KR20060130551A

KR20060130551A - 저온에서 초고강도 및 우수한 인성을 가지는 저탄소 합금강철 튜브 및 그것을 제조하는 방법

Info

Publication number: KR20060130551A
Application number: KR1020067006791A
Authority: KR
Inventors: 에드가르도 오스카 로페즈; 에듀아르도 알트스쿨레르
Original assignee: 테나리스 커넥션즈 아.게.
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2004-10-11
Publication date: 2006-12-19
Also published as: JP2007508452A; CA2540000C; ATE541060T1; BRPI0415340A; CA2540000A1; EP1678335B1; BRPI0415340B1; KR101178954B1; WO2005035800A1; US20050076975A1; EP1678335A1

Abstract

저탄소 합금 강철 튜브 및 동일물을 제조하는 방법. 강철 튜브는 중량%로 약 0.06%~약 0.18% 탄소; 약 0.5%~약 1.5% 망간; 약 0.1%~약 0.5% 규소; 약 0.015%까지의 황; 약 0.025%까지의 인; 약 0.50까지의 니켈; 약 0.1%~약 1.0% 크롬; 약 0.1%~약 1.0% 몰리브덴; 약 0.01%~약 0.10% 바나듐; 약 0.01%~약 0.10% 티타늄; 약 0.05%~약 0.35% 구리; 약 0.010%~약 0.050% 알루미늄; 약 0.05%까지의 니오브; 약 0.15%까지의 잔여 원소; 및 밸런스 철 및 부수적인 불순물로 필수적으로 이루어진다. 강철은 약 145ksi 이상의 인장 강도를 가지고 -60°만큼 낮은 온도에서 연성 행동을 나타낸다.

템퍼링, 냉간압연

Description

저온에서 초고강도 및 우수한 인성을 가지는 저탄소 합금 강철 튜브 및 그것을 제조하는 방법{LOW CARBON ALLOY STEEL TUBE HAVING ULTRA HIGH STRENGTH AND EXCELLENT TOUGHNESS AT LOW TEMPERATURE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 출원은 2003년 10월 10일에 출원된 미국 가출원번호 60/509,806 및 2004년 10월 5일에 출원된 미국 비-가출원번호의 이득을 주장한다.

본 발명은 저온에서 초고강도 및 우수한 인성을 가진 저탄소 합금 강철 튜브 및 또한 그러한 강철 튜브를 제조하는 방법에 관한 것이다. 강철 튜브는 자동차 제지 시스템 부품을 위한 용기를 위한 부품을 제조하는데 특히 적합한데, 그 예로는 자동차 에어백 팽창기가 있다.

차량 승객 속박 시스템용 에어백 팽창기는 엄격한 구조적 및 기능적 기준을 충족시키기 위해 필요하다. 따라서, 엄격한 절차 및 인내가 제조 처리에 부과된다. 현장 경험은 당업이 과거의 구조적 및 기능적 기준을 충족시키는데 성공적이었다는 것을 나타내고, 동시에 제조 원가의 지속적인 감소도 또한 중요하지만, 개선되고 그리고/또는 신규한 특성들이 진화된 요건을 충족시키기 위해 필요하다.

에어백 또는 보충 제지 시스템은 오늘날의 많은 차량에서 중요한 안전상의 특징이다. 과거에, 에어백 시스템은 폭발성 화학물질을 이용하는 유형이었으나, 그 것들은 값이 비싸고 환경 및 재활용 상의 문제들 때문에, 최근에는, 아르곤 가스 또는 유사물로 채워진 강철 튜브로 만들어진 축적기(accumulator)를 사용하는 신규한 유형의 팽창기가 개발되었고, 이 유형이 점차로 사용되고 있다.

상기에 언급된 축적기는 자동차 충돌시 단일 또는 다중 단계 파열(burst)로, 에어백으로 불어 넣어지는 고압의 가스 또는 유사물을 평상시에 보존하는 용기이다. 따라서, 그러한 축적기로서 사용되는 강철 튜브는 극히 짧은 기간의 시간에 높은 스트레인 속도로 압력을 받아야 한다. 따라서, 보통의 압력 실린더와 같은 단순한 구조와 비교하여, 상기에 언급된 강철 튜브는 뛰어난 치수 정밀도, 가공성, 및 용접성을 가질 필요가 있고 그것은 또한 고강도, 인성, 및 파열(bursting)에 대한 우수한 저항력을 가져야 한다. 치수 정밀도는 에어백에 불어 넣는 가스의 매우 정확한 부피를 보증하기 위해 중요하다.

냉간성형 특징은 이음매없는 튜브가 제조된 후에 그것들이 최종 형상으로 성형되기 때문에 축적기를 제조하는데 사용되는 튜브의 부재(members)에 매우 중요하다. 용기 배치에 의존하는 다른 형상들이 냉간성형에 의해 얻어질 것이다. 냉간성형 후에 균열 및 표면상의 결함이 없는 압력 용기를 얻는 것이 중요하다. 더욱이, 냉간성형 후에 저온에서조차 매우 우수한 인성을 가지는 것이 극히 중요하다.

개발된 강철은 매우 우수한 용접성을 갖고, 본 출원에 대해 용접 전 예열이나 용접 후 열처리가 요구되지 않는다. 하기식에 의해 정의된 것과 같은 탄소 당량(equivalent)은,

Ceq = %C + %Mn/6 + (%Cr+%Mo+%V)/5 + (%Ni+%Cu)/15

요구되는 용접성을 얻기 위해 약 0.63% 미만이어야 한다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기에 정의된 것과 같이 탄소 당량은 용접성을 더 잘 보증하기 위해 약 0.60% 미만이어야 한다.

