KR20210132698A

KR20210132698A - 전봉 강관 및 그의 제조 방법, 그리고 강관 말뚝

Info

Publication number: KR20210132698A
Application number: KR1020217031054A
Authority: KR
Inventors: 신스케 이데; 아츠시 마츠모토; 아키히데 마츠모토
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2021-11-04
Also published as: CN113614268A; KR102551615B1; TW202039884A; JPWO2020202334A1; WO2020202334A1; TWI762881B; CN113614268B; JP6690788B1

Abstract

모재부와 관 축 방향으로 용접부를 갖는 전봉 강관으로서, 모재부의 성분 조성은, 특정의 성분 조성을 갖고, 모재부의 판두께를 t로 했을 때, 전봉 강관의 외표면으로부터 판두께 t의 1/4t 깊이 위치에 있어서의 강 조직은, 베이나이트가 면적률로 70％ 이상이고, 베이나이트의 평균 유효 입경이 평균 원상당 지름으로 10.0㎛ 이하, 또한 베이나이트의 평균 애스펙트비가 0.1∼0.8이고, 관 축 방향의 인장 강도가 590㎫ 이상, 0.2％ 내력이 450㎫ 이상, 항복비가 85∼95％이고, 모재부에 있어서의 관 축 방향을 시험편 길이 방향으로 한 －30℃에 있어서의 샤르피 흡수 에너지가 70J 이상이고, 모재부에 있어서의 강관 외표면의 관 축 방향에 있어서의 잔류 응력이 250㎫ 이하인 전봉 강관 및 그의 제조 방법, 그리고 강관 말뚝.

Description

전봉 강관 및 그의 제조 방법, 그리고 강관 말뚝

본 발명은, 구조물의 기초로서 이용되는 강관 말뚝(steel pipe pile)에 적합한 전봉 강관 및 그의 제조 방법, 그리고 강관 말뚝에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 열연 강판(열연 강대(hot rolled steel strip))을 소재로 하고, 소재를 냉간으로 롤 성형하고 조관하여 얻어지는 전봉 강관의 고강도화, 고인성화, 항복비의 최적화 및, 내좌굴(buckling resistance) 성능의 향상에 관한 것이다.

최근, 대규모 지진으로의 대응으로서, 구조물의 기초로서 이용되는 강관 말뚝에 대해서도, 고강도화와 변형 에너지 흡수능의 향상이 강하게 요망되어 오게 되었다. 일반적으로, 강관의 변형 에너지 흡수능을 향상시키기 위해서는, 높은 인장 강도와 낮은 항복비를 갖는 강재로 하는 것이 유효하다. 그러나, 강관 말뚝은, 말뚝 박기 시에 강관의 변형을 억제한다는 관점에서 관 축 방향(pipe axis direction)의 항복비를 과도로 낮게 하는 것이 어렵다. 또한, 특히 한냉지에서 사용되는 강관 말뚝에는, 높은 저온 인성도 필요해진다. 또한, 지진 등에 의한 변형에 견디기 위해 높은 내좌굴 성능도 필요해진다.

특허문헌 1에는, 내국부 좌굴성이 우수한 내진성 용접 강관의 제조 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 1에서는, 중량％로, C: 0.03∼0.15％, Mn: 1.0∼2.0％를 함유하고, Cu: 0.05∼0.50％, Ni: 0.05∼0.50％, Cr: 0.05∼0.50％, Mo: 0.05∼0.50％, Nb: 0.005∼0.10％, V: 0.005∼0.10％, Ti: 0.005∼0.080％ 중 1종 이상을 함유하고, Pcm이 0.10∼0.25가 되는 조성의 강을 열간 압연하고, 압연 종료 후 600℃ 이하까지 5℃/s 이상의 냉각 속도로 냉각하여 얻어진 강판을, 냉간 성형하여 강관으로 한다. 이에 따라, 관 축 방향의 인장 시험에 있어서의 가공 경화 지수가 0.10 이상이 되는 변형 성능이 우수한 강관을 얻을 수 있어, 강관에 가로로부터 작용하는 외력에 의한 국부 좌굴의 발생이나, 그에 기인하는 취성적인 균열(brittle cracking)이나 파단의 발생을 방지할 수 있다고 하고 있다.

특허문헌 2에는, 중량％로, C: 0.02∼0.20％, Si: 0.02∼0.50％, Mn: 0.50∼2.00％를 포함하고, 추가로 Cu: 0.10∼1.5％, Ni: 0.10∼0.50％, Nb: 0.005∼0.10％ 및 V: 0.005∼0.10％로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함하고, Ceq: 0.38∼0.45인 강편에, 900℃ 이상의 온도역에 있어서의 1패스당의 압하율이 4％ 이하가 되도록 열간 압연을 행하여 열연 강판으로 하고, 당해 열연 강판에, Ac1점 이상 Ac3점 이하의 2상 온도역(dual-phase temperature region)에 재가열하여 당해 2상 온도역으로부터 퀀칭(quenching)하고, 추가로 템퍼링(tempering)을 행하고 나서, 제관 가공을 행하는, 강관의 제조 방법이 기재되어 있다. 이에 따라 얻어지는 강관은, 0.2％ 내력: 440㎫ 이상, 인장 강도: 590∼700㎫, 항복비: 80％ 이하의 저항복비 고장력 강관으로, 건조물, 교량, 탱크 등의 강 구조물용으로서 적합하다고 하고 있다.

특허문헌 3에는, 질량％로, C: 0.10∼0.18％, Si: 0.1∼0.5％, Mn: 1∼2％를 포함하는 조성의 강관을 제조함에 있어서, Ac3점 이상으로 가열한 후 급냉하는 공정과, Ac1점∼Ac3점의 2상 온도역에 가열한 후 공냉하는 공정과, 냉간에서 관 형상으로 성형하는 공정과, 500∼600℃로 재가열하는 공정을 순차 실시하여, 저항복비의 건축 구조용 고장력 강관으로 하는 제조 방법이 기재되어 있다. 이에 따라, 고가인 합금 원소를 사용하지 않고, 인장 강도: 590㎫ 이상의 건축 구조용 강관을 제조할 수 있다고 하고 있다.

특허문헌 4에는, 질량％로, C: 0.11∼0.20％, Si: 0.05∼0.50％, Mn: 1.00∼2.00％, P: 0.030％ 이하, S: 0.010％ 이하, Al: 0.01∼0.08％를 포함하고, 더하여 페라이트상을 주상으로 하고, 주상 이외의 제2상이, 면적률로 8∼30％의 펄라이트 및/또는 의사 펄라이트이고, 당해 주상과 제2상을 포함하는 평균의 입경이 4.0∼10㎛인 조직을 갖고, 관 둘레 방향 및 관 축 방향에서 0.2％ 내력 YS: 450㎫ 이상, 인장 강도 TS: 590㎫ 이상이고, 또한 항복비: 90％ 이하인 강관 말뚝용 저항복비 고강도 전봉 강관이 기재되어 있다.

일본공개특허공보 평11-6032호 일본특허 제2687841호 공보 일본공개특허공보 2004-300461호 일본특허 제6123734호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술로 제조된 강관은, 관 축 방향의 항복비가 과도로 저하한다. 이 때문에, 얻어진 강관을 강관 말뚝으로서 적용한 경우에는, 말뚝 박기 시에, 박아넣음에 의해 좌굴 등의 문제를 일으킬 우려가 있다.

