KR20110074760A

KR20110074760A - 화성 처리성이 우수한 고가공성 고강도 강관 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20110074760A
Application number: KR1020117009570A
Authority: KR
Inventors: 야스히데 이시구로; 아키오 사토; 야스히사 시미즈
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤; 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-10-08
Filing date: 2009-10-07
Publication date: 2011-07-01
Also published as: JP5399681B2; WO2010041763A1; KR101302534B1; JP2010090442A; CN102176985B; US20110247715A1; CN102176985A; US8608871B2

Abstract

화성(化成) 처리성이 우수한 고가공성 고강도 강관(鋼管) 및 그 제조 방법을 제공한다. 구체적으로는, 질량％로, C: 0.05％ 이상, Si: 0.7％ 초과, Mn: 0.8％ 이상을 함유하는 강판을 모판으로 하여, 파이프 형상으로 가공할 때에, 가공의 각 공정에서 각각 부가되는 원주 방향 표면 변형의 절대값의 합을, 공칭 변형으로 5％ 이상으로 한다. 이에 따라, Si를 0.7％ 초과하여 함유하는 강판을 이용하여 용접 강관으로 해도, 기계적 연삭, 화학적인 산세척(酸洗) 처리 등을 행하는 일 없이, 양호한 화성(chemical conversion) 처리성을 구비하는 강관으로 할 수 있다.

Description

화성 처리성이 우수한 고가공성 고강도 강관 및 그 제조 방법{EXCELLENT-FORMABILITY AND HIGH-STRENGTH STEEL TUBE EXCELLENT IN CHEMICAL CONVERSION TREATABILITY AND PROCESS FOR PRODUCTION OF SAME}

본 발명은, 화성 처리(chemical conversion treatment)와 소부도장(baking painting)이 행해져, 자동차용 부재(automotive member)의 분야를 중심으로 사용되는, 고강도 강관(high-strength steel tube)에 관한 것으로, 특히 질량％로, Si를 0.7％ 초과 함유하는 고Si 함유 고강도 강관의 화성 처리성(chemical conversion treatability)의 향상에 관한 것이다.

최근, 지구 환경(global environment)의 보호의 관점에서, 자동차 차체(automotive body)의 경량화를 도모하여, 자동차의 연비(mileage) 향상을 목표로 하는 움직임이 진행되고 있다. 그리고, 이 자동차의 연비 향상은, 법률에서도 의무화되게 되었다. 또한 최근에는, 자동차 차체용 재료를 고강도재로 하여 게이지 다운(gauge down)(판두께 감소)에 의한 경량화를 도모함과 함께, 추가로 폐단면 구조(closed cross section structure)로 하여 부재의 고강성화를 도모하는 것도 검토되고 있다. 자동차 부재의 고강성화에 대응하여, 고강도 강관의 이용도 시작되고 있다.

이러한 고강도 강관에는, 강판과 동일하게 원칙으로서, 가공하기 쉬울 것 및, 화성 처리성이 우수할 것이 요구된다. 일반적으로, 고강도 강관에서는, 고강도와 고가공성을 겸비시키기 위해, Si를 대략, 0.7질량％ 이상이나 함유시키는 것을 기본으로 하여, 설계되어 있는 것이 많다. 그러나, Si 함유는, 화성 처리성을 현저하게 저하시킨다는 문제를 필연적으로 수반한다. Si를 다량으로 함유한 강재(鋼材)의 화학 처리성이 저하되는 기구에 대해서는, 현재까지, 어느 정도 분명해지고 있어, 다음과 같이 생각되고 있다.

Si를 함유하면, 강재의 표층에는, Si를 주체로 하는 산화물(그 외 Si계 산화물, Si 함유 산화물, Si 산화물, Si기 산화물 등의 많은 표현이 있지만, 이들은, 모두 동일한 산화물을 의미한다. 이후, 특별히 말하지 않는 한 Si를 주체로 하는 산화물이라고 칭함)이 농화된다. 이 Si를 주체로 하는 산화물이, 하지(base) 강재로부터 Fe가 Fe² ⁺가 되어 한결같이 녹는 것을 방해하고, 화성 처리시에, 애노드·캐소드 반응(anode reaction and cathode reaction)에 기초하는 인산철 아연 결정(Zn₂Fe(PO₄)₂·4H₂O)(iron-zinc phosphate crystal)의 형성을 저해하기 때문에, 강재의 표면에 치밀하고(dense) 그리고 미세한(fine) 인산철 아연 결정이 형성되지 않게 된다. 화성 처리를 행함으로써, 고Si 강에서는, 예를 들면, 도 1에 나타내는 바와 같이, 조대(粗大)하고 그리고 드문드문하게, 인산철 아연 결정이 형성되지 않는 부분(iron-zinc phosphate crystal non formed area or iron-zinc phosphate crystal free area)(이후, 결정이 형성되지 않는 부분(crystal free area)이라고 칭함)이 보이는 인산철 아연 결정이 형성된다. 이에 대하여, Si 함유량이 낮은 일반 연강(mild steel)(JIS-SPCC-grade steel sheet)에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 매우 치밀한 인산철 아연 결정이 형성된다.

예를 들면, 냉연 강판(cold rolled steel sheet)에서는, 냉간 압연(cold rolling) 전에 열연 강판(hot rolled steel sheet)을 산세척(pickling)하기 때문에, 냉간 압연 전이라면, 어느 정도, Si를 주체로 하는 산화물이 제거되어 있다. 그러나, 냉연 강판은, 냉간 압연 후에, 연속 소둔(continuous annealing)이나 배치 소둔(batch annealing) 등의 소둔 공정이 시행되기 때문에, 로(爐) 내의 노점(dew point)이 매우 낮은 경우라도, 필연적으로, Si를 주체로 하는 산화물이 재차, 판표층에서 농화된다. 이 때문에, 냉연 강판에 있어서도, 화성 처리성이 저하되는 경우가 많다. 또한, 소둔 공정(annealing process)에 있어서, 로 내의 환경이 천천히 변동하는 경우가 있는데다가, 또한 강(鋼) 중의 성분 불균일이나, 제조 조건의 불균일 등에 의해, Si를 주체로 하는 산화물의 형성이, 코일 단위, 코일(coil)의 길이 방향 및 코일의 폭방향으로 장소에 따라서, 불균일해지는 경우가 많다. Si를 주체로 하는 산화물의 형성은, 강 중의 성분 불균일이나 제조 조건의 불균일이 복잡하게 서로 영향을 주는 경우가 있어, 이들 개개의 영향 인자의 관리로 화성 처리성을 제어하는 것은 어려운 것이 실상이다.

그 때문에, 종래에는, 제조된 강판에 대하여, 기계적 방법(mechanical process)으로 표면을 연삭하거나, 산세척(pickling) 등의 화학적 방법(chemical process)으로 표면을 녹여, 화성 반응을 저해하는 Si를 주체로 하는 산화물 자체를 제거하는 것이 행해져 왔다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 산소 분압(oxygen partial pressure)을 특정 범위로 제어한 분위기 중에서 소둔을 행하고, 이어서 특정 온도 범위로 급냉하는 냉각을 행한 후, 추가로 표면을 연삭하고 추가로 산세척을 행하여 산화막(oxide film)을 제거하는, 인산염 피막 처리성(phosphate coating treatability)이 우수한 고Si 함유 고장력 강판의 제조 방법이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는, (Si 함유량)/(Mn 함유량)을 0.4 이상으로 하는 냉연 강판을, 노점(dew point)이 ―20∼0℃의 분위기 중에서 연화 소둔하고, Si기 산화물(Si group oxide)의 표면 피복율(fraction of surface coverage)이 20％ 이하, Si기 산화물의 직경이 원 상당 지름으로 5㎛ 이하로 하고, 그 후에, 물 담금질, 템퍼링을 행한 후 염산(hydrochloric acid) 혹은 황산(sulfuric acid)에 침지하는 산세척을 행하는, 화성 처리성이 우수한 고강도 냉연 강판의 제조 방법이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 12에는, Si: 0.5질량％ 이하, Mn: 1.5질량％ 이하, P: 0.05질량％ 이하를 포함하는 조성의 강판에, 열연판 산세척으로, 외표층 및 내표층을 제거하는 처리를 행한 후, 냉간 압하율: 10∼60％로 냉간 압연하고, 냉간 압연인채로의 강대(鋼帶)의 폭방향의 양단부를 전봉 용접(ERW(electric resistance welding))하여 용접 강관(welded steel tube)으로 하는 화성 처리성이 우수한 고강도 전봉 강관의 제조 방법이 기재되어 있다.

그러나, 연삭(grinding)이나 산세척은, 그 자체가, 공정수가 들고, 게다가, 완전하게, Si를 주체로 하는 산화물을 깎아내는 것은 곤란한데다가, Si를 주체로 하는 산화물 자체는 유리(glass)로, 염산이나 황산 등의 일반적인 산에는 용해되지 않는다. 산세척으로는, Si를 주체로 하는 산화물만을 선택적으로는 제거할 수 없기 때문에, Si를 주체로 하는 산화물을 제거하기 위해서는, 하지 강판을 많이 용해하는 것이 필요해진다.

또한, 특허문헌 2에는, 강재를, 우선 황산 이온 농도(sulfate ion concentration) 및 불화 수소 농도(hydrogen fluoride concentration)가 특정 범위의 황산(sulfuric acid)과 불산(hydrofluoric acid)의 혼산(mixed acid) 중에 침지한 후, 염화물 이온 농도(chloride ion concentration)가 특정 범위의 염산 중에 침지하는 강재 표면의 처리 방법이 기재되어 있다. 불산계의 약제(fluorinated acid type agent)를 사용하여 산세척하면, Si를 주체로 하는 산화물을 완전 제거할 수 있지만, 불산계의 약제를 취급하기 때문에, 약간 위험도가 증가하는 등의 문제가 있다.

또한, 예를 들면 특허문헌 4∼8에는, 난용성의 Si를 주체로 하는 산화물이 형성되는 것을 회피하고, 산에 용해되기 쉬운 Si-Mn 복합 산화물(Si-Mn composite oxide)을 형성시킴으로써, 화성 처리성을 개선시키는 기술이 기재되어 있다.

특허문헌 4에는, Si, Mn 함유량을 Si/Mn비로 0.4 이하로 조정하여, (Mn-Si)가 0.5mass％ 이상의 미세 Mn-Si 복합 산화물이 표층(깊이 2㎛ 길이 10㎛의 영역)에 10개 이상 존재하고, 그리고 Si를 주체로 하는 산화물이 강판의 표면 길이에 차지하는 비율이 10％ 이하인, 도막 밀착성(coating adhesion)이 우수한 복합 조직 강판이 기재되어 있다.

특허문헌 5에는, Si, Mn 함유량을 Si/Mn비로 0.4 이하로 조정하여, Mn/Si가 0.5 이상의 미세 Mn-Si 복합 산화물이 10개/100㎛²이상 존재하고, Si를 주체로 하는 산화물의 표면 피복율이 10％ 이하가 되어, 소정 범위의 크기의 크랙이 존재하지 않는, 도막 밀착성이 우수한 복합 조직 고강도 냉연 강판이 기재되어 있다.

