KR101632024B1 - 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서 제안하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법은, 사각기둥 형상의 탄탈륨 빌렛을 냉간가공하는 단계; 및 복수 회 냉간압연을 실시하는 단계를 포함하고, 상기 냉간가공하는 단계는, 상기 탄탈륨 빌렛의 두 면을 서로 가까워지도록 가압하는 업셋단조와 상기 탄탈륨 빌렛을 원래의 형상으로 복원시키는 복귀단조를 상기 탄탈륨 빌렛의 서로 다른 방향에서 복수회 실시하는 제1단조단계; 및 상기 탄탈륨 빌렛의 대각선 방향에 위치하고 서로 평행한 두 모서리를 서로 가까워지도록 가압하는 쐐기단조와 상기 탄탈륨 빌렛을 원래의 형상으로 복원시키는 복귀단조를 상기 탄탈륨 빌렛의 서로 다른 방향에서 복수회 실시하는 제2단조단계를 포함한다.

Description

탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법{MICROSTRUCTURE AND TEXTURE CONTROL METHOD OF TANTALUM}

본 발명은 탄탈륨의 미세조직과 집합조직을 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 탄탈륨의 미세조직을 균일하고 미세한 크기로 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 사용자가 원하는 결정면을 배향시키도록 탄탈륨의 집합조직을 제어하는 방법에 관한 것이다.

금속재료의 미세조직 및 집합조직은 금속의 특성에 큰 영향을 미친다. 금속재료의 미세조직과 집합조직을 제어하기 위한 방법으로 상기 금속재료에 소성 변형을 가하거나, 열처리를 부가하는 방법이 이용될 수 있다. 소성 변형과 열처리를 통하여 금속재료의 조직을 제어하면, 금속재료의 특성은 향상될 수 있다.

탄탈륨은 융점이 2996℃, 밀도가 16.6g/㎝³인 금속이다. 탄탈륨은 높은 전하량과 낮은 저항온도계수, 연성과 내식성 등이 우수한 기계적 특성과 물리적 특징을 갖는다. 우수한 기계적 특성과 물리적 특성으로 인해 탄탈륨은 전기, 전자를 비롯하여 기계, 화공, 의료뿐만 아니라 우주, 군사 등 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 사용되고 있는 금속이다. 특히, 군사 용도 중에 폭발성형관통자 라이너의 재료로 탄탈륨을 적용하는 연구가 진행 중이다. 폭발성형관통자의 관통력을 향상시키기 위해서는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직을 제어하는 것이 필수적인 것으로 알려져 있다.

일반적인 상용금속을 소성 변형시키기 위해 압연, 압출, 인발 등의 방법이 이용된다. 그러나 일반적인 상용금속과 달리 탄탈륨에 이러한 방법들을 단순히 적용하는 것은 매우 불균질한 미세조직과 집합조직의 형성을 초래하게 된다. 탄탈륨 금속의 특장점을 활용하기 위해서는 미세조직과 집합조직의 제어가 필수적인데, 압연, 압출, 인발 등의 방법들을 이용하여 탄탈륨의 미세조직과 집합조직을 제어하는 것에는 한계가 있다.

본 발명은 탄탈륨의 미세조직과 집합조직을 제어하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 탄탈륨이 50㎛ 이하의 결정립도를 갖도록 탄탈륨의 미세조직을 제어하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은, 탄탈륨의 모든 결정면이 거의 동등하게 탄탈륨의 판재면에 평행한 방향으로 배향되도록, 탄탈륨의 결정방향을 무질서한 분포로 제어하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은, {111} 결정면, {100} 결정면 및 {110} 결정면 중 적어도 하나의 결정면이 탄탈륨의 판재면에 평행한 방향으로 우선 배향되도록, 탄탈륨의 집합조직을 선택적으로 제어하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법은, 사각기둥 형상의 탄탈륨 빌렛을 냉간가공하는 단계; 및 복수 회 냉간압연을 실시하는 단계를 포함하고, 상기 냉간가공하는 단계는, 상기 탄탈륨 빌렛의 두 면을 서로 가까워지도록 가압하는 업셋단조와 상기 탄탈륨 빌렛을 원래의 형상으로 복원시키는 복귀단조를 상기 탄탈륨 빌렛의 서로 다른 방향에서 복수회 실시하는 제1단조단계; 및 상기 탄탈륨 빌렛의 대각선 방향에 위치하고 서로 평행한 두 모서리를 서로 가까워지도록 가압하는 쐐기단조와 상기 탄탈륨 빌렛을 원래의 형상으로 복원시키는 복귀단조를 상기 탄탈륨 빌렛의 서로 다른 방향에서 복수회 실시하는 제2단조단계를 포함한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 업셋단조는, 서로 수직인 제1 내지 제3방향을 기준으로 상기 탄탈륨 빌렛의 제1방향 변형을 제한하고, 제2방향 변형률을 설정한 상태에서, 제3방향을 따라 상기 탄탈륨 빌렛의 면을 가압하여 실시될 수 있다.

상기 업셋단조는 제1베이스금형과 제1가압금형에서 실시되고, 상기 제1베이스금형은, 상기 탄탈륨 빌렛의 제1방향 소성 변형을 제한하도록 상기 제1방향을 바라보는 탄탈륨 빌렛의 면들과 맞닿는 변형 제한면들; 및 상기 탄탈륨 빌렛의 변형률을 설정하도록 상기 제2방향을 바라보는 탄탈륨 빌렛의 면들로부터 이격되는 변형률 설정면들을 포함하고, 상기 제1가압금형은 상기 제3방향을 바라보는 탄탈륨 빌렛의 면을 가압하도록 이루어질 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제1단조단계의 복귀단조는, 서로 수직인 제1 내지 제3방향을 기준으로 상기 탄탈륨 빌렛의 제1방향 변형을 제한하고, 제3방향 변형률을 설정한 상태에서, 제2방향을 따라 상기 탄탈륨 빌렛의 면을 가압하여 실시될 수 있다.

상기 제1단조단계의 복귀단조는 제2베이스금형과 제2가압금형에서 실시되고, 상기 제2베이스금형은, 상기 탄탈륨 빌렛의 제1방향 소성 변형을 제한하도록 상기 제1방향을 바라보는 탄탈륨 빌렛의 면들과 맞닿는 변형 제한면들; 상기 탄탈륨 빌렛의 변형률을 설정하도록 상기 제3방향을 바라보는 탄탈륨 빌렛의 면들로부터 이격되는 변형률 설정면들; 및 상기 변형 제한면들 및 상기 변형률 설정면들과 함께 상기 탄탈륨 빌렛을 원래의 형상에 대응되는 수용부를 형성하는 바닥면을 포함하고, 상기 제2가압금형은 상기 제2방향을 바라보는 탄탈륨 빌렛의 일 면을 가압하도록 이루어질 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 쐐기단조는, 상기 탄탈륨 빌렛의 일 방향 변형을 제한하고, 상기 일 방향에 평행한 네 개의 모서리 중 서로 대각선 방향에 위치한 두 모서리를 서로 이격시키는 방향으로 변형률을 설정한 상태에서, 나머지 두 모서리를 서로 가까워지는 방향으로 가압하여 실시될 수 있다.

상기 쐐기단조는 상기 탄탈륨 빌렛을 팔면체로 소성 변형시키도록 서로 이격되는 두 모서리를 각각 면으로 변형시킬 수 있다.

상기 쐐기단조는 제3베이스금형과 제3가압금형에서 실시되고, 상기 제3베이스금형은, 상기 탄탈륨 빌렛의 일 방향 소성 변형을 제한하도록 상기 일 방향을 바라보는 탄탈륨 빌렛의 면들과 맞닿는 변형 제한면들; 상기 탄탈륨 빌렛의 모서리를 지지하도록 이루어지는 제1가압모서리; 상기 탄탈륨 빌렛의 변형률을 설정하도록 상기 제1가압모서리의 양쪽에 대칭적으로 경사지게 형성되는 제1가압경사면들; 및 상기 탄탈륨 빌렛을 팔면체로 변형시키도록 상기 탄탈륨 빌렛으로부터 이격되는 높이면들을 포함하고, 상기 제3가압금형은, 상기 제1가압모서리에 의해 지지되는 모서리의 대각선 방향에 위치하는 모서리를 가압하도록 이루어지는 제2가압모서리; 및 상기 탄탈륨 빌렛의 변형률을 설정하도록 상기 제2가압모서리의 양쪽에 대칭적으로 경사지게 형성되는 제2가압경사면들을 포함할 수 있다.

상기 제1가압경사면들 사이의 각도와 제2가압경사면들 사이의 각도는 각각 100~170°일 수 있다.

상기 제2단조단계의 복귀단조는 상기 탄탈륨 빌렛의 상기 일 방향 변형을 제한하고, 상기 쐐기단조에 의해 서로 가까워진 두 모서리를 다시 서로 멀어지는 방향으로 변형률을 설정한 상태에서, 상기 쐐기단조에 의해 형성된 면을 가압하여 실시될 수 있다.

상기 제2단조단계의 복귀단조는 상기 탄탈륨 빌렛을 육면체로 소성 변형시키도록 다시 서로 멀어지는 각각의 모서리의 양쪽에 위치하는 두 면을 하나의 면으로 변형시킬 수 있다.

상기 제2단조단계의 복귀단조는 제4베이스금형과 제4가압금형에서 실시되며, 상기 제4베이스금형은, 상기 탄탈륨 빌렛의 상기 일 방향 소성 변형을 제한하도록 상기 일 방향을 바라보는 탄탈륨 빌렛의 면들과 맞닿는 변형 제한면들; 상기 탄탈륨 빌렛을 육면체로 변형시키도록 상기 쐐기단조에서 가압되었던 모서리들로부터 이격되는 변형률 설정면들; 및 상기 변형 제한면들 및 상기 변형률 설정면들과 함께 상기 탄탈륨 빌렛을 원래의 형상에 대응되는 수용부를 형성하는 바닥면을 포함하고, 상기 제4가압금형은 상기 쐐기단조에 의해 형성된 면을 가압하도록 이루어질 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 냉간가공하는 단계에서는, 상기 제1단조단계 또는 상기 제2단조단계 이후에 응력 제거 열처리를 실시하고, 상기 응력 제거 열처리는 1분~5시간 동안 800~1400℃에서 실시될 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 복수 회 냉간압연을 실시하는 단계에서는, 상기 탄탈륨 빌렛이 50㎛ 이하의 결정립도를 갖도록 상기 탄탈륨 빌렛에 가해지는 총 압하율이 50~99%로 설정될 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 복수 회 냉간압연을 실시하는 단계는, 압연 방향을 변화시키도록 1차 냉간압연을 실시한 이후부터 매 회 상기 탄탈륨 빌렛을 회전시킨 후 다음 압연을 실시할 수 있다.

상기 복수 회 냉간압연을 실시하는 단계에서 상기 탄탈륨 빌렛의 회전 각도는 매 회마다 서로 동일할 수 있다.

상기 복수 회 냉간압연을 실시하는 단계에서 상기 탄탈륨 빌렛의 매 회 회전 각도는 5~355°의 범위에서 설정될 수 있다.

상기 복수 회 냉간압연을 실시하는 단계는, 상기 탄탈륨 빌렛의 매 회 회전 각도(a°)와 냉간압연 횟수(r)의 곱이 360(°)의 배수(N, N은 자연수)와 일치(a°×r = 360°×N)할 때 목표로 설정된 총 압하율에 도달하도록 이루어질 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법은 상기 냉간가공하는 단계 이후에 1분~5시간 동안 800~1400℃에서 재결정 열처리를 더 실시할 수 있다.

상기 재결정 열처리의 실시에 의해 상기 탄탈륨 빌렛의 결정립도는 100㎛ 이하로 제어되며, 상기 탄탈륨 빌렛의 방위분포함수와 극강도의 발달강도는 3 이하의 집합조직 분포를 갖도록 제어될 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법은 상기 냉간가공하는 단계 이후에 상기 탄탈륨 빌렛에 대하여 두께 감소율 40% 이상으로 일축 냉간단조를 실시하고, 이어서 1분~5시간 동안 800~1400℃에서 선택적 열처리를 더 실시할 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법은 상기 냉간압연을 실시하는 단계 이후에 1분~5시간 동안 800~1400℃에서 재결정 열처리를 더 실시할 수 있다.

상기 탄탈륨 빌렛은 상기 냉간압연의 실시에 의해 판재면을 갖는 탄탈륨 판재로 가공되고, 상기 재결정 열처리의 실시에 의해 상기 탄탈륨 판재의 결정립도는 50㎛ 이하로 제어되고, 상기 탄탈륨 판재의 집합조직은 {111}, {100} 및 {110} 중 적어도 하나의 결정면이 상기 판재면과 평행하게 우선 배향되도록 제어될 수 있다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 탄탈륨의 미세조직과 집합조직을 제어할 수 있다.

또한 본 발명은, 탄탈륨이 50㎛ 이하의 결정립도를 갖도록 탄탈륨의 미세조직을 제어할 수 있다. 더욱 바람직하게는 탄탈륨의 결정립도를 25㎛로 제어할 수 있다.

또한 본 발명은, 탄탈륨의 결정방향을 무질서한 분포로 제어할 수 있다.

