KR20100036138A - Method for fabricating steel pipe using electronic resistance welding and sts201 steel pipe using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기저항 용접을 이용한 강관 제조 방법 및 이를 이용하여 제조한 STS201 강관에 관한 것으로, STS201 소재를 이용하여 전기저항 용접 방법으로 강관을 제조함으로써, 내부식성을 향상시키면서도 우수한 성형성을 갖는 강관을 제조할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a steel pipe using electric resistance welding, and to an STS201 steel pipe manufactured using the same. By manufacturing a steel pipe using the electric resistance welding method using STS201 material, a steel pipe having excellent moldability while improving corrosion resistance is provided. It relates to a technology that can be manufactured.
스테인레스 스틸 강관은 배관용, 차량 부품용으로 사용되고 있으며, 점차 그 사용범위와 사용량이 증가하고 있는 추세이다.Stainless steel pipes are used for piping and vehicle parts, and their range of use and usage are gradually increasing.
이러한 스레인레스 스틸은 우수항 가공성과 성형성 그리고 내식성 등이 요구된다.Such a stainless steel requires excellent workability, formability and corrosion resistance.
자동차 부품용으로 사용되는 강관은 하이드로 포밍(Hydro forming)을 하기 위한 것이다. 하이드로포밍 공법은 90년대 들어서 해외 자동차 부품 산업에 이용되 면서 급속히 발전하기 시작하였다.Steel pipes used for automotive parts are for hydroforming. Hydroforming began to develop rapidly in the 1990s as it was used in the overseas auto parts industry.
자동차에 대한 소비자의 요구는 승객 및 화물의 운송이라는 기본적인 기능 외에 외관, 주행성능, 승차감, 연비 및 환경 친화성등 다양한 면으로 확대되고 있다.In addition to the basic functions of transporting passengers and cargo, consumer demands for automobiles are expanding in various aspects such as appearance, driving performance, ride comfort, fuel economy and environmental friendliness.
특히 국제유가 급등으로 인해 부품 경량화 요구가 계속되어 왔다. 이에 대응하여 미국, 유럽, 일본 등의 선진 자동차 업계에서는 고안전 차체의 부품수 절감, 공정 단순화, 소재 수율 증가, 용접 점수 감소 및 경량화 측면에서 경쟁력 확보를 위하여 강관을 이용한 하이드로 포밍이라는 신기술 공법에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다.In particular, demand for weight reduction has continued due to soaring oil prices. In response, advanced automobile industries such as the US, Europe, and Japan have been working on a new technology construction method called hydroforming using steel pipes to secure competitiveness in terms of parts reduction, process simplification, material yield, welding score reduction, and weight reduction. A lot of research is being done.
이 같은 추세는 연구 기관은 물론이며 현재 국내자동차 업계에서도 많이 적용되고 있으며, 향후 경량화 부품의 요구는 확대되어가고 있다.This trend is applied not only to research institutes but also to the domestic automobile industry now, and the demand for lightweight components is expanding in the future.
본 발명의 하이드로 포밍용 강관에서 요구되는 중요한 특성 중 하나는 강관 재료가 파이프의 변형에 견딜 수 있는 일정 수준의 연신율과 자동차 부품 내구성 및 충돌안전성능을 만족할 수 있는 고강도 소재여야 한다는 점이다.One of the important characteristics required for the hydroforming steel pipe of the present invention is that the steel pipe material must be a high strength material capable of satisfying a certain level of elongation that can withstand the deformation of the pipe and durability of the automobile parts and crash safety performance.
하이드로포밍용 강관 개발 목적은 계속적으로 요구되는 부품 경량화와 제품 고강도화에 부응하기 위한 선행 연구개발 제품이다. 하이드로 포밍용 강관에서 요구되는 중요한 성질은 하이드로포밍 성형시 파이프 내부에 작용하는 액압을 이용해 원하는 형상의 부품을 성형할 때 발생되는 파이프의 변형에 견딜 수 있는 적정 수준의 연신율과 자동차 부품 내구성 및 충돌안전성능을 만족할 수 있는 고강도 소재여야 한다.The purpose of the development of steel pipe for hydroforming is to advance research and development products in order to meet the demands of parts weight reduction and product strength. An important property required for hydroforming steel pipes is the proper level of elongation to withstand the deformation of pipes when forming parts of the desired shape by using the hydraulic pressure acting inside the pipe during hydroforming, and the durability and collision safety of automobile parts. It should be a high strength material that can satisfy the performance.
