KR101788152B1 - 후육 강관용 강판, 그의 제조 방법 및, 후육 고강도 강관 - Google Patents

Abstract

원주 용접 열 영향부의 CTOD 특성이 우수한 후육 강관용 강판 및 그의 제조 방법, 그리고 후육 강관을 제공한다.　
질량%로, C: 0.03∼0.10％, Si: 0.05∼0.50％, Mn: 1.00∼2.00％, P: 0.015％ 이하, S: 0.005％ 이하, Mo: 0.20％ 이하(0％를 포함함), Nb: 0.01∼0.05％, 필요에 따라서, Al: 0.005∼0.1％, Cu: 1.00％ 이하, Ni: 1.00％ 이하, Cr: 0.50％ 이하, V: 0.05％ 이하 중 1종 또는 2종 이상, Pcm*(％)(＝C＋Si/30＋(Mn＋Cu＋Cr)/20＋Ni/60＋Mo/2＋V/10)≤0.20, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 모재의 베이나이트 분율이 50％ 이상 또한 2상영역 재가열 조립영역에 있어서의 섬 형상 마르텐사이트(MA) 분율이 5.0％ 이하인 강판이다. 상기 성분계의 연속 주조 슬래브를, 특정 온도로 재가열 후, 열간 압연하고, 그 후, 550∼250℃까지 가속 냉각을 행한다.

Description

후육 강관용 강판, 그의 제조 방법 및, 후육 고강도 강관{STEEL PLATE FOR THICK-WALLED STEEL PIPE, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND THICK-WALLED HIGH STRENGTH STEEL PIPE}

본 발명은, 후육 강관용 강판, 그의 제조 방법 및, 후육 고강도 강관에 관한 것이다. 본 발명의 후육 고강도 강관은, TS가 500㎫ 이상의 해양 구조물이나 라인 파이프에 바람직하게 이용된다. 또한, 본 발명의 후육 강관용 강판 중에서도, 판두께가 25㎜ 이상의 후육 강관용 강판은, 특히, 강관을 연결할 때의, 다중 용접(multi-pass welding)이 되는 원주 용접의 열 영향부의 CTOD 특성이 우수하다.

해양 구조물이나 라인 파이프에 이용되는 강관은, 구조물 형성 과정에 있어서, 강관끼리를 접합시키기 위해 원주 용접된다. 원주 용접이란 관원주 방향의 용접이며, 원주 용접은 상기 구조물 형성 과정에 있어서 불가결한 공정이다. 그 때문에, 상기 강관은, 구조물의 안전성의 관점에서, 모재 자체의 인성이 우수한 것에 더하여, 원주 용접부의 인성도 우수한 것이 요구된다.

상기 원주 용접은, 통상, 소∼중입열의 다중 용접(다층 용접(multilayer welding)이라고 하는 경우가 있음)이 된다. 다중 용접의 경우, 열 영향부는 다양한 열이력을 받은 영역으로 구성된다.

다층 용접의 최초의 용접열 사이클로 발생한 본드부, 즉, 용접 금속과 열 영향부의 경계부 근방의 조립영역(coarse-grain region)에서는, 다음의 용접열 사이클에 의해, 페라이트-오스테나이트 2상영역(이하, 단순히 2상영역이라고도 기술함)에 재가열되는 영역(2상영역 재가열 조립영역이라고 하는 경우가 있음)에서, 섬 형상 마르텐사이트(MA(Martensite Austenite constituent의 약어)라고 하는 경우가 있음)가 생성된다. 섬 형상 마르텐사이트가 생성되면, 인성이 현저하게 저하된다. 이 2상영역 재가열 조립영역이, 다층 용접의 열 영향부에서, 가장 인성이 낮은 영역이다.

2상영역 재가열 조립영역에서 인성이 저하되는 것을 막는 대책으로서, C 함유량을 낮게 하고, Si 함유량을 낮게 함으로써 MA의 생성을 억제함과 함께, 추가로 Cu를 첨가함으로써 모재 강도를 높이는 기술(예를 들면, 특허문헌 1)이 제안되고 있다.

