KR100518757B1

KR100518757B1 - 고내식성을 갖는 열연강관 제조 방법

Info

Publication number: KR100518757B1
Application number: KR10-1999-0056809A
Authority: KR
Inventors: 노광섭; 류재화; 양부영
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 1999-12-11
Filing date: 1999-12-11
Publication date: 2005-10-06
Also published as: KR20010055571A

Abstract

본 발명은 공기와 염분 등의 부식분위기에 노출되는 철 구조물의 제조방법에 관한 것으로, 보통강합금을 열간압연하여 소정두께로 성형하고, 상기 열간압연을 통해 성형된 판재를 용접으로 접합하여 강관을 제조하며, 상기 강관을 대기분위기 로에서 열처리하여 다중의 산화물층을 형성하는 고내식성을 갖는 열연강관 제조 방법에 있어서, 상기 보통강합금은, Fe, C:0.03~0.3 wt%, Si:0.2~1.0 wt%, Mn:2.0 wt% 이하, P:0.5 wt% 이하, S:0.05 wt% 이하의 성분을 포함하고, 상기 열처리과정은 800~1000℃의 대기분위기 로에서 1~5분간 행하는 것을 특징으로 하고, 강관의 표층에 다중의 산화물층을 형성시키게 되므로써, 강관의 내식성이 크게 향상될 뿐만 아니라 이로인해 강관의 수명이 연장됨은 물론 제조비용이 절감되는 효과가 있다.

Description

고내식성을 갖는 열연강관 제조 방법 {Fabrication method of welded steel pipe with high corrosion resistance}

본 발명은 공기와 염분 등의 부식분위기에 노출되는 철 구조물의 제조방법에 관한 것으로, 특히 철 구조물의 표층부에 다중의 산화물층이 형성되도록하여 부식분위기에서 내식성을 향상시킬 수 있도록 된 고내식성을 갖는 열연강관 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 열연강판으로 제조된 철 구조물 중 염분이나 공기중에 노출되는 건물이나 토목 구조물의 기초파일, 유류나 가스의 공급관, 바닷물에 매설되는 프레임 등은 주위분위기에 쉽게 노출되어, 수명이 단축된다.

따라서, 철 구조물의 부식으로 인한 부분손상은 완성된 구조물의 안전에 심각한 위험요인으로 작용되고, 특히 교량이나 철도와 토목공사와 같은 공공건축물들은 사회 간접자본으로서 많은 인명을 해치게 되기 때문에 내구성의 지속이 무엇보다도 요구된다.

한편, 철구조물의 부식손상을 방지하기 위해 스테인레스스틸 합금으로 대체하여 사용하기도 하지만, 이들에는 크롬이나 니켈 등과 같이 고가인 합금원소가 다량으로 첨가되어 있어, 보통강에 비해 상대적으로 제조비가 비싸고 이로인해 그 경제성에 문제가 있었다.

그리고, 철구조물의 내식성을 향상시키기 위한 수단으로, 열연강판에 별도의 성분을 첨가하는 방법과 그 외표면을 표면처리하는 방법 등이 적용되지만, 이들도 역시 별도의 공정이 추가됨으로인해 제조비 상승으로 인한 경제적인 면에서 문제점이 지적되어 있다.

즉, 일본특허(8-199289호)에서는 열연강판의 용강에 0.5∼1.5％정도의 크롬을 첨가한 다음 열간압연공정에서 10㎛이하의 크롬산화막을 형성하여 내식성을 향상시키는 방법이 제안되었지만, 이들은 성형 및 용접 등의 후처리공정에서 크롬산화막이 떨어져 국부적인 부식을 일으키는 단점이 있었다.

