KR102429603B1

KR102429603B1 - 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR102429603B1
Application number: KR1020200163012A
Authority: KR
Inventors: 박준학; 고성웅; 김용호; 박세원
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2022-08-05
Anticipated expiration: 2040-11-27
Also published as: KR20220074473A; EP4253590A4; BR112023010429A2; WO2022114595A1; EP4253590A1

Abstract

내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재 및 그 제조방법이 개시된다.
본 발명에 따른 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재는 중량%로, C: 0.3 내지 0.6%, Mn: 0.5 내지 1.0%, Si: 0.6 내지 2.0%, Cr: 0.2 내지 0.6%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 표층의 페라이트 분율이 90 % 이상인 영역의 두께가 30㎛ 이상이고, 내부 미세조직은 펄라이트를 50% 이상 포함한다.

Description

내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재 및 그 제조 방법{WIRE ROD FOR COLD WORKING WITH IMPROVED STRESS CORROSION RESISTANCE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 심해의 높은 CO₂ 부식 환경에서 이송관의 하중을 지지하는 강선 혹은 바(bar)로 제조될 수 있는 냉간 가공용 선재 및 내응력부식 특성이 향상된 강선에 관한 것이다.

최근 지상에서 발생한 이산화탄소(CO₂)를 해저에 저장하기 위해 심해까지 CO₂를 이송하는 기술이 중요해지고 있다. 이와 관련하여 지상에서 포집한 CO₂ 기체를 이송관에 주입하여 해저까지 이송하기 위해 이송관의 하중을 지지하는 강선 혹은 바 (bar) 사용량 또한 증가하고 있다. 그리고 이산화탄소를 저장하는 장소가 점차 심해로 이동함에 따라 이송관의 길이도 점차 길어지고 그에 따라 이송관의 하중을 지지하는 강선 혹은 바 (bar) 는 점차 고강도화 추세에 있다.

한편 심해의 높은 수압에서는 CO₂ 의 용해도가 높아져서 해수 내 CO₂ 함량이 높아지게 된다. 이때 하중 지지 강선을 피복하여 CO₂ 이송관에 설치하면 현장 적용 초기에는 소재가 직접 해수에 노출되는 상황은 피할 수 있다. 문제는 상기 상황에서 실 사용 중 피복층이 벗겨져서 소재가 직접 해수에 노출되는 경우이다. 이렇게 되면 소재는 응력이 걸린 상황에서 고농도 CO₂ 해수에 접촉하여 응력부식크랙이 발생할 수 있는 환경에 노출되는 것이다. 더욱이 응력부식크랙은 고강도 소재에 더욱 취약하기 때문에 이는 고강도화 추세에 있는 하중 지지 강선의 개발에 큰 제약이 되고 있다. 즉 CO₂ 이송관의 하중 지지용 강선에서 응력부식크랙은 반드시 해결되어야 하는 과제인 것이다.

특허문헌 1은 심해 이송관 지지 강선의 내식성을 향상시키는 기술을 개시하고 있으나, 이는 CO₂ 응력부식균열이 아닌 황화물 응력 균열 (Sulfide Stress Crack, SSC) 이나 수소 유기 균열 (Hydrogen Induced Crack, HIC)을 억제하기 위한 것으로, 심해 이송관 지지 강선의 CO₂ 응력부식균열을 억제할 수 있는 기술에 대한 연구는 아직 미진하다. 따라서, 심해의 높은 CO₂ 환경에서, 고강도를 확보하면서도 CO₂ 응력부식균열을 억제할 수 있는 선재, 강선 혹은 바(bar)에 대한 기술 개발이 요구된다.

한국 공개특허공보 제10-2019-0064898 (2019.06.11)

본 발명의 일 측면은 심해의 높은 CO₂ 환경에서, 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재는 중량%로, C: 0.3 내지 0.6%, Mn: 0.5 내지 1.0%, Si: 0.6 내지 2.0%, Cu: 0 초과 0.3% 이하, Ni: 0 초과 0.3% 이하, V: 0.02 내지 0.1%, Cr: 0.2 내지 0.6%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 표층의 페라이트 분율이 90 % 이상인 영역의 두께가 30 ㎛ 이상이며, 내부 미세조직은 펄라이트를 50% 이상 포함한다.

