KR19990052673A - 디프 드로잉용 강판의 취성크랙 평가방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉간압연 또는 열간압연 강판을 소재로 하여 2회 이상의 디프 드로잉공정에 의해 제조되는 실린더 형상의 용기 또는 고압가스용기 성형시 발생하기 쉬운 용기 측벽부의 길이방향 취성크랙을 실제 크기의 용기를 제조하지 않고 간단한 실험적인 방법을 통하여 사전에 평가할 수 있도록 한 디프 드로잉용 강판의 취성크랙 평가방법에 관한 것으로, 곡률이 시험편 두께의 3∼6배인 1단 드로잉 펀치를 1단 드로잉 상형다이와 시험편 두께의 1.2∼1.5배의 간격을 두고 설치하여 드로잉하는 1단 드로잉 과정과, 상기 1단 드로잉 과정에서 제조된 1단 드로잉 용기를 곡률이 시험편 두께의 3∼6배인 2단 드로잉 펀치를 2단 드로잉 상형다이와 시험편 두께의 1.3∼1.6배의 간격을 두고 설치하여 드로잉하는 2단 드로잉 과정과, 상기 2단 드로잉 과정에서 제조된 2단 드로잉 용기를 곡률이 시험편 두께의 3∼6배인 3단 드로잉 펀치를 곡률이 시험편 두께의 4∼8배인 3단 드로잉 상형다이와 시험편 두께의 1.4∼1.7배의 간격을 두고 설치하여 드로잉하는 3단 드로잉 과정으로 구성되어, 작은 시험편으로 간단하게 실제의 대형 고압가스용기 성형에서의 취성크랙 발생여부를 평가할 수 있어 용기용 강판을 제조하는 제철소에서 용기제조업체에게 공급하기 전에 양호한 재질을 갖는 강판을 선별적으로 공급할 수 있어 궁극적으로 재질특성이 우수한 고압가스용기용 강판의 제조기준 확립에 사용될 수 있는 효과가 있다.

Description

디프 드로잉용 강판의 취성크랙 평가방법

본 발명은 냉간압연 또는 열간압연 강판을 소재로 하여 2회 이상의 디프 드로잉공정에 의해 제조되는 실린더 형상의 용기 또는 고압가스용기 성형시 발생하기 쉬운 용기 측벽부의 길이방향 취성크랙을 실제 크기의 용기를 제조하지 않고 간단한 실험적인 방법을 통하여 사전에 평가할 수 있도록 한 디프 드로잉용 강판의 취성크랙 평가방법에 관한 것이다.

일반적으로 강판을 고압가스 용기형상으로 가공하기 위해서는 소성가공 방법의 일종인 디프 드로잉성형을 실시하는데 이와 같은 성형법에서는 초기의 원형 플랜지부가 다이속으로 빨려 들어가면서 용기의 벽부에 강한 압축응력이 작용하게 된다.

따라서 용기 벽부의 소재는 압축응력에 저항하게 되고 이것은 결국 인장성분의 잔류응력으로 용기벽부에 남게 된다.

이러한 상태에서 2차로 정적 혹은 충격력을 가하거나 인장응력을 작용시키면 디프 드로잉된 용기측벽부에 펀치 진행방향으로 순간적인 취성파괴가 일어나는 경우가 있다.

이러한 현상을 일반적으로 수직크랙의 발생이라고 부르며, 용기성형용 냉간압연강판 및 열간압연강판에 많이 발생하는 현상으로 알려져 있다.

이러한 원인은 입계취화에 의한 것으로 알려져 있으나 실제에는 강판에 심한 디프 드로잉가공을 가해 제조하는 압력용기, 컴프레서 커버 등이 상온에서 약간의 충격만을 받는 것으로도 취성크랙이 발생하는 등의 사례가 있다.

크랙의 길이는 수 ㎜에서 수㎝에 달하며 용기 선단부의 원주방향으로 1개소 또는 수 개소에서 크랙이 발생되는 경우도 있다.

