KR101946426B1

KR101946426B1 - 전봉 강관 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR101946426B1
Application number: KR1020177014071A
Authority: KR
Inventors: ?스케 도요다; 타카토시 오카베; 소타 고토; 유타카 마츠이; 사토루 야부모토
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2015-11-17
Publication date: 2019-02-11
Also published as: CN107002194A; EP3225709A1; CN107002194B; EP3225709A4; JP6319427B2; CA2966570A1; KR20170072321A; US20170356071A1; US10584405B2; JPWO2016084335A1; WO2016084335A1

Abstract

내내압 리크(internal pressure leak resistance)성 및 전봉 용접부 인성이 우수한 전봉 용접 강관을 제공한다. 질량％로, C:0.025∼0.168％, Si:0.10∼0.30％, Mn:0.60∼1.90％를 포함하고, 추가로 Ca 및, Nb, V, Ti 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을, Pcm이 0.20 이하를 만족하도록 포함하는 조성의 열연 강판을, 냉간에서 연속적으로 롤 성형 가공하여, 관 형상체로 한다. 그 때, 강판의 폭 방향 단면에, 테이퍼부가 강판 두께에 대하여 10∼80％의 테이퍼 개선을 부여한다. 그리고, 관 형상체의 단면끼리를 맞대어, 전봉 용접하여 관체로 한다. 그리고, 전봉 용접면에 대하여, 빔 폭이 0.1∼4.0㎜의 범위가 되도록 초음파를 송파하고, 반사파를 어레이 탐촉자를 이용한 초음파 탐상 장치에 의해 초음파 탐상하여, 전봉 용접부의 건전성을 확인한다. 검사 후, 혹은 그 전에, 전봉 용접부에, 850∼1150℃로 가열하고, 20∼200℃/s의 냉속으로 냉각하는 시임 어닐링 처리를 실시한다. 이에 의해, 모재부 및 전봉 용접부가 모두, 평균 입경:10㎛ 이하의 의(quasi)폴리고날 페라이트상을 주상으로 하는 조직을 갖고, 내내압 시일성, 전봉 용접부 인성이 우수한 항복 강도 400MPa 이상의 전봉 강관이 얻어진다.

Description

전봉 강관 및 그의 제조 방법{ELECTRIC RESISTANCE WELDED STEEL PIPE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}

본 발명은, 전봉 강관(electric resistance welded steel pipe) 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 전봉 용접부에 있어서의 인성(toughness)의 향상 및 신뢰성의 향상에 관한 것이다.

전봉 강관은, 강대(steel strip)를 복수의 롤로 연속적으로 대략 원형 단면(관 형상체)으로 냉간 성형하고, 당해 관 형상체의 상대하는 단면(端面)끼리를 맞대고, 당해 맞댄 부위(맞댐부)에 고주파 전류를 인가하고, 압력을 가하면서 용접 접합(전봉 용접)되어, 시임(seam)부를 갖는 관체(전봉 강관)로 된다. 전봉 용접시에는, 맞댐부는 저항 발열에 의해 융점 이상으로 가열되어 압력이 가해져, 강대 자신이 접합 금속이 되어 접합된다. 이 때문에, 전봉 용접은, 실질적으로, 용융 용접으로서 위치매김되어 있다.

1970년대 이후에 현저한 진보를 이룬 고주파 용접 기술, 또한 1980년대 이후에 개발·적용된 입열 제어·감시 기술, 혹은 나아가 시임부의 온라인 열 처리 기술 등에 의해, 전봉 강관의 성능은 비약적으로 향상했다. 그 결과, 전봉 강관은, 석유, 가스 등의 채굴, 수송용으로서, 외경 26인치 이하, 두께 1인치 이하의 라인 파이프(line pipe), 유정관(oil country tubular goods) 등의 용도에 널리 적용되고 있다.

그러나, 전봉 용접부의 신뢰성이라고 하는 관점에서, 전봉 강관의 용도는, 전봉 용접부의 요구 스펙이 엄격하지 않은 것에 한정되어 있었다. 그 때문에, 최근에는, 전봉 용접부의 신뢰성 향상을 위하여, 여러 가지의 제안이 이루어지고 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에는, 습윤 황화수소를 포함하는 환경하에서 균열 저항성이 높은 내사우어(sour resistance)성이 우수한 전봉 강관이 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, Ca를 0.0012질량％ 이상 함유하는 Al 탈산 강을 소재로 하는 전봉 강관에 있어서, 강 중의 Ca/Al비를 0.10％ 이하로 하고, 전봉 충합면(衝合面)을 중심으로 하여 양측 100㎛ 이내의 부분에 포함되는 산화물계 개재물 중, 충합면에 직교하고 또한 관축 방향으로 직교하는 횡단면에서 본 개재물의 형상으로서, 판두께 방향으로 연신한 개재물로서, 원주 방향의 길이에 대한 판두께 방향의 길이의 비가 2 이상이고 또한 장경 10㎛ 이상의 개재물의 밀도가, 당해 횡단면에서 충합면의 양측 100㎛ 이내의 영역의 면적 1㎟당의 개수로 5 이하로 한다고 되어 있다. 이에 따라, 혹독한 환경에서도 수소 팽창(blistering)의 발생을 방지할 수 있다고 되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는, 전봉 강관의 가스 시일 용접 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 2에 기재된 기술에서는, 핀 패스(fin pass) 성형 후이고 용접 전에, 파이프 내면측의 부유 스케일(scale)을 미스트(mist)로 세정함과 함께, 용접부의 국소 시일시에 있어 파이프 내면측 시일 장치는 유지(holding) 롤러를 제거하고, 파이프와 비접촉으로서 시일하는 것을 특징으로 하고 있다. 이에 따라, 용접부로의 스케일 잔존을 방지하여, 용접부의 인성이 현격히 향상된다고 되어 있다.

특허문헌 3에는, 고강도 전봉 라인 파이프가 기재되어 있다. 특허문헌 3에 기재된 고강도 전봉 라인 파이프는, 질량％로, C:0.04 초과∼0.08％, Si:0.1∼0.3％, Mn:1.6 초과∼2.0％, P:0.02％ 이하, S:0.003％ 이하, Nb:0.04∼0.08％, V:0.05∼0.1％, Ni:0.1∼0.5％, Cu:0.1∼0.5％, Mo:0.05∼0.20％, Ti:0.01∼0.03％, Al:0.05％ 이하, N:0.005％ 이하를 포함하고, 또한 Ni, Cu, Mo를 특정 관계를 만족하도록 함유하는 조성을 갖고, 금속 조직이 평균 결정 입경 5㎛ 이하의 침상(Acicular) 페라이트 조직이고, 편평 후의 둘레 방향의 인장 강도가 700N/㎟ 이상, 0.5％ 내력이 550N/㎟ 이상, 전봉 용접 충합부의 산화물 점유 면적이 0.1％(1000ppm에 상당) 이하인, 고강도 전봉 라인 파이프이다. 특허문헌 3에 기재된 전봉 라인 파이프는, 핫 코일로부터 냉간에서의 롤 성형, 전봉 용접, 시임 열 처리, 사이징(Sizing)의 공정을 거쳐 제조된, 외경 200∼610㎜이고, 두께/외경비(t/D)가 2％ 이하의 전봉 강관이다. 이에 의하면, 전봉 용접부가 모재정도의 건전성을 갖고, 라인 파이프를 더욱 박육화할 수 있다고 되어 있다.

특허문헌 4에는, 전봉 보일러 강관이 기재되어 있다. 특허문헌 4에 기재된 전봉 보일러 강관은, 질량％로, C:0.01∼0.20％, Si:0.01∼1.0％, Mn:0.10∼2.0％, Cr:0.5∼3.5％를 함유하고, P:0.030％ 이하, S:0.010％ 이하, O:0.020％ 이하로 제한하고, (Si％)/(Mn％＋Cr％)를 0.005 이상 1.5 이하로 하고, 전봉 용접시에 생성되는 SiO₂, MnO 및, Cr₂O₃의 3원계 혼합 산화물의 면적율이 0.1％(1000ppm에 상당) 이하인 전봉 용접부로 이루어지는, 전봉 용접부의 결함이 적고, 크리프 파단(creep rupture) 강도 및 인성(toughness)이 우수한 전봉 보일러 강관이다.

안정된 전봉 용접부 성능을 갖는 전봉 강관을 얻기 위해서는, 전봉 용접 조건을 적정하게 유지하여, 안정된 용접부 품질(시임부 품질)을 얻을 필요가 있다. 그 때문에, 강관 소재인 강대의 단부 형상의 안정화나, 성형 및 용접시의 위치 맞춤, 혹은 전봉 용접시의 입열량의 안정화 등이 중요해진다.

전봉 용접에서는, 최적의 용접 입열이 되는 조건하에서는, 관 형상체의 맞댐부(강대 단부)가 충분히 용융하여 액적(droplets)이 형성되어 압접되어 있다. 그러나, 입열량이 낮아지면, 액적이 충분히 형성되지 않은 채, 압접된다. 그 때문에, 비특허문헌 1의 도 1(a)에 나타나는 바와 같이, 용접부를 용접면을 따라서 파괴시키면, 입열량이 낮은 조건으로 용접된 용접부에서는, 용접면에 다수의 산화물이 관찰된다. 파면에, 이러한 다수의 산화물이 관찰되는 용접부는, 일반적으로, 냉접(Cold weld 혹은 Cold　joint라고도 함)이라고 불리고 있다. 비특허문헌 1에 나타난 용접부는, 고주파 용접부이지만, 입열량 변동이 작은 고주파 용접에 있어서도, 용접 조건에 따라서는 냉접(용접 결함)이 형성되는 경우가 있는 것을 의미하고 있다.

일본특허공고공보 평7-24940호 일본특허공고공보 평8-25035호 일본공개특허공보 2008-223134호 일본특허공보 제4377869호

T.Fukami,et.al.:"Deｖelopment of the　new　welding control　method　for　HF－ERW　pipes", Proc.　of　IPC, (2012) No.2012-90219,p.1-8.