현재 국내외에서 사용되고 있는 스테인레스 강관은 주로 STS304 강종을 이용하여 제조하고 있다. Stainless steel pipes currently used at home and abroad are mainly manufactured using STS304 steel.
STS304 강은 화학성분(wt%) C : 0.08이하, Si : 1.00이하, Mn : 2.00이하, P : 0.040 이하, S : 0.030이하, Cr : 18.0 ~ 20.0, Ni : 8.00 ~ 11.00 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물을 포함하는 오스테나이트계 STS 제품으로, 고강도 및 고연신 특성을 갖는 제품이다. STS304 steel has chemical composition (wt%) C: 0.08 or less, Si: 1.00 or less, Mn: 2.00 or less, P: 0.040 or less, S: 0.030 or less, Cr: 18.0 ~ 20.0, Ni: 8.00 ~ 11.00 and other inevitable additions It is an austenitic STS product containing impurity, which has high strength and high stretching characteristics.
그러나, STS304는 고가의 Ni이 다량 함유되는 소재이므로 가격이 비싸고, 이로 인하여 강관제조 원가 상승하는 문제점이 있다.However, since STS304 is a material containing a large amount of expensive Ni, the price is expensive, and thus there is a problem that the steel pipe manufacturing cost increases.
본 발명은 배관자재 또는 하이드로포밍용 강관 제조시 고가의 Ni이 다량 함유된 STS304 강판을 대신하여, Ni 함량을 감소시키고, Mn 및 Cu 함량을 증가시킨 오스테나이트계 STS201 강판을 사용하고, 롤 포밍 공정의 최초 브레이크 다운 롤을 W 벤딩 타입으로 구비시키고, 두 번째 브레이크 다운 롤부터는 센터 벤딩 타입으로 구비시켜 가공 경화 발생이 최소화 될 수 있도록 공정을 조절하고, 중주파 전기저항 용접 후의 고용화 열처리 온도를 일반적인 STS201 강판의 열처리 온도보다 증가시킴으로써, 가공성 및 성형성을 향상시킬 수 있도록 하는 전기저항 용접을 이용한 강관 제조 방법 및 이를 이용하여 제조한 STS201 강관을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention is a roll forming process using an austenitic STS201 steel sheet to reduce the Ni content, increase the Mn and Cu content, in place of STS304 steel sheet containing a large amount of expensive Ni in the manufacture of piping materials or hydroforming steel pipe The first brake down roll is equipped with a W bending type, and the second brake down roll is equipped with a center bending type to adjust the process to minimize the occurrence of work hardening. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a steel pipe using electric resistance welding and an STS201 steel pipe manufactured by using the same, by increasing the heat treatment temperature of the steel sheet to improve workability and formability.
본 발명에 따른 중주파 전기저항 용접을 이용한 강관 제조 방법은 화학성분(wt%) C : 0.06 ~ 0.10, Si : 0.05 ~ 0.10, Mn : 5.50 ~ 7.50, P : 0.045 이하, S : 0.015이하, Cr : 17.0 ~ 18.0, Ni : 3.50 ~ 5.50, Cu : 1.50 ~ 3.50 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물을 포함하는 오스테나이트계 강판을 강관의 외경 폭으로 슬리팅(Slitting)하여 스켈프(Skelp)를 형성하는 슬리팅 단계와, 롤 형태의 스켈프를 풀어주면서 편평도를 조절하고 에지를 연마하는 레벨링 및 에지밀링 단계와, 상기 레벨링 및 에지밀링 단계를 거친 스켈프를 다단의 롤로 성형하여 파이프 형상으로 가공하는 롤 포밍 단계와, 상기 롤 포밍 단계를 거친 스켈프의 양 에지를 전기저항을 이용하여 용접하는 중주파 전기저항 용접(Electronic Resistance Welding) 단계와, 용접부 표면에 형성되는 비드를 제거하는 단계 및 상기 용접부를 고용화 열처리하는 용접부 열처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Steel pipe manufacturing method using the medium frequency electrical resistance welding according to the present invention is chemical composition (wt%) C: 0.06 ~ 0.10, Si: 0.05 ~ 0.10, Mn: 5.50 ~ 7.50, P: 0.045 or less, S: 0.015 or less, Cr: 17.0 to 18.0, Ni: 3.50 to 5.50, Cu: 1.50 to 3.50, and slits forming a skelp by slitting an austenitic steel sheet containing an unavoidably added impurity to the outer diameter of the steel pipe Rolling step, leveling and edge milling step of adjusting flatness and grinding edge while releasing the roll-shaped skelp, and roll forming to form a pipe shape by forming the skelp through the leveling and edge milling step into a multi-stage roll. And an electric resistance welding step of welding both edges of the skelp through the roll forming step by using an electric resistance, removing beads formed on the surface of the welded part, and the welding part. Characterized in that it comprises a weld heat treatment step of heat-treating pupation.
