KR101105113B1

KR101105113B1 - 저온인성 및 내식성이 우수한 저항복비 라인파이프용열연강판의 제조방법

Info

Publication number: KR101105113B1
Application number: KR1020040112664A
Authority: KR
Inventors: 배진호; 양승우; 강기봉; 김기수
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2012-01-16
Also published as: KR20060074050A

Abstract

본 발명은 건축, 파이프라인 및 해양구조물 등의 용도로 사용되는 항복강도 500~560MPa의 라인파이프 강의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 V, Nb, Ti을 복합첨가하고 열연공정을 적절히 제어함으로써 석출물 형성에 의한 미세조직의 관리와 기지조직의 분포 및 크기의 관리에 의해 저온인성 및 내식성이 우수한 저항복비 라인파이프용 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.

상기 본 발명의 제조방법은 중량 %로, C;0.03-0.08%, Si;0.01-0.50%, Mn;1.0-1.8%, P;0.01이하, S;0.001%이하, Ti;0.01-0.10%, N;0.01%이하(0%는 제외), Nb;0.02-0.07%, Ni;0.1-0.5%, V;0.02-0.07%, Cu:0.1~0.3%, Ca:0.0015%이상 및 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순원소들로 구성된 강슬라브를 1200-1300℃의 온도에서 재가열하고 810-860℃의 마무리 압연온도로 열간압연하며, 19℃/s이상의 냉각속도로 수냉각후 360~530℃에서 권취하는 것을 특징으로 한다.

라인파이프, 내식성, 저온인성, 저항복비, 석출물

Description

저온인성 및 내식성이 우수한 저항복비 라인파이프용 열연강판의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF HOT ROLLED STEEL PLATE FOR LINEPIPE HAVING EXCELLENT LOW TEMPERATURE TOUGHNESS AND CORROSION RESISTANCE}

우수한 고강도 열연강판을 제조하기 위해서 전 세계에 걸쳐 많은 시도가 이루어 지고 있으며, 이중 저온인성 및 내식성이 우수한 고장력 라인 파이프용 열연강판 제조에 관한 것으로 한국 특허 특2003-0039593이 있다.

상기 특허에 제안된 기술의 요지는 C : 0.04-0.07%, Si : 0.15~0.25, Mn : 1.4-1.7%, S : 0.003%이하, Cu : 0.1~0.3%, Ni : 0.1~0.3, Ca : 0.001~0.005%, V : 0.04~0.06%, Mo : 0.1~0.3%를 함유하는 강을 1150~1180℃로 재가열하고, 사상압연 마무리 온도를 790~830℃로하며, 권취온도는 540~620℃로 하여 제조하는 특징을 갖고 있다.

그런데, 상기와 같은 발명의 재가열 온도는 1150~1180℃ 범위로서 저온 가열 패턴인데, 이러한 저온 가열시에는 Nb의 고용효과를 충분히 얻기가 어려우며 슬라브 균질화도 충분하지 못하다. 또한, 권취온도가 540℃ 이상인 경우에는 항복비가 낮아지나 조대한 펄라이트가 형성되어 내식성 및 저온인성이 나빠지게 되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서 항복강도 500~560MPa 라인파이프 강을 제조하기 위하여, V, Nb, Ti을 복합첨가하고 열연공정을 적절히 제어함으로써 석출물 형성에 의한 미세조직의 관리와 기지조직의 분포 및 크기의 관리에 의해 저온인성 및 내식성이 우수한 저항복비 라인파이프용 열연강판의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 중량 %로, C;0.03-0.08%, Si;0.01-0.50%, Mn;1.0-1.8%, P;0.01이하, S;0.001%이하, Ti;0.01-0.10%, N;0.01%이하(0%는 제외), Nb;0.02-0.07%, Ni;0.1-0.5%, V;0.02-0.07%, Cu:0.1~0.3%, Ca:0.0015%이상 및 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순원소들로 구성된 강슬라브를 1200-1300℃의 온도로 재가열하는 단계; 810-860℃의 마무리 압연온도로 열간압연하여 강판을 제조하는 단계; 압연된 강판을 19℃/s로 수냉각하는 단계; 및 360~530℃에서 권취하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 강의 조성과 제조방법으로 나누어 상세히 설명한다.

(강의 조성)

C는 강을 강화시키는데 가장 경제적이며 효과적인 원소이나 다량 첨가에 따라 용접성, 성형성 및 인성이 저하되는 원소로, 본 발명에서는 이를 고려하여 0.03 ~ 0.08중량%로 한정한다. 첨가량이 0.03중량% 미만이 되면 동일한 강도를 발휘시키기 위하여 다른 합금원소를 상대적으로 다량 첨가하여야 하기 때문에 경제적이지 못하며 0.08중량% 이상을 첨가하면 용접성, 인성 및 내식성이 저하하기 때문에 바람직하지 않다.

