KR970007072B1 - 불순물 조사용 시편 제조 방법 - Google Patents

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Description

불순물 조사용 시편 제조 방법

제1도는 원형 봉 형태의 예비 시편이 파도타기용 보드(surfboard)와 같은 형태로 압연되는 것을 나타낸 단면도.

제2도는 순도가 낮은 원형 봉 상측부에 있는 함유물의 크기 분포를 나타낸 스펙트럼 그래프.

제3도는 순도가 높은 원형 봉 하측부에 있는 함유물의 크기 분포를 나타낸 스펙트럼 그래프.

제4도는 최초 구형이었던 함유물이 압연 온도의 상승에 따라 점차 길게 신장되는 것을 나타낸 그래프.

제5도는 압연 평면에 평행하게 타원형으로 압연된 함유물을 나타낸 확대도.

제6도는 초음파 시험에 의해 검사된 시편의 몇가지 예들을 특정 분류 체계로 배열하여 나타낸 부분 확대도.

제7도는 빌렛, 불륨(bloom), 원형 주괴 및 슬래브 주괴에서의 띠 형태의 함유물 구역의 위치를 각각 나타낸 4개의 단면도.

제8도는 원형 봉에서 띠 형태의 함유물 구역이 압연에 의해 압축되는 것을 나타낸 도면.

제9도는 초음파 시험의 결과를 나타낸 도면.

제10도는 제9도의 재료가 수학적으로 타원형으로 부터 원형으로 역변환된 것을 나타낸 도면.

제11도는 본 발명을 슬래브 주괴에 적용한 것을 나타낸 도면.

제12도는 슬래브 주괴의 폭이 좁은 측에서 검사된 결과를 나타낸 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

WR I, WR Ⅱ : 압연 방향 OS : 상측부

US : 하측부

본 발명은 금속의 순도 등급을 조사하기 위한 시편의 제조 방법에 관한 것이다.

본 명세서에서의 금속이란 특정한 야금적 제조 공정으로 인해 원하지 않는 불순물을 함유하게 되는 철계 금속, 비철 금속 및 그들의 합금을 의미한다. 이러한 불순물은 실질적으로 온도에 의존하여 변형될 수 있는 비금속 상으로 구성된다. 초음파 시험에 의한 검사 및 그 검사 결과를 표시하는 수단에 의해 금속중의 불순물의 분량을 조사하고 평가할 수 있다. 이러한 검사는 순도 등급을 판정하는 범위내에서 수행된다. 철 합금의 분야에 있어서, 본 발명은 연속 주조법에 의해 주조된 강에 적용될 때 특히 그 유용성이 크다.

제품에 대한 요건이 엄격짐에 따라, 순도 등급의 조사가 또한 문제가 되고 있다. 표준화된 시험 방법들은 점점 그 신뢰성을 잃어가고 있다. 생산중에 또는 사용중에 제품의 불량률을 균일도에 대한 특성치로서 사용하고 있는 현상황은 강의 제조 및 야금적 개발을 위해 바람직하지 못한 것이며, 이는 소비자와 제조자 사이에 "제품에 대한 정보 피드백(feedback)"을 기대할 수 없거나 이러한 정보 자체가 지나치게 지연되기 때문이다. 이 때문에, 제품의 각각의 구획, 특히 강의 각각의 구획에 대해, 합리적으로, 신속하게, 저렴하게, 확실하게, 정량화되어 개별적으로 적용될 수 있는 새로운 방법이 전세계적으로 요구되고 있다. 이러한 과제는 본 명세서에 설명되는 신규한 방법에 의해 달성된다.

순도 등급에 대한 공지의 검사 방법

- 유황 추출법(바우만식 표시법(Baumann marking method)).

- 독일의 강 및 철에 대한 표준 검사 규정서 1570호에 따른 금속 조직학적 방법.

- 독일의 강 및 철에 대한 표준 검사 규정서 1580호에 따른 단계적 회전 시편에 의한 방법.

- 취성 파단 시편에 의한 방법.

- 후판 재료, 박판 재료 또는 가장자리 영역에서의 초음파 시험에 의한 검사 방법.

- 200㎠크기의 면적에서의 정량화된 금속 조직학적 방법.

이러한 검사 방법에 관한 비판은 논제의 범위를 벗어난 것이므로 생략한다. 그러나, 순도 등급이 보다 엄격해지고 있는 현 추세에 비추어 볼 때 전술된 공지의 방법은 더 이상 설정된 과제에 적절한 것이 되지 못한다. 적절하다고 생각되는 기구적 수단이 없었던 관계로, 제강소에서 채용된 조처가 성공적이었는지 아니었는지에 대한 평가가 실제로 다년간 실시되지 못했다.

