KR101494998B1 - 열간 압연용 티탄 슬래브 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

공업용 순 티탄을 용제한 티탄 슬래브에 있어서, 브레이크다운 공정을 생략해도, 열간 압연 후의 띠 형상 코일의 표면 성상이 양호한, 열간 압연용 티탄 슬래브 및 동 티탄 슬래브의 용제 방법을 제공한다. 본 발명에 관한 티탄 슬래브는, β상 안정화 원소인 Fe를 포함하는 공업용 순 티탄을 용제한 열간 압연용 티탄 슬래브에 있어서, 티탄 슬래브의 적어도 압연면에 해당하는 면의 표층으로부터 10㎜까지의 평균 Fe 농도가 0.01질량％ 이하로 함으로써 조대 β상의 생성을 억제한 티탄 슬래브이다. 공업용 순 티탄을 용제한 티탄 슬래브를, 표면이 β 변태점 이하로 될 때까지 냉각한 후, β 변태점 이상까지 재가열하고, 슬래브 표층으로부터 완냉각함으로써 얻을 수 있다.

Description

열간 압연용 티탄 슬래브 및 그 제조 방법{TITANIUM SLAB FOR HOT ROLLING AND PROCESS FOR PRODUCING SAME}

본 발명은, 공업용 순 티탄의 열간 압연용 티탄 슬래브 및 동 티탄 슬래브의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 전자 빔 용해법이나, 플라즈마 아크 용해법에 의해 제조한 직사각형 잉곳을, 분괴나 단조 등의 브레이크다운 공정을 생략하여 그대로 열간 압연해도, 열간 압연 후의 띠 형상 코일의 표면 성상을 양호하게 유지할 수 있는 열간 압연용 티탄 슬래브 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

티탄 및 티탄 합금은, 일반적으로, 스폰지 티탄이나 티탄 스크랩을 원료로 하고, 소모 전극식 진공 아크 용해법이나 전자 빔 용해법에 의해 용해, 응고된 잉곳을 사용한다. 이들 잉곳은, 분괴, 단조 및 압연 등의 열간 가공을 실시하고, 열간 압연기에 의해 압연 가능한 슬래브의 형상까지 가공한 후, 표면의 손질을 행하고, 열간 압연용 슬래브로 된다.

용해 공정에서는, 소모 전극식 진공 아크 용해법이 널리 이용되고 있지만, 전극과 주형의 아크 방전을 균일하게 행하는 것이 필요하므로, 주형 형상은 원통형에 한정된다. 이에 반해, 도가니(hearth)를 사용한 전자 빔 용해법이나 플라즈마 아크 용해법에서는, 도가니에 의해 용해한 티탄의 용탕을 주형 내에 유입시키므로, 주형 형상의 제한이 없고, 원통형뿐만 아니라 직사각형의 잉곳도 제조할 수 있는 것을 특징으로 하고 있다. 직사각형의 잉곳을 사용하고, 판재를 제조하는 경우, 그 형상으로부터, 분괴나 단조 등의 열간 가공의 공정을 생략하여 열간 압연을 행할 수 있다고 생각되고, 그만큼의 비용의 저하가 가능해진다. 따라서, 직사각형 주형으로 주조한 직사각형 티탄 잉곳을, 그대로 열간 압연용 티탄 슬래브로서 사용하고, 열간 가공 공정을 생략하여, 열간 압연하는 기술이 검토되어 있다. 여기에서는, 분괴나 단조 등, 열간 압연 전에 행하는 열간 가공 공정을 총칭하여 「브레이크다운 공정」이라 한다.

그런데 전자 빔 용해나 플라즈마 아크 용해에 의해 직사각형 주형으로 주조한 티탄 슬래브에 있어서, 공업적으로 제조하고 있는 슬래브의 주조한 상태의 조직은, 결정립경이 수십㎜로 된다. 또한, 공업용 순 티탄은 Fe 등의 불순물 원소를 다소 함유하고 있고, 경우에 따라서는 열간 압연 온도에서 β상이 생성되는 경우가 있다. 조대 α상으로부터 생성되는 β상은 조대해진다. β상과 α상은 고온에서도 변형능이 크게 다르므로, 조대한 β상과 α상 사이에서 변형이 불균일해지고, 큰 표면 흠집으로 되는 경우가 있다. 열간 압연에서 발생한 표면 흠집을 제거하기 위해서는, 산세 공정에서 열연판 표면의 용삭량을 늘릴 필요가 있어, 수율이 악화된다. 즉, 전술한 바와 같이, 전자 빔 용해나 플라즈마 아크 용해로 용제된, 브레이크다운 공정을 생략할 수 있는 직사각형 티탄 슬래브는, 생산 비용의 저하가 기대되는 한편, 수율의 저하가 우려된다.

