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KR102757756B1 - 강판 및 강관 - Google Patents

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KR102757756B1
KR102757756B1 KR1020227020090A KR20227020090A KR102757756B1 KR 102757756 B1 KR102757756 B1 KR 102757756B1 KR 1020227020090 A KR1020227020090 A KR 1020227020090A KR 20227020090 A KR20227020090 A KR 20227020090A KR 102757756 B1 KR102757756 B1 KR 102757756B1
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steel
steel plate
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surface layer
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KR1020227020090A
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다이시 후지시로
다쿠야 하라
야스히로 시노하라
나오키 도이
이즈루 미나토
Original Assignee
닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

이 강판은, 소정의 화학 조성을 갖고, 판 두께 중심부에 있어서의 금속 조직이, 면적％로, 0 내지 80％의 폴리고날 페라이트와, 침상 페라이트 및 베이나이트로부터 선택되는 1종 또는 2종을 포함하고, 잔부가 M-A상이며, 유효 결정 입경이 15.0㎛ 이하이고, 표면으로부터 두께 방향으로 1.0㎜까지의 범위인 표층에 있어서의 금속 조직이, 면적％로, 합계로 95％ 이상의 침상 페라이트 및 베이나이트로부터 선택되는 1종 또는 2종을 포함하고, 잔부가 M-A상이며, 상기 표층에 있어서의 최고 경도가 250HV0.1 이하이다.

Description

강판 및 강관
본 발명은, 강판 및 강관에 관한 것이다.
근년, 원유, 천연가스 등의 유정 및 가스정(이하, 유정 및 가스정을 총칭하여, 단순히 「유정」이라 함)의 채굴 조건은 과혹해지고 있다. 유정의 채굴 환경은, 채굴 심도가 증가하는 것에 수반하여, 그 분위기에 CO2, H2S, Cl- 등을 함유하게 되고, 채굴되는 원유 및 천연가스도 H2S를 많이 포함하게 된다.
그 때문에, 이들을 수송하는 라인 파이프의 성능에 대한 요구도 엄격해지고 있어, 높은 내황화물 응력 균열성(이하, 「내SSC성」이라고도 함) 및 내수소 유기 균열성(이하, 「내HIC성」이라고도 함)을 갖는 라인 파이프용 강관 및 그 강관의 소재가 되는 라인 파이프용 강판의 수요가 증가하고 있다.
H2S를 포함하는 환경 중에서 사용되는 강은, 내SSC성 향상의 관점에서, 강의 최고 경도를 낮게 억제할 필요가 있다. 그 때문에, 내황화물 성능(내SSC성 등)이 요구되는 강에 있어서는, 경도를 억제하는 기술의 향상이 중요한 과제가 되고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 내SSC성이 우수한 인장 강도 60kgf/㎟급의 고장력강의 제조 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 인장 강도가 570 내지 720N/㎟인, 용접 열 영향부와 모재의 경도차가 작은 후강판 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는, 강도의 저하와 DWTT 특성의 열화를 방지하면서, 표면 경도를 저감시키는 것이 가능한 X60 클래스 및 그 이상의 강도를 갖는, 내사워 라인 파이프용 고강도 강판의 제조 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 1 내지 3에 의하면, ??칭 후에 템퍼링을 실시함으로써, 강판 표면의 경도를 저하시키는 것이 가능해진다. 단, 이들 문헌에 있어서는, 경도의 평가에 있어서, 시험력을 98N(10kgf)으로 한 비커스 경도 시험을 행하고 있다. 시험력이 높으면 측정 영역이 커진다. 즉, 넓은 영역에 포함되는 금속 조직의 평균적인 경도가 측정되게 된다. 또한, 시험력이 높으면 압흔 자체의 사이즈도 수100㎛가 된다. 그 때문에, 강판 최표층, 예를 들어 표층으로부터 수100㎛의 범위에 있어서의 경도는 측정할 수 없다.
그러나, 본 발명자들의 검토의 결과, 표층의 평균적인 경도는 어느 정도 억제되어 있어도, 국소적으로 경도가 높은 조직이 존재하면, 거기를 기점으로 SSC가 발생할 우려가 있음을 알 수 있었다. 즉, SSC는 표층으로부터 발생하는 균열이므로, 최표층에 경도가 높은 조직이 존재하면, 거기를 기점으로 SSC가 발생할 우려가 있음을 알 수 있었다.
그 때문에, 내SSC성의 더한층의 향상을 위해서는, 보다 낮은 시험력에서의 비커스 경도 시험을 행하여 얻어지는 국소적인 최고 경도도 낮게 제어할 필요가 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 특허문헌 1 내지 3에서는 시험력을 98N(10kgf)으로 한 비커스 경도 시험을 행하고 있기는 하지만, 국소적인 경도의 제어는 행해지지 않았다.
또한, 한랭지에서 사용되는 라인 파이프용의 강판 및 강관에는, 내SSC성 및 내HIC성뿐만 아니라 저온 인성도 요구된다.
특허문헌 4에는, 표층부에 있어서의 최대 경도를 270Hv 이하로 하여 내SSC성을 향상시킨, 라인 파이프용에 적합한 강판 및 그 강판을 모재로 하는 강관이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 5에는, 표층부에 있어서의 최고 경도를 250Hv 이하로 하여 내SSC성을 향상시킨, 라인 파이프용에 적합한 강판 및 그 강판을 모재로 하는 강관이 개시되어 있다.
그러나, 이들 문헌에 기재된 기술에서는, 강판의 냉각에 있어서, 복열을 포함하는 냉각을 이용하여 표층의 냉각 속도를 평균적으로 느리게 함으로써, 표층의 경도를 저하시키고 있다. 그 때문에, 이들 기술에서는, 중심부의 조직 제어를 충분히 행할 수 없어, 저온 인성(DWTT)에 대한 보다 높은 요구에는 대응할 수 없는 경우가 있었다.
그래서, 표층 경도가 낮고, 또한, 저온 인성(DWTT)이 우수한 강판 및 강관이 요망되고 있었다.
일본 특허 공개 평2-8322호 공보 일본 특허 공개 제2001-73071호 공보 일본 특허 공개 제2002-327212호 공보 국제 공개 제2019/058420호 국제 공개 제2019/058422호
일본 철강 협회 기초 연구회 베이나이트 조사 연구부회편, 「강의 베이나이트 사진집 1」, 일본 철강 협회, 1992년 6월 출판
본 발명은, 상기 문제를 해결하여, 우수한 내SSC성 및 내HIC성, 그리고 우수한 저온 인성을 갖는, 강판 및 강관을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 하기의 강판 및 강관을 요지로 한다.
(1) 본 발명의 일 양태에 관한 강판은, 화학 조성이, 질량％로, C: 0.020 내지 0.080％, Si: 0.01 내지 0.50％, Mn: 0.50 내지 1.60％, Nb: 0.001 내지 0.100％, N: 0.0010 내지 0.0100％, Ca: 0.0001 내지 0.0050％, P: 0.030％ 이하, S: 0.0025％ 이하, Ti: 0.005 내지 0.030％, Al: 0.010 내지 0.040％, O: 0.0040％ 이하, Mo: 0 내지 2.00％, Cr: 0 내지 2.00％, Cu: 0 내지 2.00％, Ni: 0 내지 2.00％, W: 0 내지 1.00％, V: 0 내지 0.200％, Zr: 0 내지 0.0500％, Ta: 0 내지 0.0500％, B: 0 내지 0.0020％, REM: 0 내지 0.0100％, Mg: 0 내지 0.0100％, Hf: 0 내지 0.0050％, Re: 0 내지 0.0050％, 잔부: Fe 및 불순물이며, 하기 (i)식을 만족시키고, 하기 (ii)식으로 표시되는 Ceq가 0.30 내지 0.50이며, 판 두께 중심부에 있어서의 금속 조직이, 면적％로, 0 내지 80％의 폴리고날 페라이트와, 침상 페라이트 및 베이나이트로부터 선택되는 1종 또는 2종을 포함하고, 잔부가 M-A상이며, 유효 결정 입경이 15.0㎛ 이하이고, 표면으로부터 두께 방향으로 1.0㎜까지의 범위인 표층에 있어서의 금속 조직이, 면적％로, 합계로 95％ 이상의 침상 페라이트 및 베이나이트로부터 선택되는 1종 또는 2종을 포함하고, 잔부가 M-A상이며, 상기 표층에 있어서의 최고 경도가 250HV0.1 이하이다.
0.05≤Mo+Cr+Cu+Ni≤2.00 … (i)
Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5 … (ii)
단, 식 중의 각 원소 기호는, 강 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타내고, 함유되지 않는 경우에는 제로로 한다.
(2) 상기 (1)에 기재된 강판은, 상기 판 두께 중심부의 상기 금속 조직에 있어서의, 폴리고날 페라이트의 면적％가, 0 내지 20％ 미만이어도 된다.
(3) 상기 (1)에 기재된 강판은, 상기 판 두께 중심부의 상기 금속 조직에 있어서의, 폴리고날 페라이트의 면적％가, 20 내지 80％이며, 상기 유효 결정 입경이 10.0㎛ 이하여도 된다.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 것에 기재된 강판은, 상기 화학 조성이, 질량％로, W: 0.01 내지 1.00％, V: 0.010 내지 0.200％, Zr: 0.0001 내지 0.050％, Ta: 0.0001 내지 0.0500％, 및 B: 0.0001 내지 0.0020％로부터 선택되는 1종 이상을 함유해도 된다.
(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 것에 기재된 강판은, 상기 화학 조성이, 질량％로, REM: 0.0001 내지 0.0100％, Mg: 0.0001 내지 0.0100％, Hf: 0.0001 내지 0.0050％, Re: 0.0001 내지 0.0050％로부터 선택되는 1종 이상을 함유해도 된다.
(6) 본 발명의 다른 양태에 관한 강관은, 통형의 강판으로 이루어지는 모재부와, 상기 강판의 맞댐부에 마련되며, 상기 강판의 길이 방향으로 연장되는 용접부를 갖고, 상기 강판은, 화학 조성이, 질량％로, C: 0.020 내지 0.080％, Si: 0.01 내지 0.50％, Mn: 0.50 내지 1.60％, Nb: 0.001 내지 0.100％, N: 0.0010 내지 0.0100％, Ca: 0.0001 내지 0.0050％, P: 0.030％ 이하, S: 0.0025％ 이하, Ti: 0.005 내지 0.030％, Al: 0.010 내지 0.040％, O: 0.0040％ 이하, Mo: 0 내지 2.00％, Cr: 0 내지 2.00％, Cu: 0 내지 2.00％, Ni: 0 내지 2.00％, W: 0 내지 1.00％, V: 0 내지 0.200％, Zr: 0 내지 0.0500％, Ta: 0 내지 0.0500％, B: 0 내지 0.0020％, REM: 0 내지 0.0100％, Mg: 0 내지 0.0100％, Hf: 0 내지 0.0050％, Re: 0 내지 0.0050％, 잔부: Fe 및 불순물이며, 하기 (i)식을 만족시키고, 하기 (ii)식으로 표시되는 Ceq가 0.30 내지 0.50이며, 두께 중심부에 있어서의 금속 조직이, 면적％로, 0 내지 80％의 폴리고날 페라이트와, 침상 페라이트 및 베이나이트로부터 선택되는 1종 또는 2종을 포함하고, 잔부가 M-A상이며, 유효 결정 입경이 15.0㎛ 이하이고, 표면으로부터 두께 방향으로 1.0㎜까지의 범위인 표층에 있어서의 금속 조직이, 면적％로, 합계로 95％ 이상의 침상 페라이트 및 베이나이트로부터 선택되는 1종 또는 2종을 포함하고, 잔부가 M-A상이며, 상기 표층에 있어서의 최고 경도가 250HV0.1 이하이다.
