KR20100033413A

KR20100033413A - 변형 특성이 우수한 강관 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20100033413A
Application number: KR1020107001509A
Authority: KR
Inventors: 히또시 아사히; 데쯔오 이시쯔까; 모또후미 고유바; 도시유끼 오가따
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 2007-07-23
Filing date: 2008-07-22
Publication date: 2010-03-29
Also published as: US8920583B2; JP4528356B2; JP4575996B2; KR101257547B1; JP2010196173A; JP4575995B2; EP2192203B1; WO2009014238A1; US20100119860A1; CN101755068A; EP2192203A1; JPWO2009014238A1; EP2192203A4; JP2010209471A; CN101755068B

Abstract

본 발명은, 변형 성능이 우수한 강관, 특히 확관 특성이 우수한 확관용 유정용 강관, 저항복비 라인 파이프를 제공하고, 이들을 대규모의 열처리 설비가 필요한 수냉을 행하지 않고 제조하는 방법을 제공하는 것으로, 질량％로, C:0.04 내지 0.10％, Mn:1.00 내지 2.50％를 함유하고, Si:0.80％ 이하, P:0.03％ 이하, S:0.01％ 이하, Al:0.10％ 이하, N:0.01％ 이하로 제한하고, 또한 Ni:1.00％ 이하, Mo:0.60％ 이하, Cr:1.00％ 이하, Cu:1.00％ 이하 중 1종 또는 2종 이상을, Mn＋Cr＋Ni＋2Mo＋Cu≥2.00을 만족하도록 함유하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 마이크로 조직이, 면적률로 2 내지 10％인 마르텐사이트-오스테나이트 혼성물과 연질 상으로 이루어지는 2상 조직인 강관이고, 모강관을, Ac_1＋10℃ 내지 Ac₁＋60℃로 가열하고, 그 후 공냉하는 제조 방법이다.

Description

변형 특성이 우수한 강관 및 그 제조 방법{STEEL PIPES EXCELLENT IN DEFORMATION CHARACTERISTICS AND PROCESS FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은, 변형 특성이 우수한 강관, 예를 들어 유정(油井) 및 가스정을 굴삭할 때에, 웰(well) 내에 삽입한 후에 확관되는 확관용 유정에 적합한, 확관 특성이 우수한 확관용 유정용 강관, 릴 바지(reel barge)에 의해 부설(敷設)되는 해저 파이프 라인에 적합한, 강관 길이 방향의 항복비가 낮은 전봉(電縫) 라인 파이프와, 그 제조 방법, 또한 변형 특성이 우수한 강관의 모강관의 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 유정용 강관은, 웰을 굴삭한 후, 웰 내에 삽입하여 그대로 사용되고 있었다. 그러나 최근, 유정 및 가스정을 굴삭할 때에, 웰 내에 삽입한 후에 강관을 확관하는 기술(확관용 유정이라 함)이 개발되어, 유정 및 가스정의 개발에 있어서의 비용의 저감에 크게 기여하도록 되어 왔다.

확관용 유정의 개발의 당초에는, 웰 내에서, 강관을 10％ 정도 확관하고 있고, 이 확관용 유정용 강관으로서 통상의 유정관이 사용되고 있었다. 그러나 적용되는 확관율이 커져 20％를 초과하게 되면, 두께 편차의 증대가 문제가 되었다. 즉, 확관용 유정용 강관의 두께 편차에 기인하여, 확관시에, 국부적으로 두께 감소가 발생하여, 강관의 사용성능이 저하되거나, 파단이 일어난다. 그로 인해, 확관율에는 한계가 있었다.

따라서, 본 발명자들은, 이미 확관용 유정에 사용할 수 있는, 확관 특성이 우수한 강관을 제안하였다(예를 들어, 국제 공개 WO 2005/080621호 공보, 국제 공개 WO 2006/132441호 공보). 국제 공개 WO 2005/080621호 공보에 제안한 강관은, 페라이트 조직 중에 미세 마르텐사이트가 분산된 2상(相) 조직을 가져 확관 성능이 우수하다. 2상 조직을 갖는 강관은, 항복 강도가 낮고 가공 경화가 크다. 그로 인해, 확관에 필요로 하는 응력이 작아, 국부 수축이 발생하기 어렵다고 하는 우수한 확관 특성을 갖는다.

또한, 국제 공개 WO 2006/132441호 공보에 제안한 강관은, C량을 제한한 성분 조성으로 이루어지고, 템퍼링 마르텐사이트로 이루어지는 조직을 가져 인성이 높고, 확관 성능이 우수하다. 그러나 이들 페라이트 조직 중에 미세 마르텐사이트가 분산된 2상 조직이나, 템퍼링 마르텐사이트로 이루어지는 조직을 갖는 강은, 켄칭에 의해 제조되어 있다. 따라서, 강관을 가열하고, 수냉하기 위한 대규모의 열처리 장치가 필요하였다.

또한, 라인 파이프에 대해서는, 최근 라인 파이프 부설의 설계 사상이, 종래의 강도 기준으로부터 변형 기준으로 바뀌고 있고, 강관 길이 방향의 항복비의 저하가 요구되고 있다. 이것은, 부설 후의 지반 변동에 의해 파이프 라인에 변형이 발생하였을 때에 국부 좌굴(buckling)이 발생하는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 해저에 파이프 라인을 부설할 때에는, 일단 코일 형상으로 감은 관을 풀면서 해저에 가라앉히는, 릴 바지법이 채용되므로, 감기·되감기시에에 좌굴되지 않도록 강관 길이 방향의 높은 변형능, 즉 저항복비가 요구된다.

최근, 전봉 강관의 전봉 용접부 품질이 향상되어 왔으므로, 시임리스 강관이나 UO 강관에 비해 비용이 낮은 전봉 강관이 라인 파이프의 용도에 널리 이용되도록 되어 왔다. 그러나 전봉 강관은 핫 코일로부터 냉간에서 강관 성형된 상태로 사용되므로, 일반적으로 항복비가 높다. 특히, 해저 파이프 라인에 이용되는 두께/외경비가 높은 강관일수록 냉간 가공 변형이 크므로 항복비가 높아진다. 강관 길이 방향에 대해서는, 강관 성형시에 압축 응력의 부하가 거의 없으므로, 바우싱거 효과(Bauschinger effect)에 의한 내력 저감도 기대할 수 없다.

전봉 강관의 길이 방향의 항복비를 낮게 하는 기술은 지금까지 수많이 제안되어 있다(예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2006-299415호 공보). 이것은, 미리 강관 소재가 되는 핫 코일의 항복비를 저감시키는 것을 주목적으로 하는 기술이다. 그러나 아무리 낮은 항복비의 강관 소재가 얻어져도, 강관 성형의 가공 경화에 의한 내력 상승은 현저하여, 관 제조 후의 항복비는 거의 소재의 항복비의 영향을 받지 않는 것이 현실이다.

