KR101661794B1 - 합금 잉곳을 가공하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

합금 잉곳을 가공하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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리차드 엘. 케네디
크리스토퍼 엠. 오브리엔
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에이티아이 프로퍼티즈 엘엘씨
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Abstract

가공 및 열간 가공 합금 잉곳과 관련된 공정 및 방법이 기술되어 있다. 합금 잉곳을 열간 가공하기 전에, 금속 재료 층은 합금 잉곳의 표면의 하나 이상의 영역 상에 증착된다. 본 공정 및 방법은 열간 가공 동안에 합금 잉곳의 표면 균열의 발생률의 감소를 특징으로 한다.

Description

합금 잉곳을 가공하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR PROCESSING ALLOY INGOTS}
본 발명은 합금 잉곳을 가공하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 합금 잉곳을 열간 가공하는 방법에 관한 것이다.
금속 합금 제품은 예를 들어 잉곳 야금 작업 또는 분말 야금 작업을 이용하여 제조될 수 있다. 잉곳 야금 작업은 합금 공급원료의 용융 및 용융된 재료의 잉곳으로의 주조를 포함할 수 있다. 잉곳 야금 작업의 비-제한적인 예는 "삼중 용융(triple melt)" 기술로서, 이러한 기술은 세 가지 용융 작업, 즉 (1) 공급원료로부터 요망되는 합금 조성물을 제조하기 위한 진공 유도 용융(vacuum induction melting; VIM); (2) 예를 들어 산소-함유 봉입물(inclusion)의 수준을 감소시킬 수 있는 일렉트로슬래그 정련(electroslag refining; ESR); 및 (3) ESR 이후 고형화 동안에 일어날 수 있는 조성적 분리(compositional segregation)를 감소시킬 수 있는 진공 아크 재용융(vacuum arc remelting; VAR)을 포함한다. 잉곳은 VAR 작업 후 고형화 동안에 형성될 수 있다.
분말 야금 작업은 용융된 합금의 미분화(atomization) 및 고형화된 야금학적 분말의 수집 및 이의 잉곳으로의 압밀(consolidation)을 포함할 수 있다. 분말 야금 작업의 비-제한적인 예는 (1) 공급원료로부터 요망되는 합금 조성물을 제조하기 위한 VIM 단계; (2) 용융된 합금을, 합금 분말로 고형화하는 용융된 합금 액적(alloy droplet)으로의 미분화 단계; (3) 임의적으로, 봉입물을 감소시키기 위한 시빙(sieving) 단계; (4) 캐닝(canning) 및 탈기 단계; 및 (5) 합금 분말을 합금 잉곳으로 압밀하기 위한 가압 단계를 포함한다.
잉곳 야금 작업 및 분말 야금 작업으로부터 형성된 합금 잉곳은 다른 합금 제품을 형성시키기 위해 열간 가공될 수 있다. 예를 들어, 합금 잉곳을 형성시키기 위한 고형화 또는 압밀 후에, 잉곳은 잉곳으로부터 빌렛(billet) 또는 다른 합금 물품을 형성시키기 위해 단조 및/또는 압출될 수 있다.
본원에 기술된 구체예들은 잉곳 가공 방법에 관한 것이다. 잉곳 가공 방법은 금속 재료 층을 합금 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역 상에 증착시킴을 포함할 수 있다. 잉곳 가공 방법은, 금속 재료 층이 열간 가공 동안에 합금 잉곳의 표면 균열의 발생률을 감소시키는 것으로 특징될 수 있다.
본원에 기술된 다른 구체예들은 열간 가공 공정에 관한 것이다. 열간 가공 공정은 합금 잉곳에 힘을 가하여 합금 잉곳을 변형시키는 것을 포함할 수 있다. 합금 잉곳은 합금 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역 상에 증착된 금속 재료 층을 포함할 수 있다. 열간 가공 공정은, 힘이 금속 재료 층 상에 가해지는 것으로 특징될 수 있다.
본원에 기술된 다른 구체예들은 잉곳 가공 시스템에 관한 것이다. 잉곳 가공 시스템은 잉곳 위치결정 장치를 포함할 수 있다. 잉곳 위치결정 장치는 잉곳의 장축 둘레로 잉곳을 회전시키도록 구성될 수 있다. 잉곳 가공 시스템은 또한 용접 장치를 포함할 수 있다. 용접 장치는 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역 상에 금속 재료 층을 용착물로서 증착시키도록 구성될 수 있다.
본원에 개시되고 기술된 발명은 본 발명의 내용에 기술된 구체예들로 한정되지 않는 것으로 이해된다.
본원에 개시되고 기술된 비-제한적인 구체예들의 다양한 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 보다 잘 이해될 수 있다.
도 1A는 잉곳의 단부 표면 상에 증착된 금속 재료 층을 갖는 잉곳의 측면도이며, 도 1B는 도 1A에 도시된 잉곳의 사시도;
도 2는 잉곳의 원주방향 표면 상에 증착된 금속 재료 층을 갖는 잉곳의 사시도;
도 3a는 잉곳의 단부 표면 및 원주방향 표면 상에 증착된 금속 재료 층을 갖는 잉곳의 측면도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 잉곳의 사시도;
도 4a 내지 도 4d는 잉곳의 원주방향 표면 상에 금속 재료를 용착물로서 증착시키는 하나의 방법을 예시한 사시도;
도 5a 내지 도 5d는 잉곳의 원주방향 표면 상에 금속 재료를 용착물로서 증착시키는 다른 방법을 예시한 사시도;
도 6a는 잉곳의 원주방향 표면 상에 금속 재료를 용착물로서 증착시키는 다른 구체예를 예시한 사시도이고, 도 6b는 잉곳의 전체 원주방향 표면에 걸쳐 용착물로서 증착된 금속 재료 층을 갖는, 도 6a에 도시된 잉곳의 사시도;
도 7a는 업셋 단조 작업에서의 잉곳의 측단면도이고, 도 7b는 업셋 단조 이후의 도 7a에 도시된 잉곳의 확대된 부분 측단면도이며, 도 7c는 잉곳의 단부 표면 상에 증착된 금속 재료 층을 갖는, 업셋 단조 작업에서의 잉곳의 측단면도이고, 도 7d는 업셋 단조 이후의 도 7c에 도시된 잉곳의 확대된 부분 측단면도;
도 8A는 드로우 단조 작업에서의 잉곳의 측단면도이고, 도 8B는 드로우 단조 이후의 도 8A에 도시된 잉곳의 확대된 부분 측단면도이며, 도 8C는 잉곳의 원주방향 표면 상에 증착된 금속 재료 층을 갖는, 드로우 단조 작업에서의 잉곳의 측단면도이고, 도 8D는 드로우 단조 이후의 도 8C에 도시된 잉곳의 확대된 부분 측단면도;
도 9는 각각 (사진에서 지향된 바와 같이) 큐브(cube)의 상부 표면 상에 용접 작업에 의해 증착된 금속 재료 층을 갖는, 두 개의 3-인치 합금 큐브(alloy cube)의 사진;
도 10a 및 도 10b는 합금 큐브의 하나의 다이-접촉 표면 상에 용접 작업에 의해 증착된 금속 재료 층을 갖는 3-인치 합금 큐브로부터 가압 단조된 1-인치 팬케이크(pancake)의 두 개의 다이-접촉 표면의 사진;
도 11은 합금 큐브의 하나의 다이-접촉 표면(사진에서 지향된 바와 같이 상부 표면) 상에 용접 작업에 의해 증착된 금속 재료 층을 갖는 3-인치 합금 큐브로부터 가압 단조된 섹션화된 1-인치 팬케이크의 사진이고, 도 11a는 도 11에 도시된 바와 같이, 용접된 표면의 단면을 따라 얻어진 현미경 사진.
독자는 상기 세부 항목뿐만 아니라 본 발명에 따른 다양한 비-제한적 구체예들의 하기 상세한 설명을 고려할 때 다른 항목들도 인식할 것이다. 독자는 또한 본원에 기술된 구체예들을 실행하거나 이용 시 추가적인 세부 항목을 이해할 수 있다.
기술된 구체예의 다양한 설명은 명확하게 하기 위해 다른 특성, 양태, 특징 등을 생략하면서, 단지 기술된 구체예의 이해를 명확하게 하기 위해 관련된 구체예의 특성, 양태, 특징 등을 예시하기 위해 단순화된 것으로 이해된다. 당업자는, 기술된 구체예의 설명을 고려 시에, 다른 특성, 양태, 특징 등이 기술된 구체예의 특정 실행 또는 적용에서 요망될 수 있는 것으로 인식할 것이다. 그러나, 이러한 다른 특성, 양태, 특징 등이 기술된 구체예의 설명을 고려 시에 당업자에 의해 용이하게 확인되고 실행될 수 있으며 이에 따라 기술된 구체예의 완전한 이해를 위해 필수적인 것이 아닌 이러한 특성, 양태, 특징 등의 설명은 본원에 제공되지 않는다. 이와 같이, 본원에 기술된 설명은 단지 대표적이고 예시적인 기술된 구체예로서 오로지 청구범위에 의해 정의된 바와 같이 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는 것으로 이해된다.
본 발명에서, 달리 명시된 경우를 제외하고, 양 또는 특징들을 나타내는 모든 숫자는 모든 경우에서 용어 "약"에 의해 서두에 기재되고 한정되는 것으로서 이해된다. 이에 따라, 달리 명시되지 않는 한, 하기 설명에 기술된 임의의 수치 파라미터는 본 발명에 따른 구체예에서 얻어지도록 시도하는 요망되는 성질에 따라 변경될 수 있다. 적어도, 그리고 청구범위에 대한 균등물의 원칙의 적용을 한정하고자 하는 시도로서가 아니게, 본 명세서에 기술된 각 수치 파라미터는 기술된 유효 자릿수의 개수의 측면에서 그리고 일반적인 기술에 의해 적어도 해석될 것이다.
