KR100349040B1 - 강관시임부의평활화장치및방법 - Google Patents

Abstract

오픈관의 양에지부를 유도가열한 후, 스퀴즈 롤로 맞대어 압접 (壓接) 하여 제관된 강관의 시임 비드부를 평활화하기 위해, 관외면 및 관내면으로부터 시임 비드부를 사이에 두고 가압하여 압연하는 관외면 압연 롤 및 관내면 압연 롤과, 이 관내면 압연 롤을 회전이 자유롭게 지지함과 동시에 냉각수의 통수로를 내장하는 관내면 압연 롤 지지장치와, 이 관내면 압연 롤 지지장치와 연결기로 결합됨과 동시에 냉각수를 공급하는 통수로를 내장하는 연결 로드와, 이 연결 로드를 고정하는 앵커로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강관 시임부의 평활화 장치이다.

또, 상기 오픈관의 양에지부를 유도가열하기 전에, 오픈관의 양에지부를 미리 성형한 후, 상기 강관 시임부의 평활화장치를 이용하여 시임 비드부를 평활화하는 강관의 제조방법이다.

Description

강관 시임부의 평활화 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SMOOTHING A WELDED SEAM OF STEEL PIPE}

본 발명은 강관 시임(seam)부의 평활화 장치 및 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 관 제조라인에서 띠강(steel strip)을 성형 롤을 이용하여 관형상으로 연속적으로 성형하여 개방관(open pipe)으로 만들고, 그 개방관의 양 에지부(edge)를 고상압접 적정온도역에서 맞대어 접합하여 성형한 강관의 시임부에 발생하는 비드부(bead)를, 연속적으로 평활화하는 강관 시임부의 평활화 장치 및 방법에 관한 것이다.

용접강관은 강판 또는 띠강을 관형상으로 성형하여 그 이음매를 용접함으로써 제조된다. 그 제조방법은 외경이나 용도에 따라 전기저항 용접, 단접 및 아아크용접으로 크게 분류된다.

외경이 소경 내지 중경인 강관은, 고주파 유도가열을 이용한 전기저항 용접법에 의해 제조된다. 이 방법은 연속적으로 띠강을 공급하고, 성형 롤로 관형상으로 성형하여 개방관으로 만들고, 이어서 고주파 유도가열에 의해 개방관의 양 에지부 단면을 강의 융점이상으로 가열한 후, 스퀴즈 롤로 양 에지부 단면을 맞대어 용접하여 전기저항용접(electric resistance welded) 강관을 제조하는 방법이다(예를 들면, 제 3 판 철강편람 제 III 권(2)1056 ∼ 1092 면).

상기 고주파 유도가열을 이용한 전기저항용접 강관의 제조방법은, 개방관의 양 에지부 단면을 강의 융점 이상으로 가열하기 때문에, 전자기력의 영향에 의해 용강이 유동되어 생성된 산화물이 용접부에 들어가게 된다. 이 때문에 페니트레이터 (penetrator)등의 용접결함 또는 용강비산(플래시)이 발생하기 쉽다는 문제가 있다.

이 문제에 대하여, 예를 들면, 일본 특허공개 평2-299782 호 공보에는, 2 개의 가열장치를 갖는 전기저항용접 강관의 제조법이 제안되어 있다. 즉, 제 1 가열장치에서 개방관의 양 에지부의 온도를 퀴리점 이상으로 가열하고, 제 2 가열장치에서 다시 융점 이상으로 가열하여, 바로 하류에 설치한 스퀴즈 롤로 양 에지부를 맞대어 용접하여 강관을 제조하는 방법이다. 또, 일본 특허공개 평2-299783 호 공보에는, 제 1 가열장치에서 주파수 45 ∼ 250 ㎑ 의 전류를 흘려, 양측 에지부를 예열하고, 또한 제 2 가열장치에서 융점 이상으로 가열하여, 스퀴즈 롤로 양 에지부를 맞대어 용접하여 강관을 제조하는 전기저항용접 강관 제조장치가 제안되어 있다.

그러나, 이들 전기저항용접 강관 제조기술은, 에지부를 균일하게 가열하는 것은 시사되어 있지만, 양 에지부를 강의 융점 이상으로 가열하기 때문에, 맞대어 용접할 때, 용융한 강이 관의 내외면에 배출되어 접합부에 비드(bead)가 형성된다. 그 때문에, 맞대어 용접한 후에 관 내외면의 용접비드를 제거할 필요가 있다. 통상, 비드는 바이트에 의해 절삭되어 제거된다.

그러나 바이트에 의한 비드 절삭에는 이하와 같은 문제점이 있다.

즉, 바이트의 절삭량의 조정 및 바이트의 마모나 손상에 의한 바이트 교환에 시간이 걸린다. 특히 관 제조속도가 100 m/min 을 초과하는 고속관제조에서는, 바이트의 수명이 짧아 교환빈도가 높아진다. 이 때문에, 라인의 정지시간이 길어져 생산성이 향상되지 않는다는 문제가 있었다.