가스 용기를 제조하기 위해, 본 발명에 따라 만들어진 냉간-인발된 튜브가 길이로 절단되고 그 후에 다른 알려진 기술(크림핑, 스웨이징, 또는 동종의 방법)을 사용하여 냉간성형된다. 선택적으로, 용접된 튜브가 사용될 수 있었다. 그 다음에, 축적기를 제조하기 위해, 말단 캡(cap) 및 확산기(diffuser)가 마찰 용접, 가스 텅스텐 아크 용접 또는 레이저 용접과 같은 적절한 기술에 의해 용기의 각 말단에 용접되었다. 이러한 용접은 매우 중요하고, 그 자체로 상당한 노동 및, 어떤 경우에는 압력 용기 및 에어백 전개를 통하여 용접 완전성을 보증하는 시험을 필요로 한다. 이들 용접은 금이 가거나 실패할 수 있다는 것이 관찰되었고, 따라서 축적기의 완전성 및 가능하게는 에어백의 작동을 위태롭게 한다.

팽창기는 에어백 전개 중에 그것들의 구조적 완전성을 유지하는 것을 보증하도록 시험된다. 그러한 시험들 중 하나는 소위 파열 시험이다. 이것은 캐니스터가일반적인 운영상의 사용 즉, 에어백 전개 중에 기대되는 것보다 상당히 더 높은 내부 압력을 받는 파괴-형 시험이다. 이러한 시험에서, 팽창기는 파열이 일어날 때까지 증가된 내부 압력을 받는다.

파열 시험을 재검토하고 이러한 시험으로부터의 시험 캐니스터 견본을 연구하는데 있어서, 파괴가 다른 선택적 방법을 통해 일어난다는 것이 밝혀졌다: 연성 파괴, 취성 파괴(brittle fracture), 및 때때로 이러한 두 방식의 조합. 연성 파괴에서 개방된 벌지(bulge)(파열하는 기포에 의해 나타나는 것과 같이)에 의해 예시되는 결과된(outturned) 파열(rupture)이 일어난다는 것이 관찰되었다. 파열된(ruptured) 표면은 튜브 외부 표면에 대하여 대략 45도 기울어져 있고, 대상(subject) 영역 내로 국한된다. 취성 파괴에서는, 한편, 팽창기의 길이를 따라 비-제지된(non-arresting) 길이 방향의 균열이 나타나고, 그것은 재료에서 취성 구역을 나타낸다. 이 경우에, 파괴 표면은 튜브 외부 표면에 일반적이다. 이러한 파괴의 두 방식은 주사 전자 현미경하에서 관찰될 때 독특한 표면을 가진다 - 갈라짐이 취성의 표시이지만, 딤플(dimples)은 연성 파괴의 특징이다.

때때로, 이러한 두 파괴 방식의 조합이 관찰될 수 있고, 취성 균열은 연성의, 파열된 영역으로부터 전파될 수 있다. 에어백 팽창기를 포함하는 전체 시스템은 매우 다른 기후에서 작동하는 차량에 이용될 수 있기 때문에, 재료는 매우 차가운 온도에서 더운 온도까지의, 폭넓은 온도 범위에 걸쳐 연성 행동을 나타낸다는 것이 중요하다.

본 발명의 요약

본 발명은 초고강도(최소 UTS 145 ksi), 및, 그 결과로서 매우 높은 파열 압력을 가지는 냉간성형에 적절한 저탄소 합금 강철 튜브에 관한 것이다. 더욱이, 강철은 저온에서 훌륭한 인성을 가지고, -60℃, 즉, -60℃ 미만의 연성-취성 천이 온도(DBTT), 및 가능하게는 심지어 -100℃만큼 낮은 온도에서 보증된 연성 행동을 가진다. 본 발명은 또한 그러한 강철 튜브를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

본 발명의 재료는 자동차 제지 시스템 부품을 위한 용기를 위한 부품을 만들기 위해 설계되고, 그 예로는 자동차 에어백 팽창기가 있다.

본 발명은 여러 형태로 구현예를 받아들일 수 있지만, 본 발명 개시는 본 발명의 예시라고 간주되고 설명된 특정 구현예로 본 발명을 한정하도록 의도되지 않은 것이라는 이해를 가지고 현재 바람직한 구현예가 이후에 기술될 것이다.

본 발명은 저장된 가스 팽창기 압력 용기에 사용되는 강철 관(tubing)에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 -60℃에서 보증된 연성 행동, 즉, -60℃ 미만의 연성-취성 천이 온도를 가진 이음매없는(seamless) 압력 용기 적용을 위한 저탄소 초고강도 강철 등급(grade)에 관한 것이다.

더 상세하게는, 본 발명은 화학 조성 및 팽창기를 제조하기 위해 사용되는 이음매없는 강철 관을 얻기 위한 제조 방법에 관한 것이다.

이음매없는 저탄소 초고강도 강철을 제조하는 방법의 개략적인 설명은 하기와 같다.

