KR20210000844A - Pressure vessel steel sheet excellent in pwhthresistance and menufacturing mwthod thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 중고온 압력용기강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 장시간 용접후 열처리(PWHT, Post Weld Heat Treatment)에도 강도와 인성이 우수한 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high-temperature pressure vessel steel sheet, and more particularly, to a steel sheet excellent in strength and toughness even after a long-time welding heat treatment (PWHT, Post Weld Heat Treatment), and a manufacturing method thereof.
최근 석유의 품귀 현상 및 고유가 시대를 맞이하여 열악한 환경의 유전이 활발하게 개발되는 추세에 따라 원유의 정제 및 저장용 강재에 대하여 후물화가 이루어지고 있다. 이러한 강재의 후물화 이외에도 강재를 용접한 경우에 용접 후 구조물의 변형을 방지하고, 형상 및 치수를 안정시키기 위한 목적으로, 용접시 발생된 응력을 제거하기 위하여, 용접 후 열처리(PWHT, Post Weld Heat Treatment)를 행하게 된다. In recent years, due to the shortage of oil and high oil prices, oil fields in poor environments are being actively developed, and steel materials for refining and storage of crude oil are being thickened. In addition to the thickening of these steel materials, post-welding heat treatment (PWHT, Post Weld Heat) for the purpose of preventing the deformation of the structure after welding and stabilizing the shape and dimensions when the steel materials are welded, in order to remove the stress generated during welding, Treatment).
그러나 장시간의 PWHT 공정을 행한 강판은 그 조직의 조대화로 인하여 강판의 인장강도가 저하되는 문제가 있다. 즉, 장시간 PWHT 후에는 기지조직(Matrix) 및 결정립계의 연화, 결정립 성장, 탄화물의 조대화 등에 따라 강도 및 인성이 동시에 저하되는 현상을 초래하게 된다.However, the steel sheet subjected to the PWHT process for a long time has a problem that the tensile strength of the steel sheet decreases due to the coarsening of the structure. That is, after a long PWHT, strength and toughness are simultaneously deteriorated due to softening of the matrix and grain boundaries, grain growth, and coarsening of carbides.
이에 관련된 기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-0797326호(2008.01.16 등록, ＰＷＨＴ 물성 보증용 심해 라이저 파이프 강재 및 그제조방법)가 있다.As a related technology, there is Korean Patent Publication No. 10-0797326 (registered on January 16, 2008, deep-sea riser pipe steel for guaranteeing properties of PWHT and a manufacturing method thereof).
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 장시간 용접후 열처리(PWHT)를 행해도 강도와 인성이 우수한 강판 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a steel sheet having excellent strength and toughness even after performing heat treatment (PWHT) after welding for a long time, and a method of manufacturing the same.
본 발명의 일 관점에 따른 장시간 용접후 열처리(PWHT)를 행해도 강도와 인성이 우수한 강판의 제조방법은, 중량%로, 탄소(C); 0.12~0.17%, 실리콘(Si): 0.40~0.60%, 망간(Mn): 0.45~0.65%, 인(P): 0 초과 0.010% 이하, 황(S): 0 초과 0.030% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.001~0.020%, 크롬(Cr): 1.00~1.20%, 니켈(Ni): 0.25~0.35%, 티타늄(Ti): 0 초과 0.010% 이하, 구리(Cu); 0.10~0.15%, 니오븀(Nb): 0.01~0.02%, 몰리브덴(Mo); 0.40~0.60%, 바나듐(V): 0 초과 0.02% 이하, 잔여 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1,100~1200℃의 온도 범위로 재가열하는 단계; 재가열된 상기 강 슬라브를 열간 압연하는 단계; 상기 열간압연된 열연강판을 910~940℃의 온도 범위에서 노멀라이징 열처리하는 단계; 및 상기 열처리된 강판을 냉각하고 690~720℃의 온도 범위에서 템퍼링 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, a method of manufacturing a steel sheet having excellent strength and toughness even after performing a long-term heat treatment (PWHT) after welding according to an aspect of the present invention includes, in weight%, carbon (C); 0.12 to 0.17%, silicon (Si): 0.40 to 0.60%, manganese (Mn): 0.45 to 0.65%, phosphorus (P): more than 0 0.010%, sulfur (S): more than 0 0.030%, soluble aluminum ( S_Al): 0.001 to 0.020%, chromium (Cr): 1.00 to 1.20%, nickel (Ni): 0.25 to 0.35%, titanium (Ti): greater than 0 and not more than 0.010%, copper (Cu); 0.10 to 0.15%, niobium (Nb): 0.01 to 0.02%, molybdenum (Mo); 0.40 to 0.60%, vanadium (V): more than 0 and 0.02% or less, reheating the steel slab containing residual iron (Fe) and other inevitable impurities to a temperature range of 1,100 to 1200°C; Hot rolling the reheated steel slab; Subjecting the hot-rolled hot-rolled steel sheet to a normalizing heat treatment in a temperature range of 910 to 940°C; And cooling the heat-treated steel sheet and tempering heat treatment at a temperature range of 690 to 720°C.
본 발명에 있어서, 상기 노멀라이징 열처리하는 단계는 1시간+(15~30분)간 실시할 수 있다.In the present invention, the step of normalizing heat treatment may be performed for 1 hour + (15 to 30 minutes).
본 발명에 있어서, 상기 노멀라이징 열처리하는 단계 및 상기 템퍼링 열처리하는 단계는 동일한 설비에서 이루어지는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the normalizing heat treatment and the tempering heat treatment are performed in the same facility.
본 발명에 있어서, 상기 강판은 310MPa 이상의 항복강도(YP) 및 500MPa 이상의 인장강도(TS)를 가지고, -20℃에서 200J 이상의 샤르피 충격인성 값을 가질 수 있다.In the present invention, the steel sheet may have a yield strength (YP) of 310 MPa or more and a tensile strength (TS) of 500 MPa or more, and a Charpy impact toughness value of 200 J or more at -20°C.
