KR102389854B1 - Stainless steel pipe with excellent brazing weldability and method for manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 브레이징 용접성이 우수한 스테인리스 강 파이프 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 스테인리스 강 파이프 동종 혹은 스테인리스 강 파이프와 동 파이프 간의 이종 브레이징 용접 시, 용접재료 및 플럭스를 사용하지 않으면서도 브레이징 용접성이 우수한 스테인리스 강 파이프 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a stainless steel pipe having excellent brazing weldability and a method for manufacturing the same, and more particularly, when brazing the same type of stainless steel pipe or different types of brazing between a stainless steel pipe and a copper pipe, brazing without using a welding material or flux The present invention relates to a stainless steel pipe having excellent weldability and a method for manufacturing the same.
Description
본 발명은 브레이징 용접성이 우수한 스테인리스 강 파이프 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 스테인리스 강 파이프 동종 혹은 스테인리스 강 파이프와 동 파이프 간의 이종 브레이징 용접 시, 용접재료 및 플럭스를 사용하지 않으면서도 브레이징 용접성이 우수한 스테인리스 강 파이프 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a stainless steel pipe having excellent brazing weldability and a method for manufacturing the same, and more particularly, when brazing the same type of stainless steel pipe or different types of brazing between a stainless steel pipe and a copper pipe, brazing without using a welding material or flux The present invention relates to a stainless steel pipe having excellent weldability and a method for manufacturing the same.
에어컨, 정수기 및 건조기 등 가전분야의 배관 소재로 연성 및 내식성이 우수한 인발된 동관이 주로 사용되고 있다. 하지만, 동은 가격이 비싸고 변동이 심하여, 동을 대체할 수 있는 소재 개발이 진행되고 있으며, 스테인리스 강이 대체재로써 각광을 받고 있다. 동과 유사한 내식성을 가지면서, 합금성분 및 제조공정 개선을 통하여 절곡성이 탁월하게 개선된 스테인리스 강이 개발되어 가전 및 공조 산업에서 동관을 대체하여 적용 중에 있다.Drawn copper tubes with excellent ductility and corrosion resistance are mainly used as piping materials for home appliances such as air conditioners, water purifiers and dryers. However, copper is expensive and fluctuates, so materials that can replace copper are being developed, and stainless steel is in the spotlight as an alternative material. Stainless steel, which has corrosion resistance similar to copper and has excellent bendability through improvement of alloy components and manufacturing processes, has been developed and is being applied to replace copper tubes in the home appliance and air conditioning industry.
배관이 부품으로 제조되기 위해서는 파이프간 브레이징 용접기술이 필수적으로 사용된다. 기존 동관의 경우 동계 용접재료(BCuP)를 이용하여 플럭스 사용 없이 용접재료에 함유된 P의 Self Fluxing 작용으로 인해 용접이 가능하지만, 스테인리스 강의 경우 표면의 치밀하고 견고한 산화층(CrO2)의 형성으로 인해 기존 동계 용접재료를 적용 시 젖음성 저하 및 작업시간이 장시간 소요되어 용접공정 비용의 증가를 초래한다. 따라서, 스테인리스 강 브레이징 용접 시에는 용접부 산화를 방지하기 위해 플럭스(Flux)를 필수적으로 사용하고, 용접재료 용융 시 유동성 향상 및 스테인리스 강 표면 산화층의 젖음성 향상을 위해 Ag 함유량이 높은 고가의 BAg계 용접재료 사용이 필수적이다. 또한, 스테인리스 강은 동에 비해 열전도도가 낮아 토치 브레이징 시 가열시간이 3배 이상 길어지는 문제점이 있다.In order for piping to be manufactured as parts, brazing welding technology between pipes is essential. In the case of an existing copper tube, welding is possible without the use of flux using a copper-based welding material (BCuP) due to the self-fluxing action of P contained in the welding material. When a copper welding material is applied, the wettability deteriorates and the working time is long, resulting in an increase in the welding process cost. Therefore, when welding stainless steel brazing, flux is essential to prevent oxidation of the weld, and expensive BAg welding material with a high Ag content is used to improve fluidity when melting the welding material and wettability of the stainless steel surface oxide layer. use is essential In addition, stainless steel has a problem in that the heating time is three times longer during torch brazing due to low thermal conductivity compared to copper.
따라서, 시공현장에서 용접공정에 소요되는 시간 단축 및 비용절감이 가능하며, 기존 공정과 유사한 접합부 강도 및 내식성을 확보 할 수 있는 스테인리스 강 파이프 동종 혹은 스테인리스 강과 동 파이프간 이종 브레이징 용접기술이 요구된다. Therefore, it is possible to reduce the time and cost required for the welding process at the construction site, and it is required to have the same type of stainless steel pipe or a different type of brazing welding technology between stainless steel and copper pipe that can secure joint strength and corrosion resistance similar to existing processes.
