KR20170075139A - 용접성 및 확관능이 우수한 파이프용 열연강판 및 그 제조방법 - Google Patents

용접성 및 확관능이 우수한 파이프용 열연강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면은 중량%로, C: 0.5~0.7%, Si: 0.01~0.2%, Mn: 14~22%, Ti: 0.01~0.5%, B: 0.0005~0.05%, Al: 0.01~5.0%, Mo: 0.01~0.2%, Cr: 0.01~1.0%, Ni: 0.001~0.1%, P: 0.001~0.03%, S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식을 만족하는 용접성 및 확관능이 우수한 파이프용 열연강판에 관한 것이다.
관계식: (Cr/52 + Mo/96) / (C/12) ≤ 0.6
(상기 관계식에서 Cr, Mo 및 C는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값이다.)

Description

용접성 및 확관능이 우수한 파이프용 열연강판 및 그 제조방법{HOT ROLLED STEEL SHEET HAVING EXCELLENT WELDABITY AND EXPANDABILITY FOR PIPE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 용접성 및 확관능이 우수한 파이프용 열연강판 및 그 제조방법 에 관한 것이다. 보다 상세하게는 하여 균일연신율 및 확관율이 우수하여 석유 또는 천연가스 개발용 유정관 등에 바람직하게 적용할 수 있는 파이프용 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 원유 및 가스 개발 등에 사용되는 채굴용 파이프에는 심리스(Seamless) 파이프가 사용되어 왔다.
최근 세계 오일 메이져사는 원유 및 가스 개발 비용을 저감하기 위해 채굴용 파이프의 확관기술을 적용하여 보다 단순하고 비용이 적게 드는 시추 방법을 시도하고 있다. 채굴용 파이프는 유전 상부에서 하부쪽으로 최대 5km까지 부분적으로 적용되고 있고, 우수한 확관능을 요구하고 있다.
우수한 확관능은 높은 균일연신율과 가공경화지수에 의해 얻어질 수 있는 것으로 알려져 있으며, 통상적으로 Seamless 파이프가 주로 사용되고 있다. 하지만, Seamless 파이프는 전기저항용접(ERW, Electric resistance welding) 파이프에 비하여 가격이 매우 비싸며, 두께 편차가 크고 진원도가 나빠 최근 ERW 파이프로 확관용 강관을 대체하려는 움직임이 있다.
이에 따라 오일 메이져사들은 전기저항용접(ERW) 파이프로 확관용 강관을 대체하기 위해 적합한 재료를 찾고 있으며, 그 중심에 있는 물성이 높은 균일연신율과 가공경화지수이다. 또한, 수 km의 파이프가 전체적으로 균일한 확관성을 보여야 한다.
높은 균일연신율과 가공경화지수를 얻기 위한 방법으로는, 강재 자체 전위밀도를 증가시킴으로써 인장변형시 구동 전위가 많게 하여 균일연신율이 높아지게 하거나 일반적인 탄소강에서는 페라이트와 펄라이트, 페라이트와 베이나이트의 이상조직을 형성함으로써 경한 펄라이트와 베이나이트에서 가공경화가 많이 발생하도록 하여 높은 가공경화지수를 유도하는 방법이 제시되고 있다. 하지만, 상기 종래 기술들은 높은 균일연신율과 높은 가공경화지수를 동시에 만족시키는 것은 어려운 문제가 있었다.
따라서, 전기저항용접성이 우수하면서도 균일연신율과 가공경화지수가 우수하여 높은 확관율을 확보할 수 있는 파이프용 열연강판 및 그 제조방법에 대한 개발이 요구되고 있다.
