KR100470670B1

KR100470670B1 - 우수한 가공성 및 고강도를 갖는 압력용기용 후강판의제조방법 및 우수한 인장강도를 갖는 압력용기의 제조방법

Info

Publication number: KR100470670B1
Application number: KR10-2000-0058158A
Authority: KR
Inventors: 배태철; 주영순
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2000-10-04
Filing date: 2000-10-04
Publication date: 2005-03-07
Also published as: KR20020027012A

Abstract

본 발명은 고압용기등의 제작에 사용되는 가공성이 우수한 고강도 후강판을 제조하는 방법 및 이렇게 제조된 후강판을 이용하여 고압용기를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 후강판을 제조하는 방법에 있어서, 중량%로, C: 0.30~0.40%, Si: 0.10~0.40%, Mn: 0.50~0.90%, P:0.012%이하, S: 0.005%이하, Cr: 0.80~1.50%, Mo:0.10~0.30%, N₂: 50ppm이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 용강을 전로제강 공정에 의해 제조한 다음, RH탈가스 처리를 20분 이상 실시하고, 연속주조하여 슬라브를 제조한 다음, 슬라브를 공냉한 후 재가열하여 후판압연하는 단계를 포함하고, 상기 연속주조시 0.30~0.50L/kg 범위의 비수량조건으로 2차냉각을 실시하고, 상기 후판압연시 압연초기에 크로스(Cross)압연을 실시하여 폭출비(후판폭/슬라브폭)를 1.7이상 확보하고 그리고 마무리 압연온도를 800℃ 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 우수한 가공성 및 고강도를 갖는 압력용기용 후강판을 제조하는 방법 및 이렇게 제조된 후강판을 이용하여 고강도를 갖는 압력용기를 제조할 수 있는 방법을 그 요지로 하고 있다.

Description

우수한 가공성 및 고강도를 갖는 압력용기용 후강판의 제조방법 및 우수한 인장강도를 갖는 압력용기의 제조방법{Method for Manufacturing Steel Plate for Pressure Vessel with Superior Workability and High Tensile Strength and Method for Manufacturing Pressure Vessel with High Tensile Strength Using the Steel Plate}

본 발명은 고압용기등의 제작에 사용되는 가공성이 우수한 고강도 후강판을 제조하는 방법 및 이렇게 제조된 후강판을 이용하여 고압용기를 제조하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 저장압력이 큰 압력용기 제작에 사용되는 우수한 가공성 및 고강도를 갖는 후강판을 제조하는 방법 및 이렇게 제조된 후강판을 이용하여 저장압력이 크고 우수한 인장강도를 갖는 압력용기를 제조하는 방법에 관한 것이다.

고압용기의 제작에 사용되는 강의 강도를 높이기 위하여 종래에는 탄소의 함량을 높이고, Cr 및 Mo를 첨가 하였으며, 표면 및 내부품질 확보를 위해 조괴법(Ingot Castiing)으로 슬라브(Slab)를 제조한 후 압출에 의해 심레스 파이프(Seamless Pipe)를 제조 하였다.

그러나, 상기한 종래방법의 경우에는 주조후 슬라브 제조과정에서 로스(Loss)가 많아 생산 실수율이 낮고, 강재의 제조비용이 상당히 높아서 제품가격의 상승을 가져오는 문제점이 있다.

더욱이, 종래의 고압용기 제조방법은 고가의 심레스 파이프(Seamless Pipe)를 소재로 하여 상,하부를 가열, 밀봉하는 방식을 사용하는데, 심레스 파이프(Seamless Pipe)소재로 용기제작시 표면의 미려도가 열위하고, 용기 경량화의 한계, 용기제작후 밀봉부위의 내압성 저하로 저장압력 증대가 어려우며 안정성 측면에서도 불리한 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 상기한 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 연구 및 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로써, 본 발명은 압력용기용 고강도 후강판을 제조함에 있어서 전로 제강공정, 연속주조공정 및 후판 압연공정에서 요구되는 최적의 제조조건을 적용하여 우수한 가공성 및 고강도를 갖는 후강판을 제조할 수 있는 방법 및 이렇게 제조된 후강판을 이용하여 구상화열처리, 응력제거(Stress Relief)소둔 및 최종 딥드로잉후 조질열처리를 적절히 실시함으로써 고강도를 갖는 압력용기를 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 후강판을 제조하는 방법에 있어서,

