KR100365646B1

KR100365646B1 - 내식성 클래드 강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100365646B1
Application number: KR1020000071864A
Authority: KR
Inventors: 정주용
Original assignee: 정주용
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2002-12-26
Also published as: CN1355098A; CN1209241C; JP2002239741A; KR20020042108A; TW494039B

Abstract

본 발명은 내식성 클래드 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 이종 금속간에 기계적 접합력이 우수한 내식성 클래드 강판의 제공에 관한 것이다.

본 발명은 탄소강판의 편면 또는 양면에 바인더로서 철 또는 니켈을 주성분으로 하는 비정질 합금의 박판 스트립을 가접합한 후 그 위에 니켈, 티타늄 등 내식성 금속판을 놓고 저항심용접하여 접합하거나, 탄소강판의 편면 또는 양면에 제1바인더로서 철 또는 니켈을 주성분으로 하는 비정질 합금의 박판스트립을 가접하고, 다시 상기 비정질 합금의 박판 스트립위에 제2바인더로서 니켈 또는 스테인리스, 구리합금의 박판스트립을 가접한 후 그 위에 니켈, 티타늄 등 내식성 금속판을 놓고 저항심용접하여 내식성 클래드 강판을 제조하는 것을 그 특징으로 하는 방법과 동 방법으로 만들어진 내식성 클래드 강판을 제공한다.

Description

내식성 클래드 강판 및 그 제조방법{CORROSION RESISTANCE CLAD METAL PLATE AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 내식성 클래드 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 이종 금속간에 기계적 접합력이 우수한 내식성 클래드 강판에 관한 것이다.

일반의 금속과는 달리 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 탄탈늄(Ta), 니오브(Nb) 및 니켈합금 등의 내식성소재는 용접도 잘 안될 뿐 아니라 매우 고가여서 산업일반에서 많이 사용되지 않는 것이 사실이지만 이러한 금속이 가지는 내식성, 경량성,우수한 강도등의 이유로 그 사용처는 사실 제한적이긴 하나 매우 다양한 분야에 쓰이고 있다. 특히, 화학플랜트류, 환경설비등 우수한 내식성 소재를 요구하는 분야에서는 저렴한 탄소강판에 내식성 소재가 접합된 클래드 강판이 많이 사용되고 있는데 이러한 클래드 강판이 사용되는 이유는 전체적으로 경제적 일뿐만 아니라 편리한 사용은 물론 그 이용가치가 매우 크기 때문이다. 이와같은 클래드 강판은 여러 가지 방법에 의해 제조되고 있는데 대표적인 것으로는 열간 압연에 의한 롤본드 클래드와 폭발용접에 의한 폭접 클래드 및 저항심용접방법에 의한 클래드를 들수 있다.

열간압연에 의한 롤본드 클래드 판의 제작기술은 내식성이 우수한 니켈합금이나 니켈-구리 합금 또는 티타늄 합금으로된 내식성합금 층과 모재인 탄소강을 동시에 가열하여 고온에서 롤러로 열간압연하여 제작하는 기술이며 제조비용이 고가인 문제가 있다.

폭발용접에 의한 클래드 제작은 상기 열간 압연에 의한 롤본드 클래드와는 달리 접합을 위하여 화약의 폭발력을 이용한다는 점이며 롤본드 클래드 보다는 접합력이 약간 우수한 편이나 제작비용이 롤본드 보다 더 고가이고 폭발에 의한 위험부담이 많고 제작기간, 제작크기의 한계 등의 많은 문제점을 가지고 있다.

이러한 문제점을 좀더 경제적이고 간편하게 해결할 목적으로 저항심용접으로 접합하는 방법이 개발되었는데 저항심용접은 용접하고자 하는 금속에 큰 전류를 통과시켜 이때 발생하는 전기저항에 의한 열을 이용하여 용접하는 방법으로 제임스 주울(James Joule)에 의하여 발명된 원리를 이용한 기술이다. 이러한 저항심용접에의해 이종금속을 접합하는 기술로 여러 가지 방법이 소개되어 있는데 그 중 대표적인 기술로 탄소강판과 내식성의 니켈합금강판 또는 티타늄강판 등의 사이에 구리 및 스텐레스 합금의 박 또는 망으로된 바인더를 삽입하여 저항심용접 하는 방법을 들수있다. 그러나 이러한 방법 역시 접합력이 약하여 많이 사용되지 못하는 문제가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로 내식성 소재와 탄소강으로된 이종금속 간의 접합력이 우수하면서도 경제적으로 저렴한 클래드 강판 및 그 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

제 1 도는 본 발명에 의한 내식성 클래드 강판이 원형 전극을 가진 저항심용접장치에서 용접되는 과정을 나타낸 모식도이다.

