KR101316357B1 - 강관 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접부의 개재물 혹은 결함으로 인하여 부식환경에 놓였을 때, 용접부가 집중적으로 부식되는 것을 막기 위하여, 파이프 형상으로 가공된 강판의 양 에지를 용접하는 용접단계; 및 상기 용접단계 이후에 전기적 셀 형성을 저지 혹은 방해하는 코팅층을 형성하도록 페이스트를 용접부에 도포하는 페이스트 도포 단계; 및 상기 페이스트를 열처리하여 피막을 형성하는 코팅층 형성 단계;를 포함하는 강관 제조 방법. 전기저항 용접에 의해 조관된 강관으로, 상기 강관의 용접부의 내주측 및 외주측 중 하나 이상에는 형성된 코팅층을 포함하며, 상기 코팅층과 강관 몸체가 역(逆) 갈바닉 셀(Galvanic Cell)을 형성하도록 상기 코팅층은 Zr, Ni, Bronze, Copper, Sn, STS 중 하나 이상을 포함하거나, 상기 코팅층과 강관 몸체가 전기적 셀 형성을 방지하도록 상기 코팅층은 강관 몸체보다 전류밀도가 높은 산화 피막인 강관을 제공한다.

Description

강관 제조 방법{PRODUCING METHOD OF STEEL PIPE}

본 발명은 강판을 성형한 후 전기저항용접(ERW)으로 용접하여 강관을 생산하는 강관 제조 방법 및 그에 의해 생산된 강관에 대한 것으로, 구체적으로는 용접부를 코팅시킴으로써 전체적인 강관의 내식성이 향상되게 하는 강관 제조 방법에 대한 것이다.

스테인리스 스틸 강관은 배관용, 차량 부품용으로 사용되고 있으며, 점차 그 사용범위와 사용량이 증가하고 있는 추세이다.

이러한 스테인리스 스틸은 우수한 가공성과 성형성 그리고 내식성 등이 요구된다. 자동차 부품용으로 사용되는 강관은 하이드로 포밍(Hydro forming)을 하기 위한 것이다. 하이드로 포밍 공법은 90년대 들어서 해외 자동차 부품 산업에 이용되면서 급속히 발전하기 시작하였다.

하이드로 포밍에서는 하이드로 포밍용 강관을 사용하며, 따라서, 하이드로 포밍용 강관에서 요구되는 중요한 특성 중 하나는 강관 재료가 파이프의 변형에 견딜 수 있는 일정 수준의 연신율과 내구성 및 충돌안전성능을 만족할 수 있는 고강도 소재여야 한다는 점이다.

이러한 하이드로 포밍용 강관을 형성하는 방법으로 전기저항용접을 사용하는 강관형성 방법이 제안된바 있다. 예를 들면, 특허 제742016호에서는 전기저항용접(Electric Resistance Welding, ERW)을 이용하여 강관을 생산하는 방법이 개시되어 있다.

도 1 에서는 전기저항 용접의 개략적인 공정이 개시되어 있다. 개략적으로 설명하며, 언코일 단계(10)에서는 코일상태의 열연 코일(100)을 풀어낸다. 이때 강관의 원주에 해당하는 폭으로 슬리팅할 수 있다. 슬리팅은 슬리터에 의해서 이루어지며 절단된 코일을 스켈프(21)라고 한다.

다음으로, 레벨링 및 에지밀링 단계(20)를 수행한다. 레벨링 장치(22)는 평면 롤들로 구비되며 스켈프(21)를 풀어주면서 스켈프(21)를 평평하게 하고, 밀링장치(23)는 스켈프(21)의 진행 방향과 수직인 면에 구비되어 후속 공정에서 용접으로 맞닿게 될 스켈프(21)의 양 에지 면을 밀링으로 절삭한다.

여기서, 레벨링 및 에지밀링 단계(20)에서부터 하기 설명하는 용접 단계까지는 온라인으로 이루어질 수 있다.

