KR20020067897A - 시임이 없는 동 튜브의 냉간 압연 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속 주조 혹은 압출로부터의 튜브 잉곳과 그에 연결된 튜브 잉곳의 압연기, 특히 유성 크로스 압연기에서 시임이 없는 비철금속 튜브, 특히 시임이 없는 동 튜브의 제작 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하여, 압연기의 도입 변형 영역(U)에서 냉매(15)를 모든 측면으로 집중적으로 분사하여 냉각 영역(K)을 형성하기 위한 튜브 잉곳(3)이 특히 고압 하에 도입되고 동시에 열량이 방출되어서, 압연된 동 튜브(4)의 온도 상승은 특히 재결정 온도로 적어도 부분적으로 억제되어진다.

Description

시임이 없는 동 튜브의 냉간 압연 방법{METHOD FOR COLD-ROLL FORMING OF SEAMLESS TUBES}

본 발명은 연속 주조 혹은 압출로부터의 튜브 잉곳과 그에 연결된 튜브 잉곳의 압연기, 특히 유성 크로스 압연기(planetary cross-rolling mill)에서 시임이 없는 비철금속 튜브, 특히 시임이 없는 동 튜브의 제작 방법에 관한 것이다.

(배경기술)

동 튜브의 한 냉간 압연 제작 방법이 특허 US 4,876,870에 개시되어 있다. 여기에서 동, 니켈, 지르코늄 혹은 티타늄 또는 그 합금과 같은 비철금속 재료로 이루어진 튜브의 제조 방법에서는 연속 주조 혹은 유성 냉간 압연으로 압연된 재료가 사용되고, 각각의 탭에서 최소한 70%가 적게 되고, 여기에서 변형에 대한 재료의 저항 감소에 의하여 온도는 결정화 온도까지 증가하고 동의 입자 크기는 0.005mm 내지 0.050mm의 범위가 된다. 동 재료에서 압연 동안에 온도는 250℃와 750℃ 사이의 값으로 증가한다.

상기 재료를 압연할 때 압연 재료는 변형 작업을 통해서만 재결정화에 충분한 온도까지 도달할 때까지 가열할 수 있다는 물리적 효과를 사용하게 된다. 여기에서 재료는 압연 공정 동안에 2개의 서로 다른 상으로 흘러나온다. 냉간 압연 범위에서 상온에서 높은 압연 온도까지 도달하여 재료의 냉간 강도가 생기게 된다. 이어서 계속 변형되고 이에 연관되어 온도도 계속 증가하여 재료의 변형 강도는 낮아지고 이것은 최고 온도 영역에서 그 최저 값에 도달하게 된다. 이것은 변형 정도의 높이에 따라서 약 700℃ 내지 800℃가 된다. 미리 약 70%의 충분히 높은 냉간 압연이 실시되었을 때 이 온도 범위에서 조직의 빠른 재결정이 일어난다. 낮은 변형 강도는 재료의 낮은 인장 강도와 탄성 한계를 의미하며, 이것은 실제로 저온 가열된 압연기 상태에서 기대된다.

조직의 재결정화에 의하여 연속작업이 쉽게 이루어지므로 이는 많은 경우에 유용할 수 있다. 예를 들면 튜브의 외부에 늑골 모양이 발생하는 것은 저강도의 약한 가열 조직이 필요한데, 이는 다른 경우에 늑골 모양 발생은 재료 결함이 없이는 실행될 수 없기 때문이다.

다른 경우에 이 작업 단계에서는 재결정 조직이 불필요하거나 바람직하지 않으며, 설치 튜브의 제조에서도 그러하다. 58 x 2.4 mm 크기의 이어진 냉간 필거를 통하여 외경 85 mm, 벽두께 15 mm 크기의 SF 동을 중공 연속 주조하는 시도는 냉간 강화되고 비재결정 재료는 문제없이 15 x 1 mm 크기의 설치 튜브로 신장시킬 수 있는 것을 나타낸다. 특수한 경우에는 6.35 x 0.3 mm 크기의 열교환 튜브로 압연할 수 있다. 냉간 필거 튜브는 이 작업에서는 중간에 가열되지 않는다.

