KR20120040832A - 심리스 튜브 제조용 천공 프러그 및 이를 이용한 심리스 튜브의 제조방법 - Google Patents

심리스 튜브 제조용 천공 프러그 및 이를 이용한 심리스 튜브의 제조방법 Download PDF

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강성린
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이흥해
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주식회사 율촌
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Abstract

본 발명은 천공 프러그 및 이를 이용한 심리스 튜브의 제조방법에 관한 것으로서, 천공프러그는, 일끝단이 경사져 형성된 테이퍼부를 가지는 프러그 본체와, 상기 프러그 본체의 상기 테이퍼부 끝단에 일체로 형성되고 끝단에 원호형상으로 형성된 첨단팁을 가지며 가열된 빌렛을 천공하는 선단부와, 가압로드에 연결되는 연결부와, 상기 연결부와 상기 선단부와 상기 프러그 본체의 내부에 형성되어 냉각수를 공급하기 위한 냉각수로를 구비하여 고가인 Cr-Ni강 대신 보다 저렴하고 구입이 용이한 소재로 제조하면서도, 장시간의 사용에도 프러그의 선단부에서 열화가 발생하는 것을 방지하여 제품의 수명을 연장할 수 있다. 본 발명의 심리스 튜브 제조방법은, 빌렛을 일정길이로 절단하여 가열하는 단계와, 상기 가열된 빌렛을 한 쌍의 가압회전롤과 회전플레이트과 천공프러그에 의해 상기 빌렛을 회전시키면서 가압 및 천공하는 단계와, 상기 천공된 빌렛을 롤링장치에 의해 가압회전시키면서 연신 및 사이징하는 단계를 포함하여 구성되며, 상기 빌렛의 천공 이전에 상기 가열된 빌렛의 양끝단면 중앙에 상기 천공프러그의 선단부와 상기 빌렛의 투입장치의 선단부가 접하는 중앙구멍을 형성하는 센터링 단계를 더욱 구비하여, 다품종 소량의 고강도 및 특수강 심리스 튜브의 수요를 최적으로 충족시킬 수 있고, 심리스 튜브의 제조비용을 절감할 수 있다.

Description

심리스 튜브 제조용 천공 프러그 및 이를 이용한 심리스 튜브의 제조방법{PIERCING PLUG FOR SEAMLESS TUBE AND MANUFACTURING METHOD FOR SEAMLESS TUBE USING THE SAME}
본 발명은 천공 프러그에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 심리스 튜브의 제조에 사용되는 프러그로서 내구성이 우수하고 제품의 수명이 긴 천공 프러그에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 심리스 튜브(Seamless tube)의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 빌렛를 이용하여 튜브를 제조할 때에 내구성이 우수한 천공 프러그를 이용하여 심리스 튜브를 제조비용을 절감할 수 있는 심리스 튜브의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차 엔진의 드라이버 샤프트나, 자동차 조향장치의 랙 바(rack bar), 피스톤 핀, 조향장치의 스풀 샤프트, 베어링 등은 가혹한 충격하중을 받는 대단히 중요한 부품으로서 몰리브덴이 함유된 특수강 튜브나 SCM류 특수강 튜브, 고강도 튜브 등으로 된 강관소재를 사용하고 있다.
이러한 튜브를 생산하는 방식으로서, 판재를 관 형태로 성형하여 용접하는 조관에 의한 접합부가 있는 튜브 생산 방식을 들 수 있다. 상기 종래의 튜브 생산 방식은 판재 등을 조관기를 통해 원형 관상으로 조관 작업(forming)을 하고, 접촉선을 따라 전기저항용접을 한 후, 별도의 장치를 이용하여 내압검사를 수행하고, 비드제거 인발 작업을 수행하여 제작된다.
그러나, 상기 종래의 튜브 생산 방식은 튜브 생산후 용접비드를 제거하여야 하는 불편함이 있고, 용접부의 강도가 다른 부분에 비하여 취약하다고 하는 문제점이 있었다.
