KR20170025430A

KR20170025430A - 고망간강 강관 제조방법

Info

Publication number: KR20170025430A
Application number: KR1020150121863A
Authority: KR
Inventors: 이휘령; 권병기
Original assignee: 주식회사 세아제강
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2017-03-08
Also published as: KR101727989B1

Abstract

망간함유량 10~25%를 함유하는 고망간강 강관을 제조하는 방법이 개시된다. 개시된 방법은 고망간강 소재 판재의 양측 연부가 상호 대면한 상태에서 두께방향으로 외부 V형그루브 및 내부 V형그루브를 4:6 내지 3:7의 깊이 비율로 형성되며, 상기 외부 V형그루브와 내부 V형그루브 사이에 소정 두께의 맛대기부가 형성되도록 상기 판재의 양측 연부의 상하 엣지에 길이방향을 따라 면취밀링을 시행하는 단계와, 상기 외부 V형그루부가 외부를 향하고 상기 내부 V형그루브가 내부를 향하도록 상기 판재를 원통상으로 벤딩하는 단계와, 상기 외부 V형 그루브를 따라 가용접하는 태크웰딩(tack welding) 단계와, 상기 내부 V형 그루브를 따라 용접하여 내부용접부를 형성하는 단계와, 상기 내부 V형 그루브 용접후 상기 외부 V형 그루브를 따라 롱심밀링(Longitudinal Seam Milling) 그루브를 형성하는 단계와, 상기 롱심밀링 그루브를 따라 용접하여 외부용접부를 형성하는 단계를 포함한다. 이와 같은 방법에 의하면 용접부의 용락 및 고온균열을 방지하고, 저온충격 인성값의 저하를 방지할 수 있다.

Description

고망간강 강관 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING A HIGH MANGANESE STEEL PIPE}

본 발명은 고망간강 강관을 제조하는 방법에 관한 것이다.

강관은 보통 탄소강 소재의 평면형 후판에 대해 길이방향 엣지를 엣지밀링으로 절삭하고, 절삭된 2개의 길이방향 엣지를 서로 맞대향시켜 원통상으로 벤딩하고, 서로 맞물린 외면 엣지를 따라 가용접하고, 서로 맞물린 내면 엣지를 따라 내면용접하고, 외면 엣지를 따라 롱심밀링(Longitudinal Seam Milling)하고, 롱심밀링된 외면 엣지를 따라 외면용접하여 제조된다.

강관은 내마모성을 향상시키기 위해 고망간강 소재의 후판으로 제조되기도 한다. 고망간강은 약 10~25%의 망간을 포함하는 것으로서, 탄소강 대비 내마모성은 향상되나 성형성, 절삭성 및 용접성이 저하된다. 더욱 상세히 설명하면, 도 1에 나타내는 바와 같이, 망간 함유량이 증대에 따라 내마모성이 강한 평판형 후판(10)을 원형의 강관(20)으로 성형하는 과정에서 발생하는 응력과 원형으로 구속하여 용접하는 과정에서 발생하는 응력으로 인해 용접 시에 용접부 고온균열 및 용락(Burn-Through)이 발생한다. 도 2는 평판형 후판(10)을 원형의 강관(20)으로 제조할 때의 응력분포를 나타내는 것으로, 두께를 기준으로 강관(20) 외면은 인장응력(Spring back 등의 잔류응력)이 발생하고, 이 인장응력은 용접부 고온균열 및 용락(Burn-Through)을 발생시킨다.

본 발명은 상술한 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 고망간강 소재의 후판을 이용하여 강관을 제조함에 있어 용접부 고온균열 및 용락(Burn-Through)의 발생을 방지할 수 있는 고망간강 강관 제조방법을 제공함에 있다.

상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위한 고망간강 강관 제조방법은, 고망간강 소재 판재의 양측 연부가 상호 대면한 상태에서 두께방향으로 외부 V형그루브 및 내부 V형그루브를 4:6 내지 3:7의 깊이 비율로 형성되며, 상기 외부 V형그루브와 내부 V형그루브 사이에 소정 두께의 맛대기부가 형성되도록 상기 판재의 양측 연부의 상하 엣지에 길이방향을 따라 면취밀링을 시행하는 단계와; 상기 외부 V형그루부가 외부를 향하고 상기 내부 V형그루브가 내부를 향하도록 상기 판재를 원통상으로 벤딩하는 단계와; 상기 외부 V형 그루브를 따라 가용접하는 태크웰딩(tack welding) 단계와; 상기 내부 V형 그루브를 따라 용접하여 내부용접부를 형성하는 단계와; 상기 내부 V형 그루브 용접후 상기 외부 V형 그루브를 따라 롱심밀링(Longitudinal Seam Milling) 그루브를 형성하는 단계와; 상기 롱심밀링 그루브를 따라 용접하여 외부용접부를 형성하는 단계를 포함하여 구성한다.

