KR20210007628A - 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관의 제조방법 및 그에 따른 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관 - Google Patents

조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관의 제조방법 및 그에 따른 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관 Download PDF

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석치훈
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장준호
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    • C21D8/105—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies of ferrous alloys

Abstract

본 발명은 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관의 제조방법 및 그에 따른 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 제조방법은 TIG 용접 강관을 섭씨 890~910도 또는, 섭씨 1040~1060도의 온도에서 소둔(annealing)하여 TIG모관을 얻은 다음, 스크래치를 최소화함과 아울러 인발력을 최소화하기 위하여 다이스 각도 27~32도를 유지하면서 TIG모관을 인발함으로써, 충분한 인장강도와 항복강도를 보유함과 아울러, 양호한 진원도 및 직진도를 가지는 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관을 효과적으로 제조할 수가 있다.

Description

조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관의 제조방법 및 그에 따른 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관{Manufacturing Method for High-Manganese Cold Drawn Steel Pipes for Cryogenic Usage for the Shipbuilding and Marine Plant and the High-Manganese Cold Drawn Steel Pipes Thereof}
본 발명은 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관의 제조방법 및 그에 따른 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 오스테나이트계의 고강도의 극저온용 고망간 판재를 TIG 용접으로 성형 조관 후 소둔 열처리된 TIG 모관을 소정의 다이스 각도로 인발함으로써 스크래치를 최소화함과 아울러 인발력을 최소화하면서도, 충분한 인장강도와 항복강도를 지니며 양호한 진원도 및 직진도를 가지는, 조선해양플랜트용 극저온용 소형 박육 고망간 인발강관의 제조방법 및 그에 따른 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관에 관한 것이다.
일반적으로, 강관은 소재에 따라 탄소강 강관과 특수강 강관으로 나뉘며, 이음매의 유무에 따라 무계목 강관(Seamless pipe)과 용접 강관(Welded pipe)으로 대별된다.
여기서, 용접 강관은 판재를 구부려 관의 형태로 성형한 후 접합부분을 용접하여 제조되며, 일반적인 중소구경 강관의 제조는 주로 높은 용접 효율성을 가지는 전기저항 용접(ERW: Electric resistance welding)에 의해 이루어지며 국내생산량의 약 60% 이상을 차지하고, 대구경 강관의 제조는 주로 아크용접(SAW: Submerged arc welding)에 의해 이루어진다.
조선해양플랜트용 극저온용 LNG 배관은 -196℃의 극저온 상태에서도 우수한 충격 인성을 보유함과 아울러, 내부의 높은 압력을 견딜 수 있는 우수한 강도를 동시에 지녀야 한다.
종래, 이러한 극저온 배관망에는 주로 스테인리스 304 및 스테인리스 316 강관이 사용되어 왔으며, 이러한 스테인리스 강관의 용접은 중소구경의 경우는 TIG(Tungsten Inert Gas / GTAW: Gas Tungsten-Arc Welding)용접이, 그리고 대구경인 경우는 SAW(Submerged Arc Welding)를 이용함이 일반적이다.
그러나 이러한 스테인리스 강관은 매우 고가이므로, 최근 들어 포스코에서는 이를 대체하기 위한 망간 함유량 25중량%의 오스테나이트계 고망간 소재를 상업적으로 제공하고 있으며, 상기한 고망간 소재는 가격이 저렴하고 -196도에서 41주울(joule) 이상의 충격치를 가지는 우수한 극저온 특성과 700MPa~900MPa의 높은 인장강도를 갖는 등 물성도 매우 우수하기 때문에 조선해양플랜트용의 극저온용 강관으로의 제조만 가능하다면 스테인리스 강관의 대체품으로 유용할 수 있다.
그러나 조선해양플랜트용의 극저온용 고망간 강관의 제조에 있어, 생산성은 우수하나 주로 페라이트계 소재에 대해서만 적용 가능한 ERW을 적용하려는 시도는 상기한 고망간 소재가 오스테나이트계라는 소재 특성상 대부분의 경우 실패하였다.