또한, 본드부는 용융점 바로 아래의 고온에 노출되기 때문에, 본드부에서는 오스테나이트립이 가장 조대화된다. 또한, 계속되는 냉각에 의해 본드부가 상부 베이나이트 조직으로 변태되기 쉬워 인성이 열화된다.

본드부의 인성 향상책으로서, 강 중에 TiN을 미세 분산시켜, 오스테나이트의 조대화를 억제하거나, 페라이트 변태의 핵으로서 이용하거나 하는 기술이 실용화되어 있다.

특허문헌 2에는, CaS의 정출(crystallization)을 활용한 페라이트 변태 생성핵의 미세 분산에 의해 열 영향부를 고(高)인성화시키는 기술이 제시되고 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 특허문헌 2에 기재된 상기 기술과, Ti의 산화물과 분산시키는 기술(예를 들면, 특허문헌 3)이나 BN의 페라이트 핵생성능을 산화물의 분산과 조합하는 기술이 제시되고 있다. 또한, 특허문헌 2에는, Ca나 REM을 첨가함으로써 황화물의 형태를 제어하여, 고인성을 얻는 기술도 제시되고 있다.

강의 인성의 평가 기준으로서는, 종래, 샤르피 시험에 의한 흡수 에너지가 주로 이용되어 왔다. 보다 신뢰성을 더하기 위해, 강의 인성 평가로서, CTOD 시험(균열 개구 변위(Crack Tip Opening Displacement) 시험의 약기)을 행하는 것이 요구되는 경우가 있다. CTOD 시험은, 피로 균열을 평가부에 형성한 시험편을 3점 굽힘 시험하여 파괴 직전의 균열 바닥의 개구량(소성 변형량)을 측정하여, 취성 파괴의 발생 저항을 평가하는 것이다.

CTOD 특성은, 균열 바닥의 미소한 영역의 인성을 나타낸다. 원주 용접에 의해 형성된 본드부의 CTOD 특성에 대한 엄격한 요구를 만족하기 위해서는, 열 영향부의 인성 저하 영역인, 2상영역 재가열 조립영역의 인성을 높일 필요가 있다.

일본공개특허공보 평05-186823호 일본공개특허공보 2004-263248호 일본특허공고공보 평05-77740호

그러나, 최근 사용되는 강관은, 사용 환경이나 구조물의 대형화 등에 수반하여, 고강도 후육화되어, 합금 원소의 첨가량이 증대하는 경향이 있다. 이 때문에, 열 영향부의 인성 확보를 위한 기술인, 특허문헌 1에 기재된 기술은 적용하기 어려워지고 있다.

또한, 합금 원소 중에서도 Ni는 모재 강도를 상승시켜, 열 영향부(본 명세서에 있어서, 열 영향부는 용접부의 열 영향부를 의미함)의 인성을 향상시키는 원소이다. 이 관점에서는 후육 강관용 강판이 Ni를 함유하는 것은 바람직하다. 그러나, Ni는 고가의 합금 원소이기 때문에, Ni 함유량의 증가는 제조 비용의 증가를 초래한다. 대량으로 제조되는 강관용 원판에, 다량의 Ni를 함유시키는 것은 곤란하다.

본 발명은, 이러한 종래 기술의 문제를 해결하고, 다중 용접부의 열 영향부(HAZ)의 CTOD 특성이 우수한 후육 강관용 강판, 당해 후육 강관용 강판의 제조 방법 및, 당해 후육 강관용 강판을 이용하여 제조하여 이루어지는 후육 고강도 강관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 「CTOD 특성이 우수한」이란, 다중 용접부의 열 영향부를 대상으로 하는, API Reco㎜ended Practice 2Z(이하 API RP 2Z로 약기)에 준거한, 절결 위치(피로 균열의 위치)가 2상영역 재가열 조립영역인 CTOD 시험의 결과, 얻어진 －10℃에 있어서의 CTOD값이 0.30㎜ 이상인 경우를 가리킨다. 이것은, 판두께 76㎜ 이하, 규격 하한의 항복 응력이 420㎫의 강재에 있어서 API RP 2Z로 정하는 것에서의 값이다.

본 발명자들은, 열 영향부에서의 MA의 생성을 억제하고, CTOD값을 향상시키기 위해, 성분 조성과 CTOD값의 관계에 대해서, 검토를 행하여, 이하의 인식을 얻었다.

