KR20200073343A

KR20200073343A - 용접이음부의 충격인성이 우수한 강재 및 이의 제조방법, 이를 이용한 강관

Info

Publication number: KR20200073343A
Application number: KR1020180161118A
Authority: KR
Inventors: 김영훈
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2020-06-24

Abstract

본 발명은 API 규격 5ST CT90 상당의 강도를 가지면서도 용접이음부의 충격인성이 우수한 강재 및 이것을 제조하는 방법과, 상기 강재를 이용하여 얻은 강관을 제공하고자 하는 것이다.

Description

용접이음부의 충격인성이 우수한 강재 및 이의 제조방법, 이를 이용한 강관 {THE STEEL PLATE FOR EXCELLENT IMPACT-TOUGHNESS IN WELDED JOINT, METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF, AND STEEL PIPE USING THEREOF}

본 발명은 오일 또는 가스 채굴 등에 사용되는 강재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용접이음부의 충격인성이 우수한 강재 및 이것의 제조방법과, 상기 강재를 이용하여 얻은 강관에 관한 것이다.

최근, 유정이나 가스정(이하, '유정'이라 총칭함)을 개발하기 위한 환경이 점점 가혹화되고 있으며, 채산성을 향상시키기 위하여 생산원가를 낮추기 위한 노력들이 지속되고 있다.

한편, 석유 및 가스 산업 등에서 사용되는 코일드 튜브(coiled tube)는 직경 1인치에서 3.25인치 정도의 소구경의 수km의 튜브를 제작하고, 이를 릴(reel)에 권취한 것으로, 작업 시 릴 스풀링을 통해 공급하는 형태이다.

이러한 코일드 튜브는 유정, 가스정에서 유체순환, 펌핑, 드릴링, 로그인, 천공 등의 다양한 용도로 사용할 수 있다.

상기 코일드 튜브는 사용 시마다 릴링/언릴링을 반복하여야 하는 바, 이로 인해 반복굽힘응력이 누적되어 튜브의 조기 파단이 유발되는 문제가 있다.

특히, 피로 응력이 집중되는 용접부에서는 충격이 가해질 경우, 파단으로 인한 제품수명을 단축시키는 문제가 발생하므로, 충격인성을 향상시킨 소재의 개발과 더불어 용접이음부의 피로 저항성을 향상시킬 수 있는 기술의 개발이 요구된다.

한국 공개특허공보 제2014-0104497호

본 발명의 일 측면은, API 규격 5ST CT90 상당의 강도를 가지면서도 용접이음부의 충격인성이 우수한 강재 및 이것을 제조하는 방법과, 상기 강재를 이용하여 얻은 강관을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 본 발명 명세서 전반에 걸친 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 어려움이 없을 것이다.

본 발명의 일 측면은, 중량%로, 탄소(C): 0.10~0.15%, 실리콘(Si): 0.10~0.25%, 망간(Mn): 1.0~2.0%, 인(P): 0.025% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 니오븀(Nb): 0.05~0.10%, 니켈(Ni): 0.1~0.3%, 크롬(Cr): 0.15~0.30%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.15%, 티타늄(Ti): 0.01~0.05%, 바나듐(V): 0.05~0.10%, 질소(N): 0.008% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,

미세조직이 평균 결정립 크기가 15㎛ 이하, 최대 결정립 크기가 30㎛ 이하인 페라이트와 펄라이트, 잔부 베이나이트로 구성되며, 하기 관계식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 용접이음부 충격인성이 우수한 강재를 제공한다.

[관계식 1]

70 < 3×10^-2(5.19[F]+4.46[P]-0.7[B]) - 0.36[Dmax] - 0.3[YS] + 4.7[EL] + 0.755[Hv] < 82

(관계식 1에서 [F]는 페라이트, [P]는 펄라이트, [B]는 베이나이트 상의 분율, [Dmax]는 페라이트의 최대 결정립 크기(㎛), [YS]는 항복강도(MPa), [EL]은 연신율, Hv는 비커스 경도를 의미한다.)

