KR20120135599A - 세미심리스 튜브의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속스트립을 튜브 형상으로 성형한 후 맞대어진 가장자리를 용접하여 이음매 튜브를 형성한 다음 이 이음매 튜브 내에 플러그를 삽입하여 인발시키는 비교적 간단한 공정을 통해 통상의 심리스 튜브보다 기계적인 특성이 더욱 향상된 튜브가 제공될 수 있도록 한 세미심리스 튜브의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 세미심리스 튜브의 제조방법은, 튜브로 성형될 금속스트립을 이송하는 소재이송단계와, 상기 금속스트립을 성형롤러쌍을 통해 튜브 형상으로 성형하는 포밍단계와, 상기 튜브의 서로 맞대어진 가장자리를 용접하여 이음매 튜브를 형성하는 용접단계와, 상기 이음매 튜브 내에 플러그를 삽입한 후 다이스를 통해 세미심리스 튜브로 인발하는 인발단계를 포함하여 이루어진다.

Description

세미심리스 튜브의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF SEAMLESS TUBE}
본 발명은 세미심리스 튜브의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속스트립을 튜브 형상으로 성형한 후 맞대어진 가장자리를 용접하여 이음매 튜브를 형성한 다음 이 이음매 튜브 내에 플러그를 삽입하여 인발시키는 비교적 간단한 공정과 적은 비용으로 통상의 심리스 튜브보다 기계적인 특성이 더욱 향상된 튜브가 제공될 수 있도록 한 세미심리스 튜브의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 튜브(관)는 그 제조방법에 따라 금속스트립(띠강)을 관 형상으로 성형한 후 용접을 통해 이음매를 형성함으로써 제조되는 이음매 튜브(welded tube)과, 강괴 자체를 심봉을 이용하여 중공관 형태로 인발 또는 압출하거나 또는 회전하는 주형의 내부에 용탕을 주입하는 원심주조기술을 통해 중공관 형태로 성형함으로써 제조되는 이음매없는 튜브, 일명 심리스 튜브(seamless tube)로 분류된다.
이음매 튜브는 심리스 튜브에 비해 제조공정이 비교적 단순하여 제조비용이 절감되고 생산성이 향상되는 장점이 있기는 하지만, 용접에 의한 이음매로 인하여 누설의 위험이 크며 외부표면조도나 내부표면조도가 떨어지는 문제점이 있다.
이와 반대로 심리스 튜브는 누설위험이나 표면조도 등에서 이음매 튜브 보다 품질이 보증되는 장점이 있기는 하지만, 제조설비를 구축하는 데 상당한 투자비용이 소요되고 특히 원심주조기술을 적용하는 경우에는 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 금속스트립을 튜브 형상으로 성형한 후 맞대어진 가장자리를 용접하여 이음매 튜브를 형성한 다음 이음매 튜브 내에 플러그를 삽입하여 인발시키는 비교적 간단한 공정과 적은 비용으로 통상의 심리스 튜브보다 기계적인 특성이 더욱 향상된 튜브가 제공될 수 있도록 한 세미심리스 튜브의 제조방법을 제공하는 것이다.
전술한 본 발명의 목적은, 튜브로 성형될 금속스트립을 이송하는 소재이송단계와, 상기 금속스트립을 성형롤러쌍을 통해 튜브 형상으로 성형하는 포밍단계와, 상기 튜브의 서로 맞대어진 가장자리를 용접하여 이음매 튜브를 형성하는 용접단계와, 상기 이음매 튜브 내에 플러그를 삽입한 후 다이스를 통해 세미심리스 튜브로 인발하는 인발단계를 포함하여 이루어지는 세미심리스 튜브의 제조방법을 제공함에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 인발단계를 거친 세미심리스 튜브로부터 상기 인발단계에서 가해진 그리스를 제거하는 그리스제거단계를 더 포함하여 이루어진다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 그리스제거단계를 거친 세미심리스 튜브를 열처리하는 열처리단계를 더 포함하여 이루어진다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 열처리단계 이후에 상기 세미심리스 튜브의 성능을 테스트하는 성능테스트단계를 더 포함하여 이루어진다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 포밍단계에서 상기 금속스트립은 상기 금속스트립의 이송방향에 따라 더 작은 곡률반경을 가지는 다단의 성형롤러쌍에 의해 점차적으로 튜브 형상으로 성형된다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 인발단계에서 상기 이음매 튜브는 인발방향으로 갈수록 내경이 감소하는 상기 다이스의 인발공과 상기 플러그의 사이공간을 통해 세미심리스 튜브로 인발된다.
