KR20140083540A

KR20140083540A - 균일연신율 및 저온파괴인성이 우수한 라인파이프용 강판 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20140083540A
Application number: KR1020120153431A
Authority: KR
Inventors: 천승환; 유장용; 김민철
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-04
Also published as: KR101439685B1

Abstract

중량%로, 탄소(C): 0.04~0.10%, 실리콘(Si): 0.05~0.50%, 망간(Mn): 1.4~2.0%, 알루미늄(Al): 0.01~0.05%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 질소(N): 0.002~0.01%, 니오븀(Nb): 0.02~0.07%, 크롬(Cr): 0.05~0.3%, 니켈(Ni): 0.1~0.4%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.3%, 인(P): 0.015% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 칼슘(Ca): 0.0005~0.004%, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 미세조직은 면적분율로, 페라이트 50~65%, 베이나이트 30~40% 및 도상마르텐사이트 5~10%를 포함하고, 상기 페라이트의 평균 유효 결정립 크기가 10㎛ 이하, 상기 베이나이트의 평균 유효 결정립 크기가 20㎛ 이하, 및 상기 베이나이트의 평균 유효 결정립 크기가 20㎛ 이하인, 균일연신율 및 저온파괴인성이 우수한 라인파이프용 강판 및 그의 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 보증온도 -20℃이하에서 90%이상의 DWTT 연성파면율을 확보하여 저온파괴인성이 우수하고, 동시에 10% 이상의 균일연신율을 가지는 항복강도 70ksi급의 라인파이프용 강판을 제공할 수 있으며, 셀프-템퍼링을 통하여 비용절감과 생산성 향상이 기대된다.

Description

균일연신율 및 저온파괴인성이 우수한 라인파이프용 강판 및 그의 제조방법{STEEL PLATE FOR LINE PIPE HAVING SUPERIOR UNIFORM ELONGATION RATIO AND LOW-TEMPERATURE TOUGHNESS}

본 발명은 균일연신율 및 저온파괴인성이 우수한 라인파이프용 강판 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

최근 기후조건이 열악한 시베리아, 알래스카 등의 한랭지역을 중심으로 유전 개발이 이루어지면서 유전지역의 풍부한 가스 자원을 라인파이프를 통해 소비지역으로 수송하고자 하는 프로젝트들이 활발히 진행 중에 있다. 이러한 라인파이프 프로젝트에 투입되는 강재는 수송가스의 압력뿐만 아니라 극저온과 지반의 변형에 대한 내구성을 고려하여 저온파괴인성과 균일연신율 특성이 동시에 우수해야 한다.

일반적으로 저온파괴인성용 라인파이프 강재는 제어압연 후 가속냉각을 실시하는 열가공제어법(TMCP; Thermo Mechanical Control Process)에 의한 공정을 통해 미세한 등축 페라이트, 침상페라이트와 베이나이트 혼합 조직을 구현하여 저온파괴인성을 확보한다. 그러나, 통상의 가속냉각을 통해 형성된 미세조직은 결정립내에 탄소가 과포화되어 있으므로 높은 경도를 갖게 된다. 따라서 인장 변형 중, 응력집중(Strain Localization)이 빠르게 진행되어 높은 균일연신율을 기대할 수 없다. 따라서 종래의 방식으로는 별도의 오프라인-템퍼링(Offline-Tempering) 열처리 없이는 저온파괴인성과 균일연신율을 동시에 만족시키는 데 한계가 있다.

본 발명의 일 균일연신율 및 저온파괴인성이 우수한 라인파이프용 강판을 확보하고 그의 제조방법을 제시하고자 한다.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.10%, 실리콘(Si): 0.05~0.50%, 망간(Mn): 1.4~2.0%, 알루미늄(Al): 0.01~0.05%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 질소(N): 0.002~0.01%, 니오븀(Nb): 0.02~0.07%, 크롬(Cr): 0.05~0.3%, 니켈(Ni): 0.1~0.4%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.3%, 인(P): 0.015% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 칼슘(Ca): 0.0005~0.004%, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 미세조직은 면적분율로, 페라이트 50~65%, 베이나이트 30~40% 및 도상마르텐사이트 5~10%를 포함하고, 상기 페라이트의 평균 유효 결정립 크기가 10㎛ 이하, 상기 베이나이트의 평균 유효 결정립 크기가 20㎛ 이하, 및 상기 베이나이트의 평균 유효 결정립 크기가 20㎛ 이하인, 균일연신율 및 저온파괴인성이 우수한 라인파이프용 강판을 제공한다.

