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KR-20260061957-A - Thick steel plate for pressure vessel and method of manufacturing the same

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Abstract

본 발명은, 고온 인장 강도 특성이 우수한 압력용기용 후강판 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 압력용기용 후강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.11% ~ 0.15%, 실리콘(Si): 0.1% ~ 0.2%, 망간(Mn): 0.4% ~ 0.6%, 크롬(Cr): 2.0% ~ 2.5%, 몰리브덴(Mo): 0.9% ~ 1.1%, 니켈(Ni): 0.1% ~ 0.2%, 인(P): 0% 초과 0.025% 이하, 황(S): 0% 초과 0.025% 이하, 및 잔부는 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하고, 500 o C에서의 고온 인장 강도: 400 MPa ~ 500 MPa을 만족한다.

Inventors

  • 김재환
  • 윤동현
  • 홍성호

Assignees

  • 현대제철 주식회사

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (9)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.11% ~ 0.15%, 실리콘(Si): 0.1% ~ 0.2%, 망간(Mn): 0.4% ~ 0.6%, 크롬(Cr): 2.0% ~ 2.5%, 몰리브덴(Mo): 0.9% ~ 1.1%, 니켈(Ni): 0.1% ~ 0.2%, 인(P): 0% 초과 0.025% 이하, 황(S): 0% 초과 0.025% 이하, 및 잔부는 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하고, 500 o C에서의 고온 인장 강도: 400 MPa ~ 500 MPa을 만족하는, 압력용기용 후강판.
  2. 제 1 항에 있어서, 항복강도(YS): 490 MPa ~ 550 MPa, 인장 강도(TS): 600 MPa ~ 650 MPa, 연신율(EL): 25% 이상, -46 o C에서 충격 흡수 에너지: 300 J ~ 350 J을 만족하는, 압력용기용 후강판.
  3. 제 1 항에 있어서, 690 o C에서 720분 동안의 용접후 열처리(PWHT; Post Welding Heat Treatment) 후, 항복강도(YS): 440 MPa ~ 500 MPa, 인장 강도(TS): 550 MPa ~ 600 MPa, 연신율(EL): 25% 이상, -46 o C에서 충격 흡수 에너지: 300 J ~ 350 J을 만족하는, 압력용기용 후강판.
  4. 제 1 항에 있어서, 690 o C에서 720분 동안의 용접후 열처리(PWHT; Post Welding Heat Treatment) 후, 500 o C에서의 고온 인장 강도: 400 MPa ~ 500 MPa를 만족하는, 압력용기용 후강판.
  5. 제 1 항에 있어서, 최종 미세조직이 페라이트, 펄라이트 및 템퍼드 베이나이트(tempered bainite)를 포함하는, 압력용기용 후강판.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 템퍼드 베이나이트의 면적 분율은 80% 이상인, 압력용기용 후강판.
  7. 제 1 항에 있어서, 크롬 석출물, 몰리브덴 석출물, 크롬-몰리브덴 석출물 또는 이들 모두를 포함하는, 압력용기용 후강판.
  8. 중량%로, 탄소(C): 0.11% ~ 0.15%, 실리콘(Si): 0.1% ~ 0.2%, 망간(Mn): 0.4% ~ 0.6%, 크롬(Cr): 2.0% ~ 2.5%, 몰리브덴(Mo): 0.9% ~ 1.1%, 니켈(Ni): 0.1% ~ 0.2%, 인(P): 0% 초과 0.025% 이하, 황(S): 0% 초과 0.025% 이하, 및 잔부는 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재를 1,050 o C ~ 1,250 o C의 온도에서 재가열하는 단계; 상기 가열된 강재를 850 o C ~ 1,050 o C의 온도에서 종료되도록 열간압연하는 단계; 상기 열간압연된 강재를 870 o C ~ 930 o C에서 30 o C/sec ~ 50 o C/sec의 냉각속도로 냉각하는 ??칭 단계; 및 상기 ??칭된 강재를 600 o C ~ 800 o C의 온도에서 5분 ~ 160분 동안 유지하는 템퍼링 단계를 포함하는, 압력용기용 후강판의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 템퍼링하는 단계를 수행한 후, 상기 강재는, 최종 미세조직이 페라이트, 펄라이트 및 템퍼드 베이나이트(tempered bainite)를 포함하고, 상기 템퍼드 베이나이트는 면적분율로 80% 이상이고, 상기 템퍼드 베이나이트의 내부에 형성된 크롬 석출물, 몰리브덴 석출물, 크롬-몰리브덴 석출물 또는 이들 모두를 포함하고, 500 o C에서의 고온 인장 강도: 400 MPa ~ 500 MPa을 만족하고, 항복강도(YS): 490 MPa ~ 550 MPa, 인장 강도(TS): 600 MPa ~ 650 MPa, 연신율(EL): 25% 이상, -46 o C에서 충격 흡수 에너지: 300 J ~ 350 J을 만족하는, 압력용기용 후강판의 제조방법.

