KR100797326B1 - Steel plate for riser pipe guaranteed pwht and method of manufacturing thereof - Google Patents

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Abstract

A high strength steel is provided to maintain physical properties of the weldments and obtain excellent yield strength of 550 MPa grade even after the PWHT by solving a problem that physical properties such as strength and toughness of weldments of a conventional riser pipe steel are deteriorated after PWHT(Post Weld Heat Treatment), and a method for manufacturing the high strength steel is provided. A manufacturing method of a riser pipe steel for ensuring physical properties of PWHT comprises the steps of: reheating a steel slab comprising, by weight percent, 0.04 to 0.10% of C, 0.05 to 0.50% of Si, 1.2 to 2.0% of Mn, 0.01 to 0.05% of Al, 0.02% or less of P, 0.005% or less of S, 0.005 to 0.02% of Ti, 0.002 to 0.01% of N, 0.02 to 0.07% of Nb, 0.02 to 0.07% of V, 0.3% or less of Ni, 0.1 to 0.5% of Mo, 0.0005 to 0.004% of Ca and the balance of Fe and other unavoidable impure elements to a temperature range of 1100 to 1300 deg.C; rolling the reheated steel slab to an average reduction ratio per pass of at least 10% at 1000 deg.C or more; cooling the rolled steel slab to 950 deg.C or less in a cooling rate of 2 deg.C/sec or more; hot rolling the cooled steel slab to an accumulated reduction ratio of 70% or more in a temperature range of 950 to 800 deg.C; and water-cooling the hot rolled steel slab to a temperature range of 400 to 550 deg.C in a cooling rate of 5 deg.C/sec or more, and then air-cooling the water-cooled steel slab to room temperature.

Description

PWHT 물성 보증용 심해 라이저 파이프 강재 및 그 제조방법{Steel Plate For Riser Pipe Guaranteed PWHT And Method Of Manufacturing Thereof}Steel Plate For Riser Pipe Guaranteed PWHT And Method Of Manufacturing Thereof}

도1은 발명재 A의 광학 현미경 조직 사진이며, 도2는 발명재 B의 광학 현미경 조직 사진이다.1 is an optical microscope histology picture of the invention A, Figure 2 is an optical microscope picture of the invention B.

본 발명은 심해저 라이저용으로 사용되는 항복강도 550Mpa 이상의 라인파이프 강의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Mo, Nb, Ti, V을 복합첨가하고, 열간압연 공정중에서는 재결정역에서는 재결정 오스테나이트 입도를 미세화하고, 미재결정역에서는 큰 압하율에 의하여 압연함으로써 약 650℃의 고온에서 약 15시간 이상의 장시간의 열처리를 가해도 물성의 저하가 적으며 항복강도 80ksi급의 강도 및 인성을 유지할 수 있어 심해저의 극한 환경에서도 우수한 특성을 갖는 라인파이프용 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a line pipe steel with a yield strength of 550 Mpa or more used for deep sea risers, and more specifically, Mo, Nb, Ti, and V are added, and the recrystallized austenite grain size in the recrystallization zone during the hot rolling process. In the unrecrystallized zone, the steel sheet is rolled by a large reduction ratio, so that even if the heat treatment is performed for a long time of about 15 hours or more at a high temperature of about 650 ° C, the physical properties are less deteriorated and the yield strength and toughness of 80 ksi grade can be maintained. The present invention relates to a line pipe steel having excellent properties even in extreme environments and a method of manufacturing the same.

최근 산업의 급속한 발전으로 인하여 석유 및 천연가스 에너지 사용량이 급 증하면서 육지 인근 해역의 유전 개발에서 점차 심해 유전 개발로 관심이 모아지고 있다. 이러한 추세에 따라 심해의 유전을 개발하고 이곳으로부터 원유를 끌어올리는데 사용되는 라이저용 라인파이프 강재의 수요가 늘어나고 있다. 하지만 심해(Deep Water) 및 초심해(Ultra Deep Water)와 같은 극저온의 환경에서 사용되는 라이저 파이프는 높은 강도 및 인성이 요구되는바, 기존에 라인 파이프로 사용되던 65ksi급이나 70ksi급의 강재보다 더 높은 80ksi급의 강재가 다량으로 요구되는 실정이다.Recently, due to the rapid development of the industry, the use of oil and natural gas energy has increased, and attention has been focused on the development of oil fields in deep seas and the development of deep sea oil fields. This trend is increasing the demand for linepipe steels for risers used to develop deep oil fields and to pull crude oil from them. However, riser pipes used in cryogenic environments, such as deep water and ultra deep water, require high strength and toughness, making them more demanding than 65ksi or 70ksi steels. High 80ksi grade steel is required in large quantities.

이들 고강도의 강재들은 높은 강도뿐만 아니라, 심해의 극저온 환경에서 무리없이 사용이 가능하도록 높은 용접부 인성이 동시에 요구되고 있다. 하지만, 심해에서 라이저용 강재가 안전하게 사용되기 위해서는 용접부에 대한 PWHT(Post Weld Heat Treatment)를 반드시 거쳐야 하는데, 기존의 라인 파이프용 강재로는 650℃ 정도의 고온에서 4시간씩 행해지는 이러한 PWHT를 거친 후에 강도, 인성 등의 많은 물성이 크게 하락한다. 특히 최근에는 용접부에 집중된 응력을 최대한 제거할 수 있도록 650℃ 정도의 고온에서 15시간 정도의 장시간의 PWHT를 요구하는 경우가 많아지고 있는바, 이에 대응하는 우수한 강재가 요구되는 실정이다.These high strength steels are required not only for high strength, but also for high weld toughness at the same time so that they can be used in a cryogenic environment in a deep sea. However, in order to safely use the riser steel in the deep sea, it is necessary to go through the post weld heat treatment (PWHT) for the welded part. The conventional line pipe steel is subjected to such PWHT which is performed for 4 hours at a high temperature of about 650 ° C. Later, many physical properties such as strength and toughness are greatly reduced. In particular, in recent years, the PWHT for a long time of about 15 hours at a high temperature of about 650 ℃ to increase as much as possible to remove the stress concentrated in the weld bar is required, the situation is excellent steel corresponding to this.

