KR20070115938A - 마그네슘 용접선 - Google Patents

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KR20070115938A
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유키히로 오이시
노조무 가와베
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스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 표면청정성이 우수한 마그네슘 용접선, 및 이 제조방법을 제공한다. 본 발명 용접선은, 순마그네슘 또는 마그네슘기 합금으로 이루어지는 압출재 등의 모재(母材)에 선선가공을 실시한 후, 얻어진 신선재의 표면에 셰이빙(shaving)가공을 실시해서 얻을 수 있다. 신선 후에 셰이빙가공을 실시함으로써, 신선 시에 이용하는 윤활제나 피막을 효과적으로 제거하는 동시에, 신선가공 중에 생성된 산화물을 효과적으로 제거할 수 있다. 그런 연유로, 얻어진 용접선은, 표면청정성이 우수하다. 신선가공의 윤활제에는, 세정이나 탈지(脫脂)처리에 의해 제거가 용이한 유성 윤활제나 습식 윤활제를 이용하는 것이 바람직하다.

Description

마그네슘 용접선{MAGNESIUM WELD LINE}
본 발명은, 순마그네슘 또는 마그네슘기 합금으로 이루어지는 마그네슘 용접선, 및 이 용접선의 제조방법에 관한 것이다. 특히, 우수한 표면청정도를 가지며, 용접성이 우수한 마그네슘 용접선에 관한 것이다.
Mg은, 비중(밀도 g/㎤, 20℃)이 1.74이며, 구조용으로 이용되는 금속재료 중에서 가장 경량인 금속이다. 또, Mg은, 높은 도전성이나 진동흡수성 등을 지니고 있으며, 이들의 특성이 요구되는 다양한 분야에 있어서, 경량재료로서 기대된다. 최근, 상기 Mg을 주성분으로 하는 마그네슘기 합금으로 이루어지는 압연판재나 압출봉재 등의 전신재의 개발에 수반하여, 용접의 필요성이 커지고 있다. 마그네슘기 합금으로 이루어지는 용접선으로서는, 특허문헌 1에 기재된 것이 있다. 이 용접선은, 압출재를 인발함으로써 제조된다.
[특허문헌 1]
일본특허제3592310호 공보, 단락 0087, 0091
용접선에는, 표면청정성이 우수한 것이 바람직하다. 여기서, 다이스를 이용해서 인발가공을 실행할 때에, 통상, 피가공재와 다이스와의 마찰저항을 저감시키기 위해서, 피가공재의 표면에 윤활제를 도포하거나, 다이스 내에 윤활제를 유입하기 쉽게 하기 위해서 피가공재의 표면에 조막(造膜)하는 등의 윤활처리를 실시한다. 이들 윤활제나 피막은, 알칼리세정 등의 세정을 실행함으로써, 어느 정도 제거되며, 가공재 표면을 청정하게 할 수 있다. 그러나, 특히, 조막에 의해 형성된 피막은, 세정에 의해 완전히 제거되는 것이 곤란하며, 가공재의 표면에 윤활제나 피막이 잔존하는 경우가 있다. 용접선의 표면에 윤활제나 피막이 잔존했을 경우, 표면청정도가 저하되며, 안정된 용접을 실행하기 어렵다.
한편, 마그네슘기 합금은, 일반적으로 실온에서의 소성가공성이 열악하기 때문에, 250℃이상과 같은 고온에서 소성가공을 실시하는 경우가 많다. 이와 같은 온도에서 신선가공을 실행했을 경우, Mg은, 활성인 금속이기 때문에, 마그네슘기 합금 선재(線材)의 표면에 산화물이 생성된다. 그리고, 본 발명자는, 이 산화물에 의해 용접성을 저하시키는 경우가 있다고 하는 식견을 얻었다.