본 발명의 다른 측면은, 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.10%, 실리콘(Si): 0.05~0.50%, 망간(Mn): 1.4~2.0%, 알루미늄(Al): 0.01~0.05%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 질소(N): 0.002~0.01%, 니오븀(Nb): 0.02~0.07%, 크롬(Cr): 0.05~0.3%, 니켈(Ni): 0.1~0.4%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.3%, 인(P): 0.015% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 칼슘(Ca): 0.0005~0.004%, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1140~1180℃에서 가열하는 단계; 상기 가열된 슬라브를 1100-1140℃에서 30분 이상 유지 후 추출하는 단계; 상기 추출된 슬라브에 대하여 Tnr-30℃~Tnr+20℃에서 종료하는 재결정역 압연을 실시하여 재결정역 압연된 강판을 제조하는 단계; 상기 재결정역 압연된 강판을 압연개시온도 Tnr-160℃~Tnr-130℃로, 압연종료온도 Ar3 ~ Ar3+40℃로 미재결정역 압연하는 단계; 상기 미재결정역 압연된 강판을 Ar3-60℃~Ar3-40℃에서 15~40℃/s의 냉각속도로 냉각을 개시하는 단계; 및 Ms+50℃~Ms+110℃에서 냉각을 종료한 후 강판을 상온으로 공냉 또는 방냉시켜 셀프-템퍼링(Self-tempering)하는 단계를 포함하는, 균일연신율 및 저온파괴인성이 우수한 라인파이프용 강판의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 보증온도 -20℃이하에서 90%이상의 DWTT 연성파면율을 확보하여 저온파괴인성이 우수하고, 동시에 10% 이상의 균일연신율을 가지는 항복강도 70ksi급의 라인파이프용 강판을 제공할 수 있으며, 셀프-템퍼링을 통하여 비용절감과 생산성 향상이 기대된다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 균일연신율 및 저온파괴인성이 우수한 라인파이프용 강판 및 그의 제조방법을 상세히 설명한다. 구체적으로는, 보증온도 -20℃이하에서 90%이상의 DWTT 연성파면율을 확보하고 동시에 10% 이상의 균일연신율을 갖는 항복강도 70ksi급 라인파이프용 강판을 제공하고자 한다.

특히, 종래기술에 따르면 가속냉각된 강판에 오프라인 템퍼링 등을 실시하지 않으면 만족할 만한 인성이나 균일연신율 등을 기대하기 어려웠다. 그러나, 오프라인 템퍼링은 강판제조시 시간과 에너지를 요하는 방법이기 때문에 이를 이용하면 강판 제조 효율이 감소한다는 문제가 있었다.

뿐만 아니라, 강 중에 존재하는 중심편석은 균열의 개시점으로 작용하여 균열의 전파 저항성을 낮추어 균열을 쉽게 진전시키므로, 중심편석을 발생시킬 수 있는 불순물을 최소화하여야 한다. 따라서, 본 발명에서는 중심편석을 최소화하고 오프라인 템퍼링 없이도 강판내 탄소의 과포화 등을 방지하여 우수한 인성과 연신율을 가지는 방법을 제공하고자 한다. 이를 위해서는 우선 강판의 조성을 하기와 같이 제어할 필요가 있다.

즉, 본 발명 강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.10%, 실리콘(Si): 0.05~0.50%, 망간(Mn): 1.4~2.0%, 알루미늄(Al): 0.01~0.05%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 질소(N): 0.002~0.01%, 니오븀(Nb): 0.02~0.07%, 크롬(Cr): 0.05~0.3%, 니켈(Ni): 0.1~0.4%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.3%, 인(P): 0.015% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 칼슘(Ca): 0.0005~0.004%, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가질 수 있다.

상기 각 성분의 수치 한정 이유를 설명하면 다음과 같다. 이하, 각 성분의 함량 단위는 특별히 언급하지 않은 경우에는 중량%임에 유의할 필요가 있다.