종래부터, 일본국내의 가스 파이프라인에서는, 전봉 강관을 사용한 경우에는, UOE 강관이나 이음매 없는 강관을 사용한 경우와 비교하여, 그 최대 압력이 낮게 제한되어 왔다. 이는, 전봉 용접부의 신뢰성, 특히 상기한 바와 같은 냉접의 발생 방지, 혹은 냉접 등의 용접 결함의 검출이라는 점에서 충분하지 않았던 것에 기인한다고 생각되고 있다. 또한, 1970년대 이전에 부설(敷設)된 오래된 라인 파이프(Vintage line-pipe)가, 수십년의 시간을 거쳐 리크(leak) 등을 일으키는 사례가 세계적으로도 알려져 있고, 성능이 뒤떨어지는 오래된 전봉 강관에서의 리크 등의 원인의 하나로서 냉접 결함이 들어지고 있다.

이러한 관점에서, 특허문헌 1에 기재된 기술에 있어서도, 국소적인 입열의 저하에 의해 야기되는 냉접의 발생을 회피할 수 없다는 문제가 있다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 고강도강으로의 적용이 곤란하고, 또한, 저온 인성이 불충분하고, 한랭지용으로서 적용하는 것에는 문제가 있다. 또한, 특허문헌 2, 3, 4에 기재된 각 기술에 의해서도, 국소적인 입열량의 저하에 의해 야기되는 냉접의 발생은 회피할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은, 이러한 종래 기술의 문제를 해결하고, 냉접 등의 용접 결함의 발생을 회피하여, 우수한 내(耐)내압 리크성 및 우수한 전봉 용접부 인성을 갖는 고강도의 전봉 강관 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 여기서 말하는 「고강도」란, 전봉 강관의 모재부가 API　X　56그레이드(grade) 상당, 즉 항복 강도 YS:400MPa 이상인 경우를 말한다.

또한, 여기서, 「내내압 리크성이 우수하다」란, 시험 온도:0℃에서, 상온에서의 항복 강도(σy_RT)의 95％의 내압을 부하한 조건으로, 내압 시험을 행하여, 리크가 발생하지 않는 것을 의미한다. 또한, 내압 시험은, 비특허문헌(S.Toyoda, S.Goto, T.Okabe, H.Kimura, S.Igi, Y.Matsui, S.Yabumoto, A.Sato, M.Suzuki, and T.Inoue:Proc.　of　IPC(2012), IPC2012-90448.)에 기재된 요령으로, 소정의 온도(여기에서는 0℃)로 유지한 냉매 중에 관체를 유지하고, 노치(notch)없음의 조건으로 행하는 것으로 한다. 구체적으로는, 외경의 8배의 길이의 강관을, 소정의 온도로 냉각한 냉매(에탄올) 중에 유지하고, 당해 강관의 시일한 양 단부로부터, 가스(대기)를 취입하여 소정의 압력까지 상승시켜, 리크나 파괴의 유무를 판정하는 것으로 한다.

또한, 여기서 말하는 「전봉 용접부 인성이 우수한」은, 전봉 용접부에 있어서, JIS　Z　2242의 규정에 준거하여 행한 샤르피 충격 시험(Charpy impact test)의 시험 온도:－60℃에서의 흡수 에너지 ｖE_－60이 110J 이상이고, 또한 BS 7448-1995의 규정에 준거하여 행한 CTOD 시험의 시험 온도:0℃에 있어서의 CTOD값이 0.80㎜ 이상인 경우를 말하는 것으로 한다.

본 발명자들은, 상기한 목적을 달성하기 위하여, 내내압 리크성 및 전봉 용접부 인성에 미치는 각종 요인에 대해서 예의 연구했다. 그 결과, 전봉 용접부에 있어서의 용접 결함, 특히 냉접의 발생을 방지하고, 또한 전봉 용접부의 품질 관리를 강화하여, 전봉 용접부의 신뢰성을 높이는 것이 중요한 것에 도달했다.

우선, 본 발명자들은, 전봉 용접에 있어서의 냉접에 유사한 현상으로서, 박판의 스폿 용접(spot welding)시의 코로나 본드(corona　bond)에 착안하여, 전봉 용접에 있어서의 냉접과 코로나 본드를 대비했다.

박판의 스폿 용접에 있어서의 코로나 본드란, 너깃(nugget)(용융지(池)) 주위의 압착된 부분을 말한다. 코로나 본드는, 스폿 용접시에, 상하의 판이 압착되어 단시간 가열되어, 형성된 것이고, 코로나 본드의 파면에는, 작은 덩어리(cluster) 형상의 산화물이 점재하고 있는 것이 알려져 있다. 한편, 전봉 용접시에는, 충합되는 강대(강판) 단면이 고주파 전류에 의해 예(pre)가열된다. 이 때문에, 전봉 용접시에는, 스폿 용접시에 비해, 보다 많은 산화물이 형성된다고 생각된다. 본 발명자들의 시산(試算)에 의하면, 전봉 용접시에는, 강대(강판) 단면에는 수 미크론 두께의 산화물이 형성되는 것이 확인되고 있다. 그 때문에, 강대(강판) 단부가 외기에 노출되는 전봉 용접으로 입열량이 저하하여, 액적이 충분히 형성되지 않은 채 압접되면, 전봉 용접부에는 미크론 오더의 산화물이 잔존하여, 냉접이 발생하게 된다고 생각된다.

또한, 1987년 2월에 사단법인 일본용접학회저항용접연구 위원회에서 간행된 「저항 용접에 있어서의 결함과 특징-정의와 판정 방법-」(제7페이지 1∼5행)에는, 냉접은, 「매크로 플랫(Macro-flat):육안으로 보아 회색, 평면 형상이고 또한 연속 또는 광범위하게 관찰되는 것. 미크로적으로는 구 형상 개재물을 포함하는 미세 딤플(dimple) 파면. 고주파 저항(전봉) 용접에서는 냉접(Cold　weld), 또는 업 셋 용접에서는 플랫 파면(Flat fracture)이라고 불리고 있다. 생성 원인:입열 부족, 맞댐 불량」이라는 기재가 있다.

이러한 점에서, 본 발명자들은, 전봉 용접에 있어서의 냉접은, 「입열량의 저하에 의해 강대(강판) 단부의 온도가 저하하고, 용강의 유동성이 저하하고, 가열시에 생성한 산화물이 완전히 배출되지 못하고 용접 접합부(시임부)에 잔존한」용접 결함이라고 생각했다. 이러한 냉접의 발생 방지는, 가열시에 있어서의 산화물의 생성, 잔존의 억제와, 생성하여 잔존하는 산화물의 검출 감도의 향상의 2가지에 귀착되는 것으로 생각했다.

우선, 본 발명자들이 행한 기초적 실험 결과에 대해서 설명한다.

전봉 강관 제조 설비를 이용하여, 박(薄)강판(박강대)을, 복수의 롤로 연속적으로 냉간 성형하여, 거의 원통 형상의 관 형상체로 성형하고, 당해 관 형상체가 상대하는 단부끼리를 맞대어, 전봉 용접하여 관체로 하고, API 5L ×65M 규격의 전봉 강관(외경 323.9㎜φ×두께 10㎜)으로 했다. 또한, 전봉 용접시에 있어서, 용접 입열량을, 통상 입열량을 기준(=1.0)에 대하여, 추가로 0.90, 0.80, 0.75를 더한 4수준으로, 의도적으로 변화시켰다. 입열량은, (전류(A)×전압(kV))/(조관(造管) 속도(m/min)/관두께(㎜))로 정의된다. 기준으로 하는 통상 입열량은, 일본특허공보 제5332287호에 기재된 방법에 의해 결정했다.

얻어진 전봉 강관에 대해서, 도 3에 모식적으로 나타내는 바와 같은, 관의 둘레 방향으로 배열한 어레이 탐상자(6)를 이용한 관체의 초음파 탐상 장치(이하, 「고감도 어레이 UT」라고도 함)로, 전봉 용접부의 건전성, 특히 냉접의 유무를 조사했다. 또한, 사용한 초음파의 주파수는 18MHz로 하고, 시임(전봉 용접부)(2)의 용접면에서의 빔 폭이 1.5㎜가 되도록 송파(送波)하고, φ1.6㎜ 드릴 홀 ＋20dB의 감도 조건으로, 결함의 유무를 평가했다. 또한, 도 3에 나타낸 초음파 탐상 장치에서는, 송신과 수신의 진동자의 위치를 전자적으로 전환하여 용접부를 두께 방향으로 주사 할 수 있어, 관 길이 방향을 따라서 용접부의 두께 단면을 탐상하는 것이 가능하다.

얻어진 전봉 강관의 용접부의 건전성을, 상기한 관체의 초음파 탐상 장치로 평가하여, 그 결과인 용접부 길이 방향 단면의 에코(echoes) 높이 맵핑(mapping)을 도 1에 나타낸다. 통상의 입열량을 1.0으로 하는 기준 조건에 대하여, 통상 입열량의 0.8과 저입열 조건인 강관 No.Ⅲ에서는, 결함 에코가 외면측에 부분적으로 관찰된다. 또한, 통상 입열량의 0.75로 극저 입열 조건인 강관 No.Ⅳ에서는, 결함 에코가 외면측에 길이 방향으로 연속적으로 관찰된다. 결함 에코가 관찰된 강관의 용접부에 대해서, C 단면(관축 방향에 직교 방향인 단면) 조직을 관찰하여, 도 2에 나타낸다. 이들 결함 에코는, 미(未)용착부의 잔존 산화물에 대응하고 있고, 즉, 소위 「냉접」에 대응하게 된다.

또한, 기준 조건으로부터의 격차가 적은 하한 입열 조건의 강관 No.Ⅱ에서는 결함 에코는 관찰되고 있지 않다. 이 정도의 입열량의 저하는, 전봉 용접시의 관리 범위 내이다.

