KR102145898B1 - 수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판 및 그 제조방법 - Google Patents

수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판에 관한 것으로, 해당 철판의 화학 성분을 중량 백분비로 계산하면, C: 0.16 ~ 0.20 %, Si: 0.15 ~ 0.40 %, Mn: 1.05 ~ 1.20 %, P: ≤0.008 %, S: ≤0.002 %, Nb: ≤0.01 %, V: ≤0.01 %, Ti: ≤0.01 %, B: ≤0.0005 %이고, 잔량 Fe 및 불가피한 불순물 원소이며, 탄소 당량은 Ceq≤0.42 %이고, 탄소 당량의 계산 공식은, Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15이다. 철판은 비교적 높은 강도와 저온 충격 인성, 비교적 낮은 경도와 우수한 HIC 저항 성능을 구비한다. 철판은 비교적 미세한 결정립과 비교적 낮은 비금속 개재물 함량을 갖추며, 선명한 밴드형 조직이 존재하지 않는다. 고온에서 용접 후 열처리를 장시간 동안 시뮬레이션한 후, 철판의 강도와 저온 충격 인성은 현저하게 감소되지 않는다.

Description

수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판 및 그 제조방법
본 발명은 철판 제조 분야에 관한 것으로, 구체적으로 50 mm 두께의 SA516Gr70(HIC) 수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
SA516Gr70(HIC) 철판은 주로 습한 H2S 부식 환경에서 사용되는 석유 화학공업 장치에 사용된다. 수소 유기 균열은 강(鋼)이 습한 황화수소 환경에 있을 시에 흔히 볼 수 있는 파괴 형식으로, H2S와 철강 표면이 반응하여 수소 원자를 생성하며, 수소 원자는 철강 으로 확산되고 야금 결함 부분에 집결되어 수소 분자를 생성하며, 이는 강재로 하여금 내부에 매우 큰 응력을 발생하게 하여, 경계면에 균열을 초래하고, 수소 기포(hydrogen blistering)를 형성하며, 수소의 압력이 계속하여 증가될 경우, 작은 수소 기포는 서로 연결되는 경향이 있고, 계단 형상의 특징을 띠는 수소 유기 균열을 형성한다.
습한 H2S 부식 환경에서 사용되는 압력 용기가 효력을 상실하게 되면, 안전 생산에 있어 심각한 위협이 되며, 막대한 경제적 손실을 초래한다. 자원 품질의 열화(劣化), 설비의 대형화, 경량화의 발전 추세에 따라, 설계에 있어서 철판이 더 높은 온도와 더 긴 시간의 용접 후 열처리 시뮬레이션(Simulation PWHT) 조건하에서, 변함 없이 우수한 역학 성능과 우수한 수소 유기 균열(HIC) 저항 성능을 구비하는 것을 필요로 한다.
현재 다수의 중후판 생산 업체는 C, Mn, Si 조합 성분의 설계를 채택하고, C, Mn, S, P 원소 함량, 밴드 형 조직의 등급과 비금속 개재물의 함량을 저하시킴으로써 철판 HIC 성능을 보장한다. 용접 후 열처리 시뮬레이션 온도의 상승과 용접 후 열처리 시뮬레이션 시간의 연장에 따라, 시편에 용접 후 열처리 시뮬레이션을 진행한 후에 인장강도는 대폭 저하된다. 탄소 당량과 미세 합금 원소를 제한한 조건하에서, 인장강도는 스펙상의 요구를 만족하기 어려우며, 특히 헤드(head)용 압력용기 철판의 경우 열성형 후의 역학 성능이 정상적인 성능으로 회복될 수 없는 경우가 빈번히 발생한다. 해외의 일부 기업들은 C함량을 낮추고, 동시에 원소 Ni, Cu를 첨가하고, 단조 빌렛 압연 방식을 채택하여 생산하나, 이러한 생산 공정은 철판 강도를 향상시키는데 있어서 일정한 효과가 있지만, 생산 주기가 길고, 생산 원가를 대폭 증가시키기도 한다.