한국 특허출원번호 제2014-0186714호
본 발명의 일 측면은 용접성 및 확관능이 우수한 파이프용 열연강판 및 그 제조방법을 제공하기 위함이다. 본 발명의 일 측면에 따른 열연강판은 오일 및 가스 채굴환경에서 단순하고 비용이 적게드는 시추방법에 바람직하게 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 측면은 중량%로, C: 0.5~0.7%, Si: 0.01~0.2%, Mn: 14~22%, Ti: 0.01~0.5%, B: 0.0005~0.05%, Al: 0.01~5.0%, Mo: 0.01~0.2%, Cr: 0.01~1.0%, Ni: 0.001~0.1%, P: 0.001~0.03%, S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
하기 관계식을 만족하는 용접성 및 확관능이 우수한 파이프용 열연강판에 관한 것이다.
관계식: (Cr/52 + Mo/96) / (C/12) ≤ 0.6
(상기 관계식에서 Cr, Mo 및 C는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값이다.)
또한, 본 발명의 다른 일 측면은 중량%로, C: 0.5~0.7%, Si: 0.01~0.2%, Mn: 14~22%, Ti: 0.01~0.5%, B: 0.0005~0.05%, Al: 0.01~5.0%, Mo: 0.01~0.2%, Cr: 0.01~1.0%, Ni: 0.001~0.1%, P: 0.001~0.03%, S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 900~1200℃로 가열하는 단계;
상기 가열된 슬라브를 마무리 압연온도가 750~1050℃가 되도록 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및
상기 열연강판을 냉각한 후 500~600℃ 온도범위에서 권취하는 단계; 를 포함하는 용접성 및 확관능이 우수한 파이프용 열연강판의 제조방법에 관한 것이다.
관계식: (Cr/52 + Mo/96) / (C/12) ≤ 0.6
(상기 관계식에서 Cr, Mo 및 C는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값이다.)
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있다.
본 발명에 의하면, 전기저항용접성이 우수하면서도 균일연신율과 가공경화지수가 우수하여 높은 확관율을 확보할 수 있는 파이프용 열연강판 및 그 제조방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 발명예 1의 미세조직을 촬영한 사진이다.
도 2는 비교예 1의 미세조직을 촬영한 사진이다.
도 3은 비교예 3의 미세조직을 촬영한 사진이다.
도 4는 발명예 1의 인장커브를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명자들은 오일 및 가스 채굴환경에서 사용되는 확관용 강관에 심리스 파이프가 아닌 전기저항용접 파이프를 적용하기 위해서는 전기저항용접성 및 확관능을 우수하게 하여야 함을 인지하고, 이를 해결하기 위하여 깊이 연구하였다.
그 결과, 합금조성을 적절히 제어함으로써 상술한 문제점을 해결할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 용접성 및 확관능이 우수한 파이프용 열연강판에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 용접성 및 확관능이 우수한 파이프용 열연강판은 중량%로, C: 0.5~0.7%, Si: 0.01~0.2%, Mn: 14~22%, Ti: 0.01~0.5%, B: 0.0005~0.05%, Al: 0.01~5.0%, Mo: 0.01~0.2%, Cr: 0.01~1.0%, Ni: 0.001~0.1%, P: 0.001~0.03%, S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식을 만족한다.
관계식: (Cr/52 + Mo/96) / (C/12) ≤ 0.6
(상기 관계식에서 Cr, Mo 및 C는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값이다.)
먼저, 본 발명의 합금조성에 대하여 상세히 설명한다. 이하 각 원소 함량의 단위는 중량%이다.
C: 0.5~0.7%
탄소(C)는 강도, 인성 및 파이프라인 시공시 원주 용접부 인성에 영향을 미치는 원소이다. 또한 오스테나이트를 안정화시키며, 냉각공정 혹은 가공에 의한 오스테나이트, ε-마르텐사이트 또는 α-마르텐사이트의 변태점인 Ms 및 Md 를 낮추는 역할을 한다.
탄소 함량이 0.5% 미만인 경우에는 오스테나이트의 안정도가 부족하여 극저온에서 안정한 오스테나이트를 얻을 수 없으며, 외부 응력에 의해 쉽게 ε-마르텐사이트 또는 α-마르텐사이트로 가공유기변태를 일으켜 강판의 인성 및 강도를 감소시킬 수 있다. 반면에, 탄소 함량이 0.7% 초과인 경우에는 탄화물 석출로 인하여 강판의 인성이 급격히 열화될 수 있으며, 강판의 강도가 지나치게 높아져 강판의 가공성이 감소할 수 있고, 인성의 저하 및 전기저항용접(Electric Resistance Welding, ERW)시 용접성의 저하를 초래할 수 있다. 따라서, C 함량은 0.5~0.7%인 것이 바람직하다.
