KR102497363B1

KR102497363B1 - 내사워 라인 파이프용 고강도 강판 및 이것을 사용한 고강도 강관

Info

Publication number: KR102497363B1
Application number: KR1020207011797A
Authority: KR
Inventors: 준지 시마무라; 도모유키 요코타; 신이치 이즈미카와
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2017-10-19
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2023-02-08
Anticipated expiration: 2037-10-19
Also published as: CN111247261A; BR112020007057A2; KR20200058490A; EP3674433A1; JPWO2019077725A1; JP6798565B2; WO2019077725A1; BR112020007057B1; EP3674433A4; EP3674433B1

Abstract

본 발명은, 내 HIC 특성이 우수하고, 게다가 판 폭 방향에 있어서의 내 HIC 특성의 편차를 억제한 내사워 라인 파이프용 고강도 강판을 제공한다. 본 발명의 내사워 라인 파이프용 고강도 강판은, C, Si, Mn, P, S, Al 및 Ca 를 소정량으로 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 강판의 압연 방향에 수직인 단면에 있어서, 판 두께 중심으로부터 판 두께 방향으로 ±5 ㎜ 의 측정 영역에, 타원 형상과 근사한 장축 길이 1.5 ㎜ 초과의 Mn 농화 스폿의 수가, 판 폭 방향의 길이 100 ㎜ 당 3 개 이하이고, 판 폭을 W 로 하여, 강판의 판 폭 방향의 편단으로부터, W/4 의 위치, W/2 의 위치, 및 3W/4 의 위치에 있어서, 내 HIC 특성이 CAR 로 10 ％ 이하이고, 판 폭 방향의 내 HIC 특성의 편차가, CAR 의 표준 편차를 σ 로 하였을 때에 3σ 로 5 ％ 이하이고, 520 ㎫ 이상의 인장 강도를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

내사워 라인 파이프용 고강도 강판 및 이것을 사용한 고강도 강관{HIGH STRENGTH STEEL PLATE FOR SOUR-RESISTANT LINE PIPES AND HIGH STRENGTH STEEL PIPE USING SAME}

본 발명은, 내사워 라인 파이프의 분야에서 사용되는, 강판 내의 재질 균일성, 특히 HIC 특성의 균일성이 우수한 내사워 라인 파이프용 고강도 강판 및 이것을 사용한 고강도 강관에 관한 것이다.

일반적으로, 라인 파이프는, 후판밀이나 열연밀에 의해 제조된 강판을, UOE 성형, 프레스 벤드 성형 및 롤 성형 등에 의해, 강관으로 성형함으로써 제조된다.

여기서, 황화수소를 함유하는 원유나 천연 가스의 수송에 사용되는 라인 파이프는, 강도, 인성, 용접성 등 외에, 내수소 유기 균열성 (내 HIC (Hydrogen Induced Cracking) 성) 이나 내황화물 응력 부식 균열성 (내 SSCC (Sulfide Stress Corrosion Cracking) 성) 과 같은, 이른바 내사워성이 필요해진다. 그 중에서도 HIC 는, 부식 반응에 의한 수소 이온이 강재 표면에 흡착되고, 원자상의 수소로서 강 내부에 침입하여, 강 중의 MnS 등의 비금속 개재물이나 단단한 제 2 상 조직의 주위에 확산·집적되어, 분자상의 수소가 되고, 그 내압에 의해 균열을 발생시키는 것으로 여겨지고 있다.

이와 같은 HIC 를 방지하기 위해, 몇 가지의 방법이 제안되어 있다. 특허문헌 1, 2 에는, 고강도 강판에 대해, 저 S 또한 Ca 첨가에 의해 황화물계 개재물의 형태 제어를 실시하면서, 저 C-저 Mn 화에 의해 중심 편석을 억제하고, 그에 수반하는 강도 저하를 Cr, Mo, Ni 등의 첨가와 가속 냉각에 의해 보충하는 방법이 제안되어 있다.

한편, 강 구조물의 대형화나 비용 삭감의 관점에서, 보다 고강도나 고인성을 갖는 강판의 수요가 높아지고 있다. 강판의 특성 향상이나 합금 원소 삭감, 열처리 생략을 목적으로 하여, 통상적으로, 고강도 강판은, 제어 압연과 제어 냉각을 조합한, 이른바 TMCP (Thermo-Mechanical Control Process) 기술이 적용되어 제조된다.

TMCP 기술을 사용하여 강재의 고강도화를 실시하려면, 제어 냉각시의 냉각 속도를 크게 하는 것이 유효하다. 그러나, 고냉각 속도로 제어 냉각시킨 경우, 강판 표층부가 급랭되기 때문에, 강판 내부에 비해 표층부의 경도가 높아져, 판 두께 방향의 경도 분포에 편차가 발생한다. 따라서, 강판 내의 재질 균일성을 확보하는 관점에서 문제가 된다.

상기의 문제를 해결하기 위해, 예를 들어 특허문헌 3, 4 에는, 고주파 유도 가열 장치를 사용하여, 가속 냉각 후의 강판 표면을 내부보다 고온으로 가열하여 표층부의 경도를 저감시킨, 라인 파이프용 강판의 제조 방법이 개시되어 있다.

