KR20090042238A

KR20090042238A - 저온에서 개선된 등방성 인성을 갖는 유압 실린더용 무계목정밀 강철 튜브 및 그것의 제조방법

Info

Publication number: KR20090042238A
Application number: KR1020097001460A
Authority: KR
Inventors: 기안마리오 아가찌; 엠마누엘레 파라비치니 바글리아니; 안드레아 폴리
Original assignee: 테나리스 커넥션즈 아.게.
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2009-04-29
Also published as: AR061657A1; US20100068549A1; CN101506392B; BRPI0621843A2; EP2044228A1; EP2044228B1; CL2007001903A1; ATE468412T1; JP2009541589A; BRPI0621843B1; CN101506392A; WO2008000300A1; US8926771B2; DE602006014451D1; KR101340165B1; MX2009000219A

Abstract

하기 단계를 포함하는, 유압 실린더를 위한 저온에서의 개선된 등방성 인성을 갖는 무계목 정밀 강철 튜브의 제조방법: - (i) 탄소 0.06 ~0.15 중량%, 망간 0.30~2.5중량% 및 실리콘 0.1~0.60중량%를 포함하는 조성을 갖는 강철을 제공하는 단계, - (ii) 상기 강철을 무계목 강철 튜브를 얻을 수 있도록 Ac3 보다 높은 온도에서 열간 압연하는 단계, - (iii) 상기 무계목 강철 튜브를 Ac1 내지 Ac3의 온도에서 가열하는 단계, - (iv) 사용된 강철에, 페라이트 및 마르텐자이트 및 임의로 베이나이트 및/또는 유지된 오스테나이트로 이루어진 이중(또는 다중)상 미세구조를 확립하도록, 상기 가열된 무계목 강철 튜브를 급랭시키는 단계, - (v) 급랭된 무계목 강철 튜브를 원하는 치수의 무계목 정밀 강철 튜브를 제공하기 위해 냉 연신하는 단계, - (vi) 이와 같이 얻은 무계목 정밀 강철 튜브의 인성을 개선하기 위해 상기 튜브를 응력 제거 처리하는 단계, 및 임의로 - (vii) 이와 같이 얻은 무계목 정밀 강철 튜브를 교정하는 단계.

무계목 정밀 강철 튜브, 배럴, 유압 실린더

Description

저온에서 개선된 등방성 인성을 갖는 유압 실린더용 무계목 정밀 강철 튜브 및 그것의 제조방법{SEAMLESS PRECISION STEEL TUBES WITH IMPROVED ISOTROPIC TOUGHNESS AT LOW TEMPERATURE FOR HYDRAULIC CYLINDERS AND PROCESS FOR OBTAINING THE SAME}

본 발명은 저온에서 개선된 등방성 인성을 갖는 유압 실린더용 무계목(seamless) 정밀 강철 튜브에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그것을 얻기 위한 새로운 방법에 관한 것이다.

유압 실린더는 유압 에너지를 기계적 에너지로 전환하는 작동장치이다. 이것은 선형 운동을 생성하고 오일 압력과 피스톤 면적에 의존하는 힘을 전달한다. 이것은 오일 유압 시스템에 많이 적용되고, 예를 들면, 토공 기계, 기중기, 인쇄기, 산업 기계류에 사용된다.

장비는 원통형 하우징(또한 보르 또는 배럴로도 불린다), 피스톤이 있는 막대로 이루어지고, 양쪽 말단에 캡으로 닫혀 있다. 본 발명에서 "유압 실린더용 튜브"라는 용어는 외부 원통형 하우징 생산용 튜브를 의미하고, 이것은 도 1에 나타낸 바와 같은 유압 실린더의 모든 형태에 공통이다.

이 제품의 기계적 요구사항은 다음의 방법으로 다시 추정할 수 있다.

- 힘의 적절한 전달을 확실히 하고 유압 매질의 손실을 피하기 위해, 배럴은 양호한 강인함과 내부 직경에서의 좁은 기하학적 공차를 가져야만 한다. 이러한 높은 정밀 특징들을 배럴에 적용되는 무계목관의 야금 생산방법을 통해 직접 또는 대부분 얻을 수 없다면, 이 경우, 고도의 용융제거(ablative) 표면 처리(예를 들면, 깍기(skiving) 플러스 롤러 광택 또는 연마(honing) 또는 천공(boring) 플러스 연마)를 포함하는 하류방향 가공 작업이 필요하다. 중요하기는, 상기 가공 단계는 새롭게 생성된 표면을 균질화하기 위해 고도의 용융제거 처리 후, 그들의 순서에 (단계마다의) 표면 정제가 따라야 하기 때문에 생산 비용을 상당히 증가시킨다.

일반적으로, 가장 효과적인 해결책은 깍기와 광택 과정이고, 이것은 정밀하고 반복가능한 치수 공차를 요구한다. 이들 조건을 만족하지 많으면, 예를 들면, 천공 플러스 연마 또는 천공 플러스 깍기 및 연마와 같은, 더 고가의 해결책을 채택하여야 한다.

그러므로, 최종 가공 비용은 기하학적 공차의 증가와 비례하는 방법으로 증가한다.