그래서, 본 발명의 주된 목적은, 우수한 표면청정성을 지니며, 용접성이 우수한 마그네슘 용접선을 제공하는 데에 있다. 또, 본 발명의 다른 목적은, 상기 마그네슘 용접선을 제조하는 데에 최적인 제조방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명은, 선재(또는 모재(母材)) 표면에 존재하는 윤활제나 산화물 등을 효과적으로 제거하기 위한 표면가공을 실시함으로써 상기 목적을 달성한다. 즉, 본 발명 마그네슘 용접선은, 순마그네슘 또는 마그네슘기 합금으로 이루어지는 선재 표면에 셰이빙(shaving)가공이 실시되어 있는 것을 특징으로 한다. 또, 이와 같은 용접선은, 이하의 제조방법에 의해 제조할 수 있다. 즉, 본 발명 마그네슘 용접선의 제조방법은, 순마그네슘 또는 마그네슘기 합금으로 이루어지는 모재를 준비하는 공정과, 이 모재에 신선가공을 실시하는 공정과, 얻어진 신선재의 표면을 셰이빙가공하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다. 또, 다른 본 발명 마그네슘 용접선의 제조방법은, 순마그네슘 또는 마그네슘기 합금으로 이루어지는 모재를 준비하는 공정과, 이 모재의 표면을 셰이빙가공하는 공정과, 얻어진 표면가공재에 신선가공을 실시하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 있어서 「마그네슘」은, Mg 및 불순물로 이루어지는 이른바 순마그네슘, 또는 첨가원소와 Mg 및 불순물로 이루어지는 마그네슘기 합금으로 한다. 첨가원소로서는, 예를 들면, Al, Zn, Mn, Si, Cu, Ag, Y, Zr 등의 원소군 중, 적어도 1종의 원소를 들 수 있다. 상기 원소군으로부터 선택되는 복수의 원소를 함유하고 있어도 된다. 이와 같은 첨가원소를 함유시킴으로써, 본 발명 마그네슘 용접선은, 강도, 연신, 고온강도, 내식성 등에도 우수하다. 첨가원소의 함유량은, 합계로 20질량%이하가 바람직하다. 첨가원소가 20질량% 초과가 되면, 주조 시에 균열 등이 발생하는 원인이 된다. 첨가원소를 함유한 보다 구체적인 조성으로서는, 예를 들면, 이하의 조성을 들 수 있다.
I. Al: 0.1 ~ 12질량%를 함유하며, 잔부가 Mg 및 불순물
Ⅱ. Al: 0.1 ~ 12질량%와, 질량%로 Mn: 0.1 ~ 2.0%, Zn: 0.1 ~ 5.0%, Si: 0.1 ~ 5.0%로 이루어지는 3원소군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 함유하며, 잔부가 Mg 및 불순물
Ⅲ. 질량%로 Zn: 0.1 ~ 10%, Zr: 0.1 ~ 2.0%를 함유하며, 잔부가 Mg 및 불순물
또한, 불순물은, 유의적으로 첨가하지 않은 원소만으로 해도 되고, 유의적으로 첨가한 원소(첨가원소)를 함유하고 있어도 된다.
상기 조성의 마그네슘기 합금으로서, 대표적인 조성인 ASTM기호에 있어서의 AZ계, AS계, AM계, ZK계 등의 마그네슘기 합금을 이용해도 된다. AZ계 마그네슘기 합금은, 예를 들면, AZ10, AZ21, AZ31, AZ61, AZ91 등, AS계 마그네슘기 합금은, 예를 들면, AS21, AS41 등, AM계 마그네슘기 합금에는, 예를 들면, AM60, AM100 등, ZK계 마그네슘기 합금에는, 예를 들면, ZK40, ZK60 등을 들 수 있다.
본 발명 마그네슘 용접선은, 순마그네슘 또는 마그네슘기 합금으로 이루어지는 모재에 대해서, 셰이빙가공 및 신선가공을 실시해서 제조한다. 모재로서는, 순마그네슘 또는 상기 조성의 마그네슘기 합금을 용해해서 주조하고, 얻어진 주조재에 압연가공이나 압출가공 등을 실시한 것을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 주조재를 압연한 압연재, 또한 이 압연재를 압출한 압출재, 주조재를 압출한 압출재, 또한 이 압출재를 압연한 압연재를 들 수 있다. 압연가공이나 압출가공은, 공지된 조건에 의해 실행하면 된다. 또, 시판되는 압연재나 압출재를 이용해도 된다.
