KR20170065628A - 돌출 릿지부를 갖는 금속판의 제조 방법, 돌출 릿지부를 갖는 금속판, 및 구조 부품 - Google Patents
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Abstract
돌출 릿지부를 갖는 금속판의 제조 방법은, 롤 스탠드를 구비한 압연기를 이용해, 상면 및 하면에 압연 방향을 따라서 복수의 돌출 릿지부가 형성된 금속판을 제조한다. 제조 방법은, 준비 공정과, 장착 공정과, 성형 공정을 포함한다. 준비 공정에서는, 외주면에 복수의 홈이 형성된 홈을 갖는 롤을 준비한다. 장착 공정에서는, 롤 스탠드의 상측 롤 및 하측 롤로서 홈을 갖는 롤을 장착한다. 성형 공정에서는, 압연기에 의해서 피압연재를 압연하고, 홈을 갖는 롤의 각 홈에 각각 대응하여 돌출 릿지부가 형성된 금속판을 성형한다.
Description
본 발명은, 자동차, 자동차 이외의 각종의 차량, 가전 제품, 선박, 건축 재료 등의 구조 부품에 이용되는 강판 등의 금속판에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 상면 및 하면의 양쪽의 면에 압연 방향을 따라서 1개 또는 복수의 돌출 릿지(ridge)부가 형성된 돌출 릿지부를 갖는 금속판, 그 돌출 릿지부를 갖는 금속판의 제조 방법, 및 그 돌출 릿지부를 갖는 금속판을 이용한 구조 부품에 관한 것이다.
일반 구조 부품에는 프레스 성형품이 다용된다. 프레스 성형품의 소재는, 강판 등의 금속판이다. 구조 부품은, 단독의 프레스 성형품으로 구성되거나, 복수의 프레스 성형품이 접합되어 구성되거나 한다. 예를 들면, 일본국 특허 공개 2013-189173호 공보(특허 문헌 1) 및 일본국 특허 공개 2014-91462호 공보(특허 문헌 2)에 나타난 바와 같은 자동차용 구조 부품은, 세로로 긴 프레스 성형품을 포함한다. 이 프레스 성형품의 횡단면 형상은 U자형이다.
도 1a 및 도 1b는, 구조 부품의 일례를 나타내는 도면이다. 이들 도면 중, 도 1a는 구조 부품의 사시도이며, 도 1b는 도 1a에 나타낸 구조 부품의 단부의 횡단면도이다. 도 1a 및 도 1b에 나타낸 구조 부품(20)은, U자형의 횡단면 형상을 갖는 2개의 프레스 성형품(21)을 포함한다. 각 프레스 성형품(21)은, 판부(24)와, 이 판부(24)의 양단에 각각 연결되는 플랜지부(22)를 구비한다. 2개의 프레스 성형품(21)의 플랜지부(22)들이 용접됨으로써, 각통형상의 구조 부품(20)이 얻어진다. 이 구조 부품(20)의 2개의 판부(24) 및 4개의 능선부(23)의 이면에는, 길이 방향의 양단부에, 각각 보강판(40)이 용접된다. 그러나, 이 경우, 구조 부품(20)의 강도는, 길이 방향 양단부에서만 강화된다. 그 때문에, 구조 부품(20)의 강도의 향상이 충분하다고는 할 수 없다.
또, 도 1a 및 도 1b에 나타낸 구조 부품(20)과 같이 부분적으로 보강 영역을 갖는 구조 부품(20)을 제조할 때, 그 보강 영역에 보강판(40)을 용접해야 한다. 그러면, 구조 부품(20)의 강도를 부분적으로 강화하기 위해서 별도의 용접 시공이 필요해져, 제조 비용의 상승을 피할 수 없다.
본 발명은, 상기 실정을 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은, 부분적으로 보강 영역을 갖는 구조 부품을 제조함에 있어서, 그 구조 부품의 소재에 적합한 돌출 릿지부를 갖는 금속판을 원활하게 제조할 수 있는 제조 방법을 제공하는 것이다. 또, 본 발명의 다른 목적은, 그 구조 부품의 제조에 적합한 돌출 릿지부를 갖는 금속판, 및 그 돌출 릿지부를 갖는 금속판을 이용한 구조 부품을 제공하는 것이다.
(1) 본 발명의 실시형태에 의한 금속판의 제조 방법은, 롤 스탠드를 구비한 압연기를 이용해, 상면 및 하면에 압연 방향을 따라서 1개 또는 복수의 돌출 릿지부가 형성된 돌출 릿지부를 갖는 금속판을 제조하는 방법이다. 상기 제조 방법은, 준비 공정과, 장착 공정과, 성형 공정을 포함한다. 준비 공정에서는, 외주면에 원주 방향을 따라서 1개 또는 복수의 홈이 형성된 홈을 갖는 롤을 준비한다. 장착 공정에서는, 롤 스탠드의 상측 롤 및 하측 롤로서 홈을 갖는 롤을 장착한다. 성형 공정에서는, 홈을 갖는 롤이 장착된 압연기에 의해서 피압연재를 압연하고, 홈을 갖는 롤의 각 홈에 각각 대응하여 돌출 릿지부가 형성된 돌출 릿지부를 갖는 금속판을 성형한다.
상기 (1)의 제조 방법에 있어서, 상기 홈을 갖는 롤의 종단면에 있어서의 상기 홈의 배치가 좌우 대칭인 것이 바람직하다.
상기 (1)의 제조 방법에 있어서, 상측 롤로서 장착된 상기 홈을 갖는 롤의 종단면에 있어서의 홈의 배치와, 하측 롤로서 장착된 상기 홈을 갖는 롤의 종단면에 있어서의 홈의 배치가 적어도 일부에서 겹치지 않는 구성으로 할 수 있다.
상기 (1)의 제조 방법에 있어서, 상기 홈을 갖는 롤의 종단면에 있어서의 상기 각 홈의 형상은, 직사각형, 사다리꼴 또는 V형인 구성으로 할 수 있다.
