KR20000006497A - 내부응력을동시적으로최소화하면서형강을교정하는방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 압연된 형강을 교정하는 방법은 최대 국부 단면 온도가 Ar1 이하이고, 최소 국부 단면 온도가 하한 온도 이상인 형강을 클램핑하는 단계 및 연이은 냉각하는 단계를 포함하며, 하한 온도는 클램핑의 결과로써 형강의 모든 파이버에 있어서 열간 신장을 발생시키는데, 이 열간 신장은 형강이 클램핑 없이 주로 공기 냉각되는 경우 가장 큰 내부 압축 응력을 받게되는 파이버의 소성화를 위해 요구되는 신장보다 더 크다.

Description

내부 응력을 동시적으로 최소화하면서 형강을 교정하는 방법{METHOD OF STRAIGHTENING SECTIONAL STEEL WHILE SIMULTANEOUSLY MINIMIZING THE INTERNAL STRESSES THEREOF}

본 발명은 압연된 형강을 교정하는 방법에 관한 것이다.

예컨대 I-형강, U-형강 또는 L-형강과 같은 압연된 형강의 냉각은 일반적으로 냉각대 위에서 일어난다. 불균일한 냉각 때문에, 단면은 비틀어진다. 이 비틀림은 편평도 및 단면의 내부 응력에 있어서 나쁜 효과를 가진다. 함께 취합한다면, 이들 두개의 품질 기준은 스트립 압연에 있어서의 품질 기준 편평도와 비교될수 있다. 저하된 편평도(형강 곡률, 비틀림 및 굽힘 곡률)는 높은 내부 응력이 일어날 때 종종 발생한다. 만곡된 형강은 추가로 가공되어야만 한다. 내부 응력은 형강의 하중 지지 용량을 감소시킨다.

종래 기술에 따르면, 만곡이 발생했을 때, 만곡은 한번 또는 그 이상의 교정 공정에 의해서 낮은 형강 온도에서 허용가능한 범위까지 회복된다. 이런 목적을 위해 사용되는 것은 롤러 교정 기계 및 교정 공정이다.

형강을 연속적으로 교정하는 롤러 교정 기계는 초기에는 형강의 또다른 곡률을 정해진 크기로 생성한다. 이런 작용이 일어날 때, 존재하고 있던 내부 응력은 새로 형성된 내부 응력에 의해 제거된다. 하지만, 이것은 근본적으로 형강의 전체 단면에 걸쳐 일어나는 것이 불가능하다. 중성 파이버의 영역에 있어서, 재료 영역은 전 교정 공정에 걸쳐 영향을 받지 않은 채로 유지된다. 제1 굽힘 공정이 일어난 후에, 제품은 곡률의 여러번의 변화를 가진 정해진 교번(交番)의 굽힘을 받아야 한다. 이는 교정 공정 후에 형강이 편평하게 되도록 내부 응력을 변화시킨다. 근본적으로, 잔류 내부 응력이 남는다. 형강내에 남아있는 내부 응력은 단면의 하중 지지 용량과 관련하여 상기 언급된 문제점 때문에 불리하다. 상당히 큰 곡률을 가지고 있는 형강은 또한 교정 공정 중에 예컨대 기계내로 파고들어가는 것과 같은 문제점을 드러낸다.

단속적으로 행하는 교정 공정에 있어서, 허용불가능하게 심하게 만곡된 형강의 개별적인 부분들은 만곡과 반대방향인 가능한한 큰 굽힘 공정에 의해 하나씩 보정된다. 교정 프레스를 사용할 경우, 내부 응력 상태에 영향을 주는 것은 불가능하다. 교정 공정 이후의 불연속적이고 알지 못하는 내부 응력 상태는 형강의 하중 지지 용량에 불리한 효과를 가진다. 이런 공정은 형강의 제조시 재료 유동에 악영향을 미치며 많은 시간을 필요로 한다.