또한 본 발명은, 탄탈륨의 {111} 결정면, {100} 결정면, {110} 결정면 중 적어도 하나가 탄탈륨의 판재면에 평행한 방향으로 우선 배향되도록 탄탈륨의 집합조직을 선택적으로 제어할 수 있다.

도 1은 미세조직과 집합조직을 제어하고자 하는 탄탈륨 빌렛의 개념도.
도 2는 미세조직과 집합조직을 제어하기 전 탄탈륨 빌렛의 미세조직 사진.
도 3은 미세조직과 집합조직을 제어하기 전 탄탈륨 빌렛의 집합조직을 보인 극점도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 관련된 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법의 흐름도.
도 5는 도 4의 냉간가공하는 단계를 더욱 상세하게 나타낸 흐름도.
도 6은 업셋단조와 복귀단조를 실시하는 제1단조단계의 과정을 보인 개념도.
도 7은 쐐기단조와 복귀단조를 실시하는 제2단조단계의 과정을 보인 개념도.
도 8a 및 도 8b는 업셋단조를 실시하는 제1지그와 상기 제1지그에 의해 소성 가공되는 탄탈륨 빌렛을 도시한 개념도들.
도 9a 및 도 9b는 업셋단조 후에 복귀단조를 실시하는 제2지그와 상기 제2지그에 의해 원래의 형상으로 복원되는 탄탈륨 빌렛을 도시한 개념도들.
도 10a 및 도 10b는 쐐기단조를 실시하는 제3지그와 상기 제3지그에 의해 소성 가공되는 탄탈륨 빌렛을 도시한 개념도들.
도 11a 및 도 11b는 쐐기단조 후에 복귀단조를 실시하는 제4지그와 상기 제4지그에 의해 원래의 형상으로 복원되는 탄탈륨 빌렛을 도시한 개념도들.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 관련된 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법의 흐름도.
도 13은 냉간가공하는 단계와 1차 재결정 열처리하는 단계 후 탄탈륨의 미세조직 사진.
도 14는 냉간가공하는 단계와 1차 재결정 열처리하는 단계 후 탄탈륨의 집합조직을 보인 극점도.
도 15는 제1실시예 내지 제4실시예의 공정이 완료된 후 탄탈륨의 미세조직을 각 실시예별로 보인 사진.
도 16은 제1 내지 제4실시예의 공정이 완료된 후 탄탈륨의 집합조직을 각 실시예별로 보인 극점도.
도 17은 제1 내지 제4실시예의 공정이 완료된 후 탄탈륨의 집합조직을 각 실시예별로 보인 역극점도.

이하, 본 발명에 관련된 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1은 미세조직과 집합조직을 제어하고자 하는 탄탈륨 빌렛(10)의 개념도다.

탄탈륨은 단조 등의 소성 가공을 통해 사각기둥 형상의 빌렛으로 준비된다. 사각기둥이란 밑면이 사각형인 각기둥을 의미한다. 사각기둥의 밑면이 되는 사각형은 사다리꼴, 평행사변형, 마름모, 직사각형, 정사각형을 포함한다. 밑면에 따라 사각기둥의 형상이 달라질 수 있다. 본 발명에서 사각기둥 형상의 탄탈륨 빌렛(10)을 어느 하나의 형상으로 제한하는 것은 아니지만, 탄탈륨 빌렛(10)은 직육면체나 정육면체로 형성되는 것이 바람직하다.

탄탈륨 빌렛(10)은 가로, 세로 및 높이를 갖는다. 탄탈륨 빌렛의 가로, 세로 및 높이는 실질적으로 서로 수직이다.

탄탈륨 빌렛은 서로 수직인 제1방향, 제2방향 및 제3방향을 기준으로 설명할 수 있다. 도 1에 제1방향은 X, 제2방향은 Y, 제3방향은 Z로 표시하였다. 탄탈륨의 가로, 세로 및 높이는 각각 제1방향(X), 제2방향 및 제3방향(Z)에 대응된다.

탄탈륨 빌렛은 제1방향(X)을 바라보는 두 면(11), 제2방향(Y)을 바라보는 두 면(12) 및 제3방향(Z)을 바라보는 두 면(13)을 갖는다. 탄탈륨 빌렛은 총 6개의 면을 가지므로 육면체로 구분될 수 있다.

탄탈륨 빌렛은 제1방향(X)에 평행한 네 모서리(15), 제2방향(Y)에 평행한 네 모서리(16) 및 제3방향(Z)에 평행한 네 모서리(17)를 갖는다. 제1방향(X)의 모서리들(15)은 실질적으로 서로 평행하고, 제2방향(Y)의 모서리들(16)도 실질적으로 서로 평행하며, 제3방향(Z)의 모서리들(17)도 실질적으로 서로 평행하다. 탄탈륨 빌렛은 총 12개의 모서리를 갖는다.

도 2는 미세조직과 집합조직을 제어하기 전 탄탈륨 빌렛의 미세조직 사진이다.

미세조직과 집합조직을 제어하기 전의 탄탈륨 빌렛은 조대한 결정립도를 갖는다. 도 2를 참조하면, 미세조직 사진의 척도가 200㎛로 표시되어 있다. 미세조직과 집합조직을 제어하기 전의 탄탈륨 빌렛은 200㎛보다 큰 결정립도를 갖는다.

탄탈륨의 미세조직은 탄탈륨의 품질에 영향을 미친다. 예를 들어 폭발성형관통자의 관통력은 라이너를 구성하는 탄탈륨의 미세조직에 따라 달라질 수 있다. 조대한 탄탈륨의 결정립도는 폭발성형관통자의 관통력을 저하시킨다.

본 발명에서 획득하고자 하는 탄탈륨의 결정립도는 50㎛ 이하이다. 더욱 바람직하게 본 발명에서 획득하고자 하는 탄탈륨의 결정립도는 25㎛ 이하이다.

도 3은 미세조직과 집합조직을 제어하기 전 탄탈륨 빌렛의 집합조직을 보인 극점도다.

S는 탄탈륨 빌렛에서 극점도를 측정한 위치를 나타낸다. 탄탈륨 빌렛의 중심은 S=0으로 표시될 수 있다. S=1은 탄탈륨 빌렛의 최상부를 나타내고, S=-1은 탄탈륨 빌렛의 최하부를 나타낸다.

극점도의 오른쪽에 표시된 Levels의 수는 집합조직의 배향된 정도를 나타내는 극강도 값이다. 극강도 값이 1이면 집합조직이 발달하지 않은 랜덤조직이라는 것을 의미하고, 극강도 값이 클수록 강한 집합조직이 발달하였다는 것을 의미한다.

각 극점도의 오른쪽 위에 표시된 110, 200, 211의 숫자는 탄탈륨 빌렛의 결정면을 의미하며, 각각 {110} 결정면, {200} 결정면, {211} 결정면의 극점도임을 표시하는 것이다.

도 3을 참조하면, 탄탈륨 빌렛의 위치에 다라 최상부 표면(S=1)과 탄탈륨 빌렛의 최하부 표면(S=-1)에서 발달하는 결정방위가 서로 다르며, 매우 강하게 발달하고 있음을 확인할 수 있다. 이로부터 미세조직과 집합조직을 제어하기 전의 탄탈륨 빌렛은 위치별로 특정 방향의 결정면이 발달하였다는 것을 알 수 있다. 또한, 탄탈륨 빌렛은 불균질한 집합조직을 갖는다는 것을 알 수 있다.

탄탈륨의 집합조직은 탄탈륨의 품질에 영향을 미친다. 예를 들어 폭발성형관통자의 관통력은 라이너를 구성하는 탄탈륨의 집합조직에 따라 달라질 수 있다. 탄탈륨의 불균질한 집합조직은 폭발성형관통자의 관통력을 저하시킨다. 또한 폭발성형관통자의 비행안정성은 라이너를 구성하는 탄탈륨의 집합조직에 따라 달라질 수 있다. 탄탈륨의 불균질한 집합조직은 폭발성형관통자의 비행안정성을 저하시킨다.

본 발명은 탄탈륨의 미세조직과 집합조직을 제어하여 조대한 결정립도를 미세하게 만들고, 불균질한 집합조직을 균질하게 만들도록 이루어진다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 관련된 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법의 흐름도다.

탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법은 크게 2단계로 이루어진다. 첫 단계는 탄탈륨 빌렛을 냉간가공하는 단계(S100)다. 두 번째 단계는 탄탈륨 빌렛에 대하여서 냉간압연을 복수 회 실시하는 단계(S400)다.

탄탈륨 빌렛을 냉간가공하는 단계(S100)는 탄탈륨의 초기 조직을 균질화하기 위한 것이다. 초기 조직이란 미세조직과 집합조직이 제어되기 전의 상태를 가리킨다. 앞서 도 2와 도 3에서 확인한 바와 같이, 미세조직과 집합조직을 제어하기 전의 탄탈륨은 조대한 결정립도와 불균질한 집합조직을 갖는다. 탄탈륨의 미세조직과 집합조직을 제어하기 위해서는 우선 초기 조직을 균질화해야 한다.

탄탈륨은 도 1에서 설명한 바와 같이 사각기둥 형상의 빌렛으로 준비된다. 탄탈륨 빌렛을 냉간가공하는 단계(S100)에서는 사각기둥 형상의 탄탈륨 빌렛을 소성 가공한다. 냉간이란 상온에서 공정이 이루어지는 것을 의미한다. 사각기둥 형상으로 준비된 탄탈륨 빌렛을 냉간가공하는 구체적인 방법은 도 5 내지 도 7에 기재되어 있으므로, 냉간가공하는 단계(S100)의 구체적인 방법에 대하여는 도 5 내지 도 7을 참조하여 후술한다.

탄탈륨 빌렛을 냉간가공 하면 탄탈륨의 초기 조직을 균질화 할 수 있다. 초기 조직을 균질화 하고 나면, 탄탈륨 빌렛에 대하여 냉간압연을 복수 회 실시한다(S400).

압연이란 회전하는 두 롤 사이로 탄탈륨 빌렛을 통과시켜 판재의 형상으로 가공하는 것을 의미한다. 냉간압연의 압연 방향은 일정하게 설정되어 실시될 수 있다. 이와 달리 냉간압연은 압연 방향을 변화시키면서 실시될 수 있다.

압연 방향을 변화시키는 경우의 냉간압연은, 1차 압연 이후부터 매회 냉간압연을 실시하기 전에 탄탈륨 빌렛을 회전시킨 후 다음 압연을 실시할 수 있다. 탄탈륨 빌렛의 회전 방향은 시계방향 또는 반시계방향으로 설정된다. 탄탈륨 빌렛은 매 회 설정된 회전 방향으로만 회전된다.

탄탈륨 빌렛의 회전 각도는 매 회마다 서로 동일하게 설정된다. 예를 들어 탄탈륨 빌렛의 매 회 회전 각도는 5~355°의 범위에서 설정될 수 있다. 탄탈륨 빌렛의 냉간압연 횟수는 (1) 탄탈륨 빌렛의 매 회 회전 각도와 (2) 냉간압연의 목표로 설정된 총 압하율에 따라 결정된다.

설명을 위해 탄탈륨 빌렛의 매 회 회전 각도를 a(°)라 하고, 냉간압연 횟수를 r이라 한다. 탄탈륨 빌렛의 냉간압연은 a°×r의 값이 360(°)의 배수(N, N은 자연수)와 일치(a°×r = 360°×N)할 때 목표로 설정된 총 압하율에 도달하도록 이루어진다.

예를 들어 다른 예를 들어 탄탈륨 빌렛의 매회 회전 각도가 90°로 설정되면, 90°×r의 값이 360(°)의 배수(N)와 일치하게 되는 냉간압연 회수(r)는 4의 배수(4, 8, 12....)로 결정될 수 있다. 따라서 이 경우 냉간압연을 실시하는 단계는, 탄탈륨 빌렛을 매회 90° 회전시키면서 4회(또는 8회, 12회...) 압연하였을 때 목표로 설정된 총 압하율에 도달하도록 이루어질 수 있다. 이를테면 냉간압연을 실시하는 단계는, 1차 압연을 실시하고, 탄탈륨 빌렛을 90°회전(원점을 기준으로 90°)시킨 후 2차 압연을 실시하고, 탄탈륨 빌렛을 다시 90° 추가 회전(원점을 기준으로 180°)시킨 후 3차 압연을 실시하고, 탄탈륨 빌렛을 또 다시 90° 추가 회전(원점을 기준으로 270°)시킨 후 4차 압연을 실시하여 총 압하율에 도달하도록 이루어질 수 있다. 270°에서 원점으로 돌아왔을 때에는 압연을 실시하지 않는다. 그 이유는 각 방향에 대하여 균일하게 압연을 실시하기 위해서이다.

다른 예를 들어 탄탈륨 빌렛의 매회 회전 각도가 60°로 설정되면, 60°×r의 값이 360(°)의 배수(N)와 일치하게 되는 냉간압연 회수(r)는 6의 배수(6, 12, 18....)로 결정될 수 있다. 따라서 이 경우 냉간압연을 실시하는 단계는 탄탈륨 빌렛을 매회 60° 회전시키면서 6회(또는 12회, 18회...) 압연하였을 때 목표로 설정된 총 압하율에 도달하도록 이루어질 수 있다.