또한, Cu: 0 초과 0.3% 이하, Ni: 0 초과 0.3% 이하 및 V: 0.02 내지 0.1% 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

또한, 표층의 페라이트의 입자의 크기가 8 내지 50 ㎛일 수 있다.

또한, 펄라이트의 층간 간격은 450nm 이하일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재의 제조방법은 중량%로, C: 0.3 내지 0.6%, Mn: 0.5 내지 1.0%, Si: 0.6 내지 2.0%, Cu: 0 초과 0.3% 이하, Ni: 0 초과 0.3% 이하, V: 0.02 내지 0.1%, Cr: 0.2 내지 0.6%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 가열하는 단계; 가열한 빌렛을 열간압연하여 선재로 제조하는 단계; 압연된 선재를 830 내지 700℃ 에서 5℃/s이하로 냉각하는 제1 냉각단계; 및 제1 냉각 후, 선재를 700 내지 400℃ 의 구간에서 2℃/s 내지 25*(1-C_eq)℃/s로 냉각하는 제2 냉각단계;를 포함한다.

단, C_eq= [C] + [Si]/24 + [Mn]/6 + [Ni]/40 + [Cr]/5 + [V]/14)

여기서, [C], [Si], [Mn], [Ni], [Cr] 및 [V]은 각 합금원소의 중량%를 의미한다.

빌렛은 Cu: 0 초과 0.3% 이하, Ni: 0 초과 0.3% 이하 및 V: 0.02 내지 0.1% 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재는 표층의 페라이트 분율 및 두께를 제어함으로써, 하중 지지 강선 혹은 바(bar)로 제조되었을 때, 심해의 높은 CO₂ 부식 환경에서 내응력부식 특성을 향상시킬 수 있다.

본 명세서가 실시 예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시 예들 간에 중복되는 내용은 생략한다.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자들은 심해의 높은 CO₂ 부식 환경에서의 응력부식크랙 억제 방안을 연구하다가 표층의 조직을 페라이트로 하고, 그 영역의 두께 및 표층 입자의 크기를 제어하면, 표층 미세조직이 균일하고 경도가 낮아짐에 따라, 응력부식크랙 발생이 억제되는 것을 발견하였다.

또한, 오스테나이트의 상변태 구간에서 냉각속도를 제어할 경우, 표층 페라이트 형성에 유리하다는 것을 발견하고 본 발명을 제안하기에 이르렀다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재는 중량%로, C: 0.3 내지 0.6%, Mn: 0.5 내지 1.0%, Si: 0.6 내지 2.0%, Cr: 0.2 내지 0.6%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.

이하, 본 발명의 실시예에서의 합금성분 원소 함량의 수치한정 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.

C의 함량은 0.3 내지 0.6% 이다.

C는 강선의 강도를 향상시키는데 유리한 원소로서, C의 함량이 0.3% 미만일 경우, 강도가 저하되어 하중을 지지하는 보강재로 사용되기 어렵고, C의 함량이 0.6%를 초과할 경우, 강도는 향상되는 반면, 연성이 감소할 수 있다. 특히, 강선의 내부식 특성은 C의 함량이 증가할수록 감소하는 경향을 보이므로, 본 발명에서는 강선의 강도 및 내부식성의 확보하기 위해 C의 함량을 0.3 내지 0.6%로 제어하는 것이 바람직하다.

Mn의 함량은 0.5 내지 1.0%이다.

Mn은 강선의 소입성 향상과 더불어 본 발명에서 의도하는 미세조직을 확보하는데 유리한 원소이다. Mn의 함량이 0.5% 미만일 경우, 소입성 확보가 어려워 본 발명에서 목표로 하는 미세조직과 강도를 확보할 수 없고, Mn의 함량이 1.0%를 초과할 경우, 중심편석이 조장되어 연성이 크게 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 Mn의 함량은 0.5 내지 1.0%로 제한하는 것이 바람직하다.

