KR101507943B1

KR101507943B1 - 라인파이프 강재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101507943B1
Application number: KR20120154889A
Authority: KR
Inventors: 천승환; 김강석; 강상덕; 노희군
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2015-04-07
Also published as: KR20140084891A

Abstract

본 발명은 우수한 파괴전파 저항성 및 고 균일연신율 특성을 갖는 라인파이프용 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 중량%로, 탄소(C): 0.08~0.10%, 실리콘(Si): 0.05~0.50%, 망간(Mn): 1.4~2.0%, 알루미늄(Al): 0.01~0.05%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 질소(N): 0.002~0.01%, 니오븀(Nb): 0.02~0.07%, 바나듐(V): 0.05~0.08% 이하, 니켈(Ni): 0.1~0.4%, 인(P): 0.015% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 칼슘(Ca): 0.0005~0.004%, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 미세조직은 면적분율로, 공냉 페라이트 65~80%, 펄라이트 20-35% 를 포함하는 라인파이프용 강판 및 상기 강판의 제조방법이 제공된다. 본 발명을 통하여 보증온도 -20℃이하에서 90%이상의 DWTT 연성파면율을 확보하고 동시에 10% 이상의 균일연신율을 갖는 항복강도 70ksi급 라인파이프용 강판을 제공할 수 있다.

Description

라인파이프 강재 및 그 제조방법{LINE-PIPE STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 한랭지역에서 사용되는 라인파이프용 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 비수냉을 이용하여 강판의 미세조직을 페라이트와 펄라이트로 제어한 우수한 파괴전파 저항성 및 고 균일연신율을 갖는 라인파이프용 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 기후조건이 열악한 시베리아, 알라스카 등의 한랭지역을 중심으로 유전 개발이 이루어지면서 유전지역의 풍부한 가스 자원을 라인파이프를 통해 소비지역으로 수송하고자 하는 프로젝트들이 활발히 진행 중에 있다. 이러한 라인파이프 프로젝트에 투입되는 강재는 수송가스의 압력뿐만 아니라 극저온과 지반의 변형에 대한 내구성을 고려하여 고 DWTT(Drop Weight Tearing Test) 특성과 고 균일연신율 특성을 동시에 갖는 항복강도 70ksi급의 강판까지 필요성이 대두되고 있다.

라인파이프용 강재가 저온에서 안전하게 사용되기 위해서는 취성파괴 정지 특성을 나타내는 DWTT 특성이 필수적으로 우수해야 한다. 기본적으로 파이프 상태에서 DWTT 연성파면율이 -20℃에서 85% 이상이면 사용이 가능하다. 이러한 파이프에 공급되는 강판은 기본적으로 DWTT 연성파면율이 -20℃에서 90% 이상을 보유해야 한다. 일반적으로 DWTT 특성은 강재의 유효 결정립도와 깊은 연관성을 나타낸다.

유효 결정립도는 고경각입계를 갖는 그레인들의 크기로 정의되며 균열이 개시되어 전파할 때 균열은 유효 결정립계에서 진전 경로가 바뀌게 된다. 따라서 유효 결정립도가 미세화될수록 균열의 전파저항성은 증가하게 된다. 일반적으로 유효 결정립도를 미세화하기 위해서는 압연 직후 가속냉각을 실시한다. 이를 통해 미세한 침상페라이트와 베이나이트 혼합 조직을 구현한다.

그러나, 통상의 가속냉각을 통해 형성된 미세조직은 결정립내에 C이 과포화되어 있으므로 높은 경도를 갖게 되어 강판의 균일연신율을 10% 미만으로 열화시킨다. 이로 인해 조관시, 성형성이 낮아지고 조관 후, 외부 변형 인가시, 국부적인 응력 집중이 용이하게 발생하여 파이프 안정성을 저하시킨다.

