KR20150112517A

KR20150112517A - 라인파이프용 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20150112517A
Application number: KR1020140036854A
Authority: KR
Inventors: 김규태; 강동훈; 윤동현
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2014-03-28
Publication date: 2015-10-07

Abstract

내수소유기균열 특성이 우수한 항복강도 500MPa 이상의 고장력 라인파이프용 강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 라인파이프용 강판 제조 방법은 중량%로, C : 0.02 ~ 0.05%, Si : 0.2 ~ 0.3%, Mn : 1.0 ~ 1.4%, P : 0.008% 이하, S : 0.0008% 이하, Al : 0.02 ~ 0.05%, Ni : 0.2 ~ 0.5%, Cu : 0.2 ~ 0.3%, Cr : 0.2 ~ 0.3%, Nb : 0.07 ~ 0.10%, Ti : 0.025 ~ 0.05%, Ca : 0.001 ~ 0.004%, N : 0.004% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 1180℃ 이상의 온도로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 판재를 오스테나이트 재결정영역에서 1차 압연하는 단계; 상기 1차 압연된 판재를 압연종료온도 750~850℃ 및 최종 두께 20mm 이상의 조건으로 2차 압연하는 단계; 및 상기 2차 압연된 판재를 480~570℃까지 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

라인파이프용 강판 및 그 제조 방법{STEEL SHEET FOR LINE PIPE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 라인파이프용 강판 제조 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여, 내수소유기균열 특성이 우수한 항복강도 500MPa 이상의 고장력 라인파이프용 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

황화수소(H₂S) 가스를 일정량 이상 함유하고 있는 가스나 원유 수송에 사용되는 라인파이프용 강판은 수소유기균열에 취약하여 스위트(sweet) 가스, 오일 수송용 강판보다 청정도 관리가 엄격하게 적용되어야 한다.

황화수소 가스에 포함되어 있는 수소 성분들(H)은 강 내부로 침투하여 수소 분자(H₂)로 압력이 증가하고, 산화물이나 MnS, Nb(C,N) 등 개재물의 끝단 및 국부적으로 경도가 높은 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 조직들을 기점으로 크랙을 발생시켜 파이프의 파단으로 연결된다.

MnS와 같은 연신된 개재물들은 황(S) 불순물들을 최소화시키고, 칼슘(Ca) 첨가를 통해 CaS 를 형성시킴으로써 개재물의 형상을 조절하는 공정이 가능하고, Nb(C,N)과 같은 니오븀 탄질화물들은 DWTT(Drop Weight Tear Test) 등 재질특성을 고려하여 첨가량에 따른 슬라브 재가열 온도를 고용 가능한 온도로 설계함으로써 수소유기균열 원인을 사전에 방지할 수 있다. 그러나, 상기와 같이 최적의 합금설계로부터 크랙의 원인이 되는 개재물 등은 제거가 가능하나, 중심 편석대에서 상대적으로 크랙에 민감한 저온변태조직들이 많이 형성되면 수소유기크랙을 피할 수 없다.

특히 강도가 높을수록, 크랙에 대한 민감도가 증가하여 상대적으로 적은 변태조직 형성에도 쉽게 크랙이 전파되는 경로로 작용하게 된다.

본 발명에 관련된 배경기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0061260호(2011.06.09. 공개)에 개시된 고강도 강판 및 그 제조방법이 있다.

