KR101647213B1

KR101647213B1 - 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 열연강판, 이의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 고강도 강관 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR101647213B1
Application number: KR1020140183278A
Authority: KR
Inventors: 주민성; 노경민
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-08-10
Also published as: KR20160074823A

Abstract

본 발명은 중량%로, C: 0.15~1.0%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 0.3~2.5%, P: 0.02% 이하 (0% 제외), S: 0.01% 이하, Ca: 0.001~0.006%, Al: 0.01~0.06%, N: 0.008% 이하, Cr: 0.5~2.0%, Mo: 0.1~1.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1을 만족하는 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 열연강판을 제공한다.
[관계식 1]
(C/12)/((Cr/52)+(Mo/96)) ≤ 8
[단, 각 수식의 C, Cr 및 Mo는 각 성분함량의 중량%를 의미함]

Description

고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 열연강판, 이의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 고강도 강관 및 이의 제조 방법 {HOT ROLLED STEELS HAVING HIGH STRENGTH, ELONGATION AND TOUGHNESS FOR USE IN OIL WELL TUBE AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME AND STEEL PIPE PREPARED BY THE SAME METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 석유 또는 천연가스 개발용 유정관 등에 사용될 수 있는 고강도 열연강판에 관한 것으로, 더 상세하게는 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 열연강판, 이의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 고강도 강관 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

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

일반적으로 상기 유정용 강관은 고강도, 내외압 압괴강도, 인성, 내지연 파괴성 등이 요구되며, 일부 지역에서는 0℃에서 30J 이상의 충격 에너지가 요구된다. 상기와 같은 유정관용 강관 중에서 이음매 없는 심리스 (Seamless) 강관은 고온에서 가열된 빌릿 (billet)을 천공 압연기로 천공한 뒤, 플러그밀 (plug mill), 맨드릴밀 (mandrel mill) 등의 압연기를 이용하여 압연한 후, 레듀서 (reducer) 또는 사이저 (sizer)를 이용하여 축경 또는 두께를 가공한 뒤, 담금질하고 템퍼링 열처리를 하는 공정을 통하여 제조되는 것이 일반적이다. 그러나, 심리스 (Seamless) 강관을 제조하기 위해서는, 담금질 및 템퍼링 열처리를 수행하기 위한 가열로 및 균열로의 설치가 필요하고, 이 때문에 고비용이 소모된다는 단점이 있다.

상기와 같은 이유로, 최근에는 유정관용으로서 심리스 (Seamless) 강관 대신 저가의 용접관으로 대체하고 있는 실정이다. 상기 용접관은 조관 공정 중 원주 방향 및 상기 용접관의 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. 특히, 용접 시 급격한 온도변화 및 열충격에 의해 용접부에 균열이 발생하는 경우, 수리가 어려워 파이프 불량의 주된 원인이 된다.

상기와 같은 조관 중 발생하는 가공경화와 가공 결함 등을 제거하기 위해, 종래에는 조관 후 노멀라이징 (normalizing) 열처리를 실시하는 것이 통상적이다. 이러한 열처리를 통해서 충격인성은 확보할 수 있지만, 결국 조관 비용이 크게 증가하게 되며, 열처리 후 저하된 강도의 보상을 위해 합금 원소를 추가적으로 첨가하여야 하므로 소재(열연강판)의 제조 원가가 상승하고, 기가급 항복강도와 인장강도, 고인성 및 고연신률까지 만족하기가 어렵다는 문제가 있다.

본 발명의 일태양은 조관 후에도 API 규격에 맞는 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 열연강판을 제공하고자 한다.

본 발명의 또 다른 일태양은 조관 후에도 API 규격에 맞는 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 열연강판의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 또 다른 일태양은 API 규격에 맞는 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 강관을 제공하고자 한다.

본 발명의 또 다른 일태양은 API 규격에 맞는 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 강관의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일태양은 중량%로, C: 0.15~1.0%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 0.3~2.5%, P: 0.02% 이하 (0% 제외), S: 0.01% 이하, Ca: 0.001~0.006%, Al: 0.01~0.06%, N: 0.008% 이하, Cr: 0.5~2.0%, Mo: 0.1~1.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1을 만족하는 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 열연강판을 제공한다.

[관계식 1]

(C/12)/((Cr/52)+(Mo/96)) ≤ 8

[단, 각 수식의 C, Cr 및 Mo는 각 성분함량의 중량%를 의미함]

본 발명의 또 다른 일태양은 상기 열연강판을 조관 후 용접하여 제조되는 강관으로서, 항복강도: 930Mpa 이상, 인장강도: 1 GPa 이상 및 연신율: 16% 이상인 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 강관을 제공한다.