아울러, 본 발명에 따른 STS201 강관은 상술한 강관 제조 방법으로 형성되어 60kg급 이상의 인장강도 및 50% 이상의 연신율을 갖는 것을 특징으로 한다.In addition, the STS201 steel pipe according to the present invention is formed by the above-described steel pipe manufacturing method is characterized by having a tensile strength of 60kg or more and an elongation of 50% or more.
본 발명에 따른 전기저항 용접을 이용한 강관 제조 방법 및 이를 이용하여 제조한 STS201 강관은 Ni 함량을 감소시킨 STS201 강판을 사용하여 강관을 제조함으로써, 생산 단가를 낮추 면서도 고강도, 우수한 내식성 및 성형성을 갖도록 하는 효과를 제공한다.Steel pipe manufacturing method using the electric resistance welding according to the present invention and STS201 steel pipe manufactured using the same by manufacturing a steel pipe using STS201 steel sheet with reduced Ni content, so as to lower the production cost, but have high strength, excellent corrosion resistance and formability To provide the effect.
아울러, 본 발명은 최초 브레이크 다운 롤을 W 벤딩 타입으로 이용하고, 중주파 전기저항 용접 후의 고용화 열처리 온도를 일반적인 STS201 강판의 열처리 온도보다 증가시킴으로써, 가공성 및 성형성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.In addition, the present invention provides the effect of improving the workability and formability by using the initial brake down roll as the W bending type, and increasing the solid solution heat treatment temperature after the medium frequency electric resistance welding than the heat treatment temperature of the general STS201 steel sheet. .
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 따른 배관자재 또는 하이드로포밍용 강관은 고가의 Ni이 다량 함유된 STS304 강판을 대신하여 화학성분(wt%) C : 0.06 ~ 0.10, Si : 0.05 ~ 0.10, Mn : 5.50 ~ 7.50, P : 0.045 이하, S : 0.015이하, Cr : 17.0 ~ 18.0, Ni : 3.50 ~ 5.50, Cu : 1.50 ~ 3.50 및 기타 불가피하게 첨가되는 불순물을 포함하는 오스테나이트계 STS201 강판을 사용하여 형성한다.In order to solve the above-mentioned problems, the piping material or the hydroforming steel pipe according to the present invention is a chemical component (wt%) C: 0.06 ~ 0.10, Si: 0.05 ~ in place of STS304 steel sheet containing a large amount of expensive Ni. Austenitic STS201 steel sheet containing 0.10, Mn: 5.50 to 7.50, P: 0.045 or less, S: 0.015 or less, Cr: 17.0 to 18.0, Ni: 3.50 to 5.50, Cu: 1.50 to 3.50 and other unavoidable impurities To form.
여기에서 C는 후속의 공정에서 열처리 이후에 마르텐사이트 변태가 일어날수 있도록 하는 중요원소이고, C 함량이 증가함에 따라 마르텐사이트 분율 향상에는 도움이 될 수 있다. C 함량이 0.06 wt% 미만이 되면 원하는 강도를 얻을 수 없게 되고, 0.1 wt%를 초과하여 지나치게 증가되면 가공성에 악영향을 미치므로 본 발명에 따른 적정량의 함량을 유지하는 것이 중요하다.Herein, C is an important element that allows martensite transformation to occur after heat treatment in a subsequent process, and may help to improve the martensite fraction as the C content increases. If the C content is less than 0.06 wt%, the desired strength cannot be obtained, and if the C content is excessively increased beyond 0.1 wt%, it adversely affects the workability, so it is important to maintain an appropriate amount of the content according to the present invention.
다음으로, Si은 오스테나이트 안정화 원소로 Si함량이 0.05 wt%미만이거나, 0.10 wt%를 초과하게 되면 열처리 및 조직변태가 미흡하게 수행될 수 있다.Next, Si is an austenite stabilizing element, when the Si content is less than 0.05 wt%, or exceeds 0.10 wt%, heat treatment and tissue transformation may be insufficient.
