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Kafe 바로가기주관연구기관 | (주)태웅 |
---|---|
연구책임자 | 이진모 |
참여연구자 | 박수근 , 조기섭 , 김성철 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2019-11 |
과제시작연도 | 2019 |
주관부처 | 산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 | TRKO202200006402 |
과제고유번호 | 1415161700 |
사업명 | 산업소재핵심기술개발(R&D) |
DB 구축일자 | 2022-08-27 |
키워드 | Ø1000급 대직경 Round Bloom.연속 주조.고품질 Tube Sheet.자유 단조.일관생산 체계. |
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
o 고품질 대직경(Ø600~1,000mm) Round Bloom 제조 및 이를 적용한 고품질 단조품 개발을 통한 해외시장 가격경쟁력 확보
- 세계 최대급 Ø1,000 Round Bloom을 적용한 고품질 단조품 제조 기술 확보
- 에너지, 운반비, 불량률 감소 및 공정수 단축 등을 통한 가격경쟁력 확보
- 국내 최초 Ø1,000 Round Bloom(연속주조)제조, 자유단조, 열처리 및 기계적 특성 평가까지 일관생산기술력 확보
□ 개발내용 및 결과
< 1차
3. 개발결과 요약
□ 최종목표
o 고품질 대직경(Ø600~1,000mm) Round Bloom 제조 및 이를 적용한 고품질 단조품 개발을 통한 해외시장 가격경쟁력 확보
- 세계 최대급 Ø1,000 Round Bloom을 적용한 고품질 단조품 제조 기술 확보
- 에너지, 운반비, 불량률 감소 및 공정수 단축 등을 통한 가격경쟁력 확보
- 국내 최초 Ø1,000 Round Bloom(연속주조)제조, 자유단조, 열처리 및 기계적 특성 평가까지 일관생산기술력 확보
□ 개발내용 및 결과
< 1차년도 >
1. Ø600급 Round Bloom 소재 유형별 특성 및 적용가능 단조품 기초 조사
- Ø600급 Round Bloom 소재 유형별 특성 기초조사를 통해 Round Bloom 재질에 따른 제작 공정에 대한 비교분석을 수행하였고, Tube sheet 상사품에 대한 재질 선정 및 원재료 조사를 완료하였음
2. 원소재 성형성 평가, 단조공정 설계 및 전산모사
- 원소재의 고온 물성 평가를 수행 최적 성형 가능 영역 (SA266Gr.2 성형 온도 : 900°C~ 1,250°C, SUS304L 성형 온도 : 1,100°C~ 1,250℃)을 도출하였으며, 상사품 Tube sheet의 치수 및 공정안을 설계, 전산모사를 통하여 설계가 적절함을 확인하였음.
3. 기존 원소재(Ingot)를 적용한 상사품(Tube sheet) 제작
- Ingot를 적용한 상사품 Tube Sheet를 제작하고 기계적 특성을 분석하여 정량적 목표를 만족함을 확인하였음.
4. 원소재별 원가절감 요소 비교분석
- Round Bloom 적용 시 가열 연료비 절감액 산출 : 178Nm3/ton x 950원/Nm3 x 35% = 약 59, 185원/ton (기존공정의 약 35% 가열 연료비 절감 가능)
- Round Bloom 적용 시 원소재 회수율 절감 : Round Bloom 적용을 통한 압탕, 주탕 손실, 가열 최적화를 통한 산화 scale 손실 등 약 18%의 원소재 회수율 절감이 가능한 것으로 판단됨
5. Ø600급 Round Bloom 적용 가능 제품 기초조사, 선정 및 단조 공정 설계
- Ø600급 Round Bloom 적용을 위한 커플링 기초 조사를 통하여 CCM 1250을 기어 커플링 Hub를 대상 제품으로 선정 하였으며, 제작 공정의 최적 단조 공정 설계를 완료하였음
6. 기존 원소재(Slab)를 적용한 커플링 HUB 제작, 신뢰성 평가 및 원가 절감 요소 비교 분석
- 기존 원소재를 적용한 Hub 시제품을 제작하고 신뢰성 평가를 수행하여 품질 수준을 확인 하였으며, 제작 시의 에너지 사용량, 공정별 회수율 및 공정 Cycle를 확인하였음. 또한 2차년도 Ø600 Round Bloom 소재를 적용한 제품에 대한 공정별 원가 분석 또한 완료하여 현재의 공정 대비 원가 절감 효과가 가장 우수한 공정 (공정 A)을 발굴 완료 함.
