KR910004611B1 - 주석 또는 주석기지 합금으로 피복된 금속파이프의 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

주석 또는 주석기지 합금으로 피복된 금속파이프의 제조방법

제 1 도는 전자현미경을 사용하여 2차 전자도(SEM)에 의하여 600배 확대된 본 발명의 실제 실시예에 의하여 얻어진 피복형성의 상태를 관찰하여 얻는 금속 조직도.

제 2 도와 제 3 도는 제 1 도와 같은 위치에서 각각 주석과 구리 분말 형태의 X-레이 사진(점분포도).

제 4 도는 SEM 사진으로 40배 확대된 본 발명의 실제 실시예 제품의 이음부의 금속 조직도.

제 5 도는 제 4 도와 같은 위치에서 구리의 점분포도.

제 6 도는 제 4 도와 같은 위치에서 주석의 점분포도.

제 7 도와 제 8 도는 비교 실시예에서 얻어진 피복형성 상태를 나타내며 각각 제 6 도와 제 1 도에 대응한다.

제 9 도와 제 10 도는 제 8 도와 같은 위치에서 각각 제 2 도와 제 3 도에 대응하는 주석과 구리분발의 상태를 나타낸다.

제 11 도는 SEM 사진으로 25배 확대된 비교 실시예에서 피복 잔류물을 나타내는 금속 조직도.

제 12 도는 제 11 도와 같은 각으로부터 취한 점분포도.

제 13 도는 SEM 사진에 의하여 65배 확대된 비교 실시예 금속부식 상태를 나타내는 금속 조직도.

제 14 도는 제 13 도와 같은 위치에서 주석의 점분포도.

본 발명의 목적은 내식성 주석과 주석기지 합금을 사용하여 파이프의 내부의 막힘이나 금속부식의 발생이 없이, 심지어 이중벽 파이프가 이용되는 경우에도 가공중에 접합부가 박리됨이 없이 다양한 종류의 유체를 공급하기 위하여 사용되는 특히 20mm이하의 비교적 작은 지름을 가지는 금속파이프를 효율적이고 균일하게 피복시키는 방법에 관한 것이다.

지금까지 자동차 브레이크 오일 파이프로 사용되거나 액체 또는 가스연료를 공급하기 위하여 사용되는 작은 지름의 금속파이프는 내부벽 또는 양쪽벽에 구리도금된 이중벽 파이프나 단일벽 파이프였다. 이들 파이프들은 구리도금 때문에 어느정도 내식성을 가지고 있으나, 예를들어 브레이크 오일 파이프로서 사용될 때 브레이크 오일은 예를들어 상기 브레이크 파이프에 연결된 부분의 알루미늄 또는 알루미늄기지 재료의 전기적 부식을 일으키거나 구리를 용융시키는 문제가 있었다. 여기에는 또한 연료공급 파이프에서 가솔린이 산화하여 변질되는 문제가 있었다. 이 때문에 이렇게 해로운 영향을 방지할 수 있는 주석이나 주석기지 합금으로 파이프의 내부를 피복하는 방법이 이용되었다. 이런 방법중 하나로서 금속파이프속에 450℃이하의 용융점을 가지는 아연, 주석-아연 또는이들 합금의 금속선을 삽입시키고 환원 분위기 내에서 서서히 800-1100℃까지 가열하여 용융금속선의 아연물질의 일부를 탄화시키므로 금속파이프의 내부벽에 용융금속이 부착되어 도금층이 형성되는 방법이 제안되었다(일본국 특허 제18745/1985호).

