KR20100122083A

KR20100122083A - 고장력 이음매 없는 강관을 생산하기 위한 저합금강용 강철 합금

Info

Publication number: KR20100122083A
Application number: KR1020107018414A
Authority: KR
Inventors: 크리스토프 카우케; 귀도 쿠블라; 하인쯔 샌더스; 앙드레 슈나이더; 마르쿠스 쉬츠; 챨스 스톨리브래스
Original assignee: 파우 운트 엠 도이칠란트 게엠베하
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2010-11-19
Also published as: ES2372801T3; WO2009103259A2; JP5486515B2; US8865061B2; RU2010138609A; KR101563604B1; US20110315277A1; AR070612A1; JP2011514932A; WO2009103259A3; ATE522634T1; EP2255021A2; CN101952472A; DE102008010749A1; MX2010008975A; CN101952472B; UA100548C2; RU2482211C2; PL2255021T3; EP2255021B1

Abstract

본 발명은, 고장력, 용접 가능, 고온 압연된 이음매 없는 강관, 특히 건설용 관을 생산하기 위한 저합금강용 강철 합금에 관한 것이다. 화학 조성(질량 %)은, 0.15 - 0.18 % C, 0.20 - 0.40 % Si, 1.40 - 1.60% Mn, 최대 0.05 % P, 최대 0.01 % S, >0.50 - 0.90 % Cr, >0.50 - 0.80 % Mo, >0.10 - 0.15 % V, 0.60 - 1.00 % W, 0.0130 - 0.0220 % N, 나머지는 철, 용융 관련 불순물, 및 Al, Ni, Nb, 및 Ti로부터 선택된 하나 이상의 선택적으로 첨가된 합금 원소이며, V/N의 비는 4 내지 12의 값을 가지고 있고, 상기 강철의 니켈 함량은 0.40%보다 크지 않다.

Description

고장력 이음매 없는 강관을 생산하기 위한 저합금강용 강철 합금{STEEL ALLOY FOR A LOW ALLOY STEEL FOR PRODUCING HIGH-TENSILE SEAMLESS STEEL TUBING}

본 발명은 고장력 이음매 없는 강관을 생산하기 위한 저합금강용 강철 합금에 관한 것이다.

특히, 본 발명은, 원형이 아닌 단면도 가질 수 있고, 예를 들면 크레인, 교량, 선박, 호이스트(hoists) 및 트럭의 건설에서 특히 높은 응력을 받는 용접된 강철 구조를 위해 건설용 관으로서 사용될 수 있는 관에 관한 것이다.

그러한 관은, 요구사항 및 응용에 따라, 원형 단면에 더하여, 정사각형, 직사각형 또는 다각형 단면도 가질 수 있다.

이러한 유형의 강관을 위한 강철 합금은 예를 들면 DE 199 42 641 A1로부터 공지되어 있다. 이러한 종래의 강철 합금은 소량 첨가된 크롬, 몰리브덴, 및 바나듐을 가지며, 니켈은 없고, 추가로 특히 저합금강을 위한 0.30 내지 1.00% 범위의 텅스텐을 가진다.

다르게는 절대로 필요한 니켈을 제거하고 및/또는 적어도 니켈을 저농도로 제한하는 것이, 고착 스케일(tacky scale)을 방지하고, 특히 이러한 유형의 강철로부터 이루어진 관의 열간 필거링(warm-pilgering) 동안에 표면 품질을 향상시키며, 절단에 의해 표면의 다르게는 필요한 비싼 마감 처리를 피하기 위해 의도된다.

상술한 응용을 위한 건설용 관은 -40℃까지의 저온에서 강도 및 연성에 대해 매우 엄격한 요구사항을 충족시켜야 한다.

필요한 성질을 얻기 위해, 관은 고온 압연 후에 경화 및 담금질되어야 한다.

DE 199 42 641 A1로부터 FGS 70으로 공지되어 있는 강철은 파단 및 노치 시험편 충격 검사에서 탄성 한계, 인장 강도, 및 연신에 대해 필요한 모든 최소치를 신뢰성 있게 얻는다.

