KR102119458B1 - 롤러-형성된 부분 경화 프로파일 생성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시의 예에 따른, 강판 스트립이 롤러 프로파일링부에서 프로파일로 연속적으로 롤러-형성되는, 강판을 연속적으로 롤러-형성하고 경화시키는 방법으로서, 롤러-형성된 프로파일 스트랜드가 오스테나이트(austenite) 시작 온도(Ac1) 보다 낮은 온도로 예열되고, 상기 롤러-형성된 프로파일 스트랜드는 그 단면의 소(小)영역 및/또는 그 길이의 소영역에 걸쳐 AC3 보다 높은 온도로 가열되며, 적어도 소영역을 AC3 보다 높은 온도로 가열하는 동안 축 방향 인장 응력이 롤러-형성된 프로파일 스트랜드에 작용한다.

Description

롤러-형성된 부분 경화 프로파일 생성 방법
본 발명은 청구항1의 전문(前文)에 따른 롤러-형성된 부분 경화 프로파일을 생성하는 방법에 관한 것이다.
금속 프로파일의 롤러-형성은 그 자체로 공지된 기술이다. 롤러 프로파일링에 있어서, 일반적으로 연속적으로 평평한 판금(板金) 스트립(strip)은 복수개의 롤러 프레임을 통해 안내(guided)되고 공정에 있어서 변형 또는 형성된다. 이는 단순한 원통형 파이프로부터 보다 복잡한 파이프 기하학적 구조에 이르기까지 복수개의 다른 단면을 생성하는 데에 이용될 수 있다.
일반적으로, 이러한 종류의 파이프들은 폐쇄 구조를 생성하기 위하여 인접 영역에 길이방향으로 용접된다. 그러나, 개방 프로파일은 또한 종종 롤러 프로파일링에 의하여 생성된다.
음극 부식 방지의 경화성 강(綱)합금으로부터 경화 프로파일 구성요소를 생성하는 방법이 EP 1 660 693 B1에 개시되어 있다; 아연 또는 아연 합금 코팅이 구비된 강판(綱板) 스트립은 롤러 프로파일되고 코팅된 강판은 오스테나이트(austenite) 화(化) 온도로 가져온 다음 냉각되어 경화되고; 프로파일 스트랜드(profile strand)는 경화 전후의 프로파일 스트랜드 섹션으로 길이 절단되고, 프로파일되고 길이 절단되기 전에 홀(holes), 개구, 스탬프 천공 등이 구비된다.
US 6,564,604 B2의 목적은 열처리를 적용하는 강판을 제공하고 이러한 코팅된 강판을 압축 경화시킴으로써 부품을 생성하는 방법을 제공하는 데에 있다. 이 경우, 온도의 하강에도 불구하고, 목표는 고온압축 또는 열처리 전, 도중, 및 후에 강판이 탈탄소화되지 않음과 강판의 표면이 산화되지 않음을 보장하는 것이다. 이를 위해, 합금 금속간 혼합물은 부식 및 탈탄소화로부터 보호하고 윤활기능 또한 제공할 수 있는 스탬핑(stamping) 전후에 표면에 증착되어야 한다. 일 실시의 예에서, 이 참조 문헌은 전해(電解)방식으로 명확하게 증착된 종래의 아연층을 사용하는 것을 제안한다; 강판 기판의 후속하는 오스테나이트 화(化)에 있어서, 이러한 아연층 및 강판 기판은 균질의 Zn/Fe 합금층으로 변형되어야 한다. 이 균질의 층 구조는 미세한 오목부로 덮여 있다. 이전의 가정과는 달리, 이 코팅은 용해되지 않도록 기계적 저항력을 가져야 한다. 그러나 이러한 효과는 실제로는 나타나지 않는다. 또한, 아연 또는 아연 합금의 사용은 절삭이 존재하는 경우 가장자리의 음극 보호를 제공해야 한다. 그러나, 본 실시의 예에서, 이러한 종류의 코팅의 경우 - 본 참조 문헌에서 언급된 것과는 반대로 - 임의의 음극 부식 방지가 가장자리에 거의 제공되지 않으며, 상기 층이 강판의 표면 영역에서 파손되면 불량한 부식 방지만 달성되는 단점이 있다.
