KR920006604B1 - 용접부의 내구상부식성이 우수한 전봉강관의 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

용접부의 내구상부식성이 우수한 전봉강관의 제조방법

본 발명은 배관용 전봉강관의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 용접부의 내구상부식성이 우수한 전봉강관의 제조방법에 관한 것이다.

현재의 국내에 사용되고 있는 50㎜

이하의 전봉강관은 주로 상하수도용, 건축용, 및 공업용수용 배관등에 사용되고 있는데, 이 전봉강관을 배관으로 사용하는 경우 주로 용접부에서 재질의 열화로 인한 부식현상을 일으켜 막대한 손해를 일으키게 된다.

상수도 배관의 경우에는 막대한 누수량이 발생하여 엄청난 경제적손해를 보고 있으며 식수가 오염되어 깨끗한 물을 공급받지 못하고 있다. 하수도, 건축용 및 공업용수용 배관의 경우에는 부식으로 인하여 용액이 누출되어 오염 및 공해의 원인이 되며 수리유지비의 상승을 가져오게 되며, 이에 대한 대책으로써 용접부에 내부식성이 우수한 새로운 전봉강관재의 출현이 요구되고 있다.

종래에는 일본의 철강회사에서 개발된 강관재의 화학 성분을 분석해보면, C가 0.05% 이상이며, Cu가 0.8% 이하로 공통으로 함유되어 있고 Ni,Cr,Mo,V , T i , N b , B,Al,Sb 및 회토류 원소를 선별적으로 첨가하였다.

지금까지 제조된 배관용 전봉강관재들은 C가 0.05% 이상 함유되어 있어서 용접부의 조직이 페라이트-펄라이트의 2상혼합조직으로 형성된다.

그 이상(相) 혼합조직중 펄라이트 조직이 폐라이트 조직에 비해서 비(卑)하기 때문에 부식 분위기 중에서 국부전지가 형성되어 용접부의 부식현상이 촉진되어 구상(構狀)부식이 발생하여 강관을 관통하게 된다. 전봉강관의 구상부식을 방지하기 위한 종래의 방법으로서는 첫째; 내부식성 향상 원소인 Ni,Mo,Cr, 등을 첨가하는 방법, 둘째; 전기저항 용접후에 열처리를 하여서 조직을 개선시기는 방법, 셋째: 강중에 S 함유량을 줄여서 MnS 등의 비금속개재물의 량을 줄이는 방법 및 넷째; Ca 및 회토류 원소(Ce,La 등)를 첨가하여 연신되는 MnS 개재물의 형상을 조절하는 방법으로 크게 나눌 수 있다.

그러나, 내부식성 향상원소를 첨가하는 첫째방법은 그 효과는 크지만, 합금원소가 고가이기 때문에 강관은 고급화되어 제조원가를 크게 높히는 단점이 있다.

또한, 둘째방법은 종래의 강에 있어서 C이 0.04% 이상 함유되어 있어서 소준열처리하여도 탄화물이 석출되어 부식의 원인이 되므로 완전한 내구상부식성 강관을 제조할 수 없는 단점이 있다.

강중 S의 함량을 줄이거나 Ca 및 희토류 원소를 첨가하는 셋째 및 넷째방법은 제조원가의 상승과 제조기술상 적중률 향상에 많은 어려움을 안고 있어서 구상부식의 방지에 미흡하며 특히 극심한 부식 환경하에서는 일반재와 같은 정도의 구상부식이 생겨 이 방법들은 내구상부식성 향상에 곤란성을 가져 오게 된다.