본 발명의 다른 관점은 장시간 용접후 열처리(PWHT)를 행해도 강도와 인성이 우수한 강판으로서, 중량%로, 탄소(C); 0.12~0.17%, 실리콘(Si): 0.40~0.60%, 망간(Mn): 0.45~0.65%, 인(P): 0 초과 0.010% 이하, 황(S): 0 초과 0.030% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.001~0.020%, 크롬(Cr): 1.00~1.20%, 니켈(Ni): 0.25~0.35%, 티타늄(Ti): 0 초과 0.010% 이하, 구리(Cu); 0.10~0.15%, 니오븀(Nb): 0.01~0.02%, 몰리브덴(Mo); 0.40~0.60%, 바나듐(V): 0 초과 0.02% 이하, 잔여 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 310MPa 이상의 항복강도(YP) 및 500MPa 이상의 인장강도(TS)를 가지고, -20℃에서 200J 이상의 샤르피 충격인성 값을 갖는 강판에 관한 것이다.Another aspect of the present invention is a steel sheet having excellent strength and toughness even after performing a heat treatment (PWHT) after welding for a long time, in wt%, carbon (C); 0.12 to 0.17%, silicon (Si): 0.40 to 0.60%, manganese (Mn): 0.45 to 0.65%, phosphorus (P): more than 0 0.010%, sulfur (S): more than 0 0.030%, soluble aluminum ( S_Al): 0.001 to 0.020%, chromium (Cr): 1.00 to 1.20%, nickel (Ni): 0.25 to 0.35%, titanium (Ti): greater than 0 and not more than 0.010%, copper (Cu); 0.10 to 0.15%, niobium (Nb): 0.01 to 0.02%, molybdenum (Mo); 0.40~0.60%, vanadium (V): greater than 0 and less than 0.02%, contains residual iron (Fe) and other inevitable impurities, has a yield strength (YP) of 310 MPa or more and a tensile strength (TS) of 500 MPa or more, -20℃ It relates to a steel plate having a Charpy impact toughness value of 200J or more.
본 발명에 따르면, 본 발명에 따르면, 노멀라이징(normalizing) 온도 및 시간의 상향을 통해 시멘타이트 분해를 억제하는 미세 펄라이트의 생성을 촉진하여 결정립 성장 및 시멘타이트 성장을 억제하고, 노멀라이징 및 템퍼링 공정을 동일 설비에서 진행함으로써 공정 변수의 증가에 따른 문제를 차단하며, 템퍼링 온도를 제어함으로써 결정립의 성장을 억제하여 최적의 강도 및 인성을 확보할 수 있다.According to the present invention, according to the present invention, by increasing the normalizing temperature and time, the generation of fine pearlite that suppresses cementite decomposition is promoted to suppress grain growth and cementite growth, and normalizing and tempering processes are performed in the same facility. By proceeding, the problem due to the increase of the process variable is blocked, and the growth of crystal grains is suppressed by controlling the tempering temperature, thereby securing optimum strength and toughness.
도 1은 종래 강 및 개발 강의 상변태 전 오스테나이트 조직의 현미경사진이다.
도 2는 열간압연 후 노말라이징(NOR) 온도 변화에 따른 종래 강과 개발 강의 미세조직 변화를 관찰한 현미경사진이다.
도 3은 열간압연 후 노말라이징(NOR) 온도 변화에 따른 종래 강과 개발 강의 펄라이트 층상 간격 변화를 관찰한 현미경사진이다.1 is a micrograph of an austenite structure before phase transformation of a conventional steel and a developed steel.
FIG. 2 is a photomicrograph of observing microstructure changes of conventional steels and developed steels according to changes in normalizing (NOR) temperature after hot rolling.
3 is a photomicrograph observing a change in the pearlite layer spacing between a conventional steel and a developed steel according to a change in normalizing (NOR) temperature after hot rolling.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. The present invention may be implemented in a number of different forms, and is not limited to the embodiments described herein. The same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the present specification. In addition, detailed descriptions of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.
본 발명은 발전 및 플랜트 산업에서 구조용 강으로 사용되고 있는 중고온용 압력용기 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 제작 시 용접에 의해 발생하는 잔류응력을 최소화하기 위해 실시하는 용접 후 열처리(Post Weld Heat Treatment; PWHT)를 장시간 수행한 후에도 강판의 강도와 인성의 열화에 대한 저항성을 크게 향상시킨 중고온용 압력용기 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high-temperature pressure vessel steel plate used as a structural steel in power generation and plant industries, and a manufacturing method thereof. Post-weld heat treatment performed to minimize residual stress generated by welding during manufacturing; It relates to a high-temperature pressure vessel steel sheet and a manufacturing method thereof, which greatly improves resistance to deterioration of the strength and toughness of the steel sheet even after performing PWHT) for a long time.
본 발명의 중고온용 압력용기 강판은 장시간의 PWHT를 행해도 강도 및 인성의 저하가 발생하지 않는 PWHT 저항성이 우수한 발전소의 보일러, 압력용기 등 350~600℃ 정도의 중고온 압력용기 강판 등에 보다 바람직하게 적용될 수 있다.The high-temperature pressure vessel steel plate of the present invention is more preferably used for high-temperature pressure vessel steel plates of 350 to 600°C, such as boilers and pressure vessels of power plants with excellent PWHT resistance, which does not deteriorate strength and toughness even after performing PWHT for a long time. Can be applied.