스테인리스 강 파이프 동종 혹은 스테인리스 강 파이프와 동 파이프 간의 이종 브레이징 용접 시, 용접공정 시간 절감이 가능하고, 용접재료 및 플럭스를 사용하지 않아 비용이 절감되는 스테인리스 강 파이프 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a stainless steel pipe of the same type or a different type of brazing between a stainless steel pipe and a copper pipe, which can reduce the welding process time and reduce costs by not using welding materials and fluxes, and a method for manufacturing the same.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 않는다. 통상의 기술자라면 본 명세서의 전반적인 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.The subject of the present invention is not limited to the above. A person of ordinary skill in the art will have no difficulty in understanding the further problems of the present invention from the overall content of the present specification.
본 발명의 일 측면은, 스테인리스 강 파이프;One aspect of the present invention is a stainless steel pipe;
상기 파이프 표면 상에 형성된 두께 0.2~0.3㎛의 Fe-Cu 확산층; 및a Fe-Cu diffusion layer having a thickness of 0.2 to 0.3 μm formed on the pipe surface; and
상기 Fe-Cu 확산층 상에 형성된 두께 12~16㎛의 Cu-Ag 합금층을 포함하는 브레이징 용접성이 우수한 스테인리스 강 파이프를 제공할 수 있다.It is possible to provide a stainless steel pipe excellent in brazing weldability including a Cu-Ag alloy layer having a thickness of 12 to 16 μm formed on the Fe-Cu diffusion layer.
상기 Cu-Ag 합금층은 Cu 고용체와 Ag 고용체로 이루어지는 복합조직을 가질 수 있다.The Cu-Ag alloy layer may have a composite structure made of a Cu solid solution and Ag solid solution.
상기 스테인리스 강 파이프와 동종의 다른 스테인리스 강 파이프와 용접 시, 용접 접합부 강도는 2100kgf 이상이며,When welding with other stainless steel pipe of the same type as the above stainless steel pipe, the weld joint strength is 2100 kgf or more,
상기 스테인리스 강 파이프와 동 파이프와 용접 시, 용접 접합부 강도는 840kgf 이상일 수 있다.When welding the stainless steel pipe and the copper pipe, the weld joint strength may be 840 kgf or more.
본 발명의 다른 일 측면은, 스테인리스 강 파이프 표면에 Cu 전기도금층을 형성하는 단계;Another aspect of the present invention comprises the steps of forming a Cu electroplating layer on the surface of a stainless steel pipe;
상기 형성된 Cu 전기도금층 상에 Ag 전기도금층을 형성하는 단계; 및 forming an Ag electroplating layer on the formed Cu electroplating layer; and
상기 Cu 전기도금층 및 Ag 전기도금층이 형성된 스테인리스 강 파이프를 750~800℃의 온도범위에서 10~60분 동안 열처리하는 단계를 포함하는 브레이징 용접성이 우수한 스테인리스 강 파이프 제조방법을 제공할 수 있다.It is possible to provide a method of manufacturing a stainless steel pipe excellent in brazing weldability, comprising the step of heat-treating the stainless steel pipe having the Cu electroplating layer and the Ag electroplating layer formed thereon at a temperature range of 750 to 800° C. for 10 to 60 minutes.
상기 스테인리스 강 표면을 전해 에칭 및 니켈 스트라이킹을 실시하고, 이후, 스테인리스 강 표면에 Cu 전기도금층을 형성할 수 있다.The surface of the stainless steel may be subjected to electrolytic etching and nickel strike, and then, a Cu electroplating layer may be formed on the surface of the stainless steel.
상기 Cu 전기도금층을 두께 5~10㎛로 형성하고, 상기 Ag 전기도금층을 두께 5~10㎛로 형성할 수 있다.The Cu electroplating layer may have a thickness of 5 to 10 μm, and the Ag electroplating layer may be formed to have a thickness of 5 to 10 μm.
상기 Cu 전기도금층 및 Ag 전기도금층이 형성된 스테인리스 강 파이프를 열처리함으로써, 상기 파이프 표면 상에 두께 0.2~0.3㎛의 Fe-Cu 확산층 및 두께 12~16㎛의 Cu-Ag 합금층을 순차적으로 형성할 수 있다.By heat-treating the stainless steel pipe on which the Cu electroplating layer and the Ag electroplating layer are formed, an Fe-Cu diffusion layer having a thickness of 0.2 to 0.3 μm and a Cu-Ag alloy layer having a thickness of 12 to 16 μm can be sequentially formed on the pipe surface. there is.
상기 열처리 단계는 수소 100% 혹은 암모니아 가스 분위기하에서 행할 수 있다.The heat treatment step may be performed in an atmosphere of 100% hydrogen or ammonia gas.
본 발명의 일 측면에 따르면 브레이징 용접성이 우수한 스테인리스 강 파이프 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a stainless steel pipe excellent in brazing weldability and a method for manufacturing the same.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면 스테인리스 강 파이프 동종 혹은 스테인리스 강 파이프와 동 파이프 간의 이종 브레이징 용접 시, 기존 공정과 유사한 접합부 강도 및 내식성을 확보하면서도, 용접공정 시간 절감이 가능하고, 용접재료 및 플럭스를 사용하지 않아 비용이 절감되는 스테인리스 강 파이프 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.According to another aspect of the present invention, when welding the same type of stainless steel pipe or different types of brazing between a stainless steel pipe and a copper pipe, it is possible to reduce the welding process time while securing the joint strength and corrosion resistance similar to that of the existing process, and to reduce the welding material and flux. It is possible to provide a stainless steel pipe and a method for manufacturing the same, which are not used and thus cost is reduced.
