KR101766692B1 - 직사각형 단면 및 작은 에지 반경을 가진 열간 압연 중공 형상 부재를 생산하기 위한 방법 - Google Patents

직사각형 단면 및 작은 에지 반경을 가진 열간 압연 중공 형상 부재를 생산하기 위한 방법 Download PDF

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발루렉 도이칠란트 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 강철로 이루어지며 직사각형 또는 정사각형 단면을 가진 열간 압연 섹션을 생산하기 위한 방법에 있어서, 이음매 없이 열간 압연 또는 냉간 마감에 의해 생산되고 용접되며 정의된 호칭 외경을 가진 실질적으로 둥근 파이프 블랭크가 초기에 생산되고, 다음에 성형 온도에서 필요한 단면을 가진 중공 섹션으로 성형되며, 상기 중공 섹션의 가시 에지(C1, C2)는 ≤ 1.5 × t(t = 벽 두께)의 값을 가지는, 강철로 이루어지며 직사각형 또는 정사각형 단면을 가진 열간 압연 섹션을 생산하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 섹션의 소정 단면을 위해, 압연기 내로 삽입될 파이프 블랭크는, 달성하여야 할 상기 파이프 블랭크의 수축률 및 달성하여야 할 상기 중공 섹션의 크기로부터 결정되는 호칭 외경을 갖고, 상기 수축률은 -2% 내지 -13%의 범위에 있으며, 다음의 식, 수축률(R)(%) = [(2 × (H + B)) - π × D] × 100% / [2 × (H + B)]에 따라 결정된다.

Description

직사각형 단면 및 작은 에지 반경을 가진 열간 압연 중공 형상 부재를 생산하기 위한 방법{METHOD FOR PRODUCING HOT-ROLLED HOLLOW PROFILED ELEMENTS HAVING A RECTANGULAR CROSS-SECTION AND SMALL EDGE RADII}
본 발명은, 강철의 열간 압연 중공 섹션을 생산하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그러한 방법에 의해 생산된 중공 섹션 및 그러한 중공 섹션의 용도에 관한 것이다. 특히, 예를 들면 EN 10210-2에 따른 열간 마감(hot-finished) 중공 섹션과 같이 원형 형상을 벗어난 중공 섹션이 포함된다.
MSH® 섹션으로서 공지되어 있는 열간 압연 중공 섹션은 냉간 마감(cold-finished) 길이 방향 이음매 용접(seam-welded) 파이프 블랭크 및 실질적으로 둥근 시작 단면을 가진 열간 마감 이음매 없는(seamless) 파이프 블랭크로부터 생산될 수 있다.
냉간 마감 길이 방향 이음매 용접 파이프 블랭크를 사용할 때, 둥근 파이프는, 통상적으로 HFI 용접에 의해, 개방 시임 튜브(open seam tube)로 성형되는 강철 스트립으로부터 생산되고, 성형 온도로 가열된 후에, 각각의 섹션 압연 스탠드에서 중공 섹션으로 열간 압연된다.
열간 마감 이음매 없는 파이프 블랭크를 사용할 때, 열간 마감 이음매 없는 파이프 블랭크는 동일한 열로 재가열되거나 압연 온도로 재가열되고, 다음에 각각의 롤(roll)에 의해, 필요한 직사각형 또는 정사각형 단면을 가진 중공 섹션으로 성형된다.
그렇게 생산된 중공 섹션은 주로, 철골 상부구조, 산업 건설, 스포츠 시설 건설, 교량 건설, 기계 엔지니어링에, 또한 건설 엔지니어링, 특수 차량 건설, 상업 차량 건설을 위한 기계에, 또한 농업 기계 건설, 강철 건설 및 빌딩 건설에 대한 고전적 사용 분야에 추가하여, 건설용 파이프로서 사용된다.