- 배럴은 그것의 수명 동안 피로 순환을 겪고 그것에 더하여, 토공기계, 기중기 등에 사용되는 바와 같은 많은 적용에서, 저온의 외부 조건에서 작업가능하여야 한다. 그러므로, 인성(적어도 -20℃에서 바람직하기는 -40℃에서)은 이 방법에서 파쇄를 막는 "파단 전 누설(leak before break)" 성질을 갖기 위한 필수적 요소이고, 이것은 통상적으로 위험한 상태를 포함한다. 참으로, 압력 장비와 같은 많은 적용의 경우, 법은 이미 폭발 시험에서 연성 성질 또는 최소의 작동 온도에서 27J 의 수직 및 수평의 인성을 요구한다[1,2,3].

실린더 배럴의 제조 공정은 열간 압연 튜브 대신 냉 연마 튜브를 사용하는 것이, 다음을 얻을 가능성으로 인해 더 경제적이다:

- 최종 크기에 더 가까운, 제한된 공차를 갖는 치수, 매우 제한적인 양의 치수 보정이 요구되므로, 만약 존재한다면, 하류 가공 공정을 상당히 저렴하게 한다.

- 더 큰 신장 특성.

- 더 나은 표면 품질.

그러므로, 표준 순환은:

- 열간 압연 - 산세척(pickling) - 냉 연신 - 응력 제거 - 교정(straightening) - 표면 가공 - 절단 - 부분들의 조립.

표준 순환에서, 냉 연신 및 응력 제거는 항복강도를 통상적으로 요구되는 수준으로 증가시키는데 필수적이지만(적어도 520 MPa, 바람직하기는 620 MPa), 그들은 재료의 인성을 감소시키고 더욱 중요하기는 그들은 튜브의 수직과 수평 방향 사이에, 특히 수평 인성의 손실에 대한 높은 이방성을 야기한다. 그러므로, 표준 순환으로, 예를 들면, 북구유럽에서 그들이 만날 수 있는, 특이 기후 조건에서의 적용에 의해, 요구되는 저온 특징을 보장할 수 없다. 참으로, 이와 같은 경우 실온에서도 수평 인성은 부서지기 쉬운 파쇄를 피하는데 충분하지 않다.

현재 저온에서의 인성을 개선하는데 이용할 수 있는 대체적인 순환은 다음과 같다:

(1) 열간 압연 - 냉 연신 - 규격화 - 교정 - 표면 가공 - 절단 - 부분들의 조립.

그러나, 이 해결책은 신장 특성(항복 강도)를 낮추고 따라서 동일 압력에서 작동하는데 더 높은 벽 두께가 요구되고, 중량 및 그러므로 각각의 장비의 작동과 관련하여 에너지 소비가 증가한다.

(2) - 열간 압연 - 급랭 및 담금질 - 교정 - 표면 가공 - 절단 - 부분들의 조립.

(3) - 열간 압연 - 산세척 - 냉 연신 - 급랭 및 담금질 - 교정 - 표면 가공 - 절단 - 부분들의 조립.

(2)와 (3) 모두의 경우, 표면 품질과 공차는 무계목 정밀 튜브에 요구되는 표준에 도달하지 않고 그러므로, 특히 고가의 고도의 용융제거 하류 가공 작업을 요구한다. (2)의 경우는 천공 작업, 이어서 깍기 및 연마 또는 천공에 의한 예방적이고 일관된 재료의 제거를 요구한다. (3)의 경우, 마르텐자이트성 변형에 의해 유도된 기하학적 변화 및 변형은 직경의 뒤틀림과 변이성을 증가시켜, 정밀 강철 튜브의 유리한 생산과 반복성에 영향을 미친다. 급랭 및 담금질(Q&T) 처리는 또한 생산 비용을 높인다.

이것은, 유압 실린더의 저온 성능을 개선하는데, 지금까지, (i) 두꺼운 벽 두께의 사용 또는 (ii) 높은 생산비를 들이는 것이 필요하다는 것을 의미한다.

순환 (1)-(3)의 결점을 나타내지 않는 생산 과정에 도달하려는 노력으로, 대체 순환이 과거에 채택되어왔다.

(4) - 열간 압연 - 규격화 (또는 온-라인 규격화) - 냉 연신 - 응력 제거 - 교정 - 표면 가공 - 절단 -부분들의 조립.

순환 (4)가 생산비용의 면에서 이익이 있는 반면, 이것은 오직 실온에서만 그럼에도 불구하는 양호한 그리고 0℃에서 충분한 수직 인성을 보장하다. 0℃ 이하의 온도에서, 공정의 변이성이 지나치게 높아지고 일관된 값을 얻기 어렵다. 그에 더하여, 수평 인성은 종종 불만족스럽다.

이것은 순환 (4)가 온화한 기후 조건을 제외하고는 유압 실린더의 안정성을 개선하지 못한다는 것을 의미한다.

따라서, 유압 실린더에 대한 저온에서의 개선된 등방성 인성을 갖는 새로운 무계목 정밀 강철의 조건에 대한 이 분야의 긴급한 요구가 남아있다. 바람직하기는, -지구의 특정 영역의 일반적인 조건을 반영하여 - 영하 40℃의 작업 온도에서, 최소 등방성(즉, 수직 및 수평) 인성은 위에 기재된 역치 27J 보다 반드시 높아야 한다. 이에 더하여, 상기 새로운 튜브를 얻기 위한 새로운 방법의 조건에 대한 본 분야의 긴급한 요구가 남아 있고, 상기 새로운 방법은 상기와 같은 공지의 순환 (1) ~(4)보다 저렴해야 한다.