본 발명에 있어서 셰이빙가공은, 선삭공구를 이용해서 실행해도 되고, 박피(剝皮) 다이스를 이용해서 실행해도 된다. 선삭공구나 박피 다이스는, 공지된 것을 이용하면 된다. 박피 다이스를 이용하는 경우, 셰이빙가공의 대상이 되는 피가공재가 장척(長尺)일지라도 그 전체길이에 걸쳐서 용이하게 셰이빙가공을 실시할 수 있다. 셰이빙가공에 의해 제거되는 양은, 셰이빙가공이 실시되는 피가공재의 표면에서의 거리(깊이)가 수십μm ~ 200μm정도까지의 영역을 들 수 있다. 선재의 선직경에 의하지 않고, 피가공재의 표면에서 깊이 수십μm정도까지의 영역을 적어도 제거함으로써, 피가공재의 표면에 잔존하는 윤활제나 피막, 산화물 등을 제거하며, 표면청정성의 향상에 효과가 있다. 제거되는 양은 많을수록, 상기 윤활제나 피막, 산화물 등을 충분히 제거할 수 있지만, 지나치게 많으면 수율이 악화한다. 따라서, 생산성을 고려하면, 제거되는 양의 상한은, 피가공재의 표면에서 깊이 200μm정도까지의 영역이 적절하다. 이와 같은 셰이빙가공은, 신선가공 전에 실시해도 되고, 신선가공 도중(패스 동안)에 실시해도 되며, 신선가공 후에 실시해도 되고, 1회뿐만 아니라 복수 회 실시해도 된다. 예를 들면, 신선가공 전과 신선가공 후의 쌍방에 셰이빙가공을 실시해도 된다. 즉, 본 발명에서는, 모재를 신선가공해서, 소정의 직경의 신선재로 하고, 이 신선재에 셰이빙가공을 실시해도 되며, 모재를 신선가공해서, 소정의 직경의 신선재로 하고, 이 신선재에 셰이빙가공을 실시한 후, 다시 신선가공을 실시해서 소정의 직경의 신선재로 해도 되며, 모재를 셰이빙가공해서, 얻어진 표면가공재를 신선가공해서 소정의 직경의 신선재로 해도 된다.
본 발명에 있어서 신선가공은, 신선 다이스나 롤러 다이스를 이용해서 실행하면 된다. 특히, 신선 다이스를 이용해서 인발을 실행하면, 편경차(선재의 동일한 횡단면에 있어서의 직경의 최대치와 직경의 최소치와의 차)가 작으며, 치수정밀도가 우수한 선재를 용이하게 제조할 수 있다. 용접선에서는, 표면청정성이 우수한 것에 부가해서, 치수정밀도가 우수한 것도 바람직하다. 따라서, 신선가공은, 롤러 다이스보다도 신선 다이스를 이용해서 실행하는 것이 바람직하다. 또, 신선가공을 실행함으로써 조직을 미세화하며, 강도나 인성(靭性)에도 우수한 선재로 할 수 있다. 이와 같은 신선가공은, 소망하는 크기의 선재가 되도록, 다이스구멍의 크기(직경)가 다른 다이스를 다단식으로 이용해서 복수패스에 걸쳐서 실행하면 된다. 신선가공조건은, 가공온도에의 승온속도: 1℃/sec ~ 100℃/sec, 가공온도: 50℃이상 200℃이하(바람직하게는 100℃이상, 보다 바람직하게는 150℃이상), 가공도: 10%이상/패스, 선속(線速): 1m/min이상, 신선가공 후의 냉각속도: O.1℃/sec이상을 들 수 있다. 가공온도가 높을수록, 피가공재의 신선가공성을 높일 수 있으며, 예를 들면, 큰 가공도에서의 가공이 가능해진다. 또, 복수패스에 걸쳐서 신선가공을 실행하는 경우, 1패스마다 또는 복수패스(예를 들면, 2 ~ 3패스)마다 중간열처리를 실시하고, 신선가공에 의해 선재에 도입된 변형을 회복시키거나, 재결정된 결정립의 미세화를 촉진시켜도 된다. 중간열처리조건으로서는, 가열온도: 100℃이상 400℃이하(바람직하게는 150℃이상), 유지시간: 5 ~ 20분 정도를 들 수 있다. 혹은, 가열을 실행하지 않고 실온에서 신선가공을 실행해도 된다. 실온에서 신선가공을 실행하는 경우는, 1패스 당의 가공도를 작게 하거나(합금조성에도 의하지만 대체로 15%이하, 바람직하게는 10%이하), 신선 전에 사전열처리를 실시해서 결정을 미세화하며, 신선가공성을 높이고 나서 신선가공을 실행하도록 하는 것이 바람직하다. 신선 전에 실시하는 사전열처리조건으로서는, 가열온도: 200℃이상 450℃이하(바람직하게는 250℃이상 400℃이하), 유지시간: 15 ~ 60분 정도를 들 수 있다. 그 외에, 실온에서의 신선가공조건은, 선속: 1m/min이상을 들 수 있다.