친환경적이며 더 경제적인 건설 방법에 대한 요구가 증가하여, 필요한 기하학적 관성 모우먼트 또는 단면계수의 면에서, 중량이 더 가볍고, 동일한 호칭 규격(에지 길이 및 호칭 벽 두께)을 가지면서도 단면이 더 크며, 예를 들면 굽은 판금으로부터 냉간 마감에 의해 생산되는 중공 섹션에 비하여 상당히 작은 에지 반경 또는 가시 에지(visible edge)를 가진 열간 압연 중공 섹션이 개발되었다.
실제로 중공 섹션의 에지 반경은 불균일하기 때문에, EN 10210-2는 외부 라운딩 반경(outer rounding radii)은 규정하지 않지만, 이하에서 가시 에지라고 지칭되는 라운딩 영역의 길이를 규정하고 있다.
중공 섹션에서 더 작은 가시 에지의 이점은, 한편으로는 더 큰 기하학적 관성 모멘트 및 더 큰 굽힘 및 비틀림 강성도이며, 다른 한편으로는 섹션 에지의 영역에서의 연결부에 더 작은 용접 조인트가 형성되어, 더 매력 있는 외관이 형성된다는 것이며, 그것은 노출된 건설에 매우 중요하다.
또한, 하중 지지 용량이 증가되도록, 연결될 단면을 위한 더 넓은 지지 영역이 실현된다. 또한, 가시 에지가 벽 두께보다 작을 때, 힘은, 힘에 대해 평행하게 연장되는 섹션 벽에 적어도 부분적으로 직선으로 도입될 수 있으며, 이것은 정적 크기에 이점을 가지는 인자이다.
그러나, EN 10210-2에 따라 ≤ 3.0 × t(t = 벽 두께)의 최대 허용 가시 에지를 가진 열간 마감 중공 섹션은 더 이상 모든 응용 분야에 적합하지 않다.
한 가지 예에, 고층 빌딩 건설을 위해 등반 능력(climbing capability)을 가진 회전 타워 크레인의 응용 분야가 포함된다. 이들 크레인에서, 타워 높이, 및 이에 따라 크레인 높이 및 후크 높이는 타워 부재를 삽입함으로써 점진적으로 증가되어 빌딩 건설의 진척에 맞추어 조절된다.
타워 부재는 정사각형 또는 직사각형 중공 섹션으로부터 조립되며, 타워 부재의 수직 연장 코너 섹션, 소위 "코너 포스트"는, 중공 섹션의 중간에 배치되는 볼트에 의해 서로 연결된다.
타워 부재를 추가하기 위해, 안내 프레임이 타워 부재의 수직 연장 코너 섹션을 따라 사용되며, 안내 프레임은, 볼팅 연결의 결과로 인한 공간상의 이유로 섹션 에지에 매우 가까이 주행하여야 하는 안내 롤러를 가진다. 가시 에지가 너무 클 때, 안내 롤러는 중공 섹션의 중간에서 너무 멀리 주행하여, 개별적 타워 부재는 더 이상 볼트에 의해 연결될 수 없을 것이다.
더 작은 가시 에지를 가진 중공 섹션을 위한 추가적 응용 분야는, 예를 들면, 트롤리 롤을 위해 넓은 지지 표면 또는 일반적으로 굽힘 응력을 받는 섹션을 제공하기 위한 트롤리형 회전 타워 크레인의 아웃리거(outriggers)의 하부 코드이고, 예를 들면 DE 10 2007 031 142로부터 공지된 높은 하중을 위한 강철의 크레인 트랙 지지 시스템, 및 DE 10 2006 010 951로부터 공지된 지붕 건설을 위한 강철의 지지 시스템이다.
EN 10210-2에 따른 열간 마감 중공 섹션을 위한 ≤ 3.0 × t의 가시 에지 길이(C1, C2)의 최대 허용치는 상술한 응용 분야에 대해 명백히 너무 높다. 따라서, EN 10210-2에 따라, 원리적으로, 1.5 × t의 값이 계산의 베이스로서 사용된다.