또한, 외경이 소경인 강관의 제조방법으로서, 매우 높은 생산성을 갖는 단접 강관 제조방법이 알려져 있다. 이 방법은 연속적으로 공급된 띠강을 가열로에서 1300 ℃ 정도로 가열한 후, 성형 롤로 관형상으로 성형하여 개방관으로 만든다. 이어서 개방관의 양 에지부에 고압공기를 불어넣어 단면의 스케일(scale) 제거를 실시한 후, 웰딩 혼(welding horn)으로 단면에 산소를 불어넣어, 그 산화열로 단면을 1400 ℃ 정도로 승온시킨 후, 단접 롤로 양 에지부 단면을 맞대어 고상접합하여 강관을 제조하는 방법이다(예를 들면, 제 3 판 철강편람제 III 권(2)1093 ∼ 1109 면).

그러나, 이 단접강관 제조방법에도 아래와 같은 문제점이 있다.

즉, 단면의 스케일 오프가 완전하지 않으므로, 단접 맞댐부로 스케일이 들어가, 시임부의 강도가 모재부에 비하여 상당히 떨어진다. 예를 들면, 편평시험에서, 전기저항용접강관의 경우에 편평 높이비(h/D)가 2t/D(도 12를 참조하여 설명하면, h는 파이프를 압축할 때 용접 시임부에 균열이 발생하는 높이이고, D는 압축전의 외경이며, t는 판두께이다)인 반면, 단접(forge welded) 강관은 편평높이비(h/D)를 0.5 정도밖에 달성할 수 없다. 또, 띠강을 고온으로 가열하기 때문에, 관표면에 스케일이 생성되어 표면상태가 나빠진다.

이와 같이 단접강관은 전기저항용접 강관에 비하여, 관 제조속도가 300 m/min 이상으로 빠르기 때문에 생산성은 매우 높지만, 시임 품질 및 표면상태가 나쁘다. 이 때문에, JIS(일본공업규격)의 STK 등의 강도 신뢰성이나 표면품질이 요구되는 강관에는 적용할 수 없다는 문제점이 있었다.

상기 문제를 해결하는 방법으로서, 본 발명자들은 고상압접 관제조법을 개발하였다. 이 방법은 개방관의 에지부를, 퀴리점(770 ℃ 정도)이상 융점 미만의 온도역(이하, 예열온도역이라 함)으로 유도가열(이하, 에지예열이라 함)한다. 이어서, 공냉에 의해 예열온도역내에서 에지부의 온도를 균일하게 한 후, 고상압접 적정온도역(1300 ℃ ∼ 1500 ℃)으로 유도가열(이하, 본 가열이라 함)하여 스퀴즈 롤로 맞대어 압접하는 방법이다. 이 고상압접 관제조법으로 제조된 강관은, 종래의 용접강관 처럼 비드 절삭의 필요가 없으므로 고속관제조가 가능하기 때문에 생산성이 높고, 게다가 종래의 단접강관의 결점인 산화에 의한 시임 품질 및 표면상태의열화도 없다. 그러나, 도 11 에 나타낸 바와 같이, 고상압접된 강관(4)에는, 에지부의 도달온도 또는 스퀴즈 롤에 의한 드로잉의 정도(업셋 량)에 의해, 시임부(5)에 관의 두께의 5 % 이상의 비드부가 발생하는 일이 있다. 이와 같은 시임 비드부(6)는 강관의 나사절삭 등의 가공성을 저해하고, 또, 강관을 드로잉 압연할 때에는 내면의 모난부분 등의 편육을 조장하므로 바람직하지 않다.

따라서, 본 발명은 고상압접 관제조법으로 제조된 강관의 시임 비드부를 유효하게 제거할 수 있는 강관 시임부의 평활화 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1a 는 본 발명의 평활화 장치의 모식적 측면 단면도이고, 도 1b 는 도 1a 의 선 A-A 의 정면 단면도.

도 2 는 본 발명 장치의 다른 예를 나타낸 모식적 정면 단면도.

도 3 은 본 발명 장치의 다른 예를 나타낸 모식적 측면 단면도.

도 4 는 도 3 의 확대도.

도 5a 는 본 발명의 평활화 장치에서의 관내면 압연 롤을 관축방향으로 이동시키는 장치의 모식적 측면 단면도이고, 도 5b 는 도 5a 의 선 A-A 의 정면단면도.

도 6 은 본 발명 장치의 다른 예를 나타낸 모식적 측면 단면도.

도 7 은 본 발명 장치의 다른 예를 나타낸 모식적 측면 단면도.

도 8a 는 본 발명의 평활화 장치의 모식적 측면 단면도이고, 도 8b 는 도 8a 의 정면 단면도.

도 9a 는 본 발명의 평활화 장치의 모식적 측면 단면도이고, 도 9b 는 도 9a 선의 A-A 의 정면 단면도.

도 10 은 개방관의 양 에지부를 미리 성형한 형상의 일례를 나타낸 단면도.

도 11 은 시임부에 발생하는 비드의 상태를 나타낸 설명도.

