KR101467049B1

KR101467049B1 - 라인파이프용 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101467049B1
Application number: KR1020120122413A
Authority: KR
Inventors: 강동훈; 고상기; 김규태; 신경진
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-12-01
Also published as: KR20140055460A

Abstract

합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여 수소유기균열에 대한 저항성과 저온인성이 우수하면서도 고강도를 갖는 라인파이프용 강판 및 그 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 라인파이프용 강판 제조 방법은 중량%로, C : 0.05 ~ 0.10%, Si : 0.15 ~ 0.25%, Mn : 1.2 ~ 1.5%, P : 0.001 ~ 0.01%, S : 0.0001 ~ 0.001%, S_Al : 0.02 ~ 0.04%, Cu : 0.1 ~ 0.4%, Nb : 0.02 ~ 0.04%, Cr : 0.1 ~ 0.2%, Ni : 0.1 ~ 0.3%, Ti : 0.005 ~ 0.015%, V : 0.03 ~ 0.06%, Mo : 0.02 ~ 0.04%, Ca : 0.0001 ~ 0.0020% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 최종 미세조직이 침상형 페라이트(accicular ferrite), 폴리고날 페라이트(polygonal ferrite) 및 베이나이트(bainite)를 포함하는 복합 조직을 가지며, 인장강도(TS) : 535 ~ 760MPa, 항복점(YP) : 450 ~ 600MPa 및 항복비 : 93% 이하를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

라인파이프용 강판 및 그 제조 방법{STEEL SHEET FOR LINE PIPE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 라인파이프용 강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여 수소유기균열에 대한 저항성과 저온인성이 우수하면서도 고강도를 갖는 라인파이프용 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

라인파이프용 강판은 사워 가스(sour gas) 분위기에서 내부식 균열성을 요구받는다. 그러나, 심해나 한랭지역으로 라인파이프의 사용이 확대됨에 따라 점차 고강도, 고인성 및 후물화되어 가는 추세에 있다.

TMCP(thomo-mechanical control process)로 제작되는 고강도 라인파이프용 강판은 합금 성분 및 압연조건에 따라 재질의 편차가 크게 달라지며, 두께가 증가할수록 압하량과 냉각속도의 불균형으로 인해 두께 중심부에 MnS와 같은 중심편석이 발생하거나 펄라이트와 같은 밴드형 조직의 형성으로 인해 물성이 크게 저하된다.