1. 용접 균열 감수성 조성: Pcm은 용접시의 저온 균열을 평가하는 지수이며, 일반적으로 저Pcm의 재료일수록 열 영향부의 인성이 우수한 것이 알려져 있다. 그러나, CTOD 시험의 경우, 저Pcm재로도 낮은 CTOD값을 나타내는 경우가 있다. Mo 함유량은, 열 영향부의 인성에 부여하는 영향이 크다.

2. Pcm에 있어서 Mo의 계수를 변경한 새로운 식에 의한 Pcm*(％)(＝C＋Si/30＋(Mn＋Cu＋Cr)/20＋Ni/60＋Mo/2＋V/10, 식에 있어서, 각 합금 원소는 함유량(질량％)을 나타냄, 함유하지 않는 것은 0으로 함)에 의해 다중 용접의 열 영향부의 CTOD값을 조정할 수 있다.

본 발명은, 상기 인식을 기초로 더욱 검토를 더하여 이루어진 것으로, 구체적으로는 이하와 같다.

1. 질량％로, C: 0.030∼0.10％, Si: 0.05∼0.50％, Mn: 1.00∼2.00％, P: 0.015％ 이하, S: 0.005％ 이하, Mo: 0.20％ 이하(0％를 포함함), Nb: 0.01∼0.05％, Pcm*(％)(＝C＋Si/30＋(Mn＋Cu＋Cr)/20＋Ni/60＋Mo/2＋V/10: 식에 있어서, 각 합금 원소는 함유량(질량％)을 나타내고, 함유하지 않는 것은 0으로 함)≤0.20, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 모재의 베이나이트 분율이 50％ 이상 또한 2상영역 재가열 조립영역에 있어서의 섬 형상 마르텐사이트(MA) 분율이 5.0％ 이하인 것을 특징으로 하는 원주 용접의 열 영향부의 CTOD 특성이 우수한 후육 강관용 강판.

2. 상기 성분계에 더하여, 질량%로, Al: 0.005∼0.1％, Cu: 1.00％ 이하, Ni: 1.00％ 이하, Cr: 0.50％ 이하, V: 0.05％ 이하 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 1에 기재된 원주 용접의 열 영향부의 CTOD 특성이 우수한 후육 강관용 강판.

3. 1 또는 2에 기재된 성분계의 강을, 연속 주조법에 의해 슬래브로 하고, 그 후, 1050∼1200℃의 온도로 재가열 후, 열간 압연하여, 열간 압연 종료에서 550∼250℃까지 가속 냉각을 행하는 것을 특징으로 하는 원주 용접의 열 영향부의 CTOD 특성이 우수한 후육 강관용 강판의 제조 방법.

4. 1 또는 2에 기재된 후육 강관용 강판을 냉간 성형에 의해 원형으로 한 후, 맞댐면(butted surface)에 내외면 1층의 심(seam) 용접을 행하여 강관으로 한 원주 용접의 열 영향부의 CTOD 특성이 우수한 후육 고강도 강관.

5. 원주 용접이, 1패스당의 입열량이 5∼70kJ/㎝의 다층 용접인 것을 특징으로 하는, 4에 기재된 원주 용접의 열 영향부의 CTOD 특성이 우수한 후육 고강도 강관.

본 발명의 후육 강관용 강판을, 소∼중입열의 다중 용접이 되는 원주 용접 등에 의해 용접한 경우, 열 영향부는 우수한 CTOD 특성을 갖는다. 이 때문에, 본 발명의 후육 강관용 강판은, 열 영향부의 고인성이 요구되는 해양 구조물, 파이프 라인 등의 엄격한 환경에서 사용되는 후육 고강도 강관의 원판으로서 적합하다. 이와 같이, 본 발명은, 산업상 매우 유용하다.

도 1은, Pcm*와 CTOD값과의 관계를 나타내는 도면이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명은, 성분 조성과 마이크로 조직을 규정한다.

[성분 조성］

설명에 있어서 ％는 질량％로 한다.

