KR102178434B1 - Method for manufacturing of titanium plate having excellent quality of surface - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면은, 티타늄 판재를 제조함에 있어서 표면에 형성된 산화층과 산소부화층을 효과적으로 제거하는 동시에, 표면 결함을 최소화할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 것이다.An aspect of the present invention is to provide a method of effectively removing an oxide layer and an oxygen-enriched layer formed on a surface while minimizing surface defects in manufacturing a titanium plate.

Description

표면 품질이 우수한 티타늄 판재의 제조방법 {METHOD FOR MANUFACTURING OF TITANIUM PLATE HAVING EXCELLENT QUALITY OF SURFACE}Manufacturing method of titanium plate with excellent surface quality {METHOD FOR MANUFACTURING OF TITANIUM PLATE HAVING EXCELLENT QUALITY OF SURFACE}

본 발명은 표면 품질이 우수한 티타늄 판재를 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of manufacturing a titanium plate having excellent surface quality.

티타늄은 비강도가 높고 내식성이 우수하여 항공기, 발전 및 석유 화학 설비의 소재뿐만 아니라, 인체 친화성이 뛰어나 의료용 임플란트 등의 생체용 소재로서 널리 사용되고 있다.
Due to its high specific strength and excellent corrosion resistance, titanium is widely used not only as a material for aircraft, power generation, and petrochemical facilities, but also as a material for living organisms such as medical implants because of its excellent human affinity.

이러한 티타늄을 활용한 티타늄 판재는 통상 VAR(Vacuum Arc Remelting) 또는 PACHM(Plasma Arc Cold Hearth Melting), EBCHM(Electron Beam Cold Hearth Melting)의 방법으로 주조된 잉곳(ingot)을 분괴(分塊) 단조 또는 압연 공정을 통해 슬라브 형태로 제조한 다음, 상기 슬라브를 열간압연, 소둔, 산세, 냉간압연 및 진공 소둔의 과정을 거쳐 최종 판재 코일로 제조한다 (도 1).
Titanium plates using such titanium are usually forged ingots cast by the method of VAR (Vacuum Arc Remelting), PACHM (Plasma Arc Cold Hearth Melting) or EBCHM (Electron Beam Cold Hearth Melting). After manufacturing in the form of a slab through a rolling process, the slab is manufactured into a final sheet coil through the processes of hot rolling, annealing, pickling, cold rolling, and vacuum annealing (FIG. 1).

상기 티타늄 판재를 제조하는 일련의 공정에 대하여 설명하면 다음과 같다.A series of processes for manufacturing the titanium plate will be described as follows.

우선, 슬라브 제조 공정은 가열된 잉곳을 분괴 단조 또는 압연 방법으로 잉곳 조직을 제거하고, 후속 열간압연 공정에 적합한 슬라브의 형상을 만드는 공정이다.First of all, the slab manufacturing process is a process of removing the ingot structure by demolition forging or rolling a heated ingot, and forming a shape of a slab suitable for a subsequent hot rolling process.

열간압연 공정은 슬라브를 변태 온도 이하(예컨대 850~890℃)로 가열한 후 압연하여 두께 3~4mm 정도의 박판 코일(열연 코일) 형태로 제조하며, 이때 박판 표면에는 수 ㎛ 두께의 견고한 산화층(Oxide layer)과 그 직하에 산소고용으로 인한 수십 ㎛ 두께의 고경도 산소부화층(Oxide-rich layer)이 생성될 수 있다.In the hot rolling process, the slab is heated to a transformation temperature below the transformation temperature (for example, 850 to 890°C) and then rolled to form a thin coil (hot rolled coil) having a thickness of 3 to 4 mm, and at this time, a solid oxide layer ( Oxide layer) and a high hardness oxygen-rich layer having a thickness of several tens of µm due to oxygen solidification may be formed under it.

이로부터 제조된 열간 압연재를 소둔하는 공정은 압연 변형으로 경화된 조직의 재결정을 통해 재질을 연화시키는 공정으로서, 후속 냉간압연이 용이하도록 연질의 소재를 얻기 위한 공정이다.The annealing process of the hot-rolled material produced therefrom is a process of softening a material through recrystallization of a structure hardened by rolling deformation, and is a process for obtaining a soft material to facilitate subsequent cold rolling.

후속 냉간압연 공정에서는 최종 목표 두께를 가지는 박판 코일을 제조하고, 이렇게 제조된 냉간 압연 코일을 재결정 온도 이상~ 변태 온도 이하에서 진공 소둔 공정을 통하여 표면에서의 산화층 형성을 방지하면서, 변형 경화된 조직을 풀어주고 가공성을 확보하게 된다.
In the subsequent cold rolling process, a thin sheet coil having a final target thickness is manufactured, and the formed cold rolled coil is subjected to a vacuum annealing process at a temperature above the recrystallization temperature and below the transformation temperature to prevent the formation of an oxide layer on the surface, while preventing the formation of a strain hardened structure. It loosens and secures workability.