이러한 고온, 장시간의 PWHT 이후에도 그 물성이 보증되는 고강도 강재를 제조하기 위해 전 세계에 걸쳐 많은 시도가 이루어 지고 있으며, 이중 대표적인 것으로 유럽의 Dillinger社에서 공급하는 파이프용 X80등급 강재가 있다.Even after such high temperature and long time PWHT, many attempts have been made all over the world to manufacture high strength steels whose properties are guaranteed. Among them, there is X80 grade steel for pipes supplied by Dillinger of Europe.

Dillinger社의 상기 강재는 합금원소로 Sol.Al, Nb, Ti 및 V를 일부 첨가하고, 특히 압연 조건으로 사상압연 종료 온도를 Ar3온도 이하까지 내려 가공 경화된 polygonal ferrite상을 만드는데 사용되는 것으로서, 특히 열간 압연을 특징으로 하는 21인치 이하의 소구경 파이프 제조용 협폭 강재의 제조에 사용된다. The steel of Dillinger is used to make a polygonal ferrite phase which is hardened by adding some Sol.Al, Nb, Ti and V as alloying elements, and in particular by lowering finishing finishing temperature to below Ar 3 temperature under rolling conditions. It is particularly used for the production of narrow steels for the production of small diameter pipes of up to 21 inches characterized by hot rolling.

그러나 상기와 같은 방법으로 제조된 강재는 PWHT 시간, 특히 15시간 정도의 장시간의 PWHT 처리시 polygonal ferrite의 특성상 용접부의 물성을 유지하기 힘들고, 또한 21인치 파이프 제조용의 협폭 강재(폭 1600mm)에서는 가공 경화되고 연신된 polygonal ferrite를 만들기 위하여 pass당 압하율 20% 이상으로 강압연을 하여 결정립을 최적화시킬 수 있으나, 그 이상의 사이즈를 가지는 파이프나 배폭재를 제조하기에는 무리가 따른다.However, the steel produced by the above method is difficult to maintain weld properties due to the characteristics of the polygonal ferrite during PWHT treatment, especially PWHT treatment for 15 hours or longer, and work hardening in narrow steel (1600 mm width) for 21-inch pipe manufacturing. In order to produce a stretched polygonal ferrite, it is possible to optimize grains by rolling more than 20% of the reduction ratio per pass, but it is difficult to manufacture pipes or doubling materials having a larger size.

이에 본 발명자들은 연구를 거듭한 결과, 대형 사이즈의 강관 및 배폭재 등의 양산적용이 용이하며 PWHT 15시간이후에도 용접부 물성이 보증되는 항복강도 80ksi급의 라이저파이프용 강재를 제조하는 방법으로서, (1) 오스테나이트 재결정압연 종료 후 수냉을 하여 결정립 성장을 억제하고, (2) 미재결정역에서 압연을 종료하고 Ar3온도 이상에서 냉각을 시작하여 Accicular ferrite를 만들 경우, 오스테나이트 유효 결정립도가 현저히 최적화, 미세화되어 용접부의 인성이 향상되고, 또한 (3) V을 첨가하여 600℃ 이상의 열처리로 V 석출물을 석출시킬 경우, 인성이 저 하되지 않고 강도가 유지된다는 사실을 확인하기에 이르렀다. Accordingly, the inventors of the present invention have repeatedly studied, as a method of producing a steel pipe for a riser pipe of yield strength of 80 ksi class, which is easy to mass-produce large-sized steel pipes and double explosives, and guarantees welded properties even after 15 hours of PWHT. ) Austenitic recrystallization is finished after cooling water to restrain grain growth. (2) When acute recrystallization finishes rolling and starts cooling at above Ar 3 temperature, the acuterite grain size is significantly optimized. It has been confirmed that the fineness improves the toughness of the welded part and (3) V is added to precipitate V precipitates by heat treatment of 600 ° C. or higher, so that the toughness is not lowered and the strength is maintained.

본 발명의 목적은 고온, 장시간의 PWHT후에 강도 및 용접부 인성 등의 물성의 저하가 생기는 기존의 라이저파이프용 강재의 문제점을 해결하여 PWHT후에도 용접부 물성이 유지되면서 550MPa급의 우수한 항복강도를 갖는 고강도 강재 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to solve the problems of the conventional riser pipe steel, which causes the degradation of the properties such as strength and weld toughness after high temperature, long time PWHT, high strength steel having excellent yield strength of 550MPa grade while maintaining the welded properties even after PWHT. And a method for producing the same.

본 발명은 중량%로 C;0.04-0.10%, Si;0.05-0.50%, Mn;1.2-2.0%, Al;0.01-0.05%, P;0.02%이하, S;0.005%이하, Ti;0.005-0.02%, N;0.002-0.01%, Nb;0.02-0.07%, V;0.02-0.07%, Ni; 0.3% 이하, Mo; 0.1-0.5%, Ca;0.0005-0.004%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순 원소들로 구성되는 PWHT 보증용 라이저 파이프용 강재에 관한 것이다.In the present invention, by weight% C; 0.04-0.10%, Si; 0.05-0.50%, Mn; 1.2-2.0%, Al; 0.01-0.05%, P; 0.02% or less, S; 0.005% or less, Ti; 0.005- 0.02%, N; 0.002-0.01%, Nb; 0.02-0.07%, V; 0.02-0.07%, Ni; 0.3% or less, Mo; Steel for PWHT guarantee riser pipes consisting of 0.1-0.5%, Ca; 0.0005-0.004%, remaining Fe and other unavoidable impurities.

