KR102326239B1

KR102326239B1 - 피로저항성이 우수한 강관용 강재, 용접 강관 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102326239B1
Application number: KR1020190170066A
Authority: KR
Inventors: 조익준; 김영훈
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2021-11-16
Also published as: KR20210078227A

Abstract

유정 또는 가스정 채굴에 사용되는 코일드 튜브(Coiled Tube)에 적합한 피로저항성이 우수한 강재, 이를 이용하여 조관된 용접 강관 및 그 제조방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 피로저항성이 우수한 강관용 강재는, 중량%로, C: 0.1 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 0.25%, Mn: 0.5 내지 1.5%, P: 0.025% 이하, S: 0.005% 이하, Cr: 0.15 내지 0.3%, Ni: 0.1 내지 0.3%, Mo: 0.05 내지 0.1%, Ti: 0.01 내지 0.05%, Nb: 0.05 내지 0.1%, V: 0.05 내지 0.1%, N: 0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직은 페라이트 및 펄라이트로 이루어지며, 하기 식 (1)의 값이 70 내지 80 범위를 만족한다.
(1) 50*(C - 7.7Nb + 1.2Ti) + 0.3*(8.7[F] - [P]) + 0.22*(12[EL] - [YP])

Description

피로저항성이 우수한 강관용 강재, 용접 강관 및 그 제조방법 {STEEL FOR PIPES AND WELDED STEEL PIPE WITH EXCELLENT FATIGUE RESISTANCE AND MANUFACTUEING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 유정 또는 가스정 등에서 사용되는 강관용 강재에 관한 것으로, 보다 상세하게는 코일드 튜브(Coiled Tube)에 적합한 피로저항성이 우수한 강재, 이를 이용하여 조관된 용접 강관 및 그 제조방법에 관한 것이다.

석유 및 가스 산업에서 사용되는 코일드 튜브는, 직경 1인치 내지 3.25인치의 수 km의 튜브를 제작해 이를 큰 릴 스풀링을 통해 공급하는 형태를 나타내며, 유정이나 가스정에서 유체순환, 펌핑, 드릴링, 로그인, 천공 등 다양한 용도로 사용된다. 이때 사용시마다 반복되는 릴링과 언릴링에 의해 반복 굽힘 응력이 누적되어 튜브의 조기 파단을 유발한다.

특히, 용접부에 피로응력이 집중되어 피로수명을 단축시키는 경우가 대부분으로, 피로특성이 향상된 소재의 개발 및 용접부 피로특성을 향상시키기 위한 연구들이 진행되고 있다.

한국 공개특허공보 제10-2014-0104497 (2014.08.28.)

본 발명은 API 규격 5ST CT90급 상당의 강도를 가지면서도 피로저항성이 우수한 용접 강관, 이를 제조하기 위한 강관용 강재 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피로저항성이 우수한 강관용 강재는, 중량%로, C: 0.1 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 0.25%, Mn: 0.5 내지 1.5%, P: 0.025% 이하, S: 0.005% 이하, Cr: 0.15 내지 0.3%, Ni: 0.1 내지 0.3%, Mo: 0.05 내지 0.1%, Ti: 0.01 내지 0.05%, Nb: 0.05 내지 0.1%, V: 0.05 내지 0.1%, N: 0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직은 30 면적% 이하의 펄라이트 및 나머지 페라이트를 포함하며, 하기 식 (1)의 값이 70 내지 80 범위를 만족한다.

(1) 50*(C - 7.7Nb + 1.2Ti) + 0.3*(8.7[F] - [P]) + 0.22*(12[EL] - [YP])

