KR101799714B1

KR101799714B1 - 강관

Info

Publication number: KR101799714B1
Application number: KR1020167017291A
Authority: KR
Inventors: 요스케 기요타; 다카아키 후쿠시; 히데유키 나카무라
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2014-02-04
Filing date: 2014-02-04
Publication date: 2017-11-20
Also published as: CN105899698B; CN105899698A; WO2015118610A1; US20160319404A1; JP5610108B1; EP3088553A4; US10167538B2; JPWO2015118610A1; KR20160091986A; EP3088553A1

Abstract

본 발명에서는, 질량％로, C: 0.06％∼0.25％, Si: 0.50％ 이하, Mn: 1.00％∼1.80％, P: 0.030％ 이하, S: 0.020％ 이하, Al: 0.08％ 이하, N: 0.008％ 이하, 및 Nb: 0.080％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 외표면에 있어서의 X선 법으로 측정된 압축 잔류 응력이, 250㎫ 이상이고, 외표면으로부터 깊이 1㎜의 위치에 있어서의 X선 법으로 측정된 압축 잔류 응력이, 상기 외표면에 있어서의 X선 법으로 측정된 압축 잔류 응력의 70％ 이상인 강관이 제공된다.

Description

강관 {STEEL PIPE}

본 발명은, 강관에 관한 것이다.

일반적으로, 강관에 대해 내압이 반복하여 부하됨으로써, 강관의 피로 파괴(이하, 「내압 피로 파괴」라고도 함)가 발생하는 경우가 있다. 이러한 내압 피로 파괴를 억제하기 위해, 강관에 대해 내압 피로 특성의 향상이 요구되는 경우가 있다.

종래부터 강관의 내압 피로 특성을 향상시키기 위해, 다양한 기술이 검토되고 있다.

예를 들어, 내압 피로 특성이 우수한 실린더 튜브용 강관을 제조하는 방법으로서, 강관을 인발하여 실린더 튜브용 강관을 제조할 때, 인발 후에 300℃∼350℃에서 열처리하는 실린더 튜브용 강관의 제조 방법이 알려져 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 평4-183820호 공보 참조).

또한, 강관의 피로 특성을 향상시키기 위해, 강관의 잔류 응력을 저감시키는 기술도 알려져 있다. 예를 들어, 잔류 응력이 저감되고, 피로 강도가 우수한 실린더용 강관을 제조하는 방법으로서, 원 강관의 양단부를 척하여 회전시키면서 일방향으로 이동시켜, 가공 부분을 가열하면서 롤을 압박하여, 외경을 일정하게 가공하는 실린더용 강관의 제조법이 알려져 있다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2003-103329호 공보 참조).

그러나, 강관의 내압 피로 특성을 더욱 향상시키는 것이 요구되고 있다.

특히, 강관은, 내부로부터보다 외부로부터 흠집을 받는 경우가 많으므로, 내압 피로 특성을 더욱 효과적으로 향상시키기 위해서는, 외부로부터 받는 흠집을 기점으로 한 내압 피로 파괴를 억제하는 것이 중요하다.

외부로부터 받는 흠집을 기점으로 한 내압 피로 파괴를 억제하기 위해서는, 강관의 외표면 및 그 근방의 압축 잔류 응력을 높이는 것이 유효하다.

강관의 외표면의 압축 잔류 응력을 높이는 방법으로서는, 강관의 외표면에, 숏 블라스트 가공이나 바니싱 가공 등을 실시하는 방법이 생각된다.

그러나, 이들 방법에서는, 외표면을 포함하는 극표층부의 압축 잔류 응력이 높아지는 것에 불과하므로, 외부로부터 받는 흠집을 기점으로 한 피로 파괴를 억제할 수 없는 경우가 있다. 예를 들어, 강관이 깎이거나 하여 외표면이 제거되고, 또한 외표면이 제거된 영역 내에 흠집이 발생한 경우에는, 이 흠집을 기점으로 한 내압 피로 파괴가 발생하기 쉬워진다. 또한, 강관에 대해 외표면으로부터 내부에까지 이르는 깊이의 흠집이 가해진 경우에도, 이 흠집을 기점으로 한 내압 피로 파괴가 발생하기 쉬워진다.

본 발명은 상기한 사정에 비추어 이루어진 것이며, 내압 피로 특성이 우수한 강관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는, 강관의 내압 피로 특성을 향상시키기 위해서는, 강관의 외표면뿐만 아니라 외표면 근방의 압축 잔류 응력을 높이는 것이 유효한 것을 발견하고, 본 발명을 완성시켰다.

즉, 상기 과제를 해결하기 위한 구체적 수단은 이하와 같다.

<1> 질량％로,

C: 0.06％∼0.25％,

Si: 0.50％ 이하,

Mn: 1.00％∼1.80％,

P: 0.030％ 이하,

S: 0.020％ 이하,

Al: 0.08％ 이하,

N: 0.008％ 이하, 및

Nb: 0.080％ 이하를 함유하고,

잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,

외표면에 있어서의 X선 법으로 측정된 압축 잔류 응력이, 250㎫ 이상이고,

외표면으로부터 깊이 1㎜의 위치에 있어서의 X선 법으로 측정된 압축 잔류 응력이, 상기 외표면에 있어서의 X선 법으로 측정된 압축 잔류 응력의 70％ 이상인 강관.

<2> 질량％로,

V: 0.080％ 이하,

Ti: 0.030％ 이하,

Cu: 0.50％ 이하,

Ni: 0.50％ 이하,

Cr: 0.50％ 이하,

Mo: 0.50％ 이하,

B: 0.0040％ 이하,

Ca: 0.005％ 이하, 및

REM: 0.005％ 이하 중 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 <1>에 기재된 강관.

