KR101617558B1

KR101617558B1 - 천공 장치, 천공 장치에 이용되는 플러그 및 이음매 없는 강관의 제조 방법

Info

Publication number: KR101617558B1
Application number: KR1020147008917A
Authority: KR
Inventors: 가즈히로 시모다; 도미오 야마카와; 고우지 야마네; 유지 이노우에; 슈스케 시모오카; 고우지 무라마츠
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2016-05-02
Also published as: BR112014009657A2; WO2013065780A1; EP2774695A1; EP2774695A4; MX2014003760A; RU2014122200A; US9545658B2; CA2853758A1; AR088498A1; CA2853758C; RU2590459C2; US20140260494A1; MX345569B; CN103917308A; EP2774695B1; CN103917308B; JPWO2013065780A1; KR20140070581A; JP5187470B1

Abstract

중공 소관의 내면 손상의 생성을 억제하는 천공 장치를 제공한다. 본 발명의 실시 형태에 의한 천공기(10)는, 빌릿(18)을 천공하는 천공 장치(10)이다. 천공 장치(10)는 플러그(14)를 가진다. 플러그(14)는 관통 구멍(30)을 가진다. 관통 구멍(30)은 중심축 상으로 연장되어, 천공되는 빌릿(18)의 중심부를 통과한다.

Description

천공 장치, 천공 장치에 이용되는 플러그 및 이음매 없는 강관의 제조 방법{PIERCING APPARATUS, PLUG USED FOR PIERCING APPARATUS, AND METHOD FOR PRODUCING SEAMLESS STEEL PIPE}

본 발명은, 천공 장치, 천공 장치에 이용되는 플러그 및 이음매 없는 강관의 제조 방법에 관한 것이다.

빌릿을 천공하는 천공 장치에는, 예를 들면, 경사 압연식의 천공기나, 프레스 롤식의 천공기, 또한, 천공 프레스가 있다. 경사 압연식의 천공기는, 만네스만법에 의한 이음매 없는 강관의 제조에 이용된다. 경사 압연식의 천공기는, 둥근 빌릿을 천공 압연하여 중공 소관을 제조한다.

경사 압연식의 천공기는, 예를 들면, 한쌍의 경사 롤과 플러그를 구비한다. 한쌍의 경사 롤은, 각각, 패스 라인에 대하여 경사져 있다. 플러그는, 한쌍의 경사 롤의 사이에서, 패스 라인 상에 배치된다. 경사 압연식의 천공기는, 경사 롤에 의해 둥근 빌릿을 둘레 방향으로 회전시키면서 플러그에 밀어넣고, 둥근 빌릿을 천공 압연하여 중공 소관으로 한다.

경사 압연식의 천공기에 의해 둥근 빌릿을 천공 압연하여 중공 소관으로 할 때, 중공 소관의 내면에 손상(이하, 내면 손상으로 칭한다)이 발생할 경우가 있다. 내면 손상은 예를 들면, 다음 메커니즘으로 발생한다. 천공 압연 중, 둥근 빌릿에 만네스만 파괴가 발생하고, 둥근 빌릿의 횡단면 중심부에 손상(깨짐)이 형성된다. 둥근 빌릿의 중심부에 형성된 손상은, 천공 압연에 의해, 중공 소관의 내면 손상이 된다.

플러그 선단의 드래프트율을 낮게 하면, 만네스만 파괴에 의한 중공 소관의 내면 손상을 저감시킬 수 있다. 그러나, 플러그 선단의 드래프트율을 낮게 하면, 둥근 빌릿의 경사 롤에 대한 물림성이 저하된다. 따라서, 다른 방법에 의해 중공 소관의 내면 손상을 저감시킬 수 있는 쪽이 바람직하다.

중공 소관의 내면 손상을 저감시키는 기술은, 국제공개 제2004/052569호 공보(특허문헌 1), 일본국 특허공개 2009-18338호 공보(특허문헌 2)에 제안되어 있다.

특허문헌 1에서는, 특정 형상의 플러그가 이용된다. 이 플러그는, 선단 압연부와, 워크부와, 릴링부를 가진다. 선단 압연부는 외경(d)의 원주상이며, 그 선단면이 곡률 반경(r)의 구면형상으로 형성되어 있다. 워크부는, 선단 압연부에 연속하여 외경이 축방향 후단을 향함에 따라서 증대하도록 곡률 반경(R)의 원호 회전면으로 형성되어 있다. 릴링부는, 워크부에 연속하여 외경이 축방향 후단의 최대 외경(D)을 향함에 따라서 증대하도록 소정의 테이퍼 각도로 형성되어 있다. 외경(d), 곡률 반경(R), 선단 압연부의 축방향 길이(L1), 워크부의 축방향 길이(L2), 릴링부의 축방향 길이(L3) 및 빌릿의 외경이, 소정의 관계식을 만족한다.

특허문헌 2에서는, 특정 구조의 푸셔 장치가 이용된다. 이 푸셔 장치는, 실린더 장치와, 푸셔 심금(芯金)을 구비한다. 실린더 장치는, 실린더 축을 포함한다. 푸셔 심금은, 실린더 축의 선단에 부착된다. 푸셔 심금의 선단은, 빌릿의 후단에 맞닿는다. 푸셔 심금의 횡단 면적과, 빌릿의 횡단 면적이, 소정의 관계식을 만족한다. 푸셔 심금의 길이와, 푸셔 심금의 횡단 면적이, 소정의 관계식을 만족한다. 천공 압연시에 있어서의 실린더 축의 선단 이동 거리와 실린더 축의 외경이, 소정의 관계식을 만족한다.