그 다음으로, Mn은 FeS 형성을 억제하고 마르텐사이트 변태 개시 온도(MS온도)를 낮추는 역할을 한다. 따라서, STS201 강관 제조시 냉각속도는 Mn당량에 의존하게 되는데, Mn 함량이 5.50 ~ 7.50 wt%가 되면 냉각속도가 느려져 STS201 강의 제조가 가능해 지는 것이다. 또한, Mn은 페라이트(Ferrite)를 미세하게 만들어 인장강도를 향상시킬 수 있다. Mn은 C를 Fe원소에 고용촉진시키고, 고용된 C는 열처리후에 페라이트 입계주위에 마르텐사이트로 변화하여 초고강도 성질을 띠게 하는 것이다. Next, Mn serves to suppress FeS formation and lower martensite transformation start temperature (MS temperature). Therefore, the cooling rate when manufacturing the STS201 steel pipe is dependent on the Mn equivalent, when the Mn content is 5.50 ~ 7.50 wt%, the cooling rate is slowed to be able to manufacture the STS201 steel. In addition, Mn may improve the tensile strength by making the ferrite fine. Mn promotes the solid solution of C to Fe element, and the solidified C is changed to martensite around the ferrite grain boundary after heat treatment to have super high strength.
그 다음으로, Cu는 강관의 내식성을 향상시키고, 오스테나이트 안정화 원소로서 작용 한다. 그러나, 1.50 wt% 미만으로 첨가되면 상기 효과가 나타나지 않을 수 있고, 3.5 wt%를 초과하는 과다량이 첨가될 경우 적열취성이 발생하는 문제가 있을 수 있으므로 본 발명에 따른 바와 같은 적정량을 유지하는 것이 바람직하다.Next, Cu improves the corrosion resistance of the steel pipe and acts as an austenite stabilizing element. However, the addition of less than 1.50 wt% may not exhibit the effect, and if an excessive amount of more than 3.5 wt% is added, red brittleness may occur. Therefore, it is preferable to maintain an appropriate amount according to the present invention. Do.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 STS201 강판은 Ni 함량을 낮추고 Mn/Cu 함량을 증가시켜서 원가를 낮추고 내식성을 개선한 STS 제품이다. 그러나, STS201 강판은 STS304 보다 가공성 및 성형성이 떨어져 하이드로포밍 공정을 위해서는 다음과 같이 강관 형성 공정을 조절해야 한다.As described above, the STS201 steel sheet according to the present invention is an STS product having lowered Ni content and increased Mn / Cu content to lower cost and improve corrosion resistance. However, STS201 steel sheet is less workability and formability than STS304, for the hydroforming process, the steel pipe forming process should be controlled as follows.
먼저 성형 롤을 통과시키면서 강관 형상으로 만드는 롤 포밍 공정을 개선한다. 최초 브레이크 다운 롤을 W 벤딩 타입으로 구비시킴으로써, 초기 스켈프의 양 에지부 성형이 최소화 될 수 있도록 한다.First, the roll forming process of forming a steel pipe while passing through the forming roll is improved. Equipped with an initial break down roll of type W bending, this minimizes the formation of both edges of the initial skelp.
다음으로, 두 번째 브레이크 다운 롤부터는 센터 벤딩 타입을 사용하여 정밀 성형이 수행될 수 있도록 하고, 가공 경화 발생이 최소화 될 수 있도록 공정을 조절한다.Next, from the second break down roll, the precision bending can be performed using the center bending type, and the process is adjusted to minimize the occurrence of work hardening.
그 다음으로, 강관 형성 후 수행하는 고용화 열처리 온도를 일반적인 STS201 강판의 열처리 온도(1010 ~ 1120℃)보다 증가시킨다. 고용화 열처리 온도를 증가시킴으로써, STS201 강판의 그레인 사이즈(Grain Size)를 조대화 시킬 수 있고, 그로 인한 가공성 및 성형성의 향상을 얻을 수 있다. 이때, 열처리 공정을 오프라인 열처리로 수행함으로써, 열처리 조건의 안정성을 향상시키고, 이로 인하여 가공성 및 성형성이 더 향상될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.Next, the solid solution heat treatment temperature performed after the steel pipe formation is increased than the heat treatment temperature (1010 ~ 1120 ℃) of the general STS201 steel sheet. By increasing the solid solution heat treatment temperature, the grain size (Grain Size) of the STS201 steel sheet can be coarsened, thereby improving workability and formability. At this time, by performing the heat treatment process by the offline heat treatment, it is preferable to improve the stability of the heat treatment conditions, thereby to be able to further improve the workability and formability.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 중주파 전기저항 용접을 이 용한 강관 제조 방법의 실시예를 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of a steel pipe manufacturing method using a medium frequency electrical resistance welding according to the present invention.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or an operator.
