KR101382790B1 - 내침식성 및 저온충격인성이 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판 및 그 제조방법 - Google Patents

내침식성 및 저온충격인성이 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일측면인 내침식성 및 저온충격인성이 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판은 중량%로, C: 0.25~0.35%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 1.4~1.8%, Al: 0.05% 이하, Nb: 0.005~0.05%, Ti: 0.005~0.02%, P: 0.03% 이하, S: 0.03% 이하, N: 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직은 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 및 페라이트를 포함한다.
본 발명의 다른 일측면인 내침식성 및 저온충격인성이 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판의 제조방법은 중량%로, C: 0.25~0.35%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 1.4~1.8%, Al: 0.05% 이하, Nb: 0.005~0.05%, Ti: 0.005~0.02%, P: 0.03% 이하, S: 0.03% 이하, N: 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강슬라브를 가열하는 단계, 상기 가열된 강슬라브를 Ar3~Ar3+200℃의 온도범위에서 50% 이상의 잔압하율로 마무리 열간압연하는 단계 및 상기 열간압연된 강재를 0.5~5℃/초의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함한다.

Description

내침식성 및 저온충격인성이 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판 및 그 제조방법{STEEL SHEET FOR OIL SANDS SLURY PIPE HAVING EXCELLENT EROSION RESISTANCE AND LOW TEMPERATURE TOUGHNESS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 내침식성 및 저온충격인성이 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
오일샌드 산업에 사용되고 있는 강재 중에서, 특히 오일샌드 슬러리 수송에 사용되고 있는 파이프용 강재는 200~300㎛의 모래 입자에 의해 마모가 발생하고 있으며, 그 교체 수명은 1년 내외로 소재의 구입과 교체에 많은 비용과 시간이 소모된다.
오일샌드 채굴법은 크게 노천채굴법과 지하회수법으로 나뉘는데, 노천채굴법에서는 채굴광의 후처리를 위해 슬러리 파이프 시스템의 적용이 필수적이다. 물과 혼합된 분쇄 채굴광은 슬러리의 형태를 가지며, 35중량% 정도의 모래, 500ppm 내외의 염분이 포함되어 있고 3.5~5.5m/sec의 속도로 수송되고 있다. 슬러리의 수송 시, 모래 입자는 파이프의 내측 하단부를 따라 이동되어 소재를 침식(마모와 부식이 동반된 상태)시키기 때문에 재료의 사용 수명을 늘리기 위해 연간 2~4회 정도 파이프를 회전하여 사용하고 있다.
또한, 상기 슬러리 파이프의 내부는 이동하는 모래에 의한 마모뿐만 아니라 물과 염분으로 인한 부식도 함께 발생하는데, 더욱 문제가 되는 것은 부식에 의해 생성된 부식 생성물이 안정적으로 소재의 부식속도를 저하시키는 것이 아니라 이동하는 모래에 의해 즉시 제거된다는 것이다. 특히, 이러한 소재의 침식은 부식과 마모가 각각 따로 존재하는 환경보다 상기 오일샌드 슬러리 파이프의 사용환경과 같이 부식과 마모와 함께 발생하는 환경에서 훨씬 빨리 일어나게 된다.
이러한 침식현상을 지연시켜 파이프의 수명을 늘리기 위해 내부에 탄화물 코팅처리나 표면 열처리를 적용하는 경우도 있지만, 이러한 재처리 공정의 비용이 소재의 교체비용을 초과하기 때문에 상기의 재처리 공정 없이도 슬러리에 의한 침식에 대한 저항성이 우수한 소재의 개발이 요구되고 있다.
일반적으로, 소재의 내마모성은 경도의 증가에 따라 증가하는 것으로 알려져 있지만, 재료의 경도 증가는 파이프 소재의 특성상, 조관이 가능한 강도와 연성을 가져야 하기 때문에 고경도의 마르텐사이트를 적용시키는 것은 불가능하다.
또한, 염분의 분위기에서 강재의 부식속도를 낮추기 위해 주로 Cr 이나 Al과 같은 산화물 녹층 형성원소를 일반적으로 활용하고 있지만, 오일샌드 슬러리 파이프의 특성상 탄소강에서 표면 녹층의 활용은 거의 불가능하다.