특허문헌 1, 2의 기술은 모두, 만네스만 파괴를 억제할 수 있다. 그러나, 천공 압연 전의 빌릿의 횡단면 중앙에, 결함이 내재하고 있는 경우도 있다. 이하, 이러한 결함을 「중심 결함」이라고 한다. 중심 결함은, 예를 들면, 빌릿의 중심부에 발생하는 포로서티(porosity)나 편석이다. 중심 결함은, 빌릿의 중심부에 형성되는 손상을 포함한다. 만네스만 파괴를 억제할 수 있어도, 중심 결함을 가지는 빌릿을 천공 압연하면, 중심 결함이 연신되어 중공 소관의 내면에 나타나는 경우가 있다.

여기서, 빌릿의 중심 결함에 기인하는 내면 손상을 저감하기 위해서, 주조편의 단계에서, 결함의 발생을 억제시키는 것을 생각할 수 있다. 예를 들면, 일본국 특허공개 평 2-224856호 공보(특허문헌 3)에는, 주조편의 중심부에 있어서의 빈 구멍성 결함의 발생을 억제하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 3에서는, 연속 주조 주형으로부터 드로잉한 주조편의 내부가 응고를 완료하기 전에, 소정의 조건 하에서 주조편을 연속하여 단압한다. 그러나, 빈 구멍성 결함을 완전히 소멸시키는 것은 어렵다.

본 발명의 목적은, 중공 소관에 내면 손상이 발생하는 것을 억제하는 천공 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시 형태에 의한 천공 장치는, 빌릿을 천공한다. 천공 장치는, 플러그를 구비한다. 플러그는, 관통 구멍을 가진다. 관통 구멍은, 플러그의 중심축 상으로 연장되어, 천공되는 빌릿의 중심부를 통과한다.

본 발명의 실시 형태에 의한 천공 장치는, 중공 소관에 내면 손상이 발생하는 것을 억제한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 의한 경사 압연식의 천공기의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2a는 도 1에 도시하는 천공기가 구비하는 플러그의 종단면도이다.
도 2b는 도 2a에 도시하는 플러그의 일부를 확대하여 나타내는 종단면도이다.
도 3은 관통 구멍을 가지지 않는 종래의 플러그의 종단면도이다.
도 4는 도 3에 도시하는 종래의 플러그를 이용하여 빌릿을 천공 압연하는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 5는 도 2a에 나타내는 플러그를 이용하여 빌릿을 천공 압연하는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 6은 도 2a에 도시하는 플러그와 심금의 결합을 나타내는 종단면도이다.
도 7은 도 1에 도시하는 천공기에 채용가능한 다른 플러그의 종단면도이다.
도 8은 도 7에 도시하는 플러그를 이용하여 빌릿을 천공 압연하는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 의한 프레스 롤식의 천공기의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 10은 도 9에 있어서의 X-X 단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 의한 천공 프레스의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 12는 도 2a에 도시하는 플러그를 이용하여 천공 압연한 빌릿의 X선 사진이다.
도 13은 도 3에 도시하는 플러그를 이용하여 천공 압연한 빌릿의 X선 사진이다.
도 14a는 도 2a에 도시하는 플러그를 이용하여 빌릿을 천공 압연함으로써 형성된 중공 소관의 내면(PT) 사진이며, 중공 소관의 일단측의 내면(PT) 사진이다.
도 14b는 도 2a에 도시하는 플러그를 이용하여 빌릿을 천공 압연함으로써 형성된 중공 소관의 내면(PT) 사진이며, 중공 소관의 타단측의 내면(PT) 사진이다.
도 15a는 도 3에 도시하는 플러그를 이용하여 빌릿을 천공 압연함으로써 형성된 중공 소관의 내면(PT) 사진이며, 중공 소관의 일단측의 내면(PT) 사진이다.
도 15b는 도 3에 도시하는 플러그를 이용하여 빌릿을 천공 압연함으로써 형성된 중공 소관의 내면(PT) 사진이며, 중공 소관의 타단측의 내면(PT) 사진이다.
도 16은 3차원 강 소성 유한 요소법에 의한 수치 해석의 해석 모델을 나타내는 모식도이며, 플러그의 관통 구멍에 빌릿의 중심부가 들어가 있는 상태를 나타내는 모식도이다.
도 17은 2차원 강 소성 유한 요소법에 의한 수치 해석에 의해 얻어진 해석 결과로서, 정수압(평균 응력)의 분포를 나타내는 해석 결과이다.
도 18은 2차원 강 소성 유한 요소법에 의한 수치 해석에 의해 얻어진 해석 결과로서, 정수압(평균 응력)의 분포를 나타내는 해석 결과이다.
도 19는 실시예 4에 있어서, 비교를 위해서 이용한 플러그를 나타내는 단면도이다.

이 경우, 플러그가 빌릿을 천공할 때에, 빌릿의 중심부가 관통 구멍을 통과한다. 이 때문에, 빌릿이 중심 결함을 가지는 경우에도, 중공 소관에 내면 손상이 발생하기 어려워진다.

여기에서, 「관통 구멍이 플러그의 중심축 상으로 연장된다」는, 플러그의 중심축 방향으로부터 보았을 때에, 플러그의 중심축이 관통 구멍 내에 위치하는 것을 말한다. 플러그의 중심축 방향에서 보았을 때에, 플러그의 중심축이 관통 구멍의 중심과 일치하고 있는 쪽이 바람직하다.

바람직하게는, 플러그는, 몸체부와, 선단부를 구비한다. 몸체부는, 플러그의 선단으로부터 후단을 향해서 커지는 외경을 가진다. 선단부는, 몸체부의 선단에 설치되어, 플러그의 축방향으로 돌출된다. 관통 구멍은, 선단부의 선단 중앙에 개구를 가진다.

