KR101686389B1

KR101686389B1 - 내사워성이 우수한 라인 파이프용 용접 강관용 고강도 열연 강대 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101686389B1
Application number: KR1020167021435A
Authority: KR
Inventors: 히로시 나카타; 도모아키 시바타
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2016-12-13
Also published as: CN103649351A; EP2728029B1; JP5776377B2; KR20160099113A; US20140216609A1; JP2013011005A; KR20140027456A; EP2728029A1; WO2013002413A1; US9540717B2; EP2728029A4; CN103649351B

Abstract

내사워성이 우수한 라인 파이프용 후육 열연 강판을 제공한다. 당해 후육 열연 강판은, C : 0.01 ∼ 0.07 ％, Si : 0.40 ％ 이하, Mn : 0.5 ∼ 1.4 ％, Al : 0.1 ％ 이하, Nb : 0.01 ∼ 0.15 ％, V : 0.1 ％ 이하, Ti : 0.03 ％ 이하, N : 0.008 ％ 이하를 함유하고, 또한 Nb, V, Ti 가, Nb ＋ V ＋ Ti ＜ 0.15 를 만족하고, 나아가 Cm 0.12 이하를 만족하는 조성과, 베이나이트상 또는 베이나이틱 페라이트상을 면적률로 95 ％ 이상 함유하는 조직을 갖고, 판 두께 방향의 최고 경도가 220 HV 이하이고, 항복 강도가 450 ㎫ 이상인 고강도와 고인성을 갖고, 내사워성이 우수한 것이다.

Description

내사워성이 우수한 라인 파이프용 용접 강관용 고강도 열연 강대 및 그 제조 방법{HIGH-STRENGTH HOT-ROLLED STEEL COIL FOR ELECTRIC RESISTANCE WELDED LINE PIPE HAVING EXCELLENT SOUR RESISTANCE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은, 석유, 천연 가스 등을 수송하는 라인 파이프로서 바람직한 용접 강관용 열연 강판에 관한 것으로서, 특히 내사워성의 향상에 관한 것이다.

최근, 석유 위기 이래의 원유의 고등 (高騰) 이나, 에너지 공급원의 다양화의 요구 등으로부터, 종래, 개발을 포기했던 심한 부식 환경에서의 원유, 천연 가스의 채굴이 활발히 실시되고 있다. 황화수소 (H₂S), 탄산 가스, 염소 이온 등을 함유하는 습윤 환경하의 유전, 가스전, 혹은 북해, 캐나다, 알래스카 등과 같은 극한지에 있어서, 원유, 천연 가스의 채굴이 활발히 실시되고 있다. 채굴된 원유, 천연 가스를 수송하기 위한 파이프 라인의 부설도 활발화되고 있다.

파이프 라인에 있어서는, 수송 효율 향상을 위하여, 대직경으로 고압 조업을 실시하는 경향이 되고 있다. 이와 같은 파이프 라인의 고압 조업에 견디기 위하여, 수송관 (라인 파이프) 은 후육의 강관으로 할 필요가 있어, 종래부터 후강판을 소재로 하는 UOE 강관이 사용되어 왔다. 그러나, 최근에는, 파이프 라인의 시공 비용의 추가적인 저감이라는 강한 요망에 따라, 수송관으로서, 후강판을 소재로 하는 UOE 강관 대신에, 생산성이 높고 보다 저가의 코일 형상의 열연 강판 (열연강대) 을 소재로 한 고강도 용접 강관이 사용되도록 되어 왔다. 그리고, 이들 고강도 용접 강관에는, 파이프 라인의 파괴를 방지하는 관점에서 우수한 저온 인성을 유지하는 것이 요구되고, 나아가 이들 특성에 더하여, 내수소 유기 균열성 (내 HIC 성), 내응력 부식 균열성 등의, 이른바 내사워성이 우수한 것이 요구되고 있다.

이와 같은 요구에 대하여, 예를 들어, 특허문헌 1 에는,「내사워성이 우수한 강관용 강판의 제조 방법」이 제안되어 있다. 특허문헌 1 에 기재된 기술은, C : 0.04 ∼ 0.16 ％, Mn : 0.6 ∼ 1.8 ％ 를 함유하고, 또한 Nb : 0.06 ％ 이하, V : 0.07 ％ 이하, Ti : 0.03 ％ 이하, Mo : 0.50 ％ 이하, Cr : 0.50 ％ 이하의 1 종 또는 2 종 이상, 나아가 0.3 ％ 이하 정도의 Si 를 함유하는 연속 주조재를 750 ℃ 이하의 온도에서 열간 압연을 종료하고, 즉시 200 ℃ 이하의 온도까지 평균 냉각 속도 20 ∼ 80 ℃/s 로 냉각시켜 ??칭한 후, 450 ∼ 750 ℃ 에서 템퍼링하는 내사워성이 우수한 강관용 강판의 제조 방법이다. 특허문헌 1 에 기재된 기술에 의하면, 내사워성이 비약적으로 향상된, 인장 강도 : 540 ㎫ 급 이상의 고강도 열연 강판이 된다고 하고 있다.