냉간압연을 복수 회 실시하는 단계(S400)에서 탄탈륨 빌렛의 목표 결정립도는 50㎛ 이하로 설정된다. 목표 결정립도에 도달하기 위해 탄탈륨 빌렛에 가해지는 총 압하율은 50% 이상으로 설정될 수 있으며, 엄격하게는 60~99%로 설정될 수 있다. 탄탈륨 빌렛의 결정립도를 50㎛로 만들기 위해 냉간압연을 실시하는 단계의 총 압하율은 70% 이상으로 제어되는 것이 바람직하다. 탄탈륨 빌렛의 매회 회전 각도는 총 압하율과 냉간압연 횟수(r)를 고려하여 60~90°의 범위에서 결정되는 것이 바람직하다.

이하에서는 냉간가공하는 단계(S100)에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 5는 도 4의 냉간가공하는 단계(S100)를 더욱 상세하게 나타낸 흐름도다. 도 6은 업셋단조와 복귀단조를 실시하는 제1단조단계(S110)의 과정을 보인 개념도다. 도 7은 쐐기단조와 복귀단조를 실시하는 제2단조단계(S120)의 과정을 보인 개념도다.

먼저 도 5를 참조하면, 탄탈륨 빌렛을 냉간가공하는 단계(S100)는 제1단조단계(S110)와 제2단조단계(S120)를 포함한다.

제1단조단계(S110)에서는 서로 다른 방향에 대하여 업셋단조와 복귀단조를 실시한다. 서로 다른 방향이란, 예를 들어 서로 수직인 제1 내지 제3방향일 수 있다. 구체적으로 제1단조단계(S110)는, 제1방향으로 1차 업셋단조를 실시하고 1차 복귀단조를 실시하는 단계(S111), 제2방향으로 2차 업셋단조를 실시하고 2차 복귀단조를 실시하는 단계(S112), 제3방향으로 3차 업셋단조를 실시하고 3차 복귀단조를 실시하는 단계(S113)를 포함한다.

업셋단조란 탄탈륨 빌렛의 두 면을 서로 가까워지도록 가압하는 단조를 의미한다. 복귀단조란 탄탈륨 빌렛을 업셋단조 전의 형상으로 복원시키는 단조를 의미한다. 업셋단조와 복귀단조를 실시하는 방향의 순서는 임의적이다.

제2단조단계(S120)에서는 탄탈륨 빌렛의 서로 다른 방향에 대하여 쐐기단조와 복귀단조를 실시한다. 구체적으로 제2단조단계(S120)는, 어느 한 방향의 모서리들을 가압하여 1차 쐐기단조를 실시하고 1차 복귀단조를 실시하는 단계(S121), 1차 쐐기 단조와 다른 방향의 모서리들을 가압하여 2차 쐐기단조를 실시하고 2차 복귀단조를 실시하는 단계(S122), 1차 및 2차 쐐기단조와 다른 방향의 모서리들을 가압하여 쐐기단조를 실시하고 복귀단조를 실시하는 단계(S123)를 포함한다.

쐐기단조란 탄탈륨 빌렛의 서로 평행한 두 모서리를 서로 가까워지도록 가압하는 단조를 의미한다. 복귀단조란 탄탈륨 빌렛을 쐐기단조 전의 형상으로 복원시키는 단조를 의미한다. 쐐기단조와 복귀단조를 실시하는 방향의 순서는 임의적이다.

제1단조단계(S110)와 제2단조단계(S120)는 탄탈륨 빌렛이 목표로 하는 총 변형률에 도달할 때까지 반복될 수 있다. 총 변형률이란 제1단조단계(S110)와 제2단조단계(S120)를 모두 완료하였을 때 탄탈륨 빌렛의 변형률에 인가된 변형률의 총합을 의미한다.

각각의 단조단계(S110)(S120)에서 탄탈륨 빌렛의 변형률은 탄탈륨의 연신율을 고려하여 결정된다. 40~55%의 고연신율을 갖는 탄탈륨의 경우 가압 변형축방향 변형률은 10~70%로 설정될 수 있으며, 엄격하게는 20~50%로 설정되는 것이 바람직하다. 가압 변형축방향 변형률이란 1회의 단조를 통해 탄탈륨 빌렛에 가해지는 변형률을 의미한다. 가압 변형축방향 변형률이 20%보다 낮으면, 탄탈륨 빌렛의 내부까지 충분한 변형이 이루어지지 않을 수 있다. 반대로 가압 변형축방향 변형률이 50%보다 높으면 탄탈륨 빌렛에 파단이 발생할 수 있다. 총 변형률은 파단이 발생하지 않는 한 가급적 높게 설정되는 것이 바람직하다.

제1단조단계(S110) 또는 제2단조단계(S120) 이후에 응력 제거 열처리를 실시할 수 있다. 응력 제거 열처리는 탄탈륨 빌렛의 연신율을 고려하여 균열이나 찢어짐의 발생을 방지하기 위한 것이다.

제1단조단계(S110)와 제2단조단계(S120)를 반복적으로 실시하는 경우, 응력 제거 열처리도 여러 번 실시될 수 있다. 예를 들어, 제1단조단계(S110) 후 응력 제거 열처리를 실시하고, 제2단조단계(S120) 후 응력 제거 열처리를 실시하는 과정을 반복할 수 있다. 또는 제1단조단계(S110) 후에는 응력 제거 열처리를 실시하지 않고 제2단조단계(S120) 후에만 응력제거 열처리를 실시하는 과정을 반복할 수도 있다.

도 6에는 업셋단조와 복귀단조를 실시하는 제1단조단계(S110)의 과정이 도시되어 있다.

업셋단조(S111a, S112a, S113a)는 서로 수직인 제1방향 내지 제3방향(X 내지 Z) 중 어느 한 방향(예를 들어 제1방향)에 대하여 탄탈륨 빌렛의 변형을 제한하고, 다른 한 방향(예를 들어 제2방향)에 대하여 탄탈륨 빌렛의 변형률(또는 변형량)을 설정한 상태에서, 나머지 한 방향(예를 들어 제3방향)을 따라 탄탈륨 빌렛의 면을 가압하여 실시된다. 변형이 제한되는 방향, 변형률(또는 변형량)이 설정되는 방향, 가압되는 방향의 순서는 임의로 선택될 수 있다.

도 6을 참조하면, 1차 업셋단조(S111a)는 제1방향(X)에 대하여 탄탈륨 빌렛의 변형을 제한하고, 제2방향(Y)에 대하여 변형률(또는 변형량)을 설정한 상태에서, 제3방향(Z)을 따라 탄탈륨 빌렛의 면을 가압(F)하여 실시된다. 탄탈륨 빌렛은 1차 업셋단조(S111a)에 의해 제1방향으로 변화가 없고, 제2방향으로 미리 설정된 변형률(또는 변형량)만큼 돌출되며, 제3방향으로는 압축된다.

정육면체이던 탄탈륨 빌렛은 1차 업셋단조(S111a)에 의해 직육면체로 소성 변형된다. 1차 업셋단조(S111a)가 완료되면, 1차 복귀단조(S111b)가 이어진다.

복귀단조(S111b, S112b, S113b)는 서로 수직인 제1방향 내지 제3방향(X 내지 Z) 중 어느 한 방향(예를 들어 제1방향)에 대하여 탄탈륨 빌렛의 변형을 제한하고, 다른 한 방향(예를 들어 제2방향)에 대하여 탄탈륨 빌렛의 변형률(또는 변형량)을 설정한 상태에서, 나머지 한 방향(예를 들어 제3방향)을 따라 탄탈륨 빌렛의 면을 가압하여 실시된다.

복귀단조(S111b, S112b, S113b)에서 변형률(또는 변형량)은 탄탈륨 빌렛이 원래의 형상과 동일한 형상으로 복원되는 값으로 설정된다. 탄탈륨 빌렛이 가압되는 방향은 업셋단조 단계에서 돌출된 방향이다. 예를 들어, 업셋단조(S111a, S112a, S113a) 단계에서 탄탈륨 빌렛이 제3방향으로 돌출되었으면, 복귀단조(S111b, S112b, S113b)에서는 제3방향을 바라보는 탄탈륨 빌렛의 면을 가압한다.

도 6을 참조하면, 1차 복귀단조(S111b)는 제1방향(X)에 대하여 탄탈륨 빌렛의 변형을 제한하고, 제3방향(Z)에 대하여 변형률(또는 변형량)을 설정한 상태에서, 제2방향(Y)을 따라 탄탈륨 빌렛의 면을 가압(F)하여 실시된다. 탄탈륨 빌렛은 제1방향(X)으로는 변화가 없고, 제3방향(Z)으로는 미리 설정된 변형률(또는 변형량)만큼 돌출되며, 제2방향(Y)으로는 압축된다.

도 6에서 1차 복귀단조(S111b)는 1차 업셋단조(S111a)를 완료한 탄탈륨 빌렛을 90°회전시킨 상태에서 실시되었다. 따라서 1차 복귀단조(S111b)에서 가압되는 면은 1차 업셋단조(S111a)에서 돌출되었던 면에 해당한다.

복귀단조에서 변형률(또는 변형량)은 탄탈륨 빌렛이 원래의 형상과 동일한 형상으로 복원되는 값으로 설정된다. 탄탈륨 빌렛은 1차 복귀단조(S111b)에 의해 원래의 형상으로 복원된다. 원래의 형상이란 1차 업셋단조(S111a) 전의 형상을 의미한다.

1차 업셋단조(S111a)와 1차 복귀단조(S111b)가 완료되면, 2차 업셋단조(S112a)와 2차 복귀단조(S112b)가 이어진다. 그리고, 2차 업셋단조(S112a)와 2차 복귀단조(S113b)가 완료되면, 3차 업셋단조(S113a)와 3차 복귀단조(S113b)가 이어진다.

2차 업셋단조(S112a)와 3차 업셋단조(S113a)는 방향만 다를 뿐 실질적으로 1차 업셋단조(S111a)와 동일하게 이루어진다. 마찬가지로 2차 복귀단조(S112b)와 3차 복귀단조(S113b)는 방향만 다를 뿐 실질적으로 1차 복귀단조(S111b)와 동일하게 이루어진다.

제1 내지 제3방향으로 업셋단조(S111a, S112a, S113a)와 복귀단조(S111b, S112b, S113b)를 실시함에 따라, 탄탈륨 빌렛의 내부에는 주로 대각선 방향의 균일한 소성 변형이 가해지게 된다.

제1 내지 제3방향으로의 업셋단조(S111a, S112a, S113a) 및 복귀단조(S111b, S112b, S113b)만으로는 탄탈륨 빌렛의 대각선 방향으로만 주로 변형이 가해지고, 탄탈륨 빌렛의 각 면과 수직 또는 수평의 방향으로는 거의 소성 변형이 가해지지 않는다. 따라서 탄탈륨 빌렛의 각 면과 수직 또는 수평 방향으로 변형을 부가하기 위해 쐐기단조 및 복귀단조를 수행하게 된다.

도 7에는 쐐기단조와 복귀단조를 실시하는 제2단조단계(S120)의 과정이 도시되어 있다.

쐐기단조(S121a, S122a, S123a)는 어느 한 방향에 대하여 탄탈륨 빌렛의 변형을 제한하고, 변형이 제한된 방향에 평행한 네 개의 대각선 중 서로 대각선 방향에 위치한 두 모서리를 이격시키는 방향으로 변형률을 설정한 상태에서, 나머지 두 모서리를 서로 가까워지는 방향으로 가압하여 실시된다. 대각선 방향에 위치하는 두 모서리는 서로 이웃하지 않는 두 모서리를 의미한다. 나머지 두 모서리도 대각선 방향에 위치한다.

사각기둥 형상의 탄탈륨 빌렛에는 서로 평행한 모서리가 네 개다. 따라서 서로 대각선 방향에 위치하는 두 모서리가 가압되면, 가압되는 두 모서리는 서로 가까워지고, 가압되지 않는 나머지 두 모서리는 서로 멀어지게 된다. 쐐기단조는, 탄탈륨 빌렛을 팔면체로 소성 변형시키도록 서로 이격되는 두 모서리를 면으로 소성 변형시킨다. 이에 따라 탄탈륨 빌렛은 모서리의 양쪽에 두 면이 위치한 육면체의 형상에서 면의 양쪽에 두 면이 위치한 팔면체의 형상으로 가공된다.

서로 가까워지는 방향으로 가압되는 각 모서리의 양쪽에는 두 면이 위치하고 있다. 쐐기단조를 실시하기 전에 두 면이 이루는 각은 실질적으로 90°다. 이 각은 쐐기단조에 의해 둔각으로 변한다. 쐐기단조에 의해 변하는 둔각의 범위는 약 100~170°로 설정될 수 있다. 둔각이 100°보다 작으면 탄탈륨 빌렛에 가해지는 변형률이 지나치게 작고, 170°보다 크면 모서리를 면으로 누르는 것과 마찬가지이므로 실질적인 쐐기단조가 이루어지기 어렵다.

