KR850000796B1 - 클래드강판(clad 鋼板)의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

클래드강판(clad 鋼板)의 제조방법

제1도는 본 발명의 방법을 설명하는 공정도.

제2a도 및 제2b도는 용접공정의 설명도.

제3도는 본 발명의 방법의 일실시예에 의하여 얻은 클래드강판에 대한 E.P.M.A.(전자프로브미량분석=Electron Probe Micro Analyzer)측정결과의 그래프.

제4도는 제3도의 강판단면의 현미경 사진.

제5도는 본 발명의 방법의 다른 실시예에 의하여 얻은 클래드강판에 대한 E.P.M.A. 측정결과의 그래프.

제6도는 제5도의 강판단면의 현미경사진.

제7도는 본 발명의 방법의 또 다른 실시예에 의하여 얻은 클래드강판에 대한 E.P.M.A. 측정결과의 그래프.

제8도는 제7도의 강판단면의 현미경 사진.

본 발명은 클래드강판의 제조방법에 관한 것이다. 좀더 상세히 언급하면, 클래드강판의 산출율(産出率) 및 그 접합강도가 우수한 클래드강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법은 클래드강판의 접합면을 깨끗하게 한 모재(母材)와 합재(合材)이 사이에 매개층(媒介層)으로서 금속박(金屬箔)을 삽입하던가 또는 모재 혹은 합재의 접합면에 적어도 어느 한쪽면에다 금속도금층을 성형하여 겹쳐놓고, 이들 재료의 접촉선알개소를 공기인출부로 남기고 용접하고, 가볍게 압하(壓下)하는 냉간압연 또는 냉간프레스에 의하여 접합면 사이에 남아있는 공기를 배출하고 그 공기인출부의 접촉선을 용접하여 접합면을 외기로부터 차단하고, 압연온도에 이르기까지 가열하여 열간압연하는 것이다.

종래에 클래드강판은 여러분야에 사용되어 왔으나, 최근 특히 접합강도가 높고 성능이 우수한 클래드강판이 요구되고 있다. 종래에 사용된 클래드강판의 제조법은 여러가지가 있으며, 이들 중공업적으로 이용되고 있는 대표적인 것으로서는 냉간압접압연법, 열간압접연법 및 폭접법등이 있다. 이들 종래의 방법은 모재 또는 합재의 접합면의 산화에 의하여 때에 따라서는 접합불량이 생겨서 제품의 산출율의 저하를 초래하였다.

모재와 합재의 밀착성을 개선하기 위하여 종래의열간압접압연법에서는 다음과 같은 여러가지 수단이 취하여졌다.

a. 모재와 합재의 접합면의 전접촉선을 용접하여 스라브를 구성하고, 이 접합면의 일부에 만든 공기인출공으로부터 진공펌프에 의하여 접합면 사이에 남아있는 공기를 배출시키는 수단.

b. 진공실내에서 모재와 합재를 겹쳐놓고 접합면의 전접촉선을 전자빔(electron beam) 용접을 하는 수단.

c. 모재와 합재의 접합면 사이에 의식적으로 공간을 설하고, 이 공간에 아르곤등의 불활성가스를 봉입시키고 열간압연공정에서 가스인출공으로부터 불활성가스를 축출시키는 수단. 그러나, 이들의 수단은 접합면에 남아있는 공기를 실제 유효한 정도까지 축출시킨다는 것은 극히 곤란하여 적은 미량의 공기가 남아 있어도 그로 인하여 가열중 접합면이 산화되기 때문에 그 스케일이 야금적 접합을 방해하여 초음파 검사에서 결함으로 나타나며, 특히 "모재와 합재를 용접으로 고정한 판체"(이하 판체라 함)의 가장자리 근방이 불량하게 접합되어 검사합격율에 있어서 크게 문제되고 있다.