나아가 본 발명은, 중량%로 C;0.04-0.10%, Si;0.05-0.50%, Mn;1.2-2.0%, Al;0.01-0.05%, P;0.02%이하, S;0.005%이하, Ti;0.005-0.02%, N;0.002-0.01%, Nb;0.02-0.07%, V;0.02-0.07%, Ni; 0.3% 이하, Mo; 0.1-0.5%, Ca;0.0005-0.004%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순 원소들로 구성되는 강슬라브를,Further, the present invention, by weight% C; 0.04-0.10%, Si; 0.05-0.50%, Mn; 1.2-2.0%, Al; 0.01-0.05%, P; 0.02% or less, S; 0.005% or less, Ti; 0.005-0.02%, N; 0.002-0.01%, Nb; 0.02-0.07%, V; 0.02-0.07%, Ni; 0.3% or less, Mo; Steel slab consisting of 0.1-0.5%, Ca; 0.0005-0.004%, remaining Fe and other unavoidable impurity elements,

1100 ~ 1300℃로 재가열하는 단계;Reheating to 1100-1300 ° C .;

재가열된 상기 강슬라브를 1000℃ 이상에서 pass당 평균압하비 10% 이상으로 압연하는 단계;Rolling the reheated steel slab with an average pressure reduction ratio of 10% or more per pass at 1000 ° C. or more;

압연된 상기 강슬라브를 2℃/s 이상의 냉각속도로 950℃ 이하로 냉각하는 단계;Cooling the rolled steel slab to 950 ° C. or less at a cooling rate of 2 ° C./s or more;

냉각된 상기 강슬라브를 950~800℃ 범위에서 누적 압하량 70%이상으로 열간 압연하는 단계; 및Hot rolling the cooled steel slab with a cumulative reduction of 70% or more in the range of 950-800 ° C .; And

열간 압연된 상기 강슬라브를 5℃/s 이상의 냉각속도로 400~550℃의 온도 범위까지 수냉한 다음, 상온까지 공냉하는 단계;Cooling the hot-rolled steel slab to a temperature range of 400 to 550 ° C. at a cooling rate of 5 ° C./s or more, and then air-cooling to room temperature;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 PWHT 보증용 라이저 파이프용 강재의 제조 방법에 관한 것이다.It relates to a method for manufacturing a steel for PWHT guarantee riser pipe comprising a.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 강판은, 중량%로 C;0.04-0.10%, Si;0.05-0.50%, Mn;1.2-2.0%, Al;0.01-0.05%, P;0.02%이하, S;0.005%이하, Ti;0.005-0.02%, N;0.002-0.01%, Nb;0.02-0.07%, V;0.02-0.07%, Ni; 0.3% 이하, Mo; 0.1-0.5%, Ca;0.0005-0.004%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순 원소들로 구성된 강슬라브를 1100~1300℃에서 재가열하고, 1000℃ 이상에서 재결정 압연후 2℃/s 이상의 냉각속도로 950℃까지 냉각한다. 이후, 상기 강슬라브를 950~800℃ 범위에서 누적 압하량 70%이상으로 열간 압연한 다음 5℃/s 이상의 냉각속도로 400~550℃의 온도 범위까지 수냉한 다음 상온까지 공냉하여 제조된다.Steel sheet of the present invention for achieving the above object, by weight% C; 0.04-0.10%, Si; 0.05-0.50%, Mn; 1.2-2.0%, Al; 0.01-0.05%, P; 0.02% or less, S 0.005% or less, Ti; 0.005-0.02%, N; 0.002-0.01%, Nb; 0.02-0.07%, V; 0.02-0.07%, Ni; 0.3% or less, Mo; Steel slab composed of 0.1-0.5%, Ca; 0.0005-0.004%, remaining Fe and other unavoidable impurities is reheated at 1100 ~ 1300 ℃, recrystallized rolled at 1000 ℃ or higher and 950 ℃ at cooling rate of 2 ℃ / s or higher. Cool to Thereafter, the steel slab is hot-rolled to a cumulative reduction of 70% or more in the range of 950 to 800 ° C., followed by water cooling to a temperature range of 400 to 550 ° C. at a cooling rate of 5 ° C./s or more, followed by air cooling to room temperature.

이하, 본 발명의 성분계에 대하여 상세히 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the component system of this invention is demonstrated in detail.

C는 강을 강화시키는데 가장 경제적이며 효과적인 원소이나 다량 첨가시에는 용접성, 성형성 및 인성이 저하되므로 0.04-0.10%로 한정한다. 첨가량이 0.04%미만이면 동일한 강도를 위하여 Mo과 같은 다른 합금원소들이 상대적으로 다량 첨가되여야 하기 때문에 비경제적이며 0.10%를 초과하여 첨가하면 용접성, 성형성 및 인성이 저하된다.C is the most economical and effective element for reinforcing steel, but it is limited to 0.04-0.10% because the weldability, formability and toughness deteriorate when a large amount is added. If the amount is less than 0.04%, other alloying elements such as Mo have to be added in relatively large amounts for the same strength, and it is uneconomical, and if it is added in excess of 0.10%, weldability, formability and toughness are deteriorated.

Si는 용강 탈산 효과 및 고용강화 효과를 나타내므로 0.05-0.50% 범위의 첨가가 필요하다. 첨가량 0.05% 미만에서는 용강의 탈산이 충분하지 않아 인성이 저하될 수 있으며, 0.50%를 초과하는 경우에는 열간 압연시 Si에 의한 붉은색 스케일이 형성되어 강판표면 형상이 불균일해지며 PWHT 후 용접부 인성이 저하될 수 있다.Si exhibits a molten steel deoxidation effect and a solid solution strengthening effect, so an addition in the range of 0.05-0.50% is required. If the addition amount is less than 0.05%, the toughness may be deteriorated due to insufficient deoxidation of molten steel, and if it exceeds 0.50%, the red scale formed by Si is formed during hot rolling, resulting in non-uniform shape of the surface of the steel sheet. Can be degraded.