8. Tundish 설계
- Tundish 내 용탕 유동의 최적화를 위하여 Pour Pad, Dam, Weir, Baffle에 따른 Plug flow, Mixed flow, Dead volume을 분석하여 DB를 구축 하였으며, 이를 통하여 청정도 개선을 위한 Tundish 설계 능력을 확보하였음.
9. 연속 주조 공정 검토 및 설계
- 연속 주조 공정 설계 분석 및 전산모사를 통하여 연속 주조 공정 해석 기술을 확보 하였으며 이를 활용하여 공정변수에 따른 크랙, 편석 및 응력분석에 미치는 공정 변수별 영향 분석을 수행, 작업화 표준 및 주조 공정 설계 기술을 정립하였음
10. 기계적 성질 극대화를 목표로 한 합금 선정 및 최적 소재군 선정
- 합금 후보군을 선정하고 합금원소함량 및 열처리 조건에 따른 기계적 성질 및 미세구조의 변화에 대한 연구를 수행 함. 합금조성 변화를 통해 각 합금들의 특성평가 및 미세구조 분석을 통해 보다 넓은 합금범위에서 다양한 연구결과를 도출코자 하였음
< 2차년도 >
1. 기계적 성질 극대화를 위한 합금설계군 도출 및 단조 성형성 분석
- 본 연구에서는 합금 및 공정설계로 구분하여 저탄소 합금의 기계적 성질에 미치는 미소합금원소(V, Nb, Ti)첨가 효과에 대한 집중적인 분석을 진행하였으며, 관련 결과를 요약하면 다음과 같음.
1.1) 합금설계 - 미소합금원소(V, Nb, Ti) 첨가
- Ref. RV, RVTi 및 RVNb 모두 당해연도 정량적 목표 물성치 보다 향상된 결과를 도출하였으며, 특히 RV합금의 경우, 가장 우수한 강도/경도비 연성을 나타냄. 이러한 결과는 미소합금원소 첨가에 따른 S-factor 감소로 연속냉각 시 형성되는 펄라이트의 층상간격 치밀화와 오스테나이트 결정립 미세화로 기인한 변태 후 초석 페라이트 미세화로 인해 최종 펄라이트+페라이트 미세조직의 효과적인 조질이 가능하였기 때문임.
1.2) 공정설계 - Gleeble을 활용한 단조모사 시험
- 본 연구에서는 주로 변형률 속도가 미소합금원소를 함유하는 합금의 기계적 성질에 미치는 영향을 분석함. 관련 연구결과에 따르면, 고온 열간변형 시 오스테나이트 기지내 나노입자의 석출을 극대화 할 경우 변태 후 보다 향상된 기계적 성질의 확보가 가능하며, 특히 고온 열간변형 시 높은 변형률 속도보다는 낮은 변형률 속도 하에서 이러한 효과를 극대화 할 수 있는 것으로 분석됨.
- 한편, 열간변형되지 않고 공냉된 합금과 비교할 때 단조 및 압연과 같은 열간가공 공정의 적용은 미소합금원소(V)에 무관하게 기계적 성질 향상에 기여하며, 이는 고온 오스테나이트 결정립의 미세화로 기인한 변태 후 초석 페라이트 미세화로 설명될 수 있음. 그러나 압하율이 증가함에 따라 변형된 오스테나이트 조직의 재결정 및 성장이 가속화되며 이는 오히려 초석 페라이트의 미세화를 어렵게 하는 요인이 될 수 있기 때문에 적정 압하율의 설정이 필요할 것으로 판단됨.