본 발명에 따른 세미심리스 튜브의 제조방법에 의하면, 금속스트립을 튜브 형상으로 성형한 후 맞대어진 가장자리를 용접하여 통상의 이음매 튜브를 1차적으로 제조한 다음 이음매 튜브 내에 플러그를 삽입하여 세미심리스 튜브로 인발시킴에 따라 비교적 간단한 공정과 적은 비용으로 통상의 심리스 튜브와 동일한 기계적인 특성을 가진 튜브를 제조할 수 있는 탁월한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 세미심리스 튜브의 제조방법의 공정순서도.
도 2는 본 발명에 따른 세미심리스 튜브의 제조방법에 있어서, 소재이송단계를 나타내는 사진.
도 3은 본 발명에 따른 세미심리스 튜브의 제조방법에 있어서, 포밍단계를 나타내는 사진.
도 4는 본 발명에 따른 세미심리스 튜브의 제조방법에 있어서, 용접단계를 나타내는 사진.
도 5는 본 발명에 따른 세미심리스 튜브의 제조방법에 있어서, 인발단계를 나타내는 사진.
도 6은 도 5에 따른 인발단계의 상세단면구조도.
본 발명에 따른 세미심리스 튜브의 제조방법은, 비교적 간단한 공정과 적은 비용으로 통상의 심리스 튜브보다 기계적인 특성이 더욱 향상된 튜브가 제조될 수 있도록 하기 위한 것으로, 도 1 내지 도 6에 도시되는 바와 같이, 튜브로 성형될 금속스트립을 이송하는 소재이송단계(S101)와, 이송된 금속스트립을 성형롤러쌍을 통해 튜브 형상으로 성형하는 포밍단계(S102)와, 튜브의 서로 맞대어진 가장자리를 용접하여 이음매 튜브(3)를 형성하는 용접단계(S103)와, 이음매 튜브(3) 내에 플러그를 삽입한 후 다이스를 통해 세미심리스 튜브(5)로 인발하는 인발단계(S104)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 소재이송단계(S101)는 세미심리스 튜브(5)로 최종적으로 가공될 소재인 금속스트립을 포밍단계(S102)를 위한 성형롤러쌍으로 제공하는 단계로서, 이 소재이송단계(S101)에서는 도 2에 도시되는 바와 같이, 예를 들어 스테인레스강관 같은 금속재에 의해 띠 형상으로 제조된 후 코일 형태로 권취된 금속스트립 코일을 권취방향과 반대방향으로 회전시켜 금속스트립을 포밍단계(S102)를 위한 성형롤러쌍으로 진입시키게 된다.
전술한 소재이송단계(S101) 이후에는 포밍단계(S102)가 행해지는데, 이 포밍단계(S102)는 소재이송단계(S101)에서 이송된 금속스트립을 성형롤러쌍을 통해 튜브 형상으로 성형하는 단게로서, 이 포밍단계(S102)에서는 도 3에 도시되는 바와 같이, 금속스트립의 이송방향에 따라 더 작은 곡률반경을 가지는 다단의 성형롤러쌍에 의해 금속스트립이 점차적으로 튜브 형상으로 성형되는 것이 바람직하다. 또한 다단의 성형롤러쌍은 도 3에 도시되는 바와 같이, 수평방향과 수직방향으로 교호적으로 배열되는 것이 바람직하다.