본 발명의 또 다른 일태양은 상기 합금성분, 조성범위 및 하기 관계식 1을 만족하는 강 슬라브를 1000~1250℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강 슬라브를 900~1100℃에서 조압연 하는 단계; 상기 조압연된 슬라브를 800~900℃에서 마무리 압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및 상기 열연강판을 10~20℃/s의 냉각속도로 560~650℃까지 냉각한 후 권취하는 단계를 포함하는 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 열연강판의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 일태양은 상기 열연강판을 강관형태로 조관하는 단계; 상기 조관된 열연강판을 용접하여 강관을 제조하는 단계; 상기 강관을 850~ 950℃에서 어닐링 후, 물에 담가 담금질하는 단계; 및 상기 열처리된 강관을 450~750℃에서 템퍼링 하는 단계를 포함하는 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 강관의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따라 유정관용 열연강판을 제조함으로써, 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 열연강판 및 강관을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예의 발명예 1의 열처리 후의 강관의 미세조직을 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 조건을 만족하지 않는 비교예 1의 열처리 후의 강관의 미세조직을 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명에서 제안하는 QT (Quenching & Tempering) 열처리 공정의 모식도이다.

본 발명은 조관 후에도 API 규격에 맞는 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 열연강판 및 강관에 관한 것이다.

본 발명의 발명자들은 종래의 용접관의 조관 후 강도가 저하되고 고인성을 동시에 확보할 수 없었던 문제점을 해결하기 위해 깊이 연구한 결과, Cr, Mo 첨가 등의 성분범위 및 제조조건과 미세조직을 정밀 제어함으로써, 고강도, 고연신률 및 고인성을 동시에 만족하는 유정관용으로 사용될 수 있는 열연강판을 제조할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 성분계의 제어 즉, 고탄소강에 Cr, Mo 등의 원소를 첨가하고 열처리를 제어함으로써. 미세조직으로써 연신률과 인성에 필요한 적정량의 페라이트와 강도에 필요한 적정량의 펄라이트 및 마르텐사이트를 주상으로 하고 미세탄화물들을 석출시켜, 조관 후에도 고강도, 고연신률 및 고강도를 확보한 유정관용 열연강판을 얻을 수 있었다.

이하, 본 발명의 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 열연강판에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일태양인 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 열연강판은 C: 0.15~1.0%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 0.3~2.5%, P: 0.02% 이하 (0% 제외), S: 0.01% 이하, Ca: 0.001~0.006%, Al: 0.01~0.06%, N: 0.008% 이하, Cr: 0.5~2.0%, Mo: 0.1~1.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.

이하, 상기 열연강판의 성분조성에 대해서 한정한 이유에 대하여 구체적으로 설명한다 (하기 성분조성은 특별한 기재가 없는 한 모두 중량%를 의미한다).

C: 0.15~1.0%

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, 항복강도뿐만 아니라 인장강도를 증가시킨다. 다만, 그 함량이 0.15% 미만인 경우에는 펄라이트의 형성이 부족하여 본 발명에서 목표로 하는 강도를 확보할 수 없으며, 반면 1.0%를 초과할 경우에는 인성의 저하 및 전기저항용접(Electric Resistance Welding; ERW)시 용접성의 저하를 초래하므로, C의 함량을 0.15~1.0%로 제한하는 것이 바람직하다.

Si: 0.1~0.5%

실리콘(Si)은 페라이트 상 중에서 C의 활동도를 증가시키고, 페라이트 안정화를 촉진시키고, 고용강화에 의한 강도확보에 기여하는 원소이다. 또한, 전기저항용접 시 Mn2SiO4 등의 저융점 산화물을 형성시켜, 용접 시에 산화물이 쉽게 배출되도록 한다. 이러한 Si의 함량이 0.1% 미만인 경우에는 제강상의 비용 문제가 발생하며, 반면 0.5%를 초과하는 경우에는 Mn2SiO4 이외의 고융점 산화물인 SiO2의 형성량이 많아져 전기저항용접 시 용접부의 인성을 저하시킬 수 있다. 따라서, Si의 함량은 0.1~0.5%로 제한하는 것이 바람직하다.

Mn: 0.3~2.5%

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 0.3% 미만인 경우에는 상술한 효과를 기대하기 어려우며, 반면 2.5%를 초과하는 경우에는 편석대가 발생할 가능성이 높다. 따라서, Mn의 함량은 0.3~2.5%로 제한하는 것이 바람직하다.

