KR20120087611A - 라인파이프용 고강도 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

라인파이프용 고강도 강판 및 그 제조 방법

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KR20120087611A
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박규협
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현대제철 주식회사
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Abstract

압연 및 냉각 조건의 최적화를 통하여 강판에 요구되는 재질을 확보하여 강도 및 인성을 향상시킬 수 있는 라인파이프용 고강도 강판의 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 라인파이프용 고강도 강판의 제조 방법은 탄소(C) : 0.02 ~ 0.08 중량%, 실리콘(Si) : 0.4 중량% 이하, 망간(Mn) : 1.8 ~ 2.5 중량%, 크롬(Cr) : 0.1 ~ 0.5 중량%, 니켈(Ni) : 0.2 ~ 1.0 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.2 ~ 1.0 중량%, 알루미늄(Al) : 0.030 중량% 이하, 구리(Cu) : 0.2 ~ 1.0 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.02 중량%, 니오븀(Nb) : 0.005 ~ 0.05 중량%, 바나듐(V) : 0.055 ~ 0.10 중량%, 보론(B) : 0.0002 ~ 0.005 중량%, 칼슘(Ca) : 0.0004 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 열간 압연하는 열간압연 단계; 및 상기 열간압연된 판재를 냉각하는 냉각 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

라인파이프용 고강도 강판 및 그 제조 방법{HIGH STRENGTH STEEL PLATE FOR LINE PIPE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 라인파이프용 고강도 강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압연 및 냉각 조건의 최적화를 통하여 강판에 요구되는 재질을 확보하여 강도 및 인성을 향상시킬 수 있는 라인파이프용 고강도 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
라인파이프라 함은 주로 원유나 천연가스의 수송 등을 위하여 지중에 매설되는 강관을 의미한다. 이러한 라인파이프 내에는 주로 고압의 원유 또는 가스가 유동하기 때문에 높은 압력이 작용하는 것이 보통이다.
또한, 라인파이프의 효율을 높이기 위해서는 단위 시간당 수송할 수 있는 원유 또는 가스의 양을 증가시킬 필요가 있는데, 이를 위해서는 필연적으로 라인파이프의 구경을 대구경으로 증가시킬 필요가 있다.
이러한 경우, 라인파이프용 재료로 이용되는 강판은 보다 고강도로 개발될 필요가 있으며, 아울러 취성파괴로 인한 대형사고의 위험을 방지하기 위해서는 저온인성에 대한 요구도 점점 증가하고 있는 실정이다.
본 발명의 하나의 목적은 합금 성분 조절 및 압연공정 조건 제어를 통하여 강도 및 인성을 향상시킬 수 있는 라인파이프용 고강도 강판의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 제조 방법을 통하여 인장강도(TS) : 830MPa 이상 및 항복강도(YS) : 690MPa 이상을 갖는 라인파이프용 고강도 강판을 제공하는 데 있다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 라인파이프용 고강도 강판의 제조 방법은 탄소(C) : 0.02 ~ 0.08 중량%, 실리콘(Si) : 0.4 중량% 이하, 망간(Mn) : 1.8 ~ 2.5 중량%, 크롬(Cr) : 0.1 ~ 0.5 중량%, 니켈(Ni) : 0.2 ~ 1.0 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.2 ~ 1.0 중량%, 알루미늄(Al) : 0.030 중량% 이하, 구리(Cu) : 0.2 ~ 1.0 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.02 중량%, 니오븀(Nb) : 0.005 ~ 0.05 중량%, 바나듐(V) : 0.055 ~ 0.10 중량%, 보론(B) : 0.0002 ~ 0.005 중량%, 칼슘(Ca) : 0.0004 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 열간 압연하는 열간압연 단계; 및 상기 열간압연된 판재를 냉각하는 냉각 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 슬라브 판재는 인(P) : 0.020 중량% 이하, 황(S) : 0.010 중량% 이하 및 질소(N) : 0.007 중량% 이하 중 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 라인 파이프용 고강도 강판은 탄소(C) : 0.02 ~ 0.08 중량%, 실리콘(Si) : 0.4 중량% 이하, 망간(Mn) : 1.8 ~ 2.5 중량%, 크롬(Cr) : 0.1 ~ 0.5 중량%, 니켈(Ni) : 0.2 ~ 1.0 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.2 ~ 1.0 중량%, 알루미늄(Al) : 0.030 중량% 이하, 구리(Cu) : 0.2 ~ 1.0 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.02 중량%, 니오븀(Nb) : 0.005 ~ 0.05 중량%, 바나듐(V) : 0.055 ~ 0.10 중량%, 보론(B) : 0.0002 ~ 0.005 중량%, 칼슘(Ca) : 0.0004 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 최종 미세 조직이 페라이트 10% 이하 및 베이나이트 90% 이상의 복합 조직을 갖는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 강판은 인(P) : 0.020 중량% 이하, 황(S) : 0.010 중량% 이하 및 질소(N) : 0.007 중량% 이하 중 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 라인파이프용 고강도 강판 및 그 제조 방법은 탄소(Carbon) 함량을 낮게 설계하고, 망간(Mn)량을 높여 탄소함량 감소에 따른 재질확보 및 인성 향상을 유도하고, 바나듐(V) 함량을 증가시킴으로써 V(C, N) 석출강화효과에 의한 강도 및 인성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 라인파이프용 고강도 강판 및 그 제조 방법은 냉각종료온도를 높게 하고 냉각속도를 8 ~ 15℃/sec로 제어하여 상온까지의 냉각시간을 충분히 확보함으로써, 바나듐(V) 석출물에 의한 강도 향상을 증가시킬 수 있다. 이때, 상대적으로 낮은 냉각속도와 높은 냉각종료온도에 의한 결정립크기 증가는 보론 첨가에 의한 변태강화를 통하여 보상할 수 있다.
또한, 본 발명은 충격 특성이 우수한 페라이트(ferrite) 및 베이나이트(bainite)의 복합 조직을 형성시킴으로써, 템퍼링(tempering) 공정을 생략할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인파이프용 고강도 강판의 제조 방법에 대하여 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 실시예 1,2,3,4의 시편에 따른 인장강도 및 항복강도를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 3은 실시예 1,2,3,4에 따른 온도 조건별 충격인성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인파이프용 고강도 강판의 최종 투과전자현미경 미세 조직을 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. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라인파이프용 고강도 강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
라인파이프용 고강도 강판
본 발명에 따른 라인파이프용 고강도 강판은 탄소(C) : 0.02 ~ 0.08 중량%, 실리콘(Si) : 0.4 중량% 이하, 망간(Mn) : 1.8 ~ 2.5 중량%, 크롬(Cr) : 0.1 ~ 0.5 중량%, 니켈(Ni) : 0.2 ~ 1.0 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.2 ~ 1.0 중량%, 알루미늄(Al) : 0.030 중량% 이하, 구리(Cu) : 0.2 ~ 1.0 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.02 중량%, 니오븀(Nb) : 0.005 ~ 0.05 중량%, 바나듐(V) : 0.055 ~ 0.10 중량%, 보론(B) : 0.0005 ~ 0.005 중량%, 칼슘(Ca) : 0.0004 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.
이때, 상기 강판의 최종 미세 조직은 페라이트 10% 이하 및 베이나이트 90% 이상의 복합 조직을 가질 수 있다.
또한, 상기 강판은 인(P) : 0.020 중량% 이하, 황(S) : 0.010 중량% 이하 및 질소(N) : 0.007 중량% 이하 중 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 라인파이프용 고강도 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
탄소(C)
본 발명에서 탄소(C)는 강도를 확보하기 위해 첨가된다.
상기 탄소(C)는 강 전체 중량의 0.02 ~ 0.08 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다. 만약, 탄소(C)의 함량이 0.02 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 제2상 조직에 따른 분율 저하로 강도가 낮아지는 문제가 있고, 반대로 탄소(C)의 함량이 0.08 중량%를 초과하여 첨가될 경우에는 강도는 증가하나 충격인성 및 용접성이 저하되는 문제점이 있다.
실리콘(Si)
본 발명에서 실리콘(Si)은 제강공정에서 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제의 역할을 한다. 또한, 실리콘(Si)은 고용강화 효과를 갖는다.