중량%로, C: 0.30~0.40%, Si: 0.10~0.40%, Mn: 0.50~0.90%, P:0.012%이하, S: 0.005%이하, Cr: 0.80~1.50%, Mo:0.10~0.30%, N₂: 50ppm이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 용강을 전로제강 공정에 의해 제조한 다음, RH탈가스 처리를 20분 이상 실시하고, 연속주조하여 슬라브를 제조한 다음, 슬라브를 공냉한 후 재가열하여 후판압연하는 단계를 포함하고,

상기 연속주조시 0.30~0.50L/kg 범위의 비수량조건으로 2차냉각을 실시하고,

상기 후판압연시 압연초기에 크로스(Cross)압연을 실시하여 폭출비(후판폭/슬라브폭)를 1.7이상 확보하고 그리고 마무리 압연온도를 800℃ 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 우수한 가공성 및 고강도를 갖는 압력용기용 후강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기한 방법으로 제조된 고강도 후강판을 블랭킹(BLANKING)한 후 프레싱 가공한 다음, 딥드로잉(DEEP DRAWING)하는 단계를 포함하고, 상기 프레싱 가공전에 700~730℃에서 100~180분 가열,유지한후 상온까지 공냉하는 구상화열처리를 실시하고, 프레싱 가공후 680~700℃에서 60~90분간 가열, 유지후 공랭하는 응력제거(Stress Relief)소둔을 실시하고, 그리고 최종 딥드로잉후 860~880℃에서 30~40분간 가열,유지후 오일소입한 다음 적정 재질확보를 위해 630~650℃에서 40~50분간 가열,유지후 공랭하는 소려처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 고강도를 갖는 압력용기를 제조하는 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

상기 탄소(C)는 강의 열처리시 강도향상에 기여하는 원소로서 0.30% 미만에서는 적정 소입성확보가 어려우며, 0.40%이상에서는 표면크랙 발생가능성이 높고, 강도증가로 인한 연신율저하 등의 문제점이 있기 때문에 그 함량은 0.30~0.40%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 실리콘(Si)은 페라이트(FERRITE)에 고용하여 경도,탄성계수,인장력을 증대하는 동시에 강중의 탈산원소로서 첨가되는 성분으로서, 과다첨가시에는 실리케이트계 개재물이 다량 형성되어 인성을 저하시켜 가공성을 저감시키고, 소량첨가시에는 탈산능력이 저하되어 청정성 확보가 어려우므로 그 함량은 0.10~0.40%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 망간(Mn)은 열처리시 강의 경화능을 향상시키는 원소로서 0.90%이상에서는 강의 경화능이 대폭 향상되나, 강중의 MnS계 개재물을 다량 형성하여, 가공성을 저하시키고, 0.50%이하에서는 소입성 효과가 적어 그 함량은 0.50 ~ 0.90%범위로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 인(P),황(S)은 과다첨가시 슬라브 표면크랙, 내부크랙 및 중심편석 등을 유발하므로 그 함량은 각각 P:0.012%이하, S:0.005% 이하로 제한하는 것이 비람직하다.상기 크롬(Cr)은 열처리시 탄화물형성을 조장하여 경하능을 향상시키는 원소로서 그 함량이 0.80%이하인 경우에는 동강재에 요구되는 고강도 확보가 어려우며, 1.50%이상 첨가시에는 강도확보는 가능하나, 최종제품 인성열화 및 생산단가 증가로 그 함량은 0.8~1.5%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 몰리브덴(Mo)은 열처리시 미세한 탄화물 석출을 조장하여 석출경화 및 고용경화작용에 강도를 향상시키나, Cr과 병행하여 복합탄화물을 형성할 경우 소입성 향상 효과가 증대하나, 고가의 원소로서 다량첨가시 생산단가가 상승함에 따라 그 함량은 0.10~0.30%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 질소(N)는 강중에 고용질소량 증가에 따라 냉간가공중 변형시효,청열취성을 증가시키며, 다량 첨가시 기계적 성질에도 영향을 미쳐 강도증가 및 연신율을 감소 시킨다. 따라서 그 함량은 50ppm이하로 유지하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 조성된 강을 제강공정에서 고청정성 확보조업, 연주공정에서 중심편석 및 표면품질 확보조업, 후판공정에서 우수한 가공성 확보를 위해 후강판재질이방성 저감 및 소재강도 확보를 위한 최적 압연조업이 필요하다.