새로운 방법은 가능한 한 Mn 및 Si의 함량이 최소이면서 통상의 저탄소 강철을 이용할 수 있어야 하고, 가능하기는 Cr, Ni, Mo, V, Nb, N. Al, Ca과 같은 하나 이상의 추가의 원소를 갖는 미세-합금이지만, 필수적인 것은 아니다.

본 출원인들은 놀랍게도, 상기 문제점 및 이후 나타날 추가의 문제점들을 하기 단계를 포함하는 저온에서의 개선된 등방성 인성을 갖는 유압 실린더용 무계목 정밀 강철 튜브의 새로운 제조방법에 의해 해결할 수 있다는 것을 발견하였다:

- (i) 탄소 0.06 ~0.15 중량%, 망간 0.30~2.5중량% 및 실리콘 0.1~0.60중량%를 포함하는 조성을 갖는 강철을 제공하는 단계,

- (ii) 상기 강철을 무계목 강철 튜브를 얻을 수 있도록 Ac3 보다 높은 온도에서 열간 압연하는 단계,

- (iii) 상기 무계목 강철 튜브를 Ac1 내지 Ac3의 온도에서 가열하는 단계,

- (iv) 사용된 강철에, 페라이트 및 마르텐자이트 및 임의로 베이나이트 및/또는 유지된 오스테나이트로 이루어진 이중(또는 다중)상 미세구조를 확립하도록, 상기 가열된 무계목 강철 튜브를 급랭시키는 단계,

- (v) 급랭된 무계목 강철 튜브를 원하는 치수의 무계목 정밀 강철 튜브를 제공하기 위해 냉 연신하는 단계,

- (vi) 이와 같이 얻은 무계목 정밀 강철 튜브의 인성을 개선하기 위해 상기 튜브를 응력 제거 처리하는 단계, 및 임의로

- (vii) 이와 같이 얻은 무계목 정밀 강철 튜브를 교정하는 단계.

특정 구현예에 따라, 공정 단계 (ii)는 열간 압연 후 규격화 단계 (iia)가 뒤따르거나, 이후의 단계(iii) 전에 중간에 그레인을 정련하고 구조를 균질화하기 위한 규격화 압연 단계(ii)'로 고안될 수 있다.

본 출원인들은 또한 상기 방법으로 얻을 수 있는 정밀 무계목 강철 튜브가 적어도 520MPa의 항복강도 및 -40℃에서 적어도 27J의 수직 및 수평 인성, 바람직하기는 -20℃에서 적어도 90J의, 그리고 -40℃에서 적어도 45J의 수직 및 수평 인성을 나타낸다는 것을 발견하였다.

그러므로, 개선된 등방성 인성을 갖는 신규한 정밀 강철은 새로운 유압 실린더를 매우 낮은 온도에서 사용할 수 있도록 한다.

다음의 도 1-3은 본 발명의 약간의 면을 설명하기 위한 목적으로만 첨부되며, 본 발명을 제한하려는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 의해 의도된 바와 같이, 유압 실린더의 예를 그림으로 표현한 것이다.

도 2는 본 발명의 방법으로 산업 규모로 동일한 것을 생산한 후, 본 발명에 따라 얻을 수 있는 통상의 무계목 정밀 파이프의 CVN 변화 곡선의 예를 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 작업 순환의 특정 단계 후 얻은, -20℃에서 본 발명의 실시예에 따른 조성의 무계목 파이프의 수직 및 수평 인성 [J]의 값(그래프의 오른쪽 반)을, 규격화 처리를 포함하는 전통적인 순환을 통해 얻은 동일한 파이프에 대한 것(그래프의 왼쪽 반)과 대조하여 나타낸 도면이다.

특히, 왼쪽 그래프에서, 첫번째 점은 순환 (4)에 따라 얻은 파이프의 냉 압연 전에 -20℃에서 측정된 수직 및 수평 인성을 나타내었다. 두번째 점은 냉 압연과 응력 제거 단계 후에 측정된, 동일 파이프의 -20℃에서의 수직 인성을 나타낸다. 세번째 점은 냉 압연과 응력 제거 단계 후 측정된, 동일 파이프의 -20℃에서의 수평 인성을 나타낸다.

특히, 그래프의 오른쪽 반에서, 첫번째 점은 본 발명에 따라 얻은 파이프의 냉 압연 단계 전에 측정된 -20℃에서의 수직 및 수평 인성을 나타낸다. 두번째 점은 냉 압연과 응력 제거 단계 후 측정된, 동일 파이프의 -20℃에서의 수직 인성을 나타낸다. 세번째 점은 냉 압연과 응력 제거 단계 후 측정된, 동일 파이프의 -20℃에서의 수평 인성을 나타낸다.

본 발명자들은, 상기 문제를 해결하기 위해, 순환 (1) ~(4)를 완전히 연구하였고, 그것에 의해 제조된 튜브의 얻어진(원하는 것과 반대의) 특성에 대한 각각의 생산 단계의 기여를 분석하였다.