본 발명의 목적은 제품 자체의 순도 등급에 관한 정확한 조사가 이루어지도록 초음파 검사를 수행하는 것이 가능하게 해주는 시편을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적은 청구 범위 제1항에 기재된 특징을 가진 본 발명의 방법에 의해, 달성된다.

본 발명의 또 다른 적합한 구성은 청구 범위의 종속항들에 기재되어 있다.

본 발명의 핵심 사상은 소정의 영역으로 부터 관찰된 함유물 또는 불순물의 빈도로 부터 제품, 특히 연속 주조 재료 자체의 순도 등급을 표시하는 것이 가능하도록 소정의 영역에 함유물 또는 불순물을 농축시키는 것이다.

이러한 방법은 첨부 도면, 특히 제1도 내지 제8도를 참조하여 상세히 설명된다.

우선, 강으로 제작된 원형 봉에 관한 실시예에 의거하여 본 발명은 상세히 설명한다. 이 실시예에 있어서, 25kg의 원형 봉 시편 재료의 모든 함유물은 비교적 작은 초음파 검사용 판재에 농축된다. 제1도로 부터 알 수 있는 바와 같이, 원형 봉 형태의 시편 재료는 파도타기용 보드(surfboard)와 같은 형태로 압연된다. 압연 방향은 원형 봉의 축선에 대해 수직하다. 시편 재료는 만곡된 봉의 하측부로 부터 상측부를 향한 방향으로 신장되고(압연 방향 Ⅱ; WR Ⅱ), 이에 수직한 방향으로 넓혀진다.(압연 방향 I ; WR I). 이에 의해, 띠 형태의 함유물 구역이 압축된다. 단위 체적당의 입자 밀도가 높은 상태로유지된다. 결과적으로, 초음파 검사에 제공되는 봉은 순도가 높은 영역과 순도가 낮은 영역으로 정연하게 분리된다. 검사에 불필요한 것은 폐기된다. 함유물들은 신장되고 넓혀지며, 이에 의해 초음파 검사를 용이하게 받을 수 있는 상태로 된다. 충분한 변형이 가해졌음에도 불구하고, 시편의 두께(판 두께)는 초음파 검사에 있어서의 임계치 미만으로 되지 않는다.

본 발명은 기본적으로 만곡된 봉중에 있는 띠 형태의 함유물 구역의 위치를 검사하는 것에 의거한다.

제2도는 순도가 낮은 원형 봉 상측부에 있는 함유물의 크기 분포를 나타낸 스펙트럼 그래프를 도시하고 있다.

이와는 대조적으로, 제3도에는 동일한 봉의 순도가 높은 하측부에 있는 함유물의 크기 분포를 나타낸 스펙트럼 그래프가 도시되어 있다. 강중의 함유물의 변형성에 관한 본 발명자의 조사에 의하면, 본발명의 목적을 달성하기 위해 가능한 한 높은 압연 온도, 예컨대 1350℃의 압연 온도가 필요하다.

제4도는 최초 구형 형상의 함유물이 압연 온도의 상승에 따라 점차 신장되는 것을 나타낸 그래프를 도시하고 있다. 제5도에는 압연 평면에 평행하게 타원형으로 압연된 함유물이 형성되어 있다. 함유물은 비록 파괴되었지만, 그 타원형 윤곽을 확인할 수 있다.

제6도는 초음파 시립에 의해 검사된 파도타기용 보드 형태의 시편의 몇가지 예들을 특정 분류 체계로 배열하여 도시하고 있다. 이들 예들은 실제적인 것으로, 야금적으로 입증될 수 있는 것들이다. 비교를 위해, 바우만식 표시법은 이들 여러 경우 사이를 구별하지 못한다는 것을 언급한다. 구체적인 경우를 들어 설명하면, 분류 기호 6번의 시편은 유황 추출법(sulfur extraction method)에서는 하얗게 되며, 이는 유황을 추출하는 것에 의해서는 혼탁화된 주물의 슬래그가 명확히 표시되지 않기 때문이다.

검사 프로그램은 다음과 같이 전개된다.