본 발명의 다른 일 측면은, 상술한 합금조성을 가지는 강 슬라브를 준비하는 단계; 상기 강 슬라브를 1100~1300℃의 온도범위에서 가열하는 단계; 상기 가열된 강 슬라브를 750~850℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 및 상기 열연강판을 500~600℃까지 냉각한 후 권취하는 단계를 포함하는 용접이음부 충격인성이 우수한 강재의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 일 측면은, 상기 강재를 성형 및 용접하여 얻은 용접이음부의 충격인성이 우수한 강관을 제공한다.

본 발명에 의하면, 강관으로 성형 및 용접한 후에도 API 규격 5ST CT90 상당의 강도를 가질 뿐만 아니라, 용접이음부의 충격인성이 우수한 강재를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 강재를 성형 및 용접하여 얻어지는 강관은 코일드 튜빙으로서 적합하게 적용할 수 있다.

본 발명자들은 가스정 또는 유정 환경에서 사용되는 코일드 튜빙의 수요가 지속적으로 증가하고 있는 추세에 따라 그에 적합한 물성을 향상시킬 수 있는 소재를 개발하기 위하여 깊이 연구하였다. 특히, 소재를 강관으로 제조한 후 PAI 규격 5ST 규격내에서 요구하는 CT90급 상당의 물성을 가지면서, 용접이음부의 충격인성이 우수한 강재를 제공하고자 하였다.

그 결과, 강재의 합금조성 및 제조조건과 더불어, 상기 강재의 조직 구성과 기계적 물성 간의 관계를 최적화하는 것으로부터 의도하는 강재를 제공할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 측면에 따른 용접이음부 충격인성이 우수한 강재는 중량%로, 탄소(C): 0.10~0.15%, 실리콘(Si): 0.10~0.25%, 망간(Mn): 1.0~2.0%, 인(P): 0.025% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 니오븀(Nb): 0.05~0.10%, 니켈(Ni): 0.1~0.3%, 크롬(Cr): 0.15~0.30%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.15%, 티타늄(Ti): 0.01~0.05%, 바나듐(V): 0.05~0.10%, 질소(N): 0.008% 이하를 포함할 수 있다.

이하에서는 본 발명에서 제공하는 강재의 합금조성을 상기와 같이 제한하는 이유에 대하여 상세히 설명한다.

한편, 본 발명에서 특별히 언급하지 않는 한 각 원소의 함량은 중량을 기준으로 하며, 조직의 비율은 면적을 기준으로 한다.

탄소(C): 0.10~0.15%

탄소(C)는 강의 강도 확보를 위하여 첨가하는 원소로서, 소입성을 향상시켜 강도를 확보할 수 있다. 이러한 C의 함량이 0.10% 미만이면 Nb, V, Ti 등의 석출강화형 원소들과 결합하여 강도를 향상시키는데에 있어서 어려움이 있고, 반면 그 함량이 0.15%를 초과하게 되면 항복강도가 과도하게 높아져 목표 수준의 강도를 초과하게 된다.

따라서, 본 발명에서는 C를 0.10~0.15%로 포함할 수 있다.

실리콘(Si): 0.10~0.25%

실리콘(Si)은 강 제조시 탈산을 위해 첨가하며, 강도 확보에도 유리한 원소이다. 이러한 Si의 함량이 0.10% 미만이면 탈산효과가 불충분하고, 반면 그 함량이 0.25%를 초과하게 되면 MA 상이 형성되어 충격인성이 열화되며, 템퍼링시 취화가 발생할 우려가 있다.

따라서, 본 발명에서는 Si을 0.10~0.25%로 포함할 수 있다.

망간(Mn): 1.0~2.0%

망간(Mn)은 강의 강도 확보를 위하여 첨가하며, 다만 그 함량이 1.0% 미만이면 목표 수준의 강도를 확보하는데에 어려움이 있다. 반면 상기 Mn의 함량이 2.0%를 초과하게 되면 연주시 중심편석을 생성하여 충격인성의 저하 및 피로특성 저항성을 저해하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서는 Mn을 1.0~2.0%로 포함할 수 있다.

