KR20120044118A - 수소유기균열 저항성이 우수한 라인파이프용 고강도 열연강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

수소유기균열 저항성이 우수한 라인파이프용 고강도 열연강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

수소유기균열 저항성이 우수한 라인파이프용 고강도 열연강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 수소유기균열 저항성이 우수한 라인파이프용 고강도 열연강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.10%, 실리콘(Si) : 0.2~0.3%, 망간(Mn) : 1.4~1.6%, 황(S) : 0.0015% 이하, 크롬(Cr) : 0.1~0.3%, 티타늄(Ti) : 0.1~0.3%, 니오븀(Nb) : 0.05~0.1%, 바나듐(V) : 0.01~0.05%, 칼슘(Ca) : 0.001 ~ 0.004%, 인(P) : 0.015% 이하, 질소(N) : 0.006% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하며, 베이니틱페라이트 기지에 펄라이트를 포함하는 복합 조직을 가지면서, API-5L X70MS 규격을 만족하는 것을 특징으로 한다.

Description

수소유기균열 저항성이 우수한 라인파이프용 고강도 열연강판 및 그 제조 방법{HIGH STRENGTH STEEL SHEET FOR LINE PIPE WITH EXCELLENT RESISTANCE TO HYDROGEN INDUCED CRACKING PROPERTIES AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 원유나 가스 수송을 위하여 사용되는 라인파이프용 고강도 열연강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 API-5L X70MS 규격 이상의 강도를 가지면서, 수소유기균열 저항성(Resistance To Hydrogen Induced Cracking Properties)이 우수한 라인파이프용 고강도 열연강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
라인파이프는 원유나 가스 수송을 위하여 사용된다. 최근, 석유 및 가스의 이용 증가 및 신 유전의 개발에 따라 라인파이프 건설이 증가하고 있으며, 특히 수소유기균열 저항성(Resistance To Hydrogen Induced Cracking Properties)이 우수한 라인파이프용 소재가 요구되고 있다.
라인파이프는 주로 열연강판을 소재로 하며, 열연강판을 전기저항용접 방식 혹은 스파이럴 용접 방식을 이용하여 조관하고 있다.
여기서 라인파이프 조관을 위한 열연강판은, 통상 슬라브 재가열(slab reheating) 과정, 열간압연(hot-rolling) 과정 및 냉각/권취(cooling/coiling) 과정을 통하여 제조된다.
다음으로, 슬라브 재가열 과정에서는 반제품 상태인 슬라브(slab) 판재를 재가열 한다.
그 다음으로, 열간압연 과정에서는 압연롤을 이용하여 고온에서 슬라브 판재를 최종 두께로 압연한다.
그 다음으로, 냉각/권취 과정에서는 압연이 마무리된 판재를 특정한 권취 온도(Coiling Temperature : CT)까지 냉각(cooling)하여 권취 한다.
본 발명의 목적은 API-5L X70MS 규격(인장강도 570MPa 이상, 항복강도 485MPa 이상)을 가지며, 아울러 H2S 분위기에서 내식성을 가져 수소유기균열 저항성(Resistance To Hydrogen Induced Cracking Properties)을 확보할 수 있는 라인파이프용 고강도 열연강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 라인파이프용 고강도 열연강판 제조 방법은 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.10%, 실리콘(Si) : 0.2~0.3%, 망간(Mn) : 1.4~1.6%, 황(S) : 0.0015% 이하, 크롬(Cr) : 0.1~0.3%, 티타늄(Ti) : 0.1~0.3%, 니오븀(Nb) : 0.05~0.1%, 바나듐(V) : 0.01~0.05%, 칼슘(Ca) : 0.001 ~ 0.004% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 열간압연하는 단계 및 열간압연된 상기 슬라브 판재를 냉각/권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 슬라브 판재는 인(P) : 0.015% 이하 및 질소(N) : 0.006% 이하를 포함할 수 있다.