특허문헌 6에는, Si, Mn 함유량을 Si/Mn비로 0.4 이하로 조정하여, 복합 조직에서, Mn/Si가 0.5 이상의 미세 Mn-Si 복합 산화물이 10개/100㎛² 이상 존재하고, Si를 주체로 하는 산화물의 표면 피복율이 10％ 이하가 되는, 인장 강도가 390MPa 이상으로 강도-연신 밸런스(balance)가 우수한, 즉, 강도에 대하여 연신이 큰, 고강도 냉연 강판이 기재되어 있다.

특허문헌 7에는, 표면으로부터 깊이 방향으로 네트워크 형상(network like) 또는 모근 형상(hair root like)으로 파생하는 Si 및/또는 Mn 함유 산화물의 강판 표면에 있어서의 기점의 평균 간격이 5㎛ 이상이고, 그리고 상기 산화물의 총 길이가 10㎛/(깊이 12×폭 20㎛) 이하인, 도막 밀착성이 우수한 고강도 강판이 기재되어 있다.

특허문헌 8에는, Si, Mn 함유량을 Si/Mn비로 0.4 이하로 조정하여, Si-Mn 산화물의 복합 조직을 갖고, 표면에, 미세한 Si-Mn 산화물이 10개/100㎛² 이상 존재하고, Si를 주체로 하는 산화물의 표면 피복율이 10％ 이하가 되는, 도막 밀착성이 우수한 고강도 강판이 기재되어 있다.

Si-Mn 복합 산화물도, Si를 주체로 하는 산화물과 동일하게, 화성 처리성에는 악영향을 미치지만, Si-Mn 복합 산화물은 산에 녹기 쉽기 때문에, 특허문헌 4∼8에 기재된 기술에서는, 냉연 강판의 제조 라인에 설치되어 있는 경우가 많은 「인라인 산세척(in line pickling)」으로, Si-Mn 복합 산화물을 제거하는 것을 의도하고 있다.

그러나, 특허문헌 4∼8에 기재된 기술에서는, Mn 함유량을, Si 함유량에 의존하여 결정하기 때문에, 강의 성분 설계의 자유도가 제한된다는 문제가 있고, 게다가, 화성 처리성 향상의 효과가 한정적인 경우가 많다는 문제도 있다.

또한, 윤활제와 함께 사용함으로써, 소성 가공을 용이하게 하는 기계 윤활용의 인산 아연 처리는, 전(前)처리로서 쇼트 블라스트(shot blasting) 등을 행함으로써, 화성 처리성이 향상되는 것이 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 9에는, 규사(silica sand)를 첨가한 인산 아연 화성 처리액(zinc phosphate chemical conversion treatment liquids)을 표면에 분사하여 표면을 청정화한 후, 인산 아연 화성 처리액을 추가로 분사하여, 표면에 화성 피막(conversion coating)을 형성하는 방법이 기재되어 있다. 화성 처리전에 쇼트 블라스트를 시행하면, 화성 처리성이 개선되는 기구(mechanism)는, 쇼트 블라스트에 의해, 표면이 기계 화학적(mechanochemical)으로 활성화(activation)되기 때문이라고 생각되고 있다(비특허문헌 1 참조). 그러나, 쇼트 블라스트 처리된 표면을 공기 중에 방치하거나, 소둔하거나 하면, 표면의 기계 화학적 활성이 감쇠하여, 소망하는 화성 처리성의 개선을 도모할 수 없다.

또한, 도장의 전처리(pretreatment)로서 쇼트 블라스트를 채용해도, 실제의 물류를 고려하면, 강판이나 강관의 제조시에 쇼트 블라스트를 행하고 나서 도장을 행하기까지에, 상당한 시간을 요한다. 이 때문에, 실제로는, 화성 처리성 개선의 효과가 현저하게 감소하여, 그다지 효과가 있다고는 생각하기 어렵다. 또한, 쇼트 블라스트를 행하고 나서 도장까지의 시간을 단축하기 위해, 쇼트 블라스트를 인라인에서 연속적으로 적용하는 것은, 설비 비용이 들기 때문에, 실현성이 결여된다고 말할 수 있다.

또한, 특허문헌 10에는, Si를 0.5∼2.5mass％ 함유하는 조성으로, C와 Ti를 특정 관계를 만족하도록 함유시키고, 평균 결정 입경(average grain diameter)을 3.0㎛ 이하, 표면 거칠기(surface roughness)를 산술 평균 거칠기(Ra)로 1.5㎛ 이하로 조정한, 화성 처리성과 내식성이 우수한 고장력 열연 강판이 기재되어 있다. 특허문헌 10에 기재된 기술에서는, 결정 입경을 작게 하고, 그리고 표면을 매끄럽게 함으로써, 화성 처리성이 현저하게 향상된다고 하고 있다.

한편, 비특허문헌 2에는, 강판의 표면 거칠기를, Ra로 0.5∼1.7㎛, PPI로 110∼250, Wz로 1∼8㎛의 범위로 변화시켜도, 화성 처리성에 영향이 거의 없는 것이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 11에는, C: 0.01mass％ 이하, N: 0.01mass％ 이하 포함하고, Ti를 함유하는 강판을 소둔한 후, 조질 압연의 압하율(rolling reduction)이 0.8％ 이상 5％ 이하의 조질 압연을 행함으로써, 강판의 프레스 성형성을 손상시키는 일 없이, 인산염 처리성을 효과적으로 개선할 수 있는 냉연 강판의 제조 방법이 기재되어 있다. 또한 조질 압연의 압하율이, 2.7％ 이상에서는, 화성 처리성이 포화된다고 하고 있다.

일본공개특허공보 2003-226920호 일본공개특허공보 2004-256896호 일본공개특허공보 2004-323969호 일본공개특허공보 2005-248281호 일본공개특허공보 2005-281787호 일본공개특허공보 2005-290440호 일본공개특허공보 2006-144106호 일본공개특허공보 2005-187863호 일본특허공보 소46-6327호 일본공개특허공보 2002-226944호 일본공개특허공보 소62-116723호 일본공개특허공보 2004-292926호

타마노이(玉井), 모리(森): 금속 표면 기술, vol.31, (1980), pp. 482-486. 스다(須田) 외: 철과 강, vol. 66, (1980), pp. S1130.

그러나, 제품으로서 출하된 강판 등은, 추가로 프레스 가공(stamping)이나 굽힘 가공(bending)이라는 가공이 행해져 부재가 된다. 이 때문에, 강판 등의 표면은, 프레스 다이(press die)의 표면성상이 전사되거나, 변형이 더해지거나 하여, 원래대로의 표면성상이 유지되는 것은 드물다. 그 때문에, 특허문헌 10, 11에 기재된 기술로 제조된 강판에서는, 가공이 시행된 후까지도, 우수한 화성 처리성이 항상 유지된다고는 생각하기 어렵다.

또한, 조질 압연(skin pass rolling)을 행하면 경화되어, 고강도재가 될수록, 조질 압연을 행하는 것이 서서히 곤란해진다. 인장 강도(tensile strength): 780MPa급 이상의 강재에서는, 1％ 이상의 압하율의 조질 압연을 행하는 것은 곤란하다. 590MPa급의 강재의 조질 압연에서도, 적용할 수 있는 압하율은 고작 2％ 정도까지이다. 이 때문에, 압하율: 0.8％ 이상 5％ 이하의 조질 압연을 행하는, 특허문헌 11에 기재된 기술을, 고강도재에 응용하는 것은 문제를 남기고 있었다.

이와 같이, 상기한 종래 기술에서는 모두, 질량％로, 0.7％를 초과하는 고Si 함유 강재의 화성 처리성을 현저하게 개선할 수 있기까지에 이르지 않았다는 것이 실정이다.

본 발명은, 이러한 종래 기술의 현상을 감안하여 이루어진 것으로, 질량％로 0.7％를 초과하는 Si를 함유하여, 고가공성을 갖고, 그리고 화성 처리성에도 우수한, 고가공성 고강도 강관 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 더욱 상세하게는, 본 발명은, 질량％로 0.7％를 초과하는 Si를 함유하여, 열연판이나 소둔판 등과 같이, 특히 Si를 주체로 하는 산화물이 고농도로 표층에 농화된 강판을 이용한 강관을 대상으로 하고, 특허문헌 1, 3, 12에 기재된 기술과는 상이하게, 기계적 연삭, 화학적인 산세척 처리 등을 행하는 일 없이, 당해 강관의 화성 처리성의 향상을 목적으로 한다.

여기에서 말하는 Si를 주체로 하는 산화물의 농화는, Si를 주체로 하는 산화물이나, Si 및 타 원소를 포함하는 산화물의 농화 및, 이들을 포함한 복합 산화물, 공정 산화물(eutectic oxide), 포정 산화물(peritectic oxide) 등의 농화를 포함하는 것으로 한다. 또한, 여기에서 말하는 「강관」이란, 강판을 롤 성형(roll forming)에 의해 파이프 형상(pipe shape)으로 가공되어 강관이 된 것을 말한다. 또한, 여기에서 말하는 「가공」에는, 롤 성형, 접합(jointing), 교정(straightening) 등의 각 공정을 포함한다. 롤 성형에는, 전봉 강관의 제조에 있어서의 것과 같은, 띠판(帶板)을 연속적으로 롤 성형하는 경우나, 절판을 U굴곡, O굴곡 등을 행하여 롤 성형하는 경우 등이 포함되지만, 본 발명에서는, 이에 한정되는 일 없이, 그 외의 조관(造管) 방법도 포함하는 것은 말할 필요도 없다. 또한, 롤 형성 후에 행하는 접합에서는, 전봉 용접, 레이저 용접(laser welding), 아크 용접(arc welding) 등의 용접이나, 용접 이외의 다른 접합 방법이 모두 매우 적합하게 이용할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

본 발명자들은, 상기한 목적을 달성하기 위해, 고Si 함유 고강도 강관의 화성 처리성에 미치는 각종 요인에 대해서 예의 연구를 행했다. 그 결과, 파이프 형상으로 가공할 때에 표면에 부여되는 가공 변형(processing strain) 등을 활용하는 것을 생각해냈다. 그리고, 이 가공시에 표면에 부여되는 가공 변형 등을 소정값 이상이 되도록 가공의 각 공정의 조건을 조정함으로써, 고Si를 함유하는 고강도 강관에 있어서도, 강관의 화성 처리성이 현저하게 향상된다는 인식을 얻었다.

우선, 본 발명자들이 행한 기초적 실험 결과(fundamental experimental result)에 대해서 설명한다.

표 1에 나타내는 조성과, 표 2에 나타내는 인장 특성을 갖는 강판을 준비했다. 이들 강판은, 산세척 처리가 끝난 열연 강판(열연 산세척판), 혹은 연속 소둔(CAL)이 끝난 냉연 강판(냉연 소둔판)이다. 또한, 일부의 강판으로부터 시험판을 채취하고, 이들 시험판에 추가로 표 2에 나타내는 조건으로 냉간 압연을 행하여, 냉연판으로 했다. 이들 강판에 대해서, 화성 처리성을 조사했다. 화성 처리성의 평가는 다음과 같이 했다.

강판으로부터, 폭방향 70㎜×압연 방향 150㎜ 크기의 시험편(1)을 채취하여, 당해 시험편(1)에, 탈지(degreasing treatment)→물 세척(water washing)→표면 조정(surface conditioning)→화성 처리→양이온 전착 도장(cathodic electrodeposition coating)을 순차적으로 행했다. 또한, 양이온 전착 도장을 행하지 않고, 화성 처리한 채로의 시험편(1)도 제작했다.