한편, 강판 표면의 스케일 두께에 불균일이 있었을 경우, 냉각시에 그 하부의 강판의 냉각 속도에도 편차가 발생하여, 강판 내의 국소적인 냉각 정지 온도의 편차가 문제가 된다. 그 결과, 스케일 두께의 불균일에 의해 판 폭 방향으로 강판 재질의 편차가 발생하게 된다. 이에 대해, 특허문헌 5, 6 에는, 냉각 직전에 디스케일링을 실시함으로써, 스케일 두께 불균일에서 기인한 냉각 불균일을 저감시켜, 강판 형상을 개선하는 방법이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 평5-271766호 일본 공개특허공보 평7-173536호 일본 공개특허공보 2002-327212호 일본 특허공보 제3711896호 일본 공개특허공보 평9-57327호 일본 특허공보 제3796133호

그러나, 특허문헌 1 ∼ 4 에 기재된 기술은, 모두 중심 편석부가 대상이지만, 판 폭 방향의 내 HIC 특성의 균일성에 관해서는 고려되어 있지 않다. 슬래브 단계의 판 폭 방향의 중심 편석의 편차가 영향을 미쳐, 압연 후 강판의 판 폭 방향의 내 HIC 특성의 편차가 발생한다는 문제가 있다.

또, 본 발명자들의 검토에 의하면, 상기 특허문헌 5, 6 에 기재된 제조 방법으로 얻어지는 고강도 강판에서도, 판 폭 방향의 내 HIC 특성의 균일성이라는 관점에서 개선의 여지가 있는 것이 판명되었다. 그 이유로는, 이하와 같은 것을 생각할 수 있다. 즉, 특허문헌 5, 6 에 기재된 방법에서는, 디스케일링에 의해, 열간 교정시의 스케일의 압입 자국에 의한 표면 성상 불량의 저감이나, 강판의 냉각 정지 온도의 편차를 저감시켜 강판 형상을 개선하고 있지만, 균일한 재질을 얻기 위한 냉각 조건에 관해서는 아무런 배려가 이루어져 있지 않다.

이와 같이, 종래, 저렴한 성분과 고냉각 속도의 제어 냉각을 조합한 경우, 강판 내의 재질 균일성과 내 HIC 특성을 구비한 고강도 강판을 제조할 수는 없었다.

그래서 본 발명은, 상기 과제를 감안하여, 내 HIC 특성이 우수하고, 게다가 판 폭 방향에 있어서의 내 HIC 특성의 편차를 억제한 내사워 라인 파이프용 고강도 강판과, 이것을 사용한 고강도 강관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자들은, API 규격 X65 그레이드의 강도를 갖는 고강도 강판에 있어서, 중심 편석부로부터의 HIC 발생을 방지하여, 판 폭 방향의 내 HIC 특성의 편차를 억제하고, 강판 내의 재질 균일성을 향상시키기 위해, 강재의 성분 조성, 마이크로 조직, 및 제조 방법을 예의 검토하였다. 그 결과, 주편 (슬래브) 의 2 차 냉각시에 특정한 조건을 채용하고, 또한, 특정한 조건하에서 열간 압연 후의 제어 냉각을 실시하는 것을 조합함으로써, 강판의 판 폭 방향에 있어서의 중심 편석의 편차를 억제할 수 있다는 지견을 얻어, 본 발명을 완성하였다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

[1] 질량％ 로, C : 0.02 ∼ 0.08 ％, Si : 0.01 ∼ 0.50 ％, Mn : 0.50 ∼ 1.80 ％, P : 0.001 ∼ 0.015 ％, S : 0.0002 ∼ 0.0015 ％, Al : 0.01 ∼ 0.08 ％ 및 Ca : 0.0005 ∼ 0.005 ％ 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,

강판의 압연 방향에 수직인 단면에 있어서, 판 두께 중심으로부터 판 두께 방향으로 ±5 ㎜ 의 측정 영역에, 타원 형상과 근사한 장축 길이 1.5 ㎜ 초과의 Mn 농화 스폿의 수가, 판 폭 방향의 길이 100 ㎜ 당 3 개 이하이고,

판 폭을 W 로 하여, 강판의 판 폭 방향의 편단으로부터, W/4 의 위치, W/2 의 위치, 및 3W/4 의 위치에 있어서, 내 HIC 특성이 CAR 로 10 ％ 이하이고,

판 폭 방향의 내 HIC 특성의 편차가, CAR 의 표준 편차를 σ 로 하였을 때에 3σ 로 5 ％ 이하이고,

520 ㎫ 이상의 인장 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 내사워 라인 파이프용 고강도 강판.

[2] 상기 성분 조성이, 추가로, 질량％ 로, Cu : 0.50 ％ 이하, Ni : 0.50 ％ 이하, Cr : 0.50 ％ 이하 및 Mo : 0.50 ％ 이하 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 상기 [1] 에 기재된 내사워 라인 파이프용 고강도 강판.

[3] 상기 성분 조성이, 추가로, 질량％ 로, Nb : 0.005 ∼ 0.1 ％, V : 0.005 ∼ 0.1 ％, 및 Ti : 0.005 ∼ 0.1 ％ 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 상기 [1] 또는 [2] 에 기재된 내사워 라인 파이프용 고강도 강판.

[4] 상기 [1] ∼ [3] 중 어느 한 항에 기재된 내사워 라인 파이프용 고강도 강판을 사용한 고강도 강관.

본 발명의 내사워 라인 파이프용 고강도 강판은, 내 HIC 특성이 우수하고, 게다가 판 폭 방향에 있어서의 내 HIC 특성의 편차가 억제되어 있다. 그러므로, 이 고강도 강판을 사용한 본 발명의 고강도 강관은, 내 HIC 특성이 우수하고, 게다가 관 둘레 방향에 있어서의 내 HIC 특성의 편차가 억제되어 있다.