<3> 두께가 7㎜∼17㎜이고, 외경에 대한 두께의 비〔두께/외경〕가 0.07∼0.12인 <1> 또는 <2>에 기재된 강관.

<4> 전체 두께 시험편에 대해 관축 방향 인장 시험을 행하였을 때, 인장 강도에 대한 항복 강도의 비율이 80％ 이상이고, 또한 항복 연신이 나타나는 <1>∼<3> 중 어느 한 항에 기재된 강관.

<5> 전봉 강관인 <1>∼<4> 중 어느 한 항에 기재된 강관.

본 발명에 따르면, 내압 피로 특성이 우수한 강관이 제공된다.

도 1은 강관의 외표면의 잔류 응력과, 강관의 부하 응력 400㎫에서의 파단 반복 수의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 명세서 중에서는, 압축 잔류 응력을 음(-)의 잔류 응력으로서 표기하는 경우가 있고, 인장 잔류 응력을 양(+)의 잔류 응력으로서 표기하는 경우가 있다. 즉, 본 명세서 중에 있어서, 「압축 잔류 응력이 크다」라 함은, 잔류 응력이 음의 값이고, 또한 잔류 응력의 절대값이 큰 것을 의미한다. 예를 들어, 「압축 잔류 응력이 250㎫ 이상」은, 「잔류 응력이 -250㎫ 이하」와 동의이다.

또한, 본 명세서 중에 있어서, 「잔류 응력이 크다」라 함은, 잔류 응력의 절대값이 큰 것을 의미한다.

또한, 본 명세서 중에 있어서, 「압축 잔류 응력」 및 「잔류 응력」은, 특별히 언급이 없는 한, 각각, X선 법에 의해 측정된 압축 잔류 응력 및 X선 법에 의해 측정된 잔류 응력을 가리킨다.

또한, 본 명세서 중에 있어서, 「∼」를 이용하여 나타내어지는 수치 범위는, 「∼」의 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 범위를 의미한다.

이하, 본 발명의 강관에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명의 강관은, 질량％로, C: 0.06％∼0.25％, Si: 0.50％ 이하, Mn: 1.00％∼1.80％, P: 0.030％ 이하, S: 0.020％ 이하, Al: 0.08％ 이하, N: 0.008％ 이하, 및 Nb: 0.080％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 외표면에 있어서의 X선 법으로 측정된 압축 잔류 응력이, 250㎫ 이상이고, 외표면으로부터 깊이 1㎜의 위치에 있어서의 X선 법으로 측정된 압축 잔류 응력이, 상기 외표면에 있어서의 X선 법으로 측정된 압축 잔류 응력의 70％ 이상이다.

본 명세서 중에서는, 외표면에 있어서의 압축 잔류 응력에 대한, 외표면으로부터 깊이 1㎜의 위치에 있어서의 압축 잔류 응력의 비율(％)을, 비율 C라고 정의한다. 즉, 비율 C는, 하기 식 1에 의해 정의된다.

본 발명에 있어서, 비율 C는, 70％ 이상이다.

본 발명의 강관에서는, 강관의 조성을 상술한 조성으로 함으로써, 내압 피로 특성 향상을 위한 베이스로 되는 강도가 확보된다. 본 발명의 강관의 조성에 대해서는 후술한다.

또한, 본 발명의 강관에서는, 강관의 조성을 상기 조성으로 한 후, 외표면(외주면)의 압축 잔류 응력 및 비율 C를 상술한 범위로 한다. 이에 의해, 외부로부터 받는 흠집을 기점으로 하는 내압 피로 파괴가 억제된다.

이상에 의해, 본 발명의 강관에 의하면, 내압 피로 특성이 향상된다.

그런데, 일반적으로, 강관에 있어서, 외표면의 잔류 응력을 압축 잔류 응력으로 한 경우에는, 외표면(외주면)과 내표면(내주면)에서 잔류 응력의 밸런스를 유지하기 위해, 내표면의 잔류 응력이 인장 잔류 응력으로 되는 경향이 있다. 이로 인해, 외표면의 압축 잔류 응력이 커짐에 따라 내표면의 인장 잔류 응력이 커지는 경향이 있다.

그러나, 강관의 내표면은, 두께 분만큼 외표면보다 잔류 응력(절대값)이 작아진다. 이 경향은, 두께가 7㎜ 이상인 것, 및 비〔두께/외경〕가 0.07 이상인 것 중 적어도 한쪽을 만족시키는 경우에 더욱 현저하다. 게다가, 강관의 내표면은 강관의 외표면에 비해 흠집이 생기기 어렵다.

이들의 이유에 의해, 외표면의 압축 잔류 응력을 상기한 바와 같이 크게 해도, 내표면에 받는 흠집을 기점으로 한 내압 피로 파괴는, 그다지 문제가 되지는 않는다.

따라서, 강관의 내압 피로 특성을 향상시키기 위해서는, 내표면에 받는 흠집을 기점으로 한 내압 피로 파괴에의 대책보다, 외표면에 받는 흠집을 기점으로 한 내압 피로 파괴에의 대책이 중요하다.

본 발명에 있어서, 외표면의 압축 잔류 응력은, 250㎫ 이상이다. 이에 의해, 외부로부터 받는 흠집을 기점으로 하는 내압 피로 파괴가 억제된다.

외표면의 압축 잔류 응력은, 350㎫ 이상이 바람직하고, 400㎫ 이상이 더욱 바람직하다.

