KR20120123602A

KR20120123602A - 고강도 전봉 강관 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20120123602A
Application number: KR1020127026473A
Authority: KR
Inventors: 마사토시 아라타니; 요시카즈 가와바타; 사이지 마츠오카; 노리마사 히라타
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2012-11-08
Also published as: EP2551366B1; EP2551366A4; US20130160889A1; WO2011118841A1; EP2551366A1; CN102822374A; CN102822374B; JP4957854B1; KR101315568B1; JP2012167358A

Abstract

자동차 충격 흡수 부재용으로서 바람직한 고강도 전봉 강관을 제공한다.
구체적으로는, 질량 ％ 로, C：0.05?0.20 ％, Si：0.5?2.0 ％, Mn：1.0?3.0 ％, P：0.1 ％ 이하, S：0.01 ％ 이하, Al：0.01?0.1 ％, N：0.005 ％ 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성과, 페라이트상과 마텐자이트상으로 이루어지는 2 상 조직으로, 그 마텐자이트상이 체적률로 20?60 ％ 인 조직을 갖고, 인장 강도 TS 가 1180 ㎫ 이상, 관축 방향의 신장 El 이 10 ％ 이상, 항복비가 90 ％ 미만이고, 예비 변형：2 ％ 부여한 후 170 ℃×10 min 의 열처리를 실시하는 도장 베이킹 처리 후의 강도 증가량 (BH 량) 이 100 ㎫ 이상이고, 또한 항복비가 90 ％ 이상이 되는 것을 특징으로 하는 고강도 전봉 강관이다.

Description

고강도 전봉 강관 및 그 제조 방법 {HIGH-STRENGTH ELECTRICAL-RESISTANCE-WELDED STEEL PIPE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}

본 발명은, 도어 임펙트 빔 (door impact beam) 이나, 크로스 멤버 (cross member), 필러 (pillar) 등의 자동차의 충돌 부재 (crash member) 용으로서 바람직한 고강도 전봉 강관 (high-strength electric resistance welded steel tube) 에 관한 것으로, 특히, 가공성 (formability) 및 충격 흡수 특성 (shock absorption) 이 모두 우수한 고강도 전봉 강관에 관한 것이다.

최근, 자동차의 안전성 향상 (enhanced safety), 특히 승무원의 안전성 확보 (ensuring safety) 를 목적으로 하여, 자동차 차체 (automotive body) 에는, 충돌시의 충격 에너지 (impact energy) 를 흡수하기 위한 충격 흡수용 부재가 배치 형성되게 되어, 예를 들어, 충격 흡수용 부재인 도어 임펙트 빔에, 예를 들어 특허문헌 1 에 나타내는 바와 같이, 퀀칭 처리 (quenching treatment) 를 실시하여, 마텐자이트 조직 (martensitic structure) 을 가져, 원하는 고강도를 갖는 고강도 강관이 적용되고 있다.

특허문헌 1 에 기재된 기술은, C：0.15?0.22 ％, Mn：1.5 ％ 이하, Si：0.5 ％ 이하, Ti：0.04 ％ 이하, B：0.0003?0.0035 ％, N：0.0080 ％ 이하를 함유하고, 혹은 추가로 Ni：0.5 ％ 이하, Cr：0.5 ％ 이하, Mo：0.5 ％ 이하의 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 강관에 퀀칭 처리를 실시하여, 인장 강도：120 kgf/㎟ 이상의 기계 구조용 고강도 강관 (electric resistance welded steel tube for machine structural use) 을 얻는다는 기계 구조용 고강도 강관의 제조 방법이다. 특허문헌 1 에 기재된 기술에 의하면, 자동차 보강용 강관인 도어 임펙트 바 (door impact bar) (도어 임펙트 빔), 범퍼용 심재 (center core for bumper) 로서 적용 가능한 10 ％ 이상의 양호한 신장을 갖고, 인장 강도：120 kgf/㎟ 이상의 고강도 강관을 한 번의 열처리로 얻을 수 있다고 되어 있다.

또, 인장 강도：120 kgf/㎟ 이상을 갖는 강판으로서, 특허문헌 2?7 에는, 자동차 구조 부재에 사용되는 인장 강도가 900 ㎫ 이상인 고강도 냉연 강판에 관한 기술이 기재되어 있다. 이들 강판은 모두, 페라이트상과 마텐자이트상의 2 상 조직 혹은, 추가로 베이나이트상, 잔류 오스테나이트상을 포함하는 조직을 갖고, 베이나이트상, 잔류 오스테나이트상의 면적률의 상한값을 규정하고 있다. 이와 같은 조직으로 함으로써, 가공성과 고강도를 겸비한 강판이 된다고 되어 있다.

일본 공개특허공보 평3-122219호 일본 공개특허공보 2010-255094호 일본 공개특허공보 2010-126787호 일본 공개특허공보 2009-242816호 일본 공개특허공보 2009-203550호 일본 공개특허공보 2007-100114호 일본 공개특허공보 2005-163055호

그러나, 특허문헌 1 에 기재된 기술에서는, 특별한 가공을 실시하지 않고 직관 (直管) 으로 사용하는 도어 임펙트 빔과 같은 경우에는 큰 문제가 되지 않지만, 각종 형상에 대한 복잡한 가공을 필요로 하는 크로스 멤버, 필러 등의 다른 자동차 충격 흡수용 부재에서는, 사용되는 강관에는, 고강도에 더하여, 추가로 우수한 가공성을 구비하는 것이 요망되고 있다.

또, 특허문헌 2?5 에 기재된 기술에서는, 어닐링시의 가열 유지 후의 냉각 속도가 늦기 때문에, 탄화물이 석출되어, 페라이트의 고용 C 량이 불충분해져, 예비 변형 부여-도장 베이킹 처리에 의한 강도 증가량 (BH 량) 이 적어, BH 량：100 ㎫ 이상을 확보하고 있지 않다는 문제가 있다.

또, 특허문헌 6 에 기재된 기술에서는, 어닐링시의 가열 유지로부터 수 (水) 퀀칭 개시할 때까지의 냉각 속도가 고려되지 않아, 예를 들어, 제조 라인의 레이아웃에서 수퀀칭를 개시할 때까지의 시간이 길어, 냉각 속도가 느려지는 경우에는, 페라이트와 오스테나이트에서의 C 량 분배가 진행되어, BH 특성에 기여하는 것으로 생각되는 페라이트 중에 잔존하는 고용 C 량이 불충분해진다. 따라서, 특허문헌 6 에는, BH 량이 100 ㎫ 이상을 확보하는 것이 전혀 기재되어 있지 않고, 또, 예기할 수 있는 것은 아니다.

