KR100701629B1 - 2단 단조공법에 의한 대형 튜브시트 단강품의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2단의 단조 방법을 사용하여 판형 부재의 크기에 관계없이 동일한 크기의 하부 원형 금형을 사용하여 대형 튜브시트 단강품을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 용강을 주형에 주입하여 강괴를 제작하는 단계, 상기 강괴의 측면을 가압하여 반경 방향 성형작업을 수행하여 반경방향 가압 성형체를 만드는 단계, 상기 반경방향 가압 성형체를 축방향으로 가압 성형하여 축방향 가압 성형체를 만드는 단계, 상기 축방향 가압 성형체의 상부와 하부의 돌출부를 절단하여 제품용 순성형품을 만드는 단계, 상기 제품용 순성형품을 장주형의 하부 평금형 및 장주형의 하부 지지대 사이에 걸쳐 얹고 장주형의 상부 평금형을 상기 하부 평금형에 대향되게 위치시켜 상기 제품용 순성형품을 회전시키면서 가압 성형 작업함으로써 단진 원반형 성형체를 제작하는 단계, 및 상기 제작된 단진 원반형 성형체를 하부 원형금형 위에 얹고 상부 원형금형을 상부로부터 가압하여 원판상 시트 단강품을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 제품의 외측테두리부를 내측중앙부의 두께보다 얇게 성형하는 2단 단조 방법을 적용함으로써, 최종 제품의 직경의 크기에 큰 관계없이 대형 튜브시트 단강품을 제조할 수 있고, 그에 따른 설비 투자비를 저감하는 효과가 있다.

튜브시트, 단강품, 2단 단조, 원판형 시트

Description

2단 단조공법에 의한 대형 튜브시트 단강품의 제조방법{Two-Staged Forging Method for Large Tube Sheets}

도1은 종래의 대형 튜브시트 단강품의 제조방법에 대한 개략도

도2는 종래의 대형 튜브시트 단강품의 제조방법에 대한 상세 설명도

도3은 본 발명에 따른 2단 단조공법에 의한 대형 튜브시트 단강품의 제조방법에 대한 개략도

도4는 본 발명에 따른 2단 단조공법에 의한 대형 튜브시트 단강품의 제조방법에 대한 상세 설명도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 13 : 강괴

2, 14 : 1차 반경방향 가압 성형체

3, 15 : 1차 축방향 가압 성형체

4, 16 : 2차 반경방향 가압 성형체

5, 17 : 2차 축방향 가압 성형체

6 : 원판형상 성형체

7, 19 : 대형 튜브시트 단강품

5a, 17a : 제품용 순성형품

9, 11, 24 : 하부 원형금형

10, 12 : 장주형 상부 평금형

18 : 단진 원반형 성형체

21 : 폭이 넓어지고 길이가 짧아진 장주형 하부 평금형

22 : 장주형 하부 지지대

23 : 폭이 넓어지고 길이가 짧아진 장주형 상부 평금형

25 : 상부 원형 금형

본 발명은 대형 판상 부재의 단조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2단의 단조 방법을 사용하여 동일한 크기의 하부 원형 금형을 사용하여 그 크기에 관계없이 대형 판상 부재를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 특히 원자력 발전소용 증기발생기에 사용되는 대형 튜브시트 단강품의 제조에 적합한 방법을 제공하기 위한 것이다.