또한, 본원에 인용된 임의의 수치 범위는 모든 상기 범위에 포함되는 모든 서브-범위를 포함하도록 의도된다. 예를 들어, "1 내지 10"의 범위는 1의 인용된 최소 수치 내지 10의 인용된 최대 수치 사이(및 이러한 수치를 포함)의, 즉 1의 최소 수치 또는 그 이상 및 10의 최대 수치 또는 그 이하의 수치를 갖는 모든 서브-범위를 포함하도록 의도된다. 본원에 인용된 임의의 최대 수치 제한은 이러한 수치에 포함된 모든 보다 낮은 수치 제한을 포함하도록 의도되며, 본원에 인용된 임의의 최소 수치 제한은 이러한 수치에 포함된 모든 보다 높은 수치 제한을 포함하도록 의도된다. 이에 따라, 본 출원인은 본원에 명확하게 인용된 범위 내에 포함된 임의의 서브-범위를 명확하게 인용하기 위해 청구범위를 포함하는 본 발명을 보정할 권리를 가지고 있다. 이러한 모든 범위는, 임의의 이러한 서브-범위를 명확하게 인용하게 하기 위한 수정이 35 U.S.C.§112, 제1절 및 35 U.S.C.§ 132(a)의 요건에 따르도록 본원에서 본질적으로 기술되도록 의도된다.
본원에서 사용되는 단수명사는 달리 표시된 이외에는, "적어도 하나" 또는 "하나 이상"을 포함하도록 의도된다. 이에 따라, 단수 명사는 본원에서 하나 또는 그 초과(즉, 적어도 하나)의 항목을 칭하는 것으로 사용된다. 일 예로서, "구성성분"은 하나 이상의 구성성분을 의미하며, 이에 따라, 아마도 하나 초과의 구성성분은 기술된 구체예의 실행에서 고려되고 이용되거나 사용될 수 있다.
본원의 참고문헌에 의해 도입되는 임의의 특허, 공개문, 또는 다른 공개 문헌은 달리 명시되지 않는 한 이의 전문으로 본원에 포함되지만, 상기 포함된 문헌이 본원에서 명확하게 기술된 존재하는 정의, 서술, 또는 다른 기술 문헌들과 상충하는 임의의 문헌, 또는 이의 일부는 오로지 포함된 문헌과 존재하는 기술 문헌 사이에 어떠한 상충도 일어나지 않는 범위로만 포함된다. 이와 같이, 그리고 필수적인 범위로, 본원에 기술된 명확한 설명은 본원의 참고문헌에 의해 포함된 임의의 상충하는 문헌을 대신한다. 본원에 참고문헌에 의해 도입되지만 본원에 기술된 존재하는 정의, 서술, 또는 다른 기술 문헌들과 상충하는 임의의 문헌, 또는 이의 일부는 오로지 포함된 문헌과 존재하는 기술 문헌 사이에 어떠한 상충도 일어나지 않는 범위로만 포함된다. 본 출원인은 본원에서 참고문헌에 의해 포함되는, 주제 또는 이의 일부를 명확하게 나열하기 위해 본 발명을 보정하기 위한 권리를 바꾼다.
본 발명은 다양한 구체예들의 설명을 포함한다. 본원에 기술된 모든 구체예들은 대표적이고, 예시적이고, 비제한적이다. 이에 따라, 본 발명은 다양한 대표적이고, 예시적이고, 비제한적인 구체예들의 설명에 의해 한정되지 않는다. 더 정확히 말하면, 본 발명은 단지 청구범위에 의해 한정되는 것으로, 이러한 청구범위는 본 발명에서 명확하게 그리고 본질적으로 기술되거나 본 발명에 의해 달리 명확하게 또는 본질적으로 지지되는 임의의 특성들을 나열하도록 보정될 수 있다. 이에 따라, 임의의 이러한 보정은 35 U.S.C. §112, 제1절, 및 35 U.S.C. §132(a)의 요건들을 준수할 것이다.
본원에 기재되고 기술된 다양한 구체예들은 본원에서 다양하게 기술된 바와 같은, 특성, 양태, 특징 등을 포함하거나, 이로 이루어지거나, 필수적으로 포함(consist essentially)할 수 있다. 본원에 기재되고 기술된 다양한 구체예들은 또한 당해 분야에 공지되거나 달리 실제로 실행되는 바와 같이 다양한 구체예들에서 포함될 수 있는 추가적인 또는 임의적인 특성, 양태, 및 특징들을 포함할 수 있다.
다양한 합금들은 균열 감수성으로서 특징될 수 있다. 균열 감수성 합금들은 가공 작업 동안에 균열을 형성시키는 경향이 있다. 균열 감수성 합금 잉곳은, 예를 들어 균열 감수성 합금 잉곳으로부터 합금 물품을 형성시키기 위해 사용되는 열간 가공 작업 동안에 균열을 형성시킬 수 있다. 예를 들어, 합금 빌렛은 단조 변환을 이용하여 합금 잉곳으로부터 형성될 수 있다. 다른 합금 물품은 압출 또는 다른 가공 작업을 이용하여 합금 빌렛 또는 합금 잉곳으로부터 형성될 수 있다. 열간 가공 작업을 이용하여 균열 감수성 합금 잉곳으로부터 형성된 합금 물품(예를 들어, 합금 빌렛)의 생산 수율은, 열간 가공 동안에(예를 들어, 단조 또는 압출 동안에) 합금 잉곳의 표면 균열의 발생률로 인하여, 낮아질 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "열간 가공"은 주변 온도보다 높은 온도에서 가공부품(workpiece)에 힘을 가하는 것을 칭하는 것으로서, 여기서 가해진 힘은 가공부품을 변형시킨다.
열간 가공 작업, 예를 들어 단조 또는 압출 동안에, 상기 가공 작업을 수행하는 합금 잉곳의 온도는 잉곳의 표면에 힘을 기계적으로 가하기 위해 사용되는 다이의 온도보다 높을 수 있다. 잉곳 표면과 접촉 다이 사이에 형성된 열적 구배 오프-세트(thermal gradient off-set)는 열간 가공 동안에, 특히 균열 감작성 합금, 예를 들어 니켈계, 철계, 니켈-철계, 및 코발트계 합금 및 초합금으로부터 형성된 잉곳에 대한 열간 가공 동안에, 잉곳의 표면 균열에 기여할 수 있다.
본원에 기술된 구체예들은 열간 가공 작업 동안에 합금 잉곳의 표면 균열의 발생률 감소에 의해 특징된 잉곳 가공 방법 및 열간 가공 공정에 관한 것이다. 다양한 구체예에서, 기술된 방법 및/또는 공정들은 합금 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역 상에 금속 재료 층을 증착시킴을 포함할 수 있다. 합금 잉곳은 증착된 금속 재료 층을 갖는 표면의 영역에서 합금 잉곳에 힘을 가함으로써 열간 가공될 수 있다. 가해진 힘은 합금 잉곳을 변형시킬 수 있다.
다양한 구체예에서, 합금 잉곳은 균열 감수성 합금을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다양한 니켈계, 철계, 니켈-철계, 및 코발트계 합금 및 초합금은 특히 열간 가공 작업 동안에 균열 감수성일 수 있다. 합금 잉곳은 이러한 균열 감수성 합금 및 초합금으로부터 형성될 수 있다. 균열 감수성 합금 잉곳은 Alloy 718, Alloy 720, Rene 41™ 합금, Rene 88™ 합금, Waspaloy® 합금, 및 Inconel® 100을 포함하지만, 이로 제한되지 않는 합금 또는 초합금으로부터 형성될 수 있다. 본원에 기술된 방법, 공정 및 시스템은 열간 가공 온도에서 비교적 낮은 연성에 의해 특징되는 임의의 합금에 일반적으로 적용 가능할 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "합금"은 통상적인 합금 및 초합금을 포함하며, 여기서 초합금은 고온에서 비교적 양호한 표면 안정성, 내부식성 및 내산화성, 고강도 및 높은 크리프 내성을 나타내는 것이다.
합금 잉곳은 잉곳 야금 작업 또는 분말 야금 작업을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 다양한 구체예에서, 합금 잉곳은 VIM 이후에 VAR (VIM-VAR 작업)에 의해 형성될 수 있다. 다양한 구체예에서, 합금 잉곳은 삼중 용융(triple melting)에 의해 형성될 수 있으며, 여기서 ESR 작업은 VIM 작업과 VAR 작업 중간에 수행된다(VIM-ESR-VAR 작업). 다른 구체예에서, 합금 잉곳은 용융된 합금의 미분화 및 얻어진 야금학적 분말의 수집 및 이러한 분말의 잉곳으로의 압밀을 포함하는 분말 야금 작업을 이용하여 형성될 수 있다.
다양한 구체예에서, 합금 잉곳은 분무 성형 작업을 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, VIM은 공급원료로부터 베이스 합금 조성물을 제조하기 위해 사용될 수 있다. ESR 작업은 임의적으로 VIM 이후에 사용될 수 있다. 용융된 합금은 VIM 또는 ESR 용융물 풀(melt pool)로부터 추출되고 용융된 액적을 형성시키기 위해 미분화될 수 있다. 용융된 합금은 예를 들어, 냉벽 유도 가이드(cold wall induction guide; CIG)를 이용하여 용융물 풀로부터 추출될 수 있다. 용융된 합금 액적은 고형화된 잉곳을 형성시키기 위해 분무 성형 작업을 이용하여 증착될 수 있다.
