KR100771452B1 - 가공성이 우수한 극저탄소 강관 - Google Patents

가공성이 우수한 극저탄소 강관 Download PDF

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Abstract

스틸 재질 강관의 강도를 유지하면서 가공성을 현저히 개선하기 위하여, 본 발명에 따른 가공성이 우수한 극저탄소 강관은 중량%로, C:0.0017~0.008%, Si:0.05%이하, Mn:0.1~0.3%, P:0.005~0.03%, S:0.008~0.02%와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 이루어진다.
가공성, 인장강도, 극저탄소, 강관, 연신율

Description

가공성이 우수한 극저탄소 강관{extra low carbon steel tube with high workability}
도 1은 본 발명의 일실시예가 적용된 극저탄소 강재의 연신율을 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명의 일실시예가 적용된 극저탄소 강재의 인장강도를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 일실시예가 적용된 극저탄소 강재의 항복점을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 가공성이 우수한 극저탄소 강관의 적용예를 나타낸 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 석션파이프 16 : 관통홀
20 : 팽창파이프 40 : 브레이징
본 발명은 강관의 재질에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가공성이 우수한 극저탄소 재질로 이루어진 강관에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차 또는 냉난방 시스템에 사용되는 강관은 각 구성기기를 연결하기 위하여 밴딩/축관/확관 등의 작업이 용이하도록 가공성이 우수하여야 한다. 특히, 냉동사이클을 이루는 응축기, 압축기, 팽창수단, 증발기는 동 재질의 강관으로 연결하여 사용하였으나, 동 재질은 가격이 비싸다는 단점이 있었다. 따라서, 최근에는 경제적인 강관을 사용하여 기존의 동 재질 강관을 대체하기 위한 연구가 이루어지고 있다.
한편, 상기 강관은 동 재질에 비하여 가공성이 낮은 문제점이 있었다. 따라서, 상기 강관의 재질을 가공성이 우수하도록 마일드하게 개선하기 위하여 많은 연구가 이루어지고 있다. 이러한 연구에서 대표적인 것은 탄소의 함량이 매우 낮은 극저탄소(extra low carbon)를 함유한 강관을 개발하는 것이다.
그러나, 일반적인 종래의 극저탄소 강관은 연신율 특성은 개선되었으나 강도, 특히 항복점 및 인장강도가 급격히 저하되어 밴딩 작업 등을 수행하는 와중에 쉽게 파단되거나 변형됨으로써 오히려 가공성이 저하되는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 상용으로 사용하기에 적합한 항복점 및 인장강도를 유지하면서 가공성이 우수한 극저탄소 강관을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 가공성이 우수한 극저탄소 강관은 압축기, 응축기, 팽창파이프 및 증발기로 이루어져 냉매가 순환함에 따라 냉난방을 수행하는 시스템에서, 상기 압축기의 흡입단에 냉매를 안내하도록 연결되는 석션파이프로 사용될 수 있도록, 40~45%의 연신율, 30 kg/mm2 이상의 인장강도, 29.3 kg/mm2 이상의 항복점을 갖기 위하여, 중량%로, C:0.0017~0.008%, Si:0.05%이하, Mn:0.1~0.3%, P:0.008~0.02%, S:0.008~0.02%와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 강관의 외면에는 전기아연도금, 용융아연도금, 및 세아륨 도금 중 어느 하나의 내식성 도금층이 구비됨이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따른 가공성이 우수한 극저탄소 강관은 압축기, 응축기, 팽창파이프 및 증발기로 이루어져 냉매가 순환함에 따라 냉난방을 수행하는 시스템에서, 상기 압축기의 흡입단에 냉매를 안내하도록 연결되는 석션파이프로 사용될 수 있도록, 40~45%의 연신율, 30 kg/mm2 이상의 인장강도, 29.3 kg/mm2 이상의 항복점을 갖기 위하여, 중량%로, C:0.0017~0.008%, Si:0.05%이하, Mn:0.1~0.3%, P:0.008~0.02%, S:0.008~0.02%와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한 재질로 이루어지며, 외면에 전기아연도금, 용융아연도금, 및 세아륨 도금 중 어느 하나의 내식성 도금층이 구비될 수 있다.