인(P): 0.025% 이하

인(P)은 강 중 불가피하게 첨가되는 불순물이며 인성을 저해하므로, 가능한 낮게 함유하는 것이 바람직하다. 이러한 P의 함량이 0.025%를 초과하게 되면 연주시 중심편석을 유발하여 충격인성을 저해하는 문제가 있으므로, 상기 P은 0.025% 이하로 포함할 수 있다.

황(S): 0.005% 이하

황(S)은 강 중 불가피하게 첨가되는 불순물이므로, 가능한 낮게 함유하는 것이 바람직하다. 이러한 S의 함량이 0.005%를 초과하게 되면 강 중 Mn과 결합하여 MnS를 형성하며, 이는 강의 인성을 저하시키는 주요 원인이 된다. 따라서, 상기 S은 0.005% 이하로 포함할 수 있다.

니오븀(Nb): 0.05~0.10%

니오븀(Nb)은 석출물을 형성하여 강의 강도를 확보하는데에 유리한 원소로서, 특히 NbC 석출물을 생성시켜 석출강화 효과를 얻을 수 있다. 이러한 Nb의 함량이 0.05% 미만이면 석출강화 효과를 충분히 얻을 수 없고, 반면 그 함량이 0.10%를 초과하게 되면 조대한 석출물 및 MA 상의 형성을 촉진하여 인성을 저해하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서는 Nb을 0.05~0.10%로 포함할 수 있다.

니켈(Ni): 0.1~0.3%

니켈(Ni)은 격자 내 적층결함에너지(SFE)를 낮춰 천이온도를 저하시킴으로써 인성을 향상시키는 역할을 한다. 또한, 저융점 화합물의 생성을 억제하여 열간가공시 크랙의 발생을 억제하는 효과가 있다. 상술한 효과를 충분히 얻기 위해서는 상기 Ni을 0.1% 이상으로 함유할 수 있으나, 그 함량이 0.3%를 초과하게 되면 Ni 화합물이 생성되어 인성이 열화되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서 상기 Ni은 0.1~0.3%로 포함할 수 있다.

크롬(Cr): 0.15~0.30%

크롬(Cr)은 강의 경화능과 내식성을 향상시키는데 유효한 원소로서, 그 함량이 0.15% 미만이면 상술한 효과를 충분히 얻을 수 없다. 반면, 그 함량이 0.30%를 초과하게 되면 용접부 결함을 유발하거나 취성을 야기하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서 상기 Cr은 0.15~0.30%로 포함할 수 있다.

몰리브덴(Mo): 0.05~0.15%

몰리브덴(Mo)은 경화능이 큰 원소로서, 강도 향상에 유리할 뿐만 아니라, 피로 저항성 향상에도 유리하다. 이러한 Mo의 함량이 0.05% 미만이면 상술한 효과를 충분히 얻을 수 없고, 반면 그 함량이 0.15%를 초과하게 되면 탄화석출물을 생성시켜 인성을 저해한다.

따라서, 본 발명에서 상기 Mo은 0.05~0.15%로 포함할 수 있다.

티타늄(Ti): 0.01~0.05%

티타늄(Ti)은 강의 강도 및 인성 향상을 위하여 첨가하는 원소로서, 특히 TiC 석출물을 생성하여 석출강화 효과를 얻을 수 있고, TiN 석출물을 생성하여 오스테나이트 결정립 성장을 억제함으로써 결정립 미세화에 의한 강도 및 인성 향상 효과를 얻을 수 있다. 이러한 Ti의 함량이 0.01% 미만이면 상술한 효과를 충분히 얻을 수 없고, 반면 그 함량이 0.05%를 초과하게 되면 조대한 Ti 석출물이 생성되어 인성을 저해하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서 상기 Ti은 0.01~0.05%로 포함할 수 있다.

바나듐(V): 0.05~0.10%

바나듐(V)은 석출강화 효과로부터 강의 강도를 향상시키는데 유리한 원소이다. 이러한 V의 함량이 0.05% 미만이면 상술한 효과를 충분히 얻을 수 없고, 반면 그 함량이 0.10%를 초과하게 되면 제조원가가 상승하고 탄화물을 생성시켜 인성이 급격히 저하될 우려가 있다.