또, 특허문헌 7 에 기재된 기술에서는, 마무리 어닐링시의 냉각 속도가, 실시예에 나타난 값으로 최대 550 ℃/min 로 느리고, 8 ％ 정도의 신장밖에 얻어지고 있지 않다. 또, 신장은 전체적으로 낮아, 최대여도 11 ％ 이다. 따라서, 특허문헌 7 에 기재된 기술에 의해 제조된 강판을 전봉 강관으로 가공한 경우, 조관 (造管) 시의 가공 변형을 고려하면, 더욱 신장이 저하되어, 강관으로서 10 ％ 이상의 신장을 확보할 수 없다는 문제가 있다.

본 발명은, 이러한 요망을 감안하여, 우수한 가공성을 갖고, 자동차 충격 흡수 부재용으로서 더욱 바람직한, 우수한 충격 흡수 특성을 확보하는 것이 가능한 고강도 전봉 강관 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 여기서 말하는 「고강도」란, 인장 강도 TS 가 1180 ㎫ 이상인 경우를 말하는 것으로 한다. 또, 여기서 말하는 「우수한 가공성」이란, JIS 규격에 규정되는 JIS 12 호 인장 시험편 (GL：50 ㎜) 을 사용한 인장 시험 (tensile test) 에 의해 얻어지는, 관축 방향 (tube axis direction) 의 신장 (elongation) El 이 10 ％ 이상, 바람직하게는 12 ％ 이상이고, 또한 관축 방향의 항복비 (=(0.2 ％ 내력 (proof stress)/인장 강도)×100 (％)) 가 90 ％ 미만인 경우를 말하는 것으로 한다. 또, 여기서 말하는 「우수한 충격 흡수 특성」이란, 관에 2 ％ 의 예비 변형 (pre strain) 을 부여하고, 추가로 170 ℃×10 min 의 열처리 (도장 베이킹 처리 (baking finishing)) 를 실시한 후의 0.2 ％ 내력과 2 ％ 의 예비 변형 부여시의 강도의 차인 강도 증가량 (BH 량 (bake hardening value)) 이 100 ㎫ 이상이고, 관축 방향의 항복비가 90 ％ 이상인 경우를 말하는 것으로 한다. 또한, BH 량은, 도 2 에 정의된다.

본 발명자들은, 상기한 목적을 달성하기 위해서, 고강도를 유지한 채로, 전봉 강관의 가공성을 향상시키기 위한 각종 방책에 대해 예의 연구하였다. 그 결과, 페라이트 (ferrite) 와 마텐자이트 (martensite) 로 이루어지는 2 상 조직 (dual phase structure) 을 갖고, 가공성이 우수하고, 또한 원하는 도장 베이킹 경화성 (bake harden ability) 을 갖는 강판 (냉연 강판) 을 강관 소재로 하여, 소재의 우수한 가공성을 최대한 저하시키지 않고 조관할 수 있는 조관 방법을 채용하여, 가공성이 우수한 전봉 강관으로 하는 것에 상도하였다. 그리고, 이와 같은 전봉 강관에, 원하는 부재 형상으로 하는 가공을 실시한 후, 열처리 (도장 베이킹 처리) 를 실시하여 강도를 증가시킴으로써, 내력이 향상되고, 부재로서 우수한 충격 흡수 특성을 확보할 수 있는 것을 알아내었다.

본 발명은, 이러한 지견에 따라, 더욱 검토를 더하여 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다.

(1) 질량％ 로, C : 0.05?0.20 ％, Si : 0.5?2.0 ％, Mn : 1.0?3.0 ％, P : 0.1 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Al : 0.01?0.1 ％, N : 0.005 ％ 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성과, 페라이트상과 마텐자이트상으로 이루어지는 2 상 조직으로, 그 마텐자이트상이 체적률로 20?60 ％ 인 조직을 갖고, 인장 강도 TS 가 1180 ㎫ 이상, 관축 방향의 신장 El 이 10 ％ 이상, 항복비 (yield ratio) 가 90 ％ 미만이고, 예비 변형 : 2 ％ 부여한 후 170 ℃×10 min 의 열처리를 실시하는 도장 베이킹 처리 후의 강도 증가량 (BH 량) 이 100 ㎫ 이상이고, 또한 항복비가 90 ％ 이상이 되는 고강도 전봉 강관.

(2) (1) 에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Cu : 1.0 ％ 이하, Ni : 1.0 ％ 이하, Cr : 0.5 ％ 이하, Mo : 0.5 ％ 이하, Nb : 0.05 ％ 이하, Ti : 0.05 ％ 이하, W : 0.05 ％ 이하, B : 0.0050 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 고강도 전봉 강관.

(3) (1) 또는 (2) 에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Ca : 0.0050 ％ 이하, REM : 0.0050 ％ 이하 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 고강도 전봉 강관.

(4) 강 소재에, 그 강 소재를 열간 압연 (hot rolling) 하여 열연판 (hot rolled sheet) 으로 하는 열연 공정 (hot rolling process) 과, 그 열연판에 산세 처리 (pickling treatment) 를 실시하고, 이어서 냉간 압연 (cold rolling) 을 실시하여 냉연판 (cold rolled sheet) 으로 하는 냉연 공정 (cold rolling process) 과, 그 냉연판에 어닐링 처리 (annealing treatment) 를 실시하여 냉연 어닐링판 (coled and annealed sheet) 으로 하는 어닐링 공정을 실시하여 강관용 소재 (material for steel tube) 로 하고, 이어서 그 강관용 소재에, 그 강관용 소재를 연속적으로 성형하여 거의 원통상의 오픈 관 (open pipe) 으로 하고, 그 오픈 관을 전봉 용접하여 전봉관으로 하는 조관 공정 (tube production process) 을 실시하여 전봉 강관으로 할 때에, 상기 강 소재를, 질량％ 로, C：0.05?0.20 ％, Si：0.5?2.0 ％, Mn：1.0?3.0 ％, P：0.1 ％ 이하, S：0.01 ％ 이하, Al：0.01?0.1 ％, N：0.005 ％ 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 강 소재로 하고, 상기 열연 공정을, 마무리 압연 종료 온도 (finishing temperature) 가 Ar₃ 변태점 이상이고, 권취 온도 (coiling temperature) 가 500?700 ℃ 인 열간 압연을 실시하여 열연판으로 하는 공정으로 하고, 상기 어닐링 공정을, 상기 냉연판에, Ac₁ 변태점?Ac₃ 변태점 범위의 2 상 온도 영역의 온도로 가열하여 균열한 후, 600?750 ℃ 범위의 온도까지 평균으로 냉각 속도 10 ℃/s 이상의 냉각 속도 (cooling rate) (평균 냉각 속도 1 로 정의한다) 로 냉각시킨 후, 600?750 ℃ 범위의 온도로부터 실온까지, 평균으로, 500 ℃/s 이상의 냉각 속도(평균 냉각 속도 2 로 정의한다) 로 냉각시키는 급랭 처리를 실시하고, 이어서, 150?300 ℃ 의 온도 범위로 재가열하는 템퍼링 처리 (tempering treatment) 를 실시하여, 냉연 어닐링판으로 하는 공정으로 하고, 상기 성형을, 케이지 롤 방식의 롤 성형으로 하고, 상기 전봉 강관이, 인장 강도 TS 가 1180 ㎫ 이상, 관축 방향의 신장 El 이 10 ％ 이상, 항복비가 90 ％ 미만이고, 예비 변형：2 ％ 부여한 후 170 ℃×10 min 의 열처리를 실시하는 도장 베이킹 처리 후의 강도 증가량 (BH 량) 이 100 ㎫ 이상이고, 또한 항복비가 90 ％ 이상이 되는 강관인 것을 특징으로 하는 고강도 전봉 강관의 제조 방법.