상기 롱심밀링 그루브는 적어도 상기 맛대기부를 제거하는 깊이로 형성할 수 있다.

상기 롱심밀링 그루브는 상기 맛대기부에 접하는 내부용접부에 대해 판재 두께의 10% 이내의 깊이로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 내부용접부 및 외부용접부의 형성단계는 10-20KJ/cm의 입열량으로 수행하는 것이 바람직하다.

상기 태크웰딩 단계는 50-1M/min의 속도로 수행하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 엣지밀링의 그루브 변경을 통하여 용접부의 균열 민감성을 저감시켜, 용접부의 균열 및 용락(Burn-Through)의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 롱심밀링의 그루브 변경을 통하여 용접부 균열 민감성을 저감시켜 용접부의 균열 및 용락(Burn-Through)의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 용접 시에 입열량 저감을 통하여 저온 충격인성치를 향상시킬 수 있다.

또한, 엣지밀링 시에 절삭속도 변경을 통하여 절삭능력을 향상시키고 건전한 그루브 형상을 확보할 수 있다.

도 1은 평판 형태의 후판을 원통으로 성형할 때 응력상태를 나타내는 도이고,
도 2는 강관의 용접 후에 추가로 발생하는 응력상태를 나타내는 도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 강관을 제조하는 공정을 나타내는 순서도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따은 엣지 밀링 후의 V형 형상을 나타내는 도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 태크 웰딩 및 내면 용접을 설명하기 위한 도, 및
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 롱심밀링 후의 롱심밀링 그루브의 형상을 나타내는 도이다.

본 발명의 실시예에 따라 제조되는 약 10~25%의 망간을 포함하는 고망간 강관(100)은 오일 샌드(oil sand) 원유 시추나 광산 슬러리 처리 등과 같은 내마모성이 요구되는 분야에 사용된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따라 고망간 강관(100)을 제조하는 과정을 나타내는 순서도이다. 고망간 강관(100)은 순서대로 엣지밀링(S110), 프리벤딩(pre-bending)(S111), 프레스벤딩(press bending)(S112), 포스트벤딩(post bending)(S113), 테크웰딩(tack welding)(S114), 내부용접(internal welding)(S115), 롱심밀링(longitudinal seem milling)(S116), 외부용접(external welding)(S117), 초음파 검사(ultrasonic test)(S118), 냉간확관(full length cold expander)(S119), 관단가공(end facing)(S120), 누수검사(hydrostatic test)(S121) 및 용정부 검사(radiographic test)(S122) 과정을 거쳐 제조된다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 엣지밀링 단계 S110에서, 약 10~25%의 망간을 포함하는 소재의 판재에 대해, 강관(100) 제조를 위해, 서로 맞대는 양측 연부가 상호 대면한 상태에서 두께방향으로 외부 V형그루브(110), 내부 V형그루브(120) 및 상기 외부 V형그루브(110)와 내부 V형그루브(120) 사이에 소정 두께의 맛대기부(130)가 형성되도록 상기 판재의 양측 연부의 상하 엣지에 길이방향을 따라 엣지(면취)밀링을 엣지밀러를 이용하여 시행한다(S110). 외부 V형그루브(110)는 상측 제1모서리를 면취밀링하여 형성한 제1외측경사면(112)과 상측 제2모서리를 면취밀링하여 형성한 제2외측경사면(114)으로 이루어진다. 내부 V형 그루브(120)는 하측 제1모서리를 면취밀링하여 형성한 제1내측경사면(122)과 하측 제2모서리를 면취밀링하여 형성한 제2내측경사면(124)으로 이루어진다. 맛대기부(130)는 후술하는 벤딩단계에서 실질적으로 서로 맛붙이는 부분이다.