탈지 처리(degreasing treatment)는, 닛폰 페인트 가부시키가이샤 제조 약액(drug solution made by Nippon Paint Co., Ltd.): SD250HM을 사용하고, 온도: 42℃로 하여, 시험편(1) 표면에 120s간 분사하는 처리로 했다. 또한, 표면 조정 처리는, 닛폰 페인트 가부시키가이샤 제조 약액: 5N-10을 사용하여, 당해 약액에 실온 환경에서, 30s간 침지하는 처리로 했다. 화성 처리는, 닛폰 페인트 가부시키가이샤 제조 약액: SD2800을 이용하여, 액온: 43±3℃로 하고, TA(전(全) 인산 농도): 20∼26pt., FA(유리 산도(free acid concentration)): 0.7∼0.9pt., AC(촉진제 농도(accelerator concentration)): 2.8∼3.5pt.의 조건으로, 당해 약액에 120s간 침지한 후, 170℃×20min으로 소성(baking)하는 처리로 했다. 또한, 도장 후의 내식성의 평가를 행하는 경우에, 상기한 화성 처리 후에 행하는 양이온 전착 도장 처리는, 닛폰 페인트 가부시키가이샤 제조 약액: PN-150 그레이(gray)를 이용하여, 액온: 28℃, 부가 전압(voltage): 180V, 처리 시간(treating time): 180s의 조건으로, 대략 막 두께: 20∼25㎛의 도막을 형성하는 처리로 했다.

양이온 전착 도장까지 행해진 시험편(1)에, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 표면에 크로스컷(2)을 넣고, 단부(端部) 5∼10㎜ 정도를 테이프로 마스킹(3)(masking)한 후, 당해 시험편(1)을 5％ NaCl 수용액(액온: 55℃) 중에, 10일간 침지하는 SDT시험(염수 침지 시험(salt dip test))을 실시했다. 침지 종료 후, 시험편(1)의 표면에 셀로판 테이프(Scotch tape or cellophane tape)를 접착하고, 테이프 박리를 행하여, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 크로스컷부(2)(crosscut area)로부터의 최대 편측 팽창폭(4)(maximum swollen width(one side))을 측정했다. 최대 편측 팽창폭(4)이 2.5㎜ 이하의 경우를 화성 처리성이 양호하다고 판단했다.

또한, 화성 처리까지를 시행된 시험편(5)에 대해서, 주사형 전자 현미경(scanning electron microscope)(배율(magnification ratio): 1000배)을 이용하여, 인산철 아연 결정을 관찰했다. 인산철 아연 결정이 치밀한 「균일 입자」이고, 그리고 「결정이 형성되지 않는 부분 없음」의 경우를 화성 처리성 양호라고 판단했다.

또한, 여기에서 말하는 「균일 입자」란, 외관상 균질로 보이는 것에 대해서는, 평균 결정 입경의 ±20％ 이내이거나, 외관상 분명하게 조대립과 미소립이 섞여 있는 경우에는, 조대립의 입경이, 미소립의 입경의 3배 이하인 경우를 말한다.

또한 여기에서 말하는 「결정이 형성되지 않는 부분 없음」이란, 이상(異常) 부분을 제외하는 랜덤한 부분을 배율: 1000배로 2시야(visual field) 이상 관찰하여, 「결정이 형성되지 않는 부분」이 보이지 않는 경우를 말한다. 「결정이 형성되지 않는 부분」이란, 통상, 인산철 아연 결정이 붙어있지 않은 부분을 가리킨다. 그러나, 확대하여 관찰하면, 전혀 인산철 아연 결정이 붙어 있지 않다고 간주할 수 있는 부분과, 주위의 인산철 아연 결정 사이즈에 대하여, 매우 작은 인산철 아연 결정이 드문드문하게, 매우 얇은 밀도로 붙어 있는 부분도 있다. 이 때문에 본 발명에서는, 「결정이 형성되지 않는 부분」이란, 인산철 아연 결정이 균일 입자(평균 결정 입경에 대하여, ±20％ 이내)의 경우에는, 인산철 아연 결정 입경(직경)의 3배를 초과하는 영역에 인산철 아연 결정이 형성되어 있지 않은 개소를 말하고, 인산철 아연 결정이 조대립과 미소립과의 혼립(混粒)의 경우에는, 조대립의 입경(직경)의 5배를 초과하는 영역에 인산철 아연 결정이 형성되어 있지 않은 개소를 말하는 것으로 한다.

얻어진 결과를 표 2에 나타낸다.

강판 No.1∼17에 대한 비교로부터, Si 함유량이 0.50％ 이하의 경우는 화성 처리성은 양호(OK)이지만, Si 함유량이 그보다 많아져, 0.7％를 초과하여 많아질수록, 인산철 아연 결정은 균일 입자로부터 벗어나, 결정이 형성되지 않는 부분이 많아지고, 또한, 최대 편측 팽창폭도 커져, 화성 처리성이 불량(NG)이 되는 경향을 나타내고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 상세하게 검토하면, 강판 No.7(열연판)과 강판 No.10(냉연판)을 비교하면 화성 처리성이 약간 양호한 경향이 보인다. 이는, 산세에 의해, 표층에 농화되어 있었던 화성 처리성에 악영향을 미친다고 여겨지는 Si를 주체로 하는 산화물이 제거되었기 때문이라고 생각된다. 또한, 강판 NO.14는, 원래 Si 함유량이 적기 때문에, 동종의 연속 소둔(CAL)판인 강판 No.13과 동(同)레벨의 화성 처리성을 나타내고 있다. Si의 농화 자체가 없는, 혹은 경도인 경우에는, 산세척 처리의 유무는 화성 처리성에 미치는 영향은 적다고 추정된다.

강판 No.1(강 No.A)과 강판 No.18∼21(강 No.A), 강판 No.3(강 No.C)과 강판 No.22∼No.25(강 No.C), 강판 No.4(강 No.D)와 강판 No.26∼No.29(강 No.D)의 비교로부터, 화성 처리가 저하되어 있는 강판에, 압하율: 5％ 이상의 냉간 압연을 시행함으로써, 화성 처리성이 현저하게 향상되어 있는 것을 알 수 있다. 강판 No.1은, Si 함유량이 1％ 이상의 냉연 강판 중에서는, CAL로 내의 노점이 높고, Si를 주체로 하는 산화물의 표면 농화가 현저한 예이기 때문에, SDT시험 후의 크로스컷(2)으로부터의 최대 팽창폭(4)이, 가장 크고(3.9㎜), 화성 처리성이 가장 저하되어 있는 강판의 그룹에 속한다. 또한, 강판 No.3은, SDT시험 후의 크로스컷(2)으로부터의 최대 팽창폭(4)이, 2.5㎜(화성 처리성의 규격값)를 근소하게 초과하여(2.8㎜), 화성 처리성이 저하되어 있는 강판이다. 또한, 강판 No.4는, SDT시험 후의 크로스컷(2)으로부터의 최대 팽창폭(4)이, 2.5㎜(화성 처리성의 규격값) 이내(2.2㎜)의 강판이다.

상기의 결과로부터 본 발명자들은, 어느 강판, 특히 Si를 주체로 하는 산화물이 표면에 농화된 강판이라도, 냉간 압연 등에 의해 표면에 5.0％ 이상의 표면 변형(surface strain)을 부가함으로써, 화성 처리성이 양호한 방향으로 시프트한 강판으로 할 수 있다는 인식을 얻었다. 또한, 표면 변형이, 7％ 이상의 경우에는, 특히, 편측 팽창폭이, 2㎜ 미만이 되어, 화성 처리성이 한층 개선되는 것이 나타나있고, 7％ 이상의 표면 변형의 부가가 더욱 한층 유효하다는 인식도 얻었다.

Si를 주체로 하는 산화물이 표면에 농화된 강판이라도, 표면에 5.0％ 이상의 표면 변형을 부가함으로써, 화성 처리성이 양호해지는 메커니즘은, 충분히 해명되어 있지 않지만, 이하와 같이 생각하고 있다.

고Si계 조성의 강판 표면에는, 종래부터 막 형상의 Si를 주체로 하는 산화물이 농화되는 점이 지적되는 경우가 많지만, 실제의 CAL(연속 소둔 라인)을 통하여 생산되는 경우, 인라인의 경(輕)산세척 등에 의해, 입상(粒狀)의 Si를 주체로 하는 산화물이 농화되어 있는 형태가 주이고, 어느 경우도, 이에 소정 이상의 표면 변형을 더하여, 화성 처리를 행하면 입상의 Si를 주체로 하는 산화물이 매우 용이하게 강판 표면으로부터 제거되는(빠져 떨어지는) 것으로 생각하고 있다.

본 발명은, 이러한 인식에 기초하여, 추가로 검토를 더하여 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다.

(1) 질량％로, C: 0.05％ 이상, Si: 0.7％ 초과, Mn: 0.8％ 이상, 바람직하게는 추가로 Al: 0.1％ 이하, N: 0.010％ 이하를 함유하고, 혹은 추가로 Ti: 0.03％ 이하, Nb: 0.1％ 이하, V: 0.1％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상 및/또는, Cr: 1％ 이하, Mo: 1％ 이하, Ni: 1％ 이하, Cu: 1％ 이하, B: 0.01％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상 및/또는, Ca: 0.1％ 이하, REM: 0.05％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 강판을 모판으로 하여, 롤 성형으로 파이프 형상으로 가공되어 이루어지는 강관으로서, 당해 강관의 표층에, 상기 가공의 각 공정에서 각각 부가되는 원주 방향 표면 변형의 절대값의 합이, 공칭 변형으로 5％ 이상인 것을 특징으로 하는 화성 처리성이 우수한 고가공성 고강도 강관.

(2) (1)에 있어서, 상기 원주 방향 표면 변형의 절대값의 합을, 원주 방향 표면 변형의 절대값과 길이 방향 표면 변형의 절대값과의 합으로 하는 것을 특징으로 하는 고가공성 고강도 강관.

(3) (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 가공의 각 공정에서 각각 부가되는 원주 방향 표면 변형의 절대값의 합이, 강관의 두께(t)와 외경(D)과의 비, t/D×100(％)의 절대값과, 드로잉 교정시의 드로잉률(％)의 절대값과의 합인 것을 특징으로 하는 고가공성 고강도 강관.

(4) (1) 내지 (3) 중 어느 것에 있어서, 상기 모판이, 소둔을 행하여 이루어지는 강판인 것을 특징으로 하는 고가공성 고강도 강관.

(5) 질량％로, C: 0.05％ 이상, Si: 0.7％초과, Mn: 0.8％ 이상, 바람직하게는 추가로 Al: 0.1％ 이하, N: 0.010％ 이하를 함유하고, 혹은 추가로 Ti: 0.03％ 이하, Nb: 0.1％ 이하, V: 0.1％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상 및/또는, Cr: 1％ 이하, Mo: 1％ 이하, Ni: 1％ 이하, Cu: 1％ 이하, B: 0.01％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상 및/또는, Ca: 0.1％ 이하, REM: 0.05％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 강판을 모판으로 하여, 롤 성형으로 파이프 형상으로 가공되어 이루어지는 강관으로서, 당해 강관의 표층의 원주 방향의 표면 거칠기(Ra＇)가, 상기 강판의 표면 거칠기(Ra)와의 관계에서 다음 (1)식

|Ra―Ra＇|/Ra ＞ 0.05 …(1)

(여기에서, Ra: 강판의 표면 거칠기(평균값)(㎛), Ra＇: 용접 강관의 외표층 및 내표층의 원주 방향의 표면 거칠기(평균값)(㎛))

을 만족하는 것을 특징으로 하는 화성 처리성이 우수한 고가공성 고강도 강관.