특허문헌 2에 기재된 기술에서는, 템퍼링을 위한 열처리 공정을 필요로 한다. 또한, 특허문헌 3에 기재된 기술에서는, 대형의 관용 열처리 장치를 필요로 하는 데다가, 제관한 후에 열처리 공정을 필요로 한다. 이들 열처리를 필요로 하는 기술에서는, 항복비가 지나치게 낮아진다는 문제가 있다. 또한, 공정이 복잡해져 생산성이 저하하는 문제도 있다. 또한, 생산 비용이 증대하여, 염가로 제공하는 것이 곤란해진다.

특허문헌 4에 기재된 기술에서는, 열간 압연 후에, 마무리 압연 종료 온도에서 10∼100s로 550∼700℃의 온도역까지 냉각하여, 페라이트와 펄라이트를 주체로 한 조직을 얻고 있고, 소망하는 조직을 얻지 못하고 있다. 또한, 매우 긴 냉각대를 갖는 설비가 필요해져, 염가의 강관 말뚝용 고강도 고인성 전봉 강관을 제공하는 것이 곤란해진다.

본 발명은, 상기한 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 최적인 항복비 및 높은 내좌굴 성능을 갖고, 또한 고강도 및 고인성을 구비한 전봉 강관 및 그의 제조 방법, 그리고 강관 말뚝을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에서는, 주로 판두께가 16㎜ 이상인 열연 강판을 소재로서 이용한 경우에, 상기 과제를 달성할 수 있는 전봉 강관 및 그의 제조 방법, 그리고 강관 말뚝을 제공하는 것이기도 하다.

여기에서 말하는 「고강도(high strength)」란, 전봉 강관의 모재부(base metal zone)에 있어서의 관 축 방향에 있어서, 0.2％ 내력(YS): 450㎫ 이상, 인장 강도(TS): 590㎫ 이상인 경우를 말한다. 여기에서 말하는 「고인성(high toughness)」이란, 전봉 강관의 모재부에 있어서의 관 축 방향을 시험편 길이 방향으로 한, －30℃에 있어서의 샤르피 흡수 에너지(Charpy absorbed energy)가 70J 이상인 경우를 말하고, 전봉 강관의 관 둘레 방향 및 관 축 방향의 어느 것에 있어서도, 상기한 고인성을 만족하는 것으로 한다. 여기에서 말하는 「최적인 항복비」란, 상기한 인장 강도에 대한 0.2％ 내력의 비(比)(YR)가 80∼90％를 말한다. 여기에서 말하는 「높은 내좌굴 성능」이란, 전봉 강관의 모재부에 있어서의 강관 외표면의 관 축 방향에 있어서의 잔류 응력이 250㎫ 이하이고, 또한 항복비가 90％ 이하인 경우를 말한다.

본 발명자들은, 상기한 목적을 달성하기 위해, 항복비, 0.2％ 내력, 인장 강도 및, 샤르피 충격 특성에 미치는 각종 합금 원소 및 제조 조건의 영향에 대해서, 예의 검토했다. 또한, 얻어진 강관(전봉 강관)의 내좌굴 성능에 대해서도, 예의 검토했다. 그 결과, 항복비를 비교적 낮게 유지하면서, 고강도와 고인성을 양립할 수 있고, 높은 내좌굴 성능을 갖는 적정한 성분 조성, 강 조직 및 제조 조건이 있는 것을 인식했다.

즉, 특정의 성분 조성, 열간 압연 조건에 한정하여 제조한 열연 강판에, 냉간 롤 성형에 의한 냉간 롤 성형 공정에 있어서 용접 후에 특정의 조건으로 축경(縮徑) 압연을 실시한다. 이에 따라, 전봉 강관의 모재부의 강관 외표면으로부터 판두께 t의 1/4t 깊이 위치에 있어서의 강 조직을, 베이나이트가 면적률로 60％ 이상, 또한, 베이나이트의 평균 유효 입경이 평균 원상당 지름으로 20.0㎛ 이하, 또한 베이나이트의 평균 애스펙트비가 0.1∼0.8로 한다. 그 결과, 0.2％ 내력은 450㎫ 이상으로 비교적 낮고, 인장 강도는 590㎫ 이상으로 높고, 또한 항복비는 80∼90％이고, －30℃에 있어서의 샤르피 흡수 에너지는 70J 이상이고, 모재부에 있어서의 강관 외표면의 관 축 방향의 잔류 응력이 250㎫ 이하인 저항복비, 고강도, 고인성 및, 높은 내좌굴 성능을 구비한 전봉 강관이 얻어지는 것을 발견했다.

본 발명은, 이러한 인식에 기초하여, 추가로 검토를 더하여 완성된 것으로, 본 발명의 요지는 다음과 같다.

[1] 모재부와 강 축 방향으로 용접부를 갖는 전봉 강관으로서,

상기 모재부의 성분 조성은, 질량％로,

C: 0.12∼0.20％,

Si: 0.60％ 이하,

Mn: 0.50∼1.70％,

P: 0.030％ 이하,

S: 0.015％ 이하,

Al: 0.010∼0.060％,

Nb: 0.010∼0.080％,

Ti: 0.010∼0.050％,

N: 0.006％ 이하

를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,

상기 모재부의 판두께를 t로 했을 때, 상기 전봉 강관의 외표면으로부터 판두께 t의 1/4t 깊이 위치에 있어서의 강 조직은,

베이나이트가 면적률로 60％ 이상이고,

상기 베이나이트의 평균 유효 입경이 평균 원상당 지름으로 20.0㎛ 이하, 또한 상기 베이나이트의 평균 애스펙트비가 0.1∼0.8이고,

관 축 방향의 인장 강도가 590㎫ 이상, 0.2％ 내력이 450㎫ 이상, 항복비가 80∼90％이고,

상기 모재부에 있어서의 관 축 방향을 시험편 길이 방향으로 한 －30℃에 있어서의 샤르피 흡수 에너지가 70J 이상이고,

상기 모재부에 있어서의 강관 외표면의 관 축 방향에 있어서의 잔류 응력이 250㎫ 이하인 전봉 강관.

[2] 상기 성분 조성에 더하여 추가로, 질량％로, B: 0.008％ 이하를 함유하는 [1]에 기재된 전봉 강관.

[3] 상기 성분 조성에 더하여 추가로, 질량％로,

Cr: 0.01∼1.0％,

V: 0.010∼0.060％,

Mo: 0.01∼1.0％,

Cu: 0.01∼0.50％,

Ni: 0.01∼1.0％,

Ca: 0.0005∼0.010％

중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 [1] 또는 [2]에 기재된 전봉 강관.

[4] 강 소재에, 열간 압연 공정, 냉각 공정을 이 순서로 실시하여 열연 강판으로 하고, 추가로, 당해 열연 강판에 냉간 롤 성형 공정을 실시하여 전봉 강관으로 하는 전봉 강관의 제조 방법으로서,

상기 강 소재는, [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 성분 조성을 갖고,

상기 열간 압연 공정은, 상기 강 소재를 가열 온도: 1100∼1280℃로 가열한 후, 조압연 종료 온도: 850∼1150℃, 마무리 압연 종료 온도: 750∼850℃, 또한, 조압연과 마무리 압연에 있어서의 930℃ 이하에서의 합계 압하율: 65％ 이상으로 하는 조압연 및 마무리 압연을 실시하여 열연판으로 하는 공정이고,

상기 냉각 공정은, 상기 열연판을, 판두께 중심 온도에서 냉각 개시부터 냉각 정지까지의 평균 냉각 속도: 5∼25℃/s, 냉각 정지 온도: 450∼650℃로 냉각하는 공정이고,

상기 냉간 롤 성형 공정은, 상기 열연 강판에 롤 성형 가공을 실시한 강관 소재를 용접하고, 용접 후의 강관 외면의 둘레 길이에 대하여 축경률: 0.2∼0.5％의 축경 압연을 행하는 전봉 강관의 제조 방법.