또, 특허문헌 2 에는,「내 HIC 성이 우수한 고강도 라인 파이프용 강판의 제조 방법」이 제안되어 있다. 특허문헌 2 에 기재된 기술은, C : 0.03 ∼ 0.08 ％, Si : 0.05 ∼ 0.50 ％, Mn : 1.0 ∼ 1.9 ％, Nb : 0.005 ∼ 0.05 ％, Ti : 0.005 ∼ 0.02 ％, Al : 0.01 ∼ 0.07 ％, Ca : 0.0005 ∼ 0.0040 ％ 를 함유하고, 또한 Ceq : 0.32 ％ 이상을 만족하는 강편을 1000 ∼ 1200 ℃ 로 가열하고, 열간 압연 종료 후의 가속 냉각을 표면 온도에서 500 ℃ 이하가 될 때까지 실시한 후, 가속 냉각을 일단 중단하고, 표면 온도에서 500 ℃ 이상이 될 때까지 복열하고, 그 후 3 ∼ 50 ℃/s 의 냉각 속도로 600 ℃ 이하의 온도까지 냉각시키는 2 단 냉각을 실시하는 강판의 제조 방법이다. 특허문헌 2 에 기재된 기술에 의하면, X70 이상의 고강도를 갖고, 사워 환경에 있어서도, 내 HIC 성, 내 SSC 성도 우수한 강판이 얻어진다고 하고 있다.

또, 특허문헌 3 에는,「내사워 고강도 전봉 강관용 열연 강판」이 제안되어 있다. 특허문헌 3 에 기재된 기술은, C : 0.02 ∼ 0.06 ％, Si : 0.05 ∼ 0.50 ％, Mn : 0.5 ∼ 1.5 ％, Al : 0.01 ∼ 0.10 ％, Nb : 0.01 ∼ 0.10 ％, Ti : 0.001 ∼ 0.025 ％, Ca : 0.001 ∼ 0.005 ％, O : 0.003 ％ 이하, N : 0.005 ％ 이하를 함유하고, V : 0.01 ∼ 0.10 ％, Cu : 0.01 ∼ 0.50 ％, Ni : 0.01 ∼ 0.50 ％, Mo : 0.01 ∼ 0.50 ％ 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을 함유하고, 그리고 Px ＝ [C] ＋ [Si]/30 ＋ ([Mn] ＋ [Cu])/20 ＋ [Ni]/30 ＋ [Mo]/7 ＋ [V]/10 ≤ 0.17 을 만족하도록 함유하고, 또한 Py ＝｛[Ca] － (130 × [Ca] ＋ 0.18) × [O]｝/(1.25 × [S]) ＝ 1.2 ∼ 3.6 을 만족하도록 함유하는 강편을 1200 ∼ 1300 ℃ 로 가열하고, 마무리 압연 종료 온도를 (Ar3 변태점－50 ℃) 이상으로 하는 열간 압연을 실시한 후, 즉시 냉각을 개시하고, 700 ℃ 이하의 온도에서 권취하고, 그 후 서랭시키는, 내사워 고강도 전봉 강관용 열연 강판의 제조 방법이다. 특허문헌 3 에 기재된 기술에 의하면, X60 급 이상의 고강도 전봉 강관을 제조할 수 있는, 판 두께 12.7 ㎜ 이상의 열연 강판을 얻을 수 있고, 이 열연 강판을 사용하면, 용접부 인성이 우수한 전봉 강관을 제조할 수 있다고 하고 있다.

일본 공개특허공보 평05-255746호 일본 공개특허공보 평11-80833호 일본 공개특허공보 2005-240051호

그러나, 특허문헌 1 에 기재된 기술에서는 템퍼링을 필수로 하고 있어, 공정이 복잡해지고, 생산성이 저하된다는 문제가 있었다. 또, 특허문헌 2 에 기재된 기술에서는, 가속 냉각을 중단하고, 소정의 온도까지 복열시키는 것을 필수 요건으로 하고 있고, 긴 냉각존과, 정확한 가속 냉각 제어를 필요로 하여, 설비상 문제를 남기고 있었다. 또, 특허문헌 3 에 기재된 기술에서는, 최표층의 경도를 저감시키지 못하여, 내사워성이 반드시 양호해지는 것은 아닌 경우가 있다는 문제가 있었다.

본 발명은, 이러한 종래 기술의 문제를 해결하여, 부식성이 높은 원유, 천연 가스 등을 수송할 수 있는, 라인 파이프용 용접 강관을 위한 것으로서 바람직한, 판 두께 방향의 경도차가 적고, 판 두께 방향의 최고 경도가 220 HV 이하이고, 항복 강도 : 450 ㎫ 이상 (X65 급) 인, 내사워성이 우수한 후육 열연 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 여기서 말하는「후육」이란, 판 두께 10 ㎜ 이상인 경우를 가리키는 것으로 한다. 또, 여기서 말하는「고강도」란, X65 급의 강도, 즉, 항복 강도 : 450 ㎫ (65 ksi) 이상인 경우를 가리키는 것으로 한다.

본 발명자들은, 상기한 목적을 달성하기 위하여, 내사워성에 영향을 미치는 각종 요인에 관해서 예의 연구하였다. 그 결과, 강판에 있어서의 경도 편차, 특히 판 두께 방향의 최고 경도가 내사워성에 크게 영향을 미치고, 판 두께 방향의 경도차를 작게, 또한 판 두께 방향의 최고 경도를 220 HV 이하로 할 수 있으면, 내사워성이 현저히 향상되는 것을 알아냈다.