바람직하게는, 선단부는, 플러그의 선단으로부터 후단을 향해서 커지는 외경을 가진다. 몸체부의 전단부의 테이퍼각이, 선단부의 후단부의 테이퍼각보다도 크다. 이 경우, 선단부가 몸체부의 선단으로부터 돌출하여 설치된다. 이 때문에, 플러그가 빌릿을 천공할 때에, 선단부에 있어서의 빌릿과 플러그의 접촉 면적이 작아진다. 그 결과, 빌릿으로부터 플러그로의 입열이 적어지고, 플러그가 용손(溶損)하기 어려워진다.

또한, 선단부가, 플러그의 선단으로부터 후단을 향해서 커지는 외경을 가지고 있다. 이 때문에, 가령 용손이 발생했다고 해도, 개삭 범위를 작게 할 수 있다. 그 결과, 개삭후에 재사용할 수 있다.

선단부의 선단면은 평평해도 된다. 선단면의 주연이 둥그스름하게 되어 있어도 된다. 관통 구멍의 횡단 형상은, 플러그의 선단으로부터 후단을 향해서 커져도 된다.

천공 장치는, 심금을 더 구비한다. 심금은, 플러그의 후단에 결합된다. 심금은, 심금의 중심축 상으로 연장되어, 관통 구멍에 연결되는 접속 구멍을 가진다. 이 경우, 관통 구멍을 빠져 나간 빌릿의 중심부가 심금의 접속 구멍에 들어간다.

천공 장치는, 복수의 롤을 더 구비하는 압연식의 천공기여도 된다. 복수의 롤은, 플러그 축방향의 둘레에 배치된다. 복수의 롤은, 각각, 경사 롤이어도 되고, 공(孔)형을 가지는 롤이어도 된다. 복수의 롤이, 각각, 공형을 가지는 롤인 경우, 천공 장치는, 빌릿을 플러그에 집어넣는 푸셔 로드를 더 구비한다.

천공 장치는, 빌릿을 수용하는 컨테이너를 구비하고, 빌릿의 축방향으로, 플러그가 빌릿을 프레스 천공하는 천공 프레스여도 된다.

본 발명의 실시 형태에 의한 플러그는, 본 발명의 실시 형태에 의한 천공 장치에 이용된다.

본 발명의 실시 형태에 의한 이음매 없는 강관의 제조 방법은, 본 발명의 실시의 형태에 의한 천공 장치를 이용하여 실시된다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 의한 천공 장치 및 플러그에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도면 중 동일하거나 또는 상당 부분에는, 동일한 부호를 붙여, 그 설명은 반복하지 않는다.

[제1의 실시 형태]

[천공기의 구성]

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 의한 천공 장치로서의 경사 압연식의 천공기(10)를 나타낸다. 천공기(10)는, 한쌍의 경사 롤(12, 12)과, 플러그(14)와, 심금(16)을 구비한다.

한쌍의 경사 롤(12, 12)은, 패스 라인(PL)의 둘레에 배치된다. 즉, 한쌍의 경사 롤(12, 12)의 사이에, 패스 라인(PL)이 배치된다. 한쌍의 경사 롤(12)은 각각, 패스 라인(PL)에 대하여 경사지게 배치된다. 도시는 하지 않지만, 한쌍의 경사 롤(12, 12)의 사이에는, 천공 압연 중의 재료의 팽창을 억제하는 가이드가 배치되어 있다. 한쌍의 경사 롤(12, 12)은, 빌릿(18)을 나선 회전시켜, 플러그(14)와 함께, 빌릿(18)을 천공 압연한다. 경사 롤(12)은, 콘형이어도 되고, 배럴형이어도 된다.

플러그(14)는, 한쌍의 경사 롤(12, 12)의 사이에서, 패스 라인(PL) 상에 배치된다. 플러그(14)는, 횡단 형상이 원형상이며, 그 외경은, 플러그(14)의 선단으로부터 후단을 향해서 커진다. 요컨대, 플러그(14)의 형상은, 대략 포탄상이다.

천공기(10)가 빌릿(18)을 천공 압연할 때, 플러그(14)는, 빌릿(18)의 전단면(즉, 플러그(14)와 대향하는 단면)의 중앙부에 넣어져, 빌릿(18)을 천공한다.

심금(16)은, 패스 라인(PL) 상에 배치되어, 패스 라인(PL) 방향으로 연장된다. 심금(16)은, 플러그(14)를 소정 위치에 고정하는 역할을 가진다. 심금(16)의 선단은, 플러그(14)의 후단과 결합된다. 예를 들면, 플러그(14)의 후단면은 축방향으로 오목한 결합부를 가지고, 심금(16)의 선단부는, 플러그(14)의 결합부에 삽입되어, 고정된다.

도 1에서, 천공기(10)는, 한쌍의 경사 롤(12, 12)을 구비하는 2롤식이다. 그러나, 천공기(10)는, 패스 라인(PL)의 둘레에 배치된 3개 이상의 경사 롤을 구비해도 된다.

[플러그의 구성]

도 2a는, 플러그(14)의 종단면도이다. 도 2a에 도시하는 바와 같이, 플러그(14)는, 본체(15)를 구비한다. 본체(15)는, 대략 포탄상을 가진다. 본체(15)는, 선단부(22)와, 몸체부(24)와, 도피부(25)를 구비한다.

선단부(22)는, 플러그(14)의 전단부에 설치되고, 플러그(14)의 선단 부분이다. 선단부(22)의 후단은, 몸체부(24)의 전단과 연결된다.