도 1은 본 발명의 도금 및 열처리 공정에 따른 스테인리스 강 파이프 표면 형상 및 단면 도금층 변화를 나타낸 것이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 각각 종래의 브레이징 용접 공정과 본 발명의 스테인리스 강 파이프를 이용한 브레이징 용접 공정의 전체 공정시간을 나타낸 것이다.
도 3은 종래 브레이징 용접 공정과 본 발명의 스테인리스 강 파이프를 이용한 브레이징 용접 후 접합부 강도를 나타낸 결과이다.1 is a view showing a change in the surface shape and cross-sectional plating layer of a stainless steel pipe according to the plating and heat treatment process of the present invention.
2 (a) and (b) show the total process time of the conventional brazing welding process and the brazing welding process using the stainless steel pipe of the present invention, respectively.
3 is a result showing the joint strength after brazing welding using the conventional brazing welding process and the stainless steel pipe of the present invention.
이하에서는 본 발명의 바람직한 구현예들을 설명하고자 한다. 본 발명의 구현예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 구현예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 구현예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. Embodiments of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The present embodiments are provided to explain the present invention in more detail to those skilled in the art to which the present invention pertains.
본 발명에서는 전기도금을 이용하여 스테인리스 강 파이프 표면에 Cu 전기도금층 및 Ag 전기도금층을 형성시키고, 이를 열처리함으로써 강 파이프 표면에 Fe-Cu 확산층 및 Cu-Ag 합금층을 순차적으로 형성시킴으로써, 스테인리스 강 파이프 동종 혹은 동 파이프간의 이종 브레이징 용접 시, 용접시간 절감 및 용접비용의 절감 효과를 확보하고자 한다. 본 발명자는 특히, Cu-Ag 합금층을 형성함으로써, 브레이징 용접 시, 용접재료 및 플럭스 사용 없이 용접이 가능하고, 기존의 용접공정과 유사한 접합부 강도 및 내식성을 확보할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. In the present invention, a Cu electroplating layer and an Ag electroplating layer are formed on the surface of a stainless steel pipe by using electroplating, and a Fe-Cu diffusion layer and a Cu-Ag alloy layer are sequentially formed on the surface of the steel pipe by heat treatment. In the case of brazing welding of the same type or different types of copper pipes, it is intended to secure the effect of reducing welding time and welding cost. In particular, the present inventors confirmed that by forming a Cu-Ag alloy layer, welding is possible without the use of welding materials and fluxes during brazing welding, and it is possible to secure joint strength and corrosion resistance similar to those of the conventional welding process, and the present invention came to complete.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
이하에서는, 본 발명의 스테인리스 강 파이프에 대해 자세히 설명한다.Hereinafter, the stainless steel pipe of the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 측면에 따르는 스테인리스 강 파이프는 스테인리스 강 파이프; 상기 파이프 표면 상에 형성된 두께 0.2~0.3㎛의 Fe-Cu 확산층; 및 상기 Fe-Cu 확산층 상에 형성된 두께 12~16㎛의 Cu-Ag 합금층을 포함할 수 있다.A stainless steel pipe according to an aspect of the present invention includes a stainless steel pipe; a Fe-Cu diffusion layer having a thickness of 0.2 to 0.3 μm formed on the pipe surface; and a Cu-Ag alloy layer having a thickness of 12 to 16 μm formed on the Fe-Cu diffusion layer.
즉, 본 발명의 스테인리스 강 파이프는 그 표면에 순차적으로 형성된 Fe-Cu 확산층 및 Cu-Ag 합금층을 포함할 수 있다.That is, the stainless steel pipe of the present invention may include a Fe-Cu diffusion layer and a Cu-Ag alloy layer sequentially formed on the surface thereof.
스테인리스 강 파이프stainless steel pipe
본 발명의 스테인리스 강 파이프의 스테인리스 강 종류는 특별히 한정하지 않으며, 통상적으로 사용되는 냉연 스테인리스 강 파이프일 수 있다.The stainless steel type of the stainless steel pipe of the present invention is not particularly limited, and may be a commonly used cold rolled stainless steel pipe.
Fe-Cu 확산층Fe-Cu diffusion layer
본 발명의 스테인리스 강 파이프는 그 표면에 형성된 두께 0.2~0.3㎛인 Fe-Cu 확산층을 포함할 수 있다.The stainless steel pipe of the present invention may include a Fe-Cu diffusion layer having a thickness of 0.2 to 0.3 μm formed on its surface.
