KR100522660B1 - 스테인리스강 급유관 - Google Patents

Abstract

스테인리스강 급유관은 경도　180 HV 이하, 가공경화지수 0.49 이하의 오스테나이트계 스테인리스강 또는 1축 인장을 통하여 성형되었을 때 연신율이 30% 이상, 랭크포드값(r값)이 1.2 이상의 페라이트계 스테인리스강을 소재로 사용하고, 이 스테인리스강으로부터 제작되고 있다. 스테인리스 급유관은 양호한 형상 정밀도로 제작된 급유구를 가지고 있고, 스테인리스강 본래의 우수한 내식성을 나타낸다.

Description

스테인리스강 급유관{STAINLESS STEEL OIL FEEDING PIPE}

본 발명은, 장기간에 걸쳐서 확산이 일어나는 일 없이 연료를 저장하기 위하여 균열이 없이 확대된 스테인리스강관으로 만들어진 자동차용 급유관에 관한 것이다.

자동차용 급유관은 용접 강관으로 만들어지고 있으며，관 끝에 급유구가 형성되어 있다. 급유구는 펀치 가공, 벌지 가공 등에 의해 용접 강관의 관 끝을 확대하는 것에 의해 형성되는데, 가공부에 종종 균열이 발생된다. 때문에，가공성이 우수한 용접 강관의 공급에 대한 요구가 존재한다.

자동차용 급유관은, 연료 탱크에 접속된 상태로 자동차에 설치된다. 기밀성이 불충분한 급유관을 사용하면, 기화한 가솔린이 대기중으로 확산된다. 가솔린의 확산은 깨끗한 대기환경 유지를 위해 회피되어야 하지만 합성 수지로 만든 종래의 급유관에서는 충분한 기밀성을 확보할 수 없다. 확대 가공한 보통강 강관에 크롬층을 코팅하고, 더욱이 그 표면에 분체 도장한 급유관도 알려져 있지만, 염해 지역등의 부식성 분위기에 노출될 때, 부식을 완전히 억제할 수 없다. 또, 열화된 가솔린이나 알코올 연료와 같은 유기산을 포함하는 부식성 환경에 노출되었을 때, 내부면으로부터 부식이 일어나고, 그 결과 공식에 의한 구멍 뚫림 등이 발생하고 기밀성을 저하시킨다.

그러므로, 장기간에 걸쳐 양호한 기밀성을 유지하기 위해, 대표적인 내식성 재료인 스테인리스강을 연료 급유관용 소재로 사용하는 것이 연구되고 있다. 스테인리스강은 도금 또는 도장에 대한 요구없이 부식을 방지할 수 있다. 그러나, 보통강과 비교하여 경질이며 가공경화되기 쉬운 재료이기 때문에, 스테인리스강 관을 확대 가공하면 가공부에서 균열이 발생하여 소정 형상으로의 성형이 곤란하다.

차량의 경량화에 대응하여 작은 직경의 관을 확대 가공한 급유관이 사용되고 있지만, 강판의 크기에 관계없이 급유구의 내경은 약 50mm로 일정하다. 그 때문에, 작은 직경의 관으로부터 제조되는 급유관에서는, 큰 확장율로 관 끝을 확대 가공하는 것이 필요하고, 가공성이 한층 우수한 소재가 요구된다.

그러나, 급유관으로 가공되는데 필요한 확장성 뿐만 아니라 내식성이 요구되는 급유관용으로 매우 적합한 스테인리스강은 지금까지 실용화되고 있지 않다.

도 1 은 관 끝이 여러 단계에 걸쳐 연료 주입구의 형상으로 성형될 때 각 가공 단계에서 확대부의 경도를 나타내는 그래프이다.

도 2 는 각 성형 단계에서 축선방향을 따라 가해지는 하중의 변화를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 이와 같은 문제를 해소하고자 제안된 것으로서, 경도 및 가공경화능에 기초한 오스테나이트계 스테인리스강 또는 연신율 및 랭크포드값(Lankford value)(r값)에 기초한 페라이트계 스테인리스강을 급유관용 소재로 선택하는 것에 의해, 스테인리스강 본래의 우수한 내식성을 가지며, 게다가 양호한 형상 정밀도로 급유구가 형성되는 스테인리스강 급유관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

오스테나이트계 스테인리스강을 소재로 하는 급유관에서는 경도 180HV 이하, 가공경화지수(n값) 0.49 이하의 스테인리스 강판을 소재로 하여, 그 스테인리스강으로부터 관으로 가공된다.