1. 강철 제조

2. 강철 주조

3. Tue 열간압연(hot rolling)

4. 열간압연된 중공(hollow) 마감 작업

5. 냉간인발

6. 열처리

7. 냉간-인발 튜브 마감 작업

강철-제조 처리의 주된 목적들 중의 하나는 탄소, 규소, 황, 인, 및 망간의 제거에 의해 철을 정련하는 것이다. 특히, 황 및 인은 그것들이 재료의 기계적 특성을 악화시키기 때문에 강철을 위해 불리하다. 레이들 야금이 기초 강철 제조 작업에서의 더 빠른 처리를 허용하는 특정 정제 단계를 수행하기 위한 기초 처리 전 또는 후에 사용된다.

강철-제조 처리는 생성물에 의해 필요로 되는 높은 인성을 얻기 위해 차례로 중요한, 매우 낮은 황 및 인 함량을 얻도록 극도의 청정한 실행 하에 수행된다. 따라서, ASTM E45 기준 - Worst Field 방법(방법 A)의 지침 하에 수준 2 또는 2 미만의 -박(thin) 시리즈, 및 수준 1 또는 1 미만의 -중(heavy) 시리즈-의 봉입체(inclusion)의 목적이 부과되었다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기에 언급된 기준에 따라 측정되듯이 최대 미세봉입체 함량은 하기 표와 같아야 한다.

더욱이, 극도의 청정 실행은 크기에서 30㎛ 이하를 가진 특대 봉입체 함량을 얻는 것을 허용한다. 이러한 봉입체 함량은 총 산소 함량을 20ppm으로 제한하면서 얻어진다.

이차 야금에서 극도의 청정 실행은 봉입체와 불순물을 부양시키기 위해 레이 들 용광로에서 불활성 기체를 버블링함으로써 수행된다. 불순물과 봉입체를 흡수시킬 수 있는 유체 슬래그의 생성, 및 SiCa의 액체 강철로의 첨가에 의한 봉입체의 크기와 형상 변경은 저 봉입체 함량을 가진 고품질 강철을 만들어낸다.

얻어진 강철의 화학적 조성은 하기와 같을 것이다. 각각의 경우에 "%"는 "질량 퍼센트"를 의미한다:

탄소(C)

C는 강철의 강도를 저렴하게 상승시키는 원소이지만, 그것의 함량이 0.06% 미만이라면 원하는 강도를 얻는 것이 어렵다. 한편, 강철이 0.18%를 초과하는 C 함량을 가지면, 그러면 냉간(cold) 가공성, 용접성, 및 인성이 감소한다. 그러므로, C 함량 범위는 0.06%~0.18%이다. C 함량의 바람직한 범위는 0.07%~0.12%, 및 심지어 더 바람직한 범위는 0.08~0.11%이다.

망간(Mn)

Mn은 강철의 경화가능성을 증가시키는데 효과적인 원소이고, 따라서 그것은 강도와 인성을 증가시킨다. 그것의 함량이 0.5% 미만이면 원하는 강도를 얻는 것이 어렵고, 반면에 그것이 1.5%를 초과하면, 그러면 밴딩(banding) 구조가 남게 되고, 인성은 감소한다. 따라서, Mn 함량은 0.5%~1.5%이다. 하지만, 바람직한 Mn 범위는 1.00%~1.40%이고, 더 바람직한 범위는 1.03%~1.18%이다.

규소(Si)

Si는 강철 제조 처리 중에 탈산소 효과를 가지는 원소이고 또한 강철의 강도를 증가시킨다. Si 함량이 0.10% 미만이면, 강철은 산화에 영향을 받기 쉽고, 한편 그것이 0.50%를 초과하면, 그러면 둘 다의 인성과 가공성이 감소한다. 그러므로, Si 함량은 0.1%~0.5%이다. 바람직한 Si 범위는 0.15%~0.35%이다.

황(S)

S는 강철의 인성의 감소를 일으키는 원소이다. 따라서, S 함량은 최대 0.015%로 제한된다. 바람직한 최대값은 0.010%이고, 더 바람직한 최대값은 0.003%이다.

인(P)

P는 강철의 인성의 감소를 일으키는 원소이다. 따라서, P 함량은 최대 0.025%로 제한된다. 바람직한 최대값은 0.015%이고, 더 바람직한 최대값은 0.012%이다.

니켈(Ni)

Ni은 강철의 강도와 인성을 증가시키는 원소이지만, 그것은 매우 값비싸고, 따라서 Ni는 최대 0.50%로 제한된다. 바람직한 최대값은 0.20%이고 더 바람직한 최대값은 0.10%이다.

크롬(Cr)

Cr은 강철의 강도, 인성, 및 내식성을 증가시키는데 효과적인 원소이다. 그것의 함량이 0.10% 미만이면, 원하는 강도를 얻기가 어렵다. 반면에 그것이 1.0%를 초과하면, 그러면 용접 구역에서의 인성은 현저하게 감소된다. 따라서, Cr 함량은 0.1%~1.0%이다. 하지만, 바람직한 Cr 범위는 0.55~0.80%이고, 더 바람직한 범위는 0.63%~0.73%이다.

몰리브덴(Mo)

Mo은 강철의 강도를 증가시키는데 효과적인 원소이고 템퍼링 중에 연화를 지체시키는데 기여한다. 그것의 함량이 0.10% 미만이면, 원하는 강도를 얻기가 어렵고, 반면에 그것이 1.0%를 초과하면, 그러면 용접 구역에서의 인성은 현저하게 감소한다. 따라서, Mo 함량은 0.1%~1.0%이다, 하지만, 이 철합금은 값비싸서 최대 함량을 낮추도록 할 필요성이 있다. 그러므로, 바람직한 Mo 범위는 0.30%~0.50%이고, 더 바람직한 함량은 0.40%~0.45%이다.

