KR101967691B1

KR101967691B1 - 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관, 그의 제조 방법 및 심정에 사용되는 고강도 후육 컨덕터 케이싱

Info

Publication number: KR101967691B1
Application number: KR1020177015946A
Authority: KR
Inventors: 소타 고토; 타카토시 오카베; 유키히코 오카자키
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2015-12-15
Publication date: 2019-04-10
Also published as: KR20170082617A; US11053564B2; CA2967902C; CN107109568B; US20170362678A1; JPWO2016103623A1; EP3239316A1; EP3239316A4; CA2967902A1; EP3239316B1; CN107109568A; WO2016103623A1; JP5999284B1

Abstract

고강도이고 고인성, 또한 내용접후열처리성이 우수한 전봉 강관을 제공한다.
C: 0.01∼0.12％, Si: 0.05∼0.50％, Mn: 1.0∼2.2％, P: 0.03％ 이하, S: 0.005％ 이하, Al: 0.001∼0.10％, N: 0.006％ 이하, Nb: 0.010∼0.100％, Ti: 0.001∼0.050％를 포함하는 조성과, 체적률로 90％ 이상의 베이니틱 페라이트상을 주상으로 하고, 당해 주상과, 체적률로 10％ 이하(0％를 포함함)의 제2 상으로 이루어지고, 베이니틱 페라이트상의 평균 입경이 10㎛ 이하이고, 또한 입경: 20nm 미만의 미세한 Nb 석출물이, Nb 환산으로, 전체 Nb량에 대한 비율(％)로, 75％를 초과하여 분산되어 이루어지는 조직을 갖는 열연 강판을 소재로서, 롤 성형에 의해, 대략 원형 단면으로 성형한 후, 전봉 용접하여 전봉 강관으로 하고, 이어서 전봉 강관의 전봉 용접부에 인라인 열처리를 실시하고, 추가로 축경 압연하여, 강관 단부의 진원도가, 0.6％ 이하인 전봉 강관으로 한다.

Description

심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관, 그의 제조 방법 및 심정에 사용되는 고강도 후육 컨덕터 케이싱{HIGH-STRENGTH THICK-WALLED ELECTRIC-RESISTANCE-WELDED STEEL PIPE FOR DEEP-WELL CONDUCTOR CASING, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND HIGH-STRENGTH THICK-WALLED CONDUCTOR CASING FOR DEEP WELLS}

본 발명은, 유정(oil well)이나 가스정(gas well)의 굴착시에, 우물의 방토로서 이용되는 컨덕터 케이싱용으로서 적합한 전봉 강관에 관한 것이고, 특히 수심 3,000m 이상에 존재하는 심해 유전이나 심해 가스전의 개발에 이용되는 우물(이하, 심정(deep well)이라고도 함)에 사용되는, 컨덕터 케이싱용으로서 적합한, 고강도 후육 전봉 강관 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

컨덕터 케이싱은, 유정이나 가스정의 굴착 작업의 초기 단계에, 유정관을 외압으로부터 보호하는, 우물의 방토로서 이용되고 있다. 종래부터, 컨덕터 케이싱은, UOE 강관과 커넥터(나사 가공된 단조 부재(forged member))를 접합하여 제조되어 왔다.

컨덕터 케이싱에는, 우물에 매설할 때에, 만곡 변형이 반복하여 부가된다. 또한, 심정에 매설하는 경우에는, 컨덕터 케이싱에는, 자중(自重)에 의한 응력 부하도 가해진다. 그 때문에, 특히, 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱에는,

(1) 부설시에 반복되는 만곡 변형으로 파단하지 않을 것,

(2) 자중에 견딜 만한 강도를 보유하고 있을 것

이 요구된다. 컨덕터 케이싱에 있어서의 만곡 변형시의 파단을 방지하기 위해, 특히 접속부에 있어서의 정렬 불량(linear misalignment) 등에 의한 응력 집중을 억제하는 것이 중요하다고 되어 있다. 그리고, 정렬 불량 등의 억제에는, 사용하는 강관의 진원도(circularity)의 향상을 들 수 있다.

통상, 컨덕터 케이싱에는, 강관과 단조 부재의 접합부의 잔류 응력 제거나, 수소 균열 방지를 위해, 500℃ 초과 600℃ 미만의 온도 범위에서 용접 후 열처리가 실시된다. 그 때문에, 용접 후 열처리에 의한 강도의 저하를 억제하고, 용접 후 열처리 후에서도 소망하는 강도를 보유할 수 있는 내(耐)용접후열처리성이 우수한 강관이 요망되고 있었다.

이러한 요망에 대하여, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 고온 SR 특성(SR 취화에 대한 저항성)이 우수한 고강도 라이저(riser) 강관이 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 기술은, 중량％로, C: 0.02∼0.18％, Si: 0.05∼0.50％, Mn: 1.00∼2.00％, Cr: 0.30∼1.00％, Ti: 0.005∼0.030％, Nb: 0.060％ 이하, Al: 0.10％ 이하를 포함하는 강 조성을 갖는, 고온 SR 특성이 우수한 라이저 강관이다. 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 상기한 조성에 더하여, Cu: 0.50％ 이하, Ni: 0.50％ 이하, Mo: 0.50％ 이하 및 V: 0.10％ 이하 중 1종 또는 2종 이상, Ca: 0.0005∼0.0050％ 및/또는 B: 0.0020％ 이하를 함유해도 좋다고 하고 있다. 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 소정량의 Cr을 함유시키고, 소지(base material) 페라이트의 연화를 늦추고, 연화 저항의 증가에 의해, 용접 후 열처리에 있어서의 인성(靭性) 저하, 강도 저하를 억제할 수 있어, 고온 SR 특성이 향상된다고 하고 있다.

또한, 강관의 진원도를 향상시키는 기술로서, 특허문헌 2에는, 확관 장치(pipe expander)에 부착된 복수의 다이스 전체의 외주부에, 홈 가공이 실시된 확관 장치를 이용하고, 확관하는 강관마다, 강관 용접부에 있어서의 내주측의 덧붙임(excess weld metal)과 상대하는, 확관 장치에 부착된 다이스를 변경하여 확관하는 UOE 강관의 확관 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 2에 기재된 기술에 의하면, 확관 장치의 다이스 마모량이 균일화되어, 강관의 진원도 향상을 도모할 수 있다고 하고 있다.

일본특허공보 제3558198호 일본공개특허공보 2006-289439호

컨덕터 케이싱에 있어서, 매설시에 부가되는 반복 만곡 변형에 의한 파단을 방지하기 위해서는, 응력 집중을 억제하는 것이 가장 중요하다. 그를 위해 커넥터를 접속하는 강관이, 어느 정도 이상의 진원도를 갖는 것이 필요하다. 그러나, 특허문헌 1에는, 진원도 향상을 위한, 정렬 불량 억제의 대책 등에 대한 언급은 일절 없다. 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 진원도 향상을 위한 대책이 채택되어 있지 않고, 따라서, 특히, 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용으로서는, 강관 단부의 진원도가 부족하게 된다. 특허문헌 1에 기재된 기술로 제조된 강관을, 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용으로 하기 위해서는, 추가로 절삭이나 교정에 의해 강관 단부의 진원도를 개선하는 공정을 부가할 필요가 있어, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 컨덕터 케이싱을 제조할 때의 생산성이 저하된다는 문제가 있었다.