본 발명의 장시간 용접후 열처리(PWHT)를 행해도 강도와 인성이 우수한 중고온용 압력용기 강판은, 중량%로, 탄소(C); 0.12~0.17%, 실리콘(Si): 0.40~0.60%, 망간(Mn): 0.45~0.65%, 인(P): 0 초과 0.010% 이하, 황(S): 0 초과 0.030% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.001~0.020%, 크롬(Cr): 1.00~1.20%, 니켈(Ni): 0.25~0.35%, 티타늄(Ti): 0 초과 0.010% 이하, 구리(Cu); 0.10~0.15%, 니오븀(Nb): 0.01~0.02%, 몰리브덴(Mo); 0.40~0.60%, 바나듐(V): 0 초과 0.02% 이하, 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순 원소들을 포함한다.Even after long-time welding heat treatment (PWHT) of the present invention, the high-temperature pressure vessel steel sheet excellent in strength and toughness, in weight%, includes carbon (C); 0.12 to 0.17%, silicon (Si): 0.40 to 0.60%, manganese (Mn): 0.45 to 0.65%, phosphorus (P): more than 0 0.010%, sulfur (S): more than 0 0.030%, soluble aluminum ( S_Al): 0.001 to 0.020%, chromium (Cr): 1.00 to 1.20%, nickel (Ni): 0.25 to 0.35%, titanium (Ti): greater than 0 and not more than 0.010%, copper (Cu); 0.10 to 0.15%, niobium (Nb): 0.01 to 0.02%, molybdenum (Mo); 0.40~0.60%, vanadium (V): greater than 0 and less than 0.02%, including the remaining iron (Fe) and other unavoidable impurity elements.
먼저, 본 발명의 조성범위에 대하여 상세히 설명한다(이하, 중량%).First, the composition range of the present invention will be described in detail (hereinafter,% by weight).
탄소(C); 0.12~0.17%Carbon (C); 0.12~0.17%
탄소(C)는 강화 강화시키는데 가장 효과적인 원소이나, 다량 첨가하게 되면 용접성 및 저온인성을 저하시키기 때문에 이를 고려하여 첨가되는 것이 바람직하다. 강의 탄소(C) 함량이 0.12% 미만일 경우, 목표하는 강도를 구현하기 위해 니켈(Ni) 등과 같은 다른 고가의 대체 합금원소를 다량 첨가하여야 하므로 비경제적이며, 탄소(C) 함량이 0.17%를 초과하는 경우에는 용접성 및 저온인성이 열화되기 때문에 바람직하지 않다.Carbon (C) is the most effective element for strengthening and strengthening, but when added in a large amount, it is preferable to be added in consideration of this because it lowers weldability and low-temperature toughness. If the carbon (C) content of steel is less than 0.12%, it is uneconomical because a large amount of other expensive alternative alloying elements such as nickel (Ni) must be added to achieve the target strength, and the carbon (C) content exceeds 0.17%. In this case, since weldability and low-temperature toughness deteriorate, it is not preferable.
실리콘(Si); 0.40~0.60%Silicon (Si); 0.40~0.60%
실리콘(Si)은 제강시 탈산제로 첨가되며, 고용강화에 의한 강도 향상을 위하여 첨가되는 원소이다. 본 발명에서 이러한 효과를 확보하기 위해서 0.4~0.6%의 범위로 첨가한다. 실리콘(Si)의 첨가량이 0.4% 미만일 경우 용강의 탈산이 충분하지 않아 인성이 저하될 수 있으며, 실리콘(Si)의 첨가량이 0.6%를 초과하는 경우에는 열간압연시 실리콘(Si)에 의한 붉은색 스케일이 형성되어 강판 표면 형상이 불균일해지며 PWHT 후 용접부 인성이 저하될 수 있다.Silicon (Si) is added as a deoxidizing agent during steel making, and is an element added to improve strength by solid solution strengthening. In the present invention, it is added in the range of 0.4 to 0.6% to ensure this effect. If the added amount of silicon (Si) is less than 0.4%, the deoxidation of molten steel is not sufficient and the toughness may decrease. If the amount of silicon (Si) exceeds 0.6%, the red color due to silicon (Si) during hot rolling. Scale is formed, the shape of the steel plate surface becomes uneven, and the toughness of the weld after PWHT may decrease.
망간(Mn); 0.45~0.65%Manganese (Mn); 0.45~0.65%
망간(Mn)은 강을 고용 강화시키는데 효과적인 원소로서 0.45~0.65%의 범위로 첨가한다. 망간(Mn)은 0.45% 이상 포함되어야 소입성 증가효과와 고강도 특성을 확보할 수 있으나, 그 함량이 0.65%를 초과하여 첨가할 경우에는 제강 공정에서 슬라브를 주조시 두께 중심부에 중심 편석부가 크게 발달되고, 두께 방향으로 미세편석(micro-segregation)이 발달되어 저온 충격인성을 열화시킬 수 있다.Manganese (Mn) is an element effective in solid-solution strengthening of steel, and is added in the range of 0.45 to 0.65%. Manganese (Mn) must be contained in at least 0.45% to ensure the effect of increasing quenching and high strength properties.However, if the content exceeds 0.65%, the central segregation part in the center of the thickness when casting the slab in the steelmaking process is large. It is developed, and micro-segregation is developed in the thickness direction, so that low-temperature impact toughness may be deteriorated.
인(P); 0 초과 0.010% 이하Phosphorus (P); More than 0 and less than 0.010%
인(P)은 강 중에 존재하는 불순물 원소로서 주로 강판의 중심부에 편석되어 인성을 저하시키기 때문에 가능한 감소시키는 것이 바람직하므로 그 상한을 0.01%로 한다.Phosphorus (P) is an impurity element present in steel and is mainly segregated in the center of the steel sheet to reduce toughness, so it is desirable to reduce it as much as possible, so the upper limit is set to 0.01%.
황(S); 0 초과 0.030% 이하Sulfur (S); More than 0 and less than 0.030%
황(S)도 역시 강 중에 존재하는 불순물 원소로서, Mn 등과 결합하여 비금속 개재물을 형성하며, 이에 따라 강의 인성 및 강도를 크게 손산시키기 때문에 가능한 감소시키는 것이 바람직하다. 특히, 극저온에서 취성파괴 정지 특성을 확보하기 위해서는 그 상한은 0.03%로 제한하는 것이 바람직하다.Sulfur (S) is also an impurity element present in the steel, and it is desirable to reduce it as much as possible because it combines with Mn and the like to form non-metallic inclusions, thereby greatly reducing the toughness and strength of the steel. In particular, in order to secure brittle fracture stopping properties at cryogenic temperatures, the upper limit is preferably limited to 0.03%.
