KR101207682B1 - 고강도 오스테나이트계 가스실드아크용접 강관 및 그 제조방법 - Google Patents

고강도 오스테나이트계 가스실드아크용접 강관 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고강도 오스테나이트계 가스실드아크용접 강관 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용접금속부의 연화현상 개선 및 Mn 흄 발생을 저감시킴으로써 우수한 용접부 가공성을 갖는 고강도 오스테나이트계 가스실드아크용접 강관 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 모재 및 용접부를 포함하는 가스실드아크용접 강관으로서, 상기 모재는 중량%로, C: 1.5%이하, Mn: 5~35%, Al: 0.01~3%, Si: 3%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되며, 상기 용접부의 비드폭이 2.5mm이하이며, 상기 용접부의 표면에, 깊이가 0.1mm이하인 피트가 3개 이하인 고강도 오스테나이트계 가스실드아크용접 강관 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 용접시공성 및 용접품질을 향상시킴으로써 저원가의 파이프 소재로 확관, 벤딩용 가공부재로 활용이 가능한 980MPa급 오스테나이트계 가스실드아크용접 강관을 제공할 수 있다.

Description

고강도 오스테나이트계 가스실드아크용접 강관 및 그 제조방법{HIGH STRENGTH AUSTENITIC GAS SHIELD ARC WELDING STEEL PIPE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 고강도 오스테나이트계 가스실드아크용접 강관 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용접금속부의 연화현상 개선 및 Mn 흄 발생을 저감시킴으로써 우수한 용접부 가공성을 갖는 고강도 오스테나이트계 가스실드아크용접 강관 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 자동차 산업은 환경규제의 강화에 따른 차체 경량화를 목적으로 고강도 강재의 채용이 증가하고 있다. 또한, 가공방법 측면에서도 테일러드 블랭크(TWB, Tailor Welded Blank), 하이드로포밍(Hydroforming) 등이 적극 검토되어 기존의 프레스공정을 대체하고 있다.
테일러드 블랭크 가공방법은 두께, 강도, 재질이 서로 다른 강판을 적절한 크기와 형상으로 절단한 블랭크를 용접하고 그 블랭크를 프레스가공(Stamping)하여 부품으로 가공하는 방법이다. 하이드로포밍 기술은 튜브(tube) 내부에 고압을 작용하여 부품을 성형하는 기술로써, 다수의 부품을 하나의 부품으로 제작하여 부품 조립공정을 줄여 공정비 절감, 부품 경량화 및 재료 가격 감소 등의 효과를 볼 수 있는 장점이 있다. 자동차용 용접강관은 대체로 롤(roll)성형 후 용접하여 제조되며, 연속적으로 제조되고 있으며, 여기에 적용되는 용접의 종류로는 TIG, 플라즈마, 고주파, 레이저용접 등이 있다.
고주파용접 방법은 유도코일에 의해 가열된 용접심부가 스퀴징롤(Sqeezing Roll)에 의해 가압되어 용융금속부가 외부로 방출되고, 최종적으로 모재의 고상조직이 잔존하는 용접 방법이다. 타 용접에 비해 용접속도가 매우 빨라 생산성 측면에서 유리하지만 고강도강에서의 품질확보가 곤란한 단점도 있다. 레이저용접강관은 고밀도 열원인 레이저를 이용하여 용접이 이루어지기 때문에 용접부 품질이 우수하다. 그러나 레이저열원의 특징에 기인하여 소재의 절단면, 용접심부 등의 정밀한 관리 및 제어가 필요하다. TIG용접, 플라즈마 용접 등이 적용된 가스실드아크용접 강관은 생산성은 낮지만 초기설치비가 낮고, 설비운용이 타 용접조관에 비하여 용이하기 때문에 소형제조업체서 많이 적용하고 있다.