또한, 전봉 용접부의 개선(開先)을 테이퍼(taper) 개선으로 부여하고, 용접 입열을 통상 입열을 기준으로 하여 1.1∼0.75의 범위에서 변화하여 전봉 용접한 API　5L ×80 규격의 전봉 강관(외경 660.4㎜φ×두께 25.4㎜)을 제작하고, 마찬가지로, 「고감도 어레이 UT」를 이용하여, 전봉 용접부의 건전성, 특히 냉접의 유무를 조사했다. 용접 입열이 통상을 기준으로 하여 1.1∼0.9인 관리 범위 내에 있는 경우에는, 에코 높이의 현저한 증대는 인식되지 않았다. 한편, 용접 입열이 저하하고, 관리 범위를 벗어나 0.8이 되는 경우에는, 에코 높이의 증대가 인식되었다. 그리고, 에코 높이의 증대 부분에서는 전봉 용접시에 형성된 Fe(Si, Mn)계 산화물이 관찰되었다. 또한, 용접 입열이 저하하고, 관리 범위를 하회하는 0.75가 되는 경우에는, 연속적으로 에코 높이의 증대가 인식되고, 에코 높이의 증대 부분에서는, 조대한(coarse) 산화물층이 형성되어 있었다. 이와 같이, 후육이고 또한 개선 있음으로 전봉 용접된 전봉 강관인 경우에도, 용접 입열량과 에코 높이, 산화물의 3자가 대응하고 있는 것을 확인했다.

이러한 점에서, 전봉 용접시의 입열량 저하에 수반하여, 형성된 산화물이 배출되지 않고 용접 접합부에 잔류한 용접 결함인 「냉접」은, 상기한 바와 같은 빔 지름으로 조정한, 관의 둘레 방향으로 배열한 어레이 탐상자를 이용한 관체의 초음파 탐상 장치에 의해, 결함 에코로서 충분히 검지 가능한 것을 발견했다.

또한, 본 발명자들은, 전봉 용접부의 산화물의 생성을 억제하고, 우수한 전봉 용접부 인성과 우수한 내내압 리크성을 확보하기 위해서는, 전봉 용접부에 산화물을 잔존시키기 쉬운, 예를 들면 C, Si, Mn 등의 원소 함유량을 적정 범위 내로 조정할 필요가 있음에 상도하여, 전봉 강관의 조성을, 질량％로, C:0.025∼0.168％, Si:0.10∼0.30％, Mn:0.60∼1.90％, P:0.001∼0.018％, S:0.0001∼0.0029％, Al:0.010∼0.10％, Ca:0.0001∼0.0035％, N:0.0050％ 이하, O:0.0030％ 이하, 또한, Nb:0.001∼0.070％ 이하, V:0.001∼0.065％ 이하, Ti:0.001∼0.033％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을, Pcm이 0.20 이하를 만족하도록 포함하는 조성으로 할 필요가 있는 것을 발견했다.

상기한 바와 같은, 가열시에 있어서의 산화물의 생성, 잔존의 억제와, 생성하여 잔존하는 산화물의 검출 감도의 향상을, 함께 행함으로써, 냉접의 발생을 회피할 수 있고, 신뢰성이 높은 전봉 용접부를 갖는 고강도 전봉 강관을 제공할 수 있는 것을 새롭게 발견했다.

신뢰성이 높은 전봉 용접부를 갖는 것의 하나의 지표로서, 본 발명자 들은, 시험 온도:0℃에서, 상온에서의 항복 강도의 95％의 내압을 부하한 조건으로, 내압 시험을 행하고, 리크가 발생하지 않는 것을 의미하는, 「내내압 리크성」을 채용했다. 내압 시험은, 비특허문헌(S.Toyoda, S.Goto, T.Okabe, H.Kimura, S.Igi, Y.Matsui, S.Yabumoto, A.Sato, M.Suzuki, and T.Inoue:Proc. of IPC(2012), IPC2012-90448.)에 기재된 요령으로, 소정의 온도(여기에서는 0℃)로 유지한 냉매 중에 관체를 유지하고, 노치없음의 조건으로 행하는 것으로 한다.

본 발명은, 이러한 인식에 기초하여, 추가로 검토를 더하여 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 요지는, 다음과 같다.

[1］질량％로

C:0.025∼0.168％,　　　　Si:0.10∼0.30％,

Mn:0.60∼1.90％,　　　　 P:0.001∼0.018％,

S:0.0001∼0.0029％,　　 Al:0.010∼0.10％,

Ca:0.0001∼0.0035％,　 N:0.0050％ 이하,

O:0.0030％ 이하,

추가로, Nb:0.001∼0.070％, V:0.001∼0.065％, Ti:0.001∼0.033％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을, 하기 (1)식으로 정의되는 Pcm이 0.20 이하를 만족하도록 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 또한, 모재부 및 전봉 용접부가 모두, 체적율로 90％ 이상인, 평균 입경:10㎛ 이하의 의폴리고날 페라이트상(quasi-polygonal ferrite phase)을 주상(primary phase)으로 하고, 잔부가, 체적율로 10％ 이하의 제2상으로 이루어지는 조직을 갖고,

관축 방향에서 항복 강도 YS:400MPa 이상의 모재부를 갖고,

JIS　Z　2242의 규정에 준거하여 행한 샤르피 충격 시험의 시험 온도:－60℃에서의 흡수 에너지 ｖE_－60이 110J 이상이고, BS 7448-1995의 규정에 준거하여 행한 CTOD 시험의 시험 온도:0℃에 있어서의 CTOD값이 0.80㎜ 이상의 전봉 용접부 인성을 갖고, 또한 시험 온도:0℃, 내압:0.95×(상온 항복 강도 σy_RT)의 조건으로 행하는 내압 시험에 있어서, 리크가 발생하지 않는 전봉 강관.

　　　　　　　　　　　　　기

Pcm=C＋Si/30＋Mn/20＋Cu/20＋Ni/60＋Cr/20＋Mo/15＋V/10＋5B … (1)

여기에서, C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, B:각 원소의 함유량(질량％)이고, 함유하지 않는 원소는 0으로 한다.

[2] 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, Cu:0.001∼0.350％, Ni:0.001∼0.350％, Mo:0.001∼0.350％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조성으로 하는 [1]에 기재된 전봉 강관.

[3] 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, Cr:0.001∼0.350％, B:0.0001∼0.0030％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하는 조성으로 하는 [1] 또는 [2]에 기재된 전봉 강관.

[4] 강관 소재에, 복수의, 케이지 롤(cage roll)과 핀 패스 롤(fin pass roll)을 연속하여 배치 설치한 성형 밀(mill)에 의해, 냉간에서 연속하여 성형 가공을 실시하여 관 형상체로 한 후, 스퀴즈 롤(squeeze rolls)로 당해 관 형상체의 단면끼리를 맞대고, 가압하면서 당해 맞댄 부위를 고주파 가열에 의해 전봉 용접하여 관체로 하고, 이어서, 당해 관체의 전봉 용접부의 관축 방향 용접면을 검사하는 전봉 강관의 제조 방법에 있어서,

상기 강관 소재가, 질량％로

C:0.025∼0.168％,　　　　Si:0.10∼0.30％,

Mn:0.60∼1.90％,　　　　 P:0.001∼0.018％,

S:0.0001∼0.0029％,　　Al:0.010∼0.10％,

Ca:0.0001∼0.0035％,　 N:0.0050％ 이하,

O:0.0030％ 이하,

추가로, Nb:0.001∼0.070％, V:0.001∼0.065％, Ti:0.001∼0.033％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을, 하기 (1)식으로 정의되는 Pcm이 0.20 이하를 만족하도록 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고,

상기 강관 소재를 항복 강도 YS:360MPa 이상을 갖는 열연 강판으로 하고, 상기 핀 패스 롤에 의한 성형으로, 상기 열연 강판의 폭 방향 단면에 개선을 부여하는데 있어, 당해 개선을 테이퍼 개선으로 하고, 당해 테이퍼 개선의 테이퍼 개시 위치에서 관 표면까지의 거리가, 관 외면으로부터의 거리와 관 내면으로부터의 거리의 합계에서 강판 두께에 대한 비율로 10∼80％인 개선으로 하고,

상기 검사를, 상기 관체의 전봉 용접부의 관축 방향 용접면에 대하여, 빔폭이 0.1㎜ 내지 4.0㎜의 범위가 되도록 초음파를 송파하고, 당해 용접면으로부터의 반사파의 일부 또는 전부를 수파(受波)하는 어레이 탐촉자를 이용한 초음파 탐상 장치에 의해, 상기 관체의 전봉 용접부에 비금속부가 소정량 이상 존재하지 않는 것을 확인하는 검사로 하고,

상기 검사 후에, 상기 전봉 용접하여 얻어진 상기 관체의 전봉 용접부에, 가열 온도:850∼1150℃로 가열하고, 두께 중앙부의 온도로 780∼630℃의 범위를 평균 냉각 속도 20∼200℃/s의 범위의 냉각 속도로 냉각하는 용접부 재가열 처리를 실시하는,

JIS Z　2242의 규정에 준거하여 행한 샤르피 충격 시험의 시험 온도:－60℃에서의 흡수 에너지 ｖE_－60이 110J 이상이고, BS 7448-1995의 규정에 준거하여 행한 CTOD 시험의 시험 온도:0℃에 있어서의 CTOD값이 0.80㎜ 이상의 전봉 용접부 인성을 갖고, 또한 시험 온도:0℃, 내압:0.95×(상온 항복 강도 σy_RT)의 조건으로 행하는 내압 시험에 있어서, 리크가 발생하지 않는 것인 전봉 강관의 제조 방법.

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　기

Pcm=C＋Si/30＋Mn/20＋Cu/20＋Ni/60＋Cr/20＋Mo/15＋V/10＋5B … (1)

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

[5] 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, Cu:0.001∼0.350％, Ni:0.001∼0.350％, Mo:0.001∼0.350％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조성으로 하는 [4]에 기재된 전봉 강관의 제조 방법.

[6] 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, Cr:0.001∼0.350％, B:0.0001∼0.0030％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하는 조성으로 하는 [4] 또는 [5]에 기재된 전봉 강관의 제조 방법.

본 발명은, 냉접 등의 용접 결함의 발생을 회피하고, 우수한 내내압 리크성 및 우수한 전봉 용접부 인성을 갖는 고강도의 전봉 강관 및 그 제조 방법이다.

