KR100865413B1

KR100865413B1 - 확관 가공성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 용접관

Info

Publication number: KR100865413B1
Application number: KR1020067016176A
Authority: KR
Inventors: 나오또 오노; 도시오 다노우에; 후미오 후다노끼; 다다시 고모리; 슈우지 야마모또
Original assignee: 닛폰 스틸 앤드 스미킨 스테인레스 스틸 코포레이션
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2008-10-24
Also published as: WO2006068258A1; US7754344B2; US20070170226A1; KR20060121963A

Abstract

질량 ％로, C 0.001 내지 0.015 ％, N 0.001 내지 0.020 ％, Cr 11 내지 25 ％, Mo 0.01 내지 2.0 ％, Ti 또는 Nb 중 1종류 이상을 0.05 내지 0.5 ％, B 0.0003 내지 0.0030 ％, 잔량부 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고 용접관 소재판으로 하였을 때의 원주 방향에 해당하는 방향의 연신율이 30 ％ 이상, 평균 r치 1.5 이상의 소재판에 대해 성형, 용접, 둘레 직경에서 0.5 내지 2.0 ％의 교정 및 필요에 따라서 700 내지 850 ℃의 어닐링을 실시하고, 용접부와 모재부의 비커스 경도의 차가 10 내지 40, (용접부 비드 두께/모재부 두께)가 1.05 내지 1.3이고 용접관 모재부의 원주 방향의 연신율이 15 ％ 이상이 되도록 형성한 페라이트계 스테인레스 강관.

스테인레스 강관, 편심 확관부, 용접관, 모재부, 용접부

Description

확관 가공성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 용접관{FERRITIC STAINLESS STEEL WELDED PIPE EXCELLENT IN PIPE EXPANDING WORKABILITY}

본 발명은 자동차 배기계 부품이나 자동차 연료계 부품의 연료 급유관 등의 확관(擴管) 가공이 엄격하고, 또한 고온 산화나 융설제 등의 부착에 의한 부식이나 고온 염해 부식이 엄격한 용도에 사용되는 페라이트계 스테인레스강 용접관에 관한 것으로, 소관(素管) 직경의 2배 이상의 편심 가공을 포함하는 확관 가공에서의 모재나 용접부 혹은 용접부 근방의 모재에 발생하는 확관 가공 균열을 방지하는 것이다.

페라이트계 스테인레스강은, 열팽창 계수가 작으므로 가열·냉각이 반복되는 자동차 배기계 부품에 사용되어 왔다. 또한, 최근에는 한랭 지역에서의 융설제 부착시의 응력 부식 균열 감수성이 낮으므로, 자동차 연료계 부품의 연료 급유관에의 적용도 시작되어 있다. 이들 부품의 대부분은, 얇은 용접관이며 굽힘 가공이나 벌지 가공이나 확관 가공 등이 실시되어 있다. 특히, 연료 급유관에서는 일본 특허 공개 제2002-242779호 공보와 같이 방청 성능을 도모하기 위해 파이프를 일체로, 또한 편심으로 확관하는 것이 개시되고, 소관 직경의 2배 이상의 가공이 실시되는 경우가 있어, 사용되는 파이프에는 우수한 확관성이 요구된다.

이들 요구에 대해, 가공성이 우수한 페라이트계 스테인레스 강관으로서 일본 특허 공개 평6-41689호 공보와 같이 소재의 압연 방향이나 압연 직각 방향의 랭크 포드치(r치)를 규정하거나, 또한 일본 특허 공개 평5-277769호 공보와 같이 레이저 용접 전의 예열이나 내면 비드 여분 높이나, 그 후 용접 비드부를 압하하고 여분 높이를 소거하는 제조 방법이나, 일본 특허 공개 평7-265941호 공보, 일본 특허 공개 평7-266072호 공보, 일본 특허 공개 평7-286239호 공보, 일본 특허 공개 평8-257777호 공보 및 일본 특허 공개 제2000-326079호 공보와 같이 롤 리스 조관(造管)법과 레이저 용접의 조합에 의해, 레이저 용접기의 출력과 조관 속도, 롤 리스 조관법으로의 굽힘 롤 반경과 판 두께의 관계나 교정 조건을 규정하고, 모재부와 용접부의 경도차를 조정하거나, 레이저 용접부의 C, N, O량이나 개재물을 조정하고, 용접부의 벌지 가공성, 확관성이나 굽힘 가공성을 높이는 것이 제안되어 있지만, 소재 재질, 용접 비드 형상이나 용접 비드 경도의 조정만으로는 소관의 2배 이상, 또한 편심 확관을 수반하는 매우 엄격한 확관 가공에 견디는 것이 곤란하다.