한편, 티타늄 열간 압연재의 소둔 공정은 통상 750~800℃의 대기 분위기에서 열연 코일을 미리 가열된 로를 통과시키는 연속 방법에 의해 행해진다. 이러한 소둔 공정 후 열간 압연재 표면에 발생한 산화층(Oxide layer)과 고경도 산소부화층(Oxide-rich layer)은 기계적인 숏 블라스팅과 화학적인 산세 공정을 통해 제거할 수 있다.On the other hand, the annealing process of the titanium hot-rolled material is usually performed by a continuous method in which the hot-rolled coil is passed through a furnace heated in advance in an atmospheric atmosphere of 750 to 800°C. After such an annealing process, the oxide layer and the high hardness oxygen-rich layer generated on the surface of the hot-rolled material can be removed through mechanical shot blasting and chemical pickling processes.

그런데, 상술한 방법에 의하더라도 제거가 불충분하여 일부 산소부화층이 잔존하고, 기계적 숏 블라스팅시 표면에 고경도의 가공 경화층이 생성되는 경우가 있다. 열간 압연재 표면의 고경도층은 모재와의 재질 차이로 인해 후속 냉간압연 공정 중 발생하는 선형 결함의 주요 원인이 되고 있다.
However, even by the above-described method, removal is insufficient, so that some oxygen-enriched layers remain, and during mechanical shot blasting, a work hardened layer of high hardness may be generated on the surface. The high-hardness layer on the surface of the hot-rolled material is a major cause of linear defects occurring during the subsequent cold-rolling process due to the difference in material from the base material.

철(Fe) 소재와 달리 티타늄은 가열시 표면에 산화층뿐만 아니라, 산화층 직하에 산소고용으로 인한 고경도 조직인 산소부화층이 비교적 조대하게 형성되는 경향이 있다. Unlike iron (Fe) materials, titanium tends to form a relatively coarse oxygen-enriched layer, which is a high-hardness structure due to oxygen solidification, directly under the oxide layer as well as an oxide layer on the surface when heated.

산소부화층은 산소 원자가 티타늄 결정 구조 내부에 고용되어 경도 및 강도를 증가시키기 때문에, 열간 공정 중 생성된 산소부화층이 후속 냉간 공정 전에 기계적 및 화학적 가공을 통해 완전히 제거되지 못하면, 냉간 가공 공정 중 모재와의 재질 차이로 인한 표면 결함이 발생할 가능성이 높다.In the oxygen-enriched layer, since oxygen atoms are dissolved in the titanium crystal structure to increase hardness and strength, if the oxygen-enriched layer generated during the hot process is not completely removed through mechanical and chemical processing before the subsequent cold processing, the base material during the cold working process There is a high possibility that surface defects may occur due to the material difference between the and.

이러한 산소부화층은 적은 양의 산소 원자가 모재 내에 고용되어 발생하는 것이므로, 표면 또는 단면의 조직을 관찰하는 것으로는 구분하기 어렵고, 통상 단면 조직의 미소경도 측정을 통해 측정 가능하다. 따라서, 산소부화층의 제거를 위하여 티타늄의 표면 가공량을 결정하는 데에 어려움이 따른다.Since such an oxygen-enriched layer is generated by solid solution of a small amount of oxygen atoms in the base material, it is difficult to distinguish by observing the structure of the surface or the cross-section, and it is usually possible to measure the microhardness of the cross-sectional structure. Therefore, it is difficult to determine the amount of titanium to be processed in order to remove the oxygen-enriched layer.

또한, 산소부화층의 제거를 위하여 열간 압연재의 표면을 과도하게 제거하는 경우에는, 생산 수율의 손실을 가져올 수 있고, 반면 최소로 제거하는 경우에는 산소부화층이 잔존하여 후속 냉각 가공 공정 중 결함을 일으킬 가능성이 높다.
In addition, if the surface of the hot-rolled material is excessively removed for the removal of the oxygen-enriched layer, production yield may be lost. On the other hand, if the oxygen-enriched layer is removed to a minimum, the oxygen-enriched layer remains and defects during the subsequent cooling process. It is likely to cause.

따라서, 표면 결함이 최소화된 티타늄 판재를 얻기 위해서는 기존에 냉간 가공 공정에 투입되는 열간 압연재의 표면에서 완전히 제거되지 못한 고경화층(산소부화층)을 효과적으로 제거할 수 있는 방안이 요구되고 있는 실정이다.
Therefore, in order to obtain a titanium plate with minimized surface defects, there is a need for a method to effectively remove the highly hardened layer (oxygen enriched layer) that has not been completely removed from the surface of the hot-rolled material that has been put into the cold working process. .

본 발명의 일 측면은, 티타늄 판재를 제조함에 있어서 표면에 형성된 산화층과 산소부화층을 효과적으로 제거하는 동시에, 표면 결함을 최소화할 수 있는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
An aspect of the present invention is to provide a method of effectively removing an oxide layer and an oxygen-enriched layer formed on a surface while minimizing surface defects in manufacturing a titanium plate.

