KR101316325B1

KR101316325B1 - 고강도 저항복비 유정관용 열연강판과 이의 제조방법 및 이에 의해 제조된 유정관용 강관과 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101316325B1
Application number: KR1020120027068A
Authority: KR
Inventors: 배진호; 노경민; 박광균
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2013-10-08
Also published as: KR20130105008A

Abstract

본 발명은 고강도 저항복비 유정관용 열연강판 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조관 후 저항복비 및 저온인성을 확보하기 위해, 강의 성분과 조직을 정밀제어하고 아울러 제조조건을 조절함으로써 650MPa 이상의 강도를 가지면서도 저항복비 특성을 갖는 열연강판 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

고강도 저항복비 유정관용 열연강판과 이의 제조방법 및 이에 의해 제조된 유정관용 강관과 이의 제조방법 {HOT-ROLLED STEEL SHEET HAVING HIGH STRENGTH AND LOW YIELD RATIO FOR USE IN OIL WELL TUBE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME AND STEEL PIPE PREPARED BY THE SAME AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 석유 또는 천연가스 개발용 유정관 등에 주로 사용되는 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고강도 저항복비 유정관용 열연강판 및 그 제조방법과 유정관용 강관 및 그 제조방법에 관한 것이다.

현재, 석유 또는 천연가스 개발을 위해 사용되는 유정관용 강관은 이음매 없는 강관(seamless steel pipe)이 주로 사용되며, 이들 강관은 규격에 따라 API-5CT(H40, J55, K55, N80) 강관으로 분류된다.

통상 유정관용 강관은 고강도, 내외압 압괴강도, 인성, 내지연 파괴성 등이 요구되며, 일부 지역에서는 0℃에서 30J 이상의 충격 에너지가 요구된다. 상기 유정관용으로 사용되는 강관들 중, 특히 500~1000m 깊이의 유정에 사용되는 API-K55 강재의 경우에는 API-J55 강재 수준의 낮은 항복강도와 API-N80 강재 수준의 높은 인장강도를 동시에 요구하는 저항복비(YS/TS) 특성을 가지고 있다.

한편, 유정관용으로 사용되는 이음매 없는 강관을 제조하는 방법은, 고온에서 가열된 빌릿(billet)을 천공 압연기로 천공한 뒤, 플러그밀(plug mill), 맨드릴밀(mandrel mill) 등의 압연기를 이용하여 압연한 후, 레듀사(reducer) 또는 사이저(sizer)를 이용하여 축경 또는 두께를 가공한 뒤, 담금질하고 템퍼링 열처리를 행함으로써 제조된다.

그러나, 상기 방법은 담금질 및 템퍼링 열처리를 수행하기 위한 가열로, 균열로의 설치가 필요하고, 고비용이 소모된다는 단점이 있다.

이러한 이유로, 최근에는 유정관용으로서 Seamless 강관 대신 저가의 용접관을 조관한 강관으로 대체하고 있는 실정이다. 상기 강관은 레벨링(leveling)을 통해 둥근 코일을 평탄화하고, 양끝을 잘라낸 후, 롤러를 이용하여 파이프의 둥근 모양으로 성형할 시 맞닿는 끝 부분을 용접하여 파이프 모양으로 제조된다.

그러나, 아직까지 API-K55 강재와 같은 저항복비 특성은 만족하지만 충격인성을 보증할 수 있는 용접관의 개발은 이뤄지지 않고 있는 실정이다.

용접관은 조관 공정 중 원주 방향 및 파이프의 길이 방향으로 4% 이상의 변형을 받게 되는데, 이러한 가공경화의 영향으로 강관의 항복강도가 증가하여 항복비가 증가하게 된다. 또한, 조관 중 강관 내부에 집적된 전위 및 미소 크랙과 같은 가공 결함 등에 의해 강관의 충격에너지도 감소하게 된다.

상기 조관 중 발생하는 가공경화와 가공 결함을 제거하기 위해, 조관 후 노멀라이징(normalizing) 열처리를 실시하는 것이 통상적이다. 이러한 열처리를 통해서 충격인성은 확보할 수 있지만, 조관 비용이 증가하게 되며, 열처리 후 저하된 강도의 보상을 위해 합금 원소를 추가적으로 첨가하여야 하므로 소재(열연강판)의 제조 원가가 상승하고, 저항복비를 얻을 수 없다는 단점이 있다.