최초 잉곳 형성 이후, 그리고 잉곳 상에 금속 재료 층의 증착 및 잉곳의 후속 열간 가공 전에, 합금 잉곳은 열처리되고/거나 표면 컨디셔닝될 수 있다. 예를 들어, 다양한 구체예에서, 합금 잉곳은 잉곳의 합금 조성 및 미세구조를 균일하게 하기 위하여 고온에 노출될 수 있다. 고온은 합금의 재결정화 온도보다 높지만 합금의 융점 온도보다 낮을 수 있다.
합금 잉곳은 예를 들어 잉곳의 표면을 연삭하거나 필링시킴으로써 표면 컨디셔닝될 수 있다. 합금 잉곳은 또한 샌드 가공(sanded)되고/거나 버프 가공(buffed)될 수 있다. 표면 컨디셔닝 작업은 임의의 임의적 열처리 단계, 예를 들어 고온의 균일화 이전 및/또는 이후에 수행될 수 있다.
다양한 구체예에서, 금속 재료 층은 합금 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역에 증착되고 야금학적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 금속 재료 층은 잉곳의 표면 상에 용착물로서 증착될 수 있다. 용착물은 금속 불활성 가스(metal inert gas; MIG) 용접, 텅스텐 불활성 가스(tengsten inert gas; TIG) 용접, 플라즈마 용접, 서브머지드 아크 용접(submerged arc welding), 및 전자-빔 용접을 포함하지만 이로 제한되지 않는 용접 작업을 이용하여 합금 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역에 야금학적으로 결합될 수 있다.
금속 재료 층은 이용되는 특정 작업 온도에서 하부 잉곳(underlying ingot)의 합금보다 더 연성 및/또는 가단성을 나타내는 금속 재료를 포함할 수 있다. 금속 재료 층은 이용되는 특정 작업 온도에서 하부 잉곳의 합금보다 큰 인성 및/또는 보다 낮은 경도를 나타내는 금속 재료를 포함할 수 있다. 다양한 구체예에서, 금속 재료 층은 접촉 다이의 표면으로부터 하부 잉곳 표면을 분리시키며, 이에 의해 열간 가공 동안에 표면을 더욱 용이하게 균열을 형성시킬 수 있는 취화 온도(brittle temperature)로 하부 잉곳 표면이 냉각되는 것을 방지한다.
금속 재료 층은 내산화성인 금속 재료를 포함할 수 있다. 다양한 구체예에서, 금속 재료 층은 열간 가공 또는 그 밖의 가공 동안에 산화되지 않는다. 금속 재료 층은 비교적 높은 강성(예를 들어, 비교적 낮은 탄성률)을 나타내는 금속 재료를 포함할 수 있다. 다양한 구체예에서, 금속 재료 층은 열 가공 동안에 실질적으로 얇아지지 않는다(예를 들어, 여기서 하나 이상의 다이에 의한 힘의 적용은 비교적 낮은 강성의 금속 재료를 하부 잉곳 표면 상에서 얇아지게 할 것이다).
다양한 구체예에서, 하부 잉곳을 형성시키는 금속 재료 및 합금은 동일한 베이스 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 합금 잉곳이 니켈계 합금 또는 초합금(예를 들어, Alloy 720, Rene 88™ 합금, 또는 Waspaloy® 합금)을 포함하는 경우에, 증착된 층의 금속 재료는 또한 니켈계 합금, 예를 들어 니켈계 용접 합금(예를 들어, Techalloy 606™ 합금(Techalloy Company/Central Wire로부터 입수가능))을 포함할 수 있다.
금속 재료 층은 접촉 다이의 표면으로부터 하부 잉곳 표면을 분리시키기에 충분한 두께로 증착될 수 있으며, 이에 의해 열간 가공 동안에 하부 표면이 용이하게 균일을 형성시킬 수 있는 온도로 하부 잉곳 표면이 냉각되는 것을 방지한다. 이러한 방식에서, 보다 높은 열간 가공 온도는 일반적으로 보다 큰 금속 재료 층 두께와 연관될 수 있다. 다양한 구체예에서, 금속 재료 층은 합금 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역 상에 0.25 인치 내지 0.5 인치의 두께로 증착될 수 있다.
합금이 효과적으로 열간 가공될 수 있는 온도 범위는 합금에서 균열이 일어나기 시작하는 온도를 기초로 한다. 열간 가공 작업을 위한 제공된 출발 온도에서, 일부 합금은, 합금에서 균열이 개시되는 온도의 차이로 인하여, 다른 합금보다 높은 온도 범위에서 효과적으로 열간 가공될 수 있다. 비교적 작은 열간 가공 온도 범위(즉, 출발 온도와 균열이 발생하기 시작하는 온도 간의 차이)를 갖는 합금에 대하여, 금속 재료 층의 두께는 하부 잉곳이 균열이 발생하기 시작하는 취화 온도 범위 아래로 냉각되는 것을 방지하기 위해 비교적 커야 할 필요가 있을 수 있다. 마찬가지로, 비교적 큰 열간 가공 온도 범위를 갖는 합금에 대하여, 금속 재료 층의 두께는 하부 잉곳이 균열이 발생하기 시작하는 취화 온도 범위 아래로 냉각되는 것을 방지하기 위해 비교적 작을 수 있다.
다양한 구체예에서, 금속 재료 층은 합금 잉곳의 적어도 하나의 단부 상에 증착될 수 있다. 도 1A 및 도 1B는 대향하는 단부(13a 및 13b)를 갖는 긴 합금 잉곳(10)을 도시한 것이다. 금속 재료 층(15a 및 15b)은 합금 잉곳(10)의 단부(13a 및 13b) 상에 증착된다. 도 1A 및 도 1B가 잉곳(10)의 양쪽 단부(13a 및 13b) 상의 금속 재료 층을 도시하고 있지만, 다양한 구체예에서, 금속 재료 층은 긴 합금 잉곳의 단 하나의 단부 상에 증착될 수 있으며, 다른 하나의 대향하는 단부는 증착된 금속 재료 층을 가지지 않을 수 있다. 도 1A 및 도 1B가 잉곳(10)의 단부를 전체적으로 덮고 있는 금속 재료 층을 도시하고 있지만, 다양한 구체예에서, 금속 재료 층은 긴 합금 잉곳의 대향하는 단부 표면 중 하나 또는 둘 모두의 단지 일부(portion) 또는 영역 상에 증착될 수 있다. 다양한 구체예에서, 금속 재료는 잉곳의 합금보다 더욱 연성일 수 있다.
금속 재료 층은 원통형 합금 잉곳의 원주방향 표면의 적어도 하나의 영역 상에 증착될 수 있다. 도 2는 대향하는 단부(23a 및 23b) 및 원주방향 표면(27)(점선으로 표시됨)을 갖는 합금 잉곳(20)을 도시한 것이다. 금속 재료 층(25)은 합금 잉곳(20)의 원주방향 표면(27) 상에 증착된다. 도 2가 원주방향 표면(27)을 전체적으로 덮고 있는 금속 재료 층을 도시한 것이지만, 다양한 구체예에서, 금속 재료 층은 원통형 합금 잉곳의 원주방향 표면의 단지 일부 또는 영역 상에 증착될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 대향하는 단부(33a 및 33b) 및 원주방향 표면(37)(점선으로 표시됨)을 갖는 합금 잉곳(30)을 도시한 것이다. 금속 재료 층(35)은 합금 잉곳(30)의 원주방향 표면(37) 및 단부(33a 및 33b) 상에 증착된다. 이러한 방식으로, 합금 잉곳(30)은 증착된 금속 재료 층(35)으로 전체적으로 덮인다. 하부 잉곳의 표면은 도 3a 및 도 3b에서 점선으로 표시된다. 도 3a 및 도 3b가 잉곳(30)의 단부 및 원주방향 표면을 전체적으로 덮고 있는 금속 재료 층을 도시하고 있지만, 다양한 구체예에서, 금속 재료 층은 또한 긴 원통형 합금 잉곳의 대향하는 단부 표면 중 하나 또는 둘 모두 및/또는 원주방향 표면의 단지 일부 또는 영역 상에 증착될 수 있다.
다양한 구체예에서, 금속 재료 층은 잉곳을 잉곳의 장축 둘레로 회전시키고 회전하는 잉곳의 원주방향 표면의 제1영역 상에 금속 재료를 용착물로서 증착시킴으로써 합금 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역 상에 용착물로서 증착될 수 있다. 금속 재료 층은 적어도 하나의 정지 용접 토치를 이용하여 증착될 수 있다. 잉곳이 회전하고 이의 표면이 토치 아래로 통과함에 따라, 용접 토치는 잉곳의 표면 상에 금속 재료를 증착시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 금속 재료의 고리 형태의 층은, 잉곳이 적어도 1회의 회전으로 진행함에 따라, 원통형 잉곳의 원주방향 표면의 제1영역 상에 증착될 수 있다.
회전하는 잉곳이 적어도 1회의 회전을 통해 진행하고 금속 재료의 고리 형태의 층이 잉곳의 원주방향 표면의 영역 상에 증착된 후에, 적어도 하나의 용접 토치는 금속 재료의 증착된 고리 형태의 층에 인접한 위치에 재위치결정될 수 있다. 재위치결정은 잉곳에 대해 적어도 하나의 용접 토치를 이동시키고/거나 적어도 하나의 용접 토치에 대해 잉곳을 이동시킴으로써 수행될 수 있다. 재위치결정된 용접 토치는 이후에 회전하는 잉곳의 원주방향 표면의 제 2 또는 후속 영역 상에 추가 금속 재료를 용착물로서 증착할 수 있다. 이러한 방식으로, 제 2 또는 후속 고리 형태의 금속 재료 층은 이전에 증착된 고리 형태의 금속 재료 층에 인접하게 형성될 수 있다. 다양한 구체예에서, 금속 재료의 고리 형태의 층은, 금속 재료 층이 원통형 잉곳의 원주방향 표면의 적어도 하나의 영역을 덮는 연속 층을 총괄적으로 형성하도록 서로 인접하게 그리고 서로 접촉되게 연속적으로 형성될 수 있다.
