KR20130114179A

KR20130114179A - 변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강판 및 고강도 강관 및 이들의 제조 방법

Info

Publication number: KR20130114179A
Application number: KR1020137015161A
Authority: KR
Inventors: 신야 사카모토; 다쿠야 하라
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2011-04-12
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2013-10-16
Also published as: KR101531361B1; CN103328669A; BR112013026065A2; WO2012141220A1; CN103328669B; JP5413537B2; BR112013026065B1; JPWO2012141220A1

Abstract

변형시의 두께의 감소량을 억제할 수 있는 변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강판 및 고강도 강관 및 이들의 제조 방법으로서, 고강도 강판이 소정의 수치 범위의 조성으로 이루어지고, 페라이트와 베이나이트 또는 마르텐사이트 중 어느 1종 또는 2종 이상의 복합 조직으로 이루어지며, 두께 중심부에 있어서의 유효 결정립경이 20㎛ 이하이고, 두께 중심부에 있어 판면과 평행한 {111}면의 X선 랜덤 강도비가 0.5 내지 5.0, {554}면의 X선 랜덤 강도비가 1.0 내지 3.0, {100}면의 X선 랜덤 강도비가 3.0 이하, {112}면 및 {223}면 각각의 X선 랜덤 강도비가 0.5 내지 4.0이며, 두께가 25 mm 이상이며, 인장 강도가 565 MPa 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강판 및 고강도 강관 및 이들의 제조 방법{HIGH-STRENGTH STEEL PLATE AND HIGH-STRENGTH STEEL PIPE HAVING EXCELLENT DEFORMABILITY AND LOW-TEMPERATURE TOUGHNESS, AND MANUFACTURING METHODS THEREFOR}

본 발명은 천연 가스, 원유 등의 수송용 라인 파이프로서 매우 적합하게 사용되고, 특히 지반 변동 등에 대한 변형 허용도가 큰 변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강판 및 고강도 강관과 이들의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 천연 가스, 원유의 장거리 수송 방법으로서 라인 파이프의 중요성이 더욱 높아지고 있다. 라인 파이프는 부설되는 환경이 다양화하고 있는데, 예컨대, 동토(凍土) 지대에서의 여름과 겨울의 지반 변동, 해저에서의 해류에 의한 외압, 지진에 의한 지층 변동 등이 발생하는 환경에 부설된다. 이와 같은 환경 하에서는 지반 변동 등에 의하여 라인 파이프에 구부러짐, 변위가 발생하는 경우가 있으므로, 라인 파이프가 변형되었을 경우에도 좌굴 등이 발생하기 어려운 변형 성능이 우수한 강관이 요망되고 있다.

종래, 변형 성능이 우수한 강관으로서, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 가공 경화 지수(n값)에 착안하여 그 개선을 도모한 강관이나, 특허 문헌 2에 개시되어 있는 인장 강도에 대한 항복 강도의 비인 항복비에 주목하여 그 개선을 도모한 강관이 제안되어 있다.

특허 문헌 1: 일본 공개 특허 공보 평11－279700호 특허 문헌 2: 일본 공개 특허 공보 2005－15823호

종래부터 제안되어 있는 기술은 라인 파이프 등에 사용되는 강판, 강관에 대하여, 변형 성능의 개선을 도모함에 있어서, 가공 경화 지수나 항복비에 착안하여 그 개선을 도모한 기술이다.

그러나, 특히, 동토 지대 등의 한랭지에 사용되는 라인 파이프는 저온 인성이 우수한 것일 것이 요구되지만, 변형 성능과 함께 저온 인성이 우수한 강판, 강관을 얻기 위한 기술에 대하여는 충분한 검토가 이루어지지 않았다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 변형시의 두께의 감소량을 억제할 수 있는 변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강판 및 고강도 강관과 이들의 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 검토하였다. 그 결과, 랭크포드값에 착안함으로써, 파이프라인 등에 사용되는 강판, 강관의 변형 성능의 향상을 도모하는 것이 가능하다는 것을 밝혀내었다.

종래, 라인 파이프 등에 사용되는 강판, 강관에 대하여, 지반 변동 등에 의한 변형시의 두께의 감소량에 착안한 검토가 이루어지지 않았다. 변형시의 두께의 감소량을 평가하는 지표 값으로서 자동차용 강판 등의 분야에서는 랭크포드값이 알려져 있다. 파이프라인 등에 사용되는 강판, 강관에 대하여, 랭크포드값에 착안하여 변형 성능의 향상을 시도하는 것을 목적으로 하는 기술은 제안되어 있지 않았다.

본 발명자들은 변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강판 및 고강도 강관을 얻기 위하여 예의 검토를 하였다. 그 결과, 변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강판 및 고강도 강관을 얻는 데 있어서, 소정의 결정 방위를 가진 집합 조직의 양을 적정화하면서, 유효 결정립경의 크기를 적정화하는 것이 특히 유효하다는 것을 밝혀내었다. 본 발명자들은 한층 더 검토를 진행하여 소정의 결정 방위를 가진 집합 조직의 양을 적정화함에 있어서, 열간 압연시에 있어서 압하율을 비롯한 여러 가지 제조 조건을 제어하는 것이 특히 유효하고, 특히, 재결정 온도 이상의 온도역에 있어서의 압연의 1 패스당 압하율이 매우 중요하다는 것을 밝혀내었다.

