KR20040005675A - 항복비가 낮은 강관 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 항복비가 낮은 강관을 제공하는 것이며, 질량 ％로, C : 0.01 내지 0.20 ％, Si : 0.05 내지 0.50 ％, Mn : 0.1 내지 2.0 ％, Al : 0.001 내지 0.05 ％를 포함하는 강이며, 그 미크로 조직이 페라이트 및 파라이트, 혹은 페라이트 및 세멘타이트로 이루어지며, 평균 페라이트 결정 입경이 20 ㎛ 이상인 항복비가 낮은 강관 및 질량 ％로, C : 0.03 내지 0.20 ％, Si : 0.05 내지 0.50 ％, Mn : 0.1 내지 2.0 ％, Al : 0.001 내지 0.05 ％, Nb : 0.01 내지 0.5 ％, N : 0.001 내지 0.01 ％를 포함하는 강이며, 그 미크로 조직이 페라이트 및 베이나이트 혹은 페라이트, 마르텐사이트 및 베이나이트 혹은 페라이트 및 마르텐사이트로 이루어지며, 평균 페라이트 결정 입경이 20 ㎛ 이상인 항복비가 낮은 강관이다.

Description

항복비가 낮은 강관 {STEEL TUBE WITH LOW YIELD RATIO}
본 발명은, 항복비가 낮은 강관에 관한 것이다.
건축물의 내진성을 높이기 위해서는, 항복비가 낮은 강재를 구조 부재로서 사용하는 것이 유효한 것으로 최근 명백하게 되어 왔다. 따라서, 건축용 강관에 대해서도, 항복비가 낮은 강관이 요구된다. 항복비가 낮을수록, 외력에 의해 건축용 강관이 항복해도 파단에는 이르기 어려워, 그로 인해 그 구조물이 파괴에 이르지 않는다고 생각되어지기 때문이다. 또한, 라인 파이프는 석유 등 이송되어 오는 것이 누설되거나, 파열되거나 하지 않도록 내충격성이나 내진성에 있어서 높은 신뢰성이 요구되고 있다. 이로 인해, 라인 파이프로서도 항복비가 낮은 강관을 사용하는 것이 안전성을 높이기 위해서도 유효하다.
한편, 용접 강관은 제관시의 굽힘이나 확관, 또는 교축 등의 냉간 가공의 영향을 받기 때문에, 이렇게 얻게 된 용접 강관은 모재인 강판만큼의 저항복비인 것을 얻을 수 없는 경우가 많다. 따라서, 항복비가 낮은 강관을 얻기 위해서는, 제관 전의 강판에 있어서의 항복비를 충분히 저하시킬 필요가 있다.
일본 특허 공개 평10-17980호 공보에 있어서는, 항복비가 낮은 용접 강관을제조할 때에, 필수 성분으로서 1 내지 3 ％의 Cr을 함유하는 강을 소재 강으로서 이용하고, 그 조직을 종래의 지견대로 연질 페라이트상과 경질 베이나이트 혹은 마르텐사이트상을 포함하는 복합 조직으로 하는 발명이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 2000-54061호 공보에 있어서는, 강재에 함유되는 C를 0.03 ％ 이하, 바람직하게는 0.015 ％ 이하로 하고, Nb을 고체 용융의 상태로 존재시키고, 또한 강재의 미크로 조직을 적절하게 제어함으로써 상온에서 항복비가 낮고, 또한 고온에서의 강도 특성이 우수한 강재 및 강관을 얻을 수 있다고 기재되어 있다.
일본 특허 공개 2000-239972호 공보에 있어서는, 강재에 함유되는 C를 0.02 ％ 이하, 바람직하게는 0.015 ％ 이하로 하고, Nb 및 Sn을 많이 첨가함으로써 상온에서의 항복비가 낮고, 또한 고온에서의 강도 특성이 우수한 강재 및 강관을 얻을 수 있다고 기재되어 있다.
상기 일본 특허 공개 평10-17980호 공보에 기재된 발명은, 베이나이트상 혹은 마르텐사이트상의 경질상을 생성시켜 저항복비와 고강도를 동시에 얻기 위해, 1 ％ 이상의 Cr을 필수 성분으로 하고 있다. Cr 합금은 고가이며, 이것으로는 저가격의 저항복비형 강관을 제공할 수 없다. 또한, Cr은 용접시에 산화물을 생성하기 쉬워, 그 Cr 산화물이 용접 맞댐부에 잔존한 경우, 용접부 품질을 열화시키게 된다.
상기 일본 특허 공개 2000-54061호 공보 및 일본 특허 공개 2000-239972호 공보에 기재된 발명은, C의 상한을 0.03 ％ 또는 0.02 ％ 이하, 바람직하게는0.015 ％ 이하로 억제하고, 그에 의해 상온에서의 고체 용융(C)을 저감시켜 저항복비를 달성하고 있다. 그러나, 이와 같이 C를 저감한 것에서는, 상온 인장 시험에 있어서 높은 인장 강도를 얻는 것은 곤란하다.
본 발명은, 상기 문제점을 해결하여 항복비가 낮은 강관을 제공하는 것을 목적으로 하고, 그 요지로 하는 바는 이하와 같다.
(1) 질량 ％로, C : 0.01 내지 0.20 ％, Si : 0.05 내지 1.0 ％, Mn : 0.1 내지 2.0 ％, Al : 0.001 내지 0.05 ％를 포함하고, 잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 강이며, 그 미크로 조직이 페라이트에다가, 또한 파라이트와 세멘타이트 중 1 종류 이상으로 이루어지며, 평균 페라이트 결정 입경이 20 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 항복비가 낮은 강관.