C: 0.030∼0.10％

C 함유량은, 용접부의 열 영향부에 생성되는 MA의 생성 억제를 위해, 저감할 필요가 있다. 한편으로, C는 강의 강화 원소로서 필수이다. 그래서, C 함유량을 0.030∼0.10％의 범위로 했다. 강의 강도의 확보를 위해서는, C 함유량은 0.04％ 이상인 것이 바람직하다. 또한, MA 생성 억제의 관점에서 C 함유량은 0.08％ 이하인 것이 바람직하다.

Si: 0.05∼0.50％

Si는, 탈산 성분으로서 이용되고, 그 함유량은 0.05％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Si 함유량이 0.50％를 초과하면, MA의 생성이 재촉되어, 모재의 인성이 열화된다. 그래서, Si 함유량을 0.50％ 이하로 제한할 필요가 있다. 바람직하게는, 0.30％ 이하이다.

Mn: 1.00∼2.00％

Mn 함유량은, 모재의 강도를 확보하기 위해 1.00％ 이상으로 할 필요가 있다. 바람직하게는 1.20％ 이상이다. 한편, Mn 함유량이 2.00％를 초과하면, 용접부의 인성이 현저하게 열화된다. 이 때문에, Mn 함유량은 2.00％ 이하로 할 필요가 있다. 1.80％ 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직한 Mn 함유량은, 1.20∼1.80％이다.

P: 0.015％ 이하

P 함유량이 0.015％를 초과하면, 용접부의 인성이 열화된다. 그래서, P 함유량은 0.015％ 이하로 제한한다. 바람직하게는, 0.012％ 이하이다.

S: 0.005％ 이하

S 함유량이 0.005％를 초과하면, 모재 및 용접부의 인성이 열화된다. 이 때문에, S 함유량은 0.005％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.0035％ 이하이다.

Mo: 0.20％ 이하(0％를 포함함)

Mo는, 모재의 고강도화에 유효한 원소이다. 이 효과는 Mo 함유량을 0.01％ 이상으로 함으로써 나타난다. 다량으로 Mo를 함유하면 MA가 발생하여, 인성에 악영향을 준다. 그래서, Mo를 함유하는 경우에는, Mo 함유량의 상한을 0.20％로 한다. Mo를 함유하면, 특히 CTOD 특성에 악영향을 미치는 경우가 있다. 이 때문에, Mo 함유량은 0.10％ 이하가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.05％ 이하이다. 본 발명에서는 Mo를 함유하지 않아도 좋다.

Nb: 0.01∼0.05％

Nb는, 강의 강화에 유효한 원소이다. 이 때문에, Nb 함유량을 0.01％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.015％ 이상으로 한다. 한편, Nb 함유량이 0.05％를 초과하면, 용접부의 인성이 열화된다. 그래서, Nb 함유량은 0.01∼0.05％로 한다.

Pcm*(％)(＝C＋Si/30＋(Mn＋Cu＋Cr)/20＋Ni/60＋Mo/2＋V/10: 식에 있어서, 각 합금 원소는 함유량(질량％)을 나타내고, 함유하지 않는 것은 0으로 함)≤0.20

본 발명 범위 내의 성분 조성으로 Pcm*를 변화시킨 여러 가지의 성분계의 공시(sample) 강판을 제조했다. 공시 강판의 두께는 열간 압연에 의해 27∼101㎜로 했다. 얻어진 공시 강판의 열 영향부의 CTOD 시험을 행했다.

CTOD 시험은, 상기 공시 강판의 맞댐부를 입열 45kJ/㎝의 서브머지 아크 용접에 의해 다중 용접한 용접 조인트로부터 시험편을 채취하고, 시험 온도 －10℃에 있어서, 절결 위치를 2상영역 재가열 조립영역으로서 실시했다. CTOD 시험은 API RP 2Z에 준거하여 행하고, 시험 후의 시험편에 있어서 절결 위치가 2상영역 재가열 조립영역인 것을 확인했다.

또한, 상기 공시 강판으로부터 재현 열 사이클 시험편을 채취하고, 2상영역 재가열 조립영역에 상당한 열 사이클을 부여하여, MA량을 측정했다. MA량은, 압연 방향이나 판폭방향 등의 강판의 임의의 단면에 있어서 관찰되는 MA의 면적의 전(全)관찰 시야에 대한 비율의 평균값으로부터 산출하는 MA의 면적 분율이다.