본 발명은 상기의 지견에 기초하여 검토한 결과 이루어진 것으로, 그 요지는 다음과 같다.

(1) 질량%로, C: 0.03 내지 0.08%, Si: 0.01 내지 0.50%, Mn: 1.50 내지 2. 50%, P: 0.015% 이하, S: 0.0050% 이하, Al: 0.001 내지 0.080%, N: 0.0010 내지 0.0060%, Ti: 0.005 내지 0.030%, Nb: 0.010 내지 0.050%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지며, 아래 식 (A)에 의하여 나타내는 Ceq가 0.35 내지 0.50%이고, 아래 식 (B)에 의하여 나타내는 Pcm이 0.15 내지 0.25%이며, 페라이트와 베이나이트 또는 마르텐사이트 중 어느 1종 또는 2종과의 복합 조직으로 이루어지고, 두께 중심부에 있어서의 유효 결정립경이 20㎛ 이하이며, 두께 중심부에 있어서 판면과 평행한 {111}면의 X선 랜덤 강도비가 0.5 내지 5.0, {554}면의 X선 랜덤 강도비가 1.0 내지 3.0, {100}면의 X선 랜덤 강도비가 3.0 이하, {112}면 및 {223}면 각각의 X선 랜덤 강도비가 0.5 내지 4.0이고, 두께가 25 mm 이상이며, 인장 강도가 565 MPa 이상인 것을 특징으로 하는 변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강판.

Ceq=C＋Mn/6＋ (Ni＋Cu)/15＋ (Cr＋Mo＋V)/5　...(A)

Pcm=C＋Si/30＋ (Mn＋Cu＋Cr)/20＋Ni/60＋Mo/15＋V/10＋5B ...(B)

이 때, C, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo, V, Si, B는 각 원소의 질량%로 나타낸 함유량이다.

(2) 강판의 압연 방향에 대하여 45°방향의 랭크포드값 rD, 판 폭 방향의 랭크포드값 rC가 각각 1.0 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강판.

(3) 또한, 질량%로, V: 0.010 내지 0.100%, Ni: 1.0% 이하, Cu: 1.0% 이하, Cr: 1.0% 이하, Mo: 1.0% 이하, B: 0.0001 내지 0.0020%, Ca: 0.0040% 이하, Mg: 0.0010% 이하, REM: 0.005% 이하 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)의 변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강판.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나의 강판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강관.

(5) 질량%로, C: 0.03 내지 0.08%, Si: 0.01 내지 0.50%, Mn: 1.50 내지 2. 50%, P: 0.015% 이하, S: 0.0050% 이하, Al: 0.001 내지 0.080%, N: 0.0010 내지 0.0060%, Ti: 0.005 내지 0.030%, Nb: 0.010 내지 0.050%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지며, 아래 식 (A)에 의하여 나타내는 Ceq가 0.35 내지 0.50%이고, 아래 식 (B)에 의하여 나타내는 Pcm이 0.15 내지 0.25%인 강편을 가열 온도 1000 내지 1150℃로 가열하며, 이어서 재결정 온도 이상의 온도역에 있어서, 1 패스당 압하율을 상기 가열 온도가 1000℃ 이상 1050℃ 미만일 때에는 5 내지 10%, 상기 가열 온도가 1050℃ 이상 1150℃ 이하일 때에는 10 내지 15%로 하고, 또한 누적 압하율을 35% 이상으로 하여 압연하고, 이어서 Ar₃ 변태점 이상 재결정 온도 미만의 온도역에 있어서 누적 압하율을 70 내지 80%로 하여 압연하고, 이어서, Ar₃ 변태점 -50℃ 이상 Ar₃ 변태점 미만의 온도역을 냉각 개시 온도로 하고, 200 내지 500℃의 온도역을 냉각 종료 온도로 하여 수냉하는 것을 특징으로 하는 변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강판의 제조 방법.

Ceq=C＋Mn/6＋ (Ni＋Cu)/15＋ (Cr＋Mo＋V)/5　...(A)

Pcm=C＋Si/30＋ (Mn＋Cu＋Cr)/20＋Ni/60＋Mo/15＋V/10＋5B ...(B)

(6) 상기 강편이 추가로 질량%로, V: 0.010 내지 0.100%, Ni: 1.0% 이하, Cu: 1.0% 이하, Cr: 1.0% 이하, Mo: 1.0% 이하, B: 0.0001 내지 0.0020%, Ca: 0.0040% 이하, Mg: 0.0010% 이하, REM: 0.005% 이하 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (6)의 변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강판의 제조 방법.