상술한 단점들을 극복하고자, 종래에는 고탄소강에 다양한 합금 원소들을 첨가하여 강재를 제조하는 시도가 있었으나, 이러한 기술들은 냉각 중 복잡한 상변태 현상에 대한 이해가 부족하여 열연 코일 길이 및 폭방향 편차, 형상 문제 등이 발생하였으며, 이로 인해 실수율도 많이 낮은 상황이고, 고가의 합금 원소의 첨가로 제조원가가 높은 상황이다.

본 발명은 상술한 문제점들을 해결하고, 아울러 조관 후에도 API 규격에 맞는 항복강도, 인장강도 및 항복비를 갖는 고강도 저항복비 유정관용 열연강판 및 이의 제조방법과 상기 열연강판을 이용하여 제조된 유정관용 강관 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면은 중량%로, C: 0.30~0.50%, Si: 0.20~0.50%, Mn: 1.3~2.5%, P: 0.02% 이하, S: 0.01% 이하, Ca: 0.001~0.006%, Al: 0.01~0.06%, N: 0.008% 이하, Cr: 0.01~0.30%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고, 상기 Cr 및 C 사이에는 하기 관계식을 만족하고, 미세조직은 면적분율로 10~25%의 페라이트 및 75~90%의 펄라이트를 포함하는 고강도 저항복비 유정관용 열연강판을 제공한다.

[관계식]

9 ≤ (C/12)/(Cr/52) ≤ 30

본 발명의 다른 일 측면은 상술한 성분계를 가지는 강 슬라브에 대하여, 1000~1250℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강 슬라브를 900~1100℃에서 조압연 하는 단계; 상기 조압연된 슬라브를 800~900℃의 온도범위에서 강판으로 마무리 압연하는 단계; 및 상기 마무리 압연된 강판을 10~20℃/s의 냉각속도로 560~610℃까지 냉각한 후 권취하는 단계를 포함하는 열연강판의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 다른 일 측면은 중량%로, C: 0.30~0.50%, Si: 0.20~0.50%, Mn: 1.3~2.5%, P: 0.02% 이하, S: 0.01% 이하, Ca: 0.001~0.006%, Al: 0.01~0.06%, N: 0.008% 이하, Cr: 0.01~0.30%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 상기 Cr 및 C 사이에는 하기 관계식을 만족하고, 미세조직은 면적분율로 10~25%의 페라이트 및 75~90%의 펄라이트를 포함하고, 항복강도 370~560 MPa, 인장강도 650MPa 이상, 항복비가 0.77 이하, 0℃에서 40J 이상의 충격인성을 갖는 유정관용 강관을 제공한다.

[관계식]

9 ≤ (C/12)/(Cr/52) ≤ 30

본 발명의 또 다른 일 측면은 상술한 성분계를 가지는 강 슬라브에 대하여, 1000~1250℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강 슬라브를 900~1100℃에서 조압연 하는 단계; 상기 조압연된 슬라브를 800~900℃의 온도범위에서 강판으로 마무리 압연하는 단계; 및 상기 마무리 압연된 강판을 열간압연한 후, 10~20℃/s의 냉각속도로 560~610℃까지 냉각한 후 권취하여 열연강판을 얻는 단계; 및 냉각된 상기 강판을 전기저항용접하여 두께 11mm 이하, 직경 10 내지 20 인치의 강관을 얻는 단계를 포함하는 유정관용 강관의 제조방법을 제공한다.

본 발명과 같이 성분계 및 미세조직을 최적화시켜 제어하고 아울러 제조조건을 조절하는 경우, 항복강도와 인장강도가 동시에 우수한 저항복비 고강도 열연강판을 저비용으로 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에서 제안하는 조건을 만족하는 발명재 A의 미세조직을 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에서 제안하는 조건을 만족하지 않는 비교재 A의 미세조직을 관찰한 결과를 나타낸 것이다.

본 발명자들은 종래의 용접관의 조관 후 강도가 저하되고 저항복비를 확보할 수 없었던 문제점을 해결하기 위해 깊이 연구한 결과, 강도 확보를 위한 고가의 합금 원소 첨가 없이도 제조조건과 미세조직을 정밀 제어함으로써, 저항복비 성능을 향상시키고 충격인성이 확보된 유정관용으로 사용될 수 있는 열연강판을 제조할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 성분계의 제어 즉, 고탄소강에 고가의 합금 원소의 첨가를 제외하고, Si, Mn 및 Cr 등의 원소를 첨가함으로써, 미세조직으로서 적정량의 페라이트와 강도에 필요한 적정량의 펄라이트를 주상으로하고, 베이나이트의 생성을 억제함으로써 조관 후에도 저항복비 및 충격인성을 확보한 유정관용 열연강판에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 열연강판에 있어서 성분을 제한하는 이유에 대하여 상세히 설명한다.