가용성 알루미늄(S_Al); 0.001~0.020%Soluble aluminum (S_Al); 0.001~0.020%
알루미늄(Al)은 제강시 실리콘(Si)과 함께 탈산제로 첨가되며, 고용강화 효과도 있다. 그러나 0.02%를 초과하여 첨가되면 충격 인성이 저해될 수 있고, 0.001% 미만으로 첨가시에는 탈산 효과가 불충분하여 인성이 저하되므로, 0.001~0.02%로 첨가하는 것이 바람직하다.Aluminum (Al) is added as a deoxidizing agent along with silicon (Si) during steelmaking, and has a solid solution strengthening effect. However, if it is added in excess of 0.02%, the impact toughness may be inhibited, and if it is added in less than 0.001%, the deoxidation effect is insufficient and the toughness is lowered.
크롬(Cr): 1.00~1.20%Chrome (Cr): 1.00~1.20%
크롬(Cr)은 고온강도를 증가시키는 원소이므로, 강도증가 효과를 위해서는 1.00% 이상 첨가되어야 하나, 고가의 원소이므로 1.20%를 초과하여 첨가하는 경우에는 제조비용의 상승을 초래하므로 1.20% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.Since chromium (Cr) is an element that increases high-temperature strength, it must be added at least 1.00% for the strength increase effect, but since it is an expensive element, adding more than 1.20% causes an increase in manufacturing cost, so it is managed to be less than 1.20%. It is desirable to do.
니켈(Ni): 0.25~0.35%Nickel (Ni): 0.25~0.35%
니켈(Ni)은 저온 인성의 향상에 가장 효과적인 원소로서, 그 함량이 0.25% 이상 첨가되어야 상기 효과를 얻을 수 있으나, 고가의 원소로 제조비용 상승을 초래하므로 0.35% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.Nickel (Ni) is the most effective element for improving low-temperature toughness, and the above effect can be obtained only when its content is added at 0.25% or more, but it is preferably added at 0.35% or less since it is an expensive element and causes an increase in manufacturing cost.
티타늄(Ti): 0 초과 0.010% 이하Titanium (Ti): greater than 0 and less than 0.010%
티타늄(Ti)은 강의 응고 과정에서 TiN 석출물을 형성하여 슬라브 가열 및 열간 압연 과정에서 오스테나이트 결정립을 억제하여 최종 조직 입도를 미세화시킴으로써 강의 인성을 향상시킨다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.01%을 초과하는 경우에는 용질 Ti의 과다 존재로 슬라브 가열시 TiN이 조대하게 석출되어 입도 미세화에 도움이 되지 않을 수 있으므로 티타늄(Ti)의 함량을 0.01% 이하로 제한한다.Titanium (Ti) improves the toughness of the steel by forming TiN precipitates during the solidification process of the steel, suppressing the austenite grains in the slab heating and hot rolling process, and minimizing the final structure grain size. If the content of titanium (Ti) exceeds 0.01%, the content of titanium (Ti) is limited to 0.01% or less because TiN may not be helpful for finer particle size due to coarse precipitation of TiN when heating the slab due to the excessive presence of solute Ti. do.
구리(Cu); 0.10~0.15%Copper (Cu); 0.10~0.15%
구리(Cu)는 강재의 강도 증대에 효과적인 원소이다. 따라서, 0.1% 이상 첨가되어야 강도 증대의 효과를 도모할 수 있으나, 고가인 관계로 0.15% 이하로 첨가함이 바람직하다.Copper (Cu) is an element effective in increasing the strength of steel materials. Therefore, it is possible to achieve the effect of increasing the strength when 0.1% or more is added, but it is preferable to add 0.15% or less because of the high cost.
니오븀(Nb): 0.01~0.02%Niobium (Nb): 0.01~0.02%
니오븀(Nb)은 결정립을 미세화하는데 아주 유용한 원소이며 동시에 고강도 조직인 침상 페라이트 또는 베이나이트의 형성을 촉진시켜 강의 강도를 크게 향상시키는 역할을 한다. 나아가 PWHT 이후 석출물로 강 내부에 존재하여 열처리 이후 발생할 수 있는 강도의 저하를 막을 수 있기 때문에 적어도 0.01% 이상을 첨가하는 것이 바람직하다. 하지만 0.02%을 초과하여 첨가하는 경우에는 용접성이 저하될 수 있으므로 니오븀(Nb)의 함량을 0.01~0.02%로 제한한다.Niobium (Nb) is a very useful element for refining grains, and at the same time, it plays a role of greatly improving the strength of steel by promoting the formation of acicular ferrite or bainite, which is a high-strength structure. Furthermore, it is preferable to add at least 0.01% or more because it is present in the steel as a precipitate after PWHT to prevent a decrease in strength that may occur after heat treatment. However, if it is added in excess of 0.02%, the weldability may deteriorate, so the content of niobium (Nb) is limited to 0.01 to 0.02%.
몰리브덴(Mo); 0.40~0.60%Molybdenum (Mo); 0.40~0.60%
몰리브덴(Mo)은 크롬(Cr)과 마찬가지로, 고온 강도 증대에 유효한 원소일 뿐만 아니라, 황화물에 의한 균열 발생을 방지하는 원소이다. 상기 효과를 위해서는 0.4%이상 첨가되어야 하나, 몰리브덴(Mo) 역시 고가의 원소로 제조비용의 상승을 초래하므로, 0.6% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.Like chromium (Cr), molybdenum (Mo) is not only an element effective in increasing high-temperature strength, but also an element that prevents cracking due to sulfides. For the above effect, 0.4% or more should be added, but since molybdenum (Mo) is also an expensive element and causes an increase in manufacturing cost, it is preferable to limit it to 0.6% or less.