동은 중간 열처리없이 많이 신장시킬 수 있는 재료이다. 상기의 예, 즉 6.35 x 0.3 mm 크기의 열교환 튜브의 제조에서 전체 신장은 548:1의 비율이 된다. 냉간 필거는 동 튜브의 제조에서의 가공 공정으로 알려져 있다. 압연 시에 튜브와 롤러는 냉매와 같이 움직이게 된다. 냉간 필거 공정은 우수한 변형 효율을 가지고 있으므로, 튜브는 100℃ 이하의 온도인 압연기에서 빠져나간다.

유성 크로스 압연 공정에서의 단점은 연하게 가열시킨 동 튜브는 치수 면에서는 전적으로 가능하지만 드럼 인발기에서는 직접 연속 가공할 수 없다는 것이다.

튜브는 일반적으로 수평 위치에서 소위 바스켓에서 이송된다. 상기 바스켓은 상부가 개방된 편평하고 둥근 용기이며, 이송 통로에서 유연하게 다양한 위치로 이송되고 특수 지렛대 장치와 함께 적층되거나 다른 이송면에서 들어 올려질 수 있다. 바스켓은 이송장치와 견고하게 연결될 뿐만 아니라 느슨하게 놓이거나 연결될 수 있으며, 이 바스켓에서의 단점은 유성 크로스 압연기에서 나온 튜브가 표면에서 이송되고 당겨질 때 손상될 수 있다는 것인데, 이는 각각의 튜브 위치가 겹쳐지고 바스켓에서 튜브를 이송하고 당겨질 때 서로 마찰이 일어나기 때문이다. 손상 위험은 묶음 중량이 무거울수록 더 높아지게 된다. 위험은 드럼 인발기에서 특히 높은데, 이는 연속적인 직선 인출기에 비하여 몇 배 높은 속도로 당겨지기 때문이다. 질적으로 특히 엄격한 0.3 mm 이하까지의 벽두께를 가진 냉난방 기구용 박판 튜브, 소위 ACR 튜브(Air Condition and Refrigeration Tubes)에 있어서 튜브 묶음은 유성 크로스 압연기 뒤의 수직 위치에 설치되어서, 그 다음에 이 위치에서 서서히 직선 인출기로 당겨지게 된다. 수동 묶음을 이용하기 위해서는 일반적으로 갈고리가 설치된 체인 로드가 사용되며, 상기 체인 로드는 2개의 위치 사이에 견고하게 설치되고 그 목표 위치는 자유롭게 조정될 수 없다. 상기 조치를 통하여 유연한 이송 시스템과 느린 인출 기술에 구속된다. 이것은 기존의 유성 크로스 압연에서 제조되는 유연한 튜브에만 적용된다. 유성 크로스 압연기에서도 경질인 비재결정질 튜브를 잘 제조할 수 있다면, 이어진 이송 장치와 인출 장치를 자유롭게 선택하고, 질적으로 엄격한 ACR 튜브의 생산을 위하여 바스켓에서의 묶음 이송 및 고속 드럼 인출기의 수평 위치에서 묶음의 인출에 사용될 수 있다.

상기의 냉간 필거 방법도 유성 크로스 압연기에 대하여 장점만 가진 것은 아니다.

냉간 필거에서는 압연 스탠드를 사용하는 단계적 압연 방법이 있다. 만족스러운 튜브를 얻기 위하여 사용된 튜브 잉곳은 단계적으로 앞으로 전진시켜서 각각 57˚의 각도로 회전되어야 한다. 특수한 보정수단이 설치된 압연기가 튜브를 단시간 동안 풀어주면, 상기의 전진과 회전은 각각의 롤링 스탠드의 최종점에서만 실시될 수 있다. 여기에서 잉곳이 고속으로 전진하여 회전되는데 사용 가능한 시간은 아주 짧다. 이러한 이유 때문에 잉곳의 양과 사용 중량은 제한되어야 한다. 기존의 기술에서는 냉간 필거용으로 약 550 kg의 최대 잉곳 중량을 사용할 수 있다. 인출 시의 부수적인 시간과 튜브 묶음용 바스켓과 같은 이송장치의 수가 적어지기 때문에, 실제로는 많은 사용 중량이 요구된다.

필거 방법에서 튜브 냉간압연기의 한 가공 방법은 특허 DE-OS 1 752 996에 개시되어 있다. 상기의 기술은 롤링 저널에 설치된 구동휠로 구성되어 있으며, 상기 구동휠은 압연 스탠드의 왕복 운동 시에 래크와 물려있고 여기에서 정방향과 반대 방향으로 회전하게된다.