상기 열간압연하는 단계 이전에 상기 슬라브 판재를 1200℃ ~ 1250℃로 재가열하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 열간압연하는 단계에서 열간 마무리 온도(FDT; Finishing Delivery Temperature)는 750 ~ 800℃이고, 상기 냉각/권취 단계에서 코일링 온도(CT; Coiling Temperature)는 : 550℃ ~ 650℃인 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 라인파이프용 고강도 열연강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.10%, 실리콘(Si) : 0.2~0.3%, 망간(Mn) : 1.4~1.6%, 황(S) : 0.0015% 이하, 크롬(Cr) : 0.1~0.3%, 티타늄(Ti) : 0.1~0.3%, 니오븀(Nb) : 0.05~0.1%, 바나듐(V) : 0.01~0.05%, 칼슘(Ca) : 0.001 ~ 0.004% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며, 베이니틱페라이트(bainitic ferrite) 기지에 펄라이트를 포함하는 복합 조직을 갖는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 열연강판은 인(P) : 0.015% 이하 및 질소(N) : 0.006% 이하를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 산가스(Sour가스) 수송을 위한 라인파이프용 고강도 열연강판 제조 방법은 열간압연 및 합금성분 조절을 통하여 API-5L X70MS(인장강도 570MPa 이상, 항복강도 485MPa 이상)에서 규정된 강도를 충족할 수 있으며, 강산 분위기에서도 수소유기균열 저항성(Resistance To Hydrogen Induced Cracking Properties)을 향상시키는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 라인파이프용 고강도 열연강판은 내식성 향상을 위해 첨가하는 고가의 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)을 첨가하지 않음으로써 원가를 절감시키고 기존의 강재보다 가격 경쟁력을 우수하게 하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수소유기균열 저항성이 우수한 라인파이프용 고강도 열연강판 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 라인파이프용 고강도 열연강판 시편의 미세조직을 나타낸 단면사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 라인파이프용 고강도 열연강판 시편 내의 석출물을 나타낸 단면사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 라인파이프용 고강도 열연강판 시편에 수소유기균열 시험을 실시한 후 시편의 단면을 나타낸 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수소유기균열 저항성이 우수한 라인파이프용 고강도 열연강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
최근 전 세계적으로 자원고갈이 가속화 되면서 H2S를 다량 함유한 산가스(sour gas)를 사용하는 량이 증가하고 있다.
이때, 산 가스에 함유된 H2S의 경우 H+ 이온과 S- 이온으로 분리되며, 이때 수소이온은 강의 내부로 침투하여 비금속 개재물 또는 조대한 석출물 주위에 적층 된다.
그리고, 적층량이 증가될 경우 부풀림(Blisering) 현상이 발생되고, 이로 인해서 강 내에 균열이 발생할 수 있는데, 이를 본 발명에서 정의하는 수소유기균열이라 한다.
본 발명에서는 종래의 산 가스(Sour gas)용 API 강재에 포함되던 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 및 구리(Cu)를 제외시키는 대신, 탄소(C), 망간(Mn) 및 니오븀(Nb)의 함량을 증가시킴으로써, 압연 조건을 수소유기균열 저항성에 맞도록 용이하게 조절할 수 있도록 하고, 미세한 베이나이틱페라이트 조직을 갖도록 하였다.
라인파이프용 고강도 열연강판
본 발명에 따른 라인파이프용 고강도 열연강판은 미국석유협회(American Petroleum Institute : API)에서 규정한 API-5L X70MS의 기계적 물성인 인장강도 570MPa 이상, 항복강도 485MPa 이상을 만족시키면서, 우수한 수소유기균열 저항성(Resistance To Hydrogen Induced Cracking Properties)을 확보하는 것을 목표로 한다.
이를 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 라인파이프용 고강도 열연강판은 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.10%, 실리콘(Si) : 0.2~0.3%, 망간(Mn) : 1.4~1.6%, 황(S) : 0.0015% 이하, 크롬(Cr) : 0.1~0.3%, 티타늄(Ti) : 0.1~0.3%, 니오븀(Nb) : 0.05~0.1%, 바나듐(V) : 0.01~0.05%, 칼슘(Ca) : 0.001 ~ 0.004% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며, 베이니틱페라이트(bainitic ferrite) 기지에 펄라이트를 포함하는 복합 조직을 갖는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 열연강판은 인(P) : 0.015% 이하 및 질소(N) : 0.006% 이하를 포함하고, 상기 페라이트 및 베이나이트는 각각의 평균 결정립 사이즈가 10㎛ 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 열연강판은 기종의 몰리브덴(Mo) 및 니켈(Ni) 등 고가의 합금 원소를 첨가하지 않고, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V)을 첨가하여 항복강도 확보를 위한 (Nb, Ti, V)(C, N) 석출물을 형성하도록 한다.