(5) (4) 에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Cu : 1.0 ％ 이하, Ni : 1.0 ％ 이하, Cr : 0.5 ％ 이하, Mo : 0.5 ％ 이하, Nb : 0.05 ％ 이하, Ti : 0.05 ％ 이하, W : 0.05 ％ 이하, B : 0.0050 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 고강도 전봉 강관의 제조 방법.

(6) (4) 또는 (5) 에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Ca : 0.0050 ％ 이하, REM : 0.0050 ％ 이하 함유하는 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 고강도 전봉 강관의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 자동차의 충격 흡수 부재용으로서 바람직한 우수한 가공성을 갖고, 또한 실부재 형상으로 성형한 후에, 우수한 충격 흡수 특성을 확보하는 것이 가능한 고강도 전봉 강관을 저렴하고 또한 용이하게 제조할 수 있어, 산업상 각별한 효과를 발휘한다. 또, 본 발명이 되는 고강도 전봉 강관은, 도어 임펙트 빔에 한정하지 않고, 특히 가공성이 요구되는 크로스 멤버, 필러 등의 다른 자동차 충격 흡수용 부재, 나아가서는 자동차 골격 부재 등 자동차 부재 전반에 걸쳐, 자동차 부재용 소재로서 적용할 수 있다는 효과도 있다.

도 1 은 본 발명의 실시에 바람직한 CBR 방식의 롤 성형법을 채용한 전봉 강 관 제조 설비의 일례를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 2 는 도장 베이킹 처리 후의 강도 증가량 (BH 량) 의 정의를 모식적으로 나타내는 설명도이다.

먼저, 본 발명이 되는 고강도 전봉 강관의 조성 한정 이유에 대해 설명한다. 이하, 특별히 언급하지 않는 한 질량％ 는, 간단히 ％ 로 기재한다.

C：0.05?0.20 ％

C 는, 강을 강화하는 작용을 갖는 원소이며, 원하는 강도를 확보하기 위해서 본 발명에서는 0.05 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.20 ％ 를 초과하는 함유는, 용접성 (weldability) 을 저하시킨다. 이 때문에, 본 발명에서는, C 는 0.05?0.20 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 0.08?0.18 ％ 이다.

Si：0.5?2.0 ％

Si 는, 탈산제로서 작용함과 함께, 고용하여 강을 강화하고, 또한 페라이트 형성을 촉진시키는 작용을 가져, 우수한 가공성을 확보하기 위해서 중요한 원소이다. 또, Si 는, 페라이트상을 고용 강화함으로써, 마텐자이트상 분율을 적게 억제하여, 원하는 고강도를 달성할 수 있다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.5 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 2.0 ％ 를 초과하여 함유하면, 강판 표면에 Si 산화물을 다량으로 형성하여, 화성 처리성 (chemical conversion treatability) 을 저하시킨다. 이 때문에, 본 발명에서는, Si 는 0.5?2.0 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 1.0?1.8 ％ 이다.

Mn：1.0?3.0 ％

Mn 은, 퀀칭성 (hardenability) 을 향상시키고, 마텐자이트상을 생성하기 쉽게 하여, 강의 강도를 증가시키는 원소이며, 원하는 강도를 확보하기 위해서 본 발명에서는 1.0 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 3.0 ％ 를 초과하는 함유는, 편석 (segregation) 을 조장하여, 주조시에 슬래브 균열 (slabcrack) 을 잘 발생하게 함과 함께, 마텐자이트상이 과잉으로 증가되어 가공성을 저하시킨다. 이 때문에, Mn 은 1.0?3.0 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 1.5?2.5 ％ 이다.

P：0.1 ％ 이하

P 는, 본 발명에서는 불순물로서, 가공성에 대한 악영향을 회피하기 위해, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 과도한 저감은 정련 비용 (refining cost) 을 상승시킨다. 이 때문에, P 는 실질적으로 악영향이 없는 0.1 ％ 이하로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 0.05 ％ 이하이다.

S：0.01 ％ 이하

S 는, P 와 동일하게 본 발명에서는 불순물로서 가공성에 대한 악영향을 회피하기 위해, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 과도한 저감은 정련 비용을 상승시키기 때문에, 상한은 0.01 ％ 로 하였다. 또한, 바람직하게는 0.005 ％ 이하이다.

Al：0.01?0.1 ％

Al 은, 탈산제 (deoxidizing agent) 로서 작용하는 원소이고, 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.01 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.1 ％ 를 초과하여 함유해도, 효과가 포화되어 함유량에 알맞는 효과를 기대할 수 없게 된다. 이 때문에, Al 은 0.01?0.1 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 0.01?0.08 ％ 이다.

N：0.005 ％ 이하

N 은, 강을 강화하고, 성형성을 저하시키는 원소이고, 불순물로서 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 과도한 저감은 정련 비용을 상승시킨다. 이 때문에, N 은 실질적으로 악영향이 없는 0.005 ％ 이하로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 0.004 ％ 이하이다.

상기한 성분이 기본 성분이지만, 기본 조성에 더하여 추가로 필요에 따라, Cu：1.0 ％ 이하, Ni：1.0 ％ 이하, Cr：0.5 ％ 이하, Mo：0.5 ％ 이하, Nb：0.05 ％ 이하, Ti：0.05 ％ 이하, W：0.05 ％ 이하, B：0.0050 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상, 및/또는, Ca：0.0050 ％ 이하, REM：0.0050 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종을 선택하여 함유할 수 있다.

Cu, Ni, Cr, Mo, Nb, Ti, W, B 는, 모두 강의 강도를 증가시키는 원소이고, 필요에 따라 선택하여 1 종 또는 2 종 이상 함유할 수 있다.

Cu：1.0 ％ 이하

Cu 는, 강의 강도를 증가시킴과 함께, 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이고, 필요에 따라 함유할 수 있다. 이와 같은 효과는 0.05 ％ 이상의 함유에서 확인되지만, 1.0 ％ 를 초과하는 함유는, 열간 가공성 (hot workability) 을 저하시킨다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Cu 는 1.0 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.08?0.5 ％ 이다.