구동휠 반경은 불변하고 압연기 간격의 실제 롤러 반경은 롤러 회전 시에 넓은 범위에서 변하기 때문에 상기 특허에 알려진 기술에서는 롤러가 압연되는 튜브에서 미끄러져서 튜브의 품질이 나빠지게 된다. 롤러 미끄럼에서 생기고 미완성 주조품에서 작용하는 축력은 전진하는 박판 튜브가 압연되지 않도록 하는데, 이는 완성 롤러에서 미완성 주조품 전면측은 충돌에 의하여 부닥쳐서 압연기 성능이 낮아지기 때문이다. 또한 큰 축력에 의하여 압연기의 수명, 미완성 주조품용 전진 장치, 맨드릴 로드용 장력장치의 수명이 짧아진다.

일반적으로 이미 잘 알려진 간헐적이고 비연속적인 작업방법의 단점 때문에,균일하게 진행되는 압연 공정이 이루어지는 냉간 필거에서는 유성 크로스 압연 방법이 선호되어지고 있다. 상기 압연 방법은 또한 냉간 필거에서 사용 가능한 약 550 kg의 잉곳 중량의 제한이 없다는 장점이 있다. 여기에서는 괴를 연속적으로만 전진시키므로 750 kg의 많은 사용 중량과 그 이상을 사용할 수 있다. 여기에서 상대적으로 짧은 변형 영역에 있는 재료의 변형은 일정한 압연 공정에서 선호된다.

유성 크로스 압연 방법에서는 낮은 강도의 연하게 열처리한 조직이 불필요하거나 원하지 않을 때 재료의 변형정도에 따라서 온도를 700℃ 내지 800℃까지 높여서 조직의 재결정화를 자동적으로 조정할 수 있는 장점도 있다.

본 발명은 상기의 단점과 애로 사항을 방지하고 극복하기 위하여, 변형 공정에서 온도를 재결정화 온도까지 높이는 것을 부분적으로 억제하고, 여기에서 재료가 냉간 강화된 상태로 변형 공정에서 배출될 수 있고, 인출에 의하여 광범위한 변형에 적합하도록 하고, 또한 냉간 필거 방법에서와 같이 생산 공정이 단계적으로 왔다갔다하는 것이 아니라 연속적으로 계속 이루어지는 유성 크로스 압연 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 유성 크로스 압연기에서 압연을 통해 튜브로 가공되는 튜브 잉곳 섹션에 대한 측단면도.

* 도면부호의 설명

1유성 크로스 압연기의 롤2내부 공구

3튜브 잉곳4압연 튜브

5분배 튜브6분사 노즐

7고정 로드8구멍

9배출구10냉각수 챔버

11관통구12패킹

13압연기 스탠드 덮개 하우징14틈새

15냉각수선

본 발명은 유성 크로스 압연기에서 튜브 잉곳과 그에 연결된 롤러로부터 시임이 없는 동 튜브의 제조 방법에 있어서의 애로 사항을 해소하기 위하여, 압연기의 도입 변형 영역에서 냉매를 모든 측면으로 집중적으로 분사하여 냉각 영역을 형성하기 위한 튜브 잉곳이 특히 고압 하에 도입되고 동시에 열량이 방출되어서, 압연된 동 튜브의 온도 상승은 특히 재결정 온도로 적어도 부분적으로 억제되어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 방법과 필거 단계 방법의 장점을 비롯하여 유성 크로스 압연 방법의 장점도 서로 유연하고 효과적인 동 튜브의 제조 방법이 된다.

열전도도 > 10,000 W/m²K인 변형열이 방출되고 여기에서 K ≥ 2U인 냉각영역의 길이가 정해지는 형태가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 또 다른 형태에서는 압연기의 변형 영역의 냉각을 위하여 외부에서 추가로 냉매, 특히 순수한 물이 내부 공구의 고정 로드를 통하여 튜브 잉곳에 분사되고, 증발에 의하여 변형 영역은 계속적으로 열을 방출하고 물은 100 %까지 증발하게 되는 것을 특징으로 한다. 상기 조치를 통하여 튜브 잉곳의 1차 냉각 효과는 변형 롤러의 범위에서 최적화되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 형태에서 변형 영역에 있는 튜브 잉곳의 도입 속도는 냉각 영역에 있는 냉각 시간(T)이 다음과 같은 식으로 되도록 조정되는 것을 특징으로 한다.