따라서, 본 발명에서 상기 V은 0.05~0.10%로 포함할 수 있다.

질소(N): 0.008% 이하(0% 제외)

질소(N)는 강 중에서 주로 Ti과 결합하여 질화물을 생성시켜 다른 합금원소의 기능을 저해할 우려가 있다. 특히 그 함량이 0.008%를 초과하게 되면 조대한 석출물을 생성하여 인성을 저해한다.

따라서, 본 발명에서 상기 N은 0.008% 이하로 제한할 수 있으며, 제강공정의 부하를 고려하여 0%는 제외할 수 있다.

본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.

상술한 합금조성을 만족하는 본 발명의 강재는 미세조직으로 페라이트 및 펄라이트 복합조직과 함께 일부 베이나이트를 포함할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 강재는 면적분율 60~80%의 페라이트, 20~40%의 펄라이트를 포함하되, 일부 베이나이트를 포함할 수 있으며, 이때 상기 베이나이트 상은 면적분율 15% 이하로 포함할 수 있다.

상기 페라이트는 격자구조의 슬립면 형성이 용이하여 우수한 충격 흡수성을 나타내므로 면적분율 60% 이상으로 포함하는 것이 바람직하다. 다만, 그 분율이 80%를 초과하게 되면 목표 수준의 강도를 확보할 수 없다.

또한, 상기 페라이트는 평균 결정립 크기가 15㎛ 이하이고, 최대 결정립 크기가 30㎛ 이하인 것이 바람직하다. 상기 페라이트의 평균 결정립 크기가 15㎛를 초과하게 되면 충격을 흡수하는 입계가 감소되어 인성이 저하되며, 최대 결정립 크기가 30㎛를 초과하게 되면 비균일 결정립이 존재하여 충격인성이 급격히 저하되는 문제가 있다. 여기서, 평균 결정립 크기는 원 상당 평균 직경을 의미한다.

한편, 상술한 합금조성과 미세조직을 만족하는 본 발명의 강재는 조직 상(phase) 분율과 기계적 물성(YS, El, Hv)간의 관계가 하기 관계식 1을 만족하는 것이 바람직하다.

[관계식 1]

본 발명에서 조직 상 분율과 결정립 크기는 의도하는 물성을 확보하는데에 중요한 인자이며, 이것에 대해 소재 물성과의 관계를 최적화함으로써 본 발명에서 목표로 하는 용접부 인성을 우수하게 확보할 수 있다.

구체적으로, 항복강도는 소재(재료)의 탄성한계를 결정하며, 이러한 항복강도와 연신율이 높을수록 소재의 충격흡수능력 즉, 인성을 향상시킬 수 있다. 다만, 상기 항복강도가 향상된다 하더라도 소재의 경화능(비커스 경도)이 높을수록 소재의 파단 수명이 단축되어 인성이 저하된다.

그러므로, 본 발명에서는 조직 상 분율 및 결정립 크기와 함께 항복강도, 연신율 및 비커스 경도 간의 관계를 상기 관계식 1로 제어함에 기술적 의의가 있다.

이하에서는, 본 발명의 다른 일 측면인 용접이음부 충격인성이 우수한 강재를 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 강재는 본 발명에서 제안하는 합금조성을 만족하는 강 슬라브를 준비한 후, 이를 [가열 - 열간압연 - 냉각 - 권취]의 일련의 공정을 거쳐 제조할 수 있으며, 하기에서 상기 각각의 공정에 대하여 구체적으로 설명한다.

[슬라브 가열 공정]

강 슬라브의 가열 공정은 후속 압연공정을 원활히 수행하고, 목표로 하는 강판의 물성을 충분히 얻을 수 있도록 강을 가열하는 공정이므로, 적정 오스테나이트 영역 내에서 온도를 유지하여 균질한 초기 미세조직과 석출물을 제어하여야 한다.