Si의 함량은 0.6 내지 2.0%이다.

Si은 본 발명에 따른 미세조직인 표층 페라이트 형성에 큰 영향을 미치는 원소이다. Si 함량이 높으면 표층 페라이트 형성에 유리하나, 2.0%를 초과할 경우에는 중심편석이 조장되어 연성이 크게 저하될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 Si의 함량을 0.6 내지 2.0%로 제어하는 것이 바람직하다.

Cr의 함량은 0.2 내지 0.6%이다.

Cr은 표층 산화피막을 형성하여 소재의 내식성 향상에 기여하는 원소이다. Cr의 함량이 0.2 미만일 경우, 전술한 효과를 나타낼 수 없고, 0.6%를 초과할 경우, 소입성을 크게 증가시켜 강선 제조공정 중 열처리 시간을 증가시켜 생산성을 저해할 수 있고, 고가의 원소이므로 합금 원가 측면에서 불리하다. 따라서, 본 발명에서는 Cr의 함량을 0.2 내지 0.6%로 제어하는 것이 바람직하다.

Cu와 Ni는 선택적으로 첨가될 수 있는 원소이고, 첨가될 경우, 0 초과 0.3% 이하로 제한한다. Cu와 Ni은 페라이트 조직의 내식성 향상에 기여하는 원소이다. Cu를 단독으로 첨가할 경우 고온 취성의 우려가 있으므로, 고온 취성을 억제할 수 있는 Ni과 함께 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, Cu와 Ni은 고가의 원소이므로 본 발명에서는 Cu와 Ni의 상한을 0.3%로 제한한다.

V은 선택적으로 첨가될 수 있는 원소이고, 첨가될 경우, V의 함량은 0.02 내지 0.1%으로 제한한다. V은 Si과 마찬가지로 표층 페라이트를 형성시키는 효과가 있는 원소이다. V의 함량이 0.02% 미만일 경우, 전술한 효과를 나타낼 수 없고, V의 함량이 0.1%를 초과할 경우, 중심 편석부에서 저온 조직을 유발할 수 있고, 합금 원가 측면에서 불리하다. 따라서, 본 발명에서는 V를 첨가할 경우, V의 함량을 0.02 내지 0.1 %로 제어하는 것이 바람직하다.

합금조성 외 잔부는 Fe이다. 본 발명의 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재는 통상 강의 공업적 생산 과정에서 포함될 수 있는 기타의 불순물을 포함할 수 있다. 이러한 불순물들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 알 수 있는 내용이므로 본 발명에서 특별히 그 종류와 함량을 제한하지는 않는다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재는 표층에 페라이트 분율이 90% 이상인 영역의 두께가 30㎛ 이상일 수 있다.

심해의 높은 CO₂ 부식 환경에서 응력부식크랙은 표층 미세조직이 균일하고 경도가 낮을수록 억제된다. 전술한 조건을 만족하기 위해서는 표층의 조직을 페라이트 분율 90% 이상으로 제어할 경우 미세조직 경도 및 균일도 측면에서 효과가 있는 것을 확인하였다.

또한, 페라이트 층이 냉간 가공 후에도 응력부식억제에 효과가 있으려면 냉간 가공 전 선재의 페라이트의 영역의 두께가 30㎛ 이상이어야 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재의 표층 페라이트 입자의 크기는 8 내지 50 ㎛ 일 수 있다.

냉간 가공 전 선재의 표층 페라이트 입자의 크기는 냉간 가공 후 최종 강선 또는 바의 표층 경도에 영향을 미치고, 이에 따라 응력부식크랙 발생에도 관여한다.

