KR20010022330A - 인성이 우수한 초고강도 용접성 붕소 함유 강 - Google Patents

인성이 우수한 초고강도 용접성 붕소 함유 강 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인장 강도가 약 900MPa(130Ksi) 이상이고, -40℉에서 샤르피 V-노치 충격 시험에 의해 측정된 인성이 120J(90ft-lbs) 이상이며, 실질적으로 재결정화되지 않은 오스테나이트 결정립으로부터 변형된 주로 세립 하 베이나이트, 세립 래드 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 미세구조를 갖는 초고강도 붕소 함유 강(steel)에 관한 것으로, 이는 강 슬라브를 적합한 온도로 가열하고, 슬라브를 오스테나이트가 재결정화되는 제1 온도 범위에서 1회 이상의 열간 압연 통과로 압하시켜 판을 형성하고, 당해 판을 제1 온도 범위 이하 및 오스테나이트가 냉각 동안 페라이트로 변형되기 시작하는 온도 이상인 제2 온도 범위에서 1회 이상의 열간 압연 통과(10)로 추가로 압하시키고, 당해 판을 적합한 급냉 중지 온도(16)로 급냉(12)시키며, 급냉을 중지시키고 당해 판을 주위 온도로 공기 냉각(18)시킴으로써 제조된다.

Description

인성이 우수한 초고강도 용접성 붕소 함유 강 {Ultra-high strength, weldable, boron-containing steels with superior toughness}
발명의 분야
본 발명은 인성이 우수한 초고강도 용접성 강판과 이로부터 제조된 라인파이프에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 나머지 라인파이프에 비해 HAZ의 강도 손실이 최소화되는 초고강도 고인성 용접성 저합금 라인파이프 강(steel)과, 라인파이프용 전구 물질인 강판의 제조방법에 관한 것이다.
발명의 배경
다양한 용어가 후술되는 명세서에서 정의된다. 편의상, 용어 해설은 청구범위의 바로 앞 부분에 배치한다.
현재, 상업용 라인파이프의 최고 항복 강도는 약 550MPa(80ksi)이다. 보다 강도가 높은, 예를 들면, 최대 약 690MPa(100ksi)에 이르는 강도를 갖는 파이프라인 강이 시판되고 있으나, 본 발명자들이 아는 한에서는 이러한 것들은 라인파이프의 제조에 상업적으로 사용되지 않는다. 또한, 구(Koo)와 루톤(Luton)의 미국 특허 제5,545,269호, 제5,545,270호 및 제5,531,842호에 기술되어 있는 바와 같이, 항복 강도가 약 830MPa(120ksi) 이상이고 인장 강도가 약 900MPa(130ksi) 이상인 우수한 강도의 강을 라인파이프의 전구 물질로서 제조하는 것이 실용화되는 것으로 밝혀졌다. 미국 특허 제5,545,269호에서 구 및 루톤에 의해 기술된 강의 강도는강 화학과 가공기술 사이의 균형에 의해 이루어져, 이로써 바나듐, 니오븀 및 몰리브덴의 특정 카바이드, 니트라이드 또는 카보니트라이드 및 ε-구리의 침전물에 의해 2차적으로 경화되는, 주로 템퍼링된 세립 마르텐사이트 및 베이나이트를 포함하는 실질적으로 균일한 미세구조물이 제조된다.
미국 특허 제5,545,269호에서, 구 및 루톤은 강을 다듬질(finish) 열간 압연 온도로부터 400℃(752℉) 이하의 온도로 20℃/초(36℉/초) 이상, 바람직하게는 약 30℃/초(54℉/초)의 속도로 급냉시켜, 주로 마르텐사이트와 베이나이트 미세구조물을 제조하는 고강도 강의 제조방법을 기술한다. 또한, 목적하는 미세구조물과 특성을 획득하기 위해, 구 및 루톤에 의한 발명은 수 냉각된 판을 Ac1변형점 이하의 온도, 즉 오스테나이트가 가열 동안 형성되기 시작하는 온도에서 바나듐, 니오븀 및 몰리브덴의 특정 카바이드, 니트라이드 또는 카보니트라이드와 ε-구리의 침전을 일으키기에 충분한 시간 동안 템퍼링시킴을 포함하여, 강판을 추가의 가공 단계에 의한 2차 경화 과정에 적용시킴을 필요로 한다. 급냉 후, 템퍼링의 추가 가공 단계는 강판의 단가를 상당히 상승시킨다. 따라서, 목적하는 기계적 특성을 여전히 유지하면서 템퍼링 단계를 생략할 수 있는, 강의 신규 가공방법을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 템퍼링 단계는 목적하는 미세구조물과 특성을 생성하는데 요구되는 2차 경화를 필요로 하면서, 항복 강도 대 인장 강도의 비가 0.93을 초과하도록 한다. 바람직한 파이프라인 설계의 관점에서, 항복 강도와 인장 강도를 높은 수치로 유지하면서, 항복 강도 대 인장 강도의 비를 약 0.93 이하로 유지하는 것이 바람직하다.
조 오일과 천연 가스를 장거리 운반하기 위해 현재 이용되는 것보다 강도가 더 높은 파이프라인이 요구된다. 이러한 요구는 (i) 더 높은 기압을 사용함으로써 운송 효율을 증가시키고, (ii) 벽 두께와 외부 직경을 감소시킴으로써 재료와 설치 비용을 감소시키고자 하는 필요성에 의해 추진된다. 그 결과, 현재 이용되는 어떠한 것보다도 더 강한 라인파이프에 대한 요구가 증폭되고 있다.
결과적으로, 본 발명의 목적은 저가의 저합금 초고강도 강판을 제조하기 위한 강 조성물 및 가공 대체물과 이로부터 제조되는 라인파이프를 제공하는 것이며, 이때 고강도 특성은 2차 경화를 위한 템퍼링 단계의 필요없이 수득된다. 또한, 본 발명의 또 다른 목적은 항복 강도 대 인장 강도의 비가 약 0.93 미만인 파이프라인 설계에 적합한 라인파이프용 고강도 강판을 제공하는 것이다.
대부분의 고강도 강, 즉 항복 강도가 약 550MPa(80ksi) 이상인 강과 관련하여, 용접 후 HAZ가 연화되는 문제가 있다. HAZ는 용접 유도된 열 주기 동안에 국부적인 상 변형 또는 어닐링을 겪어, HAZ가 기재 금속에 비해 상당히, 즉 약 15% 또는 그 이상으로 연화된다. 항복 강도가 830MPa(120ksi) 또는 그 이상인 초고강도 강이 제조되면, 이들 강은 일반적으로 라인파이프에 요구되는 인성이 결여되며 라인파이프에 요구되는 용접성 요건을 충족시키지 못하게 되는데, 이는 이러한 재료가 일반적으로 약 0.35 이상의 상대적으로 높은 Pcm(용접성을 표현하기 위해 사용되는 널리 공지된 산업 용어)을 갖게 되기 때문이다.
결과적으로, 본 발명의 또 다른 목적은 지속적인 제품 품질을 유지하고 용접 유도된 열 주기 동안 HAZ에서의 강도 손실을 최소화하면서, 라인파이프용 전구 물질로서, 항복 강도가 약 690MPa(100ksi) 이상이고 인장 강도가 약 900MPa(130ksi) 이상이며 저온, 즉, 약 -40℃(-40℉)까지 낮은 저온에서 적용하기에 충분한 인성을 갖는 저합금 초고강도 강판을 제조하는 것이다.
본 발명의 추가 목적은 라인파이프에 요구되는 인성과 용접성을 갖고 Pcm이 약 0.35 미만인 초고강도 강을 제공하는 것이다. Pcm과 용접성을 표현하기 위해 사용되는 또 다른 널리 공지된 산업 용어인 Ceq(탄소 당량)는 둘 다 용접성과 관련하여 널리 사용되기도 하지만, 이들은 또한 기재 금속에 경질 미세구조를 생성시키는 강의 경향에 대한 지침을 제공한다는 점에서 강의 경화능도 반영한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, Pcm과 Ceq는 다음과 같이 정의된다:
Pcm = C 중량% + Si 중량%/30 +(Mn 중량% + Cu 중량% + Cr 중량%)/20 + Ni 중량%/60 + Mo 중량%/15 + V 중량%/10 + 5(B 중량%);
Ceq = C 중량% + Mn 중량%/6 + (Cr 중량% + Mo 중량% + V 중량%)/5 + (Cu 중량% + Ni 중량%)/15.
발명의 요약
미국 특허 제5,545,269호에 기술되어 있는 바와 같이, 본원에서 기술되는 조건하에서는 400℃(752℉) 이하의 온도(바람직하게는 주위 온도)로 수 급냉시킨 다음, 초고강도 강을 다듬질 압연시키는 단계는 공기 냉각으로 대체시킬 수 없는 것으로 밝혀졌는데, 이는 이러한 조건에서는 공기 냉각이 오스테나이트를 페라이트/펄라이트 응집물로 변형시켜 강의 강도를 악화시킬 수 있기 때문이다.
또한, 이러한 강을 400℃(752℉) 이상에서 수 냉각으로 마무리 처리하면 냉각 도중 불충분한 변형 경화가 발생하여 강의 강도가 감소될 수 있는 것으로 측정된다.
미국 특허 제5,545,269호에 기술된 방법에 의해 제조된 강판에서, 예를 들어, 소정의 시간 간격을 두고 약 400℃ 내지 약 700℃(752℉ 내지 1292℉)범위의 온도로 재가열함으로써 수 냉각 후 템퍼링시켜 강판 전체에 걸쳐 균일하게 경화되게 하고 강의 인성을 개선시킨다. 샤르피 V-노치 충격 시험은 강의 인성을 측정하기 위한 널리 공지된 시험이다. 샤르피 V-노치 충격 시험을 이용하여 수득할 수 있는 측정치 중의 하나는 소정의 온도에서 강 샘플의 파단시 흡수되는 에너지(충격 에너지), 예를 들면, -40℃(-40℉)에서의 충격 에너지(vE-40)이다.
