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KR102122643B1 - 라인파이프용 강재 및 그 제조방법 - Google Patents

라인파이프용 강재 및 그 제조방법 Download PDF

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KR102122643B1
KR102122643B1 KR1020180073810A KR20180073810A KR102122643B1 KR 102122643 B1 KR102122643 B1 KR 102122643B1 KR 1020180073810 A KR1020180073810 A KR 1020180073810A KR 20180073810 A KR20180073810 A KR 20180073810A KR 102122643 B1 KR102122643 B1 KR 102122643B1
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steel
line pipe
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강동훈
천승환
박민호
이희웅
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현대제철 주식회사
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Abstract

라인파이프용 강재 및 그 제조방법에 관한 발명이 개시된다. 한 구체예에서 상기 라인파이프용 강재 제조방법은 탄소(C): 0.04~0.07 중량%, 실리콘(Si): 0.2~0.4 중량%, 망간(Mn): 1.4~1.7 중량%, 인(P): 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02~0.06 중량%, 크롬(Cr): 0.2~0.3 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.10 중량%, 니켈(Ni): 0.15~0.25 중량%, 니오븀(Nb): 0.07~0.10 중량%, 티타늄(Ti): 0.005~0.015 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브를 마무리 압연온도: 870~930℃ 조건으로 열간 압연하여, 압연재를 제조하는 단계; 및 상기 압연재를 냉각종료온도: 450~550℃까지 냉각하는 단계;를 포함한다.

Description

라인파이프용 강재 및 그 제조방법 {STEEL FOR LINE PIPE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 라인파이프용 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 강도, 저온파괴인성 및 용접성이 우수한 라인파이프용 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 자원고갈의 문제점이 대두됨에 따라 심해저 혹은 극지방에서의 석유 시추 및 수송 작업이 증가하고 있다. 이에 따라 저온충격 특성이 우수한 고강도, 고인성의 라인파이프강(line pipe steel)의 개발의 필요성이 증가하고 있다. 원유 수송을 위해 사용되는 송유관용 API(American Petroleum Institute) 강관의 경우, 소재 강도에 따라 API-X70, X80 및 X100 등으로 구분된다. 한편, API-X70 강재는 고강도를 구현하기 위해 가속 냉각 가혹화를 통해 저온 변태 미세조직을 형성하는데, 이 과정에서 소재의 인성이 감소하는 문제가 있었다.
본 발명과 관련한 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제2008-0036476호(공개일: 2008.04.28. 발명의 명칭: 수소유기균열 저항성이 우수한 대구경 라인파이프용 강재 및 그 제조방법)가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 고강도, 용접성 및 저온 파괴 인성 특성이 우수한 라인파이프용 강재를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 생산성 및 경제성이 우수한 라인파이프용 강재를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 라인파이프용 강재 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 라인파이프용 강재 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 라인파이프용 강재 제조방법은 탄소(C): 0.04~0.07 중량%, 실리콘(Si): 0.2~0.4 중량%, 망간(Mn): 1.4~1.7 중량%, 인(P): 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02~0.06 중량%, 크롬(Cr): 0.2~0.3 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.10 중량%, 니켈(Ni): 0.15~0.25 중량%, 니오븀(Nb): 0.07~0.10 중량%, 티타늄(Ti): 0.005~0.015 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브를 마무리 압연온도: 870~930℃ 조건으로 열간 압연하여, 압연재를 제조하는 단계; 및 상기 압연재를 냉각종료온도: 450~550℃까지 냉각하는 단계;를 포함하며, 상기 슬라브는 하기 식 1에 따른 Ceq 값이 0.39 이하이며, 하기 식 2에 따른 Pcm 값이 0.17 이하이다:
[식 1]
Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Ni] + [Cu])/15 + ([Cr] + [Mo] + [V])/5
[식 2]
Pcm = [C] + [Si]/30) + ([Mn] + [Cu] + [Cr])/20 + [Ni]/60 + [Mo]/15 + [V]/10 + 5[B]
(상기 식 1 및 식 2에서, [C], [Mn], [Ni], [Cu], [Cr], [Mo], [V], [Si] 및 [B]는, 상기 슬라브에 포함되는 탄소(C), 망간(Mn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 실리콘(Si) 및 보론(B)의 함량(단위: 중량%)이다).