Si: 0.01~0.2%
실리콘(Si)은 용강의 주조성을 향상시키고 특히, 오스테나이트 강재에 첨가되는 경우 강재 내부에 고용되어 강도를 효과적으로 증가시키는 원소이다. 또한 전기저항용접시 Mn2SiO4 등의 저융점 산화물을 형성시켜, 용접시에 산화물이 쉽게 배출되도록 한다.
Si 함량이 0.01% 미만인 경우에는 제강상의 비용 문제가 발생하며, 반면 0.2%를 초과하는 경우에는 Mn2SiO4 이외의 고융점 산화물인 SiO2의 형성량이 많아져 전기저항용접시 용접부의 인성을 저하시킬 수 있다. 따라서, Si 함량은 0.01~0.2% 인 것이 바람직하다.
Mn: 14~22%
망간(Mn)은 오스테나이트를 안정화시키는 역할을 하는 원소이다. 극저온에서의 오스테나이트 상을 안정화시키기 위하여 14 중량% 이상 포함되는 것이 바람직하다.
Mn 함량이 14% 미만인 경우에는 탄소 함량이 작은 강판의 경우 준안정상인 ε-마르텐사이트가 형성되어 극저온에서의 가공유기변태에 의해 쉽게 α-마르텐사이트로 변태할 수 있어, 강판의 인성이 낮아질 수 있다. 또한, 강판의 인성을 확보하기 위하여 탄소의 함량을 증가시킨 강판의 경우, 탄화물 석출로 인하여 강판의 물성이 급격히 감소할 수 있다.
반면에, Mn 함량이 22% 초과인 경우에는 제조원가 상승으로 인하여 경제성이 감소할 수 있다. 따라서, Mn 함량은 14~22% 인 것이 바람직하다.
Ti: 0.01~0.5%
티타늄(Ti)은 강 중의 질소(N)와 결합하여 TiN 석출물을 형성하는 원소이다. 본 발명의 경우 고온 열간 압연 시 일부 오스테나이트 결정립의 과대한 조대화가 발생할 수 있으므로, 상기 TiN을 적절하게 석출시킴으로서 오스테나이트 결정립 성장을 억제할 수 있다.
상술한 효과를 충분히 얻기 위해서는 Ti은 최소 0.01% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, Ti 함량이 0.5%를 초과하는 경우에는 상술한 효과가 포화될 뿐만 아니라, 오히려 조대한 TiN이 정출됨으로써 그 효과가 반감될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 Ti의 함량은 0.01~0.5%인 것이 바람직하다.
B: 0.0005~0.05%
보론(B)은 오스테나이트 결정립계에 우선 편석되어 결정립계의 에너지를 낮추어 안정도를 높여주는 원소이다. 일반적으로 오스테나이트 결정립계는 매우 높은 에너지를 지니어 안정도가 매우 낮아 특히, 탄질화물 등의 형성위치로 작용한다. 탄소 및 질소 등이 다량 함유된 오스테나이트 강재의 경우 낮은 냉각속도에서 탄화물이 오스테나이트 결정립계에 쉽게 생성되어 연신율 및 저온 인성을 급격히 열화시키게 된다. 또한, 보론은 오스테나이트 결정립계에 우선 편석되는 원소로 알려져 있으며, 이로 인해 결정립계의 에너지가 낮아져 안정화됨으로써 기타 탄질화물 등의 핵생성 및 성장을 억제하는 역할을 한다.
상술한 효과를 충분히 얻기 위해서는 B 함량이 0.0005% 이상인 것이 바람직하다. 그러나, B 함량이 0.05%를 초과하는 경우 B 첨가에 따른 효과가 포화되며, 입내 조대한 보론질화물이 석출될 수 있다. 따라서, B 함량은 0.0005~0.05%인 것이 바람직하다.
