KR100376509B1 - 마르텐사이트계스테인레스강판의매쉬시임용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마르텐사이트계 스테인레스 강판의 매쉬시임 용접방법에 관한 것으로서, 마르텐사이트계 스테인레스 강판을 용접함에 있어서 용접시 용융된 후 냉각된 접합부를 가압하면서 가열하여 후열처리하므로서 접합부의 밀착성을 향상시킬 뿐만 아니라 용접부의 취성을 방지하고 또한 용접부의 조직이 모재와 유사한 조직을 갖도록 하는 마르텐사이트계 스테인레스 강판의 매쉬시임 용접방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 겹쳐진 선행 스트립과 후행 스트립을 움직이지 않도록 고정한 상태에서 상,하부 용접전극 휠을 회전이동시키면서 용접을 하는 마르텐사이트계 스테인레스 강판의 매쉬시임용접방법에 있어서,

상기 상,하부 용접전극 휠의 후방에 가열장치를 설치하여 상기 상,하부 용접전극 휠에서 용접된 접합부를 용접 후 5∼30초 범위내에서 450∼750℃로 가열하여 후열처리하는 마르텐사이트계 스테인레스 강판의 매쉬시임 용접방법을 그 요지로 한다.

Description

마르텐사이트계 스테인레스 강판의 매쉬시임 용접방법

본 발명은 마르텐사이트계 스테인레스 강판의 매쉬시임 용접방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용접된 접합부를 가압상태에서 가열하여 후열처리를 행하는 마르텐사이트계 스테인레스 강판의 매쉬시임 용접방법에 관한 것이다.

냉연박판코일과 같은 금속 스트립의 피용접재끼리를 접속하는 경우는 일반적으로 매쉬시임 용접이 이용되고 있다.

매쉬시임 용접법은 ,도 1에 나타난 바와 같이, 겹쳐진 선행 스트립(1a)과 후행 스트립(1b)을 움직이지 않도록 잘 고정한 상태에서 상,하부 용접전극 휠(4a),(4b)사이에서 가압시키고, 용접전원(2)으로 부터 변압기(3)을 거쳐 전류를 상,하부 용접전극 휠 (4a),(4b)에 공급하면서 상,하부 용접전극 휠 (4a),(4b)을 회전이동시키므로써 용접을 하는 방법이다.

스테인레스 강판은 탄소강에 비해서 열전도가 낮고 전기저항이 높기 때문에 단속전류의 공급(예를 들면 통전 2 사이클, 차단 1사이클)에 의한 방법이 채택되어 왔다. 그러나 이러한 방법은 용접에 걸리는 시간이 너무길어서 연속생산라인에서 채택하는데 많은 문제점이 있었다.

한편, Fe-Cr-C의 상태도로 부터 알 수 있는 바와 같이, 약 7%Cr 이상에서 Cr이 증가할수록 오오스테나이트상 안정화 온도구역이 작아지고, 순수 오오스테나이트 상은 0%C일 때 약 11.5%Cr, 0.05%C 일 때 약 12%Cr, 0.1%C일 때 13.5%Cr 그리고 0.2%C 일 때 15.5%Cr 이하에서 안정하다.

C은 Cr의 영향과 반대로 증가할수록 오오스테나이트 안정화 온도구간은 넓어지고 일정한 온도에서 C의 함량이 증가할수록 오오스테나이트 안정화구역은 높은 Cr쪽으로 확장된다.

그래서, 상업적인 마르텐사이트계(13%Cr강)스테인레스 강은 0.08%이상의 C(탄소)를 함유하고 있다. 실제적으로 모든 마르텐사이트계 스테인레스 강은 공냉시 오스테나이트에서 페라이트 및 탄화물 형태로 변태하지 않고 경한 마르텐사이트로 변태하는 자기경화강이다.

일반적인 마르텐사이트계 스테인레스 강의 상변태는 350℃ 부근에서 일어나며 Cr 및 C가 증가할수록 변태온도는 하락한다.

마르텐사이트계 스테인레스강을 용접하면 용접직후의 온도에 따라 용접부 및 열영향부의 조직은 마르텐사이트 혹은 마르텐사이트 + 균질한 오오스테나이트가 된다.

상기 균질한 오오스테나이트 함량은 용접직후 변태온도에 가까울수록 많아지며, 균질한 오오스테나이트 함량이 많아지는 경우에는 용접부 및 열영향부가 취성을 갖게된다.

한편, 종래의 매쉬시임 용접방법에서는 상,하부 용접전극 휠로만 용접을 했기 때문에 용접부가 두꺼운 상태 그대로 있으므로 용접이 되었다 할지라도 롤들을 통과하여 구부러질 때 용접부위가 취약해지는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 개선하기 위한 방법으로서, 일본 특개평4- 200876호가 제안된 바 있다.

