KR100360090B1

KR100360090B1 - 라인 파이프용 55㎏/㎟급 강판의 제조방법

Info

Publication number: KR100360090B1
Application number: KR1019980018321A
Authority: KR
Inventors: 반돈호; 박길수; 성언식
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1998-05-21
Filing date: 1998-05-21
Publication date: 2002-12-18
Also published as: KR19990085727A

Abstract

본 발명은 유전 또는 천연가스(LNG) 수송 등과 같은 라인 파이프에 사용되는 강판의 제조에 관한 것이며; 그 목적은 압연생산성이 우수한 55kg/mm²급 강판의 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 중량%로, C: 0.08~0.15%, Si: 0.20~0.30%, Mn: 1.40~1.60%, P: 0.023%이하, S: 0.005%이하, Nb: 0.035~0.045%, V: 0.045~0.055%, Ti: 0.005~0.015%, 기타 Fe 및 불순물을 함유한 강 슬라브를 1050℃이상의 재결정역에서 매 패스당 잔압하율이 70~80%의 범위가 되도록 하여 압연을 개시하여 950~900℃의 미재결정역에서 마무리압연을 행한 후, 10~15℃/초의 속도로 600~550℃의 온도범위까지 가속냉각하고, 이후 공랭하는 라인 파이프용 55kg/mm²급 강판의 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

라인 파이프용 55㎏/㎟급 강판의 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING 55kg/㎟ GRADE STEEL FOR LINE PIPE}

본 발명은 유전 또는 천연가스(LNG) 수송 등과 같은 라인 파이프에 사용되는 강판의 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압연생산성이 우수한 55kg/mm²급 강판의 제조방법에 관한 것이다.

최근 석유산업은 개발환경이 좋은 온·열대지역을 벗어나 보다 자원이 풍부한 시베리아, 북극해, 알래스카 등 극한지 및 심해저로 확대되고 있는 실정이다. 이러한 가혹한 환경조건에 대응하여 파이프용 강재의 적정 재질확보를 위해 본 발명자들은 강성분을 제어하고,특히 제강공정에서 정련작업조건을 제어함과 동시에 강력한 교반을 실시하므로써 S저감 및 개재물을 구상화처리하는 PI(powder injection)공정을 생략하여 제강공정의 부하를 최소화하는 라인 파이프용 강재의 제조방법을 제안한 바 있다(대한민국 특허출원 제96-67946호;1996.12.19). 즉, 상기 방법은 중량%로, C: 0.08~0.11%, Si: 0.20~0.30%, Mn: 1.45~1.60%, P: 0.023%이하, S: 0.005%이하, Nb: 0.035~0.045%, V: 0.045~0.055%, Ti: 0.005~0.015%을 함유하고, 탄소당량이0.38이하인 용강에 CaO: 2.0~3.0톤/300톤, CaF₂: 400~600kg/300톤, Al: 50~70kg/300톤을 투입한 후, 3.0~4.0N/㎥의 Ar가스를 이용하여 강력교반(strong bubbling)하는 배관용 강의 정련방법에 관한 것이다. 이 방법에 의하면 제강공정의 부하를 최소화하면서도 우수한 용접성과 충격인성을 갖는 배관용 강재가 제공될 수 있다.

상기 정련된 용강을 통해 얻어지는 강 슬라브는 보통 후판압연시 단독으로 제어압연(thermodynamic mechanical controlled process;TMCP)을 실시하거나 또는 제어압연후 가속냉각하여 최종적으로 가혹한 환경조건에 적합한 라인 파이프용 강판이 얻어지게 되는데, 종래의 제어압연은 어느 정도 재질의 확보는 가능하나 여전히 압연생산성이 떨어지는 문제가 있다. 즉, 종래에는 라인 파이프용 강판의 재질확보를 위해 상기 강슬라브를 약 750~700℃의 범위에서 마무리압연을 행하는 제어압연을 하였기 때문에 온도제어를 무시하고 단지 형상과 두께제어를 중요시하는 일반압연방식에 비하여 상대적으로 압연생산성이 크게 미치지 못하고 있다. 예를 들면 일반압연에 의하면 시간당 약 280~300톤 정도 압연이 가능하나 종래의 제어압연에 의할 땐 시간당 약 180~200톤 정도의 수준에 머물러 수요가 공급에 큰 차질이 발생되고 있다.

