KR20230094813A - 내마모성이 우수한 오스테나이트계 용접강관 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 한 가지 측면에 따르면, 우수한 내마모성을 가질 뿐만 아니라 용접부의 고온균열을 최소화 가능한 용접강관 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 용접강관 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 강관 소재의 강 조성 및 미세조직과, 강관 제조공정을 최적화함으로써 우수한 내마모성을 가질 뿐만 아니라 용접부의 고온균열을 최소화 가능한 용접강관 및 그 제조방법에 관한 것이다.
내마모 환경에서 사용되는 부품 및 구조물은 작업 안전성 및 작업 건전성 등을 확보하기 위해 정기적인 점검 및 교체가 필요하다. 부품 및 구조물을 점검 및 교체하기 위해서는 해당 산업 시설의 운용이 일시적으로 중단되어야 하므로, 부품 및 구조물의 잦은 점검 및 교체는 생산성 및 경제성 저하로 이어지게 된다. 따라서, 내마모 환경에서 사용되는 부품 및 구조물의 수명을 연장하기 위한 다양한 시도가 이어지고 있으며, 해당 부품 및 구조물을 구성하는 소재 자체의 내마모성을 향상시키기 위한 다양한 연구가 활발이 이루어지고 있다.
광산 산업, 오일 및 가스 산업(Oil and Gas Industries)이 성장함에 따라 채굴, 수송, 정제 및 저장 과정에서 사용되는 용접강관의 마모가 큰 문제점으로 대두되고 있다. 한편, 최근 오일 샌드(Oil Sands)에 대한 개발이 본격화되고 있으나, 오일 및 가스 산업에 통상적으로 이용되는 API 규격의 강재로 제조한 용접강관은 오일, 암석, 자갈, 모래 등이 포함된 슬러리를 장기간 수송할 수 있는 수준의 내마모성을 확보하지는 못하는 것으로 알려져 있는바, 우수한 내마모성을 구비한 용접강관에 대한 연구가 시급한 실정이다.
본 발명의 한 가지 측면은 우수한 내마모성을 가질 뿐만 아니라 용접부의 고온균열을 최소화 가능한 용접강관 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 않는다. 통상의 기술자라면 본 명세서의 전반적인 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 오스테나이트계 용접강관의 제조방법은, 오스테나이트계 강판을 관형으로 성형하여 맞대기부가 형성되도록 하는 단계; 및 4.3kJ/mm 이하의 입열양으로 상기 맞대기부를 용접하여 용접강관을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 오스테나이트계 강판은, 중량%로, C: 0.6~1.3%, Si: 0.1~1.0%, Mn: 11~28%, Cr: 5.0% 이하(0% 포함), P: 0.025% 이하, S: 0.025% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 아래의 관계식 1에 의해 정의되는 적층결함에너지(SFE)가 10~40mJ/m2의 범위를 만족하며, 미세조직으로 80면적% 이상의 오스테나이트를 포함할 수 있다.
[관계식 1]
적층결함에너지(SFE) = -24.9 + 0.814*[Mn] + 44.3*[C] - 0.62*[Si] + 1.06*[Cu] +7.9*[Al] - 0.555*[Cr]
상기 관계식 1에서, [Mn], [C], [Si], [Cu], [Al] 및 [Cr]은 각각 상기 강판에 포함되는 Mn, C, Si, Cu, Al 및 Cr 함량(중량%)을 의미하며, 해당 성분을 포함하지 않는 경우 0을 대입한다.
상기 오스테나이트계 강판의 성형방법은 스파이럴 성형법, UOE 프레스법, 롤밴딩법 및 JCO 성형법 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
상기 맞대기부의 용접방법은, SMAW(shield metal arc welding), GMAW(gas metal arc welding), GTAW(gas tungsten arc welding), FCAW(flux cored arc welding) 및 SAW(sub-merged arc welding) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 아크용접이거나, 전기저항용접(ERW, electric resistance welding)일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 오스테나이트계 용접강관의 제조방법은, 오스테나이트가 기지조직인 용접강관모재부; 및 상기 용접강관모재부의 양 끝단을 서로 연결하는 용접부를 포함하며, 상기 용접부에 형성된 고온균열의 최대 균열 길이가 0.5mm 이하일 수 있다.
