KR20170141071A - 1%의 크롬이 첨가된 강관의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강관의 제조방법에 관한 것으로, 대략 0.08~2% 카본(C)의 함량을 같는 강철에 대략 1% 크롬(Cr)이 첨가되어진 강관의 제조시 용접부위에 발생되는 척력에 의하여도 제거가 어려운 산화개재물중에서 크롬산화물(Crome Oxide)의 발생을 억제토록 함으로서 크롬 첨가강의 장점인 내식성은 물론 용접속도의 향상으로 생산성을 향상토록 한 것이다.

Description

1%의 크롬이 첨가된 강관의 제조방법{Steel pipe and manufacturing method thereof}

본 발명은 강관의 제조방법에 관한 것으로, 대략 0.08~2% 카본(C)의 함량을 같는 강철에 대략 1% 크롬(Cr)이 첨가되어진 강관의 제조시 용접부위에 발생되는 척력에 의하여도 제거가 어려운 산화개재물중에서 크롬산화물(Crome Oxide)의 발생을 억제토록 함으로서 크롬 첨가강의 장점인 내식성은 물론 용접속도의 향상으로 생산성을 향상토록 한 것이다.

현재 강관을 제조하는 방식으로는 용접부가 있는 용접강관(Welded Steel Pipe)과 용접부가 없는 무계목 강관(seamless Steel pipe)으로 대별되고, 본 발명에서는 상기 용접강관에 적용되는 것이다.

종래 용접강관의 제조는 모재와 용접봉을 동시에 용융시키는 방식으로 가스를 이용한 융접방식이었으나 효율 및 생산성 측면에서 가열과 압접을 동시에 순간적으로 완료하여 스켈프(skelp)의 엣지(edge)주변부로 열확산과 연신을 적게 할 수 있는 저주파 전기저항용접(LF-ERW)으로 하다가 최근에는 고속용접이 가능하여 대량생산에 적합하며, 용접품질이 우수하고 표면이 미려할 뿐만 아니라, 제조가능범위가 매우 넓어서 생산성과 품질면에서 고주파 용접법(HF-ERW)방식이 적용되고 있는 것이다.

또한 참고로 강관의 용접방식은 고주파용접과 잠호용접으로 구분되며 통상 대구경강관을 제외하고는 고주파용접으로 사용되고 있는 것이다.

특히 본 발명에서 적용되는 전기저항용접(ERW-Electric Resistance Welding)에 의한 강관의 제조는 코일을 롤이나 프레스로 파이프형태로 성형된 상태에서 양쪽 끝(edge)에 발생하는 저항열을 이용하여 용접봉의 사용이 없이 압접(Upseting)한 강관을 말하며 국내의 용접강관 생산량의 대부분을 차지한다.

참고로 상기 전기저항용접(ERW)강관은 초기에는 저주파전류를 이용한 저항용접법이 주로 사용됐으나 최근에는 고속용접이 가능하여 대량생산에 적합하며, 용접품질이 우수하고 표면이 미려할 뿐만 아니라, 제조가능범위가 매우 넓어서 생산성과 품질면에서 고주파 용접법으로 대체됐다.

또한 상기 강관들의 문제점은 해저 유체의 경우, 황화수소(H2S) 또는 이산화탄소(CO2)등 원유내 부식분위기가 형성되므로, 기존의 강관으로는 사용용도로서의 한계가 있는 문제점이 있고, 이를 해결하기 위하여 내식성이 있는 1% 내외의 크롬을 첨가토록 하여 내식성 향상시킬 수 있으나 상기 크롬함유 강관의 단점은 고주파전기저항용접(HF-ERW)후 용접부위의 산화개재물중 일정온도와 대기중에서 산소분압하에 생성되며 용융점이 높아 용접부에 존재시 배출이 어려운 크롬산화물물(Crome Oxide)은 일반적인 고주파전기저항용접의 장점으로도 제거가 어렵기 때문에 생산이나 양산에 어려움이 존재하고 있는 것이다.

따라서 본 발명은 내식성 향상을 위하여 1% 크롬의 첨가로 내식성의 향상을 물론 산화개재물의 억제를 위한 용접속도를 높이면서도 산화개재물 중에서 크롬산화물의 발생을 억제토록 함으로서 용접능은 물론 생산성을 향상토록 한 것이다.

