KR102321266B1

KR102321266B1 - 충격인성이 우수한 용접강관용 강재 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR102321266B1
Application number: KR1020190163732A
Authority: KR
Inventors: 김영훈
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2021-11-02
Also published as: KR20210073180A

Abstract

본 발명은 오일이나 가스 채굴 등에 사용되는 용접강관용 강재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 충격인성이 우수한 용접강관 이음부를 제공할 수 있는 용접강관용 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

충격인성이 우수한 용접강관용 강재 및 이의 제조방법{STEEL SHEET HAVING EXCELLENT TOUGHNESS AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

석유 및 가스 산업에서 사용되는 코일드 튜브는 직경 1인치에서 3.25인치의 수 km의 튜브를 제작하여 이를 큰 릴 스풀링을 통해 공급되는 형태를 나타내고, 유정이나 가스정에서 유체순환, 펌핑, 드릴링, 로그인, 천공 등 다양한 용도로 사용된다. 이 때, 사용 시 마다 반복되는 릴링과 언릴링을 통하여 반복굽힘 응력이 누적되어 튜브의 조기 파단을 유발한다.

특히, 피로응력이 집중되는 용접부에서는 충격이 가해질 경우, 파단으로 인한 제품수명을 단축시키는 경우에 문제가 발생하므로, 충격인성이 향상된 소재의 개발 및 용접 이음부의 제조기술 향상을 위한 연구들이 진행되고 있다.

한국 공개공보 제2008-0042518호

본 발명의 일 측면은, 충격인성이 우수한 용접강관용 강재 및 이의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

보다 상세하게, 본 발명의 일 측면은, API 규격 5ST CT90급 상당의 강도를 가지면서도 충격인성이 우수한 용접강관용 강재 및 이의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 과제는 전술한 내용에 한정하지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 본 발명 명세서 전반에 걸친 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는 데 어려움이 없을 것이다.

본 발명의 일 측면은, 중량%로, 탄소(C): 0.12~0.2%, 실리콘(Si): 0.15~0.25%, 망간(Mn): 1.25~1.6%, 인(P): 0.01% 이하, 황(S): 0.02% 이하, 알루미늄(Al): 0.03~0.08%, 니오븀(Nb): 0.04~0.08%, 티타늄(Ti): 0.01~0.05%, 질소(N): 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,

미세조직이 페라이트와 펄라이트로 구성되며, 상기 페라이트의 최대 결정립 크기가 25㎛ 이하이고,

하기 관계식 1을 만족하는, 용접강관용 강재를 제공한다.

[관계식 1]

30 < 63.5×(1.5×[C]-20×[Si]-6×[Mn]+10.5×[Nb]+[Ti]+5.5)-0.3×[F]+5.8×[P]-4.5×[El]+5×[YR] < 50

(여기서 [C], [Si], [Mn], [Nb] 및 [Ti]는 각 성분의 중량 함량을 의미하고, [F]는 페라이트 미세조직의 분율을 의미하며, [P]는 펄라이트 미세조직의 분율을 의미하고, [El]은 연신율, [YR]은 항복비를 의미한다.)

또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은, 전술한 합금조성을 갖는 강 슬라브를 1150~1250℃의 온도범위에서 재가열하는 단계;

재가열된 강 슬라브를 800~900℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 및

상기 열연강판을 냉각한 후 하기 관계식 1을 만족하는 열연강판을 얻을 수 있도록 하는 권취온도에서 권취하는 단계를 포함하는, 용접강관용 강재의 제조방법을 제공한다.

[관계식 1]

또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은, 전술한 용접강관용 강재를 성형 및 용접하여 얻어지는 충격인성이 우수한 용접강관을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 충격인성이 우수한 용접강관용 강재 및 이의 제조방법을 효과적으로 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, API 규격 5ST CT90급 상당의 강도를 가지면서도 충격인성이 우수한 용접강관용 강재 및 이의 제조방법을 효과적으로 제공할 수 있다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명자는, 가스정이나 유정환경에서 유체순환, 펌핑, 드릴링, 로그인, 천공 등의 용도로 코일드 튜빙에 대하여 지속적으로 수요가 증가하고 있는 추세를 고려하여, 보다 원가를 절감할 수 있고, 또한 물성을 향상시킬 수 있는 소재를 개발하고, 이에 적합한 용접물성을 확보하기 위해 연구를 수행하였다.