이와 같은 신가공법의 특징은 용접부가 소재와 같이 동일한 조건에서 성형이 이루어지기 때문에 부품재로 적용되기 위해서는 용접부의 품질확보가 매우 중요하다고 할 수 있다. 특히, 고강도 강재의 경우 통상적으로 합금원소가 다량 첨가되므로 용접시에 경화능이 증가하여 용접부의 가공성이 저하되는 문제점이 있다. 더욱이, 980MPa급 이상의 고강도강의 경우에는 용접부의 경화현상이 현저하게 나타난다.
한편, 최근에는 망간, 탄소 등의 다량 첨가로 변형중 쌍정을 유도하여 가공경화율을 증가시켜 높은 연신율을 가지는 오스테나이트 조직의 고강도강인 TWIP(Twinning Induced Plasticity)강과 같은 강종이 개발되고 있는데, TWIP강은 기존의 고강도강(DP, TRIP 등)과 다르게 단상의 오스테나이트 조직을 가지고 있으며, 용접후에도 상변태가 발생하지 않는 강종이다. 그러나, TWIP강의 용접부는 모재에 비하여 결정립이 조대화되고, TWIP효과가 소실되기 때문에 연화현상이 발생되는 문제점이 있다. 하이드로포밍용 용접강관의 경우, 용접전에 롤 성형에 의해 소재가 가공되어 용접부의 경도가 상승하기 때문에 판재 용접부에 비해서 연화현상이 현저하다는 문제점이 있다.
또한, Mn이 다량으로 함유된 TWIP강을 아크용접할 경우, 레이저와 같은 고밀도열원에 비해 흄(fume)발생이 문제점으로 지적되고 있다.
이러한 문제점들을 개선하기 위한 대표적인 기술로는 일본 공개특허공보 특개평8-134609호가 있는데, 상기 특허에는 780MPa급 고Mn 비자성 강재의 용접열영향부(HAZ)의 연화현상을 개선할 목적으로, 고온에서도 HAZ에 안정한 탄질화물을 형성하기 위해 Ti, Nb를 복합 첨가하는 기술이 제시되어 있다. 다른 기술로는, 일본 공개특허공보 특개평8-013092호가 있는데, 상기 기술에는 용접성 및 피삭성이 우수한 고Mn 비자성강으로 Ca 및 S를 엄격하게 제어한 기술이 제시되어 있다. 그러나, 상기 기술들은 내수소취화특성을 개선하지 못하고 있다는 단점이 있다.
또한, 일본 공개특허공보 특개평6-192788호에는 고Mn 비자성강 용접이음부의 건전한 용접금속을 고효율로 확보하기 위한 아크용접방법이 개시되어 있는데, 여기에서는 산소량을 제한하고, C, Si, Mn, Cr, Ni, N량을 특정한 용접와이어와 PbO를 포함하고 CaF2, CaO, MgO, SiO2, Al2O3의 양을 특정한 플럭스를 제안하고 있다. 그러나, 상기 기술은 후판 고Mn강에 적용되는 서브머지드아크용접용 용접와이어 및 플럭스에 관한 것으로, 박물 용접강관에 적용하기는 곤란하다는 문제가 있다.
또한, 일본 공개특허공보 특개평9-076094호에는 조관용접시 대기중의 불순물 혼입을 방지하기 위해 토치와 용접입측을 전부 실딩하는 방법에 관하여 개시되어 있으며, 일본 공개특허공보 제2006-297402호에는 TIG 또는 플라즈마용접시에 스퀴징롤을 간섭하지 않게 실드판을 배치하여 용접부의 산화를 방지하는 용접방법에 대해 개시되어 있으나, 전부분 실딩에 의해 용접아크 흐름을 관찰하기 어렵고 조업도중 불량발생시 신속한 대응이 곤란하다는 문제점이 있다.
또한, 일본 공개특허공보 특개평5-277769호에는 페라이트 스테인리스강의 레이저 조관용접 전에 250℃이상으로 예열하고, 내면 비드의 돌출높이를 0.15mm이상으로 용접하고, 용접부를 판두께 방향으로 압하하여 가공성을 향상시키는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 상기 기술은 전술한 바와 같이, 예열공정에 따라 생산원가가 상승하며, 강제압하를 위해 용접강관 내측에 소정의 공간이 필요하나 소?중구경에서는 적용이 곤란하다는 단점이 있다.