특히, 본 발명자들은 만족스런 인성이 순환(4)에 따른 규격화 처리를 통해 얻어지는 반면, 상기 인성과, 특히 그것의 등방성은 이후의 냉-압연 단계동안 거의 완전히 손실되고 이후의 응력 제거 처리를 통해 완전히-재-회복될 수 없다는 것을 확인하였다. 전통적인 처리에 따라, 이와 같은 손실은 특히 수평 인성의 경우 두드러진다(도 3, 왼쪽 부분 참조).

그러나, 개선된 새로운 방법에서 냉-압연 단계의 적용은 매우 바람직하다고 간주되는데, 이것은 항복강도를 달성할 수 있을 뿐 아니라, 그것에 의해 얻어진 튜브의 치수 정확성에도 유리하기 때문이다. 한편, 그것에 의해 생산된 소위 이중 (또는 다중)상 미세구조 덕분에 - US 6,846,371로부터 알려진 (규격화와 반대로) 이상영역 열처리(intercritical heating)로 불리는 것은, 항복 강도, 인성 및 인성의 등방성까지도 포함하여 튜브의 여러 특성에 유리하다고 알려져 있고, 이와 같이 얻은 튜브의 어느 하류 방향의 냉 작업 처리는 그럼에도 불구하고 조심스럽게 피해진다.

이것은 거의 알려진 바와 같이, 그리고 US 6,846,371가 강조하는 바와 같이, 비-재결정화 온도 범위에서 파이프의 작업이 - 이와 같은 작업중 겪는 신장으로 인해 - 재료에 고유의 비등방성을 생성하고, 이것은 변형 방향에서 원하는 특성의 개선을 개선하지만, 불가피하게 작업방향으로는 동일한 특성을 감소시키기 때문이다.

한편, 냉간 작업없이, 정밀 튜브가 얻어지지 않았고, 그러므로 US 6,846,371에 따라 얻은 파이프는 - 그들의 의도된 용도에 만족스럽지만(OTCG)- 상기 작업 순환 (2)에서 얻을 수 있는 파이프와 유사한 방법으로, 본 발명에 의해 의도된 바와 같은 정밀한 적용에 맞추기 전에 고도의 용융제거 하류방향 가공 공정이 필요할 수 있다.

그러나, 본 발명자들은, 작업 순환(4)의 경우와 달리, 이어서 급랭되는 이상영역 열처리 후에 정밀 튜브를 얻기 위한 공정내의 냉 압연 단계가 뒤따를 때, 이어진 응력 제거 처리를 통해 냉각 작업된 튜브의 인성의 높은 등방성을 얻는 것이 그럼에도 불구하고 예상 밖에 가능하다는 것을 발견하였다. 특히, 응력 제거 동안, 수평 (및 또한 수직) 인성의 현저한 증가를 달성하는 것이 가능하다. 도 3의 오른쪽 부분을 참조하라.

그러므로 새로운 방법은, 최초로, 고도의 용융제거 하류 가공 작업 없이 필요에 따라 매우 낮은 온도(지금까지 얻을 수 있는 것보다 낮은)에서 사용할 수 있는 유압 실린더에 적합한 무계목 정밀 강철 튜브를 제공하는 것 이외에, 기존의 규 격화 단계와 반대로 이상영역 열처리 동안 더 낮은 온도의 적용으로 인한 에너지 절약을 또한 가져온다.

예를 들면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 새로운 방법으로, 우수한 등방성(수직 및 수평) 인성, 예를 들면, -20℃에서 적어도 90J, -40℃에서 적어도 45J(및 그 이상)이 얻어진다.

본 발명은 더욱 상세히 설명될 것이다.

본 발명에 따른 무계목 정밀 강철 튜브의 생산을 위해, 탄소 함량이 0.06중량% ~015 중량%인 탄소를 갖는 강철이 사용된다. 본 발명은 특정 강철 조성으로 제한되지 않지만, 통상적으로 강철은 탄소 0.06~0.15중량%, Mn 0.30~2.5중량%, Si 0.10~0.60중량%를 포함할 수 있다. 바람직하기는, 통상의 강철은 Mn 0.40~2.10중량%, 그리고 더욱 바람직하기는 Mn 0.60~1.80 중량%를 포함할 것이다. 임의로, 상기 강철은 다음 원소 중 하나 이상을 더욱 포함할 것이다: Cr, Ni, Mo, V, Nb, N, 및 Al. 사용된 합금 원소들은 낮은 비용으로 원하는 경화능(hardenability) 및 강도를 얻도록 충분히 균형되어야 한다. 이들 당업자들은 이와 같은 균형을 수행할 뿐 아니라 또한 여기에 기재된 바와 같은 다양한 합금 원소의 혼합을 적용하여 바람직한 경화능을 달성할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 물론, 필요하다면, 원하는 경화능을 여기에 기재된 것과 다른 양의 합금 원소로 얻는 것이 가능하다.