그 다음으로, 레벨링 및 에지밀링 단계(20)를 거친 평평한 스켈프(21)가 다단의 성형 롤(31)을 통과하면서 파이프 형상이 되어가는 롤 포밍 단계(30)를 수행한다.

그 다음으로, 파이프 형상으로 된 스켈프(26)의 양 에지부를 전기저항 용접 장치(41)를 이용하여 용접하는 방법으로 강관을 완성하는 전기저항 용접 단계(40)를 수행한다. 이 후 용접에 의해 용접부위에 비드가 발생하므로 비드 제거 장치(51)를 이용하여 용접부를 다듬어 주는 비드 제거 단계(50)를 수행한다.

이렇게 종래의 전기저항 용접(ERW)으로 용접하여 생산된 강관의 용접부 단면이 도 2 에 도시되어 있다.

도 2 에서 보이듯이, 전기저항 용접으로 생산된 강관에서 선형상으로 용접부(5)가 얇게 형성되는 것을 확인할 수 있다. 용접부(5)는 개재물 혹은 결함으로 인하여 부식 환경에 노출되는 경우에 용접선이 부식된다는 문제가 있으며, 특히 전기저항 용접에서 용접부(5)는 얇게 형성되기 때문에 부식이 급격하게 진행된다는 문제가 있다.

본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용접부의 개재물 혹은 결함으로 인하여 부식환경에 놓였을 때, 용접부가 집중적으로 부식되는 것을 막는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 종래의 강관 제조 공정을 최대한 활용하면서 간단한 공정을 추가하여 전체적인 강관의 내식성을 강화시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 위와 같은 과제를 해결하기 위하여, 다음과 같은 강관 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 파이프 형상으로 가공된 강판의 양 에지를 용접하는 용접단계; 및 상기 용접단계 이후에 전기적 셀 형성을 저지 혹은 방해하는 코팅층을 용접부에 형성하는 코팅층 형성 단계;를 포함하는 강관 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 일 태양에서 상기 코팅층은 산화피막층일 수 있으며, 상기 산화피막층은 Al, Si, Ti, Nb 중 하나 이상의 원소의 산화피막일 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 태양에서 상기 코팅층은 Zr, Ni, Bronze, Copper, Sn 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

또, 본 발명에서 상기 코팅층 형성 단계는 상기 용접부의 외주 측에 코팅층을 형성하는 것으로, 상기 용접단계 이후에 코팅 페이스트를 상기 용접부의 외주 측에 도포한 후 용접부의 열처리 공정에서 용접부와 함께 코팅 페이스트가 열처리 됨으로써 수행될 수 있다.

다르게는, 상기 코팅층 형성 단계는 상기 용접부의 내주 측 혹은 내주 측과 외주 측 모두에 코팅층을 형성하는 것으로, 용접을 마친 강관을 소정 길이로 절단한 후에 강관 내측 혹은 강관 내측과 외 측 모두를 코팅한 후 열처리함으로써 수행될 수 있다.

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본 발명은 위와 같은 구성을 통하여, 용접부의 개재물 혹은 결함이 있더라도, 용접부가 집중적으로 부식되는 것을 막는 것이 가능하다. 나아가, 역 갈바닉 셀의 형성으로 강관 자체의 내식성을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 종래의 강관 제조 공정을 활용하면서도 중간 혹은 완료 후에 추가 공정을 수행함으로써, 강관의 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1 은 종래의 전기저항 용접을 이용한 강관 생산 공정의 흐름도이다.
도 2 는 전기저항 용접으로 생산된 강관의 용접부의 단면 사진이다.
도 3 은 전기저항 용접으로 생산된 강관에서 강관의 부식이 진행되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4 는 본 발명의 강관 제조 방법의 일 실시예에 따른 공정 흐름도이다.
도 5a 는 본 발명의 강관 제조 방법의 다른 실시예에 따른 공정 흐름도로서, 도 5b 는 용접부 외주 측에 코팅층을 형성하는, 도 5c 는 용접부 내주 측에 코팅층을 형성하는 공정이 도시되어 있다.
도 6 은 본 발명의 강관의 용접부 개략 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 3 에는 전기저항 용접으로 생산된 강관에서 강관의 부식이 진행되는 모습이 개략적으로 도시되어 있다.