상기 종래의 생산방식에 대한 대안으로서, 압출에 의한 심리스 튜브 생산 방식이 제안되고 있다. 그러나, 압출로 제작된 튜브는 조직의 스트림라인(Streamline)이 길이방향으로만 형성되기 때문에 내구성이 취약하다고 하는 문제점이 있었다.
이에, 회전식 튜브 천공방식을 이용하여 조직의 스트림 라인(Stream Line)이 길이 및 원주 양방향으로 형성된 섬유조직을 갖는 내구성이 우수한 튜브를 제조할 수 있는 심리스 튜브 제조방법이 제안되고 있다.
그러나, 대략 1,200℃로 가열된 빌렛을 일정거리 위치에 위치한 천공 프라 그와 2개의 롤의 회전에 의하여, 계획된 외경과 내경의 심리스 튜브(Seamless tube)를 생산함에 있어서는 천공작업시에 가열된 빌렛과의 마찰에 의해 상승된 온도인 대략 1,300℃이상의 온도의 환경에서 견딜 수 있어야 하기 때문에 프러그용 소재로는 고가의 Cr-Ni 합금 주강을 주로 사용하므로 심리스 튜브의 제조비용이 고가로 된다고 하는 문제점이 있었다.
또한, 보다 저가로 구입이 용이한 SKD61를 프러그의 소재로 사용할 때에는, 여러 가지 제조요인에 의해, 천공 프라그 선단부에 천공과정에서 발생되는 피천공물의 금속이 용융, 용착(built-up)됨으로써, 프러그의 냉각효율이 급격히 저하되고 천공 프러그의 선단부에 용착된 금속파편이 눌려 늘어나, 천공 프라그의 선단부에 위치한 냉각수 분출구를 점차 막아버려, 고열의 프러그 선단부에 휨 등의 열화가 발생하고 천공 프러그 선단부의 길이가 축소되어 버린다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명의 목적은 회전식 튜브 천공방식에 의한 심리스 튜브의 제조에 사용되는 천공 프러그를 보다 저렴하고 구입이 용이한 소재로 제조하면서도, 장시간의 사용에도 프러그의 선단부에서 열화가 발생하는 것을 방지하여 제품의 수명을 연장할 수 있는 천공프러그를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상술한 수명이 긴 천공 프러그를 이용하여 심리스 튜브의 제조비용을 절감할 수 있고 효율적인 심리스 튜브의 제조방법을 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 심리스 튜브용 천공프러그는, 일끝단이 경사져 형성된 테이퍼부를 가지는 프러그 본체와, 상기 프러그 본체의 상기 테이퍼부 끝단에 일체로 형성되고 끝단에 원호형상으로 형성된 첨단팁을 가지며 가열된 빌렛을 천공하는 선단부와, 가압로드에 연결되는 연결부와, 상기 연결부와 상기 선단부와 상기 프러그 본체의 내부에 형성되어 냉각수를 공급하기 위한 냉각수로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 냉각수로는 상기 냉각수로의 일끝단에 형성되는 냉각수 분출로를 더욱 구비하며, 상기 냉각수 분출로는 상기 테이퍼부의 끝단과 상기 첨단팁 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 선단부는 Cr-Ni계열의 용접봉으로 상기 프러그 본체에 빌트업 용접하여 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 천공프러그를 가열하여 500℃에서 일정시간 동일한 유지하여 형성된 Fe2O3 또는 Fe2O3의 산화피막에 공극이 발생한 후, 980 ℃ ~ 1050℃에서 일정시간 유지한 후, 대기상태에서 50℃/분으로 상온까지 냉각시켜 고온의 산화피막을 상기 천공프러그의 외주면에 형성하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 천공프러그의 형상은, 상기 첨단팁의 길이를 L1, 상기 첨단팁의 곡률반경을 R1, 상기 첨단팁의 직경을 D1, 상기 선단부의 직경을 D2, 상기 테이퍼부의 끝단으로부터 상기 첨단팁까지의 거리를 L2, 상기 빌렛의 직경을 DB라 할 때, 0 < L1/R1 < 0.5이고, 1.0 < D2/D1 < 1.4이고, 0.5D1 < L1 + L2 ≤ 2.5D1이고, R1 = (0.06 ~ 0.17)DB이고, 0.5D1 < R1 ≤ D1인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 냉각수로의 직경은 상기 천공 프러그의 직경의 0.18배 내지 0.28배인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 심리스 튜브 제조용 천공프러그를 이용한 심리스 튜브 제조방법은, 강재를 원통형상의 빌렛으로 성형하고, 성형된 빌렛을 일정길이로 절단하여 가열하는 단계와, 상기 가열된 빌렛을 한 쌍의 가압회전롤과 회전플레이트과 천공프러그에 의해 상기 빌렛을 회전시키면서 가압 및 천공하는 단계와, 상기 천공된 빌렛을 롤링장치에 의해 가압회전시키면서 연신 및 사이징하는 단계를 포함하여 구성되며, 상기 빌렛의 천공 이전에 상기 가열된 빌렛의 양끝단면 