상기 (1)의 제조 방법에 있어서, 상기 홈을 갖는 롤에 있어서의 상기 홈의 폭이 5mm보다 크고 2000mm보다 작은 구성으로 할 수 있다.
상기 (1)의 제조 방법에 있어서, 상기 홈을 갖는 롤에 있어서의 상기 홈의 피치가 15mm보다 크고 2000mm보다 작은 구성으로 할 수 있다.
(2) 본 발명의 실시형태에 의한 돌출 릿지부를 갖는 금속판은, 상면 및 하면에 1개 또는 복수의 돌출 릿지부가 형성된 금속판이다. 돌출 릿지부의 피치가 15mm보다 크고 2000mm보다 작다. 최소 판두께 tmin과 상기 돌출 릿지부의 높이 h의 합으로 나타내는 돌출 릿지부 판두께 t와, 최소 판두께 tmin의 판두께비(t/tmin)가, 1.0보다 크고 10.0보다 작다.
상기 (2)의 돌출 릿지부를 갖는 금속판에 있어서, 상기 각 돌출 릿지부의 폭이 5mm보다 크고 2000mm보다 작은 구성으로 할 수 있다.
(3) 본 발명의 실시형태에 의한 구조 부품은, 표면 및 이면에 각각 돌출 릿지부를 구비한 구조 부품이다. 구조 부품은, 부분적으로 강도가 필요한 보강 영역을 갖고, 그 보강 영역의 표면 및 이면에 돌출 릿지부가 배치된다.
본 발명의 제조 방법에 의하면, 돌출 릿지부를 갖는 금속판을 원활하게 제조할 수 있다. 이 돌출 릿지부를 갖는 금속판은, 상면 및 하면의 양쪽의 면에 압연 방향을 따라서 1개 또는 복수의 돌출 릿지부를 구비한다. 그 때문에, 부분적으로 보강 영역을 갖는 구조 부품을 제조할 때, 그 돌출 릿지부를 갖는 금속판을 구조 부품의 소재에 적용한 경우, 구조 부품의 보강 영역을 전역에 걸쳐서 강화하는 것이 가능하게 된다. 즉, 본 발명에 의한 돌출 릿지부를 갖는 금속판은, 부분적으로 보강 영역을 갖는 구조 부품의 소재에 적합하다.
도 1a는, 구조 부품의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 1b는, 도 1a에 나타낸 구조 부품의 단부의 횡단면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시형태에 의한 돌출 릿지부를 갖는 금속판의 제조에 사용되는 제조 설비열의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 3은, 본 발명의 실시형태에 있어서의 홈을 갖는 롤이 장착된 롤 스탠드의 일례를 나타내는 횡단면도이다.
도 4는, 도 3에 나타낸 롤 스탠드를 포함하는 마무리 압연기에 의해서 제조된 돌출 릿지부를 갖는 금속판을 나타내는 사시도이다.
도 5는, 돌출 릿지부를 갖는 금속판의 일례를 모식적으로 나타내는 횡단면도이다.
도 6은, 돌출 릿지부를 갖는 금속판의 일례를 모식적으로 나타내는 횡단면도이다.
도 7은, 돌출 릿지부를 갖는 금속판의 일례를 모식적으로 나타내는 횡단면도이다.
도 8은, 돌출 릿지부를 갖는 금속판의 일례를 모식적으로 나타내는 횡단면도이다.
도 9는, 홈을 갖는 롤이 장착된 롤 스탠드에서 발생하는 휨의 상황의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은, 본 발명의 실시형태에 의한 구조 부품을 제조하기 위해서 돌출 릿지부를 갖는 금속판으로부터 잘라내어진 블랭크의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 11a는, 도 10에 나타낸 블랭크를 구조 부품으로 프레스 성형하기 위한 장치의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 11b는, 도 11a에 나타낸 장치에 의해서 성형된 프레스 성형품의 단면도이다.
도 12a는, 도 10에 나타낸 블랭크를 구조 부품으로 프레스 성형하기 위한 장치의 별례를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 12b는, 도 12a에 나타낸 장치에 의해서 성형된 프레스 성형품의 단면도이다.
도 13은, 구조 부품의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 14는, 구조 부품의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 15는, 구조 부품의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 16은, 구조 부품의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 17은, 구조 부품의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 18은, 구조 부품의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 19는, 구조 부품의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 20은, 구조 부품의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 21은, 구조 부품의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 22는, 구조 부품의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 1b는, 도 1a에 나타낸 구조 부품의 단부의 횡단면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시형태에 의한 돌출 릿지부를 갖는 금속판의 제조에 사용되는 제조 설비열의 일례를 나타내는 모식도이다.
도 3은, 본 발명의 실시형태에 있어서의 홈을 갖는 롤이 장착된 롤 스탠드의 일례를 나타내는 횡단면도이다.
도 4는, 도 3에 나타낸 롤 스탠드를 포함하는 마무리 압연기에 의해서 제조된 돌출 릿지부를 갖는 금속판을 나타내는 사시도이다.
도 5는, 돌출 릿지부를 갖는 금속판의 일례를 모식적으로 나타내는 횡단면도이다.
도 6은, 돌출 릿지부를 갖는 금속판의 일례를 모식적으로 나타내는 횡단면도이다.
도 7은, 돌출 릿지부를 갖는 금속판의 일례를 모식적으로 나타내는 횡단면도이다.
도 8은, 돌출 릿지부를 갖는 금속판의 일례를 모식적으로 나타내는 횡단면도이다.
도 9는, 홈을 갖는 롤이 장착된 롤 스탠드에서 발생하는 휨의 상황의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은, 본 발명의 실시형태에 의한 구조 부품을 제조하기 위해서 돌출 릿지부를 갖는 금속판으로부터 잘라내어진 블랭크의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 11a는, 도 10에 나타낸 블랭크를 구조 부품으로 프레스 성형하기 위한 장치의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 11b는, 도 11a에 나타낸 장치에 의해서 성형된 프레스 성형품의 단면도이다.
도 12a는, 도 10에 나타낸 블랭크를 구조 부품으로 프레스 성형하기 위한 장치의 별례를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 12b는, 도 12a에 나타낸 장치에 의해서 성형된 프레스 성형품의 단면도이다.
