KR20210062885A - Dwtt 연성파연율이 우수한 고강도 라인파이프용 강재 및 그 제조방법 - Google Patents

Dwtt 연성파연율이 우수한 고강도 라인파이프용 강재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

일 관점에 따른 라이파이프용 강재의 제조방법은, 중량%로, 탄소(C): 0.05~0.10%, 실리콘(Si): 0.1~0.4%, 망간(Mn): 1.0~1.8%, 인(P): 0 초과 0.03% 이하, 황(S): 0 초과 0.005% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02~0.06%, 구리(Cu): 0 초과 0.3% 이하, 크롬(Cr): 0 초과 0.3% 이하, 몰리브덴(Mo): 0 초과 0.3% 이하, 니켈(Ni): 0 초과 0.3% 이하, 니오븀(Nb): 0 초과 0.3% 이하, 바나듐(V): 0 초과 0.06% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.02% 이하, 보론(B): 0 초과 0.0005% 이하를 함유하고, 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1,030~1,120℃에서 재가열하는 단계, 가열된 슬라브를 FRT: 730~800℃에서 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계, 및 열연강판을 20~70℃/s의 냉각속도로 FCT: 450~600℃까지 냉각하는 단계를 포함한다.

Description

DWTT 연성파연율이 우수한 고강도 라인파이프용 강재 및 그 제조방법{HIGH STRENGTH API LINE PIPE STEEL WITH EXCELLENT DWTT DUCTILITY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 라인파이프용 강재의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 DWTT 연성파연율이 우수한 고강도 라인파이프용 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
천연 가스나 원유 등의 수송용으로서 사용되는 라인 파이프에서는, 고압화에 의한 수송 효율의 향상이나 박육화에 의한 현지 용접 시공 효율의 향상을 위해, 고강도화의 요망이 매우 높아지고 있다. 특히, 고압 가스를 수송하는 라인 파이프에서는 대규모 파괴를 회피하는 관점에서 취성 파괴의 억제가 매우 중요하고, 과거의 실관 가스 버스트 시험 결과로부터 구해진 취성 파괴 억제를 위해서 필요한 DWTT(Drop Weight Tear Test)의 시험치(연성 파면률이 85％가 되는 파면 천이 온도)가 규정되어, 우수한 DWTT 특성이 요구된다. 또한, 최근의 가스전이나 유전의 개발은, 러시아나 알래스카 등의 극한 지역이나 북해 등의 한랭 지역에까지 확대되는 경향이 있다. 극한 지역이나 한랭 지역에 부설되는 라인 파이프에는 모재의 내취성 균열 전파 특성이 우수할 것이 요구되고, 추가로 모재의 저온 인성이 우수할 것이 요구된다.
이에 따라 저온인성을 효과적으로 제어하는 방법으로서는 용강의 불순물을 제어하거나 또는 비금속개재물의 양을 제어함으로써 저온인성을 향상시키는 방법 등이 제시되고 있으며, 추가적으로 저온압연을 통해 조직을 미세화하는 방법이 제시되고 있다. 하지만, 상기 종래 기술들은 대부분 일반적인 저온 충격인성을 향상시키는 방법으로 알려져 있으며, 저온 DWTT(Drop Weight Tearing Test) 연성파면율에 미치는 영향에 대해서는 최근에서야 많은 연구가 진행되고 있다.
DWTT 연성파면율은 원유나 가스를 수송하는 라인파이프가 외부손상을 입어 균열이 발생할 경우 균열의 전파저항성을 대변하는 물성으로 알려져 있으며, 통상적으로 85%이상이 되어야 기준을 만족할 수 있다. 기존의 문헌 및 특허에 의하면 DWTT 연성 파면율을 85%이상 확보하기 위해서는 P, S와 같은 불순물을 줄이거나 결정립 미세화가 중요하다고 알려져 있으나 최근까지 -30℃미만의 극저온에서도 DWTT 연성파면율을 만족시킬 수 있는 방법은 잘 알려져 있지 않다.