상기 설명된 종래 기술로부터 시작하여, 상기 설명된 교정 디바이스의 복잡한 장치를 필요로 하지 않고 고품질이면서 내부 응력이 낮은 형강을 생산하는, 압연된 형강을 교정하기 위한 방법을 제공하는 것이 본 발명의 주된 목적이다.

도 1은 본 발명의 방법에 따라 수행되는 단계의 순서를 도시한 개략도;

도 2는 본 발명에 따라 클램핑된 형강(HEB 140)의 선정된 파이버의 온도 유형을 도시한 다이아그램;

도 3은 도 2의 다이아그램에 대응하는 형강을 도시한 도면;

도 4는 도 3의 형강의 단면에 남아있는 내부 응력을 도시한 다이아그램; 및

도 5는 형강(HEB 140) 냉각 중의 클램핑력의 발달을 도시한 다이아그램.

본 발명에 의한 방법의 교정 효과는 예컨대, 소성 변형이 제품의 전 단면에 걸쳐 스트레칭 방향으로 발생할 때까지 제품이 활발히 인장되거나 또는 연신되는 스트레칭 디바이스와 같은 곳에서 이용되는 교정의 공지된 효과를 기초로 하고 있다. 하지만, 본 발명에 의한 방법에 있어서, 공지된 방법 및 디바이스와 대조적으로, 교정 효과는 인장 작업 및/또는 가능한 굽힘 작업을 수행하는 공구를 통해 활발히 성취되는 것이 아니라, 열간 신장을 형강의 소성 신장으로 변환시킴으로써 성취된다.

보다 상세히는, 상기 설명한 타입의 방법에 있어서, 교정 방법은 최대 국부 단면 온도가 A_r1이하이고, 최소 국부 단면 온도가 하한 온도( _u) 이상인 형강을 클램핑하는 단계 및 연이은 냉각하는 단계에 의해 성취되며, 여기서 하한 온도( _u)는 클램핑의 결과로써 형강의 모든 파이버에 있어서 열간 신장을 발생시키는데, 이열간 신장은 형강이 클램핑 없이 주로 공기 냉각되는 경우 가장 큰 내부 압축 응력을 받게되는 파이버의 소성화를 위해 요구되는 신장보다 더 크다.

본 발명에 의한 방법을 수행하기 위한 선결조건은 형강이 완전히 변태된 이후에 단지 클램핑되는 것이다. 냉각으로 인해, 고정 클램핑 수단내에 유지되는 형강은 온도 감소의 결과로써 신장된다(열간 신장). 이 열간 신장은 형강의 탄성/소성의 복합 신장으로 변환된다. 형강의 전 단면에 걸친 상이한 소성 신장에도 불구하고, 소성 신장 성분은 균일하여, 형강의 곡률은 형강의 인장 해제 이후에도 전혀 기대되지 않는다. 이 이유는 형강의 전 단면에 걸친 전체적으로 낮은 신장의 차이로 인해, 응고로 인한 괄목할만한 항복 응력차가 전혀 기대되지 않는다는 사실에서 알 수 있다.

형강이 클램핑될 때, 형강의 온도는 형강의 어떠한 위치에서도 A_r1을 초과하지 않고 어떠한 위치에서도 하한 온도( _u) 이하로 떨어지지 않는다. 이는 만약 온도가 하한 온도( _u) 이하로 떨어지면, 이 온도에서 초래되는 클램핑된 형강내에서의 신장이, 형강의 클램핑 없이 형강의 일반적인 공기 냉각에서 발생하는 최대값인 가장 큰 내부 압축 응력(E_σD)을 받는 파이버를 소성화하기에는 불충분하기 때문이다.