도 1 은, 실시예에 있어서의 EMPA 분석 영역의 위치를 설명하는 강판 C 단면의 모식도이다.
도 2 는, 실시예에 있어서의 HIC 시험편의 채취부의 위치를 설명하는 강판 C 단면의 모식도이다.
도 3 은, 본 실시형태의 고강도 강판을 제조하기 위한, 연속 주조에 있어서의 주편의 2 차 냉각 방법을 설명하는 도면으로서, (A) 는, 1 개의 이류체 스프레이 노즐로부터 냉각수를 분사하였을 때의 냉각수의 분사 범위 및 수량 (水量) 밀도 분포를 나타내는 모식도이고, (B) 는, 2 개의 이류체 스프레이 노즐로부터 냉각수를 분사하였을 때의 냉각수의 분사 범위, 수량 밀도 분포, 및 분사 범위의 랩 마진을 나타내는 모식도이다.

이하, 본 개시의 내사워 라인 파이프용 고강도 강판에 대해, 구체적으로 설명한다.

[성분 조성]

먼저, 본 개시에 의한 고강도 강판의 성분 조성과 그 한정 이유에 대해 설명한다. 이하의 설명에 있어서 ％ 로 나타내는 단위는 모두 질량％ 이다.

C : 0.02 ∼ 0.08 ％

C 는, 강도의 향상에 유효하게 기여하지만, 함유량이 0.02 ％ 미만에서는 충분한 강도를 확보할 수 없고, 한편 0.08 ％ 를 초과하면, 가속 냉각시에 표층부의 경도가 상승하기 때문에, 내 HIC 특성이 열화된다. 또, 인성도 열화된다. 이 때문에, C 량은 0.02 ∼ 0.08 ％ 의 범위로 한정한다.

Si : 0.01 ∼ 0.50 ％

Si 는, 탈산을 위해 첨가하지만, 함유량이 0.01 ％ 미만에서는 탈산 효과가 충분하지 않고, 한편 0.50 ％ 를 초과하면 인성이나 용접성을 열화시키기 때문에, Si 량은 0.01 ∼ 0.50 ％ 의 범위로 한정한다.

Mn : 0.50 ∼ 1.80 ％

Mn 은, 강도, 인성의 향상에 유효하게 기여하지만, 함유량이 0.50 ％ 미만에서는 그 첨가 효과가 부족하고, 한편 1.80 ％ 를 초과하면 가속 냉각시에 표층부의 경도가 상승하기 때문에, 내 HIC 특성이 열화된다. 또, 용접성도 열화된다. 이 때문에, Mn 량은 0.50 ∼ 1.80 ％ 의 범위로 한정한다.

P : 0.001 ∼ 0.015 ％

P 는, 불가피 불순물 원소로서, 용접성을 열화시킴과 함께, 중심 편석부의 경도를 상승시킴으로써 내 HIC 성을 열화시킨다. 0.015 ％ 를 초과하면 그 경향이 현저해지기 때문에, 상한을 0.015 ％ 로 규정한다. 바람직하게는 0.008 ％ 이하이다. 함유량은 낮을수록 좋지만, 정련 비용의 관점에서 0.001 ％ 이상으로 한다.

S : 0.0002 ∼ 0.0015 ％

S 는, 불가피 불순물 원소로서, 강 중에 있어서는 MnS 개재물이 되어 내 HIC 성을 열화시키기 때문에 적은 것이 바람직하지만, 0.0015 ％ 까지는 허용된다. 함유량은 낮을수록 좋지만, 정련 비용의 관점에서 0.0002 ％ 이상으로 한다.

Al : 0.01 ∼ 0.08 ％

Al 은, 탈산제로서 첨가하지만, 0.01 ％ 미만에서는 첨가 효과가 없고, 한편, 0.08 ％ 를 초과하면 강의 청정도가 저하되고, 인성이 열화되기 때문에, Al 량은 0.01 ∼ 0.08 ％ 의 범위로 한정한다.

Ca : 0.0005 ∼ 0.005 ％

Ca 는, 황화물계 개재물의 형태 제어에 의한 내 HIC 특성 향상에 유효한 원소이지만, 0.0005 ％ 미만에서는 그 첨가 효과가 충분하지 않다. 한편, 0.005 ％ 를 초과한 경우, 효과가 포화될 뿐만 아니라, 강의 청정도의 저하에 의해 내 HIC 특성을 열화시키므로, Ca 량은 0.0005 ∼ 0.005 ％ 의 범위로 한정한다.

이상, 본 개시의 기본 성분에 대해 설명하였지만, 본 개시의 성분 조성은, 강판의 강도나 인성의 가일층의 개선을 위해, Cu, Ni, Cr 및 Mo 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을, 이하의 범위에서 임의로 함유시킬 수 있다.

Cu : 0.50 ％ 이하

Cu 는, 인성의 개선과 강도의 상승에 유효한 원소로서, 이 효과를 얻으려면 0.05 ％ 이상을 함유하는 것이 바람직하지만, 함유량이 지나치게 많으면 용접성이 열화되기 때문에, Cu 를 첨가하는 경우에는 0.50 ％ 를 상한으로 한다.

Ni : 0.50 ％ 이하

Ni 는, 인성의 개선과 강도의 상승에 유효한 원소로서, 이 효과를 얻으려면 0.05 ％ 이상을 함유하는 것이 바람직하지만, 함유량이 지나치게 많으면 경제적으로 불리할 뿐만 아니라, 용접 열영향부의 인성이 열화되기 때문에, Ni 를 첨가하는 경우에는 0.50 ％ 를 상한으로 한다.

Cr : 0.50 ％ 이하

Cr 은, Mn 과 마찬가지로, 저 C 에서도 충분한 강도를 얻기 위해 유효한 원소로서, 이 효과를 얻으려면 0.05 ％ 이상을 함유하는 것이 바람직하지만, 함유량이 지나치게 많으면 용접성이 열화되기 때문에, Cr 을 첨가하는 경우에는 0.50 ％ 를 상한으로 한다.

