KR102010201B1 - 아즈롤형 k55 전봉 유정관 및 열연 강판 - Google Patents

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다카시 츠스에
슈지 이와모토
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도시유키 오가타
오사무 요시다
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Abstract

질량％로, C:0.30 내지 0.50％, Si:0.05 내지 0.40％, Mn:0.50 내지 1.20％, P:0 내지 0.030％, S:0 내지 0.020％, Al:0.002 내지 0.080％, N:0 내지 0.0080％, Cu:0 내지 0.30％, Ni:0 내지 0.30％, Cr:0 내지 0.30％, Mo:0 내지 0.10％, V:0 내지 0.10％, Nb:0 내지 0.050％, Ti:0 내지 0.030％, Ca:0 내지 0.0100％, 그리고 잔부:Fe 및 불순물로 이루어지고, 모재 90° 위치의 L단면에 있어서의 관 두께 1/4 위치의 금속 조직은 구γ 입자가 편평하게 되어 있는 페라이트-펄라이트 조직이고, 입계 페라이트와 입자 내 페라이트를 포함하고, 입계 페라이트 및 입자 내 페라이트의 합계 면적률이 10 내지 30％인 아즈롤형 K55 전봉 유정관.

Description

아즈롤형 K55 전봉 유정관 및 열연 강판
본 개시는 아즈롤형 K55 전봉 유정관 및 열연 강판에 관한 것이다.
전봉 유정관용의 강관 중, API 5CT K55(이하, 간단히 「K55」라고 칭하는 경우가 있음)는 TS(인장 강도)>655N/㎟, 또한 YS(항복 강도):379 내지 552N/㎟를 만족시키는 강관이고, API 5CT J55(이하, 간단히 「J55」라고 칭하는 경우가 있음)는 TS>517N/㎟, 또한 YS:K55의 YS와 동등 레벨을 만족시키는 강관이다. K55는 J55와 비교하여 TS의 하한이 높기 때문에, J55와 비교하여 항복비(YR)가 낮다는(예를 들어, YR이 80％를 하회하는) 특징을 갖는다.
하기 특허문헌 1 내지 6에는 K55 또는 K55에 사용하는 강판에 관한 기재가 있다.
일본 특허 공개 평07-102321호 공보 국제 공개 제2012/144248호 일본 특허 공개 소61-048518호 공보 일본 특허 공개 제2011-089152호 공보 일본 특허 공개 제2012-132060호 공보 국제 공개 제2013/153676호
상술한 K55로서, 열간 압연 상태의 심리스 강관은 C:0.4 내지 0.5질량％를 함유하고 또한 페라이트-펄라이트 조직을 갖는 강을 사용하여, 비교적 용이하게 제조할 수 있다.
그러나, K55로서, 상기 심리스 강관보다도 저렴하게 제조할 수 있는 아즈롤형 전봉 강관(As rolled type electric resistance welded steel pipe)은 이하의 이유에 의해, 종래는 제조하는 것이 곤란했다.
본 명세서에 있어서, 아즈롤형 전봉 강관이란, 열간 압연 상태의 열연 강판을 관상으로 냉간 성형하여 제조되는 전봉 강관이며, 냉간 성형(조관) 후, 심 열처리 이외의 열처리가 실시되어 있지 않은 전봉 강관을 가리킨다.
아즈롤형 전봉 강관의 제조 프로세스는 소재로서의 열연 강판을 관상으로 냉간 성형하는 단계를 포함한다. 이 냉간 성형에 의해, 강재의 항복 강도(YS)가 대폭으로 상승한다. 이로 인해, 비교적 YS가 낮은 K55인 아즈롤형 전봉 강관을 제조하기 위해서는, 냉간 성형 시의 YS의 상승분을 고려하여, 소재(열연 강판)로서, 목적물(아즈롤형 전봉 강관)보다도 더욱 YS가 낮은 열연 강판을 준비할 필요가 있다.
그러나, 종래는, 이하의 이유에 의해, YS가 낮은 열연 강판을 준비하는 것이 곤란했다.
즉, 열연 강판(핫코일)의 제조 프로세스는 열간 압연, 열간 압연 직후의 런아웃 테이블(ROT; Run Out Table) 상에서의 냉각 및 권취의 각 단계를 포함한다. 이 열연 강판의 제조 프로세스에서는 열연 강판의 생산성(즉, 제조 비용 저감)의 관점에서, ROT 상에서의 냉각 속도를 빠르게 할 필요가 있다. 상기 열연 강판의 제조 프로세스에서는 열간 압연 직후의 냉각 속도가 빠르기 때문에, 열연 강판의 조직 중에, YS를 낮추는 기능을 갖는 페라이트를 충분히 생성시키는 것이 곤란했다.
이상의 이유에 의해, 종래는 YS가 낮은 열연 강판을 준비하는 것이 곤란했다.
한편, 근년에는 유정 또는 가스정의 굴삭 비용의 삭감의 관점에서, K55용 강판을 사용하여 제조할 수 있고, 또한 냉간 성형(조관)된 상태에서(즉, 조관 후, 심 열처리 이외의 열처리가 실시되어 있지 않은 상태에서) 사용할 수 있는 전봉 유정관을 제조하는 것이 요구되고 있다. 바꿔 말하면, K55이고, 또한 아즈롤형 전봉 강관인 유정관[이하, 「아즈롤형 K55 전봉 유정관(As rolled type K55 electric resistance welded oil well pipe)」라고 칭함]이 요구되고 있다.
또한, 아즈롤형 K55 전봉 유정관을 제조할 수 있던 경우에 있어서도, 제조된 아즈롤형 K55 전봉 유정관에 대하여, 모재 인성(예를 들어, 샤르피 충격 에너지)이 요구된다.
본 개시의 일 형태의 과제는 모재 인성이 우수한 아즈롤형 K55 전봉 유정관 및 상기 아즈롤형 K55 전봉 유정관의 제조에 적합한 열연 강판을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단에는 이하의 형태가 포함된다.
<1> 화학 조성이, 질량％로,
C:0.30 내지 0.50％,
Si:0.05 내지 0.40％,
Mn:0.50 내지 1.20％,
P:0 내지 0.030％,
S:0 내지 0.020％,
Al:0.002 내지 0.080％,
N:0 내지 0.0080％,
Cu:0 내지 0.30％,
Ni:0 내지 0.30％,
Cr:0 내지 0.30％,
Mo:0 내지 0.10％,
V:0 내지 0.10％,
Nb:0 내지 0.050％,
Ti:0 내지 0.030％,
Ca:0 내지 0.0100％, 그리고
잔부:Fe 및 불순물로 이루어지고,
하기 식 (1)로 정의되는 Mn당량이 0.50 이상 1.20 이하이고,
전봉 용접부로부터 둘레 방향으로 90° 어긋난 위치의 L단면에 있어서의, 외주면으로부터의 거리가 관 두께의 1/4인 위치의 금속 조직은 구오스테나이트 입자가 편평하게 되어 있는 페라이트-펄라이트 조직이고, 상기 구오스테나이트 입자의 입계에 존재하는 페라이트인 입계 페라이트와, 상기 구오스테나이트 입자의 입자 내에 존재하는 페라이트인 입자 내 페라이트를 포함하고, 상기 금속 조직의 전체 면적에 대한 상기 입계 페라이트 및 상기 입자 내 페라이트의 합계 면적률이 10 내지 30％인 아즈롤형 K55 전봉 유정관.
Mn당량＝([Mn]/6＋[Cu]/15＋[Ni]/15＋[Cr]/5＋[Mo]/5＋[V]/5)×6…(1)
식 (1) 중, [Mn], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo] 및 [V]은 각각, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo 및 V의 질량％를 나타낸다.
<2> 상기 구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 3.0 이상인 <1>에 기재된 아즈롤형 K55 전봉 유정관.
<3> L방향의 인장 강도가 655N/㎟ 이상이고, L방향의 항복 강도가 379 내지 530N/㎟인 <1> 또는 <2>에 기재된 아즈롤형 K55 전봉 유정관.
<4> 상기 화학 조성이, 질량％로,
Cu:0 초과 0.30％ 이하,
Ni:0 초과 0.30％ 이하,
Cr:0 초과 0.30％ 이하,
Mo:0 초과 0.10％ 이하,
V:0 초과 0.10％ 이하,
Nb:0 초과 0.050％ 이하,
Ti:0 초과 0.030％ 이하 및
Ca:0 초과 0.0100％ 이하의 1종 또는 2종 이상을 포함하고,
상기 화학 조성에 있어서, 상기 Mn당량이 0.70 이상 1.20 이하인 <1> 내지 <3> 중 어느 한 항에 기재된 아즈롤형 K55 전봉 유정관.
