 2) 에서는, 재결정 소둔이 실시된 고강도의 캔용 강판이 개시되어 있다. 이와 같이 재결정 소둔을 실시하여 얻어지는 강판은 이방성 (in-plate plastic anisotropy) 이 작고, 귀 발생 (earing) 을 가능한 한 억제하기 위한 드로잉 캔 등에는 적합하다.

그러나, 작은 이방성을 그다지 필요로 하지 않는 강판에 대해서는, 냉간 압연 후, 반드시 재결정 소둔을 실시할 필요는 없다. 냉간 압연에서 강도를 높인 후에, 저온에서의 가열 처리를 실시함으로써 냉간 압연 공정에서 너무 도입된 변형을 해방하거나 재료의 연성을 필요 최소한의 범위에서 회복시키는 방법 (회복 소둔 (recovery annealing) 이라 불린다) 이 재결정 소둔을 대신하여 적용할 수 있다. 이 방법에서는, 재결정 소둔을 실시하지 않아, 재결정에 수반되는 현저한 경도 저하가 없기 때문에, 석출 강화능 (ability for precipitation hardening) 이나 고 용 강화능 (ability for solid solution hardening) 이 있는 원소를 첨가시킬 필요가 없다. 따라서, 이러한 원소의 내식성 (corrosion resistance) 에 대한 영향을 우려할 필요가 없다. 이와 같이, 작은 이방성이 요구되지 않는 강판에 대해서는 회복 소둔을 실시하는 방법이 유효하며, 이하와 같은 기술이 제안되어 있다.

일본 특허공보 소53-20445호 (특허 문헌 3) 에서는, 열간 압연에 있어서의 마무리 온도 (finishing temperature) 를 Ar3 변태점 이하로 하고, 고온 권취하여 열간 압연 후의 결정 입경을 50μ 이상으로 하는 기술이 개시되어 있다. 이 기술에서는 상기 열간 압연 후에 85 ～ 90% 의 압하율 (reduction) 로 냉간 압연을 실시한 후, 450 ～ 580℃ 의 연속 소둔 (continuous annealing) 을 실시함으로써, TS 가 53 ～ 57kgf/㎟ 이고, El (전체 신장) 이 6 ～ 8% 인 캔용 강판이 얻어지고 있다. 또한, 소재로서는 C 가 0.05 ～ 0.06% 의 캡드 강을 사용하고 있다.

일본 공개특허공보 평8-269568공보 (특허 문헌 4) 에서는, REM 을 필수 성분으로 하는 강을 사용하고, 열간 압연에 있어서의 마무리 온도를 Ar3 변태점 이하로 하여, 85% 이하의 압하율로 냉간 압연을 실시한 후, 200℃ 내지 500℃ 의 범위로 10 분간 이상 열처리 함으로써, YS (항복 강도 : yield strength) 가 640MPa 이상인 캔용 강판을 얻는 기술을 개시하고 있다.

일본 공개특허공보 평6-248338호 (특허 문헌 5) 에는, 냉간 압연을 한 후 400℃ 이상 재결정 온도 이하에서 소둔함으로써, T4 ～ T6 의 조질도 (tempered grade) 인, 스트렛쳐 스트레인 (stretcher strain) 이 없는 용기용 강판을 나눠 만드는 기술이 개시되어 있다. 당해 기술로 얻어진 록웰 경도 (HR30T) 로서 최대 로 72.9 가 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 평6-248339호 (특허 문헌 6) 에서는, 특허 문헌 5 와 같은 조성 (C : 0.03중량% 이하, N: 0.005중량% 이하 등으로 규정) 의 강을 사용하여 Ar3 변태점 이하의 온도에서 적어도 50% 이상의 열간 압연을 실시하고, 50% 이상의 압하율로 냉간 압연을 실시한 후, 400℃ 이상 재결정 온도 이하로 소둔함으로써, 고강성 (록웰 경도는 특허 문헌 5 와 동일한 정도) 인 용기용 강판을 얻는 기술이 개시되어 있다. 또한, 특허 문헌 5 및 6 에 있어서는 재결정 온도를 재결정률이 10% 미만인 조직이 되는 온도로 정의하고 있다.

일본 공개특허공보 평8-41549호 (특허 문헌 7) 에서는, 열간 압연시에 Ar3 변태점 이하에서의 합계 압하율을 40% 이상으로 하거나 하여 마무리 압연을 실시하고, 50% 이상의 압하율로 냉간 압연을 실시한 후, 350 ～ 650℃ 의 단시간 저온 소둔을 실시함으로써, YS 가 54 ～ 70kgf/㎟ 의 강을 얻는 기술이 개시되어 있다.

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

그러나, 상기의 종래 기술에는 하기에 나타내는 문제를 들 수 있다.