1차 쐐기단조(S121a)는, 탄탈륨 빌렛의 제1방향(X) 변형을 제한하고, 상기 제1방향(X)에 평행한 네 개의 모서리 중 대각선 방향에 위치하는 두 모서리를 서로 이격시키는 방향으로 변형률을 설정한 상태에서, 나머지 두 모서리를 서로 가까워지는 방향으로 가압하여 실시될 수 있다. 이와 같이 1차 쐐기단조(S121a)를 실시하면 상기 탄탈륨 빌렛이 상기 제1방향(X)으로는 변화가 없으나, 가압되는 두 모서리는 서로 가까워지며, 서로 멀어지는 두 모서리는 각각 면으로 소성 변형된다. 육면체의 탄탈륨 빌렛에 두 면이 추가로 형성됨에 따라, 탄탈륨 빌렛은 팔면체로 변형된다.

복귀단조(S121b, S122b, S123b)는 쐐기단조(S121a, S122a, S123a)에서 변형이 제한된 방향과 동일한 방향에 대하여 탄탈륨 빌렛의 변형을 제한하고, 쐐기단조(S121a, S122a, S123a)에 의해 서로 가까워진 두 모서리를 다시 서로 멀어지는 방향으로 변형률(또는 변형량)을 설정한 상태에서, 쐐기단조(S121a, S122a, S123a)에 의해 형성된 두 면을 가압하여 실시된다. 변형률(또는 변형량)은 탄탈륨 빌렛이 쐐기단조 전의 원래의 형상과 동일한 형상으로 복원되는 값으로 설정된다.

복귀단조(S121b, S122b, S123b)는 쐐기단조(S121a, S122a, S123a)에 의해 서로 가까워진 두 모서리를 다시 서로 멀어지는 방향으로 이격시키면서, 서로 멀어지는 각각의 모서리의 양쪽에 위치하는 두 면을 하나의 면으로 소성 변형시킨다. 이에 따라 복귀단조(S121b, S122b, S123b)는 탄탈륨 빌렛을 팔면체에서 육면체로 소성 변형시킨다.

예를 들어, 도 7의 1차 복귀단조(S121b)에서 서로 멀어지는 두 모서리는 팔면체의 가장 위에 위치하는 모서리(15a)와 팔면체의 가장 아래에 위치하는 모서리(15b)다. 설명을 위해 팔면체의 가장 위에 위치하는 모서리(15a)를 임의적으로 제1모서리(15a)라고 명명하고 팔면체의 가장 아래에 위치하는 모서리(15b)를 임의적으로 제2모서리(15b)라고 명명할 수 있다. 제1모서리(15a)의 양쪽에는 두 개의 면이 있으며, 제2모서리(15b)의 양쪽에도 두 개의 면이 있다. 1차 복귀단조(S121b)에 의해 제1모서리(15a)의 양쪽에 위치하는 두 개의 면이 하나의 면으로 변형되고, 제2모서리(15b)의 양쪽에 위치하는 두 개의 면도 하나의 면으로 변형된다. 1차 복귀단조(S121b)에 의해 탄탈륨 빌렛은 팔면체에서 육면체로 되돌아 온다.

1차 복귀단조(S121b)는 탄탈륨 빌렛의 제1방향(X) 변형을 제한하고, 1차 쐐기단조에 의해 서로 가까워진 두 모서리를 다시 서로 멀어지는 방향으로 변형률을 설정한 상태에서, 1차 쐐기단조(S121a)에 의해 형성된 두 면을 서로 가까워지는 방향으로 가압하여 실시된다. 탄탈륨 빌렛은 1차 복귀단조(S121b)에 의해 원래의 형상으로 복원된다. 원래의 형상이란 1차 쐐기단조(S121a) 전의 형상을 의미한다.

1차 쐐기단조(S121a)와 1차 복귀단조(S121b)가 완료되면, 2차 쐐기단조(S122a)와 2차 쐐기단조(S122b)가 이어진다. 그리고, 2차 쐐기단조(S122a)와 2차 복귀단조(S123b)가 완료되면, 3차 쐐기단조(S113a)와 3차 복귀단조(S123b)가 이어진다.

2차 쐐기단조(S122a)와 3차 쐐기단조(S123a)는 방향만 다를 뿐 실질적으로 1차 쐐기단조(S121a)와 동일하게 이루어진다. 마찬가지로 2차 복귀단조(S122b)와 3차 복귀단조(S123b)는 방향만 다를 뿐 실질적으로 1차 복귀단조(S121b)와 동일하게 이루어진다.

도 7에서 2차 쐐기단조(S122a)와 3차 쐐기단조(S123a)에서 탄탈륨 빌렛의 변형을 제한방향은 1차 쐐기단조(S121a)와 구별되도록 각각 Y', Z'으로 정의하였다. Y, Z 방향으로 표시하지 않고 Y', Z'로 표시한 것은, 1차 쐐기단조(S121a)와 1차 복귀단조(S121b)에 의해 탄탈륨 빌렛의 방향이 변형되었기 때문이다.

1차 내지 3차 쐐기단조(S121a, S122a, S123a)와 1차 내지 3차 복귀단조(S121b, S122b, S123b)를 실시함에 따라, 탄탈륨 빌렛의 내부에는 주로 대각선 방향의 균일한 소성 변형이 가해지게 된다. 쐐기단조(S121a, S122a, S123a)와 복귀단조(S121b, S122b, S123b)를 서로 다른 방향에 대하여 반복하기 때문에 탄탈륨 빌렛은 초기의 사각기둥 형상을 유지하며, 탄탈륨 빌렛의 각 면과 수직인 방향 또는 수평인 방향으로 균일하게 소성 변형이 가해진다.

제1단조단계(S110) 및 제2단조단계(S120)를 실시함에 따라, 탄탈륨 빌렛의 형상은 초기의 사각기둥 형상으로 유지된다. 그리고 탄탈륨 빌렛의 내부에는 대각선 방향, 면에 수직 또는 수평인 방향으로 균일하게 소성 변형이 가해지게 된다. 이러한 소성 변형으로 인해, 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직을 균일하게 제어할 수 있다.

도 8a와 도 8b는 업셋단조를 실시하는 제1지그(100)와 상기 제1지그에 의해 소성 가공되는 탄탈륨 빌렛(10)을 도시한 개념도다. 도 8a는 탄탈륨 빌렛(10)을 가압하기 전의 상태를 도시한 것이다. 도 8b는 탄탈륨 빌렛(10)을 가압한 후의 상태를 도시한 것이다.

업셋단조는 제1지그(100)를 이용하여 실시될 수 있다. 제1지그(100)는 제1베이스금형(110)과 제1가압금형(120)을 포함한다. 설명의 편의를 위해 서로 수직인 제1 내지 제3방향(X, Y, Z)을 기준으로 설정한다. 탄탈륨 빌렛(10)의 제1방향 면은 제1방향(X)을 바라보는 면을 의미하고, 제2방향 면은 제2방향(Y)을 바라보는 면을 의미하며, 제3방향 면은 제3방향(Z)을 바라보는 면을 의미한다. 탄탈륨 빌렛(10)의 제1방향 모서리는 제1방향(X)과 평행한 모서리를 의미하고, 제2방향 모서리는 제2방향(Y)과 평행한 모서리를 의미하며, 제3방향 모서리는 제3방향(Z)과 평행한 모서리를 의미한다.

제1베이스금형(110)은 탄탈륨 빌렛(10)을 수용하도록 이루어진다. 제1베이스금형(110)은 바닥면(118), 변형 제한면들(111a, 111b) 및 변형률 설정면들(113a, 113b)을 포함한다. 바닥면(118), 변형 제한면들(111a, 111b) 및 변형률 설정면들(113a, 113b)은 탄탈륨 빌렛(10)을 수용하는 공간(119, 수용부)을 형성한다. 변형 제한면들(111a, 111b)과 변형률 설정면들(113a, 113b)은 실질적으로 탄탈륨 빌렛(10)을 수용하는 공간의 높이면을 형성한다. 탄탈륨 빌렛(10)은, 바닥면(118), 변형 제한면들(111a, 111b) 및 변형률 설정면들(113a, 113b)에 의해 형성되는 공간(119, 수용부)에 수용된다.

바닥면(118)은 제1베이스금형(110)에 수용된 탄탈륨 빌렛(10)을 지지한다. 바닥면(118)의 면적은 변형 제한면들(111a, 111b)과 변형률 설정면들(113a, 113b)에 의해 결정될 수 있다. 제1가압금형(120)에 의해 탄탈륨 빌렛(10)이 가압될 때, 바닥면(118)은 탄탈륨 빌렛(10)을 기준으로 상기 제1가압금형(120)의 반대쪽에서 탄탈륨 빌렛(10)을 가압한다.

변형 제한면들(111a, 111b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 제1방향(X) 소성 변형을 제한하도록 탄탈륨 빌렛(10)의 제1방향(X) 면들과 맞닿는다. 사각기둥 형상의 탄탈륨 빌렛(10)은 두 개의 제1방향 면을 갖는다. 이에 대응하여 제1베이스금형(110)도 두 개의 변형 제한면(111a, 111b)을 갖는다. 변형 제한면들(111a, 111b)은 제1베이스금형(110)에 수용된 탄탈륨 빌렛(10)을 기준으로 제1방향(X)을 따라 서로 반대쪽에 위치한다.

변형 제한면들(111a, 111b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 제1방향(X) 면들과 맞닿는다. 따라서 탄탈륨 빌렛(10)에 외력이 가해지더라도 변형 제한면들(111a, 111b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 제1방향(X) 소성 변형을 제한할 수 있다.

변형률 설정면들(113a, 113b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 제2방향(Y) 변형률을 설정하도록 탄탈륨 빌렛(10)의 제2방향 면들로부터 이격된다. 사각기둥 형상의 탄탈륨 빌렛(10)은 두 개의 제2방향 면을 갖는다. 이에 대응하여 제1베이스금형(110)도 두 개의 변형률 설정면(113a, 113b)을 갖는다. 변형률 설정면들(113a, 113b)은 제1베이스금형(110)에 수용된 탄탈륨 빌렛(10)을 기준으로 제2방향(Y)을 따라 서로 반대쪽에 위치한다.

변형률 설정면들(113a, 113b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 제2방향 면들로부터 이격되어 있다. 따라서 탄탈륨 빌렛(10)에 외력이 가해지면, 탄탈륨 빌렛(10)은 제2방향(Y)으로 소성 변형될 수 있다. 외력이 충분하게 가해지면 탄탈륨 빌렛(10)의 제2방향(Y) 소성 변형은 변형률 설정면들(113a, 113b)에 맞닿을 때까지 이루어지므로, 변형률 설정면들(113a, 113b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 변형률(또는 변형량)을 설정할 수 있다. 변형률 설정면들(113a, 113b)은 변형량 설정면들로 명명될 수도 있다.

탄탈륨 빌렛(10)의 변형률(또는 변형량)은 제1베이스금형(110)에 수용된 탄탈륨 빌렛(10)과 변형률 설정면들(113a, 113b) 사이의 거리에 따라 결정될 수 있다. 탄탈륨 빌렛(10)의 변형률이 상대적으로 작게 설정되려면, 변형률 설정면들(113a, 113b)은 상대적으로 탄탈륨 빌렛(10)에 가깝게 배치되어야 한다. 탄탈륨 빌렛(10)의 변형률이 상대적으로 크게 설정되려면 변형률 설정면들(113a, 113b)은 상대적으로 탄탈륨 빌렛(10)으로부터 멀리 배치되어야 한다.

제1가압금형(120)은 탄탈륨 빌렛(10)의 제3방향 면을 가압하도록 이루어진다. 제1가압금형(120)이 탄탈륨 빌렛(10)의 두 제3방향 면 중 하나를 가압하면, 작용 반작용의 법칙에 의해 제1베이스금형(110)의 바닥면(118)도 탄탈륨 빌렛(10)의 다른 제3방향 면을 가압하게 된다.

업셋단조는 제1베이스금형(110)에 탄탈륨 빌렛(10)을 배치시키고 제1가압금형(120)으로 탄탈륨 빌렛(10)을 가압하여 실시된다. 업셋단조의 실시에 의해 탄탈륨 빌렛(10)은 제1방향(X)으로는 변화가 없고, 제2방향(Y)으로는 돌출되며, 제3방향(Z)으로는 압축된다.

탄탈륨 빌렛(10)의 다른 방향들에서 실시되는 업셋단조들은, 제1베이스금형(110)에 탄탈륨 빌렛(10)을 배치시키는 방향들을 달리하여 실시될 수 있다.

도 9a 및 도 9b는 업셋단조 후에 복귀단조를 실시하는 제2지그(200)와 상기 제2지그(200)에 의해 원래의 형상으로 복원되는 탄탈륨 빌렛(10)을 도시한 개념도다. 도 9a는 탄탈륨 빌렛(10)을 가압하기 전의 상태를 도시한 것이다. 도 9b는 탄탈륨 빌렛(10)을 가압한 후의 상태를 도시한 것이다.