적어도 하나의 용접 토치의 재위치결정 및 금속 재료의 고리 형태의 층의 증착은, 합금 잉곳의 원주방향 표면이 연속적인 금속 재료 층으로 실질적으로 덮일 때까지 연속적으로 반복될 수 있다. 다양한 구체예에서, 용접 작업 파라미터, 용접 토치 위치결정, 및 잉곳 위치결정는 합금 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역에 걸쳐 균일한 금속 재료 층을 형성하기 위해 사전결정되고/거나 능동적으로 조절될 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 합금 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역 상에 금속 재료를 용착물로서 증착하는 일 구체예를 총괄적으로 도시한 것이다. 합금 잉곳(100)은 화살표(102)에 의해 표시된 바와 같이 장축(101) 둘레로 회전시킨다. 용접 토치(110)는 정지된 상태로 존재하고, 잉곳(100)이 장축(101) 둘레로 회전함에 따라 잉곳(100)의 원주방향 표면(170) 상에 금속 재료(150)를 증착시킨다. 금속 재료(150)는, 잉곳(100)이 가공되는 온도에서 잉곳이 존재할 때, 합금 잉곳(100)의 합금보다 더욱 연성 및/또는 가단성일 수 있다. 용접 토치(110)는, 원주방향 표면(170)이 용접 토치(110) 아래로 통과함에 따라 잉곳(100)의 원주방향 표면(170)의 제1영역(171) 상에 금속 재료(150)를 증착시킨다. 용접 토치(110)는, 잉곳(100)이 적어도 1회의 회전으로 진행할 때까지 정지상태로 존재하며, 금속 재료(150)의 고리 형태의 층은 잉곳(100)의 원주방향 표면(170)의 제1영역(171) 상에 증착된다(도 4c).
도 4c에 도시된 바와 같이, 잉곳(100)을 적어도 1회의 회전을 통해 회전시킴으로써 금속 재료(150)의 고리 형태의 층이 잉곳(100)의 원주방향 표면(170)의 제1영역(171) 상에 증착된 후에, 용접 토치(110)는 도 4c의 화살표(112)에 의해 표시된 바와 같이, 잉곳(100)의 장축(101)에 대해 평행한 방향으로 토치를 소정의 거리로 이동시킴으로써 재위치결정된다. 용접 토치(110)가 제1영역(171)에 인접하게 위치되고 이에 따라 이미 증착된 금속 재료(150)의 고리 형태의 층에 인접하도록 용접 토치(110)가 재위치결정된다(도 4d). 도 4c는 장축(101)에 대해 평행하게 용접 토치(110)를 이동시킴으로써 용접 토치(110)를 재위치결정시키는 것을 도시한 것이지만, 잉곳(100)에 대한 용접 토치(110)의 위치는 또한 장축(101)에 대해 평행하게 잉곳(100)을 이동시킴으로써 변경될 수 있다.
도 4d에 도시된 바와 같이, 재위치결정된 용접 토치(110)는, 잉곳(100)이 장축(101) 둘레로 회전함에 따라, 잉곳(100)의 원주방향 표면(170)의 제2영역(172) 상에 추가 금속 재료(150')를 용착물로서 증착시킨다. 이러한 방식으로, 금속 재료(150')의 제 2 고리 형태의 층은 금속 재료(150)의 제 1 고리 형태의 층에 인접하게 증착된다. 용접 토치(110) 및 잉곳(100)의 상대적 위치의 변경 및 금속 재료의 고리 형태의 층의 증착은, 합금 잉곳(100)의 원주방향 표면(170)이 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 금속 재료로 실질적으로 덮일 때까지 연속적으로 반복될 수 있다.
다양한 구체예에서, 금속 재료 층은 적어도 하나의 용접 토치를 잉곳의 장축의 방향에서, 원통형 잉곳의 원주방향 표면의 제1영역을 따라 이동시킴으로써 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역 상에 용착물로서 증착될 수 있다. 원통형 잉곳이 정지 상태로 유지되는 동안에, 적어도 하나의 용접 토치는 잉곳의 장축의 방향에서, 원통형 잉곳의 원주방향 표면의 제1영역을 따라 이동될 수 있다. 대안적으로, 원통형 잉곳이 잉곳의 장축의 방향으로 이동되며 원통형 잉곳의 원주방향 표면의 제1영역이 적어도 하나의 용접 토치 아래로 통과하는 동안에 적어도 하나의 용접 토치는 정지 상태로 유지될 수 있다. 적어도 하나의 용접 토치는 잉곳의 장축에 대해 평행하게, 잉곳의 원주방향 표면의 제1영역 상에 금속 재료를 증착시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 금속 재료의 층은 잉곳의 장축에 대해 일반적으로 평행하게 잉곳의 원주방향 표면 상에 증착될 수 있다.
금속 재료의 층이 잉곳의 장축에 대해 평행하게, 잉곳의 원주방향 표면 상에 증착된 후에, 원통형 잉곳은 증착된 금속 재료 층(및 원주방향 표면의 상응하는 영역)을 적어도 하나의 용접 토치로부터 멀리 이동시키고 원주방향 표면의 제 2 또는 후속 영역을 적어도 하나의 용접 토치 쪽으로 이동시키기 위해 재위치결정될 수 있다. 원통형 잉곳이 이러한 방식으로 재위치결정된 후에, 추가 금속 재료는 잉곳의 원주방향 표면의 제 2 또는 후속 영역을 따라 잉곳의 장축에 대해 평행한 방향으로 적어도 하나의 용접 토치를 이동시킴으로써 잉곳의 원통형 표면 상에 용착물로서 증착될 수 있다.
적어도 하나의 용접 토치는, 원통형 잉곳이 정지 상태로 유지되는 동안에, 잉곳의 장축에 대해 평행한 방향으로, 원통형 잉곳의 원주방향 표면의 제 2 또는 후속 영역을 따라 이동될 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 용접 토치는, 원통형 잉곳이 잉곳의 장축에 대해 평행하게 이동되거나 원통형 잉곳의 원주방향 표면의 제 2 또는 후속 영역이 적어도 하나의 용접 토치 아래로 통과하는 동안에 정지 상태로 유지될 수 있다. 적어도 하나의 용접 토치는 금속 재료를 잉곳의 원주방향 표면의 제 2 또는 후속 영역 상에 증착시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 금속 재료의 추가 축방향 층(axial layer)은 잉곳의 장축에 대해 일반적으로 평행한 잉곳의 원주방향 표면 상에 그리고 또한 잉곳의 장축에 대해 일반적으로 평행하게 증착된 이전에 증착된 금속 재료의 층에 인접하고 이와 접촉되게 증착될 수 있다. 다양한 구체예에서, 적어도 하나의 용접 토치 및 잉곳의 둘 모두의 위치는, 잉곳의 원주방향 표면에 대해 적어도 하나의 용접 토치의 위치가 변경되도록 이동될 수 있다.
원통형 잉곳 및 적어도 하나의 용접 토치의 상대적 재위치결정 및 잉곳의 장축에 대해 평행한 방향으로 잉곳의 원주방향 표면 상에 금속 재료의 층의 증착은, 합금 잉곳의 원주방향 표면이 금속 재료로 실질적으로 덮일 때까지 연속적으로 반복될 수 있다. 다양한 구체예에서, 용접 작업 파라미터, 용접 토치 위치결정, 및 잉곳 위치결정은 합금 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역에 걸쳐 균일한 금속 재료 층을 형성하기 위해 사전결정되고/거나 능동적으로 조절될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 합금 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역 상에 금속 재료를 용착물로서 증착시키는 일 구체예를 총괄적으로 도시한 것이다. 도 5a를 참조로 하여, 장축(201) 및 원주방향 표면(270)을 갖는 합금 잉곳(200)이 도시된다. 장축(201)에 대해 평행한 방향으로 위치결정된, 잉곳(200)의 원주방향 표면(250)의 영역(271) 상에 증착된 금속 재료 층(250)이 도시되어 있다. 화살표(212)로 표시된 바와 같이, 용접 토치(210)가 장축(201)에 대해 평행한 방향으로 영역(272)을 따라 이동함에 따라, 용접 토치(210)는 원주방향 표면(270)의 영역(272) 상에 추가 금속 재료를 용착물(250')로서 증착시킨다. 용접 토치(210)는, 금속 재료 층(250)이 원주방향 표면(270)의 영역(272)에서 잉곳(200)의 일반적으로 전체 길이를 따라 증착될 때까지, 화살표(212)로 표시된 바와 같이 이동한다(도 5c).
도 5c 및 도 5d에 도시된 바와 같이, 금속 재료 층(250)이 영역(272)에서 증착된 후에, 잉곳(200)은 금속 재료 층(250)(및 영역(272))을 용접 토치(210)로부터 멀리 이동시키고 원주방향 표면(270)의 영역(273)을 용접 토치(210) 쪽으로 이동시키기 위해 재위치결정된다. 잉곳(200)은 도 5a 내지 도 5d에서 그리스 문자 세타(θ)로 표시된, 사전결정된 인덱스 각도(index angle)로 잉곳(200)을 회전시킴으로써 재위치결정된다.
