KR101086321B1

KR101086321B1 - 티타늄 열간압연판 제조방법

Info

Publication number: KR101086321B1
Application number: KR1020040112560A
Authority: KR
Inventors: 송진화
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원; 주식회사 포스코
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2011-11-23
Also published as: KR20060073356A

Abstract

본 발명은 티타늄 소재의 열간압연시 소재의 표면에 발생되는 산화스케일 및 이로 인한 표면결함을 방지할 수 있도록 한 티타늄 열간압연판 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.

이를 위한 본 발명에 따른 티타늄 열간압연판 제조방법은 티타늄 소재를 베타(β) 변태온도(T_β) 보다 높은 T_β+10??∼T_β+70℃의 온도범위로 가열하는 단계와; 베타(β) 변태온도(T_β) 보다 높은 온도로 가열된 티타늄 소재를 20% 이상의 압하율로 압연하는 단계와; 20% 이상의 압하율로 압연된 티타늄 소재를 750℃∼T_β-30℃의 온도범위에서 70% 이상의 압하율로 압연하는 단계 및 70% 이상의 압하율로 압연된 티타늄 소재를 400℃∼500℃의 온도범위에서 권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

티타늄, 열간압연판, 산화스케일, 산세, 산화방지

Description

티타늄 열간압연판 제조방법{Method for fabricating hot rolling of Titanium}

본 발명은 티타늄 열간압연판 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 티타늄 소재의 열간압연시 소재의 표면에 발생되는 산화스케일 및 이로 인한 표면결함을 방지할 수 있도록 한 티타늄 열간압연판 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 티타늄 소재는 가볍고 강하여 내식성 우수하지만 광석으로부터 스폰지 티타늄에 이르는 정련과정 및 스폰지 티타늄을 용해해서 가공용 소재인 주괴를 제조하는 용해 과정에서 대량의 전력을 소비하기 때문에 가격이 비싸다. 따라서 주괴로부터 최종제품까지의 제조공정에서 가능한 한 실수율을 높이는 것이 바람직하다.

그러나 주괴(Ingot)나 반성품(슬라브)과 같은 티타늄 소재로부터 각종 판재, 각재 및 봉재 등을 제조하는 대부분의 경우 티타늄 소재는 가열로에서 가열된 후 대기중에서 열간가공되는데, 이러한 열간가공 온도에서 티타늄 소재의 표면은 급속히 산화되어 제품표면에 산화스케일이 형성되고, 산화스케일은 표면결함의 원인으로 작용한다.

종래에는 이러한 티타늄 소재의 표면결함을 제거하기 위한 방법으로서, 일본특허 공개공보 제1985-24953호에서 소개하고 있는 바와 같이, 티타늄 소재의 표면을 벨트그라인더로 연삭한 후 연마재를 혼입한 고압액체를 투사하고, 더불어 질산과 불산의 혼합용액으로 산세하는 방법이 적용되었다. 그러나 이러한 방법에 의해 티타늄 소재의 표면결함을 제거하는 경우, 제조공정이 복잡해지고 실수율이 감소되는 문제점이 있다.

또한, 산화스케일을 방지하기 위한 다른 방법으로서, 일본특허 공개공보 제1998-140233호에는 티타늄의 표면에 SiC + B₄C등의 탄화물, NaCl 등의 염화물, 유기용제, 산화물 등을 혼합한 분말이나, 물에 혼합한 현탁액을 산화방지제로 도포하는 방법이 소개되어 있다. 그러나 이러한 방법에 의한 경우 도포층이 기계적인 충격 또는 열충격에 의해 탈락되어 부분적으로 산화되면서 표면결함을 발생시키거나, 염화물에 의해 가열로 설비를 부식시키는 문제점을 가지고 있다.

티타늄 금속은, 저온에서는 조밀육방정(HCP) 구조를 갖는 알파(α)상으로 존재하며 고온에서는 체심입방정(BCC) 구조를 갖는 베타(β)상으로 존재하는데, 가열에 의한 온도 상승과정에서 저온상인 알파상이 소실되고 베타상으로 변태되는 온도를 베타 변태온도(T_β)라 부른다.