선단부(22)는, 대략 원주상이다. 선단부(22)는, 선단면(22FS)과, 측면(22SS)을 구비한다. 선단면(22FS)은 선단부(22)의 선단 부분에 설치되어, 천공 압연전의 빌릿(18)의 전단면과 대향한다. 측면(22SS)은, 플러그(14)의 중심축(C14)의 둘레에 배치된다. 측면(22SS)의 전단은, 선단면(22FS)의 주연과 결합된다.

선단부(22)는 상술과 같이, 대략 원주상이지만, 바람직하게는, 플러그(14)의 선단으로부터 후단을 향해서 커지는 외경을 가진다. 즉, 측면(22SS)은 바람직하게는, 테이퍼 형상을 가진다. 도 2b에 도시하는 바와 같이, 선단부(22)의 후단부의 테이퍼각(A22)은, 몸체부(24)의 전단부의 테이퍼각(A24)보다도 작다. 테이퍼각이란, 측면(24SS)(또는 측면(22SS))의 측정 위치에서의 접선과, 중심축(C14)과 평행인 직선이 이루는 각도를 의미한다. 도 2a, 2b에서는, 측면(22SS)의 테이퍼각은 대략 일정하다.

선단부(22)는, 플러그(14)가 용손되는 것을 억제하는 역할을 가진다. 구체적으로는, 선단부(22)는, 플러그(14)가 빌릿(18)을 천공할 때에, 선단부(22)에 있어서의 플러그(14)와 빌릿(18)의 접촉 면적을 작게 하여, 빌릿(18)으로부터 플러그(14)로의 입열을 적게 한다. 그 결과, 플러그(14)가 용손되기 어려워진다.

몸체부(24)는, 선단부(22)의 후측에서 선단부(22)에 인접하여 설치되어 있다. 몸체부(24)는, 측면(24SS)을 가진다. 측면(24SS)의 전단은, 측면(22SS)의 후단과 연결된다. 측면(24SS)의 외경은, 플러그(14)의 선단으로부터 후단을 향해서 커진다.

상술과 같이, 도 2a, 2b에서는, 측면(24SS)의 전단부의 테이퍼각(A24)은, 측면(22SS)의 후단부의 테이퍼각(A22)보다도 크다. 이 때문에, 선단부(22)가 몸체부(24)의 전단으로부터 돌출하여 설치되어 있다.

몸체부(24)는, 선단부(22)에 의해 구멍이 뚫린 빌릿(18)을 원하는 내경 및 두꺼운 중공 소관(20)으로 하는 역할을 가진다. 구체적으로는, 몸체부(24)는, 빌릿(18)의 구멍의 표면, 즉, 중공 소관(20)의 내면과 접촉하여, 중공 소관(20)의 내경을 확장한다. 천공기(10)는, 몸체부(24)와 경사 롤(12)의 사이에 중공 소관(20)을 끼워 압연한다. 이에 따라, 원하는 내경 및 두께의 중공 소관(20)을 제조한다.

플러그(14)의 후단에는, 심금 결합부(28)가 설치되어 있다. 심금 결합부(28)에, 심금(16)의 선단부가 끼워넣어져, 플러그(14)와 심금(16)이 결합된다.

[플러그(14)가 가지는 관통 구멍]

도 2a에 도시하는 바와 같이, 플러그(14)의 본체(15)는 관통 구멍(30)을 가진다. 관통 구멍(30)은, 플러그(14)의 중심축(C14) 상에 설치되고, 중심축(C14) 방향으로 연장되어 있다. 관통 구멍(30)의 일단은, 선단면(22FS)의 중앙에 개구하고 있다. 관통 구멍(30)의 타단은, 심금 결합부(28)의 저면 중앙에 개구하고 있다. 즉, 관통 구멍(30)은, 플러그(14)를 축방향으로 관통하고 있다.

관통 구멍(30)의 크기는, 플러그(14)의 선단으로부터 후단을 향해서 커져도 되고, 플러그(14)의 축방향에서 대략 일정해도 된다. 관통 구멍(30)의 크기는, 빌릿(18)의 중심 결함의 크기에 따라, 적절히 설정된다. 또한, 관통 구멍(30)의 횡단 형상은, 도 2에 도시하는 예에서는 원형이다.

[이음매 없는 강관의 제조 방법]

우선, 빌릿(18)을 가열로에서 가열한다. 가열한 빌릿(18)을 가열로로부터 취출한다. 도 1에 도시하는 천공기(10)를 이용하여, 가열한 빌릿(18)을 천공 압연하여, 중공 소관(20)으로 한다.

여기에서, 플러그(14)는, 관통 구멍(30)을 가진다. 이 때문에, 플러그(14)를 이용하여, 빌릿(18)을 천공 압연하면, 중공 소관(20)에 내면 손상의 발생을 억제할 수 있다. 그 이유에 대해서, 도 3∼도 5를 참조하면서, 설명한다.

도 3은, 관통 구멍을 가지지 않는 플러그(14A)를 나타내는 종단면도이다. 플러그(14A)는, 종래 구조의 플러그이다. 플러그(14A)는, 관통 구멍(30)을 가지지 않는다. 도 4는, 플러그(14A)를 이용하여, 빌릿(18)을 천공 압연하여, 중공 소관(20)을 제조하는 공정을 나타내는 모식도이다. 도 5는, 플러그(14)를 이용하여, 빌릿(18)을 천공 압연하여, 중공 소관(20)을 제조하는 공정을 나타내는 모식도이다.

플러그(14A)를 이용할 경우, 플러그(14A)의 선단부와 접촉한 빌릿(18)의 중심부에는, 구멍이 형성된다. 이 때, 빌릿(18)의 중심부는 소성 변형하여, 플러그(14A)의 선단부의 주변을 통과하여 중공 소관(20)의 내면 근방 부분을 형성한다. 이 때문에, 빌릿(18)의 중심 결함(34)은, 소관의 내면에 잔존하여, 내면 손상을 형성한다.