본 발명에 의한 교정 방법이 여전히 수행될 수 있는 하한 온도( _u)는 다음과 같은 수식을 사용하여 계산함으로써 얻어질 수 있다:

여기서,

_u: 하한 온도

_{클램핑의 끝부}: 형강의 클램핑 끝부 쪽 온도

k_f: 형강의 냉간 항복점

E : RT에서의 형강의 탄성 계수(E)

α : 형강의 열간 팽창의 선형 계수

E_{σD, max}: 클램핑 없이 공기중에서 형강을 냉각할 때의 형강의 내부 압축

응력의 최대값

형강의 가용 부분에서의 손상을 방지하기 위해, 강재는 냉각 이후에 절단되는 그것의 끝부에서 냉각중에 클램핑된다.

상이한 압연 길이의 형강이 생산될 때, 냉각 중에 고정되어 있는 형강을 클램핑하기 위한 적어도 하나의 수단은 이동가능해야만 한다.

형강내에 남아있는 내부 응력을 감소시키기 위해, 100℃ 이하의 온도까지, 특히 형강이 일반적으로 냉각대로 이송되는 온도인 약 80℃의 범위에서 클램핑된 형강을 냉각하는 것이 이롭다는 것을 알게되었다. 본 발명에 의한 방법에 있어서, 형강내에 남게되는 내부 응력이 클램핑되어 있는 형강에 대한 냉각 공정의 말기에서의 온도 수준에 주로 의존하기 때문에, 괄목할만한 열적 불균일성 및 그에따른내부 응력은 주위 온도까지의 냉각 이후의 이러한 온도에서 전혀 기대되지 않는다.

형강이 가속되는 방식으로 냉각될 때는, 클램핑 수단 및 냉각 디바이스가 이 방법을 수행하는 데 요구되는 시간은 단축된다. 이는 공장의 처리량에 요구되는 클램핑 수단 및 냉각 디바이스의 수를 절감하는 것을 가능하게 해준다. 게다가, 냉각대의 크기는 전체 냉각 시간이 괄목할만하게 더 짧기 때문에 감소되어질 수 있다.

유익한 특성에 의해, 종래 기술에 공지된 스프레이 노즐이 형강의 가속식 냉각을 위해 사용된다.

본 발명이 특징으로 하고 있는 신규의 여러 특성들은 명세서에 첨부되어 그 일부분을 이루고 있는 청구의 범위내의 특징들로 규정된다. 본 발명의 더 원활한 이해를 위해, 그것의 작용상의 장점, 그것의 사용에 의해 얻어지는 대상은 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 설명한다.

(실시예)

다음에, 본 발명에 의해 수행되는 방법을 도 1을 참조하여 설명한다.

압연된 형강(1)은 통상적인 방식으로 냉각대(2)로 운반되고 클램핑 수단(3a,3b)에 롤링 방향에 횡단적으로 이송되는데, 형강은 형강의 끝부(1a,1b)의 영역에서 클램핑 수단(3a,3b)에 의해 클램핑된다. 형강이 클램핑되어 있을 때, 강재의 최대 국부 단면 온도는 A_r1이하이고, 그것의 최소 국부 단면 온도는 하한 온도( _u) 이상이다. 형강(1)이 클램핑된 이후 이 형강(1)의 이후의 냉각의 결과로써, 형강은 신장된다(열간 신장). 이 열간 신장은 형강의 탄성/소성 복합 신장으로 변환된다.

일단 형강(1)이 약 80℃의 온도까지 냉각되면, 클램핑 수단은 제거되고 그 다음 형강은 절단된다.

그런 다음 형강의 유용한 길이(1)는 어떠한 괄목할만한 열간 불균일성 및 내부 응력 없이 주위 온도까지 냉각된다. 100 m 의 길이를 가지고 있는 HEB 140 타입의 형강을 80℃의 최종 온도까지 냉각하기 위한 냉각 시간은 순전한 공기 냉각의 경우에는 64분이고, 일렬의 팬에 의한 강제 공기 냉각의 경우에는 42분이며, 28㎥의 수량과 10 bar의 압력이 균일하게 적용되는 10초 동안의 수냉의 경우에는 냉각 시간은 겨우 10분이다.