상기 신선가공은, 윤활제를 이용해서 실행하는 것이 바람직하다. 윤활제는, 금속비누를 주체로 하는 건식 윤활제로 해도 되고, 동식물유나 광물유 등을 주체로 하는 유성 윤활제로 해도 되며, 유성 윤활제를 물에 분산, 유화시킨 습식 윤활제로 해도 된다. 건식 윤활제를 이용하는 경우, 다이스에 윤활제를 유입하기 쉽게 하기 위해서, 신선가공이 실시되는 피가공재의 표면에는 조막처리를 실시해 둔다. 윤활제를 이용해서 신선가공을 실행했을 경우, 신선가공 후, 알칼리세정 등의 세정이나 탈지(脫脂)처리를 실행하여, 윤활제나 피막을 최대한 제거한다. 유성 윤활제나 습식 윤활제는, 탈지처리에 의해 용이하게 제거할 수 있다. 따라서, 신선재의 표면청정성의 향상을 고려하면, 적어도 최종신선가공(최종의 1패스)은, 유성 윤활제나 습식 윤활제를 이용해서 실행하는 것이 바람직하며, 신선가공의 전체패스에 있어서 유성 윤활제나 습식 윤활제를 이용해도 된다. 건식 윤활제를 이용한 신선가공과, 유성 윤활제나 습식 윤활제를 이용한 신선가공을 조합해서 실행해도 된다. 예를 들면, 초기의 패스에서는, 건식 윤활제를 이용하고, 후기의 패스에서는, 습식 윤활제나 유성 윤활제를 이용해서 신선가공을 실행하는 바와 같이 다른 윤활제를 이용해서 신선가공을 실행해도 된다. 상기 윤활제 중, 유성 윤활제는, Mg과 반응할 우려가 있는 수분을 함유하고 있지 않기 때문에, 특히 바람직하다.
상기와 같이 본 발명에서는, 신선가공과 셰이빙가공과의 순서는 상관없다. 맨 먼저 신선가공을 실행하고, 최후에 셰이빙가공을 실시하는 경우, 즉, 모재를 신선한 신선재에 셰이빙가공을 실시하는 경우, 셰이빙가공에 의해, 신선공정에 있어서 이용한 윤활제나 피막 등을 충분히 제거할 수 있는 것에 부가해서, 신선공정에 있어서 피가공재 표면에 생성된 산화물도 효과적으로 제거할 수 있다. 또, 셰이빙가공 전, 혹은 셰이빙가공 후에 세정이나 탈지처리를 실행함으로써, 보다 확실히 윤활제 등을 제거할 수 있다. 따라서, 셰이빙가공 전에 실시하는 신선가공은, 습식, 건식, 유성 중 어느 하나의 윤활제를 이용해서 실행해도 된다. 이와 같은 제조방법에 의해 얻어진 본 발명 마그네슘 용접선은, 표면청정성에 특별히 우수한 선재로 할 수 있다.
상기와 같이 신선가공 후에 셰이빙가공을 실시함으로써, 표면청정성이 우수한 용접선을 얻을 수 있지만, 셰이빙가공이 실시되는 신선재가 장척으로 되면, 박피 다이스가 마모되어서, 선직경이 변화할 우려가 있다. 상술한 바와 같이 용접선에는, 표면청정성에 부가해서 치수정밀도가 우수한 것도 바람직하다. 그래서, 신선재에 셰이빙가공을 실시한 후, 이 표면가공재에 치수조정의 목적으로 1패스만 신선가공을 실행해도 된다. 이 치수조정을 목적으로 한 신선 후에 세정이나 탈지처리에 의해 윤활제를 용이하게 또한 보다 확실히 제거할 수 있도록, 이 신선가공은, 유성 윤활제 또는 습식 윤활제를 이용해서 실행하는 것이 바람직하다. 또, 이 셰이빙가공 후에 실시하는 신선가공은, 치수조정을 목적으로 하는 것이기 때문에, 가공도는 작아도 되며, 예를 들면, 3 ~ 10%정도이면 된다. 이와 같이 저가공도이기 때문에, 실온에서도 충분히 인발할 수 있다. 마그네슘기 합금의 조성에 따라서는, 실온에서도 가공도를 15%정도까지 크게 할 수도 있다. 실온에서 신선가공을 실행하는 냉간가공의 경우, 가열상태에서 신선가공을 실행하는 온간가공이나 열간가공과 비교해서, 가열에 의해 선재 표면에 새롭게 산화물이 생성되는 것을 저감시킨다. 가열상태에서 신선가공을 실행하는 경우는, 가능한 한 저온, 예를 들면, 50 ~ 150℃정도로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 신선가공 후, 세정이나 탈지처리를 실행함으로써, 표면청정도 및 치수정밀도의 쌍방이 우수한 용접선을 용이하게 얻을 수 있다.
상기와 같이 최종의 신선가공 후에 셰이빙가공을 실시해서 얻어진 본 발명 용접선이나, 셰이빙가공 후, 치수조정의 목적으로 신선가공을 1패스 실시한 본 발명 용접선은, 표면쪽이 주로 가공되기 때문에, 이 표면쪽이 중앙부쪽에 비해서 고경도가 된다. 구체적으로는, 선재의 표면으로부터 깊이 50μm의 위치에 있어서의 비커스경도가, 동일선재의 중심부에 있어서의 비커스경도보다도 10이상 높아져 있다. 이와 같이 본 발명 용접선은, 최종공정에서 셰이빙가공을 실시함으로써 표면이 경화된 선재로 되어 있다.