삭제
한편, 본 발명은 압축기, 응축기, 팽창파이프 및 증발기로 이루어져 냉매가 순환함에 따라 냉난방을 수행하는 시스템에서, 상기 압축기의 흡입단에 냉매를 안내하도록 연결되는 석션파이프로 사용되도록, 중량%로, C:0.0017~0.008%, Si:0.05%이하, Mn:0.1~0.3%, P:0.008~0.02%, S:0.008~0.02%와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한 재질로 이루어지되, 외면에 전기아연도금, 용융아연도금, 및 세아륨 도금 중 어느 하나의 내식성 도금층이 구비됨을 특징으로 하는 가공성이 우수한 극저탄소 강관을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가공성이 우수한 극저탄소 강관을 상세히 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 가공성이 우수한 극저탄소 강관의 재료는 일반적인 극저탄소 강의 제조공정에 따라서 제조되며, 그의 조성비에 있어서는 중량%로, C:0.0017~0.008%, Si:0.05%이하, Mn:0.1~0.3%, P:0.0005~0.03%, S:0.008~0.02%와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 이루어짐이 바람직하다. 하기에서 설명되는 각 성분의 %는 중량%를 나타낸다.
여기서, 각 성분의 한정이유를 설명하면 다음과 같다.
[C:0.0017~0.008%]
Fe를 주성분으로 하는 스틸 재질의 강관에 함유되는 C는 침입형 고용원소로서, 연신율 등과 관련된 가공성에 유리한 {111} 집합조직의 형성을 저해하므로 가공성을 개선하기 위해서는 상기 C의 함량이 적을수록 바람직하다. 특히, 동 재질을 대체하는 용도로 사용되는 Fe을 주성분으로 하는 강관의 경우에는 C의 함량이 적어야 하지만, 본 발명의 일실시예와 같이 상기 C의 함량이 극소량으로 제한되는 경우에는 재료의 강도가 현저하게 저하된다. 이러한 문제점을 방지하기 위하여, 다른 성분의 조성이 다음과 같이 한정됨이 바람직하다.
[Si:0.05%이하]
스틸 재질의 강관에서 Si는 가공성을 증대시키는 역할을 수행하나 표면의 스케일 발생을 유발할 뿐만 아니라, 소둔시 템퍼칼라 및 도금시 미도금을 유발할 수 있으므로 그의 함량을 0.05% 이하로 제한함이 바람직하다.
[Mn:0.1~0.3%]
스틸 재질의 강관에서 Mn은 치환형 고용강화 원소로서 강도 확보를 위해 첨가되지만, 그 함량이 커지면 연신율과 함께 r값이 급격하게 저하되므로 적은 양이 함유됨이 바람직하다. 특히, 석션파이프의 재질로서 사용되기 위하여 연신율이 40% 이상이 되어야 하는 요구조건을 만족하기 위해서는 Mn의 함량이 0.3% 이하가 되어야 하며, Mn의 함량이 과도하게 적어지면 인장강도가 저하되므로 Mn의 함량이 0.1% 이상으로 유지됨이 바람직하다.
[P:0.005~0.03%]
스틸 재질의 강관에서 P는 Mn과 마찬가지로 강도 상승을 위하여 첨가되는 대표적인 고용강화 원소이며 극저탄소 강관에서 상용에 적합한 인장강도를 얻기 위해서는 0.005% 이상 함유됨이 바람직하다. 그러나, C:0.0017~0.008%의 극저탄소 강관의 경우 P의 함량이 0.02%를 초과하면 연신률이 급격히 저하된다.
[S:0.008~0.02%]
스틸 재질의 강관에서 S가 적으면 적을수록 가공성에 유리하며 C:0.0017~0.008%의 극저탄소 강관에서는 S의 함량이 0.02% 이하로 관리됨이 바람직하다. 한편, 본 발명의 강관에서는 Mn이 첨가되므로 함유된 S는 전부 MnS로 석출되어 고용 S에 의한 가공성 저하를 피할 수 있을 뿐만 아니라 MnS의 석출물이 미세하게 분포할수록 결정립 내의 고용탄소량을 극저탄소량 수준으로 유지함으로써 내시효특성을 개선할 수 있다. 따라서, 상기 S의 함량은 0.008% 이상으로 하되 에지크랙의 발생위험이 있는 0.02% 이하로 관리함이 바람직하다.