한 구체예에서 상기 재가열은, 슬라브 재가열 온도: 1100~1200℃ 조건으로 실시할 수 있다.
한 구체예에서 상기 냉각은, 40℃/sec 이상의 냉각속도 조건으로 실시할 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 라인파이프용 강재 제조방법에 의해 제조된 라인파이프용 강재에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 라인파이프용 강재는 탄소(C): 0.04~0.07 중량%, 실리콘(Si): 0.2~0.4 중량%, 망간(Mn): 1.4~1.7 중량%, 인(P): 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02~0.06 중량%, 크롬(Cr): 0.2~0.3 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.10 중량%, 니켈(Ni): 0.15~0.25 중량%, 니오븀(Nb): 0.07~0.10 중량%, 티타늄(Ti): 0.005~0.015 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 미세조직이 침상 페라이트(accicular ferrite, AF)를 65 부피% 이상으로 포함하고, 하기 식 1에 따른 Ceq 값이 0.39 이하이며, 하기 식 2에 따른 Pcm 값이 0.17 이하일 수 있다:
[식 1]
Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Ni] + [Cu])/15 + ([Cr] + [Mo] + [V])/5
[식 2]
Pcm = [C] + [Si]/30) + ([Mn] + [Cu] + [Cr])/20 + [Ni]/60 + [Mo]/15 + [V]/10 + 5[B]
(상기 식 1 및 식 2에서, [C], [Mn], [Ni], [Cu], [Cr], [Mo], [V], [Si] 및 [B]는, 상기 강재에 포함되는 탄소(C), 망간(Mn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 실리콘(Si) 및 보론(B)의 함량(단위: 중량%)이다).
한 구체예에서 상기 강재는 인장강도(TS): 600~700MPa, 항복강도(YS): 500~600MPa 및 연신율(El): 30% 이상일 수 있다.
한 구체예에서 상기 강재의 미세조직은 침상 페라이트 65~75 부피%, 다각형 페라이트(polygonal ferrite, PF) 10~18 부피% 및 베이나이트형 페라이트(bainitic ferrite, BF) 12~20 부피%를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 강재의 미세조직은 평균 결정립 크기가 15㎛ 이하일 수 있다.
한 구체예에서 상기 강재는 0℃에서 연성파면율이 95% 이상, -20℃에서 연성파면율이 95% 이상 및 -30℃에서 연성파면율이 80% 이상일 수 있다.
본 발명의 라인파이프용 강재는 고강도, 용접성 및 저온 파괴 인성 특성이 우수하며, 생산성 및 경제성이 우수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 라인파이프용 강재 제조방법을 나타낸 것이다.
도 2(a)는 본 발명에 따른 실시예 강재의 미세조직을 나타낸 것이며, 도 2(b)는 본 발명에 대한 비교예 강재의 미세조직을 나타낸 광학현미경 사진이다.
