강관은 다양한 용도로 사용되는 길고 속이 빈 관입니다. 강관은 용접관과 이음매 없는 관, 두 가지 주요 제조 방식으로 만들어집니다. 두 방식 모두 먼저 원강을 가공하기 쉬운 형태로 주조한 후, 이음매 없는 관으로 늘리거나 양쪽 끝을 모아 용접하여 파이프 형태로 만듭니다. 강관 제조 기술은 1800년대 초에 처음 도입되었으며, 이후 꾸준히 발전하여 오늘날 우리가 사용하는 현대적인 공정으로 진화했습니다. 매년 수백만 톤의 강관이 생산되며, 그 다재다능함 덕분에 철강 산업에서 가장 많이 사용되는 제품이 되었습니다.
역사
사람들은 수천 년 동안 파이프를 사용해 왔습니다. 아마도 최초의 사용은 고대 농경민들이 개울과 강에서 물을 끌어와 논밭으로 운반하는 데 사용했을 것입니다. 고고학적 증거에 따르면 중국에서는 기원전 2000년경부터 갈대 파이프를 사용하여 원하는 곳으로 물을 운반했습니다. 다른 고대 문명에서 사용했던 점토관도 발견되었습니다. 서기 1세기에는 유럽에서 최초의 납 파이프가 건설되었습니다. 열대 지방에서는 대나무 관을 사용하여 물을 운반했습니다. 식민지 시대 미국인들은 비슷한 목적으로 나무를 사용했습니다. 1652년에는 보스턴에서 속이 빈 통나무를 사용하여 최초의 상수도 시설이 만들어졌습니다.
용접 파이프는 강판을 홈이 파인 롤러들을 통과시켜 원형으로 성형하는 방식으로 만들어집니다. 그 후, 용접되지 않은 파이프가 용접 전극을 통과하면서 파이프의 양쪽 끝을 접합합니다.
1840년경부터 철강 노동자들은 이미 이음매 없는 관을 생산할 수 있었습니다. 한 가지 방법은 단단한 금속 덩어리에 구멍을 뚫는 것이었습니다. 그런 다음 덩어리를 가열하고 일련의 금형을 통과시켜 늘려서 파이프를 만들었습니다. 이 방법은 중앙에 구멍을 뚫기가 어려워 비효율적이었습니다. 그 결과 한쪽이 다른 쪽보다 두꺼운 불균형한 파이프가 만들어졌습니다. 1888년에는 개선된 방법이 특허를 받았습니다. 이 공정에서는 단단한 덩어리를 내화 벽돌 코어 주위에 주조했습니다. 식힌 후 벽돌을 제거하면 중앙에 구멍이 남게 됩니다. 그 이후로 새로운 롤러 기술이 이러한 방법들을 대체했습니다.
설계
강관에는 크게 이음매 없는 관과 길이를 따라 용접된 이음매가 있는 관, 이렇게 두 종류가 있습니다. 두 종류는 용도가 다릅니다. 이음매 없는 관은 일반적으로 가볍고 벽 두께가 얇습니다. 자전거 부품이나 액체 운송에 사용됩니다. 이음매 있는 관은 더 무겁고 단단합니다. 또한 균일성이 좋고 일반적으로 직선에 가깝습니다. 가스 운송, 전기 배선, 배관 등에 사용됩니다. 일반적으로 관에 가해지는 하중이 크지 않은 경우에 사용됩니다.
원자재
파이프 생산의 주요 원료는 강철입니다. 강철은 주로 철로 구성됩니다. 합금에는 알루미늄, 망간, 티타늄, 텅스텐, 바나듐, 지르코늄과 같은 다른 금속이 포함될 수 있습니다. 생산 과정에서 마감재가 사용되는 경우도 있습니다. 예를 들어 페인트가 사용될 수 있습니다.
이음매 없는 파이프는 고체 빌릿을 가열하여 원통형으로 성형한 다음, 늘리고 속이 비도록 압연하는 공정을 통해 제조됩니다. 속이 빈 중심부는 불규칙한 모양이므로, 압연 과정에서 총알 모양의 관통구를 빌릿 중앙에 삽입합니다. 이음매 없는 파이프는 고체 빌릿을 가열하여 원통형으로 성형한 다음, 늘리고 속이 비도록 압연하는 공정을 통해 제조됩니다. 속이 빈 중심부는 불규칙한 모양이므로, 압연 과정에서 총알 모양의 관통구를 빌릿 중앙에 삽입합니다. 파이프에 코팅이 되어 있는 경우, 일반적으로 생산 라인 마지막 단계에서 강관에 소량의 오일을 도포하여 파이프를 보호합니다. 황산은 완제품의 구성 요소는 아니지만, 제조 공정 중 한 단계에서 파이프를 세척하는 데 사용됩니다.