그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the specification.
도 1은 본 발명에 따른 강관 제조방법을 나타낸 공정도이다.1 is a process chart showing a steel pipe manufacturing method according to the present invention.
도 1을 참조하면, STS201 열연강판 코일을 절단하여 스켈프를 형성하는 슬리팅 단계(S-11), 레벨링 및 에지밀링 단계(S-12), 스켈프를 관 형상으로 성형하는 롤 포밍 단계(S-13), 맞닿은 에지면을 중주파 전기저항 용접(Electronic Resistance Welding; ERW) 공정을 이용하여 용접하는 ERW 용접 단계(S-14), 용접부를 고용화 열처리하는 열처리 단계(S-15)를 포함한다.1, the slitting step (S-11) of cutting the STS201 hot rolled steel coil to form a skelp, the leveling and edge milling step (S-12), the roll forming step of forming the skelp into a tubular shape ( S-13), an ERW welding step (S-14) for welding the abutted edge surface by using a medium frequency Electronic Resistance Welding (ERW) process, and a heat treatment step (S-15) for heat treatment of the welded part. do.
이하, 각각의 공정에 관하여 상세하게 살펴본다.Hereinafter, each process will be described in detail.
도 2는 본 발명에 따른 중주파 전기저항 용접을 이용한 강관 제조 방법을 간략하게 도시한 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram schematically showing a method for manufacturing a steel pipe using a medium frequency electric resistance welding according to the present invention.
도 2를 참조하면, 먼저 코일상태의 열연 코일(20)을 제조하고자 하는 강관의 원주에 해당하는 폭으로 절단하는 슬리팅 단계(S-11)를 수행한다. 슬리팅은 슬리터 에 의해서 이루어지며 절단된 코일을 스켈프(21)라고 한다.Referring to FIG. 2, first, a slitting step (S-11) of cutting the coiled hot rolled coil 20 to a width corresponding to the circumference of a steel pipe to be manufactured is performed. Slitting is performed by the slitter and the cut coil is called a skelp (21).
다음으로, 레벨링 및 에지밀링 단계(S-12)를 수행한다. Next, the leveling and edge milling step (S-12) is performed.
레벨링 장치(22)는 평면 롤들로 구비되며 스켈프(21)를 풀어주면서 스켈프(21)를 평평하게 하고, 밀링장치(23)는 스켈프(21)의 진행 방향과 수직한 면에 구비되어 후속 공정에서 용접으로 맞닿게 될 스켈프(21)의 양 에지면을 밀링으로 절삭한다.The leveling device 22 is provided with planar rolls and flattens the
여기서, 레벨링 및 에지밀링 단계(S-12)에서부터 하기 설명하는 용접 단계(S-14)까지는 온 라인 상에서 이루어지는 작업으로, 이 때의 조관속도는 25.0 ~ 30.0 m/min 로 하는 것이 바람직하다. Here, the operation is performed on-line from the leveling and edge milling step (S-12) to the welding step (S-14) described below, and the tube speed at this time is preferably 25.0 to 30.0 m / min.
조관속도가 빠를수록 생산성이 향상되는 것은 자명하지만, 후속의 롤 포밍 단계(S-13)에서 발생하는 가공경화 또는 용접부의 품질을 고려하여 결정된다.It is obvious that the higher the pipe speed, the higher the productivity, but it is determined in consideration of the work hardening or the quality of the weld which occurs in the subsequent roll forming step (S-13).
그 다음으로, 레벨링 및 에지밀링 단계(S-13)를 거친 평평한 스켈프(21)가 다단의 성형 롤(25)을 통과하면서 파이프 형상이 되어가는 롤 포밍 단계(S-13)를 수행한다.Subsequently, a roll forming step S-13 is performed in which the
그 다음으로, 파이프 형상으로된 스켈프(26)의 양 에지부를 중주파 전기저항 용접 장치(27)를 이용하여 용접하는 방법으로 강관을 완성하는 ERW 용접 단계(S-14)를 수행한다. 이때, 용접에 의해 용접부위에 비드가 발생하므로 비드제거 장치(28)를 이용하여 용접부를 다듬어 주는 공정을 수행한다.Next, the ERW welding step (S-14) of completing the steel pipe is performed by welding both edge portions of the pipe-shaped skelp 26 using the medium frequency electric resistance welding apparatus 27. At this time, since the bead is generated in the weld by welding, the process of trimming the weld using the bead removal device 28 is performed.