상기 실리콘(Si)은 강 전체 중량의 0.4 중량% 이하의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 만약, 실리콘(Si)의 함량이 0.4 중량%를 초과할 경우 강판 표면에 산화물을 형성하여 강판의 도금특성을 저해하고 용접성을 저하시키는 문제점이 있다.
망간(Mn)
본 발명에서 망간(Mn)은 오스테나이트 안정화 원소로서 Ar3 온도를 낮추어 제어 압연 영역을 확대시킴으로써 압연에 의한 결정립을 미세화시켜 강도 및 인성을 향상시키는 역할을 한다.
상기 망간(Mn)은 강 전체 중량의 1.8 ~ 2.5 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다. 만약, 망간(Mn)의 함량이 1.8 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 제2상 조직의 형성이 불충분하여 강도 향상에 기여하지 못한다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 2.5 중량%를 초과하여 첨가될 경우에는 강에 고용된 황을 MnS로 석출하여 충격인성을 저하시키는 문제점이 있다.
인(P), 황(S), 질소(N)
인(P)은 충격인성을 저하시키는 대표적인 원소로서 그 함량이 낮으면 낮을수록 좋다. 따라서, 인(P)의 함량은 0.020 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
황(S)은 인(P)과 함께 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, 유화물계의 개재물(MnS)을 형성하여 저온충격인성을 저하시킨다. 따라서, 황(S)의 함량은 0.010 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
질소(N)는 강 내부에 개재물을 발생시켜 강판의 내부 품질을 저하시키므로, 극저의 함량비로 관리하는 것이 바람직하나, 이를 위해서는 강판의 제조비용이 증가할 뿐만 아니라 질소(N) 관리의 어려움이 있다. 따라서, 본 발명에서는 질소(N)의 함량을 0.007 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
크롬(Cr)
본 발명에서 크롬(Cr)은 담금질성 향상에 유효한 원소이다.
상기 크롬(Cr)은 강 전체 중량의 0.1 ~ 0.5 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다. 만약, 크롬(Cr)의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 그 첨가에 대한 효과가 미미할 수 있고, 반대로 크롬(Cr)의 함량이 0.5 중량%를 초과할 경우에는 용접성이나 열영향부(HAZ) 인성을 저하시키는 문제점이 있다.
니켈(Ni)
본 발명에서 니켈(Ni)은 결정립을 미세화하고 오스테나이트 및 페라이트에 고용되어 기지를 강화시킨다. 특히, 니켈(Ni)은 인성을 향상시키는데 효과적인 원소이다.
상기 니켈(Ni)은 본 발명에 따른 강 전체 중량의 0.2 ~ 1.0 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다. 만약, 니켈(Ni)의 함량이 0.2 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 그 첨가 효과를 충분히 발휘할 수 없고, 반대로 니켈(Ni)의 함량이 1.0 중량%를 초과하여 첨가될 경우에는 비교적 고가인 관계로 다량 첨가할 경우 비경제적이며, 적열취성을 유발하는 문제점이 나타날 수 있다.
몰리브덴(Mo)
본 발명에서 몰리브덴(Mo)은 담금질성을 높이는 것과 동시에 템퍼링 연화 저항을 높이고, 강도 상승에 유효한 원소이다.
상기 몰리브덴(Mo)은 강 전체 중량의 0.2 ~ 1.0 중량%를 첨가하는 것이 바람직하다. 만약, 상기 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.2 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 그 첨가 효과가 불충분할 수 있고, 반대로 몰리브덴(Mo)의 함량이 1.0 중량%를 초과할 경우에는 용접성을 저하시킴과 동시에 탄화물의 석출에 의하여 항복비를 상승시키는 문제점이 있다.
알루미늄(Al)
알루미늄(Al)은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제의 역할을 한다.
상기 알루미늄(Al)은 강 전체 중량의 0.03 중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다. 만약, 알루미늄(Al)의 함량이 0.03 중량%를 초과할 경우 비금속 개재물인 Al2O3를 형성하여 저온충격인성을 저하시키는 문제점이 있다.
구리(Cu)
본 발명에서 구리(Cu)는 강도 상승 및 인성 개선에 유효한 원소이다. 이때, 상기 구리(Cu)는 규소(Si) 및 망간(Mn)과 함께 일정한 함량 조절을 통해 강판의 고용강화 효과에 기여한다.