T = 2U/(V+V/L)+U/(V/L)≥2.5; 여기에서

T = 냉각 시간(초)

U = 튜브 잉곳의 변형영역 길이(m)

V = 튜브 출구속도(m/s)

L= 튜브 잉곳의 신장

본 발명에 따른 또 다른 형태에서는 압연기의 변형 영역의 출구측에서는 2차 냉각이 사용되고 냉각수가 담긴 냉각수 챔버가 설치되어서, 압연된 동 튜브의 냉각온도가 100 ℃ 이하로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 또 다른 방법에서는 배출되는 동 튜브가 직접적으로 압연기의 변형 영역 뒤를 냉각시켜서, 동 튜브의 온도가 100 ℃ 이하의 높은 안정성으로 조정될 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 장점은 2차 냉각장치가 압연기 스탠드의 덮개 하우징에 밀폐되게 설치되고, 이것은 덮개 하우징에 채워져 있는 보호 가스의 누출에 대비하여 실링 처리하는 것을 특징으로 한다.

제조 공정을 최적화하기 위하여 괴 직경/괴 벽두께의 비율(D/S)이 D/S ≥ 5:1 로 결정할 수 있다. 그리고 상기 방법은 변형 영역에 있는 튜브 잉곳의 신장(L)은 L ≤ 8 로 제한되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 세부 내용, 특징 및 장점들은 다음과 같은 실시 예를 도면을 사용하여 더욱 자세하게 설명한다.

(실시예)

도 1은 유성 크로스 압연기의 롤러 틈새를 간단한 형태로 도시한 도면이다. 3개의 롤러(1), 내부 공구(2) 및 튜브 잉곳(3)이 도시되어 있다. 상기 튜브 잉곳(3)은 도시하지 않은 푸셔에 의하여 화살표 방향(압연 방향)으로 전진하게 되고, 롤러(1)의 전방 말단부까지 밀리게되고 롤러에 의하여 자체적으로 구동되며, 여기에서 푸셔는 압연되는 동안 전진 운동을 지원할 수 있다. 튜브 잉곳(3)과 롤러(1) 사이의 접촉점에서는 U 형태의 변형 영역이 시작된다. 상기 영역 내에서는 거의 전체 변형 작업이 수행되고, 다음 부분에서 튜브가 매끄럽게 된다.

튜브 잉곳(3) 주위에는 냉매를 사용하는 분무 노즐(6)이 위치하는 링 형태의 분배 튜브(5)가 설치된다. 여기에서 냉매로는 순수한 물 또는 열전달을 촉진하는 첨가제 및 계면활성제 혹은 윤활작용을 하는 첨가제가 포함된 물이 사용된다. 노즐선(15)은 고압으로 정해진 분무 각도로 냉각 영역(K)이 덮히도록 튜브 잉곳(3) 쪽으로 향해있다. 상기 냉각 영역(K)의 길이는 최소한 2U이다. 여기에서는 롤러에서 튜브 잉곳(3)로 거꾸로 흐르고 여기에서 이미 방출될 수 있는 동의 우수한 열전달에 의하여 변형열의 일부분이 제한되는 것을 고려하게 된다. 여기에서 냉매의 압력은 적어도 10,000 W/m²K의 열전도도에 도달하도록 조정하게 된다.

내부 공구(2)를 위한 고정 로드(7)에 설치된 구멍(8)을 통하여 순수한 물이 배출구(9)로 튜브 잉곳(3)에 분무될 수 있는 장점으로 인하여 증발열이 방출된다. 여기에서 물의 양은 물이 가능한 한 남지 않고 증발할 정도로 조정하게 된다.

유성 크로스 압연기의 방출측에는 또 다른 수냉 장치가 설치되어서, 압연된 동 튜브(4)의 온도를 100℃ 이하로 낮추도록 한다. 상기 냉각장치는 주로 튜브(4)쪽으로 관통구(11)가 달려있는 밀폐식 냉각수 챔버(10)로 구성되어 있다. 압연 방향에 대하여 냉각수는 튜브가 압연기의 변형 영역을 벗어나자마자 바로 분무되도록 조정한다.

