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KR-20260061833-A - HIGH STRENGTH AND CORROSION RESISTANCE STEEL WIRE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR

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Abstract

본 발명의 일 예에 따른 강선은 중량%로, 탄소(C) 0.50 내지 0.75%, 망간(Mn) 0.5 내지 0.9%, 실리콘(Si) 0.2 내지 0.5%, 몰리브덴(Mo) 0.03 내지 0.18%, 나머지는 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하고, 강선의 펄라이트 블록의 평균 지름이 25μm이하, 펄라이트 내 세멘타이트 탄소 함량이 18원자% 이상인, 고강도 고내식 강선일 수 있다.

Inventors

  • 이충열

Assignees

  • 주식회사 포스코

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (8)

  1. 중량%로, 탄소(C) 0.50 내지 0.75%, 망간(Mn) 0.5 내지 0.9%, 실리콘(Si) 0.2 내지 0.5%, 몰리브덴(Mo) 0.03 내지 0.18%, 나머지는 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하고, 강선의 펄라이트 블록 입자의 평균 지름이 25μm 이하, 펄라이트 내 세멘타이트 탄소 함량이 18원자% 이상인, 고강도 고내식 강선.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 강선은 H 2 S 환경하에서 측정한 SSC(Sulfide Stress Cracking) 파단시간이 720시간 이상인, 고강도 고내식 강선.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 강선은 항복강도가 650MPa 이상인, 고강도 고내식 강선.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 강선은 인장강도가 1000MPa 이상인, 고강도 고내식 강선.
  5. 중량%로, 탄소(C) 0.50 내지 0.75%, 망간(Mn) 0.5 내지 0.9%, 실리콘(Si) 0.2 내지 0.5%, 몰리브덴(Mo) 0.03 내지 0.18%, 나머지는 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 950℃ 내지 1100℃에서 열간압연하여 선재를 제조하는 단계; 상기 선재를 950 내지 1050℃로 가열하는 단계; 상기 가열된 선재를 500 내지 600℃로 납조 열처리하는 단계; 및 상기 열처리된 선재를 60 내지 80%의 단면감소율로 신선 가공하여 강선을 제조하는 단계를 포함하고, 상기 강선의 펄라이트 블록 입자 평균 지름이 25μm 이하, 펄라이트 내 세멘타이트 탄소 함량이 18원자% 이상인, 고강도 고내식 강선의 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 강선은 H 2 S 환경하에서 측정한 SSC(Sulfide Stress Cracking) 파단시간이 720시간 이상인, 고강도 고내식 강선의 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 강선은 항복강도가 650MPa 이상인, 고강도 고내식 강선의 제조방법.
  8. 청구항 5에 있어서, 상기 강선은 인장강도가 1000MPa 이상인, 고강도 고내식 강선의 제조방법.