도 3에서 보이듯이, 전기저항 용접으로 생산된 강관의 경우에 강관(1)에 비하여 용접부(5)는 얇게 형성되며, 용접부(5)에 개재물 혹은 결함으로 인하여 부식환경에 노출되는 경우에 용접부(5)의 부식이 급격하게 발생하며, 이를 그루빙 코로젼(grooving corrosion)이라고 한다. 이러한 그루빙 코로젼은 부식환경 내에서 강관 자체가 전기적 셀을 형성하여, +극으로서 용접부(5), -극으로서의 강관(1)이 작용하며, 전지저항 용접으로 생산된 강관의 경우 -극(강관 몸체) 면적 대비 +극(용접부) 면적이 크게 차이 나서 +극(용접부)에서 부식이 급격하게 발생하며, 이러한 현상이 갈바닉 부식(Galvanic corrosion)이라고 한다.

이와 같은 문제 때문에 전기저항 용접으로 생산된 관은 생산성이 우수함에도 불구하고 부식환경에 노출되는 환경에 사용하는 것을 어렵게 한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 노출되는 부식환경의 개선, 저결함성 고급소재의 사용, 용접부위 결함줄이기 등의 방법이 있으나, 현실적으로 비용 및 실현 가능성에서 어려운 점이 있다.

이에 본 발명에서는 용접부(5)의 내식성을 향상시키는 것만으로도 전체 강관의 내식성이 향상되므로, 용접부(5)의 내식성을 확보하기 위하여, 전기적 셀 형성을 저지 혹은 방해하는 코팅층을 용접부의 외주 측, 내주 측 중 하나 이상에 형성시킨다.

도 4 에는 이러한 본 발명의 강관 제조 방법의 일실시예의 공정 흐름도가 도시 되어 있다.

종래의 전기저항 용접을 이용한 강관 생산 공정과 마찬가지로, 본 발명의 강관 생산 공정은 열연강판 코일을 풀어내는 언코일 단계(10), 레벨링 및 에지밀링 단계(20)를 포함한다.

레벨링 및 에지밀링 단계(20)를 거친 강판은 관 형상으로 성형하는 롤 포밍 단계(30)를 거치며, 맞닿은 에지 면을 전기저항 용접 공정을 이용하여 용접하는 전기저항 용접 단계(40) 및 용접단계에서 생성된 용접 비드를 제거하기 위한 용접 비드 제거 단계(50), 용접부의 외주 측에 페이스트를 도포하는 단계(70), 용접부를 고용화 열처리하는 열처리 단계(60)를 포함한다.

코일상태의 열연 코일(100)을 풀어내는 언코일 단계(10)부터 전기저항 용접 단계(40) 및 비드 제거 단계(50)까지는 종래의 전기저항 용접 강관 제조 방법과 동일하므로, 그 구체적 구성에 대하여는 자세한 설명을 생략하도록 한다.

본 발명에서, 비드 제거 공정(50)이 끝난 후, 페이스트를 도포하는 단계(70)가 수행되는데, 페이스트 도포하는 단계에서는 페이스트 호퍼(72)와 이에 연결된 도포 장치(71)를 통하여 비드가 제거된 강관의 용접부(5) 외주 측에 페이스트를 도포 한다.

페이스트 도포 단계(70)가 끝난 후에 그 다음으로, 용접에 의하여 변형된 용접부(weld seam)를 풀림 처리하는 용접부 열처리 단계(Seam annealing, 60)를 수행하며, 이 열처리 단계(60)에서 코팅층 형성 단계가 함께 수행된다.