현재 사용되고 있는 오일샌드 슬러리 파이프용 강재는 API 등급의 라인파이프 강재로서, 재료의 내마모성을 증가시키기 위해 상용 조관이 가능한 수준에서 강도를 상승시킨 페라이트계 TMCP강재가 사용되고 있고, 이하에서는 현재 사용되고 있는 내마모성이 우수한 파이프 강재 기술에 대해 살펴본다.
먼저, 특허문헌 1은 강 파이프 내부에 세라믹 플레이트를 설치하여 내마모성을 확보하는 방법을 제안하고 있으며, 특허문헌 2에서는 파이프 내면에 텅스텐 카바이드 또는 고크롬 분말을 이용하여 경화 육성용접 층을 형성하여 내마모 파이프를 제조하는 방법을 제안하고 있다.
그러나, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 모두 기존의 파이프의 표면에 내마모성 확보를 위해 고경도의 물질을 이용하여 재처리를 하고 있는 기술의 일종으로서, 재처리로 인한 비용이 많이 들고, 충격이나 결함으로 인해 상기 재처리층이 탈락할 수 있어 장기적인 내마모성을 보증하지 못하는 단점이 있다.
또한, 특허문헌 3에서는 원유탱크의 저장유관, 선체내 배광용 등으로 이용되는 내마모성이 우수한 강재의 제조방법을 제공하고 있으며, 상기 특허문헌 3에서 제공하는 강재는 중량%로, C: 0.03∼0.1%, Si: 0.1∼0.3%, Mn: 0.05∼1.2%, P: 0.05% 이하, S: 0.035% 이하, Al: 0.03% 이하, Cr: 0.8~1.1%, Cu: 0.1∼0.3%, Ni: 0.1∼0.3%, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성되는 용강에, 와이어 형태의 Ca-Si을 투입하고 탈가스 처리하여 Ca 함량이 0.001~0.004중량%가 되도록 제어한 강을 1000~1200℃로 재가열한 후, Ar3 이상의 온도에서 열간압연하는 것을 포함하는 것으로 이루어진다.
그러나, 상기 특허문헌 3의 발명은 Cr, Cu, Ni, Ca 등을 활용하여 녹층의 치밀도를 개선함으로써 내마모성 및 내식성을 향상시키고 있지만, 오일샌드 슬러리 파이프와 같은 가혹한 마모환경에서는 녹층을 활용하는 것으로는 내마모성 및 내식성 확보가 불가능하다는 문제점이 있다.
또한, 오일샌드 슬러리 파이프의 사용환경이 보다 열악한 즉, 사용온도가 영하로 떨어지는 저온환경으로 이동하는 추세이므로 저온인성에 대한 요구 또한 증가하고 있다.
따라서, 오일샌드 슬러리 파이프의 사용환경과 같은 가혹한 마모 및 부식환경에서도 우수한 내침식성 및 저온충격인성을 가지고, 경제성 및 생산효율도 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판에 대한 요구가 매우 급증하고 있다.
한국특허공개공보 1987-0010217호 공보 한국특허공개공보 2000-0046429호 공보 한국특허공개공보 2004-0059177호 공보
본 발명의 일측면은 파이프로서 조관이 가능하면서도 오일샌드 슬러리 파이프의 가혹한 마모환경에서도 우수한 내침식성을 가지고, 동시에 저온충격인성도 우수하며, 경제성 및 생산효율도 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일측면인 내침식성 및 저온충격인성이 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판은 중량%로, C: 0.25~0.35%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 1.4~1.8%, Al: 0.05% 이하, Nb: 0.005~0.05%, Ti: 0.005~0.02%, P: 0.03% 이하, S: 0.03% 이하, N: 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직은 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 및 페라이트를 포함한다.
본 발명의 다른 일측면인 내침식성 및 저온충격인성이 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판의 제조방법은 중량%로, C: 0.25~0.35%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 1.4~1.8%, Al: 0.05% 이하, Nb: 0.005~0.05%, Ti: 0.005~0.02%, P: 0.03% 이하, S: 0.03% 이하, N: 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강슬라브를 가열하는 단계, 상기 가열된 강슬라브를 Ar3~Ar3+200℃의 온도범위에서 50% 이상의 잔압하율로 마무리 열간압연하는 단계 및 상기 열간압연된 강재를 0.5~5℃/초의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함한다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 합금성분과 제조조건을 적절히 제어함으로써, 조관이 가능하면서도 오일샌드 슬러리 파이프의 가혹한 마모환경에서도 우수한 내침식성을 가질 수 있고, 동시에 저온충격인성도 우수하게 확보할 수 있고, 또한 경제성 및 생산효율도 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판을 얻을 수 있다.
