KR102041770B1

KR102041770B1 - 저온 인성이 우수한 고강도 라인 파이프용 강판 및 고강도 라인 파이프용 강관

Info

Publication number: KR102041770B1
Application number: KR1020167024857A
Authority: KR
Inventors: 요시유키 고바야시; 하루야 가와노
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2019-11-07
Also published as: EP3124639A1; CN106103778A; JP2015190042A; EP3124639B1; WO2015147055A1; EP3124639A4; CN106103778B; JP6343472B2; KR20160118360A

Abstract

세퍼레이션이 발생한 경우에 있어서도 높은 한계 CTOD값이 확보 가능하고, 또한 저비용으로 간이하게 제조할 수 있는 저온 인성이 우수한 고강도 라인 파이프용 강판을 제공한다. 상기 고강도 라인 파이프용 강판은, 화학 성분 조성을 적절히 조정하고, 판 두께를 t로 했을 때 t/4의 위치에 있어서의 평균 결정 입경이 10μm 이하임과 더불어, 지정 온도의 샤르피 시험편 파면으로부터 측정한 세퍼레이션 지수 SI가 0mm/mm² 초과 0.30mm/mm²이하이다.

Description

저온 인성이 우수한 고강도 라인 파이프용 강판 및 고강도 라인 파이프용 강관{STEEL SHEET FOR HIGH-STRENGTH LINE PIPE HAVING EXCELLENT LOW TEMPERATURE TOUGHNESS, AND STEEL TUBE FOR HIGH-STRENGTH LINE PIPE}

본 발명은 고강도 라인 파이프용 강판, 및 이와 같은 고강도 라인 파이프용 강판으로부터 제조되는 고강도 라인 파이프용 강관에 관한 것이다. 상세하게는, 우수한 한계 CTOD(Crack Tip Opening Displacement: 균열 개구 변위)값을 갖는 고강도 라인 파이프용 강판, 및 고강도 라인 파이프용 강관에 관한 것이다.

천연 가스나 원유의 수송용으로 이용되는 라인 파이프는, 수송 효율의 개선을 목적으로 조업 압력의 고압화를 행하는 경향이 있어, 라인 파이프용의 강재에서는 고강도화의 요구가 있다. 이에 더하여, 안전성의 관점에서, 취성 파괴의 발생 방지 특성으로서 파괴 인성의 평가 지표의 하나인 CTOD 시험에 의한 우수한 CTOD 특성이 요구된다.

고강도화의 관점에서는, 철강 재료의 강화 기구로서 고용 강화, 석출 강화, 변태 강화, 전위 강화에 의한 강화가 생각된다. 이 중에서, 전위 밀도의 증가에 의해 재료의 강도를 증가시키는 전위 강화는, 강판 제조 시의 압연 공정에 있어서, 오스테나이트 단상 조직으로부터 페라이트가 변태 석출된, 이른바 2상역 온도역에서의 누적 압하율을 증가시킴으로써 그 효과가 얻어지기 때문에, 다른 강화 기구와 비교해서 적용이 용이한 강화 기구이다.

그러나, 이 2상역 온도역에서의 누적 압하율을 증가시키는 것에 의해, 전위 밀도의 증가와 함께 결정 방위의 회전이 일어나, 집합 조직이 발달한다. 이 집합 조직의 발달에 의해, 압연면 방향과 판 두께 방향의 인성의 차가 커지는 것이 원인이 되어, 압연면 방향으로부터 채취한 시험편을 이용한 각종 인성 시험 시, 시험편 파면에 세퍼레이션이라고 불리는 판 두께 방향으로의 미소한 개구가 발생한다. 이 세퍼레이션은, 압연면 방향과 판 두께 방향의 인성의 차가 커짐으로써 발생하기 때문에, 집합 조직의 영향 이외에, 강 중에 존재하는 S에 의해, 주로 판 두께 중앙부의 중심 편석부에서 압연면 방향으로 연신된 MnS가 생성되는 것에 의해서도 발생한다.

CTOD 시험을 실시할 때, 취성 균열이 발생하기 전에 상기의 세퍼레이션이 발생하면, 세퍼레이션이 발생한 위치까지만 안정되게 개구된다고 판단되어, 한계 CTOD값이 본래 평가되는 값보다 저위가 된다. 이 때문에 세퍼레이션이 발생하는 재료에서는, 예를 들면, 파면 천이 온도 vTrs로 평가되는 모재 인성을 개선한 것만으로는 한계 CTOD값은 개선할 수 없다.

이러하기 때문에, 한계 CTOD값을 확보할 필요가 있는 강판에서는, 예를 들면 특허문헌 1에 나타나는 바와 같이, 고가의 원소의 첨가에 의한 고용 강화나, 온라인의 수냉 설비와 가열 설비를 조합한 복잡한 제조 공정을 이용해서, 강판의 압연 시에 세퍼레이션이 발생하지 않도록 목표의 강도를 확보하고 있다.