(7) 상기 (5) 또는 (6)의 제조 방법에 의하여 얻은 강판을 관 형태로 성형하여, 맞대기부를 용접하는 것을 특징으로 하는 변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강관의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 변형시의 두께의 감소량을 억제할 수 있는 변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강판 및 고강도 강관을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 강판의 두께 중심부에 있어서의 조직 사진이다.

먼저, 본 발명에 관한 강판 및 강관의 조성의 수치 범위를 한정한 이유에 대하여 설명한다. 또한, 이하에서는,「%」는 「질량%」를 나타내는 것으로 한다.

C는 강의 강도를 확보하는데 필요한 원소이다. C량이 0.03% 미만이면 최종 제품의 강도가 부족하다. C량이 0.08% 초과이면, 모재, HAZ의 저온 인성이 현저하게 저하된다. 따라서, C량은 0.03 내지 0.08%로 한다.

Si는 탈산제로서 작용하고, 또한 강도의 향상에 기여하는 원소이다. Si량이 0.01% 미만이면 최종 제품의 강도가 부족할 우려가 있다. Si량이 0.50% 초과이면, HAZ 인성이 현저하게 저하된다. 따라서, Si량은 0.01 내지 0.50%으로 한다.

Mn는 강의 강도의 향상에 기여하는 원소이다. Mn량이 1.50% 미만이면, 최종 제품의 강도가 부족할 우려가 있다. Mn량이 2.50% 초과이면, 모재 및 HAZ의 저온 인성이 현저하게 저하된다. 따라서, Mn량은 1.50 내지 2.50%로 한다. 좋기로는, 1.50 내지 2.00%이다.

Al는 탈산 원소로 하고, 또한 금속 조직의 미세화에 기여하는 원소이다. Al량이 0.001% 미만이면, 이 효과를 충분히 얻을 수 없다. Al량이 0.080% 초과이면, 강 중에 Al계 비금속 개재물이 증가하여 강의 세정도(洗淨度)가 열화된다. 따라서, Al량은 0.080% 이하로 제한한다. 바람직한 범위는 0.001 내지 0.050% 이하이다.

Ti는 강 중에 TiN으로서 석출함으로써, 슬라브 재가열시 및 HAZ의 오스테나이트 입자의 조대화를 억제하여 금속 조직을 미세화하고, 모재 및 HAZ의 저온 인성을 향상시키는 원소이다. 그러나, Ti량이 0.005% 미만이면, 이 효과를 충분히 얻을 수 없다. 또한, Ti량이 0.030% 초과이면 TiN의 조대화나 TiC에 의한 석출 경화에 의하여 오히려 저온 인성이 열화된다. 따라서, Ti량은 0.005 내지 0.030%로 한다.

Nb는 열간 압연시에 있어서 오스테나이트의 재결정을 억제하여 조직을 미세화하고, 모재 및 HAZ의 저온 인성을 개선하는 효과가 있지만, Nb량이 0.010% 미만이면, 이 효과를 충분히 얻을 수 없다. 또한, Nb량이 0.050% 초과이면, 오히려 HAZ의 인성이나 현지 용접성에 악영향을 미친다. 따라서, Nb량은 0.010 내지 0.050%로 한다.

P는 강 중에 불가피하게 함유되는 불순물로서, 입계 편석이나 중심 편석을 일으킴으로써, 모재 및 HAZ의 저온 인성이 열화하지만, P량이 0.015% 이하이면 저온 인성에 대하여 허용할 수 있는 범위가 된다. 따라서, P량은 0.015% 이하로 제한한다.

S는 강 중에 불가피하게 함유되는 불순물이고, 열간 압연에 의하여 연신화하는 황화물을 강 중에 생성함으로써 연성 및 인성이 저하하지만, S량이 0.0050% 이하이면 연성 및 인성에 대하여 허용할 수 있는 범위가 된다. 따라서, S량은 0.0050% 이하로 제한한다.

N은 강 중에 TiN으로서 석출함으로써, 슬라브 재가열시 및 HAZ의 오스테나이트 입자의 조대화를 억제하고, 모재 및 HAZ의 저온 인성을 향상시키는 원소이다. N량이 0.0010% 미만이면, 이 효과를 충분히 얻을 수 없다. N량이 0.0060% 초과이면, 고용 N량의 증대에 의하여 인성이 저하된다. 따라서, N량은 0.0010 내지 0.0060%로 한다.

또한, 본 발명에 있어서는 C, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo, V의 질량%로 나타낸 함유량으로부터 산출되는, 아래의 수식 (A)에 의하여 나타내는 탄소당량 Ceq를 0.35 내지 0.50%로 한다. 탄소당량 Ceq는 담금질성의 지표가 되는 값이다.

Ceq값이 0.35% 미만이면, 목표로 하는 565 MPa 이상의 인장 강도를 얻을 수 없다. 또한, Ceq값이 0.50% 초과이면, 인성을 열화시키는 MA(Martensite-Austenite Constituent: 마르텐사이트와 오스테나이트의 혼성물)의 생성이 현저하게 되어, 인성이 열화된다. 또한, 아래의 수식 (A)에 있어서, 강 중에 함유하지 않는 원소는 0으로서 계산한다.

