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KR20080063313A - Cold Formed Precision Steel Pipe Manufacturing Method - Google Patents

Cold Formed Precision Steel Pipe Manufacturing Method Download PDF

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KR20080063313A
KR20080063313A KR1020087009217A KR20087009217A KR20080063313A KR 20080063313 A KR20080063313 A KR 20080063313A KR 1020087009217 A KR1020087009217 A KR 1020087009217A KR 20087009217 A KR20087009217 A KR 20087009217A KR 20080063313 A KR20080063313 A KR 20080063313A
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max
steel pipe
precision steel
pipe
cold forming
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조세프 세크메이어
볼프강 무스만
로타르 씨
스벤 헤르지그
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만네스만 프라지스로흐 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 하나 이상의 합금 원소 및 용융에 의해 발생되는 불순물이 선택적으로 부가되는 압력 작동 실린더 파이프로서 사용하기 위한 냉간 성형, 특히 냉간 인발 정밀 강관을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 정의된 시작 조건을 가진 고온 스트립으로부터 제조된 이음매 없는(seamless) 고온 성형 파이프 블랭크 또는 용접된 파이프 블랭크가, 1회 이상의 패스(pass)로 완성된 파이프로 인발되며, 상기 파이프는 마무리 패스 전에 열처리된다.The present invention relates to a method for producing cold formed, in particular cold drawn, precision steel pipes for use as pressure operated cylinder pipes to which at least one alloying element and impurities generated by melting are selectively added. Seamless hot forming pipe blanks or welded pipe blanks made from hot strips with defined starting conditions are drawn into the finished pipe in one or more passes, which are heat treated before the finishing pass. .

Description

냉간 성형 정밀 강관 제조 방법{PROCESS FOR MANUFACTURING COLD-FORMED PRECISION STEEL PIPES}Cold forming precision steel pipe manufacturing method {PROCESS FOR MANUFACTURING COLD-FORMED PRECISION STEEL PIPES}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 냉간 성형(cold-formed) 강관 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 냉간 인발(cold-drawn) 강관 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a cold-formed steel pipe according to the preamble of claim 1, and more particularly to a method for producing a cold-drawn steel pipe.

작동시에 높은 내압 하에 있고 예를 들면 유압 또는 공압 분야에서 원통형 관으로서 응용되는 DIN EN 10305, 파트 1 및 2에 따른 정밀 강관이 특히 본 내용에 관련된다.Particularly relevant are the precision steel pipes according to DIN EN 10305, parts 1 and 2, which are under high internal pressure in operation and are for example applied as cylindrical pipes in the hydraulic or pneumatic field.

이음매 없는(seamless) 또는 용접된 냉간 인발 정밀 강관의 기본적 제조 방법이 예를 들면 "스탈로르 핸드북(강관 핸드북), 12. 판. 1995, 벌칸 베르락크 에쎈"에 기술되어 있다.Basic methods of manufacturing seamless or welded cold drawn precision steel pipes are described, for example, in the "Stalor Handbook (Steel Pipe Handbook), 12. Edition. 1995, Vulcan Berlack Essen".

이러한 방식으로 제조된 관은 좁은 벽 두께 및 직경 허용오차를 특징으로 한다.Tubes made in this way are characterized by narrow wall thickness and diameter tolerances.

시작 제품은, 이음매 없이 생산된 열간 압연된 파이프 블랭크 또는 고주파 유도 용접(HFI 용접)에 의해 고온 스트립으로 제조되는 파이프 블랭크일 수 있다.The starting product can be a seamlessly produced hot rolled pipe blank or a pipe blank made from a hot strip by high frequency induction welding (HFI welding).

중공(hollow)이라고도 지칭되는 이러한 파이프 블랭크는, 하나 이상의 패스(pass)를 포함하는 다음의 냉간 인발 공정에서, 완성된 파이프에 대해 필요한 최 종 사이즈(직경, 벽 두께)로 인발된다.Such pipe blanks, also referred to as hollows, are drawn to the final size (diameter, wall thickness) required for the finished pipe in the subsequent cold drawing process involving one or more passes.

냉간 성형은 재료를 응고되게 하는데, 즉, 재료의 항복점 및 강도는 증가되고, 동시에 재료의 연신율 및 인성은 작아진다.Cold forming causes the material to solidify, that is, the yield point and strength of the material is increased while at the same time the elongation and toughness of the material are reduced.

