KR102332457B1 - 티탄 열간 압연판의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
전자 빔 용해법 또는 플라즈마 아크 용해법을 이용하여 직접 제조한 티탄 슬래브에, 열간 압연을 행하여 티탄판을 제조하는 방법으로서, 상기 티탄 슬래브가 열간 압연시에 압연되는 면을 피압연면, 압연 방향에 평행하고, 또한 피압연면에 수직인 면을 측면으로 할 때,〔1〕상기 피압연면을 향해서 빔 또는 플라즈마를 조사하지 않고, 상기 측면을 향해서 빔 또는 플라즈마를 조사함으로써, 상기 티탄 슬래브의 상기 측면의 적어도 상기 피압연면측의 일부를 용융한 후, 재응고시켜, 원상당 입경이 1.5mm 이하이고, 또한 상기 측면으로부터의 깊이가 3.0mm 이상인 조직층을 상기 측면에 형성하며, 〔2〕상기 세립 조직층을 형성한 티탄 슬래브의 상기 피압연면을 피니싱 처리하여, 슬래브 평탄도 지표(X)를 3.0 이하로 하고, 〔3〕상기 피니싱 처리 후의 티탄 슬래브를, 조압연 1패스째의 롤 접촉 호의 길이(L)가 230mm 이상인 조건으로 열간 압연한다.
Description
본 발명은, 티탄 열간 압연판의 제조 방법에 관한 것이다.
티탄 열간 압연판은, 일반적으로, 이하에 개시하는 제조 방법에 의해 제조되고 있다. 우선, 크롤법에 의해 얻어진 스폰지 티탄이나 티탄 스크랩을 용해하고, 응고시켜 잉곳으로 한다(용해 공정). 이어서, 잉곳에 열간으로 분괴 압연 또는 단조를 실시하여, 티탄 열간 압연판을 제조하기 위한 열간 압연에 적절한 형상, 치수의 슬래브로 가공한다(브레이크다운 공정). 다음으로, 슬래브를 열간 압연하여 티탄 열간 압연판으로 한다.
용해 공정에서 이용하는 용해 방법으로는, 비소모 전극식 아크 용해법(VAR), 전자 빔 용해법(EBR), 플라즈마 아크 용해법(PAM)이 이용되고 있다.
용해 방법으로서 비소모 전극식 아크 용해법을 이용하는 경우, 주형 형상이 원기둥형상에 한정되기 때문에, 브레이크다운 공정은 필수이다. 용해 방법으로서, 전자 빔 용해법 또는 플라즈마 아크 용해법을 이용하는 경우, 주형과는 다른 장소에서 용해한 용탕을 주형에 부어 넣기 때문에, 주형 형상의 자유도가 높다. 이로 인해, 티탄 열간 압연판을 제조하기 위한 열간 압연에 적절한 치수의 직사각형 기둥형상의 잉곳을 주조할 수 있다. 이러한 직사각형 기둥형상의 잉곳을 이용하여 티탄 열간 압연재를 제조하는 경우, 브레이크다운 공정을 생략할 수 있다.
브레이크다운 공정을 거치지 않고 티탄 열간 압연판을 제조하는 방법으로서, 예를 들어, 특허문헌 1~특허문헌 3에 기재된 기술이 있다.
특허문헌 1에는 「폭/두께≥3.5」의 순티탄 직사각형 잉곳을 900~1000℃의 온도로 가열하고, 압연 개시시에 표면 온도 880℃ 이상에서 압하율이 10% 이상 40% 미만인 압하를 가한 후, 표면 온도가 880℃ 미만이며 최종 압연 종료 직후의 표면 온도가 650℃를 밑돌지 않는 온도역에서 전체 압하율이 70% 이상이 되는 압연을 행하는 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 방법에서는, β상 안정 온도역에서의 압하량을 특정값 이하로 억제함으로써, 재료의 폭 넓힘을 억제하고 있다. 이것에 의해, 특허문헌 1에서는, 열간 압연판 측면에 발생한 잔물결이, 폭 넓힘에 의해서 표면으로 이동하여 시임 결함이 되는 것을 억제하고 있다.
특허문헌 2에는, 직사각형의 잉곳의 표면을, 곡률 반경이 3~30mm인 선단 형상을 갖는 강제 공구 혹은 반경이 3~30mm인 강제구를 이용하여 냉간으로 소성 변형 시켜, 파형의 윤곽 곡선 요소의 평균 높이가 0.2~1.5mm, 평균 길이가 3~15mm인 딤플을 부여하는 것이 제안되어 있다. 특허문헌 2에서는, 상기의 강제 공구 혹은 강제구에 의해서 직사각형의 잉곳의 표면에 냉간으로 변형을 부여함으로써, 열간 압연의 잉곳 가열시에 표층부를 재결정시켜, 조대한 응고 조직에 기인한 표면 결함을 저감하고 있다.
특허문헌 3에는, 잉곳의 피압연면에 해당하는 면의 표층을 고주파 유도 가열, 아크 가열, 플라즈마 가열, 전자 빔 가열 및 레이저 가열 중 1종 또는 2종 이상을 조합하여 용융 재응고시켜, 표층으로부터 깊이 1mm 이상이 용융 재응고한 조직인 티탄의 열연 압연용 소재가 기재되어 있다. 특허문헌 3에서는, 잉곳의 표층을 용융 재응고시켜, 매우 미세하고 불규칙한 방위를 갖는 응고 조직을 얻음으로써, 조대한 응고 조직의 영향에 의한 표면 결함을 저감하고 있다.
그러나, 종래의 티탄 열간 압연판의 제조 방법에서는, 티탄 열간 압연판의 피압연면 폭 방향 단부에 에지 스캡 결함으로 불리는 표면 결함이 발생하는 경우가 있었다. 에지 스캡 결함의 발생은, 특히, 브레이크다운 공정을 생략하고 제조한 티탄 열간 압연판에 있어서 현저했다. 이것은, 잉곳의 표면에 존재하는 포어(핀홀)가, 브레이크다운 공정에 있어서의 압착에 의해서 무해화되어 있지 않기 때문이다. 열간 압연되는 티탄 슬래브에 포어가 존재하고 있으면, 열간 압연시에, 피압연면에 존재하는 포어가 개구하거나, 측면에 존재하는 포어가 압연에 의한 소성 유동에 의해 피압연면으로 돌아들어가 피압연면에서 개구하여, 에지 스캡 결함이 된다.
티탄 열간 압연판에 에지 스캡 결함이 발생하면, 산세 공정에서 티탄 열간 압연판의 표면을 제거하는 양(용삭량)을 늘리거나, 에지 스캡 결함이 존재하고 있는 피압연면 폭 방향 단부를 절단 제거할 필요가 있어, 수율이 저하한다.
본 발명은, 에지 스캡 결함의 발생을 억제하여 표면 성상이 양호한 티탄 열간 압연판을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 티탄 열간 압연판에 있어서의 에지 스캡 결함을 억제하려면, 티탄 슬래브의 피압연면과, 측면의 피압연면 근방에 존재하고 있는 포어가, 열간 압연시에 개구하는 것을 억제하면 된다고 생각했다. 본 발명자의 연구의 결과, 열간 가공 전의 티탄 슬래브에 하기 〔1〕의 조건을 만족하는 용융 재응고 처리, 하기 〔2〕의 조건을 만족하는 피니싱 처리 및 하기 〔3〕의 조건을 만족하는 열간 가공을 행함으로써 티탄 슬래브의 피압연면의 표면 근방의 포어에 유래하는 에지 스캡 결함을 억제할 수 있는 것을 찾아내어, 본 발명을 도출했다. 본 발명의 요지는, 하기와 같다.
(1) 전자 빔 용해법 또는 플라즈마 아크 용해법을 이용하여 직접 제조한 티탄 슬래브에, 열간 압연을 행하여 티탄판을 제조하는 방법으로서,
상기 티탄 슬래브가 열간 압연시에 압연되는 면을 피압연면, 압연 방향에 평행하고, 또한 피압연면에 수직인 면을 측면으로 할 때,
〔1〕 상기 피압연면을 향해서 빔 또는 플라즈마를 조사하지 않고, 상기 측면을 향해서 빔 또는 플라즈마를 조사함으로써, 상기 티탄 슬래브의 상기 측면의 적어도 상기 피압연면측의 일부를 용융한 후, 재응고시켜, 원상당 입경이 1.5mm 이하이고, 또한 상기 측면으로부터의 깊이가 3.0mm 이상인 조직층을 상기 측면에 형성하는 공정과,
〔2〕 상기 조직층이 형성된 티탄 슬래브의 상기 피압연면을 피니싱 처리하여, 하기 (1)식으로 정의되는 X를 3.0 이하로 하는 공정과,
〔3〕 상기 피니싱 처리 후의 티탄 슬래브를, 하기 (2)로 정의되는 L이 230mm 이상인 조건으로 열간 압연하는 공정을 구비하는,
티탄 열간 압연판의 제조 방법.