도1은 종래의 대형 튜브시트 단강품의 제조방법을 개략적으로 설명하기 위한 것이다. 먼저 전기로에서 끓여진 용강을 일정한 형상을 가진 주형에 주입하여 도1(a)와 같은 강괴(1)를 제조한다. 이러한 강괴(1)는 내부가 불건전한 상태이기 때문에 반경방향 성형작업과 축방한 성형작업을 반복하여 강괴(1)의 내부에 단조효과 를 부여하여 건전한 상태로 만들어 주어야 한다. 따라서, 제작된 강괴(1)의 측면을 가압하여 1차 반경방향 성형작업을 거쳐 도1(b)와 같은 1차 반경방향 가압 성형체(2)를 만든 후, 다시 축방향으로 가압하여 1차 축방향 성형작업을 거쳐 도1(c)와 같은 1차 축방향 가압 성형체(3)를 제조한다. 이렇게 해도 단조효과가 중앙 부위까지 충분히 미치지 않는 제품의 경우에는, 도1(d)에서와 같이 2차 반경방향 성형작업을 거쳐 2차 반경방향 가압 성형체(4)를 제조하고, 다시 도1(e)에서와 같이 2차 축방향 성형작업을 거쳐 2차 축방향 가압 성형체(5)를 제조한다. 이러한 공정을 거쳐서 제1도(e)와 같은 2차 축방향 가압 성형체(5)가 만들어지게 되면, 비제품부인 상부와 하부의 매니퓰레이터용 돌출부를 절단하고 난 나머지의 제품용 순성형체에 대하여 추가적인 단조작업을 진행하게 된다. 우선 도1(f)에서와 같이 두께는 줄이고 직경을 늘려가는 단조작업을 거쳐 원판형상의 성형체(6)를 만든 후에 도1(g)와 같이 두께는 줄이고 직경을 늘려가는 단조작업을 반복수행하여 최종 제품인 대형 튜브시트 단강품(7)을 만들게 된다.

도2는 종래의 대형 튜브시트 단강품의 제조방법에 대하여 더욱 상세히 설명하기 위한 것이다. 상기 도1(a) 내지 도1(e)에서 보여준 바와 같이 반경방향 성형작업과 축방향 성형작업을 마치면, 상부와 하부의 돌출부가 부착된 2차 축방향 가압 성형체(5)가 얻어지고, 여기서 상부와 하부의 돌출부를 절단해 낸 상태인 제품용 순성형품(5a)을 다시 도2(a)에 나타내었다.

상기 제품용 순성형품(5a)을 도2(b)에서와 같이 하부 원형금형(9)의 위에 얹은 다음에 폭이 좁고 길이가 긴 장주형의 상부 평금형(10)을 이용하여 회전 단조작 업을 수행한다. 이것은 제품용 순성형품(5a)의 옆쪽이 볼록해지는 배불림 현상을 방지하기 위하여 실시하며, 최대한 납작한 상태로 원형으로 균일하게 만들기 위해서는 하부 원형금형(9)을 일정한 각도로 회전시키면서 단조작업을 진행하여 도2(c)와 같은 원판형상 성형체(6)를 만든다. 이러한 작업이 끝난 후에 도2(d)에서와 같이 하부 원형금형(11)의 위에 올린 다음에 폭이 좁고 길이가 긴 장주형의 상부 평금형(12)을 이용하여 회전 단조작업을 수행하여 도2(e)와 같은 최종 제품인 대형 튜브시트 단강품(7)을 만들게 된다.

상부 평금형(12) 및 하부 원형금형(11)은 상부 평금형(10) 및 하부 원형금형(9)보다 각각 길이 및 직경이 더 큰 별개의 것을 사용할 수도 있으나, 처음부터 동일한 상부 평금형(9,12) 및 하부 원형금형(9,11)을 사용해도 무방하다.

도1 및 도2에서와 같은 종래의 방법으로 대형 튜브시트 단강품(7)을 제조하게 되면, 최종 제품인 대형 튜브시트 단강품(7)의 최대 직경은 하부 원형금형(11)의 직경 이하로 제한되는 한계점이 있었다. 왜냐하면, 대형 튜브시트 단강품(7)의 직경이 하부 원형금형(11)의 직경을 초과하는 부분에 대해서는 하부 원형금형(11)과 상부 평금형(12) 상호 압축에 의한 단조작업이 수행될 수 없기 때문이다.