Ceq=C＋Mn/6＋ (Ni＋Cu)/15＋(Cr＋Mo＋V)/5　...(A)

또한, 본 발명에 있어서는 C, Si, Mn, Cu, Cr, Ni, Mo, V, B의 질량%로 나타낸 함유량으로부터 산출되는 아래의 수식 (B)에 의하여 나타내는 Pcm을 0.15 내지 0.25%로 한다. Pcm는 용접성의 지표가 되는 값이다.

Pcm이 0.25% 초과이면, 모재 및 HAZ의 저온 인성이 열화된다. Pcm이 0.15% 미만이면, 모재 및 HAZ의 저온 인성의 열화는 억제되지만, 목표로 하는 인장 강도를 얻을 수 없게 된다. 또한, 아래의 수식 (B)에 있어서, 강 중에 함유하지 않는 원소는 0으로서 계산한다.

Pcm=C＋Si/30＋ (Mn＋Cu＋Cr)/20＋Ni/60＋Mo/15＋V/10＋5B ...(B)

이상이 본 발명에 관한 강판 및 강관의 기본 원소의 한정 이유이다. 본 발명에 관한 강판 및 강관은 이 기본 원소 외에 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진다.

또한, 본 발명에 관한 강판 및 강관은 필요에 따라서, V, Ni, Cu, Cr, Mo, B, Ca, Mg, REM 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를, 이하에 설명하는 수치 범위로 추가로 함유하고 있어도 좋다. 이 원소들을 이하의 범위에서 함유하더라도, 강판, 강관에 있어서의 X선 랜덤 강도비, 랭크포드값은 본 발명에서 규정하는 범위가 된다.

V는 Nb와 거의 동일한 효과를 가지고 있지만, 그 효과는 Nb에 비하여 약하다. 또한, 용접부의 연화를 억제하는 효과도 가진다. V량이 0.010% 미만이면, 모재 및 HAZ의 저온 인성의 개선이나 용접부의 연화 억제의 효과가 불충분하게 된다. V량이 0.100% 초과이면, 오히려 HAZ의 인성이나 현지 용접성에 악영향을 미친다. 따라서, V량은 0.010 내지 0.100%로 한다.

Ni, Cu, Cr, Mo는 담금질성을 높여 강의 고강도화에 기여하는 원소이다. 그러나, 함유량이 너무 많으면, 경제성이 저하할 뿐만 아니라 HAZ의 인성이나 현지 용접성이 저하된다. 따라서, Ni, Cu, Cr, Mo는 각각 1.0% 이하의 함유량으로 한다.

B는 담금질성을 높여 강의 고강도화에 기여하는 원소이다. B량이 0.0001% 미만이면, 이 효과를 충분히 얻을 수 없다. B량이 0.0020% 초과이면, HAZ의 인성이나 현지 용접성이 저하된다. 따라서, B량은 0.0001 내지 0.0020%로 한다.

Ca, REM는 황화물의 형태를 제어하고, 저온 인성의 향상에 기여하는 원소이다. Ca량이 0.0040% 초과, REM량이 0.005% 초과이면, CaO-CaS나 REM-CaS가 대량으로 석출하여 대형 클러스터, 대형 개재물이 되어, 강의 세정도를 해치고, 또한 현지 용접성에도 악영향을 미칠 우려가 있다. 따라서, Ca량은 0.0040% 이하, REM량은 0.005% 이하로 한다.

Mg는 미세한 산화물로서 분산하여 석출하고, HAZ의 입자 지름 조대화를 억제하여 저온 인성의 향상에 기여하는 원소이다. Mg량이 0.0010% 초과이면, 산화물이 조대화함으로써 인성이 열화된다. 따라서, Mg량은 0.0010% 이하로 한다.

다음으로, 본 발명에 관한 강판, 강관의 금속 조직, 집합 조직, 두께, 인장 강도, 랭크포드값 (r값)의 한정 이유에 대하여 설명한다.

금속 조직은 가공 경화 특성을 향상시키기 위하여, 연질의 페라이트와 경질의 베이나이트 또는 마르텐사이트 중 어느 1종 또는 2종과의 복합 조직으로 이루어질 필요가 있다.

또한, 금속 조직은 두께 중심부에 있어서의 유효 결정립경이 20㎛ 이하일 필요가 있다. 유효 결정립경이 20㎛ 초과이면 저온 인성이 열화하기 때문이다. 유효 결정립경이란 EBSP(Electron Backscatter Diffraction Pattern: 전자빔 후방 산란 패턴)법에 의하여 측정되는 방위차 15°이하의 조직의 경계로 둘러싸이는 부분의 원 상당 지름에서의 결정립경을 의미한다.

집합 조직은 강판 및 강관에 대하여 바람직한 랭크포드값을 얻기 위하여, X선 랜덤 강도비가 아래에 설명하는 조건을 만족할 필요가 있다. 본 발명에 있어서는 강판의 압연 방향에 대하여 45°방향의 랭크포드값(rD)과, 판 폭 방향의 랭크포드값(rC)에 주목한다. 랭크포드값을 크게 함으로써, 강판, 강관의 변형 성능이 높아지는 경우가 있다.