이에 본 발명은 대한민국 특허출원 제96-67976호에 제시된 정련방식을 도입하면서 마무리압연을 적절히 상향조정하는 제어압연을 통해 종래의 압연방식에 비하여 상대적으로 생산성이 월등한 라인 파이프용 강판의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 중량%로, C: 0.081~0.15%, Si: 0.20~0.30%, Mn: 1.40~1.60%, P: 0.023%이하, S: 0.005%이하, Nb: 0.035~0.045%, V: 0.045~0.055%, Ti: 0.005~0.015%, 기타 Fe 및 불순물을 함유한 강 슬라브를 1050℃이상의 재결정역에서 매 패스당 잔압하율이 70~80%의 범위가 되도록 하여 압연을 개시하여 950~900℃의 미재결정역에서 마무리압연을 행한 후, 10~15℃/초의 속도로 600~550℃의 온도범위까지 가속냉각하고, 이후 공랭하는 라인 파이프용 55kg/mm²급 강판의 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

우선 상기 탄소는 강도를 향상시키는데 가장 크게 기여하는 원소이지만 그 함유량이 크게 증가하면 오히려 충격인성을 저해한다. 그러므로 본 발명에서는 수요가 요구 인장강도인 54.7kg/mm²이상의 강도와 인성의 균형을 고려하여 그 함량을 0.081~0.15%로 제한함이 바람직하다.

상기 규소는 강의 강도 향상에 부분적으로 기여를 하지만 주된 역할은 강종의 탈산제로서의 역할이다. 그러나, 그 함량이 0.2%이상되어야 어느 정도 유효한 탈산효과가 있으며, 0.3%이상 첨가시에는 규소계 개재물이 증가하여 인성을 열화시킬 수 있어 바람직하지 못하다.

상기 망간은 1.40~1.60%의 범위로 첨가함이 바람직한데, 그 이유는 망간의 첨가량이 1.40%이상이면 페라이트 및 제2상 결정립미세화로 강도와 인성을 동시에 향상시킬 수 있으나 1.6%를 초과하면 도상 마르텐사이트조직이 생성되어 오히려 충격인성을 해칠 우려가 있기 때문이다.

상기 인은 불순물로서 연주시 중심편석붕 집적하여 내부품질을 열화시키고 강재의 충격인성을 크게 저하시키기 때문에 그 함량을 0.023%이하로 제한함이 바람직하다.

상기 황은 인성분과 같이 강의 내부품질에 유해한 원소로서 연주시 표면·내부크랙 및 중심편석을 유발할 수 있으며 또한 충격인성을 대폭 감소시키기 때문에 가능한 한 0.005%이하로 극저관리함이 바람직하다.

상기 니오븀은 강중에서 Nb(C,N) 석출물을 생성에 의해 이들이 결정립 성장을 억제하여 인장강도과 충격인성을 향상시키는 역할을 한다. 그러나, 니오븀의 함량이 0.035%미만이면 이러한 효과가 미흡하며, 0.045% 초과시 이러한 작용이 포화되어 그 효과의 증가가 더 이상 미미하고 오히려 용접부의 충격인성을 저하시키므로 바람직하지 않다.

상기 바나듐은 강중에 V(C,N) 석출물을 형성하여 항복강도보다는 인장강도의 증가를 부여하는 역할을 하는데, 그 함유량이 0.045%미만이면 그 효과가 미흡하며 0.055%를 초과하면 모재 및 용접부 충격인성을 크게 저해시킨다.

상기 티타늄은 고온에서 TiN 석출물이 입계에 미세 분산되어 초기 오스테나이트 결정립 성장을 억제하므로써 강도의 부분적인 증가와 함께 인성을 대폭 개선하는 역할을 한다. 이를 위해 통상 용강의 질소 수준인 50ppm을 기준으로 Ti/N 비를 1.0~3.0으로 관리할 필요가 있다. 상기 Ti/N 비를 만족하기 위한 티타늄의 함량은 0.005~0.015%의 범위가 적당하며, 특히 티타늄의 함량이 높은 경우 산화물계 개재물이 형성되거나 과잉 고용 Ti이 조대 석출물을 형성하여 인성을 저해시키므로 바람직하지 않다.