50%~55%의 알루미늄 및 45%~50%의 아연으로 이루어지고 선택적으로 소량의 실리콘으로 이루어진 코팅이 US 6,564,604 B2의 제2 예에 개시된다. 이러한 종류의 코팅은 그 자체로는 새로운 것이 아니고, 상표명 갈바늄(Galvalume®)으로 알려져 있다. 이 참조 문헌은 금속 아연과 알루미늄을 철로 코팅함으로써 균질의 아연/알루미늄/철 합금 코팅을 생성해야 한다고 기술하고 있다. 이 코팅은 충분한 음극 부식 방지를 더 이상 이루지 못하는 단점이 있지만, 프레스 경화 공정에 사용되는 경우 이를 통해 달성되는 장벽 보호의 대부분이 충분하지 않다. 왜냐하면, 표면에서의 파손이 일부 영역에서 불가피하기 때문이다. 요약하면, 본 참조 문헌에 설명된 방법은 일반적으로 아연 기반의 음극 부식 방지 코팅이 코팅 과정 후 열처리 대상이 되며 가능하게는 추가의 형성 또는 성형 단계를 거칠 수 있는 강판을 보호하는데 적합하지 않은 문제를 해결할 수 없다고 말할 수 있다.
EP 1 013 785 A1은 강판 구성 요소의 제조 방법을 개시하고 있다; 강판은 그 표면에 알루미늄 층 또는 알루미늄 합금층을 가져야 한다. 이러한 종류의 코팅이 제공된 강판은 프레스 경화(press-hardening) 공정을 거치도록 한다; 지정된 가능한 코팅 합금은 9~10%의 규소, 2~3.5 %의 철, 불순물이 함유된 잔류 알루미늄의 합금 및 2~4%의 철과 불순물이 함유된 잔류 알루미늄의 제2 합금을 포함한다. 이러한 종류의 코팅은 그 자체로 공지되어 있으며 용융 알루미늄 도금 강판의 코팅에 해당한다. 이러한 종류의 코팅은 소위 장벽 보호를 달성하기만 하는 단점이 있다. 이러한 장벽 보호가 깨지거나 Fe/Al 층에 균열이 발생하는 순간, 이 경우 강철인 기본 재료는 파손되고 부식된다. 음극 보호 작용은 없다.
또한, 강판이 오스테나이트 화 온도로 가열될 때 및 후속의 프레스-경화 단계 중에, 이러한 유형의 용융 알루미늄 코팅은 생산되는 구성 요소가 충분한 부식 방지층을 가지지 않는 정도로 화학적 및 기계적 응력을 받게 된다. 따라서, 이러한 종류의 용융 알루미늄 코팅은 복잡한 기하학적 구조들의 프레스-경화에, 즉 오스테나이트 화 온도보다 높은 온도로 가열되는 강판에 적합하지 않다고 말할 수 있다.
DE 102 46 614 A1은 자동차 구조용 코팅 구조 구성요소의 제조 방법을 개시하고 있다. 이 방법은 전술한 유럽 특허 출원 1013 785 A1의 문제점을 해결해야 한다. 특히, 이 참조 문헌은 유럽 특허 출원 1 013 785 A1에 따른 침지 (浸漬) 공정에서 금속간 위상은 강철의 코팅 중에 이미 형성될 것이며; 본 참조 문헌에 따르면, 강철과 실제 코팅 사이의 이 합금층은 단단하고 부서지기 쉽고 냉간 성형 중에 균열이 발생할 수 있다. 이는 코팅 자체가 기본 재료로부터 분리되어 그 보호 기능을 상실하는 점에 미세 균열을 초래할 것이다. 따라서 DE 102 46 614 A1은 유기 비수성 용액에서 갈바니(galvanic) 코팅 공정에 의해 금속 또는 금속 합금의 형태로 코팅을 증착하는 것을 제안하는데, 특히 적합하고 따라서 바람직한 코팅 재료는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이다. 또는 아연 또는 아연 합금도 적합하다. 이러한 방식으로 코팅된 강판은 냉간 성형될 수 있고, 최종 형상으로 열간 성형될 수 있다. 그러나, 이 방법은 알루미늄 코팅이 파손되는 경우 보호 장벽을 파열시키기 때문에 알루미늄 코팅이 전해(電解) 증착되더라도 알루미늄 코팅은 부식 방지를 제공하지 않는다는 단점이 있다. 전해 증착된 아연 코팅은, 열간 성형을 위한 가열로 아연의 대부분이 산화되고 음극 보호에 더 이상 이용 가능하지 않다는 단점이 있다. 보호 대기에서 아연은 증발한다.