원형 봉 시편을 주조 방향의 평면에 평행하게 130mm의 길이로 톱에 의해 또는 연소 불꽃에 의해 절단한다. 원형 봉 상측부는 지지 롤러의 기압 경로에 의해 남겨진 표식으로써 식별된다. 그후, 하측부에 약 10mm의 깊이로 슬릿을 형성한다. 이러한 슬릿은 압연시의 방향 설정에 사용된다. 원형 시편을 1350℃로 가열하고, 압연 방향 I에 대해 다음의 프로그램에 따라 신장시킨다 : 130-120-105-90-80-70-60mm. 그후, 타원형으로 된 시편을 90°회전시키고, 압연 방향 II에 대해 다음의 프로그램에 따라 신장시킨다 : 48-36-18-13mm. 슬릿의 위치는 얼마나 양호하게 대칭적으로 압연되었는지를 알 수 있는 지표가 된다. 파도타기용 보드 형태의 타원형 시편을 톱에 의해 절단하여 분리시킨다. 상측부에 대해서는, 타원형의 정사부로 부터 100mm의 폭을 가진 2개의스트립을 절취하며, 하측부에 대해서는, 압연전에 상측부와 하측부가 바뀌었는지를 관리하기 위한 1개의 스트립만을 절취하는 것으로 충분하다. 3개의 시편 스트립은 평면적으로 평행하게 연마되어 HIC 검사 장치에서 검사된다.

만곡된 연속 주조 재료의 주조 장치에서는, 함유물이 기본적으로 연속 주조 재료의 상측부의 영역에 침전된다. 이는 수평한 연속 주조 재료의 주물에서는 보다 현저하게 나타난다. 이러한 현상은 연속 주조 재료의 형상과는 무관하다.

제7도는 빌렛, 불롬(bloom), 원형 주괴 및 슬래브 주괴에서의 띠 형태의 함유물 구역의 위치를 개념적으로 도시하고 있다. 띠 형태의 함유물 구역이 압축되도록 소정의 연속 주조 재료 부분을 적절히 압연함으로써, 함유물이 농축되어 검사에 민감한 상태로 된 적절한 검사용 판재를 제작할 수 있다. 압축방향은 주조 방향에 평행할 수 있으나, 주조 장치에서의 연속 주조 재료의 반향에 대해 평행하게, 즉 주물 제품에 대해 횡단하는 방향으로 될 수도 있다. 슬래브 주괴의 폭이 좁은 측에서는 압축 방향이 수직하게 될 수도 있으나, 이는 모든 경우를 언급하기 위해서만 설명되는 것으로, 이와 같이 압연하는 것은 최대의 효과를 기약할 수 없고, 종래의 가장자리 구역 검사에서와 마찬가지의 양호하지 못한 결과를 나타낼 수 있다.

주물 제품으로 부터 적절한 압연 블록을 톱에 의해 절취할 수 있으며, 이 경우 함유물이 검사에 민감하게 되도록 하기 위해서는 10배의 두께 감소가 필요하다. 또한, 검사용 판재는 10mm보다 얇아서는 안되며, 이는 초음파가 검사용 판재의 최초수 mm 두께, 즉 표면에 가까운 영역을 포착하지 못하기 때문이다. 압연 블록의 초기 두께에 대해서는 원칙적으로 제한이 없으나, 국부적인 압연 가공성에 따라 달라질 수 있다.

제8도에서는, 원형 봉에 있어서 띠 형태의 함유물 구역이 주조 방향 평행하고 수직한 압연에 의해 수평으로 압축된 것을 찾아 볼 수 있다. 압연 전에 원형 횡단면의 측부 일부를 톱에 의해 절단하며, 이에 의해 압연 재료가 평탕하게 위치되어 압연 롤러 사이의 틈새내로 조절 가능하게 안내될 수 있다. 제8도에 도시된 초음파 검사의 상태는 이와 같은 압연 형태의 적용 가능성을 실증적으로 나타내 주고 있다. 만일 사전의 톱질이 부정확하였다면, 즉 띠 형태의 함유물에 대해 90°의 각도로 되지 못하였다면, 초음파 표시가 판재의 가장 자리에까지 도달하게 된다.

본 발명은 그 출처를 모르는 연속 주조된 재료를 검사에 앞서 주물의 상측부와 하측부에 대해 정향시킨 후, 이어서 재료의 순도 등급을 검사하는데 이용될 수 있다. 예를 들면, 재료의 공급자는 만곡 연속 주조법에 따라 제조된 연속 주조 재료를 360m×420m의 형태로 제작하여 이 연속 주조 재료를 177mm의 파이프용 원형 봉으로 압연했을 수 있다. 이러한 정보는 부식용 원판 및 유황 추출에 의해서는 알아낼 수 없다. 177mm 직경의 원형 봉 재료는 외표면의 적절한 2개의 지점에서 슬릿이 새겨진 후, 파도타기용 보드 형태로, 즉 타원형으로 압연된다. 제9도는 초음과 시험 결과를 나타낸다. 재료를 수학적으로 타원형으로 부터 원형으로 역변환시킨다(제10도 참조). 이제, 주물 상측부와 하측부의 방향을 결정한다. 그후, 정향 상태를 알고 있는 다른 177mm 직경의 원형 시편을 순도 등급에 관해 검사한다. 이러한 방식으로 사후에 블록 주물을 만곡 연속 주조 재료의 주물과 구별하는 것이 가능하다. 통상, 이러한 구별은 사전에0 변형된 이후에는 극히 곤란한 것이다.