도 1은, 각 전봉 강관의 용접부 길이 방향 단면의 에코 높이 맵핑을 비교하여 나타내는 설명도이다.
도 2는, 에코 높이가 증대한 전봉 용접부의 단면 조직을 나타내는 광학 현미경 조직 사진이다.
도 3은, 어레이 탐상자를 이용한 용접부의 초음파 탐상 장치를 이용한 탐상 방법의 개요를 나타내는 설명도이다.
도 4는, 테이퍼 개선을 설명하는 개략도이다. 테이퍼 개시 위치로부터 관 표면까지의 거리를 a(관 외면측), b(관 내면측)로 나타냈다. 테이퍼 개시 위치에서 관 표면까지의 거리는, 두께 방향을 따라 구한다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명 전봉 강관은, 관축 방향에서 항복 강도 YS:400MPa 이상을 갖는 고강도 전봉 강관이고, 냉접 등의 용접 결함의 발생을 회피하여, 우수한 내내압 리크성 및 우수한 전봉 용접부 인성을 갖고, 신뢰성이 높은 전봉 용접부를 갖는 전봉 강관이다. 또한, 본 발명 전봉 강관은, JIS Z 2242의 규정에 준거하여 행한 샤르피 충격 시험의 시험 온도:－60℃에서의 흡수 에너지 ｖE_－60이 110J 이상이고, BS 7448-1995의 규정에 준거하여 행한 CTOD 시험의 시험 온도:0℃에 있어서의 CTOD값이 0.80㎜ 이상으로, 우수한 전봉 용접부 인성을 갖는다. 또한, 모재부 인성도 상기한 인성을 갖는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 본 발명 전봉 강관은, 시험 온도:0℃, 내압:0.95×(상온 항복 강도 σy_RT)의 조건으로 행하는 내압 시험에 있어서, 리크가 발생하지 않는 우수한 내내압 리크성을 갖는다.

이어서, 본 발명 전봉 강관의 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명 전봉 강관은, 강관 소재에, 복수의, 케이지 롤과 핀 패스 롤을 연속하여 배치 설치한 성형 밀에 의해, 냉간에서 연속하여 성형 가공을 실시하여 관 형상체로 한 후, 스퀴즈 롤로 당해 관 형상체의 단면끼리를 맞대어 가압하면서 당해 맞댄 부위를 고주파 가열에 의해 가열, 용융시켜 전봉 용접하여 관체로 하고, 이어서, 당해 관체의 전봉 용접부의 관축 방향 용접면을 검사하여 제품관으로 된다. 여기에서, 관축 방향 용접면과는 관축 방향으로 평행하고, 또한, 관 둘레 방향의 중앙 위치의 면이다.

사용하는 강관 소재는, 항복 강도 YS:360MPa 이상을 갖는 열연 강판으로 한다. 또한, 「강판」에는 강대도 포함하는 것으로 한다.

우선, 본 발명에서 강관 소재로서 사용하는 열연 강판의 조성 한정 이유에 대해서 설명한다. 또한, 이하, 조성에 있어서의 질량％는 간단히 ％로 나타낸다.

C:0.025∼0.168％

C는, 고용 강화, 혹은 펄라이트, 의사(pseudo) 펄라이트, 세멘타이트 등의 경질상을 형성함에 의한 강화, 혹은 퀀칭성을 향상시켜, 베이나이트, 마르텐사이트 등의 경질상을 형성함에 의한 강화로, 강판(강관)의 강도 증가에 기여하는 작용을 갖는 원소이다. 한편으로, C는, 전봉 용접시에, 응고점의 저하, 기상 중 O₂와의 CO 형성 반응 등을 통하여, 전봉 용접부의 산화물 형성에 영향을 미치기 때문에, 가능한한 낮은 편이 바람직하지만, 소망하는 고강도(강관 소재의 항복 강도:360MPa 이상, 강관 모재부 관축 방향의 항복 강도:400MPa 이상)를 확보하기 위해서는 0.025％ 이상의 함유를 필요로 한다. 함유량에 대해서, 바람직하게는 0.030％ 이상이다. 한편, 0.168％를 초과하는 함유는, 전봉 용접부 및 모재부의 경질상의 체적율이 10％를 초과하여, 인성이 저하한다. 특히, 전봉 용접부의 인성 저하에 수반하여, 내내압 리크성이 저하하고, 0℃에서 상온의 항복 강도 YS의 95％의 내압을 부여하는 내압 시험시에 전체 길이에 걸쳐 리크, 파괴가 일어나지 않는 것을 보증할 수 없게 된다. 이 때문에, C는 0.025∼0.168％의 범위 내로 한정했다. 함유량에 대해서는, 바람직하게는 0.084％ 이하이다.

Si:0.10∼0.30％

Si는, 고용 강화를 통하여, 강판(강관)의 강도 증가에 기여한다. 또한, Si는, Fe보다도 O(산소)와의 친화력이 강하고, 전봉 용접부에서, Mn 산화물과 함께 점도가 높은 공정 산화물을 형성한다. Si가 0.10％ 미만에서는, 공정 산화물 중의 Mn 농도가 증가하고, 산화물의 융점이 용강 온도를 초과하여, 산화물로서 전봉 용접부에 잔존하기 쉬워진다. 그 때문에, 전봉 용접부에 존재하는 산화물이 증가하고, 전봉 용접부의 인성이 저하하여, 0℃에서 상온의 항복 강도 YS의 95％의 내압을 부여하는 내압 시험시에, 전체 길이에 걸쳐 리크, 파괴가 일어나지 않는 것을 보증할 수 없게 된다. 따라서, 함유량은 0.10％ 이상으로 하고, 바람직하게는 0.15％ 이상으로 한다. 한편, Si 함유량이 0.30％를 초과하면, 공정 산화물 중의 Si 농도가 증가하여, 산화물의 융점이 용강 온도를 초과함과 함께, 산화물로서의 절대량이 증가하여, 전봉 용접부에 산화물로서 잔존하기 쉬워져, 전봉 용접부의 인성이 저하하고, 내압 시험시에, 전체 길이에 걸쳐 리크, 파괴가 일어나지 않는 것을 보증할 수 없게 된다. 이러한 점에서, Si는 0.10∼0.30％의 범위로 한정했다. 또한, 함유량에 대해서, 바람직하게는 0.25％ 이하이다.

Mn:0.60∼1.90％

Mn은, 고용 강화와 변태 조직 강화를 통하여, 강판(강관)의 강도 증가에 기여한다. Mn은, Fe보다도 O(산소)와의 친화력이 강하고, 전봉 용접부에서, Si 산화물과 함께 점도가 높은 공정 산화물을 형성한다. Mn 함유량이 0.60％ 미만에서는, 공정 산화물 중의 Si 농도가 증가하고, 산화물의 융점이 용강 온도를 초과하고, 산화물로서 전봉 용접부에 잔존하기 쉬워져, 전봉 용접부의 인성이 저하하고, 0℃에서 행하는 내압 시험시에, 전체 길이에 걸쳐 리크, 파괴가 일어나지 않는 것을 보증할 수 없게 된다. 또한, Mn 함유량이 0.60％ 미만에서는, 모재부 및 전봉 용접부의 조직이, 입경:10㎛ 초과의 조대한 의(quasi)폴리고날 페라이트나 폴리고날 페라이트가 된다. 그 때문에, 인성이 저하하여, 0℃에서 행하는 내압 시험시에, 전체 길이에 걸쳐 리크, 파괴가 일어나지 않는 것을 보증할 수 없게 된다. 따라서, 함유량은 0.60％ 이상으로 하고, 바람직하게는 0.85％ 이상으로 한다. 한편, Mn 함유량이 1.90％를 초과하면, 전봉 용접부에서, 공정 산화물 중의 Mn 농도가 증가하고, 산화물의 융점이 용강 온도를 초과함과 함께, 산화물로서의 절대량이 증가하고, 산화물로서 전봉 용접부에 잔존하기 쉬워져, 전봉 용접부의 인성이 저하하고, 0℃에서 행하는 내압 시험시에, 전체 길이에 걸쳐 리크, 파괴가 일어나지 않는 것을 보증할 수 없게 된다. 또한, Mn 함유량이 1.90％를 초과하면, 모재부 및 전봉 용접부에 있어서의 경질상의 분율이 10％를 초과하여, 인성이 저하한다. 이러한 점에서, Mn은 0.60∼1.90％의 범위로 한정했다. 또한, 함유량에 대해서, 바람직하게는 1.65％ 이하이다.

P:0.001∼0.018％

P는, 불순물로서 강 중에 존재하여, 입계 등에 편석하기 쉽고, 또한 Mn과 공(共) 편석하여, 인성 등에 악영향을 미치는 원소로서, 가능한 한 저감하는 것이 바람직한데, 제강 프로세스에 있어서의 경제성의 관점에서 0.001％ 이상으로 한정했다. 한편, 0.018％를 초과하는 함유는, 모재부 및 전봉 용접부의 인성 저하가 현저해진다. 이 때문에, P는 0.001∼0.018％로 한정했다. 또한, 함유량에 대해서, 바람직하게는 0.013％ 이하이다.

S:0.0001∼0.0029％

S는, 모재부, 전봉 용접부에서, MnS, CaS 등의 황화물로서 존재하여, 인성 등에 악영향을 미치는 원소로서, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 그러나, 제강 프로세스에 있어서의 경제성의 관점에서 0.0001％ 이상으로 한정했다. 한편, 0.0029％를 초과하여 함유하면, 인성이 현저하게 저하하고, 0℃에서 행하는 내압 시험시에, 전체 길이에 걸쳐 리크, 파괴가 일어나지 않는 것을 보증할 수 없게 된다. 이 때문에, S는 0.0001∼0.0029％의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.0001∼0.0019％이다.

Al:0.010∼0.10％

Al은, 제강 단계에서의 탈산제로서 작용하는 원소이다. 또한, Al은, AlN로서 석출하고, 오스테나이트 가열시의 입자 성장을 억제하여, 저온 인성의 향상에 기여한다. 또한, Al은, Si, Mn보다도 더욱 O(산소)와의 친화력이 강하고, 2MnO·SiO₂(Tephroite) 등의 Mn-Si 공정 산화물에 고용하는 형태로 산화물을 형성한다.