또한 특허문헌 2에는, 세퍼레이션이 발생하는 온도역에서의 압연을 피하기 위해서, 압연 중에 강판 온도가 80℃ 이상 내려가는 것을 공냉으로 기다린다는 특수한 압연 조건을 채용하는 것도 제안되어 있다.

한편, 특허문헌 3과 같이, S의 상한을 낮게 설정함으로써 세퍼레이션의 원인이 되는 MnS를 감소시켜, 세퍼레이션의 발생을 저감시키는 기술도 제안되어 있다.

일본 특허공개 2013-47393호 공보 일본 특허공개 2003-96517호 공보 일본 특허공개 2013-173998호 공보

상기 특허문헌 1, 2에 기재된 기술에서는, 세퍼레이션의 발생을 억제할 수 있어, 한계 CTOD값을 높게 한다는 관점에서 보면 유효하지만, 고가의 원소의 첨가에 의한 고용 강화나, 온라인의 수냉 설비와 가열 설비를 조합한 복잡한 제조 공정을 채용할 필요가 있거나, 특수한 압연 조건을 채용할 필요가 있어, 비용 증가나 생산성의 저하는 면할 수 없다.

또한, 상기 특허문헌 3의 기술에서는, MnS를 완전히 없애는 것은 불가능하기 때문에, 세퍼레이션의 발생을 저감시키는 기술로서는 충분하지 않다.

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 세퍼레이션이 발생한 경우에 있어서도 높은 한계 CTOD값이 확보 가능하고, 또한 저비용으로 간이하게 제조할 수 있는 저온 인성이 우수한 고강도 라인 파이프용 강판, 및 이와 같은 고강도 라인 파이프용 강판으로부터 얻어지는 고강도 라인 파이프용 강관을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명의 고강도 라인 파이프용 강판이란, 질량%로, C: 0.02∼0.20%, Si: 0.02∼0.50%, Mn: 0.6∼2.0%, P: 0% 초과 0.02% 이하, S: 0% 초과 0.01% 이하, Al: 0.010∼0.080%, Nb: 0.002∼0.060%, Ti: 0.003∼0.030%, Ca: 0.0003∼0.0060%, N: 0.0010∼0.010%, REM: 0.0001∼0.0300%, 및 Zr: 0.0001∼0.0200%를 각각 함유하고, 잔부가 철 및 불가피 불순물이며, 판 두께를 t로 했을 때 t/4의 위치에 있어서의 평균 결정 입경이 10μm 이하임과 더불어, 지정 온도의 샤르피 시험편 파면으로부터 측정한 세퍼레이션 지수 SI가 0mm/mm² 초과 0.30mm/mm² 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 고강도 라인 파이프용 강판에는, 필요에 따라, 질량%로, Cu: 0% 초과 1.50% 이하, Ni: 0% 초과 1.50% 이하, Cr: 0% 초과 1.50% 이하, Mo: 0% 초과 1.50% 이하 및 V: 0% 초과 0.1% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 추가로 함유하는 것도 바람직하다.

본 발명은, 상기와 같은 고강도 라인 파이프용 강판을 이용해서 제조되는 저온 인성이 우수한 고강도 라인 파이프용 강관도 포함한다.

본 발명에 의하면, 화학 성분 조성을 적절히 규정함과 더불어, 판 두께를 t로 했을 때 t/4의 위치에 있어서의 평균 결정 입경, 및 지정 온도의 샤르피 시험편 파면으로부터 측정한 세퍼레이션 지수 SI를 적절한 범위로 설정하는 것에 의해, CTOD 시험에 있어서 세퍼레이션이 발생한 경우에 있어서도 우수한 한계 CTOD값이 얻어지는 인장 강도가 520MPa 이상인 저온 인성이 우수한 고강도 라인 파이프용 강판이 실현될 수 있다.

도 1은 세퍼레이션 지수 SI의 측정 방법을 설명하기 위한 샤르피 시험편 파면 모식도이다.

본 발명자들은, 세퍼레이션의 발생을 완전히 억제하는 것이 아니고, 세퍼레이션의 발생을 어느 정도 허용한 뒤에, 우수한 한계 CTOD값이 얻어지는 고강도 라인 파이프용 강판을 목표로 하여, CTOD 시험에 있어서의 세퍼레이션의 발생과 마이크로 조직의 관계에 대해서 검토를 행했다. 그 결과, CTOD 시험에서 얻어지는 한계 CTOD값은, 샤르피 시험에 있어서의 세퍼레이션 지수 SI와 상관관계가 있다는 것, 및 우수한 저온 인성을 확보하기 위해서는, 결정립의 미세화에 의해 모재인 강판의 인성을 확보하는 것이 유효하다는 것을 알아냈다.