이하, 상기와 같은 조성을 갖는 강을 이용한 라인 파이프용 강판의 제조방법을 상세히 설명한다.

우선, 본 발명에서는 상기 조성된 강에 대한 정련은 본 발명자들이 제시한 대한민국 특허출원 제96-67976호에 의한 방법을 이용한다. 즉, 상기 용강에 CaO, CaF₂, Al을 투입한 후, Ar가스를 이용하여 강력교반을 행하여 정련한다.

이후, 정련된 용강은 연속주조를 통해 슬라브로 제조하고, 제조된 슬라브를 1050℃이상의 재결정역에서 매 패스당 잔압하율이 70~80%의 범위가 되도록 하여 압연을 개시하여 950~900℃의 미재결정역에서 마무리압연을 행한다. 본 발명의 후판제조공정에서의 슬라브 제어압연은 1050℃이상의 재결정역에서 매 패스당 잔압하율을 70~80%의 범위로 압하를 실시하므로써 초기 오스테나이트 결정립을 미세화한다. 이때, 마무리압연은 저온영역에서 실시할수록 입자 미세화 효과에 의해 항복강도 등 강도측면에서 유리하나 압연시 발생하는 공냉대기 시간 및 피치(pitch) 증가로 압연생산성이 현저히 저하된다. 따라서, 본 발명의 경우 압연온도를 상향으로 압연생산성을 향상시킴과 동시에 수요가에서 요구하는 항복강도를 확보할 수 있도록 미재결정역인 950~900℃의 온도에서 마무리압연을 행함이 바람직하다.

한편, 상기와 같은 제어압하후 형성되는 오스테나이트 결정립이 성장하게 되므로 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하기 위해서 가속냉각을 실시할 필요가 있다.그러나, 냉각속도가 지나치게 빠르면 제2상의 분율이 많아져 강도는 증가하나 충격인성이 저하되고 반대로 냉각속도가 지나지게 느려지면 페라이트의 입도가 조대해지고 제2상의 분율과 강도가 작아져 강도확보가 어려워지게 되므로 본 발명의 경우 압연생산성을 높이기 위해 제어압연온도를 상향조정하는 대신 10~15℃/초의 속도로 600~550℃의 온도범위까지 가속냉각한다. 즉, 냉각속도가 10℃/초미만으로 조업시는 약냉에 의해 오스테나이트에서 페라이트로의 변태가 미완료되어 충격인성과 인장강도 향상에 적합한 베이나이트조직의 확보가 어려우며, 15℃/초를 초과하여 조업시에는 강냉각에 의해 인장강도는 향상되나 제품의 형상 불량이 생길 수 있어 바람직하지 못하다. 또한, 가속냉각종료온도는 강도확보와 깊은 관련을 갖고 있기 때문에 만일 냉각종료온도가 600℃을 초과하면 오스테나이트가 펄라이트변태만을 일으키게 되어 제2상이 형성되지 않아 강도가 저하되어 바람직하지 않다. 또한, 냉각종료온도가 550℃미만이 되면 마르텐사이트 등 저온변태조직을 형성하여 강도확보는 유리한 반면 충격인성이 저하되어 좋지 않다.

이러한 가속냉각이 종료된 강재는 더 이상의 결정립 성장이 일어나지 않기 때문에 공기중에서 냉각을 실시하여도 무방하다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

300톤급 전로에서 표1과 같은 조성을 갖도록 용강을 정련하였다.

