KR20160075957A

KR20160075957A - 고강도 고내식 강선 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20160075957A
Application number: KR1020140184677A
Authority: KR
Inventors: 이충열
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2016-06-30

Abstract

본 발명은 고강도 고내식 강선 및 고강도 고내식 강선 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 강선 총 중량에 대하여, 탄소(C) 0.5 내지 0.75중량%, 망간(Mn) 0.5 내지 0.9중량%, 실리콘(Si) 0.2 내지 0.5중량%, 몰리브덴(Mo) 0.03 내지 0.18중량%, 나머지는 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는, 고강도 고내식 강선 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

고강도 고내식 강선 및 이의 제조방법{HIGH STRENGTH AND CORROSION RESISTANCE STEEL WIRE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 고강도, 고내식 강선 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

아머 케이블(armor cable)은 해상에서 원유를 수송하는 플렉시블 파이프에 걸리는 하중을 지탱해주는 보강재로, 고강도와 H₂S 환경에서의 저항성을 필요로 하며, 이를 얻기 위한 방법은 아래와 같다.

첫째, 강의 강도를 높이는 원소를 다량 첨가하여 소재 자체의 강도를 증가시킬 수 있다. 이러한 강화 원소의 대표적인 예로는 탄소를 들 수 있다. 탄소 함량이 증가할 경우 선재 내부에는 경질상인 세멘타이트의 분율이 증가하고 펄라이트 조직의 라멜라 간격이 조밀해짐에 따라 소재의 강도가 향상될 수 있다. 그러나, 탄소는 강도 향상에 효과적인 원소이나, 사우어(sour) 특성을 저하시키므로 사용환경에 따라 적절한 함량을 선정해야 한다.

둘째, 신선가공재는 압연된 선재가 신선 및 열처리되어 최종 소선으로 가공되는 것으로, 가공시 가공 경화에 의해 강도가 대폭 향상될 수 있다. 신선가공될 때, 라멜라 간격이 미세화되고 가공경화 계수가 증가하며, 전위가 집적하는 등의 이유로 가공 경화될 수 있다.

셋째, 상기와는 별도로 타이어코드용 소재의 신선 변형율을 증가시킴으로써 강도가 향상될 수 있다. 이때, 소재의 신선 변형율은 소재의 연성과 밀접한 관계가 있는 것으로 소재 자체가 신선 가공시 단선이 일어나지 않고 용이하게 가공될수록 강도 향상에 유리할 수 있다.

그러나, 상기 방법들은 독립적으로 작용하는 것이 아니라 상호 연관되어 강재의 강도를 변화시키는 것이므로 이들을 독립적으로 제어하여 강도를 향상시키는 것은 강도 상승에 한계가 있다.

본 발명의 일 측면은, 강선의 우수한 황화물 스트레스 열분해(Sulfide Stress Cracking, SSC) 특성이 확보되어, 사우어(sour) 특성이 우수한 고강도, 고내식 강선 및 강선의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 측면은, 납조 열처리를 통해 미세한 펄라이트 조직의 형성이 가능하고, 이로 인하여 강선 및 연신율이 증가된 고강도, 고내식 강선 및 강선의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 구현예는, 강선 총 중량에 대하여, 탄소(C) 0.5 내지 0.75중량%, 망간(Mn) 0.5 내지 0.9중량%, 실리콘(Si) 0.2 내지 0.5중량%, 몰리브덴(Mo) 0.03 내지 0.18중량%, 나머지는 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는, 고강도 고내식 강선을 제공한다.

상기 강선은 펄라이트 층상 간격이 130 내지 150㎛인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 구현예는, 강편 총 중량에 대하여, 탄소(C) 0.5 내지 0.75중량%, 망간(Mn) 0.5 내지 0.9중량%, 실리콘(Si) 0.2 내지 0.5중량%, 몰리브덴(Mo) 0.03 내지 0.18중량%, 나머지는 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는 강편을 열간압연하여 선재를 제조하는 단계; 상기 선재를 가열하는 단계; 및 상기 가열된 선재를 납조 열처리하는 단계;를 포함하는, 고강도 고내식 강선의 제조방법을 제공한다.

상기 열간압연은 950 내지 1100℃에서 열간압연하는 것이 바람직하다.

상기 선재를 가열하는 단계는 950 내지 1050℃로 가열하는 단계인 것이 바람직하다.

상기 가열된 선재를 납조 열처리하는 단계는 500 내지 600℃로 열처리하는 단계인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 강선에 몰리브덴(Mo)를 첨가함으로써, 우수한 황화물 스트레스 열분해(Sulfide Stress Cracking, SSC) 특성을 나타내며, 사우어(sour) 특성이 우수한 고강도, 고내식 강선 및 강선의 제조방법을 제공할 수 있다.