탄소(C): 0.04~0.10%

탄소는 강의 강도를 향상시키는데 가장 효과적인 원소이나, 지나치게 다량 첨가될 경우에는 오히려 용접성, 성형성 및 인성 등을 저하시킬 수 있다. 탄소의 함량이 0.04중량% 미만인 경우에는 탄소의 함량이 너무 낮아 원하는 강도를 얻기 어려워 고가의 합금원소를 추가적으로 포함하여야 원하는 강도를 얻을 수 있다. 그러나, 0.10중량%를 초과하는 경우에는 탄소의 함량이 너무 높아 상술한 바와 같이, 용접성, 성형성 및 인성이 저하되는 문제점이 있다.

실리콘( Si ): 0.05~0.50%

실리콘은 용강을 탈산시키는 탈산제 역할을 하고, 고용강화 원소로 사용된다. 실리콘의 함량이 0.05중량% 미만인 경우에는 용강의 탈산이 충분하지 못하여 인성이 저하될 수 있다. 그러나, 0.50중량%를 초과하는 경우에는 열간압연시 실리콘에 의한 붉은 스케일이 형성되어 강판 표면 형상이 매우 열악해지고 용접부 인성이 저하된다.

망간( Mn ): 1.4~2.0%

망간은 고용강화 효과로 인하여 강도를 향상시킬 수 있는 원소이다. 망간은 1.4중량% 이상 포함되어야 소입성의 증가효과와 항복강도 80ksi급 강재에서 요구하는 고강도를 얻을 수 있다. 그러나, 2.0중량%를 초과하는 경우에는 제강공정에서 슬라브를 주조할 때 두께 중심부에 편석이 발생하여 최종 생성물의 용접성을 해칠 수 있다.

알루미늄( Al ): 0.01~0.05%

알루미늄은 실리콘과 함께 제강단계에서 탈산제로 첨가되고, 고용강화에 의하여 강도를 향상시킬 수 있는 원소이다. 알루미늄이 0.01중량% 미만으로 포함되는 경우 상술한 탈산효과가 불충분하여 인성이 저하된다. 그러나, 0.05중량%를 초과하는 경우에는 충격인성이 저하되는 문제점이 있다.

티타늄( Ti ): 0.005~0.02%

티타늄은 강의 응고단계에서 N과 결합하여 TiN 석출물을 형성함으로써, 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하며, 최종 조직의 입도를 미세화시켜 강의 인성을 향상시킬 수 있다. 티타늄의 함량이 0.005중량% 미만인 경우에는 TiN 석출물이 불충분하여 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하기 어렵다. 그러나, 0.02%를 초과하는 경우에는 통상 용질 Ti가 과다하게 존재하여 슬라브 가열시 TiN이 조대하게 석출되어 입도 미세화에 적절하지 못하다.

질소(N): 0.002~0.01%

질소는 강 중에 고용되었다가 석출되어 강의 강도를 증가시키는 역할을 하며, 이러한 고용강화 효과는 탄소보다 크다. 강 중에 질소가 존재하면 인성이 저하된다고 알려져 있다. 그러나, 본 발명에서는 적정량의 질소를 이용하여 티타늄과 반응시켜 TiN을 형성하여 슬라브의 재가열 과정에서 결정립 성장을 억제하도록 제어한다. 질소의 함량이 0.002중량% 미만인 경우에는 TiN 석출물의 함량이 적어 결정립 성장을 억제하는 효과가 그리 크지 않다. 반면에, 질소의 함량이 0.01중량%를 초과하는 경우 질소는 고용질소로 존재하여 인성을 크게 저하시키는 문제가 있다.

니오븀( Nb ): 0.02~0.07%

니오븀은 결정립을 미세화시키는데 매우 유용한 원소이고, 고강도 조직인 침상페라이트 또는 베이나이트의 형성을 촉진시켜 강도를 향상시키는데 효과적인 원소이다. 0.02중량% 미만으로 첨가되는 경우 상기와 같은 효과가 미미하다. 그러나, 0.07중량%를 초과하는 경우에는 용접성을 저하시킬 수 있다.

크롬( Cr ): 0.05~0.3%

Cr은 소재의 강도를 상승시키는데 유효하며 가속 냉각 시 도상 마르텐사이트 형성을 조장하는 기능이 있다. 다만, 0.05중량% 미만으로 첨가되는 경우에는 강도 향상 효과가 미미하다. 지나치게 과량 첨가하면 용접성의 열화를 유발할 수 있으므로 0.3%를 상한으로 한다.