이러한 효과를 얻기 위해서는, Al은 0.010％ 이상 함유할 필요가 있다. 0.010％ 미만에서는, 제강 단계에서 소망하는 탈산능을 확보할 수 없어, 강의 청정도가 저하한다. 또한, 전봉 용접부에 존재하는 산화물이 증가하여, 인성이 저하하고, 0℃에서 행하는 내압 시험시에, 전체 길이에 걸쳐 리크, 파괴가 일어나지 않는 것을 보증할 수 없게 된다. 한편, Al이 0.10％를 초과하여 함유하면, 공정 산화물 중의 Al 농도가 올라가고, 산화물의 융점이 용강 온도를 초과하여 산화물로서 전봉부에 잔존하기 쉬워져, 전봉 용접부에 존재하는 산화물이 증가하고, 인성이 저하한다. 이 때문에, 0℃에서 행하는 내압 시험시에, 전체 길이에 걸쳐 리크, 파괴가 일어나지 않는 것을 보증할 수 없게 된다. 이러한 점에서, Al은 0.010∼0.10％의 범위로 한정했다. 또한, 함유량의 하한측에 대해서, 바람직하게는 0.03％ 이상이다. 또한, 함유량의 상한측에 대해서, 바람직하게는 0.08％ 이하이다.

Ca:0.0001∼0.0035％

Ca는, 강 중의 황화물을 구 형상(spherical shape)으로 형태 제어하는 원소로서, 특히 강관의 전봉 용접부 근방의 인성 향상에 기여한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.0001％ 이상의 함유를 필요로 한다. Ca는 O와의 친화력이 강하기 때문에, 0.0035％를 초과하여 함유하면, 산화물 중의 Ca 농도가 증가하여, 산화물의 융점이 용강 온도를 초과함과 함께, 산화물로서의 절대량이 증가하여, 산화물로서 전봉 용접부에 잔존하기 쉬워져, 전봉 용접부의 인성이 저하하고, 0℃에서 행하는 내압 시험시에, 전체 길이에 걸쳐 리크, 파괴가 일어나지 않는 것을 보증할 수 없게 된다. 이 때문에, Ca는 0.0001∼0.0035％의 범위로 한정했다. 또한, 함유량의 하한측에 대해서, 바람직하게는 0.0002％ 이상이다. 또한, 함유량의 상한측에 대해서, 바람직하게는 0.0028％ 이하이다.

N:0.0050％ 이하

N은, Ti 등의 질화물 형성 원소와 결합하여, 질화물로서 석출하거나, 고용 하여, 강관 모재 및 전봉 용접부의 인성에 악영향을 미친다. 이 때문에, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 그러나, 제강 프로세스에 있어서의 경제성의 관점에서 0.0001％를 하한으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 0.0050％를 초과하는 함유는, 질화물 및 고용 N이 증가하여, 인성의 저하를 초래한다. 이 때문에, N은 0.0050％ 이하로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.0040％ 이하이다.

O:0.0030％ 이하

O(산소)는, 산화물계 개재물로서 잔존하여, 인성, 연성(ductility) 등, 각종 특성에 악영향을 미친다. 이 때문에, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 그러나, 제강 프로세스에 있어서의 경제성의 관점에서 함유량은 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 0.0030％를 초과하여 많아지면, 현저한 인성의 저하를 초래한다. 이 때문에, O은 0.0030％ 이하로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.0020％ 이하이다.

Nb:0.001∼0.070％, V:0.001∼0.065％, Ti:0.001∼0.033％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상

Nb, V, Ti는 모두, 주로 탄화물로서 석출하고, 석출 강화를 통하여 강판(강관) 강도의 증가에 기여하는 원소로서, 선택하여 1종 또는 2종 이상 함유한다.

Nb는, 주로 탄화물로서 석출하고, 석출 강화를 통하여 강판(강관) 강도의 증가에 기여한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.001％ 이상의 함유를 필요로 한다. Nb가 0.001％ 미만에서는, 소망하는 강판(강관) 강도를 확보할 수 없다. 한편, 0.070％를 초과하여 함유하면, 미고용의 대형 Nb 탄질화물이 잔존하여, 인성의 저하를 초래한다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Nb는 0.001∼0.070％의 범위로 한정했다. 또한, 함유량의 하한측에 대해서, 바람직하게는 0.005％ 이상이다. 또한, 함유량의 상한측에 대해서, 바람직하게는 0.055％ 이하이다.

V는, Nb와 동일하게, 주로 탄화물로서 석출하고, 석출 강화를 통하여 강판(강관) 강도의 증가에 기여한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.001％ 이상의 함유를 필요로 한다. V가 0.001％ 미만에서는, 소망하는 강판(강관) 강도를 확보할 수 없다. 한편, 0.065％를 초과하여 함유하면, 미고용의 대형 V 탄질화물이 잔존하여, 인성의 저하를 초래한다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, V는 0.001∼0.065％의 범위로 한정했다. 또한, 함유량의 하한측에 대해서, 바람직하게는 0.005％ 이상이다. 또한, 함유량의 상한측에 대해서, 바람직하게는 0.050％ 이하이다.

Ti는, Nb, V와 동일하게, 주로 탄화물로서 석출하고, 석출 강화를 통하여 강판(강관) 강도의 증가에 기여한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.001％ 이상의 함유를 필요로 한다. Ti가 0.001％ 미만에서는, 소망하는 강판(강관) 강도를 확보할 수 없다. 한편, 0.033％를 초과하여 함유하면, 미고용의 대형 Ti 탄질화물이 잔존하여, 인성의 저하를 초래한다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Ti는 0.001∼0.033％의 범위로 한정했다. 또한, 함유량의 하한측에 대해서, 바람직하게는 0.005％ 이상이다. 또한, 함유량의 상한측에 대해서, 바람직하게는 0.020％ 이하이다.

잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.

상기한 성분이 기본의 성분이지만, 기본의 성분에 더하여 추가로, 필요에 따라서, 선택 원소로서, Cu:0.001∼0.350％, Ni:0.001∼0.350％, Mo:0.001∼0.350％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상, 및/또는, Cr:0.001∼0.350％, B:0.0001∼0.0030％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유해도 좋다.

Cu:0.001∼0.350％, Ni:0.001∼0.350％, Mo:0.001∼0.350％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상

Cu, Ni, Mo는 모두, 강관의 내식성을 향상시키는 원소로서, 필요에 따라서 선택하여 1종 또는 2종 이상 함유할 수 있다.

Cu는, 강관의 내식성을 향상시킴과 함께, 퀀칭성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 특히, 후육 강관의 모재부 및 전봉 용접부의 조직을, 조대한 의폴리고날 페라이트나 폴리고날 페라이트가 되지 않도록 하기 위하여 함유시킨다. 여기에서 말하는 「조대(粗大)」란 입경:10㎛를 초과하는 조직을 말한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.001％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.350％를 초과하여 함유해도, 효과가 포화하여, 함유량에 알맞는 효과를 기대할 수 없게 되어, 경제적으로 불리하게 된다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Cu는 0.001∼0.350％의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 함유량의 하한측에 대해서, 보다 바람직하게는 0.05％ 이상이다. 또한, 함유량의 상한측에 대해서, 보다 바람직하게는 0.290％ 이하이다.

Ni는, Cu와 동일하게, 강관의 내식성을 향상시킴과 함께, 퀀칭성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 특히, 후육 강관의 모재부 및 전봉 용접부의 조직을, 조대한 의폴리고날 페라이트가 되지 않도록 하기 위하여 함유시킨다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.001％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.350％를 초과하여 함유해도, 효과가 포화하여, 함유량에 알맞은 효과를 기대할 수 없게 되어, 경제적으로 불리하게 된다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Ni는 0.001∼0.350％의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 함유량의 하한측에 대해서, 보다 바람직하게는 0.05％ 이상이다. 또한, 함유량의 상한측에 대해서, 보다 바람직하게는 0.290％ 이하이다.

Mo는, Ni, Cu와 동일하게, 강관의 내식성을 향상시킴과 함께, 퀀칭성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 특히, 후육 강관의 모재부 및 전봉 용접부의 조직을, 조대한 의폴리고날 페라이트가 되지 않도록 하기 위하여 함유시킨다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.001％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.350％를 초과하여 함유해도, 효과가 포화하여, 함유량에 알맞는 효과를 기대할 수 없게 되어, 경제적으로 불리하게 된다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Mo는 0.001∼0.350％의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 함유량의 하한측에 대해서, 보다 바람직하게는 0.05％ 이상이다. 또한, 함유량의 상한측에 대해서, 보다 바람직하게는 0.290％ 이하이다.

Cr:0.001∼0.350％, B:0.0001∼0.0030％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종

Cr, B는 모두, 변태 조직 강화에 의해, 강판(강관)의 강도를 증가시키는 원소로서, 필요에 따라서, 1종 또는 2종을 함유할 수 있다.

Cr은, Mn과 동일하게, 변태 조직 강화에 의해, 강판(강관)의 강도를 증가시키는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.001％ 이상 함유할 필요가 있다. 또한, Cr은, Fe보다도 O(산소)와의 친화력이 강하고, 전봉 용접부에 있어서, 산화물을 형성한다. Cr을 0.350％를 초과하여 함유하면, 산화물 중의 Cr 농도가 올라가, 산화물의 융점이 용강 온도를 초과함과 함께, 산화물로서의 절대량이 증가하고, 산화물로서 전봉부에 잔존하기 쉬워져, 전봉 용접부의 인성이 저하한다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Cr은 0.001∼0.350％의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 함유량의 하한측에 대해서, 보다 바람직하게는 0.02％ 이상이다. 또한, 함유량의 상한측에 대해서, 보다 바람직하게는 0.290％ 이하이다.

B는, 변태 조직 강화에 의해, 강판(강관)의 강도를 증가시키는 원소로서, 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.0001％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.0030％를 초과하여 다량으로 함유하면, 오히려 퀀칭성이 저하하여, 소망하는 고강도를 확보할 수 없게 된다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, B는 0.0001∼0.0030％의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 함유량의 하한측에 대해서, 보다 바람직하게는 0.0003％ 이상이다. 또한, 함유량의 상한측에 대해서, 보다 바람직하게는 0.0022％ 이하이다.