<5> <1> 내지 <4> 중 어느 한 항에 기재된 아즈롤형 K55 전봉 유정관의 제조에 사용되는 열연 강판이며,
화학 조성이, 질량％로,
C:0.30 내지 0.50％,
Si:0.05 내지 0.40％,
Mn:0.50 내지 1.20％,
P:0 내지 0.030％,
S:0 내지 0.020％,
Al:0.002 내지 0.080％,
N:0 내지 0.0080％,
Cu:0 내지 0.30％,
Ni:0 내지 0.30％,
Cr:0 내지 0.30％,
Mo:0 내지 0.10％,
V:0 내지 0.10％,
Nb:0 내지 0.050％,
Ti:0 내지 0.030％,
Ca:0 내지 0.0100％, 그리고
잔부:Fe 및 불순물로 이루어지고,
상기 Mn당량이 0.50 이상 1.20 이하이고,
L단면에 있어서의, 판 표면으로부터의 거리가 판 두께의 1/4인 위치의 금속 조직은 구오스테나이트 입자가 편평하게 되어 있는 페라이트-펄라이트 조직이고, 상기 구오스테나이트 입자의 입계에 존재하는 페라이트인 입계 페라이트와, 상기 구오스테나이트 입자의 입자 내에 존재하는 페라이트인 입자 내 페라이트를 포함하고, 상기 금속 조직의 전체 면적에 대한 상기 입계 페라이트 및 상기 입자 내 페라이트의 합계 면적률이 10 내지 30％이고,
L방향의 인장 강도가 640N/㎟ 이상이고, L방향의 항복 강도가 294 내지 467N/㎟인 열연 강판.
본 개시의 일 형태에 의하면, 모재 인성이 우수한 아즈롤형 K55 전봉 유정관 및 상기 아즈롤형 K55 전봉 유정관의 제조에 적합한 열연 강판이 제공된다.
도 1은 본 개시의 전봉 유정관의 일례에 관한 전봉 유정관의 모재 90° 위치의 L단면에 있어서의 관 두께 1/4 위치의 금속 조직을 나타내는 금속 조직 사진(광학 현미경 사진, 촬영 배율 500배)이다.
도 2는 도 1 중의 일부분에 대한 구오스테나이트 입자의 입계(즉, 입계 페라이트)를 도시한 모식도이다.
도 3a는 고C양의 강을 통상의 열간 압연 온도에서 열간 압연하고, ROT 상에서 냉각하는 경우의 CCT 곡선의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 3b는 고C양의 강을 통상의 열간 압연 온도보다 낮은 온도에서 열간 압연하고, ROT 상에서 냉각하는 경우의 CCT 곡선의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.
본 명세서에 있어서, 「내지」를 사용하여 표현되는 수치 범위는, 「내지」의 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 범위를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 성분(원소)의 함유량을 나타내는 「％」는 「질량％」를 의미한다.
본 명세서에 있어서, C(탄소)의 함유량을, 「C양」이라고 표기하는 경우가 있다. 다른 원소의 함유량에 대해서도 마찬가지로 표기하는 경우가 있다.
본 명세서에 있어서, 「유정관」의 개념에는 유정에 사용되는 강관과, 가스정에 사용되는 강관의 양쪽이 포함된다.
본 명세서에 있어서, 「공정」라는 용어는 독립된 공정뿐만 아니라, 다른 공정과 명확하게 구별할 수 없는 경우라도 그 공정의 소기의 목적이 달성되면, 본 용어에 포함된다.
〔아즈롤형 K55 전봉 유정관〕
본 개시의 아즈롤형 K55 전봉 유정관(이하, 「본 개시의 전봉 유정관」이라고도 함)은,
화학 조성이, 질량％로,
C:0.30 내지 0.50％,
Si:0.05 내지 0.40％,
Mn:0.50 내지 1.20％,
P:0 내지 0.030％,
S:0 내지 0.020％,
Al:0.002 내지 0.080％,
N:0 내지 0.0080％,
Cu:0 내지 0.30％,
Ni:0 내지 0.30％,
Cr:0 내지 0.30％,
Mo:0 내지 0.10％,
V:0 내지 0.10％,
Nb:0 내지 0.050％,
Ti:0 내지 0.030％,
Ca:0 내지 0.0100％, 그리고
잔부:Fe 및 불순물로 이루어지고,
하기 식 (1)로 정의되는 Mn당량이 0.50 이상 1.20 이하이고,
전봉 용접부로부터 둘레 방향으로 90° 어긋난 위치의 L단면에 있어서의, 외주면으로부터의 거리가 관 두께의 1/4인 위치의 금속 조직은 구오스테나이트 입자가 편평하게 되어 있는 페라이트-펄라이트 조직이고, 구오스테나이트 입자의 입계에 존재하는 페라이트인 입계 페라이트와, 구오스테나이트 입자의 입자 내에 존재하는 페라이트인 입자 내 페라이트를 포함하고, 금속 조직의 전체 면적에 대한 입계 페라이트 및 입자 내 페라이트의 합계 면적률이 10 내지 30％이다.
Mn당량＝([Mn]/6＋[Cu]/15＋[Ni]/15＋[Cr]/5＋[Mo]/5＋[V]/5)×6…(1)
식 (1) 중, [Mn], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo] 및 [V]은 각각, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo 및 V의 질량％를 나타낸다.
본 명세서에 있어서, 아즈롤형 K55 전봉 유정관이란, 전술한 바와 같이, K55이고, 또한 아즈롤형 전봉 강관인 유정관, 즉, TS(인장 강도)>655N/㎟, 또한 YS(항복 강도):379 내지 552N/㎟를 만족시키는 아즈롤형 전봉 강관인 유정관을 의미한다.
본 명세서에 있어서, TS(인장 강도)는 L방향의 TS를 의미하고, YS(항복 강도)는 L방향의 0.5％ 언더 로드 내력(0.5％ under load proof stress)을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 강관(예를 들어, 전봉 유정관)의 L단면이란, 강관을 관 길이 방향 및 관 두께 방향의 각각에 평행한 평면으로 절단한 단면을 의미하고, 강판(예를 들어, 열연 강판)의 L단면이란, 강판을 판 길이 방향 및 판 두께 방향의 각각에 평행한 평면으로 절단한 단면을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 강관(예를 들어, 전봉 유정관)의 L방향이란, 강관의 관 길이 방향을 의미하고, 강판(예를 들어, 열연 강판)의 L방향이란, 강판의 판 길이 방향을 의미한다.
본 개시의 전봉 유정관에서는 상기 화학 조성과 상기 금속 조직의 조합에 의해, K55의 TS 및 YS(즉, TS>655N/㎟ 및 YS:379 내지 552N/㎟)가 달성되고, 또한 우수한 모재 인성이 확보된다.
본 명세서에 있어서, 모재 인성은 샤르피 흡수 에너지에 의해 평가된다. 샤르피 흡수 에너지가 클수록 모재 인성이 높다.
이하, 먼저, 본 개시의 전봉 유정관의 화학 조성(이하, 「본 개시에 있어서의 화학 조성」이라고도 함) 및 그의 바람직한 형태에 대하여 설명한다.
C:0.30 내지 0.50％
C는 필요한 인장 강도를 확보하는 데 필요한 원소이다. 또한, C:0.30 내지 0.50％인 것은, 소요의 페라이트-펄라이트 조직(상세하게는, 상기 합계 면적률을 만족시키는 페라이트-펄라이트 조직)을 얻기 위해 필요한 조건이다.
C양이 0.30％ 미만에서는 소요의 인장 강도가 얻어지지 않으므로, C양은 0.30％ 이상으로 한다. C양은 바람직하게는 0.34％ 이상이다.
한편, C양이 0.50％를 초과하면, 항복 강도가 지나치게 상승하고, 모재 인성이 저하되고, 또한 용접 열 영향부의 인성이 저하되므로, C양은 0.50％ 이하로 한다. C양은 바람직하게는 0.47％ 이하이다.
Si:0.05 내지 0.40％
Si는 탈산 원소인 것 외에, 고용 강화에 의해 강도의 향상에 기여하는 원소이다.