니켈( Ni ): 0.1~0.4%

니켈은 강도와 인성을 동시에 향상시킬 수 있는 원소로서, 본 발명에서는 후물재의 강도 및 취성파괴정지 특성을 향상시키는 역할을 한다. 니켈의 함량이 0.1중량% 미만인 경우에는 상기와 같은 효과가 미미하다. 그리고 니켈은 매우 고가의 원소이므로, 상기와 같은 효과가 있음에도 불구하고 첨가량을 무조건 증가시키는 것은 바람직하지 못하다. 왜냐하면, 가격대비 강도 및 인성 향상효과가 상대적으로 적기 때문이다. 따라서, 가격과 강도 및 인성향상 효과를 고려하여 그 상한은 0.4중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

몰리브덴( Mo ): 0.05~0.3%

몰리브덴은 강의 강도를 향상시키는데 유용한 원소이다. 다만, 0.05중량% 미만으로 첨가되는 경우에는 강도 향상 효과가 미미하다. 그리고, 0.3중량%를 초과하여 첨가되는 경우에는 두께 중심부에 조대한 베이나이트와 도상 마르텐사이트 조직을 형성하여 DWTT 특성을 저하시킬 수 있다. 다만, 몰리브덴은 고가의 원소이고 그 함량이 높아지면 용접성이 저하되므로, 그 상한을 0.3중량%로 한정하는 것이 보다 바람직하다.

인(P): 0.015% 이하

인은 강제조시 불가피하게 함유되는 원소로서, 상술한 바와 같이 본 발명에서 인의 함량을 최대한 낮게 제어하여야 한다. 인이 첨가되면 강판의 중심부에 편석되고 균열 개시점 또는 진전 경로로 이용될 수 있다. 이론상 인의 함량을 0%로 제한하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 불순물로서 첨가될 수 밖에 없다. 따라서, 상한을 관리하는 것이 중요하며, 본 발명에서는 상기 인의 함량의 상한은 0.015중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

황(S): 0.005% 이하

황은 강제조시 불가피하게 함유되는 원소이며, 비금속개재물을 형성하여 강의 인성 및 강도를 저하시키고 특히, 극저온상태에서 취성 파괴 정지 특성을 확보하기 위하여 가능한 한 낮게 제어하는 것이 바람직하며, 이론상 황의 함량을 0%로 제한하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 불순물로서 첨가될 수 밖에 없다. 따라서, 상한을 관리하는 것이 중요하며, 본 발명에서는 상기 황의 함량의 상한은 0.005중량%로 제한하는 것이 바람직하다.

칼슘( Ca ): 0.0005~0.004%

칼슘은 MnS 비금속 개재물을 구상화하는데 유용한 원소로서, 상기 MnS 개재물 주위에서의 균열 생성을 억제할 수 있다. 칼슘의 함량이 0.0005중량% 미만인 경우 MnS 개재물의 구상화 효과가 나타나지 않는다. 그러나, 그 함량이 0.004중량%를 초과하는 경우에는 오히려 CaO계 개재물이 다량 생성되어 충격인성을 저하시킨다.

본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.

상술한 성분계를 가지는 강판으로서, 저온파괴인성 및 균일연신율이 우수한 강판이 되기 위한 바람직한 조건으로 강판의 미세조직에 대하여 한정할 필요가 있다.

본 발명에서는 강판의 미세조직은 면적분율로, 페라이트 50~65%, 베이나이트 30~40% 및 도상마르텐사이트 5~10%를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 강판 제조과정에서 실시하는 셀프-템퍼링(Self-Tempering)은 가속 냉각 종료 온도를 Ms+50℃ ~ Ms+110℃로 제어하고 이후 강판을 상온까지 서냉시켜면서 페라이트 내에 과고용된 탄소의 확산과 전위들의 소멸을 유발한다. 아울러, 확산되어 나온 탄소에 의해 잔류 오스테나이트가 형성된 후, 잔류 오스테나이트가 도상마르텐사이트로 변태된다. 이와 같이 연질화된 페라이트와 도상마르텐사이트는 균일 연신율을 향상시키는데 크게 기여한다. 외부 소성 변형을 인가하면, 페라이트와 도상마르텐사이트 계면에서 가동 전위가 용이하게 발달하여 국부적인 응력집중(Strain localization)에 의한 넥킹(Necking) 현상을 지연시킬 수 있으므로 높은 균일연신율을 확보할 수 있다.