엣지(면취)밀링은 양측 연부가 상호 대면한 상태에서 두께방향으로 외부 V형그루브 및 내부 V형그루브를 4:6 내지 3:7의 깊이 비율로 형성한다. 내부 V형그루브(120)의 깊이(t2)가 외부 V형그루브(110)의 깊이(t1) 보다 깊게 형성하고, 맛대기부의 길이(t3)는 대략 판재두께(t)와 상관없이 일정한 길이, 예를 들면 5mm로 설정한다. 물론 맛대기부(130)의 길이는 설계에 따라 다르게 설정할 수도 있다. 예를 들면, 판재 두께(t)가 19.0mm라면 외부 V형그루브(110)의 깊이(t1)는 4.2~5.6mm, 내부 V형그루브(120)의 깊이(t2)를 8.4~9.8mm, 맛대기부(130)의 길이(t3)는 5mm가 되도록 엣지밀링을 시행한다. 이와 같이 내부 V형그루브(120)의 깊이(t2)를 외부 V형그루브(110)의 깊이(t1)보다 깊게 하여 균열의 민감성을 낮춤으로써 용접 후에 용접부의 고온균열 및 용락(Burn-Through)의 발생을 방지한다.

또한, 엣지밀링 단계(S110)에서, 절삭 속도를 분당 1.5m 이하로 설정하여 내부 V형그루브(120)와 외부 V형그루브(110)의 건전한 형상을 확보할 수 있다. 즉, 내마모성이 우수한 고망간강 후판 엣지에 대한 절삭속도를 늦추어 내부 V형그루브(120)와 외부 V형그루브(110)를 이루는 경사면(112, 114, 122, 124)의 상태를 양호하게 하여 용접성을 향상시킬 수 있다.

프리벤딩 단계 S111에서, 엣지밀링된 고망간강 후판의 양측 단부를 프레스와 툴을 이용하여 소정의 곡률로 성형한다.

프레스벤딩 단계 S112에서, 소정의 곡률로 양측 단부가 성형된 후판 전체에 대해 프레스와 툴을 이용하여 소정의 직경을 가진 원형으로 성형한다.

포스트벤딩 단계 S113에서, 프레스를 이용하여 원형으로 성형된 후판의 양측 단부의 오픈갭, 즉 양측 단부 사이의 거리를 최소화한다.

도 5 (a)에 나타낸 바와 같이, 테크웰딩 단계 S114에서, 벤딩 성형된 강관에 대해 양측 단부의 용접이 가능하도록 가접합하여 원형을 확보하고, 주용접(SAW: Submerged Arc Welding)이 가능하도록 한다. 안정적 비드를 형성하여 후술하는 롱심밀링 시 작업속도를 향상시키고 내부 용접 시 용접부의 용락(burn through) 방지를 위해, 테크웰딩은 약 50cm~1m/분의 속도로 수행하는 것이 바람직하다. 테크웰딩은 가스금속 아크용접(GMAW:Gas Metal Arc Welding)보다 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW: Flux Cored Arc Welding)하는 것이 균열 발생을 낮출 수 있다. 가스금속 아크용접(GMAW:Gas Metal Arc Welding)은 기본적으로 용가재로서 작용하는 소모전극 와이어를 일정한 속도로 용융지에 송급하면서 전류를 통하여 와이어와 모재 사이에서 아크가 발생되도록 하는 용접법. 이 용접법에서는 연속적으로 송급되는 와이어가 아크의 높은 열에 의행 용융되어 아크 기둥을 거쳐 용융지로 이행되며, 용융부위는 가스노즐을 통해 공급되는 보호가스에 의해 주위의 대기로부터 보호된다. 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW: Flux Cored Arc Welding)은 GMAW용접 장치와 원리를 이용하나 용접에 사용되는 와이어의 내부에 플럭스가 채워지 있는 플럭스 코어드 와이어를 사용한다. FCAW용접은 용착속도가 높고, 용접성이 양호하다.