여기서, C, Nb, Ti는 각 원소의 함량(중량%)을 의미하며, [F]는 페라이트, [P]는 펄라이트 미세조직의 분율(면적%)을 의미하며, [EL]은 연신율(%), [YP]는 항복강도(MPa)를 의미한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 미세조직은 10 면적% 이상 30 면적% 미만의 펄라이트와 나머지 페라이트로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 페라이트는 평균 결정립 크기 10㎛ 이하 및 최대 결정립 크기 30㎛ 이하를 만족할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피로저항성이 우수한 강관용 강재를 이용하여 용접 조관되는 용접 강관은, 항복강도 620 내지 689 MPa, 인장강도 669 MPa 이상 및 2% Strain 기준 피로수명한계가 500 cycle 이상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피로저항성이 우수한 강관용 강재의 제조방법은, 중량%로, C: 0.1 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 0.25%, Mn: 0.5 내지 1.5%, P: 0.025% 이하, S: 0.005% 이하, Cr: 0.15 내지 0.3%, Ni: 0.1 내지 0.3%, Mo: 0.05 내지 0.1%, Ti: 0.01 내지 0.05%, Nb: 0.05 내지 0.1%, V: 0.05 내지 0.1%, N: 0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1,200 내지 1,300℃의 온도범위에서 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브를 조압연 및 800 내지 900℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하는 단계; 및 상기 열간압연 후 500 내지 600℃의 온도범위에서 권취하는 단계;를 포함한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 조압연은 900 내지 1,100℃의 온도범위에서 수행될 수 있다.

본 발명의 강관용 강재는 C, Nb, Ti 등의 합금조성 및 미세조직 제어를 통해 강도와 함께 우수한 피로특성을 확보할 수 있다.

본 발명에 따른 강관용 강재를 이용해 조관된 용접 강관은 피로수명한계가 500 cycle 이상을 나타내어, 반복된 릴링 및 언릴링에도 피로저항이 우수하다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 가스정이나 유정 환경에서 유체순환, 펌핑, 드릴링, 로그인, 천공 등의 용도에 코일드 튜빙이 지속적으로 수요가 증가하고 있는 추세에 따라, 원가절감 효과 및 물성을 향상시킬 수 있는 소재를 개발하고 이에 적합한 용접물성을 확보하는 연구를 수행하였다. 특히, 코일드 튜브 제조 후 API 5ST 규격 내에서 요구하는 CT90급의 항복강도(620 ~ 689 MPa) 및 인장강도(669 MPa 이상)를 충족시킬 수 있는 강재를 개발하고자 하였다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피로저항성이 우수한 강관용 강재는, 중량%로, C: 0.1 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 0.25%, Mn: 0.5 내지 1.5%, P: 0.025% 이하, S: 0.005% 이하, Cr: 0.15 내지 0.3%, Ni: 0.1 내지 0.3%, Mo: 0.05 내지 0.1%, Ti: 0.01 내지 0.05%, Nb: 0.05 내지 0.1%, V: 0.05 내지 0.1%, N: 0.01% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.

이하, 본 발명의 실시예에서의 합금성분 원소 함량의 수치한정 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.

C의 함량은 0.1 내지 0.15%이다.

C는 강도 확보를 위해 첨가되는 원소로서, 소입성을 향상시켜 강도를 확보할 수 있다. C의 함량이 0.1% 미만일 경우에는 Nb, V, Ti와 결합하여 강도의 확보에 어려움이 있고, 0.15%를 초과할 경우에는 항복강도가 상승하여 목표하는 강도를 초과하므로 바람직하지 못하다.

Si의 함량은 0.1 내지 0.25%이다.

Si는 강의 제조에서 탈산 처리 및 강도 확보를 위해 첨가되는 원소로서, Si의 함량이 0.1% 미만일 경우에는 Si의 탈산 효과가 저하된다는 문제가 있고, 0.25%를 초과할 경우에는 인성을 열화시키고 템퍼링 시 취화가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.

Mn의 함량은 0.5 내지 1.5%이다.

Mn은 강도 확보를 위해 첨가되는 원소로서, Mn의 함량이 0.5% 미만일 경우에는 강도 확보에 어려움이 있고, 1.5%를 초과할 경우에는 연주 시 중심 편석을 형성시켜 충격인성 저하 및 피로 저항성을 저하시키는 문제가 있다.

P의 함량은 0.025% 이하(0% 제외)이다.

P는 강의 제조에서 불가피하게 발생되는 불순물로서 적을수록 바람직하다. P의 함량이 0.025%를 초과할 경우에는 연주시 중심편석을 형성시켜 충격인성 저하 및 피로 저항성을 저하시킬 수 있다는 문제점이 있다.

S의 함량은 0.005% 이하(0% 제외)이다.

S는 강의 제조에서 불가피하게 발생되는 불순물로서 적을수록 바람직하다. S의 함량이 0.005%를 초과할 경우에는 Mn과 반응하여 MnS를 생성시켜 강재의 인성 및 피로특성을 저하시키는 주요인자로 작용하며, 강 중 함유량이 적을수록 유리하다.

