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KR20150138301A - 라인 파이프용 강판 및 라인 파이프 - Google Patents

라인 파이프용 강판 및 라인 파이프 Download PDF

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KR20150138301A
KR20150138301A KR1020157031046A KR20157031046A KR20150138301A KR 20150138301 A KR20150138301 A KR 20150138301A KR 1020157031046 A KR1020157031046 A KR 1020157031046A KR 20157031046 A KR20157031046 A KR 20157031046A KR 20150138301 A KR20150138301 A KR 20150138301A
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다쿠야 하라
다이시 후지시로
나오키 도이
나오시 아유카와
에이이치 야마시타
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신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
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Abstract

질량%로, C: 0.040 내지 0.080%, Si: 0.05 내지 0.40%, Mn: 1.60 내지 2.00%, P: 0.020% 이하, S: 0.0025% 이하, Mo: 0.05 내지 0.20%, Ca: 0.0011 내지 0.0050%, Al: 0.060% 이하, Nb: 0.010 내지 0.030%, Ti: 0.008 내지 0.020%, N: 0.0015 내지 0.0060% 및 O: 0.0040% 이하를 함유하고, Ca/S가 0.90 내지 2.70이고, Ti/N이 2.20 이상이고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하며, 하기 Ceq가 0.380 내지 0.480이고, 판 두께 1/4 위치에 있어서의 페라이트 분율(F1)이 20 내지 60%이고 잔부가 베이나이트이고, 판 두께 1/2 위치에 있어서의 페라이트 분율(F2)이 5 내지 60%이고 잔부가 베이나이트 또는 베이나이트 및 마르텐사이트이고, F1/F2가 1.00 내지 5.00이고, 판 두께 1/4 위치에 있어서의 페라이트의 평균 입경이 2.0 내지 15.0㎛이고, 판 두께 1/2 위치에 있어서의 페라이트의 평균 입경이 5.0 내지 20.0㎛이고, 판 두께 1/2 위치에 있어서의 경도가 400Hv 이하이고 MnS의 길이가 1.00㎜ 이하이고, 판 두께가 25㎜ 이상인 라인 파이프용 강판.
Figure pct00010

Description

라인 파이프용 강판 및 라인 파이프{STEEL PLATE FOR LINE PIPE, AND LINE PIPE}
본 발명은 라인 파이프용 강판 및 라인 파이프에 관한 것이다.
현재, 원유 및 천연 가스의 생산지가 극지로 넓어지고 있고, 원유나 천연 가스를 수송하는 라인 파이프의 부설 환경은 점점 가혹화되고 있다. 예를 들어, 라인 파이프에 의해, 황화 수소를 포함하는 원유나 천연 가스를 수송하는 경우가 증가하고 있다. 이로 인해, 라인 파이프나, 라인 파이프의 소재인 라인 파이프용 강판에는, 내사워성이 요구되는 경우가 있다. 또한, 내사워성이란, 황화 수소를 포함하는 부식 환경에 있어서의, 내수소 유기 균열성(내HIC성)(Hydrogen-Induced Cracking Resistance) 및 내황화물 응력 균열성(내SSC성)(Sulfide Stress Cracking Resistance)이다.
그런데, 강의 내사워성은, 압연 방향으로 신장된 MnS나 클러스터 형상의 개재물 존재에 의해 열화되는 것이 알려져 있다.
강판의 내사워성을 향상시키기 위해서, P, S, O, N라고 하는 불순물 원소의 함유량이 저감되어, Ca의 함유에 의해 MnS가 형태 제어(Shape Control)된 강을 제어 압연하고, 수냉하는 방법이 제안되고 있다(예를 들어, 하기 특허문헌 1 참조).
또한, 육상 라인 파이프에 대해서는, 유체의 수송 효율 향상이나 부설 비용 저감의 관점에서, 라인 파이프를 고강도화하여 두께를 저감시키는 것이 요구되는 경우가 있다.
이와 같은 요구에 대하여 판 두께 방향으로 균일하고 미세한 베이나이트가 생성된, X70 정도의 내사워성을 갖는 고강도 강판이 제안되고 있다(예를 들어, 하기 특허문헌 2 참조).
한편, 해저 라인 파이프에 대해서는, 수심 2000m를 초과하는 심해에서의 부설이 시도되고 있다. 심해에서는, 수압에 의해 라인 파이프가 압괴(collapse)되기 쉬워진다. 이로 인해, 해저 라인 파이프에는, 일반적으로, 두께 25㎜ 이상의 두터운 강관으로 하는 것 및 높은 주위 방향의 압축 강도를 갖는 것이 요구되는 경우가 있다.
이와 같은 요구에 대하여 80% 이상의 베이나이트 분율이 확보되고, 압축 강도가 우수한 고압축 강도 내사워 라인 파이프용 용접 강관이 제안되고 있다(예를 들어, 하기 특허문헌 3 참조).
또한, 두터운 강판(예를 들어, 판 두께 25㎜ 이상의 강판)을 제조할 때는, 재결정 영역 및 미재결정 영역에서의 압하가 불충분해져서, 인성 평가, 특히 낙중 인열 시험(Drop Weight Tear Test; DWTT)에 의한 인성 평가에 있어서, 특성(이하, 「DWTT 특성」이라고도 함)을 확보하는 것이 곤란해지는 경우가 있다.
이에 비해, 미세한 페라이트와 70% 이상의 베이나이트의 복상 조직을 생성시킴으로써, DWTT 특성이 우수한 두터운 내사워 라인 파이프용 강판을 제조하는 방법이 제안되고 있다(예를 들어, 하기 특허문헌 4 참조).
일본 특허 공개 소62-112722호 공보 일본 특허 공개 소61-165207호 공보 일본 특허 공개 제2011-132600호 공보 일본 특허 공개 제2010-189722호 공보
이상과 같이, 내사워성이나 고압축 강도를 얻기 위해서는 가능한 한 미세한 단일 조직(예를 들어, 미세한 베이나이트 단일 조직)을 생성시키는 것이 제안되고 있는 데 반해, DWTT 특성을 얻기 위해서는 미세한 페라이트를 포함하는 복상 조직을 생성시키는 것이 제안되고 있다.
그러나, 지금까지, 내사워성, 압축 강도 및 DWTT 특성 모두를 따르는 조직 제어 지침은 제안되고 있지 않아, 이들 모두를 충족시키는 것은 곤란하였다.
한편, 최근에는, 내사워성 평가의 환경(조건)을 NACE(National Association of Corrosion and Engineer)의 TM0284의 「Solution A」(pH2.7)로 대표되는 엄격한 사워 환경으로부터, 실제 환경에 가까운 마일드한 사워 환경(예를 들어 pH 5.0 이상의 사워 환경)으로 완화시키는 것이 검토되기 시작하고 있다.
이러한 마일드한 사워 환경 하에서는, 내사워성, 압축 강도 및 DWTT 특성 모두를 충족하는 라인 파이프용 강판 및 라인 파이프의 가능성이 내포되어 있다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 내HIC성(특히 pH 5.0 이상의 사워 환경 하에 있어서의 내HIC성)이 우수하고, 압축 강도와 DWTT 특성이 양립된 라인 파이프용 강판, 및 이 라인 파이프용 강판을 사용해서 제조된 라인 파이프를 제공하는 것이다.
본 발명자들은, 내HIC성(특히 pH5.0 이상의 사워 환경 하에 있어서의 내HIC성)이 우수하고, 압축 강도와 DWTT 특성이 양립된 라인 파이프용 강판이 충족해야 할 조건에 대해서 예의 검토를 행하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 상기 과제를 해결하기 위한 구체적 수단은 이하와 같다.
