KR20200039738A

KR20200039738A - 강관 및 강판

Info

Publication number: KR20200039738A
Application number: KR1020207006880A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 시노하라; 다쿠야 하라; 기요시 에비하라; 가즈테루 즈츠이; 유타카 핫토리; 아키라 하시모토; 노조무 아베
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2020-04-16
Also published as: JPWO2019058420A1; CN111094608A; EP3686305A4; CN111094608B; WO2019058420A1; JP6319539B1; EP3686305A1; KR102364255B1

Abstract

이 강관은, 소정의 화학 조성을 갖는 통상의 강판으로 이루어지는 모재부와, 상기 강판의 맞댐부에 마련되어, 상기 강판의 길이 방향으로 연장되는 용접부를 갖고, 상기 모재부의 표면으로부터 깊이 방향으로 1.0㎜까지의 범위의 금속 조직인 표층부 금속 조직이, 폴리고날 페라이트와 그래뉼라 베이나이트를 포함하고, 상기 표층부 금속 조직에 있어서의 상기 폴리고날 페라이트의 면적률이 0 내지 70％, 상기 폴리고날 페라이트와 상기 그래뉼라 베이나이트의 합계의 면적률이 50％ 이상이고, 상기 표층부 금속 조직에 있어서의, 최대 경도가 270Hv 이하이고, 상기 모재부의 상기 표면으로부터 깊이 방향으로 1.0㎜ 초과로부터 판 두께 중심까지의 범위의 금속 조직인 내부 금속 조직이, 면적률로 40％ 이하의 폴리고날 페라이트를 포함하고, 상기 내부 금속 조직에 있어서의, 최대 경도가 248Hv 이하이고, 평균 경도가 150 내지 220Hv이다.

Description

강관 및 강판

본 발명은, 강관 및 강판에 관한 것이다.

근년, 석유나 천연 가스 등의 수요가 증가하여, 에너지 공급원의 다양화가 진행되고 있다. 그 때문에, 종래에는 개발을 포기했던 엄격한 부식 환경, 예를 들어 황화수소, 탄산 가스, 염소 이온 등을 포함하는 부식 환경에서, 원유, 천연 가스의 채굴이 활발하게 행해지도록 되어 있다. 이에 수반하여, 원유, 천연 가스 등을 수송하는 파이프라인에 사용되는 강관(라인 파이프용 강관)에 대하여, 내SSC성 및 내HIC성의 향상이 요구되고 있다.

또한, 라인 파이프용 강관에는, 박육화에 의한 재료의 절약이나, 제품 중량의 경량화를 위해, 고강도화가 요구되고 있다. 그러나, 고강도화를 목적으로 하여, 합금 원소의 첨가량을 증가시키거나, 고능률 용접을 위해 입열량을 증대시키거나 하면, 용접 열 영향부(HAZ)의 저온 인성이 저하된다.

내HIC성을 갖는 강관은, 예를 들어 특허문헌 1 및 2에 개시된 바와 같이, 강의 고순도화, 개재물의 저감, Ca 첨가에 의한 황화물계 개재물의 형태 제어, 주조 시의 경압 하나 가속 냉각에 의한 중심 편석의 억제 등의 기술을 구사하여 제조되어 왔다.

그러나, 특허문헌 1 및 2에 개시되는 강관에서는, 내SSC성에 대해서는 전혀 고려되어 있지 않았다. 그 때문에, 특허문헌 1 및 2의 강관에서는, 내HIC성은 우수하지만, 황화물 내응력 균열(SSC)성은 충분하지 않다고 추정된다.

일본 특허 공고 소63-001369호 공보 일본 특허 공개 소62-112722호 공보

본 발명은, API 규격에서 X52 내지 70급의 강도를 갖고, 또한 내SSC성 및 내HIC성이 우수한, 라인 파이프용에 적합한 강관 및 이 강관의 모재부에 사용하는 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 상기한 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 요지는 이하와 같다.

(1) 본 발명의 일 양태에 관한 강관은, 통상의 강판으로 이루어지는 모재부와, 상기 강판의 맞댐부에 마련되어, 상기 강판의 길이 방향으로 연장되는 용접부를 갖고, 상기 강판은, 화학 조성으로서, 질량％로, C: 0.030 내지 0.070％, Si: 0.005 내지 0.50％, Mn: 1.05 내지 1.65％, Al: 0.010 내지 0.070％, Ti: 0.005 내지 0.020％, Nb: 0.005 내지 0.045％, Ca: 0.0010 내지 0.0050％, N: 0.0015 내지 0.0070％, Ni: 0 내지 0.50％, Mo: 0 내지 0.50％, Cr: 0 내지 0.50％, Cu: 0 내지 0.50％, V: 0 내지 0.100％, Mg: 0 내지 0.0100％, REM: 0 내지 0.0100％를 포함하고, P: 0.015％ 이하, S: 0.0015％ 이하, O: 0.0040％ 이하로 제한하고, 잔부: Fe 및 불순물로 이루어지고, 상기 화학 조성에 있어서, 하기 식(i)에서 정하는 Ceq가 0.300 내지 0.400이고, 상기 모재부의 표면으로부터 깊이 방향으로 1.0㎜까지의 범위의 금속 조직인 표층부 금속 조직이, 폴리고날 페라이트와 그래뉼라 베이나이트를 포함하고, 상기 표층부 금속 조직에 있어서의 상기 폴리고날 페라이트의 면적률이 0 내지 70％, 상기 폴리고날 페라이트와 상기 그래뉼라 베이나이트의 합계의 면적률이 50％ 이상이고, 상기 표층부 금속 조직에 있어서의, 최대 경도가 270Hv 이하이고, 상기 모재부의 상기 표면으로부터 깊이 방향으로 1.0㎜ 초과로부터 판 두께 중심까지의 범위의 금속 조직인 내부 금속 조직이, 면적률로 40％ 이하의 폴리고날 페라이트를 포함하고, 상기 내부 금속 조직에 있어서의, 최대 경도가 248Hv 이하이고, 평균 경도가 150 내지 220Hv이다.

여기서, 식 중의 [C], [Mn], [Ni], [Cu], [Cr], [Mo], [V]은, C, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo, V의 질량％에 의한 함유량이다.

(2) 상기 (1)에 기재된 강관은, 상기 화학 조성이, 질량％로, Ni: 0.05 내지 0.50％, Mo: 0.05 내지 0.50％, Cr: 0.05 내지 0.50％, Cu: 0.05 내지 0.50％, V: 0.010 내지 0.100％, Mg: 0.0001 내지 0.0100％, REM: 0.0001 내지 0.0100％의 1종 또는 2종 이상을 포함해도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 강관은, 상기 표층부 금속 조직의 잔부가, 베이나이트 및 의사 펄라이트의 1종 또는 2종으로 이루어지고, 상기 내부 금속 조직의 잔부가, 그래뉼라 베이나이트, 베이나이트 및 의사 펄라이트의 1종 또는 2종 이상으로 이루어져도 된다.

(4) 본 발명의 다른 양태에 관한 강판은, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 강관의 상기 모재부에 사용한다.

본 발명의 상기 양태에 의하면, API 규격에서 X52 내지 70급의 강도를 갖고, 또한 내SSC성 및 내HIC성이 우수한 라인 파이프용에 적합한 강판과, 그 강판을 모재로 하는 내SSC성 및 내HIC성이 우수한 강관을 제공할 수 있다. 구체적으로는, 내SSC성(내황화물 응력 부식 균열성) 및 내HIC성(내수소 유기 균열성)이 우수한 강관 및 이 강관의 모재에 사용하는 강판을 제공할 수 있다. 내사워성(내SSC성 및 내HIC성)이 우수한 강관은, 석유, 천연 가스 등을 수송하는 라인 파이프로서 적합하다.