상기 구리(Cu)는 본 발명에 따른 강 전체 중량의 0.2 ~ 1.0 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다. 만약, 구리(Cu)의 함량이 0.2 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 충분히 발휘할 수 없다. 반대로, 구리(Cu)의 함량이 1.0 중량%를 초과할 경우 강의 표면 특성을 저하시키는 문제점이 있다.
티타늄(Ti)
티타늄(Ti)은 용접열영향부(HAZ)의 조직 조대화를 억제하고 HAZ 인성에 기여하는 원소이다.
상기 티타늄(Ti)은 본 발명에 따른 강 전체 중량의 0.01 ~ 0.02 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다. 만약, 티타늄(Ti)의 함량이 0.01 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 티타늄 첨가 효과가 미미하고, 반대로 티타늄(Ti)의 함량이 0.02 중량%를 초과할 경우에는 TiN석출물이 조대해져 결정립 성장을 억제하는 효과가 저하된다.
니오븀(Nb)
니오븀(Nb)은 탄소(C) 및 질소(N)와 결합하여 탄화물 또는 질화물을 형성한다. 이는 압연시 결정립 성장을 억제하여 결정립을 미세화시키므로 강도와 저온인성을 향상시킨다.
상기 니오븀(Nb)은 본 발명에 따른 강 전체 중량의 0.005~0.05 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다. 만약, 니오븀(Nb)의 함량이 0.005 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 니오븀 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니오븀(Nb)의 함량이 0.05 중량%를 초과하여 첨가될 경우에는 강판의 용접성을 저하하며, 또한 니오븀(Nb) 함량 증가에 따른 강도와 저온인성은 더 이상 향상되지 않고 페라이트 내에 고용된 상태로 존재하여 오히려 충격인성을 저하시킬 위험이 있다.
바나듐(V)
바나듐(V)은 결정립계에 피닝(pinning)으로 작용하여 강도 향상에 기여하는 원소이다.
상기 바나듐(V)은 본 발명에 따른 강 전체 중량의 0.055 ~ 0.10 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다. 만약, 바나듐(V)의 함량이 0.055 중량% 미만일 경우 바나듐 첨가 효과에 의한 강도보상 효과가 충분하지 않고, 반대로 바나듐(V)의 함량이 0.10 중량%를 초과할 경우 제조 비용이 커지고, 항복비가 증가되는 문제점이 있다.
보론(B)
보론(B)은 고용되면 캔칭성(quenching)을 증가시키고, 또한 BN으로서 석출되면 고용 N을 저하시켜서 HAZ의 인성을 향상시키는 원소이다.
상기 보론(B)은 본 발명에 따른 강 전체 중량의 0.0002 ~ 0.0050 중량%로 첨가하는 것이 바람직하다. 만약, 보론(B)의 함량이 0.0002 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 보론(B)의 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없고, 반대로 보론(B)의 함량이 0.0050 중량%를 초과할 경우에는 편석에 의한 재질편차가 발생하는 문제점이 있다.
칼슘(Ca)
칼슘(Ca)은 유화물계 개재물의 형태 제어에 의한 인성 향상에 유효한 원소이다.
다만, 상기 칼슘(Ca)의 첨가량이 0.004 중량%를 초과하여 첨가될 경우에는 그 효과가 포화되고, 인성을 저하시키는 문제가 있다. 따라서, 칼슘(Ca)은 본 발명에 따른 강 전체 중량의 0.004 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
상기 조성을 갖는 강판은 페라이트 10% 이하 및 베이나이트 90% 이상의 복합 조직으로 이루어져 인장강도(TS) : 830MPa 이상 및 항복강도(YS) : 690MPa 이상을 갖는다.
이러한 특성은 본 발명의 강 조성에 있어서 탄소(C)의 함량을 낮게 설계하고, 망간(Mn)의 함량을 높임으로써, 탄소(C) 함량 감소에 따른 재질 확보 및 인성 향상을 유도하고, 바나듐(V) 함량을 증가시켜 V(C, N) 석출강화효과에 의한 강도 및 인성 향상한 데 기인한 것이라 할 수 있다. 이때, 상대적으로 낮은 냉각속도와 높은 냉각종료온도에 의한 결정립크기 증가는 보론(B) 첨가에 의한 변태강화를 통해 보상할 수 있다.
