KR102457409B1

KR102457409B1 - 강관 및 강판

Info

Publication number: KR102457409B1
Application number: KR1020217001704A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 시노하라; 다쿠야 하라; 기요시 에비하라; 가즈테루 츠츠이; 유타카 핫토리; 노조무 아베; 아키라 하시모토
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2022-10-24
Also published as: EP3816311B1; CN112313357A; EP3816311A4; EP3816311A1; WO2020003499A1; CN112313357B; JPWO2020003499A1; JP6460297B1; KR20210021068A

Abstract

이 강관은, 소정의 화학 조성을 갖는 통 형상의 강판으로 이루어지는 모재부와, 상기 강판의 맞대기부에 마련되고, 상기 강판의 길이 방향으로 연장되는 용접부를 갖고, 내부 금속 조직이, 그래뉼라 베이나이트 및 베이나이트 중 한쪽 또는 양쪽을 합계 면적률로 85％ 이상 포함하고, 또한 MA를 면적률로 1.0％ 이하 포함하고, 상기 내부 금속 조직에 있어서, 최대 경도가 248Hv 이하, 또한 평균 경도가 170 내지 220Hv이며, 상기 모재부가, 상기 표면으로부터 판 두께 방향으로 판 두께의 1/4의 위치의 판면과 평행인 면에 있어서 {100} <110>의 집적도가 1.5 이상인 집합 조직을 갖고, 표층부 금속 조직이, 그래뉼라 베이나이트 및 템퍼링 베이나이트 중 한쪽 또는 양쪽을 합계 면적률로 95％ 이상 포함하고, 상기 표층부 금속 조직의 최대 경도가 250Hv 이하이고, 상기 강판의 판 두께가 15㎜ 이하이다.

Description

강관 및 강판

본 발명은, 강관과 그 강관의 소재로서 적합한 강판에 관한 것이다.

근년, 석유나 천연 가스 등에 대한 수요가 높아짐에 따라 에너지 공급원의 다양화가 진행되고 있다. 그 결과, 종래는 개발을 포기했던 엄격한 부식 환경하, 예를 들어 황화 수소, 탄산 가스, 염소 이온 등을 포함하는 부식 환경하에서, 원유, 천연 가스의 채굴이 활발하게 행해지고 있다. 이에 수반하여, 원유, 천연 가스를 수송하는 파이프라인에 사용되는 강관에 대해, 우수한 내수소 유기 균열성(내HIC성)이 요구되고 있다. 또한, 오일이나 가스를 수송하는 파이프라인에 사용되는 강관은, 유정으로부터 생산된 부식성 가스에 노출된다. 그 때문에, 파이프라인에 사용되는 강관(라인 파이프)에는, 내수소 유기 균열성(내HIC성) 외에도 내황화물 응력 균열성(내SSC성)도 요구된다.

또한, 라인 파이프의 부설성을 높이는 관점에서, 강관의 두께를 얇게 하는 한편, 강관의 강도를 높이는 요구가 높아졌다. 그 때문에, 근년, 두께가 15㎜ 이하이고, API 규격으로 X60 내지 X70의 강도를 가지면서, 내SSC성 및 내HIC성이 우수한 강관이 요구되고 있다.

우수한 내HIC성을 갖는 강관은, 지금까지, 예를 들어 특허문헌 1, 2에 개시되어 있는 바와 같이, 강의 고순도화, 개재물의 저감, Ca 첨가에 의한 황화물계 개재물의 형태 제어, 주조 시의 경압하나 가속 냉각에 의한 중심 편석의 저감 등의 기술을 구사하여 제조되어 왔다.

또한, 판 두께 15㎜ 이하의 비교적 얇은 내사워성 강판의 제조 방법이 특허문헌 3에 개시되어 있다. 특허문헌 3의 제조 방법은, 저온 인성을 개선하는 관점에서 마무리 압연의 조건을 규정한 것이다. 그러나 특허문헌 1 내지 4의 제조 방법에서는, 강판에 가속 냉각을 행하고 있어, 강판의 표층이 경화된다고 하는 문제가 있었다. 본 발명자들의 조사 결과, 이러한 강판의 표층이 경화되어 있는 강판에서는, 내SSC성이 저하될 우려가 있음을 알 수 있었다.

또한, 종래, 판 두께가 얇은 경우는, 비특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 가속 냉각을 적용하지 않고 압연 후 공랭에서 제조되는 경우가 있었다. 그러나 공랭에서 제조되는 경우에는 페라이트(폴리고날 페라이트)가 생성되어, 내SSC성이 저하되는 경우가 있었다.

일본 특허 공고 소63-001369호 공보 일본 특허 공개 소62-112722호 공보 일본 특허 공개 평06-256842호 공보

ISIJ International, Vol.33(1993), p1190-1195.

상술한 바와 같이, 통상의 가속 냉각 프로세스를 적용한 경우, 표층이 경화되어, 내SSC성과 내HIC성을 동시에 향상시킬 수 없다. 한편, 비가속 냉각 프로세스를 적용하는 경우, 내SSC성과 DWTT 특성이 저하된다. 또한, 합금 원소를 많이 함유시킬 필요가 있어, 비용이 증가하는 동시에, 생산성도 저하된다.

본 발명은, 종래의 제조 방법에 있어서의 문제를 근거로 하여, V, Cu, Ni, 및/또는 Mo 등의 고가이며 편석되기 쉬운 원소를, 강도 확보를 위한 필수 원소로서 사용하지 않고, API 규격으로 X60급의 강도를 갖고, -30℃에서의 DWTT 특성이 우수하고, 또한 내SSC성 및 내HIC성이 우수한, 모재부의 강판의 판 두께(강관의 두께)가 15㎜ 이하인 강관과, 그 강관의 소재가 되는 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하는 방법에 대해 예의 검토하였다. 그 결과, 소정의 화학 조성을 갖는 강편을 830 내지 1000℃의 마무리 압연 온도에서 열간 압연하여 얻어진 열연 강판을 2단계로 나누어 가속 냉각하고, 이어서 소요의 온도까지 복열시킴으로써, API 규격으로 X60 내지 X70의 강도를 갖고, DWTT 특성, 내SSC성 및 내HIC성이 우수한, 두께 15㎜ 이하의 강관을 제조할 수 있음을 알아냈다.

본 실시 형태에 관한 강관은, 그 모재부의 소재로서 사용하는 판 두께 15㎜ 이하의 강판에 있어서, Ceq를 낮게 억제한 후, 후판 공정에서의 압연 및 냉각 조건을 제어함으로써, 소정의 강도, DWTT 특성, 내SSC성 및 내HIC 특성을 얻고 있다. 이것은, 합금 원소를 다량으로 첨가하여, As roll(압연 그대로)이나 소준(노멀라이징)에 의해 강관을 제조하는 기술과는 그 사상이 크게 다르다.

본 발명은, 상기 지견에 기초하여 이루어진 것이며, 그 요지는 이하와 같다.

(1) 본 발명의 일 양태에 관한 강관은, 통 형상의 강판으로 이루어지는 모재부와, 상기 강판의 맞대기부에 마련되고, 상기 강판의 길이 방향으로 연장되는 용접부를 갖고, 상기 강판은, 화학 조성으로서, 질량％로, C: 0.030 내지 0.070％, Si: 0.05 내지 0.50％, Mn: 1.05 내지 1.65％, Al: 0.010 내지 0.070％, Ti: 0.005 내지 0.020％, Nb: 0.005 내지 0.045％, Ca: 0.0010 내지 0.0050％, N: 0.0010 내지 0.0050％, Ni: 0 내지 0.50％, Mo: 0 내지 0.50％, Cr: 0 내지 0.50％, Cu: 0 내지 0.50％, V: 0 내지 0.100％, Mg: 0 내지 0.0100％, REM: 0 내지 0.0100％를 포함하고, P: 0.015％ 이하, S: 0.0015％ 이하, O: 0.0040％ 이하로 제한하고, 잔부: Fe 및 불순물로 이루어지고, 상기 강판은, 하기 식 (I)로 정의하는 Ceq가 0.250 내지 0.350이고, 상기 모재부의 표면으로부터 깊이 방향으로 1.0㎜ 초과로부터 판 두께 중심까지의 범위의 금속 조직인 내부 금속 조직이, 그래뉼라 베이나이트 및 베이나이트 중 한쪽 또는 양쪽을 합계 면적률로 85％ 이상 포함하고, 또한 MA를 면적률로 1.0％ 이하 포함하고, 상기 내부 금속 조직에 있어서, 최대 경도가 248Hv 이하, 또한 평균 경도가 170 내지 220Hv이고, 상기 모재부가, 상기 표면으로부터 판 두께 방향으로 판 두께의 1/4의 위치의 판면과 평행인 면에 있어서 {100} <110>의 집적도가 1.5 이상인 집합 조직을 갖고, 상기 모재부의 상기 표면으로부터 상기 깊이 방향으로 1.0㎜까지의 범위의 금속 조직인 표층부 금속 조직이, 그래뉼라 베이나이트 및 템퍼링 베이나이트 중 한쪽 또는 양쪽을 합계 면적률로 95％ 이상 포함하고, 상기 표층부 금속 조직의 최대 경도가 250Hv 이하이고, 상기 강판의 판 두께가 15㎜ 이하이다.

