1. 용강재의 품질 결함 및 그 예방 방법.
이음매 없는 강관 생산에 사용되는 튜브 빌릿은 연속 주조 원형 튜브 빌릿, 압연(단조) 원형 튜브 빌릿, 원심 주조 중공 원형 튜브 빌릿 또는 강괴일 수 있습니다. 실제 생산 공정에서는 저렴한 가격과 우수한 표면 품질 때문에 주로 연속 주조 원형 튜브 빌릿이 사용됩니다.
1.1 튜브 빌릿의 외관 모양 및 표면 품질 결함.
1.1.1 외관 형상 결함: 원형 튜브 빌릿의 경우, 튜브 빌릿의 외관 형상 결함은 주로 튜브 빌릿의 직경 및 타원형도, 단면 절삭 경사 공차 등을 포함합니다. 강괴의 경우, 튜브 빌릿의 외관 형상 결함은 주로 강괴 주형의 마모로 인한 강괴의 부정확한 형상 등을 포함합니다.
원형 튜브 직경 및 타원형 편차 허용 오차 초과: 일반적으로 튜브 천공 시 천공 헤드 전 압력 감소율은 천공된 원관의 내측 접힘 정도에 비례하는 것으로 알려져 있습니다. 헤드의 압력 감소율이 클수록 튜브의 구멍 공동이 조기에 형성될 가능성이 높아지고 원관의 내면 균열이 발생하기 쉽습니다. 정상적인 생산 과정에서 천공기의 구멍 유형 매개변수는 튜브의 공칭 직경과 원관의 외경 및 벽 두께에 따라 결정됩니다. 구멍 유형을 조정할 때 튜브의 외경이 양의 허용 오차를 초과하면 헤드 전 압력 감소율이 증가하여 천공된 원관에 내측 접힘 결함이 발생합니다. 반대로 튜브의 외경이 음의 허용 오차를 초과하면 헤드 전 압력 감소율이 감소하여 튜브의 첫 번째 관통 지점이 목 부분으로 이동하여 천공 공정이 어려워집니다. 타원형 형상 허용 오차 초과: 튜브의 타원형 형상이 고르지 않으면 천공 변형 영역에 진입한 후 튜브가 불안정하게 회전하고 롤러가 튜브 표면을 긁어 원관에 표면 결함이 발생합니다. 원형 튜브 빌릿 단면 경사 허용 오차 초과: 튜브 빌릿 천공 후 가공된 튜브 전면부의 벽 두께가 고르지 않습니다. 주요 원인은 튜브 빌릿에 중심 구멍이 없을 경우 천공 과정에서 플러그가 튜브 빌릿의 단면에 닿기 때문입니다. 튜브 빌릿 단면의 경사가 커서 플러그의 끝부분이 튜브 빌릿의 중심에 정확히 위치하기 어려워 가공된 튜브 단면의 벽 두께가 고르지 않게 됩니다.
1. 1. 2 표면 품질 결함(연속 주조 원형 튜브 빌릿): 튜브 빌릿 표면 균열: 세로 균열, 가로 균열, 망상 균열 세로 균열의 원인:
A. 노즐과 결정화기의 정렬 불량으로 인한 유동 불균형이 튜브 빌릿의 응고된 껍질을 침식시킵니다. B. 보호 슬래그의 용융성이 불량하여 액상 슬래그 층이 너무 두껍거나 얇아 슬래그 막의 두께가 불균일해져 튜브 빌릿의 국부적인 응고 껍질이 너무 얇아집니다. C. 결정화 액상 수위 변동(액상 수위 변동이 ±10mm 이상일 때 균열 발생률이 약 30%임); D. 강철의 P 및 S 함량(P ≥ 0.017%, S ≥ 0.027%일 때 종방향 균열이 증가하는 경향이 있음); E. 강철의 C 함량이 0.12%~0.17%일 때 종방향 균열이 증가하는 경향이 있음.
예방 조치: A. 노즐과 결정화기의 정렬 상태를 확인하십시오. B. 결정화액면의 변동이 안정적이어야 합니다. C. 적절한 결정화 경사도를 사용하십시오. D. 성능이 우수한 보호 슬래그를 선택하십시오. E. 고온상 결정화기를 사용하십시오.
