KR100825629B1 - 금속 판재 연연속 접합장치용 전단 나이프, 금속 판재연연속 접합장치 및 방법 - Google Patents

금속 판재 연연속 접합장치용 전단 나이프, 금속 판재연연속 접합장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

랩의 양이 금속판재의 폭 방향의 중심부보다 에지부에서 더 크도록 오목화된 날을 갖는 것을 특징으로 하는 연연속 접합장치용 전단 나이프, 및 이 전단 나이프를 포함하는 금속 판재 연연속 접합장치 및 방법이 제공된다.
연연속 압연을 위하여 금속판재를 상기 장치 및 방법으로 접합하는 경우, 접합부의 접합강도가 우수하고 균열율도 낮으며, 접합장치의 설비부하도 저감할 수 있다.
연연속압연, 접합기, 전단 나이프, 랩(lap)

Description

금속 판재 연연속 접합장치용 전단 나이프, 금속 판재 연연속 접합장치 및 방법{Joining Knife and Equipment and Method for Jointing Metal Sheets with High Integrity for Endless Hot Rolling}
도 1은 고상접합의 자유에너지 변화 개념도
도 2는 고상접합시 스케일 혼입율과 접합강도비의 관계를 나타내는 그래프
도 3은 접합면에 작용하는 접합력을 나타내는 모식도
도 4는 에지(edge)부의 접합강도 저하 및 균열발생 원인을 설명하기 위한 모식도
도 5는 압연시 판 폭방향 응력분포를 나타내는 그래프
도 6은 공정변수인 랩을 정의하기 위한 모식도
도 7은 랩 크기과 접합강도비의 관계를 나타내는 그래프
도 8은 랩 크기과 에지균열율의 관계를 나타내는 그래프
도 9는 랩 크기와 기기부하의 관계를 나타내는 그래프
도 10은 접합조건 최적화 개념 및 곡도효과를 설명하는 그래프
도 11은 본 발명에 부합되는 나이프의 일례를 나타내는 개략도
도 12는 랩 크기와 접합선 각도의 관계를 나타내는 그래프
도 13은 본 발명의 하나의 실시예로서 금속 판재 접합장치의 기본구성을 나타내는 구성도
도 14는 도 13의 금속판재 접합장치를 사용하여 판재를 접합할 시 접합개시 전의 접합기를 나타내는 개략 구성도
도 15는 도 13의 금속판재 접합장치를 사용하여 판재를 접합할 시 접합완료 후의 상태를 나타내는 접합기의 개략 구성도
도 16은 도 13의 금속판재 접합장치를 사용하여 판재를 접합할 시 접합완료 후의 접합재 상태를 나타내는 개념도
도 17은 고 랩 적용시 판 폭에 따른 에지균열율의 영향 차이를 설명하는 그래프
도 18은 종래의 나이프(직도)와 본 발명의 나이프(곡도)의 기기 부하 차이를 측정한 그래프
도 19는 종래의 나이프(직도)와 본 발명의 나이프(곡도)를 여러 강종에 적용시 측정된 평균 에지균열율을 나타내는 그래프
도 20은 본 발명의 나이프(곡도)를 적용한 소재의 압연 후 접합부를 나타내는 사진
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: 조압연기 2: 코일박스
3: 접합장치 4: 사상압연기
5: 다운코일러 6: 후행금속바
7: 크롭쉬어 8: 중첩장치
9: 선행금속바 10: 접합기
11: 금속바 12: 크롭처리장치
13,14: 레벨라 15: 크롭쉬어
16: 에지히터 17: 바히터
21: 후단 22: 선단
25,27: 돌기 26: 상부 전단 나이프
28: 하부 전단 나이프 31: 상부클램프
32: 하부클램프 33: 상부지지장치
34: 하부지지장치 35: 상부 전단 나이프 집합체
36: 하부 전단 나이프 집합체 37: 하우징
38: 상부크롭 39: 하부크롭
본 발명은 열간 연연속압연을 실시하기 위하여 주행중인 선행 금속판의 후단과 후행 금속판의 선단을 접합하는 금속 판재 연연속 접합장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 날의 형상을 랩과 관련하여 적절히 제어한 금속 판재 연연속 접합장치용 전단 나이프 및 이 전단 나이프를 포함하는 금속 판재 연연속 접합장치 및 방법에 관한 것이다.
금속판재의 열간압연에서는 조압연기와 사상압연기에 의해 소정 두께의 금속판이 얻어지고 있다.
최근에는 조압연기와 사상압연기 사이에서 금속판재(금속바)를 접합하여 사 상압연을 연속적으로 행하는 기술 즉, 연연속 압연 기술이 개발되고 있다.
사상압연을 연속적으로 행하기 위해서는 금속판재와 금속판재를 고속으로 접합할 필요가 있으며, 이러한 접합을 위한 여러 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1, 특허문헌 2 참조).