페라이트계 스테인리스강을 소재로 하는 급유관에서는 1축 인장 시험한 때 연신율이 30% 이상, 랭크포드값이 1.2 이상의 페라이트계 스테인리스 강판이 사용된다.

보통강과 비교하여 스테인리스강이 경질 재료이기 때문에 스테인리스강의 용접 강관을 확대 가공하기 위해 더 큰 가공 부하가 필요하고, 확장율을 높이면 좌굴(buckling)이 발생하기 쉽다. 스테인리스강은 가공경화되기 쉬운 재료이기 때문에, 여러 단계로 확대 가공하는 경우에는 후공정이 될수록 가공 부하가 커진다. 1 공정당 확장율을 작게 하여 좌굴을 억제하기 위해서는 공정수의 대폭적인 증가가 필요하고 제조 비용의 상승을 초래한다. 게다가, 가공후의 경도가 500HV 이상이 되면 더 이상 소성 변형되기 어렵고, 후속 공정에서의 가공시에 확대된 관 끝에 균열이 발생된다. 특히, 페라이트계 스테인리스강에서는, 보통강과 비교하여 연신율이나 랭크포드값이 낮기 때문에, 확대된 관 끝에 종종 균열이 발생된다.

본 발명자는 급유관 소재로 사용되는 스테인리스 강판의 물성과 확대 가공과의 관계를 연구하였다.

오스테나이트계 스테인리스강은 소성 변형에 의해 매트릭스가 변태 하여 변형유기 마르텐사이트가 생기기 때문에, 보통강에 비하여 경화하기 쉬운 재료이다. 초기의 경도가 낮더라도 가공경화된 상태에서는 후속 공정에서 큰 가공 부하를 요구하며, 가공 부하의 증가로 인해 종종 균열, 좌굴이 발생된다. 변형유기 마르텐사이트의 생성에 기인한 오스테나이트계 스테인리스 강판의 경질화 경향은 가공경화지수(n값)로 나타낸다.

초기의 경도가 높으면 용접 강관의 성형이 어렵고, 큰 가공 부하가 필요하다. 이 경우에는 스테인리스 강관의 좌굴 및 가공열에 의한 펀치와 재료와의 눌러붙음을 억제하기 위하여, 필연적으로 확장율은 낮게 결정된다. 초기의 경도가 높을수록 일반적으로 스테인리스 강관의 연성이 낮기 때문에, 가공시 균열이 발생하기 쉽다.

이와 같은 관점에서, 본 발명자는 소재의 경도 및 가공경화지수(n값)를 이용하여 급유관으로의 성형에 적합한 스테인리스강을 연구했다. 그 결과, 경도 180HV 이하, 가공경화지수(n값) 0.49 이하의 오스테나이트계 스테인리스 강판을 소재로 하는 용접 강관에서, 비교적 낮은 가공 부하 및 적은 가공 공정수로 급유구를 제작하기 적합하다는 것을 알아냈다. 가공경화지수(n값)의 측정에 있어서는, 압연 방향을 따라 샘플을 각 스테인리스강판으로부터 잘라내고, JIS Z2201에 규정된 13B호 정형 시험편으로 가공하고, 인장 시험하였다. 그리고, 인장 시험의 결과로부터 인장 진응력-대수 연신율 곡선을 작성하고 가공경화지수(n값)인 그 곡선의 기울기를 계산하였다. 가공경화지수(n값)가 클수록 가공경화되기 쉬운 재료이다.

한편 페라이트계 스테인리스강은 Cr 함유량이 높기 때문에, 보통강과 비교하여 더 경질이고, 연신율도 낮은 값을 나타낸다. 그러나, 확대 가공과 같이 주로 원주 방향을 따라 인장 응력이 가해지고 축선방향으로는 압축 응력이 가해지는 확대 가공에서, 스테인리스강의 연성이 낮기 때문에 확대 가공성의 향상을 기대할 수 없다.