그러나 이 방법에서는, 금속스트립이 구리로 납땜되어 이루어진 특히 이중 벽의 파이프가 이용되는 경우에 제12도에서 나타난 X-레이 사진에 의하여 알수 있는 것처럼 피복재료의 용융점보다 높은 온도에서의 가열과 긴 유지시간 때문에 용융된 주석분말이 이음부에서 구리층을 흘러나와 접합부속 깊이 취약한 Sn-Cu합금층을 형성한다. 이 때문에 피복처리후의 벌즈(bulge), 플레어(flare) 및 스푸울(spool)같은 파이프단부가공과 휨 가공시에 금속파이프의 압력저항을 심각하게 약화시키는 내부 이음부의 박리문제가 관찰되었고, 열처리로에서 환원 분위기가 사용되지만 공기속의 산소가 파이프내에 어느정도 남아 파이프의 온도를 점차로 높이는 중에 파이프의 축방향으로 연속적으로 산화층이 형성하게 된다. 이렇게 껍질 형상으로 형성된 단단한 산화층 때문에 피복재료의 용융점 이상으로 가열될때에도 용융 피복재료는 산화층 껍질속에 남고 파이프의 내부 벽으로부터 흘러나올 수 없다. 가열로는 파이프의 축방향으로 길기 때문에 길이방향으로의 연속적인 상기 영향을 일으키는 다른 요인이었다는 것이 또한 발견되었다. 게다가 더욱 가열하면 껍질을 형성하는 상기 산화층은 용융물질, 열분해 또는 용융선의 증기압에 의하여 순간적으로 파괴되어 이 껍질 내부로 흐르는 용융금속은 국부적으로 집중하여 흘러넘친다. 고온에 가열되어서 활성이 높고 점도가 저하하여 유동성이 큰 용융금속이 높은 금속 증기압과 어울려 강하게 연속적으로 유출하므로 Sn-Fe과 Zn-Fe이 유출구멍 근처의 금속파이프의 내부벽에 형성되고 철이 쉽게 흘러나와 기지금속은 국부적으로 집중하여 부식되어(제13도)금속부식으로 불리는 형상이 일어나므로 이 파이프는 얇게되고 진동저항과 압력저항 같은 기계강도를 심각하게 약화시키는 현상이 파이프의 축 방향으로 간헐적으로 나타낸다.

또한 심한 경우에 관통에 의하여 누출의 문제가 생기고 특히 4mm보다 작은 지름을 갖는 길다란 관을 이용하는 경우에는 상기 용융금속의 국부집중 유출에 의하여 파이프 내부가 막히는 문제가 생긴다. 더욱이 부착물이 유출구역 근처에서 생기며(제11도)반면 이 구역으로부터 떨어진 다른 부분에서는 피복이 거의 형성되어 있지 않고(제9도) 특히 세로방향에서 불균일한 피막형성의 문제가 생긴다.

본 발명의 목적은 앞에서 언급한 문제를 해결하고 짧은 시간에 용이하고 정확하게 균일한 두께의 주석 또는 주석기지 합금 피복을 제조하는 방법을 얻는 것이다.

발명자는 앞에 서술한 문제를 해결하고 앞에 서술한 목적을 얻기위하여 광범위한 연구를 하였으며 본 발명의 목적이 금속파이프속에 주석 또는 주석기지 합금을 삽입하고 고주파 가열한후 매우 빠른 속도로 급냉하여 얻어질 수 있다는 것을 명백히 하므로서 본 발명을 이루었다. 즉 본 발명의 목적은 금속파이프의 온도를 불활성 개스 또는 비산화 분위기 개스 또는 환원 개스 속에서 1000℃이상 급격하게 높이고 금속파이프의 전체 내부벽을 피복한후 같은 분위기 개스속에서 급냉하여 금속파이프 속에 주석 또는 주석기지 합금을 피복한 금속파이프를 제조하는 방법을 얻는 것이다.

본 발명에 따라서 사용하는 파이프는 일반적으로 탄소강이고, 3-5μm 두께의 구리도금으로 한쪽면 또는 양쪽면에 도금한 강 스트립을 2중으로 감고 그 이음면을 구리로 납땜 용접하여 제조된 이중벽의 파이프이거나 동일하게 구리도금한 강 스트립을 개방이음하고 접합부를 전기 용접한 파이프이다. 용융금속의 피복형성의 관점으로부터 파이프는 지름 20mm이하의 세경파이프가 바람직하다. 또한, 상기 파이프는 보통의 알칼리용액 또는 물로 세정하여 예비 처리되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라서, 피복재료로서 주석, 주석-아연합금, 주석-납합금, 아연도금되 주석기지 또는 아연피복 주석이 제공된다. 또한 피복재로는 와이어, 얇은시이트 또는 분말상태가 될 수 있을 것이며, 이용될 금속파이프의 내경에 따라 각각 선택되는데 예를들어, 내경 6.5mm의 금속파이프의경우에서 0.5mm의 와이어 재료가 선택될 것이다.

앞에서, 서술한 피복재료를 삽입한 상기 금속파이프에 행하여지는 열처리는 상기 피복재료를 삽입하고 상기 금속파이프를 고주파로 사용하여 불활성 개스 또는 비산화 분위기 개스 또는 환원 분위기 내에서 1000℃이상 급격하게 가열하는 것으로서 10-400KHz의 고주파로 로를 셋팅하므로써 파이프의 내부가 환원성 분위기로 되어있지 않더라도 짧은 시간에 소정의 온도까지 열처리가 실시될 수 있으므로 피복재료의 표면에 단단한 어떤 산화층도 생기지않고 파이프에 균일한 피복을 형성하도록 파이프의 축향을 통하여 피복재료가 원활하고 일정하게 용융되도록 한다.