이에 관련된 기술로는 대한민국 공개특허공보 제2009-0069818호(2009.07.01 공개, 발명의 명칭: 용접부 인성이 우수한 고강도 라인파이프 강재 및 그 제조방법)가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 합금조성 및 공정 조건의 변경을 통해 DWTT 연성파면율을 극대화할 수 있는 라이파이프용 강재 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 관점에 따른 라이파이프용 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.05~0.10%, 실리콘(Si): 0.1~0.4%, 망간(Mn): 1.0~1.8%, 인(P): 0 초과 0.03% 이하, 황(S): 0 초과 0.005% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02~0.06%, 구리(Cu): 0 초과 0.3% 이하, 크롬(Cr): 0 초과 0.3% 이하, 몰리브덴(Mo): 0 초과 0.3% 이하, 니켈(Ni): 0 초과 0.3% 이하, 니오븀(Nb): 0 초과 0.3% 이하, 바나듐(V): 0 초과 0.06% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.02% 이하, 보론(B): 0 초과 0.0005% 이하를 함유하고, 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 항복강도(YP): 485~635MPa, 인장강도(TS): 570~760MPa, 항복비(YR): 93%이하, 연신율(EL): 24% 이상의 물성을 나타내며, -20℃에서의 DWTT 연성파면율이 90% 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 관점에 따른 라이파이프용 강재의 제조방법은, 중량%로, 탄소(C): 0.05~0.10%, 실리콘(Si): 0.1~0.4%, 망간(Mn): 1.0~1.8%, 인(P): 0 초과 0.03% 이하, 황(S): 0 초과 0.005% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02~0.06%, 구리(Cu): 0 초과 0.3% 이하, 크롬(Cr): 0 초과 0.3% 이하, 몰리브덴(Mo): 0 초과 0.3% 이하, 니켈(Ni): 0 초과 0.3% 이하, 니오븀(Nb): 0 초과 0.3% 이하, 바나듐(V): 0 초과 0.06% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.02% 이하, 보론(B): 0 초과 0.0005% 이하를 함유하고, 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1,030~1,120℃에서 재가열하는 단계; 가열된 상기 슬라브를 FRT: 730~800℃에서 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및 상기 열연강판을 20~70℃/s의 냉각속도로 FCT: 450~600℃까지 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 강판은 항복강도(YP): 485~635MPa, 인장강도(TS): 570~760MPa, 항복비(YR): 93%이하, 연신율(EL): 24% 이상의 물성을 나타내며, -20℃에서의 DWTT 연성파면율이 90% 이상인 강판인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V)과 같은 고가의 합금원소의 함량을 저감하여 수익성을 개선하고, 인(P)과 황(S)의 함량을 일반 관리기준으로 넓게 적용함으로써 제강 공정의 부하를 경감시킬 수 있다. 또한, 인성이 뛰어난 페라이트(ferrite) 조직 사이에 비교적 강한 경화 조직인 펄라이트/베이나이트(pearlite/bainite) 조직을 형성하여 연질과 경질의 복합조직이 형성되도록 함으로써 DWTT 연성파면율 효율을 극대화할 수 있다.
도 1 및 도 2는 비교강1 및 발명강1에 대해 -20℃에서 DWTT 파면율을 측정한 파단면을 도시한 현미경 사진들이다.
도 3 및 도 4는 비교강1 및 발명강1에 대해 -20℃에서 DWTT 후 미세조직을 관찰하여 나타낸 현미경 사진들이다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
고강도 API TMCP 강재의 저온파괴인성 특성은 중심부 편석의 정도, 미세 조직의 상분율과 밀접한 관계가 있는 것으로 알려져 있다. 본 발명은 인성이 뛰어난 페라이트(ferrite) 조직 사이에 비교적 강한 경화 조직인 펄라이트/베이나이트(pearlite/bainite) 조직이 형성되게 하여 노치 파괴 에너지를 저감시킴으로써 파면 전체에 균일한 박리(separation)를 형성하여 파면율을 향상시킨다.
DWTT 연성파면율이 우수한 라인파이프용 강재
본 발명의 일 관점에 따른 라인파이프용 강재는 중량%로, 탄소(C): 0.05~0.10%, 실리콘(Si): 0.1~0.4%, 망간(Mn): 1.0~1.8%, 인(P): 0 초과 0.03% 이하, 황(S): 0 초과 0.005% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02~0.06%, 구리(Cu): 0 초과 0.3% 이하, 크롬(Cr): 0 초과 0.3% 이하, 몰리브덴(Mo): 0 초과 0.3% 이하, 니켈(Ni): 0 초과 0.3% 이하, 니오븀(Nb): 0 초과 0.3% 이하, 바나듐(V): 0 초과 0.06% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.02% 이하, 보론(B): 0 초과 0.0005% 이하를 함유하고, 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 라인파이프용 강재의 필수 합금조성에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.