이때, 성분원소의 함유량은 모두 중량%를 의미한다.

C: 0.30~0.50%

탄소(C)는 강도, 인성 및 파이프라인 시공시 원주 용접부 인성에 영향을 미치는 원소이다. 또한, 강재의 경화능을 증가시키는 원소로서, 열간 마무리 압연 후 냉각시 페라이트 변태를 지연시켜 펄라이트의 분율을 증가시킴으로써, 항복강도 뿐만 아니라 인장강도를 증가시킨다.

다만, 그 함량이 0.3% 미만인 경우에는 펄라이트의 형성이 부족하여 본 발명에서 목표로 하는 강도를 확보할 수 없으며, 반면 0.5%를 초과할 경우에는 인성의 저하 및 전기저항용접(Electric Resistance Welding; ERW)시 용접성의 저하를 초래하므로, C의 함량을 0.3~0.5%로 제한하는 것이 바람직하다.

Si: 0.20~0.50%

실리콘(Si)은 페라이트 상 중에서 C의 활동도를 증가시키고, 페라이트 안정화를 촉진시키고, 고용강화에 의한 강도확보에 기여하는 원소이다. 또한, 전기저항용접시 Mn₂SiO₄ 등의 저융점 산화물을 형성시켜, 용접시에 산화물이 쉽게 배출되도록 한다.

이러한 Si의 함량이 0.2% 미만인 경우에는 제강상의 비용 문제가 발생하며, 반면 0.5%를 초과하는 경우에는 Mn₂SiO₄ 이외의 고융점 산화물인 SiO₂의 형성량이 많아져 전기저항용접시 용접부의 인성을 저하시킬 수 있다. 따라서, Si의 함량은 0.2~0.5%로 제한하는 것이 바람직하다.

Mn: 1.3~2.5%

망간(Mn)은 오스테나이트/페라이트 변태 개시 온도에 큰 영향을 미치며, 변태 개시 온도를 저하시키는 원소로서, 파이프 모재부 및 용접부의 인성에 영향을 미친다. 또한, 고용강화 원소로서 강도 증가에 기여한다.

Mn의 함량이 1.3% 미만인 경우에는 상술한 효과를 기대하기 어려우며, 반면 2.5%를 초과하는 경우에는 편석대가 발생할 가능성이 높다. 따라서, Mn의 함량은 1.3~2.5%로 제한하는 것이 바람직하다.

P: 0.02% 이하

인(P)은 고용강화 원소로서, 오스테나이트/페라이트 변태 개시 온도를 대폭적으로 상승시키는 작용을 하고, 조대한 페라이트 입자를 형성하는데 유용하게 작용한다. 그러나, 그 함량이 0.02%를 초과하는 경우에는 상기의 효과를 확보하기 어려우므로, 0.02% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

보다 바람직하게는 0.015% 이하로 첨가되는 것이 좋다.

S: 0.01% 이하

황(S)은 조대한 개재물을 형성하기 쉬운 원소이고, 인성 저하나 크랙 진전을 조장하므로 가능한 한 낮게 첨가되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 S의 함량은 0.01% 이하로 제한하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.005% 이하로 첨가되는 것이 좋다.

Ca: 0.001~0.006%

칼슘(Ca)은 유화물의 형태 제어를 위해 첨가되는 원소이다. 그 함량이 0.006%를 초과하게 되면 소강 중의 S 함량에 대하여 과잉 첨가되어 CaS 클러스터(cluster)가 발생하며, 반면 0.001% 미만인 경우에는 MnS가 발생하여 인성의 저하를 초래할 수 있다. 따라서, Ca의 함량을 0.001~0.006%로 제한하는 것이 바람직하다.

더욱이 CaS 클러스터의 발생을 방지하기 위해, Ca의 함량 제어와 함께 S의 함량도 동시에 제어하는 것이 바람직하다. 즉, 철 중 S 및 O 함량에 따라 Ca 함량을 제어하는 것이 바람직하다.