상기 용접강관모재부는, 중량%로, C: 0.6~1.3%, Si: 0.1~1.0%, Mn: 11~28%, Cr: 5.0% 이하(0% 포함), P: 0.025% 이하, S: 0.025% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 아래의 관계식 1에 의해 정의되는 적층결함에너지(SFE)가 10~40mJ/m2의 범위를 만족하며, 미세조직으로 80면적% 이상의 오스테나이트를 포함할 수 있다.
[관계식 1]
적층결함에너지(SFE) = -24.9 + 0.814*[Mn] + 44.3*[C] - 0.62*[Si] + 1.06*[Cu] +7.9*[Al] - 0.555*[Cr]
상기 관계식 1에서, [Mn], [C], [Si], [Cu], [Al] 및 [Cr]은 각각 상기 용접강관모재부에 포함되는 Mn, C, Si, Cu, Al 및 Cr 함량(중량%)을 의미하며, 해당 성분을 포함하지 않는 경우 0을 대입한다.
ASTM G65에서 규정하는 내마모 시험 시 상기 용접강관의 마모량은 4g 이하일 수 있다.
상기 과제의 해결 수단은 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니며, 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 구현예 및 실시예를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 우수한 내마모성을 가질 뿐만 아니라 용접부의 고온균열을 최소화 하여 수명을 극대화한 용접강관 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 사항에 국한되는 것은 아니며, 통상의 기술자가 본 명세서에 기재된 사항으로부터 합리적으로 유추 가능한 사항을 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 발명은 내마모성이 우수한 오스테나이트계 용접강관 및 그 제조방법에 관한 것으로, 이하에서는 본 발명의 바람직한 구현예들을 설명하고자 한다. 본 발명의 구현예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 구현예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 구현예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.
이하, 본 발명의 용접강관을 제조하는데 이용되는 오스테나이트계 강판에 대해 보다 상세히 설명한다. 이하, 특별히 달리 설명하지 않는 한, 강 조성의 함량과 관련하여 기재된 %는 중량을 기준으로 하며, 미세조직의 분율과 관련하여 기재된 %는 면적을 기준으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 오스테나이트계 강판은, 중량%로, C: 0.6~1.3%, Si: 0.1~1.0%, Mn: 11~28%, Cr: 5.0% 이하(0% 포함), P: 0.025% 이하, S: 0.025% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
탄소(C): 0.6~1.3%
탄소(C)는 강의 강도 확보 및 내마모성 향상에 효과적으로 기여하는 성분이다. 또한, 탄소(C)는 강의 경화능을 향상시키는 성분이며, 오스테나이트의 안정화에도 효과적으로 기여하는 성분이다. 본 발명은 용접강관의 모재 뿐만 아니라 용접이음부의 강도 및 오스테나이트 안전성을 향상시키기 위해, 오스테나이트계 강판에 포함되는 탄소(C)의 함량을 0.6% 이상의 범위로 제한할 수 있다. 보다 바람직한 탄소(C)의 함량은 0.7% 이상일 수 있으며, 보다 바람직한 탄소(C) 함량은 0.8% 이상일 수 있다. 반면, 탄소(C)가 과다하게 첨가되는 경우 탄화물이 다량 석출되어 강의 내마모성 및 연신율이 저하될 수 있으므로, 본 발명은 탄소(C) 함량의 상한을 1.3%로 제한할 수 있다. 바람직한 탄소(C) 함량의 상한은 1.2%일 수 있다.
실리콘(Si): 0.1~1.0%
실리콘(Si)은 탈산제로 작용할 뿐만 아니라, 고용강화에 의한 강의 강도 향상에 효과적으로 기여하는 성분이다. 따라서, 본 발명의 오스테나이트계 강판은 이와 같은 효과를 달성하기 위해 0.1% 이상의 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 바람직한 실리콘(Si) 함량의 하한은 0.2%일 수 있으며, 보다 바람직한 실리콘(Si) 함량의 하한은 0.2%일 수 있다. 다만, 실리콘(Si)은 고온 및 저온 성형성에 불리한 영향을 미치는 성분이므로, 본 발명은 실리콘(Si) 함량의 상한을 1.0%로 제한할 수 있다. 바람직한 실리콘(Si) 함량의 상한은 0.9%일 수 있으며, 보다 바람직한 실리콘(Si) 함량의 상한은 0.8%일 수 있다.