본 발명에서는 1100~1300℃의 온도범위에서 가열 공정을 행할 수 있다. 만일, 상기 가열시 온도가 1100℃ 미만이면 Nb, Ti 등의 고융점 화합물들이 완전히 고용되기 어려워 편석대로 잔존할 가능성이 높아지며, 반면 1300℃를 초과하게 되면 초기 결정립이 너무 조대해져 최종 제품에서 미세한 조직을 얻을 수 없게 된다.

[열간압연 공정]

상기에 따라 가열된 강 슬라브를 열간압연하여 열연강판으로 제조할 수 있다.

상기 열간압연시 마무리 열간압연은 750~850℃의 온도범위에서 행할 수 있다. 만일, 마무리 열간압연 온도가 750℃ 미만이면 MnS가 생성되어 충격인성 및 피로 저항성이 저하될 우려가 있으며, 반면 그 온도가 850℃를 초과하게 되면 이차상(탄화물)의 생성 및 미세조직 결정립의 불균질화가 심화되어 충격인성 및 강도 확보에 어려움이 있다.

[냉각 및 권취 공정]

상술한 바에 따라 제조된 열연강판을 냉각한 후 권취할 수 있다.

상기 냉각은 500~600℃의 온도범위까지 행한 후 그 온도에서 권취를 행할 수 있다. 이때, 권취 온도가 500℃ 미만이면 베이나이트 상과 같은 경한 저온변태상이 국부적으로 형성되어 피로 저항성이 저하될 우려가 있다. 반면, 그 온도가 600℃를 초과하게 되면 조대한 펄라이트 상이 쉽게 형성되어 피로 전파가 용이하게 됨에 따라 피로 저항성이 저하될 우려가 있다. 보다 유리하게는 500~550℃의 온도범위에서 권취를 행할 수 있다.

상술한 온도범위로 냉각시 냉각속도에 대해서는 특별히 한정하지 아니하나, 저온 변태조직의 형성을 제한하면서 결정립 미세화를 도모하기 위한 측면에서 95℃/s 이하로 행할 수 있다.

다만, 냉각속도가 너무 느리면 페라이트 상이 과도하게 생성되므로, 이를 고려하여 40℃/s 이상으로 행할 수 있다.

상기에 따라 제조된 열연강판을 이용하여 강관으로 제조할 수 있다. 일 예로, 제조된 열연강판을 산세 처리 공정으로부터 표면의 스케일을 제거한 후 파이프의 형상으로 성형하고, 맞닿은 부위를 용접하여 피로 저항성이 우수한 강관을 얻을 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 열연강판을 소정의 폭으로 슬리팅하고 용접 및 조관할 수 있다.

상기 강관을 제조하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 경제성이 우수한 전기저항용접을 이용하여 조관할 수 있다. 상기 전기저항용접시 어떠한 용접 방식도 이용할 수 있으므로 용접 방법에 대해서는 특별히 한정하지 아니한다.

본 발명의 강재를 이용하여 얻은 강관은 항복강도 620~689MPa, 인장강도 669MPa 이상을 가지며, 용접이음부의 충격인성이 40J 이상으로, 목표로 하는 강도와 더불어 용접부 충격인성을 우수하게 확보할 수 있다. 따라서, 본 발명의 강관은 코일드 튜빙으로서 적합하게 사용할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

( 실시예 )

하기 표 1의 합금조성을 갖는 강 슬라브를 하기 표 2에 나타낸 조건으로 가열 - 마무리 열간압연 - 냉각 - 권취하여 두께 5.2mm의 열연강판을 제조하였다. 이때, 가열은 2시간 동안 행하였으며, 냉각은 70℃/s로 행하였다.

이후, 상기 제조된 각각의 열연강판에 대해 미세조직을 관찰하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

한편, 상기 제조된 열연강판에 대해서 전기저항용접 조관 후 ASTM A370 규격에 따라 인장시험 및 충격시험을 행하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 이때, 상기 인장시험은 MTS 100kN급 인장시험기를 이용하여 10mm/min의 속도로 항복강도(YS), 인장강도(TS), 연신율(El)을 측정하였으며, 충격시험은 용접열영향부(HAZ)에서 샤르피 충격시험기를 이용하여 측정하였다.

