KR20170031772A - 경화되고 템퍼링된 구조 부재를 제조하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
경화되고 템퍼링된 구조 부재를 제조하기 위한 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
예를 들어 코일형 강철과 같은 재료를, 구조 부재의 선택된 구간에서 균일하거나 상이한, 표적화된 특성을 가진, 롤 성형되고, 경화되고 템퍼링된 구조 부재로 인라인 열처리, 경화 및 템퍼링하는 시스템 및 방법에 관한다. 상이한 표적화된 특성은 특정한 파라미터에 의존하는 재료를 가열 및/또는 냉각하는 것에 의해 얻어질 수 있다.
Description
[우선권 주장]
이 국제 출원은 2014년 7월 22일자로 출원된 미국 가출원 번호 제14/337,921호(발명의 명칭: 경화되고 템퍼링된 구조 부재를 제조하기 위한 시스템 및 방법)에 기초한 우선권을 주장하고, 그 이익을 향유하며, 그 모든 내용은 참조로 이 명세서에 포함된다.
일반적으로, 경화되고 템퍼링된 구조 부재를 제조하는 인라인 (in-line) 시스템 및 방법이 교시된다. 보다 구체적으로, 급격한 유도 가열 및 급속 냉각을 이용하여, 놀랍도록 최소한의 뒤틀림을 갖는 경화되고 템퍼링된 구조 부재를 제조하는 인라인 시스템 및 관련 방법이 교시된다. 일부 실시 형태에서, 인라인 시스템 및 방법은 균일한 물리적 특성을 갖는 구조 부재를 생성하고, 다른 실시 형태에서는 둘 이상의 영역에 존재하는 둘 이상의 물리적 특성을 갖는 구조 부재를 생성한다.
강철(steel)과 같은 재료의 가열 및 냉각은, 대형 트럭과 같은 자동차용 프레임 레일을 포함하는 구조 부재 등의 완제품을 성형하는 데 사용되는 이용 재료의 특성을 변화시킬 수 있다. 또한, 목표로 하는 가열, 냉각, 다른 공정 또는 이들의 조합은, 특성을 목표로 하는 특성 또는 파라미터로 변화시킬 수 있다. 이를 위해, 재료를 가열 및/또는 냉각하는 다양한 공정이 개발되었다. 그러나, 현재 알려진 공정은, 수정에 상당한 비용과 시간이 소요되는 뒤틀림(활 모양 또는 휨 등)을 갖는 구조 부재를 생성한다. 또한, 구조 부재와 같은 금속 제품을 경화 및/또는 템퍼링하는 공지된 시스템은 상당한 비용과 시간이 소요되고/거나, 비교적 비효율적인 것으로 판명되었다. 마지막으로, 구조 부재와 같은 금속을 경화 및/또는 템퍼링하는 공지된 시스템은 공장의 넓은 면적(‘풋 프린트’)에 걸쳐 서로 분리된 다수점의 장비를 필요로 하며, 이는 하나의 처리 스테이션으로부터 다른 처리 스테이션으로의 고온의 금속 부품의 물리적 이송을 필요로 한다. 이러한 고온의 금속 부품의 물리적 이송은 안전 문제뿐만 아니라, 제품을 더욱 뒤틀리게 할 수 있다.
예를 들어, 강철의 가열 및 담금질(quenching) 및/또는 냉수 분무를 이용하는 종래의 방법은, 일반적으로 가열을 위한 대형 로(爐) 또는 오븐 및 스프레이 또는 담금질과 같은 급속 냉각을 위한 대형 탱크를 필요로 한다. 상술한 바와 같이, 그러한 대형 장비는 넓은 면적(‘풋 프린트’)이나 제조 공간을 필요로 하는데, 이는 상당한 비용이 들고 비효율적일 수 있다. 또한, 그러한 대형 장비간의 제품의 이송은 어렵고/거나, 노동 집약적이다. 예를 들어, 제1 위치의 대형로/오븐에서 제2 위치의 대형 냉각 또는 담금질 장비로의 이행은, 처리된 장비를, 포크 트럭, 화물 트럭, 레일 등에 의해 제조 현장의 하나의 영역에서 다른 영역으로 (예를 들어, 가열 영역으로부터 담금질 영역으로), 또는 심지어 하나의 제조 건물에서 다른 제조 건물로 이송하는 것이 필요할 수 있다. 하나의 공정 장비에서 다음 공정 장비로 작업편을 이송하는 것은, 상당한 비용이 들고/거나 상당한 시간이 소요되므로, 생산 비용, 생산 시간, 및/또는 생산성이나 이익을 저하시키는 비효율성을 증대시킬 수 있다.
따라서, 해당 기술분야에서는, 경화되고 및 템퍼링된 구조 부재를 제조하고, 최소한의 뒤틀림을 가진 경화되고 템퍼링된 구조 부재를 제조하기 위한 기존의 다중 설비 또는 대형 풋 프린트 시스템의 문제점을 극복해야 할 필요성이 존재한다.
본 발명은 재료를 인라인 경화 및 템퍼링 또는 처리하여 구조 부재를 제조하는 시스템 또는 방법에 관한 것으로, 상기 재료를 롤 성형한 후 유도 가열하고, 상기 구조 부재를 급속 냉각하여 표적화된 방법으로 상기 재료의 물리적 특성을 변화시키는 것을 포함하며, 하나의 구조 부재의 2 이상의 구간에 2 이상의 물리적 특성을 생성하는 것을 포함한다.
선택적으로, 일부 실시 형태에서는, 전체에 걸쳐서 균일하고 대칭적인 물리적 특성을 가진 경화되고 템퍼링된 구조 부재를 제조할 수 있는 반면, 다른 실시 형태에서는, 구조 부재의 다양한 표적화된 구간에서 달라지는 물리적 특성을 가진, 하나의 프로파일 내에 상이한 물리적 특성을 가진 경화되고 템퍼링된 구조 부재를 제조할 수 있다.
일반적으로, 하나의 측면에서, 경화되고 템퍼링된 구조 부재의 제조 방법이 개시된다. 철 작업편을 제공하고 이를 선택된 프로파일을 가진 프로파일된 작업편으로 롤 성형한다. 유도 가열 장치에서 제1 온도보다 높은 온도로 상기 프로파일된 작업편을 급속 가열해서, 상기 프로파일된 작업편의 실질적으로 전체에 걸쳐서 제1 금속상을 형성한다. 상기 약 제1 온도로부터 제2 온도로 제1 냉각 속도로 상기 프로파일된 작업편을 급속 냉각하여, 상기 프로파일된 작업편의 실질적으로 전체에 걸쳐서 상기 제1 금속상을 제2 금속상으로 전환한다. 이로써 선택된 프로파일을 가진 경화된 작업편을 생성한다. 제2 유도 가열 장치에서 상기 경화된 작업편을 제3 온도로 급속 가열하여, 경화된 작업편을 템퍼링하고, 소정의 경도와 상기 선택된 프로파일을 가진 경화되고 템퍼링된 작업편을 형성한다. 상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 제2 냉각 속도로 제4 온도로 급속 냉각시킨다.
선택적으로, 상기 제1 온도는 약 800℃ 내지 1000℃의 범위이고, 상기 제1 금속상은 오스테나이트일 수 있다. 상기 제2 온도는 약 20℃ 내지 200℃의 범위이고, 상기 제1 급속 냉각은 약 10초 내로 이루어지고, 상기 제2 금속상은 마르테사이트일 수 있다. 상기 제3 온도는 약 450℃ 이상일 수 있다. 상기 제4 온도는 약 150℃ 미만일 수 있다. 상기 제조 방법은 약 10분 미만에 완료할 수 있다. 상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 분체 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 분체 코팅 또는 다른 단계의 전후에, 상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 추가로 롤 성형하여 상기 경화되고 템퍼링된 작업편의 뒤틀림을 감소시킬 수 있다. 상기 방법의 각 단계는 직선상의 인라인이며 실질적으로 연속적으로 이루어질 수 있다. 상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 소정의 길이로 절단할 수 있고, 상기 절단은 선택적으로, 다른 인라인의 연속적인 단계가 존재하는 경우에, 이들 다른 인라인의 연속적인 단계와 함께 인라인이며 연속적으로 이루어질 수 있다. 상기 경화되고 템퍼링된 구조 부재는 프레임 레일일 수 있다. 상기 작업편에 대해, 실질적으로 대칭적인 가열 및/또는 실질적으로 대칭적인 냉각을 실시할 수 있다. 가열/냉각이 대칭적인 경우에, 경도는 상기 작업편의 복수의 구간에 걸쳐서 실질적으로 균일할 수 있고/거나 상기 경화되고 템퍼링된 작업편의 뒤틀림이 약 1mm/m 미만일 수 있다. 상기 뒤틀림은 광학 측정 장치에 의해 측정될 수 있다. 상기 광학 측정 장치가 포함되는 경우, 이는 레이저를 포함할 수 있다. 상기 광학 측정 장치가 포함되는 경우, 상기 광학 측정 장치는 컴퓨터에 측정 정보를 연속적으로 제공하고, 상기 컴퓨터는 상기 뒤틀림이 허용가능한 양을 초과하는가를 결정할 수 있다. 상기 컴퓨터는 교정 장치를 작동시켜, 뒤틀림이 허용가능한 양(약 1 mm/m일 수 있음) 미만이 되도록 추가로 롤 성형할 수 있다. 상기 작업편에 대해, 선택된 구간에서의 비대칭적인 가열, 비대칭적인 냉각 및/또는 비대칭적인 템퍼링을 실시할 수 있다. 제1 구간은 웨브이고/거나 제2 또는 후속 구간은 하나 이상의 플랜지일 수 있다.
일반적으로, 또다른 측면에서, 경화되고 템퍼링된 구조 부재의 제조 방법이 개시된다. 선택된 조성의 코일형 철 작업편을 제공하고 상기 철 작업편을 소정의 프로파일로 롤 성형한다. 유도 가열 장치에서 상기 철 작업편을 약 300초 이내에 약 850℃ 내지 1000℃의 범위내로 급속 가열해서 상기 작업편의 프로파일의 실질적으로 전체에 걸쳐서 오스테나이트를 생성한다. 냉각 매체로 상기 오스테나이트화 작업편을 10초 이내에 약 350℃ 미만의 온도로 급속 냉각하여 상기 작업편의 실질적으로 전체에 걸쳐서 상기 오스테나이트를 마르텐사이트로 전환시켜서 경화된 작업편을 생성한다. 제2 유도 가열 장치에서 상기 경화된 작업편을 40초 이내에 약 450℃-600℃의 온도로 급속 가열해서, 예를 들어 중하중 트럭용 프레임 레일 형태의 소정의 경도를 가진 경화되고 템퍼링된 작업편을 생성한다. 상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 소정의 절단 온도로 냉각할 수 있다. 상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 소정의 길이, 예를 들어 8.53 미터(28 피트)의 예시적인 길이로 절단할 수 있다. 이 명세서에 기재된 인라인 공정을 사용함으로써 코일형 강철에서 시작해서 8.53 미터(28 피트)의 경화되고 템퍼링된 프레임 레일을 약 10분 미만에 제조할 수 있다.
선택적으로, 공정중에 상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 분체 코팅할 수 있다. 상기 작업편의 조성이 SAE 15B27 강철일 수 있다. 상기 작업편에 대해, 실질적으로 대칭적인 가열 및/또는 냉각을 실시하여, 상이한 가열 및/또는 냉각 속도에 기인하는 뒤틀림을 실질적으로 최소화할 수 있다. 상기 작업편에 대해, 상기 작업편의 선택된 구간에서의 비대칭적인 가열, 비대칭적인 냉각 및/또는 비대칭적인 템퍼링을 실시하여, 상이한 경도의 선택된 구간을 가진 경화되고 템퍼링된 작업편을 얻을 수 있다. 제1 구간은 웨브를 포함하고, 제2 구간은 하나 이상의 플랜지를 포함할 수 있다. 상기 공정의 각 단계는 직선상의 인라인이며 실질적으로 연속적으로 이루어질 수 있다. 뒤틀림은 광학 측정 장치(예를 들어, 레이저)에 의해 측정될 수 있으며, 이 경우, 상기 광학 측정 장치는 컴퓨터에 측정 정보를 연속적으로 제공하고, 상기 컴퓨터는 허용가능한 양을 초과하는 뒤틀림이 존재하는가를 결정할 수 있다. 상기 컴퓨터는 교정 장치를 작동시켜, 뒤틀림이 허용가능한 양(약 1 mm/m일 수 있음) 미만이 되도록 추가로 롤 성형할 수 있다.
일반적으로, 또 다른 측면에서, 경화되고 비대칭적으로 템퍼링된 구조 부재의 제조 방법이 교시된다. 선택된 조성의 강철 작업편을 제공하고, 상기 강철 작업편을 프로파일된 작업편으로 롤 성형한다. 유도 가열 장치에서 약 300초 이내에 상기 프로파일된 작업편을, 상기 프로파일된 작업편의 실질적으로 전체에 걸쳐서 제1 금속상이 형성되는 제1 온도보다 높은 온도로 급속 가열한다. 약 상기 제1 온도로부터 제2 온도로 상기 프로파일된 작업편을 급속 냉각하여, 상기 프로파일된 작업편의 실질적으로 전체에 걸쳐서 상기 제1 금속상을 제2 금속상으로 전환하고, 이로써 경화된 작업편을 생성한다. 제2 유도 가열 장치에서, 상기 경화된 작업편을 제3 온도 이상으로 급속 가열하여, 상기 경화된 작업편을 비대칭적으로 템퍼링하고, 복수의 템퍼 구간을 가진 경화되고 템퍼링된 작업편을 생성한다. 상기 복수의 템퍼 구간의 각 템퍼 구간은 상이한 경도를 가진다. 상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 제2 냉각 속도로 제4 온도로 급속 냉각시키는데, 상기 제4 온도는 상기 경화되고 템퍼링된 구조 부재를 최종 길이로 절단하기에 적합하다.
선택적으로, 상기 제1 구간은 웨브를 포함하고/거나 상기 제2 구간은 하나 이상의 플랜지를 포함할 수 있다. 바람직한 경우, 상기 각 단계는 직선상의 인라인이며 실질적으로 연속적으로 이루어질 수 있다. 뒤틀림은 광학 측정 장치(예를 들어, 레이저)에 의해 측정될 수 있다. 상기 광학 측정 장치는 컴퓨터에 측정 정보를 연속적으로 제공하고, 상기 컴퓨터는 허용가능한 양을 초과하는 뒤틀림이 존재하는가를 결정할 수 있다. 상기 컴퓨터는 교정 장치를 작동시켜, 뒤틀림이 허용가능한 양(약 1 mm/m일 수 있음) 미만이 되도록 추가로 롤 성형할 수 있다.
일반적으로, 또 다른 측면에서 코일형 강철을 최소한의 뒤틀림을 가진 경화되고 템퍼링된 프레임 레일로 인라인 처리하기 위한 시스템이 개시된다. 이 시스템은 상기 코일형 강철을, 상기 코일형 강철을 템퍼링된 프레임 레일로 순차적으로 처리하기에 필요한 구성 요소에 공급하는 공급기를 포함한다. 상기 구성 요소는, 순차적으로, 상기 코일형 강철을 프로파일된 강철 작업편으로 성형하는 제1 롤 성형 스테이션, 상기 강철 작업편이 공급되는 동안에 그 오스테나이트 온도를 초과하는 온도로 상기 강철 작업편을 가열해서, 상기 강철 작업편의 금속공학적 프로파일을 상기 강철 작업편의 실질적으로 전체에 걸쳐서 오스테나이트로 전환하는 제1 급속 가열 유도 가열 장치, 상기 강철 작업편을 급속 냉각하여 상기 오스테나이트를 마르테사이트로 급속 냉각하는 제1 급속 냉각 장치, 상기 강철 작업편을 상기 강철 작업편의 템퍼링 범위로 가열해서 상기 강철 작업편을 소정의 경도를 가진 경화되고 템퍼링된 작업편으로 템퍼링하는 제2 급속 가열 유도 가열 장치, 및 상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 급속 냉각하여 상기 소정의 경도를 가진 상기 경화되고 템퍼링된 작업편의 뒤틀림을 최소화하는 제2 급속 냉각 스테이션을 포함한다.