도 5d에 도시된 바와 같이, 잉곳(200)이 재위치결정된 후에, 다른 금속 재료 층은, 용접 토치(210)를 화살표(212)로 표시된 바와 같이, 장축(201)에 대해 평행한 방향으로 원통형 잉곳(200)의 원주방향 표면(270)의 영역(273)을 따라 이동시킴으로써 잉곳(200)의 원통형 표면(270)의 영역(273) 상에 용착물(250")로서 증착된다. 이러한 방식으로, 추가 금속 재료 층(250)은 서로 인접되고 잉곳(200)의 원주방향 표면(270) 둘레에 접촉하게 형성된다. 제 1 금속 재료 층은 원주방향 표면(270)의 영역(271) 상에 증착된다. 이후에, 합금 잉곳(200)은 사전결정된 인덱스 각도(θ1)로 회전된다. 제 2 금속 재료 층은 원주방향 표면(270)의 영역(272) 상에 증착된다. 이후에, 합금 잉곳은 사전결정된 인덱스 각도(θ2)로 회전된다. 제 3 층은 장축(201)에 대해 평행한 방향으로 도 4d에서의 원주방향 표면(270)의 영역(273) 상에 증착된 것으로 도시되어 있다. 잉곳(200)의 재위치결정, 용접 토치(210)의 이동, 및 금속 재료 층들의 증착은, 합금 잉곳(200)의 원주방향 표면(270)이 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 금속 재료로 실질적으로 덮일 때까지 연속적으로 반복될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는, 잉곳(200)이 정지 상태로 유지되는 동안에, 화살표(212)로 표시되는, 장축(201)에 대해 평행한 방향으로 잉곳(200)의 원주방향 표면(270)의 영역(271, 272, 273)을 따라 이동하는 용접 토치(210)를 도시한 것이다. 대안적으로, 용접 토치(210)는 정지 상태로 유지될 수 있으며, 잉곳(200)은, 잉곳(200)의 원주방향 표면(270)의 영역(271, 272, 273)이 정지 용접 토치(210) 아래로 통과하도록 장축(210)의 방향으로 이동될 수 있다. 용접 토치(210)는 잉곳(200)의 원주방향 표면(270)의 영역(271, 272, 273) 상에 금속 재료 층(250)을 증착시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 추가 금속 재료 층은, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 잉곳(200)이 금속 재료로 실질적으로 덮일 때까지, 잉곳(200)의 장축(201)에 대해 일반적으로 평행하고 서로 인접하게 잉곳(200)의 원주방향 표면 상에 증착될 수 있다.
다양한 구체예에서, 금속 재료 층은 잉곳을 잉곳의 장축 둘레로 회전시키고 금속 재료를 회전하는 잉곳의 원주방향 표면 상에 용착물로서 증착시킴으로써 잉곳의 표면 상에 용착물로서 증착될 수 있다. 금속 재료 층은 적어도 하나의 이동 용접 토치를 이용하여 증착될 수 있다. 적어도 하나의 용접 토치는 잉곳의 장축에 대해 평행하게 이동하고 잉곳이 회전함에 따라 잉곳의 표면 상에 금속 재료를 증착시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 금속 재료의 증착물은, 잉곳이 회전하고 적어도 하나의 용접 토치가 이동함에 따라, 원통형 잉곳의 원주방향 표면 상에 나선형 방식으로 증착될 수 있다.
도 6a는 합금 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역 상에 금속 재료를 용착물로서 증착시킴을 도시한 것이다. 장축(301) 및 원주방향 표면(370)을 갖는 합금 잉곳(300)이 도시되어 있다. 잉곳(300)의 원주방향 표면(370) 상에 나선형 방식으로 증착된 금속 재료(350)의 증착물이 도시되어 있다. 잉곳(300)이 화살표(302)로 표시된 바와 같이 장축(301) 둘레로 회전하는 것과 동시에, 화살표(312)로 표시된 바와 같이, 용접 토치(310)가 장축(301)에 대해 평행하게 이동함에 따라, 용접 토치(310)는 원주방향 표면(370) 상에 금속 재료 층(350)을 증착시킨다. 금속 재료 층(350)이 일반적으로 전체 원주방향 표면(370)을 따라 증착될 때까지, 용접 토치(310)는 화살표(312)로 표시되는 바와 같이 이동하며, 잉곳(300)은 화살표(302)로 표시되는 바와 같이 회전한다(도 6b).
합금 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역 상에 증착된 금속 재료 층을 포함한 합금 잉곳은 합금 잉곳에 힘을 가함으로써 열간 가공될 수 있다. 힘은 합금 잉곳에, 적어도 하나의 영역 상에 증착된 금속 재료 층을 갖는 합금 잉곳의 적어도 하나의 표면의 적어도 하나의 영역으로 가해질 수 있다. 이러한 방식으로, 힘은, 잉곳 상에 증착된 금속 재료 층에 힘을 가함으로써 잉곳에 가해질 수 있다. 다양한 구체예에서, 열간 가공 작업은 단조 작업 및/또는 압출 작업을 포함할 수 있다. 예를 들어, 합금 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역 상에 증착된 금속 재료 층을 갖는 합금 잉곳은 업셋 단조되고/거나 드로우 단조될 수 있다.
업셋-및-드로우(upset-and-draw) 단조 작업은 1회 이상의 업셋 단조 작업 및 1회 이상의 드로우 단조 작업을 포함할 수 있다. 업셋 작업 동안에, 잉곳의 단부 표면은, 잉곳에 힘을 가하여 잉곳의 길이를 압축시키고 잉곳의 단면을 증가시키는 단조 다이와 접촉될 수 있다. 드로우 작업 동안에, 측 표면(예를 들어 원통형 잉곳의 원주방향 표면)은, 힘을 잉곳에 가하여 잉곳의 단면을 압축하고 잉곳의 길이를 증가시키는 단조 다이와 접촉될 수 있다.
도 7a 및 도 7c는 업셋 단조 작업을 도시한 것이다. 단조 다이(480/480')는 힘을 잉곳(400/400')의 대향하는 단부에 가한다. 이러한 힘은 화살표(485/485')로 표시되는 바와 같이, 잉곳(400/400')의 장축(401/401')에 대해 일반적으로 평행하게 가해진다. 도 7a는 잉곳(400)의 대향하는 단부 상에 증착된 금속 재료 층이 없는 잉곳(400)을 도시한 것이다. 도 7c는 잉곳(400')의 대향하는 단부 상에 증착된 금속 재료 층(450)을 포함한 잉곳(400')을 도시한 것이다. 잉곳(400)의 단부는 단조 다이(480)와 접촉된다(도 7a). 금속 재료 층(450)은 단조 다이(480')와 접촉된다(도 7c).
도 7b 및 도 7d는 각각 도 7a 및 도 7c에 도시된 바와 같이 업셋 단조 후에 잉곳(400 및 400') 각각의 다이-접촉 표면을 도시한 것이다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 잉곳(400)의 다이-접촉 표면(490)은 표면 균열을 나타낸다. 도 7d에 도시된 바와 같이, 금속 재료 층(450)을 포함하는 잉곳(400')의 다이-접촉 표면(490')은 표면 균열을 나타내지 않는다. 증착된 금속 재료 층(450)은 이러한 금속 재료 층이 결여된 그밖에 동일한 단조된 합금 잉곳에 비해 단조된 합금 잉곳에서 표면 균열의 발생률을 감소시킨다.
도 8A 및 도 8C는 드로우 단조 작업을 도시한 것이다. 단조 다이(580/580')는 잉곳(500/500')에 힘을 가한다. 이러한 힘은 화살표(585/585')로 표시되는 바와 같이, 잉곳(500/500')의 장축(501/501')에 대해 일반적으로 수직으로 가해진다. 단조 다이(580/580')는, 화살표(587/587')로 표시되는 바와 같이, 잉곳(500/500')의 장축(501/501')에 대해 일반적으로 평행하게 이동시킴으로써 잉곳(500/500')의 일반적으로 전체 길이를 따라 잉곳(500/500')에 힘을 가한다. 도 8A는 금속 재료 층이 없는 잉곳(500)을 도시한 것이다. 도 8C는 잉곳(500')의 원주방향 표면 상에 증착된 금속 재료 층(550)을 갖는 잉곳(500')을 도시한 것이다. 잉곳(500)의 원주방향 표면은 단조 다이(580)와 접촉된다(도 8A). 금속 재료 층(550)은 단조 다이(580')와 접촉된다(도 8C).
도 8B 및 도 8D는 각각 도 8A 및 도 8C에 도시된 바와 같이 드로우 단조 후에 잉곳(500 및 500')의 다이-접촉 표면을 도시한 것이다. 도 8B에 도시된 바와 같이, 잉곳(500)의 다이-접촉 표면(590)은 표면 균열을 나타낸다. 도 8D에 도시된 바와 같이, 금속 재료 층(550)을 포함하는 잉곳(500')의 다이-접촉 표면(590')은 표면 균열을 나타내지 않는다. 증착된 금속 재료 층(550)은 이러한 금속 재료 층이 결여된 그밖에 동일한 단조된 합금 잉곳에 비해 단조된 합금 잉곳에서 표면 균열의 발생률을 감소시킨다.
다양한 구체예에서, 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역 상에 증착된 금속 재료 층을 갖는 잉곳은 하나 이상의 업셋-및-드로우 단조 작업으로 처리될 수 있다. 예를 들어, 삼중 업셋-및-드로우 단조 작업에서, 잉곳은 먼저 업셋 단조된 후에 드로우 단조될 수 있다. 업셋 및 드로우 순서는 총 3회의 업셋 및 드로우 단조 작업을 위해 2회 더 반복될 수 있다. 잉곳의 하나 이상의 다이-접촉 표면은 잉곳이 단조되기 전에 잉곳의 다이-접촉 표면 상에 증착된 금속 재료 층을 가질 수 있다.
