KR19990014782A

KR19990014782A - 다층식 합금 튜브 주조 방법

Info

Publication number: KR19990014782A
Application number: KR1019970708125A
Authority: KR
Inventors: 데이빗엘.스폰셀러
Original assignee: 로버트 엘. 헨리 쥬니어; 에림 인터내쇼날 인코포레이티드
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1996-05-08
Publication date: 1999-02-25
Also published as: JPH11505768A; EP0828576A1; US5558150A; AU5736496A; WO1996037321A1; EP0828576A4

Abstract

본 발명은 외부 합금층(15)과, 하나 이상의 내부 합금층(16)을 구비하는 복합체 관상 제품의 제조에 있어, 최종 주물의 층 사이에 야금학적 접합이 실질적으로 억제되는 원심 주조된 복합체 관상 제품의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 제품은 용융 금속 합금의 수용에 사용되는 원통형의 내표면을 갖는 회전 가능한 원심 주조 주형을 사용하여 제조된다. 약 1300℃ 이상의 융점을 갖는 외부 층(15) 합금이 상기 회전 가능한 주형 안으로 급탕된다. 외부 층(15)은 약 1300℃ 이상의 융점을 갖는 하니 이상의 내부 층(16)을 급탕하기 이전에 외부 층의 절대 융점의 약 92%를 초과하지 않는 온도로 응고 및 냉각된다. 그런 다음, 복합체 주물은 고온 압출 등의 고온 기계 가공을 통해, 상호 야금학적으로 접합된 층을 갖는 복합체 튜브로 제조된다.

Description

다층식 합금 튜브 주조 방법

원심 주조에 의한 바이메탈 튜브 혹은 복합체 튜브의 제조는 공지된 바이다.

이와 관련하여, 1985년 8월 20일자 발행된 카본 디포짓(carbon deposit)에 대한 침적 저항성을 갖는 원심 주조 이중층 튜브라는 제목의 미국 특허 제 4,536,455 호를 참조할 수 있다.

상기 특허에서는 탄화수소의 열적 균열을 야기하는 상승된 온도에서 탄화수소 유체를 통과시킬 때 해당 표면상에 카본 디포짓이 형성되지 않도록 하고 금속 합성물로서 해당 내부층을 구성한 이중 층 튜브를 제공하는 것을 해당 발명의 목적으로 설명하고 있다.

상기 내부 튜브에 적용된 특정 합금재는 1~10wt% 함량의 알루미늄을 함유하는 합금재이며, 내부 튜브의 베이스 금속은 오스테나이트 강, 페라이트 강, 오스테나이트 및 페라이트가 혼재된 강, 저합금강, 니켈기 합금, 니켈-크롬기 합금, 코발트기 합금, 코발트-크롬기 합금, 또는 기타 유사 합금들로 이루어진 군으로부터 선택된다.

상기 특허에 따르면, 상기 내부 튜브 합금에 충분한 양의 알루미늄을 첨가함으로써, 사용 이전이나 사용중에, 그 내부 튜브의 표면상에 알루미늄 산화물 박막이 형성되도록 하여, 그 박막에 의해 상기 내부 표면상에 카본 디포짓이 형성되지 않게 한다. 상기 (튜브) 복합체의 외부층은 25%크롬-20%니켈 합금, 24%크롬-24%니켈-1.5%니오븀 합금 등의 니켈-크롬 합금, 코발트-크롬 합금 또는 그 유사 합금 등과 같은 소정의 내열성 합금일 수 있다.

상기 특허에 설명된 바에 따르면, 외부 및 내부 층은 원심 주조에 의해 형성된다.

이중 층 튜브의 제조에 있어, 외부 층은 약 1450~1600℃의 온도에서 1차 주조되며, 그 주조된 외부 층의 내측면의 온도가 적외선 고온계에 의해 측정된다. 상기 층이 그 합금의 액화 온도 바로 밑에서 응고되면, 내부 층이 주조된다.

내부 및 외부 층은 원심 주조에 의해 야금학적으로 접합됨으로써, 그 층들간의 계면은 액상/고상 확산에 기인하여 용융되어 복합체 바이메탈 제품의 계면에 걸쳐 필요 기계적 강도가 얻어지는 것으로 상기 특허의 제4 칼럼 37~43행에 나타내고 있다.

따라서, 상기 특허에 따르면, 상기 이중 층 튜브는 상기 내부 및 외부 층이 원심 주조에 의해 상호 접합됨으로써, 그 2개의 층간 계면은 용융된 내부 층 안으로 상기 외부 응고된 층이 역용융(逆熔融;meltback)되는 것에 의해 상호 융해되어 바람직한 접합이 이루어진다는 점에 비추어, 불량 접합의 위험성이 배제된다.