도 12 는 편평 시험요령의 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 워크관 2 : 워크 코일

3 : 스퀴즈 롤 4 : 강관

6 : 시임 비드부 11 : 관외면 압연롤

21 : 관내면 압연롤 22 : 롤러 핀

23 : 지지장치 34 : 냉각수 통로

42 : 연결기 43 : 앵커

본 발명은 개방관의 양 에지부를 유도가열한 후, 스퀴즈 롤로 맞대어 압접하여 제관된 강관의 시임 비드부를 평활화하는 장치에 있어서, 관외면 및 관내면으로부터 시임 비드부를 사이에 두고 가압하여 압연하는 관외면 압연 롤 및 관내면 압연 롤과, 상기 관내면 압연 롤을 회전이 자유롭게 지지함과 동시에 냉각수의 통로를 내장하는 관내면 압연 롤 지지장치와, 상기 관내면 압연 롤 지지장치를 연결기에 연결함과 동시에 냉각수를 공급하는 통로를 내장하는 연결 로드와, 상기 연결 로드를 고정하는 앵커(anchor)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강관 시임부의 평활화 장치이다.

또, 본 발명은 띠강을 성형 롤에 의해 연속적으로 성형하여 개방관으로 만들고, 상기 개방관의 양 에지부를 유도가열에 의해 융점미만의 온도역으로 가열하여, 스퀴즈 롤로 맞대어 압접하는 강관의 제조방법에 있어서, 상기 개방관의 양 에지부의 내면측이 되는 에지단을 미리 성형한 후, 상기 강관 시임부의 평활화 장치에 의해, 시임 비드부를 평활하게 하는 것을 특징으로 하는 강관의 제조방법이다.

그 외의 본 발명의 구성은, 그 변형예와 함께 이하의 상세한 설명에서 명확해질 것이다.

본 발명은 이하의 고찰에 의해 완성되었다.

즉, 종래의 전기저항용접 강관은 개방관의 양 에지부를 유도가열에 의해 융점 이상으로 가열하기 때문에, 맞대어 용접할 때 용융된 강이 관의 내외면에 배출되어 비드가 형성된다. 이 때문에, 비드는 바이트에 의해 절삭되어 제거된다.

이에 대하여 본 발명은 개방관의 양 에지부를 유도가열에 의해 융점 미만의 온도역으로 가열하여, 스퀴즈 롤로 맞대어 압접한다. 이 때 접합부에 형성된 시임 비드부는 용융되어 있지 않기 때문에, 롤로 압궤(壓潰)가 가능하다. 그러나, 종래의 전기저항용접 강관의 비드를 롤로 압궤하려고 하면, 롤에 비드가 부착되어 회전할 수 없으므로 압궤에 의한 제거는 불가능하다.

이하, 본 발명의 기본적인 평활화 장치를 도 1a 및 도 1b 에 의해 설명한다. 도 1a 는 본 발명의 평활화 장치의 모식적 측면 단면도이다. 도 1b 는 도 1a 의 선 1B-1B 의 정면단면도이다. 도 1a 는 띠강을 성형 롤로 관형상으로 성형한 개방관(1)의 양 에지부가 워크 코일(2)로 유도가열된 후, 스퀴즈 롤(3)로 맞대어 압접되어 강관(4)으로 제관되는 과정에서, 시임 비드부(6)가 평활화 장치에 의해 평활화되는 상태를 나타내고 있다.

본 발명의 평활화 장치의 관외면 및 관내면으로부터 시임 비드부(6)를 사이에 두고 가압하여 압연하는 관외면 압연 롤(11)및 관내면 압연 롤(21)과, 이 관내면 압연 롤(21)을 회전이 자유롭게 지지함과 동시에 냉각수의 통로(34)를 내장하는 관내면 압연 롤 지지장치(23)와, 이 관내면 압연 롤 지지장치(23)를 연결기(42)에 결합함과 동시에 냉각수를 공급하는 통로(34)를 내장한 연결 로드(41)와, 이 연결 로드(41)를 지지하는 앵커(43)를 구비하고 있다.

관외면 압연 롤(11)은 강관(4)의 외면에 접하도록, 축(12)에 의해 지지 프레임(14)(후술하는 도 2 에 기재)에 회전이 자유롭게 장착되어 있다. 관내면 압연 롤(21)은 강관(4)의 내면에 접하도록 롤러핀(22)에 의해 관내면 압연 롤 지지장치(23)에 회전이 자유롭게 장착되어 있다. 관내면 압연 롤 지지장치(23)는 냉각수를 공급하는 통로(34)를 내장하고, 통로(34)는 급수관(35), 배수관(36)으로 구성된다. 또, 지지장치(23)의 하부에는 관내면에 맞닿아 관내면 압연 롤(21)의 압연 반력(rolling reaction force)을 받는 받침 롤러(28)를 구비하고 있다. 이 받침롤러(28)는 슈(shoe)이어도 된다. 연결 로드(41)는 연결기(42)에 의해 관제조라인의 상류측에 위치하여, 전단이 관내면 압연 롤 지지장치(23)에 결합되고, 후단이 개방관의 외부의 앵커(43)에 장착되어 있다. 연결 로드(41)의 내부에는, 냉각수의 통로(34)가 연결기(42)를 통하여 관내면 압연롤 지지장치(23)로 연장되어 있다.

