KR20220089148A - 용접성이 우수한 라인파이프용 강재 및 그 제조방법 - Google Patents

용접성이 우수한 라인파이프용 강재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 용접성이 우수한 라인파이프용 강재 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 라인파이프용 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.09%, 실리콘(Si): 0.15% ~ 0.40%, 망간(Mn): 1.00% ~ 1.20%, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02% ~ 0.06%, 니오븀(Nb): 0.01% ~ 0.03%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.03%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.005%, 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 0.22 ~ 0.29의 탄소 당량(Ceq)을 가질 수 있다.

Description

용접성이 우수한 라인파이프용 강재 및 그 제조방법{Steel for line pipe having excellent weldability and method of manufacturing the same}
본 발명의 기술적 사상은 강재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용접성이 우수한 라인파이프용 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 자원고갈의 문제점이 대두됨에 따라 심해저 혹은 극지방에서의 석유 시추 및 수송 작업이 증가하고 있다. 이와 같이, 송유관 라인이 일반 지역에서 영구동토층, 지진대와 같은 특수지역으로 이동함에 따른 에너지 자원 수송 안정성의 요구가 증가되고 있다. 따라서, 극한 환경에 적용가능한 라인파이프용 강재를 개발하기 위하여, 50kg급 고변형능 강재에 대한 연구가 필요하다.
상기 라인파이프 강재로 페라이트-펄라이트강을 적용하는 경우에는, 인성과 연성이 우수한 장점이 있으나 50Kg 이상의 강도를 얻기가 어려우므로, Mo, Cr, Ni, Cu 등의 합금 첨가가 요구된다. 그러나, 상기 첨가물은 강재의 가격을 증가시키고 용접성을 저하시키는 문제가 있다.
한국특허출원번호 제10-2010-0135245호
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 용접성이 우수한 라인파이프용 강재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 용접성이 우수한 라인파이프용 강재 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 라인파이프용 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.09%, 실리콘(Si): 0.15% ~ 0.40%, 망간(Mn): 1.00% ~ 1.20%, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02% ~ 0.06%, 니오븀(Nb): 0.01% ~ 0.03%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.03%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.005%, 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 침상형 페라이트, 다각형 페라이트 및 베이나이트 페라이트의 혼합조직을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 라인파이프용 강재는, 0.22 ~ 0.29의 탄소 당량(Ceq)을 가질 수 있다. (여기에서, Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Ni] + [Cu])/15 + ([Cr] + [Mo] + [V])/5 임)
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 라인파이프용 강재는, 0.11 ~ 0.16의 용접균열 감수성지수(Pcm)를 가질 수 있다. (여기에서, Pcm = [C] + [Si]/30 + ([Mn] + [Cu] + [Cr])/20 + [Ni]/60 + [Mo]/15 + [V]/10 + 5[B] 임)
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 라인파이프용 강재는, 인장강도(TS): 520 MPa ~ 760 MPa, 항복강도(YS): 415 MPa ~ 565 MPa, 연신율(EL): 24% ~ 45%, -50℃의 온도에서 저온충격인성: 300 J ~ 400 J, 및 경도: 150 Hv ~ 248 Hv 를 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 다각형 페라이트의 분율은 0% 초과 ~ 10% 이고, 상기 베이나이트 페라이트의 분율은 10% ~ 20% 이고, 상기 침상형 페라이트의 분율은 나머지 분율일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 페라이트의 평균 입도 크기는 10 μm ~ 15 μm 범위일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 라인파이프용 강재의 제조방법은, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.09%, 실리콘(Si): 0.15% ~ 0.40%, 망간(Mn): 1.00% ~ 1.20%, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02% ~ 0.06%, 니오븀(Nb): 0.01% ~ 0.03%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.03%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.005%, 