2. Ø600급 Round Bloom의 연속주조공정 설계
- Round Bloom 청정도의 큰 영향을 미치는 Tundish의 부상분리 효과를 극대화하기 위한 Dam, Weir 설치 조건별 해석한 결과, Tundish 내 중심부 주입구 기준 Case 2 조건(Dam : 1, 700mm, Weir : 1, 100mm)에서 Flow Length가 가장 길게 나타남으로 용탕내에 혼입된 불순물이 부상분리되는 시간을 확보하는데 가장 유리할 것으로 판단됨.
- 연속주조 속도 및 Spray Injection에 따른 Round Bloom의 웅고 거동 및 Hot tearing에 대해 비교분석한 결과, Solid Fraction 생성은 Spray Injection에 비해 연속주조 속도에 의한 영향이 더 큰 것으로 예측됨.
- (주)태웅에서 적용되는 연속주조 속도 0.005m/sec는 Solid Fraction 분포가 85~90% 이지만 공정 변수에 따른 유한요소 해석을 통해 마지막 Pinch Roll에서의 Solid Fraction이 80%에 도달하기 위한 연속주조 속도 범위 및 Spray Injection을 예측할 수 있음.
- Yamanaka Criteria를 기준으로 4가지 공정조건에 대해 Hot tearing의 분포도를 분석하였으며, 수행된 4가지 공정조건에서는 Hot tearing의 발생가능성이 낮게 예측됨.
- Spray Injection 및 연속주조 속도에 따른 Solid Fraction 생성량에 미치는 영향에 대해 비교 분석을 하였으며, Pinch Roll 끝단부에서의 생성량을 80%로 기준하고 Spray Injection 및 연속주조 속도를 제시함.
- 연속주조를 통한 Round Bloom의 제조공정에서 Spray Injection 및 연주속도는 Round Bloom의 제조품질에 많은 영향을 미치는 인자이나, 그 외에도 Soft Reduction 및 압연 공정에서의 압연하중, 압연량도 중요한 인자임. 따라서 연속주조 공정해석과 함께 압연에 따른 소성공정에 대해서 연계해석 필요함.
3. Ø600급 Round Bloom의 고품질 확보를 위한 개선인자 도출 및 방안 수립
- Round Bloom의 청정도 개선에 큰 영향을 미치는 외래성 비금속 개재물을 감소시키기 위해 각 제강 공정별 개선인자를 도출하였으며, 인자별 개선활동을 위한 표준을 수립함. 특히, 재산화에 의한 외래성 비금속개재물 발생은 주편의 품질에 큰 영향을 미침.
4. Ø600급 Round Bloom의 청정도 개선 결과
- Slag 물성 및 Ladle 재질 최적화, 교반 방법 개선 등의 활동을 통한 청정도 분석을 위해 재질별, 월별 Round Bloom의 비금속개 재물을 분석한 결과, Stainless steel을 제외한 Carbon & Alloy steel은 개재물 발생율이 낮아짐.
- 단, DS 값의 경우는 수요처에서 요구되는 값에 비해 아직 매우 큰 결과를 나타냄으로써 DS에 영향을 미칠 것으로 예상되는 Tundish 내 개선 사항의 최적화가 필요함.
- FEM 해석의 결과, Round Bloom 웅고거동은 연속주조 속도의 효과가 클 것으로 예상되어 연속주조 속도별 Macro Test를 분석 함. 그 결과, Carbon & Alloy steel은 연속주조 속도가 0.005m/sec에서 품질이 가장 양호한 반면, Stainless steel은 0.005m/sec에서 중심부에 Pore, Segregation 등의 결함이 발생함을 확인함.