상기 Fe-Cu 확산층은 스테인리스 강의 Fe 성분과 Cu가 상호 확산을 하여 형성된 층으로, 스테인리스 강과 후술하는 Cu-Ag 합금층 간의 밀착성을 향상시켜 접합부 강도를 확보할 수 있다. Fe-Cu 확산층의 두께가 0.2㎛ 미만이면 상술한 효과를 얻기 어렵다. 또한, 상기 Fe-Cu 확산층의 두께가 두꺼울수록 도금밀착성은 향상되지만, 확산층을 형성시키기 위한 열처리 공정 시간이 길어지는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 시간 및 비용을 고려하여 Fe-Cu 확산층의 두께 상한을 0.3㎛로 한다.The Fe-Cu diffusion layer is a layer formed by mutual diffusion of the Fe component and Cu of stainless steel, and improves adhesion between the stainless steel and a Cu-Ag alloy layer to be described later to secure joint strength. If the thickness of the Fe-Cu diffusion layer is less than 0.2 μm, it is difficult to obtain the above-described effect. In addition, as the thickness of the Fe-Cu diffusion layer increases, plating adhesion is improved, but there is a problem in that the heat treatment process time for forming the diffusion layer becomes longer. Therefore, in the present invention, in consideration of time and cost, the upper limit of the thickness of the Fe-Cu diffusion layer is 0.3 μm.
Cu-Ag 합금층Cu-Ag alloy layer
본 발명의 스테인리스 강 파이프는 상기 Fe-Cu 확산층 상에 형성된 두께 12~16㎛의 Cu-Ag 합금층을 포함할 수 있다.The stainless steel pipe of the present invention may include a Cu-Ag alloy layer having a thickness of 12 to 16 μm formed on the Fe-Cu diffusion layer.
본 발명에서 상기 Cu-Ag 합금층은 Cu 고용체와 Ag 고용체를 포함하는 복합 금속조직을 가질 수 있다. 이러한 Cu-Ag 합금층을 스테인리스 강 파이프 최외표면에 형성함으로써, 용접성이 크게 개선되어 종래의 공정 시 사용되었던 고가의 용접재료 및 플럭스의 사용 없이 용접이 이루어질 수 있도록 한다. 구체적으로, 상기 합금층은 브레이징 용접 시, 융점을 크게 낮추고, 플럭스 없이도 스테인리스 강과 젖음성을 향상시키는 역할을 한다.In the present invention, the Cu-Ag alloy layer may have a composite metal structure including a Cu solid solution and an Ag solid solution. By forming such a Cu-Ag alloy layer on the outermost surface of the stainless steel pipe, weldability is greatly improved so that welding can be performed without the use of expensive welding materials and fluxes used in conventional processes. Specifically, the alloy layer serves to significantly lower the melting point during brazing welding, and to improve wettability with stainless steel without flux.
상기 합금층은 융점 저하 및 젖음성 개선 효과를 위하여 두께가 12㎛ 이상으로 형성되는 반면, 두께가 16㎛를 초과하면 도금량이 과도하여 도금비용이 상승하는 문제점이 있다.The alloy layer is formed to have a thickness of 12 μm or more in order to decrease the melting point and improve wettability, whereas when the thickness exceeds 16 μm, there is a problem in that the plating amount is excessive and the plating cost increases.
이하에서는, 본 발명의 스테인리스 강 파이프 제조방법에 대해 자세히 설명한다.Hereinafter, the stainless steel pipe manufacturing method of the present invention will be described in detail.
본 발명의 일 측면에 따르는 스테인리스 강 파이프 제조방법은 스테인리스 강 파이프 표면에 Cu 전기도금층을 형성하는 단계; 상기 형성된 Cu 전기도금층 상에 Ag 전기도금층을 형성하는 단계; 및 상기 Cu 및 Ag 전기도금층이 형성된 스테인리스 강 파이프를 750~800℃의 온도범위에서 10~60분 동안 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.A method for manufacturing a stainless steel pipe according to an aspect of the present invention includes forming a Cu electroplating layer on a surface of a stainless steel pipe; forming an Ag electroplating layer on the formed Cu electroplating layer; and heat-treating the stainless steel pipe on which the Cu and Ag electroplating layers are formed at a temperature range of 750 to 800° C. for 10 to 60 minutes.
표면 전처리 공정Surface pretreatment process
본 발명에서는 먼저, 필요에 따라, 스테인리스 강 파이프의 도금성을 향상시키기 위해 상기 파이프 표면에 전해 에칭 및 니켈 스트라이킹(Ni Striking)을 실시할 수 있다.In the present invention, if necessary, electrolytic etching and nickel striking (Ni strike) may be performed on the surface of the pipe in order to improve the plating property of the stainless steel pipe.
전해 에칭 및 니켈 스트라이킹 공정은 스테인리스 강 파이프 표면 상에 Cu 전기도금층을 형성시킬 때, 도금성을 향상시키기 위하여 시행할 수 있다. 상기 표면 전처리 공정은 필요에 따라 추가할 수 있으며, 본 발명의 전해 에칭 공정 및 니켈 스트라이킹 공정은 통상의 조건으로 수행되는 것으로, 특별히 조건을 한정하지 않는다.Electrolytic etching and nickel striking may be performed to improve plating properties when forming a Cu electroplating layer on the surface of a stainless steel pipe. The surface pretreatment process may be added as needed, and the electrolytic etching process and the nickel striking process of the present invention are performed under normal conditions, and the conditions are not particularly limited.
Cu 전기도금층 형성 공정Cu electroplating layer forming process
본 발명에서는 상기 스테인리스 강 파이프 표면 상에 두께 5~10㎛의 Cu 전기도금층을 형성시킬 수 있다.In the present invention, a Cu electroplating layer having a thickness of 5 to 10 μm may be formed on the surface of the stainless steel pipe.