ERW은 고주파의 특징인 표피효과와 근접효과에 의해 용접이 되는 원리이나, 일반적인 오스테나이트계의 경우 고크롬강으로서 고온에서 매우 빠르게 산화물을 만들게 되며 이들 산화물은 매우 단단하고 높은 용융온도를 가지므로 ERW 과정에서 배출되기가 매우 어려우며, 즉 용접부 내에 잔존하게 되어 용접부 크랙을 유발시킨다.
또한 ERW은 대부분 냉각수로서의 에멀젼 중에서 용접하게 되며 에멀젼은 단순히 기체로만 변하지 않고 산소와 수소로 나뉘며 산소는 또한 쉽게 고망간 소재의 크롬과 결합하게 된다.
따라서 종래 용접부에 에멀젼을 분사하지 않고 대기 중 산소와 접하지 못하게 하는 무산화 조치를 취하며 중주파를 사용하고 좁은 입열범위의 정밀한 용접조건을 채택하는 등의 방안이 고려되었다.
그러나 오스테나이트계는 ERW의 용접효율을 좋게 하기 위해 사용되는 임피더의 효과가 거의 없어 용접부가 과열 또는 냉접이 되는 등 그 입열범위가 극히 미세하여 수율이 현저히 낮게 되고 비드가 너무 단단하여 제거하기 곤란하며, 비자성에 의한 입열상승 효과가 매우 적기 때문에 히스테리손실 등에 의한 발열을 기대할 수가 없어 현실적으로 이 정도의 용접관리는 현실적으로 적용하기 곤란한 것으로 평가되고 있다.
따라서 오스테나이트 조직을 가지는 고망간 소재로 된 ERW강관을 일부 구조용이 아닌 배관용으로 사용한 예는 찾아보기 어려우며, 특히 스테인리스 ERW강관이 아닌 고망간 ERW강관을 모관으로 하는 배관용 고망간 인발강관은 전 세계적으로 전혀 알려져 있지 않다.
종래, 오스테나이트계의 고망간강을 제외하고, 통상적으로 인발공정에 사용되는 스테인리스 모관은 일반적으로 비드가 제거된 ERW강관이 사용되어 왔으며, 특히 비드가 제거 되었다 하더라도 용접부의 마르텐사이트 조직화로 인한 인발시 끊어짐 등을 막기 위해 용접부 또는 관 전체에 대한 열처리를 해야만 인발용 모재로 사용할 수 있었다.
그리고 또 하나의 모관 소재로 용접부가 없는 씸리스(seamless) 강관을 사용할 수도 있으나, 포스코 등의 철강 제작사에서는 씸리스 강관을 상업적으로 제공하지 않기 때문에 모관으로 사용될 수 있는 것은 오로지 ERW강관뿐이었다.
그러나 ERW방식으로는 고망간 소재를 용접할 수 없기 때문에, 현실적으로 ERW모관이나 씸리스 모관 모두 사용할 수 없다는 문제점이 있었다.
한국 등록특허 제1817085호(2018.01.04. 등록)는 전기저항 용접을 이용하여 만들어진 오스테나이트계 고망간 강관의 제조방법에 관한 것으로서, 이 제조방법은 성형된 고망간강을 170KW~190KW의 용접입열량으로 용접하여 강관을 제조한 후, 상기한 강관의 용접부를 연화하기 위해 800℃ 내지 850℃로 열처리하고 냉각시킨 후, 냉각된 상기한 강관을 정원형으로 만들기 위해 최종 변형량이 2~5%의 범위가 되도록 강관의 형상을 교정하며, 상기한 용접이 성형된 상기 고망간강이 들어가는 밀폐공간에 불활성 가스를 투입하여 상기 밀폐공간 내의 산소를 제거하고, 성형된 상기 고망간강의 내면 및 외면에 상기 불활성 가스를 균등하게 분사하며, 냉각수 없이 고주파 전기저항 용접으로 강관을 생성한 다음, 용접에 의해 발생된 비드를 0~0.3 mm의 높이로 절삭하는 것으로 이루어지는 오스테나이트계 고망간 강관의 제조방법을 제안하고 있다.