본 발명의 목적은 합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여, 내수소유기균열 특성이 우수한 항복강도 500MPa 이상의 고장력 라인파이프용 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 라인파이프용 강판 제조 방법은 중량%로, C : 0.02 ~ 0.05%, Si : 0.2 ~ 0.3%, Mn : 1.0 ~ 1.4%, P : 0.008% 이하, S : 0.0008% 이하, Al : 0.02 ~ 0.05%, Ni : 0.2 ~ 0.5%, Cu : 0.2 ~ 0.3%, Cr : 0.2 ~ 0.3%, Nb : 0.07 ~ 0.10%, Ti : 0.025 ~ 0.05%, Ca : 0.001 ~ 0.004%, N : 0.004% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 1180℃ 이상의 온도로 재가열하는 단계; 상기 재가열된 판재를 오스테나이트 재결정영역에서 1차 압연하는 단계; 상기 1차 압연된 판재를 압연종료온도 750~850℃ 및 최종 두께 20mm 이상의 조건으로 2차 압연하는 단계; 및 상기 2차 압연된 판재를 480~570℃까지 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 2차 압연은, 70% 이상의 압하율로 수행되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각은, 15~25℃/sec의 평균냉각속도로 수행되는 것이 바람직하다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 라인파이프용 강판은 중량%로, C : 0.02 ~ 0.05%, Si : 0.2 ~ 0.3%, Mn : 1.0 ~ 1.4%, P : 0.008% 이하, S : 0.0008% 이하, Al : 0.02 ~ 0.05%, Ni : 0.2 ~ 0.5%, Cu : 0.2 ~ 0.3%, Cr : 0.2 ~ 0.3%, Nb : 0.07 ~ 0.10%, Ti : 0.025 ~ 0.05%, Ca : 0.001 ~ 0.004%, N : 0.004% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며, 면적률로 애시큘라 페라이트(accicular ferrite) 80% 이상을 포함하는 미세조직을 갖고, 항복강도 500MPa 이상을 나타내는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 라인파이프용 강판의 미세조직은, 면적률로 폴리고날 페라이트, 펄라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트 중 1종 이상이 면적률로 20% 이하로 포함되며, 펄라이트가 포함될 경우 상기 펄라이트는 면적률로 5% 이하로 포함될 수 있다.

또한, 상기 라인파이프용 강판은 Mn 편석 지수(두께 중심부의 Mn 최대값 / Mn 평균값)가 1.9 이하이고, HIC 테스트 후 CLR(Crack Length Ratio) 6% 이하를 나타낼 수 있다.

본 발명에 따른 라인파이프용 강판 제조 방법에 의하면, C, Nb 등 합금성분 제어 및 압연 및 냉각 등 공정 제어를 통하여 수소유기균열의 민감도를 증가시키는 중심편석 영역에서의 저온변태조직형성을 최소화시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 경우, 0.07중량% 이상의 Nb 첨가를 통하여 C함량을 최소화하여 편석을 최소화하면서도 결정립 미세화를 통해 동일한 인성과 강도를 유지할 수 있어, 상대적으로 베이나이트 기지조직보다 수소유기균열 감수성이 매우 낮은 애시큘라 페라이트 조직분율을 유도함으로써 강판 제조 비용을 절감할 수 있다.

또한, 종래에는 항복강도 500MPa 이상을 가지면서 수소유기균열 저항 특성이 우수한 강재 제조를 위하여 Mo를 0.1중량% 이상 첨가하고, Nb 함량을 0.03중량% 이하로 하여 상대적으로 낮은 슬라브 재가열 온도에서도 형성된 탄질화물이 잘 용해되고 니오븀탄잘화물에 의한 수소유기균열 감수성을 최소화 할 수 있도록 하였으나, 이 경우 고가의 합금원소 첨가에 따른 비용상승이 필요하였다. 그러나, 본 발명에서는 C함량을 최소화하고 결정립 미세화를 통해 강도가 향상될 수 있도록 Nb 함량을 0.07중량% 이상 첨가하고, 조대한 Nb(C,N)으로부터 수소유기균열이 발생되는 것을 방지할 수 있도록 슬라브 재가열온도를 니오븀이 충분히 고용될 수 있는 1180℃ 이상으로 수행한 결과, 저합금 성분에서도 내수소유기균열 특성이 우수하면서 항복강도 500MPa 이상을 갖는 강판 제조가 가능하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 라인파이프용 강판 제조 방법을 나타낸 것이다.
도 2는 시편 1~6 각각의 HIC 테스트 후 스캔 결과를 나타낸 것이다.