한편, 플러그(14)를 이용할 경우, 빌릿(18)의 중심부는, 관통 구멍(30)으로 들어간다. 이 때, 빌릿(18)의 중심부는, 플러그(14) 앞에서 압축된다. 이러한 압축 응력은, 관통 구멍(30)에 빌릿(18)의 중심부가 들어감으로써 발생한다. 이 압축 응력에 의해, 중심 결함(34)은 압착된다. 또한, 중심 결함(34)이 압착된 부분은, 관통 구멍(30)을 통과한다.

여기에서, 플러그(14)의 후단은, 심금(16)의 선단에 결합해 있다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 심금(16)은, 접속 구멍(32)을 가진다. 접속 구멍(32)은, 심금(16)의 중심축 상으로 연장되고, 심금(16)의 선단면(플러그(14)의 후단과 대향하는 면)에 개구를 가진다. 심금(16)의 선단이 심금 결합부(28)에 끼워 넣어졌을 때, 관통 구멍(30)은, 접속 구멍(32)에 접속된다. 이에 따라, 관통 구멍(30)을 통과하는 빌릿(18)의 중심부는, 관통 구멍(30)으로부터 접속 구멍(32)으로 밀려나간다.

요컨대, 플러그(14)는, 중심 결함(34)을 포함할 가능성이 높은 빌릿(18)의 중심부를 압축하고, 또한, 관통 구멍(30)을 통과한다. 즉, 빌릿(18)의 중심부를 플러그(14)의 관통 구멍(30)에 통과시키면서, 천공기(10)로 빌릿(18)을 천공 압연하여, 중공 소관(20)을 형성한다. 이 때문에, 빌릿(18)의 중심부는 중공 소관(20)의 내면을 형성하지 않는다. 따라서, 플러그(14)를 사용하면, 중공 소관(20)에 내면 손상이 발생하기 어려워진다.

빌릿(18)을 천공 압연하여 중공 소관(20)으로 한 후, 예를 들면 플러그 밀, 맨드릴 밀 등에 의해, 중공 소관(20)을 연신 압연한다. 연신 압연후, 예를 들면 스트레치 리듀서, 릴라, 사이저 등에 의해, 형상을 수정한다. 이에 따라, 목적으로 하는 이음매 없는 강관이 제조된다.

[제2의 실시 형태]

도 2a에 나타내는 플러그(14)는, 몸체부(24)로부터 돌출된 선단부(22)를 구비한다. 그러나, 본 실시의 형태에 있어서의 플러그는, 선단부(22)를 구비하지 않는다.

도 7은, 도 2a와 상이한 형상을 가지는 본 실시의 형태의 플러그(14B)의 종단면도이다. 도 7을 참조하여, 플러그(14B)는, 본체(15B)를 구비한다. 본체(15B)는, 몸체부(24)와, 도피부(25)를 구비한다.

본체(15B)는 관통 구멍(30)을 더 구비한다. 관통 구멍(30)은, 플러그(14)의 경우와 마찬가지로, 중심축(C14) 상으로 연장된다. 관통 구멍(30)의 일단은, 몸체부(24)의 선단면(24FS)의 중앙에 개구하고 있다.

이상의 구성을 가지는 플러그(14B)는, 플러그(14)와 동일한 작용을 가진다. 도 8은, 플러그(14B)를 이용하여, 빌릿(18)을 천공 압연하여, 중공 소관(20)을 제조하는 공정을 나타내는 모식도이다.

도 8을 참조하여, 플러그(14B)를 이용하여 천공 압연한 경우, 플러그(14)의 경우와 마찬가지로, 빌릿(18)의 중심부는, 관통 구멍(30)에 들어간다. 이 때, 빌릿(18)의 중심부는, 플러그(14B)의 앞에서 압축되고, 또한, 관통 구멍(30)을 통과한다. 요컨대, 빌릿(18)의 중심부는, 중공 소관(20)에 포함되지 않는다. 이 때문에, 빌릿(18)의 중심 결함에 기인한, 중공 소관(20)의 내면 손상의 발생이 억제된다.

[제3의 실시 형태]

제1의 실시 형태에서는, 경사 압연식의 천공기(10)에 대하여 설명했는데, 본 발명의 실시의 형태에 의한 천공 장치는, 도 9 및 도 10에 도시하는 바와 같이, 프레스 롤식의 천공기(40)여도 된다.

천공기(40)는, 플러그(14C)와, 심금(16A)과, 푸셔 로드(42)와, 인렛 가이드(44)와, 한쌍의 롤(46, 46)과, 아웃렛 가이드(48)를 구비한다.

플러그(14C)는, 한쌍의 롤(46, 46)의 사이에서, 패스 라인(PL) 상에 배치된다.

심금(16A)은, 패스 라인(PL) 상에 배치되어, 플러그(14C)를 지지한다.

푸셔 로드(42)는, 패스 라인(PL) 상에 배치되어, 각형 빌릿(18A)을 플러그(14C)를 향해서 밀어낸다.

인렛 가이드(44)는, 패스 라인(PL) 상에 배치되어, 각형 빌릿(18A)을 한쌍의 롤(46, 46)의 각각이 가지는 공형(46A, 46A)의 사이로 이끈다.

한쌍의 롤(46, 46)은, 패스 라인(PL)의 둘레에 배치된다. 한쌍의 롤(46, 46)은, 플러그(14C)와 함께, 각형 빌릿(18A)을 천공 압연한다. 이에 따라, 중공 소관(20A)이 제조된다. 한쌍의 롤(46, 46)은, 각각, 공형(46A)을 가진다. 한쌍의 공형(46A, 46A)에 의해, 중공 소관(20A)의 외주면이 형성된다.