(6) (1) 내지 (5) 중 어느 것에 있어서, 상기 조성이, 질량％로, C: 0.05％ 이상, Si: 1％ 이상, Mn: 1.5％ 이상, 바람직하게는 추가로 Al: 0.1％ 이하, N: 0.010％ 이하를 함유하고, 혹은 추가로 Ti: 0.03％ 이하, Nb: 0.1％ 이하, V: 0.1％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상 및/또는, Cr: 1％ 이하, Mo: 1％ 이하, Ni: 1％ 이하, Cu: 1％ 이하, B: 0.01％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상 및/또는, Ca: 0.1％ 이하, REM: 0.05％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성인 것을 특징으로 하는 고가공성 고강도 강관.

(7) 질량％로, C: 0.05％ 이상, Si: 0.7％초과, Mn: 0.8％ 이상, 바람직하게는 추가로 Al: 0.1％ 이하, N: 0.010％ 이하를 함유하고, 혹은 추가로 Ti: 0.03％ 이하, Nb: 0.1％ 이하, V: 0.1％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상 및/또는, Cr: 1％ 이하, Mo: 1％ 이하, Ni: 1％ 이하, Cu: 1％ 이하, B: 0.01％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상 및/또는, Ca: 0.1％ 이하, REM: 0.05％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 강판을 모판으로 하여, 롤 성형으로 파이프 형상으로 가공하여 강관으로함에 있어서, 상기 가공의 각 공정을, 당해 가공의 각 공정에서 상기 강관의 표층에 부가되는 원주 방향 표면 변형의 절대값의 합이, 공칭 변형으로, 5％ 이상이 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 화성 처리성이 우수한 고가공성 고강도 강관의 제조 방법.

(8) (7)에 있어서, 상기 원주 방향 표면 변형의 절대값의 합을, 원주 방향 표면 변형의 절대값과 길이 방향 표면 변형의 절대값과의 합으로 하는 것을 특징으로 하는 고가공성 고강도 강관의 제조 방법.

(9) (7) 또는 (8)에 있어서, 상기 가공의 각 공정이, 판 형상 또는 띠판 형상에서 오픈관(open pipe) 형상으로 롤 성형하는 롤 성형 공정, 당해 오픈관 형상의 양단면을 접합하는 접합 공정 및, 관의 단면 형상을 교정하는 드로잉 교정 공정과, 혹은 추가로 관의 굽힘을 교정하는 굽힘 교정 공정인 것을 특징으로 하는 고가공성 고강도 강관의 제조 방법.

(10) (7)에 있어서, 상기 가공의 각 공정에서 각각 부가되는 원주 방향 표면 변형의 절대값의 합이, 강관의 두께(t)와 외경(D)과의 비, t/D×100(％)의 절대값과, 드로잉 교정시의 드로잉률(％)의 절대값과의 합인 것을 특징으로 하는 고가공성 고강도 강관의 제조 방법.

(11) (9)에 있어서, 상기 롤 성형 공정이, 케이지 롤 형식의 롤 성형 공정인 것을 특징으로 하는 고가공성 고강도 강관의 제조 방법.

(12) (7) 내지 (11)중 어느 것에 있어서, 상기 모판이, 소둔을 행하여 이루어지는 강판인 것을 특징으로 하는 고가공성 고강도 강관의 제조 방법.

(13) (7) 내지 (12) 중 어느 것에 있어서, 상기 조성이, 질량％로, C: 0.05％ 이상, Si: 1％ 이상, Mn: 1.5％ 이상, 바람직하게는 추가로 Al: 0.1％ 이하, N: 0.010％ 이하를 함유하고, 혹은 추가로 Ti: 0.03％ 이하, Nb: 0.1％ 이하, V: 0.1％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상 및/또는, Cr: 1％ 이하, Mo: 1％ 이하, Ni: 1％ 이하, Cu: 1％ 이하, B: 0.01％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상 및/또는, Ca: 0.1％ 이하, REM: 0.05％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성인 것을 특징으로 하는 고가공성 고강도 강관의 제조 방법.

본 발명에 의하면, Si를 질량％로 0.7％ 초과 함유하는, 고Si 함유 고강도 강관에 있어서도, 기계적 연삭, 화학적인 산세척 처리 등을 행하는 일 없이, 양호한 화성 처리성을 구비하는 강관을 얻을 수 있어, 산업상 각별한 효과를 가져온다. 또한, 본 발명에 의하면, 모판으로서 사용하는 강판의 이력에 관계없이, 또는 모판 제조시에 특별한 준비를 필요로 하는 일 없이, 양호한 화성 처리성을 갖는 강관으로 할 수 있다는 효과도 있다.

도 1은 고Si 강의 화성 처리 후의 표면 조직을 나타내는 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 2는 연강의 화성 처리 후의 표면 조직을 나타내는 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 3은 본 발명 용접 강관의 제조에 매우 적합한, 제조 설비의 일 예를 나타내는 설명도이다.
도 4는 롤 성형 공정에 있어서의 단면 형상의 변화를 모식적으로(schematically) 설명하는 설명도이다.
도 5는 도장 후의 도막의 내식성을 시험하는 SDT시험 방법을 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 6은 스크라이브드·서클(scribed circle)(6)의 일 예를 나타내는 설명도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명의 강관은, Si를 0.7질량％ 초과하여 함유하는 고Si계 조성의 강판을 모판으로 하여, 롤 성형으로 파이프 형상으로 가공되어 이루어지는 강관으로서, 화성 처리성이 우수한 고가공성 고강도 강관이다.

여기에서 말하는 「가공」이란, 판 형상(절판 형상) 또는 띠판 형상에서, 배치적 혹은 연속적으로 오픈관 형상으로 롤 성형하는 롤 성형 공정(9)과, 당해 오픈관 형상의 양단면을 가압 접합하여 관으로 하는 접합 공정(10) 및, 관의 단면 형상을 교정하는 드로잉 교정(사이징(sizing)) 공정(11)과, 혹은 추가로 관의 굽힘을 교정하는 굽힘 교정(straightening) 공정(13)으로 이루어진다. 또한, 접합 공정(10)에서는, 접합 방법으로서 전봉 용접(electric resistance welding), 레이저 용접(laser welding), 아크 용접(arc welding) 등의 용접이나, 그 이외의 접합 방법(joining method)을 모두 매우 적합하게 이용할 수 있다.

또한, 여기에서 말하는 「고강도」 강관이란, 인장 강도: 590MPa 이상을 갖는 강관을 말한다. 또한, 여기에서 말하는 「고가공성」 강관이란, 동일 강도 레벨에서 Si 함유량이 적은 강관과 비교하여, 1％ 이상 전 연신값(total elongation value)이 높은 강관을 말한다. 구체적으로는, 0.7％ 초과의 Si를 함유하고, 인장 강도: 590MPa 이상에서, 전 연신(El)이 10％ 정도 이상을 갖는 강관을 말한다.

또한, 여기에서 말하는 「화성 처리성이 우수하다」란, 인산철 아연 결정의 조직과, 도장 후의 내식성이 모두 양호한 경우를 말한다. 즉, 인산철 아연 결정이, 치밀한 균일 입자로서, 결정이 형성되지 않는 부분이 없는 조직을 갖고, 그리고, 도장 후의 도막이, 부식 환경에 노출되었을 때 알칼리 블리스터(alkali blister)나, 캐소드 팽창(puff at cathode area)이라고 불리는 현상의 발생이 경미한 레벨에 머무는, 우수한 내식성을 갖는 경우를 말한다. 또한, 알칼리 블리스터나, 캐소드 팽창이라고 불리는 현상은, 젖은 도막 환경을 전제로 하여, 크로스컷부(2)가 애노드가 되고, 최종적으로 팽창이 되는 부분이 캐소드가 되어, 도막을 포함하여 셀(cell)이 생기는 것에 기초하는 현상이다. 즉, 크로스컷(2)으로부터의 도막의 팽창이 경미한 레벨에 머무는 경우를, 우수한 내식성을 갖는다고 말한다.

또한, 인산철 아연 결정 조직에 있어서의 「균일 입자」란, 외관상 균질로 보이는 것에 대해서는, 평균 결정 입경의 ±20％ 이내이거나, 외관상 분명하게 조대립과 작은 알갱이가 섞여 있는 경우에는, 조대립의 입경이, 미소립의 입경의 3배 이하인 경우를 말한다.

또한, 인산철 아연 결정 조직에 있어서의 「결정이 형성되지 않는 부분 없음」이란, 시험 샘플의 중앙 부근에서, 이상 부분을 제외하는 랜덤인 부분을 배율: 1000배로 2시야 이상 관찰하여, 「결정이 형성되지 않는 부분」을 볼 수 없는 경우를 말한다. 「결정이 형성되지 않는 부분」이란, 통상, 인산철 아연 결정이 붙어있지 않은 부분을 가리킨다. 그러나, 확대하여 관찰하면, 전혀 인산철 아연 결정이 붙지 않으면 간주할 수 있는 부분과, 주위의 인산철 아연 결정 사이즈에 대하여, 매우 작은 인산철 아연 결정이 드문드문하게, 매우 얇은 밀도로 붙어 있는 부분도 있다. 이 때문에 본 발명에서는, 「결정이 형성되지 않는 부분」이란, 인산철 아연 결정이 균일 입자(평균 결정 입경에 대하여, ±20％ 이내)의 경우에는, 인산철 아연 결정 입경(직경)의 3배를 초과하는 영역에 인산철 아연 결정이 형성되어 있지 않은 개소를 말하고, 인산철 아연 결정이 조대립과 미소립과의 혼립의 경우에는, 조대립의 입경(직경)의 5배를 초과하는 영역에 인산철 아연 결정이 형성되어 있지 않은 개소를 말하는 것으로 한다.

또한, 도장 후의 내식성은 다음과 같이 조사하여 판정하는 것으로 한다.

시험재(1)는, 도 5(a)에 나타내는 바와 같이, 부식 시험의 대상 면적으로서, 단부(端部)를 테이프로 마스킹(3)한 나머지의 부분(노출된 부분)이 30㎜×100㎜ 이상의 것을 사용하는 것을 전제로 한다. 또한, 대상이 강관인 경우는 반으로 나눈 시험재(1)로 한다. 또한, 시험재(1)로 하는 강관의 지름이 너무 작아서, 1개의 샘플로 상기한 노출 면적을 확보할 수 없는 경우에는, 2개 이상의 시험편(1)을 이용하여 평가해도 좋다.