미국 특허 제5,545,269호에 기술된 개선법에 이어, 인성이 높은 초고강도 강이 고가의 최종 템퍼링 단계를 수행할 필요없이 제조될 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 이러한 바람직한 결과는 강의 특정한 화학 조성에 따라 특정한 온도 범위에서 급냉을 중단시킴으로써 성취될 수 있는 것으로 밝혀졌으며, 이에 대하여 주로 세립 하(lower) 베이나이트, 세립 래드 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 미세구조가 중단식 냉각 온도에서 또는 주위 온도로의 후속적인 공기 냉각시 전개된다. 또한, 이러한 새로운 일련의 가공 단계는 이전에 성취될 수 있던 것보다 휠씬 높은 강도 및 인성을 갖는 강판을 제공하는 놀랍고도 예측치 못한 결과를 제공하는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 상술한 목적과 함께, 중단식 직접 급냉(Interrupted Direct Quenching; IDQ)으로 본원에서 지칭되는 가공방법이 제공되는데, 이 방법에서는 목적하는 화학 조성의 저합금 강판을 열간 압연 말기에 물과 같은 적합한 유체를 사용하여 적합한 급냉 중지 온도(Quench Stop Temperature; QST)로 급냉시킴으로써 급속하게 냉각시킨 다음 주위 온도로 공기 냉각시켜, 주로 세립 하 베이나이트, 세립 래드 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 미세구조를 제공한다. 본 발명을 기술하는데 사용된 바와 같이, 급냉은 강을 주위 온도로 공기 냉각시키는 것에 반대되는, 강의 냉각 속도를 증가시키려는 경향으로 선택된 유체가 이용되는 임의의 수단에 의한 가속화된 냉각을 지칭한다.
본 발명은 냉각 속도와 QST 파라미터의 체제를 조화시키는 능력을 강에 제공하여 IDQ로서 지칭되는 부분 급냉 공정을 위해 경화시킨 다음, 공기 냉각 상을 제공하여, 다듬질된 판에서 주로 세립 하 베이나이트, 세립 래드 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 미세구조를 제조한다.
소량의 붕소를 5 내지 20ppm의 순으로 첨가함으로써 저탄소, 저합금 강의 경화능에 상당한 영향을 미칠 수 있음은 당해 기술 분야에 널리 공지되어 있다. 따라서, 강로의 붕소 첨가는 용접성이 우수한 저가의 고강도 강에 대해 희박 화학 조성, 즉 탄소 당량(Ceq)이 낮은 저합금 강에서 마르텐사이트와 같은 경질 상을 생성시키기 위해 과거에 효과적으로 사용되었다. 그러나, 목적하는 소량의 붕소 첨가를 일관되게 조절하기란 용이하지 않다. 이는 기술적으로 개선된 강 제조 설비와 노하우를 필요로 한다. 본 발명은 붕소를 첨가하거나 첨가하지 않은 강 화학 조성의 범위를 제공하며, 이는 IDQ 방법에 의해 가공되어 목적하는 미세구조 및 특성을 제공할 수 있다.
본 발명에 따라, 강 화학 조성과 가공 기술 사이의 균형이 이루어지며, 이로써 항복 강도가 약 690MPa(100ksi) 이상, 보다 바람직하게는 약 760MPa(110ksi) 이상, 보다 더 바람직하게는 약 830MPa(120ksi) 이상이고, 바람직하게는 항복 강도 대 인장 강도의 비가 약 0.93 미만, 보다 바람직하게는 약 0.90 미만, 보다 더 바람직하게는 약 0.85 미만인 고강도 강판이 제조될 수 있으며, 이로부터 라인파이프가 제조될 수 있다. 이러한 강판에서, 라인파이프 적용에 있어서 용접을 수행한 후, HAZ에서 강도의 손실은 기재 강의 강도에 비해 약 10% 미만, 바람직하게는 약 5% 미만이다. 추가로, 라인파이프 제조에 적합한 이러한 초고강도 저합금 강판의 두께는 바람직하게는 약 10mm(0.39in) 이상, 보다 바람직하게는 약 15mm(0.59in) 이상, 보다 더 바람직하게는 약 20mm(0.79in) 이상이다. 추가로, 이러한 초고강도 저합금 강판은 첨가된 붕소를 함유하지 않거나, 특정한 목적을 위해, 첨가된 붕소를 약 5ppm 내지 약 20ppm, 바람직하게는 약 8ppm 내지 약 12ppm의 양으로 함유한다. 라인파이프 제품 품질은 실질적으로 일정하게 유지되며, 일반적으로 쉽게 수소 보조 균열되지 않는다.
바람직한 강 제품은 바람직하게는 주로 세립 하 베이나이트, 세립 래드 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 실질적으로 균일한 미세구조를 갖는다. 바람직하게는, 세립 래드 마르텐사이트는 자동-템퍼링된 세립 래드 마르텐사이트를 포함한다. 본 발명을 기술하는데 사용되며 청구의 범위에서 사용되는 용어인 "주로"는 약 50용적% 이상을 의미한다. 나머지 미세구조는 추가의 세립 하 베이나이트, 추가의 세립 래드 마르텐사이트, 상(upper) 베이나이트 또는 페라이트를 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 미세구조는 세립 하 베이나이트, 세립 래드 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물을 약 60용적% 내지 약 80용적% 포함한다. 보다 더 바람직하게는, 미세구조는 세립 하 베이나이트, 세립 래드 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물을 약 90용적% 이상 포함한다.
하 베이나이트와 래드 마르텐사이트는 둘 다 바나듐, 니오븀 및 몰리브덴의 카바이드 또는 카보니트라이드의 침전물에 의해 추가로 경화될 수 있다. 이들 침전물, 특히 바나듐을 함유하는 침전물은, 가능하다면, Ac1변형점 이하의 온도로 가열되는 영역에서 전위 밀도의 실질적인 감소를 방지하거나 Ac1변형점 이상의 온도로 가열되는 영역에서 침전 경화를 유도하거나, 또는 이들 둘 다에 의해 HAZ 연화의 최소화를 보조할 수 있다.
본 발명의 강판은 통상적인 방식으로 강 슬라브를 제조함으로써 제조되며, 한 가지 양태에 있어서, 철과 합금 원소로서
탄소(C) 0.03 내지 0.10중량%, 바람직하게는 0.05 내지 0.09중량%,
규소(Si) 0 내지 0.6중량%,
망간(Mn) 1.6 내지 2.1중량%,
구리(Cu) 0 내지 1.0중량%,
니켈(Ni) 0 내지 1.0중량%, 바람직하게는 0.2 내지 1.0중량%,
니오븀(Nb) 0.01 내지 0.10중량%, 바람직하게는 0.03 내지 0.06중량%,
바나듐(V) 0.01 내지 0.10중량%, 바람직하게는 0.03 내지 0.08중량%,
몰리브덴(Mo) 0.3 내지 0.6중량%,
크롬(Cr) 0 내지 1.0중량%,
티탄(Ti) 0.005 내지 0.03중량%, 바람직하게는 0.015 내지 0.02중량%,
알루미늄(Al) 0 내지 0.06중량%, 바람직하게는 0.001 내지 0.06중량%,
칼슘(Ca) 0 내지 0.006중량%,
희토류 금속(REM) 0 내지 0.02중량% 및
마그네슘(Mg) 0 내지 0.006중량%를 포함하고, 추가로
Ceq ≤ 0.7 및
Pcm ≤ 0.35임을 특징으로 한다.
또한, 상술한 화학 조성은 변경되어 붕소(B) 0.0005 내지 0.0020중량%, 바람직하게는 0.0008 내지 0.0012중량%를 포함하고, Mo 함량은 0.2 내지 0.5중량%이다.
본 발명의 필수적으로 붕소-비함유 강에 대해, Ceq는 약 0.5 이상 및 약 0.7 미만이 바람직하다. 본 발명의 붕소-함유 강에 대해, Ceq는 약 0.3 이상 및 약 0.7 미만이 바람직하다.
또한, 널리 공지된 불순물인 질소(N), 인(P) 및 황(S)은, 심지어 일부 N이 후술되는 바와 같이 결정립 성장을 억제하는 티탄 니트라이드 입자를 제공하기 위해 바람직할 지라도, 강에서 최소화되는 것이 바람직하다. 바람직하게는 N 농도는 약 0.001 내지 약 0.006중량%이고, S 농도는 약 0.005중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 0.002중량% 이하이며, P 농도는 약 0.015중량% 이하이다. 이러한 화학 조성에서, 강은 첨가된 붕소를 함유하지 않는다는 점에서 필수적으로 붕소-비함유이며, 붕소 농도는 바람직하게는 약 3ppm 미만, 보다 바람직하게는 약 1ppm 미만이거나, 강은 상술한 바와 같은 첨가된 붕소를 함유한다.
본 발명에 따라, 주로 세립 하 베이나이트, 세립 래드 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 미세구조를 갖는 초고강도 강을 제조하기 위한 바람직한 방법은 강 슬라브를 바나듐 및 니오븀의 카바이드 및 카보니트라이드를 실질적으로 모두 용해시키기에 충분한 온도로 가열하고, 슬라브를 압하시켜 오스테나이트가 재결정화되는 제1 온도 범위에서 1회 이상의 열간 압연 통과로 판을 형성하고, 당해 판을 Tnr온도 이하의 제2 온도 범위, 즉 오스테나이트가 재결정화되지 않는 온도 이하 및 Ar3변형점 이상의 온도 범위, 즉 오스테나이트가 냉각 동안 페라이트로 전환되기 시작하는 온도에서 1회 이상의 열간 압연 통과로 추가로 압하시키고, 다듬질된 압연 판을 적어도 Ar1변형점만큼 낮은 온도, 즉 오스테나이트의 페라이트 또는 페라이트에 더해서 시멘타이트로의 변형이 냉각 동안 종결되는 온도, 바람직하게는 약 550 내지 약 150℃(1022 내지 302℉)의 온도, 보다 바람직하게는 약 500 내지 약 150℃(932 내지 302℉)의 온도로 급냉시키며, 급냉을 중지하고 급냉된 판을 주위 온도로 공기 냉각시킴을 포함한다.