따라서, 본 발명은 탄소의 함량을 0.01-0.04%로 제한하므로서 페라이트 단상(phase)조직이 얻어지고 열간압연 후 전기저항 용접을 하여 전봉강관을 제조할 경우 제관시 용접급냉에 의해서도 낮은 탄소함량때문에 용접부에 소입조직 즉 베이나이트, 마르텐사이트 및 초석페라이트의 혼합조직이 발생하지 않으므로 용접부 내구상부식성이 극히 우수할 뿐만아니라 페라이트 단상조직에 영향을 주지 않는 Nb,B 및 V 원소를 첨가하므로서 보다 우수한 강도를 갖은 용접부의 내구상부식성이 우수한 전봉강관을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 중량 %로 C : 0.01-0.04%, Si : 0.350% 이하, Mn : 0.1-1.0%, P : 0.040% 이하, S : 0.010% 이하, Cu : 0.05-0.50%, 및 Cr : 0.05-1.0%를 기본 성분으로 하고, 여기에 Nb : 0.01-0.15%,B : 0.001-0.005% 및 V : 0.005-0.10%로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 혹은 2종 이상을 첨가하여 강괴를 제조한 후 통상의 방법으로 열간압연하여 강관재를 제조한 다음, 통상의 저항 용접에 의하여 전봉강관을 조관하여 용접부의 내구상부식성이 우수한 전봉강관을 제조하는 방법 및 상기와 같이 조관한 후 Ac₃점 이상의 온도에서 소준처리하여 용접부의 내구상부식성이 우수한 전봉강관을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이하, 상기 성분에 대한 수치한정이유에 대하여 설명한다.

상기 C은 강관의 강도향상에 기여하는 반면에, 내식성을 저하시키는 성분으로서 특히, 전봉강관에서는 용접부와 모재의 조직차이 및 경도차이를 나타내는 주된 원인이 되며 용접부의 내구상부식성올 급격히 저하시키기 때문에 펄라이트 조직이 나타나지 않는 범위로 C 함유량을 낮추어야 하지만, 최소한의 강도와 용접성 및 제관성을 유지하기 위해서는 C 함유량을 0.01% 이상으로 하여야 하며, 0.04% 이상이 되는 경우에는 페라이트 단상 조직을 얻을 수 없으므로 0.01-0.04％가 바람직하다.

상기 Si은 탈산제 역활을 하는 성분으로서 0.35% 이하에서는 용접부의 내식성에 영향이 없으나, 0.35%이상을 초과하는 경우에는 가공성 및 용접성을 열화시키므로, 0.35% 이하가 바람직하다.

상기 Mn은 강의 탈산제 및 강도 향상을 위하여 0.1% 이상함유되어야 하며, Mn은 열간가공성 및 용접성을 향상시키는 유효한 원소지만, 1.0%를 초과하는 경우에는 용접부의 내식성을 열화시키므로 0.1-1.0%가 바람직하다. 상기 Cu는 강관의 내구상부식성을 개선시키는 성분으로서 본 발명에 부합되는 전봉강관은 극저탄소 함유에 의해 이미 우수한 용접부 부식성을 발휘하고 있지만 Cu 첨가에 의해서 용접부 부식성을 더욱 향상시킬 수 있는데, Cu가 0.05% 이하인 경우에는 용접부 내부식성의 개선효과가 적고 0.50%를 초과하는 경우에는 조괴압연시 표면 결함 및 열간가공성을 해치기 때문에 그 상한을 0.50%로 제한하였으며, 이와 같이 Cu를 첨가함에 의해서 용접부의 내부식성을 향상시켜 가혹한 사용조건하에서도 용접부의 내부식성을 보증할 수 있게 된다.

상기 S는 내구상부식성에 대해서 유해한 원소이므로 함량이 작을수록 효과가 있지만 완전히 제거하는 것은 불가능하며 0.01%를 초과하면 MnS계 비금속개재물이 강중에 다량으로 존재하여 내구상부식성을 심하게 저하시키므로 그 상한은 0.01%로 한다.

상기 P는 다량으로 첨가하면 내구상부식성을 향상시키지만 용접성 및 인성이 손상되므로 그 상한은 0.040%로 한정한다.

상기 Cr은 강관소재자체의 내식성을 향상시킬뿐만 아니라 용접부의 내구상부식성에 우수한 성능을 발휘하는 원소이므로 0.05% 이상 첨가하여야만 유효하지만, 1.0% 이상 첨가되면 전기저항 용접시접합성이 불량해지고 게다가 1.0%까지의 첨가로 내구상부식성을 충분히 향상시킬 수 있기 때문에 그 상한선을 1.0%로 한다.

