KR101259287B1 - Ferritic stainless steel pipe and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 페라이트계 스테인리스 강관 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용접부의 비드폭 및 결정립 크기를 제어함으로써, 용접부의 충격 인성 및 내식성을 향상시킨 페라이트계 스테인리스 강관 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 용접부를 갖는 페라이트계 스테인리스 강관으로서, 상기 용접부의 비드폭이 4.5mm이하(0은 제외)이며, 결정립의 평균 크기가 200㎛이하(0은 제외)인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강관 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 페라이트계 스테인리스 강의 TIG 용접시 용접입열 및 용접전류를 낮추는 것이 가능하며, 동시에 용접부 저온 가공성 및 내식성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 페라이트계 스테인리스강을 이용하여 용접 구조물을 제작하는 부분에 대한 생산성 및 용접부의 품질을 개선할 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a ferritic stainless steel pipe and a method of manufacturing the ferritic stainless steel pipe, and more particularly, to a ferritic stainless steel pipe improved in impact toughness and corrosion resistance of a welded portion by controlling the bead width and grain size of the welded portion, .
A ferritic stainless steel pipe having a welded portion, wherein the welded portion has a bead width of 4.5 mm or less (excluding 0) and an average grain size of 200 탆 or less (excluding 0) And a method for producing the same.
According to one aspect of the present invention, welding heat input and welding current can be lowered during TIG welding of ferritic stainless steel, and at the same time, low temperature processability and corrosion resistance of the welded portion can be improved. In addition, the ferritic stainless steel can be used to improve the productivity and quality of the welded portion of the welded structure.

Description

페라이트계 스테인리스 강관 및 그 제조방법{FERRITIC STAINLESS STEEL PIPE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a ferritic stainless steel pipe,

본 발명은 페라이트계 스테인리스 강관 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용접부의 비드폭 및 결정립 크기를 제어함으로써, 용접부의 충격 인성 및 내식성을 향상시킨 페라이트계 스테인리스 강관 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a ferritic stainless steel pipe and a method of manufacturing the ferritic stainless steel pipe, and more particularly, to a ferritic stainless steel pipe improved in impact toughness and corrosion resistance of a welded portion by controlling the bead width and grain size of the welded portion, .

기계적 강도, 내부식성, 용접성, 가공성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강은 산업적으로 가장 많이 사용되고 있지만, 주요원소 중 하나인 Ni가격의 불안정 및 상승으로 인해 Ni을 함유하지 않고도 스테인리스 특성을 띠는 페라이트계 스테인리스 강 사용에 대한 산업계의 요구가 점점 증가하고 있는 실정이다.
Austenitic stainless steels which are excellent in mechanical strength, corrosion resistance, weldability and workability are used most industrially. However, due to unstable and rising price of Ni, which is one of the main elements, ferritic stainless steels There is a growing demand from industry for the use of steel.

자동차 배기계 및 장관식관 용 파이프 소재에 대해 페라이트계 스테인리스 강의 사용량이 증대되고 있다. 판재상태의 스테인리스 강을 파이프로 제작하기 위해서는 파이프 형태로 가공을 한 후 맞댄 면을 용접한다. 그러나, 페라이트계 스테인리스 강을 TIG용접하는 경우, 오스테나이트계 스테인리스 강에 대비하여 용접속도가 통상 약 30%이상 저하되기 때문에 페라이트계 스테인리스 강을 용접하는 경우, 용접부 물성 저하뿐만 아니라 경제적인 측면(용접속도 저하)에도 문제가 지적되고 있다.
Ferritic stainless steels are increasingly used for automobile exhaust systems and pipe materials for long pipes. In order to make the stainless steel in the plate state as a pipe, the pipe is processed into a pipe shape, and then the opposite surface is welded. However, when the ferritic stainless steel is subjected to TIG welding, the welding speed is usually lowered by about 30% or more compared to the austenitic stainless steel. Therefore, when the ferritic stainless steel is welded, The problem is also pointed out.

일반적으로 페라이트계 스테인리스 강은 오스테나이트계 스테인리스 강에 비해 융점이 높고, 열전도도가 높아 동일 두께의 소재를 용접시 입열량 (Heat Input)을 높여야 한다. 입열량을 높인다는 것은 용접속도를 낮추거나, 용접전류를 높여야 하기 때문에, 용접부 품질은 물론, 용접생산성이 저하되는 결과를 초래한다고 알려 졌다.
In general, ferritic stainless steels have higher melting point and higher thermal conductivity than austenitic stainless steels, so that the heat input of the same thickness material must be increased. Increasing the heat input is known to lower the welding speed or to increase the welding current, resulting in a deterioration of the weld quality as well as welding productivity.

페라이트계 스테인리스 강 TIG용접 시 용접속도를 증가시키기 위해서는 용입(Penetration)성을 향상시켜야 한다. 용입성을 개선하기 위한 방법으로는 모재의 성분을 제어하거나, 용접보호가스의 성분을 제어하는 방법 등이 있다. 모재 성분 중 아크용접 시 용융 풀(pool)의 대류 현상을 제어하여 용입을 향상시킬 수 있는 원소(S, O, H)가 있는데, 이러한 원소 등은 모재 물성에 악영향을 미치는 성분으로 제강 시 되도록 소량으로 제어하는 경향이 있어, 함유량을 증가시켜 용접생산성을 향상시킬 수 있지만 그 외 품질의 저하를 초래하는 것으로 알려져 있다.
In order to increase the welding speed in the ferritic stainless steel TIG welding, the penetration property should be improved. Methods for improving the acceptability include controlling the components of the base material, controlling the components of the welding protective gas, and the like. Among the base metal components, there are elements (S, O, H) that can improve the penetration by controlling the convection phenomenon of the pool during arc welding. These elements have a small influence on the physical properties of the base material So that it is possible to increase the content and improve the productivity of the welding, but it is known that the quality is deteriorated.