Mn은 강을 고용강화시키는데 효과적인 원소로서 1.2% 이상 첨가되어야 소입성 증가효과와 더불어 고강도를 발휘할 수 있다. 그러나, 2.0%를 초과하여 첨가하면 제강 공정에서 슬라브 주조시 두께 중심부에서 편석부가 크게 발달하며 최종 제품의 용접성을 해치기 때문에 바람직하지 않다.Mn is an effective element to solidify the steel to be added more than 1.2% can exhibit high strength with an increase in the hardenability. However, the addition of more than 2.0% is not preferable because segregation at the center of the thickness during the slab casting in the steelmaking process greatly develops and damages the weldability of the final product.

Al은 제강시 Si과 함께 탈산제로 첨가되며, 고용강화 효과도 있다. 하지만 0.05%를 초과하여 첨가되면 충격 인성이 저해될 수 있고, 0.01% 미만의 첨가시에는 탈산 효과가 불충분하여 인성이 저하되므로, 0.01-0.05%로 첨가하는 것이 바람직하다.Al is added as a deoxidizer along with Si in steelmaking, and also has a solid solution effect. However, the addition of more than 0.05% may impair the impact toughness, and when the amount is less than 0.01%, the deoxidation effect is insufficient and the toughness is lowered. Therefore, it is preferable to add it at 0.01-0.05%.

P는 강 중에 존재하는 불순물 원소로서 주로 강판의 중심부에 편석되어 인성을 손상시키기 때문에 가능한 한 감소시키는 것이 바람직하므로 그 상한을 0.02%로 한다P is an impurity element existing in the steel, and segregates mainly in the center of the steel sheet and impairs toughness. Therefore, P is preferably reduced as much as possible, so the upper limit thereof is 0.02%.

S도 역시 강 중에 존재하는 불순물 원소로서 Mn 등과 결합하여 비금속 개재물을 형성하며 이에 따라 강의 인성 및 강도를 크게 손상시키기 때문에 가능한 한 감소시키는 것이 바람직하다. 특히 극저온에서 취성 파괴 정지 특성을 확보하기 위해서는 그 상한을 0.005%로 제한하는 것이 바람직하다.S is also an impurity element present in steel, and is preferably combined with Mn or the like to form a non-metallic inclusion, thereby greatly reducing the toughness and strength of the steel, and thus reducing it as much as possible. In particular, in order to secure brittle fracture stop characteristics at cryogenic temperatures, the upper limit is preferably limited to 0.005%.

Nb 및 V은 결정립을 미세화시키는데 아주 유용한 원소이며 동시에 고강도 조직인 침상 페라이트 또는 베이나이트의 형성을 촉진시켜 강의 강도를 크게 향상시키는 역할을 한다. 나아가 PWHT 이후 석출물로 강 내부에 존재하여 열처리 이후 발생할 수 있는 강도의 저하를 막을 수 있기 때문에 적어도 0.02% 이상을 첨가하는 것이 바람직하다. 하지만 0.07%을 초과하여 첨가하는 경우에는 용접성이 저하될 수 있으므로 Nb 및 V 함량은 0.02-0.07%로 제한한다.Nb and V are very useful elements for refining grains, and at the same time, promote the formation of acicular ferrite or bainite, which is a high-strength structure, and serves to greatly enhance the strength of the steel. Furthermore, it is preferable to add at least 0.02% or more since PWHT may be present inside the steel as a precipitate to prevent a decrease in strength that may occur after the heat treatment. However, the addition of more than 0.07% may reduce the weldability, so the Nb and V content is limited to 0.02-0.07%.

Ti은 강의 응고 과정에서 TiN 석출물을 형성하여 슬라브 가열 및 열간 압연 과정에서 오스테나이트 결정립을 억제하여 최종 조직 입도를 미세화시킴으로써 강의 인성을 향상시킨다. Ti 함량이 0.005% 미만에서는 TiN 석출물이 형성이 불충분하여 입도 성장을 억제하는 효과를 기대할 수 없으며, Ti 함량이 0.02%를 초과하는 경우에는 용질 Ti의 과다 존재로 슬라브 가열시 TiN이 조대하게 석출되어 입도 미세화에 도움이 되지 않을 수 있다. 따라서 Ti 함량은 0.005-0.02%로 제한한다. Ti forms a TiN precipitate during the solidification process of the steel to suppress the austenite grains during the slab heating and hot rolling process to improve the toughness of the steel by miniaturizing the final grain size. If the Ti content is less than 0.005%, TiN precipitates may not be formed sufficiently to inhibit particle size growth.If the Ti content exceeds 0.02%, TiN may be coarsened when the slab is heated due to the excessive presence of solute Ti. It may not help to refine the particle size. Therefore, the Ti content is limited to 0.005-0.02%.

N의 성분 한정 사유는 상기의 Ti 첨가에 기인한 것이다. 일반적으로 N은 강 중에 고용되었다가 석출되어 강의 강도를 증가시키는 역할을 하며 이러한 능력은 탄소보다도 훨씬 크다. 그러나, 한편으로 강 중에 질소가 다량으로 존재할수록 인성 저하가 크게 나타나는 것으로 알려져 있어 가능한 한 질소 함유량을 감소시키려는 것이 일반적인 추세이다. 그러나, 본 발명에서는 질소가 Ti과 반응하여 TiN를 형성함으로써 재가열 과정에서의 결정립 성장을 억제하는 역할을 하기 때문에 N을 지나치게 감소시키는 것은 바람직하지 않다. 따라서 N의 양은 0.002-0.01%로 제한한다. N의 양이 0.002% 미만이면 TiN 석출물의 함량이 적어 입도 성장 억제 효과가 크게 저하되고, N 함량이 0.01%를 초과하면 N이 TiN 형태로가 아니라 고용 N으로 존재하게 되어 인성이 크게 저하된다. The reason for component limitation of N is attributable to the above Ti addition. In general, N is dissolved in the steel and precipitates to increase the strength of the steel, which is much greater than carbon. On the other hand, however, it is known that the higher the amount of nitrogen in steel, the lower the toughness is, so it is a general trend to reduce the nitrogen content as much as possible. However, in the present invention, it is not preferable to reduce N excessively because nitrogen plays a role of inhibiting grain growth during reheating by forming TiN by reacting with Ti. Therefore, the amount of N is limited to 0.002-0.01%. If the amount of N is less than 0.002%, the content of TiN precipitates is small, so that the particle size growth inhibitory effect is greatly lowered. If the content of N is more than 0.01%, the N is not present in the form of TiN but in solid solution N, thereby greatly reducing the toughness.

