KR20220104804A - 강 시트 파일의 제조 방법 및 강 시트 파일 제조용의 압연 설비열 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 높이가 높은 대형 강 시트 파일의 제조 방법을 제공한다. 가열 장치, 조압연기, 중간 압연기 및 마무리 압연기를 이 순서대로 배치하여 이루어지는 압연 설비열을 이용하여, 소재를 가열하고, 공형에 의한 압연 패스를 복수회 실시하여, 소정 형상의 강 시트 파일로 한다. 이 때, 중간 압연에 있어서 중간 압연 후의 형상이, 플랜지부가 외측으로 만곡 또는 굴곡하는 제1 형상이 되도록, 각설된 공형을 이용하여 압연한다. 이에 따라, 각설하는 공형의 깊이를 얕게 할 수 있고, 롤의 항절력의 저하를 억제할 수 있어, 롤의 사용 범위가 커진다. 그리고, 중간 압연에 계속되는 마무리 압연에서는, 제1 형상의 상기 플랜지부가, 직선 형상 혹은 내측으로 만곡 또는 굴곡한 제2 형상이 되도록 굽힘 성형을 실시한다.

Description

강 시트 파일의 제조 방법 및 강 시트 파일 제조용의 압연 설비열

본 발명은, 강 시트 파일(steel sheet pile)의 제조 방법 및 강 시트 파일 제조용의 압연 설비열(line)에 관한 것으로서, 특히 높이가 높은 강 시트 파일의 제조 방법 및 강 시트 파일 제조용의 압연 설비열에 관한 것이다.

토목 공사의 방토 부재(earth retaining member) 등으로서 적합한 강 시트 파일에는, 해트형(hat-shaped) 강 시트 파일이나 U형 강 시트 파일 등이 있다. 도 1에는, 제품 형상의 일 예로서, 해트형 강 시트 파일(도 1(a)) 및 U형 강 시트 파일(도 1(b))의 단면 형상을 각각 나타낸다.

강 시트 파일(1)은, 통상, 슬래브나 블룸(bloom) 등을 소재로 하고, 예를 들면, 도 2에 나타내는 강 시트 파일 제조용의 압연 설비예(2)로 제조된다. 이러한 압연 설비열(2)에서는, 소재를 가열 장치(3)에 장입하고, 소정의 온도, 예를 들면 1300℃로 가열한 후, 가열된 소재는, 조압연기(4), 중간 압연기(5) 및 마무리 압연기(6)의 순서대로 반송되어, 소정의 단면 형상까지 압연됨으로써, 제품 형상이 된다. 또한, 조압연기(4)에서의 압연을 조압연, 중간 압연기(5)에서의 압연을 중간 압연, 마무리 압연기(6)에서의 압연을 마무리 압연이라고도 한다. 이들 압연기는, 캘리버라고 불리우는 공형(孔型)이 상(上)롤과 하(下)롤로 각설(刻設)된 압연 롤을 구비한다. 또한, 이하에서는, 상롤과 하롤을 통합하여, 상하 롤 또는 롤조(roll pair)라고도 한다.

해트형 강 시트 파일의 조압연에 이용되는 조압연기(4)의 상하 롤에 각설되는 공형의 일 예를 도 3에 나타낸다. 상롤(41)과 하롤(42)에 대하여, Box 공형(71), K8 공형(72) 및 K7 공형(73)의 3개의 공형이 각설되어 있다. 이 공형을 이용한 조압연에서는, 슬래브를 소재로 하고, 우선, Box 공형(71)에서 슬래브의 폭 압하가 행해진다. 이어서, K8 공형(72)에서, 슬래브의 해트형으로의 굽힘 변형 및 두께 압하가 행해진다. 또한, K7 공형(73)에서, 두께 압하가 행해지고, 소재가 제품 단면 형상에 가까운 형태로 조형된다. 또한, K8 공형(72) 및 K7 공형(73)에서는, 각각 복수 패스의 압연이 행해진다.

중간 압연에 이용되는 중간 압연기(5)도, 조압연기(4)와 마찬가지로, 상하 롤에 2∼4 정도의 공형이 각설된 압연 롤을 구비한다. 해트형 강 시트 파일의 중간 압연에 이용되는 중간 압연기(5)의 상하 롤에 각설되는 공형의 일 예를 도 4에 나타낸다. 도 4에서는, 상롤(51)과 하롤(52)에 대하여, K3 공형(75) 및 K6 공형(74)의 2개의 공형이 각설되어 있다. 또한, 특별히 도시하지 않지만, 또 다른 1대의 중간 압연기(5)의 상하 롤에는, K4 공형(77) 및 K5 공형(76)과 같은 2개의 공형이 마찬가지로 각설되어 있다. 중간 압연에서는, 조압연된 소재에 대하여, 이들 공형에서, 순차, 압연을 행하여, 두께 압하와 형상의 성형을 행함으로써, 소재를 더욱 제품 단면 형상에 가까운 형태로 조형한다.

마무리 압연에 이용되는 마무리 압연기(6)도, 마찬가지로, 상하 롤에 1∼3 정도의 공형이 각설된다. 해트형 강 시트 파일의 마무리 압연에 이용되는 마무리 압연기(6)의 상하 롤에 각설되는 공형의 일 예를 도 5에 나타낸다. 도 5에서는, 상롤(61)과 하롤(62)에 대하여, K2 공형(78) 및 K1 공형(79)의 2개의 공형이 각설되어 있다. 마무리 압연에서는, 중간 압연된 소재에 대하여, K2 공형(78)에서 최종적인 두께 압하를 행하고, 이어서 K1 공형(79)에서 조인트부(14)의 굽힘 성형을 행함으로써, 소재를 최종 제품 단면 형상으로 조형한다.

또한, 중간 압연 및 마무리 압연에서는, 각 공형에서의 압연 패스수는 1패스가 기본이고, 동일 공형에서의 압연 패스수는, 많은 경우라도 2, 3패스 정도로 하고 있다.

