KR101131699B1

KR101131699B1 - 강도, 연성이 양호한 라인 파이프용 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101131699B1
Application number: KR1020107019195A
Authority: KR
Inventors: 하지메 이시까와; 류우지 우에모리; 요시유끼 와따나베; 노부히꼬 마마다
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2012-03-28
Also published as: BRPI0924925A2; JP4572002B1; US8641836B2; JPWO2011052095A1; CN102119236B; KR20110065418A; EP2397570A4; RU2478133C1; EP2397570B1; CA2756409A1; US20120031532A1; EP2397570A1; WO2011052095A1; CA2756409C; BRPI0924925B1; CN102119236A

Abstract

본 발명은 강도, 연성이 양호한 라인 파이프용 강판과 그 제조 방법을 제공하는 것이며, 이 강판은 질량％로,
C : 0.04 내지 0.15％,
Si : 0.05 내지 0.60％,
Mn : 0.80 내지 1.80％,
P : 0.020％ 이하,
S : 0.010％ 이하,
Nb : 0.01 내지 0.08％,
Al : 0.003 내지 0.08％
를 함유하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한 하기 [수학식 1]로 나타내는 Ceq의 값이 0.48 이하인 강 성분을 갖고, 페라이트와 펄라이트 혹은 페라이트와 일부 베이나이트를 포함하는 펄라이트의 혼합 조직이며, 페라이트 분율이 60 내지 95％를 갖는 조직으로 구성되고, 항복 강도가 450㎫ 이상, 또한 강 중에 함유하는 수소량이 0.1ppm 이하인 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]

Description

강도, 연성이 양호한 라인 파이프용 강판 및 그 제조 방법 {STEEL PLATE FOR LINE PIPE EXCELLENT IN STRENGTH AND DUCTILITY AND METHOD OF PRODUCTION OF SAME}

본 발명은 용접 구조용 강판으로서의 충분한 강도를 갖고, 또한 연성 특성이 우수한 동시에 저온 인성이 우수한 고인성, 고강도, 고연성의 라인 파이프용 강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 한냉지에서 저온 인성이 요구되는 강도, 연성이 양호한 라인 파이프용 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 라인 파이프용 강에 대해서는, 안전성의 향상이나 수송 가스의 고압화 등에 의한 조업 효율의 향상, 사용 강재의 삭감에 의한 비용의 저감을 위해, 고강도화가 요구되고 있다. 그리고, 상기 강재가 사용되는 지역은 한냉지 등의 자연 환경이 가혹한 지역으로 확대되고 있어, 엄격한 인성 특성이 필요하게 되어 있다. 또한, 지진 다발 등에 사용되는 구조물용 강 등에서는 종래의 요구 특성에 추가하여 소성 변형능이나 내연성 파괴 특성 등이 요구되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에서는, 연성 파괴를 억제하기 위해 고균일 연신화를 도모하는 것을 목적으로 한 강을 제시하고 있다. 켄칭, 2상 영역 열처리, 템퍼링 처리(QLT 처리)에 의해 페라이트 내에 적량의 경화상을 혼재시킨 혼합 조직으로서 고연성을 도모하고 있다. 또한, 특허문헌 2에서는, 강 성분과 켄칭 경화성(Di)의 최적화와 가속 냉각에 의해 고연성을 도모하고 있다.

일반적으로, 고강도강에서는 탄소당량이나 켄칭 지수를 상승시키는 것이 필요하게 되어 있다. 그러나, 단순히 탄소당량을 상승시킨 경우, 연성이나 인성의 저하를 초래하게 된다. 한편, 대경 라인 파이프용 강판에서는 UOE, JCOE 등 조관 후의 연성을 관리하기 위해 판 내에서의 강도나 연성 등의 편차의 저감이 요구되고 있다.

특허문헌 1 : 일본 공개 특허 제2003-253331호 공보 특허문헌 2 : 일본 공개 특허 제2001-288512호 공보

대경 라인 파이프용 강판에서는 UOE, JCOE 등 조관 후의 연성을 관리하기 위해 판 내에서의 강도나 연성 등의 편차의 저감이 요구되고 있다. 그로 인해, 예를 들어 QLT 처리에 의한 균일한 조직의 형성에 의해 판 내 편차를 작게 하는 기술이 채용되어 있다. 그러나, QLT 처리는 적어도 고온으로 3회 이상의 열처리를 실시하므로 염가 기술로서는 적절하지 않다. 또한, 2상 영역 열처리에 상당하는 가속 냉각으로 고강도, 고연성으로 하는 것도 가능하지만, 가속 냉각이므로 판 내의 냉각을 균일하게 하는 것은 극히 곤란하다.

따라서, 본 발명에서는 라인 파이프용 강판에 있어서 인성, 연성 특성이 양호한 저렴한 고강도 강판과 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

일반적으로, 고강도화에는 다량의 합금 첨가나 가속 냉각은 유효하지만, 켄칭성이 높은 조직으로 되므로 오히려 연성을 열화시킨다. 따라서, 본 발명자들은 연성에 미치는 조직의 영향에 대해 상세한 연구를 실시하여, 모재의 강도, 연성에 미치는 합금 원소나 조직의 영향에 대해 조사하여, 이하의 것이 필요한 것을 명백하게 하였다.