그러므로, 본 발명에 사용된 바람직한 강철 조성물은 중량으로, 0.06~0.15% C, 0.60~1.80% Mn, 0.10~0.60% Si, 및 임의로 0.0~0.60% Cr, 0.0~0.60% Ni, 0~0.50% Mo, 0~0.12% V, 0~0.040% Nb, 0.0040~0.02% N, 0.0~0.040% Al를 포함하고 나머지는 철과 필수적인 불순물을 포함한다. 바람직하기는, 상기 강철에서, 다음의 추가의 원소의 함량은 다음과 같이 제한된다: P 최대 250 ppm, S 최대 100 ppm, 바람직하기는 최대 50 ppm, Ca 최대 30 ppm.

본 발명의 발명자들에 의해 제안된 새로운 순환과 본 명세서에 기재된 화학의 채택에 의해, 저탄소 강철을 갖는 우수한 기계적 특성에 도달하는 것이 가능하다. 지금까지 알려진 표준 순환에 일반적으로 적용된 강철과 비교하여 저탄소 함량으로의 제한이 더 나은 용접성을 가져온다는 것을 확인할 수 있다.

Mn과 Si는 탄소 및 저합금강에 항상 존재하는 원소들이고, 그들의 역할은 페라이트 매트릭스의 고체용액 고형화에 의한 충분한 강도의 달성이고: 특히 Mn은 경화능을 상당히 증가시킨다. 그러나, 본 명세서에 기재된 것 보다 더 높은 Mn 값은 비용을 위해 필요하지 않고 너무 높은 Mn 수준은 고형화 동안 바에서 분리를 일으킬 수 있다.

Cr, Mo, V는 열처리 동안 두번째 경화 덕분에, 응력 제거 후 경화능과 강도를 증가시키기 위해 특정 수준으로 첨가될 수 있다; 특정 수준의 Nb는 제조과정 동안 그래인 정련을 조절하여 인성과 수득률을 개선한다. 질소 함량은 그레인 정제를 위해 본 발명에서 제안된 값으로 제어될 수 있고, Al은 여기에 명시된 수준에서 환원제로서 존재할 수 있다. 본 발명에 사용된 강철에서, S은 수평 인성에 손해를 끼칠 수 있는 MnS 형성을 피하기 위해 0.010% (100 ppm)까지, 바람직하기는 0.050% (50ppm)로 제한되는 것이 바람직하다. P은 불순물로 간주되고 0.025% (250 ppm)로 제한되어야 한다. Ca은 임의의 산화공정에 의해 결국 생성되는 알루미나 함유물을 개질하기 위해, 최대 30ppm 수준까지 첨가될 수 있다.

본 발명에 따르면, Ac3보다 높은 온도에서 단계 (ⅱ)에 따른 강철의 열간 압연은 다음과 같이 수행된다: Ac3 이상의 온도로 빌릿을 가열, 피어싱, 압연, 및 임의로 스트레치 리듀싱 밀(stretch reducing mill) 또는 사이징 밀(sizing mill)로 마감처리. 따라서, 단계(ii)를 수행함에 의해, 열 마감된 무계목 강철 튜브가 얻어진다. 특정 구현예에 따라, 공정 단계 (ii)후 열간 압연 후 규격화 단계가 이어지거나, 또는 다음 단계(iii) 전에 그래인을 중간으로 정제하고 구조를 균질화하기 위해 규격화 압연 단계(ii)로 디자인될 수 있다. 그러나, 단계 (ⅱ)로서의 종래의 열간 압연은 본 명세서에 기재된 이점을 달성하는데 아주 충분하다는 것을 지적하여야 한다.

본 발명에 따르면, Ac1과 Ac3 범위의 온도에서 상기 열 마감된 무계목 강철 튜브의 가열, 및 단계 (iii) 및 (iv)에 따른 이후의 급랭은 (a) Ac1과 Ac3 범위의 온도에 도달할 때까지 압연하면서 강철을 에어 냉각시키고, 이어서 실온으로 급랭시키거나 또는 (b) Ac1과 Ac3 범위의 온도에서 강철을 어닐링하고 이어서 실온으로 급랭시킴에 의해 수행될 수 있다. 급랭은 가능한 신속히 (바람직하기는 물로) 수행될어야 하고, 정확한 최소 냉각 속도가 적용된 합금 화학에 따라 적용될 수 있다. 본 분야의 당업자는 사용된 강철에서 원하는 이중 (또는 다중)상 미세구조를 가져오는 적합한 최소 냉각 속도를 확립할 수 있을 것이다. 이와 같은 미세구조는 페라이트 매트릭스로 이루어지고, 여기서 마르텐자이트와 임의로 베이나이트 및/또는 유지된 오스테나이트가 분산된다.

따라서, 단계 (iii) 및 (iv)을 통해, 급랭된 무계목 강철 튜브가 얻어진다.

본 발명에 따라, 원하는 치수의 무계목 정밀 강철 튜브를 제공하기 위한 단계 (v)에 따른 급랭된 무계목 강철 튜브의 냉 연신은 8~30%, 바람직하기는 10 ~25%의 면적 감소를 제공하는 것이 바람직하다. 이 값은 원하는 신장 특성 및 표면 공차를 얻기에 바람직하다. 따라서, 단계 (v)를 통해 무계목 정밀 강철 튜브가 얻어진다.

본 발명에 따라, 등방성 인성을 개선하기 위해 이와같이 얻은 무계목 정밀 강철 튜브를 단계 (v)에 따라 응력 제거 처리하는 것은 적어도 0.72 Ac1과 0.95 Ac1 사이의 온도로 튜브를 가열하고, 그들을 조절된 대기로 또는 공기중에서 실온으로 냉각시킴으로써 수행된다.