이것은 여러 가지 경우에 바람직한 효과이다. 그러나, 변형이 감소되는 성능으로 인하여, 어떤 경우에는, 다음의 인발 공정을 위해 다시 냉간 성형될 수 있도록, 추가 성형 공정을 수행하기 전에 재결정 가열 처리를 할 필요가 있다.This is a desirable effect in many cases. However, due to the ability to reduce deformation, in some cases it is necessary to undergo recrystallization heat treatment before carrying out the further molding process so that it can be cold formed again for the next drawing process.

이렇게 제조되는 정밀 강관의 성질은 DIN EN 10305 파트 1 및 2에 기술되어 있다.The properties of the precision steel pipes thus produced are described in DIN EN 10305 parts 1 and 2.

E 355까지 달하는 비합금 품질의 강 및 StE 690에 달하는 고강도 등급이 강철 등급으로서 사용된다.Non-alloy quality steels up to E 355 and high strength grades up to StE 690 are used as steel grades.

고압 하에서 예를 들면 유압 실린더 파이프와 같은 파이프를 사용하기 위해, 인성에 관한 한 그러한 파이프는 고품질을 충족시켜야 한다. 유압 실린더는, 온도 변화가 클 때 옥외에서도 사용되는 여러 가지 장치 및 기계의 이동 패턴을 제어한다.In order to use pipes, for example hydraulic cylinder pipes under high pressure, such pipes must meet high quality as far as toughness is concerned. Hydraulic cylinders control the movement patterns of various devices and machines that are also used outdoors when the temperature change is large.

-20oC에 달하는 온도 조건에 노출되었을 때, 압력 하에서 실린더 또는 파이프에 현재까지 사용된 재료의 취성 파단의 경향을 고려할 때 사람 및 재료에 해가 미칠 수 있다는 위험성이 완전히 배제될 수 없다.When exposed to temperatures up to -20 o C, the risk of harm to humans and materials cannot be completely ruled out, given the tendency of brittle fracture of materials used to date in cylinders or pipes under pressure.

시험에 따르면, 현재까지 일반적으로 요구되었던 -20oC에서의 27 주울의 노치 충격 에너지는, 표준 시편이 이러한 온도에서의 취성 파단의 결과로서의 구조적 파괴를 완전히 배제하기 위해 충분하지 않다.According to the tests, the notch impact energy of 27 Joules at -20 o C, which has been generally required up to now, is not sufficient for standard specimens to completely rule out structural breakdown as a result of brittle fracture at these temperatures.

노치 충격 굽힘 시험, 낙체 파열 시험 및 구조 시험을 포함하여 기성(ready-for-use) 실린더 파이프의 체계적 비교 시험은, 노치 충격 에너지가 DWT 시험에서 50%의 전단 파단 면적에 적합한 최소치일 때에만, 실질적 연성 구조 파괴가 예상될 수 있다.Systematic comparative tests of ready-for-use cylinder pipes, including notch impact bending tests, fallback rupture tests, and structural tests, are performed only when the notch impact energy is at a minimum suitable for 50% shear failure area in the DWT test. Substantially ductile structural failure can be expected.

이것은, 예를 들면 St52에 대해, 노치 충격 굽힘 시험에서 얻어질 값이, 구조 부품의 취성으로 인한 다중 부품의 분해의 위험성을 방지하기 위해 구조 부품에 충분한 소성 변형 여유를 제공하기 위해, 작동 온도에서 약 80 주울의 최소값을 가질 필요가 있다는 것을 뜻한다.This is, for example, for St52, the value to be obtained in the notch impact bending test at operating temperature in order to provide sufficient plastic deformation margin to the structural part to prevent the risk of decomposition of multiple parts due to brittleness of the structural part. This means you need to have a minimum of about 80 joules.

완성된 파이프에 대해 노치 충격 굽힘 시험에서 판정된 노치 충격 에너지는, 현재 사용되는 제조 방법에 의해 필요한 수준으로 증가될 수 없다.The notch impact energy determined in the notch impact bending test for the finished pipe cannot be increased to the required level by the manufacturing methods currently used.

본 발명의 목적은, -20oC에 달하는 작동 온도에서도 단순하고 비용면에서 효율적인 방식으로 파이프의 실질적 연성 파괴를 보장하기 위해, 특히 압력-작동 실린더 파이프로서 사용하기 위해 냉간 성형, 특히 냉간 인발 정밀 강관을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide cold forming, in particular cold drawing precision, for use as a pressure-actuated cylinder pipe, in particular for ensuring substantially ductile failure of the pipe in a simple and cost effective manner even at operating temperatures up to -20 o It is to provide a method for manufacturing a steel pipe.