특허문헌 1에서는, 티탄의 후판 혹은 슬래브를 제조할 때, 표면 흠집을 방지하는 방법으로서, 열간 가공 전의 주괴의 단계에 있어서, (β 변태점＋50℃) 이상으로 가열 후, (β 변태점－50℃) 이하의 온도까지 냉각하고, 주괴의 조대 결정립 조직을 미세화하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 특허문헌 1에서는, 주괴는 원기둥형을 전제로 하고 있고, 슬래브 형상으로 할 때까지, 수율의 저하가 매우 크다. 또한, 열간 압연 전의 브레이크다운 공정도 필수이므로, 직사각형 티탄 잉곳과 비교하여, 생산 비용은 높아진다. 덧붙여 말하면, 원기둥형의 주괴를 제조하는 소모 전극식 진공 아크 용해로는, 그 구성상, 상기한 열처리를 용해 시에 연속적으로 행할 수는 없어, 열처리 공정을 1개 늘리게 되므로, 더욱 생산 비용 상승의 우려가 있다.

특허문헌 2에서는, 전자 빔 용해로로 용제한 티탄 슬래브를, 주형 내로부터 직접 인발한 슬래브의 단면 조직에 있어서, 표층으로부터 내부를 향하는 응고 방향과 슬래브의 주조 방향이 이루는 각 θ가 45°∼90°, 혹은, 표층의 결정 방위 분포에 있어서 hcp의 c축과 슬래브 표층의 법선이 이루는 각이 35°∼90°인 경우에, 주조 표면이 양호하고, 또한 잉곳을 분괴나 단조나 압연 등 열간 가공하는 공정, 소위 브레이크다운 공정을 생략해도, 열간 압연 후의 표면 흠집을 개선할 수 있는 방법이 개시되어 있다. 즉, 표면의 결정립의 형상이나 결정 방위를 제어함으로써 이러한 조대 결정립에 기인하는 흠집의 발생을 억제할 수 있다.

그러나 특허문헌 2에서는, 열간 압연의 가열 시에 다량의 β상이 생성될 가능성을 고려하고 있지 않고, 양호한 표면 성상이 얻어진다고 생각되지만, 조업 조건의 편차나 슬래브 제조 방법에 따라서는 표면 성상이 악화될 가능성이 우려된다.

특허문헌 3에서는, 티탄재의 잉곳을, 분괴 공정을 생략하여 직접 열간 압연을 행하는 경우에, 잉곳의 압연면에 해당하는 면의 표층을 고주파 유도 가열, 아크 가열, 플라스마 가열, 전자 빔 가열 및 레이저 가열 등으로 용융 재응고시킴으로써, 표층으로부터 깊이 1㎜ 이상을 미립화하고, 열간 압연 후의 표층 조직을 개선하는 방법이 언급되고 있다. 이것은, 표층부를 급냉 응고에 의해 미세하고 불규칙한 방위를 갖는 응고 조직을 형성함으로써, 표면 흠집의 발생을 방지하고 있다. 티탄 슬래브의 표층 조직을 용융시키는 방법으로서, 고주파 유도 가열, 아크 가열, 플라스마 가열, 전자 빔 가열 및 레이저 가열이 언급되고 있다. 그러나 티탄 재료에서 공업적으로 이용되고 있는 아크 가열법의 TIG 용접법에서는, 면적당 처리에 많은 시간이 걸린다. 또한, 아크 가열 이외의 용융법도 슬래브의 표층 조직 개선을 위한 설비의 도입에 높은 비용이 든다. 또한, 전자 빔 가열 등은, 통상 10^－5Torr 정도의 진공 중에서 작업을 행해야 하여, 설비의 제약을 크게 받는다. 즉, 생산 비용의 상승의 우려가 있다.