도 13은, 구조 부품의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 14는, 구조 부품의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 15는, 구조 부품의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 16은, 구조 부품의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 17은, 구조 부품의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 18은, 구조 부품의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 19는, 구조 부품의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 20은, 구조 부품의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 21은, 구조 부품의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 22는, 구조 부품의 일례를 나타낸 모식도이다.
이하에, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
［돌출 릿지부를 갖는 금속판의 제조］
도 2는, 본 발명의 실시형태에 의한 돌출 릿지부를 갖는 금속판의 제조에 사용되는 제조 설비열의 일례를 나타내는 모식도이다. 본 실시형태에서는, 돌출 릿지부를 갖는 금속판으로서 돌출 릿지부를 갖는 강판(10)을 제조하는 경우를 예시한다. 즉, 돌출 릿지부를 갖는 금속판의 소재로서 강의 슬래브(30)를 적용하는 경우를 예시한다.
도 2에 나타낸 제조 설비열은, 가열로(1)와, 조(粗)압연기(2)와, 마무리 압연기(3)와, 냉각 장치(4)와, 권취기(5)를 차례로 구비한다. 가열로(1)는 슬래브(30)를 가열한다. 가열된 슬래브(30)는, 먼저 조압연기(2)로 반송된다. 조압연기(2)는 슬래브(30)를 압연하고, 예를 들면 50mm 정도의 두께를 갖는 장척의 강 시트(31)를 성형한다. 강 시트(31)는 마무리 압연기(3)로 반송된다. 마무리 압연기(3)는, 차례로 이어진 6개의 롤 스탠드(S1~S6)(이하, 단순히 「스탠드」라고도 한다)를 구비한다. 강 시트(31)는, 각 스탠드(S1~S6)를 차례로 거쳐 압연되고, 원하는 두께의 강판(10)으로 성형된다. 즉, 강 시트(31)가 마무리 압연기(3)에 있어서의 피압연재이다. 강판(10)은, 연속적으로, 냉각 장치(4)를 거쳐 냉각되고, 권취기(5)에 의해서 코일형상으로 권취된다.
마무리 압연기(3)의 각 스탠드(S1~S6)는, 상하에 한 쌍의 롤(6 및 7)(워크 롤)을 구비하고, 또한, 그들 상측 롤(6)과 하측 롤(7)의 각각과 쌍이 되는 백업 롤을 구비한다. 각 스탠드(S1~S6)에는, 도시하지 않은 롤축간 조정 기구가 설치된다. 각 롤축간 조정 기구는, 상측 롤(6)의 축과 하측 롤(7)의 축의 상호 거리를 조정한다. 각 롤축간 조정 기구에 의해, 각 스탠드(S1~S6)에 있어서의 상측 롤(6)과 하측 롤(7)에 의한 압하율의 조정이 가능하게 된다.
각 스탠드(S1~S6)에는, 도시하지 않은 로드 셀이 설치된다. 각 로드 셀은, 상측 롤(6)과 하측 롤(7)에 의한 압연 하중을 측정한다. 각 로드 셀에 의해, 각 스탠드(S1~S6)에 있어서의 압연 하중을 감시하는 것이 가능해진다. 또, 각 로드 셀에 의해, 강 시트(31)의 선단이 각 스탠드(S1~S6)에 도달한 시점(강 시트(31)의 선단이 상측 롤(6)과 하측 롤(7)의 갭에 맞물린 시점)을 검지하는 것이 가능해진다.
단, 스탠드(S1~S6) 중에서 압하를 행하지 않고 스킵되는 스탠드가 있는 경우, 그 압하를 행하지 않은 스탠드에서 압연 하중은 발생하지 않는다. 그 경우, 압하를 행하지 않은 스탠드에 강 시트(31)의 선단이 도달했는지 아닌지에 대한 검지는, 압하를 행하지 않은 스탠드의 전단의 압하 실시 스탠드에 설치된 로드 셀의 출력을 이용하면 된다. 구체적으로는, 압하 실시 스탠드에 강 시트(31)의 선단이 도달한 것을 로드 셀에 의해서 검지하고, 그 검지 시점으로부터의 경과 시간을 계측한다. 그 경과 시간, 그 압하 실시 스탠드의 압하에 의한 이론상의 피압연재 주행 속도, 및 그 압하 실시 스탠드의 롤축과 다음의 압하를 행하지 않은 스탠드의 롤축의 거리에 의거해, 그 압하를 행하지 않은 스탠드에 강 시트(31)의 선단이 도달한 시점을 산출할 수 있다. 또한, 각 스탠드(S1~S6)에, 강 시트(31)의 선단의 통과를 검지하는 센서를 설치해도 된다.
본 실시형태에서는, 돌출 릿지부를 갖는 강판(10)을 제조하기 위해서, 마무리 압연기(3)의 롤 스탠드(S1~S6) 중에서 선택된 1개의 특정 롤 스탠드에, 상세하게는 후술하는 홈을 갖는 롤이 장착된다. 특정 스탠드는, 각 스탠드(S1~S6)의 압연 능력(예:압연 하중, 압하율 등)에 따라 선정된다. 예를 들면, 도 2에 나타낸 마무리 압연기(3)에서는, 최종의 제6 스탠드(S6)의 2개 전단의 제4 스탠드(S4)에, 홈을 갖는 롤이 장착된다. 홈을 갖는 롤이 장착되어야 할 스탠드는, 특별히 한정하지 않는다. 홈을 갖는 롤이 장착된 스탠드의 후단의 스탠드는, 모두, 실질적으로 압하를 행하지 않는 압하를 행하지 않은 스탠드가 되어, 그 압하를 행하지 않은 스탠드에 장착된 롤은 반송용 롤로서 기능한다.