바나듐(V): 0 초과 0.02% 이하Vanadium (V): greater than 0 and less than 0.02%
바나듐(V)은 니오븀(Nb)과 마찬가지로 결정립을 미세화하는데 아주 유용한 원소이며 동시에 고강도 조직인 침상 페라이트 또는 베이나이트의 형성을 촉진시켜 강의 강도를 크게 향상시키는 역할을 하고, PWHT 이후 석출물로 강 내부에 존재하여 열처리 이후 발생할 수 있는 강도의 저하를 막을 수 있다. 그러나, 바나듐(V)을 0.02%를 초과하여 첨가하는 경우에는 용접성이 저하될 수 있으므로 0.02% 이하로 그 상한을 제한한다.Vanadium (V), like niobium (Nb), is a very useful element for refining crystal grains. At the same time, it promotes the formation of needle-like ferrite or bainite, which is a high-strength structure, greatly improving the strength of steel, and is present in the steel as a precipitate after PWHT. Thus, it is possible to prevent a decrease in strength that may occur after heat treatment. However, if vanadium (V) is added in excess of 0.02%, the weldability may be deteriorated, so the upper limit thereof is limited to 0.02% or less.
나머지는 철(Fe) 및 불가피한 불순물로 이루어진다.The rest is made of iron (Fe) and unavoidable impurities.
이하, 본 발명의 장시간 용접후 열처리(PWHT)를 행해도 강도와 인성이 우수한 중고온용 압력용기 강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a high-temperature pressure vessel steel sheet having excellent strength and toughness even after long-time welding heat treatment (PWHT) of the present invention will be described in detail.
중고온 압력용기 강판의 물성 변화는 상변태 미세조직 및 열처리 후 미세조직에 영향도가 크다. 이에 본 발명자들은 연구를 거듭한 결과, (1) 노멀라이징(normalizing) 온도 및 시간의 상향을 통해 시멘타이트 분해를 억제하는 미세 펄라이트의 생성을 촉진하여 결정립 성장 및 시멘타이트 성장을 억제하고, (2) 노멀라이징 및 템퍼링, 또는 가속 냉각 및 템퍼링 공정을 동일 설비에서 진행함으로써 공정 변수의 증가에 따른 문제를 차단하며, (3) 템퍼링 온도를 690 ~ 720℃로 제어함으로써 결정립의 성장을 억제하여 최적의 강도 및 인성을 확보할 수 있는 방법을 제시한다.The change in physical properties of the steel plate for the high temperature pressure vessel has a great effect on the phase transformation microstructure and the microstructure after heat treatment. As a result of repeated research, the inventors of the present invention (1) promote the production of fine pearlite that inhibits cementite decomposition through an increase in normalizing temperature and time, thereby inhibiting grain growth and cementite growth, and (2) normalizing and Tempering or accelerated cooling and tempering process are performed in the same facility to block problems due to the increase of process variables. (3) By controlling the tempering temperature at 690 ~ 720℃, the growth of crystal grains is suppressed to provide optimum strength and toughness. We present a way to secure it.
먼저, 본 발명은, 중량%로, 탄소(C); 0.12~0.17%, 실리콘(Si): 0.40~0.60%, 망간(Mn): 0.45~0.65%, 인(P): 0 초과 0.010% 이하, 황(S): 0 초과 0.030% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.001~0.020%, 크롬(Cr): 1.00~1.20%, 니켈(Ni): 0.25~0.35%, 티타늄(Ti): 0 초과 0.010% 이하, 구리(Cu); 0.10~0.15%, 니오븀(Nb): 0.01~0.02%, 몰리브덴(Mo); 0.40~0.60%, 바나듐(V): 0 초과 0.02% 이하, 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순 원소들을 포함하는 강 슬라브를 1,150~1,200℃의 온도범위로 재가열한다. 이러한 슬라브 재가열 과정을 통해, 주조 시 편석된 성분의 재고용 및 석출물의 재고용이 발생할 수 있다. 이때, 상기 슬라브는 연속주조과정에 의하여 제조되는 슬라브 판재일 수 있다.First, the present invention, by weight, carbon (C); 0.12 to 0.17%, silicon (Si): 0.40 to 0.60%, manganese (Mn): 0.45 to 0.65%, phosphorus (P): more than 0 0.010%, sulfur (S): more than 0 0.030%, soluble aluminum ( S_Al): 0.001 to 0.020%, chromium (Cr): 1.00 to 1.20%, nickel (Ni): 0.25 to 0.35%, titanium (Ti): greater than 0 and not more than 0.010%, copper (Cu); 0.10 to 0.15%, niobium (Nb): 0.01 to 0.02%, molybdenum (Mo); 0.40~0.60%, vanadium (V): greater than 0 and less than 0.02%, and the steel slab containing the remaining iron (Fe) and other inevitable impurity elements is reheated to a temperature range of 1,150~1,200℃. Through this slab reheating process, re-use of segregated components during casting and re-use of precipitates may occur. In this case, the slab may be a slab plate manufactured by a continuous casting process.
슬라브 재가열 온도가 1,150℃ 미만일 경우에는 가열온도가 충분하지 않아 압연 부하가 커지는 문제가 있다. 또한, Nb계 석출물이 고용 온도에 이르지 못해 열간압연시 미세한 석출물로 재석출되지 못하여 오스테나이트의 결정립 성장을 억제하지 못해 오스테나이트 결정립이 급격히 조대화되는 문제점이 있다. 반대로, 재가열 온도가 1,200℃를 초과할 경우, 오스테나이트 결정립이 급격히 조대화되거나 또는 탈탄 현상이 발생하여 제조되는 강의 강도 및 저온인성 확보가 어려운 문제가 있다.If the slab reheating temperature is less than 1,150°C, the heating temperature is not sufficient, so that the rolling load increases. In addition, there is a problem in that the austenite crystal grains rapidly coarsen because the Nb-based precipitates do not reach the solid solution temperature and are not re-precipitated as fine precipitates during hot rolling, and thus the growth of austenite grains cannot be suppressed. Conversely, when the reheating temperature exceeds 1,200°C, austenite grains rapidly coarsen or decarburization occurs, making it difficult to secure strength and low-temperature toughness of the steel produced.