Mo : 0.50 ％ 이하

Mo 는, 인성의 개선과 강도의 상승에 유효한 원소로서, 이 효과를 얻으려면 0.05 ％ 이상을 함유하는 것이 바람직하지만, 함유량이 지나치게 많으면 용접성이 열화되기 때문에, Mo 를 첨가하는 경우에는 0.50 ％ 를 상한으로 한다.

본 개시의 성분 조성은, 추가로, Nb, V 및 Ti 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을, 이하의 범위에서 임의로 함유시킬 수도 있다.

Nb : 0.005 ∼ 0.1 ％, V : 0.005 ∼ 0.1 ％, 및 Ti : 0.005 ∼ 0.1 ％ 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상

Nb, V 및 Ti 는 모두, 강판의 강도 및 인성을 높이기 위해 임의로 첨가할 수 있는 원소이다. 각 원소 모두, 함유량이 0.005 ％ 미만에서는 그 첨가 효과가 부족하고, 한편 0.1 ％ 를 초과하면 용접부의 인성이 열화되므로, 첨가하는 경우에는 모두 0.005 ∼ 0.1 ％ 의 범위로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 원소 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 단, 본 발명의 작용 효과를 저해하지 않는 한, 다른 미량 원소의 함유도 무방하다.

[Mn 농화 스폿]

본 개시의 내사워 라인 파이프용 고강도 강판에 있어서는, 강판의 압연 방향 (판 길이 방향) 에 수직인 단면에 있어서, 판 두께 중심으로부터 판 두께 방향으로 ±5 ㎜ 의 측정 영역에, 타원 형상과 근사한 장축 길이 1.5 ㎜ 초과의 Mn 농화 스폿의 수가, 판 폭 방향의 길이 100 ㎜ 당 3 개 이하인 것이 중요하다.

본 명세서에 있어서,「Mn 농화 스폿」이란, Mn 농도가 편석에 의해 첨가량 (강판 중의 Mn 함유량) 보다 높은 부위를 의미하며, 구체적으로는, 강판 중의 Mn 함유량이 1.50 ％ 이하인 경우에는, Mn 농도가 1.60 ％ 이상인 부위로서 특정되고, 강판 중의 Mn 함유량이 1.50 ％ 초과 1.80 ％ 이하인 경우에는, Mn 농도가 강판 중의 Mn 함유량보다 0.10 ％ 이상 높은 부위로서 특정된다.

본 발명자들의 검토에 의하면, 상기와 같이 특정되는 Mn 농화 스폿 중, 장축 길이가 1.5 ㎜ 초과인 Mn 농화 스폿의 지점으로부터 HIC 균열이 발생하기 쉬운 것, 그리고, 장축 길이 1.5 ㎜ 초과의 Mn 농화 스폿의 수가 판 폭 방향의 길이 100 ㎜ 당 3 개를 초과하여 존재하면, HIC 균열이 발생하는 것이 판명되었다. 그래서 본 개시에서는, 장축 길이 1.5 ㎜ 초과의 Mn 농화 스폿의 수가 판 폭 방향의 길이 100 ㎜ 당 3 개 이하로 한다.

본 개시에 있어서,「판 폭 방향의 길이 100 ㎜ 당의, 장축 길이 1.5 ㎜ 초과의 Mn 농화 스폿의 수」는, 이하의 방법으로 측정하는 것으로 한다. 먼저, 강판으로부터 해석용의 시료를 잘라내고, 연마에 의해 시료 조정을 실시한다. 이 때, 시료의 표면이, 강판의 판 길이 방향에 수직인 단면 (C 단면) 이 되도록 한다. 그리고, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 이 C 단면에 있어서, 판 폭을 W 로 하여, 강판의 판 폭 방향의 편단으로부터, W/4 의 위치, W/2 의 위치, 및 3W/4 의 위치 (이하, 간단히「W/4 위치」,「W/2 위치」, 및「3W/4 위치」라고 기재한다) 에 있어서의 강판의 판 두께 중심 (t/2 위치 ; t 는 판 두께) 인 3 점의 각각을 중심으로 하여 판 두께 방향으로 ±5 ㎜ (두께 10 ㎜), 판 폭 방향으로 ±200 ㎜ (폭 400 ㎜) 가 되는 3 개의 영역에 대해, 전자 프로브 마이크로 애널라이저 (EMPA) 에 의해, Mn 농도의 매핑을 실시한다. 또한, 강판의 판 폭에 따라서는, 상기 3 개의 영역이 오버랩되어 1 개의 영역이 되는 경우도 있다. 매핑은, 가속 전압 25 ㎸ 에서, 직경이 0.15 ㎜ 인 전자 프로브를 사용하여 실시한다. 이 EPMA 분석 영역 (두께 10 ㎜ × 폭 400 ㎜) 중에서, 장축 길이 1.5 ㎜ 초과의 Mn 농화 스폿의 수를 카운트하고, 판 폭 방향의 길이 100 ㎜ 당의 수로 환산한다.

또한, 본 개시의 내사워 라인 파이프용 고강도 강판의 강 조직에 대해서는, 인장 강도 520 ㎫ 이상의 고강도화를 도모하기 위해, 베이나이트 조직인 것이 바람직하다. 여기서, 베이나이트 조직은, 변태 강화에 기여하는 가속 냉각시 혹은 가속 냉각 후에 변태하는 베이나이틱 페라이트 또는 그래뉼라 페라이트라고 칭해지는 조직을 포함하는 것으로 한다. 베이나이트 조직 중에, 페라이트나 마텐자이트, 펄라이트, 도상 (島狀) 마텐자이트, 잔류 오스테나이트 등의 이종 조직이 혼재하면, 강도의 저하나 인성의 열화, 표층 경도의 상승 등이 발생하기 때문에, 베이나이트상 이외의 조직 분율은 적을수록 좋다. 단, 베이나이트상 이외의 조직의 체적 분율이 충분히 낮은 경우에는, 그것들의 영향을 무시할 수 있으므로, 어느 정도의 양이면 허용된다. 구체적으로, 본 개시에서는, 베이나이트 이외의 강 조직 (페라이트, 마텐자이트, 펄라이트, 도상 마텐자이트, 잔류 오스테나이트 등) 의 합계가 체적 분율로 5 ％ 미만이면, 큰 영향이 없으므로 허용되는 것으로 한다.