도 3은 본 발명에 대한 비교예 강재에 대하여 DWTT 시험을 실시한 결과를 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 강재에 대하여 DWTT 시험을 실시한 결과를 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
라인파이프용 강재 제조방법
본 발명의 하나의 관점은 라인파이프용 강재 제조방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 라인파이프용 강재 제조방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 라인파이프용 강재 제조방법은 (S10) 슬라브 재가열 단계; (S20) 압연재 제조단계; 및 (S30) 냉각 단계;를 포함한다. 보다 구체적으로, 상기 라인파이프용 강재 제조방법은 (S10) 탄소(C): 0.04~0.07 중량%, 실리콘(Si): 0.2~0.4 중량%, 망간(Mn): 1.4~1.7 중량%, 인(P): 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02~0.06 중량%, 크롬(Cr): 0.2~0.3 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.10 중량%, 니켈(Ni): 0.15~0.25 중량%, 니오븀(Nb): 0.07~0.10 중량%, 티타늄(Ti): 0.005~0.015 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 재가열하는 단계; (S20) 상기 재가열된 슬라브를 마무리 압연온도: 870~930℃ 조건으로 열간 압연하여, 압연재를 제조하는 단계; 및 (S30) 상기 압연재를 냉각종료온도: 450~550℃까지 냉각하는 단계;를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 라인파이프용 강재 제조방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.
(S10) 슬라브 재가열 단계
상기 단계는 탄소(C): 0.04~0.07 중량%, 실리콘(Si): 0.2~0.4 중량%, 망간(Mn): 1.4~1.7 중량%, 인(P): 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02~0.06 중량%, 크롬(Cr): 0.2~0.3 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.10 중량%, 니켈(Ni): 0.15~0.25 중량%, 니오븀(Nb): 0.07~0.10 중량%, 티타늄(Ti): 0.005~0.015 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 재가열하는 단계이다.
이하, 본 발명 슬라브에 포함되는 성분에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
탄소(C)
상기 탄소는 강의 강도를 확보하기 위해 첨가된다. 한 구체예에서 상기 탄소는 상기 슬라브 전체중량에 대하여 0.04~0.07 중량% 포함된다. 상기 탄소를 0.04 중량% 미만으로 포함시 강도 확보가 어려우며, 0.07 중량%를 초과하여 포함시 저온 충격인성 및 용접성 등이 저하될 수 있다.
실리콘( Si )
상기 실리콘(Si)은 강의 강도를 높이는데 기여한다. 또한, 페라이트 안정화 원소로서, 페라이트 형성을 유도함으로써 강의 인성 및 연성을 개선하는데 효과적이다. 한 구체예에서 상기 실리콘은 상기 슬라브 전체중량에 대하여 0.2~0.4 중량% 포함된다. 상기 실리콘을 0.2 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 0.4 중량%를 초과하여 포함시 열연 공정 중 가열로에서 적스케일(redscale)을 생성하여 강의 표면품질이 저하되며, 용접성이 열화될 수 있다.
망간(Mn)
상기 망간(Mn)은 고용강화 및 강의 경화능 향상에 기여하는 원소이다. 한 구체예에서 상기 망간은 상기 슬라브 전체중량에 대하여 1.4~1.7 중량% 포함된다. 상기 망간을 1.4 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 1.7 중량%를 초과하여 포함시, 첨가량 증가에 따른 상승 효과가 미미하고, MnS 개재물 및 산화물을 형성하여 라인파이프 조관시 강의 용접성을 저해할 수 있다.
인(P)
상기 인(P)은 충격인성을 저하시키는 대표적인 원소로서 그 함량이 낮으면 낮을수록 좋다. 상기 인은 상기 슬라브 전체중량에 대하여 0 초과 0.020 중량% 이하 포함된다. 상기 인을 0.020 중량% 초과시 용접성 및 인성이 저하될 수 있다.
황(S)
상기 황(S)은 강의 제조시 불가피하게 함유되는 원소로, 강의 인성 및 용접성을 저해할 수 있다. 상기 황은 상기 슬라브 전체중량에 대하여 0 초과 0.005 중량% 이하로 포함된다. 상기 황을 0.005 중량%를 초과하여 포함시 유화물계 개재물(MnS)을 형성하여 응력부식균열에 대한 저항성을 악화시켜 강의 가공 중 크랙을 발생시킬 수 있고, 그 결과 강의 내부식성을 저하시킬 수 있다.