도 1은 가열온도에 따른 발명예 1 내지 발명예 5의 저온충격인성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 마무리 압연 잔압하율에 따른 발명예 1 내지 발명예 5의 저온충격인성 변화를 나타낸 그래프이다.
본 발명자들은 철강재료의 마모는 미세조직에 상관없이 표면변형과 변형층의 탈락에 의해 발생한다는 것과 오일샌드 슬러리 파이프 환경의 분위기에서는 재료에 발생하는 침식이 부식보다 마모에 의한 것이 주됨을 발견하였다. 이에, 내침식성 및 저온충격인성이 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판을 도출해내기 위하여 연구를 행한 결과, 충돌된 마모입자를 튕겨내면서도 파괴되지 않는 수준의 경도와 인성을 갖고, 변형수용능력을 향상시켜 변형층 탈락까지의 변형 수용량을 늘릴 수 있는 미세조직을 가지게 함으로써, 내침식성 및 저온충격인성이 우수한 강판을 생산할 수 있음을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.
이하, 본 발명의 일측면인 내침식성 및 저온충격인성이 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일측면인 내침식성 및 저온충격인성이 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판은 중량%로, C: 0.25~0.35%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 1.4~1.8%, Al: 0.05% 이하, Nb: 0.005~0.05%, Ti: 0.005~0.02%, P: 0.03% 이하, S: 0.03% 이하, N: 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직은 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 및 페라이트를 포함한다.
탄소(C): 0.25~0.35중량%
상기 C는 펄라이트를 페라이트의 기지조직에 형성하여 페라이트/펄라이트 복합조직을 만들기 위해 첨가되는 원소이다. 상기 C의 함량이 0.25중량% 미만인 경우에는 펄라이트 양이 부족하여 내마모성이 확보가 어렵다. 반면에, C의 함량이 0.35중량%를 초과하는 경우에는 펄라이트의 양이 증가하는 반면 페라이트 양이 감소하고 경도 값이 증가함과 동시에 마모에 대한 변형 수용능력이 떨어지게 되어 내마모성이 감소한다. 따라서, 상기 C의 함량은 0.25~0.35중량%로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 내침식성을 보다 향상시키기 위해서는 상기 탄소를 0.28중량% 이상으로 제어하는 것이 보다 바람직하다.
실리콘(Si): 0.1~0.5중량%
상기 Si는 제강 공정의 탈산제로 작용할 뿐만 아니라 강재의 강도를 높이는 역할을 한다. 상기 Si의 함량이 0.1중량% 미만인 경우에는 상기 효과를 충분히 얻을 수 없으며, 제조비용이 증가한다. 반면에, 상기 Si의 함량이 0.5중량%를 초과하는 경우에는 소재의 충격인성이 나빠지고 용접성을 저해하고, 압연 시 스케일 박리성을 유발한다. 따라서, Si의 함량은 0.1~0.5중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 1.4~1.8중량%
Mn은 충격인성을 저해하지 않으면서 펄라이트 양을 증가시키는 원소이다. 본 발명에서 이러한 효과를 나타내기 위하여 1.4중량% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 그러나, 1.8중량%를 초과하는 경우에는 중심편석이 발생하여 충격인성이 저하되고 펄라이트가 아닌 베이나이트나 마르텐사이트가 형성됨은 물론 용접성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, Mn의 함량은 1.4~1.8중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
알루미늄(Al): 0.05중량% 이하(0%는 제외)
Al은 용강중에 존재하는 산소와 반응하여 산소를 제거하는 탈산제로서의 역할을 수행하는 원소이나, 그 양이 너무 많이 첨가되면 산화물계 개재물이 다량 형성되어 소재의 충격인성을 저해하게 되므로, 그 상한을 0.05중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
니오븀(Nb): 0.005~0.05중량%
Nb는 슬라브 재가열시 고용되어 있다가 열간압연 중에 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하고, 이후 석출되어 강의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 따라서, 결정립 미세화를 통한 저온인성 향상을 위한 핵심적인 원소로서, 상기 효과를 발생시키기 위해서는 0.005중량% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, 그 양이 너무 많으면 오히려 저온에서의 충격인성이 열화되기 때문에, 상한을 0.05중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
티타늄(Ti): 0.005~0.02중량%
Ti는 슬라브 재가열시 N과 결합하여 TiN 질화물을 형성함으로써 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하는 원소로서, 상기 Nb와 마찬가지로 결정립 미세화를 통한 저온인성 향상을 위한 핵심적인 역할을 한다. 따라서, 상기 효과를 충분히 얻기 위해서는 0.005중량% 이상 첨가되는 것이 바람직하고, 다만, 그 양이 너무 많으면 오히려 저온에서의 충격인성이 열화되기 때문에, 그 상한을 0.02중량%로 한정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
다만, 그 중 질소, 인 및 황은 일반적으로 많이 언급되는 불순물이기 때문에 이에 대하여 간략히 설명하면 다음과 같다.