망간(Mn): 11~28%
망간(Mn)은 오스테나이트 안정성에 효과적으로 기여하는 성분으로, 강의 가공경화도를 높임과 동시에 강도, 충격인성 및 내마모성을 효과적으로 향상시키는 성분이다. 또한, 망간(Mn)은 강의 가공 후 비자성 유지에 효과적으로 기여하는 성분일 뿐만 아니라, 강 중의 황(S)가 결합하여 MnS를 형성하므로 효과적인 탈황이 가능한 성분이기도 한다. 본 발명의 오스테나이트계 강판은 이와 같은 효과를 달성하기 위해 11% 이상의 망간(Mn)을 포함할 수 있다. 바람직한 망간(Mn) 함량의 하한은 12%일 수 있다. 한편, 망간(Mn)이 과도하게 첨가되는 경우 제조비용의 상승이 불가피할 뿐만 아니라, 강의 내식성이 저하될 우려가 있다. 따라서, 본 발명은 망간(Mn) 함량의 상한을 28%로 제한할 수 있다. 바람직한 망간(Mn) 함량의 상한은 26%일 수 있으며, 보다 바람직한 망간(Mn) 함량의 상한은 24%일 수 있다.
크롬(Cr): 5.0% 이하(0% 포함)
크롬(Cr)은 페라이트 안정화 원소로서, 크롬(Cr)이 첨가됨에 따라 오스테나이트 안정화 원소의 함량을 낮출 우 있는 장점이 있다. 또한, 크롬(Cr)은 MC 또는 M23C6와 같은 탄화물 생성에 핵심적인 성분으로 작하므로, 일정량 이상의 크롬(Cr)이 첨가되는 경우 보다 높은 수준의 석출 경화도를 얻을 수 있다. 더불어, 크롬(Cr)은 강력한 내산화방지 성분이므로, 일정 수준의 크롬(Cr)이 첨가되는 경우 강의 내식성을 효과적으로 향상시킬 수 있다. 본 발명의 오스테나이트계 강판은 이와 같은 효과를 달성하기 위해 크롬(Cr)을 포함할 수 있다. 바람직한 크롬(Cr) 함량의 하한은 0.5%일 수 있으며, 보다 바람직한 크롬(Cr) 함량의 하한은 1.0%일 수 있다. 한편, 크롬(Cr)이 과도하게 첨가되는 경우 조대한 입계 탄화물을 형성하여 오히려 내마모성이 저하되는 결과를 초래할 수 있는바, 본 발명의 오스테나이트계 강판은 크롬(Cr) 함량의 상한은 5.0%로 제한할 수 있다. 바람직한 크롬(Cr) 함량의 상한은 4.5%일 수 있으며, 보다 바람직한 크롬(Cr) 함량의 상한은 4.0%일 수 있다.
인(P): 0.025% 이하(0% 포함)
인(P)은 강의 제조 과정에서 불가피하게 유입되는 불순물이며, 2차 편석을 유발할 가능성이 높은 성분이므로, 최대한 그 첨가량을 억제하는 것이 바람직하다. 이론적으로 가장 바람직한 인(P)의 함량은 0%이지만, 인(P)의 첨가량을 0%로 제어하는 것은 과도한 공정부하를 야기하므로, 본 발명에서는 불가피하게 첨가되는 인(P) 함량을 고려하여 그 상한은 0.025%로 제한한다.
황(S): 0.025% 이하(0% 포함)
황(S) 역시 강의 제조 과정에서 불가피하게 유입되는 불순물이며, 용접시 고온 균열(crack)을 조장하는 성분이므로, 최대한 그 첨가량을 억제하는 것이 바람직하다. 이론적으로 가장 바람직한 황(S)의 함량은 0%이지만, 황(S)의 첨가량을 0%로 제어하는 것은 과도한 공정부하를 야기하므로, 본 발명에서는 불가피하게 첨가되는 황(S) 함량을 고려하여 그 상한은 0.025%로 제한한다.
본 발명의 일 측면에 따른 오스텐나이트계 강판은 전술한 성분 이외에 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 전면적으로 배제할 수는 없다. 이들 불순물은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다. 더불어, 전술한 성분 이외에 유효한 성분의 추가적인 첨가가 전면적으로 배제되는 것은 아니다.