바나듐(V)

V은 소량으로 첨가되더라도, 강철의 강도를 증가시키는데 효과적인 원소이고, 템퍼링 중에 연화를 지체시키는 것을 허용한다. V 함량은 0.01%~0.1%가 최적이라는 것이 밝혀져 있다. 하지만, 이 합금철은 값이 비싸서 최대 함량을 낮추도록 할 필요성이 있다. 그러므로, 바람직한 V 범위는 0.01%~0.07%이고, 더 바람직한 범위는 0.03%~0.05%이다.

티타늄(Ti)

Ti은 소량으로 첨가되더라도, 강철의 강도를 증가시키는데 효과적인 원소이다. Ti 함량은 0.01%~0.1%가 최적이라는 것이 밝혀져 있다. 하지만, 이 합금철은 값이 비싸서 최대 함량을 낮추도록 할 필요성이 있다. 그러므로, 바람직한 Ti 범위는 0.01%~0.05%이고, 더 바람직한 범위는 0.025%~0.035%이다.

구리(Cu)

이 원소는 파이프의 내식성을 향상시키고, 그러므로 Cu 함량은 0.05%~0.35% 의 범위이고 더 바람직한 범위는 0.15%~0.30%이다.

알루미늄(Al)

이 원소는 봉입체 함량을 감소시키고 강철 입자(grain)를 정련하기 위해 강철 제조 처리 중에 강철에 첨가된다. 바람직한 Al 함량은 0.010%~0.050%의 범위이다

상기에 기재되지 않은 다른 원소들의 바람직한 범위는 하기와 같다:

원소 중량

니오브 최대 0.05%

Sn 최대 0.05%

Sb 최대 0.05%

Pb 최대 0.05%

As 최대 0.05%

관 또는 체임버를 제조하기 위해 사용되는 강철의 단일 레이들에서의 잔여 원소는 하기와 같을 것이다:

Sn+Sb+Pb+As ≤ 최대 0.15%, 및

S+P ≤ 0.025 일 것이다.

다음 단계는 이음매없는 강철 튜브를 성형하기 위해 구멍 뚫리고 압연될 수 있는 고형 강철 막대를 제조하기 위한 강철 주조이다. 강철은 강철 공장에서 둥근 고형 강편으로 주조되고, 강철축을 따라 균일한 직경을 가진다.

초고청정 철강의 고형 실린더형 강편은 약 1200℃~1300℃의 온도로 가열되 고, 이 온도에서 압연기 처리를 받는다. 바람직하게는, 강편은 약 1250℃의 온도로 가열되고, 그 후에 압연기를 통과한다. 바람직하게는 알려진 Manessmann 처리를 사용하여, 강편에 구멍이 뚫리고, 그 후에 그 길이가 열간압연중에 상당히 증가하는 반면에 외부 직경 및 벽 두께는 상당히 감소된다. 예를 들면, 148mm 외부 직경 고형 막대는 3.25mm의 벽 두께를 가진, 48.3mm 외부 직경 열간압연된 튜브로 열간압연된다.

열간압연된 튜브의 횡단 영역에 대한 고형 강편의 횡단 영역의 비율로써 측정된 횡단 영역 감소는 원하는 기계적 특성을 얻는데 필요한, 정련된 미세구조를 얻기 위해 중요하다. 그러므로, 최소 횡단 영역 감소는 15:1이고, 각각 바람직하게는 20:1 및 가장 바람직하게는 25:1의 최소 횡단 영역 감소를 가진다.

그렇게 제조된 초고청정 철강의 이음매없는 열간압연된 튜브는 실온으로 냉각된다. 그렇게 제조된 초고청정 철강의 이음매없는 열간압연된 튜브는 둘 다의 튜브 주위의 원주로 및 튜브 축을 따라 길이로, 대략 균일한 벽 두께를 가진다.

열간압연된 튜브는 그 후에 예를 들면 2~4 조각으로 길이로 절단되는 것과 같은, 다른 마감 단계를 통과하고, 그것의 말단은 잘라지고 필요하다면 알려진 회전식 교정 장치로 교정되고, 전자기 시험 또는 초음파 시험과 같은, 하나 이상의 다른 알려진 기술에 의해 비-파괴적으로 시험된다.

열간압연된 튜브의 각각의 조각의 표면은 그 후에 냉간인발을 위해 적절히 조건이 조절된다. 이 조건조절은 산 용액에 침지에 의한 산세(pickling) 및 알려진 징크 포스페이트 및 소디움 에스테아라테 조합, 또는 반응 기름과 같은 윤활제의 적절한 층을 적용시키는 것을 포함한다. 표면 조건조절 후에 이음매없는 튜브는 냉간인발되고, 인발된 튜브의 외부 직경보다 더 작은 직경을 가진 외부 다이를 통해 그것을 잡아당긴다. 대부분의 경우에, 튜브의 내부 표면은 또한 심봉이 인발중에 다이에 가까이 유지되도록, 로드의 한 끝에 고정된 내부 심봉에 의해 지지된다. 이러한 인발 작업은 실온 이상으로 튜브를 사전에 가열하는 필요성 없이 수행된다.