X=(H0, H1 및 H2의 최대값)-(H0, H1 및 H2의 최소값) …(1)
L={R(H0-H3)}1/ 2 …(2)
단, 상기 식 중의 기호의 의미는 하기와 같다.
X：슬래브 평탄도 지표
H0：상기 피니싱 처리 후의 티탄 슬래브의 폭 방향 중앙부의 두께(mm)
H1：상기 피니싱 처리 후의 티탄 슬래브의 폭 방향 단부(1/8폭 위치)의 두께(mm)
H2：상기 피니싱 처리 후의 티탄 슬래브의 폭 방향 단부(1/4폭 위치)의 두께(mm)
L：조압연 1패스째의 롤 접촉 호의 길이(mm)
R：조압연 1패스째의 압연 롤의 반경(mm)
H3：조압연 1패스째 출측에 있어서의, 상기 티탄 슬래브의 폭 방향 중앙부의 두께(mm)
(2) 상기 〔1〕의 공정에 있어서,
상기 측면의 전체면에 상기 조직층을 형성하는,
상기 (1)의 티탄 열간 압연판의 제조 방법.
(3) 상기 〔1〕의 공정에 있어서,
상기 측면의 상기 피압연면으로부터 적어도 상기 티탄 슬래브의 두께의 1/6의 위치까지의 영역에 상기 조직층을 형성하는,
상기 (1)의 티탄 열간 압연판의 제조 방법.
(4) 상기 〔1〕의 공정에 있어서,
상기 측면에 있어서, 상기 피압연면으로부터 적어도 상기 티탄 슬래브의 두께의 1/3의 위치까지의 영역에 상기 조직층을 형성하는,
상기 (3)의 티탄 열간 압연판의 제조 방법.
(5) 상기 〔2〕의 공정에 있어서,
상기 피압연면의 표면 거칠기(Ra)를 0.6μm 이상으로 하는,
상기 (1)~(4) 중 어느 하나의 티탄 열간 압연판의 제조 방법.
(6) 상기 〔3〕의 공정에 있어서,
상기 조압연 1패스째의 압연 롤의 반경이 650mm 초과인,
상기 (1)~(5) 중 어느 하나의 티탄 열간 압연판의 제조 방법.
(7) 상기 〔3〕의 공정에 있어서,
상기 조압연 1패스째의 압하율이 30% 이상인,
상기 (1)~(6) 중 어느 하나의 티탄 열간 압연판의 제조 방법.
(8) 상기 〔3〕의 공정에 있어서,
상기 압연 롤의 표면 거칠기(Ra)가 0.6μm 이상인,
상기 (1)~(7) 중 어느 하나의 티탄 열간 압연판의 제조 방법.
본 발명의 티탄 열간 압연판의 제조 방법에 의하면, 티탄 슬래브의 측면에 존재하는 포어가, 열간 압연시에, 피압연면으로 돌아들어가 피압연면에서 개구하는 것에 의한 에지 스캡 결함의 발생을 억제할 수 있음과 더불어, 티탄 슬래브의 피압연면에 포어가 존재하고 있었다고 해도, 피압연면에 존재하는 포어가 개구하는 것에 의한 에지 스캡 결함의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 본 발명의 티탄 열간 압연판의 제조 방법에 의하면, 표면 성상이 양호한 티탄 열간 압연판이 얻어진다. 그 결과, 산세 공정에서 티탄 열간 압연판의 표면을 제거하는 용삭량을 저감할 수 있다. 또, 에지 스캡 결함에 기인하는 피압연면 폭 방향 단부의 절단 제거폭을 저감할 수 있어, 수율이 향상한다.
도 1은 전자 빔 용해법 또는 플라즈마 아크 용해법으로 제조된 티탄 슬래브의 단면을 도시한 모식도이다.
도 2는 본 실시 형태의 티탄 열간 압연판의 제조 방법에 있어서의 용융 재응고 공정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 용융 재응고 공정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 용융 재응고 공정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 실시 형태의 티탄 열간 압연판의 제조 방법에 있어서의 열간 압연 공정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 실시 형태의 티탄 열간 압연판의 제조 방법에 있어서의 용융 재응고 공정의 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 실시 형태의 티탄 열간 압연판의 제조 방법에 있어서의 용융 재응고 공정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 용융 재응고 공정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 용융 재응고 공정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 실시 형태의 티탄 열간 압연판의 제조 방법에 있어서의 열간 압연 공정의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 실시 형태의 티탄 열간 압연판의 제조 방법에 있어서의 용융 재응고 공정의 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.
본 실시 형태에 따르는 티탄 열간 압연판의 제조 방법에 있어서는, 전자 빔 용해법 또는 플라즈마 아크 용해법을 이용하여 직접 제조한 티탄 슬래브에, 용융 재응고 처리 및 피니싱 처리를 행한 후에, 열간 압연을 행하여 티탄판을 제조하는 것이다. 이하, 도 1~도 6을 참조하여, 각각의 공정에 대해 설명한다.
1. 티탄 슬래브의 제조 조건
본 실시 형태에 따르는 티탄 열간 압연판을 제조할 때, 전자 빔 용해법 또는 플라즈마 아크 용해법을 이용하여 직접 제조한 티탄 슬래브가 이용된다.
여기서, 티탄 슬래브로는, 티탄 열간 압연판을 제조하기 위한 열간 압연에 적절한 치수의 직사각형 기둥형상의 잉곳 혹은 슬래브를 이용할 수 있고, 다양한 방법을 이용하여 제조한 것을 이용할 수 있다. 구체적으로는, 티탄 슬래브로서, 전자 빔 용해법 또는 플라즈마 아크 용해법을 이용하여 제조한 직사각형 기둥형상의 잉곳을 이용할 수 있다.
고합금 조성의 티탄인 경우, α상역 또는 α＋β상역의 온도 조건에 있어서 압연 반력이 커진다. 이로 인해, α상만, 또는 α상과 β상으로 이루어지는 고합금 조성의 티탄 열간 압연판을 제조하는 것은, 용이하지 않다. 따라서, 고합금 조성의 티탄을 고압하에서 열간 압연하는 경우, β상역에서 행해지는 것이 바람직하다. 그러나, 고합금 조성의 티탄을 β상역에서 열간 압연한 경우, 에지 스캡 결함의 발생은 적다. 이로 인해, 본 실시 형태에 있어서 이용하는 티탄 슬래브는, Ti 함유량이 99질량% 이상인 티탄(공업용 순티탄으로도 칭한다) 또는 주구성층이 α상인 저합금 조성의 티탄(티탄 합금으로도 칭한다)으로 이루어지는 조성을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 필요에 따라서, 티탄 슬래브로서, α상과 β상으로 이루어지는 티탄 및 β상의 티탄을 이용해도 상관없다.
티탄 슬래브의 화학 조성은, 원료로서 이용되는 스폰지 티탄 및/또는 티탄 스크랩의 화학 조성이나 그 중량 비율, 첨가하는 부원료의 화학 조성과 그 중량 비율에 의해서 정해진다. 이로 인해, 목표가 되는 티탄 슬래브의 화학 조성이 얻어지도록, 미리, 스폰지 티탄 및 티탄 스크랩, 부원료의 화학 조성을 화학 분석 등에 의해 파악해 두고, 그 화학 조성에 따라, 필요한 각각의 원료의 중량을 구한다. 또한, 전자 빔 용해에 의해, 휘발 제거되는 원소(예를 들어 염소나 마그네슘)는, 원료에 포함되어 있었다고 해도, 티탄 슬래브에는 포함되지 않는다. 이하, 각 원소의 함유량에 대한 「%」는, 「질량%」를 의미한다.
본 발명의 티탄 슬래브의 화학 조성은, 예를 들어, O：0~1.0%, Fe：0~5.0%, Al：0~5.0%, Sn：0~5.0%, Zr：0~5.0%, Mo：0~2.5%, Ta：0~2.5%, V：0~2.5%, Nb：0~2%, Si：0~2.5%, Cr：0~2.5%, Cu：0~2.5%, Co：0~2.5%, Ni：0~2.5%, 백금족 원소：0~0.2%, REM：0~0.1%, B：0~3%, N：0~1%, C：0~1%, H：0~0.015%, 잔부가 티탄 및 불순물이다.
백금족 원소는, 구체적으로는, Ru, Rh, Pd, Os, Ir 및 Pt로부터 선택되는 1종 이상이며, 백금족 원소의 함유량은 상기 원소의 합계 함유량을 의미한다. 또, REM은, Sc, Y 및 란타노이드의 합계 17원소의 총칭이며, REM의 함유량은 상기 원소의 합계량을 의미한다.