Cr의 함량은 0.15 내지 0.3%이다.

Cr은 경화능, 내식성을 향상시키기 위해 첨가되는 원소로서, 0.15% 미만 첨가되면 그 효과가 적고, 0.3%를 초과하여 첨가되면 용접부 결함을 유발하거나 취성을 야기시켜 피로저항성을 저하시킨다. 따라서, 그 함량을 0.15 내지 0.3%로 제한하는 것이 바람직하다.

Ni의 함량은 0.1 내지 0.3%이다.

Ni은 격자 내 적층결함에너지를 낮추어 천이온도를 저하시킴으로써, 피로 저항성을 향상시키는 효과를 가져온다. 또한 저융점 화합물의 생성을 억제하여 피로 균열 발생을 억제하는 효과도 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 최소한 0.1% 이상으로 Ni을 첨가하는 것이 바람직하고, 0.3%을 초과할 경우 Ni화합물을 생성시켜 오히려 인성을 저하시키는 문제가 있어 상한을 0.3%로 제한한다.

Mo의 함량은 0.05 내지 0.1%이다.

Mo은 강도 확보 및 내식성을 향상시키기 위해 첨가되는 원소로서, 0.05% 미만 첨가되면 강도 상승 및 내식성 효과가 적고, 0.1%를 초과하여 첨가되면 탄화 석출물을 생성시켜 피로저항성을 저하시킨다. 따라서 그 함량을 0.05 내지 0.1%로 제한하는 것이 바람직하다.

Ti의 함량은 0.01 내지 0.05%이다.

Ti는 은 강의 강도 및 인성 향상을 위해 첨가되는 원소로서, TiC 석출물을 생성시켜 석출강화 효과를 가져오고, TiN을 석출을 통해 오스테나이트 결정립 성장을 억제시킴으로써 미세한 결정립을 생성시켜 강도 확보 및 인성 향상을 가져온다. Ti의 함량이 0.01% 미만일 경우에는 이러한 효과를 나타내지 못하며, 0.05%를 초과할 경우에는 조대한 Ti석출물이 생성되어 인성 저하 및 피로 개시점으로 작용하여 피로저항성을 저하시키는 문제가 있다.

Nb의 함량은 0.05 내지 0.1%이다.

Nb는 강의 강도 확보를 위해 첨가되는 원소로서, NbC 석출물을 생성시켜 석출강화 효과를 가져온다. Nb의 함량이 0.05% 미만일 경우에는 석출강화 효과가 미비하고, 0.1%를 초과할 경우에는 조대한 석출물이 생성되어 인성 저하 및 피로 개시점으로 작용하여 피로저항성을 저하시키는 문제가 있다.

V의 함량은 0.05 내지 0.1%이다.

V은 강의 강도 및 인성 향상을 위해 첨가되는 원소로서, VC 석출물을 생성시켜 석출강화 효과를 가져오고, VN을 석출을 통해 오스테나이트 결정립 성장을 억제시킴으로써 미세한 결정립을 생성시켜 강도 확보 및 인성 향상을 가져온다. V의 함량이 0.05% 미만일 경우에는 이러한 효과를 나타내지 못하며, 0.1%를 초과할 경우에는 조대한 석출물이 형성되어 인성을 저하시키는 문제가 있다.

N의 함량은 0.01% 이하(0% 제외)이다.

N은 강 중에서 주로 Ti 또는 Al 등과 결합하여 질화물을 생성시켜 타 합금원소의 기능을 저하시킨다. 그 함량이 0.01%를 초과하게 되면 TiN 석출물이 증가하여 피로개시점으로 작용하여 피로저항성이 감소하며, AlN 석출물이 증가하여 Al 탈산효과를 저하시키는 문제가 있다.

본 발명의 나머지 성분은 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.

본 발명의 강관용 강재는 상술한 합금조성을 함유함에 있어서, 하기 식 (1)의 값이 70 내지 80 범위를 만족해야 한다.