도 3은, 본 발명의 실시형태에 있어서의 홈을 갖는 롤이 장착된 롤 스탠드의 일례를 나타내는 횡단면도이다. 도 4는, 도 3에 나타낸 롤 스탠드를 포함하는 마무리 압연기에 의해서 제조된 돌출 릿지부를 갖는 금속판을 나타내는 사시도이다. 본 실시형태에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 특정 스탠드(도 2에 나타낸 제4 스탠드(S4))의 상측 롤(6) 및 하측 롤(7)로서, 각각 홈을 갖는 롤(8)이 장착된다. 특정 스탠드 이외의 스탠드에는, 통상의 플랫 롤이 장착된다.
홈을 갖는 롤(8)의 외주면에는, 원주 방향을 따라서 1개 또는 복수의 홈(9)(이하, 「롤 홈」이라고도 한다)이 형성된다. 도 3에 나타낸 상측 롤(6)로서의 홈을 갖는 롤(8)에는, 양단부에, 각각 2개씩 롤 홈(9)이 형성된 양태가 나타난다. 한편, 도 3에 나타낸 하측 롤(7)로서의 홈을 갖는 롤(8)에는, 중앙부에, 2개의 롤 홈(9)이 형성된 양태가 나타난다. 이러한 홈을 갖는 롤(8)이 장착된 마무리 압연기(3)에 의해서 강 시트(31)가 압연된다. 이에 의해, 각 롤 홈(9)에 각각 대응하여 돌출 릿지부(11)가 형성되고, 돌출 릿지부(11)를 갖는 강판(10)이 성형된다(도 4 참조). 돌출 릿지부(11)는, 강판(10)의 압연 방향으로 연속한다. 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 홈을 갖는 롤(8)이 상측 롤(6) 및 하측 롤(7)로서 장착되어 있기 때문에, 돌출 릿지부(11)는 강판(10)의 상면 및 하면의 양쪽에 형성된다.
홈을 갖는 롤(8)의 종단면에 있어서의 롤 홈(9)의 형상은, 직사각형, 사다리꼴 또는 V형이다. 여기서 말하는 직사각형, 사다리꼴 또는 V형은, 다소의 변형을 허용하며, 곡선을 조합한 것을 포함한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 홈을 갖는 롤(8)의 종단면에 있어서의 롤 홈(9)의 배치는, 좌우 대칭인 것이 바람직하다. 여기서 말하는 좌우란, 홈을 갖는 롤(8)의 축방향을 따르는 방향이며, 강판(10)의 압연 방향과는 직각인 폭방향에 상당한다. 롤 홈(9)의 배치가 좌우 비대칭인 경우, 홈을 갖는 롤(8)에 의한 압연 상태가 좌우에서 불균등해진다. 그 때문에, 강판(10)이 좌우 중 어느 한 쪽으로 비스듬하게 되기 쉬워져, 조업 트러블이 발생할 우려가 있다. 이에 반해, 롤 홈(9)의 배치가 좌우 대칭인 경우, 홈을 갖는 롤(8)에 의한 압연 상태가 좌우에서 균등해진다. 그 때문에, 강판(10)이 압연 방향으로 직진하게 되어, 강판(10)의 비스듬함에 기인하는 조업 트러블은 일어나지 않는다.
상측 롤(6)로서 장착된 홈을 갖는 롤(8)의 종단면에 있어서의 롤 홈(9)의 배치와, 하측 롤(7)로서 장착된 홈을 갖는 롤(8)의 종단면에 있어서의 롤 홈(9)의 배치는, 도 3에 나타낸 바와 같이 전혀 겹치지 않아도 되고, 일부에서 겹치지 않아도 된다. 또, 그들 상하의 롤 홈(9)의 배치는, 완전히 겹쳐 있어도 된다.
롤 홈(9)의 폭 w1은, 강판(10)에 있어서의 돌출 릿지부(11)의 폭과 일치한다. 서로 인접하는 롤 홈(9)의 피치는, 강판(10)에 있어서의 돌출 릿지부(11)의 피치 p와 일치한다. 롤 홈(9)의 깊이는, 돌출 릿지부(11)의 높이 h와 일치한다. 강판(10)에 있어서의 최소 판두께 tmin의 영역은, 홈을 갖는 롤의 롤 홈(9)이 없는 영역(이하, 「롤홈이 없는 영역」)과 플랫 롤의 압하에 의해서 형성된다. 즉, 강판(10)에 있어서의 최소 판두께 tmin은, 돌출 릿지부(11)가 존재하지 않는 영역의 최소의 판두께이다. 롤홈이 없는 영역의 폭 w2는, 강판(10)에 있어서 서로 인접하는 돌출 릿지부(11)들 사이의 오목부(12)(이하, 「돌출 릿지부 사이 오목부」라고도 한다)의 폭과 일치한다. 그들 롤 홈(9) 및 돌출 릿지부(11)에 관련된 여러 치수(개수, 단면 형상 등을 포함한다)는, 기본적으로는, 돌출 릿지부를 갖는 강판(10)을 이용하여 제조되는 구조 부품(프레스 성형품)의 설계 치수에 따라서 결정된다. 그 결정에는, 마무리 압연기(3)의 능력, 롤의 유효 길이(실용적으로는 최대 2000mm) 등이 고려된다. 또한, 그 결정에는, 돌출 릿지부를 갖는 강판(10)을 소재로 하는 프레스 성형품의 성형성도 고려된다.
예를 들면, 롤 홈(9)의 폭 w1(즉, 돌출 릿지부(11)의 폭)은, 5mm보다 크게 2000mm보다 작게 할 수 있다. 단, 롤 홈(9)의 폭 w1은, 바람직하게는 10mm 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 20mm 이상으로 한다. 돌출 릿지부를 갖는 강판(10)을 이용하여 제조되는 구조 부품의 보강 영역의 폭을 확보해, 구조 부품의 강도를 확보하기 위함이다. 또, 롤 홈(9)의 폭 w1은, 바람직하게는 1000mm 이하로 하고, 보다 바람직하게는 500mm 이하로 한다. 돌출 릿지부를 갖는 강판(10)을 이용해 제조되는 구조 부품의 중량을 경감하기 위함이다.
