KR100523505B1 - 레일의 제조 방법 및 제조 설비 - Google Patents

Abstract

레일 단부의 굽힘을 효과적으로 저감하고, 또한 잘라 버리는 양을 저감할 수 있는 레일의 제조 방법 및 제조 설비를 제공하는 것으로, 열간 압연된 레일을 실질적으로 압연 길이 상태로 상온까지 냉각한 후, 적어도 3대의 냉간 거단기에 의해 동시에 소정의 길이로 절단하는 것을 특징으로 하는 레일의 제조 방법이며, 또한, 실질적으로 압연 길이의 상태로 상온까지 냉각된 레일을 압연 방향 및／또는 압연 방향에 수직인 방향으로 이동할 수 있는 반송 바닥, 상기 반송 바닥에 나열되어 배치된 적어도 3대의 냉간 거단기를 갖는 것을 특징으로 하는 레일의 제조 설비.

Description

레일의 제조 방법 및 제조 설비 {RAIL PRODUCING METHOD AND PRODUCING EQUIPMENT}

본 발명은 레일의 제조 방법 및 제조 설비에 관한 것으로, 특히 단부 굽힘의 발생을 억제하는 효율이 좋은 레일의 제조 방법 및 제조 설비에 관한 것이다.

레일의 일반적인 제조 방법으로서는 강 부재를 가열하여 소정의 형상으로 열간 압연한 후, 열간 거단기(鋸斷機)에 의해 대략 제품 길이로 절단하고 나서 원하는 기계 특성에 따라서 열처리를 실시하거나 혹은 생략하고, 상온까지 냉각하여 필요에 따라서 교정을 행하거나 혹은 생략하여 흠집 탐색, 형상 등 소정의 검사를 행하여 제품으로 하고 있다.

레일은 통상, 열차의 통과시에 생기는 레일 단부의 손모를 방지하기 위해, 수 개를 용접으로 서로 연결하고 나서 부설한다. 이 때에 용접면이 조금이라도 어긋나면, 오히려 손모가 증가하므로 레일 단부 끼리를 맞대었을 때의 어긋남을 가능한 한 작게 하는 것이 엄격하게 요구되고 있다. 예를 들어, 일본공업규격(JIS) E1101에서는, 보통 레일 중 50 ㎏N 레일의 단부 굽힘의 허용치를 길이 1.5 m당, 좌우 및 상방으로 1.0 ㎜, 하방으로 0.3 ㎜ 이내로 규정하고 있다. 또한, 최근 수요가 증대되고 있는 고속 철도용이나, 중하중 철도용 레일에서는 단부 굽힘을 더욱 작게 하는 것이 요구되고 있다. 또 최근에는, 미국 특허 제5018666호, 미국 특허 제5419387호 등에서 500 피트 이상의 초장 레일을 연속 주조로부터 제품까지 단번에 제조하는 기술이 개시되어 있지만 실제의 제조에 있어서는 실현 곤란한 기술이다.

그러나, 연속 공정에 의한 레일 제조에 있어서, 레일 단부는 압연이나 교정이 매우 어려운 부위이다. 압연 공정에 있어서는 레일 선단부 및 미단부의 일정 길이 범위에서 소요의 수치 정밀도를 얻는 것이 곤란하다. 또 교정을 필요로 할 경우에는, 복수의 롤을 지그재그형으로 배치한 롤러 교정기에서는 그 롤 간격 2개분에 상당하는, 약 1 내지 2 m 길이의 단부가 미교정부라 일컬어지는 불감대가 되어 교정의 효과를 거의 기대할 수 없다.

이러한 상황에서 상기와 같은 단부 굽힘의 기준을 충족시키기 위해, 레일 단부의 상당 길이 범위를 잘라 버리고, 그래도 기준을 충족시키지 못한 경우에는 프레스에 의한 교정을 행하고 있는 것이 통상이다. 그러나, 잘라 버리는 길이가 길수록 비용이 증대하고, 수율은 저하한다. 또 레일의 절단이나 프레스에는 작업 시간이 걸리므로, 이들의 공정을 연속 공정으로 조립하면 네크 작업이 되고, 한편, 오프라인 공정으로 하면 생산성이 저하된다. 특히 냉간 거단기는, 고속으로 절단하면 고열을 발생하여 절단부에만 열 영향을 미쳐 경도 등이 크게 변화하므로 절단 속도를 제한하거나 고온이 발생하지 않는 특수한 장치를 이용할 필요가 있다.