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 1,000℃ ~ 1,250℃의 재가열 온도에서 재가열하는 단계; 상기 가열된 강재를 850℃ ~ 950℃의 온도에서 종료되도록 열간압연하는 단계; 및 상기 열간압연된 강재를 냉각하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 냉각하는 단계는, 20℃/초 ~ 60℃/초의 냉각속도로 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 냉각하는 단계는, 150℃ ~ 400℃의 냉각종료온도로 냉각될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 라인파이프용 강재의 제조 방법에 의하여 제조된 라인파이프용 강재는, 상기 라인파이프용 강재는, 침상형 페라이트, 다각형 페라이트 및 베이나이트 페라이트의 혼합조직을 가지고, 상기 다각형 페라이트의 분율은 0% 초과 ~ 10% 이고, 상기 베이나이트 페라이트의 분율은 10% ~ 20% 이고, 상기 침상형 페라이트의 분율은 나머지 분율일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 라인파이프용 강재의 제조 방법에 의하여 제조된 라인파이프용 강재는, 인장강도(TS): 520 MPa ~ 760 MPa, 항복강도(YS): 415 MPa ~ 565 MPa, 연신율(EL): 24% ~ 45%, -50℃의 온도에서 저온충격인성: 300 J ~ 400 J, 및 경도: 150 Hv ~ 248 Hv 를 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 라인파이프용 강재의 제조 방법에 의하여 제조된 라인파이프용 강재는, 0.22 ~ 0.29의 탄소 당량(Ceq)을 가지고, 0.11 ~ 0.16의 용접균열 감수성지수(Pcm)를 가질 수 있다. (여기에서, Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Ni] + [Cu])/15 + ([Cr] + [Mo] + [V])/5 임) (여기에서, Pcm = [C] + [Si]/30 + ([Mn] + [Cu] + [Cr])/20 + [Ni]/60 + [Mo]/15 + [V]/10 + 5[B] 임)
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 고가 원소인 몰리브덴, 구리, 니켈, 크롬 등을 포함하지 않아 탄소 당량과 용접균열 감수성지수를 저하시켜 용접성이 증가되고 경제성이 향상되면서도 410 MPa 이상의 항복강도, 520 MPa 이상의 인장강도의 고강도를 확보하고, -50℃에서 300J 이상의 우수한 충격에너지를 가져 저온인성이 우수한 라인파이프용 강재를 얻을 수 있다. 상기 라인파이프용 강재는 지진대 또는 영구동토층 등과 같은 특수지역에서의 수송 안정성을 확보할 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 라인파이프용 강재의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 라인파이프용 강재의 제조방법을 이용하여 제조한 실시예와 비교예의 미세조직을 나타내는 현미경 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 라인파이프용 강재는, 인성과 용접성이 특히 중요하게 요구되는 물성이며, 하드 스폿(hardspot) 형성을 방지하도록 탄소의 양을 엄격히 제한할 필요가 있다. 따라서, 탄소 당량과 용접균열 감수성지수를 낮게 유지할 필요가 있다.
몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu) 등을 첨가하는 것은 탄소의 함량을 엄격히 제한하는 라인파이프 강재의 강도 확보에 도움이 되지만, 제조 원가를 증가시키고 용접성을 저하시키므로 제한할 필요가 있다. 이러한 첨가 원소를 대신하여 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 바나듐(V) 등은 강재의 탄질화물 형성원소로써 탄소와 함께 미세조직 제어를 위한 가장 중요한 원소이다. 때문에, 본 발명에서는 니오븀(Nb)과 티타늄(Ti)을 소량 첨가하여 고온에서 석출상을 형성함으로써 오스테나이트의 재결정을 억제하고 결정립을 미세하게 하며, 석출상을 형성시켜 강도를 증가시켰다.
또한, 니오븀(Nb)과 티타늄(Ti)의 소량 첨가로는 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu) 등과 같이 내부에 고용되거나 석출상을 형성하여 기계적 특성의 향상에는 한계가 있으므로, 압연종료온도를 증가시켜 Ar3 직상 단상역에서 고온 열간압연을 수행하고, 저온상이 생성되도록 열간압연 후 150℃ ~ 400℃의 저온으로 30 ℃/초 ~ 60 ℃/초의 냉각속도로 가속 냉각하여 원하는 기계적 물성을 달성할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 용접성이 우수한 라인파이프용 강재 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
라인파이프용 강재
본 발명의 일 측면인 라인파이프용 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.09%, 실리콘(Si): 0.15% ~ 0.40%, 망간(Mn): 1.00% ~ 1.20%, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02% ~ 0.06%, 니오븀(Nb): 0.01% ~ 0.03%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.03%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.005%, 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 라인파이프용 강재에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 성분 원소의 함유량은 모두 중량%를 의미한다.