Ni：1.0 ％ 이하

Ni 는, 강의 강도를 증가시킴과 함께, 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이고, 필요에 따라 함유할 수 있다. 이와 같은 효과는 0.05 ％ 이상의 함유에서 확인되지만, Ni 는 고가의 원소이며, 1.0 ％ 를 초과하는 다량의 함유는, 재료 비용을 상승시킨다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Ni 는 1.0 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.08?0.5 ％ 이다.

Cr：0.5 ％ 이하

Cr 은, 퀀칭성 향상을 통하여 강의 강도를 증가시킴과 함께, 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 원소로, 필요에 따라 함유할 수 있다. 이와 같은 효과는 0.05 ％ 이상의 함유에서 확인되지만, 0.5 ％ 를 초과하여 함유하면, 가공성을 저하시킨다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Cr 은 0.5 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.05?0.4 ％ 이다.

Mo：0.5 ％ 이하

Mo 는, 퀀칭성 향상에 더하여, 석출 강화 (precipitation strengthening) 에 의해 강의 강도를 증가시키는 작용을 갖는 원소로, 필요에 따라 함유할 수 있다. 이와 같은 효과는 0.05 ％ 이상의 함유에서 확인되지만, 0.5 ％ 를 초과하여 함유하면, 연성 (ductility) 이 저하됨과 함께, 재료 비용의 상승을 초래한다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Mo 는 0.5 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.1?0.4 ％ 이다.

Nb：0.05 ％ 이하

Nb 는, 결정립을 미세화함과 함께, 석출 강화를 통하여 강의 강도를 증가시키는 작용을 갖는 원소로, 필요에 따라 함유할 수 있다. 이와 같은 효과는 0.005 ％ 이상의 함유에서 확인되지만, 0.05 ％ 를 초과하여 함유하면 연성이 저하된다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Nb 는 0.05 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.008?0.03 ％ 이다.

Ti：0.05 ％ 이하

Ti 는, 결정립을 미세화함과 함께, 석출 강화를 통하여 강의 강도를 증가시키는 작용을 갖는 원소로, 필요에 따라 함유할 수 있다. 이와 같은 효과는 0.005 ％ 이상의 함유에서 확인되지만, 0.05 ％ 를 초과하여 함유하면, 연성이 저하된다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Ti 는 0.05 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.008?0.03 ％ 이다.

W：0.05 ％ 이하

W 는, 석출 강화를 통하여 강의 강도를 증가시키는 작용을 갖는 원소로, 필요에 따라 함유할 수 있다. 이와 같은 효과는 0.01 ％ 이상의 함유에서 확인되지만, 0.05 ％ 를 초과하여 함유하면, 연성이 저하된다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, W 는 0.05 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.01?0.03 ％ 이다.

B：0.0050 ％ 이하

B 는, 퀀칭성 향상을 통하여 마텐자이트 분율을 소정의 범위 내로 조정함과 함께, 강의 강도를 증가시키는 작용을 갖는 원소로, 필요에 따라 함유할 수 있다. 이와 같은 효과는 0.0005 ％ 이상의 함유에서 확인되지만, 0.0050 ％ 를 초과하는 함유는, 효과가 포화되어 함유량에 알맞는 효과를 기대할 수 없기 때문에, 경제적으로 불리해진다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, B 는 0.0050 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.001?0.003 ％ 이다.

Ca：0.0050 ％ 이하, REM：0.0050 ％ 이하

Ca, REM 은 모두, 황화물계 개재물의 형태 제어 (morphological control) 를 통하여 연성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이고, 필요에 따라 함유할 수 있다. 이와 같은 효과는 Ca, REM 모두 0.0020 ％ 이상의 함유에서 확인되지만, 0.0050 ％ 를 초과하는 함유는, 개재물량이 지나치게 증가하여, 강의 청정도 (cleanness) 가 저하된다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Ca, REM 은 모두 0.0050 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.0020?0.0040 ％ 이다.

상기한 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다.

다음으로, 본 발명 강관의 조직 한정 이유에 대해 설명한다.

본 발명 강관은, 체적률로 20?60 ％ 의 마텐자이트상을 함유하고, 잔부 페라이트상으로 이루어지는 2 상 조직을 갖는다. 이와 같은 조직으로 함으로써, 원하는 고강도와 우수한 가공성, 우수한 도장 베이킹 경화성을 겸비하는 것이 가능해진다.

마텐자이트상이, 20 체적％ 미만에서는, 페라이트상 주체의 조직이 되어 원하는 고강도를 달성할 수 없다. 한편, 60 체적％ 를 초과하여 마텐자이트상이 많아지면, 마텐자이트 주체의 조직이 되어 원하는 가공성을 확보할 수 없게 된다. 이 때문에, 마텐자이트상의 조직 분율을 체적률로 20?60 ％ 의 범위로 한정하였다. 바람직하게는 체적률로 40?55 ％ 이다.

다음으로, 본 발명 강관의 바람직한 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명에서는, 강 소재에 열연 공정과 냉연 공정과 어닐링 공정을 실시하여 강관용 소재로 하고, 이어서 그 강관용 소재에 조관 공정을 실시하여 전봉 강관으로 한다.

사용하는 강 소재의 제조 방법은 특별히 한정되지 않지만, 상기한 조성을 갖는 용강을, 전로 등의 상용의 용제 방법으로 용제하고, 연속 주조법 혹은 조괴-압연법에 의해 슬래브 등의 강 소재로 하는 것이 바람직하다.

얻어진 강 소재는, 이어서 열간 압연을 실시하여 열연판으로 하는 열연 공정을 실시한다.

얻어진 강 소재는, 냉각 후 재가열하거나, 혹은 강 소재가 소정량의 열을 보유하고 있는 경우에는, 재가열하지 않고 그대로, 직송하여 열간 압연을 실시해도 된다. 재가열하는 경우에는, 가열 온도는 1000?1250 ℃ 로 하는 것이 바람직하다. 재가열시의 가열 온도가 1000 ℃ 미만에서는, 변형 저항이 높아 압연기에 부여하는 부하가 지나치게 커져, 압연이 곤란해지는 경우가 있다. 한편, 1250 ℃ 를 초과하여 가열하면, 결정립의 조대화가 진행되어, 연성 등의 저하가 현저해진다.

열간 압연은, 조압연 (rough rolling) 및 마무리 압연 (finish rolling) 으로 이루어진다. 조압연의 조건은 소정의 치수 형상의 시트 바 (sheet bar) 를 얻을 수 있으면 되고, 특별히 그 조건은 한정되지 않는다. 또, 마무리 압연은, 마무리 압연 종료 온도가 피압연재인 강대 (鋼帶) 의 Ar₃ 변태점 이상이 되는 압연으로 하여, 마무리 압연 종료 후에, 권취 온도：500?700 ℃ 에서 권취하는 것으로 한다.