도 2는 상기 언급된 매개변수들을 가진 수냉의 경우에 있어서의 형강(1)의 선정된 파이버의 온도 패턴을 도시하고 있다. 형강(1)의 단면에 있어서의 파이버의 위치는 도 3에 도시되어 있다. 도 2는 T = 555 s 에서의 수냉의 사용으로 인한, 450℃ 이하로의 모든 파이버의 매우 급속한 냉각을 보여주고 있다. 수냉은 T = 565 s 에서 끝난다. 형강(1)의 클램핑은 스프레이 냉각의 시작 이전, 즉 T = 550 s 에서 몇 초간 일어나고, 스프레이 냉각의 종결 이후, 즉 T = 570 s 에서 몇초후에 끝난다.

도 4는 10초간 지속된 수냉과 20초간 지속된 클램핑 이후에 형강(1)의 단면에 남아있는 응력을 도시하고 있다. 내부 응력에 생긴 최대값은 클램핑 없이 순전한 공기중에서의 냉각의 결과와 비교해서 20 N/mm²(냉간 항복 응력의 약 4.3 %)으로 매우 낮다.

도 5는 형강(1)의 냉각 중의 클램핑력의 발달을 도시하고 있다. 2,000 kN 보다 작은 클램핑력에 생긴 최대값은 기술 수단에 의해 용이하게 조절될 수 있다.

본 발명의 특정 실시예가 발명적 원리를 설명하기 위해 상세히 도시되고 설명되었지만, 그와같은 원리로부터 벗어남이 없이 다른 방법으로 실시될 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 방법에 있어서, 형강내에 남게되는 내부 응력이 클램핑되어 있는 형강에 대한 냉각 공정의 말기에서의 온도 수준에 주로 의존하기 때문에, 괄목할만한 열적 불균일성 및 그에따른 내부 응력은 주위 온도까지의 냉각 이후의 이러한 온도에서 전혀 기대되지 않는다.

형강이 가속되는 방식으로 냉각될 때는, 클램핑 수단 및 냉각 디바이스가 이 방법을 수행하는 데 요구되는 시간은 단축된다. 이는 공장의 처리량에 요구되는 클램핑 수단 및 냉각 디바이스의 수를 절감하는 것을 가능하게 해준다. 게다가, 냉각대의 크기는 전체 냉각 시간이 괄목할만하게 더 짧기 때문에 감소되어질 수 있다.

Claims (6)

1. 최대 국부 단면 온도가 Ar1 이하이고, 최소 국부 단면 온도가 하한 온도 이상인 형강(1)을 클램핑하는 단계 및 연이은 냉각하는 단계를 포함하고, 형강(1)의 클램핑으로 인해, 하한 온도는 이미 형강의 모든 파이버에서 형강(1)이 클램핑 없이 순전히 공기 냉각되는 경우에 가장 큰 내부 압축 응력을 받게되는 파이버의 소성화를 위해 요구되는 신장보다 더 큰 열간 신장을 일으키는 것을 특징으로 하는 압연된 형강을 교정하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 냉각 이후에 절단되는 형강(1)의 끝부(1a,1b)에서 냉각 중에 형강을 클램핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 형강(1)을 클램핑하기 위한 수단(3a,3b)은 냉각 중에 고정되고, 형강(1)의 상이한 길이에 적합하도록 형강(1)의 적어도 하나의 끝부에서 클램핑 수단(3a,3b)을 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항에 있어서, 형강(1)을 냉각대로 이송하기 위한 이송 온도까지, 특히 약 80℃의 범위의 온도까지 클램핑된 형강을 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항에 있어서, 형강(1)을 가속되는 방식으로 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 형강(1)을 액체로, 특히 통상의 스프레이 노즐을 가지고서 가속되는 방식으로 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.