P: 0.02% 이하 (0% 제외)

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 바람직하고, 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: 0.5~2.0%

크롬(Cr)은 본 발명에서 가장 중요한 원소의 하나로 열처리 후에도 소재의 강도를 저하시키지 않는데에 매우 유효하다. 다만 2.0%를 초과하더라도 상기의 효과가 크게 향상되지 않으므로 제조 비용 측면에서 2.0% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 또한 0.5% 미만일 경우 상기의 효과가 거의 나타나지 않는다. 따라서, Cr의 함량은 0.5~2.0%로 제한하는 것이 바람직하다.

Mo: 0.1~1.5%

상기 Mo는 본 발명에서 가장 중요한 원소의 하나로 열처리 후에도 소재의 강도를 저하시키지 않으며 동시에 인성을 저하시키지 않는데에 매우 유효하다. 다만 1.5%를 초과하더라도 상기의 효과가 크게 보이지 않으므로 제조 비용 측면에서 1.5% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 또한, 0.1% 미만일 경우 상기의 효과가 거의 나타나지 않는다. 따라서, Mo의 함량은 0.1~1.5%로 제한하는 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. 아들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.

[관계식 1]

(C/12)/((Cr/52)+(Mo/96)) ≤ 8

[단, 각 수식의 C, Cr 및 Mo는 각 성분함량의 중량%를 의미함]

상기와 같은 합금성분 및 조성범위를 만족함과 동시에 하기 관계식 1을 만족함으로써, C와 Cr의 과도한 편석을 억제하며, 적절한 Cr, Mo량에 따라 강도, 연신률, 인성을 확보할 수 있다. 강중에서 Cr과 Mo는 C와 결합하여 미세 석출물을 형성하고, 동시에 경화능 향상 원소로써 열처리 후 강도, 연신률, 인성에 기여한다. Cr이 다량 첨가되는 강은 열처리 후 강도 하락이 되지 않도록 하지만, 인성이 떨어지는 단점이 있다. 이에 Mo를 첨가하여 인성 저하를 막을 수 있다. 여기에서, 상기 관계식의 값이 8 이하이면 상기 기술한 효과에 의해 목표하는 고강도, 고연신률 및 고인성을 만족하였다. 따라서, 관계식의 값이 8 이하를 만족하는 것이 바람직하다.

본 발명의 열연강판의 미세조직은 페라이트, 펄라이트 및 마르텐사이트를 포함하는 것이 바람직하며, 면적분율로, 페라이트: 50~80%, 펄라이트: 20~50% 및 마르텐사이트: 10~20%를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 이러한 조직은 본 발명의 열연강판의 강도, 연신률, 인성 향상에 기여하여, 상술한 성분계를 이용하여 본 발명에서 의도하는 유정관용 열연강판을 제조하는데 적합하다.

또한, 본 발명의 열연강판은 미세조직 내에 균일하게 분포된 수십~수백 nm 크기의 (Mo,Cr)C 계열의 미세 탄화물을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 탄화물의 석출강화 효과를 통해 강도 및 연신률을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 조직을 미세화하여 충격인성을 확보하는 데에 유용하다.

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

상기 본 발명의 열연강판을 조관 후 용접 및 열처리를 통하여 제조되는 강관으로서, 항복강도: 930Mpa 이상, 인장강도: 1 GPa 이상 및 연신율: 16% 이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 강관은 강관의 충격인성은 -30°C에서 27J 이상인 것이 바람직하다. 이러한 고강도, 고연신율, 고인성을 확보하여, 수km 아래의 지하에서의 극저온, 고붕괴압 등의 가혹한 환경에서 안정적인 성능을 보장할 수 있게 된다.

여기에서, 상기 열연강판 및 강관의 두께는 12mm 이하인 것이 바람직하다. 이는 두께가 높을수록 본 발명에서 제안하는 성분계로 고강도 및 인성을 확보하는 것이 어려워지고, 제조공정과 생산원가 측면을 고려하여 열연강판의 두께를 12mm 이하로 제한하는 것이 바람직하고, 이로 제작되는 강관의 두께도 12mm 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 일태양인 강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 열연강판의 제조 방법은, 중량%로, C: 0.15~1.0%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 0.3~2.5%, P: 0.02% 이하 (0% 제외), S: 0.01% 이하, Ca: 0.001~0.006%, Al: 0.01~0.06%, N: 0.008% 이하, Cr: 0.5~2.0%, Mo: 0.1~1.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 관계식 1을 만족하는 강 슬라브를 1000~1250℃로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 강 슬라브를 900~1100℃에서 조압연 하는 단계; 상기 조압연된 슬라브를 800~900℃에서 마무리 압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및 상기 열연강판을 10~20℃/s의 냉각속도로 560~650℃까지 냉각한 후 권취하는 단계를 포함한다.