중앙에 상기 천공프러그의 선단부와 상기 빌렛의 투입장치의 선단부가 접하는 중앙구멍을 형성하는 센터링 단계를 더욱 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 중앙구멍의 직경은 상기 천공프러그가 상기 중앙구멍에 삽입될 때에 상기 천공프러그의 냉각수 분출로가 수용되고 상기 천공프러그의 선단부가 상기 중앙구멍에 맞닿지 않는 내경과 깊이로 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 천공 단계 이전에는 상기 프러그 외부에 직접 냉각수를 공급하여 냉각시키고, 상기 천공단계에서는 상기 천공 프러그에 형성된 냉각수로에 냉각수를 공급하여 상기 천공 프러그의 온도를 850℃ 이하로 유지하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 천공 프러그를 상기 빌렛을 천공하기 위한 위치로 이동시킬 때에는 상기 천공 프러그를 보호튜브 내에 수용한 상태로 이동시킴과 동시에 상기 천공프러그에 형성된 냉각수로 및 냉각수 분출로에 냉각수를 공급시켜 상기 냉각수가 상기 보호튜브 내면에서 반사되어 상기 천공 프러그의 외부를 냉각시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 냉각수는 보론, 칼슘, 철의 산화물로 구성된 수용성 윤활제가 희석된 냉각수이고, 20 bar 이상의 압력으로 공급되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 가열된 빌렛에는 냉각수 에멀션을 분사하여 가열된 빌렛의 내부온도를 유지시키는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 한 쌍의 가압회전롤의 롤 고지에서의 간격 R0은, 빌렛의 직경을 DB라 하고, 롤 고지에서의 빌렛의 축관율을 A라 할 때, R0= DB× (1 - A)이고, A는 0.08 내지 0.15의 범위인 것을 특징으로 한다.
여기서, 회전플레이트 사이의 간격은 상기 롤 고지에서의 간격 의 1.1 내지 1.13배의 범위인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 천공프러그의 상기 롤고지로부터의 전진거리는 DB× (1 - B)이고, B는 상기 천공 프러그의 선단에서의 감소율로서 0.06 내지 0.08의 범위인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 천공 단계에서 상기 빌렛과 상기 가압회전롤의 접촉길이는 상기 빌렛 직경의 2.0 내지 2.5배인 것을 특징으로 한다.
상술한 구성을 가지는 본 발명의 심리스 튜브 제조용 천공 프러그에 의하면, 고가인 Cr-Ni강 대신 보다 저렴하고 구입이 용이한 소재로 제조하면서도, 장시간의 사용에도 프러그의 선단부에서 열화가 발생하는 것을 방지하여 제품의 수명을 연장할 수 있다
또한, 본 발명의 심리스 튜브 제조방법에 의하면, 상기 한 쌍의 가압회전롤과 상기 맨드릴 부에 의해 튜브가 회전식 튜브 천공방식(Rotary Tube Piercing Mill)을 이용하여 제작되므로, 제조된 튜브의 조직의 스트림 라인이 길이 및 원주 양방향으로 섬유조직을 갖기 때문에 내구성이 우수하여 특히 베어링 소재로 우수하며, 자동차 부품소재 산업에서 요구하는 다품종 소량의 고강도 및 특수강 심리스 튜브의 수요를 최적으로 충족시킬 수 있고, 상술한 수명이 긴 천공 프러그를 이용하여 심리스 튜브의 제조비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 심리스 튜브의 제조시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 천공장치의 본체프레임과 가압회전롤과 회전플레이트를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 정면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 회전플레이트를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 빌렛의 천공을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 천공 프러그를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 빌렛의 중앙구멍을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 심리스 튜브 제조방법 및 천공 프러그에 대하여 실시예로써 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 심리스 튜브의 제조시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 심리스 튜브의 제조시스템은 가열부(2)와, 천공부(3)와, 롤링부(4)로 구성되어 있다.