이하에서 설명하는 결정 방위는 모두 판면과 평행한 면에 관한 것을 의미한다. X선 랜덤 강도비는 각 방위를 가진 결정면의 집적도를 나타내는 수치이고, 집합 조직이 없는 랜덤한 표준 시료에 대한 각 방위를 가진 결정면의 X 회절 강도의 비를 나타낸다.

{111}면의 결정 방위를 가진 집합 조직은 발달해 있을수록 rC, rD를 크게 할 수 있기 때문에, 극도로 발달해 있는 것이 좋다. 바람직한 rC, rD를 얻는 관점에서는 그 {111}면의 X선 랜덤 강도비를 0.5 이상으로 할 필요가 있다. {111}면의 X선 랜덤 강도비를 5.0 초과로 하면, 다른 결정 방위의 X선 랜덤 강도비에 대하여 목적으로 하는 값을 얻을 수 없게 될 우려가 있으므로, {111}면의 X선 랜덤 강도비는 5.0 이하로 한다.

{554}면의 결정 방위를 가진 집합 조직은 발달해 있을수록 rC를 높일 수 있기 때문에, 극도로 발달해 있는 것이 좋다. 바람직한 rC를 얻는 관점에서는 그 {554}면의 X선 랜덤 강도비를 1.0 이상으로 할 필요가 있다. 또한, {554}면의 X선 랜덤 강도비를 3.0 초과로 하면, 다른 결정 방위의 X선 랜덤 강도비에 대하여 목적으로 하는 값을 얻을 수 없게 될 우려가 있기 때문에, {554}면의 X선 랜덤 강도비는 3.0 이하로 한다.

{100}면의 결정 방위를 가진 집합 조직은 발달해 있을수록 rC, rD를 내리는 원인이 되므로, 극도로 발달이 억제되어 있는 것이 좋다. 바람직한 rC를 얻는 관점에서는 그 {100}면의 X선 랜덤 강도비를 3.0 이하로 할 필요가 있다.

{112}면 및 {223}면의 결정 방위를 가진 집합 조직은 발달해 있을수록 rD를 올릴 수 있기 때문에 극도로 발달해 있는 것이 좋다. 바람직한 rD를 얻는 관점에서는 그 {112}면 및 {223}면 각각의 X선 랜덤 강도비를 0.5 이상으로 할 필요가 있다. {112}면 및 {223}면 각각의 X선 랜덤 강도비를 4.0 초과로 하면, 다른 결정 방위의 X선 랜덤 강도비에 대하여 목적으로 하는 값을 얻을 수 없게 될 우려가 있기 때문에, {112}면 및 {223}면의 X선 랜덤 강도비는 4.0 이하로 한다.

본 발명의 X선 랜덤 강도비에는 두께 중심부에 있어 X선 회절에 의하여 측정한 측정값을 사용한다. 이것은 {111}면 등의 rC, rD를 올릴 수 있는 집합 조직은 두께 표층부에서 발달하기 쉽고, 두께 중심부에서 발달하기 어렵기 때문에, 두께 중심부에 있어서의 X선 랜덤 강도비를 평가 대상으로 함으로써, 두께 방향 전체에서 일정 이상의 변형 성능을 발휘할 수 있도록 한 것이다.

강판은 최종 제품으로서 필요한 강도를 확보하면서, 라인 파이프로서 사용할 때에 내압에 의한 파단을 방지하는 관점에서, 그 두께를 25 mm 이상, 인장 강도를 565 MPa 이상(API 기술 규격으로 X70 이상의 그레이드)으로 할 필요가 있다.

본 발명에 있어서, 강판의 압연 방향에 대하여 45°방향의 랭크포드값 rD와 판 폭 방향의 랭크포드값 rC는 클수록 변형 성능이 향상된다. 강판, 강관의 변형 시에 두께의 감소에 의하여 좌굴 등이 발생할 우려를 작게 하려면 rD, rC는 1.0 이상인 것이 좋고, 1.1 이상이면 더 좋다.

다음으로, 본 발명에 관한 강판의 제조 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 전로 등을 사용한 공지의 용제 방법에 의하여 전술한 조성의 용강을 용제한 후, 연속 주조 등의 공지의 주조 방법에 의하여 얻은 용강으로부터 강편을 얻는다.

이어서, 얻은 강편을 1000 내지 1150℃의 온도로 가열한다. 가열 온도가 1000℃ 미만이면, 오스테나이트의 충분한 재결정화가 이루어지지 못하여, 충분히 높은 저온 인성을 얻을 수 없다. 가열 온도가 1150℃ 초과이면, 오스테나이트 입자가 조대화함으로써 유효 결정립경이 증대하여 저온 인성이 저하된다.