한편, 소재에 관해서도 사용 환경이 엄격해진 것이나, 수명 등 내구성의 향상 요구 등으로부터 내식성, 내고온 염해성, 내산화성, 고온 강도나 열피로의 향상이 요구되어, Cr, Mo, Nb 등의 합금 원소 함유량이 높아지는 경향이 있지만, 이는 가공성에 관해서는 바람직하지 않은 방향이므로 사용 성능과 가공성을 양립한 용접관 소재가 요구되고 있다.

본 발명은 이러한 현상을 비추어, 소관의 2배 이상의 편심 가공을 포함하는 확관 가공에서의 모재에 발생하는 확관 가공 균열이나 용접부 혹은 용접부 근방 모재 균열을 방지하는 확관 가공성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 용접관을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해, 확관 가공에 있어서의 용접관의 변형 거동 및 확관성과 모재 특성의 관계를 검토하여, 다단 공정에 의한 확관성을 향상시키고 편심 확관 공정을 포함하여 소관의 2배 이상의 확관성을 얻기 위해서는 소재판의 특성과 조관 후의 모재부의 특성과 함께 모재와 용접부의 경도나 용접 비드 두께에 의한 강도 밸런스를 유지하는 것이 매우 중요하다는 지견을 얻은 것이며, 그 요지로 하는 것은 이하와 같다.

(1) 페라이트계 스테인레스강 용접관에 있어서, 성형, 용접, 교정 후의 용접관 모재부의 원주 방향 연신율이 15 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 확관 가공성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 용접관.

(2) Ti, Nb 중 1종류 또는 2종류를 질량 ％로 각각 0.05 내지 0.5 ％ 함유하는 페라이트계 스테인레스강 용접관에 있어서, 용접부의 비커스 경도(HV_W)와 모재부의 비커스 경도(HV_M)와의 경도차(ΔHV)(=HV_W-HV_M)가 10 내지 40의 범위이고, 용접부의 비드 두께(T_W)와 모재부의 두께(T_M)의 비(RT)(= T_W/T_M)가 1.05 내지 1.3인 것을 특징으로 하는 확관 가공성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 용접관.

(3) 질량 ％로, C : 0.001 내지 0.015 ％, Si : 0.01 내지 1.0 ％, Mn : 0.01 내지 1.0 ％, P : 0.01 내지 0.03 ％, S : 0.0005 내지 0.010 ％, N : 0.001 내지 0.020 ％, Cr : 11 내지 25 ％, Mo : 0.01 내지 2.0 ％, Ti 또는 Nb 중 1종류 또는 2종류를 각각 0.05 내지 0.5 ％, B : 0.0003 내지 0.0030 ％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고 용접관 소재판의 원주 방향이 되어야 하는 방향의 연신율이 30 ％ 이상이고, 평균 랭크 포드치(r치)가 1.5 이상인 소재판을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 확관 가공성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 용접관.

(4) 성형, 용접 후에 주위 길이에서 0.5 내지 2.0 ％의 교정을 실시하는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 용접관의 제조 방법.

(5) 성형, 용접, 교정 후에 700 내지 850 ℃에서 어닐링하는 것을 특징으로 하는 (4)에 기재된 용접관의 제조 방법.

도1은 편심 확관 가공에 의한 가공 왜곡 경로.

도2는 편심 확관부에 보이는 균열, 잘록함의 형태.

도3은 원주 방향 연신율과 편심 확관 가공에서의 잘록함, 균열 발생의 관계.

도4는 확관 가공에서의 균열 형태.

도5는 확관 가공 상황과 용접부의 비커스 경도(HV_W)와 모재부의 비커스 경도(HV_M)와의 경도차(ΔHV)(= HV_W-HV_M)가 10 내지 40의 범위이고, 용접관의 비드 두께(T_W)와 모재부의 두께(T_M)의 비(RT)(=T_W/T_M)의 관계.