또한, U형 강 시트 파일에 대해서도, 해트형 강 시트 파일과 마찬가지로, 복수의 압연기에 의해, 서서히 제품 단면 형상이 되도록 공형 압연이 행해짐으로써, 제품이 제조된다.

이러한 강 시트 파일에 대하여, 최근에는, 강성, 단면 계수를 향상시키고, 함께 시공성을 향상시키기 위해, 강 시트 파일의 대형화가 지향되고 있다.

이러한 경향에 대하여, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 높이 치수가 큰 경량 강 시트 파일을 성형하는 「롤 성형 장치」가 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 「롤 성형 장치」는, 클로우(claw) 성형용 롤 스탠드와, 전반 굽힘 성형 롤 스탠드와, 후반 굽힘 성형 롤 스탠드와, 형태 결정용 롤 스탠드가, 이 순서대로 구성된 롤 성형 장치이다. 클로우 성형용 롤 스탠드는, 평탄한 소재의 양단에 미리 클로우를 성형하는 상하 한 쌍의 수평인 공형 롤로 이루어진다. 또한, 전반 굽힘 성형 롤 스탠드는, 경량 강 시트 파일의 웹부(web portion)만을 압하하는 상하 한 쌍의 수평인 플랫 롤과, 그것과는 각각 독립한 롤축에 형성되고, 제2 절곡부의 굽힘 성형을 행하는 상하 한 쌍의 수평인 V 굽힘 롤을 갖는다. 전반 굽힘 성형 롤 스탠드에서는, 제1 절곡부의 성형의 일부와 제2 절곡부의 성형의 대부분을 행한다고 되어 있다. 또한, 후반 굽힘 성형 롤 스탠드는, 웹부를 사이에 두는 상하 한 쌍의 수평인 플랫 롤과, 경사진 롤축에 형성되어 플랜지부의 외측면에 접하는 경사 롤과, 제2 절곡부의 하면측을 수용하는 수용 롤을 구비하고 있다. 특허문헌 1에서는, 후반 굽힘 성형 롤 스탠드에서는, 제1 절곡부의 최종 성형을 행한다고 되어 있다. 또한, 특허문헌 1에서는, 형태 결정용 롤 스탠드는, 종래와 마찬가지로, 최종 단면 형상의 공형을 형성하는 상하 한 쌍의 공형 롤을 구비하고, 제품의 형상 만들기를 행한다고 되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 롤 성형 장치에 의하면, 높이 치수가 큰 단면 형상을 성형하는 경우라도, 롤 지름을 대폭으로 작게 할 수 있다고 되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는, 「강 시트 파일의 제조 방법」이 기재되어 있다. 특허문헌 2에 기재된 기술은, 열간 압연에 의해 해트형 또는 U형의 강 시트 파일을 제조한 후, 당해 강 시트 파일을 냉간 가공에 의해 성형하고, 단면 형상이 상이한 강 시트 파일로 하는 강 시트 파일의 제조 방법이다. 특허문헌 2에 기재된 기술에서는, 냉간 가공은, 강 시트 파일의 폭 방향을 확폭 혹은 협폭으로 하는 가공이거나, 강 시트 파일 코너부의 각도를 광각 혹은 협각으로 하는 가공인 것이 바람직하다, 라고 되어 있다. 특허문헌 2에 기재된 기술에 의하면, 동일한 열간 압연 설비에서는 제조할 수 없는 강 시트 파일이라도 제조할 수 있고, 자유도가 높은 강 시트 파일의 제조가 가능해진다, 라고 되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는, 「홈형재(channel member)의 제조 방법」이 기재되어 있다. 특허문헌 3에 기재된 기술은, 조압연 공정과 마무리 공정을 순서대로 실시하는 「홈형재의 제조 방법」이다. 여기에서, 특허문헌 3의 조압연 공정에서는, 소정의 공형을 형성한 복수조의 이중 압연 롤로, 소정 온도로 가열된 압연 소재에 공형 압연 가공을 실시하여, 중간 제품을 제조한다. 이 때, 압연 소재의 횡단면의 형상을, 한 쌍의 플랜지부가 각각 수선(perpendicular)에 대하여 외측으로 경사지고, 또한 웹부가 당해 플랜지부측으로 돌출하는 볼록 형상의 형상으로 하고, 그의 중앙부가 평담하고, 웹부의 양단이 플랜지부와 거의 직각으로 연결되어, 플랜지부와 웹부의 두께를 제품 치수와 거의 동일한 두께로 함으로써, 중간 제품이 성형된다. 이어서, 조압연 공정에서는, 이 중간 제품의 플랜지부의 선단부를, 4축 압연 롤로, 횡단면 형상에서 두께 방향으로 팽출(bulging)한 중고부(middle high portion)를 갖는 오목 형상으로 한 후, 추가로 플랜지부의 선단부를 두께 방향으로 압연하고, 플랜지부의 평탄도를 높이는 조정을 행한다. 또한, 마무리 공정은, 서로 평행하게 배치된 복수조의 성형 롤로, 중간 제품의 볼록부 형상의 웹부를 성형하고, 웹부에 대하여 직각으로 또한 서로 거의 평행한 플랜지부와 평탄한 웹부를 갖는 홈형재를 롤 가공(냉간, 온간, 열간)으로 형성하는 공정으로 한다. 특허문헌 3에 기재된 기술에서는, 열간 변형능이 낮은 소재에 대해서도, 표면 흠의 발생을 억제하면서, 플랜지부의 선단부 단면의 평탄도를 높일 수 있다고 되어 있다.