또한, 프레스에 의한 교정에서는, 미소한 치수 정밀도를 만족시키는 것이 매우 어려워, 이후에 규격이 보다 엄격화되면 대응할 수 없게 된다는 문제가 있다.

도1은 본 발명에 관한 레일 제조 설비의 일 실시 형태를 도시한 개략도이다.

도2는 본 발명의 냉간 거단기의 다른 실시 형태를 도시한 개략도이다.

도3은 본 발명의 냉간 거단기의 또 다른 실시 형태를 도시한 개략도이다.

본 발명은, 이상과 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 제품까지의 일련의 공정을 인라인화할 수 있어, 생산성과 수율을 향상할 수 있는 레일의 제조 방법 및 제조 설비를 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 요지는 다음과 같다.

(1) 열간 압연된 레일을 실질적으로 압연 길이의 상태로 상온까지 냉각한 후, 적어도 3대의 냉간 거단기에 의해 동시에 소정의 길이로 절단하는 것을 특징으로 하는 레일의 제조 방법.

(2) 열간 압연 후 레일의 적어도 헤드부를 1 내지 10 ℃/초의 냉각 속도로, 오스테나이트 영역 이상의 온도로부터 가속 냉각하는 열처리를 행하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 레일의 제조 방법.

(3) 열간 압연 후 레일의 길이가 100 내지 200 m인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 레일의 제조 방법.

(4) 냉간 거단기에 의한 절단에 앞서, 교정을 행하거나 혹은 교정을 생략하여 계속 검사를 행하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 레일의 제조 방법.

(5) 냉간 거단기에 의해 교정된 부분에서 절단하는 것을 특징으로 하는 상기 (4)에 기재된 레일의 제조 방법.

(6) 적어도 3대의 냉간 거단기에 의해 압연 길이의 일부를 제품 길이로 잘라내고, 나머지부를 후방단에 배치한 적어도 2대의 냉간 거단기에 의해 제품 길이로 절단하는 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 레일의 제조 방법.

(7) 실질적으로 압연 길이의 상태로 상온까지 냉각된 레일을 압연 방향 및/또는 압연 방향에 수직인 방향으로 이동할 수 있는 반송 바닥과, 상기 반송 바닥에 나열되어 배치된 적어도 3대의 냉간 거단기를 갖는 것을 특징으로 하는 레일의 제조 설비.

(8) 상기 냉간 거단기는, 1대 이상이 위치가 고정되고 그 밖에는 반송 바닥을 따라 이동할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 상기 (7)에 기재된 레일의 제조 설비.

(9) 압연 후 혹은 열처리 후에 레일을 상온까지 냉각하는 냉각 바닥과, 롤 식 교정기와, 검사 장치와, 상기 반송 바닥 및 냉간 거단기가 연속되어 있는 것을 특징으로 하는 상기 (7) 또는 (8)에 기재된 레일의 제조 설비.

(10) 상기 반송 바닥에 있어서의 상기 냉간 거단기의 후방단에 또한 2대 이상의 냉간 거단기를 상기 반송 바닥에 나열하여 배치된 것을 특징으로 하는 청구항 7 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 레일의 제조 설비.

(11) 냉간 거단기의 대수가, 압연 길이로부터 얻을 수 있는 제품 개수에 1을 더한 수 이상인 것을 특징으로 하는 상기 (7) 내지 (10) 중 어느 한 항에 기재된 레일의 제조 설비.

(12) 적어도 1대 이상의 냉간 거단기 부근에 펀칭기를 병설하는 것을 특징으로 하는 상기 (7) 내지 (11) 중 어느 한 항에 기재된 레일의 제조 설비.

이하에 본 발명에 대해 도면에 도시한 실시 형태에 의거하여 상세하게 설명한다.