우선 본 발명의 라인 파이프용 강판에 있어서 규정하는 요건에 대해서 설명한다.

(판 두께를 t로 했을 때 t/4의 위치에 있어서의 평균 결정 입경: 10μm 이하)

우수한 저온 인성을 확보하기 위해서는, 결정립의 미세화에 의한 모재 인성의 확보가 필요해진다. 목적으로 하는 저온 인성을 확보하기 위해서는, 강판 특성을 평가한 뒤에 대표적인 위치인 t/4의 위치에서 측정했을 때의 평균 결정 입경을 10μm 이하로 할 필요가 있다. 평균 결정 입경은 바람직하게는 8.0μm 이하이고, 보다 바람직하게는 7.0μm 이하이다. 평균 결정 입경은 작을수록 바람직하지만, 하한은, 대체로 4μm 이상이다.

(지정 온도의 샤르피 시험편 파면으로부터 측정한 세퍼레이션 지수 SI: 0mm/mm² 초과 0.30mm/mm² 이하)

지정 온도에서의 샤르피 시험편 파면의 세퍼레이션 지수 SI를, 0.30mm/mm² 이하로 함으로써, CTOD 시험에 있어서 세퍼레이션이 발생하더라도 목표로 하는 한계 CTOD값이 확보될 수 있다. 목표로 하는 한계 CTOD값은, 시험 온도를 -10℃로 했을 때에, 0.15mm 이상이 된다. 한편, 상기 지정 온도란, 하기 (1)식으로부터 구할 수 있다. 즉, 샤르피 시험을 행할 때의 시험 온도(지정 온도)는, 판 두께에 따라서 상이하게 되어, 시험 온도를 -10℃로 했을 때에 목표로 하는 한계 CTOD값을 평가하기 위해서는, 이 지정 온도(T₁)도 고려할 필요가 있다. 단, T₁: 샤르피 시험 온도(℃), T₂: CTOD 시험 온도(℃)이고, 본 명세서에서는 -10℃, t: 판 두께(mm)를 각각 나타낸다.

T₁=T₂-6×(t)^1/2+20 …(1)

세퍼레이션 지수 SI는, 하기 (2)식에 나타내는 바와 같이, 샤르피 시험편 파면의 판 두께 방향에 수직으로 발생한 세퍼레이션의 총 길이를, 시험편 파단면의 면적(단면적)으로 나눔으로써 구할 수 있다(후기 도 1 참조). 단, L_n은 n번째의 세퍼레이션 길이(mm), S_A는 파면의 단면적(mm²)을 각각 나타낸다.

SI=Σ(L_n)/S_A …(2)

본 발명의 고강도 라인 파이프용 강판에서는, 상기와 같이 하여 구해지는 세퍼레이션 지수 SI를 0.30mm/mm² 이하로 할 필요가 있다. 이 세퍼레이션 지수 SI는, 바람직하게는 0.20mm/mm² 이하이고, 보다 바람직하게는 0.15mm/mm² 이하이다. 단, 세퍼레이션이 발생하더라도, 높은 한계 CTOD값을 나타낸다는 관점에서 보면, 이 세퍼레이션 지수 SI는, 반드시 0mm/mm²일 필요는 없다. 이러한 관점에서 보아, 세퍼레이션 지수 SI는, 0.05mm/mm² 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.10mm/mm² 이상이다.

본 발명의 고강도 라인 파이프용 강판은, 그의 화학 성분 조성도 적절히 조정할 필요가 있다. 화학 성분 조성의 범위 설정 이유는 이하와 같다. 한편, 화학 성분 조성에 대해서 %는 질량%를 의미한다.

(C: 0.02∼0.20%)

C는 모재인 강판 및 용접부의 강도를 확보하기 위해서 필요 불가결한 원소로, 그것을 위해서는, C는 0.02% 이상 함유시킬 필요가 있다. C량은, 바람직하게는 0.03% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.05% 이상이다. 그러나, C량이 과잉이 되면 섬 형상 마텐자이트(MA: Martensite-Austenite contituent)가 생성되기 쉬워져, HAZ(열 영향부: Heat Affected zone)의 인성이 저하됨과 더불어, 용접성이 저하된다. 이러한 관점에서, C량은 0.20% 이하로 할 필요가 있다. C량은, 바람직하게는 0.15% 이하, 보다 바람직하게는 0.12% 이하이다.