이와 같은 조성비의 스틸 재질의 강재를 사용하여 제조된 강관은 다음에 설명하는 바와 같이 기존의 동 재질의 강관을 대체할 수 있는 현저히 향상된 효과를 제공할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 강관을 이루는 재질의 가공성 및 강도 특성을 나타낸 시험 결과를 나타낸 그래프이다. 여기서, (A)는 중량%로, C:0.0017~0.008%, Si:0.05%이하, Mn:0.1~0.3%, P:0.0005~0.03%, S:0.008~0.02%와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 이루어진 본 발명이 적용된 극저탄소 강재를 사용한 경우의 실험 결과이고, (B)는 중량%로, C:0.03~0.08%, Si:0.02% 이하, Mn:0.15~0.4%, P:0.01~0.025%, S:0.006~0.02%와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 이루어진 일반적인 저탄소 강재를 사용한 실험 결과이다. 이때, 상기 실험결과는 두께 0.7mm, 폭 1018mm의 동일한 강재 시편을 사용하여 수행된 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예가 적용된 극저탄소 강재의 연신율을 나타낸 그래프이다.
도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명이 적용된 극저탄소 강재는 우수한 연신률(38~45%)를 나타낸다. 즉, 일반적인 저탄소강의 연신률이 28~37% 인 점에 비추어 본 발명의 일실시예에 따른 극저탄소 강관은 연신율이 최소 10% 이상 개선됨을 볼 수 있다.
특히, 석션파이프 등에 사용되기 위하여 요구되는 40% 이상의 연신율을 나타내기 위해서는 본 발명의 극저탄소 강관의 성분 중 P의 중량%를 0.02% 이하로 유지함이 바람직하다. 이를 통하여, 극저탄소 재질로 이루어진 강관의 굽힘성을 현저히 개선할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예가 적용된 극저탄소 강재의 인장강도를 나타낸 그래프이다.
도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명이 적용된 극저탄소 강재의 인장강도는 일반적인 저탄소 강재의 인장강도(36.3 kg/㎟)에 비하여 저하되지만, 본 발명의 극저탄소 강관의 성분 중 P의 중량%를 0.008% 이상인 경우에는 석션파이프 등에 사용되기 위하여 요구되는 30 kg/㎟ 이상의 인장강도를 나타냄을 볼 수 있다. 따라서, 기 존의 동 재질의 석션파이프를 스틸재질로 대체하기 위해서는 전술된 본 발명의 일실시예에 따른 극저탄소 강관의 성분 중 P의 중량%는 0.008~0.02 인 것이 바람직하다.
또한, 상기 P의 함유량이 0.01%인 경우에는 인장강도가 31.8 kg/㎟ 로서, P의 함유량이 증가될수록 인장강도가 개선됨을 볼 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예가 적용된 극저탄소 강재의 항복점을 나타낸 그래프이다. 여기서, 상기 그래프는 본 발명의 일실시예에 따른 극저탄소 강관의 성분 중 P의 중량%이 0.008~0.02 인 경우를 나타낸다.
도 3에서 보는 바와 같이, 일반적인 저탄소강의 항복점이 29.2 kg/㎟ 이며, 본 발명의 일실시예가 적용된 극저탄소 강관의 항복점은 29.3 kg/㎟ 로서 개선된 특성을 갖는다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 극저탄소 강관은 현저히 개선된 연신율을 가지면서도 인장강도 및 항복점이 상용으로 사용한 수준으로 유지되거나 오히려 향상됨을 볼 수 있다. 이와 같이, 극저탄소를 가짐으로써 가공성이 우수한 본 발명에 따른 강관은 소프트한 재질로 이루어지므로 종래에 가공성의 문제로 인하여 동 재질이 사용되던 분야에서 경제적인 대체재로서 사용될 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명에 따른 가공성이 우수한 극저탄소 강관의 적용예를 나타낸 도면이다.
도 4에서 보는 바와 같이, 냉동시스템에서 압축기의 흡입단에 연결되는 석션파이프(10)는 냉동효율을 증대시키기 위하여 팽창파이프(20)와 열교환이 가능하도 록 석션파이프 어셈블리로 이루어짐이 바람직하다.