일본 특허 출원 공개 평8-060317호 공보 국제 공개 공보 WO2010/090353호 일본 특허 출원 공개 제2007-332420호 공보

전술한 바와 같이, 전자 빔 용해법이나 플라즈마 아크 용해법으로 용제된 직사각형 티탄 잉곳의 표층 근방이 조대립으로 이루어지는 조직에 있어서, 브레이크다운 공정을 생략하여 열간 압연 온도로 가열하면, 공업용 순 티탄에 함유되는 Fe 등의 β상 안정화 원소가 표층 근방에 많이 존재하고, 슬래브의 표층 부근에 조대한 β상이 생성되는 경우가 있다. 이러한 경우, 조대한 β상과, 그것에 접하는 조대한 α상 사이에서는, 변형능이 다름으로써, 불균일한 변형이 일어나므로, 슬래브 표면에 요철이 발생하고, 표면 성상을 악화시킨다. 이러한 요철은, 전술한 바와 같이 표면 흠집으로 진전되어 열연판의 수율 저하를 초래할 우려가 있다.

본 발명은, 전자 빔 용해로에 의해 주조한 티탄 슬래브에 있어서, 종래 필요하였던 분괴나 단조 등의 브레이크다운 공정을 생략하여 열간 압연을 행해도, 표면 흠집이 발생하기 어려운, 표면 성상이 양호한 티탄 슬래브를 얻는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 공업용 순 티탄의 티탄 슬래브에 있어서, 제조 시 혹은 제조 후에 실온 혹은 α상 온도 영역까지 냉각한 후, β 변태점 이상으로 다시 가열하고 냉각함으로써, 슬래브 표층의 Fe 농도를 저감시키고, 열간 압연 후의 표면 성상을 양호하게 유지할 수 있는 것을 발견하였다.

본 발명은 이 지식을 기초로 이루어진 것이며, 그 요지로 하는 바는 다음과 같다.

(1) 공업용 순 티탄으로부터 제조되는 열간 압연용 티탄 슬래브이며, 압연면에 해당하는 면의 표층으로부터 두께 방향으로 10㎜까지의 평균 Fe 농도가 0.01질량％ 이하인 것을 특징으로 하는 열간 압연용 티탄 슬래브.

(2) 상기 열간 압연용 티탄 슬래브의 길이 방향에 수직한 단면 내에 있어서, 그 조직의 구β립이 등축상인 것을 특징으로 하는, (1)에 기재된 열간 압연용 티탄 슬래브.

(3) 도가니를 사용한 용해로에 의해 공업용 순 티탄을 용해하여 티탄 슬래브를 제조하는 방법이며, 공업용 순 티탄을 용해 후 냉각하여 티탄 슬래브를 제조할 때에, 티탄 슬래브의 표면을 β 변태점 이하까지 냉각한 후, β 변태점 이상까지 다시 가열하고, 그 후 슬래브를 완냉각하는 것을 특징으로 하는 열간 압연용 티탄 슬래브의 제조 방법.

(4) 상기 도가니를 사용한 용해로가 전자 빔 용해로인 것을 특징으로 하는 (3)에 기재된 열간 압연용 티탄 슬래브 제조 방법.

(5) 상기 도가니를 사용한 용해로가 플라즈마 아크 용해로인 것을 특징으로 하는 (3)에 기재된 열간 압연용 티탄 슬래브 제조 방법.

본 발명은, 전자 빔 용해로에 의해 주조한 티탄 슬래브에 있어서, 종래 필요하였던 분괴나 단조 등의 브레이크다운 공정을 생략하고, 열간 압연을 행해도, 표면 흠집이 발생하기 어려운, 표면 성상이 양호한 티탄 슬래브의 제조를 가능하게 하는 것이다. 브레이크다운 공정의 생략에 의한 가열 시간의 저감 및 산세 시의 용삭량 저감에 의한 수율의 향상에 의한 제조 비용을 대폭으로 개선할 수 있어, 산업상의 효과는 헤아릴 수 없다.

