KR102225267B1

KR102225267B1 - 이음매 없는 강관 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR102225267B1
Application number: KR1020197005732A
Authority: KR
Inventors: 다케시 미키; 유지 아라이; 유스케 미하라; 요스케 우치다; 마사히로 야마자키; 마사유키 야마모토
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2016-08-01
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2021-03-09
Also published as: WO2018025778A1; CA3032083A1; CN109563587B; CN109563587A; MY191470A; CA3032083C; US11453925B2; SG11201900897RA; JPWO2018025778A1; KR20190034285A; JP6292366B1; US20190177813A1

Abstract

화학 조성이, 질량%로, C：0.10~0.20%, Si：0.05~1.0%, Mn：0.05~1.2%, P≤0.025%, S≤0.005%, Cu≤0.20%, N≤0.007%, Ni：0.20~0.50%, Cr：0.30%이상 0.50% 미만, Mo：0.30~0.50%, Nb：0.01~0.05%, Al：0.001~0.10%, B：0.0005~0.0020%, Ti：0.003~0.050%, V：0.01~0.20%, Ca, Mg 및 REM 중 어느 1종 이상의 합계：0~0.025%, 잔부：Fe 및 불순물이며, Pcm(=C+(Si/30)+(Mn/20)+(Cu/20)+(Ni/60)+(Cr/20)+(Mo/15)+(V/10)+5B)≤0.30이며, 금속 조직이, 면적%로, 뜨임 마텐자이트≥90%이고, 인장 강도≥980MPa, 2mm V 노치 시험편을 이용한 -40℃에서의 샤르피 충격값≥75J/cm²인, 이음매 없는 강관.

Description

이음매 없는 강관 및 그 제조 방법

본 발명은, 이음매 없는 강관 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

기계 구조 부재 중에서 원통형의 것에는, 종래, 봉강에 단조 또는 연신 압연을 행하고, 혹은 추가로 절삭 가공을 행하여 원하는 형상으로 한 후에, 열처리가 행해지고, 기계 구조 부재에 필요한 기계적 성질이 부여되는 경우가 많았다.

그러나, 최근, 기계 구조물의 대형화 및 고내력화의 경향을 받아, 원통형의 기계 구조 부재를 중공의 이음매 없는 강관으로 치환함으로써 경량화가 도모되고 있다. 특히, 크레인의 붐에 이용되는 강관에는, 고층 건축을 위한 크레인의 대형화에 더하여, 한랭지에서 작업할 필요성 등이 있기 때문에, 고강도화와 함께 고인성화가 요구된다. 구체적으로는, 최근, 크레인 붐으로의 용도로서, 980MPa 이상의 인장 강도를 갖고, 또한 -40℃라는 저온에서 뛰어난 인성을 갖는 이음매 없는 강관도 요구되게 되었다.

고강도 및 고인성의 이음매 없는 강관 및 그 제조 방법에 관하여, 다양한 기술이 개시되어 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에는, 고가의 합금강을 첨가하지 않고, 온라인 가공 열처리에 의해서, 인성이 뛰어난 고강도 이음매 없는 강관을 제조하는 것이 가능한 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 2에는, 인장 강도가 950MPa 이상, 항복 강도가 850MPa 이상, 또한 -40℃에서의 샤르피 흡수 에너지가 60J 이상인 이음매 없는 강관과 그 제조 방법이 개시되어 있다.

특허문헌 3에는, 인장 강도가 950MPa 이상, 항복 강도가 850MPa 이상, 또한 -40℃에서의 샤르피 흡수 에너지가 60J 이상이며, 두께가 30mm 초과인 이음매 없는 강관과 그 제조 방법이 개시되어 있다.

일본국 특허공개 2001-240913호 공보 국제 공개 제2010/061882호 일본국 특허공개 2012-193404호 공보

특허문헌 1에서 개시되는 고강도 이음매 없는 강관은, 인장 강도가 최대여도 899MPa이며, 크레인 붐용으로서 강도가 충분하다고는 할 수 없다.

한편, 특허문헌 2에서 개시되는 이음매 없는 강관은, 인장 강도 950MPa 이상 및 항복 강도 850MPa 이상의 고강도를 갖고, 또한 저온에서의 인성도 뛰어나며, 더욱이, 용접 시공 후의 특성에 관해서도 만족할 수 있는 수준이다. 또한, 특허문헌 3에서 개시되는 이음매 없는 강관은, 두께가 30mm를 초과하는 두꺼운 두께의 경우에도, 인장 강도 950MPa 이상 및 항복 강도 850MPa 이상의 고강도를 가지며, 또한 저온에서의 인성도 뛰어나다.

여기서, 크레인 붐 용도로는, 강관에는, 고강도 및 고인성에 더하여, 높은 용접성도 요구된다. 용접성의 평가의 기준으로서는, 하기［A］식으로 나타내어지는 Pcm(용접 균열 감수성 조성(%))이 잘 알려져 있다.

Pcm=C＋(Si/30)＋(Mn/20)＋(Cu/20)＋(Ni/60)＋(Cr/20)＋(Mo/15)＋(V/10)＋5B···［A］

단,［A］식 중의 원소 기호는, 각 원소의 강 중 함유량(질량%)을 의미하고, 함유되지 않는 경우는 제로로 한다.

일반적으로, Pcm이 크면 용접부의 저온 균열이 발생하기 쉽다. 그 때문에, Pcm은, 실제의 용접에 있어서, 예열 온도의 관리의 지표로서 사용되는 경우가 많다.