예를 들어, 특허 문헌 3, 특허 문헌 4, 특허 문헌 6 및 특허 문헌 7 에서는, 열간 압연시에 Ar3 변태점 이하로 마무리 압연 (finish rolling) 을 실시할 필요가 있다. Ar3 변태점 이하로 마무리 압연을 실시하면 열연판 (hot rolled steel sheet) 의 페라이트 입경 (ferrite grain size) 은 커지고, 특허 문헌 3 의 도 3 에 나타내는 바와 같이 열간 압연 후의 강의 강도는 저하된다. 따라서, 충분한 가공성을 확보할 정도로 강 자체의 강도를 저하시키는 방법으로서 유효하다. 그러나, Ar3 변태점 이하에서 마무리 압연을 실시하면, 폭 방향 중앙부보다 냉각 속도가 빠른 폭 방향 에지부는, 마무리 압연시의 온도가 낮아지는 경향이 있다. 이 때문에, 에지부에서는 마무리 압연시에 도입된 변형이 열간 압연 직후의 재결정이나 회복으로 충분히 개방되지 않아, 강도가 높아지는 경향이 있다. 그 결과, 중앙부와 에지부의 강도 차가 커져, 폭 방향으로 균일한 열연판을 얻기 어렵기 때문에, 현 상황의 조업 (操業) 에서 균일한 것을 얻기는 곤란하다. 또한, 여기에서는 관용에 따라 「Ar3 변태점 이하」 라는 표현을 사용하고 있지만, 상기의 종래 기술은 Ar3 변태를 개시하지 않은 온도에서 열간 압연 (의 적어도 일부) 을 실시한다는 취지이기 때문에, 엄밀하게는「Ar3 변태점 미만」이라고 표현하는 것이 정확하다.

특허 문헌 4 에서는, 냉간 압연 후 200 ～ 500℃ 에서 10 분간 이상 소둔하여 변형을 회복시킨다고 하고 있지만, 연속 소둔로에서 10 분간 이상 소둔을 하게 되면 라인 스피드를 저속으로 해야 하므로, 생산성을 현저하게 저하시킨다.

특허 문헌 5 나 특허 문헌 6 에서는 400℃ 이상, 재결정 온도 이하에서 소둔하는 것을 특징으로 하고 있는데, 얻어지는 강의 록웰 경도는 73.0 에 미치지 못하여 본 발명에서 목적으로 하고 있는 강도 레벨의 강을 얻기 위해서는 소둔 온도를 더욱 저하시킬 필요가 있다. 그 때문에, 통상적인 캔용 재료의 제조에서 채용되고 있는 소둔 온도를 벗어나므로, 전용 소둔 사이클을 별도 형성할 필요가 있어서 생산성이 저하된다.

본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 상기한 종래 기술의 문제를 해결하여 고강도인 캔용 강판을 제조하는 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은, 작은 이방성이 요구되지 않는 용도, 예를 들어 용접 캔 등에 적용되어 강도 외에 가공성이 요구되는 캔용 강판을 대상으로 하는 것이다. 그리고 본 발명은 연성, 예를 들어 용접 캔의 플랜지 가공성에 최저한 필요한 연성을 확보하면서, 고강도 캔용 강판을 제조하는 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 연구를 실시하였다. 그 결과, 이하의 지견을 얻었다.

회복 소둔에서 강도를 저하시켜 목적으로 하는 강도 및 연성을 얻는 것을 전제로 성분 조성, 제조 조건의 적정화를 검토하였다. 그리고, 그 중에서도,

?Ar3 변태점 이상에서 마무리 압연을 실시함으로써, 중앙부와 에지부에서 강도 차가 없는, 폭 방향으로 균일한 열연 강판을 얻는 것, 그리고,

?냉연 후, 「재결정 개시 온도 ? 200℃」이상 「재결정 개시 온도 ? 20℃」이하에서 소둔하고, 회복 단계에서 목적으로 하는 강도 레벨까지 저하시키는 것,

이 2 개를 본 발명의 특징으로 하고, 주요한 요건으로 함으로써 목적으로 하는 특성이 얻어지는 것을 지견하였다.

또한, Nb : 0.001 ～ 0.05%, B : 0.0001 ～ 0.005% 의 적어도 어느 하나를 첨가시킴으로써, 상기 제조 조건에서 현재 캔용 강판의 제조에서 채용되고 있는 소둔 온도와 동일한 온도 영역 (500 ～ 700℃) 에서의 회복 소둔을 할 수 있게 하고, 인장 강도 550MPa ～ 650MPa, 혹은 550MPa ～ 700MPa 가 얻어지는 것도 지견하였다.

본 발명은, 이상의 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.

[1] 질량% 로, C : 0.003% 이하, N : 0.004% 이하, Mn : 0.05% ～ 0.5%, P : 0.02% 이하, Si : 0.02% 이하, S : 0.03% 이하, Al : 0.1% 이하를 함유하고, 잔부가 철 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강을, Ar3 변태점 이상의 마무리 온도에서 열간 압연하여, 600 ～ 750℃ 의 권취 온도 (coiling temperature) 에서 코일에 권취하고, 이어서, 60 ～ 95% 의 압하율로 냉간 압연을 실시한 후에, (재결정 개시 온도 ? 200℃) ～ (재결정 개시 온도 ? 20℃) 의 온도에서 소둔을 실시하는 것을 특징으로 하는 판 두께 0.18㎜ 이하인 캔용 강판의 제조 방법.

[2] 상기 [1] 에 있어서, 상기 강이 질량% 로, 추가로 Nb : 0.001% ～ 0.05% 및 B : 0.0001% ～ 0.005% 중 적어도 어느 하나를 함유하는 것을 특징으로 하는 캔용 강판의 제조 방법.

또한, 본 명세서에 있어서, 강의 성분을 나타내는 % 는, 모두 질량% 이다. 또, 예를 들어 「Mn : 0.05% ～ 0.5%」 라는 표기는, 「Mn : 0.05% 이상, 0.5% 이하」즉 「0.05%≤Mn≤0.5%」를 의미하는 것으로 한다.