업셋단조 후의 복귀단조는 제2지그(200)를 이용하여 실시될 수 있다. 제2지그(200)는 제2베이스금형(210)과 제2가압금형(220)을 포함한다. 설명의 편의를 위해 서로 수직인 제1 내지 제3방향(X, Y, Z)을 기준으로 설정한다. 탄탈륨 빌렛(10)의 제1방향 면은 제1방향(X)을 바라보는 면을 의미하고, 제2방향 면은 제2방향(Y)을 바라보는 면을 의미하며, 제3방향 면은 제3방향(Z)을 바라보는 면을 의미한다. 탄탈륨 빌렛(10)의 제1방향 모서리는 제1방향(X)과 평행한 모서리를 의미하고, 제2방향 모서리는 제2방향(Y)과 평행한 모서리를 의미하며, 제3방향(Z) 모서리는 제3방향과 평행한 모서리를 의미한다.

제2베이스금형(210)은 탄탈륨 빌렛(10)을 수용하도록 형성되는 수용부(219)를 구비한다. 수용부(219)는 탄탈륨 빌렛(10)의 원래의 형상에 대응되는 형상을 갖는다. 원래의 형상이란 탄탈륨 빌렛(10)이 업셋단조되기 전의 형상을 의미한다.

제2베이스금형(210)은 바닥면(218), 변형 제한면들(211a, 211b) 및 변형률 설정면들(213a, 213b)을 포함한다. 바닥면(218), 변형 제한면들(211a, 211b) 및 변형률 설정면들(213a, 213b)은 탄탈륨 빌렛(10)을 수용하는 수용부(219)를 형성한다. 수용부(219)의 형상은 탄탈륨 빌렛(10)의 원래의 형상에 대응된다. 원래의 형상이란 탄탈륨 빌렛(10)이 업셋단조 되기 전의 형상을 의미한다. 변형 제한면들(211a, 211b)과 변형률 설정면들(213a, 213b)은 실질적으로 수용부(219)의 높이면을 형성한다. 탄탈륨 빌렛(10)은, 바닥면(218), 변형 제한면들(211a, 211b) 및 변형률 설정면들(213a, 213b)에 의해 형성되는 수용부(219)에 수용된다.

바닥면(218)은 제2베이스금형(210)에 수용된 탄탈륨 빌렛(10)을 지지한다. 바닥면(218)의 면적은 변형 제한면들(211a, 211b)과 변형률 설정면들(213a, 213b)에 의해 결정될 수 있다. 제2가압금형(220)에 의해 탄탈륨 빌렛(10)이 가압될 때, 바닥면(218)은 탄탈륨 빌렛(10)을 기준으로 상기 제2가압금형(220)의 반대쪽에서 탄탈륨 빌렛(10)을 가압한다.

변형 제한면들(211a, 211b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 제1방향 소성 변형을 제한하도록 탄탈륨 빌렛(10)의 제1방향 면들과 맞닿는다. 사각기둥 형상의 탄탈륨 빌렛(10)은 두 개의 제1방향 면을 갖는다. 이에 대응하여 제2베이스금형(210)도 두 개의 변형 제한면(211a, 211b)을 갖는다. 변형 제한면들(211a, 211b)은 제1베이스금형(210)에 수용된 탄탈륨 빌렛(10)을 기준으로 제1방향(X)을 따라 서로 반대쪽에 위치한다.

변형 제한면들(211a, 211b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 제1방향 면들과 맞닿아 있다. 따라서 탄탈륨 빌렛(10)에 외력이 가해지더라도 변형 제한면들(211a, 211b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 제1방향 소성 변형을 제한할 수 있다.

변형률 설정면들(213a, 213b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 제3방향(Z) 변형률을 설정하도록 탄탈륨 빌렛(10)의 제3방향 면들로부터 이격된다. 사각기둥 형상의 탄탈륨 빌렛(10)은 두 개의 제3방향 면을 갖는다. 이에 대응하여 제1베이스금형(210)도 두 개의 변형률 설정면(213a, 213b)을 갖는다. 변형률 설정면들(213a, 213b)은 제1베이스금형(210)에 수용된 탄탈륨 빌렛(10)을 기준으로 제3방향(Z)을 따라 서로 반대쪽에 배치된다.

변형률 설정면들(213a, 213b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 제3방향 면들로부터 이격되어 있다. 따라서 탄탈륨 빌렛(10)에 외력이 가해지면, 탄탈륨 빌렛(10)은 제3방향(Z)으로 소성 변형될 수 있다. 외력이 충분하게 가해지면 탄탈륨 빌렛(10)의 제3방향(Z) 소성 변형은 변형률 설정면들(213a, 213b)에 맞닿을 때까지 이루어지므로, 변형률 설정면들(213a, 213b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 변형률(또는 변형량)을 설정할 수 있다. 변형률 설정면들(213a, 213b)은 변형량 설정면들로 명명될 수도 있다.

탄탈륨 빌렛(10)의 변형률(또는 변형량)은 제2베이스금형(210)에 수용된 탄탈륨 빌렛(10)과 변형률 설정면들(213a, 213b) 사이의 거리에 따라 결정될 수 있다. 탄탈륨 빌렛(10)의 변형률이 상대적으로 작게 설정되려면, 변형률 설정면들(213a, 213b)은 상대적으로 탄탈륨 빌렛(10)에 가깝게 배치되어야 한다. 탄탈륨 빌렛(10)의 변형률이 상대적으로 크게 설정되려면 변형률 설정면들(213a, 213b)은 상대적으로 탄탈륨 빌렛(10)으로부터 멀리 배치되어야 한다. 탄탄률 빌렛(10)의 변형률(또는 변형률)은 탄탈륨 빌렛(10)을 업셋단조 전의 형상으로 복원시키는 값으로 설정된다.

제2가압금형(220)은 탄탈륨 빌렛(10)의 제2방향 면을 가압하도록 이루어진다. 제2가압금형(220)이 탄탈륨 빌렛(10)의 두 제2방향 면 중 하나를 가압하면, 작용 반작용의 법칙에 의해 제2베이스금형(210)의 바닥면(218)도 탄탈륨 빌렛(10)의 다른 제2방향 면을 가압하게 된다.

업셋단조 후의 복귀단조는 제2베이스금형(210)에 탄탈륨 빌렛(10)을 배치시키고 제2가압금형(220)으로 탄탈륨 빌렛(10)을 가압하여 실시된다. 복귀단조의 실시에 의해 탄탈륨 빌렛(10)은 제1방향(X)으로는 변화가 없고, 제2방향(Y)으로는 압축되며, 제3방향(Z)으로는 돌출되어 업셋단조 전의 형상으로 복원된다.

탄탈륨 빌렛(10)의 다른 방향들에서 실시되는 복귀단조들은, 제2베이스금형(210)에 탄탈륨 빌렛(10)을 배치시키는 방향들을 달리하여 실시될 수 있다.

도 10a 및 도 10b는 쐐기단조를 실시하는 제3지그(300)와 상기 제3지그(300)에 의해 소성 가공되는 탄탈륨 빌렛(10)을 도시한 개념도다. 도 10a는 탄탈륨 빌렛(10)을 가압하기 전의 상태를 도시한 것이다. 도 10b는 탄탈륨 빌렛(10)을 가압한 후의 상태를 도시한 것이다.

쐐기단조는 제3지그(300)를 이용하여 실시될 수 있다. 제3지그(300)는 제3베이스금형(310)과 제3가압금형(320)을 포함한다.

제3베이스금형(310)은 탄탈륨 빌렛(10)을 수용하도록 이루어진다. 제3베이스금형(310)은 변형 제한면들(311a, 311b), 제1가압모서리(315), 제1가압경사면들(317a, 317b) 및 높이면들(313a, 313b)을 포함한다. 변형 제한면들(311a, 311b), 제1가압모서리(315), 제1가압경사면들(317a, 317b) 및 높이면들(313a, 313b)은 탄탈륨 빌렛(10)을 수용하는 공간(319, 수용부)을 형성한다. 탄탈륨 빌렛(10)은, 변형 제한면들(311a, 311b), 제1가압모서리(315), 제1가압경사면들(317a, 317b) 및 높이면들(313a, 313b)에 의해 형성되는 공간(319, 수용부)에 수용된다.

변형 제한면들(311a, 311b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 일 방향(X) 소성 변형을 제한하도록 상기 일 방향(X)을 바라보는 탄탈륨 빌렛(10)의 면들과 맞닿는다. 상기 일 방향(X)은 설명의 편의를 위해 변형 제한 방향(X)이라 명명할 수 있다. 변형 제한 방향(X)을 바라보는 탄탈륨 빌렛(10)의 면을 두 개다. 이에 대응하여 제3베이스금형(310)도 두 개의 변형 제한면(311a, 311b)을 갖는다. 변형 제한면들(311a, 311b)은 제3베이스금형(310)에 수용된 탄탈륨 빌렛(10)을 기준으로 상기 변형 제한 방향(X)을 따라 서로 반대쪽에 위치한다.

변형 제한면들(311a, 311b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 면들과 맞닿아 있다. 따라서 탄탈륨 빌렛(10)에 외력이 가해지더라도 변형 제한면들(311a, 311b)은 탄탈률 빌렛(10)의 변형 제한 방향(X) 소성 변형을 제한할 수 있다.

제1가압모서리(315)는 제3베이스금형(310)에 수용된 탄탈륨 빌렛(10)의 모서리(15a1)를 지지한다. 제3가압금형(320)에 의해 제3베이스금형(310)에 수용된 탄탈륨 빌렛(10)이 가압될 때, 제1가압모서리(315)는 탄탈륨 빌렛(10)의 모서리(15a1)를 가압한다.

탄탈륨 빌렛(10)은 변형 제한 방향(X)에 평행한 네 개의 모서리(15a1, 15a2, 15a3, 15a4)를 갖는다. 네 개의 모서리들 중 서로 대각선 방향에 위치한 임의의 두 모서리(15a1, 15a2)가 각각 제1가압모서리(315)와 제2가압모서리(325)에 의해 가압된다. 제2가압모서리(325)는 제3가압금형(320)에 포함되는 구성요소로 제2가압모서리(325)에 대하여는 후술한다.

제1가압경사면들(317a, 317b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 변형률(또는 변형량)을 설정하도록 제1가압모서리(315)의 양쪽에 대칭적으로 경사지게 형성된다. 탄탈륨 빌렛(10)이 제3가압금형(320)에 의해 가압되기 전에 제1가압경사면들(317a, 317b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 면으로부터 이격되어 있다. 외력이 충분하게 가해지면 탄탈륨 빌렛(10)의 소성 변형은 제1가압경사면들(317a, 317b)에 맞닿을 때까지 이루어지므로, 제1가압경사면들(317a, 317b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 변형률을 설정할 수 있다.

탄탈륨 빌렛(10)에 외력이 가해지면, 탄탈륨 빌렛(10)은 제1가압경사면들(317a, 317b)에 대응되는 형태로 소성 변형될 수 있다. 제1가압모서리(315)에 의해 가압되는 탄탈륨 빌렛(10)의 모서리(15a1)의 양쪽에는 두 면이 위치하고 있다. 탄탈륨 빌렛(10)이 제3가압금형(320)에 의해 가압되기 전에 이 두 면이 이루는 각도는 실질적으로 90°다. 탄탈륨 빌렛(10)이 제3가압금형(320)에 의해 가압되면, 상기 두 면이 이루는 각도는 둔각으로 변형된다. 이 둔각은 제1가압경사면들(317a, 317b) 사이의 각도와 동일하다.

탄탈륨 빌렛(10)의 변형률(또는 변형량)은 제1가압경사면들(317a, 317b)이 이루는 각도에 따라 설정될 수 있다. 제1가압경사면들(317a, 317b)의 각도는 100~170°로 설정될 수 있다. 탄탈륨 빌렛(10)의 변형률이 상대적으로 작게 설정되려면, 제1가압경사면들(317a, 317b)의 각도는 100°에 가깝게 형성된다. 탄탈륨 빌렛(10)의 변형률이 상대적으로 크게 설정되려면, 제1가압경사면들(317a, 317b)의 각도는 170°에 가깝게 형성된다. 마찬가지로 탄탈륨 빌렛(10)의 변형률(또는 변형량)은 제2가압경사면들(327a, 327b)이 이루는 각도에 따라 설정될 수 있다.

높이면들(313a, 313b)은, 탄탈륨 빌렛(10)의 변형률(또는 변형량)을 설정하고 탄탈륨 빌렛(10)을 팔면체로 변형시키도록 제3베이스금형(310)에 수용된 탄탈륨 빌렛(10)으로부터 이격된다. 탄탈륨 빌렛(10)은 변형 제한 방향(X)에 평행한 네 개의 모서리(15a1, 15a2, 15b1, 15b2)를 갖는다. 네 개의 모서리 중 서로 대각선 방향에 위치한 임의의 두 모서리(15a1, 15a2)는 제1가압모서리(315)와 제2가압모서리(325)에 의해 가압된다. 그리고 나머지 두 모서리(15b1, 15b2)는 서로 반대쪽에서 높이면들(313a, 313b)을 마주보게 된다.

탄탈륨 빌렛(10)이 제3가압금형(320)에 의해 가압되면, 높이면들(313a, 313b)은 상기 나머지 두 모서리(15b1, 15b2)를 면으로 변형시킨다. 이에 따라 탄탈륨 빌렛(10)은 모서리들의 양쪽에 두 면이 배치되는 육면체의 형상(15b1 모서리의 양쪽에 두 면이 배치되고, 15b2 모서리의 양쪽에 두 면이 배치되는 구조)에서 면의 양쪽에 두 면이 배치되는 팔면체의 형상(15b1 모서리가 소성 변형되어 형성된 면의 양쪽에 두 면이 배치되고, 15b2 모서리가 소성 변형되어 형성된 면의 양쪽에 두 면이 배치되는 구조)으로 변형된다.