횡균열 발생 원인: A. 진동 자국이 너무 깊으면 횡균열이 발생하는 주된 원인이다. B. 강재의 니오븀, 알루미늄 함량이 증가하면 횡균열이 유발된다. C. 튜브 빌릿을 900~700℃의 온도에서 교정한다. D. 2차 냉각 강도가 너무 높다.
예방 조치:
A. 결정화기는 고주파수 저진폭 방식을 채택하여 주괴 내부 아크면의 진동 흔적 깊이를 줄입니다. B. 2차 냉각 구역은 안정적인 약냉각 시스템을 적용하여 교정 과정 중 표면 온도가 900도 이상을 유지하도록 합니다. C. 결정화액 표면을 안정적으로 유지합니다. D. 윤활성이 우수하고 점도가 낮은 보호 슬래그를 사용합니다.
표면 네트워크 균열의 원인: A. 고온의 주괴가 결정화제의 구리를 흡수하여 액체 상태가 된 구리가 오스테나이트 결정립계를 따라 스며드는 경우; B. 강철에 남아 있는 잔류 원소(구리, 주석 등)가 튜브 표면에 남아 결정립계를 따라 스며드는 경우
예방 조치: A. 결정화기 표면에 크롬 도금을 하여 표면 경도를 높인다. B. 적절한 2차 냉각수량을 사용한다. C. 강재의 잔류 원소를 관리한다. D. Mn/S 값을 관리하여 Mn/S ≥ 40을 유지한다. 일반적으로 튜브 표면 균열 깊이가 0.5mm를 넘지 않으면 가열 과정에서 균열이 산화되어 강관 표면 균열을 유발하지 않는다고 알려져 있다. 그러나 튜브 빌릿 표면의 균열은 가열 과정에서 심하게 산화되기 때문에 압연 후 산화 입자와 탈탄이 동반되는 경우가 많다.
튜브 삽입 부위 흉터 및 두꺼운 피부:
원인: 용강 온도가 너무 낮거나, 용강 점도가 너무 높거나, 노즐이 막히거나, 주입 흐름이 편향되는 등. 강관 외부 접힘 현상은 강관 빌릿의 표면 긁힘 및 두꺼운 피복으로 인해 발생하며, 압연 과정에서 발생하는 조강의 긁힘 및 외부 접힘 결함과는 다릅니다. 이러한 결함은 뚜렷한 산화 특성을 보이며, 산화 입자가 생성되고 심한 탈탄이 동반되며, 결함 부위에 산화철이 존재합니다.
강관 빌릿 기공: 일반적으로 용융강 주조 과정에서 표면 기포가 파열되면서 강관 빌릿 표면에 작은 기공들이 생깁니다. 강관 빌릿을 압연하면 강관 표면에 얇은 막이 형성됩니다.
튜브 빌릿의 피트 및 홈:
튜브 빌릿에 피트와 홈이 생기는 원인은 다음과 같습니다. 첫째, 주조 결정화 과정에서 결정화기의 큰 테이퍼 또는 2차 냉각 영역의 불균일한 냉각으로 인해 발생할 수 있습니다. 둘째, 주조 빌릿이 완전히 냉각되지 않은 상태에서 기계적 손상이나 표면의 긁힘으로 인해 발생할 수 있습니다. 천공 후, 가공되지 않은 튜브 표면에 주름이나 흠집(피트) 및 큰 외부 주름(홈)이 형성됩니다.
튜브 빌릿의 "귀" 모양 결함은 주로 롤 갭(연속 주조기의 교정 롤과 압연기의 압연 롤 사이의 간격)이 제대로 닫히지 않아서 발생합니다. 튜브 빌릿을 교정하거나 압연할 때, 교정 롤이나 압연 롤에 과도한 압력이 가해지거나 롤 갭이 너무 작으면, 폭이 넓은 금속 조각이 롤 갭으로 과도하게 유입됩니다. 이로 인해 구멍이 뚫리고, 가공되지 않은 튜브 표면에 나선형 외부 주름이 생깁니다. 튜브 빌릿의 표면 결함 종류와 관계없이, 튜브 압연 공정 중에 강관 표면에 결함이 발생할 수 있습니다. 심한 경우에는 압연된 강관이 폐기됩니다. 따라서 튜브 빌릿의 표면 품질 관리와 표면 결함 제거를 강화해야 합니다. 표준 요구 사항을 충족하는 튜브 빌릿만 튜브 압연 생산에 투입할 수 있습니다.