도 1은 본 실시 형태에 관한 강관의 모식도이다.
도 2는 강판의 냉각 곡선의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3a는 강관의 용접부를 0시 위치로 한 경우의, 3시에 상당하는 위치에서의 표면으로부터 0.1 내지 1.0㎜의 표층부 금속 조직의 경도(하중 100g)를 측정한 결과를 도시하는 도면이다.
도 3b는 강관의 용접부를 0시 위치로 한 경우의, 6시에 상당하는 위치에서의 표면으로부터 0.1 내지 1.0㎜의 표층부 금속 조직의 경도(하중 100g)를 측정한 결과를 도시하는 도면이다.
도 3c는 강관의 용접부를 0시 위치로 한 경우의, 9시에 상당하는 위치에서의 표면으로부터 0.1 내지 1.0㎜의 표층부 금속 조직의 경도(하중 100g)를 측정한 결과를 도시하는 도면이다.
도 4는 표층부 금속 조직의 SEM 사진의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 내부 금속 조직의 SEM 사진의 일례를 도시하는 도면이다.

본 발명의 일 실시 형태에 관한 강관(이하 본 실시 형태에 관한 강관이라고 함)은,

통상의 강판으로 이루어지는 모재부와, 상기 강판의 맞댐부에 마련되어, 상기 강판의 길이 방향으로 연장되는 용접부를 갖고,

상기 강판은, 화학 조성으로서, 질량％로, C: 0.030 내지 0.070％, Si: 0.005 내지 0.50％, Mn: 1.05 내지 1.65％, Al: 0.010 내지 0.070％, Ti: 0.005 내지 0.020％, Nb: 0.005 내지 0.045％, Ca: 0.0010 내지 0.0050％, N: 0.0015 내지 0.0070％를 포함하고, P: 0.015％ 이하, S: 0.0015％ 이하, O: 0.0040％ 이하로 제한하고, 필요에 따라, Ni: 0.05 내지 0.50％, Mo: 0.05 내지 0.50％, Cr: 0.05 내지 0.50％, Cu: 0.05 내지 0.50％, V: 0.010 내지 0.100％, Mg: 0.0001 내지 0.0100％, REM: 0.0001 내지 0.0100％의 1종 또는 2종 이상을 포함하고, 잔부: Fe 및 불순물로 이루어지고, 바람직하게는 Ceq＝[C]＋[Mn]/6＋([Ni]＋[Cu])/15＋([Cr]＋[Mo]＋[V])/5로 표시되는 Ceq가 0.300 내지 0.400이고,

상기 모재부의 표면으로부터 깊이 방향으로 1.0㎜까지의 범위의 금속 조직인 표층부 금속 조직이, 폴리고날 페라이트와 그래뉼라 베이나이트를 포함하고, 상기 표층부 금속 조직에 있어서의 상기 폴리고날 페라이트의 면적률이 0 내지 70％, 상기 폴리고날 페라이트와 상기 그래뉼라 베이나이트의 합계의 면적률이 50％ 이상이고, 잔부가 베이나이트(템퍼링 베이나이트도 포함함), 의사 펄라이트 또는 그것들의 혼합물을 포함하는 경우가 있고,

상기 표층부 금속 조직에 있어서의, 최대 경도가 270Hv 이하, 바람직하게는 250Hv 이하이고,

상기 모재부의 상기 표면으로부터 깊이 방향으로 1.0㎜ 초과로부터 판 두께 중심까지의 범위의 금속 조직인 내부 금속 조직이, 면적률로 40％ 이하의 폴리고날 페라이트를 포함하고, 잔부가 그래뉼라 베이나이트, 베이나이트, 의사 펄라이트 또는 그것들의 혼합물을 포함하는 경우가 있고,

상기 내부 금속 조직에 있어서의, 최대 경도가 248Hv 이하이고, 평균 경도가 150 내지 220Hv이다.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 강판(이하, 본 실시 형태에 관한 강판이라고 함)은, 상기 강관의 모재부에 사용되는 강판이다.

이하, 본 실시 형태에 관한 강관 및 본 실시 형태에 관한 강판, 그리고 그것들의 바람직한 제조 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 본 실시 형태에 관한 강관의 모재부(즉, 본 실시 형태에 관한 강판)에 대하여 설명한다.

(I) 화학 조성

본 실시 형태에 관한 강관의 모재부(본 실시 형태에 관한 강판)의 화학 조성의 한정 이유에 대하여 설명한다. 이하, 화학 조성에 관한 ％는, 질량％를 의미한다.

C: 0.030 내지 0.070％

C는, 강의 강도 향상에 필요한 원소이다. C 함유량이 0.030％ 미만이면, 강도 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, C 함유량은 0.030％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.040％ 이상이다.

한편, C 함유량이 0.070％를 초과하면, 강의 강도가 너무 상승함과 함께, 표층부 금속 조직 및 내부 금속 조직, 특히, 중심 편석부의 경도가 248Hv를 초과하여, 내SSC성, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, C 함유량은 0.070％ 이하로 한다. 용접성, 인성 등의 저하를 억제하는 점에서, C 함유량은 0.050％ 이하가 바람직하다.

Si: 0.005 내지 0.50％

Si는, 제강 시, 탈산재로서 기능하는 원소이다. 또한, 제강 단계에서 불가피하게 혼입되는 원소이다. Si 함유량이 0.005％ 미만이면, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, Si 함유량은 0.005％ 이상으로 한다. 탈산 효과를 충분히 얻는 점에서, 0.050％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

한편, Si 함유량이 0.50％를 초과하면, 용접 열 영향부(HAZ)의 인성이 저하된다. 그 때문에, Si 함유량은 0.50％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.35％ 이하이다.

Mn: 1.05 내지 1.65％

Mn은, 강의 강도 및 인성의 향상에 기여하는 원소이다. Mn 함유량이 1.05％ 미만이면, 강도 및 인성의 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, Mn 함유량은 1.05％ 이상으로 한다. 바람직하게는 1.15％ 이상이다.

한편, Mn 함유량이 1.65％를 초과하면, 내HIC성을 열화시키는 MnS이 다량으로 생성됨과 함께, 내부 금속 조직, 특히 중심 편석부의 경도가 248Hv를 초과하여, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, Mn 함유량은 1.65％ 이하로 한다. 바람직하게는 1.50％ 이하이다.

Al: 0.010 내지 0.070％

Al은, 탈산을 위해 첨가하는 원소이다. Al 함유량이 0.010％ 미만이면, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, Al 함유량은 0.010％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.020％ 이상이다.

한편, Al 함유량이 0.070％를 초과하면, Al 산화물이 집적되어 클러스터가 생성되어, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, Al 함유량은 0.070％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.045％ 이하이다.

Ti: 0.005 내지 0.020％

Ti은, N와 결합하여 질화물을 형성하는 원소이다. 이 질화물은, 결정립의 미세화에 기여한다. Ti 함유량이 0.005％ 미만이면, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, Ti 함유량은 0.005％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.008％ 이상이다.

한편, Ti 함유량이 0.020％를 초과하면, 조대한 질화물이 생성되어, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, Ti 함유량은 0.020％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.015％ 이하이다.

Nb: 0.005 내지 0.045％

Nb는, 미재결정 온도역을 확대하여 결정립을 미세하게 함과 함께, 탄화물이나 질화물을 형성하여, 강의 강도의 향상에 기여하는 원소이다. Nb 함유량이 0.005％ 미만이면, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, Nb 함유량은 0.005％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.010％ 이상이다.

한편, Nb 함유량이 0.045％를 초과하면, 조대한 탄화물이나 질화물이 생성되어, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, Nb 함유량은 0.045％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.035％ 이하이다.

Ca: 0.0010 내지 0.0050％

Ca은, S과 결합하여 CaS을 생성하여, 압연 방향으로 신장되는 MnS의 생성을 억제함으로써, 내HIC성의 향상에 기여하는 원소이다. Ca 함유량이 0.0010％ 미만이면, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, Ca 함유량은 0.0010％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.0020％ 이상이다.