- 2차년도 Round Bloom의 시작품 분석한 결과, SA266Gr.2 재질의 중심부에서 Segregation이 약 300mm에 걸쳐 나타났으며, SUS304L은 주상정 조직의 영역이 다소 넓게 분포되었으나 결함 발생은 없었음. 비금속개재물 또한, 요구사항 대비 매우 낮은 값을 나타냄으로써 Ø600급 Round Bloom 제조 공정의 표준화가 수립 됨.
5. Ø600급 Round Bloom의 성형성 평가
- SA266Gr.2 소재는 1, 200°C이상 낮은 변형속도(0.01~0.1/s) 구간에서 가장 높은 에너지분산효율 값을 가지고 있어 최적 성형구간으로 판단되며, 소성불안정영역인 1000℃ 부근, 10/s 조건에서의 성형은 피해야 할 것으로 판단됨.
- SUS304L 소재는 1, 200℃ 이상 낮은 변형속도(0.01/s) 구간에서 가장 높은 에너지 분산효율 값을 가지고 있으며, 소성불안정영역이 1, 100℃ 이하의 거의 모든 영역에서 나타나 성형 시 1, 100℃ 이상의 온도에서 성형이 이루어져야 할 것으로 판단됨.
6. Ø600급 Round Bloom을 적용한 Tube sheet 제조 및 평가
- FEM 해석 결과, SA266Gr.2 & SUS304L 모두 단조결함 발생 가능성은 낮음을 확인할 수 있음.
- SA266Gr.2 Tube sheet는 1, 2차 시작품을 제조 하였으며, 2차 시작품은 다단에 의한 단조비 확보가 유리한 V-die를 적용함으로써 1차 시작품에 비해 다소 기계적 성질을 향상시킴.
- SUS304L Tube sheet 시작품은 단조 작업(Cogging) 중 Crack 이 발생하였으며, 불량에 대한 문제점을 고찰하기 위해 파괴분석을 실시 중임.
- SA266Gr.2 Tube sheet 최종 시작품의 기계적 특성 평가 결과, 당해연도 목표치를 모두 만족함.
7. Ø600급 Round Bloom을 적용한 커플링 단조품 제조 및 평가
- Cr-Mo Steel의 Ø600급 Round Bloom을 적용하여 기어 커플링 Hub 및 Sleeve를 제조하였으며, 기존 Slab 대비 Round Bloom의 원가절감 효과 유무를 비교 분석함.
- 원가절감 효과를 분석하기 위해 각 부품별 에너지사용량 및 Cycle Time, 회수율을 분석하였으며, 최종적으로 Slab 대비하여 Round Bloom 적용 시 원가절감 즉면에서 효과가 있음을 확인함. 커플링 Hub 부품 경우 약 17%, 커플링 Sleeve 부품은 약 15%의 원가절감 효과가 기대됨.
< 3차년도 >
1. Round Bloom 품질 현황 분석
- 당해년도 Ø1, 000급 Round Bloom 제작 시 안정적 인 품질의 제품 제작을 위하여 기 자체 제작한 Ø310~1, 000 Round Bloom 에 대한 품질 평가를 우선 실시하고, 결함 양상을 유형 별로 분석하고 DB화 시켜 연구의 기초 자료로 활용하였음.
: 표면 결함 발생 빈도가 중심 결함 발생 빈도보다 높음
: 중심 크랙은 MSR 적용에 의하여 개선 효과를 보임
: 1차년도 대비 2차년도 청정도가 개선되었음
2. Ø1,000급 Round Bloom의 기계적 성질 극대를 위한 합금설계
- 3차년도 연구에서는 소입성에 미치는 합금원소 효과에 대한 분석을 기초로 최종 Ø1,000급 Round Bloom 시작품 소재로 적용 시 기계적 성질을 극대화 할 수 있는 합금 및 공정설계 방안을 도출하고자 하였음.