[판 폭 방향의 내 HIC 특성의 균일성]

본 개시의 내사워 라인 파이프용 고강도 강판에 있어서는, W/4 위치, W/2 위치, 및 3W/4 위치에 있어서, 내 HIC 특성이 CAR 로 10 ％ 이하인 것, 그리고, 판 폭 방향의 내 HIC 특성의 편차가, CAR 의 표준 편차를 σ 로 하였을 때에 3σ 로 5 ％ 이하인 것이 중요하다. 이것은, 내 HIC 특성이 우수하고, 게다가 판 폭 방향에 있어서의 내 HIC 특성의 편차가 억제되어 있는 것을 의미한다. W/4 위치, W/2 위치, 및 3W/4 위치의 내 HIC 특성은, 바람직하게는 CAR 로 5 ％ 이하이다.

본 개시에 있어서,「W/4 위치, W/2 위치, 및 3W/4 위치의 내 HIC 특성」은, 이하의 방법으로 평가하는 것으로 한다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 강판의 C 단면에 있어서, 판 폭 방향이 W/4 위치, W/2 위치, 및 3W/4 위치의 판 두께 중심 (합계 3 점) 을 중심으로 하여, 두께 20 ㎜ × 폭 20 ㎜ 의 치수의 시험편을 채취한다. 이렇게 하여 얻은 3 개의 시험편으로부터, 각각 3 개의 샘플을 채취하여, 합계 9 개의 샘플에 대해, HIC (수소 유기 균열) 특성 조사를 실시한다. 이 조사에서는, NACE 에서 규정되어 있는 TM0284 에 기초하여, Method A 환경에서 실시하고, 수소 유기 균열 판정 기준으로서 균열 발생 면적률 (CAR) 을 구한다. 본 개시의 내사워 라인 파이프용 고강도 강판에 있어서는, 이렇게 하여 얻는 9 개의 CAR 이 모두 10 ％ 이하이고, 바람직하게는 5 ％ 이하이다.

또, 본 개시에 있어서「판 폭 방향의 내 HIC 특성의 편차」는, 상기 9 개의 CAR 의 표준 편차를 σ 로서 구하였을 때의 3σ 로서 평가하는 것으로 한다.

[인장 강도]

본 개시의 고강도 강판은, API 5L 의 X60 그레이드 이상의 강도를 갖는 강관용의 강판이므로, 520 ㎫ 이상의 인장 강도를 갖는 것으로 한다.

[제조 방법]

이하, 상기 내사워 라인 파이프용 고강도 강판을 제조하기 위한 제조 방법 및 제조 조건에 대해, 구체적으로 설명한다. 본 개시의 제조 방법은, 상기 성분 조성을 갖는 강을 연속 주조하여 주편 (슬래브) 으로 하고, 이 슬래브를 가열한 후, 열간 압연하여 강판으로 하고, 그 후 당해 강판에 대해 제어 냉각을 실시한다. 이 때, 연속 주조에 있어서의 2 차 냉각을 특정한 조건에서 실시하고, 또한, 슬래브 가열 및 제어 냉각을 특정한 조건에서 실시함으로써, 내 HIC 특성이 우수하고, 게다가 판 폭 방향에 있어서의 내 HIC 특성의 편차를 억제한 내사워 라인 파이프용 고강도 강판을 제조할 수 있다.

〔연속 주조시의 슬래브의 2 차 냉각 방법〕

도 3(A), (B) 에 나타내는 바와 같이, 주편 (20) 의 폭 방향으로 소정의 간격으로 배치한 복수의 이류체 스프레이 노즐 (10A, 10B) 로부터 냉각수를 미스트상으로 분사하고, 주편 (20) 을 그 길이 방향으로 이송하면서 냉각시키는 방법으로서, 이류체 스프레이 노즐 (10) 로서, 이류체 스프레이 노즐 (10) 바로 아래의 수량 밀도에 대한 비율이 50 ％ 가 되는 위치가, 상기 주편 (20) 의 폭 방향에 있어서의 상기 냉각수의 분사 범위의 양단으로부터 거리 S (㎜) 인 것을 사용하고, 또한 이웃하는 이류체 스프레이 노즐 (10A, 10B) 로부터 분사되는 상기 냉각수의 분사 범위의 랩 마진이 1.6 S 이상 2.4 S 이하의 범위가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 주편의 2 차 냉각 방법을 사용한다.

도 3 은, 이류체 스프레이 노즐로부터 분사된 냉각수의 분사 범위 및 수량 밀도 분포를 모식적으로 도시한 것으로서, 도 3(A) 에는, 이류체 스프레이 노즐 (10) 바로 아래의 수량 밀도에 대한 수량 밀도 비율이 50 ％ 가 되는 상기 분사 범위의 양단으로부터의 거리 S 가 나타나 있고, 도 3(B) 에는, 2 개의 이류체 스프레이 노즐 (10A, 10B) 로부터 분사되는 냉각수의 분사 범위의 랩 마진이 나타나 있다.