한편, Ca 함유량이 0.0050％를 초과하면, Ca 산화물이 집적되어, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, Ca 함유량은 0.0050％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0040％ 이하이다.

N: 0.0015 내지 0.0070％

N는, 질화물을 형성하여, 가열 시의 오스테나이트립의 조대화 억제에 기여하는 원소이다. N 함유량이 0.0015％ 미만이면, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, N 함유량은 0.0015％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.0020％ 이상이다.

한편, N 함유량이 0.0070％를 초과하면, 조대한 탄질화물이 생성되어, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, N 함유량은 0.0070％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0050％ 이하이다.

본 실시 형태에 관한 강관의 모재부(본 실시 형태에 관한 강판)의 화학 조성은, 상기 원소 외에, 강도, 인성 및 다른 특성의 향상을 위해, 본 실시 형태에 관한 강판의 특성을 저하시키지 않는 범위에서, Fe의 일부 대신에, Ni, Mo, Cr, Cu, V, Mg, REM으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 후술하는 범위에서 포함해도 된다. 이들 원소는 임의 원소이고, 함유하지 않아도 된다. 즉, 이들 원소의 함유량의 하한은 0％이다.

Ni: 0 내지 0.50％

Ni은, 강의 인성 및 강도의 향상, 그리고 내식성의 향상에 기여하는 원소이다. 이들 효과를 얻는 경우, Ni 함유량은 0.05％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.10％ 이상이다.

한편, Ni 함유량이 0.50％를 초과하면, 강도가 너무 상승하여, 인성이 저하됨과 함께, 표면의 입계 선택 부식에 의해, 내SSC성이 저하된다. 그 때문에, 함유시키는 경우라도, Ni 함유량은 0.50％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.35％ 이하이다.

Mo: 0 내지 0.50％

Mo은, 강의 ?칭성의 향상에 기여하는 원소이다. 이 효과를 얻는 경우, Mo 함유량은 0.05％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.10％ 이상이다. 한편, Mo 함유량이 0.50％를 초과하면, 강도가 너무 상승하여, 인성이 저하된다. 그 때문에, 함유시키는 경우라도, Mo 함유량은 0.50％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.35％ 이하이다.

Cr: 0 내지 0.50％

Cr은, 강의 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 이 효과를 얻는 경우, Cr 함유량은 0.05％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.10％ 이상이다. 한편, Cr 함유량이 0.50％를 초과하면, 강도가 너무 상승하여, 인성이 저하된다. 그 때문에, 함유시키는 경우라도, Cr 함유량은 0.50％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.35％ 이하이다.

Cu: 0 내지 0.50％

Cu는, 강의 강도의 향상 및 내식성의 향상에 기여하는 원소이다. 이들 효과를 얻는 경우, Cu 함유량은 0.05％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.10％ 이상이다. 한편, Cu 함유량이 0.50％를 초과하면, 강도가 너무 상승하여, 인성이 저하된다. 그 때문에, 함유시키는 경우라도, Cu 함유량은 0.50％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.35％ 이하이다.

V: 0 내지 0.100％

V는, 탄화물 및/또는 질화물을 형성함으로써, 강의 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 이 효과를 얻는 경우, V 함유량은 0.010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.030％ 이상이다. 한편, V 함유량이 0.100％를 초과하면, 인성이 저하된다. 그 때문에, 함유시키는 경우라도, V 함유량은 0.100％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.080％ 이하이다.

Mg: 0 내지 0.0100％

Mg은, 미세한 산화물을 형성하여 결정립의 조대화를 억제함으로써, 강의 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 이 효과를 얻는 경우, Mg 함유량은 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.0010％ 이상이다.

한편, Mg 함유량이 0.0100％를 초과하면, 산화물이 응집, 조대화되어, 내HIC성 및 인성이 저하된다. 그 때문에, 함유시키는 경우라도, Mg 함유량은 0.0100％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0050％ 이하이다.

REM: 0 내지 0.0100％

REM은, 황화물계 개재물의 형태를 제어함으로써, 내SSC성, 내HIC성 및 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 이들 효과를 얻기 위해, REM 함유량은 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.0010％ 이상이다.

한편, REM 함유량이 0.0100％를 초과하면, 산화물이 생성되어 강의 청정도가 저하되고, 그 결과, 내HIC성 및 인성이 저하된다. 그 때문에, 함유시키는 경우라도, REM 함유량은 0.0100％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0060％ 이하이다.

본 실시 형태에 있어서, REM이란, 희토류 원소를 의미하고, Sc, Y 및 란타노이드의 17원소의 총칭이고, REM 함유량은, 이들 17원소의 합계 함유량을 나타낸다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 강관의 모재부(본 실시 형태에 관한 강판)는, 상기한 필수 원소를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하는 화학 조성을 기본으로 하지만, 상기한 필수 원소를 포함하고, 필요에 따라 상기한 임의 원소를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성이어도 된다.

불순물이란, 강재를 공업적으로 제조할 때에, 광석 혹은 스크랩 등과 같은 원료로부터, 또는 제조 공정의 다양한 환경으로부터 혼입되는 성분이며, 강에 악영향을 미치지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.

불순물 중, 특히 P, S, O, Sb, Sn, Co, As, Pb, Bi, H에 대해서는, 후술하는 범위로 제어하는 것이 바람직하다.

P: 0.015％ 이하

P은, 불순물 원소이고, 그 함유량이 적을수록 바람직한 원소이다. P 함유량이 0.015％를 초과하면, 내HIC성이 현저하게 저하된다. 그 때문에, P 함유량은 0.015％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.010％ 이하이다.

P 함유량은 적을수록 바람직하므로, 하한은 0％를 포함한다. 그러나, P 함유량을 0.003％ 미만으로 저감시키면, 제조 비용이 대폭으로 상승하므로, 실용 강판상, 0.003％가 P 함유량의 실질적인 하한이다.

S: 0.0015％ 이하

S은, 열간 압연 시에 압연 방향으로 연신되는 MnS을 형성하는 원소이다. 이 연신된 MnS은, 내HIC성을 저하시킨다. S 함유량이 0.0015％를 초과하면, 내HIC성이 현저하게 저하된다. 그 때문에, S 함유량은 0.0015％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0010％ 이하이다.

S 함유량은 적을수록 바람직하므로, 하한은 0％를 포함한다. 그러나, S 함유량을 0.0001％ 미만으로 저감시키면, 제조 비용이 대폭으로 상승하므로, 실용 강판상, 0.0001％가 S 함유량의 실질적인 상한이다.

O: 0.0040％ 이하

O는, 탈산 후, 불가피하게 잔류하는 원소이고, 그 함유량이 적을수록 바람직하다. O 함유량이 0.0040％를 초과하면, 산화물이 다량으로 생성되어, 내HIC성이 현저하게 저하된다. 그 때문에, O 함유량은 0.0040％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0030％ 이하이다.

O 함유량은 적을수록 바람직하므로, 하한은 0％를 포함한다. 그러나, O 함유량을 0.0010％ 미만으로 저감시키면, 제조 비용이 대폭으로 상승하므로, 실용 강판상, 0.0010％가 O 함유량의 실질적인 하한이다.

또한, 강판 특성 및 강관 특성에 대한 영향을 고려하여, 예를 들어 Sb, Sn, Co, As는 각각 0.10％ 이하, Pb과 Bi는 각각 0.005％ 이하, H는 0.0005％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

Ceq: 0.300 내지 0.400

본 실시 형태에 관한 강관에서는, 강도, 내SSC성 및 내HIC성을 더 높이기 위해, 강관의 모재부에 사용하는 강판의 화학 조성에 대하여, 각 원소의 함유량뿐만 아니라, 하기 식(1)로 정의하는 Ceq(탄소당량)를 0.400 이하로 한다.