<1> 질량%로,
C: 0.040 내지 0.080%,
Si: 0.05 내지 0.40%,
Mn: 1.60 내지 2.00%,
P: 0.020% 이하,
S: 0.0025% 이하,
Mo: 0.05 내지 0.20%,
Ca: 0.0011 내지 0.0050%,
Al: 0.060% 이하,
Nb: 0.010 내지 0.030%,
Ti: 0.008 내지 0.020%,
N: 0.0015 내지 0.0060% 및
O: 0.0040% 이하를 함유하고,
S에 대한 Ca의 함유량비 〔Ca/S〕가 0.90 내지 2.70이고,
N에 대한 Ti의 함유량비 〔Ti/N〕이 2.20 이상이고,
잔부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하며,
하기 식 (1)에 의해 정의되는 Ceq가 0.380 내지 0.480이고,
판 두께 1/4 위치에 있어서의 페라이트 분율(F1)이 20 내지 60%이고 잔부가 베이나이트를 포함하는 조직이고,
판 두께 1/2 위치의 조직에 있어서의 페라이트 분율(F2)이 5 내지 60%이고 잔부가 베이나이트를 포함하는 조직이거나 또는 베이나이트 및 마르텐사이트를 포함하는 조직이고,
상기 페라이트 분율(F1)과 상기 페라이트 분율(F2)의 비(F1/F2)가 1.00 내지 5.00이고,
판 두께 1/4 위치에 있어서의 페라이트의 평균 입경이 2.0 내지 15.0㎛이고, 판 두께 1/2 위치에 있어서의 페라이트의 평균 입경이 5.0 내지 20.0㎛이고,
판 두께 1/2 위치에 있어서의 경도가 400Hv 이하이고 판 두께 1/2 위치에 있어서의 MnS의 길이가 1.00㎜ 이하이고,
판 두께가 25㎜ 이상인 라인 파이프용 강판.
Figure pct00001
〔식 (1)에 있어서, C, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo 및 V는, 각각, 각 원소의 함유량(질량%)을 나타냄〕
<2> Al의 함유량이, 질량%로 0.008% 이하인 <1>에 기재된 라인 파이프용 강판.
<3> 질량%로,
Ni: 0.50% 이하,
Cr: 0.50% 이하,
Cu: 0.50% 이하,
Mg: 0.0050% 이하,
REM: 0.0050% 이하 및
V: 0.100% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 <1> 또는 <2>에 기재된 라인 파이프용 강판.
<4> <1> 내지 <3> 중 어느 하나에 기재된 라인 파이프용 강판을 사용해서 제조된 라인 파이프.
본 발명에 따르면, 내HIC성(특히 pH 5.0 이상의 사워 환경 하에 있어서의 내HIC성)이 우수하고, 압축 강도와 DWTT 특성이 양립된 라인 파이프용 강판, 및 이 라인 파이프용 강판을 사용해서 제조된 라인 파이프가 제공된다.
도 1은 본 발명예 10의 강판에 있어서의, 판 두께 1/2 위치의 단면(연마 및 레페라(LePera) 시약에서의 부식 후의 단면)의 광학 현미경 사진(배율 500배)이다.
이하, 본 발명의 라인 파이프용 강판 및 라인 파이프에 대해서 상세히 설명한다.
본 명세서 중에 있어서, 「내지」를 사용해서 표현되는 수치 범위는, 「내지」의 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 범위를 의미한다.
또한, 본 명세서 중에 있어서, 성분(원소)의 함유량을 나타내는 「%」는, 「질량%」를 의미한다.
또한, 본 명세서 중에 있어서, 「판 두께 1/2 위치」란, 강판의 판 두께의 1/2에 상당하는 위치, 즉, 강판의 판 두께 중심부를 가리킨다.
또한, 본 명세서 중에 있어서, 「판 두께 1/4 위치」란, 강판의 판 두께의 중심부(판 두께 1/2 위치)로부터의 판 두께 방향에 관한 거리가, 판 두께의 1/4인 위치를 가리킨다.
또한, 본 명세서 중에서는, C(탄소)의 함유량을, 「C양」이라고 표기하는 경우가 있다. 다른 원소에 대해서도 마찬가지로 표기하는 경우가 있다.
〔라인 파이프용 강판〕
본 발명의 라인 파이프용 강판(이하, 간단히 「강판」이라고도 함)은 질량%로, C: 0.040 내지 0.080%, Si: 0.05 내지 0.40%, Mn: 1.60 내지 2.00%, P: 0.020% 이하, S: 0.0025% 이하, Mo: 0.05 내지 0.20%, Ca: 0.0011 내지 0.0050%, Al: 0.060% 이하, Nb: 0.010 내지 0.030%, Ti: 0.008 내지 0.020%, N: 0.0015 내지 0.0060% 및 O: 0.0040% 이하를 함유하고, S에 대한 Ca의 함유량비 〔Ca/S〕가 0.90 내지 2.70이고, N에 대한 Ti의 함유량비 〔Ti/N〕이 2.20 이상이고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하며, 하기 식 (1)에 의해 정의되는 Ceq가 0.380 내지 0.480이고, 판 두께 1/4 위치에 있어서의 페라이트 분율(F1)이 20 내지 60%이고 잔부가 베이나이트를 포함하는 조직이고, 판 두께 1/2 위치에 있어서의 페라이트 분율(F2)이 5 내지 60%이고 잔부가 베이나이트를 포함하는 조직이거나 또는 베이나이트 및 마르텐사이트를 포함하는 조직이고, 상기 페라이트 분율(F1)과 상기 페라이트 분율(F2)의 비(F1/F2)가 1.00 내지 5.00이고, 판 두께 1/4 위치에 있어서의 페라이트의 평균 입경이 2.0 내지 15.0㎛이고, 판 두께 1/2 위치에 있어서의 페라이트의 평균 입경이 5.0 내지 20.0㎛이고, 판 두께 1/2 위치의 경도가 400Hv 이하이고 판 두께 1/2 위치에 있어서의 MnS의 길이가 1.00㎜ 이하이고, 판 두께가 25㎜ 이상이다.
Figure pct00002
〔식 (1)에 있어서, C, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo 및 V는, 각각, 각 원소의 질량%를 나타냄〕
본 발명의 강판은, 상기 구성으로 함으로써, 내HIC성(특히 pH 5.0 이상의 환경 하에 있어서의 내HIC성)이 향상되고, 또한 압축 강도와 DWTT 특성을 양립시킬 수 있다.
본 발명은 이하의 검토 결과에 기초해서 이루어진 것이다.
본 발명자들은, 조성이 다른 여러가지 강판을 사용하여, pH 5.0 이상의 사워 환경 하에서, 수소 유기 균열(Hydrogen-Induced Cracking;HIC)을 발생시키지 않기 위한 강재가 구비해야 할 조건에 대해서 검토하였다.
본 발명에 있어서, 내사워성은, HIC의 발생 유무 및 HIC 파면율(이하, 「HIC 시험의 CAR」이라고도 함)을 조사함으로써 평가하였다.
이 평가는, 황화 수소 가스를 포화시킨 pH 5.0의 용액(예를 들어, NACE의 TM0284의 「Solution B」)에 강판을 침지하고, 96시간 후의 HIC 파면율(HIC 시험의 CAR)을 조사함으로써 행하였다. HIC 파면율이 5% 이하이면 내사워성이 양호하다고 하였다.
본 발명자들은, 이어서 HIC가 발생한 시료의 조직 및 HIC의 기점으로 되는 개재물에 대해서 조사하였다. 그 결과, HIC는, 모두 판 두께 1/2 위치에 존재하는, 신장된 MnS(이하, 「신장 MnS」나, 간단히 「MnS」라고도 함)를 기점으로 해서 발생하고, 이 신장 MnS의 길이가 1.00㎜ 초과인 것을 알아내었다.
따라서, 판 두께 1/2 위치에 있어서의 MnS의 길이를 1.00㎜ 이하로 제어함으로써 pH 5.0 이상의 사워 환경 하에서, HIC의 발생을 억제할 수 있는 것을 알아내었다.
본 발명자들은, 이어서 MnS의 길이를 1.00㎜ 이하로 하기 위해서는 이하의 조건이 필요한 것을 알아내었다.
즉, S양을 0.0025% 이하로 하는 것 및 함유량비 〔Ca/S〕를 0.90 내지 2.70으로 하는 것이다.
본 발명자들은, 함유량비 〔Ca/S〕가 0.90 미만이면 MnS의 길이를 1.00㎜ 이하로 제어할 수 없는 경우가 있는 것을 밝혔다. 또한, 본 발명자들은, 함유량비 〔Ca/S〕가 2.70 초과이면, Ca계 산화물이 조대한 응집체가 형성되고, 이러한 응집체가 기점이 되어 HIC가 발생하는 경우가 있는 것을 밝혔다.
본 발명자들은, 이어서 강판의 판 두께 1/2 위치의 경도를 400Hv 이하로 함으로써, pH 5.0 이상의 사워 환경에서 HIC를 억제할 수 있는 것을 알아내었다.