DE 101 20 063 C2에는 자동차용 금속 프로파일 구성 요소를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 자동차용 금속 프로파일 구성 요소를 제조하는 이 공지된 방법에서, 스트립 형태로 제공되는 원재료는 롤러 프로파일링부로 이송되어 압연(rolled) 프로파일 형태로 형성된다. 롤러 프로파일링부를 빠져 나간 후, 압연 프로파일의 적어도 일부 영역은 경화를 위해 필요한 온도로 유도 가열되고 냉각부에서 담금질된다. 그 후에, 압연 프로파일은 길이 절단되어 프로파일 구성 요소를 생성한다. 롤러 프로파일링의 한 가지 특별한 이점은 프레스 금형(press die)와 비교하여 높은 처리 속도와 저렴한 공구 비용으로 인한 낮은 생산 비용에서 찾아볼 수 있다. 열처리 가능한 특수강이 프로파일 구성 요소에 이용된다. 이 방법의 하나의 대안에 따르면, 원재료의 일부 영역은 롤러 프로파일링부에 들어가기 전에도 경화에 필요한 온도로 유도 가열될 수 있고, 압연 프로파일이 길이 절단되기 전에 냉각부에서 담금질될 수 있다. 두 번째 대안은 이미 경화된 상태에서 길이 절단을 해야 한다는 단점이 있는데, 이는 재료의 높은 경도를 부여하는 데 문제가 있다. 또한, 전술한 선행 기술에서, 길이 절단되는 프로파일 구성 요소는 세정 및 디스케일(descaled)되어야 하고, 디스케일 후에는 개별 요소 부식 방지 코팅이 적용되어야 한다는 단점이 있다; 이러한 종류의 개별 요소 부식 방지 코팅은 대개 매우 우수한 음극 부식 방지를 제공하지 않는다.
마찬가지로 PCT/EP2008/006214는 경화된 프로파일 구성 요소를 제조하는 방법을 개시한다; 이러한 프로파일 구성 요소는 롤러 성형되고 경화 목적으로 유도 가열된다. 구성 요소의 상이한 영역에서 상이한 경도를 달성하기 위해, 보다 높은 경도를 갖는 영역에서, 복수의 가장자리(edge) 또는 비드(bead)가 생성된다. 특히, 유도 가열 공정 동안 개구의 가장자리 또는 비드에 인접하게-즉, 모든 형태의 가장자리에-위치하는 영역이 평평한 강판 구성 요소보다 더 강렬하고 더 빠르게 가열되기 때문에 개구는 강판에 또한 예를 들어 격자 패턴으로 펀칭된다. 결과적으로, 말하자면, 약화된 재료에 의해 높은 경도가 달성된다.
지금까지 알려진 모든 방법에 있어서, 이러한 구성 요소의 부분 가열 및 부분 경화가 가능하지 않아서 구성 요소가 휘어지지 않는다. 적어도, 이것은 연속 공정에서 가능하지 않았으므로 이런 종류의 방법은 롤러 프로파일링 시스템에서 수행될 수 없거나 이미 길이 절단된 구성 요소에 대해서만 수행될 수 있었다.
상기 발명의 목적은 불연속성을 일으키거나 휨을 야기하지 않으면서 롤러-프로파일된 구성 요소의 일부 영역에서 경화를 달성하는 데에 연속적으로 성공적으로 이용될 수 있는 방법을 생성하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1의 특징을 가지는 방법에 의하여 달성된다.
유리한 변경이 청구항 1에 종속되는 종속항들에 개시되어 있다.
상기 발명으로, 롤러 프로파일된 파이프 프로파일은 부분적으로 오스테나이트화되고 경화된다; 이러한 맥락에서, “부분 오스테나이트화 및 경화”는- 종래의 방법에서와 같이-프로파일의 전체 단면 및 프로파일의 부분 길이의 둘레에 걸쳐 균일하게 오스테나이트화 및 경화시키는 것을 의미하지 않고, 파이프 프로파일의 둘레의 부분 영역에만 이 부분 둘레 영역이 프로파일 전체 길이에 걸쳐 또는 프로파일의 부분 길이에만 걸쳐 연장될 수 있다.
종래의 롤러 프로파일링 시스템에서는, 이러한 부분 가열 및 부분 경화는 구성 요소의 휨이 발생하기 때문에 성공적이지 못하며, 이는 두께 또는 위치의 관점에서 재생 가능하게 발생하지 않는다.
구부러져 파이프를 형성하는 연속적으로 이송되는 강판 스트랜드는,
- 오스테나이트화 온도보다 낮은(below) 온도로 인덕터(inductor)에 의해 예열되고,
- 오스테나이트 화가 수행되는 영역에서, 버너(burners)가 상기 온도를 오스테나이트화 온도보다 높게(above) 증가시키는데 사용되는데,
- 계획된 구성 요소의 전체 길이에 걸쳐 원하는 경화로, 버너는 고정 방식(stationary fashion)으로 이송되어 지나치는 스트랜드상의 경화되는 영역상에 작용하거나, 또는
- 부분 길이에 걸쳐 가열 및 경화로, 상기 버너는 부동(浮動) 방식(floating fashion)으로 이동되어, 후속적으로 경화될 영역만을 가열한다는 점에서,
부분 길이에 걸쳐서 조차도, 관 모양 스트랜드(strand)의 둘레 방향에 관해서 분할 방식으로 수행되거나 부분 영역에서만 발생하는 가열이 상기 발명에 따라 이루어진다.