본 발명에 따라 제조되는 전봉강관은 C가 극히 낮아서 강도가 낮기 때문에 고강도가 요구되는 경우에는 용접부의 내부식성에 악 영향을 미치지 않고 강도를 향상시키는 합금원소를 첨가하는 것이 바람직한데, 본발명에서는 Nb,B 및 V가 바로 이러한 목적으로 첨가된다.

Nb는 탄화물과 질화물을 형성하여 C 및 고용 N에 의한 악영향을 경감시키고, 결정립을 미세화시키기 때문에 용접부와 모재와의 결정립크기의 차이를 적게하므로서 내식성을 향상시키기 위하여 첨가되는 성분으로서, Nb이 0.01% 미만인 경우에는 강도 및 내부식성향상에 효과가 없으며, 0.15% 이상인 경우에는 열간가공성, 제관시 접합성 및 기계적 성질에 악영향을 미치기 때문에 0.01-0.15％가 바람직하다.

또한, 상기 B는 0.001% 미만인 경우에는 강도 개선과 소입성향상에 효과가 없고, 0.005% 이상에서는 열간가공성 및 용접성이 열화되므로, 0.001-0.005%의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 V은 0.005% 미만에서는 강도개선이 되지 않고 0.10% 이상인 경우에는 그 강도개선 효과는 변하지 않으므로 0.005-0.10%의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 열간압연, 열처리조건과 한정 이유등에 대하여 설명한다. 본 발명에 있어서의 열간압연은 통상적인 방법에 의해 행하여 지는데, 전봉강관재를 제조하기 위해서는 1200℃ 이상의 온도로 가열하여야만 충분한 시간적인 여유를 가지고 얇은 두께로 압연할 수 있기 때문에 1200℃ 이상으로 가열하는 것이 바람직하며, 또한, 가열로에서 꺼집어내어 열간압연을 하기 위하여 준비하는 동안에 1200℃ 이하로 곧 떨어지므로 열간압연 온도는 1200℃ 이하가 되며, 조관시에 가공성과 연성을 부여하고 용접부의 내구상부식성을 증가하기 위하여 열간압연시의 마무리 온도는 900℃ 이상으로 한정하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 열간압연한 다음, 상온까지 서냉처리하여 강관재를 제조한 후, 통상의 방법에 의해 전기용접하여 전봉강관을 제조한다.

본 발명에 의해서 제조된 전봉강관은 종래의 펄라이트-페라이트의 2상 복합조직이 아닌 페라이트 단상조직될 뿐만 아니라 폐라이트 기지조직을 Cu,Cr 및 Nb,B,V와 같은 원소로 강화시켰기 때문에 용접부의 내구상부식성이 아주 우수하지만, 가혹한 부식환경 하에서는 용접부와 모재의 조직의 차이 및 경도의 차이에 의해서 충분한 내구상부식성을 유지할 수가 없다.

따라서, 본 발명에서는 조관후 소준열처리를 실시함으로서 용접부의 불균일한 조직을 균일하고 미세한 조직으로 만들고 용접부와 모재의 경도차이를 줄임으로서 국부전지의 형성을 예방하여 용접부의 내구상부식성을 더욱 향상시킬 수 있다. 본 발명에서의 소준열처리는 Ac₃점 이상에서 행하여지는데, Ac₃점 이상에서 소준열처리하는 경우에는 강관의 용접부의 조직은 균일하고 세립화한 페라이트 조직이 되며 용접부의 내구상부식성에 해로운 석출물은 대부분 고용되어 내부식성이 향상될 뿐만 아니라 1분정도의 짧은 소준 열처리를 하여도 충분한 내구상부식성이 얻어지게 된다. 이하, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명한다.

[실시예]

진공유도 용해로에서 진공용해하여 하기 표 1의 화학 성분을 갖은 25kg의 강괴를 제조한 다음, 이 강괴를 1250℃에서 2시간 가열하고 1150℃에서 1차 열간압연을 시작하여 930℃에서 마무리 압연을 하고 상온까지 공냉시켰다.