Si는 용강을 탈산시키기 위해서도 필요하고 고용강화원소로도 효과를 나타내므로 0.01-0.50중량% 범위의 첨가가 필요하다. 첨가량이 0.01 중량% 미만일 경우에는 용강의 탈산역할을 충분히 하지 않기 때문에 청정한 강을 얻기 어려우며, 0.5중량%를 초과하여 첨가하면 열간압연시 Si에 의한 붉은형 스케일이 형성되어 강판표면 형상이 매우 나쁘게 되며 연성도 저하되기 때문에 바람직하지 않다.

Mn은 강을 고용강화시키는데 효과적인 원소로서 1.0중량%이상 첨가되어야 소입성 증가효과와 더불어 고강도를 발휘할 수 있다. 그러나, 1.8중량%를 초과하여 첨가하면 제강공정에서 슬라브를 주조할 때 두께 중심부에서 편석부가 크게 발달되고 그 결과 최종제품의 내식성을 해치기 때문에 바람직하지 않다.

P는 강 중에 존재하는 불순물 원소로서 Mn 등과 결합하여 비금속개재물을 형성하며 이에 따라 강의 인성 및 강도를 크게 손상시키기 때문에 가능한 한 감소시키는 것이 바람직하므로 그 상한을 0.01중량%로 한다

S도 역시 강 중에 존재하는 불순물 원소로서 Mn 등과 결합하여 비금속개재물을 형성하며 이에 따라 강의 인성 및 강도를 크게 손상시키기 때문에 가능한 한 감소시키는 것이 바람직하므로 그 상한을 0.001중량%로 정한다.

Nb과 V은 결정립을 미세화시키는데 아주 유용한 원소이며 동시에 강의 강도도 크게 향상시키는 역학을 하기 때문에 적어도 0.02중량% 이상을 첨가하여야 하나, 0.07중량%를 첨가하는 경우에는 과도한 탄질화물의 석출에 기인되어 오스테나이트 미재결정온도를 지나치게 높이기 때문에 재질이방성이 증가하게 되므로 0.02-0.07중량%로 제한한다.

Ti은 결정립을 미세화시키는데 아주 유용한 원소로써 강 중에 TiN으로 존재 하여 열간압연을 위한 가열 과정에서 결정립의 성장을 억제하는 효과가 있으며 또한 질소와 반응하고 남은 Ti이 강 중에 고용되어 탄소와 결합하여 TiC의 석출물이 형성되고 TiC의 형성은 매우 미세하여 강의 강도를 대폭적으로 향상시킨다. 따라서, TiN 석출에 의한 오스테나이트 결정립 성장 억제 효과 및 TiC 형성에 의한 강도 증가를 얻기 위해서는 적어도 0.01중량%이상의 Ti이 첨가되어야 하며 0.10중량%이상이 첨가되면 강판을 용접하여 강관으로 제조시 용융점까지 급열됨에 의해서 TiN이 재고용됨에 따라 용접 열영향부의 인성이 열화되기 때문에 Ti 첨가의 상한은 0.10중량%로 한다.

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 존재하면 할 수록 인성은 크게 저하하는 것으로 알려져 있어 가능한 한 질소 함유량을 감소시키려는 것이 일반적인 추세이다. 그러나, 본 발명에서는 적정량의 질소를 존재케하여 Ti과 반응시켜 TiN를 형성, 재가열 과정에서의 결정립 성장을 억제시키는 역할을 부여하였다. 그러나, Ti의 일부는 N와 반응하지 않고 남아 이후의 공정에서 탄소와 반응하기 때문에 Ti의 잔류량을 고려하여 N 함량의 상한을 0.01중량%이하로 한다.

Ni은 오스테나이트 안정화 원소로서 펄라이트 형성을 억제하며, 저온변태 조직인 침상형(acicular) 페라이트 형성을 용이하게 하는 원소로 0.1중량%이상 첨가 하며 고가의 원소이므로 0.5중량%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Ca은 직접적으로 강의 재질에 미치는 영향은 없으며, 15ppm을 확보함으로써, 황화물이 구상화되는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, Ca의 하한을 15ppm으로 한정한다.