더욱이 상기 열처리는 금속파이프가 5-50m/분의 속도로 로를 통과하여 가열 처리되는 것이다. 가열처리에 의하여 주석 또는 주석기지 합금으로 피복된 금속 파이프는 예를들어 냉각질소 개스 같은 열처리용으로 사용되는 분위기 내에서 신속하게 금냉처리를 받는다. 게다가 본 발명의 방법에 의하여, 예를들어 일차로 고용융 온도의 피복재료를 사용하고 2차로 저용융 온도의 피복재료를 사용하여 복층피복을 만드는 것이 가능하다.

본 발명의 방법은 금속파이프에 주석 또는 주석기지 피복재료를 삽입하여 피복재료의 표면에 산화층이 생기지 않도록 용융시켜 매끈하게 펼치고 최고속도로 급냉하는 것으로서 피복재료의 국부적인 부착물도 없고 피복되지 않은 잔류물도 없이 파이프의 내부에 균일한 피복을 형성하므로 뛰어난 결과가 관찰될 수 있다.

더욱이 이중벽의 파이프가 이용된 경우에 국부점에서 피복재료의 집중으로 생기는 기지재료의 부식인 금속부식을 방지할 수 있고 진동저항 같은 기계강도의 감소를 방지할 수 있으며 압력저항의 감소를 방지할 뿐만 아니라 파이프 단부 가공과 휨 가공시에 내부 이음부가 박리되는 것을 방지하고 내부 이음부로 피복재료가 확산참투하는 것을 감소시킬 수 있는 뛰어난 결과가 관찰될 수 있다. 더욱이 4mm의 지름보다 작은 파이프의 경우에서 어떤 막힘도 일어나지 않았다.

[실시예 1]

지름 0.44mm의 주석-아연합금 와이어를 강 스트립의 양쪽면에 3μm 두께의 구리도금을 하여 만들어진 외경 6.35mm, 두께 0.7mm, 길이 6m의 이중벽 파이프속에 삽입하고, 내부를 질소 개스 분위기로 조정하고 200KHz의 고주파로 조정된 고주파 석영로(high frequency quartz furnace)를 50m/분의 속도로 통과시켜 강 파이프의 표면 온도를 1150-1200℃가 되도록 가열 처리하였다. 다음 이 파이프를 -10℃로 냉각한 질소 개스를 사용하여 신속하게 급냉시켜 제품으로 완성하였다. 이런 처리로 제조된 이중벽 파이프를 절단하고 파이프속에 형성된 피복층과 이음상태를 주사 전자현미경(scanning electron microscope)에 의한 이차전자도(SEM)가 X-레이 사진(점분포도)에 의하여 관찰하였다. 그 결과로 600배 확대된 SEM 사진을 제1도에 도시하였고, 주석과 구리의 점분포도를 제2도와 제3도에 도시하였으며, 대략의 균일한 두께의 주석기지 피복이 형성된 것을 발견하였다. 또한 파이프벽 단면의 이음부를 40배 확대한 SEM 사진을 제4도에 도시하였고, 구리와 주석상태를 나타내는 점분포도를 제5도와 제6도에 도시하였다. 용융시간이 짧기 때문에 취약한 Sn-Cu 합금층이 이음부에 확산침투한 것은 거의 없으며 전성이 큰 구리층이 남아있게 되어 벌즈와 스푸울 같은 나중의 가공에서 이음부가 박리되지 않는다는 것을 발견하였다.

[비교 실시예 1]

실시예 1과 동일하게 제작한 이중벽의 강파이프와 실시예 1에서와 동일한 주석-아연합금 피복재를 사용하고, 방법에 따라 피복재료가 2.6m길이의 가열부의 질소 개스 분위기를 220m/분의 속도로 통과시켜 1000℃로 가열시킨후 가열부의 출구에 연결된 냉각탱크를 통과시켜 냉각하였다.

실시예 1에서 처럼 이 제품에 대하여 같은 관찰을 하였다.