현재 습한 황화수소 환경에서 사용되는 수소 유기 균열 저항 압력 용기 강의 특허는 비교적 적고, 흔히 사용하는 열처리 공정에는 세 가지가 있으며, 중국 특허 공고번호 CN104480384A의 발명 특허는 노멀라이징(Normalizing)+공냉 공정을 채택하여 생산하고, 노멀라이징 한 후 공냉한다. 중국 특허 공고번호 CN1046411629A의 발명 특허는 노멀라이징 +분무 냉각 공정을 채택하여 생산하고, 중국 특허 공고번호가 CN102605242A의 발명 특허는 ??칭(Quenching)+템퍼링(Tempering)공정을 채택하여 생산한다. 이상 세 가지 열처리 공정은 모두 일정한 국한성을 지니며, 노멀라이징+공냉 공정은 균일한 철판 조직에 유리하나, 시편이 고온에서 장시간에 걸쳐 용접 후 열처리 시뮬레이션 한 후의 강도는 요구치를 만족하기 매우 어려우며, 노멀라이징 후 분무 냉각을 채택하면 일정한 정도에서 철판의 밴드형 조직을 개선할 수 있으나, 철판 강도를 향상시키는데 있어서 효과가 선명하지 않고, 템퍼링 처리를 거치지 않았기때문에, 철판 표면은 지나치게 빠르게 냉각됨으로써 Martensite 또는Bainite 조직의 생성을 유발하고, 철판 강도가 낮아지고, 표면 경도가 높아짐을 초래하고, 최종적으로 용기 제조 과정에서 철판 가장자리 균열을 초래하며 ??칭+템퍼링 공정은 철판 강도를 현저하게 향상시킬 수 있지만, ??칭 온도가 비교적 높고, 냉각 속도가 지나치게 빠르기 때문에 충분히 템퍼링하지 않으면, 철판 조직의 불균일을 초래하여, 수소 유기 균열의 민감성을 증가시킨다.
상기 원인에 기반하여, 본원발명은 수소 유기 균열 저항 압력 용기 강 및 이의 제조방법을 제시하고, 습한 황화수소 환경에서의 사용에 적용되며, 성분 설계 및 생산 공정이 간단하고, 대량 생산에 적합하며, 검색 결과 상기 공정과 관련된 특허를 발견하지 못하였다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 기존 기술에 대하여 두께가 50 mm이고, 습한 H2S 부식 환경에서 사용되는 석유 화학공업 장치의 제조에 응용될 수 있으며, 비교적 높은 강도, 저온 충격 인성, 비교적 낮은 경도 및 우수한 HIC 저항 성능을 구비한 SA516Gr70(HIC) 철판을 제공하는 것이다. 철판은 비교적 미세한 결정립과 비교적 낮은 비금속 개재물 함량을 지니며, 선명한 밴드형 조직이 존재하지 않는다. 고온에서 장시간 용접 후 열처리 시뮬레이션를 거친 후에도, 철판의 강도와 저온 충격 인성은 뚜렷하게 감소되지 않고, 헤드(head)용 압력용기 철판은 냉간 성형과 열간 성형 두 가지 제조 공정의 요구를 동시에 만족시킬 수 있다.
본 발명이 상기 과제를 해결하기 위하여 채택하는 수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판의 기술적 해결 방안은, 화학 성분을 중량 백분율로 계산 시에 C: 0.16 ~ 0.20 %, Si: 0.15 ~ 0.40 %, Mn: 1.05 ~ 1.20 %, P: ≤0.008 %, S: ≤0.002 %, Nb: ≤0.01 %, V: ≤0.01 %, Ti: ≤0.01 %, B: ≤0.0005 %이고, 잔량은 Fe 및 불가피한 불순물 원소이며, 탄소 당량은 Ceq≤0.42 %이고, 탄소 당량의 계산 공식은, Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15이다.