다양한 구체예에서, 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역 상에 증착된 금속 재료 층을 갖는 잉곳은 하나 이상의 압출 작업으로 처리될 수 있다. 예를 들어, 압출 작업에서, 원통형 잉곳은 환형 다이를 통해 가압될 수 있으며, 이에 의해 잉곳의 직경을 감소시키고 잉곳의 길이를 증가시킬 수 있다. 잉곳의 하나 이상의 다이-접촉 표면은 잉곳이 압출되기 전에 잉곳의 다이-접촉 표면 상에 증착된 금속 재료 층을 가질 수 있다.
다양한 구체예에서, 본원에 기술된 방법 및 공정들은 주조, 압밀 또는 분무 성형된 잉곳으로부터 단련용 빌렛(wrought billet)을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 잉곳의 빌렛 또는 다른 가공된 물품으로의 단조 변환 또는 압출 변환은 이전의 잉곳과 비교하여 물품에서 보다 미세한 입자 구조를 형성시킬 수 있다. 금속 재료 층이 단조 및/또는 압출 작업 동안에 잉곳의 표면 균열의 발생률을 감소시킬 수 있기 때문에, 본원에 기술된 방법 및 공정들은 합금 잉곳으로부터의 단조되거나 압출된 생성물(예를 들어, 빌렛)의 수율을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 비교적 덜 연성인 합금 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역 상에 증착된 비교적 더욱 연성인 금속 재료 층이 가공 다이에 의해 유도된 스트레인(strain)을 보다 용이하게 견딜 수 있다는 것이 관찰되었다. 또한, 합금 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역 상에 증착된 금속 재료 층이 또한 열간 가공 동안에 가공 다이와 잉곳 간의 온도 차이를 보다 용이하게 견딜 수 있다는 것이 관찰되었다. 이러한 방식으로, 표면 균열 개시가 가공 동안에 하부 잉곳에서 방해되거나 감소되면서, 증착된 금속 재료 층이 표면 균열을 전혀 또는 최소로 나타낼 수 있다는 것이 관찰되었다.
다양한 구체예에서, 열간 가공 후에, 증착된 금속 재료 층의 적어도 일부는 열간 가공 동안에 잉곳으로부터 형성된 생성물로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 연삭, 필링 및/또는 터닝 작업(turning operation)은 금속 재료 층의 적어도 일부를 제거하기 위해 사용될 수 있다. 다양한 구체예에서, 증착된 금속 재료 층의 적어도 일부는 형성된 빌렛으로부터, 빌렛을 필링(선반-터닝) 및/또는 연삭하여 잉곳을 가공함으로써 제거될 수 있다.
다양한 구체예에서, 증착된 금속 재료 층을 갖는 잉곳은 다양한 물품을 제작하기 위해 사용될 수 있는 생성물을 형성시키기 위해 열간 가공될 수 있다. 예를 들어, 본원에 기술된 공정들은 니켈계, 철계, 니켈-철계, 또는 코발트계 합금 또는 초합금 빌렛을 형성시키기 위해 사용될 수 있다. 열간 가공된 잉곳으로부터 형성된 빌렛 또는 다른 생성물은 터빈 부품, 예를 들어 터빈 엔진용 디스크 및 링 및 다양한 육상 터빈을 포함하지만 이로 제한되지 않는 물품들을 제작하기 위해 사용될 수 있다. 본원에 기술된 다양한 구체예에 따라 가공된 잉곳으로부터 제작된 다른 물품들은 밸브, 엔진 부품, 샤프트 및 파스너를 포함할 수 있지만, 이로 제한되지 않는다.
본원에 기술된 구체예는 또한 잉곳 가공 시스템 및 잉곳 가공 기구에 관한 것이다. 잉곳 가공 시스템 및 기구는 잉곳 위치결정 장치 및 용접 장치를 포함할 수 있다. 잉곳 위치결정 장치는 잉곳의 장축 둘레로 잉곳을 회전시키도록 구성된 잉곳 회전 장치를 포함할 수 있다. 용접 장치는 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역 상에 금속 재료 층을 용착물로서 증착하도록 구성될 수 있다.
다양한 구체예에서, 잉곳 회전 장치는 잉곳의 장축 둘레로 잉곳을 회전시키도록 구성된 선반을 포함할 수 있다. 잉곳 회전 장치는 하나 이상의 전체 회전을 통해 잉곳을 연속적으로 회전시킬 수 있거나, 잉곳 회전 장치는 예를 들어 용접 장치의 구성에 따라 사전결정된 인덱스 각도를 통해 순차적으로 잉곳을 불연속적으로 회전시킬 수 있다.
용접 장치는 적어도 하나의 용접 토치, 예를 들어 와이어-공급 MIG 용접 토치를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 용접 토치는 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역 상에 금속 재료 층을 용착물로서 증착시키도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 용접 토치는 잉곳의 단부 표면의 적어도 하나의 영역 상에 금속 재료 층을 용착물로서 증착시키도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 용접 토치는 원통형 잉곳의 원주방향 표면의 적어도 하나의 영역 상에 금속 재료 층을 용착물로서 증착하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 용접 토치는 원통형 잉곳의 원주방향 표면의 상부 상에 금속 재료를 증착하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 증착된 용접 비드(weld bead) 상의 중력 효과가 감소되거나 제거될 수 있다.
다양한 구체예에서, 적어도 하나의 용접 토치는 MIG 용접 토치일 수 있다. 적어도 하나의 용접 토치는 와이어 공급물을 가질 수 있다. 적어도 하나의 용접 토치는 잉곳의 표면으로부터 사전결정된 거리로 위치결정될 수 있다. 적어도 하나의 용접 토치는 사전결정된 와이어 공급 속도, 사전결정된 와이어 전압 및/또는 사전결정된 불활성 가스 퍼지 유속으로 구성될 수 있다. 토치-잉곳 표면 거리, 와이어 공급 속도, 전압, 불활성 가스 퍼지 유속, 및/또는 다양한 다른 용접 작업 파라미터들은, 금속 재료 층이 잉곳 상에 균일하게 용접 증착되도록 사전결정될 수 있다. 다양한 다른 용접 작업 파라미터의 확인(identity)은 사용되는 특정 타입의 용접 작업(예를 들어, MIG, TIG 등)에 의존적일 수 있다. 다양한 구체예에서, 특정 용접 작업에서 사용되는 입열(예를 들어, 단위 길이 당 에너지)은 금속 재료가 용접 증착되는 잉곳의 표면에 걸쳐 실질적으로 균일하게 유지될 수 있다. 이러한 방식으로, 하부 잉곳 표면의 용접-관련 균열은 감소되거나 제거될 수 있으며, 하부 잉곳과 용착물 간의 야금학적 결합의 품질은 향상될 수 있다. 다양한 구체예에서, 용접 작업 동안 잉곳에 대한 입열은 최소화될 수 있다.
용접 장치는 하나의 용접 토치, 두 개 이상의 용접 토치의 선형 어레이, 또는 세 개 이상의 용접 토치의 2차원 또는 3차원 어레이를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4a 내지 도 4d, 도 5a 내지 도 5d는 세 개의 용접 토치의 선형 어레이를 도시한 것이다. 도 6a는 하나의 용접 토치를 도시한 것이다. 용접 장치를 포함하는 용접 토치의 갯수 및 구성은 기술된 잉곳 처리 방법, 시스템 및 장치의 특정 실행에 따라 다양할 수 있다.
다양한 구체예에서, 잉곳 가공 시스템은 제어 시스템을 포함할 수 있다. 제어 시스템은 잉곳의 표면의 적어도 하나의 영역 상에 금속 재료 층을 균일하게 증착하기 위해 잉곳 위치결정 장치와 함께 용접 장치를 이동시키고 위치결정시키도록 구성될 수 있다. 제어 시스템은 토치-표면 거리, 용접 작업 파라미터, 잉곳 표면에 대한 적어도 하나의 용접 토치의 이동 및 위치, 및/또는 잉곳의 이동 및 위치결정을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템은 잉곳의 장축에 대해 평행한 일반적으로 선형 방식으로 및 장축에 대해 평행한 잉곳의 원주방향 표면의 영역을 따라 적어도 하나의 용접 토치를 이동시키도록 구성될 수 있다. 제어 시스템은 또한 잉곳의 대향하는 단부 표면 상에 금속 재료를 용착물로서 증착시키기 위해 적어도 하나의 용접 토치를 위치결정시키도록 구성될 수 있다.
다양한 구체예에서, 제어 시스템은 잉곳의 거친 표면 상에 금속 재료를 균일하게 증착시키기 위해 적어도 하나의 용접 토치를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 다양한 구체예에서, MIG 용접 토치에서 소모 전극의 와이어 공급 속도, 와이어 전극의 전압, 토치-잉곳 표면 거리, 및 토치 이동/위치결정은 회전하거나 정지 상태의 잉곳에 걸쳐 안정한 아크를 전달하도록 능동적으로 제어될 수 있다. 이러한 방식으로, 금속 재료의 실질적으로 균일한 층은 잉곳 상에 증착될 수 있다.
제어 시스템은 합금 잉곳의 적어도 하나의 단부 상에 금속 재료 층의 용착물로서의 증착을 자동화하도록 구성될 수 있다. 제어 시스템은 원통형 합금 잉곳의 원주방향 표면 상에 금속 재료 층을 용착물로서의 증착을 자동화하도록 구성될 수 있다.