탄소(C): 0.05~0.10중량%
탄소(C)는 강재의 강도를 확보하는데 가장 경제적이며 효과적인 합금성분이다. 다만, 탄소(C)가 0.05중량% 이하로 첨가되는 경우 인성 측면에서는 좋을 수 있으나, Nb, V 또는 Ti와 결합하여 강재를 강화시키는 효과가 매우 적으므로 강도의 확보를 위하여 0.03중량% 이상 첨가할 필요가 있다. 반면, 탄소(C)의 함량이 0.10중량%를 초과하면 DWTT 인성을 저하시키는 중심 편석이 증대되는 문제가 있다. 따라서, 탄소(C) 함량은 0.05~0.10중량%로 한정하는 것이 바람직하다.
실리콘(Si): 0.1~0.4중량%
실리콘(Si)은 탈산 및 고용강화에 유효한 성분으로, 상기 효과를 얻기 위해서는 0.1중량% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, 0.4중량%를 초과하는 경우에는 용접성 및 인성을 저하시키므로, 상기 실리콘(Si)은 0.1~0.4중량%의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 1.0~1.8중량%
망간(Mn)은 강도 및 인성 확보를 위하여 필수적인 성분이나, 1.0중량% 미만으로 첨가되는 경우에는 본 발명에서 목표로 하는 강도를 확보하기 어렵고, 1.8중량%를 초과하는 경우에는 연주 시 중심 편석을 조장하여 저온 DWTT 저항성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 상기 망간(Mn)의 함량은 1.0~1.8중량%로 한정하는 것이 바람직하다.
인(P): 0 초과 0.03중량% 이하
인(P)의 함량이 0.03중량%를 초과하게 되는 경우에는 입계 편석을 조장하여 저온 DWTT저항성을 저하시킬 뿐만아니라 용접성도 저하시키므로, 상기 P의 함량은 0.03중량% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
황(S): 0 초과 0.005중량% 이하
황(S)은 강 중에서 Mn과 반응하여 MnS를 형성함으로써 취성을 크게 저하시키는 성분으로서, 0.005중량%를 초과하는 경우 저온 DWTT 저항성을 크게 감소시킨다. 따라서, 상기 S의 함량은 0.005중량% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
가용성 알루미늄(S_Al): 0.02~0.06중량%
알루미늄(Al)은 실리콘(Si)과 함께 탈산작용을 하는 성분으로서, 0.02중량% 미만으로 첨가되는 경우에는 탈산효과를 얻기 어렵고, 0.06중량%를 초과하는 경우에는 알루미나 집합체를 증가시켜 저온 DWTT 저항성을 저하시키므로, 상기 Al의 함량은 0.02~0.06중량%로 한정하는 것이 바람직하다.
구리(Cu): 0 초과 0.3중량% 이하
구리(Cu)는 소입성을 높여 모재 강도 향상에 기여하는 원소이다. 그러나, 과잉 첨가시 용접열영향부 인성을 저하시키기 때문에 상한은 0.3중량% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
크롬(Cr): 0 초과 0.3중량% 이하
크롬(Cr)은 경화능이 큰 원소로서 변태강화를 통한 강도증가를 위해 첨가된다. 다만, 상기 크롬(Cr)은 0.3중량%를 초과할 경우에는 상부 베이나이트(Upper bainite)와 같은 조직이 형성되면서 전체적으로 불균일해짐으로 인해 인성이 저하되므로, 그 함량은 0.3중량% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
몰리브덴(Mo): 0 초과 0.3중량% 이하
몰리브덴(Mo)은 상기 크롬(Cr)보다 더 경화능이 큰 원소로서 변태강화를 통한 강도증가를 위해 첨가된다. 본 발명의 탄소(C) 성분 범위 안에서 0.3중량%를 초과할 경우에는 마르텐사이트/오스테나이트(MA)상과 같은 경한 이차상이 다량 형성됨으로 인해 인성이 저하되므로, 그 함량은 0.3중량%로 제어하는 것이 바람직하다.
니켈(Ni): 0 초과 0.3중량% 이하
니켈(Ni)은 구리(Cu)와 마찬가지로 고용강화를 통한 강도증가와 함께 인성을 향상시키기 위해 첨가된다. 상기 니켈(Ni)은 0.3중량%를 초과할 경우 오히려 석출물 형성에 의한 인성저하가 초래되므로, 그 함량의 상한은 0.3중량%로 제어하는 것이 바람직하다.