즉, 상기 석션파이프 어셈블리는 석션파이프(10)와 팽창파이프(20)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 상기 석션파이프(10)는 증발기로부터 토출되는 냉매를 압축기로 안내하고, 응축기로부터 나오는 냉매를 상기 증발기로 연결하는 상기 팽창파이프(20)의 일부는 상기 석션파이프(10)의 내측에 내재된다.
상세히, 상기 석션파이프(10)의 일단부는 상기 증발기와 연결되고 타단부는 상기 압축기와 연결된다. 그리고, 상기 증발기로부터 토출되는 저온의 냉매는 상기 석션파이프(10)를 통해서 상기 압축기로 귀환하게 된다.
한편, 상기 석션파이프(10)의 외주면에는 관통부(16)가 형성된다. 여기서, 상기 관통부(16)는 상기 석션파이프(10)의 축방향으로 두 개가 형성됨이 바람직하다.
그리고, 상기 팽창파이프(20)의 일단부가 상기 일 관통부(16)를 통하여 상기 석션파이프(10)의 내측으로 유입되고, 상기 석션파이프(10)의 축방향으로 구비되며 다른 관통부(16)를 통하여 상기 석션파이프(10)의 외측으로 연장되어 설치된다.
또한, 상기 석션파이프(10)는 중량%로, C:0.0017~0.008%, Si:0.05%이하, Mn:0.1~0.3%, P:0.008~0.02%, S:0.008~0.02%와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한 재질로 이루어지되, 외면에 전기아연도금, 용융아연도금, 및 세아륨 도금 중 어느 하나의 내식성 도금층이 구비된 가공성이 우수한 극저탄소 강관으로 이루어짐이 바람직하다. 이때, 상기 팽창파이프(20)는 동으로 이루어짐이 바람직하며, 상기 석션파이프(10)의 내부에서 이동하는 냉매와 상기 팽창파이프(20)와의 직 접적인 열교환이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
이를 위하여, 상기 석션파이프(10)의 내측에 위치하는 상기 팽창파이프(20)는 상기 팽창파이프(20)의 외주면이 상기 석션파이프(10)의 내주면에 접하지 않도록 구비됨이 바람직하다. 이를 통하여, 상기 석션파이프(10)의 내부에서 유동하는 냉매와 상기 팽창파이프(20)가 직접적으로 접하게 되고, 상기 냉매와 상기 팽창파이프(20)의 접촉면적이 최대화되어 상기 냉매와 상기 팽창파이프(20)와의 열교환은 더욱 증가될 수 있다.
또한, 상기 석션파이프(10)의 내식성을 향상시키기 위하여 상기 석션파이프(10)의 외면에는 내식성 합금 도금이 형성됨이 바람직하다.
그리고, 상기 내식성 합금 도금은 용융아연도금, 전기아연도금 및 세아륨도금 중 어느 하나로 이루어짐이 바람직하다. 여기서, 세아륨도금은 55 중량%의 알루미늄과 43.4~44.9 중량%의 아연을 포함하여 이루어지는 것을 말한다.
또한, 상기 석션파이프(10)의 외면에는 상기 세아륨도금 후, 3가 크롬(Cr3+)으로 크로메이팅처리되는 것도 바람직하다.
상기 내식성 합금 도금에 관한 내식성 시험 결과는 표 1에 나타낸 것과 같다.
시험항목 구분 용융아연도금 전기아연도금 세아륨도금
성분 Zn Zn+Cr3+ (Zn+Al)+Cr3+
CCT 규격 3 8 24
측정값 4 15 35
SST 규격 72 192 720
측정값 96 700 1000
여기서, CCT는 8시간 분무 16시간 휴지를 1 사이클로 하여, 적청유무를 확인하는 시험으로서, 상기 용융아연도금의 경우, 3 사이클 이내에 적청이 발생하지 않아야 하는데, 측정결과 4 사이클 후 적청이 발생되었다. 그리고, 상기 전기아연도금의 경우, 8 사이클 이내에 적청이 발생하지 않아야 하는데, 측정결과 15 사이클 후 적청이 발생되었다. 또한, 상기 세아륨도금의 경우, 24 사이클 이내에 적청이 발생하지 않아야 하는데, 측정결과 35 사이클 후 적청이 발생되었다.