[5] [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 성분 조성을 갖고, 판두께를 t로 했을 때, 외표면으로부터 판두께 t의 1/4t 깊이 위치에 있어서의 강 조직은, 베이나이트가 면적률로 60％ 이상이고, 상기 베이나이트의 평균 유효 입경이 평균 원상당 지름으로 20.0㎛ 이하, 또한 상기 베이나이트의 평균 애스펙트비가 0.1∼0.8인 열연 강판에 냉간 롤 성형 공정을 실시하여 전봉 강관으로 하는 전봉 강관의 제조 방법으로서,

[6] [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 전봉 강관을 이용한 강관 말뚝.

본 발명에 의하면, 강관 말뚝으로서 적합하게 이용되는, 최적인 항복비 및 높은 내좌굴 성능을 갖고, 추가로 고강도 및 고인성을 구비한 전봉 강관 및 그의 제조 방법, 그리고 강관 말뚝을 제공할 수 있다. 본 발명의 전봉 강관은 용이하게 제조할 수 있어, 산업상 현격한 효과를 가져온다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명의 전봉 강관의 성분 조성의 한정 이유에 대해서 설명한다. 이하, 특별히 언급이 없는 한, 성분 조성에 있어서의 「질량％」는 간단히 「％」로 기재한다.

본 발명의 전봉 강관은, 모재부와 용접부를 갖고, 모재부는 C: 0.12∼0.20％, Si: 0.6％ 이하, Mn: 0.50∼1.70％, P: 0.030％ 이하, S: 0.015％ 이하, Al: 0.010∼0.060％, Nb: 0.010∼0.080％, Ti: 0.010∼0.050％, N: 0.006％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는다.

또한, 본 발명의 전봉 강관은, 관 축 방향으로 용접부를 갖는다. 후술하는 「열연 강판」에는, 열연 강판, 열연 강대를 포함하는 것으로 한다.

C: 0.12∼0.20％

C는, 고용 강화에 의해 강관(전봉 강관)의 강도를 증가시킴과 함께, 베이나이트 등의 강 조직의 생성에 관여하는 원소이다. 또한, C는, 항복비의 적정화에 유효한 원소이다. 비교적 판두께가 큰 강관(예를 들면, 판두께가 16㎜ 이상인 강관)은, 외경과 내경의 차가 크기 때문에, 강관을 제조할 때의 가공도가 커, 항복비가 상승하기 쉽다. 이 때문에, C를 많이 함유할 필요가 있다. 따라서, 상기한 효과를 얻기 위해서는, 0.12％ 이상의 C의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.20％를 초과하는 C의 함유는, 마르텐사이트가 생성되기 쉬워져, 본 발명에서 목적으로 하는 강 조직이 얻어지지 않는다. 그 결과, 본 발명에서 목적으로 하는 고인성을 확보할 수 없게 된다. 따라서, C는 0.12∼0.20％로 한다. C는, 바람직하게는 0.13％ 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 0.14％ 이상으로 한다. C는, 바람직하게는 0.19％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.18％ 이하로 한다.

Si: 0.60％ 이하

Si는, 탈산제로서 작용함과 함께, 강관의 강도를 증가시킬 수 있는 원소이다. 그러나, Si를 과잉으로 함유하면 인성이 저하한다. 이러한 점에서, Si는 0.60％ 이하로 한다. Si는, 바람직하게는 0.50％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.45％ 이하로 한다. 또한, Si의 하한은 특별히 규정하지 않지만, 전봉 용접성의 관점에서, 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.02％ 이상으로 한다.

Mn: 0.50∼1.70％

Mn은, 고용 강화를 통하여 강관의 강도를 증가시키는 원소이다. 이러한 효과를 얻어, 본 발명에서 목적으로 하는 고강도를 확보하기 위해서는, 0.50％ 이상의 Mn의 함유를 필요로 한다. 한편, 1.70％를 초과하여 Mn을 함유하면, 강 조직이 미세화하고, 항복 강도가 높아져, 본 발명에서 목적으로 하는 항복비를 확보할 수 없게 된다. 이 때문에, Mn은 0.50∼1.70％로 한다. Mn은, 바람직하게는 0.55％ 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 0.60％ 이상으로 한다. Mn은, 바람직하게는 1.65％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 1.60％ 이하로 한다.

P: 0.030％ 이하

P는, 결정 입계에 편석하여 인성을 저하시키는 원소로서, 불순물로서 가능한 한 저감하는 것이 바람직하지만, 본 발명에서는, 0.030％까지는 허용할 수 있다. 이러한 점에서, P는 0.030％ 이하로 한다. P는, 바람직하게는 0.025％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.020％ 이하로 한다. 그러나, P의 과도한 저감은, 정련 비용의 상승을 초래하기 때문에, P는 0.002％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.003％ 이상으로 한다.

S: 0.015％ 이하

S는, 강관의 소재인 열연 강판을 제조할 때, 강 중에서 MnS로서 존재하고, 열간 압연 공정에서 얇게 연신됨으로써, 강관의 연성 및 인성에 악영향을 미친다. 이 때문에, 본 발명에서는 S를 불순물로서 가능한 한 저감하는 것이 바람직하지만, S의 함유는 0.015％까지는 허용할 수 있다. 이 때문에, S는 0.015％ 이하로 한다. S는, 바람직하게는 0.010％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.008％ 이하로 한다. 그러나, S의 과도한 저감은, 정련 비용의 상승을 초래하기 때문에, S는 0.0002％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.001％ 이상으로 한다.

Al: 0.010∼0.060％

Al은, 탈산제로서 작용함과 함께, N과 결합하여 AlN을 형성하여, 결정립(crystal grains)의 미세화에 기여한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.010％ 이상의 Al을 함유할 필요가 있다. 한편, 0.060％를 초과하는 다량의 Al의 함유는, 강재(강관의 소재인 열연 강판)의 청정도를 저하시켜, 강관의 연성 및 인성을 저하시킨다. 이 때문에, Al은 0.010∼0.060％로 한다. Al은, 바람직하게는 0.015％ 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 0.020％ 이상으로 한다. Al은, 바람직하게는 0.055％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.050％ 이하로 한다.

Nb: 0.010∼0.080％

Nb는, 탄소나 질소와 결합하여 미세한 석출물을 형성하고, 석출 강화에 의해 강관의 강도를 증가시킨다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Nb를 0.010％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.080％를 초과하여 Nb를 함유하면, 강관의 소재인 열연 강판을 제조할 때, 열간 압연 공정에 있어서의 가열로 고용시키는 것이 어려워진다. 그 결과, 조대한 석출물로서 잔류하여, 인성이 저하한다. 이 때문에, Nb는 0.010∼0.080％로 한다. Nb는, 바람직하게는 0.015％ 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 0.020％ 이상으로 한다. Nb는, 바람직하게는 0.075％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.070％ 이하로 한다.