식 중의 [C], [Mn], [Ni], [Cu], [Cr], [Mo], [V]은, C, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo, V의 함유량(질량％)이다.

Ceq가 0.400을 초과하면, ?칭성이 너무 높아져, 후술하는 모재부(강판)의 표층부 금속 조직의 최대 경도가 270Hv를 초과하고, 그 결과, 내SSC성이 저하된다. 또한, 내부 금속 조직의 최대 경도가 248Hv를 초과하여 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, Ceq는 0.400 이하로 한다. 바람직하게는 0.350 이하이다. Ceq의 하한은, 소정의 강도를 확보하기 위해, 0.300 이상으로 한다.

(II) 금속 조직

이어서, 본 실시 형태에 관한 강관의 모재부의 금속 조직(포함되는 조직 및 경도)에 대하여 설명한다.

강판을 제어 냉각한 경우, 강판 표층부는 강판 내부에 비해 급랭된다. 이것은, 강판 표층부의 금속 조직과 강판 내부의 금속 조직에 차이가 발생하여, 기계 특성에도 차이가 발생하는 것을 의미한다. 특히, 경도에 관하여, 강판 표층부는 내부에 비해 고경도로 된다. 본 발명자들은, 이와 같은 조직으로 된 강판 및 강관에서는, 표면으로부터 깊이 방향(판 두께 방향)으로 1.0㎜까지의 범위의 (표층부)에 있어서, 내SSC성이 열위로 되는 것을 알아냈다.

한편, 본 발명자들은, 강판의 제어 냉각에 있어서, 복열을 이용하면, 강판 표층부의 금속 조직과 강판 내부의 금속 조직을 각각 제어할 수 있고, 그 결과, 강판 표층부의 고경도화를 억제할 수 있는 것을 알아냈다.

본 실시 형태에 관한 강관에서는, 우수한 내SSC성과 내HIC성을 확보하기 위해, 모재부의 강판의 금속 조직을, (i) 강판의 표면으로부터 깊이 방향(판 두께 방향)으로 1.0㎜까지의 범위의 조직(표층부 금속 조직)과, (ii) 강판의 표면으로부터 깊이 방향으로 1.0㎜ 초과로부터 판 두께 중심까지의 범위의 조직(내부 금속 조직)으로 구분하여, 각각의 금속 조직에 있어서, 포함되는 조직의 종류 및 분율(면적률), 그리고 경도를 규정한다.

본 실시 형태에 관한 강관에 있어서는, 모재부의 강판의 표면으로부터 깊이 방향으로 1.0㎜까지를 표층부(이하, 단순히 「강판 표층부」라고 하는 경우가 있음)로 한다. 가속 냉각에 의하면, 특히, 표면으로부터 깊이 1.0㎜까지의 범위의 경도가 높아지므로, 표층부 금속 조직을, 강판 표면으로부터 깊이 방향으로 1.0㎜까지 범위의 조직으로 한다.

모재부의 강판의 표면으로부터 깊이 1.0㎜까지의 표층부 금속 조직: 폴리고날 페라이트와 그래뉼라 베이나이트를 포함하고, 폴리고날 페라이트의 면적률이 0 내지 70％, 폴리고날 페라이트와 그래뉼라 베이나이트의 합계의 면적률이 50％ 이상, 또한 최대 경도가 270Hv 이하

표층부에 있어서, 폴리고날 페라이트의 면적률이 70％를 초과하는 경우, 잔부에 고농도의 C가 집적되어 경화 영역이 형성되고, 그 결과, 내SSC성이 열화된다. 그 때문에, 폴리고날 페라이트의 면적률은 70％ 이하로 한다. 바람직하게는 50％ 이하이다. 또한, 내SSC성을 확보하기 위해, 폴리고날 페라이트와 그래뉼라 베이나이트의 합계 면적률을 50％ 이상으로 한다.

표층부 금속 조직의 잔부는 베이나이트 및 의사 펄라이트의 1종 또는 2종으로 이루어지는 것이 바람직하다. 단, 잔부는 포함되지 않아도 된다. 즉, 폴리고날 페라이트와 그래뉼라 베이나이트의 합계 면적률이 100％여도 된다.

표층부 금속 조직의 최대 경도가 270Hv를 초과하면, 내SSC성이 저하된다. 그 때문에, 표층부 금속 조직의 최대 경도는 270Hv 이하로 한다. 바람직하게는 250Hv이다. 내SSC성의 관점에서는 그 하한을 정할 필요는 없지만, 실질적으로는 160Hv 이상이다.

각 조직의 면적률의 측정은, 금속 조직을 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여, 예를 들어 1000배의 배율로 관찰함으로써 얻어진다. 표층부 금속 조직은, 강판의 표면으로부터 0.1㎜, 0.2㎜ 및 0.5㎜의 위치를 관찰하고, 각각의 위치에서의 면적률을 평균함으로써 얻어진다.

본 실시 형태에 있어서, 폴리고날 페라이트는, 입자 내에 조대한 시멘타이트나 MA 등의 조대한 석출물을 포함하지 않는 괴상의 조직으로서 관찰되는 조직이다.

베이나이트는, 구 오스테나이트 입계가 명료하며, 입자 내는 미세한 라스 조직이 발달되어 있고, 라스 내, 라스 사이에 미세한 탄화물 및 오스테나이트·마르텐사이트 혼성물이 산재되어 있는 조직이다. 여기서, 베이나이트에는, 템퍼링 베이나이트도 포함한다.

그래뉼라 베이나이트는, 구 오스테나이트 입계가 불명료하며, 입자 내는 침상 형상의 페라이트(탄화물도 오스테나이트·마르텐사이트 혼성물은 존재하지 않음)가 랜덤한 결정 방위에서 생성되어 있는 조직인 침상 페라이트와, 베이나이트의 중간의 변태 온도에서 생성되고, 부분적으로 구 오스테나이트 입계가 보이고, 입자 내에 거친 라스 조직이 존재하고, 라스 내, 라스 사이에 미세한 탄화물 및 오스테나이트·마르텐사이트 혼성물이 산재하는 부분과, 구 오스테나이트 입계가 불명료하여 침상 또는 부정형의 페라이트의 부분이 혼재하는 조직이다.

의사 펄라이트란, 시멘타이트가 열상으로 나열된 펄라이트이다.

도 4에, 강판의 표면으로부터 0.5㎜의 금속 조직(주사 전자 현미경으로 촬상: 배율 1000배)의 일례를 도시한다. 도 4에 있어서, 매끄러운 곡선에 둘러싸여 내부가 평활한 부분이 폴리고날 페라이트이고, 내부에 흰 점들이 존재하는 부분이 그래뉼라 베이나이트이다.

표층부 금속 조직의 최대 경도의 측정은, 다음과 같이 행한다.

먼저, 강판의 폭 방향의 단부(강관의 경우에는, 맞댐부에 상당)로부터 강판의 폭 방향으로 강판의 폭 1/4, 1/2 및 3/4의 위치(강관으로 말하면, 용접부를 0시로 한 경우의, 각각 3시, 6시 및 9시의 위치)로부터 한 변이 300㎜인 사각형의 강판을 가스 절단으로 잘라내고, 잘라낸 강판의 중심으로부터, 길이 20㎜, 폭 20㎜의 블록 시험편을 기계 절단에 의해 채취하고, 기계 연마로 연마한다. 이 각 블록 시험편에 대하여, 비커스 경도계(하중: 100g)로, 표면으로부터 0.1㎜를 시점으로 하여, 판 두께 방향 0.1㎜ 간격으로 10점, 동일 깊이에 대하여 폭 방향 1.0㎜ 간격으로 10점, 합계 100점 측정한다. 상기 측정의 결과, 어느 시험편에 있어서도, 270Hv를 초과하는 측정점이 판 두께 방향으로 2점 이상 연속해서 드러나지 않으면, 표층부 금속 조직의 최대 경도는 270Hv 이하라고 판단한다.