Cu는 고용강화 원소로 작용하여 강도상승에 기여한다. 그러나 더욱 중용한 첨가 이유는 강의 내식성을 향상시키는 것으로서 부식속도를 저항시켜 개재물 주변에서 발생되는 내HIC 특성을 개선시키기 때문이다. 그러나 과량 첨가되면 강판표면에 산화피막이 남게되는 문제점이 발생되므로, 그 함량은 0.1~0.3중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

(제조방법)

상기와 같은 사유로 한정된 성분계의 강을 열간압연함에 있어서 슬라브 가열온도를 1200-1300℃로 하고 열간압연 마무리 온도(FDT;finish delivery temperature)를 810-860℃ 범위로 하여, 19℃/s 이상으로 수냉각후 360~530℃에서 권취한다.

슬라브를 재가열하는 온도는 본 발명에서 중요하다. 만약, 재가열온도를 1200℃와 같이 석출물이 충분히 재고용되는 온도 이하로 설정하면 열간압연 이후의 공정에서 NbC 등의 석출물이 감소하게된다. 따라서, 재가열 온도를 1200℃이상으로 유지하므로써 석출물의 재고용을 조장하고 적당한 크기의 오스테나이트 결정립도를 유지하므로써 소재의 강도수준도 향상시키면서 코일의 길이 방향으로 균일한 미세조직을 얻을 수 있다. 이때, 재가열대 온도가 너무 높으면 오스테나이트 결정립의 이상입성장에 의하여 강도가 저하되므로 재가열대 온도 상한은 1300℃로 하는 것이 좋다.

본 발명에서는 V, Nb, Ti이 복합첨가 되어 있으며, 이와 같은 석출원소의 석출강화에 의한 강도 증대 효과를 위해서 열간압연 마무리온도를 810-860℃의 범위로 정하였다. 열간압연 마무리 온도가 810℃보다 낮으면, 열간압연 도중에 오스테나이트에 강한 변형집합조직이 형성되어 상변태에 의해 생성된 페라이트 및 침상형(acicular) 페라이트에도 강한 변태집합조직이 형성되게 된다. 한편, 열간압연 마무리 온도를 860℃보다 높게 설정하면 마무리 압연개시온도가 높게 되어 변태에 의해 생성되는 페라이트의 결정립이 미세하지 않게 되며, 그 결과 원하는 강도 수준을 나타내지 못하기 때문에 경제적이지 못하다.

열간압연을 마무리한 후, 런-아웃 테이블 상에서 수냉각을 실시함으로써 오스테나이트 결정립 성장을 억제하고 동시에 페라이트 조대화를 방지하므로써 인성저하를 억제한다. 이때, 19℃/s이상의 냉각속도로 수냉각후 360~530℃에서 권취한다. 수냉속도가 19℃/s보다 작으면 조대한 페라이트와 펄라이트가 형성되기 쉽다. 권취온도가 530℃보다 높으면 또한 조대한 페라이트와 펄라이트가 형성되고 석출물이 증가하여 인성이 나빠지며, 항복비가 증가하게 되며, 360℃보다 낮으면 마르텐사이트 변태가 일어나 강도가 증가하여 항복비는 낮아지나 소재의 인성 및 내식성이 저하하기 때문이다.

이하, 본 발명을 실시 예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

하기 표 1의 조성을 가지는 발명강을 용해하여 슬라브로 제조한 후, 하기 표 2의 조건으로 열간압연하여 판재로 제조하였다. 단, 하기 표 1에 기재된 조성의 단위는 중량%이다.

C	Si	Mn	P	S	Nb	Ni	V	Ti	N	Ca	Cu
0.038	0.23	1.27	0.008	0.0007	0.050	0.20	0.047	0.015	0.0057	0.0021	0.14

구분	가열온도 (℃)	압연온도 (℃)	권취온도 (℃)	냉각속도 (℃/s)	두께 (mm)
비교예1	1177	812	489	19	12.3
비교예2	1226	815	593	19	12
비교예3	1192	821	612	18	14.3
비교예4	1092	792	614	19	12
비교예5	1193	847	593	19	12
비교예6	1094	836	570	18	14
발명예1	1257	810	525	19	12.7
발명예2	1238	825	513	19	12.7
비교예7	1257	845	568	15	9.5
비교예8	1252	812	577	16	9.5
비교예9	1240	800	493	19	9.5
발명예3	1246	815	436	21	9.5
발명예4	1248	858	365	21	9.5

상기 표2에서 발명예로 표시된 것은 모두 본 발명의 제조조건을 만족시키는 방법으로 강판을 제조한 것을 의미하고, 비교예는 본 발명의 제조조건에서 벗어난 것을 의미한다.