Tnr온도, Ar1변형점 및 Ar3변형점은 각각 강 슬라브의 화학 조성에 따르며 실험하거나 적합한 모델을 사용하여 계산하여 용이하게 측정된다.
본 발명의 제1 바람직한 양태에 따르는 초고강도 저합금 강은 바람직하게는 약 900MPa(130ksi) 이상, 보다 바람직하게는 약 930MPa(135ksi) 이상의 인장 강도를 나타내고, 주로 세립 하 베이나이트, 세립 래드 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 미세구조를 가지며, 추가로 시멘타이트의 미세 침전물 및 임의로 바나듐, 니오븀 및 몰리브덴의 카바이드 또는 카보니트라이드의 보다 더 미분된 침전물을 포함한다. 바람직하게는, 세립 래드 마르텐사이트는 자동-템퍼링된 세립 래드 마르텐사이트를 포함한다.
본 발명의 제2 바람직한 양태에 따르는 초고강도 저합금 강은 바람직하게는 약 900MPa(130ksi) 이상, 보다 바람직하게는 약 930MPa(135ksi) 이상의 인장 강도를 나타내고, 세립 하 베이나이트, 세립 래드 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 미세구조를 가지며, 추가로 붕소 및 시멘타이트의 미세 침전물, 및 임의로 바나듐, 니오븀, 몰리브덴의 카보이드 또는 카보니트라이드의 보다 더 미분된 침전물을 포함한다. 바람직하게는, 세립 래드 마르텐사이트는 자동-템퍼링된 세립 래드 마르텐사이트를 포함한다.
도면의 간단한 설명
도 1은 경과된 가공 시간과 온도의 특정 조합과 관련된 다양한 미세구조 성분의 오버레이(overlay)를 갖는 본 발명의 가공 단계의 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 각각 약 295℃(563℉)의 급냉 중지 온도로 가공된 강의 주로 자동-템퍼링된 래드 마르텐사이트 미세구조를 나타내는 명암시야 투과 전자현미경 사진(bright and dark field transmission electron micrograph)이며, 여기서 도 2b는 마르텐사이트 래드내의 잘 전개된 시멘타이트 침전물을 나타낸다.
도 3은 약 385℃(725℉)의 급냉 중지 온도로 가공된 강의 주로 하 베이나이트 미세구조를 나타내는 명시야 투과 전자현미경 사진이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 약 385℃(725℉)의 QST로 가공된 강의 명암시야 투과 전자현미경 사진이며, 여기서 도 4a는 주로 하 베이나이트 미세구조를 나타내고 도 4b는 직경이 약 10nm 미만인 Mo, V 및 Nb 카바이드 입자의 존재를 나타낸다.
도 5는 모두 본 발명에 따르는, 본원에서 표 II에 "H" 및 "I"(원)로 나타낸 붕소 강, 및 본원에서 표 II에 "G"(정사각형)로 나타낸 희박 붕소 강의 특정한 화학적 조성에 대한 인성 및 인장 강도의 상대값에 대한 급냉 중지 온도의 효과를 나타내는 플롯과 투과 전자현미경을 포함하는 복합 다이어그램이다. J 단위의 -40℃(-40℉)에서의 샤르피 충격 에너지(vE-40)는 종좌표상에 있고, MPa 단위의 인장 강도는 횡좌표상에 있다.
도 6은 모두 본 발명에 따르는, 본원에서 표 II에 "H" 및 "I"(원)로 나타낸 붕소 강, 및 본원에서 표 II에 "D"(정사각형)로 나타낸 필수적으로 붕소-비함유 강의 특정한 화학적 조성에 대한 인성 및 인장 강도의 상대값에 대한 급냉 중지 온도의 효과를 나타내는 플롯이다. J 단위의 -40℃(-40℉)에서의 샤르피 충격 에너지(vE-40)는 종좌표상에 있고, MPa 단위의 인장 강도는 횡좌표상에 있다.
도 7은 약 380℃(716℉)의 급냉 중지 온도로 IDQ 가공된, (본원에서 표 II에 따르는) 샘플 강 "D"에서의 전위된 래드 마르텐사이트를 나타내는 명시야 투과 전자현미경 사진이다.
도 8은 약 428℃(802℉)의 급냉 중지 온도로 IDQ 가공된, (본원에서 표 II에 따르는) 샘플 강 "D"에서의 주로 하 베이나이트 미세구조의 영역을 나타내는 명시야 투과 전자현미경 사진이다. 하 베이나이트의 특성인 단일방향으로 배열된 시멘타이트 판을 베이나이트 래드내에서 볼 수 있다.
도 9는 약 461℃(862℉)의 급냉 중지 온도로 IDQ 가공된, (본원에서 표 II에 따르는) 샘플 강 "D"에서의 상 베이나이트를 나타내는 명시야 투과 전자현미경 사진이다.
도 10a는 약 534℃(993℉)의 급냉 중지 온도로 IDQ 가공된, (본원에서 표 II에 따르는) 샘플 강 "D"에서의 페라이트로 둘러싸인 마르텐사이트(중앙)의 영역을 나타내는 명시야 투과 전자현미경 사진이다. 미세 카바이드 침전물은 페라이트/마르텐사이트 경계에 인접한 영역의 페라이트내에서 볼 수 있다.
도 10b는 약 534℃(993℉)의 급냉 중지 온도로 IDQ 가공된, (본원에서 표 II에 따르는) 샘플 강 "D"에서의 고탄소 쌍정 마르텐사이트를 나타내는 명시야 투과 전자현미경 사진이다.
본 발명은 이의 바람직한 양태와 관련하여 기술될 것이나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 한편, 본 발명은 첨부한 청구의 범위에 의해 정의된 바와 같이 본 발명의 취지 및 범주내에 포함될 수 있는 모든 대체물, 변형 및 등가물을 포함하고자 한다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 한 양상에 따라, 강 슬라브는 바나듐 및 니오븀의 카바이드 및 카보니트라이드를 실질적으로 모두 용해시키기에 충분한 실질적으로 균일한 온도, 바람직하게는 약 1000 내지 약 1250℃(1832 내지 2282℉), 보다 바람직하게는 약 1050 내지 약 1150℃(1922 내지 2102℉)의 범위로 슬라브를 가열하고, 슬라브를 오스테나이트가 재결정화되는 제1 온도 범위에서 1회 이상의 통과로 두께가 바람직하게는 약 20 내지 약 60% 압하되도록 제1 열간 압연시켜 판을 형성하고, 오스테나이트가 재결정화되지 않는 제1 온도 범위보다 다소 낮고 Ar3변형점 이상인 제2 온도 범위에서 1회 이상의 통과로 두께가 바람직하게는 약 40 내지 약 80% 압하되도록 제2 열간 압연시키며, 압연된 판을 Ar3변형점 이상 내지 적어도 Ar1변형점만큼 낮은 급냉 중지 온도(QST), 바람직하게는 약 550 내지 약 150℃(1022 내지 302℉), 보다 바람직하게는 약 500 내지 약 150℃(932 내지 302℉)의 온도 범위에서 약 10℃/초(18℉/초) 이상, 바람직하게는 약 20℃/초(36℉/초) 이상, 보다 바람직하게는 약 30℃/초(54℉/초) 이상, 보다 더 바람직하게는 약 35℃/초(63℉/초) 이상의 속도로 급냉시켜 경화시키고, 급냉을 중지시키고 강판을 주위 온도로 공기 냉각시켜 주로 세립 하 베이나이트, 세립 래드 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물로의 강의 변형 종결을 촉진하도록 함으로써 제조된다. 당해 기술 분야의 숙련가들이 이해할 수 있는 바와 같이, 본원에서 사용된 용어 "두께 압하율(%)"은 나타낸 압하 이전의 강 슬라브 또는 판의 두께 압하율(%)을 나타낸다. 본 발명을 이로써 제한하지 않고 단지 예를 들기 위해서이지만, 약 25.4cm(10in)의 강 슬라브는 제1 온도 범위에서 약 12.7cm(5in)의 두께로 약 50% 압하된 다음(50% 압하), 제2 온도 범위에서 약 2.54cm(1in)의 두께로 약 80% 압하될 수 있다(80% 압하).
예를 들어, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따라 가공된 강판을 지시된 온도 범위 내에서 조절된 압연(10)시킨 다음(이하 보다 상세히 기술됨), 강을 출발 급냉점(14)으로부터 급냉 중지 온도(QST)(16)까지 급냉(12)시킨다. 급냉을 중지시킨 후, 강을 주위 온도로 공기 냉각(18)시켜 강판을 (하 베이나이트 영역(20)에서의) 주로 세립 하 베이나이트; (마르텐사이트 영역(22)에서의) 세립 래드 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물로 변형시키는 것을 촉진시킨다. 상 베이나이트 영역(24) 및 페라이트 영역(26)은 피한다.
초고강도 강은 다양한 특성을 반드시 필요로 하고 이들 특성은 합금 원소와 열기계적 처리의 조합에 의해 생성되며, 강의 화학 조성의 일반적인 작은 변화는 생성물 특성상의 큰 변화를 유도할 수 있다. 본 발명에 대한 다양한 합금 원소의 역할 및 이들의 농도에 대한 바람직한 한도가 하기에 제공된다.