본 발명의 특징과 이를 달성하기 위한 방법은 첨부되는 도면과, 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해진다. 그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예에 한정되는 것은 아니며, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하기 위함이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의될 뿐이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라인파이프용 강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

라인파이프용 강판

본 발명에 따른 라인파이프용 강판은 중량%로, C : 0.02 ~ 0.05%, Si : 0.2 ~ 0.3%, Mn : 1.0 ~ 1.4%, P : 0.008% 이하, S : 0.0008% 이하, Al : 0.02 ~ 0.05%, Ni : 0.2 ~ 0.5%, Cu : 0.2 ~ 0.3%, Cr : 0.2 ~ 0.3%, Nb : 0.07 ~ 0.10%, Ti : 0.025 ~ 0.05%, Ca : 0.001 ~ 0.004%, N : 0.004% 이하를 포함한다.

상기 합금성분들외 나머지는 철(Fe)과 제강 과정 등에서 불가피하게 포함되는 불가피한 불순물로 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 라인파이프용 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.

탄소(C)

탄소(C)는 강도를 확보하기 위하여 첨가된다.

상기 탄소(C)는 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.02 ~ 0.05 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄소(C)의 함량이 0.02 중량% 미만일 경우에는 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 0.05 중량%를 초과할 경우에는 인성 저하를 야기할 수 있으며, 용접성의 저하를 가져오는 문제점이 있다.

실리콘(Si)

실리콘(Si)은 강 중 탈산제로 작용하며, 강도 확보에 기여한다.

상기 실리콘(Si)은 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.2 ~ 0.3 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘(Si)의 함량이 0.2 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 실리콘(Si)의 함량이 0.3 중량%를 초과할 경우에는 강판의 인성 및 용접성이 열화되는 문제가 있다.

망간(Mn)

망간(Mn)은 인성을 열화시키지 않고 강도를 향상시키는데 유용한 원소이다.

상기 망간(Mn)은 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 1.0 ~ 1.4 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간(Mn)의 함량이 1.0 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 1.4 중량%를 초과할 경우에는 템퍼 취화(Temper Embrittlement) 감수성을 증대시키는 문제점이 있다.

인(P)

인(P)은 시멘타이트 형성을 억제하고, 강도를 증가시키기 위해 첨가된다.

그러나, 인(P)은 용접성을 악화시키고, 슬라브 중심 편석(slab center segregation)에 의해 최종 재질 편차를 발생시키는 원인이 될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 인(P)의 함량을 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.008 중량% 이하로 제한하였다.

황(S)

황(S)은 강의 인성 및 용접성을 저해한다. 특히, 상기 황(S)은 망간(Mn)과 결합하여 MnS 비금속 개재물을 형성함으로써 응력부식균열에 대한 저항성을 악화시켜 강의 가공 중 크랙을 발생시킬 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 황(S)의 함량을 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.0008 중량% 이하로 제한하였다.

알루미늄(Al)

알루미늄(Al)은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다.

상기 알루미늄(Al)은 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.02 ~ 0.05 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 알루미늄(Al)의 함량이 0.02 중량% 미만일 경우에는 상기의 실리콘 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 알루미늄(Al)의 함량이 0.05 중량%를 초과할 경우에는 비금속 개재물인 Al₂O₃를 형성하여 저온 충격인성을 저하시키는 문제점이 있다.

니켈(Ni)

니켈(Ni)은 소입성을 향상시키면서 인성 개선에 유효한 원소이다.

상기 니켈(Ni)은 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.2 ~ 0.5 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 니켈(Ni)의 함량이 0.2 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과가 미미하다. 반대로, 니켈(Ni)의 함량이 0.5 중량%를 초과할 경우에는 강판의 가공성을 저하시키며, 제조 비용을 상승시키는 문제가 있다.

구리(Cu)

구리(Cu)는 니켈(Ni)과 함께 강의 경화능 및 저온 충격인성을 향상시키는 역할을 한다.