또한, 특허문헌 4에는, 「홈형강(channel steel)의 제조 방법」이 기재되어 있다. 특허문헌 4에 기재된 「홈형강의 제조 방법」에서는, 복수쌍의 수평 공형 롤로 순차 압연하여, 홈형강을 제조한다. 이 때에, 마무리 전 패스까지 피압연재의 웹부와 플랜지부에, [웹＞플랜지]되는 판두께차를 부여해 둠과 함께, 웹과 플랜지를 만곡한 형상으로 압연을 행해 가고, 마무리 전 패스와 최종 마무리 패스와의 사이에서 플랜지부에 롤이 접촉되는 일 없이, 열간 조성형을 실시하여 플랜지의 열림 각을 감소시켜 간다. 계속해서, 특허문헌 4에서는, 최종 마무리 패스를 통과시킨 후, 열간 교정에서 압연재의 굽힘 교정을 행한다. 특허문헌 4에 기재된 기술에서는, 이에 따라, 고합금강제 홈형강을, 롤 슬립 흠을 일으키는 일 없이, 간이 또한 저비용으로 양산하는 것이 가능해진다고 되어 있다.

또한, 특허문헌 5에는, 「열간 압연 채널의 제조 방법」이 기재되어 있다. 특허문헌 5에 기재된 기술은, 소정의 공형을 형성한 복수조의 압연 롤을 이용하여, 표리에 오목 형상면 및 볼록 형상면을 갖는 곡면 형상의 웹부와, 당해 웹부의 좌우 양단으로부터 대략 직각으로 각각 연설된 플랜지부를 갖는 W 형상의 워크 중간재를 열간 압연에 의해 제조하는 열간 압연 공정과, 당해 제조된 W 형상의 워크 중간재로부터 굽힘 성형에 의해 ㄷ자 형상의 채널을 제조하는 성형 공정을 행하여 열간 압연 채널을 제조하는 방법이다. 특허문헌 5에 기재된 기술에서는, 성형 공정을, 워크 중간재의 웹부의 오목 형상면과 맞닿는 제1 롤과, 웹부의 볼록 형상면의 중앙 돌출부와 맞닿음과 함께 중앙 돌출부보다도 단부 쪽의 단부 근방부와는 간극을 갖는 제2 롤을 이용한 조성형 공정을 열간 성형으로 행한다고 되어 있다. 또한, 조성형 공정에서는, 제1 롤 및 제2 롤의 좌우에 형성한 좌우 한 쌍의 유도 롤에 의해 플랜지부를 내측으로 압압하여, 상기한 굽힘 성형을 조장하는 것이 바람직하다고 되어 있다. 특허문헌 5에 기재된 기술에 의하면, 일관되게 열간에 있어서 제조할 수 있어, 우수한 품질의 열간 압연 채널을 제조할 수 있다고 되어 있다.

일본공개특허공보 평07-088562호 일본공개특허공보 2003-230916호 일본공개특허공보 평04-066202호 일본공개특허공보 평05-154502호 일본공개특허공보 2001-276902호

그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 냉간의 굽힘 성형에 의한 경량 강 시트 파일의 제조에 한정되는 데다가, 복잡한 구성의 냉간 롤 성형 설비를 필요로 한다. 또한, 특허문헌 2에 기재된 기술에서는, 열간 압연 설비에 더하여 추가로 냉간 가공 설비도 필요로 한다는 문제가 있다. 또한, 특허문헌 3∼5에 기재된 기술은, 홈형강 혹은 홈형재의 제조 방법으로서, 이들 홈형강(홈형재)을 대상으로 하는 압연 방법에서는, 웹부와 플랜지부의 굽힘 성형이 불안정한 데다가, 열간 압연의 최종 단계에서, 조인트부의 클로우 형성이 필요한 강 시트 파일에는 적용하기 어렵다는, 문제가 있었다. 또한, 최근에는, 유효 폭(W)이 900㎜이고, 유효 높이(H)가 300㎜를 초과하는 바와 같은 대형의 강 시트 파일이 요망되고 있다.

유효 높이(H)가 높은 강 시트 파일(이하, 「높이가 높은」 강 시트 파일이라고도 함)을 압연하기 위해서는, 깊은 공형을 갖는 롤을 이용하여 성형(압연)할 필요가 있다. 그러나, 롤에 깊은 공형을 각설하면, 롤 소경부의 지름이 지나치게 작아져, 압연 시의 롤의 항절력(transverse rupture strength)이 저하한다. 또한, 유효 높이(H)가 높고 유효 폭(W)이 넓은 강 시트 파일의 압연에서는, 종래의 유효 폭이 좁은 강 시트 파일과 마찬가지의 압하 조건으로 압연하면, 압연 하중 및 압연 토크가 증대한다. 대형의 강 시트 파일의 제조 시에 있어서는, 이러한 롤의 항절력의 저하와 압연 부하의 증대가 중첩하여, 압연 시에 롤의 절손(breakage)이 생겨, 압연이 불가능해질 우려가 있다. 또한, 롤에 깊은 공형을 각설하기 때문에, 롤 소경부의 지름이 지나치게 작아져, 롤의 유효 사용 여유분(유효 사용 범위)이 크게 저하된다는 문제도 있다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고, 냉간 압연을 이용하는 일 없이 열간 압연 공정만으로, 높이가 높은 강 시트 파일을 제조할 수 있는 강 시트 파일의 제조 방법 및 강 시트 파일 제조용의 압연 설비열을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 여기에서 말하는 「높이가 높은」 강 시트 파일이란, 유효 폭(W)이 900㎜ 이상이고, 유효 높이(H)가 300㎜를 초과하고, 바람직하게는 350㎜ 이상이 되는 바와 같은 대형의 강 시트 파일을 말하는 것으로 한다.

본 발명자들은, 상기한 목적을 달성하기 위해, 깊은 공형의 압연 롤을 이용하는 일 없이, 높이가 높은 강 시트 파일을 제조하는 방법에 대해서, 예의 검토했다. 그 결과, 공형 깊이에 대하여 압연 부하가 커지기 쉬운 압연 패스, 예를 들면, 조압연의 일부 및 중간 압연에 있어서, 플랜지부가 외측으로 만곡 또는 굴곡한 형상이 되도록 압연하는 것에 생각이 이르렀다. 즉, 중간 압연 후에, 플랜지부가 외측으로 만곡 또는 굴곡한 형상이 되도록 압연하면, 플랜지부가 직선적 형상인 경우에 비하여, 압연 롤의 공형을 얕은 공형으로 할 수 있고, 압연 롤의 항절력의 저하를 방지할 수 있고, 또한 롤의 사용 여유분(유효 사용 범위)을 크게 할 수 있는 것을 인식했다.