본 발명자들은 추가로, 0.85Ac1 내지 0.92Ac1, 바람직하기는 0.87Ac1 내지 0.91 Ac1 범위의 응력 제거 처리를 수행함에 의해 저온에서, 일반적으로 요구되는 수준보다 상당히 높은 항복응력을 유지하면서, 특히 높은 수평 인성(그리고, 또한 현저한 인성 등방성)을 얻을 수 있다는 것을 발견하였다.

본 발명에 따르면, 단계 (vii)에 따라 이와 같이 얻어진 개선된 인성을 갖는 무계목 정밀 강철 튜브의 선택적 교정은, 파이프를 구부리고 가압(분쇄)하는 일련의 롤러를 통해 튜브를 가압함으로써 수행될 수 있다. 작업하면서 필요에 따라, 1mm /1000mm의 교정을 달성할 수 있고, 이것은 이후의 표면 정제와 이후에 실린더로서의 파이프의 사용 모두에 유리하다.

본 발명의 방법에 따라 얻은 튜브가 유압 실린더로 사용하기에 요구되는 것 과 매우 근접한 좁은 치수 공차를 갖는다는 것은 본 발명의 중요한 특성이다. 통상적으로, 최대 100mm의 ID값의 경우, 0.60% 이하의 변동이 얻어진 반면, 더 높은 ID값의 경우 0.45% 미만, 바람직하기는 0.30% 미만의 변동을 얻을 수 있다.

이것은 튜브가 이후의 가공에 적합할 뿐 아니라 더욱 중요하기는, 상기 가공이 단순히 재료의 높은 용융제거(ablation)를 가져오기보다 단순히 표면 정제를 가져옴으로써 이 작업과 연관된 통상의 재료 및 시간 손실을 상당히 감소시킬 수 있다는 것을 의미한다. 가공 후, 공차는 유압 실린더로서 의도되는 용도에 요구되는 값, 예를 들면, ISO H8와 매치된다.

본 발명은 다음의 실시예를 통해, 비제한적으로 더욱 설명된다.

실시예

실험 과정

하기 조성의 강철을 얻었고 본 발명에 따라 처리하였다.

적합한 가공 조건을 조사하기 위해 우선 미세한 조율을 실험실 시험에 의해 수행하였다. 시편을 가압 상태의 무계목 파이프에서 취하였고 Ac1 내지 Ac3 범위의 온도에서 열처리하였다. 이와 같은 처리를 750℃ 내지 820℃의 온도(이상영역 처리 또는 어닐링)에서 머플(muffle)에서 수행하였고 이어서 교반수에서 두께 중간에 삽입된 열전쌍으로 측정된, 60~70℃/초의 냉각 속도(CR)로 급랭시켰다.

각각 EN10002-1 및 10045-1에 따른 신장 및 Charpy V-notch (CVN) 시험을 수형 및 수직 방향에서 선택한 시편 상에서 실시하였다. 시험된 재료에 대해, 파면 형상 천이 온도(Fracture Appearance Transition Temperature) (50% FATT)와 함께 -60℃ 내지 20℃의 온도 범위의 변환 곡선을 결정하였다.

그리고 나서 실험실 시험의 결과를 기준으로 산업적 시도를 고안하였다.

이상영역 처리의 고안

조사를 위해 선택된 산업 강철의 화학적 조성을 표 1에 나타내었다.

표 1. 조사된 강철의 화학적 조성

다음의 치수를 갖는 파이프를 재료로 이용할 수 있다: OD = 219 mm 및 WT = 17 mm.

고려된 강철에 대한 앤드류의 실증적 관계(K.W. Andrews: JISI Vol. 193 July (1965), p. 721 참조)로 산출된 임계 온도는 다음과 같다: Ad = 714~715 ℃, A_C3 = 831~833 ℃ 및 Ms = 456~458 ℃.

표 2는 명시된 바와 같이 표준화 및 이상영역 처리 후 얻어진 결과를 나타낸다.

표 2: 실험실 IQ 시편의 신장 특성 및 인성 값

^*연속 수득률(R_po.2);^**세개의 값의 평균(시편 크기: 10×10×55 mm )

상기 표로부터 본 발명에 따른 단계 (iv)를 수행한 후 지금까지 얻어진 튜브의 수직과 수평 인성은 분명히 불충분하였다.

산업적 시도

상기와 같은 강철에 수행된 산업적 시도는 다음 단계를 포함한다:

열 압축, 이상영역 열처리, 급랭(IQ), 냉 압연(CD), 응력 제거(SR), 교정(S).

몇몇 경우, IQ 전에 규격화 단계(iia)를 수행하였다.