이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

[1] 슬래브의 표층으로부터 두께 방향으로 10㎜까지의 평균 Fe 농도가 0.01질량％ 이하:

통상, 순 티탄은 β 변태점 이하의 온도에서 열간 압연을 행한다. β 변태점 이하의 온도 영역이 α 단상 영역이면, 열간 압연 시의 조직은 α상만으로 된다. 그러나 원료로 하는 공업용 순 티탄은 불가피적으로 불순물로서 Fe 등을 함유하고 있다. 또한, 강도를 얻기 위해, Fe나 O 등의 원소를 소량 첨가하는 경우도 있다. 특히 β상 안정화 원소인 Fe는, 가장 강도가 낮은 공업용 순 티탄 JIS 1종에 0.020질량％ 함유하고, 가장 강도가 높은 공업용 순 티탄 JIS 4종에서는 0.500질량％까지 첨가되는 경우가 있다. 즉, 공업용 순 티탄의 Fe 함유량은 0.020질량％ 이상이다. 그로 인해, 공업용 순 티탄에서는, β 변태점 이하에 있어서 α상과 β상의 2상 영역이 존재하고 있다.

β상 안정화 원소인 Fe가 많이 존재하는 경우, β 변태점 이하의 α＋β 2상 영역의 온도로 가열하면, β상의 생성이 일어나고, 대부분은 조대화된다. 이 β상이 적어도 압연면에 해당하는 면의 표층으로부터 슬래브의 두께 방향에서 10㎜ 이내에 존재하는 경우에, 특히 슬래브의 표면 성상이 악화되는 것을 알 수 있었다. 즉, 조대한 α상에 기인하여 생성되는 β상은 조대해지기 쉽고, 이러한 조대한 β상이 혼재함으로써, 열간 압연 시에 결정립간에 변형능의 차이를 발생시키고, 표면 성상을 악화시킨다.

슬래브의 압연면에 해당하는 면의 표층으로부터 슬래브의 두께 방향에서 10㎜ 이내에서의 β상의 출현을 억제하기 위해서는, 이 영역에서의 평균 Fe 농도를 0.01질량％ 이하로 하면 되는 것을 알 수 있었다. 이 평균 Fe 농도가 0.01질량％ 이하인 영역이, 슬래브의 압연면에 해당하는 면의 표층으로부터 10㎜ 있으면 효과가 있다. 표면 흠집을 더욱 경미하게 하기 위해서는, 평균 Fe 농도가 0.01질량％ 이하인 영역이 슬래브의 압연면에 해당하는 표층으로부터 20㎜의 영역이면 더욱 바람직하다.

더욱 바람직하게는, 슬래브의 압연면에 해당하는 면의 표층으로부터 10㎜까지의 평균 Fe 농도를 0.06질량％ 이하, 20㎜까지의 평균 Fe 농도를 0.09질량％ 이하로 하면 좋다.

즉, 본 발명은 첫째로, 공업용 순 티탄으로 이루어지는 티탄 슬래브이며, 슬래브의 적어도 압연면에 해당하는 면의 표층으로부터 두께 방향으로 10㎜의 영역의 평균 Fe 농도가 0.01질량％ 이하인 직사각형 티탄 잉곳으로 하고 있다.

[2] 티탄 슬래브의 압연 방향에 수직한 단면 내에 있어서, 그 조직의 구β립이 등축상:

본 발명은 둘째로, 열간 압연용 티탄 슬래브의 단면 조직에 있어서, 구β립이 등축상인 것으로 하고 있다. 구β립은 조대하므로, 그 형상은 육안으로 용이하게 확인할 수 있다. 여기서 결정립이 등축상이라 함은, 결정립의 직교하는 장축과 단축의 비가 작은 것을 가리키고, 장축/단축의 값이 1.5 이하인 경우라고 정의한다. 덧붙여 말하면, 장축/단축의 값이 1.5보다 큰 것을 연신상이라고 정의한다.

본 발명에서는 전술한 바와 같이, 슬래브 표층의 Fe의 농도를 0.01질량％ 이하로 할 필요가 있다. 이를 위해서는 후술하는 바와 같이, 한번, β 변태점 이하까지 냉각한 후, 다시 β 변태점 이상까지 재가열을 실시할 필요가 있다.