판 두께 방향으로 연속해서 2점 이상 270Hv를 초과하는 측정점이 존재하는 경우, 그 경도는 이상값은 아니고, 경도가 높은 조직이 형성되어 있고, 내SSC성이 저하되므로 허용되지 않는다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 270Hv를 초과하는 측정점이 1점 존재해도, 판 두께 방향으로 2점 이상 연속해서 드러나지 않으면, 그 점은 이상점이라고 하여 채용하지 않고, 다음으로 높은 값을 최대 경도로 한다. 판 두께 방향으로 연속해서 2점 이상 270Hv를 초과하는 측정점이 존재하는 경우에는, 그것들의 가장 높은 값을 최대 경도로서 채용한다.

도 3a 내지 도 3c에, 강관의 용접부를 0시 위치로 한 경우의, 3시, 6시, 9시에 상당하는 3개소에서, 표층부 금속 조직의 경도를 측정한 결과를 나타낸다. 표층부 금속 조직의 경도는 비커스 경도계를 사용하여, 표층으로부터 깊이 0.1㎜ 내지 깊이 1.0㎜까지의 영역을 0.1㎜ 간격, 동일 깊이 10점씩 하중 100g으로 측정했다. 어느 개소에 있어서도, 최대 경도는 270Hv 이하이고, 우수한 내SSC성을 갖는 것을 알 수 있다.

모재부의 강판의 표면으로부터 깊이 방향으로 1.0㎜ 초과로부터 판 두께 중심까지의 범위의 금속 조직(내부 금속 조직): 폴리고날 페라이트의 면적률이 40％ 이하, 최대 경도가 248Hv 이하, 평균 경도가 150 내지 220Hv

내부 금속 조직에 있어서, 폴리고날 페라이트의 면적률이 40％를 초과하면, 필요한 강도 및 내HIC성의 확보가 어려워진다. 그 때문에, 폴리고날 페라이트의 면적률은 40％ 이하로 한다. 바람직하게는 30％ 이하, 보다 바람직하게는 25％ 이하이다.

내부 금속 조직의 잔부는 그래뉼라 베이나이트, 베이나이트 및 의사 펄라이트의 1종 또는 2종 이상으로 이루어진다.

내부 금속 조직에 있어서의 최대 경도가 248Hv를 초과하면, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, 최대 경도는 248Hv 이하로 한다. 또한, 평균 경도가 150Hv 미만이면, 필요한 기계 특성을 확보할 수 없다. 그 때문에, 평균 경도는 150Hv 이상으로 한다. 바람직하게는 160Hv 이상이다. 한편, 평균 경도가 220Hv를 초과하면, 내HIC 및 인성이 저하된다. 그 때문에, 평균 경도는 220Hv 이하로 한다. 바람직하게는 210Hv 이하이다.

내부 금속 조직의 조직 분율(면적률)은, 강판의 표면으로부터 판 두께의 1/4(t/4)의 위치를, 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여, 예를 들어 1000배의 배율로 관찰함으로써 얻어진다. 관찰 위치를 t/4의 위치로 하는 것은, t/4의 위치 조직이, 내부 금속 조직의 대표적인 조직을 나타내기 때문이다.

도 5에, t/4의 위치의 금속 조직(주사 전자 현미경으로 촬상: 배율 1000배)의 일례를 도시한다. 도 5에 있어서, 매끄러운 곡선에 둘러싸여 내부가 평활한 부분이 폴리고날 페라이트이다. 또한, 내부에 흰 점들 또는 선이 보이는 부분은 그래뉼라 베이나이트 또는 의사 펄라이트이고, 들쭉날쭉한 흰선으로 둘러싸이고, 내부에 얇게 모양이 보이는 것이 베이나이트이다.

내부 금속 조직에 있어서의 최대 경도, 평균 경도는, 이하의 방법으로 측정할 수 있다.

강판의 폭 방향의 단부(강관의 경우에는, 맞댐부에 상당)로부터 강판의 폭 방향으로 1/4, 1/2 및 3/4의 위치(강관으로 말하면, 용접부를 0시로 한 경우의, 각각 3시, 6 시 및 9시의 위치)로부터 한 변이 300㎜인 사각형의 강판을 가스 절단으로 잘라내고, 잘라낸 강판의 중심으로부터, 길이 20㎜, 폭 20㎜의 블록 시험편을 기계 절단에 의해 채취하고, 기계 연마로 연마한다. 이 각 블록 시험편에 대하여, 비커스 경도계(하중: 1㎏)로, 표면으로부터 1.2㎜의 깊이 위치를 시점으로 하여, 판 두께 방향으로 0.2㎜ 간격, 또한 동일 깊이에 대하여 폭 방향 1.0㎜ 간격으로 10점 경도를 측정한다. 상기 측정의 결과, 248Hv를 초과하는 측정점이 판 두께 방향으로 2점 이상 연속해서 드러나지 않으면, 표층부 금속 조직의 최대 경도는 248Hv 이하라고 판단한다.

본 실시 형태에 관한 강관의 모재에서는, 국소적으로는, 높은 경도의 값(이상값)이 드러나는 경우가 있다. 그러나, 이와 같은 이상값이 드러나도, 내HIC성은 확보할 수 있다. 한편, 판 두께 방향으로 연속해서 2점 이상 248Hv를 초과하는 측정점이 존재하는 경우, 내HIC성이 저하되므로 허용되지 않는다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 248Hv를 초과하는 측정점이 1점 존재해도, 판 두께 방향으로 2점 이상 연속해서 드러나지 않으면, 그 점은 이상점이라고 하여 채용하지 않고, 다음으로 높은 값을 최대 경도라고 한다. 한편, 판 두께 방향으로 연속해서 2점 이상 248Hv를 초과하는 측정점이 존재하는 경우에는, 그것들의 가장 높은 값을 최대 경도로서 채용한다.

또한, 평균 경도는, 모든 측정점의 경도를 평균하여 산출한다.

이어서, 본 실시 형태에 관한 강관의 용접부에 대하여 설명한다.

본 실시 형태에 관한 강관은, 본 실시 형태에 관한 강판을 통상으로 가공하고, 통상 강판의 양단부(강판의 폭 방향 단부)를 맞대고, 용접함으로써 얻어진다. 그 때문에, 도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 강관(1)은, 강판(2)의 맞댐부에 마련되어, 강판의 길이 방향으로 연장되는 용접부(3)를 갖는다. 용접부(3)는, 통상, 강판(2)의 길이 방향의 단부로부터 다른 한쪽의 단부까지 연속적으로 마련된다.

일반적으로, 강관 용접에 있어서, 용접부는 모재부보다도 두께가 커지도록 시공된다. 또한, 용접 금속은 모재보다도 고합금이고, 내식성도 높다. 그 때문에, 용접부가 파괴의 기점으로 되는 경우는 거의 없다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 강관의 용접부는, SAW 용접 등으로, 통상의 조건에서 얻어진 것이라면, 특별히 한정되지 않는다.

본 실시 형태에 관한 강관은, 라인 파이프로의 적용을 고려하여, API5L에 규정되는 X52 내지 X70을 만족시키는 강도를 갖는 것이 바람직하다.

이어서, 본 실시 형태에 관한 강관의 바람직한 제조 방법에 대하여 설명한다.

본 실시 형태에 관한 강관은, 제조 방법에 구애되지 않고, 상술한 구성을 갖고 있으면, 그 효과가 얻어지지만, 예를 들어 이하와 같은 공정을 포함하는 제조 방법에 의하면, 안정적으로 얻어지므로 바람직하다.