선택적으로, 상기 작업편에 대해, 상기 제1 급속 가열 유도 가열 장치에서의 실질적으로 대칭적인 가열 및/또는 상기 제1 급속 냉각 장치에서의 대칭적인 냉각을 실시할 수 있다. 상기 가열 및/또는 냉각이 대칭적일 경우, 상기 경화되고 템퍼링된 작업편에서 얻어지는 소정의 경도는 상기 작업편의 복수의 구간에 걸쳐 실질적으로 균일할 수 있고/거나 상기 경화되고 템퍼링된 작업편의 뒤틀림은 약 1 mm/m 미만일 수 있다. 상기 공급기, 상기 롤 성형 스테이션, 및 각 가열 장치 및 각 냉각 장치는 직선상의 인라인이며 실질적으로 연속적으로 배치될 수 있다. 상기 시스템은, 뒤틀림을 광학 측정 장치(예를 들어, 레이저)에 의해 측정할 수 있는 교정 밀 또는 제2 롤 성형 스테이션을 포함할 수 있다. 상기 광학 측정 장치가 포함되는 경우, 상기 광학 측정 장치는 컴퓨터에 측정 정보를 연속적으로 제공하고, 상기 컴퓨터는 허용가능한 양을 초과하는 뒤틀림이 존재하는가를 결정할 수 있다. 상기 허용가능한 양을 초과하는 뒤틀림이 측정되고/거나 존재하는 것으로 결정된 경우, 교정 장치가 작동된다. 교정 교정 스테이션이 상기 교정 장치에 의해 작동되는 롤 성형기를 포함하여, 허용할 수 없는 정도의 뒤틀림이 측정되고/거나 이의 존재가 결정된 경우에, 롤 성형기는 작업편의 뒤틀림을 허용가능한 양(약 1 mm/m) 미만으로 감소시킨다. 이 시스템은 상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 소정의 길이로 절단하는 절단 스테이션을 포함할 수 있다.
이 발명의 개요는 단순화한 형태의 컨셉의 선택지를 도입하기 위한 것이며, 이하의 상세한 설명에서 더욱 설명될 것이다. 이 발명의 개요는 청구범위에 기재된 사항의 주요 특징 또는 필수 기능을 식별하기 위한 것이 아니며, 청구범위에 기재된 사항의 범위를 한정할 목적으로 사용된 것도 아니다. 임의의 실시 형태의 특징, 세부 사항, 유용성 및 이점의 보다 광범위한 설명은 이하의 상세한 설명에 제공되며, 첨부된 도면에 도시되며, 첨부된 청구범위에 기재되어 있다.
도 1은 예시적인 작업편의 인라인 템퍼링 및 경화를 위한 장비 및 공정의 실시 형태의 개략적인 사시도이다.
도 2는 템퍼링 공정을 포함하는 구조 부재의 예시적인 인라인 제조 공정의 흐름도이다.
도 3a는 연속 작업편 재료의 예시적인 실시 형태의 정면도이다.
도 3b는, 중간 공정 프로파일을 가지는 도 3a의 연속 작업편의 예시적인 실시 형태의 정면도이다.
도 3c는 완성된 공정 프로파일을 가진 바람직한 형태의 구조 부재의 도 3b의 재료의 연속 작업편에 대한 예시적인 실시예의 정면도이다.
도 4는 구조 부재를 제조하기 위한 인라인 공정에서 작업편에 작용하는 예시적인 유도 가열 코일의 배치의 실시 형태의 상면도이다.
도 4a는 구조 부재를 제조하기 위한 인라인 공정에서 작업편에 작용하는 예시적인 유도 가열 코일의 배치의 실시 형태의(4A-4A 선에 따른) 단면도이다.
도 5 구조 부재를 제조하기 위한 인라인 공정에서 작업편에 작용하는 예시적인 유도 가열 코일의 다른 배치의 상면도이다.
도 5a는 구조 부재를 제조하기 위한 인라인 공정에서 작업편에 작용하는 예시적인 유도 가열 코일의 다른 배치의 (5A-5A 선을 따른) 단면도이다.
도 6은 구조 부재를 제조하기 위한 인라인 공정에서 작업편에 작용하는 예시적인 유도 가열 코일의 또 다른 배치의 상면도이다.
도 6a는 구조 부재를 제조하기 위한 인라인 공정에서 작업편에 작용하는 예시적인 유도 가열 코일의 또 다른 배치의 (6A-6A 선을 따른) 단면도이다.
도 6b는 작업편의 구간에 작용하는 예시적인 유도 가열 코일의 또 다른 배치의 단면도(端面圖)이다.
도 6c는 작업편의 구간에 작용하는 예시적인 유도 가열 코일의 또 다른 배치의 단면도(端面圖)이다.
도 7a는 연속 작업편에 작용하는 작용하는 냉각/담금질 노즐(노즐은 유도 가열 장치로부터 멀어지는 각도로 그 냉각 스프레이를 전달하도록 배치되어 있음) 및 유도 가열 장치의 예시적인 실시 형태의 측면도이다.
도 7b는 연속 작업편의 표면에 작용하는 다수의 스프레이 분사에 의해 연속 작업편이 대칭적으로 냉각되는 예시적인 실시 형태의 정면도이다.
도 8은 도 3c의 완성된 공정 프로파일 및 균일한 경도 프로파일을 갖는 구조 부재 형태인 재료편의 예시적인 실시 형태의 사시도이다.
도 9는 도 3c의 완성된 공정 프로파일 및 복수의 물리적 특성의 구간을 갖는 구조 부재로 형성된 재료편의 예시적인 실시 형태의 사시도이다.
도 10은 예시적인 구간에 걸쳐 변할 수있는 물리적 특성을 갖는 완성된 작업편의 실시 형태의 정면도이다.
도 10a는 도 10의 예시적인 구간의 예시적인 물리적 특성을 나타내는 선 그래프이다.
도 2는 템퍼링 공정을 포함하는 구조 부재의 예시적인 인라인 제조 공정의 흐름도이다.
도 3a는 연속 작업편 재료의 예시적인 실시 형태의 정면도이다.
도 3b는, 중간 공정 프로파일을 가지는 도 3a의 연속 작업편의 예시적인 실시 형태의 정면도이다.
도 3c는 완성된 공정 프로파일을 가진 바람직한 형태의 구조 부재의 도 3b의 재료의 연속 작업편에 대한 예시적인 실시예의 정면도이다.
도 4는 구조 부재를 제조하기 위한 인라인 공정에서 작업편에 작용하는 예시적인 유도 가열 코일의 배치의 실시 형태의 상면도이다.
도 4a는 구조 부재를 제조하기 위한 인라인 공정에서 작업편에 작용하는 예시적인 유도 가열 코일의 배치의 실시 형태의(4A-4A 선에 따른) 단면도이다.
도 5 구조 부재를 제조하기 위한 인라인 공정에서 작업편에 작용하는 예시적인 유도 가열 코일의 다른 배치의 상면도이다.
도 5a는 구조 부재를 제조하기 위한 인라인 공정에서 작업편에 작용하는 예시적인 유도 가열 코일의 다른 배치의 (5A-5A 선을 따른) 단면도이다.
도 6은 구조 부재를 제조하기 위한 인라인 공정에서 작업편에 작용하는 예시적인 유도 가열 코일의 또 다른 배치의 상면도이다.
도 6a는 구조 부재를 제조하기 위한 인라인 공정에서 작업편에 작용하는 예시적인 유도 가열 코일의 또 다른 배치의 (6A-6A 선을 따른) 단면도이다.
도 6b는 작업편의 구간에 작용하는 예시적인 유도 가열 코일의 또 다른 배치의 단면도(端面圖)이다.
도 6c는 작업편의 구간에 작용하는 예시적인 유도 가열 코일의 또 다른 배치의 단면도(端面圖)이다.
도 7a는 연속 작업편에 작용하는 작용하는 냉각/담금질 노즐(노즐은 유도 가열 장치로부터 멀어지는 각도로 그 냉각 스프레이를 전달하도록 배치되어 있음) 및 유도 가열 장치의 예시적인 실시 형태의 측면도이다.
도 7b는 연속 작업편의 표면에 작용하는 다수의 스프레이 분사에 의해 연속 작업편이 대칭적으로 냉각되는 예시적인 실시 형태의 정면도이다.
도 8은 도 3c의 완성된 공정 프로파일 및 균일한 경도 프로파일을 갖는 구조 부재 형태인 재료편의 예시적인 실시 형태의 사시도이다.
도 9는 도 3c의 완성된 공정 프로파일 및 복수의 물리적 특성의 구간을 갖는 구조 부재로 형성된 재료편의 예시적인 실시 형태의 사시도이다.
도 10은 예시적인 구간에 걸쳐 변할 수있는 물리적 특성을 갖는 완성된 작업편의 실시 형태의 정면도이다.
도 10a는 도 10의 예시적인 구간의 예시적인 물리적 특성을 나타내는 선 그래프이다.
실시 형태는, 그 적용에 있어서 이하의 설명에 제시되거나 도면에 도시된 구성 요소(부품)의 상세한 구성 및 배치로 한정되지 않는다고 해석된다. 다른 실시 형태도 가능하고 다양한 방식으로 실시 또는 수행될 수 있다. 또한, 이 명세서에 사용된 어구 및 기술 용어는 설명의 목적을 위한 것이며, 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다. 이 명세서의 ‘포함하는’, 또는 ‘가지는’ 등은 그 이하에 열거된 항목 및 그 등가물 뿐만 아니라 추가적인 항목을 포함하는 의미이다. 달리 제한되지 않는 한, 이 명세서의 ‘연결된’ 및 ‘결합된’ 등은 광범위하게 사용되며, 직접 및 간접 연결 및 결합을 포함한다. 또한, 용어 ‘연결된’ 및 ‘결합된’ 등은 물리적 또는 기계적 연결 또는 결합에 제한되지 않는다.
먼저 모든 도면을 참조하면, 연속 작업편(continuous work piece)(100)을 완성된 구조 부재(200)로 형성하기 위한 시스템(10) 및 공정의 실시 형태가 도시되어 있다. 일부 예시적인 구조 부재(200)는 자동차 등에서 일반적으로 사용되는 것과 같은 다양한 프레임 레일 중 임의의 것일 수 있다. 상기 시스템 및/또는 공정은 전체적으로 인라인(in-line)이어서, 연속 작업편(100)은, 공정의 부분들 또는 공정의 단계들 간에 분리가 실질적으로 존재하지 않기 때문에, 실질적인 중단없이 선형으로 진행할 수 있다. 공정의 연속성은 공정 시간을 단축하고, 시스템의 공정들 또는 단계들 간의 시간(양)을 단축한다. 특정 단계 또는 공정 단계들 간에 또는 그 후에 상당한 시간이 소요되면, 연속 작업편(100) 및/또는 완성된 프레임 레일 또는 구조 부재(200)의 성질에 원치않는 가변성을 초래할 수 있다. 예를 들어, 비연속적 공정에서는, 가열 후에 작업편을, 안전상의 위험이 존재하는 급속 냉각 스테이션 또는 공정 단계로 이송될 수 있다. 또한, 이러한 이송시에, 작업편이 제어되지 않거나, 바람직하지 않은 방식으로 냉각될 수 있다. 이러한 제어되지 않거나 바람직하지 않은 냉각은, 바람직하지 않은 금속공학적(야금적) 또는 물리적 특성 및/또는 작업편에 존재하는 기하학적 뒤틀림을 초래할 수 있다.
또한, 이러한 불연속 및/또는 과도한 이송 또는 이송 공정 단계는, 비효율적인 공정을 초래할 것이며, 이로 인해 필요 이상으로 길어질 것이다. 또한, 인라인이 아닌 공정 또는 시스템은 인라인 공정보다 더 넓은 면적 및/또는 더 큰 평방 피트의‘풋 프린트’를 필요로 할 것이다. 따라서, 인라인 시스템은, 뒤틀림을 제거하기 위한 여분의 성형 또는 해머링을 필요로 하지 않으면서, 최소한의 뒤틀림과, 바람직한 금속공학적 특성을 갖는 최적화된 제품(예를 들어, 프레임 레일 또는 구조 부재(200))을 생성하는 보다 안전하고, 보다 소형의, 보다 효율적인 공정을 가능하게 한다. 더욱이, 인라인 시스템(10)을 실질적으로 직선 또는 직선 배향으로 배치하면, 적어도, 직선 배향이 필요로 하는 기하학적인 공간 (및/또는 연속 작업편(100)이 이동해야 하는 거리)을 감소시킬 수 있다는 이유로, 효율성을 더욱 향상시키고, 풋 프린트의 크기를 더욱 감소시키며 및/또는 결과를 개선(예를 들어, 뒤틀림을 최소화)할 수 있다. 또한, 연속 작업편(100)을 연속적으로 유지함으로써, 상기 공정은, 예를 들어, 광학 측정(예를 들어, 광학 측정 장치(650)) 및 (예를 들어, 컴퓨터(750)에 의한) 교정 밀(예를 들어, 후술하는 교정 스테이션(H))로의 피드백과 조합된 종래의 롤 성형 기술의 사용에 의해(이들 중 모두 또는 어느 하나는 사람의 간과를 거의 또는 전혀 동반하지 않는다), 최종 형상, 형태 또는 프로파일로의 연속 작업편(100)의 효율적인 보정을 가능하게 할 수 있다.
도 1을 참조하면, 시스템(10)은 연속적인 블랭크 연속 작업편(100)로부터 프레임 레일 또는 구조 부재(200)을 제조하기 위한 예시적인 인라인 시스템의 사시도이다. 시스템(10)은 연속 작업편(100)을, 선택된 및/또는 소정의 프로파일(예를 들어, U자형 채널, I자형의, Z자형의 상자형, 또는 다른 구조 형상 또는 형상들의 조합, 예를 들어 차량용 프레임 레일을 포함하지만 이에 제한되지 않는 구조 부재로서 공통적으로 사용될 수 있는 상기 일부 또는 전부)을 가진 구조 부재 또는 프레임 레일(200)로 가공하기 위한 장비를 제공한다. 구조 부재(200)는 또한 변화하거나 또는 일정한 금속공학적 특성 또는 물리적 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 프레임 레일 또는 구조 부재(200)의 경도 및/또는 취성, 항복점(yield), 신장률, 탄성, 인장 강도 및/또는 전단 강도는, 연속 작업편(100)에 부과된 특정 가공 단계에 의해 변경될 수 있다. 이 실시예에 연속해서, 연속 작업편(100) 내에 또는 그 전체에 오스테나이트/마르텐사이트를 형성하는 제1 가열 및 냉각 사이클 중에 작업편(100)을 경질 및/또는 취성으로 할 수 있으며, 그 후 연속 작업편(100)에, 경도 및/또는 취성을 감소시키는(하지만, 일부 실시 형태에서, 작업편(100)은 여전히 제1 가열 및 냉각 사이클 전에 비해 및/또는 마르텐사이트가 형성되기 전에 비해 더욱 경질로 될 수 있다) 템퍼링 공정을 수행할 수 있다.
연속 작업편(100)은, 공급 스테이션(A)에서 SAE 15B27 강철의 롤 또는 코일로서의(이를 포함하지만, 이에 제한되지 않는) 다양한 조성물을 가지는, 또는 임의의 다양한 형태로 제공될 수 있다. 연속 작업편(100)은 철(iron)을 포함하는 철(ferrous)일 수 있고/거나, 탄소 및/또는 그와 함께 다른 금속 또는 원소를 포함할 수 있다. 이 명세서에서 사용된 참조 부호 ‘A’는, 연속 작업편(100)을 제공하는 공급 단계(A) 또는 공급 스테이션(A)를 나타내기 위해 사용될 수 있다(후술하는 스테이션 또는 단계(B-1)에도 동일하게 적용됨). 다양한 조성물이 연속 작업편(100)에 사용될 수 있다. 예를 들어, 다음의 대략적인 질량 백분율 범위 내의 합금 원소 중 적어도 하나를 갖는 조성물을 가진 붕소-망간 강철:
탄소(C) 0.08-0.6, 바람직하게는 0.08-0.30
망간(Mn) 0.8-3.0, 바람직하게는 1.00-3.00
알루미늄(Al) 0.01-0.07, 바람직하게는 0.03-0.06
실리콘(Si) 0.01-0.5, 바람직하게는 0.01-0.20
크롬(Cr) 0.02-0.6, 바람직하게는 0.02-0.30
티타늄(Ti) 0.01-0.08, 바람직하게는 0.03-0.04
질소(N) <0.02, 바람직하게는 <0.007
붕소(B) 0.002-0.02, 바람직하게는 0.002-0.006
인(P) <0.01, 바람직하게는 <0.01
황(S) <0.01, 바람직하게는 <0.01
몰리브덴(Mo) <1, 바람직하게는 <1.00
철 및/또는 잔여 불순물
예를 들어, 다음의 합금 조성을 포함하는 강철이 시스템(10)의 실시 형태에 사용하기에 적합한 것으로 판명되었다: C[%]0.22, Si[%]0.19, Mn[%]1.22, P[%]0.0066, S[%]0.001, Al[%]0.053, Cr[%]0.26, B[%]0.031, Ti[%]0.0025, N[%]0.0042. 그 나머지는 철(iron)과 불가피한 제련 관련 불순물로 이루어진다.