상술한 바와 같이, 페라이트계 스테인리스 강 사용에 대한 요구가 점점 증가하면서 오스테나이트계 스테인리스 강에 대비하여 낮은 용접속도를 가지는 문제를 해결하고자 하였으나, 현재까지 사용되는 방법은 입열량을 높이거나 모재 물성에 악영향을 미치는 원소를 사용하는 것으로, 그에 따른 용접생산성 및 품질 저하의 문제가 있었다. 따라서, 입열량을 높이거나 상기의 원소를 사용하지 않으면서 페라이트계 스테인리스 강의 TIG 용접 시 용입성을 향상시키는 방법이 필요하게 되었다.As described above, the demand for the use of ferritic stainless steels has been increasing, and attempts have been made to solve the problem of low welding speed in comparison with austenitic stainless steels. However, There has been a problem of deteriorated welding productivity and quality due to the use of an element having an adverse effect. Therefore, there is a need for a method of improving the weldability in TIG welding of ferritic stainless steels without increasing the heat input or using the above elements.

본 발명의 일측면은 보호가스 중에 산소의 혼합량을 제어함으로서, 용입성을 향상시키고, 그에 따라, 페라이트 스테인리스 강의 TIG 용접시 용접금속부에 형성되는 용접부 비드 형태, 결정립크기를 제어하고, 산화 개재물을 균일하게 분포시켜 우수한 용접부 저온 충격인성 및 내식성을 갖는 페라이트계 스테인리스 강관 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.One aspect of the present invention is to control the mixing amount of oxygen in the protective gas to improve the solubility and thereby control the bead shape and grain size of the weld portion formed in the weld metal portion during the TIG welding of the ferrite stainless steel, Uniformly distributing the ferritic stainless steel pipe and having excellent welded parts at low temperature impact toughness and corrosion resistance, and a method for manufacturing the ferritic stainless steel pipe.

본 발명은 용접부를 갖는 페라이트계 스테인리스 강관으로서, 상기 용접부의 비드폭이 4.5mm이하(0은 제외)이며, 결정립의 평균 크기가 200㎛이하(0은 제외)인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강관을 제공한다.A ferritic stainless steel pipe having a welded portion, wherein the welded portion has a bead width of 4.5 mm or less (excluding 0) and an average grain size of 200 탆 or less (excluding 0) .

상기 페라이트 스테인리스 강관은 18중량%이하(0은 제외)의 Cr을 함유하고, Nb와 Mo는 함유하지 않는 것이 바람직하다. 상기 용접부의 개재물의 크기에 대한 표준편차는 0.4이하인 것이 바람직하고, 상기 용접부의 공식 전위는 150mv(SCE)이상인 것이 바람직하다.
It is preferable that the ferritic stainless steel pipe contains Cr of not more than 18 wt% (excluding 0), and does not contain Nb and Mo. The standard deviation of the size of the inclusion of the weld is preferably 0.4 or less, and the weld potential is preferably 150 mv (SCE) or more.

본 발명은 용접부를 포함하는 페라이트계 스테인리스 강관의 제조방법으로서, 페라이트계 스테인리스 강재에 1중량%이하(0은 제외)의 산소와 잔부 불활성 가스 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 보호 가스를 공급하고, 용접전류를 120~150A의 범위로 공급하면서 TIG용접하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강관의 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method for producing a ferritic stainless steel pipe including a welded portion, comprising the steps of supplying a protective gas composed of oxygen and residual inert gas and other unavoidable impurities of 1 wt% or less (excluding 0) to a ferritic stainless steel material, Is supplied in a range of 120 to 150 A, and TIG welding is carried out. The present invention also provides a method of manufacturing a ferritic stainless steel pipe.

상기 페라이트 스테인리스 강관은 18중량%이하(0은 제외)의 Cr을 함유하고, Nb와 Mo는 함유하지 않는 것이 바람직하며, 상기 산소의 함량은 0.2~0.3중량%인 것이 바람직하다. 상기 불활성 가스는 Ar 또는 He 중 하나인 것이 바람직하다.It is preferable that the ferritic stainless steel pipe contains Cr of not more than 18 wt% (excluding 0), Nb and Mo, and the content of oxygen is preferably 0.2 to 0.3 wt%. Preferably, the inert gas is one of Ar and He.

본 발명의 일측면에 따르면, 페라이트계 스테인리스 강의 TIG 용접시 용접입열 및 용접전류를 낮추는 것이 가능하며, 동시에 용접부 저온 가공성 및 내식성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 페라이트계 스테인리스강을 이용하여 용접 구조물을 제작하는 부분에 대한 생산성 및 용접부의 품질을 개선할 수 있는 효과가 있다.According to one aspect of the present invention, welding heat input and welding current can be lowered during TIG welding of ferritic stainless steel, and at the same time, low temperature processability and corrosion resistance of the welded portion can be improved. In addition, the ferritic stainless steel can be used to improve the productivity and quality of the welded portion of the welded structure.