도6은 용접관과 모재부의 경도차(ΔHV)와 주위 길이 교정량의 관 계[SUS436L/TIG 용접관(25.4 mmφ×0.8 mmt)].

도7은 용접관과 모재부의 경도차(ΔHV) 열처리 온도의 관계이다[SUS436L/TIG 용접관(25.4 mmφ×0.8 mmt)].

이하에 본 발명을 상세하게 설명한다. 통상, 펀치에 의한 다단 공정에서의 편심 확관 가공에서는, 도1에 도시한 바와 같이 용접관은 각 공정에서 펀치와의 마찰에 의한 관축 방향의 응력에 의해 관축 방향으로는 압축 변형하고, 관 원주 방향으로는 인장 변형을 받으면서 확관 가공되어 있다. 또한, 편심 확관 가공을 수반하는 경우는, 편심부가 돌출되어 국부적으로 축 방향 및 원주 방향으로 인장 변형을 받고, 특히 원주 방향의 왜곡이 인장 왜곡으로 크기 때문에 원주 방향의 연신 확보가 편심 확관 성형하기 위해서는 중요하다고 생각된다.

이러한 가공에 있어서, 용접관 모재부의 연성이 부족하면, 도2에 도시한 바와 같이 편심 확관부의 돌출부에, 축 방향에 따른 잘록함이나 균열이 발생한다. 이러한 잘록함이나 균열은, 중요 보안 부품인 자동차 연료계 부품의 연료 급유관에서는 허용되지 않는 결함이다. 편심 확관부에서의 균열과 용접관 모재의 연성과의 관계를 검토한 결과, 편심 확관부에서의 균열과 용접관 원주 방향의 연신율에는 관련이 있으며, 도3에 도시한 바와 같이 잘록함이나 균열을 억제하기 위해서는 용접관 원주 방향의 연신율이 15 ％ 이상 필요하고, 원주 방향 연신율이 15 ％ 이하 10 ％ 이상인 용접관에서는 잘록함이 발생하고, 10 ％ 이하인 용접관에서는 균열에 이르는 것이 밝혀졌다. 또한, 원주 방향의 연신율 15 ％ 이상을 확보하기 위해서는 롤 성형이나 게이지 성형에 의해 오픈 파이프 형상으로 성형될 때, 가능한 한 저왜곡으로 성형하는 방법이나 조관 후 열처리에 의해 조관 왜곡을 저감하고, 연성을 확보하는 등의 수단을 이용하는 것이 필요하다. 또한, 용접관 모재부의 원주 방향 연신율은, 원주 방향으로 절단, 전개 후, JIS 13호 B에 준거한 인장 시험편 평행부를 잘라내고, 양단부에 손잡이부를 용접 후 인장 시험을 행하여 전체 연신율을 측정하였다.

용접관 소재판에 관해서도, 전체의 왜곡이나 국부적인 왜곡에 대해 모재 균열의 억제 및 균열의 진전을 억제하기 위해, 원주 방향이 되어야 하는 방향의 연신율은 30 ％ 이상, 평균 랭크 포드치로 1.5 이상인 페라이트계 스테인레스강 띠의 사용이 바람직하다. 또한, 그들에 사용되는 스테인레스 강판 소재판은 Ti, Nb를 첨가한 고순도 페라이트계 스테인레스강을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 용접관의 용접부와 모재부의 강도 밸런스가 적정하지 않은 경우 균열에 이른다. 도4에 도시한 바와 같이, 모재부에 대해 용접부의 강도가 상대적으로 낮은 경우에는, 용접부에서 축 방향(종방향)으로 균열이 발생한다. 한편, 모재부에 대해 용접부의 강도가 지나치게 높은 경우는 용접부의 관축 방향의 변위가 모재부에 비해 작고, 확관부 관 단부에서 용접부가 돌출한 형상이 되어 용접부와 모재부의 관축 방향 변위량의 차이에 의해 양자간에 전단적인 변형이 커져, 용접부 근방의 모재부로부터 경사 방향으로 균열이 발생한다. 또한, 용접부는 언더 커터나 맞댐 형상 불량에 의한 국부적으로 두께가 모재보다 얇은 부위가 없는 용접부 형상인 것이 전제이며, 용접부 형상이 상기와 같은 불량이 있는 경우 용접부에서 축방 향으로 균열된다.