강재를 원통형상의 빌렛으로 성형하고, 성형된 빌렛(5)을 일정길이로 절단하여 상기 가열부(2)에서 가열한다.
상기 천공부(3)는 상기 가열된 빌렛을 한 쌍의 가압회전롤과 회전플레이트과 천공프러그에 의해 상기 빌렛을 회전시키면서 가압 및 천공하고, 상기 롤링부(4)에서는 상기 천공된 빌렛을 롤링장치에 의해 가압회전시키면서 연신 및 사이징한다.
상기 천공부(3)는 본체프레임(10)과, 가압회전롤(21)과, 회전플레이트부(30)와, 천공 프러그가 장착되는 맨드릴부와, 이송부로 구성되어 있다.
상기 본체프레임(10)은 상부고정부와 중간고정부와 하부고정부를 구비하며, 상부고정부 및 하부고정부에는 상기 가압회전롤이 각각 연결되며, 중간고정부에는 상기 회전플레이트가 연결된다. 상기 가압회전롤은 상기 본체프레임에 회전가능하게 연결되며, 가열된 상기 빌렛(2)에 맞닿아 가압하면서 이송시킨다.
상기 가압회전롤은 제 1 가압회전롤(21)과 제 2 가압회전롤(21')의 한 쌍의 가압회전롤로 구성된다. 상기 제 1 가압회전롤(21)은 상기 본체프레임의 상부고정부에 회전가능하게 연결되며 상기 회전플레이트의 상부측에 설치된다.
상기 제 1 가압회전롤(21)과 상기 제 2 가압회전롤(21')은, 각각의 중심축이 평면상 및 입면상 일정한 각도를 형성하도록 경사져 배치되어 있고, 서로 반대되는 방향으로 회전하도록 구성되어, 상기 제 1 가압회전롤과 상기 제 2 가압회전롤이 상기 빌렛의 외주면에 맞닿아 접촉하여 상기 빌렛를 가압하면서 상기 빌렛를 상기 맨드릴 부 측으로 이송시킴으로써, 상기 맨드릴 부의 천공 프러그에 의해 상기 빌렛이 천공될 때에, 상기 천공 프러그의 천공에 의한 가압으로 인하여 상기 빌렛이 공급방향으로부터 후퇴되지 않도록 전방측으로 가압함과 동시에 가열되어 연성을 가지는 상기 빌렛을 원하는 외경을 가지도록 가압하도록 구성된다.
상기 한 쌍의 가압회전롤(21, 21') 사이에는 회전플레이트부(30)가 설치된다. 상기 회전플레이트부(30)는 평면상에서 볼 때, 좌우 한 쌍의 회전플레이트(31, 32)로 구성되어, 이송되어 온 가열된 빌렛의 외주면의 형상을 유지시키도록 구성된다.
상기 맨드릴 부는 상기 가압회전롤과 상기 회전플레이트를 통과하여 이송되는 가열된 상기 빌렛를 천공하고, 상기 맨드릴 부의 하부에는 이송부가 설치되어, 천공이 완료된 상기 빌렛를 수용하여 상기 롤링부(4)로 이송시킨다.
한편, 본 발명에 의한 심리스 튜브 제조용 천공 프러그(40)는, 프러그 본체(41)와, 선단부(42)와, 연결부(44)와 냉각수로(45)를 구비한다.