그러나, 상술한 응용을 위한 건설용 관에 대한 요구사항은 지난 몇년 동안에 꾸준히 증가되어, 현재는 다음의 요구사항을 충족시키는 건설용 관이 점점 더 요구된다.

· 탄성 한계 960MPa,

· 인장 강도 980-1150MPa,

· 노치 시험편 충격 검사 -40℃에서 27J,

· 확실한 일반적 용접성,

· 낮거나 제한된 Ni-함량.

상술한 응용을 위한 고온 처리된 이음새 없는 관의 충분한 연성과 함께 강도의 증가가 필요하여, 새로운 합금 개념의 개발이 요구된다. 특히, 종래의 합금 개념은 약 1000MPa의 탄성 한계 영역에서 저온에서 충분한 연성을 얻지 못한다.

강도를 증가시키고 동시에 연성을 증가시키기 위한 기구는 입자 사이즈를 감소시키는 것으로 공지되어 있다. 입자 사이즈는, 예를 들면, 니켈 또는 몰리브덴을 추가로 합금하고 관련 변형 온도를 감소시킴으로써 감소될 수 있다.

그러나, 이들 합금 개념은 탄소 당량을 증가시켜 용접성이 불량하게 된다. 니켈과 몰리브덴은 또한 합금 비용을 심각하게 증가시키고, 니켈은 추가로 고온 압연된 관의 표면 품질을 추가로 저하시킨다.

그러나, 강도를 증가시키기 위한 명백한 가능성으로서 탄소 함량을 증가시키면, 연성이 저하되고 탄소 당량이 심각하게 증가될 것이다.

바나듐이 또한 강도를 증가시키기 위해 사용된다. 이러한 개념은 담금질 처리 동안의 바나듐의 혼합-결정-경화 및 매우 미세한 바나듐-탄소의 침전에 기초한다.

그러나, 상술한 합금 개념은 필요한 성질을 얻을 수 없었다.

기계적 성질을 향상시키기 위한 입자 사이즈의 감소는 또한 기본적으로 열-기계 처리에 의해 달성될 수 있다.

그러나, 이음새 없는 관의 고온 마감처리 동안의 특정 온도 프로파일은, 열-기계 처리를 위한 종래의 개념이 적용될 수 있도록 하는 변형 온도의 필요한 감소를 가능하게 하지 않는다.

지금까지, 필요한 엄격한 요구사항은 고합금강으로만 얻어질 수 있으며, 그것은 높은 비용으로 인해 시판될 가능성이 전혀 없거나 제한되어 있었다.

본 발명의 목적은, 탄성 한계, 인장 강도, 및 노치 시험편 충격 검사에 대한 상술한 최소 요구사항을 신뢰성 있게 충족시키고, 또한 양호한 일반적 용접성을 확실하게 하며, 고온 압연 동안에 광학적으로 흠이 없는 표면을 발생시키는 고장력 용접 가능 이음새 없는 강관, 특히 건설용 관을 생산하기 위한 저합금강용 저비용 강철 합금을 제공하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 1항에 의해 해결된다. 바람직한 실시예는 종속항에 인용된다.

본 발명의 교시에 따라, 고장력, 용접 가능, 고온 압연된 이음매 없는 강관, 특히 건설용 관을 생산하기 위한 저합금강용 강철 합금에 있어서,

다음의 화학 조성, 즉,

0.15 - 0.18 % C,

0.20 - 0.40 % Si,

1.40 - 1.60% Mn,

최대 0.05 % P,

최대 0.01 % S,

>0.50 - 0.90 % Cr,

>0.50 - 0.80 % Mo,

>0.10 - 0.15 % V,

0.60 - 1.00 % W,

0.0130 - 0.0220 % N

을 포함하되, 나머지는 철, 용융 관련 불순물, 및 Al, Ni, Nb, 및 Ti로부터 선택된 하나 이상의 선택적으로 첨가된 합금 원소이며, 여기서, V/N의 비는 4 내지 12의 값을 가지고 있고, 상기 강철의 니켈 함량은 최대 0.40%인 강철 합금이 제안되었다.