이러한 상이한 방법들을 통해, 오스테나이트화 후에, 임의의 경우에 담금질이, 다시 말해서, 임계 경화 속도보다 빠른 속도로 급속 냉각이 발생하여, 경화될 영역에서 적어도 부분적 마텐자이트(martensitic) 구조가 생성된다; 모든 방법에 있어서, 적어도 오스테나이트화의 영역에서는 스트랜드에 장력이 가해져서, 가열 영역에서 스트랜드가 일정한 미량으로 연장된다; 특히, 상기 연장은 버너(burners)에 의해 가열되지 않는 영역에서 일어나고 결과적으로 열팽창으로 인해 길어진다.
스트랜드에 장력을 가함으로써, 특히 오스테나이트화 되지 않은 위치에서 롤러 쌍을 이용하여 스트랜드에 장력을 가함으로써, 오스테나이트화 된 영역에서 스트랜드의 열팽창을 보상한다. 이러한 열팽창의 보상은 이 부품들이 휘어지지 않는다는 사실을 가져온다.
상기 발명에 따르면, 임의의 필요한 홀 또는 잘라내기 및 임의의 필요한 길이 절단이 경화 후에 레이저에 의해 수행된다.
스트랜드에 있어서 필요한 스웨이징(swaging) 과정은 부동(浮動) 스웨이징부(floating swaging units)에 의해 수행되며, 이는 상기 과정이 연속적으로 성공적으로 수행되도록 한다.
본 발명에 따르면 불연속성을 일으키거나 휨을 야기하지 않으면서 롤러-프로파일된 구성 요소의 일부 영역에서 경화를 달성하는 데에 연속적으로 성공적으로 이용될 수 있는 방법을 생성할 수 있다.
본 발명은 도면에 기초한 예에 의하여 설명된다.
도1은 표면의 일체형 후(後)-조절부(post-conditioning)을 가지는 롤러 프로파일링(roller profiling)을 위한 본 발명에 따른 시스템을 도시한다.
도2는 본 발명에 따른 시스템으로써 롤러 프로파일되고 부분적으로 경화된 프로파일의 개략적인 단면도이다.
도3a는 상이한 경도의 영역에서 상이한 길이 확장을 보상하지 않고 롤러 프로파일링 및 경화를 위한 장치의 개략도이다.
도3b는 상이한 경도의 영역에서 상이한 길이 확장을 보상하는 롤러 프로파일링 및 경화를 위한 장치의 개략도이다.
도4a는 도3a에 따른 시스템을 아래에서 본 도면이다.
도4b는 도3b에 따른 시스템을 아래에서 본 도면이다.
도 5는 프로파일의 길이 방향으로 상이한 경도의 영역을 가지는, 도3b에 따른 본 발명에 따른 장치의 개략적인 측면도이며; 예열 단계는 정지되어 있는 반면, 오스테나이트화 단계는 프로파일과 함께 이송된다.
도6a는 스트립에서의 온도 차를 제한하지 않고 도3a에 따른 장치의 다른 도면이며, 이로부터 야기되는 휨을 도시한다.
도6b는 인덕터(inductor)를 구비하고 스트립에서의 온도 차의 제한을 가지는, 프로파일이 (사실상) 휨이 없도록 하는, 도3b에 따른 장치의 다른 도면이다.
도7은 스웨이징(swaging) 영역에서의 가열 구역에서 스트립을 안내하기 위한 제어된 프로파일 가이드를 도시한다.
도8은 프로파일의 스웨이지된(swaged) 플랜지(flange)와 맞물리는 도7에 따른 배열의 개략도이다.
도9는 그 이송의 상이한 단계에서의 프로파일의 평면도이다
도10은 스웨이지된 영역의 함수로서 가이드 롤러 쌍의 제어된 개폐를 보여주는 도9에 따른 배열의 도면이다.
도11은 개별 구성 요소에서의 표면의 후-조절부에 의한 본 발명에 따른 롤러 프로파일링 시스템을 도시한다.
상기 방법을 수행하기 위해, 롤러 프로파일링부(1)가 제공된다(도1 및 도 11); 도1 및 도11에 도시된 시스템(1)은 표면의 후(後)-조절부의 위치만 다르다. 이러한 도면들에 따르면, 롤러 프로파일링부(1)는 적절한 폭의 강철 스트립이 코일로부터 풀려지고 시스템(1)의 연속적인 이송으로 공급되는 스트립 준비부(2)를 포함한다.
이 지점까지 평평해진 강철 스트립은 스트립 준비부(2)로부터, 프로파일링 롤러가 본질적으로 공지된 방식으로 강철 스트립을 원하는, 특히, 관 모양 또는 부분 관 모양(예를 들어, 모자 형상의 프로파일 (도 2))으로 만드는 프로파일링 영역(3)으로 이동한다.