0.05≤Mo+Cr+Cu+Ni≤2.00 … (i)
Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5 … (ii)
단, 식 중의 각 원소 기호는, 강 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타내고, 함유되지 않는 경우에는 제로로 한다.
(7) 상기 (6)에 기재된 강관은, 상기 두께 중심부의 상기 금속 조직에 있어서의, 폴리고날 페라이트의 면적％가, 0 내지 20％ 미만이어도 된다.
(8) 상기 (6)에 기재된 강관은, 상기 두께 중심부의 상기 금속 조직에 있어서의, 폴리고날 페라이트의 면적％가, 20 내지 80％이며, 상기 유효 결정 입경이 10.0㎛ 이하여도 된다.
본 발명에 있어서, 「HV0.1」은, 시험력을 0.98N(0.1kgf)으로 하여, 비커스 경도 시험을 실시한 경우의 「경도 기호」를 의미한다(JIS Z 2244:2009를 참조).
본 발명의 상기 양태에 의하면, 우수한 내SSC성 및 내HIC성, 그리고 우수한 저온 인성을 갖는 강판 및 강관을 얻는 것이 가능해진다. 이와 같은 강관은, 라인 파이프 용도로서 적합하고, 강판은 그 라인 파이프용 강관의 소재로서 적합하다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 강판(본 실시 형태에 관한 강판) 및 본 발명의 일 실시 형태에 관한 강관(본 실시 형태에 관한 강관)의, 각 요건에 대하여 상세하게 설명한다.
<강판>
먼저, 본 실시 형태에 관한 강판에 대하여 설명한다.
1. 화학 조성
각 원소의 한정 이유는 하기와 같다. 이하의 설명에 있어서 함유량에 관한 「％」는, 「질량％」를 의미한다. 또한, 「내지」를 사이에 두는 수치 한정 범위에는, 그 값이 하한값 및 상한값으로서 범위에 포함된다. 한편, 「초과」 또는 「 미만」으로 나타내는 수치는, 그 값이 수치 범위에 포함되지 않는다.
C: 0.020 내지 0.080％
C는, 강의 강도를 향상시키는 원소이다. C 함유량이 0.020％ 미만이면, 강도 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 따라서, C 함유량은 0.020％ 이상으로 한다. C 함유량은 0.030％ 이상인 것이 바람직하다.
한편, C 함유량이 0.080％를 초과하면, 표층의 경도가 상승하여, SSC가 발생하기 쉬워진다. 따라서, C 함유량은 0.080％ 이하로 한다. 내SSC성을 확보함과 함께, 용접성 및 인성의 저하를 억제하기 위해서는, C 함유량은 0.060％ 이하인 것이 바람직하고, 0.055％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
Si: 0.01 내지 0.50％
Si는, 탈산을 위해 첨가하는 원소이다. Si 함유량이 0.01％ 미만이면, 탈산 효과가 충분히 얻어지지 않고, 또한, 제조 비용이 대폭 상승한다. 따라서, Si 함유량은 0.01％ 이상으로 한다. Si 함유량은 0.05％ 이상인 것이 바람직하고, 0.10％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, Si 함유량이 0.50％를 초과하면, 용접부의 인성이 저하된다. 따라서, Si 함유량은 0.50％ 이하로 한다. Si 함유량은 0.40％ 이하인 것이 바람직하고, 0.30％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
Mn: 0.50 내지 1.60％
Mn은, 강도 및 인성을 향상시키는 원소이다. Mn 함유량이 0.50％ 미만이면, 함유에 의한 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 따라서, Mn 함유량은 0.50％ 이상으로 한다. Mn 함유량은 1.00％ 이상인 것이 바람직하고, 1.20％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, Mn 함유량이 1.60％를 초과하면, 내수소 유기 균열성(내HIC성)이 저하된다. 따라서, Mn 함유량은 1.60％ 이하로 한다. Mn 함유량은 1.50％ 이하인 것이 바람직하다.
Nb: 0.001 내지 0.100％
Nb는, 탄화물 및 질화물을 형성하여, 강의 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 또한, Nb는 미재결정 온도역을 고온역으로 확대시키는 작용을 가지므로, 결정립 미세화에 의한 인성의 향상에 기여하는 원소이다. Nb 함유량이 0.001％ 미만이면, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 따라서, Nb 함유량은 0.001％ 이상으로 한다. Nb 함유량은 0.005％ 이상인 것이 바람직하고, 0.010％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, Nb 함유량이 0.100％를 초과하면, 조대한 탄화물 및 질화물이 생성되어, 내HIC성 및 인성이 저하된다. 따라서, Nb 함유량은 0.100％ 이하로 한다. Nb 함유량은 0.080％ 이하인 것이 바람직하고, 0.060％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
N: 0.0010 내지 0.0100％
N은, Ti 또는 Nb와 질화물을 형성하여, 가열 시의 오스테나이트 입경의 미세화에 기여하는 원소이다. N 함유량이 0.0010％ 미만이면, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않음과 함께, 상용 제조 공정에서 N 함유량을 0.0010％ 미만으로 하는 것은 엄청난 제조 비용을 요한다. 따라서, N 함유량은 0.0010％ 이상으로 한다. N 함유량은 0.0020％ 이상인 것이 바람직하다.
한편, N 함유량이 0.0100％를 초과하면, 조대한 탄질화물이 생성되어, 내HIC성 및 인성이 저하된다. 따라서, N 함유량은 0.0100％ 이하로 한다. N 함유량은 0.0060％ 이하인 것이 바람직하다.
Ca: 0.0001 내지 0.0050％
Ca는, CaS를 형성하여, 압연 방향으로 신장되는 MnS의 형성을 억제하여, 내HIC성의 향상에 기여하는 원소이다. Ca 함유량이 0.0001％ 미만이면, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 따라서, Ca 함유량은 0.0001％ 이상으로 한다. Ca 함유량은 0.0005％ 이상인 것이 바람직하고, 0.0010％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, Ca 함유량이 0.0050％를 초과하면, 산화물이 집적되어, 내HIC성이 저하된다. 따라서, Ca 함유량은 0.0050％ 이하로 한다. Ca 함유량은 0.0045％ 이하인 것이 바람직하고, 0.0040％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
P: 0.030％ 이하
P는, 불순물로서 함유되는 원소이다. P 함유량이 0.030％를 초과하면, 내SSC성 및 내HIC성이 저하된다. 또한, 용접을 행한 경우에는 용접부의 인성이 저하된다. 따라서, P 함유량은 0.030％ 이하로 한다. P 함유량은 0.015％ 이하인 것이 바람직하고, 0.010％ 이하인 것이 보다 바람직하다. P 함유량의 과도한 저감은, 제조 비용의 대폭적인 상승을 초래하므로, 0.001％가 실질적인 하한이다.
S: 0.0025％ 이하
S는, 불순물로서 함유되며, 열간 압연 시에 압연 방향으로 연신되는 MnS를 형성하여, 내HIC성을 저해하는 원소이다. S 함유량이 0.0025％를 초과하면, 내HIC성이 현저하게 저하된다. 따라서, S 함유량은 0.0025％ 이하로 한다. S 함유량은 0.0015％ 이하인 것이 바람직하고, 0.0010％ 이하인 것이 보다 바람직하다. S 함유량의 과도한 저감은, 제조 비용의 대폭적인 상승을 초래하므로, 0.0001％가 실질적인 하한이다.
Ti: 0.005 내지 0.030％
Ti는, 질화물을 형성하여, 결정립의 미세화에 기여하는 원소이다. Ti 함유량이 0.005％ 미만이면, 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 따라서, Ti 함유량은 0.005％ 이상으로 한다. Ti 함유량은 0.008％ 이상인 것이 바람직하다.
한편, Ti 함유량이 0.030％를 초과하면, 인성이 저하될 뿐만 아니라, 조대한 질화물이 생성되어, 내HIC성이 저하된다. 따라서, Ti 함유량은 0.030％ 이하로 한다. Ti 함유량은 0.020％ 이하인 것이 바람직하다.
Al: 0.010 내지 0.040％
Al은, 탈산을 위해 첨가하는 원소이다. Al 함유량이 0.010％ 미만이면, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 따라서, Al 함유량은 0.010％ 이상으로 한다. Al 함유량은, 0.015％ 이상인 것이 바람직하다.
한편, Al 함유량이 0.040％를 초과하면, Al 산화물이 집적되어, 내HIC성이 저하된다. 따라서, Al 함유량은 0.040％ 이하로 한다. Al 함유량은, 0.035％ 이하인 것이 바람직하다.
O: 0.0040％ 이하
O는, 탈산 후, 불가피적으로 잔류하는 불순물 원소이다. O 함유량이 0.0040％를 초과하면, 산화물이 생성되어, 인성 및 내HIC성이 저하된다. 따라서, O 함유량은 0.0040％ 이하로 한다. O 함유량은 0.0030％ 이하인 것이 바람직하다. O 함유량은 소량일수록 바람직하지만, O 함유량의 과도한 저감은, 제조 비용의 대폭적인 상승을 초래하므로, 0.0010％가 실질적인 하한이다.
Mo: 0 내지 2.00％
Cr: 0 내지 2.00％
Cu: 0 내지 2.00％
Ni: 0 내지 2.00％
0.05≤Mo+Cr+Cu+Ni≤2.00 … (i)
단, 식 중의 각 원소 기호는, 강 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타내고, 함유되지 않는 경우에는 0(제로)으로 한다.
Mo, Cr, Cu 및 Ni는, ??칭성의 향상에 기여하는 원소이다. 후술하는 ??칭성의 지표인 Ceq를 조정하기 위해, 이들 원소의 합계 함유량을 0.05％ 이상으로 한다. 이들 원소의 합계 함유량은 0.07％ 이상인 것이 바람직하고, 0.10％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, Mo, Cr, Cu 및 Ni의 합계 함유량이 2.00％를 초과하면, 강의 경도가 상승하여 내SSC성이 저하된다. 따라서, Mo, Cr, Cu 및 Ni의 합계 함유량은, 2.00％ 이하로 한다. 합계 함유량은 1.00％ 이하인 것이 바람직하고, 0.90％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, Mo, Cr, Cu 및 Ni의 각각의 함유량은, 1.00％ 이하가 바람직하고, 0.50％ 이하가 보다 바람직하다.