그러나 티탄은 매우 활성인 금속이므로, 주조는 진공 중에서 행해지고 있고, 주조 시에 슬래브 온도를 정확하게 측정하는 것은 어렵다. 또한, 주조 후에 β상 영역 온도(β 변태점 이상)로 재가열을 실시하는 경우라도, β상의 결정립의 필요 이상의 조대화의 방지나 Fe의 균일화를 방지하기 위해, 온도는 될 수 있는 한 β 변태점 바로 위인 것이 바람직하다. 그로 인해, 티탄 슬래브가 β 변태점 바로 위까지 충분히 가열되어 있는지를 파악할 필요가 있다.

따라서 우선, β상까지 재가열하는 방법에 대해 검토를 거듭하였다. 그 결과, 단면 조직의 구β립의 형상으로부터 가열 온도를 아는 것이 비교적 용이한 것을 발견하였다.

티탄은 고온에서는 β상이 안정되므로, 응고 시에 β상이 성장한다. 이때, 응고립은 열류 방향으로 평행하게 성장하고, 매우 조대한 연신립으로 된다. 그 후, 더욱 냉각하여 β 변태점 이하까지 냉각하면 β상 내에 침상의 α상이 생성된다. 그로 인해, β상으로부터 α상으로의 변태가 1번밖에 발생하지 않는 경우, 구β상립은 연신립의 상태 그대로이다.

한편, α상 영역까지 냉각한 후, 다시 β상 영역 온도(β 변태점 이상)까지 가열하면 α상 입계나 구β상 입계에서 β상은 핵 형성하고, β상 영역 온도에서 상기 β상은 등축으로 성장한다. 이 경우, 응고 시에 형성한 연신립은 완전히 소멸하고, 재가열에 의해 형성한 등축의 β상만으로 된다. 그 후, 다시 α상으로 변태하여 구β상 내에 α상이 형성되어도, 구β 입계는 등축인 상태 그대로이다. 따라서, 단면 조직에 있어서 구β립이 등축이면, 슬래브가 재가열로 β상 영역까지 상승하였는지를 알 수 있다. 즉, 비교적 고농도의 Fe를 포함하는 공업용 티탄 원료를 사용하여 제조된 티탄 슬래브에 있어서, 구β립이 등축상인 것은, β 변태점 이상으로 가열되고, 그 후의 냉각으로 β→α 변태가 발생하고 있는 것을 나타내는 것이다.

반대로 말하면, 일단 α상 영역 온도까지 냉각된 티탄 슬래브를, 다시 β상 영역 온도까지 가열하고, 그 후 α상 영역 온도까지 냉각하면, 슬래브의 단면 내에 있어서, 구β립 장축과 단축의 비(장축/단축의 값)가 1.5 이하, 즉, 등축상으로 된다. 더욱 바람직하게는, 이 장축/단축의 값은 1.3 이하로 되면 좋다.

후술하는 바와 같이 이러한 β→α 변태가 발생한 영역에 있어서, Fe의 농도가 저하되는 것이 보증된다. 상기 티탄 슬래브에 있어서는, 구β립의 장축/단축의 비가 1.5 이하인 경우, 표면의 Fe 농도가 충분히 저하되고, 대략 0.01질량％ 이하인 것을 알 수 있었다.

[3] 제조 방법

본 발명의 열간 압연용 티탄 슬래브의 제조 방법에 대해 설명한다.

전자 빔 용해로를 사용한 티탄 슬래브의 용제의 과정에서는, 주형과 접하고 있는 슬래브 표층부로부터 응고가 진행되므로, 원소마다 용질의 분배에 의해 슬래브 표층과 내부에서는 근소하게 성분이 다르다. 상기 β상 안정화 원소인 Fe는 정편석을 나타내는 원소이다. 그로 인해, 응고 시나 변태 시에서는, 슬래브 표층부의 Fe 농도가 낮아지고, 슬래브의 내부일수록 Fe 농도가 높아지는 경향에 있다. 그러나 응고 과정만으로 표층 근방의 Fe 농도를 본 발명의 0.01질량％ 이하로 제어하는 것은 곤란하다.