제 2 도는 본 발명에 의하여 완성된 클래드 강판의 단면 사시도이다.

* 도면중 중요한 부분에 대한 부호설명 *

1.모재 2.비정질의 박판스트립(바인더1)

3.니켈 박판스트립(바인더2) 4.내식성 금속판

5.저항심용접용 전극 6.저항심용접비드

본 발명은 탄소강판의 편면 또는 양면에 바인더로서 철 또는 니켈을 주성분으로 하는 비정질 합금의 박판 스트립을 가접한 후 그 위에 니켈, 티타늄 등 내식성 금속판을 놓고 저항심용접하여 접합하거나,

탄소강판의 편면 또는 양면에 제1바인더로서 철 또는 니켈을 주성분으로 하는 비정질 합금의 박판스트립을 가접하고, 다시 상기 비정질 합금의 박판 스트립위에 제2바인더로서 니켈 또는 스테인리스 또는 구리합금의 박판스트립을 가접한 후,

그 위에 니켈, 티타늄 등 내식성 금속판을 놓고 저항심용접하여 내식성 클래드강판을 제조하는 것을 그 특징으로 한다.

이하에 본발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 내식성의 소재와 모재(주로 탄소강) 사이에 철 또는 니켈을 주성분으로 하는 비정질합금의 스트립의 박판을 중간층의 바인더로 사용함으로서 비정질합금이 갖는 특성을 활용하여 이종금속간의 접합을 가능케 하면서도 접합력이 우수한 클래드 강판을 제조하고자 하였다.

본 발명에서 Fe계 비정질합금과 Ni계 비정질합금을 제1바인더로 사용한 것은 Fe계 또는 Ni계 비정질합금은 구조상 결정에서 볼 수 있는 미끄럼계가 존재 하지 않고 랜덤한 원자배치에 따라 자유체적이 존재하므로 강도가 높은 반면 연성도 풍부할뿐아니라 전기저항이 높아 저항심 용접시 높은 열을 발생하여 우수한 접합력을 갖을수 있기 때문이다.

즉, 철계 비정질 박판스트립은 일반의 재료보다 전기저항이 높고 연성 및 유동성도 좋아서 저항심용접하는 경우 재료의 형상이나 표면의 형태에 관계 없이 접합이 가능할뿐 아니라, 또한 상온에서는 불안정한 구조이지만 300∼500℃ 부근에서 결정화가 이루어지기 때문에 대략 1000℃ 이상의 열이 가해지는 저항심용접을 행하는 경우 용접부위가 안정한 구조를 이루게 되어 우수한 접합력과 기계적 강도를 갖는다.

이보다 더욱 우수한 접합력과 함께 기계적 강도가 우수한 클래드를 얻기위하여 제1바인더 위에 니켈이나 스테인레스 등의 강도가 높은 제2바인더를 동시에 적층하여 저항심용접 하므로서 강도가 높은 이종금속 간의 클래드 강판을 제조할 수도 있다.

본 발명의 클래드 제조는 그림1에 나타난 바와 같이 비정질로 된 스트립박판위에 니켈등 내식성 합금의 스트립박판을 적층하여 내식성금속판과 모재 사이에 넣어 저항심용접하여 제조한다. 이와 같은 방법에 의하면 기존의 방법, 즉 니켈합금 스트립박판만으로 저항심용접한 것이나 니켈합금 박판 위에 철망, 구리망, 스텐레스망 등을 적층한 후 저항심용접하는 방법 등 과거의 방법보다 월등한 접합력을 가지게 되는 것이다. 이때 저항심용접의 조건은 내식성소재와 바인더 및 탄소강 소재의 재질 및 두께등에 따라서 그 가압력, 전류 및 시간 등을 적절히 조절하여 최적의 용접조건을 도출할 수 있다.

본 발명의 이러한 구성은 비단 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 탄탈늄(Ta), 니오브(Nb) 및 니켈등의 내식성 소재를 탄소강에 접합시키는 것 뿐 아니라 내식성 소재와 스테인레스강 또는 구리, 알미늄 등과의 접합도 가능할 수 있으며 니켈합금과 탄소강, 구리합금과 탄소강 등 여타의 다른 이종소재 간의 접합도 가능하게 할 수 있는 것이다.