탄소는 어떠한 미세구조이든지 강 및 용접물의 매트릭스를 강화시키고, 또한 주로 작은 철 카바이드(시멘타이트), 니오븀의 카보니트라이드[Nb(C,N)], 바나듐의 카보니트라이드[V(C,N)] 및 Mo2C(몰리브덴 카바이드 형태)의 입자 또는 침전물을, 이들이 충분히 미세하고 다수인 경우, 형성시킴으로써 침전을 강화시킨다. 또한, 열간 압연 동안, Nb(C,N) 침전은 일반적으로 오스테나이트 재결정화를 지연시키고 결정립 성장을 억제함으로써 오스테나이트 결정립 정련의 수단을 제공하고, 항복 및 인장 강도 둘 다와 저온 인성(예: 샤르피 시험에서의 충격 에너지)을 향상시킨다. 탄소는 또한 경화능, 즉 냉각 동안 강에서 보다 경질이고 강한 미세구조를 형성시키는 능력을 증가시킨다. 일반적으로 탄소 함량이 약 0.03중량% 미만인 경우, 이러한 강화 효과는 수득되지 않는다. 탄소 함량이 약 0.10중량% 이상인 경우, 강은 일반적으로 현장 용접 후에 냉각 균열되고 강판 및 이의 용접 HAZ에서의 인성을 저하시키기 쉽다.
망간은 본 발명에 따라 요구되는 미세구조를 수득하는데 필수적이며, 세립 하 베이나이트, 세립 래드 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물을 함유하고, 강도와 저온 인성간의 양호한 균형을 가져온다. 이를 위해, 하한선은 약 1.6중량%로 설정된다. 약 2.1중량%를 초과하는 망간 함량은 연속적으로 주조된 강의 중심선 응리를 촉진시키는 경향이 있고 또한 강 인성을 악화시킬 수 있기 때문에 상한선은 약 2.1중량%로 설정된다. 또한, 높은 망간 함량은 강의 경화능을 과도하게 강화시켜 용접물의 열 영향대의 인성을 저하시킴으로써 현장 용접성을 감소시킨다.
규소는 탈산화 및 강도의 향상을 위해 첨가된다. 상한선은 약 0.6중량%로 설정되어 과도한 규소 함량으로 발생할 수 있는 현장 용접성 및 열 영향대(HAZ)의 인성의 현저한 악화를 피하도록 한다. 규소는 알루미늄 또는 티탄이 동일한 기능을 수행할 수 있으므로 탈산화에 항상 필요한 것은 아니다.
니오븀은 강의 압연된 미세구조의 결정립 정련을 촉진하기 위해 첨가되며, 강도 및 인성을 모두 향상시킨다. 열간 압연 동안의 니오븀 카보니트라이드의 침전은 재결정화를 지연시키고 결정립 성장을 억제시킴으로써 오스테나이트 결정립 정련의 수단을 제공한다. 이는 또한 Nb(C,N) 침전물을 형성시켜 최종 냉각 동안 추가의 강화를 제공할 수 있다. 몰리브덴의 존재하에, 니오븀은 조절된 압연 동안에 오스테나이트 재결정화를 억제함으로써 미세구조를 효과적으로 정련하고, 침전 경화를 제공하고 경화능의 강화에 기여함으로써 강을 강화시킨다. 붕소의 존재하에, 니오븀은 경화능을 상승적으로 향상시킨다. 이러한 효과를 수득하기 위해, 바람직하게는 약 0.01중량% 이상의 니오븀이 첨가된다. 그러나, 약 0.10중량%를 초과하는 니오븀은 일반적으로 용접성 및 HAZ 인성에 불리할 수 있으므로, 최대 약 0.10중량%가 바람직하다. 보다 바람직하게는, 약 0.03 내지 약 0.06중량%의 니오븀이 첨가된다.
티탄은 미분된 티탄 니트라이드 입자를 형성하고 슬라브 재가열 동안 오스테나이트 결정립의 조악화를 억제함으로써 미세구조의 정련에 기여한다. 또한 티탄 니트라이드 입자의 존재로 용접물의 열 영항대에서의 결정립 조악화를 억제시킨다. 따라서, 티탄은 기재 금속 및 용접 열 영향대 둘 다의 저온 인성을 향상시키는 작용을 한다. 티탄은 티탄 니트라이드의 형태로 유리 질소를 고정시키므로, 붕소 니트라이드의 형성으로 인해 경화능에 미치는 질소의 유해한 영향을 방지한다. 이를 위해 첨가된 티탄의 양은 바람직하게는 질소의 양의 약 3.4배 이상(중량 기준)이다. 알루미늄 함량이 낮은(즉, 약 0.005중량% 미만) 경우, 티탄은 용접물의 열 영향대에서의 과립성 페라이트 형성에 대해 핵으로서 작용하는 옥사이드를 형성하여 이러한 영역에서 미세구조를 정련시킨다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 티탄은 약 0.005중량% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 과량의 티탄 함량은 티탄 니트라이드를 조악화시키고 티탄-카바이드-유도된 침전 경화시키며, 이는 둘다 저온 인성의 악화를 초래하므로, 상한선은 약 0.03중량%로 설정된다.
구리는 기재 금속 및 용접물의 HAZ의 강도를 증가시키나, 구리를 과량으로 첨가하면 열 영향대의 인성 및 현장 용접성을 크게 악화시킨다. 따라서, 구리 첨가의 상한선은 약 1.0중량%로 설정된다.
니켈은 현장 용접성 및 저온 인성을 손상시키지 않으면서 본 발명에 따라 제조된 저탄소 강의 특성을 향상시키기 위해 첨가된다. 망간 및 몰리브덴과는 대조적으로, 니켈을 첨가하면 판의 저온 인성에 불리한 경화된 미세구조 성분이 덜 형성되는 경향이 있다. 0.2중량% 이상의 양으로 니켈을 첨가하면 용접물의 열 영향대의 인성을 향상시키는데 효과적인 것으로 증명되었다. 니켈은 니켈 함량이 약 2중량% 이상인 경우 특정 환경에서 황화물 응력 균열을 촉진시키는 경향이 있다는 점을 제외하고는 일반적으로 유익한 원소이다. 본 발명에 따라 제조되는 강에 대해, 강은 고가의 합금 원소인 경향이 있고 용접물의 열 영향대의 인성을 악화시킬 수 있으므로, 상한선은 약 1.0중량%로 설정된다. 또한, 니켈을 첨가하면 연속적인 주조 및 열간 압연 동안 구리-유도된 표면 균열을 방지하는데 효과적이다. 이러한 목적으로 첨가된 니켈은 바람직하게는 구리 함량의 약 1/3 이상이다.
알루미늄은 일반적으로 탈산화를 위해 이들 강에 첨가된다. 또한, 알루미늄은 강 미세구조의 정련에 효과적이다. 알루미늄은 또한 용접열이 TiN을 부분적으로 용해시킴으로써 질소를 유리시키는 조악한 결정립 HAZ 영역에서 유리 질소를 제거함으로써 HAZ 인성을 제공하는데 중요한 역할을 할 수 있다. 알루미늄 함량이 너무 높은, 즉 약 0.06중량% 이상인 경우, Al2O3(산화알루미늄)형 혼재물을 형성하는 경향이 있으며, 이는 강 및 이의 HAZ의 인성에 불리할 수 있다. 탈산화는 티탄 또는 규소 첨가에 의해 수행될 수 있으며, 알루미늄을 반드시 첨가할 필요는 없다.
바나듐은 니오븀과 유사하나, 이보다는 덜 명백한 효과를 갖는다. 그러나, 바나듐을 초고강도 강에 첨가하면 니오븀과 함께 배합하여 첨가하는 경우에 현저한 효과를 나타낸다. 니오븀과 바나듐을 함께 첨가하면 본 발명에 따르는 강의 우수한 특성을 추가로 증강시킨다. 바람직한 상한선은 약 0.10중량%이지만, 용접물의 열 영향대의 인성 및 이에 따른 현장 용접성의 관점에서 특히 바람직한 범위는 약 0.03 내지 약 0.08중량%이다.
몰리브덴은 강의 경화능을 향상시켜 이로써 목적하는 하 베이나이트 미세구조의 형성을 촉진시키기 위해 첨가된다. 강의 경화능에 미치는 몰리브덴의 영향은 특히 붕소-함유 강에서 명백하다. 몰리브덴을 니오븀과 함께 첨가하는 경우, 몰리브덴은 조절된 압연 동안 오스테나이트 재결정화 억제를 증대시켜 오스테나이트 미세구조의 정련에 기여한다. 이러한 효과를 수득하기 위해, 필수적으로 붕소-비함유 강 및 붕소-함유 강에 첨가되는 몰리브덴의 양은 각각 바람직하게는 약 0.3중량% 이상 및 약 0.2중량% 이상이다. 과량의 몰리브덴은 현장 용접 동안 생성된 열 영향대의 인성을 악화시켜 현장 용접성을 감소시키므로, 상한선은 필수적으로 붕소-비함유 강 및 붕소-함유 강에 대해 각각 바람직하게는 약 0.6중량% 및 약 0.5중량%이다.
크롬은 일반적으로 직접 급냉시 강의 경화능을 증가시킨다. 또한 이는 일반적으로 내부식성 및 내수소 보조 균열성을 향상시킨다. 몰리브덴에서와 같이, 과량의, 즉 약 1.0중량%를 초과하는 크롬은 현장 용접 후 냉각 균열을 일으키는 경향이 있고, 강 및 이의 HAZ의 인성을 악화시키는 경향이 있으므로, 바람직하게는 최대 약 1.0중량%가 사용된다.
질소는 티탄 니트라이드를 형성함으로써 슬라브 재가열 동안 용접물의 열 영향대에서 오스테나이트 결정립의 조악화를 억제한다. 따라서, 질소는 기재 금속과 용접물의 열 영향대 둘 다의 저온 인성 향상에 기여한다. 이러한 목적을 위한 최소 질소 함량은 약 0.001중량%이다. 과량의 질소는 슬라브 표면 결함 가능성을 증가시키고 붕소의 효과적인 경화능을 감소시키므로, 상한선은 바람직하게는 약 0.006중량%에서 유지된다. 또한, 유리 질소의 존재는 용접물의 열 영향대의 인성을 악화시킨다.