상기 프러그 본체(41)는 일끝단이 경사져 형성된 테이퍼부(41a)를 가진다.
상기 선단부(42)는 상기 프러그 본체(41)의 상기 테이퍼부(41a) 끝단에 일체로 형성되고 상기 선단부(42)의 끝단에는 원호형상으로 형성된 첨단팁(43)이 형성되어 있다. 또한, 상기 선단부와 상기 첨단팁은 Cr-Ni계열의 용접봉으로 대략 4mm두께로 상기 프러그 본체에 빌트업 용접하여 상기 프러그 본체에 일체로 형성되도록 구성한다.
상기 천공 프러그의 상기 첨단팁이 형성된 측의 반대측에는 천공작업시에 상기 천공 프러그를 상기 빌렛(5)을 향하여 가압하는 가압로드가 연결되는 연결부(44)가 형성되어 있다.
또한, 상기 연결부와 상기 선단부와 상기 프러그 본체의 내부에 형성되어 냉각수를 공급하기 위한 냉각수로(45)가 형성된다. 또한, 상기 냉각수로(45)의 상기 선단부측 끝단 부근에는 냉각수 분출로(45a)를 더욱 설치한다. 상기 냉각수 분출로(45a)가 형성되는 위치는 상기 테이퍼부의 끝단과 상기 첨단팁 사이에 위치하도록 구성된다.
상기 냉각수로의 직경은 상기 천공 프러그의 직경 Dp의 0.18배 내지 0.28배가 되도록 형성하여, 냉각수의 공급이 원활히 진행됨과 동시에 냉각효과를 최대한으로 발휘할 수 있도록 구성한다.
한편, 상기 천공 프러그는 상기 빌렛측으로 가압되어 상기 빌렛을 천공할 때에 천공작업을 최적으로 유지할 수 있는 형상으로 제조되어야 한다. 이에 본 발명자들은 다양한 실험결과, 최적의 천공 프러그의 형상치수를 얻을 수 있었다.
본 발명자들은 상기 천공프러그의 형상으로서, 상기 첨단팁의 길이를 L1, 상기 첨단팁의 곡률반경을 R1, 상기 첨단팁의 직경을 D1, 상기 선단부의 직경을 D2, 상기 테이퍼부의 끝단으로부터 상기 첨단팁까지의 거리를 L2, 상기 빌렛의 직경을 DB라 할 때, 0 < L1/R1 < 0.5이고, 1.0 < D2/D1 < 1.4이고, 0.5D1 < L1 + L2 ≤ 2.5D1이고, R1 = (0.06 ~ 0.17)DB이고, 0.5D1 < R1 ≤ D1일 때에, 동일한 재질의 천공 프러그이어도 최적의 천공효율과 내구성을 만족할 수 있음을 알았다.
또한, 천공작업시에 상기 빌렛의 금속이 용융, 용착되어 천공 프러그의 냉각효율이 급격히 저하되고 천공 프러그의 외주면이 열화되는 것을 방지하기 위하여 상기 천공프러그의 외주면에 고온의 산화피막을 형성하는 것이 바람직하다.
본 실시예에 있어서, 상기 천공 프러그의 외주면에의 산화피막의 형성은, 상기 천공프러그를 가열하여 500℃에서 일정시간 동일한 유지하여 형성된 Fe2O3 또는 Fe2O3의 산화피막에 공극이 발생한 후, 980 ℃ ~ 1050℃에서 일정시간 유지한 후, 대기상태에서 50℃/분으로 상온까지 냉각시켜 고온의 산화피막을 형성할 수 있다.
상술한 천공 프러그를 이용한 본 발명의 심리스 튜브의 제조방법에 대하여 설명한다.
우선, 상술한 바와 같이, 강재를 원통형상의 빌렛으로 성형하고, 성형된 빌렛을 일정길이로 절단하여 가열한다. 그런 다음, 상기 가열된 빌렛을 한 쌍의 가압회전롤과 회전플레이트과 천공프러그에 의해 상기 빌렛을 회전시키면서 가압 및 천공한 후, 상기 천공된 빌렛을 롤링장치에 의해 가압회전시키면서 연신 및 사이징한다.