또한, 최근에는, 용접 시공의 번잡함을 피하기 위해, 예열의 생략 또는, 가능한 한 저온의 예열을 지향하는 경향이 있다. 그 때문에, 크레인 붐용 이음매 없는 강관 제품에 있어서, Pcm이 용접성의 단순한 기준으로서가 아니라, 그 값이 소정치 이하인 것(구체적으로는, 예를 들면, Pcm≤0.30)이, 스펙으로서 요구되는 경우도 발생해 왔다. 이 경우, Pcm＞0.30인 제품은, 만약에 그 제품의 용접성을 실제로 평가하면 실용상 전혀 문제 없는 것이었다 하더라도, 그러한 실제의 평가로 진행되기 이전에 Pcm의 값으로 불채용으로 여겨져 버린다.

특허문헌 2에서 개시되는 이음매 없는 강관은, Cr 및 Mo를 높은 값으로 포함하게 된다. 그 때문에, Pcm에서 0.30 이하라는 엄격한 요구에 대해서 만족할 수 없는 것도 상정된다.

또한, 특허문헌 3에서 개시되는 이음매 없는 강관도, Cr 및 Mo를 높은 값으로 포함하므로, Pcm에서 0.30 이하라는 엄격한 요구에 대해서 만족할 수 없는 것도 상정된다. 또한, 그 이음매 없는 강관의 제조 방법은, 저합금망을 열간으로 제관한 후, 담금질과 뜨임을 2회 이상 행하는 것이다. 이 때문에, 생산성의 점에서 불리하게 되고, 에너지 비용이 커지는 것이 상정된다.

본 발명은, 인장 강도가 980MPa 이상이며, 2mm V 노치 샤르피 시험편을 이용한 -40℃에서의 충격값(이하, 간단히 「-40℃에서의 샤르피 충격값」이라고 한다.)이 75J/cm²이상이며, 더욱이 Pcm이 0.30 이하인, 이음매 없는 강관 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 그 요지는, 하기에 나타내는 이음매 없는 강관 및 그 제조 방법에 있다.

(1) 화학 조성이, 질량%로,

C：0.10~0.20%,

Si：0.05~1.0%,

Mn：0.05~1.2%,

P：0.025% 이하,

S：0.005% 이하,

Cu：0.20% 이하,

N：0.007% 이하,

Ni：0.20~0.50%,

Cr：0.30% 이상 0.50% 미만,

Mo：0.30~0.50%,

Nb：0.01~0.05%,

Al：0.001~0.10%,

B：0.0005~0.0020%,

Ti：0.003~0.050%,

V：0.01~0.20%,

Ca, Mg 및 REM 중 어느 1종 이상의 합계：0~0.025%,

잔부：Fe 및 불순물이며,

하기［A］식으로 나타내어지는 Pcm의 값이 0.30 이하이며,

금속 조직이, 면적%로,

뜨임 마텐자이트：90% 이상이며,

인장 강도가 980MPa 이상,

2mm V 노치 시험편을 이용한 -40℃에서의 샤르피 충격값이 75J/cm²이상인,

이음매 없는 강관.

(2) 상기 (1)에 기재된 이음매 없는 강관을 제조하는 방법으로서,

상기 (1)에 기재된 화학 조성을 갖는 강편을 이용하여, 하기의 [i]부터 [iv]까지의 공정을 순서대로 실시하는,

이음매 없는 강관의 제조 방법.

[i]：강편을 1200~1300℃로 가열한 후, 단면 감소율로 40~99%의 가공을 행하여 소관을 제조하는, 열간 제관 공정

[ii]：상기 소관을 Ac₁점 미만의 온도까지 냉각하는, 냉각 공정

[iii]：냉각한 소관을 Ac₃점~950℃로 가열한 후, 급랭하는, 담금질 공정

[iv]：담금질한 소관을 500~600℃로 가열한 후, 실온까지 냉각하는, 뜨임 공정

본 발명에 의하면, 인장 강도가 980MPa 이상의 고강도를 가짐과 더불어 저온 인성도 뛰어나며, 또한 Pcm이 0.30 이하로 작고 용접성이 뛰어난 이음매 없는 강관을 얻는 것이 가능하다.

도 1은, 뜨임 마텐자이트의 면적률이 90% 이상 95% 미만이었던 시험 번호 1의 조직 사진이다.
도 2는, 뜨임 마텐자이트의 면적률이 90% 미만이었던 시험 번호 3의 조직 사진이다.
도 3은, 뜨임 마텐자이트의 면적률이 95% 이상이었던 시험 번호 31의 조직 사진이다.

본 발명자들은, 화학 조성이 염가인 저합금망을 베이스로 하는 것으로서, 열간으로 제관한 후, 담금질 및 뜨임을 1회 행하는 것만으로, 소정의 강도와 샤르피 충격값을 확보할 수 있고, 더욱이, Pcm이 0.30 이하인 이음매 없는 강관을 얻는 수법에 대해 열심히 연구를 거듭하였다. 그 결과, 하기의 중요한 지견을 얻었다.

(a) 용접성의 점으로부터 Pcm을 0.30 이하의 낮은 값으로 제어하기 위해서는, 상술한［A］식에 포함되는 합금 원소의 함유량을 낮게 하면 된다. 그러나, 단순히 그 합금 원소량을 저감하는 것만으로는, 담금질성의 저감을 초래하여 충분한 담금질 조직을 얻을 수 없다. 이 때문에, 양호한 용접성의 확보가 가능하더라도, 소정의 강도와 인성을 양립시킬 수 없다.