종래, 용접부와 모재부의 강도 밸런스를 유지하여, 용접관의 가공성을 향상시키는 방법으로서, 일본 특허 공개 평7-265941호 공보 등과 같이 모재 경도와 용접부 경도의 차가 10 내지 80이 되도록 제조 조건을 조정하는 것이 제안되어 있지만, 본 발명자들은 다단의 확관 가공에서는 단순히 용접부 강도(경도)를 조정한 것만으로는 용접부와 모재부의 적정한 강도 밸런스를 얻을 수 없어 용접부 경도에다가 용접부 비드 두께를 적절한 범위로 할 필요가 있는 것을 밝혔다.

또한, 상기한 모재, 용접부 경도 및 용접 비드 두께를 조절하기 위해서는, 성형에 있어서 롤 배치나 핀 패스 롤 간격, 스퀴즈 롤 간격 등의 성형 조건이나, 성형 후의 사이징에 의한 교정량이나 그 후의 열처리 조건이 중요하다.

이하에 본 발명에 이용하는 용접관의 구체적 성분 조성에 있어서 설명한다.

C, N : C, N은 다량으로 첨가하면 성형성이나 내식성을 열화시킨다. 또한, 이들을 고정시키기 위해 필요 Ti량이 증가하므로, 상한은 C는 0.015 ％, N은 0.020 ％로 하였다. 하한은 정련 비용을 고려하여, C, N 모두 0.001 ％로 하였다.

Si : Si는 탈산 원소로서 이용되는 원소이지만, 1.0 ％를 넘으면 성형성을 현저하게 저하시키므로 상한을 1.0 ％로 하였다. 정련 공정 비용을 고려한 경우, 0.01 ％는 불가피하게 혼입하는 레벨이므로 이것을 하한으로 하였다.

Mn : Mn을 다량으로 첨가한 경우, 성형성을 저하시키므로 상한을 1.0 ％로 하였다. 정련 공정 비용을 고려한 경우, 0.01 ％는 불가피하게 혼입하는 레벨이므로 이것을 하한으로 하였다.

P : P는 고용 강화에 의해, 성형성을 저하시키므로 상한은 0.03 ％로 하였다. 하한은, 원료 선택 등에 의해 제강 비용을 증가시키므로 하한은 0.01 ％로 하였다.

S : S는 다량으로 첨가하면, 개재물 등에 의해 내식성을 열화시키므로, 상한을 0.010 ％로 하고, 하한은 제강 비용을 고려하여 0.0005 ％로 하였다.

Cr : Cr은 스테인레스강의 기본 특성인 내식성을 확보하기 위해 필요한 원소이다. 자동차 연료계 부품에서 필요해지는 Cr은, 하한은 도장을 한 경우에서 11 ％, 상한은 성형성을 저하시키거나, 제품 비용을 높이거나, 제조성을 열화시키기 위해 25 ％로 하였다.

Mo : Mo도 스테인레스강의 내식성을 향상시키는 원소이다. 상한은 Cr과 마찬가지로 성형성이나 비용면에서 2.0 ％로 하고, 하한은 불가피한 레벨로서 0.01 ％로 하였다.

Ti나 Nb는 0.05 질량 ％ 이상, 바람직하게는 0.1 ％ 이상 첨가함으로써 C, N과 결합하고, 강 중에 고용하는 C, N을 저감하여 연신율이나 r치를 높여 가공성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. 또한, C를 Ti나 Nb의 탄화물로서 안정화시킴으로써, 용접부 열영향부에서 Cr 탄화물의 석출을 억제하여 내입계 부식성을 높일 수 있다. 한편, 과잉 첨가는 고체 용융이나 석출에 의해 강의 강도를 높이거나 Ti 첨가에서는 개재물에 의한 흠집 발생의 문제가 있는 것, Nb 첨가에서는 제조 공정에서의 Nb계 석출물의 석출에 의해 재결정이나 결정립 성장을 억제하고, 연신율인 r치가 얻어지지 않으므로 상한은 0.5 ％로 하였다.