냉간 가공 전 선재의 페라이트 입자 크기가 작을 경우, 경도와 가공에 따른 경화율이 높아지므로, 냉간 가공 후 경도가 높아지고, 이에 따라 응력부식크랙 발생에 취약해질 수 있다. 따라서 본 발명에서는 선재의 페라이트 입자 크기를 8㎛ 이상으로 제어하여, 냉간 가공 후의 표층 경도를 낮추고, 응력부식크랙 저항성을 확보할 수 있다. 다만, 페라이트 입자 크기가 50㎛를 초과할 경우, 펄라이트의 층간간격이 300nm 초과하여 가공성과 가공 경화량이 열위해질 수 있으므로 본 발명에서는 페라이트 입자의 크기를 8 내지 50 ㎛로 제한한다. 본 발명에 따른 페라이트 입자의 크기를 크게 제어하기 위해서는, 선재의 열간압연 후 냉각 공정에서, 830 내지 700℃의 구간에서의 냉각 시간을 길게 가져가는 것이 필요하다. 이는 후술할 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재의 제조방법에서 자세히 설명한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재는 내부 미세조직으로서 펄라이트를 50% 이상 포함하고, 펄라이트의 층간 간격은 450nm 이하일 수 있다.

이송관의 하중 지지용 강선 또는 바(bar)는 열간 압연된 선재를 냉간 가공하여 제조되기 때문에 가공 전의 선재의 가공성뿐 만 아니라 최종 소재의 강도도 확보되어야 한다. 따라서, 본 발명에 따른 냉간 가공용 선재의 기지 조직은 가공성 및 가공 경화량이 우수한 펄라이트를 포함하고, 그 분율은 50% 이상이 되어야 한다.

또한, 펄라이트의 가공성 및 가공 경화량은 층간 간격에 크게 의존하는데, 본 발명에서는 펄라이트 층간 간격이 300nm 이하일 때 가공성과 가공 경화량이 확보될 수 있다.

다음으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재의 제조방법에 대하여 설명한다.

본 발명에 따른 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재는 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 그 제조방법은 특별히 제한되지 않는다. 다만, 일 실시예로써 다음과 같은 방법에 의해 제조될 수 있다.

예를 들어, 본 발명에 따른 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재는 전술한 합금 조성을 포함하는 빌렛을 가열하고, 열간압연하여 선재를 얻고, 이후 열간 압연된 선재를 냉각하여 제조될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재는 중량%로, C: 0.3 내지 0.6%, Mn: 0.5 내지 1.0%, Si: 0.6 내지 2.0%, Cr: 0.2 내지 0.6%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 가열하는 단계; 가열한 빌렛을 열간압연하여 선재로 제조하는 단계; 압연된 선재를 830 내지 700℃의 구간에서 냉각속도 5℃/s이하로 냉각하는 제1 냉각단계; 및 제1 냉각후, 선재를 700 내지 400 ℃의 구간에서 냉각속도 2℃/s 내지 하기 식(1)로 정의되는 25*(1-C_eq)℃/s의 범위로 냉각하는 제2 냉각단계를 포함한다.

단, C_eq= [C] + [Si]/24 + [Mn]/6 + [Ni]/40 + [Cr]/5 + [V]/14

(여기서, [C], [Si], [Mn], [Ni], [Cr] 및 [V]은 각각 합금원소의 중량%를 의미한다)

또한, 빌렛은 Cu: 0 초과 0.3% 이하, Ni: 0 초과 0.3% 이하 및 V: 0.02 내지 0.1% 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재의 제조방법에 대하여 자세히 설명한다.

먼저, 전술한 합금 성분을 만족하는 빌렛을 1,000℃ 내지 1,100℃의 온도로 가열한다.

이후, 가열한 빌렛을 950℃ 내지 1,050℃의 온도에서 열간 압연하여 선재를 얻는다.

이어서, 제1 냉각단계로서, 열간 압연한 선재를 830 내지 700℃의 구간에서 5℃/s 이하의 냉각 속도로 냉각한다. 열간 압연된 강재의 냉각 속도는 느릴수록 본 발명에 따른 표층 페라이트 형성에 유리하다. 통상적으로, 표층의 페라이트는 열간압연 직후 오스테나이트 상태인 표층 조직이 냉각되고, 상변태하여 생성되는 것으로 알려져 있다. 특히, 830 내지 700℃의 상변태 구간에서의 냉각 속도는 상변태 거동과 연관이 있고, 이 상변태 구간에서 오래 머무를수록 표층 페라이트 형성이 촉진되는 것을 확인하였다. 따라서, 본 발명에서는 830 내지 700℃의 구간에서 냉각속도를 5℃/s 이하로 제한한다.