(b) 질량%로, B의 함유량이 0.0020% 이하이면, Pcm 저하를 위해서 Cr 및 Mo의 함유량 상한을 모두 0.50%로 제한하면, 그들을 복합하여 포함하는 강의 경우에도, 뜨임 시에 조대한 붕소 탄화물이 형성되지 않으며, 양호한 저온 인성을 확보할 수 있다. 즉, B를 적정량 함유시킴으로써, 비교적 염가에 담금질성을 높이고, 강도와 인성을 양립시킬 수 있는 저합금망의 성분계가 존재한다.

(c) 한편, 담금질 및 뜨임을 1회 행하는 것만으로, 고강도와 높은 인성을 양립시키려면, 그 담금질 시의 오스테나이트 입자를 미세하게 하면 된다.

본 발명은 상기의 지견에 의거하여 이루어진 것이다. 이하, 본 발명의 각 요건에 대해 자세하게 설명한다.

(A) 화학 조성

본 발명과 관련되는 이음매 없는 강관 및 강편의 화학 조성의 한정 이유는 다음과 같다. 이하의 설명에 있어서 각 원소의 함유량에 대한 「%」는, 「질량%」를 의미한다.

C：0.10~0.20%

C는, 강도를 높이기 위해서 불가결한 원소이다. C 함유량이 0.10% 미만인 경우, 다른 원소와의 관련으로 인장 강도가 980MPa 이상이라는 고강도를 얻기 어려운 경우가 있다. 한편, C 함유량이 0.20%를 초과하면, 용접성이 현저하게 저하한다. 따라서, C 함유량은 0.10~0.20%로 한다. C 함유량은 0.12% 이상인 것이 바람직하고, 0.18% 이하인 것이 바람직하다.

Si：0.05~1.0%

Si는, 탈산 작용을 갖고, 강도 및 담금질성의 향상 작용도 있다. 이들 효과를 얻으려면, Si 함유량은 0.05% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, Si 함유량이 1.0%를 초과하면, 인성 및 용접성이 저하한다. 따라서, Si 함유량은 0.05~1.0%로 한다. Si 함유량은 0.1% 이상인 것이 바람직하고, 0.6% 이하인 것이 바람직하다.

Mn：0.05~1.2%

Mn은, 탈산 작용을 갖고, 강도 및 담금질성의 향상 작용도 있다. 이들 효과를 얻기 위해서는, Mn을 0.05% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, Mn 함유량이 1.2%를 초과하면, 인성이 저하한다. 따라서, Mn 함유량은 0.05~1.2%로 한다. Mn 함유량은 0.30% 이상인 것이 바람직하고, 1.10% 이하인 것이 바람직하다.

P：0.025% 이하

P 함유량이 0.025%를 초과하면, 인성의 저하가 현저해져 소정의 샤르피 충격값을 확보하는 것이 어려워진다. 이 때문에, 불순물로서의 P 함유량을 0.025% 이하로 한다. P 함유량은 0.020% 이하인 것이 바람직하다.

S：0.005% 이하

S 함유량이 0.005%를 초과하면, 인성의 저하가 현저해져 소정의 샤르피 충격값을 확보하는 것이 어려워진다. 이 때문에, 불순물로서의 S 함유량을 0.005% 이하로 한다. S 함유량은 0.003% 이하인 것이 바람직하다.

Cu：0.20% 이하

Cu 함유량이 0.20%를 초과하면, 열간 가공성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 이 때문에, 불순물로서의 Cu 함유량을 0.20% 이하로 한다. Cu 함유량은 0.05% 이하인 것이 바람직하다.

N：0.007% 이하

N 함유량이 0.007%를 초과하면, 조대한 질화물이 형성되거나, 고용 B의 확보가 곤란하게 되고, 특히, 두꺼운 두께의 이음매 없는 강관에 있어서, B의 담금질성 향상 효과가 불충분하게 되어 충분한 담금질 조직을 얻을 수 없거나 하게 되고, 인성의 저하가 현저해지므로, 소정의 샤르피 충격값을 확보하는 것이 어려워진다. 이 때문에, 불순물로서의 N 함유량을 0.007% 이하로 한다. N 함유량은 0.006% 이하인 것이 바람직하다.

Ni：0.20~0.50%

Ni는, 담금질성, 강도 및 인성을 향상시키는 작용이 있다. 이들 효과를 얻기 위해서는, Ni을 0.20% 이상 함유시킬 필요가 있다. 한편, Ni를 0.50%를 초과하여 함유시키면, 합금 비용이 커진다. 따라서, Ni 함유량은 0.20~0.50%로 한다. Ni 함유량은 0.30% 이상인 것이 바람직하고, 0.40% 이하인 것이 바람직하다.

Cr：0.30% 이상 0.50% 미만

Cr은, 담금질성 및 강도를 향상시키는 작용이 있다. 이들 효과를 얻기 위해서는, Cr을 0.30% 이상 함유시킬 필요가 있다. 한편, 양호한 담금질성을 확보하기 위해서, 후술하는 0.0005~0.0020%의 B와 함께, Cr 및 Mo를 복합하여 함유하는 저합금망의 경우, Cr 함유량이 0.50% 이상이 되면, 뜨임 시에 조대한 붕소 탄화물이 형성되어 인성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 또한, Pcm(용접 균열 감수성 조성)이 높아져 용접 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Cr 함유량은 0.30% 이상 0.50% 미만으로 한다. Cr 함유량은 0.40% 이상인 것이 바람직하다. 또한, Cr 함유량은 0.47% 이하인 것이 바람직하고, 0.45% 이하인 것이 바람직하다.