최근에는 고속으로 금속 판재와 금속 판재를 접합하는 기술로서, 예를 들어, 선행 금속판재의 후단부와 후행 금속판재의 선단부를 상하로 중첩시키고, 중첩된 두 금속판재를 동시에 전단함으로써 전단 과정에서 생성되는 두 금속판재의 전단면을 직접 접촉시켜 접합하는 기술이 알려져 있다(특허문헌 3 참조).
상기 기술은 전단에 의해 접합이 이루어지기 때문에 간단하고 단시간에 접합이 가능하며 필요한 공간도 작고, 따라서 사상압연시 온도저하가 적은 등 열간 연연속 압연설비로서 많은 장점을 가지고 있다.
그러나 사상압연시에는 접합부에 강한 하중이 가해지며 압연기 스탠드 사이에서도 인장 응력이 걸리기 때문에 접합부의 형상이 압연에 적합하지 않거나 접합강도가 충분하지 못하면 모재부에 비해 취약한 접합부에서 판 파단이 발생하거나 균열이 과다하게 발생하여 압연 통판성을 심각하게 저하시키게 된다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 기술로서 전단 나이프의 날이 직선이 아닌 형상, 예를 들어 V자형과 같이 하여 접합부의 면적을 증가시킴으로써 판 파단에 대한 내성을 향상시키는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 4 참조)
그러나, 상기 기술은 설비 부하가 증대되는 문제점이 있다.
특허문헌
특허문헌 1 : 일본공개특허공보 특개평10-166002호
특허문헌 2 : 일본공개특허공보 특개2001-71002호
특허문헌 3 : 일본공개특허공보 특개평9-174117호
특허문헌 4 : 일본공개특허공보 특개1996-0048221
본 발명은 전단 나이프 날의 형상을 랩과 관련하여 적절히 제어함으로써 우수한 접합강도 및 낮은 균열율을 가지면서 설비부하도 저감할 수 있는 금속 판재 연연속 접합장치용 전단 나이프, 금속 판재 연연속 접합장치 및 접합방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 금속 판재 연연속 접합장치에 사용되는 전단 나이프에 있어서, 랩의 양이 금속판재의 폭 방향의 중심부보다 에지부에서 더 크도록 오목화된 날을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합장치용 전단 나이프에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 금속 판재를 중첩시키고 이 중첩부를 사이에 두고 금속판의 상, 하 양측에 전단 나이프를 위치시키고 중첩부가 부분 절단되도록 전단 나이프를 서로 마주보는 방향으로 이동시키면서 그 전단과정에서 생긴 두 전단 면의 소성유동변형을 이용하여 상기 중첩부에 접합부를 형성하도록 구성되는 금속 판재 연연속 접합장치에 있어서, 상기 전단 나이프가 그 랩의 양이 금속판재의 폭 방향의 중심 부보다 에지부에서 더 크도록 오목화된 날을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합장치에 관한 것이다,
또한, 본 발명은 금속 판재를 중첩시키고 이 중첩부를 사이에 두고 금속판의 상, 하 양측에 전단 나이프를 대고 중첩부가 부분 절단되도록 전단 나이프를 서로 마주보는 방향으로 이동시키면서 그 전단과정에서 생긴 두 전단 면의 소성유동변형을 이용하여 상기 중첩부에 접합부를 형성하는 금속 판재 연연속 접합방법에 있어서, 상기 전단 나이프로서, 랩의 양이 금속판재의 폭방향의 중심부 보다 에지부에서 더 크도록 오목화 된 날을 갖는 전단 나이프를 사용하는 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합방법에 관한 것이다,
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
이동중인 금속 판재(금속 바)를 접합하는 방법으로서 지금까지 제안된 방법은 크게 용융접합과 고상접합으로 대별된다.
이 두 가지 방법 모두 접합부는 모재부에 비해 접합강도가 떨어지는데, 용융접합부는 접합부위의 온도가 주위보다 높아 접합부의 연화현상이 발생하며 고상접합부는 불균일한 접합부 형상, 접합면으로의 표면 스케일 혼입 등에 의해 접합강도 저하현상이 발생한다.
특히, 전단에 의한 고상 접합기를 설치한 열간압연설비에서는 접합부 단면 상, 하부와 폭 방향 양 끝단에 미접합부 또는 접합력이 약한 부위가 존재하고 접합면으로도 표면 스케일이 혼입되어 접합강도가 떨어지기 때문에 이를 피할 수 있는 기술 확립이 요구되고 있는 실정이다.
도 1에는 두 판재의 고상접합 공정의 열역학적 고찰을 위한 모식도가 나타나 있다.
고상접합은 두 개의 자유 표면(free surface)이 한 개의 계면(interface)로 되는 공정이다.
열역학적 측면에서 고상접합 공정의 자유 에너지 변화를 계산해 보면 하기 식(1)과 같다.
[관계식 1]
γinterface - 2γfree surface = -1.7γfree surface
상기 식(1)에서 계면에너지는 자유표면 에너지의 30% 이하의 값을 갖기 때문에 자유에너지 변화는 -1.7γfree surface이며, γfree surface는 양의 값을 갖기 때문에 전체 에너지의 변화는 음의 값을 가지며, 이는 자발반응 즉, 외력이 전혀 없어도 두 표면은 저절로 접합이 된다는 것을 의미한다.