상기 구리(Cu)는 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.2 ~ 0.3 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 구리(Cu)의 함량이 0.2 중량% 미만일 경우에는 구리의 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 구리(Cu)의 함량이 0.3 중량%를 초과할 경우에는 고용 한도를 초과하기 때문에 더 이상의 강도 증가에 기여하지 못하며, 적열취성을 유발하는 문제가 있다.

크롬(Cr)

크롬(Cr)은 강도를 확보하기 위해 첨가되는 유효한 원소이다. 또한, 상기 크롬(Cr)은 담금질성을 증가시키는 역할을 한다.

크롬(Cr)은 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.2 ~ 0.3 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 크롬(Cr)의 함량이 0.2 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 크롬(Cr)의 함량이 0.3 중량%를 초과할 경우에는 용접성이나 열영향부(HAZ) 인성을 저하시키는 문제점이 있다.

니오븀(Nb)

니오븀(Nb)은 고온에서 탄소(C) 및 질소(N)와 결합하여 탄화물 또는 질화물을 형성한다. 니오븀계 탄화물 또는 질화물은 압연시 결정립 성장을 억제하여 결정립을 미세화시킴으로써 강판의 강도와 저온인성을 향상시킨다. 특히, 본 발명에서는 탄소 함량이 0.05중량% 이상인 바, 니오븀은 강도를 보상 역할을 한다.

니오븀(Nb)은 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.07 ~ 0.10 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 니오븀(Nb)의 함량이 0.07 중량% 미만일 경우에는 결정립 미세화, 특히 강도 보상을 충분히 발휘하기 어렵다. 반대로, 니오븀(Nb)의 함량이 0.10 중량%를 초과할 경우에는 강판의 용접성을 저하시키며, 강도와 저온인성은 더 이상 향상되지 않고 페라이트 내에 고용된 상태로 존재하여 오히려 충격인성을 저하시킬 위험이 있다.

티타늄(Ti)

티타늄(Ti)은 고온안정성이 높은 Ti(C, N) 석출물을 생성시킴으로써, 용접시 오스테나이트 결정립 성장을 방해하여 용접부의 조직을 미세화시킴으로써 열연 강판의 인성 및 강도를 향상시키는 효과를 갖는다.

상기 티타늄(Ti)은 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.025 ~ 0.05 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.025 ~ 0.03 중량%를 제시할 수 있다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.025 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과가 불충분하다. 반대로, 티타늄(Ti)의 함량이 0.05 중량%를 초과할 경우에는 조대한 석출물을 생성시킴으로써 강의 저온충격 특성을 저하시키며, 더 이상의 첨가 효과 없이 제조 비용을 상승시키는 문제가 있다.

칼슘(Ca)

칼슘(Ca)은 CaS 개재물을 형성시킴으로써 MnS 개재물의 생성을 억제하기 위하여 첨가된다. 즉, 칼슘은 망간(Mn)에 비하여 황과의 친화도가 높으므로 칼슘의 첨가시 CaS 개재물이 생성되고 MnS 개재물의 생성은 감소한다.

상기 칼슘(Ca)은 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.001 ~ 0.004 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 칼슘(Ca)의 함량이 0.001 중량% 미만일 경우에는 상기의 MnS 제어 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 칼슘(Ca)의 함량이 0.004 중량%를 초과할 경우에는 CaO 개재물의 생성이 과도해져 연주성 및 전기저항 용접성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

질소(N)

질소(N)는 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 등과 결합하여 탄질화물을 형성함으로써 결정립을 미세화하는데 기여한다. 그러나 질소가 강 내 다량 함유되어 있을 경우, 고용 질소가 증가하여 강의 충격특성 및 연신율을 떨어뜨리고 용접부 인성을 크게 저해된다. 이에 본 발명에서는 질소의 함량을 강판 전체 중량의 0.004중량% 이하로 제한하였다.