관련 선행문헌으로는 대한민국 등록특허 제10-1069995호(2011.10.04 공고)가 있으며, 상기 문헌에는 고강도 라인파이프용 강판 및 그 제조 방법이 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여 저항복비 특성을 가짐과 더불어, 수소유기균열에 대한 저항성과 저온인성이 우수하면서도 고강도 라인파이프용 강판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조되어, 인장강도(TS) : 535 ~ 760MPa, 항복점(YP) : 450 ~ 600MPa, 항복비 : 93% 이하, 연신율(EL) : 26% 이상 및 경도 : 185 ~ 248Hv를 갖는다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 라이파이프용 강판 제조 방법은 (a) 중량%로, C : 0.05 ~ 0.10%, Si : 0.15 ~ 0.25%, Mn : 1.2 ~ 1.5%, P : 0.001 ~ 0.01%, S : 0.0001 ~ 0.001%, S_Al : 0.02 ~ 0.04%, Cu : 0.1 ~ 0.4%, Nb : 0.02 ~ 0.04%, Cr : 0.1 ~ 0.2%, Ni : 0.1 ~ 0.3%, Ti : 0.005 ~ 0.015%, V : 0.03 ~ 0.06%, Mo : 0.02 ~ 0.04%, Ca : 0.0001 ~ 0.0020% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 재가열하는 단계; (b) 상기 재가열된 판재를 오스테나이트 재결정영역에서 1차 압연하는 단계; (c) 상기 1차 압연된 판재를 FRT(Finish Rolling Temperature) : 810 ~ 920℃ 조건으로 2차 압연하는 단계; 및 (d) 상기 2차 압연된 판재를 FCT(Finish Cooling Temperature) : 450 ~ 500℃ 조건으로 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 라인파이프용 강판은 중량%로, C : 0.05 ~ 0.10%, Si : 0.15 ~ 0.25%, Mn : 1.2 ~ 1.5%, P : 0.001 ~ 0.01%, S : 0.0001 ~ 0.001%, S_Al : 0.02 ~ 0.04%, Cu : 0.1 ~ 0.4%, Nb : 0.02 ~ 0.04%, Cr : 0.1 ~ 0.2%, Ni : 0.1 ~ 0.3%, Ti : 0.005 ~ 0.015%, V : 0.03 ~ 0.06%, Mo : 0.02 ~ 0.04%, Ca : 0.0001 ~ 0.0020% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며, 최종 미세조직이 침상형 페라이트(accicular ferrite), 폴리고날 페라이트(polygonal ferrite) 및 베이나이트(bainite)를 포함하는 복합 조직을 가지며, 인장강도(TS) : 535 ~ 760MPa, 항복점(YP) : 450 ~ 600MPa 및 항복비 : 93% 이하를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여, 최종 미세조직이 침상형 페라이트(accicular ferrite), 폴리고날 페라이트(polygonal ferrite) 및 베이나이트(bainite)를 포함하는 복합 조직을 갖도록 조절함으로써, 저항복비 특성을 가짐과 더불어, 수소유기균열에 대한 저항성과 저온인성이 우수하면서도 고강도를 갖는 라인파이프용 강판을 제조할 수 있다.

이를 통해, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 라인파이프용 강판은 인장강도(TS) : 535 ~ 760MPa, 항복점(YP) : 450 ~ 600MPa, 항복비 : 93% 이하, 연신율(EL) : 26% 이상 및 경도 : 185 ~ 248Hv를 갖는다.

또한, 상기 방법으로 제조되는 라인파이프용 강판은 -20℃에서의 충격 흡수에너지 : 45J 이상 및 -20℃에서의 연성파면율(DWTT) : 85% 이상을 갖는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 라인파이프용 강판 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 2는 실시예 1 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 시편들의 1/4t 지점에 대한 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 시편들의 1/2t 지점에 대한 미세조직을 나타낸 사진이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 시편들에 대한 냉각속도에 따른 연성파면율 변화를 나타낸 그래프이다.

본 발명의 특징과 이를 달성하기 위한 방법은 첨부되는 도면과, 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해진다. 그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예에 한정되는 것은 아니며, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하기 위함이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의될 뿐이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 라인파이프용 강판 및 그 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

라인파이프용 강판

본 발명에 따른 라인파이프용 강판은 인장강도(TS) : 535 ~ 760MPa, 항복점(YP) : 450 ~ 600MPa, 항복비 : 93% 이하, 연신율(EL) : 26% 이상, 경도 : 185 ~ 248Hv, -20℃에서의 충격 흡수에너지 : 45J 이상 및 -20℃에서의 연성파면율(DWTT) : 85% 이상을 갖는 것을 목표로 한다.

이를 위해, 본 발명에 따른 라인파이프용 강판은 중량%로, C : 0.05 ~ 0.10%, Si : 0.15 ~ 0.25%, Mn : 1.2 ~ 1.5%, P : 0.001 ~ 0.01%, S : 0.0001 ~ 0.001%, S_Al : 0.02 ~ 0.04%, Cu : 0.1 ~ 0.4%, Nb : 0.02 ~ 0.04%, Cr : 0.1 ~ 0.2%, Ni : 0.1 ~ 0.3%, Ti : 0.005 ~ 0.015%, V : 0.03 ~ 0.06%, Mo : 0.02 ~ 0.04%, Ca : 0.0001 ~ 0.0020% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.