그 다음으로, 용접에 의하여 변형된 용접부(weld seam)를 풀림처리 하는 용접부 열처리 단계(S-15)를 수행한다. 열처리를 하게 되면 Cr 층이 고루 분포하게 되어 내식성이 향상되고, 열변형이 발생한 용접부의 조직을 균일한 오스테나이트 조직으로 만들어주며, 그레인 사이즈를 균일하게 해주는 효과를 가져온다.Next, the weld heat treatment step (S-15) of annealing the weld seam (weld seam) deformed by welding is performed. When the heat treatment is performed, the Cr layer is evenly distributed, thereby improving corrosion resistance, making the structure of the welded part in which the heat deformation is made into a uniform austenite structure, and making the grain size uniform.
본 발명에 따른 용접부 열처리 단계(S-15)는 1050 ~ 1200℃ 온도 범위를 유지하도록 하고, 가열로(29)는 오프라인 방식으로 구비되도록 하는 것이 바람직하다. 오프라인 방식으로 열처리하는 경우 열처리 효과가 더 안정적으로 나타나기 때문에 가공성 및 성형성이 더 향상될 수 있다.Welding heat treatment step (S-15) according to the present invention is to maintain a temperature range of 1050 ~ 1200 ℃, the heating furnace 29 is preferably provided in an offline manner. In the case of heat treatment in an offline manner, since the heat treatment effect is more stable, workability and formability may be further improved.
도 3은 본 발명에 따른 강관 제조 방법의 성형 롤 배치를 나타낸 도면이다.3 is a view showing a forming roll arrangement of the steel pipe manufacturing method according to the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다단의 성형 롤은 4단 브레이크 다운 롤(31)과, 3단 사이드롤(32)과, 4단 핀패스롤(33)과, 3단의 스퀴즈롤(34)로 구성된다.As shown in Fig. 3, the multi-stage forming roll according to the present invention is a four-
브레이크 다운 롤(31)은 구동되는 수평 롤로 구성되어, 스켈프의 에지 성형을 포함하여 반원의 형태까지 가공하는 초기 성형을 수행한다.The break down
이때, 첫번째 브레이크 다운 롤(25a)은 도 4에 도시된 바와 같이 스켈프(21)의 양쪽 가장자리의 성형을 최소화하는 W 밴딩 타입이 적용되고, 이후의 롤들은 정밀 성형 및 가공 경화 발생을 최소화하기 위한 센터 밴딩 타입이 적용된다.At this time, the first break down
사이드롤은(32)은 비구동의 수직 롤로 구성되어, 수평 롤 사이 또는 클러스터(cluster)로 배치되어 성형을 하기 보다는 형상과 위치를 잡는 역할을 수행한다.
핀 패스 롤(33)은 성형의 마지막 단계를 수형하는 수평 롤로, 상부롤에 부착된 핀 플레이트에 의하여 에지면의 각도 제어, 마무리 성형, 센터링 역할을 수행한 다.
스퀴즈 롤(34)은 용접 공정을 준비하기 위한 롤로, 업셋 량 및 에지 마주침 현상을 제어하여 용접이 용이하게 이루어지도록 하는 역할을 수행한다.
여기서, 용접 품질의 확보를 위하여 스퀴즈 롤(34)에 의하여 파이프 형상으로된 스켈프의 에지부 간격이 5mm ~ 8m범위를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.Here, in order to ensure the welding quality, it is preferable to maintain the interval between the edge portions of the skelp in the pipe shape by the
상술한 ERW 용접 단계(S-14)는 스퀴즈 롤(34)에서 배출되는 스켈프의 에지부를 중주파 전기저항을 이용하여 용접하게되는데, 이때 에지 벤딩(Edge Bending)과 원형의 벤딩(Circular Bending)을 같이 하지 않으면 강관 가공성형시 가공경화가 심하게 된다. 이때, 중주파는 1kHz ~ 100kHz주파수를 사용하는데, 주파수가 1kHz 미만으로 낮은 경우 과침투로 용접 효율저하 및 용접부의 불량이 발생할 수 있고, 주파수가 100kHz를 초과하는 정도로 높은 경우 저침투로 인하여 용접 자체가 수행되지 않는 냉점 현상이 발생할 수 있다.In the above-described ERW welding step (S-14), the edge portion of the skelp discharged from the
또한, 중저주파 용접기를 사용하게 되면 열열향부가 불균일할 수 있고, 용접부 품질 범위가 넓어지게 된다. 그리고 스켈프의 에지부 간격은 스퀴즈 롤에 의해 제어되므로, 스퀴즈롤의 갭을 최소화하지 않으면 적정 발열량을 조건을 확보하지 못하기에 용접부 품질을 확보할 수가 없다. 예를 들어, 스퀴즈롤의 갭이 10mm 초과하여 떨어질 경우 발열량이 75%감소하고, 15mm이상 떨이질 경우 상기 10mm의 경우 감소된 발열량의 1/2밖에 되지 않는다. 따라서, 용접부 갭 간격을 1 ~ 10mm 이내로 최소화하는 것이 중요하다. In addition, the use of a medium-low frequency welding machine may result in non-uniform heat and heat, and widen the weld quality range. And since the gap between the edges of the skelp is controlled by the squeeze roll, it is impossible to secure the weld quality because the gap of the squeeze roll is not minimized, so that the proper amount of heat can not be secured. For example, when the gap of the squeeze roll falls by more than 10 mm, the calorific value is reduced by 75%. Therefore, it is important to minimize the weld gap spacing within 1-10 mm.