따라서 설계 변경에 따라 최종 제품인 튜브시트 단강품(7) 직경의 대형화가 요구될 경우, 그때 마다 하부 원형금형(11)을 대형화하여 신규로 제작해야 하기 때문에 설비투자가 과다하게 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 2단의 단조 공법으로서 일차로 외측 테두리부를 성형하여 내측중앙부가 상하로 돌출된 형상인 단진 원반형의 성형체를 제조한 후에 상,하부 원형금형의 압축에 의한 내측 중앙부의 추가적인 단조 작업을 수행함으로써, 일정 크기의 하부 원형 금형을 사용하여 신규 설비투자를 유발하지 않으면서도 하부 원형금형의 크기보다 더 큰 직경의 최종 튜브시트 단강품도 제작이 가능한 새로운 단조공법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 2단 단조공법에 의한 원판상 시트 단강품 제조방법의 본 발명은, (a) 용강을 주형에 주입하여 강괴를 제작하는 단계, (b) 상기 강괴의 측면을 가압하여 반경 방향 성형작업을 수행하여 반경방향 가압 성형체를 만드는 단계, (c) 상기 반경방향 가압 성형체를 축방향으로 가압 성형하여 축방향 가압 성형체를 만드는 단계, (d) 상기 축방향 가압 성형체의 상부와 하부의 돌출부를 절단하여 제품용 순성형품을 만드는 단계, (e) 상기 제품용 순성형품을 장주형의 하부 평금형 및 장주형의 하부 지지대 사이에 걸쳐 얹고 장주형의 상부 평금형을 상기 하부 평금형에 대향되게 위치시켜 상기 제품용 순성형품을 회전시키면서 외측 테두리부를 가압 성형 작업함으로서, 상기 제품용 순성형품의 중앙부가 상하측으로 돌출되어 형성되는 내측중앙부를 구비하는 단진 원반형 성형체를 제작하는 단계; 및 (f) 상기 제작된 단진 원반형 성형체을 하부 원형금형 위에 얹고 상부 원형금형을 상부로부터 가압하여 원판상 시트 단강품을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 단계(c) 이후에 상기 축방향 가압 성형체를 반경 방향으로 가압함으로써 제2차 반경방향 성형작업을 수행하여 반경방향 가압 성형체를 만드는 단계, 및 상기 반경방향 가압 성형체를 축방향으로 제2차 가압 성형하여 축방향 가압 성형체을 만드는 단계를 더 포함하는 것을 추가적인 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구성을 더욱 상세히 설명한다.

도3은 본 발명에 따른 2단 단조공법에 의한 대형 튜브시트 단강품의 제조방법에 대한 개략도를 보여준다.

먼저 전기로에서 끓여진 용강을 일정한 형상을 가진 주형에 주입하여 도3(a)에서와 같은 강괴(13)를 제조한다.

상기 제조된 강괴(13)의 측면을 가압하여 1차 반경방향 성형작업을 거쳐 도3(b)와 같은 1차 반경방향 가압 성형체(14)를 만든 후에, 다시 축방향으로 눌러서 1차 축방향 성형작업을 거쳐 도3(c)와 같은 1차 축방향 가압 성형체(15)를 제조한다.

이렇게 해도 충분한 단조효과가 미치지 않는 제품의 경우에는 2차 반경방향 성형작업을 거쳐 도3(d)와 같은 2차 반경방향 가압 성형체(16)를 제조한 후에 다시 2차 축방향 성형작업을 거쳐 제 3도(e)와 같은 2차 축방향 가압 성형체(17)를 제조한다.

이상에서 반경 방향 가압 성형과 축방향 가압 성형은 반드시 순차적으로 진행할 필요는 없고, 필요에 따라 그 순서를 바꾸어 실행하더라도 효과상의 대차는 없는 것이므로 서로 균등한 수단에 해당되는 것은 자명하다.