(2) 미크로 조직이 구형화 파라이트 혹은 구형화 세멘타이트를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 항복비가 낮은 강관.
(3) 평균 파라이트 결정 입경 혹은 세멘타이트의 평균 입경이 20 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 상기 (2)에 기재된 항복비가 낮은 강관.
(4) 질량 ％로, Nb : 0.01 내지 0.5 ％, N : 0.001 내지 0.01 ％의 1 종류 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 항복비가 낮은 강관.
(5) 질량 ％로, C : 0.03 내지 0.20 ％, Si : 0.05 내지 1.0 ％, Mn : 0.1 내지 2.0 ％, Al : 0.001 내지 0.05 ％, Nb : 0.01 내지 0.5 ％, N : 0.001 내지0.01 ％를 포함하고, 잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 강이며, 그 미크로 조직이 페라이트 및 베이나이트로 이루어지며, 평균 페라이트 결정 입경이 20 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 항복비가 낮은 강관.
(6) 베이나이트 함유율이 체적 분율 1 내지 15 ％인 것을 특징으로 하는 상기 (5)에 기재된 항복비가 낮은 강관.
(7) 질량 ％로, C : 0.03 내지 0.20 ％, Si : 0.05 내지 1.0 ％, Mn : 0.1 내지 2.0 ％, Al : 0.001 내지 0.05 ％, Nb : 0.01 내지 0.5 ％, N : 0.001 내지 0.01 ％를 포함하고, 잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 강이며, 그 미크로 조직이 페라이트, 마르텐사이트 및 베이나이트 혹은 페라이트 및 마르텐사이트로 이루어지며, 평균 페라이트 결정 입경이 20 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 항복비가 낮은 강관.
(8) 베이나이트 함유율이 체적 분율 1 내지 15 ％ 및 혹은 마르텐사이트 함유율이 체적 분율 1 내지 15 ％인 것을 특징으로 하는 상기 (7)에 기재된 항복비가 낮은 강관.
(9) 질량 ％로, Ti : 0.005 내지 0.1 ％, B : 0.0001 내지 0.005 ％ 중 1 종류 또는 2 종류를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 항복비가 낮은 강관.
(10) 질량 ％로, V : 0.01 내지 0.5 ％, Cu : 0.01 내지 1 ％, Ni : 0.01 내지 1 ％, Cr : 0.01 내지 1 ％, Mo : 0.01 내지 1 ％ 중 1 종류 혹은 2 종류 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 항복비가 낮은 강관.
본 발명 전체적으로 공통된 특징은, 강의 미크로 조직이 페라이트를 포함하는 조직으로 이루어지며, 평균 페라이트 결정 입경이 20 ㎛ 이상인 것이다. Hall - Petch의 법칙에 의해, 항복 응력은 결정 입경의 (-1/2)승에 비례하므로, 결정 입경이 작을수록 항복 응력이 커져 항복비가 높아진다. 반대로 결정 입경이 클수록 항복 응력이 낮아져 항복비가 작아진다. 본 발명은 이러한 점에 착안하여, 미크로 조직에 포함되는 페라이트의 평균 페라이트 결정 입경이 20 ㎛ 이상이 되면 항복 응력이 저하되고, 그 결과 조관 후의 강관에 있어서도 저항복비를 얻을 수 있는 것을 명백하게 하였다. 평균 페라이트 입경은 바람직하게는 30 ㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 40 ㎛ 이상이다.
평균 페라이트 입경을 비롯하는 결정 입경의 측정 방법은, JIS G 0552 부속서 1에 기재되어 있는 방법에 따라서, 페라이트 평균 결정 입경을 측정한다. 또한, 마르텐사이트 및 베이나이트의 경우는 구오스테나이트 결정 입경을 측정하지만, 이것은 JIS G 0551 부속서 3의 방법에 따르는 것으로 하면 된다.
미크로 조직에 있어서의 페라이트 함유율은 70 ％ 내지 98 ％이면 바람직하다. 페라이트 함유율이 70 ％ 미만에서는 페라이트 입경을 크게 해도 항복 응력을 충분히 저하시킬 수 없으므로 저항복비를 얻을 수 없고, 반대로 페라이트 함유율이 98 ％를 넘으면 강의 인장 강도가 저하되어, 마찬가지로 저항복비를 얻을 수 없기 때문이다. 페라이트 함유율은 75 ％ 내지 95 ％이면 보다 바람직하다. 또, 본 발명에 있어서의 미크로 조직에 있어서의 페라이트, 베이나이트 혹은 마르텐사이트의 함유율은 미크로 조직 중 페라이트, 베이나이트 혹은 마르텐사이트의 체적 분율을 각각 의미한다.
종래의 항복비가 낮은 강관을 제조하기 위한 강판의 열간 압연에 있어서는, ν 영역 가열 후, ν 영역으로부터 2상 영역 저온측에서 압연되어 있었다. 그로 인해, 평균 페라이트 입경을 20 ㎛ 이상으로 할 수 없었다. 본 발명에 있어서는, ν 영역 가열 후, ν 영역으로부터 2상 영역 고온측에서 압연을 종료시켜 결정 입자의 미세화를 억제하고, 그 결과 평균 페라이트 입경이 20 ㎛ 이상인 강을 제조하는 것을 가능하게 하였다. 열간 압연 종료 후, Ar1점 + 50 ℃까지의 냉각 속도를 10 ℃/초 이하로 함으로써, 페라이트의 평균 결정 입경을 20 ㎛ 이상으로 할 수 있다. 또한, 열간 압연의 종료 온도 및 열간 압연 종료 후의 냉각 속도 등을 제어함으로써, 평균 페라이트 입경을 30 ㎛ 이상, 혹은 40 ㎛ 이상으로 하는 것이 가능하다.