그리고, 추가적인 검토를 실시하여, Nb ＋ V ＋ Ti 양을 소정값 이하로 제한하고, 또한 함유하는 합금 원소량의 특정한 관계식으로 정의되는 Cm 을 0.12 이하가 되도록 합금 원소 함유량을 조정한 후에, 열간 압연 후의 냉각을 특정 조건으로 급랭시킨 후, 소정 시간 이상의 방랭을 실시하고, 소정의 온도에서 권취함으로써, 상기한 특성을 갖는 열연 강판으로 할 수 있는 것을 지견하였다.

본 발명은 이러한 지견에 기초하여, 더욱 검토를 가하여 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다.

(1) 질량％ 로, C : 0.01 ∼ 0.07 ％, Si : 0.40 ％ 이하, Mn : 0.5 ∼ 1.4 ％, P : 0.015 ％ 이하, S : 0.003 ％ 이하, Al : 0.1 ％ 이하, Nb : 0.01 ∼ 0.15 ％, V : 0.1 ％ 이하, Ti : 0.03 ％ 이하, N : 0.008 ％ 이하를 함유하고, 또한 Nb, V, Ti 가 다음 (1) 식

Nb ＋ V ＋ Ti ＜ 0.15 … (1)

(여기서, Nb, V, Ti : 각 원소의 함유량 (질량％))

을 만족하고, 나아가 다음 (2) 식

Cm ＝ C ＋ Si/30 ＋ (Mn ＋ Cu)/30 ＋ Ni/60 ＋ Mo/7 ＋ V/10 … (2)

(여기서, C, Si, Mn, Cu, Ni, Mo, V : 각 원소의 함유량 (질량％))

로 정의되는 Cm 이 0.12 이하를 만족하도록 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성과, 베이나이트상 또는 베이나이틱 페라이트상을 면적률로 95 ％ 이상 함유하는 조직을 갖고, 판 두께 방향의 최고 경도가 220 HV 이하인 것을 특징으로 하는, 항복 강도 : 450 ㎫ 이상이고, 내사워성이 우수한 라인 파이프용 후육 고강도 열연 강판.

(2) (1) 에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Mo : 0.3 ％ 이하, Cu : 0.5 ％ 이하, Ni : 0.5 ％ 이하, Cr : 0.6 ％ 이하, B : 0.001 ％ 이하, Zr : 0.04 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 라인 파이프용 후육 고강도 열연 강판.

(3) (1) 또는 (2) 에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Ca : 0.005 ％ 이하, REM : 0.005 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종을 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 라인 파이프용 후육 고강도 열연 강판.

(4) 강 소재에, 가열하고, 조 (粗) 압연과 마무리 압연으로 이루어지는 열간 압연을 실시하여 열연판으로 하고, 그 열간 압연 종료 후, 상기 열연판에 냉각 처리를 실시한 후, 권취 처리를 실시하는 열연 강판의 제조 방법에 있어서, 상기 강 소재를, 질량％ 로, C : 0.01 ∼ 0.07 ％, Si : 0.40 ％ 이하, Mn : 0.5 ∼ 1.4 ％, P : 0.015 ％ 이하, S : 0.003 ％ 이하, Al : 0.1 ％ 이하, Nb : 0.01 ∼ 0.15 ％, V : 0.1 ％ 이하, Ti : 0.03 ％ 이하, N : 0.008 ％ 이하를 함유하고, 또한 Nb, V, Ti 가 다음 (1) 식

Nb ＋ V ＋ Ti ＜ 0.15 … (1)

(여기서, Nb, V, Ti : 각 원소의 함유량 (질량％))

을 만족하고, 나아가 다음 (2) 식

Cm ＝ C ＋ Si/30 ＋ (Mn ＋ Cu)/30 ＋ Ni/60 ＋ Mo/7 ＋ V/10 … (2)

(여기서, C, Si, Mn, Cu, Ni, Mo, V : 각 원소의 함유량 (질량％))

로 정의되는 Cm 이 0.12 이하를 만족하도록 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 강 소재로 하고, 상기 열간 압연의 가열을, 가열 온도가 1100 ∼ 1250 ℃ 의 범위의 온도인 가열로 하고, 상기 마무리 압연을, 930 ℃ 이하의 온도역에 있어서의 누적 압하율이 40 ∼ 85 ％ 이고, 마무리 압연 종료 온도가 760 ∼ 870 ℃ 인 압연으로 하고, 상기 냉각 처리를, 판 두께 중심 온도에서, 평균으로 30 ∼ 200 ℃/s 의 냉각 속도로, 표면 온도에서 500 ℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각시키고, 냉각 정지 후, 방랭 시간 : 10 s 초과의 방랭을 실시하는 처리로 하고, 상기 권취 처리를, 권취 온도 : 400 ∼ 620 ℃ 에서 권취하는 처리로 하는 것을 특징으로 하는, 항복 강도 : 450 ㎫ 이상이고, 내사워성이 우수한 라인 파이프용 후육 고강도 열연 강판의 제조 방법.

(5) (4) 에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Mo : 0.3 ％ 이하, Cu : 0.5 ％ 이하, Ni : 0.5 ％ 이하, Cr : 0.6 ％ 이하, B : 0.001 ％ 이하, Zr : 0.04 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 라인 파이프용 후육 고강도 열연 강판의 제조 방법.