(a) 강도, 연성 밸런스의 관점으로부터 페라이트와 펄라이트 또는 페라이트와 일부에 베이나이트가 포함된 펄라이트의 혼합 조직으로 할 필요가 있다.

(b) 적정한 Nb의 첨가는 고용에 의해, 강도의 확보와 함께 연성의 저하를 억제한다. 그러나, 다량으로 첨가한 경우, 이들 원소의 석출물은 국부 연신을 현저하게 저하시키고, 따라서 전체 연신도 저하시켜 버리므로, 첨가량의 규제가 필요하다.

(c) 합금 원소를 첨가하면 고강도화가 도모되지만 연성은 저하된다. 이로 인해, 적정한 탄소당량에 의한 상한치의 규제가 필요하다.

(d) 전술한 바와 같이, 일반적으로 라인 파이프용 강판으로서 고강도화를 도모한 재료의 연성은 낮은 값으로 된다. 예를 들어, 가속 냉각을 사용하여 베이나이트 단상 조직으로 한 경우, 600㎫ 정도의 강도 확보는 용이하다. 그러나, 연성에 관해서는 특히 국부 연신이 현저하게 저하되어, 강도ㆍ연성 밸런스의 확보는 곤란하다. 또한, 페라이트 단상으로 한 경우, 고연성화되는 것은 가능해지지만 강도의 확보는 어렵다. 이로 인해, 고연성화를 도모하기 위한 페라이트와, 강도를 확보하기 위한 펄라이트 또는 일부에 베이나이트가 포함된 펄라이트의 혼합 조직이 필요해진다.

이상과 같은 지식에 기초하여, 본 발명에서는 재료를 저렴하게 하면서, 페라이트와, 펄라이트 또는 일부에 베이나이트가 포함된 펄라이트와의 혼합 조직을 제어하여 강도와 연성의 확보를 도모함으로써 본 발명을 완성하였다.

또한, 일반적으로, 강을 고강도화하면 수소 취화 감수성이 높아지는 것이 알려져 있다. 응력 부식 등으로 대표되는 연속적으로 수소가 챠지되는 환경에서는 강도와 연성의 동시 저하를 초래하는 것이 알려져 있다. 한편, 본 강판의 경우에는 재가열에 의해 오스테나이트화되었을 때에, α-Fe의 고용 수소량보다 많은 수소량이 흡장된다. 흡장된 수소는 그 후의 압연 공정이나 냉각 과정에서 감소되므로, 연속적으로 수소가 챠지되는 환경에서의 수소량은 적어져, 강도를 저하시키는 것과 같은 취화 현상은 일어나지 않는다.

그러나, 약간의 수소라도 연신을 저하시켜, 강도, 연성 밸런스를 확보하는 것이 곤란해지는 것을 발견하였다. 이와 같은 약간의 수소에 기인한 연신 특성의 저하를 조사한 예는 적다. 일반적으로 알려져 있는 강도를 저하시키는 수소 취화 이외의 수소의 거동에 대해 명확해진 원인은, 최근, 간편한 방법으로 고정밀도의 수소의 분석이 가능해진 것에 의한 바가 크다. 본 발명자들은, 도 1에 도시한 바와 같이 강의 연성과 강 중의 수소량의 관계를 명백하게 하였다. 본 발명에서는 전체 연신으로서 약 20％ 이상을 목표로 하고 있고, 그것을 위해서는 적어도 수소를 0.1ppm 이하로 할 필요가 있는 것을 알 수 있다. 또한, 일반적으로 전체 연신은 균일 연신과 국부 연신의 덧셈으로 나타난다. 본 발명에서는 전체 연신을 균일 연신과 국부 연신으로 나누어 미량의 수소의 영향을 언급하는 것은 아니다. 정성적이지만, 수소량이 보다 많아지면 균일 연신에 영향을 미치고, 낮아지면 국부 연신에의 영향이 커지는 경향이 있다.

본 발명의 요지는, 이하와 같다.

(1) 질량％로,

C : 0.04 내지 0.15％,

Si : 0.05 내지 0.60％,

Mn : 0.80 내지 1.80％,

P : 0.020％ 이하,

S : 0.010％ 이하,

Nb : 0.01 내지 0.08％,

Al : 0.003 내지 0.08％

를 함유하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한 하기 [수학식 1]로 나타내는 Ceq의 값이 0.48 이하인 강 성분을 갖고, 페라이트와 펄라이트 혹은 페라이트와 일부 베이나이트를 포함하는 펄라이트의 혼합 조직이며, 페라이트 분율이 60 내지 95％를 갖는 조직으로 구성되고, 항복 강도가 450㎫ 이상, 또한 강 중에 함유하는 수소량이 0.1ppm 이하인 것을 특징으로 하는 강도, 연성이 양호한 라인 파이프용 강판.

[수학식 1]

(2) 상기 강이, 질량％로,

Cu : 0.05 내지 0.70％,

Ni : 0.05 내지 0.70％,

Cr : 0.80％ 이하,

Mo : 0.30％ 이하,

B : 0.0003 내지 0.0030％,

V : 0.01 내지 0.12％,

Ti : 0.003 내지 0.030％,

N : 0.0010 내지 0.0100％,

Ca : 0.0005 내지 0.0050％,

Mg : 0.0003 내지 0.0030％,

REM : 0.0005 내지 0.0050％

의 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 강도, 연성이 양호한 라인 파이프용 강판.

