KR20160078836A - 전기저항용접 강관의 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기저항용접에 의하여 제조된 강관에 발생할 수 있는 직진도 불량을 억제할 수 있는 전기저항용접 강관의 제조장치 및 제조방법을 제공한다.

Description

전기저항용접 강관의 제조장치 및 제조방법 {METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING ELECTRIC RESISTANCE WEDLED PIPE}

본 발명은 전기저항용접 (ERW)을 실시하여 제조하는 강관에 관한 것으로, 전기저항용접에 의하여 제조된 강관에 발생할 수 있는 직진도 불량을 억제할 수 있는 전기저항용접 강관의 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

종래의 전기저항용접 (ERW; Electric Resistace Welded) 강관은 조관 - 용접 (ERW) - 심 어닐링 - 공냉 - 수냉 - 사이징 (sizing)의 공정을 거치면서 강관을 제조하는 것이 일반적이다.

그러나, 전기저항용접 (ERW)은 용접 부위를 중심으로 압접 용해 용접이 이루어지므로, 이때 발생한 열이 용접 부위의 주변으로 전도되게 된다. 이렇게 전도된 열에 의하여, 이후, 열처리, 공냉 및 수냉공정을 거치면서 강관 내의 열응력 불균형이 발생하게 되어 강관 내 잔류응력이 존재하게 되고, 용접부 (bondline)를 중심으로 강관이 휘어지는 현상이 발생하게 된다.

상기와 같은 강관의 휨 현상을 방지하기 위하여, 사이징 (sizing) 시 휜 방향의 반대방향으로 하중을 주어 파이프의 직진도를 향상시키는 작업을 진행하지만, 일반적으로 그 효과가 미미하거나 오히려 반대방향으로 파이프가 다시 휘는 현상이 발생하게 된다. 이는 사이징 (sizing) 으로 휨 현상을 제어하기는 힘들다는 것을 의미한다. 강관의 휨 현상을 방지하기 위한 또 다른 방법으로는, 완성된 전기저항용접 (ERW) 강관을 프레스를 사용하여 냉간 가공을 실시하는 방법으로, 휘어진 방향으로 냉간 가공을 실시하여 휨을 교정하게 된다. 이러한 방법을 통하여 강관의 휘어짐을 교정하여 직진도를 향상시킬 수 있으나, 용접부를 중심으로 하여 균열현상이 발생하는 문제가 있다.

본 발명의 일태양은 전기저항용접 강관이 휘어지는 현상을 방지할 수 있는 전기저항용접 강관의 제조장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 또 다른 일태양은 전기저항용접 강관이 휘어지는 현상을 방지할 수 있는 전기저항용접 강관의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일태양은 강판을 강관형태로 조관하는 조관수단; 상기 조관된 강판을 전기저항용접으로 용접하여 강관을 제조하는 용접수단; 및 상기 용접된 강관을 냉각하는 냉각수단을 포함하는 강관의 제조장치에 있어서, 상기 냉각수단은 상기 용접된 강관의 외면 둘레에 균일하게 물을 분사하는 분사노즐을 구비하는 전기저항용접 강관의 제조장치를 제공한다.

본 발명의 또 다른 일태양은 강판을 강관형태로 조관하는 단계; 상기 조관된 강판을 전기저항용접으로 용접하여 강관을 제조하는 단계; 및 상기 용접된 강관의 외면 둘레에 균일하게 물을 분사하여 냉각하는 단계를 포함하는 전기저항용접 강관의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따라 전기저항용접 강관을 제조함으로써, 추가적인 후처리 없이도 강관의 휘어짐을 방지할 수 있으므로, 전기저항용접 강관의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 전기저항용접 강관의 냉각공정을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 전기저항용접 강관의 제조장치의 냉각수단 내부의 개념적인 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 전기저항용접 강관의 제조장치의 냉각수단의 개념적인 사시도이다.