따라서, 라인파이프용 강판의 제조에 있어서, 가속냉각에 의해 제조된 강판의 균일연신율의 열화를 개선하여 균일연신율이 10% 이상으로 높일수 있는 라인파이프 강판 제조방법이 요구되고 있다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명은 가속냉각을 생략한 비수냉을 통해 고 DWTT 특성 및 고 균일연신율 특성을 동시에 갖는 라이파이프용 강판 및 이를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 중량%로, 탄소(C): 0.08~0.10%, 실리콘(Si): 0.05~0.50%, 망간(Mn): 1.4~2.0%, 알루미늄(Al): 0.01~0.05%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 질소(N): 0.002~0.01%, 니오븀(Nb): 0.02~0.07%, 바나듐(V): 0.05~0.08% 이하, 니켈(Ni): 0.1~0.4%, 칼슘(Ca): 0.0005~0.004%, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 미세조직은 면적분율로, 공냉 페라이트 65~80%, 펄라이트 20~35% 를 포함하는 라인파이프용 강판이 제공될 수 있다.

상기 강판은 인(P): 0.015% 이하, 황(S): 0.005% 이하를 포함할 수 있다.

상기 공냉 페라이트와 펄라이트의 평균 유효 결정립 크기가 20㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 중량%로, 탄소(C): 0.08~0.10%, 실리콘(Si): 0.05~0.50%, 망간(Mn): 1.4~2.0%, 알루미늄(Al): 0.01~0.05%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 질소(N): 0.002~0.01%, 니오븀(Nb): 0.02~0.07%, 바나듐(V): 0.05~0.08% 이하, 니켈(Ni): 0.1~0.4%, 칼슘(Ca): 0.0005~0.004%, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1140~1180℃에서 가열하는 단계; 상기 가열된 슬라브를 1140~1180℃에서 유지한 후 추출하는 단계; 상기 추출된 슬라브를 압연하여 재결정역 압연단계; 상기 재결정역 압연된 강판을 압연하는 단계; 및 상기 강판을 상온으로 공냉 또는 방냉시키는 단계를 포함하는 라인파이프용 강판의 제조방법이 제공될 수 있다.

상기 재결정역 압연단계는, Tnr-30℃~Tnr+20℃에서 실시하는 것을 특징으로한다. 단, 상기 Tnr 온도는 오스테나이트의 재결정역이 정지되는 온도를 의미하며, Tnr= 887 + (464*C) + ((6445*Nb) - (644*SQRT(Nb))) + ((732*V) - (230*SQRT(V))) + (890*Ti) + (363*Al) - (357*Si) 이다. 이때, 상기 원소 기호는 이들 각각의 중량%이다.

상기 미재결정역 압연단계는, Tnr-190℃~Tnr-160℃에서 실시하는 것을 특징으로 한다. 단, 상기 Tnr 온도는 오스테나이트의 재결정역이 정지되는 온도를 의미하며, Tnr= 887 + (464*C) + ((6445*Nb) - (644*SQRT(Nb))) + ((732*V) - (230*SQRT(V))) + (890*Ti) + (363*Al) - (357*Si) 이다. 이때, 상기 원소 기호는 이들 각각의 중량%이다.

상기 재결정역 압연단계의 평균 압하율은 10% 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 미재결정역 압연단계의 누적압하율은 73~80%인 것을 특징으로 한다.

상기 미재결정역 압연은 Ar3-50℃~Ar3-20℃의 오스테나이트과 페라이트의 이상역에서 종료하는 것을 특징으로 한다.

상기 이상역에서의 누적압하율은 25~45%로 실시하는 것을 특징으로 한다.

상기 Ar3는 하기 식으로 표현되는 것을 특징으로 한다.

Ar3 = 910-(273*C)-(74*Mn)-(57*Ni)-(16*Cr)-(9*Mo)-(5*Cu)

단, 상기 원소 기호는 이들 각각의 중량%이다.