페이스트 도포 단계(70) 이후에 열처리 단계(60)가 수행됨으로써, 열처리 단계(60)는 강도 상승과 함께, 페이스트가 공급된 부분을 피막처리하게 되며, 그에 의해서 용접부의 외주 측에는 전기적 셀 형성을 저지 혹은 방해하는 코팅층이 형성된다.

본 발명에서 페이스트는 크게 두 가지로 분류될 수 있는데, 첫 번째로는 역(逆) 갈바닉 셀(galvinic cell)을 형성하도록 귀한 피막을 코팅함으로써, +극으로서 용접부(5) -극으로서의 강관(1)이 작용하던 종래와는 달리, +극으로서 강관(1)이 -극으로써 용접부(5)가 작용하게 하며, 그에 따라서, 부식환경에 놓였을 때, 부식이 발생하는 +극(강관 몸체)의 면적이 -극(용접부)에 비하여 커서 부식의 속도가 현격히 감소할 수 있다.

이러한, 피막을 형성하는 성분으로 Zr, Ni, Bronze, Copper, Sn, STS 가 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.

두 번째로는, 전기적 셀의 형성을 방지하도록 용접부(5) 위에 전류밀도가 높은 산화 피막을 형성시키는 원소를 코팅하여 강관 몸체와 용접부의 전기적 연결을 원천적으로 차단하는 것이 있으며, 이러한 성분으로는 Al, Si, Ti, Nb 가 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며 산화하여 강관 몸체와 용접부의 전기적 연결을 차단 할 수 있다면 다른 성분이 사용되더라도 무방하다.

한편, 도 5 에는 이러한 본 발명의 강관 제조 방법의 다른 실시예의 공정 흐름도가 도시되어 있다.

도 5a 에서는 도 4 의 실시예와 동일하게 강관의 제조 공정이 수행되나, 페이스트 도포 단계(70)는 비드 제거 단계(50)가 수행된 후가 아니라, 강관 절단 단계(50) 이후에, 절단된 강관(1')에서 수행된다는 점이 차이가 있다.

도 4 와 같이 연속적으로 생산되는 강관(1)에서는 용접부(5) 내주 측에 페이스트를 도포하는 것이 곤란할 수 있으므로, 용접부(5)의 내주 측에 페이스트를 도포 및 열처리하기 위하여는 강관(1) 소정의 길이로 절단된 강관(1')상태로 보관될 때, 혹은 절단된 직후에 절단된 강관(1') 내부 혹은 외부에서 페이스트 도포 단계가 수행될 수 있다.

도 5b 에서는 절단된 강관(1') 외부에서 외팔보(75)를 통하여 페이스트 호퍼(72)에 연결된 도포 장치(71)가 강관(1')의 길이 방향으로 이동되면서 용접부(5)의 외주 측에 페이스트를 도포한다.

도포 장치(71)에 뒤이어서 가열장치인 열처리 수단(80)이 외팔보(75)에 의해서 이동되며, 페이스트가 부착된 용접부(5) 외주 측을 가열하여 피막 처리한다.

도 5c 에는 강관(1')의 용접부(5) 내주 측에 코팅층을 형성하는 모습이 도시되어 있다. 도 5a 와 유사하게 절단된 강관(1')에 외팔보(75)를 사용하여 도포 장치(71)가 강관(1')의 길이방향으로 이동되면서 용접부(5)의 내주 측에 페이스트를 도포하나, 도 5a 와는 달리 강관(1')의 안으로 외팔보(75)가 삽입되어 페이스트 도포 단계가 수행된다는 점만이 상이하다.

마찬가지로, 도포 장치(71)에 뒤이어서 가열장치인 열처리 수단(80)이 외팔보(75)에 의해서 이동되며, 페이스트가 부착된 용접부(5) 내주 측을 가열하여 피막 처리한다.