본 발명의 일측면은 실드가스의 종류 및 유량을 적절히 제어하여 용접함으로써, 용접시공성 및 용접가공성을 향상시킨 고강도 오스테나이트계 가스실드아크용접 강관 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 모재 및 용접부를 포함하는 가스실드아크용접 강관으로서, 상기 모재는 중량%로, C: 1.5%이하, Mn: 5~35%, Al: 0.01~3%, Si: 3%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되며, 상기 용접부의 비드폭이 2.5mm이하이며, 상기 용접부의 표면에, 깊이가 0.1mm이하인 피트가 3개 이하인 고강도 오스테나이트계 가스실드아크용접 강관을 제공한다.
상기 용접부와 모재의 강도비는 0.85이상인 것이 바람직하며, 확관율은 30%이상인 것이 바람직하다.
본 발명은 용접토치를 통해 실드가스를 공급하면서 모재를 강관으로 용접하여, 용접부를 포함하는 가스실드아크용접 강관을 제조하는 방법으로서, 상기 모재로서 중량%로, C: 1.5%이하, Mn: 5~35%, Al: 0.01~3%, Si: 3%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 강재를 사용하고, 상기 실드가스로서 3~9부피%의 수소와 잔부 아르곤 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 고강도 오스테나이트계 가스실드아크용접 강관의 제조방법을 제공한다.
이 때, 상기 실드가스의 공급 유량은 15~20L/min인 것이 바람직하며, 상기 용접시 용접전류는 60~75A인 것이 바람직하다. 또한, 상기 용접토치에 길이가 60~100mm, 폭이 20~40mm, 높이가 10~30mm인 실드박스가 장착되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 일측면에 따르면, 용접시공성 및 용접품질을 향상시킴으로써 저원가의 파이프 소재로 확관, 벤딩용 가공부재로 활용이 가능한 980MPa급 오스테나이트계 가스실드아크용접 강관을 제공할 수 있다.
도 1은 가스실드아크용접의 일례를 나타낸 모식도이며, (a)는 사시도, (b)는 용접부분의 단면도를 나타낸다.
가스실드아크용접은 아크의 특성상 레이저열원과 같은 고밀도열원에 비해 더 많은 용접입열량이 필요하게 되고 그에 따라 용융부가 증가하여 강도저하는 물론 흄 발생량도 증가하게 된다. 따라서, 본 발명자는 TWIP강을 이용하여 고강도 오스테나이트계 가스실드아크용접 강관을 제조할 경우, 용접부의 가공성을 확보하기 위해서는 용접부의 연화현상을 개선해야 하고, 용접시공과 관련해서는 Mn 흄 발생을 억제하여야 한다는 사실을 기반으로 연구를 행하게 되었으며, 상기 용접부 연화현상을 개선하기 위해서는 용접시 용접전류를 제어함으로써 아크효율 및 입열량을 최적화하는 것이 효과적임을 알게 되었다. 이에 더하여, 실드가스의 종류와 유량을 제어함으로써, 가공성과 용접시공성이 보다 향상된 고강도 오스테나이트계 가스실드아크용접 강관을 제조할 수 있다는 점을 깨닫고 본 발명을 완성하게 되었다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 용접 강관은 모재와 용접부를 포함한다.
본 발명의 용접 강관의 모재는 C: 1.5중량%이하, Mn: 5~35중량%, Al: 0.01~3중량%, Si: 3중량%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 것이 바람직한데, 상기한 모재는 통상의 TWIP강이며, 본 발명에서는 상기 성분계를 지니는 TWIP강 즉, 통상의 TWIP강이라면 모두 모재로서 적용이 가능하다.