따라서, 이들 중공 섹션을 상술한 응용 분야에 경제적으로 유용하게 하기 위해, 냉간 마감 용접 또는 열간 마감 이음매 없이 생산된 파이프 블랭크로부터 이루어진 중공 섹션의 가시 에지의 길이를 감소시키기 위해 압연 프로세스를 사용하는 것은 성공적이지 못했다. 따라서, 중공 섹션의 압연 능력, 롤의 마모와 가시 에지 길이 사이의 절충안을 항상 추구하였으나, 바람직한 성공을 거두지 못했다.
이러한 이유로, 이들 응용에, 주로, 예를 들면 2개의 L자형 다리부를 용접함으로써 형성되고, ≤ 1.0 × t에서 매우 작은 가시 에지 길이를 가져, 열간 마감 중공 섹션을 위한 표준보다 상당히 아래에 있는 중공 섹션이 사용된다.
그러나, 용접 이음매의 결과, 개별 섹션들을 서로 용접함으로써 형성되는 이들 중공 섹션은, 재료 성질이 불균일하고, 및 용접 이음매의 내부 응력의 결과로서 뒤틀림의 위험성이 증가하며, 그 제조가 정교해야 한다는 단점을 가진다.
따라서, 본 발명의 목적은, 직사각형 또는 정사각형 단면을 가지며, 용접되거나 이음매 없이 생산된 파이프 블랭크로 이루어지는 열간 마감 중공 섹션을 생산하기 위한 방법을 제공하는 것이며, 그러한 방법에 의해, ≤ 1.5 × t인 가시 에지 길이(C1 또는 C2)가 중공 섹션의 압연 과정에서 간단하고 비용면에서 효율적인 방식으로 실현될 수 있다.
이러한 목적은, 직사각형 또는 정사각형 단면을 가진 강철의 열간 압연 중공 섹션을 생산하기 위한 방법에 있어서, 초기에, 정의된 호칭 외경을 가진 실질적으로 둥근 파이프 블랭크가 이음매 없는 열간 압연 또는 냉간 마감에 의해 생산되고, 용접되며, 그 후에 성형 온도에서 필요한 단면을 가진 상기 중공 섹션으로 성형되고, 상기 중공 섹션의 가시 에지(C1, C2)는 ≤ 1.5 × t(t = 벽 두께)의 값을 가지며, 상기 섹션의 소정 단면을 위해, 압연기 내로 삽입될 상기 파이프 블랭크는, 상기 파이프 블랭크에서 달성하여야 할 수축률, 및 상기 중공 섹션에서 달성하여야 할 크기로부터 결정되는 호칭 외경을 갖고, 상기 수축률은 -2% 내지 -13%의 범위에 있으며, 다음의 식 수축률(R)(%) = [(2 × (H + B)) - π × D] × 100% / [2 × (H + B)]에 따라 결정되는, 직사각형 또는 정사각형 단면을 가진 강철의 열간 압연 중공 섹션을 생산하기 위한 방법에 의해 해결된다. 바람직한 발전 및 이러한 방법에 의해 생산되는 중공 섹션은 종속항의 주제이다.
본 발명의 교시에 따라, 이러한 목적은, 상기 섹션의 소정 단면을 위해, 압연기 내로 삽입될 파이프 블랭크가, 통상적으로 사용되는 호칭 외경에 비하여 증가된 직경을 가지며, 상기 증가된 직경은 상기 파이프 블랭크에서 달성하여야 할 수축률, 및 상기 중공 섹션에서 달성하여야 할 크기로부터 결정되고, 달성하여야 할 상기 수축률은 -2.0% 내지 -13%의 범위에 있으며, 다음의 식,
수축률(R)(%) = [(2 × (H + B)) - π × D] × 100% / [2 × (H + B)]
에 따라 결정되는, 방법을 사용하여 해결된다.
광범위한 시험 결과, 놀랍게도, 롤의 소정 그루브에서, 표준 파이프 블랭크 직경에 비하여 증가된 파이프 블랭크의 직경을 사용하면, 에지 영역 내로의 롤 그루브의 채움(filling)이 현저히 향상되어, 그 결과 표준 파이프 블랭크 직경에 비하여 실현될 수 있다는 것이 입증되었다.