라인파이프용 고강도 강판의 제조 방법
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 라인파이프용 고강도 강판의 제조 방법에 대하여 나타낸 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 라인파이프용 고강도 강판의 제조 방법은 슬라브 재가열 단계(S110), 열간 압연 단계(S120) 및 냉각 단계(S130)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 슬라브 재가열 단계(S110)는 반드시 수행해야 하는 것은 아니며, 필요에 따라 생략하는 것도 무방하다.
슬라브 재가열 단계
슬라브 재가열 단계(S110)에서는 탄소(C) : 0.02 ~ 0.08 중량%, 실리콘(Si) : 0.4 중량% 이하, 망간(Mn) : 1.8 ~ 2.5 중량%, 크롬(Cr) : 0.1 ~ 0.5 중량%, 니켈(Ni) : 0.2 ~ 1.0 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.2 ~ 1.0 중량%, 알루미늄(Al) : 0.030 중량% 이하, 구리(Cu) : 0.2 ~ 1.0 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.02 중량%, 니오븀(Nb) : 0.005 ~ 0.05 중량%, 바나듐(V) : 0.055 ~ 0.10 중량%, 보론(B) : 0.0002 ~ 0.005 중량%, 칼슘(Ca) : 0.0004 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 반제품 상태인 슬라브 판재를 재가열한다.
이때, 상기 슬라브 판재에는 인(P) : 0.020 중량% 이하, 황(S) : 0.010 중량% 이하 및 질소(N) : 0.007 중량% 이하 중 선택된 1종 이상이 더 포함되어 있을 수 있다.
슬라브 판재의 재가열을 통하여, 주조시 편석된 성분을 재고용한다.
이때, 본 단계에서 슬라브 재가열 온도(Slab Reheating Temperature: SRT)는 1000 ~ 1250℃로 실시하는 것이 바람직하다.
만일, 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1000℃ 미만일 경우에는 Nb, V, Ti 등 합금원소에 의한 오스테나이트 결정립 미세화가 충분하지 못하여 강판의 강도가 저하되고, 열간압연시 압연 부하가 커지는 문제가 있다. 반대로, 슬라브 재가열 온도가 1250℃를 초과할 경우에는 결정립의 이상 성장(abnormal grain growth)이 발생될 우려가 있으며, 이는 결과적으로 강도 상승에 반하는 요인으로 작용될 수 있다.
열간압연 단계
열간압연 단계(S120)에서는 슬라브 재가열 단계(S110)를 통하여 재가열된 판재를 열간압연한다.
이때, 본 단계에서 마무리 열간압연 온도(Finishing Rolling Temperature: FRT)는 Ar3 ~ Ar3 + 70℃로 실시하는 것이 바람직하다.
만약, 마무리 열간압연 온도(FRT)가 Ar3 미만일 경우에는 이상역 압연에 의한 혼립 조직이 발생하는 등 문제가 발생할 수 있다. 반대로, 마무리 열간압연 온도(FRT)가 Ar3 + 70℃를 초과할 경우에는 열간압연 후의 오스테나이트의 결정립이 조대화되고, 이에 따라 변태 후의 페라이트의 결정립도 조대화되어 인성을 저하시키고 강도에도 불리하게 작용한다.
냉각 단계(S130)
냉각 단계(S130)에서는 열간압연 단계(S120)에서 열간압연된 판재를 냉각종료온도(FCT)까지 냉각한다.
본 단계에서 냉각종료온도(FCT)는 400 ~ 550℃로 실시하는 것이 바람직하다. 만약, 상기 냉각종료온도(FCT)가 400℃ 미만일 경우 충분한 강도를 확보할 수는 있으나, 저온충격인성을 확보하기 어렵기 때문에 템퍼링 등의 후열처리가 필요하므로 제조비용이 증가한다. 반대로, 냉각종료온도(FCT)가 550℃를 초과할 경우에는 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다.