Al: 0.01~0.06%

알루미늄(Al)은 제강시 탈산의 목적으로 첨가하는 원소이다. Al의 함량이 0.01% 미만인 경우에는 탈산 작용이 부족하게 되며, 반면 0.06%를 초과하는 경우에는 전기저항용접시 용접부에 알루미나 또는 알루미나 산화물을 포함하는 복합 산화물의 형성이 조장되어, 용접부의 인성이 손상될 수 있다. 따라서, Al의 함량은 0.01~0.06%로 제한하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 0.015~0.05%로 첨가되는 것이 좋다.

N: 0.008% 이하

질소(N)는 고용 상태에서 시효 열화를 일으키는 원인이 되는 원소로서, 강중에서 Ti 또는 Al 등의 질화물로서 고정시킨다. 그 함량이 0.008%를 초과하게 되면 Ti, Al 등의 첨가량 증가가 불가피하므로, 상기 N의 함량은 0.008% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.005% 이하로 첨가되는 것이 좋다.

Cr: 0.01~0.30%

크롬(Cr)은 Mn과 마찬가지로 오스테나이트/페라이트 변태 개시 온도를 저하시키는 원소이다. 이러한 Cr은 Mn 보다 편석되기 어려운 반면, Mn 보다 산소와의 친화력이 강하므로 0.30%를 초과하게 되면 용접부에 산화물을 생성시킬 우려가 있다. 따라서, Cr의 함량은 0.01~0.30%로 제한하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 성분 이외에도 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다.

본 발명을 구성하는 각 성분 중 중요한 성분계 사이의 관계식은 다음과 같다.

[관계식]

9 ≤ (C/12)/(Cr/52) ≤ 30

상기 관계식은 충분한 펄라이트 상과 과도한 베이나이트 상의 형성을 억제하기 위한 것이다. 강 중에서 Cr과 C는 결합하여 석출물을 형성하며, 특히 Cr은 경화능 향상 원소로서 베이나이트 등을 형성하여 파이프 조관 후 항복강도를 크게 증가시킴으로써 항복강도 규격 초과 및 항복비를 증가시키게 된다.

따라서, 상기 관계식의 값이 9 미만이면 상 변태 전 강재에 남아있는 C의 함량이 감소하게 되어 충분한 펄라이트를 형성하기 어려우며, 반면 관계식의 값이 30을 초과하면 경화능이 너무 증가하여 펄라이트의 형성이 억제되고 베이나이트 또는 마르텐사이트 상들이 형성되어 조관 후 항복강도 증가에 따른 항복강도 규격 초과 및 항복비가 증가하게 된다. 그러므로, 조관 후 강관의 항복강도 증가를 적절히 억제하고, 원하는 인장강도를 확보하기 위해서는 관계식의 값이 9 내지 30을 만족하는 것이 바람직하다.

상술한 성분계를 가지는 강판으로서, 조관 후에 저항복비를 갖고 충격특성이 우수한 고강도 강판이 되기 위한 바람직한 조건으로 내부조직의 종류와 형상에 대하여 추가적으로 한정할 필요가 있다.

즉, 본 발명에서 제공하는 열연강판 내부의 미세조직은 면적분율 기준으로 10~25%의 페라이트, 75~90%의 펄라이트를 포함하는 것이 바람직하다. 여기에 베이나이트를 2% 이하로 포함할 수도 있다. 이들 조직은 강판의 강도 향상에 기여하고, 또한 인성이 우수하여 상술한 성분계를 이용하여 본 발명에서 의도하는 조관 후 낮은 항복비 특성을 갖고, 충격특성이 우수한 유정관용 강관을 제조하는데 적합하다.