(6) (4) 또는 (5) 에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Ca : 0.005 ％ 이하, REM : 0.005 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종을 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 라인 파이프용 후육 고강도 열연 강판의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 후육 고강도임에도 불구하고, 인성이 우수하고, 또한 강판 최표층의 경도가 낮고, 강판 내의 경도 편차가 적고, 내사워성이 우수한 후육 고강도 열연 강판을 용이하게, 나아가 저가로 제조할 수 있어, 산업상 현격한 효과를 나타낸다.

먼저, 본 발명 후육 열연 강판의 조성 한정 이유에 관해서 설명한다. 또한 특별히 언급하지 않는 한, 질량％ 는 간단히 ％ 로 기재한다.

C : 0.01 ∼ 0.07 ％

C 는, 강판의 강도 증가에 기여하는 원소이며, 원하는 고강도를 확보하기 위하여, 0.01 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.07 ％ 를 초과하는 함유는, 강판 최표층의 경도가 높고, 또한 강판 내의 경도 편차가 커져 균일성이 저하된다. 나아가 인성, 내식성, 용접성 등이 저하된다. 이 때문에, C 는 0.01 ∼ 0.07 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 0.025 ∼ 0.06 ％ 이다.

Si : 0.40 ％ 이하

Si 는, 탈산제로서 작용함과 함께, 고용되어 강판의 강도 증가에 기여한다. 이와 같은 효과를 확보하기 위해서는, 0.01 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.40 ％ 를 초과하는 함유는, 인성, 용접성이 저하된다. 이 때문에, Si 는 0.40 ％ 이하로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 0.40 ％ 미만, 더욱 바람직하게는 0.3 ％ 이하이다.

Mn : 0.5 ∼ 1.4 ％

Mn 은, 고용 강화나 ??칭성의 향상을 통하여 강판 강도의 증가에 기여하는 원소이며, 원하는 고강도를 확보하기 위해서는, 0.5 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 1.4 ％ 를 초과하는 다량의 함유는, 내사워성을 저하시킨다. 이 때문에, Mn 은 0.5 ∼ 1.4 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 0.7 ∼ 1.1 ％ 이다.

P : 0.015 ％ 이하

P 는, 불순물로서 강 중에 존재하고, 편석되기 쉬운 원소이다. 이 때문에, 다량으로 함유하면, 인성이 저하됨과 함께, 편석이 현저해져 강재의 내사워성을 저하시킨다. 이 때문에, P 는 0.015 ％ 이하로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 0.010 ％ 이하이다.

S : 0.003 ％ 이하

S 는, 불순물로서 강 중에서는 황화물, 특히 신장된 MnS 를 형성하고, 연성, 인성, 나아가서는 내사워성을 저하시킨다. 이 때문에, S 는 0.003 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 바람직하게는 0.001 ％ 이하이다.

Al : 0.1 ％ 이하

Al 은, 탈산제로서 작용하는 원소이며, 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.01 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.1 ％ 를 초과하여 다량으로 함유하면, 개재물이 잔류하는 비율이 많아져 강의 청정도가 저하된다. 이 때문에, Al 은 0.1 ％ 이하로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 0.01 ∼ 0.06 ％ 이다.

Nb : 0.01 ∼ 0.15 ％

Nb 는, 오스테나이트의 미재결정 온도역을 확대하고, 제어 압연에 의한 결정립의 미세화에 기여하고, 강의 고강도화, 고인성화에 유효한 원소이다. 또, Nb 는, 탄화물을 형성하고, 석출 강화를 통하여 강판의 강도 증가에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.01 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.15 ％ 를 초과하여 함유해도 효과가 포화되어, 함유량에 알맞은 효과를 기대할 수 없게 된다. 이 때문에, Nb 는 0.01 ∼ 0.15 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 0.01 ∼ 0.06 ％ 이다.

V : 0.1 ％ 이하

V 는, 강 중에 고용시키고 고용 강화를 통하여, 나아가서는 탄화물을 형성하고 석출 강화를 통하여, 강판의 강도 증가에 기여하는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.001 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.1 ％ 를 초과하는 함유는, 강도가 지나치게 증가하여 인성이 저하된다. 이 때문에, V 는 0.1 ％ 이하로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 0.08 ％ 이하이다.

Ti : 0.03 ％ 이하

Ti 는, 질화물을 형성하고, 오스테나이트 입자의 조대화를 억제하고, 결정립을 미세화하여, 고강도화, 고인성화에 기여하는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.001 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.03 ％ 를 초과하여 함유하면, Ti 탄화물의 석출이 용이해져 인성에 악영향을 미친다. 이 때문에, Ti 는 0.03 ％ 이하로 한정하였다.

N : 0.008 ％ 이하

N 은, 질화물 형성 원소와 결합하여 질화물을 형성하고, 결정립의 미세화에 기여한다. 이를 위해서는, 0.001 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편 0.008 ％ 를 초과하는 함유는 주편 균열을 발생시킨다. 이 때문에, N 은 0.008 ％ 이하로 한정하였다.

또한 Nb, V, Ti 를, 상기한 성분 함유 범위 내에서, 또한 다음 (1) 식

Nb ＋ V ＋ Ti ＜ 0.15 … (1)

(여기서, Nb, V, Ti : 각 원소의 함유량 (질량％))

을 만족하도록 조정하여 함유한다.