칼슘 및 희토류 금속(REM)은 일반적으로 망간 설파이드(MnS) 혼재물의 형상을 조절하고, 저온 인성(예: 샤르피 시험에서의 충격 에너지)을 향상시킨다. Ca 약 0.001중량% 이상 또는 REM 약 0.001중량%가 설파이드의 형상을 조절하는데 바람직하다. 그러나, 칼슘 함량이 약 0.006중량%를 초과하거나 REM 함량이 약 0.02중량%를 초과하는 경우, 다량의 CaO-CaS(칼슘 옥사이드-칼슘 설파이드 형태) 또는 REM-CaS(희토류 금속-칼슘 설파이드 형태)가 형성되고 큰 덩어리와 큰 혼재물로 전환될 수 있어서, 강의 청결성을 손상시킬 뿐만 아니라 현장 용접성에 악영향을 미치게 된다. 바람직하게는 칼슘 농도는 약 0.006중량%로 제한되고 REM 농도는 약 0.02중량%로 제한된다. 초고강도 라인파이프 강에서, 황 함량을 약 0.001중량% 이하로 감소시키고 산소 함량을 약 0.003중량%, 바람직하게는 약 0.002중량% 이하로 감소시키면서, 강에서 설파이드 혼재물의 형상 조절과 관련된 지수이고 관계식 ESSP = (Ca 중량%)[1 - 124(O 중량%)]/1.25(S 중량%)로 정의되는 ESSP값을 바람직하게는 약 0.5 이상 및 약 10 미만으로 유지하는 것은 인성과 용접성을 둘 다 향상시키는데 특히 효과적일 수 있다.
마그네슘은 일반적으로 미세하게 분산된 옥사이드 입자를 형성하여, 결정립의 조악화를 억제하고/하거나 HAZ에서 과립성 페라이트의 형성을 촉진함으로써 HAZ 인성을 향상시킨다. 약 0.0001중량% 이상의 Mg가 효과적인 Mg 첨가에 바람직하다. 그러나, Mg 함량이 약 0.006중량%를 초과하는 경우, 조악한 옥사이드가 형성되고 HAZ의 인성이 악화된다.
붕소는 저탄소 강(탄소 함량 약 0.3중량% 미만)에 약 0.0005 내지 약 0.0020중량%(5 내지 20ppm)으로 소량 첨가되어, 강력한 강화 성분인 베이나이트 또는 마르텐사이트의 형성을 촉진시키면서 강을 고온에서 주위 온도로 냉각시키는 동안 보다 연질의 페라이트와 펄라이트 성분의 형성을 지연시킴으로써 이러한 강의 경화능을 극적으로 향상시킬 수 있다. 약 0.002중량%를 초과하는 붕소는 Fe23(C,B)6(철 보로카바이드 형태)의 취성 입자의 형성을 촉진할 수 있다. 따라서, 약 0.0020중량%의 붕소 상한선이 바람직하다. 약 0.0005 내지 약 0.0020중량%(5 내지 20ppm)의 붕소 농도가 경화능에 대한 최대 효과를 수득하는데 바람직하다. 전술한 관점에서, 붕소는 강판 두께 전체에 걸쳐 미세구조의 균일성을 촉진시키기 위한 고가의 합금 첨가에 대한 대체물로서 사용될 수 있다. 또한 붕소는 강의 경화능을 증가시킴에 있어서 몰리브덴과 니오븀 둘 다의 효과를 증대시킨다. 따라서, 붕소 첨가는 저 Ceq 강 조성을 사용하게끔 하여 높은 기재 판 강도를 생성시킨다. 또한, 강에 첨가된 붕소는 고강도와 함께 우수한 용접성 및 내냉각 균열성의 가능성을 제공한다. 또한 붕소는 결정립 경계 강도를 증강시켜 내수소 보조 과립성 균열성을 증강시킬 수 있다.
본 발명의 열기계학적 처리의 첫 번째 목적은, 도 1에 도식적으로 나타낸 바와 같이, 실질적으로 재결정화되지 않은 오스테나이트 결정립으로부터 변형되고, 또한 바람직하게는 시멘타이트의 미세 분산물을 포함하는, 주로 세립 하 베이나이트, 세립 래드 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 미세구조를 달성하는 것이다. 하 베이나이트 및 래드 마르텐사이트 성분은 Mo2C, V(C,N) 및 Nb(C,N) 또는 이들의 혼합물의 보다 더 미세하게 분산된 침전물에 의해 추가로 경화될 수 있고, 몇몇 경우에, 붕소를 함유할 수 있다. 세립 하 베이나이트, 세립 래드 마르텐사이트 및 이들의 혼합물의 미세-규모의 미세구조는 재료에 고강도와 양호한 저온 인성을 제공한다. 목적하는 미세구조를 수득하기 위해, 강 슬라브 중의 가열된 오스테나이트 결정립을, 첫째, 미세 크기로 제조하고, 둘째, 변형시켜 평평하게 하여 오스테나이트 결정립의 전체 두께 치수가 보다 작아지도록, 예를 들면, 바람직하게는 약 5 내지 20μ 미만이 되게 하고, 셋째, 이렇게 평평해진 오스테나이트 결정립을 고밀도의 전위 및 응력대로 충전시킨다. 이들 계면은 강판을 열간 압연 종결 후에 냉각시킬 때 변형 상(즉, 하 베이나이트 및 래드 마르텐사이트)의 성장을 제한한다. 두 번째 목적은 판을 급냉 중지 온도로 냉각시킨 후 실질적으로 고용체에서 충분한 Mo, V 및 Nb를 보유시켜 Mo, V 및 Nb가 베이나이트 변형 동안 또는 용접 열 주기 동안 Mo2C, Nb(C,N) 및 V(C,N)로서 침전되기에 유용하도록 함으로써 강의 강도를 증강시키고 보존하는 것이다. 열간 압연 전의 강 슬라브에 대한 재가열 온도는 강의 연속적인 주조 동안 형성된 TiN 입자의 용해를 방지하면서 V, Nb 및 Mo의 용액을 최대화하고 열간 압연 전에 오스테나이트 결정립의 조악화를 방지하기에 충분히 높아야 한다. 본 발명의 강 조성물에 대한 이러한 두가지 목적을 달성하기 위해, 열간 압연 전의 재가열 온도는 약 1000℃(1832℉) 이상 및 약 1250℃(2282℉) 이하이어야 한다. 슬라브는 바람직하게는 실질적으로 전체 슬라브, 바람직하게는 전체 슬라브의 온도를 목적하는 재가열 온도로 상승시키는데 적합한 수단에 의해, 예를 들면, 슬라브를 일정 시간 동안 노에 넣어둠으로써 재가열된다. 본 발명의 범위내의 임의의 강 조성물에 사용되어야 하는 특정 재가열 온도는 당해 기술 분야의 숙련가에 의해, 실험하거나 적합한 모델을 사용하여 계산함으로써 용이하게 결정될 수 있다. 또한, 실질적으로 전체 슬라브, 바람직하게는 전체 슬라브의 온도를 목적하는 재가열 온도로 상승시키는데 필요한 노 온도 및 재가열 시간은 표준 산업 문헌을 참조로 하여 당해 기술 분야의 숙련가에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
본 발명의 범위내의 임의의 강 조성물에서, 재결정화 범위와 비재결정화 범위간의 경계, Tnr온도로 정의되는 온도는 강의 화학 조성, 보다 특히 압연 전의 재가열 온도, 탄소 농도, 니오븀 농도 및 압연 통과로 제공되는 압하량에 따른다. 당해 기술 분야의 숙련가들은 실험하거나 모델 계산에 의해 각각의 강 조성물에 대한 이러한 온도를 결정할 수 있다.
실질적으로 전체 슬라브에 적용되는 재가열 온도를 제외하고서, 본 발명의 가공 방법을 기술하는데 언급된 후속적인 온도는 강의 표면에서 측정된 온도이다. 강의 표면 온도는, 예를 들면, 광학 고온계를 사용하거나 강의 표면 온도를 측정하는데 적합한 기타 장치를 사용하여 측정될 수 있다. 판의 중간 두께로부터 열이 전달되기 때문에, 본원에서 지칭된 급냉(냉각) 속도는 판 두께의 중앙 또는 실질적으로 중앙에서의 속도이고, 급냉 중지 온도(QST)는 급냉을 중지한 후 판의 표면에 도달된 가장 높은 또는 실질적으로 가장 높은 온도이다. 목적하는 가속화된 냉각 속도를 성취하는데 요구되는 급냉 유체의 온도 및 유속은 표준 산업 문헌을 참조로 하여 당해 기술 분야의 숙련가에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 열간 압연 조건은, 미세 크기의 오스테나이트 결정립을 제조하는 것 외에, 오스테나이트 결정립에서 변형대를 형성시켜 전위 밀도를 증가시키고, 이로써 변형 생성물, 즉 세립 하 베이나이트 및 세립 래드 마르텐사이트의 크기를 압연 종결 후 냉각 동안 제한시켜 미세구조를 추가로 정련한다. 비재결정화 온도 범위에서 압연 압하를 본원에 기재된 범위 이상으로 증가시키면서 결정화 온도 범위에서 압연 압하를 본원에 기재된 범위 이하로 감소시키는 경우, 오스테나이트 결정립은 일반적으로 크기가 불충분하게 미세하여 조악한 오스테나이트 결정립이 생성시킬 수 있고, 이로써 강의 강도 및 인성을 둘 다 감소시키고 보다 높은 수소 보조 균열 감수성을 초래한다. 한편, 비재결정화 온도 범위에서 압연 압하를 본원에 기재된 범위 이하로 감소시키면서 재결정화 온도 범위에서 압연 압하를 본원에 기재된 범위 이상으로 증가시키는 경우, 오스테나이트 결정립의 변형대 및 전위 아구조가 형성되어 압연 종결 후 강을 냉각시킬 때 변형 생성물의 충분한 정련을 제공하기에 부적절해질 수 있다.