O, Fe, Al, Sn, Zr, Mo, Ta, V, Nb, Si, Cr, Cu, Co, Ni, 백금족 원소, REM, 및 B의 함유는 필수가 아니며, 각각의 함유량의 하한은, 0%이다. 필요에 따라서, O, Fe, Al, Sn, Zr, Mo, Ta, V, Nb, Si, Cr, Cu, Co, Ni, 백금족 원소, REM, 및 B의 각각의 함유량의 하한은, 모두, 0.01%, 0.05%, 0.1%, 0.2%, 또는 0.5%로 해도 된다.
O의 상한은, 0.80%, 0.50%, 0.30% 또는 0.10%로 해도 된다. Fe의 상한은, 3%, 2%, 또는 1%로 해도 된다. Al의 함유량의 상한은, 3%, 2%, 또는 1%로 해도 된다. Sn의 함유량의 상한은, 3%, 2%, 또는 1%로 해도 된다. Zr의 함유량의 상한은, 3%, 2%, 또는 1%로 해도 된다. Mo의 함유량의 상한은, 2%, 1.5%, 1%, 또는 0.5%로 해도 된다. Ta의 함유량의 상한은, 2%, 1.5%, 1%, 또는 0.5%로 해도 된다. V의 함유량의 상한은, 2%, 1.5%, 1%, 또는 0.5%로 해도 된다. Nb의 함유량의 상한은, 1.5%, 1%, 0.5%, 또는 0.3%로 해도 된다. Si의 함유량의 상한은, 2%, 1.5%, 1%, 또는 0.5%로 해도 된다. Cr의 함유량의 상한은, 2%, 1.5%, 1%, 또는 0.5%로 해도 된다. Cu의 상한은, 2%, 1.5%, 1%, 또는 0.5%로 해도 된다. Co의 함유량의 상한은, 2%, 1.5%, 1%, 또는 0.5%로 해도 된다. Ni의 함유량의 상한은, 2%, 1.5%, 1%, 또는 0.5%로 해도 된다. 백금족 원소의 함유량의 상한은, 0.4%, 0.3%, 0.2%, 또는 0.1%로 해도 된다. REM의 함유량의 상한은, 0.05%, 0.03%, 또는 0.02%로 해도 된다. B의 함유량의 상한은, 2%, 1%, 0.5%, 또는 0.3%로 해도 된다. N의 상한은, 0.08%, 0.05%, 0.03%, 또는 0.01%로 해도 된다. C의 상한은, 0.08%, 0.05%, 0.03%, 또는 0.01%로 해도 된다. H의 상한은, 0.012%, 0.010%, 0.007%, 또는 0.005%로 해도 된다.
본 발명에 따르는 티탄 슬래브는, 각종의 규격으로 정해진 화학 조성 범위에 만족하도록 제조되는 것이 바람직하다. 이하에, ASTM 규격이나 AMS 규격도 있으나, 대표적인 규격으로서 주로 JIS 규격을 중심으로 예시한다. 본 발명은, 이들 규격의 티탄의 제조에 이용할 수 있다.
티탄의 규격으로는, 예를 들어, JIS H4600(2012)으로 규정되는 제1종~4종, 및 그것에 대응하는 ASTM B265로 규정되는 Grade 1~4, DIN 17850으로 규정되는 3·7025, 3·7035, 3·7055로 규정되는 티탄을 들 수 있다.
주구성상이 α상인 저합금 조성의 티탄으로는, 합금 원소가 합계로 5.0% 이하이며, 잔부가 Ti 및 불순물인 것이 예시된다. 여기서, 합금 원소로는, α안정화 원소인 Al 등, 중성 원소인 Sn, Zr 등, β안정화 원소인 Fe, Cr, Cu, Ni, V, Mo, Ni, Si, Co, Ta 등, 백금족 원소인 Pd, Ru 등, 희토류 원소인 Mm(미시메탈), Y 등, 가스 원소인 O, C, N 등이 예시된다. α안정화 원소 또는 중성 원소의 바람직한 함유량은, 각각 0~5.0%이며, β안정화 원소의 바람직한 함유량은, 0~2.5%이다. 또, 희토류 원소의 바람직한 함유량은, 0~0.5%이며, O, C, N 등의 가스 원소의 바람직한 함유량은, 0~1.0%이다. 어떠한 함유량도, 복수 원소를 첨가하는 경우에는 합계 함유량을 의미한다.
예를 들어, Ti에 백금족 원소인 Pd나 Ru를 0.02~0.2% 함유한 내식 합금, 또한 백금족 원소인 Pd나 Ru를 0.02~0.2% 함유하고, 또한, 희토류 원소로 이루어지는 Mm이나 Y를 0.001~0.1% 함유한 내식 합금 등, 또, α상으로의 고용량이 큰 Al, Cu, Sn을 각각 0.1~2.5 함유한 내열 합금 등이 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 티탄 열간 압연판의 소재인 티탄 슬래브(10)는, 대략 직사각형 기둥형상이다. 티탄 슬래브(10)의 두께 방향에 대체로 수직인 면(바꾸어 말하면, 법선이 티탄 슬래브의 두께 방향에 대해서 대체로 평행한 2개의 면)은, 열간 압연시의 피압연면이 되는 피압연면(10C, 10D)이라고 부른다. 도 2에 도시한 바와 같이, 티탄 슬래브의 피압연면(10C, 10D)은, 대체로 장방형이다.
또, 티탄 슬래브(10)의 두께 방향에 대체로 평행한 면(바꾸어 말하면, 법선이 티탄 슬래브의 두께에 대해서 대체로 수직인 면)을 측면이라고 부른다. 티탄 슬래브(10)의 측면은 2종류이다. 한쪽의 측면은, 피압연면(10C, 10D)이 형성하는 장방형의 장변에 대체로 평행한 측면(바꾸어 말하면, 법선이, 피압연면이 형성하는 장방형의 단변에 대체로 평행인 측면)이다. 이러한 측면을 장측면(도 2에 있어서, 부호 10A, 10B로 나타낸다)이라고 부른다. 즉, 열간 압연 공정에서 압연 방향(D)에 평행한 측면이 장측면이다. 다른쪽의 측면은, 피압연면(10C, 10D)이 형성하는 장방형의 단변에 대체로 평행한 측면(바꾸어 말하면, 법선이, 피압연면이 형성하는 장방형의 장변에 대체로 평행인 측면)이다. 이러한 측면을 단측면이라고 부른다.
또한, 본 실시 형태에 있어서 이용하는 티탄 슬래브(10)의 압연 방향(D)과 평행한 측면(10A, 10B)이란, 상기 서술한 「장측면」을 의미한다. 이후의 설명에서는, 티탄 슬래브의 「측면」이라고 기재한 경우, 특별히 언급하지 않는 한, 티탄 슬래브 「장측면」을 의미한다.
2. 용융 재응고 처리의 조건
티탄 슬래브에 행하는 용융 재응고 처리는, 하기의 〔1〕의 조건을 만족할 필요가 있다.
〔1〕 상기 피압연면을 향해서 빔 또는 플라즈마를 조사하지 않고, 상기 측면을 향해서 빔 또는 플라즈마를 조사함으로써, 티탄 슬래브의 측면의 적어도 상기 피압연면측의 일부를 용융한 후, 재응고시켜, 측면의 표면으로부터 적어도 깊이 3.0mm의 위치까지 원상당 입경(Heywood's diameter, 해당 입자의 투영 면적과 동일한 면적을 갖는 원의 직경)으로 1.5mm 이하의 조직층을 형성한다. 이 조직층은, 재용융 응고시에 β상으로부터 α상으로 변태하여 형성된 조직이고 모상보다 미세한 조직이며, 이하, 세립 조직층이라고 한다.
또한, 전자 빔 또는 플라즈마 아크 용해법을 이용하여 직접 제조한 티탄 슬래브는, 진공 중에서 천천히 냉각되기 때문에, 용융 재응고 처리가 행해져 있지 않은 모상은, 원상당 입경이 수mm로 매우 큰 주조 조직이다. 한편, 이러한 티탄 슬래브의 측면이 용융 재응고 처리에 의해 일단 용융한 후, 재응고할 때에, 슬래브로부터의 방열에 의해 비교적 빠르게 냉각된다. 그로 인해, 세립 조직층은, 모상에 비해 미세한 조직이 된다. 세립 조직층의 원상당 입경은, 1.2mm 이하가 바람직하고, 1.0mm 이하가 더 바람직하다. 세립 조직층에 있어서의 원상당 입경은, 작아도 지장은 없지만, 5μm가 실질적인 하한이 된다. 세립 조직층의 원상당 입경의 하한은 1μm여도 된다. 이러한 세립 조직층을 형성함으로써, 티탄 슬래브의 측면에 존재하는 포어를 무해화할 수 있다.
또, 세립 조직층의 결정 입경은, 티탄 슬래브의 T단면(티탄 슬래브의 두께 방향에 평행하고, 측면에 수직인 단면)을 연마하여, EBSD(Electron backscattered diffraction pattern)에 의해 측정할 수 있다. 이 측정에서는, 인접하는 측정점 사이의 결정 방위차가 5° 이상일 때에 상이한 결정 입자인 것으로 간주하며, 각 결정 입자의 면적(A)을 구하고, 원상당 입경(L)을, A=π×(L/2)2으로부터 산출할 수 있다.