또, 본 발명에 있어서, 재결정 개시 온도란 도 1 (실시예 : 조건은 후술함) 에 나타내는 바와 같이, 온도에 수반되여 강도 변화율이 크게 변하는 온도로 하고, 구체적으로는 전체의 조직 중에서 재결정 조직이 5% 를 차지하는 조직이 얻어지는 온도라 정의한다.

도 1 은 본 발명의 조성의 강에 있어서의 소둔 온도 (가로축 : ℃) 와 TS (세로축 : MPa) 및 재결정 개시 온도의 관계를 나타내는 도면이다.

도 2 는 본 발명의 다른 조성의 강에 있어서의 소둔 온도 (가로축 : ℃) 와 TS (세로축 : MPa) 및 재결정 개시 온도의 관계를 나타내는 도면이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 방법에 의해 얻어지는 캔용 강판은, 인장 강도 550 ～ 650MPa (도 1 참조), 전체 신장 5% 이상을 달성할 수 있다. 혹은, Nb, B 를 첨가시키는 경우에는 인장 강도 550 ～ 700MPa (실시예의 도 2 참조 : 조건은 후술함), 전체 신장 4% 이상을 달성할 수 있다. 본 발명의 캔용 강판을 제조할 시에는, Ar3 변태점 이상의 마무리 온도에서 열간 압연을 실시하고, (재결정 개시 온도 ? 200℃) ～ (재결정 개시 온도 ? 20℃) 의 온도 범위내에서 소둔을 실시하는 것을 특징으로 한다.

다음으로, 본 발명의 캔용 강판의 성분 조성에 대해 설명한다.

C : 0.003% 이하

본 발명에서 제안하는 캔용 강판은, 냉간 압연 (1 차 냉연) 에서 도입되는 변형으로 고강도화를 도모하는 것이다. 따라서, 강화 원소는 불필요하고, 연성의 확보 등의 관점에서 최대한 저감시킨다. C 를 0.003% 를 초과하여 함유시키면, 캔으로 성형할 때에 필요한 국부 연성을 충분히 얻을 수 없게 된다. 또, 잔존 고용 탄소량이 증가되어, 캔 제조 (can making) 의 최종 공정인 권체부 (seeming part) 의 신장 플랜지 성형 (stretch-flange forming) 시에 균열을 발생시킬 우려가 있다. 고용 탄소량의 증대는 또한 가공 경화 (work hardening) 량도 증대시키기 때문에, 넥 가공 (neck forming) 이나 플랜지 가공을 할 때에 주름이 발생할 우려도 있다. 이상으로부터 C 함유량은 0.003% 이하로 한다.

한편, C 함유량이 0.0010% 를 밑돌면, 본 발명의 목표로 하는 강도를 얻기 위한 소둔 온도가 저온화되는 등 조업성이 저하되고, 또 연성의 개선도 적어지므로, C 함유량은 0.0010% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

N : 0.004% 이하

N 은, 불가피하게 강 중에 혼입되는 불순물 원소이다. N 량이 증가되면 연속 주조 (continuous casting) 시, 교정대 (unbending zone) 에서 슬래브 균열 (slab cracking) 이 발생하기 쉬워진다. 또, N 은 석출물을 형성하여 신장을 저하시키는 한편, 고용 상태에서 잔존한 경우에는 강을 경질화시킨다. 상기 작용을 방지하는 조건으로서 N 함유량은 0.004% 이하로 한다. 또한, 더욱 가공성을 필요로 하는 용도로 강판을 사용하는 경우에는 N 함유량을 0.002% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Si : 0.02% 이하

Si 는 고용 강화에 의해 강의 강도를 증가시키는 강화 원소로서, 다량으로 함유시키면 내식성이 현저하게 손상된다. 따라서, Si 의 함유량은 0.02% 이하로 한다.

Mn : 0.05% ～ 0.5%

Mn 은 고용 강화에 의해 강의 강도를 증가시키는 강화 원소이다. Mn 은 또 결정 입경도 작게 하고, 또한 미세화 강화로 해도 강도를 증가시키는 원소이다. 상기 작용을 발생시키지 않도록, Mn 함유량의 상한은 0.5% 로 한다. 바람직하게는 0.3% 이하이다.

한편, Mn 함유량이 0.05% 를 밑돌면, S 함유량을 저하시킨 경우라도, 열간 취약성 (hot shortness) 을 회피하는 것이 곤란하며, 열간 압연시에 표면 균열 등의 문제를 발생시킨다. 따라서, Mn 의 하한은 0.05% 로 한다. 바람직하게는 0.10% 이상이다.

P : 0.02% 이하

P 함유량이 많으면 고용 강화에 의해 강의 강도를 현저하게 증가시키고, 또 내식성도 열화시킨다. 따라서 P 함유량은 0.02% 이하로 한다.

S : 0.03% 이하

S 는 강 중에서 개재물로서 존재하며, 강판의 연성 및 내식성에 있어 불리해지는 원소이므로, 0.03% 이하로 한다. 바람직하게는 0.01% 이하이다.

Al : 0.1% 이하

Al 은, 탈산제로서 강 중의 청정도를 향상시킨다. 또, 고용 N (solute N) 과 결합하여 AlN 을 형성하고, 고용 N 량을 저감시키는 효과를 갖는다. 그러므로, 강 중에 어느 정도 함유시키는 것이 바람직하다. 그 조건으로서 대략 0.005% 이상 첨가시키는 것이 바람직하다. 한편, Al 함유량이 0.1% 를 초과하면, 그 청정도 개선 효과가 포화된다. 또, 제조 비용의 상승, 표면 결함 발생 경향의 증대 등의 문제도 발생한다. 따라서, Al 함유량은 0.1% 이하로 한다.