대안으로서, 접합면의 박리강도의 저하를 방지하기 위하여 닉켈 등의 금속을 모재 및 합재의 어느 한쪽의 접합면에 도금하고, 이것을 모재 및 합재의 양측에 확산시켜서 강고한 접합합금층을 형성시키는 방법이 실시되고 있다. 그러나 이 방법은 비용이 많이 들고 또한 접합면의 산화를 완전하게 방지할 수 없다는 결점이 있다.

본 발명의 목적은 접합력이 우수하고 또한 산출율이 높은 클래드강판을 염가로 제조하는 방법을 얻는데 있는 것이다.

본 발명의 클래드강판의 제조방법은 모재 및 합재의 접합면을 각각 깨끗하게 하고, 상기 모재 및 합재의 접합면 사이에 매개층을 성형하여 서로 겹쳐놓고, 이 재료의 접촉선의 일부를 공기인출부로 남기고 접축선을 용접하고, 상기 접합면 사이에 남아있는 공기가 공기인출부로 배출되게 그 판체를 가볍게 압하하고, 가볍게 압하한 판체의 공기인출부를 용접하여 접합면을 외기로부터 차단시키고, 용접한 판체를 가열로의 장입하여 압연온도에 이르기까지 가열하고, 가열된 판체를 열간압연하는 것으로 되어 있다.

매개층으로서는, 금속박 또는 도금층을 이용한다. 금속도금층은 모재 또는 합재의 한쪽 또는 양쪽에 형성한다. 금속박은 1종또는 2종 이상을 사용한다.

접합불량에 의한 제품산출율의 저하원인은 그 대부분이 접합면의 산화에 기인하는 것이다. 본 발명의 방법은 겹쳐놓을때에 가볍게 압하하는 냉간압연으로 접합면의 공기를 축출시켜 밀착상태로 하여 최종용접을 하기 때문에 열간압연시에 접합면의 산호가 방지되어 접합효율을 획기적으로 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명의 방법에 의하면 매개층은 모재와 합재의 사이에 놓이는 것이어서 열간압연시에 모재 및 합재의 양쪽으로 전면 확산하여 보다 강고한 접합이 이루어지는 동시에 침탄(浸炭)도 방지한다.

금속박을 사용하는 경우에는 모재의 상면의 1종 또는 2종이상의 금속박을 깔고 그 위에 합재를 겹치는 것일뿐 특별한 설비를 필요로 하지 않음으로 설비를 위한 비용은 들지 않게 된다.

조립판체의 크기에는 아무런 제한을 받지 않는 것이어서 판체의 단위중 량당의 비용은 배우 염가로 된다. 도금층에 비하여 매개재의 두께를 두껍게 할 수 있음므로 모재 및 합재에서의 침탄을 보다 더 방지할 수 있을 뿐만 아니라 금속박을 두게를 두껍게 하면 열간압연공정에 있어서의 고속압연가공이 가능하여 판체의 단위중량당 비용을 더욱 염가로 한다. 또한 금속박의 가격은 도금비용에 비교하면 염가로 입수하기가 가능하고 그 수공적 작업의 작업비까지를 감안하여도 도금법의 몇% 정도의 비용으로 파체조립이 가능한 이점이 있다.

종래의 이 분야의 사고상식은 모재와 합재의 사이에 금속박을 삽입하면 열간압연중에 금속박이 모재와 합재의 접합면 사이에는 자유로이 움직여서 모재 및 합재의 연신과 일치하게 금속박이 같이 연신되지 않을 것이라고 상식적으로 생각하고 있었다. 그러나 본 발명자들의 실험에 의하면 금속박의 성분은 가열중에 기히 모재와 합재의 양측으로 확산되기 시작하고 또한 열간압연의 진행과 동시에 더욱 더 양측으로 전면확산이 진행되기 때문에 모재와 합재가 금속박이라는 매개재를 개제하여 일체로 압연되여 결과적으로는 금속박도 같이 연산된다는 것이 판명되었다.