Ni은 인성을 향상시키는 원소로 널리 사용되는 원소로, 본 발명에서도 취성파괴 정지 특성을 향상시키는 작용을 한다. Ni은 첨가량이 증대할수록 인성이 향상 되나, 고가이며 첨가량을 무한정 늘린다고 인성이 그와 비례적으로 증가하지는 않으므로 0.3% 이하로 제한한다. Ni is an element widely used as an element for improving toughness, and also serves to improve brittle fracture stopping property in the present invention. Ni increases toughness as the amount added increases, but it is expensive and increases the amount indefinitely, so the toughness does not increase in proportion to it.

Mo는 소재의 강도를 상승시키는데 매우 유효하며, 저온변태 조직인 침상형(acicular) 페라이트 생성을 도와주며, 나아가 강재의 고강도와 고인성을 동시에 얻을 수 있게 해주는 원소이다. 특히 M2C(M은 금속) 형태의 미세 석출물을 형성하여 고온에서 장시간 이루어지는 PWHT 후에도 강재의 강도를 유지시킨다. 따라서 Mo은 0.1%이상을 첨가하여야 바람직하나 고가의 원소이며 첨가량이 증대하면 용접성이 저하되므로 0.5%이하로 제한하는 것이 바람직하다.Mo is very effective to increase the strength of the material, and helps to form acicular ferrite, which is a low temperature transformation structure, and is an element that can simultaneously obtain the high strength and high toughness of the steel. In particular, M 2 C (M is a metal) forms a fine precipitate to maintain the strength of the steel even after PWHT for a long time at high temperature. Therefore, Mo is preferably added at least 0.1%, but is an expensive element, and if the amount is increased, the weldability is lowered, so it is preferable to limit it to 0.5% or less.

Ca은 MnS 개재물을 구상화시켜 개재물 주위에서의 균열 생성을 억제시켜주는 원소이다. Ca의 함량이 0.0005% 미만에서는 개재물 구상화 효과가 나타나지 않으며, 함량이 0.004%를 초과하는 경우에는 CaO계 개재물이 다량 형성되므로 충격인성이 저하될 수 있다. 따라서 Ca 함량은 0.0005-0.004%로 제한한다. Ca is an element that spheroidizes MnS inclusions to suppress the formation of cracks around the inclusions. If the content of Ca is less than 0.0005%, the inclusion spheroidization effect does not appear, and if the content is more than 0.004%, a large amount of CaO-based inclusions are formed, so the impact toughness may be lowered. Therefore, the Ca content is limited to 0.0005-0.004%.

이하 본 발명에 의한 강재의 제조 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing steel according to the present invention will be described in detail.

상술한 성분계를 가진 강을 슬라브 가열온도 1100 ~ 1300℃로 재가열한 후, 1000℃ 이상에서 pass당 평균 압하비 10% 이상으로 압연한 후 2℃/s 이상의 냉각 속도로 950℃까지 냉각한다. 이후 950~800℃ 범위에서 누적 압하량 70%이상으로 열간 압연한 다음 5℃/s 이상의 냉각속도로 400~550℃의 온도 범위까지 수냉한 다음 상온까지 공냉한다.After reheating the steel having the above-described component system at the slab heating temperature of 1100 to 1300 ° C., the steel is rolled at an average rolling reduction of 10% or more per pass at 1000 ° C. or more, and then cooled to 950 ° C. at a cooling rate of 2 ° C./s or more. Thereafter, hot rolling is carried out to a cumulative reduction of 70% or more in the range of 950 to 800 ° C., followed by water cooling to a temperature range of 400 to 550 ° C. at a cooling rate of 5 ° C./s or more, and air cooling to room temperature.

슬라브의 재가열 온도는 본 발명에서 중요한 의미를 갖는다. 본 발명에서는 입도가 10nm~1㎛의 미세한 탄질화 석출물과 Mo 및 고용 Nb의 효과로 형성된 10nm~1㎛ 정도인 입도를 가진 미세한 침상 페라이트를 형성하여 고강도와 고인성을 얻는다. 따라서, 열간 압연 이전에 슬라브를 1100℃ 이상으로 가열하여 NbC를 용해시켜 Nb가 원자 상태로 존재하도록 해야 한다. 만일 가열 온도가 1300℃를 초과할 경우에는 재가열시 조대한 TiN 석출이 일어나고, 1100℃ 미만일 경우에는 NbC의 용해가 일어나지 않기 때문에 슬라브 가열온도는 1100-1300℃ 범위로 하는 것이 바람직하다. The reheating temperature of the slab has an important meaning in the present invention. In the present invention, a fine carbonitride precipitate having a particle size of 10 nm to 1 μm and fine needle-like ferrite having a particle size of about 10 nm to 1 μm formed by the effect of Mo and solid solution Nb are formed to obtain high strength and high toughness. Therefore, the slab must be heated to 1100 ° C. or higher prior to hot rolling to dissolve NbC so that Nb is present in the atomic state. If the heating temperature exceeds 1300 ℃ coarse TiN precipitation occurs when reheating, if less than 1100 ℃ slab heating temperature is preferably in the range of 1100-1300 ℃ because NbC dissolution does not occur.