즉, 본 발명에서는 제강공정에서 고청정성 확보를 위해 탈P 처리 용선을 사용하는 것이 바람직하며, 강중의 불순물, 특히, 강중의 수소저감을 위해 로외정련 공정에서 20분이상의 RH탈가스처리를 실시하는 것이 바람직하다.

또한, 연속주조 공정에서는 중심편석 저감을 위해 주조속도를 1.0M/min이하로 제한하는 것이 바람직하고, 또한, 고탄소,고Cr첨가를 고려하여 2차냉각 비수량을 0.30~0.50L/kg으로 설정하는 것이 바람직하다.

연속주조공정의 2차냉각시 그 비수량이 0.50L/kg룰 초과하는 경우에는 주조 슬라브 표면의 급냉으로 표면크랙 발생 가능성이 상당히 높고, 0.30L/kg미만인 경우에는 냉각이 불충분하여 응고말기의 용강유동량을 증대시키고, 수지상(DENDRITE) 사이에 중심편석을 조장하고, 열응력에의한 표면크랙발생이 조장되므로, 연속주조공정의 2차냉각시 그 비수량은 0.30~0.50L/kg으로 설정하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 연속 주조된 슬라브는 내부에 존재하는 유해가스 방출을 위해 바람직하게는 72시간 이상 다단적치 공랭을 실시한다.

상기와 같이 연주공장에서 제조된 슬라브는 후판공장의 가열로에서 바람직하게는 1100~1200℃로 재가열한 후 폭,길이간 재질이방성 감소를 통한 가공성 향상을 위해 크로스 압연을 실시해야하는데, 이 때 폭출비(=제품폭/슬라브폭)는 1.7이상 확보하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서 후강판 압연시 마무리 압연온도는 800℃ 이상으로 제한 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 마무리 압연온도가 800℃ 미만인 경우에는 다량의 저온변태조직이 생성되어 딥드로잉 가공성을 저하시키므로 고객사 고압용기 제조시 우수한 딥드로잉 가공성을 확보하는 것이 곤란하기 때문이다.

본 발명에서 제조되는 압력용기용 후강판의 두께는 8~15mm로 선정하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 제조된 후강판, 바람직하게는 8~15mm의 두께를 갖는 후강판을 소정의 직경, 예를 들면 직경 760mm로 원형 절단한후, 프레싱 가공을 행한 다음, 딥드로잉 가공을 수행하여 최종 용기를 제조한다.

필요에 따라서는 딥드로잉 가공 후 아이어닝(IRONING)처리를 행할 수도 있다.

상기 프레싱 가공시 소재의 저강도를 확보하여 가공성을 향상시키기위해 700~730℃에서 100~180분간 가열, 유지한 후 상온까지 공냉하는 구상화열처리를 실시하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 프레스 가공후 가공재에 생성된 응력제거를 위해 680~700℃에서 60~90분간 가열,유지한 후 공랭하는 응력제거소둔을 실시하는 것이 바람직하다.

또한, 최종 딥드로잉 가공후 860~880℃에서 30~40분간 가열,유지한후 오일소입을 실시하는 것이 바람직하다.

본 발명의 강 소재의 Ac₃온도는 약 830℃ 이며, 적정 오스테나이트 조직확보를 위해 Ac₃온도 대비 30~50℃정도 높은 가열온도 범위를 선정하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 오일 소입시 880℃이상의 가열시에는 생성된 오스테나이트 조직의 조대화로 강도확보는 가능한 반면, 우수한 충격인성 확보가 어렵기 때문에 상기 오일 소입시 가열온도는 880℃ 이하로 선정하는 것이 바람직하다.

상기 오일소입후 용기의 적정재질 확보를 위해 630~650℃에서 40~50분간 가열,유지한후 공랭하는 소려처리를 실시하는 것이 바람직하다.

상기 소려온도가 630℃이하에서는 요구강도 확보는 가능하나, 적정강도대비 고강도로 인한 인성,연성이 저하되며, 650℃이상에서는 소입조직의 대부분이 소멸되므로 적정강도 확보가 어렵다.