그리고, SST는 연속적으로 염수를 분무하여 적청유무를 확인하는 시험으로서, 상기 용융아연도금의 경우, 72시간 이내에 적청이 발생하지 않아야 하는데, 측정결과 96시간 이내에는 적청이 발생되지 않았다. 그리고, 상기 전기아연도금의 경우, 192시간 이내에 적청이 발생하지 않아야 하는데, 측정결과 700시간 이내에는 적청이 발생되지 않았다. 또한, 상기 세아륨도금의 경우, 720시간 이내에 적청이 발생하지 않아야 하는데, 측정결과 1000시간 이내에는 적청이 발생되지 않았다.
한편, 상기 석션파이프(10)의 내측으로 상기 팽창파이프(20)의 일부분이 내재되고, 상기 관통부(16)에 대해 브레이징(40)이 이루어진 후, 상기 석션파이프(10), 상기 팽창파이프(20) 및 브레이징(40) 부분을 포함하여 전체적으로 내식성 도장이 더 이루어짐이 바람직하다.
이와 같이, 부피가 큰 석션파이프(10)의 재질을 가격이 비싼 동 재질에서 경제적이고 가공성이 우수한 극저탄소 강관 재질로 안정적으로 대체할 수 있다. 더욱이, 열교환 문제에 있어서도 동 재질의 팽창파이프(20)의 일부분이 석션파이프의 내측에 내재되도록 함으로써 석션파이프(10)와 팽창파이프(20)의 내부를 흐르는 냉매 간의 열교환이 원활히 이루어지므로 냉동시스템의 성능을 개선할 수도 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 각 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구성한 것으로서 단순히 전술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 전술한 실시예의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형을 포함한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가공성이 우수한 극저탄소 강관은 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 굽힘성 및 연신율과 같은 가공특성이 우수한 극저탄소 재질의 강관으로서 상용에 적합한 인장강도 및 항복점을 갖는 소프트 강관을 제공할 수 있다. 이를 통하여, 가격이 비싼 동 재질의 관을 안정적으로 대체할 수 있도록 함으로써 현저히 경제적인 강관을 제공할 수 있다.
둘째, 가공성이 우수한 극저탄소 강관의 외면에 내식성 도금층을 형성함으로써 기존의 동 재질 보다 우수한 내식성능을 제공할 수 있다.

Claims (4)

  1. 압축기, 응축기, 팽창파이프 및 증발기로 이루어져 냉매가 순환함에 따라 냉난방을 수행하는 시스템에서, 상기 압축기의 흡입단에 냉매를 안내하도록 연결되는 석션파이프로 사용될 수 있도록,
    40~45%의 연신율, 30 kg/mm2 이상의 인장강도, 29.3 kg/mm2 이상의 항복점을 갖기 위하여, 중량%로, C:0.0017~0.008%, Si:0.05%이하, Mn:0.1~0.3%, P:0.008~0.02%, S:0.008~0.02%와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지는 가공성이 우수한 극저탄소 강관.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    외면에 전기아연도금, 용융아연도금, 및 세아륨 도금 중 어느 하나의 내식성 도금층이 구비됨을 특징으로 하는 가공성이 우수한 극저탄소 강관.
  4. 압축기, 응축기, 팽창파이프 및 증발기로 이루어져 냉매가 순환함에 따라 냉난방을 수행하는 시스템에서, 상기 압축기의 흡입단에 냉매를 안내하도록 연결되는 석션파이프로 사용될 수 있도록,
    40~45%의 연신율, 30 kg/mm2 이상의 인장강도, 29.3 kg/mm2 이상의 항복점을 갖기 위하여, 중량%로, C:0.0017~0.008%, Si:0.05%이하, Mn:0.1~0.3%, P:0.008~0.02%, S:0.008~0.02%와 나머지 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한 재질로 이루어지며, 외면에 전기아연도금, 용융아연도금, 및 세아륨 도금 중 어느 하나의 내식성 도금층이 구비되는 가공성이 우수한 극저탄소 강관.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US702383A (en) * 1901-08-07 1902-06-10 Frank Tyson Stop-valve.
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