그러나, 실제로는 두 표면이 대기 중에서 외력 없이 저절로 붙는 경우는 없으며 이는 판재 표면의 요철과 스케일이 접합을 방해하기 때문이다.
두 판재가 서로 접합되기 위해서는 두 판재의 접합되고자 하는 면에 있는 원자들끼리 인력이 작용하여야 하며 원자간 인력이 작용하기 위해서는 원자간 거리가 Å(10-8㎝) 단위이어야 한다.
그러나, 판재 표면은 기계가공을 하더라도 요철이 있기 때문에 양 판재 표면의 원자간 거리는 Å단위보다는 훨씬 멀다.
이를 해결하기 위해서 통상의 고상접합에서는 강한 압력(압축력)을 주게 되며 상온에서는 매우 큰 힘이 필요하기 때문에 판재를 고온으로 가열하게 된다.
그러나, 이와 같이 강한 압력을 주더라도 판재 표면에 존재하거나 판재 가열시 표면에 생성되는 스케일이 접합력을 저하시키게 되며 따라서 건전한 접합부를 얻기 위해서는 스케일을 반드시 저감시켜야만 한다.
상기와 같이 스케일을 저감시켜 접합하는 방법으로는 특허 2000-76269에 제시된 접합방법 등이 알려져 있다.
상기 방법에서는 전단 시 생성된 스케일이 없는 신생면끼리를 접합하기 때문에 접합부의 스케일 혼입을 억제하는 것이 가능하다.
그러나 이 방법에서도 전단공정이 1,000℃ 정도의 고온에서 행해지기 때문에 중첩 예정면을 디스케일링 하더라도 순간적으로 표면에 스케일이 생성된다.
또한, 고온에서는 소재의 연성이 매우 높기 때문에 중첩면에 존재하는 스케일이 접합부로 혼입되게 되며 이와 같은 스케일 혼입은 접합강도를 저하시키는 원인으로 작용하게 된다.
도 2에는 접합율과 접합강도비의 관계를 나타내는 것으로서, 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 접합율과 접합강도비는 선형의 관계를 나타내고 있으며, 접합율이 증가하면 접합강도비도 증가한다.
여기서 접합율은 접합부 중 스케일이 없이 건전하게 접합된 길이를 접합부 전체길이로 나눈 백분율을 나타내는 것으로서, 스케일 혼입이 많아질수록 접합율은 낮아지고 따라서 접합강도비도 낮아짐을 알 수 있다.
한편, 도 2의 그래프에서 점선으로 표시된 선은 실제의 접합강도비를 나타내고 실선은 스케일간의 접합력은 전혀 없는 경우를 가정하였을 때의 접합강도비를 나타내는 것으로서, 실제 스케일간에도 약한 접합력이 있기 때문에 실제의 접합강도비를 나타내는 점선이 실선보다 약간 높게 나타남을 알 수 있다.
도 3은 접합과정을 도시한 것으로서 두 판재를 접합시키는 힘은 전단 나이프의 날이 누르는 압축하중 중 접합부에 수직한 방향의 분력이며, 여기에 두 신생면끼리의 마찰력이 접합력을 증가시키게 된다.
이와 같은 힘들에 의해 도 3의 오른쪽 그림에서와 같이 서로 마주보는 압력들이 작용하여 접합이 일어나는데, 이 때 이 힘은 장치와 공정조건의 함수로서 이 힘이 부족하면 접합부가 충분한 접합강도를 가지지 못한다.
한편, 전단 나이프에 있는 돌기는 전단 시 금속의 유동을 막아주는 역할을 하여 접합력을 견고하게 한다.
또한, 도 4에서와 같이 폭 방향으로 중앙부는 주위의 구속으로 전혀 문제가 없으나 폭 방향의 양 단부는 전혀 구속이 없는 자유표면으로서 접합시 바깥 방향으로 벌어지기 때문에 마주보는 방향의 힘이 경사지게 되며, 따라서 양 단부는 접합강도가 떨어지게 되고 이 부분에는 접합시 부분 산화도 일어나 압연시에 균열이 발생하게 되며 균열이 커지면 판 파단이 발생하게 된다.
즉, 접합부가 사상압연기를 통과할 때에는 도 5도에 나타난 바와 같이 압연시 폭방향 중심부에는 압축응력, 에지부에서는 인장응력이 걸리기 때문에, 접합강도가 약한 에지부에서는 균열이 발생하게 되며, 이 균열이 커지게 되면, 통판성을 악화시키며 또한 균열길이가 임계치를 초과하면 판 파단이 발생한다. 따라서, 통판성을 양호하게 하고 판 파단 없이 사상압연기를 통과시키기 위해서는 접합부 에지에서 발생하는 균열을 최대한 저감시켜야만 하며 접합부의 강도가 높아야만 한다.