상기와 같이 고압용기를 제조하는 경우에는 인장강도 90kg/mm²이상의 고강도 및 250Bar이상의 초고압용기를 얻을 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

(실시예1)

하기 표 1과 같이 조성되는 용강을 전로에서 용해하여 청정도 확보를 위한 노외정련처리를 한 후 단면두께가 203mm, 폭이 1520mm인 슬라브를 주조한 후 하기 표 2와 같은 압연폭출비,압연종료온도로 각각 압연하여 최종두께가 9.5mm인 후강판을 제조하였다.

상기와 같이 제조된 후강판에 대하여 각각의 조건별로 기계시험을 실시하고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

또한, 하기 표 2의 발명강 2 및 비교강 1에 대하여 미세조직 및 개재물을 관찰하고, 그 결과를 미세조직사진은 도 2에, 그리고 개재물 사진은 도 3에 나타내었다.

도 2의(a)는 발명강(2)의 미세조직사진을, 도 2의 (b)는 비교강(1)의 미세조직사진을 나타내며, 도 3의 (a)는 발명강(2)의 개재물 사진을, 도 3의 (b)는 비교강(1)의 개재물 사진을 나타낸다.

구 분	C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	N(ppm)
발명강 1	0.355	0.25	0.71	0.010	0.002	1.14	0.26	33
발명강 2	0.362	0.23	0.75	0.008	0.003	1.16	0.25	29
발명강 3	0.365	0.27	0.80	0.008	0.002	1.13	0.26	34
비교강 1	0.435	0.25	0.75	0.015	0.007	1.10	0.26	62
비교강 2	0.450	0.26	0.89	0.012	0.006	1.15	0.28	55

구 분	후판 압연 조건		기계적 특성			청정도(%)
구 분	폭출비	종료온도	YP	TS	EL(%)	청정도(%)
기 준	＞1.7	≥850℃	-	-	≥8	-
발명강 1	1.78	875	65.1	96.5	13	0.02
발명강 2	1.80	880	66.5	97.2	12	0.02
발명강 3	1.80	878	64.3	96.6	12	0.02
비교강 1	1.40	890	75.5	105.2	8	0.04
비교강 2	1.45	920	76.6	108.5	7	0.04

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 범위에 부합되는 발명강 1, 2 및 3은 우수한 기계적 특성 및 청정도를 가지는 반면에, 본 발명을 벗어나는 비교강 1 및 2의 경우에는 강도는 높으나, 연신율 및 청정도 수준이 미흡함을 알 수 있다.

도 2에도 나타난 바와 같이, 발명강(2)가 비교강 (1)에 비하여 균일하고 미세한 조직을 가지고 있음을 알 수 있고, 도 3에도 나타난 바와 같이, 발명강(2)가 비교강 (1)에 비하여 우수한 청정도를 가지고 있음을 알 수 있다.

(실시예 2)

상기 실시예 1의 후 강판을 프레싱 가공을 위해 700~730℃에서 100~180분간 가열,유지한후 상온까지 공냉하는 구상화 열처리를 실시하고, 프레싱 가공후 응력제거를 위해 680~700℃에서 60~90분간 가열,유지후 공랭하는 응력제거소둔을 실시하고,최종 딥 드로잉후 하기 표 3과 같은 조건으로 오일소입 및 소려하여 제품을 제조하였다.

상기와 같이 제조된 고압용기 제품을 250Bar에서 내압시험를 실시하고, 그 기계적특성을 조사하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

종합판정은 고압용기에서 요구되는 인장강도(TS), 연신율(EL), 충격치, 내압시험 모두의 만족여부를 평가 하였다.