다듬질 압연 후, 강은 바람직하게는 약 Ar3변형점 이상의 온도로부터 급냉되고, Ar1변형점 이하의 온도, 즉 오스테나이트의 페라이트 또는 페라이트에 더해서 시멘타이트로의 변형이 냉각 동안 종결되는 온도, 바람직하게는 약 550℃(1022℉) 이하, 보다 바람직하게는 약 500℃(932℉) 이하의 온도에서 종결되어진다. 수 급냉이 일반적으로 사용되나, 임의의 적합한 유체가 급냉을 수행하는데 사용될 수 있다. 압연과 급냉 사이에 연장된 공기 냉각은 전형적인 강 밀(mill)에서 압연 및 냉각 공정을 통해 재료의 정상적인 유동을 중단시키기 때문에 본 발명에 따라 일반적으로 사용되지 않는다. 그러나, 적절한 온도 범위에서 급냉 주기를 중단한 다음, 급냉된 강을 이의 다듬질 조건에 대한 주위 온도에서 공기 냉각시킴으로써, 압연 공정을 중단시키지 않고, 이로써 압연 밀의 생산성에 거의 영향을 미치지 않으면서 특히 유리한 미세구조 성분을 수득하도록 결정된다.
따라서, 열간 압연되고 급냉된 강판은 Ar1변형점 이하, 바람직하게는 약 550℃(1022℉) 이하, 보다 바람직하게는 약 500℃(932℉) 이하의 온도에서 개시되는 최종 공기 냉각 처리에 적용된다. 이러한 최종 냉각 처리는 미세하게 분산된 시멘타이트 입자의 세립 하 베이나이트와 세립 래드 마르텐사이트 미세구조 전체에 걸쳐 실질적으로 균일하게 충분히 침전되게끔 함으로써 강의 인성을 향상시킬 목적으로 수행된다. 또한, 급냉 중지 온도 및 강 조성에 따라, 보다 더 미세하게 분산된 Mo2C, Nb(C,N) 및 V(C,N) 침전물이 형성될 수 있고, 이는 강도를 증가시킬 수 있다.
기술된 공정의 수단에 의해 제조된 강판은 탄소 농도가 상대적으로 낮음에도 불구하고, 판의 두께 방향에 걸쳐 고균일성의 미세구조를 가지면서 고강도 및 고인성을 나타낸다. 예를 들면, 이러한 강판은 일반적으로 약 830MPa(120ksi) 이상의 항복 강도, 약 900MPa(130ksi) 이상의 인장 강도 및 약 120J(90ft-lbs) 이상의 인성[-40℃(-40℉)에서 측정됨, 예: vE-40]을 나타내고, 이는 라인파이프용으로 적합한 특성이다. 또한, 열 영향대(HAZ) 연화에 대한 경향은 V(C,N) 및 Nb(C,N) 침전물의 존재 및 이의 용접 동안의 추가 형성에 의해 감소된다. 또한, 수소 보조 균열에 대한 강의 감수성이 현저하게 감소된다.
강에서의 HAZ는 용접-유도된 열 주기 동안 전개되고, 용융 융해 라인으로부터 약 2 내지 5mm(0.08 내지 0.2in) 연장될 수 있다. HAZ에서 온도 구배[예: 약 1400 내지 약 700℃(2552 내지 1292℉)]가 형성되고, 이는 저온에서 고온까지, 고온 템퍼링 반응에 의한 연화, 및 오스테나이트화와 완만한 냉각에 의한 연화 현상이 일반적으로 발생하는 영역을 포함한다. 저온, 약 700℃(1292℉)에서 바나듐 및 니오븀 및 이들의 카바이드 또는 카보니트라이드의 존재는 고전위 밀도와 아구조를 보유함으로써 연화를 방지하거나 실질적으로 최소화하는 반면, 고온, 약 850 내지 950℃(1562 내지 1742℉)에서 추가의 바나듐 및 니오븀 카바이드 또는 카보니트라이드 침전물은 형성되어 연화를 최소화한다. 용접-유도된 열 주기 동안의 순수 효과는 HAZ에서의 강도 손실이 기재 강의 강도에 비해 약 10% 미만, 바람직하게는 약 5% 미만이라는 것이다. 즉, HAZ의 강도는 기재 금속 강도의 약 90% 이상, 바람직하게는 약 95% 이상이다. HAZ에서의 강도 유지는 주로 약 0.06중량% 이상의 총 바나듐 및 니오븀 농도에 의하며, 바람직하게는 바나듐 및 니오븀은 각각 약 0.03중량% 이상의 농도로 강에 존재한다.
당해 기술 분야에 널리 공지된 바와 같이, 라인파이프는 판을 U형("U")으로 형성시킨 다음, O형("O")으로 형성시키고, 심(seam) 용접 후에 O형을 약 1% 팽창("E")시키는 널리 공지된 U-O-E 공정에 의해 판으로부터 형성된다. 이러한 부수적인 작업 경화 효과를 갖는 형성 및 팽창은 라인파이프의 강도를 증가시킨다.
다음의 예는 앞에서 기술한 본 발명을 설명하기 위해 제공된다.
IDQ 가공의 바람직한 양태
본 발명에 따라, 바람직한 미세구조는 주로 세립 하 베이나이트, 세립 래드 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물로 이루어진다. 구체적으로, 강도와 인성의 가장 높은 조합과 HAZ 내연화성을 위하여, 보다 바람직한 미세구조는 시멘타이트 입자 외에, Mo, V, Nb 또는 이들의 혼합물을 함유하는 미세하고 안정한 합금 카바이드로 강화된 주로 세립 하 베이나이트로 이루어진다. 이들 미세구조의 특정예가 아래에 제공된다.
미세구조에 대한 급냉 중지 온도의 효과
1. 경화능이 충분한 붕소 함유 강: 약 20℃/초 내지 약 35℃/초(36℉/초 내지 63℉/초)의 급냉 속도로 IDQ 가공된 강에서 미세구조는 탄소 당량(Ceq) 및 급냉 중지 온도(QST)와 같은 조성 파라미터로 결정되는 강의 경화능에 의해 주로 지배된다. 본 발명의 강판에 대해 바람직한 두께를 갖는 강판에 대한 경화능이 충분한, 즉 Ceq가 약 0.45 이상 및 약 0.7 미만인 붕소 강은 목적하는 미세구조(바람직하게는, 주로 세립 하 베이나이트) 및 기계적 특성의 형성을 위해 팽창된 가공 창을 제공함으로써 IDQ 가공에 특히 적합하다. 이들 강에 대한 QST는 매우 넓은 범위, 바람직하게는 약 550 내지 약 150℃(1022 내지 302℉)일 수 있으나, 목적하는 미세구조 및 특성을 생성한다. 이들 강이 낮은 QST, 즉 약 200℃(392℉)로 IDQ 가공되는 경우, 미세구조는 주로 자동-템퍼링된 래드 마르텐사이트이다. QST가 약 270℃(518℉)로 증가되는 경우, 미세구조는 자동-템퍼링된 시멘타이트 침전물이 약간 조악해지는 것을 제외하고는 QST가 약 200℃(392℉)인 경우와 거의 변화가 없다. 약 295℃(563℉)의 QST로 가공된 샘플의 미세구조는 래드 마르텐사이트(주 분획물)와 하 베이나이트와의 혼합물을 나타낸다. 그러나, 래드 마르텐사이트는 잘 전개되고 자동-템퍼링된 시멘타이트 침전물을 나타내는, 현저한 자동-템퍼링성을 보여준다. 본원의 도 5를 참조하면, 약 200℃(392℉), 약 270℃(518℉) 및 약 295℃(563℉)의 QST로 가공된 상기 강의 미세구조는 도 5의 현미경 사진(52)으로 나타내어진다. 다시 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 도 2a 및 도 2b는 약 295℃(563℉)의 QST에서의 광범위한 시멘타이트 입자를 나타내는 명암시야 현미경 사진을 나타낸다. 래드 마르텐사이트에서의 이러한 특징은 항복 강도를 약간 저하시킬 수 있으나, 도 2a 및 도 2b에서 나타낸 강의 강도는 여전히 라인파이프용으로 적합하다. 본원의 도 3 및 도 5를 참조하면, QST가 약 385℃(725℉)의 QST로 증가되는 경우에 미세구조는 도 3 및 도 5의 현미경 사진(54)에 나타낸 바와 같이 주로 하 베이나이트를 포함한다. 명시야 투과 전자현미경 사진, 즉 도 3은 하 베이나이트 매트릭스에서 특징적인 시멘타이트 침전을 나타낸다. 당해 예의 합금에서, 하 베이나이트 미세구조는 심지어 용접물의 세립화된 아임계 및 임계간 열 영향대(HAZ)에서도 내연화성을 갖는, 열 노출 동안의 우수한 안정성을 특징으로 한다. 이는 Mo, V 및 Nb를 함유하는 유형의 매우 미세한 합금 카보니트라이드의 존재에 의해 설명될 수 있다. 도 4a 및 도 4b는 각각 직경이 약 10nm 미만인 카바이드 입자의 존재를 나타내는 명시야 및 암시야 투과 전자현미경 사진을 나타낸다. 이들 미세 카바이드 입자는 항복 강도를 현저하게 증가시킬 수 있다.
도 5는 바람직한 화학적 양태를 갖는 붕소 강들 중 하나로 실시한 미세구조 및 특성 관찰을 요약한다. 각각의 데이타 점의 숫자는 그 데이타 점에 사용된 QST(℃)를 나타낸다. 이러한 특정 강에서, QST가 500℃(932℉) 이상, 예를 들면, 약 515℃(959℉)로 증가되면 주요 미세구조 성분은 도 5의 현미경 사진(56)으로 예시되는 바와 같이 상 베이나이트가 된다. 약 515℃(959℉)의 QST에서, 도 5의 현미경 사진(56)으로도 예시되는 바와 같이 소량이나 감지할 만한 양의 페라이트가 또한 생성된다. 순수 결과는 인성이 대응하여 향상되지 않으면서 강도가 실질적으로 저하된다는 것이다. 상당량의 상 베이나이트 및 특히 주로 상 베이나이트 미세구조가 양호한 강도 및 인성을 함께 갖기 위해 방지되어야 한다는 것이 당해 예에서 밝혀졌다.