롤 홈(9)의 피치(즉, 돌출 릿지부(11)의 피치 p)는, 15mm보다 크게 2000mm보다 작게 할 수 있다. 단, 롤 홈(9)의 피치는, 바람직하게는 20mm보다 크게 한다. 롤 홈(9)의 폭 w1(즉, 돌출 릿지부(11)의 폭)을 확보하고, 나아가서는 돌출 릿지부를 갖는 강판(10)을 이용하여 제조되는 구조 부품의 강도를 확보하기 위함이다. 또, 롤 홈(9)의 피치는, 바람직하게는 500mm 이하로 하고, 보다 바람직하게는 200mm 이하로 한다. 그 이유는 이하와 같다. 롤 홈(9)의 피치가 너무 크면, 롤 홈(9)의 폭(즉, 돌출 릿지부(11)의 폭)이 작은 경우에, 롤홈이 없는 영역의 폭 w2(돌출 릿지부 사이 오목부(12)의 폭)가 커진다. 이 경우, 강판(10)에 있어서의 최소 판두께 tmin의 영역의 폭이 커진다. 그러면, 그 최소 판두께 tmin의 영역이 변형되기 쉬워져, 강판(10)의 품질이 손상된다.
강판(10)에 있어서의 최소 판두께 tmin과 돌출 릿지부(11)의 높이 h(즉, 롤 홈(9)의 깊이)의 합으로 나타내는 돌출 릿지부 판두께 t(tmin+h)와, 최소 판두께 tmin의 판두께비(t/tmin)는, 1.0보다 크고 10.0보다 작게 할 수 있다. 단, 판두께비(t/tmin)는, 바람직하게는 1.2 이상으로 한다. 돌출 릿지부(11)의 높이 h를 확보하고, 나아가서는 돌출 릿지부를 갖는 강판(10)을 이용하여 제조되는 구조 부품의 강도를 확보하기 위함이다. 또, 판두께비(t/tmin)는, 바람직하게는 4.0 미만으로 한다. 판두께비(t/tmin)가 너무 크면 홈을 갖는 롤(8)에 의한 압하율이 과대해지기 때문이다.
돌출 릿지부를 갖는 강판(10)에 있어서의 최소 판두께 tmin은, 특별히 한정하지 않지만, 실용적으로는, 0.6~10mm 정도이다.
도 5~도 8은, 돌출 릿지부를 갖는 금속판의 다른 일례를 모식적으로 나타내는 횡단면도이다. 도 5~도 7에 나타낸 강판(10)은, 그 상면 및 하면에 복수의 돌출 릿지부(11)를 구비한다. 도 8에 나타낸 강판(10)은, 그 상면에 1개의 돌출 릿지부(11)를 구비하고, 그 하면에 복수의 돌출 릿지부(11)를 구비한다. 도 5, 도 6 및 도 8에 나타낸 돌출 릿지부(11)의 배치는, 좌우 대칭이며, 도 7에 나타낸 돌출 릿지부(11)의 배치는 좌우 비대칭이다.
여기서, 가령, 특정 스탠드(도 2에 나타낸 제4 스탠드(S4))의 상측 롤(6)로서 홈을 갖는 롤(8)이 장착되고, 하측 롤(7)로서 플랫 롤이 장착된 마무리 압연기(3)를 이용해 강 시트(31)를 압연하는 경우, 이하에 나타내는 트러블이 발생해, 돌출 릿지부를 갖는 강판(10)을 원활하게 제조할 수 없다. 특정 스탠드에 있어서, 롤에 의해서 압하된 직후의 강 시트(31)는, 하측 롤(7)로서의 플랫 롤보다도, 상측 롤(6)로서의 홈을 갖는 롤(8)에 밀착되기 쉽다. 강 시트(31)가 롤 홈(9)에 맞물리기 때문이다. 이에 의해, 특정 스탠드를 통과한 강 시트(31)에는, 상향의 힘이 작용한다. 그 때문에, 최초부터, 특정 스탠드의 롤에 의한 최대 압하율을 소요치로 설정하면, 강 시트(31)의 선단부가 상향으로 크게 휜다. 크게 휜 강 시트(31)의 선단부는, 홈을 갖는 롤(8)에 감기거나, 다음 스탠드의 롤들의 간극에 들어가지 않고 그 스탠드에 충돌하거나 한다.
이러한 조업 트러블에 대해, 본 실시형태에서는, 특정 스탠드의 상측 롤(6) 및 하측 롤(7)의 양쪽에 홈을 갖는 롤(8)이 장착된다. 그러면, 특정 스탠드에 있어서, 롤에 의해서 압하된 직후의 강 시트(31)는, 상측 롤(6)로서의 홈을 갖는 롤(8)뿐만 아니라, 하측 롤(7)로서의 홈을 갖는 롤(8)에도 밀착된다. 그 때문에, 강 시트(31)의 선단이 특정 스탠드의 다음의 스탠드에 도달할 때까지, 강 시트(31)의 선단부에 작용하는 상향의 힘이 완화된다. 이에 의해, 강 시트(31)의 선단부의 휨이 억제되어, 강 시트(31)의 선단부는, 다음 스탠드의 롤들의 간극에 원활하게 들어간다. 따라서, 최초부터, 특정 스탠드의 롤에 의한 최대 압하율을 소요치로 설정해도, 강 시트(31)의 선단부의 휨에 기인한 조업 트러블은 일어나지 않는다. 또, 최초부터, 원하는 돌출 릿지부를 갖는 강판(10)을 제조할 수 있으므로, 수율이 좋다.
여기서 말하는 최대 압하율 A는, 하기 식 (1)로 표시된다.
A=(t0-t1)/t0×100［%］…(1)
식 (1) 중, t0는, 특정 스탠드에 있어서의 압하 전의 강 시트(31)의 판두께를 나타내고, t1은 압하 후의 강판(10)에 있어서의 돌출 릿지부 사이 오목부(12)의 최소 판두께를 나타낸다.
최대 압하율의 설정 및 조정은, 특정 스탠드의 롤축간 조정 기구에 의해서 행해진다.
마무리 압연기(3)의 능력을 고려하면, 특정 스탠드의 최대 압하율의 소요치는, 10~80%인 것이 바람직하다. 그 소요치는, 보다 바람직하게는 20~60%이다.