본 발명이 대상으로 하고 있는 TWIP(Twinning Induced Plasticity)강은 망간, 탄소 등의 다량 첨가로 변형중 쌍정을 유도하여 가공경화율을 증가시켜 높은 연신율을 가지는 오스테나이트 조직의 고강도강으로서, 기존의 고강도강(DP강, TRIP강 등)과 다르게 단상의 오스테나이트 조직을 가지고 있으며, 용접후에도 상변태가 발생하지 않는 강종이다.
본 발명이 제안하는 오스테나이트계 가스실드아크용접 강관은 2.5mm이하의 용접부의 비드폭을 갖는 것이 바람직하다. 상기 범위의 용접부 비드폭을 확보함으로써, 용접부의 연화현상을 개선하고, 용접부의 품질을 향상시킬 수 있다. 상기 용접부 비드폭이 2.5mm를 초과할 경우에는 입열량이 커져 용접부의 산화가 발생하여 연화 개선 특성 효과가 저감된다. 상기 용접부 비드폭은 좁은 범위일수록 바람직하나, 공정의 한계상 2.0mm이상을 갖는 것이 바람직하며, 2.0mm미만일 경우에는 용접이 되지 않을 우려가 있다는 문제점이 있다.
또한, 상기 강관의 용접부의 표면에, 깊이가 0.1mm이하인 피트가 3개 이하가 형성되는 것이 바람직하다. 상기 언급한 피트는 표면 결함의 일종으로서, 아크가 꺼지거나 튈 때 발생하게 되는데, 본 발명의 TWIP강의 경우 가스(gas)화가 잘 되는 C, Mn 등의 함량이 높기 때문에 강관의 표면에 피트 결함이 발생할 위험이 높다. 즉, 가스화에 의한 Mn 흄 등의 발생을 억제하기 위해서는, 양호한 아크안정성을 확보하는 것이 우선시되며, 이를 통해, 상기 조건을 만족하는 강관의 표면을 확보함으로써, 품질이 우수하며, 용접부의 가공성 또한 향상된 강관을 제조할 수 있다. 용접부의 표면에 피트가 3개를 초과하여 발생할 경우에는 강관의 표면 품질이 상당히 저하되기 때문에 강관으로 사용할 수 없다.
또한, 본 발명의 강관은 용접부와 모재의 강도비가 0.85이상인 것이 바람직한데, 이를 통해 모재와의 경도차가 거의 없는 강관을 제조할 수 있다. 상기 강도비는 용접부와 모재의 강도 차이가 없는 수준 즉, 강도비가 1인 경우가 바람직하나, 공정의 한계상 그 상한을 0.95로 한정하는 것이 바람직하다.
이에 더하여, 본 발명의 강관은 확관율을 30%이상으로 확보할 수 있으며, 이를 통해 연성 또한 우수한 강관을 제조할 수 있다. 확관율 또한 높은 수준일수록 바람직하나, 공정의 한계상 그 상한을 35%로 한정하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 설명한다.
도 1은 가스실드아크용접의 일례를 나타낸 모식도이며, (a)는 사시도, (b)는 용접부분의 단면도를 나타낸다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 용접토치(100)는 일반적으로 전극봉(101), 가스 노즐(102) 및 기타 구성 요소로 이루어지게 되며, 상기 전극봉(101)과 모재(103)는 전선(104)에 의해 파워 서플라이(105)와 연결된다. 상기 파워 서플라이(105)는 AC 또는 DC 전원을 사용할 수 있다. 미설명 부호 106은 용접 비드, 107은 아크를 나타낸다.
본 발명에서는 상기 용접토치(100)를 이용하여 상기 언급한 TWIP강재를 모(103)로 사용하여 강관으로 용접하게 되며, 상기 용접토치(100)에 구비된 가스 노즐(102)을 통해 실드가스를 투입하게 된다. 상기 실드가스로서 수소를 이용하는 것이 바람직한데, 상기 수소가스는 불활성가스인 아르곤(Ar)에 비해서 가벼운 기체이기 때문에 분자의 운동속도가 증가하여 아크 기둥의 열흡수량을 상승시켜 아크효율이 향상된다. 수소가스는 통상적으로 페라이트계열 탄소강에서는 수소취화의 문제로 적용이 곤란하지만 오스테나이트계인 TWIP강의 경우 수소고용도가 높아 수소가스 적용에 따른 수소취화 감수성은 방지가 가능하다는 장점이 있다.