그리고, 각 강관의 두께 중심부에서 비커스 경도기를 이용하여 경도를 측정하였으며, 15회 측정한 후 평균값으로 나타내었다.

구분	합금조성 (중량%)
구분	C	Si	Mn	P	S	Nb	Ni	Cr	Mo	Ti	V	N
발명강1	0.13	0.24	1.04	0.007	0.001	0.058	0.13	0.20	0.05	0.02	0.05	0.005
발명강2	0.11	0.25	1.06	0.011	0.002	0.063	0.11	0.17	0.13	0.02	0.06	0.005
발명강3	0.11	0.24	1.01	0.007	0.002	0.066	0.10	0.20	0.09	0.01	0.06	0.004
비교강1	0.12	0.25	1.06	0.006	0.002	0.060	0.10	0.17	0.11	0.02	0.06	0.005
비교강2	0.12	0.25	1.04	0.009	0.001	0.057	0.11	0.16	0.11	0.02	0.06	0.004
비교강3	0.12	0.30	1.04	0.006	0.001	0.060	0.18	0.16	0.14	0.02	0.05	0.005
비교강4	0.12	0.29	1.04	0.005	0.001	0.060	0.19	0.16	0.14	0.02	0.06	0.004
비교강5	0.11	0.26	1.01	0.005	0.001	0.067	0.01	0.19	0.09	0.01	0.06	0.005
비교강6	0.10	0.27	0.99	0.007	0.001	0.063	0.02	0.20	0.10	0.01	0.05	0.004

구분	가열 온도 (℃)	마무리 열간압연 온도(℃)	권취온도 (℃)
발명강 1	1203	773	524
발명강 2	1160	781	518
발명강 3	1185	775	504
비교강 1	1138	777	504
비교강 2	1230	784	512
비교강 3	1200	761	565
비교강 4	1200	789	565
비교강 5	1207	784	502
비교강 6	1180	780	500

구분	미세조직					기계적 물성				Ceq	HAZ 충격인성 (J@0℃)	관계식 1
구분	F	P	B	F 평균 결정립 (㎛)	F 최대 결정립 (㎛)	YS (MPa)	TS (MPa)	El (%)	경도 (Hv)	Ceq	HAZ 충격인성 (J@0℃)	관계식 1
발명강1	71	29	0	8.5	25	671	696	23	209.3	0.37	42.6	70.8
발명강2	68	32	0	8.4	21	642	714	23	204.3	0.37	73.9	77.1
발명강3	70	30	0	7.8	15	654	703	24	206	0.36	63.5	81.6
비교강1	67	24	9	11	25	672	737	22	208.3	0.38	21.3	63.5
비교강2	67	25	8	6.8	41	712	770	23	213.3	0.37	18.6	54.4
비교강3	67	26	7	15	35	705	761	21	194.5	0.38	9.3	35.2
비교강4	68	26	6	20	20	690	753	20	206	0.38	18.6	49.3
비교강5	63	37	0	8.5	23	610	667	25	198.3	0.35	47	90.7
비교강6	64	36	0	6.7	20	615	669	24	194.3	0.35	34.6	82.6

(표 3에서 F는 페라이트, P는 펄라이트, B는 베이나이트 이며 각각 면적분율로 나타낸 것이다. 탄소당량(Ceq) 값은 [Ceq = C + Mn/6 + Si/24 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4 + V/14]로부터 도출하여 나타낸 것이다.)

상기 표 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 합금조성 및 제조조건을 모두 만족하는 발명강 1 내지 3은 강관을 제조한 후 용접열영향부 충격인성이 40J 이상으로 우수한 것을 확인할 수 있으며, 목표로 하는 강도를 가짐을 확인할 수 있다.

반면, 합금조성이 본 발명을 벗어나는 비교강 1 내지 6은 조직이 조대하게 형성되거나 석출물 또는 저온 변태상이 과도하게 형성됨에 따라 용접열영향부 충격인성이 열위한 것을 확인할 수 있다.