접합부의 형상도 접합부 에지균열 발생율과 접합강도에 영향을 미치게 되는데 전단접합을 적용하는 경우에는 접합방법의 특성상 접합부 단면 상, 하부에 미접합부가 존재하며 이 미접합부의 위치 및 크기에 따라서 접합강도가 변하게 되며 접합선의 각도도 압연 특성에 영향을 미치는 중요한 인자의 하나이다.
이와 같은 접합부의 형상은 랩의 영향이 가장 크다.
여기서, 랩이란 도 6에 나타난 바와 같이, 상부 전단 나이프(121)의 날과 하부 전단 나이프(131)의 날이 상호 중첩되는 거리를 의미하는 것이다.
도 7 및 도 8에는 각각 접합부 강도비(접합부 강도/모재강도) 및 에지 균열율(edge crack ratio, 좌, 우 균열길이의 합/ 바 폭)에 미치는 랩의 영향을 조사한 결과의 일례가 나타나 있고, 도 9에는 랩의 크기에 따른 접합시간별 하중변화를 조사한 결과의 일례가 나타나 있다.
도 7 및 도 8에 나타난 바와 같이, 랩의 크기가 증가하면 접합부 강도는 소폭 감소하지만 에지 균열율은 랩이 임계치 이상으로 증가하면 현저히 감소함을 알 수 있다.
그러나, 랩의 크기가 증가하면 도 9에 나타난 바와 같이 기기의 부하가 증가하게 되며 기기의 능력을 증가시키기 위해서는 기기가 커져야 하는 문제점을 안고 있다.
이상에서 검토한 접합성에 미치는 랩의 영향을 정리해 보면 랩이 증가하게 되면 접합부의 에지균열 특성은 현저하게 개선되지만 접합부 강도가 소폭 하락하고 기기의 능력이 커져야 하는 문제를 안고 있다.
지금까지는 도 10에 나타난 바와 같이 적정 조건 설정 시, 접합부 강도와 에지 균열율 두 가지 측면에서 적정점을 찾아 적정 랩 조건으로 설정하였다.
따라서, 종래의 접합기술에서는 높은 접합강도, 낮은 에지 균열율 및 낮은 기기부하를 동시에 확보하는데 어려움이 따르게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 높은 접합강도, 낮은 에지 균열율 및 낮은 기기부하를 동시에 달성하기 위하여 금속 판재 연연속 접합장치의 전단 나이프를 개량한 것이다.
상기 금속 판재 연연속 접합장치는 금속 판재를 중첩시키고 이 중첩부를 사이에 두고 금속판의 상, 하 양측에 상부 전단 나이프와 하부 전단 나이프를 위치시키고 중첩부가 부분 절단되도록 전단 나이프를 서로 마주보는 방향으로 이동시키면서 그 전단과정에서 생긴 두 전단 면의 소성유동변형을 이용하여 상기 중첩부에 접합부를 형성하도록 구성된다.
상기 전단 나이프는 그 랩의 양이 금속판재의 폭 방향의 중심부보다 에지부에서 더 크도록 오목화된 날을 갖는 것이다,
상기 중심부에서의 랩 양은 2mm 이상이 바람직하고, 상기 에지부에서의 랩 양은 8mm 이상이 바람직하다.
상기 전단 나이프 날 형상으로는 오목거울 형, 잘린 사다리꼴 형, 또는 잘린 마름모꼴형 등을 들수 있다.
바람직한 전단 나이프는 오목거울형 날을 갖는 전단 나이프이다.
상기 오목거울 형, 잘린 사다리꼴 형, 또는 잘린 마름모꼴형은 금속판재의 길이방향으로 오목화한 것이다.
두 개의 전단 나이프가 금속 판재 연연속 접합장치에 서로 마주보게 적용되는 경우에는 상부 전단 나이프의 날과 하부 전단 나이프의 날은 서로 반대 방향으로 오목화된다.
상기 전단 나이프의 바람직한 일례가 도 11에 나타나 있다.
도 11에 나타난 바와 같이, 상기 전단 나이프(40)는 몸체부(41), 금속판재를 전단하는 날(42)과 전단 시 금속의 유동을 막아주는 역할을 하여 접합력을 견고하게 하는 돌기(43)를 포함한다.
상기 전단 나이프(40)의 날(42)은 오목거울형을 가지며, 상부 전단 나이프의 날(42a)과 하부 전단 나이프의 날(42b)은 서로 반대 방향으로 오목화되어 있다.
상기 전단 나이프 날을 그 랩의 양이 금속판재의 폭 방향의 중심부보다 에지부에서 더 크도록 오목화한 이유에 대하여 설명하면 다음과 같다.
랩이 증가하면 접합부 에지 균열율이 현저히 감소하는데 이는 도 12에서 알 수 있는 바와 같이 랩이 증가하면 접합선의 각도가 작아져 접합선의 형상이 압연에 유리한 형상으로 되기 때문이다.
그러나, 랩 증가시에는 접합부 강도가 소폭 감소하고 접합기 용량이 커져야 하는 문제가 수반된다.