또한, 관 제조 후의 사이징 공정에서 길이 방향으로 압축 변형을 부여함으로써, 바우싱거 효과에 의해 내력을 저감시키는 기술이 제안되어 있다(예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2006-289482호 공보). 그러나 강관을 좌굴시키지 않고 길이 방향으로 압축 변형을 부여하는 것은 공업적으로는 매우 곤란하다.

또한, 라인 파이프 용도는 아니지만, 건축용 저항복비 전봉 강관을 관 제조 후의 열처리에 의해 제조하는 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 일본 특허 제3888279호 공보). 그러나 본 기술에서는 라인 파이프에 요구되는 고레벨의 강도, 인성, 용접성에는 대응할 수 없다.

상술한 바와 같이, 종래 변형 특성이 우수한, 2상 조직이나 템퍼링 마르텐사이트로 이루어지는 조직을 갖는 강관은, 관 제조 후에 켄칭 등의 열처리를 실시할 필요가 있어, 대규모의 열처리 장치를 필요로 하는 것이었다. 또한, 강관 길이 방향의 항복비가 낮은, 변형 특성이 우수한 강관을 제조할 때에, 항복비가 낮은 핫 코일을 사용하는 방법이나, 강관 길이 방향으로 압축 응력을 부여하는 방법에서는 실제상은 저항복비를 실현할 수 없다. 또한, 관 제조 후에 열처리를 실시하는 방법은, 저항복비를 실현할 수는 있지만 라인 파이프에 요구되는 특성을 확보하기 위한 기술을 필요로 한다. 따라서, 특히 전봉 강관에서는 길이 방향의 항복비가 낮은 라인 파이프를 제조하는 것은 곤란하다.

본 발명은, 대규모의 열처리 설비를 필요로 하는 수냉을 행하지 않고, 간단한 열처리를 행함으로써, 변형 특성이 우수한 강관, 예를 들어 확관 특성이 우수한 확관용 유정용 강관이나, 길이 방향의 항복비가 낮은 라인 파이프 및 그 제조 방법과, 상기 강관의 모강관을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

변형 특성을 향상시키기 위해서는, 구체적으로는 확관 특성을 향상시키거나, 항복비를 저감시키기 위해서는, 가공 경화 계수를 높이는 것이 유효하다. 따라서, 본 발명자들은, 강관의 조직을, 연질 상과 경질 제2상으로 이루어지는 2상 조직으로 하는 것이 필요하다고 생각하였다. 이러한 2상 조직을 얻는 열처리를 실시할 때에, 경질 상을 얻기 위해 수냉을 행하기 위해서는 대규모의 열처리 설비가 필요해진다. 그로 인해, 공냉에서도 저항복비가 얻어지는 것이 바람직하다. 그러나 공냉의 냉각 속도는 수냉의 냉각 속도보다도 느리므로, 강관을 2상 영역으로 가열하였을 때에 오스테나이트로 변태된 부분은, 냉각시에 페라이트와 시멘타이트로 분해되어, 경질 제2상을 마르텐사이트나 베이나이트로 하는 것은 곤란하다.

따라서, 본 발명들은, 비교적 느린 냉각 속도에서도 얻어지는, 마르텐사이트-오스테나이트 혼성물(Martensite-Austenite Constituent, 이하, MA라 하는 경우가 있음)을, 경질 제2상으로서 이용하면, 공냉에 의해서도 가공 경화가 큰 2상 조직을 갖는 강관이 얻어진다고 생각하여, 검토를 행하였다. 그 결과, 강관의 화학 성분을 적정한 범위로 조정하고, 적정한 온도로 가열하면, 가열 후에 공냉해도 가공 경화 계수가 높은, 연질 상과 경질 제2상으로 이루어지는 2상 조직이 얻어지는 것을 발견하였다.

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

(1) 질량％로, C:0.04 내지 0.10％, Mn:1.00 내지 2.50％를 함유하고, Si:0.80％ 이하, P:0.03％ 이하, S:0.01％ 이하, Al:0.10％ 이하, N:0.01％ 이하로 제한하고, Ni:1.00％ 이하, Mo:0.60％ 이하, Cr:1.00％ 이하, Cu:1.00％ 이하 중 1종 또는 2종 이상을 더 함유하고, Mn의 함유량과, Cr, Ni, Mo, Cu 중 1종 또는 2종 이상의 함유량이,

Mn＋Cr＋Ni＋2Mo＋Cu≥2.00

을 만족하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 마이크로 조직이, 면적률로 2 내지 10％인 마르텐사이트-오스테나이트 혼성물과 연질 상으로 이루어지는 2상 조직인 것을 특징으로 하는 변형 특성이 우수한 강관.

(2) 상기 연질 상이, 페라이트, 고온 템퍼링 마르텐사이트, 고온 템퍼링 베이나이트 중 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 변형 특성이 우수한 강관.

(3) 질량％로, Nb:0.01 내지 0.30％, Ti:0.005 내지 0.03％, V:0.30％ 이하, B:0.0003 내지 0.003％, Ca:0.01％ 이하, REM:0.02％ 이하 중 1종 또는 2종을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 변형 특성이 우수한 강관.

(4) 강관의 원주 방향의 가공 경화 계수가 0.1O 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 변형 특성이 우수한 강관.

(5) 강관의 두께/외경비가 0.03 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 변형 특성이 우수한 강관.

(6) 강관의 두께가 5 내지 20㎜인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 변형 특성이 우수한 강관.

(7) 강관의 외경이 114 내지 610㎜인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 변형 특성이 우수한 강관.

(8) 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 한 항에 기재된 변형 특성이 우수한 강관으로 이루어지고, 웰 내에서 확관되는 확관용 유정용 강관 유정관이며, 강관의 두께가 5 내지 15㎜이고, 외경이 114 내지 331㎜인 것을 특징으로 하는 확관용 유정용 강관 유정관.

(9) 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 변형 특성이 우수한 강관으로 이루어지는 라인 파이프이며, 강관의 두께가 5 내지 20㎜이고, 외경이 114 내지 610㎜인 것을 특징으로 하는 라인 파이프.

(10) 질량％로, C:0.04 내지 0.1O％, Mn:1.00 내지 2.50％를 함유하고, Si:0.80％ 이하, P:0.03％ 이하, S:0.01％ 이하, Al:0.10％ 이하, N:0.01％ 이하로 제한하고, Ni:1.00％ 이하, Mo:0.60％ 이하, Cr:1.00％ 이하, Cu:1.00％ 이하 중 1종 또는 2종 이상을 더 함유하고, Mn의 함유량과, Cr, Ni, Mo, Cu 중 1종 또는 2종 이상의 함유량이,

Mn＋Cr＋Ni＋2Mo＋Cu≥2.00

을 만족하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 모강관을, Ac₁＋10℃ 내지 Ac₁＋60℃로 가열하고, 그 후 공냉하고, 마이크로 조직이 면적률로 2 내지 1O％인 마르텐사이트-오스테나이트 혼성물과 연질 상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 변형 특성이 우수한 강관의 제조 방법.