그리고, 시험재(1)에, 화성 처리를 시행하고, 추가로 전착 도장시켜 도막을 형성한다. 이어서, 시험편(1)의 표면에 크로스컷(2)을 시행하고, 부식 시험을 실시하여, 크로스컷(2)으로부터의 최대 편측 팽창폭(4)을 측정한다. 이 값이 소정값에 비해 작은 경우를 도장 후 내식성을 양호하게 한다. 또한, 동시에 일반 연강재(SPCC)에 대해서도 부식 시험하고, 오차의 범위를 가미한 후에, 일반 연강재와 동등 이상의 내식성을 갖고, 그리고 크로스컷(2) 및 크로스컷(2)에 인접하는 부분 이외의 통상 부분에 있어서, 핌플(pimple), 블리스터(blister), 팽창(swelling), 벗겨짐(exposure of substrate) 등이 없는 것을 확인하여, 화성 처리성 양호라고 판단해도 좋다. 또한 부식 시험(corrosion test)의 부식 조건은, 온염수 침지 시험(hot salt dip test), SST 시험(salt spray test), 건습 반복 시험(cyclic corrosion test) 등 , 어느 부식 시험을 이용해도 좋다.

우선, 본 발명 강관의 모판이 되는 강판의 조성 한정 이유에 대해서 설명한다. 이하, 특별히 말하지 않는 한, 질량％는 단지％라고 기재한다.

C: 0.05％ 이상

C는, 강의 강도를 증가시키는 원소로, 인장 강도: 590MPa 이상의 고강도를 확보하기 위해서는, 0.05％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.5％를 초과하는 함유는, 전봉 용접부의 건전성이 저하된다. 이 때문에, C는 0.05％ 이상으로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.5％ 이하, 보다 바람직하게는 0.3％ 이하이다. 또한, C의 화성 처리성에 미치는 영향은 매우 작다.

Si: 0.7％ 초과

Si는, 페라이트의 안정화에 기여함과 함께, 고용강화(solid-solution hardening)나 담금질성(quenching hardenability) 향상을 통하여, 강의 강도를 증가시킴과 함께, 추가로 가공성을 향상시키는 작용도 갖는 원소이다. Si를 다량으로 함유시키면, 일반적으로, 연신값이 높아져 가공성이 향상되지만, 화성 처리성이 현저하게 저하된다. Si가 0.7％ 이하의 경우에는, 화성 처리성의 저하는, 허용되는 범위 내에서 문제가 되지 않는 레벨이기 때문에, 본 발명에서는, 종래부터 화성 처리성이 현저하게 저하된다고 일컬어지고 있는 0.7％ 초과를 Si의 하한치로 했다. 또한, 바람직하게는 1％ 이상이다. Si를 1％ 이상 함유하는 경우에는, 강판의 화성 처리성에는 문제를 남기고 있지만, 본 발명에 의하면, 종래부터 화성 처리성이 현저하게 저하된다고 일컬어지고 있는 이러한 범위의 Si를 함유하고 있어도, 우수한 화성 처리성을 갖는 강관으로 할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 Si 함유의 상한은, 특별히 한정할 필요는 없지만, 재질의 제작의 관점에서 2.5％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

Si의 화성 처리성으로의 악영향은, Si를 주체로 하는 산화물의 표면 농화(surface enrichment)에 의하는 것으로, Si 단체(單體)의 표면 농화에 의한 것은 아니다. Si를 주체로 하는 산화물의 표면 농화는, 열간 압연시에 일어날 수 있지만, 이 경우는, 그 후의 산세 처리인 정도는 제거할 수 있다. 또한, 소둔시에도, 소둔로 내에서, 재차 표면 농화된다. Si를 주체로 하는 산화물의 농화의 정도를, 강판 제조시에 제어하는 것은 곤란하다.

Mn: 0.8％ 이상

Mn은, C와 동일하게, 고용강화, 또는 담금질성의 향상을 통하여, 강의 강도를 증가시키는 원소로, 소망하는 고강도를 확보하기 위해, 본 발명에서는 0.8％ 이상의 함유를 필요로 한다. 추가로 Mn은, 강 중 S를, MnS로 하여 고정하고, S를 무해화하는 작용도 갖는다. 이러한 점에서, Mn은 0.8％ 이상으로 한정했다. 또한, 인장 강도: 780MPa 이상을 확보하기 위해서는, 1.5％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 5％를 초과하는 과잉의 함유는, 연성을 현저하게 저하시킨다. 이 때문에, Mn은 5％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

상기한 성분이 기본이지만, 추가로 Al: 0.1％ 이하, N: 0.010％ 이하를 포함하는 조성으로 하는 것이 바람직하다.

Al: 0.1％ 이하

Al는, 탈산제로서 작용함과 함께, N을 AlN으로 하여 고정하여, N의 악영향을 방지하는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 효과는 0.01％ 이상의 함유에서 현저해진다. 한편, 0.1％를 초과하는 함유는, Al계 개재 물량이 증가하여, 강의 청정도를 저하시킨다. 이 때문에, Al는 0.1％ 이하로 한정했다. 보다 바람직하게는, 0.06％ 이하이다.

N: 0.010％ 이하

N은, C와 동일하게, 고용하여 강의 강도를 증가시키는 원소지만, 다량으로 함유하면, 연성을 저하시킴과 함께, 시효 경화시킨다. 이 때문에, N은 0.010％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 바람직하게는 0.0050％ 이하이다.

상기한 조성에 더하여, 추가로 Ti: 0.03％ 이하, Nb: 0.1％ 이하, V: 0.1％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상, 및/또는, Cr: 1％ 이하, Mo: 1％ 이하, Ni: 1％ 이하, Cu: 1％ 이하, B: 0.01％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상, 및/또는, Ca: 0.1％ 이하, REM: 0.05％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 을 필요에 따라서 선택하여 함유할 수 있다.

Ti: 0.03％ 이하, Nb: 0.1％ 이하, V: 0.1％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상

Ti, Nb, V는 모두, 탄질화물(carbonitride)을 형성하여, 결정립의 조대화 방지, 나아가서는 석출 강화에 따른 강도 증가에 기여하는 원소로, 필요에 따라서 선택하여 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다. 이러한 효과는, Ti: 0.01％ 이상, Nb: 0.005％ 이상, V: 0.01％ 이상의 각각의 함유로 인정된다. 한편, Ti: 0.03％, Nb: 0.1％, V: 0.1％를 각각 초과하는 함유는, 연성의 저하가 현저해진다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, Ti: 0.03％ 이하, Nb: 0.1％ 이하, V: 0.1％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 각각 Ti: 0.025％ 이하, Nb: 0.05％ 이하, V: 0.05％ 이하이다.

Cr: 1％ 이하, Mo: 1％ 이하, Ni: 1％ 이하, Cu: 1％ 이하, B: 0.01％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상

Cr, Mo, Ni, Cu, B는 모두, 고용강화 혹은 담금질성 향상을 개재하여, 강의 강도 증가에 기여하는 원소로, 필요에 따라서 선택하여 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다. 이러한 효과는, Cr: 0.03％ 이상, Mo: 0.02％ 이상, Ni: 0.03％ 이상, Cu: 0.02％ 이상, B: 0.001％ 이상의 함유로 인정된다. 또한, Cu는 내식성, 내지연 파괴성의 향상에도 기여한다. 한편, Cr: 1％, Mo: 1％, Ni: 1％, Cu: 1％, B: 0.01％를 초과하는 함유는, 용접성, 전봉 용접부의 건전성에 악영향을 미친다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Cr: 1％ 이하, Mo: 1％이하, Ni: 1％ 이하, Cu: 1％ 이하, B: 0.01％ 이하로, 각각 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 각각 Cr, Mo, Ni, Cu는 0.5％ 이하, B는 0.005％ 이하이다.

Ca: 0.1％ 이하, REM: 0.05％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종

Ca, REM은 모두, 개재물의 형태를 제어하여, 연성의 향상에 기여하는 원소로, 필요에 따라서 선택하여 1종 또는 2종을 함유할 수 있다. 이러한 효과는, Ca: 0.002％ 이상, REM: 0.02％ 이상의 함유로 현저해지지만, Ca: 0.1％, REM: 0.05％를 초과하는 함유는, 개재 물량이 과잉이 되어, 오히려, 연성을 저하시킨다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Ca: 0.1％ 이하, REM: 0.05％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 각각 Ca는 0.01％ 이하, REM은 0.01％ 이하이다.

상기한 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다. 불가피적 불순물로서는, P: 0.02％ 이하, S: 0.005％ 이하를 허용할 수 있다. 또한, P: 0.02％, S: 0.005％를 각각 초과하여 함유하면, 인성(靭性) 및 용접성의 저하가 현저해진다.

또한, 본 발명 강관의 모판이 되는 강판의 조직은 특별히 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 페라이트를 주체로 한 조직, 냉연 후의 소둔시에 급냉 처리가 행해져 생성된 마르텐사이트를 주체로 하는 조직, 잔류 오스테나이트나 베이나이트를 포함하는 조직 등, 어떠한 조직의 강판도, 본 발명 강관의 모판으로서 적용 가능하다. 또한, 본 발명 강관의 모판이 되는 강판의 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다. 열연 강판, 냉연 강판, 나아가서는 소둔의 유무 등, 어떠한 제조 방법의 강판도, 본 발명 강관의 모판으로서 적용 가능하다.

냉연 강판은, 열연 강판을 산세척, 그에 계속되는 냉간 압연, 혹은 나아가서는 연속 소둔 등의 소둔을 시행하여 제조된다. 연속 소둔 등의 소둔을 행한 경우에는, 소둔로 내의 환경에서, 표면에 Si를 주체로 하는 산화물이 재차 형성된다. Si를 주체로 하는 산화물의 형성 정도는, 소둔로의 로 내 환경, 즉 로 내 분위기(노점 등), 라인 속도, 전후의 라인 정지 타이밍이나, 로 내 개방 등의 이상 상황 등에 크게 영향을 받아, 프로세스·파라미터로부터는 완전하게는 추측할 수 없다. 본 발명에서는, 이러한 Si의 농화 정도가 상이한 강판도 모판으로서 적용 가능하다.

본 발명 강관은, 상기한 조성의 강판을 모판으로 하여, 롤 성형으로 파이프 형상으로 가공되어 이루어지는 강관으로, 가공의 각 공정의 각각에서, 표층에 부가되는 원주 방향 표면 변형의 절대값의 합이, 공칭 변형으로 5％ 이상이 되는, 표층에 가공 변형이 부가된 강관이다.

또한, 가공의 각 공정은, 상기한 바와 같이, 모판을, 판 형상(절판 형상)으로부터 배치적으로 혹은 띠판 형상으로부터 연속적으로, 오픈관 형상으로 롤 성형하는 롤 성형 공정(9)과, 당해 오픈관 형상의 양단면을 가압하여, 전봉 용접, 레이저 용접, 아크 용접 등의 용접이나, 그 이외의 접합 방법으로 오픈관 형상의 양단부를 접합하여 관으로 하는 접합 공정(10) 및, 당해 관의 단면 형상을 사이저 등으로 교정하는 드로잉 교정(sizing) 공정(11)과, 혹은 추가로 관의 길이 방향의 굽힘을 교정하는 굽힘 교정 공정(13)으로 이루어진다.

이 중, 강관의 내외 표층에 가공 변형을 부가할 수 있는 것은, 주로, 롤 성형 공정(9), 드로잉 교정 공정(11), 혹은 추가로 굽힘 교정 공정(13)이다.

본 발명에서는, 관의 외표층 및 내표층에, 가공의 각 공정에서 부가되는 원주 방향 표면 변형의 절대값의 합이, 공칭 변형으로 5％ 이상이 되도록, 각 공정에서 가공 변형을 부가한다. 가공의 각 공정에서 관의 외표층 및 내표층에 부가되는 원주 방향 표면 변형의 절대값의 합이, 5％ 미만에서는, 화성 처리성의 현저한 개선을 바랄 수 없다.