본 발명에 부합되는 전단 나이프를 사용하면 폭방향 중앙부는 랩의 양이 작 고 에지부는 랩의 양이 커지게 되므로, 에지 균열율은 감소되고, 또한 접합부 강도의 감소는 상대적으로 적고, 또한 접합부의 면적이 증가하기 때문에 파단하중은 종래의 직선형 전단 나이프를 적용하는 경우에 비해 변화가 없거나 오히려 증가하게 된다.
또한, 본 발명에 부합되는 전단 나이프를 사용하면 기기의 부하도 직선형 전단 나이프를 적용하는 경우에 비해 감소한다.
즉, 본 발명에 부합되는 전단 나이프를 사용하면, 높은 접합부 강도, 낮은 에지 균열율 및 작은 기기부하를 함께 달성할 수 있게 된다.
도 11에는 상부 전단 나이프 및 하부 전단 나이프 모두가 랩의 양이 금속판재의 폭 방향의 중심부보다 에지부에서 더 크도록 오목화된 날을 갖는 전단 나이프인 경우에 대하여 제시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상부 전단 나이프 및 하부 전단 나이프 중 어느 하나가 랩의 양이 금속판재의 폭 방향의 중심부보다 에지부에서 더 크도록 오목화된 날을 갖는 전단 나이프인 경우에 대해서도 적용된다.
상기 상부 전단 나이프 및 하부 전단 나이프 모두가 랩의 양이 금속판재의 폭 방향의 중심부보다 에지부에서 더 크도록 오목화된 날을 갖는 전단 나이프인 경우 상기 상부 전단 나이프의 날과 상기 하부 전단 나이프의 날은 서로 동일한 형상을 갖거나 또는 다른 형상을 가질 수 있다.
이하, 도면을 통해 본 발명의 열간압연설비의 일례를 설명한다.
도 13에는 본 발명에 부합되는 열간압연설비의 일례가 제시되어 있다.
도 13에 나타난 바와 같이, 상기 열간압연설비는, 상류측으로부터 조압연기(1), 코일박스(2), 접합장치(3), 복수단의 압연기로 구성되는 사상압연기(4) 및 다운코일러(5)가 구비된다.
접합장치(3)는, 선행금속판재(9)의 후단과 후행금속판재(6)의 선단을 금속판재의 주행 중에 접합하는 구성으로서, 짧은 시간내에 접합이 가능한 단시간 접합장치가 된다.
그리고, 주행 중에 접합을 실시하기 위하여, 접합기가 금속판재의 주행을 따라 이동하는 구성과, 접합기가 금속판재의 주행을 따라 요동하는 구성이 적용 가능하다.
예를 들어, 접합장치(3)의 접합기(10)는, 선행금속판재(9)의 후단과 후행금속판재(6)의 선단이 중첩된 중첩부를 문 상태에서 그 양 측으로부터 압입하여 전단하면서 접합하는 한 쌍의 전단 나이프가 구비되어 있다.
상기 전단 나이프는 오목거울형 날을 갖는 전단 나이프이다.
물론, 상기 전단 나이프로서 오목거울형 날을 갖는 전단 나이프에만 한정되는 것은 아니다.
상기 접합기(10)는 도 14 및 도 15에 나타난 바와 같이, 상부 전단나이프 집합체(35) 및 하부 전단나이프 집합체(36)를 포함한다.
상기 상부 전단나이프 집합체(35)는 상부 전단 나이프(26), 상부클램프(31) 및 상부지지장치(33)를 포함하고, 그리고 상기 하부 전단나이프 집합체(36)는 하부 전단 나이프(28), 하부클램프(32) 및 하부지지장치(34)를 포함한다.
상기 상부클램프(31)는 상부지지장치(33)에 의해 소정의 유압력으로 지지되고, 하부클램프(32)는 하부지지장치(34)에 의해 소정의 유압력으로 지지되고 있다.
상기 상부 전단 나이프 집합체(35) 및 하부 전단나이프 집합체(36)는 하우징(37)의 포스트부에 의해 안내되며, 선행금속판재(9) 및 후행금속판재(6)의 두께 방향으로 이동되도록 지지된다.
상기 상부 전단 나이프 집합체(35) 및 하부 전단 나이프 집합체(36)는 후술되는 링크 기구에 의해 접근 및 이반될 수 있도록 구성되고, 선행금속판재(9) 및 후행금속판재(6)가 물려져 상부 전단나이프 집합체(35)와 하부 전단 나이프 집합체(36)가 상호 접근 또는 이반한다.
접합과정에서는 접근하게 되고, 접합 후에는 떨어지게 된다. 그리고, 상부 전단 나이프(26) 또는 하부 전단 나이프(28) 중 어느 한 쪽만 이동되도록 구성하는 것도 가능하다.
도 13에서 부호 '13'과 '14'는 코일박스(2)와 접합장치(3)의 각 출측에 설치된 레벨라를, '15'는 사상압연기의 입측에 설치된 크롭쉬어를, '16'은 상기 레벨라(14)와 크롭쉬어(15) 사이에 배치된 에지히터를, '17'은 에지히터(16)의 전방에 배치된 바히터를 나타낸다.