- 열간가공공정이 미소합금원소(V)를 함유하는 합금의 고온 미세구조 변화에 미치는 영향 분석 결과, 고온 열간가공 공정(압연/단조)과 함께 일정 압하율(단조비)이 필수적으로 적용되는 경우, 긍정적인 효과(결정립 미세화)는 유지하며 단위부피당 입계 면적 증가에 따른 부정적인 효과(입계 페라이트 형성)는 최대한 억제할 필요가 있으며, 이는 V과 같은 탄화물 형성원소를 활용한 입내 페라이트 핵생성 극대화를 통해 가능한 것을 확인하였음.
- 합금 원소에 따른 기계적 특성 및 소입성을 분석하였으며 그 결과, Mo함량의 감소보다는 Cr함량의 감소가 원가절감 대비 소입성 확보 측면에서 효과적이며, Mo, Cr함량 감소에 따른 소입성 저하를 Si함량 증가로 보상이 가능하고 특히 미소합금원소로서 V의 첨가를 통해 소입특성을 크게 향상시킬 수 있음을 확인 하였음.
- Mold 냉각수 Flow Rate가 증가 할수록 Mold 온도가 낮게 유지되고 Round Bloom의 웅고층이 두껍게 형성되는 것을 확인하였고 또한 Flow Rate가 6,000 l/min 일 때 Mold 내부 온도가 300°C 전후의 온도분포를 나타내 Mold의 기계적 특성을 유지함과 동시에 금형의 수명을 높일 수 있을 것으로 판단됨.
- Round Bloom의 품질 및 생산성에 직접적인 영향을 미치는 인자인 연주속도 및 Spray 분사량에 대한 분석을 수행 하였으며 최적의 연주속도(0.00203m/sec) 및 Spray 분사량(0.01077l/sec)을 도 출하였음.
3. Ø1, 000급 Round Bloom 제작을 위한 연속주조공정 해석 및 설계
- Tundish에서의 용탕의 난류 및 산화를 제어하기 위한 Dam, Weir에 대한 설계 분석, Nozzle에 따른 유동거동분석, Mold의 수명 및 품질의 제어를 위한 Mold의 냉각채널 및 냉각조건 설계, 스프레이 분사량 및 연주속도에 따른 Round Bloom의 냉각속도 및 응고거동 분석을 통하여 Ø1, 000급 Round Bloom 제작을 위한 최적의 주조공정 설계를 수행하고자 하였음.
- Dam 및 Weir에 따른 개재물 분석을 통하여 산화물의 경우 Dam
- Weir의 간격이 넓은 경우가 가장 건전한 결과를 얻을 수 있으며, 내화물의 경우 Dam 및 Weir가 설치된 경우 간격에 상관없이 유사한 결과를 나타냄을 확인, 하였음.
- Nozzle의 홀에 따른 용탕 유동 및 온도 분석 결과 낮은 용탕속도를 나타내고, 온도분포가 전반적으로 균일하며 방향성을 띄고 있는 4 hole Nozzle의 주조품질이 1 hole Nozzle에 비하여 상대적으로 우수할 것으로 판단됨.
4. 연속주조 공정 개선 및 Round Bloom 시제품 제작
- 몰드 파우더 개선, Collector Nozzle Gasket 개선, Stopper Position 저하 개선 및 Ladle 가열 표준 정립 등 연속 주조 공정 개선을 위한 연구를 수행하였으며 또한 Tundish 내 Weir 및 Dam 를 설치하여 청정도 개선 효과를 확인하고자 하였음.
: 몰드 파우더 개선, Collector Nozzle Gasket 개선, Stopper Position 저하 개선 및 Ladle 가열 표준 정립에 의한 품질 향상 효과는 검증 되었으나, Tundish 내 Weir 및 Dam 설치에 의한 청정도 개선은 확인되지 않아 추가 연구가 필요할 것으로 판단됨.