도 1에, Pcm*와 CTOD값과의 관계를 나타낸다. Pcm*의 증가와 함께 CTOD값이 저하되는 것이 확인된다. Pcm*의 증가와 함께 상기 영역(2상영역 재가열 조립영역)에서 MA량이 증가함으로써 CTOD값의 저하가 발생하고 있다고 생각된다. 따라서, Pcm*≤0.20으로 함으로써, 다중 용접부에서, 2상영역 재가열 조립영역을 포함하는 본드부를 절결 위치로 하는 CTOD 시험에서, －10℃에 있어서의 CTOD값이 0.30㎜ 이상의 후육 강관용 강판의 제조가 가능하다. Pcm*≤0.20의 공시 강판의 경우, 재현 열 사이클 시험에 의해 측정된 MA량은 5.0％ 이하였다.

이상이 본 발명의 필수 성분이며 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 또한, 강도 및 인성을 높이기 위해, Al, Cu, Ni, Cr 및 V로부터 선택되는 적어도 1종 또는 2종 이상을 Pcm*≤0.20의 범위 내에서 함유시킬 수 있다.

Al: 0.005∼0.1％

Al은, 용강을 탈산하기 위해 첨가되는 원소이며, 0.005％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 한편, 0.1％를 초과하여 첨가하면 모재 및 용접부 인성을 저하시킴과 함께, 용접에 의한 희석에 의해 용접 금속부에 혼입되어, 인성을 저하시키기 때문에, 0.1％ 이하로 제한한다. 바람직하게는, 0.08％ 이하이다.

Cu: 1.00％ 이하

Cu는, 석출 강화에 의해 강의 강도를 향상하는 원소이다. 이 효과는 Cu 함유량을 0.01％ 이상으로 함으로써 발휘된다. 또한, Cu를 과잉하게 함유하면, 열간 취성이 발생하여, 강판의 표면 성상이 열화될 우려가 있다. 그래서, Cu를 함유하는 경우, Cu 함유량을 1.00％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.50％ 이하이다.

Ni: 1.00％ 이하

Ni는, 모재의 고인성을 유지하면서 강도를 증가시키는 원소이다. Ni는, 또한 HAZ의 CTOD 특성을 안정하게 향상시키는 작용을 갖는다. 이 효과는 Ni 함유량을 0.01％ 이상으로 함으로써 발휘된다. 단, Ni는 고가이기 때문에, Ni 함유량이 많아지면 경제적으로 불리해지는 경우가 있다. 이 때문에, Ni를 함유하는 경우, 그 함유량을 1.00％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

Cr: 0.50％ 이하

Cr은, 모재의 고강도화에 유효한 원소이며, 이 효과는 Cr 함유량을 0.01％ 이상으로 함으로써 발휘된다. 단, Cr을 다량으로 함유하면 인성이 저하되는 경우가 있다. 그래서, Cr을 함유하는 경우, 그 함유량은 0.50％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는, 0.20％ 이하이다.

V: 0.05％ 이하

V는 Nb와 동일하게, 강의 강화에 유효한 원소이다. 이 효과는 V 함유량을 0.001％ 이상 함유함으로써 발휘된다. 단, 0.05％를 초과하는 V의 함유는 용접부의 인성을 열화시킨다. 이 때문에, V를 함유하는 경우, 그 함유량을 0.05％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는, 0.03％ 이하이다.

[마이크로 조직］

모재의 마이크로 조직은, TS가 500㎫ 이상이 되도록, 베이나이트 분율: 50％ 이상으로 한다. 여기에서, 베이나이트 분율은 면적율로 한다. 잔부의 마이크로 조직은 특별히 규정하지 않는다. 본 발명의 작용 효과를 손상시키지 않는 정도에서, 베이나이트 및 MA 이외의 조직이나 석출물을 함유하는 것도, 본 발명의 범위에 포함한다. 잔부 조직의 예로서는, 페라이트(구체적으로는, 폴리고널 페라이트 등), 펄라이트, 시멘타이트 등을 들 수 있다. 마르텐사이트는 인성의 대폭적인 저하로 연결되기 때문에, 잔부 조직에는 포함하지 않는 것이 바람직하다.