외표면의 압축 잔류 응력의 상한에는 특별히 제한은 없지만, 내표면의 인장 잔류 응력을 더욱 저감시키는 관점에서, 외표면의 압축 잔류 응력은, 600㎫ 이하가 바람직하다.

또한, X선 법에 의한 압축 잔류 응력 250㎫는, 크램프톤법에 의한 압축 잔류 응력 150㎫에 상당하고, X선 법에 의한 압축 잔류 응력 430㎫는, 크램프톤법에 의한 압축 잔류 응력 300㎫에 상당하고, X선 법에 의한 인장 잔류 응력 120㎫는, 크램프톤법에 의한 인장 잔류 응력 100㎫에 상당한다.

X선 법에 의한 압축 잔류 응력의 측정은, 통상법에 따라서 행할 수 있다. 측정 방법의 일례는, 후술하는 〔실시예〕에 나타내는 바와 같다.

또한, 전술한 바와 같이, 본 발명에 있어서, 상기 비율 C는, 70％ 이상이다.

이에 의해, 외부로부터 받는 흠집을 기점으로 하는 내압 피로 파괴가 억제된다.

특히, 무언가의 원인에 의해 외표면이 박리된 경우나, 외표면으로부터 내부에까지 이르는 깊이의 흠집이 가해진 경우에 있어서도, 내압 피로 파괴를 억제할 수 있다.

비율 C는, 80％ 이상인 것이 바람직하고, 90％ 이상인 것이 더욱 바람직하다.

비율 C의 상한은, 원리적으로는 100％이다. 단, 외표면에 있어서의 측정 위치와, 깊이 1㎜의 위치에 있어서의 측정 위치가 축방향이나 주위 방향에 대해 상이한 경우 등에 있어서, 비율 C가 100％를 초과하는 경우가 있어도 된다.

본 발명에 의한 내압 피로 특성 향상의 효과는, 예를 들어 강관 원주 방향의 부하 응력 400㎫에서의 파단 반복 수에 기초하여 평가할 수 있다. 물론, 파단 반복 수가 클수록, 내압 피로 특성이 우수하다.

도 1은, 강관의 외표면의 잔류 응력과, 강관의 부하 응력 400㎫에서의 파단 반복 수의 관계를 나타내는 그래프이다.

이 그래프의 측정에서는, 먼저, 후술하는 강 No.2의 조성을 갖고, 또한 X선 법에 의한 외표면의 잔류 응력(도 1 중의 「외표면 잔류 응력」)이 도 1에 나타내는 값인 9종의 강관(9종의 전봉 강관)을 준비하였다. 외표면의 잔류 응력은, 후술하는 실시예에 있어서의 열처리의 조건을 변화시킴으로써 변화시켰다. 또한, X선 법에 의한 외표면의 잔류 응력의 측정은, 후술하는 실시예에 나타내는 방법으로 하였다.

다음으로, 상기 9종의 강관 각각에 대해 원주 방향으로 400㎫의 응력을, 주파수 0.8Hz로 반복하여 부하하여, 강관이 파단될 때까지의 응력의 반복 수[회]를 구하였다. 얻어진 반복 수[회]를, 도 1 중의 「부하 응력 400㎫에서의 파단 반복 수[회]」로 하였다. 이 반복 수의 측정은, 강관 온도가 상온(약 20℃)인 조건에서 행하였다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 외표면의 잔류 응력이 -250㎫ 이하(즉, 압축 잔류 응력이 250㎫ 이상)이면, 파단 반복 수[회]가 현저하게 증대되는 것, 즉, 강관의 내압 피로 특성이 현저하게 향상되는 것을 알 수 있었다.

본 발명의 강관의 두께는, 7㎜∼17㎜인 것이 바람직하다.

두께가 7㎜ 이상이면 내압에 대한 내성이 더욱 향상된다. 또한, 두께가 두꺼워지는 만큼, 내표면의 잔류 응력을 저감시킬 수 있으므로, 내표면에 받는 흠집을 기점으로 한 내압 피로 파괴가 더욱 억제된다.

두께의 상한값 17㎜는, 열연 강판을 구부려 강관으로 성형하기 위한 성형 능(특히, 본 발명의 강관이 전봉 강관인 경우의 성형능)을 고려한 상한값이다.

또한, 본 발명의 강관에 있어서, 외경에 대한 두께의 비〔두께/외경〕는, 0.07∼0.12인 것이 바람직하다.

비〔두께/외경〕가 0.07 이상이면, 내압에 대한 내성이 더욱 향상된다. 또한, 내표면의 잔류 응력을 저감시킬 수 있으므로, 내표면에 받는 흠집을 기점으로 한 내압 피로 파괴가 더욱 억제된다.

비〔두께/외경〕의 상한값 0.12는, 열연 강판을 구부려 강관으로 성형하기 위한 성형능(특히, 본 발명의 강관이 전봉 강관인 경우의 성형능)을 고려한 상한값이다.

본 발명의 강관은, 두께가 7㎜∼17㎜이고, 또한 비〔두께/외경〕가 0.07∼0.12인 것이 특히 바람직하다.

또한, 본 명세서 중에서는, 외경, 두께 및 비〔두께/외경〕를, 각각, 외경 D, 두께 t 및 비율〔t/D〕라고 칭하는 경우가 있다.

또한, 본 발명의 강관은, 내압 피로 특성을 더욱 향상시키는 점에서, 전체 두께 시험편에 대해 관축 방향 인장 시험을 행하였을 때, 인장 강도에 대한 항복 강도의 비율(이하, 「항복비」라고도 함)이 80％ 이상이고, 또한 항복 연신이 나타나는 것이 바람직하다.