그리고, 크롬(Cr)을 더 첨가하여 내식성을 확보할 수 있도록 하며, 탄소(C)의 함량을 증가시킴으로써 API-5L X70MS의 강도를 확보할 수 있도록 하였다.
아울러, 본 발명에 따른 열연 강판은 칼슘(Ca) 첨가를 통해서 MnS 개재물을 제어하였다.
이하, 본 발명에 따른 우수한 수소유기균열 저항성(Resistance To Hydrogen Induced Cracking Properties)을 갖는 라인파이프용 고강도 열연강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
탄소(C)
탄소(C)는 강도를 확보하기 위하여 첨가된다.
상기 탄소는 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.05 ~ 0.10 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.
탄소의 함량이 0.05 중량% 미만일 경우 강도 보충을 위하여 첨가되는 다른 합금원소에도 불구하고 570MPa 이상의 인장강도를 확보하기 어려우며, 탄소의 함량이 0.10 중량%를 초과할 경우 인성이 상대적으로 크게 저하되는 문제점이 있다.
실리콘(Si)
실리콘은 강도 확보에 기여하며, 특히, 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다.
상기 실리콘은 고유의 탈산 효과 및 표면 품질 등을 고려할 때 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.2 ~ 0.3 중량%로 첨가되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.2 중량%를 제시할 수 있다. 실리콘의 함량이 0.2 중량% 미만일 경우 실리콘 첨가에 따른 탈산 효과가 불충분하다.
반대로, 실리콘의 함량이 0.3 중량%를 초과할 경우 강의 용접후 도금성을 저해할 수 있으며, 열간압연 시에 적 스케일(red scales)을 생성시킴으로써 표면 품질을 저하시키는 문제점이 있다.
망간(Mn)
망간(Mn)은 고용강화 원소로써 매우 효과적이며, 강의 경화능을 향상시켜서 강도 확보에 효과적인 원소이다.
또한 망간은 오스테나이트 안정화 원소로서, 페라이트, 펄라이트 변태를 지연시킴으로써 페라이트 결정립 미세화에 기여한다.
상기 망간은 강도 향상 효과 및 중심 편석 유발 등을 고려할 때 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 1.4 ~ 1.6 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1.5 중량%를 제시할 수 있다.
망간의 첨가량이 1.4 중량% 미만일 경우 고용강화 효과가 미미하고, 반대로 망간의 첨가량이 1.6 중량%를 초과하면 용접성이 크게 저하되며, 아울러 MnS 개재물 생성 및 중심 편석(center segregation) 발생에 의하여 강의 연성을 크게 저하시키는 문제점이 있다.
인(P)
인(P)은 시멘타이트 형성을 억제하고, 강도를 증가시키기 위해 첨가된다.
그러나, 인은 용접성을 악화시키고, 슬라브 중심 편석(slab center segregation)에 의해 최종 재질 편차를 발생시키는 원인이 되므로, 상기 인(P)은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.015 중량% 이하의 범위 내에서 제한적으로 첨가되는 것이 바람직하다.
황(S)
황(S)은 강의 인성 및 용접성을 저해하고, 망간과 결합하여 MnS 비금속 개재물을 형성함으로써, 강의 가공 중 크랙을 발생시키는 원소이다.
따라서, 황(S)의 함량은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.0015 중량% 이하로, 즉 15ppm 이하로 제한하여 MnS 개제물을 제어하는 것이 바람직하다.
크롬( Cr )
크롬(Cr)은 경화능 향상 원소로 첨가되어, 강의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 아울러, 강의 내식성을 확보하는 역할을 한다.
상기 크롬은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.1 ~ 0.3 중량%로 첨가되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.2 중량%를 제시할 수 있다. 크롬의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우 크롬 첨가에 따른 경화능 향상 및 내식성 향상 효과가 불충분하다. 반대로, 크롬의 함량이 0.3 중량%를 초과할 경우 인성이 급격히 저하될 수 있는 문제가 있다.