상기 Cu 전기도금층은 스테인리스 강 파이프와의 젖음성 개선 효과를 위하여 두께가 5~10㎛로 형성될 수 있으며, Cu 전기도금층의 두께가 5㎛ 미만이면 상기 효과가 미미하고, 그 두께가 10㎛를 초과하면 도금층 형성 시 도금비용이 상승하여 경제성이 떨어진다.The Cu electroplating layer may have a thickness of 5 to 10 μm for the effect of improving wettability with a stainless steel pipe, and when the thickness of the Cu electroplating layer is less than 5 μm, the effect is insignificant, and the thickness exceeds 10 μm When the plating layer is formed on the lower surface, the plating cost increases and the economical efficiency deteriorates.
본 발명에서 상기 Cu 전기도금층은 통상의 전기도금 방식을 이용하여 스테인리스 강 파이프 표면에 형성될 수 있으며, 구체적인 전기도금의 조건에 제한되지 않는다.In the present invention, the Cu electroplating layer may be formed on the surface of a stainless steel pipe using a conventional electroplating method, and is not limited to specific electroplating conditions.
Ag 전기도금층 형성 공정Ag electroplating layer forming process
상기 형성된 Cu 전기도금층 상에 두께 5~10㎛의 Ag 전기도금층을 형성시킬 수 있다.An Ag electroplating layer having a thickness of 5 to 10 μm may be formed on the formed Cu electroplating layer.
상기 Ag 전기도금층은 용접 시, 융점저하 및 젖음성 개선 효과를 위하여 두께가 5~10㎛로 형성될 수 있으며, Ag 전기도금층의 두께가 5㎛ 미만이면 상기 효과가 미미하고, 그 두께가 10㎛를 초과하면 도금량이 과도하여 도금비용이 상승하는 문제점이 있다.The Ag electroplating layer may have a thickness of 5 to 10 μm for the effect of lowering the melting point and improving wettability during welding. If it is exceeded, there is a problem in that the plating amount is excessive and the plating cost is increased.
본 발명에서는 상기 Ag 전기도금층은 통상의 전기도금 방식을 이용하여 Cu 전기도금층 상에 형성될 수 있으며, 구체적인 전기도금의 조건에 제한되지 않는다.In the present invention, the Ag electroplating layer may be formed on the Cu electroplating layer by using a conventional electroplating method, and is not limited to specific electroplating conditions.
열처리 공정heat treatment process
상기 Cu 전기도금층 및 Ag 전기도금층이 형성된 스테인리스 강 파이프를 수소 100% 혹은 암모니아 가스 분위기하에서 750~800℃의 온도범위에서 10~60분 동안 열처리를 행할 수 있다.The stainless steel pipe on which the Cu electroplating layer and the Ag electroplating layer are formed may be heat-treated for 10 to 60 minutes in a temperature range of 750 to 800° C. in an atmosphere of 100% hydrogen or ammonia gas.
스테인리스 강 파이프 표면에 Cu 전기도금층 및 Ag 전기도금층을 순차적으로 형성한 후, 상기 열처리 없이 상기 스테인리스 강 파이프를 브레이징 용접 시, Cu 전기도금층과 스테인리스 강 파이프 사이 밀착성 저하 및 Cu 전기도금층과 Ag 전기도금층의 분리로 인해, 용접성의 개선 효과가 미미할 수 있다.After sequentially forming a Cu electroplating layer and an Ag electroplating layer on the surface of a stainless steel pipe, when brazing the stainless steel pipe without the heat treatment, the adhesion between the Cu electroplating layer and the stainless steel pipe decreases, and the Cu electroplating layer and the Ag electroplating layer Due to the separation, the effect of improving weldability may be negligible.
상기 문제를 방지하기 위하여 본 발명에서는 브레이징 용접 전 열처리를 시행하며, 그 결과, 스테인리스 강 파이프 표면에 Fe-Cu 확산층과 Cu-Ag 합금층이 순차적으로 형성된다. 상기 Fe-Cu 확산층은 스테인리스 강 파이프와 Cu-Ag 합금층 간의 밀착성을 향상시켜 접합부 강도를 확보할 수 있다. In order to prevent the above problem, in the present invention, heat treatment is performed before brazing welding, and as a result, a Fe-Cu diffusion layer and a Cu-Ag alloy layer are sequentially formed on the surface of a stainless steel pipe. The Fe-Cu diffusion layer may secure joint strength by improving adhesion between the stainless steel pipe and the Cu-Ag alloy layer.
그리고, 이러한 Cu-Ag 합금층을 스테인리스 강 파이프 최외표면에 형성함으로써 용접성이 크게 개선되어 종래의 공정 시 사용되었던 고가의 용접재료 및 플럭스의 사용 없이 용접이 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 합금층은 브레이징 용접 시, 융점을 크게 낮추고, 플럭스 없이도 스테인리스 강과 젖음성을 향상시키는 역할을 한다.In addition, by forming the Cu-Ag alloy layer on the outermost surface of the stainless steel pipe, weldability is greatly improved, so that welding can be performed without the use of expensive welding materials and fluxes used in the conventional process. Specifically, the alloy layer serves to significantly lower the melting point during brazing welding, and to improve wettability with stainless steel without flux.