상기 미세조직에서 면적분율로 페라이트가 50% 미만일 경우 균일연신율이 열화되며, 65%를 초과할 경우 강도가 열화된다. 또한 면적분율로 베이나이트가 30% 미만일 경우 강도가 열위하고 40%를 초과할 경우 균일연신율 및 DWTT 특성이 열화된다. 아울러, 면적분율로 도상마르텐사이트가 5% 미만일 경우 균일연신율이 열화되며 10%를 초과할 경우 DWTT 특성이 열화된다.

또한, 라인파이프용 강재가 저온에서 안전하게 사용되기 위해서는 취성파괴 정지 특성을 나타내는 DWTT(Drop Weight Tearing Test) 특성이 필수적으로 우수해야 한다. 기본적으로 파이프 상태에서 DWTT 연성파면율이 -20℃에서 85% 이상이면 사용이 가능하다. 이러한 파이프에 공급되는 강판은 기본적으로 DWTT 연성파면율이 -20℃에서 90% 이상을 보유해야 한다. 일반적으로 DWTT 특성은 강재의 유효 결정립 크기와 깊은 연관성을 나타낸다.

유효 결정립 크기는 고경각입계를 갖는 그레인(grain)들의 크기로 정의되며 균열이 개시되어 전파할 때 균열은 유효 결정립계에서 진전 경로가 바뀌게 된다. 따라서 유효 결정립 크기가 미세할수록 균열의 전파저항성은 증가하게 된다.

여기서, 고경각이란 결정립사이의 방위차가 15도 이상인 경우를 의미하며, 고경각입계를 가지는 그레인(grain)을 유효 결정립이라 칭한다.

본 발명의 강판에서는 상기 페라이트의 평균 유효 결정립 크기는 10㎛ 이하로, 상기 베이나이트의 평균 유효 결정립 크기는 20㎛ 이하로, 그리고 상기 도상마르텐사이트의 평균 유효 결정립 크기는 4㎛ 이하로 한정하는 것이 양호한 균열 전파저항성을 유지하기 위해 바람직하다.

상술한 성분계를 가지며 미세조직의 조건을 충족하는 강판은 보증온도 -20℃ 이하에서 90% 이상의 DWTT 연성파면율을 확보하고, 동시에 10% 이상의 균일연신율을 갖는 것으로서 본 발명에서 목적하는 성질을 모두 충족하게 된다.

이하에서는, 본 발명의 균일연신율 및 저온파괴인성이 우수한 라인파이프용 강판의 제조방법에 대해서 설명하고자 한다.

최근 저온파괴인성용 라인파이프 강재는 기존 저온파괴인성(파괴 전파 저항성)과 더불어, 최소 10%의 균일연신율을 함께 요구하고 있다. 따라서 본 발명에서는 저온파괴인성과 균일연신율을 동시에 확보하기 위하여 가속 냉각 속도와 종료 온도를 적절하게 제어함으로써 셀프-템퍼링(Self-Tempering)을 강재에 유발시켜 균일 미세한 페라이트+베이나이트+도상 마르텐사이트 복합조직강을 제조하고자 하였다. 셀프-템퍼링은 강판의 압연후 냉각과정에서 구현가능하므로 오프라인 템퍼링에 비하여 그 효율이 매우 우수하며, 강판의 생산성에 특별한 악영향을 미치지 않는다.

이를 위하여, 먼저, 상기와 같은 성분과 함량을 가지는 슬라브를 1140~1180℃에서 가열한다.

열간압연전 슬라브를 1140℃ 이상으로 재가열함으로써 NbC가 용해되어 Nb 원자 상태로 존재하도록 해야 한다. 재가열 온도가 1180℃를 초과하는 경우에는 재가열시 조대한 TiN 석출물이 형성되는 문제점이 있다. 따라서, 상기 슬라브 재가열 단계의 온도범위는 1140~1180℃로 한정하는 것이 바람직하다.

더불어, 재가열된 슬라브는 균열대에서 1100~1140℃로 30분 이상 유지 후 추출한다. 슬라브 추출온도가 1100℃미만인 경우에는 압연성 등 작업성이 용이하지 않을 수 있으며, 1140℃를 초과하는 경우에는 작업성은 용이하나 입도제어가 잘 이루어지지 않으므로, 슬라브 추출온도를 1100~1140℃로 관리하는 것이 바람직하다. 아울러, 균열대에서 30분 미만 유지 시, 슬라브 두께와 길이 방향의 균열도가 낮아 압연성이 열위하고 최종 강판의 물성편차를 야기할 수 있다.