또한, 판 두께 1/2 위치의 경도와 페라이트 분율의 관계를 상세하게 조사한 결과, 판 두께 1/2 위치에 있어서의 조직의 페라이트 분율이 60%보다 높아지면, 강판의 경도가 400Hv를 초과하는 경우가 있는 것을 알아내었다. 이 이유는, 판 두께 1/2 위치에서 페라이트가 생성되면 잔부에 C양이 농화되고, 그 결과, 고C양을 포함한 베이나이트 또는 마르텐사이트가 형성되기 때문이라 생각된다.
즉, 본 발명의 강판에서는, 판 두께 1/2 위치에 있어서의 페라이트 분율을 60% 이하로 함으로써, 판 두께 1/2 위치에 있어서의 경도가 400Hv 이하로 되어 있다.
또한, 강판의 판 두께 1/2 위치는, 그 강판의 중심 편석부에 포함되는 것을 확인하였다.
여기서, 중심 편석부란, EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)에 의해 강판의 판 두께 방향의 Mn 농도 분포를 측정했을 때, Mn 농도가 가장 높은 부위를 가리킨다.
또한, 판 두께 1/2 위치에 있어서의 경도 및 페라이트 분율(F1, F2)의 측정 방법은, 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같다.
이어서, 압축 강도, DWTT 특성 및 내HIC성을 충족시키기 위한 강재 조직에 대해서 예의 검토하였다.
그 결과, 판 두께 1/4 위치에 있어서의 페라이트 분율(F1)을 20 내지 60%로 하고 또한 판 두께 1/2 위치에 있어서의 페라이트 분율(F2)을 5 내지 60%로 하면 되는 것을 새롭게 알아내었다.
압축 강도는, 페라이트 분율(F1)과 상관이 높고, 판 두께 1/4 위치에 있어서, 연질의 페라이트의 분율이 높아지면 압축 강도는 낮아진다. 페라이트 분율(F1) 및 페라이트 분율(F2)이 각각 60% 초과가 되면, 압축 강도의 저하값은 현저해진다.
즉, 본 발명의 강판은, 페라이트 분율(F1) 및 페라이트 분율(F2)이 각각 60% 이하인 것에 의해, 높은 압축 강도를 나타낸다.
한편, 강판의 DWTT 특성은, 강판의 페라이트 분율이 높아지면 향상된다. 이러한 효과를 발휘하기 위해서는, 강판에 있어서, 페라이트 분율(F1)이 20% 이상이고 또한 페라이트 분율(F2)이 5% 이상이면 되는 것을 알아내었다.
또한, 본 발명자들은, 압축 강도와 DWTT 특성을 양립시키기 위해서는, 판 두께 1/4 위치에 있어서의 페라이트 분율(F1)과 판 두께 1/2 위치에 있어서의 페라이트 분율(F2)의 비(F1/F2)가 1.00 이상이면 되는 것을 알아내었다.
즉, 본 발명의 강판은, 비(F1/F2)가 1.00 이상인 것에 의해, 압축 강도와 DWTT 특성이 양립된다. 비(F1/F2)가 1.00 미만이면 특히, DWTT 특성이 열화된다(예를 들어, 후술하는 비교예 6 참조).
이상의 검토의 결과, 본 발명에서는, 비(F1/F2)를 1.00 이상으로 하였다.
또한, 비(F1/F2)를 5.00 초과로 하는 것은 제조 상 곤란하기 때문에, 본 발명에서는 비(F1/F2)를 5.00 이하로 하였다.
상기 비(F1/F2)에 관해, 통상의 강판에서는, 이하의 이유에 의해, 상기 비(F1/F2)가 1.00 미만으로 되어 있다.
즉, 통상은, 강판을 얻기 위한 압연 후의 냉각 과정에 있어서, 냉각 속도가 가장 느린 것은, 판 두께 1/2 위치(판 두께 중심부)이다. 이 때문에, 통상의 강판에서는, 판 두께 방향에 있어서 페라이트 분율이 가장 높은 것은, 판 두께 1/2 위치이다. 따라서, 통상의 강판에서는, 상기 비(F1/F2)가 1.00 미만으로 되어 있다(예를 들어, 후술하는 비교예 6 참조).
그러나 본 발명자들은, 페라이트가 생성되는 600 내지 700℃의 온도 영역에 있어서, 판 두께 1/4 위치에 있어서의 냉각 속도(V1)를 판 두께 1/2 위치에 있어서의 냉각 속도(V2)보다 느리게 함으로써, 비(F1/F2)를 1.00 이상으로 하는 것에 성공하였다.
또한, 본 발명의 강판에서는, 비(F1/F2)가 1.00 내지 5.00으로 되어 있으면 되며, 그 제조 방법(예를 들어 압연 후의 냉각 방법)에는 특별히 제한은 없다.
본 발명의 강판에 있어서, 판 두께 1/4 위치에 있어서의 잔부는, 베이나이트를 포함하는 조직이다. 이에 의해, HIC의 발생이 억제된다. 판 두께 1/4 위치에 있어서의 잔부가 펄라이트이면, HIC가 발생한다.
또한, 본 발명의 강판에 있어서, 판 두께 1/2 위치에 있어서의 잔부는, 베이나이트를 포함하는 조직이거나, 또는 베이나이트 및 마르텐사이트를 포함하는 조직이다. 이에 의해, HIC의 발생이 억제된다. 판 두께 1/2 위치에 있어서의 잔부가 펄라이트이면, HIC가 발생한다.
또한, 본 발명에 있어서, 강판의 압축 강도는, 강판을 강관(라인 파이프)에 성형(관 제조)하고, 계속해서 방식을 목적으로 한 도장 가열을 실시한 후에, 강관 주위 방향의 압축 강도를 측정함으로써 평가하거나 또는, 후술하는 실시예에 나타낸 바와 같이, 상기 관 제조 및 상기 도장 가열에 상당하는 처리를 실시한 강판의 압축 강도를 측정함으로써 평가한다.
그 이유는, 라인 파이프 등의 강관의 압괴는, 강관의 주위 방향의 압축 강도와 가장 상관이 높기 때문이다.
또한, 강관의 주위 방향의 압축 강도는, 관 제조에 의한 바우싱거 효과에 의해 크게 저하되지만, 도장 가열 시에 강도는 회복된다. 이 회복은, 관 제조 시에 도입된 전위에 도장 가열 시의 C(탄소)가 확산되어 코트렐 분위기를 만드는, 소위 정적 변형 시효에 의한 것이다.
본 발명자들은, 강판의 압축 강도를 높이는 것을 목적으로 하여, 정적 변형 시효를 충분히 발휘하는 합금 원소에 대해서 예의 조사하였다. 그 결과, 이러한 합금 원소로서, Mo가 유효한 것을 알아내었다.
상기 합금 원소로서 Mo가 유효한 이유는, 이하와 같이 생각된다.
즉, Mo는 C와 약한 상호 작용을 갖기 때문에, Mo를 함유하는 강판 중에서는, Mo가 많은 C를 고정하고 있다. 그러나, 가열에 의해 상기 상호 작용이 더 약해져서, C 원자가 Mo 원자로부터 이격되어 전위로 이동한다. 이러한 이동에 의해, 정적 변형 시효가 충분히 발휘된다고 생각된다.
상술한 효과를 발휘하기 위해서, 본 발명에서는, Mo양을 0.05% 이상으로 하였다.
또한, 본 발명자들은, Mo양이 너무 많으면, 판 두께 1/2 위치(판 두께 중앙부)의 경도가 현저하게 높아지기 때문에, Mo양의 상한은 0.20%가 되는 것을 새롭게 알아내었다.
이상의 검토 결과에 기초해서 이루어진 본 발명에 대해서, 이하 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 강판의 성분(조성)에 대해서 설명한다.
본 발명의 강판은, C(탄소): 0.040 내지 0.080%, Si(규소): 0.05 내지 0.40%, Mn(망간): 1.60 내지 2.00%, P(인): 0.020% 이하, S(황): 0.0025% 이하, Mo(몰리브덴): 0.05 내지 0.20%, Ca(칼슘): 0.0011 내지 0.0050%, Al(알루미늄): 0.060% 이하, Nb(니오븀): 0.010 내지 0.030%, Ti(티타늄): 0.008 내지 0.020%, N (질소): 0.0015 내지 0.0060% 및 O(산소): 0.0040% 이하를 함유하고, 함유량비 〔Ca/S〕가 0.90 내지 2.70이고, 함유량비 〔Ti/N〕이 2.20 이상이고, 잔부가 Fe(철) 및 불가피적 불순물을 포함하며, 상기 Ceq가 0.380 내지 0.480이다.