본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 본 발명 명세서 전반에 걸친 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 어려움이 없을 것이다.
The subject of the present invention is not limited to the above description. Anyone of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will not have difficulty in understanding the additional subject of the present invention from the contents throughout the present specification.

본 발명의 일 측면은, 티타늄 열연판재를 준비하는 단계; 상기 티타늄 열연판재를 숏 블라스팅 및 산세 처리하는 단계; 상기 숏 블라스팅 및 산세 처리된 티타늄 열연판재를 제1 소둔 열처리하는 단계; 상기 제1 소둔 열처리된 티타늄 열연판재를 냉간압연하는 단계; 및 상기 냉간압연 후 제2 소둔 열처리하는 단계를 포함하며, 상기 제1 소둔 열처리는 700~850℃의 진공 분위기에서 8~10시간 행하는 것을 특징으로 하는 표면 품질이 우수한 티타늄 판재의 제조방법을 제공한다.
One aspect of the present invention, the step of preparing a titanium hot-rolled plate; Shot blasting and pickling the titanium hot-rolled sheet; Subjecting the shot blasted and pickled titanium hot-rolled sheet to a first annealing heat treatment; Cold rolling the first annealed heat-treated titanium hot-rolled sheet; And performing a second annealing heat treatment after the cold rolling, wherein the first annealing heat treatment is performed in a vacuum atmosphere of 700 to 850° C. for 8 to 10 hours. .

본 발명에 의하면, 냉간압연 공정에서 선형 결함을 억제함으로써 표면품질이 우수한 티타늄 판재를 제공할 수 있다.
According to the present invention, it is possible to provide a titanium plate material having excellent surface quality by suppressing linear defects in a cold rolling process.

도 1은 종래 티타늄 판재를 제조하는 일련의 공정을 모식화하여 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 티타늄 판재를 제조하는 일련의 공정을 모식화하여 나타낸 것이다.
도 3은 열간압연 직후 티타늄 열연코일의 미세조직을 관찰한 사진을 나타낸 것이다 (화살표 2는 경도 측정시 생긴 압입자국이다).
도 4는 종래의 공정에 의해 제조된 티타늄 열연판재의 미세조직을 관찰한 사진을 나타낸 것이다 (화살표 2는 경도 측정시 생긴 압입자국이다).
도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 공정에 의해 제조된 티타늄 열연판재의 미세조직을 관찰한 사진을 나타낸 것이다.
도 6은 진공 소둔 열처리 공정을 행하지 않고 제조한 티타늄 냉연판재의 표면을 관찰한 사진을 나타낸 것이다.
도 7은 진공 소둔 열처리 공정 여부에 따른 티타늄 냉연판재의 표면 결함 수의 결과를 그래프화하여 나타낸 것이다.
1 schematically shows a series of processes for manufacturing a conventional titanium plate.
2 is a schematic view showing a series of processes for manufacturing a titanium plate according to an aspect of the present invention.
3 shows a photograph of observing the microstructure of a titanium hot-rolled coil immediately after hot rolling (arrow 2 is an indented particle station generated during hardness measurement).
4 shows a photograph of observing the microstructure of a titanium hot-rolled sheet manufactured by a conventional process (arrow 2 is an indented particle station generated during hardness measurement).
5 shows a photograph of observing the microstructure of a titanium hot-rolled sheet manufactured by a process according to an aspect of the present invention.
6 shows a photograph of observing the surface of a titanium cold-rolled sheet manufactured without performing a vacuum annealing heat treatment process.
7 is a graph showing the result of the number of surface defects of the titanium cold-rolled sheet according to whether the vacuum annealing heat treatment process is performed.

본 발명자들은 기존의 열간압연 공정 및 대기 분위기에서의 연속적인 소둔 공정을 통해 제조되는 티타늄 판재의 표면에 형성된 산화층과 산소부화층이 기계적 및 화학적 가공으로부터 충분히 제거되지 못함에 따라 표면 결함이 발생하는 문제를 확인하였다.The present inventors have a problem that surface defects occur as the oxide layer and the oxygen-enriched layer formed on the surface of the titanium plate manufactured through the conventional hot rolling process and the continuous annealing process in an atmospheric atmosphere are not sufficiently removed from mechanical and chemical processing. Was confirmed.

이에, 본 발명자들은 티타늄 판재의 표면에 형성된 산화층을 효과적으로 제거하는 동시에, 고경도 조직의 산소부화층의 생성을 최소화함으로써 우수한 표면품질을 가지는 티타늄 판재를 제조할 수 있는 방안에 대하여 깊이 연구하였다.Accordingly, the present inventors have studied in depth a method for manufacturing a titanium plate having excellent surface quality by effectively removing the oxide layer formed on the surface of the titanium plate and minimizing the generation of an oxygen-enriched layer of a high-hardness structure.