2. 희박 화학 조성을 갖는 붕소 함유 강: 희박 화학 조성(약 0.5 미만 및 약 0.3 이상의 Ceq)을 갖는 붕소 함유 강을 본 발명의 강판용으로 바람직한 두께를 갖는 강판으로 IDQ 가공하는 경우, 생성된 미세구조는 하 베이나이트 및 래드 마르텐사이트 미세구조보다 훨씬 더 연질 상인 다양한 양의 초석 및 공석 페라이트를 함유할 수 있다. 본 발명의 강도 목표를 충족시키기 위해, 연질 상의 총량은 약 40% 미만이어야 한다. 이러한 한도내에서, 페라이트-함유 IDQ 가공된 붕소 강은 QST가 약 200℃(392℉)인 보다 희박한 붕소 함유 강에 대해 도 5에서 나타낸 바와 같이 고강도 수준에서 약간 관심을 끄는 인성을 제공할 수 있다. 이러한 강은 페라이트와 자동-템퍼링된 래드 마르텐사이트의 혼합물을 특징으로 하며, 자동-템퍼링된 래드 마르텐사이트는 도 5의 현미경 사진(58)으로 예시되는 바와 같이 당해 샘플에서 주요 상이다.
3. 경화능이 충분한 필수적으로 붕소-비함유 강: 본 발명의 필수적으로 붕소-비함유 강은 동일한 수준의 경화능을 달성하기 위해 붕소-함유 강에 비해 보다 높은 함량의 기타 합금 원소를 필요로 한다. 따라서, 이들 필수적으로 붕소-비함유 강은 효과적으로 가공되어 본 발명의 강판에 대해 바람직한 두께를 갖는 강판에 대한 허용가능한 미세구조 및 특성을 수득하기 위해 바람직하게는 약 0.5 이상 및 약 0.7 미만의 높은 Ceq를 특징으로 한다. 도 6은 바람직한 화학적 양태를 갖는 필수적으로 붕소-비함유 강에 대해 실시된 기계적 특성 측정치(정사각형)를 나타내는데, 이는 본 발명의 붕소-함유 강에 대해 실시된 기계적 특성 측정치(원)와 비교된다. 각각의 데이타 점의 숫자는 그 데이타 점에 사용된 QST(℃)를 나타낸다. 미세구조 특성 관찰을 필수적으로 붕소-비함유 강에 대해 실시한다. 534℃의 QST에서, 미세구조는 침전물에 더해서 상 베이나이트 및 쌍정 마르텐사이트를 갖는 주로 페라이트이다. 461℃의 QST에서, 미세구조는 주로 상 및 하 베이나이트이다. 428℃의 QST에서, 미세구조는 침전물을 갖는 주로 하 베이나이트이다. 380℃ 및 200℃의 QST에서, 미세구조는 침전물을 갖는 주로 래드 마르텐사이트이다. 상당량의 상 베이나이트 및 특히 주로 상 베이나이트 미세구조는 강도 및 인성의 양호한 조합을 위해 방지되어야 하는 것으로 당해 예에서 밝혀졌다. 또한, 페라이트와 쌍정 마르텐사이트의 혼합 미세구조는 양호한 강도 및 인성을 함께 제공하지 않으므로 매우 높은 QST도 방지되어야 한다. 필수적으로 붕소-비함유 강이 약 380℃(716℉)의 QST로 IDQ 가공되는 경우, 미세구조는 도 7에 나타나는 바와 같이 주로 래드 마르텐사이트이다. 이러한 명시야 투과 전자현미경 사진은 높은 전위 함량을 갖는 미세하고 평행한 래드 구조를 나타내며, 이로써 당해 구조에 대한 고강도가 유도된다. 당해 미세구조는 높은 강도 및 인성의 견지에서 바람직한 것으로 간주된다. 그러나, 당해 인성은 동등한 IDQ 급냉 중지 온도(QST) 또는, 실제로, 약 200℃(392℉)만큼 낮은 QST에서 본 발명의 붕소-함유 강에서 수득되는 주로 하 베이나이트 미세구조로 달성될 수 있는 것만큼 높지 않다는 점이 주목할 만하다. QST가 약 428℃(802℉)로 증가되는 경우, 미세구조는 주로 래드 마르텐사이트로 이루어진 것에서 주로 하 베이나이트로 이루어진 것으로 신속하게 변한다. 도 8, 즉 428℃(802℉)의 QST로 IDQ 가공된 (본원의 표 II에 따르는) 강 "D"의 투과 전자현미경 사진은 하 베이나이트 페라이트 매트릭스에서 특징적인 시멘타이트 침전물을 나타낸다. 당해 예의 합금에서, 하 베이나이트 미세구조는 심지어 용접물의 세립화된 아임계 및 임계간 열 영향대(HAZ)에서도 내연화성을 갖는, 열 노출 동안 우수한 안정성을 특징으로 한다. 이는 Mo, V 및 Nb를 함유하는 유형의 매우 미세한 합금 카보니트라이드의 존재에 의해 설명될 수 있다.
QST 온도가 약 460℃(860℉)로 승온되는 경우, 주로 하 베이나이트의 미세구조는 상 베이나이트와 하 베이나이트와의 혼합물로 이루어진 것으로 대체된다. 예상대로, QST가 높을수록 강도가 감소된다. 이러한 강도 감소는 상당한 용적의 상 베이나이트의 분획물이 존재함으로 인한 인성의 저하를 수반한다. 도 9에 나타낸 명시야 투과 전자현미경 사진은 약 461℃(862℉)의 QST로 IDQ 가공된 (본원의 표 II에 따르는) 예시 강 "D"의 영역을 나타낸다. 현미경 사진은 베이나이트 페라이트 래드의 경계에서의 시멘타이트 소판의 존재를 특징으로 하는 상 베이나이트 래드를 나타낸다.
훨씬 높은 QST, 예를 들면, 534℃(993℉)에서, 미세구조는 침전물 함유 페라이트와 쌍정 마르텐사이트와의 혼합물로 이루어진다. 도 10a 및 10b에 나타낸 명시야 투과 전자현미경 사진은 약 534℃(993℉)의 QST로 IDQ 가공된 (본원의 표 II에 따르는) 예시 강 "D"의 영역으로부터 수득된다. 당해 예에서, 감지할 만한 양의 침전물-함유 페라이트가 취성의 쌍정 마르텐사이트와 함께 생성된다. 순수 결과는 인성이 대응하여 향상되지 않으면서 강도가 실질적으로 저하된다는 것이다.
본 발명의 허용가능한 특성에 대해, 필수적으로 붕소-비함유 강은 목적하는 구조 및 특성을 수득하기 위해 적합한 QST 범위, 바람직하게는 약 200 내지 약 450℃(392 내지 842℉)를 제공한다. 약 150℃(302℉) 이하에서 래드 마르텐사이트는 최적 인성에 대해 너무 강한 반면, 약 450℃(842℉) 이상에서 강은 먼저 너무 많은 상 베이나이트를 생성하고, 점진적으로 유해한 침전과 함께 보다 다량의 페라이트를 생성하며, 결과적으로 쌍정 마르텐사이트를 생성하여 이들 샘플의 인성을 저하시킨다.
이들 필수적으로 붕소-비함유 강에서의 미세구조 특징은 이들 강의 그다지 바람직하지 않은 연속 냉각 변형 특성에서 기인한다. 첨가된 붕소의 부재하에, 페라이트 핵형성은 붕소-함유 강의 경우에서처럼 효율적으로 억제되지 않는다. 그 결과, 높은 QST에서, 상당량의 페라이트가 변형 동안의 초기에 형성되어 탄소를 잔존하는 오스테나이트로 분배시키며, 이는 후속적으로 고탄소 쌍정 마르텐사이트로 변형된다. 두 번째로, 강에 첨가된 붕소의 부재하에, 상 베이나이트로의 변형이 유사하게 억제되지 않아 부적합한 인성 특성을 갖는 바람직하지 않은 혼합된 상 및 하 베이나이트 미세구조가 생성된다. 그럼에도 불구하고, 강 밀이 붕소-함유 강을 일관되게 제조하는 전문성을 갖지 않는 예에 있어서, IDQ 가공은 예외적인 강도와 인성을 갖는 강을 제조하는데 여전히 효율적으로 사용될 수 있되, 단 상기 언급된 제한선은 특히 QST와 관련하여 이들 강의 가공에 사용된다.
본 발명에 따라 가공된 강 슬라브는 바람직하게는 압연 전에 적합하게 재가열시켜 미세구조에 대한 목적하는 효과를 유도한다. 재가열은 실질적으로 오스테나이트에 Mo, Nb 및 V의 카바이드 및 카보니트라이드를 실질적으로 용해시킬 목적으로 제공되는데, 이들 원소는 이후 강 가공 동안 보다 바람직한 형태로 재침전되며, 즉 급냉 전 뿐만 아니라 냉각 및 용접시에 오스테나이트 또는 오스테나이트 변형 생성물에서 미세 침전될 수 있다. 본 발명에서, 재가열은 약 1000 내지 약 1250℃(1832 내지 2282℉), 바람직하게는 약 1050 내지 약 1150℃(1922 내지 2102℉)의 온도 범위에서 수행된다. 합금 설계 및 열기계적 가공은 강한 카보니트라이드 형성자, 구체적으로 니오븀 및 바나듐에 있어 다음의 균형을 이루도록 조정된다:
·이들 원소의 약 1/3은 바람직하게는 급냉 전에 오스테나이트로 침전된다
·이들 원소의 약 1/3은 바람직하게는 급냉에 이어 냉각시 오스테나이트 변형 생성물로 침전된다
·이들 원소의 약 1/3은 바람직하게는 550MPa(80ksi) 이상의 항복 강도를 갖는 강에서 관찰되는 일반적인 연화를 개선하기 위해 HAZ에서의 침전에 유용한 고용체에 보유된다.
당해 예시 강의 제조에 사용되는 압연 계획은 표 I에 나타내었다.