상기와 같은 공정을 거쳐서 도3(e)와 같은 2차 축방향 가압 성형체(17)가 만들어지게 되면, 비제품부인 상부와 하부의 매뉴퓰레이터용 돌출부를 절단해 내고 남은 몸체부인 제품용 순성형품에 대하여 추가적인 단조작업을 진행하게 된다.

먼저 제품용 순성형품의 외측 테두리부를 가압 성형하여 도3(f)와 같은 단진 원반형상 성형체(18)를 제조한 후에 단진 원반형상 성형체(18)의 내측중앙부(18a)를 성형하여 도3(g)와 같은 최종 제품인 대형 튜브시트 단강품(19)을 제조하게 된다.
다시 말해서 상기 순성형품의 외측 테두리부를 가압 성형하면 자연스럽게 중앙부가 상하로 돌출되는 형상으로 형성되며 상기 상하로 돌출되는 내측중앙부(18a)를 이용하여 상기 대형 튜브시트 단강품(19)을 제조하게 되는 것이다.
도4는 본 발명에 따른 2단 단조방법에 의한 대형 튜브시트 단강품의 제조방법에 대한 상세 설명도를 보여주고 있다.

삭제

제1단 공정은 먼저 도3(e)에서와 같이 상부와 하부의 돌출부를 지닌 2차 축방향 가압 성형체(17)의 상,하부 돌출부를 절단하여 제품용 순성형품(17a)을 준비한다. 이렇게 만들어진 제품용 순성형품(17a)을 도4(b)에서와 같이 종래의 것보다 폭이 넓어지고 길이가 짧아진 장주형의 하부 평금형(21)과 장주형의 하부 지지대(22)의 사이에 걸쳐 얹고, 역시 종래보다 폭이 넓어지고 길이가 짧아진 장주형의 상부 평금형(23)을 사용하여 상기 하부 평금형(21)의 대향 위치에서 상부로부터 외측 테두리부를 압축 성형하여 단진 원반형상 성형체(18)을 제조하게 된다.
이를 위해서는 처음에 제품용 순성형품(17a)을 도4(b)에서와 같이 배치하여 장주형의 상부 평금형(23)으로 누른 후에 상부 평금형(23)을 윗 쪽으로 들어올리고 제품용 순성형품(17a)을 일정한 각도로 회전시킨 후에 다시 상부 평금형(23)으로 가압 성형하여 단조작업을 반복한다. 이러한 작업을 360도 회전하면서 전체적으로 수행하게 되면 제품용 순성형품(20)의 외측테두리부만 성형된 상태인 단진 원반형 성형체(18)가 제조된다. 상술한 바와 같이 중앙부에는 상하로 돌출되는 형상인 내측중앙부(18a)가 형성되며 이를 이용하여 다음과 같은 공정을 수행하게 되는 것이다.

즉, 제2단 공정은 상기 제1단 공정에 의하여 제조된 것으로서 상하로 돌출된 내측중앙부(18a)를 구비하는 단진 원반형 성형체(18)를 도4(d)에서와 같이 하부 원형금형(24)의 위에 상기 내측 중앙부(18a)가 중심에 오도록 얹는다.
또한, 상기 상부측에 형성되는 내측중앙부(18a)위에 상부 원형금형(25)으로 가압하여 성형하면 최종 제품인 대형 튜브시트 단강품(19)이 제조된다.

본 발명에 따르면 상부 원형금형(25) 및 하부 원형금형(24)의 크기가 최종 튜브시트 단강품(19)보다 작더라도 단진 원반 형상의 성형체(18)의 단진 내측 중앙부(18a)의 직경보다 크다면 본 발명에 따른 2단 단조방법을 사용하여 대형 튜브 시트 단강품(19)의 제조가 용이하게 된다.
다시 말해서 상기 내측 중앙부(18a)상에 상기 상부 원형금형(25)을 얹고 상기 내측 중앙부(18a)의 하측에 상기 하부 원형금형(24)을 배치하므로 상기 상부 및 하부 원형금형(25,24)의 크기가 최종 튜브시트 단강품(19)보다 작더라도 2단 단조방법이 사용가능하게 되는 것이다.
또한 본 발명의 상부 평금형(23)은 종래의 상부 평금형(12) 길이보다 절반 이하의 크기로도 대형 튜브 시트 단강품(19)의 제조가 가능하게 된다.