도 1은 각각 완전용입이 이루어진 용접조건에서 용접부 비드폭과 용접금속 결정립경 및 용접부 형상을 나타낸 그림이다.
도 2a는 보호가스 중 산소혼합량의 증가에 따른 용접금속부의 산화개재물의 분포를 나타내며, 그림 2b는 각각의 개재물을 SEM 및 EDS 분석한 결과를 나타낸 그림이다.
도 3은 완전용입이 이루어진 각각의 용접전류 및 용접보호가스 조성에 따른 TIG 용접부 충격에너지의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 양극 분극시 전위 변화에 따른 전류밀도가 급격하게 증가하는 최대 전류밀도를 측정하여 일반 부식저항성을 평가하는 양극분극 시험에 대한 것으로 각각의 용접조건에서의 양극분극시험결과를 나타낸 그래프이다.FIG. 1 is a view showing a weld bead width, a weld metal crystal grain diameter, and a shape of a welded part in a welding condition in which full penetration is performed, respectively.
FIG. 2A shows the distribution of the oxidized inclusions of the weld metal portion according to the increase of oxygen mixing amount in the protective gas, and FIG. 2B is a view showing the SEM and EDS analysis results of the respective inclusions.
FIG. 3 is a graph showing changes in the impact energy of the TIG welding portion according to the welding current and the composition of the welding protection gas, which are completely penetrated.
FIG. 4 is a graph showing the result of anodic polarization test in each of the welding conditions, in which an anodic polarization test for evaluating general corrosion resistance is performed by measuring a maximum current density at which a current density corresponding to a potential change at anodic polarization is rapidly increased.

이하, 본 발명을 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described.

본 발명은 용접부를 갖는 페라이트계 스테인리스 강관으로서, 상기 용접부의 비드폭이 4.5mm이하(0은 제외)이며, 결정립의 평균 크기가 200㎛이하(0은 제외)인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강관을 제공한다. 상기와 같이, 4.5mm이하의 비드폭과 200㎛이하의 결정립 평균 크기를 확보함으로써, 용접부의 품질 즉, 스테인리스 강재의 가공성과 저온 충격인성을 우수한 수준으로 확보할 수 있다. 상기 용접부의 비드폭과 결정립의 평균 크기는 작은 범위를 가질수록 강재에 우수한 물성을 부여할 수 있으므로, 그에 대한 하한은 특별히 한정하지는 않는다. 다만, 상기 결정립 평균 크기가 200㎛를 초과하는 경우에는 상기 효과를 발휘하기 어려울 수 있으며, 비드폭이 4.5mm를 초과하는 경우에는 용접부에 균열 또는 비드 처짐현상 등의 품질저하 현상이 발생할 수 있다.
A ferritic stainless steel pipe having a welded portion, wherein the welded portion has a bead width of 4.5 mm or less (excluding 0) and an average grain size of 200 탆 or less (excluding 0) . As described above, by securing a bead width of 4.5 mm or less and an average grain size of 200 탆 or less, it is possible to secure the quality of the welded portion, that is, the workability of the stainless steel and the low temperature impact toughness to excellent levels. The lower limit of the bead width of the welded portion and the average size of the crystal grains is not particularly limited because the bead width and the average size of the grain can be imparted to the steel material with a smaller range. However, when the grain average size exceeds 200 탆, it may be difficult to exhibit the above effect, and when the bead width exceeds 4.5 mm, cracks or bead sagging may occur in the welded portion.

상기 페라이트 스테인리스 강관은 18중량%이하(0은 제외)의 Cr을 함유하고, Nb와 Mo는 함유하지 않는 것이 바람직하다. 상기 Cr의 성분범위를 초과하거나, Nb 또는 Mo 중 어느 하나라도 첨가되는 경우에는 산소가 미량만 첨가되더라도 용접부의 충격 인성이 현저하게 저하하게 될 가능성이 높아진다. 그 외 성분에 대해서는 특별히 한정하지 않으며, 당해 기술분야에서 통상적으로 사용되는 페라이트계 스테인리스강이라면 본 발명에 바람직하게 적용될 수 있다.
It is preferable that the ferritic stainless steel pipe contains Cr of not more than 18 wt% (excluding 0), and does not contain Nb and Mo. In the case of exceeding the Cr content range or adding either Nb or Mo, there is a high possibility that the impact toughness of the welded portion will significantly decrease even if only a small amount of oxygen is added. The other components are not particularly limited, and ferritic stainless steels commonly used in the art can be preferably applied to the present invention.

상기 용접부의 개재물의 크기에 대한 표준편차는 0.4이하인 것이 바람직하다. 상기 용접부 내 개재물은 그 크기가 미세할수록 용접부 물성 확보에 효과적이나, 크기나 과다하게 큰 개재물이 다량으로 석출될 경우에는 강도와 인성 확보가 곤란할 수 있으며, 나아가 미세조직 등의 균일성이 떨어져 기계적 물성이 저하될 수 있다. 이에 따라, 용접부의 개재물의 크기에 대한 표준편차는 작을수록 바람직하며, 본 발명에서는 0.4이하의 수준으로 제어하는 것이 바람직하다.
The standard deviation of the size of the inclusion of the welded portion is preferably 0.4 or less. The inclusions in the welds are effective in securing the physical properties of welds as they are finer in size. However, when a large amount of inclusions are precipitated in large amounts, it may be difficult to secure strength and toughness. Further, Can be lowered. Accordingly, the smaller the standard deviation of the size of the inclusion of the weld, the better. In the present invention, the standard deviation is preferably controlled to 0.4 or less.