Description

고강도 고내식 강선 및 그 제조방법{HIGH STRENGTH AND CORROSION RESISTANCE STEEL WIRE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR} 본 발명은 고강도, 고내식 강선 및 그 제조방법에 관한 것이다. 아머 케이블(armor cable)은 해상에서 원유를 수송하는 플렉시블 파이프에 걸리는 하중을 지탱해주는 보강재로, 고강도와 H2S 환경에서의 저항성을 필요로 하며, 이를 얻기 위한 방법은 아래와 같다. 첫째, 강의 강도를 높이는 원소를 다량 첨가하여 소재 자체의 강도를 증가시킬 수 있다. 이러한 강화 원소의 대표적인 예로는 탄소를 들 수 있다. 탄소 함량이 증가할 경우 선재 내부에는 경질상인 세멘타이트의 분율이 증가하고 펄라이트 조직의 라멜라 간격이 조밀해짐에 따라 소재의 강도가 향상될 수 있다. 그러나, 탄소는 강도 향상에 효과적인 원소이나, 사우어(sour) 특성을 저하시키므로 사용환경에 따라 적절한 함량을 선정해야 한다. 둘째, 신선가공재는 압연된 선재가 신선 및 열처리되어 최종 소선으로 가공되는 것으로, 가공시 가공 경화에 의해 강도가 대폭 향상될 수 있다. 신선가공될 때, 라멜라 간격이 미세화되고 가공경화 계수가 증가하며, 전위가 집적하는 등의 이유로 가공 경화될 수 있다. 셋째, 상기와는 별도로 신선 변형율을 증가시킴으로써 강도가 향상될 수 있다. 이때, 소재의 신선 변형율은 소재의 연성과 밀접한 관계가 있는 것으로 소재 자체가 신선 가공시 단선이 일어나지 않고 용이하게 가공될수록 강도 향상에 유리할 수 있으나, 내부식성에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 그러나, 상기 방법들은 독립적으로 작용하는 것이 아니라 상호 연관되어 강재의 강도를 변화시키는 것이므로 이들을 독립적으로 제어하여 강도를 향상시키는 것은 강도 상승에 한계가 있다. 또한, 일반적으로 내사우어 특성은 강도에 반비례하는바 강도를 올리면서 사우어 특성을 향상시키는 것에 어려움이 있다. 따라서, 강도를 향상시키면서도 내사우어 특성을 우수하게 확보할 수 있는 방안의 개발이 요구되고 있는 실정이다. 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술사상이 이하에서 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서의 "약", "실질적으로" 등은 언급한 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사 용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본 명세서에서 특별히 달리 언급하지 않는 한 각 원소의 함량을 표시하는 %은 중량을 기준으로 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 강선은 중량%로, 탄소(C) 0.50 내지 0.75%, 망간(Mn) 0.5 내지 0.9%, 실리콘(Si) 0.2 내지 0.5%, 몰리브덴(Mo) 0.03 내지 0.18%, 나머지는 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하고, 강선의 펄라이트 블록 입자 평균 지름이 25μm 이하, 펄라이트 내 세멘타이트 탄소 함량이 18원자% 이상이다. 이하, 본 발명의 강선의 조성 범위에 대하여 상세히 설명한다. 탄소(C)는 0.50% 내지 0.75%일 수 있다. 상기 탄소는 강선의 강도를 향상시키기 위한 경제적인 원소이다. 탄소의 함량이 0.50중량% 미만인 경우 강선의 강도가 저하될 수 있다. 반면 탄소의 함량이 0.75중량%를 초과하는 경우 연성이 감소할 수 있다. 특히, 사우어(sour) 특성은 탄소의 함량이 증가함에 따라 감소하므로, 탄소 함량의 상한을 0.75중량%로 제한하는 것이 바람직하다. 따라서 탄소는 고강도 고내식 강선의 총 중량에 대하여, 0.50 내지 0.75중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.60 내지 0.65% 일 수 있다. 망간(Mn)은 0.5% 내지 0.9%일 수 있다. 망간은 중심편석이 심한 원소로, 망간의 함량이 0.9중량%를 초과하는 경우 저온조직을 유발할 가능성이 높다. 반면, 망간의 함량이 0.5중량% 미만인 경우 소입성을 확보하기 어려운 문제가 있다. 따라서 망간은 상기 고강도 고내식 강선의 총 중량에 대하여, 0.5 내지 0.9중량%로 포함하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.6 내지 0.8% 일 수 있다. 