즉, 본 실시 형태에 관한 강판은,

(i) 소정의 화학 조성을 갖는 강편을 1050 내지 1250℃로 가열하여 열간 압연에 제공하고, 830 내지 1000℃에서 열간 압연을 종료하는 열간 압연 공정,

(ii) 열간 압연 종료 후의 강판을, 표면 온도가 750 내지 950℃인 온도 영역으로부터 400 내지 650℃의 온도 영역까지, 평균 냉각 속도 15 내지 100℃/초로, 또한 도중의 복열에 의한 온도 상승이 5 내지 65℃로 되는, 2회 이상의 복열을 행하도록 가속 냉각하는 가속 냉각 공정을

포함하는 제조 방법에 의해 얻어진다.

또한, 본 실시 형태에 관한 강관은, 상기 (i), (ii)에 더하여,

(iii) 상기에 의해 얻어진 본 실시 형태에 관한 강판을, 통상으로 성형하는 성형 공정,

(iv) 통상으로 된 강판의 양단부를 맞대어 용접하는 용접 공정을

더 포함하는 제조 방법에 의해 얻어진다.

이하, 각 공정에 대하여, 바람직한 조건을 설명한다.

<열간 압연 공정>

강편 가열 온도: 1050 내지 1250℃

본 실시 형태에 관한 강관의 모재와 동일한 화학 조성을 갖는 용강을 주조하여 제조한 강편을, 1050 내지 1250℃로 가열하여 열간 압연에 제공한다. 열간 압연에 앞서는 용강의 주조 및 강편의 제조는 통상법에 따라 행하면 된다.

강편 가열 온도가 1050℃ 미만이면, 미고용의 조대한 Nb 및 Ti의 탄질화물이 생성되어, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, 강편 가열 온도는 1050℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1100℃ 이상이다. 한편, 강편 가열 온도가 1250℃를 초과하면, 결정 입경이 커져 저온 인성이 저하된다. 또한, 오스테나이트 입경이 조대화되어, ?칭성이 과잉으로 높아진 결과, 표층부 금속 조직 및 내부 금속 조직에 있어서 경화상이 형성되어, 내SSC성, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, 강편 가열 온도는 1250℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1200℃ 이하이다.

열간 압연에서는, 상기 온도로 가열한 강편을, 통상의 압하율로 열간 압연하여 강판으로 한다. 판 두께는, 라인 파이프의 요구 두께에 따라 설정하면 되므로, 특별히 한정하지 않는다.

압연 종료 온도: 830 내지 1000℃

마무리 압연 후의 가속 냉각에 의해, 소정의 표층부 금속 조직 및 내부 금속 조직을 얻기 위해, 압연 종료 온도(마무리 온도)를 830 내지 1000℃로 한다. 압연 종료 온도가 830℃ 미만이면, 상기 표층부 금속 조직 및 내부 금속 조직을 얻는 것이 어려우므로, 마무리 압연 온도는 830℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 850℃ 이상이다.

한편, 압연 종료 온도가 1000℃를 초과하면, 결정립이 조대화되어, 저온 인성이 저하된다. 그 때문에, 압연 종료 온도는 1000℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 900℃ 이하이다.

<가속 냉각 공정>

냉각 개시 온도 Ts: 750 내지 950℃

냉각 정지 온도 Tf: 400 내지 650℃

평균 냉각 속도 Vc: 15 내지 100℃/초

복열 횟수: 2회 이상

복열에 의한 온도 상승: 5 내지 65℃(최종의 수랭 정지 후의 복열을 제외함)

가속 냉각 공정에서는, 열간 압연 종료 후의 강판을, 표면 온도가 750 내지 950℃인 온도 영역으로부터 400 내지 650℃의 온도 영역까지, 평균 냉각 속도 15 내지 100℃/초 또한 냉각 개시부터 냉각 정지까지의 사이에 온도 상승이 5 내지 65℃로 되는 2회 이상의 복열을 포함하도록 가속 냉각한다.

도중에 복열을 끼우는 가속 냉각은, 냉각대를, 강판의 길이 방향(반송 방향)으로, 복수로 분할하여 배치한 냉각 설비에 있어서, 냉각대마다, 강판에 분사하는 냉각수의 수량을 조정하여 행할 수 있다.

도 2에, 강판의 냉각 곡선의 일례를 도시한다. 4개의 냉각 곡선은, 상부로부터, 판 두께 중심부(판 두께 1/2부)의 냉각 곡선, 표면으로부터 판 두께의 1/4의 위치(t/4부)의 냉각 곡선, 표면으로부터 깊이 1.0㎜의 부위의 냉각 곡선 및 강판 표면의 냉각 곡선이다. 강판 전체는, 냉각 개시 온도(Ts)의 830℃로부터, 약 10초이고, 620℃ 정도까지, 도중에 3회의 복열을 포함하도록 가속 냉각되어 있다.

이 냉각에 있어서, 냉각 개시 온도 Ts, 냉각 정지 온도 Tf는 도시되는 점이고, 평균 냉각 속도 Vc는, 온도 변화 ΔT(냉각 개시 온도 Ts－냉각 정지 온도 Tf)를 냉각 시간 Δt(수랭을 실시하고 있는 시간)로 나눔으로써 구해진다.

도 2에 의하면, 강판 표면은, 각 냉각대에 있어서 냉각수의 분사량을 조정한 결과, 강판 내부의 현열에 의한 복열에 의해, 냉각 중에 표면 온도가 일시적으로 승온한 것을 알 수 있다. 한편, 강판 표면 및 표면으로부터 깊이 1.0㎜의 부위의 냉각 곡선에는 복열의 영향이 있지만, 판 두께 중심부(판 두께 1/2부)의 냉각 곡선 및 판 두께 1/4부의 냉각 곡선에, 복열의 영향은 보이지 않고, 강판 내부는, 거의 일정한 냉각 속도로 냉각되어 있는 것을 알 수 있다.

냉각 개시 온도 Ts가 750℃ 미만이면, 표층부 금속 조직에 있어서, 압연 후에 조대한 페라이트가 생성되고, 잔부로서 마르텐사이트 등의 경도가 높은 조직이 생성된다. 그 결과, 내SSC성이 열화된다. 또한, 냉각 개시 온도 Ts가 750℃ 미만이면, 내부 금속 조직에 있어서 페라이트 분율이 과잉으로 되어, 경화상의 경도도 높아진다. 그 때문에, 냉각 개시 온도 Ts는 750℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 780℃ 이상이다.

한편, 냉각 개시 온도 Ts가 950℃를 초과하면, 복열을 2회 이상 행해도, 표층부 금속 조직의 최대 경도가 270Hv를 초과하여, 내SSC성이 저하된다. 그 때문에, 냉각 개시 온도 Ts는 950℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 880℃ 이하이다.

냉각 정지 온도 Tf가 400℃ 미만이면, 내부 금속 조직의 평균 경도가 220Hv를 초과하여, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, 냉각 정지 온도 Tf는 400℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 480℃ 이상이다. 한편, 냉각 정지 온도 Tf가 650℃를 초과하면, 내부 금속 조직의 평균 경도가 150Hv 미만으로 되어, 소정의 강도를 만족시킬 수 없게 되는 경우가 있다. 또한, 한편으로 국소적으로 경도가 높은 조직이 형성되어, 내SSC성, 내HIC성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, 냉각 정지 온도 Tf는 650℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 580℃ 이하이다.

평균 냉각 속도 Vc가 15℃/초 미만이면, 표층부 금속 조직에 있어서, 면적률로 70％를 초과하는 폴리고날 페라이트가 생성된다. 또한, 내부 금속 조직에 있어서, 면적률로 40％를 초과하는 폴리고날 페라이트가 생성된다. 그 경우, 라인 파이프로서의 강도를 확보할 수 없으므로, 평균 냉각 속도 Vc는 15℃/초 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 25℃/초 이상이다.

한편, 평균 냉각 속도 Vc가 100℃/초를 초과하면, 마르텐사이트 변태가 발생하여, 표층부 금속 조직의 경도가 270Hv를 초과하여, 내SSC성이 저하된다. 또한, 내부 금속 조직의 최대 경도가 248Hv를 초과하여, 내HIC성이 저하된다. 그 때문에, 평균 냉각 속도 Vc는 100℃/초 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 80℃/초 이하이다.