또한, 2상영역 재가열 조립영역에 있어서의 섬 형상 마르텐사이트(MA) 분율이, 5.0％ 초과의 경우, －40℃에 있어서의 모재 샤르피 인성이 목표값을 만족하지 않는다. 가령, －40℃에 있어서의 모재 샤르피 인성이 목표값을 만족했다고 해도, －10℃에 있어서의 CTOD값이 0.30㎜ 이상이 되는 CTOD 특성이 얻어지지 않는다. 그래서, MA 분율을 5.0％ 이하로 한다. 바람직하게는, 3.5％ 이하이다.

본 발명에 따른 후육 강관용 강판은, 상기 성분 조성의 강을, 연속 주조법에 의해 슬래브로 하고, 그 후, 1050∼1200℃의 온도(슬래브 재가열 온도)로 재가열 후, 열간 압연하여, 열간 압연 종료에서 550∼250℃까지 가속 냉각을 행하여 제조하는 것이 가능하다.

슬래브 재가열 온도가, 1050℃ 미만에서는, 그 후의 열간 압연을 행하기 어려워진다. 한편, 슬래브 재가열 온도가 1200℃을 초과하면 인성이 저하된다. 그래서, 슬래브 재가열 온도는 1050∼1200℃로 한다.

열간 압연의 수법은 특별히 규정하지 않는다. 예를 들면 미재결정 온도영역(900℃ 이하)에서의 압하율을 40％ 이상으로 하고, 압연 종료 온도를 700∼850℃로 함으로써, 결정립의 미세화가 재촉된다. 그 결과, 고강도 또한 모재 인성이 양호한 소재를 제조할 수 있다.

열간 압연 후, 베이나이트 분율이 50％ 이상이 되도록, 냉각 정지 온도를 550∼250℃로 하는 가속 냉각을 행한다. 또한, 가속 냉각 후의 등온 유지 없이 베이나이트 변태를 발생시키기 위해서는 5℃／s 이상의 냉각 속도로 가속 냉각을 행할 필요가 있다. 냉각 정지 온도가 지나치게 높으면 베이나이트 변태가 충분히는 진행되지 않고, 페라이트나 펄라이트가 생성되어, 모재의 마이크로 조직의 베이나이트 분율이 50％를 밑돈다. 그래서, 냉각 정지 온도는 550℃ 이하로 하고, 500℃ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 냉각 정지 온도가 지나치게 낮으면, 마르텐사이트 변태가 진행하여, 모재의 마이크로 조직의 베이나이트 분율이 50％를 밑돌고, 또한 모재의 인성이 크게 열화된다. 이 때문에, 냉각 정지 온도는 250℃ 이상으로 하고, 300℃ 이상인 것이 더욱 바람직하다.

상기 제조 방법으로 제작된 후육 강관용 강판으로부터 강관을 제조하는 경우는, 통상의 UOE 강관의 제조 방법에 준하여, 냉간 성형에 의해 원형으로 한 후, 맞댐면에 내외면 1층의 심 용접을 행하여 강관으로 한다. 보다 구체적으로는 이하와 같다.

본 발명은 전술한 방법에 따라 제조된 강판을 이용하여 강관을 이룬다. 강관의 성형 방법으로서는, UOE 프로세스나 프레스 벤드(벤딩 프레스라고도 함) 등의 냉간 성형에 의해 강관 형상으로 성형하는 방법을 들 수 있다.

UOE 프로세스에서는, 소재가 되는 후강판의 폭방향 단부에 개선(開先) 가공을 행한 후, 프레스기를 이용하여 강판의 폭방향 단부의 가장자리 굽힘을 행하고, 계속해서, 프레스기를 이용하여 강판을 U자 형상으로 그리고 O자 형상으로 성형함으로써, 강판의 폭방향 단부끼리가 대향하도록 강판을 원통 형상으로 성형한다. 이어서, 강판의 대향하는 폭방향 단부를 맞대어 용접한다. 이 용접을 심 용접이라고 부른다. 이 심 용접에 있어서는, 원통 형상의 강판을 구속하여, 대향하는 강판의 폭방향 단부끼리를 맞대어 가용접(tack welding)하는 가용접 공정과, 서브머지 아크 용접법에 의해 강판의 맞댐부의 내외면에 용접을 행하는 본용접 공정과의, 2단계의 공정을 갖는 방법이 바람직하다. 심 용접을 행한 후에, 용접 잔류 응력의 제거와 강관 진원도의 향상을 위해, 확관을 행한다. 확관 공정에 있어서 확관율(확관 전의 관의 외경에 대한 확관 전후의 외경 변화량의 비)은, 통상, 0.3％∼1.5％의 범위에서 실시된다. 진원도 개선 효과와 확관 장치에 요구되는 능력과의 밸런스의 관점에서, 확관율은 0.5％∼1.2％의 범위인 것이 바람직하다.