또한, 강편에 몰리브덴(Mo)를 첨가하고 강선을 제조함에 있어서, 납조 열처리를 통해 미세한 펄라이트 조직의 형성이 가능하고, 이로 인하여 강선 및 연신율이 증가된 고강도, 고내식 강선 및 강선의 제조방법을 제공할 수 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 고강도 강선 및 이의 제조방법을 상세히 설명한다.

이하, 본 발명의 강선의 조성 범위에 대하여 상세히 설명한다.

상기 탄소(C)는 상기 고강도 고내식 강선의 총 중량에 대하여, 0.5 내지 0.75중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 탄소는 강선의 강도를 향상시키기 위한 경제적인 원소로, 상기 탄소의 함량이 0.5중량% 미만인 경우 강선의 강도가 저하되고, 상기 탄소의 함량이 0.75중량%를 초과하는 경우 연성이 감소하는 문제가 있다. 특히, 사우어(sour) 특성은 탄소의 함량이 증가함에 따라 저하되므로, 0.75중량% 이하로 포함되는 것이 바람직하다.

상기 망간(Mn)은 상기 고강도 고내식 강선의 총 중량에 대하여, 0.5 내지 0.9중량%로 포함하는 것이 바람직하다. 상기 망간은 중심편석이 심한 원소로, 상기 망간의 함량이 0.9중량%를 초과하는 경우 저온조직을 유발할 가능성이 높고, 상기 망간의 함량이 0.5중량% 미만인 경우 소입성을 확보하기 어려운 문제가 있다.

상기 실리콘(Si)은 상기 고강도 고내식 강선의 총 중량에 대하여, 0.2 내지 0.5중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 실리콘은 고용강화 효과와 함께 펄라이트 층상을 안정화시켜 강도 저하를 억제하는 효과를 나타낸다. 상기 실리콘의 함량이 0.2중량% 미만인 경우 상술한 효과를 얻기 어려우며, 상기 실리콘의 함량이 0.5중량%를 초과하는 경우 신선가공성이 저하되는 문제가 있다.

상기 몰리브덴(Mo)은 상기 고강도 고내식 강선의 총 중량에 대하여, 0.03 내지 0.18중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 몰리브덴은 내부식 특성 향상에 효과를 나타내는 것으로, 상기 몰리브덴의 함량이 0.03중량% 미만인 경우 상술한 효과를 얻기 어려우며, 상기 몰리브덴의 함량이 0.18중량%를 초과하는 경우 소입성이 너무 커서 생산성을 감소시키는 문제가 있다.

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.

한편, 상기 강선은 펄라이트 층상 간격이 130 내지 150㎛인 것이 바람직하다. 구체적으로 상술한 범위의 펄라이트 층상 간격을 나타냄으로써, 선재의 강도 및 연성을 향상시킬 뿐만 아니라, 신선가공시 가공경화율을 높여 신선가공선의 강도를 높일 수 있다. 나아가 몰리브덴을 포함함으로써 내식성이 향상된 강선을 얻을 수 있다.

상기 강편에 포함되는 성분은, 상술한 고강도 고내식 강선에 포함되는 성분과 같이, 강편 총 중량에 대하여 탄소(C) 0.5 내지 0.75중량%, 망간(Mn) 0.5 내지 0.9중량%, 실리콘(Si) 0.2 내지 0.5중량%, 몰리브덴(Mo) 0.03 내지 0.18중량%, 나머지는 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 강편을 열간압연하여 선재를 제조함에 있어서, 상기 열간 압연은 950 내지 1100℃에서 열간압연하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 강편을 950℃ 미만의 온도로 열간압연하는 경우, 압연부하의 증가로 롤 수명이 감소하는 문제가 있고, 상기 강편을 1100℃를 초과하여 열간압연하는 경우 결정립크기가 커져 연성을 감소시킬수 있고, 탈탄이 많이 발생해 신선가공성을 악화시킬수 있다.

상기 열간압연되어 제조된 선재는, 950 내지 1050℃로 가열하고, 가열된 선재를 500 내지 600℃로 납조 열처리 하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 가열에 의하여 오스테나이트 조직을 형성시키고, 납조 열처리를 통해 펄라이트 조직을 형성시킬 수 있다.

한편, 상기 선재를 가열함에 있어서, 950℃ 미만의 온도로 가열하는 경우, 압연부하의 증가로 롤 수명이 감소하는 문제가 있고, 1050℃를 초과하여 가열하는 경우, 결정립크기가 커져 연성을 감소시킬 수 있고, 탈탄이 많이 발생해 신선가공성을 악화시킬 수 있다.