그러나 이 방법은 오스테나이트계 고망간 EWR강관의 문제점에 대하여 전술한 바와 같이, 용접부에 에멀젼을 분사하지 않고 대기 중 산소와 접하지 못하게 하는 무산화 조치를 취하며 중주파를 사용하고 좁은 입열범위의 정밀한 용접조건을 채택하여야만 한다는 문제점이 있음과 아울러, 본질적으로 인발강관에 대한 것이 결코 아니다.
한편, 상업적으로 입수 가능한 극저온용 고망간 소재의 두께는 6mm 이상이나, 조선해양플랜트에서 사용되는 많은 소형 강관의 두께 기준 내지 표준은 3~5mm 이므로, 이 수준에 맞추려면 반드시 인발공정을 거쳐 강관의 두께를 낮춰야 조선해양플랜트용 강관으로서의 가치를 지니게 된다.
기존의 인발공정에 사용되는 모관으로는 스테인리스 ERW강관 및 씸리스 강관을 사용하여야 하나, 앞서 언급한 바와 같이 ERW방식으로는 고망간 소재를 제조하기 매우 곤란하며 씸리스 강관은 상업적으로 입수할 수 없는 상태이며, 특히 TIG용접관은 인발강관의 모관으로 사용한 예는 전 세계적으로 유래가 없는 실정이다.
등록특허 제10-1727989호(2017.04.12. 등록)
따라서 본 발명의 첫 번째 목적은, 오스테나이트계의 고강도의 극저온용 고망간 TIG강관을 모관으로 하는 조선해양플랜트용 극저온용의 외경 10인치 이하의 소형 박육 고망간 인발강관의 효과적인 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 두 번째 목적은 TIG 용접에 의한 성형 조관 후 소둔 열처리된 TIG 모관을 소정의 다이스 각도로 인발함으로써 스크래치를 최소화함과 아울러 인발력을 최소화하면서도, 충분한 인장강도와 항복강도를 지니며 양호한 진원도 및 직진도를 가지는 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 세 번째 목적은 조선해양플랜트에서 사용되는 많은 소형 강관의 두께 기준 내지 표준 3~5mm에 맞추어, 상업적으로 입수 가능한 극저온용 고망간 소재의 두께 6mm의 TIG모관을 인발공정을 거쳐 두께 하한치를 확대함으로써, 조선해양플랜트용 강관으로서의 가치를 부여하기 위한 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 네 번째 목적은, 전술한 제반 목적에 따른 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기한 첫 번째 내지 세 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 양태에 따르면, (A) 고망간 핫 코일을 절단하여 조관 벤딩한 후, TIG 용접하는 단계와; (B) TIG 용접 강관을 섭씨 1040~1060도의 온도에서 소둔(annealing)하여 TIG모관을 얻는 단계와; (C) 다이스 각도 27~32도를 유지하면서 TIG모관을 인발하여 고망간 인발강관을 얻는 단계를 포함하는, 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 상기한 첫 번째 내지 세 번째 목적을 원활히 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 다른 일 양태에 따르면, (A) 고망간 핫 코일을 절단하여 조관 벤딩한 후, TIG 용접하는 단계와; (B) TIG 용접 강관을 섭씨 890~910도의 온도에서 소둔(annealing)하여 TIG모관을 얻는 단계와; (C) 다이스 각도 27~32도를 유지하면서 TIG모관을 인발하여 고망간 인발강관을 얻는 단계와; (D) 인발강관을 섭씨 1050~1130도에서 풀림처리하는 단계를 포함하는, 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관의 제조방법이 제공된다.
상기한 최종 단계에 후속하여, 교정 및 절단 단계가 속행됨은 물론이다.
한편, 상기한 고망간 인발강관은 망간 함량이 18~26중량%이고, 외경 10인치 이하이며 벽두께 3~5mm일 수 있다.
상기한 본 발명의 네 번째 목적은 전술한 제조방법에 의하여 제조되는 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관이 제공된다.
