열간 압연 형강은 현대 구조 공학의 핵심을 이루며, 전 세계적으로 철골 건물, 교량 트러스, 송전 타워, 산업용 공장 구조물 등에 사용된다. 열간 압연 형강의 제조 공정을 이해하면 구매 관리자, 구조 엔지니어, 가공 감독관 등이 제철소의 생산 능력, 소재 품질, 공급망 신뢰도를 평가하는 데 도움이 된다. 이 제조 공정은 정사각형 또는 직사각형 강 빌릿을 가열, 압연, 냉각, 마감 처리 등 정밀하게 제어된 일련의 공정을 거쳐 각형강, 채널강, I형강, H형강 등 다양한 구조용 형상으로 변환한다. 열간 압연 형강 생산 라인의 각 단계는 최종 제품의 치수, 기계적 특성, 표면 품질에 영향을 미친다.

원료: 강 빌릿

제조 공정은 연속 주조된 강재 빌릿으로 시작되며, 일반적으로 한 변의 길이가 120mm에서 200mm 사이인 정사각형 단면을 가지며, 각 빌릿의 무게는 1.5~5미터톤이다. 제철소는 기본 산소 용해로(BOS) 또는 전기 아크 용해로(EAF)에서 생산된 용융 강철을 연속 주조기를 통해 반제품 형태로 성형함으로써 빌릿을 생산한다. 빌릿 강재의 화학 조성은 2차 제련 공정 단계에서 목표 등급 사양을 달성하기 위해 조정되며, 이는 탄소 함량이 약 0.17~0.20%인 일반 구조용 탄소강(Q235B)과 같은 등급일 수도 있고, 망간, 실리콘 및 미세 합금 원소를 정밀하게 첨가한 고강도 저합금강(Q345B)과 같은 등급일 수도 있다. 이 단계에서 빌릿의 표면 품질은 매우 중요하며, 주조 직후 빌릿에 존재하는 균열, 비금속 개재물 또는 기타 표면 결함은 압연 공정을 거치면서 확대되어 최종 형강 제품에 그대로 나타난다. 제철소에서는 시각 검사를 실시하고, 특히 엄격한 요구 조건이 적용되는 경우, 빌릿을 재가열로에 투입하기 전에 스카핑(scarfing) 또는 연마(grinding) 방식의 표면 정비를 통해 표면 결함을 제거한다.

가열: 재결정 온도에 도달

빌릿은 보행 빔식 또는 푸셔식 재가열 용광로에 투입되어 강재의 재결정 온도보다 훨씬 높은 1,150~1,250도 섭씨의 균일한 온도로 가열된다. 가열 시간은 빌릿의 단면적과 용광로 용량에 따라 일반적으로 2~4시간 소요된다. 후속 압연 공정에서 일관된 변형 거동을 보장하기 위해서는 빌릿 단면 전반에 걸친 균일한 가열이 필수적이다. 빌릿 중심부와 표면 사이의 온도 차이는 롤 패스를 통한 불균일한 재료 흐름을 유발하여 최종 압연 형강 제품의 치수 불일치 및 내부 응력 패턴을 초래할 수 있다. 최신식 재가열 용광로는 정밀한 가열 프로파일을 유지하기 위해 다중 영역 온도 제어 및 자동 연소 관리 기능을 갖추고 있다. 용광로 배출 온도는 적외선 피로미터를 통해 지속적으로 모니터링되며, 규정된 온도 범위를 벗어나는 빌릿은 완제품인 열간 압연 형강의 품질 편차를 방지하기 위해 생산 라인에서 즉시 폐기된다.

분쇄 롤링: 단면 형상의 대략적 성형

재가열로에서 출구로 나온 붉게 달궈진 빌릿은 가열 중에 형성된 1차 밀 스케일을 제거하기 위해 고압수 탈스케일링 시스템을 통과한다. 탈스케일링이 완료된 빌릿은 분쇄 압연 스탠드(또는 조압 연속 압연기)로 진입하며, 이는 최초이자 가장 강력한 압연 단계이다. 분쇄 압연기는 대규모 감량 작업을 수행하여 단순한 정방형 또는 직사각형 단면의 빌릿을 목표 단면 형상에 근접한 형태로 변형시킨다. 각형 단면 생산의 경우, 분쇄 공정은 단면의 한 모서리를 점진적으로 홈 내도록 가공하여 날개부(leg) 형상을 형성한다. 채널형 및 I형강 단면의 경우, 분쇄 롤은 홈이 새겨진 롤을 여러 차례 통과시키는 방식으로 중심부에서 외측으로 재료를 이동시켜 웹(web)과 플랜지(flange) 요소를 형성한다. 수직 및 수평 압연 스탠드가 협조하여 웹 두께와 플랜지 형성을 동시에 제어한다. 분쇄 압연 공정은 일반적으로 목표 단면 형상의 복잡도에 따라 5~9회 압연을 통해 단면적을 60~80%까지 감소시킨다. 핫롤드 단면강의 주요 결정 미세화 및 기계적 특성 발현은 이 분쇄 압연 단계에서 가해지는 대규모 소성 변형에 기인한다.