본 발명은, 이러한 인식에 기초하여, 추가로 검토를 더하여 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다.

[1] 가열한 소재에, 복수의 공형을 이용하여, 조압연, 중간 압연 및 마무리 압연을 이 순서대로 실시하여, 소정 형상의 플랜지부를 갖는 강 시트 파일을 제조하는 강 시트 파일의 제조 방법으로서, 상기 중간 압연에 있어서 상기 플랜지부의 상기 중간 압연 후의 형상이 외측으로 만곡 또는 굴곡하는 제1 형상이 되도록 압연하고, 상기 중간 압연에 계속되는 상기 마무리 압연에서는, 상기 제1 형상의 상기 플랜지부가, 직선 형상 혹은 내측으로 만곡 또는 굴곡한 제2 형상이 되도록 굽힘 성형이 실시되는, 강 시트 파일의 제조 방법.

[2] 상기 마무리 압연에 있어서 상기 굽힘 성형을 행하는 압연 패스가, 압연 입측에서 웹 가이드(web guide)를 이용하는 압연 패스인, [1]에 기재된 강 시트 파일의 제조 방법.

[3] 상기 웹 가이드가, 압연 방향으로 직교하는 단면에서, 상기 중간 압연의 최종 압연 패스 후의 소재의 웹의 하면 폭과 동일하거나, 혹은 그보다 좁은 웹 가이드 상면 폭을 갖고, 상기 중간 압연의 최종 압연 패스 후의 소재의 웹부와 플랜지부와의 접합부가 이루는 각도에 동일한 웹 가이드 상면과 웹 가이드 측면과의 이루는 각도를 갖는, [2]에 기재된 강 시트 파일의 제조 방법.

[4] 상기 마무리 압연에 있어서, 상기 굽힘 성형을 행하는 압연 패스에 계속되는 압연 패스로, 클로우 굽힘 성형을 행하는, [1] 내지 [3] 중 어느 것에 기재된 강 시트 파일의 제조 방법.

[5] 상기 마무리 압연에 있어서 상기 굽힘 성형을 행하는 압연 패스의 출측에서, 클로우 굽힘의 예비 성형을 행하고, 그 후에 상기 클로우 굽힘 성형을 행하는, [4]에 기재된 강 시트 파일의 제조 방법.

[6] 가열 장치, 조압연기, 중간 압연기 및 마무리 압연기를 이 순서대로 배치하여 이루어지는 강 시트 파일 제조용의 압연 설비열로서, 상기 조압연기, 상기 중간 압연기 및 상기 마무리 압연기는, 각각, 공형이 각설된 상하 롤을 구비하는 압연기이고, 적어도 상기 중간 압연기의 전부 또는 하류측의 일부의 공형은, 플랜지부가 외측으로 만곡 또는 굴곡하는 제1 형상이 되도록 각설된 공형이고, 상기 마무리 압연기의 일부의 공형이, 상기 제1 형상의 플랜지부를 직선 형상, 혹은, 내측으로 만곡 또는 굴곡한 제2 형상으로 굽힘 성형하도록 각설된 공형인, 강 시트 파일 제조용의 압연 설비열.

본 발명에 의하면, 유효 높이가 높고, 또한 유효 폭이 큰 강 시트 파일을, 냉간 압연을 이용하는 일 없이 열간 압연 공정만으로, 롤의 절손 등의 사고도 없이 용이하게, 게다가 안정적으로 생산성 높게 제조할 수 있어, 산업상 현격한 효과를 가져온다.

도 1은 강 시트 파일의 제품 형상의 일 예를 개략적으로 나타내는 설명도이다. (a)는 해트형 강 시트 파일의 예이고, (b)는 U형 강 시트 파일의 예이다.
도 2는 강 시트 파일 제조용의 압연 설비예의 일 예를 나타내는 설명도이다.
도 3은 해트형 강 시트 파일 제조에 이용하는 조압연용 공형(단면)의 일 예를 나타내는 설명도이다.
도 4는 해트형 강 시트 파일 제조에 이용하는 중간 압연용 공형(단면)의 일 예를 나타내는 설명도이다.
도 5는 해트형 강 시트 파일 제조에 이용하는 마무리 압연용 공형(단면)의 일 예를 나타내는 설명도이다.
도 6은 본 발명에서 해트형 강 시트 파일 제조에 적합한 조압연용 공형 K7의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명에서 해트형 강 시트 파일 제조에 적합한 중간 압연용 공형 K3의 일 예를 나타내는 단면도이다. (a)는 플랜지부가 외측으로 만곡한 예를 나타내고, (b)는 플랜지부가 외측으로 굴곡한 예를 나타낸다.
도 8은 본 발명에서 해트형 강 시트 파일 제조에 적합한 마무리 압연용 공형 K2의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 9는 강 시트 파일의 제품 형상의 일 예를 개략적으로 나타내는 설명도이다.
도 10은 마무리 압연에 있어서의 플랜지부의 굽힘 되돌림 성형의 상황을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 11은 웹 가이드를 개략적으로 나타내는 설명도이다. (a)는 웹 가이드의 형상을 나타내고, (b)는 웹 가이드의 배치 위치 나타낸다.
도 12는 클로우 굽힘 롤러의 일 예를 개략적으로 나타내는 설명도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명의 일 실시 형태에서는, 예를 들면, 도 2에 나타내는 압연 설비열(2)을 이용하여, 강 시트 파일(1)의 제조를 행한다.