Al: 0.01~5.0%
알루미늄(Al)은 오스테나이트의 안정화 원소로서, 냉각과정 또는 가공에 의한 변태에 있어서, 오스테나이트에서 ε-마르텐사이트 또는 α-마르텐사이트의 변태점인 Ms 및 Md를 낮추는 역할을 하여 인성을 향상시킬 수 있다. 또한, 내부에 고용되어 강도를 증가시키는 원소이며, 탄소의 활동도에 영향을 주어 탄화물 형성을 효과적으로 억제하여 인성을 증가시키는 원소이다. 또한, 상기 알루미늄은 적층 결함에너지를 높여 슬립을 조장하는 원소이다.
상술한 효과를 충분히 얻기 위해서는 Al 함량이 0.01% 이상인 것이 바람직하다. 그러나, Al 함량이 5%를 초과하는 경우에는 쌍정발생응력이 가공량에 해당하는 응력값을 초과할 수 있으며, 산화물 및 질화물 형성을 통해 저온용강의 주조성 및 표면품질을 감소시킬 수 있다. 따라서, Al 함량은 0.01~5%인 것이 바람직하다.
Mo: 0.01~0.2%
몰리브덴(Mo)은 적정 첨가량 범위에서 오스테나이트를 안정화 시키며 냉각과정 또는 가공에 의한 변태에 있어서, 오스테나이트에서 입실런 혹은 알파 마르텐사이트로의 변태점인 Ms 및 Md를 낮추는 역할을 하여 강재의 인성을 향상시키는 원소이다. 또한, 강재 내부에 고용되어 강도를 증가시키는 원소이며, 특히, 오스테나이트 결정립계에 편석되어 결정립계의 안정도를 높여주어 에너지를 감소시켜 줌으로써, 탄질화물의 결정립계 석출을 억제하는 역할을 하는 원소이다. 또한, 효과적으로 적층결함에너지를 높여 슬립을 조장하는 원소로 알려져 있다.
상술한 효과를 충분히 얻기 위해서는 Mo 함량이 0.01% 이상인 것이 바람직하다. 그러나, Mo 함량이 0.2%를 초과하는 경우에는 그 효과의 증가 폭이 크지 않으며, Mo는 고가의 원소이므로 제조원가가 상승하는 문제점이 있다. 따라서, Mo 함량은 0.01~0.2%인 것이 바람직하다.
Cr: 0.01~1.0%
크롬(Cr)은 적정한 첨가량의 범위까지는 오스테나이트를 안정화시켜 저온에서의 충격 인성을 향상시키고 오스테나이트내에 고용되어 강재의 강도를 증가시키는 역할을 한다. 또한, 크롬은 강재의 내식성을 향상시키는 원소이기도 하다. 다만 크롬은 탄화물 원소로써 특히, 오스테나이트 입계에 탄화물을 형성하여 저온 충격을 감소시키는 원소이기도 하다. 따라서, 본 발명에서 첨가되는 크롬의 함량은 탄소 및 기타 함께 첨가되는 원소들과의 관계를 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.
상술한 효과를 충분히 얻기 위해서는 Cr 함량이 0.01% 이상인 것이 바람직하다. 그러나, Cr 함량이 1.0%를 초과하는 경우에는 과도한 크롬 함량으로 인해 오스테나이트 입계에서의 탄화물 생성을 효과적으로 억제하기 힘들며 저온에서의 충격인성이 감소하는 문제점이 있다. 또한, 1.0%를 초과하더라도 상술한 안정화 효과가 크게 향상되지 않으므로 제조 비용 측면에서 1.0% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 따라서, Cr 함량은 0.01~1.0%인 것이 바람직하다.