상기 특허된 방법의 단점은 소정 층의 다른 층으로의 확산 과정이 상기 응고된 외부 층의 역용융에 기인하여 상당 정도 실질적으로 일어나기 때문에, 계면에서의 내부측 합금 조성이 다른 조성에 의해 오염되는 바람직하지 않은 경향이 있다는 점이다.

이것은 상기 특허 명세서 제3 칼럼 4~46행으로부터 분명해진다. 내부 층 제조를 위한 용융 금속을 수용하는 외부 층의 제조시, 그 외부 층은 원심 주조 주형 안으로 급탕(給湯)되어, 절대 온도 1668。K(1395℃+273℃)에 대응하는 HK-40 합금의 액체-고체 변태 온도인 약 1395℃의 바로 아래쪽 온도로 냉각된다.

상기 특허에 따르면, 내부 층의 급탕에 앞서서 그 내부 층에 사용되는 용융 금속은 약 1500~1650℃의 온도 범위로 유지된다.

외부 층에 사용되는 HK-40의 융점은 약 1450℃(1723。K) 부근이며, 전술한 바와 같이 응고 후에 약 1395℃(1668。K)로 냉각된다. 내부 층에 사용되는 합금은 외부 층의 내면쪽으로 약 1500~1650℃ 범위의 온도로 급탕되어, 용융 상태의 내부 층 안으로 상기 외부 층이 역용융되는데 기인하여 소정 깊이 만큼 융해된 계면이 얻어진다.

1723。K(HK-40의 융점)의 온도에 대한 1668。K의 온도 비율은 HK-40의 절대 융점의 0.968, 즉 96.8%이며, 그 수치는 상당히 높은 수치이다.

전술한 조건들은 고온 기계 가공 혹은 고온 압출된 관형 제품의 제조 과정에 사용되는 빌렛(billet)과 같은 종류의 관형 복합체를 제공하는 것은 아니다.

본 발명은 고온 압출 제품을 제조할 수 있는 방법을 제공하며, 그 방법에서 소정의 금속은 고온 압출 과정 중에 다른 금속과의 계면을 거쳐 그 다른 금속 안으로 확산됨으로써 야금학적 접합이 얻어진다.

본 발명은 원심 주조 및 고온 압출과 같은 고온 기계 후가공을 통해 바이메탈 튜브나 피복 튜브 등의 다층식 복합체 튜브를 제조하기 위한 경제적인 방법에 관한 것으로, 그러한 다층식 복합체 튜브는 한 층이 다른 층으로의 확산이 실질적으로 억제되는 주조 상태 그대로의 계면과, 2개의 층이 서로 야금학적으로 접합된 최종 제품의 계면을 그 특징으로 한다.

도1,1A,1B는 도1A,1B로부터 분명하겠지만 야금학적으로 접합되지 않은 주조 상태 그대로의 내부 및 외부 층을 나타내고 있는 원호형의 주물(F)을 예시한 도면.

도2,2A는 본 발명의 다층 구조의 관상 제품을 제조하는데 사용되는 종류의 압출 기구 중에서 가공부를 개략적으로 도시한 도면.

도3은 310형 스테인레스강의 외부 층과 주조한 상태 그대로의 T-11 강(鋼)의 내부 층 사이의 주물(F)에서 실질적으로 비융해 상태의 물리적 관계를 75배 배율로 나타낸 현미경 사진.

도4,4A는 압출된 관상 제품을 절단한 링을 링의 둘레를 가로질러 반경 방향으로 절곡시킨 다음(도4참조), 도4에서 0.6배의 크기로, 도4A에서 4.4배의 크기로 나타낸 바와 같이 그 링을 야금학적으로 접합된 층이 분리되지 않게 두 바퀴 이상 나선형으로 비틀었을 때, 그 압출된 제품의 층간 접합에 있어서의 기계적 강도를 나타내는 도면.

발명의 목적

본 발명의 목적은 내부 층의 주조 및 응고에 후속하여 층간 계면을 통해 일어나는 확산이 방지되거나 그렇지 않으면 실질적으로 억제되며, 고온 기계 가공된 관상 제품의 제조에 사용되는, 2개 혹은 그 이상의 층을 갖는 주조 복합체 관상 빌렛을 제공하는 것이다.

다른 목적은 전술한 바의 빌렛을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

또다른 목적은 외부 층에 의해 형성된 원통형 튜브내에서 내부 층을 주조하는 동안 최외부 층의 역용융이 실질적으로 억제되는, 2개 혹은 그 이상의 층을 갖는 주조 상태 그대로의 복합체 관상 빌렛을 제공하는 것이다.