이를 위하여 일반적인 용접조건 즉 열량, 주파수, 용접속도, 업셋량, 워크코일의 종류와 위치의 미세조정 및 불활성 가스의 분사조건을 적용하여 정상적인 용접이 가능토록 한 것이다.

또한 불활성가스에 의한 실딩영역(산소농도 유지)을 확대토록 함으로서 크롬산화물을 포함하는 산화개재물의 생성을 억제토록 한 것이다.

또한 용접부의 열처리(Seam Normalizing)를 위한 조관유(냉각수)의 흐름을 원활하게 함으로서 냉각능을 향상토록 한 것이다.

또한 용접부의 산소농도를 측정관리하여 목표기준인 0.3%보다 더 낮은 0.3%이하에서 0.07%까지 낮출수 있도록 불활성 가스의 압력을 증가토록 하여 용접능을 우수하게 한 것이다.

따라서 1%의 크롬 첨가로 내식성을 향상토록 함은 물론 용접속도가 증가토록 함으로서 생산성의 향상은 물론 일반적인 용접조건이 개선되어 개재물의 발생이 억제됨으로서 용접능이 우수하게 될 수 있는 것이다.

도1은 본 발명의 실딩영역을 도시한 개념도.
도2는 본 발명의 냉각수의 흐름을 나타낸 개념도.
도3은 본 발명의 강관의 제조공정블럭도.

우선 본 발명에서의 제조공정으로는 도3에 도시된 바와 같이 강관의 원주 폭에 따라 열연강대 및 열연강판을 코일(원재료)상태로 감긴 것을 조관이 가능하게 풀어주는 Uncoilling 공정과; 구부러진 코일을 적절하게 펴서 성형하기 알맞도록 조절하는 Levelling 공정과; 코일과 코일을 용접하여 연결하는 Strip and Welding 공정과; 연속조관이 가능하게 코일을 저장하는 Looper(Rotary Floop)공정과; 필요시 프레스 또는 성형롤로 원통형태로 성형해 용접공정으로 이송토록 하는 Roll Forming 공정과; 인덕션 코일을 통하여 엣지면에 고주파전류를 통하게 하여 엣지면 만을 용융시킨 후 스퀴즈롤로 가압하여 용접하는 고주파전기저항용접공정과; 상기 용접공정이후에 용접부주위에 발생되는 열영향부의 응력을 제거하는 Seam Normalizing 공정과; 그후 강관의 외경으로 진직도를 교정하고 길이를 측정하는 Sizing&Measuring Roll 공정과; Saw Type의 거단기로 1개의 톱으로 길이별로 절단하는 거단기 공정과; Sizing 공정보다 정밀하게 직진도를 잡아주고 엣지면을 가공하는 교정&면취공정과; 와전류를 이용하여 강관의 결함유무를 검출하기 위한 비파괴검사방법의 ET(eddy_Current Test)공정과; 또는 동시에 UT(Ultrasonic Test)공정과; 상기 ET 또는 동시에 행하는 UT 공정을 통하여 합격된 파이프를 마킹하여 포장하는 공정으로 이루어지는 것이다.

특히 본 발명의 적용되는 부분은 상기 공정중에서 인덕션 코일을 통하여 엣지면에 고주파전류를 통하게 하여 엣지면 만을 용융시킨 후 스퀴즈 롤로 가압하여 용접하는 고주파전기저항용접공정을 개선토록 한 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

하기 설명 및 첨부 도면에서 보여주는 많은 특정 상세들은 본 발명의 전반적인 이해를 제공하기 위해 예시한 것으로 본 발명이 이들 상세에 한정됨을 의미하는 것은 아니다.

그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명들은 생략토록 하였다.

본 발명의 특징은 도1에 도시된 바와 같이 고주파전기저항용접을 위한 압접 시에 본 발명의 1% 크롬강관의 내부 또는 외부에 모두 불활성가스를 보호가스(Shielding Gas)로 사용하는데 상기 보호가스가 분사되어지는 실딩영역이 일반적으로 불활성 가스를 사용할 경우의 실딩영역에 해당되는 30~50㎜의 구간보다도 3배 정도 넓은 영역으로 분사토록 하여 원하는 산소농도를 유지토록 할 수 있는 것이다.