가용성 알루미늄(S_Al)
상기 가용성 알루미늄(S_Al)은 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제 역할을 한다. 한 구체예에서 상기 가용성 알루미늄은 상기 슬라브 전체중량에 대하여 0.02~0.06 중량% 포함된다. 상기 가용성 알루미늄을 0.02 중량% 미만으로 포함시, 그 첨가 효과가 미미하며, 0.06 중량%를 초과하는 경우에는 비금속 개재물인 Al2O3를 형성하여 저온 충격인성을 저하시키는 문제점이 있다.
크롬( Cr )
상기 크롬(Cr)은 강도를 확보하기 위해 첨가된다. 한 구체예에서 상기 크롬은 상기 슬라브 전체중량에 대하여 0.2~0.3 중량% 포함된다. 상기 크롬을 0.2 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 0.3 중량%를 초과하여 포함시 용접성 및 열영향부(HAZ)의 인성이 저하될 수 있다.
몰리브덴( Mo )
상기 몰리브덴(Mo)은 치환형 원소로서, 고용강화를 통해 강의 강도 향상에 기여한다. 또한, 강의 경화능 및 내식성을 향상시킨다. 한 구체예에서 상기 몰리브덴은 상기 슬라브 전체중량에 대하여 0.05~0.10 중량% 포함된다. 상기 몰리브덴을 0.05 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 0.10 중량%를 초과하여 포함시 첨가량 증가에 따른 상승 효과가 미미하며, 용접성이 저하될 수 있다.
니켈( Ni )
상기 니켈(Ni)은 고용강화를 통해 강의 강도 향상에 기여한다. 또한, 강의 경화능 및 내식성을 향상시킨다. 한 구체예에서 상기 니켈은 상기 슬라브 전체중량에 대하여 0.15~0.25 중량% 포함된다. 상기 니켈을 0.15 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 0.25 중량%를 초과하여 포함시 첨가량 증가에 따른 상승 효과가 미미하며, 용접성이 저하될 수 있다.
니오븀( Nb )
상기 니오븀(Nb)은 강 중에 탄질화물(NbC)을 석출하여, 결정립계를 피닝시키는(pinning) 역할을 하며, 본 발명에서 고온에서 발생하는 결정립계 미끄러짐(grain boundary sliding, GBS) 및 전위 이동을 방해하여, 강도를 향상시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 니오븀은 상기 슬라브 전체중량에 대하여 0.07~0.10 중량% 포함된다. 상기 니오븀을 0.07 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 0.10 중량%를 초과하여 포함시 첨가량 증가에 따른 상승 효과가 미미하며, 과다한 석출로 인해 연주성, 압연성 및 연신율이 저하될 수 있다. 예를 들면, 0.07, 0.08, 0.09 또는 0.10 중량% 포함될 수 있다.
티타늄( Ti )
상기 티타늄(Ti)은 고온 안정성이 우수한 Ti(C,N) 석출물을 생성시킴으로써 용접 시 오스테나이트 결정립 성장을 방해하여 용접부 조직을 미세화시켜 열연 제품의 인성 및 강도를 향상시킨다. 한 구체예에서 상기 티타늄은 상기 슬라브 전체중량에 대하여 0.005~0.015 중량% 포함된다. 상기 티타늄을 0.005 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하고, 0.015 중량%를 초과하여 포함시 조대한 석출물을 생성시켜 강의 인성을 저하시킬 수 있다.
한 구체예에서 상기 슬라브는 하기 식 1에 따른 Ceq 값이 0.39 이하이며, 하기 식 2에 따른 Pcm 값이 0.17 이하이다:
[식 1]
Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Ni] + [Cu])/15 + ([Cr] + [Mo] + [V])/5
[식 2]
Pcm = [C] + [Si]/30) + ([Mn] + [Cu] + [Cr])/20 + [Ni]/60 + [Mo]/15 + [V]/10 + 5[B]
(상기 식 1 및 식 2에서, [C], [Mn], [Ni], [Cu], [Cr], [Mo], [V], [Si] 및 [B]는, 상기 슬라브에 포함되는 탄소(C), 망간(Mn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 실리콘(Si) 및 보론(B)의 함량(단위: 중량%)이다).