식 (I) 중의 [C], [Mn], [Ni], [Cu], [Cr], [Mo], [V]는, 상기 강판 중의 C, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo, V의 질량％에 의한 함유량이다.

(2) 상기 (1)에 관한 강관에서는, 상기 화학 조성이, 질량％로, Ni: 0.05 내지 0.50％, Mo: 0.05 내지 0.50％, Cr: 0.05 내지 0.50％, Cu: 0.05 내지 0.50％, V: 0.010 내지 0.100％, Mg: 0.0001 내지 0.0100％, REM: 0.0001 내지 0.0100％로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함해도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 강관에서는, 상기 내부 금속 조직의 잔부가, 페라이트로 이루어져도 된다.

(4) 본 발명의 다른 양태에 관한 강판은, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 강관의 상기 모재부에 사용한다.

본 발명의 상기 양태에 따르면, V, Cu, Ni, 및/또는 Mo 등의 첨가 원소를 사용하지 않아도, API 규격으로 X60 내지 X70(인장 강도 520㎫ 내지 760㎫)의 강도를 갖고, DWTT 특성이 우수하고, 내황화물 응력 균열 및 내수소 유기 균열성도 우수한 두께 15㎜ 이하의 강관과, 당해 강관의 모재에 사용되는 DWTT 특성이 우수하고, 내황화물 응력 균열 및 내수소 유기 균열성도 우수한 강판을 제공할 수 있다. 구체적으로는, 석유, 천연 가스 등을 수송하는 라인 파이프로서 적합한, DWTT 특성, 내황화물 응력 균열 및 내수소 유기 균열성이 우수한 라인 파이프용 고강도 강판과, 이 강판을 모재로 하는, DWTT 특성, 내황화물 응력 균열 및 내수소 유기 균열성이 우수한 라인 파이프용 강관을 제공할 수 있다.

도 1은 본 실시 형태에 관한 강관의 예를 나타내는 모식도이다.
도 2는 강관의 모재부에 사용하는 강판의, 마무리 압연 후의 냉각 곡선의 일례를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3a는 본 실시 형태에 관한 강관의 모재부의 표면으로부터 깊이 방향 1.0㎜ 초과로부터 판 두께 중심까지의 범위의 금속 조직인 내부 금속 조직을 나타내는, 주사형 전자 현미경으로 관찰한 조직 사진이다.
도 3b는 본 실시 형태에 관한 강관의 모재부의 표면으로부터 깊이 방향 1.0㎜까지의 범위의 금속 조직인 표층부 금속 조직을 나타내는, 주사형 전자 현미경으로 관찰한 조직 사진이다.

본 발명의 일 실시 형태에 관한 강관(이하 본 실시 형태에 관한 강관)은, 통 형상의 강판으로 이루어지는 모재부와, 상기 강판의 맞대기부에 마련되고, 상기 강판의 길이 방향으로 연장되는 용접부를 갖고, 상기 강판은, 화학 조성으로서, 질량％로, C: 0.030 내지 0.070％, Si: 0.05 내지 0.50％, Mn: 1.05 내지 1.65％, Al: 0.010 내지 0.070％, Ti: 0.005 내지 0.020％, Nb: 0.005 내지 0.045％, Ca: 0.0010 내지 0.0050％, N: 0.0010 내지 0.0050％를 함유하고, 필요에 따라서 Ni: 0.50％ 이하, Mo: 0.50％ 이하, Cr: 0.50％ 이하, Cu: 0.50％ 이하, V: 0.100％ 이하, Mg: 0.0100％ 이하, REM: 0.0100％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하고, P: 0.015％ 이하, S: 0.0015％ 이하, O: 0.0040％ 이하로 제한하고, 잔부: Fe 및 불순물로 이루어지고, 상기 강판은, 하기 식 (1)로 정의하는 Ceq가 0.250 내지 0.350이고,

상기 모재부의 표면으로부터 깊이 방향으로 1.0㎜ 초과로부터 판 두께 중심까지의 범위의 금속 조직인 내부 금속 조직이, 그래뉼라 베이나이트 및 베이나이트 중 한쪽 또는 양쪽을 합계 면적률로 85％ 이상 포함하고, 또한 MA를 면적률로 1.0％ 이하 포함하고, 잔부로서 페라이트를 포함하는 경우가 있고,

상기 내부 금속 조직에 있어서, 최대 경도가 248Hv 이하, 또한 평균 경도가 170 내지 220Hv이고,

상기 모재부가, 상기 표면으로부터 판 두께 방향으로 판 두께의 1/4의 위치의 판면과 평행인 면에 있어서 {100} <110>의 집적도가 1.5 이상인 집합 조직을 갖고,

상기 모재부의 상기 표면으로부터 상기 깊이 방향으로 1.0㎜까지의 범위의 금속 조직인 표층부 금속 조직이, 그래뉼라 베이나이트 및 템퍼링 베이나이트 중 한쪽 또는 양쪽을 합계 면적률로 95％ 이상 포함하고,

상기 표층부 금속 조직의 최대 경도가 250Hv 이하이고,

상기 강판의 판 두께가 15㎜ 이하이다.

또한, 본 실시 형태에 관한 강판은, 상기 본 실시 형태에 관한 강관의 모재부에 사용된다.

이하, 본 실시 형태에 관한 강관 및 본 실시 형태에 관한 강판, 그리고 이들의 바람직한 제조 방법에 대해 설명한다.

먼저, 본 실시 형태에 관한 강관의 모재부(즉, 본 실시 형태에 관한 강판)의 화학 조성의 한정 이유에 대해 설명한다. 이하, 성분에 관한 ％는, 질량％를 의미한다.

C: 0.030 내지 0.070％

C는, 강의 강도를 향상시키는 원소이다. C 함유량이 0.030％ 미만이면, 강도 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, C 함유량은 0.030％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.040％ 이상이다.

한편, C 함유량이 0.070％를 초과하면, 강도가 지나치게 상승하여 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, C 함유량은 0.070％ 이하로 한다. 용접성, 인성 등의 저하를 억제하는 점에서, C 함유량은 0.060％ 이하가 바람직하다.

Si: 0.05 내지 0.50％

Si는, 제강 시, 탈산제로서 기능하는 원소이다. Si 함유량이 0.05％ 미만이면, 이 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, Si 함유량은 0.05％ 이상으로 한다.

한편, Si 함유량이 0.50％를 초과하면, 용접 열영향부(HAZ)의 인성이 저하된다. 그 때문에, Si 함유량은 0.50％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.35％ 이하이다.

Mn: 1.05 내지 1.65％

Mn은, 강의 강도 및 인성의 향상에 기여하는 원소이다. Mn 함유량이 1.05％ 미만이면, 강도 및 인성의 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, Mn 함유량은 1.05％ 이상으로 한다. 바람직하게는 1.15％ 이상이다.

한편, Mn은 MnS를 형성하여, 내HIC성을 저하시키는 원소이기도 하다. Mn 함유량이 1.65％를 초과하면 내HIC성이 저하되므로, Mn 함유량은 1.65％ 이하로 한다. 바람직하게는 1.50％ 이하이다.

Al: 0.010 내지 0.070％

Al은, 탈산제로서 기능하는 원소이다. Al 함유량이 0.010％ 미만이면, 이 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, Al 함유량은 0.010％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.020％ 이상이다.