제조 공정
강관은 두 가지 다른 공정을 통해 만들어집니다. 두 공정 모두 전체 생산 과정은 세 단계로 구성됩니다. 첫째, 원재료인 강재를 가공하기 쉬운 형태로 가공합니다. 둘째, 연속식 또는 반연속식 생산 라인에서 파이프를 성형합니다. 마지막으로, 고객의 요구에 맞춰 파이프를 절단하고 가공합니다. 일부 강관 제조업체는 다음과 같은 방법을 사용합니다.튜브 레이저 절단기튜브의 경쟁력을 높이기 위해 이전에 튜브를 절단하거나 속을 비우는 작업을 했습니다.
이음매 없는 파이프는 고체 덩어리를 가열하여 원통형으로 성형한 다음, 늘리고 속이 비도록 압연하는 공정을 통해 제조됩니다. 속이 빈 중심부는 불규칙한 모양이므로, 압연 과정에서 총알 모양의 관통구를 덩어리 중앙에 삽입합니다.
주괴 생산
1. 용융강은 용광로에서 철광석과 코크스(석탄을 공기가 없는 상태에서 가열할 때 생성되는 탄소가 풍부한 물질)를 녹인 다음, 액체에 산소를 불어넣어 대부분의 탄소를 제거함으로써 만들어집니다. 이렇게 만들어진 용융강은 크고 두꺼운 철제 주형에 부어 식히면 주괴가 됩니다.
2. 판재나 시트와 같은 평판 제품 또는 봉이나 막대와 같은 장형 제품을 만들기 위해, 주괴는 거대한 압력 하에서 대형 롤러 사이에서 성형됩니다. 이렇게 블룸과 슬래브가 생산됩니다.
3. 블룸을 생산하기 위해, 잉곳은 홈이 파인 강철 롤러 두 개가 겹쳐진 구조물을 통과합니다. 이러한 롤러를 "2단 압연기"라고 합니다. 경우에 따라 세 개의 롤러가 사용되기도 합니다. 롤러는 홈이 서로 겹치도록 설치되어 반대 방향으로 회전합니다. 이 동작으로 강철이 압착되고 늘어나면서 더 얇고 긴 형태로 만들어집니다. 작업자가 롤러의 방향을 반대로 바꾸면 강철이 다시 당겨지면서 더 얇고 길어집니다. 이 과정은 강철이 원하는 모양이 될 때까지 반복됩니다. 이 과정 중에 매니퓰레이터라는 기계가 강철을 뒤집어 양쪽 면이 고르게 가공되도록 합니다.
4. 주괴는 블룸 제조 공정과 유사한 공정을 통해 슬래브 형태로 압연될 수도 있습니다. 강철은 겹쳐진 한 쌍의 롤러를 통과하면서 늘어납니다. 또한, 슬래브의 폭을 조절하기 위해 측면에 롤러가 장착되어 있습니다. 강철이 원하는 모양을 갖추면 불규칙한 끝부분을 잘라내고 슬래브 또는 블룸을 더 짧은 조각으로 자릅니다. 추가 가공
5. 블룸은 일반적으로 파이프로 만들어지기 전에 추가 가공 과정을 거칩니다. 블룸은 더 길고 좁은 형태로 만들기 위해 여러 개의 롤링 장치를 통과시켜 빌릿으로 변환됩니다. 빌릿은 플라잉 시어라고 하는 장치로 절단됩니다. 플라잉 시어는 움직이는 빌릿과 함께 빠르게 이동하며 절단하는 한 쌍의 동기화된 전단기입니다. 이를 통해 제조 공정을 중단하지 않고 효율적으로 절단할 수 있습니다. 이렇게 절단된 빌릿들은 쌓여 최종적으로 이음매 없는 파이프가 됩니다.