상기 식 1에 따른 Ceq 값이 0.39를 초과하는 경우, 본 발명의 용접성이 저하되며, 상기 식 2에 따른 Pcm 값이 0.17을 초과하는 경우 본 발명의 용접성이 저하된다. 예를 들면, 상기 슬라브는 상기 식 1에 따른 Ceq 값이 0.33~0.39일 수 있다. 예를 들면, 상기 슬라브는 상기 식 2에 따른 Pcm 값이 0.14~0.17일 수 있다.
한 구체예에서 상기 재가열은, 슬라브 재가열 온도: 1100~1200℃ 조건으로 실시할 수 있다. 상기 조건으로 재가열시 오스테나이트 결정립이 성장하며, 강 중의 불순물 및 석출물 형성 원소들의 고용이 용이하게 발생할 수 있다.
(S20) 압연재 제조단계
상기 단계는 상기 재가열된 슬라브를 마무리 압연온도: 870~930℃ 조건으로 열간 압연하여, 압연재를 제조하는 단계이다. 열간 압연 시 오스테나이트 결정립이 재결정되거나 재결정이 되지 않을 경우, 입내의 전위 밀도가 증가하여 최종 제품의 미세조직 결정립도를 미세화시킬 수 있다.
상기 마무리 압연온도를 870℃ 미만으로 실시하는 경우 균일하지 못한 조직이 형성됨으로써 인성 및 강도가 저하되며, 930℃를 초과하여 실시하는 경우 오스테나이트 결정립이 조대화되어 변태 후 페라이트 결정립 미세화가 충분히 이루어지지 않아 강도 확보가 어려워질 수 있다.
한 구체예에서 상기 압연재의 두께는, 30mm 미만일 수 있다.
(S30) 냉각 단계
상기 단계는 상기 압연재를 냉각종료온도: 450~550℃까지 냉각하는 단계이다. 한 구체예에서 냉각과 동시에 권취가 실시되는 경우라면, 냉각종료온도는 권취온도(Coiling Temperature; CT)가 될 수 있다. 상기 냉각종료온도가 450℃ 미만인 경우, 본 발명의 인성 등 기계적 물성이 저하되며, 550℃를 초과하는 경우 본 발명의 침상 페라이트 미세조직의 확보가 어렵고, 강도가 저하될 수 있다.
한 구체예에서 상기 냉각은, 40℃/sec 이상의 냉각속도 조건으로 실시할 수 있다. 상기 냉각속도로 냉각시, 경도가 지나치게 상승하여 저온 인성이 저하되는 현상을 방지하면서, 저온 미세조직을 충분히 확보할 수 있다. 예를 들면, 40~60℃/sec의 냉각속도로 실시할 수 있다.
라인파이프용 강재 제조방법에 의해 제조된 라인파이프용 강재
본 발명의 다른 관점은 상기 라인파이프용 강재 제조방법에 의해 제조된 라인파이프용 강재에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 라인파이프용 강재는 탄소(C): 0.04~0.07 중량%, 실리콘(Si): 0.2~0.4 중량%, 망간(Mn): 1.4~1.7 중량%, 인(P): 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02~0.06 중량%, 크롬(Cr): 0.2~0.3 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.10 중량%, 니켈(Ni): 0.15~0.25 중량%, 니오븀(Nb): 0.07~0.10 중량%, 티타늄(Ti): 0.005~0.015 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 미세조직이 침상 페라이트(accicular ferrite, AF)를 65 부피% 이상으로 포함하고, 하기 식 1에 따른 Ceq 값이 0.39 이하이며, 하기 식 2에 따른 Pcm 값이 0.17 이하일 수 있다:
[식 1]
Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Ni] + [Cu])/15 + ([Cr] + [Mo] + [V])/5
[식 2]
Pcm = [C] + [Si]/30) + ([Mn] + [Cu] + [Cr])/20 + [Ni]/60 + [Mo]/15 + [V]/10 + 5[B]
(상기 식 1 및 식 2에서, [C], [Mn], [Ni], [Cu], [Cr], [Mo], [V], [Si] 및 [B]는, 상기 강재에 포함되는 탄소(C), 망간(Mn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 실리콘(Si) 및 보론(B)의 함량(단위: 중량%)이다).