또한, 상식적으로는 금속박에는 반드시 개재물(介在物)이 함유되어 있고 이 개재물의 크기로 인하여 금속박은 엷게 압연되지 않는다고 생각되고 있었다. 그러나 본 발명자들의 실험에 의하면 금속박의 두께가 4㎛ 정도로 되기까지 금속박이 파단(破斷)되지 않고 연신된다는 것을 알게 되었다.

본 발명의 방법에 의하면 열간압연후 클래드강판의 초음파검사합격을 획기적으로 향상시킬 수 있었다.

즉, 종래 방법의 경우 검사합격율은 70-80% 정도인 것에 대하여 본 발명방법에서는 95-100% 정도로 현저하게 향상한다는 것이 판명되었다.

모재와 합재의 사이에 매개층을 성형하지 않고 본 발명의 방법에 준한 방법으로 클래드강판을 제조할 경우에는 열간압연후에 초음파 검사합격율은 매우 향상된다. 그러나 모재와 합재가 접합면에서 확산하여 합금층을 형성하고, 재질의 조합에 따라서는 그 합금층의 재질이 무르므로 취약(脆弱)하게 된다. 이와 같은 경우는 그후의 용접곡형가공에 의하여 이 취약한 합금층이 갈라져서 합재가 모재로부터 박리되어 초음파 결함이 생겨 최종제품의 산출용을 현저하게 저하시킨다.

일반적으로 널리 사용되는 스텐레스·클래드강에서는 매개층을 성형하지 않는 경우 계면(界面)에는 확산에 따라 말텐사이트층(martensite 層)이 생성되는 동시에 스텐레스강에는 침탄층 모재측에는 탈탄층(脫炭層)이 생성한다. 이와 같은 것들은 어느 것이나 취약하여 그후의 가공에서 갈라져서 초음파결함으로 나타난다.

모재와 합재의 사이에 확산되어 생성하는 합금층이 취약하지 않게 조합된 경우(예를 들면 닉켈·클래드강판)는 반드시 매개층이 필요하지 않다. 또 매개층으로 금속판을 사용하는 것도 가능하며, 이와 같은 것들은 금속박이나 도금층을 매개재로 하였을때와 동일한 성능을 얻을 수 있다.

본 발명의 클래드강판의 제조방법에 대하여 예시도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 본 발명의 방법은 제1도에서 예시되는 제1공정(1)으로 모재 및 합재의 접합면을 각각 깨끗하게 한다. 다음 제2공정(2)으로 모재와 합재의 접합면 사이에 매개층을 성형하여 서로 겹친다. 제3공정(3)으로 재료의 접촉선의 일부를 공기인출부로 남기고 접촉선을 용접하여 판체를 만든다. 제4공정(4)으로 용접된 판체의 접합면 사이에 남아있는 공기를 상기 공기인출부로 배출되게 판체를 가볍게 압하한다. 제5공정(5)으로 가볍게 압한 판체의 공기인출부를 용접한다. 제6공정(6)으로 전접촉선을 용접한 후의 판체를 가열로에 장입하여 압연온도에 이르기까지 가열한다. 최후에 제7공정(7)으로 가열된 판체를 열간압연한다.

제1공정(1)에 있어서 접합면을 깨끗이 하는 방법은 일반적인 면삭(面削) 또는 연마마무리 등에 의하여 이루어진다.

제2공정(2)에 있어서, 매개층의 성형은 금속도금이나 금속박의 부설(敷設)등이 있다.

금속도금의 경우는 접합면을 깨끗하게 한 모재 및 합재중 어느 한쪽 또는 양쪽에 금속도금층을 성형한다. 금속으로서는 닉켈, 순철(純鐵)등이 바람직하다.

금속박부설의 경우는 접합면을 깨끗하게 한 모재 또는 합재상에 1종 또는 2종이상의 금속박을 깔고 그 위에 합재 또는 모재를 깨끗이 한 접합면이 밑으로 가게 겹친다. 금속박으로서는 티탄, 알루미늄, 닉켈, 크롬, 순철 등이 바람직하고 금속박의 두께는 20-200㎛가 바람직하다.