상기 목적은 청구항 1에 의해 달성된다. 바람직한 개선은 종속항의 주제이다.This object is achieved by claim 1. Preferred improvements are the subject of the dependent claims.

본 발명의 교시에 따르면, 파이프 블랭크가 1회 이상의 패스(pass)로 완성된 파이프로 다듬질-인발(finish-drawn)되는 방법이 적용되며, 파이프는 다듬질-인발 전에 열처리되고, 강관은 다음의 화학 조성(%로 나타냄), 즉,According to the teachings of the present invention, a method in which a pipe blank is finish-drawn into a finished pipe in one or more passes is applied, the pipe is heat treated before the finish-drawing, and the steel pipe is Composition (in%), i.e.

C =0.05-0.25;C = 0.05-0.25;

Si =0.15-1.0;Si = 0.15-1.0;

Mn =1.0-3.5;Mn = 1.0-3.5;

Al =0.020-0.060;Al = 0.020-0.060;

V 최대 0.20;V max 0.20;

N 최대 0.150; 및N up to 0.150; And

S 최대 0.030S max. 0.030

을 가지며,Has,

Cr, Mo, Ni, W, Ti 또는 Nb와 같은 하나 이상의 합금 원소 및 용융에 의해 발생되는 불순물이 선택적으로 부가된 조성을 가진다.One or more alloying elements, such as Cr, Mo, Ni, W, Ti or Nb, and impurities generated by melting have a composition added selectively.

합금 원소의 선택적 부가는 필요한 성질 프로파일에 의존하는데, 즉 원하는 기계적 성질에 따르며, 바람직하게는, 다음의 함량(중량 %로 표시됨), 즉The selective addition of alloying elements depends on the property profile required, ie depending on the desired mechanical properties, preferably the following content (expressed in weight percent), ie

Cr: 최대 0.80;Cr: 0.80 max;

Mo: 최대 0.65;Mo: 0.65 max;

Ni: 최대 0.90;Ni: 0.90 max;

W: 최대 0.90;W: 0.90 max;

Ti: 최대 0.20; 및Ti: 0.20 max; And

Nb: 최대 0.20;Nb: up to 0.20;

을 가진다.Has

열처리 자체는 파이프의 종래의 경화(hardening), 및 그 뒤의 템퍼링을 포함한다. 오스테나이트화(austenizing)는 각각의 재료에 따라 약 910-940oC의 온도에서 수행되고, 그 뒤에, 경화 구조를 형성하기 위해 급냉(quenghing) 공정이 뒤따른다. 급냉은 여러 가지 급냉 매체를 사용하여 수행될 수 있고, 일반적으로 급냉은 물 샤워(water shower)를 사용하여 물에 의해 수행된다. 공기-경화 재료를 사용할 때, 냉각은 정적 공기에 노출됨으로써 실현될 수 있다.The heat treatment itself includes conventional hardening of the pipes, followed by tempering. Austenizing is performed at a temperature of about 910-940 ° C., depending on the respective material, followed by a quenghing process to form the cured structure. Quenching can be performed using a variety of quenching media, and generally quenching is performed by water using a water shower. When using air-cured materials, cooling can be realized by exposure to static air.

템퍼링 처리는 경화 뒤에 수행되고, 재료에 따라 약 540-720oC의 온도에서 수행된다.Tempering is performed after curing and at a temperature of about 540-720 ° C. depending on the material.

제안된 방법의 이점은, 마무리 패스 전에 열처리함으로써 우수한 인성을 가진 매우 균일한 미세구조를 실현하는 것이며, 미세구조는 파이프의 마무리 패스 후에도 실질적으로 유지된다. 시험에 따르면, DWT 시험에서의 -20oC 및 50% 전단 파단 면적에서의 노치 충격 에너지에 대한 값은 횡방향 시편에 대해서는 우수한 80 주울이고, 종방향 시편에 대해서는 100 주울이다.The advantage of the proposed method is to realize a very uniform microstructure with good toughness by heat treatment before the finishing pass, the microstructure being substantially maintained even after the finishing pass of the pipe. According to the test, the values for notch impact energy at -20 ° C and 50% shear failure area in the DWT test are 80 joules good for the transverse specimen and 100 joules for the longitudinal specimen.