즉, 본 발명에 의하면, 종래 기술에서 피로응력이 집중되는 용접부에서 충격이 가해질 경우 파단으로 인한 제품수명이 단축되는 문제를 해결하면서, 충격인성이 우수한 강재 및 이의 제조방법을 효과적으로 제공할 수 있다.

특히, 코일드 튜브 제조 후 API 5ST 규격 내에서 요구하는 CT90급 상당의 항복강도(500~550MPa) 및 인장강도(630MPa 이상)를 충족시킬 수 있는 강재를 개발하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

구체적으로, 본 발명의 일 측면은, 중량%로, 탄소(C): 0.12~0.2%, 실리콘(Si): 0.15~0.25%, 망간(Mn): 1.2~1.6%, 인(P): 0.01% 이하, 황(S): 0.02% 이하, 알루미늄(Al): 0.03~0.08%, 니오븀(Nb): 0.04~0.08%, 티타늄(Ti): 0.01~0.05%, 질소(N): 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,

하기 관계식 1을 만족하는, 용접강관용 강재를 제공한다.

[관계식 1]

즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 항복강도 500~550MPa이고, 인장강도 630MPa 이상으로 강도가 높으면서도, 충격인성이 우수한 강재를 효과적으로 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 코일드 튜브강의 용접강관용으로써 생산성 및 품질 향상을 도모할 수 있고, 또한 충격인성이 우수한 용접강관용 강재 및 이를 이용한 용접강관(용접이음부)을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 주요한 특징 중 하나인 강 조성을 구성하는 각 합금성분을 첨가하는 이유와 이들의 적절한 함량 범위에 대하여 우선 설명한다. 이 때, 각 성분들의 함량은 특별한 언급이 없는 한, 중량%를 의미한다.

탄소(C): 0.12~0.2%

C 는 강도확보를 위해 첨가되는 원소로서, 소입성을 향상시켜 강도를 확보할 수 있다. 상기 C의 함량이 0.12% 미만일 경우에는 Nb, V, Ti와 결합하여 강도의 확보에 어려움이 있고, 0.2%를 초과할 경우에는 항복강도가 상승하여 목표로 하는 강도를 초과하므로 바람직하지 못하다. 따라서, 상기 C의 함량은 0.12% 이상 0.2% 이하인 것이 바람직하다. 한편, 강도 확보의 측면에서 보다 바람직하게는, 상기 C 함량이 0.13% 이상 0.18% 이하일 수 있다.

실리콘(Si): 0.15~0.25%

Si 는 강의 제조에서 탈산처리 및 강도확보를 위해 첨가되는 원소로서, 상기 Si의 함량이 0.15% 미만일 경우에는 Si의 탈산효과가 저하된다는 문제가 있고, 0.25%를 초과할 경우에는 MA형성으로 인한 충격인성을 저하시키고, 템퍼링시 취하가 발생할 수 있다는 문제점이 있다. 따라서, 상기 Si 함량은 0.15% 이상 0.25% 이하인 것이 바람직하다. 한편, 탈산효과의 확보 측면에서 보다 바람직하게는 상기 Si 함량이 0.2% 이상일 수 있고, 충격인성의 확보 측면에서 보다 바람직하게는 상기 Si 함량이 0.24% 이하일 수 있다.

망간(Mn): 1.25~1.6%

Mn 은 강도 확보를 위해 첨가되는 원소로서, 상기 Mn의 함량이 1.2% 미만일 경우에는 강도 확보에 어려움이 있고, 1.6%를 초과할 경우에는 연주 시 중심편석을 생성시켜 충격인성 저하 및 피로특성 저항성을 저하시키는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 Mn의 함량을 1.25% 이상 1.6% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 강도 확보의 측면에서 보다 바람직하게는 상기 Mn 함량이 1.3% 이상일 수 있고, 충격인성 확보의 측면에서 보다 바람직하게는 상기 Mn 함량이 1.5% 이하일 수 있다.

인(P): 0.01% 이하

P 는 강의 제조에서 불가피하게 발생되는 불순물로서 적을수록 바람직하다. 상기 P의 함량이 0.01%를 초과할 경우에는 연주시 중심편석을 형성시켜 충격인성을 저하시킬 수 있다는 문제점이 있다. 한편, 충격인성 확보의 측면에서 바람직하게는 상기 P 함량이 0.009% 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.008% 이하일 수 있다.