(3) (1) 또는 (2) 중 어느 하나에 기재된 조성을 갖는 용강을 연속 주조에 의해, 주조편으로 하고, 상기 주조편을 950 내지 1250℃의 온도 영역으로 재가열 후, 850℃ 이하의 온도 영역에 있어서 누적 압하율로 40％ 이상의 열간 압연을 실시하고, 700 내지 750℃의 온도 영역에서 열간 압연을 완료시킨 후, 350℃ 이하까지 공냉하고, 계속해서, 300 내지 100℃의 온도 범위를 10시간 이상으로, 또는 200 내지 80℃의 온도 범위를 100시간 이상으로 완냉각하는 것을 특징으로 하는 강도, 연성이 양호한 라인 파이프용 강판의 제조 방법.

(4) (1) 또는 (2) 중 어느 하나에 기재된 조성을 갖는 용강을 연속 주조에 의해, 주조편으로 하고, 상기 주조편을 950 내지 1250℃의 온도 영역으로 재가열 후, 850℃ 이하의 온도 영역에 있어서 누적 압하율로 40％ 이상의 열간 압연을 실시하고, 700 내지 750℃의 온도 영역에서 열간 압연을 완료시킨 후, 100℃ 이하까지 공냉하고, 계속해서 상기 강판을 250 내지 300℃의 온도 범위로 재가열하고, 상기 온도 영역에서 1분 이상 유지한 후 냉각하는 것을 특징으로 하는 강도, 연성이 양호한 라인 파이프용 강판의 제조 방법.

본 발명에 따르면, 강도, 연성의 양쪽의 특성이 양호한 저렴한 라인 파이프용 강판이 얻어지므로, 산업상 극히 유용한 것이다.

도 1은 본 발명에 있어서의 강의 연성과 강 중의 수소량의 관계를 나타내는 도면이다.

이하에 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 주로 라인 파이프 용접용 강재로서 고강도, 고연성의 UOE나 JCOE 강관의 제조를 가능하게 하는 것이다. 본 발명 강판에서는 라인 파이프에 요구되는 강도, 인성, 연성의 복합 특성을 주로 하여 페라이트와, 펄라이트 또는 일부 베이나이트를 포함하는 펄라이트와의 혼합 조직에 의해 확보한 것에 있다.

우선, 본 발명의 강도, 연성이 양호한 라인 파이프용 강판의 화학 성분의 한정 이유에 대해 설명한다. 또한, 화학 성분의 ％는 특별히 기재되지 않는 한, 질량％를 나타내는 것으로 한다.

(C : 0.04 내지 0.15％)

C는 강도를 확보하기 위해 필요한 원소이고, 0.04％ 이상의 첨가가 필요하지만, 다량의 첨가는 모재의 연성이나 저온 인성의 저하 또는 HAZ 인성에 악영향을 미치므로, 그 상한치를 0.15％로 한다. 강도를 안정적으로 확보하기 위해, C의 하한을 0.05％ 또는 0.06％로 설정해도 좋다. 모재의 연성이나 저온 인성 또는 HAZ 인성의 향상을 위해, C의 상한을 0.12％, 0.10％ 또는 0.09％로 제한해도 좋다.

(Si : 0.05 내지 0.60％)

Si는 탈산 원소로서, 또한 고용 강화에 의해 강의 강도를 증가시키는 데 유효한 원소이지만, 0.05％ 미만의 첨가에서는 그들의 효과가 인정되지 않는다. 또한, 0.60％를 초과하여 첨가하면, 조직 내에 MA(martensite austenite constituent)가 다량으로 생성되므로 인성이 열화된다. 이로 인해, Si의 첨가량은 0.05 내지 0.60％로 한다. 확실한 탈산을 행하기 위해, 또는 강도 향상을 위해, Si의 하한을 0.10％ 또는 0.20％로 설정해도 좋다. MA 생성에 의한 인성 열화를 방지하기 위해, Si의 상한을 0.50％, 0.40％ 또는 0.30％로 제한해도 좋다.

(Mn : 0.80 내지 1.80％)

Mn은 강의 강도를 증가시키므로 고강도화에는 유효한 원소이다. 그것을 위해서는, 0.80％ 이상의 첨가가 필요하다. 그러나, 1.80％를 초과하면, 중심 편석 등에 의한 모재의 인성이나 연성의 저하를 초래한다. 이로 인해, Mn의 첨가량의 적정 범위를 0.80 내지 1.80％로 한다. 안정적으로 강도를 확보하기 위해, Mn의 하한을 0.90％, 1.00％ 또는 1.10％로 설정해도 좋다. 모재의 인성이나 연성의 저하를 피하기 위해, Mn의 상한을 1.60％ 또는 1.50％로 제한해도 좋다.

(P : 0.020％ 이하)

P는 강 중에 불순물로서 함유되어, 0.020％ 초과로 되면 입계에 편석하여 강의 인성을 현저하게 열화시킨다. 이로 인해, 첨가량의 상한을 0.020％로 한다. 또한, 인성치의 저하의 관점에서는 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하고, 0.015％ 이하 또는 0.010％ 이하로 제한해도 좋다.