본 발명의 일 측면에 따른 오스테나이트계 강판은 아래의 관계식 1에 의해 정의되는 적층결함에너지(SFE)가 10~40mJ/m2의 범위를 만족하도록 제한할 수 있다.
[관계식 1]
적층결함에너지(SFE) = -24.9 + 0.814*[Mn] + 44.3*[C] - 0.62*[Si] + 1.06*[Cu] +7.9*[Al] - 0.555*[Cr]
상기 관계식 1에서, [Mn], [C], [Si], [Cu], [Al] 및 [Cr]은 각각 상기 강판에 포함되는 Mn, C, Si, Cu, Al 및 Cr 함량(중량%)을 의미하며, 해당 성분을 포함하지 않는 경우 0을 대입한다.
적층결함에너지(SFE)가 낮은 경우, 낮은 연신율로 인해 가공성이 저하될 수 있으며, 가공 유기 마르텐사이트가 형성됨에 따라 충격취성이 저하될 수 있으므로, 본 발명의 일 측면에 따른 오스테나이트계 강판은 관계식 1에 의해 정의되는 적층결함에너지(SFE)를 10mJ/m2 이상의 범위로 제한할 수 있다. 한편, 적층결함에너지(SFE)가 과도하게 높은 경우, 항복강도가 저하될 수 있으므로, 본 발명의 일 측면에 따른 오스테나이트계 강판은 관계식 1에 의해 정의되는 적층결함에너지(SFE)를 40mJ/m2 이하의 범위로 제한할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 오스텐나이트계 강판은 오스테나이트를 기지조직으로 포함할 수 있다. 오스테나이트의 분율은 80면적% 이상일 수 있으며, 90면적% 이상인 경우를 포함할 수 있다. 한편, 본 발명은 오스테나이트외에 불가피하게 형성되는 기타 조직의 형성을 전면적으로 배제하는 것은 아니며, 탄화물 등의 석출물 등을 포함한 기타 잔부조직은 20면적% 이하의 범위로 포함될 수 있다.
이하, 본 발명의 오스테나이트계 강판을 제조하는 공정에 대해 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 오스테나이트계 강판의 제조방법은, 중량%로, C: 0.6~1.3%, Si: 0.1~1.0%, Mn: 11~28%, Cr: 5.0% 이하(0% 포함), P: 0.025% 이하, S: 0.025% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기의 관계식 1을 만족하는 슬라브를 1000~1300℃의 온도범위에서 가열하는 단계; 상기 가열된 슬라브를 850~950℃의 마무리 압연 온도에서 열간압연하여 열연재를 제공하는 단계; 및 상기 열연재를 10~100℃/s의 냉각속도로 600℃ 이하의 온도범위까지 냉각하여 최종재를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
[관계식 1]
적층결함에너지(SFE) = -24.9 + 0.814*[Mn] + 44.3*[C] - 0.62*[Si] + 1.06*[Cu] +7.9*[Al] - 0.555*[Cr]
상기 관계식 1에서, [Mn], [C], [Si], [Cu], [Al] 및 [Cr]은 각각 상기 슬라브에 포함되는 Mn, C, Si, Cu, Al 및 Cr 함량(중량%)을 의미하며, 해당 성분을 포함하지 않는 경우 0을 대입한다.
슬라브 가열
본 발명의 제조방법에 제공되는 슬라브는, 전술한 오스테나이트계 강판의 강 조성과 대응하므로, 슬라브의 강 조성에 대한 설명은 전술한 오스테나이트계 강판의 강 조성에 대한 설명으로 대신한다.
전술한 강 조성으로 제공되는 슬라브를 1000~1300℃의 온도범위에서 가열할 수 있다. 가열 온도가 일정 범위 미만인 경우, 열간압연 중에 과도한 압연부하가 걸리는 문제가 발생하거나, 합금성분이 충분히 고용되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 슬라브 가열 온도의 하한을 1000℃로 제한할 수 있다. 반면, 가열 온도가 일정 범위를 초과하는 경우, 결정립이 과도하게 성장하여 강도가 저하되거나, 강의 고상선 온도를 초과하여 열간압연성이 열위해질 수 있으므로, 슬라브 가열 온도의 상한을 1300℃로 제한할 수 있다.