한편, 도 1은 본 발명의 도금 및 열처리 공정에 따른 스테인리스 강 파이프 표면 형상 및 단면 도금층 변화를 나타낸 것으로서, 상기 점을 모식적으로 설명하여 주고 있는 그림이다. On the other hand, FIG. 1 is a diagram schematically explaining the changes in the surface shape and cross-sectional plating layer of a stainless steel pipe according to the plating and heat treatment process of the present invention.
또한, 본 발명에서는 상기 열처리 시, 수소 100% 혹은 암모니아 가스(수소 80% + 질소 20%) 분위기에서 열처리를 행하는 것이 바람직하다. 수소 100% 하 열처리 시, 열처리 도중 스테인리스 및 동 파이프의 표면 산화 방지 효과가 가장 우수하나, 비교적 저가인 암모니아 분해 가스 하에서 작업을 수행하여도 유사한 산화방지 효과를 얻을 수 있다.Further, in the present invention, it is preferable to perform the heat treatment in an atmosphere of 100% hydrogen or ammonia gas (80% hydrogen + 20% nitrogen) during the heat treatment. During heat treatment under 100% hydrogen, the effect of preventing oxidation on the surface of stainless steel and copper pipes during heat treatment is the best, but similar anti-oxidation effect can be obtained even when working under relatively inexpensive ammonia decomposition gas.
열처리 온도가 750℃ 미만이면 상기 확산층 및 합금층이 생성되는 속도가 느리며, 그 온도가 800℃를 초과하면 도금된 Ag가 녹아 내리는 문제점이 발생한다.When the heat treatment temperature is less than 750° C., the rate at which the diffusion layer and the alloy layer are formed is slow, and when the temperature exceeds 800° C., there is a problem in that the plated Ag melts.
또한, 열처리 시간이 10분 미만이면 Cu-Ag 합금층이 충분히 형성되지 못하고, 그 시간이 60분을 초과하면 도금층 성분이 스테인리스 강 파이프 측으로 과다하게 확산되어 Cu-Ag 합금층이 소실되는 문제점이 있으며, 용접시간 절감에 효과를 얻을 수 없게 된다.In addition, if the heat treatment time is less than 10 minutes, the Cu-Ag alloy layer is not sufficiently formed, and if the time exceeds 60 minutes, the plating layer component is excessively diffused toward the stainless steel pipe side, and there is a problem that the Cu-Ag alloy layer is lost. , the effect of reducing welding time cannot be obtained.
본 발명의 열처리 단계는 스테인리스 강 파이프로 Torch 브레이징 및 고주파 브레이징을 실시하는 경우 적용할 수 있으나, 노 내에서 작업하는 Furnace 브레이징을 하는 경우는 열처리 단계를 생략하고, 도금 후 바로 브레이징할 수 있다.The heat treatment step of the present invention can be applied when torque brazing and high-frequency brazing are performed with stainless steel pipe, but in the case of furnace brazing working in a furnace, the heat treatment step can be omitted and brazing can be performed immediately after plating.
상기와 같이 제조된 본 발명의 스테인리스 강 파이프는 동종의 다른 스테인리스 강 파이프와 브레이징 용접 시, 접합부 강도 2100kgf 이상, 동 파이프 이종 브레이징 용접 시 접합부 강도 840kgf 이상을 확보하여 종래의 Bag계(Ag 20~40% 함유) 용접재료를 적용한 경우와 유사한 접합부 강도를 확보할 수 있다. 더하여, 용접재료 및 플럭스 미적용에 따른 용접공정 시간은 약 3배 이하로 감소될 수 있다.The stainless steel pipe of the present invention manufactured as described above secures the joint strength of 2100 kgf or more when brazing with other stainless steel pipes of the same type and 840 kgf or more of the joint strength during brazing welding of different types of copper pipe, thereby securing the conventional bag type (Ag 20-40 %), it is possible to secure the joint strength similar to that in the case of applying the welding material. In addition, the welding process time due to not applying the welding material and flux can be reduced to about 3 times or less.
도 2의 (a) 및 (b)는 각각 종래의 브레이징 용접 공정과 본 발명의 스테인리스 강 파이프를 이용한 브레이징 용접 공정의 전체 공정시간을 나타낸 것이다. 도 2의 (a)에 나타난 바와 같이, 종래의 용접공정을 적용하여 1회 브레이징 용접 시, 두 파이프를 고정시키는 시간 약 0.5분, 용접부 혹은 용접재료에 플럭스를 도포하는 시간 약 1분, 용접 전 소재 및 용접부를 가열하는 시간 약 0.5분 및 용접(용접재료 가열 및 용접부 용융) 시간 약 1분 등 총 약 3분의 시간이 소요된다. 하지만, 도 2의 (b)에 나타난 바와 같이, 본 발명의 스테인리스 강 파이프를 이용하여 브레이징 용접한 결과, 플럭스 도포시간과 용접재료 가열 및 용접부 용융 시간 생략에 따라, 총 용접 공정의 소요시간이 약 1분으로 종래의 공정 대비 3배 정도 시간 단축이 가능하였다.2 (a) and (b) show the total process time of the conventional brazing welding process and the brazing welding process using the stainless steel pipe of the present invention, respectively. As shown in Fig. 2(a), during one-time brazing welding by applying the conventional welding process, the time to fix the two pipes is about 0.5 minutes, the time to apply the flux to the welding part or the welding material is about 1 minute, and before welding It takes about 3 minutes in total, such as about 0.5 minutes for heating the material and the welding part and about 1 minute for welding (heating the welding material and melting the welding part). However, as shown in (b) of FIG. 2, as a result of brazing welding using the stainless steel pipe of the present invention, the time required for the total welding process is about approx. It was possible to shorten the time by about 3 times compared to the conventional process by 1 minute.