본 실시 형태에서는, 소재(강 소재; 예를 들면 직사각형 슬래브)를, 가열 장치(3)에 장입하고, 소정의 온도, 예를 들면 1300℃로, 가열한다. 그 후, 가열한 소재를, 조압연기(4), 중간 압연기(5) 및 마무리 압연기(6)에, 이 순서대로 반송하여 압연하고, 예를 들면, 도 1(a)에 나타내는 단면 형상의 해트형 강 시트 파일(1A)을 제조한다. 또한, 압연 설비열(2)에서는, 복수개의 소재를 순차 압연함으로써, 동일 사이즈가 되는 제품(해트형 강 시트 파일(1A))을 연속하여 제조할 수 있다.

조압연기(4)에 있어서의 압연(조압연)에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이 조압연기(4)의 상하 롤(41, 42)에 각설된, Box 공형(71), K8 공형(72) 및 K7 공형(73)의 3개 공형에서, 가열된 소재의 조압연을 행한다. K8 공형(72) 및 K7 공형(73)에서는, 각각 복수 패스의 압연이 행해진다. 조압연에서는, 슬래브를 소재로 하여, 우선, Box 공형(71)에서 소재(슬래브)의 폭 압하를 행한 후, 90° 회전하고, K8 공형(72)에서, 슬래브의 해트형으로의 굽힘 변형을 행함과 함께, 두께 압하(두께 감소)를 행한다. 또한, K7 공형(73)에서, 두께 압하와, 조인트부의 조성형이 계속적으로 행해져, 제품 단면 형상에 가까운 형태로 조형된다. 또한, K7 공형(73)의 높이(H7)는, K8 공형(72)의 높이(H8)보다도 크게 각설되고, K7 공형(73)에서는, 플랜지부의 연장 변형도 행해진다.

또한, 도 6에 나타내는 바와 같이, K7 공형(731)에서는, 플랜지부가 외측으로 만곡한 형상이 되도록 각설하고, 플랜지부를 외측으로 만곡한 형상으로 압연할 수도 있다. 또한, 플랜지부를 외측으로 굴곡한 형상으로 압연해도 좋다. 그러나, 조압연 단계에 있어서, 압연 부하에 대하여 공형 깊이가 깊은 것에 기인하여 롤 강도가 문제가 되기 쉬운 압연 패스 이외의 압연 패스로는, 플랜지부가 외측으로 만곡 또는 굴곡한 형상으로 압연할 필요는 없다.

이어서, 조압연에 의해 조형된 소재(중간 소재)에, 중간 압연기(5)의 상하 롤에 각설된 공형에서 압연(중간 압연)을 실시한다. 또한, 도 2에 나타내는 압연 설비열(2)에서는, 중간 압연기(5)로서, 2대의 압연기(2개의 롤조)가 배치되고, 압연 방향으로 나열된 2개의 공형에서, 텐덤(tandem) 압연을 행할 수도 있다. 이 압연(중간 압연)에서는, 주로 소재의 두께 압하를 행하지만, 플랜지부의 연장 변형을 가할 수도 있다.

본 발명에서는, 중간 압연 후의 형상이, 플랜지부가 외측으로 만곡 또는 굴곡한 형상인 제1 형상이 되도록, 압연한다. 또한, 제1 형상의 플랜지부란, 중간 압연 후에 있어서 외측으로 만곡 또는 굴곡하는 형상이 된 플랜지부를 나타낸다.

공형 깊이에 대하여 압연 부하가 커지기 쉬운 압연 패스에 있어서, 플랜지부가 외측으로 만곡 또는 굴곡한 형상이 되도록, 상하 롤(롤조)에 각설된 공형을 사용하여 소재를 압연한다. 이러한, 공형 깊이에 대하여 압연 부하가 커지기 쉬운 압연 패스로서는, 예를 들면, 조압연의 일부의 압연 패스, 중간 압연의 전부의 압연 패스 또는 하류측의 일부의 압연 패스 등을 들 수 있다. 본 발명에서는, 중간 압연 후에, 플랜지부가 외측으로 만곡 또는 굴곡하는 형상이 되도록, 적어도 중간 압연의 전부의 압연 패스 또는 하류측의 일부의 압연 패스를, 상하 롤(롤조)에 플랜지부가 외측으로 만곡 또는 굴곡한 형상이 되도록 각설된 공형을 사용하는 것이 바람직하다. 사용하는 공형으로서는, 예를 들면, 조압연에서는 도 6, 중간 압연에서는 도 7(a)에 나타내는 바와 같은, 플랜지부가 외측으로 만곡한 형상이 되도록 각설된 공형이 바람직하다. 또한, 도 7(b)에 나타내는 바와 같은 플랜지부가 외측으로 굴곡한 형상이 되도록 각설한 공형으로 해도 좋다. 이에 따라, 플랜지부가 직선 형상인 경우보다, 공형의 높이(H)(도 7에서는 H3)를 작게 할 수 있어, 롤의 유효 사용 여유분(유효 사용 범위)이 커진다.

중간 압연기(5)는, 제2 중간 압연기로서, 예를 들면, 상롤(51)과 하롤(52)에 대하여, K3 공형(751)(도 7 참조) 및 K6 공형(741)(도시하지 않음)의 2개의 공형이 각설된 압연 롤과, 도시는 하고 있지 않지만, 제1 중간 압연기로서, 예를 들면, 상하 롤에 대하여, K5 공형(761) 및 K4 공형(771)의 2개의 공형이 각설된 압연 롤을 구비한다. 중간 압연 후에 플랜지부가 외측으로 만곡 또는 굴곡한 형상이 되도록 각설된 이들 공형을 이용하여, 조압연된 소재에 대하여 중간 압연으로서, 텐덤 압연을 포함하는 압연을, 순차, 행할 수 있다.

또한, 중간 압연에 있어서 사용하는 공형의 높이(H)를, 압연 패스 순서대로, 예를 들면, K6 공형에서 H6, K5 공형에서 H5, K4 공형에서 H4, K3 공형에서 H3으로 하면, 하기 (1)식을 만족하도록, 공형의 높이를 설정하는 것이 바람직하다.