아웃렛 가이드(48)는, 패스 라인(PL) 상에 배치되어, 중공 소관(20A)을 소정의 방향으로 이끈다.

천공기(40)에서는, 푸셔 로드(42)에 의해, 각형 빌릿(18A)이 밀린다. 푸셔 로드(42)로 밀린 각형 빌릿(18A)은, 플러그(14C) 및 한쌍의 롤(46, 46)에 접촉한다. 이에 따라, 각형 빌릿(18A)은, 그 내면이 플러그(14C)에 의해 천공 확관되고, 그 외면이 한쌍의 롤(46, 46)에 의해 원형으로 형성된다. 그 결과, 중공 소관(20A)이 생성된다.

천공기(40)에서는, 플러그(14C)가 관통 구멍(30A)을 가진다. 이 때문에, 천공기(10)로 빌릿(18)을 천공 압연하는 경우와 마찬가지로, 각형 빌릿(18A)의 중심부는, 관통 구멍(30A)으로 들어간다. 그 결과, 각형 빌릿(18A)의 중심 결함에 기인한, 중공 소관(20A)의 내면 손상의 발생이 억제된다. 또한, 관통 구멍(30A)으로 들어간 각형 빌릿(18A)의 중심부는, 플러그(14C)를 지지하는 심금(16A)의 접속 구멍(32A)으로 들어간다.

[제4의 실시 형태]

도 11은, 본 발명의 실시 형태에 의한 천공 장치로서의 천공 프레스(50)를 나타낸다. 천공 프레스(50)는, 프레스 방식에 의한 이음매 없는 강관의 제조 방법(예를 들면, 유진 세쥴 방식에 의한 이음매 없는 강관의 제조 방법)에 이용된다.

천공 프레스(50)는, 플러그(14D)와, 심금(16B)과, 컨테이너(52)와, 보텀 링(54)과, 백업 포인트(56)를 구비한다.

플러그(14D)는, 빌릿(18B)의 중심축선 상에 배치되어, 빌릿(18B)을 프레스 천공한다.

심금(16B)은, 빌릿(18B)의 중심축선 상에 배치되어, 플러그(14D)를 지지한다.

컨테이너(52)는, 빌릿(18B)의 축방향으로 연장되는 통상을 가지고 있고, 빌릿(18B)을 수용한다.

보텀 링(54)은, 컨테이너(52)의 하단에 배치되어, 빌릿(18B)을 지지한다. 보텀 링(54)은, 중심 구멍(54A)을 가진다. 중심 구멍(54A)의 직경은, 플러그(14D)의 직경보다도 조금 크다.

백업 포인트(56)는, 블록 형상을 가지고 있고, 중심 구멍(54A) 내에 배치된다. 백업 포인트(56)는, 예를 들면, 유압 장치로 지지된다.

천공 프레스(50)에서는, 플러그(14D)를 빌릿(18B)을 향해서 이동시킨다. 그리고, 플러그(14D)에 의해, 빌릿(18B)을 프레스 천공한다. 이에 따라, 중공 소관(20B)이 제조된다. 또한, 프레스 천공이 완료할 때, 백업 포인트(56)는, 플러그(14D)에 밀려서, 중심 구멍(54A)으로부터 벗어난다.

천공 프레스(50)에서는, 플러그(14D)가 관통 구멍(30B)을 가진다. 이 때문에, 빌릿(18B)의 중심부는, 관통 구멍(30B)으로 들어간다. 그 결과, 빌릿(18B)의 중심 결함에 기인한, 중공 소관(20B)의 내면 손상의 발생이 억제된다. 또한, 관통 구멍(30B)으로 들어간 빌릿(18B)의 중심부는, 플러그(14D)에 접속되는 심금(16B)이 가지는 접속 구멍(32B)으로 들어간다.

제4의 실시 형태에서는, 컨테이너(52)의 하단에, 보텀 링(54) 및 백업 포인트(56)가 배치되어 있는데, 이들 대신에, 플러그의 직경보다도 조금 큰 내경을 가지는 다이스를 배치해도 된다.

상기 제1∼제4의 실시 형태에 나타내는대로, 본 발명의 플러그는 관통 구멍을 가지고 있으면 된다. 본 발명에서는, 플러그의 외면 형상은 특별히 한정되지 않는다.

실시예 1

도 2a에 도시하는 플러그(이하, 본 발명예 플러그라고 한다)를 이용하여, 중심 결함이 있는 빌릿을 천공 압연하고, 중공 소관에 내면 손상이 발생하는지 여부를 확인했다. 빌릿의 강종은, JIS 규격으로 규정된 SUS420이었다. 빌릿은 1200℃에서 1시간 가열했다. 빌릿의 직경은 70mm이었다. 빌릿의 축방향 길이는 370mm이었다. 본 발명예의 플러그가 가지는 관통 구멍의 직경은 10mm이었다. 플러그 축방향 길이는 110mm이었다. 선단부의 축방향 길이는 10mm이었다. 몸체부의 축방향 길이는 90mm이었다. 도주부의 축방향 길이는 10mm이었다. 플러그의 최대 직경은 54mm이었다. 선단부의 후단의 외경은 22mm이었다. 선단면의 주연의 곡률 반경은 4mm이었다. 선단부의 선단 주연 이외의 테이퍼각(A22)은 tanA22＝0.1이었다.

또한, 비교를 위해서, 도 3에 도시하는 플러그(이하, 비교예 플러그라고 한다)를 이용하여, 동일한 시험을 행했다. 비교예 플러그는, 관통 구멍을 가지지 않는다. 비교예 플러그 축방향 길이는 110mm이었다. 몸체부의 축방향 길이는 100mm이었다. 도피부의 축방향 길이는 10mm이었다. 플러그의 최대 직경은 54mm이었다.