조관용접과 같이 비교적 생산속도가 빠른 경우에는 수소가스와 같은 가벼운 기체를 이용할 경우 실딩성이 약화될 우려가 있기 때문에 유량 및 분위기 처리에 대한 적절한 제어가 필요하게 된다. 이에 따라, 본 발명에서는 상기 실드가스를 3~9부피%의 수소와 잔부 아르곤 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지도록 한정한다. 상기 수소의 양이 3%미만일 경우에는 입열량 저감효과가 미미하며, 9%를 초과하는 경우에는 용접특성은 개선되지만 아크가 불안정하여 용접이 곤란하다는 문제점이 있다.
상기 투입되는 실드가스는 그 유량을 15~20L/min으로 한정하는 것이 바람직한데, 유량이 15L/min미만일 경우, 용접부의 일부가 산화될 수도 있다는 문제점이 있으며, 20L/min을 초과할 경우에는 아크가 불안정하고 용융부가 급냉되어 용입특성이 저하될 수도 있다는 단점이 있다.
가스실드아크용접은 전술한 파워 서플라이(105)를 통해 용접 전류를 공급하면서 이루어지게 된다. 이 때, 상기 용접 전류의 양은 60~75A(암페어)로 한정하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 용접 전류의 범위를 한정함으로써, 용접부에 투입되는 용접입열량을 적절한 범위로 제한할 수 있으며, 이를 통해, 용접부의 가공성 향상, 즉, 용접부의 연화 특성을 개선할 수 있게 된다. 용접 전류의 양이 60A미만인 경우에는 강재의 용접이 충분히 진행되지 않으며, 75A를 초과할 경우에는 용접입열량이 과다 투입되어 용접부의 비드폭이 넓어지게 되고, 강도의 저하 현상이 발생하므로, 용접부의 품질이 떨어지게 된다.
또한, 도 1에 나타난 바와 같이, 용접시에는 상기 용접토치(100)에 길이가 60~100mm, 폭이 20~40mm, 높이가 10~30mm인 실드박스(108)를 장착하여 용접을 실시할 수도 있는데, 상기 실드 박스(108)의 장착을 통해, 용융시 발생하는 흄을 안정적으로 억제할 수 있으며, 용접전후방의 실드분위기를 강화할 수 있다. 상기 실드박스(108)의 사양은 아크 크기 및 스퀴징롤(Sqeezing roll)의 관계를 고려하여 최소한의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
일반적으로, 용접부의 냉각속도는 약100~200℃/초이며, 평균인 150℃/초를 기준으로 할 때, 용융금속부의 온도가 1600℃라고 가정하면, 양호한 표면품질을 얻을 수 있는 온도인 400℃까지의 냉각시간은 약 8초정도가 소요된다. 용접속도가 최대 0.32m/min인 경우, 약 5mm/초로 이동하며, 따라서, 400℃까지 실딩을 위해서는 40mm의 실드박스(108) 길이가 필요하게 된다. 용접속도 및 용접입열량 변동을 고려해서 상기 실드박스 길이의 하한을 60mm로 한정하는 것이 바람직하며, 100mm를 초과하는 경우에는 실드가스를 상당량 투입하여도 그 효과가 미비하게 된다. 상기 실드 박스(108)의 폭 및 높이 또한 길이 한정이유와 동일한 이유로 인해 상기 범위로 한정하는 것이 바람직하다.
실드 박스(108)는 도 1에 나타난 바와 같이, 모재(103)와 접촉되지 않도록 소정의 거리를 두고 모재(103)의 상측에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 실드 박스(108)의 아래 부분에는 내열창(109)이 구비되는 것이 바람직하며, 이 내열창(109)은 모재(103)와 접촉될 수 있으며, 모재에 흠이 발생하거나 긁히는 현상이 일어나지 않도록 상기 내열창(109)은 모재 대비 강도가 낮은 것이 바람직하다.