제1 교정 및 조정부(straightening and calibrating unit)가 시스템의 프로파일링부의 단부에 이미 구비되는 것이 유리하다.
비드(bead), 만입부(灣入部) 또는 압인(押印)을 생성하기 위해, 프로파일된 스트립은 부동(浮動) 스탬핑(stamping) 프레스(4)가 해당 비드, 스웨이지(swages) 또는 만입부를 생성하는 영역으로 이동한다.
그 다음, 사전(事前)-세정(洗淨)은 세정부(洗淨部)(5)에서 이루어진다.
세정 후에, 본 발명에 따른 2단계 가열은 대응하는 가열부(6)에서 수행되고; 스트립은 냉각 및 담금질부(7)에서 담금질되고, 결과적으로 부분적으로 경화된다.
도1에 도시된 경우에, 무공기 송풍 세정 또는 주입기 송풍 세정용 시스템의 형태로 구현될 수 있는 후-조절부(9)가 냉각부(7) 다음에 있다. 특히, 이는 고온 공정으로 야기된 프로파일의 증가를 없앤다.
도1에 따른 시스템에 있어서, 스트립이 인장(引張) 상태로 유지되는 인장부(8) 및 조정부(22)가 다음에 위치한다; 특히 인장부(8)에서, 2단계 가열부(6) 및 냉각부(7)을 통해 안내되는 스트립에 스트립을 약간 늘이는 예비 인장력이 작용한다.
도11의 경우, 인장부(8) 및 조정부(22)는 냉각부(7) 바로 뒤에 있다.
후-조절부(post-conditioning)의 양 위치에서 인장부(8) 및 조정부(22) 후에, 분류과정(23) 이전의 최종 처리 단계에, 길이 절단 천공부(10)가 있다; 특히, 레이저가 스트립을 길이 절단하고 구성 요소에 홀(holes)을 생성하는 데 이용된다.
도11에 따른 프로파일링 시스템(1)에 있어서, 개별 구성 요소는 길이 절단된 후 후-조절부를 거치며; 다시 한번, 이 후-조절부(9)은 무공기 송풍 세정 기술 및 주입기 송풍 세정 기술 모두를 이용하여 구현될 수 있다. 상기 후-조절부(9)가 프로파일링 시스템(1)에 바로 인접하여 위치하지 않아서 후-조절부(9) 후에 프로파일들이 단지 분류 및 묶이는 경우, 이는 프로파일들(24)을 분리하고 이들을 묶는(25) 유닛을 필요로 할 수 있다.
예를 들어, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 프로파일 구성 요소는 단면이 모자 형상이다(도 2). 그러나, 이는 또한 다른 상당히 복잡한 형상을 가정할 수 있다.
단면상에서 볼 때, 이 스트립 및/또는 프로파일(11)은 횡단면상에서 볼 때 경질(硬質) 영역(12) 및 연질(軟質) 영역(13)을 가진다(도 2).
이들 영역은 또한 구성 요소의 길이에 걸쳐서 분포될 수 있어서, 경질 영역(12)은 예를 들어 구성 요소의 길이의 일부에만 걸쳐서 연장된다.
이를 위해, 상기 방법에 따르면, 전체 구성 요소가 선택된 강철 소재가 아직 오스테나이트 구조로 변형되지 않은 온도로, 예를 들어 유도식으로, 제1 가열 단계에서 가열되어, 제1 단계에서 가열되는 이 강철 소재의 가열은 마텐자이트(martensitic) 경화를 초래하지 않는다.
따라서, 제1 단계에서의 가열은 대응하여 대략 650℃ 내지 720℃의 온도에서 일어나며; 특히 예열은 680℃ 보다 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 어쨌든, 온도는 오스테나이트 시작 온도(Ac1) 이하로 유지된다. 사용된 강철 소재는 바람직하게는 부식 방지 코팅이 제공된 강철 소재 또는 강철 스트립이다. 예를 들어, 코팅은 아연 또는 아연 합금으로 이루어진 코팅이다; 아연 또는 아연 합금으로 이루어진 이 코팅은 제1 단계의 온도, 즉 이들 온도에서 고체로 남아 있으며, 이 아연 코팅은 하부 강철 소재와 합금하여 아연/철 화합물을 형성한다.
그러나, 바람직하게는, 본 발명은 이미 아연/철 합금 코팅을 가지는 강철 소재 또는 강철 스트립을 이용한다. 이러한 아연/철 합금 코팅은 갈바닐층(galvannealing layer)이라고도 불리우며 일반적으로 아연 도금 후 강철 스트립에 온도 처리를 가함으로써 생산된다. 갈바닐 코팅은 본 발명에 따른 공정에서 온도 처리를 견딜 수 있는 매우 우수한 능력을 가지며 가능한 대기 시간 등과 관련하여 조차도 온도 처리에 매우 둔감하고 강하다는 장점이있다.
