KR100259985B1 - 망간강부분을 다른 탄소강부분에 접합하는 방법 및 이로써 획득된 조립체 - Google Patents

Abstract

본원에는, 탄소강 부분의 단부에 오오스테노 - 페라이트 스테인리스강을 증착시키는 단계 및, 증착부가 단부에 제공된 탄소강 부분을 망간강 부분에 용접시키는 단계를 포함하는, 망간강과 탄소강의 접합 방법이 소개되며, 이러한 방법은 레일을 공통적인 횡단 궤도 트랙 부분에 조립하는데 적용될 수 있다.

Description

망간강부분을 다른 탄소강부분에 접합하는 방법 및 이로써 획득된 조립체

제1도는 단부들중의 하나에 용착부를 포함하는 탄소강 레일부분의 개략도.

제2도는 본 발명의 방법에 따라서 용착부가 제공되고 트랙부분의 단부에 연결된 레일부분을 도시한다.

제3도는 본 발명에 따라서 레일과 같은 탄소강부분위에서 수행된 오오스테노 - 페라이트 스테인리스강의 용착예를 현미경 사진으로 도시한 것이다.

제4도는 본 발명의 방법에 따라 수행되었으며 굽힘 시험을 받은 조립체를 도시하는 측면도이다.

본 발명은 일반적으로 망간강 ( manganese steel ) 부분을 하나 또는 여러개의 탄소강부분에 접합하는 방법에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 적어도 하나의 탄소강의 레일에 대하여 공통적인 횡단부를 형성하는 망간강의 트랙 ( track ) 부분을 접합하는 레일 궤도 분야에 적용될 수 있다. 이러한 트랙부분들은 망간을 중량비로 12 - 14 % 을 포함하는 강으로부터 제작된다.

공지의 기술로서는, 조립되어야할 부분들과 동일한 단면적을 지닌 중간적인 요소 또는 삽입체를 접합할 양단부들 사이에 개재시켜 망간강부분을 다른 탄소강부분에 접합하는 것이 알려져 있다.

이러한 삽입체는 오오스테나이트 강 ( austenitic steel ) 또는 오오스테노 - 페라이트 강 ( austeno - ferritic steel ) 이며, 주조 또는 주물등을 통해 획득된다. 그러나, 상기와 같은 방법은 형상화된 삽입체의 사용을 필요로 하며, 이러한 것을 제작하여 수행하는데는 많은 비용이 소요된다.

포켓 용접 ( pocket weld ) 또는 플레쉬 용접 ( flash weld ) 에 의해 삽입체를 탄소강부분에 용접하는 것은 용접시에, 기계적으로 제거되어야만 할 비이드 ( bead ) 또는 시임 ( seam ) 을 형성하게 되며, 따라서 심각한 불편을 초래하게 되는 야금학상의 특성 및 경제적인 특성에서의 주요한 흠결에 이르게 된다.

비록, 그 중요성에 있어서 덜한 결과를 초래하지만, 포켓 용접 또는 플레쉬 용접을 사용하여 삽입체를 망간강부분에 용접할때는 마찬가지의 비이드 또는 시임의 형성이 발견된다.

더군다나 이렇게 연결된 부분들은, 용접이 이루어진 천이 영역에서 취성의 상 (相) 을 나타낼 수 있다.

마지막으로, 형상화된 삽입체를 개재시켜 접합함으로써 연결하는 방법은 상대적으로 많은 작업 시간 및 에너지 소비를 포함한다.

본 발명은 다음과 같은 단계를 밟아, 망간강부분을 최소한 다른 탄소강부분에 접합하는 방법을 제공함으로써, 선행 기술의 위에서 설명된 불편함을 극복하는데 그 목적이 있다.

즉, 그 단계로서, 최소한 하나의 탄소강부분의 단부에 오오스테노 - 페라이트 스테인리스강을 용착시키고, 이렇게 획득된 용착부가 단부에 제공된 탄소강부분을 망간강부분에 용접하는 것을 포함한다.

이러한 방법은 보다 구체적으로는 다음과 같은 단계를 포함한다.

탄소강부분을 상기의 용착 단계에 앞서 300 - 600℃ 로 예열하는 단계, MIG (metal inert gas:금속 불활성 가스) 용접법 또는 TIG (tungsten inert gas:텅스텐 불활성 가스) 용접법과 같은 방법으로 와이어에 의하거나 또는 전극에 의해, 탄소강부분의 단부에 오오스테노 - 페라이트 스테인리스강의 용착을 수행하는 단계, 단부에 용착부를 포함하는 탄소강부분을 이러한 용착이 제공된 이후에 즉시 제어된 냉각을 받게하는 단계 및, 상기 용착부를 포함하는 단부를 지닌 탄소강부분을 망간강부분에 용접하는 단계등을 포함한다.