Nb ＋ V ＋ Ti ＜ 0.15

Nb, V, Ti 는, 모두 탄질화물을 형성하는 원소이고, 조대한 미고용 탄질화물을 형성하여 내사워성을 열화시킨다. 본 발명에서는, 내사워성 향상을 위하여, 합계량을 0.15 미만으로 한정한다. Nb, V, Ti 의 합계량이 0.15 이상에서는, 내사워성이 현저히 저하된다. 이 때문에, Nb ＋ V ＋ Ti 를 0.15 미만으로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 0.13 이하이다.

또 본 발명에서는, 상기한 성분 함유 범위 내이고 또한 상기한 (1) 식을 만족하는 범위 내에서, 나아가 다음 (2) 식

Cm ＝ C ＋ Si/30 ＋ (Mn ＋ Cu)/30 ＋ Ni/60 ＋ Mo/7 ＋ V/10 … (2)

(여기서, C, Si, Mn, Cu, Ni, Mo, V : 각 원소의 함유량 (질량％))

로 정의되는 Cm 이 0.12 이하를 만족하도록 조정한다. 또한, (2) 식을 계산하는 경우, 함유하지 않는 성분은 0 으로 하여 계산하는 것으로 한다.

Cm : 0.12 이하

(2) 식으로 정의되는 Cm 은, ??칭성에 관련하여, 강판의 경도 분포에 영향을 미치는 인자로서, 특히 판 두께 방향의 경도 분포에 크게 영향을 미치고, 특히 표층 근방의 경도 증가에 관련하여 내사워성에 큰 영향을 미친다. Cm 이 0.12 를 초과하여 커지면, 판 두께 방향의 경도 분포에 있어서의 최고 경도가 220 HV 를 초과하여 높아지고, 내사워성이 저하된다. 이 때문에, Cm 은 0.12 이하로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 0.09 ∼ 0.12 이다.

상기한 성분이 기본의 성분이며, 본 발명에서는 기본의 조성에 더하여, 필요에 따라 선택 원소로서, Mo : 0.3 ％ 이하, Cu : 0.5 ％ 이하, Ni : 0.5 ％ 이하, Cr : 0.6 ％ 이하, B : 0.001 ％ 이하, Zr : 0.04 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상, 및/또는 Ca : 0.005 ％ 이하, REM : 0.005 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종을 함유할 수 있다.

Mo : 0.3 ％ 이하, Cu : 0.5 ％ 이하, Ni : 0.5 ％ 이하, Cr : 0.6 ％ 이하, B : 0.001 ％ 이하, Zr : 0.04 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상

Mo, Cu, Ni, Cr, B, Zr 은 모두, 강의 ??칭성을 향상시켜, 강판의 강도 증가에 기여하는 원소이며, 필요에 따라 선택하여 함유할 수 있다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Mo : 0.01 ％ 이상, Cu : 0.01 ％ 이상, Ni : 0.01 ％ 이상, Cr : 0.01 ％ 이상, B : 0.0003 ％ 이상, Zr : 0.01 ％ 이상, 각각 함유하는 것이 바람직하지만, Mo : 0.3 ％, Cu : 0.5 ％, Ni : 0.5 ％, Cr : 0.6 ％, B : 0.001 ％, Zr : 0.04 ％ 를 각각 초과하는 함유는, 강도가 상승하고 내사워성이 저하된다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, 각각 Mo : 0.3 ％ 이하, Cu : 0.5 ％ 이하, Ni : 0.5 ％ 이하, Cr : 0.6 ％ 이하, B : 0.001 ％ 이하, Zr : 0.04 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

Ca : 0.005 ％ 이하, REM : 0.005 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종

Ca, REM 은 모두, 강 중의 황화물의 형태를 제어하고, 내사워성의 향상에 기여하는 원소이며, 필요에 따라 함유할 수 있다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Ca : 0.001 ％ 이상, REM : 0.001 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, Ca : 0.005 ％, REM : 0.005 ％ 를 초과하여 함유해도, 효과가 포화되어 오히려 연성이 저하된다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Ca : 0.005 ％ 이하, REM : 0.005 ％ 이하로, 각각 한정하는 것이 바람직하다.

상기한 것 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.

다음으로, 본 발명 열연 강판의 조직 한정 이유에 관해서 설명한다.

본 발명 후육 열연 강판의 조직은, 베이나이트상 또는 베이나이틱 페라이트상을 면적률로 95 ％ 이상 함유하는 조직을 갖는다.

본 발명 후육 열연 강판에서는, 주상으로서, 베이나이트상 또는 베이나이틱 페라이트상을 면적률로 95 ％ 이상, 바람직하게는 97 ％ 이상을 함유하는 조직으로 한다. 주상을, 베이나이트상 또는 베이나이틱 페라이트상으로 함으로써, 원하는 고강도를 유지하고, 또한 고인성을 확보할 수 있다. 또한, 베이나이트상 또는 베이나이틱 페라이트상만의 단상으로 하는 것이 내사워성 향상의 관점에서는 바람직하다. 여기서 말하는「주상」이란, 면적률로 95 ％ 이상을 점유하는 상을 가리킨다. 또한, 주상 이외의 제 2 상은, 펄라이트, 마텐자이트 등이 생각되지만, 이들 제 2 상이 존재해도, 면적률로 5 ％ 미만이기 때문에, 내사워성에 대한 악영향은 적다.