도 9는, 홈을 갖는 롤이 장착된 롤 스탠드에서 발생하는 휨의 상황의 일례를 나타내는 도면이다. 여기에서는, 본 발명예로서, 도 2에 나타낸 바와 같이 특정 스탠드의 상측 롤 및 하측 롤의 양쪽에 홈을 갖는 롤을 장착한 해석 모델을 제작하고, 열간 압연의 초기 단계를 상정한 FEM 해석을 행했다. 또, 비교예로서, 특정 스탠드의 상측 롤에 홈을 갖는 롤을 장착한 해석 모델을 제작하고, 동일한 FEM 해석을 행했다. 각 모델의 해석에 있어서, 피압연재의 온도는 1100℃로 하고, 롤과 피압연재의 마찰 계수 μ는 0.1로 했다. 상하의 롤에 의한 최대 압하율은 15%로 했다. 그리고, 상하의 롤의 축 사이 위치로부터의 수평 방향의 거리마다, 피압연재의 선단부의 연직 방향의 변위를 조사했다.
도 9에 나타낸 결과로부터, 이하가 나타난다. 본 발명예에 있어서의 피압연재의 선단부의 연직 방향 변위는, 비교예에 비해 작다. 즉, 본 실시형태와 같이 특정 스탠드의 상측 롤 및 하측 롤의 양쪽에 홈을 갖는 롤을 장착함으로써, 강 시트의 선단부의 휨을 억제할 수 있다.
［돌출 릿지부를 갖는 금속판을 이용한 구조 부품(프레스 성형품)의 제조］
상기한 돌출 릿지부를 갖는 강판(10)은, 프레스 가공에 의해서 성형되는 구조 부품의 블랭크로서 이용된다. 구조 부품의 제조에 있어서, 강판(10)은, 구조 부품이 되는 프레스 성형품에 적합한 형상으로 절단된다. 절단에 앞서, 강판(10)에는, 용융 아연 도금, 합금화 용융 아연 도금, 전기 아연 도금, 알루미늄 도금 등이 실시된다. 또, 도금 시공 전에, 산세, 쇼트 블래스트 등에 의해서, 강판(10)의 표면의 산화막이 제거된다. 무엇보다, 산세, 쇼트 블래스트, 도금 시공 등은, 프레스 가공 전까지 실시되어 있으면 되고, 강판(10)으로부터 잘라내어진 블랭크에 실시되어도 무방하다. 또한, 구조 부품의 사양에 따라서, 도금 시공이 생략되는 경우도 있다.
도 10은, 본 발명의 실시형태에 의한 구조 부품을 제조하기 위해서 돌출 릿지부를 갖는 금속판으로부터 잘라내어진 블랭크의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 11a 및 도 11b는, 도 10에 나타낸 블랭크를 구조 부품으로 프레스 성형하는 상황의 일례를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 이들 도면 중, 도 11a는 프레스 성형 장치를 나타내고, 도 11b는 구조 부품이 되는 프레스 성형품을 나타낸다. 또, 도 12a 및 도 12b는, 도 10에 나타낸 블랭크를 구조 부품으로 프레스 성형하는 상황의 별례를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 이들 도면 중, 도 12a는 프레스 성형 장치를 나타내고, 도 12b는 구조 부품이 되는 프레스 성형품을 나타낸다. 본 실시형태에서는, 돌출 릿지부를 갖는 금속판으로서, 상기한 돌출 릿지부를 갖는 강판(10)을 적용하는 경우를 예시한다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 블랭크(15)는 강판(10)으로부터 잘라내어진다. 그 때, 강판(10)은, 길이 방향(돌출 릿지부(11)가 신장되는 방향)으로 절단되고, 폭방향(돌출 릿지부(11)가 신장되는 방향과 직각인 방향)으로도 절단된다. 절단 위치는, 구조 부품의 사양에 따라 정해진다.
예를 들면, 도 11b 및 도 12b에 나타낸 프레스 성형품(21)은 U자형의 횡단면 형상을 갖는다. 이 프레스 성형품(21)을 2개 조합함으로써, 각통형상의 구조 부품이 제조된다(상기 도 1a 및 도 1b 참조). 이 구조 부품에 이용되는 프레스 성형품(21)에 있어서, 부분적으로 강도가 필요한 보강 영역은 판부(24) 및 능선부(23)이다. 그 때문에, 이 프레스 성형품(21)에 적합한 블랭크(15)를 강판(10)으로부터 잘라낼 때, 강판(10)은, 프레스 성형품(21)의 판부(24) 및 능선부(23)에 대응하여 돌출 릿지부(11)를 남기도록, 돌출 릿지부 사이 오목부(12)의 위치에서 절단된다.
도 11a에 나타낸 바와 같이, 블랭크(15)는, 단순한 펀치(51)와 다이(52)를 이용한 프레스 가공에 의해서, 프레스 성형품(21)으로 성형할 수 있다. 단, 이 경우, 도 11b에 나타낸 바와 같이, 판두께가 두꺼운 돌출 릿지부(11)가 굽혀지므로, 스프링백이 발생하기 쉽다. 그래서, 도 12a에 나타낸 바와 같이, 분할형 펀치(53)를 이용하는 것이 바람직하다. 분할형 펀치(53)는, 펀치 어깨의 부분이 독립된 것이다. 프레스 가공시, 그 펀치 어깨의 부분으로부터 돌출 릿지부(11)에 높은 하중을 부여하면, 스프링백을 저감할 수 있다.