제3공정(3)에 있어서 상하판 접촉선용접은 일반적인 아아크용접등으로 용접한다. 이때 공기인출부는 판체의 일측가장자리의 중앙부분을 남기고(제2a도 참조) 또는 일측 가장자리의 중앙부분 및 넓이방향에 수개소의 가장자리를 남기고(제2b도 참조) 용접하여 성형된다. 제2a도 및 제2b도에 표시되는 부호 10은 스라브, 11은 용접비드(熔接 bead), 12는 공기인출부, 13은 압연 또는 프레스진행방향을 각각 표시한다.

제4공정(4)에 있어서 판체를 가볍게 압하하는 과정은 통상의 냉간압연기 또한 냉간프레스기에 의하여 이루어진다.

제5공정(5)에 있어서는 공기인출부로 남긴 용접되지 않은 부분을 용접하여 판체내부를 외기로부터 차단한다.

제6공정(6)에 있어서 판체가열은 통상의 가열로에 넣어져서 합재의 압연온도(예를들면 스텐레스·클래드강은 1000°-1250℃)로 가열한다.

제7공정(7)에 있어서 가열판체는 통상의 열간압연기에 의하여 압연되어 클래드강판이 제조된다.

다음에 본 발명의 방법에 대한 실시예를 설명한다.

[실시예 1]

(1)모재

명칭 : 용접구조용후강판(예 : JISG 3106 SM 41)

조성 (wt%) :

치수(mm) : 길이 1500×폭 1000×두께 77

(2)합재

명칭 : 규프로닉켈후판

조성(wt%) :

치수(mm) : 길이 1500×폭 1000×두께 17.5

(3)금속박두께 56㎛의 닉켈박

(4)제조조건

모재 및 합재의 접합면을 연마하여 깨끗이 한후 양접합면을 대향시킨 사이에 닉켈박을 겹쳐넣고 양재료의 접촉선의 일측 가장자리의 중앙부분 100mm을 공기인출부로 남기고 용접하고 냉간압연한후의 치수가 94.5mm로 되도록 가볍게 압하하는 냉간압연에 의하여 접합면 사이에 남아있는 미량의 공기를 공기인출부로 축출시킨 다음 공기인출부를 용접으로 마므려 두께 94.5mm의 스라브로 하고, 이 스라브를 1000℃로 가열한후 두께 13.5mm가 되게 열간압연하였다. 이때 합재의 두께는 2.5mm, 모재의 두께는 11mm, 닉켈박의 두께는 8㎛로 되어 있었다.

(5)클래드강판

이 클래드강판에 대하여 초음파검사를 하였으나 냉간압연공정에 의하여 접합면에 남아있던 미량의 공기는 확실하게 공기인출부로 축출되고 접합면의 산화에 의한 접합결함은 확실히 방지되고 검사합격율은 거의 100% 있다. 다음에 E.P.M.A.에 의하여 모재와 합재의 접합부에 있어서의 확산상태를 조사한 결과를 제3도에 표시한다. 또 클래드강판의 단면의 현미경 사진을 제4도에 표시한다.

제3도 및 제4도에 의거하여 알 수 있는 바와 같이 매개층으로서 삽입한 닉켈의 확산은 모재측 및 합재측이 다같이 양호하게 확산되어 야금적으로 경고한 접합이 얻어진다. 또 필레트 용접시험을 한 결과 용접 스트레인에 따라 접합면으로부터 박리되지도 않고 야금적으로 강고한 접합이 이루워지는 것을 확인할 수 있다.

[실시예 2]

모재, 합재 및 금속박은 실시예 1과 동일한 것이다. 실시예 1과 동일한 방법으로 스라브를 형성한후 가볍게 압하하는 냉간프레스에 의하여 접합면 사이에 남아있는 미량의 공기를 공기인출부를 통하여 축출시킨다. 그 다음 실시예 1과 동일한 조건으로 클래드강판을 제조하였다. 이때 합재의 두께는 2.5mm, 모재의 두께는 11mm, 닉켈박의 두께는 8㎛로 되어있다. 이 클래드강판에 대하여 초음파검사를 한 결과, 실시예 1과 같이 검사합격율은 거의 100%였다.