- 국민대학교 연구 결과를 바탕으로 (주)태웅 제강 설비 및 공정 이력을 검토하여 SA266.Gr.2 (Ref.) 대비 V의 함량을 0.05%로 높여 기존 SA266&.2 대비 소입성을 향상시킨 TW266Gr.2Mod (국민대에서 개발 및 명명한 RV합금에 대해 태웅에서 적용, 제강 생산한 동종 합금)강종을 선정, Ø1,000급을 제작하였으며, 또한 2차년도 고품질의 Ø600급 Round Bloom을 제작 한 바 있는 SUS304L 소재에 대해서는 Ø800급으로 Scale-Up 하였음.
5. Round Bloom 시제품 특성 평가
- 3차년도 제작된 Round Bloom의 Macro Test, 미세조직 및 비금속 개재물 분석, 단면 CT 분석, 고온 성형성 분석 및 소입성 분석을 실시 하여 특성을 평가하였음.
: 모든 평가 항목에서 정량적 목표를 만족하는 우수한 품질을 보이나, 내부 Pore 또는 Crack으로 보이는 영역이 일부 관찰됨.
: 대형품의 소입성 평가를 위하여 질량효과를 고려한 400 X 400mm x 400mm 의 대형 블록을 이용하여 대형품에 대한 실질적인 조미니 시험을 제안하고 이를 위한 연구를 수행한 결과 표준 치수 조미니 시험과는 달리 경화층이 나타나지 관찰되지 않음.
6. Ø1000급 Round Bloom을 적용한 원가 절감형 커플링 슬리브 시제품 단조공정 연구
- Ø1000급 Round Bloom을 적용을 위한 신규 부품(Ø2000급(외 경)의 CCM2000 슬리브)을 선정하고 이를 제작하기 위한 단조 공정을 설계하고 Slab와 비교하여 분석하였음.
: Round Bloom 적용 시 Slab 대비 약 20%의 원가 절감이 가능할 것으로 판단됨.
7. Ø600급 Round Bloom을 적용한 커플링 신뢰도 분석
- Ø600급 Round Bloom을 적용한 커플링(CCM1250)에 대한 위험속도 분석, 고유 진동모드 분석 및 회전체 진동해석을 통한 분석을 수행하여 해당 제품은 안전함을 확인 하였음.
< 4차년도 >
1. Ø1, 000급 Round Bloom의 기계적 성질 및 공정 조건 최적화
- 전년도까지의 연구결과를 토대로 제조단가 및 연속주조 공정상의 문제를 야기할 수 있는 기지구성원소 및 탄화물 형성원소 함량을 기존 상용강과 동일한 수준으로 낮게 유지하면서도 이에 따른 기계적 성질 및 소입성의 열화를 보상할 수 있는 합금원소 및 공정 조건을 최적화하기 위한 연구를 수행 하였음
: 40kg Ingot 제조를 통한 조직 및 기계적 특성 분석 결과, 기지 구성원소 및 탄화물형성원소 함량을 기존 상용강과 같이 낮은 수준을 유지하며 이에 따른 기계적 성질(소입성)의 열화를 V함량 증가를 통해 효과적으로 보상할 수 있을 것으로 판단됨.
- 또한 본사업의 연구결과를 종합하여 저탄소강 적용 단조품에 대한 기계적 성질에 미치는 합금원소 및 각 공정조건의 영향을 조사하고, 이를 토대로 Ø1, 000급 Round Bloom 적용 개발소재 선정 및 상용화를 위한 고객사 요구 맞춤형 소재에 대한 D/B를 구축하였음.
: 맞춤형 소재에 대한 D/B를 구축 하였으며 이에 대한 검토 결과 V 함유 저탄소 단조강 중 가장 강도비 연성 balance가 우수한 2차년도 RV 합금이 Ø1,000급 Round Bloom 적용 개발소재로 적합한 것으로 판단됨.