본 발명은 전기저항용접 강관이 휘어지는 현상을 방지할 수 있는 전기저항용접 강관의 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

상기 설명한 바와 같이, 전기저항용접에 의한 강관 내의 열응력 불균형에 의하여 전기저항용접 강관의 휘어짐 현상이 발생하게 된다. 이와 같은 강관 내의 열응력 불균형의 균형을 잡아주기 위해서는 냉각공정의 제어가 가장 중요하다. 이 냉각공정에서 강관 전체를 충분히 냉각시키지 않으면 강관 내의 열응력 불균형이 잔존하게 되어 휘어짐 현상이 발생시킨다.

도 1과 같은 종래의 냉각수단 (10)은 과열된 강관의 용접부를 냉각시키기 위하여, 가이드 롤러 (13)에 의하여 이동하는 강관의 이동방향에 따라, 강관의 상부에 분사노즐 (12)을 구비한 파이프 (21)를 배치하고 있어, 용접부에만 물을 분사하여 냉각시킨다. 그러나, 상기 종래의 냉각수단 (10)에 의한 냉각공정은 용접부를 중심으로 한 냉각이 이루어지므로 충분히 강관 원주 전체를 냉각시키기에는 한계가 있다. 또한, 상기와 같은 종래의 냉각수단 외에 강관 전체를 물에 침지시켜 라인을 통과시키는 냉각공정이 사용되기도 하나, 강관 전체를 물에 침지하는 냉각공정은 공냉을 통해 나오는 강관의 온도가 300℃ 전후로 형성됨으로써, 침지 시 강관 표면에 수막이 형성되어 냉각을 방해하게 되어 강관의 냉각성능을 저하시킨다.

결국, 상기와 같은 종래의 냉각공정을 거친 후, 사이징 (sizing)을 실시한 강관은 열응력 불균형 및 잔류응력이 잔존하게 되어 강관이 휘어지는 현상이 발생하게 되고, 이러한 현상은 강관의 구경(Diameter)이 작고, 소재의 두께가 얇을수록 심하게 나타나게 된다.

본 발명의 일태양인 전기저항용접 강관의 제조장치는 강판을 강관형태로 조관하는 조관수단; 상기 조관된 강판을 전기저항용접으로 용접하여 강관을 제조하는 용접수단; 및 상기 용접된 강관을 냉각하는 냉각수단을 포함하는 강관의 제조장치에 있어서, 상기 냉각수단은 상기 용접된 강관의 외면 둘레에 균일하게 물을 분사하는 분사노즐이 구비된다.

여기에서, 상기 냉각수단 (20)은 상기 용접된 강관과 일정거리 이격되어 상기 용접된 강관의 이동방향을 따라 강관의 둘레에 배치되는 다수의 파이프 (21)와 상기 파이프에 부착되어 상기 용접된 강관방향으로 향하도록 구비된 다수의 상기 분사노즐 (22)을 포함하고, 상기 파이프의 내부에는 물이 이동하고 상기 파이프 내부의 물이 상기 분사노즐을 통하여 상기 용접된 강관의 외면에 분사되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 상기 파이프 (21)를 배치하고 상기 분사노즐 (22)을 구비함으로써, 상기 용접된 강관의 외면의 둘레 전체에 골고루 물을 분사할 수 있고, 강관 내의 열응력 불균형의 균형을 잡아줄 수 있다.

또한, 상기 냉각수단 (20)의 상기 파이프는 상기 용접된 강관과 10~50cm 이격되어 배치되는 것이 바람직하다. 상기 간격이 10cm 미만일 때는, 전체둘레가 아닌 국부적인 부분의 냉각효과를 나타내게 되고, 50cm 초과일 때는 파이프뿐만 아니라 불필요한 대기중의 분사가 발생하게 되며, 파이프 표면에서의 분사수압이 약화되는 현상이 나타날 수 있다.

상기 파이프 (21)는 상기 용접된 강관의 둘레에 일정한 간격을 두고 8~20개가 배치되는 것이 바람직하다. 8개 미만일 때에는 강관 전둘레에 대한 동일한 수압의 분사가 어려우며, 20개를 초과하면 옆노즐의 분사수에 의한 상쇄효과로 효율저하가 발생할 수 있다.