Ti: 0.010∼0.050％

Ti는, 탄소나 질소와 결합하여 미세한 석출물을 형성하고, 석출 강화에 의해 강관의 강도를 증가시킨다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Ti를 0.010％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.050％를 초과하여 Ti를 함유하면, 석출물이 조대화하여, 인성이 저하한다. 이 때문에, Ti는 0.010∼0.050％로 한다. Ti는, 바람직하게는 0.012％ 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 0.015％ 이상으로 한다. Ti는, 바람직하게는 0.045％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.040％ 이하로 한다.

N: 0.006％ 이하

N은, 미량이면 강관의 강도를 증가시키는 효과를 갖지만, 다량으로 함유하면 고온에서 조대한 석출물을 형성하여, 인성을 저하시킨다. 이 때문에, N은 0.006％ 이하로 한다. N의 과도한 저감은, 정련 비용의 상승을 초래하기 때문에, 바람직하게는 0.001％ 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 0.002％ 이상으로 한다. N은, 바람직하게는 0.005％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.004％ 이하로 한다.

잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다. 또한, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에 있어서는, 불가피적 불순물로서, O: 0.0050％ 이하의 함유를 허용할 수 있다.

상기한 성분이 본 발명에 있어서의 전봉 강관의 기본의 성분 조성이다. 상기한 필수 원소에서 본 발명에서 목적으로 하는 특성은 얻어지지만, 이 기본의 성분 조성에 더하여, 필요에 따라서 추가로, 하기의 원소를 함유할 수 있다.

B: 0.008％ 이하

B는, 페라이트 변태 개시 온도를 저하시킴으로써 강 조직의 미세화에 기여하는 원소로서, 필요에 따라서 함유할 수 있다. 그러나, B의 함유량이 0.008％를 초과하면, 결정 입계에 편석하기 쉬워져, 인성이 저하할 우려가 있다. 따라서, B를 함유하는 경우에는, B를 0.008％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.006％ 이하로 한다. 또한, B는, 바람직하게는 0.0003％ 이상으로 한다.

Cr: 0.01∼1.0％, V: 0.010∼0.060％, Mo: 0.01∼1.0％, Cu: 0.01∼0.50％, Ni: 0.01∼1.0％, Ca: 0.0005∼0.010％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상

Cr: 0.01∼1.0％

Cr은, 퀀칭성을 높임으로써, 강관의 강도를 상승시키는 원소로서, 필요에 따라서 함유할 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Cr을 0.01％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 1.0％를 초과하여 Cr을 함유하면, 인성이나 용접성을 저하시킬 우려가 있기 때문에, 1.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 따라서, Cr을 함유하는 경우에는, Cr을 0.01∼1.0％로 하는 것이 바람직하다. Cr은, 보다 바람직하게는 0.02％ 이상으로 하고, 한층 더 바람직하게는 0.03％ 이상으로 한다. Cr은, 보다 바람직하게는 0.8％ 이하로 하고, 한층 더 바람직하게는 0.6％ 이하로 한다.

V: 0.010∼0.060％

V는, 탄소나 질소와 결합하여 미세한 석출물을 형성하고, 석출 강화에 의해 강관의 강도를 증가시키는 원소로서, 필요에 따라서 함유할 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, V를 0.010％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, 0.060％를 초과하여 V를 함유하면, 석출물이 조대화하여, 상기한 효과가 포화하기 쉬워진다. 이 때문에, V는 0.010∼0.060％로 한다. V는, 바람직하게는 0.012％ 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 0.015％ 이상으로 한다. V는, 바람직하게는 0.055％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.050％ 이하로 한다.

Mo: 0.01∼1.0％

Mo는, 퀀칭성을 높임으로써, 강관의 강도를 상승시키는 원소로서, 필요에 따라서 함유할 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Mo를 0.01％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 1.0％를 초과하여 Mo를 함유하면, 인성을 저하시킬 우려가 있기 때문에, 1.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 따라서, Mo를 함유하는 경우에는, Mo를 0.01∼1.0％로 하는 것이 바람직하다. Mo는, 보다 바람직하게는 0.02％ 이상으로 하고, 한층 더 바람직하게는 0.03％ 이상으로 한다. Mo는, 보다 바람직하게는 0.8％ 이하로 하고, 한층 더 바람직하게는 0.6％ 이하로 한다.

Cu: 0.01∼0.50％

Cu는, 고용 강화에 의해 강관의 강도를 상승시키는 원소로서, 필요에 따라서 함유할 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Cu를 0.01％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 0.50％를 초과하여 Cu를 함유하면, 인성을 저하시킬 우려가 있기 때문에, 0.50％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 따라서, Cu를 함유하는 경우에는, Cu를 0.01∼0.50％로 하는 것이 바람직하다. Cu는, 보다 바람직하게는 0.02％ 이상으로 하고, 한층 더 바람직하게는 0.03％ 이상으로 한다. Cu는, 보다 바람직하게는 0.45％ 이하로 하고, 한층 더 바람직하게는 0.40％ 이하로 한다.

Ni: 0.01∼1.0％

Ni는, 고용 강화에 의해 강관의 강도를 상승시키는 원소로서, 필요에 따라서 함유할 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Ni를 0.01％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 1.0％를 초과하여 Ni를 함유하면, 인성을 저하시킬 우려가 있기 때문에, 1.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 따라서, Ni를 함유하는 경우에는, Ni를 0.01∼1.0％로 하는 것이 바람직하다. Ni는, 보다 바람직하게는 0.02％ 이상으로 하고, 한층 더 바람직하게는 0.03％ 이상으로 한다. Ni는, 보다 바람직하게는 0.8％ 이하로 하고, 한층 더 바람직하게는 0.6％ 이하로 한다.

Ca: 0.0005∼0.010％

Ca는, 강관의 소재인 열연 강판을 제조할 때, 열간 압연 공정에서 얇게 연신되는 MnS 등의 황화물을, 구(sphericity) 형상화함으로써 강의 인성 향상에 기여하는 원소로서, 필요에 따라서 함유할 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해, Ca를 함유하는 경우에는, 0.0005％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, Ca의 함유량이 0.010％를 초과하면, 강 중에 Ca 산화물 클러스터가 형성되어, 인성이 악화될 우려가 있다. 따라서, Ca를 함유하는 경우에는, Ca를 0.0005％∼0.010％로 하는 것이 바람직하다. Ca는, 보다 바람직하게는 0.0010％ 이상으로 하고, 한층 더 바람직하게는 0.0015％ 이상으로 한다. Ca는, 보다 바람직하게는 0.005％ 이하로 하고, 한층 더 바람직하게는 0.004％ 이하로 한다.

다음으로, 본 발명의 전봉 강관의 강 조직을 한정한 이유에 대해서 설명한다.

본 발명의 전봉 강관에 있어서의, 모재부의 판두께를 t로 했을 때, 전봉 강관의 외표면으로부터 판두께 t의 1/4t 깊이 위치에 있어서의 강 조직은, 베이나이트가 면적률로 60％ 이상이고, 베이나이트의 평균 유효 입경이 평균 원상당 지름으로 20.0㎛ 이하, 또한 베이나이트의 평균 애스펙트비로 0.1∼0.8인 강 조직을 갖는다.

여기에서, 판두께 t의 1/4t 깊이 위치란, 강 조직을 제어하는 데에 있어서 중요해지는, 강관의 소재인 열연 강판을 제조할 때의 열간 압연 공정에 있어서의 냉각 속도가 가장 커지는 최표층과 가장 작아지는 1/2t 깊이 위치의 중간이 되는 위치이다. 또한, 본 발명에서는, 열간 압연에 있어서의 판폭 W의 1/4W 위치의 압연 방향에 평행한 단면을 강 조직의 평가면으로 하고 있다. 본 발명에서는, 열간 압연 후에 열처리 등은 행하지 않기 때문에, 열연 강판의 조직과 강관(모재부)의 조직은 동일해진다.