용접후에는 롤을 이용하여 용접금속부와 용접열영향부를 포함하는 비드롤링 처리를 함으로써 용접부의 가공성은 더욱 개선될 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 예일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하지는 않는다.
(실시예)
하기 표 1의 조성 및 기계적 성질을 갖는 980MPa급 TWIP강을 열간압연, 냉간압연 및 소둔공정을 통해 두께 1.45mm의 강판을 제조하였다.
화학조성(중량%)
C Si Mn P S Cr Ni Al Ti V N
0.57 0.282 18.31 0.026 0.007 0.346 0.09 1.26 0.021 0.10 0.005
기계적 성질
경도(Hv) 인장강도(MPa) 항복강도(MPa) 연신율(%)
240 993 520 60
실드가스의 영향을 검토하기 위해, 상기 강판을 모재로 사용하여 롤포밍방식의 TIG용접조관법에 의하여, 외경 115.7mm, 두께 1.45mm, 길이 600mm인 용접강관을 제조하였다. 용접시 용접속도는 0.32m/min였다. 용접시에는 순 아르곤 가스 또는 아르곤 가스에 수소가스를 혼합한 실드 가스를 사용하였으며, 하기 표 2의 조건과 같이, 혼합되는 수소가스의 양을 변경하면서 용접하였다.
또한, 실드 박스 장착에 의한 용접부의 실딩성 및 흄억제 효과를 검토하기 위하여, 하기 표 2에 나타난 바와 같이, 길이 100mm, 폭 40mm, 높이 30mm인 실드 박스를 용접토치에 일체형으로 장착하여 용접한 경우와 그렇지 않은 경우에 대해서 나타내었다.
이와 같이 제조된 강관에 대하여 흄 발생량, 실딩성, 아크 안정성, 기계적 성질 등을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 흄 발생량은 정량적으로 측정하기 곤란한 관계로 기존 일반강의 TIG용접시에 발생하는 정도를 기준으로 세 단계로 구분하였으며, 흄 발생량이 기존 일반 탄소강과 동일한 정도이면 하, 흄 발생량이 많아 아크가 구분되기 어려운 경우는 상, 그 중간 정도를 중으로 각각 표기하였다. 실딩성은 용접금속 및 용접열영향부가 산화되어 변색되는 정도를 측정하였으며, 온도가 증가하는 순으로 색 변화는 금색(400℃) → 적색(600℃) → 청색(900℃) → 흑색(900℃이상)으로 나타난다. 본 발명에서는 내식성 등 표면 품질이 양호한 것으로 나타나는 금색 이하의 경우를 양호한 것으로 판단하였다. 아크안정성은 강관의 용접부의 표면의 전체를 육안 또는 현미경으로 관찰하여 깊이가 0.1mm이하인 피트가 3개 이하인 경우에 양호, 피트가 3개를 초과하는 경우에는 불량으로 간주하였다. 이 때, 용접은 용접선의 길이는 250mm, 용접부 폭은 3.5~5mm였다.
강관의 모재 및 인장시험은 JIS Z2201_13B에 따라 용접선 수직방향으로 시험편 형상을 제조하여 인장강도를 측정하였으며, 이 때 인장속도는 20mm/min였다. 용접강관의 가공성평가는 플레어링(Flaring) 확관시험에 의해 균열발생시점까지의 최대 확관율을 측정하였다.