6. 슬래브는 또한 재가공 과정을 거칩니다. 슬래브를 가공하기 쉽게 만들기 위해 먼저 2,200°F(1,204°C)로 가열합니다. 이렇게 하면 슬래브 표면에 산화막이 형성됩니다. 이 산화막은 스케일 브레이커와 고압수 분무를 이용하여 제거합니다. 그런 다음 슬래브는 열간 압연기의 일련의 롤러를 통과하면서 스켈프라고 불리는 얇고 좁은 강철 스트립으로 만들어집니다. 이 압연기는 길이가 최대 800미터(반 마일)에 달할 수 있습니다. 슬래브가 롤러를 통과하면서 점점 얇아지고 길어집니다. 약 3분 만에 두께 15.2cm(6인치)의 슬래브 하나가 최대 400미터(4분의 1마일) 길이의 얇은 강철 리본으로 변환될 수 있습니다.
7. 늘린 후에는 강철을 산세척합니다. 이 과정은 금속을 세척하기 위해 황산이 담긴 여러 탱크를 통과시키는 것입니다. 마지막으로 찬물과 뜨거운 물로 헹구고 건조시킨 다음, 큰 스풀에 감아 포장하여 파이프 제조 시설로 운송합니다.
8. 스켈프와 빌릿 모두 파이프를 만드는 데 사용됩니다. 스켈프는 용접 파이프로 만들어집니다. 먼저 스켈프를 풀림기에 놓습니다. 강철 스풀이 풀리면서 가열됩니다. 그런 다음 강철은 홈이 파인 롤러들을 통과합니다. 롤러를 통과하면서 스켈프의 가장자리가 서로 말려 올라가게 됩니다. 이렇게 해서 용접되지 않은 파이프가 형성됩니다.
9. 다음으로 강재는 용접 전극을 통과합니다. 이 장치는 파이프의 양쪽 끝을 밀봉합니다. 용접된 이음매는 고압 롤러를 통과하여 더욱 견고한 용접을 형성합니다. 그런 다음 파이프는 원하는 길이로 절단되어 추가 공정을 위해 적재됩니다. 용접 강관 제조는 연속 공정으로 이루어지며, 파이프 크기에 따라 분당 최대 335.3m(1,100피트)의 속도로 생산할 수 있습니다.
10. 이음매 없는 파이프가 필요할 경우, 사각 빌릿을 사용하여 생산합니다. 이 빌릿을 가열하고 성형하여 원통형(또는 원형)으로 만듭니다. 그런 다음 원형 빌릿을 용광로에 넣어 백열 상태로 가열합니다. 가열된 원형 빌릿을 고압으로 압연합니다. 이 고압 압연으로 인해 빌릿이 늘어나고 중앙에 구멍이 생깁니다. 이 구멍은 불규칙한 모양이므로, 압연 과정에서 총알 모양의 피어싱 포인트를 빌릿 중앙에 삽입합니다. 피어싱 단계 후에도 파이프의 두께와 모양이 불규칙할 수 있습니다. 이를 보정하기 위해 여러 단계의 압연 공정을 거칩니다. 최종 가공
11. 두 종류의 파이프 모두 제조 후에는 교정기를 통과시킬 수 있습니다. 또한 두 개 이상의 파이프를 연결할 수 있도록 연결구를 부착할 수도 있습니다. 직경이 작은 파이프에 가장 흔히 사용되는 연결구는 나사산 연결구로, 파이프 끝부분에 촘촘한 홈을 파는 방식입니다. 파이프는 측정기를 통과하기도 합니다. 이 정보와 기타 품질 관리 데이터는 자동으로 파이프에 각인됩니다. 그런 다음 파이프에 보호 오일을 얇게 도포합니다. 대부분의 파이프는 녹 방지 처리를 거칩니다. 이는 아연 도금 또는 아연 코팅을 통해 이루어집니다. 파이프의 용도에 따라 다른 페인트나 코팅이 사용될 수도 있습니다.
품질 관리
완성된 강관이 규격에 부합하는지 확인하기 위해 다양한 조치가 취해집니다. 예를 들어, X선 게이지를 사용하여 강재의 두께를 조절합니다. 이 게이지는 두 개의 X선을 이용합니다. 하나는 두께가 알려진 강재에, 다른 하나는 생산 라인을 통과하는 강재에 X선을 조사합니다. 두 X선의 두께 차이가 발생하면 게이지는 자동으로 롤러의 크기를 조정하여 차이를 보정합니다.
배관은 공정 마지막 단계에서 결함 여부를 검사받습니다. 배관 검사 방법 중 하나는 특수 장비를 사용하는 것입니다. 이 장비는 배관에 물을 채운 후 압력을 높여 배관이 압력을 견디는지 확인합니다. 결함이 있는 배관은 폐기 처분됩니다.