본 발명에 따른 강철 합금은, DE 199 42 641 A1에 기재되어 있는 텅스텐-합금된 미세 입자 구조 강철의 개발에 비하여 향상된 것이다.

현재까지의 실험에 의하면, 텅스텐은 용접성에 부정적인 영향을 주는 것으로 보이지 않았다. 그러나, 실험에 따르면, 텅스텐과의 합금에 의해 최대로 얻을 수 있는 연신 한계의 증가는 약 900MPa까지만 확실하다. 더 이상의 증가는 단순히 텅스텐 함량만 증가시키는 것으로는 가능하지 않다. 따라서, 0.60 내지 1.0%, 바람직하게 0.7 내지 0.9%의 W-함량이 바람직한 것으로 입증되었다.

놀랍게도, 본 발명과 관련하여 수행된 시험에 의하면, 종래의 강철 합금에 비하여 Cr 및 Mo와 같은 합금 원소를 약간만 높게 첨가하고 소정 V/N비를 지켜도, 강도상의 현저한 증가를 얻으며, 여전히 -40℃에서 27J의 필요한 노치 시험편 충격 검사에 합격하는 것이 입증되었다.

소정의 "기본적 강도"를 얻기 위해, Cr, Mo, 및 W의 첨가량은 1.5 중량 퍼센트 이상이어야 한다는 것이 관찰되었다.

본 발명은, 바나듐 및 질소와의 목표로 하는 마이크로 합금에 의해, 재결정 멈춤 온도를 최종 압연 온도보다 훨씬 높이 상승시키는 창조적 개념을 가진다. 광범위한 열역학 계산에 기초하여, 바람직한 효과를 얻기 위해서는 V와 N의 함량의 비는 4와 12 사이에 있어야 한다.

일반적으로, 용해된 질소의 높은 함량은 연성에 치명적인 것으로 보인다. 그러나, 용해된 질소의 농도는 V/N비를 4 내지 12의 범위에서 적절한 선택을 통해 최소로 감소될 수 있고, 형성된 바나듐 카보니트라이트(carbonitrites)는 동시에 열-기계 처리를 통해 입자 정제의 상술한 효과를 가진다.

바나듐 카보니트라이트의 형성에 의해 해롭지 않게 되거나 입자 정제를 위해 사용되는 합금의 드물게 높은 질소 함량은 또한 바람직하게, 2차 야금과 관련하여 비용이 높은 탈가스 처리의 필요성을 없앤다.

본 발명에 따른 합금 개념과 관련하고, 요구사항에 따라, 합금을 통해 Al, Ni, Nb, 및 Ti의 하나 이상의 합금 원소가 선택적으로 첨가된다. 이들 요구사항은 예를 들면 압연될 관의 여러 가지 벽 두께로 인한 것일 수 있으며, 그러한 여러 가지 벽 두께는 10mm 미만으로부터 80mm 이상의 범위에 있을 수 있고, 특히 더 큰 벽 두께에 대해서는, 입자 정제에 의해 필요한 성질을 얻기 위해 합금에 의해 상술한 원소의 첨가를 필요로 할 수 있다.

합금 개념의 최적의 비용상의 이점과 관련하여, 최대 0.03% Al, 최대 0.40% Ni, 최대 0.04% Nb, 및 최대 0.04% Ti의 함량이 바람직한 것으로 판명되었다.

Ni 함량은, 이러한 등급의 강철을 위해 사용되는 연속 관 압연 프로세스에 의해 충분히 양호한 품질의 표면을 생산하도록, 매우 낮으며 최대 0.40%이다.

이음매 없는 관을 생산하기 위해 열간 필거링을 사용할 때, 충분히 양호한 품질의 표면을 얻기 위한 Ni 함량은 0.2%, 바람직하게 0.15%, 특히 최대로 0.10%로 제한된다.

아래에 열거된 본 발명에 따른 강철 합금과 융합된 프로세스로부터 생산되는 강관은 우수한 강도 및 연성 값을 가진다.