전술한 포밍단계(S102) 이후에는 용접단계(S103)가 행해지는데, 이 용접단계(S103)는 포밍단계(S102)에 의해 튜브 형상으로 성형되어 서로 맞대어진 가장자리를 용접하여 통상의 이음매 튜브(3)를 1차적으로 제조하는 단계로서, 용접단계(S103)에서는 도 4에 도시되는 바와 같이, 포밍단계(S102)를 실행하는 다단의 성형롤러쌍의 최종단부측에 설치되는 아크용접기 또는 레이저용접기에 의해 서로 맞대어진 가장자리가 자동으로 연속 용접된다.
전술한 소재이송단계(S101), 포밍단계(S102) 및 용접단계(S103)는 통상의 이음매 튜브의 제조방법과 동일한 바, 여기서는 명세서의 간략화를 위해 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
전술한 용접단계(S103) 이후에는 인발단계(S104)가 행해지는데, 이 인발단게(S104)는 도 5 및 도 6에 도시되는 바와 같이 이음매 튜브(3) 내에 지지대(40)와 연결된 플러그(30)를 삽입한 후 다이스(20)를 통해 세미심리스 튜브(5)로 인발하는 단계로서, 이 인발단계(S104)에서는 전술한 소재이송단계(S101), 포밍단계(S102) 및 용접단계(S103)를 거쳐 제조된 이음매 튜브(3)가 인발방향으로 갈수록 내경이 감소하는 다이스(20)의 인발공과 이음매 튜브(3) 내에 삽입된 플러그(30)의 사이공간을 통해 인발되면서 세미심리스 튜브(5)로 제조된다.
인발단계(S104)를 거친 세미심리스 튜브(5)의 외경은 다이스(20)의 인발공 중 최후방측 직경에 상응하고 인발단계(S104)를 거친 세미심리스 튜브(5)의 내경 및 내부형상은 이음매 튜브(3) 내에 삽입된 플러그(30)의 크기나 형상에 의해 결정된다.
전술한 인발단계(S104) 이후에는 그리스제거단계(S105)가 행해지는데, 이 그리스제거단계(S105)는 전술한 인발단계(S104)를 거친 세미심리스 튜브(5)로부터 인발단계시 가해진 그리스를 제거하는 단계로서, 이 그리스제거단계(S105)에서는 인발단계(S104)를 거친 세미심리스 튜브(5)를 그리스세척액으로 세정후 건조시키게 된다.
전술한 그리스제거단계(S105) 이후에는 열처리단계(S106)가 행해지는데, 이 열처리단계(S106)는 전술한 그리스제거단계(S105)를 거친 세미심리스 튜브(5)를 열처리하여 기계적인 특성을 향상시키는 것으로, 이 열처리단계(S106)에서는 통상의 튜브용 어닐링로를 통해 세미심리스 튜브(5)를 열처리하게 된다.
열처리단계(S106) 이후에는 성능테스트단계(S107)가 행해지는데, 이 성능테스트단계(S107)는 세미심리스 튜브(5)의 출하 이전에 세미심리스 튜브(5)의 성능 또는 품질을 테스트하는 단계로서, 이 성능테스트단계(S107)에서는 주로 내압성능을 테스트하거나 파열부위가 없는지 검사하여 이상이 없는 세미심리스 튜브(5)만을 출하하게 된다.
항목 항복강도(kgf/㎟) 인장강도(kgf/㎟) 연신율(%) 경도(HRB)
심리스 튜브 29 57 60 80
세미심리스 튜브 27 59 59 81
상기 도표는 본 발명에 따른 세미심리스 튜브의 제조방법에 의해 제조된 세미심리스 튜브(5)의 기계적인 특성을 통상적인 심리스 튜브와 비교한 실험데이터이다. 상기 도표에서 사용된 금속은 ASTM A269 TP 316L 재질의 스테인레스강이다.