C: 0.040 내지 0.080%
C는, 강의 강도를 향상시키는 원소이다. 이러한 효과의 관점에서, C양의 하한은 0.040%이다. 한편, C양이 0.080%를 초과하면, 탄화물의 생성이 촉진되어 내HIC성을 손상시킨다. 이로 인해, C양의 상한은, 0.080%로 한다. 또한, 내HIC성, 용접성 및 인성의 저하를 억제하기 위해서는, C양의 상한을 0.060%로 하는 것이 바람직하다.
Si: 0.05 내지 0.40%
Si는, 탈산 원소이다. 이러한 효과의 관점에서, Si양의 하한은 0.05%이다. 한편, Si양이 0.40%를 초과하면, 용접 열 영향부(HAZ;Heat Affected Zone)의 인성(이하, 「HAZ 인성」이라고도 함)이 저하된다. 이로 인해, Si양의 상한은 0.40%로 한다.
Mn: 1.60 내지 2.00%
Mn은, 강도 및 인성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과의 관점에서, Mn양의 하한은 1.60%이다. 한편, Mn양이 2.00%를 초과하면, HAZ 인성이 저하된다. 이로 인해, Mn양의 상한은 2.00%로 한다. 또한, HIC를 억제하기 위해서는, Mn양을 1.75% 미만으로 하는 것이 바람직하다.
P: 0.020% 이하
P는 불순물이며, 함유량이 0.020%를 초과하면, 내HIC성을 손상시키고 또한 HAZ의 인성이 저하된다. 따라서, P양은 0.020% 이하로 제한한다.
한편, P양은, 적을수록 바람직하기 때문에, P양의 하한에는 특별히 제한은 없다. 단, 제조 비용 면에서는, P양은 0.001% 이상이 바람직하다.
S: 0.0025% 이하
S는, 열간 압연 시에 압연 방향으로 신장하는 MnS를 생성하여, 내HIC성을 저하시키는 원소이다. 따라서, 본 발명에서는, S양을 저감하는 것이 필요하며, S양을 0.0025% 이하로 제한한다. S양은, 적을수록 바람직하기 때문에, S양의 하한에는 특별히 제한은 없다. 단, 2차 정련의 제조 비용 및 제조 제약의 관점에서, S양은 0.0008% 이상으로 해도 된다.
Mo: 0.05 내지 0.20%
Mo는, 켄칭성을 향상시킴과 함께, 탄질화물을 형성하여 강도를 개선하는 원소이다. 또한, 전술한 바와 같이, 본 발명에서는, 강관(라인 파이프)으로 한 후의 도장 가열 시의 정적 변형 시효를 촉진시켜서, 높은 압축 강도를 확보하는 관점에서 Mo를 함유시킨다. 본 발명에서는, 상기 효과를 얻기 위해서, Mo양의 하한을 0.05%로 한다.
한편, Mo양이 너무 많으면, 강의 강도가 상승하여, HIC성 및 인성(예를 들어 DWTT 특성)이 저하하는 경우가 있다. 이로 인해, Mo양의 상한은 0.20%로 한다.
Ca: 0.0011 내지 0.0050%
Ca는, 황화물 CaS를 생성하고, 압연 방향으로 신장하는 MnS의 생성을 억제하여, 내HIC성의 개선에 현저하게 기여하는 원소이다. Ca양이 0.0011% 미만에서는, 상기 효과를 얻을 수 없기 때문에, 본 발명에서는, Ca양의 하한을 0.0011%로 한다. 한편, Ca양이 0.0050%를 초과하면, 산화물이 집적하여, 내HIC성을 손상시키기 때문에, Ca양의 상한을 0.0050% 이하로 한다.
함유량비 〔Ca/S〕: 0.90 내지 2.70
본 발명에서는, 강판에 Ca를 함유시킴으로써 CaS를 형성시킴으로써, S를 고정한다. 이로 인해, 본 발명에 있어서, S에 대한 Ca의 함유량비 〔Ca/S〕는, 중요한 지표이다. 함유량비 〔Ca/S〕가 0.90 미만에서는 MnS가 생성되어, 압연 시에 신장된 MnS가 형성된다. 그 결과, 내HIC성이 열화된다. 한편, 함유량비 〔Ca/S〕가 2.70을 초과하면 Ca계의 산화물이 응집하여, 내HIC성을 열화시킨다.
따라서, 본 발명에서는, 함유량비 〔Ca/S〕를 0.90 내지 2.70으로 한정하였다.
Al: 0.060% 이하
Al은 통상, 탈산 원소로서의 함유되는 원소이다.
그러나, Al양이 너무 많으면, 개재물이 증가하여, 연성이나 인성이 손상된다. 이로 인해, Al양의 상한은 0.060%이다.
또한, Al은, MA(Martensite Austenite)의 혼합 조직의 형성을 조장하는 원소이기도 하다. MA의 분율을 저감하는 관점에서 보면, Al양은 0.008% 이하인 것이 바람직하다. 또한, Al양이 0.008% 이하이면, HAZ 인성 향상의 점에서도 유리하다.
한편, 탈산 원소로서의 효과를 보다 효과적으로 얻는 점에서, Al양은 0.0002% 이상이 바람직하다.
또한, Al은, 강 중에 의도적으로 함유시키는 경우뿐만 아니고, 강 중에 불순물로서 혼입되는 경우도 있을 수 있다. Al이 강 중에 불순물로서 혼입되는 경우, Al양은 적을수록 바람직하므로, Al양의 하한에는 특별히 제한은 없다.
Nb: 0.010 내지 0.030%
Nb은, 탄화물, 질화물을 형성하여, 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서, 본 발명에서는, Nb양을 0.010% 이상으로 한다. 그러나, Nb양이 너무 많으면, 조대한 Nb의 탄질화물의 집적을 초래하여, 인성이 저하된다. 따라서, 본 발명에 있어서는, Nb양을 0.030% 이하로 한다. 또한, Nb양은 0.020% 이하가 바람직하다.
Ti: 0.008 내지 0.020%
Ti는, 통상 탈산제나 질화물 형성 원소로서, 결정립의 미립화에 이용되는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서, 본 발명에서는, Ti양을 0.008% 이상으로 한다. 그러나, Ti는, 과잉으로 함유되면, 조대한 탄질화물의 형성에 의해 인성을 저하시키는 원소이기도 하다. 따라서, 본 발명에서는, Ti양을 0.020% 이하로 제한한다.
N: 0.0015 내지 0.0060%
N(질소)는 TiN, NbN 등의 질화물을 형성하는 원소이다. 본 발명에서는, 질화물을 이용해서 가열 시의 오스테나이트 입경을 미세하게 하기 위해서, N양을 0.0015% 이상으로 한다. 그러나, N의 함유량이 0.0060%를 초과하면, Ti와 Nb의 탄질화물이 집적되기 쉬워져, 인성을 손상시킨다. 따라서, 본 발명에서는, N양의 상한을 0.0060%로 한다.
함유량비 〔Ti/N〕: 2.20 이상
본 발명에 있어서, 가열 시의 오스테나이트 입경을 미세하게 하기 위해서는, N에 대한 Ti의 함유량비 〔Ti/N〕이 중요하다. 함유량비 〔Ti/N〕이 2.20 미만에서는, 충분한 TiN 석출이 일어나지 않아, 오스테나이트의 미세화는 달성할 수 없다. 이로 인해, 본 발명에서는, 함유량비 〔Ti/N〕을 2.20 이상으로 한다. 함유량비 〔Ti/N〕은, 3.00 이상이 바람직하다.
한편, 과잉의 Ti 탄화물에 의한 인성의 열화를 보다 억제하는 관점에서, 함유량비 〔Ti/N〕은, 5.00 이하가 바람직하고, 4.00 이하가 보다 바람직하다.