한편, Al 함유량이 0.070％를 초과하면 Al 산화물이 집적되어 클러스터가 생성되어, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, Al 함유량은 0.070％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.040％ 이하, 보다 바람직하게는 0.030％ 이하이다.

Ti: 0.005 내지 0.020％

Ti는, 질화물을 형성하여, 결정립의 미세화에 기여하는 원소이다. Ti 함유량이 0.005％ 미만이면, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, Ti 함유량은 0.005％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.008％ 이상이다.

한편, Ti 함유량이 0.020％를 초과하면 조대한 질화물이 생성되어, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, Ti 함유량은 0.020％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.015％ 이하이다.

Nb: 0.005 내지 0.045％

Nb는, 미재결정 온도 영역을 확대하여 결정립을 미세하게 함과 함께, 탄화물이나 질화물을 형성하여, 강의 강도의 향상에 기여하는 원소이다. Nb 함유량이 0.005％ 미만이면, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, Nb 함유량은 0.005％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.010％ 이상이다.

한편, Nb 함유량이 0.045％를 초과하면 조대한 탄화물이나 질화물이 생성되어, 내HIC성이 저하된다. 또한, 신율이나 인성도 저하된다. 그 때문에, Nb 함유량은 0.045％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.035％ 이하이다.

Ca: 0.0010 내지 0.0050％

Ca는, CaS를 생성하여, 압연 방향으로 신장되는 MnS의 생성을 억제함으로써, 내HIC성의 향상에 기여하는 원소이다. Ca 함유량이 0.0010％ 미만이면, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, Ca 함유량은 0.0010％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.0020％ 이상이다.

한편, Ca 함유량이 0.0050％를 초과하면 Ca 산화물이 집적되어, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, Ca 함유량은 0.0050％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0040％ 이하이다.

N: 0.0010 내지 0.0050％

N은, 가열 시의 오스테나이트 입자의 조대화를 억제하는 질화물을 형성함으로써, 조직의 미세화에 기여하는 원소이다. N 함유량이 0.0010％ 미만이면, 조직 미세화 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, N 함유량은 0.0010％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.0020％ 이상이다.

한편, N 함유량이 0.0050％를 초과하면 조대한 질화물이 생성되어, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, N 함유량은 0.0050％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0040％ 이하이다.

본 실시 형태에 관한 강관의 모재부(본 실시 형태에 관한 강판)에 있어서는, 상기 원소 외에, 강도, 인성, 및 다른 특성의 향상을 위해, 필요에 따라서 Ni, Mo, Cr, Cu, V, Mg, 및 REM 중 1종 또는 2종 이상을 이하의 범위에서 함유해도 된다. 단, 이들 원소는 모두 필수 원소가 아닌 임의 원소이므로, 그 하한은 0％이다.

Ni: 0 내지 0.50％

Ni는, 강의 인성, 강도 및 내식성의 향상에 기여하는 원소이다. Ni 함유량이 0.05％ 미만이면, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, 이들 효과를 얻는 경우, Ni 함유량은 0.05％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.10％ 이상이다.

한편, Ni 함유량이 0.50％를 초과하면 모재부의 경도가 248Hv를 초과하여, 내HIC성이 열화된다. 그 때문에, 함유시키는 경우라도 Ni 함유량은 0.50％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.35％ 이하이다.

Mo: 0 내지 0.50％

Mo는, 강의 ??칭성의 향상에 기여하는 원소이다. Mo 함유량이 0.05％ 미만이면, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, 상기 효과를 얻는 경우, Mo 함유량은 0.05％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.10％ 이상이다.

한편, Mo 함유량이 0.50％를 초과하면 모재부의 경도가 248Hv를 초과하여, 내HIC성이 열화된다. 그 때문에, 함유시키는 경우라도 Mo 함유량은 0.50％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.35％ 이하이다.

Cr: 0 내지 0.50％

Cr은, 강의 강도의 향상에 기여하는 원소이다. Cr 함유량이 0.05％ 미만이면, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에 상기 효과를 얻는 경우, Cr 함유량은 0.05％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.10％ 이상이다.

한편, Cr 함유량이 0.50％를 초과하면 강도가 지나치게 상승하여, 인성이 저하된다. 그 때문에, 함유시키는 경우라도 Cr 함유량은 0.50％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.35％ 이하이다.

Cu: 0 내지 0.50％

Cu는, 강의 강도의 상승과 내식성의 향상에 기여하는 원소이다. Cu 함유량이 0.05％ 미만이면, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, 상기 효과를 얻는 경우, Cu 함유량은 0.05％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.10％ 이상이다.

한편, Cu 함유량이 0.50％를 초과하면 모재부의 최대 경도가 248Hv를 초과하여, 내HIC성이 열화된다. 그 때문에, 함유시키는 경우라도 Cu 함유량은 0.50％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.35％ 이하이다.

V: 0 내지 0.100％

V는, 탄화물, 질화물을 형성하여, 강의 강도의 향상에 기여하는 원소이다. V 함유량이 0.010％ 미만이면, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, 상기 효과를 얻는 경우, V 함유량은 0.010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.030％ 이상이다.

한편, V 함유량이 0.100％를 초과하면, 강의 인성이 저하된다. 그 때문에, V 함유량은 0.100％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.080％ 이하이다.

Mg: 0 내지 0.0100％

Mg는, 결정립의 조대화를 억제함으로써 인성의 향상에 기여하는 미세한 산화물을 형성하는 원소이다. Mg 함유량이 0.0001％ 미만이면, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, 상기 효과를 얻는 경우, Mg 함유량은 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.0010％ 이상이다.

한편, Mg 함유량이 0.0100％를 초과하면 산화물이 응집, 조대화되어, 내HIC성이나 인성이 저하된다. 그 때문에, 함유시키는 경우라도 Mg 함유량은 0.0100％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0050％ 이하이다.

REM: 0 내지 0.0100％

REM은, 황화물계 개재물의 형태를 제어하여 인성의 향상에 기여하는 원소이다. REM 함유량이 0.0001％ 미만이면, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, 상기 효과를 얻는 경우, REM 함유량은 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.0010％ 이상이다.

한편, REM 함유량이 0.0100％를 초과하면 산화물이 생성되어 강의 청정도가 저하되고, 그 결과 인성이 저하된다. 그 때문에, 함유시키는 경우라도 REM 함유량은 0.0100％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0060％ 이하이다. 본 실시 형태에 있어서 REM이란, 희토류 원소를 의미하며, Sc, Y 및 란타노이드의 17원소의 총칭이고, REM 함유량은 이들 17원소의 합계 함유량을 나타낸다.

본 실시 형태에 관한 강관의 모재부(본 실시 형태에 관한 강판)는, 상기한 필수 원소를 포함하고, 필요에 따라서 상기한 임의 원소를 포함하며, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 것을 기본으로 한다. 또한 불순물이란, 강재를 공업적으로 제조할 때, 광석 혹은 스크랩 등과 같은 원료로부터, 또는 제조 공정의 다양한 환경으로부터 혼입되는 성분이며, 강의 특성에 악영향을 미치지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.

불순물 중, P, S, O, Sb, Sn, Co, As, Pb, Bi, H에 대해서는, 후술하는 범위로 제어하는 것이 바람직하다.

P: 0.015％ 이하

P는, 불순물 원소이다. P 함유량이 0.015％를 초과하면, 내HIC성이 현저하게 저하된다. 그 때문에, P 함유량은 0.015％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.010％ 이하이다. 함유량은 적을수록 바람직하므로, 하한은 0％를 포함한다. 그러나 P 함유량을 0.003％ 미만으로 저감하면, 제조 비용이 대폭 상승한다. 그 때문에, 0.003％가 P 함유량의 실질적인 하한이다.

S: 0.0015％ 이하

S는, 열간 압연 시에 압연 방향으로 연신되는 MnS를 생성하여 내HIC성을 저하시키는 원소이다. S 함유량이 0.0015％를 초과하면, 내HIC성이 현저하게 저하된다. 그 때문에, S 함유량은 0.0015％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0010％ 이하이다. S 함유량은 적을수록 바람직하므로, 하한은 0％를 포함한다. 그러나 S 함유량을 0.0001％ 미만으로 저감하면, 제조 비용이 대폭 상승한다. 그 때문에, 0.0001％가 S 함유량의 실질적인 하한이다.

