철강의 제조 공정 설명
1. 제철공정(고로법/전기법)
① 제철공정은 제선, 제강, 압연 세공정으로 분류하여 제조합니다. 제선은 철광석과
부원료(코크스/유연탄을 가열해서 만든) 고로(용광로)에서 녹여 용선(쇳물, 선철)을 만드는 공정입니다.
제강은 용선의 불순물을 제거하고 성분 조정을 통해 강종에 적합한 용강(쇳물)을 만들어 일정한 치수의
반제품(슬래브, 빌렛, 블룸)을 만드는 공정입니다. 압연은 제강 공정에서 나온 반제품을 다양한 압연 공정을
통해 철강 제품(냉연, 열연, 후판, 빌렛 등)을 만드는 공정입니다.
②제철공정 예시로 고로 - 전로 - 정련로 - 연속주조 - 슬래브 - 사상압연 - 열연강판(열연코일) 순서입니다.
2. 용접관 제조 공정
파이즈 제조공법 중 심레스강관(무계목강관)이라고 하는 이음매(용접부)가 없는 파이프와 판재를 길이
방향으로 말아 파이프 모양으로 만든 후 접촉부를 용접해서 만든 용접관이 있습니다. 용접관의 재료가
되는 판재(철판)는 포스코나 현대제철에서 만들어지는 열연코일(열간압연코일)과 냉연 코일(냉간압연
코일)이 있습니다. ERW(전기저항용접강관), SAW Pipe가 있고 용접관을 제조하는 공정을 조관이라 하며
제조사를 조관사라 합니다. 국내 조관사는 현대제철, 세아제강, 휴스틸, 넥스틸, MS파이프가 있으며,
공정으로는 열연코일 - 슬리팅 - 엣지밀링 - 밧드용접 - 포밍 - 용접 - 비드컷팅 - 노말라이징 순입니다.
3. 용접관 제조 공정 설명
① 원재료 : 포스코나 현대제철에서 생산된 열연코일
② 슬리팅 : 용접관의 외경에 맞는 폭으로 길이방향 절단
③ 밧드용접 : 슬리팅을 완료한 철판인 스켈프를 용접으로 연결해서 길이가 긴 코일을 생산
④ 엣지밀링 : 절단된 스케프의 양면을 밀링가공으로 다듬어 주는 공정
⑤ 포밍 : 스켈프를 포밍롤에 의해 파이프 모양으로 말아주는 공정
⑥ 용접 : 포밍공정에서 말아진 파이프의 접촉면을 전기저항용접으로 용업
⑦ 비드커팅 : 용접부/비드를 제거하는 공정
⑧ 용접부 열처리 : 노말라이징 열처리로 불균일한 용접부의 미세 조직을 균일화 해주는 열처리
⑨ 수압시험 : 용접관의 결함여부 확인을 위해 내부에 물을 채워 압력을 가해 누수 여부를 검사
4. 제강공정(전기로법)
제강공정은 제철공정과 달리 선철이 아닌 철스크랩(고철)을 전기로/ 전극봉에서 발생하는 고전류
아크열로 녹여 쇳물을 만들어 빌렛, 블룸 등 반제품을 만드는 방법으로 제조사는 세아베스틸
세아창원특수강, 산요특수강, 현대제철이 있습니다.
① 전기로는 철 스크랩을 전기로 녹여 쇳물을 만듭니다.
② 정련로는 전기로에서 나온 쇳물을 담아 아크열을 이용해 승온 시켜 합금성문을 조정합니다.
VD : 쇳물을 담은 래들을 탱크 형태의 설비 속에 넣어 진공상태에 노출
RH : 래들 속에 있는 쇳물을 별도의 벳셀 속으로 환류시켜 진공상태에 노출
③ 연속주조는 쇳물을 연속적으로 주형을 통해 주조해 반제품(블룸, 빌렛)을 만듦
빌렛 : 소형 봉/형강, 선재
블룸 : 중/대형 봉/형강, 빌렛, 스켈프 등 대형 반제품
④ 압연은 가열로에서 열간온도로 가열 수 조압연기에서 조압연(분괴압연)을 거쳐 원하는 치수로
사상압연 후 최종 형상으로 만듦
⑤ 정정은 교정 및 비파괴 검사를 하고 추가적으로 2차 가공인 선삭으로 결함과 탈탄을 제거
5. 고로법과 전기로법 비교
① 고로(용적 5,250m^3 기준)
원료 : 철광석, 석회석
열원 : 코크스 + 열풍 1,538℃
방법 : 철광석과 코크스를 용광로 상부에 투입하고 하부에서 고온의 열풍을 주입
코크스가 용해되면서 철의 환원작용이 발생
건설비용 : 약 3조 원
가동조건 : 화입을 하면 끌 수 없음
조업간격 : 출선구 4개, 순차적으로 1일 약 10회 출선, 1택 3~4시간 동안 약 1,500~2,000톤 출선
일일조업량 : 1만~2만 톤 용선 생산
② 전기로(100톤급 기준)
원료 : 철스크랩(고철)
열원 : 전극봉에서 발생하는 고전류 아크
방법 : 스크랩 원료 장입 후 전극봉에 아크를 발생시켜 생기는 전기 에너지로 스크랩을 녹이고
환원작용을 발생시킴
건설비용 : 약 1조 원
가동조건 : 전기만 있으면 수시로 가동
조업간격 : 출강구 보통 1개 구, 일일 다회 출강(1택에 약 1시간 소요), 1택 20분 동안 100톤 출강
일일조업량 : 약 1~2천 톤 용강 생산
6. 제강공정(전기로법) + 열간압출
심레스파이프 공법 중 하나인 압출 공법은 제강 및 압연이 완료된 빌렛으로 열간압출 공법을
추가해서 생산합니다. 주로 특수강인 스테인레스강, 니켈합금강이 심레스 파이프를 만들 때
사용됩니다.