이와 같이 온도범위에 따라 알파상과 베타상을 갖는 티타늄 소재를 열간압연하는 경우, 티타늄 소재를 베타 변태온도 이상으로 가열해서 압연하는 방법은 변형 저항이 적기 때문에 압연이 용이하다는 장점이 있지만 표면 산화가 현저히 증가되어 표면결함이 증가되는 단점을 가진다. 또한 베타 변태온도보다 낮은 온도 즉, 알파상 영역에서 가열하는 방법은 슬라브 표면 산화가 비교적 적기 때문에 스케일 층이 얇게 발생되는 장점이 있지만, 산화스케일층과 티타늄 모재와의 밀착성이 크기 때문에 티타늄 소재가 가열로에서 취출되어 압연되는 과정에서 산화스케일이 완전히 제거되기 어렵고 압연롤에 스케일이 눌러붙으면서 압연 후 표면 결함을 초래하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서는 위와 같은 티타늄 금속의 온도범위에 따른 특징을 이용하여 열간압연시 티타늄 금속의 표면에 발생되는 산화스케일 및 이로 인한 표면결함층을 보다 원천적으로 방지될 수 있도록 한 티타늄 열간압연판 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 티타늄 열간압연판 제조방법은, 티타늄 소재를 베타(β) 변태온도(T_β) 보다 높은 T_β+10??∼T_β+70??의 온도범위로 가열하는 단계와; 베타(β) 변태온도(T_β) 보다 높은 온도로 가열된 티타늄 소재를 20% 이상의 압하율로 압연하는 단계와; 20% 이상의 압하율로 압연된 티타늄 소재를 750℃∼T_β-30℃의 온도범위에서 70% 이상의 압하율로 압연하는 단계 및 70% 이상의 압하율로 압연된 티타늄 소재를 400℃∼500℃의 온도범위에서 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본발명에서 가열온도를 베타 변태온도보다 10∼70℃ 높게 하는 것은 두가지 이유를 가진다. 하나는 조밀육방정보다 슬립계 수가 많아서 결정립의 변형이 결정방위에 관계없이 비교적 균일하게 일어나는 체심입방정 구조를 가지는 베타상 영역에서 열간압연을 실시함으로써 조대한 결정립의 불균일 변형에 의해 초래되는 요철형상의 표면결함을 방지하면서 압연조직을 미세화하기 위한 것이다. 이와 같이 균일변형에 의해 미세화 효과를 달성하기 위해서는 압하율이 20%이상 되어야 한다. 다른 하나는 열간압연에 앞서 실시되는 슬라브 가열시 모재와 밀착성이 작은 산화스케일을 형성시켜 열간압연에 앞서 쉽게 탈락되도록 하여 티타늄 열간압연판의 표면결함을 방지하기 위한 것이다.

본발명에서 마무리압연 온도를 750℃이상 T_β-30℃ 이하로 하는 것은 열간압연 후 냉간압연을 위해 실시하는 소둔열처리를 생략하는데 목적이 있다. 소둔열처리는 열간압연에 의해 도입된 변형을 소둔에 의해 재결정시켜 제거하기 위해 실시되는데, 열간압연 도중에 동적재결정이나 열간압연 직후 잠열에 의한 정적재결정이 일어나도록 마무리 압연온도를 높게 제어하는 경우에는 소둔 열처리를 생략할 수 있다. 마무리 압연온도가 750℃미만인 경우에는 거의 재결정이 일어나지 않기 때문에 열간압연 마무리온도를 750℃이상으로 하였다.

한편 마무리압연 시 압하율을 70%이상으로 하는 것은 동적재결정의 구동력으로 작용하는 변형에너지를 충분히 확보하는데 목적이 있다.

권취온도는 산세성과 권취성을 고려해서 제한하였다. 쇼트 블라스트(shot blast)와 같은 기계적인 산화 스케일 제거처리를 경감시켜 산세성을 좋게하기 위해서는 권취온도를 500℃ 이하로 해야한다. 권취온도가 500℃보다 높은 경우 고온에서 권취된 후 산화가 빨리 일어나기 때문에 권취온도를 500℃ 이하로 제한한다. 한편 권취온도가 400℃ 미만인 경우에는 경화되어 권취불량이 발생된다.

이하에서는 본 발명에 따른 티타늄 열간압연판 제조방법의 효과를 실시예 및 비교예를 통하여 살펴본다.