이때, 상기 강판은 최종 미세조직이 침상형 페라이트(accicular ferrite), 폴리고날 페라이트(polygonal ferrite) 및 베이나이트(bainite)를 포함하는 복합 조직을 갖는다.

이하, 본 발명에 따른 라인파이프용 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.

탄소(C)

탄소(C)는 강도를 확보하기 위하여 첨가된다.

상기 탄소(C)는 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.05 ~ 0.10 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 탄소(C)의 함량이 0.05 중량% 미만일 경우에는 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 탄소(C)의 함량이 0.10 중량%를 초과할 경우에는 인성 저하를 야기할 수 있으며, 전기저항용접(ERW)시 용접성의 저하를 가져오는 문제점이 있다.

한편, 본 발명에 따른 라인파이프용 강판은 하기 수학식 1을 만족하는 범위에서 탄소(C), 망간(Mn), 구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V)을 포함하는 것이 더 바람직하다.

이는 강관 제조를 위한 전기저항용접(ERW)시,

수학식 1 : [C] + [Mn/6] + [Si/24] + [Ni/40] + [Cr/5] + [Mo/4] + [V/14] ≤ 0.43 (여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)로 탄소 함량이 일정 범위 내에 들어야 용접부 균열 발생이 현저히 감소하기 때문이다.

실리콘(Si)

실리콘(Si)은 강 중 탈산제로 작용하며, 강도 확보에 기여한다.

상기 실리콘(Si)은 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.15 ~ 0.25 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 실리콘(Si)의 함량이 0.15 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 실리콘(Si)의 함량이 0.25 중량%를 초과할 경우에는 강판의 인성 및 용접성이 열화되는 문제가 있다.

망간(Mn)

망간(Mn)은 인성을 열화시키지 않고 강도를 향상시키는데 유용한 원소이다.

상기 망간(Mn)은 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 1.2 ~ 1.5 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 망간(Mn)의 함량이 1.2 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 1.5 중량%를 초과할 경우에는 템퍼 취화(Temper Embrittlement) 감수성을 증대시키는 문제점이 있다.

인(P)

인(P)은 시멘타이트 형성을 억제하고, 강도를 증가시키기 위해 첨가된다.

그러나, 인(P)은 용접성을 악화시키고, 슬라브 중심 편석(slab center segregation)에 의해 최종 재질 편차를 발생시키는 원인이 될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 인(P)의 함량을 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.001 ~ 0.01 중량% 이하로 제한하였다.

황(S)

황(S)은 강의 인성 및 용접성을 저해한다. 특히, 상기 황(S)은 망간(Mn)과 결합하여 MnS 비금속 개재물을 형성함으로써 응력부식균열에 대한 저항성을 악화시켜 강의 가공 중 크랙을 발생시킬 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 황(S)의 함량을 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.0001 ~ 0.001 중량% 이하로 제한하였다.

가용성 알루미늄(S_Al)

가용성 알루미늄(S_Al)은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다.

상기 가용성 알루미늄(S_Al)은 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.02 ~ 0.04 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 가용성 알루미늄(S_Al)의 함량이 0.02 중량% 미만으로 첨가될 경우에는 상기의 탈산 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 가용성 알루미늄(S_Al)의 함량이 0.04 중량%를 초과할 경우에는 연주에 어려움이 있어 생산성을 떨어뜨리며, Al₂O₃와 같은 피닝효과를 일으키는 화합물을 형성하여 오스테나이트 결정입자를 미세화시키는 요인으로 작용한다.

구리(Cu)

구리(Cu)는 고용강화에 기여하여 강도를 향상시키는 역할을 한다.

상기 구리(Cu)는 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.1 ~ 0.4 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 구리(Cu)의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 구리(Cu)의 함량이 0.4 중량%를 초과할 경우에는 강판의 열간가공성을 저하시키고, 용접후 재열균열(Stress Relief Cracking) 감수성을 높이는 문제점이 있다.