가속 냉각 도중의 복열 온도가 소정 범위 내인 복열 횟수가 1회 이하이면, 표층부 금속 조직의 경도가 270Hv를 초과하여, 내SSC성이 저하된다. 그 때문에, 복열 횟수는 2회 이상으로 한다.

도 2에는, 복열 횟수 3회의 냉각 곡선을 도시했지만, 복열 횟수는, 냉각 개시 온도와 냉각 정지 온도 사이에, 강종이나 통판 속도에 따라 적절히 정하면 된다.

본 실시 형태에 관한 강판에서는, 소정의 조직을 생성시키기 위해, 막비등 상태에서의 냉각을 행한다. 막비등 상태에서의 냉각으로 하기 위해, 수랭 도중에서의 복열 시, 완전히 복열시키지 않고, 복열에 의한 온도 상승이 65℃ 이하로 되도록 냉각을 행한다. 복열에 의한 온도 상승이 65℃ 초과이면 조대한 페라이트가 생성되어, 소정의 조직이 얻어지지 않는다. 한편, 복열에 의한 온도 상승이 5℃ 미만이면, 복열의 효과를 얻을 수 없다. 그 때문에, 복열에 의한 온도 상승 폭은, 5 내지 65℃로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 10 내지 65℃이다. 단, 수랭을 정지한 후의 최후의 복열에 대해서는, 온도 상승 폭을 5 내지 65℃로 할 필요가 없다.

복열 대신에 유도 가열 등에 의해 냉각 도중의 강판 온도를 상승시킨 경우, 내부까지 온도가 상승한다. 그 때문에, 복열 대신에 유도 가열 등에 의한 가열을 행해도, 소정의 조직은 얻을 수 없다.

온도 상승이 5 내지 65℃인 복열을 2회 이상 행하는 경우, 1회째의 복열을, 복열 후의 강판 표면 온도가 500℃ 이상으로 되도록 행하는 것이 바람직하다. 1회째의 복열 후의 강판의 표면이 500℃ 미만이라도, 우수한 내SSC성을 갖는 표층부 금속 조직과, 우수한 내HIC성을 갖는 내부 금속 조직을 확보할 수 있지만, 우수한 내SSC성을 갖는 표층부 금속 조직과, 우수한 내HIC성을 갖는 내부 금속 조직을 안정적으로 확보하기 위해서는, 1회째의 복열을, 복열 후의 강판 표면 온도가 500℃ 이상으로 되도록 행하는 것이 바람직하다.

수랭 정지 후, 얼마 지나면 표면 온도와 중심 온도의 온도 차가 없어진다. 예를 들어, 도 2에서는, 620℃ 정도에서 강판 표층부(표면 온도)와 강판 내부(중심 온도)의 온도 차가 없어져, 강판 온도가 안정된다. 이 후는 평균 냉각 속도가 0.5℃/초 이상 5.0℃/초 이하로 300℃ 이하까지 냉각하는 것이 바람직하다. 평균 냉각 속도가 0.5℃/초 이상 5.0℃/초 이하이면 방랭이어도 된다. 평균 냉각 속도가 0.5℃/초 미만이면, 소정의 강도가 얻어지지 않게 된다. 한편, 평균 냉각 속도가 5.0℃/초 초과로 되면, 중심부의 인성이 열화된다.

<성형 공정>

본 실시 형태에 관한 강관의 성형은, 특정한 성형에 한정되지 않는다. 온간 가공도 사용할 수 있지만, 치수 정밀도의 점에서, 냉간 가공이 바람직하다.

<용접 공정>

이어서, 통상으로 성형한 강판의 양단부를 맞대어 용접한다. 용접도, 특정한 용접에 한정되지 않지만, 서브머지드 아크 용접(SAW)이 바람직하다. 용접 조건은, 판 두께 등에 따라 공지의 조건에서 행하면 된다.

본 실시 형태에 관한 강관의 제조 방법에서는, 용접부의 인성을 저하시키는 조직(면적률로 10％를 초과하는 페라이트 및 펄라이트)이 생성되지 않도록, 용접부에 열처리(심 열처리)를 실시해도 된다. 열 처리 온도는, 통상의 온도 범위여도 되지만, 300 내지 Ac1점의 범위가 바람직하다.

본 실시 형태에 관한 강관의 모재부에는 열처리를 실시하지 않으므로, 모재부의 금속 조직은, 본 실시 형태에 관한 강판의 금속 조직과 동일하다. 본 실시 형태에 관한 강관의 모재부는, 본 실시 형태에 관한 강판의 금속 조직을 계승하여, 라인 파이프용으로서의 기계 특성과, 우수한 현지 용접성을 구비하고 있다. 또한, 본 실시 형태에 관한 강관의 용접부는, 본 실시 형태에 관한 강판의 용접성이 우수하므로, 기계 특성이 우수한 용접부이다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 강관은, 라인 파이프용 강관으로서 적합한 강관이다.

실시예

이어서, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하지만, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 일 조건예이고, 본 발명은, 이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서, 다양한 조건을 채용할 수 있다.

(실시예 1)

표 1에 나타내는 화학 조성과 Ceq를 갖는 강편을, 표 2에 나타내는 조건에서, 열간 압연 및 냉각하여, 강판을 제조했다. 표 2에 있어서, 복열 횟수는, 5℃ 이상의 온도 상승이 있던 복열의 횟수이다. 또한, 최대 복열 온도 폭이란, 가장 온도 상승 폭이 컸던 복열에 있어서의 온도 상승 폭이다.

제조한 강판으로부터 시험편을 채취하여, 표층부 금속 조직(0.1㎜, 0.2㎜, 0.5㎜의 위치)과 내부 금속 조직(t/4의 위치)을, SEM을 사용하여 배율 1000배로 관찰하여, 폴리고날 페라이트, 그래뉼라 베이나이트, 잔부의 분율(면적률)을 산출했다. 표층부 금속 조직의 잔부는 모두 베이나이트 및 의사 펄라이트의 1종 또는 2종, 내부 금속 조직의 잔부는 모두 그래뉼라 베이나이트, 베이나이트 및 의사 펄라이트의 1종 또는 2종 이상이었다.

또한, JIS5호 인장 시험편을 제작하여, JIS Z 2241에 규정된 인장 시험을 행하여, 항복 강도와 인장 강도를 측정했다.

또한, 비커스 경도계를 사용하여 경도를 측정했다. 표층부 금속 조직에 있어서는 표층으로부터 깊이 0.1 내지 1.0㎜를 0.1㎜ 간격으로 동일 깊이 10점씩 하중 100g으로 측정했다. 한편, 내부 금속 조직에 있어서는 표층으로부터 깊이 1.2㎜ 내지 판 두께 중심을 0.2㎜ 간격으로 동일 깊이 10점씩 하중 1㎏으로 측정했다. 이 결과로부터, 표층부 금속 조직에 대해서는 최대 경도를 구하고, 내부 금속 조직에 대해서는, 최대 경도 및 평균 경도를 구했다.

또한, 제조한 강판으로부터 시험편을 채취하여, 다음의 시험을 행하여, 내HIC성과 내SSC성을 평가했다.

내HIC성의 평가

NACE(National Association of Corrosionand Engineer)의 TM0284에 준거한 시험을 행하여, HIC(수소 유기 균열)의 발생의 유무를 관찰하여, HIC 면적률이 5％ 이하라면 내HIC성이 우수하다(OK)라고, 5％ 초과라면 내HIC 특성이 떨어진다(NG)라고 평가했다.

NACE 시험은, 5％ NaCl 용액＋0.5％ 아세트산, pH2.7의 용액 중에 황화수소 가스를 포화시켜, 강판을 용액 중에 침지하고, 96시간 후에 균열이 발생하는지 여부를 관찰하는 시험이다.