Ni: 0.001~0.1%
니켈(Ni)은 효과적인 오스테나이트 안정화 원소이며 냉각과정 또는 가공에 의한 변태에 있어서, 오스테나이트에서 입실런 혹은 알파 마르텐사이트로의 변태점인 Ms 및 Md를 낮추는 역할을 하여 강재의 인성을 향상시키는 원소이다. 또한, 적층결함에너지를 높여 슬립을 조장하는 원소로 알려져 있다.
상술한 효과를 충분히 얻기 위해서는 Ni 함량이 0.001% 이상인 것이 바람직하다. 그러나, Ni 함량이 0.1%를 초과하는 경우에는 그 효과의 증가 폭이 크지 않으며, Ni은 고가의 원소이므로 제조원가가 상승하는 문제점이 있다. 따라서, Ni 함량은 0.001~0.1%인 것이 바람직하다.
P: 0.001~0.03%
인(P)은 강의 강도 및 내식성 향상에 유리한 원소이다. 상기 인의 함량이 0.001 중량% 미만이면, 제강공정의 부하가 일어날 수 있다. 상기 인의 함량이 0.03 중량%를 초과하면, 강판의 충격 인성을 크게 감소시킬 수 있다.
S: 0.02% 이하
황(S)은 미량 원소로서 강판 내에 존재하여 조대한 개재물을 형성하기 쉬운 원소이고, 상기 개재물 주위에 응력 집중에 의한 내부결함에 의해 인성 저하나 크랙 진전을 조장하므로 가능한 낮게 첨가되는 것이 바람직하다. 그러나, 오스테나이트 상은 높은 인성을 가지므로, MnS 개재물에 의한 내부결함을 억제할 수 있다. 따라서, 상기 S의 함량은 Mn의 함량에 유의하여 결정하는 것이 바람직하다. 상기 황의 함량이 0.02 중량%를 초과하면, 과도한 MnS 개재물로 인하여 수소 취성을 억제하는 것이 어려울 수 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.
또한, 상술한 Cr, Mo 및 C는 하기 관계식을 만족하여야 한다.
관계식: (Cr/52 + Mo/96) / (C/12) ≤ 0.6
(상기 관계식에서 Cr, Mo 및 C는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값이다.)
상기 관계식은 Cr, Mo의 과도한 편석을 억제하여 결정립계에서의 탄화물의 형성을 막기 위한 것이다. 강중에서 Cr과 Mo는 C와 결합하여 조대한 석출물을 형성하여, 저온 충격인성을 크게 감소시키고 전기저항용접(Electric resistance welding, ERW)성을 저하시킬 수 있다. 이에, Cr, Mo 및 C의 상관 관계를 고려하여 설계한 상기 관계식의 값을 0.6 이하가 되도록 제어하여 전기저항 용접성을 크게 저하하지 않고 목표하는 균일연신율과 확관성능을 확보할 수 있다.
한편, 본 발명의 강판은 상술한 합금조성 외에도 Cu: 0.1% 이하(0은 제외)를 추가로 포함할 수 있다.
Cu: 0.1% 이하(0은 제외)
구리(Cu)는 모재의 인성 저하를 최소한으로 하면서 동시에 강도를 높일 수 있는 원소이지만, 과도하게 첨가할 경우 제품 표면 품질을 크게 저해하므로 0.1% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
이때, 본 발명 강판의 주조직은 오스테나이트 조직으로써 면적분율로 95% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 저온에서도 연성 파괴를 보이는 대표적인 연질 조직인 오스테나이트는 저온 인성을 확보하기 위한 필수 미세조직으로 면적분율로 95% 이상 포함하는 것이 바람직하며, 95% 미만인 경우 충분한 저온 인성을 확보하기에 충분하지 못하므로 그 하한은 95%로 제한하는 것이 바람직하다.
상술한 성분계 및 미세조직을 만족함으로써 전기저항용접성 및 확관능이 우수하여 기존의 확관용 파이프를 대체할 수 있다.