본 발명은, 미크로 조직이 페라이트에다가, 또한 파라이트와 세멘타이트 중 1 종류 이상으로 이루어지는 제1 발명, 미크로 조직이 페라이트 및 베이나이트로 이루어지는 제2 발명, 미크로 조직이 페라이트, 마르텐사이트 및 베이나이트 혹은 페라이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 제3 발명으로 이루어진다. 이하, 각 발명마다 그 상세를 설명한다.
제1 발명에 대해 설명한다.
제1 발명은 미크로 조직이 페라이트에다가, 또한 파라이트와 세멘타이트 중 1 종류 이상으로 이루어진다. 페라이트를 필수 함유 조직으로 하고, 또한 페라이트와 세멘타이트 중 1 종류 이상으로 이루어지는 조직이라는 의미이다. 이러한 조직으로 한 결과로서, 인장 강도 500 내지 600 ㎫의 항복비가 낮은 강관을 제조할 수 있다.
제1 발명의 성분 한정 이유에 대해 설명한다.
C는 기지 중에 고체 용융 혹은 탄화물로서 석출하고, 강의 강도를 증가시키는 원소이며, 또한 세멘타이트 및 파라이트의 제2상으로서 석출하고, 열연 강판을 강관에 냉간 성형하는 경우, 항복 응력 혹은 내력의 상승을 적게 하는 동시에 인장 강도와 같은 신장을 향상시키기 위해, 저항복비화에 기여한다. 제2상으로서 석출한 세멘타이트 등에 의한 저항복비화 효과를 얻기 위해서는, C는 0.01 ％ 이상, 바람직하게는 0.04 ％ 이상의 함유를 필요로 하지만, 0.20 ％를 초과하여 함유하면 저항복비 효과 및 용접성이 열화된다. 이로 인해, C는 0.01 내지 0.20 ％의 범위에 한정된다.
Si는 탈산재로서 작용하는 동시에, 기지 중에 고체 용융하여 강의 강도를 증가시킨다. 이 효과는, 0.05 ％ 이상의 함유에서 인정되지만, 1.0 ％를 초과하면 저항복비 효과를 열화시킨다. 이로 인해, Si는 0.05 내지 1.0 ％의 범위에 한정된다.
Mn은 강의 강도를 증가시키는 원소이며, 제2상인 세멘타이트 혹은 파라이트의 석출을 촉진시킨다. 이 효과는, 0.1 ％ 이상의 함유에서 인정되지만, 2.0 ％를초과하는 함유는 저항복비 효과를 열화시킨다. 이로 인해, Mn은 0.1 내지 2.0 ％의 범위에 한정된다. 또한, 강도 및 인성의 관점으로부터, Mn은 0.3 내지 1.5 ％의 범위가 바람직하다.
Al은 탈산재로서 사용되지만, 그 양은 결정 입경이나 기계적 성질에 큰 영향을 미치게 한다. 0.001 ％ 미만에서는 탈산재로서 불충분하고, 0.05 ％ 초과에서는 Al을 함유하는 강중 산화물이 증가되어 인성을 열화시키므로, 0.001 ％ 내지 0.05 ％의 범위에 한정된다.
제1 발명과 같이 미크로 조직을 페라이트에다가, 또한 파라이트와 세멘타이트 중 1 종류 이상으로 이루어지는 조직으로 하기 위해서는, ν 영역 가열 후, ν 영역으로부터 ν - α2상 영역 고온측에서 압연을 종료시킨 후, Ar1점 + 50 ℃까지를 10 ℃/초 이하의 냉각 속도로 냉각하고, 계속해서 Ar1점 + 50 ℃ 이하를 3 ℃/초 이상의 냉각 속도로 냉각함으로써 제조할 수 있다.
제1 발명은 또한, 미크로 조직이 구형화 파라이트 혹은 구형화 세멘타이트를 함유하고 있으면 바람직하다. 이들 조직을 함유하고 있으면, 강판을 강관으로 성형할 때에 항복비의 상승을 억제할 수 있기 때문이다. 또한, 구형화 파라이트 혹은 구형화 세멘타이트는, 같은 신장을 향상시키는 효과도 있다.
구형화하고 있는지 여부의 판단은, 압연 방향으로 평행한 단면에 있어서 제2상의 종횡의 종횡비가 2 이하인 경우를 구형화라 정의하여 판단을 행할 수 있다.
파라이트 혹은 세멘타이트를 구형화하기 위해서는, 강 소재를 1150 ℃ ± 50℃로 가열한 후, 열간 압연을 Ar1이상의 온도로 완료하고, 왜곡(전위)이 도입된 10 ㎜ 두께 정도의 대강으로 한 후, 계속해서 3 내지 30 ℃/초의 냉각 속도로 700 ℃ 이하까지 냉각하여 권취를 행하고, 그 사이에 입계상 혹은 전위상에 세멘타이트 혹은 파라이트를 석출시킴으로써 행할 수 있다.
제1 발명은 또한, 평균 파라이트 결정 입경 혹은 세멘타이트의 평균 입경이 20 ㎛ 이하이면 바람직하다. 이에 의해, 강판을 강관으로 성형할 때에 항복비의 상승을 억제할 수 있기 때문이다.
평균 파라이트 입경 등을 20 ㎛ 이하로 하기 위해서는, 열간 압연 종료 후의 Ar1점+ 50 ℃ 이하의 냉각 속도를 3 ℃/초 이상으로 한다.