마무리 압연 종료 온도가 Ar₃ 변태점 미만에서는, 마무리 압연이 (α＋γ) 의 2 상역 압연 (rolling at two-phase region) 이 되어, 현저하고 조대한 결정립과 미세한 결정립이 혼재하는 혼립 조직 (mixed grain structure) 이 된다. 이 때문에, 그 후에 냉연 공정-어닐링 공정을 실시해도, 양호한 가공성을 확보할 수 없기도 하고, 프레스 성형 (press forming), 굽힘 가공 (bending work) 등의 가공시에 표면 거칠어짐이 발생하거나 한다. 이 때문에, 열간 압연의 마무리 압연 종료 온도를 Ar₃ 변태점 이상으로 한정하였다. 또, 권취 온도가, 500 ℃ 미만에서는, 냉각 중에 경질상 (hard phase) 이 생성되기 때문에, 냉간 압연시의 압연 부하 (rollload) 가 커져, 생산성 (productivity) 이 저하된다. 한편, 700 ℃ 를 초과하여 고온이 되면, 미변태 오스테나이트 (non-transformed austenite) 가 펄라이트 (pearlite) 로 변태되기 때문에, 가공성이 저하된다. 이 때문에, 권취 온도는 500?700 ℃ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 650 ℃ 이하이다.

이어서, 열연 공정을 거쳐 얻어진 열연판은, 산세 처리가 실시되고, 이어서 냉간 압연을 실시하여 냉연판으로 하는 냉연 공정을 실시한다. 냉간 압연의 압하율 등의 냉연 공정의 조건은 특별히 규정되지 않는다.

얻어진 냉연판은, 이어서, 어닐링 공정을 실시하여 냉연 어닐링판이 된다.

어닐링 공정은, 본 발명에서는 원하는 가공성과 원하는 도장 베이킹 경화성 (BH 성) 을 확보하는 데에 중요한 공정이다. 어닐링 공정은, 연속 어닐링 라인을 이용하는 것이 바람직하다.

어닐링 공정은, 냉연판에, Ac₁ 변태점?Ac₃ 변태점 범위의 2 상 온도 영역의 온도로 가열하여 균열 유지한 후, 600?750 ℃ 범위의 온도까지 평균 냉각 속도 10 ℃/s 이상으로 냉각 (평균 냉각 속도 1) 시킨 후, 600?750 ℃ 범위의 온도로부터 실온까지 평균으로, 500 ℃/s 이상의 냉각 속도로 냉각시키는 급랭 처리 (평균 냉각 속도 2) 를 실시하고, 이어서, 150?300 ℃ 의 온도 범위로 재가열하는 템퍼링 처리를 실시하여, 냉연 어닐링판으로 하는 공정으로 한다. 또한, 원하는 고강도 및 BH 특성을 안정적으로 확보하기 위해서는, 가열 유지로부터 급랭 개시 온도까지의 냉각 속도 (평균 냉각 속도 1) 는 15 ℃/s 이상으로 하는 것이 바람직하고, 급랭 처리에 있어서의 평균 냉각 속도 (평균 냉각 속도 2) 는 800 ℃/s 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1000 ℃/s 이상이다. 더욱 바람직하게는, 1100 ℃/s 이상이다.

가열하여 균열 유지하는 온도가, Ac₁ 변태점?Ac₃ 변태점 범위의 2 상 온도 영역 (two-phase temperature region) 을 벗어나면, 그 후의 급랭 (rapid cooling) 에 의해, 원하는 조직 분율의 (페라이트＋마텐자이트) 조직을 확보할 수 없게 된다. 또, 가열 유지 온도로부터 급랭 개시 온도까지의 냉각 속도 (평균 냉각 속도 1) 가 10 ℃/s 미만에서는, 페라이트와 오스테나이트의 C 량의 분배가 진행되어, BH 특성에 기여하는 것으로 생각되는 페라이트 중의 고용 C 량이 적어지기 때문에, 원하는 BH 특성을 얻을 수 없게 된다. 또, 급랭 개시 온도가, 750 ℃?600 ℃ 의 범위를 벗어나면, 원하는 조직 분율의 (페라이트＋마텐자이트) 조직을 얻을 수 없게 된다. 급랭 개시 온도가, 750 ℃ 를 초과하여 높아지면, 연성이 저하되고, 600 ℃ 미만에서는 원하는 고강도를 확보할 수 없게 된다. 또한, 상기한 온도에서 균열 유지하는 시간은, 30 s 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또, 600?750 ℃ 범위의 온도로부터 실온까지의 냉각 속도 (평균 냉각 속도 2) 가 평균으로 500 ℃/s 미만에서는, 마텐자이트 변태량이 적어, 원하는 조직 분율의 (페라이트＋마텐자이트) 조직으로 할 수 없어, 원하는 고강도를 확보할 수 없게 되는 것에 더하여, BH 특성에 기여하는 것으로 생각되는 페라이트 중의 고용 C 량이 적어지기 때문에, 원하는 BH 량이 100 ㎫ 이상이 얻어지지 않게 된다. 또한, 급랭 처리의 냉각 속도는, 급랭 개시 온도로부터 200 ℃ 사이의 평균으로 한다.

또한, 급랭 처리의 방법에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 강판 폭 방향, 길이 방향의 재질 편차를 억제한다는 관점에서는, 분류수 (jet flow water) 를 사용한 냉각으로 하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명의 어닐링 공정 (annealing process) 에서는, 급랭 처리 후, 추가로 인성 (靭性) 향상을 목적으로 하여, 150?300 ℃ 의 온도 범위로 재가열하는 템퍼링 처리 (tempering treatment) 를 실시한다. 템퍼링 온도가 150 ℃ 미만에서는, 인성 개선 효과를 기대할 수 없다.

한편, 300 ℃ 를 초과하면 저온 템퍼링 취성 (low-temperature tempering brittleness) 에 의해 연성이 저하된다. 이 때문에, 재가열의 온도 범위는 150?300 ℃ 로 한정하였다.

얻어진 냉연 어닐링판에는, 추가로 필요에 따라, 조질 압연 (skinpass rolling) 을 실시해도 된다. 그 때, 조질 압하율 (rolling reduction of skinpass rolling) 은, 0.2 ％ 이상 1.0 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 조질 압하율이 0.2 ％ 미만에서는, 형상 교정 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 1.0 ％ 를 초과하면, 신장의 열화가 현저해진다.

상기한 공정을 거친 냉연 어닐링판 (냉연 어닐링 강대) 을 강관용 소재로 하고, 이어서, 그 강관용 소재에 조관 공정을 실시하여, 전봉 강관으로 한다. 조관 공정은, 강관용 소재를 연속적으로 성형하여 거의 원통상의 오픈 관으로 하고, 그 오픈 관을 전봉 용접하여 전봉관으로 하는 공정이다.