따라서, 본 발명에서는 스퀴즈롤 간의 갭조정 및 용접조건을 상기 범위 내로 최적화 함으로써, 무리한 응력을 받아 용접 심부의 균열 및 용접이 완료되지 않은 등의 문제가 발생하지 않도록 한다.Therefore, in the present invention, the gap adjustment between the squeeze rolls and the welding conditions are optimized within the above ranges, so that problems such as cracking of the weld core and incomplete welding due to excessive stress are not generated.
이렇게 다단의 성형 롤을 통과하면서 평판 형상의 스켈프가 도 5에 도시된 바와 같은 형태의 롤플라워를 가지며 파이프 형상으로 가공된다.Thus, while passing through a multi-stage forming roll, the flat skelp has a roll flower as shown in FIG. 5 and is processed into a pipe shape.
롤플라워는 하나의 롤을 지날 때 마다 변형되는 단면을 연속적으로 나타낸 것이다.The roll flower is a continuous representation of the cross section that deforms with each passing roll.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제조 방법의 롤 플라워는 변형량 및 두께가 균일하게 분포하므로, 에지에서 가공경화가 적게 발생하고 더 우수한 품질의 강관이 제조될 수 있도록 한다.As shown in Fig. 5, the roll flower of the manufacturing method according to the present invention is uniformly distributed in deformation amount and thickness, so that less work hardening occurs at the edge and a better quality steel pipe can be produced.
상술한 바와 같이 본 발명은 중주파 전기저항 용접 방법을 이용하여 STS201 강관을 제조 하며, 본 발명에 따른 강관의 물리적 특성을 알아보기 위하여 용접부와 모재부에서 각각 3군데씩 시편을 채취하여 하기 표 1과 같이 나타내었다.As described above, the present invention manufactures the STS201 steel pipe using the medium frequency electric resistance welding method, and in order to find out the physical characteristics of the steel pipe according to the present invention by collecting three specimens from the welded part and the base material, respectively, the following Table 1 and As shown.
본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 강관의 지름은 42.7mm, 두께는 2.0mm 이며, 고용화 열처리 온도는 1150℃로 하였다. 그리고, 물리적 특성은 인장강도(TS), 항복강도(YS), 연신율(Total EL)을 각각 측정하였다.The diameter of the steel pipe manufactured by the manufacturing method according to the present invention was 42.7 mm, the thickness was 2.0 mm, and the solid solution heat treatment temperature was 1150 ° C. And, the physical properties were measured for tensile strength (TS), yield strength (YS), elongation (Total EL), respectively.
상기 표 1의 결과에서 알 수 있듯이, 용접부와 모재부의 인장강도는 640Mpa 급, 항복강도는 330Mpa급, 연신율은 55% 내외로 각각 균일하게 분포함을 알 수 있다. 따라서, 강관 전면에 걸쳐서 균일한 가공이 이루어져 강공 경화 균일화 및 가공경화량 최소화를 실현할 수 있음을 알 수 있다.As can be seen from the results of Table 1, it can be seen that the tensile strength of the welded portion and the base metal portion is uniformly distributed in the 640Mpa grade, the yield strength is 330Mpa grade, and the elongation is about 55%. Therefore, it can be seen that uniform processing is performed over the entire steel pipe, thereby realizing the uniformity of steel hardening and minimizing the amount of work hardening.