여기서, 항복비가 80％ 이상이고, 또한 항복 연신이 나타난다고 하는 성질은, 후술하는 열처리가 실시된 강관에 특유의 성질이다.

항복비가 80％ 이상이면, 더욱 넓은 탄성 영역이 확보된다. 또한, 항복 연신이 나타나면, 내압 피로 시에 있어서도 파단에 이르기 어렵다. 또한, 항복비의 상한값은, 원리적으로는 100％이다.

본 발명의 강관의 종류에는 특별히 제한은 없고, 전봉 강관 등의 용접 강관이어도 되고, 시임리스 강관이어도 된다.

치수 정밀도나 제조 비용 등의 관점에서, 본 발명의 강관은, 전봉 강관인 것이 바람직하다.

상술한 본 발명의 강관(특히, 전체 두께 시험편에 대해 관축 방향 인장 시험을 행하였을 때, 항복비가 80％ 이상이고, 또한 항복 연신이 나타나는 강관)은, 예를 들어 조관 후, 아직 열처리가 실시되어 있지 않은 강관(이하, 「조관 그대로의 강관」이라고도 함)의 전체를 Ac1점 이하의 온도로 가열하고, 가열된 강관의 외표면을 급냉함으로써 제조될 수 있다. 본 명세서 중에서는, 상기 가열의 개시로부터 상기 냉각의 종료(정지)까지의 프로세스를, 「열처리」라고 하는 경우가 있다.

상기 급냉에 의해, 외표면 및 내표면의 온도차를 발생시킬 수 있고, 이 온도차에 의해, 외표면에 큰 압축 잔류 응력을 발생시킬 수 있다고 생각된다. 이 급냉에 의한 효과는, 두께가 7㎜ 이상인 것, 및 비〔두께/외경〕가 0.07 이상인 것 중 적어도 한쪽을 만족시키는 경우에, 더욱 효과적으로 발휘된다.

외표면의 급냉은, 예를 들어 외표면의 주위로부터 외표면에 대해, 스프레이 노즐 등에 의해 냉각 용매를 분사함으로써 행할 수 있다. 이때, 열처리의 온도, 냉각 개시 온도, 냉각 속도 등을 조정함으로써, 외표면에 있어서의 압축 잔류 응력 및 비율 C를 조정할 수 있다. 예를 들어, 냉각 속도가 상승할수록, 외표면에 있어서의 압축 잔류 응력도 상승하는 경향이 된다.

또한, 조관 후이며 가열 전의 강관(조관 그대로의 강관)에는, 냉간 인발 등의 그 밖의 가공이 실시되어 있어도 된다.

또한, 본 발명의 강관의 용도에는 특별히 제한은 없다. 본 발명의 강관은, 우수한 내압 피로 특성이 요구되는 모든 용도에 사용할 수 있다.

본 발명의 강관의 예로서, 실린더용 강관, 제진 댐퍼용 강관, 내진 댐퍼용 강관, 유압 배관 등을 들 수 있다.

특히, 본 발명의 강관이 실린더용 강관인 경우에, 내압 피로 특성을 향상시키는 의의가 크다.

실린더용 강관으로서는, 유압 등에 의해 신축하는 실린더의 외통에 적용되는 실린더용 강관이 바람직하다. 실린더로서는, 예를 들어 유압 셔블의 버킷, 아암, 붐 등의 구동계 주위의 실린더를 들 수 있다.

다음으로, 본 발명의 강관의 조성에 대해 설명한다.

이하에 있어서, 강관 중에 있어서의 원소의 함유량을 나타내는 「％」는, 「질량％」이다.

또한, 각 원소에 대해, 단순히 「함유량」이라고 할 때에는, 강관 중에 있어서의 함유량을 가리킨다.

본 발명의 강관은, 전술한 바와 같이, C: 0.06％∼0.25％, Si: 0.50％ 이하, Mn: 1.00％∼1.80％, P: 0.030％ 이하, S: 0.020％ 이하, Al: 0.08％ 이하, N: 0.008％ 이하, 및 Nb: 0.080％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물이다.

이하, 각 원소 및 함유량, 및 불가피적 불순물에 대해 설명한다.

<C: 0.06％∼0.25％>

C(탄소)는, 강관의 강도의 향상에 유효한 원소이다.

본 발명의 강관에 있어서의 C의 함유량은, 0.06％ 이상이다. 이에 의해, 내압 피로 특성 향상의 베이스로 되는 강관의 강도가 확보된다.

한편, C의 함유량이 지나치게 많으면, 강관의 강도가 지나치게 높아져, 인성이 열화된다. 이로 인해, C의 함유량의 상한은 0.25％이다.

<Si: 0.50％ 이하>

Si(규소)는, 탈산제로서 유효하다.

그러나, Si의 함유량이 지나치게 많으면, 저온 인성이 손상되고, 또한 본 발명의 강관이 전봉 강관인 경우에는, 전봉 용접성이 손상된다. 이로 인해, Si의 함유량의 상한은 0.50％이다. Si의 함유량은, 0.40％ 이하가 바람직하고, 0.30％ 이하가 더욱 바람직하다.

한편, 탈산제로서의 효과가 더욱 효과적으로 얻어지는 점에서, Si의 함유량은, 0.01％ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 고용 강화에 의해 강관의 강도가 더욱 높아지는 점에서, Si의 함유량은, 0.05％ 이상이 바람직하고, 0.10％ 이상이 더욱 바람직하다.