따라서, 열연강판의 용강에 크롬과 니켈 등과 같은 고가의 성분을 첨가하는 방법과 그 외표면에 전기도금과 같은 표면처리법을 통해 도금하는 방법은, 내식성을 향상시킬 수는 있지만 그 경제적인 면에서는 문제점이 지적되었고, 용접과 같은 후처리공정에서 국부적으로 손상되는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 실리콘이 미량 함유된 열연강판을 소정두께로 열간압연한 후 소정의 고온로에서 소정시간동안 열처리하여 그 외층부에 다중의 철산화층이 형성되도록하여 내식성을 향상시킬 수 있도록 된 고내식성을 갖는 열연강판 제조 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명의 고내식성을 갖는 열연강관 제조방법은, 보통강합금을 열간압연하여 소정두께로 성형하고, 상기 열간압연을 통해 성형된 판재를 용접으로 접합하여 강관을 제조하며, 상기 강관을 대기분위기 로에서 열처리하여 다중의 산화물층을 형성하는 고내식성을 갖는 열연강관 제조 방법에 있어서, 상기 보통강합금은, Fe, C:0.03~0.3 wt%, Si:0.2~1.0 wt%, Mn:2.0 wt% 이하, P:0.5 wt% 이하, S:0.05 wt% 이하의 성분을 포함하고, 상기 열처리과정은 800~1000℃의 대기분위기 로에서 1~5분간 행하는 것을 특징으로 한다.이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.도 1은 본 발명에 따른 실리콘이 첨가된 상태와 첨가되지 않은 상태의 산화물층의 단면을 도시한 비교도면으로서, 상기와 같이 구성된 보통강 합금의 합금 조성물에 의해 제조된 강관(100)을 800~1000℃의 대기분위기 로에서 1~5분간 열처리하여 다중의 산화물층(110,120)을 형성시키는 산화물층형성단계로 이루어져 있다.

삭제

여기서, 탄소(C)는, 강관(100)의 강도를 향상시키는 데 이용되는 가장 효과적인 원소로서, 중량비로 0.03％이하로 함유된 경우에는 강관의 강도향상을 위한 또다른 합금원소를 첨가하여야 하므로 비경제적이며, 0.30％이상로 함유된 경우에는 용접성이 저하되는 단점이 있다.

그리고, 실리콘(Si)은, 열연강판의 용강에 함유된 탄소와 산소의 탈탄 및 탈산기능을 수행함과 더불어 고용도의 강화원소로도 이용될 뿐만 아니라 고온에서 강관(100)의 표층에 형성된 철실리콘산화물층(110,Fe₂SiO₄)을 치밀화되도록하여 내식성을 향상시키는 역할을 수행하게 되는 특징이 있다.

즉, 실리콘을 중량비로 0.2％이하로 함유된 경우에는 내식성을 향상시키기는 하지만 철실리콘산화물층(110,Fe₂SiO₄)이 균일하게 형성되지 못하며, 1.0％이상으로 함유된 경우에는 탄소와 마찬가지로 용접성을 저하시키게 된다.

그리고, 망간(Mn)은, 열연강판 용강의 고용도를 강화시키는 데에 이용되는 주요원소로서, 중량비로 2.0％이상인 경우에는 용접성이 저하되기 때문에 그 함유량을 2.0％이하로 제한하였다.

그리고, 인(P)은, 강관(100)의 내식성을 향상시키는 역할을 수행하기 때문에 많이 첨가하면 할수록 내식성 측면에서는 유리하지만, 용점성 및 인성이 저하되는 특징이 있기 때문에 그 함유량을 0.5％이하로 제한 하였다.

그리고, 황(S)은, 강관(100)의 내식성을 향상시키는 역할을 수행하는 원소로 알려져 있지만, 용강중의 망간(Mn)과 결합되어 비금속개재물을 형성시키고, 이들이 부식 개시점의 역할을 하기 때문에, 0.05％이하로 제한하였다.

한편, 본 발명에 따른 강관의 제조조건을 설명하면, 상기한 성분을 포함하는 열연강판을 열간압연한 후 용접으로 10인치 이하의 구경을 갖는 강관(100)으로 제조하고, 이들 강관(100)을 대기분위기의 로에서 800∼1000℃의 온도로 1∼5분 동안 열처리한 후, 그 외표면으로 에폭시수지(130)를 도포하여 제조하였다.

이때, 강관(100)의 열처리 온도를 800∼1000℃로 한정한 이유는, 800℃이하의 온도에서는 강관(100)의 표층에 철실리콘산화물층(110,Fe₂SiO₄)이 연속적으로 형성되지 못하고, 1000℃이상의 온도에서는 철실리콘산화물층(110,Fe₂SiO₄)이 거의 형성되지 못했기 때문이다.

또한, 강관(100)의 열처리 시간을 1∼5분으로 한정한 이유는, 1분 이하에서는 철실리콘산화물층(Fe₂SiO₄)이 거의 형성되지 못하였고, 5분 이상에서는 철실리콘산화물층(Fe₂SiO₄)이 치밀하지 못하게 형성되었기 때문이다.

{실시예}

표 1에서 나타낸 바와 같이, 실리콘이 첨가되지 않은 비교강(A)과 미량의 실리콘이 첨가된 발명강(B)을, 용해과정과 열간압연과정을 통해 열연강판으로 성형시킨 후 강판의 표층에 형성되는 산화물층 형성에 미치는 영향을 살펴보았다.

