KR101569356B1 - Jco 조관용 판재 및 jco 강관의 제조방법 - Google Patents

Abstract

JCO 조관용 판재 및 JCO 강관의 제조방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면은 가열된 판재를 냉각하여 JCO 조관용 판재를 제조하는 방법에 있어서, 상기 냉각시, 판재의 폭방향으로 급냉 영역 및 서냉 영역이 교대로 이루어지도록 냉각을 수행하고, 상기 급냉 영역 및 서냉 영역은 판재의 길이방향으로 서로 평행한 것을 특징으로 하는 JCO 조관용 판재의 제조방법을 제공한다.

Description

JCO 조관용 판재 및 JCO 강관의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING STEEL SHEET FOR MAKING JOC STEEL PIPE AND JOC STEEL PIPE}

본 발명은 JCO 조관용 판재 및 JCO 강관의 제조방법에 관한 것이다.

전세계적으로 급속하게 증가하는 에너지 사용으로 인해서 세계 각국은 정부 차원에서 에너지 확보를 위한 다각적인 노력을 진행하고 있다. 특히, 산업 전반에 걸쳐서 원유와 천연가스 등이 가장 많이 사용되고 있으며, 이에 따라 원유 및 천연가스를 수송하는 라인 파이프 사업의 중요성이 증대되고 있는 실정이다.

상기 라인 파이프 건설을 위한 파이프 조관방법으로는 강력압착기에 의해 U형으로 굴곡을 형성하고, O형 압착기에 의해 원형으로 성형하는 UOE 조관방법이 일반적으로 사용되고 있다. 상기 UOE 조관방법은 고능률이면서 정밀도 높은 가공이 가능하다는 장점이 있으나, 설비 능력의 한계로부터 강판 두께가 40mm 미만이고, t/D(t: 강판 두께, D: 강판의 외경)가 0.05 미만인 경우로 제한될 뿐만 아니라, 초기 투자비가 비싸기 때문에 소품종 대량생산이 이뤄지지 않을 경우, 경제성 측면에서 매우 불리하다는 단점이 있다.

한편, 최근에는 판재의 폭방향으로 국부적인 충격을 연속적으로 가해 관을 형성하는 JCO 조관방법이 주목을 받고 있다. 상기 JCO 조관방법은 조관이 가능한 판재의 두께에 제한이 없을 뿐만 아니라, 초기 투자비가 상대적으로 저렴하여 다품종 소량생산이 가능하다는 장점이 있다.

그러나, 상기의 JOC 조관시, 충격을 받은 부분은 가공경화에 의해 강도가 상승함에 반해, 충격을 받지 않은 부분은 강도 상승이 없어, 전체 강관의 둘레 방향으로 강도 및 잔류응력의 차이가 나는 등 강관의 둘레방향으로 물성의 불균일성을 초래하는 문제가 있다.

본 발명의 일 측면은, JOC 조관 후, 둘레방향으로 균일한 물성을 갖는 강관의 제조에 사용될 수 있는 JCO 조관용 판재의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 일 측면은 둘레방향으로 균일한 물성을 갖는 JCO 강관의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 가열된 판재를 냉각하여 JCO 조관용 판재를 제조하는 방법에 있어서, 상기 냉각시, 판재의 폭방향으로 급냉 영역 및 서냉 영역이 교대로 이루어지도록 냉각을 수행하고, 상기 급냉 영역 및 서냉 영역은 판재의 길이방향으로 서로 평행한 것을 특징으로 하는 JCO 조관용 판재의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 일 측면은, 상술한 방법으로 제조된 JCO 조관용 판재를 준비하는 단계; 상기 판재를 관 형상으로 JCO 조관하는 단계; 및 상기 조관된 관을 용접하는 단계를 포함하며, 상기 조관시, 판재의 서냉 영역에 변형을 가하여 조관하는 것을 특징으로 하는 JCO 강관의 제조방법을 제공한다.

덧붙여, 상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점 및 효과는 하기의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면, 둘레방향으로 균일한 물성을 갖는 JCO 강관을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 조관이 용이하여 조관생산성이 향상될 뿐만 아니라, 스프링백(spring back) 현상이 저감되어 진원도가 향상되고, 용접결함이 저감되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 판재의 냉각장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 JOC 강관의 제조방법을 개략적으로 나타낸 것이다.