도 5(b)에 나타낸 바와 같이, 내부 용접단계(S115)에서, 가접합된 강관에 대해 내부 V형 그루브(120)를 따라 SAW기법으로 용접을 수행하여 내부용접부(125)를 형성한다. 이때, 내부용접부(125)는 맛대기부(130)를 지나 외부 V형 그루브(110) 내의 가접합부(140)까지 용융 확장하여 형성된다. 내부용접은 고망간 복합 와이어(composite wire)로 2 전극(pole)을 사용하여 적정 입열량인 10~25KJ/cmm로 수행한다. 만일 10KJ/cm 미만일 경우 불완전 침투(Incomplete Penetration)로 인해 용접불량이 발생하고, 25KJ/cm를 초과할 경우 용접부 용락 및 균열이 발생하여 저온 충격인성치(Impact Test Value)가 스펙 범위를 벗어날 수 있다. 여기서, 저온 충격인성치(Impact Test Value)에 대한 스펙은 CNN(Charpy-V Notch) 시험방법에 의해 측정된 흡수에너지를 27J 이상으로 관리한다. CNN(Charpy-V Notch) 시험방법은 Charpy-V Notch 충격시험기를 이용하여 시험편을 40mm 떨어져 있는 2개의 지지대로 지지하고 시험편의 V-Notch부를 지지대 사이의 중앙에 놓아 뒷면을 해머로 1회 충격을 주어 시험편을 파단하여 흡수에너지(J)를 측정하는 시험을 말한다. 여기서, Charpy 흡수에너지는 Charpy 충격시험기를 사용하여 시험편을 파단하는데 소요되는 에너지(Kgf.m 또는 Joule)를 말하며 Charpy 흡수에너지가 크다는 것은 외부의 충격에 저항할 수 있는 용접부의 강도가 우수하다는 것을 의미한다. 하기 표 1은 입열량 (KJ/cm)로 용접한 내부 용접부에 대해 저온 충격인성치(J)를 -29℃에서 CNN(Charpy-V Notch) 시험방법으로 측정한 값들을 나타낸 것이다. 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 내부 용접시 입열량 26KJ/cm로 수행하였을 경우 용융라인+5mm위치에서의 저온 충역인성치가 25.1(J)로 스펙 27(J)에 미달하였고, 입열량 30KJ/cm로 수행하였을 경우 용융라인+2mm 및 용융라인+5mm 위치에서의 저온 충역인성치가 각각 23.4(J) 및 21.3(J)로 스펙 27(J)에 미달하였다. 반면에, 입열량 25KJ/cm 이하로 수행하였을 경우 모든 위치에서의 저온 충역인성치가 스펙 27(J)을 초과하는 결과를 보였다.

입열량	위치에 따른 저온충격 인성값(J)
입열량	Weld	Fusion Line	Fusion Line+2mm	Fusion Line+5mm	base
15KJ/cm	101.3	98.3	102	79.9	105.2
20KJ/cm	90.6	91.9	60.8	42.9	85.8
25KJ/cm	99.1	59.2	74.7	44.3	68.6
26KJ/cm	102.3	60.7	84.1	25.1	140.5
30KJ/cm	92.8	70.7	23.4	21.3	91.5

도 6 (a)에 나타낸 바와 같이, 롱심밀링(longitudinal seem milling)단계 S116에서, 테크웰딩 단계에서 형성된 가접합부(140) 및 맛대기부(130)를 제거하는 깊이로 롱심밀링 그루브(150)를 형성한다. 롱심밀링 그루브(150)의 깊이는 상기 맛대기부에 접하는 내부용접부에서 판재 두께(t)의 10% 이내의 깊이((t1+t2)∼(t1+t2+1/10t))까지 형성하는 것이 용접부의 균열을 방지하고 용접부 물성을 만족할 수 있다. 예를 들면, 판재 두께(t)가 19.0mm이고, 외부 V형그루브(110)의 깊이(t1)가 4.2mm, 내부 V형그루브(120)의 깊이(t2)가 9.8mm, 맛대기부(130)의 길이(t3)가 5mm일 때, 롱심밀링 그루브(150)의 깊이(t4)는 9.2(t1+t2)∼11.1mm(t1+t2+1/10t)의 깊이로 롱심밀링을 수행한다. 롱심밀링 단계에서, 맛대기부(130)를 완전히 제거하여 절삭하는 이유는 외부용접 시에 내부 용접부(125)와 융합하도록 하기 위한 것이다. 또한, 롱심밀링 그루브(150)의 형성후에 맛대기부(130)가 내부용접부(125)를 덮도록 잔존할 경우 불완전 침투에 따른 용접 불량이 초래될 수 있다. 또한, 롱심밀링 그루브(150)의 깊이가 상기 맛대기부(130)에 접하는 내부용접부로부터 판재 두께(t)의 10%를 초과하는 경우 용접부의 용락 및 고온균열이 발생할 수 있다.