실리콘(Si)의 함량은 0.2% 내지 0.5%일 수 있다. 실리콘은 고용강화 효과와 함께 펄라이트 층상을 안정화시켜 강도 저하를 억제하는 효과를 나타낸다. 실리콘의 함량이 0.2중량% 미만인 경우 상술한 효과를 얻기 어려우며, 상기 실리콘의 함량이 0.5중량%를 초과하는 경우 신선가공성이 저하되는 문제가 있다. 따라서 실리콘은 상기 고강도 고내식 강선의 총 중량에 대하여, 0.2 내지 0.5중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.2 내지 0.3% 일 수 있다. 몰리브덴(Mo)의 함량은 0.03% 내지 0.18%일 수 있다. 몰리브덴은 내부식 특성 향상에 효과를 나타낸다. 그러나 몰리브덴의 함량이 0.03중량% 미만인 경우 상술한 효과를 얻기 어렵다. 상기 몰리브덴의 함량이 0.18중량%를 초과하는 경우 소입성을 크게 증가시켜 열처리 시간이 증가되고, 생산성이 저하되는 문제가 있다. 따라서 몰리브덴은 상기 고강도 고내식 강선의 총 중량에 대하여, 0.03 내지 0.18중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.10 내지 0.15% 일 수 있다. 본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다. 본 발명 고강도 강선의 펄라이트 블록 입자 평균 지름이 25μm 이하이다. 펄라이트 블록 입자가 작을수록 강도와 경도가 증가한다. 미세한 펄라이트 구조가 더욱 균일한 변형을 유도하기 때문이다. 또한 펄라이트 블록 입자 평균 지름을 25μm 이하로 제어함에 따라, 피로 저항성이 향상된 강선을 얻을 수 있다. 한편, 본 발명 고강도 강선의 펄라이트 내 세멘타이트에 함유된 탄소의 함량에 대하여 상세히 설명한다. 세멘타이트는 3개의 Fe원자와 1개의 C원자로 구성되어 있기 때문에 신선가공 전의 펄라이트 내 세멘타이트(Fe3C) 탄소함량은 25원자%이다. 그러나, 신선가공을 함에 따라 상기 강선의 펄라이트 내 세멘타이트 탄소함량은 25원자%보다 작은 값을 갖게 된다. 이는 신선가공 함에 따라 펄라이트 내의 세멘타이트가 소성변형 외에 세멘타이트 분해가 일어났음을 의미한다. 이러한 세멘타이트 분해는 세멘타이트에서 탄소가 빠져 나와 페라이트 기지 내로 이동하여 존재하는 것이 에너지적으로 안정하기 때문에 발생하는 현상이다. 본 발명의 강선은 중량%로, 탄소(C) 0.50 내지 0.75%, 망간(Mn) 0.5 내지 0.9%, 실리콘(Si) 0.2 내지 0.5%, 몰리브덴(Mo) 0.03 내지 0.18%, 나머지는 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하고, 강선의 펄라이트 지름의 최대값이 25μm 이하, 펄라이트 내 세멘타이트 탄소 함량이 18원자% 이상인 것이 바람직하다. 상술한 범위의 세멘타이트 탄소함량을 나타냄으로써, 강도가 개선되고, 내식성이 향상된 강선을 얻을 수 있다. 한편, 상술한 합금조성 및 미세조직을 갖는 본 발명의 강선은 H2S 환경하에서 측정한 SSC(Sulfide Stress Cracking) 파단시간이 720시간 이상이다. 몰리브덴(Mo)의 첨가를 통해 수소(H)의 확산을 억제하여, 내사우어(sour) 특성을 나타낼 수 있다. 강선이 사우어(sour) 환경에서 사용되기 위해서는 SSC 파단시간이 720시간 이상이어야 한다. 예를 들면, 720시간 내지 1000시간 정도이어야 하며, 720시간 미만의 시간에서 파단이 발생하는 경우 사우어(sour) 환경에서 사용이 불가능하다. 또한, 본 발명의 강선은 항복강도가 650MPa 이상일 수 있다. 또한, 본 발명의 강선은 인장강도가 1000MPa 이상일 수 있다. 구체적으로 선재를 신선가공한 후, 세멘타이트에 포함된 탄소의 함량이 18원자% 이상이 됨으로써, 세멘타이트로부터 배출된 탄소가 페라이트로 이동하여 고용강화현상이 발생된다. 이로 인하여 상기 강선은 1000MPa의 인장강도를 나타내는 것이 바람직하다. 이하, 본 발명의 일 측면인 고강도 고내식 강선을 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 일 실시예는, 중량%로, 탄소(C) 0.50 내지 0.75%, 망간(Mn) 0.5 내지 0.9%, 실리콘(Si) 0.2 내지 0.5%, 몰리브덴(Mo) 0.03 내지 0.18%, 나머지는 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 950℃내지 1100℃에서 열간압연하여 선재를 제조하는 단계; 상기 선재를 950 내지 1050℃로 가열하는 단계; 상기 가열된 선재를 500 내지 600℃로 납조 열처리하