베이나이트의 면적률: 60％ 이상

본 발명에 있어서 고강도와 고인성을 양립하기 위해, 베이나이트를 면적률로 60％ 이상 함유하는 것이 중요하다. 베이나이트가 60％ 미만이면, 본 발명에서 목적으로 하는 강도가 얻기 어려워진다. 따라서, 강관의 외표면으로부터 판두께 t의 1/4t 깊이 위치에 있어서의 강 조직은, 베이나이트를 면적률로 60％ 이상으로 한다. 바람직하게는 65％ 이상이다. 또한, 베이나이트의 면적률이 과잉이면 항복비가 지나치게 높아지기 때문에, 베이나이트는 면적률로 98％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 95％ 이하로 한다.

베이나이트 이외의 조직(잔부 조직)은, 페라이트, 펄라이트, 마르텐사이트, 오스테나이트 등을 생각할 수 있다. 이들 조직의 면적률의 합계가, 강 조직 전체에 대하여 40％ 이상이 되면, 강도나 인성의 부족, 항복비의 상승이나 과도한 저하를 초래한다. 따라서 40％ 미만으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 35％ 미만으로 한다. 본 발명에서 목적으로 하는 항복비를 얻는 것을 고려하면, 잔부 조직의 면적률의 합계의 하한은, 2％ 초과가 바람직하고, 5％ 초과가 보다 바람직하다.

또한, 본 발명에서는, 상기한 각 조직의 면적률의 측정은, 후술하는 실시예에 기재된 방법으로 행할 수 있다.

베이나이트의 평균 유효 입경: 평균 원상당 지름으로 20.0㎛ 이하

본 발명에 있어서 고강도와 고인성을 양립하기 위해, 베이나이트의 평균 유효 입경의 평균 원상당 지름을 20.0㎛ 이하로 하는 것이 중요하다. 베이나이트의 평균 유효 입경이, 평균 원상당 지름으로 20.0㎛를 초과하면, 본 발명에서 목적으로 하는 인성이 얻어지지 않게 된다. 또한, 본 발명에서 목적으로 하는 강도가 얻어지지 않게 된다. 바람직하게는 15.0㎛ 이하로 한다. 또한, 베이나이트가 지나치게 미세해지면 항복비가 지나치게 높아지기 때문에, 베이나이트의 평균 유효 입경의 평균 원상당 지름을 1.0㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 2.0㎛ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

여기에서는, 인접하는 결정의 방위차를 구하여, 서로 이웃하는 결정의 방위차(결정 방위차)가 15° 이상인 경계로 둘러싸인 영역을 결정립으로 했을 때, 그 결정립과 면적이 동등한 원의 직경을 베이나이트의 유효 입경으로 했다. 얻어진 유효 입경으로부터 입경의 산술 평균을 구하여, 평균 원상당 지름(평균 유효 입경)으로 했다. 또한, 본 발명에서는, 결정 방위차, 유효 입경 및, 평균 원상당 지름은, 후술하는 실시예에 기재된 방법으로 측정할 수 있다.

베이나이트의 평균 애스펙트비: 0.1∼0.8

본 발명에 있어서 관 축 방향의 항복비를 80∼90％로 제어하기 위해서는, 베이나이트의 평균 애스펙트비를 0.1∼0.8로 하는 것이 필요해진다. 여기에서는, 전술의 베이나이트의 결정립에 있어서, (판두께 방향의 길이의 평균)/(관 축 방향의 길이의 평균)을 산출하여, 베이나이트의 평균 애스펙트비로 했다. 베이나이트의 평균 애스펙트비가 0.8을 초과하면, 관 축 방향의 소성 변형능이 저하하여, 항복비가 90％를 초과하기 쉬워진다. 한편, 베이나이트의 평균 애스펙트비가 0.1 미만에서는, 관 축 방향의 강도가 저하하여, 본 발명에서 목적으로 하는 강도가 얻어지지 않게 된다.

또한, 본 발명에서는, 베이나이트의 결정립에 있어서의 판두께 방향의 길이의 평균, 압연 방향의 길이의 평균은, 후술하는 실시예에 기재된 방법으로 측정할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 전봉 강관의 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 전봉 강관은, 예를 들면, 상기한 성분 조성을 갖는 강 소재에, 열간 압연 공정, 냉각 공정 및 권취 공정을 이 순서로 실시하여 열연 강판으로 하고, 추가로, 당해 열연 강판에 냉간 롤 성형 공정을 실시하여 전봉 강관으로 한다.

또한, 이하의 제조 방법의 설명에 있어서, 온도에 관한 「℃」 표시는, 특별히 언급하지 않는 한, 강 소재나 강판(열연 강판)의 표면 온도로 한다. 이들 표면 온도는, 방사 온도계 등으로 측정할 수 있다. 또한, 강판 판두께 중심의 온도는, 강판 단면 내의 온도 분포를 전열 해석에 의해 계산하고, 그 결과를 강판의 표면 온도에 의해 보정함으로써 구할 수 있다. 또한, 「열연 강판」에는, 열연 강판, 열연 강대를 포함하는 것으로 한다.

본 발명에 있어서, 강 소재(강 슬래브(steel slab))의 용제 방법은, 특별히 한정할 필요는 없다. 상기한 성분 조성을 갖는 용강을, 전로(converter), 전기로(electric furnace), 진공 용해로(vacuum melting furnace) 등의 상용의 용제 방법으로 용제하여, 연속 주조법(continuous casting) 등의 상용의 주조 방법으로 슬래브 등의 주편으로 하는 것이, 품질, 생산성 등의 관점에서 바람직하다. 또한, 연속 주조법을 대신하여, 조괴-분괴 압연법(ingot casting-slabbing process)을 적용해도 하등 문제는 없다. 용강에는 추가로, 레이들 정련(ladle refining) 등의 2차 정련을 실시해도 좋다.

이어서, 얻어진 강 소재(강 슬래브)에 열간 압연 공정을 행한다. 열간 압연 공정에서는, 강 소재를 가열 온도: 1100∼1280℃로 가열한 후, 조압연 종료 온도: 850∼1150℃로 하는 조압연을 실시하고, 마무리 압연 종료 온도: 750∼850℃로 하는 마무리 압연을 실시하고, 또한 조압연 및 마무리 압연에 있어서의 930℃ 이하에서의 합계 압하율: 65％ 이상인 열간 압연을 실시하여 열연판으로 하는 공정이다.

가열 온도: 1100∼1280℃

가열 온도가 1100℃ 미만인 경우는, 주조 시에 생성한 강 소재 중에 존재하는 조대한 탄화물을 고용할 수 없다. 그 결과, 함유하는 탄화물 형성 원소의 효과를 충분히 얻을 수 없다. 한편, 가열 온도가 1280℃를 초과하여 고온이 되면, 결정립이 현저하게 조대화하고, 강관의 소재인 열연 강판의 조직이 조대화하여, 본 발명에서 목적으로 하는 특성을 확보하는 것이 곤란해진다. 이 때문에, 강 소재의 가열 온도는 1100∼1280℃로 할 필요가 있다. 바람직하게는 1120∼1230℃로 한다. 또한, 이 온도는, 가열로(heating furnace)의 로 내 설정 온도로 한다.

