마찰교반접합기술을 이용한 박판 페라이트계 스테인리스강 접합부의 기계적 특성에 관한 연구

Abstract

세계적으로 대기오염 및 지구온난화 그리고 자원고갈로 인하여 21세기를 맞이한 현대사회의 각종 산업분야에서 최대의 핵심 과제는 “친환경적 녹색성장”일 것이다. 이에 따라 각종 산업분야에서는 환경보호 및 에너지 절감에 대한 요구를 만족하기 위하여 경량부재의 적용 및 부재재질의 두께 감소 등 녹색 기술에 집중하고 있다. 또한 세계적인 경제 발달과 더불어 삶의 질의 향상 및 편의를 위해 많은 종류의 가전제품이 개발 및 출시되고 있으며 3대 그린가전 중의 하나인 세탁기의 경우 그 기술 개발속도가 빠르게 이루어지고 있으며, 세계적인 수요 또한 꾸준히 증가하고 있는 추세이다. 스테인리스강의 경우 표면이 미려하고 부식에 대한 저항성이 우수한 특수강으로 내식성, 내구성, 내화성 등 제품의 고급화를 요구하는 자동차, 가전제품의 수요산업에서 사용이 크게 증가하고 있다. STS430J1L의 경우 기존 STS430에 Cu, Nb를 첨가하여 내식성, 성형성, 용접성 및 고온특성이 우수하기 때문에 자동차, 가전제품, 철강, 플랜트 등의 합금강 산업 분야 전반에 걸쳐 사용되고 있으며 그 활용도가 더욱 증가하고 있다. 그러나 기존 스테인리스강 용접의 경우 일반적으로 MIG 및 TIG와 같은 불활성 가스를 이용한 용융용접법을 적용하고 있으며, 이러한 경우 고온용융에 따른 용접부의 균열 및 변형, 잔류응력, 기공, 산화 등 용접결함 뿐만 아니라 접합부에 의한 탄화크롬 석출이 발생하여 내부식성이 저하되어 접합부의 부식으로 고품질의 접합부를 얻을 수 없게 되며 실온에서 연성과 인성이 감소하는 단점이 있어 스테인리스강 접합에 새로운 다른 열원의 필요성이 요구되고 있다. 이러한 문제점 등을 개선한 접합방법으로 1981년 영국의 용접연구소(The Welding Institute of the United Kingdom, 이하 TWI)에서 개발한 마찰교반접합(Friction Stir Welding, 이하 FSW)은 융점이하에서 고상 상태의 접합공정으로 회전하는 Tool을 피접합체에 삽입하여 접합부에 충분한 마찰열과 강한 소성변형이 발생하여 매우 미세한 재결정 조직 및 우수한 기계적 특성을 얻을 수 있다고 알려져 있다. 이러한 공정은 기존 용융용접공정과 비교하여 용접에 의한 변형이 적고 비소모성 접합방법일 뿐만 아니라 용접결함, 흄, 유해광선의 발생이 없어 환경친화형 접합방법으로 각광을 받고 있다. 하지만, 이러한 장점에도 불구하고 박판재 접합에 있어서 국내·외 산업 및 응용분야에서는 대부분 용융용접법(TIG 및 MIG)을 이용하여 구현되고 있으며, 마찰교반접합을 이용한 박판재 접합에 관한 연구 및 적용은 거의 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 내식성, 성형성, 용접성 및 고온특성이 우수하여 공업용으로 사용되고 있는 STS430J1L을 새로운 열원으로 마찰교반접합기술을 이용하여 접합기구상의 특성상 박판접합에 있어서 프로브(Probe)가 없는 타입의 단순한 환봉형태의 공구(Tool)을 사용하였고, 접합부의 미세조직 관찰(OM 및 SEM) 및 인장, 경도시험을 통하여 기계적 특성을 평가하였다. 또한 접합성을 평가하여 산업분야의 적용가능성을 고찰하고자 하였다.