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 ( 조압연 : 900~1100℃, 마무리 압연: 800~900℃)

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 강도를 확보하기 어려우며, 반면 냉각속도가 20℃/s을 초과할 경우에는 저온 변태조직이 형성되어 충격인성이 나빠지게 된다.

냉각종료온도: 560~650℃

강판의 내부조직을 제어하기 위해서는 냉각속도의 효과가 충분히 발현되는 온도까지 냉각하여 줄 필요가 있다. 냉각을 정지하는 온도인 냉각정지온도가 650℃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 조관 후, 용접 및 열처리를 통하여 유정관용 강관을 제조할 수 있다. 여기에서, 상기 용접은 어떠한 용접 방식도 이용할 수 있으므로 용접 방법에 대해 특별히 한정하지는 않으나, 전기저항용접이 바람직하다.

이하, 본 발명의 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 강관의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 또 다른 일태양인 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 강관의 제조 방법은, 상기 열연강판을 강관형태로 조관하는 단계; 상기 조관된 열연강판을 용접하여 강관을 제조하는 단계; 상기 강관을 850~ 950℃에서 어닐링 후, 물에 담가 담금질하는 단계; 및 상기 열처리된 강관을 450~750℃에서 템퍼링 하는 단계를 포함한다.

상기와 같이 제조된 열연강판을 조관 후, 용접하여 얻은 강관은 QT(Quenching and Tempering) 열처리를 통하여 다양한 유정용 강종의 특성을 확보할 수 있다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고강도 강관 제조 방법 중 QT(Quenching & Tempering) 에 대하여 도시하고 있다. 도 3을 참조하면, QT 열처리에서는 850 ~ 900℃에서 어닐링하여 오스테나이트를 형성한 후 담금질(Qenching)하여 마르텐사이트로 변태시킨다. 이후, 450 ~ 750℃에서 템퍼링(Tempering)하여, 인성을 향상시킨다. 여기에서 상기 어닐링과 템퍼링을 실시하는 시간은 특별히 한정하지 않으나, 생산성 등을 고려할 때 어닐링은 5분 이내로 실시하고, 템퍼링은 3분 이내로 실시하는 것이 바람직하다. 상기 QT 열처리 과정을 통하여 본 발명에 따른 열연강판이 기가급의 강도를 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 연신율 및 인성도 확보할 수 있다.

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 1의 성분 조성을 갖는 강 슬라브를 1180℃에서 재가열한 후, 1000℃에서 조압연한 다음 850℃의 마무리 압연온도에서 압연을 종료하고, 냉각하여 650℃의 온도에서 권취하였다. 이후, 상기 열연강판을 조관 후, 전기저항용접 방식으로 용접하여 16 인치의 직경을 갖는 각각의 발명예 및 비교예의 강관을 제조하였다.

또한, 이렇게 제조된 강관을 발명예 및 비교예를 표 2의 조건으로 열처리한 전후에 대하여 도 3과 같은 인장시험기를 이용하여 항복강도 및 인장강도를 측정하였으며, 이때 통용되는 ASTM A370에 준하는 시험으로 실시하였다. 이와 함께 -30℃에서 샤르피(charpy) 충격 시험을 실시하여 충격에너지를 측정하였다. 상기 결과는 하기 표 2에 나타내었다.

강종	성분함량												관계식 1
강종	C	Si	Mn	P	S	Ca	Al	N	Nb	Ti	Cr	Mo	관계식 1
발명예 1	0.28	0.24	0.512	0.015	0.0015	0.001	0.046	0.0045	-	-	0.98	0.2	1.1
발명예 2	0.313	0.247	0.515	0.018	0.017	0.001	0.041	0.0042	-	-	0.992	0.21	1.4
비교예 1	0.2493	0.1900	1.3830	0.0153	0.0021	0.0017	0.034	0.0042	0.0090	0.0010	0.01	-	108.0
비교예 2	0.2585	0.1940	1.3940	0.0107	0.0025	0.0011	0.04	0.0029	0.0090	0.0010	0.01	-	112.0