도 3은 종래 브레이징 용접 공정과 본 발명의 스테인리스 강 파이프를 이용한 브레이징 용접 후 접합부 강도를 나타낸 결과이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 종래의 용접공정을 적용하여 스테인리스 강 파이프 동종 및 동 파이프 이종 브레이징 용접 시 접합부의 강도와 본 발명의 스테인리스 강 파이프로 용접한 경우, 접합부의 강도를 평가한 결과, 종래의 용접공정의 접합부 강도와 유사한 접합부 강도를 확보할 수 있었다.3 is a result showing the joint strength after brazing welding using the conventional brazing welding process and the stainless steel pipe of the present invention. As shown in FIG. 3, the strength of the joint during brazing welding of the same type of stainless steel pipe and the same type of copper pipe by applying the conventional welding process and the strength of the joint when welding with the stainless steel pipe of the present invention were evaluated. It was possible to secure the joint strength similar to the joint strength of the welding process.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 아래의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, it is necessary to note that the following examples are only intended to illustrate the present invention in more detail and are not intended to limit the scope of the present invention.
(실시예)(Example)
스테인리스 강 파이프 표면 상에 두께가 5~10㎛인 Cu 전기도금층 및 두께가 5~10㎛인 Ag 전기도금층을 형성한 후, 강종에 따라 표 1에 따른 온도 및 시간에 따른 열처리를 시행하였다. 전기도금은 통상의 조건으로 실시되었으며, 열처리 시, 수소 100% 혹은 암모니아 가스(수소 80% + 질소 20%) 분위기에서 동일하게 열처리를 행하였다.After forming a Cu electroplating layer having a thickness of 5 to 10 μm and an Ag electroplating layer having a thickness of 5 to 10 μm on the surface of the stainless steel pipe, heat treatment was performed according to temperature and time according to Table 1 according to the steel type. Electroplating was performed under normal conditions, and during the heat treatment, the same heat treatment was performed in an atmosphere of 100% hydrogen or ammonia gas (80% hydrogen + 20% nitrogen).
열처리를 시행하여 형성된 Fe-Cu 확산층 및 Cu-Ag 합금층의 두께를 측정하였고, 각 강종을 이용하여 스테인리스 강 동종 및 동 파이프와 브레이징 용접 시 작업시간을 나타내었다. 또한, 각 강종의 접합부 강도 및 파단위치를 나타내었다. The thickness of the Fe-Cu diffusion layer and Cu-Ag alloy layer formed by performing heat treatment was measured, and the working time for brazing welding with the same type of stainless steel and copper pipe using each steel type was shown. In addition, the joint strength and fracture unit values of each steel type are shown.
표 1에서의 파단위치는 용접부의 건전성을 의미하는 것으로, 모재에 파단이 발생한 경우 접합부의 강도가 우수하여 용접부 건전성을 확보할 수 있음을 나타내고, 용접부에서 파단이 발생한 경우 접합부 강도 부족으로 인해 용접부 건전성을 확보할 수 없음을 나타낸다. 상기 확산층 및 합금층의 두께는 전자현미경(SEM) 촬영사진을 이미지 분석 Tool을 사용하여 측정되었으며, 접합부 강도 및 파단위치는 비규격 파이프 인장시험을 통해 측정 및 관찰되었다.The fracture unit value in Table 1 means the soundness of the weld, and when the base material fractures, the strength of the joint is excellent, indicating that the integrity of the weld can be secured. indicates that it cannot be obtained. The thickness of the diffusion layer and the alloy layer was measured using an image analysis tool using an electron microscope (SEM) photograph, and the joint strength and rupture value were measured and observed through a non-standard pipe tensile test.
번호steel grade
number
(sec)working time
(sec)
위치break
location
(min)time
(min)
상기 표 1에서 나타난 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 조건의 열처리를 시행한 경우, 확산층 및 합금층의 두께를 만족하였으며, 목적하는 접합부 강도를 확보하여, 용접부의 파단이 발생하지 않았다. As shown in Table 1, when the heat treatment under the conditions suggested in the present invention was performed, the thicknesses of the diffusion layer and the alloy layer were satisfied, and the desired joint strength was ensured, and fracture of the weld did not occur.