질소(N): 0.01중량% 이하
N은 불가피하게 함유되는 불순물이다. Al, Ti, Nb, V등과 결합하여 질화물을 형성함으로써 오스테나이트 결정립의 성장을 방해하고, 이에 따라 인성 및 강도 향상에 도움을 주지만, 그 함량이 너무 많으면 고용상태의 N이 존재하고, 이는 오히려 강의 인성에 악영향을 미치므로, 그 함량의 상한은 0.01중량%로 한정하는 것이 바람직하다.
인(P): 0.03중량% 이하
P는 불가피하게 함유되는 불순물로써, 용접성이 저하되고 충격인성이 열화되기 때문에 가능한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 이론상 인의 함량은 0%로 제한하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 함유될 수 밖에 없다. 따라서, 상한을 관리하는 것이 중요하며, 본 발명에서는 상기 인 함량의 상한은 0.03중량%로 한정하는 것이 바람직하다.
황(S): 0.03중량% 이하
S은 불가피하게 함유되는 불순물로써, Mn 등과 결합하여 비금속개재물을 형성하며 이에 따라 강의 저온 충격인성에 크게 손상시키기 때문에 그 함량을 최대한 억제하는 것이 바람직하다. 또한, 강의 연성, 충격인성 및 용접성을 열화시키는 문제가 있다. 이론상 황의 함량은 0%로 제한하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 함유될 수 밖에 없다. 따라서, 상한을 관리하는 것이 중요하며, 본 발명에서 상기 황 함량의 상한은 0.03중량%로 한정하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 일측면은 오일샌드 슬러리 파이프가 사용되는 특수한 환경을 고려하여 상기와 같은 성분계 및 조성범위를 제안함으로써, 오일샌드 슬러리 파이프용 강판의 내침식성 및 저온충격인성 향상에 크게 기여할 수 있게 되었다.
또한, 상기 강판의 미세조직은 펄라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어져 있는 것이 바람직하다. 더불어, 잔부 미세조직은 페라이트로 이루어져 있는 것이 바람직하다.
펄라이트는 소재 전체의 경도는 높지 않더라도, 이 중 세멘타이트는 마모입자를 반사시키는 역할을 하며, 연질의 페라이트는 마모입자에 의한 변형을 수용하는 역할을 한다. 따라서, C 함량 변화로 인한 펄라이트 분율의 최적화는 내침식성 향상에 중요한 역할을 한다. 더불어, 펄라이트의 분율이 50면적% 미만일 경우에는 세멘타이트가 충분히 형성되지 않아 내침식성을 확보하기 어렵다. 반면에, 펄라이트의 분율이 70면적%를 초과하는 경우에는 변형수용 능력 감소로 내침식성이 감소하고 저온충격인성이 떨어진다. 따라서, 50~70면적%의 펄라이트를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 베이나이트 및 마르텐사이트는 높은 경도를 갖는 조직이다. 따라서, 오일샌드 슬러리 파이프의 사용환경과 같은 심한 마모 환경에서는 베이나이트나 마르텐사이트와 같이 높은 경도를 갖는 조직을 형성시키는 것이 바람직하지 않다. 베이나이트와 마르텐사이트의 분율이 20면적% 이상인 경우에는 경질조직의 형성으로 인한 내침식성의 감소와 저온충격인성의 감소가 나타난다. 따라서, 베이나이트와 마르텐사이트의 분율을 20면적% 미만으로 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 페라이트는 마모입자에 의한 변형 수용에 의해 내침식성을 향상시키고 강재의 강도를 조관 가능한 수준으로 낮게 유지하는 역할을 한다.