(S : 0.010％ 이하)

S는 강 중에 불순물로서 함유되어, MnS를 형성하여 강 중에 존재하고, 압연 냉각 후의 조직을 미세하게 하는 작용을 갖는다. 그러나, 0.010％를 초과하면 모재 및 용접부의 인성을 열화시킨다. 이로 인해, S는 0.010％ 이하로 한다. 모재 및 용접부의 인성을 향상시키기 위해, 0.006％ 이하 또는 0.003％ 이하로 제한해도 좋다.

(Nb : 0.01 내지 0.08％)

Nb는 슬래브 재가열 시나 켄칭 시의 가열 오스테나이트의 미립화에 의해 고강도화가 도모되는 효과를 발휘한다. 그것을 위해서는 0.01％ 이상 첨가할 필요가 있다. 그러나, 과량의 Nb 첨가는 Nb 석출물을 증가시켜, 모재의 연성을 저하시키므로, Nb 첨가량의 상한치를 0.08％로 한다. 강도 확보를 위해, Nb 첨가량의 하한을 0.02％로 설정해도 좋다. 모재의 연성 향상을 위해, Nb 첨가량의 상한을 0.06％ 또는 0.04％로 제한해도 좋다.

(Al : 0.003 내지 0.08％)

Al은 탈산상 필요한 원소이다. 그 하한은 0.003％이고, 그것보다 작으면 효과가 없다. 한편, 0.08％를 초과하는 과도한 첨가는 용접성을 저하시킨다. 특히, 플럭스를 사용하는 SAW 등에서 현저하고 용접 금속의 인성을 열화시켜, HAZ 인성도 저하된다. 이로 인해, Al의 상한을 0.08％로 한다. 탈산을 위해, Al의 하한을 0.005％ 또는 0.010％로 설정해도 좋다. 용접 금속 및 HAZ의 인성 향상을 위해, Al의 상한을 0.05％ 또는 0.04％로 제한해도 좋다.

본 발명의 강판의 기본 성분은 이상과 같고, 이에 의해 충분히 소요의 목표치를 달성할 수 있지만, 특성을 더욱 높이기 위해, 필요에 따라서 이하의 원소의 1종 또는 2종 이상을 선택 원소로서 첨가할 수 있다.

(Cu : 0.05 내지 0.70％)

Cu는 고강도화를 도모하기 위해 유효한 원소이다. Cu에 의한 석출 경화의 효과를 확보하기 위해서는 0.05％ 이상의 첨가가 필요하다. 그러나, 과잉의 첨가는 모재의 경도를 상승시켜 연성을 저하시키므로 그 상한을 0.70％로 한다. 연성을 보다 향상시키기 위해, Cu의 상한을 0.50％, 0.30％ 또는 0.20％로 제한해도 좋다.

(Ni : 0.05 내지 0.70％)

Ni는 용접성 등에 악영향을 미치지 않고, 강도, 인성을 향상시키는 것 이외에, Cu 균열의 방지에도 효과가 있다. 이들의 효과를 얻기 위해서는, 0.05％ 이상의 첨가가 필요하다. 그러나, Ni는 고가이므로 0.70％ 이상의 첨가로 하면 저렴하게 강을 제조할 수 없게 되므로 0.70％ 이하로 한다. 비용 저감을 위해, Ni의 상한을 0.50％, 0.30％ 또는 0.20％로 제한해도 좋다.

(Cr : 0.80％ 이하)

Cr은 모재의 강도를 높이는 원소이다. 그러나, 0.80％를 초과하면 모재의 경도를 상승시켜 연성을 열화시킨다. 그 때문에 상한치를 0.80％로 한다. 또한, 본 발명에서는 Cr의 하한치는 규정하지 않는다. 바람직하게는 강도를 확보하기 위해 0.05％ 이상 첨가한다. 연성 향상을 위해, Cr의 상한을 0.50％, 0.30％ 또는 0.20％로 제한해도 좋다.

(Mo : 0.30％ 이하)

Mo도 Cr과 마찬가지로, 모재의 강도를 높이는 원소이다. 그러나, 0.30％를 초과하면 모재의 경도를 상승시켜 연성을 열화시킨다. 그 때문에 상한치를 0.30％로 한다. 또한, 본 발명에서는 Mo의 하한치는 규정하지 않는다. 바람직하게는 강도를 확보하기 위해 0.05％ 이상 첨가한다. 연성 향상을 위해, Mo의 상한을 0.25％ 또는 0.15％로 제한해도 좋다.

(B : 0.0003 내지 0.0030％)

B는 강 중에 고용하여 켄칭성을 높여 강도를 상승시키는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는 0.0003％ 이상의 첨가가 필요하다. 그러나, B를 과다하게 첨가하면 모재 인성을 저하시키므로 그 상한치를 0.0030％로 한다. 모재 인성 향상을 위해, B의 상한을 0.0020％ 또는 0.0015％로 제한해도 좋다.

(V : 0.01 내지 0.12％)

V는 Nb와 대략 동일한 작용을 갖지만, Nb에 비해 그 효과는 작다. Nb와 동일한 효과를 얻기 위해서는, 0.01％ 미만에서는 불충분하다. 그러나, 0.12％를 초과하면 연성이 열화된다. 이로 인해, V의 첨가량의 적정 범위를 0.01 내지 0.12％로 한다. 연성 향상을 위해, V의 상한을 0.11％, 0.07％ 또는 0.06％로 제한해도 좋다.