(Si: 0.02∼0.50%)

Si는 탈산 작용을 갖는 데다가, 모재인 강판 및 용접부의 강도 향상에 유효하다. 이들 효과를 발휘시키기 위해서는, Si량은 0.02% 이상으로 한다. Si량은, 바람직하게는 0.05% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.15% 이상이다. 그러나, Si량이 과잉이 되면 용접성이나 인성이 열화된다. 따라서 Si량은 0.50% 이하로 억제할 필요가 있다. Si량은, 바람직하게는 0.45% 이하, 보다 바람직하게는 0.35% 이하이다.

(Mn: 0.6∼2.0%)

Mn은 모재인 강판 및 용접부의 강도 향상에 유효한 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서는, Mn은 0.6% 이상 함유시킬 필요가 있다. Mn량은, 바람직하게는 1.0% 이상이고, 보다 바람직하게는 1.2% 이상이다. 그러나, Mn량이 과잉이 되면, MnS를 생성시켜서 세퍼레이션의 발생이 촉진될 뿐만 아니라, HAZ 인성이나 용접성도 열화되기 때문에, Mn량의 상한을 2.0% 이하로 한다. Mn량은, 바람직하게는 1.9% 이하이고, 보다 바람직하게는 1.8% 이하이다.

(P: 0% 초과 0.02% 이하)

P는 강재 중에 불가피적으로 포함되는 원소로, P량이 0.02%를 초과하면 모재 인성 및 HAZ 인성의 열화가 현저하다. 따라서 본 발명에서는, P량을 0.02% 이하로 억제한다. P량은, 바람직하게는 0.015% 이하, 보다 바람직하게는 0.010% 이하이다. P량은 가능한 한 적은 편이 좋지만, 공업적으로 0%로 하는 것은 곤란하다.

(S: 0% 초과 0.01% 이하)

S량이 과잉이 되면, MnS를 생성시켜, 세퍼레이션의 발생을 촉진시키기 때문에, 그 상한을 0.01% 이하로 한다. S량은, 바람직하게는 0.008% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0060% 이하, 더 바람직하게는 0.0050% 이하이다. 이와 같이 세퍼레이션의 발생을 억제한다는 관점에서는, S량은 적은 편이 바람직하지만, 공업적으로 0.0001% 미만으로 하는 것은 곤란하기 때문에, S량의 하한은 대체로 0.0001% 이상이다.

(Al: 0.010∼0.080%)

Al은 강탈산 원소로, 탈산 효과를 얻기 위해서는 0.010% 이상 함유시킬 필요가 있다. Al량은, 바람직하게는 0.020% 이상, 보다 바람직하게는 0.030% 이상이다. 한편, Al량이 과잉이 되면, AlN이 다량으로 생성되어, TiN 석출량이 감소됨으로써 HAZ에서의 인성이 손상되어 버린다. 따라서 Al량은 0.080% 이하로 할 필요가 있다. Al량은, 바람직하게는 0.060% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.050% 이하이다.

(Nb: 0.002∼0.060%)

Nb는 용접성을 열화시키지 않고 강도와 모재 인성을 높이는 데 유효한 원소이다. 이와 같은 효과를 발휘시키기 위해서는, Nb량은 0.002% 이상으로 할 필요가 있다. Nb량은, 바람직하게는 0.005% 이상, 보다 바람직하게는 0.010% 이상이다. 그러나, Nb량이 과잉이 돼서 0.060%를 초과하면, 모재와 HAZ의 인성이 열화된다. 따라서 Nb량의 상한을 0.060% 이하로 한다. Nb량은, 바람직하게는 0.050% 이하, 보다 바람직하게는 0.040% 이하이다.

(Ti: 0.003∼0.030%)

Ti는 강 중에 TiN으로서 석출됨으로써, 슬래브 가열 시의 오스테나이트립의 조대화의 억제에 의한 모재 인성의 향상이나, 용접 시의 HAZ에서의 오스테나이트립의 조대화에 의한 HAZ 인성의 향상에 필요한 원소이다. 이와 같은 효과를 발휘시키기 위해서는, Ti량을 0.003% 이상으로 할 필요가 있다. Ti량은, 바람직하게는 0.005% 이상, 보다 바람직하게는 0.010% 이상이다. 한편, Ti량이 과잉이 되면, 고용 Ti나 TiC가 석출돼서 모재와 HAZ의 인성이 열화되기 때문에, 0.030% 이하로 할 필요가 있다. Ti량은, 바람직하게는 0.025% 이하, 보다 바람직하게는 0.020% 이하이다.

(Ca: 0.0003∼0.0060%)

Ca는 황화물의 형태를 제어하는 작용이 있고, CaS를 형성하는 것에 의해 MnS의 형성을 억제하는 효과가 있다. 이와 같은 효과를 발휘시키기 위해서, Ca량을 0.0003% 이상으로 할 필요가 있다. Ca량은, 바람직하게는 0.0005% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.0010% 이상이다. 한편, Ca량이 0.0060%를 초과해서 과잉이 되면, 인성이 열화되기 때문에, Ca량의 상한을 0.0060% 이하로 한다. Ca량은, 바람직하게는 0.0050% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0040% 이하이다.