이음매없는 튜브는 최소한 한 번 그렇게 냉간인발되고, 각각의 통과(pass)는 외부 직경 및 튜브의 벽 두께를 둘 다 감소시킨다. 그렇게 제조된 냉간-인발된 강철 튜브는 튜브 축을 따라 균일한 외부 직경을 가지고, 튜브 주위 원주로 및 튜브 축을 따라 길이로 둘 다 균일한 벽 두께를 가진다. 그렇게 냉간-인발된 튜브는 바람직하게는 10~70mm의 외부 직경, 및 바람직하게는 1~4mm의 벽 두께를 가진다.

냉간-인발된 튜브는 그 후에 오스테나이트 화(austenizing) 용광로에서 최소한 상위의 오스테나이트화 온도, 또는 Ac3(여기에 개시된 특정 화학에 대해, 약 880℃임), 그러나 바람직하게는 약 920℃ 초과 및 약 1050℃ 미만의 온도로 열처리된다. 이 최대 오스테나이트화 온도는 입자 조잡화를 피하기 위해 부과된다. 이 처리는 연료 용광로 또는 유도-형 용광로에서 수행될 수 있지만, 바람직하게는 후자에서 수행될 수 있다. 용광로에서 전이 속도는 사용된 용광로의 형태에 강하게 의존한다. 이러한 적용에 의해 필요로 되는 높은 표면 품질은 유도형 용광로가 사용되면 더 잘 얻어진다는 것이 밝혀졌다. 이것은 산화가 일어나는 것을 방해하는, 매우 짧은 전이 시간이 관련되는, 유도 처리의 성질때문이다. 바람직하게는, 오스테나이트화 가열 속도는 적어도 초당 약 100℃이지만, 더 바람직하게는 적어도 초당 약 200℃이다. 극히 높은 가열 속도 및, 그 결과로써 매우 낮은 가열 시간은 매우 우수한 입자 미세구조를 얻는데 중요하고, 요구되는 기계적 특성을 차례로 보증한다.

더욱이, 유도 용광로의 코일 내부 직경에 의해 정의되는 둥근 영역에 대한 튜브의 외부 직경에 의해 정의되는 둥근 영역의 비율로써 정의되는, 적절한 충전 인자는 요구되는 높은 가열 속도를 얻기 위해 중요하다. 최소 충전 인자는 약 0.16이고, 바람직한 최소 충전 인자는 약 0.36이다.

용광로의 출구 구역에서 또는 가까이에서 튜브는 적절한 담금질 유체에 의해 담금질된다. 담금질 유체는 바람직하게는 물 또는 물-기초 담금질 용액이다. 튜브 온도는 바람직하게는 적어도 초당 약 100℃의 속도로, 더 바람직하게는 적어도 초 당 약 200℃의 속도로, 주위 온도로 급속히 떨어진다. 이러한 극히 높은 냉각 속도는 완전한 미세구조 변형을 얻기 위해 중요하다.

강철 튜브는 그 후에 적절한 온도와 순환 시간으로 Ac1 미만의 온도에서 템퍼링된다. 바람직하게는, 템퍼링 온도는 약 400-600℃이고 더 바람직하게는 약 450-550℃이다. 담금 시간은 매우 우수한 온도 균질성을 보증하기에 충분할 정도로 길 것이지만, 그것이 너무 길면, 원하는 기계적 특성이 얻어지지 않는다. 따라서, 약 2-30분, 바람직하게는 약 4-20분의 담금 시간이 사용되었다. 템퍼링 처리는 바람직하게는 보호 감소 또는 튜브의 탈탄소 및 산화를 피하기 위해 중성의 대기에서 수행된다.

그렇게 제조된 초고강도 강철 튜브는 다른 마감 단계를 통과하고, 알려진 회 전식 교정 장치에서 교정되고 하나 이상의 알려진 기술에 의해 비-파괴적으로 시험된다. 바람직하게는, 이런 종류의 적용에 대해 튜브는 둘 다의 알려진 초음파 및 전자기적 기술에 의해 시험되어야 한다.

열처리 후에 관은 원하는 외형과 매우 낮은 표면 조도(roughness)를 가진 튜브를 얻기 위해 화학적으로 처리될 수 있다. 예를 들면, 튜브는 황산 및 염산 용액에서 산세될 수 있고, 징크 포스페이트를 사용하여 인산화되고 석유-기초 기름, 물-기초 기름, 또는 미네랄 오일을 사용하여 기름이 쳐질 수 있었다.

기술된 방법에 의해 얻어진 강철 튜브는 본 발명에 대해 언명된 요건에 따르기 위해 하기 기계적 특성을 가질 것이다.

항복 강도(yield strength) 최소 약 125ksi(862MPa)

더 바람직하게는 최소 135ksi(930Mpa)

인장 강도 최소 약 145ksi(1000MPa)

연신율 최소 약 9%

경도 최대 약 40 HRC

더 바람직하게는 최대 37 HRC

항복 강도, 인장 강도, 연신율, 및 경도 시험은 기준 ASTM E8 및 ASTM A370에 기술된 절차에 따라 수행될 것이다. 인장력 시험에 대해, 전체 튜브 부분을 평가하기 위한 완전한 크기 견본이 바람직하다.

직선교정 시험은 178.65절, 49 CFR 중의 명세서 도트 39의 요건에 따를 것이다. 따라서, 튜브 부분은 반대편이 6배의 튜브 벽 두께로 떨어질 때까지, 60도 각 도로 각진 V-형 공구로 평평화될 때 균열이 생기지 않을 것이다. 이것은 개발된 강철에 의해 완전히 충족된다.