이때, 본 발명의 열연강판은 항복강도가 400MPa 이상이고, 균일 연신율이 50% 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 열연강판은 전기저항용접 후 확관율이 20% 이상으로 우수한 확관능을 확보할 수 있어 기존의 확관용 파이프를 대체할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 일 측면인 용접성 및 확관능이 우수한 파이프용 열연강판의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 다른 일 측면인 용접성 및 확관능이 우수한 파이프용 열연강판의 제조방법은 상술한 합금조성을 만족하는 슬라브를 900~1200℃로 가열하는 단계; 상기 가열된 슬라브를 마무리 압연온도가 750~1050℃가 되도록 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및 상기 열연강판을 냉각한 후 500~600℃ 온도범위에서 권취하는 단계; 를 포함한다.
슬라브 가열 단계
상술한 합금조성을 만족하는 슬라브를 900~1200℃ 에서 가열한다. 슬라브의 가열공정은 후속되는 압연공정을 원활히 수행하고 목표하는 강판의 물성을 충분히 얻을 수 있도록 강을 가열하는 공정이므로, 목적에 맞게 적절한 온도범위 내에서 가열공정이 수행되어야 한다. 또한, 슬라브를 가열하는 단계에서는 강판 내부의 석출형 원소들이 충분히 고용되도록 균일하게 가열하며, 너무 높은 가열온도에 의한 조대 결정립을 방지하는 것이 바람직하다.
상기 가열 온도가 900℃ 미만이면, 주조시 발생되는 다양한 탄화물들이 충분히 고용되기 어려울 수 있어, 입계 탄화물에 의한 취성을 발생시킬 수 있다. 반면, 가열 온도가 1200℃를 초과하면, 오스테나이트 결정립이 조대화되어 강도가 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
압연 단계
상기 가열된 슬라브를 마무리 압연 온도가 750~1050℃가 되도록 열간압연하여 열연강판을 얻는다. 효과적으로 결정립을 미세화시켜 저온인성을 확보하기 위함이다.
상기 마무리 압연 온도가 750℃ 미만이면, 다량의 탄화물의 입계 석출에 의하여 상온에서 강판의 균일연신율이 감소될 수 있으며, 미세조직이 팬케이크화 되어 조직이방성으로 인한 불균일 연신이 발생할 수 있다. 또한, 마무리 압연기 설비부하 문제가 발생할 수 있다.
반면에 상기 마무리 압연 온도가 1050℃를 초과하면, 결정립 성장이 활발하여 쉽게 결정립이 조대화되며, 이로 인해 강판의 강도가 감소될 수 있다.
냉각 및 권취 단계
상기 열연강판을 냉각한 후 500~600℃ 온도범위에서 권취한다.
이때, 상기 냉각은 10℃/s 이상의 냉각속도로 600℃ 이하의 냉각종료온도까지 행할 수 있다.
상기 냉각속도가 10℃/s 미만 또는 상기 냉각 종료 온도가 600℃ 이상이면, 탄소가 고용되지 못하여 탄화물이 과다 석출되며, 이로 인해 강판의 균일연신율이 감소될 수 있다.
상기 냉각속도는 20℃/s 이상이 보다 바람직할 수 있으며, 설비 부하를 고려하여 그 상한을 50℃/s로 제한할 수 있다. 이후 상기 열연강판을 500~600℃ 온도범위에서 권취하는 것이 바람직하다.
상술한 제조방법에 의해 제조된 열연강판은 오스테나이트를 면적분율로 95% 이상 포함할 수 있으며, 항복강도가 400MPa 이상이며, 50%이상의 균일연신율을 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 제조방법은 상기 권취된 열연강판을 전기저항용접하여 파이프를 조관하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 권취된 열연강판을 레벨링(leveling)을 통해 둥근 코일을 평탄화하고, 양끝을 잘라낸 후, 롤러를 이용하여 파이프의 둥근 모양으로 성형할 시 맞닿는 끝 부분을 전기저항 용접하여 파이프 모양으로 제조할 수 있다. 이렇게 제조된 파이프는 확관율이 10%이상일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
( 실시예 )
하기 표 1의 성분 조성을 갖는 슬라브를 1160℃에서 가열한 후, 900℃에서 마무리 압연하였다. 이후, 열간압연된 강판을 600℃까지 20℃/s의 냉각속도로 냉각하고 550℃에서 권취하였다. 이후, 상기 열연강판을 전기저항용접 방식으로 조관하여 4인치의 직경을 갖는 강관을 제조하였다. 이때, Oxygen Affinity가 상대적으로 높은 망간의 영향으로, 대기 분위기에서는 재료의 Edge면에 산화물 피막이 형성되어 용융되지 않기 때문에, 전기저항용접은 Ar Box내에서 수행하여 산화물 형성을 억제하였으며, Line Speed는 일반적인 조관 속도로 수행되었다.