(N: 0.0010∼0.010%)

N은 강 중에 TiN으로서 석출됨으로써, 슬래브 가열 시의 오스테나이트립의 조대화의 억제에 의한 모재 인성의 향상이나, 용접 시의 HAZ에서의 오스테나이트립의 조대화에 의한 HAZ 인성의 향상에 필요한 원소이다. 이들 효과를 발휘시키기 위해서는, N은 0.0010% 이상 함유시킬 필요가 있다. N량은, 바람직하게는 0.0030% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.0040% 이상이다. 그러나, N량이 과잉이 되면, 고용 N의 존재에 의해 HAZ에서의 인성이 열화되기 때문에, 0.010% 이하로 할 필요가 있다. N량은, 바람직하게는 0.0080% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0060% 이하이다.

(REM: 0.0001∼0.0300%)

REM(희토류 원소)은 황화물의 형태 제어에 유효한 원소로, REMS를 형성하는 것에 의해 MnS의 형성을 억제하는 효과가 있다. 이와 같은 효과를 발휘시키기 위해서는, REM을 0.0001% 이상 함유시킬 필요가 있다. REM량은 바람직하게는 0.0003% 이상, 보다 바람직하게는 0.0005% 이상이다. 한편, REM을 다량으로 함유시켜도 효과가 포화되기 때문에, REM량의 상한은 0.0300% 이하로 한다. 한편, 본 발명에 있어서, REM이란, 란타노이드 원소인 La로부터 Lu까지의 15원소와 스칸듐 Sc 및 이트륨 Y를 의미한다.

(Zr: 0.0001∼0.0200%)

Zr은 산화물을 형성해서 미세하게 분산시킴으로써 HAZ 인성의 향상에 기여한다. 이와 같은 효과를 발휘시키기 위해서는, Zr량을 0.0001% 이상으로 할 필요가 있다. Zr량은, 바람직하게는 0.0003% 이상, 보다 바람직하게는 0.0005% 이상이다. 한편, Zr량이 과잉이 되면, 조대한 개재물을 형성해서 모재 인성을 열화시키기 때문에, Zr량은 0.0200% 이하로 할 필요가 있다. Zr량은, 바람직하게는 0.0100% 이하, 보다 바람직하게는 0.0050% 이하이다.

본 발명의 고강도 라인 파이프용 강판에 있어서의 화학 성분 조성은 상기와 같고, 잔부는 실질적으로 철이다. 단, 원료, 자재, 제조 설비 등의 상황에 따라 들어가는 불가피 불순물이 강 중에 포함되는 것은 당연히 허용된다. 상기 불가피 불순물로서는, 예를 들면, As, Sb, Sn, O, H 등을 들 수 있다.

또한 본 발명의 라인 파이프용 강판에는, 필요에 따라서, 하기 양의 Cu, Ni, Cr, Mo 및 V로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종류 이상의 원소를 추가로 함유시키는 것도 바람직하다. 이들을 함유시킬 때의 범위 설정 이유는 하기와 같다.

(Cu: 0% 초과 1.50% 이하)

Cu는 강도를 높이는 데 유효한 원소이다. 이와 같은 효과를 발휘시키기 위해서는, Cu를 0.01% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. Cu량은, 보다 바람직하게는 0.05% 이상, 더 바람직하게는 0.10% 이상이다. 그러나, Cu량이 과잉이 되면, 모재의 인성이 열화되기 때문에, 1.50% 이하로 하는 것이 바람직하다. Cu량은, 보다 바람직하게는 1.0% 이하, 더 바람직하게는 0.50% 이하이다.

(Ni: 0% 초과 1.50% 이하)

Ni는 모재 및 용접부의 강도와 인성의 향상에 유효한 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Ni량을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. Ni량은, 보다 바람직하게는 0.05% 이상, 더 바람직하게는 0.10% 이상이다. 그러나, Ni가 다량으로 포함되면, 구조용 강재로서 극히 고가가 되기 때문에, 경제적인 관점에서 Ni량은 1.50% 이하로 하는 것이 바람직하다. Ni량은, 보다 바람직하게는 1.0% 이하, 더 바람직하게는 0.50% 이하이다.

(Cr: 0% 초과 1.50% 이하)

Cr은 강도의 향상에 유효한 원소로, 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.01% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. Cr량은, 보다 바람직하게는 0.05% 이상, 더 바람직하게는 0.10% 이상이다. 한편, Cr량이 1.50%를 초과하면 HAZ 인성이 열화된다. 따라서 Cr량은 1.50% 이하로 하는 것이 바람직하다. Cr량은, 보다 바람직하게는 1.0% 이하, 더 바람직하게는 0.50% 이하이다.