제1 발명에 있어서, 또한 Nb : 0.01 내지 0.5 ％, N : 0.001 내지 0.01 ％ 중 1 종류 이상을 포함하면 바람직하다. Nb은 기지 중에 고체 용융 혹은 탄질화물로서 석출하여 강도를 높이는 원소이며, 최저 0.01 ％가 필요하다. 그러나 0.5 ％를 초과하여 과잉 첨가해도 효과가 포화되어 충분한 강화 효과를 얻을 수 없는 동시에, 0.5 ％를 초과하여 첨가하면 석출물이 조대화되어 인성이 저하되므로, 0.01 ％ 내지 0.5 ％의 범위에 한정된다. N는 기지 중에 고체 용융 혹은 질화물로서 존재한다. 강도에 기여하는 질화물을 생성하기 위해서는 0.001 ％ 이상이 필요하지만, 0.01 ％를 초과하여 첨가하면 조대한 질화물을 생성하기 쉬워져, 인성을 저하시킨다. 이로 인해, N는 0.001 내지 0.01 ％의 범위에 한정된다.
다음에, 제2 발명에 대해 설명한다.
제2 발명은, 미크로 조직이 페라이트 및 베이나이트로 이루어진다. 이러한 조직으로 한 결과, 인장 강도 600 내지 700 ㎫ 정도의 항복비가 낮은 강관을 제조할 수 있다.
제2 발명의 성분 한정 이유에 대해 설명한다.
C는 기지 중에 고체 용융 혹은 탄화물로서 석출하여 강의 강도를 증가시키는 원소이다. 0.03 ％ 미만에서는 두께 부재로 강도가 부족하므로 0.03 ％ 이상이 필요하고, 바람직하게는 0.05 ％ 이상의 함유를 필요로 하지만, 0.20 ％를 초과하여 함유하면 용접성이 열화된다. 이로 인해, C는 0.03 내지 0.20 ％의 범위에 한정된다.
Si는 탈산재로서 작용하는 동시에, 기지 중에 고체 용융하여 강의 강도를 증가시킨다. 이 효과는 0.05 ％ 이상의 함유에서 인정되지만, 1.0 ％를 초과하면 강재의 인성을 열화시킨다. 이로 인해, Si는 0.05 내지 1.0 ％의 범위에 한정된다.
Mn은 강의 강도를 증가시키는 원소이며, 이 효과는 0.1 ％ 이상의 함유에서 인정되고, 바람직하게는 0.3 ％ 이상이지만, 2.0 ％를 초과하는 함유는 중심 편석에 의한 인성 열화를 초래한다. 이로 인해, Mn은 0.1 내지 2.0 ％의 범위에 한정된다. 또한, 강도 및 인성의 관점으로부터, Mn은 0.3 내지 1.5 ％의 범위가 바람직하다.
Al은 탈산재로서 사용되지만, 그 양은 결정 입경이나 기계적 성질에 큰 영향을 끼친다. 0.001 ％ 미만에서는 탈산재로서 불충분하고, 0.05 ％ 초과에서는 Al을 함유하는 강중 산화물이 증가되어 인성을 열화시키므로, 0.001 ％ 내지 0.05 ％의 범위에 한정된다.
Nb은 기지 중에 고체 용융 혹은 탄질화물로서 석출하여 강도를 높이는 원소이며, 최저 0.01 ％가 필요하다. 그러나 0.5 ％를 초과하여 과잉 첨가해도 효과가 포화되어 충분한 강화 효과를 얻을 수 없는 동시에, 0.5 ％를 초과하여 첨가하면 석출물이 조대화되어 인성이 저하되므로, 0.01 ％ 내지 0.5 ％의 범위에 한정된다.
N는 기지 중에 고체 용융 혹은 질화물로서 존재한다. 강도에 기여하는 질화물을 생성하기 위해서는 0.001 ％ 이상이 필요하지만, 0.01 ％를 초과하여 첨가하면 조대한 질화물을 생성하기 쉬워져 인성을 저하시킨다. 이로 인해, N는 0.001 내지 0.01 ％의 범위에 한정된다.
제2 발명과 같이 베이나이트를 포함하는 미크로 조직으로 하기 위해서는, 강 소재를 1150 ℃ ± 100 ℃로 가열한 후, 열간 압연으로 10 ㎜ 두께 정도의 대강으로 한 후, Ar1점 ＋ 50 ℃까지를 10 ℃/초 이하의 냉각 속도로 냉각하여 페라이트 변태를 시킨 후, 계속해서 Ar1점 ＋ 50 ℃ 이하의 온도 영역을 5 ℃/초 이상의 냉각 속도로 냉각하여 베이나이트를 생성시키고, 600 ℃ 이하에서 권취를 행함으로써 제조할 수 있다.
제2 발명은 또한, 베이나이트 함유율이 1 내지 15 ％이면 바람직하다. 페라이트와 베이나이트의 혼합 조직에 있어서, 베이나이트 함유율이 1 내지 15 ％일 때, 강관 성형시의 YR(Yield Ratio)의 상승율을 작게 하는 효과가 있지만, 1 ％ 미만에서는 효과가 없으며, 15 ％를 초과하여 함유하면 YR의 상승을 초래하기 때문이다. 이로 인해 베이나이트 함유율을 1 내지 15 ％의 범위로 한정하였다.
베이나이트 함유율을 1 내지 15 ％로 하기 위해서는, Ar1점 ＋ 50 ℃까지의 냉각 속도 및 Ar1점 ＋ 50 ℃ 이하의 냉각 속도를 전술한 대로 행한다. 이 조건을 벗어나면, 베이나이트 함유율의 상승 혹은 다량의 파라이트의 함유가 생긴다.
또한, 페라이트와 베이나이트의 혼합 조직 속에, 강관 성형시의 YR 상승율을 작게 하는 효과를 손상시키지 않는 범위에서, 미량의 파라이트 혹은 세멘타이트가 포함되어도 좋다.