이어서 재결정 온도 이상의 온도역에 있어서, 1 패스당 압하율, 즉, 누적 압하율/패스 수의 값을, 상기 가열 온도가 1000℃ 이상 1050℃ 미만인 경우에는 5 내지 10%, 상기 가열 온도가 1050℃ 이상 1150℃ 이하일 때에는 10 내지 15%로 하고, 또한 누적 압하율을 35% 이상으로 하여 압연을 실시한다. 누적 압하율이 35% 미만이면, 재결정에 의한 오스테나이트 입자 지름의 미세화를 충분히 달성하지 못하고, 유효 결정립경이 증대하여 저온 인성이 저하된다.

1 패스당 압하율은 목적으로 하는 결정 방위의 집합 조직을 얻는 데 특히 중요하다. 종래, 설비의 제약 등으로 인하여 1 패스당 압하율을 크게 하는 경우는 없었다. 그러나, 본 발명의 강판, 강관에 있어서 목적으로 하는 조직을 얻으려면 1 패스 당의 압하율이 상기 범위일 필요가 있다. 1 패스당 압하율이 상기 범위를 벗어나면, 목적으로 하는 집합 조직의 분포를 얻을 수 없게 된다.

개별 패스의 압하율은 패스 스케줄의 형편 등으로 인하여 상기 범위를 벗어나는 경우가 있어도 상관없지만, 패스 수의 반 이상의 패스에 있어서, 압하율이 상기 범위인 것이 좋고, 모든 패스에 있어서 상기 범위인 것이 더 좋다.

이어서, Ar₃ 변태점 이상 재결정 온도 미만의 온도역에 있서어, 누적 압하율을 70% 이상으로 하여 압연을 실시한다. 누적 압하율이 70% 미만이면, {554}면의 집합 조직의 발달이 억제되고, X선 랜덤 강도비에 대하여 목표로 하는 것을 얻을 수 없게 되어, rC값이 저하된다.

이어서, Ar₃ 변태점 -50℃ 이상 Ar₃ 변태점 미만의 온도역을 냉각 개시 온도, 200 내지 500℃의 온도역을 냉각 종료 온도로 하여 수냉한다. 냉각 개시 온도가 Ar₃ 변태점 -50℃ 미만이면, 페라이트의 생성이 촉진되어, 목표로 하는 강도를 얻을 수 없게 된다. 냉각 개시 온도가 Ar₃ 변태점 이상이면, {112}면 및 {223}면의 각각의 집합 조직의 발달이 억제되어, X선 랜덤 강도비에 대하여 목표로 하는 것을 얻을 수 없게 되고, rD값이 저하된다.

냉각 종료 온도가 200℃ 미만이면, 생산성 저하나 수소성 결함의 원인이 된다. 냉각 종료 온도가 500℃ 초과이면, 목표로 하는 강도를 얻을 수 없게 된다. 냉각 속도는 특히 한정하는 것은 아니지만, 1 내지 10℃/s 정도이다.

Ar₃ 변태점은 아래의 수식 (C)로부터 구할 수 있다. 아래의 수식 (C)에 있어서의 C, Si 등은 각각 강 중에 있어서의 질량%로 나타낸 각 원소의 함유량을 의미한다.

Ar₃=868-396×C＋24.6×Si-69.1×Mn-36.1×Ni-20.7×Cu-24.8×Cr＋29.6×Mo ...(C)

이와 같이 제조된 강판을, 추가로 관 형태로 성형하고, 맞대기부를 접합함으로써 강관을 얻는다. 강판으로부터 관 형태로 성형하는 조관 방법은 공지의 UOE법, 벤딩 롤법 등을 사용하고, 맞대기부의 용접 방법은 아크 용접, 레이저 용접 등이 사용된다.

이상, 본 발명의 실시 형태의 예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명을 실시함에 있어서의 구체화의 예를 나타낸 것에 지나지 않으며, 이들에 의하여 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되는 것은 아니다.

실시예

이하, 본 발명의 효과를 실시예에 의하여 설명한다.

아래의 표 1에 나타내는 각 강종 A 내지 F의 조성의 용강을 전로에서 용제하여, 연속 주조에 의하여 강편으로 하였다. 얻은 강편은 아래의 표 2에 나타내는 조건 하에서 열간 압연, 냉각을 실시하여, No.1 내지 5 및 8 내지 15의 강판 및 강판을 관 형태로 성형하고, 맞대기부를 접합한 No. 6 내지 7의 강관을 얻었다. No. 6 내지 7의 강관의 직경은 48 인치(1219.2 mm)이다.

얻은 강판 및 강관에 대하여, 이하에 설명하는 인장 강도 등을 측정하였다. 이 결과를 표 3에 나타낸다.

인장 강도는 얻은 강판으로부터 길이 방향이 압연 방향과 평행한 JIS5호 판상 시험편을 잘라내고, 이 시험편을 사용하여 JISZ2241호에 기재되어 있는 방법에 준거한 인장시험을 실시함으로써 측정하였다. 또한, 인장 강도는 API 기술 규격에서의 그레이드에 대하여도 함께 구하였다. 강관에 대하여는 인장 강도는 API 기술 규격에 기초하여 강관 길이 방향의 전체 두께의 시험편으로 측정하였다.