본 발명에서는, 조관 공정에 있어서의 성형을, 케이지 롤 방식 (cage roll method) 에 의한 롤 성형 (roll forming method) 으로 한다. 케이지 롤 방식에 의한 롤 성형은, 케이지 롤로 불리는 소형 롤을, 관 외면이 되는 측에 나열하여, 매끄럽게 성형하는 방식의 롤 성형을 말한다. 또한, 케이지 롤 방식에 의한 롤 성형 중에서도, CBR 방식 (Chance free Bulge Roll method) 의 롤 성형으로 하는 것이 바람직하다. 이 방식에 의한 성형에서는, 성형시에 띠판에 부가되는 변형을 최소한으로 억제할 수 있어, 가공 경화 (work hardening) 에 의한 재료 특성 열화를 억제할 수 있다.

CBR 방식의 롤 성형을 채용한 전봉 강관의 제조 설비의 일례를 도 1 에 나타낸다. CBR 방식의 롤 성형은, 띠판 (1) 의 양 에지부를 에지 밴드 롤 (edge bend roll) (2) 에 의해 미리 성형한 후, 센터 밴드 롤 (center bend roll) (3) 과 케이지 롤 (4) 에 의해, 띠판 중앙부를 굽힘 성형하여, 세로로 긴 타원형 (vertically long oval figure) 의 소관을 만들고, 이어서 핀 패스 롤 (fin pass roll) (5) 에 의해, 관 원주 방향의 4 지점을 일단 오버 밴드 (over bend) 한 후, 축경 압축 (reducing) 함으로써 관 사이드부의 장출 성형 (stretch forming) 과 오버 밴드부의 굽힙 복원 성형 (bend and return forming) 을 실시하여 원형 소관으로 하는 성형 방법이다 (카와사키 제철 기술보, vol.32 (2000), pp49?53 참조). 또한, CBR 방식의 롤 성형법은, 종래의 BD (브레이크다운 (breakdown)) 방식에 비해, 소재 (띠판) 에 부여되는 변형이 적어, 더욱 관 원주 방향으로 부여되는 변형의 편차가 작다는 특징을 가지고 있다. 이와 같이 하여 얻어진 원형 소관을 스퀴즈 롤 (squeeze roll) (7) 로 가압하면서, 맞댐부를 용접 수단 (고주파 저항 용접 (high-frequency resistance welding)) (6) 에 의해 접합하여, 전봉 강관 (8) 으로 한다.

상기한 바와 같은 제조 방법에 의해 얻어진, 고강도를 갖고 가공성이 우수하며, 또한 도장 베이킹 경화성이 우수한 강판 (강관 소재) 을 이용하여, 상기한 바와 같은 조관 공정으로 조관함으로써, 조관시에 부가되는 변형을 최소한으로 저감시킬 수 있고 가공 경화를 억제하여, 우수한 가공성을 갖고, 또한 부재가 된 후에, 우수한 충격 흡수 특성을 확보하는 것이 가능한 고강도 전봉 강관을 제조할 수 있다.

얻어진 고강도 전봉 강관은, 인장 강도 TS 가 1180 ㎫ 이상, 관축 방향의 신장 El 이 10 ％ 이상, 항복비가 90 ％ 미만이고, 예비 변형：2 ％ 부여한 후 170 ℃×10 min 의 열처리를 실시하는 도장 베이킹 처리 후의 강도 증가량 (BH 량) 이 100 ㎫ 이상이고, 또한 항복비가 90 ％ 이상이 되는 강관이다.

전봉 강관의 관축 방향의 신장이 10 ％ 미만에서는, 관으로서의 가공성이 저하되어, 원하는 형상으로의 성형이 어려워진다. 또한, 바람직하게는 신장은 12 ％ 이상이다, 또, 전봉 강관의 항복비가 90 ％ 를 초과하면, 관으로서의 가공성이 저하되어, 원하는 형상으로의 성형이 어려워진다. 또한, 바람직하게는 항복비는 85 ％ 이하이다.

또, 도장 베이킹 처리 후의 전봉 강관의 BH 량이 100 ㎫ 미만에서는, 충돌시에 흡수할 수 있는 에너지가 적어져, 충격 부재로서 기능을 만족할 수 없게 된다. 또한 바람직하게는 BH 량은 110 ㎫ 이상이다. 또, 본 발명 전봉 강관의 제조에 있어서 채용한 조관 공정에서는, 조관시에 부가되는 변형을 최소한으로 저감시킬 수 있고, 또한 관 원주 방향으로 부여되는 변형의 편차도 작아지기 때문에, 본 발명 전봉 강관에 있어서의 관 원주 방향 각 위치에서의 BH 량의 편차 (최대값과 최소값의 차) 는 작고, 전봉부를 제외한 관 원주 방향 각 위치에서의 BH 량은 균일하여, 100?130 ㎫ 의 범위 내로 할 수 있다. 또, 전봉 강관의 항복비가 90 ％ 미만이면, 충돌시에 흡수할 수 있는 에너지가 적어져, 충격 부재로서 기능을 만족할 수 없게 된다.

또한, 본 발명에서는, 도장 베이킹 처리의 열처리 조건을, 170 ℃×10 min 의 열처리로 했지만, 이 조건은, 도장 베이킹 처리 후에 100 ㎫ 이상의 강도 증가량 (BH 량) 이 얻어지는 최저의 열처리 조건이며, 이 외에도 바람직한 조건이면, 본 발명 전봉 강관은, 도장 베이킹 처리 후의 강도 증가량 (BH 량) 이 100 ㎫ 이상을 나타낸다. 도장 베이킹 처리 후에 100 ㎫ 이상의 강도 증가량 (BH 량) 이 얻어지는 열처리 조건으로는, 170?250 ℃ 범위의 가열 온도에서 10?30 min 범위의 유지 시간으로 하는 것이 바람직하다. 가열 온도가 170 ℃ 미만에서는, 원하는 강도 증가를 발휘하는 데에 필요한 고용 C 가 전위로 확산되어, 전위를 충분히 고착시키는 데까지 이르지 않기 때문에, 원하는 도장 베이킹 처리 후의 강도 증가량 (BH 량) 을 확보할 수 없다. 한편, 250 ℃ 를 초과하여 과도하게 고온으로 하면, 생산성을 저하시키는 데다가, 청열 (靑熱) 취성역으로 가열될 우려가 있어, 재질이 열화되는 경우가 있다.

또, 유지 시간이 10 min 미만으로 짧은 경우에는, 확산 시간이 부족하여, 필요한 양의 고용 C 가 전위에 도달할 수 없으므로, 원하는 도장 베이킹 처리 후의 강도 증가량 (BH 량) 을 확보할 수 없다. 한편, 유지 시간이 30 min 를 초과하여 길어지면, 생산성이 저하된다. 바람직하게는 25 min 이하이다.