그에 반해 본 발명에 있어서는, β 변태점 온도 이하로부터 다시 β상 영역 온도로 재가열한 후, β상으로부터 α상으로의 변태 시에 발생하는 용질의 분배를 이용함으로써, 슬래브 표층 근방의 Fe 농도를 본 발명에서 규정하는 농도까지 저감할 수 있는 것을 발견하였다. 즉, 한번, β 변태점 이하로 냉각한 슬래브를 β 변태점 이상으로 가열하고, 그 후 슬래브의 표면으로부터 먼저 강온함으로써, β상으로부터 α상으로의 변태가 슬래브 표면으로부터 내부로 진행된다. 이때, β상으로부터 α상으로의 변태 시에 발생하는 용질의 분배를 이용함으로써 표층의 Fe 농도가 낮은 슬래브를 제조할 수 있다. 이때, 냉각을 공냉이나 노냉 등에 의한 서냉으로 함으로써, Fe 용질의 분배를 촉진하면, 표층의 Fe 용질 농도의 저하가 실현된다.

예를 들어, 전자 빔 용해 후, 주형에서 표층이 냉각되고, 표층 근방이 응고하고, 표면 온도가 β 변태점 이하로 되고 주형으로부터 인발된다. 이때, 슬래브 내부는 아직 고온의 용융 상태이다. 주형 내에 있어서의 슬래브의 냉각을 약화시킴으로써, 주형보다 하방에서는, 슬래브 중앙부로부터의 열유속(heat flux)을 받아, 슬래브 표층 근방의 온도를 β 변태점 이상으로 복열시킬 수 있다. 그 후, 슬래브 중앙부의 응고 진행에 수반하여 슬래브 중앙부로부터의 열유속도 감소하고, 슬래브는 표면으로부터 먼저 온도가 저하되고, β 변태점 온도인 슬래브 부위가 슬래브 표면으로부터 내부측으로 이동해 간다. 주형 하단부 이후에 있어서 슬래브 표층으로부터 완냉각(공냉 이하의 냉각 속도, 1℃/s 이하)으로 냉각함으로써 이러한 프로세스를 실현할 수 있다.

그에 반해 종래 방법에서는, 주형 내에서 충분히 냉각하므로, 주형보다 하방에서 고온의 티탄 슬래브 중앙부로부터 열유속을 받았다고 해도 티탄 표면 온도가 β 변태점 온도 이상으로 복열하는 일은 없다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 열간 압연용 티탄 슬래브의 제조 방법에 있어서는, 티탄 슬래브가 β 변태점 이하까지 냉각한 후, β 변태점 이상까지 재가열하고, 슬래브 표층으로부터 완냉각하는 것으로 하고 있다. 여기서 완냉각이라 함은, 공냉 이하의 속도에 의한 냉각을 의미한다.

또한, 이 β 변태점 이상까지의 가열(복열) 및 냉각은, 상술한 바와 같이 티탄 슬래브 용제 시에 티탄 슬래브 표면이 β 변태점 이하까지 냉각되고 나서, 연속적으로 행해도 된다. 혹은, 티탄 슬래브가 실온까지 냉각되고 나서, 충분히 시간이 지나고 나서 행해도 상관없다. 이 경우에는, 고온의 슬래브 중앙부로부터의 열유속에 의해 복열하는 것이 아니라, 슬래브를 표면으로부터 가열하게 된다.

또한, 이 변태를 일으키기 위한 열처리는, 1번 행하는 것만으로 효과가 있지만, 복수회 행함으로써, 가일층의 표층 근방의 Fe 농도의 저하가 가능해진다. 따라서, 복수회 행해도 마찬가지의 효과가 얻어진다.

또한, 전자 빔 용해에 의해, 종래대로의 제조 방법으로 행해도, 이후의 공정에, 티탄 슬래브를 β 변태점 이상까지 가열 후, 슬래브 표층으로부터 냉각함으로써, 마찬가지의 효과가 얻어진다.

실시예

이하, 실시예에 의해 본 발명을 상세하게 설명한다.

표 1에 나타내는 실시예 및 비교예는, 전자 빔 용해로를 사용하여, 공업용 순 티탄 JIS 2종으로 티탄 슬래브(금회 사용한 소재는, 슬래브의 3점의 평균 Fe 농도가 0.04∼0.06질량％)를 제조한 것을 사용하였다. 상기 티탄 슬래브는, 주조 후, 표면 절삭 가공을 행하고, 철강 재료의 열간 압연 설비를 사용하여, 열간 압연을 행하고, 띠 형상 코일로 하였다. 또한, 표면 흠집의 평가는, 산세 후의 판 표층을 육안으로 행하였다.