O: 0.0040％ 이하

O는, 탈산 후, 강 중에 불가피하게 잔류하는 원소이다. O 함유량이 0.0040％를 초과하면 산화물이 생성되어, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, O 함유량은 0.0040％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0030％ 이하이다. O 함유량은 적을수록 바람직하므로 하한은 0％를 포함한다. 그러나 O 함유량을 0.0010％ 미만으로 저감하면 제조 비용이 대폭 상승하므로, 실용 강판상, 0.0010％가 O 함유량의 실질적인 하한이다.

그 밖의 불순물로서, 예를 들어 Sb, Sn, Co, As는 각각 0.10％ 이하, Pb와 Bi는 0.005％ 이하, H는 0.0005％ 이하이면 강판 중에 잔류해도 된다.

본 실시 형태에 관한 강관의 모재부는, 각 원소의 함유량을 상술한 범위로 제어한 후, 이하에 나타내는 바와 같이, 성분의 함유량으로부터 산출되는 Ceq를 소정의 범위로 제어할 필요가 있다.

Ceq: 0.250 내지 0.350

Ceq(탄소당량)는, 강판의 ??칭성을 표시하는 지표이다. 본 실시 형태에 관한 강관에 있어서 소요의 강도를 확보하기 위해, 하기 식 (1)로 정의하는 Ceq를0.250 내지 0.350으로 한다.

여기서, 식 (1) 중의 [C], [Mn], [Ni], [Cu], [Cr], [Mo], [V]는, 상기 강판 중의 C, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo, V의 질량％에 의한 함유량이다.

Ceq가 0.250 미만이면 ??칭성이 낮아, 소요의 강관 강도를 확보할 수 없다. 그 때문에, Ceq는 0.250 이상으로 한다. 바람직하게는 0.260 이상이다. 한편, Ceq가 0.350을 초과하면 ??칭성이 지나치게 높아져, 내부 금속 조직에 있어서 최대 경도가 248Hv를 초과하거나, 및/또는 표층부 금속 조직의 최대 경도가 250Hv를 초과한다. 그 결과, 내HIC성 및/또는 내SSC성이 저하된다. 그 때문에, Ceq는 0.350 이하로 한다. 바람직하게는 0.340 이하, 보다 바람직하게는 0.330 이하이다.

다음으로, 본 실시 형태에 관한 강관의 모재부(본 실시 형태에 관한 강판)의 금속 조직에 대해 설명한다.

모재부의 강판 표면으로부터 깊이 방향(두께 방향)으로 1.0㎜ 초과로부터 판 두께 중심까지의 범위의 금속 조직(내부 금속 조직): 합계 면적률로 85％ 이상의 그래뉼라 베이나이트 및 베이나이트 중 한쪽 또는 양쪽을 포함하고, MA의 면적률이 1.0％ 이하

우수한 기계 특성과 내HIC성을 확보하기 위해, 강판 표면으로부터 깊이 방향으로 1.0㎜ 초과로부터 판 두께 중심까지의 범위의 금속 조직(이하, 단순히 「내부 금속 조직」이라고 하는 경우가 있음.)을, 합계 면적률로 85％ 이상의 그래뉼라 베이나이트 및 베이나이트 중 한쪽 또는 양쪽을 포함하는 금속 조직으로 한다.

내부 금속 조직에 있어서, 그래뉼라 베이나이트 및/또는 베이나이트의 면적률의 합계가 85％ 미만이면, 필요한 기계 특성, 내HIC 특성의 확보가 어려워진다. 그 때문에, 그래뉼라 베이나이트 및 베이나이트 중 한쪽 또는 양쪽의 면적률의 합계는 85％ 이상으로 한다. 바람직하게는 90％ 이상이다. 상기 면적률은, 강종이나 냉각 속도에 따라 다르므로, 그 상한은 100％여도 되지만 95％가 실질적인 상한이다.

또한, 내부 금속 조직에 있어서, MA(Martensite-Austenite Constituent)가 면적률로 1.0％ 초과이면 DWTT 특성이 저하된다. 그 때문에, 내부 금속 조직에 있어서, MA의 면적률을 1.0％ 이하로 한다. MA는 0％여도 된다.

내부 금속 조직의 잔부는, 페라이트로 이루어져 있어도 된다.

강판의 표면으로부터 깊이 방향으로 1.0㎜까지의 금속 조직(표층부 금속 조직): 면적률로 95％ 이상의 그래뉼라 베이나이트 및 템퍼링 베이나이트 중 한쪽 또는 양쪽을 포함한다.

표층부 금속 조직이, 면적률로 합계 95％ 이상의 그래뉼라 베이나이트 및 템퍼링 베이나이트를 포함하면 내SSC성이 향상되므로, 바람직하다.

금속 조직에 있어서의 면적률의 측정은, 금속 조직을, 주사형 전자 현미경을 사용하여, 예를 들어 1000배의 배율로 관찰함으로써 얻어진다. 강판의 표면으로부터 판 두께의 1/4의 위치(t/4)의 조직은, 내부 금속 조직의 대표적인 조직을 나타내므로, 본 실시 형태에서는 강관의 모재부(강판)의 t/4의 조직을 관찰하여, t/4의 조직이 상술한 조직이면, 내부 금속 조직이 상술한 범위라고 판단한다.

또한, 표층부의 조직은, 강판의 표면으로부터 0.1㎜, 0.2㎜ 및 0.5㎜의 위치를 측정하고, 각각의 위치에서의 면적률을 평균함으로써 얻어진다.

본 실시 형태에 있어서, 베이나이트는, 구 오스테나이트 입계가 명료하고, 입자 내는 미세한 라스 조직이 발달되어 있고, 라스 내, 라스 간에 미세한 탄화물 및 MA가 산재해 있는 조직이다.

템퍼링 베이나이트는, 라스 형상을 이루고 있고, 라스 내, 라스 경계에 탄화물이 분산되어 있는 조직이다.

그래뉼라 베이나이트는, 침상 페라이트와 베이나이트의 중간의 변태 온도에서 생성되어, 중간의 조직적 특징을 갖는다. 구체적으로는, 부분적으로 구 오스테나이트 입계가 보이고, 입자 내에 거친 라스 조직이 존재하며, 라스 내, 라스 간에 미세한 탄화물 및 오스테나이트·마르텐사이트 혼성물이 산재하는 부분과, 구 오스테나이트 입계가 불명료하고 침상 또는 부정형의 페라이트의 부분이 혼재하는 조직이다.

페라이트는, 입자 내의 내부 미시 조직이 거의 없고, 입자 내가 평활한 조직이다. 광학 현미경으로 관찰한 경우에는, 희게 보이는 조직이다.

MA는, 레페라 에칭에 의해 착색되므로 판별 가능하다.

도 3a에 본 실시 형태에 관한 강관의 모재부인 강판의 t/4의 위치에 있어서의 주사형 전자 현미경으로 촬상한 금속 조직의 일례를 나타내고, 도 3b에 본 실시 형태에 관한 강관의 모재부인 강판의 표면 0.5㎜에 있어서의 주사형 전자 현미경으로 촬상한 금속 조직의 일례를 나타낸다.

내부 금속 조직의 경도

최대 경도: 248Hv 이하

평균 경도: 170 내지 220Hv

본 실시 형태에 관한 강관에서는, 우수한 강도, 내SSC성 및 내HIC성을 확보하기 위해, 모재부의 내부 금속 조직에 있어서, 최대 경도를 248Hv 이하, 평균 경도를 170 내지 220Hv로 한다.

최대 경도가 248Hv를 초과하면 내HIC성이 저하되므로, 최대 경도는 248Hv 이하로 한다. 바람직하게는 230Hv이다.

또한, 평균 경도가 170Hv 미만이면 필요한 강도를 확보할 수 없으므로, 평균 경도는 170Hv 이상으로 한다. 바람직하게는 180Hv 이상이다.

한편, 평균 경도가 220Hv를 초과하면 내HIC 및 인성이 저하된다. 그 때문에, 평균 경도는 220Hv 이하로 한다. 바람직하게는 210Hv 이하이다.