완성 패스 뒤에 응력 제거 어닐링의 유형의 최종 어닐링에 대한 고객의 잠재적 요구로 인해, 구조 부품의 노치 충격 에너지 값 및 인성이 추가로 향상되었다.Due to the customer's potential demand for final annealing of the type of stress relief annealing after the completion pass, the notch impact energy values and toughness of the structural parts are further improved.

최종 어닐링은 바람직하게는 재료에 따라 600-700oC의 온도 범위에서 수행되어, 온도는 얻어질 재료의 성질, 예를 들면 강도, 파단 시의 신장율, 및 노치 충격 에너지에 따라 정확하게 설정되도록 주의하여야 한다.The final annealing is preferably carried out in a temperature range of 600-700 ° C. depending on the material so that the temperature is set precisely according to the properties of the material to be obtained, eg strength, elongation at break, and notch impact energy. do.

본 발명에 따라 제조된 파이프의 시험에 따르면, 본 발명에 따른 방법에 의해 생산된 재료의 횡방향 및 종방향 시편에서, 구조강의 일반적으로 발생되던 페라이트-펄라이트 미세구조가 제거되었고, 노치 충격 에너지 레벨이 상당히 변화되었다.According to a test of a pipe made according to the invention, in the transverse and longitudinal specimens of the material produced by the method according to the invention, the generally occurring ferrite-pearlite microstructure of the structural steel was removed and the notch impact energy level This has changed considerably.

도 1은 StE 460 mod의 실린더 파이프에서의 노치 충격 에너지 값에 대한 시험 결과를 도시한다.1 shows the test results for the notch impact energy values in a cylinder pipe of StE 460 mod.

도 2는, 본 발명에 따른 강관 StE 460 mod로부터 제조되는 구조 부품의 연성 파단 작용을 도시한다.2 shows the soft fracture action of a structural part made from a steel pipe StE 460 mod according to the present invention.

상기 사항은, 도 1에 도시되었듯이, StE 460 mod의 실린더 파이프에서의 노치 충격 에너지 값에 대한 시험 결과에 의해 명백히 보여졌다. 종방향 및 횡방향으로 약 180 주울에 달하는 거의 동일한 노치 충격 에너지 레벨에 도달하였다.This is clearly shown by the test results for the notch impact energy values in the StE 460 mod cylinder pipe, as shown in FIG. Nearly identical notch impact energy levels of about 180 joules were reached in the longitudinal and transverse directions.

도 2에 도시되었듯이, 본 발명에 따른 강관 StE 460 mod로부터 제조되는 구조 부품은, 종래의 방식으로 생산된 강관에 비하여, -20oC에 달하는 온도에서 충분히 높은 비율의 연성 파단 작용을 가져, 구조 부품이 여러 부분으로 분해되는 위험성을 방지하기 위해 충분한 소성 변형 여유를 가진다.As shown in Figure 2, the structural parts produced from the steel pipe StE 460 mod according to the present invention, compared to the steel pipe produced in the conventional manner, has a sufficiently high ratio of ductile fracture action at temperatures up to -20 ° C, Sufficient plastic deformation margin is provided to prevent the risk of structural parts being broken down into parts.

따라서, 본 발명에 따른 재료의 개념은, -20oC에 달하는 온도에서도 유압 실 린더의 작동을 가능하게 한다.Thus, the concept of a material according to the invention enables the operation of a hydraulic cylinder even at temperatures up to -20 ° C.

어떤 강철 등급에서, 강도 값의 상당히 증가하는 긍정적인 효과가 있다. 이것은 바람직하게는, 실린더 파이프의 벽 두께를 약 30%에 달하는 양만큼 감소시켜, 중량을 감소시킬 수 있게 하여, 경량 구조의 요구를 충족시킨다.In some steel grades, there is a significant increasing positive effect of strength values. This preferably reduces the wall thickness of the cylinder pipe by an amount of up to about 30%, making it possible to reduce the weight, thereby meeting the needs of the lightweight structure.

요약하면, 압력을 받는 실린더 파이프를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은, -20oC에 달하는 작동 온도에서도 다중 부품 구조 파괴를 방지하고, 실린더 벽의 벽 두께를 30%까지 감소시킬 수 있게 한다.In summary, the method according to the invention for the production of pressurized cylinder pipes prevents the destruction of multi-component structures and reduces the wall thickness of the cylinder wall by 30% even at operating temperatures up to -20 o C. .