티타늄(Ti)
본 발명에서 티타늄(Ti)은 니오븀(Nb), 바나듐(V)과 함께 석출물 형성원소로서, 슬라브 재가열시 TiN을 형성하여 오스테나이트 결정립 성장을 억제하여 강도를 증대시키는 역할을 한다. 특히, TiN 석출물은 높은 용해온도로 인하여 고온에서 쉽게 용해되지 않으며, 이로 인해 용접 열영향부(HAZ)에서 결정립을 미세화시키는 역할을 한다.
상기 티타늄은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.1 ~ 0.3 중량%로 첨가되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.2 중량%를 제시할 수 있다. 티타늄의 함량이 0.1 중량% 미만이면 상기의 티타늄 첨가 효과가 미미하고, 티타늄의 함량이 0.3 중량%를 초과하면 TiN석출물이 조대해져 결정립 성장을 억제하는 효과가 저하되고, 제조되는 고강도 열연강판의 표면 결함을 유발시킬 수 있다.
니오븀(Nb)
니오븀(Nb)은 석출물 형성원소로서 강의 강도에 가장 큰 영향을 주는 원소 중 하나이며, 강 중에 탄질화물을 석출하거나 Fe 내 고용강화를 통하여 강의 강도를 향상시키는 원소이다. 특히, 니오븀계 석출물들은 슬라브 재가열시 1200℃ 이상의 가열로에서 고용된 후 열간압연 중 미세하게 석출하여 강의 강도를 효과적으로 증가시킨다.
상기 니오븀은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.05 ~ 0.1 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 니오븀의 함량이 0.05 중량% 이상일 때 충분한 니오븀 첨가 효과를 가진다. 반면, 니오븀의 함량이 0.1 중량%를 초과할 경우 과다한 석출로 인하여 연주성, 압연성 및 연신율을 저하시킬 수 있다.
바나듐(V)
바나듐(V)은 고용강화 및 저온에서 니오븀(Nb)과 함께 복합 석출물 형성을 통해 강도 향상에 기여한다.
상기 바나듐은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.01 중량% 이상 첨가될 때, 그 효과를 충분히 발휘한다. 반면, 바나듐을 0.05 중량%를 초과하여 첨가할 경우 제조 비용 상승과 함께 용접성을 저하시키고, 저온에서의 과다한 석출에 의하여 권취시 문제를 발생할 수 있다.
칼슘(Ca)
칼슘은 CaS를 형성시켜 강중의 황의 함량을 낮추고, 아울러 MnS 편석을 감소시켜 강의 청정도 및 황의 입계편석을 감소시켜 재가열 균열에 대한 저항성을 증가시키는 역할을 한다.
상기 칼슘은 본 발명에 따른 열연강판 전체 중량의 0.001 ~ 0.004 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 칼슘의 함량이 0.001 중량% 미만일 경우 CaS에 의한 MnS 편석 감소 효과가 불충분하다. 반대로 칼슘의 함량이 0.004 중량%를 초과할 경우 CaO와 같은 개재물을 형성시키는 문제점이 있다.
라인파이프용 고강도 열연강판 제조 방법
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수소유기균열 저항성이 우수한 라인파이프용 고강도 열연강판 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 본 발명에 따른 라인파이프용 고강도 열연강판 제조 방법은 열간압연 단계(S110) 및 냉각/권취 단계(S120)를 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 라인파이프용 고강도 열연강판 제조 방법은 열간압연 단계(S110) 이전에 슬라브 재가열 단계(S105)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 라인파이프용 고강도 열연강판 제조 방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품 상태의 슬라브 판재는 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.10%, 실리콘(Si) : 0.2~0.3%, 망간(Mn) : 1.4~1.6%, 황(S) : 0.0015% 이하, 크롬(Cr) : 0.1~0.3%, 티타늄(Ti) : 0.1~0.3%, 니오븀(Nb) : 0.05~0.1%, 바나듐(V) : 0.01~0.05%, 칼슘(Ca) : 0.001 ~ 0.004%, 인(P) : 0.015% 이하, 질소(N) : 0.006% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진다.