이와 같이 취성크랙이 다량 발생하거나 발생될 여지가 있는 강판은 제품화 불가능에 의한 실수율의 저하를 초래할 뿐 아니라 후공정 및 검사과정을 정상적으로 통과하더라도 실제 소비자들이 용기로 사용하는 과정에서 내용물의 유출 및 폭발의 위험성이 상존한다.

따라서, 취성크랙성의 평가방법이 필요하나, 용기성형용 강판의 취성크랙성을 평가할 수 있는 만족스러운 방법은 아직까지 제시된 것이 없다.

일부에서는 용기성형용 강판을 1회 디프 드로잉한 후 에칠 알코올과 같은 냉매에 침적시켜 소재의 취화를 유도한 다음 냉매로부터 꺼내 원추형상의 펀치로 디프 드로잉 용기의 개구부를 압하해 인위적인 취성크랙을 유도하는 방법을 쓰고 있으나, 시험방법이 복잡하며 많은 시간을 요하는 등의 단점이 있어 거의 쓰이지 않고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로, 소재의 취성크랙이 기본적으로 디프 드로잉을 받은 후 2차의 인장력이 용기벽부에 작용될 때 발생된다는 기본개념으로부터 디프 드로잉공정 및 2차의 부수적인 인장응력을 동시에 가해줄 수 있는 3단의 디프 드로잉시험법을 사용하여 출하 대기중인 용기용 소재의 내취성크랙성을 평가할 수 있도록 한 디프 드로잉용 강판의 취성크랙 평가방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

도 1a는 고압가스용기 제조에 쓰이는 원형의 소재인 블랭크의 사시도,

도 1b는 용기성형시에 수직크랙이 발생한 용기를 나타낸 사시도,

도 2a, 도 2b, 도 2c는 각각 본 발명에 의한 내취성크랙성 평가시험에서의 1단 드로잉시험, 2단 드로잉시험, 3단 드로잉시험과정을 나타낸 설명도,

도 3은 3단 드로잉시험에서의 취성크랙 발생기구를 나타낸 설명도.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

1: 블랭크 2: 압력용기

3: 수직크랙 4: 시험편

5: 1단 드로잉 하형다이 6: 1단 드로잉 상형다이

7: 1단 드로잉 펀치 8: 1단 드로잉 용기

9: 2단 드로잉 상형다이 10: 2단 드로잉 편치

11: 2단 드로잉 용기 12: 3단 드로잉 상형다이

13: 3단 드로잉 펀치

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 곡률이 시험편 두께의 3∼6배인 1단 드로잉 펀치를 1단 드로잉 상형다이와 시험편 두께의 1.2∼1.5배의 간격을 두고 설치하여 드로잉하는 1단 드로잉 과정과, 상기 1단 드로잉 과정에서 제조된 1단 드로잉 용기를 곡률이 시험편 두께의 3∼6배인 2단 드로잉 펀치를 2단 드로잉 상형다이와 시험편 두께의 1.3∼1.6배의 간격을 두고 설치하여 드로잉하는 2단 드로잉 과정과, 상기 2단 드로잉 과정에서 제조된 2단 드로잉 용기를 곡률이 시험편 두께의 3∼6배인 3단 드로잉 펀치를 곡률이 시험편 두께의 4∼8배인 3단 드로잉 상형다이와 시험편 두께의 1.4∼1.7배의 간격을 두고 설치하여 드로잉하는 3단 드로잉 과정을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명 디프 드로잉용 강판의 취성크랙 평가방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 1a는 고압가스용기 제조공정에서의 제일 첫 공정인 강판의 타발(Blanking) 결과 얻어진 원형의 소재 블랭크(1)를 나타낸 것이며, 도 1b는 압력용기(2)에 수직크랙(3)이 발생한 상황을 보여주는 것으로, 앞에서 설명한 바와 같이 디프 드로잉방향으로 직선적인 크랙이 발생하고 있음을 보여 준다.