본 발명 후육 열연 강판은, 상기한 조성, 조직을 갖고, 판 두께 방향의 최고 경도가 220 HV 이하이고, X65 급의 강도, 즉 항복 강도 : 450 ㎫ (65 ksi) 이상을 갖는, 판 두께 : 10 ㎜ 이상의 고강도 열연 강판이다.

다음으로, 본 발명 후육 열연 강판의, 바람직한 제조 방법에 관해서 설명한다.

상기한 조성의 강 소재를 출발 소재로 한다. 강 소재의 제조 방법은 특별히 한정할 필요는 없고, 공지된 방법을 모두 적용할 수 있지만, 예를 들어, 상기한 조성의 용강을, 전로 등의 상용의 용제 방법에 의해 용제하거나, 혹은 추가로 탈가스 처리 등을 실시한 후, 연속 주조법 등의 상용의 주조 방법에 의해, 슬래브 등의 강 소재로 하는 것이 바람직하다.

출발 소재인 강 소재는, 가열로 등에 장입하여 소정의 온도로 가열한 후, 조압연과 마무리 압연으로 이루어지는 열간 압연을 실시하여 열연판으로 하고, 그 열연판에 즉시 냉각 처리를 실시하고, 이어서 권취 처리를 실시한다.

강 소재의 가열 온도는, 1000 ∼ 1250 ℃ 로 하는 것이 바람직하다. 가열 온도가, 1000 ℃ 미만에서는 가열 온도가 낮고, 강 중의 탄질화물이 충분히 재고용되지 않을 뿐만 아니라, 변형 저항이 높아 열간 압연이 곤란해지는 경우가 있다. 한편, 1250 ℃ 를 초과하면, 결정립이 조대화되고, 강판의 인성이 저하된다. 이 때문에, 가열 온도는 1000 ∼ 1250 ℃ 의 범위로 한정하였다.

상기한 가열 온도에서 가열된 강 소재는, 조압연과 마무리 압연으로 이루어지는 열간 압연이 실시되어, 열연판이 된다.

조압연의 조건은 특별히 한정할 필요는 없고, 소정의 치수 형상의 시트 바로 할 수 있으면 된다. 조압연된 시트 바는, 이어서 마무리 압연된다. 마무리 압연은, 930 ℃ 이하의 온도역에 있어서의 누적 압하율이 40 ∼ 85 ％ 이고, 마무리 압연 종료 온도가 760 ∼ 870 ℃ 인 압연으로 한다.

마무리 압연 종료 온도가 760 ℃ 미만에서는, 표층에 가공 페라이트가 잔류되기 때문에, 내사워성이 저하된다. 한편, 870 ℃ 를 초과하여 고온이 되면, 압연 변형이 해방되고, 형성되는 페라이트 입자가 조대화되고, 인성이 저하된다. 이 때문에, 마무리 압연 종료 온도는 760 ∼ 870 ℃ 의 범위로 한정하였다.

또, 마무리 압연에 있어서의, 930 ℃ 이하의 온도역의 누적 압하율이 40 ％ 미만에서는 인성이 저하된다. 한편, 930 ℃ 이하의 온도역의 누적 압하율이 85 ％ 를 초과하여 많아지면, 밴드상 조직이 되고, 인성이 저하된다. 이 때문에, 마무리 압연에 있어서의, 930 ℃ 이하의 온도역의 누적 압하율은 40 ∼ 85 ％ 의 범위로 한정하였다.

열간 압연 종료 후, 열연판은 냉각 처리가 실시된다.

열간 압연 후의 냉각 처리는, 판 두께 중심 온도에서, 평균으로 30 ∼ 200 ℃/s 의 냉각 속도로, 표면 온도에서 500 ℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각시키고, 냉각 정지 후, 10 s 초과의 방랭을 실시하는 처리로 한다.

평균 냉각 속도가 30 ℃/s 미만에서는, 페라이트상의 형성이 관찰되며, 베이나이트상 또는 베이나이틱 페라이트상을 주상으로 하는 원하는 조직을 형성할 수 없다. 한편, 200 ℃/s 를 초과하여 급랭이 되면, 마텐자이트상의 형성이 현저해지며, 베이나이트상 또는 베이나이틱 페라이트상을 주상으로 하는 원하는 조직을 형성할 수 없다. 이 때문에, 냉각은 평균으로 30 ∼ 200 ℃/s 의 냉각 속도로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 40 ∼ 150 ℃/s 이다.

또, 냉각 정지 온도는, 표면 온도에서 500 ℃ 이하의 온도로 한다. 냉각 정지 온도가 500 ℃ 를 초과하여 고온에서는, 페라이트상의 형성이 현저해지며, 원하는 베이나이트상 또는 베이나이틱 페라이트상을 주상으로 하는 조직의 형성이 곤란해진다. 또한, 냉각 정지 온도는 표면 온도에서 300 ℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또, 냉각 정지 후에, 방랭 시간 : 10 s 초과의 방랭을 실시한다.

냉각 정지 후의 방랭 시간이 10 s 이하에서는, 경도 편차가 커진다. 이 때문에, 냉각 정지 후의 방랭 시간은 10 s 초과로 한정하였다.

열연판은, 방랭 후, 권취 처리가 실시되어 열연 강판이 된다.