본 발명에서는, 상기한 성분을 상기한 범위에서, 또한 다음 (1)식

Pcm=C＋Si/30＋Mn/20＋Cu/20＋Ni/60＋Cr/20＋Mo/15＋V/10＋5B …(1)

여기에서, C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, B: 각 원소의 함유량(질량％)으로 정의되는 Pcm값이 0.20 이하를 만족하도록 조정하여 함유한다. 또한, (1)식에 기재되어 있는 원소를 함유하지 않는 경우에는, 당해 원소의 함유량을 「영」％로서 계산하는 것으로 한다.

Pcm값은, 전봉 용접부의 급속 냉각 후의 조직 형성에 관련되는 값이다. 전봉 용접부 조직을 의폴리고날 페라이트가 체적율로 90％ 이상으로 하기 위하여, Pcm값을 제어하는 것은 중요하고, 본 발명에서는 Pcm값을 0.20 이하로 한다. 전봉 용접부를, 의폴리고날 페라이트가 체적율로 90％ 이상을 점유하는 조직으로 함으로써, 전봉 용접부의 소망하는 인성을 확보할 수 있고, 0℃에서 행하는 내압 시험시에 전체 길이에 걸쳐 리크, 파괴가 일어나지 않는 것을 보증할 수 있다. 또한, Pcm값의 하한은, 특별히 한정하지 않지만, 강관 소재 항복 강도 YS:360MPa 이상(강관 모재부 관축 방향의 항복 강도:400MPa 이상)을 안정적으로 확보할 수 있는, 0.07 이상으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 강관 소재로서 사용하는 열연 강판은, 상기한 조성을 갖고, 항복 강도 YS:360MPa 이상을 갖고, 또한, JIS Z 2242의 규정에 준거하여 행한 샤르피 충격 시험의 시험 온도:－60℃에서의 흡수 에너지 ｖE_－60이 110J 이상이고, BS 7448-1995의 규정에 준거하여 행한 CTOD 시험의 시험 온도:0℃에 있어서의 CTOD값이 0.80㎜ 이상으로, 우수한 인성을 갖는 열연 강판이다.

또한, 열연 강판의 조직에 대해서는, 특별히 한정하지 않지만, 상기한 고강도와 고저온 인성을 확보할 수 있는 조직으로 하는 것이 바람직하다. 이러한 인성을 확보할 수 있는 조직으로서는, 평균 입경이 10㎛ 이하의 미세한 의폴리고날 페라이트상을 주상으로 하고, 잔부가 체적율로 10％ 이하의 제2상으로 이루어지는 조직을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 여기서 말하는 「의폴리고날 페라이트」란, 침상 페라이트, 베이니틱 페라이트(bainitic ferrite)를 포함하는 것으로 한다.

상기한 바와 같은 조직을 갖는 고강도 열연 강판의 제조 방법에 대해서는, 특별히 한정할 필요는 없다. 예를 들면, 상기한 조성을 갖는 강 소재(주조편)를, 1100∼1280℃로 가열하고, 조압연과 마무리 압연으로 이루어지고, 마무리 압연 종료 온도:750℃ 이상으로 하는 열간 압연을 실시하고, 열간 압연 종료 후, 즉각 냉각을 개시하고, 780∼630℃의 온도역을 5℃/s 이상의 평균 냉각 속도로, 600℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각하여, 권취 온도:400∼580℃로 권취함으로써 제조할 수 있다.

본 발명에서는, 상기한 조성을 갖고, 바람직하게는 상기한 조직을 갖는 항복 강도:360MPa 이상을 갖는 열연 강판을 강관 소재로 한다. 그리고, 당해 강관 소재를, 복수의, 케이지 롤과 핀 패스 롤을 연속하여 배치 설치한, 상용의 성형 밀에 의해, 냉간에서 연속하여 성형 가공을 실시하여 관 형상체로 한다. 성형 밀의 구체적인 구성은, 특별히 한정할 필요는 없고, 상용의 성형 밀을 사용한 관 형상체로의 성형 가공 방법을 모두 적용할 수 있다. 또한, 강관 모재는, 관 형상체로의 성형에 수반하는 가공 강화에 의해, 강관 소재에 비해 항복 강도가 커진다.

본 발명에서는, 핀 패스 롤에 의한 성형으로, 강관 소재인 강판(열연 강판)의 폭 단면에 테이퍼 개선을 부여한다. 부여되는 테이퍼 개선은, 테이퍼 개시 위치와 관 외면이 되는 표면 혹은 관 내면이 되는 표면과의 강판 두께 방향의 거리가 합계로 강판 두께의 10∼80％인 개선으로 한다(도 4 참조).

강판의 폭 단면에 있어서의 테이퍼 개시 위치와 관 외면이 되는 표면 혹은 관 내면이 되는 표면의 강판 두께 방향의 거리를 합계로 강판 두께의 10∼80％로 함으로써, 산화물의 배출이 촉진되어, 전봉 용접부에 존재하는 산화물량이 저감하여, 인성이 향상하고, 0℃에서 상온의 실 YS의 95％의 내압을 부여하는 내압 시험에서, 전체 길이에 걸쳐 리크, 파괴가 일어나지 않는 것의 보증이 가능해진다. 또한, 당해 합계 거리의 하한측에 대해서, 바람직하게는 30％ 이상이다. 또한, 합계 거리의 상한측에 대해서, 바람직하게는 70％ 이하이다. 또한, 테이퍼 형상은, 직선에 한정되지 않고, 임의의 곡선 형상으로 하는 것이 가능하다.

강판의 폭 단면에 테이퍼 개선이 부여된 관 형상체는, 이어서, 스퀴즈 롤로, 관 형상체의 상대하는 단부(폭 단면)를 맞대고, 당해 맞댄 부위를, 가압하면서, 고주파 가열에 의해 가열, 용융시켜 전봉 용접하는, 상용의 방법으로, 관체로 된다.

얻어진 관체는, 이어서, 전봉 용접부의 관축 방향 용접면이 검사되어, 결함이 검출되지 않는 관체인 것이 확인된다.

전봉 용접부의 검사는, 도 3에 모식적으로 나타내는, 관의 둘레 방향으로 배열한 어레이 탐상자를 이용한 관체의 초음파 탐상 장치(이하, 「고감도 어레이 UT」라고도 함)를 이용하는 것으로 한다. 또한, 이 관체의 초음파 탐상 장치의 상세는, 일본특허공보 제4544240호, 일본특허공보 제4910770호, 일본특허공보 제5076984호에 기재되어 있다.

이러한 어레이 탐촉자를 이용한 관체의 초음파 탐상 장치를 이용하여, 본 발명에서는, 관체의 관축 방향 용접면에 대하여, 빔폭이 0.1㎜ 내지 4.0㎜의 범위가 되도록 초음파를 송파하고, 용접면에 있어서의 산화물 혹은 공극 등의 비금속부로부터의 반사파의 일부 또는 전부를 수파한다. 관축 방향 용접면의 검사 결과에 의해, 전봉 용접부의 결함의 판단이 가능하다.

빔폭이 0.1㎜ 이하에서는 원주 방향으로 변동하는 용접면을 모두 탐상할 수 없어, 탐상 누락이 발생하는 경우가 있다. 한편, 빔폭이 4.0㎜를 초과하면, 냉접에 의한 인성 저하 및 리크의 원인이 되는 산화물을 검출할 수 없다. 또한, 빔폭이 적절하지 않으면, 반대로, 관축 방향 용접면의 산화물이 충분히 적은 경우라도, 이를 정확하게 파악할 수 없을 우려가 있다. 이 때문에, 빔폭은 0.1∼4.0㎜로 한정했다. 또한, 바람직하게는, 빔폭의 하한은 0.3㎜이고, 빔폭의 상한은 2.0㎜이다.

상기한 검사에서, 관체의 전봉 용접부에 비금속부가 소정량 이상 존재하지 않는 것이 확인된 관체를 제품관으로 한다. 또한, 여기서 말하는 「소정량 이상」이란, 전봉 용접부 전체에 대한 점유 면적으로 비금속부가 0.049면적％ 초과로 되는 경우를 말한다. 또한, 상기한 검사는, 시임 어닐링 처리를 행해도 된다.

전봉 용접부에 비금속부가 소정량 이상 존재하지 않는 것이 확인된 관체에는, 이어서, 상기한 전봉 용접에 의해 형성된 전봉 용접부에, 가열 온도:850∼1150℃로 가열하여, 두께 중앙부의 온도로 780∼630℃의 온도 범위의 평균 냉각 속도로 20∼200℃/s의 범위의 냉각 속도로 냉각하는 용접부 재가열 처리(시임 어닐링 처리)가 실시된다. 얻어진 관체는, 제품관으로서 출하된다.

용접부 재가열 처리(시임 어닐링 처리)의 가열 온도가, 850℃ 미만에서는, 가열 온도가 지나치게 낮아, 소망하는 전봉 용접부 인성을 확보할 수 없다. 한편, 가열 온도가 1150℃를 초과하는 고온에서는, 조직의 조대화가 발생하여, 소망하는 전봉 용접부 인성을 확보할 수 없다. 이러한 점에서, 시임 어닐링 처리의 가열 온도는 850∼1150℃로 한정했다.