또 다른 예로서, 선택된 형태의 코일 조성물은 약 0.25-0.30 % 탄소, 약 0.15-0.30 % 규소, 약 1.35-1.65 % 망간, 약 0.04 % 미만의 인 및 약 0.04 % 미만의 황을 가지는 SAE 15B27일 수 있다. SAE 15B27은 단지 사용될 수 있는 강철재의 예시적인 유형 또는 조성물이고, 다양한 다른 강철 중 임의의 것을 사용할 수 있으며(예를 들어, 탄소 및/또는 망간 함량은, SAE 15B27의 함량으로부터 +/-50 % 및/또는 약 20MnB5 내지 30MnB5의 범위의 조성물이 사용할 수 있지만, 이들은 단지 추가의 예시적인 조성물에 지나지 않는다), 임의의 다양한 다른 비철강 또는 비금속 재료 중 임의의 것 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다고 해석된다. 예를 들어, 알루미늄 및/또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있고, 및/또는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 대신 또는 이에 추가로 다양한 다른 금속 또는 비금속이 사용될 수 있다. 비록 철강이 오스테나이트 및 마르텐사이트의 형성을 포함해서 이 명세서에 상세하게 논의되지만, 이러한 설명은 사용가능한 재료를, 오스테나이트 또는 마르텐사이트를 형성할 수 있는 재료 또는 강철에 한정하는 것은 아니라고 해석된다. 압연판 강철을 포함하는 예시적인 실시 형태는 약 0.5mm 내지 13mm 범위의 두께를 가질 수 있고, 일부 실시 형태에서는 약 6mm 내지 9mm 범위의 두께를 갖는 압연판 강철이 사용될 수 있다. 코일 프로파일 또는 형상은 연속 작업편(100)의 개시 프로파일을 규정하며, 이 연속 작업편(100)은 당업계에 공지된 장비를 사용하여 펼쳐서 후속의 공급기 스테이션(B)에 공급된다.
공급기 스테이션(B)은, 공급 스테이션(A)으로부터 공정 또는 방법의 후속 단계들 및/또는 구조 부재(200)를 제조하기 위한 시스템의 후속 부분들로 연속 작업편(100)을 공급하도록 구성될 수 있다. 하나의 실시 형태에서, 인라인 시스템(10)의 스테이지를 통한 연속 작업편(100)의 공급은, 당업계에서 이해되는 바와 같이, 표준 롤 성형 라인에 의해 이루어진다. 임의의 다양한 공급 속도가 제한없이 사용될 수 있지만, 일부 실시 형태에서는 약 2.5-9 미터/분 범위의 공급 속도가 사용될 수 있다. 공급 속도는, 예를 들어 제1 급속 가열 스테이션(D) 및/또는 제2 급속 가열 스테이션(F)에 이용가능한 파우더, 및/또는 제1 급속 냉각 스테이션(E) 및/또는 제2 급속 냉각 스테이션(G)에서의 분무 속도 또는 유속(유량) 등 공정 중의 다른 장비, 스테이션, 또는 단계의 한계에 기초할 수 있다. 공급 스테이션(B)으로서 작용하는 롤 성형기에 의해 이루어지는 공급은, 공정의 마지막에서 캘리브레이션 밀(H)에 의해 증가될 수 있다. 또한, 공급은 통상의 기술자가 이해하는 방식으로 작동하는 구동 롤과 같은 공정 흐름을 따라 다양한 단계들에서 종동 롤에 의해 보조될 수 있다. 일부 실시 형태에서, (예를 들어, 처리 방향(P)을 따라) 구조 부재(200)가 되어가는 도중의 연속 작업편(100)은 롤 성형 단계(C)에서 성형되어, 유도 가열 단계(D)에서 가열되고, 템퍼링 단계(F)에서 급속 가열되고, 냉각 단계(G)에서 급속 냉각 및/또는 담금질 처리되고, 절단 및/또는 다양한 방법으로 처리될 수 있다(예를 들어, 원하는 또는 목표로 하는 특성을 가지도록 주입되고/거나 원하는 형상으로 성형될 수 있다). 선택적으로, 냉각 단계(G)와 관련하여, 작업편은 단순히 스테이션(H)에서 교정되기 전에 주변 온도로 냉각된 다음 스테이션(I)에서 길이로 절단될 수 있다.
선택적으로, 공급 스테이션(B)은, 예를 들어 연속 작업편(100)을 공급 장치(10)로 및/또는 공급 장치(10)를 통해서 공급하는 것을 용이하게 하기 위해 언코일러 (uncoiler) (미도시), 필러(peeler)(미도시) 및 플래트너(flattener)(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 언코일러가 포함된다면, 직선 또는 인라인 방향으로 코일 또는 스풀 롤을 처리할 수 있다. 필러 및/또는 플래트너는 연속 작업편(100)을 (예를 들어, 직선, 편평, 깨끗한 및/또는 파편을 제거한) 형상 또는 형태로 추가로 처리할 수 있다. 선택적으로, 절단 장치(cut-off device)(미도시)가 포함될 수 있는데, 이는, 연속 작업편(100)이 공급기 스테이션(B) 및 롤 성형기(C)의 사이에서 또는 후속 스테이션 또는 단계에서 절단될 수 있다. 이는 더 안전한 작업을 용이하게 하고/거나, 생산 작업에 문제가 있을 경우의 낭비를 방지할 수 있다. 언코일러, 필러, 플래트너 및 차단 장치 중 어느 하나 또는 모두는, 공급기 스테이션(B)의 일부 또는 시스템(10)의 임의의 다른 스테이션의 일부를 대신해서, 또는 그에 추가해서 포함되는 별도의 유닛일 수 있는 것으로 해석된다.
시스템(10) 및/또는 공정은 인라인 처리을 포함할 수 있는데, 이는 시스템의 구성 요소(부품)들이 연속적으로 직선 배치되고, 서로 연결되어, 연속 작업편(100)(예를 들어, 스트립 강철)의 시작 단계로부터 완성 또는 구성 부재(200)(예를 들어, 경화되고 템퍼링된 프레임 레일) 단계에 이르기까지, 하나의 처리 구성요소(부품)로부터 다음 처리 구성 요소(부품)으로의 작업편의 부수적인 이송을 필요로 하지 않고도, 작업편이 연속적으로 처리될 수 있음을 의미할 수 있다. 인라인 시스템 또는 공정의 사용은, 무엇보다도, 보다 소형의 풋 프린트를 가능하게 하고/또는 시스템 또는 공정의 설정 또는 운영에 더 적은 영역을 필요로 하고/또는, 보다 효율적인 공정 및/또는 여분의 성형 또는 고르기(교정) 단계를 필요로 하지 않으면서 최소한의 뒤틀림을 가진 완제품(예를 들어, 구조 부재(200))을 가능하게 한다.
도 1의 인라인 공정의 예기치 못한 이점은, 종래 기술에서 요구되는 것과 같은 일부 구속적인 담금질 수단을 사용하지 않고서도 놀라울 정도로 뒤틀림이 최소화된다는 것이다.
연속 작업편(100) 및/또는 구조 부재(200)의 단면 변화를 나타내기 위해 뒤틀림을 사용할 수 있다. 예를 들면, 연속 작업편(100) 및/또는 구조 부재(200)의 형상 또는 프로파일의 편차(예를 들어, 플랜지가 포함된 경우 측면 플랜지 각도의 변화, 또는 너비에서의 두께 변화)가 뒤틀림일 수 있다. 구조 부재(200)의 일부 재료 및/또는 목표로 하는 설계에 따라, 1 mm/m 미만 (예를 들어, 약 0.75 mm/m 미만)이 바람직할 수 있다는 것이 판명되었다. 뒤틀림은 육안 검사 및/또는 도구 (예를 들어, 캘리퍼스, 광학 측정 시스템 및/또는 광학 측정 장치(650))를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 방법 중 임의의 방법으로 측정될 수 있다. 일부 실시 형태에서는, 측정으로부터의 피드백은, 연속 작업편(100) 및/또는 구조 부재에 대해 필요한 또는 원하는 조정을 실시하기 위해, 또는 완성된 프레임 레일(200)로 절단되기 전에, 시스템(10) (예를 들어, 당업계에서 이해되는 바와 같이 교정 밀 또는 교정 장비)으로 공급될 수 있다.
(도 1에 개략적으로 도시된) 광학 측정 장치(650)는, 예를 들어 카메라, 확대 렌즈, 레이저, 센서 (예를 들어, 아날로그 또는 디지털 센서), 통신 장치 (예를 들어, 송수신기, 라디오, 컴퓨터 등), 다른 구성 요소(부품), 또는 복수의 1 이상의 구성 요소(부품)를 포함하는 이들의 조합과 같은 다양한 광학 측정 구성 요소(부품) 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 광학 측정 장치(650)는, 단독으로 또는 연속 작업편(100)의 뒤틀림을 측정하기 위해 다른 구성 요소(부품)과 함께 사용될 수 있다. 또한, 컴퓨터(750) (도 1에 개략적으로 도시됨)가 포함될 수 있고/있거나, 시스템(10) 또는 이의 임의의 구성 요소(부품), 예를 들어, 연속적인 작업편(100)의 공급 속도를 제어하는 구성 요소(부품)와 통신할 수 있다. 따라서, 광학 측정 장치(650)는 연속 작업편(100)에서 뒤틀림을 측정하고/거나, 컴퓨터(750)는 그 측정 정보를 수신하여, 허용가능한 레벨을 초과하는 (예를 들어, 약 1mm/m 초과) 뒤틀림이 존재하는가를 결정하는데 사용할 수 있다.
그 다음에, 컴퓨터(750)는, 시스템(10) 또는 그의 구성 요소(부품)와 통신하여, 예를 들어, 추가적인 가공(처리)을 위해 연속 작업편(100)을 역전시키거나 감속시키고/거나, 교정 스테이션(H)과 통신하여 허용가능한 뒤틀림 레벨 아래(예를 들어, 약 1 mm/m 이하)가 될 때까지 추가적인 롤 성형, 교정 및/또는 뒤틀림의 감소를 저감을 가능하게 한다. 연속 작업편(100)에서의 추가적인 롤 성형, 교정 및/또는 저감은, 예를 들어, 광학 측정 장치(650), 컴퓨터(750), 교정 스테이션(H) 및/또는 시스템(10)의 다른 구성 요소(부품) 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 피드백 루프를 사용하는 것에 의해, 필요에 따라 반복할 수 있다. 또한, 컴퓨터(750)는 시스템(10)의 임의의 또는 모든 스테이션과 통신할 수 있고/거나, 시스템의 기능을 제어하는 데 사용될 수 있다고 해석된다. 예를 들어, 컴퓨터(750)는 연속 작업편(100)의 공급 속도를 제어하기 위해 공급 스테이션(B)과 통신할 수 있다. 또 다른 예로서, 컴퓨터(750)는 가열 스테이션(예를 들어, D 및/또는 F) 중 임의의 스테이션 및/또는 냉각 스테이션(예를 들어, D 및/또는 G)중 임의의 스테이션과 통신하여 온도 피드백을 수신하여, (예를 들어, 전술한 바와 같이) 가열 또는 냉각 속도를 조정하고/거나 연속 작업편(100)의 공급 속도를 소망하는 대로 조정할 수 있다. 광학 측정 장치(650), 컴퓨터(750) 및/또는 시스템(10)의 임의의 구성 요소 또는 이들의 임의의 조합 간의 임의의 또는 모든 통신은 실질적으로 무선 또는 유선, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있는 것으로 해석된다.
임의의 또는 공정 단계의 미세 조정 또는 정확한 제어는, 예를 들어 가열, 냉각 및/또는 템퍼링 공정를 미세 조정함으로써 원치않는 뒤틀림을 최소화하거나 제거할 수 있다. 예를 들어, 가열, 냉각 및 템퍼링 단계 또는 공정의 임의의 것 또는 모두는 실질적으로 대칭일 수 있거나, 연속 작업편(100)의 길이 방향 섹션의 실질적 전부를 실질적으로 동일한 가열 또는 냉각 속도로 처리함으로써, 열 구배 및/또는 스트레스를 저감해서, 불균일한 가열 또는 냉각으로 인해 발생할 수있는 뒤틀림을 저감할 수 있다. 그러나, 이하보다 상세히 설명되는 바와 같이, 일부 실시 형태에서, 비대칭 가열, 냉각 및/또는 템퍼링이 연속 작업편(100) 및/또는 구조 부재(200)의 가변 특성을 제공하는 데 바람직할 수 있다고 해석된다. 또한, 예를 들어, 임의의 또는 모든 처리 단계에서 연속 작업편(100)의 구속(제약) 또는 물리적 접촉을 감소시키거나 제거함으로써, 뒤틀림을 저감하거나 제거할 수 있다. 또한, 예를 들어, 가이드 롤 또는 가이드 레일과 같은 가이드가, 예를 들어 공정 단계 또는 스테이션 사이에 포함될 수 있다. 예를 들어, 연속 작업편의 복사 냉각은 제1 급속 가열 스테이션(D) 및/또는 제2 급속 가열 스테이션(F)이 끝난 직후에 이루어질 수 있으며, 이러한 복사 냉각은 뒤틀림을 유발하거나 증가시킬 수 있다. 따라서, 가이드는 이러한 위치(또는 임의의 다른 위치)에서, 연속 작업편이 원하는 프로파일을 유지하고 뒤틀림을 최소화하기 위해 사용될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 공급 스테이션(B)에 이어서 롤 성형 단계(C)가 이루어진다. 공급 스테이션(B)이 포함된다면, 공급 스테이션(B)은 연속 작업편(100)을 성형 스테이션(C)에 공급할 수 있다. 성형 스테이션(C)은, 연속 작업편(100)을 특정의, 소정의, 및/또는 원하는 형상 또는 프로파일(예를 들어,도 1에 도시된 실질적으로 U자형 채널 또는 원하는 경우 다른 형상)로 성형 또는 형성할 수 있다. 프로파일된 작업편(150)의 다른 형상은, I-형상, Z-형상, 박스 형상, 또는 임의의 다른 형상 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 연속 작업편(100) 및/또는 구조 부재(200)는, 개방된 형상 (즉, 개방된 둘레) 또는 폐쇄된 형상 (즉, 예를 들어, 페리메터 셔트(perimeter shut)를 용접하는 것에 의해 또는 시스템(10)에 의해 처리(가공)하기 전에 폐쇄된 형상 또는 형태를 갖는 연속 작업편(100)을 공급하는 것에 의해 얻어지는 것과 같은, 폐쇄된 둘레)을 갖건, 제한없이 임의의 형태 또는 형상을 가질 수 있는 것으로 해석된다.
성형 스테이션(C)은, 롤 성형과 같은 다양한 성형 방법 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 롤 성형에 의해, 원하는 완성된 프로파일 또는 원하는 형상으로 연속 작업편(100)을 용이하게 및/또는 효율적으로 성형 또는 형성할 수 있다. 예를 들어, 성형 스테이션(C)에서의 롤 성형에 의해, 연속 작업편(100)이 SAE 15B27과 같은 강철인 경우, 연속 작업편(100)의 성형이 용이하되고/거나 연속 작업편(100)을 효율적으로 성형할 수 있다. 롤 성형이 성형 스테이션(C)에서 사용되는 경우, 이는 당업계에서 이해되는 방식으로, 일 단계 또는 복수 단계로 연속 작업편(100)을 성형하거나 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 롤러 쌍에서의 제1 또는 중간 롤 성형 단계에 이어서 제2 롤러 쌍에서의 최종 또는 마무리 단계가 이루어질 수 있다. 전술한 바와 같이, 압연판 강철을 포함하는 예시적인 실시 형태는, 약 0.5mm 내지 13mm 범위의 두께를 가질 수 있고, 일부 실시 형태에서는 약 6mm 내지 9mm 범위의 두께를 갖는 압연판 강철을 사용할 수 있다.
임의의 수의 롤링 단계 또는 롤러쌍이 포함될 수 있으며, 롤러는 쌍으로 제한되지 않는 것으로 해석된다. 롤러의 개수 및/또는 롤러의 방향은, 필요에 따라, 예를 들어 특정의 또는 소정의 블랭크 또는 시작 프로파일로부터 완성된 형상 또는 프로파일을 형성하도록 필요에 따라 적합화될 수 있다. 이 예시적인 실시 형태에 따르면, 연속 작업편(100)은, 예시적인 U자형 채널을 형성하기 위해 2 이상의 단계로 측부 플랜지를 형성하는 것에 의해, 성형된다. 예시적인 실시 형태에 도시한 바와 같이, 플랜지는, 냉각 및/또는 제1 냉각 후의 후속 가열 단계에 영향을 줄 수 있는 성형된 작업편(150)의 플랜지와 웨브 사이에서의 물의 풀링(pooling)을 방지하기 위해 아래 방향으로 굽어져 있다. 일단 성형(형성)되면, 연속 작업편(100)은 예시적인 프로파일링된 작업편(150)의 형태(비제한적인 예로서, 채널형)를 취한다. 프로파일된 작업편(150)은, 연속 작업편(100)의 상태를 나타내기 위해 사용되며, 연속 작업편(100)은 이 명세서에 기재된 인라인 공정에 걸쳐서 연속되므로, 별도의 구성 요소(부품)가 아닌 것으로 해석된다.