상기 일본 특허공개공보에서는 도 2에서와 같이 용접 전극 휠 후방에 용접부를 압착해주는 압하 롤러를 설치하여 접합부를 고온의 연직상태에서 가압해주므로써 용접부의 밀착성을 개선시키고 있다.

즉, 종래 발명에서는 도 2에 나타난 바와 같이 용접기 캐리지 구동용 모터(9)를 구동시켜 볼 스크류(10)에 의해서 용접기 캐리지(8)가 미리 겹쳐둔 선,후행 강판(스트립)(1a),(1b)를 용접하게 되는데, 용접에 걸리는 시간을 단축시키기 위해서 용접속도를 높일 경우 접합부(1d)의 두께를 보다 감소시키면서 접합부 강도를 높일수 있도록 상,하부 용접전극 휠 (4a),(4b)의 소정의 거리뒤에 상,하부 압하 롤러(6a),(6b)를 설치하여 상,하 압하롤러 가압장치(7a),(7b)에 의해 소정의 가압력을 접합부에 가하여 접합부 두께를 감소시키고 용접부 강도를 높이도록 하고 있다.

도 2에서 부호 1c는 미용접부를, 부호 5a는 상부 용접전극 휠의 가압장치를, 부호 5b는 하부 용접전극휠의 가압장치를 나타낸다.

그러나, 상기한 방법의 경우에도 용접후 냉각시 변태하여 취성을 발생시키는 마르텐사이트계 스테인레스 강판의 용접에 적용하는 경우에는 용접부및 열영향부가 취약해지는 문제점이 있다.

즉, 마르텐사이트계 스테인레스강판을 상기한 종래 방법으로 매쉬시임 용접할 경우, 용접부의 경도가 극히 높고, 취성이 커져 약간의 굽힘하중에도 파단되는 문제점이 있다.

이러한 문제를 개선시키기 위해서 오스테나이트계 스테인레스 강판을 소정의 길이만큼 중간 재료로서 미리 절단해 두고 이것을 마르텐사이트계 스테인레스 강판과 강판 사이를 용접하는데 이용하기도 하였다.

그러나, 이 방법은 중간재료의 많은 손실을 가져오고 또한 생산라인의 휴지 시간중에 마르텐사이트계 스테인레스 강판과 중간재료를 모두 용접해 두어야 하는 불가피한 방법을 동원해야 하는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 제반 문제점을 개선하기 위하여 연구를 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 마르텐사이트계 스테인레스 강판을 매쉬시임 용접함에 있어서 용접시 용융된 후 냉각된 접합부를 가압하면서 가열하여 후열처리를 행하므로써 접합부의 밀착성을 향상시킬 뿐만 아니라 용접부의 취성을 방지하고 또한 용접부의 조직이 모재와 유사한 조직을 갖도록 하는 마르텐사이트계 스테인레스 강판의 매쉬시임 용접방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 매쉬 시임 용접 방법을 개념적으로 나타내는 개념도

도 2는 종래의 용접장치의 일례를 나타내는 구성도

도 3은 본 발명을 구현할 수 있는 용접장치의 일례를 나타내는 구성도

도 4는 본 발명법 및 종래방법에 따라 용접한 경우의 용접부에 대한 조직사 진으로서, (a)는 종래방법의 경우를 나타내고, (b)는 본 발명의 경 우를 나타냄

도 5는 후열처리온도변화에 따른 용접부의 인장강도변화를 나타내는 그래 프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1a,1b... 선,후행 스트립 1d... 접합부 4a,4b... 상,하부 용접전극 휠

111a,111b... 후열처리용 상,하부 전극 휠 113... 적외선 온도센서

115... 비교기 116... 온도설정기 117... 후열처리 전류제어기

118... 후열처리 전류설정기

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 겹쳐진 선행 스트립과 후행 스트립을 움직이지 않도록 고정한 상태에서 상,하부 용접전극 휠을 회전이동시키면서 용접을 하는 마르텐사이트계 스테인레스 강판의 매쉬시임 용접방법에 있어서,

상기 상,하부 용접전극 휠의 후방에 가압및가열장치를 설치하여 상기 상,하부 용접전극 휠에서 용접된 접합부를 용접 후 5∼30초 범위내에서 450∼750℃로 가열하여 후열처리를 행하는 마르텐사이트계 스테인레스 강판의 용접방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 있어서는 상,하부 용접전극 휠에서 용접된 접합부를 용접 후 5∼30초 범위내에서 450∼750℃로 가열하여 후열처리를 행해야하는데, 그 이유는 다음과 같다.