탄소(C): 0.05% ~ 0.09%
탄소는 강의 강도를 확보하기 위해 첨가된다. 탄소의 함량이 0.05% 미만인 경우에는, 강도 확보가 어려울 수 있다. 탄소의 함량이 0.09%를 초과하는 경우에는, 저온 충격인성 및 용접성 등이 저하될 수 있다. 따라서, 탄소는 강재 전체 중량의 0.05% ~ 0.09%로 첨가되는 것이 바람직하다.
실리콘(Si): 0.15% ~ 0.40%
실리콘은 강의 강도를 높이는데 기여한다. 또한, 페라이트 안정화 원소로서, 페라이트 형성을 유도함으로써 강의 인성 및 연성을 개선하는데 효과적이다. 실리콘의 함량이 0.15% 미만인 경우에는, 첨가 효과가 불충분하다. 실리콘의 함량이 0.40%를 초과하는 경우에는, 열연 공정 중 가열로에서 적스케일(redscale)을 생성하여 강의 표면품질이 저하되며, 용접성이 열화될 수 있다. 따라서, 실리콘은 강재 전체 중량의 0.15% ~ 0.40%로 첨가되는 것이 바람직하다.
망간(Mn): 1.00% ~ 1.20%
망간은 고용강화 및 강의 경화능 향상에 기여하는 원소이다. 망간의 함량이 1.00% 미만인 경우에는, 첨가 효과가 불충분하다. 망간의 함량이 1.20%를 초과하는 경우에는, 첨가량 증가에 따른 상승 효과가 미미하고, MnS 개재물 및 산화물을 형성하여 라인파이프 조관시 강의 용접성을 저해할 수 있다. 따라서, 망간은 강재 전체 중량의 1.00% ~ 1.20%로 첨가되는 것이 바람직하다.
가용성 알루미늄(S_Al): 0.02% ~ 0.06%
가용성 알루미늄은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다. 알루미늄의 함량이 0.02% 미만일 경우에는, 첨가 효과가 불충분하다. 알루미늄의 함량이 0.06%를 초과하는 경우에는, 비금속 개재물인 Al2O3를 형성하여 저온 충격인성을 저하될 수 있다. 따라서, 알루미늄은 강재 전체 중량의 0.02% ~ 0.06%로 첨가되는 것이 바람직하다.
니오븀(Nb): 0.01% ~ 0.03%
니오븀은 강 중에 탄질화물(NbC)을 석출하여, 결정립계를 피닝시키는(pinning) 역할을 하며, 고온에서 발생하는 결정립계 미끄러짐(grain boundary sliding, GBS) 및 전위 이동을 방해하여, 강도를 향상시킬 수 있다. 니오븀의 함량이 0.01% 미만일 경우에는, 첨가 효과가 불충분하다. 니오븀의 함량이 0.03%를 초과하는 경우에는, 첨가량 증가에 따른 상승 효과가 미미하며, 과다한 석출로 인해 연주성, 압연성 및 연신율이 저하될 수 있다. 따라서, 니오븀은 강재 전체 중량의 0.01% ~ 0.03%로 첨가되는 것이 바람직하다.
티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.03%
티타늄은 고온 안정성이 우수한 Ti(C,N) 석출물을 생성시킴으로써 용접 시 오스테나이트 결정립 성장을 방해하여 용접부 조직을 미세화시켜 열연 제품의 인성 및 강도를 향상시킨다. 티타늄의 함량이 0.01% 미만일 경우에는, 첨가 효과가 불충분하다. 티타늄의 함량이 0.03%를 초과하는 경우에는, 조대한 석출물을 생성시켜 강의 인성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 티타늄은 강재 전체 중량의 0.01% ~ 0.03%로 첨가되는 것이 바람직하다.
인(P): 0% 초과 ~ 0.02%
인은 충격인성을 저하시키는 대표적인 원소로서 그 함량이 낮으면 낮을수록 좋다. 인을 0.02%를 초과하여 포함하는 경우에는, 용접성 및 인성이 저하될 수 있다. 인은 강재 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.02%로 제한하는 것이 바람직하다.