니오븀(Nb): 0 초과 0.3중량% 이하
니오븀(Nb)은 소량 첨가에 의해 탄소(C)와의 결합을 통해 NbC 석출물을 형성하여 석출 강화효과로 모재 강도 향상에 기여하는 원소이다. 니오븀(Nb)은 본 발명의 탄소(C) 범위에서는 0.3중량% 초과시 다량의 석출물에 의한 저온 인성 및 용접성 저하를 가져올 수 있어 그 함량은 0.3중량% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
바나듐(V): 0 초과 0.06중량% 이하
바나듐(V)은 니오븀(Nb)과 마찬가지로 소량 첨가에 의해 석출강화효과를 나타내는 성분으로서, 본 발명의 탄소(C) 범위에서는 0.06중량% 초과시 다량의 석출물에 의한 저온 인성 및 용접성 저하를 가져올 수 있으므로 그 함량은 0.06중량% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
티타늄(Ti): 0 초과 0.02중량% 이하
티타늄(Ti)은 강중에서 TiN으로 석출되어 재가열 시 오스테나이트의 결정립 성장을 억제함으로써 고강도 및 우수한 충격인성을 얻을 수 있게 하며 또한 TiC 등으로 석출되어 강을 강화하는 역할을 한다. 그러나, 본 발명의 탄소 범위에서 티타늄(Ti)의 함량이 0.02중량%를 초과하는 경우에는 상기 효과가 포화상태에 이르게 되고 오히려 조대한 TiN이 생길 수 있어 DWTT인성을 저해하므로, 상기 티타늄(Ti)의 함량은 0.02중량% 이하로 제어하는 것이 바람직하다.
보론(B): 0 초과 0.0005중량% 이하
보론(B)은 강의 소입성을 향상시키는 원소로, 철(Fe) 내 고용되거나 강 중의 질소(N)와 결합하여 BN 상을 석출시켜 용접열영향부에서의 구오스테나이트의 결정립 미세화에 기여한다. 또한, 결정립에 편석되어 용접열영향부 인성에 유해한 결정립계 페라이트(grain boundary ferrite) 형성을 억제하는 효과가 있다. 반면, 과잉 첨가시 경화능 증가로 인하여 저온 변태상 형성을 촉진시켜 용접열영향부 인성을 열화시킨다. 따라서, 보론(B)은 0.0005중량% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배재할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 언급하지는 않는다.
상기한 합금 성분을 갖는 본 발명의 DWTT 연성파면율이 우수한 라인파이프용 강재는 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V)과 같은 고가의 합금원소의 함량을 저감하여 수익성을 개선하고, 인(P) 및 황(S)의 함량을 일반 관리기준을 적용함으로써 제강 공정의 부하를 경감할 수 있다. 이러한 본 발명의 DWTT 연성파면율이 우수한 라인파이프용 강재는 항복강도(YP): 485~635MPa, 인장강도(TS): 570~760MPa, 항복비(YR): 93%이하, 연신율(EL): 24% 이상의 물성을 나타내는 20.6t의 제품두께를 갖는다. 또한, 0℃에서의 DWTT 연성파면율이 95% 이상, -20℃에서의 DWTT 연성파면율은 90% 이상을 나타낸다.
상기한 합금 성분을 갖는 본 발명의 DWTT 연성파면율이 우수한 라인파이프용 강재는 하기의 제조과정으로 제조될 수 있다. 이하, 본 발명의 바람직한 다른 측면에 따른 DWTT 연성파면율이 우수한 라인파이프용 강재의 제조방법에 대하여 설명한다.
DWTT 연성파면율이 우수한 라인파이프용 강재의 제조방법
본 발명의 바람직한 다른 측면에 따른 DWTT 연성파면율이 우수한 라인파이프용 강재의 제조방법은 중량%로, 탄소(C): 0.05~0.10%, 실리콘(Si): 0.1~0.4%, 망간(Mn): 1.0~1.8%, 인(P): 0 초과 0.03% 이하, 황(S): 0 초과 0.005% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02~0.06%, 구리(Cu): 0 초과 0.3% 이하, 크롬(Cr): 0 초과 0.3% 이하, 몰리브덴(Mo): 0 초과 0.3% 이하, 니켈(Ni): 0 초과 0.3% 이하, 니오븀(Nb): 0 초과 0.3% 이하, 바나듐(V): 0 초과 0.06% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.02% 이하, 보론(B): 0 초과 0.0005% 이하를 함유하고, 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1,030~1,120℃에서 재가열하는 단계, 가열된 슬라브를 FRT: 730~800℃에서 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계, 상기 열연강판을 20~70℃/s의 냉각속도로 FCT: 450~600℃까지 냉각하는 단계를 포함한다.