(Mo: 0% 초과 1.50% 이하)

Mo는 모재의 강도와 인성의 향상에 유효한 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Mo량을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. Mo량은, 보다 바람직하게는 0.05% 이상, 더 바람직하게는 0.10% 이상이다. 그러나, Mo량이 1.50%를 초과하면 HAZ 인성 및 용접성이 열화된다. 따라서 Mo량은 1.50% 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.0% 이하, 더 바람직하게는 0.50% 이하이다.

(V: 0% 초과 0.1% 이하)

V는 강도의 향상에 유효한 원소로, 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.003% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. V량은, 보다 바람직하게는 0.010% 이상이다. 한편, V량이 0.1%를 초과하면 용접성과 모재 인성이 열화된다. 따라서 V량은 0.1% 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.08% 이하이다.

한편, Cu, Ni, Cr, Mo 및 V는, 모재나 HAZ의 강도나 인성을 개선하는 원소로, 필요에 따라 각각 단독으로, 또는 2종 이상을 병용해서 함유시켜도 된다.

본 발명의 강판을 제조하는 데 있어서는, 그의 제조 공정도 적절히 제어할 필요가 있다. 우선, REM과 Ca로 황화물의 형태를 제어하기 위해서, Al 및 Zr로 탈산을 행한 후에, 즉, Al이나 Zr로 Al₂O₃이나 ZrO를 형성한 후에, REM과 Ca를 첨가할 필요가 있다. 특히 Ca는 산화물을 형성하기 쉬운 원소이다. 또한 Ca는 황화물(CaS)보다도 산화물(CaO)을 형성하기 쉽고, CaS로부터의 복황을 막기 위해서, 주조 완료까지의 시간을 제한할 필요가 있다. 그 때문에, 용강 처리 공정에 있어서는, Al, Zr, REM 및 Ca를, Al, Zr, REM, Ca의 순서로 첨가함에 있어서, Ca 첨가로부터 200분 이내에 응고가 완료되도록 주편(鑄片)을 제작할 필요가 있다. 단, REM의 첨가에 의해 충분히 REMS를 형성하고 나서, REM보다도 황화물 형성능이 높은 Ca를 첨가시킬 때까지는, 그 시간은 4분 이상 확보할 필요가 있다. 이러한 공정에 의해, Ca나 REM은, 산화물을 형성하지 않고, 황화물로서 존재한다.

상기와 같이 하여 예를 들면, 슬래브 등의 주편을 제작한 후, 가열 온도를 통상의 온도 범위인 1050∼1250℃로 하여 슬래브를 재가열하고, 소정의 조압연을 실시한 후, Ar₃ 변태점∼950℃의 온도 범위(이하, 「Ar₃점∼950℃」라고 표시함)에서, 누적 압하율이 50% 이상이 되도록 열간 압연한다. 이 열간 압연 시의 누적 압하율을 50% 이상으로 함으로써, 강판의 판 두께를 t로 했을 때 t/4의 위치에 있어서의 평균 결정 입경을 10μm 이하로 할 수 있다. 이때의 누적 압하율은, 바람직하게는 55% 이상이고, 보다 바람직하게는 60% 이상이다. 이 누적 압연율의 상한은, 실조업상 대체로 80% 이하이다.

그 후, 추가로 (Ar₃ 변태점-60℃)∼Ar₃ 변태점의 온도 범위(이하, 「Ar₃점-60℃∼Ar₃점」이라고 표시함)의 이른바 2상역 온도역에 있어서, 5% 이상의 누적 압하율을 확보하여 압연을 행할 필요가 있다. 이때의 누적 압하율이 5% 이상을 확보할 수 없을 때에는, 강판의 강도를 확보할 수 없게 된다. 상기 누적 압하율은, 바람직하게는 10% 이상이고, 보다 바람직하게는 15% 이상이다. 단, 이 누적 압하율이 35% 초과가 되면, 집합 조직이 발달하여, 세퍼레이션 지수 SI가 커지므로, 35% 이하로 할 필요가 있다. 상기 누적 압하율은, 바람직하게는 30% 이하이고, 보다 바람직하게는 25% 이하이다.

상기 「누적 압하율」은, 하기 (3)식으로부터 계산되는 값이다. 상기 온도는, 슬래브 또는 강판의 표면 온도로부터, 판 두께 등을 고려해서, 계산에 의해 구한 평균 온도로 정의된다. 하기 (3)식 중, t₀은 평균 온도가 압연 온도 범위에 있을 때의 강판의 압연 개시 두께(mm), t₁은 평균 온도가 압연 온도 범위에 있을 때의 강판의 압연 종료 두께(mm), t₂는 압연 전의 주편(예를 들면 슬래브)의 두께를 각각 나타낸다.