표층부 금속 조직의 최대 경도: 250Hv 이하

표층부 금속 조직의 최대 경도가 250Hv 초과이면 내SSC성이 저하된다. 그 때문에, 표층부 금속 조직의 최대 경도는 250Hv 이하로 한다. 바람직하게는, 240Hv 이하이다.

내부 금속 조직에 있어서의 최대 경도, 평균 경도는, 이하의 방법으로 측정할 수 있다.

비커스 경도계(하중: 100g)로, 강판의 표면으로부터 1.1㎜의 깊이 위치를 시점으로 하여, 판 두께 방향으로 0.1㎜ 간격으로 판 두께 중심까지, 또한 동일 깊이에 대해 폭 방향 1.0㎜ 간격으로 20점 경도를 측정한다.

상기 측정의 결과, 248Hv를 초과하는 측정점이 판 두께 방향으로 2점 이상 연속해서 나타나지 않으면, 내부 금속 조직의 최대 경도는 Hv248 이하라고 판단한다.

본 실시 형태에 관한 강관의 모재에서는, 국소적으로는, 개재물 등에 의해 높은 경도의 값(이상값)이 나타나는 경우가 있다. 그러나 개재물은 균열의 원인이 되지 않으므로, 이러한 이상값이 나타나도 내HIC성, 내SSC성은 확보할 수 있다. 한편, 판 두께 방향으로 연속해서 2점 이상 248Hv를 초과하는 측정점이 존재하는 경우, 개재물 기인은 아닌, 내HIC성 및/또는 내SSC성이 저하되므로 허용되지 않는다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 248Hv를 초과하는 측정점이 1점 존재해도, 판 두께 방향으로 2점 이상 연속해서 나타나지 않으면, 그 점은 이상점이라고 하여 채용하지 않고, 다음으로 높은 값을 최대 경도로 한다. 한편, 판 두께 방향으로 연속해서 2점 이상 248Hv를 초과하는 측정점이 존재하는 경우에는, 그들 중 가장 높은 값을 최대 경도로서 채용한다.

또한 평균 경도는, 모든 측정점의 경도를 평균하여 산출한다.

강판 표면으로부터 깊이 1.0㎜까지의 표층부 금속 조직의 최대 경도의 측정은, 다음과 같이 행한다.

먼저, 강판의 폭 방향의 단부(강관의 경우에는, 맞대기부에 상당)로부터 강판의 폭 방향으로 1/4, 1/2 및 3/4의 위치(강관으로 말하면, 용접부를 0시로 한 경우의, 각각 3시, 6시 및 9시의 위치)로부터 한 변이 300㎜인 정사각형(300㎜×300㎜)의 강판을 가스 절단으로 잘라내고, 잘라낸 강판의 중심으로부터, 길이 20㎜, 폭 20㎜의 블록 시험편을 기계 절단에 의해 채취하여, 기계 연마로 연마한다. 하나의 블록 시험편에 대해, 비커스 경도계(하중: 100g)로, 표면으로부터 0.1㎜를 시점으로 하여, 판 두께 방향으로 0.1㎜ 간격으로 10점, 동일 깊이에 대해 폭 방향 1.0㎜ 간격으로 10점, 합계 100점 측정한다. 즉, 3개의 블록 시험편에서 합계 300점 측정한다.

상기 측정의 결과, 250Hv를 초과하는 측정점이 판 두께 방향으로 2점 이상 연속해서 나타나지 않으면, 표층부의 최대 경도는 250Hv 이하라고 판단한다.

상기 표면으로부터 판 두께 방향으로 판 두께의 1/4의 위치, 판면과 평행인 면에 있어서, {100} <110>의 집적도가 1.5 이상

본 실시 형태에 관한 강판은, ??칭 템퍼링 처리를 행하지 않고, 열간 압연, 냉각, 복열 등의 공정을 거쳐 제조된다. 그 때문에, 내부 금속 조직이 상기와 같은 집합 조직을 갖는다. 집합 조직을 가짐으로써, 강판의 DWTT 특성이 향상된다.

??칭 템퍼링에 의해 강판을 제조한 경우, 및 소준에 의해 강판을 제조한 경우에는, 이러한 집합 조직은 얻어지지 않는다.

집합 조직은, 이하의 방법으로 구할 수 있다.

모재부의 강판의 판 두께를 t로 하였을 때, 표면으로부터 t/4의 깊이에 있어서의 판면과 평행인 면에 대해, EBSP를 사용하여, 2.0㎜×2.0㎜의 영역을 0.1㎜ 간격으로 결정 방위 해석을 행하여, (100) <110> 집합 조직의 집적도를 구한다.

모재부의 강판의 판 두께(강관의 두께): 15㎜ 이하

본 실시 형태에 관한 강관은, 종래 동시에 충족시키기 어려웠던, DWTT 특성, 내SSC성, 내HIC 특성을 구비하도록, ??칭 템퍼링 처리를 행하지 않고(압연-냉각 그대로) 제조한, 판 두께가 15㎜ 이하인 강판을 모재부에 사용한 강관이다. 본 실시 형태에 관한 강관은, 강판의 판 두께가 12㎜ 이하라도, 우수한 내SSC성, 내HIC성이 얻어진다.

본 실시 형태에 관한 강관의 모재부(본 실시 형태에 관한 강판)의 강도는, 강관으로서의 강도를 확실하게 확보하기 위해, API 규격으로 5L-X60 내지 X70에 상당하는 강도(인장 강도 520㎫ 내지 760㎫)인 것을 목표로 한다. 강관으로서의 인장 강도의 상한은, 구조 부재로서 사용할 때, 현지 용접 시에 용접부의 오버 매치를 확보하기 위해, 인장 강도(TS)가 650㎫ 이하인 것이 바람직하다.

다음으로, 본 실시 형태에 관한 강관의 용접부에 대해 설명한다.

본 실시 형태에 관한 강관은, 본 실시 형태에 관한 강판을 통 형상으로 가공하고, 통 형상 강판의 양단부를 맞대어 용접함으로써 얻어진다. 그 때문에, 강판의 맞대기부에 마련되고, 강판의 길이 방향으로 연장되는 용접부를 갖는다.

통상, 강관 용접에 있어서, 용접부는 모재부보다 두께가 두꺼워지도록 시공된다. 또한, 용접 금속은 모재보다 고합금이며, 내식성도 높다. 그 때문에, 용접부가 파괴의 기점이 되는 일은 거의 없다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 강관의 용접부는, SAW 용접 등에 의해 통상의 조건에서 얻어진 것이면, 특별히 한정되지 않는다.

다음으로, 본 실시 형태에 관한 강관의 바람직한 제조 방법에 대해 설명한다.

본 실시 형태에 관한 강관은, 제조 방법에 구애되지 않고, 상술한 구성을 갖고 있으면 그 효과가 얻어지지만, 예를 들어 이하와 같은 제조 방법에 따르면 안정적으로 얻어지므로 바람직하다.

본 실시 형태에 관한 강판은,

(i) 소정의 화학 조성과 Ceq를 충족하는 강편을, 1050 내지 1250℃로 가열하여 열간 압연에 제공하고, 830 내지 1000℃에서 마무리 압연을 종료하여, 판 두께 15㎜ 이하의 강판을 얻는 공정(열간 압연 공정)과,

(ii-1) 압연 종료 후의 강판을, 750 초과 내지 950℃로부터, 25 내지 100℃/초의 평균 냉각 속도로 660 내지 750℃의 온도 영역까지 냉각하는 공정(제1 냉각 공정)과,

(ii-2) 표면 온도로, 660 내지 750℃의 온도 영역으로부터, 50℃/초 초과의 평균 냉각 속도로 400℃ 이하까지 냉각하는 공정(제2 냉각 공정)과,

(iii) 표면 온도가 550 초과 내지 650℃에 도달할 때까지, 50℃/초 이상의 복열 속도로 복열시키는 공정(복열 공정)

을 포함하는 제조 방법에 의해 얻어진다.

또한, 본 실시 형태에 관한 강관은,

(iv) 상기 (i) 내지 (iii)의 공정을 거쳐 얻어진 강판을 통 형상으로 성형하는 공정(성형 공정)과,

(v) 통 형상 강판의 양단부를 맞대어 용접하는 공정(용접 공정)

을 포함하는 제조 방법에 의해 얻어진다.