도 2 에 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다. 도 2 는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 평활화 장치의 정면 단면도이고, 본 장치에 의해 관외면 압연 롤의 상하 조정이 가능하다.

관외면 압연 롤(11)은 강관(4)의 외면에 설치한 관외면 압연 롤 지지 프레임(14)에 축(12), 베어링(13)을 통하여 회전이 자유롭게 장착되어 있다. 또한, 관외면 압연 롤(11)은 지지 프레임(14)에 배치된 모터(15), 모터 축(16), 잭(jack) 부(17), 스크류 축(18)및 슬라이딩부(19)에 의해 상하로 이동할 수 있다. 또한, 관내면 압연 롤(21)은 전술한 것과 동일 구조를 갖고 있다.

도 3 및 도 4 에 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다. 도 3 은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 평활화 장치의 모식적 측면 단면도이며, 도 4 는 도 3 을 확대한 측면 단면도이다. 본 장치에 의해 관내면 압연 롤의 상하 조정이 가능하다.

관내면 압연 롤 지지장치(23)는, 베어링(24)을 지지하는 프레임부(25)와 개방관(1)측으로 연장되는 로드부(26)가 조인트(27)에 의해 연결되어 구성되고, 로드부(26)의 말단 근방에 장착된 앵커(43)가, 개방관(1)의 슬릿부분을 통하여 관외에 고정됨로써, 관내면 압연롤 지지장치(23)가 관내의 소정 위치에 지지되는 데, 그 지지되는 위치는, 관내면 압연 롤(21)이 시임 비드부(6)를 사이에 두고 관외면 압연 롤(11)과 대향할 수 있는 위치이다.

한편, 베어링(24)은 링크 기구(29)를 통하여 연결 로드(41)에 연결된다. 링크 기구(29)는, 프레임부(25)에 지지되어 관축방향으로 슬라이딩 가능한 링크 암(30)과, 양단의 가동핀(33)을 통하여 상기 링크 암(30)과 베어링(24)을 연결하는 링크 레버(31)로 구성된다. 링크 레버(31)의 길이 및 양 가동핀(33)의 배치에 대해서는, 링크 암(30)이 관축방향으로 변위하면, 그에 상응하게 베어링(24)이 변위함으로써 관내면 압연 롤(21)이 압하방향이 압하방향으로 변위하도록 구성되며, 링크 암(30)의 말단이 연결 로드(41)의 선단에 연결되게 만들어진다.

연결 로드(41)는 로드부(26)를 관통하여 그 말단에서 압연력 발생수단(44)에 연결되어 있다. 이 연결형태는 특별히 한정되지 않지만, 관외에 고정한 유압 실린더를 압연력 발생수단(44)으로 하고, 유압 실린더의 실린더 로드(45)와 연결 로드(41)의 말단과의 사이에서 개방관(1)의 슬릿 부분을 통하는 위치에, L 자 중앙부를 고정 핀(48)으로 고정시킨 L 자형 레버(46)를 설치한다. 그리고 L 자형 레버(46)의 일단을 가동핀(49)으로 실린더 로드(45)에 고정하고, 타단을 보조 암(47)을 통하여 가동핀(49)으로 연결 로드(41)의 말단에 고정하도록 하였다.

또한, 압연력 발생수단(44)으로서는, 유압 실린더 대신 전동모터, 공압 실린더 등을 이용하여도 된다. 전동모터의 경우에는 도 3 의 연결형태로 실시하려고 하면, 모터 회전축의 회전동작을 왕복동작으로 변환하는 변환수단이 별도 필요하게 되는데, 이 변환수단은 크랭크 등의 주지의 기계요소를 이용하여 용이하게 구성할 수 있다.

이 장치 구성에 의해, 압연력 발생수단(44)으로 발생시킨 압연력이 연결 로드(41)를 관축방향으로 변위시키고, 이 변위가 링크 기구(29)에 의해 베어링(24), 즉, 관내면 압연 롤(21)의 압하방향(도면상의 상하방향)으로의 변위로 변환된다. 이로써, 개방관(1)의 슬릿 부분으로부터 관내를 통하여 관내면 압연 롤(21)에 적합하게 시임 비드부(6)를 평활화하기 위한 압연력을 부여할 수 있다. 이 압연력에 의해 관내면 압연 롤(21)은 시임 비드부(6)를 충분히 평활하게 할 수 있다.

이 예에서는, 실린더 로드(45)를 전진시킴으로써 연결 로드(41)가 후퇴(말단측으로 이동)하면, 도 4 의 링크 레버(31)가 링크 암(30)측의 가동핀(33)을 중심으로 시계방향으로 회전하고, 베어링(24)이 고정핀(32)을 중심으로 시계방향으로 회전하여, 관내면 압연 롤(21)이 시임 비드부(6)에 눌리게 된다. 압연력은 실린더 로드(45)의 전진거리에 대응한다.

그러나, 도 3 및 도 4 에 나타낸 받침 롤러(28)는 압연 반력을 받아 관벽을 누르게 되는데, 강관(4)의 강성이 약하여 관체의 변형이 염려되는 경우에는, 도 4 에 나타낸 바와 같이, 관벽을 통하여 받침 롤러(28)에 반력을 미치는 가이드 롤러(54)를 배치하는 것이 바람직하다.