이상에 추가로 Nb : 0.001 ～ 0.05% 및 B : 0.0001% ～ 0.005% 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종을 추가로 함유시켜도 된다.

Nb : 0.001 ～ 0.05%

Nb 는 탄화물 생성능이 높은 원소로서, 생성된 탄화물에 의한 입계 (grain boundary) 의 핀 고정 (pinning) 에 의해 강의 재결정 온도를 상승시킨다. 따라서, Nb 를 첨가시키거나, 또한 Nb 첨가량을 변화시킴으로써, 강의 재결정 온도를 바꿀 수 있다. 즉, 적정한 소둔 온도를 올리거나 낮출 수 있어, 수시로 목적으로 하는 온도에 맞출 수 있게 된다. 그 결과, 다른 강판과 소둔의 기회를 맞출 수도 있으므로, 생산성 면에서 매우 효율적이다.

그러나, Nb 를 0.05% 초과로 함유하면 재결정 온도가 너무 높아져, CAL (연속 소둔 라인) 에 있어서의 통판성 (processing capability) 이 저하된다. 또, 탄화물의 석출 강화에 의해 목표의 강도보다 높아진다. 이 때문에, Nb 함유량은 0.05% 이하로 한다.

기본적으로, 본 발명에서는 강화 원소는 첨가하지 않지만, Nb 에 대해서는 소둔 온도의 관점에서 첨가하는 것이 바람직하고, 0.05% 이하이면, 오히려 첨가량 을 조정함으로써 Nb의 석출 강화를 이용하여 원하는 강도로 할 수 있다. 또, Nb 첨가는 용접시의 재결정을 억제함으로써, 용접 강도 (weld strength) 가 저하되는 것을 방지하는 것에도 유효하다. 또한, 보다 바람직한 상한은 0.04% 이다. 한편, Nb 첨가량이 0.001% 미만에서는 상기의 효과를 발휘할 수 없기 때문에 당해 효과를 목적으로 하여 Nb 를 첨가시키는 경우에는 0.001% 를 하한으로 한다. 보다 바람직하게는 0.005% 이상 첨가시킨다. 더욱 바람직하게는 0.01% 이상이다.

B : 0.0001 ～ 0.005%

B 는 재결정 온도를 상승시키는 원소이다. 따라서, Nb 와 동일한 목적으로 B 를 첨가시킬 수 있다. 그러나, 과잉으로 첨가시키면 열간 압연시에 오스테나이트역에서의 재결정을 저해하고, 압연 하중을 증대시키기 때문에, B 첨가량은 0.005% 이하로 한다. 바람직하게는 0.002% 이하이다.

또, 0.0001% 이하에서는 재결정 온도를 상승시키는 효과가 얻어지지 않기 때문에, 당해 효과를 목적으로 하여 B 를 첨가시키는 경우에는, 0.0001% 를 하한으로 한다. 바람직하게는 0.0005% 이상이다. 더욱 바람직하게는 0.0008% 이상이다.

B 도 Nb 와 동일하게, 상기의 첨가 범위내이면, B 의 석출 강화에 의해 원하는 강도로 할 수 있다. 또, 용접시의 재결정을 억제함으로써, 용접 강도가 저하되는 것을 방지하는 것에도 유효하다.

Nb 및 B 는 그 일방만을 첨가시켜도 되고, 양방을 상기의 각 범위내에서 첨 가시켜도 된다.

잔부는 Fe 및 불가피 불순물로 한다.

판 두께 : 0.18㎜ 이하

본 발명에 있어서, 판 두께는 중요한 인자이다. 인장 강도 550MPa 이상으로 하고 박육화 (gauge down) 하는 것이 특히 의의가 있는 것은, 판 두께가 0.18㎜ 이하의 범위이다. 또, 판 두께가 0.18㎜ 를 초과하는 강판이면, 750℃ 를 초과하는 고온역에서도 용이하게 연속 소둔을 실시할 수 있지만, 0.18㎜ 이하의 강판에서는 연속 소둔시에 파단이나 판의 형상이 나빠질 우려가 있어, 생산성이 저하된다. 본 발명의 방법에서는 소둔 온도를 재결정 개시 온도 ? 20℃ 이하 (통상적으로 700℃ 이하 정도 : 후술하는 실시예 참조) 로 하고 있기 때문에, 판 두께가 0.18㎜ 이하의 강으로도 용이하게 생산할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 인장 강도 550MPa 이상의 범위에서 효과가 큰 것과, 저온역에서의 소둔에 의해 생산성 향상 효과가 현저하게 나타나는 점에서, 판 두께는 0.18㎜ 이하로 한정한다.

이하, 본 발명에 있어서 목표로 한 금판 특성에 대해서도 그 이유를 서술한다.