상기 합금성분을 갖는 본 발명에 따른 라인파이프용 강판은 후술하는 공정 제어를 통하여, 항복강도 500MPa 이상을 나타낼 수 있다.

또한 본 발명에 따른 라인파이프용 강판은 면적률로 애시큘라 페라이트(accicular ferrite) 80% 이상을 포함하는 미세조직을 가질 수 있다. 이때, 상기 미세조직은, 면적률로 폴리고날 페라이트, 펄라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트 중 1종 이상이 면적률로 20% 이하로 포함되며, 펄라이트가 포함될 경우 상기 펄라이트는 면적률로 5% 이하로 포함될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 Mn 편석 지수(두께 중심부의 Mn 최대값 / Mn 평균값)가 1.9 이하이고, HIC 테스트 후 CLR(Crack Length Ratio) 6% 이하를 나타낼 수 있다.

라인파이프용 강판 제조 방법

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 라인파이프용 강판 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.

도 1을 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 강판 제조 방법은 슬라브 재가열 단계(S110), 1차 압연 단계(S120), 2차 압연 단계(S130) 및 냉각 단계(S140)를 포함한다. 이때, 슬라브 재가열 단계(S110)는 반드시 수행되어야 하는 것은 아니나, 석출물의 재고용 등의 효과를 도출하기 위해서는 실시하는 것이 더 바람직하다.

본 발명에 따른 강판 제조 방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품 상태의 슬라브 판재는 중량%로, C : 0.03 ~ 0.06%, Si : 0.2 ~ 0.3%, Mn : 1.0 ~ 1.4%, P : 0.01% 이하, S : 0.001% 이하, Al : 0.02 ~ 0.05%, Ni : 0.4 ~ 0.5%, Cu : 0.2 ~ 0.3%, Cr : 0.2 ~ 0.3%, Mo : 0.1 ~ 0.2%, Nb : 0.01 ~ 0.02%, V : 0.05 ~ 0.08%, Ti : 0.01 ~ 0.02%, Ca : 0.001 ~ 0.004%, B : 0.0005% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어진다.

이때, 상기 조성을 갖는 슬라브 판재는 제강공정을 통해 원하는 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 얻어질 수 있다.

슬라브 재가열

슬라브 재가열 단계(S110)에서는 상기의 조성을 갖는 슬라브 판재를 1180℃ 이상, 예를 들어 1180~1300℃로 1~4시간동안 재가열한다. 이러한 슬라브 판재의 재가열을 통하여, 주조 시 편석된 성분의 재고용 및 석출물의 재고용이 발생할 수 있다.

Nb 함량이 0.07중량% 이상인 합금 성분에서 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1180℃ 미만일 경우에는 중심편석대에 저온변태조직이 형성되지 않더라도 수소유기크랙이 발생이 되었고, 발생기점에는 (Nb, Ti)(C,N)가 확인이 되었다.

1차 압연, 2차 압연

1차 압연 단계(S120)에서는 재가열된 슬라브 판재를 오스테나이트 재결정영역에서 1차 압연한다.

이어서, 2차 압연 단계(S130)에서는 1차 압연된 판재를 오스테나이트 미재결정 영역에서, 압연종료온도(Finish Rolling Temperature; FRT) 750~850℃ 및 최종 두께 20mm 이상의 조건으로 2차 압연한다.

본 단계에서, 압연종료온도(FRT)가 750℃ 미만일 경우에는 이상역 압연이 발생하여 균일하지 못한 조직이 형성됨으로써 저온 충격인성을 크게 저하시킬 수 있다. 반대로, 압연종료온도(FRT)가 850℃를 초과할 경우에는 연성 및 인성은 우수하나, 강도가 저하되는 문제가 있다.

2차 압연은 70% 이상의 압하율로 수행되는 것이 바람직하다. 2차 압연시 압하율이 70% 미만일 경우에는 균일하면서도 미세한 조직을 확보하는 것이 어려워 강도 및 충격인성의 편차가 심하게 발생할 수 있다.