(11) 상기 모강관이, 질량％로, Nb:0.01 내지 0.30％, Ti:0.005 내지 0.03％, V:0.30％ 이하, B:0.0003 내지 0.003％, Ca:0.01％ 이하, REM:0.02％ 이하 중 1종 또는 2종을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (10)에 기재된 변형 특성이 우수한 강관의 제조 방법.

(12) 질량％로, C:0.04 내지 0.10％, Mn:1.00 내지 2.50％를 함유하고, Si:0.80％ 이하, P:0.03％ 이하, S:0.01％ 이하, Al:0.10％ 이하, N:0.01％ 이하로 제한하고, Ni:1.00％ 이하, Mo:0.60％ 이하, Cr:1.00％ 이하, Cu:1.00％ 이하 중 1종 또는 2종 이상을 더 함유하고, Mn의 함유량과, Cr, Ni, Mo, Cu 중 1종 또는 2종 이상의 함유량이,

Mn＋Cr＋Ni＋2Mo＋Cu≥2.00

을 만족하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강편을, 1000 내지 1270℃로 가열하고, 마무리 압연의 압하율을 50％ 이상으로 하는 열간 압연을 행하고, 얻어진 강판을 관상으로 성형하여 맞댐부를 용접하는 것을 특징으로 하는 변형 특성이 우수한 강관의 모강관의 제조 방법.

(13) 상기 강편이, 질량％로, Nb:0.01 내지 0.30％, Ti:0.005 내지 0.03％, V:0.30％ 이하, B:0.0003 내지 0.003％, Ca:0.01％ 이하, REM:0.02％ 이하 중 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (12)에 기재된 변형 특성이 우수한 강관의 모강관의 제조 방법.

본 발명에 따르면, 강관을 가열하고, 수냉하기 위한 대규모의 열처리 설비를 필요로 하지 않고, 강관을 가열한 후, 공냉함으로써, 변형 특성이 우수한 강관, 예를 들어 확관 특성이 우수한 확관용 유정용 강관이나 저항복비의 라인 파이프를 제조하는 것이 가능해진다.

도 1은 공냉한 강관의 MA량과, Mn, Ca, Ni, Mo 및 Cu의 첨가량의 관계를 나타내는 도면이다.

본 발명자들은, 연질 상과 경질 제2상으로 이루어지는 2상 조직을 갖고, 변형 특성이 우수한 강관, 특히 확관 성능이 우수한 고강도 강관, 저항복비의 라인 파이프를, 강관 전체를 가열한 후, 공냉함으로써 제조하는 방법에 대해 검토를 행하였다.

켄칭성을 향상시키고, 또한 시멘타이트에 고용(固溶)하기 어려운 원소가 포함되는 강을, Ac₁ 변태 온도 이상 Ac₃ 변태 온도 이하의 2상 영역으로 가열하면, 생성된 오스테나이트는 공냉시에 탄화물과 페라이트로 분해되지 않고 MA(마르텐사이트-오스테나이트 혼성물)로 되기 쉽다. 이러한 효과를 갖는 원소로서, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu를 들 수 있다.

따라서, 본 발명자들은 Mn, Cr, Ni, Mo, Cu의 첨가량과, 2상 영역으로 가열하여 공냉 후, 생성되는 MA량을 조사하였다. 구체적으로는, 기본의 성분 조성을, 질량％로, C:0.04 내지 0.1O％, Mn:1.40 내지 2.50％, Si:0.80％ 이하, P:0.03％ 이하, S:0.01％ 이하, Al:0.10％ 이하, N:0.01％ 이하로 하는 강에, 다양한 양의 Ni, Mo, Cr, Cu를 함유시켜 강판을 제조하였다. 또한, 강판을 700 내지 800℃로 가열하고, 공냉하는 열처리를 행하였다.

열처리 후의 강판으로부터 조직 관찰용의 시료를 채취하여, 레펠라 에칭을 행하고, 광학 현미경으로 관찰하여, 조직 사진을 촬영하였다. 조직 사진의 백색으로 착색된 부분을 MA로 동정(同定)하고, 면적률을 화상 해석에 의해 구하였다. 또한, 강판으로부터 시험편을 채취하여 인장 시험을 행하고, 진변형, 진응력의 양 로그 그래프를 작성하여, 직선부의 기울기로부터 가공 경화 계수(n값)를 구하였다. 또한, 강판의 인장 강도는 600 내지 800㎫였다.

우선, 가열 온도이지만, Ac₁＋10℃ 미만에서는, 가열시에 생성되는 오스테나이트의 양이 적고, 그 결과 공냉 후에 생성되는 MA도 적기 때문에, n값이 0.1 미만이 되는 것을 알 수 있었다. 한편, Ac₁＋60℃ 초과로 가열하면, 오스테나이트의 생성량은 증가하지만, 오스테나이트에 분배되는 C량이 적어진다. 그로 인해, 오스테나이트가 불안정해져, 공냉시에 페라이트와 시멘타이트로 분해된다. 그 결과, MA의 면적률은 적어져, 저온에서의 가열과 마찬가지로 n값은 0.1 미만이 된다.

따라서, Ac₁＋10℃ 내지 Ac₁＋60℃의 온도 범위로 가열하고, 공냉한 강관의 MA량과, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu의 첨가량의 관계를 해석하였다. 그 결과, 도 1에 나타내는 바와 같이, MA량은 Mn＋Cr＋Ni＋2Mo＋Cu를 지표로 하여 정리할 수 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 선택 원소인 Cr, Ni, Mo 및 Cu를 의도적으로 첨가하지 않는 경우는, 각각의 값을 0으로 하여 Mn＋Cr＋Ni＋2Mo＋Cu를 계산하였다.

또한, Ac₁은 강의 성분 조성 중, Si, Mn, Ni 및 Cr의 함유량(질량％)에 의해, 하기 식

Ac₁＝723＋29.1×Si-10.7×Mn-16.9×(Ni-Cr)

에 의해 계산하여 구하였다. 또한, 탈산 원소인 Si, 선택 원소인 Ni 및 Cr을 의도적으로 첨가하지 않는 경우는, 각각의 값을 0으로 하여 Ac₁을 계산하였다.

도 1의 종축「MA」는, MA의 면적률이고, 이것으로부터 명백한 바와 같이, Mn＋Cr＋Ni＋2Mo＋Cu가 2.00 이상이 되면 MA의 면적률이 2％ 이상이 된다. 또한, MA의 면적률은, Mn＋Cr＋Ni＋2Mo＋Cu의 수치와 함께 증가하고 있다. 따라서, Mn＋Cr＋Ni＋2Mo＋Cu의 증가에 의해 오스테나이트가 안정되어, 공냉 후에, MA로서 잔존하는 양이 증가할 것이라 생각된다.