또한, 특허문헌 2에 기재된 기술에 의해서도, 특히, 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용으로서는, 충분한 진원도를 확보할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은, 이러한 종래 기술의 문제를 해결하고, 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용으로서 적합한, 고강도이고 고인성, 또한 내용접후열처리성이 우수한 고강도 후육 전봉 강관 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 여기에서 말하는 「고강도」란, API X80 그레이드 이상의 고강도, 즉, 항복 강도 YS: 555㎫ 이상, 인장 강도 TS: 625㎫ 이상인 경우를 말한다. 또한, 여기에서 말하는 「고인성」이란, 시험 온도: －40℃에서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지 vE_－40이 27J 이상인 경우를 말한다. 또한, 여기에서 말하는 「후육」이란, 두께: 15㎜ 이상인 경우를 말한다. 또한, 심해 매설용으로서는 바람직하게는 두께 20㎜ 이상이다. 또한, 「내용접후열처리성이 우수한」이란, 500℃ 초과 600℃ 미만의 용접 후 열처리를 실시한 후에 있어서도, 모재의 강도가, API X80 그레이드 이상의 강도를 유지하고 있는 경우를 말하는 것으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명자들은, 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용으로서 적합한 강관의 성상(characteristic)에 대해서 예의 검토했다. 그 결과, 컨덕터 케이싱을 부설할 때의 만곡 변형에 의해, 파단이 발생하지 않기 위해서는, 진원도가 0.6％ 이하로 조정된 강관을 사용할 필요가 있는 것을 발견했다. 사용하는 강관의 진원도가 0.6％ 이하이면, 절삭, 교정 등의 특별한 추가 공정을 행하는 일 없이, 나사 가공 부재와 접합부(강관 단부)의 정렬 불량을, 반복 만곡 변형에 의한 파단을 억제할 수 있을 정도로 저하할 수 있는 것을 발견했다.

그리고, 본 발명자들은, 이러한 강관으로서는, UOE 강관보다도 전봉 강관이 적합하다는 것에 생각이 이르렀다. 전봉 강관은, 복수의 롤로 연속적으로 성형하여 원통 형상으로 하고 있고, 프레스 가공과 확관에 의해 성형되는 UOE 강관보다도, 높은 진원도를 갖고 있다. 그리고, 본 발명자들의 검토에 의하면, 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용으로서 적합한 진원도를 보유하는 전봉 강관으로 하기 위해, 전봉 용접 후에, 최종적으로 사이저 롤(sizer roll)에 의한 축경 압연을 실시하는 성형을 행하는 것이 유효한 것을 알게 되었다. 더 한층의 진원도의 향상에는, 조관(造管)의 롤 성형을, 케이지 롤군과, 핀 패스 성형 롤군에 의한 롤 성형에 더하여, 케이지 롤군에 있어서의 하류측에, 이너(inner) 롤을 설치하고, 이너 롤에 의해, 성형 도중의 열연 강판의 내벽측으로부터 2점 이상의 위치를 압압하는 성형을 더하는 것이 좋다는 것, 또한, 이에 따라 핀 패스 성형의 부하가 경감되는 것도 알게 되었다.

또한, 본 발명자들은, 추가로, 용접 후 열처리 후의 강관 강도에 미치는, 강관 소재인 열연 강판의 조성, 열연 조건의 영향에 대해서, 예의 검토했다. 그 결과, 500℃ 초과 600℃ 미만의 용접 후 열처리 후에 있어서도, 전봉 강관의 강도가, API X80 그레이드 이상을 유지할 수 있기 위해서는, 강관 소재인 열연 강판에서, 입경 20㎚ 미만의 미세한 Nb 석출물(석출 Nb)량을, Nb 환산으로 함유 Nb량의 75％ 초과로 할 필요가 있는 것을 발견했다. 미세한 Nb 석출물(석출 Nb)량이, 함유 Nb량의 75％ 이하에서는, 용접 후 열처리시의 항복 강도 YS의 저하를 억제할 수 없는 것을 알게 되었다.

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

(1) 질량％로, C: 0.01∼0.12％, Si: 0.05∼0.50％, Mn: 1.0∼2.2％, P: 0.03％ 이하, S: 0.005％ 이하, Al: 0.001∼0.10％, N: 0.006％ 이하, Nb: 0.010∼0.100％, Ti: 0.001∼0.050％를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성과, 체적률로 90％ 이상의 베이니틱 페라이트상을 주상(main phase)으로 하고, 당해 주상과, 체적률로 10％ 이하(0％를 포함함)의 제2 상으로 이루어지고, 상기 베이니틱 페라이트상의 평균 입경이 10㎛ 이하이고, 또한 모재부에 있어서 입경: 20㎚ 미만의 미세한 Nb 석출물이, Nb 환산으로, 전체 Nb량에 대한 비율(％)로, 75％를 초과하여 분산되어 이루어지는 조직을 갖고, 또한, 다음 (1)식

진원도(％)＝{(강관의 최대 외경 ㎜φ)－(강관의 최소 외경 ㎜φ)}/(공칭 외경 ㎜φ)×100 … (1)

으로 정의되는 강관 단부의 진원도가, 0.6％ 이하인 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관.

(2) (1)에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, V: 0.1％ 이하, Mo: 0.5％ 이하, Cr: 0.5％ 이하, Cu: 0.5％ 이하, Ni: 1.0％ 이하, B: 0.0030％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관.

(3) (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, Ca: 0.0005∼0.0050％, REM: 0.0005∼0.0050％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관.

(4) 열연 강판을, 롤 성형기에 의해 연속적으로 롤 성형하여, 대략 원형 단면의 오픈관으로 한 후, 당해 오픈관의 단부끼리를 맞대고, 당해 맞댄 부위를, 스퀴즈 롤로 압접하면서, 전봉 용접하여 전봉 강관으로 하고, 이어서 당해 전봉 강관의 전봉 용접부에 인라인(in-line) 열처리를 실시한 후, 축경 압연하는 전봉 강관의 제조 방법으로서, 상기 열연 강판을, 질량％로, C: 0.01∼0.12％, Si: 0.05∼0.50％, Mn: 1.0∼2.2％, P: 0.03％ 이하, S: 0.005％ 이하, Al: 0.001∼0.10％, N: 0.006％ 이하, Nb: 0.010∼0.100％, Ti: 0.001∼0.050％를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 강 소재에, 가열 온도: 1150∼1250℃의 온도역에서 60min 이상 균열(soaking)하는 가열을 실시한 후, 마무리 압연 종료 온도: 750℃ 이상으로 하는 열간 압연을 실시하고, 당해 열간 압연 종료 후, 판 두께 중앙부 온도에서 750℃∼650℃의 온도역에서의 평균 냉각 속도가 8∼70℃/s가 되도록 가속 냉각을 실시하고, 권취 온도: 580℃ 초과 700℃ 이하로 권취하는 공정을 실시하여 제조된 열연 강판으로 하는 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관의 제조 방법.

(5) (4)에 있어서, 상기 롤 성형기가, 복수의 롤로 이루어지는 케이지 롤군과, 추가로 복수의 롤로 이루어지는 핀 패스 성형 롤군으로 이루어지는 롤 성형기인 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관의 제조 방법.

(6) (5)에 있어서, 상기 케이지 롤군에 있어서의 하류측에 이너 롤을 설치하고, 성형 도중의 상기 열연 강판의 내벽측으로부터 2점 이상의 위치를 압압하는 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관의 제조 방법.

