KR20210000844A

KR20210000844A - Pwht 저항성이 우수한 압력용기 강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20210000844A
Application number: KR1020190076055A
Authority: KR
Inventors: 강의구; 서용기; 윤동현; 이희웅
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2021-01-06

Abstract

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 강 슬라브를 열간 압연하는 단계, 열간압연된 열연강판을 910~940℃의 온도 범위에서 노멀라이징 열처리하는 단계, 및 열처리된 강판을 냉각하고 690~720℃의 온도 범위에서 템퍼링 열처리하는 단계를 포함한다.

Description

PWHT 저항성이 우수한 압력용기 강판 및 그 제조방법{PRESSURE VESSEL STEEL SHEET EXCELLENT IN PWHTHRESISTANCE AND MENUFACTURING MWTHOD THEREOF}

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.

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.

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.

이에 관련된 기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-0797326호(2008.01.16 등록, ＰＷＨＴ 물성 보증용 심해 라이저 파이프 강재 및 그제조방법)가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 장시간 용접후 열처리(PWHT)를 행해도 강도와 인성이 우수한 강판 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

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.

본 발명에 있어서, 상기 노멀라이징 열처리하는 단계는 1시간+(15~30분)간 실시할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 노멀라이징 열처리하는 단계 및 상기 템퍼링 열처리하는 단계는 동일한 설비에서 이루어지는 것이 바람직하다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

먼저, 본 발명의 조성범위에 대하여 상세히 설명한다(이하, 중량%).

탄소(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.

실리콘(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.

망간(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.

인(P); 0 초과 0.010% 이하

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.

황(S); 0 초과 0.030% 이하

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.

가용성 알루미늄(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.

크롬(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.

니켈(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.

티타늄(Ti): 0 초과 0.010% 이하

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.

구리(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.

니오븀(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.

몰리브덴(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.

바나듐(V): 0 초과 0.02% 이하

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.

나머지는 철(Fe) 및 불가피한 불순물로 이루어진다.

이하, 본 발명의 장시간 용접후 열처리(PWHT)를 행해도 강도와 인성이 우수한 중고온용 압력용기 강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예

하기 표 1 및 표 2는 종래강과 발명강의 화학성분을 각각 나타낸 것이다.

구분		성분(중량%)
구분		C	Si	Mn	P	S	S_Al	Cr	Ni	Ti
종래 강	비교예1	0.123	0.52	0.49	0.007	0.001	0.020	1.15	0.29	0.001
	비교예2	0.123	0.55	0.50	0.007	0.001	0.015	1.12	0.28	0.001
	비교예3	0.121	0.55	0.51	0.007	0.001	0.013	1.15	0.28	0.001
개발 강	실시예1	0.120	0.55	0.51	0.008	0.001	0.011	1.14	0.26	0.001
	실시예2	0.122	0.52	0.51	0.008	0.001	0.020	1.16	0.26	0.001
	실시예3	0.123	0.55	0.51	0.007	0.001	0.015	1.16	0.29	0.001

구분		성분(중량%)				공정 조건
구분		Cu	Nb	Mo	V	SRT(℃)	NOR(℃)	NT(℃)
종래 강	비교예1	0.12	0.017	0.46	0.017	1200	902	720
	비교예2	0.12	0.018	0.45	0.018	1200	899	719
	비교예3	0.12	0.018	0.47	0.016	1191	903	720
개발 강	실시예1	0.12	0.017	0.45	0.016	1194	931	719
	실시예2	0.12	0.016	0.45	0.018	1200	930	720
	실시예3	0.12	0.019	0.45	0.017	1193	930	720

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.

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.

구분		YP(MPa)	TS(MPa)	EL(%)
종래 강	비교예 1	291	485	33
	비교예 2	292	485	33
	비교예 3	286	491	32
개발 강	실시예 1	321	515	30
	실시예 2	320	511	31
	실시예 3	311	507	30

구분		CVN (J), 시험 온도
구분		18℃	0℃	-20℃	-40℃	-60℃
종래 강	비교예 1	267	161	143	87	22
종래 강	비교예 2	272	154	141	83	18
개발 강	실시예 1	386	375	265	150	30
개발 강	실시예 2	379	369	257	144	45

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.

도 1 내지 도 3은 종래 강과 본 발명의 개발 강의 미세 조직을 관찰한 전자현미경(SEM) 사진들이다.

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.

도 2 및 도 3은 열간압연 후 노말라이징(NOR) 온도 변화에 따른 종래 강과 개발 강의 미세조직 및 펄라이트 층상 간격변화를 나타낸 현미경 사진이다.

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.

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.

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.

Claims

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,
PWHT 저항성이 우수한 압력용기 강판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 노멀라이징 열처리하는 단계는 1시간+(15~30분)간 실시하는,
PWHT 저항성이 우수한 압력용기 강판의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 노멀라이징 열처리하는 단계 및 상기 템퍼링 열처리하는 단계는 동일한 설비에서 이루어지는,
PWHT 저항성이 우수한 압력용기 강판의 제조방법.
제1항에 있어서,
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.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 강판으로서,
310MPa 이상의 항복강도(YP) 및 500MPa 이상의 인장강도(TS)를 가지고, -20℃에서 200J 이상의 샤르피 충격인성 값을 갖는,
PWHT 저항성이 우수한 압력용기 강판.