금속 조직은 광학 현미경에 의하여 관찰하였다. 유효 결정립경은 EBSP법에 의하여 측정하고, 15°이상의 방위 차를 가진 조직의 경계를 입계로 간주하여, 하나의 단결정 내부의 면적을 구하고, 그 면적을 원 상당 지름으로 환산한 것을 유효 결정립경으로서 평가하였다.

X선 랜덤 강도비는 얻은 강판으로부터 압연 방향 10 mm × 판 폭 방향 10 mm의 시험편을 잘라내어, 시험편을 기계 연마에 의하여 두께 중심부 부근까지 연마하고, 버프 연마에 의하여 거울면으로 연마한 후, 전해 연마 등에 의하여 변형을 제거하는 동시에, 두께 중심층이 측정면이 되도록 조정하고, X선 회절에 의하여 각 결정 방위의 회절 강도를 측정함으로써 평가하였다.

랭크포드값은 얻은 강판으로부터 JIS5호 판상 시험편을 잘라냄으로써, 길이 방향이 압연 방향과 평행한 시험편, 압연 방향에 대하여 45°방향과 평행한 시험편, 판 폭 방향과 평행한 시험편을 제작하고, 이들 시험편을 사용하여 JISZ2241호에 기재되어 있는 방법에 준거한 인장시험을 실시하고, 시험편에 3%의 단축(單軸) 인장 변형을 가하였을 때의 각 시험편의 폭 변형 및 판 두께 변형의 비로부터 각 랭크포드값 rC, rD, rL를 측정함으로써 평가하였다. rL는 압연 방향의 랭크포드값이다.

샤르피 충격 시험은 얻은 강판으로부터 두께 방향 1/4 위치로부터 V 노치 샤르피 시험편을 제작하고, JISZ2242에 기재되어 있는 방법에 준하여 시험 온도가 -40℃인 때의 샤르피 흡수 에너지를 측정함으로써 평가하였다.

각 예에서는 인장 강도에 대하여는 565 MPa 이상인 예를 합격으로 하고, 저온 인성에 대하여서는 샤르피 흡수 에너지가 200J 이상인 예를 합격으로 하였다. 또한, 각 표에 있어서 밑줄 친 부분은 발명의 범위 외인 것을 나타낸다.

제조 No. 1 내지 7은 발명예이고, No. 1 내지 5는 강판, No. 6 내지 7은 강관의 실시예이다. 이들은 모두 그 조성, 금속 조직, 유효 결정립경, X선 랜덤 강도비, 두께, 인장 강도가 본 발명의 조건을 만족하고 있고, rD값이 1.0 이상, rC 값이 1.0 이상, 샤르피 흡수 에너지가 200 J 이상으로, 저온 인성이 우수한 고강도 강판이 얻어지고 있다.

또한, 이들은 모두 그 조성, 두께, 제조 방법이 본 발명의 조건을 만족하고 있기 때문에, 금속 조직, 유효 결정립경, X선 랜덤 강도비, 인장 강도가 본 발명의 조건을 만족한 것이 얻어졌다.

도 1에, 발명예의 강판의 두께 중심부에 있어서의 조직 사진의 일례를 나타낸다. 도 1의 사진은 제조 No. 2의 것이다. 조직 사진 중에서, 희고 내부에 미세한 조직 구조가 없는 부분이 페라이트이고, 페라이트 이외의 부분에서, 전체적으로 회색으로 내부에 미세 구조가 있는 부분이 베이나이트나 마르텐사이트이다.

제조 No. 8 내지 15는 비교예이다. 제조 No. 8은 가열 온도가 높기 때문에 유효 결정립경이 커져 있고 저온 인성이 열화한 예이다.

제조 No. 9는 재결정 온도 이상의 온도역에서의 1 패스당 압하율이 낮기 때문에, 목적으로 하는 집합 조직의 분포를 얻을 수 없고, 변형 특성의 지표인 rD값, rC값이 열화한 예이다.

제조 No. 10은 재결정 온도 이상의 온도역에서의 누적 압하율이 낮기 때문에, 재결정에 의한 오스테나이트 입자 지름의 미세화를 충분히 달성하지 못하고, 유효 결정립경의 증대를 초래하여, 저온 인성이 열화한 예이다.

제조 No. 11은 Ar₃ 변태점 이상 재결정 온도 미만의 온도역에서의 누적 압하율이 낮기 때문에, {554}면의 집합 조직의 발달이 억제되어 rC값이 열화한 예이다.

제조 No. 12는 냉각 개시 온도가 높기 때문에, {112}면 및 {223}면의 각각의 집합 조직의 발달이 억제되어, rD값이 열화한 예이다.

제조 No. 13은 냉각 종료 온도가 높기 때문에, 강도가 저하한 예이다.

제조 No. 14는 Ceq, Pcm이 모두 낮고, 재결정 온도 이상의 온도역에서의 1 패스당 압하율이 낮기 때문에, 강도 및 rD값, rC값이 열화한 예이다.