티탄 슬래브를 열간 압연하면 중앙부의 폭 넓힘에 의해, 측면의 일부가 피압연면에까지 돌아들어간다. 그로 인해, 측면부에 결함이 존재하면, 판폭 단부에 에지 스캡 결함이 다발하여, 그 부분을 크게 절단해야만 하기 때문에, 수율 저하의 원인이 된다. 이 돌아들어감은, 돌아들어감이 큰 경우에도, 슬래브의 두께의 대체로 1/3~1/6 정도이다. 예를 들어, 슬래브 두께가 200~260mm 정도인 경우, 수십mm 정도이다. 그로 인해, 피압연면에 돌아들어가는 부분은 측면 중에서도 피압연면에 가까운 부분(피압연면 근방)이며, 측면 전체면을 용융 재응고하지 않아도 피압연면의 에지 스캡 결함의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 측면에 있어서의 적어도 피압연면측의 일부에 세립 조직층을 형성하면 된다. 보다 구체적으로는, 측면의 적어도 피압연면측의 일부를 용융 재응고하는 경우는, 티탄 슬래브 두께를 t로 할 때, 상기 피압연면으로부터 1/3t 위치까지의 영역에 세립 조직층을 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 적어도 상단 및 하단으로부터 1/3t까지의 범위를 용융 재응고하는 것이 바람직하다. 즉, 판두께 중앙에 1/3t 이하의 용융 재응고를 실시하지 않은 영역이 존재해도, 피압연면의 에지 스캡 결함을 억제할 수 있다. 또, 측면의 용융 재응고를 일부만으로 함으로써 처리 시간을 단축할 수 있어, 생산성이 향상한다. 단, 너무나 좁은 범위에 세립 조직층을 설치해도, 충분한 에지 스캡 결함의 억제 효과가 얻어지지 않을 우려가 있으므로, 측면의 적어도 피압연면측의 일부에 설치하는 경우의 세립 조직층은, 상기 피압연면으로부터 1/6t 위치까지의 영역에 형성해도 된다.
한편, 측면 전체면을 용융 재응고시켜도 된다. 이 경우는, 상기의 피압연면으로의 돌아들어감에 의한 에지 스캡 결함의 억제에 더해, 판 단부의 에지 크랙을 억제할 수 있다. 에지 크랙은, 수율을 나쁘게 한다. 또, 비교적 강도가 높은 티탄재로 열간 압연 후에 냉간 압연을 행하는 경우에는, 에지 크랙을 기점으로 하여 판 파단을 일으키는 일이 있다. 측면 전체면을 용융 재응고함으로써, 이것을 억제할 수 있다. 측면의 적어도 피압연면측의 일부만, 또는, 전체면을 용융 재응고할지는 제품 사이즈(두께)나 제조 공정(냉연의 유무 등)에 의해 결정하면 된다.
이 공정에 있어서는, 티탄 슬래브의 피압연면을 용해하지 않는 것으로 한다. 그 이유는, 티탄 슬래브의 피압연면에 용융 재응고를 행하면, 표면에 요철이 생기는 일이 있기 때문이다. 특히, 본 발명에서는 접촉 호의 길이를 230mm 이상으로 길게 하도록 열간 압연을 실시하는 것이므로, 열연시의 소성 유동이 판 폭 방향에도 크게 생기기 쉬워진다. 그로 인해, 피압연면을 용융 재응고하면, 표면에 직선형상의 열연 결함이 발생하는 일이 있다. 그로 인해, 본 특허에서는 피압연면의 용융 재응고를 행하지 않는 것으로 했다.
도 2는, 본 실시 형태의 티탄 열간 압연판의 제조 방법에 있어서의 용융 재응고 공정의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 용융 재응고 공정에서는, 피압연면(10C, 10D)을 향해서 빔 또는 플라즈마를 조사하는 용융 재응고 처리는 행하지 않고, 측면(10A, 10B)에 빔 또는 플라즈마를 조사함으로써, 티탄 슬래브(10)의 압연 방향(D)과 평행한 측면(10A, 10B)에 있어서의 적어도 피압연면(10C, 10D)측의 일부를 용융 재응고시켜, 모재 조직보다 미세한 조직을 형성한다. 이때, 세립 조직층의 측면(10A, 10B)으로부터의 깊이가, 3.0mm 이상이 되도록 한다. 측면(10A, 10B)에 대한 용융 재응고 처리에 있어서, 측면(10A, 10B)에 인접하는 피압연면(10C, 10D)의 단부 영역의 일부(예를 들어 단부로부터 10mm까지 또는 5mm까지의 영역)가 용융 재응고하여, 세립 조직층과 유사한 조직층이 형성되는 일이 있는데, 이것은 허용된다.
본 실시 형태에 있어서 티탄 슬래브(10)의 압연 방향(D)과 평행한 측면(10A, 10B)을 용융 재응고시킬 때에 이용하는 가열 방법으로는, 아크 가열(TIG(Tungsten Inert Gas)), 탄산 가스 레이저 등의 레이저 가열, 플라즈마 가열, 플라즈마 아크 가열, 유도 가열, 전자 빔 가열 등을 이용할 수 있다. 특히, 플라즈마 가열 및 전자 빔 가열을 이용한 경우, 입열량을 크게 할 수 있으므로, 주조 그대로의 직사각형 기둥형상의 잉곳의 주물 표면의 요철을 용이하게 평활화할 수 있다. 또, 플라즈마 가열 및 전자 빔 가열을 이용한 경우, 용융 재응고 공정을 용이하게 비산화 분위기에서 행할 수 있다. 이로 인해, 플라즈마 가열 및 전자 빔 가열은, 활성인 금속으로 이루어지는 티탄 슬래브(10)를 용융 재응고시키는 방법으로 적절하다. 티탄 슬래브(10)의 표면의 산화를 억제하기 위해, 진공 중에서 용융 재응고 공정을 행하는 경우, 용융 재응고 처리를 행하는 노내(爐內)의 진공도를 3×10- 3Torr 이하의 높은 진공도로 하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태의 용융 재응고 공정은, 1회만 행해도 되고, 필요에 따라서 횟수를 늘려도 된다. 단, 용융 재응고 공정의 횟수가 많아질수록, 용융 재응고 공정에 필요한 처리 시간이 길어져, 생산성의 저하 및 비용 증가로 연결된다. 이로 인해, 용융 재응고 공정의 횟수는, 1회 내지 2회인 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 티탄 슬래브(10)의 압연 방향(D)과 평행한 측면(10A, 10B)에 있어서의 적어도 피압연면(10C, 10D)측의 일부를 용융 재응고시킴으로써 세립 조직층을 형성한다. 본 실시 형태의 세립 조직층을 갖는 티탄 슬래브(10)에 있어서, 세립 조직층과 모재는, 조직의 크기가 크게 상이하기 때문에, 압연 방향과 직교하는 단면을 현미경 관찰함으로써 용이하게 구별할 수 있다. 세립 조직층은, 용융 재응고 공정에 있어서 용융하여 재응고한 용융 재응고층과, 용융 재응고 공정에 있어서의 열영향층(HAZ층)으로 이루어진다.
본 실시 형태에서는, 용융 재응고 공정을 행함으로써, 측면(10A, 10B)에 있어서의 적어도 피압연면(10C, 10D)측의 일부에 깊이 3.0mm 이상의 세립 조직층을 형성한다. 세립 조직층의 깊이는 4.0mm 이상인 것이 바람직하다. 세립 조직층의 깊이를 3.0mm 이상으로 함으로써, 티탄 슬래브(10)의 측면에 존재하는 포어를 무해화할 수 있다. 또, 세립 조직층의 깊이를 3.0mm 이상으로 함으로써, 티탄 슬래브(10)로서, 주조 그대로의 직사각형 기둥형상의 잉곳을 이용한 경우에, 티탄 슬래브(10)의 측면에 있어서의 주물 표면의 요철을 경감할 수 있다. 이에 비해, 세립 조직층의 깊이가 3.0mm 미만이면, 티탄 슬래브(10)의 측면에 존재하는 포어가, 열간 압연에 의한 소성 유동에 의해 피압연면으로 돌아들어가, 피압연면에서 개구하는 것에 의해 발생하는 에지 스캡 결함을, 충분히 억제할 수 없다.