권취 온도는 400 ∼ 620 ℃ 로 한다. 권취 온도가 400 ℃ 미만에서는 강도가 부족하다. 한편, 권취 온도가 620 ℃ 를 초과하여 고온에서는, 베이나이틱 페라이트를 주체로 하는 조직을 형성하기 어렵고, 내사워성, 인성이 저하된다. 이 때문에, 권취 온도는 400 ∼ 620 ℃ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 400 ∼ 600 ℃ 이다.

실시예

표 1 에 나타내는 조성의 용강을 전로에서 용제하고, 연속 주조법으로 슬래브 (두께 : 220 ㎜ ; 강 소재) 로 하였다. 이들 강 소재를 표 2 에 나타내는 가열 온도로 가열한 후, 조압연과, 표 2 에 나타내는 조건의 마무리 압연을 실시하여 열연판으로 하였다. 마무리 압연 종료 후, 즉시 표 2 에 나타내는 냉각 처리와 권취 처리를 실시하여, 표 2 에 나타내는 판 두께의 열연 강판으로 하였다.

얻어진 열연 강판으로부터 시험편을 채취하고, 조직 관찰, 인장 시험, 경도 시험, HIC 시험, 충격 시험을 실시하였다. 시험 방법은 다음과 같이 하였다.

(1) 조직 관찰

얻어진 열연 강판으로부터, 조직 관찰용 시험편을 채취하고, 압연 방향 단면 (L 단면) 에 대하여 연마, 부식시키고, 광학 현미경 또는 주사형 전자 현미경 (배율 : 2000 배) 을 사용하여 5 시야 이상 관찰하고, 촬상하고, 화상 처리에 의해 조직의 종류, 분율을 측정하였다.

(2) 인장 시험

얻어진 열연 강판으로부터, 인장 방향이 압연 방향과 직각 방향 (C 방향) 이 되도록, ASTM A370 규격에 준거하여 시험편 (GL : 50 ㎜) 을 채취하고, 인장 시험을 실시하여, 인장 특성 (항복 강도 (YS), 인장 강도 (TS)) 을 구하였다.

(3) 경도 시험

얻어진 열연 강판으로부터, 경도 측정용 시험편을 채취하고, 압연 방향과 직각 방향 단면 (C 단면) 에 대하여, JIS Z 2244 의 규정에 준거하여, 비커스 경도계 (하중 : 10 kgf ; 시험력 98 N) 를 사용하여, 0.5 ㎜ 간격으로, 판 두께 방향의 경도 분포를 구하고, 판 두께 방향에서 가장 높은 경도 (최고 경도) (HV_max) 와 판 두께 중심 위치에서의 경도 (HV_1/2) 를 구하였다.

(4) HIC 시험

얻어진 열연 강판으로부터, 길이 방향이 압연 방향이 되도록 시험편 (크기 : 10 ㎜ 두께 × 20 ㎜ 폭 × 100 ㎜ 길이) 을 채취하고, NACE-TM0284 에 준거하여 HIC 시험을 실시하였다. 시험은, 시험편 프레스 굽힘 가공으로 곡률 150 mmR 의 굽힘 가공을 실시하고, Solution A 액 (5 ％ NaCl ＋ 0.5 ％ 빙초산 수용액) 에 0.1 ㎫ H₂S 가스를 포화시킨 시험액 중에 96 h 동안 침지하는 시험으로 하였다. 침지 후, 시험편의 단면을 초음파 탐상법으로 관찰하고, 균열의 크기를 측정하여, CLR (균열의 합계 길이/시험편 길이) × 100 ％ 를 구하였다. CLR 이 8 ％ 이하인 경우를 내 HIC 성이 양호하다고 하여 ○ 로 하고, 그 이외에는 × 로 하였다.

(5) 충격 시험

얻어진 열연 강판으로부터, 길이 방향이 압연 방향과 직각 방향이 되도록 V 노치 시험편을 채취하고, JIS Z 2242 의 규정에 준거하여 시험 온도 : -60 ℃ 에서 샤르피 충격 시험을 실시하여, 흡수 에너지 vE_-60 (J) 를 구하였다. 각 3 개씩 실시하여 그 산술 평균을 그 강판의 흡수 에너지 vE_-60 (J) 로 하였다.

얻어진 결과를 표 3 에 나타낸다.

본 발명예는 모두, 판 두께 방향의 최고 경도가 220 HV 이하이고, X65 급의 강도, 즉 항복 강도 : 450 ㎫ (65 ksi) 이상의 고강도와, vE_-60 : 200 J 이상의 고인성을 갖고, 내사워성이 우수한, 판 두께 : 10 ㎜ 이상의 후육 고강도 열연 강판이 되었다. 한편, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예는, 강도가 부족하거나, 인성이 저하되거나, 판 두께 방향의 최고 경도가 지나치게 높아지고, 내사워성이 저하되었다.