[표 1] 비교강와 발명강의 화학성분(％)

강 종	탄소	실리콘	망간	인	황	비고
A	0.046	0	0.19	0.01	0.005	비교재
B	0.05	0.21	0.17	0.01	0.004	발명강

이때, 표 1에 나타난 비교강(A)과 발명강(B)의 강관(100)을 950℃의 온도에서 약 3분간 열처리한 후의 단면을 도 1에 도시하였다.

도 1을 살펴보면, 비교강(A)에 형성된 혼합산화물층(120)에는 기공(125)이 다량 형성되어 있고, 발명강(B)은 비교강에 비해 기공이 감소되었음은 물론 강관(100)과 혼합산화물층(120)의 사이에 또다른 철실리콘산화물층(110)이 형성되었음을 보여주고 있다.

즉, 비교강(A)에는 혼합산화물층(120, FeO,Fe₂O_3,Fe₃O₄)만이 형성되었고, 발명강(B)에는 철실리콘산화물층(110, Fe₂SiO₄)과 혼합산화물층(120, FeO,Fe₂O _3,Fe₃O₄)이 형성되었음을 알 수 있었다.

이처럼, 강관(100)의 표층에 형성된 산화물층은 모재에 비해 부식량이 감소되기는 하지만, 산화물층의 조직이이 치밀하지 못하여 결함이 존재하고 있는 경우 해수와 같은 부식환경에서 쉽게 녹아 모재자체를 부식시키게 되는 문제점이 있어, 표 2와 같은 실험을 실시하였다.

여기서, 표 2의 A와B는 강관의 표층에 산화층이 형성된 상태이고, a와b는 강관을 열처리하지 않은 경우 즉, 산화층이 형성되지 않은 상태이다.

[표 2] 비교강와 발명강의 해수침지 후 무게 감량(g)

강 종	시험 전 무게	시험 후 무게	무게 감소량
A	100.749	100.567	0.182
B	101.543	101.451	0.092
산화처리전 a	100.021	99.509	0.512
산화처리전 b	100.523	100.025	0.498

즉, 표 2는 ASTM G31-72기기를 이용함과 더불어 인공해수 중에 200시간 침지하여, 침지전과 침지후의 무게감량 차이를 측정하였다. 표 2에서 알 수 있듯이, 강관(100)의 표층에 산화물층이 존재하지 않는 경우(a,b)의 경우에는, 부식량에 있어서 비교강과 발명강이 큰 차이를 보이지 않았다.

그러나, 강관(100)의 표층에 산화물층(110,120)이 존재하는 경우(A,B)에는 비교강과 발명강이 모두 부식량이 감소되었지만, 발명강(0.092)의 경우 비교강(0.182)에 비해 두배정도로 부식량이 줄어들었음을 알 수 있었다.

이는, 본 발명에 의해 제조되어진 발명강(B, 0.092)의 부식량이 보통강(b, 0.498)의 부식량에 비해 대략 5배이상으로 감소되는 즉, 내식성이 향상되었음을 보여주는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 고내식성을 갖는 열연강관 제조 방법에 의하면, 열간압연 용강중에 실리콘을 미량 첨가한 후 대기분위기에서 소정온도와 시간동안 열처리하여, 강관의 표층에 다중의 산화물층을 형성시키게 되므로써, 강관의 내식성이 크게 향상될 뿐만 아니라 이로인해 강관의 수명이 연장됨은 물론 제조비용이 절감되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실리콘이 첨가된 상태와 첨가되지 않은 상태의 산화물층의 단면을 도시한 비교도면이다,

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 강관 110 : 철실리콘산화물층

120 : 혼합산화물층 130 : 에폭시수지

Claims

보통강합금을 열간압연하여 소정두께로 성형하고, 상기 열간압연을 통해 성형된 판재를 용접으로 접합하여 강관을 제조하며, 상기 강관을 대기분위기 로에서 열처리하여 다중의 산화물층을 형성하는 고내식성을 갖는 열연강관 제조 방법에 있어서,

상기 보통강합금은, Fe, C:0.03~0.3 wt%, Si:0.2~1.0 wt%, Mn:2.0 wt% 이하, P:0.5 wt% 이하, S:0.05 wt% 이하의 성분을 포함하고, 상기 열처리과정은 800~1000℃의 대기분위기 로에서 1~5분간 행하는 것을 특징으로 하는 고내식성을 갖는 열연강관 제조 방법.