인장 강도 : 550 ～ 700MPa

본 발명에 의해 제조되는 캔용 강판은, 현재는 DR 재와 같은 고강도이면서 또한 매우 얇은 강판을 이용하고 있는 분야, 예를 들어 DRD 캔이나 용접 캔의 캔 동체부에 대한 적용을 목적의 하나로 하고 있다. 이와 같은 분야에 있어서, 강 판의 판 두께를 0.18㎜ 이하로 하고, 또한 인장 강도를 550MPa 이하로 하면, 캔체 강도가 부족하기 때문에 캔의 좌굴이 우려된다. 이것을 회피하기 위해 인장 강도는 550MPa 이상을 목표로 한다. 한편, 700MPa 초과 (Nb, B 를 이용하지 않는 경우에는 650MPa 초과) 의 강도를 얻으려고 하면, 다량의 강화 원소의 첨가가 필요해져 내식성을 저해시킬 우려가 있다.

또한, 인장 강도는 주로 강판 조성, 냉간 압연율, 소둔 온도를 조정하여 목표값으로 제어한다.

구체적으로는, C : 0.003% 이하, N : 0.004% 이하, Mn : 0.05% ～ 0.5%, P : 0.02% 이하, Si : 0.02% 이하, S : 0.03% 이하, Al : 0.1% 이하의 조성으로 하여 냉간 압연율을 60% 이상으로 하고, 또한 균열 온도 : (재결정 개시 온도 ? 200℃) ～ (재결정 개시 온도 ? 20℃) 에서 소둔을 실시함으로써, 인장 강도 550 ～ 650MPa 로 제어한다 (도 1).

한편, C : 0.003% 이하, N : 0.004% 이하, Mn : 0.05% ～ 0.5%, P : 0.02% 이하, Si : 0.02% 이하, S : 0.03% 이하, Al : 0.1% 이하의 조성으로 하고, 또한 Nb : 0.001% ～ 0.05%, B : 0.0001% ～ 0.005% 의 적어도 어느 하나를 첨가하여 냉간 압연율을 60% 이상으로 하고, 또한 균열 온도 : (재결정 개시 온도 ? 200℃) ～ (재결정 개시 온도 ? 20℃) 에서 소둔을 실시함으로써, 인장 강도 550 ～ 700MPa 로 제어한다 (도 2).

또한, 록웰 경도 (HR30T) 에서는, Nb, B 무첨가인 경우에 74 ～ 77 정도, Nb 및 B 의 적어도 어느 하나를 첨가한 경우에는 74 ～ 80 정도가 된다.

전체 신장 : 4% 이상

전체 신장이 4% 를 밑돌면 용접 캔의 플랜지 가공성이 나빠져, 균열의 발생률이 높아지는 등, 가공성에 영향을 미친다. 이것을 회피하기 위해, 전체 신장은 4% 이상을 목표로 한다. 또한, 가공성을 최대한 높이기 위해서는 전체 신장을 5% 이상 확보하는 것이 바람직하다.

또한, 전체 신장은 주로 강판 조성 및 열간 압연시의 마무리 후의 냉각 속도를 조정하여 목표값으로 제어한다.

다음으로 본 발명의 캔용 강판의 제조 방법에 대해 설명한다.

상기 서술한 화학 성분으로 조정된 용강을, 전로 (轉爐) 등을 사용한 통상적으로 공지된 용제 (steel making) 방법에 따라 용제하고 (produce), 다음으로 연속 주조법 등의 통상적으로 사용되는 주조 방법으로 압연 소재 (강괴, 특히 슬래브) 로 한다.

다음으로, 상기에 의해 얻어진 압연 소재를 사용하여 열간 압연에 의해 열연판으로 한다. 열간 압연에 앞서, 압연 소재는 1250℃ 이상으로 가열하는 것이 바람직하다. 이것은, 강 중의 석출물을 완전하게 고용시켜, 편석을 해소시켜 재질의 균질화를 도모하기 위해서이다.

마무리 온도는 Ar3 변태점 이상으로 한다. 이어서, 600 ～ 750℃ 의 권취 온도에서 권취한다. 이어서, 강판 표면을 덮는 스케일 (scale) 을, 통상은 산 세정에 의해 제거한다. 그 후, 60 ～ 95% 의 압하율로 냉간 압연을 실시한 후에, (재결정 개시 온도 ? 200℃) ～ (재결정 개시 온도 ? 20℃) 의 온도에서 소둔을 실시한다.

(1) 열간 압연 조건

마무리 온도 : Ar3 변태점 이상

열간 압연의 마무리 온도는 Ar3 변태점 이상으로 할 필요가 있다. 이미 서술한 바와 같이 , Ar3 변태점 미만에서 마무리 압연을 실시하는 것은, 회복 소둔에 있어서 강의 강도를 저하시키는 이점을 갖지만, 슬래브의 폭 방향 중앙부가 Ar3 변태점 미만이 되도록 마무리 압연을 실시하면, 중앙부보다 냉각 속도가 빠른 폭 방향 에지부는 마무리 압연시에 도입된 변형이 재결정이나 회복으로 개방되기 어렵다. 이 때문에, 에지부가 딱딱해져, 중앙부와 에지부의 강도 차가 커짐과 함께 불균일 조직을 갖는 열연판이 얻어지기 쉽다. 따라서, 균일한 조직을 갖는 열연판을 얻기 위해서는, 마무리 온도는 Ar3 변태점 이상으로 한다.

제품 특성 (연성 등) 을 개선하는 관점에서, 보다 바람직하게는 마무리 온도를 Ar3 변태점 +5℃ 이상으로 한다.

또한, 마무리 온도는 950℃ 이하로 하는 것이 스케일성 결함 회피의 관점에서 바람직하다.