상기 온도 범위로 가열된 슬라브는 1000℃ 이상에서 pass당 평균 압하비 10% 이상으로 압연한 후 2℃/s 이상, 바람직하게는 2~20℃/s의 냉각속도로 950℃까지 냉각한다. 본 발명에서는 첨가되는 Nb의 함량이 0.02-0.07% 이므로, 압연 온도가 1000℃를 초과하면 압연시 오스테나이트가 완전 재결정되고, 950℃ 이하에서 압연시 오스테나이트가 완전 미재결정 된다. 오스테나이트의 부분 재결정역 구간인 950-1000℃ 구간에서 압연시는 조대한 오스테나이트와 미세한 오스테나이트의 혼립 조직이 얻어져 최종 조직에서 부분적으로 조대한 결정립이 얻어져 인성이 크게 저 하된다. 따라서 1000℃ 이상에서 pass당 평균압하비 10% 이상으로 압연하여 오스테나이트 결정립을 완전 재결정시키는 것이 바람직하다. 나아가 재결정 압연 후 완전 미재결정 시작 온도인 950℃를 초과하는 온도까지만 슬라브를 공냉시면, 오스테나이트의 급격한 입도 성장으로 최종 입도의 조대화에 의한 취성 파괴 정지 특성이 열화된다. 따라서 재결정입도 성장의 억제를 위해 재결정압연직후 2℃/s 이상, 바람직하게는 2~20℃/s의 냉각속도로 압연 슬라브를 950℃ 이하까지 냉각한다. 냉각 속도가 2℃/s 미만에서는 속도가 너무 느려서 조직 미세화에 문제가 있으며, 20℃/s를 초과하는 속도는 경제성이 저하된다.The slab heated to the above temperature range is rolled to an average reduction ratio of 10% or more per pass at 1000 ° C. or more, and then cooled to 950 ° C. at a cooling rate of 2 ° C./s or more, preferably 2 to 20 ° C./s. In the present invention, since the content of Nb added is 0.02-0.07%, when the rolling temperature exceeds 1000 ° C, austenite is completely recrystallized during rolling, and austenite is completely uncrystallized when rolling at 950 ° C or lower. In rolling at 950-1000 ° C, which is the partial recrystallization zone of austenite, coarse austenitic and fine austenite mixed structures are obtained, resulting in partial coarse grains in the final structure, which greatly reduces toughness. Therefore, it is preferable to completely recrystallize the austenite grains by rolling at an average pressure drop ratio of 10% or more per pass at 1000 ° C or higher. Furthermore, if the slab is air cooled only to a temperature exceeding 950 ° C. which is a complete unrecrystallization start temperature after recrystallization rolling, the brittle fracture stop characteristics due to the coarsening of the final particle size deteriorate due to rapid grain growth of austenite. Therefore, the rolled slab is cooled to 950 ° C. or less at a cooling rate of 2 ° C./s or more, preferably 2 to 20 ° C./s, immediately after recrystallization in order to suppress recrystallization grain growth. If the cooling rate is less than 2 ° C / s, the speed is too slow, there is a problem in the tissue refinement, the speed exceeding 20 ° C / s is economical.

950℃ 이하로 냉각된 슬라브에 대해서는 미재결정 영역인 950~800℃ 범위에서 누적 압하량 70%이상으로 열간 압연하는데, 이 미재결정역 압연 공정은 길게 연신된 오스테나이트의 입계 및 입내변형조직을 유기시켜 미세한 페라이트를 얻게 함으로써 강도와 취성 파괴 정지 특성을 크게 향상시킨다. 이 경우, 누적 압하량은 클수록 인성 향상에 유효하며, 반면에 누적 압하량이 70% 미만에서는 취성파괴 정지 저항성이 현저히 저하된다. 따라서, 누적 압하량은 70% 이상으로 한다. 열간 압연 마무리 온도는 낮을수록 오스테나이트 변형도가 증가하여 인성 향상에 유효하나, 800℃ 미만에서는 압연 중에 인성이 열악한 조대 등축 페라이트가 형성되므로, 미재결정역 압연의 하한온도는 800℃로 한다.For slabs cooled to 950 ° C or lower, hot rolling is performed in the unrecrystallized region, 950-800 ° C, with a cumulative reduction of more than 70%. This recrystallization reverse rolling process produces a long stretch of austenite grain boundaries and grain boundaries. In order to obtain fine ferrite, the strength and brittle fracture stopping properties are greatly improved. In this case, the larger the cumulative rolling reduction, the more effective the toughness improvement. On the other hand, if the cumulative rolling reduction is less than 70%, the brittle fracture resistance is significantly lowered. Therefore, the cumulative reduction amount is 70% or more. The lower the hot rolling finish temperature is, the more austenite strain increases and is effective for improving toughness. However, at less than 800 ° C, coarse coaxial ferrite having poor toughness is formed during rolling, so the lower limit temperature of unrecrystallized rolling is 800 ° C.

열간 압연을 마무리한 후 400~550℃까지 수냉하고 일시 정지하는데, 이때 냉 각속도가 5℃/s미만이면 생성되는 페라이트의 입도가 조대해지고, 제2상(베이나이트, 펄라이트 또는 이들의 혼합 조직)의 강도가 낮아서 강의 강도 확보가 곤란하며, 30℃/s를 초과할 정도로 너무 빠르면 경제성이 저하되므로, 냉각속도는 5℃/s, 바람직하게는 5~30℃/s으로 한다. 또한, 상기 냉각 정지 온도가 550℃ 보다 높으면 수냉 후 공냉 과정에서 입도 성장이 일어나 강도와 인성의 저하되며, 냉각 정지온도가 400℃ 미만에서는 도상 마르텐사이트 (Martensite-Austenite Constituent) 조직이 생성되어 충격 인성이 급격히 저하된다. 따라서 수냉 정지 온도는 400-550℃의 온도 범위로 한정하는 것이 바람직하며, 이후 상온까지 공냉시킨다.After finishing hot rolling, it is cooled to 400 to 550 ° C and paused. At this time, if the cooling rate is less than 5 ° C / s, the grain size of the ferrite is coarse, and the second phase (bainite, pearlite or mixed structure thereof) When the strength of the steel is low, it is difficult to secure the strength of the steel. If it is too fast to exceed 30 ° C / s, the economical efficiency is lowered. Therefore, the cooling rate is 5 ° C / s, preferably 5 to 30 ° C / s. In addition, when the cooling stop temperature is higher than 550 ℃, the particle size growth occurs in the air-cooling process after water cooling to decrease the strength and toughness, and when the cooling stop temperature is less than 400 ℃, the martensite-Austenite Constituent structure is generated to impact toughness This is sharply lowered. Therefore, the water cooling stop temperature is preferably limited to the temperature range of 400-550 ℃, and then air-cooled to room temperature.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