또한, Si는, 강 중에 의도적으로 함유시키는 경우뿐만 아니라, 강 중에 불순물로서 혼입되는 경우도 있을 수 있다. Si가 강 중에 불순물로서 혼입되는 경우, Si의 함유량은 적은 편이 바람직하므로, Si의 함유량의 하한에는 특별히 제한은 없다.

<Mn: 1.00％∼1.80％>

Mn(망간)은, 강의 켄칭성을 높임으로써 강을 고강도화하는 원소이다.

본 발명의 강관 중에 있어서의 Mn(망간)의 함유량은, 높은 강도를 확보하는 점에서, 1.00％ 이상이다. Mn의 함유량은, 1.10％ 이상인 것이 바람직하고, 1.20％ 이상인 것이 더욱 바람직하다.

그러나, Mn의 함유량이 지나치게 많으면, 마르텐사이트의 생성이 조장되어, 인성이 열화된다. 이로 인해, Mn의 함유량의 상한은 1.80％이다.

<P: 0.030％ 이하>

P(인)는, 불순물이다.

P의 함유량의 저감에 의해, 인성이 향상되므로, P의 함유량의 상한은 0.030％이다. P의 함유량은 0.018％ 이하가 바람직하다.

P의 함유량은 적은 편이 바람직하므로, P의 함유량의 하한에는 특별히 제한은 없다. 단, 특성과 비용의 밸런스의 관점에서, 통상은, P의 함유량은 0.001％ 이상이다.

<S: 0.020％ 이하>

S(황)는, 불순물이다.

S의 함유량의 저감에 의해, 열간 압연에 의해 연신화하는 MnS를 저감시켜, 인성을 향상시킬 수 있으므로, S의 함유량의 상한은 0.020％이다. S의 함유량은, 0.008％ 이하가 바람직하고, 0.005％ 이하가 더욱 바람직하다.

S의 함유량은 적은 편이 바람직하므로, S의 함유량의 하한에는 특별히 제한은 없다. 단, 특성과 비용의 밸런스의 관점에서, 통상은, S의 함유량은 0.0001％ 이상이다.

<Al: 0.08％ 이하>

Al(알루미늄)은, 탈산제로서 유효한 원소이다.

그러나, Al의 함유량이 지나치게 많으면, 개재물이 증가하여, 연성이나 인성이 손상된다. 이로 인해, Al의 함유량의 상한은 0.08％이다.

한편, 탈산제로서의 효과를 더욱 효과적으로 얻는 점에서, Al의 함유량은 0.001％ 이상이 바람직하고, 0.005％ 이상이 더욱 바람직하고, 0.01％ 이상이 특히 바람직하다.

또한, Al은, 강 중에 의도적으로 함유시키는 경우뿐만 아니라, 강 중에 불순물로서 혼입되는 경우도 있을 수 있다. Al이 강 중에 불순물로서 혼입되는 경우, Al의 함유량은 적은 편이 바람직하므로, Al의 함유량의 하한에는 특별히 제한은 없다.

<N: 0.008％ 이하>

N(질소)은, 강 중에 불가피적으로 존재하는 원소이다.

그러나, N의 함유량이 지나치게 많으면, AlN 등의 개재물이 과도하게 증대되어 표면 흠집, 인성 열화 등의 폐해가 발생할 우려가 있다. 이로 인해, N의 함유량의 상한은 0.008％이다. N의 함유량은, 0.007％ 이하가 바람직하고, 0.006％ 이하가 특히 바람직하다.

한편, N의 함유량의 하한에는 특별히 제한은 없지만, 탈N(탈질)의 비용이나 경제성을 고려하면, N의 함유량은 0.002％ 이상이 바람직하다.

<Nb: 0.080％ 이하>

Nb(니오븀)는, 재결정 온도를 저하시키는 원소이며, 열간 압연을 행할 때, 오스테나이트의 재결정을 억제하여 조직의 미세화에 기여하는 원소이다.

그러나, Nb의 함유량이 지나치게 많으면, 조대한 석출물에 의해 인성이 열화된다. 이로 인해, Nb의 함유량의 상한은 0.080％이다. Nb의 함유량은, 0.070％ 이하가 바람직하고, 0.050％ 이하가 더욱 바람직하다.

한편, 조직 미세화 효과를 더욱 확실하게 얻는 점에서, Nb의 함유량은, 0.008％ 이상이 바람직하고, 0.010％ 이상이 더욱 바람직하고, 0.015％ 이상이 특히 바람직하다.

<불가피적 불순물>

본 발명에 있어서, 불가피적 불순물이라 함은, 원재료에 포함되는 성분, 또는 제조 과정에서 혼입되는 성분이며, 의도적으로 강에 함유시킨 것은 아닌 성분을 가리킨다.

불가피적 불순물로서, 구체적으로는, O(산소), Sb(안티몬), Sn(주석), W(텅스텐), Co(코발트), As(비소), Mg(마그네슘), Pb(납), Bi(비스무트), B(붕소), H(수소)를 들 수 있다.

이 중, O는 함유량 0.006％ 이하로 되도록 제어하는 것이 바람직하다.

또한, 그 밖의 원소에 대해, 통상, Sb, Sn, W, Co 및 As에 대해서는 함유량 0.1％ 이하의 혼입이, Mg, Pb 및 Bi에 대해서는 함유량 0.005％ 이하의 혼입이, B 및 H에 대해서는 함유량 0.0004％ 이하의 혼입이 각각 있을 수 있지만, 그 밖의 원소의 함유량에 대해서는, 통상의 범위이면, 특별히 제어할 필요는 없다.