본 발명에서는 100~150㎜의 구간으로 분사확대토록 할 경우에 가장 우수한 용접효율을 얻을 수 있었다.

그러나 본 발명에서 실딩영역의 구간이 100㎜이하일 경우에는 용접부의 불량발생의 원인이 될 가능성이 있고, 실딩영역의 구간이 150㎜의 이상일 경우에는 용접부의 불량문제는 발생되지 않지만 실딩가스의 과다사용에 따른 비경제적인 부분이 존재하게 될 수 있는 것이다.

따라서 상기의 실딩영역(100~150㎜의 구간)으로 분사되는 보호가스는 용접시에 외부 공기로부터 불순물의 혼입을 방지하고 무산소분위기를 만는데 유효한 것이고, 특히 산화개재물중에서 전자기적 척력(Electro Magnetic Force)에 의하여도 배출이 어려운 크롬산화물(Crome Oxide)의 발생을 억제하게 됨으로 불활성 가스의 사용시에 적절한 실딩영역의 유지가 반드시 필요한 것이다.

본 발명에서의 불활성 가스는 질소(N2)와 아르곤(Ar)으로 사용하였고, 비중의 차이로 용접부에 직접분사되는 영역에는 아르곤(Ar)을 적용함으로서 용접효과를 크게 상승토록 한 것이다.

본 발명에서 사용된 불활성 가스는 관의 내면에는 단독 아르곤(Ar)가스만 적용하였고, 외면에는 아르곤(Ar)가스 단독으로 또는 질소(N2)가스 단독, 아르곤+질소(Ar+N2)의 혼합가스(총 3개)로 구성토록 한 것이다.

그러나 가능하면 관의 내면에 분사되는 불활성가스는 관의 외면에 분사되는 것과 동일한 가스를 사용하는 것이 좋다.

그러나 만일 다르게 할 경우에도 비용적인 부분을 제외하고는 거의 차이점이 발생되지 않는 것이다.

또한 상기 불활성가스는 압접부에서의 취성이 높아지는 것을 방지하기 위하여 사용이 필요한 것이다.

또한 본 발명에서의 1%크롬강으로 제조되는 관의 외면에 고주파전기저항용접(HF-ERW)에 의한 압접(용접)시 산화개재물의 형성을 제어하여 용접부를 건전하게 하기 위하여 불활성가스의 적절한 실딩영역은 물론 분사 압력과 유량의 비율이 적절하게 조절되어야 하는 것이다.

즉 본 발명의 상기 실딩영역에서의 분사압력과 유량의 조절로 일반적인 불활성가스의 분사시에는 산소농도가 0.3%이상을 유지하지만 본 발명에서는 0.3%이하에서 0.07%까지 낮출수 있도록 한 것이다.

또한 본 발명에서 얻고자 하는 산소농도(0.3%이하에서 0.07%까지)의 유지를 위하여는 본 발명에서는 불활성가스의 압력은 1~4kgf/cm2 수준이며, 유량은 30~50L/min로 하였다.

특히 분사 위치별 갯수는 외면에 3구간과 내면에 1구간이며, 외면의 압력은 2~4kgf/cm2, 유량은 40~50L/min이고, 내면의 압력은 1~3kgf/cm2, 유량은 30~40L/min로 내면이 다소 낮게 적용토록 한 것이다.

이와 같이 할 경우에 가장 우수한 용접효율을 나타내었다.

그러나 내.외면 압력이 모두 상기보다 낮아 산소농도가 0.3% 이상으로 될 경우에는 내면용접부 산화개재물로 인한 용접부에 균열등의 결함이 검출되고, 산소농도가 0.3%이하이지만 압력이 상기 보다 높아지면 보호가스의 난기류(Turbulence)로 인하여 용접부온도를 저하시켜 용접부 불량(냉접 등)을 용접부 결합이 발생될 수 있는 것이다.