Si양이 0.05％ 미만에서는 상기 효과가 충분히 얻어지지 않으므로, Si양은 0.05％ 이상으로 한다. Si양은 바람직하게는 0.10％ 이상, 보다 바람직하게는 0.15％ 이상이다.
한편, Si양이 0.40％를 초과하면, 전봉 용접 시에 Si 함유 산화물이 생성되고, 전봉 용접부의 품질이 저하됨과 함께, 용접 열 영향부의 인성이 저하되므로, Si양은 0.40％ 이하로 한다. Si양은 바람직하게는 0.35％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.30％ 이하이다.
또한, 본 명세서에 있어서, 단순한 「강도」라는 용어는 인장 강도(TS) 및 항복 강도(YS)의 적어도 한쪽을 의미한다.
Mn:0.50 내지 1.20％
Mn은 ?칭성을 높이고, 소요의 페라이트-펄라이트 조직(후술함)의 형성과 강도의 향상에 기여하고, 또한 MnS을 형성하여 S을 고정하고, 주조 시의 주조편 균열을 억제하는 원소이다. Mn양이 0.50％ 미만에서는 상기 효과가 충분히 얻어지지 않으므로, Mn양은 0.50％ 이상으로 한다. Mn양은 바람직하게는 0.70％ 이상이다.
한편, Mn양이 1.20％를 초과하면, 편석이 발생하고, 모재 인성이 저하되므로, Mn양은 1.20％ 이하로 한다. Mn양은 바람직하게는 1.10％ 이하이다.
모재 인성을 더 향상시키는 관점에서, Mn양은 1.00％ 이하인 것이 더욱 바람직하고, 1.00％ 미만인 것이 특히 바람직하다.
P:0 내지 0.030％
P은 불순물 원소이고, 입계에 편석하여 모재 인성을 저하시킬 수 있는 원소이다.
P양이 0.030％를 초과하면, 모재 인성의 저하가 현저하므로, P양은 0.030％ 이하로 한다. P양은 바람직하게는 0.016％ 이하이다.
P양은 0％여도 된다. 제조 비용의 관점에서, P양은 0.001％ 이상이 바람직하다.
S:0 내지 0.020％
S은 불순물 원소이고, 모재 인성을 저해함과 함께, MnS을 형성하여 모재 인성 및 심부 인성을 저하시키는 원소이다. S양이 0.020％를 초과하면, 모재 인성의 저하가 현저하므로, S양은 0.020％ 이하로 한다. S양은 바람직하게는 0.010％ 이하이다.
S양은 0％여도 된다. 제조 비용의 관점에서, S양은 0.0005％ 이상이 바람직하다.
Al:0.002 내지 0.080％
Al은 탈산제로서 기능하는 원소이다. Al양이 0.002％ 미만에서는 상기 효과가 충분히 얻어지지 않으므로, Al양은 0.002％ 이상으로 한다. Al양은 바람직하게는 0.007％ 이상이다.
한편, Al양이 0.080％를 초과하면, 산화물이 다량으로 생성되고, 강의 청정성을 저해하므로, Al양은 0.080％ 이하로 한다. Al양은 바람직하게는 0.050％ 이하이다.
N:0 내지 0.0080％
N는 불순물 원소이고, 시효에 의해, 열연 강판을 관상으로 성형할 때의 성형성을 저해하는 원소이다. N양이 0.0080％를 초과하면, 상기 성형성의 저하가 현저하므로, N양은 0.0080％ 이하로 한다. N양은 바람직하게는 0.0060％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0040％ 이하이다.
N양은 0％여도 된다. 제조 비용의 관점에서, N양은 0.0005％ 이상이 바람직하다.
Cu:0 내지 0.30％
Cu는 임의의 원소이다. 이로 인해, Cu양은 0％여도 된다.
Cu는 고용 강화 또는 석출 강화에서 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 상기 효과를 더 효과적으로 얻는 관점에서, Cu양은 0％ 초과가 바람직하고, 0.05％ 이상이 보다 바람직하다.
한편, Cu양이 0.30％를 초과하면, 열간 가공성이 저하되므로, Cu양은 0.30％ 이하로 한다. Cu양은 바람직하게는 0.15％ 이하이다.
Ni:0 내지 0.30％
Ni은 임의의 원소이다. 이로 인해, Ni양은 0％여도 된다.
Ni은 모재 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 상기 효과를 더 효과적으로 얻는 관점에서, Ni양은 0％ 초과가 바람직하고, 0.05％ 이상이 보다 바람직하다.
한편, Ni양이 0.30％를 초과하면, 용접성이 저하됨과 함께, 재료 비용이 상승하므로, Ni양은 0.30％ 이하로 한다. Ni양은 바람직하게는 0.15％ 이하이다.
Cr:0 내지 0.30％
Cr은 임의의 원소이다. 이로 인해, Cr양은 0％여도 된다.
Cr은 ?칭성을 높여 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 상기 효과를 더 효과적으로 얻는 관점에서, Cr양은 0％ 초과가 바람직하고, 0.05％ 이상이 보다 바람직하다.
한편, Cr양이 0.30％를 초과하면, 전봉 용접 시에 용접 결함을 유발할 우려가 있으므로, Cr양은 0.30％ 이하로 한다. Cr양은 바람직하게는 0.15％ 이하이다.
Mo:0 내지 0.10％
Mo은 임의의 원소이다. 이로 인해, Mo양은 0％여도 된다.
Mo은 탄질화물을 형성하여 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 상기 효과를 더 효과적으로 얻는 관점에서, Mo양은 0％ 초과가 바람직하고, 0.01％ 이상이 보다 바람직하다.
한편, Mo양이 0.10％를 초과하면, 탄화물이 다량으로 생성되고 모재 인성이 저하되므로, Mo양은 0.10％ 이하로 한다. Mo양은 바람직하게는 0.05％ 이하이다.
V:0 내지 0.10％
V은 임의의 원소이다. 이로 인해, V양은 0％여도 된다.
V은 미세한 탄질화물을 형성하고, 용접성을 손상시키는 일 없이, 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 상기 효과를 더 효과적으로 얻는 관점에서, V양은 0％ 초과가 바람직하고, 0.01％ 이상이 보다 바람직하다.
한편, V양이 0.10％를 초과하면, 탄질화물이 다량으로 생성되고, 항복비가 상승할뿐만 아니라, 재료 비용도 상승하므로, V양은 0.10％ 이하로 한다. V양은 보다 바람직하게는 0.05％ 이하이다.
Nb:0 내지 0.050％
Nb는 임의의 원소이다. 이로 인해, Nb양은 0％여도 된다.
Nb는 결정립의 미세화에 기여하고, 인성의 향상에도 기여하는 원소이다. 상기 효과를 더 효과적으로 얻는 관점에서, Nb양은 0％ 초과가 바람직하고, 0.001％ 이상이 보다 바람직하다.
한편, Nb양이 0.050％를 초과하면, 미세화를 위해 항복비가 상승하므로, Nb양은 0.050％ 이하로 한다. Nb양은 바람직하게는 0.030％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.020％ 이하이다.
Ti:0 내지 0.030％
Ti은 임의의 원소이다. 이로 인해, Ti양은 0％여도 된다.
Ti은 결정립의 미세화에 기여하는 원소이다. 상기 효과를 더 효과적으로 얻는 관점에서, Ti양은 0％ 초과가 바람직하고, 0.001％ 이상이 보다 바람직하다.
한편, Ti양이 0.030％를 초과하면, 조대한 석출물이 발생하고, 모재 인성이 저하될 우려가 있으므로, Ti양은 0.030％ 이하로 한다. Ti양은 바람직하게는 0.020％ 이하이다.
Ca:0 내지 0.0100％
Ca은 임의의 원소이다. 이로 인해, Ca양은 0％여도 된다.
Ca은 조대한 황화물을 구상화하고, 모재 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 상기 효과를 더 효과적으로 얻는 관점에서, Ca양은 0％ 초과가 바람직하고, 0.0010％ 이상이 보다 바람직하다.
한편, Ca양이 0.0100％를 초과하면, 강의 청정도가 저하되고, 조대한 Ca 산화물이, 전봉 용접 충합면에서 연신하여 전봉 용접부 특성을 손상시킬 우려가 있으므로, Ca양은 0.0100％ 이하로 한다. Ca양은 보다 바람직하게는 0.0050％ 이하이다.