또, 관내면 압연 롤 지지장치(23)의 소재로서는 강재를 사용하는 것이 경제적이지만, 로드부(26)가 워크코일(2)의 자계영향 범위에 설치되기 때문에, 유도전류에 의해 관내면 압연롤 지지장치(23)가 가열되어 연화될 가능성이 크다. 따라서, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 프레임부(25)및 로드부(26)의 내부에 통로(34)를 설치하여 냉각수를 흘려보내는 구조로 되어 있다. 도 3 의 냉각수 통로(34)는, 연결로드(41)를 급수관(35)으로 하고, 로드부(26)를 배수관(36)으로 하는 이중구조로 되어 있어, 냉각수를 말단측으로부터 급수관(35)에 공급하고, 선단측에서 배수관(36)과 연통시켜, 말단측에서 배수관(36)으로부터 냉각수가 배출되는 구조로 하였다.

또, 스퀴즈 롤(3)은 도 4 에 나타낸 바와 같이 시임부(5)에 맞닿도록 배치하는 것이 바람직하다. 이렇게 되면, 도 11 에 나타낸 바와 같이, 스퀴즈 롤(3)을관외측에 발생하는 시임 비드부(6)에 맞닿게 함으로써, 시임 비드부(6)의 발생을 억제할 수 있으므로 관외면 압연 롤(11)의 부담을 줄일 수 있다.

도 5a 및 도 5b 의 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다. 도 5a 및 도 5b 는, 도 1a 및 도 1b 또는 도 3 에 나타낸 관내면 압연 롤(21)을 관축방향으로 이동시킬 수 있는 설비를 구비한 평활화 장치를 도시하는 데, 도 5a 는 측면도, 도 5b 는 선 ⅤB-ⅤB 를 따라 절취한 단면도이다.

관내면 압연 롤(21)을 탑재한 관내면 압연 롤 지지장치(23)는 연결기(42)에 의해 연결 로드(41)에 연결되고, 연결 로드(41)는 앵커(43)에 장착되어 있다. 연결 로드(41)의 외면에는 관축방향으로 연장하는 안내치(53)를 형성시키고, 이 안내치(guide tooth)(53)에 구동 기어(52)를 맞물리게 하여 구성할 수 있다. 구동 기어(52)는 모터(51)에 연결되어 연결로드(41)를 관축방향으로 이동시킴으로써, 관내면 압연 롤(21)을 이동시킨다. 연결 로드(41)의 내부에는, 냉각수용 통로(34)로서, 급수관(35) 및 배수관(36)이 설치되어 있다.

또한, 시임 비드부(6)는 보다 고온에서 압하하는 편이 평활화하기 쉬우므로, 관외면 및 관내면 압연 롤(11, 21)은 스퀴즈 롤(3)에 가능한한 가깝게 배치하는 데, 바람직하게는, 스퀴즈 롤(3)의 배출측에서 시임부(5)의 온도가 약 900 ℃를 밑돌지 않는 위치에 배치하는 것이 좋다.

도 6 의 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다. 도 6 은 관외면 압연 롤(11)및 관내면 압연 롤(21)을 관축방향으로 직렬로 배열한 평활화 장치의 측면 단면도이다.

도 6 에서 보이는 바와 같이 스퀴즈 롤(3)의 하류측의 관외면에 복수의 관외면 압연 롤(11)을 배열한다. 또, 관내면 압연 롤(21)은, 시임 비드부(6)를 사이에 두고 관외면 압연 롤(11)과 대향할 수 있는 위치에 복수 배열되고, 회전가능하게 관내면 압연롤 지지장치(23)에 설치되어 있다. 관외면 및 관내면 압연 롤(11, 21)을 이와 같이 직렬로 배열함으로써, 롤 1 개당의 내하중을 경감할 수 있다. 또, 관내면 압연 롤 지지장치(23)를 소형화할 수 있으므로, 외경이 작은 강관에도 사용될 수 있다. 또한, 복수의 관외면 및 관내면 압연 롤(11, 21)을 세트로 관원주방향으로 조금씩 어긋나게 배치함으로써, 시임 비드부(6)가 다소 꾸불꾸불해도 롤의 폭을 넓히지 않고, 시임 비드부를 확실하게 압연할 수 있다.

도 7 의 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다. 도 7 은 관외면 압연 롤(11)의 하류측의 관외면에 핀치롤을 구비한 평활화 장치의 측면 단면도이다.

본 실시예의 평활화 장치는, 스퀴즈 롤(3)의 배출측의 관내에 배치된 관내면 압연롤 지지장치(23), 이 관내면 압연롤 지지장치(23)에 지지되어 시임 비드부(6)를 압궤하는 관내면 압연롤(21), 및 시임부(5)를 매개로 관내면 압연롤(21)에 대향하는 관외면 압연롤(11)을 구비하고, 관외면 압연롤(11)의 하류 근방에서 관외면에 맞닿아 회전하여, 강관(4)에 길이방향의 장력을 부여하는 핀치롤(65)을 구비하고 있다. 강관(4)에 길이방향의 장력을 부여하기 위해서는, 스퀴즈 롤(3)보다도 빠른 원주속도로 핀치롤(65)을 회전시켜 강관(4)을 전진시키면 된다. 강관(4)에 길이방향의 장력을 부여함으로써, 길이방향의 금속유동이 촉진되어, 시임 비드부(6)에서의 단차 발생을 억제할 수 있다.

