KR100262212B1 - 연강과 스테인레스강의 확산접합방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연강과 스테인레스강의 접합시에 최소의 접합조건에서 접합이 이루어질 수 있도록 함으로써 경제성을 향상시킬 수 있는 연강과 스테인레스강의 확산접합방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 접합시킬 표면의 초기접합계면을 형성할 수 있는 최소압력만을 가한 후 접합온도와 접합시간에 따른 금속원자의 확산과 크립변형에 의해 접합이 이루어지는 연강과 스테인레스강의 확산접합방법에 있어서, 스테인레스강(1)과 연강(2)의 접합면을 각각 0.6㎛로 연마하고 세정하는 연마세정단계(S1)와, 상기 연마세정단계(S1)에서 각각 연마세정된 상기 스테인레스강(1)과 상기 연강(2)의 접합면들이 외부로 노출되지 않도록 접합계면 주위를 용접하는 용접단계(S2)와, 상기 용접단계(S2)에서 결합된 상기 스테인레스강(1)과 상기 연강(2)을 가압하여 접합하는 접합단계(S3)를 포함하며 , 상기 스테인레스강(1)과 상기 연강(2)의 접합이 이루어질 수 있는 최소조건은 800℃의 접합온도에서 1kg/㎟의 접합압력으로 30분 동안의 집합시간을 유지해야 하는 것을 특징으로 하는 연강과 스테인레스강의 확산접합방법 이 제공된다.

Description

연강과 스테인레스강의 확산접합방법

본 발명은 연강과 스테인레스강의 확산접합방법에 관한 것이며, 특히, 항공산업, 원자력 발전소의 압력용기 등에 많이 사용될 수 있도록 연강과 스테인레스강을 접합시켜 이종금속접합강을 제작하는 연강과 스테인레스강의 확산접합방법에 관한 것이다.

현대공업의 급속한 발전에 따라 이에 필요한 재료도 많은 발전을 하였고 재료의 종류도 다양해져서 적당한 재료의 선택이 문제가 될 뿐만 아니라 이에 부응할 수 있는 여러 가지 성질들의 재료개발이 필요하게 되었다. 예를 들어, 강도와 연성을 동시에 갖으면서도 무게가 가벼운 재료, 또는 내열성, 전열성 등 기계적 ·물리적 성질의 성능을 향상시킬 수 있는 신소재가 절실히 요구되고 있는 실정이다. 이런 요구에 따라 이종금속을 서로 결합시켜 각각의 재료가 갖는 장점, 즉, 가공성을 향상시키고 경량화시킬 수 있으며 제조단가를 줄일 수 있는 등의 장점을 동시에 갖는 재료를 제작하기 위한 연구가 진행되고 있다. 이렇게 이종금속을 접합하기 위한 방법에 있어서, 확산접합은 모재의 고상선(solidus line)이하의 온도에서 적절한 압력을 가하여 두 재료를 접합시키는 일종의 고상상태접합으로서 접합시키고자 하는 두 재료를 직접 접합시키는 방법과 접합계면간에 삽입금속을 삽입시켜 접합시키는 방법 등이 있으며, 본 발명에서는 두 재료를 직접 접합시키는 방법에 관한 것이다.

이런 확산접합은 고상상태접합 중에서도 접합시 두 금속의 변형을 최소화하여 접합 후 재가공의 공정을 절감할 수 있다는 장점을 갖는 접합방법으로 단지 접합시킬 표면의 초기접합계면을 형성할 수 있는 최소압력만을 가한 후 접합온도와 접합시간에 따른 금속원자의 확산과 크립변형에 의해 접합이 이루어진다. 따라서, 동일 접합조건에서는 표면거칠기가 미세할수록 접합면적이 증가하게 되므로 접합강도는 증가하게 된다.

이런 확산접합의 접합성능에 영향을 미치는 주요인자는 표면거칠기, 접합온도, 접합시간, 접합압력 등이 있으며, 특히, 접합온도와 접합압력 및 표면거칠기가 접합성질에 가장 큰 영향을 미친다.

본 발명은 연강과 스테인레스강의 접합시에 최소의 접합조건에서 접합이 이루어질 수 있도록 함으로써 경제성을 향상시킬 수 있는 연장과 스테인레스강의 확산접합방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도1은 본 발명의 한 실시예에 따른 연강과 스테인레스강의 확산접합방법을 설명하기 위한 흐름도이고,

도2는 도1에 도시된 연강과 스테인레스강의 확산접합방법을 수행하기 위해 사용되는 시험편을 도시한 사시도이고,

도3은 도1의 방법에 의해 제작된 이종금속접합강의 표면거칠기와 접합강도의 관계를 도시한 그래프이며,

도4는 도1의 방법에 의해 제작된 이종금속접합강의 접합온도와 접합강도의 관계를 도시한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 스테인레스강 2 : 연강

3 : 용접부 S1 : 연마세정단계

S2 : 용접단계 S3 : 접합단계

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 접합시킬 표면의 초기접합계면을 형성할 수 있는 최소압력만을 가한 후 접합온도와 접합시간에 따른 금속원자의 확산과 크립변형에 의해 접합이 이루어지는 연강과 스테인레스강의 확산접합방법에 있어서, 스테인레스강과 연강의 접합면을 각각 0.6㎛로 연마하고 세정하는 연마세정단계와, 상기 연마세정단계에서 각각 연마세정된 상기 스테인레스강과 상기 연강의 접합면들이 외부로 노출되지 않도록 접합계면 주위를 용접하는 용접단계와, 상기 용접단계에서 결합된 상기 스테인레스강과 상기 연강을 가압하여 접합하는 접합단계를 포함하며, 상기 스테인레스강과 상기 연강의 접합이 이루어질 수 있는 최소조건은 800℃의 접합온도에서 1kg/㎟의 접합압력으로 30분 동안의 접합시간을 유지해야 하는 것을 특징으로 하는 연강과 스테인레스강의 확산접합방법이 제공된다.