상기 라인파이프용 강재의 성분 및 함량은 전술한 슬라브와 동일하므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
상기 식 1에 따른 Ceq 값이 0.39를 초과하는 경우, 본 발명의 용접성이 저하되며, 상기 식 2에 따른 Pcm 값이 0.17을 초과하는 경우 본 발명의 용접성이 저하된다. 예를 들면, 상기 라인파이프용 강재는 상기 식 1에 따른 Ceq 값이 0.33~0.39일 수 있다. 예를 들면, 상기 라인파이프용 강재는 상기 식 2에 따른 Pcm 값이 0.14~0.17일 수 있다.
한 구체예에서 상기 라인파이프용 강재의 두께는, 30mm 미만일 수 있다.
한 구체예에서 상기 강재는 인장강도(TS): 600~700MPa, 항복강도(YS): 500~600MPa 및 연신율(El): 30% 이상일 수 있다. 예를 들면, 상기 연신율은 30~45%일 수 있다.
본 발명의 강재 미세조직이 침상 페라이트(accicular ferrite, AF)를 65 부피% 미만으로 포함하는 경우, 강도 및 인성이 저하될 수 있다.
한 구체예에서 상기 강재의 미세조직은 침상 페라이트 65~75 부피%, 다각형 페라이트(polygonal ferrite, PF) 10~18 부피% 및 베이나이트형 페라이트(bainitic ferrite, BF) 12~20 부피%를 포함할 수 있다. 상기 조건의 미세조직을 포함시 고강도와 저온 인성이 우수할 수 있다. 예를 들면, 강재의 미세조직은 침상 페라이트 65~75 부피%, 다각형 페라이트(polygonal ferrite, PF) 10~18 부피%, 베이나이트형 페라이트(bainitic ferrite, BF) 12~20 부피% 및 마르텐사이트/오스테나이트(M/A) 1~5 부피%를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 강재의 미세조직은 평균 결정립 크기(또는 평균 페라이트 결정립 크기(F.G.S))가 15㎛ 이하일 수 있다. 상기 조건에서 고강도 및 인성이 우수할 수 있다. 예를 들면, 10~15㎛ 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 강재는 DWTT 시험시 -20℃에서 연성파면율이 95% 이상, -30℃에서 연성파면율이 80% 이상일 수 있다. 예를 들면, 상기 강재는 0℃에서 연성파면율이 95% 이상, -20℃에서 연성파면율이 95% 이상, -30℃에서 연성파면율이 80%~95% 일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
실시예 및 비교예
실시예 1~2 및 비교예 1~2
하기 표 1의 성분과, 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 하기 식 1에 따른 Ceq 및 식 2에 따른 Pcm을 갖는 슬라브를 준비하였다. 상기 슬라브를 1150℃에서 재가열하고, 마무리 압연온도: 870~930℃ 조건으로 열간 압연하여 압연재를 제조한 다음, 상기 압연재를 40~60℃/sec의 냉각속도로 냉각종료온도: 450~550℃까지 냉각하여 라인파이프용 강재를 제조하였다.