이때의 패스수는 4회로 하였으며, 1차열간압연판의 두께는 30㎜t였다. 1차 열간압연판을 1250℃에서 2시간동안 가열하고 1180℃에서 열간압연을 시작하여 950℃에서 마무리 압연을 하였으며 이때 총패스수는 5패스이고, 2차 열간압연판의 두께는 3.3㎜t이었으며, 열간압연직후 650℃까지 공냉하고 이 온도에서 1시간동안 로내에서 항온유지 하였으며, 650℃에서 150℃까지 12시간동안 로냉한 다음, 상온까지 공냉처리하였다. 이 열연강판을 전기 저항용접에 의해서 전봉강관으로 제조하기 위해서 압연방향으로 길게 수용접(SMAW)에서 모든 강종을 접합시켰다. 다음에, 접착부를 그라인더로 연마한 후 전기 저항 용접(ERW)을 실시하여 33.4㎜의 강관을 제조하였다. 소준처리효과를 확인하기 위하여, 이 강관을 900℃에서 5분간 유지한 후 공냉하였다.

상기와 같이 제조된 전봉강관에 대하여 소준열처리 전후로 나누어 인장시험, 부식성시험 및 강도시험을 행하고, 소준열처리를 행하지 않은 경우의 결과는 하기 표 2에, 소준열처리를 행한 경우의 결과는 하기 표3에 나타내었다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

상기 표 2 및 표 3에 나타난 바와 같이, 발명재(1-6)는 인장강도가 평균 35kg/㎜², 항복강도는 평균28kg/㎜², 및 연신율은 평균 39%로 나타나 있으며, 이는 일반수도용 배관재인 SPHTI 수준에 해당됨을 알 수 있다.

또한, 상기 표 2에 나타난 바와 같이, 소준열처리를 실시하지 않는 발명재(1-3)는 용접부에 대한 인공해수중의 구상부식이 전혀 일어나지 않았으며 진한 산성용액(0.5N HCl-3.5% NaCl)에서는 용접부 구상부식이 약간 발생하였으며, 상기 표 3에 나타난 바와 같이, 소준열처리후의 발명재(4-6)는 용액의 차이에 관계없이 용접부의 구상부식과 공식이 전혀 일어나지 않음을 알 수 있다.

또한, 소준열처리를 실시하지 않은 발명재(1-3)는 비교재(A-C)에 비하여 부식속도가 21%나 감소하였으며, 소준열처리를 실시한 발명재(4-6)는 소준열처리를 실시하지 않은 비교재(A-C)에 비하여 부식속도가 우려 34%나 감소하였음을 알 수 있다.

또한, 본 발명재(1-6)는 비교재(A-F)에 비하여 용접부와 모재의 경도차가 작음을 알 수 있으며, 이는 용접부의 내부식성을 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 중량％로, C : 0.01-0.04%, Si : 0.350% 이하, Mn : 0.1-1.0%, P : 0.040% 이하, S : 0.010이하, Cu : 0.05-0.50%, 및 Cr : 0.05-1.0%를 기본성분으로 하고, 여기에 Nb : 0.01-0.15%, B : 0.001-0.005% 및 V : 0.005-0.10%로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종을 첨가하여 강괴를 제조한 후, 이 강괴를 1200℃ 이상의 온도로 가열한 다음, 1200-900℃의 온도범위에서 열간압연하고 상온까지 서냉처리하여 강관재를 제조한 후, 통상의 전기저항 용접에 의해 조관하는 것을 특징으로 하는 용접부의 내구상부식성이 우수한 전봉강관의 제조방법.
2. 중량％로, C : 0.01-0.04%, Si : 0.350% 이하, Mn : 0.1-1.0%, P : 0.040% 이하, S : 0.010% 이하, Cu : 0.05-0.50%, Cr : 0.05-1.0%를 기본성분으로 하고, 여기에 Nb : 0.01-0.15%, B : 0.001-0.005% 및 V : 0.005-0.10%로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종을 첨가하여 강괴를 제조한 후, 이 강괴를 1200℃ 이상의 온도로 가열한 다음, 1200-900℃의 온도범위에서 열간압연하고 상온까지 서냉처리하여 강관재를 제조한 후, 통상의 저항용접에 의하여 전봉강관을 조관한 후 Ac₃점 이상의 온도에서 소준처리하는 것을 특징으로 하는 용접부의 내구상부식성이 우수한 전봉강관의 제조방법.