즉, 이음부의 점분포도를 제7도에 도시하였는데 이음부 속으로 주석의 확산침투가 극히 많았으며 가공율이 작은 소성 가공에서도 박리현상이 심각하게 발견되었다. 또한 파이프의 내부벽의 사진을 제8도에 도시한 반면 주석과 구리의 점분포도를 제9도 제10도에 도시하였다. 주석 피복층은 거의 형성되지 않았고 구리확산층만이 형성되었다. 또한 제11도에 도시한 SEM 사진과 제12도에 도시한 주석의 점분포도를 통하여 파이프의 바닥에 덩어리 상태의 주석이 잔류하는 것이 발견되어 균일한 피복이 형성되지 않았다.

[실시예 2]

지름 0.5mm의 주석 와이어 재료를 두께 3μm의 구리로 내부 도금된 외경 0.8mm, 두께 0.7mm, 길이 7m의 전기 용접된 파이프속에 삽입하고 실시예 1에서와 같이 전기 용접된 파이프의 내부에 피복을 형성하였다. 이 제품에 대한 단면부의 SEM 사진과 주석 및 구리 점분포도를 실시예 1에서 처럼 같은 방법에 의하여 관찰하였다. 그 결과로 실시예 1에서 처럼 균일한 피복이 형성된 것을 관찰하였다.

[실시예 3]

실시예 2에서 사용된 것과 동일한 전기 용접된 파이프를 사용하여 주석기지에 아연도금한 지름 0.5mm의 와이어를 파이프속에 삽입하고 실시예 1에서와 같은 방법으로 처리하여 전기 용접된 파이프의 내부에 피복을 형성시켰다.

실시예 2에서 실시한 것과 동일하게 관찰하였으며, 동일하게 균일한 피복이 형성된 것을 발견하였다.

[실시예 4]

실시예 2에서 사용한 것과 동일한 전기 용접된 파이프를 사용하여 지름 0.5mm의 주석-아연 피복와이어 재료를 그 속에 삽입하고 실시예 1에서와 같은 방법으로 처리하여 전기 용접된 파이프의 내부에 피복을 형성시켰다. 실시예 2에서 실시한 것과 동일하게 관찰하였으며, 동일하게 균일한 피복이 형성된 것을 발견하였다.

[비교 실시예 2]

실시예 2에서 사용된 것과 동일한 전기용접되 파이프를 사용하여 지름 0.5mm의 주석-아연합금 와이어를 삽입하고 비교 실시예 1에서와 같은 방법으로 처리하여, 실시에 2에서와 같은 방법으로 관찰하였다.

그 결과 SEM 사진을 제13도에 도시하였고 주석의 점분포도를 제14도에 도시하였다. 파이프의 전체길이를 따라 간헐적으로 형성된 매우 깊은 금속부식을 발견하였다.

Claims (8)

1. 주석 피복재료 또는 주성분을 가지는 피복재료를 금속파이프의 내부속에 삽입하는 단계와, 불활성 또는 비산화 분위기 개스 또는 환원 분위기 개스중에서 고주파 가열에 의하여 1000℃이상으로 금속파이프의 온도를 급격하게 가열하여 주석 또는 주석기지 합금으로 금속파이프의 내부벽 전체를 피복하는 단계와, 상기 가열 분위기 개스에서 급격하게 냉각하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 주석 또는 주석기지 합금으로 피복된 금속파이프의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속파이프는 이중벽의 금속파이프 또는 전기 용접된 금속파이프로 구성되는 것을 특징으로 하는 주석 또는 주석기지 합금으로 피복된 금속파이프의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 피복재료는 주석, 주석-아연합금, 주석-납합금, 아연도금된 주석기지, 주석-아연 피복재료중에서 선택된 하나의 재료인 것을 특징으로 하는 주석 또는 주석 기지 합금으로 피복된 금속 파이프의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 피복재료는 와이어 얇은 시이트 또는 분말인 것을 특징으로 하는 주석 또는 주석기지 합금으로 피복된 금속파이프의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 이용된 고주파는 10-400KHz인 것을 특징으로 하는 주석 또는 주석기지 합금으로 피복된 금속파이프의 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 금속파이프는 5-50m/분의 속도로 고주파 열처리 장치를 통과하는 것을 특징으로 하는 주석 또는 주석기지 합금으로 피복된 금속파이프의 제조방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각단계는 냉각질소 개스 분위기 속에서 실시되는 것을 특징으로 하는 주석 또는 주석기지 합금으로 피복된 금속파이프의 제조방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 파이프 내부는 구리 도금으로 예비처리된 것을 특징으로 하는 주석 또는 주석기지 합금으로 피복된 금속파이프의 제조방법.

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