W: 0 내지 1.00％
W는, 강의 강도의 향상에 유효한 원소이다. 그 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻기 위해서는, W 함유량은 0.01％ 이상인 것이 바람직하고, 0.05％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
그러나, W 함유량이 1.00％를 초과하면, 경도가 상승하여 내SSC성이 저하되거나, 인성이 저하되거나 하는 경우가 있다. 따라서, 함유시키는 경우라도, W 함유량은 1.00％ 이하로 한다. W 함유량은 0.50％ 이하인 것이 바람직하고, 0.30％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
V: 0 내지 0.200％
V는, 탄화물, 질화물을 형성하여, 강의 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 그 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻기 위해서는, V 함유량은 0.010％ 이상인 것이 바람직하고, 0.030％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
그러나, V 함유량이 0.200％를 초과하면, 강의 인성이 저하된다. 따라서, 함유시키는 경우라도, V 함유량은 0.200％ 이하로 한다. V 함유량은 0.100％ 이하인 것이 바람직하고, 0.080％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
Zr: 0 내지 0.0500％
Zr은, V와 마찬가지로 탄화물, 질화물을 형성하여, 강의 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 그 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻기 위해서는, Zr 함유량은 0.0001％ 이상인 것이 바람직하고, 0.0005％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
그러나, Zr 함유량이 0.0500％를 초과하면, 강의 인성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 함유시키는 경우라도, Zr 함유량은 0.0500％ 이하로 한다. Zr 함유량은 0.0200％ 이하인 것이 바람직하고, 0.0100％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
Ta: 0 내지 0.0500％
Ta는, V와 마찬가지로 탄화물, 질화물을 형성하여, 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 그 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻기 위해서는, Ta 함유량은 0.0001％ 이상인 것이 바람직하고, 0.0005％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
그러나, Ta 함유량이 0.0500％를 초과하면, 강의 인성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 함유시키는 경우라도, Ta 함유량은 0.0500％ 이하로 한다. Ta 함유량은 0.0200％ 이하인 것이 바람직하고, 0.0100％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
B: 0 내지 0.0020％
B는, 강의 입계에 편석되어 ??칭성의 향상에 현저하게 기여하는 원소이다. 그 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻기 위해서는, B 함유량은 0.0001％ 이상인 것이 바람직하고, 0.0005％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
그러나, B 함유량이 0.0020％를 초과하면, 강의 인성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 함유시키는 경우라도, B 함유량은 0.0020％ 이하로 한다. B 함유량은 0.0015％ 이하인 것이 바람직하고, 0.0012％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
REM: 0 내지 0.0100％
REM은, 황화물계 개재물의 형태를 제어하여, 내SSC성, 내HIC성 및 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 그 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻기 위해서는, REM 함유량은 0.0001％ 이상인 것이 바람직하고, 0.0010％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
그러나, REM 함유량이 0.0100％를 초과하면, 조대한 산화물이 생성되어, 강의 청정도가 저하될 뿐만 아니라, 내HIC성 및 인성이 저하된다. 따라서, 함유시키는 경우라도, REM 함유량은 0.0100％ 이하로 한다. REM 함유량은 0.0060％ 이하인 것이 바람직하다.
여기서, REM은, Sc, Y 및 란타노이드의 합계 17원소를 가리키고, 상기 REM의 함유량은 이들 원소의 합계 함유량을 의미한다.
Mg: 0 내지 0.0100％
Mg는, 미세한 산화물을 생성하여 결정립의 조대화를 억제하여, 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 그 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻기 위해서는, Mg 함유량은 0.0001％ 이상인 것이 바람직하고, 0.0010％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
그러나, Mg 함유량이 0.0100％를 초과하면, 산화물이 응집, 조대화되어, 내HIC성이 저하되고, 또한, 인성이 저하된다. 따라서, 함유시키는 경우라도, Mg 함유량은 0.0100％ 이하로 한다. Mg 함유량은 0.0050％ 이하인 것이 바람직하다.
Hf: 0 내지 0.0050％
Hf는, Ca와 마찬가지로, 황화물을 생성하여, 압연 방향으로 신장된 MnS의 생성을 억제하여, 내HIC성의 향상에 기여하는 원소이다. 그 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻기 위해서는, Hf 함유량은 0.0001％ 이상인 것이 바람직하고, 0.0005％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
그러나, Hf 함유량이 0.0050％를 초과하면, 산화물이 증가되고, 응집, 조대화되어, 내HIC성이 저하된다. 따라서, 함유시키는 경우라도, Hf 함유량은 0.0050％ 이하로 한다. Hf 함유량은 0.0040％ 이하인 것이 바람직하고, 0.0030％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
Re: 0 내지 0.0050％
Re는, Ca와 마찬가지로, 황화물을 생성하여, 압연 방향으로 신장된 MnS의 생성을 억제하여, 내HIC성의 향상에 기여하는 원소이다. 그 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻기 위해서는, Re 함유량은 0.0001％ 이상인 것이 바람직하고, 0.0005％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
그러나, Re 함유량이 0.0050％를 초과하면, 산화물이 증가되고, 응집, 조대화되어 내HIC성이 저하된다. 따라서, 함유시키는 경우라도, Re 함유량은 0.0050％ 이하로 한다. Re 함유량은 0.0040％ 이하인 것이 바람직하고, 0.0030％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
본 실시 형태에 관한 강판의 화학 조성에 있어서, 잔부는 Fe 및 불순물이다. 여기서 「불순물」이란, 강을 공업적으로 제조할 때, 광석, 스크랩 등의 원료, 제조 공정의 다양한 요인에 의해 혼입되는 성분이며, 본 실시 형태에 관한 강판에 악영향을 주지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.
Ceq: 0.30 내지 0.50
본 실시 형태에 관한 강판에서는, 각 원소의 함유량을 상기한 바와 같이 제어한 후에, 각 원소의 함유량에 의해 계산되는 Ceq를 소정의 범위로 할 필요가 있다. Ceq는, ??칭성의 지표가 되는 값이며, 하기 (ii)식으로 표시된다.
Ceq가 0.30 미만이면, 필요한 강도가 얻어지지 않는다. 한편, Ceq가 0.50을 초과하면, 표층 경도가 높아져, 내SSC성이 저하된다. 따라서, Ceq는 0.30 내지 0.50으로 한다. Ceq는 0.33 이상인 것이 바람직하고, 0.45 이하인 것이 바람직하다.
Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5 … (ii)
단, 식 중의 각 원소 기호는, 강 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타내고, 함유되지 않는 경우에는 제로로 한다.
2. 금속 조직
<판 두께 중심부에 있어서의 금속 조직이, 면적％로, 0 내지 80％의 폴리고날 페라이트와, 침상 페라이트 및 베이나이트로부터 선택되는 1종 또는 2종을 포함하고, 잔부가 M-A상이다>
본 실시 형태에 관한 강판에 있어서는, 판 두께 중심부에 있어서의 금속 조직이, 면적％로, 0 내지 80％의 폴리고날 페라이트를 포함하고, 또한 침상 페라이트 및 베이나이트로부터 선택되는 1종 또는 2종을 포함하고, 잔부가 M-A상인 조직으로 한다.
강 내부의 금속 조직 중에 마르텐사이트가 포함되면, 강의 강도가 너무 상승하여, 표층 경도를 낮게 억제하는 것이 곤란해진다. 그 때문에, 강의 화학 조성을 조정하고, 특히 Ceq의 값을 적절한 범위로 함과 함께, 후술하는 바와 같이 열간 압연 후에 제어 냉각을 행함으로써, 마르텐사이트의 생성을 억제한다.
그 때문에, 강도와 표층 경도의 밸런스를 고려하여, 판 두께 중심부에 있어서의 금속 조직을, 폴리고날 페라이트와, 침상 페라이트 및/또는 베이나이트를 포함하는 조직으로 한다.
폴리고날 페라이트의 면적률이 80％를 초과하면, 필요한 강도가 얻어지기 어려워질 뿐만 아니라, 내HIC성이 열화된다. 그 때문에, 폴리고날 페라이트의 면적률은 80％ 이하로 한다. 폴리고날 페라이트의 면적률은 60％ 이하인 것이 바람직하다.
강 내부에 폴리고날 페라이트가 포함됨으로써, 인성을 향상시키는 것이 가능해진다. 따라서, 보다 우수한 저온 인성이 요구되는 경우에는, 폴리고날 페라이트의 면적률을 20％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
한편, 보다 우수한 내HIC성이 요구되는 경우에는, 판 두께 중심부에 있어서의 금속 조직을, 침상 페라이트 및 베이나이트가 주체인 조직으로 하는 것이 바람직하다. 이 경우, 폴리고날 페라이트의 면적률을 20％ 미만으로 하고, 침상 페라이트 및 베이나이트의 합계 면적률을 80％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 침상 페라이트 및 베이나이트의 합계 면적률이 90％ 이상이다.
판 두께 중심부의 금속 조직에 있어서, 폴리고날 페라이트, 침상 페라이트, 베이나이트 이외의 잔부는 M-A상이다. M-A상은 5.0％ 이하인 것이 바람직하다. M-A상은 포함되지 않아도 된다.
<판 두께 중심부에 있어서의 유효 결정 입경: 15.0㎛ 이하>
또한, 판 두께 중심부에 있어서의 유효 결정 입경은 15.0㎛ 이하이다. 판 두께 중심부에 있어서의 결정을 미세화함으로써, 양호한 저온 인성을 확보하는 것이 가능해진다. 보다 양호한 저온 인성을 확보하는 경우, 유효 결정 입경은 10.0㎛ 이하인 것이 바람직하다.
<표층에 있어서의 금속 조직이, 면적％로, 합계로 95％ 이상의 침상 페라이트 및 베이나이트로부터 선택되는 1종 또는 2종을 포함하고, 잔부가 M-A상이다>
본 실시 형태에 관한 강판에 있어서는, 표면으로부터 두께 방향으로 1.0㎜까지의 범위인 표층에 있어서의 금속 조직을, 침상 페라이트 및 베이나이트로부터 선택되는 1종 또는 2종을 포함하고, 잔부가 M-A상인 조직으로 한다.
강 내부에 비해 표층의 냉각 속도는 상대적으로 높아, 열간 압연 후의 냉각 과정에서 마르텐사이트가 생성되기 쉽다. 이 마르텐사이트가 충분한 템퍼링 효과를 받지 못한 채로 최종적인 조직에 잔존하면, 내SSC성이 저하된다. 그 때문에, 표층에 있어서의 금속 조직을, 침상 페라이트 및/또는 베이나이트 주체의 조직으로 한다. 또한, 표층의 최고 경도를 후술하는 범위로 하기 위해서는, 표층의 경도를 최대한 균일하게 하는 것이 바람직하다. 표층에 침상 페라이트 또는 베이나이트가 포함되면, 경도를 균일하게 하는 효과가 얻어지므로, 바람직하다.
침상 페라이트와 베이나이트의 합계 면적률은 97％ 이상인 것이 바람직하고, 98％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 99％ 이상인 것이 더욱 바람직하고, 100％여도 된다.