강판의 저온인성을 향상시키기 위하여 오스테나이트 결정립을 미세한 크기로 제어하는 것이 바람직하다. 이는 압연온도 및 압하율을 제어함으로써 가능하다. 본 발명에서 압연은 두 가지 온도영역에서 실시하는 것이 바람직한데, 상기 두 온도영역에서 재결정 거동이 상이하므로 그 조건도 각각 설정하는 것이 바람직하다.

첫 번째 압연은 재결정역 압연으로서, 상기 추출된 슬라브를 압연하여 Tnr-30℃~Tnr+20℃에서 종료하여 재결정역 압연된 강판을 제조하는 과정이다.

여기서 Tnr 온도는 오스테나이트의 재결정역이 정지되는 온도를 말하는 것으로서, Tnr= 887 + (464*C) + ((6445*Nb) - (644*SQRT(Nb))) + ((732*V) - (230*SQRT(V))) + (890*Ti) + (363*Al) - (357*Si)로 도출해낼 수 있다. 재결정역 압연을 통하여 구 오스테나이트의 결정립을 미세화시킬 수 있다.

또한, 재결정역 압연시 평균 압하율은 10% 이상으로 한정하는 것이 바람직하다. 평균압하율이 10% 미만인 경우에는 조대 베이나이트와 같이 DWTT 특성을 급격히 저하시킬 수 있는 변태조직이 유발될 수 있다. 압연종료온도가 Tnr-30℃ 미만이거나 Tnr+20℃ 초과하는 경우에도 상기와 같은 이유로 DWTT 특성을 크게 저하될 수 있다.

두 번째 압연은 미재결정역 압연으로서, 상기 재결정역 압연된 강판을 Tnr-160℃~Tnr-130℃에서 미재결정역 압연하는 과정이다.

미재결정역 압연 개시온도는 Tnr-160℃~Tnr-130℃ 범위로 한정하는 것이 바람직하다. Ar3 온도는 오스테나이트가 페라이트로 변태되는 온도를 말하는 것이며, 반드시 이로 제한하는 것은 아니나 이론상 Ar3 = 910-(273*C)-(74*Mn)-(57*Ni)-(16*Cr)-(9*Mo)-(5*Cu)로 도출해낼 수 있다. 압연개시온도가 Tnr-130℃를 초과하는 경우에는 조대한 변태조직이 형성되는 문제점이 있다. Tnr-160℃ 미만인 경우, 압연종료온도가 Ar3-10℃ 미만으로 되어 전위가 다량 포함된 가공 페라이트 형성에 의해 균일연신율이 열화되는 문제점이 있다.

또한, 미재결정역 압연단계의 누적압하율은 73~80%로 한정하는 것이 바람직하다. 누적압하율이 80%를 초과하는 경우에는 재결정역 압연효과가 약화되어 조대한 미재결정 오스테나이트가 잔존한다. 반면에, 73% 미만인 경우에는 오스테나이트가 충분히 찌그러지지 않아 미세한 변태 조직을 얻을 수 없다. 미재결정역 압연종료온도는 Ar3 ~ Ar3+40℃ 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 미재결정역 압연종료온도가 Ar3+40℃를 초과하는 경우에는 조대한 변태조직이 형성된다. 아울러, Ar3 미만인 경우, 가공 페라이트 형성에 의해 균일연신율이 열화되는 문제점이 있다.

상기 미재결정역 압연된 강판을 Ar3-60℃~Ar3-40℃에서 15~40℃/s의 냉각속도로 냉각을 개시한다. 냉각개시온도를 제어하는 것은 미세한 등축 페라이트의 형성에 중요한 요소이다. 본 발명에서 냉각개시온도는 Ar3-60℃ ~ Ar3-40℃ 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 냉각 개시온도가 Ar3-60℃ 미만이거나 Ar3-40℃를 초과하는 경우에는 페라이트 적정 분율이 50~65%를 만족하지 못한다.