상기 용접부의 공식 전위는 150mv(SCE)이상인 것이 바람직하다. 일반적으로 강재의 부식은 임계전류밀도와 공식 전위와의 차이가 클수록 공식 즉, 부식에 대한 저항성이 증가하며, 강재의 종류에 따라 임계전류밀도의 값은 거의 일정한 수준을 갖는다. 따라서, 본 발명에서는 공식 전위를 150mv(SCE)이상으로 확보함으로써, 우수한 수준의 내부식성을 확보할 수 있다.
The welded portion preferably has an average potential of 150 mV (SCE) or more. In general, the higher the difference between the critical current density and the formal potential, the more the corrosion resistance increases, and the critical current density value is almost constant depending on the type of steel. Therefore, in the present invention, a sufficient level of corrosion resistance can be ensured by securing the formula potential to 150 mV (SCE) or more.

이하, 본 발명의 제조방법에 대하여 설명한다.
Hereinafter, the production method of the present invention will be described.

본 발명은 용접부를 포함하는 페라이트계 스테인리스 강관의 제조방법으로서, 페라이트계 스테인리스 강재에 1중량%이하(0은 제외)의 산소와 잔부 불활성 가스 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 보호 가스를 공급하고, 용접전류를 120~150A의 범위로 공급하면서 TIG용접하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강관의 제조방법을 제공한다.
The present invention relates to a method for producing a ferritic stainless steel pipe including a welded portion, comprising the steps of supplying a protective gas composed of oxygen and residual inert gas and other unavoidable impurities of 1 wt% or less (excluding 0) to a ferritic stainless steel material, Is supplied in a range of 120 to 150 A, and TIG welding is carried out. The present invention also provides a method of manufacturing a ferritic stainless steel pipe.

상기와 같이, 1중량%이하의 산소와 잔부 불활성 가스를 사용하는 경우에는 100% 불활성 가스를 보호가스로서 이용한 경우에 비해, 용전전류의 저하 및 용접속도의 항샹 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 상기 산소의 함량이 1중량%를 초과하는 경우에는 개재물이 과다하게 생성되어 용접부 충격인성 및 내식성을 저하시킬 수 있다.
As described above, when oxygen and residual inert gas are used in an amount of 1% by weight or less, a decrease in the applied current and a reduction in the welding speed can be obtained, compared with the case where 100% inert gas is used as the protective gas. However, if the content of oxygen exceeds 1% by weight, inclusions may be excessively generated, which may deteriorate impact toughness and corrosion resistance of the welded portion.

상기 산소의 함량은 0.2~0.3중량%인 것이 보다 바람직하다. O2가스는 용융 풀(pool)에 공급되어 표면 활성화 성분 역할을 하여 용입특성을 향상시키는 원소이다. O2는 0.2% 미만으로 첨가되는 경우에도 용입성 개선의 효과를 얻을 수 있으나, 0.2% 이상 첨가되는 경우, 0.2% 미만인 경우보다 그 효과가 더욱 향상되어 전류를 충분히 줄일 수 있으며, 균일 크기의 산화물을 형성할 수 있다. 또한, 0.3%를 초과하여 첨가하는 경우에는, 전극의 산화가 가속되고, 산화 개재물의 개수가 증가되므로 저온 충격인성 및 내식성이 다소 저하될 우려가 있다. 따라서, 상기 산소의 혼합량은 0.2~0.3%로 범위로 투입되는 것이 바람직하다.
The oxygen content is more preferably 0.2 to 0.3% by weight. O 2 gas is an element that is supplied to a molten pool to act as a surface activating component and improve the penetration characteristics. O 2 is the effect is further improved than in the case of less than 0.2% when added more than 0.2%, but can obtain the effect of improving the grain growth for even when added to less than 0.2% may reduce the electric current sufficiently, the oxide of uniform size Can be formed. In addition, when the amount is more than 0.3%, the oxidation of the electrode is accelerated and the number of the oxide inclusions is increased, and there is a possibility that the low-temperature impact toughness and corrosion resistance are somewhat lowered. Therefore, it is preferable that the mixing amount of the oxygen is 0.2 to 0.3%.

상기 불활성 가스는 Ar 또는 He 중 하나인 것이 바람직하며, 상기 보호 가스는 상기 불활성 가스와 산소 가스 이외에 불가피하게 함유되는 불순물을 포함할 수 있다.
The inert gas may be one of Ar and He, and the protective gas may include an impurity inevitably contained in addition to the inert gas and the oxygen gas.

한편, 상기 TIG 용접시 용접전류의 투입량은 120~150A의 범위인 것이 바람직하다. 상기 범위의 용접전류를 투입함으로써, 목표로 하는 비드폭 및 결정립 크기를 확보할 수 있으며, 그에 따라, 우수한 수준의 물성을 확보할 수 있다. 물론, 요접속도의 범위에 따라 달라질 수 있지만, 상기 용접전류의 투입량이 120A미만인 경우에는 용접이 안정적으로 이루어지지 않을 수 있으며, 150A를 초과하는 경우에는 비드폭이 넓어지거나 결정립의 크기가 커질 수 있어, 물성 확보가 곤란할 수 있다.
Meanwhile, it is preferable that the amount of the welding current is in the range of 120 to 150 A in the TIG welding. By inputting the welding current in the above range, the target bead width and grain size can be ensured, thereby ensuring a good level of physical properties. Of course, the welding current may vary depending on the range of the yaw connection degree. However, when the amount of the welding current is less than 120 A, welding may not be stably performed. When the welding current exceeds 150 A, the bead width may be widened or the grain size may become large And it may be difficult to secure physical properties.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples.