(1) 50*(C - 7.7Nb + 1.2Ti) + 0.3*(8.7[F] - [P]) + 0.22*(12[EL] - [YP])

식 (1)에서 C, Nb, Ti는 모두 강재의 피로저항성 향상에 중요한 원소들로, 70 내지 80의 범위를 벗어나게 되면 미세조직 및 석출물 특성에 영향을 미치게 되고, 이로 인해 강도 및 피로특성을 확보할 수 없게 된다.

식 (1)에서 제조공정상의 변화로 소재의 특성이 변화될 수 있으므로, 단순히 합금성분만으로는 피로저항성을 판단할 수 없다. 이를 보강하기 위해서 미세조직 및 재료의 물성도 동시에 감안되어야 한다. 일면으로, 페라이트는 펄라이트와 같은 경화조직 대비 피로균열 개시에 대한 저항성이 높아 피로수명을 향상시킬 수 있으며, 항복강도 대비 연신율이 높을수록 재료의 응력 흡수능력, 즉 피로저항성을 높일 수 있다.

따라서, 상술한 합금조성 및 식 (1)을 만족하는 본 발명의 강관용 강재는 미세조직이 페라이트 및 펄라이트 복합조직으로 이루어지는 것이 바람직하다. 구체적으로, 미세조직은 10 면적% 이상 30 면적% 미만의 펄라이트와 70 내지 90 면적%의 페라이트로 이루어질 수 있다. 펄라이트는 시멘타이트와 페라이트의 층상구조로 인해 상간 계면에 석출물 및 결함 발생지점으로 작용하여 피로 개시를 활성화하는 특성이 있으므로, 30 면적% 미만으로 포함하는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명의 합금조성 중 C의 상한이 0.15%임을 감안하면 최대 30 면적% 이하로 펄라이트를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 페라이트는 평균 결정립 크기 10㎛ 이하 및 최대 결정립 크기 30㎛ 이하일 수 있다. 페라이트의 평균 결정립 크기가 10㎛를 초과하거나 최대 결정립 크기가 30㎛를 초과하게 되면 피로전파의 차단 역할을 하는 입계의 감소로 인해 피로저항성이 저하되는 문제가 있다. 상기 결정립 크기의 기준은 원형 면적당 직경을 기준으로 한다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 피로저항성이 우수한 강관용 강재의 제조방법에 대하여 설명한다.

[재가열 및 열간압연 공정]

슬라브의 재가열 공정은 생산된 슬라브의 열간압연, 냉각, 권취를 통한 목표된 물성을 확보하기 위해 적정 오스테나이트 영역 내 온도를 유지하여 균질한 초기 미세조직 및 석출물을 제어하여야 한다. 본 발명에서는 1,200 내지 1,300℃의 온도범위에서 재가열 공정을 행함이 바람직하다. 만일 재가열 온도가 1,200℃ 미만이면 Nb, Ti 등의 고융점 화합물들이 재가열되지 않아 편석대로 잔존하게 되며, 반대로 1,300℃를 초과하게 되면 초기 조대한 미세조직의 생성으로 목표한 최종제품의 미세한 조직을 제어할 수 없는 문제가 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 조압연은 900 내지 1,100℃의 온도범위에서 수행될 수 있다. 이이서, 열간압연의 마무리압연 온도는 800 내지 900℃에서 실시하는 것이 바람직하다. 마무리 열간압연 온도가 800℃ 미만이면 MnS의 발생으로 인한 충격인성 및 피로저항성이 저하되며, 900℃를 초과하면 미세조직 결정립의 불균질화가 심화되어 황화물응력균열 저항성에 악영향을 끼치므로, 마무리 열간압연 온도는 800 내지 900℃로 제한하는 것이 바람직하다.

[냉각 및 권취 공정]

제조된 열연강판을 냉각한 후 권취할 수 있다. 열간압연 후, 500 내지 600℃의 온도범위에서 권취하는 것이 바람직하다. 권취온도가 500℃ 미만이면 베이나이트상과 같은 경한 저온변태상이 국부적으로 생성되어 피로저항성이 저하될 우려가 있다. 반면, 권취온도가 600℃를 초과하면 조대한 펄라이트상이 쉽게 형성되어 피로 전파가 용이하게 되어 피로저항성이 저하될 우려가 있기 때문에, 권취온도는 500 내지 600℃로 제한하는 것이 바람직하다.