도1에 본 발명의 레일 제조 설비 레이아웃의 일예를 도시한다. 소정 성분을 함유하는 강 부재를 가열로(1)에서 약 1300 ℃로 가열한 후, 복수의 리버스 혹은 탠덤식 열간 압연기(2)를 통과하여 단면 레일 형상으로 성형된다. 본 발명에서는 이 성형된 레일을 계속 압연 길이 상태로 냉각 바닥(5)에 두고 상온까지 냉각한다.

또, 냉각 바닥(5)에 두고 직접 상온까지 냉각하기에 앞서, 적어도 레일 헤드부의 내마모성이나 인성의 향상을 도모하기 위한 열처리가 필요한 경우에는, 압연기(2)의 하류측에 배치한 열처리 장치(4)에 의해 사전에 열처리가 실시된다. 열처리는 이미 알려져 있는 방법에 의해 열연 후의 오스테나이트 영역 이상의 온도로부터, 1 내지 10 ℃/초의 냉각 속도로 냉각된다. 냉각 개시 온도가 낮아지는 경우는, 냉각에 앞서서 가열해도 좋다. 냉각 방법으로서는, 에어 등의 가스나 미스트를 분무하는 것이 냉각 속도를 적절하게 유지하는 데 바람직하다.

또 압연 직후의 레일 양단부에는 미압연부나 큰 굽힘이 생기기 쉽고, 그 후의 반송이나 교정 등에 장해가 되는 경우가 있으므로 압연기(2)와 열처리 장치(4) 사이에 배치한 열간 거단기(3)로 압연 직후의 레일 단부의 일정 길이를 절단 제거하면 좋다. 압연 후의 레일 길이는 생산 능력이나 설비 사양에 따라서 정해지지만, 선단부와 미단부의 온도차에 의한 품질 격차를 억제하는 목적으로부터는, 100 내지 200 m로 하는 것이 바람직하고 이에 어느 정도의 절취 여백을 더한 길이로 한다.

냉각 바닥(5)은 긴 레일을 그대로 적재하는 스페이스를 갖지만, 여기에서 상온까지 냉각된 연장 길이의 레일은 굽힘이나 잔류 응력의 크기에 의해 필요에 따라서, 수직 방향과 수평 방향의 각 1대로 이루어지는 롤러 교정기(6)에 의해 교정된 후, 검사 장치(7)에 있어서 흠집이나 치수 등의 품질 검사가 행해지고, 마지막으로 반송 바닥(9)에 있어서 냉간 거단기(8)에 의해 소정의 출하(제품) 길이로 절단된다. 이들 냉각 바닥, 롤러 교정기, 검사 장치, 반송 바닥 및 냉간 거단기는 연속적으로 배치되어 인라인화되어 있다. 또 상온까지 냉각된 레일 굽힘 등이 허용 범위 내이면, 특별히 교정할 필요는 없다. 본 발명의 최대 특징은 절단시에 복수의 냉간 거단기를 반송 바닥에 평행하게 배치하여 일반적으로 복수 부위를 동시 절단하는 점에 있으며, 또한 재료가 교정기를 경유한 경우에는, 상기 냉간 거단기에 의한 절단 부분이 교정된 부위에서 절단하는 점에 있다. 이와 같이 교정된 부분에서 절단함으로써 단부에 대해서는 미교정부가 완전히 절제되므로 중앙부에서 절단하는 경우와 마찬가지로 단부 굽힘이 거의 생기지 않는 레일을 얻을 수 있다.

냉간 거단기(8)는, 적어도 3대 이상이 동시에 절단 작업을 행할 수 있는 구조로 한다. 바람직하게는 압연 길이로부터 얻을 수 있는 제품 개수에 1을 더한 수 이상의 대수, 즉 양단부와 중간부를 1회로 모두 절단할 수 있을 만큼의 대수를 설치하는 것이 좋다. 예를 들어, 압연 길이 200 m로부터, 통상 사용되고 있는 25 m의 레일 8개를 얻기 위해서는 냉간 거단기 9대를 설치하면 좋다.