그러나, 상기 레벨라(13)(14), 크롭쉬어(15), 에지히터(16), 바히터(17)는 열간압연설비의 상황 등에 의해 선택적으로 배치될 수 있으며, 그 위치나 유무 등은 도시된 예로만 한정되지는 않는다.
그리고, 선행금속판재(9)의 후단 및 후행금속판재(6)의 선단을 절단하는 크 롭쉬어(7)는 금속판재를 맞대기 접합하는 경우에 반드시 필요하나, 금속판재를 중첩시켜 전단하는 과정에서 접합하는 경우에는 반드시 필요치 않기 때문에 생략될 수 있다.
또한, 본 발명은 금속 판재를 중첩시키고 이 중첩부를 사이에 두고 금속판의 상, 하 양측에, 랩의 양이 금속판재의 폭방향의 중심부 보다 에지부에서 더 크도록 오목화 된 날을 갖는 전단 나이프를 대고 중첩부가 부분 절단되도록 전단 나이프를 서로 마주보는 방향으로 이동시키면서 그 전단과정에서 생긴 두 전단 면의 소성유동변형을 이용하여 상기 중첩부에 접합부를 형성하는 금속 판재 연연속 접합방법이다.
이하, 도 13 내지 도 16의 열간압연설비를 이용한 열간 연연속압연방법에 대하여 설명한다,
조압연기(1)에서 압연된 후행 금속판재(6, 후행 금속바)가 코일박스(2)의 코일러에 권취되고, 조압연기(1)와 사상압연기(4)의 주행속도 차이가 조정된다.
코일박스(2)의 코일러로부터 풀리는 후행 금속판재(6)는 그 선단이 크롭쉬어에 의해 절단된 후 부분 디스케일링장치(81)에서 접합대상 표면이 디스케일링되고 접합장치(3)의 중첩장치(8)에서 선행금속바의 후단(필요에 따라 크롭쉬어에 의해 단부가 절단된다)에 중첩된다.
즉, 도 14에 나타난 바와 같이, 선행 금속판재(9)의 후단(21) 위에 후행 금속판재(6)의 선단(22)이 중첩되고, 선단(21)과 후단(22)이 중첩된 부분은 각각 돌기(25)(27)가 구비된 상부 전단 나이프(26)와 하부 전단 나이프(28) 사이에 물려지 게 된다. 즉, 상기 돌기(25)(27)가 상기 선단(22)과 후단(21)의 표면에 접촉된 상태가 된다.
상기 상부 전단 나이프(26)와 하부 전단 나이프(28)는 그 날이 오목거울형인 전단 나이프로서 오목부가 서로 마주 보면서 형성되어 있다.
물론, 상기 전단 나이프는 그 날이 오목거울형인 전단 나이프만에 한정되는 것은 아니다.
그리고, 선행 금속판재(9)의 후단(21)과 후행금속판재(6)의 선단(22)이 중첩된 부위에는, 상부클램프(31) 및 하부클램프(32)가 접촉하여 있다.
후행 금속판재(6)의 선단과 선행 금속판재(9)의 후단의 중첩 부분은 접합기(10)에서 접합되고, 접합부의 크롭이 크롭처리장치(12)에 의해 절단된다.
즉, 도 15에 도시된 바와 같이, 상부 전단 나이프(26)와 하부 전단나이프(28)가 선행금속 판재(9) 및 후행금속판재(6)의 중첩부분을 전단하는 과정에서, 선행금속판재(9)와 후행금속판재(6)의 각 전단면이 소성유동변형에 의해 서로 접합되어 일체로 연속된 연속금속판재(11)가 된다.
도 16에 도시된 바와 같이, 접합이 완료된 위치에서는 연속금속판재의 접합부위에 상크롭(38) 및 하크롭(39)이 각각 접합부의 상, 하부에 위치하게 된다.
접합이 완료된 후 상부 전단 나이프(26)와 하부 전단 나이프(28)가 소정의 이격 거리를 가질 때까지 후퇴한다.
접합시 각각 상, 하에 위치하게 되는 상부크롭(38)과 하부크롭(39)은 크롭처리장치(12)에 의해 제거되고, 연속금속판재(11)는 사상압연기(4)로 이송된다.
상기와 같이 사상압연기(4)로 이송된 연속금속판재(11)는 복수단의 압연기를 통하여 순차적으로 열간압연되고 소정의 두께로 열간압연된 연속금속판재(11)는 다운코일러(5)에 권취된다.
상기 금속 판재 연연속 접합장치용 전단 나이프, 금속 판재 연연속 접합장치 및 금속 판재 연연속 접합방법에 사용되는 금속 판재는 탄소강 판재 또는 스테인리스강 판재가 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
(실시예)
폭 200mm 및 450mm의 탄소강 판재(SS 400, SK 85, SPA-H)를 이용하여 도 6 내지 도 8에 나타나 있는 연속열간압연설비에서 종래의 직선형 전단 나이프 및 본 발명에 부합되는 그 날이 오목거울형인 전단 나이프를 각각 적용하여 접합시험을 실시하였다.