본 발명의 실시예에 따르면 파괴 전파 저항성이 우수하고, 보증온도 -20℃이하에서 90%이상의 DWTT 연성파면율을 확보함과 동시에 10% 이상의 균일연신율을 갖는 라인파이프용 강판을 제공할 수 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명에 따른 실시예는 중심편석을 일으키는 불순물의 함량을 최소화하고, 미세조직은 공냉 페라이트 65~80%, 펄라이트 20~35% 로 제어하며, 그 결정립을 20㎛ 이하로 미세하게 제어함으로써, 고 DWTT 특성 및 고 균일연신율 특성을 동시에 갖는 라인파이프용 강판 및 이를 제조하는 방법을 제공한다.

상기 DWTT 특성은 강재의 유효 결정립 크기와 연관성이 있는데, 유효 결정립 크기는 고경각입계를 갖는 결정립들의 크기로 정의되며, 균열이 개시되어 전파할 때 균열은 유효 결정립계에서 진전 경로가 바뀌게 된다. 따라서, 유효 결정립도가 미세화될수록 균열의 전파저항성은 증가하게 된다. 또한, 중심편석은 균열의 개시점으로 작용할 수 있고, 균열의 전파 저항성이 낮아 균열이 쉽게 진전하므로, 중심편석을 발생시킬 수 있는 불순물을 최소화하여야 한다.

먼저, 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 강판의 성분계 및 조성범위에 대하여 설명한다. 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.

탄소(C): 0.08~0.10중량%

탄소는 강의 강도를 향상시키는데 가장 효과적인 원소이나, 지나치게 다량 첨가될 경우에는 오히려 용접성, 성형성 및 인성 등을 저하시킬 수 있다. 탄소의 함량이 0.08중량% 미만인 경우에는 탄소의 함량이 너무 낮아 원하는 강도를 얻기 어려워 고가의 합금원소를 추가적으로 첨가해야 원하는 강도를 얻을 수 있다. 그러나, 0.10중량%를 초과하는 경우에는 탄소의 함량이 너무 높아 상술한 바와 같이, 용접성, 성형성 및 인성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에서는 탄소의 함량을 상기 범위로 한정한다.

실리콘(Si): 0.05~0.50중량%

실리콘은 용강을 탈산시키는 탈산제 역할을 하고, 고용강화 원소로 사용된다.

만약, 실리콘의 함량이 0.05중량% 미만인 경우에는 용강의 탈산이 충분하지 못하여 인성이 저하될 수 있다. 그러나, 0.50중량%를 초과하는 경우에는 열간압연시 실리콘에 의한 붉은 스케일이 형성되어 강판 표면 형상이 매우 열악해지고 용접부 인성이 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에서는 실리콘의 함량을 상기 범위로 한정한다.

망간(Mn): 1.4~2.0중량%

망간은 고용강화 효과로 인하여 강도를 향상시킬 수 있는 원소이다. 망간은 1.4중량% 이상 포함되어야 소입성의 증가효과와 항복강도 80ksi급 강재에서 요구하는 고강도를 얻을 수 있다. 그러나, 2.0중량%를 초과하는 경우에는 제강공정에서 슬라브를 주조할 때 두께 중심부에 편석이 발생하여 최종 생성물의 용접성을 해칠 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에서는 망간의 함량을 상기 범위로 한정한다.

알루미늄(Al): 0.01~0.05중량%

알루미늄은 실리콘과 함께 제강단계에서 탈산제로 첨가되고, 고용강화에 의하여 강도를 향상시킬 수 있는 원소이다. 알루미늄이 0.01중량% 미만으로 포함되는 경우 상술한 탈산효과가 불충분하여 인성이 저하된다. 그러나, 0.05중량%를 초과하는 경우에는 충격인성이 저하되는 문제점이 있으므로 본 발명에 따른 실시예에서는 알루미늄의 함량을 상기 범위로 한정한다.

티타늄(Ti): 0.005~0.02중량%

티타늄은 강의 응고단계에서 N과 결합하여 TiN 석출물을 형성함으로써, 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하며, 최종 조직의 입도를 미세화시켜 강의 인성을 향상시킬 수 있다. 티타늄의 함량이 0.005중량% 미만인 경우에는 TiN 석출물이 불충분하여 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하기 어렵다. 그러나, 0.02%를 초과하는 경우에는 통상 용질 Ti가 과다하게 존재하여 슬라브 가열시 TiN이 조대하게 석출되어 입도 미세화에 적절하지 못하다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에서의 티타늄의 함량을 상기 범위로 한정한다.