이렇게 제조된 강판을 성형하고 접촉된 강판의 가장자리를 용접하여 피로저항성이 우수한 용접 강관을 얻을 수 있다. 일 예로, 제조된 열연강판을 제조하고자 하는 강관 구경만큼의 폭으로 슬리팅하고 성형 및 용접하여 조관할 수 있다.

용접 강관을 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 경제성이 가장 뛰어난 전기저항용접을 이용하여 조관하는 것이 바람직하다. 전기저항용접 시 어떠한 용접 방식도 이용할 수 있으므로 용접 방법에 대해 특별히 한정하지는 않는다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다.

실시예

하기 표 1의 조성을 갖는 슬라브를 제조한 후, 1,200 내지 1,300℃ 범위 내의 하기 표 2에 기재된 온도에서 2시간 재가열하였다. 재가열된 슬라브를 조압연하고 표 2에 기재된 온도범위에서 마무리 열간압연, 냉각 및 권취하여 두께 5.2 mm의 강재를 제조하였다.

구분	조성(중량%)
구분	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	Ti	Nb	V	N
발명예1	0.13	0.24	1.04	0.007	0.001	0.2	0.13	0.05	0.02	0.058	0.05	0.005
발명예2	0.11	0.25	1.06	0.005	0.002	0.17	0.11	0.09	0.03	0.063	0.06	0.005
발명예3	0.11	0.24	1.01	0.007	0.002	0.2	0.1	0.09	0.01	0.066	0.06	0.004
비교예1	0.12	0.25	1.06	0.006	0.002	0.17	0.1	0.11	0.02	0.06	0.06	0.005
비교예2	0.12	0.25	1.04	0.009	0.001	0.16	0.11	0.11	0.02	0.057	0.06	0.004
비교예3	0.12	0.3	1.04	0.006	0.001	0.16	0.18	0.14	0.02	0.06	0.05	0.005
비교예4	0.12	0.29	1.04	0.005	0.001	0.16	0.19	0.14	0.02	0.06	0.06	0.004
비교예5	0.11	0.26	1.01	0.011	0.001	0.19	0.01	0.09	0.01	0.067	0.06	0.005
비교예6	0.1	0.27	0.99	0.007	0.001	0.2	0.02	0.1	0.08	0.002	0.05	0.004

구분	제조 조건
구분	재가열 온도 (℃)	마무리 열간압연 온도 (℃)	권취온도 (℃)
발명예1	1,203	873	524
발명예2	1,260	881	518
발명예3	1,285	875	504
비교예1	1,238	777	504
비교예2	1,230	784	512
비교예3	1,200	861	565
비교예4	1,200	889	565
비교예5	1,207	784	502
비교예6	1,180	780	500

제조된 열연 강재에 대하여 미세조직을 관찰하였고, 전기저항용접 조관하여 용접 강관 제조 후 ASTM A370에 따라 인장시험을 수행하여 항복강도, 인장강도, 연신율을 측정하여 표 3에 나타내었다.

또한, 피로수명 측정은 2% Strain을 기준으로 인장압축 반복을 통해 피로수명을 측정하였으며, 파단이 되는 시점을 피로수명한계로 판단하였다.

구분	미세조직				인장시험 물성			피로 수명 (2N_f)	식 (1)
구분	F 분율 (면적%)	P 분율 (면적%)	F 평균 결정립 크기(㎛)	F 최대 결정립 크기(㎛)	항복강도 (MPa)	인장강도 (MPa)	연신율 (%)	피로 수명 (2N_f)	식 (1)
발명예1	71	29	8.5	25	671	696	23	605	75.1
발명예2	72	28	8.4	21	642	714	23	523	70.4
발명예3	70	30	7.8	15	654	703	24	546	73.9
비교예1	67	33	11	25	672	737	22	461	59.3
비교예2	67	33	6.8	41	712	770	23	420	54.3
비교예3	67	33	15	35	705	761	21	356	49.4
비교예4	68	32	20	20	690	753	20	389	53.0
비교예5	63	37	8.5	23	610	667	25	457	65.4
비교예6	64	36	6.7	20	615	669	24	470	93.3

(표 3에서 'F'는 페라이트, 'P'는 펄라이트를 의미한다)

표 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 합금조성 및 제조 조건을 모두 만족하는 발명예 1 내지 3은 용접 강관을 제조한 후 피로 수명이 모두 520 cycle 이상으로 우수한 것을 확인할 수 있다.