제11도는 연속 주조에 의해 제조된 슬래브 주괴에 본 발명을 적용한 것을 도시하고 있다. 유황 추출법은 순도 등급이 과도하게 열악한 것을 표시하지 못한다. 슬래브 주괴의 상반부에서의 초음파 검사 결과가 도시되어 있다. 하반부에는 표시가 없다. 분석된 시편은 슬래브 주괴의 1/2의 폭의 위치에 있는 것이었다. 제12도에는, 전혀 다른 슬래브 주괴에서 폭이 좁은 영역의 검사 결과가 도시되어 있다. 이 슬래브 주괴의 경우에는, 함유물이 전혀 없는 층이 나타난다. 도시된 2개의 슬래브 주괴 시편은 원형 재료의 표준 압연에서와 마찬가지로 2배로 넓혀지고 5배로 신장되었다. 함유물이 없는 층 및 띠 형태의 함유물 구역의 거리 및 두께를 정확히 확인하기 위해서는, 판재로부터 최초 주물 제품으로 수학적으로 역변환시켜야 한다. 그러나, 이 경우에 대한 역변환을 수행하지는 않는다.

본 발명은 그 세장형 형태 때문에 시편이 길이 방향으로 압축되지 않는(가압하에 시편이 절곡됨)100mm 미만의 직경 또는 모서리 길이를 가진 파이프, 판재 또는 형상재와 같은 얇은 두께의 제품에 대해서도 적용될 수 있다.

이러한 제품의 경우, 다음과 같은 방법을 실시한다. 예컨대, a) 다수의 판재 시편을 한다발로 하여 기계적으로 함께 유지하며, b) 시편이 파이프 형태인 경우에는, 적절한 코어재를 사용하며, c) 시편이 봉형태인 경우에는, 적절한 파이프형 슬리브를 사용한다.

이러한 조처에 의해, 절곡 없는 변형이 가능한 검사용 시편이 제작될 수 있다. 이 경우, 보조 수단은 함께 변형된 후, 간단히 분리된다.

Claims (9)

1. 연속 주조에 의해 제조된 강과 같은 금속 제품중의 불순물을 조사하기 위한 시편의 제조 방법에 있어서, 초음파에 의해 불순물을 표시하여 그 분포를 조사하기 위해, 초음파 검사에 적합한 시편 두께의 10배 이상의 두께를 가지고, 그 두께 방향의 연장부가 주조 축 또는 변형의 연장부에 평면적으로 평행한 절단면을 가지는 예비 시편을 주물 제품 또는 변형 가공된 제품으로 부터 절단하는 단계, 및 상기 예비 시편을 고온의 변형 가공 온도로 가열하여 상기 두께 방향의 연장부를 횡단하는 방향을 따라 적절한 시편 두께로 변형 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 불순물 조사용 시편 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 예비 시편은 그 두께 방향의 연장부를 따라 하나 이상의 표식부를 구비하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 만곡 연속 주조 장치에 의해 제조된 주물 제품의 경우, 상기 표식부는 주물의 하측부에 해당하는 측부상에 형성되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 표식부가 있는 측부의 반대편 측부에서 상기 시편으로 부터 스트립형 시편이 절취되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 압연에 의한 열간 변형 가공은, 1) 두께 방향의 연장부를 가로지르는 방향으로 이 방향을 유지하면서 예비 시편을 초기 두께의 절반으로 압연하는 단계, 2) 압연 평면에서 상기 예비 시편을 90°회전시키는 단계, 3) 압연 방향을 유지하면서 예비 시편을 본 단계의 압연 시작시의 두께의 1/5로 추가 압연하는 단계, 4) 압연된 시편 판재로 부터 스트립형 시편을 절취하는 단계에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
6. 제2항에 있어서, 상기 예비 시편의 압연은 주조 제품의 하측부로 부터 상측부를 연결하는 수직선 방향으로 상기 두께 방향의 연장부를 가로질러 수행되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 변형 가공은 1100℃를 넘는 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
8. 제5항에 있어서, 원형 횡단면을 가진 제품으로 부터 제작된 시편의 경우, 조사용 시편은 횡단면의 장축의 정상부 영역에서 절취되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
9. 제5항에 있어서, 강의 경우, 상기 변형 가공은 1350℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.

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