Description

압력용기용 후강판 및 그 제조방법{Thick steel plate for pressure vessel and method of manufacturing the same} 본 발명의 기술적 사상은 강재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압력용기용 후강판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 최근 압력용기용 강재는 압력용기가 사용되는 환경이 점차 가혹화되고 있으며, 압력용기 자체가 대형화되는 추세에 맞추어, 고강도와 저온인성을 함께 보증할 것을 요청하고 있다. 해당 후강판을 구조물에 사용하기 전 압력용기 조관 및 용접이 진행되기 때문에, 조관 및 용접 후의 복합물성을 만족할 필요가 있다. 해당 복합물성을 평가하기 위해 PWHT(Post Welding Heat Treatment) 열처리가 진행되며, PWHT 열처리 전/후 복합물성 확보가 필요한 상황이다. 그러나, 압력용기용 구조물 후강판의 후물화 및 향상된 복합물성 특성이 요구되고 있으며, 고온/장시간의 PWHT 열처리 보증이 요구됨에 따라 기존의 제조방법보다 향상된 제조방법을 적용할 필요가 있다. 또한, 약 500oC의 중고온 환경에서의 높은 고온 인장강도가 요구되고 있다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 압력용기용 후강판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정 순서도이다. 도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 압력용기용 후강판의 비교예와 실시예의 미세조직을 나타낸다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. 이하, 본 발명의 일 측면인 복합물성 특성이 향상된 압력용기용 후강판에 대하여 설명한다. 압력용기용 후강판 본 발명의 일 측면인 압력용기용 후강판은, 중량%로, 탄소(C): 0.11% ~ 0.15%, 실리콘(Si): 0.1% ~ 0.2%, 망간(Mn): 0.4% ~ 0.6%, 크롬(Cr): 2.0% ~ 2.5%, 몰리브덴(Mo): 0.9% ~ 1.1%, 니켈(Ni): 0.1% ~ 0.2%, 인(P): 0% 초과 0.025% 이하, 황(S): 0% 초과 0.025% 이하, 및 잔부는 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함한다. 또한, 상기 압력용기용 후강판은 상술한 원소들의 조성과 함량으로 이루어질 수 있다. 이하, 본 발명에 따른 압력용기용 후강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 이때, 성분 원소의 함유량은 모두 중량%를 의미한다. 탄소(C): 0.11% ~ 0.15% 탄소는 강재에 고강도를 부여하기 위한 불가결한 원소로서, 강재의 담금질성을 높이고, 담금질 후 강도를 결정하는 주요 원소이다. 탄소의 함유량과 제조방법에 따라 소재 조직 내부에서 고용탄소가 되기도 하고, 탄소와 결합하려는 성질이 아주 높은 원소들과 결합하여 탄화물을 형성하게 된다. 탄소의 함량이 0.11% 미만인 경우에는, 강도 확보가 어려울 수 있다. 탄소의 함량이 0.15%를 초과하는 경우에는, 용접성, 저온 충격인성, 연신율 및 내식성이 저하될 수 있다. 따라서, 탄소는 강판 전체 중량의 0.11% ~ 0.15%로 첨가되는 것이 바람직하다. 또한, 용접성 및 저온 충격인성 저하 방지를 더 효과적으로 하기 위하여, 탄소는 강판 전체 중량의 0.11% ~ 0.14%로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘(Si): 0.1% ~ 0.2% 실리콘은 제강과정에서 강 중의 산소를 제거하기 위한 탈산제로 첨가된다. 또한 실리콘은 강판의 강도 및 인성 향상을 목적으로 첨가하는 원소이며, 고용강화 효과에도 유효한 원소이다. 실리콘의 함량이 0.1% 미만인 경우에는, 상기의 실리콘 첨가 효과가 불충분하다. 실리콘의 함량이 0.2%를 초과하는 경우에는, 강 표면에 산화물을 형성하여 강의 용접성, 도금 특성, 인성, 및 용접 열영향부 인성 등을 저하될 수 있다. 따라서, 실리콘은 강판 전체 중량의 0.1% ~ 0.2%로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간(Mn): 0.4% ~ 0.6% 망간은 강의 강도 및 인성을 증가시키고 강의 소입성을 증가시키는 원소이다. 망간의 함량이 0.4% 미만인 경우에는, 강도 확보에 어려움이 있을 수 있다. 망간의 함량이 0.6%를 초과하는 경우에는, 강도는 증가하나 편석이 발생하여 조직 불균일을 발생시킬 수 있고, 저온 충격인성에 불리한 MnS 개재물이 형성될 가능성이 매우 높다. 따라서, 망간은 강판 전체 중량의 0.4% ~ 0.6%로 첨가되는 것이 바람직하다. 또한, 저온 충격인성 저하 방지를 더 효과적으로 하기 위하여, 망간은 강판 전체 중량의 0.4% ~ 0.55%로 첨가되는 것이 바람직하다. 