표층에 있어서의 금속 조직에 있어서, 잔부는 M-A상이다. 단, M-A상은 포함되지 않아도 된다.
여기서, 본 실시 형태에 관한 강판에 있어서, 「침상 페라이트」란, 비특허문헌 1에서 정의되는, 의사 폴리고날 페라이트(αq), 위드만스테텐 페라이트(αw), 그래뉼라 베이나이트(αB)로부터 선택되는 1종 이상으로 이루어지는 조직을 가리키는 것으로 한다. 베이나이트란, 입자 내에 하부 조직을 갖는 베이니틱 페라이트(α°B)를 포함하는 조직을 의미한다. 또한, M-A상(Martensite-Austenite constituent)이란, 마르텐사이트(α'm)와 오스테나이트(γ)의 복합체를 의미한다.
금속 조직의 각 상의 면적률 및 판 두께 중심부의 유효 결정 입경은 이하와 같이 구한다.
먼저, 강 시료로부터 L(길이) 방향 단면이 관찰면이 되도록, 강판에 있어서의 폭 방향의 단부로부터 판 폭의 1/4의 위치(1/4 폭)의 위치로부터 전체 두께의 시험편을 2개 잘라내고, 각각을 조직 관찰용 및 입경 측정용으로 제공한다.
조직 관찰용의 시험편에 대해서는, 습식 연마하여 경면으로 마무리한 후, 에칭액을 사용하여 금속 조직을 현출시킨다. 에칭액은 나이탈을 사용한다. 그리고, L 방향 단면에 대하여, 광학 현미경 또는 SEM을 사용하여 100배 내지 1000배의 배율로 표층 및 판 두께 중심부의 조직을 관찰하고, 각 조직을 확인한 후에 200배 또는 500배의 배율로 각 조직의 종류를 확인한다.
비특허문헌 1에 기재된 바와 같이, 폴리고날 페라이트 αp는 둥그스름한 다각적인 형상이며, 입자 내에 시멘타이트나 잔류 오스테나이트, M-A상, 베이나이트나 마르텐사이트에 보이는 라스나 블록과 같은 하부 조직이 없는, 회복된 조직이다. 의사 폴리고날 페라이트는 복잡한 형상을 나타내고, 특히 그래뉼라 베이나이트와 유사한 경우가 있지만, 폴리고날 페라이트와 마찬가지로 확산 변태 때문에 하부 조직을 포함하지 않고, 구 오스테나이트 입계에 걸쳐 있는 조직이다. 위드만스테텐 페라이트는 침상의 형상을 한 페라이트이다. 그래뉼라 베이나이트는, 복잡한 형상을 나타내고 또한 베이나이트와 비교하여 명료한 하부 조직은 보이지 않기 때문에, 의사 폴리고날 페라이트와 유사하지만, 입자 내에 시멘타이트나 잔류 오스테나이트, M-A상을 포함하거나 구 오스테나이트 입계에 걸쳐 있지 않은 조직인 점이 의사 폴리고날 페라이트와는 다르다. 단, 본 실시 형태에 있어서는 의사 폴리고날 페라이트, 위드만스테텐 페라이트, 그래뉼라 베이나이트 중 1종 이상으로 이루어지는 조직을 침상 페라이트라 정의하고 있기 때문에, 의사 폴리고날 페라이트와 그래뉼라 베이나이트를 구별할 필요는 없다.
베이나이트는, 입자 내에 하부 조직을 갖는 베이니틱 페라이트를 포함하는 조직이다. 베이나이트는 라스상의 베이니틱 페라이트 사이에 잔류 오스테나이트 또는 M-A상을 포함하는 상부 베이나이트(BI 타입), 라스상의 베이니틱 페라이트 사이에 시멘타이트를 포함하는 상부 베이나이트(BII 타입), 라스상의 베이니틱 페라이트 내에 시멘타이트를 포함하는 라스상 하부 베이나이트(BIII 타입), 플레이트상의 베이니틱 페라이트 내에 시멘타이트를 포함하는 하부 베이나이트로 구별할 수 있지만, 본 실시 형태에 있어서, 모두 베이나이트에 포함된다.
그 때문에, 각 조직을 판단할 때는, 상기 특징에 기초하여 판단한다.
M-A상은, 조직 관찰용의 시험편을, 습식 연마하여 경면으로 마무리한 후, 에칭액을 사용하여 금속 조직을 현출시킨다. 에칭액은 레페라를 사용한다. 그리고, L 방향 단면에 대하여, 광학 현미경을 사용하여 500배의 배율로 조직을 관찰하여 면적률을 측정한다.
입경 측정용의 시험편에 대해서는, SEM-EBSD 장치를 사용하여 판 두께 중심부를 관찰하고, 경사각 15° 이상의 대각 입계로 둘러싸인 영역을 결정립이라 정의하고, 결정립의 입경을 구함으로써 유효 결정 입경을 구한다. 구체적으로는, EBSD의 해석 소프트웨어인 TSL Solutions의 OIM Analysis로 측정한 각도차 15° 이상의 입계로 둘러싸인 영역을 결정립이라 하고, 그 결정립과 동일한 면적의 원 평균 직경(원 상당 직경)을 결정 입경이라 한다. 단, 원 상당 직경이 0.5㎛ 이하인 영역은 무시한다. 본 실시 형태에서는, OIM Analysis로 산출된 평균 입경 중, Area Fraction법에 의한 평균값을 유효 결정 입경이라 한다. 또한, 폴리고날 페라이트 분율에 대해서는, 앞서 설명한 바와 같이 광학 현미경 또는 SEM을 사용한 관찰에 있어서의 형상의 차이에 의해 폴리고날 페라이트의 면적률을 측정해도 되지만, 폴리고날 페라이트 입자 내에 베이나이트나 마르텐사이트에 보이는 라스나 블록과 같은 하부 조직이 없기 때문에, 라스나 블록에 기인하는 입자 내의 각도차가 없는 조직의 면적률을 측정해도 동등한 폴리고날 페라이트 분율이 얻어진다. 입자 내의 각도차가 없는 조직의 면적률을 측정하는 경우에는, TSL Solutions의 OIM Analysis를 사용한 KAM(Karnel Average Misorientation)법에 의한 2차 근접까지의 각도차가 1° 이하인 영역을 폴리고날 페라이트라 정의하고, 폴리고날 페라이트 분율을 구한다.
EBSD 측정 시의 스텝 간격은 베이나이트 조직의 라스나 블록과 같은 하부 조직간의 각도차가 측정되도록 0.5㎛로 한다.
3. 기계적 성질
표층의 최고 경도: 250HV0.1 이하
상술한 바와 같이, 내SSC성을 향상시키기 위해서는, 표층의 강의 최고 경도를 낮게 억제할 필요가 있다. 또한, 표층의, 비교적 넓은 범위에 있어서의 평균적인 경도가 억제되어 있어도, 국소적으로 경도가 높은 조직이 존재하면, 거기를 기점으로 SSC가 발생할 우려가 있다. 그 때문에, 본 실시 형태에 있어서는, 시험력을 0.98N(0.1kgf)으로 한 비커스 경도 시험에 의해, 표층에 있어서의 경도의 평가를 행한다. 표층의 최고 경도가 250HV0.1 이하이면, 내SSC성이 향상된다. 그 때문에, 표층의 최고 경도를 250HV0.1 이하로 한다.
본 실시 형태에 있어서는, 표면으로부터 깊이 1.0㎜까지의 범위인 표층의 최고 경도의 측정은, 다음과 같이 행한다.
먼저, 강판의 폭 방향의 단부로부터 강판의 폭 방향으로 판 폭의 1/4, 1/2 및 3/4의 위치로부터, 한 변이 300㎜인 정사각형(300㎜×300㎜)의 강판을 가스 절단으로 잘라내고, 잘라낸 강판의 중심으로부터, 길이 20㎜, 폭 20㎜의 블록 시험편을 기계 절단에 의해 채취하여, 기계 연마로 연마한다. 1개의 블록 시험편에 대하여, 비커스 경도계(하중: 0.1kgf)로, 표면으로부터 판 두께 방향으로 0.1㎜의 위치를 시점으로 하여, 판 두께 방향으로 0.1㎜ 간격으로 10점, 동일 깊이에 대하여 폭 방향으로 1.0㎜ 간격으로 10점, 합계 100점 측정한다. 즉, 3개의 블록 시험편에서 합계 300점 측정한다.
상기 측정의 결과, 250HV를 초과하는 측정점이 1점 존재해도, 판 두께 방향으로 2점 이상 연속하여 나타나지 않으면, 그 점은 이상점인 것으로 하여 채용하지 않고, 다음으로 높은 값을 최고 경도로 한다. 한편, 판 두께 방향으로 연속하여 2점 이상 250HV를 초과하는 측정점이 존재하는 경우에는, 그것들 중 가장 높은 값을 최고 경도로서 채용한다.
인장 강도: 480㎫ 이상
본 실시 형태에 관한 강판에 있어서, 인장 강도에는 특별히 제한은 마련하지 않지만, 본 실시 형태에 관한 강판이 사용을 상정하고 있는 H2S 환경 중에서 사용되는 라인 파이프로서는, 일반적으로 X52, X60 또는 X65 그레이드의 재료가 사용되는 경우가 많다. 그 요구를 만족시키기 위해, 인장 강도는 480㎫ 이상인 것이 바람직하고, 500㎫ 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 인장 강도가 700㎫를 초과하면, 내SSC성이나 내HIC가 열화되는 경우가 있다. 그 때문에, 인장 강도는 700㎫ 이하인 것이 바람직하다.
인장 강도는, 시험편의 길이 방향이 강판의 폭 방향과 평행하게 되도록, API5L에 준거하여, 환봉의 인장 시험편을 가공하여, 인장 시험을 행함으로써 얻어진다.
4. 판 두께
본 실시 형태에 관한 강판의 판 두께에 대하여 특별히 제한은 마련하지 않는다. 그러나, 본 실시 형태에 관한 강판을 라인 파이프로 한 경우의 라인 파이프 내를 통과하는 유체의 수송 효율 향상의 관점에서, 판 두께는 16.0㎜ 이상인 것이 바람직하고, 19.0㎜ 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 표층의 경도는 강관 성형 시에 가공 경화에 의해 증가되고, 통상 후육화할수록 표층 경도는 상승한다. 또한, 후육화하면 판 두께 중심부에 있어서의 결정의 미세화가 곤란해진다. 따라서, 판 두께는 35.0㎜ 이하인 것이 바람직하고, 30.0㎜ 이하인 것이 보다 바람직하고, 25.0㎜ 이하이면 더욱 바람직하다.
<강관>
다음에 본 실시 형태에 관한 강관에 대하여 설명한다.
1. 모재부
<화학 조성, 금속 조직 및 기계적 특성>
본 실시 형태에 관한 강관은, 통형의 강판으로 이루어지는 모재부와, 상기 강판의 맞댐부에 마련되며, 상기 강판의 길이 방향으로 연장되는 용접부를 갖는다. 이와 같은 강관은, 본 실시 형태에 관한 강판을 통형으로 가공하여, 맞댐부를 용접함으로써 얻을 수 있다.