강종Steel grade CC SiSi MnMn PP SS NbNb VV NiNi MoMo TiTi CrCr 비고Remarks AA 0.060.06 0.20.2 1.81.8 0.0120.012 0.0030.003 0.040.04 0.040.04 0.250.25 0.250.25 0.0120.012 0.30.3 발명재Invention BB 0.060.06 0.30.3 1.91.9 0.0110.011 0.0030.003 0.040.04 -- 0.220.22 0.310.31 0.0180.018 0.030.03 비교재Comparative material

표1과 같은 화학성분을 갖는 발명재 및 비교재를 용해하여 슬라브로 제조한 후, 열간 압연하여 22mm 두께의 판재로 제조하였다.Inventive materials and comparative materials having the chemical components as shown in Table 1 were dissolved into slabs, and hot rolled to prepare plates of 22 mm thickness.

시편 No Psalm No 강종Steel grade 슬라브 가열 온도 (℃)Slab heating temperature (℃) 조압연 종료 온도 (℃)Rough rolling end temperature (℃) 조압연- 사상압연 구간냉각Rough rolling-filament rolling section cooling 사상압연 시작온도 (℃)Finish rolling start temperature (℃) 압연 종료 온도 (℃)Rolling end temperature (℃) 미재결정역 누적압하율 (%)Undetermined cumulative reduction rate (%) 냉각 종료 온도 (℃)Cooling end temperature (℃) 냉각 속도 (℃/s)Cooling rate (℃ / s) 발명재Invention AA 11201120 10001000 2℃/s 냉각2 ℃ / s cooling 930930 800800 7575 450450 1212 비교재Comparative material BB 11801180 11001100 공냉Air cooling 800800 670670 7575 450450 88

이때, 표2와 같은 조건으로 발명재 및 비교재를 각각 비교 압연 및 발명 압연하여 제조하고, 용접부의 인장, 충격 및 638℃에서 각각 4시간 및 15시간 열처리(PWHT)후 인장 및 충격시험을 하였다.At this time, the invention material and the comparative material were prepared by comparative rolling and invention rolling, respectively, under the conditions as shown in Table 2, and the tensile and impact tests were performed after heat treatment (PWHT) for 4 hours and 15 hours at 638 ° C., respectively. .

시편 NoPsalm No 강종Steel grade YS(MPa)YS (MPa) TS(MPa)TS (MPa) 용접부Weld 4hr열처리4hr heat treatment 15hr열처리15hr heat treatment 용접부Weld 4hr열처리4hr heat treatment 15hr열처리15hr heat treatment 발명재Invention AA 582582 605605 630630 720720 706706 690690 비교재Comparative material BB 578578 648648 610610 736736 682682 672672 시편 No Psalm No 강종 Steel grade 충격 인성(J, -20℃)Impact Toughness (J, -20 ℃) 기지금속Base metal 용접부Weld 용접부Weld 4hr열처리4hr heat treatment 15hr열처리15hr heat treatment 용접부Weld 4hr열처리4hr heat treatment 15hr열처리15hr heat treatment 발명재Invention AA 407407 338338 440440 125125 205205 170170 비교재Comparative material BB 265265 257257 266266 8888 9999 9595

표 3은 발명재 및 비교재에 대해 용접부 및 기지금속의 인장 및 충격 시험을 한 결과를 나타낸 것이다. 상기 표3에 나타난 바와 같이 본 발명의 성분 범위를 만족하는 발명재를 본 발명의 제조 조건인 1000℃ 이상에서 재결정압연 후 2℃/s 이상의 냉각속도로 950℃까지 냉각한 후 950~800℃ 범위에서 누적 압하량 70%이상으로 열간 압연하여 수냉하였다. 이 경우 발명재는 용접부의 항복강도 582MPa, 인장강도 720MPa, -20℃ 충격 인성 125J로 API-X80급의 강재에서 요구되는 강도와 인성을 PWHT 이후에도 충분히 만족시킴을 잘 알 수 있다. Table 3 shows the results of the tensile and impact tests of the weld and the base metal for the invention and the comparative material. As shown in Table 3, after the invention material satisfying the component range of the present invention is recrystallized at 1000 ° C. or more, which is the manufacturing condition of the present invention, the product is cooled to 950 ° C. at a cooling rate of 2 ° C./s or more and then in the range of 950-800 ° C. It was hot-rolled to 70% or more of the cumulative reduction in water and cooled by water. In this case, it can be seen that the invention material satisfies the strength and toughness required in the API-X80 grade steel after PWHT with yield strength of 582MPa, tensile strength 720MPa, and impact toughness of 125J at -20 ° C.

이에 반하여 발명강의 성분 범위에는 속하나 재결정압연 후 통상의 제조방법과 같이 공냉시킨 후, 미재결정역 압연 및 Ar3온도 이하의 압연-가속 냉각하는 방법에 의해 제조된 비교재는 API-X80급에서 요구되는 강도와 충격 인성은 보유하고 있으나, 638℃에서 4시간 및 15시간의 열처리 후에는 -20℃의 극저온에서 용접부 인성이 100J 이하로 감소하는 등 다소 미흡한 것으로 나타났다.On the contrary, the comparative material manufactured by the method of belonging to the component steel of the invention steel but after recrystallization rolling and air-cooling as in the usual manufacturing method, followed by unrecrystallized reverse rolling and rolling-accelerated cooling below Ar 3 temperature is required in API-X80 class. The strength and impact toughness are retained, but after 4 hours and 15 hours of heat treatment at 638 ° C, the weld toughness decreases below 100J at -20 ° C.