냉각

냉각 단계(S140)에서는 2차 압연된 판재를 15 ~ 25℃/sec의 속도로 FCT(Finish Cooling Temperature) : 480 ~ 570℃ 조건으로 냉각한다.

슬라브 재가열 온도가 1,180℃ 이상인 경우, 냉각 종료온도가 480℃ 미만에서는 수소유기크랙이 발생이 되었고, 크랙은 두께 중심부의 저온변태조직을 따라 전파되었다.

또한, 냉각 종료온도가 570℃를 초과하는 경우 항복강도가 500MPa 미만으로 나타났으며, 부분적으로 형성된 펄라이트를 따라 수소유기크랙이 발생되었다.

본 단계에서, 냉각종료온도(FCT)가 480℃ 미만일 경우에는 제조비용이 증가하며, 저온 조직이 생성되어 강도 확보에는 유리하나, 저온 인성에 취약해지는 문제가 있다. 반대로, 냉각종료온도(FCT)가 480℃를 초과할 경우에는 베이나이트가 형성되지 않아 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다.

또한, 냉각 속도가 20℃/sec 미만일 경우에는 충분한 강도 및 인성 확보가 어렵다. 반대로, 냉각 속도가 30℃/sec를 초과할 경우에는 냉각 제어가 어려우며, 과도한 냉각으로 강판의 형상에 불리할 수 있다.

아울러, 슬라브의 재가열온도가 1,180℃ 이상인 경우에는 가속냉각 조건에 따라 가속냉각 종료온도가 480℃이상은 수소유기크랙이 발생되지 않았으나, 미만에서는 수소유기크랙이 발생이 되었고, 크랙은 두께 중심부의 저온변태조직을 따라 전파되었다.

상기의 과정(S110 ~ S140)으로 제조되는 라인파이프용 강판은 열간압연 후 과도한 과속냉각으로 인한 경질조질의 형성 및 조직 불균일을 방지하기 위해 미재결정영역에서의 마무리 열간압연 온도 및 압하율을 최적화함과 더불어, 충격 특성에 상대적으로 취약한 저온변태조직을 최소화하면서 결정립 사이즈가 최소화되도록 냉각종료온도 및 냉각 속도를 엄격히 제어하여 우수한 저온인성을 확보할 수 있음과 동시에 우수한 연신율 및 평탄도를 확보할 수 있다.

이를 통해, 본 발명의 방법으로 제조되는 라인파이프용 강판은 최종 미세조직이 애시큘라 페라이트(accicular ferrite : AF), 폴리고날 페라이트(polygonal ferrite : PF) 및 베이나이트(bainite)를 포함하는 복합 조직을 갖되, 애시큘라 페라이트(AF)의 조직 분율이 단면 면적율로 60% 이상을 가짐으로써, 인장강도(TS) : 620 ~ 680MPa, 항복강도(YP) : 500MPa 이상, 연신율(EL) : 52% 이상 및 -50℃에서의 DWTT 연성파면율이 85% 이상을 나타낸다.

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 1의 합금조성과 표 2의 공정 조건으로 시편 1~6을 제조하였다. 각 시편들의 경우, 슬라브를 표 2에 기재된 슬라브 재가열 온도에서 각각 2시간 재가열하고, 이어 재결정정지온도 이상에서 1차 압연하고, 재결정정지온도에서 80%의 압하율로 2차 압연하여 800℃에서 종료하였다. 이후, 10℃/sec의 평균냉각속도로 표 2에 기재된 가속냉각 종료온도까지 냉각한 후 공냉하였다.

[표 1] (단위 : 중량%)

[표 2]

2. 기계적 물성 평가

표 2에 시편 1~6 각각의 미세조직 분석 및 인장시험 결과를 나타내었다. 또한, 도 2에 시편 1~6 각각의 HIC 테스트 후 스캔 결과를 나타내었다.