또한, 제2 발명에 있어서 평균 베이나이트 결정 입경이 1 내지 20 ㎛이면 바람직하다. 이에 의해, 강관 성형시의 YR 상승율을 작게 할 수 있기 때문이다.
다음에, 제3 발명에 대해 설명한다.
제3 발명은 미크로 조직이 페라이트, 마르텐사이트 및 베이나이트 혹은 페라이트 및 마르텐사이트로 이루어진다. 이러한 조직으로 한 결과, 인장 강도 700 내지 800 ㎫의 항복비가 낮은 강관을 제조할 수 있다.
제3 발명의 성분 한정 이유에 대해 설명한다.
C는, 기지 중에 고체 용융 혹은 탄화물로서 석출하여 강도를 확보하는 동시에, 베이나이트 및 마르텐사이트의 경질상을 생성시켜 저항복비를 얻기 위해 필요한 원소이다. 0.03 ％ 미만에서는 베이나이트 및 마르텐사이트의 경질상이 생성되지 않아, 저항복비를 얻을 수 없다. 이로 인해 0.03 ％ 이상이 필요하며, 바람직하게는 0.05 ％ 이상의 함유를 필요로 하지만, 0.20 ％를 초과하여 함유하면 용접성 및 인성이 열화된다. 이로 인해, C는 0.03 내지 0.20 ％의 범위에 한정된다.
Si는 탈산재로서 작용하는 동시에, 기지 중에 고체 용융하여 강의 강도를 증가시킨다. 이 효과는 0.05 ％ 이상의 함유에서 인정되지만, 1.0 ％를 초과하면 강재의 인성을 열화시킨다. 이로 인해, Si는 0.05 내지 1.0 ％의 범위에 한정된다.
Mn은 강의 강도를 증가시키는 원소이며, 이 효과는 0.1 ％ 이상의 함유에서 인정되고, 바람직하게는 0.3 ％ 이상이지만, 2.0 ％를 초과하는 함유는 중심 편석에 의한 인성 열화를 초래한다. 이로 인해, Mn은 0.1 내지 2.0 ％의 범위에 한정된다. 또한, 강도 및 인성의 관점으로부터, Mn은 0.3 내지 1.5 ％의 범위가 바람직하다.
Al은 탈산재로서 사용되지만, 그 양은 결정 입경이나 기계적 성질에 큰 영향을 미친다. 0.001 ％ 미만에서는 탈산재로서 불충분하고, 0.05 ％ 초과에서는 함유하는 강중 산화물이 증가되어 인성을 열화시키기 때문에, 0.001 ％ 내지 0.05 ％의 범위에 한정된다.
Nb은 기지 중에 고체 용융 혹은 탄질화물로서 석출하여 강도를 높이는 원소이며, 최저 0.01 ％가 필요하다. 그러나 0.5 ％를 초과하여 과잉 첨가해도 효과가 포화되어 충분한 강화 효과를 얻을 수 없는 동시에, 0.5 ％를 초과하여 첨가하면 석출물이 조대화되어 인성이 저하되므로, 0.01 ％ 내지 0.5 ％의 범위에 한정된다.
N는 기지 중에 고체 용융 혹은 질화물로서 존재한다. 강도에 기여하는 질화물을 생성하기 위해서는 0.001 ％ 이상이 필요하지만, 0.01 ％를 초과하여 첨가하면 조대한 질화물을 생성하기 쉬워져 인성을 저하시킨다. 이로 인해, N는 0.001내지 0.01 ％의 범위에 한정된다.
제3 발명과 같이 미크로 조직을 페라이트, 마르텐사이트 및 베이나이트 혹은 페라이트 및 마르텐사이트로 하기 위해서는, 강 소재를 1150 ℃ ± 100 ℃로 가열한 후, 열간 압연으로 Ar3점 이상에서 마무리 압연을 종료하여 10 ㎜ 두께의 대강으로 한 후, Ar1점 ＋ 50 ℃ 까지를 10 ℃/초 이하의 냉각 속도로 냉각하여 페라이트 변태를 시킨 후, 계속해서 Ar1점 ＋ 50 ℃ 이하의 온도 영역을 10 ℃/초 이상의 냉각 속도로 600 ℃ 이하까지, 바람직하게는 500 ℃ 이하, 더욱 바람직하게는 450 ℃ 이하까지 냉각하여 베이나이트 및 혹은 마르텐사이트를 생성시켜, 권취를 행하는 것으로 하면 된다.
제3 발명은, 베이나이트 함유율이 1 내지 15 ％ 및 혹은 마르텐사이트 함유율이 1 내지 15 ％이면 바람직하다. 페라이트와 베이나이트 및 혹은 마르텐사이트의 혼합 조직에 있어서, 베이나이트 함유율이 1 내지 15 ％인 때 및 혹은 마르텐사이트 함유율이 1 내지 15 ％일 때, 강관 성형시의 YR 상승율을 작게 하는 효과가 있지만, 1 ％ 미만에서는 효과가 없으며, 각각 15 ％를 초과하여 함유하면, YR의 상승을 초래하기 때문이다. 이로 인해, 베이나이트 함유율 및 혹은 마르텐사이트 함유율을 각각 1 내지 15 ％의 범위에 한정하였다.
베이나이트 함유율 등을 1 내지 15 ％로 하기 위해서는, Ar1점 ＋ 50 ℃까지의 냉각 속도 및 Ar1점 ＋ 50 ℃ 이하의 냉각 속도를 전술한 바와 같이 행한다.이 조건을 벗어나면, 베이나이트 혹은 마르텐사이트 함유율의 상승 혹은 다량의 파라이트의 함유가 생긴다.