상기 강판은 -40℃에서의 저온충격인성은 50J 이상이고, 항복강도는 240~600MPa인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 다른 일측면인 내침식성 및 저온충격인성이 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 다른 일측면인 내침식성 및 저온충격인성이 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판의 제조방법은 중량%로, C: 0.25~0.35%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 1.4~1.8%, Al: 0.05% 이하, Nb: 0.005~0.05%, Ti: 0.005~0.02%, P: 0.03% 이하, S: 0.03% 이하, N: 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강슬라브를 가열하는 단계, 상기 가열된 강슬라브를 Ar3~Ar3+200℃의 온도범위에서 50% 이상의 잔압하율로 마무리 열간압연하는 단계 및 상기 열간압연된 강재를 0.5~5℃/초의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함한다.
가열
상기와 같은 조성을 갖는 강슬라브를 1100~1160℃로 가열하는 것이 바람직하다. 가열온도가 1100℃미만인 경우에는 합금원소로 첨가된 Nb의 재고용율이 떨어져 결정립 미세화의 효과가 감소한다. 반면에, 1160℃를 초과하는 경우에는 오스테나이트 결정립이 조대화 되어 강의 충격인성을 저하시킨다. 그러므로, 강슬라브의 가열온도는 1100~1160℃로 한정하는 것이 바람직하다.
열간압연
상기와 같이 가열된 강슬라브를 Ar3~Ar3+200℃의 온도범위에서 50% 이상의 잔압하율로 마무리 열간압연하는 것이 바람직하다. 마무리 압연온도가 Ar3점 미만이면 초석페라이트의 형성으로 오스테나이트 상의 합금원소 농도가 상승하여 소입성이 증대되기 때문에 베이나이트가 형성되기 쉽다. 반면에, Ar3+200℃를 초과하면 오스테나이트 단상역에서 냉각이 시작된다고 하더라도 페라이트와 펄라이트 상변태 개시점의 수가 감소하게 되어 오히려 소입성이 증가하는 문제가 있다. 더불어, 공정상의 제약으로 인하여 90% 이상의 잔압하율을 갖는 것은 어려울 수 있다.
냉각단계
본 발명에 적용되는 강슬라브는 C, Mn이나 Cr 등의 소입성 원소가 다량 첨가되기 때문에, 냉각조건을 제어하지 않으면 베이나이트나 마르텐사이트 조직이 형성되어 페라이트와 펄라이트의 혼합 조직을 얻지 못할 수 있다. 따라서, 냉각조건을 제어하여 본 발명의 혼합 조직을 얻음으로써 오일샌드 슬러리 파이프의 사용환경에 적합한 내마모성을 확보하는 것이 매우 중요하다.
상기와 같이 열간압연된 강재를 Ar3~Ar3+200℃의 온도범위에서 냉각을 개시하여 500℃이하에서 냉각을 종료하는 것이 바람직하다. 냉각개시온도가 Ar3점 미만이면 오스테나이트로의 상변태가 충분히 이루어지지 않은 상태에서 냉각을 시작하므로, 본 발명에서 얻고자 하는 조직을 확보할 수 없게 되고, 반대로 냉각개시온도가 Ar3+200℃를 초과하면 압연이 Ar3+200℃를 초과하여 이루어졌음을 의미하므로 결정립이 매우 조대화될 가능성이 큰 문제점이 있으므로, 냉각개시온도를 Ar3~Ar3+200℃의 온도범위로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 냉각종료온도는 500℃ 이하로 제한하는 것이 바람직한데, 냉각종료온도가 500℃를 초과하면 모든 조직이 오스테나이트에서 펄라이트/페라이트 혼합조직으로 변태하는 것이 아니라 변태하지 않고 오스테나이트로 잔류하는 조직이 나타나기 때문에, 펄라이트 분율을 충분히 확보할 수 없는 문제점이 생길 수 있다. 따라서, 냉각종료온도를 500℃ 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
또한, 강재를 0.5~5℃/초의 속도로 냉각하는 것이 바람직하다. 상기 냉각속도가 0.5℃/초 미만인 경우에는 펄라이트가 형성되는 것이 아니라 탄화물이 구상화되어 페라이트에 구상화 탄화물이 같이 존재하는 조직을 형성하게 된다. 이 경우 충분한 경도를 확보할 수 없고, 마모입자가 페라이트에 직접 충돌하게 될 수 있다. 반면에, 5℃/초를 초과하는 경우에는 베이나이트와 마르텐사이트와 같은 저온변태 조직이 생성될 수 있어 펄라이트 및 페라이트의 혼합조직을 얻기 어렵게 된다. 따라서, 냉각속도는 0.5~5℃/초로 제한하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
하기 표 1과 같은 조성을 갖는 용강을 마련한 후 연속주조를 이용하여 강 슬라브를 제조하였다. 주조된 슬라브는 하기 표 2에 나타낸 조건으로 가열한 후 압연 및 냉각을 수행하여 강판을 제조하였다. 또한, 하기 표 3에는 상기 발명예 및 비교예의 미세조직의 분율을 나타내었고, 추가적으로 내침식성, -40℃ 이하의 저온충격인성 및 항복강도를 측정하여 함께 나타내었다. 하기 표 3에서 나타낸 -40℃ 이하의 저온충격인성은 CVN(Charpy V- notch)의 방법에 의해 측정된 것이다. 또한, 오일샌드 흘러가는 환경을 모사하여 내침식성을 평가하였다.