Mo：0.30~0.50%

Mo는, 담금질성 및 강도를 향상시키는 작용이 있다. 이들 효과를 얻기 위해서는, Mo를 0.30% 이상 함유시킬 필요가 있다. 한편, 양호한 담금질성을 확보하기 위해서, 후술하는 0.0005~0.0020%의 B와 함께, Mo 및 Cr을 복합하여 함유하는 저합금망의 경우, Mo 함유량이 0.50%를 초과하면, 뜨임 시에 조대한 붕소 탄화물이 형성되어 인성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 또한, Pcm(용접 균열 감수성 조성)이 높아져 용접 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Mo 함유량은 0.30~0.50%로 한다. Mo 함유량은 0.40% 이상인 것이 바람직하고, 0.45% 이하인 것이 바람직하다.

Nb：0.01~0.05%

Nb는, C 또는/및 N과 결합하여 미세한 석출물을 형성하고, 오스테나이트 입자의 조대화를 억제하며, 인성을 향상시키는 작용을 갖는다. 상기의 효과를 안정적으로 확보하기 위해서는, Nb를 0.01% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, 0.05%를 초과하는 양의 Nb를 함유시키면, 석출물의 양이 증대하여, 오히려 인성을 열화시키는 경우가 있다. 따라서, Nb 함유량은 0.01~0.05%로 한다. Nb 함유량은 0.02% 이상인 것이 바람직하고, 0.04% 이하인 것이 바람직하다.

Al：0.001~0.10%

Al은, 탈산 작용을 갖는 원소이다. 이 효과를 확보하기 위해서는, Al을 0.001% 이상 함유시킬 필요가 있다. 한편, Al을 0.10%를 초과하여 함유시켜도 상기의 효과가 포화할 뿐만 아니라, 지자(地疵)의 발생도 많아진다. 따라서, Al 함유량은 0.001~0.10%로 한다. Al 함유량은 0.025% 이상인 것이 바람직하고, 0.055% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 Al 함유량이란 산가용 Al(이른바, 「sol.Al」)에서의 함유량을 가리킨다.

B：0.0005~0.0020%

B는, 용접성의 점으로부터 Pcm을 0.30 이하의 낮은 값으로 억제한 두꺼운 두께의 이음매 없는 강관에, 충분한 담금질 조직을 구비시키는데 극히 중요한 원소로서, 0.0005% 이상 함유시킬 필요가 있다. 그러나, B 함유량이 0.0020%를 초과하면, Cr 및 Mo의 함유량 상한이 모두 0.50%여도, 그들을 복합하여 포함하는 경우에는, 뜨임 시에 조대한 붕소 탄화물이 형성되어, 인성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 따라서, B 함유량은 0.0005~0.0020%로 한다. B 함유량은 0.0008% 이상인 것이 바람직하고, 0.0015% 이하인 것이 바람직하다.

Ti：0.003~0.050%

Ti는, 뜨임 시에 Ti 탄화물로서 석출되고, 강도를 향상시키는 작용을 갖는다. Ti에는, N을 고정하고, B의 담금질성 향상 효과를 발휘시키는데 유효한 고용 B를 확보하는 작용도 있다. 이들 효과는, Ti 함유량이 0.003% 이상에서 얻어진다. 그러나, Ti의 함유량이 0.050%를 초과하면, 응고 중 등 고온역에서 조대한 Ti 탄질화물이 형성되고, 또한 뜨임 시의 Ti 탄화물의 석출량이 과잉되게 되므로, 인성이 저하한다. 따라서, Ti 함유량은 0.003~0.050%로 한다. Ti 함유량은 0.005% 이상인 것이 바람직하고, 0.015% 이하인 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같이, N을 고정하기 위해서는, Ti/N≥48/14를 만족하는 것이 바람직하다.

V：0.01~0.20%

V는, 뜨임 시에 V 탄화물로서 석출되고, 강도를 향상시키는 작용을 갖는다. 이 효과는, V 함유량이 0.01% 이상에서 얻어진다. 그러나, V 함유량이 0.20%를 초과하면, 뜨임 시의 V 탄화물의 석출량이 과잉되게 되므로, 인성이 저하한다. 또한, Pcm이 높아져, 용접 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, V 함유량은 0.01~0.20%로 한다. 또한, V 함유량은 0.04% 이상인 것이 바람직하고, 0.15% 이하인 것이 바람직하다.

Ca, Mg 및 REM 중 어느 1종 이상의 합계：0~0.025%

Ca, Mg 및 REM은, 모두 S와 반응하여 황화물을 형성함으로써 개재물의 형태를 개선하고, 인성을 향상시키는 작용을 갖는다. 이 때문에, 필요에 따라서 Ca, Mg 및 REM 중 어느 1종 이상을 함유시켜도 된다. 이 효과를 안정적으로 얻기 위해서는, 이들 성분의 함유량은, 합계로 0.0005% 이상인 것이 바람직하다. 한편, 이들 성분의 합계의 함유량이 0.025%를 초과하면, 개재물량이 증대하여 강의 청정성이 저하하므로, 오히려 인성이 저하한다. 따라서, 이들 원소의 합계 함유량의 상한을 0.025%로 한다. 합계 함유량은 0.01% 이하인 것이 바람직하고, 0.005% 이하인 것이 보다 바람직하다.