조압연 종료 온도: 850∼1150℃

조압연 종료 온도가 850℃ 미만인 경우, 열간 압연 중의 조직의 회복이 일어나지 않아 압연 방향으로 과도로 신장한 결정립이 생성되기 쉬워진다. 그 결과, 베이나이트의 평균 애스펙트비가 0.1 미만이 되기 쉽다. 한편, 조압연 종료 온도가 1150℃를 초과하면, 오스테나이트 미재결정 온도역에서의 압하량이 부족하여, 미세한 오스테나이트립이 얻어지지 않고, 그 결과, 본 발명에서 목적으로 하는 베이나이트의 평균 유효 입경을 확보하는 것이 곤란해진다. 이 때문에, 조압연 종료 온도는 850∼1150℃로 한다. 바람직하게는 860∼1000℃로 한다.

마무리 압연 종료 온도: 750∼850℃

마무리 압연 종료 온도가 750℃ 미만인 경우, 열간 압연 중의 조직의 회복이 일어나지 않아 압연 방향으로 과도로 신장한 결정립이 생성되기 쉬워진다. 그 결과, 베이나이트의 평균 애스펙트비가 0.1 미만이 되기 쉽다. 한편, 마무리 압연 종료 온도가 850℃를 초과하면, 오스테나이트 미재결정 온도역에서의 압하량이 부족하여, 미세한 오스테나이트립이 얻어지지 않고, 그 결과, 본 발명에서 목적으로 하는 베이나이트의 평균 유효 입경을 확보하는 것이 곤란해진다. 이 때문에, 마무리 압연 종료 온도는 750∼850℃로 한다. 바람직하게는 770∼830℃로 한다.

조압연과 마무리 압연에 있어서의 930℃ 이하에서의 합계 압하율: 65％ 이상

본 발명에서는, 열간 압연 공정에 있어서 오스테나이트를 미세화함으로써, 계속되는 냉각 공정, 권취 공정에서 생성되는 베이나이트 및 잔부 조직을 미세화하여, 본 발명에서 목적으로 하는 강도 및 인성을 갖는 전봉 강관의 소재로서 적합한 열연 강판을 얻을 수 있다. 열간 압연 공정에 있어서 오스테나이트를 미세화하기 위해서는, 오스테나이트 미재결정 온도역에서의 압하율을 높게 하여, 충분한 가공 변형을 도입할 필요가 있다. 이 효과를 얻기 위해, 본 발명에서는, 930℃ 이하 마무리 압연 종료 온도까지의 온도역에 있어서의 합계 압하율을 65％ 이상으로 한다. 여기에서, 합계 압하율이란, 930℃ 이하 마무리 압연 종료 온도까지의 온도역에 있어서의 각 압연 패스의 압하율의 합계를 가리킨다.

930℃ 이하 마무리 압연 종료 온도까지의 온도역에 있어서의 합계 압하율이 65％ 미만인 경우, 열간 압연 공정에 있어서 충분한 가공 변형을 도입할 수 없기 때문에, 본 발명에서 목적으로 하는 베이나이트의 평균 유효 입경을 갖는 강 조직이 얻어지지 않는다. 930℃ 이하 마무리 압연 종료 온도까지의 온도역에 있어서의 합계 압하율은, 보다 바람직하게는 70％ 이상이다. 특별히 상한은 규정하지 않지만, 80％를 초과하면 압하율의 상승에 대한 인성 향상의 효과가 작아져, 설비 부하가 증대하게 될 뿐이다. 이 때문에, 930℃ 이하 마무리 압연 종료 온도까지의 온도역에 있어서의 합계 압하율은 80％ 이하가 바람직하다. 보다 바람직하게는 75％ 이하이다.

본 발명에 있어서 930℃ 이하로 한 것은, 930℃ 초과에서는 열간 압연 공정에 있어서 오스테나이트가 재결정하고, 압연에 의해 도입된 전위가 소실되어 버려, 미세화한 오스테나이트가 얻어지지 않기 때문이다.

또한, 본 발명에서는, 강 소재를 열간 압연할 때에 있어서, 상기한 조압연 및 마무리 압연의 양쪽에 있어서 930℃ 이하 마무리 압연 종료 온도까지의 합계 압하율을 65％ 이상으로 하는 열간 압연으로 해도 좋고, 마무리 압연만으로 930℃ 이하 마무리 압연 종료 온도까지의 합계 압하율을 65％ 이상으로 하는 열간 압연으로 해도 좋다. 후자에 있어서, 마무리 압연만으로 930℃ 이하 마무리 압연 종료 온도까지의 합계 압하율을 65％ 이상으로 할 수 없는 경우에는, 조압연의 도중에서 슬래브를 냉각하여 온도를 930℃ 이하로 한 후, 조압연과 마무리 압연의 양쪽에 있어서의 930℃ 이하 마무리 압연 종료 온도까지의 합계 압하율을 65％ 이상으로 해도 좋다.

이어서, 열간 압연 공정 후의 열연판에 냉각 공정을 실시한다. 냉각 공정에서는, 열연판을, 판두께 중심 온도에서 냉각 개시부터 냉각 정지까지의 평균 냉각 속도: 5∼25℃/s, 냉각 정지 온도: 450∼650℃로 냉각하는 공정이다.

냉각 개시부터 냉각 정지까지의 평균 냉각 속도: 5∼25℃/s

열연판의 판두께 중심 온도에서, 냉각 개시부터 후술하는 냉각 정지 온도까지의 온도역에 있어서의 평균 냉각 속도가 5℃/s 미만에서는, 페라이트의 생성에 의해, 베이나이트의 면적률이 저하하여, 본 발명에서 목적으로 하는 강도를 얻을 수 없다. 한편으로, 평균 냉각 속도가 25℃/s를 초과하면, 베이나이트의 평균 애스펙트비가 0.8을 초과한다. 그 결과, 항복비가 90％를 초과하기 쉬워진다. 평균 냉각 속도는, 바람직하게는 10℃/s 이상으로 하고, 바람직하게는 20℃/s 이하로 한다.

또한, 본 발명에 있어서, 평균 냉각 속도는, 특별히 언급하지 않는 한, ((냉각 전의 열연판의 판두께 중심 온도－냉각 후의 열연판의 판두께 중심 온도)/냉각 시간)으로 구해지는 값(냉각 속도)의 평균으로 한다. 냉각 방법은, 예를 들면 노즐로부터 물을 분사 등 하는 수냉이나, 냉각 가스의 분사에 의한 냉각 등을 들 수 있다. 본 발명에서는, 열연판의 양면이 동(同)조건으로 냉각되도록, 열연판의 양면에 냉각 조작(처리)을 실시하는 것이 바람직하다.

냉각 정지 온도: 450∼650℃

열연판의 판두께 중심 온도에서, 냉각 정지 온도가 450℃ 미만에서는, 베이나이트의 평균 애스펙트비가 0.8을 초과하여, 그 결과, 항복비가 90％를 초과하기 쉬워진다. 한편으로, 냉각 정지 온도가 650℃를 초과하면, 베이나이트 변태 개시 온도를 상회하기 때문에 베이나이트의 면적률을 60％ 이상으로 할 수 없다. 냉각 정지 온도는, 바람직하게는 480℃ 이상으로 하고, 바람직하게는 620℃ 이하로 한다.

이어서, 냉각 공정 후의 열연 강판을 권취하고, 그 후 방랭하는 권취 공정을 실시한다.