강종구분	열처리전				열처리후
강종구분	YS (MPa)	TS (MPa)	El (%)	CVN (J) (@-30°C)	YS (MPa)	TS (MPa)	El (%)	CVN (J) (@-30°C)
발명예 1	654	798	29	80	1176	1328	17.7	62
발명예 2	628	799	29	61	1010	1077	16.5	46
비교예 1	491	654	29	70	881	962	8	6
비교예 2	525	665	26	27	905	973	7	4
어닐링 온도 : 900 °C 어닐링 시간 : 2.5분 템퍼링 온도 : 450 °C 템퍼링 시간 : 3분

상기 표 1과 2에 나타낸 바와 같이, 관계식 1 [(C/12)/((Cr/52)+(Mo/96)) ≤ 8]을 만족하는 발명예의 경우에는 열처리 후, 930Mpa 이상의 항복강도, 기가급 인장강도, 16% 이상의 연신률 및 -30°C에서 27J 이상의 충격인성을 갖는다. 도 2에서는 상기 비교예 2의 열처리 후의 강관의 미세조직을 촬영한 사진을 나타내고 있다. 도 2에서 알 수 있듯이 열처리 후 템퍼드 마르텐사이트 조직으로써 고강도는 달성할 수 있으나, 표 2를 참조하면 연신률 및 인성이 상대적으로 열위한 것을 알 수 있다. 도 1에서는 발명예 1의 열처리 후 강관의 미세조직을 촬영한 사진을 나타내고 있다. 도 1을 살펴보면, 주상은 페라이트, 펄라이트, 마르텐사이트이고, 미세 탄화물이 형성된 것을 확인할 수 있고, 이러한 조직을 형성함으로써, 표 2에서와 같이 항복강도, 인장강도, 연신률, 인성이 본 발명의 목표를 만족하는 것을 알 수 잇다.

Claims

중량%로, C: 0.28~1.0%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 0.3~2.5%, P: 0.02% 이하 (0% 제외), S: 0.01% 이하, Ca: 0.001~0.006%, Al: 0.01~0.06%, N: 0.008% 이하, Cr: 0.5~2.0%, Mo: 0.1~1.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1을 만족하고, 미세조직은 페라이트, 펄라이트 및 마르텐사이트를 포함하는 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 열연강판.
[관계식 1]
(C/12)/((Cr/52)+(Mo/96)) ≤ 8
[단, 각 수식의 C, Cr 및 Mo는 각 성분함량의 중량%를 의미함]
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 미세조직은 면적분율로, 페라이트: 50~80%, 펄라이트: 20~50% 및 마르텐사이트: 10~20%를 포함하는 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 열연강판.
제 1 항에 있어서, 상기 열연강판의 두께는 12mm 이하인 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 열연강판.
제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 하나의 열연강판을 조관 후 용접 및 열처리를 통하여 제조되는 강관으로서, 항복강도: 930Mpa 이상, 인장강도: 1 GPa 이상 및 연신율: 16% 이상인 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 강관.
제 5 항에 있어서, 상기 강관의 충격인성은 -30°C에서 27J 이상인 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 유정관용 강관.
중량%로, C: 0.28~1.0%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 0.3~2.5%, P: 0.02% 이하 (0% 제외), S: 0.01% 이하, Ca: 0.001~0.006%, Al: 0.01~0.06%, N: 0.008% 이하, Cr: 0.5~2.0%, Mo: 0.1~1.5%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1을 만족하는 강 슬라브를 1000~1250℃로 재가열하는 단계;
상기 재가열된 강 슬라브를 재결정 온도영역인 900~1100℃에서 조압연 하는 단계;
상기 조압연된 슬라브를 미재결정 온도영역인 800~900℃에서 마무리 압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및
상기 열연강판을 10~20℃/s의 냉각속도로 560~650℃까지 냉각한 후 권취하는 단계를 포함하고, 미세조직은 페라이트, 펄라이트 및 마르텐사이트를 포함하는 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 열연강판의 제조 방법.
[관계식 1]
(C/12)/((Cr/52)+(Mo/96)) ≤ 8
[단, 각 수식의 C, Cr 및 Mo는 각 성분함량의 중량%를 의미함]
제 1 항의 열연강판을 강관형태로 조관하는 단계;
상기 조관된 열연강판을 용접하여 강관을 제조하는 단계;
상기 강관을 850~ 950℃에서 어닐링 후, 물에 담가 담금질하는 단계; 및
상기 열처리된 강관을 450~750℃에서 템퍼링 하는 단계를 포함하는 고강도, 고연신률 및 고인성을 갖는 유정관용 강관의 제조 방법.