[실시예 3]

(1)모재

명칭 : 용접구조용후강판(예 : JIS SM 41)

조성(wt %) :

치수(mm) : 길이 1500×폭 1000×두께 56

(2)합재

명칭 : 스텐레스강판(예 : SUS 316L)

조성(wt %) :

치수(mm) : 길이 1500×폭 1000×두께 21

(3)금속박

두께 56㎛의 닉켈박.

(4)제조조건

실시예 1과 동일한 조건으로 글래드강판을 제조하였다. 스라브를 1200℃로 가열한후 두께 11mm가 되게 열간압연을 하였다. 이때 합재의 두께는 3mm, 모재의 두께는 8mm, 닉켈박의 두께는 8㎛로 되어 있었다.

클래드강판의 E.P.M.A. 측정결과를 제5도에 또 그 단면현미경 사진을 제6도에 각각 표시한다.

제5도및 제6도에 의거하여 알 수 있는 바와 같이, 닉켈박은 확실하게 양측으로 확산침투하여 야금적으로 경고한 접합이 이루워졌다. 팔레트용접시험을 한 결과, 용접스트레인에 따라 접합면에서부터 박리되지 않을뿐만 아니라, 야금적으로 경고한 접합이 이루워지는 것을 확실할 수 있었다. 닉켈박을 삽입하고 있기 때문에 모재 및 합재에서의 침탄현상도 이 영역에서는 확실하게 지지되고 있다.

[실시예 4]

(1) 모 재 : 실시예 3과 동일함.

(2) 합 재

명칭 : 규프로닉켈후판

조성(wt %) :

치수(mm) : 길이 1500×폭 1000×두께 21

(3)매 재 : 두께 28㎛의 닉켈도금

(4)제조조건

합제의 접합면에 두께 28㎛의 닉켈도금층을 형성한후, 실시예 1과 동일한 조건으로 클래드강판을 제조하였다. 스라브를 1000℃로 가열한후 두께 11mm가 되게 열간압연하였다. 이때 합재의 두께는 3mm, 모재의 두께는 8mm, 매재의 니켈도금층의 두께는 4㎛로 되어 있다. 이 클래드강판에 대하여 초음파 검사를 한 결과, 냉간압연공정에 의하여 접합면에 남아있던 미량의 공기는 확실하게 공긴인출부로부터 축출되어 접합면의 산화에 의한 접합불량은 확실하게 방지되었다. 검사합격율은 거의 100%였다.

클래드강판의 E.P.M.A. 측정결과를 제7도에 또 그 단면 현미경사진을 제8도에 각각 표시한다. 제7도 및 제8도의 의거 알 수 있는 바와 같이 매재의 닉켈성분을 확실하게 양측으로 확산침투하여 야금적으로 강고한 접합이 이루어졌다. 필레트(fillet) 용접시험을 한 결과, 용접스트레인에 따라 접합면으로부터 박리되지도 않고 야금적으로 강고한 접합이 이루워지는 것을 확인하였다.

Claims (1)

1. 모재 및 합재의 접합면을 각각 깨끗하게 하고 모재와 합재의 접합면 사이에 매개층을 성형하여 서로 겹쳐놓은 것에 있어서, 이 재료의 접촉선의 일부를 공기인출부로 남기고 이 외의 접촉선을 용접하여 판체를 만들고 그 접합면 사이에 남아 있는 공기를 공기 인출부로부터 배출되게 그 판체를 가볍게 압하하고 그 공기인출부를 용접하여 접합면을 외기로부터 차단시키고 이 판체를 가열로에 장입하여 압연온도에 이르기까지 가열하고 가열된 판체를 열간압연하는 것으로 되는 클래드강판의 제조방법.

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