여기서, 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 빌렛의 천공 이전에 상기 가열된 빌렛의 양끝단면 중앙에 상기 천공프러그의 선단부와 상기 빌렛의 투입장치의 선단부가 접하는 중앙구멍을 형성하는 센터링 단계를 더욱 거칠 수 있다.
상기 중앙구멍의 직경은 상기 천공프러그가 상기 중앙구멍에 삽입될 때에 상기 천공프러그의 냉각수 분출로가 수용되고 상기 천공프러그의 선단부가 상기 중앙구멍에 맞닿지 않는 내경과 깊이로 형성되는 것이 바람직하다.
예를 들면, 상기 중앙구멍의 직경은, 상기 빌렛 직경의 0.35배 내지 0.5배의 범위이고, 상기 천공프러그의 첨단팁의 길이를 L1, 상기 천공프러그의 테이퍼부의 끝단으로부터 상기 첨단팁까지의 거리를 L2라 할 때 상기 중앙구멍의 깊이는 L1 + L2보다 크게 형성되어 상기 천공 프러그의 선단부 및 첨단팁의 곡면이 상기 중앙구멍의 벽면이나 바닥에 접촉하지 않도록 구성한다.
이로써, 상기 빌렛을 투입장치에 의해 가압하여 상기 가압회전롤측으로 밀어낼 때에 상기 빌렛이 어긋나거나 하는 일을 방지할 수 있음과 동시에 상기 천공 프러그가 맨드릴 구동부에 의해 가압될 때에 상기 천공 프러그의 천공위치를 정확하게 맞출 수 있으면서, 상기 냉각수 분출로가 천공작업시에 막히는 것을 방지할 수 있다.
한편, 고온으로 가열된 빌렛을 가압 및 천공할 때에는 더욱 온도가 높아지기 때문에 상기 빌렛과 상기 천공 프러그를 적절한 온도로 유지하도록 냉각시키는 것이 중요하다.
즉, 빌렛을 이루는 금속이 용융되어 천공 프러그 표면에 인공적으로 충분한 두께로 산화피막을 형성시키고 그 산화피막이 손상되지 않기 위해서는 상기 천공 프러그의 온도를 850℃ 이하로 유지할 필요가 있다.
본 발명에 있어서는, 상기 천공 단계 이전에는 상기 프러그 외부에 직접 냉각수를 공급하여 냉각시키고, 상기 천공단계에서는 상기 천공 프러그에 형성된 냉각수로에 냉각수를 공급하여 2가지의 냉각방법을 동시에 병행하여 상기 천공 프러그의 온도를 850℃ 이하로 유지하도록 구성한다.
이에 더하여, 상기 천공 프러그를 상기 빌렛을 천공하기 위한 위치로 이동시킬 때에는 상기 천공 프러그를 보호튜브 내에 수용한 상태로 이동시킴과 동시에 상기 천공프러그에 형성된 냉각수로 및 냉각수 분출로에 냉각수를 공급시켜 상기 냉각수가 상기 보호튜브 내면에서 반사되어 상기 천공 프러그의 외부를 냉각시키도록 구성할 수도 있다.
여기서, 상기 냉각수는 보론, 칼슘, 철의 산화물로 구성된 수용성 윤활제가 희석된 냉각수이고, 20 bar 이상의 압력으로 공급되는 것이 바람직하다.
이는, 상기 가압회전롤에 의해 천공되기 위해서는 2롤간의 간격은 빌렛 외경보다 작아져 빌렛과 천공되는 튜브 표면에 압력이 가해져, 천공 프러그 역시 회전을 하게 됨으로써 천공 프러그 선단에 접하는 빌렛의 파편이 천공 프러그 선단에 고착되지 않고 천공된 튜브로부터 떨어지게 하기 위함이고, 천공작업 후 천공 튜브 내면에 발생된 산화스케일을 천공된 튜브로부터 천공 프러그를 추출하는 과정에서 제거하여 상기 롤링부에서 맨드릴과 튜브 사이의 마찰을 최소화할 수 있다.