(실시예)(Example)

Fe-18Cr을 기본조성(단위 wt%)으로 하는 판두께 1.5mm인 페라이트계 스테인리스 냉연 강판을 표 2의 용접조건(용접전류 및 용접보호가스 조성)에 따라 TIG용접을 하였다.
A ferritic stainless steel cold-rolled steel sheet having a thickness of 1.5 mm having a basic composition (unit wt%) of Fe-18Cr was subjected to TIG welding according to the welding conditions (welding current and welding protection gas composition) shown in Table 2.

용접부 형상 및 결정립 크기는 광학현미경을 이용하여 측정하였으며, 용접부 개재물 형상은 주사전자현미경(SEM, EDS)를 이용하여 관찰하였다. 용접부 충격특성은 시험 온도 -80 ~ 40℃ 범위에서 샤피(charpy)충격시험을 실시하였다. 용접부 부식테스트는 공식전위 (KS D 0238) 및 침지 CPT 시험을 실시하였다.
The shape of the welded part and the grain size were measured using an optical microscope, and the shape of the inclusions of the weld was observed using a scanning electron microscope (SEM, EDS). The impact characteristics of the welded part were subjected to a charpy impact test at a test temperature of -80 to 40 ° C. Welding corrosion tests were conducted with the formal potential (KS D 0238) and the immersion CPT test.

TIG용접은 DC type 용접기(최대용접전류 350A)를 사용하였으며, 비드온 플레이트(bead-on-plate)로 실시하였다. 사용 전극 (W-Th) 직경은 2.0mm, 전극선단각도는 60°, 아크 길이(Arc length) 1.5mm, 이면 보호가스 Ar (5ℓ/min)로 실시하였다. 용접부 보호 가스 혼합 장치는 산소를 0.01wt%단위로 제어할 수 있는 MFC(Mass Flow Controller)를 장착하여 산소를 제어하였다.
TIG welding was performed with a DC type welder (maximum welding current 350A) and bead-on-plate. The electrode (W-Th) used was 2.0 mm in diameter, the angle of line shortening was 60 °, the arc length was 1.5 mm, and the backside gas Ar (5 L / min). The protective gas mixing system of the welding part was equipped with a mass flow controller (MFC) capable of controlling oxygen in 0.01 wt% units to control oxygen.

도 1은 각각 완전용입이 이루어진 용접조건에서 용접부 비드폭과 용접금속의 결정립경의 크기를 나타낸 것이다. FIG. 1 shows the weld bead width and the size of the grain diameter of the weld metal under the fully welded welding conditions, respectively.

보호가스로 산소를 혼합하지 않은 Ar(100%)를 사용하는 경우에는, 용접전류가 160A 이상인 경우에 완전 용입이 가능한 반면, 산소를 0.2% 첨가한 경우에는 용접전류가 140A, 산소를 0.3% 첨가한 경우에는 120A로 감소시킬 수 있어, 보호가스 중에 산소함량이 증가할수록 관통이 이루어지는 용접전류가 감소함을 알 수 있었다.In the case of using Ar (100%) without oxygen as a protective gas, full penetration is possible when the welding current is 160 A or more, whereas when the oxygen is added by 0.2%, the welding current is 140 A and oxygen is added by 0.3% In one case, it can be reduced to 120A. As the oxygen content in the protective gas increases, the welding current through the penetration decreases.

또한, 산소를 혼합하지 않은 Ar(100%)를 사용하는 경우, 용접부 비드폭이 5.7mm, 용접금속부 결정립경이 243㎛로 측정된 반면, 산소를 0.2% 및 0.3% 첨가한 경우에는, 비드폭이 3.3mm, 2.6mm로 좁아지고, 용접금속부 결정립 크기도 175㎛, 150㎛로 작아짐을 확인할 수 있었다. 따라서, 산소를 혼합한 경우, 비드폭 및 용접금속부 결정립의 크기를 줄이는 것이 가능하게 되어, 용접부의 저온 충격인성을 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.In the case of using Ar (100%) in which oxygen is not mixed, the bead width of the welded portion was measured to be 5.7 mm and the welded metal portion crystal grain diameter was measured to be 243 탆. When oxygen was added in 0.2% and 0.3% Of 3.3 mm and 2.6 mm, respectively, and the size of the weld metal portion grain size was also reduced to 175 μm and 150 μm. Therefore, when oxygen is mixed, the bead width and the size of the weld metal portion crystal grains can be reduced, and it is confirmed that the low temperature impact toughness of the weld portion can be improved.