또한, 이 방법에 따르면, 제2 가열 단계에서, 경화되는 스트립(11)의 부분(경질 영역(12))만이 선택적으로 더 가열되어 이들 영역이 오스테나이트 구조를 형성한다. 이들 오스테나이트 영역이 비-오스테나이트 화 영역과 함께 냉각되면 오스테나이트 영역에서 마텐자이트 경화가 일어난다. 특히, 일부 영역에서는 프로파일이 720°C~920°C 의 온도로 가열된다.
본 발명에 따르면, 경화되는 이들 영역을 가열하는 데에 상이한 절차들이 이용될 수 있다.
강판 스트립(11) 또는 프로파일(11)의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 경질 영역(12)이 원하는 구성 요소에 구비되면, 고정가열부(17)는 스트립(11)이 상기 고정가열부를 지나쳐 이동함에 따라 스트립(11)에 대해 작용할 수 있다.
스트립(11)의 부분 길이들만이 경질 영역(12)으로 구현되는 경우, 한편으로는 경화되지 않는 영역에서 차폐되거나 스위치 오프되는 고정가열부(17), 또는 스트립(11)과 함께 -가능하게는 다른 속도로- 이송되고, 그 다음 그 시작점으로 다시 이동되는 가열부(부동(浮動)가열부(17))의 두 가지 옵션이 차례로 있다.
단면을 가로질러-가능하면 길이에 걸쳐- 이러한 방식으로 수행되는 프로파일 이종(異種)가열은 일반적으로 이 프로파일을 휘거나 뒤틀리게 한다.
본 발명에 따르면, 프로파일(11)(도3)은 2단계 가열부(15)으로 이송되고; 예를 들어, 가열부(15)는 프로파일(11)에 작용하는 인덕터(inductor)(16) 및 버너(burner)(17)를 포함한다. 당연히, 버너(17)만으로 예열을 수행하는 것도 가능하다(도3a).
바람직한 실시의 예에서, 버너는 예혼합(豫混合: premixed) 가스로 작동되는 버너의 형태로 구현된다. “예혼합 가스”라는 용어는 실제 연료(예를 들어, 천연 가스)와 공기 또는 산소가 미리 혼합되는 것을 의미한다. 예혼합 가스로 작동하는 이런 종류의 버너는 매우 정밀하게 제어되는 가열을 허용한다. 이러한 버너를 통해, 온도 제어가 특히 간단하다; 프로파일의 길이 방향으로 상이한 경도를 가지는 영역들에서, 이들 버너는 바람직하게 부동(浮動) 버너로서 이용되어 스위치 오프될 필요가 없다. 이러한 버너를 끄려면 압축 공기를 사용하여 플러싱(flushing, 물을 쏟아 씻어냄)해야 하는데, 이는 피해야 한다. 이러한 플러싱은 버너의 작동 단계들 사이의 특정 최소 시간을 초래한다.
이 경우의 프로파일(11) 또는 스트립(11)(도3b)은 가열부(15) 앞과 가열부(15) 뒤에 있는 한 쌍의 롤러(18, 19)에 의해 이송된다; 각 롤러 쌍은 상부 롤러(18a, 19a) 및 하부 롤러(18b, 19b)를 가진다. 롤러(18, 19)는 바람직하게는 적어도 비-포지티브(nonpositive) 맞물림에 의해, 가능하게는 포지티브(positive) 및 비-포지티브 맞물림에 의해 프로파일(11)을 이송한다.
인장력이 가해지고 스트레칭(stretching)이 도입되면 -특히 이 스트레칭이 담금질 경화 도중 존재하면- 마텐자이트 변형으로 인한 휨을 또한 방지한다. 강철 스트립은 냉각 후에 서로 다른 상(phase)에 존재하기 때문에, 즉, 경화된 영역에서의 마텐자이트 상(相) 및 바람직하게는 연질 영역에서의 페라이트(ferritic) 상(相), 각각의 상변환(相變換)에서 차이가 발생한다. 마찬가지로 이는 가해지는 스트레칭에 의해 보상된다. 한편으로는 휨이 없거나 약간의 휨이 생기기 때문에 따라서 이 경우에 가해진 스트레칭이 유리하다. 이러한 약간의 휨 또는 존재하지 않는 휨은 그렇지 않으면 종래에 구비되는 프로파일의 교정(straightening)을 불필요하게 만든다. 후속 교정이 구성 요소의 균열(fracture)에서 연장(延長)에 부정적인 영향을 주기 때문에 이는 특히 중요하다.
도6a에서, 상기 가열은 예열 단계 없이 그리고 본 발명에 따른 스트립 장력 없이 버너만으로 수행되는 것으로 도시되어 있으며, 이는 프로파일의 뒤틀림을 야기한다.