표 2를 참조하면, 본 발명의 합금 조성 및 공정 조건을 만족하는 시편 5~6의 경우, 항복강도 500MPa 이상을 나타내며, 미세조직에 애시큘라 페라이트가 면적률로 80% 이상 포함되어 있는 것을 볼 수 있다. 또한, 표 2 및 도 2를 참조하면, Mn 편석 지수(두께 중심부의 Mn 최대값 / Mn 평균값)가 1.9 이하이고, HIC 테스트 후 CLR(Crack Length Ratio) 6% 이하를 나타내어, 수소유기균열 특성이 우수함을 볼 수 있다.

이에 반하여, 슬라브 재가열 온도가 상대적으로 낮은 시편 1의 경우, 내수소유기균열 특성이 좋지 못하였고, 항복강도 역시 500MPa에 미치지 못하였다.

또한, 냉각종료온도가 상대적으로 낮은 시편 2의 경우, 애시큘라 페라이트 분율이 낮은 대신 베이나이트 분율이 높았으며, HIC 테스트 후 CLR이 72%로서 내수소유기균열 특성이 매우 좋지 못하였다.

또한, 냉각종료온도가 상대적으로 높은 시편 3의 경우, 애시큘라 페라이트 분율이 낮은 대신 폴리고날 펠라이트 분율이 높았으며, 항복강도가 500MPa에 미치지 못하였다.

또한, 탄소 함량이 상대적으로 높은 시편 4의 경우, Mn 편석지수가 1.9를 초과하였으며, 내수소유기균열 특성이 좋지 못하였다.

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 : 1차 압연 단계
S130 : 2차 압연 단계
S140 : 냉각 단계

Claims

중량%로, C : 0.02 ~ 0.05%, Si : 0.2 ~ 0.3%, Mn : 1.0 ~ 1.4%, P : 0.008% 이하, S : 0.0008% 이하, Al : 0.02 ~ 0.05%, Ni : 0.2 ~ 0.5%, Cu : 0.2 ~ 0.3%, Cr : 0.2 ~ 0.3%, Nb : 0.07 ~ 0.10%, Ti : 0.025 ~ 0.05%, Ca : 0.001 ~ 0.004%, N : 0.004% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 1180℃ 이상의 온도로 재가열하는 단계;
상기 재가열된 판재를 오스테나이트 재결정영역에서 1차 압연하는 단계;
상기 1차 압연된 판재를 압연종료온도 750~850℃ 및 최종 두께 20mm 이상의 조건으로 2차 압연하는 단계; 및
상기 2차 압연된 판재를 480~570℃까지 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 2차 압연은, 70% 이상의 압하율로 수행되는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 냉각은, 15~25℃/sec의 평균냉각속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강판 제조 방법.
중량%로, C : 0.02 ~ 0.05%, Si : 0.2 ~ 0.3%, Mn : 1.0 ~ 1.4%, P : 0.008% 이하, S : 0.0008% 이하, Al : 0.02 ~ 0.05%, Ni : 0.2 ~ 0.5%, Cu : 0.2 ~ 0.3%, Cr : 0.2 ~ 0.3%, Nb : 0.07 ~ 0.10%, Ti : 0.025 ~ 0.05%, Ca : 0.001 ~ 0.004%, N : 0.004% 이하 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어지며,
면적률로 애시큘라 페라이트(accicular ferrite) 80% 이상을 포함하는 미세조직을 갖고, 항복강도 500MPa 이상을 나타내는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강판.
제4항에 있어서,
상기 라인파이프용 강판의 미세조직은, 면적률로 폴리고날 페라이트, 펄라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트 중 1종 이상이 면적률로 20% 이하로 포함되며, 펄라이트가 포함될 경우 상기 펄라이트는 면적률로 5% 이하로 포함되는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강판.
제4항에 있어서,
상기 라인파이프용 강판은 Mn 편석 지수(두께 중심부의 Mn 최대값 / Mn 평균값)가 1.9 이하이고, HIC 테스트 후 CLR(Crack Length Ratio) 6% 이하를 나타내는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강판.