B : B는 2차 가공성을 향상시키는 원소이며, 확관 가공 후의 각종 가공에서의 2차 가공 균열을 억제한다. 그 효과를 얻기 위해서는 0.0003 ％ 이상 필요하므로 하한으로 하였다. 상한은 소재의 연신율이나 r치 등 성형성을 열화시키므로 0.0030 ％로 하였다.

다음에, SUS436L/0.8 mmt, 1.0 mmt의 강 띠를 이용하여, 롤 성형에 의해 25.4 mmφ의 TIG 용접관, 전기 재봉 용접관을 각각의 조관 조건, 교정 조건, 열처리 조건으로 제조한 용접관을 다단 펀치, 4공정(3Dφ, 38φ, 45φ, 51φ)에서 확관 가공하고, 전 공정에서의 균열 유무에 의해 확관성을 평가한 결과로 설명한다.

용접관의 경도차(ΔHV)를 구하기 위해, 용접부의 비커스 경도는 마이크로 비커스 경도계로, 하중 500 g으로 0.5 mm 또는 0.2 mm 간격으로 측정하여 그 평균으로 하였다. 또한, 모재부의 비커스 경도는 용접부를 제외하고 전체 둘레를 45 °간격으로 하중 500 g으로 7점 측정하고, 그 평균으로서 평가하였다.

두께의 비는 용접부의 가장 두꺼운 부위를 용접부 두께로 하고, 모재부는 모재부 비커스 경도를 측정한 부위 7점의 평균을 모재 두께로서 평가하였다.

용접부의 비커스 경도(HV_W)와 모재부의 비커스 경도(HV_M)의 경도차(ΔHV)(=HV_W-HV_M), 용접부의 비드 두께(T_W)와 모재부의 두께(T_M)의 비(RT)(=T_W/T_M)와 확관 가공성 평가 결과의 관계를 보면, 도5의 ●로 나타낸 바와 같이 경도차(ΔHV)가 10 미만 또는 경도차(ΔHV)가 10 내지 30이고, 두께비(RT)가 1.05 미만인 경우, 확관 가공에서는 용접부가 축 방향(종방향)으로 균열된다.

다음에, 도5의 ▲로 나타낸 바와 같이 경도차(ΔHV)가 10 내지 30 또는 경도차(ΔHV)가 30보다 크고 두께비(RT)가 1.3보다 큰 경우, 관축 방향 변위량의 차에 의해 양자 사이에 전단적인 왜곡이 커져 용접부 근방의 모재부로부터 경사 방향으로 균열이 발생한다.

한편, 도5의 ◇로 나타낸 나와 도시하는 것 같이 경도차(ΔHV)가 10 내지 40의 범위이고, 두께비(RT)가 1.05 내지 1.3인 범위에서는 미소한 균열은 있지만 소관의 2배의 확관 가공이 가능하고, 미소한 균열까지 억제하기 위해서는 도5의 □로 나타낸 바와 같이 경도차(ΔHV)가 10 내지 30의 범위에서 두께비(RT)가 1.1 내지 1.25의 범위인 것이 바람직하다.

다음에, 성형, 용접 후의 주위 길이 교정량[(교정 전 주위 길이-교정 후 주위 길이/교정 전 주위 길이]×100 (％)의 한정 범위에 대해 서술한다. 도6에 도시한 바와 같이, 주위 길이 교정량이 0.5 ％ 미만에서는 용접부의 경도 증가가 작아, 확관 가공에서의 필요한 상기 용접부 강도가 얻어지지 않는다. 한편, 주위 길이 교정량이 2.0 ％보다 큰 경우는, 용접부 경도는 충분히 이상이지만 모재부의 경도 증가도 커 모재부의 가공성 열화가 크다. 이로 인해, 성형, 용접 후의 주위 길이 교정량은 0.5 내지 2.0 ％가 필요하다.