질소(N): 0.002~0.01중량%

질소는 강 중에 고용되었다가 석출되어 강의 강도를 증가시키는 역할을 하며, 이러한 고용강화 효과는 탄소보다 크다. 강 중에 질소가 존재하면 인성이 저하된다고 알려져 있다. 그러나, 본 발명에서는 적정량의 질소를 이용하여 티타늄과 반응시켜 TiN을 형성하여 슬라브의 재가열과정에서 결정립 성장을 억제하도록 제어한다. 질소의 함량이 0.002중량% 미만인 경우에는 TiN 석출물의 함량이 적어 결정립 성장을 억제하는 효과가 그리 크지 않다. 반면에, 질소의 함량이 0.01중량%를 초과하는 경우 질소는 고용질소로 존재하여 인성을 크게 저하시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에서의 질소의 함량을 상기 범위로 한정한다.

니오븀(Nb): 0.02~0.07중량%

니오븀은 결정립을 미세화시키는데 매우 유용한 원소이고, 고강도 조직인 침상페라이트 또는 베이나이트의 형성을 촉진시켜 강도를 향상시키는데 효과적인 원소이다. 0.02중량% 미만으로 첨가되는 경우 상기와 같은 효과가 미미하다. 그러나, 0.07중량%를 초과하는 경우에는 용접성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에서는 니오븀의 함량을 상기 범위로 한정한다.

바나듐(V): 0.05~0.08중량%

바나듐은 탄소와 반응하여 V(C,N)석출물을 형성하고, 상기 석출물에 의하여 석출강화 및 소입성을 향상시킬 수 있다. 0.05중량% 미만으로 첨가되어 경우 상기와 같은 효과가 미미하다. 다만, 0.08중량%를 초과하는 경우에는 용접성 및 인성이 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에서는 바나듐의 함량을 상기 범위로 한정한다.

칼슘(Ca): 0.0005~0.004중량%

칼슘은 MnS 비금속 개재물을 구상화하는데 유용한 원소로서, 상기 MnS 개재물 주위에서의 균열 생성을 억제할 수 있다. 칼슘의 함량이 0.0005중량% 미만인 경우 MnS 개재물의 구상화 효과가 나타나지 않는다. 그러나, 그 함량이 0.004중량%를 초과하는 경우에는 오히려 CaO계 개재물이 다량 생성되어 충격인성을 저하시킨다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에서의 칼슘의 함량은 상기 범위로 한정한다.

니켈(Ni): 0.1~0.4중량%

니켈은 강도와 인성을 동시에 향상시킬 수 있는 원소로서, 본 발명에서는 후물재의 강도 및 취성파괴정지 특성을 향상시키는 역할을 한다. 니켈의 함량이 0.1중량% 미만인 경우에는 상기와 같은 효과가 미미하다. 그리고 니켈은 매우 고가의 원소이므로, 상기와 같은 효과가 있음에도 불구하고 첨가량을 무조건 증가시키는 것은 바람직하지 못하다. 왜냐하면, 가격대비 강도 및 인성 향상효과가 상대적으로 적기 때문이다. 따라서, 가격과 강도 및 인성향상 효과를 고려하여 그 상한은 0.4중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 실시예에서의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 철강제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 철강제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다. 다만, 그 중 인 및 황은 일반적으로 많이 언급되는 불순물이기 때문에 이에 대하여 간략히 설명하면 다음과 같다.