또한, 납조 열처리는, 몰리브덴을 강편에 포함시킴으로써 상기 납조 열처리시 확산속도를 늦춰 미세한 펄라이트 조직을 형성시키고, 이를 통해 강도 및 연신율을 향상시킬 수 있다. 상기 납조 열처리에 있어서, 온도가 500℃ 미만인 경우, 저온조직이 발생하여 신선가공성을 악화시킬 수 있고, 600℃를 초과하는 경우, 펄라이트 층상간격이 증가하여 강도 및 연성이 감소될 수 있다.

이하 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 다만, 하기 실시예로 본 발명에 대하여 한정하는 것은 아니다.

< 실시예 및 비교예 >

하기 표 1과 같은 조성을 갖는 발명강 1, 2 및 비교강 1의 강편을 1000℃에서 열간압연하여 선재를 제조하였다. 이후 상기 선재를 1000℃로 가열하고, 이를 560℃에서 납조 열처리하여 실시예 1, 2 및 비교예 1의 선재를 제조하였다.

이후, 상기 선재의 기계적 특성 및 SSC 특성을 측정하여, 하기 표 2에 결과를 나타내었다.

구분	C(중량%)	Si(중량%)	Mn(중량%)	Mo(중량%)
발명강 1	0.62	0.2	0.7	0.1
발명강 2	0.62	0.2	0.7	0.15
비교강 1	0.62	0.2	0.7	0

구분	강편	항복강도 (MPa)	인장강도 (MPa)	연신율 (회)	펄라이트 층상간격 (㎛)	SSC 특성 (시간)
실시예 1	발명강 1	674	1038	19.5	144	720
실시예 2	발명강 2	689	1062	21.3	137	720
비교예 1	비교강 1	652	999	16.8	168	26

상기 표 2에서 실시예 1은 비교예 1에 비해 항복강도가 22MPa 증가하고, 인장강도가 29MPa 증가하며, 연신율도 2.7%증가하였음을 알 수 있다. 또한, 실시예 2의 경우 비교예 1에 비해 항복강도가 37MPa 증가하고, 인장강도가 53MPa 증가하며, 연신율도 3.5%증가하였음을 알 수 있다.

실시예 1의 라멜라 층상간격은 144㎛로 비교예 1의 라멜라 층상간격인 168㎛에 비해 미세해졌음을 알 수 있다. 이는 강편에 포함되는 몰리브덴(Mo)이, 납조 열처리시 확산속도를 늦춰 미세한 펄라이트 조직을 만들고 이로 인해 강도 및 연신율을 증가시켰기 때문이다.

나아가, 비교예 1이 SSC 시험에서 26시간만에 파괴가 발생한 것에 반해, 실시예 1 및 2는 SSC 시험에서 720시간 동안 파괴가 발생하지 않고 견딤을 나타내고 있다. 이를 통해, 몰리브덴(Mo)의 첨가를 통해 H의 확산을 억제하여, 사우어(sour) 특성이 우수함을 확인할 수 있다.

Claims

강선 총 중량에 대하여, 탄소(C) 0.5 내지 0.75중량%, 망간(Mn) 0.5 내지 0.9중량%, 실리콘(Si) 0.2 내지 0.5중량%, 몰리브덴(Mo) 0.03 내지 0.18중량%, 나머지는 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는, 고강도 고내식 강선.
청구항 1에 있어서, 상기 강선은 펄라이트 층상 간격이 130 내지 150㎛인, 고강도 고내식 강선.
강편 총 중량에 대하여, 탄소(C) 0.5 내지 0.75중량%, 망간(Mn) 0.5 내지 0.9중량%, 실리콘(Si) 0.2 내지 0.5중량%, 몰리브덴(Mo) 0.03 내지 0.18중량%, 나머지는 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는 강편을 열간압연하여 선재를 제조하는 단계;
상기 선재를 가열하는 단계; 및
상기 가열된 선재를 납조 열처리하는 단계;를 포함하는, 고강도 고내식 강선의 제조방법.
청구항 3에 있어서, 상기 열간압연은 950 내지 1100℃에서 열간압연하는 것인, 고강도 고내식 강선의 제조방법.
청구항 3에 있어서, 상기 선재를 가열하는 단계는 950 내지 1050℃로 가열하는 단계인, 고강도 고내식 강선의 제조방법.
청구항 3에 있어서, 상기 가열된 선재를 납조 열처리하는 단계는 500 내지 600℃로 열처리하는 단계인, 고강도 고내식 강선의 제조방법.