Mn당량:0.50 이상 1.20 이하
본 개시에 있어서의 화학 조성에 있어서, 하기 식 (1)로 정의되는 Mn당량은 0.50 이상 1.20 이하이다.
Mn당량＝([Mn]/6＋[Cu]/15＋[Ni]/15＋[Cr]/5＋[Mo]/5＋[V]/5)×6…(1)
식 (1) 중, [Mn], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo] 및 [V]은 각각, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo 및 V의 질량％를 나타낸다.
Mn당량은 강의 ?칭성을 나타내는 지표이다.
Mn당량이 0.50 미만이면, 소요의 페라이트-펄라이트 조직(후술함)이 얻어지지 않으므로, Mn당량은 0.50 이상으로 한다. Mn당량은 바람직하게는 0.70 이상이고, 보다 바람직하게는 0.90 이상이다.
한편, Mn당량이 1.20을 초과하면, ?칭성이 지나치게 향상되고, 강도가 과도하게 상승하므로, Mn당량은 1.20 이하로 한다. Mn당량은 바람직하게는 1.10 이하이다.
모재 인성을 더 향상시키는 관점에서, Mn당량은 1.00 이하인 것이 더욱 바람직하고, 1.00 미만인 것이 특히 바람직하다.
본 개시의 전봉 유정관의 화학 조성은 상술한 임의의 원소에 의한 효과를 얻는 관점에서, Cu:0 초과 0.30％ 이하, Ni:0 초과 0.30％ 이하, Cr:0 초과 0.30％ 이하, Mo:0 초과 0.10％ 이하, V:0 초과 0.10％ 이하, Nb:0 초과 0.050％ 이하, Ti:0 초과 0.030％ 이하 및 Ca:0 초과 0.0100％ 이하의 1종 또는 2종 이상을 포함해도 된다.
이 경우의 Mn당량은 0.70 이상 1.20 이하인 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서도, Mn당량의 상한 및 하한의 더욱 바람직한 형태는 상술한 바와 같다.
잔부:Fe 및 불순물
본 개시의 전봉 유정관의 화학 조성에 있어서, 상술한 각 원소를 제외한 잔부는 Fe 및 불순물이다.
여기서, 불순물이란, 원재료에 포함되는 성분, 또는 제조의 공정에서 혼입되는 성분이며, 의도적으로 강에 함유시킨 것이 아닌 성분을 가리킨다.
불순물로서는, 상술한 원소 이외의 모든 원소를 들 수 있다. 불순물로서의 원소는 1종뿐이어도 되고 2종 이상이어도 된다.
불순물로서, 예를 들어 O, B, Sb, Sn, W, Co, As, Mg, Pb, Bi, H, REM을 들 수 있다. 여기서, 「REM」은 희토류 원소, 즉 Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 가리킨다.
상술한 원소 중, O는 함유량 0.006％ 이하가 되도록 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 그 밖의 원소에 대하여, 통상, Sb, Sn, W, Co 및 As에 대해서는 함유량 0.1％ 이하의 혼입이, Mg, Pb 및 Bi에 대해서는 함유량 0.005％ 이하의 혼입이, B에 대해서는 함유량 0.0003％ 이하의 혼입이, H에 대해서는 함유량 0.0004％ 이하의 혼입이 각각 있을 수 있지만, 그 밖의 원소의 함유량에 대해서는, 통상의 범위라면, 특별히 제어할 필요는 없다.
이어서, 본 개시의 전봉 유정관의 금속 조직 및 그 바람직한 형태에 대하여 설명한다.
본 개시의 전봉 유정관에 있어서, 모재 90° 위치의 L단면에 있어서의 관 두께 1/4 위치의 금속 조직은 구γ 입자(즉, 구오스테나이트 입자)가 편평하게 되어 있는 페라이트-펄라이트 조직이고, 구γ 입자의 입계에 존재하는 페라이트인 입계 페라이트와, 구γ 입자의 입자 내에 존재하는 페라이트인 입자 내 페라이트를 포함하고, 금속 조직(즉, 상기 페라이트-펄라이트 조직)의 전체 면적에 대한 입계 페라이트 및 입자 내 페라이트의 합계 면적률(이하, 「합계 면적률 T」라고도 함)이 10 내지 30％이다.
본 개시의 전봉 유정관에서는, 전술한 본 개시에 있어서의 화학 조성을 갖고, 또한 상기 금속 조직을 가짐으로써, K55의 TS 및 YS가 달성되고, 또한 우수한 모재 인성이 확보된다.
여기서, 모재 90° 위치는 전봉 유정관에 있어서의 전봉 용접부로부터 둘레 방향으로 90° 어긋난 위치를 의미하고, 관 두께 1/4 위치는 외주면으로부터의 거리가 관 두께의 1/4인 위치를 의미한다.
합계 면적률 T(즉, 금속 조직의 전체 면적에 대한 입계 페라이트 및 입자 내 페라이트의 합계 면적률)가 10％ 미만이면, YS가 지나치게 높아지고(구체적으로는 YS가 552N/㎟를 초과), 또한 모재 인성이 열화되므로, 합계 면적률 T는 10％ 이상이다. 합계 면적률 T는 바람직하게는 15％ 이상이다.
한편, 합계 면적률 T가 30％ 초과이면, TS가 지나치게 낮아지므로(구체적으로는 TS가 655N/㎟ 미만이 되므로), 합계 면적률 T는 30％ 이하이다. 합계 면적률 T는 바람직하게는 25％ 이하이다.
또한, 본 명세서에 있어서, 금속 조직(즉, 페라이트-펄라이트 조직)이 입자 내 페라이트를 포함한다는 것은, 금속 조직 중에 입자 내 페라이트(즉, 구γ 입자의 입자 내에 존재하는 페라이트)가 실질적으로 존재하는 것을 의미한다.
상세하게는, 금속 조직에 있어서, 입자 내 페라이트 및 입계 페라이트의 합계 면적에 대한 입자 내 페라이트의 면적률(이하, 간단히 「입자 내 페라이트의 면적률」이라고도 함)이 10％ 이상이면, 금속 조직이 입자 내 페라이트를 포함한다(즉, 금속 조직 중에 입자 내 페라이트가 실질적으로 존재한다)고 판단할 수 있다.
또한, 입계 페라이트는 구γ 입자의 입계에 당연히 존재하는 페라이트이다. 즉, 페라이트-펄라이트 조직은 입계 페라이트를 당연히 포함한다.
금속 조직이 입자 내 페라이트를 포함하지 않은 경우에는, YS가 지나치게 높아지고(구체적으로는 YS가 552N/㎟를 초과), 또한 모재 인성이 열화되므로, 금속 조직은 입자 내 페라이트를 포함한다(즉, 입자 내 페라이트 및 입계 페라이트의 합계 면적에 대한 입자 내 페라이트의 면적률이 10％ 이상임). 입자 내 페라이트의 면적률은 바람직하게는 15％ 이상이다.
입자 내 페라이트의 면적률의 상한에는 특별히 제한은 없다. 제조 적성의 관점에서, 입자 내 페라이트의 면적률은 50％ 이하가 바람직하다.
금속 조직이 입자 내 페라이트를 포함한다는 것은, 전봉 유정관의 소재인 열연 강판을 제조한 열간 압연 공정에 있어서, 구γ 입자 내에서의 페라이트 변태가 진행되고, 페라이트가 미세하게 분산된 페라이트-펄라이트 조직이 형성된 것을 의미한다. 이러한 조직에 의해, K55의 기계 특성(특히, YS:552N/㎟ 이하)이 실현되고, 또한 모재 인성이 향상된다.
열간 압연 공정의 바람직한 형태에 대해서는 후술한다.
본 명세서에 있어서, 합계 면적률 T 및 입자 내 페라이트의 유무(즉, 입자 내 페라이트의 면적률)는 전봉 유정관의 모재 90° 위치의 L단면을 촬영한 금속 조직 사진을 화상 처리하고, 화상 처리된 금속 조직 사진에 기초하여 구한다.
후술하는 구γ 입자의 애스펙트비도 마찬가지이다.
또한, 전봉 유정관에 있어서의 상기 금속 조직이, 구γ 입자가 편평하게 되어 있는 페라이트-펄라이트 조직인 것은, 이 전봉 유정관의 소재인 열연 강판을 제조한 열간 압연 공정에 있어서, 오스테나이트 미재결정 온도 영역에서의 누적 압하율이 일반적인 조건과 비교하여 높았던 것(예를 들어, 830℃ 이하의 온도 영역에서의 누적 압하율이 35％ 이상이었던 것) 및 압연 종료 온도가 일반적인 조건과 비교하여 낮았던 것(예를 들어, 750℃ 이하였던 것)을 의미하고 있다.