아래에서, 본 발명에 따른 연강과 스테인레스강의 확산접합방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도1은 본 발명의 한 실시예에 따른 연강과 스테인레스강의 확산접합방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도2는 도1에 도시된 연장과 스테인레스강의 확산접합방법을 수행하기 위해 사용되는 시험편을 도시한 사시도이고, 도3은 도1의 방법에 의해 제작된 이종금속접합강의 표면거칠기와 접합강도의 관계를 도시한 그래프이며, 도4는 도1의 방법에 의해 제작된 이종금속접합강의 접합온도와 접합강도의 관계를 도시한 그래프이다.

도1 및 도2를 탐조로 하여, 연강(mild steel)과 스테인레스강(stainless steel)을 접합시켜 이종금속접합강을 제조하는 확산접합방법을 설명하겠다.

먼저, C 0.07 wt%, Si 0.55, Mn 1.09, P 0.029, S 0.009, Ni 8.49, Cr 18.29 및 그 나머지는 Fe가 함유되어 있으며 직경과 길이가 각각 25㎜인 스테인레스강(1)과, C 0.18 wt%, Si 0.01, Mn 0.49, P 0.013, S 0.008, Al 0.041 및 그 나머지는 Fe가 함유되어 있으며 직경과 길이가 각각 25㎜인 연강(2)을 준비한다. 이렇게 연강(2)과 스테인레스강(1)이 준비되면, 접합시킬 표면을 여러 종류의 표면거칠기를 갖도록 폴리싱(polishing)하고 아세톤으로 탈지하여 표면을 아주 청정한 상태로 유지하는 연마세정단계(S1)를 수행한다.

그런 다음, 연강(2)을 하면에 위치하고 그 상부면에 스테인레스강(1)을 배치한 다음, 접합계면 주위를 미그(MIG) 또는 티그(TIG)용접법으로 완전히 밀폐시켜 외부와의 공기흐름을 차단시켜서 용접부(3)를 형성하는 용접단계(52)를 수행한다.

이렇게 연강(2)과 스테인레스강(1)의 접합표면이 용접에 의해 완전히 밀폐되면, 이것을 노(furnace)내에 배치하고 유압프레스기를 사용하여 접합하는 접합단계(S3)를 실시하게 된다.

앞서 설명한 바와 같은 과정에 의해 접합된 이종금속접합강(연강-스테인레스강)을 실험한 결과치가 도3 및 도4에 도시되어 있다.

도3은 여러 종류의 표면거칠기를 갖는 이종금속접합강(연강-스테인레스강)을 접합온도 900℃, 접합압력 1kg/㎟에서 30분 동안의 접합시간을 유지한 후에 표면거칠기와 접합강도의 관계를 나타낸 것으로서 , 표면거칠기가 미세할수록 접합강도가 증가된다는 것을 알 수 있다. 또한, 도3에 도시된 바와 같이 이종금속접합강(연강-스테인레스강)을 접합시키기 위한 최대표면거칠기는 0.6㎛이고, 그 이상의 표면거칠기에서는 상기 연강(2)과 스테인레스강(1)은 접합되지 않는다는 것을 알 수 있다.

또한, 도4는 표면거칠기가 0.6㎛인 이종금속접합강(연강-스테인레스강)을 접합압력 1kg/㎟에서 30분 동안의 접합시간을 유지하면서 접합온도와 접합강도의 관계를 나타낸 것으로서, 접합온도가 증가할수록 접합강도가 증가된다는 것을 알수 있다. 또한, 도4에 도시된 바와 같이 연강(2)과 스테인레스강(1)을 접합시키기 위한 최소온도는 800℃이며 , 그 이하의 온도에서는 상기 연강(2)과 스테인레스강(1)은 접합되지 않는다는 것을 알 수 있다.

즉, 도3 및 도4에 도시된 실험 결과치에 따르면, 연강(2)과 스테인레스강(1)을 서로 접합시키기 위한 최소조건은 접합면을 각각 0.6㎛로 연마하고 800℃의 접합온도에서 1kg/㎟의 접합압력으로 30분 동안 가압하는 것이다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 연강과 스테인레스강의 확산접합방법에 의해 제작된 이종금속접합강은 최소의 접합조건에서 접합이 이루어질 수 있으므로 이로 인해 비용절감 효과가 매우 우수하다.

이상에서 본 발명의 연강과 스테인레스강의 확산접합방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (1)

1. 접합시킬 표면의 초기접합계면을 형성할 수 있는 최소압력만을 가한 후 접합온도와 접합시간에 따른 금속원자의 확산과 크립변형에 의해 접합이 이루어지는 연강과 스테인레스강의 확산접합방법에 있어서, 스테인레스강(1)과 연강(2)의 접합면을 각각 연마하고 세정하는 연마세정단계(S1)와, 상기 연마세정단계(S1)에서 각각 연마세정된 상기 스테인레스강(1)과 상기 연강(2)의 접합면들이 외부로 노출되지 않도록 접합계면 주위를 용접하는 용접단계(S2)와, 상기 용접단계(S2)에서 결합된 상기 스테인레스강(1)과 상기 연강(2)을 가압하여 접합하는 접합단계(S3)를 포함하며, 상기 스테인레스강(1)과 상기 연강(2)의 접합이 이루어질 수 있는 최소조건은 접합면을 각각 0.6㎛로 연마하고 800℃의 접합온도에서 1kg/㎟의 접합압력으로 30분 동안의 접합시간을 유지해야 하는 것을 특징으로 하는 연강과 스테인레스강의 확산접합방법.

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