본 발명에서는, 모판으로부터 파이프 형상으로의 가공의 각 공정에서 부가되는 표면 변형의 계산은, 인장·압축(tensile and compression)이라는 방향을 고려하는 일 없이, 그 절대값(absolute value)으로 취급한다. 즉, 각 공정마다 부가되는 원주 방향(circumferential)의 표면 변형의 크기, 즉, 원주 방향 표면 변형의 절대값의 합을 지표로 한다.

다음으로, 모판으로부터 파이프 형상으로의 가공의 각 공정에서 부가되는 표면 변형에 대해서, 강관이 전봉 용접 강관인 경우를 예로 하여 설명한다. 도 3에 전봉 용접관의 제조 설비의 일 예를 나타낸다.

전봉 용접 강관은, 강판(강대(8))을 모판으로 하여, 당해 모판으로부터 파이프 형상으로의 가공의 공정으로서, 롤 성형 공정(9)과, 접합 공정인 전봉 용접 공정(10)과, 사이저 등에 의한 드로잉 교정 공정(Diameter-reduction-based straightening process)(11)과, 추가로 초음파 등에 의한 비파괴 검사(nondestructive inspection)를 행하여, 관절단기(12)로, 소정의 길이로 절단하고, 혹은 추가로 교정기 등에 의한 굴곡 교정 공정(13)으로 이루어지는 전봉 조관 공정을 거쳐 제품관이 된다.

롤 성형 공정(9)에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 판 형상에서 관 형상으로 변화하는 것에 수반하여, 원주 방향에 따른 굽힘 변형(bending strain)이, 관의 외표층 및 내표층에 부가되게 된다. 즉, 이 굽힘 변형은, 얻어지는 강관의 두께(t)와 외경(D)으로부터 기하학적(geometrically)으로 결정되는 변형으로, 하기와 같이, t/D×100(％)으로 산출되어, 관외측에서는 인장 변형, 관내측에서는 압축 변형이 된다. 즉, 강관의 원주각(θ)의 부분에 대해서, 굽힘 변형을 가하여 상정하면, 강관 표층의 굽힘 변형은, 이하의 식으로 구할 수 있다.

(D/2*θ―(D―t)/2*θ)/((D―t)/2*θ)＝t/(D―t)≒t/D

또한, 롤 성형 공정(9)은, 브레이크 다운 방식(breakdown method)의 롤 성형을 적용해도, 혹은 케이지 롤 방식(cage roll method)의 롤 성형으로 해도 좋다. 화성 처리성 개선을 위해서는, 케이지 롤 방식, 그 중에서도, CBR방식(CBR method(Chance-free Bulge Roll Forming))의 롤 성형으로 하는 것이 바람직하다(CBR방식의 롤 성형에 대해서는, 가와사키 세이테츠 가부시키가이샤 기보(技報), vol.32(2000), pp.49∼53 참조). 그렇다고 하는 것은, 케이지 롤 방식, 특히 CBR방식의 롤 성형에서는, 브레이크 다운 방식의 롤 성형과 비교하여, 작은 성형 롤이 치밀하게 설치되고, 롤과 피(被)성형재의 외표면이 직접, 조밀하게 접촉하기 때문이라고 생각된다. 그러나, 롤 성형 방식의 차이에 의한 화성 처리성 개선 효과는, 표면 변형의 부가에 의한 개선 효과에 비해, 그다지 크다고는 말하기 어렵다. 그렇다고 하는 것은, 표면 변형의 부가에 의한 개선 효과는 관의 내측에서도 현저하게 인정되기 때문이고, 롤과의 접촉의 유무에 따라, 화성 처리성 개선의 효과가 바뀌는 것은 아니기 때문이다.

또한, 전봉 용접 공정(10)에서는, 원주 방향의 표면 변형으로서, 기하학적으로 결정되는 변형(t/D×100(％))에 더하여, 전봉 용접 조건(초기 강대폭, 업셋량(upset value), 용해에 의한 강대폭의 감소 등)에 따라서 부여되는 변형, 또한 전체적으로 길이 방향으로 장력을 부하하면서 조관(造管)하고 있는 점에서 발생하는 변형(인장 변형)이 부여되어 있다. 그러나, 지배적인 표면 변형의 관점 및, 측정의 용이함이라는 관점에서, 본 발명에서는, 기하학적으로 결정되는 변형(t/D×100(％))을 주된 지표로 했다. 이 이외의 변형은, 정확한 측정, 예를 들면 도 6에 나타내는 바와 같은 스크라이브드·서클(Scribed circles method)(6) 등을 이용하여 측정하면 계측 가능하여, 본 발명에서는 상황에 따라서, 전술한 기하학적으로 결정되는 변형 t/D×100(％)에 가하여 사용한다. 예를 들면, 원주 방향 및 길이 방향의 표면 변형은, 가공 전후의 원주 방향 및 길이 방향의 스크라이브드·서클의 치수 변화, 즉,(원주 방향의 지름_{교정 후}―원주 방향의 지름_{교정 전})/원주 방향의 지름_{교정 전} 및, (길이 방향의 지름_{교정 후}―길이 방향의 지름_{교정 전})/길이 방향의 지름_교정 _전으로 산출된다.

또한, 드로잉 교정 공정(11)에서는, 사이저(sizer)에 의한 사이징(sizing)(관단면 형상의 교정)에 의해, 드로잉률(drawing rate)(관의 둘레 길이 변화)에 기인하는 원주 방향, 나아가서는 길이 방향의 표면 변형이 외표층 및 내표층에 부가되게 된다. 이 원주 방향의 표면 변형은, 사이징(교정) 전후의 외주 길이의 변화, 즉,(외주 길이_{교정 후}―외주 길이_{교정 전})/외주 길이_{교정 전}으로 산출된다. 본 발명에서는, 드로잉 교정 공정(11)에서 부가되는 원주 방향 표면 변형은, (외주 길이_{교정 후}―외주 길이_{교정 전})/외주 길이_{교정 전}×100(％)로 대표시킨다. 또한, 내표층에도, 동시에 사이저 등에 의한 드로잉 교정에 의해, 변형이 부가된다. 이 내표층에 부가되는 변형은, 엄밀하게는 외표층에 부가되는 변형과는 상이하지만, 본 발명에서는 편의상, 외표층에 부가되는 변형과 동일한 크기의 변형이 부가되고 있다고 간주한다.

또한, 굽힘 교정 공정(13)에서는, 교정기에 의한 굽힘 교정시에, 관 외표층 및 내표층에, 관의 굽힘의 정도로 따라서 크기가 상이하지만, 원주 방향의 표면 변형(나아가서는 길이 방향 표면 변형)이 부가된다. 그러나, 그 크기는, 관의 제조 조건에 따라 각각 상이하고, 정확하게 파악하는 것은 어렵기 때문에, 본 발명에서는 특별히 강관 표면의 원주 방향 표면 변형으로서 산입하는 것은 하지 않는다.

또한, 본 발명에 있어서, 관표층에 부가되는 원주 방향의 표면 변형을, 진 변형(true strain)이 아닌 공칭 변형(nominal strain)으로 하는 것은, 화성 처리성의 좋고 나쁨이 전봉 조관의 각 공정에서 부가되는 공칭 변형의 절대값의 합으로 제대로 정리할 수 있는 것을 발견한 것에 기초한다.

또한, 추가로 상기한 이외에도, 관외측 표층 및 내측 표층에는, 가공 변형을 부가할 수 있다. 예를 들면, 강판에 레벨러(leveler)로 인장 변형(tensile strain)을 부가한 후, 추가로 전봉 용접시의 업셋량(upset value)의 제어나, 라인 장력의 제어에 의해, 제어하는 것이 가능하다. 전봉 용접 공정(10)에서는, 인장의 장력을 부여하면서 행하기 때문에, 관 외표층 및 내표층에는, 가공 변형으로서 추가로 1％ 전후 정도의 변형을 부가할 수 있다.

본 발명에서는, 롤 성형 등에 의한 가공(전봉 조관)시에 부가되는 변형이 주로 원주 방향의 표면 변형인 것을 고려하여, 원주 방향의 표면 변형에 주목한다. 물론, 길이 방향의 표면 변형도, 화성 처리성 향상에 유효하게 기여하기 때문에, 길이 방향의 표면 변형이 부가되는 경우에는, 가공(전봉 조관)의 각 공정에서 부가되는 원주 방향 표면 변형에 가하여, 길이 방향 표면 변형도 고려한다. 또한 그 때에 있어서도, 변형의 계산은, 인장·압력으로 방향을 붙이지 않고, 그 절대값으로 취급하는 것으로 한다. 즉, 길이 방향의 표면 변형이 부가된 경우에는, 원주 방향 표면 변형의 절대값의 합을, 원주 방향 표면 변형의 절대값과 길이 방향 표면 변형의 절대값과의 합으로서 평가해도 좋다. 이 경우, 원주 방향 표면 변형의 절대값과 길이 방향 표면 변형의 절대값과의 합이 5％ 이상이 되도록, 가공(전봉 조관)의 각 공정 조건을 조정하는 것이 바람직하다.

그러나, 길이 방향의 표면 변형은, 전봉 조관(가공)시의 라인 장력, 라인 속도, 드로잉률, 관의 외경, 두께에 의해 영향을 받아, 간단하게는 계측할 수 없다. 그 때문에, 본 발명에서는, 길이 방향의 표면 변형을 평가할 필요가 있는 경우에는, 대판의 일부에, 예를 들면 도 6에 나타내는 바와 같은 스크라이브드·서클을 인쇄하고, 전봉 조관(가공) 후에 치수의 변화를 측정하여, 길이 방향의 표면 변형을 계측하는 것으로 한다. 또한, 스크라이브드·서클 인쇄는, 전봉 조관(가공) 후에 관의 외측이 되도록 행할 필요가 있다. 그러나, 길이 방향의 표면 변형은, 고작 1％ 전후이고, 상황에 따라서, 원주 방향의 표면 변형의 효과에 더하여 효과가 인정되는 경우가 있다는 정도가 된다.

또한 본 발명에서는, 진원도(roundness)를 유지한 강관을 주로 대상으로 하지만, 이 이외에, 진원도가 흐트러진 형상의 것이나, 이형 단면의 파이프 형상의 것(closure-structure-based deformed pipe)까지도, 본 발명의 대상으로서 포함한다. 이들 부정형의 파이프 형상의 것은, 절판을 가공하여 제조되어, 파이프 형상의 일부분에만 화성 처리를 행하는 것이 요구되는 경우가 많다. 이러한, 파이프 형상의 일부분에만 화성 처리를 행하는 것이 요구되는 경우에는, 당해 부분에, 표면 변형의 절대값의 합이 5％ 이상이 되도록, 가공을 행하는 것은 말할 필요도 없다.