표 1에 기재한 슬래브의 압연면의 표층으로부터 두께 방향으로 10㎜ 및 20㎜의 깊이에서의 평균 Fe의 농도를 측정하였다. 측정은, 슬래브의 표면 손질 후, 압연면의 임의점 50개소의 표층으로부터 20㎜ 및 10㎜의 부위로부터 각각 절삭 칩을 채취하고, ICP 발광 분광 분석으로 평균 Fe 농도를 산출하고 있다.

또한, 결정립의 등축성으로서, 슬래브 폭 방향의 임의의 5 단면을 잘라내고, 각 단면에서 결정립을 20개 추출하고, 그 장축/단축의 값의 평균값으로 평가하였다.

No.1 및 No.2의 비교예는, 전자 빔 용해로에 의해, 종래대로의 방법으로 티탄 슬래브를 제조한 경우이다. 주형 내에서의 슬래브 표면으로부터의 냉각에 의해, 슬래브 표면으로부터 슬래브 중앙으로 응고가 진전된다. Fe는 정편석을 나타내므로, Fe 농도는, 슬래브 표층 쪽이 낮은 값을 나타내지만, 슬래브 표층으로부터 20㎜ 및 10㎜의 평균 Fe 농도가 0.01질량％보다 매우 높고, 열간 압연 후의 슬래브 표면에는 조대한 흠집이 관찰되었다. 또한, 슬래브 폭 방향 단면의 결정립경도 연신된 입자가 확인되었다.

No.3 내지 No.5에 나타내는 실시예는, 전자 빔 용해로를 사용하고, 종래대로의 방법으로 티탄 슬래브를 제조한 후, 일단 실온인 채로 수 주간의 유지를 행하고, 대기 가열로에 의해 β 변태점 바로 위까지 재가열하고, 슬래브 표층으로부터 노냉에 의해 0.001∼0.01℃/s로 완냉각을 행하고, 슬래브를 제조한 결과이다.

No.3 및 No.4의 실시예는, 슬래브 표층으로부터 10㎜ 및 20㎜의 평균 Fe 농도의 양쪽이 0.01질량％ 이하로 낮은 슬래브의 결과이다. 산세 후의 판의 표면 흠집은 경미하며, 표면 성상은 극히 양호하였다. 또한, 결정립의 장축/단축도 1.5 이하로 등축상의 입자로 되어 있었다.

No.5의 실시예는, 표층으로부터 10㎜의 평균 Fe 농도는, 0.01질량％ 이하였지만, 표층으로부터 20㎜의 Fe 농도는, 0.01질량％보다 많았던 슬래브의 결과이다. 산세 후의 판의 표면 흠집은, 경미하였지만, No.3 및 No.4의 실시예와 비교하면, 판의 표면 흠집은 다소 증가하고 있었다. No.3 및 No.4의 실시예와 마찬가지로 열처리를 실시하고 있으므로, 결정립의 장축/단축도 1.5 이하로 등축상의 입자로 되어 있었다.

No.3 내지 No.5의 실시예에 있어서, 슬래브 표층으로부터 10㎜ 및 20㎜의 평균 Fe 농도가 높을수록 표면 흠집의 정도는 많고 또한 조대해지는 경향이 관찰되었다. 이것은, 슬래브 표층 근방의 Fe 농도가 높아짐으로써, 열간 압연 시에 표층 근방의 β상의 생성량이 많아지고, α상과 β상의 변형능의 차에 의해, 표면 흠집의 발생이 많아졌다고 생각된다.

No.6 내지 No.9에 나타내는 실시예는, 전자 빔 용해로부터 슬래브 주조의 과정에서, 주형 내에 있어서의 슬래브 냉각을 종래에 비교하여 완냉각으로 하고, 슬래브 표면이 복열에 의해 β 변태점 온도 이상까지 승온한 실시예이다. 슬래브 표층 근방의 조직이, 주형 내에서 한번 응고하고 슬래브 표면 온도가 β 변태점 이하로 냉각된 후, 슬래브 중앙부의 용융 풀로부터의 입열에 의해 슬래브 표면이 β 변태점 이상으로 복열하는 조건에서, 슬래브를 제조하였다.