전봉 유정관 중의 페라이트-펄라이트 조직에 있어서의 구γ 입자의 편평의 정도는 전봉 유정관의 소재인 열연 강판을 제조한 열간 압연 공정에 있어서의, 오스테나이트 미재결정 온도 영역에서의 누적 압하율에 대응한다. 상기 오스테나이트 미재결정 온도 영역에서의 누적 압하율이 높을수록 상기 구γ 입자의 편평의 정도가 커진다.
열간 압연 공정의 바람직한 형태에 대해서는 후술한다.
전봉 유정관에 있어서의 페라이트-펄라이트 조직에 있어서의 구γ 입자의 애스펙트비는 3.0 이상이 바람직하고, 3.5 이상이 보다 바람직하다.
구γ 입자의 애스펙트비는 구γ 입자의 편평의 정도에 대응한다. 구γ 입자의 애스펙트비가 높을수록, 구γ 입자의 편평의 정도가 높다.
구γ 입자의 애스펙트비의 상한에는 특별히 제한은 없다. 전봉 유정관의 소재인 열연 강판의 제조 적성의 관점에서, 구γ 입자의 애스펙트비는 20 이하가 바람직하다.
여기서, 구γ 입자의 애스펙트비는 이하와 같이 하여 구해지는, 구γ 입자 20개분의 장축 직경/단축 직경비의 산술 평균값을 의미한다.
즉, 전봉 유정관의 모재 90° 위치의 L단면을 촬영한 금속 조직 사진에 있어서, 20개의 구γ 입자의 각각에 대하여, 구γ 입자의 내접 타원의 단축 직경에 대한 구γ 입자의 내접 타원의 장축 직경의 비(장축 직경/단축 직경비)를 측정한다. 측정값의 산술 평균값(구γ 입자 20개분의 장축 직경/단축 직경비의 산술 평균값)을 구γ 입자의 애스펙트비로 한다.
도 1은 본 개시의 전봉 유정관의 일례에 관한 전봉 유정관의 모재 90° 위치의 L단면에 있어서의 관 두께 1/4 위치의 금속 조직을 나타내는 금속 조직 사진(광학 현미경 사진, 촬영 배율 500배)이다.
도 1에 도시하는 금속 조직에 있어서, 백색 부분이 페라이트이고, 흑색 부분이 펄라이트이다.
도 2는 도 1의 사진의 일부분에 대한 구오스테나이트 입자의 입계(즉, 입계 페라이트)를 선으로 나타낸 모식도이다. 도 2 중, a는 특정한 구오스테나이트 입자의 내접 타원의 장축 직경을 나타내고, b는 상기 특정한 구오스테나이트 입자의 내접 타원의 단축 직경을 나타내고 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 구오스테나이트 입자가 편평한 페라이트-펄라이트 조직이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 구오스테나이트 입자의 입자 내에, 페라이트(즉, 입자 내 페라이트)가 존재하는 것을 알 수 있다.
이어서, 본 개시의 전봉 유정관의 기계 특성 및 그 바람직한 형태에 대하여 설명한다.
본 개시의 전봉 유정관은 K55 강관이기 때문에, 본 개시의 전봉 유정관의 L방향의 TS는 655N/㎟ 이상이다.
전봉 유정관의 L방향의 TS의 상한에는 특별히 제한은 없다. YS가 552N/㎟ 이하인 것을 더 달성하기 쉬운 점에서, 전봉 유정관의 L방향의 TS는 750N/㎟ 이하인 것이 바람직하다.
본 개시의 전봉 유정관은 K55 강관이기 때문에, 본 개시의 전봉 유정관의 L방향의 YS는 379 내지 552N/㎟이다.
L방향의 YS는 379 내지 530N/㎟인 것이 바람직하다. L방향의 YS가 379 내지 530N/㎟이면, 모재 인성의 향상에 유리하다.
또한, 본 개시의 전봉 유정관은 전술한 바와 같이, 모재 인성이 우수하다.
본 개시의 전봉 유정관은 샤르피 충격 흡수 에너지가, 0℃에 있어서, 40J 이상인 것이 바람직하고, 42J 이상인 것이 바람직하다.
샤르피 충격 흡수 에너지(0℃)의 상한에는 특별히 제한은 없다. TS655N/㎟ 이상을 만족시키기 쉽게 하는 관점에서, 샤르피 충격 흡수 에너지(0℃)는 70J 이하여도 된다.
여기서, 샤르피 충격 흡수 에너지(0℃)는 이하와 같이 하여 구해진 값을 의미한다.
전봉 유정관의 관 두께가 10㎜ 이상인 경우에는, 전봉 유정관으로부터 V노치를 갖는 풀사이즈 시험편(샤르피 충격 시험용의 시험편)을 채취하고, 채취한 V노치를 갖는 풀사이즈 시험편에 대하여, 샤르피 흡수 에너지(J)를 측정한다. 이 측정을, 전봉 유정관 1개당 5회 행하고, 5회의 측정값의 평균값을, 그 전봉 유정관의 샤르피 흡수 에너지(J)로 한다.
전봉 유정관의 관 두께가 10㎜ 미만인 경우에는, 전봉 유정관으로부터 V노치를 갖는 서브 사이즈 시험편을 채취하고, 채취한 V노치를 갖는 서브 사이즈 시험편에 대하여 샤르피 흡수 에너지(J)를 측정하고, 얻어진 측정값을 관 두께 10㎜에서의 샤르피 흡수 에너지(J)로 환산한다. 이 측정 및 환산을, 전봉 유정관 1개당 5회 행하고, 5회의 환산값의 평균값을, 그 전봉 유정관의 샤르피 흡수 에너지(J)로 한다.
본 개시의 전봉 유정관의 외경으로서는, 139.7 내지 660.4㎜가 바람직하고, 193.7 내지 609.6㎜가 보다 바람직하다.
본 개시의 전봉 유정관의 관 두께로서는, 5.0 내지 21㎜가 바람직하고, 6.0 내지 18㎜가 보다 바람직하다.
〔열연 강판〕
이어서, 본 개시의 전봉 유정관의 제조에 적합한(즉, 본 개시의 전봉 유정관의 소재로서 적합한) 열연 강판(이하, 「본 개시의 열연 강판」이라고도 함)에 대하여 설명한다.
본 개시의 열연 강판은,
화학 조성이, 상술한 본 개시에 있어서의 화학 조성이고,
L단면에 있어서의 판 두께 1/4 위치(즉, 판 표면으로부터의 거리가 판 두께의 1/4인 위치)의 금속 조직은 구γ 입자가 편평하게 되어 있는 페라이트-펄라이트 조직이고, 입계 페라이트와 입자 내 페라이트를 포함하고, 합계 면적률 T(즉, 금속 조직의 전체 면적에 대한 입계 페라이트 및 입자 내 페라이트의 합계 면적률)가 10 내지 30％이고,
L방향의 TS(즉, 판 길이 방향의 인장 강도)가 640N/㎟ 이상이고, L방향의 YS(즉, 판 길이 방향의 항복 강도)가 294 내지 467N/㎟이다.
본 개시의 열연 강판에 있어서의 화학 조성은 본 개시의 전봉 유정관에 있어서의 화학 조성과 마찬가지이고, 바람직한 형태도 마찬가지이다.
본 개시의 열연 강판에 있어서의 판 두께 1/4 위치의 금속 조직은 본 개시의 전봉 유정관에 있어서의 모재 90° 위치의 관 두께 1/4 위치의 금속 조직과 마찬가지이고, 바람직한 형태도 마찬가지이다.
이것들의 이유는 화학 조성도 광학 현미경으로 확인할 수 있는 금속 조직도, 하기의 냉간 성형 전후에서 거의 변화되지 않기 때문이다.
본 개시의 열연 강판을 사용하여 본 개시의 전봉 유정관을 제조할 때, 본 개시의 열연 강판을 관상으로 냉간 성형함으로써, TS 및 YS가 모두 상승한다. 특히, YS는 대폭으로 상승한다.
그래서, 이 상승분을 예상하고, 본 개시의 열연 강판에 있어서의, TS의 하한, YS의 하한 및 YS의 상한은 각각, 본 개시의 전봉 유정관에 있어서의, TS의 하한, YS의 하한 및 YS의 상한과 비교하여, 낮게 되어 있다.