슬라브 가열 후 가열된 슬라브를 열간압연하는 과정을 거치게 되는데, 강판이 인성을 갖추기 위해서는 오스테나이트 결정립이 미세한 크기로 존재하여야 하는데, 이는 압연온도 및 압하율을 제어함으로써 가능하다. 압연 단계는 오스테나이트의 재결정이 멈추는 온도(Tnr) 이상에서 이루어지는 것이 바람직하다. 압연에 의해 주조 중에 형성된 덴드라이트 등의 주조 조직을 파괴하며 오스테나이트 재결정을 통하여 결정립을 작게 하는 효과가 있다. 이러한 결정립 미세화는 강판의 강도 및 인성 향상에 중요한 영향을 미치게 된다. 본 발명의 압연 단계는 1,000~1,150℃를 압연 종료 온도로 하여 진행된다.After the slab is heated, the heated slab is subjected to a process of hot rolling.In order for the steel sheet to have toughness, austenite grains must exist in a fine size, which is possible by controlling the rolling temperature and the rolling reduction rate. The rolling step is preferably performed at a temperature Tnr or higher at which recrystallization of austenite stops. It has the effect of destroying the cast structure such as dendrite formed during casting by rolling, and reducing crystal grains through austenite recrystallization. Such grain refinement has an important effect on improving the strength and toughness of the steel sheet. The rolling step of the present invention proceeds with 1,000 to 1,150°C as the rolling end temperature.
상기 압연된 열연강판을 열처리하는 노멀라이징을 실시한다. 상기 열처리는 910~940℃의 온도범위에서 1시간 정도 실시하고 15~30분간 유지한다. 상기 노멀라이징 열처리 온도가 910℃ 미만에서는 고용 용질 원소들의 재고용이 어려워 강도의 확보가 어려워지고, 반면에 열처리 온도가 940℃를 초과하게 되면 결정립의 성장이 일어나 저온 인성을 해지게 된다. 또한, 열처리 유지시간이 15분 미만이면 조직의 균질화가 어렵고 30분을 초과하면 생산성을 해칠 수 있다.Normalizing to heat-treat the rolled hot-rolled steel sheet is performed. The heat treatment is performed at a temperature range of 910 to 940°C for about 1 hour and maintained for 15 to 30 minutes. When the normalizing heat treatment temperature is less than 910°C, it is difficult to re-use solid solution solute elements, making it difficult to secure strength. On the other hand, when the heat treatment temperature exceeds 940°C, crystal grain growth occurs, resulting in low-temperature toughness. In addition, if the heat treatment holding time is less than 15 minutes, homogenization of the tissue is difficult, and if it exceeds 30 minutes, productivity may be impaired.
상기 온도 및 시간 조건으로 유지된 강판을 중심부 냉각속도 기준으로 25℃~30/sec의 냉각 속도로 냉각한다. 상기 냉각속도가 25℃/sec이하인 경우에는 냉각 중 조대한 페라이트 결정립이 발생될 수 있고 30℃/sec를 초과하는 경우에는 과도한 냉각설비로 경제성 측면에서 불리하게 된다.The steel sheet maintained under the above temperature and time conditions is cooled at a cooling rate of 25°C to 30/sec based on the central cooling rate. If the cooling rate is 25°C/sec or less, coarse ferrite grains may be generated during cooling, and if it exceeds 30°C/sec, excessive cooling equipment is disadvantageous in terms of economic efficiency.
상기 열처리 및 냉각된 강판을 690~720℃의 온도범위에서 유지하는 템퍼링 열처리 단계를 실시한다. 상기 템퍼링 열처리의 온도가 690℃ 미만에서는 미세한 석출물의 석출이 어려워 강도의 확보가 어려워지고, 반면에 열처리 온도가 720℃를 초과하게 되면 석출물의 성장이 일어나 강도 및 저온 인성을 해치게 된다. 상기 노멀라이징 열처리, 냉각 및 템퍼링 열처리 단계는 동일한 설비에서 연속적으로 이루어져 공정 변수의 증가에 따른 생산성 저하를 방지할 수 있다.A tempering heat treatment step of maintaining the heat treated and cooled steel sheet in a temperature range of 690 to 720°C is performed. When the temperature of the tempering heat treatment is less than 690°C, it is difficult to secure the strength due to the difficulty in precipitation of fine precipitates. On the other hand, when the heat treatment temperature exceeds 720°C, the growth of the precipitate occurs, thereby impairing the strength and low-temperature toughness. The normalizing heat treatment, cooling, and tempering heat treatment steps are continuously performed in the same facility to prevent a decrease in productivity due to an increase in process variables.
상기 열처리된 강판을 25℃~30/sec의 냉각속도로 냉각하고 600~720℃의 온도범위에서 일정 시간동안 유지하는 템퍼링 열처리 공정을 거쳐 제조된 본 발명의 강판을 이용하여 압력용기를 제작할 시, 용접공정에 의해 부가되는 잔류응력의 제거 등을 위하여 PWHT 처리를 행할 수 있다. When manufacturing a pressure vessel using the steel sheet of the present invention manufactured through a tempering heat treatment process that cools the heat-treated steel sheet at a cooling rate of 25°C to 30/sec and maintains it in a temperature range of 600 to 720°C for a certain time, PWHT treatment can be performed to remove residual stress added by the welding process.