잉곳 가공 시스템은 적어도 하나의 정지 용접 토치를 이용하여 회전하는 원통형 잉곳의 원주방향 표면의 제1영역 상에 금속 재료를 용착물로서 증착하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 잉곳 가공 시스템은 원통형 잉곳의 원주방향 표면 둘레에 금속 재료의 고리 형태의 층을 증착시킬 수 있다. 잉곳 가공 시스템은, 회전하는 원통형 잉곳이 적어도 1회의 회전을 통해 진행한 후에 적어도 하나의 용접 토치를 금속 재료의 증착된 고리 형태의 층에 인접하게 재위치결정하도록 구성될 수 있다. 잉곳 가공 시스템은 적어도 하나의 재위치결정된 정지 용접 토치를 이용하여 회전하는 원통형 잉곳의 원주방향 표면의 제 2 또는 후속 영역 상에 금속 재료를 용착물로서 증착하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 잉곳 가공 시스템은 원통형 잉곳의 원주방향 표면 상에 금속 재료의 다른 고리 형태의 층을 증착시킬 수 있다. 잉곳 가공 시스템은, 원통형 잉곳의 원주방향 표면이 금속 재료 층으로 실질적으로 덮일 때까지, 자동화된 방식으로 적어도 하나의 용접 토치의 재위치결정 및 고리 형태의 금속 재료 층의 증착을 반복하도록 구성될 수 있다.
잉곳 가공 시스템은 잉곳의 장축에 대해 평행하고 제1영역을 따라 이동하도록 구성된 적어도 하나의 용접 토치를 이용하여 잉곳의 장축에 대해 평행한 방향을 따라 정지 잉곳의 원주방향 표면의 제1영역 상에 금속 재료를 용착물로서 증착하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 잉곳 가공 시스템은 원통형 잉곳의 원주방향 표면의 제1영역 상에 금속 재료의 층을 증착시킬 수 있다. 잉곳 가공 시스템은 원주방향 표면의 제1영역을 적어도 하나의 용접 토치로부터 멀리 이동시키고 원주방향 표면의 제2영역을 적어도 하나의 용접 토치 쪽으로 이동시키기 위해 원통형 잉곳을 재위치결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 잉곳은 잉곳 회전 장치에 의해 사전결정된 인덱스 각도로 회전될 수 있다.
잉곳 가공 시스템은 잉곳의 장축에 대해 평행하고 제2영역을 따라 이동하도록 구성된 적어도 하나의 용접 토치를 이용하여 잉곳의 장축에 대해 평행한 방향을 따라 정지 잉곳의 원주방향 표면의 제 2 또는 후속 영역 상에 금속 재료를 용착물로서 증착하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 잉곳 가공 시스템은 원통형 잉곳의 원주방향 표면의 제2영역 상에 금속 재료의 층을 증착시킬 수 있다. 잉곳 가공 시스템은, 원통형 잉곳의 원주방향 표면이 금속 재료 층으로 실질적으로 덮일 때까지 자동화된 방식으로 잉곳의 장축에 대해 평행한 방향을 따라 잉곳의 재위치결정 및 금속 재료 층의 증착을 반복하도록 구성될 수 있다.
잉곳 가공 시스템은 잉곳의 장축 둘레로 잉곳을 회전시키고 동시에 잉곳의 장축에 대해 평행하게 용접 토치를 이동시킴으로써 잉곳의 표면 상에 금속 재료를 용착물로서 증착하도록 구성될 수 있다. 금속 재료 층은 제어 시스템 하에서 적어도 하나의 이동 용접 토치를 이용하여 증착될 수 있다. 이러한 방식으로, 잉곳이 장축 둘레로 회전하며 적어도 하나의 용접 토치가 장축에 대해 평행하게 이동함에 따라, 금속 재료의 증착물은 원통형 잉곳의 원주방향 표면 상에 나선 방식으로 증착될 수 있다.
하기의 예시적이고 비제한적인 실시예는 구체예들의 범위를 제한하지 않으면서 다양한 비제한적인 구체예를 추가로 기술하기 위해 의도된다. 당업자는, 이러한 실시예들의 변형예가 단지 청구범위에 의해 규정되는 본 발명의 범위 내에서 가능한 것으로 인식할 것이다. 모든 부 및 백분율은 달리 명시하지 않는 한 중량 기준이다.
실시예
실시예 1
Rene 88™ 합금의 3인치 큐브를 열간 가공 작업에서 사용하였다. 상기 큐브를 Rene 88™ 빌렛의 단편 부분으로부터 무작위적으로 절단하였다. 상기 큐브를 2100℉에서 4 시간 동안 열처리하여 Rene 88™ 잉곳의 가공능력(workability) 특성을 매칭하도록 합금 큐브의 입자 크기를 증가시켰다. 각 큐브의 한쪽 표면을 디스크 연삭기 상에서 연삭한 후에 벨트 샌더(belt sander)로 샌드 가공함으로써 컨디셔닝시켰다. TechAlloy 606™ 합금 층을 MIG 용접(0.045 인치 직경 TechAlloy 606 와이어, 분당 220 인치, 18V 와이어 전압, 1분 당 50 입방 피트의 아르곤 퍼지)을 이용하여 각 큐브의 컨디셔닝된 표면 상에 용착물로서 증착시켰다. 용접 증착된 TechAlloy 606™ 합금 층을 완전히 고형화시키고 실온으로 냉각시켰다. 도 9는 각각이 사진에서 지향된 바와 같이 상부 표면 상에 용접 증착된 TechAlloy 606™ 합금을 갖는 두 개의 Rene 88™ 합금의 3 인치 큐브의 사진이다.
TechAlloy 606™ 합금 층을 갖는 Rene 88™ 합금 큐브를 1시간에 걸쳐 2000℉로 가열하고 이러한 온도에서 가압 단조하였다. TechAlloy 606 합금 층을 갖는 표면을 하부 다이와 접촉되게 배치시키고, TechAlloy 606™ 합금 층이 결여된 대향하는 표면을 상부 다이에 접촉되게 배치시켰다. 3 인치 큐브를 대략 초당 1 인치 변형속도를 이용하여 1인치 팬케이크로 가압 단조하였다.
도 10a 및 도 10b는 3 인치 큐브로부터 가압 단조된 1 인치 팬케이크의 대향하는 측면들의 사진이다. 도 10a는 팬케이크의 비-층화된 측 표면을 도시한 것이며, 도 10b는 TechAlloy 606™ 합금 층을 갖는 측 표면을 도시한 것이다. Rene 88™ 합금의 균열 감작성은 도 10a에 도시된 단조된, 비-층화된 표면 상에서 보여진다. 표면 균열은 도 10a에 도시된 바와 같이, TechAlloy 606™ 합금 층이 결여된 표면 상에서 명확하게 보여진다. 도 10b에 도시된 바와 같이, TechAlloy 606™ 합금 층은 단조 동안에 합금의 표면 균열의 발생률을 실질적으로 감소시켰다.
도 11은 상술된 바와 같이 3 인치 합금 큐브로부터 가압 단조된 섹션화된 1 인치 팬케이크의 사진이다. TechAlloy 606™ 합금 층과 하부 단조된 Rene 88™ 사이의 경계를 중간 반경 위치(도 11에서 "11A"로 표지됨)에서 광학 현미경을 이용하여 이미지화하였으며, 이는 팬케이크의 용접된 표면의 단면에 해당한다(사진에서 지향된 바와 같이 상부 표면). 도 11a는 도 11에 도시된 바와 같이 중간 반경 위치에서 얻어진 현미경 사진이다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 강력하고 균일한 야금학적 결합은 TechAlloy 606™ 합금 층과 하부 Rene 88™ 사이에서 형성되었다. 야금학적 결합은 가압 단조를 견디며, 어떠한 탈착 또는 분리도 관찰되지 않았다. TechAlloy 606™ 합금 층의 노출된 표면 및 TechAlloy 606™ 합금 층과 하부의 단조된 Rene 88™ 사이의 경계 둘 모두에서 실질적으로 균열이 나타나지 않았다. TechAlloy 606™ 합금 층의 제거(예를 들어, 연삭에 의함)는 표면 균열이 실질적으로 존재하지 않는 하부의 단조된 Rene 88™을 드러낼 것이다.
본 발명은 다양한 대표적인, 예시적인 그리고 비-제한적인 구체예들을 참조로 하여 기술된 것이다. 그러나, 당업자에 의해 임의의 기술된 구체예들(또는 이의 일부)의 치환, 개질 또는 조합은 단지 청구범위에 의해 규정되는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않게 이루어질 수 있는 것으로 인식될 것이다. 이에 따라, 본 발명이 본원에 명확하게 기술되지 않은 추가 구체예를 수용하다는 것이 고려되고 이해된다. 이러한 구체예들은 예를 들어, 본원에 기술된 구체예의 임의의 기술된 단계, 성분, 구성성분, 구성요소, 엘리먼트, 특징, 양태, 특성, 제한 등을 조합, 개질 또는 재편성함으로써 얻어질 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 다양한 대표적, 예시적, 및 비-제한적 구체예의 설명에 의해 제한되지 않고, 단지 청구범위에 의해 제한된다. 이러한 방식으로, 본 출원인은 본원에서 다양하게 기술된 바와 같이 특성들을 추가하기 위해 심사 동안에 청구범위를 보정할 권리를 갖는다.