(Ti : 0.005 내지 0.030％)

Ti는 N과 결합하여 강 중에 고강도, 고연성화에 유효한 TiN을 형성시키기 위해 0.005％ 이상의 첨가가 요망된다. 단, 0.030％를 초과하여 Ti를 첨가하면, TiN을 조대화시켜, 모재의 연성을 저하시킬 우려가 있다. 이로 인해, Ti는 0.005 내지 0.030％의 범위로 한다. 모재의 연성 향상을 위해, Ti의 상한을 0.020％ 또는 0.015％로 제한해도 좋다.

(N : 0.0010 내지 0.0100％)

N은 Ti와 결합하여 강 중에 고강도, 고연성화에 유효한 TiN을 형성한다. 이것을 위해서는 0.0010％ 이상의 첨가가 필요하다. 단, N은 고용 강화 원소로서도 매우 큰 효과가 있으므로, 다량으로 첨가하면 연성이 열화될 우려가 있다. 그로 인해, 연성에 큰 영향을 미치지 않고 TiN의 효과가 최대한으로 얻어지도록, N의 상한을 0.0100％로 한다.

(Ca : 0.0005 내지 0.0050％)

Ca는 황화물(MnS)의 형태를 제어하여, 샤르피의 흡수 에너지를 증대시켜 저온 인성을 향상시키는 효과가 있다. 이것을 위해서는 0.0005％ 이상의 첨가가 필요하다. 단, 0.0050％를 초과하면 조대한 CaO나 CaS가 다량으로 발생하여 강의 인성에 악영향을 미치므로, 0.0050％를 상한으로 한정하였다.

(Mg : 0.0003 내지 0.0030％)

Mg는 오스테나이트 입자의 성장도 억제하여, 미립으로 유지하는 작용이 있어, 인성을 향상시킨다. 이 효과를 향수하기 위해서는, 적어도 0.0003％ 이상의 첨가가 필요하고, 이 양을 하한으로 한다. 한편, 필요 이상으로 첨가량이 증가해도 첨가량에 대한 효과값이 작아질 뿐만 아니라, Mg는 제강 수율이 반드시 높지는 않으므로, 경제성도 잃게 된다. 이로 인해, 상한을 0.0030％로 한정한다.

(REM : 0.0005 내지 0.0050％)

REM도 Mg과 마찬가지로, 오스테나이트 입자의 성장도 억제하여, 미립으로 유지하는 작용이 있어, 인성을 향상시킨다. 이 효과를 향수하기 위해서는, 적어도 0.0005％ 이상의 첨가가 필요하고, 이 양을 하한으로 하였다. 한편, 필요 이상으로 첨가량이 증가해도 첨가량에 대한 효과값이 작아질 뿐만 아니라, REM은 제강 수율이 반드시 높지는 않으므로, 경제성도 잃게 된다. 이로 인해, 상한을 0.0050％로 한정한다.

본 발명에서는, 강의 화학 조성을 상술한 범위로 하는 동시에, 또한 하기의 [수학식 1]로 나타내는 Ceq의 값이 0.48 이하로 되도록 할 필요가 있다.

[수학식 1]

상기 [수학식 1]은 강의 탄소당량을 나타내는 식으로, 모재 강도를 확보하기 위해서는 상기 [수학식 1]의 원소를 첨가하는 것은 유효하다. 그러나, 과잉의 양의 첨가는 모재 조직을 경화시키고, 연성을 열화시킨다. 그로 인해, 탄소당량 Ceq로서 적어도 0.48 이하로 할 필요가 있다. 강도 확보를 위해, Ceq의 하한을 0.30％ 또는 0.33％로 설정해도 좋다. 고연성을 확보하기 위해, 페라이트 주체의 조직으로 하기 위해(페라이트 분율을 보다 높게 함), Ceq의 상한을 0.43％, 0.40％ 또는 0.38％로 제한해도 좋다.

본 발명의 강판의 항복 강도에 대해서는, 450㎫ 이상으로 하고 있지만, 490㎫ 또는 550㎫로 제한해도 좋다.

다음에, 본 발명에 있어서의 강판 중의 수소량의 한정에 대해 설명한다.

일반적으로 수소의 증가는 강을 취화하는 것이 알려져 있다. 강 중의 수소 농도와 트랩 사이트를 동시에 정확하게 측정하는 것은 어려워 많은 연구가 행해지고 있다. 본 발명자들은 가스 크로마토그래피를 사용하여 시험 사이즈 및 승온 속도를 한정함으로써 수소량과 연신의 관계를 명백하게 하였다.

예를 들어, 강 중의 수소의 증가는 지연 파괴 등과 같이, 재료 강도에 대해 한계 강도를 저하시키는 것으로서 알려져 있다. 이때, 연성, 특히 균일 연신도 저하된다. 지연 파괴에서는 침입 수소에 대해 강재의 수소 취성 파괴에 이르는 한계 수소량이 큰 강재의 개발이 검토되어 왔다.