냉각종료온도는 Ms+50℃ ~ Ms+110℃ 범위로 한정하여 이후 추가적으로 강판을 상온으로 공냉 또는 방냉시켜 셀프-템퍼링(Self-tempering)을 유도할 수 있다. 셀프-템퍼링은 탄소의 확산을 통해 잔류 오스테나이트를 형성시킨 후 잔류 오스테나이트를 도상 마르텐사이트를 변태시키고 페라이트내 과고용된 탄소의 함량을 낮춤으로써 페라이트의 연질화를 유도할 수 있다. 페라이트 계면에 미세하게 분포한 도상 마르텐사이트는 외부 소성변형 인가 시, 두 조직간 경도차에 의해 가동 전위를 쉽게 유발시켜 재료의 변형능, 즉 균일 연신율을 향상시키는데 기여한다. Ms는 마르텐사이트 변태개시온도를 말하는 것으로서, 본 발명에서는 Ms = 539-423*(%C)-30.4*(%Mn)-17.7*(%Ni)-12.1*(%Cr)-7.5*(%Mo)로 도출해낼 수 있다. 냉각종료온도가 Ms+110℃를 초과하는 경우에 페라이트와 도상 마르텐사이트 그리고 탄화물(Carbide)이 조대화되어 강도와 DWTT 특성이 모두 열화된다. 또한, 냉각종료온도가 Ms+50℃ 미만일 경우에는 공냉 중에 탄소의 확산능이 저하되고 도상 마르텐사이트 변태가 억제되어 높은 균일연신율을 기대할 수 없다.

냉각속도는 15~40℃/s으로 제한하는 것이 바람직하다. 냉각속도는 특별히 한정되는 것은 아니지만 후물재 특성상 적절한 상한이 존재할 수 있다. 냉각속도가 15℃/s 미만일 경우에는 조직의 입도가 증가하여 강도와 인성 모두 열화될 수 있다. 반대로 냉각속도가 40℃/s 초과할 경우, 강판의 특성상 과다한 냉각수량으로 인해 강판의 뒤틀림 현상이 발생하여 형상제어가 불량하게 된다.

상기의 방법으로 제조된 강판은 저온에서도 저온파괴인성 또는 파괴 전파저항성, 즉 DWTT 특성이 우수할 뿐만 아니라 균일연신율도 탁월하다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 예일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하지는 않는다.

[ 실시예 ]

하기 표 1과 같은 성분을 가지는 강 슬라브를 준비하였다.

성분의 함량단위는 중량%이다.

상기 슬라브를 하기 표 2에 기재된 제조조건에 따라 22mm 두께의 판재로 제조하였다.

상기와 같이 제조된 발명예들과 비교예들에 대하여 DWTT 및 인장시험을 실시하였다. DWTT시험은 -20℃에서 실시하였으며, 각 시편에 대하여 노치부의 연성파면율을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다. 또한, 발명예들과 비교예들의 압연재에 대해 광학현미경 분석을 실시하여 각 상들의 분율을 측정하여 표 3에 나타내었다. 아울러, 전자 후방산란 회절 (EBSD; Electron Backscatter Diffraction) 분석을 수행하여 고경각입계를 갖는 유효 결정립의 평균 크기를 측정하여 표 3에 나타내었다. 또한, 균일연신율, 항복강도 및 인장강도를 측정하여 하기 표 3에 함께 나타내었다.

시편 번호		강종	페라이트 분율(%) /평균사이즈 (mm)	도상마르텐사이트분율(%) /평균사이즈 (mm)	베이나이트분율(%)/ 평균사이즈 (mm)	-20℃DWTT 연성파면율 (%)	균일 연신율 (%)	압연직각 방향 항복강도 (MPa)	압연직각 방향 인장강도 (MPa)
발 명 예	1	A	56/7.4	6/2.7	38/15.3	99	13	548	645
	2	B	53/8.2	8/2.5	39/16.4	96	12	544	649
	3	C	61/9.3	9/3.8	30/17.4	95	14	524	634
비 교 예	4	A	45/12.1	9/5.7	46/23.2	78	11	565	660
	5	A	52/9.5	6/5.1	42/20.2	84	14	538	638
	6	B	44/12.6	5/4.9	51/20.1	79	10	543	682
	7	B	67/9.5	9/3.8	24/15.2	93	9	566	615
	8	C	72/18.5	9/4.8	19/25.3	92	14	525	585
	9	C	55/11.7	11/6.5	34/19.8	75	14	503	591
	10	C	49/6.8	2/2.4	49/16.5	99	8	555	657

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 발명예 1 내지 발명예 3은 본 발명의 성분범위를 만족하는 강종 A, B, C를 사용하여 본 발명의 제조조건을 통해 압연 및 냉각한 것으로서, 10㎛ 이하의 평균 결정립크기를 갖는 약 50~65% 분율의 페라이트와 20㎛ 이하의 평균 결정립크기를 갖는 30~40% 분율의 베이나이트 그리고 4㎛ 이하의 평균 결정립 크기의 도상마르텐사이트 복합 조직강을 보유한 강판으로 제조되었으며, -20℃ DWTT 연성파면율 95~99%와 균일연신율 12~14%로 극한지 적용 라인파이프 강재의 보증물성을 만족하였다.