또한, 전봉 용접부에 있어서의 시임 어닐링 처리 후의 냉각 속도가, 20℃/s 미만에서는, 냉각이 지나치게 느려, 결정 입경:10㎛ 이하의 미세한 의폴리고날 페라이트상을 주상으로 하는 조직을 확보할 수 없게 되어, 소망하는 전봉 용접부 경도, 인성을 확보할 수 없다. 한편, 200℃/s를 초과한 급속한 냉각이 되면, 전봉 용접부가 의폴리고날 페라이트상을 주상으로 하는 조직을 확보할 수 없게 되어, 소망하는 전봉 용접부 인성을 확보할 수 없다. 이러한 점에서, 시임 어닐링 처리 후의 냉각은, 두께 중앙부의 온도로 780∼630℃의 온도 범위의 평균으로 20∼200℃/s의 범위의 냉각 속도로 한정했다. 또한, 냉각 정지 온도가 500℃를 초과하면, 펄라이트 조직이 생성하여, 소망하는 전봉 용접부 경도, 인성을 확보할 수 없게 될 우려가 있다. 이러한 점에서, 시임 어닐링 처리 후의 냉각 정지 온도는 500℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 두께 전역에서, 펄라이트의 생성을 억제하기 위하여 냉각 정지 온도는 보다 바람직하게는 450℃ 이하이다. 또한, 시임 어닐링 처리 후에, 재질 안정화를 위해서 추가로 템퍼링 처리를 행해도 되는 것은 말할 필요도 없다.

또한, 두께 중앙부의 온도는, 전자장 해석 및 전열 해석(예를 들면, 오카베등:철과 강, Vol.93(2007) No.5, p373∼378)에 의해 용접부 단면 내의 온도 분포를 계산하고, 그 결과를 실제의 외면 및 내면의 온도에 의해서 보정함으로써 구한다.

상기한 제조 방법으로 제조된 제품관은, 상기한 조성과, 모재부 및 전봉 용접부가 모두, 체적율로 90％ 이상인, 평균 입경:10㎛ 이하의 의폴리고날 페라이트상을 주상으로 하고, 잔부가, 체적율로 10％ 이하의 제2상으로 이루어지는 조직을 갖고, 전봉 용접부에 비금속부가 존재하지 않는 전봉 강관이다. 이러한 전봉 강관은, 관축 방향에서 항복 강도 YS:400MPa 이상을 갖고, 냉접 등의 용접 결함이 없고, 우수한 내내압 리크성 및 우수한 전봉 용접부 인성을 갖고, 신뢰성이 높은 전봉 강관이다.

또한, 여기서 말하는 「의폴리고날 페라이트」란, 침상 페라이트, 베이니틱 페라이트를 포함하는 것으로 한다. 또한, 「의폴리고날 페라이트」의 평균 입경은, 원주 방향 단면에서 두께 중심부에 대해서, 인접하는 결정립간의 경사각이 15° 이상의 입계로 둘러싸인 결정립의 면적을 측정하고, 얻어진 결정립의 면적으로부터 환산한 원상당 직경을 구하여, 그들 평균값을 말하는 것으로 한다. 또한, 인접하는 결정립간의 경사각은, EBSD(Electro　Backscatter　Diffraction) 장치를 이용하여 측정한 값을 이용한다.

이하, 추가로 실시예에 기초하여, 본 발명에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 실시예에 있어서, 표 2-1 및 표 2-2를 합하여 표 2로 칭하고, 표 3-1 및 표 3-2를 합하여 표 3으로 칭한다. 또한, 표 1 강 No.N은 결번이다. 표 2∼3에 있어서 강관 No.33은 결번이다.

실시예

표 1에 나타내는 조성의 용강을 전로(converter)에서 용제하고, 연속 주조법으로 슬래브(두께:250㎜)로 했다. 이들 슬래브를 강 소재로 하고, 당해 강 소재에, 가열 온도:1200±20℃의 범위 내에서 100±20분간의 범위 내에서 균열(soaked) 유지하는 가열 처리를 실시하고, 이어서, 조압연(rough rolling), 마무리 압연으로 이루어지고, 누적 압하율:61±10％, 마무리 압연 온도:810±20℃로 하는 열간 압연을 실시하여, 열연 강판(판두께:25㎜)으로 했다. 또한, 열간 압연 종료 후, 열연 런아웃 테이블(runout table) 상에서, 두께 중앙 온도에서, 780℃∼630℃의 온도역의 평균 냉각 속도:24±8℃로, 냉각 정지 온도:550±20℃까지 냉각하여, 권취 온도:530±40℃로 권취했다.

이들 열연 강판을, 소정의 폭으로 슬릿팅(slit)한 후, 복수의 케이지 롤과 핀 패스 롤을 연속하여 배치 설치한 성형 밀에 의해, 냉간에서 연속하여 성형 가공을 실시하여 관 형상체로 했다. 그 후, 관 형상체의 단부(열연 강판의 폭 단부)끼리를 맞대어, 스퀴즈 롤로 가압하면서, 고주파 가열에 의해 관 형상체의 단부를 가열하여 용융시켜 전봉 용접하여, 외경 22인치(외경 558.8㎜φ×두께 25㎜)의 전봉 강관으로 조관했다.

또한, 강종 B의 전봉 강관(강관 No.10∼21)에서는, 전봉 용접의 입열량(전류(A)×전압(kV))/(조관 속도(m/min)/관두께(㎜))를, 기준(1.00)에 대하여 1.12∼0.88의 범위에서 변동하고, n:100개를 제조하여, 전체에 대해서, 「고감도 어레이 UT」에 의한 비파괴 검사와 내압 시험을 실시했다.

또한, 성형 가공에 있어서는, 핀 패스 롤로, 강판의 폭 단부에, 표 2에 나타내는 형상의 테이퍼 개선을 부여했다. 부여된 테이퍼 개선은, 폭 단면에 있어서의 테이퍼 개시 위치와 관 외면이 되는 표면 혹은 관 내면이 되는 표면의 강판 두께 방향의 거리가 강판 두께의 8∼92％인 개선으로 했다. 또한, 테이퍼 개선의 경사 평균 각도는, 테이퍼가 없는 경우에 대하여 30±8°로 했다.

전봉 용접 후, 일본특허공보 제4544240호, 일본특허공보 제4910770호, 일본특허공보 제5076984호에 기재된 「관체의 초음파 탐상 장치」를 이용하여, 관체의 관축 방향 용접부의 용접면에 대하여, 표 2에 나타내는 빔폭이 되도록 초음파를 송파하고, 용접면에 있어서의 산화물 혹은 공극 등의 비금속부로부터의 반사파의 일부 또는 전부를 수파하고, 에코 높이를 구하여, 냉접 등의 결함의 유무를 조사했다.

전봉 용접부가 검사된 관체에는, 이어서, 전봉 용접부에, 온라인으로, 유도 가열 장치를 이용하여 시임 어닐링 처리를 실시했다. 시임 어닐링 처리는, 표 2에 나타내는 가열 온도로 하여, 두께 중앙 온도로, 780℃∼630℃의 온도역을 표 2에 나타내는 평균 냉각 속도로, 표 2에 나타내는 냉각 정지 온도까지 냉각하는 처리로 했다.

얻어진 관체(전봉 강관)의 모재부 및 전봉 용접부로부터, 시험편을 채취하여, 조직 관찰, 인장 시험, 샤르피 충격 시험, 파괴 인성 시험, 내압 시험을 실시했다. 시험 방법은 다음과 같이 했다.

(1) 조직 관찰

얻어진 관체(전봉 강관)의 모재부(전봉 용접부로부터 원주 방향으로 90°어긋난 위치) 및 전봉 용접부 중앙 위치로부터, 각각 조직 관찰용 시험편을 채취했다. 관축 방향에 직교하는 면(C 단면)을 관찰면으로 하고, 조직 관찰용 시험편을 연마하고, 부식(나이탈액 부식)하고, 광학 현미경(배율:400배) 및 주사형 전자 현미경(배율:2000배)을 이용하여, 두께 중앙 위치 부근의 조직을 관찰하여, 각 4시야 이상에서 촬상했다. 얻어진 조직 사진(주사형 전자 현미경 조직 사진)을 이용하여, 구성하는 조직(상)의 동정, 및 화상 해석에 의해, 그 조직 분율을 구했다. 또한, 면적 분율로 구한 경우는, 삼차원적으로 균질한 것으로서, 면적 분율의 값을 체적 분율의 값으로 했다.

또한, 발명예에서는 주상인 「의폴리고날 페라이트」에 대해서, EBSD(Electro　Backscatter　Diffraction) 장치를 이용하여, 두께 중앙 위치에서, 인접하는 결정립간의 경사각이 15° 이상의 입계로 둘러싸인 결정립의 면적을 측정하고, 얻어진 면적으로부터 원 상당 직경을 구하고, 그들 평균값을, 의폴리고날 페라이트의 평균 결정 입경으로서 구했다.

(2) 인장 시험

얻어진 관체(전봉 강관)의 모재부(전봉 용접부로부터 원주 방향으로 90° 떨어진 위치)로부터, 인장 방향이 관축 방향이 되도록, JIS　12호 인장 시험편을 채취하고, JIS　Z　2241의 규정에 준거하여 인장 시험을 실시하여, 인장 특성(항복 강도 YS, 인장 강도 TS)을 구했다. 또한, TS:490MPa 이상을 양호로 판단했다.

(3) 샤르피 충격 시험

얻어진 관체(전봉 강관)의 모재부(전봉 용접부로부터 원주 방향으로 90° 떨어진 위치) 및 전봉 용접부 중앙 위치로부터, 각각 시험편의 길이 방향이, 관의 원주 방향이 되도록, V 노치 시험편을 채취하고, JIS Z 2242의 규정에 준거하여, 샤르피 충격 시험을 실시했다. 시험 온도는 －60℃로 하고, 각 3개씩 시험하고, 그 평균값을 당해 강관의 흡수 에너지 ｖE_－60(J)로 했다. 또한, 강종 B의 전봉 강관에서는, n:100으로 평가하여, 그 최저값을 나타냈다.

(4) 파괴 인성 시험

얻어진 관체(전봉 강관)의 모재부(전봉 용접부로부터 원주 방향으로 90° 떨어진 위치) 및 전봉 용접부 중앙 위치로부터, BS 7448-1995의 규정에 준거하여, 시험편 길이 방향이 관축 방향에 직교하는 방향이 되도록, CTOD 시험편을 채취했다. 그리고, BS 7448-1995의 규정에 준거하여, 시험 온도:0℃에서, CTOD값을 구했다. 또한, 노치 위치는, 모재부, 전봉 용접부 중앙 위치로 했다.

또한, 강종 B의 전봉 강관에서는, n:100으로 평가하여, 그 최저값을 나타냈다.