No.6 및 No.7의 실시예는, 슬래브 표층으로부터 10㎜ 및 20㎜의 평균 Fe 농도의 양쪽이 0.01질량％ 이하로 낮은 슬래브의 결과이다. 산세 후의 판의 표면 흠집은 경미하며, 표면 성상은 극히 양호하였다. 또한, 결정립의 장축/단축도 1.5 이하로 등축상의 입자로 되어 있었다.

No.8 및 No.9의 실시예는, 표층으로부터 10㎜의 평균 Fe 농도는, 0.01질량％ 이하였지만, 표층으로부터 20㎜의 평균 Fe 농도는, 0.01질량％보다 많았던 슬래브의 결과이다. 산세 후의 판의 표면 흠집은, 경미하지만, No.6 및 No.7의 실시예와 비교하면, 판의 표면 흠집의 빈도가 약간 많았다. 또한, 결정립의 장축/단축은 1.5 이하로 등축상의 입자로 되어 있었다.

No.6 내지 No.9의 실시예로부터도, 표층으로부터 10㎜ 및 20㎜의 평균 Fe 농도가 높을수록 표면 흠집의 정도는 많고 또한 조대해지는 경향이 관찰되었다. 이것도 No.3 내지 No.5의 실시예와 마찬가지로, 슬래브 표층 근방의 Fe 농도가 높아짐으로써, 열간 압연 시에 표층 근방의 β상의 생성량이 많아지고, α상과 β상의 변형능의 차에 의해, 표면 흠집의 발생이 많아졌다고 생각된다.

슬래브 주조 후, 대기 가열로에 의해 β 변태점 이상까지 가열한 No.3 내지 No.5에 나타내는 실시예에 있어서도, 전자 빔 용해로 내에서 주조 시에 연속적으로 열처리를 실시한 No.6 내지 No.9의 실시예에 있어서도, 산세 후의 판에 있어서 양호한 표면 성상을 얻을 수 있었다.

따라서, 한번 β 변태점 이하로 냉각한 슬래브를, 다시 β 변태점 이상으로 가열하고, 슬래브 표층으로부터 완냉각함으로써, 슬래브의 압연면의 표층으로부터 10㎜의 평균 Fe 농도를 0.01질량％ 이하로 하는 것이 가능해지고, 열간 압연 후의 표면 성상이 양호한 슬래브를 얻을 수 있는 것이 확인되었다.

본 발명은, 공업용 티탄을 원료로 한 티탄 슬래브의 제조에 이용할 수 있다. 본 발명에 의한 티탄 슬래브를 열간 압연함으로써 결함이 적은 양호한 표면 성상을 갖는 티탄판을 얻을 수 있고, 티탄판을 이용하는 산업에서 널리 이용할 수 있다.

Claims (5)

1. 공업용 순 티탄으로부터 제조되는 열간 압연용 티탄 슬래브이며, 압연면에 해당하는 면의 표층으로부터 두께 방향으로 10㎜까지의 평균 Fe 농도가 0.01질량％ 이하인 것을 특징으로 하는, 열간 압연용 티탄 슬래브.
2. 제1항에 있어서, 상기 열간 압연용 티탄 슬래브의 길이 방향에 수직한 단면 내에 있어서, 그 조직의 구β립이 등축상인 것을 특징으로 하는, 열간 압연용 티탄 슬래브.
3. 도가니를 사용한 용해로에 의해 공업용 순 티탄을 용해하여 티탄 슬래브를 제조하는 방법이며, 공업용 순 티탄을 용해 후 냉각하여 티탄 슬래브를 제조할 때에, 티탄 슬래브의 표면을 β 변태점 이하까지 냉각한 후, β 변태점 이상까지 다시 가열하고, 그 후 슬래브를 완냉각한 것을 특징으로 하는, 열간 압연용 티탄 슬래브 제조 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 도가니를 사용한 용해로가 전자 빔 용해로인 것을 특징으로 하는, 열간 압연용 티탄 슬래브 제조 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 도가니를 사용한 용해로가 플라즈마 아크 용해로인 것을 특징으로 하는, 열간 압연용 티탄 슬래브 제조 방법.