강도와 인성 사이의 우수한 균형을 얻기 위해, 이전의(때때로 전자로서 불린다) 오스테나이트 입자 크기는 ASTM E-112 기준에 따라 측정되듯이, 바람직하게는 7이거나 더 미세하고 더 바람직하게는 9이거나 더 미세할 것이다. 이것은 오스테나이트처리 중에 극히 짧은 열 순환 덕분에 달성된다.

기술된 방법에 의해 얻어진 강철 튜브는 본 발명에 대해 언명된 요건에 따르기 위해 언명된 특성을 가질 것이다.

당업계의 수요는 가치를 낮추기 위한 거칠기(roughness) 요건을 계속적으로 가하고 있다. 본 발명은 예를 들면, 외부 및 내부 표면 둘 다에서, 최대 3.2 microns의 마감된 관의 표면 마감으로 우수한 시각적 외관을 가지고 있다. 이 요건은 냉간인발, 짧은 오스테나이트화 시간, 감소 또는 중성 대기 템퍼링, 및 처리의 다른 단계에서 적절한 표면 화학물질 조건조절을 통해 얻어진다.

수폭발(hydroburst) 압력 시험은 예를 들면, 튜브 말단에 평강판을 용접함으로써와 같이, 튜브 부분의 말단을 봉인함으로써 수행될 것이다. 완전한 후프 스트레스가 개발될 수 있도록 300mm 튜브 부분(section)이 속박 없이(constraint free) 남아 있는 것이 중요하다.

튜브 부분의 여압은 펌핑 오일, 물, 알콜 또는 그것들의 혼합물에 의해 수행될 것이다.

파열 시험 압력 요건은 튜브 크기에 의존한다. 파열이 시험되면, 초고강도 강철 이음매없는 튜브는 -60℃에서 보증되는 연성 행동을 가진다. 생성된 샘플에 대해 수행된 시험은 이 등급이 -60℃ 미만의 연성-취성 천이 온도를 가지면서, -60℃에서 보증된 연성 행동을 가진다는 것을 보여준다.

발명자는 Charpy 충격 시험(ASTM E23에 따라) 대신에, 훨씬 더 대표적인 검증 시험이 파열(burst) 시험이라는 것을 발견했고, 주위 및 낮은 온도로 수행된다. 이것은 이러한 생성물에서 비교적 얇은 벽 두께 및 작은 외부 직경이 이용된다는 사실 때문이고, 그러므로 Charpy 충격 시험을 위한 기준 ASTM 견본은 가로 방향으로 튜브로부터 규격화될 수 없다. 더욱이, 이러한 서브사이즈 샤르피 충격 탐침을 얻기 위해, 직선교정 변형은 만곡된 튜브 탐침에 적용되어야 한다. 이것은 특히 특정 충격 강도에서, 강철 기계적 특성에 대한 민감한 효과를 가진다. 그러므로, 대표적인 충격 시험이 이 절차로 얻어지지 않는다.

Claims

중량%로 약 0.06%~약 0.18% 탄소; 약 0.5%~약 1.5% 망간; 약 0.1%~약 0.5% 규소; 약 0.015%까지의 황; 약 0.025%까지의 인; 약 0.50까지의 니켈; 약 0.1%~약 1.0% 크롬; 약 0.1%~약 1.0% 몰리브덴; 약 0.01%~약 0.10% 바나듐; 약 0.01%~약 0.10% 티타늄; 약 0.05%~약 0.35% 구리; 약 0.010%~약 0.050% 알루미늄; 약 0.05%까지의 니오브; 약 0.15%까지의 잔여 원소; 및 밸런스 철 및 부수적인 불순물로 필수적으로 이루어진 저탄소 합금 강철 튜브로, 여기서 강철 튜브는 약 145ksi 이상의 인장강도를 가지고 -60°미만의 연성-취성 천이 온도를 갖는 저탄소 합금 강철 튜브.
제 1항에 있어서, 강철 튜브는 중량%로, 약 0.07%~약 0.12% 탄소; 약 1.00%~약 1.40% 망간; 약 0.15%~약 0.35% 규소; 약 0.010%까지의 황; 약 0.015%까지의 인; 약 0.20까지의 니켈; 약 0.55%~약 0.80% 크롬; 약 0.30%~약 0.50% 몰리브덴; 약 0.01%~약 0.07% 바나듐; 약 0.01%~약 0.05% 티타늄; 약 0.15%~약 0.30% 구리; 약 0.010%~약 0.050% 알루미늄; 약 0.05%까지의 니오브; 약 0.15%까지의 잔여 원소; 및 밸런스 철 및 부수적인 불순물로 필수적으로 이루어진 것인 저탄소 합금 강철 튜브.
제 1항에 있어서, 강철 튜브는 중량%로, 약 0.08%~약 0.11% 탄소; 약 1.03%~ 약 1.18% 망간; 약 0.15%~약 0.35% 규소; 약 0.003%까지의 황; 약 0.012%까지의 인; 약 0.10까지의 니켈; 약 0.63%~약 0.73% 크롬; 약 0.40%~약 0.45% 몰리브덴; 약 0.03%~약 0.05% 바나듐; 약 0.025%~약 0.035% 티타늄; 약 0.15%~약 0.30% 구리; 약 0.010%~약 0.050% 알루미늄; 약 0.05%까지의 니오브; 약 0.15%까지의 잔여 원소; 및 밸런스 철 및 부수적인 불순물로 필수적으로 이루어진 것인 저탄소 합금 강철 튜브.
제 1항에 있어서, 강철 튜브는 약 125ksi 이상의 항복 강도를 가지는 것인 저탄소 합금 강철 튜브.
제 1항에 있어서, 강철 튜브는 약 135ksi 이상의 항복 강도를 가지는 것인 저탄소 합금 강철 튜브.
제 1항에 있어서, 강철 튜브는 약 9% 이상의 파단 시의 연신율을 가지는 것인 저탄소 합금 강철 튜브.
제 1항에 있어서, 강철 튜브는 약 40 HRC 이하의 경도를 가지는 것인 저탄소 합금 강철 튜브.
제 1항에 있어서, 강철 튜브는 약 37 HRC 이하의 경도를 가지는 것인 저탄소 합금 강철 튜브.
제 1항에 있어서, 강철 튜브는 약 0.63 미만의 탄소 동등물을 가지고, 탄소 동등물은 하기 식에 따라 결정되는 것인 저탄소 합금 강철 튜브:

Ceq = %C + %Mn/6 + (%Cr+%Mo+%V)/5 + (%Ni+%Cu)/15
제 9항에 있어서, 강철 튜브는 약 0.60% 미만의 탄소 동등물을 가지고 있는 것인 저탄소 합금 강철 튜브.
제 9항에 있어서, 강철 튜브는 약 0.56% 미만의 탄소 동등물을 가지고 있는 것인 저탄소 합금 강철 튜브.
제 1항에 있어서, 강철 튜브는 ASTM E45 기준 - Worst Field 방법(방법 A)에 따라 측정된, 2 또는 2 미만의 -박 시리즈--, 및 레벨 1 또는 1 미만의 --중 시리즈--의 최대 미세봉입체(microinclusion) 함량을 가지는 것인 저탄소 합금 강철 튜브.
제 1항에 있어서, 강철 튜브는 ASTM E45 기준 - Worst Field 방법(방법 A)에 따라 측정된 최대 미세봉입체 함량을 가지는 것인 저탄소 합금 강철 튜브:
제13항에 있어서, 크기에서 30㎛ 이하를 가진 특대의 봉입체 함량이 얻어지는 것인 저탄소 합금 강철 튜브.
제 14항에 있어서, 총 산소 함량은 20ppm으로 제한되는 것인 저탄소 합금 강철 튜브.
제 1항에 있어서, 상기 튜브는 이음매없는 구조배치를 가지는 것인 저탄소 합금 강철 튜브.
제 1항의 저탄소 합금 강철 튜브를 포함하고 있는 저장된 가스 팽창기 압력 용기.
제 1항의 저탄소 합금 강철 튜브를 포함하고 있는 자동차 에어백 팽창기
중량%로 약 0.08%~약 0.11% 탄소; 약 1.03%~약 1.18% 망간; 약 0.15%~약 0.35% 규소; 약 0.003%까지의 황; 약 0.012%까지의 인; 약 0.10까지의 니켈; 약 0.63%~약 0.73% 크롬; 약 0.40%~약 0.45% 몰리브덴; 약 0.03%~약 0.05% 바나듐; 약 0.025%~약 0.035% 티타늄; 약 0.15%~약 0.30% 구리; 약 0.010%~약 0.050% 알루미늄; 약 0.05%까지의 니오브; 약 0.15%까지의 잔여 원소; 및 밸런스 철 및 부수적인 불순물로 필수적으로 이루어진 저탄소 합금 강철 튜브로, 여기서 강철 튜브는 약 135ksi 이상의 항복 강도, 약 145ksi 이상의 인장 강도, 약 9% 이상의 파단시의 연신율, 약 37 HRC 이하의 경도, 및 -60℃ 미만의 연성-취성 천이 온도를 갖는 저탄소 합금 강철 튜브.
제 19항에 있어서, 튜브는 이음매없는 구조 배치인 것인 저탄소 합금 강철 튜브.
제 19항의 저탄소 합금 강철 튜브를 포함하고 있는 저장된 가스 팽창기 압력 용기.
제 19항의 저탄소 합금 강철 튜브를 포함하고 있는 자동차 에어백 팽창기.
저장된 가스 팽창기 압력 용기용 일정 길이의(a length) 강철 배관을 제조하는 방법으로, 하기 단계를 포함하는 방법:

중량%로 약 0.06%~약 0.18% 탄소; 약 0.5%~약 1.5% 망간; 약 0.1%~약 0.5% 규소; 약 0.015%까지의 황; 약 0.025%까지의 인; 약 0.50까지의 니켈; 약 0.1%~약 1.0% 크롬; 약 0.1%~약 1.0% 몰리브덴; 약 0.01%~약 0.10% 바나듐; 약 0.01%~약 0.10% 티타늄; 약 0.05%~약 0.35% 구리; 약 0.010%~약 0.050% 알루미늄; 약 0.05%까지의 니오브; 약 0.15%까지의 잔여 원소; 및 밸런스 철 및 부수적인 불순물로 필수적으로 이루어진 강철 재료로부터 일정 길의의 배관을 제조하는 단계;

원하는 치수를 얻기 위해 강철 관에 냉간-인발을 행하는 단계;

Ac3 이상의 온도로 초당 약 100℃ 이상의 가열 속도로 유도-형 오스테나이트화 용광로에서 냉간-인발된 강철 튜브를 가열함으로써 오스테나이트화하는 단계; 가열 단계 후에, 초당 약 100℃ 이상의 냉각 속도로, 강철 관이 대략 주위 온도에 도달할 때까지 담금질 유체에서 강철 튜브를 담글질하는 단계; 및