본 발명에서도, 지연 파괴와 마찬가지로, 강 중의 수소량이 약 1ppm을 초과하면 인장 시험 시에 수소 취화에 의해, 파괴가 조장되어, 연신과 강도가 저하되는 경향이 확인되었다. 한편, 1ppm보다 낮은 수소량이라도 강도가 저하되지 않고 연신만이 저하된다. 전체 연신으로서 약 20％ 이상을 확보하기 위해서는 강 중의 수소를 0.1ppm 이하로 낮게 할 필요가 있다. 보다 연신을 향상시키기 위해, 강 중의 수소를 0.07ppm, 0.05ppm 또는 0.03ppm 이하로 제한해도 좋다.

본 발명의 강판에 있어서는, 조직으로서는 전술한 바와 같이 페라이트와 펄라이트 또는 일부 베이나이트를 함유하는 펄라이트가 혼합된 혼합 조직으로 할 필요가 있다.

또한, 이 혼합 조직에 있어서 페라이트 분율이 95％ 초과에서는 강도의 확보가 곤란하다. 또한, 페라이트 분율이 60％ 미만으로 되면 연성이나 인성이 저하된다. 이로 인해, 페라이트 분율은 60 내지 95％로 한다. 강도 확보를 위해, 페라이트 분율의 상한을 90％ 이하로 제한해도 좋다. 연성이나 인성의 향상을 위해, 페라이트 분율의 하한을 65％ 또는 70％로 제한해도 좋다.

또한, 본 발명의 강판의 주요한 조직은 페라이트와, 펄라이트 또는 일부 베이나이트를 포함하는 펄라이트와의 혼합 조직이지만, 1％ 이하의 MA나 잔류 오스테나이트의 존재가 확인되어 있다.

다음에, 본 발명의 강판의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 강도, 연성이 양호한 라인 파이프용 강판의 제조 방법에서는, 연속 주조법에 의해, 주조편으로 하고, 상기 주조편을 950 내지 1250℃의 온도 영역으로 재가열 후, 850℃ 이하의 온도 영역에 있어서 누적 압하율로 40％ 이상의 열간 압연을 실시하고, 700 내지 750℃의 온도 영역에서 열간 압연을 완료시킨 후, 1) 350℃ 이하까지 공냉하고, 계속해서, 300 내지 100℃의 온도 범위를 10시간 이상으로, 또는 200 내지 80℃의 온도 범위를 100시간 이상으로 완냉각하는 것이고, 또는, 2) 열간 압연을 완료시킨 후, 100℃ 이하까지 냉각하고, 계속해서 상기 강판을 250 내지 300℃의 온도 범위로 재가열하고, 상기 온도 영역에서 1분 이상 유지한 후에 냉각하는 것이다.

본 발명 강재의 제조 조건을 상기와 같이 한정하는 이유는 다음과 같다.

주조편을 950 내지 1250℃의 온도 영역으로 재가열하는 것은, 재가열 온도가 1250℃를 초과하면, 결정립 직경의 조대화가 현저하고, 또한 가열에 의한 스케일이 강 표면에 다량으로 발생하여 표면의 품질이 현저하게 저하되기 때문이다. 또한, 950℃ 미만에서는 Nb나 혹은 임의로 첨가되는 V 등이 거의 재고용되지 않고, 강도 등의 향상을 위해 첨가한 원소가 그 역할을 달성하지 않아, 공업적으로 무의미하다. 이로 인해, 재가열 온도의 범위를 950 내지 1250℃로 한다.

850℃ 이하의 온도 영역에 있어서 누적 압하율로 40％ 이상의 열간 압연으로 하는 것은, 850℃ 이하의 온도 영역 이하에서의 미재결정 온도 영역에 있어서의 압하량의 증가는, 압연 중인 오스테나이트 입자의 미세화에 기여하여, 결과적으로 페라이트 입자를 미세화하여 기계적 성질을 향상시키는 효과가 있기 때문이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 850℃ 이하의 온도 영역에서의 누적 압하율이 40％ 이상 필요하다. 이로 인해, 850℃ 이하의 온도 영역에 있어서 누적 압하량을 40％ 이상으로 한정한다.

상기 강편은 그 후, 700 내지 750℃의 온도 영역에서 열간 압연을 완료시킨 후, 350℃ 이하까지 공냉하고, 계속해서, 300 내지 100℃의 온도 범위를 10시간 이상으로, 또는 200 내지 80℃의 온도 범위를 100시간 이상으로 완냉각하거나, 또는 700 내지 750℃의 온도 영역에서 열간 압연을 완료시킨 후, 100℃ 이하까지 냉각하고, 계속해서 상기 강판을 250 내지 300℃의 온도 범위로 재가열하고, 상기 온도 영역에서 1분 이상 유지한 후 냉각할 필요가 있다.

본 발명에서는 750 내지 700℃의 2상 영역 온도에서 압연을 실시하여, 페라이트와 펄라이트(또는 일부 베이나이트를 포함하는 펄라이트)를 혼합한 조직을 출현시켜, DWTT 등의 모재 인성과 고강도, 고연성을 얻는 것이다.

압연 종료 온도가 750℃를 초과하면 밴드 형상의 펄라이트 조직이 형성되지 않으므로, 모재 인성을 향상시키기 위해서는 이것을 750℃ 이하로 할 필요가 있다. 또한, 700℃ 미만으로 되면 가공 페라이트량이 증가하여 연성을 저하시킨다.