열간압연
열간압연 공정은 조압연 공정 및 마무리 압연 공정을 포함하며, 가열된 슬라브는 열간압연되어 열연재로 제공될 수 있다. 이때 마무리 열간압연 850~950℃의 온도범위에서 수행되는 것이 바람직하다. 마무리 열간압연 온도가 과도하게 낮은 경우, 과도한 압연 부하가 우려되므로, 마무리 열간압연 온도를 850℃ 이상의 범위로 제한할 수 있다. 또한, 마무리 열간압연 온도가 과도하게 높은 경우, 강판의 강도 저하가 우려되므로, 마무리 열간압연 온도를 950℃ 이하의 범위로 제한할 수 있다. 열간압연 완료된열연재의 두께는 특별히 제한되는 것은 아니나, 비 제한적인 예로서 열연재의 두께는 6~30mm의 범위를 만족할 수 있다.
냉각
열간압연된 열간재는 10~100℃/s의 냉각속도로 600℃ 이하의 냉각정지 온도까지 냉각될 수 있다. 냉각속도가 일정 범위 미만인 경우 냉각 도중 입계에 석출된 탄화물에 의해 강재의 연성 감소 및 이로 인한 내마모성의 열화가 문제될 수 있으므로, 열연재의 냉각속도를 10℃/s 이상의 범위로 제한할 수 있다. 다만, 냉각속도가 빠를수록 탄화물 석출 억제 효과에는 유리하지만, 통상의 냉각에 있어서 100℃/s를 초과하는 냉각속도는 설비 특성상 구현하기 어려우므로, 냉각속도의 상한을 100℃/s로 제한할 수 있다. 냉각 방식은 특별히 제한되는 것은 아니나, 가속냉각이 바람직하게 적용될 수 있다.
전술한 제조방법에 의해 제조된 오스테나이트계 강판은 80면적 이상의 오스테나이트를 기지조직으로 포함할 수 있다. 오스테나이트의 분율은 90면적% 이상일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 오스테나이트계 용접강관의 제조방법에 대해 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 오스테나이트계 용접강관의 제조방법은, 오스테나이트계 강판을 관형으로 성형하여 맞대기부가 형성되도록 하는 단계; 및 4.3kJ/mm 이하의 입열양으로 상기 맞대기부를 용접하여 용접강관을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
성형단계
전술한 오스테나이트계 강판을 준비한 후, 용접강관을 관형으로 성형할 수 있다. 본 발명에서 오스테나이트계 강판을 관형으로 성형하는 방법은 특별히 제한되는 것은 아니다. 용접강관 제조 시 통상적으로 적용되는 성형방법이 적용될 수 있으며, 스파이럴 성형법, UOE 프레스법, 롤밴딩법 및 JCO 성형법 중에서 선택된 어느 하나의 성형방법이 적용될 수 있다.
또한, 오스테나이트계 강판을 관형으로 성형하기 전에 맞대기부를 형성하는 양 단부를 개선 가공하는 단계를 추가적으로 더 포함할 수 있다.
용접단계
오스테나이트계 강판을 관형으로 성형한 후 맞대기부를 용접하여 용접강관을 제공할 수 있다. 본 발명에서 적용되는 용접방법은 특별히 국한되는 것은 아니며, 용접강관의 제조 시 통상적으로 적용되는 용접방법이라면 제한 없이 적용될 수 있다. SMAW(shield metal arc welding), GMAW(gas metal arc welding), GTAW(gas tungsten arc welding), FCAW(flux cored arc welding) 및 SAW(sub-merged arc welding) 중에서 선택된 어느 하나 이상의 아크용접 또는 전기저항용접(ERW, electric resistance welding)이 적용될 수 있으며, 이들 중 하나 이상이 선택적으로 조합되어 용접에 적용되는 경우를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 발명의 발명자는 본 발명이 제한하는 성분계를 만족하는 강판을 이용하여 용접을 실시하는 경우에 있어서 용접시 인가되는 용접입열량이 용접부의 고온균열 발생 여부에 주요한 영향을 미치는 요소임을 확인하고 본 발명을 도출하게 되었다. 즉, 본 발명의 일 측면에 따른 용접강관의 제조방법은 오스테나이트계 강판의 용접시에 인가되는 용접입열량을 4.3kJ/mm 이하의 범위로 제어하므로, 용접라인에서 발생하는 고온균열을 효과적으로 억제할 수 있다. 바람직한 용접입열량은 4.2kJ/mm 이하일 수 있으며, 보다 바람직한 용접입열량은 4.1kJ/mm 이하일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 오스테나이트계 용접강관에 대해 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 오스테나이트계 용접강관은, 오스테나이트가 기지조직인 용접강관모재부; 및 상기 용접강관모재부의 양 끝단을 서로 연결하는 용접부를 포함하며. 상기 용접부에 형성된 고온균열의 최대 균열 길이가 0.5mm 이하이고, ASTM G65에서 규정하는 내마모 시험 시 상기 용접강관의 마모량은 4g 이하일 수 있다.