마무리 압연: 최종 치수를 위한 정밀 압연 공정

파쇄 압연 후, 부분적으로 성형된 단면은 연속 또는 반연속 배치로 구성된 마감 압연기 열로 진입한다. 마감 압연기들은 점진적으로 감소하는 압하량을 적용하여 단면의 형상을 최종 치수와 표면 품질로 정밀하게 조정한다. 각 후속 마감 압연 공정은 날개판 두께, 웹 깊이, 날개각도 및 곡률 반경을 해당 제품 규격에서 규정한 명세값에 더욱 근접하게 만든다. H형강과 같은 복합 단면의 경우, 마감 압연기 열에는 수평 롤과 수직 롤을 조합하여 웹 및 날개판 표면에 동시에 압력을 가하는 유니버설 압연기들이 포함될 수 있다. 유니버설 압연기는 웹 두께와 날개판 폭을 독립적으로 제어할 수 있어, 평행 날개판을 갖는 넓은 날개판 H형강 시리즈를 생산하는 데 필수적인 기능이다. 마감 압연 중 온도는 고온 가공 범위 내에서 신중하게 관리되며, 압연 부하 증가 및 압연기 정지 위험을 초래할 수 있는 과도한 온도 저하를 피한다. 구조용 단면강의 경우 마지막 마감 압연기에서의 출구 온도는 일반적으로 850~950도 섭씨이다.

냉각, 교정 및 절단

완성된 열간압연 형강은 마지막 압연 스탠드를 고온 상태로 떠나 제어된 조건 하에 상온까지 냉각되는 냉각 베드를 따라 이동한다. 냉각 베드의 설계는 형강 종류에 따라 달라지며, 각형강 및 채널형강과 같은 장척 제품의 경우 보행 빔식 또는 레이크식 냉각 베드를 사용하여 불균일한 열 수축으로 인한 변형을 방지하면서 균일한 냉각을 실현한다. H형강 및 기타 중량형 강재는 가속 냉각 기술을 통해 목표 기계적 특성을 달성하기 위해 강제 공기 냉각 또는 제어 냉각 방식을 적용할 수 있다. 냉각 후 형강은 롤러 교정기를 통과하며, 이 과정에서 압연 및 냉각 과정 중 발생한 캠버, 스위프 또는 비틀림 등을 교정하기 위해 교차 굽힘력을 가한다. 교정은 열간압연 형강의 품질 확보에 있어 매우 중요한 단계로, 과도한 직진도 편차는 정밀 구조물 제작 시 엄격한 조립 허용오차를 충족하지 못해 제품을 사용할 수 없게 만든다. 교정 후 형강은 냉간 톱 또는 연마 절단 시스템을 이용해 주문 길이로 절단된다. 절단 공정에서는 인코더 기반 측정 시스템을 통해 자동화된 길이 허용오차 관리를 수행하여 고객 요구 사양(일반적으로 표준 구조용 형강의 경우 ±50mm)을 충족하는 납품 길이를 보장한다.

열간 압연 형강을 규제하는 국제 표준

국제 무역에서 열간 압연 형강의 치수 및 품질 요구 사항을 규정하는 세 가지 주요 표준이 있다. 중국 국가표준 GB/T 706은 중국 제강소에서 생산되는 등변 각형강, 부등변 각형강, 경사 플랜지 채널강, I형강을 포함한 열간 압연 형강의 치수 공차, 형상 규격, 허용 편차를 정의한다. 이 표준은 형강의 치수, 관성 모멘트 및 단면 계수와 같은 단면 특성, 그리고 표면 품질 기준을 명시한다. 일본 산업표준 JIS G3192은 등변 각형강, 부등변 각형강, 채널강, I형강, H형강을 포함한 열간 압연 강재 형강의 치수, 질량, 허용 변동 범위를 다루며, 아시아, 중동, 오세아니아 시장에서 널리 인용된다. ASTM 국제 표준 A6/A6M은 북미 및 많은 남미 시장에서 사용되는 압연 구조용 강재 바, 판재, 형강, 시트 파일링에 대한 일반적 요구 사항을 규정한다. ASTM A6은 캠버 허용 공차, 스윕 허용 공차, 단면 치수 허용 공차를 포함한 구조 형강의 허용 치수 변동을 명시한다. 열간 압연 형강을 수입하는 구매자는 프로젝트 설계 사양에서 어느 표준을 참조하는지 반드시 확인해야 하며, 이 세 표준 간에는 치수 공차 및 단면 특성 산정 방식에 실질적인 차이가 존재한다.