성형 스테이션(C)에서 성형되거나 형성된 후에, 프로파일된 작업편(150)은 예시적인 제1 가열 스테이션(D)에서 급속하게 가열될 수 있다. 다양한 가열 방법, 시스템 및/또는 장치 중 임의의 것을, 유도 가열, 가스 또는 전기 오븐에서의 가열 및/또는 적외선 가열을 포함하되 이에 국한되지는 아니하는 제1 가열 스테이션(D)에서 사용할 수 있다. 일부 실시 형태에서, 유도 가열은 빠르고, 효율적인, 및/또는 소형의 가열 옵션일 수 있다. 이 인라인 공정에서 유용하다고 판명된 하나의 유도 가열 장치는 AJAX TOCCO Magnathermic 유도 가열 장치이지만, 다른 제조사 및/또는 모델이 채용될 수 있음은 물론이다. 코일 설계 및 플럭스 필드(flux field）는 가열 장치의 유형, 제조사 및/또는 모델을 선택할 때 고려할 수 있는 고려 사항이다. 유도 가열 장치의 코일은, 구조 부재(200)로 가공될 프로파일된 가공 작업편(150)의 프로파일 또는 형상에 적합하거나 맞도록 조작되고/거나 성형(형성)될 수 있다(예를 들어, 후술하는 도 4-6a 참조). 연속 작업편(100)의 특성 및/또는 금속 물성은, 예를 들어 임의의 또는 모든 코일에 대한 전력 또는 프로파일된 작업편(150)에 대한 코일의 간격을 변경, 변화, 및/또는 제어함으로써, 변경, 변화, 또는 제어할 수 있다. 하나 이상의 코일이 포함되는 경우, 각각의 코일에 대한 전력은, 예를 들어 연속 작업편(100)의 인접 섹션에 다양한 야금 특성을 형성하기 위해, 달라질 수 있다. 프로파일된 작업편(150)은 제1 가열 스테이션(D)에 진입하여, 제1 가열 작업편(160)으로서 방출된다. 다시 말해, 이 명세서에서 사용되는 바와 같이, 제1 가열 작업편(160)은 별도의 재료편이 아닌 연속적인 인라인 공정을 따라 그 위치에 있는 연속 작업편(100)의 상태를 나타내는 것으로 해석해야 한다.
제1 가열 작업편(160)은, 예를 들어, 프로파일된 작업편(150)을 원하는 온도 및/또는 원하는 속도로 가열함으로써 달성될 수 있는 특정의, 소정의 및/또는 목표로 하는 성질을 가질 수 있다. 일부 실시 형태(연속 작업편(100)을 형성하는 재료의 타입에 좌우될 수도 있음)에서, 제1 가열 스테이션(D)에서 유도 가열을 사용하여, 소정의 연속 작업편(100)을 5분 (300초) 미만, 일부 실시 형태에서는 약 3-4분 (180-240초) 미만, 일부 실시 형태에서는 약 60-90 초 미만 가열한다.
가스 가열 (예를 들어, 오븐에서) 또는 적외선 가열과 같은 다른 유형의 가열이 제1 가열 스테이션(D)에서 사용될 수 있지만, 유도 가열은 보다 적은 공간, 보다 짧은 시간 및/또는 보다 적은 에너지를 요구할 수 있으므로, 유도 가열은 공정 효율을 최적화할 수 있다. 유도 가열은, 예를 들어 프로파일된 작업편(150)의 외부에 있는 열원으로부터의 전도 또는 대류에 의해 그 내부로 열이 전달되기를 기다리는 대신에, 비교적 즉시 프로파일된 작업편(150) 내에 열을 발생시키는 데 사용될 수 있다. 더욱이, 가열 깊이는, 예를 들어 유도 공정에 사용되는 전류의 주파수를 변경함으로써, 유도 가열 장치로 제어될 수 있다(여기서, 보다 낮은 주파수를 사용하면 보다 깊게 도달하고, 보다 높은 주파수는 보다 얕은 깊이로 사용할 수 있다). 유도로 강철을 가열하는 일부 실시 형태에서, 주파수는 약 500 헤르츠 내지 약 400 킬로헤르쯔의 범위일 수 있고, 약 3,000 내지 약 10,000 헤르쯔가 일반적으로 효과적인 주파수 범위인 것으로 판명되었다. (다른 가열 방법과 비교해서) 유도 가열에 필요할 수 있는 단축된 시간은, 가열 공정의 정확도 및/또는 제어를 개선할 수 있다. 이는, 예를 들어, 라인 속도, 전압, 전력 또는 가열 공정의 정확성에 영향을 줄 수 있는 다른 파라메터의 원치 않는 변경을 가져오는 사고 또는 오류가 일어날 수 있는 시간을 단축하기 때문이다. 일부 실시 형태에서, 제1 가열 공정 또는 제1 가열 스테이션(D) 동안 또는 그 부근에서 고온계 또는 유사한 장치를 사용해서 데이터를 수집하고/거나 피드백을 제공할 수 있는데, 이로써 예를 들어 특정한 금속 물성과 같은 목표로 하는 성능을 제어하고/거나 보증할 수 있다.
전형적으로, 프로파일된 작업편(150)은 오스테나이트와 같은 제1 경화 금속상이 형성되는 제1 온도로 가열된다. 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되는 바와 같이, 오스테나이트는 일반적으로 비교적 높은 온도에서 안정한 철 중 탄소의 고용체(solid solution)이다. 원하는 제1 금속상을 생성하기 위해 필요한 시간과 온도는, 예를 들어 이하에 제시한 실시예에 나타낸 바와 같이, 재료 화학(예를 들어, 강철 화학), 공급 속도, 다양한 코일의 전력, 와트 수, 코일 위치, 주파수 범위 및 전력 범위, 공정과 관련된 질량 유량 등의 다수의 파라미터에 의해 제어된다. 예를 들어, 제1 가열 스테이션(D)은, 후술하는 바와 같이, 연속 작업편(100) 및/또는 제1 가열 작업편(160)을 약 950 ℃ (또는 800 ℃ 내지 1000 ℃ 범위)(이후에 냉각됨)의 제1 온도로 가열할 수 있다. 강철을 사용하면, 충분한 열이 내부의 페라이트 일부 또는 전부를 오스테나이트화하여, (체심 입방) 페라이트로부터 (면심 입방)오스테나이트로 결정 구조가 변한다. 페라이트는 대략 실내 온도 (또는 쿨러)에서 약 720-730 ℃(이 지점에서 평형 상태하에 페라이트는 오스테나이트로 변하기 시작한다)까지는 강철로 존재한다. 전형적으로, 종래의 가스 또는 전기 오븐에서, 중간 탄소강 내의 페라이트는 약 850 ℃에서 오스테나이트로 완전히 또는 거의 완전히 변형될 것이다. 그러나, 유도 가열 시간은 통상적으로 다른 가열 방법에 비해 비교적 짧기 때문에, 오스테나이트화를 달성하기 위해 온도를 높이는 것이 완전한 오스테나이트화를 촉진하고/거나 도울 수 있다는 것이 판명되었다. 목표로 하는 오스테나이트화 온도를 약 100 ℃ 올리는 것으로 종종 충분한 것으로 판명되었다 (예를 들어, 유도 가열 방법에서는, 전술한 바와 같이, 다른 가열 방법에서의 약 850 ℃에서 약 950 ℃로). SAE 15B27과 같은 선택된 강철 조성물의 경우, 연속 작업편(100)은 약 850 ℃ 내지 약 1000 ℃의 템퍼링 범위를 가질 수 있다.
제1 가열 작업편(160)은 예시적인 제1 급속 냉각 스테이션(E)에서 급속 냉각, 분무 및/또는 담금질될 수 있고/있거나, 제2 온도에서 예시적인 제1 급속 냉각 작업편(170)으로서 제1 급속 냉각 스테이션(E)을 빠져 나갈 수 있다. 예를 들어, 대칭적인 분무 또는 담금질(예를 들어,도 7b 참조)에 의해 달성될 수 있는 바와 같은 오스테나이트화 강철의 급속 냉각은, 충분히 급속하게 이루어지는 경우, 오스테나이트를 (체심 정방정계의) 마르텐사이트로 전환시킬 것이다. 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되는 바와 같이, 마르텐사이트는 일반적으로 비교적 단단하고 부서지기 쉬운 철 중 탄소의 고용체이다. 냉각이 충분히 급속하지 않다면, 오스테나이트로부터 마르텐사이트로의 전환은 불완전하거나, 전혀 발생하지 않을 수 있고/거나 대신에 오스테나이트가 서서히 냉각하여 페라이트로 되돌아 갈 수 있다 (따라서, 마르텐사이트 특성 대신에 페라이트 특성을 가질 수 있는데, 예를 들어 마르텐사이트는 일반적으로 페라이트보다 훨씬 더 단단하다). 다양한 냉각 및/또는 담금질 방법, 시스템 및/또는 장치 중 임의의 것이 제1 급속 냉각 스테이션(E)에서 사용될 수 있지만, 스프레이 담금질(예를 들어 제1 가열 작업편(160) 상에 물 및/또는 에멀젼을 분무해서 이를 급속 냉각시키는 것), 풀(pool) 또는 배쓰로의 담금 또는 침지, 또는 이들의 임의의 조합을 들 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시 형태에서, 대칭적인 스프레이 냉각은, 비록 제1 급속 냉각 스테이션(E) 및/또는 시스템(10)에 사용되어야만 하는 것은 아니지만, 최적의 냉각 속도 및 정밀도를 제공한다. 또한, 물은 제1 급속 냉각 스테이션(E)에서 사용하기에 효율적이고 경제적인 냉각 매체인 것으로 판명되었다. 다른 예시적인 담금질 매체로서, 물 대신에 또는 물에 추가로, 에멀젼, 중합체 담금액(예를 들어, 폴리알킬렌글리콜) 및/또는 다른 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연속 작업편(100)의 뒤틀림 및/또는 균열 발생을 최소화하는 것을 도울 수 있도록 열 추출 속도를 낮추기 위해 에멀젼 및/또는 중합체가 분무되는 물에 첨가될 수 있다. 때로는 보다 높은 열 추출 속도를 가지는 것이 바람직한 경우가 있을 수 있는데, 이런 경우에는 에멀젼 및/또는 중합체가 첨가되지 않은 매체를 분무하는 것이 바람직할 수 있다. 제1 급속 냉각 작업편(170)은, 예를 들어 제1의 가열 작업편(160)을 원하는 온도 및/또는 원하는 속도로 냉각 또는 담금질 처리하여 달성될 수 있는 특정의, 소정의, 및/또는 목표로 하는 성질을 가질 수 있다.
제1 급속 냉각 스테이션(E)은 하나 이상의 상부 노즐 및/또는 하나 이상의 하부 노즐 및/또는 분무 노즐 또는 구성을 갖는 하나 이상의 담금질 링을 포함할 수 있다. 노즐은, 원하는 또는 목표로 하는 특성을 가진 제1 가열 작업편(160)을 냉각시키도록 설계, 배치 및/또는 배향될 수 있고/거나, 노즐은 수용가능한 범위 내에서 제1 가열 작업편(160)의 뒤틀림을 유지할 수도 있다. 스프레이 속도는 변경할 수 있고, 임의의 수의 노즐이 사용될 수 있으며, 둘 이상의 노즐이 사용되는 경우, 분사 속도는 노즐마다 다를 수 있다. 하나 이상의 노즐을 이용하는 실시 형태에서, 가능한 한 제1 가열 스테이션(D)의 출구와 가까운(예를 들어, 가능한 한 최종 오스테나이트화 코일에 가까운) 노즐 위치가 유익할 수 있다. 예를 들어, 제1 가열 스테이션(D)의 출구 및/또는 최종 오스테나이트화 코일로부터 노즐을 약 30 cm 미만 또는 일부 실시 형태에서 약 15 cm 이내에 위치시키는 것은 다양한 이유 중 임의의 것로부터 바람직할 수 있으며, 상기 이유에는 냉각, 담금질 및/또는 마르텐사이트 생성 공정의 향상된 제어 및/또는 정밀도를 들 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 급속 냉각 스테이션(E)에서의 분무 노즐은, 존재하는 경우, 이 분무 노즐 각각의 축(N1-N4)은 전부 또는 일부가 제1 급속 가열 스테이션(D)으로부터 0도 내지 90도, 및/또는 약 45도로 떨어져서 배치(배향)될 수 있다. 예를 들어, 노즐(500)을 상기와 같이 배향하는 것에 의해, 예를 들어 급속 냉각 공정시에 증기압이 과도하게 축적되는 것을 방지하여 소정의 열 전달을 유지하고 선택적으로 마르텐사이트를 형성할 수 있고/거나 노즐(500)의 상기 배향은 분무로 인해 제1 가열 스테이션(D) 또는 이의 임의의 구성 요소(부품)(예를 들어, 가열 코일 또는 전기적 구성 요소)가 젖게 하는 것을 저감하거나 방지할 수 있다. 노즐(500) 및/또는 임의의 또는 모든 노즐축(N1-N4)의 정확한 배향은 제1 냉각 스테이션(E)에 대한 제1 급속 가열 스테이션(D)의 위치, 연속 작업편(100)의 조성 및/또는 열동력학적 특성, 및/또는 연속 작업편(100)의 목표로 하는 금속공학적 프로파일 및/또는 물리적 특성을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다수의 인자에 좌우될 수 있다. 원한다면, 1 이상의 소스(예를 들어, 제1 저장 탱크(550) 및/또는 제2 저장 탱크(560))에 의해 또는 이로부터 물과 같은 냉각제가 제1 급속 냉각 스테이션(E) 및/또는 노즐(500)에 제공될 수 있다. 저장 탱크(550, 560)는 단지 예시적인 것이며, 냉각수 및/또는 물의 공급 또는 공급 방법의 일례로서 제공될 수 있다.
제1 급속 냉각 스테이션(E)에서의 예시적인 스프레이는 약 20-50 ℃의 범위일 수 있다. 예를 들어, 전술한 스프레이 속도(s)를 갖는 8 개의 노즐 구성을 사용하는 경우, 연속 작업편(100)은, (크기, 형상, 재료 등에 따라) 약 10초 이내에 약 950 ℃에서 제2 온도(약 20-200 ℃ 범위내)로 냉각될 수 있다. 연속 작업편(100)의 일부 재료 조성물의 경우, 연속 작업편(100) 내에 원하는 특성(예를 들어, 마르텐사이트 상태)을 생성하거나 형성하기 위해 약 10 초 이내에 약 150 ℃로 냉각될 필요가 있다. 예를 들어, 노즐의 사용을 통한 냉각 또는 담금질은, 축 방향 및/또는 횡 방향에서 측정된 바와 같이 연속 작업편(100)을 통해 실질적으로 대칭적이거나 실질적으로 균일할 수 있다. 대안적으로, 냉각 또는 담금질은 실질적으로 비대칭적일 수 있으며, 연속 작업편(100)의 다른 영역 또는 구간은 다양한 냉각 또는 담금질(예를 들어, 다른 냉각 속도, 액체 유형, 노즐 설계 또는 배향, 다양한 스프레이 속도 또는 이들의 조합)에서 야기되는 다양한 금속공학적 특성을 갖게 된다. 제1의 급속 냉각 작업편(170)에 대한 냉각 속도 및/또는 종료 온도는 제1 가열 스테이션(D)에서 발생하는 가열에 의존하거나, 또는 제1 가열 스테이션(D)에서 발생하는 가열과 무관할 수 있다. 각 노즐로부터의 일정하고, 균일하며 및/또는 변동없는 흐름(및/또는 분무 노즐에서의 최대화된 구멍 밀도의 사용)은, 예를 들어, 냉각 제어 및/또는 정밀도를 최적화하는 것을 도울 수 있다.
제1의 급속 냉각 작업편(170)은, (일부 실시 형태에서는 유도 가열 스테이션(D)과 유사한 제2 유도 가열 장치일 수 있는) 급속 가열 또는 템퍼링 스테이션(F)에 진입할 수 있고/거나, 예를 들어 경화 및 템퍼링된 작업편(180)으로서 템퍼링 스테이션(F)를 나올 수 있다. 템퍼링 스테이션(F)은 제1의 급속 냉각 작업편(170)의 템퍼링을 제공할 수 있고, 이러한 템퍼링은 제1의 급속 냉각 작업편(170)의 열처리를 포함해서(다시 말하지만, 부호(170)은 인라인 공정을 따른 특정 위치에서의 연속 작업편(100)의 섹션 또는 상태를 말하는 것이며, 별개의 작업편을 말하는 것이 아니다.) 연속 작업편(100) 및/또는 최종 구조 부재(200)의 인성(toughness)를 증가시킬 수 있다. 경화되고 템퍼링된 작업편(180)은, 예를 들어 제1 급속 냉각 작업편(170)을 소정의 온도 및/또는 소정의 속도로 가열해서 템퍼링된 금속공학적 프로파일을 생성하는 것에 의해 얻어질 수 있는 특정한, 소정의, 및/또는 목표로 하는 특성을 가질 수 있다. 경화 및 템퍼링된 가열 작업편(180)의 가열 속도 및/또는 종료 온도는, 제1 가열 스테이션(D)에서 발생하는 가열 및/또는 제1 급속 냉각 스테이션(E)에서 발생하는 담금질 또는 냉각에 좌우될 수 있으며, 이전에 발생한 어떠한 가열이나 냉각과는 독립적일 수 있다.