한편, 셰이빙가공은, 상기와 같이 신선가공 후에 실시해도 되지만, 신선가공 전이나 신선가공 도중에 실행해도 된다. 예를 들면, 압출재나 압연재 등의 모재에 셰이빙가공을 실시하고, 얻어진 표면가공재에 신선가공을 실행해도 되며, 압출재나 압연재 등의 모재에 어느 정도 신선가공을 실시한 후, 셰이빙가공을 실시하고, 이 표면가공재에 다시 복수패스의 신선가공을 실행해도 된다. 신선가공 전의 모재(압출재나 압연재 등)에 셰이빙가공을 실행함으로써, 압연가공이나 압출가공 등과 같은 모재를 형성할 때에 생성된 산화물을 효과적으로 제거할 수 있다. 또, 신선가공 도중 신선재에 셰이빙가공을 실행함으로써, 셰이빙가공까지의 신선가공에서 생성된 산화물이나, 신선가공 시에 이용한 윤활제 등을 효과적으로 제거할 수 있다. 신선가공 도중에 셰이빙가공을 실행하는 경우, 신선가공 전에 셰이빙가공을 실행하는 경우 모두, 특히, 최종의 신선가공 후에 충분히 세정이나 탈지처리를 실행하여, 표면을 청정하게 한다. 또, 세정이나 탈지처리에 의해 윤활제 등을 용이하게 또한 충분히 제거할 수 있도록, 최종의 신선가공은, 유성 윤활제 또는 습식 윤활제를 이용해서 실행하는 것이 바람직하다.
셰이빙가공은, 피가공재의 직경이 큰 단계에서 실행할수록, 피가공재에 대한 제거량의 비율이 작아지기 때문에, 수율이 양호하다. 그러나, 셰이빙가공 후에 복수패스의 신선가공을 실행하면, 신선재의 표면에 윤활제나 피막, 산화물이 잔존되기 쉽다. 특히, 가공도를 크게 하기 위해서 가열해서 신선가공을 실행하거나, 신선가공성을 높이기 위해서 중간열처리나 사전열처리 등을 실행함으로써 산화물이 증가한다. 따라서, 셰이빙가공 후에 복수패스의 신선가공을 실행하는 경우는, 가능한 한 저온(실온에서 150℃정도)에서 실행하는 것이 바람직하다. 혹은, 상기와 같이 50℃이상으로 가열해서 가공도를 높게 해서 신선가공을 실행하는 경우, 신선가공 전 또는 신선가공 도중에 셰이빙가공을 실시하는 것에 부가해서, 신선가공 후에 적절히 셰이빙가공을 실시해도 된다. 특히, 최종의 신선가공 후에 셰이빙가공을 실시하면, 상술한 바와 같이 신선가공 시에 생성된 산화물이나 신선가공 중에 이용한 윤활제 등을 충분히 제거할 수 있다. 이와 같이 복수 회에 걸쳐서 셰이빙가공을 실시함으로써, 표면청정성, 치수정밀도가 우수한 용접선을 얻을 수 있다.
본 발명 용접선은, 단면형상이 원형상인 것이 바람직하다. 또, 선직경은, ø0.8 ~ 4.0㎜정도가 바람직하다.
본 발명 마그네슘 용접선은, 셰이빙가공에 의해, 신선가공 시에 이용된 윤활제나 피막, 신선가공 시에 생성된 산화물을 효과적으로 제거할 수 있기 때문에, 우수한 표면청정도를 가진다. 따라서, 본 발명 마그네슘 용접선을 이용함으로써 안정적으로 용접을 실행할 수 있다. 또, 본 발명 마그네슘 용접선은, 치수정밀도에도 우수하기 때문에, 권취릴을 구비한 자동용접기에도 충분히 적용할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시의 형태를 설명한다.
시험예 1
AZ31 상당 합금(질량%로, Al: 3.0%, Zn: 1.0%, Mn: 0.15%를 함유하며, 잔부가 Mg 및 불순물, 조성은 화학분석에 의해 비교하였음)으로 이루어지는 직경 ø4.0㎜의 압출재를 준비하고, 이 압출재에 이하의 조건으로 신선가공을 실시하여, 직경 ø2.0㎜의 용접선을 제작하였다. 신선가공(인발)은, 신선 다이스를 다단식으로 이용해서 복수패스에 걸쳐서 실행하였다. 또, 신선가공은, 건식 윤활제 또는 유성 윤활제를 이용해서 실행하였다. 건식 윤활제에는, 금속비누를 이용하는 동시에, 소재 표면에 조막처리를 실시하였다. 유성 윤활제에는, 광물유를 이용하였다. 또한, 2 ~ 3패스마다 적절히 중간열처리(350℃ × 15분)를 1 ~ 3회 정도 실시하였다.