또한 불활성 가스의 실딩영역의 적절한 범위는 원하는 산소농도를 얻게 되는 것이고, 이는 실딩영역에서의 불활성가스의 적절한 분사압력과 유량이 유지되는 상태에서 용접속도도 용접효율에 중요한 부분을 차지하게 되는데, 본 발명에서는 파이프의 외경과 두께에 따라서 다소 변경될 수 있지만 상기의 실딩영역과 분사압력 및 유량을 기준으로 용접속도는 35~40m/min에서 가장 우수한 용접효율을 나타내었다.

그러나 상기의 실딩영역과 분사압력 및 유량이 유지되는 상태에서도 용접속도가 25m/min에서는 불량이 40%이상 증가하였으며 이는 1%크롬강관에 있어서의 용접속도는 용접결합에 상당히 중요한 부분을 차지하게 됨을 의미하게 되는 것이고, 상기에서의 용접결합은 대부분 용접부 산화개재물의 발생을 의미하는 것이다.

또한 용접속도가 45m/min이상에서는 용접부가 건전하였으나 현장 등의 설비조건상 부하가 많이 발생되어 35~45m/min일 경우에 가장 적정한 용접효능을 발휘할 수 있었다.

또한 본 발명에서의 보호가스(불활성가스)의 적절한 실딩영역과 분사가스의 압력 및 유량의 조절은 물론 용접속도와 동시에 관의 내면에 분사되는 불활성가스와 동시에 용접입열의 효율의 상승과 산화개재물의 형성을 제어하여 용접부를 건전하게 하기 위하여 기존의 냉각라인을 개선토록 한 것이다.

본 발명에서의 냉각라인은 특히 유도 가열 전기저항용접에서는 페라이트 코아(ferrite core)로 이루어진 “임피더”의 역할이 중요한데 상기 임피더는 압접을 위한 관의 내외면으로 누설되는 전류를 용접부로 모아주고, 용접부의 온도를 상승시키는 역할을 하는데 상기 페라이트 코아(Ferrite core)는 온도에 민감하여, 충분한 냉각이 이루어지지 않을 경우, 임피더 효율이 저하되거나 페라이트 코아의 손상이 발생되는 문제점이 존재하게 되는 것이다.

예를 들어 페라이트의 코아가 만약, 200도(섭씨) 이상의 온도에 노출시 효율이 저하되거나, 손상되므로 본 발명에서는 냉각효율이 중요한 것이다.

즉 냉각수의 유량이 줄어들게 되면 냉각 효율이 저하되기 때문에 용접부에 결함이 발생하게 됩니다.

따라서 냉각수는 도2에 도시된 바와 같이 노란색 라인이 5kgf/cm2의 조관유(냉각수)가 흐르는 영역이고, 하기 그림상 좌측으로 인입하여, 1, 2, 3번으로 배출됩니다. 그리고, 파란색 라인은 1~3kgf/cm2의 실딩가스가 흐르며, 방향은 좌측 인입, 우측 화살표에서 배출토록 되는 것이다.

Claims (4)

1. 통상의 고주파전기저항용접 강관의 제조방법에 있어서,
   상기 강관은 1%크롬강으로 사용하고,
   상기 고주파전기저항용접시 실딩영역에 불활성가스를 분사토록 하여 산소농도를0.3%이하로 하고,
   상기 불활성가스의 분사되는 압력은 4kgf/cm² 이내에서 이루어짐을 특징으로 하는 1%의 크롬이 첨가된 강관의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 불활성가스의 분사되는 실딩영역은 100~150㎜이고,
   유량은 30~50L/min로 유지토록 하여 산소농도를 최대 0.07%까지 낮출수 있도록 되고,
   용접속도는 35~45m/min로 이루어짐을 특징으로 하는 1%의 크롬이 첨가된 강관의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 분사압력과 유량은 관의 내외면에 서로 다르게 하며,
   외면의 압력은 2~4kgf/cm2, 유량은 40~50L/min이고, 내면의 압력은 1~3kgf/cm2, 유량은 30~40L/min로 이루어짐을 특징으로 하는 1%의 크롬이 첨가된 강관의 제조방법.
4. 제1항 내지 제3항의 어느 하나의 항에 있어서.
   상기 불활성가스의 실딩영역과 분사압력 및 유량은 물론 용접속도 이외에 임피더 구간에 냉각효율을 증가토록 함을 특징으로 하는 1%의 크롬이 첨가된 강관의 제조방법.
   
   

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