누적 압하율=(t₀-t₁)/t₂×100 …(3)

또한, 상기 Ar₃점은, 하기 (4)식에 의해 구해지는 값을 채용했다. 후술하는 표 2에 나타낸 값도 동일하다. 하기 (4)식 중, [C], [Mn], [Cu], [Cr], [Ni] 및 [Mo]는 각각 C, Mn, Cu, Cr, Ni 및 Mo의 함유량(질량%)을 나타내고, t는 온도 측정 시의 판 두께(mm)를 나타낸다.

Ar₃(℃)=910-310×[C]-80×[Mn]-20×[Cu]-15×[Cr]-55×[Ni]-80×[Mo]+0.35×(t-8) …(4)

본 발명에 따른 고강도 라인 파이프용 강판의 판 두께는 특별히 한정되지 않지만, 라인 파이프로서 적용하기 위해서는, 판 두께는 적어도 6mm 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10mm 이상이다. 또한, 판 두께의 상한은 30mm 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 25mm 이하이다.

본 발명의 고강도 라인 파이프용 강판은, 그 후 라인 파이프용 강관으로 되지만, 얻어지는 강관은, 소재의 강판의 특성이 반영되어서, 저온 인성이 우수한 것이 된다.

본원은 2014년 3월 28일에 출원된 일본 특허출원 제2014-070279호에 기초하는 우선권의 이익을 주장하는 것이다. 일본 특허출원 제2014-070279호의 명세서의 전체 내용이, 본원에 참고를 위해 원용된다.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 본 발명은 이하의 실시예에 의해서 제한을 받는 것은 아니고, 상기, 후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하며, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

하기 표 1에 화학 성분 조성을 나타내는 각종 강재(강종 A∼K)를 제조했다(표 1 중, 「-」은 무첨가를 의미한다). 이때, 황화물의 형태를 제어하기 위해서, 용강 처리 공정에 있어서, Al 및 Zr로 탈산을 행한 후에 REM과 Ca를 첨가했다. 또한 REM 및 Ca는, REM, Ca의 순서로 첨가하고, REM 첨가로부터 Ca 첨가까지의 시간을 4분 이상으로 했다. Ca 첨가 후에 주조를 개시하고, Ca를 첨가하고 나서 200분 이내에 슬래브를 제작했다. 한편, REM은, La 및 Ce를 포함하는 미쉬 메탈의 형태로 첨가했다.

얻어진 슬래브를 하기 표 2에 나타내는 1080∼1180℃의 가열 온도에서 재가열한 후, 소정의 조압연을 실시하고, 추가로 Ar₃점∼950℃에서, 하기 표 2에 나타내는 누적 압하율로 열간 압연했다. 그 후 추가로 (Ar₃점-60℃)∼Ar₃점의 이른바 2상역 온도역에 있어서 하기 표 2에 나타내는 누적 압하율로 압연을 행한 후 공냉해서 강판을 얻었다. 압연 조건을, 압연 후의 판 두께 t, 강종 및 Ar₃점과 함께, 하기 표 2에 나타낸다(시험 No. 1∼18).

얻어진 강판의 판 두께를 t로 했을 때 t/4의 위치에 있어서의 평균 결정 입경, 인장 특성(항복 강도, 인장 강도), 샤르피 특성(세퍼레이션 지수 SI), CTOD 특성(한계 CTOD값)을, 하기의 방법으로 측정했다.

(t/4의 위치에 있어서의 평균 결정 입경의 측정)

강판 표면과 수직이면서 압연 방향에 평행한 단면(L 단면)을 연마하고, 나이탈로 부식을 행한 시험편을 이용했다. 판 두께 t에 대해서 t/4의 위치를 측정 위치로 하여, 400배로 촬영한 조직 사진으로부터 절단법을 이용해서 페라이트의 평균 결정 입경을 구했다.

(인장 특성(항복 강도, 인장 강도)의 측정)

인장 특성은, API-5L에 준거한 전체 두께 인장 시험편을 이용해서, 규격에 준거한 시험 방법으로 항복 강도 및 인장 강도를 측정하여, 인장 특성을 평가했다.