도 6 에는 본 발명에 따른 강관(1)의 용접부(5)의 단면이 도시되어 있다. 도 6 에서 보이듯이, 강관(1)의 용접부(5)에 페이스트(6)가 도포 되며, 페이스트(6)는 열처리에 의해서 피막(코팅층)으로 형성된다.

코팅층이 용접부(5)를 덮고 있기 때문에, 강관(1)이 부식환경에 놓이더라도 용접부(5)의 결함 혹은 개재물로 인하여 용접부(5)의 부식이 급속하게 발생하지 않는다.

특히, 본 발명에 따른 강관의 경우에 전기적 셀이 형성되지 않거나, 전기적 셀의 형성이 저지 혹은 역 갈바닉 셀이 형성되므로, 강관 전체적인 내식성이 향상되는 효과가 있을 수 있다.

나아가, 본 발명에서는 종래의 전기저항 용접에 따른 조관 방법을 그대로 사용하면, 페이스트 도포 및 코팅층 형성 단계가 추가됨으로써 강관의 내식성을 향상할 수 있기 때문에, 제조 설비나 비용 면에서 유리하게 작용할 수 있다.

상술한 실시예는 본 발명의 실시예에 불과한 것으로 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 의해서 정해지며, 상술한 실시예로 한정되는 것은 아니다.

1, 1': 강관 5: 용접부
6: 페이스트 10: 언코일 단계
20: 레벨링 및 에지밀링 단계 30: 롤 포밍 단계
40: 용접 단계 50: 비드 제거 단계
60, 80: 열처리 단계 70: 페이스트 도포 단계
71: 도포 장치 72: 페이스트 호퍼

Claims (8)

1. 삭제
2. 파이프 형상으로 가공된 강판의 양 에지를 용접하는 용접단계; 및
   상기 용접단계 이후에 전기적 셀 형성을 저지 혹은 방해하는 코팅층을 형성하도록 페이스트를 용접부에 도포하는 페이스트 도포 단계; 및
   상기 페이스트를 열처리하여 피막을 형성하는 코팅층 형성 단계;를 포함하며,
   상기 코팅층은 강관보다 전류밀도가 높은 산화피막층인 강관 제조 방법.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 산화피막층은 Al, Si, Ti, Nb 중 하나 이상의 원소의 산화 피막인 것을 특징으로 하는 강관 제조 방법.
4. 파이프 형상으로 가공된 강판의 양 에지를 용접하는 용접단계; 및
   상기 용접단계 이후에 전기적 셀 형성을 저지 혹은 방해하는 코팅층을 형성하도록 페이스트를 용접부에 도포하는 페이스트 도포 단계; 및
   상기 페이스트를 열처리하여 피막을 형성하는 코팅층 형성 단계;를 포함하며,
   상기 페이스트는 Zr, Ni, Bronze, Copper, Sn 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 강관 제조 방법.
5. 파이프 형상으로 가공된 강판의 양 에지를 용접하는 용접단계; 및
   상기 용접단계 이후에 전기적 셀 형성을 저지 혹은 방해하는 코팅층을 형성하도록 페이스트를 용접부에 도포하는 페이스트 도포 단계; 및
   상기 페이스트를 열처리하여 피막을 형성하는 코팅층 형성 단계;를 포함하며,
   상기 코팅층 형성 단계는 상기 용접부의 외주 측에 코팅층을 형성하는 것으로, 상기 코팅층 형성 단계는 용접부 열처리 단계(Seam annealing)와 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 강관 제조 방법.
6. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 코팅층 형성 단계는 상기 용접부의 내주측 혹은 내주 측과 외주측 모두에 코팅층을 형성하는 것으로, 용접을 마친 강관을 소정 길이로 절단한 후에 강관 내측 혹은 강관 내측과 외 측 모두에 상기 페이스트 도포 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 강관 제조 방법.
7. 삭제
8. 삭제

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