본 발명에서는 수직크랙(3)이 기본적으로 압력용기(2) 벽부에 압축응력을 가해주는 디프 드로잉공정 후 2차의 충격력 또는 인장력이 가해질 때 발생한다는 사실로부터 취성크랙 평가시험법을 제안하였다.

이 평가시험법은 강판에 연속적인 3단의 디프 드로잉성형을 가해주는 것으로 간단히 요약할 수 있는데, 실제 용기성형업체에서 쓰이는 블랭크(1)의 직경보다 훨씬 작은 직경의 시험편(4)에 1단 및 2단의 디프 드로잉성형을 하여 압력용기(2) 벽부에 압축응력을 가한 후 계속적으로 3단의 디프 드로잉성형을 수행하게 되는데, 바로 이와 같은 3단 디프 드로잉성형시 정상적이지 못한 불량강판은 수직크랙이 발생하게 된다.

이하, 본 발명 취성크랙 평가시험방법의 주요 개념, 시험절차 및 3단 디프 드로잉시의 크랙발생기구를 상세히 설명한다.

도 2a, 도 2b, 도 2c는 각각 본 발명에 의한 내취성크랙성 평가시험에서의 1단 드로잉시험, 2단 드로잉시험, 3단 드로잉시험과정을 나타낸 설명도이고, 도 3b는 3단 드로잉공정에서의 크랙발생기구를 나타낸 것이다.

먼저, 1단 드로잉에서는 도 2a에 나타낸 바와 같이 시험편(4)을 1단 드로잉 하형홀더(5)와 1단 드로잉 상형다이(6)사이에 놓고 1단 드로잉 펀치(7)를 상승시켜 1단 드로잉 용기(8)를 만든다.

이때 1단 드로잉 상형다이(6)와 1단 드로잉 펀치(7)사이의 간격은 시험편(4)의 두께의 1.2∼1.5배의 범위를 가져 아이어닝(두께감소)이 일어나지 않아야 하고, 1단 드로잉 펀치(7)의 곡률은 시험편(4)의 두께의 3∼6배의 범위로 구성되어, 너무 작은 경우의 펀치곡률부 크랙발생, 너무 큰 경우의 펀치 중심부의 변형집중이 발생하지 않도록 한다.

다음 도 2b에 나타낸 바와 같은 2단 드로잉에서는 상기와 같은 과정에서 제조된 1단 드로잉 용기(8)를 2단 드로잉 펀치(10)에 중심을 맞추어 올려놓은 후, 역시 2단 드로잉 펀치(10)를 상승시켜 2단 드로잉 상형다이(9)를 통과시킨다.

이때 2단 드로잉 상형다이(9)와 2단 드로잉 펀치(10) 사이의 간격은 시험편(4)의 두께의 1.3∼1.6배의 범위를 가져 아이어닝(두께감소)이 일어나지 않아야 하고, 2단 드로잉 펀치(10)의 곡률은 시험편(4)의 두께의 3∼6배의 범위로 구성되어야 한다.

이와 같은 과정에서 제조된 2단 드로잉 용기(11)는 1단 드로잉 용기(8)보다 직경은 작으나 높이가 증가되어 있다.

3단 드로잉공정은 2단 드로잉공정과 시험진행이 유사한데, 2단 드로잉 용기(11)를 3단 드로잉 펀치(13)에 올려놓은 후, 3단 드로잉 상형다이(12)를 통과시키는 절차를 거친다.

이때 3단 드로잉 상형다이(12)와 3단 드로잉 펀치(13)사이의 간격은 시험편(4)의 두께의 1.4∼1.7배의 범위를 가지고, 3단 드로잉 펀치(13)의 곡률은 시험편(4)의 두께의 3∼6배의 범위, 3단 드로잉 상형다이(12)의 곡률은 시험편(4)의 두께의 4∼8배의 범위로 설정한다.

상기의 조건에 의한 실험시 재질이 양호한 강판은 정상적인 외관을 가진 용기로 성형이 되나 재질이 좋지 않은 강판은 수직크랙이 발생하게 되어 강판별로 내수직크랙성을 평가할 수 있다.