프레스 벤드의 경우에는, 강판에 3점 굽힘을 반복함으로써 순차 성형하여, 거의 원형의 단면 형상을 갖는 강관을 제조한다. 그 다음은, 전술한 UOE 프로세스와 동일하게, 심 용접을 실시한다. 프레스 벤드의 경우에도, 심 용접 후, 확관을 실시해도 좋다.

얻어진 강관은, 원주 용접의 열 영향부의 CTOD 특성이 우수하다.

원주 용접을 다층 용접으로 실시하는 경우, 1패스당의 입열량을 5∼70kJ/㎝로 하는 것이 바람직하다. 1패스당의 입열량이 과소하면, 시공 조건의 안정성이 뒤떨어지고, 또한, 용접 패스수를 많이 하지 않으면 안 되기 때문에, 1패스당의 입열량은 5kJ/㎝ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 6kJ/㎝ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 한편, 1패스당의 입열량이 과대하면, 2상영역에 재가열되는 국소 취화영역이 확대되어 버리기 때문에, 1패스당의 입열량은 70kJ/㎝ 이하로 하는 것이 바람직하고, 50kJ/㎝ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.

실시예

표 1에 나타내는 여러 가지의 성분 조성으로 조정한 강 슬래브를 소재로 하고, 표 2에 나타내는 제조 조건에 의해 판두께: 27∼101㎜의 후강판을 제조했다. 얻어진 각 후강판에 대해서, 인장 시험, 샤르피 시험 및 CTOD 시험을 실시했다. 또한, 표 2에 기재하고 있지 않지만, 열간 압연에 있어서, 미재결정 온도영역(900℃ 이하)에서의 압하율을 40％ 이상으로 했다. 또한, 가속 냉각에서의 냉각 속도는 5℃／s 이상으로 했다.

각 강판의 판두께 중앙부로부터 압연 폭방향으로 인장 시험편을 채취하고, 인장 시험을 행하여, 인장 강도(TS)를 구했다. 샤르피 시험은, 2㎜V 노치 시험편을 이용하고, 시험 온도 －40℃에서 실시하여, 샤르피 충격값(3개 평균값)을 구했다.

또한, 각 강판으로부터 채취한 용접 시험판에 レ형 개선(single-bevel groove)(개선 각도 30°)을 가공하고, 입열 45kJ/㎝의 서브머지 아크 용접을 행하여 다중 용접 조인트를 제작하여, 판두께 방향으로 거의 직선적인 본드부를 절결 위치로 한 CTOD 시험을 시험 온도 －10℃에서 행했다. 또한, CTOD 시험편의 제작 및 시험 조건은, API RP 2Z에 준거하여 행하고, 절결 위치의 본드부에 2상영역 재가열 조립영역이 포함되어 있는 것을 확인했다.

또한, No.1∼7의 강판을 통상법에 의해 UOE 강관으로 하고, 각 강관으로부터 채취한 시험편을 이용하여, 인장 강도(TS), 시험 온도 －40℃에서의 샤르피 충격값(3개 평균값)을 구했다. 강관끼리를 접합하는 원주 용접부의 열 영향부로부터 채취한 CTOD 시험편을 이용하여, 강판의 다중 용접 조인트의 시험에 준하여 CTOD 시험을 행했다.

상기의 시험 결과를 표 2 중에 병기했다. 표 2에 나타내는 시험 결과로부터, 본 발명예의 강재는, 모두 TS가 500㎫ 이상의 강도와 샤르피 흡수 에너지(vE－40℃)가 250J 이상의 인성을 갖고 있어, 모재의 강도·인성이 모두 우수하다. 또한 다중 용접 조인트의 CTOD값은 0.30㎜ 이상이며, 본 발명의 강판은, 다중 용접 열 영향부의 인성 특성도 우수하다.