그 때문에, 본 실시 형태에 관한 강관의 모재부(강판)의 화학 조성, 금속 조직, 표층의 최고 경도의 한정 이유에 대해서는, 본 실시 형태에 관한 강판과 마찬가지이다.
단, 강관에 있어서의 금속 조직의 관찰면은, L(길이) 방향 단면이 관찰면이 되도록, 강관에 있어서의 심 용접부로부터 90°의 위치로부터 전체 두께의 시험편을 2개 잘라내고, 각각을 조직 관찰용 및 입경 측정용으로 제공한다. 90°위치는, 강판의 판 폭의 1/4 또는 3/4 위치에 상당한다.
또한, 표층의 최고 경도의 측정은 이하의 방법으로 행한다.
먼저, 강관의 용접부를 0시로 한 경우의, 각각 3시, 6시 및 9시의 위치(심 용접부로부터 90°, 180° 및 270°의 위치)로부터 한 변이 300㎜인 정사각형(300㎜×300㎜)의 강판을 가스 절단으로 잘라내고, 잘라낸 강판의 중심으로부터, 길이 20㎜, 폭 20㎜의 블록 시험편을 기계 절단에 의해 채취하여, 기계 연마로 연마한다. 1개의 블록 시험편에 대하여, 비커스 경도계(하중: 0.1kgf)로, 표면으로부터 0.1㎜를 시점으로 하여, 판 두께 방향으로 0.1㎜ 간격으로 10점, 동일 깊이에 대하여 폭 방향 1.0㎜ 간격으로 10점, 합계 100점 측정한다. 즉, 3개의 블록 시험편에서 합계 300점 측정한다.
상기 측정의 결과, 250HV를 초과하는 측정점이 두께 방향으로 2점 이상 연속하여 나타나지 않으면, 표층의 최고 경도는 250HV0.1 이하라고 판단한다.
인장 강도: 480㎫ 이상
본 실시 형태에 관한 강관에 있어서, 인장 강도에는 특별히 제한은 마련하지 않지만, H2S 환경 중에서 사용되는 라인 파이프로서는, 일반적으로 X52, X60 또는 X65 그레이드의 재료가 사용되는 경우가 많다. 그 요구를 만족시키기 위해, 인장 강도는 480㎫ 이상인 것이 바람직하고, 500㎫ 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 인장 강도가 700㎫를 초과하면, 내SSC성이나 내HIC가 열화되는 경우가 있다. 그 때문에, 인장 강도는 700㎫ 이하인 것이 바람직하다.
인장 강도는, 강관의 심부로부터 180°의 위치로부터 길이 방향이 강판의 폭 방향과 평행하게 되도록 환봉의 시험편을 채취하고, API5L에 준거하여 인장 시험을 행함으로써 얻어진다.
두께
본 실시 형태에 관한 강관의 두께에 대하여 특별히 제한은 마련하지 않는다. 그러나, 라인 파이프 내를 통과하는 유체의 수송 효율 향상의 관점에서, 두께는 16.0㎜ 이상인 것이 바람직하고, 19.0㎜ 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 표층의 경도는 강관 성형 시에 가공 경화에 의해 증가되고, 통상 후육화할수록 표층 경도는 상승한다. 또한, 후육화하면 판 두께 중심부에 있어서의 결정의 미세화가 곤란해진다. 따라서, 두께는 35.0㎜ 이하인 것이 바람직하고, 30.0㎜ 이하인 것이 보다 바람직하고, 25.0㎜ 이하이면 더욱 바람직하다.
2. 용접부
일반적으로, 강관 용접에 있어서, 용접부는 모재부보다도 두께가 커지도록 시공된다. 용접부는 모재부보다도 강도가 높아지도록 시공되지만, SSC의 발생을 억제시키기 위해 NACE MR0175/ISO15156-2에 기재된 대로 용접부의 경도를 250Hv 이하로 하는 한, 본 실시 형태에 관한 강관의 용접부는, SAW 용접 등으로, 통상의 조건에서 얻어진 것이면, 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들어, 본 실시 형태에 관한 강판을 소재로서 사용하는 경우, SAW 용접 등으로, 3전극 혹은 4전극에서, 판 두께에 따라서 입열이 2.0kJ/㎜ 내지 10kJ/㎜인 조건 범위에서 용접함으로써, 최고 경도가 250Hv 이하로 되므로 바람직하다. 또한, 용접 후, 용접부를 가열하는 템퍼링 처리(심 열처리)를 실시해도 된다.
강관의 용접은 제어 냉각 후에 시공되기 때문에, 용접부의 표층이 제어 냉각에 의해 경화되는 일은 없다. 따라서, 용접부의 경도는 모재부와 동일하게 하중 0.1kgf로 측정해도 되지만, NACE MR0175/ISO15156-2에 기재된 대로 하중 10kgf 또는 하중 5kgf로 측정해도 된다.
<제조 방법>
본 실시 형태에 관한 강판 및 본 실시 형태에 관한 강관은, 상술한 구성을 갖고 있으면, 그 효과가 얻어지지만, 예를 들어 이하와 같은 제조 방법에 의하면, 안정적으로 얻어지므로 바람직하다. 즉, 이하의 방법에 의해 제조할 수 있지만, 이 방법에 한정되지는 않는다.
즉, 본 실시 형태에 관한 강판은, 이하의 공정을 포함하는 제조 방법에 의해 얻을 수 있다.
(I) 열간 압연 공정
(II) 제1 냉각 공정
(III) 유지 공정
(IV) (필요에 따라 행하는) 제2 냉각 공정
(V) 제3 냉각 공정
(VI) 제4 냉각 공정
또한, 본 실시 형태에 관한 강관은, 상기에 더하여 또한 이하의 공정을 포함하는 제조 방법에 의해 얻을 수 있다.
(VII) 성형 공정
(VIII) 용접 공정
각 공정의 바람직한 조건에 대하여 설명한다.
[열간 압연 공정]
상술한 화학 조성을 갖는 강을 노에서 용제한 후, 주조에 의해 제작된 슬래브를 가열하여 열간 압연을 실시한다.
열간 압연 공정에 있어서는, 열간 압연 전의 가열 온도를 1000 내지 1300℃로 하고, 열간 압연의 마무리 압연 개시 온도를 Ar3 내지 900℃, 마무리 압연 종료 온도를 Ar3℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
가열 온도가 1300℃를 초과하면 결정립이 조대화되어, 소정의 유효 결정 입경이 얻어지지 않게 될 것이 염려된다. 한편, 가열 온도가 1000℃ 미만이면, 소정의 마무리 압연 온도를 확보할 수 없을 가능성이 있다.
또한, 압연 개시 온도가 900℃ 초과이면, 결정립이 조대화되어, 소정의 유효 결정 입경이 얻어지지 않게 될 것이 염려된다. 한편, 압연 개시 온도가 Ar3℃ 미만이면, 소정의 마무리 압연 온도를 확보할 수 없을 가능성이 있다.
마무리 압연 종료 온도가 Ar3℃ 미만이면, 가공 페라이트가 생성된다. 가공 페라이트는, 제강 결함이 있으면 사용 시의 균열의 원인이 되므로, 가공 페라이트가 생성되는 경우에는, 제강 단계에서 엄밀한 제어를 행할 필요가 발생한다. 그 때문에, 마무리 압연 종료 온도를 Ar3℃ 이상으로 한다. Ar3은 화학 성분, 가열 온도, 열간 압연 조건, 판 두께(공랭 중의 냉각 속도)에 따라 변화되는데, 본 실시 형태에 관한 강판의 화학 성분, 판 두께, 강도의 범위 내에서는 대략 760 내지 790℃ 정도이다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 강판 및 강관에 있어서는, 판 두께(강관에서는 두께) 중심부에 있어서의 결정 입경의 미세화와 표층에 있어서의 최고 경도의 저감을 양립시킬 필요가 있다. 판 두께(두께) 중심부를 미세한 조직으로 하기 위해서는, 열간 압연 종료 후의 냉각 속도를 높게 할 것이 요망된다. 그러나, 냉각 속도가 높은 경우에는, 표층의 경도가 상승할 우려가 발생한다. 그 때문에, 양자를 만족시키기 위해서는, 열간 압연 종료 후의 제어 냉각이 중요해진다.
구체적으로는, 열간 압연 공정 후의 강판(열연 강판)에 대해, 하기에 나타내는 제1 냉각 공정, 유지 공정, 제2 냉각 공정, 제3 냉각 공정, 제4 냉각 공정을 순서대로 실시함으로써, 상기 금속 조직을 갖는 강판을 제조하는 것이 가능해진다. 단, 제2 냉각 공정에 대해서는 임의이며 행하지 않아도 된다.
[제1 냉각 공정]
열간 압연 종료 후에, 강판의 표면 온도에 있어서, Ar3℃ 이상의 온도, 예를 들어 790 내지 830℃로부터, Bs점 내지 Ms점의 베이나이트 변태역까지, 30℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 가속 냉각한다. 상기 베이나이트 변태역까지 가속 냉각을 행함으로써, 강판 표층에 있어서의 금속 조직 중에, 폴리고날 페라이트 및 마르텐사이트가 생성되는 것을 억제할 수 있다.
제1 냉각 공정에서의 냉각 정지 온도가 Bs점보다 고온으로 되면, 다음 유지 공정에서 표층의 금속 조직 중에 폴리고날 페라이트가 생성될 우려가 발생한다. 한편, 제1 냉각 공정에서의 냉각 정지 온도가 Ms점 미만이면, 표층의 금속 조직 중에 마르텐사이트가 생성될 우려가 있다. 또한, 평균 냉각 속도가 30℃/s 미만이어도, 냉각 도중에 폴리고날 페라이트가 생성될 우려가 있다. 평균 냉각 속도의 상한에 대해서는 특별히 제한은 없다.
제1 냉각 공정에서의 상기 평균 냉각 속도는, 표면 온도의 변화를 냉각 개시시간과 냉각 종료 시간의 차로 제산하여 산출되는 냉각 속도이다.
여기서, Bs점(℃)은 하기 (iii)식으로 표시되고, 침상 페라이트 및 베이나이트의 생성 개시 온도를 의미한다.
Bs=830-270×C-90×Mn-37×Ni-70×Cr-83×Mo … (iii)
단, 식 중의 각 원소 기호는, 강 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타내고, 함유되지 않는 경우에는 제로로 한다.
또한, Ms점은 하기 (iv)식에 의해 산출하는 것이 가능하다.
Ms=545-330×C+2×Al-14×Cr-13×Cu-23×Mn-5×Mo-4×Nb-13×Ni-7×Si+3×Ti+4×V … (iv)
단, 식 중의 각 원소 기호는, 강 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타내고, 함유되지 않는 경우에는 제로로 한다.