다만, 본 발명의 열처리 온도 및 시간이 벗어난 경우, Fe-Cu 확산층 또는 Cu-Ag 합금층이 본 발명에서 목표하는 두께를 만족하지 않았으며, 본 발명에서 목적하는 접합부 강도를 확보하지 못하고, 용접부에서 파단이 발생하였다.However, when the heat treatment temperature and time of the present invention are out of range, the Fe-Cu diffusion layer or Cu-Ag alloy layer does not satisfy the target thickness in the present invention, and does not secure the desired joint strength in the present invention, and Fracture occurred.
이상에서 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 실시예들에 한정되지 않는다.Although the present invention has been described in detail through examples above, other embodiments are also possible. Therefore, the spirit and scope of the claims set forth below are not limited to the embodiments.
Claims (8)
상기 파이프 표면 상에 Fe 성분과 Cu가 상호 확산하여 형성된 두께 0.2~0.3㎛의 Fe-Cu 확산층; 및
상기 Fe-Cu 확산층 상에 형성된 Cu 고용체와 Ag 고용체로 이루어지는 복합조직을 가지는 두께 12~16㎛의 Cu-Ag 합금층을 포함하는 브레이징 용접성이 우수한 스테인리스 강 파이프.
stainless steel pipe;
a Fe-Cu diffusion layer having a thickness of 0.2 to 0.3 μm formed by mutual diffusion of Fe and Cu on the pipe surface; and
A stainless steel pipe excellent in brazing weldability, comprising a Cu-Ag alloy layer having a thickness of 12 to 16 μm and having a composite structure formed of a Cu solid solution and Ag solid solution formed on the Fe—Cu diffusion layer.
상기 스테인리스 강 파이프와 동종의 다른 스테인리스 강 파이프와 용접 시, 용접 접합부 강도는 2100kgf 이상이며,
상기 스테인리스 강 파이프와 동 파이프와 용접 시, 용접 접합부 강도는 840kgf 이상인 것을 특징으로 하는 브레이징 용접성이 우수한 스테인리스 강 파이프.
The method of claim 1,
When welding with other stainless steel pipes of the same type as the above stainless steel pipe, the weld joint strength is 2100 kgf or more,
When welding the stainless steel pipe and the copper pipe, the weld joint strength is excellent in brazing weldability, characterized in that 840kgf or more stainless steel pipe.
상기 형성된 Cu 전기도금층 상에 Ag 전기도금층을 형성하는 단계; 및
상기 Cu 전기도금층 및 Ag 전기도금층이 형성된 스테인리스 강 파이프를 750~800℃의 온도범위에서 10~60분 동안 열처리하는 단계를 포함하는 브레이징 용접성이 우수한 스테인리스 강 파이프 제조방법.
forming a Cu electroplating layer on the surface of the stainless steel pipe;
forming an Ag electroplating layer on the formed Cu electroplating layer; and
A method of manufacturing a stainless steel pipe having excellent brazing weldability, comprising the step of heat-treating the stainless steel pipe having the Cu electroplating layer and the Ag electroplating layer formed thereon at a temperature range of 750 to 800° C. for 10 to 60 minutes.
상기 스테인리스 강 표면을 전해 에칭 및 니켈 스트라이킹을 실시하고, 이후, 스테인리스 강 표면에 Cu 전기도금층을 형성하는 것을 특징으로 하는 브레이징 용접성이 우수한 스테인리스 강 파이프 제조방법.
5. The method of claim 4,
A method for manufacturing a stainless steel pipe having excellent brazing weldability, characterized in that the surface of the stainless steel is subjected to electrolytic etching and nickel strike, and then a Cu electroplating layer is formed on the surface of the stainless steel.
상기 Cu 전기도금층을 두께 5~10㎛로 형성하고, 상기 Ag 전기도금층을 두께 5~10㎛로 형성하는 것을 특징으로 하는 브레이징 용접성이 우수한 스테인리스 강 파이프 제조방법.
5. The method of claim 4,
A method for manufacturing a stainless steel pipe having excellent brazing weldability, characterized in that the Cu electroplating layer is formed to a thickness of 5 to 10 μm, and the Ag electroplated layer is formed to a thickness of 5 to 10 μm.
상기 Cu 전기도금층 및 Ag 전기도금층이 형성된 스테인리스 강 파이프를 열처리함으로써, 상기 파이프 표면 상에 두께 0.2~0.3㎛의 Fe-Cu 확산층 및 두께 12~16㎛의 Cu-Ag 합금층을 순차적으로 형성하는 것을 특징으로 하는 브레이징 용접성이 우수한 스테인리스 강 파이프 제조방법.
5. The method of claim 4,
By heat-treating the stainless steel pipe on which the Cu electroplating layer and the Ag electroplating layer are formed, a Fe-Cu diffusion layer having a thickness of 0.2 to 0.3 μm and a Cu-Ag alloy layer having a thickness of 12 to 16 μm are sequentially formed on the pipe surface. A method for manufacturing a stainless steel pipe with excellent brazing weldability.
상기 열처리 단계는 수소 100% 혹은 암모니아 가스 분위기하에서 행하는 것을 특징으로 하는 브레이징 용접성이 우수한 스테인리스 강 파이프 제조방법.
5. The method of claim 4,
The heat treatment step is a method of manufacturing a stainless steel pipe excellent in brazing weldability, characterized in that it is performed in an atmosphere of 100% hydrogen or ammonia gas.
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Legal Events
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