또한, 이들 발명강을 냉간 성형한 강관은, 원주 용접부의 CTOD값에 근소하게 저하가 보이기는 하지만 양호한 값을 나타낸다.

한편, 비교강은 화학 성분이나, Pcm*가 본 발명 범위 외이기 때문에, 강도, 모재 인성 및 CTOD값이 뒤떨어져 있다. 비교강 1, 2는 성분 조성의 각 합금 원소량이 본 발명 범위 내에서, －40℃에 있어서의 모재 인성은 높지만, Pcm*가 0.20을 초과하기 때문에, CTOD값이 작다. 비교강 3은, C 함유량이 지나치게 많기 때문에 모재의 인성이 뒤떨어져 있다. 또한, 비교강 4는 C 함유량이 낮기 때문에 TS가 뒤떨어진다. 비교강 5, 6, 8, 10은, 각각, Si 함유량, Mn 함유량, S 함유량, Nb 함유량이 본 발명 범위 외에서 지나치게 높기 때문에, 모재 인성의 열화를 초래하고 있다. 비교강 7, 9는, 모재 인성은 좋지만, 각각 P 함유량, Mo 함유량이 본 발명 범위 외에서 지나치게 높기 때문에, CTOD값이 뒤떨어져 있다.

발명강으로부터 제조한 강관은, 표 2에 나타내는 바와 같이 원주 용접 조인트부의 CTOD값이 약간, 모재에서의 값보다 저하되는 경향이 있지만, 0.3㎜ 이상의 양호한 특성을 가져, 원주 용접의 열 영향부의 인성이 요구되는 해양 구조물, 파이프 라인 등의 엄격한 환경에서의 사용에 적합하다.

Claims (5)

1. 질량％로
   C: 0.030∼0.10％
   Si: 0.05∼0.50％
   Mn: 1.00∼1.80％
   P: 0.015％ 이하
   S: 0.005％ 이하
   Mo: 0.01~0.20％
   Nb: 0.01∼0.05％
   Pcm*(％)(＝C＋Si/30＋(Mn＋Cu＋Cr)/20＋Ni/60＋Mo/2＋V/10: 식에 있어서, 각 합금 원소는 함유량(질량％)을 나타내고, 함유하지 않는 것은 0으로 함)≤0.20
   잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 모재의 베이나이트 분율이 50％ 이상이고 2상영역 재가열 조립영역에 있어서의 섬 형상 마르텐사이트(MA) 분율이 5.0％ 이하이며,
   판두께가 30mm 이상인 것을 특징으로 하는 원주 용접의 열 영향부의 CTOD 특성이 우수한 후육 강관용 강판.
2. 제1항에 있어서,
   상기 성분계에 더하여,
   질량%로
   Al: 0.005∼0.1％
   Cu: 1.00％ 이하
   Ni: 1.00％ 이하
   Cr: 0.50％ 이하
   V: 0.05％ 이하
   중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 원주 용접의 열 영향부의 CTOD 특성이 우수한 후육 강관용 강판.
3. 제1항 또는 제2항에 기재된 후육 강관용 강판의 제조 방법으로서, 제1항 또는 제2항에 기재된 성분계의 강을, 연속 주조법에 의해 슬래브로 하고, 그 후, 1050∼1200℃의 온도로 재가열 후, 열간 압연하여, 열간 압연 종료에서 550∼250℃까지 가속 냉각을 행하는 것을 특징으로 하는 원주 용접의 열 영향부의 CTOD 특성이 우수한 후육 강관용 강판의 제조 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 기재된 후육 강관용 강판을 냉간 성형에 의해 원형으로 한 후, 맞댐면에 내외면 1층의 심(seam) 용접을 행하여 강관으로 한 원주 용접의 열 영향부의 CTOD 특성이 우수한 후육 고강도 강관.
5. 제4항에 있어서,
   원주 용접이, 1패스당의 입열량이 5∼70kJ/㎝의 다층 용접인 것을 특징으로 하는 원주 용접의 열 영향부의 CTOD 특성이 우수한 후육 고강도 강관.

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