또한, 도 1에서 확인할 수 있는 것과 같이, 용접부 형상도 Ar을 100%사용한 경우에는 상부 비드가 넓고 이면 비드는 좁은 반구 형태를 보이고 있으나, 보호가스 중에 산소를 혼합한 경우에는 상부 및 이면 비드 폭이 거의 동일한 와인컵형 용입(wine cup type penetration)을 보여, 플라즈마 용접 또는 레이저 용접부의 형상과 유사한 형태의 용접부가 관찰되었다.Also, as can be seen from FIG. 1, when the Ar portion is 100% in the shape of the welded portion, the upper bead is wide and the backside bead has a narrow hemisphere shape. However, when oxygen is mixed in the protective gas, Similar to the shape of a plasma weld or laser weld, welds were observed with almost the same wine cup type penetration.

도 2a는 보호가스 중 산소혼합량 증가에 따른 용접금속부의 산화개재물의 분포를 나타낸 그래프이며, 도 2b는 각각의 개재물을 SEM 및 EDS 분석한 결과이다. FIG. 2A is a graph showing the distribution of oxidized inclusions in a weld metal portion according to an increase in the oxygen mixing amount in the protective gas, and FIG. 2B is a SEM and EDS analysis result of each inclusion.

용접금속부에서 관찰되는 개재물은 크기 및 화학적 조성에 따라 크게 3가지 형태로 나눌 수 있는데, 크기가 0.5㎛ 미만인 Ti(C,N)계 석출물, 0.5 ~ 1㎛인 Al-Ti-O계 산화물 및 1㎛ 이상인 Al-Ti-Mg-Ca-O계 산화물 등이다. The inclusions observed in the weld metal part can be broadly divided into three types according to their size and chemical composition. They are Ti (C, N) -based precipitates having a size of less than 0.5 탆, Al-Ti-O- And an Al-Ti-Mg-Ca-O oxide having a thickness of 1 탆 or more.

도 2a에서 확인할 수 있는 것과 같이, 용접 보호가스로 순 Ar을 사용한 경우에는, 크기가 1㎛이상인 Al-Ti-Mg-Ca-O계 산화물과 미세 Ti(C, N) 석출물이 주로 관찰되었으나, 보호가스 중에 산소를 혼합한 경우에는, 순 Ar을 사용한 경우에 비하여 Ti(C,N)이 미량 증가한 반면, 크기가 1㎛이상인 Al-Ti-Mg-Ca-O계 산화물이 많이 줄어들고 크기가 1㎛ 이하인 Al-Ti-O계 산화물이 크게 증가하였다. 도 2b를 통해서도 확인할 수 있는 것처럼, 용접 중 산소화의 반응에 의하여 생성된 Al-Ti-O계 산화물은 모재에 존재하는 Al-Ti-Mg-Ca-O계 산화물에 비해 크기 및 편차가 적다. 따라서 용접금속부에 Al-Ti-Mg-Ca-O계 산화물이 분포하는 경우에 비해, 작은 결정립 크기와 고른 분포로 인해 용접금속부에 저온 인성의 향상 효과를 기대할 수 있으며, 본 발명과 같이 보호가스 중 산소를 혼합하는 경우 저온 향상 효과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.
As can be seen from FIG. 2A, in the case of using pure Ar as the welding protection gas, Al-Ti-Mg-Ca-O oxide having a size of 1 탆 or more and fine Ti (C, N) precipitate were mainly observed, In the case of mixing oxygen in the protective gas, the amount of Ti (C, N) is slightly increased compared with the case of pure Ar, while the amount of Al-Ti-Mg-Ca- And the Al-Ti-O-based oxide having a particle size of less than 탆 greatly increased. As can be seen from FIG. 2B, the Al-Ti-O based oxide produced by the reaction of oxygenation during welding has a smaller size and a smaller deviation than the Al-Ti-Mg-Ca-O based oxide present in the base metal. Therefore, compared to the case where the Al-Ti-Mg-Ca-O based oxide is distributed in the weld metal portion, the effect of improving the low temperature toughness in the weld metal portion can be expected due to the small grain size and the uniform distribution. It was confirmed that the effect of improving the low temperature can be obtained by mixing oxygen in the gas.

일반적으로 400계 STS강 모재에는 제강, 압연 및 열처리 공정을 거치면서, 미세 Ti(C, N)이 석출되거나, 제강공정 중 완전하게 제거되지 않은 복합산화개재물(Al-Ti-Mg-Ca-O)등이 존재한다. In general, a 400-series STS steel base material is subjected to a steelmaking, rolling and heat treatment process to produce a composite oxide inclusion (Al-Ti-Mg-Ca-O ).

100%의 Ar을 보호가스로 사용하여 용접한 경우에는 외부공기의 혼입이 차단되기 때문에 용접금속부에는 모재부에 비해 크기 및 형상의 변화는 있지만 동일한 조성의 석출물 및 산화개재물 외에는 생성되지 않지만, Ar 보호가스에 산소를 혼합한 경우는 산소와 용융 pool의 반응에 의해 모재에 존재하는 산화개재물 외 Al-Ti-O계 산화물이 생성되었을 것으로 판단된다. 또한, 모재에 존재하는 산화개재물이외의 개재물이 생성되는 경우에도 용접은 급가열/냉각과정을 거치기 때문에 모재와 같이 복합산화물이 생성될만한 충분한 시간의 부족으로 인해 Al-Ti-O계 산화개재물이 주로 생성되었을 것으로 생각된다.
In the case where 100% of Ar is used as a protective gas, the mixture of external air is blocked, so that the size and shape of the weld metal portion are changed compared with the base metal portion. However, other than precipitates and oxidized inclusions having the same composition, When the protective gas is mixed with oxygen, it is considered that Al-Ti-O-based oxide other than the oxide inclusions present in the base material is generated by the reaction between oxygen and the melting pool. Further, even when inclusions other than the oxide inclusions present in the base material are generated, since the welding is subjected to a rapid heating / cooling process, the Al-Ti-O based oxide inclusions are mainly caused by the lack of sufficient time .