본 발명에 있어서 강판의 고연성화를 도모하기 위해서는 강판 내를 균일하게 냉각할 필요가 있다. 일반적인 가속 냉각을 사용하면, 냉각 과정에서는 판 두께 등의 영향도 있어, 강판 내의 냉각이 불균일해진다. 이로 인해, 본 발명에서는 공냉으로 하고, 냉각 속도는 한정하지 않는다. 단, 펄라이트나 베이나이트 등의 제2상 조직 내에 섬 형상 마르텐사이트(MA)가 생성되어, 인성을 저하시키므로, 바람직하게는 5℃/s 이하가 좋다.

본 발명에서는 상술한 바와 같이, 연성 향상을 위해, 강 중의 수소를 0.1ppm 이하로 한다. 이것을 위해 탈수소를 실시한다. 우선, 하나의 방법으로서 열간 압연을 완료시킨 후에, 350℃ 이하까지 공냉하고, 계속해서, 300 내지 100℃의 온도 범위를 10시간 이상으로, 또는 200 내지 80℃의 온도 범위를 100시간 이상으로 완냉각하는 방법이다. 350℃를 초과한 온도로 서냉을 개시하면 템퍼링의 효과에 의해 강도가 현저하게 저하되므로 350℃ 이하까지 공냉한다. 그 후의 완냉각에 대해서는 300 내지 100℃의 온도 범위를 10시간 이상 또는 200 내지 80℃의 온도 범위를 100시간 이상으로 하지 않으면 강 중의 수소량이 0.1ppm 이하로 되지 않아 연신의 확보가 곤란해진다. 일반적으로 수소는 저온으로 하면 할수록 강 중으로부터 빠지기 어려워진다. 예를 들어, 판 두께 25㎜의 경우, 45℃ 정도에서는 약 780시간을 필요로 하므로, 공업적으로는 적절하지 않다. 이와 같은 완냉각을 하는 제철 프로세스로서는, 예를 들어 가열로에 강판을 장입하여 냉각 속도를 제어하면서 천천히 냉각하는 방법이나 350℃ 이하의 온강판을 다수 적층하여 서냉하는 단적층 서냉 등을 들 수 있다.

또 하나의 방법으로서, 열간 압연을 완료시킨 후, 100℃ 이하까지 공냉하고, 계속해서 상기 강판을 250 내지 300℃의 온도 범위로 재가열하고, 상기 온도 영역에서 1분 이상 유지한 후에 냉각하는 방법이다.

또한, 일단, 100℃ 이하까지 공냉하지 않으면 소정의 강도가 얻어지지 않는다. 그런 후에, 250 내지 300℃의 온도 영역에서 1분 이상 저온 템퍼링 처리를 실시한다. 300℃를 초과한 온도로 재가열하면 템퍼링의 효과에 의해 강도가 현저하게 저하된다. 또한, 250℃보다 낮은 온도로 템퍼링 탈수소를 하는 것은, 강 중의 수소량을 저감시키는 것으로서의 효과는 있지만, 유지 시간을 장시간 취할 필요가 있어 경제성이 떨어진다. 본 발명에서의 유지 시간은 1분 이상이고, 이것 미만으로 하면 탈수소로서는 불충분하다.

(실시예)

다음에, 본 발명의 실시예에 대해 서술한다.

표 1의 화학 성분을 갖는 용강을 연속 주조한 슬래브를, 표 2에 나타내는 조건으로 열간 압연을 행하여 강판으로 한 후, 기계적 성질을 평가하기 위해 시험을 실시하였다. 인장 시험편은 각 강판의 러시아 규격의 GOST 시험편을 채취하여, YS(0.5％ 언더 로드), TS 및 전체 연신(T. El)을 평가하였다. 모재 인성은 DWTT 시험에 의해 ?20℃의 연성 파면율(SA)을 평가하였다. 수소량에 대해서는 가스 크로마토그래프를 사용하여 강판의 1/2t로부터 5㎜φ × 100㎜인 환봉을 깎아내어, 승온법(승온 속도 100℃/hr)으로 50 내지 200℃까지의 온도 범위에서 방출되는 확산성 수소량을 구하였다. 또한, 페라이트 분율은 500배의 광학 현미경 사진의 10시야에서, 페라이트와 제2상 조직(페라이트 이외의 펄라이트 또는 베이나이트 등)을 구분하여 화상 처리기에 의해 산출하였다.

표 3은 각 강판에 있어서의 기계적 성질을 정리한 것을 나타낸다. 본 발명에서는, 제조 프로세스는 표 2에 나타낸 바와 같이, a 내지 j의 소정의 공냉 정지 온도까지 냉각하여, 그 후 완냉각한 것과, k 내지 o의 공냉 후에 강판을 재가열한 것의 2개의 프로세스로 크게 구별된다.

강판 a 내지 o는 본 발명의 실시예이다. 표 1 및 표 2로부터 명백한 바와 같이 이들 강판은 화학 성분과 제조 조건의 각 요건을 만족시키고 있다. 이로 인해, 표 3에 나타낸 바와 같이, 인장 강도가 450㎫ 이상인 모재 강도, 전체 연신이 20％ 이상인 연성 및 DWTT 특성(－20℃)의 연성 파면율이 80％ 이상인 인성 모두 양호했다. 또한, 조직은 모두 페라이트 ＋ 펄라이트(일부 베이나이트가 포함되어 있음)의 혼합 조직이었다.