처음에, 빌릿의 중심 결함을, X선 사진으로 확인했다. 도 12는, 본 발명예 플러그를 이용하여 천공 압연한 빌릿의 X선 사진을 나타낸다. 도 13은, 비교예 플러그를 이용하여 천공 압연한 빌릿의 X선 사진을 나타낸다. 사용한 빌릿은 모두, 같은 정도의 중심 결함을 가졌다.

본 발명예 플러그 및 비교예 플러그를 사용하여 제조된 복수의 중공 소관의 내면 손상은, 침투 탐상 시험(PT)에 의해 조사했다. 구체적으로는, 침투 탐상 시험후의 중공 소관을 축방향을 따라 절단하여, 내면 손상의 유무를 눈으로 관찰했다.

도 14a, 14b는, 본 발명예 플러그를 이용하여 빌릿을 천공 압연함으로써 형성된 중공 소관의 내면 PT 사진을 나타낸다. 도 15a, 15b는, 비교예 플러그를 이용하여 빌릿을 천공 압연함으로써 형성된 중공 소관의 내면 PT 사진을 나타낸다.

본 발명예 플러그를 이용한 경우, 중공 소관에 내면 손상은 관찰되지 않았다. 한편, 비교예 플러그를 이용한 경우, 중공 소관에 내면 손상이 관찰되었다. 따라서, 본 실시의 형태에 의한 플러그를 이용하면, 중공 소관에 내면 손상이 발생하는 것을 억제할 수 있었다.

실시예 2

프레스 롤 천공에 있어서, 각형 빌릿의 중심 결함에 기인하는 내면 손상의 발생이 억제되는지 확인했다.

도 16은, 3차원 강 소성 유한 요소법에 의한 수치 해석의 해석 모델에 있어서, 플러그의 관통 구멍에 빌릿의 중심부가 들어가 있는 상태를 나타낸다.

해석 모델은, 1개의 롤과, 각형 빌릿과, 플러그로 구성했다. 수치 해석에 있어서, 각형 빌릿의 단면은 1변의 길이가 122mm의 정방형으로 하고, 각형 빌릿의 길이는 300mm으로 했다. 각형 빌릿의 중심 결함을 모의하기 위해서, 각형 빌릿의 중심부에 직경 7mm의 중심 구멍을 형성했다. 강종은 JIS 규격의 S45C로 했다. 각형 빌릿의 가열 온도는 1200℃로 했다. 플러그의 후단의 직경은 60mm으로 했다. 플러그의 관통 구멍의 직경은 7mm으로 했다. 롤 홈 바닥의 직경은 450mm으로 했다. 롤의 회전수는 10rpm으로 했다.

도 16에 도시하는 바와 같이, 각형 빌릿의 중심부에 형성된 중심 구멍은, 플러그의 전방에서 압착되었다. 그리고, 압착된 중심 구멍을 포함하는 각 빌릿의 중심부는, 플러그의 관통 구멍에 들어간다. 이 결과로부터, 각형 빌릿의 중심 결함에 기인하는 내면 손상의 발생이 억제된다고 추정할 수 있다.

실시예 3

프레스 천공에 있어서, 빌릿의 중심 결함에 기인하는 내면 손상의 발생이 억제되는지 확인했다.

도 17은, 2차원 강 소성 유한 요소법에 의한 수치 해석에 의해 얻어진 정수압(평균 응력)의 분포를 나타낸다.

수치 해석은, 축대칭 모델로 행했다. 수치 해석에 있어서, 컨테이너에 수용하는 빌릿은, 직경이 70mm, 축방향 길이가 240mm으로 했다. 빌릿의 중심 결함을 모의하기 위해서, 빌릿의 중심부에 직경 7mm의 중심 구멍을 형성했다. 강종은, JIS 규격의 S45C로 했다. 빌릿의 가열 온도는, 1200℃로 했다. 플러그의 최대 외경은 60mm으로 했다. 플러그의 관통 구멍의 직경은 10mm으로 했다. 프레스 속도는 40mm/s로 했다.

도 17에 도시하는 바와 같이, 플러그의 전방에 있어서, 압축 응력이 발생했다. 이에 따라, 플러그의 전방에서는, 중심 구멍이 압착되었다. 그리고, 압착된 중심 구멍을 포함하는 빌릿의 중심부는 플러그의 관통 구멍에 들어간다. 이 결과로부터, 빌릿의 중심 결함에 기인하는 내면 손상의 발생이 억제된다고 추정할 수 있다.

실시예 4

도 18은, 2차원 강 소성 유한 요소법에 의한 수치 해석에 의해 얻어진 정수압(평균 응력)의 분포를 나타낸다.

수치 해석은, 축대칭 모델로 행했다. 수치 해석에 있어서, 컨테이너에 수용하는 빌릿은, 직경이 80mm, 축방향 길이가 140mm으로 했다. 빌릿의 중심 결함을 모의하기 위해서, 빌릿의 중심부에 직경 7mm의 중심 구멍을 형성했다. 강종은, JIS 규격의 S45C로 했다. 빌릿의 가열 온도는, 1200℃로 했다. 플러그는, 내경이 10mm, 외경이 52mm의 원통 형상으로 했다. 즉, 플러그가 가지는 관통 구멍의 직경은 10mm이었다. 프레스 속도는 40mm/s로 했다.