시료 (a): 직경 ø2.2㎜까지 건식 윤활제를 이용해서 신선가공을 실행하고(가공온도: 100 ~150℃, 가공도: 10 ~ 20%/1패스, 가공온도에의 승온속도: 약 1℃/sec, 선속: 10 ~ 20m/min), 얻어진 신선재에 셰이빙가공을 실시해서, 직경 ø2.0㎜로 한다. 셰이빙가공 후에, 유기용제에 의한 탈지처리를 실행한다.
시료 (b): 직경 ø2.2㎜까지 유성 윤활제를 이용해서 신선가공을 실시하고(가공온도: 100 ~150℃, 가공도: 10 ~ 20%/1패스, 가공온도에의 승온속도: 약 1℃/sec, 선속: 10 ~ 20m/min), 얻어진 신선재에 셰이빙가공을 실시해서, 직경 ø2.0㎜로 한다. 셰이빙가공 후에, 유기용제에 의한 탈지처리를 실행한다.
시료 (c): 직경 ø2.3㎜까지 건식 윤활제를 이용해서 신선가공을 실행하고, 얻어진 신선재에 직경 ø2.1㎜가 되도록 셰이빙가공을 실시하고, 얻어진 표면가공재에 직경 ø2.0㎜가 되도록 유성 윤활제를 이용해서 신선가공을 1패스 실행한다(가공온도: 실온, 가공도: 9%). 직경 ø2.3㎜까지의 신선가공조건은, 시료 (a)와 동일하다. 유성 윤활제를 이용한 신선가공 후에, 유기용제에 의한 탈지처리를 실행한다.
시료 (d): 직경 ø2.0㎜까지 건식 윤활제를 이용해서 신선가공을 실행하고, 신선가공 후에, 선재 표면을 알칼리세정하는 동시에, 유기용제에 의한 탈지처리를 실행한다. 신선가공조건은, 시료 (a)와 동일하다.
시료 (e): 직경 ø2.0 ㎜까지 유성 윤활제를 이용해서 신선가공을 실행하고, 신선가공 후에, 선재 표면을 알칼리세정하는 동시에, 유기용제에 의한 탈지처리를 실행한다. 신선가공조건은, 시료 (b)와 동일하다.
시료 (f): 직경 ø2.0㎜까지 건식 윤활제를 이용해서 신선가공을 실행한다. 신선가공 후에, 세정을 실행하지 않고, 유기용제에 의한 탈지처리만 실행한다. 신선가공조건은, 시료 (a)와 동일하다.
시료 (g): 직경 ø2.0㎜까지 유성 윤활제를 이용해서 신선가공을 실행한다. 신선가공 후에, 세정을 실행하지 않고, 유기용제에 의한 탈지처리만 실행한다. 신선가공조건은, 시료 (b)와 동일하다.
시료 (h): 압출재에 셰이빙처리를 실시해서 직경 ø3.8 ㎜로 하고, 얻어진 표면가공재를 직경 ø2.0㎜까지 유성 윤활제를 이용해서 신선가공을 실행한다. 신선가공조건은, 시료 (b)와 동일하다. 신선가공 후에, 유기용제에 의한 탈지처리를 실행한다.
시료 (i): 직경 ø3.0㎜까지 건식 윤활제를 이용해서 신선가공을 실행하고, 얻어진 신선재에 직경 ø2.8㎜가 되도록 셰이빙가공을 실시하고, 얻어진 표면가공재에 직경 ø2.0㎜가 될 때까지 유성 윤활제를 이용해서 신선가공을 실행한다. 건식 윤활제를 이용한 신선가공조건은, 시료 (a)와 동일하며, 유성 윤활제를 이용한 신선가공조건은, 시료 (b)와 동일하다. 유성 윤활제를 이용한 신선가공 후에, 유기용제에 의한 탈지처리를 실행한다.
시료 (j): 압출재에 셰이빙처리를 실시해서 직경 ø3.8㎜로 하고, 얻어진 표면가공재를 직경 ø2.2㎜까지 건식 윤활제를 이용해서 신선가공을 실행하고, 얻어진 신선재에 셰이빙가공을 실시해서, 직경 ø2.0㎜로 한다. 신선가공조건은, 시료 (a)와 동일하다. 셰이빙가공 후에, 유기용제에 의한 탈지처리를 실행한다.