또한, 본 발명의 강관은, 선택적으로, V: 0.080％ 이하, Ti: 0.030％ 이하, Cu: 0.50％ 이하, Ni: 0.50％ 이하, Cr: 0.50％ 이하, Mo: 0.50％ 이하, B: 0.0040％ 이하, Ca: 0.005％ 이하, 및 REM: 0.005％ 이하 중 1종 또는 2종 이상을 더 함유하고 있어도 된다.

이들 원소는, 강 중에 의도하여 함유시키는 경우 이외에도, 강 중에 불가피적 불순물로서 혼입되는 경우도 있을 수 있다. 따라서, 이들 원소의 함유량의 하한에는 특별히 제한은 없다.

이하, 이들 원소, 및 본 발명의 강관이 이들 원소를 함유하는 경우의 바람직한 함유량에 대해 설명한다.

<V: 0.080％ 이하>

V(바나듐)는, 탄화물, 질화물을 생성하여, 석출 강화에 의해 강의 강도를 향상시키는 원소이다.

그러나, V의 함유량이 지나치게 많으면, 탄화물 및 질화물이 조대화되어, 인성의 열화를 초래할 우려가 있다. 이로 인해, V의 함유량은 0.080％ 이하가 바람직하고, 0.060％ 이하가 더욱 바람직하다.

한편, 강관의 강도를 더욱 향상시키는 점에서, V의 함유량은 0.010％ 이상이 바람직하다.

<Ti: 0.030％ 이하>

Ti(티타늄)는, 미세한 질화물(TiN)을 형성하고, 슬래브 가열 시의 오스테나이트립의 조대화를 억제하여 조직의 미세화에 기여하는 원소이다.

그러나, Ti의 함유량이 지나치게 많으면, TiN의 조대화나, TiC에 의한 석출경화가 발생하여, 인성이 열화될 우려가 있다. 이로 인해, Ti의 함유량은, 0.030％ 이하가 바람직하고, 0.025％ 이하가 더욱 바람직하고, 0.020％ 이하가 특히 바람직하다.

한편, 조직의 미세화에 의해 인성을 더욱 향상시키는 관점에서는, Ti의 함유량은, 0.008％ 이상이 바람직하고, 0.010％ 이상이 더욱 바람직하다.

<Cu: 0.50％ 이하>

Cu(구리)는, 강의 켄칭성을 높임으로써 강을 고강도화하는 원소이다. 또한, Cu는, 고용 강화에 기여하는 원소이기도 하다.

그러나, Cu의 함유량이 지나치게 많으면, 강관의 표면 성상이 손상되는 경우가 있다. 이로 인해, Cu의 함유량은 0.50％ 이하가 바람직하고, 0.30％ 이하가 더욱 바람직하다.

한편, Cu의 함유량은, 0.05％ 이상이 바람직하다.

또한, 강관이 Cu를 함유하는 경우는, 표면 성상 열화 방지의 관점에서, 동시에 Ni를 함유하는 것이 바람직하다.

<Ni: 0.50％ 이하>

Ni(니켈)는, 강의 켄칭성을 높임으로써 강을 고강도화하는 원소이다. 또한, Ni는, 인성의 향상에 기여하는 원소이기도 하다.

그러나, Ni는 고가의 원소이므로, 경제성의 점에서, Ni의 함유량은 0.50％ 이하가 바람직하고, 0.30％ 이하가 더욱 바람직하다.

한편, 인성을 더욱 향상시키는 관점에서, Ni의 함유량은 0.05％ 이상인 것이 바람직하다.

<Cr: 0.50％ 이하>

Cr(크롬)은, 강도의 향상에 유효한 원소이다.

그러나, Cr의 함유량이 지나치게 많으면, 전봉 용접성이 열화되는 경우가 있으므로, Cr의 함유량은, 0.50％ 이하가 바람직하고, 0.20％ 이하가 더욱 바람직하다.

한편, 강관의 강도를 더욱 향상시키는 점에서, Cr의 함유량은 0.05％ 이상이 바람직하다.

<Mo: 0.50％ 이하>

Mo(몰리브덴)는, 강의 고강도화에 기여하는 원소이다.

그러나, Mo는 고가의 원소이므로, 경제성의 점에서, Mo의 함유량은 0.50％ 이하가 바람직하고, 0.30％ 이하가 더욱 바람직하고, 0.10％ 이하가 특히 바람직하다.

한편, Mo의 함유량은, 0.05％ 이상이 바람직하다.

<B: 0.0040％ 이하>

B(붕소)는, 미량의 함유에 의해 강의 켄칭성을 현저하게 높여 강의 고강도화에 기여하는 원소이다.

그러나, B는, 함유량 0.0040％를 초과하여 함유시켜도 켄칭성의 가일층의 향상은 일어나지 않을 뿐만 아니라, 석출물을 생성하여 인성을 열화시킬 가능성이 있으므로, B의 함유량의 상한은 0.0040％가 바람직하다. 한편, B는 원료 불순물로부터 혼입되는 경우가 있지만, 켄칭성의 효과를 충분히 얻기 위해서는, B의 함유량은, 0.0004％ 이상인 것이 바람직하다.

<Ca: 0.005％ 이하>

Ca(칼슘)는, 황화물계 개재물의 형태를 제어하고, 저온 인성을 향상시키고, 또한 전봉 용접부의 산화물을 미세화하여 전봉 용접부의 인성을 향상시키는 원소이다.

그러나, Ca의 함유량이 지나치게 많으면, 산화물 또는 황화물이 커져 인성에 악영향을 미칠 우려가 있다. 이로 인해, Ca의 함유량은, 0.005％ 이하인 것이 바람직하다.

한편, Ca의 함유량은, 0.001％ 이상인 것이 바람직하다.