여기에서 구체적으로 기술되어야 할 것은, 제어된 냉각 이후에, 단부에 용착부를 지닌 탄소강부분이, 이러한 용착부의 표면 처리를 받게되며, 상기의 제어된 냉각은 600℃ 로부터 상온까지 이루어진다.

본 발명의 유익한 특성에 따르면, 단부에 용착부를 지닌 탄소강부분은, 전자 비임 또는 레이저 비임과 같은 용접 기술에 의해 망간강부분에 용접된다.

본 발명의 다른 유익한 특징에 따르면, 탄소강부분위에 오오스테노 페라이트 스테인리스 강이 용착되는 두께는 1 내지 20 밀리미터 사이에 있게된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 탄소강부분위에 용착된 오오스테노 - 페라이트 스테인리스 강은 다음의 화학적 조성을 지닌다.

탄소 중량비로 0.025 - 0.035 %

망간 중량비로 6 - 11 %

규소 중량비로 0.5 - 1.5 %

니켈 중량비로 5 - 8 %

크롬 중량비로 17.5 - 20 %

몰리브데늄 중량비로 〈 0.5 %

질소 중량비로 〈700 ppm

인 및 황 중량비로 ≤ 0.030 %

또한 계수법 ( counting ) 에 측정된 이것의 델타 페라이트 ( delta ferrite ) 의 함량은 체적비로 5 내지 15 % 사이에 있다.

본 발명은, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 비제한적인 구체예에 대한 이하의 설명으로 부터 그 특징 및 유익한 장점등이 보다 잘 이해될 것이다.

본 발명의 방법에 따라서, 레일부분인 탄소강부분 (2) 은 로 ( furnace ) 내에 처음에 300 내지 600℃ 사이에서 예열된다.

탄소강부분의 단부에는 오오스테노 페라이트 스테인리스강이 용착된다. 이러한 용착은 수동 또는 자동의 방식으로 MIG 용접법 또는 TIG 용접접으로 와이어 ( wire ) 에 의해 수행된다. 용착에 이용되는 와이어는 아래에 주어진 조성을 지닌다. 그러나, 와이어를 이용한 용착 대신에 상기 와이어와 같은 재료의 전극을 사용하여 상기의 오오스테노 페라이트 스테인리스강을 용착할 수도 있다.

이러한 용착부를 형성하는 것은 1 mm 내지 20 mm 범위의 상대적으로 작은 두께를 지니도록 하는 것이 바람직스러우며, 선행기술의 경우에서처럼 삽입체를 제공하는데 필요한 재료가 비싸게 공급되는데 비하여, 저렴하게 재료가 매우 작은 두께로 형성되는 것이 유익하다.

더군다나, 그처럼 매우 얇은 두께의 용착은 선행의 삽입체 용접 기술에 비하여 매우 신속하게 자동적으로 수행될 수 있다.

또한, 포켓 웰딩 또는 플레쉬 웰딩의 끝무렵에 비드가 발생되는 것과는 반대로, 본 발명의 방법에 따른 접합방법에 의하면 탄소강부분에 대한 용착이후에 용접 비이드 ( weld bead ) 가 나타나지 않는다. 이러한 용착 및 열처리를 제공하는 조건은 취성의 상 (相) 이 형성되는 것을 바람직스럽게 회피한다.

와이어 또는 전극 형태로써 용착되는 오오스테노 페라이트 스테인리스강의 조성은 다음과 같다.

탄소 중량비로 0.025 - 0.035 %

망간 중량비로 6 - 11 %

규소 중량비로 0.5 - 1.5 %

니켈 중량비로 5 - 8 %

크롬 중량비로 17.5 - 20 %

몰리브데늄 중량비로 〈 0.5 %

니오븀 중량비로 0.25 - 0.35 %

질소 중량비로 〈700 ppm

인 및 황 중량비로 ≤ 0.030 %

샤플러 다이아그램 ( Schaeffler diagram ) 에 따른 이러한 조성은, 8.75 내지 14.55 % 의 등가 니켈 ( equivalent nickel ) 및 18.25 내지 22.75 % 의 등가 크로뮴을 포함한다.

스테인리스강내에 포함된 델타 페라이트 ( delta ferrite ) 의 함량은 체적백분율로 5 내지 15 % 이며 나머지는 오오스테나이트이다.

델타 페라이트의 함량은 ASTM E562 표준에 따른 현미경 사진 계수법에 의해 측정된다.

MIG 공정 또는 TIG 용접공정중에 사용된 와이어나 용착을 수행하는데 사용된 전극은 물론 상기에 설명된 화학적 조성을 지닌다. 이것의 바람직한 화학적 조성은 다음과 같다.