상기 온도는, 표면 온도에 의한 관리이다.

이하, 각 공정의 바람직한 조건에 대해 설명한다.

<열간 압연 공정>

강편 가열 온도: 1050 내지 1250℃

열간 압연을 행하기 위해, 상술한 화학 조성을 갖는 강편을 가열한다. 강편 가열 온도가 1050℃ 미만이면, 미고용의 조대한 Nb 및 Ti의 탄질화물이 생성되어, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, 강편 가열 온도는 1050℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1100℃ 이상이다.

한편, 강편 가열 온도가 1250℃를 초과하면, 결정립이 조대화되어 저온 인성이 저하된다. 그 때문에, 강편 가열 온도는 1250℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1200℃ 이하이다.

열간 압연 공정에 앞선 용강의 주조 및 강편의 제조는 통상법에 따라서 행하면 된다.

마무리 압연 온도: 830 내지 1000℃

가열한 강편을, 열간 압연하여 15㎜ 이하의 강판으로 한다. 그때, 마무리 압연 온도를 830 내지 1000℃로 하는 것이 바람직하다. 마무리 압연 온도가 830℃ 미만이면, 페라이트가 다량으로 생성되어 소정의 내부 금속 조직을 얻을 수 없게 될 것이 우려된다. 바람직하게는, 마무리 압연 온도는 850℃ 이상이다.

한편, 마무리 압연 온도가 1000℃를 초과하면, 결정립이 조대화되어 DWTT 특성 등의 저온 인성이 저하된다. 또한, 재결정, 입성장이 발생하여, 집합 조직이 얻어지지 않는다. 그 때문에, 마무리 압연 온도는 1000℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 980℃ 이하이다.

<제1 냉각 공정>

냉각 개시 온도 Ts: 750 초과 내지 950℃

평균 냉각 속도 Vc1: 25 내지 100℃/초

냉각 정지 온도 Tm: 660 내지 750℃

압연 종료 후의 1단째의 가속 냉각으로, 표면 온도로, 750 초과 내지 950℃의 온도 영역의 온도 Ts(냉각 개시 온도)의 강판을, 평균 냉각 속도 Vc1: 25 내지 50℃/초로, 660 내지 750℃의 온도 영역의 온도 Tm(냉각 정지 온도)까지 냉각한다.

냉각 개시 온도 Ts가, 표면 온도로 750℃ 이하이면, 페라이트의 면적률이 15％를 초과한다. 이 경우, 그래뉼라 베이나이트 및 베이나이트 중 한쪽 또는 양쪽의 면적률이 85％ 미만이 되어, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, 냉각 개시 온도 Ts는, 표면 온도로 750℃ 초과로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 800℃ 이상이다.

한편, 냉각 개시 온도 Ts가 950℃를 초과하면 결정립이 조대화되어, 저온 인성이 저하된다. 또한, 표층부의 최대 경도가 지나치게 높아지는 경우가 있다. 그 때문에, 냉각 개시 온도 Ts는, 표면 온도로 950℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 930℃ 이하이다.

평균 냉각 속도 Vc1이 25℃/초 미만이면, 냉각 속도가 지나치게 느려 표층 및 내부 금속 조직에 있어서 페라이트가 다량으로 생성되어, 면적률로 85％ 이상의 그래뉼라 베이나이트 및 베이나이트 중 한쪽 또는 양쪽을 얻을 수 없어, 내SSC성, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, 평균 냉각 속도 Vc1을 25℃/초 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 30℃/초 이상이다.

한편, 평균 냉각 속도 Vc1이 100℃/초를 초과하면, 내부 금속 조직에 있어서 최고 경도가 248Hv를 초과하므로, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, 평균 냉각 속도 Vc1은 100℃/초 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 50℃/초 이하, 더욱 바람직하게는 45℃/초 이하이다.

표면 온도로, 제1 냉각 공정의 냉각 정지 온도 Tm이 660℃ 미만이면, 페라이트가 다량으로 생성되어, 면적률로 85％ 이상의 그래뉼라 베이나이트 및 베이나이트 중 한쪽 또는 양쪽이 얻어지지 않아, 내SSC성, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, 냉각 정지 온도 Tm은 660℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 680℃ 이상이다. 한편, 냉각 정지 온도 Tm이 750℃를 초과하면, 표층부가 경화되어 내SSC성이 저하될 것이 우려된다. 그 때문에, 냉각 정지 온도 Tm은 750℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 720℃ 이하이다.

<제2 냉각 공정>

냉각 개시 온도 Tm: 660 내지 750℃

평균 냉각 속도 Vc2: 50℃/초 초과

냉각 정지 온도 Tf: 400℃ 이하

제2 냉각 공정에서는, 1단째의 냉각 정지 온도 Tm: 660 내지 750℃로부터, 평균 냉각 속도 50℃/초 초과로, 400℃ 이하의 냉각 정지 온도 Tf까지 냉각한다.

냉각 개시 온도 Tm 660 내지 750℃로부터의 가속 냉각에 있어서, 평균 냉각 속도 Vc2가 50℃/초 이하이면, 내부의 최대 경도가 높아져 내HIC성이 저하될 것이 우려된다. 그 때문에, 평균 냉각 속도 Vc2는 50℃/초 초과로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 60℃/초 이상이다. 평균 냉각 속도 Vc2의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 냉각 설비의 냉각능이 실질상의 상한이 되므로, 현 상황에서는 200℃/초 정도이다.

표면 온도로, 냉각 정지 온도 Tf가 400℃를 초과하면, 복열 후의 평균 경도가 170Hv를 하회하여, 소요의 강도가 얻어지지 않는다. 그 때문에, 냉각 정지 온도 Tf는 400℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 380℃ 이하이다. 냉각 정지 온도 Tf는, 강종이나 냉각 속도에 따라서 정하기 때문에 하한은 특별히 설정하지 않지만, 충분히 복열시켜 소요의 조직이나 경도를 얻는 점에서, 250℃ 이상이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 강관의 제조 방법에서는, 냉각 속도가 다른 2단계의 가속 냉각을 행한다. 이러한 냉각은, 냉각대를, 강판의 길이 방향(반송 방향)으로, 복수로 분할하여 배치한 냉각 설비에 있어서, 냉각대마다 강판에 분사하는 냉각수의 수량을 조정하여 행할 수 있다.

냉각 속도는, 냉각 개시 온도와 냉각 정지 온도의 온도차를 냉각 시간으로 나눔으로써 얻어진다.

<복열 공정>

복열 속도 Vr: 50℃/초 이상

복열 후의 강판 표면 온도 Tr: 550 초과 내지 650℃

상술한 바와 같이 강판을 400℃ 이하의 냉각 정지 온도 Tf까지 가속 냉각한 후, 50℃/초 이상의 복열 속도 Vr로, 강판 표면 온도 Tr이 550 초과 내지 650℃에 도달할 때까지 복열시킨다.

상기 냉각 및 복열에 의해, 면적률로 85％ 이상의 그래뉼라 베이나이트 및 베이나이트 중 한쪽 또는 양쪽을 포함하고, 최대 경도가 248Hv 이하이고, 평균 경도가 170 내지 220Hv인 내부 금속 조직을 얻을 수 있다.

복열 속도 Vr이 50℃/초 미만이면, 표층부가 경화되어 내SSC성이 저하될 것이 우려되므로, 복열 속도는 50℃/초 이상으로 한다. 복열 속도는, 강판의 표면 온도가 550 초과 내지 650℃에 도달할 때까지의 시간을 고려하여 적절하게 설정하면 되므로, 상한은 특별히 한정하지 않는다.

복열 속도는, 복열 온도 폭을 복열에 요한 시간으로 나눔으로써 얻어진다.

복열 후의 강판 표면 온도가 550℃ 이하이면, 내부 조직의 최대 경도가 248Hv를 초과하므로, 복열 후의 강판 표면 온도는 550℃ 초과로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 580℃ 이상이다. 한편, 복열 후의 강판 표면 온도가 650℃를 초과하면, 평균 경도가 170Hv에 도달하지 않는다. 그 때문에, 복열 후의 강판 표면 온도는 650℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 620℃ 이하이다.