또한, API-5L 규격에 의거, API-X70(70Ksi)급 강관의 항복강도는 485~555MPa이며 강관을 제조하기 위한 강판의 항복강도는 통상 500~600MPa 정도를 요구하고 있다. 상기 표 3의 발명예들의 항복강도는 모두 70Ksi급의 라인파이프용 강판으로서 사용할 수 있는 수치를 보여주고 있다.

이에 비하여, 비교예 4 내지 비교예 10은 본 발명의 성분범위는 모두 만족하나 제조조건이 본 발명에서 제어하는 조건을 벗어난 경우로서, DWTT 특성 혹은 균일연신율이 열위한 실적을 보였다.

Claims

중량%로, 탄소(C): 0.04~0.10%, 실리콘(Si): 0.05~0.50%, 망간(Mn): 1.4~2.0%, 알루미늄(Al): 0.01~0.05%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 질소(N): 0.002~0.01%, 니오븀(Nb): 0.02~0.07%, 크롬(Cr): 0.05~0.3%, 니켈(Ni): 0.1~0.4%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.3%, 인(P): 0.015% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 칼슘(Ca): 0.0005~0.004%, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
미세조직은 면적분율로, 페라이트 50~65%, 베이나이트 30~40% 및 도상마르텐사이트 5~10%를 포함하고,
상기 페라이트의 평균 유효 결정립 크기가 10㎛ 이하, 상기 베이나이트의 평균 유효 결정립 크기가 20㎛ 이하, 및 상기 베이나이트의 평균 유효 결정립 크기가 20㎛ 이하인, 균일연신율 및 저온파괴인성이 우수한 라인파이프용 강판.
제 1항에 있어서,
상기 라인파이프용 강판은 -20℃이하에서 90%이상의 DWTT 연성파면율을 가지면서, 10% 이상의 균일연신율을 가지는 것인, 균일연신율 및 저온파괴인성이 우수한 라인파이프용 강판.
중량%로, 탄소(C): 0.04~0.10%, 실리콘(Si): 0.05~0.50%, 망간(Mn): 1.4~2.0%, 알루미늄(Al): 0.01~0.05%, 티타늄(Ti): 0.005~0.02%, 질소(N): 0.002~0.01%, 니오븀(Nb): 0.02~0.07%, 크롬(Cr): 0.05~0.3%, 니켈(Ni): 0.1~0.4%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.3%, 인(P): 0.015% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 칼슘(Ca): 0.0005~0.004%, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1140~1180℃에서 가열하는 단계;
상기 가열된 슬라브를 1100-1140℃에서 30분 이상 유지 후 추출하는 단계;
상기 추출된 슬라브에 대하여 Tnr-30℃~Tnr+20℃에서 종료하는 재결정역 압연을 실시하여 재결정역 압연된 강판을 제조하는 단계;
상기 재결정역 압연된 강판을 압연개시온도 Tnr-160℃~Tnr-130℃로, 압연종료온도 Ar3 ~ Ar3+40℃로 미재결정역 압연하는 단계;
상기 미재결정역 압연된 강판을 Ar3-60℃~Ar3-40℃에서 15~40℃/s의 냉각속도로 냉각을 개시하는 단계; 및
Ms+50℃~Ms+110℃에서 냉각을 종료한 후 강판을 상온으로 공냉 또는 방냉시켜 셀프-템퍼링(Self-tempering)하는 단계를 포함하는, 균일연신율 및 저온파괴인성이 우수한 라인파이프용 강판의 제조방법.
제 3항에 있어서,
상기 재결정역 압연된 강판을 제조하는 단계의 평균 압하율은 10% 이상인 것인, 균일연신율 및 저온파괴인성이 우수한 라인파이프용 강판의 제조방법.
제 3항에 있어서,
상기 미재결정역 압연하는 단계의 누적압하율은 73~80%인 것인, 균일연신율 및 저온파괴인성이 우수한 라인파이프용 강판의 제조방법.