황(S): 0% 초과 ~ 0.005%
황은 인과 함께 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, 강의 인성 및 용접성을 저해할 수 있다. 상기 황을 0.005%를 초과하여 포함하는 경우에는, 유화물계 개재물(MnS)을 형성하여 응력부식균열에 대한 저항성을 악화시켜 강의 가공 중 크랙을 발생시킬 수 있고, 그 결과 강의 내부식성을 저하시킬 수 있다. 황은 강재 전체 중량의 0% 초과 ~ 0.005%로 제한하는 것이 바람직하다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다.
상기 강재의 탄소 당량(Ceq)과 용접균열 감수성지수(Pcm)는 각각 식 1 및 식 2와 같다.
[식 1]
Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Ni] + [Cu])/15 + ([Cr] + [Mo] + [V])/5
[식 2]
Pcm = [C] + [Si]/30 + ([Mn] + [Cu] + [Cr])/20 + [Ni]/60 + [Mo]/15 + [V]/10 + 5[B]
상기 식 1 및 식 2에서, [C], [Mn], [Ni], [Cu], [Cr], [Mo], [V], [Si] 및 [B]는, 상기 강재에 포함되는 탄소(C), 망간(Mn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 실리콘(Si) 및 보론(B)의 함량이며, 각각의 단위는 중량%이다.
상기 강재는 상기 식 1에 따른 탄소 당량(Ceq)이, 예를 들어 0.22 ~ 0.29일 수 있다. 상기 식 1에 따른 탄소 당량(Ceq)이 0.29를 초과하는 경우, 용접성이 저하될 수 있다.
상기 강재는 상기 식 2에 따른 용접균열 감수성지수(Pcm)가, 예를 들어 0.11 ~ 0.16일 수 있다. 상기 식 2에 따른 용접균열감수성지수(Pcm)가 0.16을 초과하는 경우 용접성이 저하될 수 있다.
전술한 합금 조성의 구체적인 성분 및 이들의 함량 범위를 제어하고, 후술하는 강재의 제조 방법을 통해 제조된 라인파이프용 강재는, 인장강도(TS): 520 MPa ~ 760 MPa, 항복강도(YS): 415 MPa ~ 565 MPa, 연신율(EL): 24% ~ 45%, -50℃의 온도에서 저온충격인성: 300 J ~ 400 J, 및 경도: 150 Hv ~ 248 Hv 를 만족할 수 있다.
상기 라인파이프용 강재는 침상형 페라이트(AF), 다각형 페라이트(PF) 및 베이나이트 페라이트(BF)의 혼합조직을 가질 수 있다.
상기 다각형 페라이트의 분율은, 예를 들어 0% 초과 ~ 10% 일 수 있고, 상기 베이나이트 페라이트의 분율은, 예를 들어 10% ~ 20% 일 수 있고, 상기 침상형 페라이트의 분율은 나머지 분율을 포함할 수 있고, 예를 들어 70% ~ 90% 일 수 있다. 상기 분율은 상기 강재의 미세조직 사진을 이미지 분석기를 통하여 도출한 면적비율을 의미한다.
상기 페라이트의 평균 입도 크기는 10 μm ~ 15 μm 범위일 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 라인파이프용 강재의 제조방법에 관하여 설명한다.
강재의 제조 방법
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 라인파이프용 강재의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다.
본 발명에 따른 강재의 제조방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품은 예시적으로 슬라브(slab)일 수 있다. 반제품 상태의 슬라브는 제강공정을 통해 소정의 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 확보할 수 있다.
상기 강재는, 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.09%, 실리콘(Si): 0.15% ~ 0.40%, 망간(Mn): 1.00% ~ 1.20%, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02% ~ 0.06%, 니오븀(Nb): 0.01% ~ 0.03%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.03%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.005%, 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 라인파이프용 강재의 제조방법은 재가열단계(S110), 열간압연 단계(S120), 및 냉각 단계(S130)를 포함한다.