또한, 본 발명자들은, MA의 면적률이 2 내지 10％이고, 가공 경화 계수가 0.10 이상이 된 강판의 성분 조성을 기초로 열연 강판을 제조하여, 전봉 강관으로 하였다. 강관을, Ac₁＋20℃ 내지 Ac₁＋60℃로 가열하여 공냉하고, 단부로부터 확관 플러그를 압입하여 확관하여, 균열이 발생하지 않는 한계의 확관율을 측정하였다. 또한, 강관으로부터 주위 방향을 긴 쪽으로 하는 시험편을 채취하고, 인장 시험을 행하여, 가공 경화 계수를 구하였다. 그 결과, 가공 경화 계수가 0.10 이상이면, 한계 확관율은 20％ 이상, 가공 경화 계수가 0.15 이상이면, 한계 확관율이 30％ 이상이 되는 것을 알 수 있었다.

마찬가지로, 기본의 성분 조성을, 질량％로, C:0.04 내지 0.10％, Mn:1.00 내지 2.50％, Si:0.80％ 이하, P:0.030％ 이하, S:0.010％ 이하, Al:0.10％ 이하, N:0.010％ 이하로 하는 강에, 다양한 양의 Ni, Mo, Cr, Cu를 함유시켜 강판을 제조하였다. 이 강판에 관 제조 성형 상당분의 4％의 예비 변형을 부여한 후, 700 내지 800℃로 가열하고, 공냉하는 열처리를 행하였다. 열처리 후의 강판으로부터 조직 관찰용의 시료를 채취하고, 광학 현미경으로 관찰하여, MA의 면적률을 화상 해석에 의해 구하였다.

또한, 예비 변형 후의 강판의 항복비는 0.92였다. 가열 온도가, Ac₁＋10℃ 미만에서는 공냉 후에 생성되는 MA가 적고, 한편, Ac₁＋60℃ 초과로 가열하면, 오스테나이트가 공냉시에 페라이트와 시멘타이트로 분해된다. 그 결과, MA의 면적률은 감소되고, 항복비는 0.90 정도까지밖에 저하되지 않았다.

따라서, 강 성분을 Mn:1.0 내지 2.5％, Cr:0 내지 1.0％, Ni:0 내지 1.0％, Mo:0 내지 0.6％, Cu:0 내지 1.0％의 범위에서 변화시켜 합계 27종류의 강을 준비하고, Ac₁＋10℃ 내지 Ac₁＋60℃의 온도 범위로 가열하고, 공냉한 예비 변형 강판의 MA량과, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu의 첨가량의 관계를 해석하였다. 그 결과를 중회귀 분석의 방법에 의해 해석한 바, MA량은 Mn＋Cr＋Ni＋2Mo＋Cu를 지표로 하였을 때에 가장 양호한 상관이 얻어지는 것이 판명되었다.

즉, MA량은, 도 1과 마찬가지로, Mn＋Cr＋Ni＋2Mo＋Cu를 지표로 하여 정리할 수 있는 것을 알 수 있었다. 가열 온도에 대해서는, Ac₁＋10℃ 내지 Ac₁＋60℃의 온도 범위이면, 어떠한 온도에 있어서도 도 1과 동일한 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 본 발명자들은, 상기 열처리에서 MA의 면적률이 2 내지 10％가 되는 성분 조성을 갖는 강을 이용하여 열연 강판을 제조하고, 두께/외경비가 0.05인 강관으로 하였다. 이 강관을 가열하여 공냉하고, 강관 길이 방향으로부터 인장 시험편을 채취하여 인장 시험을 행하고 항복비를 구하였다. 그 결과, 가열 온도가 Ac₁＋10℃ 내지 Ac₁＋60℃이면 MA가 2％ 이상이 되어, 결과적으로 항복비가 0.90 이하가 되는 것을 알 수 있었다.

이하, 본 발명의 변형 특성이 우수한 강관에 함유되는 화학 성분과 그 한정 이유에 대해 설명한다. 본 발명의 강관의 화학 성분은, 관 제조 전의 강판의 조직 및 강도와, 열처리 후의 강관의 조직 및 강도의 양쪽의 관점에서, 이하의 범위로 한다.

C는, 본 발명에 있어서는 Ac₁＋10℃ 내지 Ac₁＋60℃, 바람직하게는 Ac₁＋20℃ 내지 Ac₁＋60℃로 가열할 때에, 오스테나이트를 안정되게 하여, 공냉 후의 MA의 면적률을 증가시키므로 매우 중요한 원소이다. 열처리 후, MA를 확보하기 위해서는, C를 0.04％ 이상 첨가하는 것이 필요하다. 또한, C는 켄칭성을 높여, 강의 강도를 향상시키는 원소이며, 과잉으로 첨가하면 강도가 지나치게 높아져 인성을 손상시키므로, 상한을 0.10％로 하였다. 또한, C량의 상한은, 0.10％ 미만이 바람직하다.

Mn은, 켄칭성을 높여 고강도를 확보하는 면에서, 불가결한 원소이다. 또한, Ac₁점을 저하시켜 오스테나이트를 안정화하는 원소이기도 하다. 따라서, Ac₁＋10℃ 내지 Ac₁＋60℃, 바람직하게는 Ac₁＋20℃ 내지 Ac₁＋60℃로 가열하였을 때에, 오스테나이트를 생성시키고, 공냉 후에 MA의 분해를 억제하기 위해서는 1.00％ 이상의 첨가가 필요하다. 또한, Mn량의 하한은, 1.40％ 이상이 바람직하다. 그러나 Mn이 지나치게 많으면, 강관의 소재인 강판의 마르텐사이트량이 과잉이 되어, 강도가 지나치게 높아져 성형성이 손상되므로, 상한을 2.50％로 하였다.

Si는 탈산 원소이며, 다량 첨가하면 저온 인성이 현저하게 열화되므로, 상한을 0.80％로 하였다. 본 발명에서는, 강의 탈산 원소로서 Al, Ti를 사용해도 좋고, Si는 반드시 첨가할 필요는 없다. 한편, Si는 강도 향상이나, MA의 생성을 촉진하는 효과를 갖는 원소이며, 0.10％ 이상을 첨가하는 것이 바람직하다.

P 및 S는 불순물이며, 각각 0.03％ 및 0.01％를 상한으로 한다. P량의 저감에 의해, 연속 주조 슬래브의 중심 편석이 경감되고, 입계 파괴가 방지되어 인성이 향상된다. 또한, S량의 저감은, 열간 압연에서 연신화되는 MnS를 저감하여, 연성 및 인성을 향상시키는 효과가 있다.

Al은 탈산 원소이며, 첨가량이 0.10％를 초과하면, 비금속 개재물이 증가하여 강의 청정도를 해치므로, 상한을 0.10％로 하였다. 또한, 탈산제로서 Ti, Si를 사용하는 경우는, Al은 반드시 첨가할 필요는 없다. 따라서, Al량의 하한은 한정하지 않지만, 통상 불순물로서 0.001％ 이상 포함된다. 강의 조직의 미세화에 AlN을 이용하는 경우는, 0.01％ 이상의 Al을 첨가하는 것이 바람직하다.