이에 대해, 강판 p 내지 ae는 본원 발명의 범위를 일탈하므로, 모재의 기계적 성질의 하나 또는 복수의 점에서 본원 발명 강에 뒤떨어져 있다. 강판 p 내지 w에서는 제조 조건이, 강판 x 내지 ae는 화학 성분이 벗어나 있으므로 본 발명보다 기계적 성질이 저하되어 있는 예이다.

강판 p는 누적 압하량이 적고, 강판 q는 압연 종료 온도가 높기 때문에 조직의 미세화가 도모되지 않고, DWTT 특성이 저하되었다. 강판 r에서는 공냉 정지 온도가 높기 때문에 소정의 강도가 얻어지지 않는다.

또한, 강판 s 내지 v의 연성 저하는 탈수소 조건이 나쁘고, 강 중에 수소가 잔존하고 있는 것에 의한다.

강판 w는 10℃/s 이상의 급냉각에 의해 마르텐사이트를 많이 생성한 것으로 연신이 저하되었다.

강판 x는 C량이 낮기 때문에 모재 강도가 저하되었다. 또한, 강판 y는 C량이 높아 강도가 현저하게 높기 때문에 연신이 저하되었다. 강판 z는 Si량이 높고 탈산 능력이 낮아져 산화물이 증가했기 때문에 연성이 저하되었다. 강판 aa는 Si량이 많고 Si계 산화물 등이 증가하기 때문에 연신이 저하되었다. 강판 ab는 Mn량이 적어 소정의 강도가 얻어지지 않는다. 강판 ac는 Mn량이 많아, 소정의 연신 특성, 인성이 얻어지지 않는다. 강판 ad는 Nb량이 적어, 조직의 균일 미세가 도모되지 않고, 한편 강판 ae는 Nb량이 높고, Nb계 석출물이 많아져 연성과 인성이 저하된 예이다.

본 발명에 따르면, 강도, 연성의 양쪽의 특성이 양호해 저렴한 라인 파이프용 강판을 제공할 수 있으므로, 고강도, 고연성의 UOE 강관이나 JCOE 강관 등을 경제적으로 제조하는 것이 가능해진다.

Claims

질량％로,
C : 0.04 내지 0.15％,
Si : 0.05 내지 0.60％,
Mn : 0.80 내지 1.80％,
P : 0.020％ 이하,
S : 0.010％ 이하,
Nb : 0.01 내지 0.08％,
Al : 0.003 내지 0.08％,
V : 0.01 내지 0.12％,
N : 0.0010 내지 0.0100％,
Ti : 0.003 내지 0.030％
를 함유하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한 하기 [수학식 1]로 나타내는 Ceq의 값이 0.48 이하인 강 성분을 갖고, 페라이트와 펄라이트 혹은 페라이트와 일부 베이나이트를 포함하는 펄라이트의 혼합 조직이며, 페라이트 분율이 60 내지 95％를 갖는 조직으로 구성되고, 항복 강도가 450㎫ 이상, 또한 강 중에 함유하는 수소량이 0.1ppm 이하인 것을 특징으로 하는, 강도, 연성이 양호한 라인 파이프용 강판.
[수학식 1]
제1항에 있어서, 상기 강이, 질량％로,
Cr : 0.80％ 이하,
Mo : 0.30％ 이하,
B : 0.0003 내지 0.0030％,
Ca : 0.0005 내지 0.0050％,
Mg : 0.0003 내지 0.0030％,
REM : 0.0005 내지 0.0050％
의 범위의 함유량에서, Mo, Cr, Mg, Ca의 1종이나, 또는 Cr과 Ca를 짝을 지어서나, 또는 Mo와 Mg, Rem, B의 1종을 짝을 지어서 함유하는 것을 특징으로 하는, 강도, 연성이 양호한 라인 파이프용 강판.
제1항 또는 제2항에 기재된 조성을 갖는 용강을 연속 주조에 의해, 주조편으로 하고, 상기 주조편을 950 내지 1250℃의 온도 영역으로 재가열 후, 850℃ 이하의 온도 영역에 있어서 누적 압하율로 40％ 이상의 열간 압연을 실시하고, 700 내지 750℃의 온도 영역에서 열간 압연을 완료시킨 후, 350℃ 이하까지 공냉하고, 계속해서, 300 내지 100℃의 온도 범위를 10시간 이상으로, 또는 200 내지 80℃의 온도 범위를 100시간 이상으로 완냉각하는 것을 특징으로 하는, 강도, 연성이 양호한 라인 파이프용 강판의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 기재된 조성을 갖는 용강을 연속 주조에 의해, 주조편으로 하고, 상기 주조편을 950 내지 1250℃의 온도 영역으로 재가열 후, 850℃ 이하의 온도 영역에 있어서 누적 압하율로 40％ 이상의 열간 압연을 실시하고, 700 내지 750℃의 온도 영역에서 열간 압연을 완료시킨 후, 100℃ 이하까지 냉각하고, 계속해서 상기 강판을 250 내지 300℃의 온도 범위로 재가열하고, 상기 온도 영역에서 1분 이상 유지한 후에 냉각하는 것을 특징으로 하는, 강도, 연성이 양호한 라인 파이프용 강판의 제조 방법.