니오븀(Nb)

니오븀(Nb)은 고온에서 탄소(C) 및 질소(N)와 결합하여 탄화물 또는 질화물을 형성한다. 니오븀계 탄화물 또는 질화물은 압연시 결정립 성장을 억제하여 결정립을 미세화시킴으로써 강판의 강도와 저온인성을 향상시킨다.

니오븀(Nb)은 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.02 ~ 0.04 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 니오븀(Nb)의 함량이 0.02 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니오븀(Nb)의 함량이 0.04 중량%를 초과할 경우에는 강판의 용접성을 저하시키며, 강도와 저온인성은 더 이상 향상되지 않고 페라이트 내에 고용된 상태로 존재하여 오히려 충격인성을 저하시킬 위험이 있다.

크롬(Cr)

크롬(Cr)은 페라이트 안정화 원소로 강도 향상에 기여한다. 또한 크롬(Cr)은 δ페라이트영역을 확대하고, 아포정(hypo-peritectic)역을 고탄소 측으로 이행시켜 슬라브 표면품질을 개선하는 역할을 한다.

상기 크롬(Cr)은 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.1 ~ 0.2 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 크롬(Cr)의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 크롬(Cr)의 함량이 0.2 중량%를 초과하여 과다 첨가될 경우에는 강관 제조시 용접 열영향부(HAZ)의 인성 열화를 초래하는 문제점이 있다.

니켈(Ni)

니켈(Ni)은 소입성을 향상시키면서 인성개선에 유효하다.

상기 니켈(Ni)은 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.1 ~ 0.3 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 니켈(Ni)의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 니켈(Ni)의 함량이 0.3 중량%를 초과할 경우에는 강판의 냉간가공성을 저하시킨다. 또한 과다한 니켈(Ni)의 첨가는 강판의 제조 비용을 크게 상승시킨다.

티타늄(Ti)

티타늄(Ti)은 고온안정성이 높은 Ti(C, N) 석출물을 생성시킴으로써, 용접시 오스테나이트 결정립 성장을 방해하여 용접부의 조직을 미세화시킴으로써 열연 강판의 인성 및 강도를 향상시키는 효과를 갖는다.

상기 티타늄(Ti)은 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.005 ~ 0.015 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.005 중량% 미만일 경우에는 석출을 하지 않고 남은 고용탄소와 고용질소로 인해 시효경화가 발생하는 문제가 있다. 반대로, 티타늄(Ti)의 함량이 0.015 중량%를 초과할 경우에는 조대한 석출물을 생성시킴으로써 강의 저온충격 특성을 저하시키며, 더 이상의 첨가 효과 없이 제조 비용을 상승시키는 문제가 있다.

바나듐(V)

바나듐(V)은 석출물 형성에 의한 석출강화 효과를 통하여 강의 강도를 향상시키는 역할을 한다.

상기 바나듐(V)은 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.03 ~ 0.06 중량%의 함량비로 제한하는 것이 바람직하다. 바나듐(V)의 함량이 0.03 중량% 미만일 경우에는 바나듐 첨가에 따른 석출강화 효과가 불충분하다. 반대로, 바나듐(V)의 함량이 0.06 중량%를 초과할 경우에는 저온 충격인성이 저하되는 문제점이 있다.

몰리브덴(Mo)

몰리브덴(Mo)은 치환형 원소로써 고용강화 효과로 강의 강도를 향상시킨다. 또한, 몰리브덴(Mo)은 강의 경화능을 향상시키는 역할을 한다.

상기 몰리브덴(Mo)은 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.02 ~ 0.04 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.02 중량% 미만일 경우에는 상기의 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.04 중량%를 초과할 경우에는 더 이상의 효과 없이 제조비용만을 상승시키는 문제가 있다.