황(S): 0.02% 이하

S 는 강의 제조에서 불가피하게 발생되는 불순물로서 적을수록 바람직하다. 상기 S의 함량이 0.02%를 초과할 경우에는 Mn과 반응하여 MnS를 생성시켜 강재의 인성을 저하시키는 주요인자로서, 강내 함유량이 적을수록 유리하다. 한편, 강재의 인성 확보 측면에서 바람직하게는 상기 S 함량이 0.01% 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.005% 이하일 수 있다.

알루미늄(Al): 0.03~0.08%

Al은 강의 제조에서 탈산처리를 위해 첨가되는 원소로서, 상기 Al의 함량이 0.03% 미만일 경우에는 Al에 의한 탈산효과가 저하되고, 0.08%를 초과할 경우에는 산화물을 형성시켜 강의 청정도를 저하시키는 문제가 있다. 따라서, 상기 Al 함량은 0.03% 이상 0.08% 이하인 것이 바람직하다. 한편, 탈산효과의 확보 측면에서 보다 바람직하게는 상기 Al 함량이 0.035% 이상일 수 있고, 강의 청정도 확보 측면에서 상기 Al 함량이 0.06% 이하일 수 있다.

니오븀(Nb): 0.04~0.08%

Nb는 강의 강도 확보를 위해 첨가되는 원소로서, 상기 NbC 석출물을 생성시켜 석출강화 효과를 가져온다. 상기 Nb의 함량이 0.04% 미만일 경우에는 석출강화 효과가 미비하고, 0.08%를 초과할 경우에는 조대한 석출물 및 MA 형성을 촉진하여 인성을 저하시키는 문제가 있다. 따라서, 상기 Nb 함량은 0.04% 이상 0.08% 이하인 것이 바람직하다. 한편, 석출강화 효과의 확보 측면에서 보다 바람직하게는 상기 Nb 함량이 0.05% 이하일 수 있고, 인성의 확보 측면에서 보다 바람직하게는 상기 Nb 함량이 0.07% 이하일 수 있다.

티타늄(Ti): 0.01~0.05%

Ti 은 강의 강도 및 인성 향상을 위해 첨가되는 원소로서, TiC 석출물을 생성시켜 석출강화 효과를 가져오고, TiN을 석출시켜 오스테나이트 결정립 성장을 억제시켜 미세한 결정립을 생성시켜 강도 확보 및 인성향상을 가져온다. 상기 Ti의 함량이 0.01% 미만일 경우에는 상기와 같은 효과를 나타내지 않으며, 0.05%를 초과할 경우에는 조대한 Ti 석출물이 생성되어 인성을 저하시키는 문제가 있다. 따라서, 상기 Ti 함량은 0.01% 이상 0.05% 이하인 것이 바람직하다. 한편, 강도 및 인성의 확보 측면에서 보다 바람직하게는 상기 Ti 함량이 0.015% 이상 0.03% 이하일 수 있다.

질소(N): 0.01% 이하

N 는 강 중에서 주로 Ti 또는 Al 등과 결합하여 질화물을 생성시켜 타 합금원소의 기능을 저하시킨다. 그 함량이 0.01%를 초과하게 되면 조대한 석출물이 생성되어 인성을 저하시키며, AlN 석출물이 증가하여 Al탈산 효과를 저하시키는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 N의 함량을 0.01% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 한편, 인성 및 탈산 효과의 확보 측면에서 바람직하게는 상기 N 함량이 0.008% 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.005% 이하일 수 있다.

본 발명의 나머지 성분은 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물이다. 다만, 통상의 철강 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 철강제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 용접강관용 강재는 하기 관계식 1을 만족한다.

[관계식 1]

본 발명에 있어서, 상기 성분들(C, Si, Mn, Nb, Ti)의 함량, 미세조직의 분율은 모두 강재의 물성 확보에 영향을 미치는 중요한 항목들로서, 이들의 관계가 상기 관계식 1을 벗어나게 되면 충격 저항성에 영향을 미치게 되고, 이로 인해 용접 이음부(용접 강관)에서 충분한 인성을 확보할 수 없다.