[식 1]
Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Ni] + [Cu])/15 + ([Cr] + [Mo] + [V])/5
[식 2]
Pcm = [C] + [Si]/30) + ([Mn] + [Cu] + [Cr])/20 + [Ni]/60 + [Mo]/15 + [V]/10 + 5[B]
(상기 식 1 및 식 2에서, [C], [Mn], [Ni], [Cu], [Cr], [Mo], [V], [Si] 및 [B]는, 상기 슬라브에 포함되는 탄소(C), 망간(Mn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 실리콘(Si) 및 보론(B)의 함량(단위: 중량%)이다).
Figure 112018063008011-pat00001
상기 실시예 1~2 및 비교예 1~2의 강재중 대표적으로 실시예 1과 비교예 1의 미세조직과 평균 결정립 크기를 측정하여 하기 표 2에 나타내었으며, 상기 실시예 1~2 및 비교예 1~2의 강재의 인장강도(TP), 항복강도(YP) 및 연신율(EL)을 평가하여 하기 표 3에 나타내었으며, 0℃, -10℃, -20℃, -30℃ 및 -40℃ 조건에서 DWTT(Drop Weight Tear Test) 시험을 실시하여 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
Figure 112018063008011-pat00002
(* AF: 침상 페라이트, PF: 다각형 페라이트, GB: 그래뉼러 베이나이트, BF: 베이나이트형 페라이트, M/A: 마르텐사이트/오스테나이트)
Figure 112018063008011-pat00003
Figure 112018063008011-pat00004
도 2(a)는 본 발명에 따른 실시예 강재의 미세조직을 나타낸 것이며, 도 2(b)는 본 발명에 대한 비교예 강재의 미세조직을 나타낸 광학현미경 사진이다.
상기 표 2 및 도 2의 결과를 참조하면, 본 발명의 실시예 1 강재의 경우, 약 2㎛ 이하 크기의 침상 페라이트가 균질하게 분포된 미세조직을 확보하였으나, 비교예 1 강재의 경우, 그레뉼러 베이나이트가 형성되었고, 마르텐사이트/오스테나이트의 분율이 증가하는 등, 저온변태조직의 상분율도 본 발명의 조건을 만족하지 못하였으며, 이를 통해 상기 실시예 1 보다 저온 인성 특성이 저하됨을 알 수 있었다.
하기 도 3은 상기 비교예 2 강재에 대하여 DWTT 시험을 실시한 결과를 나타낸 사진이며, 도 4는 상기 실시예 2 강재에 대하여 DWTT 시험을 실시한 결과를 나타낸 사진이다.
상기 표 3~4 및 도 3~4의 결과를 참조하면, 실시예 1~2와 비교예 1~2의 강재는 모두 인장강도(TS): 600~700MPa, 항복강도(YS): 500~600MPa 및 연신율(El): 30% 이상을 나타내었으나, DWTT 시험시 실시예 1~2는 비교예 1~2 보다 저온충격인성이 월등히 우수한 것을 알 수 있었다. 또한 실시예 1~2는 DWTT 시험시 비교예 1~2에 비해 파면이 매끄럽게 형성되었으며, -20℃, -30℃ 및 -40℃에서의 연성파면율 특성이 월등히 우수한 것을 알 수 있었다.