한편, 상기 가열된 빌렛에는 냉각수 에멀션을 분사하여 가열된 빌렛의 내부온도를 유지시키도록 구성할 수 있다. 가열과정에서 빌렛 표면에 형성된 산화피막을 박리하여 천공과정에서 가압회전롤에 의해 산화스케일을 용이하게 제거하고, 빌렛 표면에 고온의 산화피막층을 형성하고 급냉에 의해 외부로의 열 방출을 방지하여 가열된 빌렛의 내부온도를 유지하도록 구성할 수 있다.
또한, 가압회전롤이 빌렛 표면에서 미끄러져 겉도는 현상이 발생하면, 천공작업을 중단하여야 하는 문제점이 있고, 천공 프러그의 튜브와 상부 또는 하부에서 가압회전롤과의 충돌이 발생하여 천공 프러그에 변형이나 손상이 발생할 염려가 있다. 본 발명에서는 이를 방지하기 위하여, 상기 가압회전롤과, 빌렛, 회전플레이트의 간격 및 치수를 최적화한다.
본 발명에 있어서, 상기 한 쌍의 가압회전롤의 롤 고지에서의 간격 R0은, 빌렛의 직경을 DB라 하고, 롤 고지에서의 빌렛의 축관율을 A라 할 때, R0= DB× (1 - A)이고, A는 0.08 내지 0.15의 범위이고, 회전플레이트 사이의 간격 Rp는 상기 롤 고지에서의 간격의 1.1 내지 1.13배의 범위로 구성한다.
이로써, 빌렛에 손상을 가하지 않는 범위에서 가압회전롤이 빌렛 표면에서 미끄러져 겉도는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 상기 천공프러그의 상기 롤고지로부터의 전진거리는 DB× (1 - B)이고, B는 상기 천공 프러그의 선단에서의 감소율로서 0.06 내지 0.08의 범위로 구성한다.
또한, 상기 천공 단계에서 상기 빌렛과 상기 가압회전롤의 접촉길이는 상기 빌렛 직경의 2.0 내지 2.5배로 구성한다.
이로써, 천공 프러그의 튜브와 상부 또는 하부에서 가압회전롤과의 충돌이 발생하여 천공 프러그에 변형이나 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함되는 것은 자명하다.
2 : 가열부
3 : 천공부
4 : 롤링부
40 : 천공 프러그

Claims (16)

  1. 일끝단이 경사져 형성된 테이퍼부를 가지는 프러그 본체와,
    상기 프러그 본체의 상기 테이퍼부 끝단에 일체로 형성되고 끝단에 원호형상으로 형성된 첨단팁을 가지며 가열된 빌렛을 천공하는 선단부와,
    가압로드에 연결되는 연결부와,
    상기 연결부와 상기 선단부와 상기 프러그 본체의 내부에 형성되어 냉각수를 공급하기 위한 냉각수로를 구비하는 것을 특징으로 하는 심리스 튜브 제조용 천공 프러그.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각수로는 상기 냉각수로의 일끝단에 형성되는 냉각수 분출로를 더욱 구비하며,
    상기 냉각수 분출로는 상기 테이퍼부의 끝단과 상기 첨단팁 사이에 위치하는 것을 특징으로 심리스 튜브 제조용 천공 프러그.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 선단부는 Cr-Ni계열의 용접봉으로 상기 프러그 본체에 빌트업 용접하여 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 심리스 튜브 제조용 천공 프러그.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 천공프러그를 가열하여 500℃에서 일정시간 동일한 유지하여 형성된 Fe2O3 또는 Fe2O3의 산화피막에 공극이 발생한 후, 980 ℃ ~ 1050℃에서 일정시간 유지한 후, 대기상태에서 50℃/분으로 상온까지 냉각시켜 고온의 산화피막을 상기 천공프러그의 외주면에 형성하는 것을 특징으로 하는 심리스 튜브 제조용 천공 프러그.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 천공프러그의 형상은,
    상기 첨단팁의 길이를 L1, 상기 첨단팁의 곡률반경을 R1, 상기 첨단팁의 직경을 D1, 상기 선단부의 직경을 D2, 상기 테이퍼부의 끝단으로부터 상기 첨단팁까지의 거리를 L2, 상기 빌렛의 직경을 DB라 할 때, 0 < L1/R1 < 0.5이고, 1.0 < D2/D1 < 1.4이고, 0.5D1 < L1 + L2 ≤ 2.5D1이고, R1 = (0.06 ~ 0.17)DB이고, 0.5D1 < R1 ≤ D1인 것을 특징으로 하는 심리스 튜브 제조용 천공 프러그.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 냉각수로의 직경은 상기 천공 프러그의 직경의 0.18배 내지 0.28배인 것을 특징으로 하는 심리스 튜브 제조용 천공 프러그.