본 개시의 열연 강판의 형태는 코일상으로 권취된 핫코일의 형태인 것이 바람직하다.
본 개시의 열연 강판의 판 두께로서는, 5.0 내지 21㎜가 바람직하고, 6.0 내지 18㎜가 보다 바람직하다.
이어서, 본 개시의 열연 강판의 바람직한 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 개시의 열연 강판의 바람직한 제조 방법은,
본 개시에 있어서의 화학 조성을 갖는 강편(slab)을, 1150℃ 이상의 가열 온도로 가열하는 공정(이하, 「가열 공정」이라고도 함)과,
가열된 강편을, 830℃ 이하의 온도 영역에서의 누적 압하율이 35％ 이상이고, 열간 압연 종료 온도가 750℃ 이하인 조건에서 열간 압연하여 강판을 얻는 공정(이하, 「열간 압연 공정」이라고도 함)과,
얻어진 강판을 냉각하는 공정(이하, 「냉각 공정」이라고도 함)과,
냉각된 강판을 권취하는 공정(이하, 「권취 공정」이라고도 함)을 포함한다.
상기 바람직한 제조 방법에 의하면, 핫코일의 형태인 열연 강판이 제조된다.
가열 공정에 있어서 가열되는 강편의 판 두께는 바람직하게는 200 내지 300㎜이다.
가열 공정에 있어서의 가열 온도는 상술한 바와 같이 1150℃ 이상이다.
가열 온도가 1150℃ 이상인 것에 의해, 입자 내 페라이트를 포함하는 금속 조직이 얻어지기 쉽다. 가열 온도가 지나치게 낮으면, 오스테나이트 입경이 작아져, 입자 내 페라이트보다도 입계 페라이트의 쪽이 우선적으로 석출되기 쉬워지고, 그 결과, 입자 내 페라이트를 포함하는 금속 조직을 얻을 수 없을 우려가 있다.
가열 공정에 있어서의 가열 온도는 1180℃ 초과인 것이 바람직하다.
가열 공정에 있어서의 가열 온도는 제조 적성의 관점에서, 1250℃ 이하인 것이 바람직하다.
열간 압연 공정은 상기 가열 온도로 가열된 강편을, 830℃ 이하의 온도 영역에서의 누적 압하율이 35％ 이상이고, 열간 압연 종료 온도가 750℃ 이하인 조건에서 열간 압연하여 강판을 얻는다.
이러한 조건의 열간 압연에 의해, 오스테나이트 미재결정 온도 영역에서의 누적 압하율을 높게 할(예를 들어, 43％ 이상으로 할) 수 있으므로, 구γ 입자가 편평하게 되어 있는 페라이트-펄라이트 조직이고, 입계 페라이트와 입자 내 페라이트를 포함하고, 합계 면적률 T가 10 내지 30％인 금속 조직을 형성하기 쉽다.
열간 압연 공정은 조압연 및 마무리 압연을 이 순서로 포함하고, 마무리 압연을, 830℃ 이하의 온도 영역에서의 누적 압하율이 35％ 이상이고, 열간 압연 종료 온도(즉, 마무리 압연 종료 온도)가 750℃ 이하인 조건에서 행하는 것이 바람직하다.
이에 의해, 상술한 금속 조직을 더 형성하기 쉽다.
또한, 조압연에 대해서는, 공지의 조건에서 행하면 되고, 특별히 제한은 없다.
조압연에 있어서의 누적 압하율은, 예를 들어 50 내지 90％, 바람직하게는 70 내지 90％이다.
여기서, 열간 압연 공정의 일례에 대하여, 도 3a 및 도 3b를 참조하면서 설명한다.
도 3a는 고C양의 강(예를 들어, 본 개시에 있어서의 화학 조성을 갖는 강)을, 통상의 열간 압연 온도(상세하게는, 마무리 압연 개시 온도 930℃, 마무리 압연 종료 온도 830℃)에서 압연하고, ROT 상에서 냉각하는 경우의 CCT 곡선(Continuous Cooling Transformation diagram)의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 3b는 고C양의 강(예를 들어, 본 개시에 있어서의 화학 조성을 갖는 강)을, 통상의 열간 압연 온도보다 낮은 열간 압연 온도(상세하게는, 마무리 압연 개시 온도 830℃, 마무리 압연 종료 온도 700℃)에서 압연하고, ROT 상에서 냉각하는 경우의 CCT 곡선의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 3a 및 도 3b에 있어서, F는 페라이트 영역을 나타내고, P는 펄라이트 영역을 나타낸다.
도 3a 및 도 3b에 있어서, CCT 곡선 중의 들쭉날쭉한 부분은 마무리 압연을 의미한다. 도 3a 및 도 3b에 있어서, 조압연에 대해서는 도시를 생략했다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 고C양의 강을, 통상의 열간 압연 온도(상세하게는, 마무리 압연 개시 온도 930℃, 마무리 압연 종료 온도 830℃)에서 열간 압연하고, ROT 상에서 냉각한 경우, CCT 곡선은 페라이트 영역(도면 중, F)의 노즈를 약간 가로지르는 것에 지나지 않는다.
이로 인해, 변태 후의 금속 조직은 구γ 입자의 입계에 소량의 페라이트가 석출된 펄라이트 조직(소량의 입계 페라이트＋펄라이트 조직)이 된다.
이 조직은 연질의 페라이트가, 소량, 입계에 존재하는 것뿐이고, 입자 내 페라이트가 존재하지 않으므로, YS를 낮게 유지할 수는 없다.
한편, 도 3b에 도시한 바와 같이, 고C양의 강을, 통상의 열간 압연 온도보다 낮은 열간 압연 온도(상세하게는, 마무리 압연 개시 온도 830℃, 마무리 압연 종료 온도 700℃)에서 압연하면, 페라이트 영역(도면 중, F)의 노즈가 단시간측으로 나온다. 이로 인해, 마무리 압연 종료 온도 후, ROT 상에서 냉각한 경우, CCT 곡선이 페라이트 영역을 가로지르게 된다.
그 결과, 변태 후의 금속 조직은 입계뿐만 아니라 입자 내에도 페라이트가 석출된 펄라이트 조직(상세하게는, 입계 페라이트와 입자 내 페라이트를 포함하고, 합계 면적률 T가 10 내지 30％인 페라이트-펄라이트 조직)이 형성된다.
이 조직은 연질의 페라이트가, 입계 및 입자 내에 존재하므로, YS를 낮게, 구체적으로는, 본 개시의 열연 강판에 있어서의 YS의 범위로 유지할 수 있다.
냉각 공정은 열간 압연에 의해 얻어진 강판을 냉각하는 공정이다.
상기 냉각은 바람직하게는 ROT 상에서 행해진다.
상기 냉각에 있어서의 냉각 속도는 열연 강판 및 전봉 유정관의 생산성(즉, 제조 비용 저감)의 관점에서, 빠른 것이 바람직하다.
상기 냉각에 있어서의 평균 냉각 속도는, 예를 들어 3 내지 20℃/초이고, 바람직하게는 5 내지 15℃/초이다.
또한, 압연 종료로부터 상기 냉각의 개시까지의 시간은 30초 이내가 바람직하고, 10초 이내가 보다 바람직하다.
상기 냉각은 강판의 온도가, 원하는 권취 온도가 될 때까지 행해진다.
권취 온도는, 예를 들어 500 내지 700℃이고, 바람직하게는 550 내지 700℃이다.
권취 공정은 냉각된 강판을 권취하는 공정이다.
강판을 권취할 때의 권취 온도의 바람직한 범위는 상술한 바와 같다.
이 권취 공정에 의해, 핫코일의 형태인 열연 강판이 얻어진다.
이어서, 본 개시의 전봉 유정관의 바람직한 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 개시의 전봉 유정관의 바람직한 제조 방법은,
상술한 본 개시의 열연 강판의 바람직한 제조 방법에 의해 핫코일 형태의 열연 강판을 제조하는 공정(이하, 「열연 강판 제조 공정」이라고도 함)과,
핫코일 형태의 열연 강판을 늘이고, 늘인 열연 강판을 관상으로 냉간 성형하여 오픈관으로 하고, 얻어진 오픈관의 맞댐부를 전봉 용접하여 전봉 유정관을 얻는 공정(이하, 「전봉 유정관 제조 공정」이라고도 함)을 포함한다.