다양한 가열 방법, 시스템 및/또는 장치 중 임의의 것은 유도 가열을 포함하지만 이에 한정되지 않는 템퍼링 스테이션(F)에서 사용될 수 있다. 가스 또는 전기 가열 (예를 들어, 오븐에서) 또는 적외선 가열과 같은 다양한 유형의 가열 및/또는 가열 조합이 템퍼링 스테이션(F)에서 사용될 수 있지만, 유도 가열은 보다 적은 공간, 보다 짧은 시간 및/또는 보다 적은 에너지를 요구할 수 있으므로 유도 가열은 공정 효율을 최적화할 수 있다. 더욱이, (다른 가열 방법과 비교하여) 유도 가열에 필요할 수 있는 단축된 시간은, 예를 들어, 공정의 정밀도에 영향을 미칠 수 있는 라인 속도, 전압, 전력 또는 다른 파라미터의 원치 않는 변화를 초래하는 사고 또는 에러가 발생할 수 있는 시간을 감소시킴으로써, 가열 공정의 정밀도 및/또는 제어를 향상시킬 수 있다. 또한, 템퍼링은 비교적 높은 가열 속도(즉, 신속한 다량의 열 주입)를 요구할 수 있기 때문에, 목표로 하는 가열 파라미터(예를 들어, 라인 속도 또는 전력)에서의 약간의 변화조차도 연속 작업편(100)의 템퍼링에 유의한, 경우에 따라서는 해로운 영향을 미칠 수 있다.
예를 들어 전술한 조성의 강철을 사용하는 일부 실시 형태에서는, 템퍼링 단계 및/또는 템퍼링 스테이션(F)은 약 250℃의 연속 작업편(100)의 온도를 (예를 들어, 제1 급속 냉각 스테이션(E)을 나올 때 약 150 내지 200℃로부터) 약 1분 이내에 대략 450 ℃ 내지 600 ℃의 범위인 제3 온도까지 올릴 수 있다. 일부 실시 형태에서, 고온계 (부호(250)으로서 개략적으로 도시됨) 또는 유사한 장치를 템퍼링 공정 또는 템퍼링 스테이션(F)에서 또는 근방에서 사용해서, 데이터를 수집하고/거나 피드백을 제공할 수 있다. 이러한 데이터 또는 피드백을 사용해서, 예를 들어 특정 금속 물성과 같은 목표로 하는 특성을 제어하고/거나 보증할 수 있다. 템퍼링 스테이션(F)은 하나 이상의 가열 요소 및/또는 코일을 포함할 수 있다. 연속 작업편(100)의 특성 및/또는 금속 물성은, 예를 들어 임의의 또는 모든 코일에 대한 전력을 변화, 변경 및/또는 제어하는 것에 의해, 변화, 변경 및/또는 제어될 수 있다. 둘 이상의 코일이 포함되는 경우, 각각의 코일에 대한 전력은, 예를 들어, 연속 작업편(100)의 인접 섹션에 다양한 금속 물성 또는 온도를 생성하기 위해 변경될 수 있다.
경화되고 템퍼링된 작업편(180)은 예시적인 제2 급속 냉각 스테이션(G)에서 급속하게 냉각되고/거나 담금질처리될 수 있고/있거나, 예시적인 템퍼링되고 냉각된 작업편(190)으로서 제2 급속 냉각 스테이션(G)에서 나올 수 있다. 템퍼링되고 냉각된 작업편(190)은, 경화 및/또는 템퍼링된 구조 부재, 예를 들어 프레임 레일(200)과 같은 경화되고 템퍼링된 프레임 레일을 형성하는 데 사용될 수 있다. 임의의 다양한 냉각 및/또는 담금질 방법, 시스템 및/또는 장치가 제2 급속 냉각 스테이션(G)(예를 들어, 경화되고 템퍼링된 작업편(180) 상에 물을 분무해서 이를 급속하게 냉각시키는 것과 같은 분무 담금질을 포함하지만 이에 한정되지 않음)에 사용될 수 있다. 제2 급속 냉각 스테이션 또는 단계(G)는, 연속 작업편(100)의 취급을 보다 안전하게 하는 것, 연속 작업편(100)의 치수 안정성을 증가시키는 것 및/또는 잔류 열 응력을 저감하는 것을 포함하지만, 이에 한정되지 않는 다양한 이유 중 임의의 이유로 포함될 수 있다. 연속 작업편(100)이 제2 급속 냉각 스테이션(G)에서 급속하게 냉각되면, 이후의 가공, 형성 및/또는 성형 단계 (예를 들어, 추가의 롤 형성, 보정, 교정 및/또는 길이 절단)가, 고온의 연속 작업편(100)의 공정 후반의 냉각 및/또는 비대칭적 및/또는 비균일한 냉각에서 기인하는 추가의 뒤틀림 없이, 수행될 수 있다.
템퍼링되고 냉각된 작업편(190)은, 예를 들어 경화되고 템퍼링된 작업편(180)을 원하는 온도 및/또는 원하는 속도로 급속 냉각 또는 담금질하여 실질적으로 균일한 금속공학적 프로파일을 생성함으로써 달성될 수 있는 특정한, 소정의 및/또는 목표로 하는 특성을 가질 수 있다. 경화되고 냉각된 작업편(190)에 대한 냉각 속도 및/또는 최종 온도는 제1 가열 스테이션(D) 및/또는 제2 가열 스테이션에서의 가열, 및/또는 제1 급속 냉각 스테이션(E)에서의 냉각에 의존할 수 있거나, 또는 이전의 임의의 가열 또는 냉각과는 독립적일 수 있다. 제2 급속 냉각 스테이션 및/또는 제2 급속 냉각 단계(G)는 선택적인 것으로 해석된다. 예를 들어, 주변 냉각(ambidnet cooling) 및/또는 대기 온도(ambient air temperature)를 템퍼링 후의 연속 작업편(100)에 사용될 수 있다. 그러나, 일부 실시 형태에서는, 템퍼링 후의 급속 냉각 스테이션 또는 공정 단계의 사용이, 더 적은 제품이 동시에 냉각되어야 하는 이유로부터, 보다 작은 풋 프린트의 사용을 가능하게 하고/거나, 보다 빠르고 효율적인 공정 또는 시스템(10)을 가능하게 할 수 있다.
스프레이 속도는 다양할 수 있으며, 임의의 개수의 노즐이 사용될 수 있고, 둘 이상의 노즐이 사용되는 경우, 스프레이 속도는 노즐마다 다를 수 있다. 급속 냉각 스테이션(G)에서의 분무 노즐(500)이 포함되는 경우, 각각의 노즐축(N5-N8)을 가질 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 모두는 템퍼링 스테이션(F)으로부터 0도 내지 90도, 및/또는 약 45도 정도로 떨어져서 배향될 수 있다. 이와 같이 노즐(500)을 배향하는 것은, 예를 들어 원하는 열 전달을 유지하기 위해 급속 냉각 공정 중에 증기압이 과도하게 축적되지 않도록 이루어질 수 있고/거나, 노즐(500)의 이와 같은 배향은 분무로 인해 제2 급속 가열 또는 템퍼링 스테이션(F) 또는 이의 구성 요소(예를 들어, 가열 코일 또는 전기적 구성 요소)가 젖는 것을 저감하거나 방지하도록 이루어질 수 있다. 노즐(500) 및/또는 임의의 또는 모든 노즐축(N5-N8)의 정확한 배향은, 제1 급속 냉각 스테이션(E)에 대한 템퍼링 스테이션(F)의 위치, 연속 작업편(100)의 조성 및/또는 열동력학적 특성, 및/또는 연속 작업편(100)의 목표로 하는 물리학적 특성을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다수의 인자에 의존할 수 있는 것으로 해석된다. 원하는 경우, 1 이상의 공급원(예를 들어, 제1 저장 탱크(550) 및/또는 제2 저장 탱크(560))에 의해 또는 이로부터 물과 같은 냉각제가 제2 급속 냉각 스테이션(G) 및/또는 노즐(500)에 제공될 수 있다. 저장 탱크(550, 560)는 단지 예시적인 것이며, 냉각수 및/또는 물의 공급 방법의 일례로서 제공된다.
또한, 일부 실시 형태에서, 제2 급속 냉각 스테이션(G)은 금속 물성 또는 연속 작업편(100)에 유의하게 영향을 미치거나 변화시키지 않아서(예를 들어, 제1 가열 스테이션(D) 및 제1 급속 냉각 스테이션(E)의 일부 실시 형태에서와 같이 오스테나이트에서 마르텐사이트로의 변화), 보다 큰 가변성 및/또는 보다 적은 정밀도를 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 제2 급속 냉각 스테이션(G)은 연속 작업편(100)을 후속적인 핸들링 또는 처리(예컨대, 도장, 평탄화, 교정, 분체 코팅, 또는 다른 처리 또는 이들의 임의의 조합)에 적합한 온도로 냉각시킬 수있다. 이 예에서 계속해서, 제2 급속 냉각 스테이션(G)은 연속 작업편(100)을 약 150 ℃ 이하 및/또는 약 40 ℃ 이하의 예시적인 제4 온도까지 냉각시킬 수 있다. 제4 온도 또는 절단 온도는, 예를 들어 명목상의(nominal) 뒤틀림을 넘는 뒤틀림을 가하지 않고 연속 작업편(100)을 절단하거나 절단할 수 있을 정도로 충분히 낮을 수 있다.
이 명세서에 기재된 실질적으로 연속적인 인라인 공정은, 적어도 스테이션에서 스테이션으로의(또는 공정에서 공정으로의) 작업편의 이송 작업의 제거 또는 감소로 인해, 제조 플로어 공간을 적게 차지하면서 보다 작은 풋 프린트를 가능하게 할 수 있다. 이러한 연속적인 인라인 공정은, 연속 작업편(100)이 하나의 스테이션에서 다음 스테이션으로 직접 이동할 수 있게 한다. 이 연속적인 인라인 공정은 또한 이러한 직접 이송의 결과로서 더욱 효율적일 수 있는데, 이는 스테이션간에 온도의 원치 않거나 제어되지 않은 변화가, 전적으로 제거되지는 않는다고 하더라도, 최소화될 수 있기 때문이다. 더욱이, 그러한 원치 않거나 제어되지 않는 온도 변화 (및/또는 관련된 특성 변화)의 최소화 또는 제거는, 예기치 않게 그리고 놀랍게도, (그렇지 않은 경우에) 작업편 및/또는 완제품에 형성되는 뒤틀림을 최소화한다. 따라서, 이러한 연속적인 인라인 공정의 사용은, 후처리(post-process) 성형, 해머링 및/또는 성형품의 성형에 대한 필요성을 없애거나 최소화할 수 있다. 또한, 이 명세서에 설명된 공정의 하나 이상의 단계의 변형 및/또는 하나 이상의 스테이션(A-I)에서의 파라미터의 변화는, 프레임 레일 또는 구조 부재(200)의 특성의 변화를 가능하게 할 수 있다. 또, 이러한 변화는 단일의 연속 작업편(100)내에 발생해서, 단일의 연속 작업편(100) 및/또는 단일의 구조 부재(100)내의 가변적 특성이 하나 이상의 스테이션(A-I) 또는 하나 이상의 처리 단계(예를 들어, 가열, 냉각, 템퍼링 및/또는 성형)에서 파라미터를 변화시키도록 할 수 있다.
일부 실시 형태에서, 템퍼링되고 냉각된 작업편(190)은 라인을 따라, 예를 들어 교정 스테이션(H)에 의해 또는 이를 통해 절단 스테이션(I)으로, 아래로 이송될 수 있으며, 이 절단 스테이션(I)은 템퍼링되고 냉각된 작업편(190)을 도시된 예시적인 프레임 레일 또는 구조 부재(200)를 생성하는 길이로 절단할 수 있다. 교정 스테이션(H)은, 예를 들어 연속 작업편(100)을 길이에 맞게 절단하기 전에 이를 측정하고/거나 추가로 처리하기 위해 포함될 수 있다. 교정 스테이션은, 예를 들어 연속 작업편(100)에서의 뒤틀림 및/또는 프로파일 편차를 발견하고/거나 연속 작업편(100)를 추가로 롤 성형하거나, 교정하거나, 및/또는 성형하는 측정 장비를 포함할 수 있다. 교정 스테이션(H) 및 절단 스테이션(I)은 선택적이며, 단지 예시적인 것으로 해석된다. 또한, 교정 스테이션(H) 및/또는 커팅 스테이션(I)은 도시된 위치 대신에 또는 이에 추가해서 처리 방향(P)을 따라 실질적으로 임의의 스테이지에서 포함될 수 있는 것으로 해석된다. 예를 들어, 일부 실시 형태에서, 예를 들어, 에러가 발생해서 공정을 종료하고/거나 다시 시작해야 할 필요가 있을 경우에는, 성형 스테이션(C) 이후, 및/또는 임의의 가열 또는 냉각 이전에 절단 스테이션(I) 및/또는 교정 스테이션(H)을 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 교정 스테이션(H)은 컨베이어, 롤러, 벨트, 임의의 가이드 또는 이송 장치, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만, 이것들로 한정되지 않는 다양한 핸들링 장치 또는 공정 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 절단 스테이션(I)은 블레이드, 톱, 토치(예를 들어, 블로우 토치), 또는 유압 또는 플라즈마 커팅 도구, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는, 구조 부재(200)를 적당한 길이로 절단하기 위한 다양한 장치 또는 공정 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, 공정(P) 도중 또는 공정(P) 후의 임의의 시점에 프레임 레일과 같은 구조 부재(200)를 분체 코팅 또는 다른 코팅을 하기 위한 스테이션이 추가되거나 포함될 수 있다. 임의의 다양한 다른 단계 또는 시스템 구성요소가 추가되거나 치환될 수 있다고 해석된다.
도 2를 참조하면, 도 1의 예시적인 시스템(10)의 사용을 통해 수행되는 방법의 단계를 보여주는 흐름도가 도시된다. 도 1에 도시된 공정 방향(P)으로 진행되는데, 이는 소망하는 대로 수정될 수 있다. 공급기 단계(B)는 (예를 들어, 전술한 바와 같이) 성형 단계(C) 및/또는 후속 단계로 연속 작업편을 제공하기 위해 이루어질 수 있다. 연속 작업편(100)은, 가열, 냉각 또는 템퍼링되기 전에 소망하는 대로 형성 또는 성형되는데, 이는 연속 작업편(100)의 형성 또는 성형 효율을 촉진 및/또는 향상시킬 수 있다. 연속 작업편(100)을 원하는 형상 또는 프로파일로 성형한 후, 예를 들어 유도 가열 단계(D)에 의해 가열할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 또는 후속하는 가열 또는 유도 가열 단계 또는 스테이션은 작업편에 특정한 목표로 하는 특성을 부여하기 위해 설계 및/또는 제어될 수 있으며, 이는 작업편에 특정한, 소정의, 및/또는 목표로 하는 특성을 부여하기 위한 제1 또는 후속 냉각 또는 담금질 단계와 함께 작동할 수 있다. 예를 들어, 연속 작업편(100)이 SAE 15B27 유형의 강철인 경우, 제1 유도 가열 단계에서 강철을 실질적으로 고온으로 가열하면 오스테나이트가 형성될 수 있다(예를 들어, 약 900 ℃ 이상으로 가열함으로써). 이 예에서는, 제1 급속 냉각 단계(E)에서 (오스테나이트계) 강철을 급속하게 냉각시키면 마르텐사이트가 형성 또는 생성할 수 있는데, 이는 실질적으로 재료 전체를 통해 형성될 수 있고/거나 실질적으로 경화된 재료를 생성할 수 있다. 그러면, 마르텐사이트계 연속 작업편은, 템퍼링 스테이션(F)에서 템퍼링되어, 예를 들어 전술한 바와 같이 (예를 들어, 목표로 하는, 대칭적인, 비대칭적인 등) 작업편의 경도를 감소시키고, 인성을 증가시키고/거나, 작업성(가공성)을 증가시킬 수 있다. 선택적으로, 제2 급속 냉각, 분무 및/또는 담금질 단계(G)는 제2 급속 냉각 스테이션(G)에서 일어날 수 있는데, 이는 연속 작업편(100)을 취급 및/또는 그 재료 특성을 더욱 변화시키는 데 도움이 되는 온도로 냉각시키는 것을 포함하지만, 이로 한정되지 않는 다양한 이유에 기인할 수 있다. 예를 들어, 제2 급속 냉각 단계(G)는 연속 작업편(100)을 취급하기에 안전하고 교정 단계(H)에 도달하기 전에 잔류 열 응력이 최소이거나 또는 전혀 없는 온도로 냉각할 수 있다. 교정 단계(H)는, 예를 들어, 연속 작업편(100)을 보다 정확하게 성형(예를 들어, 주어진 허용 오차내에서)하고/거나 뒤틀림을 제거 또는 최소화하기 위해, 측정, 보다 정확한 형상의 연속 작업편(100)으로의 추가적인 성형(예를 들어, 추가적인 롤 성형 및/또는 교정에 의함)을 실시하는 것을 포함할 수 있다. 길이 절단 단계(I)는, 일부 실시 형태에서, 구조 부재 또는 프레임 레일(200)과 같은 완제품을 형성하기 위해 연속 작업편(100)을 길이로 절단하기 위해 포함될 수 있다. 예를 들어, 연속 작업편(100) 및/또는 프레임 레일(200)의 분체 코팅과 같은 기타 처리 단계를 추가하는 것도 가능한 것으로 해석된다. 분체 코팅을 실시하는 경우, 사실상 어느 곳에서도 가능하지만, 일부 실시 형태에서는, 교정 단계(H) (포함되는 경우) 후 및/또는 길이 절단 단계(I)(포함되는 경우) 후에 실시할 수 있다.