또한, 본 발명에 따른 STS201 강관이 종래의 STS304 강관과 유사한 고강도 및 고연신 특성을 갖게 되는데, 이를 증명하기 위하여 이하에서는 STS201 강관 및 STS304 강관의 물리적 특성을 비교하는 것으로 한다.In addition, the STS201 steel pipe according to the present invention has a high strength and high elongation characteristics similar to the conventional STS304 steel pipe, in order to prove this will be compared to the physical properties of the STS201 steel pipe and STS304 steel pipe.
비교의 기준이 되는 STS304 강관은 지름은 42.7mm로 형성하고, 두께는 1.2mm 및 2.0mm 두 가지 경우로 형성하였으며, 고용화 열처리 온도는 1150℃로 하였다.The STS304 steel pipe, which is a reference for comparison, was formed with a diameter of 42.7 mm, two thicknesses of 1.2 mm and 2.0 mm, and a solid solution heat treatment temperature of 1150 ° C.
다음으로, 본 발명에 따른 STS201 강관도 지름은 42.7mm로 형성하고, 두께는 1.2mm 및 2.0mm 두 가지 경우로 형성하였으며, 고용화 열처리 온도는 1050℃, 1100℃, 1150℃ 각각 세 가지 경우로 나누어 물리적 특성을 측정하였다.Next, the STS201 steel pipe diameter according to the present invention was formed in a diameter of 42.7mm, the thickness was formed in two cases of 1.2mm and 2.0mm, the solid solution heat treatment temperature is three cases respectively 1050 ℃, 1100 ℃, 1150 ℃ The physical properties were measured by dividing.
그리고, 물성 측정 항목은 인장강도(TS), 항복강도(YP), 총 연신율(%), 균일 연신율(%) 및 가공 경화지수로 하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.In addition, the property measurement items were made as tensile strength (TS), yield strength (YP), total elongation (%), uniform elongation (%) and work hardening index, the results are shown in Table 2 below.
표 2는 고니켈 성분의 STS304 강관과 본 발명에 따른 STS201 강관의 열처리온도와 규격에 따른 물성을 비교한 데이타이다.Table 2 is a data comparing the heat treatment temperature of the STS304 steel pipe of the high-nickel component and the STS201 steel pipe according to the present invention and the properties according to the specifications.
상기 표 2의 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 STS201 강관은 모두 STS304 강관과 동등하거나 그 이상의 인장강도를 나타내고 있으며, 연신율이나 가공 경화지수 또한 동등한 수준으로 나타나고 있음을 알 수 있다. As can be seen from the results of Table 2, all of the STS201 steel pipe according to the present invention exhibits a tensile strength equal to or higher than that of the STS304 steel pipe, it can be seen that the elongation or work hardening index is also represented at the same level.
여기서, 열처리 온도에 따라서 물리적 특성이 조금씩 변화하는 것을 알 수 있다. 본 발명에 따른 열처리 범위는 1050 ~ 1200℃로 종래의 1010 ~ 1120℃보다 전반적으로 온도 구간을 상향시킨 것이다.Here, it can be seen that the physical properties change little by little depending on the heat treatment temperature. The heat treatment range according to the present invention is to increase the temperature range as a whole than 1050 ~ 1200 ℃ 1010 ~ 1120 ℃ conventional.
열처리 온도가 높아질수록 인장강도는 조금씩 저하되지만, 연신율 및 가공 경화지수는 향상되어 우수한 성형성을 갖게 됨을 알 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 STS201 강관은 배관자재 또는 하이드로포밍용 강관으로써, 최적화된 재료가 될 수 있는 것이다.As the heat treatment temperature increases, the tensile strength decreases little by little, but it can be seen that the elongation and the work hardening index are improved to have excellent moldability. Therefore, the STS201 steel pipe according to the present invention can be an optimized material as a piping material or a steel pipe for hydroforming.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above embodiments and can be modified in various forms, and having ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
도 1은 본 발명에 따른 강관 제조방법을 나타낸 공정도.1 is a process chart showing a steel pipe manufacturing method according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 중주파 전기저항 용접을 이용한 강관 제조 방법을 간략하게 도시한 개략도.Figure 2 is a schematic diagram schematically showing a method for manufacturing a steel pipe using a medium frequency electric resistance welding according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 강관 제조 방법의 성형 롤 배치를 나타낸 도면.Figure 3 is a view showing the forming roll arrangement of the steel pipe manufacturing method according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 첫 번째 브레이크 다운 롤을 나타낸 단면도.4 is a sectional view showing a first breakdown roll according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 강관 제조 방법에서 나타나는 롤 플라워를 도시한 단면도.5 is a cross-sectional view showing a roll flower in the steel pipe manufacturing method according to the present invention.
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