슬라브 재가열 단계
상기와 같이 조성되는 강 슬라브를 1,030~1,120℃에서 가열한다. 상기 가열온도는 Nb계 석출물의 고용온도에 의해 결정되며, 본 발명의 성분범위에서는 1,030℃ 이상에서 Nb 전체 고용이 가능하며, 1,030℃미만에서 가열하는 경우 충분한 강도확보가 힘들고, 1,120℃를 초과하여 가열하는 경우에는 강판의 결정립도가 매우 커져 인성이 저하되므로 상기 가열온도는 1,030~1,120℃로 한정하는 것이 바람직하다.
열간압연 단계
상기와 같이 가열된 슬라브에 대해 열간압연을 실시하여 열연강판을 얻는다. 상기 열간압연은 제어압연(TMCP) 방식으로 이루어질 수 있는데, 예를 들어, Tnr~Tnr+60℃에서 압연을 종료하는 재결정역 압연의 마지막 5회 압연이내에서 20%이상의 압하율로 최소 3회 이상 압연을 실시하는 재결정역 압연을 실시하고, Ar3 ~ 800℃의 온도에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 얻는다.
Tnr이상의 온도에서 행해지는 재결정역 압연은 마무리 압연 전 오스테나이트의 입도크기에 매우 큰 영향을 미치며, Tnr+60℃를 초과해서 재결정역 압연을 마무리할 경우에는 부분재결정에 의해 국부적으로 조대한 오스테나이트가 형성됨으로 저온 DWTT 물성을 확보하기 어렵다. 따라서, 재결정역 압연은 Tnr~Tnr+60℃에서 종료하는 것이 바람직하다. 상기 재결정역 압연의 마지막 5회 압연이내에서 20%이상의 압하율로 최소 3회 이상 압연을 실시하지 않는 경우에는 재결정이 촉진되지 않아 결정립 크기가 커져 저온 DWTT 인성이 하락할 우려가 있다.
마무리 열간 압연은 Ar3~800℃의 온도범위에서 행하여지는 것이 바람직한데, 800℃를 초과하여 압연할 경우 불균일하고 조대한 결정립 성장이 발생할 수 있는 가능성이 커서 본 발명에서 추구하는 저온 DWTT 물성을 확보할 수 없으며, 730℃ 미만의 온도범위에서 마무리 열간압연이 행하여질 경우에는 취성파괴에 열위한 집합조직이 생성되어 저온 DWTT 인성이 매우 낮아질 수 있다. 본 발명의 열연 강판은 20.6t의 두께를 가질 수 있다.
냉각 및 권취 단계
상기 열연공정을 통해 얻어진 열연강판을 Ar3~800℃의 온도에서 냉각을 개시하여 450~600℃에서 종료한 후, 권취한다. 상기 열연공정을 통해 얻어진 열연강판의 냉각은 Ar3 온도 이상에서 개시하는 것이 바람직하다. 만일, 상기 냉각이 Ar3 미만의 온도에서 개시되는 경우에는 냉각 전에 조대한 페라이트가 형성되어 인성을 저하시킬 수 있으며, 특히 저온 DWTT 인성을 떨어뜨리는 취성 파괴 집합조직을 발달시킬 수 있다. 따라서 Ar3 온도 이상에서 냉각을 개시하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 냉각 시 냉각속도는 20~70℃/sec의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 냉각속도가 20℃/sec 미만일 경우에는 인성을 떨어뜨리는 조대한 펄라이트 조직이 용이하게 형성될 수 있으며 70℃/sec를 초과하는 경우에는 마르텐사이트/오스테나이트(MA)상과 같은 경한 이차상아나 조대한 상부(Upper) 베이나이트의 생성이 촉진되어 역시 저온 DWTT 특성을 떨어뜨린다.