그 결과, 본 발명은 티타늄 판재를 제조함에 있어서, 기존의 열간 압연재 소둔 공정을 생략하는 한편, 열간 압연재의 산화층을 우선적으로 제거한 후 진공 소둔을 거쳐 목적하는 물성을 가지는 티타늄 판재를 제공함에 기술적 의의가 있다.
As a result, the present invention is technical to provide a titanium plate having desired physical properties through vacuum annealing after first removing the oxide layer of the hot-rolled material while omitting the existing hot-rolled material annealing process in manufacturing a titanium plate material. It is meaningful.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 측면에 따른 표면 품질이 우수한 티타늄 판재는 다음과 같이 일련의 공정을 거쳐 제조할 수 있다 (도 2).A titanium plate having excellent surface quality according to an aspect of the present invention can be manufactured through a series of processes as follows (FIG. 2).

구체적으로, 티타늄 열연판재를 준비하는 단계; 상기 티타늄 열연판재를 숏 블라스팅 및 산세 처리하는 단계; 상기 숏 블라스팅 및 산세 처리된 티타늄 열연판재를 제1 소둔 열처리하는 단계; 상기 제1 소둔 열처리된 티타늄 열연판재를 냉간압연하는 단계; 및 상기 냉간압연 후 제2 소둔 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
Specifically, preparing a titanium hot-rolled sheet; Shot blasting and pickling the titanium hot-rolled sheet; Subjecting the shot blasted and pickled titanium hot-rolled sheet to a first annealing heat treatment; Cold rolling the first annealed heat-treated titanium hot-rolled sheet; And performing a second annealing heat treatment after the cold rolling.

우선, 상기 티타늄 열연판재는 티타늄 잉곳을 분괴 단조 또는 압연하여 티타늄 슬라브(slab)를 제조한 후 상기 티타늄 슬라브를 가열 및 열간압연하여 얻은 열연코일일 수 있다.First, the titanium hot-rolled plate may be a hot-rolled coil obtained by heating and hot rolling the titanium slab after manufacturing a titanium slab by split forging or rolling a titanium ingot.

이때, 상기 티타늄 슬라브를 가열 및 열간압연하는 공정은 통상의 조건에 의하며, 일 예로 900℃ 이상에서 가열한 슬라브를 변태 온도 이하의 온도 예컨대, 850~890℃의 온도범위에서 압연하여 두께 3~4mm 정도의 박판 열연코일을 얻을 수 있다.
At this time, the process of heating and hot rolling the titanium slab is under normal conditions, for example, the slab heated at 900°C or higher is rolled at a temperature below the transformation temperature, such as 850 to 890°C, and the thickness is 3 to 4 mm. A thin hot-rolled coil of about the same can be obtained.

본 발명에서는 상기와 같은 방법에 의하여 얻어진 티타늄 열연판재를 숏 블라스팅 및 산세 처리함으로써, 상기 티타늄 열연판재의 표면에 형성된 산화층을 제거할 수 있다.In the present invention, by shot blasting and pickling the titanium hot-rolled sheet obtained by the above method, the oxide layer formed on the surface of the titanium hot-rolled sheet can be removed.

상기 숏 블라스팅과 산세 처리 공정은 통상의 조건으로 행할 수 있으므로, 그 조건에 대해서는 특별히 한정하지 아니한다.Since the shot blasting and the pickling treatment process can be performed under normal conditions, the conditions are not particularly limited.

다만, 일 예로 상기 숏 블라스팅은 숏 블라스터(short blaster)를 이용할 수 있고, 상기 산세 공정은 질산과 불산이 포함된 혼합산세액을 이용할 수 있다. 구체적으로 대한민국 등록특허 제10-1611754호에서 제시하는 방법에 의할 수 있다.
However, for example, a short blaster may be used for the shot blasting, and a mixed pickling solution containing nitric acid and hydrofluoric acid may be used for the pickling process. Specifically, it may be based on the method presented in Korean Patent Registration No. 10-1611754.

본 발명은 상기에 따라 산화층이 제거된 티타늄 열연판재를 진공 소둔처리하는 공정을 행할 수 있으며, 이때의 소둔처리 공정에 대해 제1 소둔 열처리로 칭한다.In the present invention, a process of vacuum annealing the titanium hot-rolled sheet material from which the oxide layer has been removed according to the above can be performed, and the annealing process at this time is referred to as a first annealing heat treatment.

구체적으로, 상기 제1 소둔 열처리는 산화층이 제거된 열연코일을 순 티타늄의 재결정 온도 이상~변태 시작 온도 이하로 가열된 진공 소둔로에 그대로 장입함으로써 행할 수 있다. 바람직하게는 700~850℃의 진공 분위기에서 8~10시간 동안 행할 수 있으며, 보다 바람직하게는 800~850℃의 온도범위, 보다 더 바람직하게는 800℃를 초과하는 온도에서 행할 수 있다.Specifically, the first annealing heat treatment may be performed by charging the hot-rolled coil from which the oxide layer is removed into a vacuum annealing furnace heated to a temperature above the recrystallization temperature of pure titanium and below the starting temperature of transformation. Preferably, it can be carried out for 8 to 10 hours in a vacuum atmosphere of 700 to 850°C, more preferably in a temperature range of 800 to 850°C, and still more preferably at a temperature exceeding 800°C.