본 발명에 있어서 「REM」이란, Sc, Y, 및 란타노이드의 합계 17 원소를 가리키고, 「REM의 함유량」이란, REM이 1종인 경우는 그 함유량, 2종 이상인 경우는 그들의 합계 함유량을 가리킨다. 또한, REM은 일반적으로는 복수종의 REM의 합금인 미쉬 메탈로서도 공급되고 있다. 이 때문에, 개별의 원소를 1종 또는 2종 이상 첨가하여 함유시켜도 되고, 예를 들면, 미쉬 메탈의 형태로 첨가해도 된다.

본 발명과 관련되는 이음매 없는 강관 및 강편은, 상술한 각 원소와, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어진다. 여기서 「불순물」이란, 철강 재료를 공업적으로 제조할 때, 광석, 스크랩 등의 원료, 제조 공정의 다양한 요인에 의해서 혼입하는 성분으로서, 본 발명에 악영향을 주지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.

Pcm：0.30 이하

본 발명과 관련되는 이음매 없는 강관 및 강편은, 하기［A］식으로 나타내어지는 Pcm이 0.30 이하이다.

또한, Pcm의 우변의 각 원소는, 각각 강관의 강도를 향상시키는 효과가 있으므로, Pcm이 너무나 작은 경우에는, 필요한 강도를 얻을 수 없을 가능성이 있다. 인장 강도에서 980MPa 이상이라는 고강도를 안정적으로 얻기 위한 실제적인 Pcm의 하한은, 0.22 정도가 된다고 생각할 수 있다.

(B) 금속 조직

본 발명과 관련되는 이음매 없는 강관은, 고강도와 높은 인성을 양립하기 때문에, 뜨임 마텐자이트를 주체로 하는 금속 조직을 갖는다. 구체적으로는, 뜨임 마텐자이트의 면적률을 90% 이상으로 한다. 잔부의 조직에 대해서는 특별히 제한은 없는데, 베이나이트, 페라이트 및 펄라이트로부터 선택되는 1종 이상이 포함되어 있어도 된다.

또한, 본 발명에 있어서는, 금속 조직은 이하의 방법에 의해 측정한다. 우선, 이음매 없는 강관으로부터, 압연 방향으로 수직인 단면이 관찰면이 되도록, 관찰용 시험편을 채취한다. 그리고, 관찰면을 연마한 후, 나이탈 에칭을 행한다. 그 후, 배율 500배의 광학 현미경으로 촬영한 조직 사진으로부터 뜨임 마텐자이트의 면적률을 구한다.

(C) 특성

본 발명과 관련되는 이음매 없는 강관의 인장 강도(이하, 「TS」라고 한다.)는 980MPa 이상이다. TS가 980MPa 이상이면, 안정적으로 경량화를 행할 수 있으므로, 크레인의 대형화에 대응 가능한 크레인 붐으로의 용도로서, 충분히 안정적으로 이용할 수 있다. 그 이음매 없는 강관의 TS의 바람직한 하한은 1000MPa이다. 또한, 그 이음매 없는 강관의 TS의 바람직한 상한은 1100MPa이다. 또한, 본 발명과 관련되는 이음매 없는 강관의 항복 응력(이하, 「YS」라고 한다.)은 890MPa 이상인 것이 바람직하고, 900MPa 이상인 것이 보다 바람직하다.

또한, 본 발명과 관련되는 이음매 없는 강관의 -40℃에서의 샤르피 충격값은 75J/cm²이상이다. -40℃에서의 샤르피 충격값이 75J/cm²이상이면, 한랭지에서의 작업이 행해지는 크레인 붐으로의 용도로서도, 충분히 안정적으로 이용할 수 있다. 그 이음매 없는 강관의 -40℃에서의 샤르피 충격값의 바람직한 하한은 125J/cm²이며, 높으면 높을수록 바람직하다.

(D) 두께

본 발명과 관련되는 이음매 없는 강관의 두께에 대해서, 특별히 제한은 설정하지 않는다. 그러나, 두께가 10mm 미만에서는, 기계 구조 부재로서 이용하는 경우에 필요한 강도를 확보할 수 없을 우려가 있다. 한편, 두께가 45mm를 초과하면, 베이나이트가 발생하기 쉬워지고, 뜨임 마텐자이트 주체의 조직으로 하는 것이 어려워진다. 따라서, 두께는 10~45mm인 것이 바람직하다. 두께는 20mm 이상인 것이 바람직하고, 40mm 이하인 것이 바람직하다.

(E) 제조 방법

본 발명과 관련되는 이음매 없는 강관은, 이하의 방법에 의해서 제조할 수 있다.

상기 (A)항에서 서술한 화학 조성을 갖는 강을, 일반적인 저합금망과 동일한 방법으로 용제한 후, 주조에 의해 잉곳 또는 주편으로 한다. 또한, 이른바 「라운드 CC」법에 의해서, 제관용 원형 빌릿 형상을 갖는 주편으로 해도 된다.

다음의 공정으로서, 주조된 잉곳 또는 주편에, 분괴 압연 또는 열간 단조를 실시한다. 그 공정은, 최종적인 열간 제관(예를 들면, 열간에서의 천공, 압연 및 연신 공정에 의한 제관, 또는 열간 압출 프레스에 의한 제관)에 이용하는 소재를 얻는 공정이다. 또한, 상기 「라운드 CC」법에 의해서, 원형 빌릿 형상으로 한 주편은, 직접 그것을 이용하여 이음매 없는 강관으로 완성할 수 있으므로, 반드시 분괴 압연 또는 열간 단조를 실시할 필요는 없다.