본 발명의 수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판은 수소 유기 균열(HIC) 저항 성능에 있어, 철판은 NACE TM0284-2011의 《파이프 압력 용기 수소 유기 균열 저항 강 성능 평가의 실험 방법》에서의 A용액으로 수소 유기 균열 저항을 검사하고, 검사 절단면 낱개의 크랙 길이 비율(CLR), 크랙 폭 비율(CTR) 및 크랙민감률(CSR)은 모두 0으로, 수소 기포가 없고, 부식된 후 결함이 없다. 635±14℃×18h의 용접 후 열처리 시뮬레이션 후 철판의 항복강도는 ≥360 Mpa이고, 인장강도는 ≥540 Mpa이며, 심부 -51 ℃ 횡방향 샤르피(charpy) 충격 에너지 싱글 값은 ≥150 J이고, 철판 납품 상태에서의 표면 브리넬 경도(brinell hardness)는 ≤170 HB이며, 결정입도는 ≥8.0급이고, 밴드형 조직은 ≤2.0급이다.
본 발명은 50 mm 수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판의 화학성분을 하기와 같이 확정한다.
본 발명 철판의 주요한 화학 성분은 주요하게 C, Si, Mn 조합 성분을 채택하여 설계하고, S, P 함량을 최대한 저하시키며, 의도적으로 Cr, Ni, Cu, Mo, Nb, V, Ti, B 등 합금 원소를 첨가하지 않음으로서, 성분 설계를 간단히 한다. C는 철판의 강도와 경도를 현저하게 향상시킬 수 있지만, 탄소 함량의 증가에 따라 탄화물 편석이 쉽게 나타나고, 편석 영역의 경도와 주위 조직에 차이를 초래하며, HIC 부식을 야기하고, Mn은 고용 강화(solid solution strengthening)를 통하여 철강의 강도를 향상시키지만, Mn이 1.05 % 이상 첨가될 경우, 균열 민감성을 향상시킬 수 있으나, 서브 온도 ??칭(sub-temperature quenching), 템퍼링 처리를 통하여 이 불량 영향을 제거할 수 있다. Si는 주로 제강 시에 환원제와 탈산제로 사용되고, 일정한 고용 강화 작용을 하며, 동시에 Si원소는 결정립 경계에 편석되기 쉽고, 결정 간의 크랙의 생성을 조장한다. C, Mn, Si 함량의 증가에 따라, HIC의 민감성을 향상시키지만, 주요한 강화 원소로서, 이의 함량은 여전히 허용 범위 내에서 상한선으로 제어해야 한다. 본원 발명의 성분 제어 범위는 C: 0.16 ~ 0.20 %, Si: 0.15 ~ 0.40 %, Mn: 1.05 ~ 1.20 %이고, 이에 따른 불리한 영향은 후속 열처리를 통하여 제거한다. P, S는 유해 원소이고, 강(鋼)에서 S함량이 증가됨에 따라, H2S에 침지될 경우, 강(鋼)에 진입되는 수소량도 증가되어, HIC가 발생되는 민감성도 상승한다. P 함량이 매우 낮을 경우, 크랙은 MnS에서 핵을 형성할 수 있으나, 크기가 매우 작아 검출될 수 없지만, P가 높으면(예컨대 P=0.4 %), S가 매우 낮더라도(S=0.001 %), 크랙은 산화 개재물 및 결정 경계에서 핵을 형성하여 확산될 수도 있다. 따라서, 본원 발명은 강(鋼)중의 S, P 함량을 최대한 저하시켜야 한다.
본 발명의 다른 하나의 목적은 상술한 수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판의 제조방법을 제공하는 것으로, 구체적으로 하기와 같다.
1) 제련 공정
연속 주조 빌렛 생산 방식을 채택하고, 이의 공정 흐름은, KR 전처리 → 전로 제련 → LF 정련 → RH 정련 → 연속 주조이며, 쇳물 청정도를 향상시키고, 주조 빌렛 편석을 저하시키는 것은 철강의 수소 유기 균열을 방지하는 관건적 조치이다. 제련 원료는 KR 쇳물 전처리를 거쳐, 전로 제련한 후 슬래그 제거 처리하여, S≤0.001 %, P≤0.006 %이고, A계, B계, C계, D계 및 Ds 비금속 개재물계의 개별 값이 ≤1.0급이며, 그 총합은 ≤3.5급으로 엄격히 제어하고 연주는 낮은 과열도로 전체 공정이 아르곤 가스 보호하에서 캐스팅되며, 동적 경압하 기술을 통하여 주조 빌렛 편석을 B계 1.0급 이하로 제어하고, 슬라브가 출고된 후48시간 이상 커버링(covering) 서냉하며, 강(鋼)에서의 충분한 수소 확산을 확보한다.