본 발명자들은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 연구하던 중, 가열된 판재의 냉각시 판재의 폭방향으로 급냉 영역 및 서냉 영역이 교대로 이루어지도록 냉각을 수행하여 급냉 영역의 강도를 향상시키고, JCO 조관시, 상기 서냉 영역에만 변형을 가하여 서냉 영역의 강도를 향상시킬 경우, 최종적으로 둘레방향으로 균일한 물성을 갖는 JCO 강관을 제조할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이하, 본 발명의 일 측면인 JCO 조관용 판재의 제조방법에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 일 측면인 JCO 조관용 판재의 제조방법은, 가열된 판재(100)를 냉각시, 판재의 폭방향으로 급냉 영역(120) 및 서냉 영역(110)이 교대로 이루어지도록 냉각을 수행하고, 상기 급냉 영역(120) 및 서냉 영역(110)은 판재의 길이방향으로 서로 평행한 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 판재의 냉각을 수행할 경우, 판재의 급냉 영역(120)에서는 결정핵의 생성은 촉진됨에 반해, 결정의 성장은 억제되기 때문에 결정립이 미세화되고, 이에 따라 판재의 서냉 영역(110)과 비교할 때, 강도가 향상된다.

한편, 상기 급냉 영역의 냉각속도(v_f)과 서냉 영역의 냉각속도(v_s)의 차이(v_f-v_s)는 판재의 두께, 합금조성, 얻고자 하는 강도 차이 등에 의해 결정되며, 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않으나, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 냉각속도 차이(v_f-v_s)는 2~17℃/sec인 것이 보다 바람직하다. 상기 냉각속도의 차이를 2~17℃/sec로 제어할 경우, JCO 조관후 강관의 둘레방향으로 위치별 항복강도 차이를 20MPa 이하로 제어할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기와 같이 급냉 영역과 서냉 영역을 교대로 형성하기 위하여 도 1의 냉각장치를 이용할 수 있다. 도 1을 참조하면, 다수의 냉각 노즐(10)이 판재의 폭방향으로 일정한 간격(d)을 두고 떨어져 설치되며, 판재의 길이 방향으로는 상기 다수의 냉각 노즐(10)이 서로 평행하게 설치된다.

상기의 냉각장치로 판재(100)가 이송되고, 각각의 냉각 노즐(10)로부터 냉각수가 분사되면, 상기 냉각수와 직접 접촉하는 영역은 급냉 영역(120)으로 되며, 그렇지 않은 부분은 서냉 영역(110)으로 된다. 한편, 상기 급냉 영역(120)과 서냉 영역(110)의 면적 및 면적비 등은 노즐로부터 분사되는 냉각수의 양, 냉각 노즐의 직경 등에 의해 제어될 수 있다.

한편, 상기 JCO 조관용 판재의 제조에 있어서 판재의 가열 단계는 특별히 한정하지 아니하나, 본 발명의 일 구현예에 따르면 TMCP(Thermo Mechanical Control Process) 공정에 의할 수 있다. 다만, 이는 한가지 바람직한 구현예에 불과하며, 하기의 방법에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

먼저, 슬라브 판재를 SRT(Slab Reheating Temperature) 1000~1200℃로 재가열한다. 상기 SRT가 1000℃ 미만인 경우에는 주조시 편석된 성분이 충분히 재고용되지 못하는 문제가 있으며, 반면, 1200℃를 초과하는 경우에는 결정립이 조대화되어 강도 확보가 어려운 문제가 있다.

이후, 상기 재가열된 슬라브 판재를 오스테나이트 재결정 영역에 해당하는 950~1050℃에서 1차 압연한다. 이는 오스테나이트 재결정에 의해 결정립을 미세화하기 위함으로, 본 단계에서 형성된 미세한 오스테나이트 결정립은 최종 판재의 인성을 향상시키는 역할을 한다.

이후, 상기 1차 압연된 판재를 2차 압연하며, 오스테나이트 미재결정 영역인 T_nr(오스테나이트 재결정 온도) 이하 Ar₃(오스테나이트에서 페라이트로 변태하는 온도) 이상의 온도에서 압연을 종료한다. T_nr와 Ar₃온도 사이에서의 압연은 결정립 내부에 변형에 의한 전위를 발달시켜, 냉각시 저온조직인 베이나이트 조직으로의 변태를 용이하게 한다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 다른 일 측면인 JCO 강관의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 다른 일 측면인 JCO 강관의 제조방법은, 도 2에 나타난 바와 같이, JCO 조관용 판재를 제이형성형(J-ing), 씨형성형(C-ing) 및 오형성형(O-ing)를 포함하는 조관공정, 용접공정을 포함한다. 상기 도 2(a) 내지 (d)는 각각 제이형성형 공정, 씨형성형 공정, 오형성형 공정, 용접공정을 나타낸다.

상기 조관공정은 판재의 폭방향으로 국부적인 변형을 가해 평면의 판재를순차적으로 제이형, 씨형 및 오형으로 굽힘가공을 하는 공정으로, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 변형은 조관용 나이프(knife, 20)를 이용하여 충격을 가하는 것일 수 있다.