이하, 제1 내지 제3 발명에 공통되는, 바람직한 부가 성분의 한정 이유에 대해 설명한다.
Ti은 용접성을 개선시키는 효과를 갖는 원소이며, 이 효과는 0.005 ％ 이상의 함유에서 인정되지만, 0.1 ％를 초과하여 첨가하면 Ti계의 탄질화물의 증가에 의한 가공성의 열화나 강도의 불필요한 상승을 초래한다. 이로 인해, Ti은 0.005 내지 0.1 ％의 범위에 한정된다.
B는 입계 강화 및 M23(C, B)6등으로서 석출 강화를 초래하여 강도를 향상시킨다. 0.0001 ％ 미만에서는 효과가 작고, 0.005 ％ 초과에서는 효과가 포화되는 동시에 조대한 B 함유상을 생기게 하는 경향이 있으며, 또한 취화가 일어나기 쉬워지므로, 0.0001 ％ 내지 0.005 ％의 범위에 한정된다.
V은 석출 강화 원소로서 강도를 높인다. 0.01 ％ 미만에서는 효과가 불충분하며, 0.5 ％ 초과에서는 탄질화물의 조대화를 초래할 뿐만 아니라, 항복 강도의 상승량이 커지므로, 0.01 ％ 내지 0.5 ％의 범위에 한정된다.
Cu는 강도를 높이는 원소이지만, 0.01 ％ 미만에서는 효과가 작고, 1 ％를 초과하여 첨가하면 항복 강도의 상승량이 커지므로, 0.01 ％ 내지 1 ％의 범위에 한정된다.
Ni은 강도를 높여 인성의 개선에도 유효한 원소이다. 0.01 ％ 미만에서는인성 개선의 효과가 작으며, 1 ％를 초과하여 첨가하면 항복 강도의 상승량이 커지므로, 0.01 ％ 내지 1 ％의 범위에 한정된다.
Cr는 석출 강화 원소로서 강도를 높인다. 0.01 ％ 미만에서는 효과가 불충분하며, 1 ％ 초과에서는 탄질화물의 조대화를 초래할 뿐만 아니라, 항복 강도의 상승량이 커지므로, 0.01 ％ 내지 1 ％의 범위에 한정된다.
Mo은 고체 용융 강화를 초래하는 동시에 강도를 향상시킨다. 0.01 ％ 미만에서는 효과가 작으며, 1 ％를 초과하여 첨가하면 항복 강도의 상승량이 커지므로, 0.01 ％ 내지 1 ％의 범위에 한정하였다.
본 발명의 강은 열연 강판을 냉간 성형하여 제조된 강관뿐만 아니라, 두꺼운 판 및 얇은 판의 형태로 제공하는 것도 가능하다. 또한, 본 발명의 강의 냉간 가공의 예로서 전기 봉합 용접 강관을 들 수 있지만, 발명의 효과는 저왜곡 조관 방법에 의해 저항복비화 효과가 현저해진다.
<제1 실시예>
제1 실시예는 제1 발명에 관한 것이다.
표 1에 나타내는 성분의 강을 연속 주조 슬래브로 하고, 이 슬래브를 열간 압연에 의해 판 두께 10 ㎜의 강판으로 하였다. 열간 압연 조건은 슬래브를 1150 ℃로 가열한 후, 열간 압연을 900 ℃(Ar1+ 170 ℃)의 온도로 완료하여 왜곡(전위)을 도입한 후, 계속해서 5 내지 15 ℃/초의 냉각 속도로 700 ℃ 이하까지 냉각하여 권취를 행하였다.
강판의 미크로 조직을 표 2에 나타낸다. 강판의 인장 특성에 대해, 압연 상태의 무가공재의 인장 특성, 및 5 ％ 예비 왜곡 재료의 인장 특성을 평가하였다. 5 ％ 예비 왜곡은, 이 판 두께 10 ㎜의 강판을 직경 200 ㎜의 강관으로 하기 위한 냉간 가공에 상당한다. 일반적으로 예비 왜곡은, 제조하는 강관의 t(강관 두께)/D(강관 외경)의 값과 같게 해 둔다. 예비 왜곡 부여 방법은, 인장 시험 부재를 인장 시험기로 인장하여 왜곡이 5 ％에 도달한 시점에서 인장을 중지한다는 방법에 의해 부여하였다. 평가한 인장 특성은, YS(항복 강도), TS(인장 강도) 및 YR(항복비)이다. 평가 결과를 표 2에 나타낸다.
본 발명예 번호 A - 1 내지 G - 1은, 강 성분이 본 발명 범위 내에 있으며, 평균 페라이트 결정 입경은 모두 20 ㎛ 이상이 되었다. 5 ％ 예비 왜곡 재료의 항복비(YR)는 71 내지 89 ％였다. 번호 B - 1, D - 1, G - 1의 파라이트 혹은 세멘타이트가 구형화되어 있는 것은, 5 ％ 예비 왜곡 후의 YR이 다른 예의 것보다 작게 되어 있다.
비교예 번호 H - 1 내지 O - 1은, 어느 하나의 성분이 본 발명 범위를 벗어나 있다. 평균 페라이트 결정 입경은, 번호 J - 1, L - 1, M - 1, O - 1에 대해서는 20 ㎛ 미만이었다. 이로 인해, 5 ％ 예비 왜곡 부하 후에 YS가 상승하였기 때문에, YR이 높아진 예이다. 세멘타이트 또는 파라이트에 대해서는, 구형화한 것은 없으며, 번호 H - 1 내지 K - 1, M - 1, N - 1에 대해서는 바람직한 범위인 20 ㎛ 이하에 포함되지 않았다. 열간 압연 종료 후의 Ar1점 ＋ 50 ℃ 이하의 냉각 속도가 3 ℃/초 미만이었기 때문에, 제2상의 파라이트 또는 세멘타이트가 커진 예이다. 또한 5 ％ 예비 왜곡 재료의 항복비(YR)는 91 내지 98 ％였다. 제2상인 세멘타이트 혹은 파라이트의 입경이 크기 때문에, 5 ％ 예비 왜곡 부하시에 변형의 저항이 되어, YS가 상승하고, YR이 높아진 예이다.