크롬(Cr): 2.0% ~ 2.5% 크롬은 중고온용 압력용기 강판의 가장 핵심적인 원소이며, 고온산화 방지에 효과적으로 작용하여 내식성 향상에 기여하는 원소이다. 여기에서, 중고온이라 함은 압력용기의 작동 온도일 수 있고, 약 500oC 내외의 온도를 포함하며, 예를 들어 300oC 내지 600oC 범위의 온도일 수 있다. 특히, 고온 환경에서 사용되는 중고온용 강판 특성 상 고온 특성이 매우 중요하다. 크롬 원소는 석출경화 및 고용강화를 통해 고온에서의 강도 저하를 방지하는데 효과적이다. 특히, 크롬은 석출물을 형성하여 고온 인장강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 크롬은 슬라브 재가열 시 오스테나이트에 고용되어 강재의 소입성을 증가시키는 역할을 수행할 수 있다. 크롬의 함량이 2.0% 미만인 경우에는, 크롬 첨가 효과가 불충분하다. 크롬의 함량이 2.5%를 초과하는 경우에는, 오스테나이트의 소입성을 지나치게 증가시켜 충격인성이 열위한 조직을 형성시키고, 용접성이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 크롬은 강판 전체 중량의 2.0% ~ 2.5%로 첨가되는 것이 바람직하다. 또한, 고온 인장강도의 확보를 더 효과적으로 하기 위하여, 크롬은 강판 전체 중량의 2.1% ~ 2.4%로 첨가되는 것이 바람직하다. 몰리브덴(Mo): 0.9% ~ 1.1% 몰리브덴은 강판의 경화능 향상을 목적으로 첨가하는 원소이며, 크롬과 유사하거나 보다 적극적으로 강재의 소입성을 증가시키는 역할을 수행할 수 있다. 특히, 몰리브덴은 석출물을 형성하여 고온 인장강도를 향상시킬 수 있다. 몰리브덴의 함량이 0.9% 미만인 경우에는, 몰리브덴 첨가 효과가 불충분하다. 몰리브덴의 함량이 1.1%를 초과하는 경우에는, 오스테나이트의 소입성을 증가시켜 충격인성이 열위한 조직을 형성시키고, 내식성과 용접성을 저하시키고, 템퍼 취성(temper brittleness)을 일으킬 우려가 있다. 따라서, 몰리브덴은 강판 전체 중량의 0.9% ~ 1.1%로 첨가되는 것이 바람직하다. 니켈(Ni): 0.1% ~ 0.2% 니켈은 고용강화 원소로서, 강판의 강도를 상승시키면서 저온 충격인성 향상을 목적으로 첨가하는 원소이다. 니켈의 함량이 0.1% 미만인 경우에는, 니켈 첨가 효과가 불충분하다. 니켈의 함량이 0.2%를 초과하는 경우에는, 강판 표면 특성을 열화시킬 수 있고, 소재의 제조원가가 상승될 수 있다. 따라서, 니켈은 강판 전체 중량의 0.1% ~ 0.2%로 첨가되는 것이 바람직하다. 인(P): 0% 초과 0.025% 이하 인(P)은 강도 향상에 일부 기여하나, 용접부 인성 및 저온 충격인성을 저하시키고, 중심 편석은 물론 미세 편석도 형성하여 재질에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다. 따라서, 인(P)은 함량이 낮으면 낮을수록 좋다. 따라서, 인(P)의 함량을 강판 전체 중량의 0% 초과 0.025% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 황(S): 0% 초과 0.025% 이하 황(S)은 인(P)과 함께 강의 제조 시 불가피하게 함유되는 원소로서, MnS 와 같은 비금속 개재물을 형성하고, 저융점 원소로서 입계 편석 가능성이 높아 저온 인성을 저하시킨다. 황의 함량이 0.025%를 초과하면 모재 및 용접부 인성을 크게 저하시키는 문제점이 있다. 따라서, 황(S)의 함량을 강판 전체 중량의 0% 초과 0.025% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 상기 강판의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다. 전술한 합금 조성의 구체적인 성분 및 이들의 함량 범위를 제어하고, 후술하는 강재의 제조방법을 통해 제조된 압력용기용 후강판은, 항복강도(YS): 490 MPa ~ 550 MPa, 인장 강도(TS): 600 MPa ~ 650 MPa, 연신율(EL): 25% 이상, -46oC에서 충격 흡수 에너지: 300 J ~ 350 J을 만족할 수 있다. 상기 연신율(EL)은 25% 내지 30% 범위일 수 있다. 또한, 상기 압력용기용 후강판은 500oC에서 고온 인장 강도: 400 MPa ~ 500 MPa을 만족할 수 있다. 상기 물성은 PWHT(Post Welding Heat Treatment) 열처리 전의 물성에 해당한다. 또한, 상기 압력용기용 후강판은, 690oC에서 720분 동안의 용접후 열처리(PWHT; Post Welding Heat Treatment) 후, 항복강도(YS): 440 MPa ~ 500 MPa, 인장 강도(TS): 550 MPa ~ 600 MPa, 연신율(EL): 25% 이상, -46oC에서 충격 흡수 에너지: 300 J ~ 350 J을 만족할 수 있다. 상기 연신율(EL)은 25% 내지 30% 범위일 수 있다. 또한, 상