상기 냉각은 450~600℃에서 종료하는 것이 바람직하며, 이후 상기 열연강판을 상기 온도범위에서 권취하는 것이 바람직하다. 상기 권취온도가 600℃를 초과하는 경우에는 변태가 불안정하여 조대한 펄라이트 조직이 형성될 수 있으며, Carbon partitioning 증가에 의해 마르텐사이트/오스테나이트(MA)상 또한 다량 형성될 수 있어 저온 DWTT 물성 확보에 어려움이 있다. 450℃ 미만인 경우에는 강판의 강성이 커 정상권취가 매우 어렵다. 따라서, 상기 권취온도는 450~600℃의 온도범위로 한정되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제조방법에 따르면, 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V)과 같은 고가의 합금원소의 함량을 저감하여 수익성을 개선하고, 인(P) 및 황(S)과 같은 불가피하게 첨가되는 원소의 함량을 일반 관리기준을 적용함으로써 제강 공정의 부하를 경감하였다. 또한, 인성이 뛰어난 페라이트(ferrite) 조직 사이에 비교적 강한 경화 조직인 펄라이트/베이나이트(pearlite/bainite) 조직을 형성하여 연질과 경질의 복합조직이 형성되도록 함으로써 DWTT 연성파면율 효율을 극대화하였다. 상기한 제조방법에 따라 제조된 본 발명의 DWTT 연성파면율이 우수한 라인파이프용 강재는 항복강도(YP): 485~635MPa, 인장강도(TS): 570~760MPa, 항복비(YR): 93%이하, 연신율(EL): 24% 이상의 물성을 나타내는 20.6t의 제품두께를 갖는다. 또한, 0℃에서의 DWTT 연성파면율이 95% 이상, -20℃에서의 DWTT 연성파면율은 90% 이상을 나타냄으로써, 라인파이프용 소재로 적합하다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하지 않는다.
실시예
하기 표 1 및 표 2와 같은 합금 조성을 갖는 슬라브를, 하기 표 2의 제조조건을 통해 두께 20.6t의 열연강판을 제조하였다. 그리고, 이와 같이 제조된 강판에 대하여 항복강도(YP), 인장강도(TS), 항복비(YR), 연신율(EL), 저온 DWTT 물성을 각각 측정 및 평가하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
항복강도는 상온인장시험을 통해 측정하였으며, 저온 DWTT 물성은 액체질소를 이용하여 온도를 낮추면서, DWTT 시험기를 이용하여 시편을 파단시킨 후 연성 파면율을 측정하였고, 연성파면율 85%를 기준으로 천이온도를 평가하였다.
또한, 비교강 1 및 발명강 1의 미세조직을 관찰하고 그 결과를 각각 도 1 및 도 2에 나타내었고, 비교강 1 및 발명강 2에 대해 -20℃에서 DWTT 시험후 파면 사진을 도 3 및 도 4에 나타내었다.
구분 C Si Mn P S Al Cu Cr Mo Ni Nb V
발명강1 0.080 0.20 1.61 0.018 0.0030 0.031 - 0.10 - 0.15 0.053 -
발명강2 0.081 0.21 1.62 0.019 0.0029 0.030 - 0.11 - 0.13 0.052 -
발명강3 0.082 0.22 1.63 0.019 0.0034 0.029 - 0.12 - 0.14 0.049 -
비교강1 0.061 0.25 1.55 0.007 0.0007 0.031 0.20 0.15 0.10 0.15 0.050 0.030
비교강2 0.063 0.23 1.53 0.008 0.0006 0.033 0.21 0.16 0.11 0.13 0.052 0.031
비교강3 0.062 0.24 1.52 0.005 0.0005 0.030 0.19 0.14 0.12 0.14 0.051 0.029
구분 Ti B Ceq Pcm SRT FRT FCT
발명강1 0.015 0.0003 0.380 0.177 1090 800 513
발명강2 0.013 0.0004 0.380 0.178 1091 790 505
발명강3 0.013 0.0004 0.387 0.181 1090 780 514
비교강1 0.012 0.0003 0.399 0.178 1150 910 530
비교강2 0.011 0.0002 0.401 0.179 1155 890 535
비교강3 0.014 0.0004 0.395 0.178 1162 870 525
구분 물 성 DWTT 시험(Shear Area, %)
YP(MPa) TS(MPa) YR EL 0℃ -10℃ -20℃ -30℃
비교강1 546 648 84 41 100,100 85,90 90,90 40,30
비교강2 570 657 87 44 100,100 95,80 95,85 30,45
비교강3 581 666 87 41 95,95 90,85 80,90 40,40
발명강1 543 609 89 51 100,100 100,95 95,90 70,65
발명강2 544 603 90 54 100,100 100,100 95,90 75,65,
발명강3 552 602 91 51 95,100 95,95 95,85 70,55
상기 표 1 내지 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 조건에 부합하는 발명강 1 내지 3의 경우, 고가의 합금원소인 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V)을 첨가하지 않고도 API 규격에서 요구하는, 항복강도(YP): 485~635MPa, 인장강도(TS): 570~760MPa, 항복비(YR): 93%이하, 연신율(EL): 24% 이상의 물성을 만족함을 확인할 수 있다.