탄소 중량비로 0.030 %

망간 중량비로 6.20 %

규소 중량비로 0.80 %

니켈 중량비로 7.90 %

크롬 중량비로 18.20 %

몰리브데늄 소량

니오븀 중량비로 0.30 %

질소 최대 〈700 ppm

인 및 황 중량비로 ≤0.030 %

이러한 바람직한 조성에 대한 델타 페라이트의 함량은 체적비로 6 내지 10 % 범위이다. 샤플러 다이어그램에 따르면, 등가의 니켈은 11.9 % 이며 등가의 크로뮴은 19.4 % 이다.

상기와 같은 조성의 오오스테노 페라이트 스테인리스 강은 양호한 접합성을 유지하면서 훌륭한 내마모성 및 기계적인 강성을 발생시킨다는 사실 때문에 특히 유익하다. 즉, 오오스테노 페라이트강은 용접성, 충격 경화시의 양호한 특성, 망간에 의한 내마모성과 함께 제 3 도의 현미경 사진 번호 (5) 에서 볼 수 있는 바와같은 크랙 ( crack ) 의 전파를 차단하는 작은 섬모양으로 나타난 페라이트에 기인한 양호한 기계적 강도등의 여러 특성들의 복합적인 장점을 제공한다.

단부에서 용착부 (1) 를 지니는 탄소강부분 (2) 은, 용착 이후에 즉각적으로, 600℃ 로부터 상온까지의 제어된 냉각을 받게된다.

단부의 용착부 (1) 와 함께 전체적인 탄소강부분 (2) 은 표면처리를 받게된다. 표면처리 단계 이후의 용착부의 두께 " e " ( 제 1 도 및 2 도) 는 1 내지 20 mm 사이에 있으며 1 내지 10 mm 사이에 있는 것이 바람직스럽다.

이처럼 매우 얇은 용착부의 두께는 본 발명의 특히 유익한 특징이다.

마지막으로, 상기 언급된 용착부가 제공된 탄소강부분은 적합한 용접 기술에 의해 망간강부분 (3) 에 용접된다.

바람직한 방법의 실시예에 따라서, 전자 비임 또는 레이저 비임으로 용접하는 기술이 사용된다.

이러한 기술은 명백히 양호한 작업 속도 및 정확도를 획득할 수 있게 한다. 또한 이러한 것은, 포켓 용접 또는 플레쉬 용접의 경우에 필연적으로 나타나게 되는 비이드 ( bead ) 의 형성을 회피하게 한다.

제 1 도 및 2 도에서 알 수 있는 바와같이, 용착부의 표면 처리 이후에 탄소강부분 (2) 에서 만들어진 용착부 (1) 의 두께 " e " 는, 차후에 망간강부분에 용착부 (1) 를 용접하는 단계에 의해서 변경되지 아니한다.

따라서, 본 발명에 따른 방법은 재료 및 에너지의 소비를 감소시킴으로써 용접의 수행 비용을 실질적으로 감소시킬 수 있게 하고, 비이드의 형성 및 이에 따라서 비용이 많이 소요되는 비이드의 제거를 회피할 수 있게 하며, 무엇보다도, 본 발명에 따라서 오오스테노 페라이트강이 탄소강부분에 직접적으로 제공되기 때문에, 종래와 같이 부가적이며 비용이 많이 드는 오오스테나이트 또는 오오스테노 페라이트강으로 된 삽입체 또는 성형 부분을 사용할 필요가 없는 장점이 있다.

본 발명의 방법에 따라서 용착부 (1)에서 접합되는 탄소강부분 ( 2 ) 과 망간강부분 ( 3 ) 의 조립은 경도, 신장률, 강성 및 굽힘에서 훌륭한 기계적 특성을 나타낸다.

이러한 면에서, 독일의 DV 820 - 400 표준에 따라서 제 4 도에 도시된 바와같은 굽힘 시험이 수행되었다. 이러한 시험에서 크랙 ( crack ) 이 나타나지 아니하며, 반면에 잔류변형이 기준에서 요구되는 18 mm 의 캠버 ( camber ) 에 도달하는 것을 보여준다. 부호 (A) 는 시험중에 지지부 (4) 사이의 거리 ( 1 미터 ) 를 나타내며, 부호 (R) 은 수평을 나타내는 자이고, 부호 (B) 는 시험요소의 잔류 변형에 해당하는 18 mm 의 캠버를 나타낸다.

열차와 같은 구름 하중이 본 발명의 방법으로 얻어진 조립체로서의 레일을 통과할 때에 레일부분로서의 탄소강부분 (2) 과 접합에 의해 연결된 트랙부분으로서의 망간강부분 (3) 사이의 매우 얇은 용착부 (1) 의 두께 덕분에 용착부에서의 함몰의 위험성이 제거된다.

본 발명의 방법은 주로, 중량비로 12 - 14 % 의 망간을 지닌 망간강부분으로 된 트랙에 탄소강부분으로 된 레일을 접합하는데 적용될 수 있다.