권취 공정에서는, 강관의 소재인 열연 강판의 강판 조직의 관점에서, 권취 온도: 450∼650℃에서 권취하는 것이 바람직하다. 권취 온도가 450℃ 미만에서는, 베이나이트의 평균 애스펙트비가 0.8을 초과하여, 그 결과, 항복비가 90％를 초과하는 경우가 있다. 한편, 권취 온도가 650℃ 초과에서는, 베이나이트 변태 개시 온도를 상회하기 때문에 베이나이트의 면적률을 60％ 이상으로 할 수 없는 경우가 있다. 권취 온도는, 보다 바람직하게는 480∼620℃이다.

이어서, 권취 공정 후의 열연 강판에 냉간 롤 성형 공정을 실시한다. 냉간 롤 성형 공정에서는, 열연 강판을 냉간으로 롤 성형 가공함으로써 원통 형상의 오픈관으로 성형하여, 강관 소재의 양단(즉, 오픈관(open pipe)의 맞댐 부분)을 전봉 용접하고, 용접 후의 환형 강관의 강관 외면의 둘레 길이에 대하여 0.2∼0.5％의 축경률로 축경 압연을 행한다.

축경 압연에서의 축경률: 0.2∼0.5％

축경 압연에서의 축경률이 0.2％ 미만인 경우, 상기한 본 발명의 강관의 강 소재에서는 소성 변형에 의한 잔류 응력의 저감이 불충분해진다. 그 결과, 강관 외표면에 있어서의 관 축 방향의 잔류 응력이 250㎫을 초과한다. 또한, 가공도 부족에 의해 항복비가 80％ 미만이 된다. 한편, 축경 압연에서의 축경률이 0.5％를 초과하면, 가공 경화에 의해, 항복비가 90％를 초과한다. 그 결과, 소망하는 소성 변형능, 즉 내좌굴 성능을 얻을 수 없게 된다. 또한, 상기의 잔류 응력이 250㎫을 초과해도, 내좌굴 성능이 저하한다.

이상에 의해, 본 발명의 전봉 강관이 제조된다. 본 발명에 의하면, 관 길이 방향의 인장 강도가 590㎫ 이상, 0.2％ 내력이 450㎫ 이상, 항복비가 80∼90％이고, －30℃에 있어서의 샤르피 흡수 에너지가 70J 이상이고, 강관 외표면의 관 축 방향의 잔류 응력이 250㎫ 이하인 전봉 강관이 얻어진다. 이에 따라, 고강도, 고인성, 최적인 항복비 및 내좌굴 성능이 우수한 전봉 강관을 용이하게 제조할 수 있다. 이 전봉 강관은, 특히 구조물의 기초로서 이용되는 강관 말뚝에 적합하게 이용할 수 있기 때문에, 산업상 현격한 효과를 가져온다.

다음으로, 본 발명의 강관 말뚝에 대해서 설명한다.

본 발명의 강관 말뚝은, 판두께가 16㎜ 이상이고, 외경 300㎜ 이상 700㎜ 이하이고, 상기한 성분 조성 및 강 조직을 갖는 전봉 강관으로 이루어진다. 전봉 강관의 성분 조성 및 강 조직을 전술과 같이 규정함으로써, 관 길이 방향의 인장 강도가 590㎫ 이상, 0.2％ 내력이 450㎫ 이상, 항복비가 80∼90％이고, －30℃에 있어서의 샤르피 흡수 에너지가 70J 이상이고, 강관 외표면의 관 축 방향의 잔류 응력이 250㎫ 이하인 강관 말뚝이 얻어진다. 본 발명의 강관 말뚝은, 지중에 박아넣고, 필요한 경우에는 박아넣음 도중에서 강관 말뚝끼리를 용접 혹은 나사 조인트 등의 접속 수단에 의해 접속하여 장척의 말뚝으로 현장에서 시공되게 된다. 본 발명의 강관 말뚝에 의하면, 상기 특성을 갖기 때문에, 말뚝 박아넣음에 대하여 좌굴 등의 문제를 일으킬 우려를 저감할 수 있다.

실시예

이하, 실시예에 기초하여 추가로 본 발명을 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예로 한정되지 않는다.

표 1에 나타내는 성분 조성을 갖는 용강을 전로에서 용제하고, 연속 주조법으로 슬래브(강 소재: 두께 250㎜)로 했다. 얻어진 슬래브를 표 2-1, 표 2-2에 나타내는 제조 조건으로 열간 압연 공정, 냉각 공정, 권취 공정 및, 냉간 롤 성형 공정을 실시하여, 표 2-1, 표 2-2에 나타내는 외경 및 판두께의 전봉 강관을 제조했다. 또한, 냉간 롤 성형 공정에서는, 오픈관의 맞댐 부분을 전봉 용접했다.

얻어진 전봉 강관으로부터 시험편을 채취하여, 이하에 나타내는 방법으로, 조직 관찰, 인장 시험, 샤르피 충격 시험, 잔류 응력의 측정, 부재 압축 시험을 실시했다.

〔조직 관찰〕

조직 관찰용의 시험편은, 전봉 용접부를 0°로 했을 때 원주 방향 90° 위치의 관 축 방향 단면이 관찰면이 되도록 채취하고, 연마한 후, 나이탈 부식(nital etching)하여 제작했다. 조직 관찰은, 광학 현미경(배율: 1000배) 또는 주사형 전자 현미경(SEM, 배율: 1000배)을 이용하여, 전봉 강관의 외표면으로부터 판두께 t의 1/4t 깊이 위치에 있어서의 조직을 관찰하고, 촬상했다. 얻어진 광학 현미경상(像) 및 SEM상으로부터, 베이나이트의 면적률을 구했다. 베이나이트의 면적률은, 5시야 이상에서 관찰을 행하여, 각 시야에서 얻어진 값의 평균값으로서 산출했다.

또한, 베이나이트의 평균 유효 입경(평균 원상당 지름)은, SEM/EBSD법을 이용하여 측정했다. 유효 입경은, 인접하는 결정립의 사이의 방위차를 구하고, 방위차가 15° 이상인 경계로 둘러싸인 영역을 유효 결정립으로 했을 때, 그 유효 결정립과 면적이 동등한 원의 직경을 베이나이트의 유효 입경으로 했다. 얻어진 유효 입경의 산술 평균을 구하여, 평균 원상당 지름으로 했다. 측정 영역은 500㎛×500㎛, 측정 스텝 사이즈는 0.5㎛로 했다. 또한, 결정 입경 해석에 있어서는, 유효 입경이 2.0㎛ 이하인 것은 측정 노이즈(measurement noises)로서 해석 대상으로부터 제외했다.

또한, 베이나이트의 평균 애스펙트비는, 상기의 방법으로 측정한 각 유효 결정립의 판두께 방향의 길이, 관 축 방향의 길이를 측정하여, 각각의 평균을 산출함으로써 구했다. 판두께 방향의 길이, 관 축 방향의 길이는, 각 유효 결정립에 있어서의 판두께 방향, 관 축 방향 각각의 최대 길이로 했다.

〔인장 시험〕

인장 시험은, 얻어진 전봉 강관의 전봉 용접부를 0°로 했을 때 원주 방향 90° 위치에 있어서, 인장 방향이 관 축 방향과 평행이 되도록, JIS 5호의 인장 시험편을 채취했다. JIS Z 2241의 규정에 준거하여 인장 시험을 실시했다. 0.2％ 내력(항복 강도 YS), 인장 강도 TS를 측정하여, (0.2％ 내력)/(인장 강도)로 정의되는 항복비를 산출했다.