1.2 튜브 빌릿의 저전력 조직 결함:
강관 빌릿에 육안으로 보이는 피하 기포가 발생하는 원인은 용강의 불충분한 탈산과 용강 내 가스 함량(특히 수소) 때문입니다. 이러한 결함은 강관 빌릿의 외표면에 불규칙한 형태의 비산막을 형성하며, 그 모양은 마치 손톱과 같습니다. 심한 경우에는 강관 외표면 전체를 덮기도 합니다. 이 결함은 크기가 작고 얕기 때문에 연삭으로 제거할 수 있습니다.
튜브 빌릿의 표면 아래 균열: 이러한 균열이 발생하는 주된 이유는 연속 주조 원형 튜브 빌릿의 표면층 온도가 반복적으로 변화하면서 여러 차례의 상변화를 거치기 때문입니다. 일반적으로 결함이 발생하지 않으며, 발생하더라도 경미한 외부 주름 정도입니다.
연속 주조 원형 강관 빌릿의 중간 균열 및 중심 균열: 연속 주조 원형 강관 빌릿의 중간 균열 및 중심 균열은 이음매 없는 강관의 내부 접힘 현상의 주요 원인입니다. 균열 발생 원인은 응고 열전달, 침투, 빌릿 응력 등 여러 요인이 복합적으로 작용하여 매우 복잡하지만, 일반적으로는 2차 냉각 영역에서의 빌릿 응고 과정에 의해 좌우됩니다.
튜브 빌릿의 이완 및 수축 기공: 주로 응고 과정에서 빌릿의 결정립이 발달하면서 발생하는 현상으로, 액체 금속의 이동은 응고 방향으로의 냉각 수축에 의해 좌우됩니다. 연속 주조 원형 튜브 빌릿에 이완 및 수축 기공이 있더라도 사선 압연 및 천공 후 가공된 조강의 품질에는 큰 영향을 미치지 않습니다.
1.3 튜브 빌릿의 미세구조 결함: 고배율 현미경 또는 전자 현미경
강관 빌릿의 조성 및 구조가 불균일하고 심각한 편석이 발생하면, 압연 후 강관에 심한 띠 모양 구조가 나타나 강관의 기계적 특성 및 내식성에 영향을 미치고 요구 성능을 저하시킵니다. 또한, 빌릿 내 개재물 함량이 과도할 경우 강관의 성능 저하뿐만 아니라 생산 과정에서 균열 발생의 원인이 될 수도 있습니다.
요인: 강철 내 유해 원소, 튜브 빌릿의 구성 및 편석, 튜브 빌릿 내 비금속 개재물.
2. 튜브 빌릿의 가열 결함: 열연 무계목 강관 생산 시, 일반적으로 튜브 빌릿에서 완제품 강관에 이르기까지 두 번의 가열 공정이 필요합니다. 즉, 튜브 빌릿 천공 전 가열과 압연 후 사이징 전 조강의 재가열입니다. 냉연 강관 생산 시에는 강관의 잔류 응력을 제거하기 위해 중간 어닐링이 필요합니다. 각 가열 공정의 목적과 사용되는 가열로가 다를 수 있지만, 각 공정의 매개변수 및 가열 제어가 부적절하면 튜브 빌릿(강관)에 가열 결함이 발생하여 강관의 품질에 영향을 미칩니다. 천공 전 튜브 빌릿 가열의 목적은 강재의 가소성을 향상시키고, 강재의 변형 저항을 감소시키며, 압연 튜브에 양호한 금속 조직을 제공하는 것입니다. 사용되는 가열로는 환형 가열로, 워킹 빔 가열로, 경사 바닥 가열로, 카 바닥 가열로 등이 있습니다. 강관 성형 전 조강을 재가열하는 목적은 조강의 온도를 높이고 균일하게 하여 가소성을 향상시키고 금속 조직을 제어하며 강관의 기계적 특성을 확보하는 것입니다. 재가열로에는 주로 워킹빔 재가열로, 연속 롤러 바닥 재가열로, 경사 바닥 재가열로, 전기 유도 재가열로 등이 있습니다. 냉간 압연 공정 중 강관 어닐링 열처리의 목적은 강관의 냉간 가공으로 인한 가공 경화 현상을 제거하고 강재의 변형 저항을 감소시켜 강관의 연속 가공을 위한 조건을 조성하는 것입니다. 어닐링 열처리에 사용되는 가열로는 주로 워킹빔 재가열로, 연속 롤러 바닥 재가열로, 카 바닥 재가열로 등이 있습니다. 강관 빌릿 가열 시 흔히 발생하는 결함으로는 강관 빌릿(강관)의 불균일 가열(일명 음양면), 산화, 탈탄, 가열 균열, 과열, 과연소 등이 있습니다. 튜브 빌릿의 가열 품질에 영향을 미치는 주요 요인은 가열 온도, 가열 속도, 가열 및 유지 시간, 그리고 용광로 분위기입니다.