　　 C Si Mn P S Al N Nb Ti
발명예 발명예1 0.26 0.21 1.65 0.008 0.003 0.035 0.005 0.018 0.009
발명예2 0.28 0.19 1.71 0.009 0.007 0.037 0.008 0.021 0.011
발명예3 0.29 0.32 1.59 0.008 0.004 0.029 0.007 0.022 0.01
발명예4 0.3 0.19 1.66 0.007 0.006 0.041 0.005 0.017 0.008
발명예5 0.33 0.27 1.73 0.006 0.004 0.033 0.009 0.023 0.012
비교예 종래예1 0.041 0.23 1.21 0.006 0.006 0.037 0.005 0.02 0.013
비교예1 0.1 0.33 1.29 0.008 0.005 0.035 0.006 0.02 0.01
비교예2 0.38 0.22 1.75 0.009 0.003 0.043 0.008 0.012 0.01
비교예3 0.21 0.21 1.48 0.006 0.004 0.037 0.008 0.021 0.009
비교예4 0.28 0.16 2.1 0.005 0.003 0.029 0.007 0.023 0.008
비교예5 0.26 0.18 1.1 0.008 0.007 0.033 0.009 0.019 0.012
비교예6 0.32 0.22 1.65 0.009 0.003 0.043 0.008 0.023 0.028
비교예7 0.28 0.21 1.66 0.006 0.004 0.037 0.008 0.019 0.002
비교예8 0.33 0.23 1.55 0.007 0.004 0.035 0.008 0.065 0.01
비교예9 0.29 0.25 1.59 0.007 0.006 0.043 0.008 0.002 0.009
비교예10 0.3 0.19 1.66 0.007 0.006 0.041 0.005 0.017 0.008
비교예11 0.3 0.19 1.66 0.007 0.006 0.041 0.005 0.017 0.008
비교예12 0.3 0.19 1.66 0.007 0.006 0.041 0.005 0.017 0.008
비교예13 0.3 0.19 1.66 0.007 0.006 0.041 0.005 0.017 0.008
비교예14 0.3 0.19 1.66 0.007 0.006 0.041 0.005 0.017 0.008
　　 Ar3
(℃)		 가열온도
(℃)		 냉각개시온도
(℃)		 냉각종료온도
(℃)		 냉각속도
(℃/sec)		 Ar3~Ar3+200℃에서의 잔압하율(%)
발명예 발명예1 701 1158 834 455 1.4 75
발명예2 690 1148 805 480 3 70
발명예3 697 1145 881 479 1.8 65
발명예4 688 1126 789 454 2.2 75
발명예5 673 1148 778 479 1.8 70
비교예 종래예1 804 1154 825 355 15.8 70
비교예1 780 1145 890 332 14.6 65
비교예2 656 1154 825 355 3.1 70
비교예3 730 1159 872 465 2.8 75
비교예4 659 1147 802 358 2.6 75
비교예5 745 1158 777 379 2.8 65
비교예6 683 1156 783 449 2.2 65
비교예7 694 1149 832 475 1.8 70
비교예8 688 1147 783 465 1.2 70
비교예9 697 1154 800 444 1.8 70
비교예10 688 1173 831 456 1.8 70
비교예11 688 1081 778 452 1.6 75
비교예12 688 1128 805 444 1.9 40
비교예13 688 1131 821 412 5.9 70
비교예14 688 1120 841 419 0.3 75
　　 F 분율