N은 불순물이며, 상한을 0.01％ 이하로 한다. 선택적으로 Ti를 첨가하는 경우, N을 0.001％ 이상 함유시키면, TiN을 형성하고, 슬래브 재가열시의 오스테나이트 입자의 조대화를 억제하여 모재의 인성을 향상시킨다. 그러나 N량이 0.01％를 초과하면, TiN이 조대화되어 표면 흠집, 인성 열화 등의 폐해가 발생한다.

또한, 상술한 바와 같이, 필수 원소인 Mn에 부가하여, 선택적으로 Ni, Mo, Cr, Cu 중 1종 또는 2종 이상을

Mn＋Cr＋Ni＋2Mo＋Cu≥2.00

을 만족하도록 첨가하면, 공냉시에, 오스테나이트가, 페라이트와 시멘타이트로 분해되기 어려워져 MA를 확보할 수 있다. 여기서, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu는, 각 원소의 함유량(질량％)이고, 선택 원소인 Cr, Ni, Mo, Cu를 의도적으로 첨가하지 않는 경우는, 0으로 하여 좌변을 계산한다.

또한, Ni, Mo, Cr, Cu는 켄칭성을 향상시키는 원소이기도 하며, 고강도를 얻기 위해 1종 또는 2종 이상을 첨가하는 것이 바람직하다.

Ni는, 강을 2상 영역으로 가열하였을 때에, 오스테나이트를 미세하게 생성시키는 효과도 갖는다. 한편, Ni의 첨가량이 지나치게 많으면, 강관의 소재인 강판의 마르텐사이트량이 과잉이 되어, 강도가 지나치게 높아져 성형성을 손상시키는 경우가 있다. 그로 인해, Ni량의 상한은 1.00％로 하는 것이 바람직하다.

Mo, Cr 및 Cu는 과잉으로 첨가하면, 켄칭성의 향상에 의해, 강관의 소재인 강판의 강도가 지나치게 높아져 성형성을 손상시키는 경우가 있다. 그로 인해, Mo, Cr 및 Cu의 첨가량의 상한을, 각각 0.60％, 1.00％ 및 1.00％로 하는 것이 바람직하다.

또한, 선택적으로 Nb, Ti, V, B, Ca, REM 중 1종 또는 2종 이상을 첨가해도 좋다. Nb, Ti 및 V는 강의 조직의 미세화에, B는 켄칭성의 향상에, Ca 및 REM은 개재물의 형태의 제어에 기여한다.

Nb는 압연시에 오스테나이트의 재결정을 억제하는 원소이다. 가열 전의 강관의 결정입경을 미세화하기 위해서는, Nb를 0.01％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 라인 파이프에 필요한 인성을 확보하기 위해서는, Nb를 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, Nb를 0.30％보다도 과잉으로 첨가하면 인성이 열화되므로, 그 상한을 0.30％로 하는 것이 바람직하다.

Ti는 미세한 TiN을 형성하고, 슬래브 재가열시의 오스테나이트립의 조대화를 억제하는 원소이다. 또한, Al량이, 예를 들어 0.005％ 이하로 낮은 경우에는, Ti는 탈산제로서 작용한다.

Ti를 첨가하고, 마이크로 조직을 미세화하여 인성을 개선하기 위해서는, N을 0.001％ 이상 함유시키고, Ti를 0.005％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, Ti량이 지나치게 많으면, TiN의 조대화나, TiC에 의한 석출 경화가 발생하여 인성이 열화되므로, 상한을 0.03％로 하는 것이 바람직하다.

V는 Nb와 거의 동일한 효과를 갖지만, 그 효과는 Nb에 비교하여 약간 약하다. V는 효과를 얻기 위해, 0.01％ 이상을 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, 과잉으로 첨가하면 인성이 열화되므로, V의 첨가량의 상한을 0.30％로 하는 것이 바람직하다.

B는 강의 켄칭성을 높이는 원소이며, 2상 영역으로부터의 공냉시에, 오스테나이트가 페라이트와 탄화물로 분해되는 것을 억제하고, MA의 생성을 촉진하는 효과를 갖는다. 이 효과를 얻기 위해서는, B를 0.0003％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, 0.003％ 초과의 B를 첨가하면, 조대한 B 함유 탄화물이 생성되어 인성이 손상되는 경우가 있으므로, 상한을 0.003％로 하는 것이 바람직하다.

Ca 및 REM은 MnS 등의 황화물의 형태를 제어하여 인성의 향상에 기여하는 원소이며, 한쪽 또는 양쪽을 첨가하는 것이 바람직하다. 이 효과를 얻기 위해서는, Ca는 0.001％ 이상, REM은 0.002％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 한편, Ca가 0.01％를 초과하고, REM이 0.02％를 초과하면, CaO-CaS, 또는 REM-CaS의 생성에 의해, 대형 클러스터, 대형 개재물이 형성되어, 강의 청정도를 해치는 경우가 있다. 그로 인해, Ca 첨가량의 상한은 0.01％로 하고, REM의 첨가량의 상한은 0.02％로 하는 것이 바람직하다. 또한, Ca 첨가량의 더욱 바람직한 상한은, 0.006％이다.

다음에, 열처리 후의 강관의 조직에 대해 설명한다.

우수한 변형 특성을 얻기 위해서는, 특히 확관 성능을 향상시키고, 또한 항복비를 저하시키기 위해서는, 강관의 조직을 면적률로 2 내지 10％인 MA와, 잔량부가 연질 상으로 이루어지는 2상 조직으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 2상 영역 가열시의 오스테나이트 조직률을 10％ 이상으로 하면, 오스테나이트에의 C 농축이 불충분해져, 공냉시에 페라이트와 시멘타이트로 분해된다. 따라서 10％를 초과하는 MA를 얻는 것은 곤란하다.

또한, MA는 레펠라 에칭 후, 광학 현미경으로 관찰하면 백색으로 착색된다. 또한, 나이탈 에칭을 행한 시료를, 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰하면, MA의 부분은 에칭되기 어렵기 때문, 섬 형상이며 평활한 조직으로서 관찰된다. 따라서, MA의 면적률은, 레펠라 에칭 후의 시료의 광학 현미경 조직 사진, 나이탈 에칭 후의 시료의 SEM 조직 사진을 화상 해석함으로써 측정하는 것이 가능하다.

변형 특성, 특히 확관 성능은, 가공 경화하기 쉬울수록 향상된다. 그로 인해, MA의 면적률을 2 내지 10％로 하면, 강관의 주위 방향의 가공 경화 계수가 0.10 이상이 되어, 우수한 확관 성능이 얻어진다.

MA 이외의 부분은 연질 상이고, 이것은 열처리 전의 강관의 조직인 페라이트, 마르텐사이트, 베이나이트가, Ac₁＋10℃ 내지 Ac₁＋60℃, 바람직하게는 Ac₁＋20℃ 내지 Ac₁＋60℃로 가열 후, 공냉된 상이다.