그래서, 판두께 감소가 작은 축선방향에서의 재료 유동을 평가하기 위해 랭크포드값(r값)을 사용하고, 급유관으로의 성형에 견디는 다양한 페라이트계 스테인리스강을 연구했다. 그 결과, 연신율 30% 이상, 랭크포드값(r값) 1.2 이상의 페라이트계 스테인리스강이 가공 균열 등의 결함 발생 없이 목표의 급유구 형상으로 관 끝이 가공되는 것을 알아냈다. 랭크포드값(r값)의 측정에 즈음해서는, 압연 방향을 따라 샘플을 각 페라이트계 스테인리스강으로부터 잘라내고, JIS Z2201에 규정된 13B호 정형 시험편으로 가공하여, 인장 시험하였다. 인장 시험에서는, 속도 20mm/분으로 시험편을 인장한 후, 파단후의 시험편을 맞대고, 표점간 거리의 연신율을 파단 연신율로서 측정했다. 또, 인장 변형 15%를 부여한 후에 시험편의 판두께 및 폭을 측정하고, 폭 수축률의 자연 대수치를 판두께 감소율의 자연 대수치로 나눈 값을 랭크포드값(r값)으로서 구했다.

경도 180HV 이하, 가공경화지수(n값) 0.49 이하의 오스테나이트계 스테인리스 강관에서, 높은 확장율로 가공될 수 있으므로, 작은 직경의 관으로부터도 소정 형상의 급유구를 가진 급유관을 제조할 수 있다. 페라이트계 스테인리스강을 소재에 사용하는 경우에도 연신율 30% 이상, 랭크포드값(r값) 1.2 이상이라면, 마찬가지로 소정 형상의 급유구를 가진 급유관으로 제조된다. 또한, 용접 강관은 소정폭으로 재단된 스테인리스강판을 통형상으로 성형한 후, 아크용접, 레이저 용접, 전기 저항 용접등으로 폭방향 양단부를 용접하는 것에 의해 제조된다. 심리스 관으로 제조한 관도 경도 180HV 이하, 가공경화지수(n값) 0.49 이하라면, 용접 강관과 마찬가지로 가공 결함의 발생 없이 관 끝이 급유구 형상으로 성형된 급유관으로 제조할 수 있다.

본 발명의 다른 특징은 도면을 참조하여 실시예에서 구체적으로 설명하는데, 실시예에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

실시예 1:

표 1에 조성 및 물성을 나타내는 스테인리스강을 소재로 하여, 외경 25.4mm, 두께 0.5mm, 길이 350mm의 용접 강관을 제조했다. 목표의 급유구 형상인 외경 51.4mm까지 반복 확대 가공을 용접 강관의 관 끝에서 실시하고, 경도 및 가공경화지수(n값)가 가공성에 미치는 영향을 조사했다.

비교예 L의 용접 강관은, 경도가 185HV로 경질이고 가공경화지수(n값)도 0.52로 높으므로, 확대 가공시에 쉽게 좌굴이 발생하였다. 그 때문에, 표 2에 나타낸 바와 같이 가공 공정을 각각의 공정마다 작은 확장율을 가진 많은 단계로 나눌 필요가 있고, 게다가 외경 42, 4mm까지밖에 확대할 수 없었다. 페라이트계 스테인리스강을 소재로 한 비교예 M의 용접 강관은, 연신율이 28%, 랭크포드값(r값)이 1.16 이므로, 연성이 낮고 판두께 감소를 일으키기 쉬운 재료였다. 그러므로, 가공 균열의 발생 없이 확대할 수 있는 한도는 42.4mm 였다.

한편, 본 발명에 따라 경도 및 가공경화지수(n값)를 규제한 오스테나이트계 스테인리스강을 소재로 하는 용접 강관에서는, 가공 균열을 발생시키는 일 없이, 외경 51.4mm 급유구로서 충분한 내경까지 관 끝을 확대할 수 있었다. 특히, Cu를 첨가한 Ni-Cr계의 오스테나이트계 스테인리스강은, 외경 51.4mm까지의 공정수가 5 공정으로 적고, 더욱이 53.Omm까지의 확대도 가능했다. 페라이트계 스테인리스강을 소재로 하는 경우에도, 본 발명에 따라 연신율 및 랭크포드값(r값)을 규제하는 것에 의해, 외경 51.4mm까지 관 끝을 확대 가공할 수 있었다.