(7) (4) 내지 (6) 중 어느 하나에 있어서, 상기 전봉 용접부의 인라인 열처리가, 당해 전봉 용접부를 가열 온도: 830∼1150℃로 가열한 후, 판 두께 중앙 온도에서 800∼550℃의 온도역에서의 평균 냉각 속도가 10∼70℃/s인 냉각을 행하고, 판 두께 중앙 온도에서 냉각 정지 온도: 550℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각하는 처리인 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관의 제조 방법.

(8) (4) 내지 (7) 중 어느 하나에 있어서, 상기 축경 압연이, 축경률: 0.2∼3.3％로 하는 압연인 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관의 제조 방법.

(9) (4) 내지 (8) 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, V: 0.1％ 이하, Mo: 0.5％ 이하, Cr: 0.5％ 이하, Cu: 0.5％ 이하, Ni: 1.0％ 이하, B: 0.0030％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관의 제조 방법.

(10) (4) 내지 (9) 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, Ca: 0.0005∼0.0050％, REM: 0.0005∼0.0050％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관의 제조 방법.

(11) (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관의 양 관단(管端)에 나사 부재를 부착하여 이루어지는 심정에 사용되는 고강도 후육 컨덕터 케이싱.

본 발명에 의하면, 특별한 추가 처리를 실시하는 일 없이, 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용으로서 적합한, 고강도이고 고인성, 또한 내용접후열처리성이 우수한 고강도 후육 전봉 강관을 용이하게, 또한 염가로 제조할 수 있어, 산업상 각별한 효과를 가져온다. 또한, 본 발명에 의하면, 컨덕터 케이싱의 부설에 있어서, 파단의 발생이 억제되어, 부설 비용 삭감에 공헌한다는 효과도 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 500℃ 초과 600℃ 미만의 용접 후 열처리 후에 있어서도, API X80급 이상의 강도를 보유한 컨덕터 케이싱으로 할 수 있다는 효과도 있다. 또한, 본 발명의 전봉 강관은, 원주 용접에 의해 파이프와 파이프를 접합하는 라인 파이프용으로서도 유용하다는 효과도 있다.

도 1은, 본 발명의 전봉 강관의 제조에 적합한 제조 설비열의 일 예를 개략적으로 나타내는 설명도이다.
도 2는, 이너 롤의 형상의 일 예를 개략적으로 나타내는 설명도이다.
도 3은, 인라인 열처리 설비의 일 예를 개략적으로 나타내는 설명도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명의 고강도 후육 전봉 강관은, 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관이다. 여기에서 말하는 「고강도 후육 전봉 강관」이란, 모재부 및 전봉 용접부가 모두 API X80 그레이드 이상의 고강도를 갖는, 두께: 15㎜ 이상의 후육 전봉 강관이다. 또한, 모재부는, 항복 강도 YS: 555㎫ 이상, 인장 강도 TS: 625㎫ 이상의 고강도를, 전봉 용접부는 인장 강도 TS: 625㎫ 이상의 고강도를 보유한다.

본 발명의 고강도 후육 전봉 강관은, 질량％로, C: 0.01∼0.12％, Si: 0.05∼0.50％, Mn: 1.0∼2.2％, P: 0.03％ 이하, S: 0.005％ 이하, Al: 0.001∼0.10％, N: 0.006％ 이하, Nb: 0.010∼0.100％, Ti: 0.001∼0.050％를 포함하고, 혹은 추가로, V: 0.1％ 이하, Mo: 0.5％ 이하, Cr: 0.5％ 이하, Cu: 0.5％ 이하, Ni: 1.0％ 이하, B: 0.0030％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상, 및/또는, Ca: 0.0005∼0.0050％, REM: 0.0005∼0.0050％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는다.

우선, 본 발명의 고강도 후육 전봉 강관의 조성 한정 이유에 대해서 설명한다. 이하, 특별히 언급하지 않는 한, 조성에 있어서의 질량％는 단순히 ％로 기재한다.

C: 0.01∼0.12％

C는, 강관의 강도 증가에 기여하는 중요한 원소로서, 소망하는 고강도를 확보하기 위해서는 0.01％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.12％를 초과하여 다량으로 함유하면, 용접성이 저하된다. 또한, 0.12％를 초과하는 다량의 C의 함유는, 열간 압연 후의 냉각시 혹은 전봉 용접부의 인라인 열처리시에, 냉각이 빠른 경우에 마르텐사이트의 생성을, 냉각이 늦은 경우에 다량의 펄라이트의 생성을, 용이하게 하여, 인성 저하나 강도 저하를 초래할 우려가 있다. 이 때문에, C는 0.01∼0.12％의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.03∼0.10％, 보다 바람직하게는 0.03∼0.08％이다.

Si: 0.05∼0.50％

Si는, 고용 강화에 의해, 강관의 강도 증가에 기여하는 원소로서, 이러한 효과를 얻어, 소망하는 고강도를 확보하기 위해서는 0.05％ 이상의 함유를 필요로 한다. 또한, Si는, Fe보다도 O(산소)와의 친화력이 강하고, 전봉 용접시에 Mn 산화물과 함께 점도가 높은 공정 산화물(eutectic oxide)을 형성한다. 이 때문에, 0.50％를 초과하여 과잉으로 함유하면, 전봉 용접부의 품질을 열화시킨다. 이러한 점에서, Si는 0.05∼0.50％의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.05∼0.30％이다.

Mn: 1.0∼2.2％

Mn은, 강관의 강도 증가에 기여하는 원소로서, 소망하는 고강도를 확보하기 위해서는 1.0％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 2.2％를 초과하여 다량으로 함유하면, C와 동일하게, 마르텐사이트를 생성하기 쉽게 하고, 용접성을 저하시킨다. 이 때문에, Mn은 1.0∼2.2％의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는 1.2∼2.0％이다.

P: 0.03％ 이하

P는, 강 중에 불순물로서 존재하고, 또한 결정립계 등에 편석하기 쉬워, 인성 등의 강관 특성에 악영향을 미치는 원소로서, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는, 0.03％까지는 허용할 수 있다. 이러한 점에서, P는 0.03％ 이하로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.02％ 이하이다. 또한, 과도한 저감은, 정련 비용의 급등을 초래하기 때문에, 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

S: 0.005％ 이하

S는, 강 중에서는, MnS 등의 조대(粗大)한 황화물계 개재물로서 존재하고, 연성이나 인성의 저하를 초래하기 때문에, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는, 0.005％까지는 허용할 수 있다. 이러한 점에서, S는 0.005％ 이하로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.004％ 이하이다. 또한, 과도한 저감은, 정련 비용의 급등을 초래하기 때문에, 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

Al: 0.001∼0.10％

Al은, 강의 탈산제로서 유용하게 작용하는 원소로서, 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.001％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.10％를 초과하여 다량으로 함유하면, Al 산화물을 생성하고, 강의 청정도를 저하시킨다. 이 때문에, Al은 0.001∼0.10％의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.005∼0.08％이다.

N: 0.006％ 이하

N은, 강 중에서는 불가피적 불순물로서 존재하고, 고용되거나 혹은 질화물을 형성하여, 강관의 모재부 혹은 전봉 용접부의 인성 저하를 초래한다. 이 때문에, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는, 0.006％까지는 허용할 수 있다. 이러한 점에서, N은 0.006％ 이하로 한정했다.

Nb: 0.010∼0.100％

Nb는, 본 발명에서는 중요한 원소이다. 강 소재(슬래브) 가열시에, 강 중에 Nb 탄질화물로서 존재하고, 오스테나이트립의 조대화를 억제하고, 조직 미세화에 기여하는 원소이다. 또한, 열연 강판 중에 미세 Nb 석출물로서 석출하고, 500℃ 초과 600℃ 미만의 용접 후 열처리시의 매트릭스의 회복·재결정을 억제하여, 용접 후 열처리 후의 강관 모재부의 강도 저하를 방지한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.010％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.100％를 초과하는 과잉의 함유는, 강관의 인성에 악영향을 미친다. 이 때문에, Nb는 0.010∼0.100％의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는, 0.020∼0.080％이다.