도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 외부 용접단계 S117에서, 롱심밀링 그루브(150)를 따라 SAW기법으로 용접을 수행하여 외부용접부(115)를 형성한다. 이때, 외부용접부(115)는 내부 용접부(125)까지 용융 확장하여 형성된다. 외부용접은 내부 용접과 유사하게 고망간 복합 와이어(composite wire)로 2 전극(pole)을 사용하여 적정 입열량인 10~25KJ/cmm로 수행한다. 만일 10KJ/cm 미만일 경우 불완전 침투(Incomplete Penetration)로 인해 용접불량이 발생하고, 25KJ/cm를 초과할 경우 용접부 용락 및 균열이 발생하여 저온 충격인성치(Impact Test Value)가 스펙 범위를 벗어날 수 있다.

초음파 검사(ultrasonic test)단계 S118에서, 초음파를 이용하여 모재부의 결함(라미네이션), 외부 및 내부 용접부(115, 125)의 결함(크랙, 기공, 슬래그 등) 유무 또는 상태를 비파괴 검사한다.

냉간확관(full length cold expander) 단계 S119에서, 강관의 진원도, 진직도 등 치수 품질 향상과 잔류응력 감소를 위하여 제품 전체를 냉간 확관한다. 냉간확관은 용접이 완료된 강관의 내면에 확관기를 삽입하여 수행한다.

관단가공(end facing) 단계 S120에서, 수요자가 원하는 관단(베벨, 직각)의 형태로 관단면을 가공한다.

누수검사(hydrostatic test) 단계 S121에서, 강관 내로 물을 충전시켜 일정압력으로 가압 유지시켜 누수 결함여부를 확인한다.

용접부 검사(radiographic test) 단계 S122에서, 방사선을 이용하여 용접부의 결함유무 또는 상태를 비파괴 검사한다.

이상과 같이, 단계 S110~S122를 거쳐 고망간강 강관을 제조함에 있어 망간함유량 증가에 따른 고온균열을 방지하고, 대입열 용접(SAW)에 따른 용접부 물성 저하에 따른 저온충격 인성치 저하를 방지할 수 있다.

앞서 설명한 명세서에서, 본 발명 및 그 장점들이 특정 실시예들을 참조하여 설명되었다. 그러나, 아래의 청구항에서 설명하는 바와 같은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변경이 가능함은 이 기술 분야에서 보통의 기술을 가진 자에게 명백할 것이다. 이에 따라, 명세서와 도면은 한정 보다는 본 발명의 예시로서 간주되어야 한다. 모든 이러한 가능한 수정들은 본 발명의 범위 내에서 이루어져야 한다.

100: 강관
110: 외부 V형 그루브
115: 외부 용접부
120: 내부 V형 그루브
125: 외부 용접부
130: 맛대기부
140: 가접합부
150: 롱심밀링 그루브

Claims

고망간강 강관 제조방법에 있어서,
고망간강 소재 판재의 양측 연부가 상호 대면한 상태에서 두께방향으로 외부 V형그루브 및 내부 V형그루브를 4:6 내지 3:7의 깊이 비율로 형성되며, 상기 외부 V형그루브와 내부 V형그루브 사이에 소정 두께의 맛대기부가 형성되도록 상기 판재의 양측 연부의 상하 엣지에 길이방향을 따라 면취밀링을 시행하는 단계와;
상기 외부 V형그루부가 외부를 향하고 상기 내부 V형그루브가 내부를 향하도록 상기 판재를 원통상으로 벤딩하는 단계와;
상기 외부 V형 그루브를 따라 가용접하는 태크웰딩(tack welding) 단계와;
상기 내부 V형 그루브를 따라 용접하여 내부용접부를 형성하는 단계와;
상기 내부 V형 그루브 용접후 상기 외부 V형 그루브를 따라 롱심밀링(Longitudinal Seam Milling) 그루브를 형성하는 단계와;
상기 롱심밀링 그루브를 따라 용접하여 외부용접부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고망간강 강관 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 롱심밀링 그루브는 적어도 상기 맛대기부를 제거하는 깊이로 형성하는 것을 특징으로 하는 고망간강 강관 제조방법.
제 2항에 있어서,
상기 롱심밀링 그루브는 상기 맛대기부에 접하는 내부용접부에 대해 판재 두께의 10% 이내의 깊이로 형성하는 것을 특징으로 하는 고망간강 강관 제조방법.
제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내부용접부 및 외부용접부의 형성단계는 10-20KJ/cm의 입열량으로 수행하는 것을 특징으로 하는 고망간강 강관 제조방법.
제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 태크웰딩 단계는 50cm-1M/min의 속도로 수행하는 것을 특징으로 하는 고망간강 강관 제조방법.