칼슘(Ca)

칼슘(Ca)은 CaS 개재물을 형성시킴으로써 MnS 개재물의 생성을 방해함으로써, 전기저항 용접성을 향상시키기 위한 목적으로 첨가된다. 즉, 칼슘(Ca)은 망간(Mn)에 비하여 황과의 친화도가 높으므로 칼슘의 첨가시 CaS 개재물이 생성되고 MnS 개재물의 생성은 감소한다. 이러한 MnS는 열간압연 중에 연신되어 전기저항 용접(ERW)시 후크 결함 등을 유발함으로 전기저항 용접성이 향상될 수 있다.

상기 칼슘(Ca)은 본 발명에 따른 라인파이프용 강판 전체 중량의 0.0001 ~ 0.0020 중량%의 함량비로 첨가하는 것이 바람직하다. 칼슘(Ca)의 함량이 0.0001 중량% 미만일 경우에는 상기의 MnS 제어 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반대로, 칼슘(Ca)의 함량이 0.0020 중량%를 초과할 경우에는 CaO 개재물의 생성이 과도해져 연주성 및 전기저항 용접성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

라인파이프용 강판 제조 방법

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 라인파이프용 강판 제조 방법을 나타낸 공정 순서도이다.

도 1을 참조하면, 도시된 본 발명의 실시예에 따른 라인파이프용 강판 제조 방법은 슬라브 재가열 단계(S110), 열간 압연 단계(S120) 및 냉각 단계(S130)를 포함한다. 이때, 슬라브 재가열 단계(S110)는 반드시 수행되어야 하는 것은 아니나, 석출물의 재고용 등의 효과를 도출하기 위해서는 실시하는 것이 더 바람직하다.

본 발명에 따른 라인파이프용 강판 제조 방법에서 열연공정의 대상이 되는 반제품 상태의 슬라브 판재는 중량%로, C : 0.05 ~ 0.10%, Si : 0.15 ~ 0.25%, Mn : 1.2 ~ 1.5%, P : 0.001 ~ 0.01%, S : 0.0001 ~ 0.001%, S_Al : 0.02 ~ 0.04%, Cu : 0.1 ~ 0.4%, Nb : 0.02 ~ 0.04%, Cr : 0.1 ~ 0.2%, Ni : 0.1 ~ 0.3%, Ti : 0.005 ~ 0.015%, V : 0.03 ~ 0.06%, Mo : 0.02 ~ 0.04%, Ca : 0.0001 ~ 0.0020% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진다.

이때, 상기 조성을 갖는 슬라브 판재는 제강공정을 통해 원하는 조성의 용강을 얻은 다음에 연속주조공정을 통해 얻어질 수 있다.

슬라브 재가열

슬라브 재가열 단계(S110)에서는 상기의 조성을 갖는 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) : 1050 ~ 1250℃로 재가열한다. 이러한 슬라브 판재의 재가열을 통하여, 주조 시 편석된 성분의 재고용 및 석출물의 재고용이 발생할 수 있다.

본 단계에서, 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1050℃ 미만일 경우에는 주조 시 편석된 성분이 충분히 재고용되지 못하는 문제점이 있다. 반대로, 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1250℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정입도가 증가하여 최종 미세 조직의 페라이트가 조대화되어 강도 확보가 어려울 수 있으며, 과도한 가열 공정으로 인하여 강판의 제조비용만 상승할 수 있다.

1차 압연

1차 압연 단계(S120)는 재가열된 판재를 오스테나이트 재결정영역에서 1차 압연한다. 이때, 오스테나이트 재결정영역은 RDT(Roughing Delivery Temperature) : 850 ~ 950℃ 조건일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

본 단계에서, 1차 압연 마무리 온도(RDT)가 850℃ 미만일 경우에는 조압연 패스 중 공랭시간 확보를 위한 시간이 필요하며 이로 인해 생산성이 떨어질 위험이 있다. 이와 반대로, 1차 압연 마무리 온도(RDT)가 950℃를 초과할 경우에는 충분한 압하율을 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다.