본 발명에 따른 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관의 제조방법 및 그에 따른 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관은, 오스테나이트계의 고강도의 극저온용 고망간 판재를 TIG 용접으로 성형 조관 후 소둔 열처리된 TIG 모관을 소정의 최적화된 다이스 각도로 인발함으로써 스크래치를 최소화함과 아울러 인발력을 최소화하면서도, 충분한 인장강도 및 항복강도와 양호한 진원도 및 직진도를 가지며, 상업적으로 입수 가능한 극저온용 고망간 소재로 된 두께 6mm의 TIG모관을 인발공정을 통하여 조선해양플랜트에서 사용되는 외경 10인치 이하의 소형 박육 소형 강관의 두께 기준 내지 표준 3~5mm에 맞추어 두께 하한치를 확대함으로써, 조선해양플랜트용 강관으로서의 가치를 부여할 수가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 TIG모관으로부터 인발강관을 제조하는 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 제조방법에 사용되는 인발 다이의 다이스 각도를 나타내는 단면도이다.
도 3은 TIG모관 제조시 실시되는 소둔 공정도이다.
도 4는 표면(약품) 처리 공정도이다.
도 5는 포인팅(pointing) 공정도이다.
도 6은 인발 공정도이다.
도 7은 풀림열처리 공정도이다.
도 8은 교정 공정도이다.
본 발명에 따른 조선해양플랜트용 극저온용 LNG 배관망에 사용되기 위한 고망간 인발강관은 망간 함유량이 18~26중량%, 특정하게는 25중량%를 가지며 국내에서는 포스코에서 세계최초로 개발한 소재로서, 전술한 바와 같이, 섭씨 -196도에서 41주울(joule) 이상의 충격치를 가지는 극저온 특성을 보유하며 강도가 매우 높은 오스테나이트계 소재로서, 인장강도가 700MPa~900MPa에 달하는 매우 높은 물성을 보유한다.
망간은 저온 안정상인 오스테나이트를 생성시키는 주요 원소로서, 니켈에 비해 매우 저렴하다. 망간 함량이 18중량% 미만인 경우에는 충분한 오스테나이트가 생성되지 않아 극저온에서 인성이 매우 낮아지게 되며, 반면에 망간 함량이 26중량%를 초과하는 경우에는 편석이 과다하게 발생하고 고온균열이 유발되며, 유해한 흄(Fume)이 발생될 수 있다. 따라서 고망간강의 망간 함량은 18~26중량%이다.
본 발명에 따른 고망간 인발강관의 제조방법은 TIG모관의 구경이나 두께를 축소하는 것이나, 이러한 고망간용 소재의 경우 인발 공정을 거치는 동안 많은 물성의 변화를 가져오게 되어 조선해양플랜트에 사용되는 극저온용의 특성을 맞추는데 많은 어려움이 존재한다.
이것은 모관의 선택과 관련된 문제와 극저온용 고망간강의 특성에 기인하는 다양한 특성 때문에 품질의 요구특성을 맞추는 제조방법을 개발하여야만 한다.
극저온용으로 사용되기 위한 조건으로는 섭씨 -196도에서 41joule 이라는 충격치의 보증뿐만 아니라 강관의 진원도, 진직도, 인장강도의 확보가 필수적이다.
그러나 TIG모관은 용접부를 가져 비드가 잔존하는 까닭에 인발공정에서 비드를 제어할 필요가 있으며, 또한 비드의 존재로 인해 강관이 뒤틀리게 되어 진직도 및 진원도 등을 확보하기 매우 어렵게 만들게 되므로, TIG모관은 인발용 모관으로 사용되지 않는다.
이에 따라 비드가 잔존하는 TIG모관을 사용하여 인발한 사례는 전혀 없는 실정이다.
이와 관련하여 교정에도 큰 어려움을 겪게 된다. 즉 비드의 존재로 인하여 균일한(uniform) 강관 소재가 아니므로 뒤틀림에 따른 교정을 매우 어렵게 만든다.
고망간 강관은 가공경화성이 매우 높은 오스테나이트계 소재이므로 인발이라는 특수가공공정이 대부분 가공경화를 일으키는 원인이 되고 있어 기본적으로 강도가 높은(630Mpa이상) 고망간 소재는 인발공정을 거치는 과정에서 대부분 파단이 발생할 수밖에 없다.
고망간강은 일반적인 스테인리스 강관에 비해 강도가 매우 높다. 일반적으로 1.5배에서 2배에 이른다. 그럼에도 불구하고 가공경화까지 매우 높게 형성됨으로 인해 인발공정과정에서 열처리를 행하지 않게 되면 대부분 파단되는 결과에 이르게 된다.