도 8a 및 도 8b 의 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다. 도 8a 는 관내면 압연 롤의 근방에, 내면 압압 롤을 구비한 평활화 장치의 측면 단면도이다. 도 8b 는 도 8a 의 정면단면도이다.

본 실시예의 평활화 장치는, 스퀴즈 롤(3)의 배출측의 관내에 배치된 관내면 압연롤 지지장치(23), 이 관내면 압연롤 지지장치(23)에 지지되어 시임 비드부(6)를 압궤하는 관내면 압연롤(21), 및 시임부(5)를 매개로 관내면 압연롤(21)에 대향하는 관외면 압연롤(11)을 구비하고 있으며, 또한, 관내면 압연롤 지지장치(23)상에서 관내면 압연롤의 근방에, 관내면을 눌러 강관(4)에 원주방향의 장력을 부여하는 복수의 내면 압압 롤(66)을 구비하고 있다. 내면 압압 롤(66)의 압압력은, 예를 들면 유압 실린더에 의해 지지장치(23)를 통하여 부여할 수 있다. 강관(4)에 관주(管周)방향의 장력을 부여함으로써, 길이방향의 금속유동이 촉진되어, 시임 비드부(6)에 발생하는 단차를 억제할 수 있다.

도 9a 및 도 9b 의 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다. 도 9a 는, 관확대공구를 구비한 평활화장치의 측면단면도이다. 도 9b 는, 도 9a 의 선 ⅨB-ⅨB 를 따라 절취한 단면도이다.

본 실시예의 평활화장치는, 스퀴즈 롤(3)의 배출측의 관내에 배치된 관내면 압연롤 지지장치(23), 이 지지장치(23)에 지지되어 시임 비드부(6)를 압궤하는 관내면 압연롤(21), 및 시임부(5)를 매개로 관내면 압연롤(21)에 대향하는 관외면 압연롤(11)을 구비하고 있으며, 또한, 관내면 압연롤 지지장치(23)에 지지되어, 스퀴즈 롤(3)의 배출측에서 관내면을 눌러 관주를 확장하는 관확대공구(67)를 구비하고있다. 관확대공구(67)는, 관내면과의 마찰에 의한 내면 흠집의 발생을 방지하기 위해, 관내면에 맞닿는 롤러(68)를 구비하고 있다. 관확대공구(67)의 압압력은, 예를 들면 유압 실린더에 의해, 관내면 압연롤 지지장치(23)를 통하여 부여할 수 있다.

이로써, 시임부(5)는 스퀴즈 롤(3)의 배출측에서 원주방향으로 당겨져, 시임 비드부(6)가 소성변형하여 두께를 줄인 후에 내면 압연되므로, 내면 압연시의 압궤체적이 저감되고, 시임부를 평활하게 할 수 있다.

이상의 강관 시임부의 평활화 장치에 있어서, 강관(4)의 외경의 변경시에는, 연결기(42)로부터 하류측의 관외면 압연 롤(11), 관내면 압연 롤(21), 관내면 압연 롤 지지장치(23) 등을, 변경후의 외경에 대응하는 크기의 것으로 교환한다.

관외면 압연롤(11) 및 관내면 압연롤(21)에 의해 시임 비드부(6)를 압연하는 경우, 관체로 부터의 반력에 의해 15 ㎏/㎟ 이상의 굽힘 응력이 발생한다. 또, 당해 롤이 관체에 맞닿는 면의 압접점 근방과 그 이외의 영역과의 온도차가 150 ℃ 이상에 도달하는 경우도 흔히 있다.

따라서, 이들 롤의 수명연장을 위해, 당해 롤의 소재는 굽힘 강도 15 ㎏/㎟ 이상, 내열충격온도차 150 ℃ 이상의 특성을 갖는 것 중에서 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 여기에서 평가에 이용한 내열충격온도차란, 재료시험편으로서 3 ㎜ ×4 ㎜ × 40 ㎜ 의 각봉(JIS 4 점 굽힘 시험 규격)을 사용하여, 시험편을 소정온도까지 가열하고나서 물속에 투하할 때, 시험편에 균열이 발생하지 않는 온도차(가열온도와 수온과의 차이)를 말한다.

현재의 기술수준에 비춰보면, 이와 같은 소재로서는, 질화규소(Si3N4)계 또는 탄화규소(SiC)계 또는 지르코니아(ZrO2)계 또는 알루미나(Al2O3)계의 세라믹이 가장 적합하다.

다음에 본 발명의 강관의 제조방법에 대하여 설명한다.