H6≤H5≤H4≤H3 …… (1)

중간 압연에 이용하는 공형의 높이를 (1)식을 만족하도록 설정함으로써, 각 공형에서 순차, 플랜지부의 연장 변형을 가할 수 있어, 높이가 높은 강 시트 파일 소재로 하여 안정적으로 압연할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.

이어서, 중간 압연에 의해 조형된 중간 소재에, 추가로 마무리 압연기(6)의 상하 롤에 각설된 공형에서 압연(마무리 압연)을 실시한다.

마무리 압연기(6)는, 상롤(61)과 하롤(62)에 대하여, 예를 들면, K2 공형(78)(도 8 참조)과 K1 공형(79)(도시하지 않음)의 2개의 공형이 각설된 압연 롤을 구비한다. 본 실시 형태의 마무리 압연에서는, 제1 압연 패스로, K2 공형(78)을 이용하여, 플랜지부의 굽힘 되돌림 성형을 행하고, 플랜지부가 직선 형상을 나타내는 형상으로 성형한다. K2 공형(78)은, 플랜지부가 직선 형상을 나타내는 형상으로 상하 롤에 각설된 공형으로 한다. 또한, K2 공형에서는, K2 공형의 웹 하면 폭(도 8의 B2)을, K2 공형 압연 전의 웹 하면 폭(도 7의 B3)에 동일하게, 또한, K2 공형의 웹과 플랜지와의 이루는 각(도 8의 θ2)을, K2 공형 압연 전의 웹과 플랜지와의 이루는 각(도 7의 θ3)에 동일하게 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 플랜지부의 굽힘 되돌림 성형 시에, 소재가 상하 방향이나 좌우 방향으로 어긋날 일이 없어, 플랜지부의 굽힘 되돌림 성형을 안정적으로 행할 수 있다.

또한, 상기 설명에서는 최종적인 제품 형상에 있어서 플랜지부가 직선 형상으로 되는 경우를 예로 설명했지만, 제품 형상에 있어서의 플랜지부는 직선 형상 이외라도 좋다. 예를 들면, 도 9에 개략적으로 나타나는 단면 형상과 같이, 플랜지부가 내측으로 만곡 또는 굴곡한 형상으로 성형하여 최종적인 제품 형상으로 해도 좋다. 이 경우의 K2 공형(78)은, 플랜지부가 내측으로 만곡 또는 굴곡하는 형상을 상하 롤에 각설된 공형으로 한다.

또한, 마무리 압연에서의 굽힘 성형에 의해 조형되는 플랜지의 형상, 즉, 플랜지부가 직선 형상 혹은 내측으로 만곡 또는 굴곡한 형상을 제2 형상으로 한다.

K2 공형(78)에서의 플랜지부의 굽힘 되돌림 성형의 개요를 도 10에 나타낸다. 도 10(a)는, 중간 압연의 최종 압연 패스 후의 소재(중간 소재)가, K2 공형과 접촉을 개시할 때(물려들어갈 때)의 상황을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 10(b)는, K2 공형에서 성형이 완료된 상태(굽힘 성형 완료 시)를 나타내는 단면도이다. 이 굽힘 되돌림 성형에서는, 소재(중간 소재)의 웹부(11), 플랜지부(12), 아암부(13)는, 롤(공형)과 접촉하여, 굽힘 되돌림 성형을 받지만, 조인트부(14)는 롤(공형)과 접촉하여 변형하지 않도록, 공형을 각설하는 것이 바람직하다. 조인트부의 클로우부의 굽힘 성형은, K1 공형(79)에서 행한다. 또한, K2 공형(78) 및 K1 공형(79)에서의 압연 패스 횟수는 기본적으로는 1패스이다.

마무리 압연의 제1 압연 패스에서는, 상기한 바와 같이, 플랜지부의 굽힘 되돌림 성형을 행하지만, 중간 압연으로 조형된 소재가, 상하 방향이나 좌우 방향으로 어긋나거나 하고, 선단이나 후단의 비정상 길이가 변동하는 일 없이, 안정적으로 플랜지부의 굽힘 되돌림 성형을 행하는 것이 가능하도록, 압연의 입측에서 웹 가이드(60)를 사용하여 압연하는 것이 보다 바람직하다.

사용하는 웹 가이드(60)는, 그 웹 가이드 상면(601) 폭(B)을 중간 압연 종료 후의 웹 하면 폭(B3)에 맞춰, 웹 하면 폭(B3)에 동일하거나, 혹은 웹 하면 폭(B3)보다 조금 좁게 한 형상, 또한 웹 가이드 상면(601)과 웹 가이드 측면(602)이 이루는 각도 θ를 중간 압연 종료 시의 공형 K3의 θ3(웹부(11)와 플랜지부(12)와의 접합부가 이루는 각도)과 동일하게 한 형상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 웹 가이드 상면(601) 폭(B)을 웹 하면 폭(B3)과 동일하게 하는 웹 가이드에서는, 플랜지 내면 내지 웹 하면에 찰상을 발생시킬 우려가 있기 때문에, 통상, B는, B3보다 2㎜∼8㎜ 정도 좁게 하는 것이 바람직하다. 웹 가이드의 바람직한 형상을 도 11(a)에 나타낸다. 또한, 도 11(b)에는, 웹 가이드(60)의 배치 위치를 나타낸다.

마무리 압연의 제1 압연 패스의 압연 입측에서, 상기한 바와 같은 웹 가이드(60)를 사용함으로써, 중간 압연에 의해 조형된 소재의 웹 하면 및 웹부와 플랜지부와의 접합부를 충분히 보유지지(保持)하여, K2 공형(78)에서 안내할 수 있다. 그 결과, 소재의 상하 방향, 좌우 방향으로의 어긋남을 방지하여, 플랜지부의 굽힘 되돌림 성형을 안정적으로 행할 수 있다.