제3가압금형(320)은 제2가압모서리(325)와 제2가압경사면들(327a, 327b)을 포함한다.

제2가압모서리(325)는 제1가압모서리(315)에 의해 지지되는 모서리(15a1)의 대각선 방향에 위치하는 모서리(15a2)를 가압하도록 이루어진다. 제2가압모서리(325)에 의해 가압되는 모서리(15a2)는 변형 제한 방향(X)에 평행한 모서리들(15a1, 15a2, 15b1, 15b2) 중 하나다.

제2가압경사면들(327a, 327b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 변형률(또는 변형량)을 설정하도록 제2가압모서리(325)의 양쪽에 대칭적으로 경사지게 형성된다. 제3가압금형(320)에 의해 외력이 충분하게 가해지면 탄탈륨 빌렛(10)의 소성 변형은 제2가압경사면들(327a, 327b)에 맞닿을 때까지 이루어지므로, 제2가압경사면들(327a, 327b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 변형률을 설정할 수 있다.

탄탈륨 빌렛(10)에 외력이 가해지면, 탄탈륨 빌렛(10)은 제2가압경사면들(327a, 327b)에 대응되는 형태로 소성 변형될 수 있다. 제2가압모서리(325)에 의해 가압되는 탄탈륨 빌렛(10)의 모서리(15a2)의 양쪽에는 두 면이 위치하고 있다. 탄탈륨 빌렛(10)이 제3가압금형(320)에 의해 가압되기 전에 이 두 면이 이루는 각도는 실질적으로 90°다. 탄탈륨 빌렛(10)이 제3가압금형(320)에 의해 가압되면, 상기 두 면이 이루는 각도는 둔각으로 변형된다. 이 둔각은 제2가압경사면들(327a, 327b) 사이의 각도와 동일하다.

탄탈륨 빌렛(10)의 변형률은 제2가압경사면들(327a, 327b)이 이루는 각도에 따라 설정될 수 있다. 제2가압경사면들(327a, 327b)의 각도는 100~170°로 설정될 수 있다. 탄탈륨 빌렛(10)의 변형률이 상대적으로 작게 설정되려면, 제2가압경사면들(327a, 327b)의 각도는 100°에 가깝게 형성된다. 탄탈륨 빌렛(10)의 변형률이 상대적으로 크게 설정되려면, 제2가압경사면들(327a, 327b)의 각도는 170°에 가깝게 형성된다. 제1가압경사면들(317a, 317b)의 각도는 제2가압경사면들(327a, 327b)의 각도와 실질적으로 동일할 수 있다.

제3가압금형(320)이 탄탈륨 빌렛(10)을 가압하면, 작용 반작용의 법칙에 의해 제3베이스금형(310)도 탄탈륨 빌렛(10)을 가압하게 된다.

쐐기단조는 제3베이스금형(310)에 탄탈륨 빌렛(10)을 배치시키고 제3가압금형(320)으로 탄탈륨 빌렛(10)을 가압하여 실시된다. 쐐기단조의 실시에 의해 탄탈륨 빌렛(10)은 변형 제한 방향(X)으로는 변화가 없고, 나머지 방향으로는 제3가압금형(320)과 제3베이스금형(310)에 대응되는 형상으로 변형된다. 쐐기단조의 실시에 의해 탄탈륨 빌렛(10)은 팔면체로 변형된다.

탄탈륨 빌렛(10)의 다른 방향들에서 실시되는 쐐기단조들은, 제3베이스금형(310)에 탄탈륨 빌렛(10)을 배치시키는 방향들을 달리하여 실시될 수 있다.

도 11a 및 도 11b는 쐐기단조 후에 복귀단조를 실시하는 제4지그(400)와 상기 제4지그(400)에 의해 원래의 형상으로 복원되는 탄탈륨 빌렛(10)을 도시한 개념도다. 도 11a는 탄탈륨 빌렛(10)을 가압하기 전의 상태를 도시한 것이다. 도 11b는 탄탈륨 빌렛(10)을 가압한 후의 상태를 도시한 것이다.

쐐기단조 후의 복귀단조는 제4지그(400)를 이용하여 실시될 수 있다. 제4지그(400)는 제4베이스금형(410)과 제4가압금형(420)을 포함한다.

제4베이스금형(410)은 탄탈륨 빌렛(10)을 수용하도록 형성되는 수용부(419)를 구비한다. 수용부(419)는 탄탈륨 빌렛(10)의 원래의 형상에 대응되는 형상을 갖는다. 원래의 형상이란 탄탈륨 빌렛(10)이 쐐기단조되기 전의 형상을 의미한다.

제4베이스금형(410)은 바닥면(418), 변형 제한면들(411a, 411b) 및 변형률 설정면들(413a, 413b)을 포함한다. 바닥면(418), 변형 제한면들(411a, 411b) 및 변형률 설정면들(413a, 413b)은 탄탈륨 빌렛(10)을 수용하는 수용부(419)를 형성한다. 수용부(419)의 형상은 탄탈륨 빌렛(10)의 원래의 형상에 대응된다. 원래의 형상이란 탄탈륨 빌렛(10)이 쐐기단조 되기 전의 형상을 의미한다. 변형 제한면들(411a, 411b)과 변형률 설정면들(413a, 413b)은 실질적으로 수용부(419)의 높이면을 형성한다. 탄탈륨 빌렛(10)은, 바닥면(418), 변형 제한면들(411a, 411b) 및 변형률 설정면들(413a, 413b)에 의해 형성되는 수용부(419)에 수용된다.

바닥면(418)은 제4베이스금형(410)에 수용된 탄탈륨 빌렛(10)을 지지한다. 바닥면(418)의 면적은 변형 제한면들(411a, 411b)과 변형률 설정면들(413a, 413b)에 의해 결정될 수 있다. 바닥면(418)은 제4가압금형(420)에 의해 탄탈륨 빌렛(10)이 가압될 때, 탄탈륨 빌렛(10)을 기준으로 상기 제4가압금형(420)의 반대쪽에서 탄탈륨 빌렛(10)을 가압한다. 바닥면(418)과 제4가압금형(420)에 의해 가압되는 탄탈륨 빌렛(10)의 면들은 쐐기단조에 의해 형성된 면들(14)이다.

변형 제한면들(411a, 411b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 일 방향 소성 변형을 제한하도록 탄탈륨 빌렛(10)의 상기 일 방향(X) 면들과 맞닿는다. 설명의 편의를 위해 상기 일 방향(X)을 변형 제한 방향(X)으로 명명할 수 있다. 탄탈륨 빌렛(10)은 변형 제한 방향(X)을 바라보는 두 개의 면을 갖는다. 이에 대응하여 제4베이스금형(410)도 두 개의 변형 제한면(411a, 411b)을 갖는다. 변형 제한면들(411a, 411b)은 제4베이스금형(410)에 수용된 탄탈륨 빌렛(10)을 기준으로 변형 제한 방향(X)을 따라 서로 반대쪽에 배치된다.

변형 제한면들(411a, 411b)은 변형 제한 방향(X)을 바라보는 면들과 맞닿아 있다. 따라서 탄탈륨 빌렛(10)에 외력이 가해지더라도 변형 제한면들(411a, 411b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 변형 제한 방향(X) 소성 변형을 제한할 수 있다. 쐐기단조에서의 변형 제한 방향(X)과 쐐기단조 후의 복귀단조에서 변형 제한 방향(X)은 동일하다.

변형률 설정면들(413a, 413b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 변형률(또는 변형량)을 설정하도록 탄탈륨 빌렛(10)으로부터 이격된다. 변형률 설정면들(413a, 413b)은 제4베이스금형(410)에 수용된 탄탈륨 빌렛(10)을 기준으로 서로 반대쪽에 배치된다.

변형률 설정면들(413a, 413b)은 탄탈륨 빌렛(10)으로부터 이격되어 있다. 따라서 탄탈륨 빌렛(10)에 외력이 가해지면, 탄탈륨 빌렛(10)은 소성 변형될 수 있다. 외력이 충분하게 가해지면 탄탈륨 빌렛(10)의 소성 변형은 변형률 설정면들(413a, 413b)에 맞닿을 때까지 이루어지므로, 변형률 설정면들(413a, 413b)은 탄탈륨 빌렛(10)의 변형률을 설정할 수 있다.

탄탈륨 빌렛(10)의 변형률은 제4베이스금형(410)에 수용된 탄탈륨 빌렛(10)과 변형률 설정면들(413a, 413b) 사이의 거리에 따라 설정될 수 있다. 탄탈륨 빌렛(10)의 변형률이 상대적으로 작게 설정되려면, 변형률 설정면들(413a, 413b)은 상대적으로 탄탈륨 빌렛(10)에 가깝게 배치되어야 한다. 탄탈륨 빌렛(10)의 변형률이 상대적으로 크게 설정되려면 변형률 설정면들(413a, 413b)은 상대적으로 탄탈륨 빌렛(10)으로부터 멀리 배치되어야 한다. 탄탄률 빌렛(10)의 변형률은 탄탈륨 빌렛(10)을 쐐기단조 전의 형상으로 복원시키는 값으로 설정된다.

변형률 설정면들(413a, 413b)은 쐐기단조에서 제3베이스금형(310)과 제3가압금형(320)에 의해 가압되었던 모서리들(15a1, 15a2)을 마주보도록 배치된다. 탄탈륨 빌렛(10)에 충분한 외력이 가해지면 각 모서리들(15a1, 15a2)과 상기 모서리의 양쪽에 배치되는 두 면이 하나의 면으로 변형된다. 탄탈륨 빌렛(10)의 일측에서 두 면이 하나의 면으로 변형되고 타측에서도 두 면이 하나의 면으로 변형되므로, 탄탈륨 빌렛(10)은 팔면체에서 육면체로 변형될 수 있다.

제4가압금형(420)은 탄탈륨 빌렛(10)의 일 면을 가압하도록 이루어진다. 제4가압금형(420)에 의해 가압되는 탄탈륨 빌렛(10)의 일 면은 쐐기단조에 의해 형성된 면들(14, 나머지 하나의 면은 미도시)이다. 쐐기단조에 의해 형성된 두 면(14, 나머지 하나의 면은 미도시) 중 하나의 면(14)을 제4가압금형(420)이 가압하면, 작용 반작용의 법칙에 의해 제4베이스금형(410)의 바닥면(418)도 나머지 하나의 면(미도시)을 반대 방향에서 가압하게 된다.

쐐기단조 후의 복귀단조는 제4베이스금형(410)에 탄탈륨 빌렛(10)을 배치시키고 제4가압금형(420)으로 탄탈륨 빌렛(10)을 가압하여 실시된다. 복귀단조의 실시에 의해 탄탈륨 빌렛(10)은 쐐기단조 전의 형상으로 복원된다.

탄탈륨 빌렛(10)의 다른 방향들에서 실시되는 복귀단조들은, 제4베이스금형(410)에 탄탈륨 빌렛(10)을 배치시키는 방향들을 달리하여 실시될 수 있다.

도 12는 본 발명의 다른 실시예에 관련된 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법의 흐름도다.

도 12에 나타낸 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법이 냉간가공하는 단계(S100)와 냉간압연을 실시하는 단계(S400)를 포함하는 것은 앞서 도 4 내지 도 11에서 설명한 것과 동일하다. 따라서 이에 대한 설명은 앞서 설명한 것으로 갈음한다.

탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법은, 재결정 열처리를 실시하는 단계(S200), 냉간단조와 선택적 열처리를 실시하는 단계(S300), 및 재결정 열처리를 실시하는 단계(S500)를 더 포함할 수 있다. 재결정 열처리를 실시하는 단계(S200), 냉간단조와 선택적 열처리를 실시하는 단계(S300), 및 재결정 열처리를 실시하는 단계(S500)는 도 4에 도시된 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법에 선택적으로 추가될 수 있는 단계들이다.

냉간가공하는 단계(S100) 이후에 재결정 열처리를 실시하는 단계(S200)는, 800~1400℃에서 1분~5시간 동안 이루어진다. 재결정 열처리는 탄탈륨 빌렛의 결정립도를 100㎛ 이하로 제어하며, 바람직하게는 50㎛ 이하로 제어한다. 또한 재결정 열처리는 탄탈륨 빌렛의 방위분포함수 및 극강도의 발달강도를 3 이하의 집합조직으로 제어하며, 엄격하게는 2 이하의 집합조직으로 제어한다.

재결정 열처리 온도가 너무 낮거나 재결정 열처리 시간이 지나치게 짧으면, 탄탈륨의 재결정이 충분히 이루어지지 않을 수 있다. 또한, 재결정 열처리 온도가 너무 높거나 재결정 열처리 시간이 지나치게 길면, 탄탈륨의 조대한 결정립 성장이나 비정상 입자의 성장을 유발할 수 있다. 따라서 탄탈륨의 재결정 온도보다 높은 온도에서 1시간 정도 재결정 열처리하는 것이 바람직하다.