확대 가공된 용접 강관의 관 끝의 단면 경도를 측정하고, 확대 공정의 추이에 수반한 경도 변화를 연구하였다. 도 1의 조사 결과에 나타낸 바와 같이, 오스테나이트계 스테인리스강을 소재로 하는 비교예 L의 용접 강관에서는, 가공경화가 현저하게 진행하고 있고, 외경 42.4mm로 확대한 상태에서 경도가 550HV에 이르고 있다.

한편, 오스테나이트계 스테인리스강이라도, 본 발명예 A의 용접 강관에서는 경도가 460HV, 본 발명예 D의 용접 강관에서는 경도가 315HV에 이르고, 비교예 L의 용접 강관과 비교하여 가공경화되기 어려운 재료라는 것을 알았다. 또, 페라이트계 스테인리스강을 소재로 사용한 본 발명예 J의 용접 강관은, 가공경화지수(n값)가 0.21로 낮기 때문에, 오스테나이트계 스테인리스강과 비교하여 확대 가공후의 경도가 낮게 되어 있다.

더욱이 외경 25.4mm, 두께 1.Omm, 길이 350mm의 고주파 용접 강관을 이용하여 표 3에 나타내는 3 공정으로 외경 52.4mm까지 관 끝을 확대 가공했다. 본 발명에 따라 경도 및 가공경화지수(n값)를 규제한 용접 강관에서는, 균열이나 좌굴이 생기는 일 없이 외경 52.4mm까지 확대 가공할 수 있었다. 비교예 L, M의 용접 강관에서는, 3 공정째에서 관 끝이 파단되었다. 판두께 감소율도 본 발명예의 쪽이 작아 급유구로서의 요구 특성을 만족하는 확대부를 형성할 수 있었다.

또, 각각의 가공 단계에서 각 용접 강관의 축선방향에 가해지는 하중을 측정하였다. 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명예의 오스테나이트계 스테인리스강을 소재로 한 용접 강관의 축선방향에 가해지는 하중이 상대적으로 작았다. 페라이트계 스테인리스강을 소재로 한 본 발명예 J의 용접 강관에서는, 가공경화되기 어려운 재료이기 때문에 확대후에 더욱 확대 가공해도, 오스테나이트계 스테인리스강과 비교하여 축선방향에 가해지는 하중을 작게 유지할 수 있었다. 이와 같이, 본 발명에 따른 용접 강관에서는, 축선방향에 가해지는 하중이 작기 때문에, 가공에 의한 발열도 억제되고, 펀치와 재료의 사이에 눌러붙음이 억제된다. 따라서, 펀치의 수명이 연장되고 용접 강관은 내부 표면에 결합이 없는 제품으로 가공되었다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 발명의 스테인리스강 급유관은 경도 180HV 이하, 가공경화지수(n값) 0.49 이하의 오스테나이트계 스테인리스강, 또는 1축 인장 시험한 때의 연신율이 30% 이상이고 랭크포드값(r값)이 1.2 이상의 페라이트계 스테인리스강을 소재로 하고 있으므로, 가혹한 가공 조건을 동반하는 확대 가공으로 관 끝에 급유구를 형성해도, 균열이나 좌굴등이 생기는 일 없고, 높은 치수 정밀도를 갖는 급유구를 구비한 급유관을 얻을 수 있다. 게다가, 확장율을 크게 취할 수 있기 때문에, 작은 직경의 급유관으로 가능하게 되고, 경량화 및 내식성의 요구가 강한 차량 탑재용 부품으로서 매우 적합한 급유관이다.

Claims (2)

1. 경도 180HV 이하, 가공경화지수(n값) 0.49 이하의 오스테나이트계 스테인리스강을 소재로 하는 관으로 만들어진 것을 특징으로 하는 급유관.
2. 1축 인장시험한 때의 연신율이 30% 이상, 랭크포드값(r값)이 1.2 이상의 페라이트계 스테인리스강을 소재로 하는 관으로 만들어진 것을 특징으로 하는 급유관.