도 18에 도시하는 바와 같이, 플러그의 전방에 있어서, 압축 응력이 발생했다. 이에 따라, 플러그의 전방에서는, 중심 구멍이 압착되었다. 그리고, 압착된 중심 구멍을 포함하는 빌릿의 중심부는, 플러그의 관통 구멍에 들어간다. 이 결과로부터, 빌릿의 중심 결함에 기인하는 내면 손상의 발생이 억제된다고 추정할 수 있다. 또한, 플러그를 통형상으로 함으로써, 플러그의 전방에서는, 넓은 범위에 걸쳐, 큰 압축 응력이 발생했다.

실시예 5

도 11에 도시하는 플러그를 이용하여, 빌릿을 프레스 천공하고, 얻어진 중공 소관에 내면 손상이 발생하는지 확인했다(실시예). 또한, 비교를 위해서, 도 19에 도시하는 플러그(14E)(관통 구멍을 가지지 않는 플러그)를 이용하여, 빌릿을 프레스 천공하고, 얻어진 중공 소관에 내면 손상이 발생하는지 확인했다(비교예).

빌릿은, 다음과 같이 하여 제조했다.

우선, 중심부에 포로서티가 있는 주조재를 제조했다. 포로서티의 크기는, 주조재의 직경 방향으로 최대 8∼10mm이었다. 직경이 120mm인 주조재를 분괴 압연함으로써, 빌릿을 제조했다.

빌릿은, 직경이 100mm, 축방향 길이가 200mm이었다. 빌릿의 가열 온도는 1220℃였다. 실시예에 관련된 플러그는, 최대 외경이 60mm, 관통 구멍의 직경이 15mm이었다. 비교예에 관련된 플러그의 최대 외경은 60mm이었다. 프레스 속도는 40mm/s이었다. 각 플러그를 이용하여, 빌릿을 10개씩 프레스 천공했다. 얻어진 중공 소관을 산 세정한 후, 침투 탐상 시험(PT)에 의해 내면 손상을 조사했다.

비교예에 관련된 플러그를 이용한 경우에는, 내면 손상을 확인했는데, 실시예에 관련된 플러그를 이용한 경우에는, 내면 손상을 확인하지 않았다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 상술했는데, 이들은 어디까지나 예시이며, 본 발명은, 상술의 실시 형태에 의해 전혀 한정되지 않는다.

Claims

빌릿을 천공하는 천공 장치로서,
선단 중앙의 개구로부터 중심축 상으로 연장되며, 천공되는 상기 빌릿의 중심부를 통과시키는 관통 구멍을 가지는 플러그를 구비하는, 천공 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 플러그는,
상기 플러그의 선단으로부터 후단을 향해서 커지는 외경을 가지는 몸체부와,
상기 몸체부의 선단에 설치되며, 상기 플러그의 축방향으로 돌출하는 선단부를 구비하고,
상기 관통 구멍은, 상기 선단부의 선단 중앙에 개구를 가지는, 천공 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 선단부는, 상기 플러그의 선단으로부터 후단을 향해서 커지는 외경을 가지고,
상기 몸체부의 전단부의 테이퍼각이, 상기 선단부의 후단부의 테이퍼각보다도 큰, 천공 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 선단부의 선단면은 평평한, 천공 장치.
청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
상기 선단부의 선단면의 둘레 가장자리가 둥그스름한, 천공 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 관통 구멍의 횡단 형상이, 상기 플러그의 선단으로부터 후단을 향해서 커지는, 천공 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플러그의 후단에 결합되는 심금(芯金; mandrel)을 더 구비하고,
상기 심금은, 상기 심금의 중심축 상으로 연장되며, 상기 관통 구멍에 연결되는 접속 구멍을 가지는, 천공 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플러그의 축방향의 둘레에 배치되는 복수의 롤을 더 구비하는, 천공 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 복수의 롤이 각각 경사 롤인, 경사 압연식의 천공 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 빌릿을 상기 플러그에 밀어넣는 푸셔 로드를 더 구비하고,
상기 복수의 롤이 각각 공(孔)형을 가지는 롤인, 프레스 롤식의 천공 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 빌릿을 수용하는 컨테이너를 더 구비하고,
상기 빌릿의 축방향으로, 상기 플러그가 상기 빌릿을 프레스 천공하는, 천공 프레스식의 천공 장치.
빌릿을 천공하는 천공 장치에 이용하는 플러그로서,
상기 플러그의 선단 중앙의 개구로부터 중심축 상으로 연장되며, 천공되는 상기 빌릿의 중심부를 통과시키는 관통 구멍을 가지는 본체를 구비하는, 플러그.
청구항 12에 있어서,
상기 본체는,
상기 플러그의 선단으로부터 후단을 향해서 커지는 외경을 가지는 몸체부와,
상기 몸체부의 선단에 설치되며, 상기 플러그의 축방향으로 돌출하는 선단부를 구비하고,
상기 관통 구멍은, 상기 선단부의 선단 중앙에 개구를 가지는, 플러그.
청구항 13에 있어서,
상기 선단부는, 상기 본체의 선단으로부터 후단을 향해서 커지는 외경을 가지고,
상기 몸체부의 전단부의 테이퍼각이 상기 선단부의 후단부의 테이퍼각보다도 큰, 플러그.
청구항 14에 있어서,
상기 선단부의 선단면이 평평한, 플러그.
청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
상기 선단부의 선단면의 둘레 가장자리가 둥그스름한, 플러그.
청구항 12 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
상기 관통 구멍의 횡단 형상이, 상기 본체의 선단으로부터 후단을 향해서 커지는, 플러그.
선단 중앙의 개구로부터 중심축 상으로 연장되는 관통 구멍을 가지는 플러그를 구비한 천공 장치를 준비하는 공정과,
빌릿의 중심부를 상기 플러그의 상기 관통 구멍에 통과시키면서, 상기 천공 장치로 상기 빌릿을 천공하는 공정을 구비하는, 이음매 없는 강관의 제조 방법.