한편, 본 단계에서 냉각속도는 8 ~ 15℃/sec로 실시하는 것이 바람직하다. 만약, 냉각속도가 8℃/s 미만일 경우에는 베이나이트의 분율이 작아 강도 확보에 어려움이 따를 수 있고, 반대로, 냉각속도가 15℃/s를 초과할 경우에는 강도 확보에는 유리하나 저온인성 저하 등의 문제점이 발생할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 탄소(Carbon) 함량을 낮게 설계하고, 망간(Mn)량을 높여 탄소함량 감소에 따른 재질확보 및 인성 향상을 유도하고, 바나듐(V) 함량을 증가시킴으로써 V(C, N) 석출강화효과에 의한 강도 및 인성을 향상시킬 수 있다.
또한, 냉각종료온도를 높게 하고 냉각속도를 8 ~ 15℃/sec로 제어하여 상온까지의 냉각시간을 충분히 확보함으로써, 바나듐(V) 석출물에 의한 강도 향상을 증가시킬 수 있다. 이때, 상대적으로 낮은 냉각속도와 높은 냉각종료온도에 의한 결정립크기 증가는 보론(B) 첨가에 의한 변태강화를 통하여 보상할 수 있다.
아울러, 라인파이프용 고강도 강판에 충격특성이 우수한 페라이트(ferrite) 및 베이나이트(bainite) 조직을 형성함으로써, 별도의 템퍼링(tempering) 공정을 생략할 수 있다.
이러한 제조 방법으로 제조되는 라인파이프용 고강도 강판의 최종 미세 조직은 페라이트(ferrite) 10% 이하 및 베이나이트(bainite) 90% 이상의 복합 조직을 갖는다.
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. 시편의 제조
표 1에 기재된 조성 및 표 2에 기재된 공정 조건으로 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 5에 따른 열연시편을 제조하였다.
[표 1](단위 : 중량%)
Figure pat00001

[표 2](단위 : 중량%)
Figure pat00002
[표 3]
Figure pat00003

2. 기계적 물성 평가
표 4는 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 5에 따라 제조된 시편 각각의 기계적 특성 평과 결과에 대하여 나타낸 것이고, 도 2는 실시예 1 ~ 4에 따라 제조된 시편에 따른 인장강도 및 항복강도를 비교하여 나타낸 그래프이다.
[표 4]
Figure pat00004
표 4 및 도 2를 참조하면, 실시예 1 ~ 4의 경우 목표로 하는 값인 항복강도(YS) : 690MPa 및 인장강도(TS) : 830MPa를 모두 만족하는 것을 확인할 수 있다. 이때, 실시예 1, 3에 비하여 실시예 2, 4의 경우, 인장강도(TS)의 값이 높은 것을 확인할 수 있는 데, 이는 바나듐(V) 함량의 증가에 따른 V(C, N) 석출강화효과에 의한 강도 향상에 기인한 것이라 할 수 있다.
또한, 실시예 1, 2에 비하여 실시예 3, 4의 경우, 항복강도(YS)의 값이 높은 것을 확인할 수 있는 데, 이는 보론(B) 함량의 증가에 의한 변태강화에 기인한 것이라 할 수 있다.
반면, 비교예 1, 5의 경우 목표로 하는 값인 항복강도(YS) : 690MPa 및 인장강도(TS) : 830MPa에 모두 미달하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 비교예 2, 3, 4의 경우 목표로 하는 강도는 충족하였으나, 비교예 4의 경우 충격인성이 목표값에 도달하지 못하는 것을 알 수 있다.
비교예 2, 3의 경우 목표로 하는 강도와 충격인성을 충족하는 것은 템퍼링 공정을 수행한 것에 의한 템퍼드 마르텐사이트 조직의 형성에 기인한 것으로 이해될 수 있고, 비교예 4의 경우 낮은 충격인성은 마르텐사이트 형성에 기인한 것으로 이해될 수 있다. 그러나, 비교예 2, 3의 경우 실시예 1 ~ 4와 달리 템퍼링 공정을 실시해야 하므로, 그 만큼 생산 수율이 저하되는 문제가 있다.