상기 제1 소둔 열처리시 온도가 700℃ 미만이거나 열처리 시간이 8시간 미만이면 열간압연에 의해 형성된 변형조직의 재결정 처리가 충분하지 못하여 목표 수준의 재질 연화를 달성할 수 없다. 반면, 그 온도가 850℃를 초과하거나 열처리 시간이 10시간을 초과하게 되면 재질 연화 효과는 충분하지만 생산성이 크게 저하될 우려가 있다.
If the temperature during the first annealing heat treatment is less than 700° C. or the heat treatment time is less than 8 hours, the recrystallization treatment of the deformed structure formed by hot rolling is insufficient, and thus the target level of material softening cannot be achieved. On the other hand, if the temperature exceeds 850℃ or the heat treatment time exceeds 10 hours, the material softening effect is sufficient, but the productivity will be greatly reduced. There is concern.

상기 제1 소둔 열처리된 티타늄 열연판재를 냉간압연하여 티타늄 냉연판재를 제조할 수 있으며, 이때 통상의 기술자가 목표 두께에 따라 압하율을 정할 수 있다 할 것이다.
The first annealed, heat-treated titanium hot-rolled sheet may be cold-rolled to manufacture a titanium cold-rolled sheet, and in this case, a person skilled in the art may determine the reduction ratio according to the target thickness.

이후, 상기 티타늄 냉연판재의 잔류 응력을 제거하고, 가공성의 확보를 목적으로 소둔 열처리를 행할 수 있으며, 이때의 소둔 열처리 공정에 대해 제2 소둔 열처리로 칭한다.Thereafter, the residual stress of the titanium cold-rolled sheet may be removed, and annealing heat treatment may be performed for the purpose of securing workability, and the annealing heat treatment process at this time is referred to as a second annealing heat treatment.

본 발명에서 상기 제2 소둔 열처리는 앞서 언급한 제1 소둔 열처리와 동일한 조건으로 행할 수 있으며, 다만 진공 분위기를 비산화성 분위기로 변경하여도 무방하다.
In the present invention, the second annealing heat treatment may be performed under the same conditions as the aforementioned first annealing heat treatment, but the vacuum atmosphere may be changed to a non-oxidizing atmosphere.

통상의 티타늄 열연판재는 열간압연된 열연코일을 대기분위기에서 연속소둔한 후 기계적 및 화학적 방법으로 산세 처리하는 반면, 본 발명에서는 상기 연속소둔 공정을 배제하는 한편, 산세 처리 공정을 우선적으로 행한 다음 진공 소둔 공정을 거침으로써 표면품질이 우수한 티타늄 판재를 얻을 수 있는 것이다.In the conventional titanium hot-rolled sheet, the hot-rolled hot-rolled coil is continuously annealed in an atmospheric atmosphere and then pickled by mechanical and chemical methods, whereas in the present invention, the continuous annealing process is excluded, while the pickling process is preferentially performed and then vacuum By going through an annealing process, a titanium plate with excellent surface quality can be obtained.

본 발명에 따른 공정에 의해 티타늄 판재의 표면품질을 향상시킬 수 있음에 대해서는 하기 실시예를 참조하여 구체적으로 설명할 것이다.
It will be described in detail with reference to the following Examples that the surface quality of the titanium plate can be improved by the process according to the present invention.

특히, 본 발명에 의할 경우, 제1 소둔 열처리된 티타늄 열연판재의 표면 경도 값이 135Hv 이하로 제1 소둔 열처리를 행하기 전에 비해 표면 경도 값을 낮출 수 있다. 보다 바람직하게는 130Hv 이하일 수 있다.In particular, in the case of the present invention, the surface hardness value of the titanium hot-rolled sheet material subjected to the first annealing heat treatment is 135 Hv or less, and the surface hardness value may be lowered compared to before the first annealing heat treatment is performed. More preferably, it may be 130Hv or less.

이는, 숏 블라스팅 및 산세 공정 후 제1 소둔 열처리 과정에서 진공 소둔을 행함에 따라 숏 블라스팅에 의해 형성된 표면 경화 조직이 재결정되어 변형 쌍정 조직이 제거되고, 산소부화층 내 산소가 확산됨에 따라 산화층이 최소화됨에 기인하는 것이다.This is, as vacuum annealing is performed in the first annealing heat treatment process after the shot blasting and pickling process, the surface hardened structure formed by shot blasting is recrystallized to remove the deformed twin structure, and the oxide layer is minimized as oxygen in the oxygen-enriched layer diffuses It is due to being.

여기서, 티타늄 열연판재의 표면은 표면으로부터 두께방향 10㎛ 내지 100㎛까지의 영역을 일컬으며, 상기 표면 경도 값은 상기 표면에 해당하는 영역 내에서 5번 측정한 후 평균 값으로 나타낸 것이다.
Here, the surface of the titanium hot-rolled sheet refers to an area from the surface to the thickness direction of 10 μm to 100 μm, and the surface hardness value is expressed as an average value after measuring five times within the area corresponding to the surface.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, it should be noted that the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention. This is because the scope of the present invention is determined by matters described in the claims and matters reasonably inferred therefrom.