재료의 후속 가열 및/또는 냉각은 다양한 이유 중 임의의 것으로부터 이루어질 수 있다. 마르텐사이트가 형성되는 상기 예에 이어서, (마르텐사이트계) 강철을 템퍼링하기 위해 제2 가열 단계가 이루어질 수 있다. 예를 들어, 약 400-450 ℃의 범위로 가열하는 것에 의해, 강철을 실질적으로 템퍼링하고/거나 이의 작업성(가공성)을 높이거고/거나 이에 소정의 특성(예를 들어, 경도 및/또는 취성, 수율, 신장률, 탄성, 인장 강도, 및/또는 전단 강도)을 부여할 수 있다. 마르텐사이트계 강철은 매우 단단하거나 부서지기 쉽고, 작업, 성형, 형성, 절단 등이 어려운 경우가 종종 있다고 해석된다. 제2 또는 후속적인 냉각 단계는, 템퍼링된 강철의 냉각이 내부의 뒤틀림을 제거하고/거나 최소화할 수 있다는 것을 포함하는 다양한 이유 중 임의의 것으로부터 포함될 수 있다.
도 3a 내지 3c를 참조하면, 도 3a에 도시된 프로파일을 갖는 예시적인 연속 작업편(100)을 도 3b에 도시된 중간 프로파일로 성형하는 예시적인 진행(단계)을 나타내는 예시적인 실시 형태가 도시된다(이는, 제2 롤러쌍을 이용하는 것과 같은 제2 또는 후속적인 성형 단계가 있는 경우에, 예를 들어 제1 롤러쌍에서 시작되는 성형 후, 그리고 마지막 성형 이전에 일어날 수 있다). 일부 실시 형태에서, 예시적인 공정(P)에서 이루어지는 일부 또는 실질적으로 모든 성형 또는 형성은 가열 및/또는 냉각 중 어느 하나 또는 모두가 이루어지기 전에 이루어질 수 있다. 예를 들어, 연속 작업편(100)이 강철인 경우, 가열 또는 냉각이 이루어진 후에 재료에 롤 성형 또는 다른 성형을 실시하는 것이 어려울 수 있다(예를 들어, 제1 가열 작업편(160), 제1 급속 냉각 작업편(170), 경화 및 템퍼링된 작업편(180) 및/또는 강화되고 냉각된 작업편(190)을 성형하는 것이 어려울 수 있고, 그 결과 작업편을, 연속 작업편(100)으로서, 프로파일된 작업편(150)으로서, 및/또는 실질적인 가열, 냉각 및/또는 담금질전의 임의의 기타 작업편 상태로서 성형 또는 절단하는 것이 용이할 수 있다). 따라서, 일부 실시 형태에서, 프레임 레일 또는 구조 부재(200)는, 제1 가열 작업편(160)을 생성하는 제1 가열 스테이션(D)에서 이루어지는 것과 같은 제1 가열 또는 냉각 이전에, 프로파일된 작업편(150)으로서 최종 형상 또는 실질적으로 최종 형상을 취할 수 있다.
도 4 및 4a를 참조하면, 예시적인 유도 가열 코일(410)의 실시 형태가 도시된다. 도 5 및 도 5a는, 도 4 및 도 4a의 유도 가열 코일(410) 대신에 또는 그에 추가하여 사용될 수 있는 유도 가열 코일(420)의 다른 실시 형태를 도시한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 코일(410)은, 실질적으로 직사각형의 형상을 가져서, 연속 작업편(100)이 코일(410)에 의해 가열되면서 이를 통과할 수 있도록 할 수 있다. 코일(410)은, 다양한 형태의 연속 작업편(100), 예를 들어 박스형 채널, I형 또는 Z형 채널, 및/또는 임의의 다양한 다른 형상 또는 프로파일의 연속 작업편(100)이 이것(코일)을 통과하도록 하는 방식으로 성형되는 것으로 해석할 수 있다. 그러므로, 코일(410)은 다양한 형상의 작업편(100)을 가열하고 이의 통과를 허용하도록 성형될 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 코일(420)을 연속 작업편(100)의 형상 또는 프로파일에 보다 더 유사하게 또는 추종하게 하는 것도 가능하다. 그렇게 하는 경우, 코일(420)을 작업편(100)의 실질적으로 모든 표면에 보다 가깝게 배치할 수 있고, 그에 인해 연속 작업편(100)을 신속하게, 및/또는 보다 효율적으로 가열할 수 있다. 그러나, 코일(420)은, 예를 들어 연속 작업편(100)이 박스형이거나 또는 Z형인 경우에, 다양한 다른 형상의 연속 작업편(100)의 가열 및/또는 통과를 쉽게 허용하지 않을 수 있는 방식으로 성형(형성)될 수 있다고 이해될 수 있다. 코일(410) 중 어느 하나 또는 모두는, 예를 들어 연속 작업편(100)에 대해 균일하게(일정하게) 또는 대칭적으로 배치됨으로써, 연속 작업편(100)을 균일하게 또는 대칭적으로 가열할 수 있다. 또한, 임의의 수의 코일(410) 또는 코일(420) 또는 둘 다를 사실상 임의의 조합으로 사용할 수 있다.
또한, 도 6 및도 6a-6c는 도 4, 4a, 도 5, 도5a의 유도 가열 코일 대신에 또는 이에 추가하여 사용될 수 있는 트림 유도 가열 트림 코일(430, 432, 434 및 436)의 실시 형태를 도시한다. 트림 가열 코일(430, 432, 434, 및/또는 436)은, 예를 들어 연속 작업편(100)의 소정의 온도 또는 특성(예를 들어, 경도, 강도, 금속공학적 프로파일)을 얻기 위하여 연속 작업편(100) 또는 구간(zone)을 정확하게 가열하는 데 사용될 수 있다. 연속 작업편(100)의 특정 섹션, 부분 또는 구간이, 트림 코일(432, 434) 432)의 타겟이 될 수 있다. 예를 들어, 제1 측부 트림 코일(432)이 연속 작업편(100)의 한 측면 또는 플랜지를 타겟으로 할 수 있고/거나, 제2 측부 트림 코일(434)이 연속 작업편(100)의 다른 또는 반대쪽 측면 또는 플랜지를 타겟으로 할 수 있다. 이러한 방식으로, 연속 작업편(100)의 제1 구간 또는 플랜지는 연속 작업편의 제2 구간 또는 플랜지와 다르게 가열되고/거나, 다른 경도 또는 다른 특성을 갖도록 성형될 수 있다. 예를 들어, 연속 작업편(100)으로부터의 거리, 연속 작업편(100)의 형상, 연속 작업편(100)의 위치, 제1 측부 트림 코일(432) 및 제2 측부 트림 코일(434)에 대한 전원 공급 및/또는 공급 전원의 주파수는, 연속 작업편(100)의 각각의 구간별로 상이한 가열을 할 수 있도록 변화될 수 있다. 이 명세서에 언급된 구간은, 웨브 구간 및/또는 플랜지 구간 대신에 또는 이에 추가하여 조인트, 코너, 이들의 임의의 부분 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
임의의 또는 모든 트림 코일(430, 432, 434, 및 436)은, 예를 들어 제2 급속 가열 또는 템퍼링 스테이션(F)에서 사용될 수 있다. 연속 작업편(100)에 대해 다양한 위치, 형상 및 크기의 유도 가열 코일을 사용하여 연속 작업편(100)의 영역이나 구간을 타겟으로 할 수 있다. 이런 식으로, 유도 가열 코일을 사용해서, 연속 작업편(100)을 실질적으로 대칭적으로 또는 균일하게 급속 가열하고/거나 템퍼링하거나, 또는 대안적으로 연속 작업편(100)을 실질적으로 비대칭적으로 또는 비균일하게 신속 가열하고/거나 템퍼링할 수 있다. 예를 들어, 코일(432, 434)은 연속 작업편(100)의 상이한 측면을 타겟으로 하여 상이한 속도 및/또는 상이한 온도로 상이한 영역을 가열 또는 템퍼링할 수 있으며, 그 결과, 상이한 경도, 상이한 강도, 다른 상이한 물리적 특성 또는 이들의 임의의 조합을 가지는 연속 작업편(100)의 외측부(lateral zone)을 생성할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 각각의 가열 코일에 대한 전력 공급을 달리함으로써 목표로 하는 가열 속도를 허용하고/거나, 가열 온도를 표적화할 수 있다. 그러므로, 연속 작업편(100)은 복수의 구간을 가질 수 있는데, 이 중 어느 구간 또는 모든 구간은 고유하고/거나 임의의 다른 구간과는 상이한 특성을 가질 수 있다(도 9에 도시된 바와 같음). 일부 실시 형태에서, 코일(410)은 임의의 또는 모든 트림 코일(430, 432, 434, 및/또는 436)과 함께 사용될 수 있고/거나 코일(410, 420)은 트림 코일(430, 432, 434, 및/또는 436)과 함께 사용될 수 있다.
전술한 바와 같은 코일(410, 420, 430, 432, 434 및/또는 436)과 같은 임의의 또는 모든 코일의 형상, 상기 코일에 대한 전력 공급, 상기 코일에 공급된 전력의 주파수를 변화시킴으로써, 유도 가열을 변경, 제어 및/또는 표적화할 수 있다. 가열 코일(410, 420, 430)과 같은 임의의 또는 모든 가열 코일은 (도 4a, 도 5a 및 도 6a에 도시된 바와 같은) 다양한 프로파일 형상을 가질 수 있다. 가열 코일(410, 420, 430)의 디자인은 가열 속도 및/또는 가열 효율에 영향을 줄 수 있다. 가열 속도 및 효율은, 가열 코일(410, 420, 430)을 연속 작업편(100)에 가깝게 위치시킴으로써 최적화 및/또는 최대화될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 가열 코일(410, 420, 430)의 내경 또는 내주 및 외주를 사실상 최소한으로 하는 것에 의해, 일반적으로 가열 속도 및/또는 가열 효율을 증가시키거나 개선할 수 있다. 그러나, 가열 코일(410, 420, 430)이 비싸기 때문에, 상대적으로 적은 수의 코일이 연속 작업편(100)의 비교적 큰 범위의 크기, 형상 및/또는 구성을 커버하도록 약간의 절충이 이루어질 수 있다. 연속 작업편(100)과 코일(410, 420, 430)간의 간격은 약 3mm 내지 약 25mm의 범위일 수 있다. 또한, 일반적으로 온도가 높을수록 가열 시간이 짧아지고, 온도가 낮을수록 일반적으로 긴 가열 시간을 필요로 한다. 따라서, 보다 긴 코일 및/또는 더 많은 코일은 보다 긴 가열 시간을 제공하는데, 이는 보다 낮은 온도(및 코일 당 더 낮은 전력 요구조건)을 허용할 수 있다. 유사한 유도 가열 코일이 제1 급속 가열 스테이션(D)에 사용될 수 있으며, 전술한 파라미터 및 고려 사항이 이러한 가열 코일에 적용될 수 있다. 따라서, 가열은 제1 급속 가열 스테이션(D)에서 목표 설정 및/또는 변경될 수 있으며, 제1 급속 가열 스테이션(D)에서 발생하는 가열은 실질적으로 대칭 또는 비대칭적일 수 있다.
임의의 또는 모든 트림 코일(430, 432, 434, 및 436)은 다양한 형태, 형상 및/또는 크기 중 임의의 것을 취할 수 있다. 예를 들어, 이들은 편평할 수 있고, 연속 작업편(100)의 하나 또는 복수의 표면상에 자기장을 발생시킬 수 있고/거나 임의의 또는 모든 코일이 연속 작업편(100)의 표면을 감싸도록 성형될 수 있다. 열이 연속 작업편(100)의 비교적 얕은 깊이를 관통할 수 있기 때문에, 연속 작업편(100)의 내측 및 외측 표면을 둘러싸거나 또는 이에 대면하는 임의의 트림 코일을 항상 가져야만 하는 것은 아니다. 연속 작업편(100)의 내측 및 외측 표면 둘다(또는 임의의 다른 표면)를 둘러싸거나 이에 대면하는 임의의 또는 모든 트림 코일(430, 432,434 또는 436)을 가짐으로써 연속 작업편(100)의 신속한 및/또는 효율적인 가열을 촉진할 수 있지만, 그것이 항상 필요한 것은 아니고/거나 일부 형상의 연속 작업편(100)의 경우에는 시간 또는 효율성에 관련하여 아무런 추가적인 이득이 없거나 또는 거의 없을 수 있다.
임의의 또는 모든 트림 코일(430, 432, 434, 또는 436)(또는 이 명세서에 기술된 임의의 다른 코일 또는 사용될 수 있는 임의의 다른 코일)에 사용될 수 있는 다양한 형상 또는 형태는 비제한적으로, 헤어핀 코일 및/또는 팬케이크 코일을 포함할 수 있으며, 이에 관해서는 통상의 기술자는 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 팬케이크 코일은 복수의 별개의 코일(예를 들어, 도 6a에 도시된 바와 같이 3개의 별개의 코일)일 수 있으며, 이들 중 임의의 코일은 복수의 별개의 가열 또는 템퍼링 구간을 생성하도록 변화될 수 있다. 별개의 팬케이크 코일들 중 임의의 것 또는 전부는 연속 작업편(100)이 코일 아래를 통과할 때 적절한 시점에 턴 온 및 턴 오프(또는 전력, 주파수 등의 증가 및 감소)되어서, 예를 들어, 연속 작업편(100)의 길이 및/또는 너비(폭)를 따라 특성(예를 들어, 경도, 강도 등)을 달리할 수 있다. 따라서, 일부 실시 형태에서, 직선형의 균일한 구성 요소(부품)를 제조하는 것은 구부러진, 비균일한 부을 제조하는 것과 동일한 동일한 장비 및 성능을 요구할 수 있다.
또한, 동일한 참고서의 214쪽 도면을 포함시켰다. 이것은 ‘솔레노이드’ 코일과 팬케이크 (또는 헤어핀) 코일에 의해 생성된 자속의 방향을 나타낸다. 코일 형상, 코일의 주파수 및 전력 등의 선택은 모두 함께 작용하여 공정의 결과에 영향을 미친다. 상당히 유사한 결과를 가져올 수 있는 이러한 요소의 다양한 조합이 존재하며, 각 조합은 고유한 긍적적인 요인과 부정적인 요인을 가질 수 있다.