또한, 본 발명 강관은, 상기한 조성을 갖고, 관의 외표층 및 내표층의 원주 방향의 표면 거칠기(Ra＇)가, 사용한 강판의 표면 거칠기(Ra)와의 관계에서 다음 (1)식

|Ra―Ra＇|/Ra ＞0.05 …(1)

여기에서, Ra: 강판의 표면 거칠기(평균값)(㎛), Ra＇: 용접 강관의 외표층 및 내표층의 원주 방향의 표면 거칠기(평균값)(㎛)를 만족하는 강관이다. 관의 외표층 및 내표층의 원주 방향(Ra＇)이 강판의 표면 거칠기(Ra)와의 관계에서 (1)식을 만족함으로써, 화성 처리성이 우수한 강관이 된다. 즉, 가공(전봉 조관)의 각 공정에서 표면 변형을 부가하여, 상기 (1)식을 만족하도록 표면 거칠기를 조정함으로써 얻어진 강관의 화성 처리성이 현저하게 향상되게 된다. 또한, 표면 거칠기는, JIS B0601-2001의 규정에 준거하여 측정한, Ra: 산술 평균 거칠기를 이용한다. 또한, 표면 거칠기의 측정시에는, 측정 길이, 측정 영역이, 표면 거칠기의 데이터가 곡률의 영향을 받지 않는 길이, 영역이 되도록 배려하는 것이 중요해진다. 예를 들면, 소경 강관의 경우에는, 곡률의 영향이 적은 길이, 영역에서의 측정을 복수 반복하여 표면 거칠기를 평가하는 것이 바람직하다.

또한, 가공(전봉 조관)의 각 공정에서 표면 변형을 부가하여, 상기 (1)식을 만족하도록 표면 거칠기를 조정함으로써 얻어진 강관의 화성 처리성이 현저하게 향상되게 되는 메커니즘은, 충분히 해명되고 있지 않지만, 이하와 같이 생각하고 있다. 소정의 표면 변형을 부여함으로써, 표면에 미소한 크랙이 들어가고, 그 결과, 표면 거칠기(Ra)가 커진다. 이 표면 거칠기(Ra)가 커지면 화성액 침지시에, 화성액과 하지 강재의 접촉 면적이 증가하기 때문에, 강재가 녹기 쉬워져, 그에 수반하여 Si를 주체로 하는 산화물이 누락되기 쉬워지는 것을 생각할 수 있다. 또한, 표면 변형을 부여했을 때에 하지 강재와 표층의 Si를 주체로 하는 산화물의 계면에 크랙이 들어가, Si를 주체로 하는 산화물이 누락되기 쉬워지는 것을 생각할 수 있다. 나아가서는, 이러한 상승(相乘) 효과에 따라, 화성 처리성이 향상된다고 생각할 수 있다.

다음으로, 본 발명 강관이 바람직한 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명에서는, 상기한 조성의 강판을 모판으로 하여, 파이프 형상으로 가공하는 각 공정을 거쳐, 제품관(강관)으로 한다. 사용하는 강판은, 상기한 조성을 갖는 강판이면, 열연 강판, 냉연 강판 모두 문제없이 사용할 수 있다. 또한, 나아가서는 소둔의 유무 등도 하등 문제가 되지 않는다.

또한, 가공의 각 공정은, 상기한 바와 같이, 모판을 판 형상(sheet shape)(절판 형상(cutlength sheet shape)으로부터 배치적으로 혹은 띠판 형상(strip shape)으로부터 연속적으로, 오픈관 형상(open pipe shape)으로 롤 성형하는 롤 성형 공정(roll forming process)(9)과, 당해 오픈관 형상의 양단면을 가압하여, 전봉 용접, 레이저 용접, 아크 용접 등의 용접이나, 그 이외의 접합 방법으로 오픈관 형상의 양단부를 접합하여 관으로 하는 접합 공정(10) 및, 당해 관의 단면 형상을 사이저 등으로 교정하는 드로잉 교정(sizing) 공정(11)과, 혹은 추가로 관의 길이 방향의 굴곡을 교정하는 굴곡 교정 공정(13)으로 이루어진다.

그리고, 롤 성형 공정(9)에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 판 에서 관 형상으로 변화하는 것에 수반하여, 원주 방향으로 따르는 굽힘 변형이, 관의 외표층 및 내표층에 부가된다. 롤 성형 공정(9)에서 부가되는 원주 방향의 표면 변형은, t/D×100(％)로 나타낼 수 있다. 여기에서, t는 강관의 두께, D는 강관의 외경이다. 또한, 외층과 내층에서는 변형의 방향이 반대가 된다.

또한, 드로잉 교정 공정(11)에서는, 관단면 형상의 교정에 의해, 관의 둘레 길이 변화에 기인하는 원주 방향, 나아가서는 길이 방향의 표면 변형이 외표층 및 내표층에 부가된다. 드로잉 교정 공정에서 외층에 부가되는 원주 방향의 표면 변형은, 압축 변형으로, 드로잉률(％), 즉(외주 길이_{교정 후}―외주 길이_{교정 전})/외주 길이_{교정 전}×100(％)로 나타난다. 또한, 내층에는, 외층에 있어서의 변형의 방향과 동일한 방향으로, 거의 동일한 크기의 변형이 부가된다.

또한, 굽힘 교정 공정(straightening process)(13)에서는, 교정기 등에 의해, 관의 길이 방향의 곡선을 교정한다. 이 교정에 의해, 관 외표층 및 내표층에, 관의 굽힘의 정도로 따라서 크기가 상이한, 원주 방향 표면 변형이 부가된다.

본 발명에서는, 상기한 가공(전봉 조관)의 각 공정에서, 관의 외표층 및 내표층에 부가되는 원주 방향의 표면 변형의 절대값의 합이, 공칭 변형으로 5％ 이상이 되도록 조정한다. 가공(전봉 조관)의 각 공정에서 부가되는 원주 방향 표면 변형의 절대값의 합이, 5％ 미만에서는, 소망하는 화성 처리성의 향상을 확보할 수 없다.

또한, 원주 방향의 표면 변형의 절대값의 합을 대신하여, 원주 방향의 표면 변형의 절대값과 길이 방향의 표면 변형의 절대값의 합으로 해도 좋다. 일반적으로, 레벨러나, 인장의 장력을 부여하여 조관하기 위해, 관의 길이 방향에도 큰 표면 변형이 부가되는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 원주 방향의 표면 변형의 절대값의 합에, 길이 방향의 표면 변형의 절대값을 가산해도 좋다. 그러나, 길이 방향의 표면 변형은, 가공(전봉 조관)시의 라인 장력, 라인 속도, 드로잉률, 관의 외경, 두께에 의해 영향을 받아, 간단하게는 계측할 수 없다. 그 때문에, 본 발명에서는, 길이 방향의 표면 변형을 평가할 필요가 있는 경우에는, 대판의 일부에, 예를 들면 도 6에 나타내는 바와 같은 스크라이브드·서클을 인쇄하고, 가공(전봉 조관) 후에 치수의 변화를 측정하여, 길이 방향의 표면 변형을 계측하는 것으로 한다. 또한, 스크라이브드·서클의 인쇄는, 가공(전봉 조관) 후에 관의 외측이 되도록 행할 필요가 있다. 그러나, 길이 방향의 표면 변형은, 고작 1％ 전후이고, 상황에 따라서, 원주 방향의 표면 변형의 효과에 더하여 효과가 인정되는 경우가 있다는 정도가 된다.

이하, 추가로 본 발명을 실시예에 기초하여 상세하게 설명한다.

(실시예)

표 1에 나타내는 조성과, 표 2에 나타내는 인장 특성을 갖는 강판 No.1, No.3을 모판(강대)으로 했다. 이들 강대는, 연속 소둔(CAL)이 끝난 냉연 강대(냉연 소둔판)이다. 이들 강대(모판)를 이용하여, 표 3에 나타내는 전봉 조관(가공) 공정에서, 표 3에 나타내는 치수의 제품관(용접 강관)으로 했다. 이 전봉 조관(가공) 공정은, 코일 형상의 강대를 되감아, 레벨러로 판 형상을 교정하고 이어서, 롤 성형 공정(9), 전봉 용접(접합) 공정(10)에 의해, 관으로 한 후, 사이저에 의한 드로잉 교정 공정(11)을 연속해서 행한 후, 절단기(12)로 소정 치수로 절단하여 제품관으로 했다. 또한, 일부의 제품관에는, 그 후, 오프 라인(off line)에서, 교정기에 의한 굽힘 교정 공정(13)을 행했다. 또한, 일부에서는, 일시적으로 라인 정지를 실시하고, 각 공정에서의 샘플링(sampling)도 함께 행했다.

또한, 롤 성형 공정(9)에서는, CBR방식의 조관법을 주로 이용했다. 또한, 일부의 강관에서는, 브레이크 다운(BD) 방식의 조관법으로 조관했다. BD방식의 조관법은, 통상의 일반적인 조관법으로, 지름이 큰 성형 롤을, 어느 정도 간격을 두고 배치하여 조관하는 방법이다. 이 방식의 조관법은, 스프링 백(spring back)분을 고려하여, 각 성형 롤 군마다, 필요 이상으로 성형을 행하기 때문에, 성형 변형이 들어가 버리는 특징이 있다. 한편, CBR방식의 조관법은, 소경의 성형 롤을, 단(短)간격으로 나열하여 조관하기 때문에, 저변형의 조관이 생긴다.

롤 성형 공정(9)에서 부가되는 원주 방향의 표면 변형은, 관의 단면 형상에서 기하학적으로 결정되는 것으로, t/D×100(％)로 산출했다. 또한, 드로잉 교정 공정에서 부가되는 원주 방향의 표면 변형은, 드로잉 교정 공정(11)의 전후에서의 드로잉률(％), (외주 길이_{교정 후}―외주 길이_{교정 전})/외주 길이_{교정 전}×100(％)로 산출했다.

또한, 일부의 강관에서는, 길이 방향의 표면 변형을 계측했다. 강대 표면에 소정 치수의 스크라이브드·서클(도 6)을 전사시키고, 조관하여 제품관으로 했다. 그리고, 제품관의 스크라이브드·서클을 계측하여, 길이 방향의 표면 변형을 구했다.

또한, 굽힘 교정 공정(13)에서도, 교정시에 원주 방향의 표면 변형이 부가되지만, 관마다 상이하기 때문에, 계측하기 어렵기 때문에 특별히 가산은 하지 않았다. 또한, 부가된 표면 변형의 절대값의 합(합계)은, 표면 변형이 미(未)계측인 경우가 있고, 그 미계측의 표면 변형에 의한 증가를 적지만 기대할 수 있는 경우를 「≒」으로, 미계측의 표면 변형에 의한 증가가 0.5％ 이상 기대할 수 있다고 추정되는 경우를 「＞」로 표시했다.

얻어진 표면 변형을 표 3에 병기했다.

얻어진 용접 강관에 대해서 화성 처리성을 평가했다.

각 강관으로부터, 반으로 나눈 형상으로, 압연 방향으로 100∼150㎜의 길이의 시험편을 채취했다. 이어서, 당해 시험편에, 탈지→물→세척→표면 조정→화성 처리→양이온 전착 도장을 순차적으로 행했다. 또한, 양이온 전착 도장을 행하지 않고, 화성 처리의 시험편도 제작했다.