전봉 유정관 제조 공정에서는, 상기 전봉 용접 후, 전봉 용접부에 대하여 심 열처리를 실시해도 된다. 심 열처리에 의해, 전봉 용접부의 인성이 향상된다.
열연 강판 제조 공정의 바람직한 형태는 전술한 바와 같다.
전봉 유정관 제조 공정에 있어서의, 냉간 성형 및 전봉 용접에 대해서는 각각, 통상의 조건을 적용할 수 있다.
실시예
이하, 본 개시의 일 형태의 실시예를 나타내지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
〔실시예 1 내지 10, 비교예 1 내지 17〕
<열연 강판의 제조>
표 1 중의 강 a 내지 l의 화학 조성을 갖는 용강을 연속 주조하여 얻어진 판 두께 250㎜의 강편을 표 2에 나타내는 가열 온도로 가열하고, 가열된 판 두께 250㎜의 강편을, 판 두께가 40㎜가 될 때까지 조압연하여 강판으로 하고, 얻어진 강판에 대하여, 마무리 압연 개시 온도 900℃, 표 2에 나타내는 830℃ 이하의 온도 영역에서의 누적 압하율 및 표 2에 나타내는 마무리 압연 출측 온도(즉, 마무리 압연 종료 온도)의 조건에서, 마무리 압연을 실시했다. 마무리 압연 종료 후의 강판을, 즉시(상세하게는, 마무리 압연 종료로부터 10초 이내에), 평균 냉각 속도 5 내지 15℃/초로 580℃ 내지 630℃의 권취 온도까지 냉각하고, 권취했다. 이상에 의해, 코일상으로 권취된 판 두께 15.9㎜의 열연 강판(핫코일)을 얻었다.
또한, 표 1 중, Mneq는 Mn당량이다.
<전봉 유정관의 제조>
상술한 코일상으로 권취된 열연 강판(핫코일)을 늘이고, 늘인 열연 강판을 관상으로 냉간 성형하여 오픈관으로 하고, 얻어진 오픈관의 맞댐부를 통상의 조건에서 전봉 용접함으로써, 외경 508㎜, 관 두께 15.9㎜의 전봉 강관을 얻었다. 얻어진 전봉 강관의 전봉 용접부를 970℃ 내지 1050℃로 가열함으로써, 관 내면이 Ac3점 이상에 도달하는 열처리(심 열처리)를 실시하여, 전봉 유정관을 얻었다.
<금속 조직의 관찰>
얻어진 전봉 유정관의 모재 90° 위치로부터, 전봉 유정관(모재)의 L단면을 관찰하기 위한 시험편을 채취했다.
채취한 시험편에 있어서의 상기 L단면을 연마하고, 계속해서 나이탈 시약으로 부식되고, 부식된 L단면에 있어서의 관 두께 1/4 위치(즉, 전봉 유정관의 외주면으로부터 거리가 관 두께의 1/4인 위치)의 금속 조직 사진을, 광학 현미경으로 500배의 관찰 배율로 10시야분(L단면의 실면적으로서 1.6㎟분) 촬영했다.
촬영한 금속 조직 사진(L단면의 실면적으로서 1.6㎟분)을, (주)니레코제의 소형 범용 화상 해석 장치 LUZEX AP를 사용하여 화상 처리했다.
화상 처리한 금속 조직 사진에 기초하여, 금속 조직의 분류를 행하고, 또한 페라이트 면적 분율(즉, 금속 조직의 전체 면적에 대한 입계 페라이트 및 입자 내 페라이트의 합계 면적률)을 측정했다.
또한, 상기 화상 처리한 금속 조직 사진에 기초하여, 입자 내 페라이트의 유무(즉, 금속 조직이 입자 내 페라이트를 포함하는지 여부)를 확인했다. 여기서, 입계 페라이트 및 입자 내 페라이트의 합계 면적에 대한 입자 내 페라이트의 면적률이 10％ 이상인 경우(즉, 입자 내 페라이트가 실질적으로 존재하는 경우)를, 입자 내 페라이트 「있음」으로 하고, 입계 페라이트 및 입자 내 페라이트의 합계 면적에 대한 입자 내 페라이트의 면적률이 10％ 미만인 경우(즉, 입자 내 페라이트가 실질적으로 존재하지 않는 경우)를, 입자 내 페라이트 「없음」으로 했다.
또한, 상기 화상 처리한 금속 조직 사진에 기초하여, 전술한 방법에 의해, 구γ 입자의 애스펙트비를 구했다.
이상의 결과를 표 3에 나타낸다.
또한, 표 3 중, F-P는 페라이트-펄라이트 조직을 의미한다.
또한, 표 3 중에서는 명기하지 않지만, 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 17의 어떤 금속 조직도, 입계 페라이트를 포함하고 있었다.
실시예 1에 대해서는, 전봉 유정관의 소재로서 사용한 열연 강판의 금속 조직의 관찰도 행하였다.
상세하게는, 시험편으로서, 열연 강판의 판 폭 방향 일단으로부터의 거리가 판 폭의 1/4인 위치로부터 채취한 열연 강판의 L단면 관찰용의 시험편을 사용한 것 이외는 전봉 유정관의 금속 조직의 관찰과 마찬가지로 하여, 열연 강판의 금속 조직의 관찰을 행하였다.
결과를 표 3에 나타낸다.
또한, 표 3 중, 「판」은 열연 강판을 의미하고, 「관」은 전봉 유정관을 의미한다.
<TS 및 YS의 측정>
상기 전봉 유정관으로부터, 전체 두께 시험편으로서 JIS12호 인장 시험편을 채취했다. 전체 두께 시험편은 전봉 유정관의 모재 90° 위치로부터, 인장 시험의 인장 방향이 관 길이 방향(L방향)이 되는 방향에서 채취했다. 채취된 전체 두께 시험편에 대하여, JIS Z2241(2011)에 준거하여, 인장 방향을 L방향으로 하는 인장 시험을 행하고, L방향의 TS 및 L방향의 YS(즉, L방향의 0.5％ 언더 로드 내력)를 각각 측정했다.
결과를 표 3에 나타낸다.
실시예 1에 대해서는, 전봉 유정관의 소재로서 사용한 열연 강판의 TS 및 YS도 측정했다.
상세하게는, 인장 시험편으로서, 열연 강판의 판 폭 방향 일단으로부터의 거리가 판 폭의 1/4인 위치로부터 채취한 열연 강판의 전체 두께 시험편(JIS12호 인장 시험편)을 사용한 것 이외는 전봉 유정관의 TS 및 YS의 측정과 마찬가지로 하여, 열연 강판의 TS 및 YS를 측정했다.
결과를 표 3에 나타낸다.
<샤르피 충격 흡수 에너지의 측정>
전봉 유정관으로부터 V노치를 갖는 풀사이즈 시험편(샤르피 충격 시험용의 시험편)을 채취했다. V노치를 갖는 풀사이즈 시험편은 시험편의 길이 방향이 L방향이 되도록 채취했다. 채취된 V노치를 갖는 풀사이즈 시험편에 대하여, 0℃의 온도 조건 하에서, JIS Z2242(2005)에 준거하여 샤르피 충격 시험을 행하고, 샤르피 흡수 에너지(J)를 측정했다.
이상의 측정을, 전봉 유정관 1개당 5회 행하고, 5회의 측정값의 평균값을, 그 전봉 유정관의 샤르피 흡수 에너지(J)로 했다.
Figure 112018032990073-pct00001
Figure 112018032990073-pct00002
Figure 112018032990073-pct00003
표 3에 나타낸 바와 같이, 화학 조성이 본 개시의 범위 내(강 a 내지 j)이고, 금속 조직이 구γ 입자가 편평하게 되어 있는(상세하게는, 구γ 입자의 애스펙트비가 3.0 이상임) 페라이트-펄라이트 조직(F-P)이고, 페라이트 면적 분율(즉, 금속 조직의 전체 면적에 대한 입계 페라이트 및 입자 내 페라이트의 합계 면적률)이 10 내지 30％이고, 입자 내 페라이트를 포함하는 실시예 1 내지 10의 전봉 유정관은 L방향의 TS가 655N/㎟ 이상이고, 또한 L방향의 YS가 379 내지 552N/㎟인 점에서, 아즈롤형 K55 전봉 유정관에 해당하고 있었다.
또한, 이들 실시예 1 내지 10의 전봉 유정관은 샤르피 충격 에너지가 높고, 모재 인성이 우수했다.