또한, 페라이트의 결정립 크기가 7 내지 12 μm인 것이 바람직하다. 펄라이트 결정립계(grain boundary)에 페라이트 결정립이 분포할 시, 7~12μm의 크기를 갖는 결정립들이 분포할 때 충격인성이 향상되는 결과를 얻을 수 있다. 결정립의 크기가 상기 범위를 벗어날 경우에는 충격인성이 열화될 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 열연강판을 이용하여 제조된 유정관용 강관을 제공한다. 본 발명의 강관은 전술한 합금성분 및 조성범위를 만족함과 동시에 미세조직의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명이 제안하는 열연강판으로부터 제조된 강관은 370~560 MPa의 항복강도, 650MPa 이상의 인장강도, 0.77 이하의 항복비를 갖으며, 더욱이 0℃에서 40J 이상의 충격인성을 가질 수 있다. 따라서, 기존 API-K55 강재와 같이 저항복비 특성뿐만 아니라, 충격인성까지 요구되는 유정관용 제품에 적용되기 매우 적합하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 목적을 충족하는 열연강판 및 이를 이용한 유정관용 강관을 제조하기 위하여 본 발명자들에 의해 도출된 가장 바람직한 방법에 대하여 하기에 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 열연강판의 제조방법은 개략적으로, 상술한 성분계를 만족하는 강 슬라브를 가열한 후, 상기 가열된 슬라브를 압연한 후, 이를 800~900℃의 온도범위에서 마무리 압연을 실시한 후 10~20℃/s의 냉각속도로 상기 강판을 냉각하여 560~610℃에서 냉각을 종료하는 과정으로 이루어진다.

이하, 각 단계별 상세한 조건에 대하여 설명한다.

슬라브 가열: 1000~1250℃

슬라브의 가열공정은 후속되는 압연공정을 원활히 수행하고 목표하는 강판의 물성을 충분히 얻을 수 있도록 강을 가열하는 공정이므로, 목적에 맞게 적절한 온도범위 내에서 가열공정이 수행되어야 한다.

슬라브 가열시 가열온도가 1000℃ 미만이면 슬라브를 균일하게 가열하는데에 어려움이 있으며, 반면 1250℃를 초과할 경우에는 초기 결정립이 너무 커져 입도 미세화가 어려워진다.

압연조건

상기 가열된 슬라브를 재결정 온도영역인 900~1100℃에서 조압연한 후, 미재결정 온도영역인 800~900℃에서 마무리 압연하는 것이 바람직하다. 상기 온도영역대에서 열간압연이 수행되어야 효과적으로 결정립을 미세화시킬 수 있으며, 특히 압연 마무리 온도가 너무 높으면 최종 조직이 조대해져 원하는 강도를 얻을 수 없고, 반면 너무 낮으면 마무리 압연기 설비부하 문제가 발생할 수 있다.

냉각속도: 10~20℃/s

냉각속도는 강판의 인성과 강도를 향상시키는 중요한 요소이다. 냉각속도가 빠를수록 강판의 내부조직의 결정립이 미세화되어 인성을 향상시키며, 내부에 경질조직이 발달하여 강도를 향상시킬 수 있다.

초기 냉각속도가 10℃/s 미만일 경우에는 페라이트량이 증가하게 되어 목적하는 저항복비를 확보하기 어려우며, 반면 냉각속도가 20℃/s을 초과할 경우에는 저온 변태조직이 형성되어 충격인성이 나빠지게 된다.

냉각종료온도: 560~610℃

강판의 내부조직을 제어하기 위해서는 냉각속도의 효과가 충분히 발현되는 온도까지 냉각하여 줄 필요가 있다.

냉각을 정지하는 온도인 냉각정지온도가 610℃를 초과할 경우에는 조대립의 형성으로 항복비는 감소하나 인성이 저하되는 문제가 발생하며, 반면 냉각정지온도가 560℃ 미만으로 저온일 경우에는 조직이 미세하게 되어 인성은 증가하나 강관으로 조관 후 항복강도가 크게 증가하여 항복강도 상한점을 초과하고, 결국 항복비가 증가하게 된다.

권취온도: 550~650℃

권취 시 권취온도는 550~650℃ 범위로 제어하는 것이 바람직한데, 이는 적정량의 페라이트 및 적정량의 펄라이트를 확보하기 위함이며, 권취온도가 너무 높을 경우 조대한 페라이트 및 펄라이트가 생성되어 강도 확보가 어렵다.

이후, 상기와 같이 제조된 열연강판을 전기저항용접으로 조관하여 유정관용으로 사용될 수 있는 강관을 얻을 수 있다.

전기저항용접시 어떠한 용접 방식도 이용할 수 있으므로 용접 방법에 대해 특별히 한정하지는 않는다.

강관 제조시 두께 11mm 이하의 열연강판을 이용하는 것이 바람직한데, 이는 통상적으로 두께가 높을수록 본 발명에서 제안하는 성분계로 고강도 및 인성을 확보하는 것이 어려워지고, 제조공정과 생산원가 측면에서 크게 무리가 없도록 하기 위해 강판의 두께를 11mm 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 제조되는 강관의 직경이 10 내지 20 인치를 갖도록 하는 것이 바람직한데, 이는 조관 이후에도 저항복비를 갖도록 하기 위함이다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하지는 않는다.