탈지 처리는, 닛폰 페인트 가부시키가이샤 제조 약액: SD250HM을 사용하고, 온도: 42℃로 하여, 시험편 표면에 120s간 분사하는 처리로 했다. 또한, 표면 조정 처리는, 닛폰 페인트 가부시키가이샤 제조 약액: 5N-10을 사용하여, 당해 약액에 실온 환경에서, 30s간 침지하는 처리로 했다. 화성 처리는, 닛폰 페인트 가부시키가이샤 제조 약액: SD2800을 이용하여, 액온: 43±℃로 하고, TA(전 인산 농도): 20∼26pt., FA(유리산 농도): 0.7∼0.9pt., AC(촉진제 농도): 2.8∼3.5pt.의 조건으로, 당해 약액에 120s간 침지한 후, 170℃×20min로 소성하는 처리로 했다. 또한, 양이온 전착 도장 처리는, PN-150 그레이를 이용하여, 액온: 28℃, 부가 전압: 180V, 처리 시간: 180s의 조건으로, 대략 막 두께: 20∼25㎛의 도막을 형성하는 처리로 했다.

양이온 전착 도장까지 시행된 시험편(1)의 외표면 및 내표면에, 도 5(a)에 나타내는 것과 동일하게, 크로스컷(2)을 넣고, 단부 10㎜ 정도를 테이프로 마스킹(3)한 후, 당해 시험편을 5％ NaCl 수용액(액온: 55℃) 중에, 10일간 침지하는 SDT시험을 실시했다. 침지 종료후, 시험편 표면에 셀로판 테이프를 접착하여 테이프 박리를 행하고, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 크로스컷부(2)로부터의 최대 편측 팽창폭(4)을, 내표면 및 외표면에 따라서 측정했다. 최대 편측 팽창폭(4)이 2.5㎜ 이하의 경우를 화성 처리성이 양호(OK), 그 이외의 경우를 불량(NG)이라고 판단했다.

또한, 화성 처리까지를 시행된 시험편(5)에 대해서, 주사형 전자 현미경(배율: 1000배)을 이용하고, 내표면 및 외표면의 인산철 아연 결정을 관찰했다. 인산철 아연 결정이 치밀한 「균일 입자」이고, 그리고 「결정이 형성되지 않는 부분 없음」의 경우를 화성 처리성 양호(OK), 그 이외를 불량(NG)으로 판단했다. 또한 「균일 입자」이고, 그리고 「결정이 형성되지 않는 부분 없음」의 경우의 정의는, 상기한 기초적 실험의 경우와 마찬가지로 했다.

또한, 얻어진 용접 강관의 일부에 대해서, 내면 및 외면의 표면 거칠기를 측정했다. 표면 거칠기는, JIS B0601-2001의 규정에 준거하여, Ra: 산술 평균 거칠기(평균값)를 측정했다. 또한, Ra(평균값)는, 관(管)원주 방향의 각 위치에서, 접촉식 거칠기 합계를 이용하여, 원주 방향 5㎜ 이상의 길이를 측정하여 구했다. 또한, 외경 치수로 따라서, 표면 거칠기를 측정하는데 문제가 없는 길이로 분할하여, 총측정 길이가 5㎜ 이상이 되도록 측정하고, 얻어진 값을 산술 평균했다.

얻어진 결과를 표 4에 나타낸다.

모판(강판 No.1, No.3)은 모두 화성 처리성이 저하되어 있지만, 본 발명예(강관)는 모두, 화성 처리성이 우수한 강관으로 되어 있다. 부가되는 원주 방향 표면 변형(길이 방향 표면 변형의 절대값과의 합을 포함함)의 양이 많아질수록, 편측 팽창량도 작아져, 화성 처리성이 향상되고 있다. 또한, 강관 No.4는, 전봉 용접 공정(10) 후에 드로잉 교정 공정(11)의 도중에 라인을 정지하여 시험재를 채취한 것(실시예)이고, 각 공정에서 부여되는 원주 방향의 표면 변형(공칭 변형)의 합이 5％(4.6％)로, 길이 방향 표면 변형(측정하지 않음)의 효과와도 서로 작용하여, 화성 처리성이 향상되어 있다. 또한, 교정기를 사용한 굽힘 교정 공정(13)을 거친 실시예(강관 No.9, No.10)는, 굽힘 교정 공정(13)이 없는 실시예(강관 No.5, No.6)에 비해, 약간이라도 편측 팽창량이 작아지고 있어, 화성 처리성이 개선되어 있다. 또한, 원주 방향의 표면 변형(공칭 변형)으로는 5％ 미만이라도, 길이 방향의 표면 변형을 가산한 표면 변형이, 5％를 초과하고, 혹은 초과하고 있다고 추정되어, 화성 처리성이 개선되어 있는 경우가 있다(강관 No.12, No.13, No.18, No.19, No.21). 또한, 강관 No.14, No.15(실시예)는, BD방식으로 롤 성형을 행한 예로, 화성 처리성이 개선되고 있지만, CBR방식으로 롤 성형한 강관 No.5, No.6(실시예)에 비해, 약간 화성 처리성이 저하되는 경향을 나타내고 있다.

이에 대하여, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예는, 화성 처리성이 저하되어 있다.

또한 강관 No.1은, 모판 그대로를 참고로 하여 표시한 것으로, 화성 처리성은 저하되어 있다. 강관 No.2는, 레벨러 통과 후에 롤 성형 공정(9) 전에, 라인을 정지하여 시험재를 채취한 것이고, 모판(강관 No.1)에 비해 편측 팽창폭이 작아지고 있지만, 화성 처리성의 개선은 적다. 또, 강관 No.3은, 롤 성형 공정 (9) 후에, 전봉 용접(10) 전에, 라인을 정지하여 시험재를 채취한 것으로, 부가된 표면 변형량이 소정량 미만이며, 화성 처리성의 개선은 불충분하다. 강관 No.11, No.22는, 전봉 용접 공정(10) 후에 드로잉 교정 공정(11) 전에 라인을 정지하여 시험재를 채취한 것(비교예)으로, 부가된 표면 변형량이 소정량 미만이며, 화성 처리성의 개선은 불충분하다.

또한 표면 거칠기를 측정했지만, 강관의 내 및 외표면의 표면 거칠기(Ra＇)가, 모판의 표면 거칠기(Ra)와의 관계에서 (1)식을 만족하는 경우는, 화성 처리성이 개선되어 있다. 강관 No.22와 같이, 강관의 내 및 외표면의 표면 거칠기(Ra＇) 중 적어도 한쪽이 (1)식을 만족하지 않는 경우에는, 화성 처리성의 개선은 인정되고 있지 않다.

본 발명에 의하면, Si를, 질량％로 0.7％ 초과 함유하는, 고Si 함유 고강도 강관에 있어서도, 기계적 연삭, 화학적인 산세 처리 등을 행하는 일 없이, 양호한 화성 처리성을 구비하는 강관을 얻을 수 있어, 산업상 각별한 효과를 가져온다.

1 : 시험편(크로스컷용)
2 : 크로스컷
3 : 마스킹
4 : 최대 편측 팽창폭
5 : 시험편(결정이 형성되지 않는 부분의 유무용)
6 : 스크라이브드·서클
7 : 강대
8 : 레벨러
9 : 롤 성형 공정
10 : 전봉 용접 공정
11 : 드로잉 교정 공정
12 : 관절단기
13 : 굽힘 교정 공정
[표 1]

[표 2]

[표 3]

[표 4]

Claims

질량％로,
C: 0.05％ 이상, Si: 0.7％ 초과,
Mn: 0.8％ 이상
을 함유하는 조성의 강판을 모판으로 하여, 롤 성형으로 파이프 형상으로 가공되어 이루어지는 강관(鋼管)으로서, 당해 강관의 표층에, 상기 가공의 각 공정에서 각각 부가되는 원주 방향 표면 변형의 절대값의 합이, 공칭 변형으로 5％ 이상인 것을 특징으로 하는 화성(chemical conversion) 처리성이 우수한 고가공성 고강도 강관.
제1항에 있어서,
상기 원주 방향 표면 변형의 절대값의 합을, 원주 방향 표면 변형의 절대값과 길이 방향 표면 변형의 절대값과의 합으로 하는 것을 특징으로 하는 고가공성 고강도 강관.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 가공의 각 공정에서 각각 부가되는 원주 방향 표면 변형의 절대값의 합이, 강관의 두께(t)와 외경(D)과의 비, t/D×100(％)의 절대값과, 드로잉 교정시의 드로잉률(％)의 절대값과의 합인 것을 특징으로 하는 고가공성 고강도 강관.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모판이, 소둔을 행하여 이루어지는 강판인 것을 특징으로 하는 고가공성 고강도 강관.
질량％로,
C: 0.05％ 이상, Si: 0.7％ 초과,
Mn: 0.8％ 이상
을 함유하는 조성의 강판을 모판으로 하여, 롤 성형으로 파이프 형상으로 가공되어 이루어지는 강관으로서, 당해 강관의 표층의 원주 방향의 표면 거칠기(Ra＇)가, 상기 강판의 표면 거칠기(Ra)와의 관계에서 하기 (1)식을 만족하는 것을 특징으로 하는 화성 처리성이 우수한 고가공성 고강도 강관.
기
|Ra―Ra＇|/Ra ＞0.05 …(1)
여기에서, Ra: 강판의 표면 거칠기(평균값)(㎛),
Ra＇: 강관의 표층의 원주 방향의 표면 거칠기(평균값)(㎛)
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조성이, 질량％로,
C: 0.05％ 이상, Si: 1％ 이상,
Mn: 1.5％ 이상
을 함유하는 조성인 것을 특징으로 하는 고가공성 고강도 강관.
질량％로,
C: 0.05％ 이상, Si: 0.7％ 초과,
Mn: 0.8％ 이상
을 함유하는 조성의 강판을 모판으로 하여, 롤 성형으로 파이프 형상으로 가공하여 강관으로 함에 있어서, 상기 가공의 각 공정을, 당해 가공의 각 공정에서 상기 강관의 표층에 부가되는 원주 방향 표면 변형의 절대값의 합이, 공칭 변형으로, 5％ 이상이 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 화성 처리성이 우수한 고가공성 고강도 강관의 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 원주 방향 표면 변형의 절대값의 합을, 원주 방향 표면 변형의 절대값과 길이 방향 표면 변형의 절대값과의 합으로 하는 것을 특징으로 하는 고가공성 고강도 강관의 제조 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 가공의 각 공정이, 판 형상 또는 띠판 형상에서 오픈관(open pipe) 형상으로 롤 성형하는 롤 성형 공정, 당해 오픈관 형상의 양단면을 접합하는 접합 공정 및, 관의 단면 형상을 교정하는 드로잉 교정 공정과, 혹은 추가로 관의 굽힘을 교정하는 굽힘 교정 공정인 것을 특징으로 하는 고가공성 고강도 강관의 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 가공의 각 공정에서 각각 부가되는 원주 방향 표면 변형의 절대값의 합이, 강관의 두께(t)와 외경(D)과의 비, t/D×100(％)의 절대값과, 드로잉 교정시의 드로잉률(％)의 절대값과의 합인 것을 특징으로 하는 고가공성 고강도 강관의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 롤 성형 공정이, 케이지 롤 형식의 롤 성형 공정인 것을 특징으로 하는 고가공성 고강도 강관의 제조 방법.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모판이, 소둔을 행하여 이루어지는 강판인 것을 특징으로 하는 고가공성 고강도 강관의 제조 방법.
제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조성이, 질량％로,
C: 0.05％ 이상, Si: 1％ 이상,
Mn: 1.5％ 이상
을 함유하는 조성인 것을 특징으로 하는 고가공성 고강도 강관의 제조 방법.