Ti: 0.001∼0.050％

Ti는, N과 결합하여 Ti 질화물을 형성하고, 강관 인성에 악영향을 미치는 N을 고정하여, 강관 인성을 향상시키는 작용을 갖는다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.001％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.050％를 초과하여 함유하면, 강관 인성의 현저한 저하를 초래한다. 이 때문에, Ti는 0.001∼0.050％의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.005∼0.030％이다.

상기한 성분이 기본의 성분이다. 본 발명에서는, 기본의 조성에 더하여 추가로, V: 0.1％ 이하, Mo: 0.5％ 이하, Cr: 0.5％ 이하, Cu: 0.5％ 이하, Ni: 1.0％ 이하, B: 0.0030％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상, 및/또는, Ca: 0.0005∼0.0050％, REM: 0.0005∼0.0050％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유해도 좋다.

V: 0.1％ 이하, Mo: 0.5％ 이하, Cr: 0.5％ 이하, Cu: 0.5％ 이하, Ni: 1.0％ 이하, B: 0.0030％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상

V, Mo, Cr, Cu, Ni, B는 모두, ?칭성 향상을 통하여, 강판의 강도 증가에 기여하는 원소이고, 필요에 따라서, 선택하여 함유할 수 있다. 이들 원소의 함유는, 특히, 판 두께가 16㎜ 이상인 후육의 경우에, 펄라이트, 폴리고널 페라이트의 생성을 방지하고, 소망하는 강도, 인성을 확보하는 데에 유효하다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, V: 0.05％ 이상, Mo: 0.05％ 이상, Cr: 0.05％ 이상, Cu: 0.05％ 이상, Ni: 0.05％ 이상, B: 0.0005％ 이상, 함유하는 것이 바람직하다. 한편, V: 0.1％, Mo: 0.5％, Cr: 0.5％, Cu: 0.5％, Ni: 1.0％, B: 0.0030％, 각각을 초과하는 함유는, 용접성 및 인성의 저하를 초래함과 함께, 재료 비용의 급등을 초래할 우려가 있다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, V: 0.1％ 이하, Mo: 0.5％ 이하, Cr: 0.5％ 이하, Cu: 0.5％ 이하, Ni: 1.0％ 이하, B: 0.0030％ 이하로, 각각 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 V: 0.08％ 이하, Mo: 0.45％ 이하, Cr: 0.3％ 이하, Cu: 0.35％ 이하, Ni: 0.35％ 이하, B: 0.0025％ 이하이다.

Ca: 0.0005∼0.0050％, REM: 0.0005∼0.0050％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종

Ca, REM은 모두, 신전(伸展)한 MnS 등의 황화물계 개재물을 구 형상의 황화물계 개재물로 하는 개재물의 형태 제어에 기여하는 원소이고, 필요에 따라서 선택하여 함유할 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Ca, REM 모두 0.0005％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, Ca, REM 모두 0.0050％를 초과하여 함유하면, 산화물계 개재물이 증가하고, 인성을 저하시킬 우려가 있다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Ca: 0.0005∼0.0050％, REM: 0.0005∼0.0050％의 범위로 한정하는 것이 바람직하다.

상기한 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.

본 발명 고강도 후육 전봉 강관은, 상기한 조성을 갖고, 추가로 모재부 및 전봉 용접부가 모두, 체적률로 90％ 이상의 베이니틱 페라이트상을 주상으로 하고, 당해 주상과, 체적률로 10％ 이하(0％를 포함함)의 제2 상으로 이루어진다. 상기 베이니틱 페라이트상의 평균 입경이 10㎛ 이하이고, 또한 모재부에 있어서 입경: 20㎚ 미만의 미세한 Nb 석출물이, Nb 환산으로, 전체 Nb량에 대한 비율(％)로, 75％를 초과하여 분산되어 이루어지는 조직을 갖고, 강관 단부의 진원도가, 0.6％ 이하인 후육의 전봉 강관이다.

주상: 체적률로 90％ 이상의 베이니틱 페라이트상

컨덕터 케이싱용으로서 소망하는 고강도, 인성을 겸비시키기 위해, 본 발명의 전봉 강관에서는, 모재부 및 전봉 용접부 모두, 체적률로 90％ 이상의 베이니틱 페라이트상을 주상으로 하는 조직을 갖는다. 베이니틱 페라이트상이 90％ 미만에서는, 즉 주상 이외의 제2 상이 10％ 이상이 되어, 소망하는 인성을 확보할 수 없게 된다. 주상 이외의 제2 상으로서는, 펄라이트, 축퇴 펄라이트(degenerate pearlite), 베이나이트, 마르텐사이트 등의 경질상을 예시할 수 있다. 이러한 점에서, 주상인 베이니틱 페라이트상의 체적률은 90％ 이상으로 한정했다. 또한, 바람직하게는 95％ 이상이다.

베이니틱 페라이트상의 평균 입경: 10㎛ 이하

컨덕터 케이싱용으로서 소망하는 고강도, 인성을 겸비시키기 위해, 본 발명에서는, 주상인 베이니틱 페라이트상을 평균 입경이 10㎛ 이하로 미세한 조직으로 한다. 평균 입경이 10㎛를 초과하여 커지면, 소망하는 고인성을 보유할 수 없게 된다. 이 때문에, 주상인 베이니틱 페라이트상의 평균 입경은 10㎛ 이하로 한정했다. 또한, 여기에서 말하는 「입경」은, SEM/EBSD법으로, 인접하는 결정립 사이의 방위차를 구하여, 방위차가 15° 이내인 영역의 크기를 말하는 것으로 한다.

입경: 20㎚ 미만의 미세한 Nb 석출물: Nb 환산으로, 전체 Nb량에 대한 비율(％)로, 75％ 초과

입경: 20㎚ 미만의 미세한 Nb 석출물(주로 탄질화물)은, 500℃ 초과 600℃ 미만의 온도 범위에서 실시되는 용접 후 열처리에 있어서의 회복·재결정에 의한 항복 강도의 저하를 억제하는 작용, 즉 우수한 내용접후열처리성을 부여하는 작용을 갖는다. 이 때문에, 본 발명에서는, 강관 모재부에, 입경: 20㎚ 미만의 미세한 Nb 석출물을, Nb 환산으로, 전체 Nb량에 대한 비율(％)로, 75％ 초과, 석출시킨다. 미세한 Nb 석출물의 석출량이, Nb 환산으로, 75％ 이하에서는, 미세한 Nb 석출물의 석출량이 부족하여, 소망하는 내용접후열처리성을 확보할 수 없게 된다. 이 때문에, 입경: 20㎚ 미만의 미세한 Nb 석출물량은 Nb 환산으로, 전체 Nb량에 대한 비율(％)로, 75％ 초과로 한정했다.

또한, 여기에서 말하는 「입경: 20㎚ 미만의 미세한 Nb 석출물량」은, 전봉 강관의 모재부로부터 채취한 전해 추출용 시험편을, 전해액(10vol.％아세틸아세톤-1질량％염화 테트라메틸암모늄-메탄올 용액) 중에서 전해하여, 얻어진 전해 잔사(殘渣)에 대해서, 공경: 0.02㎛의 필터로 여과하고, 필터를 통과한 Nb량을 분석하여 얻어진 값을 이용하는 것으로 한다.