반면, 합금조성 및 제조조건이 본 발명에서 제안하는 바를 만족하는 않는 비교예 1 내지 6은 조대한 조직이 형성되거나 저온 변태상이 형성됨에 따라 피로수명이 열위한 것을 확인할 수 있다.

비교예 1 및 2는 Mo 상한이 다소 높은 점을 제외하면 대부분의 원소가 본 발명의 합금조성 범위 내인 경우인데, 마무리 열간압연 온도가 800℃ 미만으로 펄라이트 분율이 높고 식 (1)의 값이 낮게 나타나 피로수명이 열위하였다.

비교예 3 및 4는 Si과 Mo 함량이 높아 본 발명의 제조 조건을 모두 충족하였음에도 페라이트 평균 결정립 크기가 크고 식 (1)의 값도 매우 낮았으며, 피로수명도 400 cycle에 미치지 못하였다.

비교예 5 및 6은 Si 외 Ni, Ti, Nb의 함량이 본 발명의 범위 밖에 해당하여 펄라이트 분율이 높게 나타났다. 특히 비교예 6은 과다한 Ti 함량으로 조대한 석출물이 형성되었고, 낮은 Nb 함량 및 높은 Ti 함량으로 인해 식 (1)의 값이 매우 높았다.

상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

중량%로, C: 0.1 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 0.25%, Mn: 0.5 내지 1.5%, P: 0.025% 이하(0%를 포함하지 않음), S: 0.005% 이하(0%를 포함하지 않음), Cr: 0.15 내지 0.3%, Ni: 0.1 내지 0.3%, Mo: 0.05 내지 0.1%, Ti: 0.01 내지 0.05%, Nb: 0.05 내지 0.1%, V: 0.05 내지 0.1%, N: 0.01% 이하(0%를 포함하지 않음), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
미세조직은 30 면적% 이하의 펄라이트 및 나머지 페라이트를 포함하며,
상기 페라이트는, 평균 결정립 크기 10㎛ 이하 및 최대 결정립 크기 30㎛ 이하인,
하기 식 (1)의 값이 70 내지 80 범위를 만족하는 피로저항성이 우수한 강관용 강재.
(1) 50*(C - 7.7Nb + 1.2Ti) + 0.3*(8.7[F] - [P]) + 0.22*(12[EL] - [YP])
(여기서, C, Nb, Ti는 각 원소의 함량(중량%)을 의미하며, [F]는 페라이트, [P]는 펄라이트 미세조직의 분율(면적%)을 의미하며, [EL]은 연신율(%), [YP]는 항복강도(MPa)를 의미한다)
제1항에 있어서,
상기 미세조직은,
10 면적% 이상 30 면적% 미만의 펄라이트와 나머지 페라이트로 이루어지는 피로저항성이 우수한 강관용 강재.
삭제
제1항 또는 제2항의 피로저항성이 우수한 강관용 강재를 이용하여 용접 조관되고,
항복강도 620 내지 689 MPa, 인장강도 669 MPa 이상 및 2% Strain 기준 피로수명한계가 500 cycle 이상인 피로저항성이 우수한 용접 강관.
중량%로, C: 0.1 내지 0.15%, Si: 0.1 내지 0.25%, Mn: 0.5 내지 1.5%, P: 0.025% 이하(0%를 포함하지 않음), S: 0.005% 이하(0%를 포함하지 않음), Cr: 0.15 내지 0.3%, Ni: 0.1 내지 0.3%, Mo: 0.05 내지 0.1%, Ti: 0.01 내지 0.05%, Nb: 0.05 내지 0.1%, V: 0.05 내지 0.1%, N: 0.01% 이하(0%를 포함하지 않음), 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1,200 내지 1,300℃의 온도범위에서 재가열하는 단계;
상기 재가열된 슬라브를 조압연 및 800 내지 900℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하는 단계; 및
상기 열간압연 후 500 내지 600℃의 온도범위에서 권취하는 단계;를 포함하는 피로저항성이 우수한 강관용 강재의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 조압연은 900 내지 1,100℃의 온도범위에서 수행되는 피로저항성이 우수한 강관용 강재의 제조방법.