발명재가 비교재에 비하여 취성 파괴 정지 특성이 우수한 원인을 규명하기 위하여 발명재와 비교재에 대해 광학현미경으로 조직관찰을 행하여 도1 및 도2에 나타내었다. 도2에서 보듯이 비교재는 평균 입도가 10μm 정도이나 불균일하여 20μm 이상의 조대한 polygonal ferrite도 관찰되는 반면, 발명재에서는 평균입도가 8μm 수준이며 매우 균일한 accicular ferrite만이 분포하였다. 이로부터 발명재가 열처리후에도 용접부에서 강도 및 인성이 우수한 것은 재결정 압연후 수냉하여 재결정 오스테나이트가 불균일하게 성장하는 것을 방지한 후 곧바로 미재결정역 압연을 행하여 최종으로 입도가 미세하고 균일한 Accicular ferrite를 만들었기 때문임을 알 수 있다.In order to identify the cause of the brittle fracture stopping property of the invention as compared to the comparative material, the invention and the comparative material were observed by optical microscopy and shown in FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 2, the comparative material has an average particle size of about 10 μm and is uneven, so that coarse polygonal ferrites of 20 μm or more are also observed. From this, the invention material was excellent in strength and toughness in the welded part even after heat treatment to prevent the recrystallized austenite from growing unevenly after recrystallization rolling. It can be seen that.

본 발명에 의하면, 강의 성분계 조건 및 압연-가속냉각 조건의 조절에 의하여 최종적인 강재의 입도를 미세하고 균일하게 분포시킴으로써 높은 항복강도와 인성을 갖는 기지 금속을 얻을 수 있었다. 또한 V를 첨가하고 열처리 과정에서 석출시켜 638℃, 15시간의 고온, 장시간의 열처리 후에도 용접부의 강도 및 인성을 유지할 수 있었다. 나아가 재결정역 압연에서 재결정을 극대화함으로써 우수한 물성 을 유지하면서도 4000mm 폭 이상의 광폭재를 제조할 수 있어 배폭재의 생산이 가능하게 되었다. 그리고 고강도 강재의 생산성이 크게 향상됨으로써 강재 제조에 드는 비용 및 시간을 절약할 수 있다.According to the present invention, it is possible to obtain a known metal having high yield strength and toughness by finely and uniformly distributing the final grain size by controlling the compositional conditions of the steel and the rolling-accelerated cooling conditions. In addition, V was added and precipitated during the heat treatment to maintain the strength and toughness of the welded portion after 638 ° C., a high temperature of 15 hours and a long heat treatment. Furthermore, by maximizing the recrystallization in recrystallization rolling, it is possible to manufacture a wider material of more than 4000mm width while maintaining excellent physical properties. In addition, the productivity of high-strength steels is greatly improved, thereby reducing the cost and time required for steel production.

Claims (4)

중량%로 C;0.04-0.10%, Si;0.05-0.50%, Mn;1.2-2.0%, Al;0.01~0.05%, P;0.02%이하, S;0.005%이하, Ti;0.005-0.02%, N;0.002-0.01%, Nb;0.02-0.07%, V;0.02-0.07%, Ni; 0.3% 이하, Mo; 0.1-0.5%, Ca;0.0005~0.004%, 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순 원소들로 구성되며,% By weight of C; 0.04-0.10%, Si; 0.05-0.50%, Mn; 1.2-2.0%, Al; 0.01 to 0.05%, P; 0.02% or less, S; 0.005% or less, Ti; 0.005-0.02%, N; 0.002-0.01%, Nb; 0.02-0.07%, V; 0.02-0.07%, Ni; 0.3% or less, Mo; 0.1-0.5%, Ca; 0.0005-0.004%, consisting of the remaining Fe and other unavoidable impurities 그 미세조직은 평균 입도가 10nm~1㎛인 탄질화 석출물과 Mo 및 고용 Nb의 효과로 형성된 10nm~1㎛의 평균 입도를 가지는 침상페라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이저 파이프용 강재.The microstructure includes a carbonitride precipitate having an average particle size of 10 nm to 1 μm and acicular ferrite having an average particle size of 10 nm to 1 μm formed by the effect of Mo and solid solution Nb. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 라이저 파이프용 강재의 미세 조직은 제2상으로 베이나이트 조직, 펄라이트 조직 또는 베이나이트 및 펄라이트의 혼합 조직인 것을 특징으로 하는 라이저 파이프용 강재.The steel material for riser pipe according to claim 1, wherein the microstructure of the steel material for riser pipe is bainite structure, pearlite structure or mixed structure of bainite and pearlite as a second phase. 제1항의 성분을 갖는 강슬라브를 1100~1300℃로 재가열하는 단계;Reheating the steel slab having the component of claim 1 to 1100 ~ 1300 ℃; 재가열된 상기 강슬라브를 1000℃ 이상에서 pass당 평균압하비 10% 이상으로 압연하는 단계;Rolling the reheated steel slab with an average pressure reduction ratio of 10% or more per pass at 1000 ° C. or more; 압연된 상기 강슬라브를 2℃/s 이상의 냉각속도로 950℃ 이하로 냉각하는 단계;Cooling the rolled steel slab to 950 ° C. or less at a cooling rate of 2 ° C./s or more; 냉각된 상기 강슬라브를 950~800℃ 범위에서 누적 압하량 70%이상으로 열간 압연하는 단계; 및Hot rolling the cooled steel slab with a cumulative reduction of 70% or more in the range of 950-800 ° C .; And 열간 압연된 상기 강슬라브를 5℃/s 이상의 냉각속도로 400~550℃의 온도 범위까지 수냉한 다음, 상온까지 공냉하는 단계;Cooling the hot-rolled steel slab to a temperature range of 400 to 550 ° C. at a cooling rate of 5 ° C./s or more, and then air-cooling to room temperature; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 PWHT 보증용 라이저 파이프용 강재의 제조 방법.Method of producing a steel for PWHT guarantee riser pipe comprising a.
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