담금질 단계 후에, Ac1 미만의 온도로 약 2-30분간 강철 튜브를 템퍼링하는 단계.
제 23항에 있어서, 제조된 강철 관은 중량%로, 약 0.07%~약 0.12% 탄소; 약 1.00%~약 1.40% 망간; 약 0.15%~약 0.35% 규소; 약 0.010%까지의 황; 약 0.015%까지의 인; 약 0.20까지의 니켈; 약 0.55%~약 0.80% 크롬; 약 0.30%~약 0.50% 몰리브덴; 약 0.01%~약 0.07% 바나듐; 약 0.01%~약 0.05% 티타늄; 약 0.15%~약 0.30% 구리; 약 0.010%~약 0.050% 알루미늄; 약 0.05%까지의 니오브; 약 0.15%까지의 잔여 원소; 및 밸런스 철 및 부수적인 불순물로 필수적으로 이루어진 것인 방법.
제 23항에 있어서, 제조된 강철 관은 중량%로 약 0.08%~약 0.11% 탄소; 약 1.03%~약 1.18% 망간; 약 0.15%~약 0.35% 규소; 약 0.003%까지의 황; 약 0.012%까지의 인; 약 0.10까지의 니켈; 약 0.63%~약 0.73% 크롬; 약 0.40%~약 0.45% 몰리브덴; 약 0.03%~약 0.05% 바나듐; 약 0.025%~약 0.035% 티타늄; 약 0.15%~약 0.30% 구리; 약 0.010%~약 0.050% 알루미늄; 약 0.05%까지의 니오브; 약 0.15%까지의 잔여 원소; 및 밸런스 철 및 부수적인 불순물로 필수적으로 이루어진 것인 방법.
제 23항에 있어서, 마감된 강철 관은 약 125ksi 이상의 항복 강도를 가지는 것인 방법.
제 23항에 있어서, 마감된 강철 관은 약 135ksi 이상의 항복 강도를 가지는 것인 방법.
제 23항에 있어서, 마감된 강철 관은 약 145ksi 이상의 항복 강도를 가지는 것인 방법.
제 23항에 있어서, 마감된 강철 관은 약 9% 이상의 파단시의 연신율을 가지는 것인 방법.
제 23항에 있어서, 마감된 강철 관은 약 40 HRC 이하의 경도를 가지는 것인 방법.
제 23항에 있어서, 마감된 강철 관은 약 37 HRC 이하의 경도를 가지는 것인 방법.
제 23항에 있어서, 마감된 강철 관은 단지 -60℃ 미만의 연성-취성 천이 온도를 가지는 것인 방법.
제 23항에 있어서, 오스테나이트화된 가열 단계에서, 강철 관은 약 920-1050℃의 온도로 가열되는 것인 방법.
제 23항에 있어서, 오스테나이트화된 가열 단계에서, 강철 관은 초당 약 200℃ 이상의 속도로 가열되는 것인 방법.
제 23항에 있어서, 담금질 단계에서, 강철 관은 초당 약 200℃ 이상의 속도로 냉각되는 것인 방법.
제 23항에 있어서, 템퍼링 단계에서, 강철 관은 약 400-600℃의 온도로 템퍼링되는 것인 방법.
제 36항에 있어서, 템퍼링 단계에서, 강철 관은 약 4-20분간 템퍼링되는 것인 방법.
제 23항에 있어서, 템퍼링된 강철 관은 산세되고(pickled) 인산화되고 기름이 칠해지는 마감 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
저장된 가스 팽창기 압력 용기용 일정 길이의 강철 관을 제조하는 방법으로,

중량%로 약 0.08%~약 0.11% 탄소; 약 1.03%~약 1.18% 망간; 약 0.15%~약 0.35% 규소; 약 0.003%까지의 황; 약 0.012%까지의 인; 약 0.10까지의 니켈; 약 0.63%~약 0.73% 크롬; 약 0.40%~약 0.45% 몰리브덴; 약 0.03%~약 0.05% 바나듐; 약 0.025%~약 0.035% 티타늄; 약 0.15%~약 0.30% 구리; 약 0.010%~약 0.050% 알루미늄; 약 0.05%까지의 니오브; 약 0.15%까지의 잔여 원소; 및 밸런스 철 및 부수적인 불순물로 필수적으로 이루어진 강철 재료로부터 관의 길이를 제조하는 단계;

원하는 치수를 얻기 위해 강철 관에 냉간-인발을 행하는 단계;

약 920-1050℃의 온도로, 초당 약 200℃ 이상의 가열 속도로 유도-형 오스테나이트화 용광로에서 냉간-인발된 강철 관을 가열함으로써 오스테나이트화하는 단계;

가열 단계 후에, 초당 약 200℃ 이상의 냉각 속도로, 관이 대략 주위 온도에 도달할 때까지 물-기초 담금질 용액으로 강철 관을 담금질하는 단계; 및

담금질 단계 후에, 약 450-550℃의 온도로 약 4-20분간 강철 관을 템퍼링하 는 단계,

템퍼링된 강철 관이 산세되고, 인산화되고, 기름이 칠하여지는 마감 단계를 포함하고,

여기서 마감된 강철 관은 약 135 ksi 이상의 항복 강도, 약 145 ksi 이상의 인장 강도, 약 9% 이상의 파단시의 연신율, 약 37 HRC 이하의 경도, -60℃ 미만의 연성-취성 천이 온도를 갖는 것인 제조 방법.