도 1 및 도 2는 비교강1 및 발명강1에 대해 -20℃에서 DWTT 파면율을 측정한 파단면을 도시한 현미경 사진들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 비교강(도 1) 및 발명강(도 2)의 경우 DWTT 연성파면율 시험에서 모두 95% 이상의 S/A를 나타내어 고가의 합금원소를 사용하지 않은 발명강의 경우에도 규격을 만족함을 확인할 수 있다.
도 3 및 도 4는 비교강1 및 발명강1에 대해 -20℃에서 DWTT 후 미세조직을 관찰하여 나타낸 현미경 사진들이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 페라이트 단상 조직의 비교강(도 3)에 비해 발명강1은 페라이트 조직 사이에 경화 조직인 펄라이트/베이나이트 조직이 형성되어 연질과 경질의 복합조직이 형성되었음을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V)과 같은 고가의 합금원소의 함량을 저감하여 수익성을 개선하고, 인(P)과 황(S)의 함량을 일반 관리기준으로 넓게 적용함으로써 제강 공정의 부하를 경감시킬 수 있다. 또한, 인성이 뛰어난 페라이트(ferrite) 조직 사이에 비교적 강한 경화 조직인 펄라이트/베이나이트(pearlite/bainite) 조직을 형성하여 연질과 경질의 복합조직이 형성되도록 함으로써 DWTT 연성파면율 효율을 극대화할 수 있다.
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.

Claims (3)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.05~0.10%, 실리콘(Si): 0.1~0.4%, 망간(Mn): 1.0~1.8%, 인(P): 0 초과 0.03% 이하, 황(S): 0 초과 0.005% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02~0.06%, 구리(Cu): 0 초과 0.3% 이하, 크롬(Cr): 0 초과 0.3% 이하, 몰리브덴(Mo): 0 초과 0.3% 이하, 니켈(Ni): 0 초과 0.3% 이하, 니오븀(Nb): 0 초과 0.3% 이하, 바나듐(V): 0 초과 0.06% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.02% 이하, 보론(B): 0 초과 0.0005% 이하를 함유하고, 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    항복강도(YP): 485~635MPa, 인장강도(TS): 570~760MPa, 항복비(YR): 93%이하, 연신율(EL): 24% 이상의 물성을 나타내며,
    -20℃에서의 DWTT 연성파면율이 90% 이상인 것을 특징으로 하는,
    라인파이프용 고강도 강판.
  2. 중량%로, 탄소(C): 0.05~0.10%, 실리콘(Si): 0.1~0.4%, 망간(Mn): 1.0~1.8%, 인(P): 0 초과 0.03% 이하, 황(S): 0 초과 0.005% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02~0.06%, 구리(Cu): 0 초과 0.3% 이하, 크롬(Cr): 0 초과 0.3% 이하, 몰리브덴(Mo): 0 초과 0.3% 이하, 니켈(Ni): 0 초과 0.3% 이하, 니오븀(Nb): 0 초과 0.3% 이하, 바나듐(V): 0 초과 0.06% 이하, 티타늄(Ti): 0 초과 0.02% 이하, 보론(B): 0 초과 0.0005% 이하를 함유하고, 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 1,030~1,120℃에서 재가열하는 단계;
    가열된 상기 슬라브를 FRT: 730~800℃에서 열간압연하여 열연강판을 얻는 단계; 및
    상기 열연강판을 20~70℃/s의 냉각속도로 FCT: 450~600℃까지 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    라인파이프용 고강도 강판의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 강판은 항복강도(YP): 485~635MPa, 인장강도(TS): 570~760MPa, 항복비(YR): 93%이하, 연신율(EL): 24% 이상의 물성을 나타내며,
    -20℃에서의 DWTT 연성파면율이 90% 이상인 것을 특징으로 하는,
    라인파이프용 고강도 강판의 제조방법.
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