(샤르피 특성(세퍼레이션 지수 SI)의 측정)

ASTM-A370에 준거한 2mm V 노치 샤르피 시험편을 이용해서, 규격에 준거한 시험 방법으로 평가했다. 그때, 샤르피 시험편은, 판 두께를 t로 했을 때 t/4의 위치로부터 CTOD 시험편과 동일한 방향이 되도록 채취하고, 하기 표 3에 나타내는 지정 온도에서 3본 시험을 행하여, 세퍼레이션 지수를 측정한 뒤에, 그 값이 최대가 되는 것을 세퍼레이션 지수 SI로서 채용했다. 도 1은 세퍼레이션 지수 SI를 측정할 때의 샤르피 시험편 파면을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 1에 있어서, 1은 세퍼레이션, 2는 파면, 3은 2mm V 노치, 4는 판 두께 방향을 각각 나타내고 있다. 세퍼레이션 지수 SI는, 샤르피 시험편의 파면에 발생한 세퍼레이션의 각 길이 L₁∼L₃을 측정하고, 그의 총 길이를 상기 (2)식에 따라서 시험편의 파면의 단면적으로 나눠서 측정한 것이다.

(CTOD 특성(한계 CTOD값)의 측정)

BS7448에 준거한 B×2B 형상의 3점 굽힘 CTOD 시험편을 이용해서, 규격에 준거한 시험 방법으로 평가했다. CTOD 시험은, -10℃에 있어서 각 강판에서 2본씩 행하고, 2본 중 값이 낮은 쪽을 한계 CTOD값으로서 채용했다.

이상의 결과를, 판 두께 t, 및 이용한 강종과 함께, 하기 표 3에 나타낸다.

이 결과로부터, 다음과 같이 고찰할 수 있다. 시험 No. 1∼12는, 본 발명에서 규정하는 화학 성분 조성, 평균 결정 입경, 세퍼레이션 지수 SI 모두를 만족하고 있어, 시험 온도 -10℃에서 행한 CTOD 시험에 있어서, 세퍼레이션이 발생하더라도 한계 CTOD값이 목표치인 0.15mm 이상을 만족하고 있다는 것을 알 수 있다.

이에 비해, 시험 No. 13∼18은, 본 발명에서 규정하는 요건 중 어느 하나를 만족하고 있지 않아, 한계 CTOD값이 목표치에 도달하고 있지 않다. 이 중, 시험 No. 13, 14는, 2상역 온도역에서의 누적 압하율이 높아져 있어, 집합 조직이 발달하여 세퍼레이션 지수 SI가 커져, 한계 CTOD값이 작아지고 있다.

시험 No. 15는 Ar₃점∼950℃에서의 누적 압하율이 낮아져 있어, 평균 결정 입경이 커져서 모재 인성이 열화되어, 한계 CTOD값이 목표치에 도달하고 있지 않다. 시험 No. 16은, Mn량이 과잉된 강종 I를 이용한 강판의 예로, 중심 편석부에 MnS가 생성되는 것이 예상되어 세퍼레이션 지수 SI가 커져, 한계 CTOD값이 목표치에 도달하고 있지 않다.

시험 No. 17은, P량이 과잉된 강종 J를 이용한 강판의 예로, 모재 인성이 열화되어, 한계 CTOD값이 목표치에 도달하고 있지 않다. 시험 No. 18은, S량이 과잉된 강종 K를 이용한 강판의 예로, 시험 No. 16과 마찬가지로, 중심 편석부에 MnS가 생성되는 것이 예상되어 세퍼레이션 지수 SI가 커져, 한계 CTOD값이 목표치에 도달하고 있지 않다.

Claims

질량%로,
C: 0.02∼0.20%,
Si: 0.02∼0.50%,
Mn: 0.6∼2.0%,
P: 0% 초과 0.02% 이하,
S: 0% 초과 0.01% 이하,
Al: 0.010∼0.080%,
Nb: 0.002∼0.060%,
Ti: 0.003∼0.030%,
Ca: 0.0003∼0.0060%,
N: 0.0010∼0.010%,
REM: 0.0001∼0.0300%, 및
Zr: 0.0001∼0.0200%
를 각각 함유하고, 잔부가 철 및 불가피 불순물이며,
판 두께를 t로 했을 때 t/4의 위치에 있어서의 평균 결정 입경이 10μm 이하임과 더불어,
지정 온도의 샤르피 시험편 파면으로부터 측정한 세퍼레이션 지수 SI가 0mm/mm² 초과 0.30mm/mm² 이하인 것을 특징으로 하는 저온 인성이 우수한 고강도 라인 파이프용 강판.
제 1 항에 있어서, 　
질량%로,
Cu: 0% 초과 1.50% 이하,
Ni: 0% 초과 1.50% 이하,
Cr: 0% 초과 1.50% 이하,
Mo: 0% 초과 1.50% 이하 및
V: 0% 초과 0.1% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 추가로 함유하는 고강도 라인 파이프용 강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 고강도 라인 파이프용 강판을 이용해서 제조되는 저온 인성이 우수한 고강도 라인 파이프용 강관.