Claims

질량％ 로,
C : 0.01 ∼ 0.07 ％, Si : 0.01 ％ 이상 0.40 ％ 이하,
Mn : 0.5 ∼ 1.4 ％, P : 0.015 ％ 이하,
S : 0.003 ％ 이하, Al : 0.01 ％ 이상 0.1 ％ 이하,
Nb : 0.01 ∼ 0.15 ％, V : 0.001 ％ 이상 0.1 ％ 이하,
Ti : 0.001 ％ 이상 0.03 ％ 이하, N : 0.001 ％ 이상 0.008 ％ 이하
를 함유하고, 또한 Nb, V, Ti 가 하기 (1) 식을 만족하고, 나아가 하기 (2) 식으로 정의되는 Cm 이 0.12 이하를 만족하도록 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성과, 베이나이트상 또는 베이나이틱 페라이트상을 면적률로 95 ％ 이상 함유하는 조직을 갖고, 판 두께 방향의 최고 경도가 220 HV 이하,
HIC 시험에서의 CLR : 균열의 합계 길이/시험편 길이 × 100 ％ 가 8 % 이하,
또한, vE_-60: -60 ℃ 에 있어서의 샤르피 흡수 에너지가 225 J 이상
인 것을 특징으로 하는, 항복 강도 : 450 ㎫ 이상이고, 내사워성이 우수한 라인 파이프용 후육 고강도 열연 강대.
Nb ＋ V ＋ Ti ＜ 0.15 … (1)
Cm ＝ C ＋ Si/30 ＋ (Mn ＋ Cu)/30 ＋ Ni/60 ＋ Mo/7 ＋ V/10 … (2)
여기서, Nb, V, Ti, C, Si, Mn, Cu, Ni, Mo, V : 각 원소의 함유량 (질량％) 이며, (2) 식을 계산하는 경우, 함유하지 않는 성분은 0 으로 하여 계산하는 것으로 한다.
제 1 항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Mo : 0.3 ％ 이하, Cu : 0.5 ％ 이하, Ni : 0.5 ％ 이하, Cr : 0.6 ％ 이하, B : 0.001 ％ 이하, Zr : 0.04 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 라인 파이프용 후육 고강도 열연 강대.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Ca : 0.005 ％ 이하, REM : 0.005 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종을 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 라인 파이프용 후육 고강도 열연 강대.
강 소재에, 가열하고, 조압연과 마무리 압연으로 이루어지는 열간 압연을 실시하여 열연판으로 하고, 그 열간 압연 종료 후, 상기 열연판에 냉각 처리를 실시한 후, 권취 처리를 실시하는 열연 강대의 제조 방법에 있어서,
상기 강 소재를, 질량％ 로,
C : 0.01 ∼ 0.07 ％, Si : 0.01 ％ 이상 0.40 ％ 이하,
Mn : 0.5 ∼ 1.4 ％, P : 0.015 ％ 이하,
S : 0.003 ％ 이하, Al : 0.01 ％ 이상 0.1 ％ 이하,
Nb : 0.01 ∼ 0.15 ％, V : 0.001 ％ 이상 0.1 ％ 이하,
Ti : 0.001 ％ 이상 0.03 ％ 이하, N : 0.001 ％ 이상 0.008 ％ 이하
를 함유하고, 또한 Nb, V, Ti 가 하기 (1) 식을 만족하고, 나아가 하기 (2) 식으로 정의되는 Cm 이 0.12 이하를 만족하도록 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 강 소재로 하고,
상기 열간 압연의 가열을 가열 온도가 1100 ∼ 1250 ℃ 의 범위의 온도인 가열로 하고, 상기 마무리 압연을 930 ℃ 이하의 온도역에 있어서의 총압하율이 40 ∼ 85 ％ 이고, 마무리 압연 종료 온도가 760 ∼ 870 ℃ 인 압연으로 하고,
상기 냉각 처리를, 판 두께 중심 온도에서, 평균으로 30 ∼ 200 ℃/s 의 냉각 속도로, 표면 온도에서 500 ℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각시키고, 냉각 정지 후, 10 s 초과의 방랭을 실시하는 처리로 하고,
상기 권취 처리를, 권취 온도 : 400 ∼ 620 ℃ 에서 권취하는 처리로 하고,
베이나이트상 또는 베이나이틱 페라이트상을 면적률로 95 ％ 이상 함유하는 조직을 갖고, 판 두께 방향의 최고 경도가 220 HV 이하,
HIC 시험에서의 CLR : 균열의 합계 길이/시험편 길이 × 100 ％ 가 8 % 이하,
또한, vE_-60: -60 ℃ 에 있어서의 샤르피 흡수 에너지가 225 J 이상인 열연 강대로 하는 것을 특징으로 하는, 항복 강도 : 450 ㎫ 이상이고, 내사워성이 우수한 라인 파이프용 후육 고강도 열연 강대의 제조 방법.
Nb ＋ V ＋ Ti ＜ 0.15 … (1)
Cm ＝ C ＋ Si/30 ＋ (Mn ＋ Cu)/30 ＋ Ni/60 ＋ Mo/7 ＋ V/10 … (2)
여기서, Nb, V, Ti, C, Si, Mn, Cu, Ni, Mo, V : 각 원소의 함유량 (질량％) 이며, (2) 식을 계산하는 경우, 함유하지 않는 성분은 0 으로 하여 계산하는 것으로 한다.
제 4 항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Mo : 0.3 ％ 이하, Cu : 0.5 ％ 이하, Ni : 0.5 ％ 이하, Cr : 0.6 ％ 이하, B : 0.001 ％ 이하, Zr : 0.04 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 라인 파이프용 후육 고강도 열연 강대의 제조 방법.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Ca : 0.005 ％ 이하, REM : 0.005 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종을 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 라인 파이프용 후육 고강도 열연 강대의 제조 방법.