도 7a 및도 7b를 참조하면, 노즐(500)로부터의 다수의 스프레이(S)는, 예를 들어 노즐(N1) 등으로부터 다양한 스프레이 각도(θ1, θ2, θ3)로 연속 작업편(100)을 향해 또는 연속 작업편(100) 상으로 배향될 수 있다. 연속 작업편(100)은, 공정 방향(P)에서 제1 급속 가열 스테이션(D) 및/또는 스프레이(S)에 대해 이동할 수 있다. 하나 이상의 노즐이 노즐(N1) 대신에 또는 그에 추가하여 사용될 수 있지만, 명확성 및 설명의 목적으로 도 7a에는 단지 하나의 노즐이 도시된다. 노즐(N1)은 약 45도로 도시되어 있지만 약 0도 내지 90도 사이일 수 있는 충돌각 또는 분사 각도(θ1)로 배향될 수 있고, 이로써 예를 들어 스프레이(S)가 제1 급속 가열 스테이션(D) 또는 제2 급속 가열 스테이션(F)로 진입하거나 이들 스테이션을 손상하는 것을 방지 또는 저해한다. 스프레이 각도(θ2)는 약 60도로 도시되어 있지만, 0도 내지 90도 사이일 수 있으며, 스프레이 각도(θ3)는 약 30도로 도시되어 있지만, 0도 내지 90도 사이일 수 있다. 일부 실시 형태에서, 스프레이(S)는 연속 작업편(100) 주변의 지점 또는 영역에서 실질적으로 연속 작업편(100)을 둘러싸고/거나 연속 작업편(100)과 실질적으로 균일하게 접촉할 수 있다. 스프레이(S)의 그러한 균일성, 및/또는 스프레이(S)의 분무 속도 및 냉각 매체의 균일성은 연속 작업편(100)의 실질적으로 대칭적인 냉각을 용이하게 할 수 있으며, 이는 예를 들어 구배 냉각 속도 및/또는 상이한 열적 스트레스에 기인하여, 또는 분무 노즐(500) 모두가 연속 작업편(100)의 표면으로부터 등거리가 아닌 경우에, 뒤틀림을 최소화하거나 방지하는 것을 도울 수 있다. 그러나, 스프레이(S)는 예를 들어 상술한 바와 같은 비대칭 냉각을 달성하도록 변경될 수 있다고 해석된다.
도 8 및 9에 도시된 바와 같이, 구조 부재(200)는 길이 방향 또는 축방향 치수(L) 및/또는 횡방향 치수(T)를 가질 수 있다. 일부 실시 형태에서, 구조 부재는 축방향(A) 및/또는 횡방향(T)으로 (예를 들어, 균일한 가열, 냉각 및/또는 템퍼링으로부터) 실질적으로 균일한 특성을 가질 수 있다. 대안적인 실시 형태에서, 목표로 하는 가열 및/또는 냉각은, 축방향 치수(L) 및/또는 횡방향 치수(T)에 있어서 구조 부재(200)에 다양한 특성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 구간(1), 구간(2) 및/또는 구간(3)은 다른 금속공학적 프로파일, 열역학적 특성, 및/또는 경도 또는 강도와 같은 물리적 특성을 가질 수 있다. 따라서, 예를 들어, 제1 급속 가열(D), 제1 급속 냉각(E) 및/또는 제2 급속 냉각(G)이 실질적으로 대칭적이고, 제2 급속 가열 또는 템퍼링(F)이 비대칭적인 경우(예를 들어, 가열 코일에 대한 전원 공급을 변화시키거나 연속 작업편(100)의 측면 또는 영역을 표적화함으로써 비대칭적으로, 및/또는 전술한 바와 같이), 구간(1-3)은 다양한 템퍼 구간을 나타낼 수 있는데, 여기서 연속 작업편(100) 및/또는 프레임 레일 또는 구조 부재(200)의 특성은 제2 급속 가열 스테이션(F)에서의 비대칭적인 템퍼링에 의해 실질적으로 달라진다. 대신에, 제2 급속 가열(F)이 실질적으로 대칭적이고/거나 제1 급속 가열(D), 제1 급속 냉각(E) 및/또는 제2 급속 냉각(G)이 실질적으로 비대칭적일 수 있다고 해석된다. 변화하는 템퍼 구간을 생성하는 비대칭적인 템퍼링은, 연속 작업편(100) 및/또는 구조 부재(200)의 특성이 구간간에 어떻게 달라질 수 있는지에 보여주는 하나의 예일 뿐이다.
도 9는 3 개의 구간을 도시하고 있지만(구간 1은 연속 작업편(100)의 웨브(또는 그 일부)이고, 구간 2 및 3은 연속 작엽편의 각각의 플랜지(또는 그 일부)임), 3개의 구간은 포함될 수 있는 예시적인 개수의 구간일 뿐이며, 예시적인 구간(1-3)에 대신해서 또는 추가로 1 이상의 구간이 포함될 수 있다. 예를 들어, 템퍼 구간 및/또는 특정한 특성의 구간(대칭적이든 비대칭적이든)은, (연속 작업편(100)이 웨브 및 플랜지를 포함한다면) 웨브 및 플랜지가 만나는 코너 및/또는 조인트 또는 그 근방에 위치할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 임의의 구간(1-3)은 예를 들어 도 10에 도시된 것과 같은 더 많은 구간으로 더욱 분할될 수 있다. 도 9의 구간(1-3)은 단지 예시적인 것이며, 예시의 목적으로 제공된다.
일부 실시 형태에서, 구간(1)은 연속 작업편(100)의 중심부 또는 웨브를 나타낼 수 있고/거나 구간(1 및 2)는 연속 작업편(100)의 반대 측면 또는 플랜지를 나타낼 수 있다. 이하에서 보다 상세하게 설명하겠지만, 연속 작업편(100)의 특성은 구간별로 달라질 수 있거나, 실질적으로 구간간에 일정할 수 있다. 예를 들어, 구간(1)은, 유사한 경도를 가질 수 있는 구간(2 및 3)보다 더 단단할 수 있고, 그 결과 도 10a에 나타낸 ‘하드 웨브(hard web)’ 디자인으로 된다. 다른 예로서, 구간(1)은 유사한 경도를 가질 수 있는 구간(2) 및 구간(3) 보다 덜 단단할 수 있으며, 그 결과 도 10a에 나타낸 ‘소프트 웨브’ 디자인으로 된다. 또 다른 예에 있어서, 구간(1-3)은 유사한 경도를 가질 수 있고, 그 결과 도 10a에 나타낸 ‘균일 한’ 디자인으로 된다. 다른 실시예가 가능하며, 이들 실시예는 단지 설명의 목적으로 제공된 것으로 해석된다. 일부 실시 형태에서, 연속 작업편(100) 및/또는 구조 부재(200)는 구간(1)과 구간(2)가 서로 다르거나, 비균일한 경도로 형성될 수 있다고 해석된다.
예시적인 절단 스테이션(I)과 절단 및/또는 구조 부재(200)으로 성형되기 이전의 임의의 시점에서, 재료는 하나 이상의 스테이션에 동시에 위치되도록 축방향 치수(A)로 충분한 길이를 가질 수 있다고 해석된다. 예를 들어, 실질적으로 견고한 재료 조각이, 예를 들어, 공급 스테이션(A), 공급 스테이션(B), 성형 스테이션(C), 제1 가열 스테이션(D), 제1 급속 냉각 스테이션(C), 제2 가열 스테이션(F), 제2 급속 냉각 스테이션(G), 교정 스테이션(H) 및/또는 절단 스테이션(I) 각각인 것과 같이, 절단 스테이션(I) 이전의 모든 스테이션 또는 절단 스테이션(I)을 포함하는 모든 스테이션에 동시에 존재할 수 있다. 따라서, 필수적이지는 않지만, 하나의 재료 조각이 동시에 둘 이상의 가공 스테이션에 존재하고/거나 둘 이상의 처리 단계에 공정 단계의 대상이 되는 것도 가능하다. 대신에, 바람직하다만, 소정의 재료 조각이 단지 하나의 처리 스테이션에 존재하고/거나 단지 하나의 처리 단계의 대상이 되는 것도 가능하다.
도 10 및 10a를 참조하면, 복수의 측방향 또는 횡방향 구간(Z1-Z7)을 가지는 구조 부재(200)의 예시적인 실시 형태가 도시되어 있으며, 도 10a의 차트에서 상이한 라인으로 나타낸 다양한 예시적인 재료의 구간을 통한 브리넬 경도(Brinell hardness)는 가변적이다. 구조 부재(200)는 도 10 및 도 10a에 도시된 바와 같은 7개의 구간을 가질 수 있거나, 7개 미만의 구간을 가질 수 있거나(예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같음), 또는 7개 보다 많은 구간을 가질 수 있다. 7개의 구간(Z1-Z7)은 단지 예시적인 것이며 예시를 위해 제공된다. 횡방향 구간(Z1-Z7)간의 상이한 경도는, 예를 들어 자동차 내의 특정 용도로 설계될 수 있는 특정 프레임 레일 또는 구조 부재(200)에 있어서 바람직할 수 있다. 횡방향 구간(Z1-Z7)간의 상이한 경도는, 예를 들어 구간(Z1-Z7)간의 상이한 물리적 특성을 얻기 위해 템퍼링 스테이션(F) 또는 급속 가열에서의 표적화된 가열에 의해서 얻어질 수 있다(상기 특성은 또한 전술한 바와 같이 그리고 도 9에서 나타내는 바와 같이 길이 방향으로 변화될 수 있으나, 도 10 및 11에서는 도시하지 않는다).
시스템(10) 및/또는 상술한 공정에서 기인한 다양한 특성을 갖는 프레임 레일과 같은 구조 부재(200)의 예를 이하에 설명한다.
실시예 1
연속 작업편은, 25 Khz 150 KW 전원의 78 % 전력에서 작업편의 프로파일을 밀접하게 추종하는 단일 유도 코일을 사용하여 오스테나이트화되었다(예를 들어, 도 5a 참조). 작업편은, 제1 급속 가열 스테이션에서 약 950 ℃의 온도로 가열되었다. 작업편은 0.73m/분으로 이동하였고, 약 5-10 초내에 100 ℃ 미만으로 담금질하여, 전체적인(full) 마르텐사이트 미세 조직을 형성하였다. 그 후 작업편을 21.25 % 출력에서 작동하는 동일한 유형의 유도 코일로 템퍼링해서 약 510 ℃를 달성하였고, 약 0.73 미터/분의 속도로 이동하였다. 그 후, 작업편을 2시간 동안 대기에서 냉각시켰다. 생성된 재료의 경도는 348(브리넬 Hv3000kg)이었다. 생성된 작업편은 146.51 MPa의 인장 강도(T)를 가졌다.
실시예 2
두번째 실시예에서는, 작업편이, 템퍼링 후에 대기 냉각하는 대신에, 물에 의해 30 ℃ 미만으로 급속 냉각되는 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 동일한 공정을 사용하여 오스테나이트화하고, 템퍼링했다. 생성된 재료의 경도는 369(브리넬 Hv3000kg)이었다. 생성된 작업편은 146.51 MPa의 인장 강도(T)를 가졌다.
실시예 3
세번째 실시예에서는, 작업편은 실시예 1, 2와 동일하게 오스테나이트화되지만, 1 Khz, 250 KW 유도 전력 공급의 14% 전력에서 타원형(예를 들어,도 4a 참조)의 단일 유도 코일을 사용하여 템퍼링하였다. 작업편의 템퍼링 온도는 약 537 ℃였다. 생성된 작업편의 경도는 중심 부근에서(예를 들어,도 10의 구간(Z4) 참조) 브리넬 302였고, 플랜지에서(예를 들어, 도 10의 구간(Z2) 참조) 브리넬 287이었다. 생성된 작업편은 96.53 MPa의 인장 강도(T)를 가졌다.
실시예 4
네번째 실시예에서는, 작업편은 상기 실시예에서와 같이 오스테나이트화되었지만, 12.8% 전력에서 타원형(예를 들어, 도 4a 참조)의 35 KW 라인 유도 코일을 사용하여 템퍼링했다. 얻어진 템퍼링 온도는 582 ℃였다. 생성된 작업편의 경도는 중심 부근에서(실시예 10의 구간(Z4) 참조) 브리넬 286이었고, 플랜지에서(예를 들어, 도 10의 구간(Z4) 참조), 플랜지에서의 브리넬 302 (도 10의 구간(Z2) 참조)이었다. 생성된 작업편은 88.25 MPa의 인장 강도(T)를 가졌다.
실시예 3 및 4는 단일 코일을 사용하여 작업편을 비대칭적으로 가열하여 의도적으로 감소된 경도의 구간을 생성한 결과를 나타낸다.
상기 실시예는 전술한 공정, 시스템 및 장치의 예시적인 결과를 설명하기 위한 목적으로만 제공되며, 이들 실시예는 본원에 포함된 청구범위를 어떤 방식으로든 제한하지 않는다고 해석된다.
몇가지 실시 형태가 이 명세서에 설명되고 예시되었지만, 통상의 기술자는 그 기능을 수행하고/거나 이 명세서에 기재된 결과 및/또는 1 이상의 이점을 얻기 위해 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 쉽게 상정할 수 있을 것이고, 이러한 변화 및/또는 변경은 이 명세서에 기재된 실시 형태의 범위에 속하는 것으로 간주된다. 더욱 일반적으로, 통상의 기술자는, 이 명세서에 기재된 모든 파라미터, 치수, 재료 및 구성(배치)이 예시적이며, 실제의 파라미터, 치수, 재료 및/또는 구성(배치)는 해당 교시가 사용되는 특정 용도에 따라 달라질 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 통상의 기술자는 일상적인 실험만을 사용하여 이 명세서에 기재된 특정 실시 형태에 대한 다수의 균등물을 인식하거나, 또는 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 실시 형태는 단지 예로서 제시되었을 뿐이며, 이하의 청구범위 및 그 등가물의 범위 내에서, 실시 형태는 구체적으로 기재되고 청구된 것과 달리 실시될 수 있다고 해석된다. 본 개시의 실시 형태는, 이 명세서에 기재된 각각의 개별적인 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법에 관한 것이다. 또한, 상기 특징(feature), 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법들이 서로 모순되지 않는 경우에는, 상기 특징, 시스템, 물폼, 재료, 키트 및/또는 방법의 둘 이상의 조합도 본 개시의 범위에 속한다.
이 명세서에 정의되고 사용된 모든 정의는, 사전적 정의, 참조로 포함된 문헌에서의 정의 및/또는 정의된 용어의 통상적인 의미를 망라하는 것으로 해석되어야 한다. 이 명세서 및 청구범위에 사용된 단수형은, 그에 반하는 것이 명시되어 있지 않는 한, ‘적어도 하나’를 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 이 명세서 및 청구범위에 사용된 ‘및/또는’이라는 문구는, 이와 같이 결합된 요소 중 ‘어느 하나 또는 둘 다’, 즉 어떤 경우에는 결합적으로 존재하고 다른 경우에는 분리적으로 존재하는 요소들을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
‘및/또는’으로 나열된 다수의 요소는 동일한 방식으로, 즉 그와 같이 결합된 구성 요소 중 ‘하나 이상’으로 해석되어야 한다. 특히 식별된 요소와 관련이 있든 없든, ‘및/또는’ 절에 의해 구체적으로 식별된 요소 이외에 다른 요소가 임의로 존재할 수 있다. 따라서, 비한정적인 예로서, ‘포함하는’과 같은 개방형 언어와 함께 사용될 때, ‘A 및/또는 B’는, 하나의 실시 형태에서는 A만을(임의로 B 이외의 요소를 포함할 수 있음), 다른 실시 형태에서는 B만을(임의로 A 이외의 요소를 포함할 수 있음), 또 다른 실시 형태에서는 A 및 B 모두(임의로 다른 요소를 포함할 수 있음) 등을 가리킬 수 있다.
이 명세서 및 청구범위에 사용된 ‘또는’은 상기한 ‘및/또는’과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어, 목록 중의 항목을 분리할 때, ‘또는’ 또는 ‘및/또는’은 포괄적인 것으로 해석되어야 하며, 즉, 다수의 요소 또는 요소의 목록 중 적어도 하나를 포함할 뿐 아니라, 둘 이상을 포함하며, 선택적으로 목록에 포함되지 않은 추가의 항목도 포함하는 것으로 해석되어야 한다. ‘단지(오직)’이란 용어는, 그에 반하는 것이 명시되어 있지 않는 한, ‘~ 중 오직 하나’ 또는 ‘~ 중 정확히 하나’ 또는 청구범위에 사용되는 경우, ‘~로 구성된’은 다수의 요소 또는 요소 목록 중 정확히 하나의 요소를 포함하는 것을 가리킨다. 일반적으로, 이 명세서에 사용된 ‘또는’이라는 용어는 ‘~ 중 어느 하나’, ‘~ 중 단지 하나’또는‘~중 정확히 하나’와 같은 배타적인 용어를 동반할 때, 배타적인 대안 (즉, ‘하나 또는 그 외의 다른 하나이지만, 둘 다는 아닌 것’)을 나타내는 것으로 해석해야 한다. 청구범위에 사용된 경우, ‘본질적으로 구성된’은 특허법 분야에서 사용되는 것과 같은 통상적인 의미를 가질 것이다.