이후, 제조된 각각의 강관에 대해 인장시험기를 이용하여 항복강도 및 균일연신율을 측정하였으며, 이때 통용되는 ASTM A370에 준하는 시험으로 실시하였다. 이와 함께 확관 시험(Full Body Flaring Test)을 실시하여 확관능(파이프 확관율)을 측정하였다. 상기 항복강도, 균일연신율, 파이프 확관율 측정 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
또한, 하기 관계식의 값을 계산하여 표 2에 나타내었다.
관계식: (Cr/52 + Mo/96) / (C/12) ≤ 0.6
(상기 관계식에서 Cr, Mo 및 C는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값이다.)
전기저항용접성의 경우, 용접면에 미세한 산화물이 잔류하여 발생하는 냉접, 연신개재물 또는 과도한 Stress로 인한 급격한 Metal flow에 의한 Hook Crack, 부적절한 용접 입열에 의한 Penetrator 등 여러 종류의 결함에 따른 종합적인 평가를 위해, 초음파 탐상(Ultrasonic Test, UT)을 통해 평가하였다. 파이프 전체 길이를 100등분하여 결함이 발생한 부위의 개수에 대한 비율을 이용하여 전기저항용접성을 평가하고 하기 표 2에 그 결과를 나타내었다.
구분 성분함량(중량%)
C Si Mn Ti B Al Mo Cr Ni P S Nb
발명예1 0.65 0.037 15.2 0.067 0.0022 1.89 0.01 0.05 0.04 0.0129 0.001
발명예2 0.64 0.035 16.0 0.062 0.0018 1.95 0.02 0.1 0.05 0.0120 0.001
비교예1 0.52 0.34 24.5 - 4.14 0.017 0.001 -
비교예2 0.53 0.37 25.0 - 3.7 0.016 0.001 -
비교예3 0.06 0.23 1.2 0.01 0.03 0.3 0.007 0.001 0.04
비교예4 0.035 0.24 0.9 0.01 0.027 0.2 0.013 0.002 0.03
강종 항복강도
(MPa)		 균일연신율
(%)		 파이프 확관율
(%)		 미세조직 관계식 1 전기저항용접성
(불량/전체*100)
발명예1 451 61 22 오스테나이트 0.020 1%
발명예2 488 60 20 0.047 0%
비교예1 440 59 10 오스테나이트 1.84 2%
비교예2 439 60 11 1.61 3%
비교예3 472 11.3 12.4 페라이트 및
베이나이트		 1.54 0%
비교예4 423 7.4 13.6 1.32 1%
상기 표 1과 2에 나타낸 바와 같이, 발명예강의 경우에는 열처리 후, 400Mpa 이상의 항복강도, 50% 이상의 균일연신률 및 20% 이상의 파이프 확관율을 확보할 수 있었다. 또한, 전기저항용접성 불량율이 1% 이하로 전기저항용접성이 우수하였다.
반면, 비교예1 및 2의 경우에는 비슷한 항복강도와 균일연신율을 가지지만, 파이프 확관율이 매우 열위한 것을 알 수 있다. 또한, 전기저항용접성 불량율이 2% 이상으로 상업적으로 이용이 불가능한 정도임을 확인할 수 있다.
또한, 비교예3 및 4의 경우에는 비슷한 항복 강도를 가지며, 전기저항용접성 불량율이 1%이하로 우수하였으나, 균일연신율과 파이프 확관율이 상대적으로 매우 열위한 것을 알 수 있다.