3. 충격 시험
도 3은 제조된 열연시편 실시예 1 ~ 4에 따른 온도 조건별 충격인성을 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 실시예 1 ~ 4의 경우 큰 편차의 발생 없이 -80℃ 까지도 목표로 하는 충격 에너지 : 200J 이상을 전반적으로 만족하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인파이프용 고강도 강판의 최종 투과전자현미경 미세 조직을 나타낸 사진이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 라인파이프용 고강도 강판의 최종 미세 조직은 베이나이트를 기지 조직으로 하는 페라이트(ferrite) 및 베이나이트(bainite)의 복합 조직을 갖는 것을 확인할 수 있다. 이때, 페라이트 상에 비하여 베이나이트 상이 눈에 띄게 많이 나타나는 것을 알 수 있는 데, 이는 비교예 2, 3에 비하여 상대적으로 냉각종료온도를 높이고 냉각속도를 8 ~ 15℃/sec로 제어하여 베이나이트 변태 유도에 기인한 것으로 이해될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 라인파이프용 고강도 강판은 페라이트 10% 이하 및 베이나이트 90% 이상의 복합 조직을 가질 수 있다.
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.
S110 : 슬라브 재가열 단계
S120 : 열간압연 단계
S130 : 냉각 단계

Claims (10)

  1. 탄소(C) : 0.02 ~ 0.08 중량%, 실리콘(Si) : 0.4 중량% 이하, 망간(Mn) : 1.8 ~ 2.5 중량%, 크롬(Cr) : 0.1 ~ 0.5 중량%, 니켈(Ni) : 0.2 ~ 1.0 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.2 ~ 1.0 중량%, 알루미늄(Al) : 0.030 중량% 이하, 구리(Cu) : 0.2 ~ 1.0 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.02 중량%, 니오븀(Nb) : 0.005 ~ 0.05 중량%, 바나듐(V) : 0.055 ~ 0.10 중량%, 보론(B) : 0.0002 ~ 0.005 중량%, 칼슘(Ca) : 0.0004 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 열간 압연하는 열간압연 단계; 및
    상기 열간압연된 판재를 냉각하는 냉각 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 고강도 강판의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열간압연 단계 이전에,
    상기 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1000 ~ 1250℃로 재가열하는 슬라브 재가열 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 고강도 강판의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 슬라브 판재는
    인(P) : 0.020 중량% 이하, 황(S) : 0.010 중량% 이하 및 질소(N) : 0.007 중량% 이하 중 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 고강도 강판의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열간압연 단계에서,
    마무리 열간압연 온도(FRT)는 Ar3 ~ Ar3 + 70℃인 것을 특징으로 하는 라인파이프용 고강도 강판의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 단계에서,
    냉각종료온도(FCT)는 400 ~ 550℃인 것을 특징으로 하는 라인파이프용 고강도 강판의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 단계에서,
    냉각속도는 8 ~ 15℃/sec인 것을 특징으로 하는 라인파이프용 고강도 강판의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 단계 후,
    페라이트(ferrite) 및 베이나이트(bainite)의 복합 구조를 갖는 최종 미세 조직을 형성하여, 템퍼링(tempering) 공정을 생략하는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 고강도 강판의 제조 방법.
  8. 탄소(C) : 0.02 ~ 0.08 중량%, 실리콘(Si) : 0.4 중량% 이하, 망간(Mn) : 1.8 ~ 2.5 중량%, 크롬(Cr) : 0.1 ~ 0.5 중량%, 니켈(Ni) : 0.2 ~ 1.0 중량%, 몰리브덴(Mo) : 0.2 ~ 1.0 중량%, 알루미늄(Al) : 0.030 중량% 이하, 구리(Cu) : 0.2 ~ 1.0 중량%, 티타늄(Ti) : 0.01 ~ 0.02 중량%, 니오븀(Nb) : 0.005 ~ 0.05 중량%, 바나듐(V) : 0.055 ~ 0.10 중량%, 보론(B) : 0.0002 ~ 0.005 중량%, 칼슘(Ca) : 0.0004 중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며,
    최종 미세 조직이 페라이트 10% 이하 및 베이나이트 90% 이상의 복합 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 라인 파이프용 고강도 강판.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 강판은
    인(P) : 0.020 중량% 이하, 황(S) : 0.010 중량% 이하 및 질소(N) : 0.007 중량% 이하 중 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 고강도 강판.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 강판은
    인장강도(TS) : 830MPa 이상 및 항복강도(YS) : 690MPa 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 고강도 강판.
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