인(P): 0.015중량% 이하

인은 강제조시 불가피하게 함유되는 원소로서, 상술한 바와 같이 본 발명에서 인의 함량을 최대한 낮게 제어하여야 한다. 인이 첨가되면 강판의 중심부에 편석되고 균열 개시점 또는 진전 경로로 이용될 수 있다. 이론상 인의 함량을 0%로 제한하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 첨가될 수 밖에 없다. 따라서, 상한을 관리하는 것이 중요하며, 본 발명에서는 상기 인의 함량의 상한은 0.015중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

황(S): 0.005중량% 이하

황은 강제조시 불가피하게 함유되는 원소이며, 비금속 개재물을 형성하여 강의 인성 및 강도를 저하시키고 특히, 극저온상태에서 취성 파괴 정지 특성을 확보하기 위하여 가능한 한 낮게 제어하는 것이 바람직하며, 이론상 황의 함량을 0%로 제한하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 첨가될 수 밖에 없다. 따라서, 상한을 관리하는 것이 중요하며, 본 발명에서는 상기 황의 함량의 상한은 0.005중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

상술한 성분계를 가지는 강판으로서, 취성파괴 전파 저항성 및 균일연신율이 우수한 강판이 되기 위한 바람직한 조건으로 강판의 미세조직에 대하여 한정할 필요가 있다.

본 발명에 따른 실시예에서는 강판의 미세조직은 면적분율로, 공냉 페라이트 65~80%, 펄라이트 25~30% 를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 공냉 페라이트와 펄라이트의 평균결정립 크기는 20㎛ 이하로 한정한다. 상술한 바와 같이, 결정립의 크기가 작을 수록 균열의 진전 경로가 변경되어 균열의 전파저항성은 증가하게 된다.

상기 성분계를 가지며 내부조직 조건을 충족하는 강판은 보증온도 -20℃ 이하에서 90% 이상의 DWTT 연성파면율을 확보하고, 동시에 10% 이상의 균일연신율을 갖는 것으로서, 본 발명에서 목적하는 성질을 모두 충족하는 강판이다.

이하에서는 상기 성분계를 가지며 상기 내부조직을 갖도록 하기 위한 강을 제조하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 실시예의 제조방법은 개략적으로는 본 발명의 강 조성을 갖는 슬라브를 가열한 후, 상기 가열된 슬라브를 재결정역 압연 및 이상역(오스테나이트+페라이트) 압연을 포함한 미재결정역 압연을 실시한 후 가속 냉각 없이 공냉 또는 방냉한다.

이하, 각 단계별 상세한 조건에 대하여 설명한다.

1. 슬라브 재가열단계

열간압연전 슬라브를 1140℃ 이상으로 재가열하여 NbC가 용해되어 Nb 원자 상태로 존재하도록 해야 한다. 재가열온도가 1180℃를 초과하는 경우에는 재가열시 조대한 TiN 석출물이 형성되는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예에서의 상기 슬라브 재가열 단계의 온도범위는 1140~1180℃로 한정한다. 또한, 재가열된 슬라브는 균열대에서 1100~1180℃로 30분 이상 유지한 후 추출한다. 슬라브 추출온도가 1100℃미만인 경우에는 압연성 등 작업성이 용이하지 않을 수 있으며, 1180℃를 초과하는 경우에는 작업성은 용이하나 입도제어가 잘 이루어지지 않으므로, 본 발명에 따른 실시예에서의 슬라브 추출온도를 1100~1180℃로 한정한다. 나아가, 균열대에서 30분 미만 유지시, 슬라브 두께와 길이 방향의 균열도가 낮아 압연성이 열위하고 최종 강판의 물성편차를 야기할 수 있다.

2. 압연단계

강판의 저온인성을 향상시키기 위하여 결정립을 미세한 크기로 제어하는 것이 바람직하다. 이는 압연온도 및 압하율을 제어함으로써 가능하다. 본 발명에 따른 실시예에서의 압연은 두 가지 온도영역에서 실시하는 것이 바람직한데, 상기 두 온도영역에서 재결정 거동이 상이하므로 그 조건도 각각 설정하는 것이 바람직하다.