〔샤르피 충격 시험〕

샤르피 충격 시험은, 얻어진 전봉 강관의 전봉 용접부를 0°로 했을 때 원주 방향 90° 위치에 있어서, 판두께 t/2 위치로부터, 시험편 길이 방향이 관 축 방향과 평행이 되도록, V 노치 시험편(V-notch test specimen)을 채취했다. JIS Z 2242의 규정에 준거하여, 시험 온도: －30℃에서 샤르피 충격 시험(Charpy impact test)을 실시하여, 흡수 에너지(J)를 구했다. 또한, 시험편의 개수는 각 3개로 하고, 그의 평균값을 산출하여 흡수 에너지(J)를 구했다.

〔잔류 응력의 측정〕

잔류 응력은, 펄스텍 제조 μ-X360을 이용하여 X선 회절 cosα법에 의해 측정했다. 잔류 응력의 측정 위치는, 얻어진 전봉 강관의 관 길이 중앙의 외면으로 하고, 전봉 용접부를 0°로 했을 때, 90° 위치, 180° 위치, 270° 위치의 3개소로 했다. 얻어진 3개소의 측정값의 평균값을 잔류 응력으로 했다. 또한, 응력 측정 방향은 관 축 방향으로 했다.

〔부재 압축 시험〕

본 발명에서는, 강관 말뚝으로서의 성능 평가를 위해, 부재 압축 시험을 행하여, 좌굴 강도비 σcr/σy(또한, σcr은 좌굴 응력도, σy는 재료 항복 강도임) 를 구했다. 좌굴 강도비가 저감 계수 R＝0.8＋2.5×t/r(또한, t는 판두께, r은 반경임)보다 크면 강관 말뚝의 성능으로서 중요한 좌굴 강도가 충분하다고 판단할 수 있다.

얻어진 결과를 각각 표 3-1, 표 3-2에 나타낸다.

(표 1)

(표 2-1)

(표 2-2)

(표 3-1)

(표 3-2)

표 1∼표 3-2에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 범위 내에 있는 전봉 강관은 모두 관 축 방향의 인장 강도가 590㎫ 이상, 0.2％ 내력이 450㎫ 이상, 항복비가 80∼90％이고, －30℃에 있어서의 샤르피 흡수 에너지가 70J 이상이고, 관 외면의 관 축 방향의 잔류 응력이 250㎫ 이하였다. 또한, 이들 특성을 갖는 전봉 강관은, 강관 말뚝의 성능으로서 중요한 좌굴 강도도 충분하다는 것을 알 수 있었다.

한편, 성분 조성, 강 조직 및 제조 조건에 있어서 본 발명의 범위 외에 있는 강관은, 관 길이 방향의 인장 강도, 0.2％ 내력, 항복비, －30℃에 있어서의 샤르피 흡수 에너지, 관 외표면의 관 축 방향의 잔류 응력 중, 어느 1개 이상에서 본 발명에서 목적으로 하는 값을 얻을 수 없었다.

이상의 점에서, 전봉 강관의 성분 조성, 강 조직 및, 제조 조건을 본 발명의 범위 내로 함으로써, 강관 말뚝용으로서 적합한, 최적인 항복비 및 높은 내좌굴 성능을 갖고, 추가로 고강도 및 고인성을 양립한 전봉 강관을 제공할 수 있다.

Claims

모재부와 관 축 방향으로 용접부를 갖는 전봉 강관으로서,
모재부의 성분 조성은, 질량％로,
C: 0.12∼0.20％,
Si: 0.60％ 이하,
Mn: 0.50∼1.70％,
P: 0.030％ 이하,
S: 0.015％ 이하,
Al: 0.010∼0.060％,
Nb: 0.010∼0.080％,
Ti: 0.010∼0.050％,
N: 0.006％ 이하
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
상기 모재부의 판두께를 t로 했을 때, 상기 전봉 강관의 외표면으로부터 판두께 t의 1/4t 깊이 위치에 있어서의 강 조직은,
베이나이트가 면적률로 60％ 이상이고,
상기 베이나이트의 평균 유효 입경이 평균 원상당 지름으로 20.0㎛ 이하, 또한 상기 베이나이트의 평균 애스펙트비가 0.1∼0.8이고,
관 축 방향의 인장 강도가 590㎫ 이상, 0.2％ 내력이 450㎫ 이상, 항복비가 80∼90％이고,
상기 모재부에 있어서의 관 축 방향을 시험편 길이 방향으로 한 －30℃에 있어서의 샤르피 흡수 에너지가 70J 이상이고,
상기 모재부에 있어서의 강관 외표면의 관 축 방향에 있어서의 잔류 응력이 250㎫ 이하인 전봉 강관.
제1항에 있어서,
상기 성분 조성에 더하여 추가로, 질량％로, B: 0.008％ 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 전봉 강관.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 성분 조성에 더하여 추가로, 질량％로,
Cr: 0.01∼1.0％,
V: 0.010∼0.060％,
Mo: 0.01∼1.0％,
Cu: 0.01∼0.50％,
Ni: 0.01∼1.0％,
Ca: 0.0005∼0.010％
중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 전봉 강관.
강 소재에, 열간 압연 공정, 냉각 공정을 이 순서로 실시하여 열연 강판으로 하고, 추가로, 당해 열연 강판에 냉간 롤 성형 공정을 실시하여 전봉 강관으로 하는 전봉 강관의 제조 방법으로서,
상기 강 소재는, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 성분 조성을 갖고,
상기 열간 압연 공정은, 상기 강 소재를 가열 온도: 1100∼1280℃로 가열한 후, 조압연 종료 온도: 850∼1150℃, 마무리 압연 종료 온도: 750∼850℃, 또한, 조압연과 마무리 압연에 있어서의 930℃ 이하에서의 합계 압하율: 65％ 이상으로 하는 조압연 및 마무리 압연을 실시하여 열연판으로 하는 공정이고,
상기 냉각 공정은, 상기 열연판을, 판두께 중심 온도로, 냉각 개시부터 냉각 정지까지의 평균 냉각 속도: 5∼25℃/s, 냉각 정지 온도: 450∼650℃로 냉각하는 공정이고,
상기 냉간 롤 성형 공정은, 상기 열연 강판에 롤 성형 가공을 실시한 강관 소재를 용접하고, 용접 후의 강관 외면의 둘레 길이에 대하여 축경률(diameter reduction ratio): 0.2∼0.5％의 축경 압연을 행하는 전봉 강관의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 성분 조성을 갖고, 판두께를 t로 했을 때, 외표면으로부터 판두께 t의 1/4t 깊이 위치에 있어서의 강 조직은, 베이나이트가 면적률로 60％ 이상이고, 상기 베이나이트의 평균 유효 입경이 평균 원상당 지름으로 20.0㎛ 이하, 또한 상기 베이나이트의 평균 애스펙트비가 0.1∼0.8인 열연 강판에 냉간 롤 성형 공정을 실시하여 전봉 강관으로 하는 전봉 강관의 제조 방법으로서,
상기 냉간 롤 성형 공정은, 상기 열연 강판에 롤 성형 가공을 실시한 강관 소재를 용접하고, 용접 후의 강관 외면의 둘레 길이에 대하여 축경률: 0.2∼0.5％의 축경 압연을 행하는 전봉 강관의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 전봉 강관을 이용한 강관 말뚝.