본 발명의 고강도 후육 전봉 강관은, 상기한 조성, 상기한 조직을 갖고, 추가로, 강관 단부의 진원도가 0.6％ 이하인 전봉 강관이다.

진원도: 0.6％ 이하

전봉 강관 단부의 진원도가 0.6％ 이하이면, 관 단부에 커넥터를 원주 용접에 의해 접합하기 전에, 절삭·교정 처리를 행하지 않고 접합부의 정렬 불량량이 허용 범위가 되어, 반복 만곡 변형에 의한 파단의 발생을 억제할 수 있다. 전봉 강관의 진원도가 0.6％를 초과하면, 커넥터(나사 부재)와의 접합부의 정렬 불량량이 커져, 매설할 때의 파이프 자중이나 만곡 변형에 의해 접합부에서 파단할 우려가 높아진다. 이러한 점에서, 전봉 강관의 진원도는 0.6％ 이하로 한정했다. 또한, 강관의 진원도는, 다음 (1)식

으로 정의된다. 강관의 최대 외경, 최소 외경은, 레이저 변위계로 연속적으로 계측하는 것이 바람직하다. 또한, 부득이하게 수동으로 계측하는 경우에는, 적어도 원주 방향의 32개소에서 측정한 값으로부터 결정하는 것으로 한다.

상기한 본 발명의 고강도 후육 전봉 강관을 구성에 포함하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱은, 고강도 후육 전봉 강관의 양 관단에 나사 부재를 부착하여 이루어진다. 나사 부재의 부착 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, MIG 용접, TIG 용접 등에 의해 부착 가능하다. 또한, 나사 부재로서, 예를 들면 탄소강, 스테인리스강 등을 사용 가능하다.

다음으로, 본 발명의 고강도 후육 전봉 강관의 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 전봉 강관은, 열연 강판을 소재로서 제조된다.

즉, 열연 강판에, 냉간으로, 롤 성형기에 의해(바람직하게는, 복수의 롤로 이루어지는 케이지 롤군과, 복수의 롤로 이루어지는 핀 패스 성형 롤군에 의해), 연속적으로 롤 성형하여, 대략 원형 단면의 오픈관으로 한 후, 당해 오픈관의 단부끼리를 맞대고, 당해 맞댄 부위를, 스퀴즈 롤로 압접하면서, 전봉 용접하여 전봉 강관으로 하고, 이어서, 당해 전봉 강관의 전봉 용접부에 인라인 열처리를 실시한 후, 축경 압연하는 공정을 거쳐, 제조된다.

소재로서 이용하는 열연 강판은, 상기한 조성의 강 소재에, 다음으로 나타내는 공정을 거쳐 제조된 판 두께: 15㎜ 이상, 바람직하게는 51㎜ 이하의 후육 열연 강판(열연 강대)으로 한다.

또한, 강 소재의 제조 방법에 대해서는, 본 발명에서는 특별히 한정할 필요는 없고, 상기한 조성의 용강을 전로(converter) 등의 상용의 용제 방법으로 용제하고, 연속 주조법 등의 상용의 주조 방법으로 슬래브 등의 주편(cast block)(강 소재)으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 연속 주조법 대신에, 조괴-분괴 압연법을 이용하여 강 소재(강편)로 해도 하등 문제는 없다.

상기한 조성의 강 소재에, 가열 온도를 1150∼1250℃의 온도역의 온도로 하는 가열을 실시한 후, 조압연(rough rolling)과 마무리 압연(finish rolling)으로 이루어지고, 마무리 압연 종료 온도: 750℃ 이상으로 하는 열간 압연을 실시한다.

가열 온도: 1150∼1250℃

열연 강판의 인성 향상을 위해서는, 결정립의 미세화를 기대할 수 있는 낮은 가열 온도로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 가열 온도가 1150℃ 미만에서는, 가열 온도가 지나치게 낮아, 미(未)용해 탄화물의 고용이 진행되지 않고, API X80 그레이드 이상의 소망하는 고강도를 확보할 수 없는 경우가 있다. 한편, 가열 온도가 1250℃를 초과하는 고온에서는, 오스테나이트(γ)립의 조대화가 발생하고, 인성이 저하되는데다가, 스케일 생성량의 증가를 초래하여, 표면 성상의 악화를 초래할 우려가 있음과 함께, 에너지 로스의 증대를 초래하여 경제적으로 불리해진다. 이 때문에, 강 소재의 가열 온도는, 1150∼1250℃의 온도역의 온도로 했다. 또한, 당해 가열 온도에서의 균열 유지는, 60min 이상으로 하는 것이, 강 소재의 가열 온도 균일화의 관점에서도 바람직하다.

조압연은, 소정의 치수 형상의 시트 바(sheet bar)로 할 수 있으면 좋고, 특별히 한정할 필요는 없다. 마무리 압연에서는, 마무리 압연 종료 온도: 750℃ 이상으로 조정한다. 또한, 이 온도는, 표면 온도로 한다.

마무리 압연 종료 온도: 750℃ 이상

마무리 압연 종료 온도가, 750℃ 미만에서는, 페라이트 변태가 개시되고, 생성된 조대한 페라이트가 가공되기 때문에, 강도의 저하를 초래한다. 이 때문에, 마무리 압연 종료 온도는, 750℃ 이상으로 한정했다. 또한, 판 두께 중심 온도에서 930℃ 이하의 미재결정 온도역에서의 압하율(rolling reduction)을 20％ 이상으로 조정하는 것이 바람직하다. 미재결정 온도역에서의 압하율이 20％ 미만에서는, 미재결정 온도역에서의 압하율이 적고, 페라이트의 핵 생성 사이트가 적어, 페라이트립의 미세화를 달성할 수 없을 우려가 있다. 그 때문에, 미재결정 온도역에서의 압하율을 20％ 이상으로 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 압연기로의 부하의 관점에서, 미재결정 온도역에서의 압하율은 95％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 상기한 열간 압연을 종료한 후, 즉시, 바람직하게는 5s 이내에, 냉각을 개시하고, 판 두께 중앙부 온도에서 750℃∼650℃의 온도역에서의 평균 냉각 속도가 8∼70℃/s가 되는 가속 냉각을 실시하고, 권취 온도: 580℃ 초과 700℃ 이하에서, 코일 형상으로 권취한다. 또한, 코일 형상으로 권취한 후는, 방랭한다.

가속 냉각의 750℃∼650℃의 온도역에서의 평균 냉각 속도: 8∼70℃/s

750℃∼650℃의 온도역에서의 평균 냉각 속도가 8℃/s 미만에서는, 냉각 속도가 늦고, 생성되는 조직이, 평균 입경이 10㎛ 초과인 조대한 폴리고널 페라이트상과 펄라이트가 되어, 케이싱용으로서 요구되는 인성, 강도를 확보할 수 없게 된다. 한편, 평균 냉각 속도가 70℃/s를 초과하면, 마르텐사이트상이 생성되고, 인성이 저하될 우려가 있다. 그 때문에, 750℃∼650℃의 온도역에서의 평균 냉각 속도를 8∼70℃/s의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는 10∼50℃/s이다. 상기한 온도는 모두, 판 두께 중앙부 온도이다. 판 두께 중앙부의 온도는, 전열 해석에 의해 단면 내의 온도 분포를 계산하고, 그 결과를 실제의 외면 및 내면의 온도에 의해 보정함으로써 구한다.