슬라브 재가열
본 발명에 따른 라인파이프용 고강도 열연강판 제조 방법에서 슬라브 재가열 단계(S105)가 포함될 경우, 슬라브 재가열 단계(S105)에서는 상기 조성을 갖는 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1200~1250℃로 재가열 한다.
슬라브 판재의 재가열을 통하여, 주조 시 편석된 성분의 재고용 및 석출물의 재고용이 발생할 수 있다.
슬라브 판재의 재가열 온도(SRT)는 1200~1250℃인 것이 바람직하다. 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1200℃ 미만이면 주조 시 편석된 성분이 충분히 재고용되지 못하고, 니오븀(Nb) 등의 석출물 용해가 충분치 이루어지지 않는 문제점이 있다.
반대로 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1250℃를 초과하면 오스테나이트 결정입도가 증가하여 최종 미세 조직의 페라이트가 조대화되어 강도 확보가 어려울 수 있으며, 과도한 가열 공정으로 인하여 강판의 제조 비용만 상승할 수 있다.
열간압연
열간압연 단계(S110)에서는 슬라브 판재를 FDT(Finishing Delivery Temperature) : 750 ~ 800℃로 마무리 압연한다. 슬라브 재가열 단계(S105)를 포함하는 경우, 압연 대상은 재가열된 슬라브 판재가 된다.
열간압연 단계(S110)에서 마무리 압연 온도(FDT)는 열간압연된 강판의 조직이 오스테나이트가 되도록 750 ~ 800℃인 것이 바람직하다. 마무리 압연 온도(FDT)가 800℃를 초과할 경우 오스테나이트 결정립이 조대화되어 변태후 페라이트 결정립 미세화가 충분히 이루어지지 않으며, 이에 따라 강도 확보가 어려워질 수 있다. 또한, 마무리 온도가 750℃ 미만으로 너무 낮으면, 이상역 압연에 의한 혼립 조직이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다.
냉각/권취
냉각/권취 단계(S120)에서는 열간압연된 판재를 CT(Coiling Temperature) : 550 ~ 650℃까지 냉각하여 권취한다.
본 발명에서 냉각 과정은 압연된 판재를 수냉을 포함하는 런아웃테이블(ROT; Run Out Table)을 통하여 550 ~ 650℃까지 냉각함으로써, 강판의 결정립 성장을 억제하여 미세한 베이니틱페라이트 결정립을 가지는 기지 조직을 형성시키고, 또한 펄라이트 조직을 형성시킨다.
본 발명에서 권취 온도(CT)는 550 ~ 650℃인 것이 바람직하다. 권취 온도(CT)가 650℃를 초과할 경우, 강도가 불충분하며, 반대로, 권취 온도(CT)가 550℃ 미만일 경우 저온 충격특성 확보가 어려운 문제점이 있다 .
상기 과정을 통하여 제조되는 수소유기균열 저항성이 우수한 라인파이프용 고강도 열연강판은 10㎛ 이하의 평균 결정립의 사이즈를 갖는 베이니틱페라이트 기지에 펄라이트가 포함된 복합조직을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 제조되는 수소유기균열 저항성이 우수한 라인파이프용 고강도 열연강판은 인장강도 570MPa 이상, 항복강도 485MPa 이상을 가질 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 라인파이프용 고강도 열연강판은 API-5L X70MS 규격에서 요구하는 강도를 충족시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 라인파이프용 고강도 열연강판에 대한 수소유기균열 저항성을 평가하기 위해 수소유기균열(HIC : Hydrogen Induced Cracking) 시험을 실시한 결과, 균열이 발생하지 않은 깨끗한 시편의 단면을 볼 수 있었다.
그리고, 수소유기균열율의 평가기준인 CLR(Crack Length Ratio), CTR(Crack Thickness Ratio), CSR(Crack Sensitivity Ratio) 측정한 결과에서도 모두 우수한 수소유기균열 저항성을 확인할 수 있었다.
하기에서는 상기와 같은 본 발명의 라인파이프용 고강도 열연강판 제조를 위한 구체적 실시예와, 비교예를 들어 그 조직의 차이를 살펴보고, 상기 측정 결과들에 대해 보다 구체적으로 분석하는 것으로 한다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 열연 시편의 제조
표 1에 기재된 조성 및 표 2에 기재된 공정 조건으로 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1에 열연시편을 제조하였다.