일반적으로 장시간 PWHT 열처리 이후에는 강도 및 인성의 열화가 발생되는데, 상기 본 발명에 의해 제조된 강판은 통상적인 PWHT 온도 조건인 690~720℃에서 장시간 실시하여도 강도 및 인성의 큰 저하없이 용접시공이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 본 발명의 바람직한 일례의 강판은 50시간의 PWHT 후에도 500MPa 이상의 인장강도를 갖고, -20℃에서의 샤르피충격 에너지값이 250J 이상을 만족하여 우수한 강도와 인성을 갖는다.In general, deterioration of strength and toughness occurs after a long PWHT heat treatment, and the steel sheet manufactured by the present invention can be welded without a significant decrease in strength and toughness even if it is carried out for a long time at 690 to 720°C, which is a typical PWHT temperature condition. It has the advantage of being possible. The steel sheet of a preferred example of the present invention has a tensile strength of 500 MPa or more even after 50 hours of PWHT, and a Charpy impact energy value at -20° C. satisfies 250 J or more, thereby having excellent strength and toughness.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following examples.
실시예Example
하기 표 1 및 표 2는 종래강과 발명강의 화학성분을 각각 나타낸 것이다.Table 1 and Table 2 below show the chemical composition of the conventional steel and the invention steel, respectively.
division
강Conventional
River
강Development
River
강Conventional
River
강Development
River
상기 표 1 및 표 2의 합금 조성을 갖는 강 슬라브를 표 2에 제시된 온도(SRT)에서 재가열한 뒤 열간압연하여 열연 강판을 제조하였다. 열연 강판을 표 2의 온도(NOR)에서 유지하여 노멀라이징 열처리한 다음, 표 2에 제시된 온도(NT)에서 각각 템퍼링 열처리를 실시하였다.The steel slabs having the alloy composition of Tables 1 and 2 were reheated at the temperature (SRT) shown in Table 2 and then hot-rolled to prepare a hot-rolled steel sheet. The hot-rolled steel sheet was subjected to normalizing heat treatment by maintaining the temperature (NOR) in Table 2, and then tempering heat treatment was performed at the temperature (NT) shown in Table 2, respectively.
다음에, 제조된 강판에 대하여, 항복강도(YP), 인장강도(TS) 및 연신율(EL)을 측정하여 그 결과를 표 3에 나타내었고, 18℃, 0℃, -20℃, -40℃ 및 -60℃에서의 샤르피 충격 흡수에너지(CVN)를 측정하여 그 결과를 표 4에 나타내었다. 표 4에서 저온 인성은 각각의 온도에서 V노치를 갖는 시편을 샤르피 충격 시험을 행하여 얻은 샤르피 충격 에너지 값으로 평가한 것이다.Next, for the manufactured steel sheet, the yield strength (YP), tensile strength (TS), and elongation (EL) were measured, and the results are shown in Table 3, 18°C, 0°C, -20°C, -40°C And Charpy shock absorption energy (CVN) at -60°C was measured, and the results are shown in Table 4. In Table 4, the low-temperature toughness was evaluated by the Charpy impact energy value obtained by performing a Charpy impact test on a specimen having a V notch at each temperature.
상기 표 3 및 4의 결과에서, 본 발명의 합금 조성 및 제조공정 조건을 만족하는 개발 강은 310MPa 이상의 항복강도(YP) 및 500MPa 이상의 인장강도(TS)를 나타내어 종래 강에 비해 큰 값을 나타내었고, 온도에 따른 충격인성 값의 경우에도 본 발명의 개발 강이 종래 강에 비해 크게 높은 값을 나타낸 것을 확인할 수 있다.In the results of Tables 3 and 4, the developed steel that satisfies the alloy composition and manufacturing process conditions of the present invention exhibited a yield strength (YP) of 310 MPa or more and a tensile strength (TS) of 500 MPa or more, showing a larger value than the conventional steel. , In the case of the impact toughness value according to temperature, it can be seen that the developed steel of the present invention exhibited a significantly higher value than that of the conventional steel.
도 1 내지 도 3은 종래 강과 본 발명의 개발 강의 미세 조직을 관찰한 전자현미경(SEM) 사진들이다. 1 to 3 are electron microscopy (SEM) photographs observing the microstructure of the conventional steel and the developed steel of the present invention.
구체적으로, 도 1은 종래 강 및 개발 강의 상변태 전 오스테나이트 조직의 현미경사진으로서, 종래 강의 오스테나이트 결정립의 평균 크기는 39.9㎛, 개발 강의 오스테나이트 결정립의 평균 크기는 36.1㎛으로 측정되어 개발 강의 조직이 더 미세하거나 유사한 수준을 나타내었다.Specifically, FIG. 1 is a micrograph of austenite structure before phase transformation of a conventional steel and a developed steel. The average size of austenite grains of the conventional steel is 39.9 μm, and the average size of the austenite grains of the developed steel is 36.1 μm. It showed a finer or similar level.
도 2 및 도 3은 열간압연 후 노말라이징(NOR) 온도 변화에 따른 종래 강과 개발 강의 미세조직 및 펄라이트 층상 간격변화를 나타낸 현미경 사진이다.2 and 3 are micrographs showing changes in microstructure and pearlite layer spacing between conventional and developed steels according to changes in normalizing (NOR) temperature after hot rolling.