O: 0.0040% 이하
O는, 불순물 원소이다. 본 발명에서는, O양을 0.0040% 이하로 규제한다. O는, 적을수록 바람직하기 때문에, O양의 하한에는 특별히 제한은 없다. 단, 제조 비용 및 제조 제약의 관점에서, O양은 0.0010% 이상으로 해도 된다.
Ceq: 0.380 내지 0.480
Ceq는, 하기 식 (1)에서 규정되는 양이다.
Figure pct00003
상기 식 (1)에 있어서, C, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo 및 V는, 각각, C(탄소), Mn(망간), Ni(니켈), Cu(구리), Cr(크롬), Mo(몰리브덴) 및 V(바나듐)의 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.
이들 원소 중, Ni, Cu, Cr 및 V는, 임의의 원소이며, 각각의 함유량은 0%여도 된다. 이들 임의의 원소의 바람직한 함유량에 대해서는 후술한다.
본 발명에서는, 상기 식 (1)에 의해 정의되는 Ceq를 0.380 내지 0.480으로 한정한다. Ceq가 0.380 미만이면 본 발명의 강판에 의해 얻어지는 라인 파이프의 강도가 저하된다. 예를 들어, Ceq가 0.380 미만이면 상기 라인 파이프가, 강도 그레이드 X60 이상의 요구 인장 강도(520MPa 이상)를 만족할 수 없다. 한편, Ceq가 0.480을 초과하면, 인성(예를 들어 DWTT 특성)이나 내사워성(예를 들어 내HIC성)이 열화된다.
따라서, 본 발명에서는, Ceq를 0.380 내지 0.480으로 한정하였다.
본 발명의 강판에 있어서, 불가피적 불순물이란, 원재료에 포함되는 성분 또는, 제조의 과정에서 혼입되는 성분이며, 의도적으로 강에 함유시킨 것이 아닌 성분을 가리킨다.
불가피적 불순물로서, 구체적으로는, Sb(안티몬), Sn(주석), W(텅스텐), Co(코발트), As(비소), Pb(납), Bi(비스무트), B(붕소), H(수소)를 들 수 있다.
통상, Sb, Sn, W, Co 및 As에 대해서는 함유량 0.1% 이하의 혼입이, Pb 및 Bi에 대해서는 함유량 0.005% 이하의 혼입이, B 및 H에 대해서는 함유량 0.0004% 이하의 혼입이, 각각 있을 수 있지만, 그 밖의 원소의 함유량에 대해서는, 통상의 범위이면, 특별히 제어할 필요는 없다.
또한, 본 발명의 강판은, Ni(니켈): 0.50% 이하, Cr(크롬): 0.50% 이하, Cu(구리): 0.50% 이하, Mg(마그네슘): 0.0050% 이하, REM(희토류 원소): 0.0050% 이하 및 V(바나듐): 0.100% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 함유하고 있어도 된다.
예를 들어, 본 발명의 강판은, Ni: 0.50% 이하, Cr: 0.50% 이하 및 Cu: 0.50% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 함유하고 있어도 된다. 또한, Mg: 0.0050% 이하, REM: 0.0050% 이하 및 V: 0.100% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 함유하고 있어도 된다.
이들 원소는, 강 중에 의도해서 함유시키는 경우 이외에도, 강 중에 불가피적 불순물로서 혼입되는 경우도 있을 수 있다. 따라서, 이들 원소의 함유량의 하한에는 특별히 제한은 없다.
이하, 이들 원소 및 본 발명의 강판이 이들 원소를 함유하는 경우의 바람직한 함유량에 대해서 설명한다.
Ni: 0.50% 이하
Ni(니켈)은 인성 및 강도의 개선에 유효한 원소이다.
그러나, Ni양이 너무 많으면, 내HIC성 및 용접성이 저하하는 경우가 있다. 따라서, Ni양은 0.50% 이하가 바람직하다.
한편, Ni양은 0.05% 이상이 바람직하다.
Cr: 0.50% 이하
Cr(크롬)은 석출 강화에 의한 강의 강도를 향상시키기 위해서 유효한 원소이다.
그러나, Cr양이 너무 많으면, 켄칭성을 상승시켜, 베이나이트가 과잉으로 되어, 인성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, Cr양은 0.50% 이하가 바람직하다.
한편, Cr양은 0.05% 이상이 바람직하다.
Cu: 0.50% 이하
Cu는, 인성을 저하시키지 않고 강도를 상승시키기에 유효한 원소이다.
그러나, Cu양이 너무 많으면, 강편 가열 시나 용접 시에 균열을 발생시키기 쉽게 된다. 따라서, Cu양은 0.50% 이하가 바람직하다.
한편, Cu양은 0.05% 이상이 바람직하다.
Mg: 0.0050% 이하
Mg은, 탈산제 및 탈황제로서 유효한 원소이며, 특히, 미세한 산화물을 발생시켜, HAZ 인성의 향상에도 기여하는 원소이다.
그러나, Mg양이 너무 많으면, 산화물이 응집 및 조대화되기 쉬워, 내HIC성의 열화를 초래하는 것이나, 모재 및 HAZ의 인성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 따라서, Mg양은 0.0050% 이하가 바람직하다.
한편, Mg양은 0.0001% 이상이 바람직하다.
REM: 0.0050% 이하
본 명세서 중에 있어서, 「REM」이란 희토류 원소를 의미하고, Sc(스칸듐), Y(이트륨), La(란탄), Ce(세륨), Pr(프라세오디뮴), Nd(네오디뮴), Pm(프로메튬), Sm(사마륨), Eu(유로퓸), Gd(가돌리늄), Tb(테르븀), Dy(디스프로슘), Ho(홀뮴), Er(에르븀), Tm(툴륨), Yb(이테르븀) 및 Lu(루테튬)을 포함하는 17종 원소의 총칭이다. 또한, 「REM: 0.0050% 이하」란, 상기 17종 원소의 합계 함유량이 0.0050% 이하인 것을 가리킨다.
REM은, 탈산제 및 탈황제로서 유효한 원소이다.
그러나, REM양이 너무 많으면, 조대한 산화물을 발생시켜, 내HIC성의 열화를 초래하는 것이나, 모재 및 HAZ의 인성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 따라서, REM양은 0.0050% 이하가 바람직하다.
한편, REM양은 0.0001% 이상이 바람직하다.
V: 0.100% 이하
V는, 탄화물, 질화물을 형성하고, 강도의 향상에 기여하는 원소이다.
그러나, V양이 너무 많으면, 인성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 이로 인해, V양은, 0.100% 이하가 바람직하다.
한편, V양은 0.010% 이상이 바람직하다.
이하, 본 발명의 강판의 조직 형태 등에 대해서 설명한다.
본 발명의 강판은, 상술한 바와 같이, 판 두께 1/4 위치의 조직에 있어서의 페라이트 분율(F1)이 20% 이상인 것 및 판 두께 1/2 위치의 조직에 있어서의 페라이트 분율(F2)이 5% 이상인 것에 의해, DWTT 특성이 향상된다. 페라이트 분율(F1)이 20% 미만인 것 및 페라이트 분율(F2)이 5% 미만인 것 중 적어도 한쪽에 해당하면, DWTT 특성이 열화된다.
또한, 본 발명의 강판은, 상술한 바와 같이, 페라이트 분율(F1)이 60% 이하인 것 및 페라이트 분율(F2)이 60% 이하인 것에 의해, 압축 강도가 향상된다. 페라이트 분율(F1)이 60% 초과인 것 및 페라이트 분율(F2)이 60% 초과인 것 중 적어도 한쪽에 해당하면, 압축 강도가 저하된다.
또한, 본 발명의 강판은, 상술한 바와 같이, 비(F1/F2)가 1.00 이상인 것에 의해, 압축 강도와 DWTT 특성이 양립된다. 비(F1/F2)가 1.00 미만이면 특히, DWTT 특성이 열화된다.
또한, 비(F1/F2)를 5.00 초과로 하는 것은, 제조 상 곤란하다.
상기 비(F1/F2)는 1.00 이상 5.00 이하이지만, 1.00 초과 5.00 이하가 바람직하고, 1.05 이상 5.00 이하가 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 강판은, 판 두께 1/2 위치의 경도가 400Hv 이하이고 판 두께 1/2 위치에 있어서의 MnS의 길이가 1.00㎜ 이하이다.
이에 의해, 내HIC성이 향상된다. 또한, DWTT 특성에도 유리하다.