도 13~도 17은, 구조 부품의 다른 일례를 나타내는 모식도이다. 도 13~도 17에 나타낸 구조 부품(20)(프레스 성형품(21))은, 모두, 상기한 돌출 릿지부를 갖는 강판(10)으로부터 잘라내어진 블랭크(15)를 이용하여 성형된 것이며, 표면 또는 이면에 돌출 릿지부(11)를 구비한다. 돌출 릿지부를 갖는 강판을 소재로 하는 구조 부품은, 판두께가 일정한 강판을 소재로 하는 구조 부품에 비해, 부품 성능의 향상, 제조의 간편화 등의 점에서 편리성이 있다. 예를 들면, 보강 부재의 생략에 의해, 부재 점수의 삭감이 가능하다. 보강 부재의 일체화에 의해, 강도 및 강성의 향상이 가능하며, 경량화도 가능하다. 보강 부재의 일체화에 의해, 용접, 나사 고정 등의 접합 공정의 생략이 가능하다. 보강 부재의 일체화에 의해, 보강 부재가 별체인 것보다 전체의 표면적이 작아져, 녹방지능의 향상이 가능하다.
도 13에 나타낸 구조 부품(20)은 L자형의 횡단면 형상을 갖고, 그 능선부(23)의 이면에 돌출 릿지부(11)가 배치된다. 이 경우, 능선부(23)가 길이 방향의 전역에 걸쳐서 강화되므로, 구조 부품(20)의 강도가 향상된다.
도 14에 나타낸 구조 부품(20)은 대체로 평판형상이며, 그 표면의 중앙에 폭이 넓은 돌출 릿지부(11)가 배치된다. 이 경우, 중앙 영역이 길이 방향의 전역에 걸쳐서 광범위하게 강화되므로, 구조 부품(20)의 강도가 향상된다.
도 15에 나타낸 구조 부품(20)은 U자형의 횡단면 형상을 갖고, 그 판부(24)를 포함하는 능선부(23)의 이면에 돌출 릿지부(11)가 배치된다. 이 경우, 판부(24) 및 능선부(23)가 길이 방향의 전역에 걸쳐서 강화되므로, 구조 부품(20)의 강도가 향상된다. 게다가, 휨의 축(중립축)으로부터 어느 정도 떨어진 위치에 돌출 릿지부(11)가 배치되도록 하면, 중량의 증가가 최소한으로 억제되어, 단면 2차 모멘트의 대폭적인 강화가 도모된다.
도 16에 나타낸 구조 부품(20)은 U자형의 횡단면 형상을 갖고, 그 능선부(23)의 근방의 이면에 돌출 릿지부(11)가 배치된다. 이 경우, 능선부(23)의 근방의 판부(24) 및 플랜지부(22)가 길이 방향의 전역에 걸쳐서 강화되므로, 구조 부품(20)의 강도가 향상된다. 또, 도 16에 나타낸 구조 부품(20)의 경우, 프레스 가공시에, 돌출 릿지부(11)가 굽혀지는 것이 아니라, 돌출 릿지부(11)의 근방이 굽혀지므로, 성형성이 양호하다. 즉, 돌출 릿지부를 갖는 강판은 돌출 릿지부(11)에 의해서 면내 이방성을 갖기 때문에, 그 특성을 활용하면, 프레스 가공시의 프레스 하중의 저감과 프레스 성형품의 고강도화·고강성화를 양립시키는 것이 가능하게 된다.
도 17에 나타낸 구조 부품(20)은 각통형상이다. 이 구조 부품(20)은, 횡단면 형상이 U자형의 프레스 성형품과 금속판을 조합하여 이루어진다. 돌출 릿지부(11)는, 각통형상의 구조 부품(20)의 둘레방향으로 배치된다. 즉, 돌출 릿지부 사이 오목부(12)도, 각통형상의 구조 부품(20)의 둘레방향으로 배치된다. 이 경우, 돌출 릿지부(11)가 배치된 영역이 둘레방향의 전역에 걸쳐서 강화되므로, 구조 부품(20)의 강도가 향상된다. 이에 의해, 돌출 릿지부(11)가 배치된 영역에 다른 부품이 용접되어도, 강도를 확보할 수 있다. 그 때문에, 그 구조 부품(20)은, 다른 부품과의 용접이 요구되는 부품에 유용하다. 특히, 중량, 스페이스 등의 제약으로부터 전체의 후육화가 제한되는 피용접 부품에, 그 구조 부품(20)은 유용하다. 또, 도 17에 나타낸 구조 부품(20)의 경우, 돌출 릿지부 사이 오목부(12)가 배치된 영역이 둘레방향의 전역에 걸쳐서 취약해진다. 이에 의해, 돌출 릿지부(11)가 배치된 영역에 비해, 돌출 릿지부 사이 오목부(12)가 배치된 영역이 파괴되기 쉽다. 그 때문에, 그 구조 부품(20)은, 의도적으로 파괴 영역이 지정된 부품에 유용하다.
또한, 도 18~도 22는, 구조 부품의 다른 일례를 나타낸 모식도이다. 도 18~도 22에 나타낸 구조 부품(20)(프레스 성형품(21))은, 모두, 상기한 돌출 릿지부를 갖는 강판(10)으로부터 잘라내어진 블랭크(15)를 이용하여 성형된 것이며, 표면 및 이면의 양쪽에 돌출 릿지부(11)를 구비한다. 도 18~도 22에 나타낸 구조 부품(20)의 용도는, 각각, 도 13~도 17에 나타낸 구조 부품(20)과 동일하다.
또한, 상기 실시형태에서는, 돌출 릿지부를 갖는 강판(10)은, 마무리 압연기(3)에 의해서 열간으로 제조된다. 그 때문에, 판두께가 두꺼운 돌출 릿지부(11)의 영역은, 다른 영역(돌출 릿지부 사이 오목부(12)의 영역)에 비해 냉각 속도가 늦어져, 경도가 낮아지기 쉽다. 이러한 돌출 릿지부(11)의 영역의 성질을 이용해, 구조 부품의 성형하기 어려운 부분에 돌출 릿지부(11)의 영역을 위치시킴으로써, 성형성을 높이는 것도 가능하다.
하기 표 1에, 돌출 릿지부의 영역과 다른 영역의 강도차의 일례를 나타낸다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 강도차는, 피압연재의 재질(고C재 또는 저C재), 돌출 릿지부 판두께와 최소 판두께의 차, 냉각 속도 등에 따라서 상이하다. 돌출 릿지부의 영역의 경도는, 그 밖의 영역의 경도보다도 항상 낮다.