따라서 이에 대한 해결수단으로서의 열처리 적용은 매우 중요할 것으로 고려되었으나, 오스테나이트 소재에 대한 열처리는 예민화에 따른 급냉처리를 하는 종래의 일반적인 열처리와는 달리, 고망간소재의 열처리에 대해서는 밝혀진 사례가 없다.
대부분의 오스테나이트계 스테인리스강의 경우 탄화물로 인한 예민화를 방지하기 위해 1050도에서 급냉하는 열처리를 시행하는데 반해 탄화물에 의존되는 특성이 비교적 적은 고망간 오스테나이트의 경우에는 열처리에 대한 기본적 원리나 표준은 전혀 정해져 있지 않다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 극복하기 위하여, 비드를 제어하는 특수 다이와 바이트를 사용함으로써, 초경을 이용한 다양한 시험 끝에 비드의 제어가 가능한 최적의 다이스 각도를 확보하고 있다.
또한 고망간강의 가공경화에 대한 열처리기준은 어디에도 없음과 아울러, 스테인리스강처럼 예민화 현상이 거의 없다고 판단되는 고망간강에 대한 인발과정에서의 열처리는 최초의 시도이므로, 인발공정을 거치는 과정에서 다양한 열처리를 시도하였으며, 그 결과 최적의 열처리 조건(수요가의 요구사양에 맞은 물성의 확보)을 확보하게 되었다.
도 1은 본 발명에 따른 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관의 제조방법을 나타내는 공정 흐름도로서 이를 참조하여 본 발명에 따른 제조방법을 설명하기로 한다.
본 발명은 인발공정에 있어 단 한 번도 적용해 보지 못한 TIG용접관을 모관으로 사용한다.
종래, TIG모관을 인발강관의 모관으로 사용하려는 시도가 전혀 없었던 것은 TIG용접부와 비드가 존재한다는 것이었다.
TIG용접부는 모관에 있어 불연속대로 존재하게 됨으로서 균일하게 인발하는 과정에서 뒤틀리게 하는 요인이 된다. 일반적으로 사용되는 ERW모관의 경우에도 인발용으로 사용되기 위해서는 비드는 반드시 제거 되어야 하는 것이 필수 사항이다.
따라서 이들 비드를 가진 모관에 있어 불연속부를 제어하기 위해 일반적으로 비드를 눌러 외관을 양호하게 해야 한다. 먼저 다이스의 재질을 초경으로 선정하였다. 일반적으로 사용되는 초경재질에 인조다이아몬드 코팅(Artificial Diamond coating)을 사용하였다.
샘플수준으로는 초경재질만으로도 가능하나 양산 적용 시에는 고망간강의 단단한 재질에 적용하기 위해 단면 감소율을 낮추는 코팅이 필요하였다.
특히 다이스각도는 매우 중요한데 다이스 각도에 따라 힘의 분포도가 매우 달라지게 된다. 다이의 각도는 일반적으로 20도에서 50도 사이의 다이 각도 중에서 최적의 각도로서 30도(다이반각 x 2)를 정립하였으며, 인발력과 인발강관의 외관 스크래치를 감안하였다.
한편, 고망간용 윤활제로는 상품명 ‘Bonde lube’가공부품에 윤활 마감을 부여하는 소디움 스테아린산 필름에 포스페이트 사후 코팅된 윤활 필름)를 사용하여 일반 인발유 대비 단면 감소율을 낮추도록 하였다.
탈지제로는 일반적인 알칼리 탈지제를 이용하여 제조하였다.
TIG모관을 가지고 인발 및 열처리 공정을 수행하였으며 그에 대하여 상세히 후술하기로 한다. 여기서 TIG모관은 소둔 열처리를 행한 것 등으로 구분하여 시험평가하였다.