이와 같은 3단 드로잉시험중의 크랙 발생기구는 도 3으로부터 설명할 수 있다.

즉, 1단 및 2단 드로잉가공을 거쳐 성형된 2단 드로잉 용기(11)는 다음의 3단 드로잉공정에서 3단 드로잉 펀치(13)가 상승함에 따라 3단 드로잉 펀치(13) 곡률부에서의 가압력과 3단 드로잉 상형다이(12) 곡률부에서의 저항력에 의해 굽힘모멘트를 받고 이 굽힘모멘트는 2단 드로잉 용기(11)의 초기직경을 크게 확장시키는 즉, 2단 드로잉 용기(11)에서의 원주방향 인장응력을 가하는 역할을 하게 된다.

전술된 바와 같이 디프 드로잉된 용기에서의 취성크랙은 용기벽부에 강한 압축력을 받은 후 2차 가공을 위해 가해지는 인장력에 의해 발생하는데 본 평가시험법에서의 3단 드로잉가공에서의 굽힘모멘트에 의한 용기의 확장효과가 2차 가공에서의 인장응력의 역할을 하며 수직취성크랙 발생을 유도하는 것으로 생각할 수 있다.

이하, 본 발명 디프 드로잉용 강판의 취성크랙 평가방법의 일 실시예를 통하여 효과를 설명한다.

	시험편 직경(mm)	펀치 외경(mm)	상형다이 내경(mm)
1단	110	60	66.6
2단	-	50	56.37
3단	-	45	52.38

상기 표 1은 본 발명의 실제 적용실험을 위하여 제작된 각각의 펀치(7)(10)(13), 상형다이(6)(9)(12) 및 시험편(4)의 크기를 나타낸다.

이와 같은 조건과 앞에서 기술된 평가시험방법에 의해 고압가스용기용 강판의 내수직크랙성 평가시험을 실시하였다.

	본 평가방법을거치지 않은 소재	본 평가방법을거친 소재
수직크랙 발생률(%)	9.7	0

상기 표 2는 상기의 소재들에 대한 실제 고압가스용기 제조결과를 나타낸 것으로, 본 평가시험법을 거치지 않은 소재의 경우, 생산된 가스용기의 9.7%가 수직크랙이 발생한 반면 본 평가시험법을 거쳐 양호한 판정을 받은 후 출하된 소재는 전혀 수직크랙이 발생하지 않았다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 디프 드로잉용 강판의 취성크랙 평가방법을 사용하면, 적은 량의 시험편으로 간단하게 실제의 대형 고압가스용기 성형에서의 취성크랙 발생여부를 평가할 수 있어 용기용 강판을 제조하는 제철소에서 용기제조업체에게 강판을 공급하기 이전에 양호한 재질특성을 가지는 강판을 선별적으로 공급할 수 있어 궁극적으로 재질특성이 우수한 고압가스용기용 강판의 제조기준 확립에 사용될 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 곡률이 시험편 두께의 3∼6배인 1단 드로잉 펀치를 1단 드로잉 상형다이와 시험편 두께의 1.2∼1.5배의 간격을 두고 설치하여 드로잉하는 1단 드로잉 과정과, 상기 1단 드로잉 과정에서 제조된 1단 드로잉 용기를 곡률이 시험편 두께의 3∼6배인 2단 드로잉 펀치를 2단 드로잉 상형다이와 시험편 두께의 1.3∼1.6배의 간격을 두고 설치하여 드로잉하는 2단 드로잉 과정과, 상기 2단 드로잉 과정에서 제조된 2단 드로잉 용기를 곡률이 시험편 두께의 3∼6배인 3단 드로잉 펀치를 곡률이 시험편 두께의 4∼8배인 3단 드로잉 상형다이와 시험편 두께의 1.4∼1.7배의 간격을 두고 설치하여 드로잉하는 3단 드로잉 과정을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 디프 드로잉용 강판의 취성크랙성 평가방법.