2-1. 재결정역 압연단계

상기 추출된 슬라브를 압연하여 Tnr-30℃~Tnr+20℃에서 종료하는 것이 바람직하다. 상기 Tnr 온도는 오스테나이트의 재결정역이 정지되는 온도를 의미하는 것으로, Tnr= 887 + (464*C) + ((6445*Nb) - (644*SQRT(Nb))) + ((732*V) - (230*SQRT(V))) + (890*Ti) + (363*Al) - (357*Si) 이다. 이때, 상기 원소 기호는 이들 각각의 중량%이다. 본 발명에 따른 실시예에서 SQRT는 제곱근(√)을 의미한다.

재결정역 압연을 통하여 구 오스테나이트의 결정립을 미세화시킬 수 있다.

또한, 재결정역 압연시 평균 압하율은 10%이상으로 한정하는 것이 바람직하다. 만약, 평균압하율이 10% 미만인 경우에는 조대한 그레인(grain)들에 의해 DWTT 특성이 급격히 열화될 수 있으므로 본 발명에 따른 실시예에서의 재결정역 압연시 평균압하율은 10%이상으로 한정한다. 압연종료온도가 Tnr-30℃ 미만이거나 Tnr+20℃ 초과하는 경우에도 상기와 같은 이유로 DWTT 특성을 크게 저하될 수 있으므로 본 발명에 따른 실시에에서의 압연종료온도를 상기 범위로 한정한다.

2-2. 미재결정역 압연단계

미재결정역 압연 개시온도는 Tnr-190℃~Tnr-160℃ 범위로 한정하는 것이 바람직하다.

만약, 상기 압연개시온도가 Tnr-160℃를 초과하는 경우에는 조대한 그레인(grain)이 형성되는 문제점이 있으며, Tnr-190℃ 미만인 경우에는 압연종료온도가 Ar3-50℃ 미만으로 되어 전위가 다량 포함된 가공 페라이트 형성에 의해 균일연신율이 열화될 수 있으므로 본 발명에 따른 실시예에서는 미재결정역 압연단계에서의 압연개시온도를 상기 범위로 한정한다. 상기에서 Ar3 온도는 오스테나이트가 페라이트로 변태되는 온도를 의미하는데, 이론상 Ar3 = 910-(273*C)-(74*Mn)-(57*Ni)-(16*Cr)-(9*Mo)-(5*Cu)로 표현될 수 있다. 이때, 상기 원소 기호는 이들 각각의 중량%이다.

또한, 미재결정역 압연단계의 누적압하율은 73~80%로 한정하는 것이 바람직하다. 만약, 누적압하율이 80%를 초과하는 경우에는 재결정역 압연효과가 약화되어 조대한 미재결정 오스테나이트가 잔존한다. 반면에, 누적압하율이 73% 미만인 경우에는 오스테나이트 또는 페라이트가 충분히 찌그러지지 않아 미세한 변태 조직을 얻을 수 없으므로 본 발명에 따른 실시예에서의 미재결정역 압연단계에서의 누적압하율은 상기 범위로 한정한다.

미재결정역 압연은 Ar3-50℃~Ar3-20℃의 이상역(오스테나이트+페라이트)에서 종료하고 이상역에서의 누적압하율을 25~45%로 설정하는 것이 바람직하다. 미재결정역 압연종료온도가 Ar3-20℃를 초과하는 경우에는 이상역 압연 효과가 저하되므로 조대한 변태조직이 형성되어 강도와 DWTT 특성이 열화된다. 아울러, Ar3-50℃ 미만인 경우, 가공 페라이트가 다량으로 형성되어 균일연신율이 열화되는 문제점이 있으므로 미재결정역 압연단계에서의 압연종료온도는 상기 범위로 한정한다. 또한, 이와 유사하게 이상역에서의 누적압하율이 25% 미만일 경우, 조대한 변태조직이 형성되고 45%를 초과할 경우, 가공 페라이트가 다량으로 형성될 수 있으므로, 본 발명에 따른 실시예에서는 미재결정역 압연단계에서의 누적압하율은 상기 범위로 한정한다.

3. 냉각단계

상기 압연 종료 후, 강판은 상온으로 공냉 또는 방냉을 실시한다.