(( 실시예Example ))

중량%로 0.03%Fe-0.05%O-0.003%C-0.003%N-0.001%H-잔부 Ti을 포함하는 티타늄 슬라브를 860~880℃의 대기 분위기에서 4시간 이상 숙열 후 열간압연하여 두께 약 3mm의 열연코일을 제조하였다.
Titanium slab containing 0.03%Fe-0.05%O-0.003%C-0.003%N-0.001%H-balance Ti in wt% is heated for at least 4 hours in an atmospheric atmosphere at 860~880℃ and then hot rolled to a thickness of about 3mm. A hot-rolled coil was manufactured.

상기 열간압연을 완료하여 얻은 열연코일의 미세조직을 관찰해본 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이 열연코일 표면에 수㎛로 산화층(1)이 형성된 것을 확인할 수 있다.
As a result of observing the microstructure of the hot-rolled coil obtained by completing the hot rolling, it can be seen that the oxide layer 1 was formed on the surface of the hot-rolled coil in several μm as shown in FIG. 3.

또한, 상기 산화층 아래의 10~100㎛ 깊이 표층 영역과, 그 직하의 100~1500㎛ 깊이의 내부 영역에서 초미소경도를 측정하였다. 이때, 초미소경도의 시험하중은 50mN, 압입속도는 10mN/s, 부하유지 시간은 10초로 설정하였으며, 동일한 위치에서 5번을 측정한 후 평균 값을 산출하였다.In addition, the microhardness was measured in a surface layer area of 10 to 100 μm deep below the oxide layer and an inner area of 100 to 1500 μm depth directly below the oxide layer. At this time, the test load of the ultra-small hardness was set to 50 mN, the indentation speed was set to 10 mN/s, and the load holding time was set to 10 seconds, and the average value was calculated after measuring 5 times at the same position.

그 결과, 깊이 100~1500㎛의 내부 영역에서의 초미소경도 평균 값이 100Hv 정도로 측정되는 반면, 깊이 10~100㎛ 깊이의 표층 영역에서의 초미소경도 평균 값은 160Hv로 측정되었다. 이와 같이, 내부에 비해 표층에서 경도가 높은 이유는, 고온의 대기 분위기에서 가열을 행함에 따라 산화층 직하에 산소부화층이 형성됨에 기인하는 것이다.
As a result, the average value of ultra-microhardness in the inner region of 100 to 1500 µm in depth was measured to be about 100 Hv, while the average value of ultra-micro-hardness in the surface region of 10 to 100 µm in depth was measured to be 160 Hv. As described above, the reason why the hardness is higher in the surface layer than in the inside is because the oxygen-enriched layer is formed directly under the oxide layer by heating in a high-temperature atmospheric atmosphere.

[종래 티타늄 열연판재 제조(비교예)][Conventional titanium hot-rolled sheet manufacturing (comparative example)]

상기 열연코일을 연속식 소둔로에서 750~770℃의 온도로 소둔 열처리한 후 숏 블라스터를 이용하여 숏 블라스팅한 후 질산(100g/l)과 불산(25g/l)이 함유된 혼합산세액에서 화학적 산세를 통해 표면 산화층을 제거하였다.
After annealing and heat treatment of the hot-rolled coil in a continuous annealing furnace at a temperature of 750 to 770 ℃, shot blasting using a shot blaster, and then chemically in a mixed pickling solution containing nitric acid (100 g/l) and hydrofluoric acid (25 g/l). The surface oxide layer was removed through pickling.

상기 소둔 열처리 및 산화층 제거 공정을 거쳐 제조한 티타늄 열연판재(비교예)의 미세조직을 관찰하여 본 결과, 도 4에 나타낸 바와 같이 열연코일 표면에 형성된 수㎛로 산화층(도 3 참조)이 제거되고, 변형 쌍정 조직(3)이 생성된 것을 확인할 수 있다.
As a result of observing the microstructure of the titanium hot-rolled sheet material (Comparative Example) manufactured through the annealing heat treatment and oxidation layer removal process, as shown in FIG. 4, the oxide layer (see FIG. 3) was removed to a few μm formed on the surface of the hot-rolled coil. , It can be seen that the deformed twin tissue (3) was generated.

또한, 티타늄 열연판재의 표면으로부터 두께방향 10~100㎛ 깊이의 표층 영역과, 그 직하의 100~1500㎛ 깊이의 내부 영역에서 초미소경도를 측정하였으며, 이때 측정 조건은 상기 열연코일과 동일하게 하였다.In addition, the ultra-micro hardness was measured in the surface layer area 10 to 100 μm deep in the thickness direction from the surface of the titanium hot rolled sheet material, and the inner area 100 to 1500 μm deep below it, and the measurement conditions were the same as those of the hot rolled coil. .