또, 본 발명의 강판 조성 및 열간 압연 조건에 있어서, Ar3 변태점은 대체로 840 ～ 910℃ 의 범위내가 된다.

본 발명에 있어서는, 종래의 회복 소둔을 사용하는 기술과 달리, Ar3 변태점 이상의 열간 압연만으로 강의 전체 신장 등을 확보할 수 있는데, 이것은 이하의 이유에 의한다. 열연판의 페라이트 입경은, (본 발명의 조건인) 열간 압연 마무 리 온도를 Ar3 변태점 이상으로 하는 경우에는 비교적 작고, (종래의 회복 소둔을 사용하는 기술에서의 조건인) 열간 압연 마무리 온도를 Ar3 변태점보다 낮은 온도로 하는 경우에는 비교적 크다. 양자를 냉간 압연하면, 열연판의 페라이트 입경이 작은 경우인 편이 냉연판에 축적되는 변형 에너지가 높아진다. 변형을 구속하는 결정립계가 많기 때문이다. 회복 현상은 냉연판에 축적된 변형 에너지를 구동력으로 하여 진행되기 때문에, 결과적으로 본 발명의 조건은 회복 현상의 진행을 촉진하는 조건이라고 할 수 있다. 회복 현상에 의해, 냉연강판은 강도를 저하시키지만, 본 발명의 조건은 변형 에너지가 높은 상태이기 때문에, 회복 후에도 목표로 하는 높은 강도를 유지할 수 있다. 또한, 회복 현상에 의해 연성은 개선되기 때문에, 목적으로 하는 적절한 연성을 확보할 수 있다. 또한, 상기 기구로부터, 입경이 성장되기 쉬운 열연 고온 마무리나 고순도 조성은 피하는 것이 바람직하다.

(2) 권취 온도 : 600℃ ～ 750℃

열간 압연 공정에 있어서의, 권취 온도는 600℃ 이상 750℃ 이하가 되도록 할 필요가 있다. 600℃ 미만이면, 권취 후의 보열 효과가 충분하지 않고, 열연판의 페라이트 입경이 필요 이상으로 작아지기 때문에, 강도가 과도하게 높아지는 경향이 있다. 또 혼립 조직 (microstructure having mixed grain size) 을 만들기 쉬워지기 때문에 바람직하지 않다.

한편, 750℃ 를 초과하는 온도에서 권취한 경우에는, 강판의 스케일 두께가 현저하게 증대되어 다음 공정의 산 세정에 있어서의 탈스케일성 (descalability)이 악화될 가능성이 있다. 또한, 이와 같은 문제를 한층 더 개선하려면 권취 온도를 700℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

(3) 냉간 압연 조건 (압하율) : 60 ～ 95%

냉간 압연은, 압하율을 60 ～ 95% 로 한다. 압하율이 60% 미만이면, 냉간 압연하여 열처리 (회복 소둔) 를 실시한 후에 목적으로 하는 강도에 도달하지 않는다. 또, 재질의 불균일, 특히 판 두께 방향의 불균일성에서 기인되는 것으로 생각되는 문제가 발생한다. 한편, 압하율이 95% 를 초과하면, 국부 연성의 열화를 회피하는 것이 곤란해진다. 바람직한 압하율은 80% 이상이다.

(4) 냉간 압연 후의 열처리 (소둔) 조건 :

온도 : 재결정 개시 온도 ? 200℃ 이상, 재결정 개시 온도 ? 20℃ 이하

열처리 (소둔) 는, 재결정 개시 온도 ? 200℃ 이상, 재결정 개시 온도 ? 20℃ 이하의 온도 영역에서 실시한다. 재결정 온도는 조성, 예를 들어 Nb, B 등의 첨가에 의해 변화시키고 있으므로, 온도 범위 (균열 온도 범위) 에 대해서는 각각의 강의 재결정 개시 온도를 기초로, ? 200℃ ～ ? 20℃ 로 하고 있다.

본 발명에 있어서의 소둔 (회복 소둔) 의 목적은, 냉간 압연에서 도입한 변형에 의해 강도가 높아져 있는 상태로부터, 변형 제거 소둔을 실시함으로써 목표로 하는 강도까지 저하시키는 것이다. 재결정 개시 온도 ? 200℃ 미만에서는, 충분히 변형이 해방되지 않으며, 또 목표로 하는 강도보다 높고 또한 연성이 낮아지기 때문에, 재결정 개시 온도 ? 200℃ 를 하한치로 한다. 연성 확보의 관점에서 보다 바람직한 하한 온도는 재결정 개시 온도 ? 150℃ 이다.

한편, 온도가 너무 높으면 재결정이 개시되어, 너무 연화되어 목표로 하는 강도를 얻지 못하고, 또 부분적으로 재결정되어 균일 조직을 얻을 수 없게 되므로, 재결정 개시 온도 ? 20℃ 를 상한치로 한다. 또한, 재결정된 입자와, 회복했을 뿐인 입자는, 광학 혹은 전자 현미경에 의한 관찰로 식별할 수 있다. 강도 확보의 관점에서 보다 바람직한 상한 온도는 재결정 개시 온도 ? 30℃ 이다.

본 발명의 강판 조성 및 냉간 압연 조건에 있어서 재결정 개시 온도는 대체로 560 ～ 650℃ (Nb, B 무첨가) 혹은 620 ～ 780℃ (Nb, B 중 적어도 어느 하나를 첨가) 의 범위내가 된다.