본 발명에 따른 실시예에 의해 제조된 강판은 저온에서도 파괴 전파저항성 즉 DWTT 특성이 우수할 뿐만 아니라 균일연신율도 탁월하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기 표 1에 기재된 성분계를 만족하는 슬라브를 하기 표 2에 기재된 제조조건에 따라 22mm 두께의 판재로 제조하였다. 상기와 같이 제조된 발명예 1 내지 3 및 비교예 4 내지 10에 대하여 DWTT 및 인장시험을 실시하였다. DWTT시험은 -20℃에서 실시하였으며, 각 시편에 대하여 노치부의 연성파면율을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다. 더불어, 발명예들과 비교예들의 압연재에 대해 광학현미경 분석을 실시하여 각 상들의 분율을 측정하여 표 3에 나타내었다. 아울러, Electron Backscatter Diffraction(EBSD) 분석을 수행하여 고경각입계를 갖는 유효결정립의 평균 크기를 측정하여 표 3에 나타내었다. 또한, 균일연신율, 항복강도 및 인장강도를 측정하여 하기 표 3에 함께 나타내었다.

강종	C	Si	Mn	P	S	Nb	Ni	V	Al	Ca	Ti	N
A	0.085	0.27	1.68	0.011	0.003	0.045	0.26	0.077	0.031	0.0007	0.012	0.0045
B	0.092	0.25	1.66	0.011	0.004	0.042	0.27	0.075	0.030	0.0010	0.012	0.0042
C	0.091	0.24	1.65	0.012	0.004	0.043	0.24	0.079	0.030	0.0008	0.013	0.0039

(단, 각 원소의 함량단위는 중량%임)

시편 No		강종	추출 온도 (℃)	재결정 압연 종료온도 (℃)	이론 Tnr (℃)	미재결정 압연 개시온도 (℃)	미재결정 압연 종료온도 (℃)	미재결정 누적 압하율 (%)	이상역 누적 압하율 (%)	이론 Ar3 (℃)
발명예	1	A	1171	1014	998	821	722	73	26	748
	2	B	1155	1005	993	811	717	78	34	747
	3	C	1144	981	1003	815	704	80	44	749
비교예	4	A	1176	1032	998	820	725	78	35	748
	5	A	1141	956	998	812	711	78	33	748
	6	B	1155	1010	993	814	725	70	27	747
	7	B	1154	1008	993	828	704	85	42	747
	8	C	1145	1008	1003	853	755	78	22	749
	9	C	1149	1015	1003	803	688	78	51	749

시편 번호		강종	페라이트 분율(%) /평균사이즈 (mm)	펄라이트 분율(%)/ 평균사이즈 (mm)	-20°C DWTT 연성파면율 (%)	균일 연신율 (%)	압연직각 방향 항복강도 (MPa)	압연직각 방향 인장강도 (MPa)
발 명 재	1	A	66/15.4	Bal./17.3	95	14	531	631
	2	B	71/13.2	Bal./18.4	96	13	546	627
	3	C	77/10.9	Bal./13.4	98	12	549	633
비 교 재	4	A	73/20.4	Bal./25.4	78	13	525	644
	5	A	75/16.5	Bal./23.3	83	12	535	633
	6	B	67/18.5	Bal./23.5	73	14	505	599
	7	B	75/12.5	Bal./21.4	85	11	516	625
	8	C	62/23.5	Bal./28.3	77	13	488	587
	9	C	79/11.3	Bal./12.7	96	9	553	631

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 발명예 1 내지 발명예 3은 본 발명의 성분범위를 만족하는 강종 A, B, C를 사용하여 본 발명의 제조조건을 통해 압연 및 냉각한 것으로서, 20㎛ 이하의 평균 결정립크기를 갖는 약 65~80% 분율의 페라이트와 20~35% 분율의 펄라이트 조직강을 보유한 강판이 제조되었으며, -20℃ DWTT 연성파면율 95~98%와 균일연신율 12~14%로 극한지 적용 라인파이프 강재의 보증물성을 만족하였다.