얻어진 용접선에 대해서, 용접시험을 실행하고, 용접성을 평가하였다. 본 시험에서는, 맞대기용접에 의한 이음매의 효율을 측정하고, 이 이음매의 효율에 의해, 용접선의 용접성을 정량적으로 평가하였다. 구체적으로는, 외경 ø25㎜, 두께 1.5㎜, 인장강도(TS) = 265MPa의 AZ31합금으로 이루어지는 파이프를 준비하고, 상기 (a) ~ (j)의 용접선에 의해, 이 파이프끼리를 TIG용접에 의해 용접하고, 용접된 파이프에 인장시험을 실행해서, 이음매의 효율(%) = (용접된 후의 파이프의 TS) / (용접 전의 파이프의 TS)를 구하였다. 본 시험에서는, 덧살용접 높이를 ø28㎜로 통일하였다. 또, 용접파이프는 5개씩(n = 5) 제작하고, 용접된 후의 파이프의 TS는, 이 5개의 평균 TS를 이용하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 이음매의 효율이 높을수록, 용접성이 우수하다. 또, 얻어진 (a) ~ (j)의 용접선의 횡단면에 있어서, 표면으로부터 깊이 50μm의 지점의 비커스경도(HV)(표면경도)와, 중심부의 비커스경도(HV)(중심경도)를 측정하는 동시에, 그 차를 구하였다. 그 결과도 표 1에 나타낸다. 또한, 표 1에 있어서 (건식)은, 건식 윤활제를 이용한 신선가공을 나타내고, (유성)은, 유성 윤활제를 이용한 신선가공을 나타낸다.
시료 공 정 표면경도(HV) 중심경도(HV) 표면경도-중심경도(HV) 이음매의 효율(%)
a 인발(건식) → 셰이빙 91 73 18 92.2
b 인발(유성) → 셰이빙 90 74 16 94.0
c 인발(건식) → 셰이빙→ 인발(유성) 95 81 14 90.1
d 인발(건식) → 알칼리세정 80 75 5 65.4
e 인발(유성) → 알칼리세정 79 73 6 71.8
f 인발(건식) 81 74 7 53.9
g 인발(유성) 80 75 5 69.2
h 셰이빙 → 인발(유성) 81 74 7 88.7
i 인발(건식) → 셰이빙→ 인발(유성) 83 73 10 89.9
j 셰이빙 → 인발(건식)→ 셰이빙 92 72 20 93.2
표 1에 나타내는 바와 같이 셰이빙가공을 실행한 시료 (a), (b), (c), (h), (i), (j)는, 셰이빙가공을 실시하고 있지 않은 시료와 비교해서 높은 이음매의 효율을 나타내고 있다. 그 중에서도, 신선가공 후에 셰이빙가공을 실시한 시료 (a), (b), (j)나 셰이빙가공 후에 1패스만 신선가공을 실시한 시료 (c)는, 이음매의 효율이 90%이상으로 특히 우수하다. 또, 표 1의 결과에서, 건식 윤활제를 이용한 신선가공을 실행한 시료보다도 유성 윤활제를 이용한 신선가공의 시료쪽이, 용접성이 우수함을 알 수 있다. 예를 들면, 시료 (c)는, 셰이빙가공 후에 1패스의 신선가공을 실행하고 있지만, 이 신선가공이 유성 윤활제를 이용한 가공이기 때문에, 그 이후의 탈지처리에 의해 선재 표면을 용이하게 청정하게 할 수 있으며, 높은 용접성이 얻어지고 있다. 또한, 신선가공 후에 셰이빙가공을 실시한 시료 (a), (b), (j)나 셰이빙가공 후에 1패스만 신선가공을 실시한 시료 (c)에는, 표면쪽의 경도(표면경도)와 중심부쪽의 경도(중심경도)의 차가 10이상으로 커지고 있으며, 표면이 경화되어 있었다.
한편, 셰이빙가공을 실행하고 있지 않고, 건식 윤활제를 이용해서 신선가공을 실행한 시료 (d), (f)는, 매우 용접성이 악화하며, 이음매의 효율이 낮다. 이 원인은, 선재 표면에 잔류하는 조막처리에 의한 피막이나 윤활제의 영향 때문이라고 사료된다. 또, 표 1의 결과에서, 이들 피막이나 윤활제는, 탈지처리에 부가해서 알칼리세정을 실행해도 충분히 제거할 수 없음을 알 수 있다. 시료 (e), (g)는, 유성 윤활제를 이용한 신선가공을 실행했기 때문에, 피막이나 윤활제의 잔류에 의한 영향이 적으며 상기 시료 (d), (f)보다도 용접성이 양호하지만, 압출재의 단계에서 존재하는 산화물 등이 원인이 되어서, 용접성이 저하되고 있다고 사료된다.