상기의 분괴 압연 또는 열간 단조로 제조한, 최종적인 열간 제관에 이용하는 소재 및 원형 빌릿 형상으로 한 주편(이하, 「강편」이라고 한다.)에, 이하에 나타내는 [i]부터 [vi]까지의 공정을 순서대로 행하여, 본 발명의 이음매 없는 강관이 제조된다.

상술한 강편을 1200~1300℃로 가열한 후, 단면 감소율로 40~99%의 가공을 행하여 소정의 형상을 갖는 소관을 제조한다. 강편의 가열 온도가 1200℃을 밑돌면, 다음의 단면 감소율이 40~99%로 가공할 때의 변형 저항이 커져 제관 설비가 받는 부하가 커지게 되고, 결점 또는 균열 등의 가공 불량을 발생시키는 경우가 있다. 한편, 강편의 가열 온도가 1300℃를 웃돌면, 고온 입계 균열 또는 연성 저하를 초래하는 경우가 있다. 따라서, 열간 제관 공정은, 먼저, 강편의 가열 온도를 1200~1300℃로 한다.

강편의 가열 온도가 상기의 범위여도, 가열 후의 열간 제관에 있어서의 단면 감소율이 40%를 밑돌면, 후술하는 [ii]의 냉각 공정을 거쳐도, [iii]의 담금질 공정에서 미세한 담금질 조직이 되지 않고, 이음매 없는 강관에 원하는 기계적 특성을 구비시킬 수 없는 경우가 있다. 한편, 단면 감소율로 99%를 웃도는 제관 공정에는, 제관 설비의 증설 등이 필요해지는 경우가 있다. 따라서, 열간 제관 공정은, 단면 감소율로 40~99%의 가공을 행하는 것으로 한다.

이 [i]의 공정에서의 가열 온도는, 강편의 표면에 있어서의 온도를 가리킨다. 상기 온도역에서의 유지 시간은, 강편의 사이즈 및 형상에도 따르지만 60~300분으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 열간 제관에서의 소관 마무리 온도는 850~950℃로 하는 것이 바람직하다. 상술한 소관 마무리 온도는, 소관의 외표면에 있어서의 온도를 가리킨다. [i]의 공정에 있어서, 가열 온도의 바람직한 하한은 1230℃, 또한, 바람직한 상한은 1280℃이다. 또한, 단면 감소율의 바람직한 하한은 50%, 또한, 바람직한 상한은 90%이다.

소정의 형상으로 완성된 소관은, [iii]의 담금질 공정에서 미세한 담금질 조직을 얻기 위해서 Ac₁점 미만의 온도까지 냉각된다. 이 때의 냉각 속도에 대해서는, 특별히 제한이 없다. 또한, 열간 제관 후의 소관에는, 일단 실온까지 냉각한 후에, 재가열하여 다음의 [iii]의 공정을 행해도 되고, 열간 제관 후에, Ac₁점 미만의 적당한 온도까지 냉각한 후, 그 온도로부터 직접 가열하여 다음의 [iii]의 공정을 행해도 된다. 이 [ii]의 공정에서의 냉각 온도는, 소관의 외표면에 있어서의 온도를 가리킨다.

상기 [ii]의 공정에서 냉각한 소관에는, 다음으로, Ac₃점~950℃의 온도로 가열한 후에 급랭하는 담금질 처리가 행해진다. 가열 온도가 Ac₃점 미만이면, 오스테나이트화가 완료되지 않으므로, 이음매 없는 강관에 소정의 기계적 특성을 구비시킬 수 없는 경우가 있다. 한편, 가열 온도가 950℃를 초과하면, 1회의 담금질 처리에서는, 미세한 오스테나이트 입자를 얻을 수 없고, 이음매 없는 강관에 소정의 기계적 특성을 구비시킬 수 없는 경우가 있다. 따라서, 담금질 처리 시의 가열 온도는 Ac₃점~950℃로 한다.

상기 가열 온도에서의 유지 시간은, 소관의 사이즈에도 따르지만 5~30분으로 하는 것이 바람직하다. 거의 균일한 가열이 가능하면, 유도 가열을 이용한 단시간의 급속 가열 처리여도 상관없다. 이 [iii]의 공정에서의 가열 온도는, 소관의 외표면에 있어서의 온도를 가리킨다. 급랭에는, 충분한 담금질 조직이 얻어진다면, 수랭 또는 유랭 등 적당한 방법을 이용하면 된다. [iii]의 공정에 있어서, 가열 온도의 바람직한 하한은 880℃, 또한, 바람직한 상한은 920℃이다.

상기 [iii]의 공정에서 담금질한 소관에는, 이음매 없는 강관으로서의 소정의 기계적 특성을 구비시키기 위해서, 500~600℃로 가열한 후, 실온까지 냉각하는, 뜨임 처리가 행해진다. 상기 (A)항에서 서술한 화학 조성의 경우에는, 뜨임의 가열 온도가 500℃를 밑돌면, 소정의 강도(TS)는 확보할 수 있어도 저온 인성이 저하하고, -40℃에서의 샤르피 충격값이 75J/cm²를 밑도는 경우가 있다. 한편, 뜨임의 가열 온도가 600℃를 웃돌면, 소정의 저온 인성(-40℃에서의 샤르피 충격값)은 얻어져도 강도가 저하하고, TS가 980MPa 이상이라는 고강도를 확보할 수 없는 경우가 있다. 따라서, 뜨임 처리 시의 가열 온도는 500~600℃로 한다.