반면, 비교예 4 내지 비교예 9은 본 발명의 성분범위는 모두 만족하나 제조조건이 본 발명에서 제어하는 조건을 벗어난 경우로서, DWTT 특성 혹은 균일연신율이 열위한 실적을 보였다.

이상 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

중량%로, 탄소(C): 0.08~0.10%, 실리콘(Si): 0.05~0.50%, 망간(Mn): 1.4~2.0%, 알루미늄(Al): 0.01~0.05%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 질소(N): 0.002~0.01%, 니오븀(Nb): 0.02~0.07%, 바나듐(V): 0.05~0.08%, 니켈(Ni): 0.1~0.4%, 칼슘(Ca): 0.0005~0.004%, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강판이며,
상기 강판의 미세조직은 면적분율로, 공냉 페라이트 65~80%, 펄라이트 20~35% 를 포함하되, 상기 공냉 페라이트와 펄라이트의 평균 유효 결정립 크기가 20㎛ 이하인 라인파이프용 강판.
제1항에 있어서,
상기 강판은 인(P): 0.015% 이하, 황(S): 0.005% 이하를 포함하는 것을 특징으로하는 라이파이프용 강판.
삭제
중량%로, 탄소(C): 0.08~0.10%, 실리콘(Si): 0.05~0.50%, 망간(Mn): 1.4~2.0%, 알루미늄(Al): 0.01~0.05%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 질소(N): 0.002~0.01%, 니오븀(Nb): 0.02~0.07%, 바나듐(V): 0.05~0.08%, 니켈(Ni): 0.1~0.4%, 칼슘(Ca): 0.0005~0.004%, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1140~1180℃에서 가열하는 단계;
상기 가열된 슬라브를 1140~1180℃에서 유지한 후 추출하는 단계;
상기 추출된 슬라브를 압연하는 재결정역 압연단계;
상기 재결정역 압연된 강판을 압연하는 미재결정역 압연단계; 및
상기 강판을 상온으로 공냉 또는 방냉시키는 단계;를 포함하되,
상기 미재결정역 압연단계는, Ar3-50℃~Ar3-20℃의 오스테나이트과 페라이트의 이상역에서 종료하는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강판의 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 재결정역 압연단계는, Tnr-30℃~Tnr+20℃에서 실시하는 것을 특징으로하는 라인파이프용 강판의 제조방법.
단, 상기 Tnr 온도는 오스테나이트의 재결정역이 정지되는 온도를 의미하며, Tnr= 887 + (464*C) + ((6445*Nb) - (644*SQRT(Nb))) + ((732*V) - (230*SQRT(V))) + (890*Ti) + (363*Al) - (357*Si) 이다. 이때, 상기 원소 기호는 이들 각각의 중량%이다.
제4항에 있어서,
상기 미재결정역 압연단계는, Tnr-190℃~Tnr-160℃에서 실시하는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강판의 제조방법.
단, 상기 Tnr 온도는 오스테나이트의 재결정역이 정지되는 온도를 의미하며, Tnr= 887 + (464*C) + ((6445*Nb) - (644*SQRT(Nb))) + ((732*V) - (230*SQRT(V))) + (890*Ti) + (363*Al) - (357*Si) 이다. 이때, 상기 원소 기호는 이들 각각의 중량%이다.
제5항에 있어서,
상기 재결정역 압연단계의 평균 압하율은 10% 이상인 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강판의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 미재결정역 압연단계의 누적압하율은 73~80%인 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강판의 제조방법.
삭제
제4항에 있어서,
상기 이상역에서의 누적압하율은 25~45%로 실시하는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강판의 제조방법.
제4항에 있어서,
상기 Ar3는 하기 식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강판의 제조방법.
Ar3 = 910-(273*C)-(74*Mn)-(57*Ni)-(16*Cr)-(9*Mo)-(5*Cu)
단, 상기 원소 기호는 이들 각각의 중량%이다.