2차 압연

2차 압연 단계(S130)에서는 1차 압연된 판재를 FRT(Finish Rolling Temperature) : 810 ~ 920℃ 조건으로 2차 압연한다.

본 단계에서, 2차 압연 마무리 온도(FRT)가 810℃ 미만일 경우에는 이상역 압연이 발생하여 균일하지 못한 조직이 형성됨으로써 저온 충격인성을 크게 저하시킬 수 있다. 반대로, 2차 압연 마무리 온도(FRT)가 920℃를 초과할 경우에는 연성 및 인성은 우수하나, 강도가 급격히 저하되는 문제가 있다.

이때, 2차 압연은 미재결정 영역에서의 누적압하율이 60 ~ 80%가 되도록 실시될 수 있다. 만일, 2차 압연의 누적압하율이 60% 미만일 경우에는 균일하면서도 미세한 조직을 확보하는 것이 어려워 강도 및 충격인성의 편차가 심하게 발생할 수 있다. 반대로, 2차 압연의 누적압하율이 80%를 초과할 경우에는 압연 공정 시간이 길어져 생선성이 저하되는 문제가 있다.

냉각

냉각 단계(S140)에서는 2차 압연된 판재를 SCT(Start Cooling Temperature) : 730 ~ 760℃ 및 FCT(Finish Cooling Temperature) : 450 ~ 500℃ 조건으로 냉각한다.

본 단계에서, 냉각개시온도(SCT)가 730℃ 미만일 경우에는 폴리고날 페라이트(polygonal)의 형성 분율이 너무 높아 강도가 미달될 수 있다. 반대로, 냉각개시온도(SCT)가 760℃를 초과할 경우, 가속냉각이 충분하면 폴리고날 페라이트 형성 분율이 너무 낮아 강도는 높으나 항복비가 목표값을 초과하게 되어 변형능을 확보할 수 없고, 가속냉각이 충분하지 못하면 조직전체가 폴리고날 페라이트로 형성되어 강도를 확보할 수 없게 된다.

또한, 냉각종료온도(FCT)가 450℃ 미만일 경우에는 강의 제조비용이 증가하며, 저온 조직이 생성되어 강도 확보에는 유리하나, 저온 인성에 취약해지는 문제가 있다. 반대로, 냉각종료온도(FCT)가 500℃를 초과할 경우에는 베이나이트가 형성되지 않아 충분한 강도를 확보하는 데 어려움이 따를 수 있다.

또한, 본 단계에서, 냉각 속도는 15 ~ 30℃/sec의 속도로 실시하는 것이 바람직하다. 냉각 속도가 15℃/sec 미만일 경우에는 충분한 강도 및 인성 확보가 어렵다. 반대로, 냉각 속도가 30℃/sec를 초과할 경우에는 냉각 제어가 어려우며, 과도한 냉각으로 강판의 형상에 불리할 수 있다.

상기의 과정(S110 ~ S140)으로 제조되는 라인파이프용 강판은 합금 성분 조절 및 공정 조건 제어를 통하여, 최종 미세조직이 침상형 페라이트(accicular ferrite), 폴리고날 페라이트(polygonal ferrite) 및 베이나이트(bainite)를 포함하는 복합 조직을 갖도록 조절함으로써, 저항복비 특성을 가짐과 더불어, 수소유기균열에 대한 저항성과 저온인성이 우수하면서도 고강도를 갖는 라인파이프용 강판을 제조할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

1. 시편의 제조

표 1 및 표 2의 조성과 표 3의 공정 조건으로 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시편들을 제조하였다. 이때, 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에 따른 시편들의 경우, 각각의 조성을 갖는 잉곳을 제조하고, 이를 압연모사시험기를 이용하여 가열, 1차 압연, 2차 압연 및 냉각의 열연공정을 모사하였다.