7. 열간압출은 소성가공법 중 하나로 심레스강관을 제조하는 공법 중 하나로 주로 스테인레스강,
니켈합금강을 심레스 강관으로 제조할 때 사용합니다 제강공정으로 생산된 라운드 빌렛을
절단하고 보링 공정을 통해 구멍을 뚫고 프레스로 확관 후 고주파가열기에서 연간온도로
가열하여 압출기에 넣어 프레스로 밀어주여 금형을 연속 통과하면 원하는 외경, 두께 치수를
얻을 수 있습니다.
8. 냉간필거는 압연공법을 이용행 파이프를 냉간상태에서 단면감소시켜 원하는 외경과 두께를
얻는 가공법입니다. 홈이 있는 압연롤러가 상/하 위치에서 회전하며 일정거리를 왕복
운동으로 맨드릴이 회전하면서 밀어주면 롤이 소재를 조금씩 다져주면서 외경과 두께
치수가 결정됩니다.
9. 심레스강관은 용접부가 없는 강관으로 무계목강관이라고도 합니다.
용접부가 없어 품질적으로 우수하며, 빌렛가열 - 천공압연 - MPM - 재가열 - SRM - 냉각
순으로 진행합니다.
10. 천공압연 원리
심레스 대표 제조방법으로 만네스만 천공 압연이 있으며, 빌렛(환봉)을 무른 상태에서 열간
가공을 하기 위해 약 1,250℃로 가열한 후 가운데가 볼록한 항아리꼴 형상의 상. 하부에 위치
해서 롤 사이로 통과시키면 빌렛의 외면이 롤의 압축에 의해 외경이 줄어 드립니다. 이때
빌렛이 회전하면 빌렛의 내부에서 금속이 늘어나는 현상인 인장력이 작용해 중심부에 구멍이
생기는 동시에 총알 모양의 금형인 플러그가 밀어주면서 구멍(천공)이 뚫려 파이프가 만드는
것을 심레스 파이프라 합니다.
11. MPM(Multi stand pipe mill) 원리
천공된 파이프를 가열 상태에서 맨드릴을 삽입한 후 여러 개의 론스탠드 한 개에 120 º 간격
으로 배열된 3개의 회전하는 롤을 지나가면 롤의 라운드형상에 의해 외경 크기가 줄어듬과
동시에 내경에 삽입된 맨드릴에 의해 두께가 얇아지면서 심레스 파이프에 두께가 결정됩니다.
12. SRM(Stretch Reducing Mill) 원리
MPM과 유사하지만 롤 스탠드가 더 많은 압연기를 파이프 내면에 맨드릴 삽입 없이 연속으로
통과해서 롤 스탠드를 거치면서 작아지며 길이가 늘어나 외경을 감소시켜 최종 외경 치수를
만드는 공정입니다.
13. 심레스강관 제조공정도
빌렛 - 빌렛 절단 - 빌렛 가열 - 피어싱 - MPM - 온라인 검사 - 재가열 - SRM - 냉각대 - 튜브 절단
-열처리 - 교정 - ECT - UT - 제품 절단
14. 냉간인발
심레스 파이프나 ERW(용접관) 모관을 냉간상태에서 잡아당겨 금형을 통과해서 단면을 감소
시켜 요구하는 지수와 강도로 파이프 및 형상재를 제조하는 공정입니다.
심레스/ERW 모관 - 구부 - 전처리 - 인발 - 응력제거소둔 - 롤교정 - 절단 - UT - 검사 및 포장
15. 냉간인발 공정 설명
구부 : 끝단을 스웨이징으로 축관 해서 만듦
전처리 : 녹이나 산화스케일을 부식시키기 위해 황상에 산세 후 윤활이 되도록 피막 코팅하여
본더루베, 수용성루베 등으로 윤활제 도포하여 냉간인발시 마찰력을 줄여주도록 하는 공정
냉간인발 : 전처리된 원자재를 금형(다이슨/플러그, 이형재는 다이스) 위치시켜 구부를 잡아
당시면서 금형의 형상대로 인발 하는 공정
열처리 : 인발 후 금속재료 내부에 응력이 발생하여 가열에 의해 응력을 제거하고 요구하는
강도(기계적 특성)를 얻기 위한 공정
교정 : 여러 개의 롤을 통과시켜 인위적인 밴딩으로진직도 확보
절단 : 구부와 끝단을 절단(구부 와 끝단 절단으로 수율이 낮아짐)
비파괴검사 : 와전류(ECT), 초음파(UT) 검사로 제품의 표면, 내부 결함을 찾아내는 공정
검사 : 치수 및 외관을 계측기와 육안으로 최종 검사
방청 : 녹방지용 방청유 도포
포장 : 고객 요구에 맞춰 포장
16. 냉간인발을 하는 이유
제강, 압연, 조관제조사는 대량생산체제를 갖추고 있여 금형 교체가 오래 걸리고 금형비가
비싸 소량 생산 및 고객이 요구하는 치수나 정밀도 기계적 성질 등에 대응이 어려워 금형
교체 시간이나 비용이 상대적으로 적게 들고 고객이 요구하는 치수정밀도, 기계적 성질
표면조도, 형상에 맞춰 생산이 가능합니다.
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