종래의 직선형 전단 나이프에서는 전 폭에 걸쳐 랩이 균일하지만, 본 발명의 날이 오목거울형인 전단 나이프를 사용하면 중앙부는 랩이 적고 에지부로 갈수록 랩이 커지게 된다.
종래의 직선형 전단 나이프는 랩의 크기가 판재의 폭방향 전체에 걸쳐 16.7mm이고, 본 발명의 날이 오목거울형 전단 나이프는 중앙부에서의 랩이 11mm이고, 에지부에서의 랩은 16.7mm이다.
종래의 직선형 전단 나이프를 적용한 경우에 대하여 강종별 두께별 평균 에지균열율을 조사하고, 그 결과를 도 17에 나타내었다.
도 17에 나타난 바와 같이, 랩이 16.7mm로 고 랩 조건을 적용한다 하더라도 폭 200mm재의 경우에는 에지 균열율이 매우 낮게 나타났지만, 폭이 450mm로 증가하면 폭 200mm재에 비해서는 상당히 높은 값을 보이고 있음을 알 수 있다.
이와 같이 협폭재와 광폭재에서 에지균열 감소효과가 차이가 나는 것은 전술하였듯이 협폭재는 기기의 능력이 고 랩조건 적용에도 충분하지만 광폭재는 기기의 능력이 고 랩 조건 적용에 충분하지 못했기 때문이다.
한편, 본 발명의 날이 오목거울형 전단 나이프 및 직선형 전단 나이프를 적용했을 때 판 폭에 따라 기기에 걸리는 부하를 측정하고, 그 결과를 도 18에 나타내었다.
도 18에 나타난 바와 같이, 폭 200mm재에서는 날이 오목거울형인 전단 나이프를 적용하면 직선형 전단 나이프에 비해 기기 최대 부하가 감소함을 알 수 있으며 폭 450mm재에서는 기기 최대 허용하중을 넘어서지 못하기 때문에 최대부하 값은 동일하나 접합에 걸리는 시간이 직선형 전단 나이프에 비해 절반이하로 떨어지며, 따라서 설비 부하가 감소함을 알 수 있다.
또한, 상기 폭 450mm 광폭재를 이용하여 종래의 직선형 전단 나이프를 적용한 경우와 날이 오목거울형인 전단 나이프를 적용한 경우의 에지 균열율을 조사하고 그 결과를 도 19에 나타내었다.
도 19에 나타난 바와 같이, 직선형 전단 나이프에 비해 날이 오목거울형인 전단 나이프를 사용한 경우에 균열율이 현저히 감소하고 있음을 알 수 있다.
또한, 날이 오목거울형인 전단 나이프를 적용하여 접합한 접합부를 압연한 후 사진관찰하고, 그 결과를 도 20에 나타내었다.
도 20에서 위에 있는 두개의 사진은 직선형 전단 나이프를 적용한 것를 나타내고, 아래에 있는 두개의 사진은 날이 오목거울형인 전단 나이프를 적용한 것을 나타내는 것이다.
도 20에 나타난 바와 같이, 날이 오목거울형인 전단 나이프를 사용한 경우에는 균열이 거의 발생하지 않고 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 랩 조건과 전단 나이프 형상을 적용하면 접합부는 사상압연에 의한 강한 압축하중과 압연 스탠드 사이에 걸리는 인장하중에도 내성이 충분한 성능을 가져 사상압연에서 판 파단이 일어나지 않음과 동시에 에지 균열율도 낮아 접합부의 통판성이 양호해지게 된다.