용접 후, 1500℃이상에서 용해되어 용접이 된 부분이 냉각되면 830℃부근에서 γ(오스테나이트)상 → α(페라이트)상 + 탄화물로의 변태를 일으키는데, 이때 γ상에서 후열처리를 하면, 냉각되면서 α상 + 탄화물의 양이 적어져 취성이 크게되는 문제가 있으므로 후열처리 온도는 약 750℃이하로 선정하는 것이 바람직하다.

마르텐사이트계 스테인레스강의 경우에는 350℃부근에서 상변태를 하게 되는데, 이때에 수소가 과포화되어 균열이 발생한다.따라서, 450℃이상에서 후열처리를 하여 용접부및 열영향부가 α상 + 탄화물조직을 가져 모재와 유사한 기계적성질을 갖게해야 한다.

즉, 본 발명에 있어서는 상기한 이유로 인하여 후열처리 온도는 450∼750℃로 선정하는 것이 바람직하다.

한편, 용접 후, 고온( 1500℃정도)에서 냉각시 대략 5초가 되어야 변태온도 이하가 되며, 30초가 넘으면 350℃이하가 되어 수소가 과포화되어 균열이 발생하게된다.

즉, 본 발명에 있어서 후열처리시점은 γ상 →α상 + 탄화물의 변태가 시작되고 수소가 과포화되지 않도록 하는 시점을 선정해야 하므로, 용접 후 5∼30초로 선정하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 도면을 통해 상세히 설명한다.

도 3에는 본 발명을 구현할 수 있는 마르텐사이트계 스테인레스 강판의 매쉬시임 용접장치의 일례가 제시되어 있다.

도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명은 선행 스트립(1a)과 후행 스트립(1b)을 움직이지 않도록 고정한 상태에서 상,하부 용접전극 휠(4a),(4b)을 회전이동시키면서 용접을 하는 마르텐사이트계 스테인레스 강판의 매쉬시임 용접방법에 적절히 적용된다.

본 발명에 따라 마르텐사이트계 스테인레스 강판의 매쉬시임 용접하기 위해서는 도 3에 나타난 바와 같이, 상기 상,하부 용접전극 휠(4a),(4b)의 후방에 가압및가열장치(100)를 설치하여야 한다.

상기 가열및가압장치(100)는 전류를 공급받아 열을 발생시키는 후열처리용 상,하부 전극 휠(111a),(111b); 이 후열처리용 상,하부 전극 휠(111a),(111b)을 각각 가압시키도록 구성되는 후열처리용 상,하부전극 휠 가압장치(112a),(112b); 적외선 온도센서 지지대(114)에 의해 후열처리용 상부 전극 휠(111a)의 직후방에 유지되어 접합부의 표면온도를 계측하여 온도에 따른 전압의 신호를 발생시키록 구성되는 적외선 온도센서(113); 강종과 두께에 따른 소재의 표면온도를 설정하는 표면온도 설정기(116); 강종과 소재 두께에 따라 후열처리 전류를 설정하는 후열처리 전류 설정기(118); 전류설정기에서 설정된 전류를 상기 후열처리용 상,하부 전극 휠(111a),(111b)에 공급하는 후열처리 전류제어기(117); 및 상기 적외선 온도센서(113)로 부터 온도에 따른 전압신호를 입력 받아 표면온도의 설정기(116)에서 설정된 강종과 두께에 따른 소재의 표면온도값을 비교하여 그 차분을 구하고, 그 차분 만큼을 후열처리 전류제어기(117)에 전송하도록 구성되는 비교기(116)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되는 용접장치를 이용하여 용접하는 방법에 대하여 설명한다.

우선, 종래 발명과 같이 상,하부 용접전극 휠(4a),(4b)로 용접이 되고 난 뒤, 강종과 소재 두께에 따라 후열처리 전류설정기(118)에서 미리 설정된 설정 값에 의해서 후열처리 전류제어기(117)의 출력전류가 후열처리용 상,하부 전극 휠(111a),(111b)에 공급된다.

이때, 후열처리용 상,하부 전극 휠 가압장치(112a),(112b)에 의해서 이미 접합된 용접부위를 종래의 방법에서와 같이 소정의 가압력으로 누르게 한다.

후열처리용 상,하부전극 휠(111a),(111b)에 전류가 공급되어 접합부(1d)는 다시 재가열되는데, 통상 마르텐사이트계 스테인레스강의 소둔 열처리 온도가 약 830℃부근이고 이는 접합부 계면의 온도에 해당하므로 소재의 두께에 따라 약간씩 다르지만 후열처리용 상,하부 전극 휠(111a),(111b)직후방의 용접부 소재 표면의 온도를 약 450-750℃가 되도록 해야한다.