판 두께 1/2 위치에 있어서의 MnS의 길이는, 전술한 바와 같이 1.00㎜ 이하이지만, 내HIC성을 보다 향상시키는 관점에서, 하기 식 (2)를 만족하는 범위인 것이 보다 바람직하다.
Figure pct00004
〔식 (2) 중, X는 판 두께 1/2 위치의 경도(Hv)이며, 400(Hv) 이하의 값이다〕
판 두께 1/2 위치에 있어서의 MnS의 길이가 상기 식 (2)를 만족하도록 하는 방법으로서는, 강편의 중심 편석부의 최대 Mn 편석도가 2.2 이하이고 또한 중심 편석부 두께가 1.0㎜ 이하인 강편에 대하여 재가열, 후판 압연(조압연 및 마무리 압연) 및 냉각의 처리를 순차 실시해서 강판을 제조하는 방법을 들 수 있다. 각 처리의 바람직한 형태에 대해서는 후술한다.
또한, 본 발명의 강판은, 판 두께 1/4 위치에 있어서의 페라이트의 평균 입경이 2.0 내지 15.0㎛이다.
판 두께 1/4 위치에 있어서의 페라이트의 평균 입경이 15.0㎛ 이하이면, DWTT 특성이 향상된다.
판 두께 1/4 위치에 있어서의 페라이트의 평균 입경이 2.0㎛ 이상이면 압연 부하의 증대가 억제되므로, 제조 비용의 점에서 유리하다.
또한, 본 발명의 강판은, 판 두께 1/2 위치에 있어서의 페라이트의 평균 입경이 5.0 내지 20.0㎛이다.
판 두께 1/2 위치에 있어서의 페라이트의 평균 입경이 20.0㎛ 이하이면, DWTT 특성이 향상된다.
판 두께 1/2 위치에 있어서의 페라이트의 평균 입경이 5.0㎛ 이상이면 압연 부하의 증대가 억제되므로, 제조 비용의 점에서 유리하다.
또한, 본 발명의 강판은, 판 두께가 25㎜ 이상이다.
이에 의해, 높은 압축 강도가 확보된다.
판 두께는, 바람직하게는 25㎜ 초과이고, 보다 바람직하게는 30㎜ 이상이고, 더욱 바람직하게는 32㎜ 이상이고, 특히 바람직하게는 35㎜ 이상이다.
판 두께의 상한에는 특별히 제한은 없지만, 판 두께는, 예를 들어 45㎜ 이하로 할 수 있다.
본 발명의 강판은, 제강 공정에서 용제 후, 연속 주조에 의해 강편으로 하고, 강편에 대하여 재가열, 후판 압연 및 냉각을 순차 실시함으로써 제조할 수 있다.
상기 강편의 두께는, 판 두께 25㎜ 이상의 강판을 얻기 쉬운 점에서, 300㎜ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 강편을 재가열할 때의 재가열 온도는, 내HIC성을 보다 향상시키는 관점에서, 950℃ 이상이 바람직하다.
또한, 상기 재가열 온도는, DWTT 특성의 열화를 보다 억제하는 관점에서, 1150℃ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 후판 압연에서는, 재결정 온도 영역(예를 들어 900℃ 초과의 온도 영역)에서 1패스당 평균 압하율을 10% 이상이고 120㎜ 이상까지 조압연하는 것이 바람직하다. 1패스당 평균 압하율을 10% 이상으로 하는 것은, 오스테나이트의 재결정을 촉진시켜 입경을 미세하게 할 수 있는 점에서 유리하다. 또한, 120㎜ 이상까지 조압연하는 것은, 그 후의 미재결정 영역 압연에 있어서, 누적 압하량을 증대시킬 수 있는 점에서 유리하다. 즉, 미재결정 영역 압연에 있어서의 누적 압하량을 증대시키면, 오스테나이트 입자에 전위를 많이 도입할 수 있다. 오스테나이트 입자에 도입된 전위는, 그 후의 냉각 과정에서의 페라이트에의 변태의 핵 생성 사이트로 되므로, 입경의 미세화에 기여한다.
또한, 상기 후판 압연에서는, 상기 조압연 후, 25㎜ 이상의 최종 판 두께까지, 미재결정 영역(예를 들어 750 내지 900℃의 온도 영역)에서 압연(마무리 압연)을 행하는 것이 바람직하다.
후판 압연의 종료 후의 냉각(예를 들어 수냉)은 냉각 개시 온도를 700 내지 820℃로서 행하는 것이 바람직하다. 냉각 개시 온도를 700℃ 이상으로 하는 것은, 판 두께 1/2 위치에서의 페라이트 분율(F2)을 60% 이하로 하기 쉬운 점 및 판 두께 1/2 위치에서의 최대 고도를 400Hv 이하로 하기 쉬운 점에서 유리하다. 냉각 개시 온도를 820℃ 이하로 하는 것은, 페라이트 분율(F2)을 5% 이상으로 조정하기 쉽고, DWTT 특성을 향상시키기 쉬운 점에서 유리하다.
또한, 상기 냉각에 있어서의 냉각 속도는, 강도를 보다 향상시키는 관점에서, 10℃/s 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 냉각 정지 온도는, 판 두께 1/2 위치에서의 HIC를 보다 억제하고, 인성의 열화를 보다 억제하는 관점에서, 200℃ 이상이 바람직하다. 또한, 냉각 정지 온도는, 강도를 보다 향상시키는 관점에서, 450℃ 이하가 바람직하다.
또한, 상기 냉각은, 600 내지 700℃의 온도 영역에 있어서, 판 두께 1/4 위치의 냉각 속도(V1)를 판 두께 1/2 위치의 냉각 속도(V2)보다 느리게 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 판 두께 1/4 위치에 있어서의 페라이트 생성량을 판 두께 1/2 위치에 있어서의 페라이트 생성량보다 높게 할 수 있으므로, 비(F1/F2)를 1.00 이상으로 조정하기 쉽다.
또한, 전술한 바와 같이, 통상의 강판의 제조에서는, 냉각 속도(V1)가 냉각 속도(V2)보다 빠르기 때문에, 얻어진 강판에서는, 비(F1/F2)가 1.00 미만으로 되어 있다.
또한, 상기 냉각은, 600℃ 이하의 온도 영역에 있어서의 냉각 속도(V3)를 15℃/s 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 판 두께 1/4 위치 및 판 두께 1/2 위치에서의 잔부 조직 중에 있어서의 펄라이트 조직의 생성을 보다 억제할 수 있으므로, HIC를 보다 억제할 수 있다.
〔라인 파이프〕
본 발명의 라인 파이프는, 상기 본 발명의 라인 파이프용 강판을 사용해서 제조된 강관이다.
따라서, 본 발명의 라인 파이프는, 본 발명의 강판과 마찬가지로, 내HIC성(특히, pH 5.0 이상의 환경 하에 있어서의 내HIC성)이 우수하고 또한 압축 강도와 DWTT 특성이 양립되어 있다.
본 발명의 라인 파이프는, 상기 본 발명의 라인 파이프용 강판을 소재로서 사용하여, 공지된 관 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.
공지된 관 제조 방법으로서는, UOE 성형법, JCOE 성형법 등을 들 수 있다.
실시예
이어서, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
〔본 발명예 1 내지 10, 비교예 1 내지 12〕
<강판의 제작>
하기 표 1에 나타내는 화학 성분을 갖는 강(강 1 내지 강 15)을 용제하고, 연속 주조에 의해, 하기 표 2에 나타내는 두께(강편 두께)의 각 강편을 제조하였다. 연속 주조에서는, 중심 편석부의 Mn의 편석을 억제하기 위해서 최종 응고 시의 경압하를 실시하였다.
여기서, 강 중, 하기 표 1 중에 나타난 성분 이외의 성분(잔부)은 Fe 및 불가피적 불순물이다.
또한, 강 6에 있어서의 「REM」은, 구체적으로는 Ce이고, 강 9에 있어서의 「REM」은, 구체적으로는 La이다.
상기에서 얻어진 강편을 950 내지 1150℃(단, 비교예 2에서는 1180℃)로 가열하여, 900℃ 초과이고 평균 압하율 10% 이상(단, 비교예 3에서는 8%)의 조압연을, 두께가 120㎜ 이상(단, 비교예 4에서는 100㎜)으로 될 때까지 행하고, 계속해서, 900℃ 이하(단, 비교예 5에서는 930℃)의 미재결정 온도 영역에서 최종 판 두께까지 마무리 압연을 행하였다.