또한 비정질의 철계박판스트립 사용시에 철(Fe)이외에 붕소(B)나 실리콘(Si)등의 원소가 추가된 스트립박판을 사용함으로서 용접시의 유동성을 향상시켜 접합강도 증가 효과를 기대 할 수 있고, 접합력과 기계적 강도를 향상시키기 위하여 제1바인더와 제2바인더를 다수개 적층하여 저항심용접 할 수도 있으며, 바인더위에 용접시의 제반효과를 높이기 위하여 플럭스를 도포하는 것도 가능하다.

(실시예 1)

모재로 두께 6mm의 탄소강(SS400)과 내식성소재로 두께 1.6mm의 티타늄 사이에 여러 가지 바인더를 포개놓고 저항심용접기에서 가압력 2kg/mm², 용접전류 15000∼40000A, 통전시간 5∼10, 휴지시간 5∼10의 조건으로 접합하여 클래드 강판을 얻었다. 표 1 은 본 발명의 방법과 기존의 여러 가지 방법으로 제조된 티타늄 클래드의 기계적 강도를 비교한 것이다. 표 1에의하면 본발명에 의한 것이 종전의 제품에 비하여 우수한 전단강도를 갖는 것으로 나타나 있다.

티타늄 클래드 기계적 강도 비교
구분	내식성금속	바인더1	바인더2	전단강도 (Kg/mm²)	인장강도 (Kg/mm²)	항복강도 (Kg/mm²)	비고
저항심용접(본 발명)	Ti-Gr.2	Amorphous Fe-strip	Ni-strip	20.5	47.5	35.6
	Ti-Gr.2	Amorphous Fe-strip	Stainless-strip	19	47	35
	Ti-Gr.2	Amorphous Fe-strip	-	17.8	46.2	33
저항심용접 (기존방법)	Ti-Gr.2	Cu-net	Ni-strip	15.2	45	30
	Ti-Gr.2	Fe-net	Ni-strip	15.2	45	30
	Ti-Gr.2	Stainless-net	Ni-strip	16	47	32
롤본드	Ti-Gr.2	-	-	14.8	45	-
폭발용접	Ti-Gr.2	-	-	15	45	-
국제규격 JIS 0601	Ti-Gr.2+SS400	-	-	≥13.98	≥39.18	-
저항심용접 (본 발명)	Ti-Gr.1	Amorphous Fe-Strip	Ni-strip	18.4	40.0	30.5
저항심용접 (본 발명)	Ti-Gr.1	Amorphous Fe-Strip	Stainless-strip	17.5	41.0	30.8
저항심용접 (기존방법)	Ti-Gr.1	Cu-net	Ni-strip	14	39	27.3
	Ti-Gr.1	Fe-net	Ni-strip	14	39	27
	Ti-Gr.1	Stainless-net	Ni-strip	16	40	28
롤본드	Ti-Gr.1	-	-	14.5	40	-

* 모재 SS400 두께 6mm/ 티타늄 두께 1.6mm

(실시예 2)

내식성소재로 니켈 및 니켈합금을 사용하여 본발명과 기존방법등에 의하여 클래드 강판을 제조하였다. 그 결과 본발명에 의한 것이 기존의 니켈 스트립만을 사용한 것 보다 우수한 접합강도를 얻을 수 있는 것으로 다음 표2에 나타나 있다.

니켈 및 니켈합금 클래드 기계적 강도 비교
구분	내식성금속	바인더1	바인더2	전단강도 (Kg/mm²)	인장강도 (Kg/mm²)	항복강도 (Kg/mm²)	비고
저항심용접 (본 발명)	Ni200	Amorphous Ni-strip	Ni-strip	30	54	33
	Ni400	Amorphous Ni-strip	Stainless-strip	30	51	33
	C-276	Amorphous Ni-strip	Ni-strip	36	58	38.7
	Ni200	Amorphous Ni-strip	-	28.5	52.2	30.3
	Ni400	Amorphous Ni-strip	-	28.5	49.7	30.3
	C-276	Amorphous Ni-strip	-	33.7	57.3	36
저항심용접 (기존방법)	Ni200	-	Ni-strip	25.5	51	28.9
	Ni400	-	Stainless-strip	26	50	30
	C-276	-	Ni-strip	30	54	35.7
국제기준 ASTM A265				≥14.06	≥49.21	≥28.12

* 모재 SS400 두께 6mm/ 내식성금속 두께 1.6mm

(실시예 3)

내식성소재로 지르코늄, 탄탈늄 및 니오브를 사용하여 본 발명 및 기존방법에 의하여 클래드 강판을 제조하였다. 표 3에서 나타난 바와 같이 본 발명에 의한 것이 티타늄 등과 유사한 강도를 보이고 있어 본 발명이 이러한 내식성 특수 금속의 클래드화에도 우수함을 알수 있다.