또한, 본 발명에서는, 생산성의 관점에서 연속 소둔로에서 소둔하는 것이 바람직하다. 그러므로, 생산성을 저해시키지 않기 위해서, 소둔시의 균열시간은 10s 이상, 90s 이하로 하는 것이 바람직하다.

(실시예 1)

표 1 에 나타내는 성분 조성을 함유하고, 잔부가 불가피 불순물과 Fe 로 이루어지는 강을 용제하여 강 슬래브를 얻었다. 얻어진 강 슬래브를 표 2 에 기재된 각 온도에서 재가열한 후, 열간 압연을 개시하였다. 열간 압연은, 마무리 압연 온도를 800 ～ 950℃, 권취 온도를 550 ～ 700℃ 의 범위로 바꾸어 (모두 표 2 에 기재) 실시하였다. 이어서, 산 세정 후, 표 2 에 기재된 각 압하율로 냉간 압연하여 0.15㎜ 의 박강판을 제조하였다 (여기에서, 압하율에 따라 열연판의 판 두께를 조정하였다). 얻어진 박강판을 연속 소둔로에서 소둔 온도 350 ～ 620℃, 소둔 시간 30s 로 (회복) 소둔을 실시하여 신장률이 1.5% 이하가 되도록 조질 압연을 실시하여, 통상적인 크롬 도금 (전기 도금) 을 연속적으로 실시하여 도금 강판 (틴 프리 스틸 (tin-free steel)) 을 얻었다. 또한, 상세한 제조 조건 등을 표 2 에 나타낸다.

또, 소둔 온도의 영향에 관해서는, 표 1 의 강 1 을 사용한 강판 (소둔 온도 이외에는 표 2 의 강판 1 의 조건으로 제조) 의 재결정 거동을 확인하였다. 결과를 도 1 에 나타내는데, 590℃ 에서 재결정이 개시되었음을 확인할 수 있었기 때문에, 강 1 (90% 냉연) 에 있어서의 소둔의 온도 범위를 390 ～ 570℃ 로 하였다. 또한, 600℃ 의 소둔으로 재결정은 거의 완료되었다.

이상에 의해 얻어진 도금 강판에 대해, 인장 시험, r 값 측정을 실시하였다. 인장 시험은, JIS5호 사이즈의 인장 시험편 (압연 방향) 을 사용하여 실시하고, 인장 강도, 신장 (전체 신장) 을 측정하여 강도 및 연성을 평가하였다. 평균 r 값은 JIS Z2254 에서 규정하고 있는 고유 진동법에 의해 구하였다.

얻어진 결과를 표 3 에 나타낸다. 여기에서 강판 특성의 조사는 판폭 중앙으로부터 채취한 샘플에 대해 실시하고, 특기 (特記) 한 판폭 방향 에지부의 강판 특성은 판폭 단부로부터 50㎜ 위치의 샘플에 대해 구하였다.

표 3 으로부터 본 발명예 (강판 1, 2 등) 에서는 인장 강도가 550 ～ 600MPa, 전체 신장이 5% 이상이라는 결과가 얻어지고 있다.

한편, 비교예 (강판 3) 에서는 소둔 온도가 본 발명의 범위를 밑돌아, 강 중 변형의 회복이 적기 때문에 연성이 저하된다. 또, 비교예 (강판 4) 는 소둔 온도가 본 발명의 범위를 초과하여 높고, 국소적으로 재결정이 개시되기 때문에 강도가 부족하다.

이것은 도 1 의 결과에서도 동일하다. 즉, 재결정 개시 온도 ? 20℃ ～ ? 200℃ 사이의 소둔 온도에서는 TS : 550 ～ 650MPa 가 얻어진다. 또한, 재결정 개시 온도 ? 40℃ 이하에서 소둔하면, 특히 TS : 600 ～ 650MPa 가 얻어지고, 한편, 550 ～ 600MPa 의 강판을 얻으려면 재결정 개시 온도 ? 20℃ ～ ? 50℃ 정도 (바람직하게는 ～ ? 40℃) 에서 소둔하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

또, 마무리 온도가 Ar3 변태점를 밑돌면, 에지부에 있어서의 경화 및 특성 열화가 크고, 사실상 강판의 경도 등급이 상이한 것을 알 수 있다 (강판 21, 29). 또한, 강판 20 과 25 의 비교로부터, 압하율을 너무 낮추면 연성이 개선되지 않은 채 강도가 저하되는 것을 알 수 있다.

(실시예 2)

표 4 에 나타내는 성분 조성을 함유하고, 잔부가 불가피 불순물과 Fe 로 이루어지는 강을 실기 전로에서 용제하여 강 슬래브를 얻었다. 얻어진 강 슬래브를 1150 ～ 1250℃ 에서 재가열한 후, 열간 압연을 개시하였다. 열간 압연은 마무리 압연 온도를 880 ～ 900℃ 의 범위에서 바꾸고 권취 온도를 620℃ 로 하여 실시하였다. 이어서 산 세정 후, 80 ～ 90% 의 압하율로 냉간 압연하여 0.15 ～ 0.18㎜ 의 박강판을 제조하였다. 얻어진 박강판을 연속 소둔로에서 소둔 온도 300 ～ 700℃, 소둔 시간 30s 로 (회복) 소둔을 실시하여, 신장률이 1.5% 이하가 되도록 조질 압연을 실시하고, 통상적인 크롬 도금을 연속적으로 실시하여 틴 프리 스틸을 얻었다. 또한, 상세한 제조 조건을 표 5 에 나타낸다.