상기 가열 온도에서의 유지 시간은, 소관의 사이즈에도 따르지만 30~60분으로 하는 것이 바람직하다. 이 [iv]의 공정에서의 가열 온도는, 소관의 외표면에 있어서의 온도를 가리킨다. 뜨임 시의 냉각 속도에 대해서는, 특별히 제한이 없다. 이 때문에, 대기 중에서의 방랭, 교정 풍랭, 미스트 냉각, 유랭, 수랭 등, 설비에 따른 냉각을 행하면 된다. [iv]의 공정에 있어서, 가열 온도의 바람직한 하한은 525℃, 또한, 바람직한 상한은 575℃이다.

이하, 실시예에 의해서, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

(실시예 1)

표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 강 A~K를 100kg 진공 용해로를 이용하여 용제하고, 주형에 부어 잉곳을 얻고, 다음으로, 각 잉곳을 열간 단조하여, 두께 50mm, 폭 120mm, 길이 190mm의 블록 형상으로 가공하고, 실온까지 냉각하였다. 이와 같이 해서 얻은 각 블록을, 1250℃에서 30분 가열한 후, 이음매 없는 강관의 제조를 모의하고, 표 2에 나타내는 바와 같이, 단면 감소율이 40% 또는 60%가 되도록 폭을 구속하여 마무리 온도가 850~950℃의 범위가 되도록 열간 압연한 후 실온까지 냉각하여, 두께 20mm 또는 30mm의 판재를 얻었다.

표 1 중의 강 A~D는, 화학 조성이 본 발명에서 규정하는 범위 내에 있는 강이며, 한편, 강 E~K는, 화학 조성이 본 발명에서 규정하는 조건으로부터 벗어난 강이다. 또한, 표 1에는, 하기의 식 (1) 및 식 (2)로부터 구한 Ac₁점 및 Ac₃점을 아울러 나타냈다.

Ac₁점(℃)=723＋29.1×Si-10.7×Mn-16.9×Ni＋16.9×Cr···(1)

Ac₃점(℃)=910-203×C^0.5＋44.7×Si-15.2×Ni＋31.5×Mo＋104×V-(30×Mn＋11×Cr＋20×Cu-700×P-400×Al-400×Ti)···(2)

[표 1]

상기와 같이 하여 얻은 두께 20mm 또는 30mm의 판재에 표 2에 나타내는 조건에서 담금질 및 뜨임을 행한 후, 하기의 조사를 실시하였다. 또한, 담금질은 모두 교반 수조 중에 침지하여 실시하였다. 뜨임 시의 냉각은 모두 대기 중에서의 방랭으로 하였다.

우선, 각 판재(시험 번호 1~26)로부터, 압연 방향으로 수직인 단면이 관찰면이 되도록, 관찰용 시험편을 채취하고, 관찰면을 연마한 후, 나이탈 에칭을 행했다. 그 후, 배율 500배의 광학 현미경으로 촬영한 조직 사진으로부터 뜨임 마텐자이트의 면적률을 구하였다.

도 1 및 2에 조직 사진의 예를 나타낸다. 도 1은, 뜨임 마텐자이트의 면적률이 90% 이상 95% 미만이었던 시험 번호 1의 조직 사진이며, 도 2는, 뜨임 마텐자이트의 면적률이 90% 미만이었던 시험 번호 3의 조직 사진이다.

다음으로, 각 판재의 판두께 중앙부로부터 압연 길이 방향으로 평행하게, JIS Z 2241-2011의 부속서 D에 기재된 10호 인장 시험편을 잘라내어, 실온 대기 중에서 인장 시험을 실시하고, YS 및 TS를 구하였다. 또한, 담금질-뜨임한 판재의 판두께 중앙부로부터 압연 폭 방향으로 평행하게, 폭 10mm의 2mm V 노치 풀 사이즈 시험편을 잘라내어, -40℃에서 샤르피 충격 시험을 행하고, 흡수 에너지를 조사하여 충격값을 구하였다.

표 2에, 상기의 각 조사 결과를 아울러 나타낸다.

[표 2]

표 2에 나타내어진 바와 같이, 본 발명에서 규정하는 화학 조성을 갖는 강 A~D를 이용하고, 본 발명에서 규정하는 방법으로 제조한 본 발명예의 시험 번호 1, 4, 5, 7~9, 11 및 14~16은, TS가 980MPa 이상이며, YS도 890MPa 이상이라는 고강도를 가짐과 더불어 저온 인성도 뛰어난 것이 분명하고, 또한, Pcm이 0.30 이하로 낮기 때문에, 뛰어난 용접성을 구비하는 것도 용이하게 상정할 수 있다.

이에 비해, 비교예의 시험 번호의 경우는, 적어도 소정의 기계적 특성을 얻을 수 없거나, 용접성의 점에서 뒤떨어진다.

즉, 시험 번호 2, 3, 6, 10, 12, 13 및 17에 나타내어지는 바와 같이, 본 발명에서 규정하는 화학 조성을 갖는 강 A~D를 이용해도, 그 제조 조건이 본 발명에서 규정하는 조건으로부터 벗어나는 경우에는, TS가 낮고 980MPa에 이르지 않았다.

한편, 이용한 강의 화학 조성이 본 발명에서 규정하는 조건으로부터 벗어나는 경우에는, 시험 번호 18~26에 나타내어지는 바와 같이, 제조 조건이 본 발명의 규정을 만족하거나, 만족하지 않는 것에 관계없이, 적어도 소정의 기계적 특성을 얻을 수 없거나, Pcm이 높아지기 때문에 용접성의 점에서 뒤떨어진다.