  7. 강재를 원통형상의 빌렛으로 성형하고, 성형된 빌렛을 일정길이로 절단하여 가열하는 단계와,
    상기 가열된 빌렛을 한 쌍의 가압회전롤과 회전플레이트과 천공프러그에 의해 상기 빌렛을 회전시키면서 가압 및 천공하는 단계와,
    상기 천공된 빌렛을 롤링장치에 의해 가압회전시키면서 연신 및 사이징하는 단계를 포함하여 구성되며,
    상기 빌렛의 천공 이전에 상기 가열된 빌렛의 양끝단면 중앙에 상기 천공프러그의 선단부와 상기 빌렛의 투입장치의 선단부가 접하는 중앙구멍을 형성하는 센터링 단계를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 심리스 튜브 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 중앙구멍의 직경은 상기 천공프러그가 상기 중앙구멍에 삽입될 때에 상기 천공프러그의 냉각수 분출로가 수용되고 상기 천공프러그의 선단부가 상기 중앙구멍에 맞닿지 않는 내경과 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 심리스 튜브 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 천공 단계 이전에는 상기 프러그 외부에 직접 냉각수를 공급하여 냉각시키고, 상기 천공단계에서는 상기 천공 프러그에 형성된 냉각수로에 냉각수를 공급하여 상기 천공 프러그의 온도를 850℃ 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 심리스 튜브 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 천공 프러그를 상기 빌렛을 천공하기 위한 위치로 이동시킬 때에는 상기 천공 프러그를 보호튜브 내에 수용한 상태로 이동시킴과 동시에 상기 천공프러그에 형성된 냉각수로 및 냉각수 분출로에 냉각수를 공급시켜 상기 냉각수가 상기 보호튜브 내면에서 반사되어 상기 천공 프러그의 외부를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 심리스 튜브 제조방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 냉각수는 보론, 칼슘, 철의 산화물로 구성된 수용성 윤활제가 희석된 냉각수이고, 20 bar 이상의 압력으로 공급되는 것을 특징으로 하는 심리스 튜브 제조방법.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 가열된 빌렛에는 냉각수 에멀션을 분사하여 가열된 빌렛의 내부온도를 유지시키는 것을 특징으로 하는 심리스 튜브 제조방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 가압회전롤의 롤 고지에서의 간격 R0은, 빌렛의 직경을 DB라 하고, 롤 고지에서의 빌렛의 축관율을 A라 할 때, R0= DB× (1 - A)이고, A는 0.08 내지 0.15의 범위인 것을 특징으로 하는 심리스 튜브 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 회전플레이트 사이의 간격은 상기 롤 고지에서의 간격의 1.1 내지 1.13배의 범위인 것을 특징으로 하는 심리스 튜브 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 천공프러그의 상기 롤고지로부터의 전진거리는 DB× (1 - B)이고, B는 상기 천공 프러그의 선단에서의 감소율로서 0.06 내지 0.08의 범위인 것을 특징으로 하는 심리스 튜브 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 천공 단계에서 상기 빌렛과 상기 가압회전롤의 접촉길이는 상기 빌렛 직경의 2.0 내지 2.5배인 것을 특징으로 하는 심리스 튜브 제조방법.
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