비교 표: 일반적인 압연형강 종류

일반 핫롤드 형강 종류 동등 다리 각형강: 단면이 L자 형태로, 두 다리의 길이가 동일하며, 일반적으로 20 mm × 20 mm에서 250 mm × 250 mm까지이다. 구조물 골격, 보강재, 타워 건설, 지지 브래킷 등에 사용된다. 일반적인 강종은 Q235B, SS400, ASTM A36이다. 비동등 다리 각형강: 단면이 L자 형태로, 두 다리의 길이가 서로 다른 것으로, 예를 들어 100 mm × 75 mm 등이다. 비대칭 하중 분포로 인해 날개부의 지지 면적을 달리해야 할 경우에 사용되며, 크레인 레일 빔 및 편심 연결부 등에서 찾아볼 수 있다. 일반적인 강종은 Q235B, Q345B, ASTM A572이다. 채널강(U-채널): U자 형태의 단면으로, 내측 날개면이 경사진 구조이며, 웹 깊이는 50 mm에서 400 mm까지이다. 차량 섀시, 풍압재(풀린), 벽체 보강재(거트), 계단 받침재(스트링어), 장비 프레임 등에 사용된다. 일반적인 강종은 Q235B, Q345B, SS400이다. 아이빔(I-빔): I자 형태의 단면으로, 내측 날개면이 경사진 구조이며, 웹 깊이는 일반적으로 100 mm에서 630 mm까지이다. 하중 조건이 중간 수준인 건물 및 교량 구조물의 보, 기둥, 거더 등에 사용된다. 일반적인 강종은 Q235B, Q345B, ASTM A36, A572이다. 에이치빔(와이드 플랜지): H자 형태의 단면으로, 날개면이 평행하고 아이빔보다 날개 대 웹 비율이 더 넓으며, 웹 깊이는 100 mm에서 900 mm 이상이다. 고층 건물의 주요 하중지지용 기둥, 장스팬 교량 거더, 중공업 구조물 등에 사용된다. 일반적인 강종은 Q235B, Q345B, Q390, ASTM A992, SS400이다.

압연형강 공급망 품질 보증

열간 압연 형강 수입업체는 조달 주기 전반에 걸쳐 체계적인 품질 검증 프로토콜을 수립해야 한다. 제철소 감사 보고서 및 ISO 9001 인증 서류는 제조 품질 관리 역량에 대한 기초적 근거를 제공한다. 각 선적 건에 대해 구매자는 EN 10204 유형 3.1에 부합하는 제철소 시험 증명서를 요구해야 하며, 이 증명서에는 해당 선적 내 각 용융 번호에 대한 화학 성분 분석, 인장 시험 결과, 항복 강도 값, 신율(%) 및 필요 시 샤르피 충격 시험 결과가 포함되어야 한다. 적재 항구에서의 치수 검사는 교정된 측정 기기를 사용하여 주문 사양과 비교해 웹 깊이, 플랜지 폭, 플랜지 두께, 웹 두께를 확인해야 한다. 표면 품질 검사는 랩스(laps), 시임(seams), 스캐브스(scabs), 슬라이버스(slivers) 등 구조적 무결성을 해칠 수 있는 압연 결함을 점검한다. 구매자가 적재 검사를 직접 수행할 수 없는 경우, 제3자 검사 기관이 독립적인 검증을 수행할 수 있다. 톈진 헨그룬롱(Tianjin Hengrunlong)은 톈진 자유무역구(Tianjin Free Trade Zone)에 위치해 있으며, 톈진 싱항항(Tianjin Xingang port)을 통한 물류 접근이 가능하며, 허베이성, 랴오닝성, 산둥성 소재 제철소와 협력하여 북미, 남미, 유럽, 오세아니아, 동남아시아 지역 고객을 대상으로 GB/T 706, JIS G3192, ASTM A6 규격에 부합하는 열간 압연 형강을 공급한다.