제조 No. 15는 Ceq, Pcm이 모두 높고, 가열 온도가 높기 때문에 유효 결정립경이 크고, 또한 강도가 상승함으로써, 인성이 저하한 예이다.

Claims

질량%로,
C: 0.03 내지 0.08%,
S: 0.01 내지 0.50%,
Mn: 1.50 내지 2.50%,
P: 0.015% 이하,
S: 0.0050% 이하,
Al: 0.001 내지 0.080%,
N: 0.0010 내지 0.0060%,
Ti: 0.005 내지 0.030%,
Nb: 0.010 내지 0.050%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고,
아래 식 (A)에 의하여 나타내는 Ceq가 0.35 내지 0.50%이며,
아래 식 (B)에 의하여 나타내는 Pcm이 0.15 내지 0.25%이고,
페라이트와 베이나이트 또는 마르텐사이트의 어느 1종 또는 2종과의 복합 조직으로 이루어지며,
두께 중심부에 있어서의 유효 결정립경이 20μ 이하이고,
두께 중심부에 있어 판면과 평행한 {111}면의 X선 랜덤 강도비가 0.5 내지 5.0, {554}면의 X선 랜덤 강도비가 1.0 내지 3.0, {100}면의 X선 랜덤 강도비가 3.0 이하, {112}면 및 {223}면 각각의 X선 랜덤 강도비가 0.5 내지 4.0이며,
두께가 25 mm 이상이고, 인장 강도가 565MPa 이상인 것을 특징으로 하는 변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강판.
Ceq=C＋Mn/6＋(Ni＋Cu)/15＋(Cr＋Mo＋V)/5 ...(A)
Pcm=C＋Si/30＋(Mn＋Cu＋Cr)/20＋Ni/60＋Mo/15＋V/10＋5B ...(B)
이 때, C, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo, V, Si, B는 각 원소의 질량%로 나타낸 함유량이다.
제1항에 있어서, 강판의 압연 방향에 대하여 45°방향의 랭크포드값 rD, 판 폭 방향의 랭크포드값 rC가 각각 1.0 이상인 것을 특징으로 하는 변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강판.
제1항에 있어서, 또한, 질량%로,
V: 0.010 내지 0.100%,
Ni: 1.0% 이하,
Cu: 1.0% 이하,
Cr: 1.0% 이하,
Mo: 1.0% 이하,
B: 0.0001 내지 0.0020%,
Ca: 0.0040% 이하,
Mg: 0.0010% 이하,
REM: 0.005% 이하 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강판.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 기재된 강판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강관.
질량%로,
C: 0.03 내지 0.08%,
Si: 0.01 내지 0.50%,
Mn: 1.50 내지 2. 50%,
P: 0.015% 이하,
S: 0.0050% 이하,
Al: 0.001 내지 0.080%,
N: 0.0010 내지 0.0060%,
Ti: 0.005 내지 0.030%,
Nb: 0.010 내지 0.050%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고,
아래 식 (A)에 의하여 나타내는 Ceq가 0.35 내지 0.50%이며,
아래 식 (B)에 의하여 나타내는 Pcm이 0.15 내지 0.25%인 강편을 가열 온도 1000 내지 1150℃로 가열하고,
이어서 재결정 온도 이상의 온도역에 있어서, 1 패스당 압하율을, 상기 가열 온도가 1000℃ 이상 1050℃ 미만일 때에는 5 내지 10%, 상기 가열 온도가 1050℃ 이상 1150℃ 이하일 때에는 10 내지 15%로 하고, 또한 누적 압하율을 35% 이상으로 하여 압연하며,
이어서, Ar₃ 변태점 이상 재결정 온도 미만의 온도역에 있어서 누적 압하율을 70 내지 80%로 하여 압연하고,
이어서, Ar₃ 변태점 -50℃ 이상 Ar₃ 변태점 미만의 온도역을 냉각 개시 온도로 하며, 200 내지 500℃의 온도역을 냉각 종료 온도로 하여 수냉하는 것을 특징으로 하는 변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강판의 제조 방법.
Ceq=C＋Mn/6＋(Ni＋Cu)/15＋(Cr＋Mo＋V)/5　...(A)
Pcm=C＋Si/30＋(Mn＋Cu＋Cr)/20＋Ni/60＋Mo/15＋V/10＋5B ...(B)
이 때, C, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo, V, Si, B는 각 원소의 질량%로 나타낸 함유량이다.
제5항에 있어서, 상기 강편이, 추가로 질량%로,
V: 0.010 내지 0.100%,
Ni: 1.0% 이하,
Cu: 1.0% 이하,
Cr: 1.0% 이하,
Mo: 1.0% 이하,
B: 0.0001 내지 0.0020%,
Ca: 0.0040% 이하,
Mg: 0.0010% 이하,
REM: 0.005%, 이하
중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강판의 제조 방법.
제5항 또는 제6항에 기재된 제조 방법에 의하여 얻은 강판을 관 형태로 성형하여, 맞대기부를 용접하는 것을 특징으로 하는 변형 성능 및 저온 인성이 우수한 고강도 강관의 제조 방법.