2) 가열, 압연 공정
구간 분할 가열 방식 채택: 총 가열 시간은 225 ~ 300 min, 제1 가열 구간의 온도는 1050 ~ 1150℃, 제2 가열 구간의 온도는 1200 ~ 1260℃, 균열 구간의 온도는 1170 ~ 1250℃, 제2 가열 구간과 균열 구간의 총 가열 시간은 ≥120 min이고, 그 중 가열에서의 제2 가열 구간과 균열 구간의 배합은 충분한 수소 확산과 편석 확산을 촉진시키는 작용을 일으켜, 조직을 균질화한다.
두 단계의 압연 공정 채택: 조압연 단계에서는 "고온 고압하" 공정을 채택하고, 종방향 압연 패스(pass)는 최소 두 개의 단일 패스의 압하량이 ≥50 mm이어야 하며, 정밀 압연 단계의 누적 압하율은 ≥60 %이고, 최종 압연 온도는 780 ~ 820 ℃로 제어하며, 압연 후 ACC(Accelerate Cooling Control)로 쾌속 냉각하고, 철판이 출고된 후 축적 서냉은 72시간 이상이며, 수소가 충분히 확산된다.
3) 열처리 공정
서브 온도 ??칭+템퍼링 공정을 채택하고, 서브 온도 ??칭 가열 온도는 Ac1 ~ Ac3 사이 이며, 서브 온도 ??칭에 있어서, ??칭 온도는 820 ~ 850 ℃이고, 보온 시간 계수는 1.8 ~ 2.0 min/mm이며, 수냉식이다. 용접 후 열처리 시뮬레이션 후 철판 강도가 대폭 저하되는 것을 방지하기 위하여, 본 발명의 철판 템퍼링 온도는 용접 후 열처리 시뮬레이션 후의 열처리 온도보다 낮지 않으며, 템퍼링에 있어서, 템퍼링 온도는 640 ~ 670 ℃이고, 보온 시간 계수는 3.5 ~ 4.5 min/mm이다.
서브 온도 ??칭은 취성 전환 온도, 세분화된 결정립을 저하시킬 수 있고, 적당량의 균일하게 분포된 미세한 페라이트(ferrite) 조직을 얻을 수 있으며, 크랙의 확산을 억제하고, 강(鋼)의 인성을 현저하게 향상시킬 수 있다. 통상적인 ??칭 공정과 비교할 경우, 동일한 경도를 얻고자 한다면 비교적 낮은 템퍼링 온도를 사용할 수 있고, 더 높은 인성을 겸비하여 응력 집중을 억제시키고 크랙의 발생 및 확산을 방지할 수 있으며 서브 온도 ??칭 조직에는 용해되지 않은 페라이트가 존재하여, 오스테나이트(austenite)에서의 탄소와 합금 원소의 함량을 증가시키고, ??칭 후 소량의 안정적인 잔여 오스테나이트가 존재하며, 또한 크랙의 발생과 확산을 방지할 수 있다. 서브 온도 ??칭은 유해 불순물 원소가 오스테나이트 결정립 경계에서 편석되는 것을 더 저하시킬 수 있어, 결정립 경계를 정화하는 작용을 한다.
기존 기술에 비하여, 본 발명의 장점은 아래와 같다.
본 발명은 두께가 50 mm이고, 비교적 높은 강도, 저온 충격 인성, 비교적 낮은 경도 및 우수한 HIC 저항 성능을 구비한 SA516Gr70(HIC) 수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판에 관한 것이다. 철판은 비교적 세밀한 결정립과 비교적 낮은 비금속 개재물 함량을 지니며, 선명한 밴드형 조직이 존재하지 않는다. 고온에서 용접 후 열처리 시뮬레이션 진행 후 에도, 철판의 강도와 저온 충격 인성은 뚜렷하게 약화되지 않는다. 압력 용기의 헤드를 제조하기 위한 냉간 성형 과정에서, 가공 경화는 철판 경도의 상승을 초래하기에, 최종적으로 철판의 균열을 초래하기 쉽다. 본 발명의 철판 납품 상태에서의 경도는 170 HB 이하로 관리되고, 가공 경화 후에도 여전히 냉간 가공의 요구를 만족시킬 수 있기에, 본 발명의 제조방법을 채택하여 생산한 철판은 냉간 성형과 열성형의 두 가지 헤드 성형 공정의 요구를 동시에 만족시킬 수 있다.