( 실시예 )

하기 표 1의 성분 조성을 갖는 강 슬라브를 1000~1250℃에서 재가열한 후, 900~1100℃에서 조압연한 다음 800~900℃의 마무리 압연온도 범위에서 압연을 종료하였다. 이후, 열간압연된 강판을 560~610℃까지 10~20℃/s의 냉각속도로 560~610℃까지 냉각하고 550~650℃의 온도범위에서 권취하였다. 이후, 상기 열연강판을 전기저항용접 방식으로 조관하여 10 내지 20 인치의 직경을 갖는 강관을 제조하였다.

이후, 제조된 각각의 강관에 대해 인장시험기를 이용하여 항복강도 및 인장강도를 측정하였으며, 이때 통용되는 ASTM A370에 준하는 시험으로 실시하였다. 이와 함께 0℃에서 샤르피(charpy) 충격 시험을 실시하여 충격에너지를 측정하였다. 상기 결과는 하기 표 2에 나타내었다.

강종	성분함량(중량%)								(C/12)/(Cr/52)
강종	C	Si	Mn	Cr	Nb	Ti	V	Mo	(C/12)/(Cr/52)
발명강 1	0.41	0.2	1.5	0.08	-	-	-	-	22
발명강 2	0.45	0.2	1.6	0.15	-	-	-	-	13
비교강 1	0.36	0.25	1.1	0.2	0.01	0.01	0.05	0.05	8
비교강 2	0.34	0.3	1.5	0.5	0.01	0.01	0.02	-	3

구분	강종	CT온도 (℃)	조직분율(%)			페라이트크기 (μm)	강관 기계적 성질
구분	강종	CT온도 (℃)	페라이트	펄라이트	베이나이트	페라이트크기 (μm)	항복 강도	인장 강도	항복비 (YS/TS)	충격값
발명재A	발명강1	600	14	86	-	12	508	721	0.70	61
발명재B	발명강2	580	16	84	-	8	519	709	0.73	85
비교재A	발명강1	550	16	81	3	4	605	781	0.77	123
비교재B	비교강1	580	26	69	5	7	573	720	0.79	98
비교재C	비교강2	630	34	66	-	15	453	636	0.71	38
비교재D	비교강2	525	23	63	15	3	453	636	0.71	38

(상기 표 2에서 CT온도는 권취온도를 의미한다.)

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 성분범위를 만족하는 발명강 1 및 2를 이용하여 본 발명에서 제안하는 제조방법에 따라 제조된 발명재 A 및 B의 경우, 열간압연된 열연강판에서 베이나이트 형성이 최소화되어 조관 후 강관의 항복강도 상승이 억제됨을 알 수 있다. 그 결과, 항복강도가 370MPa 이상, 560MPa 이하로 확보되었다. 또한, 열연강판에서 80% 이상의 펄라이트가 형성되어, 인강장도 650MPa 이상, 항복비 0.77 이하로 확보할 수 있었으며, 페라이트 및 펄라이트 조직의 성장을 억제함으로써 0℃에서 충격에너지가 40J 이상인 기계적 성질을 확보하였다.

특히, 도 1은 상기 발명재 A의 미세조직을 측정한 결과로서, 페라이트와 펄라이트의 분율이 적정량으로 형성되었음을 알 수 있다.

그러나, 비교재 A는 본 발명의 성분범위는 만족하나, 제조방법에서 권취온도가 본 발명에서 제안하는 범위를 만족하지 않는 경우로서, 낮은 권취온도로 인해 베이나이트 형성이 최소화되지 못하고 추가로 형성되어 조관 후 강관의 항복강도가 과도하게 증가하여 항복강도 및 항복비가 규격을 초과함을 알 수 있다.

특히, 도 2는 상기 비교재 A의 미세조직을 측정한 결과로서, 페라이트 및 펄라이트 이외에도 베이나이트가 형성되어 본 발명에서 제안하는 조건을 만족하지 않음을 알 수 있다.