세립 조직층의 깊이는, 용융 재응고 공정을 효율적으로 행하기 위해서, 20.0mm 이하로 하는 것이 바람직하고, 10.0mm 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
본 실시 형태에 있어서의 세립 조직층의 깊이는, 이하에 개시하는 방법에 의해 측정한 깊이를 의미한다. 용융 재응고 공정 후의 티탄 슬래브로부터, 측면에 수직인 단면에 있어서 측면측의 영역을 관찰면으로 하는 샘플을 채취한다. 얻어진 샘플을 필요에 따라서 수지에 넣어, 관찰면을, 기계 연마에 의해 경면으로 하고, 질불산 용액에 의해 에칭하여 30×30mm 이상의 시야를 현미경 관찰하고, 세립 조직층의 깊이를 측정한다. 또한, 세립 조직층이 깊은 경우는, 깊이 방향으로 시야를 늘려, 현미경 사진을 이어 세립 조직층의 깊이를 측정한다. 그리고, 임의의 5개소의 세립 조직층의 깊이로부터, 그 평균값을 산출하여, 세립 조직층의 깊이로 한다.
다음으로, 본 실시 형태의 용융 재응고 공정의 일례로서, 전자 빔 가열을 이용하여, 티탄 슬래브(10)의 압연 방향(D)과 평행한 측면(10A, 10B)을 용융 재응고시키는 경우를 예로 들어 설명한다.
우선, 도 2에 도시한 바와 같이, 티탄 슬래브(10)를, 측면(10A, 10B)이 대략 수평이 되도록 설치한다. 이어서, 티탄 슬래브(10)의 측면(10A, 10B) 중, 상향으로 설치된 면(도 2에 있어서, 부호 10A로 나타낸다)에, 가열 장치인 하나의 전자 빔 조사 건(12)으로부터 전자 빔을 조사하여, 표면을 가열하고, 측면(10A)의 적어도 피압연면(10D)측의 일부를 용융 재응고시킨다.
티탄 슬래브(10)의 측면(10A)에 대한 전자 빔의 조사 영역(14)의 면적 및 형상은, 전자 빔의 초점을 조정하는 방법, 및/또는 전자 렌즈를 사용하여 작은 빔을 고주파수로 진동(오실레이션 Oscillation)시켜 빔 다발을 형성시키는 방법 등에 의해서 조정할 수 있다.
티탄 슬래브(10)의 측면(10A)에 대한 전자 빔의 조사 영역(14)의 면적은, 용융 재응고 대상으로 하는 측면(10A)의 전체 면적과 비교하여 현격히 작다. 이로 인해, 티탄 슬래브(10)의 측면(10A)에 대해서 전자 빔 조사 건(12)을 연속적으로 이동시키면서, 혹은, 전자 빔 조사 건(12)에 대해서 티탄 슬래브(10)의 측면(10A)을 연속적으로 이동시키면서, 전자 빔을 조사하는 것이 바람직하다.
측면(10A)에 대한 전자 빔 조사 건(12)의 이동 방향은, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 2에 도시한 바와 같이, 전자 빔 조사 건(12)을, 티탄 슬래브(10)의 압연 방향(D)(티탄 슬래브(10)의 길이 방향)으로 이동(도 2에 있어서는 화살표 A로 나타낸다)시키면서, 전자 빔을 조사해도 된다. 이것에 의해, 폭(W)(원형 빔 또는 빔 다발의 경우는 직경(W))에 연속적으로 띠형상으로 측면(10A)을 가열한다. 전자 빔 조사 건(12)이, 티탄 슬래브(10)의 길이 방향 단부에 이르면, 전자 빔 조사 건(12)을 티탄 슬래브(10)의 두께 방향으로 소정의 치수만큼 이동시킨다. 그리고, 측면(10A) 상의 띠형상으로 가열한 영역의 근처에 배치된 미가열의 영역에 대해, 전회의 길이 방향으로의 이동과 역방향으로 전자 빔 조사 건(12)을 이동시키면서, 연속적으로 띠형상으로 측면(10A)을 가열한다.
이와 같이 전자 빔 조사 건(12)의, 티탄 슬래브(10)의 길이 방향으로의 이동과, 티탄 슬래브(10)의 두께 방향으로의 소정 치수만큼의 이동을 반복하여 행해, 측면(10A)에 있어서의 적어도 피압연면(10D)측의 일부 또는 전체를 가열한다.
티탄 슬래브(10)의 측면(10A)에 전자 빔을 조사하여 가열함으로써, 측면(10A)의 표면 온도가 티탄의 융점(통상은 1670℃ 정도) 이상이 되면, 측면(10A)의 표층이 용융된다. 이것에 의해, 도 3에 도시한 바와 같이, 티탄 슬래브(10)의 측면(10A)에 존재하는 주물 표면의 요철(10P)이나, 포어 등의 결함(10Q)이 무해화 된다.
그리고, 용융 후에 모재(티탄 슬래브(10)의 내부)로부터의 방열에 의해서 냉각되어, 응고 온도 이하에 이르면, 응고하여 용융 재응고층(16)이 된다. 이와 같이 하여, 측면(10A)에, 전자 빔의 입열량에 따른 깊이의 용융 재응고층(16)과 열영향층(HAZ층)(18)으로 이루어지는 세립 조직층(20)이 형성된다. 열영향층(HAZ층)(18)은, 용융 재응고층(16)이 형성될 때의 가열에 의해서, 용융 재응고층(16)의 모재측의 영역이 β변태점 이상의 온도가 되어, β상으로 변태했기 때문에 형성된다.
또한, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 전자 빔 가열을 이용하여 형성한 용융 재응고층(16) 및 열영향층(HAZ층)(18)의 깊이(세립 조직층(20)의 깊이)는 일정하지 않다. 용융 재응고층(16) 및 열영향층(HAZ층)(18)은, 전자 빔의 조사 영역(14)의 중앙부가 가장 깊이가 크고, 조사 영역(14)의 단부만큼 깊이가 얕아지고 있으며, 단면에서 봤을 때 모재측으로 볼록한 만곡 형상으로 되어 있다. 그로 인해, 전자 빔 가열을 이용하여 형성한 용융 재응고층(16) 및 열영향층(HAZ층)(18)의 깊이(세립 조직층(20)의 깊이)를 3.0mm 이상으로 하기 위해서는, 띠형상으로 조사하는 전자 빔의 간격을 조정하는 것이 필요한 경우가 있다.
예를 들어, 상기 서술한 바와 같이 전자 빔 조사 건(12)의 티탄 슬래브의 길이 방향으로의 이동과, 티탄 슬래브(10)의 두께 방향으로의 소정 치수만큼의 이동을 반복하여 행해, 측면 전체를 연속적으로 가열하는 경우, 전자 빔 조사 건(12)의 티탄 슬래브(10)의 두께 방향으로의 이동을, 용융 폭의 1/2 이하의 치수만큼으로 함으로써, 세립 조직층(20)의 깊이를 대략 일정하게 할 수 있다.
즉, 본 실시 형태에서는, 세립 조직층(20)의 깊이가 3.0mm 이상이 되도록, 전자 빔에 의한 입열량과 전자 빔의 조사 간격을 제어하여, 측면(10A)을 용융 재응고시키는 것이 바람직하다. 관찰 시야마다에서 세립 조직층(20)의 최대 깊이와 최소 깊이의 차는 1.0mm 이하인 것이 바람직하다.
다음으로, 측면(10B)이 상향이 되도록 티탄 슬래브(10)를 설치하고, 측면(10A)과 마찬가지로 하여, 하나의 전자 빔 조사 건(12)으로부터 전자 빔을 조사해, 표면을 용융 재응고시킨다.
이상의 공정에 의해, 티탄 슬래브(10)의 압연 방향(D)과 평행한 측면(10A, 10B)에, 모재 조직보다 미세한 조직으로 이루어지는 깊이 3.0mm 이상의 세립 조직층(20)이 형성된다.
3. 피니싱 처리의 조건
용융 재응고 처리 후의 티탄 슬래브에 행하는 피니싱 처리는, 하기의 〔2〕 를 만족할 필요가 있다.
〔2〕 세립 조직층을 형성한 티탄 슬래브의 피압연면을 피니싱 처리하여, 하기 (1)식으로 정의되는 X를 3.0 이하로 한다.
X=(H0, H1 및 H2의 최대값)-(H0, H1 및 H2의 최소값) …(1)
단, 상기 식 중의 기호의 의미는 하기와 같다.