<REM: 0.005％ 이하>

본 명세서 중에 있어서, 「REM」이라 함은 희토류 원소를 의미하고, Sc(스칸듐), Y(이트륨), La(란탄), Ce(세륨), Pr(프라세오디뮴), Nd(네오디뮴), Pm(프로메튬), Sm(사마륨), Eu(유로퓸), Gd(가돌리늄), Tb(테르븀), Dy(디스프로슘), Ho(홀뮴), Er(에르븀), Tm(툴륨), Yb(이테르븀) 및 Lu(루테튬)를 포함하는 17종의 원소의 총칭이다.

또한, 「REM: 0.005％ 이하」라 함은, 상기 17종의 원소 중 적어도 1종을 함유하고, 또한 이들 17종의 원소의 합계 함유량이 0.005％ 이하인 것을 가리킨다.

REM은, 황화물계 개재물의 형태를 제어하고, 저온 인성을 향상시키고, 또한 전봉 용접부의 산화물을 미세화하여 전봉 용접부의 인성을 향상시키는 원소이다.

그러나, REM의 함유량이 지나치게 많으면, 산화물 또는 황화물이 커져 인성에 악영향을 미칠 우려가 있다. 이로 인해, REM의 함유량은, 0.005％ 이하인 것이 바람직하다.

한편, REM의 함유량은, 0.001％ 이상인 것이 바람직하다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

〔실시예 1∼16, 비교예 1∼5〕

하기 표 1 중의 「강 No.1∼No.5」로 나타내어지는 조성이며, 하기 표 2에 나타내는 외경 D, 두께 t, 비율〔t/D〕의 전봉 강관(조관 그대로의 전봉 강관)을 준비하였다.

또한, 전봉 강관의 조성 중, 표 1 중에 나타내어진 원소 이외의 성분(잔부)은, Fe(철) 및 불가피적 불순물이다.

또한, 강 No.5에 있어서의 「REM」은, 구체적으로는, La(란탄)이다.

또한, 가열로, 균열로 및 급수냉 장치를 순차 구비한 열처리 장치를 준비하였다.

이 열처리 장치는, 열처리의 대상으로 되는 강관이 그 관축 방향을 따라 반송되고, 이 강관이, 가열로, 균열로 및 급수냉 장치를 순차 통과하도록 구성되어 있다.

여기서, 급수냉 장치는, 강관의 외표면(외주면)의 주위로부터 이 외표면 전체에 대해 냉각수를 분사하기 위한 스프레이 노즐을 구비하고 있다.

또한, 열처리 장치에 있어서, 균열로와 급수냉 장치의 사이에는, 강관의 냉각 개시 온도를 측정하기 위한 방사 온도계 A가 구비되어 있고, 급수냉 장치로부터 보아 강관의 반송 방향 하류 측에는, 강관의 냉각 정지 온도를 측정하기 위한 방사 온도계 B가 구비되어 있다.

또한, 균열로에는, 노 내의 분위기 온도를 측정하기 위한 열전대가 구비되어 있다.

<열처리>

상기 전봉 강관을, 상기 열처리 장치의 가열로, 균열로 및 급수냉 장치에 순차 통과시킴으로써, 상기 전봉 강관에 열처리(가열 및 급냉)를 실시하였다. 이때의, 가열 온도, 냉각 개시 온도, 냉각 속도 및 냉각 정지 온도는, 하기 표 2에 나타내는 바와 같다. 또한, 본 실시예에 있어서, 「열처리」라 함은, 가열 개시로부터 냉각 정지까지의 프로세스를 가리킨다.

여기서, 가열 온도는, 균열로에 구비된 열전대에 의해 측정하고, 냉각 개시 온도는, 균열로와 급수냉 장치의 사이에 구비된 방사 온도계 A에 의해 측정하고, 냉각 정지 온도는, 급수냉 장치로부터 보아 강관의 반송 방향 하류 측에 구비된 방사 온도계 B에 의해 측정하였다. 냉각 속도는, 냉각 개시 온도, 냉각 정지 온도, 방사 온도계 A와 방사 온도계 B의 거리 및 강관의 반송 속도에 기초하여 산출하였다.

<잔류 응력의 측정>

열처리 후의 전봉 강관에 대해, X선 법에 의해, 잔류 응력을 측정하였다.

잔류 응력의 측정은, 외표면으로부터 깊이 1㎜의 위치 및 외표면에 대해 행하였다.

측정 결과에 기초하여, 전술한 식 1에 따라서 비율 C(즉, 외표면에 있어서의 X선 법으로 측정된 압축 잔류 응력에 대한, 외표면으로부터 깊이 1㎜의 위치에 있어서의 압축 잔류 응력의 비율(％))를 구하였다.

결과를 하기 표 2에 나타낸다.

또한, X선 법에 의한 잔류 응력의 측정 조건은 이하와 같다.

-X선 법에 의한 잔류 응력의 측정 조건-

X선 법에 의한 잔류 응력의 측정에 있어서, 시료의 길이가 짧아지면 잔류 응력이 완화되는 경우가 있다. 이로 인해, 본 측정에 사용하는 시료의 길이로서는, 외경의 1.5배 이상의 길이를 확보하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 측정에서는, 길이 400㎜의 시료(전봉 강관)를 준비하였다.

X선 법에 의한 잔류 응력의 측정은, 미소 초점 X선 응력 측정 장치를 사용하여, 경사법으로 행하였다. 측정 위치는, 시료의 길이 방향 중앙 위치로 하였다.

외표면의 잔류 응력은, 상기 시료의 외표면에 대해, 상기한 방법에 의해 측정하였다.

