KR100276296B1 - 청정성이 우수한 저항용접용강재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저항용접용 강재에 관한 것으로써, 그 목적은 청정성이 우수한 저항용접용 강을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 저항 용접용 강재에 있어서, 중량%로 C:0.2% 이하, Si:0.8% 이하, Mn:2.0% 이하, P:0.035% 이하, S:0.035% 이하, Al:0.05% 이하와 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되고, Mn/Si 비가 5-8 범위로 구성됨을 특징으로 하는 청정성이 우수한 저항 용접용 강재에 관한 것을 기술적 요지로 한다.

Description

청정성이 우수한 저항용접용 강재

본 발명은 파이프 등의 용접에 적용되고 있는 저항용접용 강재에 관한 것으로서,

보다 상세하게는 청정성이 우수한 저항용접용 강재에 관한 것이다.

통상 저항용접은 접합하고자 하는 두 금속을 가압 접촉시킨 다음 큰 전류를 통하고, 그 접촉 저항으로 발생되는 열로 가열하여 접합부를 용접하는 것으로서, 용접부 형성방법에 따라 용융압접방식, 소성유동방식, 비용융압접방식으로 분류된다.

상기 용융압접방식은, 피접합체의 용접면을 가열용융시킨 후 가압하고 용접하는 것으로서, 용융층을 매개로 하기 때문에 용접부에서 불순물인 산화물을 비교적 잘 미세분산시켜 접합부가 청정하므로 가장 널리 사용된다. 그러나, 용융압접방식으로 용접하더라도 용접부에서 산화물형성을 완전히 억제 할 수는 없다. 그 이유는, 일반적으로 저항용접용 강재에는 산화물억제효과를 높이기 위하여 탈산원소인 Si, Mn, Al 등이 함유되어 있는데, 저항용접시 용융금속에 있는 탈산원소들이 대기중의 산소와 산화되어 슬래그가 되면 상기 슬래그중 일부는 압접과정에서 빠져나가지 못하고 용접부에 협착되기 때문에 용접부에 불순물인 산화물이 남아있는 것이다.

이와 같이 형성되는 산화물은 용접부의 기계적 특성을 크게 떨어뜨리며 청정한 용접부를 얻기 위하여 억제해야할 필요성이 커지고 있다.

이에, 본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 저항용접에 사용되는 강재중 산화물 형성원소를 확실히 제어함으로써 청정성이 우수한 저항용접용 강재를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

도1은 용접부 산화물의 SiO₂함량과 산화물 면적과의 관계를 나타내는 그래프.

도2는 SiO₂- MnO-FeO 3원계 산화물의 용융온도를 나타내는 그래프.

도3은 강재의 Mn/Si 중량비와 용접부 산화물의 SiO₂함량과의 관계를 나타내는 그래프.

도4는 강재의 Mn/Si 중량비와 용접부 산화물의 면적을 나타내는 그래프.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 저항 용접용 강재에 있어서, 중량%로 C:0.2% 이하, Si:0.8% 이하, Mn:2.0% 이하, P:0.035% 이하, S:0.035% 이하, Al:0.05% 이하와 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되고, Mn/Si 중량비가 5-8 범위로 구성됨을 특징으로 하는 청정성이 우수한 저항 용접용 강재에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

우선, 본 발명자들은 저항용접시 용접부에서의 산화물 거동을 살펴보기 위해 저항용접방법의 일종인 업셋-버트(upset-butt)용접을 실시하고, 용접부에 형성되는 산화물중 SiO₂성분의 량과 용접부에서 산화물면적의 차지하는 비율을 측정하였다.

상기 측정치가 갖는 의미는, 산화물 슬래그중에 SiO₂양이 적을수록 슬래그와 용융금속간의 계면장력이 커져서, 슬래그가 용융금속으로부터 쉽게 분리되어 가압과정중 슬래그가 잘 배출되고 용접부에서 산화물면적을 줄일 수 있다는 사실을 확인하는 것이다. 도1은 그 결과를 나타낸 것으로서, SiO₂성분이 증가할수록 산화물 면적율이 감소하다가 재차 증가함을 알 수 있다. 이는 압전과정중 슬래그 배출은 슬래그와 용융금속간의 계면장력에 크게 의존하지 않음을 알 수 있다.

따라서, 본 발명자들은 일반적으로 알려진 산화물거동을 근거로 한 산화물억제 방법은 청정한 용접부를 얻는데 그 한계가 있으므로, 슬래그의 용융온도가 낮을수록 용접냉각과정중 슬래그가 액상으로 존재하여 고상으로 존재하는 것보다는 상대적으로 압접시 배출이 쉬우므로 용접부에서 산화물 억제효과가 크다는 연구에 입각하여 본 발명을 제안한 것으로서, 용융온도가 낮은 슬래그를 형성하도록 강재의 조성을 제어하는데 본 발명의 특징이 있고, 그 한정 범위를 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 발명의 조성중 C는 0.2% 이상이면 강도가 지나치게 높게되어 용접전에 행하는 성형이 어렵게 되므로 그 함량을 0.2% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Si, Mn은 저항용접시 탈산원소임과 동시에 C와 마찬가지로 강화원소이므로 성형성을 고려하여 Si는 0.8%이하, Mn은 2.0% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