복열 속도 및 복열량은, 냉각 정지 시의 표면과 내부의 온도차에 의해 변화된다. 표면과 내부의 온도차는, 단순히 냉각 속도에 따라 정해지는 것은 아니며, 수랭에 있어서의 수량 밀도나 충돌압 등에 의해 변화된다. 그 때문에, 복열 속도가 50℃/초 이상, 또한 복열 후의 표면 온도가 550 초과 내지 650℃가 되도록 냉각 조건을 결정하면 된다. 예를 들어 사전에 조건을 결정하기 위한 실험을 행하거나 하면, 적절한 조건을 설정할 수 있다.

도 2에, 마무리 압연 후의 강판의 냉각 곡선(제1 냉각 공정, 제2 냉각 공정, 복열 공정에서의 강판 표면 온도의 변화)의 일례를 모식적으로 나타낸다.

복열 공정 후의 강판은, 평균 냉각 속도 0.01℃/초 이상으로, 300℃ 이하까지 냉각하는 것이 바람직하다. 평균 냉각 속도가 0.01℃/초 미만이면, 목표로 하는 강도가 얻어지지 않게 된다.

상기 공정에 의해, 본 실시 형태에 관한 강관의 모재부에 사용되는 강판을 제조할 수 있다. 즉, 본 실시 형태에 관한 강판은, 비조질강이다.

<성형 공정>

<용접 공정>

상기 공정에서 얻어진 본 실시 형태에 관한 강판을, 통 형상으로 성형하고, 통 형상 강판의 맞대기부(강판의 폭 방향 양단부)를 용접하여 강관으로 한다.

본 실시 형태에 관한 강판의 강관으로의 성형은, 특정한 성형에 한정되지 않는다. 온간 가공이어도 되지만, 치수 정밀도의 점에서 냉간 가공이 바람직하다. 용접도, 특정한 용접에 한정되지 않지만, 서브머지드 아크 용접이 바람직하다. 용접 조건은, 강판의 두께 등에 따라서 공지의 조건으로 하면 된다.

본 실시 형태에 관한 강관에서는, 용접부의 인성을 개선하기 위해, 용접부에 열처리(심 열처리)를 실시해도 된다. 열처리 온도는, 통상의 온도 범위이면 되지만, 특히 300 내지 Ac1점의 범위가 바람직하다.

본 실시 형태에 관한 강관의 모재부에는 열처리를 실시하지 않으므로, 모재부의 금속 조직은, 본 실시 형태에 관한 강판의 금속 조직과 동일하다. 그러므로, 본 실시 형태에 관한 관은, 모재부, 용접부 모두, 라인 파이프용 강관으로서 충분한 기계 특성을 구비하는 강관이다.

실시예 1

다음으로, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 일 조건예이며, 본 발명은, 이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한, 다양한 조건을 채용할 수 있다.

표 1에 나타내는 화학 조성(잔부는 Fe 및 불순물)과 Ceq를 갖는 강편을 표 2A, 표 2B에 나타내는 조건에서 열간 압연, 냉각하고, 복열시켜 강판을 제조하였다.

[표 1]

[표 2A]

[표 2B]

제조한 강판으로부터 시험편을 채취하고, 내부 금속 조직은, 1000배의 배율로, 강판의 표면으로부터 판 두께의 1/4의 위치(t/4)의 조직을, 주사형 전자 현미경을 사용하여 관찰하여 판단하였다.

또한, 표층부 금속 조직은, 강판의 표면으로부터 0.1㎜, 0.2㎜ 및 0.5㎜의 위치를 관찰, 측정하고, 각각의 위치에서의 면적률을 평균함으로써 얻었다.

또한, JIS 5호 인장 시험편을 제작하고, JIS Z 2241에 규정된 인장 시험을 행하여, 항복 강도와 인장 강도를 측정하였다.

또한, 비커스 경도계로 내부 금속 조직 및 표층부 금속 조직의 경도를 측정하였다.

내부 금속 조직에 대해서는, 비커스 경도계(하중: 100g)로, 강판의 표면으로부터 1.1㎜의 깊이 위치를 시점으로 하여, 판 두께 방향으로 0.1㎜ 간격으로 판 두께 중심까지, 또한 동일 깊이에 대해 폭 방향 1.0㎜ 간격으로 20점 경도를 측정하였다. 상기 측정의 결과, 248Hv를 초과하는 측정점이 1점 존재해도, 판 두께 방향으로 2점 이상 연속해서 나타나지 않으면, 그 점은 이상점이라고 하여, 다음으로 높은 값을 최대 경도로 하였다. 한편, 판 두께 방향으로 연속해서 2점 이상 248Hv를 초과하는 측정점이 존재하는 경우에는, 그들 중 가장 높은 값을 최대 경도로 하였다. 또한, 평균 경도는, 모든 측정점의 경도를 평균하여 산출하였다.

표층부 금속 조직에 있어서는, 강판의 폭 방향의 단부로부터 한 변이 300㎜인 정사각형(300㎜×300㎜)의 강판을 가스 절단으로 잘라내고, 잘라낸 강판의 중심으로부터, 길이 20㎜, 폭 20㎜의 블록 시험편을 기계 절단에 의해 채취하고, 기계 연마로 연마한다. 하나의 블록 시험편에 대해, 비커스 경도계(하중: 100g)로, 표면으로부터 0.1㎜를 시점으로 하여, 판 두께 방향으로 0.1㎜ 간격으로 10점, 동일 깊이에 대해 폭 방향 1.0㎜ 간격으로 10점, 합계 100점 측정하였다. 즉, 3개의 블록 시험편에서 합계 300점 측정하였다. 상기 측정의 결과, 250Hv를 초과하는 측정점이 1점 존재해도, 판 두께 방향으로 2점 이상 연속해서 나타나지 않으면, 그 점은 이상점이라고 하여, 다음으로 높은 값을 최대 경도로 하였다. 한편, 판 두께 방향으로 연속해서 2점 이상 250Hv를 초과하는 측정점이 존재하는 경우에는, 그들 중 가장 높은 값을 최대 경도로 하였다.

또한, 표면으로부터 t/4의 깊이에 있어서의 판면과 평행인 면에 대해, EBSP를 사용하여 2.0㎜×2.0㎜의 영역을 0.1㎜ 간격으로 결정 방위 해석을 행하여, (100) <110> 집합 조직의 집적도를 구하였다.

NACE(National Association of Corrosion and Engineer)의 TM0284에 준거한 시험을 행하여, HIC(수소 유기 균열)의 발생의 유무를 관찰하고, HIC 파면율이 5％ 이하를, 내HIC성이 우수하다(OK)고 평가하였다.

NACE 시험은, 5％ NaCl 용액+0.5％ 아세트산, pH2.7의 용액 중에 황화수소 가스를 포화시켜, 강판을 용액 중에 침지하여, 96시간 후에 균열이 발생하는지 여부를 관찰하는 시험이다.

또한, 내SSC성의 평가로서, 4점 굽힘 시험편을 채취하고, NACE TM 0177에 준거하여, 표 4에 나타내는 다양한 황화수소 분압, pH3.5의 용액 환경에서의 90％ 실제 항복 응력하에서의 4점 굽힘 시험을 행하여, 균열의 발생 유무를 조사하였다. 균열이 발생하지 않는 경우에 내SSC성이 우수하다(OK), 균열이 발생하는 경우에는 내SSC성이 떨어진다(NG)고 판단하였다.

DWTT 특성(-30℃에서의 연성 파면율)은, 이하의 방법으로 평가하였다.

강판으로부터, 강판의 폭 방향이 시험편의 길이 방향과 평행이 되도록 DWTT 시험편을 채취하였다. 채취 위치는, 강판의 폭 방향 1/4 위치로 하였다. DWTT 시험편은, 프레스 노치를 갖는 전체 두께 시험편으로 하였다.

이 시험편에 대해, API 5L에 준거하여, -30℃에서 DWTT 시험을 행하여, 파면 전체에 차지하는 연성 파면율을 측정하였다. 파면율(％)의 수치가 높을수록 DWTT 특성이 우수한 것을 나타낸다. 본 발명에서는 연성 파면율이 85％ 이상인 경우에 DWTT 특성이 우수하다고 판단하였다.

결과를 표 3A, 표 3B에 나타낸다.