조인트부(14)의 클로우부의 굽힘 성형은, 최종 공형인 K1 공형(79)에서 행한다. 그러나, 이 공형 1개로는, 클로우 굽힘량이 과대가 되어, 적정한 클로우 굽힘 성형을 행할 수 없는 경우가 있다. 그러한 경우에는, 조인트부의 클로우 굽힘 예비 성형을 행하는 것이 바람직하다. 조인트부의 클로우 굽힘 예비 성형은, K2 공형(78)의 출측(후면)에, 예를 들면, 일본공개특허공보 2006-272343호에 기재되는 바와 같은 클로우 굽힘 롤러를 설치하여 행하는 것이 바람직하다.

클로우를 외측으로부터 내측으로 굽히는 예비 성형은, 도 12에 나타내는 바와 같은 클로우 굽힘 롤러(8)로, 수직 롤러(82)에 의해 아암부(13)의 굴곡부를 구속하고, 수평 롤러(83a, 83b)에 의해 아암부(13)의 수평부의 상하를 구속한 상태로, 수직 롤러(81)에 의해 클로우(7A)를 외측으로부터 내측으로 굽힘 가공한다. 또한, 수직 롤러(81)는, 클로우(7A)의 외측에 중심축이 위치하도록 배치되어 있다.

이러한 클로우 굽힘 롤러를 이용하여, 조인트부의 클로우 굽힘 예비 성형을 행한 후, K1 공형에서의 클로우 굽힘 성형을 행하면, K1 공형에서의 클로우 굽힘량을 적정화할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태에서는 마무리 압연의 제1 압연 패스에 있어서 플랜지부의 굽힘 되돌림 성형을 행하는 것으로 했지만, 제1 압연 패스를 포함하는 복수의 압연 패스에 의해 단계적으로 굽힘 되돌림 성형을 행해도 좋다. 그 경우, K2 공형(78)에 더하여, K1 공형(79)을 이용하여 플랜지의 굽힘 되돌림 성형을 행해도 좋고, K2 공형(78)과 K1 공형(79)과의 사이에 다른 공형을 형성하여 굽힘 되돌림 성형을 행해도 좋다.

이하, 실시예에 기초하여, 추가로 본 발명에 대해서 설명한다.

실시예

도 2에 나타내는 압연 설비열(2)을 이용하여, 소재(강 슬래브(강종: SYW295))를 가열 장치(3)에 장입하고, 가열 온도: 1300℃로 가열한 후, 조압연기(4), 중간 압연기(5), 마무리 압연기(6)로 압연을 실시하여, 웹부 두께: 17㎜, 플랜지부 두께: 12㎜, 유효 높이(H): 370㎜, 유효 폭(W): 900㎜인, 도 1에 나타내는 형상의, 높이가 높은 해트형 강 시트 파일을 제조했다.

조압연에서는, 가열한 소재(강 소재)를, Box 공형, K8 공형 및 K7 공형이 각설된 상하 롤을 구비한 조압연기(4)로 압연하여, 제품 단면 형상에 가까운 형상으로 조형했다. 이어서, 조압연에 의해 조형된 소재에, K5 공형 및 K4 공형이 각설된 상하 롤을 구비한 제1 중간 압연기(5), 그리고 K6 공형 및 K3 공형이 각설된 상하 롤을 구비한 제2 중간 압연기(5)를 이용하여 순차, 압연(중간 압연)을 실시했다. 구체적으로는, 중간 압연에 있어서의 제1 압연 패스는, 공형 K5 및 공형 K6의 순서대로(K5에서는 압하하지 않고), 제2 압연 패스는, 공형 K6 및 공형 K5의 순서대로 압연한 후, 제3 압연 패스로서, 공형 K4 및 공형 K3의 순서대로 압연했다.

중간 압연 종료 후에, 플랜지부가 외측으로 만곡 또는 굴곡한 제1 형상으로 하기 위해, 중간 압연으로 사용한 공형은, 예를 들면 K3 공형에서는 도 7(a)에 나타내는 형상의, 공형 깊이를 얕게 한 공형으로 했다. 또한, K6 공형, K5 공형 및 K4 공형에 있어서도 마찬가지로 공형 깊이를 얕게 한 공형으로 했다. 또한, 중간 압연에서는, 사용한 공형의 공형 깊이(H)를, 통과한 공형의 순서(K6 공형, K5 공형, K4 공형 및 K3 공형의 순서)대로, 하기 (1)식을 만족하도록 변경한 공형으로 했다.

H6≤H5≤H4≤H3 …… (1)

또한, 사용한 공형의 깊이(H)는, 제품 높이(기준: 1.0)에 대한 비율로, 표 1에 나타낸다. 또한, 강 시트 파일 No.3은, 중간 압연의 모든 압연 패스로, 플랜지부가 직선 형상을 나타내는 공형을 사용한 비교예이다.

상기한 깊이(H)의 공형을 각설된 각 압연 롤에 대해서, 미리 유한 요소법을 이용하여, 압연 시의 당해 압연 롤의 각 부위에 발생하는 응력을 산출하고, 이 응력이 당해 롤 재질의 허용 응력을 초과하지 않도록, 각 공형에서의 압연 내(耐)하중(단위 MN)을 산출했다. 얻어진 결과를 표 1에 병기했다. 당연히, 공형 깊이(H)가 커지면, 내하중의 값이 낮아져, 롤 파단의 리스크가 커진다.

이어서, 중간 압연에 의해 조형된 소재는, 마무리 압연을 실시하고, 제품 형상으로 조형되었다. 또한, 마무리 압연의 제1 압연 패스에서는, K2 공형(78)을 이용하여, 플랜지부가 외측으로 굴곡한 형상으로부터, 플랜지부가 직선 형상을 나타내는 제2 형상으로 플랜지부의 굽힘 되돌림 성형을 행했다.

또한, 마무리 압연의 제1 압연 패스의 일부에서는, 압연 입측에서, 웹 가이드(60)를 사용하여 압연을 행했다. 웹 가이드(60)는, 도 11(a)에 나타내는 형상으로 하고, 상면(웹 가이드 상면)의 폭(B)을 K3 공형의 웹 하면 폭(B3)과 거의 동일한 치수(B3보다 4㎜ 좁은 치수)로 하고, 웹 가이드 상면과 웹 가이드 측면과의 이루는 각도 θ를 중간 압연 종료 시의 웹부와 플랜지부의 접합부가 이루는 각도 θ3으로 동일하게 했다.