제1 냉각 이후, 제2 냉각단계로서, 선재를 700 내지 400 ℃ 구간에서 2 ℃/s 내지 25*(1-C_eq)℃/s의 냉각속도로 냉각한다. 단, C_eq= [C] + [Si]/24 + [Mn]/6 + [Ni]/40 + [Cr]/5 + [V]/14 이다. ([C], [Si], [Mn], [Ni], [Cr] 및 [V]은 각각 합금원소의 중량%를 의미한다)

700 내지 400℃ 구간의 냉각 속도는 본 발명에 따른 펄라이트 미세조직을 형성하는데 중요하다. 고강도 및 냉간 가공성을 확보하기 위해서는 미세조직을 층간 간격이 미세한 펄라이트로 할 필요가 있다. 층간 간격이 미세한 펄라이트를 확보하기 위해서는 상기 구간에서 냉각 속도가 2 ℃/s 이상이어야 한다. 다만, 냉각 속도가 25*(1-C_eq)℃/s를 초과하여, 지나치게 빠를 경우 베이나이트, 마르텐사이트 등이 생성되어 오히려 가공성을 저하시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 700 내지 400 ℃ 구간의 냉각 속도를 2℃/s 이상 25*(1-C_eq)℃/s 로 제한한다.

본 발명에 따라 제조된 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재는 사이즈 감소 및 강도를 확보하기 위해 감면율 40 내지 80% 범위로 냉간 신선되고, 최종 제품의 형태에 따라 필요할 경우 냉간 압연되고, 이후, 냉간 가공에 의한 내부조직에 형성된 전위를 제거해주기 위해 400 내지 600℃ 구간에서 열처리되어 최종적으로 이송관의 하중을 지지하는 강선 혹은 바(bar)로 제조될 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예의 기재는 본 발명의 실시를 예시하기 위한 것일 뿐 이러한 실시예의 기재에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.

실시 예

하기 표 1의 합금 조성을 갖는 빌렛을 1,050℃ 에서 가열하고, 1,000℃의 온도에서 직경 15mm이 되도록 열간 압연한 후, 하기 표 2의 냉각 속도 조건으로 제1 냉각 및 제2 냉각을 수행하였다.

구분	합금조성 성분계 (wt.%)
구분	C	Si	Mn	Cr	Cu	Ni	V
발명예1	0.3	0.6	1	0.6	0.1	0.02	0.1
발명예2	0.4	1	0.5	0.25	0.02	0.02	0.02
발명예3	0.3	1	1	0.2	0.1	0.1	0.07
발명예4	0.5	2	0.9	0.25	0.2	0.3	0.03
발명예5	0.6	1.5	0.9	0.6	0.3	0.2	0.03
발명예6	0.4	2	0.5	0.4	0.2	0.2	0.1
발명예7	0.5	1.5	0.7	0.4	0.02	0.1	0.07
발명예8	0.6	0.6	0.7	0.2	0.3	0.3	0.02
발명예9	0.3	1	1	0.2	0	0.1	0.07
발명예10	0.5	2	0.9	0.25	0.2	0	0.03
발명예11	0.6	1.5	0.9	0.6	0.3	0.2	0
비교예1	0.3	1	1	0.2	0.1	0.1	0.07
비교예2	0.5	2	0.9	0.25	0.2	0.3	0.03
비교예3	0.4	1	0.5	0.25	0.02	0.02	0.02
비교예4	0.3	1	1	0.2	0.1	0.1	0.07
비교예5	0.5	2	0.9	0.25	0.2	0.3	0.03
비교예6	0.6	1.5	0.9	0.6	0.3	0.2	0.03