그 결과, 내부 영역에서의 초미소경도 평균 값이 100Hv로 측정되는 반면, 표층 영역에서의 초미소경도 평균 값은 170Hv로 여전히 고경도를 가지는 것을 알 수 있었다. 이는, 소둔 열처리 후 숏 블라스팅에 의해 형성된 가공 경화 조직(변형 쌍정 조직)(3)이 잔존하고, 산소부화층이 완전히 제거되지 못함에 기인하는 것으로 보여진다.
As a result, it was found that the average value of ultra-microhardness in the inner region was measured as 100 Hv, while the average value of ultra-micro-hardness in the surface region was 170 Hv, which was still a high hardness. This is believed to be due to the fact that the work hardened structure (deformed twin structure) 3 formed by shot blasting after annealing heat treatment remains, and the oxygen-enriched layer is not completely removed.

[본 발명의 티타늄 열연판재 제조(발명예][Manufacture of titanium hot-rolled sheet material of the present invention (invention example]

상기 열연코일을 숏 블라스터를 이용하여 숏 블라스팅한 후 질산(100g/l)과 불산(25g/l)이 함유된 혼합산세액에서 화학적 산세를 통해 표면 산화층을 제거하였다.The hot rolled coil was shot blasted using a shot blaster, and then the surface oxide layer was removed by chemical pickling in a mixed pickling solution containing nitric acid (100 g/l) and hydrofluoric acid (25 g/l).

이와 같이 표면 산화층을 제거한 후 미세조직을 관찰해본 결과, 도 4와 동일한 조직 즉, 표면 산화층이 제거되고 변형 쌍정 조직이 생성된 것을 확인할 수 있었다.
As a result of observing the microstructure after removing the surface oxide layer as described above, it was confirmed that the same structure as in FIG. 4, that is, the surface oxide layer was removed, and a modified twin structure was generated.

이후, 표면 산화층을 제거한 열연코일을 800℃에서 10시간 진공 소둔 열처리하였다.Thereafter, the hot rolled coil from which the surface oxide layer was removed was subjected to vacuum annealing heat treatment at 800° C. for 10 hours.

상기 진공 소둔 열처리 공정을 거쳐 제조한 티타늄 열연판재(발명예)의 미세조직을 관찰해본 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이, 표면에 산화층이 잔존하지 않으며, 숏 블라스팅에 의해 형성된 가공 경화 조직(변형 쌍정 조직)이 진공 소둔 열처리에 의해 재결정되어 제거된 것을 확인할 수 있다.
As a result of observing the microstructure of the titanium hot-rolled sheet material (inventive example) manufactured through the vacuum annealing heat treatment process, as shown in Fig. 5, no oxide layer remains on the surface, and a work hardened structure formed by shot blasting (deformed twin crystal It can be seen that the structure) was recrystallized and removed by vacuum annealing heat treatment.

또한, 티타늄 열연판재의 표면으로부터 두께방향 10~100㎛ 깊이의 표층 영역과, 그 직하의 100~1500㎛ 깊이의 내부 영역에서 초미소경도를 측정하였으며, 이때 측정 조건은 상기 열연코일과 동일하게 하였다.In addition, the ultra-micro hardness was measured in the surface layer area 10 to 100 μm deep in the thickness direction from the surface of the titanium hot rolled sheet material, and the inner area 100 to 1500 μm deep below it, and the measurement conditions were the same as those of the hot rolled coil. .

그 결과, 내부 영역에서의 초미소경도 평균 값이 약 102Hv로 측정되는 반면, 표층 영역에서의 초미소경도 평균 값이 약 131Hv로 비교예 대비 경도가 크게 낮아진 것을 확인할 수 있었다. 이는, 앞서 언급한 바와 같이 숏 블라스팅에 의해 형성된 가공 경화 조직(변형 쌍정 조직)이 진공 소둔 열처리에 의해 재결정되고, 산소부화층 내 산소가 확산함에 따라 산소부화층이 감소된 효과에 기인하는 것이다.
As a result, it was confirmed that the average value of ultra-microhardness in the inner region was measured as about 102 Hv, while the average value of ultra-micro-hardness in the surface region was about 131 Hv, which was significantly lower than the comparative example. This is due to the effect that the work hardened structure (deformed twin structure) formed by shot blasting as mentioned above is recrystallized by vacuum annealing heat treatment, and the oxygen-enriched layer is reduced as oxygen diffuses in the oxygen-enriched layer.

[티타늄 냉연판재 제조][Manufacture of titanium cold rolled sheet material]

한편, 소둔 열처리를 행한 후 숏 블라스터를 이용한 숏 블라스팅과 질산 및 불산 혼합산세액에서 화학적 산세 처리를 행한 티타늄 열연판재(비교예)와, 본 발명에 의해 숏 블라스팅 및 화학적 산세 처리를 행한 다음 진공 소둔 열처리 공정을 거친 티타늄 열연판재(발명예)를 각각 가역식 냉간 압연기를 이용하여 초기 두께 3mm에서 최종 두께 0.7mm까지 냉간압연하여 티타늄 냉연판재를 제조하였다.
On the other hand, a titanium hot-rolled sheet material (Comparative Example) subjected to annealing heat treatment followed by shot blasting using a shot blaster and chemical pickling in a nitric and hydrofluoric acid mixed pickling solution, and shot blasting and chemical pickling according to the present invention, followed by vacuum annealing. Titanium hot-rolled sheet material (invention example) subjected to the heat treatment process was cold-rolled from an initial thickness of 3 mm to a final thickness of 0.7 mm using a reversible cold rolling machine, respectively, to prepare a titanium cold-rolled sheet material.