마지막으로, 성형, 용접, 교정 후의 열처리 온도의 한정 범위에 대해 도7을 이용하여 서술한다. 열처리는 성형, 용접, 교정에 의한 왜곡에 의한 모재 성형성의 회복과 용접부와 모재부의 강도 밸런스를 조정한다. 여기서, 700 ℃ 미만에서는 회복에 의한 모재의 성형성 회복이 불충분해 열처리를 하는 의미가 없다. 한 편, 850 ℃보다 높은 경우에는 용접부의 강도(경도)가 저하하고, 모재부와 같은 정도가 되어 확관 가공에 필요한 용접부, 모재 강도 밸런스가 얻어지지 않는다. 이로 인해, 성형, 용접, 교정 후의 열처리하는 경우 열처리 온도는 700 내지 850 ℃의 범위가 바람직하다.

(제1 실시예)

표1에 나타내는 성분의 강판 1.0 mm 두께를 이용하여, 25.4 mmφ의 TIG 용접관, 전기 재봉 용접관을 성형 조건, 조관 후 교정량, 열처리 온도를 표2와 같이 변화시켜 제조하였다. 제조한 용접관을 다단 펀치의 5공정 편심 확관[25.4 mmφ 용접관을 30φ, 38φ, 45φ, 51φ, 편심 확관 51φ(13 mm 오프셋)]에 의해 다단 확관 가공하고, 전체 공정에서의 균열 유무에 따라 확관성을 평가하였다. 또한, 이러한 엄격한 확관 가공에서는 용접부를 기점으로 하는 균열도 발생하므로, 용접 비드 강도 등을 적절하게 제어하여 제조하였다.

[표 1]

[표 2]

표2에 나타낸 바와 같이 각종 용접관의 편심 확관성을 평가한 결과, No.1 내지 14와 같이 본 발명 범위의 성분, 소재 특성을 갖는 고순도 페라이트 강에서는 일본 특허 공개 제2002-239626호 공보 등의 지그재그 배치된 구멍형 롤의 롤 간격이 구멍형 롤 외경의 1배를 초과하고 2배 이하이도록 배치함으로써 성형 과정에서의 굽힘, 굽힘 복귀에 의한 성형 왜곡을 저하시키는 것이 가능하다. 구체적으로는, 롤 외경 50 mm, 롤 간격 52 mm의 구멍형 롤 10단을 조관 방향으로 지그재그 배치하여 성형하였다. 이러한 저왜곡에서의 조관 후의 사이징량에 대해서도, 사이징률을 주위 길이비로 1.5 ％ 이하로 함으로써, 원주 방향 연신율을 15 ％ 이상 확보할 수 있어 편심 확관부에서의 잘록함이나 균열은 보이지 않고, 충분한 편심 확관성이 얻어지고 있다. 또한, No.15 내지 21과 같이 통상의 롤 성형에 의한 조관재에 대해서도, 조관, 사이징 후에 700 내지 850 ℃에서 열처리함으로써 연성이 회복되고, 원주 방향 연신율이 15 ％ 이상이 되어 편심 확관부에서의 잘록함이나 균열은 보이지 않고 충분한 확관성이 얻어지고 있다. 한편, No.22 내지 28과 같이 저왜곡 조관이나 사이징량, 열처리 등이 이루어지지 않는 경우나 열처리 온도가 낮은 경우는 원주 방향 연신율이 15 내지 10 ％인 용접관에서는 편심 확관부에 잘록함의 발생이 보이고, 원주 방향 연신율 10 ％ 이하의 재료에서는 균열에 이르고 있어 자동차 등의 중요 보안 부품에는 사용할 수 없는 것은 명백하다.

한편, No.29 내지 31의 강 종류 II(SUS430)를 소재로 하면, 소재 연신율과 r치가 낮고, 용접부의 특성이 열화되므로 모재 편심 확관부나 용접부에서 균열이 발생되어 엄격한 편심 확관용 재료로서는 사용할 수 없다.

(제2 실시예)

표3에 나타내는 성분의 강판을 이용하여, 25.4mmφ 또는 28.6 mmφ의 TIG 용 접관, 전기 재봉 용접관(ERW)을 성형 조건, 조관 후 교정량, 열처리 온도를 변화시켜 제조하였다. 제조한 용접관을 다단 펀치의 4공정(25.4 mmφ의 용접관은 30φ, 38φ, 45φ, 51φ, 28.6 mmφ의 용접관은 38φ, 45φ, 51φ, 58φ)에서 확관 가공하고, 전체 공정에서의 균열 유무에 의해 확관성을 평가하였다. 결과를 표4에 나타낸다.