본 발명의 용접강관모재부는 전술한 오스테나이트계 강판과 대응하는 강 조성 및 미세조직을 가지므로, 본 발명의 일 측면에 따른 용접강관에 대해 ASTM G65에서 규정하는 내마모 시험을 실시하는 경우의 마모량이 4g 이하일 수 있으며, 바람직한 마모량을 2g 이하일 수 있다.
본 발명의 용접부는 4.3kJ/mm 이하의 용접입열량이 적용되어 형성되므로, 용접부에서 고온균열이 발생하는 것을 최대한 억제할 수 있다. 즉, 용융라인 상에 고온균열이 형성되는 것이 최대한 억제되며, 고온균열이 발생하더라도 고온균열의 최대 균열 길이가 0.5mm 이하의 수준으로 억제될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 측면에 따른 오스테나이트계 용접강관은 우수한 내마모성을 가질 뿐만 아니라 용접부에서의 고온균열 형성을 최소화 하므로, 가혹한 내마모 환경에 적용되더라도 그 수명을 효과적으로 극대화할 수 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 일 측며에 따른 오스테나이트계 용접강관 및 그 제조방법에 대해 보다 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 특정하기 위한 것이 아님을 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정된다.
(실시예 1)
아래의 표 1에 기재된 합금성분을 가지는 슬라브를 준비한 후, 전술한 공정조건을 적용하여 각각의 시편을 준비하였다.
강종 | 합금성분(wt%) | ||||||
C | Si | Mn | Cr | P | S | 관계식 1 | |
발명강 1 | 1.0 | 0.2 | 18 | 3 | 0.001 | 0.0007 | 33 |
발명강 2 | 0.8 | 0.2 | 16 | 1 | 0.001 | 0.0007 | 23 |
발명강 3 | 0.6 | 0.5 | 24 | 2 | 0.001 | 0.0007 | 28 |
비교강 1 | 0.6 | 0.2 | 1.5 | 1 | 0.001 | 0.0007 | 2.2 |
각 시편을 절단한 후 경면을 제작하고, 2vol%의 나이탈 에칭액을 이용하여 부식시킨 후 광학현미경과 전자주사현미경을 이용하여 미세조직을 관찰하였으며, 각 시편의 오스테나이트의 분율을 표 2에 기재하였다. 또한, ASTM G65의 규정에 따라 각 시험에 대한 마모시험을 실시한 후 마모량을 측정하여 내마모성을 평가하였으며, 그 결과를 표 2에 기재하였다.
시편 No. | 강종 | 오스테나이트 분율 (면적%) |
ASTM G65 마모량 (g) |
1 | 발명강 1 | 90 | 0.5 |
2 | 발명강 2 | 91 | 0.5 |
3 | 발명강 3 | 98 | 0.9 |
4 | 비교강 1 | 5 | 2.9 |
표 1 및 표 2에 따르면, 본 발명이 제한하는 합금성분 및 미세조직을 만족하는 발명강 1 내지 3의 경우 우수한 내마모 특성을 구비하는 반면, 본원발명이 제한하는 합금성분 및 미세조직을 만족하지 않는 비교강 1은 상대적으로 열위한 내마모 특성을 구비하는 것을 확인할 수 있다.
(실시예 2)
발명강 1의 시편에 대해 다음의 용접 조건으로 용접을 실시한 후 광학현미경을 이용하여 용접부의 고온균열 발생 여부를 평가하였다.