[유지 공정]
제1 냉각 공정 후에, 완냉각을 실시함으로써 표층의 온도를 Ms점 내지 Bs점의 온도 범위 내(베이나이트 변태역)에서 유지한다. 상기 베이나이트 변태역에서 3.0초 이상 유지함으로써, 표층에 있어서의 금속 조직을 침상 페라이트 및 베이나이트 주체의 금속 조직으로 제어한다. 유지 온도가 Ms점을 하회하면 마르텐사이트가 생성되어, 표층의 최고 경도를 250HV0.1 이하로 할 수 없다. 한편, 유지 온도 범위가 Bs점을 상회하면 폴리고날 페라이트가 생성되고, 탄소 고용 한도가 낮은 폴리고날 페라이트로부터 미변태 오스테나이트에 탄소가 농화되어 버리기 때문에, 이후의 공정(제2 냉각 공정 및/또는 제3 냉각 공정)에서 마르텐사이트가 생성되어, 표층의 최고 경도를 250HV0.1 이하로 할 수 없다.
또한, 유지 시간이 충분하지 않으면 미변태의 오스테나이트가 이후의 공정에서 마르텐사이트 변태되어, 표층의 최고 경도를 250HV0.1 이하로 할 수 없다. 따라서, 유지 공정에서는 침상 페라이트 및 베이나이트 주체의 금속 조직으로 제어하기 위해, 표층의 온도를 베이나이트 변태역에서 3.0초 이상 유지한다.
본 공정에 있어서, 완냉각을 실시하면서 표층의 온도를 베이나이트 변태역에서 3.0초 이상 유지하기 위해서는, 제1 냉각 공정에서 Bs점 내지 Ms점의 베이나이트 변태역까지, 30℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 가속 냉각하는 것이 매우 중요하다. 제1 냉각 공정에서 30℃/s 이상의 빠른 평균 냉각 속도로 냉각하면, 유지 공정 개시 시의 판 두께 중심 온도는 표층 온도보다도 높은 온도에서 일정 시간 유지된다. 따라서, 제1 냉각 공정 후의 표층은 판 두께 중심과의 열전도에 의해 복열(승온)하려고 한다. 여기서, 열전도에 의한 복열을 억제할 수 있는 정도의 약한 수량으로 완냉각을 실시함으로써, 표층의 온도를 베이나이트 변태역에서 3.0초 이상 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이 제1 냉각 공정 및 유지 공정 동안, 표층은 상기한 바와 같이 냉각 및 유지되지만, 판 두께 중심부에 대해서는 완냉각이 된다. 유지 공정 완료 시의 판 두께 중심부의 온도는 700℃ 이상인 것이 바람직하고, 제1 냉각 공정, 유지 공정 동안의 판 두께 중심부의 평균 냉각 속도는, 15℃/s 이하인 것이 바람직하다.
[제2 냉각 공정]
유지 공정에 의해, 표층에 있어서의 금속 조직의 제어가 완료된 후, 제2 냉각 공정에서 표면의 냉각과 복열 후의 표면 온도가 550℃ 이상으로 되는 복열을 2회 이상 반복함으로써 중심의 냉각 속도를 제어하여, 폴리고날 페라이트 분율을 높일 수 있다. 이 제2 냉각 공정에서 생성되는 미세한 폴리고날 페라이트 입자의 분율을 높이면, 최종적으로 얻어지는 복합 조직의 금속 조직 전체로서의 평균 입경을 미세화시킬 수 있다. 또한, 복열에 의해 강판 표층을 자기 템퍼링시킬 수 있어, 결과로서 표층의 최고 경도를 저감시키는 효과도 있다.
그 때문에, 보다 우수한 저온 인성을 얻고 싶은 경우에는, 제2 냉각 공정을 행하는 것이 바람직하다.
강판을 가속 냉각하면, 표면 온도는 내부 온도와 비교하여 저온까지 냉각된다. 표면 온도는, 가속 냉각을 일시 정지하였을 때 내부로부터의 열전도에 의해 내부 온도와 표면 온도의 차가 작아지도록 복열한다. 중심 온도는, 표층과의 온도차에 의한 열전도에 의해 냉각되므로, 표층 온도가 복열하면 중심의 냉각 속도가 저하된다. 따라서, 표층의 복열과 냉각을 반복함으로써 중심의 냉각 속도를 제어하여, 폴리고날 페라이트 분율을 높일 수 있다. 예를 들어, 유지 공정 후에 가속 냉각에 의해 표면 온도를 500℃ 이하까지 저하시키고, 550℃ 이상으로 복열시키는 표층의 냉각과 복열을 2회 이상 반복함으로써, 중심 온도를 페라이트 변태역에 유지시켜, 효율적으로 폴리고날 페라이트 분율을 높일 수 있다.
제2 냉각 공정에 있어서, 냉각과 복열이 2회 미만이면, 판 두께 중심부의 폴리고날 페라이트 분율을 높이는 충분한 변태 시간을 확보할 수 없을 우려가 있다. 또한, 강판 표면의 복열은 내부 온도와의 열전도에 의해 발생하기 때문에, 복열 온도가 550℃ 미만으로밖에 되지 않는 경우에는, 판 두께 중심부도 베이나이트 변태역에 유지되어 버려, 폴리고날 페라이트 분율이 높아지지 않을 우려가 있다.
[제3 냉각 공정]
유지 공정에 의해, 표층에 있어서의 금속 조직의 제어가 완료된 후, 또는, 제2 냉각 공정에서 판 두께 중심부의 폴리고날 페라이트 분율을 높인 후, 10℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 가속 냉각한다. 이때, 표면 온도를 Ms점 이하까지 가속 냉각하고, 냉각 정지 후의 최종 복열 온도는 Bs점 이하로 한다. 표층의 조직 제어가 종료된 후에 바로 가속 냉각을 행함으로써, 내부의 냉각을 촉진하여, 판 두께 중심부를 미세한 침상 페라이트 및/또는 베이나이트를 포함하는 조직으로 하는 것이 가능해진다.
평균 냉각 속도가 10℃/s 미만이면, 판 두께 중심부의 결정립이 조립화될 우려가 있다. 따라서, 제3 냉각 공정에서는, 평균 냉각 속도를 높이는 것을 목적으로 하여, 강판의 표면 온도를 Ms점 이하까지 가속 냉각한다. 강판의 표면 온도를 Ms점 이하까지 냉각하면, 열전도에 의해 판 두께 중심부의 냉각 속도를 높일 수 있다. 일반적인 가속 냉각 방식에서는 Ms점 이하까지 급랭하면 강판 표면의 경도가 상승해 버리지만, 본 실시 형태의 제조 방법에서는 강판 표면에 있어서의 금속 조직의 제어가 완료되어 있으므로, 강판 표면을 Ms점 이하까지 급랭해도 강판 표층의 경도는 상승하지 않는다. 그 때문에, 강판 표면에 있어서의 냉각 속도에 상한을 마련하지 않고 평균 냉각 속도를 높일 수 있다.
상기 평균 냉각 속도는, 판 두께 중심부의 온도 변화를, 냉각 시간(냉각 개시 시간과 냉각 종료 시간의 차)으로 제산함으로써 얻어지는 두께 중심부의 평균 냉각 속도이다. 판 두께 중심부의 온도 변화는 열전도 계산에 의해 표면 온도로부터 구할 수 있다.
판 두께 중심부는 표면과의 열전도에 의해 가속 냉각되지만, 냉각을 정지하면, 표면은 판 두께 중심부와의 열전도에 의해 복열한다. 복열은 표면의 온도가 판 두께 중심부와 일치할 때까지 진행되기 때문에, 냉각 후의 최종 복열 온도는 판 두께 중심부에 있어서의 냉각 정지 온도에 대응한다. 최종 복열 온도를 Bs점 이하로 함으로써, 판 두께 중심부는 미세한 침상 페라이트 및/또는 베이나이트를 포함하는 조직으로 할 수 있다. 최종 복열 온도가 Bs점 초과로 되면, 생성된 폴리고날 페라이트가 성장하여 조직이 조대화되어 버린다.
[기타]
제3 냉각 공정 중에, 필요에 따라, 냉각을 일시 정지하고, 복열에 의해 강판 표면 온도를 1회 이상 Ms점 이상으로 해도 된다. 강판을 가속 냉각하면, 표면 온도는 내부 온도와 비교하여 저온까지 냉각된다. 표면 온도는, 가속 냉각을 일시 정지하였을 때 내부 온도와의 열전도에 의해 복열시킬 수 있다. 예를 들어, 가속 냉각에 의해 표면 온도가 400℃ 이하로 저하되어도, 냉각 정지 시의 내부 온도가 700℃ 이상이면, 적절한 복열 시간을 부여함으로써 550℃ 이상이라는 온도까지 복열시킬 수 있다.
복열시키면 통상의 가속 냉각을 행한 경우와 비교하여 높은 자기 템퍼링 효과가 얻어지므로, 표층 경도를 저하시킬 수 있다. 그 후도, 가속 냉각을 단속적으로 행하여, 냉각과 복열을 반복할 수 있다. 복열은 예를 들어 2회 이상 행하는 것이 보다 바람직하다.
(제4 냉각 공정)
제3 냉각 공정 후, 300℃까지의 평균 냉각 속도가 200℃/hr 이상이 되도록, 300℃ 이하까지 냉각한다. 300℃까지의 평균 냉각 속도가 200℃/hr 미만이면, 소정의 강도를 얻을 수 없다.
(성형 공정)
본 실시 형태에 관한 강판을, 통형으로 성형하고, 통형으로 성형한 강판의 양단부를 맞대어 용접(심 용접)함으로써, 본 실시 형태에 관한 강관을 형성한다.
본 실시 형태에 관한 강판의 강관으로의 성형은, 특정 성형 방법에 한정되지는 않는다. 예를 들어, UO 제관을 행함으로써 제조할 수 있다. UO 제관법에서는, 예를 들어 에지부를 절삭에 의해 개선을 가공한 압연 강판(소재)에 대하여, C 프레스를 행하여 C형으로 성형한 후 U 프레스를 행하여 U형으로 성형하고, 또한 O 프레스를 행하여 O형으로 성형하여 원통형으로 성형한다.
(용접 공정)
강판을 성형 후, 단부인 이음매(심부)를 맞대어, 가부착 용접, 내면 용접 및 외면 용접을 행하고, 또한 필요에 따라 확관을 행한다. 용접도, 특정 용접에 한정되지는 않지만, 서브머지드 아크 용접(SAW)이 바람직하다. 본 실시 형태에 관한 강관의 용접부는, 최고 경도가 상술한 범위이면, 용접 조건 등은 한정되지 않는다. 그러나, 본 실시 형태에 관한 강판을 소재로서 사용하는 경우, SAW 용접 등으로, 3전극 혹은 4전극에서, 판 두께에 따라서 입열이 2.0kJ/㎜ 내지 10kJ/㎜인 조건 범위에서 용접됨으로써, 표층의 최고 경도가 250HV0.1 이하로 되므로 바람직하다.