실시예 1 ~ 3 및 비교예 1에 따른 열연시편의 경우, 각각의 조성을 갖는 잉곳을 제조하고, 이를 압연모사시험기를 이용하여 가열, 압연, 냉각(수냉) 등의 열연공정을 모사하고 및 권취로에 장입하였다.
(단위 : 중량%)
구 분 C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu Ti Nb V Ca N
비교예1 0.04 0.2 1.4 0.013 0.0035 - 0.2 0.3 0.4 - 0.03 0.06 0.004 0.001
실시예1 0.05 0.2 1.4 0.013 0.0015 0.1 - - - 0.1 0.05 0.01 0.001 0.006
실시예2 0.08 0.2 1.5 0.014 0.0015 0.2 - - - 0.2 0.08 0.03 0.002 0.005
실시예3 0.10 0.3 1.6 0.015 0.0015 0.3 - - - 0.3 0.10 0.05 0.004 0.004
구 분 SRT
(℃) 		FDT
(℃) 		CT
(℃) 		TS
(MPa) 		YS
(MPa)
비교예1 1150 820 650 430 298
실시예1 1200 750 550 570 530
실시예2 1220 780 600 575 512
실시예3 1250 800 650 580 540
2. 기계적 특성 평가
실시예 1 ~ 3 및 비교예 1에 따라 제조된 열연 시편의 재질을 평가하기 위하여 인장 시험을 실시하였다.
표 1 및 표 2를 참조하면, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 열연 시편의 경우, 비교예1 보다 탄소(C)의 함량을 높임으로써, 고강도를 확보하도록 하였다.
또한, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 열연 시편의 경우 강판의 폭 방향에 해당하는 압연 방향의 90°방향에서 인장강도(TS)가 570 MPa 이상이었으며, 항복강도(YS)가 485 MPa 이상이었다.
반면, 비교예 1에 따라 제조된 열연 시편의 경우, 비교적 고가인 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 및 구리(Cu)가 첨가되었음에도 API-5L X70MS 규격에 미달하였다. 따라서, 가격 경쟁력이 취약할 뿐만 아니라 고강도 특성도 얻지 못하였음을 알 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 라인파이프용 고강도 열연강판 시편의 미세조직을 나타낸 단면사진이다.
도 2를 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 열연 시편의 미세 조직을 나타낸 것으로, 페라이트 및 베이나이트가 혼합된 미세한 베이니틱페라이트 기지를 볼 수 있다. 이때, 베이니틱페라이트 조직의 평균 입경을 측정해 보면 10㎛이하로 매우 미세하게 나타남을 볼 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 라인파이프용 고강도 열연강판 시편 내의 석출물을 나타낸 단면사진이다.
도 3을 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 열연 시편 내에 분포하는 (Nb, Ti, V)(C, N) 석출물을 보여주고 있으며, 석출물의 평균 사이즈는 50nm 이하로 매우 미세함을 알 수 있다.
이는 니오븀(Nb), 티타늄(Ti) 및 바나듐(V)과 같은 석출 강화를 통해 고강도를 확보하고자한 본 발명에 따른 합금조성 제어의 결과로서, 실시예 1의 경우 인장강도(TS)가 570 MPa, 항복강도(YS)가 530 MPa로 API-5L X70MS 규격을 충분히 충족시킴을 알 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 실시예 2 및 실시예 3의 경우에도 상기 도 2 및 도 3에서와 같은 미세 조직을 볼 수 있었으며, 상기 표 2에서와 같이 모두 API-5L X70MS 규격을 충족시키는 결과를 얻었다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 라인파이프용 고강도 열연강판 시편에 수소유기균열 시험을 실시한 후 시편의 단면을 나타낸 사진이다.
도 4를 참조하면, 상기 실시예 1에 따라 제조된 시편에 대하여 수소유기균열 저항성을 평가하기 위해 NACE TM 0284에 규정된 시험법에 따라 강산 (pH=3.3) 분위기에서 수소유기균열(HIC : Hydrogen Induced Cracking) 시험을 실시하였으며, 그 결과로서 나타난 시편의 단면을 나타낸 것이다.