이상에서, 마그네슘 용접선의 제조 시에, 셰이빙가공을 실행하는 것은 용접성의 향상에 매우 유효하다는 것을 알 수 있다.
시험예 2
시험예 1에서 이용한 AZ31 상당 합금의 압출재와 동일한 압출재(직경 ø4.0㎜)를 준비하고, 시료 (a), (b), (c)와 동일한 조건으로 직경 ø1.2㎜의 용접선을 제작하고(셰이빙가공에 의한 제거량: 신선재의 횡단면에 있어서 표면에서 깊이 0.1㎜까지의 영역), MIG 자동용접기를 이용해서 용접을 실시하였다. 그 결과, 어느 용접선도 공급 등에 전혀 문제없이, 안정된 용접이 가능하였다. 따라서, 셰이빙가공을 실시한 용접선은, 자동용접기의 사용도 가능함이 확인되었다.
시험예 3
상기 시험예 1에서 이용한 마그네슘기 합금과 다른 조성으로 이루어지는 압출재(직경 ø4.0㎜)를 준비하고, 시료 (a), (c)와 동일한 조건으로 용접선을 제작하였다. 이하에 조성을 나타낸다.
조성
순마그네슘 상당재: 99.9질량%이상의 Mg과 불순물로 이루어짐
AM60합금 상당재: 질량%로 Al: 6.1%, Mn: 0.44%를 함유하며, 잔부가 Mg과 불순물로 이루어지는 마그네슘기 합금
AZ61합금 상당재: 질량%로 Al: 6.4%, Zn: 1.0%, Mn: 0.28%를 함유하며, 잔부가 Mg 및 불순물로 이루어지는 마그네슘기 합금
ZK60합금 상당재: 질량%로 Zn: 5.5%, Zr: 0.45%를 함유하며, 잔부가 Mg 및 불순물로 이루어지는 마그네슘기 합금
그리고, 얻어진 용접선을 이용해서, 시험예 1과 동일하게 용접시험을 실행하고, 이음매의 효율에 의해 용접성을 평가하였다. 그랬더니, 어느 조성의 용접선에 있어서도, 이음매의 효율이 90%이상이며, 용접성이 우수하였다. 또, 시험예 1과 동일하게 얻어진 용접선의 횡단면에 있어서, 표면경도와 중심경도의 차를 구해 보면, 어느 용접선도, 동일 차가 10이상이며, 표면이 경화되어 있었다.
본 발명을 상세히 또 특정의 실시형태를 참조해서 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 다양한 변경이나 수정을 부가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 분명하다.
본 출원은 2005년 3월 22일 출원된 일본특허출원(특원2005-082293)에 의거하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.
본 발명 마그네슘 용접선은, 마그네슘 소재의 용접에 매우 적합하게 이용할 수 있다. 특히, 본 발명 용접선은, 표면청정도, 치수정밀도가 우수하고, 자동용접기에도 충분히 이용할 수 있으며, 안정된 용접을 실행할 수 있다. 또, 본 발명 용접선의 제조방법은, 상기 용접성이 우수한 용접선의 제조에 매우 적합하게 이용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 순마그네슘 또는 마그네슘기 합금으로 이루어지는 선재(線材) 표면에 셰이빙(shaving)가공이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네슘 용접선.
  2. 제 1항에 있어서,
    순마그네슘 또는 마그네슘기 합금으로 이루어지는 선재의 표면으로부터 깊이 50μm의 위치에 있어서의 비커스경도가, 동일선재의 중심부에 있어서의 비커스경도보다도 10이상 높은 것을 특징으로 하는 마그네슘 용접선.
  3. 순마그네슘 또는 마그네슘기 합금으로 이루어지는 모재(母材)를 준비하는 공정과,
    상기 모재에 신선가공을 실시하는 공정과,
    얻어진 신선재의 표면을 셰이빙가공하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 용접선의 제조방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    또한, 셰이빙가공 후, 얻어진 표면가공재에 1패스의 신선가공을 실시하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 용접선의 제조방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    또한, 셰이빙가공 후, 얻어진 표면가공재에 복수패스의 신선가공을 실시하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 용접선의 제조방법.
  6. 순마그네슘 또는 마그네슘기 합금으로 이루어지는 모재를 준비하는 공정과,
    상기 모재의 표면을 셰이빙가공하는 공정과,
    얻어진 표면가공재에 신선가공을 실시하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 용접선의 제조방법.
  7. 제 3항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    최종패스의 신선가공은, 유성 윤활제를 이용해서 신선가공을 실행하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 용접선의 제조방법.
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