2. Ø1000급 Round Bloom 경화능 분석
- 조미니 시험편에 대한 경도 및 조직 분석, 대형품 경화능 FE 해석을 위한 경계 조건 도출, 대형품 경화능 FE 해석을 순차적으로 수행 하여 제품의 대형화에 의한 질량 효과로 인한 미세조직 및 경도 변화를 확인하였으며 또한, 제품의 크기 변화를 고려한 조직 및 경도의 예측 방법을 정립하였음.
3. Ø1,000급 Round Bloom 연속 주조 공정 개선 해석 및 최적화 설계
- Pour Pad, Dam 및 Weir에 따른 Tundish 내 용탕 및 개재물 거동을 분석하여 1) 개선 Pour Pad가 상대적으로 우수함. 2) Dam 및 Weir의 존재에 의하여 혼입된 개재물의 제어능이 개선됨. 3) 정상수위 상태에서의 거동은 Weir의 존재 여부에 상관없이 안정적임을 확인 하였음.
- MSR에 따른 특성을 분석 결과, MSR의 적용 시 내부 잔류응력이 낮게 나타나 개선되고 Hot Tear 발생 없는 안정적인 성형이 이루어 질 것으로 예상됨.
4. Ø1,000급 Round Bloom 연속 주조 공정 품질 개선 및 시제품 제작
- FE 해석 결과를 바탕으로 Tundish 내 Pour Pad, Dam 및 Weir 의 개선 MSR 및 연속 주조 공정 시 MSR의 적용에 의한 효과를 실증, 해석 결과와 동일하게 품질 개선 효과가 유효함을 확인하였음.
- 또한 도출 조건을 적용한 Ø1,000급 Round Bloom을 제작 하여 평가 한 결과, 3차년도 제작 Ø1,000급 Round Bloom 대비 내부 품질이 개선되었음.
5. Ø1,000급 Round Bloom 적용 Tube sheet 시제품 단조 공정 설계, FE 해석, 제작 및 특성 평가
- Ø1,000급 Round Bloom을 적용한 Tube sheet 제작을 위한 개선 단조 공정을 설계하고, FE해석을 이용한 분석, 시제품 제작 및 특성 평가를 수행하였음. 또한 2차 개선 활동을 동일하게 수행하여 고품질 Tube Sheet를 제작 하였음.
- 1차 개선 공정 및 2차 개선 공정은 기존의 일반적인 Tube Sheet 단조 공정과는 달리 Final Forging 시 소재의 가장자리부를 우선적으로 반복 성형한 후, 중심부를 별도로 성형하여 목표로 하는 치수의 제품을 제작하는 공정 임.
- 분석 결과, 개선 공정 1의 경우 Turn Table을 이용한 작업이 가능 하여 공정 효율성이 높으며 일반적인 고객 요구 Spec는 만족하나 내부 결함이 다소 잔존할 가능성이 있으며, 개선 공정 2의 경우 Turn Table을 이용한 작업이 불가능 하여 공정의 효율은 다소 떨어지나, 제품의 내부 품질 및 기계적 물성치 측면에서는 아주 우수함.
- 즉, 제품의 요구 Spec에 따라 개선공정 1 / 개선공정 2의 선텍적 적용이 필요한 것으로 판단됨.
6. Ø1,000급 Round Bloom 적용 Tube sheet 정량적 목표 항목 및 원가 절감 요소 평가
- 정량적 목표에 대한 공인인증시험 평가 결과, 목표항목인 Tube Sheet 시제품의 인장강도, 항복강도, 연신율, 단면수축률, 경도 및 결정립 크기 모두 목표치를 동등 수준 이상으로 달성하였음.