이 명세서 및 청구범위에서 사용된 바와 같이, 하나 이상의 요소의 목록과 관련하여’적어도 하나’라는 문구는, 상기 요소 목록 중 임의의 하나 이상의 요소로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 의미하는 것으로 해석해야 하지만, 요소 목록내에 특히 열거된 적어도 하나의 각 요소 및 모든 요소를 반드시 포함하는 것은 아니며, 요소 목록내의 요소의 임의의 조합을 배제하지 않는다. 또한 이 정의는 ‘적어도 하나’라는 문구가 언급된 요소 목록 내에 구체적으로 식별되는 요소 이외의 요소(구체적으로 식별된 요소와 관련이 있거나, 없을 수 있음)가 선택적으로 존재할 수 있게 한다. 따라서, 비제한적인 예로서, ‘A 및 B 중 적어도 하나’(또는 같은 의미로, ‘A 또는 B 중 적어도 하나’ 또는 같은 의미로 ‘A 및/또는 B 중 적어도 하나’)는, 하나의 실시 형태에서 B를 포함하지 않는(임의로 B 이외의 요소를 포함할 수 있음) 적어도 하나의(임의로 둘 이상을 포함할 수 있음) A를 가리킬 수 있고, 다른 실시 형태에서 A를 포함하는 않는(임의로 A 이외의 요소를 포함할 수 있음) 적어도 하나의(임의로 둘 이상을 포함할 수 있음) B를 가리킬 수 있고, 또다른 실시 형태에서는, 적어도 하나의(임의로 둘 이상을 포함할 수 있음) A와, 적어도 하나의(임의로, 둘 이상을 포함할 수 있음) B 등을 가리킬 수 있다.
달리 명시하지 않는 한, 하나 이상의 단계 또는 동작을 포함하는 이 명세서에 청구된 임의의 방법에서, 방법의 단계 또는 동작의 순서는 방법의 단계 또는 동작이 기재된 순서에 한정되지는 않는다는 것을 이해해야 한다.
상술한 발명의 상세한 설명 및 청구범위에 있어서, ‘포함하는’, ‘함유하는’, ‘보유하는’, ‘가지는’, ‘로 이루어진(composed of)’과 같은 용어는, 개방 형식, 즉 비제한적으로 포함하는 것을 의미한다고 해석된다. 다만 ‘로 구성된(consisting of)’ 또는 ‘로 본질적으로 구성된(consisting essentially of)’은 폐쇄 형식 또는 반폐쇄 형식일 수 있다.
몇가지 방법 및 실시 형태에 대한 전술한 설명은 예시의 목적으로 제공되었다. 그것은 완전한 것도, 정확한 단계 및/또는 형태를 개시된 것으로 제한하려는 것도 아니며, 상기 교시에 비추어 많은 수정 및 변형이 가능하다는 것은 명백하다.
10 시스템
100 연속 작업편
200 구조 부재
650 광학 측정 장치
750 컴퓨터
A 공급 스테이션
B 공급기 스테이션
C 롤 성형 스테이션
D 제1 급속 가열 스테이션
E 제1 급속 냉각 스테이션
F제2 급속 가열 스테이션
G 제2 급속 냉각 스테이션
H 교정 스테이션
I 절단 스테이션
100 연속 작업편
200 구조 부재
650 광학 측정 장치
750 컴퓨터
A 공급 스테이션
B 공급기 스테이션
C 롤 성형 스테이션
D 제1 급속 가열 스테이션
E 제1 급속 냉각 스테이션
F제2 급속 가열 스테이션
G 제2 급속 냉각 스테이션
H 교정 스테이션
I 절단 스테이션
Claims (54)
- 경화되고 템퍼링된 구조 부재의 제조 방법으로서,
연속된 철 작업편을 제공하는 단계;
상기 철 작업편을 선택된 프로파일을 가진 프로파일된 작업편으로 롤 성형하는 단계;
유도 가열 장치에서, 상기 프로파일된 작업편의 실질적으로 전체에 걸쳐서 제1 금속상이 형성되는 제1 온도보다 높은 온도로 상기 프로파일된 작업편을 급속 가열하는 단계;
약 상기 제1 온도로부터 제2 온도로 제1 냉각 속도로 상기 프로파일된 작업편을 급속 냉각하여, 상기 프로파일된 작업편의 실질적으로 전체에 걸쳐서 상기 제1 금속상을 제2 금속상으로 전환하고, 이로써 선택된 프로파일을 가진 경화된 작업편을 생성하는 단계;
제2 유도 가열 장치에서 상기 경화된 작업편을 제3 온도로 급속 가열하여, 경화된 작업편을 템퍼링하고, 소정의 경도와 상기 선택된 프로파일을 가진 경화되고 템퍼링된 작업편을 얻는 단계; 및
상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 제2 냉각 속도로 제4 온도로 급속 냉각시키는 단계
를 포함하는 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 온도가 약 800℃ 내지 1000℃의 범위이고, 상기 제1 금속상이 오스테나이트인 것인 제조 방법. - 제2항에 있어서,
상기 제2 온도가 약 20℃ 내지 200℃의 범위이고, 상기 제1 급속 냉각이 약 10초 내로 이루어지고, 상기 제2 금속상이 마르테사이트인 것인 제조 방법. - 제3항에 있어서,
상기 제3 온도가 약 450℃ 이상인 것인 제조 방법. - 제4항에 있어서,
상기 제4 온도가 약 150℃ 미만인 것인 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제조 방법이 약 10분 미만에 완료하는 것인 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 분체 코팅하는 단계를 더 포함하는 것인 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 추가로 롤 성형하여 상기 경화되고 템퍼링된 작업편의 뒤틀림을 감소시키는 단계를 더 포함하는 것인 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 소정의 길이로 절단하는 단계를 더 포함하는 것인 제조 방법. - 제9항에 있어서,
상기 각 단계가 직선상의 인라인이며 실질적으로 연속적으로 이루어지는 것인 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 각 단계가 직선상의 인라인이며 실질적으로 연속적으로 이루어지는 것인 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 경화되고 템퍼링된 작업편이 프레임 레일인 것인 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 작업편에 대해, 실질적으로 대칭적인 가열 및 대칭적인 냉각 중 적어도 어느 하나를 실시하는 것인 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 경도는 상기 작업편의 복수의 구간에 걸쳐서 실질적으로 균일한 것인 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 경화되고 템퍼링된 작업편의 뒤틀림이 약 1mm/m 미만인 것인 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 뒤틀림이 광학 측정 장치에 의해 측정되는 것인 제조 방법. - 제16항에 있어서,
상기 광학 측정 장치가 레이저를 포함하는 것인 제조 방법. - 제16항에 있어서,
상기 광학 측정 장치는 컴퓨터에 측정 정보를 연속적으로 제공하고, 상기 컴퓨터는 상기 뒤틀림이 허용가능한 양을 초과하는가를 결정하고, 상기 뒤틀림이 상기 허용가능한 양을 초과하는 경우에 상기 컴퓨터가 교정 장치를 작동하는 것인 제조 방법. - 제18항에 있어서,
상기 제조 방법은, 상기 교정 장치를 작동시켜 얻어진 상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 추가로 롤 성형하는 단계를 더 포함하고, 상기 허용가능한 양이 약 1 mm/m 미만인 것인 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 작업편에 대해, 상기 작업편의 선택된 구간에서의 비대칭적인 가열, 비대칭적인 급속 냉각 및 비대칭적인 템퍼링 중 적어도 어느 하나를 실시하는 것인 제조 방법. - 제20항에 있어서,
상기 작업편의 선택된 구간에서의 비대칭적인 템퍼링에 의해, 적어도, 제1 경도를 가진 제1 구간 및 상기 제1 경도와 다른 제2 경도를 가진 제2 구간을 가지는 상기 선택된 프로파일의 상기 경화되고 템퍼링된 구조 부재를 생성하는 것인 제조 방법. - 제21항에 있어서,
상기 제1 구간이 웨브를 포함하는 것인 제조 방법. - 제21항에 있어서,
상기 제2 구간이 적어도 하나의 플랜지를 포함하는 것인 제조 방법. - 경화되고 템퍼링된 구조 부재의 제조 방법으로서,
선택된 조성의 코일형 철 작업편을 제공하는 단계;
상기 철 작업편을 소정의 프로파일로 롤 성형하는 단계;
유도 가열 장치에서 상기 철 작업편을 약 300초 이내에 약 850℃ 내지 1000℃의 범위내로 급속 가열해서 상기 작업편의 프로파일의 실질적으로 전체에 걸쳐서 오스테나이트를 생성하는 단계;
냉각 매체로 상기 오스테나이트화 작업편을 10초 이내에 약 350℃ 미만의 온도로 급속 냉각하여 상기 작업편의 실질적으로 전체에 걸쳐서 상기 오스테나이트를 마르텐사이트로 전환시켜서 경화된 작업편을 생성하는 단계;
제2 유도 가열 장치에서 상기 경화된 작업편을 40초 이내에 약 450℃-600℃의 온도로 급속 가열해서 소정의 경도를 가진 경화되고 템퍼링된 작업편을 생성하는 단계;
상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 소정의 절단 온도로 냉각하는 단계; 및
상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 소정의 길이로 절단하는 단계
를 포함하는 제조 방법. - 제24항에 있어서,
상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 분체 코팅하는 단계를 더 포함하는 것인 제조 방법. - 제24항에 있어서,
상기 작업편의 조성이 SAE 15B27 강철인 것인 제조 방법. - 제24항에 있어서,
상기 작업편에 대해, 실질적으로 대칭적인 가열 및 대칭적인 냉각 중 적어도 하나를 실시하여, 상이한 가열 또는 냉각 속도에 기인하는 뒤틀림을 실질적으로 최소화하는 것인 제조 방법. - 제24항에 있어서,
상기 작업편에 대해, 상기 작업편의 선택된 구간에서의 비대칭적인 가열, 비대칭적인 냉각 및 비대칭적인 템퍼링 중 적어도 어느 하나를 실시하는 것인 제조 방법. - 제28항에 있어서,
상기 작업편의 하나 이상의 구간에서의 비대칭적인 템퍼링에 의해, 적어도, 제1 경도를 갖는 제1 구간 및 상기 제1 경도와 다른 제2 경도를 갖는 제2 구간을 가지는 상기 소정의 프로파일의 상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 생성하는 것인 제조 방법. - 제29항에 있어서,
상기 제1 구간이 웨브를 포함하는 것인 제조 방법. - 제29항에 있어서,
상기 제2 구간이 적어도 하나의 플랜지를 포함하는 것인 제조 방법. - 제24항에 있어서,
상기 각 단계가 직선상의 인라인이며 실질적으로 연속적으로 이루어지는 것인 제조 방법. - 제24항에 있어서,
뒤틀림이 광학 측정 장치에 의해 측정되는 것인 제조 방법. - 제33항에 있어서,
상기 광학 측정 장치가 레이저를 포함하는 것인 제조 방법. - 제33항에 있어서,
상기 광학 측정 장치는 컴퓨터에 측정 정보를 연속적으로 제공하고, 상기 컴퓨터는 허용가능한 양을 초과하는 뒤틀림이 존재하는가를 결정하고, 뒤틀림이 상기 허용가능한 양을 초과하는 경우에 상기 컴퓨터가 교정 장치를 작동하는 것인 제조 방법. - 제35항에 있어서,
상기 제조 방법은, 상기 교정 장치를 작동시켜 얻어진 상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 추가로 롤 성형하는 단계를 더 포함하고, 상기 허용가능한 양이 약 1 mm/m 미만인 것인 제조 방법. - 경화되고 비대칭적으로 템퍼링된 구조 부재의 제조 방법으로서,
선택된 조성의 강철 작업편을 제공하는 단계;
상기 강철 작업편을 프로파일된 작업편으로 롤 성형하는 단계;
유도 가열 장치에서 약 300초 이내에 상기 프로파일된 작업편을, 상기 프로파일된 작업편의 실질적으로 전체에 걸쳐서 제1 금속상이 형성되는 제1 온도보다 높은 온도로 급속 가열하는 단계;
약 상기 제1 온도로부터 제2 온도로 상기 프로파일된 작업편을 급속 냉각하여, 상기 프로파일된 작업편의 실질적으로 전체에 걸쳐서 상기 제1 금속상을 제2 금속상으로 전환하고, 이로써 경화된 작업편을 생성하는 단계;
제2 유도 가열 장치에서, 상기 경화된 작업편을 제3 온도 이상으로 급속 가열하여, 상기 경화된 작업편을 비대칭적으로 템퍼링하고, 복수의 템퍼 구간을 가진 경화되고 템퍼링된 작업편을 생성하는 단계로서, 상기 복수의 템퍼 구간의 각 템퍼 구간은 상기 템퍼 구간 이외의 템퍼 구간과는 상이한 소정의 경도를 가지는 단계; 및
상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 제2 냉각 속도로 제4 온도로 급속 냉각시키는 단계로서, 상기 제4 온도는 상기 경화되고 템퍼링된 구조 부재를 최종 길이로 절단하기에 적합한 것인 단계
를 포함하는 제조 방법. - 제37항에 있어서,
상기 제1 구간이 웨브를 포함하는 것인 제조 방법. - 제37항에 있어서,
상기 제2 구간이 적어도 하나의 플랜지를 포함하는 것인 제조 방법. - 제37항에 있어서,
상기 각 단계가 직선상의 인라인이며 실질적으로 연속적으로 이루어지는 것인 제조 방법. - 제37항에 있어서,
뒤틀림이 광학 측정 장치에 의해 측정되는 것인 제조 방법. - 제41항에 있어서,
상기 광학 측정 장치가 레이저를 포함하는 것인 제조 방법. - 제41항에 있어서,
상기 광학 측정 장치는 컴퓨터에 측정 정보를 연속적으로 제공하고, 상기 컴퓨터는 허용가능한 양을 초과하는 뒤틀림이 존재하는가를 결정하고, 뒤틀림이 상기 허용가능한 양을 초과하는 경우에 상기 컴퓨터가 교정 장치를 작동하는 것인 제조 방법. - 제43항에 있어서,
상기 제조 방법은, 상기 교정 장치를 작동시켜 얻어진 상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 추가로 롤 성형하는 단계를 더 포함하고, 상기 허용가능한 양이 약 1 mm/m 미만인 것인 제조 방법. - 코일형 강철을 최소한의 뒤틀림을 가진 경화되고 템퍼링된 프레임 레일로 인라인 처리하기 위한 시스템으로서,
상기 코일형 강철을, 상기 코일형 강철을 템퍼링된 프레임 레일로 순차적으로 처리하기에 필요한 구성 요소에 공급하는 공급기를 포함하고,
상기 구성 요소는,
상기 코일형 강철을 프로파일된 강철 작업편으로 성형하는 제1 롤 성형 스테이션;
상기 강철 작업편이 공급되는 동안에 그 오스테나이트 온도를 초과하는 온도로 상기 강철 작업편을 가열해서, 상기 강철 작업편의 금속공학적 프로파일을 상기 강철 작업편의 실질적으로 전체에 걸쳐서 오스테나이트로 전환하는 제1 급속 가열 유도 가열 장치;
상기 강철 작업편을 급속 냉각하여 상기 오스테나이트를 마르테사이트로 급속 냉각하는 제1 급속 냉각 장치;
상기 강철 작업편을 상기 강철 작업편의 템퍼링 범위로 가열해서 상기 강철 작업편을 소정의 경도를 가진 경화되고 템퍼링된 작업편으로 템퍼링하는 제2 급속 가열 유도 가열 장치;
상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 급속 냉각하여 상기 소정의 경도를 가진 상기 경화되고 템퍼링된 작업편의 뒤틀림을 최소화하는 제2 급속 냉각 스테이션
을 포함하는 시스템. - 제45항에 있어서,
상기 작업편에 대해, 상기 제1 급속 가열 유도 가열 장치에서의 실질적으로 대칭적인 가열 및 상기 제1 급속 냉각 장치에서의 대칭적인 냉각 중 적어도 하나를 실시하는 것인 시스템. - 제46항에 있어서,
상기 소정의 경도가 상기 작업편의 복수의 구간에 걸쳐서 실질적으로 균일한 것인 시스템. - 제46항에 있어서,
상기 경화되고 템퍼링된 작업편의 뒤틀림이 약 1 mm/m 미만인 것인 시스템. - 제45항에 있어서,
상기 공급기, 상기 롤 성형 스테이션, 및 각 가열 장치 및 각 냉각 장치는 직선상의 인라인이며 실질적으로 연속적으로 배치되는 것인 시스템. - 제45항에 있어서,
상기 뒤틀림을 광학 측정 장치에 의해 측정하는 교정 스테이션을 더 포함하는 것인 시스템. - 제50항에 있어서,
상기 광학 측정 장치가 레이저를 포함하는 것인 시스템. - 제50항에 있어서,
상기 광학 측정 장치는 컴퓨터에 측정 정보를 연속적으로 제공하고, 상기 컴퓨터는 허용가능한 양을 초과하는 뒤틀림이 존재하는가를 결정하고, 뒤틀림이 상기 허용가능한 양을 초과하는 경우에 상기 컴퓨터가 교정 장치를 작동하는 것인 시스템. - 제52항에 있어서,
상기 교정 스테이션이 상기 교정 장치에 의해 작동되는 롤 성형기를 포함하여 상기 경화되고 템퍼링된 작업편의 뒤틀림을 저감하고, 상기 허용가능한 양이 약 1 mm/m 미만인 것인 시스템. - 제45항에 있어서,
상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 절단 스테이션에 공급해서 상기 경화되고 템퍼링된 작업편을 소정의 길이로 절단하는 것인 시스템.
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