도4에서는 본 발명의 기술적 효과를 보다 잘 나타내기 위하여 하부 원형금형(25)의 크기가 단진 원반형 성형체(18)보다 작은 경우를 도시하였지만, 반대로 단진 원반형 성형체(18)의 크기가 하부 원형금형(25)의 크기보다 작은 경우에 대해서도 적용가능함은 물론이다.

이상에서 살펴본 바와 같이 종래에는 제품의 내측과 외측의 두께가 균일한 평평한 형상에 대하여 1단으로 단조 작업하던 것이 일반적이었으나, 본 발명에 따 른 대형 튜브시트 단강품의 제조방법은 먼저 제품의 외측테두리부를 내측중앙부의 두께보다 얇게 가압 성형하고 이후에 내측 중앙부를 성형하는 2단 단조 방법을 적용함으로써, 첫째 최종 제품의 직경의 크기에 큰 관계없이 대형의 튜브시트 단강품(19)을 제조할 수 있고, 둘째 설계상 필요에 따라 최종 튜브시트 단강품(19)의 직경이 크게 요구되는 경우에 있어서도 그때마다 하부 원형금형(24)을 별도로 제작하지 않아도 되기 때문에 그에 따른 설비 투자비의 대폭적인 절감을 가져오는 효과가 있다.

본 발명은 원자력발전소의 증기발생기 튜브 시트 제조뿐만 아니라 단조효과에 의한 건전성이 요구되는 대형 원판상 시트 단강품의 제조에 일반적으로 적용할 수 있음은 물론이다.

Claims (2)

1. 용강으로부터 단조된 원판상 시트 단강품을 제조하는 방법에 있어서,

   (a) 상기 용강을 주형에 주입하여 강괴를 제작하는 단계;

   (b) 상기 강괴의 측면을 가압하는 반경 방향 성형작업을 수행하여 반경방향 가압 성형체를 만드는 단계;

   (c) 상기 반경방향 가압 성형체를 축방향으로 가압 성형하여 축방향 가압 성형체를 만드는 단계;

   (d) 상기 축방향 가압 성형체의 상부와 하부의 돌출부를 절단하여 제품용 순성형품을 만드는 단계;

   (e) 상기 제품용 순성형품을 장주형의 하부 평금형 및 장주형의 하부 지지대 사이에 걸쳐 얹고 장주형의 상부 평금형을 상기 하부 평금형에 대향되게 위치시켜 상기 제품용 순성형품을 회전시키면서 외측 테두리부를 가압 성형 작업함에 의해, 상기 제품용 순성형품의 중앙부가 상하측으로 돌출되는 내측중앙부를 구비하는 단진 원반형 성형체를 제작하는 단계; 및

   (f) 상기 단계(e)에서 제작된 단진 원반형 성형체의 내측중앙부 하측을 하부 원형금형 위에 얹고, 상기 단진 원반형 성형체의 내측중앙부 상측에 상부 원형금형을 얹어 상부로부터 가압하여 원판상 시트 단강품을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 단조공법에 의한 원판상 시트 단강품 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 단계(c) 이후에

   (c-1) 상기 축방향 가압 성형체를 반경 방향으로 가압함으로써 제2차 반경방향 성형작업을 수행하여 반경방향 가압 성형체를 만드는 단계; 및

   (c-2) 상기 (c-1)단계의 반경방향 가압 성형체를 축방향으로 제2차 가압 성형하여 축방향 가압 성형체을 만드는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2단 단조공법에 의한 원판상 시트 단강품 제조방법.

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