본 실시 형태에 관한 강관의 제조 방법에서는, 용접부를 Ac1점(℃) 이하로 가열하여 템퍼링하는 심 열처리를 행해도 된다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
(실시예 1)
표 1-1, 표 1-2에 나타내는 화학 조성을 갖는 강을 용제하고, 연속 주조에 의해 강편으로 하였다. 이때의 두께는, 강종 J 내지 N에서는 300㎜로 하고, 그 이외의 강종 A 내지 I 및 O 내지 S에서는 240㎜로 하였다. 얻어진 강편을 표 2-1, 표 2-3에 나타내는 바와 같이, 1100 내지 1250℃의 온도역까지 가열하고, 900℃를 초과하는 재결정 온도역에서 열간 압연을 행하고, 계속해서, Ar3 내지 900℃의 미재결정 온도역에서의 열간 압연(마무리 압연)을 행하여, Ar3의 온도(℃) 이상인 표 2-1, 표 2-3에 나타내는 온도에서 열간 압연을 종료하였다.
그 후, 일부의 예에 대해서는, 표 2-1 내지 표 2-4에 나타내는 조건에서 제1 냉각 공정, 유지 공정, 제3 냉각 공정, 제4 냉각 공정을 순서대로 행하고, 그 후 냉각과 복열을 반복하면서 실온까지 냉각하여, 강판을 제조하였다(제2 냉각 공정은 행하지 않았다).
또한, 그 이외의 예에 대해서는, 표 2-1 내지 표 2-4에 나타내는 조건에서 제1 냉각 공정, 유지 공정, 제2 냉각 공정, 제3 냉각 공정, 제4 냉각 공정을 순서대로 행하여 실온까지 냉각하고, 강판을 제조하였다. 제2 냉각 공정에서는, 복열 전의 냉각에서는, 모두 일단 500℃ 이하까지 표면 온도가 저하되어 있었다.
[표 1-1]
Figure 112022061772012-pct00001
[표 1-2]
Figure 112022061772012-pct00002
[표 2-1]
Figure 112022061772012-pct00003
[표 2-2]
Figure 112022061772012-pct00004
[표 2-3]
Figure 112022061772012-pct00005
[표 2-4]
Figure 112022061772012-pct00006
상기 강판으로부터 조직 관찰용 시험편, 입경 측정용 시험편, 인장 시험편, 경도 측정용 시험편, DWTT 시험편, 충격 시험편, SSC 시험편 및 HIC 시험편을 채취하여, 각각의 시험에 제공하였다.
<조직 관찰>
조직 관찰용 시험편에 대해서는, L 방향 단면이 관찰면이 되도록, 판 폭 방향으로 W/4의 위치의 위치로부터 시험편을 채취하고, 습식 연마하여 경면으로 마무리한 후, 나이탈 부식하여 금속 조직을 현출시켰다. 그리고, L 방향 단면에 대하여, 광학 현미경을 사용하여 500배의 배율로 4시야의 조직 관찰을 행하여, 표층(표면으로부터 0.1㎜의 위치) 및 판 두께 중심부의 각 조직의 면적률을 측정하였다.
<유효 결정 입경의 측정>
또한, 입경 측정용의 시험편에 대해서는, L 방향 단면이 관찰면이 되도록, 조직 관찰용 시험편과 동일한 위치로부터 시험편을 채취하고, SEM-EBSD 장치를 사용하여 판 두께 중심부를 관찰하고, 경사각 15° 이상의 대각 입계로 둘러싸인 결정립의 입경을 구함으로써 평균 유효 결정 입경을 구하였다.
<인장 시험>
인장 시험은, 시험편의 길이 방향이 강판의 폭 방향과 평행하게 되도록, API5L에 준거하여, 환봉의 인장 시험편을 가공하여, 인장 시험을 행하였다. 그 결과로부터, 인장 강도(㎫)를 구하였다.
인장 강도가 480㎫ 이상이면, 라인 파이프용 강판으로서 바람직한 강도를 갖고 있다고 판단하였다.
<경도 시험>
다음에, 경도 측정용 시험편을 사용하여, 표층의 최고 경도의 측정을 행하였다. 구체적으로는, 강판의 폭 방향의 단부로부터 강판의 폭 방향의 1/4, 1/2 및 3/4의 위치로부터 한 변이 300㎜인 정사각형(300㎜×300㎜)의 강판을 가스 절단으로 잘라내고, 잘라낸 강판의 중심으로부터, 길이 20㎜, 폭 20㎜의 블록 시험편을 기계 절단에 의해 채취하여, 기계 연마로 연마하였다. 1개의 블록 시험편에 대하여, 비커스 경도계(하중: 0.1kgf)로, 표면으로부터 0.1㎜를 시점으로 하여, 판 두께 방향으로 0.1㎜ 간격으로 10점, 동일 깊이에 대하여 폭 방향 1.0㎜ 간격으로 10점, 합계 100점 측정하였다. 즉, 3개의 블록 시험편에서 합계 300점 측정하였다. 상기 측정의 결과, 250HV를 초과하는 측정점이 1점 존재해도, 판 두께 방향으로 2점 이상 연속하여 나타나지 않으면, 그 점은 이상점인 것으로 하여 채용하지 않고, 다음으로 높은 값을 최고 경도로 하였다. 한편, 판 두께 방향으로 연속하여 2점 이상 250HV를 초과하는 측정점이 존재하는 경우에는, 그것들 중 가장 높은 값을 최고 경도로서 채용하였다.
<DWTT 시험>
DWTT 시험편은, 강판의 폭 방향 1/4 위치로부터 시험편의 길이 방향이 강판의 폭 방향과 평행하게 되도록 채취하였다. 이 DWTT 시험편을 사용하여, 시험 온도 -20℃ 및 -30℃에서의 DWTT 시험을 행하여, DWTT 연성 파면율을 측정하였다. DWTT 시험은, API 규격 5L3에 준거하여 행하였다.
DWTT 시험 후의 DWTT 연성 파면율이 85％ 이상이면, 그 시험 온도에서의 인성이 우수하다고 판단하였다.
<샤르피 충격 시험>
충격 시험편은, 폭이 10㎜인 2㎜ V 노치 시험편으로 하였다. 상기 시험편을 강판의 폭 방향 1/4 위치로부터 시험편의 길이 방향이 강판의 폭 방향과 평행하게 되도록 각 3개씩 잘라내고, -100℃에서 샤르피 충격 시험을 실시하여, 각 3개의 평균 흡수 에너지를 구하였다.
샤르피 충격 시험 후의 평균 흡수 에너지가 150J 이상이면, -100℃ 이상에서의 인성이 우수하다고 판단하였다.
<SSC 시험>
SSC 시험은, 최표층의 SSC 감수성을 평가하기 위해 강관 내표면을 시험면으로 한 4점 굽힘 시험을, NACE TM 0316에 준하여 실시하였다. 시험편은 강판의 폭 방향 중심 및 폭 방향 1/4 위치로부터 시험편의 길이 방향이 강판의 폭 방향과 평행하게 되도록 채취하였다. 그때, 부하 응력은 시험편의 실제 YS(Yield Strength: 항복 응력)의 90％ 상당으로 하고, 시험 용액에는 NACE TM 0177에 규정되는 NACE Solution A를 사용하였다. 구체적으로는, 5％ 식염과 0.5％ 아세트산을 함유하는 용액에 0.1㎫의 황화수소를 포화시킨 조건에서, 720시간 침지시킨 후의 SSC 발생 유무를 관찰하였다. 그 밖의 조건은 NACE TM 0177에 준거하여 행하였다. 그리고, SSC가 발생하지 않은 것을 합격(OK), SSC가 발생한 것을 불합격(NG)으로 판정하였다.
<HIC 시험>
HIC 시험편은, 길이 100㎜, 폭 20㎜의 전체 두께 시험편으로 하였다. 그리고, HIC 시험은, NACE TM 0284에 준거하여 행하였다. 구체적으로는, 5％ 식염과 0.5％ 아세트산을 함유하는 용액에 0.1㎫의 황화수소를 포화시킨 조건에서, 96시간 침지시킨 후의 균열 면적률을 구하였다. 균열 면적률이 6％ 이하인 것을 합격(OK), 6％를 초과한 것을 불합격(NG)으로 판정하였다. 또한, 균열 면적률이 3％ 이하인 것을 특히 우수하다(Ex)고 판정하였다.
그것들의 결과를 표 3-1 내지 표 3-4에 통합하여 나타낸다.
[표 3-1]
Figure 112022061772012-pct00007
[표 3-2]
Figure 112022061772012-pct00008
[표 3-3]
Figure 112022061772012-pct00009
[표 3-4]
Figure 112022061772012-pct00010
표 3-1 내지 표 3-4로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 규정을 모두 만족시키는 시험 No.1, 2, 6 내지 9, 13 내지 26, 101, 102, 108, 109, 111 내지 123은, 표층의 최고 경도가 250HV0.1 이하임과 함께, SSC 시험에 의한 균열은 보이지 않았다. 또한, -20℃에서의 DWTT 시험 후의 DWTT 연성 파면율도 85％ 이상이 얻어지고, -100℃에서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지가 150J 이상이며, 인장 강도도 480㎫ 이상, HIC 시험 후의 균열 면적률도 6％ 이하가 되었다.
시험 No.1, 2, 6 내지 9, 13 내지 26에서는, 폴리고날 페라이트 면적률이 20％ 미만이며, 침상 페라이트 및 베이나이트가 주체인 조직이었기 때문에, HIC 시험 후의 균열 면적률도 3％ 이하로 특히 내HIC성이 우수하였다. 또한, 시험 No.101, 102, 108, 109, 111 내지 123은, 폴리고날 페라이트 면적률이 20％ 이상이며, 유효 결정 입경도 10.0㎛ 이하였기 때문에, -30℃에서의 DWTT 시험 후의 DWTT 연성 파면율도 85％ 이상이 얻어지고, -100℃에서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지가 150J 이상이며, 특히 저온 인성이 우수하였다.
그것들에 반해, 시험 No.3 내지 5, 10 내지 12, 27 내지 29, 103 내지 107, 110, 124, 125는, 본 발명의 규정 중 어느 것을 만족시키지 못했다.
시험 No.3, 10, 103, 104에서는, 제1 냉각 공정에 있어서 표층 평균 냉각 속도가 30℃/s 미만이거나, 또는 유지 온도가 Bs점을 상회하였기 때문에, 표층에 마르텐사이트가 생성되었다. 그 결과, 표층의 최고 경도를 250HV0.1 이하로 저감할 수 없었다.
시험 No.4, 11, 105, 110에서는, 제1 냉각 공정에 있어서 표층 냉각 정지 온도가 Ms점을 하회하였기 때문에 마르텐사이트가 생성되어, 표층의 최고 경도를 250HV0.1 이하로 저감할 수 없었다.
시험 No.5, 12, 106에서는, 유지 공정에서의 유지 시간이 침상 페라이트/베이나이트 변태가 진행되는 유효 시간보다도 단시간이었기 때문에, 유지 공정에서 미변태인 채로 잔류한 오스테나이트가 이후의 냉각에서 마르텐사이트가 되어, 표층의 최고 경도를 250HV0.1 이하로 저감할 수 없었다.