이때, 균열이 전혀 나타나지 않은 깨끗한 단면을 볼 수 있으며, 실시예 2 및 실시예 3에서도 모두 동일한 형태의 단면을 얻을 수 있었다.
아울러, 상기 실시예 1 ~ 실시예 3에 대하여 수소유기균열율의 평가기준인 CLR(Crack Length Ratio), CTR(Crack Thickness Ratio), CSR(Crack Sensitivity Ratio)를 측정한 결과로써, 하기 표 3에서 보듯이 실시예 1 ~ 실시예 3 모두 A등급의 수소유기균열 저항성을 확인할 수 있다.
구 분 실시예1 실시예2 실시예3 평균 등급
CLR(%) 0 0 0 0 A
CTR(%) 0 0 0 0 A
CSR(%) 0 0 0 0 A
상술한 바와 같이, 본 발명은 압연공정 조건 및 합금성분의 조절을 통해 종래의 API강에 비해 구리(Cu), 몰리브덴(Mo) 및 니켈(Ni)을 제외시킬 수 있었다. 또한 탄소(C), 니오븀(Nb) 및 황(S)의 함량 조절을 통해 수소유기균열에 대한 저항성이 우수한 API 5L X70MS 강을 제공한다.
아울러, 본 발명에 따른 라인파이프용 고강도 열연강판은 수소유기균열에 대한 저항성이 우수하면서도, 구리(Cu), 몰리브덴(Mo) 및 니켈(Ni)과 같은 비싼 합금원소를 제외함으로써, 가격 경쟁력도 동시에 우수한 API 5L X70MS 강을 제공한다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
S105 : 슬라브 재가열 단계
S110 : 열간압연 단계
S120 : 냉각/권취 단계

Claims (10)

  1. 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.10%, 실리콘(Si) : 0.2~0.3%, 망간(Mn) : 1.4~1.6%, 황(S) : 0.0015% 이하, 크롬(Cr) : 0.1~0.3%, 티타늄(Ti) : 0.1~0.3%, 니오븀(Nb) : 0.05~0.1%, 바나듐(V) : 0.01~0.05%, 칼슘(Ca) : 0.001 ~ 0.004% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 열간압연하는 단계; 및
    열간압연된 상기 슬라브 판재를 냉각/권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 고강도 열연강판 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬라브 판재는
    인(P) : 0.015% 이하 및 질소(N) : 0.006% 이하를 포함하는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 고강도 열연강판 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열간압연하는 단계 이전에
    상기 슬라브 판재를 1200℃ ~ 1250℃로 재가열하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 고강도 열연강판 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열간압연 단계에서, 열간 마무리 온도(FDT; Finishing Delivery Temperature)는 750 ~ 800℃이고,
    상기 냉각/권취 단계에서, 코일링 온도(CT; Coiling Temperature)는 : 550℃ ~ 650℃인 것을 특징으로 하는 라인파이프용 고강도 열연강판 제조 방법.
  5. 중량%로, 탄소(C) : 0.05~0.10%, 실리콘(Si) : 0.2~0.3%, 망간(Mn) : 1.4~1.6%, 황(S) : 0.0015% 이하, 크롬(Cr) : 0.1~0.3%, 티타늄(Ti) : 0.1~0.3%, 니오븀(Nb) : 0.05~0.1%, 바나듐(V) : 0.01~0.05%, 칼슘(Ca) : 0.001 ~ 0.004% 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며,
    베이니틱페라이트(bainitic ferrite) 기지에 펄라이트를 포함하는 복합 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 고강도 열연강판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열연강판은
    인(P) : 0.015% 이하 및 질소(N) : 0.006% 이하를 포함하는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 고강도 열연강판.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 베이니틱페라이트는
    평균 결정립 사이즈가 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 라인파이프용 고강도 열연강판.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 열연강판은
    인장강도(TS) : 570 MPa 이상 및 항복강도(YS) : 485 MPa 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 고강도 열연강판.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 열연강판은
    (Nb, Ti, V)(C, N) 석출물을 갖는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 고강도 열연강판.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 석출물은
    평균 입경 사이즈가 50nm이하인 것을 특징으로 하는 라인파이프용 고강도 열연강판.
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