또다른 목적은 2개 이상의 관상 금속 합금층으로 구성되고 그 인접층 사이가 야금학적으로 접합되어 있는 고온 압출된 관상 제품을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

이들 목적과 다른 목적들은 이후의 설명과 청구범위 및 첨부 도면에 비추어 볼 때 보다 분명해질 것이다.

발명의 요약

개괄적으로 서술하면, 본 발명은, 주조한 그대로의 상태에서 층 사이의 야금학적 접합을 실질적으로 억제하면서 외부 합금층과 하나 이상의 내부 합금층으로 구성된 묵직한 벽의 복합체 튜브의 형태로 제조되는 관상 합금 제품을 원심 주조로서 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명은 용융된 금속 합금을 수용하도록 채용된 원통형의 내표면을 갖는 회전 가능한 원심 주조용 주형을 제공한다. 외부 층은, 약 1300℃ 이상, 일반적으로는 약 1400℃ 이상의 융점을 갖는 제1 합금 조성물을 회전하고 있는 주형안으로 급탕하는 단계와 상기 주형이 회전하는 동안 상기 합금을 외부 층으로서 원심 주조하는 단계를 통해 제조된다.

외부 층 혹은 숙주(宿主;host) 층은 응고된 뒤에 켈빈 온도로 나타낸 상기 합금의 절대 융점의 약 92%를 초과하지 않는 온도로 냉각된다. 하나 이상의 제2 층은 상기 주형이 회전하는 동안 제1 층(외부 층) 혹은 숙주 층의 내부 공동(空洞) 내에 제2 층을 형성하기에 충분한 정도의 급탕 온도로 상기 외부 층의 내부 공동 안으로 급탕되며, 이때 급탕 온도는 합금의 융점에서 약 40~75℃ 높은 온도 범위이다.

응고되고 난 이후의 제1 층의 내표면 온도를 그 제1 층의 절대 융점을 초과하지 않는 온도로 냉각함으로써, 상기 외부 층의 역용융에 의한 제2 층으로의 실질적인 확산이 방지되어 층들 사이의 야금학적 접합이 억제되도록 하며, 그에 따라 내부 층이 외부 층내에 통상 기계적 방식으로 유지되는 상기 복합체 관상 금속 제품의 주물이 얻어진다. 원심 주조된 복합체 관상 금속 제품을 대기 온도로 냉각하고 난 이후의 주조 상태 그대로의 복합체 관상 제품은, 계면을 통한 야금학적 접합의 형성이 방지되거나 그렇지 않으면 실질적으로 억제되고 이때 그 접합은 대체로 기계적 방식이 되는 그러한 상기 층 사이의 계면을 특징으로 한다(도1,1A,1B 참조).

본 발명의 목적을 수행함에 있어, 합금들은 다음의 원재료로부터 준비된다: ARMCO 철, 전해질 니켈, 몰리브덴, 페로크롬, 페로망간 및 페로실리콘.

시험은 310형 스테인레스 강으로 이루어진 외부 층과 T-11강으로 이루어진 내부 층을 가지고 수차례 행해졌다.

6개의 주물(A~F)에 사용된 SS310 합금은 약 0.02~0.03wt% 탄소, 0.46~0.66wt% 망간, 0.19~0.32wt% 실리콘, 24.89~25.21wt% 크롬, 21.42~21.91wt% 니켈, 0.015~0.033wt% 인, 0.004~0.006wt% 황, 0.050~0.106wt% 니켈 및 잔부 철로 이루어진 조성을 갖는다.

6개의 주물에 내부 층으로서 사용된 T-11 합금은 0.08~0.11wt% 탄소, 0.28~0.44wt% 망간, 0.57~0.87wt% 실리콘, 1.47~1.81wt% 크롬, 0~0.17wt% 니켈, 0.34~0.50wt% 몰리브덴, 0.015~0.04wt% 인, 0.003~0.014wt% 황, 0.067~0.078wt% 질소 및 잔부 철로 이루어진 조성을 갖는다.

SS310 시편의 중량은 약 500~550 lbs이다. T-11 시편의 중량은 약 965~1050 lbs이며, 최종 제품의 외부 층은 내부 층의 두께 보다 얇다.

SS310은 1400~1450℃의 융점 혹은 1425℃의 평균 융점을 갖는다.

SS310 합금의 제조시, 시편들은 Incocal(니켈-칼슘 첨가제)로 탈산/탈황 처리된다. T-11 합금은 알루미늄으로 탈산 처리된다. SS310 합금의 탄소 함량은 부식 예민화(sensitization)를 방지하기 위해 극소량으로 유지된다. SS310 합금 및 T-11 합금 모두에 있어 질소 함량은 비교적 높다.