① 원소재
-. 88.9 x 5t x 6,000L (외경 88.99~89.07 / 두께 4.91~5.03)
-. 성분
C(%) Mn(%) Cr(%) Si(%) Cu(%) P(%) S(%)
0.44 24.2 3.4 0.3 0.4 0.001 0.001
② 소둔열처리
소둔열처리의 목적은 모재와 용접부의 잔류응력 제거 및 기계적 성질을 안정화하여 가공성을 향상하기 때문에 소둔열처리를 시행해야 한다. 그러나 이러한 소둔 열처리의 경우 고망간강에 대한 어떠한 표준도 제공되어 있지 않으며 소둔 열처리로 인한 기계적 성질의 변화는 실험 결과값을 통해 파악할 수밖에 없는 형편이다.
인장강도와 경도값을 비교하였을 때, 설비 안정성을 위해 900℃ /1050℃ 소둔 열처리를 적용한 TIG모관을 받아 인발 진행하였다. 소둔공정은 모관회사에서 실시하였다.
③ 약품(표면처리)
약품처리는 일반적으로 원소재 강관에 인발 전 윤활제 도포하는 공정이며 그 공정순서는 산세(H2SO4) → 수세 → 피막(인산염) → 중화 → 윤활(상품명 Bonde lube)로 진행하였다.
고망간의 표면처리에 대한 연구는 진행된 바 없으며 본 시험은 경험치로 수행하였다. 실질적인 인발공정의 시작부분이다.
④ 포인팅(Pointing)
포인팅은 인발공정에서 다이스에 물리기 위해 강관 앞부분을 누르는 공정이며 원소재 강관을 금형(다이스)에 넣기 위해 수행하는 포밍(Forming) 공정이다.
⑤ 인발 (Cold Drawing)
인발은 규격화된 강관을 수요자가 원하는 치수로 성형하는 공정이며 사용된 다이스의 사이즈는 Dies ID - Φ86.00, Plug OD - Φ76.67 이었다.
⑥ 풀림열처리
풀림열처리는 인발과정에서 가공경화를 풀어주는 공정으로 행해졌다. 풀림열처리의 결과가 어떻게 발생할지 모르기 때문에 풀림열처리를 생략하기도 하였다.
⑦ 교정
교정은 매우 중요하며 5단 교정기를 통과하였다. 교정은 열처리 후 응력이 제거되면서 휘어진 강관의 직진도를 맞춰주는 공정이며 최종 진직도를 맞춰준다.
기준치는 일반적인 Max 1 mm/1,000mm로 틈새게이지로 측정 진행하였다.
⑧ 절단 (Cutting)
절단은 수요자가 원하는 길이에 맞게 절단하는 공정이다.
실시예 1: 다이스 각도 변경
다이스 각도 (반각 x 2)에 대해 외관 스크래치 발생율과 인발력과의 상관관계에서 최적 다이스각도를 구하였으며, 다이 단면도를 도 2에 나타낸다.
다이스 각도에 따른 최적 각도 확인결과
다이스각도 파이프외관스크래치 인발력 결과치
20 × ○ 나쁨
30 ○ ○ 양호
40 ○ △ 보통
50 ○ × 인발력과다
스크래치 :△ 보통 ,×나쁨 ,○ 양호 , 인발력 :△ 보통 ,×높음 ,○ 낮음
실시예 2: 최적 제품을 생산하기 위한 품질평가 및 조업조건
-. 소둔열처리 조건별 기계적 성질 비교 및 시험에 사용된 모관 TIG소재
구분 인장강도
(Mpa)		 항복강도
(Mpa)		 연신율
(%)		 경도
(HRB)		 비고
Figure pat00001
조관(모재) 960 726 49 104 　
조관(용접) 900 681 49 94
750℃
열처리(모재)		 871 663 51 100 　
750℃
열처리(용접)		 879 670 49 91
900℃
열처리(모재)		 846 623 51 93 인발
진행
900℃
열처리(용접)		 835 627 50 87
1050℃
열처리(모재)		 756 574 52 85 인발
진행
1050℃
열처리(용접)		 779 592 52 85
*소둔 열처리 유지시간: 강관 두께 5mm 기준 35분 (냉각 시간 제외)
조관을 시행한 모관 소재의 경우에서 보듯이 인장강도가 900Mpa이 넘게 되어 이러한 초고강도를 인발하는 것은 매우 무리가 따른다. 소둔 조건을 파악하고 이중 900도와 1050도를 선별하여 추가풀림열처리를 진행하였다.