구분 실드 가스 용접
전류
(A)		 비드
롤링
유무		 흄
발생 량		 실딩성 아크
안정성		 비드폭
(mm)		 강도비
(용접부
/모재)		 확관율
(%)
조성 유량
(L/min)		 실드박스설치유무
비교예1 Ar 15 무 90 무 상 양호 양호 3.8 0.65 20
비교예2 Ar+%1H2 15 유 85 무 중 양호 양호 3.6 0.78 26
발명예1 Ar+3%H2 15 유 75 무 하 양호 양호 2.4 0.86 30
비교예3 Ar+9%NH2 10 유 60 무 중 불량 양호 2.1 0.90 31
비교예4 Ar+9%H2 15 무 60 무 하 불량 양호 2.2 0.91 31
발명예2 Ar+9%H2 15 유 60 무 하 양호 양호 2.1 0.93 32
발명예3 Ar+9%H2 15 유 60 유 하 양호 양호 2.2 0.95 34
발명예4 Ar+9%H2 20 무 60 무 하 양호 양호 2.2 0.93 32
발명예5 Ar+9%H2 20 유 60 무 하 양호 양호 2.2 0.93 31
비교예5 Ar+9%H2 25 유 70 무 하 양호 불량 2.3 0.90 32
비교예6 Ar+10%H2 15 유 60 무 하 불량 불량 2.1 0.91 31
상기 표 2로부터, 아르곤에 수소를 함유시켜 실드 가스로 사용한 경우에는 용접시 필요한 최소 전류가 낮아지고 있음을 알 수 있으며, 본 발명의 조건에 부합되는 실드가스와 유량을 사용한 발명예 1 내지 5는 흄 발생량이 적음을 알 수 있다. 또한, 본 발명예들은 실딩성 및 아크 안정성 또한 양호하며, 적절한 범위의 비드폭과 강도비 및 확관율을 확보할 수 있었다.
그러나, 수소의 함량이 부족한 경우인 비교예 1 및 2는 흄이 많은 양으로 방생하였으며, 비드폭이 넓어지고, 강도 및 연성 또한 낮아졌다. 유량이 부족한 경우인 비교예 3 또한 흄 발생량이 많아졌으며, 실딩성 또한 확보하지 못하였다. 비교예 4는 유량을 과다하게 높인 경우인데, 이에 따라, 아크 안정성을 확보하지 못하였다. 비교예 5는 수소가 많은 양으로 포함되어 실딩성과 아크 안정성을 확보하지 못하고 있다.
한편, 실드박스를 설치하지 않은 경우인 비교예 4는 실딩성을 확보하지 못함을 알 수 있는데, 발명예 5와 같이 실드박스를 설치하지 않더라도 우수한 물성을 확보하기 위해서는 많은 양의 유량이 필요함을 알 수 있다.
용접후 용접부 및 용접열영향부에 대하여 강제압하에 따른 가공성 개선효과는 발명예 2 및 3을 보면 알 수 있는데, 비드롤링를 실시하지 않은 발명예 2에 비하여 비드롤링을 실시한 발명예 3의 경우, 보다 우수한 기계적 특성을 얻을 수 있음을 확인하였다.
100 : 용접토치 101 : 전극봉
102 : 가스 노즐 103 : 강재
104 : 전선 105 : 파워 서플라이
106 : 용접 비드 107 : 아크
108 : 실드 박스 109 : 내열창

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 용접토치를 통해 실드가스를 공급하면서 모재를 강관으로 용접하는, 용접부를 포함하는 가스실드아크용접 강관을 제조하는 방법으로서,
    상기 모재로서 중량%로, C: 1.5%이하, Mn: 5~35%, Al: 0.01~3%, Si: 3%이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물로 조성되는 강재를 사용하고, 상기 실드가스로서 3~9부피%의 수소와 잔부 아르곤 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 가스를 사용하며, 상기 실드가스의 공급 유량은 15~20L/min인 것을 특징으로 하는 고강도 오스테나이트계 가스실드아크용접 강관의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서, 상기 용접시 용접전류는 60~75A인 것을 특징으로 하는 고강도 오스테나이트계 가스실드아크용접 강관의 제조방법.
  7. 제4항 또는 제6항에 있어서, 상기 용접토치에 길이가 60~100mm, 폭이 20~40mm, 높이가 10~30mm인 실드박스가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 고강도 오스테나이트계 가스실드아크용접 강관의 제조방법.
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