구분	냉각속도 (℃/s)
구분	제1 냉각구간(830~700℃)	25*(1-C_eq)℃/s 값	제2 냉각구간(700~400℃)
발명예1	4	10	8
발명예2	3	11	10
발명예3	3	11	11
발명예4	4	5	4
발명예5	5	2	2
발명예6	3	9	8
발명예7	4	6	5
발명예8	5	5	5
발명예9	4	11	6
발명예10	4	7	5
발명예11	3	4	4
비교예1	6	11	10
비교예2	6	5	5
비교예3	3	11	12
비교예4	3	11	12
비교예5	4	5	1
비교예6	5	2	1

그 후, 제조된 실시예 및 비교예 선재의 펄라이트 분율, 펄라이트 층간 간격, 표층 페라이트 분율, 표층 페라이트 층 두께 및 표층 페라이트 입자 크기를 측정하고, 그 결과를 하기 표3에 나타내었다. 이어서, 열간 압연후 냉각된 선재를 60%의 감면율로 냉간 신선하고 40 % 압하율로 냉간압연한 후, 최종 냉간 가공 제품으로 제조하고, 실시예 및 비교예 시편의 응력부식크랙 정도를 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.

실시예 및 비교예 제품의 CO₂ 부식환경 응력부식크랙 저항성은 하기와 같은 방법을 사용하여 평가하였다. 우선, CO₂ 부식환경을 모사하기 위해, 3.5 wt.% 농도의 NaCl 용액 1L 기준에 순도 99% 이상의 NaHCO₃ 83g, 순도 99% 이상의 Na₂CO₃ 105g 을 용해하여 부식용액을 준비하였다. 이후, 냉간 가공 강선을 길이 400mm 로 자르고, 중간 200 mm 는 준비된 부식용액에 완전히 잠기도록 한 후 밀봉하고, 양쪽은 외부에 노출시켰다. 이후, 용액의 온도를 60℃로 유지하면서, 시편에 항복강도 기준 100%와 70%의 하중을 1x10^-3 Hz 주파수로 15일 동안 반복 응력을 부여하였다. 15 일 후, 실시예 및 비교예 제품 시편을 꺼내어 냉간 압연 방향과 압하 방향을 포함하는 중심부 단면을 얻었다. 중심부 단면에서 압하면으로부터 발생한 크랙을 관찰하고, 압연 방향으로 단위 길이당 발생한 크랙의 개수를 측정하여 실시예 및 비교예에 대해 응력부식크랙의 발생 정도를 비교하였다.

구분	내부 펄라이트 조직		표면 페라이트 조직			응력부식크랙
구분	분율 (%)	층간 간격 (nm)	분율 (%)	두께 (㎛)	입자 크기 (㎛)	단위길이당 크랙 개수 (1/mm)
발명예1	50	330	94	34	42	25
발명예2	64	310	95	35	45	23
발명예3	57	300	95	35	50	25
발명예4	97	430	94	34	35	15
발명예5	90	450	92	32	25	10
발명예6	78	320	95	35	50	22
발명예7	97	430	94	34	15	27
발명예8	97	440	90	30	8	16
발명예9	63	350	95	35	48	24
발명예10	94	440	94	34	36	16
발명예11	93	450	92	32	28	13
비교예1	57	310	89	29	7	31
비교예2	97	440	89	29	7	32
비교예3	49	290	93	33	38	28
비교예4	49	300	94	34	40	30
비교예5	97	455	95	36	35	29
비교예6	90	460	94	33	33	28

본 발명의 합금 조성 및 제조 조건을 만족하는 발명예 1 내지 11의 경우, 내부 조직으로서 50% 이상의 펄라이트 분율 및 450nm 이하의 펄라이트 층간 간격을 만족하고, 90% 이상의 표면 페라이트 분율, 30㎛ 이상의 두께 및 8 내지 50㎛ 범위의 입자 크기를 만족하여, 강선으로 제조시, 단위길이당 크랙 개수가 27개 이하로 내응력부식크랙 특성을 확보할 수 있었다.