또한, 가속 냉각의 냉각 정지 온도는, 판 표면 온도에서, 580∼720℃의 온도역의 온도로 하는 것이 바람직하다. 가속 냉각의 냉각 정지 온도가, 580∼720℃의 온도역을 벗어나면, 소망하는 권취 온도: 580℃ 초과 700℃ 이하를 안정적으로 확보할 수 없게 될 우려가 있다.

권취 온도: 580℃ 초과 700℃ 이하

권취 온도가 700℃를 초과하는 고온에서는, 조대한 Nb 탄질화물(석출물)의 석출량이 증가하여, 500℃ 초과 600℃ 미만에서 실시되는 용접 후 열처리에 있어서의 항복 강도의 저하를 방지할 수 없게 된다. 한편, 권취 온도가 580℃ 이하에서는, 미세한 Nb 탄질화물(석출물)의 석출량이 적어져, 500℃ 초과 600℃ 미만에서 실시되는 용접 후 열처리에 있어서의 항복 강도의 저하를 방지할 수 없게 된다. 이 때문에, 권취 온도는 580℃ 초과 700℃ 이하의 온도역의 온도로 한정했다. 권취 온도를 상기한 온도역으로 조정함으로써, 입경: 20㎚ 미만의 미세한 Nb 석출물이, Nb 환산으로, 전체 Nb량에 대한 비율(％)로, 75％를 초과하여 분산된 조직을 확보할 수 있고, 500℃ 초과 600℃ 미만에서 실시되는 용접 후 열처리에 있어서의 항복 강도의 저하를 방지할 수 있다. 또한, 권취 온도의 바람직한 범위는 600∼680℃이다. 상기한 온도는 모두, 판 표면 온도이다.

상기한 제조 조건에서 얻어진 열연 강판은, 체적률로 90％ 이상의 베이니틱 페라이트상을 주상으로 하고, 잔부가 체적률로 10％ 이하(0％를 포함함)의 베이니틱 페라이트상 이외의 제2 상으로 이루어진다. 주상의 평균 입경이 10㎛ 이하이고, 또한 입경: 20㎚ 미만의 미세한 Nb 석출물이, Nb 환산으로, 전체 Nb량에 대한 비율(％)로, 75％를 초과하여 분산되어 이루어지는 조직을 갖고, API X80 그레이드 이상의 고강도, 즉, 항복 강도 YS: 555㎫ 이상의 고강도와, 시험 온도: －40℃에서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지 vE_－40이 27J 이상이 되는 저온 인성을 갖는 열연 강판이다.

다음으로, 상기한 조성, 조직을 갖는 열연 강판(열연 강대)(1)을 강관 소재로서, 도 1에 나타내는, 롤 성형기(2)에 의해, 연속적으로 롤 성형하여, 대략 원형 단면의 오픈관으로 한다. 그 후, 당해 오픈관의 단부끼리를 맞대고, 당해 맞댄 부위를, 스퀴즈 롤(4)로 압접하면서, 고주파 저항 가열, 고주파 유도 가열 등을 이용한 용접기(3)로, 융점 이상으로 가열하면서, 전봉 용접하여 전봉 강관(5)으로 한다. 또한, 롤 성형기(2)는, 복수의 롤로 이루어지는 케이지 롤군(2a)과, 복수의 롤로 이루어지는 핀 패스 성형 롤군(2b)으로 이루어지는 롤 성형기로 하는 것이 바람직하다.

또한, 케이지 롤군(2a)에 있어서의 하류측에 이너 롤(2a1)을 적어도 1단 설치하고, 성형 도중의 열연 강판의 내벽측으로부터 2점 이상의 위치를 압압하는 것이, 진원도 향상을 위해서는, 바람직하다. 설치하는 이너 롤은, 도 2에 나타내는 형상의, 2점 이상의 위치를 압압할 수 있는 롤로 하는 것이, 진원도의 향상 및 설비 부하 경감의 관점에서 바람직하다.

롤 성형, 스퀴즈 롤로의 압접, 전봉 용접의 방법에 대해서는, 소정 치수의 전봉 강관을 제조할 수 있으면 좋고, 특별히 한정할 필요는 없으며, 상용의 방법을 모두 적용할 수 있다.

얻어진 전봉 강관에는, 이어서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 인라인에서, 전봉 용접부의 열처리(심 어닐링(seam annealing))가 실시된다.

전봉 용접부의 인라인 열처리는, 예를 들면, 도 1에 나타내는 바와 같은, 전봉 용접부가 가열 가능하도록, 스퀴즈 롤(4)의 출측에 설치된 유도 가열 장치(9) 및 냉각 장치(10)를 이용하여 행하는 것이 바람직하다. 유도 가열 장치(9)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 1단, 혹은 복수단의 가열이 가능하도록, 1기 혹은 복수기의 코일(9a)을 설치하는 것이 바람직하다. 복수기의 코일(9a)을 이용하면, 가열을 균일하게 행하는 것이 가능해진다.

전봉 용접부의 열처리는, 전봉 용접부에서 두께 방향의 최저 온도부가 830℃ 이상, 최고 가열 온도가 1150℃ 이하가 되도록 가열하고, 판 두께 중앙에 있어서의 800∼550℃의 온도역에서의 평균 냉각 속도로 10℃/s 이상 70℃/s의 범위로 수냉하고, 냉각 정지 온도(판 두께 중앙 온도): 550℃ 이하까지 냉각하는 것이 바람직하다. 냉각 정지 온도는 더욱 낮은 온도가 되어도 좋다. 전봉 용접부에서의 가열 온도의 최저 온도가 830℃ 미만에서는, 가열 온도가 지나치게 낮아, 소망하는 전봉 용접부 조직을 확보할 수 없게 될 우려가 있다. 한편, 최고 가열 온도가 1150℃를 초과하여 고온이 되면, 결정립이 조대화하여, 인성 저하를 초래할 우려가 있다. 이 때문에, 전봉 용접부의 열처리에 있어서의 가열 온도는, 830℃ 이상 1150℃ 이하의 범위의 온도로 하는 것이 바람직하다.

또한, 판 두께 중앙에 있어서의 냉각 속도가 10℃/s 미만에서는, 폴리고널 페라이트의 생성이 촉진되어, 소망하는 전봉 용접부 조직을 확보할 수 없게 될 우려가 있다. 한편, 냉각 속도가 70℃/s를 초과하여 급랭이 되면, 마르텐사이트 등의 경질상이 생성되어, 소망하는 전봉 용접부 조직을 확보할 수 없게 되고, 인성이 저하될 우려가 있다. 이 때문에, 가열 후의 냉각은, 평균으로 10∼70℃/s의 범위의 냉각 속도가 바람직하다. 또한, 냉각의 정지 온도는 550℃ 이하의 온도역의 온도가 바람직하다. 냉각 정지 온도가 550℃ 초과하는 고온에서는, 페라이트 변태가 완료되지 않고, 냉각 정지 후의 방랭 중에 조대한 펄라이트 조직이 생성되어, 인성의 저하, 혹은 강도의 저하가 우려된다.

상기한 전봉 용접부의 열처리(심 어닐링)에 의해, 전봉 용접부의 조직을, 모재부와 동일한 조직, 즉, 체적률로 90％ 이상의 베이니틱 페라이트상을 주상으로 하고, 당해 주상과, 체적률로 10％ 이하(0％를 포함함)의 제2 상으로 이루어지고, 상기 베이니틱 페라이트상의 평균 입경이 10㎛ 이하인 조직으로 할 수 있다.

이어서, 축경 압연을 실시하여, 진원도의 향상을 도모한다.