이어서 재결정 열처리를 실시하여 초기 조직 균질화를 마친 탄탈륨 빌렛에 대하여 냉간단조와 선택적 열처리를 실시한다(S300).

냉간단조는 두께 감소율 40% 이상의 일축 냉간단조로 실시된다. 탄탈륨 빌렛은 직육면체나 정육면체 등의 사각기둥 형상을 가지므로 냉간압연을 실시하기 어렵다. 따라서 냉간압연을 실시하기 전에 미리 냉간단조를 통해 탄탈륨 빌렛을 납작하게 만드는 과정이 필요하다. 냉간단조는 탄탈륨 빌렛을 납작하게 만들 수 있다.

선택적 열처리는 800~1400℃에서 1분~5시간 동안 이루어진다. 선택적 열처리도 탄탈륨의 재결정을 위한 것이다. 선택적 열처리 온도가 너무 낮거나 선택적 열처리 시간이 지나치게 짧으면, 탄탈륨의 재결정이 충분히 이루어지지 않을 수 있다. 또한, 선택적 열처리 온도가 너무 높거나 선택적 열처리 시간이 지나치게 길면, 탄탈륨의 조대한 결정립 성장이나 비정상 입자의 성장을 유발할 수 있다. 따라서 탄탈륨의 재결정 온도보다 높은 온도에서 1시간 정도 선택적 열처리하는 것이 바람직하다.

선택적 열처리란 필수적인 단계가 아닌 것을 의미한다. 따라서 냉간단조를 실시한 이후에 열처리를 실시할 수도 있고, 실시하지 않을 수도 있다. 선택적 열처리의 실시 여부는 제어하고자 하는 미세조직과 집합조직에 따라 결정될 수 있다.

냉간단조와 선택적 열처리를 실시하는 단계(S300) 이후에는 탄탈륨 빌렛에 대하여 복수 회 냉간압연을 실시한다(S400). 냉간압연을 실시함에 따라 탄탈륨 빌렛은 탄탈륨 판재로 가공된다.

냉간압연을 실시하는 단계(S400) 이후에는 최종적으로 재결정 열처리를 실시한다(S500). 앞서 냉간가공을 실시하는 단계(S100) 이후의 재결정 열처리를 1차 재결정 열처리(S200)로 명명하고, 냉간압연을 실시하는 단계(S400) 이후의 재결정 열처리를 2차 재결정 열처리(S500)로 명명하여 서로를 구분할 수 있다.

2차 재결정 열처리(S500)는 800~1400℃에서 1분~5시간 동안 실시한다. 2차 재결정 열처리는 최종적으로 탄탈륨의 미세조직과 집합조직을 제어하기 위한 것이다. 세부적인 2차 재결정 열처리 온도와 시간은 냉간압연을 실시하는 단계(S400)에서 탄탈륨에 부여된 총 압하율에 따라 결정될 수 있다. 탄탈륨에 부여된 총 압하율이 높다는 것은 탄탈륨에 누적된 응력이 크다는 것을 의미하므로, 상대적으로 2차 재결정 열처리 온도는 낮아질 수 있다. 반대로 탄탈륨에 부여된 총 압하율이 낮다는 것은 탄탈륨 에 누적된 응력이 작다는 것을 의미하므로, 상대적으로 2차 재결정 열처리 온도는 높아져야 한다.

2차 재결정 열처리(S500)까지 마친 탄탈륨 판재의 미세조직은, 50㎛의 결정립도로 제어되며, 바람직하게는 25㎛ 이하의 결정립도로 제어된다.

또한, 2차 재결정 열처리(S500)까지 마친 탄탈륨 판재의 집합조직은, {111}, {100} 및 {110} 중 적어도 하나의 결정면이 탄탈륨 판재의 판재면과 평행하게 우선 배향된다. 본 발명은 {111}, {100} 및 {110} 중 적어도 하나의 결정면을 선택적으로 판재면에 평행하게 우선 배향시킬 수 있으므로, 본 발명은 탄탈륨의 집합조직을 선택적으로 발달시킬 수 있다.

냉간가공하는 단계(S100)와 냉간압연을 실시하는 단계(S400)는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어에 필수적인 단계들이다. 이에 반해 1차 재결정 열처리를 실시하는 단계(S200), 냉간단조와 선택적 열처리를 실시하는 단계(S300), 2차 재결정 열처리를 실시하는 단계(S500)는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어에 선택적인 단계들이다. 상기 필수적인 단계들에 상기 선택적인 단계들이 추가되어 다양한 제어방법들이 조합될 수 있다.

예를 들어 설명하기 위해, 냉간가공하는 단계(S100)를 제1단계로 명명하고, 1차 재결정 열처리를 실시하는 단계(S200)를 제2단계로 명명하고, 냉간단조와 선택적 열처리를 실시하는 단계(S300)를 제3단계로 명명하고, 냉간압연을 실시하는 단계(S400)를 제4단계로 명명하고, 2차 재결정 열처리를 실시하는 단계(S500)를 제5단계로 명명한다. 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법은 아래와 같이 조합될 수 있다.

제어방법1 : 제1단계 및 제4단계

제어방법2 : 제1단계, 제2단계 및 제4단계

제어방법3 : 제1단계, 제3단계 및 제4단계

제어방법4 : 제1단계, 제4단계 및 제5단계

제어방법5 : 제1단계, 제2단계, 제3단계 및 제4단계

제어방법6 : 제1단계, 제2단계, 제4단계 및 제5단계

제어방법7 : 제1단계, 제3단계, 제4단계 및 제5단계

제어방법8 : 제1단계, 제2단계, 제3단계, 제4단계 및 제5단계

이하에서는 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.

각 실시예들에서 미세조직과 집합조직을 제어하기 위해 사용된 탄탈륨 빌렛은 다음과 같은 과정에 의해 마련되었다. 먼저, 순도 99.997%의 탄탈륨 원료를 전자 빔으로 용해하여 직경 40㎜의 봉상으로 주조하였으며, 봉상의 탄탈륨을 가로×세로×높이=40㎜×40㎜×40㎜의 사각기둥으로 단조하였다.

이렇게 마련된 탄탈륨 빌렛의 초기 형상은 도 1에 도시되어 있다. 탄탈륨 빌렛의 초기 미세조직은 도 2에 도시되어 있다. 탄탈륨 빌렛의 초기 집합조직은 도 3에 도시되어 있다. 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이 탄탈륨 빌렛의 초기 미세조직은 조대한 결정립도를 가지고 있다. 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이 탄탈륨 빌렛의 초기 집합조직은 뷸균질하다.

이하의 실시예들은 실시예 1 내지 실시예 4로 구성되었다. 각 실시예들의 공정 조건은 아래의 표 1과 같이 정리할 수 있다.

실시예	냉간가공	재결정 열처리	냉간단조	선택적 열처리	냉간압연	재결정 열처리
1	○	1050℃, 1시간	○	1050℃, 1시간	60°	1150℃, 30분
2	○	1050℃, 1시간	○	1050℃, 1시간	90°	1150℃, 30분
3	○	1050℃, 1시간	○	1050℃, 1시간	60°	1150℃, 30분
4	○	1050℃, 1시간	○	1050℃, 1시간	90°	1150℃, 30분

이하에서는 각 실시예별로 설명한다.

1-1. 제1단계: 탄탈륨 빌렛을 냉간가공하는 단계

탄탈륨 빌렛에 1차 업셋단조를 실시하여 높이 방향으로 20%의 변형률을 부가한다. 1차 업셋단조를 실시한 탄탈륨 빌렛의 높이는 32㎜로 가공된다. 1차 업셋단조를 실시한 탄탈륨 빌렛에 1차 복귀단조를 실시하여 다시 40㎜×40㎜×40㎜의 사각기둥으로 복원시킨다.

이어서 탄탈륨 빌렛의 가로 방향에 대하여 변형률 20%의 2차 업셋단조를 실시하고, 2차 복귀단조를 실시한다. 세로 방향에 대하여도 변형률 20%의 3차 업셋단조를 실시하고, 3차 복귀단조를 실시한다.

가로, 세로 및 높이 방향에 대하여 각각 업셋단조와 복귀단조를 완료한 탄탈륨 빌렛에 쐐기단조를 실시한다.

탄탈륨 빌렛의 높이를 40㎜로 유지하면서 1차 쐐기단조를 실시하여 탄탈륨 빌렛을 사각기둥에서 팔면체로 가공한다. 이어서 팔면체의 탄탈륨 빌렛에 1차 복귀단조를 실시하여 다시 40㎜×40㎜×40㎜의 사각기둥으로 복원시킨다.

이어서 탄탈륨 빌렛의 가로의 길이를 40㎜로 유지하면서 2차 쐐기단조를 실시하고, 2차 복귀단조를 실시한다. 탄탈륨 빌렛의 세로의 길이를 40㎜로 유지하면서 3차 쐐기단조를 실시하고, 3차 복귀단조를 실시한다.

1-2. 제2단계: 1차 재결정 열처리를 실시하는 단계

냉간가공을 마친 탄탈륨 빌렛에 대하여 1050℃에서 1시간 동안 1차 재결정 열처리를 실시하였다.

도 13은 냉간가공하는 단계와 1차 재결정 열처리하는 단계 후 탄탈륨의 미세조직 사진이다.

미세조직과 집합조직을 제어하기 전의 탄탈륨은 조대한 결정립을 가진 주조조직(cast structure)을 나타내었으나. 냉간가공과 1차 재결정 열처리를 실시한 탄탈륨은 50㎛ 이하의 결정립도를 갖는다.

도 13에서 냉간가공과 1차 재결정 열처리에 의해 탄탈륨의 결정립도가 미세해진 것을 확인할 수 있다.

도 14는 냉간가공하는 단계와 1차 재결정 열처리하는 단계 후 탄탈륨의 집합조직을 보인 극점도다.

냉간가공과 1차 열처리를 실시한 탄탈륨은 방위분포함수 및 극강도의 발달강도 값이 2 이하인 균질하고 무질서(random)한 집합조직을 갖는다. 이로부터 냉간가공과 1차 재결정 열처리에 의해 탄탈륨의 집합조직이 균질해진 것을 알 수 있다.

1-3. 제3단계: 냉간단조 및 선택적 열처리를 실시하는 단계

일축 냉간 단조 공정을 통해 두께 20~24㎜의 탄탈륨으로 가공한다.

선택적 열처리는 1050℃에서 1시간 동안 실시하였다.

1-4. 제4단계: 탄탈륨 빌렛에 대하여 냉간압연을 실시하는 단계

탄탈륨 빌렛의 매회 회전 각도는 60°로 설정하고, 총 압하율은 80% 설정하여 냉간압연을 실시하였다. 매회 회전 각도가 60°로 설정됨에 따라 압연은 6회 실시하였으며, 최종 두께가 5㎜ 이하가 되도록 매 압하율을 설정하였다.

냉간압연에 의해 탄탈륨 빌렛은 탄탈륨 판재로 가공되었다.

1-5. 제5단계: 2차 재결정 열처리를 실시하는 단계

냉간압연을 마친 탄탈륨 판재에 대하여 1150℃에서 30분 동안 2차 재결정 열처리를 실시하였다.

2-1. 제1단계: 탄탈륨 빌렛을 냉간가공하는 단계

실시예 1의 제1단계와 동일하게 실시한다.

2-2. 제2단계: 1차 재결정 열처리를 실시하는 단계

실시예 1의 제2단계와 동일하게 실시한다.

2-3. 제3단계: 냉간단조 및 선택적 열처리를 실시하는 단계

실시예 1의 제3단계와 동일하게 실시한다.

2-4. 제4단계: 탄탈륨 빌렛에 대하여 냉간압연을 실시하는 단계

탄탈륨 빌렛의 매회 회전 각도는 90°로 설정하고, 총 압하율은 80% 설정하여 냉간압연을 실시하였다. 매회 회전 각도가 90°로 설정됨에 따라 압연은 4회 실시하였으며, 최종 두께가 5㎜ 이하가 되도록 매 압하율을 설정하였다.

냉간압연에 의해 탄탈륨 빌렛은 탄탈륨 판재로 가공되었다.

2-5. 제5단계: 2차 재결정 열처리를 실시하는 단계

실시예 1의 제5단계와 동일하게 실시한다.

3-1. 제1단계: 탄탈륨 빌렛을 냉간가공하는 단계

실시예 1의 제1단계와 동일하게 실시한다.

3-2. 제2단계: 없음

3-3. 제3단계: 냉간단조만 실시하고 선택적 열처리는 실시하지 않음

냉간단조는 실시예 1의 제3단계와 동일하게 실시한다.

선택적 열처리는 실시하지 않는다.

3-4. 제4단계: 탄탈륨 빌렛에 대하여 냉간압연을 실시하는 단계

실시예 1의 제4단계와 동일하게 실시한다.

3-5. 제5단계: 재결정 열처리를 실시하는 단계

실시예 1의 제5단계와 동일하게 실시한다.

4-1. 제1단계: 탄탈륨 빌렛을 냉간가공하는 단계

실시예 1의 제1단계와 동일하게 실시한다.