구체적으로, 상기 라인파이프용 강재의 제조방법은, 상기 조성을 가지는 강재를 1,000℃ ~ 1,250℃의 온도에서 재가열하는 단계(S110); 상기 재가열된 강재를 850℃ ~ 950℃의 온도에서 종료되도록 열간압연하는 단계(S120); 및 상기 열간압연된 강재를 냉각하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
상기 냉각하는 단계는, 20℃/초 ~ 60℃/초의 냉각속도로 150℃ ~ 400℃의 냉각종료온도로 냉각될 수 있다.
재가열 단계(S110)
재가열 단계(S110)에서는 상기의 조성을 갖는 강재를, 예를 들어 슬라브 판재를, 예를 들어 1,000℃ ~ 1,250℃의 재가열 온도(Slab Reheating Temperature, SRT)에서 재가열한다. 이러한 재가열을 통해, 주조 시 편석된 성분의 재고용 및 석출물의 재고용이 발생할 수 있다. 상기 재가열 온도가 1,000℃ 미만인 경우에는, 재가열 온도가 낮아 압연 부하가 커질 수 있고, 니오븀의 완전 고용이 어려워져 미세 분산 효과가 감소하여 강도확보가 어려울 수 있다. 또한, 니오븀계 석출물인 NbC, NbN 등의 고용 온도에 이르지 못해 열간압연 시 미세한 석출물로 재석출되지 못하여 오스테나이트의 결정립 성장을 억제하지 못해 오스테나이트 결정립이 급격히 조대화될 수 있다. 또한, 불순물 및 석출물 형성 원소들의 고용이 충분하지 않으며, 주조시 편석된 성분들이 충분히 고르게 분포되지 않는 문제점이 있다. 상기 재가열 온도가 1,250℃를 초과하는 경우에는, 오스테나이트 결정립이 급격히 조대화되어 제조되는 강판의 강도 및 저온인성 확보가 어려울 수 있다. 또한 재가열 온도가 올라갈수록 가열 비용 및 열간압연 온도를 맞추기 위한 추기 시간 소요 등으로 제조 비용 상승 및 생산성 저하를 야기하는 문제점이 있다.
열간압연 단계(S120)
상기 가열된 강재는 먼저 그 형상의 조정을 위해 가열 후에 열간압연을 실시한다. 상기 열간압연은 폭압연, 조압연, 및 사상압연으로 연속적으로 수행될 수 있다. 상기 열간압연 단계에 의하여, 상기 강재는 강판을 형성할 수 있다.
상기 열간압연은, 즉 상기 사상압연은, 예를 들어 850℃ ~ 950℃, 예를 들어 900℃ ~ 950℃의 마무리 압연 종료온도(finish rolling temperature, FRT)에서 종료될 수 있다. 상기 마무리 압연 종료온도가 850℃ 미만인 경우에는, 이상역 압연이 발생하여 불균일 조직이 형성됨으로써 저온 충격인성을 크게 저하시킬 수 있다. 상기 압연 종료 온도가 950℃를 초과하는 경우에는, 연성 및 인성은 우수하나, 강도가 급격히 저하될 수 있다.
냉각 단계(S130)
상기 열간압연된 강재를 20℃/초 ~ 60℃/초의 냉각속도로 150℃ ~ 400℃의 냉각종료온도로 냉각한다. 상기 냉각은 공냉 방식 또는 수냉 방식으로 수행될 수 있다. 상기 냉각속도범위로 냉각시, 경도가 상승하여 저온 인성이 저하되는 현상을 방지하면서, 저온 미세조직을 충분히 확보할 수 있다.
상술한 단계를 수행하여 제조된 라인파이프용 강재는 예를 들어 25.4 mm 이하, 예를 들어 6 mm ~ 25.4 mm의 두께를 가질 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하나, 이는 본 발명의 바람직한 실시예일뿐 본 발명의 범위가 이러한 실시예의 기재범위에 의하여 제한되는 것은 아니다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예
표 1 및 표 2는 비교예들과 실시예들의 라인파이프용 강재의 조성을 나타낸다. 표 1 및 표 2에서 잔부는 철(Fe)과 제강 공정 등에서 불가피하게 함유되는 불순물로 이루어진다. 각각의 성분의 함량 단위는 중량%이다. 표 2에는 탄소 당량(Ceq)과 용접균열 감수성지수(Pcm)가 기재되어 있다.