또한, 상기 미시적인 측면에서의 특성만으로는 인성에의 영항을 판단할 수 없고, 이를 보강하기 위해서 거시적인 측면에서의 재료의 물성도 동시에 감안되어야 한다. 항복강도는 재료의 탄성 한계를 결정하고, 항복강도 및 인장강도의 비율, 즉 항복비와 연신율이 적정 조합을 이루었을 때, 재료의 강도 확보와 더불어, 충격흡수 능력 즉, 인성을 높일 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 API 규격 5ST CT90급 상당의 강도를 가지면서도 충격인성이 우수한 용접강관용 강재는, 단순히 C, Si, Mn, Nb, Ti의 함량이나 미세조직의 분율을 본 발명에서 규정하는 범위를 충족함으로써 얻을 수 있는 것이 아니고, 이와 동시에 재료의 물성인 연신율 및 항복비가 관계식 1에서 규정하는 관계를 충족해야지만 얻을 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 상당한 강도를 가지면서도 충격인성이 우수한 용접강관용 강재는, 본 발명과 합금조성 및 제조공정이 동일한 것만으로는 얻을 수 있는 것이 아니고, 본 발명과 합금조성 및 제조공정이 동일할 뿐만 아니라, 전술한 관계식 1 역시 충족해야만 목적하는 강재를 효과적으로 얻을 수 있다.

또한, 상술한 합금조성 및 성분관계를 만족하는 본 발명에 따른 용접강관용 강재는 미세조직이 페라이트와 펄라이트의 복합조직으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 용접강관용 강재는 페라이트의 최대 결정립 크기가 25㎛ 이하인 것이 바람직하고, 23㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.

혹은, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 용접강관용 강재는 페라이트의 최대 결정립 크기가 15㎛ 이상 25㎛ 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 18㎛ 이상 23㎛ 이하일 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 페라이트의 최대 결정립 크기가 25㎛를 초과하게 되면, 충격을 흡수하는 입계의 감소로 인해 인성이 낮아지는 문제점이 있고, 본 발명에서 상기 결정립 크기는 결정립 원형 면적당 직경을 기준으로 한다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 페라이트의 최대 결정립 크기를 15㎛ 이상으로 함으로써, 인성과 더불어 가공 경화능 및 균일 연신율의 확보가 가능해진다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 용접강관용 강재의 미세조직은, 면적분율로, 60~80%의 페라이트와 20~40%의 펄라이트로 이루어진 것이 바람직하다.

혹은, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 용접강관용 강재의 미세조직은, 면적분율로, 60~70%의 페라이트와 30~40%의 펄라이트로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 페라이트의 면적분율을 60% 이상으로 함으로써, 격자구조의 슬립면 형성이 용이해져 충격흡수성이 우수하고, 상기 페라이트의 면적분율을 80% 이하로 함으로써 우수한 강도를 확보할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 펄라이트의 면적분율을 20% 이상으로 함으로써, 강도 확보의 효과가 있고, 상기 펄라이트의 면적분율을 40% 이하로 함으로써, 펄라이트 층상구조를 통한 전파를 저감하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 용접강관용 강재는 항복강도가 500~550MPa일 수 있고, 보다 바람직하게는 항복강도가 500~528MPa일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 용접강관용 강재는 인장강도가 630MPa 이상인 것이 바람직하고, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 용접강관용 강재는 인장강도가 630MPa 이상 758MPa 이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명에 의한 상기 항복강도 500~550MPa 및/또는 인장강도 630MPa인 강재를 얻음으로써, 조관 후 항복강도 620~680MPa, 인장강도 669MPa 이상의 오일이나 가스 채굴 등에 사용되는 용접강관용의 용도로서 적합하게 활용할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 용접 강관은 40J 이상의 충격 인성을 가질 수 있다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 용접 강관은 60J 이상의 충격 인성을 가질 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 용접강관용 강재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 측면은, 전술한 합금조성을 갖는 강 슬라브를 1150~1250℃의 온도범위에서 재가열하는 단계;

[관계식 1]

즉, 본 발명에 따른 용접강관용 강재는 슬라브 재가열-열간압연-냉각-권취의 공정을 거쳐서 제조될 수 있고, 이하에서는 각 공정조건에 대하여 상세히 설명한다.

[재가열 공정]

슬라브의 재가열 공정은 생산된 슬라브의 열간압연, 냉각, 권취를 통한 목표된 물성을 확보하기 위해, 적정 오스테나이트 영역내 온도를 유지하여 균질한 초기 미세조직 및 석출물을 제어하여야 한다.