4-2. 제2단계: 없음

4-3. 제3단계: 냉간단조만 실시하고 선택적 열처리는 실시하지 않음

냉간단조는 실시예 1의 제3단계와 동일하게 실시한다.

선택적 열처리는 실시하지 않는다.

4-4. 제4단계: 탄탈륨 빌렛에 대하여 냉간압연을 실시하는 단계

실시예 2의 제4단계와 동일하게 실시한다.

4-5. 제5단계: 재결정 열처리를 실시하는 단계

실시예 1의 제5단계와 동일하게 실시한다.

도 15는 제1실시예 내지 제4실시예의 공정이 완료된 후 탄탈륨의 미세조직을 각 실시예별로 보인 사진이다.

사진에 표시된 1 내지 4는 실시예 1 내지 4의 결과임을 의미한다. 각 실시예 별로 조금씩 차이가 있기는 하지만, 탄탈륨의 결정립도가 약 50㎛ 이하로 제어되었음을 확인할 수 있다. 특히 실시예에 따라 탄탈륨의 약 25㎛ 이하로 제어되기도 한다.

도 16은 제1실시예 내지 제4실시예의 공정이 완료된 후 탄탈륨의 집합조직을 각 실시예별로 보인 극점도다.

극점도에 표시된 1 내지 4는 실시예 1 내지 4의 결과임을 의미한다. 또한 극점도의 오른쪽 위에 표시된 110, 200, 211은 탄탈륨의 결정면을 의미하며, 각각 {110}, {200}, {211} 결정면의 극점도임을 표시하는 것이다.

실시예 1 내지 4에 따른 탄날륨의 집합조직은 서로 다른 결정방위들이 우선 발달하고 있으며, 그 발달 강도 또한 {110} 결정면의 극점도에서 알 수 있듯이 약 2.3에서 3.6까지 상당한 차이를 나타내고 있다. 이로부터 본 발명은 각 실시예에 따라 탄탈륨의 집합조직과 그 발달강도를 서로 다르게 제어할 수 있다는 것을 알 수 있다.

도 17은 제1실시예 내지 제4실시예의 공정이 완료된 후 탄탈륨의 집합조직을 각 실시예별로 보인 역극점도다.

역극점도에 표시된 1 내지 4는 실시예 1 내지 4의 결과임을 의미한다. 그리고 X, Y, Z는 탄탈륨 판재의 축을 의미한다. X축은 판재의 압연방향을 의미한다. Y축은 판재면에 평행하고 압연방향에 수직인 횡축방향을 의미한다. 따라서 X-Y는 판재면을 의미한다. Z축은 판재면의 법선 방향을 의미한다. 본 발명은 판재면의 법선 방향에 평행한 방향에 탄탈륨의 특정 결정면을 배향시키도록 제어하는 것에 관한 것이다. 따라서 역극점도에서 주의 깊게 살펴봐야 하는 것은 Z축이다.

실시예 1에서는 탄탈륨의 {111} 결정면이 탄탈륨 판재의 판재면에 평행하게 우선 배향되었다.

실시예 2에서는 탄탈륨의 {001} 결정면이 탄탈륨 판재의 판재면에 평행하게 우선 배향되었다. {001} 결정면은 {100} 결정면과 동일한 결정면이다.

실시예 3에서는 탄탈륨의 {111} 결정면이 탄탈륨 판재의 판재면에 평행하게 우선 배향되었다.

실시예 4에서는 탄탈륨의 {111}, {001} 결정면이 탄탈륨 판재의 판재면에 평행하게 우선 배향되었다. {001} 결정면은 {100} 결정면과 동일한 결정면이다.

이와 같이 본 발명은 공정 조건을 조합하여 탄탈륨의 미세조직을 제어하고, 탄탈륨의 집합조직을 선택적으로 특정 방향에 우선 배향시킬 수 있다.

이상에서 설명된 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (23)

1. 사각기둥 형상의 탄탈륨 빌렛을 냉간가공하는 단계; 및
   복수 회 냉간압연을 실시하는 단계를 포함하고,
   상기 냉간가공하는 단계는,
   상기 탄탈륨 빌렛의 두 대면을 서로 가까워지도록 가압하는 업셋단조와 상기 탄탈륨 빌렛을 원래의 형상으로 복원시키는 복귀단조를 상기 탄탈륨 빌렛의 서로 다른 방향의 대면들에 대하여 각각 실시하는 제1단조단계; 및
   상기 탄탈륨 빌렛의 대각선 방향에 위치하고 서로 평행한 두 모서리를 서로 가까워지도록 가압하는 쐐기단조와 상기 탄탈륨 빌렛을 원래의 형상으로 복원시키는 복귀단조를 상기 탄탈륨 빌렛의 서로 다른 방향에서 복수 회 실시하는 제2단조단계를 포함하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 업셋단조는, 서로 수직인 제1 내지 제3방향을 기준으로 상기 탄탈륨 빌렛의 제1방향 변형을 제한하고, 제2방향 변형률을 설정한 상태에서, 제3방향을 따라 상기 탄탈륨 빌렛의 면을 가압하여 실시되는 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 업셋단조는 제1베이스금형과 제1가압금형에서 실시되고,
   상기 제1베이스금형은,
   상기 탄탈륨 빌렛의 제1방향 소성 변형을 제한하도록 상기 제1방향을 바라보는 탄탈륨 빌렛의 면들과 맞닿는 변형 제한면들; 및
   상기 탄탈륨 빌렛의 변형률을 설정하도록 상기 제2방향을 바라보는 탄탈륨 빌렛의 면들로부터 이격되는 변형률 설정면들을 포함하고,
   상기 제1가압금형은 상기 제3방향을 바라보는 탄탈륨 빌렛의 면을 가압하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1단조단계의 복귀단조는, 서로 수직인 제1 내지 제3방향을 기준으로 상기 탄탈륨 빌렛의 제1방향 변형을 제한하고, 제3방향 변형률을 설정한 상태에서, 제2방향을 따라 상기 탄탈륨 빌렛의 면을 가압하여 실시되는 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1단조단계의 복귀단조는 제2베이스금형과 제2가압금형에서 실시되고,
   상기 제2베이스금형은,
   상기 탄탈륨 빌렛의 제1방향 소성 변형을 제한하도록 상기 제1방향을 바라보는 탄탈륨 빌렛의 면들과 맞닿는 변형 제한면들;
   상기 탄탈륨 빌렛의 변형률을 설정하도록 상기 제3방향을 바라보는 탄탈륨 빌렛의 면들로부터 이격되는 변형률 설정면들; 및
   상기 변형 제한면들 및 상기 변형률 설정면들과 함께 상기 탄탈륨 빌렛을 원래의 형상에 대응되는 수용부를 형성하는 바닥면을 포함하고,
   상기 제2가압금형은 상기 제2방향을 바라보는 탄탈륨 빌렛의 일 면을 가압하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 쐐기단조는, 상기 탄탈륨 빌렛의 일 방향 변형을 제한하고, 상기 일 방향에 평행한 네 개의 모서리 중 서로 대각선 방향에 위치한 두 모서리를 서로 이격시키는 방향으로 변형률을 설정한 상태에서, 나머지 두 모서리를 서로 가까워지는 방향으로 가압하여 실시되는 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 쐐기단조는 상기 탄탈륨 빌렛을 팔면체로 소성 변형시키도록 서로 이격되는 두 모서리를 각각 면으로 변형시키는 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
8. 제6항에 있어서,
   상기 쐐기단조는 제3베이스금형과 제3가압금형에서 실시되고,
   상기 제3베이스금형은,
   상기 탄탈륨 빌렛의 일 방향 소성 변형을 제한하도록 상기 일 방향을 바라보는 탄탈륨 빌렛의 면들과 맞닿는 변형 제한면들;
   상기 탄탈륨 빌렛의 모서리를 지지하도록 이루어지는 제1가압모서리;
   상기 탄탈륨 빌렛의 변형률을 설정하도록 상기 제1가압모서리의 양쪽에 대칭적으로 경사지게 형성되는 제1가압경사면들; 및
   상기 탄탈륨 빌렛을 팔면체로 변형시키도록 상기 탄탈륨 빌렛으로부터 이격되는 높이면들을 포함하고,
   상기 제3가압금형은,
   상기 제1가압모서리에 의해 지지되는 모서리의 대각선 방향에 위치하는 모서리를 가압하도록 이루어지는 제2가압모서리; 및
   상기 탄탈륨 빌렛의 변형률을 설정하도록 상기 제2가압모서리의 양쪽에 대칭적으로 경사지게 형성되는 제2가압경사면들을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1가압경사면들 사이의 각도와 제2가압경사면들 사이의 각도는 각각 100~170°인 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
10. 제7항에 있어서,
    상기 제2단조단계의 복귀단조는 상기 탄탈륨 빌렛의 상기 일 방향 변형을 제한하고, 상기 쐐기단조에 의해 서로 가까워진 두 모서리를 다시 서로 멀어지는 방향으로 변형률을 설정한 상태에서, 상기 쐐기단조에 의해 형성된 면을 가압하여 실시되는 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제2단조단계의 복귀단조는 상기 탄탈륨 빌렛을 육면체로 소성 변형시키도록 다시 서로 멀어지는 각각의 모서리의 양쪽에 위치하는 두 면을 하나의 면으로 변형시키는 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
12. 제10항에 있어서,
    상기 제2단조단계의 복귀단조는 제4베이스금형과 제4가압금형에서 실시되며,
    상기 제4베이스금형은,
    상기 탄탈륨 빌렛의 상기 일 방향 소성 변형을 제한하도록 상기 일 방향을 바라보는 탄탈륨 빌렛의 면들과 맞닿는 변형 제한면들;
    상기 탄탈륨 빌렛을 육면체로 변형시키도록 상기 쐐기단조에서 가압되었던 모서리들로부터 이격되는 변형률 설정면들; 및
    상기 변형 제한면들 및 상기 변형률 설정면들과 함께 상기 탄탈륨 빌렛을 원래의 형상에 대응되는 수용부를 형성하는 바닥면을 포함하고,
    상기 제4가압금형은 상기 쐐기단조에 의해 형성된 면을 가압하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
13. 제1항에 있어서,
    상기 냉간가공하는 단계에서는, 상기 제1단조단계 또는 상기 제2단조단계 이후에 응력 제거 열처리를 실시하고,
    상기 응력 제거 열처리는 1분~5시간 동안 800~1400℃에서 실시되는 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
14. 제1항에 있어서,
    상기 복수 회 냉간압연을 실시하는 단계에서는, 상기 탄탈륨 빌렛이 50㎛ 이하의 결정립도를 갖도록 상기 탄탈륨 빌렛에 가해지는 총 압하율이 50~99%로 설정되는 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
15. 제1항에 있어서,
    상기 복수 회 냉간압연을 실시하는 단계는, 압연 방향을 변화시키도록 1차 냉간압연을 실시한 이후부터 매 회 상기 탄탈륨 빌렛을 회전시킨 후 다음 압연을 실시하는 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
16. 제15항에 있어서,
    상기 복수 회 냉간압연을 실시하는 단계에서 상기 탄탈륨 빌렛의 회전 각도는 매 회마다 서로 동일한 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
17. 제15항에 있어서,
    상기 복수 회 냉간압연을 실시하는 단계에서 상기 탄탈륨 빌렛의 매 회 회전 각도는 5~355°의 범위에서 설정되는 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
18. 제15항에 있어서,
    상기 복수 회 냉간압연을 실시하는 단계는, 상기 탄탈륨 빌렛의 매 회 회전 각도(a°)와 냉간압연 횟수(r)의 곱이 360(°)의 배수(N, N은 자연수)와 일치(a°×r = 360°×N)할 때 목표로 설정된 총 압하율에 도달하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
19. 제1항에 있어서,
    상기 냉간가공하는 단계 이후에 1분~5시간 동안 800~1400℃에서 재결정 열처리를 더 실시하는 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
20. 제19항에 있어서,
    상기 재결정 열처리의 실시에 의해 상기 탄탈륨 빌렛의 결정립도는 100㎛ 이하로 제어되며, 상기 탄탈륨 빌렛의 방위분포함수와 극강도의 발달강도는 3 이하의 집합조직 분포를 갖도록 제어되는 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
21. 제1항에 있어서,
    상기 냉간가공하는 단계 이후에 상기 탄탈륨 빌렛에 대하여 두께 감소율 40% 이상으로 일축 냉간단조를 실시하고, 이어서 1분~5시간 동안 800~1400℃에서 선택적 열처리를 더 실시하는 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
22. 제1항에 있어서,
    상기 냉간압연을 실시하는 단계 이후에 1분~5시간 동안 800~1400℃에서 재결정 열처리를 더 실시하는 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.
23. 제22항에 있어서,
    상기 탄탈륨 빌렛은 상기 냉간압연의 실시에 의해 판재면을 갖는 탄탈륨 판재로 가공되고,
    상기 재결정 열처리의 실시에 의해 상기 탄탈륨 판재의 결정립도는 50㎛ 이하로 제어되고, 상기 탄탈륨 판재의 집합조직은 {111}, {100} 및 {110} 중 적어도 하나의 결정면이 상기 판재면과 평행하게 우선 배향되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 탄탈륨의 미세조직 및 집합조직 제어방법.

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