- 기존 공정 및 개선 공정(1, 2)에 대한 원소재 투입 중량 및 가열 시간을 분석 하고 원소재 투입 중량 및 가열 시간에 대한 단가를 반영하여 원가 절감 효과를 도출한 결과, Round Round 적용 개선 공정 1 및 Round Bloom 적용 개선 공정 2는 Ingot 적용 기존 공정 대비 각각 약 627만원, 567만원의 원가 절감 효과를 가지며, 이는 Ingot 적용 기존 공정 대비 약 34%, 약 31%의 원가 절감 효과를 거둔 것으로 개선 단조 공정은 제품 가격 경쟁력 강화에 탁월한 효과를 가지고 있음
7. Ø1,000급 Round Bloom 적용 Sleeve 시제품 제작 및 제품/공정 평가
- Ø1, 000급 Round Bloom 적용 Sleeve 시제품을 제작하고 치수 및 MT를 실시한 결과, Ø1,000급 Round Bloom 적용 Sleeve 시 제품은 합격품임을 확인하였음.
- 제작 단가 평가 결과, Round Bloom 소재 적용 시의 Cogging 공정 생략 및 1차 가열 후 단조시간 단축으로 인한 2차 가열 생략 등이 주요 원가절감 요인으로, 기존 Slab 원소재 대비 약 23% 의 원가 절감 효과가 발생하는 것으로 분석됨.
□ 기술개발 배경
o 중국 대비 낮은 가격경쟁력 및 북미, 유럽, 일본 등 선진국 대비 고품질화에 대한 적은 개발투자에 의한 국내 중공업 및 제강분야의 급속한 경쟁력 약화는 심각한 수준에 이르렸음.
o 본 사업은 이런 문제점을 해결하기 위한 타결책의 하나로서, 연속 주조품인 대직경 Round Bloom을 직접 생산하고 이를 적용한 고품질자유단조품을 제조 개발하여 일관생산체계를 국내 최초로 구축하기 위한 것임.
o 본 사업을 통해 원소재(Round Bloom)제조에서 단조, 열처리 및 가공까지 일관생산 기술을 확보하여 가격경쟁력 뿐만 아니라 고품 질 단강품 제조를 통해 국가 경쟁력을 제고하여 수입역조현상을 막고자 함.
□ 핵심개발 기술의 의의
o 본 사업을 통하여 조선, 중공업, 화력/원자력 등의 발전 및 플랜트 등의 핵심 대형 기자재 제조에 사용되는 원재료인 Ø1,000급 대직경 Round Bloom의 제조 기술을 개발함으로써, 중국이 세계 시장 점유율을 점차 확대해 가고 있는 철강 시장의 현 상황에 대한 국내의 적극적인 대웅이 가능함.
o 본 사업을 통하여 원재료인 Round Bloom 뿐만 아니라 이를 적용한 고품질 단조품의 공정 기술을 개발하여 품질 및 가격 경쟁력을 강화시킴으로써 제품 경쟁력을 향상 시켰을 뿐만 아니라, 일관 생산체계의 적용을 통하여 이를 더욱 상향시킴으로써 국제 경쟁력을 확보하였음.
o 본 사업을 통한 개발 기술은 Ø1,000급 대직경 Round Bloom 수요처의 경쟁력 강화에 직접적으로 기여 할 뿐만 아니라, 이를 적용한 고품질 대형 단조품을 수요 산업체에 공급함으로써 국내 산업 전반 역량 강화에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 예상됨.
o 최근 신재생 에너지 및 대체에너지 등에 관심이 고조됨에 따라, 대형 주단조 소재의 원가절감, 에너지 절감 및 가격경쟁력 향상은 향후 국내의 풍력터빈 제작업체 등 수요기업의 중국시장 진입 가능성을 높을 것으로 판단됨.
□ 적용 분야
- 조선, 화학, 플랜트 및 각종 발전 등 산업 전반에 걸친 단조품 제작 업체 에 Round Bloom 공급 및 적용 가능
- 조선, 화학, 플랜트 및 각종 발전 등 대형 단조품 수요 산업체에 단조품의 직접 공급을 통한 적용 가능
→ 고품질 고경쟁력 Round Bloom 및 단조품의 공급을 통한 전체적인 산업 경쟁력 강화 효과
(출처 : 최종보고서 초록 5p)
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