790A*38V를 이용하여 4.4kJ/mm의 입열양으로 SAW(sub-merged arc welding) 용접을 실시한 조건 1의 경우, 최대 균열 길이가 0.5mm를 초과하는 고온균열이 용접부에서 확인되었다. 반면, 650A*35V를 이용하여 3.5kJ/mm의 입열양으로 SAW(sub-merged arc welding) 용접을 실시한 조건 2의 경우, 최대 균열 길이가 0.5mm를 초과하는 고온균열이 용접부에서 확인되지 않았는바, 본 발명의 일 측면에 따른 오스테나이트계 용접강관은 용접부에서의 균열 발생이 효과적으로 억제된 것을 알 수 있다.
이상에서 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.
Claims (7)
- 오스테나이트계 강판을 관형으로 성형하여 맞대기부가 형성되도록 하는 단계; 및
4.3kJ/mm 이하의 입열양으로 상기 맞대기부를 용접하여 용접강관을 제공하는 단계를 포함하는, 오스테나이트계 용접강관의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 오스테나이트계 강판은,
중량%로, C: 0.6~1.3%, Si: 0.1~1.0%, Mn: 11~28%, Cr: 5.0% 이하(0% 포함), P: 0.025% 이하, S: 0.025% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
아래의 관계식 1에 의해 정의되는 적층결함에너지(SFE)가 10~40mJ/m2의 범위를 만족하며,
미세조직으로 80면적% 이상의 오스테나이트를 포함하는, 오스테나이트계 용접강관의 제조방법.
[관계식 1]
적층결함에너지(SFE) = -24.9 + 0.814*[Mn] + 44.3*[C] - 0.62*[Si] + 1.06*[Cu] +7.9*[Al] - 0.555*[Cr]
상기 관계식 1에서, [Mn], [C], [Si], [Cu], [Al] 및 [Cr]은 각각 상기 강판에 포함되는 Mn, C, Si, Cu, Al 및 Cr 함량(중량%)을 의미하며, 해당 성분을 포함하지 않는 경우 0을 대입한다. - 제1항에 있어서,
상기 오스테나이트계 강판의 성형방법은 스파이럴 성형법, UOE 프레스법, 롤밴딩법 및 JCO 성형법 중에서 선택된 어느 하나인, 오스테나이트계 용접강관의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 맞대기부의 용접방법은,
SMAW(shield metal arc welding), GMAW(gas metal arc welding), GTAW(gas tungsten arc welding), FCAW(flux cored arc welding) 및 SAW(sub-merged arc welding)중에서 선택된 어느 하나 이상의 아크용접이거나,
전기저항용접(ERW, electric resistance welding)인, 오스테나이트계 용접강관의 제조방법. - 오스테나이트가 기지조직인 용접강관모재부; 및
상기 용접강관모재부의 양 끝단을 서로 연결하는 용접부를 포함하는 용접강관으로,
상기 용접부에 형성된 고온균열의 최대 균열 길이가 0.5mm 이하인, 오스테나이트계 용접강관. - 제5항에 있어서,
상기 용접강관모재부는,
중량%로, C: 0.6~1.3%, Si: 0.1~1.0%, Mn: 11~28%, Cr: 5.0% 이하(0% 포함), P: 0.025% 이하, S: 0.025% 이하, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
아래의 관계식 1에 의해 정의되는 적층결함에너지(SFE)가 10~40mJ/m2의 범위를 만족하며,
미세조직으로 80면적% 이상의 오스테나이트를 포함하는, 오스테나이트계 용접강관.
[관계식 1]
적층결함에너지(SFE) = -24.9 + 0.814*[Mn] + 44.3*[C] - 0.62*[Si] + 1.06*[Cu] +7.9*[Al] - 0.555*[Cr]
상기 관계식 1에서, [Mn], [C], [Si], [Cu], [Al] 및 [Cr]은 각각 상기 용접강관모재부에 포함되는 Mn, C, Si, Cu, Al 및 Cr 함량(중량%)을 의미하며, 해당 성분을 포함하지 않는 경우 0을 대입한다. - 제5항에 있어서,
ASTM G65에서 규정하는 내마모 시험 시 상기 용접강관의 마모량은 4g 이하인, 오스테나이트계 용접강관.
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