이상과 같이, 본 실시형태의 금속판의 제조 방법에 의하면, 돌출 릿지부를 갖는 금속판을 원활하게 제조할 수 있다. 이 돌출 릿지부를 갖는 금속판은, 상면 및 하면의 양쪽의 면에 압연 방향을 따라서 1개 또는 복수의 돌출 릿지부를 구비한다. 그 때문에, 부분적으로 보강 영역을 갖는 구조 부품을 제조할 때, 그 돌출 릿지부를 갖는 금속판을 구조 부품의 소재에 적용한 경우, 구조 부품의 보강 영역을 전역에 걸쳐서 강화하는 것이 가능하게 된다. 즉, 본 실시형태의 돌출 릿지부를 갖는 금속판은, 부분적으로 보강 영역을 갖는 구조 부품의 소재에 적합하다. 또, 구조 부품의 보강 영역을 강화하기 위해서 별개의 보강판을 용접할 필요는 없다. 따라서, 제조 비용의 억제가 가능하게 된다.
그 밖에 본 발명은 상기 실시형태로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 변경이 가능한 것은 말할 필요도 없다. 예를 들면, 돌출 릿지부를 갖는 금속판, 그 금속판의 소재, 및 그 금속판을 이용하여 성형되는 구조 부품의 재질은, 일반 탄소강, 고장력강, 스테인리스강 등의 강으로 한정되지 않고, 알루미늄, 구리 등이어도 무방하다. 또, 홈을 갖는 롤이 장착되는 압연기에 대해서, 스탠드의 총 수에 한정은 없다.
또, 돌출 릿지부를 갖는 금속판으로부터 잘라내어진 블랭크를 구조 부품으로 프레스 성형하는 방법은, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 그 방법으로서, 금형 내에서 성형 및 담금질을 행하는 핫 스탬핑법을 채용할 수도 있다.
1:가열로
2:조압연기
3:마무리 압연기
4:냉각 장치
5:권취기
S1~S6:롤 스탠드
6:상측 롤
7:하측 롤
8:홈을 갖는 롤
9:홈
10:강판
11:돌출 릿지부
12:돌출 릿지부 사이 오목부
15:블랭크
20:구조 부품
21:프레스 성형품
22:플랜지부
23:능선부
24:판부
30:슬래브
31:강 시트
51:펀치
52:다이
53:분할형 펀치
w1:롤홈의 폭
w2:롤홈이 없는 영역의 폭
p:돌출 릿지부의 피치
tmin:최소 판두께
h:돌출 릿지부의 높이
t:돌출 릿지부 판두께
2:조압연기
3:마무리 압연기
4:냉각 장치
5:권취기
S1~S6:롤 스탠드
6:상측 롤
7:하측 롤
8:홈을 갖는 롤
9:홈
10:강판
11:돌출 릿지부
12:돌출 릿지부 사이 오목부
15:블랭크
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24:판부
30:슬래브
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51:펀치
52:다이
53:분할형 펀치
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p:돌출 릿지부의 피치
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h:돌출 릿지부의 높이
t:돌출 릿지부 판두께
Claims (9)
- 롤 스탠드를 구비한 압연기를 이용해, 상면 및 하면에 압연 방향을 따라서 1개 또는 복수의 돌출 릿지(ridge)부가 형성된 금속판을 제조하는 방법으로서,
상기 제조 방법은,
외주면에 원주 방향을 따라서 1개 또는 복수의 홈이 형성된 홈을 갖는 롤을 준비하는 준비 공정과,
롤 스탠드의 상측 롤 및 하측 롤로서 홈을 갖는 롤을 장착하는 장착 공정과,
홈을 갖는 롤이 장착된 압연기에 의해서 피압연재를 압연하고, 홈을 갖는 롤의 각 홈에 각각 대응하여 돌출 릿지부가 형성된 돌출 릿지부를 갖는 금속판을 성형하는 성형 공정을 포함하는, 돌출 릿지부를 갖는 금속판의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 홈을 갖는 롤의 종단면에 있어서의 상기 홈의 배치가 좌우 대칭인, 돌출 릿지부를 갖는 금속판의 제조 방법. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상측 롤로서 장착된 상기 홈을 갖는 롤의 종단면에 있어서의 홈의 배치와, 하측 롤로서 장착된 상기 홈을 갖는 롤의 종단면에 있어서의 홈의 배치가 적어도 일부에서 겹치지 않는, 돌출 릿지부를 갖는 금속판의 제조 방법. - 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홈을 갖는 롤의 종단면에 있어서의 상기 각 홈의 형상은, 직사각형, 사다리꼴 또는 V형인, 돌출 릿지부를 갖는 금속판의 제조 방법. - 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홈을 갖는 롤에 있어서의 상기 홈의 폭이 5mm보다 크고 2000mm보다 작은, 돌출 릿지부를 갖는 금속판의 제조 방법. - 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홈을 갖는 롤에 있어서의 상기 홈의 피치가 15mm보다 크고 2000mm보다 작은, 돌출 릿지부를 갖는 금속판의 제조 방법. - 상면 및 하면에 1개 또는 복수의 돌출 릿지부가 형성된 돌출 릿지부를 갖는 금속판으로서,
돌출 릿지부의 피치가 15mm보다 크고 2000mm보다 작고,
최소 판두께 tmin과 상기 돌출 릿지부의 높이 h의 합으로 나타내는 돌출 릿지부 판두께 t와, 최소 판두께 tmin의 판두께비(t/tmin)가, 1.0보다 크고 10.0보다 작은, 돌출 릿지부를 갖는 금속판. - 청구항 7에 있어서,
상기 각 돌출 릿지부의 폭이 5mm보다 크고 2000mm보다 작은, 돌출 릿지부를 갖는 금속판. - 표면 및 이면에 각각 돌출 릿지부를 구비한 구조 부품으로서,
부분적으로 강도가 필요한 보강 영역을 갖고, 그 보강 영역의 표면 및 이면에 돌출 릿지부가 배치된, 구조 부품.
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| A201 | Request for examination | ||
| AMND | Amendment | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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| E601 | Decision to refuse application | ||
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