X：슬래브 평탄도 지표
H0：상기 피니싱 처리 후의 티탄 슬래브의 폭 방향 중앙부의 두께(mm)
H1：상기 피니싱 처리 후의 티탄 슬래브의 폭 방향 단부(1/8폭 위치)의 두께(mm)
H2：상기 피니싱 처리 후의 티탄 슬래브의 폭 방향 단부(1/4폭 위치)의 두께(mm)
도 1은, 전자 빔 용해법 또는 플라즈마 아크 용해법으로 제조된 티탄 슬래브의 단면의 모식도이다. 전자 빔 용해법 또는 플라즈마 아크 용해법에서는, 티탄 용탕을 주형에 부어넣어 하방으로 인발됨으로써 티탄 슬래브가 제조된다. 이때, 티탄 슬래브는, 주형 내에서는 사방으로부터의 구속에 의해 주형 형상과 동등 형상이나, 주형으로부터 나오면 구속되지 않게 된다. 그때, 티탄 슬래브 중앙부에는 용탕 풀이 잔존하고 있으며, 내부로부터 외부로의 압력에 의해 티탄 슬래브의 중앙부에서 벌징을 일으킨다. 이로 인해, 도 1에 도시한 바와 같이, 티탄 슬래브(10)는, 폭 방향에 있어서, 단부(11b)에 비해 중앙부(11a)가 아주 약간 부풀어 오른 북 형상이 된다. 이로 인해, 이대로의 형상으로 열간 압연을 행하면 중앙부(11a)와 단부(11b)에서 압연 롤의 접촉 호의 길이가 변화하여, 단부(11b)에서의 접촉 호의 길이가 짧아져 버린다. 그렇게 되면, 단부(11b) 근방에서 포어가 개구하여 에지 스캡 결함이 발생해 버린다. 중앙부(11a)와 단부(11b)의 두께차의 최대가 3.0mm 이하이면 안정적으로 접촉 호의 길이를 담보할 수 있다. 따라서, 상기 (1)식으로 정의되는 평탄도 지표(X)를 3.0 이하로 했다. 평탄도 지표(X)는, 2.8 이하로 하는 것이 바람직하고, 2.6 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 평탄도 지표(X)는, 작으면 작을수록 바람직하나, 제조성을 고려한 경우에는 0.5가 실질적인 하한이 된다.
본 실시 형태에 있어서, 피압연면(10C, 10D)을 피니싱 처리하는 방법으로는, 그라인더 가공 등의 연삭 가공 및/또는, 밀링 커터 가공이나 플레너 가공 등의 절삭 가공을 행하는 방법을 들 수 있다. 연삭 가공은, 밀링 커터 가공이나 플레너 가공 등의 절삭 가공과는 구별된다. 피니싱 처리 공정으로서, 절삭 가공을 행한 후에, 그라인더 가공 등의 연삭 가공에 의해 마무리 가공을 행해도 된다.
본 실시 형태에서는, 세립 조직층(20)을 갖는 티탄 슬래브(10)의 피압연면(10C, 10D)을 피니싱 처리하여, 표면 거칠기(Ra) 0.6μm 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.8μm 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 피압연면(10C, 10D)의 표면 거칠기(Ra)를 0.6μm 이상으로 함으로써, 열간 압연 공정에 있어서, 티탄 슬래브(10)를 사이에 두는 압연 롤에 의한 티탄 슬래브(10)의 구속력이 높아져, 보다 한층 에지 스캡 결함의 발생이 억제된다. 표면 거칠기(Ra)는 너무나 크면, 요철 기인에 의해 열연 결함이 발생하여 표면 성상을 열화시킬 우려가 있으므로, 100μm 이하로 하는 것이 바람직하다. 50μm 이하인 것이 더 바람직하다.
4. 열간 압연의 조건
피니싱 처리 후의 티탄 슬래브에 행하는 열간 압연은, 하기의 〔3〕을 만족할 필요가 있다.
〔3〕 상기 피니싱 처리 후의 티탄 슬래브를, 하기 (2)로 정의되는 L이 230mm 이상인 조건으로 열간 압연한다.
L={R(H0-H3)}1/ 2 …(2)
단, 상기 식 중의 기호의 의미는 하기와 같다.
L：조압연 1패스째의 롤 접촉 호의 길이(mm)
R：조압연 1패스째의 압연 롤의 반경(mm)
H0: 상기 피니싱 처리 후의 티탄 슬래브의 폭 방향 중앙부의 두께(mm)
H3：조압연 1패스째 출측에 있어서의, 상기 티탄 슬래브의 폭 방향 중앙부의 두께(mm)
이 경우, 조압연 1패스째에 있어서, 압연 롤과 티탄 슬래브의 접촉 면적이 충분히 확보된다. 따라서, 티탄 슬래브를 사이에 두는 압연 롤에 의한 티탄 슬래브의 구속력이 충분히 얻어진다. 그 결과, 티탄 슬래브의 피압연면에 포어가 존재하고 있었다고 해도, 피압연면에 존재하는 포어가 개구하는 것이 억제되어, 에지 스캡 결함의 발생이 억제된다.
이하, 본 발명의 티탄 열간 압연판의 제조 방법에 대해 더 상세히 설명한다.
열간 압연 공정에 있어서의 열간 압연의 방식으로는, 공지의 방식을 이용할 수 있으며, 특별히 한정되지 않으나, 티탄 열간 압연판의 박판을 제품으로 하는 경우, 통상, 코일 압연을 적용한다. 또, 박판을 제품으로 하는 경우, 티탄 열간 압연판의 판 두께는, 통상은 3~8mm 정도이다.
열간 압연 공정에 있어서의 가열 조건은, 공지의 조건으로 할 수 있다. 예를 들어, 통상의 티탄 열간 압연과 마찬가지로, 720~920℃의 온도로 60~420분 가열하고, 그 온도 범위 내에서 열간 압연을 개시하여, 열간 압연기의 능력 등에 따라, 실온 이상의 온도에서 열간 압연을 종료시키면 된다.
도 5는, 본 실시 형태의 티탄 열간 압연판의 제조 방법에 있어서의 열간 압연 공정의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는, 세립 조직층(20)을 갖는 티탄 슬래브(10)를, 조압연 1패스째의 롤 바이트 내에 있어서의 압연기의 압연 롤(24, 24)로 압연하고 있는 상태를 도시한 개략 단면도이다. 본 실시 형태의 열간 압연 공정에서는, 세립 조직층(20)을 갖는 티탄 슬래브(10)의 조압연 1패스째의 열간 압연을, 롤 접촉 호의 길이(L)를 230mm 이상으로 하여 행한다.
롤 접촉 호의 길이(L)는, 압연기의 압연 롤(24, 24)을 단면에서 봤을 때의, 압연 롤(24)과 티탄 슬래브(10)의 접촉 부분의 길이이며, 상기 식 (2)로 표시된다.
티탄 열간 압연판의 에지 스캡 결함은, 열간 압연에 의해서 티탄 슬래브(10)가 측면으로 튀어나오는 것에 의해 발생한다. 따라서, 에지 스캡 결함은, 압하율이 큰 조압연 초기에 생기기 쉽다. 특히, 에지 스캡 결함은, 조압연 1패스째에서 발생하기 쉽고, 2패스째 이후에서는, 거의 에지 스캡 결함이 생기지 않는다. 그로 인해, 조압연 1패스째만, 롤 접촉 호의 길이(L)를 230mm 이상으로 하면 된다.
티탄 슬래브(10)의 조압연 1패스째의 열간 압연을, 롤 접촉 호의 길이(L)를 230mm 이상으로 하여 행함으로써, 압연 롤(24, 24)과 티탄 슬래브(10)의 접촉 면적이 충분히 확보된다. 따라서, 티탄 슬래브(10)를 사이에 두는 압연 롤(24, 24)에 의한 티탄 슬래브(10)의 구속력이 충분히 얻어져, 피압연면(10C, 10D)에 생기는 요철을 경감할 수 있다. 그 결과, 티탄 슬래브(10)의 피압연면(10C, 10D)에 포어가 존재하고 있었다고 해도, 피압연면(10C, 10D)에 존재하는 포어가 개구하는 것이 억제되어, 에지 스캡 결함의 발생이 억제된다. 롤 접촉 호의 길이(L)는, 압연 롤(24, 24)에 의한 티탄 슬래브(10)의 구속력을 높이기 위해서, 250mm 이상인 것이 더 바람직하다. 또, 롤 접촉 호의 길이(L)가 너무 크면, 단위 면적당 하중이 작아져, 구속력이 약해진다. 이로 인해, 롤 접촉 호의 길이(L)는 400mm 이하인 것이 바람직하다.
롤 접촉 호의 길이(L)는, 상기의 식 (2)에 개시된 바와 같이, 압연 롤의 반경(R) 및 압하율을 크게 함으로써 길어진다.
압연 롤(24)의 반경(R)은, 롤 접촉 호의 길이(L)를 확보하기 위해서, 650mm 초과인 것이 바람직하고, 750mm 이상인 것이 보다 바람직하다. 그러나, 압연 롤(24)의 반경(R)이 크면 압연 설비가 대규모가 되기 때문에, 압연 롤(24)의 반경(R)은 1200mm 이하인 것이 바람직하다.
조압연 1패스째의 압하율은, 30% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 35% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하며, 40% 이상으로 하는 것이 더 바람직하다. 조압연 1패스째의 압하율을 30% 이상으로 함으로써, 롤 접촉 호의 길이(L)를 확보하기 쉬워짐과 더불어, 티탄 슬래브(10)의 피압연면(10C, 10D) 근방에 존재하고 있는 포어가 개구하는 것이 억제되어, 보다 한층 에지 스캡 결함의 발생이 억제된다. 그러나, 조압연 1패스째의 압하율을 50% 초과로 하려면, 큰 하중을 걸 수 있는 압연 설비가 필요해, 압연 설비가 대규모가 된다. 이로 인해, 조압연 1패스째의 압하율을 50% 이하로 하는 것이 바람직하다.