상기 각각의 티타늄 냉연판재에 대해 가로, 세로 길이가 1000mm인 시편을 각각 5매씩 채취한 후 육안으로 보여지는 표면 결함(선형 결함)의 수를 계수하였다.For each of the titanium cold-rolled sheets, 5 specimens each having a length of 1000 mm in width and length were collected, and the number of surface defects (linear defects) visible with the naked eye was counted.

그 결과, 도 7에 나타낸 바와 같이 진공 소둔 열처리를 행하지 아니한 티타늄 냉연판재(B)는 압연 방향에 수평한 선형 결함 수가 8개로서 나타난 반면 (도 6 참조), 본 발명에 의한 티타늄 냉연판재(A)는 단 2개로 그 수가 크게 감소한 것을 확인할 수 있다.
As a result, as shown in Fig. 7, the titanium cold-rolled sheet material (B) not subjected to the vacuum annealing heat treatment appeared as eight horizontal linear defects in the rolling direction (see Fig. 6), whereas the titanium cold-rolled sheet material (A) according to the present invention ), it can be seen that the number is greatly reduced to only two.

상술한 결과들로부터, 티타늄 열연판재 표면에 내부에 비해 고경도의 산소부화층 또는 가공 경화 조직이 잔존하게 될 경우 후속 냉간압연 중에 압연 방향에 수평한 선형 결함이 발생하여 표면 결함이 열위하는 것을 알 수 있다.From the above results, it can be seen that when an oxygen-enriched layer or work hardened structure of higher hardness than the inside remains on the surface of the titanium hot-rolled sheet, horizontal linear defects occur in the rolling direction during subsequent cold rolling, resulting in inferior surface defects. I can.

나아가, 본 발명과 같이 티타늄 열연판재에 대해 숏 블라스팅과 화학적 산세 공정을 우선 행한 후 진공 소둔 열처리 공정을 행하는 경우, 고경도의 산소부와층과 가경 경화 조직을 효과적으로 제거할 수 있어, 표면 결함을 억제하고 양호한 품질의 표면을 얻을 수 있다.Further, in the case of performing the vacuum annealing heat treatment process after first performing the shot blasting and chemical pickling process on the titanium hot-rolled sheet material as in the present invention, the oxygen portion and the hardened structure of the high hardness can be effectively removed, thereby reducing surface defects. Can be suppressed and a good quality surface can be obtained.

Claims (5)

티타늄 열연판재를 준비하는 단계;
상기 티타늄 열연판재를 숏 블라스팅 및 산세 처리하는 단계;
상기 숏 블라스팅 및 산세 처리된 티타늄 열연판재를 제1 소둔 열처리하는 단계;
상기 제1 소둔 열처리된 티타늄 열연판재를 냉간압연하는 단계; 및
상기 냉간압연 후 제2 소둔 열처리하는 단계를 포함하며,
상기 제1 소둔 열처리는 800~850℃의 진공 분위기에서 8~10시간 행하는 것을 특징으로 하는 표면 품질이 우수한 티타늄 판재의 제조방법.
Preparing a titanium hot-rolled sheet;
Shot blasting and pickling the titanium hot-rolled sheet;
Subjecting the shot blasted and pickled titanium hot-rolled sheet to a first annealing heat treatment;
Cold rolling the first annealed heat-treated titanium hot-rolled sheet; And
Including the step of performing a second annealing heat treatment after the cold rolling,
The first annealing heat treatment method for producing a titanium plate having excellent surface quality, characterized in that performed for 8 to 10 hours in a vacuum atmosphere of 800 ~ 850 ℃.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 제1 소둔 열처리 후 티타늄 열연판재의 표면 경도 값이 135Hv 이하인 표면 품질이 우수한 티타늄 판재의 제조방법.
The method of claim 1,
After the first annealing heat treatment, a method of manufacturing a titanium plate having excellent surface quality having a surface hardness value of 135 Hv or less.
제 1항에 있어서,
상기 제1 소둔 열처리시 티타늄 열연판재 표면 조직의 재결정으로 변형 쌍정 조직이 제거되는 것인 표면 품질이 우수한 티타늄 판재의 제조방법.
The method of claim 1,
The method of manufacturing a titanium plate having excellent surface quality, wherein the deformed twin structure is removed by recrystallization of the surface structure of the titanium hot-rolled sheet during the first annealing heat treatment.
제 1항에 있어서,
상기 제2 소둔 열처리는 700~850℃의 진공 또는 비산화성 분위기에서 8~10시간 행하는 것인 표면 품질이 우수한 티타늄 판재의 제조방법.
The method of claim 1,
The second annealing heat treatment is performed for 8 to 10 hours in a vacuum or non-oxidizing atmosphere of 700 to 850°C. Method for producing a titanium plate having excellent surface quality.
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