(실시예 2)

표 3에 나타내는 화학 조성을 갖는 강 L을 용제하고, 전로-연속 주조 프로세스에 의해, 직사각형 빌릿을 주조하였다. 직사각형 빌릿은, 또한 열간 단조에 의해 외경 191mm의 원형 빌릿, 외경 225mm의 원형 빌릿 및 외경 310mm의 원형 빌릿으로 성형하여, 실온까지 냉각하였다.

[표 3]

상기의 각 원형 빌릿을, 1240℃에서 가열하고, 만네스만-맨드릴 방식에 의해서, 마무리 온도가 850~950℃의 범위가 되도록, 표 4에 나타내는 여러 가지 두께의 이음매 없는 강관을 제작하고, 실온까지 냉각하였다. 이와 같이 하여 얻은 각 이음매 없는 강관을, 표 4에 나타내는 조건에서, 담금질와 뜨임을 행하고, 제품 강관을 제조하였다. 또한, 담금질은 모두 물 담금질에 의해서 실시하였다. 뜨임 시의 냉각은 모두 대기 중에서의 방랭으로 하였다.

그 후, 각 제품 강관(시험 번호 27~38)에 대해서, 실시예 1과 동일하게 하여 뜨임 마텐자이트의 면적률을 구하였다. 도 3은, 뜨임 마텐자이트의 면적률이 95% 이상이었던 시험 번호 31의 조직 사진이다.

다음으로, 각 제품 강관에 대해서, 길이 방향의 한쪽 위치 또는 양단 위치(압연 방향으로 선단측을 T단, 말단측을 B단으로 한다)로부터, JIS Z 2241-2011의 부속서 E에 기재된 12호 시험편을 잘라내어, 실온 대기 중에서 인장 시험을 실시하고, YS 및 TS를 구하였다. 또한, 상기 각 제품 강관에 대해서, 길이 방향의 한쪽 위치 또는 양단 위치로부터 압연 길이 방향으로 평행하게, 폭 10mm의 2mm V 노치 풀 사이즈 시험편(제품 두께가 20mm 또는 38mm인 경우) 또는 폭이 3.3mm인 2mm V 노치 시험편(제품 두께가 5.74mm인 경우)을 각 3개씩 잘라내어, -40℃에서 샤르피 충격 시험을 실시하고, 각 3개의 평균 흡수 에너지를 조사하며, 이것을 이용하여 충격값을 구하였다.

표 4에, 상기의 각 조사 결과를 아울러 나타낸다.

[표 4]

표 4로부터, 본 발명에서 규정하는 화학 조성을 갖는 강 L을 이용하고, 본 발명에서 규정하는 방법으로 제조한 본 발명예의 시험 번호 27~38의 강관은, 어느 치수에 있어서도, TS가 980MPa 이상이며, YS도 890MPa 이상이라는 고강도를 가짐과 더불어 저온 인성도 뛰어난 것이 분명하며, 또한, Pcm이 0.30 이하이기 때문에, 뛰어난 용접성을 구비하는 것도 용이하게 상정할 수 있다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명의 이음매 없는 강관은, 인장 강도가 980MPa 이상의 고강도를 가짐과 더불어 저온 인성도 뛰어나며, 또한 Pcm이 0.30 이하로 작으므로, 기계 구조 부재용, 그 중에서도 크레인 붐용으로서 적합하다. 또한, 본 발명의 제조 방법에 의해서, 상기의 이음매 없는 강관을 저비용으로 얻을 수 있다.

Claims

화학 조성이, 질량%로,
C：0.10~0.20%,
Si：0.05~1.0%,
Mn：0.05~1.2%,
P：0.025% 이하,
S：0.005% 이하,
Cu：0.20% 이하,
N：0.007% 이하,
Ni：0.20~0.50%,
Cr：0.30% 이상 0.50% 미만,
Mo：0.30~0.50%,
Nb：0.01~0.05%,
Al：0.001~0.10%,
B：0.0005~0.0020%,
Ti：0.003~0.050%,
V：0.04~0.20%,
Ca, Mg 및 REM 중 어느 1종 이상의 합계：0~0.025%,
잔부：Fe 및 불순물이며,
하기［A］식으로 나타내어지는 Pcm의 값이 0.30 이하이며,
금속 조직이, 면적%로,
뜨임 마텐자이트：90% 이상이며,
인장 강도가 980MPa 이상,
2mm V 노치 시험편을 이용한 -40℃에서의 샤르피 충격값이 75J/cm²이상인,
이음매 없는 강관.
Pcm=C＋(Si/30)＋(Mn/20)＋(Cu/20)＋(Ni/60)＋(Cr/20)＋(Mo/15)＋(V/10)＋5B···［A]
단,［A］식 중의 원소 기호는, 각 원소의 강 중 함유량(질량%)을 의미하고, 함유되지 않는 경우는 제로로 한다.
청구항 1에 기재된 이음매 없는 강관을 제조하는 방법으로서,
청구항 1에 기재된 화학 조성을 갖는 강편을 이용하여, 하기의 [i]부터 [iv]까지의 공정을 순서대로 실시하는, 이음매 없는 강관의 제조 방법.
[i]：강편을 1200~1300℃로 가열한 후, 단면 감소율로 40~99%의 가공을 행하여 소관을 제조하는, 열간 제관 공정
[ii]：상기 소관을 Ac₁점 미만의 온도까지 냉각하는, 냉각 공정
[iii]：냉각한 소관을 Ac₃점~950℃로 가열한 후, 급랭하는, 담금질 공정
[iv]：담금질한 소관을 500~600℃로 가열한 후, 실온까지 냉각하는, 뜨임 공정