상기와 같이 소재 표면의 온도를 450-750℃가 되도록 제어하기 위하여 후열처리용 상,하부 전극 휠(111a),(111b)직후방에 적외선 온도센서(113)를 설치하여 접합부의 표면온도를 계측하여 온도에 따른 전압의 신호를 비교기(115)에 공급한다.

비교기(115)는 강종과 두께에 따른 소재의 표면온도의 설정기(116)에서 설정된 값과 비교하여 그 차분만큼을 후열처리 전류제어기(117)에 전송한다.

후열처리 전류제어기(117)는 다시 후열처리 전류설정기(118)의 신호에서 비교기(115)의 차분신호 만큼 증감을 하여 후열처리용 상,하부 전극 휠(111a),(111b)에 전류를 공급하게 하는 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

실시예 1

본 발명법(도 3의 용접장치를 이용)및 종래방법(도 2의 장치를 이용)에 따라 마르텐사이트계 스테인레스강판을 용접한 후, 용접부의 크랙발생여부를 관찰하기 위하여 용접부의 조직사진을 관찰하고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.

도 4에서 (a)는 종래방법에 의해 용접된 경우를 나타내고, (b)는 본 발명에 따라 용접한 경우를 나타낸 것이다.

도 4에 나타난 바와 같이, 종래방법에 의해 용접된 경우에는 크랙이 발생한 반면에, 본 발명에 따라 용접한 경우에는 크랙이 발생되지 않음을 알 수 있다.

실시예 2

본 발명법(도 3의 용접장치를 이용)에 따라 마르텐사이트계 스테인레스 강판을 용접하였는데, 이때 후열처리온도를 도 5와 같이 변화시켰다.

상기와 같이 용접한 후, 용접부의 열처리 온도 변화에 따른 인장강도변화를 관찰하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따라 750℃정도에서 450℃정도의 범위에서 후열처리하는 경우에는 용접부의 인장강도가 모재의 인장강도와 유사해지는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 종래 마르텐사이트계 스테인레스강판의 매쉬시임 용접부의 경도를 후열처리를 통하여 상당히 낮출수 있고 굽힘강도 및 접합부의 밀착성도 개선할 수 있으며, 이를 통하여 철강 연속생산라인의 휴지시간의 단축과 생산성의 증대를 도모할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 겹쳐진 선행 스트립과 후행 스트립을 움직이지 않도록 고정한 상태에서 상,하부 용접전극 휠을 회전이동시키면서 용접을 하는 마르텐사이트계 스테인레스 강판의 매쉬시임 용접방법에 있어서,

   상기 상,하부 용접전극 휠의 후방에 가압및가열장치를 설치하여 상기 상,하부 용접전극 휠에서 용접된 접합부를 용접 후 5∼30초 범위내에서 450∼750℃로 가열하여 후열처리를 행하는 마르텐사이트계 스테인레스 강판의 매쉬시임 용접방법
2. 제1항에 있어서, 상기 가열및가압장치(100)는 전류를 공급받아 열을 발생시키는 후열처리용 상,하부 전극 휠(111a),(111b); 이 후열처리용 상,하부 전극 휠(111a),(111b)을 각각 가압시키도록 구성되는 후열 처리용 상,하부전극 휠 가압장치(112a),(112b); 적외선 온도센서 지지대(114)에 의해 후열처리용 상부 전극 휠(111a)의 직후방에 유지되어 접합부의 표면온도를 계측하여 온도에 따른 전압의 신호를 발생시키록 구성되는 적외선 온도센서(113); 강종과 두께에 따른 소재의 표면온도를 설정하는 표면온도 설정기(116); 강종과 소재 두께에 따라 후열처리 전류를 설정하는 후열처리 전류 설정기(118); 전류설정기에서 설정된 전류를 상기 후열처리용 상,하부 전극 휠(111a),(111b)에 공급하는 후열처리 전류제어기(117); 및 상기 적외선 온도센서(113)로 부터 온도에 따른 전압신호를 입력 받아 표면온도의 설정기(116)에서 설정된 강종과 두께에 따른 소재의 표면온도값을 비교하여 그 차분을 구하고, 그 차분 만큼을 후열처리 전류제어기(117)에 전송하도록 구성되는 비교기(116)를 포함하여 구성되어, 용접 전극 휠(4a),(4b)로 용접이 되고 난 뒤, 강종과 소재 두께에 따라 후열처리 전류설정기(118)에서 미리 설정된 설정 값에 상응하는 후열처리 전류제어기(117)의 출력전류가 후열처리용 상,하부 전극 휠(111a),(111b)에 공급되고 이때 후열처리용 상,하부 전극 휠(111a),(111b)은 후열처리용 상,하부전극 휠 가압장치(112a),(112b)에 의해서 이미 접합된 용접부위를 가압하여 접합부를 가압상태에서 가열하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인레스 강판의 매쉬시임 용접방법