본 발명에서는 1150~1250℃의 온도범위에서 재가열 공정을 행함이 바람직하다. 만일 재가열 온도가 1150℃ 미만이면, Nb 및 Ti 등의 고융점 화합물들이 재가열되지 않아, 편석대로 잔존하게 되는 문제가 있다. 반면, 재가열 온도가 1250℃를 초과하게 되면, 초기 조대한 미세조직의 생성으로 목표로 최종제품의 미세한 조직을 제어할 수 없는 문제가 있다.

[열간압연 공정]

상기와 같이 재가열된 슬라브는 후속하여, 800~900℃ 범위에서 마무리 열간압연됨이 바람직하다. 만일 상기 마무리 열간압연 온도가 800℃ 미만이면 MnS의 발생으로 인한 충격인성 및 피로저항성이 저하되며, 상기 마무리 열간압연 온도가 900℃를 초과하면 미세조직 결정립의 불균질화가 심화되어 황화물응력균열 저항성에 악영향을 끼칠 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 마무리 열간압연 온도를 800~900℃로 제한하는 것이 바람직하다.

[냉각 및 권취 공정]

본 발명에서는 상기 마무리 열간압연된 열연강판을 냉각한 후, 상기 관계식 1을 만족하는 열연강판을 얻을 수 있도록 하는 권취온도에서 권취하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 권취는 550~650℃의 온도 범위에서 행하는 것이 바람직하고, 560~600℃의 온도 범위에서 행하는 것이 보다 바람직하다. 상기 권취온도가 550℃ 미만이면, 베이나이트상과 같은 경한 저온변태상이 국부적으로 생성되어, 피로저항성이 저하될 우려가 있다. 반면, 권취온도가 650℃를 초과하면, 조대한 펄라이트상이 쉽게 형성되어 충격인성이 저하될 우려가 있기 때문에, 상기 권취온도는 550~650℃로 제한하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 권취된 열연강판은, 그 미세조직이 페라이트와 펄라이트로 구성되고, 상기 페라이트의 결정립 크기가 25㎛ 이하이며, 전술한 관계식 1을 충족할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전술한 합금 조성을 가지고, 전술한 방법으로 제조되는 강재의 미세조직은 페라이트와 펄라이트로 이루어진다. 또한, 본 발명과 같이, 특정 성분의 함량, 미세조직의 분율, 강재의 물성(항복비, 연신율)을 제어함으로써, 본 발명에서 목적하는 충격인성이 우수한 용접강관용 강재를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 이러한 용접강관용 강재를 파이프 형상으로 성형하고, 접촉된 강판의 가장자리를 용접하여 충격인성이 우수한 용접강관을 얻을 수 있다.

즉, 본 발명의 또 다른 일 측면은, 전술한 용접강관용 강재를 성형 및 용접하여 얻어지는 충격인성이 우수한 용접강관을 제공한다. 본 발명에 의해 제조된 용접강관용 강재를 이용하여 용접 및 성형을 할 수 있고, 그 일 예로, 제조된 강재를 제조하고자 하는 파이프 구경만큼의 폭을 슬리팅하고 용접 및 조관할 수 있다.

상기 용접강관을 제조하는 방법은 특별히 한정하지 않으나, 경제성이 가장 뛰어난 전기저항 용접을 이용하여 조관하는 것이 바람직하다. 전기 저항 용접 시 어떠한 용접 방식도 이용할 수 있으므로 용접 방법에 대해 특별히 한정하지 않는다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 예시를 통하여 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에서 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

(실시예)

하기 표 1과 같은 성분조성(잔부는 Fe)을 갖는 강 슬라브를 1150~1250℃의 온도에서 2시간 동안 재가열한 후, 표 2와 같은 조건으로 마무리 열간압연, 냉각 및 권취를 통하여 두께 5.2mm인 강재를 제조하였다.

이후, 상기 제조된 각 열연강판에 대하여 광학 현미경을 이용하여 200배의 배율을 가진 1360×1024의 픽셀사이즈의 사진 30장을 이용하여 미세조직 분율 및 크기를 측정하였다.