파이프 블랭크의 수축률 또는 파이프 블랭크의 직경을 대응하여 선택하면, ≤ 1.5 × t인 가시 에지 길이를 실현할 수 있을 뿐만 아니라, ≤ 1.0 × t 또는 ≤ 0.6 × t인 가시 에지 길이도 실현할 수 있다.
그러나, 시험이 또한 보여주듯이, 파이프 블랭크 직경이 너무 클 때, 즉 수축률이 표준 파이프 블랭크 직경에 비하여 과도할 때, 롤 억류의 위험성이 증가되며, 롤에 의해 추진되어 성형될 파이프는 성형 존을 떠나기 전에도 더 이상 전진되지 않고 압연 스탠드 내에 달라붙게 된다.
또한, 소정 파이프 블랭크 직경을 초과하면, 재료가 롤 갭 내로 들어가 버(burr) 또는 비드를 형성하고, 버 또는 비드는 후에 기계가공에 의해 정교하게 제거되어야 하는 위험성이 있다.
표준 파이프 블랭크 직경에 비하여 너무 작은 파이프 블랭크 직경의 경우에, 즉 수축률이 너무 작을 때, 반경 영역 내의 롤 그루브의 채움이 충분하지 않아, 충분히 작은 가시 에지가 형성되지 않는다.
따라서, 필요한 수축률을 따르면, 본 발명에 따라 파이프 블랭크 직경을 증가시는 데에 있어서의 제한을 비교적 좁게 하며, -2.2% 내지 -4.0%의 수축률이 ≤ 1.0 × t의 가시 에지 길이에 대해 이점을 갖고, ＜-4%의 수축률이 ≤ 0.6 × t의 가시 에지 길이에 대해 이점을 가지는 것이 입증되었다.
본 발명의 바람직한 발전에 따라, 이들 값은, 표준 파이프 블랭크 직경을 사용할 때에 비하여 롤러의 사이즈를 변경하지 않고도 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 이점은, 개별 섹션을 함께 용접함으로써 이루어지는 중공 섹션에 비하여, 매우 경제적으로 생산될 수 있는 열간 압연 중공 섹션이, 지금까지는 가시 에지 길이가 너무 커서 사용될 수 없었던 분야에도 사용될 수 있다는 것이다.
다음의 예들은 본 발명의 효율성을 설명한다.
고객의 명세: EN 10210-2에 따라 C1 또는 C2 ≤ 1.0 × t
예 1
중공 섹션의 필요한 규격(H × B × t): 220 × 220 × 16mm
고온 파이프 블랭크의 원둘레(U): 889.07mm
계산된 수축률: -1.02
측정된 가시 에지 길이(C1 또는 C2): 21mm
판정된 계수(C1/t 또는 C2/t): 21/16 = 1.3(충족되지 않음)
예 2
중공 섹션의 필요한 규격(H × B × t): 220 × 220 × 16mm
고온 파이프 블랭크의 원둘레(U): 907.92mm
계산된 수축률: -3.08
측정된 가시 에지 길이(C1 또는 C2): 14mm
판정된 계수(C1/t 또는 C2/t): 14/16 = 0.9(충족됨)
예 3
중공 섹션의 필요한 규격(H × B × t): 220 × 220 × 16mm
고온 파이프 블랭크의 원둘레(U): 927.43mm
수축률: -5.11%
측정된 가시 에지 길이(C1 또는 C2): 9mm
판정된 계수(C1/t 또는 C2/t): 9/16 = 0.6(충족됨)
다음에서, 본 발명에 따른 중공 섹션을 사용하기 위한 예시적 실시예가 도면에 의해 더 상세히 설명된다.
도 1은, 작은 가시 에지를 가진 본 발명에 따른 중공 섹션을 구성 부재로서 사용하는 회전 타워 크레인의 타워 부재의 상세도이다.