중간 규격화

산업적 시도의 경우, 공동의 이상영역 처리를 위해 각각 780℃("Cycle A") 및 810℃("Cycle B")의 온도를 실험실에서 이전에 시험된 상기 조건 중 두개를 생산하도록 맞췄다. 이에 더하여, 두개의 다른 영역 감소의 영향을 순환 B에서 냉 연신에 관하여 조사하였다. 채택된 영역의 감소는 각각 최종 치수가 160×13.0 mm 및 160×12.1 mm로 12.5% 및 17.5%였고, 하기 표를 참조하라:

순환 A: IQ 780℃ - 17.5% - SR 580℃

순환 B: IQ 810℃ - 17.5% - SR 580℃

순환 C: IQ 810℃ - 12.5% - SR 580℃

IQ 튜브의 기계적 특성은 실험실에서 얻은 결과를 확인한다: 낮은 Y/T 비율 및 높은 작업-경화능 계수(n = 0.19 - 0.21). 높은 n값의 달성은 냉 연신 후 높은 강도값을 얻는데 필요하므로 중요하다. CD 후, 최종 인장강도(UTS)는 950 MPa보다 크고 인성은 크게 감소하였다(- 20℃에서 CVN 에너지 < 10 J). 이후의 SR은 더 낮은 온도(-20℃)에서도 150J 이상의 인성(수직 및 수평)을 회복하도록 하였다. 더 낮은 온도(-40℃)에서도, 인성(수직 및 수평)은 여전히 70J 보다 높았다. 상기 산업적 응력 제거 처리는 Nassehuer 로 내의, 14,150m 길이의 가열로에서 수행된다. 온도는 580 ℃로 맞추고, 15m/h의 튜브 속도로 맞추었다. 특이 결과는 다음과 같다:

또한, 다른 온도 (560℃, 610℃, 650℃)에서 SR 처리의 영향을 조사하기 위해, 순환 A로의 재료를 제어된 환경에서 실험실에서 처리하였다. 다음의 결과를 얻었다.

중간 규격화 단계 없이

다음 화학적 분석을 갖는 공동 177.8 × 14.5 mm을 770℃에서 열간 압연 후 처리하고 물에 급랭시켰다:

이 재료에 대한 앤드류의 실증적 관계(K.W. Andrews: JISI Vol. 193 July (1965), p. 721 참조)로 산출된 임계 온도는 앞의 것과 매우 유사하고, 다음과 같다: Ad = 714~715℃, A_C3 = 831~833℃ 및 Ms = 456~458℃.

튜브는 냉 연신되어 면적이 18% 감소하며 치수가 165×12.75가 되었다.

배치를 560℃에서 처리하고, 다음의 결과를 얻었다:

이 경우, 매우 높은 인장 특성을 얻었고(Rs: 865 MPa), -40℃에서 수평 인성은 여전히 45J보다 높았다.

두번째 배치를 640℃에서 처리하였고 다음의 결과를 얻었다:

이 경우, 신장 특성은 감소하였지만, 여전히 허용가능하게 컸고, 반면 주목할만한 수평 인성 값을 얻었다.

그러므로, 모든 경우에 저온에서 우수한 등방성 인성과 620MPa 보다 큰, 바 람직하기는 650MPa 보다 큰 항복강도를 얻을 수 있는 새로운 공정의 능력을 확인하였다.

결론

산업적 시도는 본 발명에 의해 제공된 새로운 공정이 CD와 SR 후 높은 강도 수준 (YS > 620 MPa)을 나타내고, -40℃까지 낮은 온도에서 수직과 수평 모두에서 우수한 인성을 유지하고, 그러므로 중간 CD 단계에도 불구하고 저온에서 현저한 등방성 인성을 나타내는, 무계목 정밀 강철 튜브를 생산하는데 사용될 수 있다는 것을 확인하였다. 여기서 달성된 결과는 지금까지 알려진 방법으로 얻을 수 있는 것보다 상당히 우수하다. 특히, 본 발명으로, -20℃에서 적어도 90J, 바람직하기는 적어도 140J, 그리고 더욱 바람직하기는 적어도 150J의 수직 및 수평 인성(CVN 에너지)를 달성할 수 있고, 반면, -40℃에서 적어도 45J, 바람직하기는 적어도 60J, 및 더욱 바람직하기는 적어도 70J의 수직 및 수평 인성(CVN 에너지)를 얻을 수 있다. -40℃에서 적어도 200kJ 및 그 이상까지의 수평 인성의 피크값 및 우수한 등방성을 얻을 수 있다. 신장 특성 및 인성은 응력 제거 온도의 적절한 미세 조절로 조정할 수 있다.

인용 문헌

[1] D.O.T. § 178.65 Spec.39 Non reusable (non refillable) cylinders.

[2] Pressure Equipment Directive 97/23/EC.

[3] EN 10216-1/2/3/4, "Seamless steel tubes for pressure purposes", European Standard.

Claims

하기 단계를 포함하는, 저온에서 개선된 등방성 인성을 갖는 유압 실린더용 무계목 정밀 강철 튜브의 제조방법:

- (i) 탄소 0.06~0.15 중량%, 망간 0.30~2.5 중량% 및 실리콘 0.1~0.60 중량%를 포함하는 조성을 갖는 강철을 제공하는 단계,

- (ii) 상기 강철을 무계목 강철 튜브를 얻을 수 있도록 Ac3 보다 높은 온도에서 열간 압연하는 단계,

- (iii) 상기 무계목 강철 튜브를 Ac1 내지 Ac3의 온도에서 가열하는 단계,

- (iv) 사용된 강철에, 페라이트 및 마르텐자이트 및 임의로 베이나이트 및/또는 유지된 오스테나이트로 이루어진 이중(또는 다중)상 미세구조를 확립하도록, 상기 가열된 무계목 강철 튜브를 급랭시키는 단계,