상술한 목적을 실현하기 위하여, 본 발명은 연속 주조 빌렛생산을 채택하고, 주조 빌렛 편석 저하, 쇳물의 청정도 향상, 철판 밴드형 조직 감소 등의 수단을 통하여, 수소 유기 균열의 민감성을 저하시킨다.
강판의 성분 설계가 간단하고, 주요한 성분 원소는 C, Si, Mn 3가지 합금 원소이며, 의도적으로 Ni, Cr, Cu, Mo, Nb, V, Ti 등 합금 원소를 첨가하지 않고, 편석을 감소시키며, 생산 원가가 낮고, S, P, H, O, N 원소 함량을 낮춤으로써, 쇳물의 청정도를 향상시키고, 철판 수소 유기 균열의 민감성을 저하시킨다.
주조 빌렛 가열은 구간 분할 가열 방식을 채택하고, 특히 제2 가열 구간과 균열 구간의 총 시간을 연장시켜, 편석이 충분히 확산되도록 하며, 고온 압연 단계의 고온 고압하 압연 공정을 통하여, 효과적으로 공극 결함을 충분히 압착시키고, 철판 내부 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 철판 열처리 공정은 서브 온도 ??칭+템퍼링의 특수한 공정을 채택하고, 이는 ??칭과 노멀라이징 공정에 비해 서브 온도 ??칭 가열 온도는 비교적 낮으며, 서브 온도 ??칭 냉각 과정에서 냉각 속도는 노멀라이징 온도와 ??칭 온도 사이에 있고, 더 나아가 고온 템퍼링한 후, 이의 강한 인성은 최적 매칭에 도달할 수 있어, 철판 인장강도와 저온 충격 인성을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 철판 표면 경도가 비교적 높은 것을 방지할 수 있으며, 이의 조직은 페라이트+펄라이트(pearlite)°조직이고, 결정립은 미세하고, 선명한 밴드형 조직이 존재하지 않는다.
도 1은 본 발명의 실행 예1의 철판 미세조직이다.
도 2는 본 발명의 실행 예2의 철판 미세조직이다.
도 3은 본 발명의 실행 예3의 철판 미세조직이다.
이하 첨부 사진과 실행 예를 결합하여 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
실행 예1
본 실행 예의 수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판의 두께는 50 mm이고, 이의 화학성분은 중량 백분비로 계산하여 C: 0.17 %, Si: 0.34 %, Mn: 1.18 %, P: 0.004 %, S: 0.0005 %, H: 0.00006 %, O: 0.0015 %, N: 0.0035 %이며, 잔량은 Fe 및 불가피한 불순물 원소이고, 탄소 당량은 Ceq≤0.41 %이며, 계산 공식은 Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15이다.
해당 철판의 제조 공정은 다음과 같다.
1) 제련, 연속 주조
두께 370 mm의 연속 주조 빌렛 생산을 채택하고, 제련 원료는 순차적으로 KR 쇳물 전처리, 전로 제련, LF 정련, RH 정련 과 슬라브 연속 주조 공정을 거치며, 전로 제련 후 슬래그 제거 처리를 진행하고, 연속 주조 공정은 낮은 과열도로 전체 과정이 아르곤 가스 보호하에서 주조되며, 동적 경압하 기술을 통하여 주조 빌렛 편석을 제어하고, 슬라브가 출고된 후48시간 이상 커버링 서냉한다.
2) 가열, 압연 공정
구간 분할 가열 방식 채택: 총 가열 시간은 270 min이고, 제1 가열 구간의 온도는 1120 ℃, 제2 가열 구간의 온도는 1250 ℃, 균열 구간의 온도는 1240 ℃이고, 제2 가열 구간과 균열 구간의 총 가열 시간은 135 min이고, 주조 빌렛 편석의 충분한 확산을 확보한다.