타워 부재의 중공 섹션(1)은 수직 연장 타워 코너 섹션 "코너 포스트"로서 구성된다. 중공 섹션의 가시 에지는 C1 및 C2로 표시된다.
추가될 타워 부재에 대한 연결은 볼트(2)에 의해 실현되며, 볼트(2)는 중공 섹션(1)의 대향하는 다리부를 통해 중간 섹션에 삽입되고, 부착된 타워 부재의 타워 코너 섹션에 하부 타워 부재의 타워 코너 섹션을 연결한다.
중공 섹션(1)에, 볼팅된 연결부의 영역에 보강 플레이트(4, 4')가 구비되며, 볼트(2)는 코터핀(3, 3')에 의해 느슨하지 않도록 고정된다.
타워 부재를 추가하기 위해, 안내 프레임(5)이 수직 연장 타워 코너 섹션을 따라 사용되며, 안내 프레임(5)은, 볼팅 연결로 인한 공간상의 이유로 섹션 에지에 매우 가까이 주행하여야 하는 안내 롤러(6, 6')를 포함한다. 이것은 이제, 매우 작은 가시 에지 길이의 면에서 본 발명에 따른 열간 압연 중공 섹션에 의해 용이하게 실현될 수 있다.
1: 중공 섹션 2: 볼트
3, 3': 코터핀 4, 4': 보강 플레이트
5: 안내 프레임 6, 6': 안내 롤러
H, B: mm로 표시한 중공 섹션의 에지 길이(높이, 폭)
D: mm로 표시한, 압연 시작 전의 고온 파이프 블랭크의 직경
U: mm로 표시한, 압연 시작 전의 고온 파이프 블랭크의 원둘레
T: mm로 표시한 벽 두께
C1, C2: mm로 표시한 가시 에지 길이

Claims (6)

  1. 직사각형 또는 정사각형 단면을 가진 강철의 열간 압연 중공 섹션을 생산하기 위한 방법에 있어서,
    초기에, 정의된 호칭 외경을 가진 실질적으로 둥근 파이프 블랭크가 이음매 없는 열간 압연 또는 냉간 마감에 의해 생산되고, 용접되며, 그 후에 성형 온도에서 가시 에지(C1, C2)가 1.5 × t(여기서, t는 중공 섹션의 벽 두께) 이하의 값을 가지는 중공 섹션으로 성형되고,
    상기 중공 섹션의 소정 단면을 위해, 압연기 내로 삽입될 상기 파이프 블랭크는, 상기 파이프 블랭크에서 달성하여야 할 수축률, 및 상기 중공 섹션에서 달성하여야 할 크기로부터 결정되는 호칭 외경을 갖고,
    상기 수축률은 -2% 내지 -13%의 범위에 있으며,
    상기 수축률은 다음의 식: 수축률(R)(%) = [(2 × (H + B)) - π × D] × 100% / [2 × (H + B)](여기서, H: 중공 섹션의 높이; B: 중공 섹션의 폭; D: 성형 단계 시작 전에 성형 온도에서의 파이프 블랭크의 외경)에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는, 직사각형 또는 정사각형 단면을 가진 강철의 열간 압연 중공 섹션을 생산하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    1.0 × t 이하의 길이를 가지는 가시 에지(C1, C2)에 대해, 상기 파이프 블랭크의 상기 수축률은 -4% 이상 -2.2% 미만의 범위에 있는 것을 특징으로 하는, 직사각형 또는 정사각형 단면을 가진 강철의 열간 압연 중공 섹션을 생산하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    0.6 × t 이하의 길이를 가지는 가시 에지(C1, C2)에 대해, 상기 파이프 블랭크의 상기 수축률은 -4% 미만인 것을 특징으로 하는, 직사각형 또는 정사각형 단면을 가진 강철의 열간 압연 중공 섹션을 생산하기 위한 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중공 섹션이 건설용 부재로서 사용되는 것을 특징으로 하는, 직사각형 또는 정사각형 단면을 가진 강철의 열간 압연 중공 섹션을 생산하기 위한 방법.
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