도표에 기재된 바와 같이 통상적인 심리스 튜브는 29 kgf/㎟의 항복강도를 가지는데 반해, 본 발명에 따른 세미심리스 튜브의 제조방법에 의해 제조된 세미심리스 튜브(5)는 27 kgf/㎟의 항복강도를 가져, 심리스 튜브와 크게 차이가 나지 않는다. 다음으로 인장강도를 살펴보면, 심리스튜브의 인장강도는 57 kgf/㎟의 인장강도를 가지나, 본 발명에 따른 세미심리스 튜브의 경우는 59 kgf/㎟의 인장강도를 가져, 심리스 튜브보다 더 높은 인장강도를 가진다. 즉, 인장강도가 심리스 튜브에 비해 약간 더 높기 때문에 설치에 따른 휨 등에 따른 인장에 더 잘 견딜 수 있는 효과를 가진다. 연신율을 살펴보면, 심리스 튜브가 60%의 연신율을 가지나, 본 발명에 따른 세미심리스 튜브는 59%의 연신율을 가진다. 따라서 연신율은 심리스 튜브와 대동소이하다. 경도를 살펴보면, 심리스 튜브의 경도가 80인데 비해, 세미심리스 튜브의 경우는 81로 약간 더 높음을 보여주나, 심리스 튜브와 큰 차이가 없음을 보여준다.
따라서, 본 발명에 따른 세미심리스 튜브의 제조방법에 의하면, 금속스트립을 튜브 형상으로 성형한 후 맞대어진 가장자리를 용접하여 통상의 이음매 튜브(3)를 1차적으로 제조한 다음 이음매 튜브(3) 내에 플러그를 삽입하여 세미심리스 튜브(5)로 인발시킴에 따라 비교적 간단한 공정과 적은 비용으로 통상의 심리스 튜브와 같은 기계적인 특성(인장강도, 항복강도, 연신률, 경도)을 가지는 튜브를 제조할 수 있다.
S101 : 소재이송단계
S102 : 포밍단계
S103 : 용접단계
S104 : 인발단게
S105 : 그리스제거단계
S106 : 열처리단계
S107 : 성능테스트단계

Claims (6)

  1. 튜브로 성형될 금속스트립을 이송하는 소재이송단계;
    상기 금속스트립을 성형롤러쌍을 통해 튜브 형상으로 성형하는 포밍단계;
    상기 튜브의 서로 맞대어진 가장자리를 용접하여 이음매 튜브를 형성하는 용접단계; 및
    상기 이음매 튜브 내에 플러그를 삽입한 후 다이스를 통해 세미심리스 튜브로 인발하는 인발단계;
    를 포함하여 이루어지는 세미심리스 튜브의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 인발단계를 거친 세미심리스 튜브로부터 상기 인발단계에서 가해진 그리스를 제거하는 그리스제거단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 세미심리스 튜브의 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 그리스제거단계를 거친 세미심리스 튜브를 열처리하는 열처리단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 세미심리스 튜브의 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 열처리단계 이후에 상기 세미심리스 튜브의 성능을 테스트하는 성능테스트단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 세미심리스 튜브의 제조방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 포밍단계에서 상기 금속스트립은 상기 금속스트립의 이송방향에 따라 더 작은 곡률반경을 가지는 다단의 성형롤러쌍에 의해 점차적으로 튜브 형상으로 성형되는 것을 특징으로 하는 세미심리스 튜브의 제조방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 인발단계에서 상기 이음매 튜브는 인발방향으로 갈수록 내경이 감소하는 상기 다이스의 인발공과 상기 플러그의 사이공간을 통해 세미심리스 튜브로 인발되는 것을 특징으로 하는 세미심리스 튜브의 제조방법.
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