이류체 스프레이 노즐 (10) 로부터 분사된 냉각수의 분사 범위의 양단으로부터의 거리 S 는, 이하의 방법에 의해 구할 수 있다. 먼저, 이류체 스프레이 노즐 (10) 로부터 분사된 냉각수의 주편의 폭 방향에 있어서의 수량 밀도 분포를 측정한다. 수량 밀도 분포는, 주편 (1) 의 폭 방향으로 다수 분할된 계량 용기군의 상방에 이류체 스프레이 노즐 (10) 을 배치하고, 이류체 스프레이 노즐 (10) 로부터 분사된 냉각수를 계량 용기마다 계량함으로써 측정할 수 있다.

랩 마진이 1.6 S 이상 2.4 S 이하의 범위가 되도록 하는 이유는 이하와 같다. 즉, 복수의 이류체 스프레이 노즐을 배치하여 주편을 2 차 냉각시키는 경우에 있어서, 비록 각 이류체 스프레이 노즐로부터 분사된 냉각수의 수량 밀도가 주편의 폭 방향에 걸쳐 균일해지도록 배치하였다고 해도, 냉각수의 분사 범위의 양단에 있어서는 충돌압이 낮기 때문에 주편의 냉각능이 낮아져 버려, 주편을 폭 방향에 걸쳐 균일하게 냉각시킬 수 없다. 그러나, 랩 마진이 1.6 S 이상 2.4 S 이하의 범위이면, 주편의 폭 방향에 있어서의 수량 밀도 분포에 더하여, 충돌압 분포도 고려하여, 주편을 폭 방향에 걸쳐 균일하게 냉각시킬 수 있다. 요컨대, 이 방법에 의하면, 이웃하는 이류체 스프레이 노즐 (10A, 10B) 로부터 분사되는 냉각수의 분사 범위가 랩되는 영역에 있어서의 냉각능을 저하시키지 않고 주편을 냉각시킬 수 있고, 주편의 폭 방향에 있어서의 표면 온도 편차를 작게 하여, 거의 균일하게 냉각시킬 수 있다. 이로써, 폭 방향에 있어서의 중심 편석 편차가 적은 슬래브 제조가 가능해진다.

또한, 도 3(B) 에서는, 2 개의 이류체 스프레이 노즐 (10A, 10B) 을 사용한 예를 설명하였지만, 3 개 이상의 이류체 스프레이 노즐을 배치하여 주편을 2 차 냉각시키는 경우에 있어서도, 3 개 이상의 이류체 스프레이 노즐 중 이웃하는 것끼리에 대해, 냉각수의 분사 범위의 랩 마진을 상기와 같이 설정하면 된다.

또, 이류체 스프레이 노즐로는, 예를 들어, 냉각수와 공기의 공급관, 혼합 배관 및 노즐 팁을 구비한 미스트 노즐을 사용할 수 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

〔슬래브 가열 온도〕

슬래브 가열 온도 : 1000 ∼ 1300 ℃

슬래브 가열 온도가 1000 ℃ 미만에서는, 탄화물의 고용이 불충분하여 필요한 강도가 얻어지지 않고, 한편 1300 ℃ 를 초과하면 인성이 열화되기 때문에, 슬래브 가열 온도는 1000 ∼ 1300 ℃ 로 한다. 또한, 이 온도는 가열로의 노 내 온도이며, 슬래브는 중심부까지 이 온도로 가열되는 것으로 한다.

〔압연 종료 온도〕

열간 압연 공정에 있어서, 높은 모재 인성을 얻으려면, 압연 종료 온도는 낮을수록 좋지만, 그 반면, 압연 능률이 저하되기 때문에, 강판 표면 온도에 있어서의 압연 종료 온도는, 필요한 모재 인성과 압연 능률을 감안하여 설정할 필요가 있다. 강도 및 내 HIC 특성을 향상시키는 관점에서는, 압연 종료 온도를, 강판 표면 온도로 Ar₃ 변태점 이상으로 하는 것이 바람직하다. 여기서, Ar₃ 변태점이란, 냉각 중에 있어서의 페라이트 변태 개시 온도를 의미하며, 예를 들어, 강의 성분으로부터 이하의 식으로 구할 수 있다. 또, 높은 모재 인성을 얻기 위해서는 오스테나이트 미재결정 온도역에 상당하는 950 ℃ 이하의 온도역에서의 압하율을 60 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 강판의 표면 온도는 방사 온도계 등으로 측정할 수 있다.

Ar₃ (℃) ＝ 910 － 310[％C] － 80[％Mn] － 20[％Cu] － 15[％Cr] － 55[％Ni] － 80[％Mo]

단, [％X] 는 X 원소의 강 중 함유량 (질량％) 을 나타낸다.

〔제어 냉각의 냉각 개시 온도〕

냉각 개시 온도 : 강판 표면 온도로 (Ar₃ － 10 ℃) 이상

냉각 개시시의 강판 표면 온도가 낮으면, 제어 냉각 전의 페라이트 생성량이 많아지고, 특히 Ar₃ 변태점으로부터의 온도 강하량이 10 ℃ 를 초과하면 체적 분율로 5 ％ 를 초과하는 페라이트가 생성되어, 강도 저하가 커짐과 함께 내 HIC 특성이 열화되기 때문에, 냉각 개시시의 강판 표면 온도는 (Ar₃ － 10 ℃) 이상으로 한다.

〔제어 냉각의 냉각 속도〕

강판 평균 온도로 750 ℃ 에서 550 ℃ 까지의 평균 냉각 속도 : 15 ℃/s 이상

강판 평균 온도로 750 ℃ 에서 550 ℃ 까지의 평균 냉각 속도가 15 ℃/s 미만에서는, 베이나이트 조직이 얻어지지 않아 강도 저하나 내 HIC 특성의 열화가 발생한다. 이 때문에, 강판 평균 온도로의 냉각 속도는 15 ℃/s 이상으로 한다. 강판 강도와 경도의 편차의 관점에서는, 강판 평균의 냉각 속도는 20 ℃/s 이상으로 하는 것이 바람직하다. 당해 평균 냉각 속도의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 저온 변태 생성물이 과잉으로 생성되지 않도록, 80 ℃/s 이하로 하는 것이 바람직하다.