지르코늄, 탄탈늄 및 니오브 클래드 기계적 강도 비교
구분	내식성금속	바인더1	바인더2	전단강도 (Kg/mm²)	인장강도 (Kg/mm²)	항복강도 (Kg/mm²)	비고
저항심용접 (본 발명)	Zr702	Amorphous Fe-strip	Ni-strip	20.2	47.1	31.2
	Ta	Amorphous Fe-strip	Ni-strip	12.4	40	35
	Nb	Amorphous Fe-strip	Ni-strip	12.4	40	35
	Zr702	Amorphous Fe-strip	-	18.0	45.2	27.8
	Ta	Amorphous Fe-strip	-	10.6	38.1	31.6
	Nb	Amorphous Fe-strip	-	10.6	38.1	31.6
저항심용접 (기존방법)	Zr702	Cu-net	Ni-strip	15.2	45	30
	Ta	Cu-net	Ni-strip	10.5	35	30
	Nb	Cu-net	Ni-strip	11	34	30

* 모재 SS400 두께 6mm/ 내식성 금속 두께 1.0mm

본 발명의 실시예에서 나타난바와 같이 본 발명에 의한 방법으로 용접한 클래드가 기존의 방법보다는 진일보한 것임을 알수 있으며 특히 접합력과 직접적인 관계가 있는 전단강도에서는 단연 우수함을 알 수 있다.

본 발명에 의하면 대량생산 및 접합성 및 강도가 우수한 클래드 제작이 가능하므로 기존에 고가의 다른 내식성 클래드를 대체 하여 사용하거나, 내식성 장비등의 사용연한을 증가 시킬수 있을 뿐 아니라, 강도가 높으므로 설비를 제작함에 있어서는 부수적인 자재비 절감을 가져올 수 있어 종래의 내식성 소재보다 더욱 경제적이고 저변확대 적용이 기대되는 효과가 있다.

Claims

탄소강판의 편면 또는 양면에 제1바인더로서 철 또는 니켈을 주성분으로 하는 비정질 합금의 박판스트립을 가접한후,

그 위에 내식성 금속판을 놓고 저항심용접하여 접합하는 것을 특징으로 하는 내식성 클래드 강판의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 제1바인더로서 철 또는 니켈을 주성분으로 하는 비정질 합금의 박판 스트립 위에 제2바인더로서 니켈을 주성분으로 하는 박판스트립이 가접되어 있는 것을 특징으로 하는 내식성 클래드 강판의 제조방법.
제2항에 있어서,

상기 제2바인더는 스테인리스 또는 구리합금의 박판스트립인 것을 특징으로 하는 내식성 클래드 강판의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 내식성 금속판은 티타늄, 지르코늄, 탄탈늄, 니오브, 니켈, 구리 및 그 합금중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 내식성 클래드 강판의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1바인더 및 제2바인더에는 플럭스가 도포 되어 있는 것을 특징으로 하는 내식성 클래드 강판의 제조방법.
제2항에 있어서,

상기 제1바인더와 제2바인더가 다수개 교대로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 내식성 클래드 강판의 제조방법.
탄소강판의 편면 또는 양면에 내식성 금속판이 접합되어 있는 클래드 강판에 있어서,

탄소강판과 내식성금속판 사이에 제1바인더로서 철 또는 니켈을 주성분으로 하는 비정질 합금의 박판스트립이 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 클래드 강판.
제7항에 있어서,

상기 제1바인더로서 철 또는 니켈을 주성분으로 하는 비정질 합금의 박판스트립 위에 제2바인더로서 니켈을 주성분으로 하는 박판스트립이 더 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 클래드 강판.
제8항에 있어서,

상기 제2바인더는 스테인리스 또는 구리합금의 박판스트립인 것을 특징으로 하는 내식성 클래드 강판의 제조방법.
제7항 또는 제8항에 있어서,

상기 내식성금속판은 티타늄, 지르코늄, 탄탈늄, 나오브, 니켈, 구리 및 그 합금중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 내식성 클래드 강판의 제조방법.
제8항에 있어서,

상기 제1바인더와 제2바인더가 다수개 교대로 적층 되어 있는 것을 특징으로 하는 내식성 클래드 강판의 제조방법.