또한, 전기저항 용접 조관 후 ASTM A370에 따라 인장시험 및 충격시험을 수행하여, 항복강도, 인장강도 및 충격인성 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

구분	화학성분 (중량%)
구분	C	Si	Mn	P	S	Al	Nb	Ti	N
발명강 1	0.14	0.24	1.32	0.008	0.002	0.04	0.042	0.015	0.005
발명강 2	0.14	0.23	1.32	0.007	0.002	0.04	0.045	0.016	0.004
발명강 3	0.14	0.24	1.31	0.007	0.002	0.04	0.041	0.016	0.004
발명강 4	0.15	0.15	1.53	0.006	0.002	0.04	0.042	0.016	0.004
발명강 5	0.13	0.25	1.25	0.008	0.002	0.04	0.045	0.017	0.005
발명강 6	0.14	0.22	1.35	0.007	0.002	0.04	0.041	0.016	0.004
발명강 7	0.16	0.2	1.6	0.006	0.002	0.04	0.062	0.015	0.004
비교강 1	0.16	0.26	1.12	0.008	0.002	0.04	0.024	0.015	0.005
비교강 2	0.14	0.26	1.29	0.011	0.002	0.04	0.01	0.015	0.004
비교강 3	0.14	0.25	1.3	0.012	0.001	0.03	0.035	0	0.005
비교강 4	0.15	0.26	1.18	0.012	0.001	0.09	0.035	0.016	0.005
비교강 5	0.14	0.25	1.29	0.011	0.001	0.03	0.035	0	0.004
비교강 6	0.18	0.26	1.27	0.014	0.001	0.02	0	0.015	0.005
비교강 7	0.14	0.24	1.38	0.007	0.002	0.04	0.042	0.015	0.004
비교강 8	0.15	0.27	1.25	0.008	0.001	0.04	0.041	0.016	0.005
비교강 9	0.16	0.14	1.35	0.007	0.002	0.03	0.035	0.017	0.004
비교강 10	0.18	0.2	1.62	0.007	0.002	0.04	0.061	0.015	0.005
비교강 11	0.14	0.22	1.24	0.008	0.002	0.04	0.041	0.015	0.004

구분	제조조건
구분	재가열 온도(℃)	마무리 열간압연(℃)	권취온도(℃)
발명강 1	1201	838	598
발명강 2	1204	842	593
발명강 3	1206	842	597
발명강 4	1200	834	588
발명강 5	1203	840	586
발명강 6	1208	841	592
발명강 7	1204	840	585
비교강 1	1183	846	301
비교강 2	1164	847	616
비교강 3	1204	840	596
비교강 4	1202	841	581
비교강 5	1202	841	597
비교강 6	1202	842	593
비교강 7	1204	820	570
비교강 8	1205	835	580
비교강 9	1208	840	567
비교강 10	1211	850	620
비교강 11	1218	842	605

구분	페라이트 결정립의 크기 (㎛)	미세조직 분율(%)		기계적 물성				HAZ 충격인성 (J@0℃)	관계식1
구분	페라이트 결정립의 크기 (㎛)	F	P	항복 강도 (MPa)	인장 강도 (MPa)	연신율 (%)	항복비 (%)	HAZ 충격인성 (J@0℃)	관계식1
발명강 1	23	64	36	528	636	34	83.0	75	35.5
발명강 2	22	65	35	518	633	33	81.8	69	42.7
발명강 3	23	63	37	528	636	33	80	63	34.2
발명강 4	23	65	35	538	671	35	80.2	53	46.0
발명강 5	22	66	34	535	648	31	82.6	60	49.7
발명강 6	20	63	37	530	660	34	80.3	58	41.4
발명강 7	23	60	40	545	672	29	81.1	69	32.2
비교강 1	27	61	39	528	636	34	83.0	22	94.5
비교강 2	23	63	37	542	633	34	85.6	21	19.3
비교강 3	22	65	35	538	645	33	83.4	15	25.2
비교강 4	25	63	37	550	638	32	86.2	21	90.8
비교강 5	20	63	37	560	628	32	89.2	39	74.5
비교강 6	20	59	41	542	647	32	83.8	35	48.2
비교강 7	22	62	38	530	633	29	83.7	38	50.9
비교강 8	25	67	33	530	630	31	84.1	35	25.2
비교강 9	26	62	38	522	638	33	81.8	30	159.1
비교강 10	23	65	35	538	633	30	85.0	35	10.3
비교강 11	22	63	37	525	630	35	83.3	28	93.9

(상기 표 3 중, 'F'는 페라이트, 'P'는 펄라이트를 의미한다.)

상기 표 1 내지 3에서와 같이, 본 발명에서 규정하는 합금 조성 및 제조 조건을 모두 만족하고, 또한 관계식 1 역시 만족하는 발명강 1 내지 7은, 이를 이용하여 용접강관을 제조하였을 때, 충격인성이 모두 40J 이상으로 우수한 것을 확인할 수 있었다.