(5) 내압 시험

얻어진 관체(전봉 강관)를 시험 강관으로 하여, 시험 온도:0℃, 내압:0.95×(상온 항복 강도 σy_RT)의 조건으로 행하는 내압 시험을 실시했다. 또한, 내압 시험은, S.Toyoda,S.Goto,T.Okabe,H.Kimura,S.Igi,Y.Matsui, S.Yabumoto, A.Sato, M.Suzuki, and　T.Inoue:Proc.　of　IPC(2012), IPC2012－90448.에 기재된 요령으로, 소정의 온도(여기에서는 0℃)로 유지한 냉매 중에 관체를 유지하고, 노치 없음의 조건으로, 시험 강관에, 내압:0.95×(상온 항복 강도 σy_RT)를 부하하여, 리크, 파괴의 유무를 평가했다. 또한, 「일부 리크」란, 10개 이상에서 평가한 경우에 0％를 초과 10％ 이하의 시험 강관에서 리크를 일으킨 상태를 말하고, 「리크」란, 10％를 초과하는 시험체에서 리크를 일으킨 상태를 말한다.

얻어진 결과를 표 3에 나타낸다.

<표 1>

<표 2-1>

<표 2-2>

<표 3-1>

<표 3-2>

본 발명예는 모두, 모재부, 전봉 용접부와 함께, 평균 입경:10㎛ 이하의 미세한 의폴리고날 페라이트상을 주상으로 하는 조직을 갖고, 시험 온도:0℃, 내압:0.95×(상온 항복 강도 σy_RT)의 조건으로 행하는 내압 시험에서 파괴는 물론, 리크도 없고, 내내압 리크성이 우수하고, 소망하는 고강도(YS:400MPa 이상)이고, 또한 모재부는 물론 전봉 용접부에 있어서도 0℃에 있어서의 CTOD값이 0.80㎜ 이상의우수한 파괴 인성, －60℃에 있어서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지 ｖE_－60:110J 이상으로 우수한 인성을 갖는 전봉 강관으로 되어 있다.

한편, 본 발명 범위를 벗어나는 비교예(후술과 같이, 강관 No.10, 20, 21을 제외함)는, 소망하는 고강도가 얻어져 있지 않거나, 소망하는 조직이 얻어져 있지 않거나, 혹은 전봉 용접부에 비금속부가 존재하여, 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지 ｖE_－60이 낮거나, 파괴 인성이 저하해 있거나, 혹은 내압 시험에서 리크가 발생하고 있다.

테이퍼 개선 형상이 본 발명 범위로부터 벗어나는 강관 No.1, No.9는, 샤르피 충격 시험의 ｖE_－60이 110J 미만, 0℃에 있어서의 CTOD값 0.80㎜ 미만으로, 소망하는 인성을 확보할 수 없고, 내압 시험에서 리크가 발생했다. 용접부 재가열 처리에 있어서의 가열 온도 및 평균 냉각 속도가 범위 외가 되는 강관 No.55∼56 및 59∼60도 동일했다.

또한, C, Si, Mn, P, S, Al, Ca, N, O, Ti, Nb, V, Pcm 중 어느 하나가 본원 성분 범위를 벗어나는 강관 No.26∼No.35, 44∼48, 및 50∼52는, 전봉 용접부에서 ｖE_－60이 110J 미만, 0℃에 있어서의 CTOD값 0.80㎜ 미만으로 소망하는 인성을 확보할 수 없고, 내압 시험에서, 적어도 전봉 용접부에서 리크가 발생했다. 또한, Ti, Nb, V를 포함하지 않는 강관 No.49는, 모재부의 YS 및 TS가 불충분하다. 또한, C가 본 발명 범위를 낮게 벗어나는 강관 No.25는, YS:400MPa 미만으로 소망하는 강도를 확보할 수 없는데다, 모재부, 전봉 용접부 모두 ｖE_－60이 110J 미만, 0℃에 있어서의 CTOD값 0.80㎜ 미만으로 소망하는 인성이 확보되어 있지 않다.

또한, 초음파 탐상에 있어서, 적정한 빔폭의 경우에는 강관 No.11∼19의 경우와 같이 에코 높이:20％ 정도가 되어야 하는 바, 본 발명의 범위를 벗어나는 빔 폭인 강관 No.10, 20, 21에 있어서는 에코 높이가 상이한 값으로 되어, 관축 방향 용접면의 산화물이 충분히 적다고 판단할 수 없었다.

Claims

질량％로
C:0.025∼0.168％,　　　　Si:0.10∼0.30％,
Mn:0.60∼1.90％,　　　　 P:0.001∼0.018％,
S:0.0001∼0.0029％,　　Al:0.010∼0.10％,
Ca:0.0001∼0.0035％,　 N:0.0050％ 이하,
O:0.0030％ 이하,
추가로, Nb:0.001∼0.070％, Ti:0.001∼0.033％를, 하기 (1)식으로 정의되는 Pcm이 0.20 이하를 만족하도록 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 또한,
모재부 및 전봉 용접부가 모두, 체적률로 90％ 이상인, 평균 입경:10㎛ 이하의 의(quasi)폴리고날 페라이트상을 주상으로 하고, 잔부가, 체적률로 10％ 이하의 제2상으로 이루어지는 조직을 갖고,
관축 방향에서 항복 강도 YS:400MPa 이상의 모재부를 갖고,
JIS Z 2242의 규정에 준거하여 행한 샤르피 충격 시험의 시험 온도:－60℃에서의 흡수 에너지 ｖE_－60이 110J 이상이고, BS 7448－1995의 규정에 준거하여 행한 CTOD 시험의 시험 온도:0℃에 있어서의 CTOD값이 0.80㎜ 이상의 전봉 용접부 인성을 갖고, 또한 시험 온도:0℃, 내압:0.95×(상온 항복 강도 σy_RT)의 조건으로 행하는 내압 시험에 있어서, 리크가 발생하지 않는 전봉 강관.
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　기
Pcm=C＋Si/30＋Mn/20＋Cu/20＋Ni/60＋Cr/20＋Mo/15＋V/10＋5B　… (1)
여기서, C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, B:각 원소의 함유량(질량％)이고, 함유하지 않는 원소는 0으로 한다.
제1항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, Cu:0.001∼0.350％, Ni:0.001∼0.350％, Mo:0.001∼0.350％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조성으로 하는 전봉 강관.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, Cr:0.001∼0.350％, B:0.0001∼0.0030％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하는 조성으로 하는 전봉 강관.
강관 소재에, 복수의, 케이지 롤과 핀 패스 롤을 연속하여 배치한 성형 밀에 의해, 냉간에서 연속하여 성형 가공을 실시하여 관 형상체로 한 후, 스퀴즈 롤로 당해 관 형상체의 단면끼리를 맞대고, 가압하면서 당해 맞댄 부위를 고주파 가열에 의해 전봉 용접하여 관체로 하고, 이어서, 당해 관체의 전봉 용접부의 관축 방향 용접면을 검사하는 전봉 강관의 제조 방법에 있어서,
상기 강관 소재가, 질량％로
C:0.025∼0.168％,　　　　Si:0.10∼0.30％,
Mn:0.60∼1.90％,　　　　 P:0.001∼0.018％,
S:0.0001∼0.0029％,　　Al:0.010∼0.10％,
Ca:0.0001∼0.0035％,　 N:0.0050％ 이하,
O:0.0030％ 이하,
추가로, Nb:0.001∼0.070％, Ti:0.001∼0.033％를, 하기 (1)식으로 정의되는 Pcm이 0.20 이하를 만족하도록 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고,
상기 강관 소재를 항복 강도 YS:360MPa 이상을 갖는 열연 강판으로 하고, 상기 핀 패스 롤에 의한 성형으로, 상기 열연 강판의 폭 방향 단면에 개선(groove)을 부여하는데 있어, 당해 개선을 테이퍼 개선으로 하고, 당해 테이퍼 개선의 테이퍼 개시 위치에서 관 표면까지의 거리가, 관 외면으로부터의 거리와 관 내면으로부터의 거리의 합계에서 강판 두께에 대한 비율로 10∼80％인 개선으로 하고,
상기 검사를, 상기 관체의 전봉 용접부의 관축 방향 용접면에 대하여, 빔폭이 0.1㎜ 내지 4.0㎜의 범위가 되도록 초음파를 송파(送波)하고, 당해 용접면으로부터의 반사파의 일부 또는 전부를 수파(受波)하는 어레이 탐촉자를 이용한 초음파 탐상 장치에 의해, 상기 관체의 전봉 용접부에 비금속부가 소정량 이상 존재하지 않는 것을 확인하는 검사로 하고,
상기 검사 후에, 상기 전봉 용접하여 얻어진 상기 관체의 전봉 용접부에, 가열 온도:850∼1150℃로 가열하고, 두께 중앙부의 온도로 780∼630℃의 범위를 평균 냉각 속도 20∼200℃/s의 범위의 냉각 속도로, 150℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각하는 용접부 재가열 처리를 실시하는,
JIS Z　2242의 규정에 준거하여 행한 샤르피 충격 시험의 시험 온도:－60℃에서의 흡수 에너지 ｖE_－60이 110J 이상이고, BS 7448-1995의 규정에 준거하여 행한 CTOD 시험의 시험 온도:0℃에 있어서의 CTOD값이 0.80㎜ 이상의 전봉 용접부 인성을 갖고, 또한 시험 온도:0℃, 내압:0.95×(상온 항복 강도 σy_RT)의 조건으로 행하는 내압 시험에 있어서, 리크가 발생하지 않는 것인, 전봉 강관의 제조 방법.
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　기
Pcm=C＋Si/30＋Mn/20＋Cu/20＋Ni/60＋Cr/20＋Mo/15＋V/10＋5B　… (1)
여기서, C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, V, B:각 원소의 함유량(질량％)
제4항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, Cu:0.001∼0.350％, Ni:0.001∼0.350％, Mo:0.001∼0.350％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조성으로 하는 전봉 강관의 제조 방법.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, Cr:0.001∼0.350％, B:0.0001∼0.0030％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하는 조성으로 하는 전봉 강관의 제조 방법.