두 단계의 압연 공정을 채택하여, 조압연 단계에서는 고온 고압하 공정을 채용하고, 종방향 압연 패스가 총 3 회이고, 이의 단일 패스 압하량은 각각 25 mm, 55 mm 와 50 mm이며, 이는 공극결함이 충분히 압착되도록 하고, 철판 내부 품질과 심부 성능을 향상시키며, 정밀 압연 단계의 누적 압하율은 65 %이고, 최종 압연 온도는 810 ℃로 제어하며, 압연 후 ACC(Accelerate Cooling Control)로 쾌속 냉각하고, 철판이 출고된 후 72시간 동안 축적 서냉한다.
3) 열처리 공정
서브 온도 ??칭+템퍼링 공정을 채용하고, 본 발명의 실시예 철판 Ac1의 온도는 720 ℃이며, Ac3의 온도는 850 ℃이고, 서브 온도 ??칭에 있어서, ??칭 온도는 835 ℃이며, 보온 시간 계수는 1.8 min/mm이고, 템퍼링 온도는 660 ℃이며, 보온 시간 계수는 3.8 min/mm이다.
상기 제조 공정을 거쳐 제조된 50 mm 두께의 수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판은 매칭이 우수한 종합 기계 성능과 우수한 수소 유기 균열 저항 성능을 구비하고, 이의 구체적 기계 성능은 표1 참조, 수소 유기 균열 저항 성능은 표4 참조, 금속 현미경 조직 사진은 도 1을 참조한다.
실행 예2
본 실행 예의 수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판의 두께는 50 mm이고, 이의 화학 성분은 중량 백분비로 계산하며, C: 0.18 %, Si: 0.32 %, Mn: 1.17 %, P: 0.003 %, S: 0.0006 %, H: 0.00005 %, O: 0.0012 %, N: 0.0036 %이며, 잔량은 Fe 및 불가피한 불순물 원소이고, 탄소 당량은 Ceq≤0.41 %이며, 계산 공식은, Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15이다.
상기 철판의 제조 공정은 하기와 같다.
1) 제련, 연속 주조
두께가 370 mm인 연속 주조 빌렛 생산을 채택하고, 제련 원료는 순차적으로 KR 쇳물 전처리, 전로 제련, LF 정련, RH 정련 과 슬라브 연속 주조 공정을 거치며, 전로 제련 후 슬래그 제거 처리를 진행하고, 연속 주조 공정은 낮은 과열도로 전체 과정이 아르곤 가스 보호하에서 캐스팅되며, 동적 경압하 기술을 통하여 주조 빌렛 편석을 제어하고, 슬라브가 출고된 후48시간 이상 커버링 서냉한다.
2) 가열, 압연 공정
구간 분할 가열 방식을 채택하여, 총 가열 시간은 285min이고, 제1 가열 구간의 온도는 1125 ℃, 제2 가열 구간의 온도는 1255 ℃, 균열 구간의 온도는 1242 ℃이며, 제2 가열 구간과 균열 구간의 총 가열 시간은 150 min이고, 주조 빌렛 편석의 충분한 확산을 확보한다.
두 단계의 압연을 채택하여, 조압연 단계에서는 고온 고압하 공정을 채택하고, 종방향 압연 패스가 총 3 회이며, 이의 단일 패스 압하량은 각각 25 mm, 55 mm 와 55 mm이며 공극결함이 충분히 압착되도록 하고, 철판 내부 품질과 심부 성능을 향상시키며, 정밀 압연 단계의 누적 압하율은 66 %이고, 최종 압연 온도는 812 ℃로 제어하며, 압연 후 ACC(Accelerate Cooling Control)로 쾌속 냉각하고, 철판이 출고된 후 72시간 동안 축적 서냉한다.
3) 열처리 공정
서브 온도 ??칭+템퍼링 공정을 채택하고, 서브 온도 ??칭에있어 ??칭 온도는 842℃이고, 보온 시간 계수는 1.8 min/mm이며, 템퍼링 온도는 650 ℃이고, 보온 시간 계수는 4.0min/mm이다.
상기 제조 공정을 거쳐 제조된 50 mm 두께의 수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판은 매칭이 우수한 종합 기계 성능과 우수한 수소 유기 균열 저항 성능을 구비하고, 이의 구체적 기계 성능은 표2 참조, 수소 유기 균열 저항 성능은 표4 참조, 금속 현미경 조직사진은 도 2를 참조한다.