Claims (10)

압력을 받는 실린더 파이프용으로서 냉간 성형, 특히 냉간 인발 정밀 강관을 제조하기 위한 방법으로서,As a method for producing cold formed, in particular cold drawn, precision steel pipes for cylinder pipes under pressure, 상기 정밀 강관은, 다음의 화학 조성(%로 나타냄), 즉,The precision steel pipe has the following chemical composition (expressed in%), that is, C =0.05-0.25;C = 0.05-0.25; Si =0.15-1.0;Si = 0.15-1.0; Mn =1.0-3.5;Mn = 1.0-3.5; Al =0.020-0.060;Al = 0.020-0.060; V: 최대 0.20;V: 0.20 max; N: 최대 0.150; 및N: 0.150 max; And S: 최대 0.030S: 0.030 max 을 포함하며,Including; Cr, Mo, Ni, W, Ti 또는 Nb와 같은 하나 이상의 합금 원소 및 용융에 의해 발생되는 불순물이 선택적으로 부가된 조성을 가지며,One or more alloying elements such as Cr, Mo, Ni, W, Ti, or Nb and impurities generated by melting, optionally having a composition added thereto, 소정의 출발 조건을 가진 핫 스트립(hot strip)으로부터 제조된 이음매 없는(seamless) 고온 성형 파이프 블랭크 또는 용접된 파이프 블랭크가, 1회 이상의 패스(pass)로 완성된 파이프로 인발되며,Seamless hot formed pipe blanks or welded pipe blanks made from hot strips with predetermined starting conditions are drawn into the finished pipe in one or more passes, 상기 파이프는 마무리 패스 전에 열처리되는,The pipe is heat treated before the finishing pass, 냉간 성형 정밀 강관 제조 방법.Cold forming precision steel pipe manufacturing method. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 강철에 선택적으로 부가되는 합금 원소는, 다음의 함량(중량 %), 즉The alloying elements which are optionally added to steel have the following contents (% by weight), ie Cr: 최대 0.80;Cr: 0.80 max; Mo: 최대 0.65;Mo: 0.65 max; Ni: 최대 0.90;Ni: 0.90 max; W: 최대 0.90;W: 0.90 max; Ti: 최대 0.20; 및Ti: 0.20 max; And Nb: 최대 0.20Nb: 0.20 max 을 가지는,Having, 냉간 성형 정밀 강관 제조 방법.Cold forming precision steel pipe manufacturing method. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 열처리는, 파이프를 910-940oC의 온도로 가열하는 가열 단계, 냉각시키는 냉각 단계, 및 그 뒤에 템퍼링하는 템퍼링 단계를 포함하는, 냉간 성형 정밀 강관을 제조하기 위한 방법.Wherein the heat treatment comprises a heating step of heating the pipe to a temperature of 910-940 ° C., a cooling step of cooling, and a tempering step followed by tempering. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 냉각 단계는 가속 냉각 단계를 포함하는, 냉간 성형 정밀 강관 제조 방 법.The cooling step comprises an accelerated cooling step, cold forming precision steel pipe manufacturing method. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 가속 냉각 단계는 급냉(quenching) 단계를 포함하는, 냉간 성형 정밀 강관 제조 방법.The accelerated cooling step includes a quenching step, cold forming precision steel pipe manufacturing method. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 급냉 단계는 물 샤워(water shower)에 의해 수행되는, 냉간 성형 정밀 강관 제조 방법.Wherein the quenching step is performed by a water shower. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 3, 상기 냉각 단계는 정적 공기에 노출시킴으로써 수행되는, 냉간 성형 정밀 강관 제조 방법.Wherein said cooling step is performed by exposure to static air. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 7, 상기 템퍼링 단계는 540 내지 720oC의 온도 범위에서 수행되는, 냉간 성형 정밀 강관 제조 방법.The tempering step is carried out in a temperature range of 540 to 720 ° C, cold forming precision steel pipe manufacturing method. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 8, 다듬질 인발된 파이프는 최종 어닐링 단계를 거치는, 냉간 성형 정밀 강관 제조 방법.Finished drawn pipe is subjected to a final annealing step. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 최종 어닐링 단계는 500 내지 700oC의 온도 범위에서 수행되는, 냉간 성형 정밀 강관 제조 방법.The final annealing step is carried out in a temperature range of 500 to 700 ° C, cold forming precision steel pipe manufacturing method.
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