도 2에 도시된 바와 같이, 열간 압연 후 900℃에서 노멀라이징을 실시한 종래 강에 비해 930℃에서 노멀라이징을 실시한 개발 강의 조직이 더 균일하고, 도 3에 도시된 바와 같이 개발 강의 펄라이트 층상 간격 또한 더 미세하고 균일한 것을 확인할 수 있다.As shown in Fig. 2, the structure of the developed steel normalized at 930°C is more uniform than the conventional steel normalized at 900°C after hot rolling, and the pearlite layer spacing of the developed steel is also finer as shown in Fig.3. And uniform.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 노멀라이징(normalizing) 온도 및 시간의 상향을 통해 시멘타이트 분해를 억제하는 미세 펄라이트의 생성을 촉진하여 결정립 성장 및 시멘타이트 성장을 억제하고, 노멀라이징 및 템퍼링 공정을 동일 설비에서 진행함으로써 공정 변수의 증가에 따른 문제를 차단하며, 템퍼링 온도를 제어함으로써 결정립의 성장을 억제하여 최적의 강도 및 인성을 확보할 수 있다. 본 발명의 중고온용 압력용기 강판은 장시간의 PWHT를 행해도 강도 및 인성의 저하가 발생하지 않는 PWHT 저항성이 우수한 발전소의 보일러, 압력용기 등 350~600℃ 정도의 중고온 압력용기 강판 등에 보다 바람직하게 적용될 수 있다.As described above, according to the present invention, by increasing the normalizing temperature and time, the generation of fine pearlite that suppresses cementite decomposition is promoted to inhibit grain growth and cementite growth, and normalizing and tempering processes are performed in the same facility. By proceeding, it is possible to block problems due to an increase in process parameters, and to control the tempering temperature to suppress the growth of crystal grains, thereby securing optimum strength and toughness. The high-temperature pressure vessel steel plate of the present invention is more preferably used for high-temperature pressure vessel steel plates of 350 to 600°C, such as boilers and pressure vessels of power plants with excellent PWHT resistance, which does not deteriorate strength and toughness even after performing PWHT for a long time. Can be applied.
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.In the above, the embodiments of the present invention have been described mainly, but various changes or modifications may be made at the level of those skilled in the art. Such changes and modifications can be said to belong to the present invention as long as they do not depart from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should be determined by the claims set forth below.
Claims (5)
재가열된 상기 강 슬라브를 열간 압연하는 단계;
상기 열간압연된 열연강판을 910~940℃의 온도 범위에서 노멀라이징 열처리하는 단계; 및
상기 열처리된 강판을 냉각하고 690~720℃의 온도 범위에서 템퍼링 열처리하는 단계를 포함하는,
PWHT 저항성이 우수한 압력용기 강판의 제조방법.
In weight percent, carbon (C); 0.12 to 0.17%, silicon (Si): 0.40 to 0.60%, manganese (Mn): 0.45 to 0.65%, phosphorus (P): more than 0 0.010%, sulfur (S): more than 0 0.030%, soluble aluminum ( S_Al): 0.001 to 0.020%, chromium (Cr): 1.00 to 1.20%, nickel (Ni): 0.25 to 0.35%, titanium (Ti): greater than 0 and not more than 0.010%, copper (Cu); 0.10 to 0.15%, niobium (Nb): 0.01 to 0.02%, molybdenum (Mo); 0.40 to 0.60%, vanadium (V): more than 0 and 0.02% or less, reheating the steel slab containing residual iron (Fe) and other inevitable impurities to a temperature range of 1,100 to 1200°C;
Hot rolling the reheated steel slab;
Normalizing heat treatment of the hot-rolled hot-rolled steel sheet at a temperature range of 910 to 940°C; And
Comprising the step of cooling the heat-treated steel sheet and tempering heat treatment at a temperature range of 690 to 720°C,
A method of manufacturing a pressure vessel steel plate with excellent PWHT resistance.
상기 노멀라이징 열처리하는 단계는 1시간+(15~30분)간 실시하는,
PWHT 저항성이 우수한 압력용기 강판의 제조방법.
The method of claim 1,
The normalizing heat treatment step is performed for 1 hour + (15 to 30 minutes),
A method of manufacturing a pressure vessel steel plate with excellent PWHT resistance.
상기 노멀라이징 열처리하는 단계 및 상기 템퍼링 열처리하는 단계는 동일한 설비에서 이루어지는,
PWHT 저항성이 우수한 압력용기 강판의 제조방법.
The method of claim 1,
The normalizing heat treatment and the tempering heat treatment are performed in the same facility,
A method of manufacturing a pressure vessel steel plate with excellent PWHT resistance.
상기 강판은 310MPa 이상의 항복강도(YP) 및 500MPa 이상의 인장강도(TS)를 가지고, -20℃에서 200J 이상의 샤르피 충격인성 값을 갖는,
PWHT 저항성이 우수한 압력용기 강판의 제조방법.
The method of claim 1,
The steel sheet has a yield strength (YP) of 310 MPa or more and a tensile strength (TS) of 500 MPa or more, and a Charpy impact toughness value of 200 J or more at -20°C,
A method of manufacturing a pressure vessel steel plate with excellent PWHT resistance.
310MPa 이상의 항복강도(YP) 및 500MPa 이상의 인장강도(TS)를 가지고, -20℃에서 200J 이상의 샤르피 충격인성 값을 갖는,
PWHT 저항성이 우수한 압력용기 강판.
As a steel sheet manufactured by the method of any one of claims 1 to 4,
It has a yield strength (YP) of 310 MPa or more and a tensile strength (TS) of 500 MPa or more, and a Charpy impact toughness value of 200 J or more at -20°C,
Pressure vessel steel plate with excellent PWHT resistance.
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|---|---|---|---|
| KR1020190076055A KR20210000844A (en) | 2019-06-26 | 2019-06-26 | Pressure vessel steel sheet excellent in pwhthresistance and menufacturing mwthod thereof |
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| KR (1) | KR20210000844A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114635083A (en) * | 2022-03-04 | 2022-06-17 | 包头钢铁（集团）有限责任公司 | Method for improving low-temperature impact toughness of steel plate core of ultra-thick 15CrMoR pressure vessel |
| CN114959449A (en) * | 2022-04-22 | 2022-08-30 | 安阳钢铁股份有限公司 | Production method of low-yield-ratio chromium-molybdenum alloy steel |
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2019
- 2019-06-26 KR KR1020190076055A patent/KR20210000844A/en not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114635083A (en) * | 2022-03-04 | 2022-06-17 | 包头钢铁（集团）有限责任公司 | Method for improving low-temperature impact toughness of steel plate core of ultra-thick 15CrMoR pressure vessel |
| CN114959449A (en) * | 2022-04-22 | 2022-08-30 | 安阳钢铁股份有限公司 | Production method of low-yield-ratio chromium-molybdenum alloy steel |
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