본 발명은 띠강을 성형롤에 의해 연속적으로 성형하여 개방관으로 만들고, 이 개방관의 양 에지부를 유도가열에 의해 융점미만의 온도역으로 가열하여, 스퀴즈 롤로 맞대어 압접하는 고상압접에 의한 강관의 제조방법에 있어서, 스퀴즈 롤로 압접하기 전에, 개방관의 양 에지부의 내면측이 되는 에지단을 미리 성형한 후, 상기 강관 시임부의 평활화 장치에 의해, 시임 비드부를 평활하게 하는 것을 특징으로 하는 강관의 제조방법이다.

이 경우, 스퀴즈 롤로 압접하기 전에, 개방관의 양 에지부의 내면측이 되는 에지단을, 에지롤 또는 절삭 등에 의해 면형성 가공한다. 미리 성형하는 형상은 특별히 한정되지 않지만, 도 10a 및 도 10b 에 나타낸 바와 같이 양 에지부의 관내면측의 에지단을 판두께 방향으로(T1), 관원주방향으로(T2)만큼, 테이퍼형상 또는 라운드 형상으로 면형성 가공하여 성형하는 것이 좋다.

이 스퀴즈 롤로 압접하기 전에, 개방관의 양 에지단을 미리 성형함으로써, 스퀴즈 롤에 의한 맞대어 접합할 때 발생하는 강관의 시임 비드부가 작게 억제된다. 이로써 평활화 장치의 부담이 경감되어 관 제조속도를 높일 수 있다.

실시예 1

도 1a 와 도 1b 및 도 2 에 나타낸 본 발명 장치를 강관 제조라인에 설치하여, 시임 비드부(6)를 평활화하면서, 고상압접 관제조법에 의해 외경 21.7 ∼ 60.5 ㎜ × 두께 1.6 ∼ 3 ㎜ 의 배관용, 일반구조용 탄소강 강관(JIS G3452의 SGP, G3444 의 STK 상당품)을 제조하였다.

실시예 1 에서는, 시임 비드부(6)에 맞닿는 스퀴즈 롤(3), 관외면 압연 롤(11)및 관내면 압연 롤(21)의 소재에, 굽힘 강도 85 ㎏/㎟, 내열충격온도차 800 ℃ 인 특성을 갖는 질화규소계의 세라믹스를 사용하였다. 또, 본 발명 장치의 운전시에는 통로(34)에 냉각수를 흘려보내, 관내면 압연 롤 지지장치(23)의 중앙부의 온도를 200 ±15 ℃ 로 유지하였다. 관내면 압연 롤(21)의 위치는 고정으로 하고, 두께 변경시에는, 관외면 압연 롤(11)을 강관 반경방향으로 이동시켜 관내면 압연 롤(21)과의 롤 간격을 조정함으로써 압연력을 부여하였다.

한편, 스퀴즈 롤(3)을 시임 비드부(6)의 양 옆에 배치하고, 또한 시임부(5)의 평활화를 비드 절삭으로 실시하는 종래형의 강관제조 라인에서, 상기와 동일규격 동일치수의 소재 관을 고상압접 관제조법으로 제조한 후, 실시예 1 과 동일 공정으로 제조관으로 한 예를 비교예 1 로 하였다.

이 결과, 실시예 1 에서는, 고상압접시의 최대 관 제조속도가 비교예의 100 m/min에서 180 m/min 으로, 제조관의 시임 품질(도 11 에 시험요령을 나타낸 편평시험에서의 편평높이비(h/D)의 평균치로 평가)이 비교예 1 의 0.5 로부터 2t/D(밀착)으로, 시임부 길이방향으로 두께변동이 비교예 1 의 -0.2 ∼ ＋0.3 ㎜에서 ±0.05 ㎜ 로 모두 현저하게 향상되고, 표면상태에 대해서도 문제가 없는 제조관이 얻어졌다.

실시예 2

도 3 및 도 4 에 나타낸 본 발명 장치를 강관 제조라인에 설치하여, 시임 비드부(6)를 평활화하면서, 고상압접 관제조법에 의해 외경 60.5 ∼ 114.3 ㎜ × 두께 1.9 ∼ 4.5 ㎜ 의 일반구조용 탄소강 강관(JIS G3452 의 SGP, G3444 의 STK 상당품)을 제조하여 실시예로 하였다.

실시예 2 에서는, 시임 비드부(6)에 맞닿는 스퀴즈 롤(3), 관외면 압연 롤(11)및 관내면 압연 롤(21)의 소재에, 굽힘 강도 85 ㎏/㎟, 내열충격온도차 800 ℃ 인 특성을 갖는 질화규소계의 세라믹스를 사용하였다. 또, 본 발명 장치의 운전시에는 통로(34)에 냉각수를 흘려보내, 관내면 압연 롤 지지장치(23)의 중앙부의 온도를 200 ±15 ℃ 로 유지하였다. 관외면 압연 롤(11)의 위치는 고정으로 하고, 두께 변경시에는, 관내면 압연 롤(21)을 강관 반경방향으로 이동시켜 관외면 압연 롤(11)과의 롤 간격을 조정함으로써 압연력을 부여하였다.