통과 통과 후의 두께-mm(in) 온도-℃(℉)
0 100(3.9) 1240(2264)
1 90(3.5) -
2 80(3.1) -
3 70(2.8) 1080(1976)
4 60(2.4) 930(1706)
5 45(1.8) -
6 30(1.2) -
7 20(0.8) 827(1521)
강은 다듬질 압연 온도에서 급냉 중지 온도로 35℃/초(63℉/초)의 냉각 속도로 급냉된 후에 주위 온도로 공기 냉각된다. 이러한 IDQ 가공으로 주로 세립 하 베이나이트, 세립 래드 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 목적하는 미세구조를 생성한다.
다시 도 6을 참조하면, 소정의 소량의 붕소를 함유하는(평행선 사이의 데이타 점인 위쪽 세트) 강 H 및 I(표 II) 뿐만 아니라, 필수적으로 붕소 비함유(사선으로 연결된 데이타 점인 아래쪽 세트) 강 D(표 II)를, 900MPa(135ksi)를 초과하는 인장 강도 및 -40℃(-40℉)에서 120J(90ft-lbs)을 초과하는 인성, 예를 들면, 120J(90ft-lbs)를 초과하는 vE-40을 생성하도록 배합하고 제조할 수 있음을 볼 수 있다. 각각의 경우에, 생성된 물질은 주로 세립 하 베이나이트 및/또는 세립 래드 마르텐사이트를 특징으로 한다. "534"로 표시된 데이타 점(상기 예에 사용된 급냉 중지 온도(℃)의 표시)에 지시된 바와 같이, 공정 파라미터가 본 발명의 방법의 한도를 벗어나는 경우, 생성된 미세구조(침전물에 더해서 상 베이나이트 및/또는 쌍정 마르텐사이트 또는 래드 마르텐사이트를 갖는 페라이트)는 본 발명의 강의 목적하는 미세구조가 아니며, 인장 강도 또는 인성, 또는 둘 다는 라인파이프용으로 목적하는 범위 아래에 속한다.
본 발명에 따라 배합된 강의 예는 표 II에 나타내었다. "A" 내지 "D"로 확인되는 강은 필수적으로 붕소-비함유 강인 반면, "E" 내지 "I"로 확인되는 강은 첨가된 붕소를 함유한다.
실험용 강의 조성
강ID 합금 함량(중량% 또는+ppm)
C Si Mn Ni Cu Cr Mo Nb V Ti Al B+ N+ P+ S+
A 0.050 0.07 1.79 0.35 - 0.6 0.30 0.030 0.030 0.012 0.021 - 21 50 10
B 0.049 0.07 1.79 0.35 - 0.6 0.30 0.031 0.059 0.012 0.019 - 19 50 8
C 0.071 0.07 1.79 0.35 - 0.6 0.30 0.030 0.059 0.012 0.019 - 19 50 8
D 0.072 0.25 1.97 0.33 0.4 0.6 0.46 0.032 0.052 0.015 0.018 - 40 50 16
E 0.049 0.07 1.62 0.35 - - 0.20 0.030 0.060 0.015 0.020 8 27 50 6
F 0.049 0.07 1.80 0.35 - - 0.20 0.030 0.060 0.015 0.020 8 25 50 8
G 0.069 0.07 1.81 0.35 - - 0.20 0.032 0.062 0.018 0.020 8 31 50 7
H 0.072 0.07 1.91 0.35 - 0.29 0.30 0.031 0.059 0.015 0.019 10 25 50 9
I 0.070 0.09 1.95 0.35 - 0.30 0.30 0.030 0.059 0.014 0.020 9 16 50 10
본 발명의 방법에 따라 가공된 강은 라인파이프용으로 적합하나, 이로써 제한되지는 않는다. 이러한 강은 구조 강과 같은 또 다른 용도에 적합할 수 있다.
앞서 본 발명이 하나 이상의 바람직한 양태와 관련하여 기술되었으나, 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 달리 변형될 수 있음을 숙지해야 하며, 이는 다음의 청구의 범위에 기술되어 있다.
용어 해설
Ac1변형점: 오스테나이트가 가열 동안 형성되기 시작하는 온도;
Ar1변형점: 오스테나이트의 페라이트 또는 페라이트에 더해서 시멘타이트로의 변형이 냉각 동안 종결되는 온도;
Ar3변형점: 오스테나이트가 냉각 동안 페라이트로 변형되기 시작하는 온도;
시멘타이트: 철 카바이드;
Ceq(탄소 당량): 용접성을 표현하기 위해 사용되는 널리 공지된 산업 용어; 또한 Ceq = (C 중량% + Mn 중량%/6 + (Cr 중량% + Mo 중량% + V 중량%)/5 + (Cu 중량% + Ni 중량%)/15);
ESSP: 강에서 설파이드 혼재물의 형상-조절과 관련된 지수; 또한 ESSP = (Ca 중량%)[1 - 124(O 중량%)]/1.25(S 중량%);
Fe23(C,B)6: 철 보로카바이드 형태;
HAZ: 열 영향대;
IDQ: 중단식 직접 급냉;
희박 화학 조성: 약 0.50 미만의 Ceq;
Mo2C: 몰리브덴 카바이드 형태;
Nb(C,N): 니오븀의 카보니트라이드;
Pcm: 용접성을 표현하기 위해 사용되는 널리 공지된 산업 용어; 또한, Pcm = (C 중량% + Si 중량%/30 + (Mn 중량% + Cu 중량% + Cr 중량%)/20 + Ni 중량%/60 + Mo 중량%/15 + V 중량%/10 + 5(B 중량%));
주로: 본 발명을 기술하는데 사용된 바와 같이, 약 50용적% 이상을 의미한다;
급냉: 본 발명을 기술하는데 사용된 바와 같이, 공기 냉각에 반대되는, 임의의 수단에 의해 강의 냉각 속도를 증가시키는 경향이 있는 선택된 유체를 이용하는 가속화된 냉각;
급냉(냉각) 속도: 판 두께의 중앙 또는 실질적으로 중앙에서의 냉각 속도;
급냉 중지 온도(QST): 판의 가운데 두께로부터 전달된 열로 인해, 급냉이 중지된 후에 판의 표면에 도달되는 가장 높은 또는 실질적으로 가장 높은 온도;
REM: 희토류 금속;
Tnr온도: 그 미만에서는 오스테나이트가 재결정화되지 않는 온도;
V(C,N): 바나듐의 카보니트라이드;
vE-40: -40℃(-40℉)에서 샤르피 V-노치 충격 시험에 의해 측정된 충격 에너지.

Claims (15)

  1. 철과 첨가제로서
    C 약 0.03중량% 내지 약 0.10중량%,
    Mn 약 1.6중량% 내지 약 2.1중량%,
    Nb 약 0.01중량% 내지 약 0.10중량%,
    V 약 0.01중량% 내지 약 0.10중량%,
    Mo 약 0.2중량% 내지 약 0.5중량%,
    Ti 약 0.005중량% 내지 약 0.03중량% 및
    B 약 0.0005중량% 내지 약 0.0020중량%를 포함하고, 추가로
    0.3 ≤ Ceq ≤ 약 0.7 및
    Pcm ≤ 약 0.35임을 특징으로 하는, 인장 강도가 약 900MPa(130ksi) 이상이고, -40℃(-40℉)에서 샤르피 V-노치 충격 시험에 의해 측정된 인성이 약 120J(90ft-lbs) 이상이며, 실질적으로 재결정화되지 않은 오스테나이트 결정립으로부터 변형된 주로 세립 하(lower) 베이나이트, 세립 래드 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 미세구조를 갖는 저합금 붕소 함유 강(steel).
  2. 제1항에 있어서, (i) Si 0중량% 내지 약 0.6중량%, (ii) Cu 0중량% 내지 약 1.0중량%, (iii) Ni 0중량% 내지 약 1.0중량%, (iv) Cr 0중량% 내지 약 1.0중량%, (v) Ca 0중량% 내지 약 0.006중량%, (vi) Al 0중량% 내지 약 0.06중량%, (vii) REM 0중량% 내지 약 0.02중량% 및 (viii) Mg 0중량% 내지 약 0.006중량%로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함하는 저합금 붕소 함유 강.
  3. 제1항에 있어서, 시멘타이트의 미세 침전물을 추가로 포함하는 저합금 붕소 함유 강.
  4. 제1항에 있어서, 바나듐, 니오븀 및 몰리브덴의 카바이드 또는 카보니트라이드의 침전물을 추가로 포함하는 저합금 붕소 함유 강.
  5. 제4항에 있어서, 바나듐 및 니오븀의 총 농도가 약 0.06중량% 이상인 저합금 붕소 함유 강.
  6. 제4항에 있어서, 바나듐 및 니오븀 각각의 농도가 약 0.03중량% 이상인 저합금 붕소 함유 강.
  7. 제1항에 있어서, 미세구조가 주로 세립 하 베이나이트를 포함하는 저합금 붕소 함유 강.
  8. 제1항에 있어서, 두께가 약 10mm(0.39in) 이상인 판의 형태인 저합금 붕소 함유 강.
  9. 제1항에 있어서, C 약 0.05중량% 내지 약 0.09중량%를 포함하는 저합금 붕소 함유 강.
  10. 제1항에 있어서, Ni 약 0.2중량% 내지 약 1.0중량%를 포함하는 저합금 붕소 함유 강.
  11. 제1항에 있어서, Nb 약 0.03중량% 내지 약 0.06중량%를 포함하는 저합금 붕소 함유 강.
  12. 제1항에 있어서, V 약 0.03중량% 내지 약 0.08중량%를 포함하는 저합금 붕소 함유 강.
  13. 제1항에 있어서, Ti 약 0.015중량% 내지 약 0.02중량%를 포함하는 저합금 붕소 함유 강.
  14. 제1항에 있어서, B 약 0.0008중량% 내지 약 0.0012중량%를 포함하는 저합금 붕소 함유 강.
  15. 제1항에 있어서, Al 약 0.001중량% 내지 약 0.06중량%를 포함하는 저합금 붕소 함유 강.
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