튜브 빌릿 가열 온도: 주로 온도가 너무 낮거나 너무 높거나 또는 가열 온도가 고르지 않은 경우로 나타납니다. 온도가 너무 낮으면 강재의 변형 저항이 증가하고 소성이 감소합니다. 특히 가열 온도가 강재의 금속 조직이 오스테나이트 결정립으로 완전히 변태되도록 보장하지 못할 경우, 열간 압연 중 튜브 빌릿의 균열 발생 경향이 증가합니다. 온도가 너무 높으면 튜브 빌릿 표면에서 심각한 산화, 탈탄이 발생하고 심지어 과열 또는 과소각이 발생할 수 있습니다.
튜브 빌릿의 가열 속도: 튜브 빌릿의 가열 속도는 튜브 빌릿의 가열 균열 발생과 밀접한 관련이 있습니다. 가열 속도가 너무 빠르면 튜브 빌릿에 가열 균열이 발생하기 쉽습니다. 주된 이유는 튜브 빌릿 표면 온도가 상승함에 따라 튜브 빌릿 내부와 표면 금속 사이의 온도 차이가 발생하여 금속의 불균일한 열팽창과 열응력이 발생하기 때문입니다. 이 열응력이 재료의 파괴 응력을 초과하면 균열이 발생하며, 튜브 빌릿의 표면 또는 내부에 가열 균열이 생길 수 있습니다. 가열 균열이 있는 튜브 빌릿을 관통할 경우, 가공되지 않은 튜브의 내외부에 균열이나 주름이 생기기 쉽습니다. 예방책: 튜브 빌릿이 가열로에 들어간 직후 낮은 온도일 때는 낮은 가열 속도를 적용합니다. 튜브 빌릿의 온도가 상승함에 따라 가열 속도를 적절히 증가시킬 수 있습니다.
강관 빌릿의 가열 시간 및 유지 시간: 강관 빌릿의 가열 시간과 유지 시간은 가열 결함(표면 산화, 탈탄, 조대 결정립, 과열 또는 과소성 등)과 관련이 있습니다. 일반적으로 강관을 고온에서 가열하는 시간이 길수록 표면의 심각한 산화, 탈탄, 과열 및 과소성이 발생할 가능성이 높아지며, 심한 경우 강관을 폐기해야 할 수도 있습니다. 예방 조치: A. 강관이 고르게 가열되어 오스테나이트 구조로 완전히 변태되도록 합니다. B. 탄화물이 오스테나이트 결정립에 용해되도록 합니다. C. 오스테나이트 결정립이 조대하지 않고 혼재 결정이 나타나지 않도록 합니다. D. 가열 후 강관이 과열되거나 과소성되지 않도록 합니다.
요약하자면, 튜브의 가열 품질을 향상시키고 가열 결함을 방지하기 위해 튜브 가열 공정 매개변수를 설정할 때 일반적으로 다음과 같은 요구 사항을 준수해야 합니다. A. 정확한 가열 온도를 설정하여 튜브의 최적 투과성을 갖는 온도 범위 내에서 천공 공정이 수행되도록 해야 합니다. B. 균일한 가열 온도를 유지하여 튜브의 길이 방향과 횡방향 가열 온도 차이가 ±10℃를 넘지 않도록 해야 합니다. C. 가열 과정에서 금속 소손을 최소화하고, 튜브의 과산화, 표면 균열 및 접합을 방지해야 합니다. D. 가열 시스템을 합리적으로 설계하고, 가열 온도, 가열 속도 및 가열 시간(유지 시간)을 적절히 조절하여 튜브 블랭크의 과열 또는 과소손을 방지해야 합니다.
게시 시간: 2024년 9월 29일