압연 롤(24)은, 표면 거칠기(Ra)가 0.6μm 이상인 것이 바람직하고, 0.8μm 이상인 것이 보다 바람직하다. 압연 롤(24)의 표면 거칠기(Ra)가 0.6μm 이상이면, 티탄 슬래브(10)를 사이에 두는 압연 롤(24, 24)에 의한 티탄 슬래브(10)의 구속력이 높아져, 보다 한층 에지 스캡 결함의 발생이 억제된다. 그러나, 압연 롤(24)의 표면 거칠기(Ra)가 너무 크면, 열간 압연판의 표면 성상이 악화되는 경우가 있다. 이로 인해, 압연 롤(24)의 표면 거칠기(Ra)는, 1.5μm 이하인 것이 바람직하다.
본 실시 형태의 티탄 열간 압연판의 제조 방법에서는, 티탄 슬래브(10)의 압연 방향(D)과 평행한 측면(10A, 10B)을 용융 재응고시켜, 측면(10A, 10B)에 깊이 3.0mm 이상의 세립 조직층(20)을 형성하므로, 티탄 슬래브(10)의 측면(10A, 10B)에 존재하는 포어를 무해화할 수 있다. 따라서, 티탄 슬래브(10)의 측면(10A, 10B)에 존재하는 포어가, 열간 압연시에, 피압연면(10C, 10D)으로 돌아들어가 피압연면(10C, 10D)에서 개구하는 것에 의한 에지 스캡 결함의 발생을 억제할 수 있다.
또, 본 실시 형태의 티탄 열간 압연판의 제조 방법에서는, 세립 조직층(20)을 갖는 티탄 슬래브(10)의 조압연 1패스째의 열간 압연을, 롤 접촉 호의 길이(L)를 230mm 이상으로 하여 행한다. 이로 인해, 티탄 슬래브(10)를 사이에 두는 압연 롤(24, 24)에 의한 티탄 슬래브(10)의 구속력이 충분히 얻어진다. 그 결과, 티탄 슬래브(10)의 피압연면(10C, 10D)에 포어가 존재하고 있었다고 해도, 피압연면(10C, 10D)에 존재하는 포어가 개구하는 것이 억제되어, 에지 스캡 결함의 발생이 억제된다.
따라서, 본 실시 형태의 티탄 열간 압연판의 제조 방법에 의하면, 표면 성상이 양호한 티탄 열간 압연판이 얻어진다. 그 결과, 티탄 열간 압연판을 산세하는 경우, 표면을 제거하는 용삭량을 저감할 수 있다. 또, 티탄 열간 압연판으로부터 에지 스캡 결함에 기인하는 피압연면 폭 방향 단부를 절단 제거하는 경우, 절단 제거폭을 저감할 수 있다. 따라서, 티탄 열간 압연판에 이용하는 재료의 수율이 향상한다.
또, 본 실시 형태의 티탄 열간 압연판의 제조 방법에 의하면, 브레이크다운 공정을 생략하고 제조해도 표면 성상이 양호한 티탄 열간 압연판이 얻어지기 때문에, 브레이크다운 공정을 생략하여 생산성을 향상시킬 수 있다. 게다가, 본 실시 형태의 티탄 열간 압연판의 제조 방법에서는, 티탄 슬래브(10)로서, 주조 그대로의 직사각형 기둥형상의 잉곳을 이용한 경우에도, 용융 재응고 공정을 행함으로써, 티탄 슬래브(10)의 측면(10A, 10B)에 있어서의 주물 표면의 요철(10P)을 경감할 수 있다. 따라서, 용융 재응고 공정과는 별도로, 티탄 슬래브(10)의 측면(10A, 10B)에 있어서의 주물 표면을 평활화하기 위한 공정을 행할 필요도 없다.
이와 같이 본 실시 형태의 티탄 열간 압연판의 제조 방법은, 제조 비용의 삭감에 매우 유효하고, 산업상의 효과는 헤아릴 수 없다.
또한, 본 발명의 티탄 열간 압연판의 제조 방법은, 상기 서술한 실시 형태의 제조 방법에 한정되지 않는다.
예를 들어, 상기 서술한 실시 형태에 있어서는, 티탄 슬래브(10)의 측면(10A, 10B)이 대략 수평이 되도록 설치하고, 용융 재응고시키는 경우를 예로 들어 설명했는데, 도 6에 도시한 바와 같이, 티탄 슬래브(10)의 측면(10A, 10B)이 지면에 대해서 대략 수직이 되도록 설치하고, 용융 재응고시켜도 된다.
상기 서술한 실시 형태에 있어서는, 전자 빔 조사 건(12)을, 티탄 슬래브(10)의 압연 방향(D)(티탄 슬래브(10)의 길이 방향)으로 이동시키면서, 전자 빔을 조사하는 경우를 예로 들어 설명했는데, 압연 방향(D)과 직교하는 방향(티탄 슬래브(10)의 두께 방향)을 따라서 연속적으로 이동시키면서, 전자 빔을 조사해도 된다.
상기 서술한 실시 형태에 있어서는, 티탄 슬래브(10)의 측면(10A, 10B)에, 가열 장치로서 하나의 전자 빔 조사 건(12)을 이용하여 전자 빔을 조사하는 경우를 예로 들어 설명했는데, 가열 장치는 1개뿐이어도 되고 복수여도 되며, 복수의 가열 장치를 이용하여 동시에 복수의 영역을 가열해도 된다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해, 구체적으로 설명한다.
표 1, 표 4 및 표 7에 기재한 다양한 화학 조성을 갖는 티탄을, 전자 빔 용해법(EBM) 또는 플라즈마 아크 용해법(PAM)에 의해, 용해하고, 응고시켜 얻은 주조 그대로의 직사각형 기둥형상의 잉곳을 제조하여, 티탄 슬래브(폭 1000mm)로 했다. 다음으로, 티탄 슬래브의 측면(압연 방향에 평행하고, 또한 피압연면에 수직인 면)에, 다양한 조건으로 용융 재응고 처리를 행했다. 그 후, 다양한 조건으로 피니싱 처리를 실시하고, 열간 압연하여, 티탄 열연판을 얻었다.
상기 용융 재응고 처리에 있어서, 측면의 가열은, 각각 이하에 개시한 방법에 의해 행했다. 가열 장치를 티탄 슬래브의 길이 방향으로 이동시키면서, 측면을 연속적으로 띠형상으로 가열했다. 가열 장치가, 티탄 슬래브의 길이 방향 단부에 이르면, 가열 장치를 티탄 슬래브의 두께 방향으로, 용융 폭의 1/2의 치수만큼 이동시켰다. 그리고, 측면 상의 띠형상으로 가열한 영역의 근처에 배치된 미가열의 영역에 대해, 전회의 길이 방향으로의 이동과 역방향으로 가열 장치를 이동시키면서, 연속적으로 띠형상으로 측면을 가열했다. 이와 같이 가열 장치의, 티탄 슬래브의 길이 방향으로의 이동과, 티탄 슬래브의 두께 방향으로의 용융 폭의 1/2의 치수만큼의 이동을 반복하여 행해, 측면의 소정 영역(전체 또는 압연면측의 일부)을 가열했다.
상기 용융 재응고 처리 후의 티탄 슬래브에 대해서, 각각 압연 방향 단부(열간 압연시에 후단에 해당하는 부분)로부터 200mm의 위치에서 압연 방향과 직교하는 방향으로 절단하여, 압연 방향과 직교하는 절단면을 관찰면으로 하는 샘플을 채취했다. 얻어진 샘플을 수지에 넣어, 관찰면을, 기계 연마에 의해 경면으로 하고, 질불산 용액에 의해 에칭하여 30×30mm 시야를 현미경 관찰했다. 그 결과, 모든 티탄 슬래브에 있어서, 측면의 적어도 피압연면측의 일부에, 모재 조직보다 미세한 조직으로 이루어지는 세립 조직층이 형성되어 있는 것을 확인했다. 또, 각 샘플의 관찰면을 연마하여, EBSD(Electron backscattered diffraction pattern)에 의해 세립 조직층의 깊이 및 원상당 입경을 측정했다. 원상당 입경의 측정은, 인접하는 측정점 사이의 결정 방위차가 5° 이상일 때에 상이한 결정 입자인 것으로 간주하며, 각 결정 입자의 면적(A)을 구하고, 원상당 입경(L)을, A=π×(L/2)2으로부터 산출했다. 그리고, 임의의 5개소의 세립 조직층의 깊이 및 원상당 입경으로부터, 그 평균값을 산출해, 세립 조직층의 깊이 및 원상당 입경으로 했다.