이에 비해, C양이 0.30％ 미만인 비교예 1 및 13에서는 TS가 655N/㎟ 미만이었다.
또한, Mn양이 1.20％ 초과인 비교예 2 및 14에서는 페라이트 면적 분율이 10％ 미만이고, YS가 552N/㎟를 초과하고 있었다. 이것들 비교예 2 및 14는 실시예 1 내지 10과 비교하여, 모재 인성(샤르피 충격 에너지)이 떨어져 있었다.
또한, 화학 조성은 본 개시의 범위 내(강 a 내지 j)이지만, 입자 내 페라이트를 포함하지 않는 비교예 3 내지 12 및 15 내지 17에서는 YS가 552N/㎟를 초과하고 있었다. 이것들 비교예 3 내지 12 및 15 내지 17은 실시예 1 내지 10과 비교하여, 모재 인성(샤르피 충격 에너지)이 떨어져 있었다.
일본 출원 2015-248283의 개시는 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 도입된다.
본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허 출원 및 기술 규격은 개개의 문헌, 특허 출원 및 기술 규격이 참조에 의해 도입되는 것이 구체적이고 또한 개별적으로 기재된 경우와 동일 정도로, 본 명세서 중에 참조에 의해 도입된다.

Claims (7)

  1. 화학 조성이, 질량％로,
    C:0.30 내지 0.50％,
    Si:0.05 내지 0.40％,
    Mn:0.50 내지 1.20％,
    P:0 내지 0.030％,
    S:0 내지 0.020％,
    Al:0.002 내지 0.080％,
    N:0 내지 0.0080％,
    Cu:0 내지 0.30％,
    Ni:0 내지 0.30％,
    Cr:0 내지 0.30％,
    Mo:0 내지 0.10％,
    V:0 내지 0.10％,
    Nb:0 내지 0.050％,
    Ti:0 내지 0.030％,
    Ca:0 내지 0.0100％, 그리고
    잔부:Fe 및 불순물로 이루어지고,
    하기 식 (1)로 정의되는 Mn당량이 0.50 이상 1.20 이하이고,
    전봉 용접부로부터 둘레 방향으로 90° 어긋난 위치의 L단면에 있어서의, 외주면으로부터의 거리가 관 두께의 1/4인 위치의 금속 조직은 구오스테나이트 입자가 편평하게 되어 있는 페라이트-펄라이트 조직이고, 상기 구오스테나이트 입자의 입계에 존재하는 페라이트인 입계 페라이트와, 상기 구오스테나이트 입자의 입자 내에 존재하는 페라이트인 입자 내 페라이트를 포함하고, 상기 금속 조직의 전체 면적에 대한 상기 입계 페라이트 및 상기 입자 내 페라이트의 합계 면적률이 10 내지 30％이고, 상기 입자 내 페라이트 및 상기 입계 페라이트의 합계 면적에 대한 상기 입자 내 페라이트의 면적율이 10% 이상이고, 상기 구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 3.0 이상인, 아즈롤형 K55 전봉 유정관.
    Mn당량＝([Mn]/6＋[Cu]/15＋[Ni]/15＋[Cr]/5＋[Mo]/5＋[V]/5)×6…(1)
    식 (1) 중, [Mn], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo] 및 [V]은 각각, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo 및 V의 질량％를 나타낸다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, L방향의 인장 강도가 655N/㎟ 이상이고, L방향의 항복 강도가 379 내지 530N/㎟인, 아즈롤형 K55 전봉 유정관.
  4. 제1항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
    Cu:0 초과 0.30％ 이하,
    Ni:0 초과 0.30％ 이하,
    Cr:0 초과 0.30％ 이하,
    Mo:0 초과 0.10％ 이하,
    V:0 초과 0.10％ 이하,
    Nb:0 초과 0.050％ 이하,
    Ti:0 초과 0.030％ 이하 및
    Ca:0 초과 0.0100％ 이하의 1종 또는 2종 이상을 포함하고,
    상기 화학 조성에 있어서, 상기 Mn당량이 0.70 이상 1.20 이하인, 아즈롤형 K55 전봉 유정관.
  5. 제3항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
    Cu:0 초과 0.30％ 이하,
    Ni:0 초과 0.30％ 이하,
    Cr:0 초과 0.30％ 이하,
    Mo:0 초과 0.10％ 이하,
    V:0 초과 0.10％ 이하,
    Nb:0 초과 0.050％ 이하,
    Ti:0 초과 0.030％ 이하 및
    Ca:0 초과 0.0100％ 이하의 1종 또는 2종 이상을 포함하고,
    상기 화학 조성에 있어서, 상기 Mn당량이 0.70 이상 1.20 이하인, 아즈롤형 K55 전봉 유정관.
  6. 제1항에 기재된 아즈롤형 K55 전봉 유정관의 제조에 사용되는 열연 강판이며,
    화학 조성이, 질량％로,
    C:0.30 내지 0.50％,
    Si:0.05 내지 0.40％,
    Mn:0.50 내지 1.20％,
    P:0 내지 0.030％,
    S:0 내지 0.020％,
    Al:0.002 내지 0.080％,
    N:0 내지 0.0080％,
    Cu:0 내지 0.30％,
    Ni:0 내지 0.30％,
    Cr:0 내지 0.30％,
    Mo:0 내지 0.10％,
    V:0 내지 0.10％,
    Nb:0 내지 0.050％,
    Ti:0 내지 0.030％,
    Ca:0 내지 0.0100％, 그리고
    잔부:Fe 및 불순물로 이루어지고,
    상기 Mn당량이 0.50 이상 1.20 이하이고,
    L단면에 있어서의, 판 표면으로부터의 거리가 판 두께의 1/4인 위치의 금속 조직은 구오스테나이트 입자가 편평하게 되어 있는 페라이트-펄라이트 조직이고, 상기 구오스테나이트 입자의 입계에 존재하는 페라이트인 입계 페라이트와, 상기 구오스테나이트 입자의 입자 내에 존재하는 페라이트인 입자 내 페라이트를 포함하고, 상기 금속 조직의 전체 면적에 대한 상기 입계 페라이트 및 상기 입자 내 페라이트의 합계 면적률이 10 내지 30％이고, 상기 입자 내 페라이트 및 상기 입계 페라이트의 합계 면적에 대한 상기 입자 내 페라이트의 면적율이 10% 이상이고, 상기 구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 3.0 이상이고,
    L방향의 인장 강도가 640N/㎟ 이상이고, L방향의 항복 강도가 294 내지 467N/㎟인, 열연 강판.
  7. 제3항에 기재된 아즈롤형 K55 전봉 유정관의 제조에 사용되는 열연 강판이며,
    화학 조성이, 질량％로,
    C:0.30 내지 0.50％,
    Si:0.05 내지 0.40％,
    Mn:0.50 내지 1.20％,
    P:0 내지 0.030％,
    S:0 내지 0.020％,
    Al:0.002 내지 0.080％,
    N:0 내지 0.0080％,
    Cu:0 내지 0.30％,
    Ni:0 내지 0.30％,
    Cr:0 내지 0.30％,
    Mo:0 내지 0.10％,
    V:0 내지 0.10％,
    Nb:0 내지 0.050％,
    Ti:0 내지 0.030％,
    Ca:0 내지 0.0100％, 그리고
    잔부:Fe 및 불순물로 이루어지고,
    상기 Mn당량이 0.50 이상 1.20 이하이고,
    L단면에 있어서의, 판 표면으로부터의 거리가 판 두께의 1/4인 위치의 금속 조직은 구오스테나이트 입자가 편평하게 되어 있는 페라이트-펄라이트 조직이고, 상기 구오스테나이트 입자의 입계에 존재하는 페라이트인 입계 페라이트와, 상기 구오스테나이트 입자의 입자 내에 존재하는 페라이트인 입자 내 페라이트를 포함하고, 상기 금속 조직의 전체 면적에 대한 상기 입계 페라이트 및 상기 입자 내 페라이트의 합계 면적률이 10 내지 30％이고, 상기 입자 내 페라이트 및 상기 입계 페라이트의 합계 면적에 대한 상기 입자 내 페라이트의 면적율이 10% 이상이고, 상기 구오스테나이트 입자의 애스펙트비가 3.0 이상이고,
    L방향의 인장 강도가 640N/㎟ 이상이고, L방향의 항복 강도가 294 내지 467N/㎟인, 열연 강판.
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