-. 풀림열처리와 이때 사용된 열처리 온도는 1,080˚C 이다.
구분 소둔열처리 (TIG모관) 풀림열처리(인발공정)
case 01 ② 소둔열처리900℃ ⑥ 풀림열처리 제외
case 02 ② 소둔열처리900℃ ⑥ 풀림열처리 진행
case 03 ② 소둔열처리1,050℃ ⑥ 풀림열처리 제외
case 04 ② 소둔열처리1,050℃ ⑥ 풀림열처리 진행
*풀림 열처리 유지시간: 강관 두께 5mm 기준 25분 (냉각 시간 제외)
○ 안의 숫자는 공정도의 순서이다.
-.강관의 외경측정결과는 모두 양호한 결과를 얻었다.
구분 외경 외경 판정
소둔(℃) 풀림 #1 #2 #3 #4 MIN MAX
Spec. 　 　 　 　 85.59 86.31
900 X 86.13 86.12 86.14 86.17 86.12 86.17 OK　
900 O 86.04 86.05 86.12 86.12 86.04 86.12 OK
1050 X 86.21 86.13 86.14 86.13 86.13 86.21 OK
1050 O 86.13 86.13 86.15 86.16 86.13 86.16 OK
-.강관의 인장시험 결과는 3가지 조건에서 양호한 결과값을 얻었다.
구분 인장시험 판정
소둔 풀림 인장(Mpa)
Spec : 630		 항복 (Mpa) 연신 (%)
900 X 938 726 42 OK
900 O 727 555 50 OK
1050 X 860 705 42 OK
1050 O 546 413 52 NG
-.강관의 진원도 시험결과에서는 모두 양호한 결과값을 얻었다.
구분 외경 진원도
(mm)		 판정
Figure pat00002
소둔 풀림 MIN MAX
Spec. 85.59 86.31 1.00
900 X 86.12 86.17 0.05 OK
900 O 86.04 86.12 0.08 OK
1050 X 86.13 86.21 0.08 OK
1050 O 86.13 86.16 0.03 OK
-.강관의 진직도 시험결과에서는 3가지 조건에서 양호한 결과값을 얻었다.
Figure pat00003
-.강관의 최종 시험결과에서는 두 가지의 제조 조건을 확보하였다.
구분 치수 인장시험 진원도
(mm)		 직진도
(mm)		 판정
외경 인장
(Mpa)
소둔 풀림 MIN MAX
Spec. 85.59 86.31 630 Max 1 Max 3.2
900 X 86.12 86.17 938 0.05 3.25 NG
900 O 86.04 86.12 727 0.08 0.13 OK
1050 X 86.13 86.21 860 0.08 0.5 OK
1050 O 86.13 86.16 546 0.03 0.07 NG

Claims (5)

  1. (A) 고망간 핫 코일을 절단하여 조관 벤딩한 후, TIG 용접하는 단계와;
    (B) TIG 용접 강관을 섭씨 1040~1060도의 온도에서 소둔(annealing)하여 TIG모관을 얻는 단계와;
    (C) 다이스 각도 27~32도를 유지하면서 TIG모관을 인발하여 고망간 인발강관을 얻는 단계를 포함하는,
    조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관의 제조방법.
  2. (A) 고망간 핫 코일을 절단하여 조관 벤딩한 후, TIG 용접하는 단계와;
    (B) TIG 용접 강관을 섭씨 890~910도의 온도에서 소둔(annealing)하여 TIG모관을 얻는 단계와;
    (C) 다이스 각도 27~32도를 유지하면서 TIG모관을 인발하여 고망간 인발강관을 얻는 단계와;
    (D) 인발강관을 섭씨 1050~1130도에서 풀림처리하는 단계를 포함하는,
    조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 추가적으로 교정 및 절단 단계를 후속 속행하는 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관의 제조방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 고망간 인발강관이 망간함량 18~26중량%이고, 외경 10인치 이하이며 벽두께 3~5mm인 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관의 제조방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 따른 제조방법에 의하여 제조되는 조선해양플랜트용 극저온용 고망간 인발강관.
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