<실시예>

열간압연용 슬라브로서 베타 변태온도가 890℃이고 두께 60mm인 공업용 순 티타늄을 사용하였으며, 슬라브의 가열은 대기 분위기에서 실시하였다. 각 실시예 및 비교예의 공정조건 및 그에 따른 티타늄 판재의 재결정도와 산세성을 아래의 표 1에 나타냈다.

표 1.

구 분	베타상 영역 압연		알파상 영역 압연		권취온도 (℃)	재결정도	산세성
구 분	가열온도 (℃)	압하율 (%)	마무리온도 (℃)	압하율	권취온도 (℃)	재결정도	산세성
실시예 1	900	20	750	70	400	◎	◎
실시예 2	940	20	800	70	400	◎	◎
실시예 3	960	20	860	70	400	◎	◎
실시예 4	950	20	820	70	500	◎	◎
실시예 5	950	20	760	80	400	◎	◎
실시예 6	950	20	760	80	450	◎	◎
비교예 1	850	20	750	70	400	◎	△
비교예 2	950	20	820	60	400	△	◎
비교예 3	900	15	800	70	400	◎	△
비교예 4	950	20	800	70	600	◎	X
비교예 5	950	20	800	70	550	◎	△
비교예 6	950	20	700	70	550	X	△

위의 표 1에 나타낸 여러가지 조건으로 티타늄 슬라브를 열간압연한 후 공냉 하고, 권취온도 상당의 열처리로에 장입한 후 냉각하였다. 여기서 열처리로에서의 냉각은 실제 생산공정의 권취공정을 모사하기 위한 목적이며, 베타 영역 압연온도는 슬라브 가열온도로 상정하였다.

그리고 권취 후, 즉 열처리로에서의 냉각 후에는 티타늄 열간압연판의 재결정 발생유무를 확인하기 위해 광학현미경으로 미세조직을 관찰하였다. 재결정도 평가는 결정립이 관찰되는 것을 ◎, 변형조직이 관찰되는 것을 X, 두가지 모두 혼재하는 것을 X로 표시하였다.

다음으로 냉각된 티타늄 판재를 소둔을 실시하지 않고 곧바로 쇼트 블라스트 처리를 한 후 2% 불산과 15% 질산으로 이루어진 혼산을 이용해서 산세를 실시하였다. 쇼트 블라스트는 회전수 700rpm의 회전 드럼으로부터 쇼트를 방출시켜 실시하였다.

그리고 산세 후에는 산세성을 평가하기 위해 스케일 부착정도를 육안검사하였다. 산세성 평가는 산화스케일이 남아있으면 X, 남아있지 않으면 ◎, 약간 남아있으면 △로 하였다.

위의 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 위와 같은 과정을 거친 열간압연판은 소둔처리 없이도 대부분 재결정이 발생하였다. 또한 발생된 산화스케일은 쉽게 탈락되며 우수한 산세성을 나타내고 있었다. 하지만 가열온도, 마무리 압연온도 및 권취온도가 실시예에서와 다르게 설정된 비교예에서는 재결정도나 산세성이 실시예에서 보다는 열위하게 나타났다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 티타늄 열간압연판 제조방법에 따르면, 티타늄 소재의 열간압연시 소재의 표면에 발생되는 산화스케일의 산세성이 우수하여 산화스케일로 인한 티타늄 판재의 표면결함이 방지되며, 열연판 소둔공정을 생략하는 것이 가능해진다.

Claims

티타늄 소재를 열간압연 및 권취하여 열간압연판을 제조방법에 있어서,

티타늄 소재를 베타(β) 변태온도(T_β) 보다 높은 T_β+10℃∼T_β+70℃의 온도범위로 가열하는 단계;

베타(β) 변태온도(T_β) 보다 높은 온도로 가열된 티타늄 소재를 20% 이상의 압하율로 압연하는 단계;

20% 이상의 압하율로 압연된 티타늄 소재를 750℃∼T_β-30℃의 온도범위에서 70% 이상의 압하율로 압연하는 단계; 및

70% 이상의 압하율로 압연된 티타늄 소재를 400℃∼500℃의 온도범위에서 권취하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 열간압연판 제조방법.