Claims (23)

  1. 금속 판재 연연속 접합장치에 사용되는 전단 나이프에 있어서,
    랩의 양이 금속판재의 폭 방향의 중심부보다 에지부에서 더 크도록 오목화된 날을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합장치용 전단 나이프
  2. 제1항에 있어서, 중심부에서의 랩 양은 2mm 이상인 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합장치용 전단 나이프
  3. 제2항에 있어서, 에지부에서의 랩 양은 8mm 이상인 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합장치용 전단 나이프
  4. 제1항에 있어서, 상기 전단 나이프 날이 오목거울 형, 잘린 사다리꼴 형, 및 잘린 마름모꼴형중 어느 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합장치용 전단 나이프
  5. 제1항에서 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 금속 판재가 탄소강 판재 또는 스테인리스강 판재인 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합장치용 전단 나이프
  6. 금속 판재를 중첩시키고 이 중첩부를 사이에 두고 금속판의 상, 하 양측에 상부 전단 나이프 및 하부 전단 나이프를 위치시키고 중첩부가 부분 절단되도록 전단 나이프를 서로 마주보는 방향으로 이동시키면서 그 전단과정에서 생긴 두 전단 면의 소성유동변형을 이용하여 상기 중첩부에 접합부를 형성하도록 구성되는 금속 판재 연연속 접합장치에 있어서, 상기 상부 전단 나이프 및 하부 전단나이프로 구성된 그룹에서 선택된 1개 또는 2개 이상이 전단 나이프로서, 랩의 양이 금속판재의 폭 방향의 중심부보다 에지부에서 더 크도록 오목화된 날을 갖는 전단 나이프이고, 다만 상기 상부 전단 나이프 및 하부 전단나이프 모두가 랩의 양이 금속판재의 폭 방향의 중심부보다 에지부에서 더 크도록 오목화된 날을 갖는 전단 나이프인 경우에는 상기 상부 전단 나이프의 날과 하부 전단나이프의 날은 서로 반대방향으로 오목화된 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합장치
  7. 제6항에 있어서, 중심부에서의 랩 양은 2mm 이상인 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합장치
  8. 제7항에 있어서, 에지부에서의 랩 양은 8mm 이상인 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합장치
  9. 제6항에 있어서, 상기 전단 나이프 날이 오목거울 형, 잘린 사다리꼴 형, 및 잘린 마름모꼴형중 어느 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합장치
  10. 제6항에서 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 상부 전단 나이프 및 하부 전단 나이프 모두가 랩의 양이 금속판재의 폭 방향의 중심부보다 에지부에서 더 크도록 오목화된 날을 갖는 전단 나이프인 경우 상기 상부 전단 나이프의 날과 상기 하부 전단 나이프의 날은 서로 다른 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합장치
  11. 제6항에서 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 상부 전단 나이프 및 하부 전단 나이프 모두가 랩의 양이 금속판재의 폭 방향의 중심부보다 에지부에서 더 크도록 오목화된 날을 갖는 전단 나이프인 경우 상기 상부 전단 나이프의 날과 상기 하부 전단 나이프의 날은 서로 동일한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합장치
  12. 제6항에서 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 금속 판재가 탄소강 판재 또는 스테인리스강 판재인 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합장치
  13. 제10항에 있어서, 금속 판재가 탄소강 판재 또는 스테인리스강 판재인 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합장치
  14. 제11항에 있어서, 금속 판재가 탄소강 판재 또는 스테인리스강 판재인 것을 특징으 로 하는 금속 판재 연연속 접합장치
  15. 금속 판재를 중첩시키고 이 중첩부를 사이에 두고 금속판의 상, 하 양측에 상부 전단 나이프 및 하부 전단 나이프를 대고 중첩부가 부분 절단되도록 전단 나이프를 서로 마주보는 방향으로 이동시키면서 그 전단과정에서 생긴 두 전단 면의 소성유동변형을 이용하여 상기 중첩부에 접합부를 형성하는 금속 판재 연연속 접합방법에 있어서, 상기 상부 전단 나이프 및 하부 전단 나이프로 구성된 그룹에서 선택된 1개 또는 2개 이상이 전단 나이프로서, 랩의 양이 금속판재의 폭 방향의 중심부보다 에지부에서 더 크도록 오목화된 날을 갖는 전단 나이프를 사용하고, 다만 상기 상부 전단 나이프 및 하부 전단나이프 모두로서, 랩의 양이 금속판재의 폭 방향의 중심부보다 에지부에서 더 크도록 오목화된 날을 갖는 전단 나이프를 사용하는 경우에는 상기 상부 전단 나이프의 날과 하부 전단나이프의 날은 서로 반대방향으로 오목화된 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합방법
  16. 제15항에 있어서, 중심부에서의 랩 양은 2mm 이상인 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합방법
  17. 제16항에 있어서, 에지부에서의 랩 양은 8mm 이상인 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합방법
  18. 제15항에 있어서, 상기 전단 나이프 날이 오목거울 형, 잘린 사다리꼴 형, 및 잘린 마름모꼴형중 어느 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합방법
  19. 제15항에서 제18항 중의 어느 한 항에 있어서, 상부 전단 나이프 및 하부 전단 나이프로서, 랩의 양이 금속판재의 폭 방향의 중심부보다 에지부에서 더 크도록 오목화된 날을 갖는 전단 나이프를 사용하는 경우 상기 상부 전단 나이프의 날과 상기 하부 전단 나이프의 날은 서로 다른 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합방법
  20. 제15항에서 제18항 중의 어느 한 항에 있어서, 상부 전단 나이프 및 하부 전단 나이프로서 랩의 양이 금속판재의 폭 방향의 중심부보다 에지부에서 더 크도록 오목화된 날을 갖는 전단 나이프를 사용하는 경우 상기 상부 전단 나이프의 날과 상기 하부 전단 나이프의 날은 서로 동일한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합방법
  21. 제15항에서 제18항 중의 어느 한 항에 있어서, 금속 판재가 탄소강 판재 또는 스테인리스강 판재인 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합방법
  22. 제19항에 있어서, 금속 판재가 탄소강 판재 또는 스테인리스강 판재인 것을 특징으 로 하는 금속 판재 연연속 접합방법
  23. 제20항에 있어서, 금속 판재가 탄소강 판재 또는 스테인리스강 판재인 것을 특징으로 하는 금속 판재 연연속 접합방법
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