〔냉각 정지 온도〕

냉각 정지 온도 : 강판 평균 온도로 250 ∼ 550 ℃

압연 종료 후, 제어 냉각으로 베이나이트 변태의 온도역인 250 ∼ 550 ℃ 까지 급랭시킴으로써, 베이나이트상을 생성시킨다. 냉각 정지 온도가 550 ℃ 를 초과하면, 베이나이트 변태가 불완전하여, 충분한 강도가 얻어지지 않는다. 또, 냉각 정지 온도가 250 ℃ 미만에서는, 표층부의 경도 상승이 현저해진다. 바람직하게는 350 ∼ 500 ℃ 이다.

또한, 강판 평균 온도는, 물리적으로 직접 측정할 수 없지만, 방사 온도계로 측정된 냉각 개시시의 표면 온도와 목표의 냉각 정지시의 표면 온도를 기초로, 예를 들어 프로세스 컴퓨터를 사용하여 차분 계산에 의해 판 두께 단면 내의 온도 분포를 리얼 타임으로 구할 수 있다. 당해 온도 분포에 있어서의 판 두께 방향의 온도의 평균값을 본 명세서에 있어서의「강판 평균 온도」로 한다.

[고강도 강관]

본 개시의 고강도 강판을, 프레스 벤드 성형, 롤 성형, UOE 성형 등으로 관상으로 성형한 후, 맞댐부를 용접함으로써, 원유나 천연 가스의 수송에 바람직한 강판 내의 재질 균일성이 우수한 내사워 라인 파이프용 고강도 강관 (UOE 강관, 전봉 강관, 스파이럴 강관 등) 을 제조할 수 있다.

예를 들어, UOE 강관은, 강판의 단부를 개선 가공하고, C 프레스, U 프레스, O 프레스로 강관 형상으로 성형한 후, 내면 용접 및 외면 용접으로 맞댐부를 심 용접하고, 추가로 필요에 따라 확관 공정을 거쳐 제조된다. 또, 용접 방법은 충분한 이음매 강도와 이음매 인성이 얻어지는 방법이면, 어느 방법이라도 좋지만, 우수한 용접 품질과 제조 능률의 관점에서, 서브 머지 아크 용접을 사용하는 것이 바람직하다.

실시예

표 1 에 나타내는 성분 조성이 되는 강 (강종 A ∼ M) 을, 연속 주조법에 의해 슬래브 폭 1600 ㎜ 의 슬래브로 하였다. 2 차 냉각에서는, 폭 방향으로 소정의 간격으로 배치한 3 개의 이류체 스프레이 노즐로부터 미스트상으로 분사되는 냉각수의 분사 범위의 랩 마진을, 표 2 에 나타내는 값으로 하여 2 차 냉각시켰다. 또한, 주편 (20) 의 폭 방향에 있어서의 냉각수의 분사 범위의 양단으로부터 이류체 스프레이 노즐 바로 아래의 수량 밀도에 대한 비율이 50 ％ 가 되는 위치까지의 거리 S 는, 70 ㎜ 로 고정시켰다.

이렇게 하여 얻은 슬래브를, 표 2 에 나타내는 온도로 가열한 후, 표 2 에 나타내는 압연 종료 온도 및 압하율의 열간 압연을 하여, 표 2 에 나타내는 판 두께의 강판으로 하였다. 그 후, 강판에 대해, 표 2 에 나타내는 조건하에서 수랭형의 제어 냉각 장치를 사용하여 제어 냉각을 실시하였다.

[조직의 특정]

얻어진 강판의 마이크로 조직을, 광학 현미경 및 주사형 전자 현미경에 의해 관찰하였다. 강판의 판 두께 중앙 (t/2 위치) 에서의 조직을, 표 3 에 나타낸다.

[인장 특성의 평가]

각 수준에 있어서 얻어진 강판으로부터 압연 직각 방향의 전체 두께 시험편 (API5L 규격) 을 채취하고, 이것을 인장 시험편으로 하여 인장 시험을 실시하고, 항복 강도 (0.5 ％ 내력) 및 인장 강도를 측정하였다. 항복 강도 450 ㎫ 이상, 인장 강도 520 ㎫ 이상이 목표 범위이다. 결과를 표 3 에 나타낸다.

[판 폭 방향에 있어서의 내 HIC 특성의 편차의 평가]

기술한 방법으로, W/4 위치, W/2 위치, 및 3W/4 위치로부터 각각 3 개의 샘플을 채취하고, CAR 을 측정하였다. 이렇게 하여 얻은 9 개의 측정치 중 최대값을 표 3 의「내 HIC 특성」의 란에 나타낸다. 또, 9 개의 CAR 의 표준 편차를 σ 로서 구하였을 때의 3σ 도 표 3 에 나타낸다. 최대값은 10 ％ 이하, 3σ 는 5 ％ 이하가 목표 범위이다.

[Mn 농화 스폿의 측정]

기술한 방법으로 판 폭 방향의 길이 100 ㎜ 당의, 장축 길이 1.5 ㎜ 초과의 Mn 농화 스폿의 수를 측정하였다. 3 개 이하가 목표 범위이다. 결과를 표 3 에 나타낸다.