한편, 비교예1 내지 6은 본 발명의 합금 조성은 만족하고 있으나, 본 발명의 냉각 조건을 만족하지 않는 경우로, 강선으로 제조시, 단위길이당 크랙 개수가 28개 이상으로 내응력부식크랙 특성이 실시예보다 열위함을 확인할 수 있었다.

구체적으로, 비교예1 및 2는 830~700℃구간에서의 냉각 속도가 5℃/s를 초과한 경우로, 표면 페라이트 분율이 페라이트 분율의 하한인 90%에 미치지 못하고, 페라이트 두께도 페라이트 두께의 하한인 30㎛에 미치지 못하였으며, 페라이트 입자 크기도 페라이트 입자 크기의 하한인 8㎛에 미치지 못하여, 단위길이당 크랙 개수가 각각 31, 32개로 나타나 내응력부식크랙 특성이 열위함을 확인할 수 있었다.

비교예3 및 비교예4는 본 발명의 합금 조성은 만족하였으나, 700~400℃ 구간에서의 냉각속도가 25*(1-C_eq)℃/s 값을 초과하는 경우로, 내부 펄라이트 분율이 페라이트 분율 하한인 50%에 미치지 못하여, 단위길이당 크랙 개수가 각각 28, 30개로 나타나 내응력부식크랙 특성이 열위함을 확인할 수 있었다.

비교예5 및 비교예6은 700~400℃구간에서의 냉각속도가 25*(1-C_eq)℃ 값에 미달하는 경우로, 내부 펄라이트의 층간 간격이 상한인 450nm를 초과하였고, 단위길이당 크랙 개수가 각각 29, 28개로 나타나 내응력부식크랙 특성이 열위함을 확인할 수 있었다.

상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

중량%로, C: 0.3 내지 0.6%, Mn: 0.5 내지 1.0%, Si: 0.6 내지 2.0%, Cr: 0.2 내지 0.6%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
표층의 페라이트 분율이 90% 이상인 영역의 두께가 30 ㎛ 이상이고,
내부 미세조직은 펄라이트를 50% 이상 포함하며, 상기 펄라이트의 층간 간격이 450nm 이하인 것을 포함하는, CO₂에 대한 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재.
제1항에 있어서,
Cu: 0 초과 0.3% 이하, Ni: 0 초과 0.3% 이하 및 V: 0.02 내지 0.1% 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는, CO₂에 대한 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재.
제1항에 있어서,
상기 표층의 페라이트의 입자의 크기는,
8 내지 50 ㎛인, CO₂에 대한 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재.
삭제
중량%로, C: 0.3 내지 0.6%, Mn: 0.5 내지 1.0%, Si: 0.6 내지 2.0%, Cr: 0.2 내지 0.6%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 빌렛을 1,000℃ 내지 1,100℃의 온도로 가열하는 단계;
상기 가열한 빌렛을 950℃ 내지 1,050℃의 온도에서 열간압연하여 선재로 제조하는 단계;
상기 압연된 선재를 830 내지 700℃ 에서 5℃/s이하로 냉각하는 제1 냉각단계; 및
제1 냉각 후, 상기 선재를 700 내지 400 ℃의 구간에서 2℃/s 내지 25*(1-C_eq)℃/s 로 냉각하는 제2 냉각단계;를 포함하며,
상기 제2 냉각 후 선재는, 표층의 페라이트 분율이 90% 이상인 영역의 두께가 30 ㎛ 이상이고, 내부 미세조직은 펄라이트를 50% 이상 포함하며, 상기 펄라이트의 층간 간격이 450nm 이하인 것을 포함하는, CO₂에 대한 내응력부식 특성이 향상된 냉간 가공용 선재의 제조방법.
단, C_eq= [C] + [Si]/24 + [Mn]/6 + [Ni]/40 + [Cr]/5 + [V]/14)
(여기서, [C], [Si], [Mn], [Ni], [Cr] 및 [V]은 각각 합금원소의 중량%를 의미한다)
제 5항에 있어서,
상기 빌렛은,
Cu: 0 초과 0.3% 이하, Ni: 0 초과 0.3% 이하 및 V: 0.02 내지 0.1% 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는 냉간 가공용 선재의 제조방법.