본 발명에서는, Ac₁＋10℃ 내지 Ac₁＋60℃, 바람직하게는 Ac₁＋20℃ 내지 Ac₁＋60℃로의 가열 및 공냉에 의해 연화된 마르텐사이트, 베이나이트를, 각각 고온 템퍼링 마르텐사이트, 고온 템퍼링 베이나이트라고 한다. 즉, 연질 상은, 페라이트, 고온 템퍼링 마르텐사이트 및 고온 템퍼링 베이나이트 중 1종 또는 2종 이상으로 이루어진다.

또한, 본 발명의 성분 범위의 강에서는, Ac₁을, 하기 식

Ac₁＝723＋29.1×Si-10.7×Mn-16.9×(Ni-Cr)

로 계산할 수 있다. 여기서, Si, Mn, Ni, Cr은, 각 원소의 함유량(질량％)이다.

또한, Ac₁은 제조한 강판으로부터 시험편을 채취하거나, 실험실에서 동일한 조성을 갖는 강재를 제조하여, 실험에 의해 측정하는 것도 가능하다. 예를 들어, 강의 가열시의 변태 온도는, 정속도로 시험편을 가열하고 팽창량을 측정하는, 이른바 포마스터 시험(four master test)에 의해 구할 수 있다.

포마스터 시험에 의해 얻어진 온도와 팽창량의 관계로부터, 굴곡의 개시점 및 종료점의 온도를 구함으로써, 각각 오스테나이트 변태의 개시 온도(Ac₁) 및 오스테나이트 변태의 종료 온도(Ac₃)를 결정할 수 있다.

통상, 강을, Ac₁ 내지 Ac₃으로 가열하면, 마르텐사이트, 베이나이트, 페라이트 중 일부는 오스테나이트로 변태되고, 나머지 부분은 체심입법 구조의 조직 상태에서 회복이 진행된다.

특히, 본 발명의 제조 방법에서는, Ac₁＋10℃ 내지 Ac₁＋60℃, 바람직하게는 Ac₁＋20℃ 내지 Ac₁＋60℃라고 하는 비교적 저온의 온도 영역으로 가열하므로, 가열 전에 존재하고 있었던 마르텐사이트 및 베이나이트는, 오스테나이트로 변태되지 않는 부분이 많아, 템퍼링 처리를 받은 것과 같은 연화 상으로서 잔존한다. 즉, 열처리 전의 강관에 생성되어 있었던 마르텐사이트 및 베이나이트는, Ac₁＋10℃ 내지 Ac₁＋60℃, 바람직하게는 Ac₁＋20℃ 내지 Ac₁＋60℃로 가열되면, 전위의 회복이나 고용 C의 석출에 의해 연화되어, 각각 고온 템퍼링 마르텐사이트 및 고온 템퍼링 베이나이트가 된다.

또한, 페라이트에는 가열 전도 페라이트이며, 가열 중에 회복이 진행된 부분과, Ac₁＋10℃ 내지 Ac₁＋60℃, 바람직하게는 Ac₁＋20℃ 내지 Ac₁＋60℃로 가열되었을 때에 오스테나이트로 변태되고, 공냉 중에 역변태된 것, 즉 페라이트와 시멘타이트로 분해된 부분이 혼재하고 있다. 그러나 이들은, 광학 현미경에 의한 구별은 곤란하기 때문에, 총칭하여 페라이트라고 한다.

이러한 성분 및 금속 조직을 갖는 본 발명의 변형 특성이 우수한 강관은, 인장 강도가 500 내지 900㎫이고, 두께는 5㎜ 내지 20㎜이다. 특히, 확관용 유정용 강관에서는, 요구되는 인장 강도는 550 내지 900㎫, 두께 5㎜ 내지 15㎜, 바람직하게는 7㎜ 내지 15㎜이다. 또한, 저항복비 라인 파이프에서는, 요구되는 인장 강도 500 내지 750㎫, 두께 5㎜ 내지 20㎜이다.

다음에, 상기 성분을 함유하는 변형 특성이 우수한 강관의 제조 조건에 대해 설명한다. 본 발명의 변형 특성이 우수한 강관의 제조 방법은, 모강관에, 직경 축소 압연 등의 열간 가공을 실시하는 일 없이, 열처리를 실시하는 것이다. 단, 열처리 전에는, 진원도(眞圓度)를 향상시키기 위한 사이징이나, 형상을 교정하기 위한 가공을 냉간으로 실시해도 좋다.

본 발명의 변형 특성이 우수한 강관의 제조 방법은, 기본적으로는 상술한 제조 조건, 즉 모강관을 Ac₁＋10℃ 내지 Ac₁＋60℃, 바람직하게는 Ac₁＋20℃ 내지 Ac₁＋60℃로 가열 후, 공냉하는 것이다. 따라서, 본 발명에 따르면, 모강관 전체를 가열 후, 공냉해도 변형 특성이 향상되어, 대규모의 열처리 설비를 필요로 하는 수냉을 실시할 필요는 없다. 또한, 가열 후에 수냉으로 하면, MA가 아닌, 마르텐사이트가 생성된다. 강관의 가열 온도를 Ac₁＋10℃ 내지 Ac₁＋60℃, 바람직하게는 Ac₁＋20℃ 내지 Ac₁＋60℃로 하는 것은, 공냉 후, MA를 얻기 위함이다. 이것은, 2상 영역으로 가열하여, 일부가 오스테나이트로 변태되면, C가 오스테나이트부에 농축되어, 다른 원소는 거의 분배되지 않기 때문이다.

즉, 가열 온도가 Ac₁＋10℃ 미만에서는, 오스테나이트로 변태되는 비율이 지나치게 적어, MA의 확보가 곤란해진다. 가열시의 오스테나이트량을 증가시키기 위해서는, 가열 온도를 Ac₁＋20℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Ac₁＋60℃를 초과한 온도로 가열하면, 오스테나이트로의 변태량이 지나치게 많아진다. 그로 인해, 오스테나이트 상에 있어서의 C의 농축량이 불충분해져, 공냉에 의해 페라이트와 시멘타이트로 분해되어, MA를 확보하는 것이 곤란해진다. 또한, 가열 온도의 상한은, 미세한 결정입경을 얻기 위해, 780℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 그로 인해, Ac₁이 720℃ 이하가 되도록 강관의 화학 성분을 조정하는 것이 바람직하다.

본 발명의 변형 특성이 우수한 강관, 특히 확관용 유정용 강관, 저항복비 라인 파이프는, 어떠한 제법으로 제조되어 있어도 문제없지만, 두께 편차는 작은 쪽이 바람직하다. 두께 편차가 작으면, 시임리스 관이라도 좋지만, 일반적으로 용접 강관은 판 두께의 정밀도가 양호한 열연 강판을 성형하고, 맞대기 용접하여 제조하므로 시임리스 관보다도 두께 편차가 작다.

용접 강관의 성형 방법은, 일반적으로 사용되고 있는 강관 성형법으로서, 프레스 성형 및 롤 성형이면 좋다. 또한, 맞댐부의 용접 방법은, 레이저 용접, 아크 용접 및 전봉 용접을 적용할 수 있지만, 특히 전봉관 공정에서는 생산성이 높으므로, 본 발명의 강관, 특히 유정용 강관, 라인 파이프의 제조에 적합하다.