마무리 압연의 제1 압연 패스를 실시한 후에, K2 공형(79)을 이용하여, 조인트부의 클로우 굽힘 성형을 행하고, 해트형 강 시트 파일(제품)로 했다. 또한, 본 발명예는 모두, 제1 압연 패스의 출측에서, 클로우 굽힘 롤러를 이용하여, 클로우 굽힘 성형의 예비 성형을 실시하여, 그 후에, 클로우 굽힘 성형을 행했다.

얻어진 제품(강 시트 파일)에 대해서, 유효 폭 치수(W), 높이 치수(H)(도 1(a) 참조)를 압연 선단부로부터 측정해 나감과 함께, 조인트 형상을 육안으로 확인해 가고, 이들 치수(W, H)나 조인트 형상이 공차 범위에 들어가지 않는 압연 선단부 및 후단부의 비정상부 길이(길이 방향의 길이(m))를 측정했다.

얻어진 결과를 표 1에 병기해 나타낸다.

본 발명예인 강 시트 파일 No.1, No.2의 어느 조건에 대해서도, 마무리 압연 최종 패스까지의 압연이 행해져, 제품의 채취에 성공했다. 특히, 강 시트 파일 No.2에서는, 웹 가이드의 효과로 제품이 되지 않는 선단부, 후단부의 비정상부의 발생이 적어 양호한 결과를 얻었다.

이에 대하여, 비교예인 강 시트 파일 No.3에서는, K5 공형에서의 압연으로 실적 압연 하중이 12.54MN이 되어, 롤의 내하중 12.45MN을 초과했기 때문에, 이 이상의 압연은 위험하다고 판단되어, K4 공형 이후의 압연은 단념했다.

이와 같이, 본 발명에 의하면, 안정적으로 플랜지부의 굽힘 되돌림 성형이나, 추가로 그 후의 클로우 굽힘 성형도 안정적으로 행할 수 있어, 높이가 높은 강 시트 파일을 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 압연 롤에 각설되는 공형의 깊이를 얕게 할 수 있어, 롤의 항절력의 저하도 적어진다.

1 : 강 시트 파일
1A : 해트형 강 시트 파일
1B : U형 강 시트 파일
2 : 압연 설비열(강 시트 파일 제조용의 압연 설비열)
3 : 가열 장치
4 : 조압연기
5 : 중간 압연기
6 : 마무리 압연기
8 : 클로우 굽힘 롤러
11 : 웹부
12 : 플랜지부
13 : 아암부
14 : 조인트부
41 : 상롤(상조(upper roughing) 롤)
42 : 하롤(하조(lower roughing) 롤)
51 : 상롤(상 중간 롤)
52 : 하롤(하 중간 롤)
60 : 웹 가이드
61 : 상롤(상 마무리 롤)
62 : 하롤(하 마무리 롤)
81 : 수직 롤러
82 : 수직 롤러
83 : 수평 롤러
601 : 웹 가이드 상면
602 : 웹 가이드 측면

Claims (6)

1. 가열한 소재에, 복수의 공형(孔型)을 이용하여, 조압연, 중간 압연 및 마무리 압연을 이 순서대로 실시하여, 소정 형상의 플랜지부를 갖는 강 시트 파일(steel sheet pile)을 제조하는 강 시트 파일의 제조 방법으로서,
   상기 중간 압연에 있어서 상기 플랜지부의 상기 중간 압연 후의 형상이 외측으로 만곡 또는 굴곡하는 제1 형상이 되도록 압연하고,
   상기 중간 압연에 계속되는 상기 마무리 압연에서는, 상기 제1 형상의 상기 플랜지부가, 직선 형상 혹은 내측으로 만곡 또는 굴곡한 제2 형상이 되도록 굽힘 성형이 실시되는, 강 시트 파일의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 마무리 압연에 있어서 상기 굽힘 성형을 행하는 압연 패스가, 압연 입측에서 웹 가이드를 이용하는 압연 패스인, 강 시트 파일의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 웹 가이드가, 압연 방향으로 직교하는 단면에서, 상기 중간 압연의 최종 압연 패스 후의 소재 웹의 하면 폭과 동일하거나, 혹은 그보다 좁은 웹 가이드 상면 폭을 갖고, 상기 중간 압연의 최종 압연 패스 후의 소재 웹과 플랜지와의 접합부가 이루는 각도에 동일한 웹 가이드 상면과 웹 가이드 측면과의 이루는 각도를 갖는, 강 시트 파일의 제조 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 마무리 압연에 있어서, 상기 굽힘 성형을 행하는 압연 패스에 계속되는 압연 패스로, 클로우(claw) 굽힘 성형을 행하는, 강 시트 파일의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 마무리 압연에 있어서 상기 굽힘 성형을 행하는 압연 패스의 출측에서, 클로우 굽힘의 예비 성형을 행하고, 그 후에 상기 클로우 굽힘 성형을 행하는, 강 시트 파일의 제조 방법.
6. 가열 장치, 조압연기, 중간 압연기 및 마무리 압연기를 이 순서대로 배치하여 이루어지는 강 시트 파일 제조용의 압연 설비열(line)로서,
   상기 조압연기, 상기 중간 압연기 및 상기 마무리 압연기는, 각각, 공형이 각설(刻設)된 상하 롤을 구비하는 압연기이고,
   적어도 상기 중간 압연기의 일부의 공형은, 플랜지부가 외측으로 만곡 또는 굴곡하는 제1 형상이 되도록 각설된 공형이고,
   상기 마무리 압연기의 일부의 공형이, 상기 제1 형상의 플랜지부를 직선 형상, 혹은, 내측으로 만곡 또는 굴곡한 제2 형상으로 굽힘 성형하도록 각설된 공형인, 강 시트 파일 제조용의 압연 설비열.

Images