발명예 1의 미세조직 사진인 도 1을 보면 발명예 1은 미세조직이 100% 오스테나이트 조직으로써, 도2에 나타낸 비교예 1의 미세조직과 오스테나이트인 점에서 유사하지만, 비교예 1은 내부 TiN 계의 탄화물이 석출된 것이 관찰된다. 발명예 1은 비교예 1에 비하여 Mn이 감소함에 따라 용접시 망간계열의 산화물 감소, 미세조직이 유사함에도 불구하고, 관계식의 값이 감소함에 따라 전기저항 용접성 역시 확보된 것을 알 수 있다.
한편, 비교예 3의 미세조직 사진인 도3을 보면 알 수 있듯이, 비교예 3의 경우 전형적인 페라이트 및 베이나이트 조직인 것을 알 수 있다. 전기저항용접성이 우수함에도 불구하고, 이러한 미세조직 차이에 따라 균일연신율 및 파이프 확관율의 급격한 차이가 발생한 것으로 판단된다.
또한, 도4는 발명예 1의 인장커브를 나타낸 그래프이다. 발명예 1의 경우 오스테나이트 조직으로 인해 높은 균일연신율과 가공경화능을 보이는 것을 확인할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 중량%로, C: 0.5~0.7%, Si: 0.01~0.2%, Mn: 14~22%, Ti: 0.01~0.5%, B: 0.0005~0.05%, Al: 0.01~5.0%, Mo: 0.01~0.2%, Cr: 0.01~1.0%, Ni: 0.001~0.1%, P: 0.001~0.03%, S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식을 만족하는 용접성 및 확관능이 우수한 파이프용 열연강판.
    관계식: (Cr/52 + Mo/96) / (C/12) ≤ 0.6
    (상기 관계식에서 Cr, Mo 및 C는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값이다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열연강판은 Cu: 0.1 중량% 이하(0은 제외)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 용접성 및 확관능이 우수한 파이프용 열연강판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열연강판의 미세조직은 오스테나이트 95%이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접성 및 확관능이 우수한 파이프용 열연강판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열연강판의 항복강도 400MPa 이상이고, 균일 연신율이 50%이상인 것을 특징으로 하는 용접성 및 확관능이 우수한 파이프용 열연강판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열연강판은 전기저항용접 후 확관율이 20% 이상인 것을 특징으로 하는 용접성 및 확관능이 우수한 파이프용 열연강판.
  6. 중량%로, C: 0.5~0.7%, Si: 0.01~0.2%, Mn: 14~22%, Ti: 0.01~0.5%, B: 0.0005~0.05%, Al: 0.01~5.0%, Mo: 0.01~0.2%, Cr: 0.01~1.0%, Ni: 0.001~0.1%, P: 0.001~0.03%, S: 0.02% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 900~1200℃로 가열하는 단계;
    상기 가열된 슬라브를 마무리 압연온도가 750~1050℃가 되도록 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및
    상기 열연강판을 냉각한 후 500~600℃ 온도범위에서 권취하는 단계; 를 포함하는 용접성 및 확관능이 우수한 파이프용 열연강판의 제조방법.
    관계식: (Cr/52 + Mo/96) / (C/12) ≤ 0.6
    (상기 관계식에서 Cr, Mo 및 C는 각 원소 함량을 중량%로 나타낸 값이다.)
  7. 제6항에 있어서,
    상기 슬라브는 Cu: 0.1 중량% 이하(0은 제외)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 용접성 및 확관능이 우수한 파이프용 열연강판의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 냉각은 10℃/s 이상의 냉각속도로 600℃ 이하의 냉각종료온도까지 행하는 것을 특징으로 하는 용접성 및 확관능이 우수한 파이프용 열연강판의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 권취된 열연강판을 전기저항용접하여 파이프를 조관하는 단계; 를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 용접성 및 확관능이 우수한 파이프용 열연강판의 제조방법.
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