내SSC성의 평가

강판으로부터, 폭 15㎜, 길이 115㎜의 전체 두께 시험편을 폭 방향으로부터 채취하여, NACE의 TM0284m, ASTM(American Society for Testing and Materials) G39에 준거한 4점 굽힘 시험에 의해, 내SSC성을 평가했다.

4점 굽힘 시험에서, 인장 시험으로부터 도출한 0.2％ 내력의 90％에 상당하는 응력을 부가한 시험편을, 1atm의 황화수소 가스를 포화시킨 상온(24℃)의 5％ 식염＋0.5％ 아세트산, pH2.7의 수용액에 720시간 침지하여, SSC의 발생의 유무를 판단하기 위해, 시험편 표면을 배율 10배로 관찰했다.

SSC가 발생하지 않은 것을 합격(OK), SSC가 발생한 것을 불합격(NG)이라고 했다. 결과를 표 3에 나타낸다.

(실시예 2)

표 3에 나타내는 강판을, C프레스, U프레스 및 O프레스에 의해 관상으로 성형하고, 단부면을 가용접하고, 내외면으로부터 본용접을 행한 후, 관 확장 후, 라인 파이프용 강관으로 했다. 본용접에는, 서브머지드 아크 용접을 적용했다. 강판의 제조 No.와 강관의 제조 No.는 관련되어 있고, 예를 들어 제조 No.T1의 강관은, 제조 No.S1의 강판을 사용하여 제조되고, 제조 No.T2의 강관은, 제조 No.S2의 강판을 사용하여 제조된 것을 나타내고 있다.

제조한 강판으로부터 시험편을 채취하여, 표층부 금속 조직(0.1㎜, 0.2㎜, 0.5㎜의 위치)과 내부 금속 조직(t/4의 위치)을, 주사 전자 현미경을 사용하여 배율 1000배로 관찰하여, 폴리고날 페라이트, 그래뉼라 베이나이트, 잔부의 분율(면적률)을 산출했다.

또한, JIS5호 인장 시험편을 제작하여, JIS Z 2241에 규정된 인장 시험을 행하고, 항복 강도와 인장 강도를 측정했다.

또한, 비커스 경도계로 경도를 측정했다. 표층부 금속 조직에 있어서는 표층으로부터 깊이 0.1 내지 1.0㎜를 0.1㎜ 간격으로, 동일 깊이에 대하여 10점씩, 하중 100g으로 측정했다. 한편, 내부 금속 조직에 있어서는 표층으로부터 깊이 1.2㎜ 내지 판 두께 중심을 0.2㎜ 간격으로, 동일 깊이에 대하여 10점씩, 하중 1㎏으로 측정했다.

내HIC성의 평가

NACE(National Association of Corrosion and Engineer)의 TM0284에 준거한 시험을 행하여, HIC(수소 유기 균열)의 발생의 유무를 관찰하여, HIC 면적률이 5％ 이하를, 내HIC성이 우수하다(OK)라고, 5％ 초과를 내HIC성이 떨어진다(NG)라고 평가했다.

NACE 시험은, 5％ NaCl 용액＋0.5％ 아세트산, pH2.7의 용액 중에 황화수소 가스를 포화시켜, 강판을 용액 중에 침지하여, 96시간 후에 균열이 발생하는지 여부를 관찰하는 시험이다.

내SSC성의 평가

강판으로부터, 폭 15㎜, 길이 115㎜의 전체 두께 시험편을 폭 방향(압연 방향에 직각 방향)으로부터 채취하여, NACE의 TM0284m, ASTM(American Society for Testing and Materials) G39에 준거한 4점 굽힘 시험에 의해, 내SSC성을 평가했다.

4점 굽힘 시험에서, 인장 시험으로부터 도출한 0.2％ 내력의 90％에 상당하는 응력을 부가한 시험편을, 1atm의 황화수소 가스를 포화시킨 상온(24℃)의 5％ 식염＋0.5％ 아세트산, pH2.7의 수용액에 720시간 침지하여, SSC의 발생의 유무를 판단하기 위해, 시험편 표면을 배율 10배로 관찰했다. SSC가 발생하지 않은 것을 합격(OK), SSC가 발생한 것을 불합격(NG)이라고 했다. 결과를 표 4에 나타낸다.

본 발명에 따르면, API 규격에서 X52 내지 70급의 강도를 갖고, 또한 내SSC성 및 내HIC성이 우수한 라인 파이프용 강판과, 해당 강판을 모재로 하는 내SSC성 및 내HIC성이 우수한 라인 파이프용 강관을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 강판 제조 산업 및 에너지 산업에 있어서 이용 가능성이 높다.

1: 강관
2: 강판(모재부)
3: 용접부

Claims

통상의 강판으로 이루어지는 모재부와,
상기 강판의 맞댐부에 마련되어, 상기 강판의 길이 방향으로 연장되는 용접부를
갖고,
상기 강판은, 화학 조성으로서, 질량％로,
C : 0.030 내지 0.070％,
Si: 0.005 내지 0.50％,
Mn: 1.05 내지 1.65％,
Al: 0.010 내지 0.070％,
Ti: 0.005 내지 0.020％,
Nb: 0.005 내지 0.045％,
Ca: 0.0010 내지 0.0050％,
N : 0.0015 내지 0.0070％,
Ni: 0 내지 0.50％,
Mo: 0 내지 0.50％,
Cr: 0 내지 0.50％,
Cu: 0 내지 0.50％,
V : 0 내지 0.100％,
Mg: 0 내지 0.0100％,
REM: 0 내지 0.0100％
를 포함하고,
P : 0.015％ 이하,
S : 0.0015％ 이하,
O : 0.0040％ 이하
로 제한하고,
잔부: Fe 및 불순물로 이루어지고,
상기 화학 조성에 있어서, 하기 식(1)에서 정하는 Ceq가 0.300 내지 0.400이고,
상기 모재부의 표면으로부터 깊이 방향으로 1.0㎜까지의 범위의 금속 조직인 표층부 금속 조직이, 폴리고날 페라이트와 그래뉼라 베이나이트를 포함하고, 상기 표층부 금속 조직에 있어서의 상기 폴리고날 페라이트의 면적률이 0 내지 70％, 상기 폴리고날 페라이트와 상기 그래뉼라 베이나이트의 합계의 면적률이 50％ 이상이고,
상기 표층부 금속 조직에 있어서의, 최대 경도가 270Hv 이하이고,
상기 모재부의 상기 표면으로부터 깊이 방향으로 1.0㎜ 초과로부터 판 두께 중심까지의 범위의 금속 조직인 내부 금속 조직이, 면적률로 40％ 이하의 폴리고날 페라이트를 포함하고,
상기 내부 금속 조직에 있어서의, 최대 경도가 248Hv 이하이고, 평균 경도가 150 내지 220Hv인
것을 특징으로 하는 강관.

여기서, 식 중의 [C], [Mn], [Ni], [Cu], [Cr], [Mo], [V]은, C, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo, V의 질량％에 의한 함유량이다.
제1항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
Ni: 0.05 내지 0.50％,
Mo: 0.05 내지 0.50％,
Cr: 0.05 내지 0.50％,
Cu: 0.05 내지 0.50％,
V : 0.010 내지 0.100％,
Mg: 0.0001 내지 0.0100％,
REM: 0.0001 내지 0.0100％
의 1종 또는 2종 이상을 포함하는
것을 특징으로 하는 강관.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 표층부 금속 조직의 잔부가, 베이나이트 및 의사 펄라이트의 1종 또는 2종으로 이루어지고,
상기 내부 금속 조직의 잔부가, 그래뉼라 베이나이트, 베이나이트 및 의사 펄라이트의 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는
것을 특징으로 하는 강관.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 강관의 상기 모재부에 사용하는 것을 특징으로 하는 강판.