축경 압연은, 한 쌍의 롤을 2기, 혹은, 3기 이상의 롤로 구성된 사이저(8)로, 냉간에서 행하는 것이 바람직하다. 축경 압연의 축경률은, 0.2∼3.3％의 범위로 하는 것이 바람직하다. 축경률이 0.2％ 미만에서는, 소망하는 진원도(0.6％ 이하)를 확보할 수 없을 우려가 있다. 한편, 3.3％를 초과하여 많아지면, 원주 방향으로의 압축이 지나치게 커지고, 원주 방향의 두께 변동이 커져, 원주 용접의 효율이 저하될 우려가 있다. 이 때문에, 축경 압연의 축경률은 0.2∼3.3％의 범위가 바람직하다. 또한, 축경률은, 다음 식

축경률(％)＝{(축경 압연 전의 관 외주 길이 ㎜)－(축경 압연 후의 관 외주 길이 ㎜)}/(축경 압연 전의 관 외주 길이 ㎜)×100

을 이용하여 산출하는 것으로 한다. 상기한 축경 압연을 실시함으로써, 강관 단부의 진원도가, 0.6％ 이하인 고강도 후육 전봉 강관으로 할 수 있다.

이하, 실시예에 기초하여, 더욱 본 발명에 대해서 구체적으로 설명한다.

실시예

표 1에 나타내는 조성(잔부는 Fe 및 불가피적 불순물)의 용강을 전로에서 용제하고, 연속 주조법으로 슬래브(주편: 두께 250㎜)로 하여, 강 소재로 했다.

얻어진 강 소재를, 표 2에 나타내는 조건(가열 온도(℃)×가열 시간(min))으로 재가열한 후, 조압연과 마무리 압연으로 이루어지는 열간 압연을 실시하여, 열연 강판으로 했다. 또한, 열간 압연은, 표 2에 나타내는, 미재결정 온도역에서의 압하율(％), 마무리 압연 종료 온도(℃)의 조건의 압연으로 행했다. 마무리 압연 종료 후, 즉시 냉각을 개시하고, 판 두께 중심 온도에서, 표 2에 나타내는 조건(750∼650℃의 온도역에서의 평균 냉각 속도, 냉각 정지 온도)으로 냉각하는 가속 냉각을 실시하고, 표 2에 나타내는 권취 온도로 코일 형상으로 권취하여, 강관 소재로 했다.

얻어진 열연 강판을 강관 소재로서, 복수의 롤로 이루어지는 케이지 롤군과, 복수의 롤로 이루어지는 핀 패스 성형 롤군으로 이루어지는 롤 성형기를 이용하여, 냉간에서 연속적으로 롤 성형하여, 대략 원형 단면의 오픈관으로 했다. 그 후, 당해 오픈관의 상대하는 단부끼리를 맞대어, 스퀴즈 롤로 압접하면서, 당해 맞댄 부위를 전봉 용접하여, 표 3에 나타내는 크기의 전봉 강관으로 했다. 또한, 일부의 전봉 강관에서는, 케이지 롤군에 있어서의 하류측에 설치한 이너 롤로, 반성형품의 내벽측으로부터, 적어도 폭 방향으로 2점에서 압압했다.

이어서, 얻어진 전봉 강관의 전봉 용접부에, 표 3에 나타내는 조건으로 인라인 열처리를 실시했다. 또한, 인라인 열처리는, 스퀴즈 롤의 출측에 설치된, 유도 가열 장치와 수냉 장치를 구비한 인라인 열처리 장치를 이용하여, 행했다. 또한, 평균 냉각 속도 및 냉각 정지 온도는 판 두께 중앙부의 온도이다. 또한, 평균 냉각 속도는 800∼550℃의 온도역에서의 평균 냉각 속도이다.

인라인 열처리가 실시된 전봉 강관에는, 추가로, 축경 압연기(사이저 롤)로, 냉간에서, 표 3에 나타내는 축경률로 축경 압연을 실시하여, 표 3에 나타내는 치수의 전봉 강관을 얻었다. 또한, 축경 압연기는, 표 3에 나타내는 바와 같이, 2∼4기의 롤을 갖는 것을 사용했다. 또한, 일부의 전봉 강관에서는, 축경 압연을 실시하지 않았다. 관 단부의 진원도는, 상기 (1)식으로 구했다. 또한, 표 3에 나타내는 외경은, 공칭 외경이다.

얻어진 전봉 강관으로부터, 시험편을 채취하여, 조직 관찰, 인장 시험, 충격 시험, 용접 후 열처리 시험을 실시했다. 시험 방법은 다음과 같다.

(1) 조직 관찰

얻어진 전봉 강관의 모재부(전봉 용접부로부터 원주 방향으로 90°의 위치) 및 전봉 용접부로부터, 조직 관찰용 시험편을 채취했다. 모재부에 대해서는 관축 방향 단면(L단면)의 두께 중앙 위치가, 전봉 용접부에 대해서는, 관 둘레 방향 단면(C단면)이 관찰면이 되도록 연마하고, 부식(부식액: 나이탈)했다. 주사형 전자 현미경 SEM(Scanning Electron Microscope)(배율: 1000배)을 이용하여 조직을 관찰하고, 적어도 2시야에서 촬상했다. 얻어진 조직 사진을 이용하여, 화상 해석하고, 조직의 동정(identification)과, 각 상의 분율을 구했다. 또한, 동정한 면적 분율의 값은, 체적 분율의 값으로서 취급했다.

SEM/EBSD(Electron Back Scattering Diffraction)법으로, 방위차가 15° 이상인 결정립계를 구하고, 얻어진 입자의 원 상당 지름의 산술 평균을, 주상의 평균 입경으로 했다. 또한, 결정 입경의 산출에는 아메테크 가부시키가이샤 제조 소프트웨어 Orientation Imaging Microscopy Data Analysis를 이용했다.

또한, 얻어진 전봉 강관의 모재부(전봉 용접부로부터 원주 방향으로 90°의 위치)로부터, 전해 추출용 시험편을 채취하고, 전해액(10vol.％아세틸아세톤-1질량％염화테트라메틸암모늄-메탄올 용액) 중에서, 전류 밀도: 20㎃/㎠로 전해했다. 얻어진 전해 잔사를, 액에 녹여, 알루미늄 필터(공경: 0.02㎛)로 포집하고, 알루미늄 필터를 통과한 액에 대해서, ICP 발광 분광법으로 Nb량을 분석하여, 입경 20㎚ 미만의 석출 Nb량으로 하고, 전체 Nb량에 대한 비율(％)을 산출했다.

(2) 인장 시험

얻어진 전봉 강관의 모재부(전봉 용접부로부터 원주 방향으로 180°의 위치) 및 전봉 용접부로부터, 인장 방향이 관축 방향과 직교하는 방향(C 방향)이 되도록, ASTM A 370의 규정에 준거하여, 판 형상 인장 시험편을 채취하고, 인장 특성(항복 강도 YS, 인장 강도 TS)을 구했다.

(3) 충격 시험

얻어진 전봉 강관의 모재부(전봉 용접부로부터 원주 방향으로 90°의 위치) 및 전봉 용접부로부터, ASTM A 370의 규정에 준거하여, 시험편 길이 방향이 원주 방향(C 방향)이 되도록, V노치 시험편을 채취하고, 시험 온도: －40℃에서 샤르피 충격 시험을 각 3개 실시하여, 흡수 에너지 vE_－40(J)을 구하고, 3개의 평균값을 당해 강관의 vE_－40으로 했다.