본 발명에 따라 얻어진 트랙부분과 레일부분의 조립체들은 프랑스 및 제 외국에서 적용되는 광범위한 안전 기준을 충족시킨다.

본 발명은 청구범위에 기재된 기술적 사상에 따른 접합 방법 및 그에 의해 얻어진 조립체와 함께 본 발명의 구성요소와 기술적으로 균등한 모든 수단들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (15)

1. 적어도 하나의 탄소강부분을 300 - 600 ℃ 의 온도로 예열하는 단계, 상기 탄소강부분의 단부에 아래와 같은 조성을 갖는 오오스테노 - 페라이트 스테인리스강 ( austeno - ferritic stainless steel ) 을 용착하는 단계, 용착한 다음 즉시 용착된 단부를 갖는 탄소강부분을 제어하에 냉각시키는 단계, 상기 단계들에 의해 얻어진 용착부가 단부에 제공된 탄소강부분을 망간강부분에 용접하는 단계를 포함하며, 상기 오오스테노 - 페라이트 스테인리스강의 화학적 조성은,

   탄소 중량비로 0.025 - 0.035 %

   망간 중량비로 6 - 11 %

   규소 중량비로 0.5 - 1.5 %

   니켈 중량비로 5 - 8 %

   크롬 중량비로 17.5 - 20 %

   몰리브데늄 중량비로 〈 0.5 %

   니오븀 중량비로 0.25 - 0.35 %

   질소 최대 〈 700 ppm

   인 및 황 중량비로 ≤ 0.030 %

   이며, 계수법 ( counting ) 에 의해 측정된 델타 페라이트 ( delta ferrite ) 의 함량은 체적비로 5 내지 15 % 사이에 있는, 망간강부분을 다른 탄소강부분에 접합하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 탄소강부분의 단부에 오오스테노 - 페라이트 스테인리스강을 용착하는 것은 와이어로 MIG 용접공정과 TIG 용접공정중에서 선택된 공정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 망간강부분을 다른 탄소강부분에 접합하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제어된 냉각은 600℃로부터 상온까지의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 망간강부분을 다른 탄소강부분에 접합하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 제어된 냉각단계 이후에, 상기 탄소강부분의 단부에 제공된 용착부를 표면처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 망간강부분을 다른 탄소강부분에 접합하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 단부에 용착부를 지니는 탄소강부분은 전자 비임 용접과 레이저 비임 용접에서 선택한 용접기술에 의해 망간강부분에 용접되는 것을 특징으로 하는 망간강부분을 다른 탄소강부분에 접합하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 용접단계 이전에, 탄소강부분상에서 오오스테노 - 페라이트 스테인리스강의 용착은 1 내지 20 밀리미터 범위의 두께로 수행되는 것을 특징으로 하는 망간강부분을 다른 탄소강부분에 접합하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기의 용착의 두께는 1 내지 10 밀리미터의 범위내인 것을 특징으로 하는 망간강부분을 다른 탄소강부분에 접합하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 오오스테노 - 페라이트 스테인리스강의 화학적 조성은,

   탄소 중량비로 0.030 %

   망간 중량비로 6.20 %

   규소 중량비로 0.80 %

   니켈 중량비로 7.90 %

   크롬 중량비로 18.20 %

   몰리브데늄 소량

   니오븀 중량비로 0.30 %

   질소 최대 〈700 ppm

   인 및 황 중량비로 ≤ 0.030 %

   이며, 이것의 델타 페라이트 함량은 체적으로 6 내지 10 % 사이에 있는 것을 특징으로 하는 망간강부분을 다른 탄소강부분에 접합하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 오스테노 - 페라이트 스테인리스강을 탄소강부분에 용착하는 것은 전극에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 망간강부분을 다른 탄소강부분에 접합하는 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 탄소강부분은 궤도의 트랙 레일부분이며 망간강부분은 트랙부분인 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제1항에 따른 접합방법에 의해 얻어진 적어도 하나의 망간강부분과 탄소강부분의 조립체.
12. 제9항에 있어서, 상기 제어된 냉각은 600℃ 로부터 상온까지의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 망간강부분을 다른 탄소강 부분에 접합하는 방법.
13. 제9항에 있어서, 제어된 냉각단계 이후에, 상기 탄소강부분의 단부에 제공된 용착부를 표면처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 망간강부분을 다른 탄소강부분에 접합하는 방법.
14. 제9항에 있어서, 상기 전극은 오스테노 - 페라이트 스테인리스강으로 이루어진 것을 특징으로 하는 망간강부분을 다른 탄소강부분에 접합하는 방법.
15. 제2항에 있어서, 상기 와이어는 오스테노 - 페라이트 스테인리스강으로 이루어진 것을 특징으로 하는 망간강부분을 다른 탄소강부분에 접합하는 방법.