반면, 합금 조성 및 제조 조건 모두가 본 발명에서 규정하는 범위를 충족하지 않는 비교강 1은 관계식 1을 만족하지 못하였고, 또한, 이를 이용하여 용접강관을 제조하였을 때, 조대한 조직이 형성되거나 석출물 등이 형성됨에 따라 충격인성이 40J 미만으로 열위한 것을 확인하였다.

또한, 합금 조성이 본 발명에서 규정하는 범위를 충족하지 않는 비교강 2 내지 5 및 8 내지 11은, 관계식 1을 만족하지 못하였고, 또한, 이를 이용하여 용접강관을 제조하였을 때, 마찬가지로 충격인성이 40J 미만으로 열위하였다.

한편, 비교강 6의 경우, 관계식 1은 충족하였으나, 합금 조성이 본 발명에서 규정하는 범위를 충족하지 못함으로써, 이를 이용하여 용접강관을 제조하였을 때, 조대한 조직이 형성되거나 석출물 등이 형성됨에 따라 충격인성이 40J 미만으로 열위하였다.

또한, 비교강 7의 경우, 본 발명에서 규정하는 합금 조성 및 제조 조건은 만족하지만, 관계식 1을 만족하지 못함으로써, 충격인성이 40J 미만으로 열위한 것을 확인하였다.

결국, 본 발명에서 합금 조성 및 제조 조건을 만족할 뿐만 아니라, 상기 관계식 1 역시 만족해야만, API 규격 5ST CT90급 상당의 강도를 확보하면서도 충격인성이 우수한 용접강관용 강재를 얻을 수 있다.

Claims

중량%로, 탄소(C): 0.12~0.2%, 실리콘(Si): 0.15~0.25%, 망간(Mn): 1.25~1.6%, 인(P): 0.008% 이하, 황(S): 0.02% 이하, 알루미늄(Al): 0.03~0.08%, 니오븀(Nb): 0.04~0.08%, 티타늄(Ti): 0.01~0.05%, 질소(N): 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
미세조직은 면적분율로, 60~80%의 페라이트와, 20~40%의 펄라이트로 구성되고,
상기 페라이트의 최대 결정립 크기가 25㎛ 이하이고,
하기 관계식 1을 만족하고,
항복강도가 500~550MPa인, 용접강관용 강재.
[관계식 1]
30 < 63.5×(1.5×[C]-20×[Si]-6×[Mn]+10.5×[Nb]+[Ti]+5.5)-0.3×[F]+5.8×[P]-4.5×[El]+5×[YR] < 50
(여기서 [C], [Si], [Mn], [Nb] 및 [Ti]는 각 성분의 중량 함량을 의미하고, [F]는 페라이트 미세조직의 분율을 의미하며, [P]는 펄라이트 미세조직의 분율을 의미하고, [El]은 연신율, [YR]은 항복비를 의미한다.)
삭제
제 1 항에 있어서,
인장강도가 630MPa 이상인, 용접강관용 강재.
중량%로, 탄소(C): 0.12~0.2%, 실리콘(Si): 0.15~0.25%, 망간(Mn): 1.25~1.6%, 인(P): 0.008% 이하, 황(S): 0.02% 이하, 알루미늄(Al): 0.03~0.08%, 니오븀(Nb): 0.04~0.08%, 티타늄(Ti): 0.01~0.05%, 질소(N): 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1150~1250℃의 온도범위에서 재가열하는 단계;
재가열된 강 슬라브를 800~900℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 및
상기 열연강판을 냉각한 후 하기 관계식 1을 만족하는 열연강판을 얻을 수 있도록 하는 585~598℃의 권취온도에서 권취하는 단계를 포함하는, 용접강관용 강재의 제조방법.
[관계식 1]
30 < 63.5×(1.5×[C]-20×[Si]-6×[Mn]+10.5×[Nb]+[Ti]+5.5)-0.3×[F]+5.8×[P]-4.5×[El]+5×[YR] < 50
(여기서 [C], [Si], [Mn], [Nb] 및 [Ti]는 각 성분의 중량 함량을 의미하고, [F]는 페라이트 미세조직의 분율을 의미하며, [P]는 펄라이트 미세조직의 분율을 의미하고, [El]은 연신율, [YR]은 항복비를 의미한다.)
삭제
제 1 항에 기재된 용접강관용 강재를 성형 및 용접하여 얻어지는, 용접강관.