0.17% C,

0.32% Si,

1.54% Mn,

0.013% P,

0.003% S,

0.74% Cr,

0.54% Mo,

0.11% V,

0.75% W,

0.0142% N,

0.023% Al,

0.16% Ni,

0.001% Ti,

0.164% Ni,

V/N = 8.03.

이로부터, 다음의 표 1에 열거된 값이 결정되었다. 그 값들은 4개의 인장 테스트 및 4개의 노치 시험편 충격 굽힘 검사 샘플로부터 결정된 평균치이다. 샘플은 상기 프로세스로 생산된 열처리된 관의 길이방향 샘플로부터 취해졌다.

형상 (OD × WD)	R_p0.2	R_m	R_p0.2/R_m	A₅	A_v(-40℃에서)
88.9×5.8mm	1070 MPa	1128 MPa	0.95	14.1%	40 J
88.9×5.8mm	1047 MPa	1107 MPa	0.95	13.0%	41 J
177.8×12.6mm	1067 MPa	1092 MPa	0.98	15.5%	42 J
177.8×12.6mm	1076 MPa	1103 MPa	0.98	17.0%	37 J
요구사항	> 960 MPa	980-1150 MPa		> 10%	> 27 J

OD: 외경; WD: 벽 두께

Claims

고장력, 용접 가능, 고온 압연된 이음매 없는 강관, 특히 건설용 관을 생산하기 위한 저합금강용 강철 합금에 있어서,
다음의 화학 조성(질량 %), 즉,
0.15 - 0.18 % C,
0.20 - 0.40 % Si,
1.40 - 1.60% Mn,
최대 0.05 % P,
최대 0.01 % S,
>0.50 - 0.90 % Cr,
>0.50 - 0.80 % Mo,
>0.10 - 0.15 % V,
0.60 - 1.00 % W,
0.0130 - 0.0220 % N,
을 포함하되, 나머지는 철, 용융 관련 불순물, 및 Al, Ni, Nb, 및 Ti로부터 선택된 하나 이상의 선택적으로서 첨가된 합금 원소이며, 여기서, V/N의 비는 4 내지 12의 값을 가지고 있고, 상기 강철의 니켈 함량은 최대 0.40%인,
것을 특징으로 하는 강철 합금.
제1항에 있어서,
상기 선택적으로 첨가된 합금 원소는 다음의 함량, 즉,
최대 0.03 % Al,
최대 0.40 % Ni,
최대 0.04 % Nb,
최대 0.04 % Ti
를 가진,
강철 합금.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 W의 함량은 0.7 내지 0.9%인, 강철 합금.
강철 합금을 고온 압연 및 후속적으로 경화 및 담금질하여 생산된 고장력 용접 가능 이음매 없는 강관, 특히 건설용 관에 있어서,
상기 강철 합금은 다음의 합금 조성, 즉,
0.15 - 0.18 % C,
0.20 - 0.40 % Si,
1.40 - 1.60% Mn,
최대 0.05 % P,
최대 0.01 % S,
>0.50 - 0.90 % Cr,
>0.50 - 0.80 % Mo,
>0.10 - 0.15 % V,
0.60 - 1.00 % W,
0.0130 - 0.0220 % N,
을 포함하되, 나머지는 철, 용융 관련 불순물, 및 Al, Ni, Nb, 및 Ti로부터 선택된 하나 이상의 선택적으로 첨가된 합금 원소이며, 여기서, V/N의 비는 4 내지 12의 값을 가지고 있고, 상기 강철의 니켈 함량은 0.40%보다 크지 않은,
것을 특징으로 하는 강관.
제4항에 있어서,
상기 강철 합금에 합금된 상기 선택적으로 첨가된 합금 원소는 다음의 함량, 즉,
최대 0.03 % Al,
최대 0.40 % Ni,
최대 0.04 % Nb,
최대 0.04 % Ti
를 가진,
강관.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 W의 함량은 0.7 내지 0.9%인, 강관.