S는 강중에서 MnS 등을 형성하여 강의 청정도를 떨어뜨리므로 그 함량을 0.0035%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Al은 강 제조시 용강상태에서 탈산을 위하여 부득이 첨가되는데 탈산 후 강중에 잔류하는 Al이 0.05 중량% 이상이면 용접과정에서 형성되는 산화물이 주성분이 SiO₂, MnO 및 FeO 가 아닌 SiO₂-MnO-FeO-Al₂O₃로 되어 본 발명의 의도를 달성할 수 없으므로, Al은 0.05 중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

이상의 성분계는 본 발명이 요구하는 강재의 기본 조건이며, 상기와 같이 조성된 강재를 모재로 한 저항용접시 용접부에는 SiO2- MnO-FeO 3원계가 산화물의 주성분을 이루므로 상기 3원계 산화물의 용융온도를 낮추기 위한 방법으로 강재의 조성중 Mn/Si 중량비를 제어하는 것이 중요하다.

도2에는 SiO₂- MnO-FeO 3원계 산화물의 용융온도를 나타내었는데, 도2에 나타난 바와 같이, 조성에 따라 산화물의 용융온도가 다르다. 하지만, 산화물 성분중 SiO₂의 영향이 가장 커서 SiO₂가 몰분율로 0.32-0.40(중량%로 29-36%)의 범위에서 용융온도가 대략 1200-1300℃로 가장 낮은 온도를 나타낸다. 즉, SiO₂가 몰분율로 0.32-0.40를 갖는 조건을 설정하면 본 발명의 의도를 달성할 수 있으므로 각 산화물이 중량%에 가장 큰 영향을 미치는 Mn, Si량을 조정할 필요가 있다. 따라서, Mn과 Si의 영향을 동시에 나타내는 변수로 Mn/Si 중량비를 채택하여, Mn/Si 중량비가 5-8이 되면, SiO₂가 중량%로 29-36%가 되므로 산화물의 용융온도가 가장 낮아진다.

한편, 저항 용접시 용접부에 나타나는 산화물은 강중에 존재하는 탈산원소들의 복합산화물이다. 따라서, 본 발명에서와 같은 SiO₂- MnO-FeO 3원계 산화물을 형성하기 위해서는 Si, Mn, Al 이외의 탈산원소가 모재에 함유되지 않도록 하여야 한다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

중량%로 C:0.08%,, P:0.01%, S:0.007%, Al:0.03%와 Fe 및 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 성분에 Si와 Mn를 하기 표 1과 같이 하여 Mn/Si비가 3-11로 변화시켜 최종 조성으로 하고, 진공 유도로에서 강을 제조하였다. 상기 강을 고주파유도가열장치를 사용하여 약 1500℃의 온도에서 가열하고, 가압력을 약 30Kg으로 업-셋(up-set)용접을 하였다. 용접후 용접부에 나타나는 산화물중 SiO₂와 강재의 Mn/Si비와 산화물의 총 개수와 면적비율을 측정하고, 그 결과를 표 1과 도2와 3에 각각 나타내었다. 상기 산화물의 총 개수와 면적비율은 영상분석장치를 이용하여 측정하였다.

[표 1]

상기 표1에서 나타난 바와 같이, SiO₂함량(%)가 28-36%를 만족하는 발명예(1-2)는 Mn/Si비가 5-8 정도로 산화몰 분율이 2.4이하로 용접저항부에서 산화물 억제 효과가 큰 것을 알 수 있었다. 반면에, Mn/Si비가 5이하인 비교예(1)은 산화몰 분율이 2.9% 나타났고, Mn/Si비가 8 이상인 비교예(2-3) 또한 산화몰 분율이 2.9% 이상을 나타내었다.

상기의 Mn/Si의 비와 용접부 산화물의 SiO₂함량의 관계를 그래프로 나타낸 도3를 보면은 SiO₂함량(%)가 28-36%를 만족하는 Mn/Si비는 5-8 임을 알 수 있었다.

또한, 강재의 Mn/Si와 용접부 산화물의 면적을 나타내는 그래프 도4를 보면은 Mn/Si 비가 5-8인 범위에서 산화물 면적분율이 적고, 청정성이 우수함을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 저항용접용 강재의 조성을 적절히 제어함으로써, 저항용접시 용접부에서 산화물억제 효과가 크고 청정성의 우수하므로, 상기 제공된 강은 저항 용접용강에 적용될 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 저항 용접용 강재에 있어서, 중량%로 C:0.2% 이하, Si:0.8% 이하, Mn: 2.0% 이하, P:0.035% 이하, S:0.035% 이하, Al:0.05% 이하와 Fe 및 불가피하게함유되는 불순물로 조성되고, Mn/Si 비가 5-8 범위로 구성됨을 특징으로 하는 청정성이 우수한 저항 용접용 강재