상기 비교예 중 비교예1은 가열온도가 본 발명의 조건을 벗어나는 패턴이고, 비교예2는 권취온도가 본 발명에서 규정한 상한을 벗어난 경우이며, 비교예3 및 비교예 6은 가열온도, 권취온도 및 냉각속도가 모두 본 발명의 조건을 벗어난 경우를 나타내며, 비교예4는 가열온도, 마무리 압연온도 및 권취온도가 본 발명의 조건을 벗어나는 것이며, 비교예 5는 가열온도와 권취온도가 조건과 상이한 경우를 나타낸다. 또한, 비교예 7 및 비교예 8은 권취온도가 본 발명에서 규정한 조건의 상한 이상으로 되고 냉각속도가 느린 경우이고 비교예 9는 마무리 압연시 압연온도가 낮은 경우를 나타낸다.

상기 각 경우별로 제조된 강판에 대하여 물성을 측정한 결과 하기 표 3과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

구분	항복강도 (MPa)	인장강도 (MPa)	항복비 (%)	-20℃ 충격 (Joule)	DWTT (-20℃)	CLR (%)
비교예1	537	579	93	345	100%	1
비교예2	543	585	93	424	100%	3.5
비교예3	543	593	92	433	100%	10
비교예4	556	578	96	444	100%	12
비교예5	543	585	93	424	100%	3.5
비교예6	552	617	89	431	100%	11
발명예1	525	594	88	461	100%	0
발명예2	523	595	88	459	100%	0
비교예7	525	567	93	395	97%	0
비교예8	542	576	92	393	98%	0
비교예9	558	599	93	319	100%	0
발명예3	536	601	89	327	100%	0
발명예4	554	620	89	342	100%	0

상기 표 3의 결과로부터 알 수 있듯이 본 발명의 조건에 의하여 제조된 발명예1 내지 발명예4의 경우는 모두 항복비가 89%이하로 낮은 항복비를 나타내었고, -20℃ 충격에너지가 320 Joule 이상, 그리고 -20℃에서의 연성파면율(DWTT)이 100%로서 저온인성이 우수하였으며, 내식성의 지표인 CLR(Crack Length Ratio)이 0%로 우수한 내식성을 가지고 잇다는 것을 알 수 있다.

그러나, 비교예의 경우는 상기의 조건을 모두 만족할 수는 없었으며, 비교예1 내지 비교예6의 경우는 특히 CLR이 1~12%로서 부식환경에 노출될 경우 심각한 문제를 야기할 수 있었으며, 그 중 비교예1 내지 비교예5의 경우는 항복강도가 92%이상으로 높은 수준을 나타내었다. 또한 비교예6은 항복강도는 89%로 발명예와 유사한 수준을 나타내지만 CLR이 11%나 되어 사용불가함이 확인되었다.

또한 비교예 7과 비교예 8의 경우는 항복강도가 높고 -20℃ DWTT가 98% 이하 로서 저온에서 사용될 경우 취성파괴를 일으킬 수 있는 문제점을 가지고 있었다. 그리고 비교예 9의 경우는 항복강도가 높아 본 발명이 목적하는 강재로 사용할 수 없었다.

따라서, 본 발명이 제안하는 강조성과 열간압연 공정에 따라 강판을 제조하여야 제조되는 강판의 저온인성, 내식성 및 항복강도가 우수하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 강의 화학성분을 조절하고 슬라브 가열온도, 열간압연 및 권취조건을 제어하므로써, 페라이트 및 침상형(acicular) 페라이트 조직을 형성하여 우수한 저온인성과 내식성 및 낮은 항복비를 얻을 수 있었다. 또한 제조조건에 있어 비교적 정확한 열간압연 조건을 사용함으로써 압연 생산성을 향상시킬 수 있으며 본 발명에 의해 제조원가의 저하를 도모할 수 있는 등, 그 효과가 매우 크다.

Claims

중량 %로, C;0.03-0.08%, Si;0.01-0.50%, Mn;1.0-1.8%, P;0.01이하, S;0.001%이하, Ti;0.01-0.10%, N;0.01%이하(0%는 제외), Nb;0.02-0.07%, Ni;0.1-0.5%, V;0.02-0.07%, Cu:0.1~0.3%, Ca:0.0015%이상 및 나머지 Fe와 기타 불가피한 불순원소들로 구성된 강슬라브를 1200-1300℃의 온도로 재가열하는 단계;

810-860℃의 마무리 압연온도로 열간압연하여 강판을 제조하는 단계;

압연된 강판을 19℃/s이상의 냉각속도로 수냉각하는 단계; 및

360~530℃에서 권취하는 단계;

로 이루어진 것을 특징으로 하는 저온인성 및 내식성이 우수한 저항복비 라인파이프용 열연강판의 제조방법.