냉간 거단기(8)는 반송 바닥(9)에 병렬로 배치되고, 각각의 간격이 제품 길이와 같아지도록 배치된다. 제품 길이가 항상 일정하면 모든 냉간 거단기를 고정하여 레일을 차례로 이송하면서 자르면 좋지만, 주문 길이가 반드시 일정하지 않은 경우에는, 기준이 되는 1대 이상, 예를 들어 일단부 혹은 양단부의 거단기를 고정하고, 그 밖에는 원하는 길이에 따라서 레일 길이 방향으로 자유자재로 이동할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한 레일에는 연결을 위한 단부 웨브부에 구멍을 개방하는 경우가 있지만, 이로 인한 펀칭기를 냉간 거단기와 병설하고, 절단과 동시에 구멍 개방을 행하면, 더욱 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

제품 길이로 절단된 레일은, 반송 바닥(9)에 의해 다시 압연 방향, 혹은 그에 수직 방향으로 이동하고, 적절하게 제품 보관소 혹은 직접 수송 수단으로 적재되어 출하된다.

또, 도1에서는 모든 냉간 거단기를 일렬로 나열한 구성예를 도시하고 있지만, 도2 혹은 도3에 도시한 바와 같이 냉간 거단기를 2단 구성으로 하고, 전방단에서 압연 길이의 일부를 제품 길이로 잘라내어 나머지부를 후방단에 배치한 적어도 2대의 냉간 거단기에 의해 제품 길이로 절단해도 좋다. 이와 같은 구성은 예를 들어 통상보다 짧게 절단하는 경우 등에, 절단 스케줄을 단축 적정화하는 것을 가능하게 한다. 또는 일단이라는 충분한 스페이스를 취할 수 없는 경우의 설비 레이아웃으로서 유효하다.

이상의 레일 제조 설비를 이용함으로써, 잘라 버리는 길이의 합계를 크게 하지 않아도, 레일 단부의 굽힘을 매우 작게 하는 것이 가능해진다. 즉, 종래의 열간 거단에서는 그 후의 열처리나 냉각에 있어서 굽힘이 발생하여 이 중 단부에서는 굽힘이 잔존하고 있었지만, 본 발명에서는, 레일 중앙부에서는 압연이나 또한 교정에 의해 비교적 용이하게 직진성을 얻을 수 있으므로 냉각 후에 중앙부에서 절단함으로써 단부 굽힘을 매우 작게 하는 것이 가능해진다. 또한, 이 부분에서의 잘라 버림은 필요 없게 되고 또 프레스 등에 의한 교정도 불필요해진다.

또한, 압연 길이의 양단부측으로부터 취할 수 있는 레일은 역시 한 쪽 단부 굽힘이 커지지만, 그 부분만큼 충분한 길이의 크롭을 제거함으로써 굽힘의 잔존은 회피할 수 있다. 이와 같이 해도, 잘라버리는 수는 압연 후에 있어서의 양단부 2곳만으로도 좋으므로, 종래 기술과 비교하여 잘라버리는 수는 수분의 1이 된다. 따라서, 잘라 버리는 길이를 충분히 크게 한 경우라도, 수율 저하에 의한 비용으로의 영향은 낮게 억제할 수 있다.

(실시예)

본 발명예로서, 가열, 압연하고 미압연부를 제거한 153 m의 레일을, 계속 오스테나이트 영역 온도 이상으로부터 2 ℃/초의 속도로 약 500 ℃까지 가속 냉각하고, 계속해서 방냉(放冷)으로 상온까지 냉각한 후, 교정기와 검사 장치를 경유하여 마지막으로 7대의 냉간 거단기로 양단부를 크롭으로서 각각 1.5 m씩 절단 제거하면 동시에 제품 길이로 절단하여 25 m의 레일 6개로 완성하였다.

또한, 비교예로서 가열 및 압연하여 미압연부를 제거한 153 m의 레일을 열간 거단기로 25.5 m ×6개로 절단하여 계속해서 본 발명예와 마찬가지로 오스테나이트 영역 온도 이상으로부터 2 ℃/초로 약 500 ℃까지 가속 냉각하고, 계속해서 방냉으로 상온까지 냉각한 후, 교정기와 검사 장치를 경유하여 마지막으로 양단부를 크롭으로서 각각 0.25 m씩 절단 제거하여 25 m의 레일 6개로 완성하였다.