한편, 상기의 변형은 상술한 JCO 조관용 판재의 서냉 영역(110)에서 이루어짐이 바람직하다. 상기 JCO 조관용 판재가 국부적인 소성변형을 겪게 되면 상기 소성변형이 일어나는 영역에서는 가공경화가 발생하여 강도가 상승하기 때문에, 상대적으로 강도가 낮은 판재의 서냉 영역(110)에서 소성변형을 일으킬 경우, 둘레방향으로 강도 등 물성이 균일한 강관을 얻을 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 의하여 JCO 강관을 제조할 경우, 상대적으로 판재의 소성변형부, 즉 서냉 영역의 강도가 낮아 조관이 용이할 뿐만 아니라, 소성변형을 일으키기 위한 조관용 나이프(knife)의 타격수 저감에 따라 조관생산성이 향상되는 이점이 있다.

나아가, 조관 후, 스프링백(spring back), 즉 소성재료의 굽힘가공시 재료를 굽힌 후 압력을 제거하면 원상으로 회복되려는 탄력으로 굽힘량이 감소되는 현상이 저감되어 진원도가 향상될 뿐만 아니라, 이후 용접공정시 용접 결함이 저감되는 이점이 있다.

상기 조관공정 후, 맞댐부를 용접하여 강관으로 제조한다. 상기 용접시, 용접방법에 대하여 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않으나, 예컨대, 서브머지드 아크 용접(Submerged Arc Welding)방법이 사용될 수 있으며, 강관의 내부로부터 외부로 용접을 실시할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 용접 후 확관(expansion)하는 공정을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 강관의 강도 및 진원도가 향상될 뿐만 아니라, 강관 둘레 방향으로 잔류응력이 균일화되는 이점이 있다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하지는 않는다.

( 실시예 )

판두께 16.5mm인 API-X70급 강재를 통상의 TMCP 공정에 의해 열처리 한 후, 도 1의 냉각장치를 이용하여 하기 표 1의 조건으로 냉각을 실시하여 JCO 조관용 판재를 제조하였다. 이 때, 판재의 폭방향으로 배열된 냉각노즐 간 간격(d)은 50mm로 일정하게 하였다. 이후, 각각의 판재를 JCO 조관방법에 의해 서냉영역에 변형을 가하여 JCO 강관으로 제조하였다.

한편, 상기의 방법에 의해 제조된 JCO 조관용 판재 및 JCO 강관으로부터 JIS 5호 인장시험편을 제작하여 급냉 영역과 서냉 영역의 항복강도 차이(ΔYS)를 측정하였으며, 이를 하기 표 1에 함께 나타내었다.

No.	vf-vs(℃/sec)	JCO 조관용 판재의 ΔYS(MPa)	JCO 강관의 ΔYS(MPa)	비고
1	0	0	53	종래예
2	1	13	32	발명예1
3	2	25	5	발명예2
4	7	28	9	발명예3
5	14	41	13	발명예4
6	16	66	19	발명예5
7	18	70	21	발명예6
8	20	95	31	발명예7

표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 판재의 폭방향으로 균일하게 냉각을 수행한 종래예와 비교할 때, 발명예 1 내지 7은 모두 강관의 둘레방향으로 항복강도 차이가 저감되었음을 확인할 수 있었다. 나아가, 발명예 1 내지 4는 급냉 영역과 서냉 영역의 냉각속도 차이가 2~17℃/sec 범위 내에 해당되어, 강관의 둘레방향으로 항복강도 차이가 20MPa 이하로 매우 우수하게 나타남을 확인할 수 있었다.

10: 냉각 노즐
20: 나이프
100: 판재
110: 서냉 영역
120: 급냉 영역
d: 냉각 노즐간 간격

Claims (6)

1. 가열된 판재를 냉각하여 JCO 조관용 판재를 제조하는 방법에 있어서,
   상기 냉각시, 판재의 폭방향으로 급냉 영역 및 서냉 영역이 교대로 이루어지도록 냉각을 수행하고,
   상기 급냉 영역 및 서냉 영역은 판재의 길이방향으로 서로 평행하며,
   상기 급냉 영역의 냉각속도(v_f)와 서냉 영역의 냉각속도(v_s)의 차이(v_f-v_s)가 2~17℃/sec인 JCO 조관용 판재의 제조방법.
   
2. 삭제
3. 제 1항의 방법으로 제조된 JCO 조관용 판재를 준비하는 단계;
   상기 판재를 관 형상으로 JCO 조관하는 단계; 및
   상기 조관된 관을 용접하는 단계를 포함하며,
   상기 조관시, 판재의 서냉 영역에 변형을 가하여 조관하는 것을 특징으로 하는 JCO 강관의 제조방법.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 용접 후, 확관하는 단계를 더 포함하는 JCO 강관의 제조방법.
   
5. 제 3항에 있어서,
   상기 변형은 조관용 나이프(knife)로 충격을 가하는 것인 JCO 강관의 제조방법.
   
6. 제 3항에 있어서,
   상기 JCO 강관의 둘레방향으로 항복강도 차이가 20MPa 이하인 JCO 강관의 제조방법.

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