구 분	가공 열처리 조건		기계적 성질		충격/-20℃	내압시험(250Bar)	종합판정
구 분	소입(℃X Hr)	소려(℃X Hr)	TS	EL(%)	충격/-20℃	내압시험(250Bar)	종합판정
요 구	-	-	≥90.8	≥18	≥47	크랙무	-
발명재 1	880 X 0.5	650 X 0.7	96.5	24	123	양호	합격
		640 X 0.7	97.2	22	115	양호	합격
		630 X 0.7	99.3	22	108	양호	합격
발명재 2	870 X 0.5	650 X 0.7	97.2	23	117	양호	합격
		640 X 0.7	97.7	21	100	양호	합격
		630 X 0.7	98.9	20	96	양호	합격
발명재 3	860 X 0.5	650 X 0.7	97.0	22	109	양호	합격
		640 X 0.7	99.5	21	102	양호	합격
		630 X 0.7	101.4	19	88	양호	합격
비교재 1	860 X 0.5	650 X 0.7	105.5	17	95	양호	불합격
		640 X 0.7	108.7	16	81	미흡	불합격
		630 X 0.7	109.5	16	86	미흡	불합격
비교재 2	850 X 0.5	650 X 0.7	107.4	16	73	양호	불합격
		640 X 0.7	110.6	15	65	미흡	불합격
		630 X 0.7	112.3	13	55	미흡	불합격

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 부합되는 발명재(1-3)의 경우에는 요구되는 모든 조건을 만족한 반면에, 비교재 (1)및 (2)의 경우에는 유사 열처리조건에서도 연신율 및 일부 내압시험의 요구수준을 만족하지 못하고 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 소재에서 고강도 확보를 위한 강의 성분을 조정하고, 제강조업조건,연주조업조건,후판압연방법 및 제품가공 공정별 열처리방식을 적절히 제어하므로써, 우수한 가공특성을 유지하면서 최종 제품에서 90kg/mm²이상의 고강도 및 250Bar이상의 초고압 적용이 가능한 딥드로잉 압력용기의 제작을 가능하게 하는 효과가 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 부합되는 고압용기 제조공정을 나타내는 공정도

도 2는 발명강과 비교강의 미세조직을 나타내는 사진

도 3은 발명강과 비교강의 청정도를 나타내는 사진

Claims

후 강판을 제조하는 방법에 있어서,

중량%로, C: 0.30~0.40%, Si: 0.10~0.40%, Mn: 0.50~0.90%, P:0.012%이하, S: 0.005%이하, Cr: 0.80~1.50%, Mo:0.10~0.30%, N₂: 50ppm이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 용강을 전로제강 공정에 의해 제조한 다음, RH탈가스 처리를 20분 이상 실시하고, 연속주조하여 슬라브를 제조한 다음, 슬라브를 공냉한 후 재가열하여 후판압연하는 단계를 포함하고,

상기 연속주조시 0.30~0.50L/kg 범위의 비수량조건으로 2차냉각을 실시하고,

상기 후판압연시 압연초기에 크로스(Cross)압연을 실시하여 폭출비(후판폭/슬라브폭)를 1.7이상 확보하고 그리고 마무리 압연온도를 800℃ 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 우수한 가공성 및 고강도를 갖는 압연용기용 후강판의 제조방법
제1항에 있어서, 연속주조시 주조속도는 1.0M/min이하이고, 그리고 연속 주조된 슬라브의 공랭은 72시간 이상 다단적치 공랭인 것을 특징으로 하는 우수한 가공성 및 고강도를 갖는 압력용기용 후강판의 제조방법
제1항 또는 제2항에 있어서, 후강판의 두께가 8-15mm인 것을 특징으로 하는 우수한 가공성 및 고강도를 갖는 압력용기용 후강판의 제조방법
상기 청구항 1에서 청구항 3중 어느 한 항의 방법으로 제조된 고강도 후강판을 블랭킹(BLANKING)한 후 프레싱 가공한 다음, 딥드로잉(DEEP DRAWING)하는 단계를 포함하고, 상기 프레싱 가공전에 700~730℃에서 100~180분 가열,유지한후 상온까지 공냉하는 구상화열처리를 실시하고, 프레싱 가공후 680~700℃에서 60~90분간 가열, 유지후 공랭하는 응력제거(Stress Relief)소둔을 실시하고, 그리고 최종 딥드로잉후 860~880℃에서 30~40분간 가열,유지후 오일소입한 다음, 적정 재질확보를 위해 630~650℃에서 40~50분간 가열,유지후 공랭하는 소려처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 고강도를 갖는 압력용기의 제조방법
제4항에 있어서, 후강판의 두께가 8~15mm인 것을 특징으로 하는 고강도를 갖는 압력용기의 제조방법
제4항 또는 제5항에 있어서, 딥드로잉후에 추가로 아이어닝 처리를 수행하는 것을특징으로 하는 고강도를 갖는 압력용기의 제조방법