특히, 비교강 1 내지 6 모두 본 발명에서 제안하는 관계식 1을 만족하지 못하였다.

Claims

중량%로, 탄소(C): 0.10~0.15%, 실리콘(Si): 0.10~0.25%, 망간(Mn): 1.0~2.0%, 인(P): 0.025% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 니오븀(Nb): 0.05~0.10%, 니켈(Ni): 0.1~0.3%, 크롬(Cr): 0.15~0.30%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.15%, 티타늄(Ti): 0.01~0.05%, 바나듐(V): 0.05~0.10%, 질소(N): 0.008% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
미세조직이 평균 결정립 크기가 15㎛ 이하, 최대 결정립 크기가 30㎛ 이하인 페라이트와 펄라이트, 잔부 베이나이트로 구성되며,
하기 관계식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 용접이음부 충격인성이 우수한 강재.

[관계식 1]
70 < 3×10^-2(5.19[F]+4.46[P]-0.7[B]) - 0.36[Dmax] - 0.3[YS] + 4.7[EL] + 0.755[Hv] < 82
(관계식 1에서 [F]는 페라이트, [P]는 펄라이트, [B]는 베이나이트 상의 분율, [Dmax]는 페라이트의 최대 결정립 크기(㎛), [YS]는 항복강도(MPa), [EL]은 연신율, Hv는 비커스 경도를 의미한다.)
제 1항에 있어서,
상기 페라이트는 면적분율 60~80%로 포함하고, 상기 펄라이트는 면적분율 20~40%로 포함하는 것인 용접이음부 충격인성이 우수한 강재.
제 1항에 있어서,
상기 베이나이트는 면적분율 15% 이하로 포함하는 것인 접이음부 충격인성이 우수한 강재.
중량%로, 탄소(C): 0.10~0.15%, 실리콘(Si): 0.10~0.25%, 망간(Mn): 1.0~2.0%, 인(P): 0.025% 이하, 황(S): 0.005% 이하, 니오븀(Nb): 0.05~0.10%, 니켈(Ni): 0.1~0.3%, 크롬(Cr): 0.15~0.30%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.15%, 티타늄(Ti): 0.01~0.05%, 바나듐(V): 0.05~0.10%, 질소(N): 0.008% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 준비하는 단계;
상기 강 슬라브를 1100~1300℃의 온도범위에서 가열하는 단계;
상기 가열된 강 슬라브를 750~850℃의 온도범위에서 마무리 열간압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 및
상기 열연강판을 500~600℃까지 냉각한 후 권취하는 단계
를 포함하는 용접이음부 충격인성이 우수한 강재의 제조방법.
제 4항에 있어서,
상기 권취는 500~550℃의 온도범위에서 행하는 것인 용접이음부 충격인성이 우수한 강재의 제조방법.
제 4항에 있어서,
상기 냉각은 95℃/s 이하의 냉각속도로 행하는 것인 용접이음부 충격인성이 우수한 강재의 제조방법.
제 4항에 있어서,
상기 강재는 하기 관계식 1을 만족하는 것인 용접이음부 충격인성이 우수한 강재의 제조방법.

[관계식 1]
70 < 3×10^-2(5.19[F]+4.46[P]-0.7[B]) - 0.36[Dmax] - 0.3[YS] + 4.7[EL] + 0.755[Hv] < 82
(관계식 1에서 [F]는 페라이트, [P]는 펄라이트, [B]는 베이나이트 상의 분율, [Dmax]는 페라이트의 최대 결정립 크기(㎛), [YS]는 항복강도(MPa), [EL]은 연신율, Hv는 비커스 경도를 의미한다.)
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 강재를 성형 및 용접하여 얻은 용접이음부 충격인성이 우수한 강관.
제 8항에 있어서,
상기 용접강관은 항복강도 620~689MPa, 인장강도 669MPa 이상을 가지며, 용접이음부의 충격인성이 40J 이상인 용접이음부 충격인성이 우수한 강관.