- (v) 원하는 치수의 무계목 정밀 강철 튜브를 제공하기 위해, 급랭된 무계목 강철 튜브를 냉 연신하는 단계,

- (vi) 이와 같이 얻은 무계목 정밀 강철 튜브의 등방성 인성을 개선하기 위해 상기 튜브를 응력 제거 처리하는 단계, 및 임의로

- (vii) 이와 같이 얻은 개선된 인성을 갖는 무계목 정밀 강철 튜브를 교정하는 단계.
제1항에 있어서, 상기 강철은 Mn 0.40~2.10 중량%, 바람직하기는 Mn 0.60~1.80 중량%를 포함하는 조성을 갖는 것인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강철은 다음의 원소 중 하나 이상을 포함하는 조성을 갖는 것인 방법: Cr, Ni, Mo, V, Nb, N, Al.
제3항에 있어서, 상기 강철의 조성은 다음의 원소를 포함하는 것인 방법: Cr 0~0.60 중량%, Ni 0~0.60 중량%, Mo 0~0.50 중량%, V 0~0.12 중량%, Nb 0~0.040 중량%, N 0.0040~0.02 중량%, Al 0.0~0.040 중량%, 나머지의 철과 불가피한 불순물.
제4항에 있어서, 상기 강철의 조성은 추가로 다음의 원소를 포함하는 것인 방법: P 최대 250 ppm, S 최대 100 ppm, 바람직하기는 최대 50 ppm, Ca 최대 30 ppm.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (ii) 후 열간 압연 후 규격화 단계 (iia)가 이어지거나 또는 규격화 압연 (ii)'으로 디자인되어, 다음의 단계(ⅲ) 전에 그레인을 중간으로 정련하고 구조를 균질화하는 것인 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (ⅲ) 내지 (ⅳ)는, 강철의 온도가 Ac1 내지 Ac3의 범위에 도달할 때까지 압연된 강철을 공기 냉각시키고 그리고 나서 페라이트 마르텐자이트 및 임의로 베이나이트 및/또는 유지된 오스테나이 트로 이루어진 이중(또는 다중)상 미세구조가 확립되도록 강철을 급랭시키는 것으로 수행되는 것인 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (iii)-(iv)는 Ac1 내지 Ac3 범위의 온도에서 강철을 어닐링하고, 그리고 나서 페라이트 마르텐자이트 및 임의로 베이나이트 및/또는 유지된 오스테나이트로 이루어진 이중 (또는 다중)상 미세구조를 확립하기 위해 강철을 급랭시키는 것으로 수행되는 것인 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서, 급랭은 물에서 수행되는 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 단계(v)의 냉-연신은 8~30%, 바람직하기는 10~25%의 RA를 이루도록 수행되는 것인 방법.
제1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 단계(vi)에 따른 응력-제거 처리는 0.72Ac1 내지 0.95Ac1 사이의 온도에서, 바람직하기는 제어된 대기 로에서, 수행되는 것인 방법.
제11항에 있어서, 단계 (vi)는 0.85Ac1 내지 0.92Ac1의 온도, 바람직하기는 0.87Ac1 내지 0.91 Ac1의 온도에서 수행되는 것인 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 따른 방법으로 얻을 수 있는, 무계목 정밀 강철 튜브로, 페라이트 및 마르텐자이트 및 임의로 베이나이트 및/또는 유지된 오스테나이트로 구성된 이중 (또는 다중-)상 미세구조를 갖고, 최소한 520MPa의 항복강도와 -40℃의 온도에서 최소한 27J의 수직 및 수평 인성을 나타내는, 무계목 정밀 강철 튜브.
제13항에 있어서, 최소한 620MPa, 바람직하기는 최소한 650MPa의 항복강도를 나타내는 것인 무계목 정밀 강철 튜브.
제13항 또는 제14항에 있어서, -40℃에서 최소한 45J의 수직 및 수평 인성을 갖는 무계목 정밀 강철 튜브.
제15항에 있어서, -40℃에서 최소한 60J의 수직 및 수평 인성을 갖는 무계목 정밀 강철 튜브.
제16항에 있어서, 제12항에 따른 응력 제거 단계를 수행하여 얻을 수 있고, -40℃에서 최소한 70J의 수직 및 수평 인성을 갖는 무계목 정밀 강철 튜브.
제17항에 있어서, -40℃에서 최소한 100J, 바람직하기는 최소한 150J, 더욱 바람직하기는 최소한 200J의 수직 및 수평 인성을 갖는 무계목 정밀 강철 튜브.
제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, ID가 최대 100mm이고, ID의 변화는 0.6% 이하를 나타내는 무계목 정밀 강철 튜브.
제13항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, ID가 100mm 초과이고 ID의 변화는 0.45% 미만, 바람직하기는 0.30% 미만을 나타내는 무계목 정밀 강철 튜브.
제13항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 무계목 정밀 강철 튜브를 가공하는 것을 포함하는, 유압 실린더용 배럴의 제조방법.
제 21항의 방법으로 얻을 수 있는 유압 실린더용 배럴.
제22항에 따른 배럴을 포함하는 유압 실린더.