또한, 비교재 B, C 및 D는 본 발명의 성분범위와 제조조건을 만족하지 않는 비교강을 이용한 경우로서, 충분한 펄라이트가 형성되지 못하고, 특히 비교재 C의 경우에는 조대한 페라이트가 형성되었고, 비교재 D의 경우에는 베이나이트가 15%로 추가로 형성되었다. 그 결과, 항복강도 또는 인장강도가 본 발명에서 제안하는 바를 만족하지 못할 뿐 아니라, 저온인성 특성도 확보되지 못하였다.

Claims

중량%로, C: 0.30~0.50%, Si: 0.20~0.50%, Mn: 1.3~2.5%, P: 0.02% 이하, S: 0.01% 이하, Ca: 0.001~0.006%, Al: 0.01~0.06%, N: 0.008% 이하, Cr: 0.01~0.30%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되고,
상기 Cr 및 C 사이에는 하기 관계식을 만족하고, 미세조직은 면적분율로 10~25%의 페라이트 및 75~90%의 펄라이트를 포함하는 고강도 저항복비 유정관용 열연강판.
[관계식]
9 ≤ (C/12)/(Cr/52) ≤ 30
제 1항에 있어서,
상기 페라이트의 평균 결정립 크기가 7 내지 12 μm인 고강도 저항복비 유정관용 열연강판.
제 1항에 있어서,
상기 열연강판의 두께가 11mm 이하인 고강도 저항복비 유정관용 열연강판.
중량%로, C: 0.30~0.50%, Si: 0.20~0.50%, Mn: 1.3~2.5%, P: 0.02% 이하, S: 0.01% 이하, Ca: 0.001~0.006%, Al: 0.01~0.06%, N: 0.008% 이하, Cr: 0.01~0.30%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, 상기 Cr 및 C 사이에 하기 관계식을 만족하는 강 슬라브를 1000~1250℃로 재가열하는 단계;
상기 재가열된 강 슬라브를 900~1100℃에서 조압연 하는 단계;
상기 조압연된 슬라브를 800~900℃의 온도범위에서 마무리 압연하는 단계; 및
상기 마무리 압연된 강판을 10~20℃/s의 냉각속도로 560~610℃까지 냉각한 후 권취하는 단계
를 포함하는 고강도 저항복비 유정관용 열연강판의 제조방법.
[관계식]
9 ≤ (C/12)/(Cr/52) ≤ 30
제 4항에 있어서,
상기 권취하는 단계에서 권취온도는 550~650℃인 것을 특징으로 하는 고강도 저항복비 유정관용 열연강판의 제조방법.
중량%로, C: 0.30~0.50%, Si: 0.20~0.50%, Mn: 1.3~2.5%, P: 0.02% 이하, S: 0.01% 이하, Ca: 0.001~0.006%, Al: 0.01~0.06%, N: 0.008% 이하, Cr: 0.01~0.30%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지며,
상기 Cr 및 C 사이에는 하기 관계식을 만족하고, 미세조직은 면적분율로 10~25%의 페라이트 및 75~90%의 펄라이트를 포함하고,
항복강도 370~560 MPa, 인장강도 650MPa 이상, 항복비가 0.77 이하, 0℃에서 40J 이상의 충격인성을 갖는 유정관용 강관.
[관계식]
9 ≤ (C/12)/(Cr/52) ≤ 30
제 6항에 있어서,
상기 강관의 직경이 10 내지 20 인치인 유정관용 강관.
중량%로, C: 0.30~0.50%, Si: 0.20~0.50%, Mn: 1.3~2.5%, P: 0.02% 이하, S: 0.01% 이하, Ca: 0.001~0.006%, Al: 0.01~0.06%, N: 0.008% 이하, Cr: 0.01~0.30%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지고, 상기 Cr 및 C 사이에 하기 관계식을 만족하는 강 슬라브를 1000~1250℃로 재가열하는 단계;
상기 재가열된 강 슬라브를 900~1100℃에서 조압연 하는 단계;
상기 조압연된 슬라브를 800~900℃의 온도범위에서 강판으로 마무리 압연하는 단계;
상기 마무리 압연된 강판을 열간압연한 후, 10~20℃/s의 냉각속도로 560~610℃까지 냉각한 후 권취하여 열연강판을 얻는 단계; 및
상기 열연강판을 전기저항용접하여 두께 11mm 이하, 직경 10 내지 20 인치의 강관을 얻는 단계를 포함하는 유정관용 강관의 제조방법.
[관계식]
9 ≤ (C/12)/(Cr/52) ≤ 30