실시예

표 1 에 나타내는 조성의 용강을 전로에서 용제하고, 연속 주조법으로 슬래브 (강 소재) 로 하였다. 이들 슬래브 (강 소재) 에 표 2 에 나타내는 조건의 열연 공정을 실시하여, 열연판 (판 두께 2.4?3.0 ㎜) 으로 한 후, 산세하여, 그 열연판에 냉간 압연을 실시하여 냉연판으로 하는 냉연 공정과, 그 냉연판에 표 2 에 나타내는 조건의 어닐링 공정을 실시하여, 냉연 어닐링판 (판 두께 1.2?1.8 ㎜) 으로 하여, 강관 소재로 하였다. 얻어진 강관 소재로부터 시험편을 채취하여, 조직 관찰, 인장 시험을 실시하였다. 시험 방법은 다음과 같이 하였다.

(1) 조직 관찰 (observation)

얻어진 강관 소재로부터, 조직 관찰용 시험편을 채취하여, 압연 방향 단면을 연마하고, 나이탈액 (nital) 을 사용하여 부식시키고, 주사형 전자 현미경 (scanning electron microscope) (배율：2000 배) 을 이용하여 조직을 관찰하고, 각 10 시야 이상 촬상하여, 화상 해석 장치 (image analyzer) 를 이용하여, 페라이트, 마텐자이트 등 조직의 종류를 동정하여, 각 상의 조직 분율 (체적률) 을 산출하였다.

(2) 인장 시험 (tensile test)

얻어진 강관 소재로부터, JIS Z 2201 의 규정에 준거하여, 인장 방향이 압연 방향이 되도록 JIS 12 호 인장 시험편 (표점 거리：50 ㎜) 을 채취하고, JIS Z 2241 의 규정에 준거하여, 인장 시험을 실시하여, 0.2 ％ 내력 YS (㎫), 인장 강도 TS (㎫), 신장 El (％) 을 구하고, 항복비 YR 를 산출하여, 강도와 가공성을 평가하였다.

얻어진 결과를 표 3 에 나타낸다.

얻어진 강관 소재에, CBR 방식의 롤 성형에 의한 성형을 실시하여, 거의 원통상의 오픈 관으로 하였다. 이어서, 스퀴즈 롤로 맞댐부를 가압하면서, 고주파 저항 용접에 의해 그 맞댐부를 전봉 용접하여, 전봉 강관 (크기：외경 48.6 ㎜φ×두께 2?1.8 ㎜) 으로 하였다. 일부의 강관에서는, 조관 공정에 있어서의 성형을 BD 방식에 의한 성형으로 하였다.

얻어진 전봉 강관에 대해, 조직 관찰, 인장 시험, 및 도장 베이킹 처리 시험을 실시하여, 조직, 인장 특성, 도장 베이킹 경화 특성을 평가하였다. 시험 방법은 다음과 같이 하였다.

(1) 조직 관찰

얻어진 강관으로부터 조직 관찰용 시험편을 채취하고, 관축 방향 단면을 연마하여, 나이탈액을 이용하여 부식시켜, 주사형 전자 현미경 (배율：2000 배) 을 이용하여 조직을 관찰하고, 각 10 시야 이상 촬상하고, 화상 해석 장치를 이용하여, 페라이트, 마텐자이트 등의 조직의 종류를 동정하여, 10 시야 이상의 각 상의 평균의 조직 분율 (체적률) 을 산출하였다.

(2) 인장 시험

얻어진 강관으로부터, JIS Z 2201 의 규정에 준거하여, 인장 방향이 관축 방향이 되도록 JIS 12 호 인장 시험편 (표점 거리：50 ㎜) 을 채취하고, JIS Z 2241 의 규정에 준거하여, 인장 시험을 실시하여, 0.2 ％ 내력 YS (㎫), 인장 강도 TS (㎫), 신장 El (％) 을 구하고, 항복비 YR 를 산출하여, 강도와 가공성을 평가하였다.

(3) 도장 베이킹 처리 시험

얻어진 강관으로부터 JIS Z 2201 의 규정에 준거하여, 인장 방향이 관축 방향이 되도록 JIS 12 호 인장 시험편을 채취하고, 이어서 예비 변형로서 2 ％ 의 인장 변형을 부여하여, 170 ℃×10 min 의 열처리를 실시하는 도장 베이킹 처리를 실시하였다. 또한, 인장 시험편은, 관 원주 방향 각 위치 (전봉부를 0°로 하고, 원주 방향으로 30 피치로, 합계 11 위치. 전봉부는 제외한다) 로부터 채취하였다.

그리고, 처리가 완료된 시험편에 대해 인장 시험을 실시하여, 도장 베이킹 처리 후의 0.2 ％ 내력 YS 및 인장 강도 TS 를 구하고, 도장 베이킹 처리 후의 항복비 (=(YS/TS)×100 (％)) 를 산출하였다. 또, 도장 베이킹 경화량 (BH 량) 을 도 2 에 나타내는 바와 같이, 도장 베이킹 처리 후의 0.2 ％ 내력과 2 ％ 의 인장 변형을 부여 후의 강도의 차로서 산출하였다. BH 량은 원주 방향 각 위치에서의 최대값과 최소값을 구하였다. 또한, YS, TS 는 원주 방향 각 위치에서의 값의 산술 평균을 구하였다.

얻어진 결과를 표 3 에 나타낸다.

본 발명예는 모두, 인장 강도 TS：1180 ㎫ 이상의 고강도와, 관축 방향의 신장 El 이 10 ％ 이상이고, 또한 관축 방향의 항복비 (=(0.2 ％ 내력/인장 강도)×100 (％)) 가 90 ％ 미만으로, 우수한 가공성과, 추가로 2 ％ 이상의 예비 변형을 부여하고, 추가로 170 ℃×10 min 의 열처리 (도장 베이킹 처리) 를 실시한 후의 관축 방향의 항복비가 90 ％ 이상이고, 또한 BH 량이 100 ㎫ 이상으로 우수한 충격 흡수 특성을 갖는 전봉 강관이 되어 있다. 또한 본 발명예는, 원주 방향 각 위치에서의 BH 량의 편차는 적어, 모두 100?130 ㎫ 의 범위 내에 들어가 있다.

한편, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예는, 강도가 부족하거나, 가공성이 저하되거나, 혹은 BH 량이 부족하다.

또한, 추가로 도장 베이킹 처리 조건의 영향을 조사하였다.