[표 1] (단위 : 중량%)

[표 2] (단위 : 중량%)

[표 3]

2. 기계적 물성 평가

표 4는 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 시편들에 대한 기계적 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.

[표 4]

표 1 내지 표 4를 참조하면, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조되는 시편들의 경우, 목표값에 해당하는 인장강도(TS) : 535 ~ 760MPa, 항복점(YP) : 450 ~ 600MPa, 항복비 : 93% 이하, 연신율(EL) : 26% 이상, 경도 : 185 ~ 248Hv, -20℃에서의 충격 흡수에너지 : 45J 이상 및 -20℃에서의 연성파면율(DWTT) : 85% 이상을 모두 만족하는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들의 경우, 목표값에 해당하는 CLR(Crack Length Ratio) : 15% 이하, CTR(Crack Thickness Ratio) : 5% 이하 및 CSR(Crack Sensitivity Ratio) : 1.5% 이하를 모두 만족하는 것을 알 수 있다.

반면, 실시예 1과 비교하여 대부분의 합금 성분은 유사한 함량으로 첨가되나, 몰리브덴(Mn)이 첨가되지 않으며, FCT 및 냉각속도가 본 발명에서 제시하는 범위를 만족하지 못하는 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 시편들의 경우, 대부분의 기계적 물성은 목표값을 만족하였으나, 경도 및 연성파면율(DWTT)이 목표값에 미달하는 것을 알 수 있다. 또한, 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 시편들의 경우, CLR(Crack Length Ratio) 및 CTR(Crack Thickness Ratio)은 목표값을 만족하였으나, CSR(Crack Sensitivity Ratio)이 목표값에 미달하는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 1 ~ 3에 따라 제조된 시편들의 경우, 탄소당량(Ceq)이 목표값에 해당하는 0.35 이하를 모두 만족하고 있는데 반해, 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 시편들의 경우, 탄소당량(Ceq)이 목표값을 상향하는 것을 확인할 수 있다.

한편, 도 2는 실시예 1 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 시편들의 1/4t 지점에 대한 미세조직을 나타낸 사진이고, 도 3은 실시예 1 및 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 시편들의 1/2t 지점에 대한 미세조직을 나타낸 사진이다.

도 2의 (a) 및 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따라 제조된 시편은 두께 방향(1/4t, 1/2t)과 무관하게 최종 미세조직이 침상형 페라이트(AF), 폴리고날 페라이트(PF) 및 베이나이트(B)를 포함하는 복합 조직을 갖는 것을 확인할 수 있다.

반면, 도 2의 (b) 및 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 비교예 1에 따라 제조된 시편은 두께 방향(1/4t, 1/2t)과 무관하게 침상형 페라이트(AF), 폴리고날 페라이트(PF), 펄라이트(P) 및 베이나이트(B)를 포함하는 복합 조직을 갖는 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 2의 (c) 및 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 비교예 2에 따라 제조된 시편은 두께 방향(1/4t, 1/2t)과 무관하게 침상형 페라이트(AF), 폴리고날 페라이트(PF) 및 펄라이트(P)를 포함하는 복합 조직을 갖는 것을 확인할 수 있다. 미세조직 사진들에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1 ~ 2에 따라 제조된 시편들의 경우, 베이나이트(B) 조직 대비 폴리고날 페라이트(PF) 조직이 소량으로 생성되어, 본 발명에서 제시하는 기계적 물성을 만족하지 못하는 것을 확인하였다.

한편, 도 4는 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 시편들에 대한 냉각속도에 따른 연성파면율 변화를 나타낸 그래프이다. 이때, 연성파면율(DWTT)은 라인파이프용 강판의 균열전파 정지특성을 나타내며, 85% 이상을 만족하여야 합격으로 판정하고 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 30℃/sec의 속도로 냉각을 실시한 실시예 1(△)의 경우, 저온 영역에서의 연성파면율(DWTT)이 전반적으로 우수한 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. 이와 달리, 10℃/sec의 속도로 냉각을 실시한 비교예 1(○)의 경우, 0℃에서의 연성파면율은 목표값을 만족하였으나, 대략 -10℃ 이하에서부터 연성파면율(DWTT) 값이 급격히 저하되는 것을 확인할 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.