도6b에서, 인덕터(16)는 대응하는 예열을 수행한다; 대응하는 스트립 장력 때문에, 특히 인장부(8)에 의해, 프로파일(11)은 평평하게 유지된다.
바람직하게는, 프로파일(11)의 안내 및 스트립 장력의 작용(도7 내지 도10)은 비경화 영역에서만 일어난다; 프로파일에 흔적(impression)이 있는 경우 이는 해소되어야 한다. 그럼에도 불구하고 프로파일을 가열 영역에서 정밀하게 제 위치에 유지하게 하기 위해, 반드시 구동될 필요는 없고 바람직하게는 3개의 롤러 쌍(21a, 21b, 21c)을 가지는 구동 가이드부(21)가 제공된다. 롤러 쌍(21a, 21b 및 21c)은 서로 독립적으로 스트립에 대항하여 배치될 수 있고, 예를 들어 프로파일(11)의 플랜지(flange)(도8) 상에 작용하여, 프로파일(11)을 플랜지(도9) 상에 측면으로 맞물리게 하고 해당 프로파일(11)을 이동 방향(20)에 따라 안내한다.
이 경우, 롤러 쌍(21a, 21b, 21c)은 프로파일(11)의 소정의 스웨이지된(swaged) 영역의 함수로서 프로파일에 대해 작용하여 프로파일을 안내하도록 구현되거나, 각각의 롤러 쌍은 서로 멀어지고 그들 사이의 개방 공간을 정의하여 이 롤러 쌍은 스트립의 양 측면의 프로파일에 적어도 접촉하지 않는다.
이는 스웨이지된 영역이 롤러 쌍을 통해 이동하는 경우 특히 중요하다. 그렇지 않으면 스웨이징이 다시 롤백되기 때문이다. 스웨이지된 영역을 가지는 이러한 프로파일이 구동 가이드부(21)를 통해 이동하면, 롤러 쌍(21a, 21b, 21c)을 가지는 구동 가이드부(21)는 연속적으로 개방 위치로 이동되고 폐쇄 위치로 순서대로 되돌아가, 한편으로는 프로파일을 확실하게 안내하고, 다른 한편으로는 원치 않는 변형을 일으키지 않는다.
이 경우, 가열되는 영역은 특히 720°C~920°C로 가열되며, 해당 가열부는 또한, 전술한 바와 같이, 부동(浮動) 방식으로 구현될 수 있다.
스웨이지된 가장자리 및 절단 또는 스탬핑된 가장자리에서 스트립의 유도 가열(inductive heating)에 의해, 스트립의 평평한 영역보다 유도(induction)에 의한 더 강한 가열이 발생한다.
이들 영역을 과열로부터 보호하기 위해, 본 발명에 따르면, 스탬핑되거나 구부러진 가장자리의 영역에서, 필요에 따라 소위 흡수체(absorption mass)가 이용되고, 흡수체는 이들 영역의 열을 흡수하여 이를 평평한 스트립의 나머지와 균등하게 한다.
이를 위해, 상응하는 형상의 고체 물질(solid mass)이 스트립과 함께 시스템을 통해 안내되고, 가열 영역을 빠져 나간 후, 스트립으로부터 픽업(picked up) 또는 제거되고 그 시작 위치로 돌아가기 전에 필요에 따라 냉각된다.
경화 목적용 버너에 의한 부분 가열을 통해, 버너가 경화될 프로파일(11) 또는 구성 요소의 영역에 대해 주로 수평으로 작용하는 영역에서, 버너는 적어도 단축(單軸) 방식으로 안내된다.
본 발명은 부분적으로 경화된 영역들을 가지는 롤러-형성된 프로파일을 연속적으로 생산하는 데에 성공적이며 연속 공정이 휨이나 뒤틀림에 부정적으로 영향 받지 아니하는 이점을 가진다.