또한, 하기 표 1은 용접조건에 따른 개재물 크기에 대한 표준편차를 나타낸 것으로, 총 30필드(field)에서 광학현미경 500배 배율에서 촬영한 조직사진에서 개재물의 크기 0.5㎛ 이상의 개재물의 수와 분포를 측정하여 나타낸 것이다. (측정된 전체영역은(Total Area)은 847293.5㎛2 이었으며, 필드영역(Field Area)은 28243.1㎛2 이었다.) Table 1 below shows the standard deviation of the inclusion size according to the welding conditions. The number and inclusions of inclusions having a size of inclusions of 0.5 占 퐉 or more in a tissue photograph taken at an optical microscope magnification of 500 times in a total of 30 fields Respectively. (The total area measured was 847293.5 탆 2 , and the field area was 28243.1 탆 2. )

용접조건Welding condition 크기에 대한 표준편차Standard deviation for size Ar 100%
(용접전류: 160A)Ar 100%
(Welding current: 160 A) 0.530.53 Ar+0.2%O2%
(용접전류: 140A)Ar + 0.2% O 2 %
(Welding current: 140 A) 0.350.35 Ar+0.3%O2%
(용접전류: 120A)Ar + 0.3% O 2 %
(Welding current: 120 A) 0.220.22

도 3은 완전용입이 이루어진 각각의 용접전류 및 용접보호가스 조성에 따른 TIG 용접부 충격에너지의 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing changes in the impact energy of the TIG welding portion according to the welding current and the composition of the welding protection gas, which are completely penetrated.

400계 STS강은 결정구조상 저온에서 파괴모드가 연성에서 취성으로 변화하는 DBTT(연성-취성 천이온도)특성을 보이며 용접부 DBTT특성은 400계 STS강이 각종 부품으로 적용되기 위해 필수적으로 보증해야 하는 항목이다. 400 series STS steels exhibit DBTT (ductile-brittle transition temperature) characteristics in which the failure mode changes from soft to brittle at low temperatures on the crystal structure, and DBTT characteristics of welds are essential items to be applied to various components of the 400 series STS steel to be.

순 Ar을 이용하여 용접한 경우의 DBTT는 약 -45℃였으며, 보호가스 중에 산소를 혼합한 경우에는 이보다 우수한 결과인 -45℃ 이하의 값을 얻을 수 있었다. 도 2의 결과를 참고하면 보호가스에 산소를 혼합한 경우 용접금속부에 개재물양이 증가했음을 확인할 수 있는데, 일반적으로 용접금속부에 개재물양이 증가하면 DBTT가 상승한다고 알려져 있다. The DBTT was about -45 ℃ when pure Ar was welded. When oxygen was mixed in the protective gas, the result was better than -45 ℃. 2, when the protective gas is mixed with oxygen, the amount of inclusions in the weld metal portion is increased. In general, it is known that the DBTT is increased when the amount of inclusions in the weld metal portion increases.

본 발명의 실시예에서는 산소가 혼입되었음에도 불구하고, 충격특성의 저하 없이 Ar만을 사용한 경우와 동등하거나 충격특성이 우수해지는 결과를 얻었는데, 이는 용입성 개선에 따른 저입열조건 적용으로 용접금속부 결정립 크기 및 비드폭이 감소하였기 때문으로 판단된다. 즉 개재물은 많아 졌으나, DBTT의 다른 영향인자인 결정립 크기 및 비드폭의 감소로 개재물의 영향을 감소시켜 오히려 DBTT특성이 Ar만을 사용한 경우보다 우수해 진 것으로 추측된다.
In the embodiment of the present invention, despite the presence of oxygen, the result is equivalent to or better than that of the case of using only Ar without deteriorating the impact characteristics. This is because, due to the improvement of the wettability, Size and width of bead decreased. In other words, although the number of inclusions is increased, it is presumed that the DBTT characteristic is superior to the case of using only Ar by reducing the effect of the inclusions due to the reduction of grain size and bead width, which are other influential factors of DBTT.

강종Steel grade 보호가스(%)Protective gas (%) 공식전위
(mv.SCE)Official potential
(mv.SCE) ArAr O2 O 2 439439 100100 -- 143143 99.899.8 0.20.2 158158 99.799.7 0.30.3 160160

상기 표 2은 도 3과 동일한 용접전류 및 용접보호가스 조성에서 용접한 TIG용접부 공식전위를 나타낸다. Table 2 above shows the TIG welding part formula potential welded in the same welding current and welding protective gas composition as in Fig.

공식전위시험은 양극 분극 시 전류밀도가 급격하게 증가하는 전위를 측정하여 염소이온에 대한 내식성을 평가하는 것으로서 공식전위가 높다는 것은 공식에 대한 저항성이 높아 내식성이 우수하다는 것을 의미한다. The formal potential test is to evaluate the corrosion resistance against chlorine ions by measuring the electric potential at which the current density increases sharply during the anodic polarization, and the higher the formal potential, the higher resistance to the formula means that the corrosion resistance is excellent.