표 2 에 나타내는 강관 No.1 (본 발명예) 로부터, JIS Z 2201 의 규정에 준거하여, 인장 방향이 관축 방향이 되도록 JIS 12 호 인장 시험편을 채취하고, 이어서 예비 변형으로서, 2 ％ 의 인장 변형을 부여하고, 가열 온도와 유지 시간을 100?250 ℃×5?30 min 의 범위에서 변화시킨 열처리를 실시하는 도장 베이킹 처리를 실시하였다. 또한, 인장 시험편은, 관 원주 방향 각 위치 (전봉부를 0°로 하고, 원주 방향으로 30 피치로, 합계 11 위치. 전봉부는 제외한다) 로부터 채취하였다. 그리고, 도장 베이킹 처리가 완료된 시험편에 대해 인장 시험을 실시하여, 도장 베이킹 처리 후의 0.2 ％ 내력 YS 및 인장 강도 TS 를 구하고, 도장 베이킹 처리 후의 항복비 (=(YS/TS)×100 (％)) 를 산출하였다. 또, 도장 베이킹 경화량 (BH 량) 을 도 2 에 나타내는 바와 같이, 도장 베이킹 처리 후의 0.2 ％ 내력과 2 ％ 의 인장 변형을 부여 후의 강도의 차로서 산출하였다. BH 량은 원주 방향 각 위치에서의 최대값과 최소값을 구하였다. 또한, YS, TS 는 원주 방향 각 위치에서의 값의 산술 평균을 구하였다. 얻어진 결과를 표 4 에 나타낸다.

바람직한 도장 베이킹 처리의 범위로부터 벗어나는 조건인, 열처리의 가열 온도가 170 ℃ 미만인 경우에는, 생산성의 저하를 고려하지 않고, 과잉으로 긴 도장 베이킹 처리를 실시하지 않는 한 100 ㎫ 이상의 BH 량을 안정적으로 확보할 수 없다. 또한, 여기서 말하는 과잉으로 긴 도장 베이킹 시간이란, 30 min 를 초과하는 시간을 말한다. 또, 가열 온도가 170 ℃ 이상이라도, 유지 시간이 10 min 미만인 5 min 의 경우에는, 100 ㎫ 이상의 BH 량을 확보할 수 없는 경우가 있어, 원하는 BH 량을 안정적으로 확보할 수 없다.

1 : 띠판
2 : 에지 밴드 롤
3 : 센터 밴드 롤
4 : 케이지 롤
5 : 핀 패스 롤
6 : 용접 수단
7 : 스퀴즈 롤
8 : 전봉 용접관
9 : 절단기
10 : 오픈 관
[표 1]

[표 2]

[표 3]

[표 4]

[표 5]

[표 6]

Claims

질량％ 로,
C : 0.05?0.20 ％, Si : 0.5?2.0 ％,
Mn : 1.0?3.0 ％, P : 0.1 ％ 이하,
S : 0.01 ％ 이하 , Al : 0.01?0.1 ％ ,
N : 0.005 ％ 이하
를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성과, 페라이트상과 마텐자이트상으로 이루어지는 2 상 조직으로, 그 마텐자이트상이 체적률로 20?60 ％ 인 조직을 갖고, 인장 강도 TS 가 1180 ㎫ 이상, 관축 방향의 신장 El 이 10 ％ 이상, 항복비가 90 ％ 미만이고, 예비 변형 : 2 ％ 부여한 후 170 ℃×10 min 의 열처리를 실시하는 도장 베이킹 처리 후의 강도 증가량 (BH 량) 이 100 ㎫ 이상이고, 또한 항복비가 90 ％ 이상이 되는 고강도 전봉 강관.
제 1 항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Cu : 1.0 ％ 이하, Ni : 1.0 ％ 이하, Cr : 0.5 ％ 이하, Mo : 0.5 ％ 이하, Nb : 0.05 ％ 이하, Ti : 0.05 ％ 이하, W : 0.05 ％ 이하, B : 0.0050 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 조성인 고강도 전봉 강관.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Ca : 0.0050 ％ 이하, REM : 0.0050 ％ 이하 함유하는 조성인 고강도 전봉 강관.
강 소재에, 그 강 소재를 열간 압연하여 열연판으로 하는 열연 공정과, 그 열연판에 산세 처리를 실시하고, 이어서 냉간 압연을 실시하여 냉연판으로 하는 냉연 공정과, 그 냉연판에 어닐링 처리를 실시하여 냉연 어닐링판으로 하는 어닐링 공정을 실시하여 강관용 소재로 하고, 이어서 그 강관용 소재에, 그 강관용 소재를 연속적으로 형성하여 거의 원통상의 오픈 관으로 하고, 그 오픈 관을 전봉 용접하여 전봉관으로 하는 조관 (造管) 공정을 실시하여 전봉 강관으로 할 때에, 상기 강 소재를, 질량％ 로,
C : 0.05?0.20 ％, Si : 0.5?2.0 ％,
Mn : 1.0?3.0 ％, P : 0.1 ％ 이하,
S : 0.01 ％ 이하 , Al : 0.01?0.1 ％ ,
N : 0.005 ％ 이하
를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 강 소재로 하고,
상기 열연 공정을, 마무리 압연 종료 온도가 Ar₃ 변태점 이상이고, 권취 온도가 500?700 ℃ 인 열간 압연을 실시하여 열연판으로 하는 공정으로 하고,
상기 어닐링 공정을, Ac₁ 변태점?Ac₃ 변태점 범위의 2 상 온도 영역의 온도에서 균열 유지한 후, 600?750 ℃ 범위의 온도까지 평균으로 냉각 속도 10 ℃/s 이상의 냉각 속도로 냉각시킨 후, 600?750 ℃ 범위의 온도에서 실온까지 500 ℃/s 이상의 냉각 속도로 급랭시키고, 이어서 150?300 ℃ 온도 범위에서 균열 유지하는 처리를 실시하는 공정으로 하고,
상기 성형을, 케이지 롤 방식의 롤 형성으로 하고,
상기 전봉 강관이, 인장 강도 TS 가 1180 ㎫ 이상, 관축 방향의 신장 El 이 10 ％ 이상, 항복비가 90 ％ 미만이고, 예비 변형 : 2 ％ 부여한 후 170 ℃×10 min 의 열처리를 실시하는 도장 베이킹 처리 후의 강도 증가량 (BH 량) 이 100 ㎫ 이상이고, 또한 항복비가 90 ％ 이상이 되는 강관인 고강도 전봉 강관의 제조 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Cu : 1.0 ％ 이하, Ni : 1.0 ％ 이하, Cr : 0.5 ％ 이하, Mo : 0.5 ％ 이하, Nb : 0.05 ％ 이하, Ti : 0.05 ％ 이하, W : 0.05 ％ 이하, B : 0.0050 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 조성인 고강도 전봉 강관의 제조 방법.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Ca : 0.0050 ％ 이하, REM : 0.0050％ 이하 함유하는 조성인 고강도 전봉 강관의 제조 방법.