<제2 실시예>
제2 실시예는 제2 발명에 관한 것이다.
표 3에 나타내는 성분의 강을 연속 주조 슬래브로 하고, 이 슬래브를 열간 압연에 의해 판 두께 10 ㎜의 강판으로 하였다. 열간 압연 조건은, 슬래브를 1150℃로 가열한 후, 열간 압연을 900 ℃(Ar1＋ 170 ℃)의 온도로 완료하고, 780 ℃(Ar1＋ 50 ℃)까지를 5℃/초의 냉각 속도로 냉각하여 페라이트 변태를 시키고, 계속해서 780 ℃(Ar1＋ 50 ℃) 이하의 온도 영역을 20 ℃/초의 냉각 속도로 냉각하여 베이나이트를 생성시키고, 500 내지 600 ℃에서 권취하였다.
강판의 미크로 조직을 표 4에 나타낸다. 강판의 인장 특성에 대해, 압연 상태의 무가공재의 인장 특성 및 5 ％ 예비 왜곡 재료의 인장 특성을 평가하였다. 5 ％ 예비 왜곡은, 이 판 두께 10 ㎜의 강판을 직경 200 ㎜의 강관으로 하기 위한 냉간 가공에 상당한다. 일반적으로 예비 왜곡은 제조하는 강관의 t(강관 두께)/D(강관 외경)의 값으로 같게 해 둔다. 예비 왜곡 부여 방법, 인장 시험 내용에 대해서는 제1 실시예와 마찬가지이다. 평가 결과를 표 4에 나타낸다.
본 발명예 번호 A - 2 내지 F - 2는, 강 성분이 본 발명 범위 내에 있으며, 조직 구성은 모두 페라이트와 베이나이트 조직이며, 평균 페라이트 결정 입경은 20 ㎛ 이상이며, 베이나이트 함유율은 바람직한 범위인 15 ％ 이하로 되어 있었다. 5 ％ 예비 왜곡 재료의 항복비(YR)는 71 내지 79 ％였다. 베이나이트 함유율이 높은 것은, 5 ％ 예비 왜곡 부하 후의 YS 및 TS는 모두 높아지지만, YS의 상승율이 TS와 비교하여 작기 때문에 YR은 베이나이트 함유율이 낮은 것보다 낮게 되어 있다.
비교예 번호 H - 2 내지 O - 2는, 어느 하나의 성분이 본 발명의 범위를 벗어나 있다. 결정 조직은, 번호 H - 2, J - 2, L - 2, O - 2가 페라이트와 파라이트 조직이었다. Ar1점 ＋ 50 ℃ 이하의 냉각 속도가 5 ℃/초 미만이었기 때문에 파라이트가 생성되었다. 평균 페라이트 결정 입경은, 번호 H - 2, L - 2, O - 2에 대해서는 20 ㎛ 미만이었다. 열간 압연 종료 후, Ar1점 ＋ 50 ℃까지의 냉각 속도가 10 ℃/초 초과였기 때문에, 평균 페라이트 결정 입경이 작아졌다. 번호 I - 2, K - 2, M - 2, N - 2의 페라이트와 베이나이트 조직으로 되어 있는 것에 대해서는, 모두 베이나이트 함유율이 바람직한 범위인 15 ％를 초과하고 있었다. 열간 압연 종료 후의 냉각에 있어서, Ar1점 ＋ 50 ℃보다도 높은 온도로부터 냉각을 개시하였기 때문에, 페라이트 변태가 진행되지 않고 베이나이트 함유율이 높아졌다. 5 ％ 예비 왜곡 재료의 항복비(YR)는 90 내지 96 ％였다. 베이나이트 함유율이 높은 것은, 낮은 것보다 YS 및 TS가 높다.
<제3 실시예>
제3 실시예는 제3 발명에 관한 것이다.
표 5에 나타내는 성분의 강을 연속 주조 슬래브로 하고, 이 슬래브를 열간 압연에 의해 판 두께 10 ㎜의 강판으로 하였다. 열간 압연 조건은 슬래브를 1150 ℃로 가열한 후, 열간 압연을 900 ℃(Ar3＋ 170 ℃)의 온도로 완료하고, 780 ℃(Ar1＋ 50 ℃)까지를 5 ℃/초의 냉각 속도로 냉각하여 페라이트 변태을 시키고, 계속해서 780 ℃(Ar1＋ 50 ℃) 이하의 온도 영역을 30 ℃/초의 냉각 속도로 냉각하여 베이나이트 및 혹은 마르텐사이트를 생성시켜, 400 내지 500 ℃에서 권취하였다.
강판의 미크로 조직을 표 6에 나타낸다. 강판의 인장 특성에 대해, 압연 상태의 무가공재의 인장 특성 및 5 ％ 예비 왜곡 재료의 인장 특성을 평가하였다. 5 ％ 예비 왜곡은, 이 판 두께 10 ㎜의 강판을 직경 200 ㎜의 강관으로 하기 위한 냉간 가공에 상당한다. 일반적으로 예비 왜곡은, 제조하는 강관의 t(강관 두께)/D(강관 외경)의 값과 같게 해 둔다. 예비 왜곡 부여 방법은, 인장 시험 부재를 인장 시험기로 인장하여 왜곡이 5 ％에 도달한 시점에서 인장을 중지하는 방법이다. 인장 시험 내용에 대해서는 제1 실시예와 마찬가지이다. 평가 결과를 표 6에 나타낸다.