[표 3]

[표 4]

각 강 종류, 각 제조 조건의 용접관의 확관성을 평가한 결과, 본 발명 범위 내의 성분, 용접부 비커스 경도와 모재 비커스 경도와의 경도차, 모재와 용접 비드 두께의 비의 No.1 내지 No.18에서는 용접 방법, 관 사이즈에 상관없이 관 단부 균열이 없거나 또는 미소해 문제없이 소관의 2배의 확관 가공이 가능하다.

한편, 성분이 본 발명 범위로부터 벗어나는 No.19 내지 No.22에서는, 용접부 경도가 높아지거나 모재부의 가공성이 열화되므로 용접부 근방으로부터 모재 경사 방향으로 균열이 발생한다. 조관 후의 교정량이나 어닐링 조건에 의해, 용접부와 모재 경도차(ΔHV)가 작은 No.23 내지 No.35에서는 확관 공정의 2 또는 3공정의 초기 과정에서 용접부 세로 균열이 발생하고 있다.

용접 비드가 얇거나 또는 두꺼운 No.36 내지 42에서는, 용접 비드가 두꺼운 경우에는 용접부 근방 모재에 경사 방향의 균열이 발생하고, 용접 비드가 얇은 경우에는 용접부에 종방향으로 균열이 발생한다.

이상 서술한 바와 같이, 본 발명은 자동차 배기계나 연료계 부품 등의 엄격한 사용 환경에 견디어 확관성이 우수하며 편심 확관 가공에서의 모재 균열의 없는 페라이트계 스테인레스강 용접관을 제공하는 것이 가능해진다.

Claims

페라이트계 스테인레스강 용접관에 있어서, 성형, 용접 후에 둘레 길이를 0.5 내지 2.0％의 교정한 후 또는 상기 교정 후에 700 내지 850 ℃에서의 풀림 후의 용접관 모재부의 원주 방향 연신이 15％ 이상인 것을 특징으로 하는 확관 가공성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 용접관.
제1항에 있어서, 상기 페라이트계 스테인리스강 용접관이 질량 ％로 C : 0.001 내지 0.015 ％, Si : 0.01 내지 1.0 ％, Mn : 0.01 내지 1.0 ％, P : 0.01 내지 0.03 ％, S : 0.0005 내지 0.010 ％, N : 0.001 내지 0.020 ％, Cr : 11 내지 25 ％, Mo : 0.01 내지 2.0 ％, Ti 또는 Nb 중 1종류 또는 2종류를 각각 0.05 내지 0.5 ％, B : 0.0003 내지 0.0030 ％를 함유하고, Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 잔량부를 포함하며, 또한 용접부의 비커스 경도(HV_W)와 모재부의 비커스 경도(HV_M)의 경도차(ΔHV)(=HV_W-HV_M)가 10 내지 40의 범위이고, 용접부의 비드 두께(T_W)와 모재부의 두께(T_M)의 비(RT)(=T_W/T_M)가 1.05 내지 1.3인 것을 특징으로 하는 확관 가공성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 용접관.
제2항에 있어서, 용접관 소재판의 원주 방향이 되어야 하는 방향의 연신율이 30 ％ 이상이고, 평균 랭크 포드치(r치)가 1.5 이상인 소재판을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 확관 가공성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 용접관.
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제1항에 있어서, 질량 ％로 C : 0.001 내지 0.015 ％, Si : 0.01 내지 1.0 ％, Mn : 0.01 내지 1.0 ％, P : 0.01 내지 0.03 ％, S : 0.0005 내지 0.010 ％, N : 0.001 내지 0.020 ％, Cr : 11 내지 25 ％, Mo : 0.01 내지 2.0 ％, Ti 또는 Nb 중 1종류 또는 2종류를 각각 0.05 내지 0.5 ％, B : 0.0003 내지 0.0030 ％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고, 용접관 소재판의 원주 방향이 되어야 하는 방향의 연신율이 30 ％ 이상이고, 평균 랭크 포드치(r치)가 1.5 이상인 소재판을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 확관 가공성이 우수한 페라이트계 스테인레스강 용접관.