S110 : 슬라브 재가열 단계
S120 : 1차 압연 단계
S130 : 2차 압연 단계
S140 : 냉각 단계

Claims

(a) 중량%로, C : 0.05 ~ 0.10%, Si : 0.15 ~ 0.25%, Mn : 1.2 ~ 1.5%, P : 0.001 ~ 0.01%, S : 0.0001 ~ 0.001%, S_Al : 0.02 ~ 0.04%, Cu : 0.1 ~ 0.4%, Nb : 0.02 ~ 0.04%, Cr : 0.1 ~ 0.2%, Ni : 0.1 ~ 0.3%, Ti : 0.005 ~ 0.015%, V : 0.03 ~ 0.06%, Mo : 0.02 ~ 0.04%, Ca : 0.0001 ~ 0.0020% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 슬라브 판재를 재가열하는 단계;
(b) 상기 재가열된 판재를 오스테나이트 재결정영역에서 1차 압연하는 단계;
(c) 상기 1차 압연된 판재를 FRT(Finish Rolling Temperature) : 810 ~ 920℃ 조건으로 2차 압연하는 단계; 및
(d) 상기 2차 압연된 판재를 FCT(Finish Cooling Temperature) : 450 ~ 500℃ 조건으로 냉각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 슬라브 판재는
하기 수학식 1을 만족하는 범위에서 탄소(C), 망간(Mn), 구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V)을 포함하는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강판 제조 방법.

수학식 1 : [C] + [Mn/6] + [(Cu + Ni)/15] + [(Cr + Mo + V)/5] ≤ 0.35
(여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서,
상기 냉각은
상기 2차 압연된 판재를 SCT(Start Cooling Temperature) : 730 ~ 760℃ 조건으로 실시하는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강판 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (d) 단계에서,
상기 냉각은
15 ~ 30℃/sec의 속도로 실시하는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강판 제조 방법.
중량%로, C : 0.05 ~ 0.10%, Si : 0.15 ~ 0.25%, Mn : 1.2 ~ 1.5%, P : 0.001 ~ 0.01%, S : 0.0001 ~ 0.001%, S_Al : 0.02 ~ 0.04%, Cu : 0.1 ~ 0.4%, Nb : 0.02 ~ 0.04%, Cr : 0.1 ~ 0.2%, Ni : 0.1 ~ 0.3%, Ti : 0.005 ~ 0.015%, V : 0.03 ~ 0.06%, Mo : 0.02 ~ 0.04%, Ca : 0.0001 ~ 0.0020% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어지며,
최종 미세조직이 침상형 페라이트(accicular ferrite), 폴리고날 페라이트(polygonal ferrite) 및 베이나이트(bainite)를 포함하는 복합 조직을 가지며, 인장강도(TS) : 535 ~ 760MPa, 항복점(YP) : 450 ~ 600MPa 및 항복비 : 93% 이하를 갖는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강판.
제5항에 있어서,
상기 강판은
하기 수학식 1을 만족하는 범위에서 탄소(C), 망간(Mn), 구리(Cu), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V)을 포함하는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강판.

수학식 1 : [C] + [Mn/6] + [(Cu + Ni)/15] + [(Cr + Mo + V)/5] ≤ 0.35
(여기서, [ ]는 각 원소의 중량%)
제5항에 있어서,
상기 강판은
연신율(EL) : 26% 이상 및 경도 : 185 ~ 248Hv를 갖는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강판.
제5항에 있어서,
상기 강판은
-20℃에서의 충격 흡수에너지 : 45J 이상 및 -20℃에서의 연성파면율(DWTT) : 85% 이상을 갖는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강판.