다음으로, 용융 재응고 공정 후의 티탄 슬래브의 피압연면을, 피니싱 처리 방법(연삭 가공(그라인더 가공) 혹은 절삭 가공(밀링 커터 가공))에 의해 피니싱하여, 두께를 200~300mm로 했다. 그 후, 티탄 슬래브의 압연면에 있어서의 임의의 5개소의 표면 거칠기(Ra)를, 표면 거칠기 측정기를 이용하여 측정해, 그 평균값을 구했다. 또, 피니싱 처리 후의 티탄 슬래브의 폭 방향 중앙부와 단부의 두께를 측정하여, 슬래브 평탄도 지수를 구했다.
다음으로, 얻어진 피니싱 처리 후의 티탄 슬래브를, 820℃의 온도에서 240분 가열한 후, 다양한 조건에서의 조압연을 포함하는 열간 압연을 행하여, 티탄 열간 압연판(띠형상 코일)을 제조했다.
압연 롤의 표면 거칠기(Ra)는, 이하에 개시한 방법에 의해 구했다. 압연 롤의 표면에 있어서의 임의의 5개소의 표면 거칠기(Ra)를, 표면 거칠기 측정기를 이용하여 측정해, 그 평균값을 구했다. 또, 원판(元板) 두께와, 조압연 1패스째의 압연 후의 판두께로부터, 조압연 1패스째의 압하율을 산출했다. 압연 롤의 반경과, 원판 두께와, 조압연 1패스째의 압연 후 판두께로부터, 상기의 식 (2)를 이용하여 조압연 1패스째의 롤 접촉 호의 길이를 산출했다.
다음으로, 띠형상 코일을 질불산으로 이루어지는 연속 산세 라인에 통판하고 산세하여, 편면당 약 50μm 용삭했다. 그 후, 띠형상 코일의 압연면의 폭 방향 단부에 대해서, 표면 결함의 육안 관찰을 실시하여, 하기의 기준에 의해, 띠형상 코일 전체 길이에 대해 에지 스캡 결함의 정도를 평가했다.
경미(평가 A)：에지 스캡 결함이 보이지 않는다. 또는 5mm 미만의 에지 스캡 결함이 관찰되었다.(평가：양호)
약간 큰 결함(평가 B)：5mm 이상, 10mm 미만의 에지 스캡 결함이 관찰되었다.(평가：양호)
깊은 결함(평가 C)：10mm 이상의 에지 스캡 결함이 관찰되었다.(평가：불량)
표 1에 기재한 열간 압연용 소재에 대한 제조 조건 및 평가를 표 2 및 표 3에, 표 4에 기재한 열간 압연용 소재에 대한 제조 조건 및 평가를 표 5 및 표 6에, 표 7에 기재한 열간 압연용 소재에 대한 제조 조건 및 평가를 표 8 및 표 9에 각각 기재한다.
[표 1]
[표 2]
[표 3]
[표 4]
[표 5]
[표 6]
[표 7]
[표 8]
[표 9]
또한, 표 3, 6 및 9에 있어서, 「롤의 표면 거칠기」는 「조압연 1패스째의 압연 롤의 표면 거칠기」를, 「롤 반경」은 「조압연 1패스째의 압연 롤의 반경」을, 「원판 두께」는 「피니싱 처리 후의 티탄 슬래브의 폭 방향 중앙부의 두께」를, 「압연 후 판두께」는 「조압연 1패스째 출측에 있어서의, 상기 티탄 슬래브의 폭 방향 중앙부의 두께」를, 「롤 접촉 호의 길이」는 「조압연 1패스째의 롤 접촉 호의 길이」를 각각 의미한다.
표 1~9에 기재한 바와 같이, No.1 및 2는, 세립 조직층의 깊이가 충분하지 않고, 세립 조직층의 깊이가 3mm 미만이었다. No.4는, 세립 조직층의 원상당 입경이 1.60mm로 너무 컸다. No.8은, 피니싱 처리 후의 압연면에 있어서 평탄도 지수(X)가 4.0으로 높았다. No.9 및 10은, 조압연 1패스째의 롤 접촉 호의 길이가 작았다.
그 결과, No.1 및 2, 4, 8~10은, 티탄 열간 압연판의 압연면의 폭 방향 단부에 깊은 결함이 존재하고 있으며, 티탄 열간 압연판의 품질은 나빴다. 이에 비해, 본 발명에서 규정되는 조건을 만족하는, No.3, 5~7, 11~51은, 모두 티탄 열간 압연판의 압연면의 폭 방향 단부의 결함이, 「경미」 또는 「약간 큰 결함」이며, 티탄 열간 압연판의 표면 성상은 양호했다.
10 티탄 슬래브,
10A, 10B 측면,
10C, 10D 피압연면,
10P 주물 표면의 요철,
10Q 결함,
12 전자 빔 조사 건,
14 조사 영역,
16 용융 재응고층,
18 열영향층(HAZ층),
20 세립 조직층,
24 압연 롤,
D 압연 방향,
L 롤 접촉 호의 길이.
10A, 10B 측면,
10C, 10D 피압연면,
10P 주물 표면의 요철,
10Q 결함,
12 전자 빔 조사 건,
14 조사 영역,
16 용융 재응고층,
18 열영향층(HAZ층),
20 세립 조직층,
24 압연 롤,
D 압연 방향,
L 롤 접촉 호의 길이.
Claims (8)
- 전자 빔 용해법 또는 플라즈마 아크 용해법을 이용하여 직접 제조한 티탄 슬래브에, 열간 압연을 행하여 티탄판을 제조하는 방법으로서,
상기 티탄 슬래브가 열간 압연시에 압연되는 면을 피압연면, 압연 방향에 평행하고, 또한 피압연면에 수직인 면을 측면으로 할 때,
〔1〕 상기 피압연면을 향해서 빔 또는 플라즈마를 조사하지 않고, 상기 측면을 향해서 빔 또는 플라즈마를 조사함으로써, 상기 티탄 슬래브의 상기 측면에 있어서의 적어도 상기 피압연면측의 일부를 용융한 후, 재응고시켜, 상기 측면의 적어도 일부에, 상기 측면의 표면으로부터 적어도 깊이 3.0mm의 위치까지 원상당 입경이 1.5mm 이하인 조직층을 형성하는 공정과,
〔2〕 상기 조직층이 형성된 티탄 슬래브의 상기 피압연면을 피니싱 처리하여, 하기 (1)식으로 정의되는 X를 3.0 이하로 하는 공정과,
〔3〕 상기 피니싱 처리 후의 티탄 슬래브를, 하기 (2)로 정의되는 L이 230mm 이상인 조건으로 열간 압연하는 공정을 구비하는,
티탄 열간 압연판의 제조 방법.
X=(H0, H1 및 H2의 최대값)-(H0, H1 및 H2의 최소값) …(1)
L={R(H0-H3)}1/ 2 …(2)
단, 상기 식 중의 기호의 의미는 하기와 같다.
X：슬래브 평탄도 지표
H0：상기 피니싱 처리 후의 티탄 슬래브의 폭 방향 중앙부의 두께(mm)
H1：상기 피니싱 처리 후의 티탄 슬래브의 폭 방향 단부(1/8폭 위치)의 두께(mm)
H2：상기 피니싱 처리 후의 티탄 슬래브의 폭 방향 단부(1/4폭 위치)의 두께(mm)
L：조압연 1패스째의 롤 접촉 호의 길이(mm)
R：조압연 1패스째의 압연 롤의 반경(mm)
H3：조압연 1패스째 출측에 있어서의, 상기 티탄 슬래브의 폭 방향 중앙부의 두께(mm) - 청구항 1에 있어서,
상기 〔1〕의 공정에 있어서,
상기 측면의 전체면에 상기 조직층을 형성하는, 티탄 열간 압연판의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 〔1〕의 공정에 있어서,
상기 측면에 있어서, 상기 피압연면으로부터 적어도 상기 티탄 슬래브의 두께의 1/6의 위치까지의 영역에 상기 조직층을 형성하는, 티탄 열간 압연판의 제조 방법. - 청구항 3에 있어서,
상기 〔1〕의 공정에 있어서,
상기 측면에 있어서, 상기 피압연면으로부터 적어도 상기 티탄 슬래브의 두께의 1/3의 위치까지의 영역에 상기 조직층을 형성하는, 티탄 열간 압연판의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 〔2〕의 공정에 있어서,
상기 피압연면의 표면 거칠기(Ra)를 0.6μm 이상으로 하는, 티탄 열간 압연판의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 〔3〕의 공정에 있어서,
상기 조압연 1패스째의 압연 롤의 반경이 650mm 초과인, 티탄 열간 압연판의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 〔3〕의 공정에 있어서,
상기 조압연 1패스째의 압하율이 30% 이상인, 티탄 열간 압연판의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 〔3〕의 공정에 있어서,
상기 압연 롤의 표면 거칠기(Ra)가 0.6μm 이상인, 티탄 열간 압연판의 제조 방법.
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