본 발명의 분사노즐 (22)은 상기 파이프에 3~30cm의 간격을 두고 연속적으로 부착되는 것이 바람직하다. 상기 간격이 5cm 미만일 때는 분사노즐의 분사수간의 상쇄효과로 효율이 저하하고 되고, 30cm 초과일 때는 파이프 길이방향으로 냉각수의 미분사 구역이 발생할 수 있다.

상기 냉각수단 (20)의 상기 용접된 강관이 출입하는 입구와 출구에는 상기 용접된 강관의 이동을 안내하는 가이드 롤러 (13)를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 일태양인 전기저항용접 강관의 제조방법은 강판을 강관형태로 조관하는 단계; 상기 조관된 강판을 전기저항용접으로 용접하여 강관을 제조하는 단계; 및 상기 용접된 강관의 외면 둘레에 균일하게 물을 분사하여 냉각하는 단계를 포함한다.

상기 강관의 미세조직은 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 것이 바람직하고, 면적분율로, 상기 페라이트를 30~50 % 및 상기 펄라이트를 50~70 % 포함하는 것이 보다 바람직하다. 상기 미세조직이 면적분율로, 페라이트 30% 미만 및 펄라이트 70% 초과할 경우에는 본 발명을 통한 파이프 휨방지 효과가 크게 나타나지 않으며, 페라이트 50% 초과 및 펄라이트 50% 미만일 경우에는 휨 현상 발생 시 파이프 휨이 크게 나타나 효과를 크게 개선시키지 못할 수 있다.

또한, 상기 강관은 26.67~114.3mm의 외경을 가지며, 5.2~22.2 mm의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 상기 외경이 26.67m미만 및/또는 소재두께가 5.2mm 미만일 때에는 강관의 외경이 너무 작아 강관의 제어가 난이하며, 상기 외경이 114.3mm 초과 및/또는 소재두께가 22.2mm를 초과할 때에는 파이프 휨 현상으로 인한 문제가 발생하지 않으므로, 본 발명에 적용되는 강관은 강관은 26.67~114.3mm의 외경을 가지며, 5.2~22.2 mm의 두께를 가지는 것이 바람직하다.

상기 냉각 단계에서 상기 용접된 강관을 100℃이하로 냉각하는 것이 바람직하다. 상기 냉각이 100℃초과로 냉각될 때에는 강관의 잔열로 인한 국부적 열 잔류응력이 남아있을 수 있어 사이징 (sizing) 후 파이프 휨 현상이 발생할 수 있으므로, 용접된 강관 100℃이하로 냉각하는 것이 바람직하다.

상기 냉각 단계 이후에 상기 냉각된 강관을 사이징 (sizing) 하는 단계를 추가적으로 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명한다.

[ 실시예 ]

J55, X52 및 K55 등급 (grade) 강재를 전기저항용접 (ERW) 조관라인에서 대하여 170kW에서 250kW의 입열량을 가한 전기저항용접 (ERW) 파이프를 도 1의 종래의 냉각수단으로 냉각한 비교예 1 내지 3과 도 2의 본 발명의 수냉수단으로 냉각한 발명예 1 내지 3에 대한 외경 및 두께를 표 1에 나타내었다. 또한, 상기 비교예 및 발명예들의 용접부 온도 및 Hook end를 측정하여 표 1에 나타내었다. 여기에서, Hook end의 측정은 API 5CT Specification (Measuring end straightness)에 기재된 방법으로 측정하였으며, 관단에서 1.5m 떨어진 지점에서 관단부분의 휨정도 측정하였다. 상기 API 기준에서는 상기 Hook end 값이 3.18 mm 이내이면 기준을 만족하는 것으로 본다.