열연 강판은, 강편을 오스테나이트 영역으로 가열하여, 조압연(粗壓延)을 행한 후, 마무리 압연을 행하고, 바람직하게는 마무리 압연 후에 가속 냉각을 행한다. 또한, 소재인 강판의 인장 강도는, 600 내지 800㎫인 것이 바람직하다.

열간 압연의 가열 온도는, 강편의 조직을 오스테나이트로 하고, 열간 가공성을 확보하기 위해 1000℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 열간 압연의 가열 온도를 1270℃ 초과로 하면, 조직이 조대화되어 열간 가공성을 손상시키는 경우가 있으므로, 상한을 1270℃로 하는 것이 바람직하다.

마무리 압연은, 강관의 결정입경을 미세화하기 위해, 압하율을 50％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 마무리 압연의 압하율은, 압연 전후의 판 두께의 차를 압연 전의 판 두께로 나누어 구한다. 마무리 압연의 압하율을 50％ 이상으로 하면, 강관을 2상 영역으로 가열하였을 때에, 오스테나이트가 균일하게 분산되어 생성되고, MA도 미세하게 분산되므로 확관 특성이 향상된다.

마무리 압연 후, 가속 냉각을 행하면, 열연 강판의 조직이 페라이트, 마르텐사이트 및 베이나이트를 포함하는 복상 조직이 된다. 또한, 페라이트와 베이나이트의 복상 조직이 가장 일반적이다. 예를 들어, 마무리 압연 후, 15℃/s로 냉각하고, 400 내지 500℃에서 권취함으로써 이러한 복상 조직이 얻어진다. 이에 의해, 강관을 2상 영역으로 가열하였을 때에, 오스테나이트가 더욱 균일하게 분산되어 생성되고, MA도 미세하게 분산되므로, 변형 특성이 향상되고, 특히 확관 특성이 향상되고 항복비가 저하된다.

본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 변형 특성이 우수한 강관 중, 확관용 유정용 강관은, 드릴 파이프로 굴삭한 지중(地中)의 웰, 또는 이미 다른 유정관이 설치되어 있는 웰 내에 삽입하여 행할 수 있다. 웰은, 수천 미터의 깊이에 도달하는 경우도 있다. 웰 내에서 확관되는 확관용 유정용 강관은, 두께를 5 내지 15㎜, 외경을 114 내지 331㎜로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 저항복비 라인 파이프는, 해저 라인 파이프의 부설시에 릴 바지 공법을 적용할 수 있다. 라인 파이프는 전봉 강관인 것이 바람직하고, 두께를 5 내지 20㎜, 외경을 114 내지 610㎜로 하는 것이 바람직하다.

(제1 실시예)

표 1에 나타내는 화학 성분을 함유하는 강을 전로에서 용제하고, 연속 주조로 강편으로 하고, 얻어진 강편을 1100 내지 1200℃로 가열하고, 연속 열간 압연기로 압하율을 70％ 이상으로 하여 압연하고, 10 내지 20℃/s로 냉각하여, 400 내지 500℃에서 권취하고, 9.56㎜ 두께의 열연 강판을 제조하였다.

이 열연 강판을 소재로 하여, 전봉관 공정에서, 외경 193.7㎜의 강관을 제조하였다. 얻어진 강관에, 표 2에 나타내는 온도로 120s 가열하고, 그 후, 공냉하는 열처리를 실시하였다. 또한, 표 1 중의「0」은, 선택 원소를 의도적으로 첨가하고 있지 않은 것을 의미한다.

강관으로부터 주위 방향을 길이 방향으로 하는 시험편을 채취하여 인장 시험을 행하고, 항복 강도(YS), 인장 강도(TS) 및 가공 경화 계수(n값)를 측정하였다. n값은 진변형과 진응력의 양 로그 그래프를 작성하여, 직선부의 기울기로부터 측정하였다. 또한, 강관의 단부를 플러그에 의해, 30％ 확관하는 확관 시험을 실시하였다. 확관 후, 강관의 두께 분포를 측정하여 평균 두께와의 차를 계산하고, 최대의 두께 감소의 값을 최대 두께 감소로서 평가하였다.

또한, 강관의 조직을 광학 현미경에 의해 관찰하였다. MA의 면적률은, 레펠라 에칭을 행한 시료의 조직 사진을 화상 해석하여 측정하였다. 또한, MA의 잔량부는, 페라이트, 마르텐사이트 및 베이나이트이고, 비커스 경도의 측정에 의해 마르텐사이트 및 베이나이트가 연화되어 있는 것을 확인하였다.

결과를 표 2에 나타낸다. 표 2에 있어서, 항복 강도와 인장 강도의 비(Y/T)는 항복비(YS/TS)이고, 백분율로 나타내고 있다. 표 2에 나타내는 바와 같이, 본 발명 강관에서는, 최대 두께 감소는 0.6㎜정도 이하로 작아, 수냉을 행한 실시 No.7과 동등 이상의 우수한 확관 성능을 갖고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 실시 No.7은, Mn＋Cr＋Ni＋2Mo＋Cu≥2.00을 만족하지 않고, 냉각을 수냉으로 한 비교예이다. 또한, 실시 No.7의 MA 면적률의「(9)」는, 강관을 가열한 후, 수냉하였을 때에 생성된 마르텐사이트의 면적률이 9％인 것을 의미한다.

한편, 실시 No.6은 가열 온도가 지나치게 높고, 실시 No.8은 실시 No.7과 마찬가지로, 강 조성이 본 발명에서 규정하는 범위의 범위 밖이며, 공냉 후, MA의 생성이 불충분해져 1㎜를 초과하는 큰 두께 감소가 발생되어 있다.

(제2 실시예)

표 3에 나타낸 화학 성분을 함유하는 강을 전로에서 용제하고, 연속 주조로 강편으로 하고, 얻어진 강편을 1100 내지 1200℃로 가열하고, 연속 열간 압연기로 압하율을 70％ 이상으로 하여 압연하고, 10 내지 20℃/s로 냉각하여, 500 내지 600℃에서 권취하고, 16㎜ 및 8㎜ 두께의 열연 강판을 제조하였다. 이 열연 강판을 소재로 하여, 전봉관 공정에서 외경 400㎜의 강관을 제조하였다. 열처리 전의 강관으로부터, 시험편을 채취하여 인장 시험을 행하고, 항복비(Y/T)를 평가하였다.

얻어진 강관에, 표 4에 나타낸 온도로 120s 가열한 후, 공냉하는 열처리를 실시하였다. 또한, 표 3의 화학 성분란에 기재된「0」은, 선택 원소를 의도적으로 첨가하고 있지 않은 것을 의미한다. 강관의 길이 방향으로부터 시험편을 채취하여 인장 시험을 행하고, 항복 강도(YS), 인장 강도(TS)를 측정하였다. 인성은, 샤르피 시험을 행하여, 취성 연성 천이 온도(Trs)에 의해 평가하였다.