구분 C Si Mn S_Al Nb Ti P S
비교예1,2 0.06 0.25 1.4 0.04 0.05 0.015 0.01 0.003
실시예1,2 0.07 0.25 1.1 0.04 0.02 0.015 0.01 0.003
구분 Cu Cr Mo Ni V Ceq Pcm
비교예1,2 0.05 0.15 0.2 0.2 0.025 0.37 0.17
실시예1,2 0 0 0 0 0 0.26 0.14
표 1 및 표 2를 참조하면, 비교예들과 비교하면, 실시예들은 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 및 바나듐(V)을 포함하지 않고, 망간과 니오븀의 함량을 감소시킨 상이점이 있다. 또한, 실시예의 탄소 당량(Ceq)은 0.29 이하, 용접균열 감수성지수(Pcm)는 0.16 미만으로 제어한 상이점이 있다.
표 3은 라인파이프용 강재의 실시예들과 비교예들의 공정 조건 값들을 나타낸다.
구분 재가열온도
(℃)		 압연종료 온도
(℃)		 냉각종료온도
(℃)		 냉각속도
(℃/초)
비교예1 1144 853 570 46
비교예2 1149 860 563 48
실시예1 1160 935 343 55
실시예2 1166 931 170 57
표 3을 참조하면, 비교예들과 비교하면, 실시예들은 900℃ 이상의 압연종료온도 및 400℃ 이하의 냉각종료온도로 수행한 상이점이 있다.
표 4는 상기 제조된 라인파이프용 강재에 대하여, 기계적 물성으로서, 인장강도(TS), 항복강도(YS), 연신율(EL), -50℃에서의 저온충격인성, 및 경도를 각각 측정하여 그 결과를 나타낸다.
구분 인장강도
(MPa)		 항복강도
(MPa)		 연신율
(%)		 저온충격인성
(J)		 경도
(Hv)
비교예1 486 582 37 380/402/394 196
비교예2 479 570 41 399/398/386 188
실시예1 458 557 37 357/366/345 195
실시예2 498 610 35 341/355/351 203
표 4를 참조하면, 비교예들과 비교하면, 실시예들은 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 및 바나듐(V)을 포함하지 않았음에도 인장강도, 항복강도, 연신율, -50℃에서의 저온충격인성, 및 경도가 거의 동등한 수준으로 나타났다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 라인파이프용 강재의 제조방법을 이용하여 제조한 실시예와 비교예의 미세조직을 나타내는 현미경 사진이다.
표 6은 상기 현미경 사진으로부터 도출한 라인파이프용 강재의 미세조직들의 부피 분율을 나타낸다. 표 6에서, 평균 결정립크기는 ASTM E112에 의하여 산출하였다.
(단위: 부피%) 비교예1 비교예2 실시예1, 2
침상형 페라이트 (AF) 30 40 80
다각형 페라이트 (PF) 47 40 5
베이나이트 페라이트 (BF) 30 20 15
평균결정립크기 (μm) 10.8 11.2 12.8
도 2 및 표 6을 참조하면, 비교예1과 비교예2에 비하여, 실시예1과 실시예2는 다각형 페라이트와 베이나이트 페라이트의 형성이 억제되고, 침상형 페라이트의 촉진된 것으로 분석된다. 따라서, 실시예1과 실시예2는 80 부피%의 침상형 페라이트, 5 부피%의 다각형 페라이트, 및 15 부피%의 베이나이트 페라이트로 구성된 미세조직을 가졌다.