[DWTT 시험]

각 수준에 있어서 얻어진 강판으로부터 API-5L 에 준거한 DWTT 시험편을 채취하고, 0 ∼ －80 ℃ 의 시험 온도에서 시험을 실시하고, SA 값 (Shear Area : 연성 파면율) 이 85 ％ 가 되는 천이 온도를 구하였다. 천이 온도는 －50 ℃ 이하가 목표 범위이다. 결과를 표 3 에 나타낸다.

No.1 ∼ 13 은 발명예로서, 성분 조성이 본 발명의 범위이고, 제조 방법이 본 발명의 강판을 얻기 위한 바람직한 조건의 범위 내로 되어 있다. 모두, 항복 강도 450 ㎫ 이상, 인장 강도 520 ㎫ 이상, DWTT 시험에서의 85 ％ SATT 가 －50 ℃ 이하, 내 HIC 특성의 판 폭 방향의 편차도 작고, 어느 특성도 양호하였다.

한편, No.14 ∼ 22 는 비교예로서, 성분 조성은 본 발명의 범위 내이지만, 제조 방법이 본 발명의 강판을 얻기 위한 바람직한 조건의 범위 외로 되어 있다. No.14 는, 슬래브 가열 온도가 낮고, 마이크로 조직의 균질화와 탄화물의 고용이 불충분하고 저강도였다.

No.15 는, 냉각 개시 온도가 낮고, 페라이트가 지나치게 석출되었기 때문에, 저강도이고, 또한 내 HIC 특성이 떨어졌다.

No.16 및 No.18 은, 제어 냉각 조건이 바람직한 조건의 범위 외이고, 마이크로 조직으로서 판 두께 중심부에서 펄라이트가 지나치게 석출되었기 때문에, 저강도이고, 또한 내 HIC 특성이 떨어졌다.

No.17 은, 냉각 정지 온도가 낮고, 마텐자이트나 도상 마텐자이트 (MA) 의 경질상이 생성되었기 때문에, DWTT 특성과 내 HIC 특성이 떨어졌다.

No.19 ∼ No.22 는, 모두 슬래브 단계의 2 차 냉각 조건이 바람직한 조건의 범위 외이고, 중심 편석부의 Mn 농화가 많고, 강판 판 폭 방향의 내 HIC 특성 편차가 크고, HIC 특성이 떨어졌다.

No.23 ∼ No.27 은, 성분 조성이 본 발명의 범위 외이고, 중심 편석부의 Mn 농화가 많고, 강판 판 폭 방향의 HIC 특성 편차가 크고, HIC 특성이 떨어졌다.

본 발명의 내사워 라인 파이프용 고강도 강판은, 내 HIC 특성이 우수하고, 게다가 판 폭 방향에 있어서의 내 HIC 특성의 편차가 억제되어 있다. 따라서, 이 강판을 냉간 성형하여 제조한 강관 (전봉 강관, 스파이럴 강관, UOE 강관 등) 은, 내사워성을 요하는 황화수소를 함유하는 원유나 천연 가스의 수송에 바람직하게 사용할 수 있다.

10, 10A, 10B : 이류체 스프레이 노즐
20 : 주편

Claims

질량％ 로, C : 0.02 ∼ 0.08 ％, Si : 0.01 ∼ 0.50 ％, Mn : 0.50 ∼ 1.80 ％, P : 0.001 ∼ 0.015 ％, S : 0.0002 ∼ 0.0015 ％, Al : 0.01 ∼ 0.08 ％ 및 Ca : 0.0005 ∼ 0.005 ％ 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,
강판의 압연 방향에 수직인 단면에 있어서, 판 폭을 W 로 하여, 강판의 판 폭 방향의 편단으로부터, W/4 의 위치, W/2 의 위치 및 3W/4 의 위치에 있어서의 강판의 판 두께 중심인 3 점의 각각을 중심으로 하여 판 두께 방향으로 ±5 ㎜, 판 폭 방향으로 ±200 mm 의 측정 영역에 있어서, 타원 형상과 근사한 장축 길이 1.5 ㎜ 초과의 Mn 농화 스폿의 수가, 판 폭 방향의 길이 100 ㎜ 당 3 개 이하이고,
강판의 압연 방향에 수직인 단면에 있어서, 판 폭을 W 로 하여, 강판의 판 폭 방향의 편단으로부터, W/4 의 위치, W/2 의 위치, 및 3W/4 의 위치에 있어서의 강판의 판 두께 중심인 3 점의 각각을 중심으로 하여, 두께 20 mm × 폭 20 mm 의 치수의 시험편을 채취하고, 이렇게 하여 얻은 3 개의 시험편으로부터, 각각 3 개의 샘플을 채취하여, 합계 9 개의 샘플에 대해 HIC 특성 시험을 실시했을 때에, 모든 샘플의 내 HIC 특성이 CAR 로 10 ％ 이하이고,
판 폭 방향의 내 HIC 특성의 편차가, 상기 9 개의 샘플의 CAR 의 표준 편차를 σ 로 하였을 때에 3σ 로 5 ％ 이하이고,
520 ㎫ 이상의 인장 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 내사워 라인 파이프용 고강도 강판.
제 1 항에 있어서,
상기 성분 조성이, 추가로, 질량％ 로, Cu : 0.50 ％ 이하, Ni : 0.50 ％ 이하, Cr : 0.50 ％ 이하 및 Mo : 0.50 ％ 이하 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 내사워 라인 파이프용 고강도 강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 성분 조성이, 추가로, 질량％ 로, Nb : 0.005 ∼ 0.1 ％, V : 0.005 ∼ 0.1 ％, 및 Ti : 0.005 ∼ 0.1 ％ 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 내사워 라인 파이프용 고강도 강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 내사워 라인 파이프용 고강도 강판을 사용한 고강도 강관.
제 3 항에 기재된 내사워 라인 파이프용 고강도 강판을 사용한 고강도 강관.