또한, 강관의 조직을 광학 현미경에 의해 관찰하였다. MA의 면적률은, 레펠라 에칭을 행한 시료의 조직 사진을 화상 해석하여 측정하였다. 또한, MA의 잔량부는, 페라이트, 마르텐사이트, 베이나이트이며, 비커스 경도의 측정에 의해 마르텐사이트, 베이나이트가 연화되어 있는 것을 확인하였다.

결과를 표 4에 나타낸다. 표 4에 있어서, 항복 강도와 인장 강도의 비(Y/T)는 항복비(YS/TS)이다. 표 4에 나타낸 바와 같이, 실시 No.11 내지 20의 본 발명 강관에서는 열처리 후의 항복비는 모두 릴 바지법에 적용 가능한 0.90 이하인 것을 알 수 있다. 또한, 실시 No.20과 같이, 두께/외경비가 낮으면, 관 제조시의 가공 경화가 작아져, 열처리 전의 항복비도 낮다.

실시 No.21 내지 24는 비교예이다. 실시 No.21은 가열 온도가 지나치게 높고, 한편 실시 No.22는 가열 온도가 지나치게 낮아 MA의 생성이 불충분해져, 항복비가 충분히 낮아지지 않은 예이다. 실시 No.23, 24는, Mn＋Cr＋Ni＋2Mo＋Cu≥2.00을 만족하지 않고, 켄칭성이 불충분하고, 수냉이면 저항복비가 얻어졌지만, 공냉에서는 항복비가 충분히 낮아지지 않은 예이다. 또한, 실시 No.23의 MA 면적률의「(8.0)」은, 마르텐사이트의 면적률이 8.0％인 것을 의미한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 변형 성능이 우수한 강관, 특히 확관 특성이 우수한 확관용 유정용 강관, 저항복비 라인 파이프를 저렴하게 제조할 수 있으므로, 본 발명은 산업상의 공헌이 매우 현저한 것이다.

Claims

질량％로,
C:0.04 내지 0.10％,
Mn:1.00 내지 2.50％
를 함유하고,
Si:0.80％ 이하,
P:0.03％ 이하,
S:0.01％ 이하,
Al:0.10％ 이하,
N:0.01％ 이하
로 제한하고,
Ni:1.00％ 이하,
Mo:0.60％ 이하,
Cr:1.00％ 이하,
Cu:1.00％ 이하
중 1종 또는 2종 이상을 더 함유하고, Mn의 함유량과, Cr, Ni, Mo, Cu 중 1종 또는 2종 이상의 함유량이,
Mn＋Cr＋Ni＋2Mo＋Cu≥2.00
을 만족하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 마이크로 조직이, 면적률로 2 내지 10％인 마르텐사이트-오스테나이트 혼성물과 연질 상으로 이루어지는 2상 조직인 것을 특징으로 하는, 변형 특성이 우수한 강관.
제1항에 있어서, 상기 연질 상이, 페라이트, 고온 템퍼링 마르텐사이트, 고온 템퍼링 베이나이트 중 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 변형 특성이 우수한 강관.
제1항 또는 제2항에 있어서, 질량％로,
Nb:0.01 내지 0.30％,
Ti:0.005 내지 0.03％,
V:0.30％ 이하,
B:0.0003 내지 0.003％,
Ca:0.01％ 이하,
REM:0.02％ 이하
중 1종 또는 2종을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 변형 특성이 우수한 강관.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 강관의 원주 방향의 가공 경화 계수가 0.10 이상인 것을 특징으로 하는, 변형 특성이 우수한 강관.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 강관의 두께/외경비가 0.03 이상인 것을 특징으로 하는, 변형 특성이 우수한 강관.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 강관의 두께가 5 내지 20㎜인 것을 특징으로 하는, 변형 특성이 우수한 강관.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 강관의 외경이 114 내지 610㎜인 것을 특징으로 하는, 변형 특성이 우수한 강관.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 변형 특성이 우수한 강관으로 이루어지고, 웰 내에서 확관되는 확관용 유정용 강관 유정관이며, 강관의 두께가 5 내지 15㎜이고, 외경이 114 내지 331㎜인 것을 특징으로 하는, 확관용 유정용 강관 유정관.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 변형 특성이 우수한 강관으로 이루어지는 라인 파이프이며, 강관의 두께가 5 내지 20㎜이고, 외경이 114 내지 610㎜인 것을 특징으로 하는, 라인 파이프.
질량％로,
C:0.04 내지 0.10％,
Mn:1.00 내지 2.50％
를 함유하고,
Si:0.80％ 이하,
P:0.03％ 이하,
S:0.01％ 이하,
Al:0.10％ 이하,
N:0.01％ 이하
로 제한하고,
Ni:1.00％ 이하,
Mo:0.60％ 이하,
Cr:1.00％ 이하,
Cu:1.00％ 이하
중 1종 또는 2종 이상을 더 함유하고, Mn의 함유량과, Cr, Ni, Mo, Cu 중 1종 또는 2종 이상의 함유량이,
Mn＋Cr＋Ni＋2Mo＋Cu≥2.00
을 만족하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 모강관을, Ac₁＋10℃ 내지 Ac₁＋60℃로 가열하고, 그 후 공냉하여, 마이크로 조직이 면적률로 2 내지 10％인 마르텐사이트-오스테나이트 혼성물과 연질 상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 변형 특성이 우수한 강관의 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 모강관이, 질량％로,
Nb:0.01 내지 0.30％,
Ti:0.005 내지 0.03％,
V:0.30％ 이하,
B:0.0003 내지 0.003％,
Ca:0.01％ 이하,
REM:0.02％ 이하
중 1종 또는 2종을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 변형 특성이 우수한 강관의 제조 방법.
질량％로,
C:0.04 내지 0.10％,
Mn:1.00 내지 2.50％
를 함유하고,
Si:0.80％ 이하,
P:0.03％ 이하,
S:0.01％ 이하,
Al:0.10％ 이하,
N:0.01％ 이하
로 제한하고,
Ni:1.00％ 이하,
Mo:0.60％ 이하,
Cr:1.00％ 이하,
Cu:1.00％ 이하
중 1종 또는 2종 이상을 더 함유하고, Mn의 함유량과, Cr, Ni, Mo, Cu 중 1종 또는 2종 이상의 함유량이,
Mn＋Cr＋Ni＋2Mo＋Cu≥2.00
을 만족하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강편을, 1000 내지 1270℃로 가열하고, 마무리 압연의 압하율을 50％ 이상으로 하는 열간 압연을 행하고, 얻어진 강판을 관상으로 성형하여 맞댐부를 용접하는 것을 특징으로 하는, 변형 특성이 우수한 강관의 모강관의 제조 방법.
제12항에 있어서, 상기 강편이, 질량％로,
Nb:0.01 내지 0.30％,
Ti:0.005 내지 0.03％,
V:0.30％ 이하,
B:0.0003 내지 0.003％,
Ca:0.01％ 이하,
REM:0.02％ 이하
중 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 변형 특성이 우수한 강관의 모강관의 제조 방법.