단위: 중량%
구분	C	Si	Mn	P	S	Nb	V	Ti	Al	Cu	Ni	Ceq
종래강	0.09	0.25	1.08	0.020	0.005	0.04	0.05	-	0.03	-	-	0.35
발명강	0.15	0.25	1.60	0.021	0.002	0.04	0.05	0.01	0.03	0.28	0.15	0.31

이때 고철투입에 의한 불순물을 최소화하기 위해 용선비(hot metal ratio;HMR)는 85%이상으로 하였으며 탈린제로서 CaO를 전로출강 중기에 약 240kg 투입하였다. 그리고, 인성을 해치고 중심편석을 조장시키는 불순원소인 [P],[S]를 극저관리하기 위해 밀스케일(mill scale) 투입후 교반처리로 탈[P]작업을 행한 다음, 슬래그를 배재, 탈류작업, 강교반 및 진공탈가스 중처리(처리시간 20분이상. 진공도 2torr이하)를 실시하였다. 또한, 연속주조시 슬라브의 냉각은 열간주편상태에서 내부 잔존 가스의 확산방출을 위해 72시간이상을 상온까지 다단적치공냉하였다.

이렇게 제조된 슬라브를 표2와 같은 압연 및 냉각조건에 의해 얻어진 강판에 대해 표2에 기계적 물성과 압연생산성을 나타내었다.

실시예	강종	압연조건	냉각조건	최종물성	압연생산성(톤/시)
실시예	강종	개시온도(℃)	잔압하율(%)	종료온도(℃)	압연생산성(톤/시)	SCT(℃)	FCT(℃)	CS(℃/초)	YP(kg/mm²)	TS(kg/mm²)
기준								≥47	≥55
발명재1	발명강	1060	80	930	850	580	11	50.4±1.4	62.4±2.1	230
비교재1		1060	80	980	900	580	11	43.8±2.3	64.4±2.1	270
비교재2		1060	80	880	800	580	11	51.6±0.9	60.4±2.1	205
비교재3		1060	70	980	900	530	11	41.5±2.2	67.4±2.1	270
비교재4		1060	70	930	850	530	11	49.5±3.1	63.4±2.1	230
비교재5		1060	70	880	800	530	11	50.9±2.6	64.4±2.1	205
종래재	종래강	880	65	730	710	550	8	50.1±1.4	62.5±2.1	180
(주) SCT: 가속냉각개시온도 FCT: 가속냉각종료온도CS: 냉각속도 YP: 항복강도TS: 인장강도

표2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 강조성 범위를 만족하나 마무리압연종료온도가지나치게 상향된 비교재(1)(3)의 경우 압연생산성은 일반압연과 같은 높은 수준을 유지하나 항복강도가 저하되는 등 기계적 물성이 불량함을 알 수 있었다. 반면 본 발명의 강조성 범위를 만족하나 마무리압연종료온도가 종래와 같이 하향된 비교재(2)(5)의 경우 항복강도 등 기계적 물성은 동등한 수준을 만족하나 압연생산성은 종래의 제어압연과 같은 수준에 불과함을 알 수 있었다. 또한, 본 발명의 강조성범위와 압연조건을 만족하더라도 가속냉각이 지나치게 빠른 비교재(4)의 경우 압연생산성은 양호하나 항복강도가 다소 저하되었다.

한편, 본 발명재의 경우 종래의 제어압연방식에 비하여 동등한 기계적 물성을 갖는 강판의 제조가 가능할 뿐만아니라 압연생산성이 크게 증가되었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 탄소성분과 망간성분을 적절히 상향하고, 동시에 제어압연과 가속냉각조건을 적절히 제어함으로써 후판압연시 공냉대기 시간의 최소화로 압연생산성의 향상될 뿐만아니라 라인 파이프 소재에서 요구되는 고인성의 55kg/mm²급 강판 확보가 원활하게 되어 최근 현실화되고 있는 각국의 유전개발에 따른 대형 파이프 수요공급을 적절히 조달할 수 있는 효과가 있다.

Claims

중량%로, C: 0.081~0.15%, Si: 0.20~0.30%, Mn: 1.40~1.60%, P: 0.023%이하, S: 0.005%이하, Nb: 0.035~0.045%, V: 0.045~0.055%, Ti: 0.005~0.015%, 기타 Fe 및 불순물을 함유한 강 슬라브를 1050℃이상의 재결정역에서 매 패스당 잔압하율이 70~80%의 범위가 되도록 하여 압연을 개시하여 950~900℃의 미재결정역에서 마무리압연을 행한 후, 10~15℃/초의 속도로 600~550℃의 온도범위까지 가속냉각하고, 이후 공랭함을 특징으로 하는 라인 파이프용 55kg/mm²급 강판의 제조방법