도면으로 도시한 것과 같이, 패킹(12)을 사용하여 보호 가스 누출을 막을 수있도록 덮개(13)를 밀봉시키도록 냉각수 챔버(10)는 압연기 스탠드 덮개(13)에 갖다댄다. 여기에서 냉각수 챔버(10)는 가스의 실링장치 역할을 한다. 덮개(13)와 냉각수 챔버(10) 사이에서 나온 물은 틈새(14)에 도달하여 여기에서 배출된다.

본 발명은 종래기술의 단점을 극복하여, 변형 공정에서 온도를 재결정화 온도까지 높이는 것을 부분적으로 억제하고, 재료가 냉간 강화된 상태로 변형 공정에서 배출될 수 있고, 인출에 의하여 광범위한 변형에 적합하도록 하고, 또한 냉간 필거 방법에서와 같이 생산 공정이 단계적으로 왔다갔다하는 것이 아니라 연속적으로 계속 이루어지는 유성 크로스 압연 방법을 제공한다.

Claims (9)

1. 연속 주조 혹은 압출로부터의 튜브 잉곳과 그에 연결된 튜브 잉곳의 압연기, 특히 유성 크로스 압연기에서 시임이 없는 비철금속 튜브, 특히 시임이 없는 동 튜브의 제작 방법에 있어서, 압연기의 도입 변형 영역(U)에서 냉매(15)를 모든 측면으로 집중적으로 분사하여 냉각 영역(K)을 형성하기 위한 튜브 잉곳(3)이 특히 고압 하에서 도입되고 동시에 열량이 방출되어서, 압연된 동 튜브(4)의 온도 상승은 특히 재결정 온도로 적어도 부분적으로 억제되어지는 것을 특징으로 하는 시임이 없는 동 튜브의 제작 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 10,000 W/m²K 보다 큰 열전도도로 변형열이 방출되고 여기에서 냉각영역의 길이(K)가 K ≥ 2U 로 정해지는 것을 특징으로 하는 시임이 없는 동 튜브의 제작 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 압연기의 변형 영역(U)의 냉각을 위하여 외부에서 추가로 냉매, 특히 순수한 물이 내부 공구(2)의 고정 로드(7)를 통하여 튜브 잉곳(3)에 분사되고, 증발에 의하여 변형 영역(U)은 계속적으로 열을 방출하고 물은 100 % 까지 증발하게 되는 것을 특징으로 하는 시임이 없는 동 튜브의 제작 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 변형 영역(U)에 있는 튜브 잉곳(3)의 도입 속도는 냉각 영역(K)에서 냉각 시간(T)이 다음의 식이 되도록 조정되는 것을 특징으로 하는 시임이 없는 동 튜브의 제작 방법.

   T = 2U/(V+V/L)+U/(V/L) ≥2.5 ; 여기에서

   T = 냉각 시간(초)

   U = 튜브 잉곳의 변형영역 길이(m)

   V = 튜브 출구속도(m/s)

   L= 튜브 잉곳의 신장.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 압연기의 변형 영역(U)의 출구측에서는 2차 냉각이 사용되고 냉각수가 담긴 냉각수 챔버(10)가 설치되어서, 압연된 동 튜브(4)의 냉각온도가 100℃ 이하로 되는 것을 특징으로 하는 시임이 없는 동 튜브의 제작 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 배출되는 동 튜브(4)가 직접적으로 압연기의 변형 영역(U) 뒤를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 시임이 없는 동 튜브의 제작 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서, 덮개 하우징(13)에 채워져있는 보호 가스의 누출에 대비하여 실링 처리되도록 2차 냉각장치가 압연기 스탠드의 덮개 하우징(13)에 밀폐되게 설치되는 것을 특징으로 하는 시임이 없는 동 튜브의 제작 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 제조 공정을 최적화하기 위하여 잉곳 직경(D)/잉곳 벽두께(S)의 비율(D/S)이 D/S ≥ 5:1 로 결정되는 것을 특징으로 하는 시임이 없는 동 튜브의 제작 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서, 변형 영역(U)에 있는 튜브 잉곳(3)의 신장(L)은 L ≤ 8 로 제한되는 것을 특징으로 하는 시임이 없는 동 튜브의 제작 방법.