열간 압연 후는 700 내지 820℃의 온도 영역에서 가속 냉각(수냉)을 개시하여, 200 내지 450℃의 온도에서 가속 냉각(수냉)을 정지하고, 하기 표 2에 나타내는 여러가지 다른 판 두께(최종 판 두께)의 강판을 제작하였다.
각 예에 있어서의 상세한 조건은 하기 표 2에 나타내는 바와 같다.
특히, 본 발명예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 5 및 7 내지 13에 있어서의 가속 냉각(수냉)에서는, 페라이트가 생성하는 600 내지 700℃의 온도 영역에 있어서, 판 두께 1/4 위치의 냉각 속도(V1)가 판 두께 1/2 위치의 냉각 속도(V2)보다 느려지도록, 가속 냉각(수냉)을 제어하였다. 구체적으로는, 마무리 압연 후의 강판이 통과하는 수냉 존을 세분화하여, 물을 보내는 존과 물을 보내지 않는 존을 설정하여, 강판을 간헐적으로 수냉하도록 하였다. 이에 의해, 표면의 냉각과 복열을 적정하게 제어하여, V1이 V2보다 느려지도록 하였다.
또한, 비교예 6에 있어서의 가속 냉각(수냉)에서는, 통상의 강판의 제조 방법과 마찬가지로, 강판을 연속적으로 수냉함으로써, V1이 V2보다 빨라지도록 하였다.
<측정 및 평가>
이상에서 얻어진 강판에 대해서, 이하의 측정 및 평가를 행하였다.
결과를 하기 표 3에 나타낸다.
- 페라이트 분율(F1, F2), 페라이트 입경, 잔부 조직-
강판을 판 두께 1/2 위치에서 절단한 단면, 및 강판을 판 두께 1/4 위치에서 절단한 단면 각각에 대해서, 페라이트 분율(페라이트 면적률) 및 페라이트 입경(페라이트의 평균 입경)의 측정을 행하여, 잔부 조직의 특정을 더 행하였다.
상세하게는, 강판 단면을 연마하여 레페라(LePera) 시약으로 부식한 후, 광학 현미경으로 500배의 배율로 조직을 사진 촬영하였다. 얻어진 광학 현미경 사진(배율 500배)에 기초하여, 화상 처리에 의해, 페라이트 분율(페라이트 면적률) 및 페라이트 입경(페라이트의 평균 입경)을 구하여, 잔부 조직을 더 특정하였다.
화상 처리는, (주) 니레코제의 소형 범용 화상 해석 장치 LUZEX AP를 사용하여 행하였다.
또한, 페라이트의 평균 입경은, 페라이트 30개에 대해서 각각 원 상당 직경을 구하고, 얻어진 30개의 원 상당 직경을 단순 평균함으로써 구하였다.
이상에 의해, 하기 표 3에 나타내는, 판 두께 1/4 위치의 페라이트 분율(F1), 판 두께 1/2 위치의 페라이트 분율(F2), 판 두께 1/4 위치의 페라이트 입경 및 판 두께 1/2 위치의 페라이트 입경을 각각 구하고, 하기 표 3에 나타내는, 판 두께 1/4 위치의 잔부 조직 및 판 두께 1/2 위치의 잔부 조직을 각각 특정하였다.
도 1에, 일례로서, 본 발명예 10의 강판에 있어서의, 판 두께 1/2 위치의 단면(연마 및 레페라 시약에서의 부식 후의 단면)의 광학 현미경 사진(배율 500배)을 나타낸다.
-비 〔F1/F2〕의 산출-
상기에서 측정된, 판 두께 1/4 위치에 있어서의 페라이트 분율(F1) 및 판 두께 1/2 위치에 있어서의 페라이트 분율(F2)에 기초하여, 비〔F1/F2〕를 구하였다.
- 판 두께 1/2 위치의 경도-
상기에서 얻어진 강판을 판 두께 방향을 따라 절단하고, 얻어진 단면을 경면 연마하고, 경면 연마된 단면에 대해서, JIS Z 2244(2009)에 준거하여, 25g의 하중으로 비커스 경도 시험을 행하였다.
상기 비커스 경도 시험은, 판 두께 1/2 위치의 400점에 대해 행하였다. 얻어진 400점의 측정 결과 중 최댓값을 「판 두께 1/2 위치의 경도」 (하기 표 3)라 하였다.
- 판 두께 1/2 위치의 MnS 길이-
강판으로부터 매크로 시험편을 채취한 후, 채취된 매크로 시험편에 대해서, NACE TM0284에 준거한 부식 시험을 행하였다. 이에 의해, 매크로 시험편에 대하여 강제적으로 신장 MnS 기인의 균열을 발생시키고, 그 후, 액체 질소 안에서 강제 파단시켰다. 이에 의해, 파면 상에 신장 MnS를 현출시켜, 파면을 주사형 전자 현미경으로 관찰하고, 관찰되는 모든 신장 MnS의 길이를 측정하였다. 이 길이의 측정 결과로부터, 판 두께 1/2 위치에 존재하는 신장 MnS의 길이를 선정하고, 선정된 값(길이) 중 최댓값을, 「판 두께 1/2 위치의 MnS 길이」 (하기 표 3)로 하였다.
- 인장 강도-
강판으로부터 인장 시험용 시험편을, 강판의 폭 방향과 시험편의 길이 방향이 평행해지도록 채취하였다. 여기서, 시험편의 형상은, 미국 석유 협회 규격 API 5L(이하, 간단히 「API 5L」이라 함)에 준거하는 평판 형상으로 하였다.
채취한 시험편에 대해서, 실온에서, API 5L에 준거해서 인장 시험을 행하였다. 이 인장 시험에 있어서의 최대 하중에 기초하여, 인장 강도를 구하였다.
-압축 강도-
압축 강도의 측정은, 강판을 강관(라인 파이프)으로 하고, 방식을 목적으로 한 도장 가열한 후의 강관 주위 방향에서의 특성을 평가하기 위해서, 이하의 방법으로 행하였다.
강판으로부터 폭이 넓은 시험편(전체 두께 시험편)을 강판의 폭 방향과 이 시험편의 길이 방향이 평행해지도록 채취하였다. 채취한 폭이 넓은 시험편에 대하여 관 제조 상당의 변형을 부여하기 위해서, 2%의 예비 변형을 부여하였다.
이어서, 예비 변형을 부여한 폭이 넓은 시험편으로부터 압축 시험편을 채취하였다.
여기서, 압축 시험편은, 직경 22㎜×길이 66㎜의 원기둥 형상으로 하고, 강판의 판 두께 중앙부를 포함하고 또한 강판의 폭 방향과 압축 시험편의 길이 방향(압축 시험의 시험 방향)이 평행해지도록 채취하였다.
채취된 압축 시험편을 220℃의 염욕에서 5분 열처리한 후, 열처리 후의 압축 시험편에 대해서, ASTM E9-09에 준거하여, 압축 시험을 행하였다. 압축 시험에 있어서의 0.5% 오프셋 내력을, 항복 강도(압축 강도)로서 구하였다.
-DWTT 특성의 평가(DWTT 파면율(-20℃))-
강판으로부터 DWTT 시험편을, 강판과 폭 방향과 DWTT 시험편의 길이 방향이 평행해지도록 채취하였다.
여기서, DWTT 시험편은, 프레스 노치를 갖는 형상의 전체 두께 시험편으로 하였다.
채취한 DWTT 시험편에 대해서, -20℃로, API 5L에 준거해서 DWTT 시험을 행하여, 파면 전체에 차지하는 연성 파면의 비율(DWTT 파면율(%))을 측정하였다.
본 평가에서는, DWTT 파면율(%)의 수치가 높을수록(가장 바람직하게는 100%이면), DWTT 특성이 우수한 것을 나타낸다.
-내HIC성의 평가(HIC 시험의 CAR)-
상기 강판으로부터 내HIC성 평가용 시험편(전체 두께 시험편)을 채취하였다.
채취한 시험편을, NACE TM0284의 「Solution B」의 용액에 96시간 침지한 후, 침지 후의 시험편에 대해서, 초음파 탐상기로 HIC의 발생의 유무를 측정하였다. 이 측정 결과에 기초하여, 균열의 면적률(CAR)을 구하였다.