표 2에서 확인할 수 있는 것과 같이, 보호가스로 Ar을 100% 사용한 경우의 공식전위는 143(mv.SCE)였으나, 보호가스 중 산소함유량이 높아질수록 공식전위가 증가하여 0.2%인 경우에는 158(mv.SCE), 0.3%인 경우에는 160(mv.SCE)까지 증가하게 된다. 따라서, 보호가스 중 산소함유량이 높아질수록 공식에 대한 저항성이 높아 내식성이 우수해진다는 것을 확인할 수 있었다. 이는 보호가스 중 산소함량이 증가할수록 산화개재물의 양은 증가하지만, 크기가 작고, 고른 분포를 하는 산화개재물의 양이 증가하기 때문에 용접부내의 내식성은 오히려 증가되는 것으로 판단된다.
As can be seen in Table 2, the formula potential when Ar was 100% used as a protective gas was 143 (mv.SCE), but the higher the oxygen content in the protective gas, the more the formal potential increased to 158% mV.SCE), and when it is 0.3%, it increases to 160 (mv.SCE). Therefore, it was confirmed that the higher the oxygen content in the protective gas, the higher the resistance to the formula and the better the corrosion resistance. As the oxygen content of the protective gas increases, the amount of the oxidized inclusions increases, but the corrosion resistance in the welded portion is rather increased because the amount of oxide inclusions having a small size and a uniform distribution is increased.

도 4는 각각의 용접조건에서 양극분극시험한 결과를 나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing the result of anodic polarization test under the respective welding conditions.

양극분극시험은 양극 분극 시 전위 변화에 따른 전류밀도가 급격하게 증가하는 최대 전류밀도를 측정하여 일반 부식저항성을 측정할 수 있는 시험이다. The anodic polarization test is a test that can measure the general corrosion resistance by measuring the maximum current density at which the current density is drastically increased in accordance with the potential change at the anode polarization.

도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 용접보호가스 중 산소를 미량 혼합한 경우에도, Ar을 100%를 사용한 용접부와 비교하여 그래프 상에 큰 차이가 나타나지 않아 거의 유사한 내식성을 확보할 수 있음을 알 수 있다.
As can be seen from FIG. 4, even when a small amount of oxygen is mixed in the welding protective gas, it can be seen that similar corrosion resistance can be secured by not showing a large difference in the graph as compared with the welding portion using 100% of Ar have.

본 발명의 실시예에서 확인할 수 있는 것과 같이, 불활성 가스인 Ar을 기본 가스 조성으로 하고 O2의 양을 0.01wt% 단위로 제어 가능한 보호가스 혼합장치를 이용하여 산소 혼합범위를 0.2~0.3%혼합하여 용접한 경우, 용입성개선 (용접전류 저하 및 용접속도향상)은 물론 Ar 100% 혼합가스 대비 용접부 저온가공성 및 내식성을 향상시킬 수 있었다.As can be seen from the examples of the present invention, the oxygen mixing range is adjusted to 0.2 to 0.3% by using a protective gas mixing device, which is an inert gas Ar as a base gas composition and can control the amount of O 2 in 0.01 wt% (Welding current reduction and welding speed improvement) as well as the low temperature processability and corrosion resistance of the welding part compared with the Ar 100% mixture gas.

Claims (8)

제살용접으로 용접하여 형성된 용접부를 갖는 페라이트계 스테인리스 강관으로서,
상기 용접부의 비드폭이 4.5mm이하(0은 제외)이며, 결정립의 평균 크기가 200㎛이하(0은 제외)인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강관.
A ferritic stainless steel pipe having a welded portion formed by welding by a squeeze welding,
Wherein the welded portion has a bead width of 4.5 mm or less (excluding 0) and an average grain size of 200 占 퐉 or less (excluding 0).
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 용접부의 개재물의 크기에 대한 표준편차는 0.4이하인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강관.
The ferritic stainless steel pipe according to claim 1, wherein the standard deviation of the size of the inclusions of the weld is 0.4 or less.
제1항에 있어서, 상기 용접부의 공식 전위는 150mv(SCE)이상인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강관.
The ferritic stainless steel pipe according to claim 1, wherein the welded portion has an average potential of 150 mV (SCE) or more.
제살용접으로 용접하여 형성된 용접부를 포함하는 페라이트계 스테인리스 강관의 제조방법으로서,
페라이트계 스테인리스 강재에 1중량%이하(0은 제외)의 산소와 잔부 불활성 가스 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 보호 가스를 공급하고, 용접전류를 120~150A의 범위로 공급하면서 TIG용접하는 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강관의 제조방법.
A method of manufacturing a ferritic stainless steel pipe,
Characterized in that TIG welding is carried out by supplying a protective gas composed of oxygen of 1% by weight or less (excluding 0), residual inert gas and other unavoidable impurities to the ferritic stainless steel material and supplying the welding current in the range of 120 to 150 A A method of manufacturing a ferritic stainless steel pipe.
삭제delete 제5항에 있어서, 상기 산소의 함량은 0.2~0.3중량%인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강관의 제조방법.
The method according to claim 5, wherein the content of oxygen is 0.2 to 0.3 wt%.
제5항에 있어서, 상기 불활성 가스는 Ar 또는 He 중 하나인 것을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스 강관의 제조방법.6. The method of manufacturing a ferritic stainless steel pipe according to claim 5, wherein the inert gas is one of Ar and He.
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