(4) 용접 후 열처리 시험

얻어진 전봉 강관의 모재부로부터 시험재를 채취하고, 채취한 시험재를, 표 5에 나타내는 용접 후 열처리를 상정한 가열 온도로 유지한 열처리로(爐)에 장입하고, 시험재의 온도가 (가열 온도 －10℃)에 도달한 시점으로부터, 표 5에 나타내는 소정의 유지 시간이 경과한 후, 열처리로로부터 취출하여, 방랭했다. 열처리 완료된 시험재로부터, 인장 방향이 관축 방향과 직교하는 방향(C 방향)이 되도록, ASTM A 370의 규정에 준거하여, 판 형상 인장 시험편을 채취하고, 인장 특성(항복 강도 YS, 인장 강도 TS)을 구했다.

얻어진 결과를, 표 4, 표 5에 나타낸다.

본 발명예는 모두, 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용으로서 적합한, API X80 그레이드인, 항복 강도 YS: 555㎫ 이상, 인장 강도 TS: 625㎫ 이상의 고강도와, 우수한 저온 인성을 갖고, 또한 용접 후 열처리 후에도 강도의 저하가 적고, 우수한 내용접후열처리성도 보유한 전봉 강관으로 되어 있다. 한편, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예는, 강도가 부족하거나, 저온 인성이 저하되어 있거나, 내용접후열처리성이 저하되어 있다.

1 : 열연 강판(열연 강대)
2 : 롤 성형기
3 : 용접기
4 : 스퀴즈 롤
5 : 전봉 강관
6 : 비드 절삭기
7 : 레벨러
8 : 사이저
9 : 유도 가열 장치
10 : 냉각 장치
11 : 온도계

Claims

질량％로,
C: 0.01∼0.12％, Si: 0.05∼0.50％,
Mn: 1.0∼2.2％, P: 0.03％ 이하,
S: 0.005％ 이하, Al: 0.001∼0.10％,
N: 0.006％ 이하, Nb: 0.010∼0.100％,
Ti: 0.001∼0.050％
를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성과,
체적률로 90％ 이상의 베이니틱 페라이트상을 주상(main phase)으로 하고, 당해 주상과, 체적률로 10％ 이하(0％를 포함함)의 제2 상으로 이루어지고, 상기 베이니틱 페라이트상의 평균 입경이 10㎛ 이하이고, 또한 모재부에 있어서 입경: 20㎚ 미만의 미세한 Nb 석출물이, Nb 환산으로, 전체 Nb량에 대한 비율(％)로, 75％를 초과하여 분산되어 이루어지는 조직
을 갖고, 또한,
하기 (1)식으로 정의되는 강관 단부의 진원도가, 0.6％ 이하인 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관.
기
진원도(％)＝{(강관의 최대 외경 ㎜φ)－(강관의 최소 외경 ㎜φ)}/(공칭 외경 ㎜φ)×100 … (1)
제1항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, 하기의 (A)군 및 (B)군 중 적어도 하나를 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관.
(A)군: V: 0.1％ 이하, Mo: 0.5％ 이하, Cr: 0.5％ 이하, Cu: 0.5％ 이하, Ni: 1.0％ 이하, B: 0.0030％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상
(B)군: Ca: 0.0005∼0.0050％, REM: 0.0005∼0.0050％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종
열연 강판을, 롤 성형기에 의해 연속적으로 롤 성형하여, 대략 원형 단면의 오픈관으로 한 후, 당해 오픈관의 단부끼리를 맞대고, 당해 맞댄 부위를, 스퀴즈 롤로 압접하면서, 전봉 용접하여 전봉 강관으로 하고, 이어서 당해 전봉 강관의 전봉 용접부에 인라인 열처리를 실시한 후, 축경 압연하는, 제1항에 기재된 전봉 강관의 제조 방법으로서,
상기 조성의 강 소재에,
가열 온도: 1150∼1250℃의 온도역에서 60min 이상 균열(soaking)하는 가열을 실시한 후, 930℃ 이하의 미재결정 온도역에서의 압하율: 20% 이상 및 마무리 압연 종료 온도: 750℃ 이상으로 하는 열간 압연을 실시하고, 당해 열간 압연 종료 후, 판 두께 중앙부 온도에서 750℃∼650℃의 온도역에서의 평균 냉각 속도가 16∼45℃/s가 되도록 가속 냉각을 실시하고, 권취 온도: 580℃ 초과 700℃ 이하로 권취하는 공정을 실시하여 제조된, 판 두께 18.9∼25.2mm의 열연 강판으로 하는 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관의 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 롤 성형기가, 복수의 롤로 이루어지는 케이지 롤군과, 추가로 복수의 롤로 이루어지는 핀 패스 성형 롤군으로 이루어지는 롤 성형기인 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관의 제조 방법.
제4항에 있어서,
상기 케이지 롤군에 있어서의 하류측에 이너 롤을 설치하고, 성형 도중의 상기 열연 강판의 내벽측으로부터 2점 이상의 위치를 압압하는 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관의 제조 방법.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전봉 용접부의 인라인 열처리가, 당해 전봉 용접부를 가열 온도: 830∼1150℃로 가열한 후, 판 두께 중앙 온도에서 800∼550℃의 온도역에서의 평균 냉각 속도가 10∼70℃/s인 냉각을 행하고, 판 두께 중앙 온도에서 냉각 정지 온도: 550℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각하는 처리인 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관의 제조 방법.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 축경 압연이, 축경률: 0.2∼3.3％로 하는 압연인 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관의 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 축경 압연이, 축경률: 0.2∼3.3％로 하는 압연인 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관의 제조 방법.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, 하기의 (A)군 및 (B)군 중 적어도 하나를 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관의 제조 방법.
(A)군: V: 0.1％ 이하, Mo: 0.5％ 이하, Cr: 0.5％ 이하, Cu: 0.5％ 이하, Ni: 1.0％ 이하, B: 0.0030％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상
(B)군: Ca: 0.0005∼0.0050％, REM: 0.0005∼0.0050％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종
제6항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, 하기의 (A)군 및 (B)군 중 적어도 하나를 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관의 제조 방법.
(A)군: V: 0.1％ 이하, Mo: 0.5％ 이하, Cr: 0.5％ 이하, Cu: 0.5％ 이하, Ni: 1.0％ 이하, B: 0.0030％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상
(B)군: Ca: 0.0005∼0.0050％, REM: 0.0005∼0.0050％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종
제7항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, 하기의 (A)군 및 (B)군 중 적어도 하나를 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관의 제조 방법.
(A)군: V: 0.1％ 이하, Mo: 0.5％ 이하, Cr: 0.5％ 이하, Cu: 0.5％ 이하, Ni: 1.0％ 이하, B: 0.0030％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상
(B)군: Ca: 0.0005∼0.0050％, REM: 0.0005∼0.0050％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종
제8항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％로, 하기의 (A)군 및 (B)군 중 적어도 하나를 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관의 제조 방법.
(A)군: V: 0.1％ 이하, Mo: 0.5％ 이하, Cr: 0.5％ 이하, Cu: 0.5％ 이하, Ni: 1.0％ 이하, B: 0.0030％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상
(B)군: Ca: 0.0005∼0.0050％, REM: 0.0005∼0.0050％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종
제1항 또는 제2항에 기재된 심정에 사용되는 컨덕터 케이싱용 고강도 후육 전봉 강관의 양 관단(管端)에 나사 부재를 부착하여 이루어지는 심정에 사용되는 고강도 후육 컨덕터 케이싱.