[표 3A]

[표 3B]

실시예 2

표 1 내지 표 3에 나타내는 강판을, C 프레스, U 프레스, O 프레스에 의해 관상으로 성형하여, 단부면을 가용접하고, 내외면으로부터 본 용접을 행한 후, 확관 후, 라인 파이프용 강관으로 하였다. 또한, 본 용접에는, 서브머지드 아크 용접을 적용하였다.

표에서는, 강판 No.S-x(x＝1 내지 54)를 성형한 것을, 강관 No.P-x(x＝1 내지 54)로 하였다.

제조한 강관의 모재부로부터 시험편을 채취하여, 표층부 금속 조직 및 내부 금속 조직의 각 조직의 분율(면적률)을 산출하였다. 구체적으로는, 내부 금속 조직은, 1000배의 배율로, 강판의 표면으로부터 판 두께의 1/4의 위치(t/4)의 조직을, 주사형 전자 현미경을 사용하여 관찰하여 판단하였다. 표에 기재가 없는 잔부의 조직은 페라이트였다. 표층부 금속 조직은, 강판의 표면으로부터 0.1㎜, 0.2㎜ 및 0.5㎜의 위치를 측정하고, 각각의 위치에서의 면적률을 평균함으로써 얻었다.

또한, JIS 5호 인장 시험편을 제작하고, JISZ 2241에 규정된 인장 시험을 행하여, 항복 강도와 인장 강도를 측정하였다.

표층부 금속 조직에 있어서는, 강관의 맞대기부로부터 용접부를 0시로 한 경우의, 각각 3시, 6시 및 9시의 위치로부터 한 변이 300㎜인 정사각형(300㎜×300㎜)의 강판을 가스 절단으로 잘라내고, 잘라낸 강판의 중심으로부터, 길이 20㎜, 폭 20㎜의 블록 시험편을 기계 절단에 의해 채취하여, 기계 연마로 연마한다. 하나의 블록 시험편에 대해, 비커스 경도계(하중: 100g)로, 표면으로부터 0.1㎜를 시점으로 하여, 판 두께 방향으로 0.1㎜ 간격으로 10점, 동일 깊이에 대해 폭 방향 1.0㎜ 간격으로 10점, 합계 100점 측정하였다. 즉, 3개의 블록 시험편에서 합계 300점 측정하였다. 상기 측정의 결과, 250Hv를 초과하는 측정점이 1점 존재해도, 판 두께 방향으로 2점 이상 연속해서 나타나지 않으면, 그 점은 이상점이라고 하여, 다음으로 높은 값을 최대 경도로 하였다. 한편, 판 두께 방향으로 연속해서 2점 이상 250Hv를 초과하는 측정점이 존재하는 경우에는, 그들 중 가장 높은 값을 최대 경도로 하였다.

또한, 제조한 강관의 모재부로부터 시험편을 채취하고, 다음 시험을 행하여, 내HIC성과 내SSC성을 평가하였다.

내HIC성의 평가

NACE(National Association of Corrosion and Engineer)의 TM0284에 준거한 시험을 행하여, HIC(수소 유기 균열)의 발생의 유무를 관찰하고, HIC 파면율이 5％ 이하인 경우를 내HIC성이 우수하다(OK)고 평가하고, HIC 파면율이 5％ 초과인 경우를 내HIC성이 떨어진다(NG)고 평가하였다.

또한, 내SSC성의 평가로서, 4점 굽힘 시험편을 채취하고, NACE TM 0177에 준거하여, 표 4A, 표 4B에 나타내는 다양한 황화수소 분압, pH3.5의 용액 환경에서의 90％ 실제 항복 응력하에서의 4점 굽힘 시험을 행하여, 균열의 발생 유무를 조사하였다. 균열이 발생하지 않는 경우에 내SSC성이 우수하다(OK)고 판단하고, 균열이 발생하는 경우에는 내SSC성에 떨어진다(NG)고 판단하였다.

DWTT 특성은, (-30℃에서의 연성 파면율)은, 이하의 방법으로 평가하였다.

강관으로부터, 강관의 주위 방향이 시험편의 길이 방향과 평행이 되도록 DWTT 시험편을 채취하였다. 채취 위치는, 강관의 심 위치로부터 90° 위치로 하였다. 여기서, DWTT 시험편은, 프레스 노치를 갖는 전체 두께 시험편으로 하였다.

결과를 표 4A, 표 4B에 나타낸다.

[표 4A]

[표 4B]

본 발명에 따르면, V, Cu, Ni, 및/또는 Mo 등의 첨가 원소를 사용하지 않아도, API 규격으로 X60 이상의 강도를 갖고, 내황화물 응력 균열 및 내수소 유기 균열성이 우수한 두께 15㎜ 이하의 강관과, 당해 강관의 모재에 사용되는 내황화물 응력 균열 및 내수소 유기 균열성이 우수한 강판을 제공할 수 있다. 따라서 본 발명은, 강관 제조 산업 및 에너지 산업에 있어서 이용 가능성이 높다.

Claims

통 형상의 강판으로 이루어지는 모재부와,
상기 강판의 맞대기부에 마련되고, 상기 강판의 길이 방향으로 연장되는 용접부
를 갖고,
상기 강판은, 화학 조성으로서, 질량％로,
C: 0.030 내지 0.070％,
Si: 0.05 내지 0.50％,
Mn: 1.05 내지 1.65％,
Al: 0.010 내지 0.070％,
Ti: 0.005 내지 0.020％,
Nb: 0.005 내지 0.045％,
Ca: 0.0010 내지 0.0050％,
N: 0.0010 내지 0.0050％,
Ni: 0 내지 0.50％,
Mo: 0 내지 0.50％,
Cr: 0 내지 0.50％,
Cu: 0 내지 0.50％,
V: 0 내지 0.100％,
Mg: 0 내지 0.0100％,
REM: 0 내지 0.0100％,
를 포함하고,
P: 0.015％ 이하,
S: 0.0015％ 이하,
O: 0.0040％ 이하,
로 제한하고,
잔부: Fe 및 불순물로 이루어지고,
상기 강판은, 하기 식 (1)로 정의하는 Ceq가 0.250 내지 0.350이고,
상기 모재부의 표면으로부터 깊이 방향으로 1.0㎜ 초과로부터 판 두께 중심까지의 범위의 금속 조직인 내부 금속 조직이, 그래뉼라 베이나이트 및 베이나이트 중 한쪽 또는 양쪽을 합계 면적률로 85％ 이상 포함하고, 또한 MA를 면적률로 1.0％ 이하 포함하고,
상기 내부 금속 조직에 있어서, 최대 경도가 248Hv 이하, 또한 평균 경도가 170 내지 220Hv이고,
상기 모재부가, 상기 표면으로부터 판 두께 방향으로 판 두께의 1/4의 위치의 판면과 평행인 면에 있어서 {100} <110>의 집적도가 1.5 이상인 집합 조직을 갖고,
상기 모재부의 상기 표면으로부터 상기 깊이 방향으로 1.0㎜까지의 범위의 금속 조직인 표층부 금속 조직이, 그래뉼라 베이나이트 및 템퍼링 베이나이트 중 한쪽 또는 양쪽을 합계 면적률로 95％ 이상 포함하고,
상기 표층부 금속 조직의 최대 경도가 250Hv 이하이고,
상기 강판의 판 두께가 15㎜ 이하인
것을 특징으로 하는, 강관.

식 (1) 중의 [C], [Mn], [Ni], [Cu], [Cr], [Mo], [V]는, 상기 강판 중의 C, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo, V의 질량％에 의한 함유량임.
제1항에 있어서,
상기 화학 조성이, 질량％로,
Ni: 0.05 내지 0.50％,
Mo: 0.05 내지 0.50％,
Cr: 0.05 내지 0.50％,
Cu: 0.05 내지 0.50％,
V: 0.010 내지 0.100％,
Mg: 0.0001 내지 0.0100％,
REM: 0.0001 내지 0.0100％,
로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는
것을 특징으로 하는, 강관.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 내부 금속 조직의 잔부가, 페라이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 강관.
제1항 또는 제2항에 기재된 강관의 상기 모재부에 사용하는 것을 특징으로 하는, 강판.
제3항에 기재된 강관의 상기 모재부에 사용하는 것을 특징으로 하는, 강판.