	Grade	외경(mm)	두께(mm)	수냉후 온도(℃)	Hook end측정(mm)
비교예 1	J55	60	4.78	68	3.35
비교예 2	X52	114.3	5.84	61	3.65
비교예 3	K55	219	8.94	71	3.55
발명예 1	J55	60	4.78	45	1.1
발명예 2	X52	114.3	5.84	47	1.3
발명예 3	K55	219	8.94	43	1.25

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각수단을 사용한 발명예들이 비교예들과 비교하여, 수냉 후 용접부의 온도가 낮은 것으로 보아 본 발명에 따른 냉각수단이 냉각성능이 뛰어난 것을 확인할 수 있으며, Hook end 값도 확연히 발명예가 비교예와 비교하여 확연히 낮은 것으로 보아 강관 전체를 균일하게 냉각하여 휨현상을 일어나지 않게 하고 있음을 알 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

10: 종래의 냉각수단
11: 종래의 파이프
12: 종래의 분사노즐
13: 가이드 롤러
20: 본 발명의 냉각수단
21: 본 발명의 파이프
22: 본 발명의 분사노즐

Claims (12)

1. 강판을 강관형태로 조관하는 조관수단; 상기 조관된 강판을 전기저항용접으로 용접하여 강관을 제조하는 용접수단; 및 상기 용접된 강관을 냉각하는 냉각수단을 포함하는 강관의 제조장치에 있어서,
   상기 냉각수단은 상기 용접된 강관의 외면 둘레에 균일하게 물을 분사하는 분사노즐을 구비하는 전기저항용접 강관의 제조장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각수단은 상기 용접된 강관과 일정거리 이격되어 상기 용접된 강관의 이동방향을 따라 배치되는 다수의 파이프와 상기 파이프에 부착되어 상기 용접된 강관방향으로 향하도록 구비된 다수의 상기 분사노즐을 포함하고, 상기 파이프의 내부에는 물이 이동하고 상기 파이프 내부의 물이 상기 분사노즐을 통하여 상기 용접된 강관의 외면에 분사되는 전기저항용접 강관의 제조장치.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 파이프는 상기 용접된 강관과 10~50cm 이격되어 배치되는 상기 냉각수단을 포함하는 전기저항용접 강관의 제조장치.
   
4. 제 2 항에 있어서, 상기 파이프가 상기 용접된 강관의 둘레에 일정한 간격을 두고 8~20 개가 배치되는 상기 냉각수단을 포함하는 전기저항용접 강관의 제조장치.
   
5. 제 2 항에 있어서, 상기 파이프에 3~30cm의 간격을 두고 연속적으로 부착된 상기 분사노즐을 구비하는 상기 냉각수단을 포함하는 전기저항용접 강관의 제조장치.
   
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 냉각수단의 상기 용접된 강관이 출입하는 입구와 출구에는 상기 용접된 강관의 이동을 안내하는 가이드 롤러를 구비하는 전기저항용접 강관의 제조장치.
   
7. 강판을 강관형태로 조관하는 단계;
   상기 조관된 강판을 전기저항용접으로 용접하여 강관을 제조하는 단계; 및
   상기 용접된 강관의 외면 둘레에 균일하게 물을 분사하여 냉각하는 단계를 포함하는 전기저항용접 강관의 제조방법.
   
8. 제 7 항에 있어서, 상기 강관의 미세조직은 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 전기저항용접 강관의 제조방법.
   
9. 제 8 항에 있어서, 상기 강관의 미세조직은, 면적분율로, 상기 펄라이트를 30~50% 및 상기 펄라이트를 50~70% 포함하는 전기저항용접 강관의 제조방법.
   
10. 제 7 항에 있어서, 상기 강관은 26.67~114.3mm의 외경을 가지며, 5.2~22.2mm의 두께를 가지는 전기저항용접 강관의 제조방법.
    
11. 제 7 항에 있어서, 상기 냉각 단계에서 상기 용접된 강관을 100℃이하로 냉각하는 전기저항용접 강관의 제조방법.
    
12. 제 7 항에 있어서, 상기 냉각 단계 이후에 상기 냉각된 강관을 사이징 (sizing) 하는 단계를 추가적으로 포함하는 전기저항용접 강관의 제조방법.

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