이를 통해, 본 발명의 라인파이프용 강재는 구리(Cu), 바나듐(V) 및 몰리브덴(Mo) 등의 고원가 합금원소 함량을 최소화하여, 생산 비용을 절감하고 Ceq와 Pcm 지수를 저감시켰으며, 니오븀(Nb) 함량 증대를 통해 NbC 석출강화 효과를 통해 종래의 라인파이프 API-X70M 강종 대비 결정립 미세화를 구현하였고, 경질의 2 차상인 마르텐사이트/오스테나이트(M/A)와, 조대 석출물 억제를 통해 저온파괴인성(DWTT) 특성을 향상시켰음을 알 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (8)

  1. 탄소(C): 0.04~0.07 중량%, 실리콘(Si): 0.2~0.4 중량%, 망간(Mn): 1.4~1.7 중량%, 인(P): 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02~0.06 중량%, 크롬(Cr): 0.2~0.3 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.10 중량%, 니켈(Ni): 0.15~0.25 중량%, 니오븀(Nb): 0.07~0.10 중량%, 티타늄(Ti): 0.005~0.015 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 슬라브를 마무리 압연온도: 870~930℃ 조건으로 열간 압연하여, 압연재를 제조하는 단계; 및
    상기 압연재를 냉각종료온도: 450~550℃까지 냉각하는 단계;를 포함하며,
    상기 슬라브는 하기 식 1에 따른 Ceq 값이 0.39 이하이며,
    하기 식 2에 따른 Pcm 값이 0.17 이하인 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강재 제조방법이며,
    제조된 라인파이프용 강재는 미세조직이 침상 페라이트 65~75 부피%, 다각형 페라이트(polygonal ferrite, PF) 10~18 부피% 및 베이나이트형 페라이트(bainitic ferrite, BF) 12~20 부피%를 포함하는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강재 제조방법:
    [식 1]
    Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Ni] + [Cu])/15 + ([Cr] + [Mo] + [V])/5
    [식 2]
    Pcm = [C] + [Si]/30) + ([Mn] + [Cu] + [Cr])/20 + [Ni]/60 + [Mo]/15 + [V]/10 + 5[B]
    (상기 식 1 및 식 2에서, [C], [Mn], [Ni], [Cu], [Cr], [Mo], [V], [Si] 및 [B]는, 상기 슬라브에 포함되는 탄소(C), 망간(Mn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 실리콘(Si) 및 보론(B)의 함량(단위: 중량%)이다).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 재가열은, 슬라브 재가열 온도: 1100~1200℃ 조건으로 실시하는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강재 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각은, 40℃/sec 이상의 냉각속도 조건으로 실시하는 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강재 제조방법.
  4. 탄소(C): 0.04~0.07 중량%, 실리콘(Si): 0.2~0.4 중량%, 망간(Mn): 1.4~1.7 중량%, 인(P): 0 초과 0.020 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.005 중량% 이하, 가용성 알루미늄(S_Al): 0.02~0.06 중량%, 크롬(Cr): 0.2~0.3 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.05~0.10 중량%, 니켈(Ni): 0.15~0.25 중량%, 니오븀(Nb): 0.07~0.10 중량%, 티타늄(Ti): 0.005~0.015 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
    미세조직이 침상 페라이트(accicular ferrite, AF) 65~75 부피%, 페라이트(polygonal ferrite, PF) 10~18 부피% 및 베이나이트형 페라이트(bainitic ferrite, BF) 12~20 부피%를 포함하고,
    하기 식 1에 따른 Ceq 값이 0.39 이하이며,
    하기 식 2에 따른 Pcm 값이 0.17 이하인 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강재:
    [식 1]
    Ceq = [C] + [Mn]/6 + ([Ni] + [Cu])/15 + ([Cr] + [Mo] + [V])/5
    [식 2]
    Pcm = [C] + [Si]/30) + ([Mn] + [Cu] + [Cr])/20 + [Ni]/60 + [Mo]/15 + [V]/10 + 5[B]
    (상기 식 1 및 식 2에서, [C], [Mn], [Ni], [Cu], [Cr], [Mo], [V], [Si] 및 [B]는, 상기 강재에 포함되는 탄소(C), 망간(Mn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V), 실리콘(Si) 및 보론(B)의 함량(단위: 중량%)이다).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 라인파이프용 강재는 인장강도(TS): 600~700MPa, 항복강도(YS): 500~600MPa 및 연신율(El): 30% 이상인 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강재.
  6. 삭제
  7. 제4항에 있어서,
    상기 라인파이프용 강재의 미세조직은 평균 결정립 크기가 15㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강재.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 라인파이프용 강재는 0℃에서 연성파면율이 95% 이상, -20℃에서 연성파면율이 95% 이상 및 -30℃에서 연성파면율이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 라인파이프용 강재.
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