실시 예3
본 실시 예의 수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판의 두께는 50 mm이고, 이의 화학 성분은 중량 백분비로 계산하며, C: 0.16 %, Si: 0.35 %, Mn: 1.16 %, P: 0.005 %, S: 0.0007 %, H: 0.00006 %, O: 0.0012 %, N: 0.0033 %이며, 잔량은 Fe 및 불가피한 불순물 원소이고, 탄소 당량은 Ceq≤0.40 %이며, 계산 공식은, Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15이다.
상기 철판의 제조 공정은 하기와 같다.
1) 제련, 연속 주조
두께가 370 mm인 연속 주조 빌렛 생산을 채택하고, 제련 원료는 순차적으로 KR 쇳물 전처리, 전로 제련, LF 정련, RH 정련 과 슬라브 연속 주조 공정을 거치며, 전로 제련 후 슬래그 제거 처리를 진행하고, 연속 주조 공정은 낮은 과열도로 전체 과정이 아르곤 가스 보호하에서 주조되며, 동적 경압하 기술을 통하여 주조 빌렛 편석을 제어하고, 슬라브가 출고된 후48시간 이상 커버링 서냉한다.
2) 가열, 압연 공정
구간 분할 가열 방식을 채택하여, 총 가열 시간은 300min이고, 제1 가열 구간의 온도는 1118 ℃, 제2 가열 구간의 온도는 1252 ℃, 균열 구간의 온도는 1241 ℃이며, 제2 가열 구간과 균열 구간의 총 가열 시간은 150 min이고, 주조 빌렛 편석의 충분한 확산을 확보한다.
두 단계의 압연을 채택하여, 조압연 단계에서는 고온 고압하 공정을 채택하고, 종방향 압연 패스가 총 3 회이며, 이의 단일 패스 압하량은 각각 25 mm, 55 mm 와 55 mm이며 공극결함이 충분히 압착되도록 하고, 철판 내부 품질과 심부 성능을 향상시키며, 정밀 압연 단계의 누적 압하율은 68 %이고, 최종 압연 온도는 802 ℃로 제어하며, 압연 후 ACC(Accelerate Cooling Control)로 쾌속 냉각하고, 철판이 출고된 후 72시간 동안 축적 서냉한다.
3) 열처리 공정
서브 온도 ??칭+템퍼링 공정을 채택하고, 서브 온도 ??칭에있어 ??칭 온도는 840℃이고, 보온 시간 계수는 1.8 min/mm이며, 템퍼링 온도는 645 ℃이고, 보온 시간 계수는 4.2 min/mm이다.
상기 제조 공정을 거쳐 제조된 50 mm 두께의 수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판은 매칭이 우수한 종합 기계 성능과 우수한 수소 유기 균열 저항 성능을 구비하고, 이의 구체적 기계 성능은 표3참조, 수소 유기 균열 저항 성능은 표4 참조, 금속 현미경 조직사진은 도 3을 참조한다.
표 1 실행 예1로 생산한 철판의 기계 성능
Figure 112018042683983-pct00001
주의: 열성형 시뮬레이션 제도: 920±20℃, 1.1-1.2min/mm, 공냉, 용접 후 시뮬레이션: 635±14℃×18h. 서브 온도 ??칭 시뮬레이션+템퍼링 시뮬레이션 공정 제도와 철판 열처리 공정 계수가 동일함.
표 2 실행 예2로 생산한 철판의 기계 성능
Figure 112018042683983-pct00002
주의: 열성형 시뮬레이션 제도: 920±20℃, 1.1-1.2min/mm, 공냉, 용접 후 열처리 시뮬레이션: 635±14℃×18h. 서브 온도 ??칭 시뮬레이션+템퍼링 시뮬레이션 공정 제도와 철판 열처리 공정 계수가 동일함.
표 3 실행 예3으로 생산한 철판의 기계 성능
Figure 112018042683983-pct00003
주의: 열성형 시뮬레이션 제도: 920±20℃, 1.1-1.2min/mm, 공냉. 용접 후 열처리 시뮬레이션: 635±14℃×18h. 서브 온도 ??칭 시뮬레이션+템퍼링 시뮬레이션 공정 제도와 철판 열처리 공정 계수가 동일함.