(면적%)		 P 분율
(면적%)		 B/M 분율
(면적%)		 내침식성
(종래예 1대비, 면적%)		 충격인성
(J@-40℃)		 항복강도
(MPa)
발명예 발명예1 36 56 8 183 142 459
발명예2 35 59 6 185 146 483
발명예3 33 60 7 201 131 478
발명예4 30 61 9 204 138 480
발명예5 22 63 15 189 98 496
비교예 종래예1 93 5 2 100 264 473
비교예1 3 1 96 119 31 783
비교예2 12 83 5 151 22 585
비교예3 50 43 7 144 143 423
비교예4 11 52 37 138 34 602
비교예5 53 42 5 129 156 430
비교예6 25 58 17 184 36 495
비교예7 31 53 16 178 45 461
비교예8 19 67 14 181 31 499
비교예9 35 58 7 180 45 465
비교예10 28 50 22 158 44 489
비교예11 33 60 7 188 36 477
비교예12 26 47 27 165 23 512
비교예13 12 28 60 141 29 632
비교예14 38 46 16 142 116 425
상기 표 3에서 확인할 수 있듯이, 발명예 1 내지 5는 종래에 오일샌드 슬러리 파이프용 강으로 사용되어 저탄소강인 종래예 1과 비교하여 동등 또는 높은 내침식성을 가지고 있음을 확인할 수 있다. 저온 충격인성은 종래예 1보다는 낮지만 페라이트/펄라이트 조직을 활용하는 것을 고려하면 높은 값을 나타내고 있음을 확인할 수 있다.
비교예1의 경우는 통상 내마모강으로 사용되는 강으로 본 발명이 제안한 미세조직인 페라이트와 펄라이트의 복합 조직을 활용한 강이 아니라 마르텐사이트나 베이나이트 등의 저온 조직을 형성하여 경도를 높여 내마모성을 확보하고자 한 경우이다. 이에 따라, 비교예 1은 오일샌드 슬러리파이프 침식환경에서 내침식성을 확보할 수 없으며, 저온 충격인성이 낮고 항복강도가 높기 때문에 오일샌드 슬러리 파이프용 강으로 적용하기 어려운 것을 확인할 수 있다.
비교예2의 경우는 본 발명에서 제한하는 C함량의 최대치인 0.35중량%를 초과하여 첨가된 경우로 펄라이트 분율이 본 발명에서 제한하는 범위를 초과하여 내침식성이 감소한 것을 알 수 있다. 비교예3의 경우는 본 발명에서 제한하는 C함량의 최소치인 0.25중량% 미만으로 첨가된 경우로 펄라이트 분율이 본 발명에서 제안한 범위보다 감소하여 내침식성이 감소한 것을 알 수 있다.
비교예 4와 비교예5는 본 발명에서 제한하고 있는 Mn의 범위인 1.4~1.8중량%를 벗어나는 성분의 강으로서 Mn 함량이 2.1중량%인 비교예4는 마르텐사이트와 베이나이트 분율이 증가하여 항복강도가 증가하고 내마모성이 감소하였으며, 충격인성 또한 감소한 것을 알 수 있다. 비교예 5는 Mn 함량이 1.1중량%로 Mn 감소에 의해 펄라이트의 분율이 본 발명에서 제한하고 있는 범위 미만으로 형성된 경우로 내침식성이 감소한 것을 알 수 있다.
비교예 6은 Ti 함량이 0.028중량%로 본 발명에서 규정하고 있는 상한치인 0.02중량%를 초과하는 경우이다. 비교예 6과 같은 경우, 과다한 석출물 형성에 의하여 저온충격인성의 감소를 확인할 수 있다. 비교예 7은 Ti 함량이 0.002중량%로 본 발명에서 규정하고 있는 하한치인 0.05중량% 미만인 경우이다. 비교예 7과 같은 경우, 재가열 시 석출물에 의한 결정립 미세화 효과가 나타나지 않아 결정립이 조대화되고 저온충격인성이 감소한 것을 확인할 수 있다. 비교예 8와 비교예 9의 경우는 비교예 6과 비교예 7의 경우와 유사하게 Nb 함량이 본 발명에서 제한하고 있는 범위를 벗어난 경우로 그 효과는 Ti의 경우와 유사한 것을 확인할 수 있다.