외표면으로부터 깊이 1㎜의 위치의 잔류 응력은, 상기 시료에 대해, 전해 연마에 의해, 외표면으로부터의 깊이가 1㎜인 오목부를 형성하고, 이 오목부의 바닥(즉, 외표면으로부터 깊이 1㎜의 위치)에 대해 상기 방법에 의해 잔류 응력을 측정하였다.

<관축 방향 인장 시험>

열처리 후의 전봉 강관으로부터 전체 두께 시험편을 채취하고, 전체 두께 시험편에 대해 관축 방향 인장 시험을 행하여, 항복 강도 YS(Yield Strength) 및 인장 강도 TS(Tensile Strength)를 측정하였다. 또한, 이 시험에 있어서, 항복 연신의 유무를 확인하였다. 또한, 인장 강도 TS에 대한 항복 강도 YS의 비율(％)로서, 항복비 YR(Yield Ratio)을 구하였다.

이상의 결과를 하기 표 2에 나타낸다.

또한, 관축 방향 인장 시험은, JIS Z2241(2011)에 준거하여 행하였다. 시험편의 인장 방향은, 관축 방향으로 하였다.

전체 두께 시험편의 형상은, 12호 시험편의 형상으로 하였다.

표 2에 나타내는 바와 같이, 실시예 1∼16의 전봉 강관은, 외표면의 잔류 응력이 -250㎫ 이하(즉, 외표면의 압축 잔류 응력이 250㎫ 이상)이고, 비율 C(외표면에 있어서의 압축 잔류 응력에 대한, 외표면으로부터 깊이 1㎜의 위치에 있어서의 압축 잔류 응력의 비율)가 70％ 이상이었다.

또한, 실시예 1∼16의 전봉 강관은, 관축 방향 인장 시험에 의한 항복비 YR이 80％ 이상이고, 또한 항복 연신을 나타냈다.

이상에 의해, 실시예 1∼16의 전봉 강관은, 내압 피로 특성이 우수한 것을 알 수 있다.

다음으로, 실시예 5에 있어서의 조관 그대로의 전봉 강관에 상술한 열처리를 실시하지 않고, 또한 외표면에 숏 블라스트 가공(투사 압력: 0.8㎫, 그라인딩/폴리싱재: 1.0㎜φ 강구, 가공 온도: 실온, 커버리지: 100％)을 실시한 비교 시료 A를 준비하였다.

이 비교 시료 A에 대해, 상술한 방법에 의해 잔류 응력을 측정한 바, 외표면의 잔류 응력은 -300㎫이고, 외표면으로부터 깊이 1㎜에 있어서의 잔류 응력은 +100㎫였다.

또한, 실시예 5에 있어서의 조관 그대로의 전봉 강관에 상술한 열처리를 실시하지 않고, 또한 외표면에 바니싱 가공을 실시한 비교 시료 B를 준비하였다.

이 비교 시료 B에 대해, 상술한 방법에 의해 잔류 응력을 측정한 바, 외표면의 잔류 응력은 -100㎫이고, 외표면으로부터 깊이 1㎜에 있어서의 잔류 응력은 +100㎫였다.

본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허 출원 및 기술 규격은, 개개의 문헌, 특허 출원 및 기술 규격이 참조에 의해 포함되는 것이 구체적 또한 개개에 기재된 경우와 동일 정도로, 본 명세서 중에 참조에 의해 포함된다.

Claims

실린더용 강관, 제진 댐퍼용 강관, 내진 댐퍼용 강관 또는 유압 배관으로서 사용되는 강관이며,
질량％로,
C: 0.06％∼0.25％,
Si: 0.50％ 이하,
Mn: 1.00％∼1.80％,
P: 0.030％ 이하,
S: 0.020％ 이하,
Al: 0.08％ 이하,
N: 0.008％ 이하, 및
Nb: 0％ 초과 0.080％ 이하를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
외표면에 있어서의 X선 법으로 측정된 압축 잔류 응력이, 250㎫ 이상이고,
외표면으로부터 깊이 1㎜의 위치에 있어서의 X선 법으로 측정된 압축 잔류 응력이, 상기 외표면에 있어서의 X선 법으로 측정된 압축 잔류 응력의 70％ 이상인, 강관.
제1항에 있어서,
질량％로,
V: 0％ 초과 0.080％ 이하,
Ti: 0％ 초과 0.030％ 이하,
Cu: 0％ 초과 0.50％ 이하,
Ni: 0％ 초과 0.50％ 이하,
Cr: 0％ 초과 0.50％ 이하,
Mo: 0％ 초과 0.50％ 이하,
B: 0％ 초과 0.0040％ 이하,
Ca: 0％ 초과 0.005％ 이하 및
REM: 0％ 초과 0.005％ 이하 중 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는, 강관.
제1항 또는 제2항에 있어서,
두께가 7㎜∼17㎜이고, 외경에 대한 두께의 비〔두께/외경〕가 0.07∼0.12인, 강관.
제1항 또는 제2항에 있어서,
전체 두께 시험편에 대해 관축 방향 인장 시험을 행하였을 때, 인장 강도에 대한 항복 강도의 비율이 80％ 이상이고, 또한 항복 연신이 나타나는, 강관.
제1항 또는 제2항에 있어서,
전봉 강관인, 강관.
제3항에 있어서,
전체 두께 시험편에 대해 관축 방향 인장 시험을 행하였을 때, 인장 강도에 대한 항복 강도의 비율이 80％ 이상이고, 또한 항복 연신이 나타나는, 강관.
제3항에 있어서,
전봉 강관인, 강관.