본 발명예 번호 A - 3 내지 F - 3은, 강 성분이 본 발명의 범위 내에 있으며, 조직 구성은 모두 페라이트와 마르텐사이트 조직 혹은 페라이트, 베이나이트와 마르텐사이트 조직이고, 평균 페라이트 결정 입경은 20 ㎛ 이상이며, 베이나이트 함유율 및 마르텐사이트 함유율은 바람직한 범위인 15 ％ 이하로 되어 있었다. 5 ％ 예비 왜곡 재료의 항복비(YR)는 83 내지 86 ％였다.
비교예 번호 H - 3 내지 O - 3은, 어느 하나의 성분이 본 발명 범위를 벗어나 있다. 조직은, 번호 H - 3은 페라이트 조직, 번호 O - 3은 페라이트와 파라이트 조직이었다. Ar1점 ＋ 50 ℃ 이하의 냉각 속도가 5℃/초 미만이었기 때문에, 번호 O - 3은 페라이트가 생성되고, 번호 H - 3은 상기에다가 C 함유량이 0.005 ％로 적기 때문에, 페라이트 단상(單相)이 되었다. 평균 페라이트 결정 입경은, 번호 K - 3, M - 3, N - 3 이외의 것은 20 ㎛ 미만이었다. 열간 압연 종료 후, Ar1점 ＋ 50 ℃까지의 냉각 속도가 10 ℃/초 초과하였기 때문에, 평균 페라이트 결정 입경이 작아졌다. 번호 I - 3, J - 3, K - 3, L - 3, M - 3, N - 3의 마르텐사이트나 베이나이트를 포함하는 조직으로 되어 있는 것에 대해서는, 모두 베이나이트 함유율 및 마르텐사이트 함유율이 바람직한 범위인 15 ％를 초과하고 있었다. 열간 압연 종료 후의 냉각에 있어서, Ar1점 ＋ 50 ℃보다도 높은 온도로부터 냉각을 개시하였으므로, 페라이트 변태가 진행되지 않고 베이나이트 혹은 마르텐사이트의 함유율이 높아졌다. 5 ％ 예비 왜곡 재료의 항복비(YR)는 93 내지 95 ％였다.
본 발명에 의해, Cr 함유량을 억제하여 저가격화 및 용접부 품질을 열화시키는 Cr 산화물의 생성을 억제하는 동시에, C 함유량 상한을 높여 상온 인장 강도를 높일 수 있는 항복비가 낮은 강관을 얻을 수 있다.

Claims (10)

  1. 질량 ％로, C : 0.01 내지 0.20 ％, Si : 0.05 내지 1.0 ％, Mn : 0.1 내지 2.0 ％, Al : 0.001 내지 0.05 ％를 포함하고, 잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 강이며, 그 미크로 조직이 페라이트에다가, 또한 파라이트와 세멘타이트 중 1 종류 이상으로 이루어지며, 평균 페라이트 결정 입경이 20 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 항복비가 낮은 강관.
  2. 제1항에 있어서, 미크로 조직이 구형화 파라이트 혹은 구형화 세멘타이트를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 항복비가 낮은 강관.
  3. 제2항에 있어서, 평균 파라이트 결정 입경 혹은 세멘타이트의 평균 입경이 20 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 항복비가 낮은 강관.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 질량 ％로, Nb : 0.01 내지 0.5 ％, N : 0.001 내지 0.01 ％ 중 1 종류 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 항복비가 낮은 강관.
  5. 질량 ％로, C : 0.03 내지 0.20 ％, Si : 0.05 내지 1.0 ％, Mn : 0.1 내지 2.0 ％, Al : 0.001 내지 0.05 ％, Nb : 0.01 내지 0.5 ％, N : 0.001 내지 0.01％를 포함하고, 잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 강이며, 그 미크로 조직이 페라이트 및 베이나이트로 이루어지며, 평균 페라이트 결정 입경이 20 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 항복비가 낮은 강관.
  6. 제5항에 있어서, 베이나이트 함유율이 체적 분율 1 내지 15 ％인 것을 특징으로 하는 항복비가 낮은 강관.
  7. 질량 ％로, C : 0.03 내지 0.20 ％, Si : 0.05 내지 1.0 ％, Mn : 0.1 내지 2.0 ％, Al : 0.001 내지 0.05 ％, Nb : 0.01 내지 0.5 ％, N : 0.001 내지 0.01 ％를 포함하고, 잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 강이며, 그 미크로 조직이 페라이트, 마르텐사이트 및 베이나이트 혹은 페라이트 및 마르텐사이트로 이루어지며, 평균 페라이트 결정 입경이 20 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 항복비가 낮은 강관.
  8. 제7항에 있어서, 베이나이트 함유율이 체적 분율 1 내지 15 ％ 및 혹은 마르텐사이트 함유율이 체적 분율 1 내지 15 ％인 것을 특징으로 하는 항복비가 낮은 강관.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 질량 ％로, Ti : 0.005 내지 0.1 ％, B : 0.0001 내지 0.005 ％ 중 1 종류 또는 2 종류를 함유하는 것을 특징으로하는 항복비가 낮은 강관.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 질량 ％로, V : 0.01 내지 0.5 ％, Cu : 0.01 내지 1 ％, Ni : 0.01 내지 1 ％, Cr : 0.01 내지 1 ％, Mo : 0.01 내지 1 ％ 중 1 종류 혹은 2 종류 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 항복비가 낮은 강관.
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