시험 No.107에서는, 제3 냉각 공정의 평균 냉각 속도가 10℃/s 미만이었기 때문에, 판 두께 중심부의 유효 결정 입경이 조대해져 DWTT 연성 파면율이 저하되었다.
시험 No.27, 124에서는, C 함유량이 규정 범위보다 높기 때문에, 표층의 최고 경도가 250HV0.1을 초과하였다. 또한, 시험 No.125에서는, Ceq의 값이 규정 범위보다 낮기 때문에, 폴리고날 페라이트 분율이 20％를 초과함과 함께 충분한 강도가 얻어지지 않았다.
또한, 시험 No.28에서는, Ceq의 값이 규정 범위보다 높고, 또한, 시험 No.29에서는, Mo, Cr, Cu 및 Ni의 합계 함유량이 규정 범위보다 높기 때문에, 본 발명과 마찬가지의 냉각 공정을 부여해도 마르텐사이트가 생성되어 표층의 최고 경도를 250HV0.1 이하로 저감할 수 없었다.
(실시예 2)
실시예 1에서 얻어진 강판 중, 바람직한 특성이 얻어진 강판을, UO 제관법으로 통형으로 성형하고, 서브머지드 아크 용접에 의해 강관의 내외면으로부터 용접하고, 확관하여 UOE 강관으로 하였다. 용접 조건은, 내면측을 3전극, 외면측을 4전극으로 하고, 판 두께에 따라서 입열을 2.0kJ/㎜ 내지 10kJ/㎜의 범위로 설정하였다.
얻어진 강관에 대해, 강판과 마찬가지로, 금속 조직 관찰, 유효 결정 입경 측정, 인장 시험, 표층 경도 측정, DWTT 시험, 샤르피 충격 시험, SSC 시험, HIC 시험을 행하였다.
단, 강관에 있어서의 금속 조직의 관찰면은, L(길이) 방향 단면이 관찰면이 되도록, 강관에 있어서의 심 용접부로부터 90°의 위치로부터 전체 두께의 시험편을 2개 잘라내고, 각각을 조직 관찰용 및 입경 측정용으로 제공하였다. 이 시험편을 사용하여, 조직 관찰 및 유효 결정 입경의 측정은, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 행하였다.
또한, 표층의 최고 경도의 측정은, 강관의 용접부를 0시로 한 경우의, 각각 3시, 6시 및 9시의 위치(심 용접부로부터 90°, 180°, 270°의 위치)로부터 한 변이 300㎜인 정사각형(300㎜×300㎜)의 강판을 가스 절단으로 잘라내고, 잘라낸 강판의 중심으로부터, 길이 20㎜, 폭 20㎜의 블록 시험편을 기계 절단에 의해 채취하여, 기계 연마로 연마하였다. 1개의 블록 시험편에 대하여, 비커스 경도계(하중: 0.1kgf)로, 표면으로부터 0.1㎜를 시점으로 하여, 판 두께 방향으로 0.1㎜ 간격으로 10점, 동일 깊이에 대하여 폭 방향 1.0㎜ 간격으로 10점, 합계 100점 측정한다. 즉, 3개의 블록 시험편에서 합계 300점 측정하였다.
또한, DWTT 시험편은, 강관의 심 용접부로부터 90°의 위치로부터 채취하였다.
또한, 샤르피 충격 시험편은, 강관의 심 용접부로부터 90°의 위치로부터 채취하였다.
인장 시험편은, 강관의 심부로부터 180°의 위치로부터 길이 방향이 강판의 폭 방향과 평행하게 되도록 환봉의 시험편을 채취하고, API5L에 준거하여 인장 시험을 행하였다.
또한, 실시예 1과 마찬가지로, SSC 시험 및 HIC 시험을 실시하였다.
결과를 표 4-1, 표 4-2에 나타낸다.
[표 4-1]
Figure 112022061772012-pct00011
[표 4-2]
Figure 112022061772012-pct00012
표 4-1, 표 4-2로부터 알 수 있는 바와 같이, 우수한 내SSC성 및 내HIC성, 그리고 높은 저온 인성을 갖는 강판을 사용하여 제조된 강관은, 우수한 내SSC성 및 내HIC성, 그리고 높은 저온 인성을 갖고 있었다.
본 발명에 따르면, 우수한 내SSC성 및 내HIC성, 그리고 높은 저온 인성을 갖는 강판 및 강관을 얻는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명에 관한 강판 및 강관은, H2S를 많이 포함하는 원유 및 천연가스를 수송하기 위한 라인 파이프로서 적합하게 사용할 수 있다.

Claims (9)

  1. 화학 조성이, 질량％로,
    C: 0.020 내지 0.080％,
    Si: 0.01 내지 0.50％,
    Mn: 0.50 내지 1.60％,
    Nb: 0.001 내지 0.100％,
    N: 0.0010 내지 0.0100％,
    Ca: 0.0001 내지 0.0050％,
    P: 0.030％ 이하,
    S: 0.0025％ 이하,
    Ti: 0.005 내지 0.030％,
    Al: 0.010 내지 0.040％,
    O: 0.0040％ 이하,
    Mo: 0 내지 2.00％,
    Cr: 0 내지 2.00％,
    Cu: 0 내지 2.00％,
    Ni: 0 내지 2.00％,
    W: 0 내지 1.00％,
    V: 0 내지 0.200％,
    Zr: 0 내지 0.0500％,
    Ta: 0 내지 0.0500％,
    B: 0 내지 0.0020％,
    REM: 0 내지 0.0100％,
    Mg: 0 내지 0.0100％,
    Hf: 0 내지 0.0050％,
    Re: 0 내지 0.0050％,
    잔부: Fe 및 불순물이며,
    하기 (i)식을 만족시키고,
    하기 (ii)식으로 표시되는 Ceq가 0.30 내지 0.50이며,
    판 두께 중심부에 있어서의 금속 조직이, 면적％로, 0 내지 80％의 폴리고날 페라이트와, 침상 페라이트 및 베이나이트로부터 선택되는 1종 또는 2종을 포함하고, 잔부가 마르텐사이트와 오스테나이트의 복합체인 M-A상(Martensite-Austenite constituent)이며, 유효 결정 입경이 15.0㎛ 이하이고,
    표면으로부터 두께 방향으로 1.0㎜까지의 범위인 표층에 있어서의 금속 조직이, 면적％로, 합계로 95％ 이상의 침상 페라이트 및 베이나이트로부터 선택되는 1종 또는 2종을 포함하고, 잔부가 마르텐사이트와 오스테나이트의 복합체인 M-A상(Martensite-Austenite constituent)이며,
    상기 표층에 있어서의 최고 경도가 250HV0.1 이하인, 강판.
    0.05≤Mo+Cr+Cu+Ni≤2.00 … (i)
    Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5 … (ii)
    단, 식 중의 각 원소 기호는, 강 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타내고, 함유되지 않는 경우에는 제로로 한다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 판 두께 중심부의 상기 금속 조직에 있어서의, 폴리고날 페라이트의 면적％가, 0 내지 20％ 미만인, 강판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 판 두께 중심부의 상기 금속 조직에 있어서의, 폴리고날 페라이트의 면적％가, 20 내지 80％이며, 상기 유효 결정 입경이 10.0㎛ 이하인, 강판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화학 조성이, 질량％로,
    W: 0.01 내지 1.00％,
    V: 0.010 내지 0.200％,
    Zr: 0.0001 내지 0.050％,
    Ta: 0.0001 내지 0.0500％, 및
    B: 0.0001 내지 0.0020％
    로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 강판.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 화학 조성이, 질량％로,
    REM: 0.0001 내지 0.0100％,
    Mg: 0.0001 내지 0.0100％,
    Hf: 0.0001 내지 0.0050％,
    Re: 0.0001 내지 0.0050％
    로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 강판.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 화학 조성이, 질량％로,
    REM: 0.0001 내지 0.0100％,
    Mg: 0.0001 내지 0.0100％,
    Hf: 0.0001 내지 0.0050％,
    Re: 0.0001 내지 0.0050％
    로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는, 강판.
  7. 통형의 강판으로 이루어지는 모재부와,
    상기 강판의 맞댐부에 마련되며, 상기 강판의 길이 방향으로 연장되는 용접부
    를 갖고,
    상기 강판은,
    화학 조성이, 질량％로,
    C: 0.020 내지 0.080％,
    Si: 0.01 내지 0.50％,
    Mn: 0.50 내지 1.60％,
    Nb: 0.001 내지 0.100％,
    N: 0.0010 내지 0.0100％,
    Ca: 0.0001 내지 0.0050％,
    P: 0.030％ 이하,
    S: 0.0025％ 이하,
    Ti: 0.005 내지 0.030％,
    Al: 0.010 내지 0.040％,
    O: 0.0040％ 이하,
    Mo: 0 내지 2.00％,
    Cr: 0 내지 2.00％,
    Cu: 0 내지 2.00％,
    Ni: 0 내지 2.00％,
    W: 0 내지 1.00％,
    V: 0 내지 0.200％,
    Zr: 0 내지 0.0500％,
    Ta: 0 내지 0.0500％,
    B: 0 내지 0.0020％,
    REM: 0 내지 0.0100％,
    Mg: 0 내지 0.0100％,
    Hf: 0 내지 0.0050％,
    Re: 0 내지 0.0050％,
    잔부: Fe 및 불순물이며,
    하기 (i)식을 만족시키고,
    하기 (ii)식으로 표시되는 Ceq가 0.30 내지 0.50이며,
    두께 중심부에 있어서의 금속 조직이, 면적％로, 0 내지 80％의 폴리고날 페라이트와, 침상 페라이트 및 베이나이트로부터 선택되는 1종 또는 2종을 포함하고, 잔부가 마르텐사이트와 오스테나이트의 복합체인 M-A상(Martensite-Austenite constituent)이며, 유효 결정 입경이 15.0㎛ 이하이고,
    표면으로부터 두께 방향으로 1.0㎜까지의 범위인 표층에 있어서의 금속 조직이, 면적％로, 합계로 95％ 이상의 침상 페라이트 및 베이나이트로부터 선택되는 1종 또는 2종을 포함하고, 잔부가 마르텐사이트와 오스테나이트의 복합체인 M-A상(Martensite-Austenite constituent)이며,
    상기 표층에 있어서의 최고 경도가 250HV0.1 이하인, 강관.
    0.05≤Mo+Cr+Cu+Ni≤2.00 … (i)
    Ceq=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5 … (ii)
    단, 식 중의 각 원소 기호는, 강 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타내고, 함유되지 않는 경우에는 제로로 한다.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 두께 중심부의 상기 금속 조직에 있어서의, 폴리고날 페라이트의 면적％가, 0 내지 20％ 미만인, 강관.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 두께 중심부의 상기 금속 조직에 있어서의, 폴리고날 페라이트의 면적％가, 20 내지 80％이며, 상기 유효 결정 입경이 10.0㎛ 이하인, 강관.
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