따라서, 일반적인 라인파이프용 강재에 비하여, 본 발명의 기술적 사상에 따른 라인파이프용 강재는 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni), 및 바나듐(V) 등의 첨가물을 포함하지 않고, 또한 니오븀의 함량을 감소시킨 반면, 압연종료온도를 상승시키고 냉각종료온도를 하강시켜 상술한 바와 같이 미세조직을 제어하여 강도 및 저온충격인성 등의 원하는 물성을 확보할 수 있고, 탄소 당량 및 용접균열 감수성지수를 감소시켜 용접성을 증가시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (12)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.09%, 실리콘(Si): 0.15% ~ 0.40%, 망간(Mn): 1.00% ~ 1.20%, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02% ~ 0.06%, 니오븀(Nb): 0.01% ~ 0.03%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.03%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.005%, 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    침상형 페라이트, 다각형 페라이트 및 베이나이트 페라이트의 혼합조직을 가지는,
    라인파이프용 강재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 라인파이프용 강재는,
    0.22 ~ 0.29의 탄소 당량(Ceq)을 가지는,
    (여기에서, Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Ni] + [Cu])/15 + ([Cr] + [Mo] + [V])/5 임)
    라인파이프용 강재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 라인파이프용 강재는,
    0.11 ~ 0.16의 용접균열 감수성지수(Pcm)를 가지는,
    (여기에서, Pcm = [C] + [Si]/30 + ([Mn] + [Cu] + [Cr])/20 + [Ni]/60 + [Mo]/15 + [V]/10 + 5[B] 임)
    라인파이프용 강재.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 라인파이프용 강재는,
    인장강도(TS): 520 MPa ~ 760 MPa, 항복강도(YS): 415 MPa ~ 565 MPa, 연신율(EL): 24% ~ 45%, -50℃의 온도에서 저온충격인성: 300 J ~ 400 J, 및 경도: 150 Hv ~ 248 Hv 를 만족하는,
    라인파이프용 강재.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 다각형 페라이트의 분율은 0% 초과 ~ 10% 이고,
    상기 베이나이트 페라이트의 분율은 10% ~ 20% 이고,
    상기 침상형 페라이트의 분율은 나머지 분율인,
    라인파이프용 강재.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 페라이트의 평균 입도 크기는 10 μm ~ 15 μm 범위인,
    라인파이프용 강재.
  7. 중량%로, 탄소(C): 0.05% ~ 0.09%, 실리콘(Si): 0.15% ~ 0.40%, 망간(Mn): 1.00% ~ 1.20%, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02% ~ 0.06%, 니오븀(Nb): 0.01% ~ 0.03%, 티타늄(Ti): 0.01% ~ 0.03%, 인(P): 0% 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0% 초과 ~ 0.005%, 및 잔부는 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 1,000℃ ~ 1,250℃의 온도에서 재가열하는 단계;
    상기 가열된 강재를 850℃ ~ 950℃의 온도에서 종료되도록 열간압연하는 단계; 및
    상기 열간압연된 강재를 냉각하는 단계;를 포함하는,
    라인파이프용 강재의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉각하는 단계는, 20℃/초 ~ 60℃/초의 냉각속도로 수행하는,
    라인파이프용 강재의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 냉각하는 단계는, 150℃ ~ 400℃의 냉각종료온도로 냉각되는,
    라인파이프용 강재의 제조 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 라인파이프용 강재의 제조 방법에 의하여 제조된 라인파이프용 강재는,
    상기 라인파이프용 강재는, 침상형 페라이트, 다각형 페라이트 및 베이나이트 페라이트의 혼합조직을 가지고,
    상기 다각형 페라이트의 분율은 0% 초과 ~ 10% 이고, 상기 베이나이트 페라이트의 분율은 10% ~ 20% 이고, 상기 침상형 페라이트의 분율은 나머지 분율인,
    라인파이프용 강재의 제조 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 라인파이프용 강재의 제조 방법에 의하여 제조된 라인파이프용 강재는,
    인장강도(TS): 520 MPa ~ 760 MPa, 항복강도(YS): 415 MPa ~ 565 MPa, 연신율(EL): 24% ~ 45%, -50℃의 온도에서 저온충격인성: 300 J ~ 400 J, 및 경도: 150 Hv ~ 248 Hv 를 만족하는,
    라인파이프용 강재의 제조 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 라인파이프용 강재의 제조 방법에 의하여 제조된 라인파이프용 강재는,
    0.22 ~ 0.29의 탄소 당량(Ceq)을 가지고,
    0.11 ~ 0.16의 용접균열 감수성지수(Pcm)를 가지는,
    (여기에서, Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Ni] + [Cu])/15 + ([Cr] + [Mo] + [V])/5 임)
    (여기에서, Pcm = [C] + [Si]/30 + ([Mn] + [Cu] + [Cr])/20 + [Ni]/60 + [Mo]/15 + [V]/10 + 5[B] 임)
    라인파이프용 강재의 제조 방법.
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