또한, 스퀴즈 롤(3)을 시임 비드부(6)의 양 옆에 배치하고, 또한 시임부(5)의 평활화를 비드 절삭으로 실시하는 종래형의 강관제조 라인에서, 상기와 동일규격 동일치수의 소재 관을 고상압접 관제조법으로 제조한 후, 실시예 2 와 동일 공정으로 제조한 관의 한 예를 비교예 2 로 하였다.

이 결과, 실시예 2 에서는, 고상압접시의 최대 관 제조속도가 비교예의 100 m/min에서 150 m/min 으로, 제조관의 시임 품질(실시예 1 과 동일 편평시험에서의 편평높이비(h/D)의 평균치로 평가)이 비교예 2 의 0.5 로부터 0.2 로, 시임부 길이방향 두께변동이 비교예 2 의 -0.2 ∼ ＋0.3 ㎜에서 ±0.15 ㎜ 로, 모두 현저하게향상되고, 표면상태에 대해서도 문제가 없는 제조관이 얻어졌다.

본 발명에 의하면, 종래의 전기저항용접 강관 처럼 비드 절삭의 필요가 없고, 비드부에 발생하는 비드부분을 고속으로 제거할 수 있기 때문에, 높은 생산성으로 또한 시임 품질 및 표면상태가 우수한 고상압접 강관을 얻을 수 있다.

Claims (13)

1. 개방관의 양 에지부를 유도가열한 후, 스퀴즈 롤로 맞대어 압접하여 제관된 강관의 시임 비드부를 평활화하는 장치에 있어서, 시임 비드부를 사이에 두고 관외면 및 관내면으로부터 가압하여 압연하는 관외면 압연 롤 및 관내면 압연 롤, 이 관내면 압연 롤을 회전이 자유롭게 지지함과 동시에 냉각수의 통로를 내장하는 관내면 압연 롤 지지장치, 이 관내면 압연 롤 지지장치를 연결기에 결합시킴과 동시에 냉각수를 공급하는 통로를 내장하는 연결 로드, 및 이 연결 로드를 고정하는 앵커를 포함하는 것을 특징으로 하는 강관 시임부의 평활화 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 관외면 압연 롤이 축 및 베어링을 통하여 지지 프레임에 의해 지지되고, 상기 지지 프레임을 강관 반경방향으로 이동시켜 상기 관외면 압연 롤과 상기 관내면 압연 롤과의 간격을 조정하는 기구를 설치한 것을 특징으로 하는 강관 시임부의 평활화 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 관내면 압연 롤 지지장치는, 관내면 압연 롤을 회전이 자유롭게 지지하는 베어링과, 링크 기구를 통하여 상기 베어링을 압하방향으로 변위시켜 관내면 압연 롤에 압연력을 전달하는 압연력 전달로드 및, 이 압연력 전달로드에 전달되는 압연력을 발생시키는 압연력 발생수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 강관 시임부의 평활화 장치.
4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 관외면 압연 롤 및 관내면 압연 롤을 관축방향으로 직렬로 배치한 것을 특징으로 하는 강관 시임부의 평활화 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 스퀴즈 롤이 시임부에 맞닿도록 배치된 것을 특징으로 하는 강관 시임부의 평활화 장치.
6. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 관벽을 통하여 관외면에 관내면 압연 롤 지지장치를 지지하는 가이드 롤러를 설치한 것을 특징으로 하는 강관 시임부의 평활화 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 앵커가, 상기 연결 로드를 관축방향으로 이동시키는 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 강관 시임부의 평활화 장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 관외면 압연 롤의 하류 근방에서 관외면에 맞닿아 회전하면서 관의 길이방향으로 장력을 부여하는 핀치 롤을 구비한 것을 특징으로 하는 강관 시임부의 평활화 장치.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 관내면 압연 롤의 근방에서 관내면을 눌러 관에 원주방향의 장력을 부여하는 복수의 내면 압압 롤을 구비한 것을 특징으로 하는 강관 시임부의 평활화 장치.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 관내면 압연 롤 지지장치에 지지되어 관내면을 눌러 관둘레를 넓히는 관확대공구를 상기 스퀴즈 롤의 배출측에 구비한 것을 특징으로 하는 강관 시임부의 평활화 장치.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 관내면 압연 롤 및 관외면 압연 롤이, 15 ㎏/㎟ 이상의 굽힘 강도 및 150 ℃ 이상의 내열충격온도차를 갖는 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강관 시임부의 평활화 장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 소재가 질화규소계, 탄화규소계, 지르코니아계 또는 알루미나계의 세라믹인 것을 특징으로 하는 강관 시임부의 평활화 장치.
13. 띠강을 성형 롤에 의해 연속적으로 성형하여 개방관으로 만들고, 이 개방관의 양 에지부를 유도가열에 의해 융점미만의 온도역으로 가열하여, 스퀴즈 롤로 맞대어 압접하는 강관의 제조방법에 있어서, 상기 개방관의 양 에지부의 내면측이 되는 에지단을 미리 성형한 후, 제 1 항에 기재된 강관 시임부의 평활화 장치에 의해, 시임 비드부를 평활하게 하는 것을 특징으로 하는 강관의 제조방법.