Claims (44)

  1. 다음 단계를 포함하는 잉곳 가공(processing) 방법:
    원통형 합금 잉곳을 형성하는 단계, 상기 원통형 합금 잉곳은 둘의 평행하고 대향하는 원형 단부 표면 및 상기 둘의 원형 단부 표면에 수직이고 이들을 연결하는 하나의 원주방향 표면을 포함하는 셋의 외부 표면을 포함함;
    금속 재료 층을 원통형 합금 잉곳의 셋의 외부 표면 상에 증착시키는 단계, 여기서 합금에 비해 더욱 연성임;
    합금 잉곳을 열간 가공(hot working)하는 단계, 여기서 열간 가공은 힘을 금속 재료 층에 가하는 것을 포함하고, 힘은 합금 잉곳을 변형시킴; 및
    합금 잉곳을 열간 가공한 후 합금 잉곳으로부터 금속 재료 층을 제거하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 재료 층을 증착시키기 전에 상기 합금 잉곳의 표면을 연삭(grinding) 또는 필링(peeling)하는 단계를 추가로 포함하는 잉곳 가공 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 합금 잉곳은 니켈계 합금, 철계 합금, 니켈-철계 합금 및 코발트계 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 재료를 포함하는 잉곳 가공 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 합금 잉곳은 니켈계 초합금을 포함하는 잉곳 가공 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 합금 잉곳 및 상기 금속 재료 층은 동일한 베이스 금속(base metal)을 포함하며, 상기 베이스 금속은 니켈, 철 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택되는 잉곳 가공 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 합금 잉곳은 니켈계 초합금을 포함하며, 상기 금속 재료 층은 용접 합금(weld allay)을 포함하는 잉곳 가공 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 금속 재료 층을 증착시키는 단계는 상기 금속 재료 층을 용착물(weld deposit)로서 증착시키는 것을 포함하는 잉곳 가공 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 금속 재료 층을 용착물로서 증착시키는 단계는 금속 불활성 가스(metal inert gas; MIG) 용접, 텅스텐 불활성 가스(tengsten inert gas; TIG) 용접 및 플라즈마 용접으로 이루어진 군으로부터 선택된 용접 작업을 포함하는 잉곳 가공 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 금속 재료 층을 용착물로서 증착시키는 단계는,
    상기 합금 잉곳을 회전시키는 단계; 및
    하나 이상의 정지 용접 토치를 이용하여, 회전하는 상기 합금 잉곳의 원주방향 표면의 제1영역 상에 상기 금속 재료를 용착물로서 증착시킴으로써, 상기 합금 잉곳의 원주방향 표면 상에 상기 금속 재료의 고리 형태의 층을 증착시키는 단계를 포함하는 잉곳 가공 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 회전하는 합금 잉곳이 적어도 1회의 회전을 통해 진행한 후에 상기 금속 재료의 증착된 고리 형태의 층에 인접하게 하나 이상의 용접 토치를 재위치결정시키는 단계; 및
    하나 이상의 재위치결정된 정지 용접 토치를 이용하여, 상기 회전하는 합금 잉곳의 원주방향 표면의 제2영역 상에 금속 재료를 용착물로서 증착시키는 단계를 추가로 포함하는 잉곳 가공 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 합금 잉곳의 원주방향 표면이 상기 금속 재료로 실질적으로 덮일 때까지 상기 재위치결정시키는 단계 및 상기 증착시키는 단계를 반복하는 단계를 추가로 포함하는 잉곳 가공 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 금속 재료 층을 용착물로서 증착시키는 단계는,
    상기 합금 잉곳을 정지상태로 유지시키면서, 상기 합금 잉곳의 장축에 대해 평행한 상기 합금 잉곳의 원주방향 표면의 제1영역을 따라 하나 이상의 용접 토치를 이동시킴으로써, 상기 합금 잉곳의 원주방향 표면의 제1영역 상에 상기 금속 재료의 층을 용착물로서 증착시키는, 이동 단계;
    상기 합금 잉곳을 재위치결정시켜 상기 원주방향 표면의 제1영역을 하나 이상의 용접 토치로부터 멀리 이동시키고, 상기 원주방향 표면의 제2영역을 하나 이상의 용접 토치 쪽으로 이동시키는, 재위치결정 단계; 및
    상기 합금 잉곳을 정지상태로 유지시키면서, 상기 잉곳의 장축에 대해 평행한 상기 합금 잉곳의 원주방향 표면의 제2영역을 따라 하나 이상의 용접 토치를 이동시킴으로써, 상기 합금 잉곳의 원주방향 표면의 제2영역 상에 상기 금속 재료의 층을 용착물로서 증착시키는, 이동 단계를 포함하는 잉곳 가공 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 합금 잉곳의 원주방향 표면이 상기 금속 재료를 실질적으로 덮을 때까지 상기 재위치결정 단계 및 상기 이동 단계를 반복하는 단계를 추가로 포함하는 잉곳 가공 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 합금 잉곳을 열간 가공하는 단계는 단조 작업 및 압출 작업 중 하나 이상을 포함하는 잉곳 가공 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 합금 잉곳을 열간 가공하는 단계는 업셋-및-드로우(upset-and-draw) 단조 작업을 포함하며, 업셋-및 드로우 단조 작업은 다음 단계를 포함하는 잉곳 가공 방법:
    합금 잉곳을 업셋 단조하는 단계, 여기서 단조 다이는 평행하고 대향하는 원형 단부 표면 중 하나 또는 둘 상의 층과 접촉하고 이에 힘을 가하여 합금 잉곳의 길이를 압축하고 합금 잉곳의 단면을 확장시킴; 및
    업셋 단조된 합금 잉곳을 드로우 단조하는 단계, 여기서 단조 다이는 원주방향 표면 상의 층과 접촉하고 이에 힘을 가하여 합금 잉곳의 단면을 압축하고 합금 잉곳의 길이를 연장시킴.
  16. 제1항에 있어서, 상기 금속 재료 층은 열간 가공 동안에 상기 합금 잉곳의 표면 균열의 발생률(incidence)을 감소시키고, 상기 방법은 니켈계 초합금 잉곳으로부터 형성된 단조된 니켈계 초합금 생성물의 수율을 개선하는 잉곳 가공 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 방법은 주조 니켈계 초합금 잉곳으로부터 단련용 니켈계 초합금 빌렛(wrought nickel-base superalloy billet)을 생성시키는 잉곳 가공 방법.
  18. 제1항에 있어서, 원통형 합금 잉곳을 형성하는 단계는 진공 유도 용융-진공 아크 재용융 작업 또는 진공 유도 용융-일렉트로슬래그 정련-진공 아크 재용융 작업을 이용하여 니켈계 초합금 잉곳을 제공하는 것을 포함하는 잉곳 가공 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 열간 가공된 잉곳으로부터 물품(article)을 제작하는 단계를 추가로 포함하되, 상기 물품은 제트 엔진 부품 및 육상 터빈(land based turbine) 부품으로 이루어진 군으로부터 선택되는 잉곳 가공 방법.
  20. 다음 단계를 포함하는 잉곳 가공 방법:
    원통형 니켈계 합금 잉곳을 형성하는 단계, 상기 원통형 니켈계 합금 잉곳은 둘의 평행하고 대향하는 원형 단부 표면 및 상기 둘의 원형 단부 표면에 수직이고 이들을 연결하는 하나의 원주방향 표면을 포함하는 셋의 외부 표면을 포함함;
    니켈계 합금 층을 원통형 니켈계 합금 잉곳의 셋의 외부 표면 상에 증착시키는 단계, 여기서 니켈계 합금을 포함하는 층은 니켈계 합금을 포함하는 잉곳에 비해 더욱 연성임;
    잉곳을 열간 가공하는 단계, 여기서 상기 가공은 힘을 층에 가하는 것을 포함하고, 상기 힘은 잉곳을 변형시킴; 및
    잉곳을 가공한 후 잉곳으로부터 층을 제거하는 단계.
  21. 제20항에 있어서, 상기 합금 잉곳은 니켈계 초합금을 포함하는 잉곳 가공 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 니켈계 합금 층은 용착물을 포함하는 잉곳 가공 방법.
  23. 제20항에 있어서, 상기 잉곳은 니켈계 초합금을 포함하며, 상기 층은 니켈계 용접 합금을 포함하는 잉곳 가공 방법.
  24. 제20항에 있어서, 상기 합금 잉곳에 힘을 가하는 단계가 단조 작업 및 압출 작업 중 하나 이상을 포함하는 잉곳 가공 방법.
  25. 제20항에 있어서, 상기 합금 잉곳에 힘을 가하는 단계는 업셋-및-드로우 단조 작업을 포함하며, 업셋-및 드로우 단조 작업은 다음 단계를 포함하는 잉곳 가공 방법:
    합금 잉곳을 업셋 단조하는 단계, 여기서 단조 다이는 평행하고 대향하는 원형 단부 표면 중 하나 또는 둘 상의 층과 접촉하고 이에 힘을 가하여 잉곳의 길이를 압축하고 잉곳의 단면을 확장시킴; 및
    업셋 단조된 합금 잉곳을 드로우 단조하는 단계, 여기서 단조 다이는 원주방향 표면 상의 층과 접촉하고 이에 힘을 가하여 잉곳의 단면을 압축하고 잉곳의 길이를 연장시킴.
  26. 제20항에 있어서, 상기 방법은 니켈계 초합금 잉곳으로부터 형성된 단조된 니켈계 초합금 생성물의 수율을 개선시키는 잉곳 가공 방법.
  27. 제20항에 있어서, 상기 방법은 주조 니켈계 초합금 잉곳으로부터 단련용 니켈계 초합금 빌렛을 생성시키는 잉곳 가공 방법.
  28. 제20항에 있어서, 상기 열간 가공된 잉곳으로부터 물품을 제작하는 단계를 추가로 포함하되, 상기 물품은 제트 엔진 부품 및 육상 터빈 부품으로 이루어진 군으로부터 선택되는 잉곳 가공 방법.
  29. 제1항에 있어서, 합금 잉곳은 비-중공(non-hollow) 중실(solid) 합금 잉곳인 잉곳 가공 방법.
  30. 제20항에 있어서, 합금 잉곳은 비-중공 중실 합금 잉곳인 잉곳 가공 방법.
  31. 제1항에 있어서, 둘의 단부 표면은 평평한 원형 표면을 포함하는 잉곳 가공 방법.
  32. 제20항에 있어서, 둘의 단부 표면은 평평한 원형 표면을 포함하는 잉곳 가공 방법.
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