본 평가에서는, CAR이 작을수록(가장 바람직하게는 0%이면), 내HIC성이 우수한 것을 나타낸다.
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
* 상기 표 3에 있어서의 압축 강도는, 2% 예비 변형 후에 220℃ 열처리를 행한 후의 압축 강도이다.
표 1 내지 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명예인 강 1 내지 강 10의 성분 조성을 갖고 또한 페라이트 분율(F1), 페라이트 분율(F2), 비〔F1/F2〕, 판 두께 1/4 위치의 잔부 조직, 판 두께 1/2 위치의 잔부 조직, 판 두께 1/4 위치의 페라이트 입경, 판 두께 1/2 위치의 페라이트 입경, 판 두께 1/2 위치의 경도 및 판 두께 1/2 위치의 MnS의 길이가 본 발명의 범위 내인 본 발명예 1 내지 10의 강판은, 압축 강도, DWTT 특성 및 내HIC성이 우수하였다.
이에 반해, 본 발명예인 강 8 내지 강 10의 성분 조성을 갖지만, 페라이트 분율(F1), 페라이트 분율(F2), 비〔F1/F2〕, 판 두께 1/4 위치의 잔부 조직, 판 두께 1/2 위치의 잔부 조직, 판 두께 1/4 위치의 페라이트 입경, 판 두께 1/2 위치의 페라이트 입경, 판 두께 1/2 위치의 경도 및 판 두께 1/2 위치의 MnS의 길이 중 적어도 1개가 본 발명의 범위 외인 비교예 1 내지 7의 강판에서는, 압축 강도, DWTT 특성 및 내HIC성 중 적어도 1개가 뒤떨어져 있었다.
또한, 비교예인 강 11 내지 강 15의 성분 조성을 갖는 비교예 8 내지 12의 강판은, 압축 강도, DWTT 특성 및 내HIC성 중 적어도 1개가 뒤떨어져 있었다.
〔라인 파이프의 제작〕
<라인 파이프 1의 제작 및 평가>
본 발명예 10의 강판을 UOE 성형법에 의해 관 제조하고, 표 4에 나타내는 외경 및 두터운 라인 파이프 1을 얻었다.
얻어진 라인 파이프 1에 대해서, 인장 강도, 항복 강도, 압축 강도, DWTT 파면율(-20℃), HIC 시험의 CAR, HAZ 인성 및 WM(Weld Metal) 인성을 측정하였다.
측정 결과를 표 4에 나타낸다.
이 중, 인장 강도, DWTT 파면율(-20℃) 및 HIC 시험의 CAR에 대해서는, 상술한 강판에 있어서의 각 측정과 마찬가지로 하여 측정하였다.
항복 강도, 압축 강도, HAZ 인성 및 WM 인성의 측정은, 이하와 같이 행하였다.
-항복 강도의 측정-
ASTM E9-09에 준거하여, 라인 파이프의 길이 방향의 항복 강도를 측정하였다. 여기에서는, 0.5% 언더 로드 내력을, 항복 강도라 정의하였다.
-압축 강도의 측정-
ASTM E9-09에 준거하여, 라인 파이프의 주위 방향의 압축 강도를 측정하였다. 여기에서는, 0.5% 언더 로드 내력을, 압축 강도라 정의하였다.
-HAZ 인성의 측정-
라인 파이프의 외주면으로부터 깊이 2㎜의 위치로부터, V 노치를 갖는 샤르피 시험편을 채취하였다. 이 시험편의 V 노치는, 샤르피 충격 시험 후의 파면이 HAZ와 WM을 면적비로 50%씩 포함하도록 해서 형성하였다.
얻어진 V 노치를 갖는 샤르피 시험편을 사용하여, -20℃의 온도 조건 하에서, JIS Z2242(2005)에 준거해서 샤르피 충격 시험을 행하고, 샤르피 흡수 에너지(J)를 HAZ 인성(J)이라 하였다.
-WM 인성의 측정-
라인 파이프의 외주면으로부터 깊이 2㎜의 위치로부터, V 노치를 갖는 샤르피 시험편을 채취하였다. 이 시험편의 V 노치는, V 노치의 중심이 WM의 중심으로 되도록 해서 형성하였다.
얻어진 V 노치를 갖는 샤르피 시험편을 사용하여, -20℃의 온도 조건 하에서, JIS Z2242(2005)에 준거해서 샤르피 충격 시험을 행하고, 샤르피 흡수 에너지(J)를 WM 인성(J)이라 하였다.
<라인 파이프 2의 제작 및 평가>
본 발명예 10의 강판에 있어서, 판 두께만을 45㎜로 변경한 강판을 준비하였다.
준비한 두께 45㎜의 강판을 JCOE 성형법에 의해 관 제조하여, 표 4에 나타내는 외경 및 두터운 라인 파이프 2를 얻었다.
라인 파이프 2에 대해서, 라인 파이프 1과 마찬가지 측정을 행하였다. 결과를 표 4에 나타낸다.
Figure pct00008
표 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명예의 강판을 사용해서 제작된 라인 파이프 1 및 2도, 본 발명예의 강판과 마찬가지로, 압축 강도, DWTT 특성 및 내HIC성이 우수하였다.
또한, 라인 파이프 1 및 2에서는, HAZ 인성 및 WM 인성에 대해서도, 양호한 결과가 얻어졌다.
일본 출원 제2013-155063호 및 일본 출원 제2013-155064호의 개시는 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허 출원 및 기술 규격은, 개개의 문헌, 특허 출원 및 기술 규격이 참조에 의해 포함되는 것이 구체적이고 또한 개별적으로 기재된 경우와 동일 정도로, 본 명세서 내에 참조에 의해 포함된다.

Claims (4)

  1. 질량%로,
    C: 0.040 내지 0.080%,
    Si: 0.05 내지 0.40%,
    Mn: 1.60 내지 2.00%,
    P: 0.020% 이하,
    S: 0.0025% 이하,
    Mo: 0.05 내지 0.20%,
    Ca: 0.0011 내지 0.0050%,
    Al: 0.060% 이하,
    Nb: 0.010 내지 0.030%,
    Ti: 0.008 내지 0.020%,
    N: 0.0015 내지 0.0060% 및
    O: 0.0040% 이하를 함유하고,
    S에 대한 Ca의 함유량비 〔Ca/S〕가 0.90 내지 2.70이고,
    N에 대한 Ti의 함유량비 〔Ti/N〕이 2.20 이상이고,
    잔부가 Fe 및 불가피적 불순물을 포함하며,
    하기 식 (1)에 의해 정의되는 Ceq가 0.380 내지 0.480이고,
    판 두께 1/4 위치에 있어서의 페라이트 분율(F1)이 20 내지 60%이고 잔부가 베이나이트를 포함하는 조직이고,
    판 두께 1/2 위치에 있어서의 페라이트 분율(F2)이 5 내지 60%이고 잔부가 베이나이트를 포함하는 조직이거나 또는 베이나이트 및 마르텐사이트를 포함하는 조직이고,
    상기 페라이트 분율(F1)과 상기 페라이트 분율(F2)의 비(F1/F2)가 1.00 내지 5.00이고,
    판 두께 1/4 위치에 있어서의 페라이트의 평균 입경이 2.0 내지 15.0㎛이고, 판 두께 1/2 위치에 있어서의 페라이트의 평균 입경이 5.0 내지 20.0㎛이고,
    판 두께 1/2 위치의 경도가 400Hv 이하이고 판 두께 1/2 위치에 있어서의 MnS의 길이가 1.00㎜ 이하이고,
    판 두께가 25㎜ 이상인, 라인 파이프용 강판.
    Figure pct00009

    〔식 (1)에 있어서, C, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo 및 V는, 각각, 각 원소의 함유량(질량%)을 나타냄〕
  2. 제1항에 있어서,
    Al의 함유량이, 질량%로 0.008% 이하인, 라인 파이프용 강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    질량%로,
    Ni: 0.50% 이하,
    Cr: 0.50% 이하,
    Cu: 0.50% 이하,
    Mg: 0.0050% 이하,
    REM: 0.0050% 이하 및
    V: 0.100% 이하 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는, 라인 파이프용 강판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 라인 파이프용 강판을 사용해서 제조된, 라인 파이프.
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