표 4 각 실행 예로 생산한 철판의 수소 유기 균열(HIC) 저항 성능
Figure 112018042683983-pct00004
본원 발명의 각 실행 예의 철판 결정입도는 8.5급이고, 밴드형 조직은 0.5급이며, 도 1 ~ 도 3을 참조한다.

Claims (2)

  1. 수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판의 일종인 해당 철판의 화학 성분을 중량 백분비로 계산하면, C: 0.16 ~ 0.20 %, Si: 0.15 ~ 0.40 %, Mn: 1.05 ~ 1.20 %, P: ≤0.008 %, S: ≤0.002 %, Nb: ≤0.01 %, V: ≤0.01 %, Ti: ≤0.01 %, B: ≤0.0005 %이고, 잔량은 Fe 및 불가피한 불순물 원소이며, 탄소 당량은 Ceq≤0.42 %이고, 탄소 당량의 계산 공식은, Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15이고,
    635±14℃×18h의 용접 후 열처리 시뮬레이션 후 상기 수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판의 항복강도는 ≥360 Mpa이고, 인장강도는 ≥540 Mpa이며, 심부 -51 ℃ 횡방향 샤르피 충격 에너지 싱글 값은 ≥150 J이고,
    상기 수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판의 납품 상태에서의 표면 브리넬 경도는 ≤170 HB이며,
    상기 수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판의 미세조직은 페라이트+펄라이트 조직이고, 결정입도는 ≥8.0급이고, 밴드형 조직은 ≤2.0급이며,
    상기 수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판의 제조 공정은 다음 내용을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 유기 균열 저항 압력 용기 철판.
    1) 제련공정
    연속 주조 빌렛 생산 방식을 채택하고, 이의 공정 흐름은, KR 전처리 → 전로 제련 → LF 정련 → RH 정련 → 연속 주조이며, 제련 원료는 KR 쇳물 전처리를 거쳐, 전로 제련한 후 슬래그 제거 처리하며, S≤0.001 %, P≤0.006 %이고, A계, B계, C계, D계 및 Ds 비금속 개재물계 각 항목이 ≤1.0급이며, 이 총합이 ≤3.5급이 되도록 제어하고 연속 주조는 낮은 과열도로 전체 과정이 아르곤 가스 보호하에서 캐스팅되며, 동적 경압하 기술을 통하여 주조 빌렛 편석을 B류 1.0급 이하로 제어하고, 슬라브가 출고된 후 48시간 이상 커버링 서냉하며, 강에서의 수소가 충분히 확산되도록 확보하는 제련 공정
    2)총 가열 시간은 225 ~ 300 min이고, 제1 가열 구간의 온도는 1050 ~ 1150℃, 제2 가열 구간의 온도는 1200 ~ 1260℃, 균열 구간의 온도는 1170 ~ 1250℃이며, 제2 가열 구간과 균열 구간의 총 가열 시간은 ≥120 min인 구간 분할 가열 방식 및,
    조압연 단계에서 "고온 고압하" 공정을 채택하여, 종방향 압연 패스는 최소 두 번의 단일 패스 압하량이 ≥50 mm인 패스를 구비하며, 정밀 압연 단계의 누적 압하율은 ≥60 %이고, 최종 압연 온도는 780 ~ 820 ℃로 제어되고, 압연 후 ACC(Accelerate Cooling Control)로 쾌속 냉각되고, 철판이 출고된 후 축적 서냉은 72시간 이상이며, 수소가 충분히 확산되는 2단계의 압연 공정 및,
    3) 서브 온도 ??칭+템퍼링 공정을 채택하여, 서브 온도 ??칭에 있어서, ??칭 온도는 820 ~ 850 ℃이며, 보온 시간 계수는 1.8 ~ 2.0 min/mm이고, 수냉식이며, 템퍼링에 있어서, 템퍼링 온도는 640 ~ 670 ℃이고, 보온 시간 계수는 3.5 ~ 4.5 min/mm인 열처리 공정.
  2. 삭제
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