비교예 10은 가열온도가 본 발명에서 제한하는 상한치인 1160℃를 초과하는 경우로서 결정립 조대화에 의한 소입성 증가로 베이나이트/마르텐사이트 분율이 증가하여 강도가 내침식성이 감소하고 저온충격인성이 감소한 것을 확인할 수있다. 비교예 11은 가열온도가 본 발명에서 규정하는 하한치인 1100℃ 미만인 경우로 재가열 시 Nb의 재고용이 충분하지 않아 결정립 미세화되지 않았기 때문에 저온충격인성이 감소한 것을 확인할 수 있다.
비교예 12는 마무리압연 잔압하율이 본 발명에서 규정하는 하한치인 50% 미만인 경우로 결정립 크기의 증가로 인해 강의 소입성이 증가하고 냉각 시에 펄라이트의 분율이 감소하고 베이나이트/마르텐사이트 분율이 증가하여 내침식성 및 저온충격인성이 감소한 것을 확인할 수 있다.
비교예 13과 비교예 14는 냉각속도가 본 발명에서 규정하는 0.5~5℃/sec의 범위를 벗어난 경우이며, 냉각속도가 높은 비교예 13은 본 발명에서 규정하는 베이나이트/마르텐사이트 분율 상한치인 20면적%를 초과하며, 내침식성, 저온충격인성 또한 감소하는 것을 확인할 수 있다. 반면에, 냉각속도가 낮은 비교예 14는 펄라이트 분율이 본 발명에서 규정하는 범위 미만으로 형성된 경우로 내침식성이 발명예 1 내지 5에 비해 감소한 것을 확인할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 중량%로, C: 0.25~0.35%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 1.4~1.8%, Al: 0.05% 이하(0은 제외), Nb: 0.005~0.05%, Ti: 0.005~0.02%, P: 0.03% 이하(0은 제외), S: 0.03% 이하(0은 제외), N: 0.01% 이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직은 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 및 페라이트를 포함하며 상기 펄라이트는 50~70%이고, 베이나이트와 마르텐사이트는 20% 미만이고, 잔부 페라이트인 내침식성 및 저온충격인성이 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 강판은 -40℃에서의 저온충격인성은 50J이상이고, 항복강도는 240~600MPa인 내침식성 및 저온충격인성이 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판.
  4. 중량%로, C: 0.25~0.35%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 1.4~1.8%, Al: 0.05% 이하(0은 제외), Nb: 0.005~0.05%, Ti: 0.005~0.02%, P: 0.03% 이하(0은 제외), S: 0.03% 이하(0은 제외), N: 0.01% 이하(0은 제외), 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강슬라브를 가열하는 단계;
    상기 가열된 강슬라브를 Ar3~Ar3+200℃의 온도범위에서 50% 이상의 잔압하율로 마무리 열간압연하는 단계; 및 상기 열간압연된 강재를 0.5~5℃/초의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함하는 내침식성 및 저온충격인성이 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 가열은 1100~1160℃의 온도범위인 것을 특징으로 하는 내침식성 및 저온충격인성이 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판의 제조방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 냉각은 Ar3~Ar3+200℃의 온도범위에서 냉각을 개시하여 500℃이하에서 냉각을 종료하는 내침식성 및 저온충격인성이 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판의 제조방법.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 강판은 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 및 페라이트를 포함하며, 상기 미세조직은 면적분율로 펄라이트 50~70%, 베이나이트와 마르텐사이트 20% 미만이고, 잔부 페라이트인 내침식성 및 저온충격인성이 우수한 오일샌드 슬러리 파이프용 강판의 제조방법.
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JP2008297571A (ja) 2007-05-29 2008-12-11 Jfe Steel Kk 加工性に優れた耐磨耗鋼板およびその製造方法
KR20090123006A (ko) * 2007-05-29 2009-12-01 제이에프이 스틸 가부시키가이샤 가공성이 우수한 내마모 강판 및 그 제조 방법
JP2010222682A (ja) 2009-03-25 2010-10-07 Jfe Steel Corp 加工性に優れた耐磨耗鋼板およびその製造方法

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