이상의 방법에 의해 본 발명예와 비교예에서 각각 30개씩 레일을 제조하여 수직 방향과 수평 방향의 단부 굽힘을 측정하였다. 굽힘의 절대치 평균을 표1에 나타낸다. 또, 본 예에서는 잘라 버리는 길이의 합계를 본 발명예와 비교예에서 동일하게 하였으므로, 비교예에서는 충분히 단부 굽힘이 제거되지 않은 것에 반하여, 본 발명예는 비교예에 비하여 1/5 정도의 굽힘으로 억제할 수 있었다. 또, 비교예에 있어서의 단부 굽힘 양을 본 발명예와 같은 정도로 저감하기 위해서는, 잘라 버리는 양을 보다 많게 할 필요가 있는 것은 당연하다.

	수직 방향 굽힘	수평 방향 굽힘
본 발명예	0.2 ㎜	0.2 ㎜
비교예	1.0 ㎜	0.9 ㎜

이상 서술한 바와 같이, 본 발명의 레일 제조 방법 및 설비를 이용함으로써, 레일의 단부 굽힘을 대폭으로 저감하고, 또한 오프라인에서의 교정 작업을 없앨 수 있다. 또, 잘라 버리는 양을 저감하여 비용을 대폭으로 저감할 수 있다.

Claims (12)

1. 열간 압연된 레일을 실질적으로 압연 길이의 상태로 상온까지 냉각한 후, 적어도 3대의 냉간 거단기에 의해 동시에 소정의 길이로 절단하는 것을 특징으로 하는 레일의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 열간 압연 후의 레일의 적어도 헤드부를 1 내지 10 ℃/초의 냉각 속도로 오스테나이트 영역 이상의 온도로부터 가속 냉각하는 열처리를 행하는 것을 특징으로 하는 레일의 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 열간 압연 후의 레일의 길이가 100 내지 200 m 인 것을 특징으로 하는 레일의 제조 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 냉간 거단기에 의한 절단에 앞서서, 교정을 행하거나 혹은 교정을 생략하여 계속해서 검사를 행하는 것을 특징으로 하는 레일의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 냉간 거단기에 의해 교정된 부분을 절단하는 것을 특징으로 하는 레일의 제조 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 적어도 3대의 냉간 거단기에 의해 압연 길이의 일부를 제품 길이로 잘라 내고, 나머지부를 후방단에 배치한 적어도 2대의 냉간 거단기에 의해 제품 길이로 절단하는 것을 특징으로 하는 레일의 제조 방법.
7. 실질적으로 압연 길이의 상태로 상온까지 냉각된 레일을 압연 방향 및/또는 압연 방향에 수직인 방향으로 이동할 수 있는 반송 바닥과, 상기 반송 바닥에 나열되어 배치된 적어도 3대의 냉간 거단기를 갖는 것을 특징으로 하는 레일의 제조 설비.
8. 제7항에 있어서, 상기 냉간 거단기는 1대 이상이 위치가 고정되고, 그 밖에는 반송 바닥을 따라서 이동 가능하게 한 것을 특징으로 하는 레일의 제조 설비.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 압연 후 혹은 열처리 후에 레일을 상온까지 냉각하는 냉각 바닥과, 롤식 교정기와, 검사 장치와, 반송 바닥 및 냉간 거단기가 연속되어 있는 것을 특징으로 하는 레일의 제조 설비.
10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 반송 바닥에 있어서의 상기 냉간 거단기의 후방단에 또한 2대 이상의 냉간 거단기를 상기 반송 바닥에 나열하여 배치된 것을 특징으로 하는 레일의 제조 설비.
11. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 냉간 거단기의 대수가 압연 길이로부터 얻을 수 있는 제품 개수에 1을 더한 수 이상인 것을 특징으로 하는 레일의 제조 설비.
12. 제7항 또는 제8항에 있어서, 적어도 1대 이상의 냉간 거단기 부근에 펀칭기를 병설하는 것을 특징으로 하는 레일의 제조 설비.