1 롤러 프로파일링부
2 스트립 준비부
3 프로파일링 영역
4 스탬핑 프레스
5 세정부
6 가열부
7 담금질부
8 인장부
9 제2세정부
10 길이 절단 천공부
11 구성 요소/프로파일/스트립
12 경질 영역
13 연질 영역
14
15 가열부
16 인덕터
17 버너
18 롤러
18a 상부 롤러
18b 하부 롤러
18c 롤러 쌍
19a 상부 롤러
19b 하부 롤러
20 이동 방향
21 구동 가이드부
21a 롤러 쌍
21b 롤러 쌍
21c 롤러 쌍
22 교정 및 조정부

Claims (15)

  1. 강판 스트립(11)이 롤러 프로파일링부에서 프로파일(11)로 연속적으로 롤러-형성되는, 강판을 연속적으로 롤러-형성하고 경화시키는 방법으로서,
    롤러-형성된 프로파일 스트랜드가 오스테나이트(austenite) 시작 온도(Ac1) 보다 낮은 온도로 예열되고, 상기 롤러-형성된 프로파일 스트랜드(11)가 그 단면의 소(小)영역(12)과 그 길이의 소영역 중 적어도 하나의 소영역에 걸쳐 AC3 보다 높은 온도로 가열되며, 적어도 AC3 보다 높은 온도로 상기 소영역을 가열하는 동안 축 방향 인장 응력이 상기 롤러-형성된 프로파일 스트랜드에 작용하는,
    강판을 연속적으로 롤러-형성하고 경화시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    적어도 AC3 보다 높은 온도로 상기 소영역을 가열하는 동안, AC3 보다 낮은 온도를 가지는 영역에서 축 방향 인장 응력이 상기 롤러-형성된 프로파일 스트랜드(11)에 작용하는,
    강판을 연속적으로 롤러-형성하고 경화시키는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    인장부(8)에 의해 상기 인장 응력이 상기 프로파일 스트랜드(11)에 가해지고, 상기 인장 응력은 이송 방향에서 후속으로 위치하는 롤러(19)에 의해 가해지는,
    강판을 연속적으로 롤러-형성하고 경화시키는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    경화되지 않는 영역에서 0.5 내지 2%의 스트레칭(stretching)을 초래하는 인장 응력이 가해지는,
    강판을 연속적으로 롤러-형성하고 경화시키는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    AC3 보다 높은 온도로 상기 소영역을 가열한 후, 상기 프로파일 스트랜드는 임계 경화 속도보다 빠른 냉각 속도로 냉각되어, AC3 보다 높은 온도로 가열된 상기 소영역의 경화를 초래하는,
    강판을 연속적으로 롤러-형성하고 경화시키는 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가열 전에, 상기 프로파일 스트랜드에는 부동(浮動) 스웨이징부(floating swaging units)에 의해 스웨이지(swages)가 제공되는,
    강판을 연속적으로 롤러-형성하고 경화시키는 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 프로파일 스트랜드(11)는 오스테나이트 시작 온도(Ac1) 보다 낮은 온도로 유도 예열되는,
    강판을 연속적으로 롤러-형성하고 경화시키는 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 롤러-형성되고 예열된 프로파일 스트랜드는 버너(burners)(17)에 의해 AC3 보다 높은 온도로 일부 영역에서 가열되는,
    강판을 연속적으로 롤러-형성하고 경화시키는 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 프로파일 스트랜드의 상기 소영역을 AC3 보다 높은 온도로 가열하기 위해, 버너(17)가 고정된 방식으로 배열되거나, 상기 스트립(11)과 함께 부동(浮動) 방식으로 이동하면서 상기 스트립(11)에 대해 작용하는,
    강판을 연속적으로 롤러-형성하고 경화시키는 방법.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 경화 후 길이 절단 및 홀(hole) 제공 중 적어도 하나가 상기 프로파일 스트랜드(11)에 수행되는,
    강판을 연속적으로 롤러-형성하고 경화시키는 방법.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 롤러-형성되고 경화된 프로파일 스트랜드는 주입기 송풍 세정 또는 무공기 송풍 세정에 의해 세정되는,
    강판을 연속적으로 롤러-형성하고 경화시키는 방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 예열 및 상기 오스테나이트 화 중 적어도 하나 동안에, 홀의 가장자리 및 스웨이지의 가장자리 중 적어도 하나가 이들 영역에서 과도한 열을 발산시키기 위해 흡수체에 의해 접촉되는,
    강판을 연속적으로 롤러-형성하고 경화시키는 방법.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 강판(11)으로, 아연에 기초한 부식 방지층 또는 아연/철 합금으로 이루어진 갈바닐(galvannealed) 부식 방지층을 가지는 강판 스트립이 이용되는,
    강판을 연속적으로 롤러-형성하고 경화시키는 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    예혼합(豫混合) 가스로 작동되는 버너가 상기 버너(17)로 이용되는,
    강판을 연속적으로 롤러-형성하고 경화시키는 방법.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 버너(17)는 상기 프로파일 스트랜드(11)의 상기 이송 방향으로 이동할 수 있는 부동(浮動) 버너로 구현되고, 상기 프로파일 스트랜드(11)의 속도로 함께 이동하거나, 가열하는 동안 상기 프로파일 스트랜드보다 빠르게 이동하거나, 또는 가열하는 동안 상기 프로파일 스트랜드보다 느리게 이동하면서, 상기 버너가 상기 프로파일 스트랜드가 이동함에 따라 상기 프로파일 스트랜드를 가열하여, 상기 프로파일 스트랜드의 축 길이 또는 부분 길이가 가열되는,
    강판을 연속적으로 롤러-형성하고 경화시키는 방법.
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