또, 소둔 온도에 관해서는, 강 2 ～ 18 의 재결정 거동을 확인한 결과, 표 5 에 나타내는 바와 같이 620 ～ 720℃ 에서 재결정이 완료되었음을 확인할 수 있었다. 예를 들어, 표 4 의 강 5 (소둔 온도 이외에는 표 5 의 강판 13 의 조건으로 제조) 의 재결정 거동을 확인한 결과를 도 2 에 나타낸다.

이상에 의해 얻어진 도금 강판 (틴 프리 스틸) 에 대해, 인장 시험, r 값 측정을 실시하였다. 각 특성에 대해서는 실시예 1 과 동일한 방법으로 측정하였다. 얻어진 결과를 표 6 에 나타낸다.

표 6 으로부터, 본 발명예 (강판 5, 7, 9, 10, 12, 13 등) 에서는 인장 강도가 550 ～ 700MPa, 전체 신장이 4% 이상 얻어졌다.

한편, 비교예 (강판 6, 8) 는 소둔 온도가 본 발명의 범위를 밑돌아 낮고 강 중 변형의 회복이 적기 때문에 강도가 높아 연성이 저하된다. 비교예 (강판 11) 는 소둔 온도가 본 발명의 범위를 초과하여 높고 국소적으로 재결정이 개시되기 때문에 강도가 부족하다.

이것은 도 2 의 결과에서도 동일하다. 즉, 재결정 개시 온도 ? 20℃ ～ ? 200℃ 사이의 소둔 온도에서는 TS : 550 ～ 700MPa 가 얻어진다. 또한, 재결정 개시 온도 ? 40℃ 이하로 소둔하면 특히 TS : 650 ～ 700MPa 를 얻을 수 있고, 한편, 550 ～ 650MPa 의 강판을 얻으려면 재결정 개시 온도 ? 20℃ ～ ? 50℃ 정도 (바람직하게는 ～ ? 40℃) 에서 소둔하는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

또, 비교예 (강판 14 등) 는 성분이 본 발명의 범위를 초과하기 때문에 강도가 높아 연성이 저하된다.

그리고, 본 발명에서 얻어진 강판에서는 Nb, B 첨가량에 따라 재결정 거동이 변화되기 때문에, 적용할 수 있는 소둔 온도를 변화시킬 수 있다. 또, Nb, B 첨가량에 따라 얻어지는 강도를 변화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제조 방법은 다른 캔용 강판과 동일한 사이클로 소둔할 수 있어 원하는 강도를 얻기 때문에 실기에서 제조하는데 있어서 매우 효율적이다.

본 발명에 의하면, 550 ～ 650MPa 의 인장 강도, 5% 이상의 전체 신장을 가진 캔용 강판이 얻어진다. 그리고, DR 공정 및 재결정 소둔 공정을 생략한 방법으로도 Nb, B 를 첨가한 경우에, 인장 강도가 550 ～ 700MPa 의 강도, 4% 이상의 신장이 얻어지게 된다.

그 결과, 본 발명의 제조 방법을 적용함으로써, 작은 이방성을 필요로 하지 않는 캔 용도에 대해, 내식성을 저해시키지 않고 고강도 캔용 강판을 저비용으로 제조하여 제공할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 제조 방법은 통상적인 캔용 강판의 제조 방법에 비하여 저온역에서 소둔하기 때문에 에너지 비용을 삭감할 수 있게 된다. 또, Nb, B 를 첨가함으로써, 통상적인 캔용 강판과 동일한 온도 영역에서 소둔할 수도 있게 된다. 이 경우, 소둔 찬스를 별도 형성할 필요가 없다. 그 결과, 생산성을 저해하지 않고, TS 550 ～ 700MPa 급의 강판을 제조할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는, 도 1 및 2 에서 알 수 있는 바와 같이 소둔 온도에 의해 강도의 변화가 작은 온도 영역에서 소둔할 수 있기 때문에, 소둔 온도에 편차가 발생해도 폭 방향으로 균일한 강도 레벨의 강판이 얻어진다.

본 발명의 제조 방법에 의해 제조되는 캔용 강판은, 캔 음료나 식품 통조림의 용기로서 사용되는 2 피스의 DRD 캔이나 3 피스 용접 캔을 중심으로 캔용 강판으로서 최적이다.

Claims (2)

1. 질량% 로,

   C : 0.001 ～ 0.003%, N : 0.004% 이하,

   Mn : 0.05% ～ 0.5%, P : 0.02% 이하,

   Si : 0.02% 이하, S : 0.03% 이하,

   Al : 0.005 ～ 0.1%

   를 함유하고, 잔부가 철 및 불가피한 불순물로 이루어지는 강을,

   Ar3 변태점 이상의 마무리 온도에서 열간 압연하여,

   600 ～ 750℃ 의 권취 온도에서 권취하고,

   이어서, 60 ～ 95% 의 압하율로 냉간 압연을 실시한 후에,

   (재결정 개시 온도 ? 200℃) ～ (재결정 개시 온도 ? 20℃) 의 온도에서 연속소둔을 실시하는 판 두께 0.18㎜ 이하인 캔용 강판의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 강이 질량% 로 추가로 Nb : 0.001% ～ 0.05% 및 B : 0.0001% ～ 0.005% 중 적어도 어느 하나를 함유하는 캔용 강판의 제조 방법.

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