원하는 정도의 외부 및 내부 층의 두께를 얻기 위해서, 주형안으로의 급탕을 위한 각각의 레이들 안으로 각 합금의 정량을 출탕(出湯) 조절하는 데에는 크레인 저울이 사용된다. 외부 층의 후속 급탕 공급을 대기하는 동안 T-11 시편에 열이 보유되는 것을 보조하기 위해 질석(蛭石)층이 사용된다.

원심 주조 주형은 단조 가공된 두꺼운 벽의 강제(製) 관형체로 제조된다. 주형의 외형은 16 1/4인치, 내경은 8 5/8인치, 단부 플레이트간의 보어 길이는 약 112인치이며, 주조시에 수평축을 중심으로 회전한다.

회전하는 주형안으로 금속을 장입하기에 앞서, 주형의 내표면은 알루미늄 분말 층으로 스프레이 코팅된 후 예비 가열되어 장입시에 약 500℉(260℃)의 주형 온도로 건조된다.

주형은 약 1315rpm의 최소 회전 속도로 회전되며, 약 2730℉(1500℃)~약 2830℉(1555℃) 범위의 급탕 온도에서 SS310의 용금(鎔金;melt)이 회전 주형의 단부 플레이트를 통해 턴디시(tundish)에 의해 급탕된다.

일반적으로, 각각의 강 혹은 합금의 급탕 온도는 급탕될 금속의 융점에서 약 40~125℃ 정도 높은 온도 범위이며, 외부 층은 그 온도 범위의 상한치에서, 그리고 내부 층은 하한치에서 급탕되는 것이 바람직하다.

SS310 합금(즉, 외부층)은 적정 크기 이상으로, 즉 8.5인치의 주형 내경(주형의 코팅이 완료된 후)으로 주조되며, 최종 복합체 주물은 압출 프레스의 라이너(liner)안으로 용이하게 끼워질 수 있는 압출 빌렛을 제공하기 위해 8인치 직경으로 표면 가공된다. 관상 주괴(ingot)의 적정 크기 이상의 원주에서 SS310 합금의 가공 손실을 감안함과 함께, 최종적으로 2인치 외경의 고온 가공 튜브 혹은 압출 가공 튜브에서 약 0.06인치 두께의 도포층이 결국 얻어질 수 있는 SS310 합금을 얻기 위해, SS310 합금의 양은 표1에 예시된 바와 같이 주물 A,B의 경우 총 주조량의 31%로부터 증가되었고, 주물 C,D,E에서 37%로 증가되었고, 주물 F에서의 양은 39%로 증가되었다. 6개의 주물(A~F)은 표1로부터 분명하겠지만 이하 설명된다.

항목	주물 A	주물 B	주물 C	주물 D	주물 E	주물 F
SS310 합금
출탕 온도(℉)	3050(1677℃)	3050(1677℃)	3050(1677℃)	3080(1693℃)	3040(1671℃)	3050(1677℃)
출탕 종료후 급탕 시작 사이의 시간(초)	124	122	200¹	232	86	127
급탕 온도(℉)	2750(1510℃)	2750(1510℃)	2760(1515℃)	2730(1500℃)	2830(1555℃)	2765(1518℃)
급탕 시간(초)	19	22	17	27	36	17
주물 중량의 명목 백분율	31	31	37	37	37	39
T-11 합금
출탕 온도(℉)	3070(1688℃)	3000(1649℃)	3050(1677℃)	3080(1693℃)	3070(1688℃)	3060(1682℃)
항목	주물 A	주물 B	주물 C	주물 D	주물 E	주물 F
출탕 종료후 급탕 시작 사이의 시간(초)	329	225	324	373	234	320
SS310의 급탕 종료후 T-11의 급탕 시작 사이의 시간(초)	210	70	135	99	89	259
T-11 급탕시의 SS310 내표면의 대략적인 온도(℉)	2210²(1210℃)	2410(1320℃)	2460(1349℃)	2530(1388℃)	2540(1393℃)	2250²(1232℃)

1-용융 SS310 합금의 상부에 질석 층을 놓음.

2-이들 온도들은 역융융을 피할 수 있게 설정됨.

온도 측정은 SS310 합금이 급탕되어 응고된 후에 SS310 합금의 내표면상에서 광학적 고온계에 의해 곧바로 측정된다. 각각의 주조에서, T-11의 급탕 순간을 결정하는 데에는 온도 정보가 이용된다. 6개의 주물에 각각에 대해 T-11의 급탕 순간에 있어 외삽법(外揷法)에 의해 추정된 대략적인 온도는 표1에 예시되어 있으며, 주물 A의 2210℉(1210℃)로부터 주물 E의 2540℉(1393℃)까지의 범위이다. 주물(A,F)에 대한 SS310의 온도는 나머지 4개의 주물에 대한 온도에 비해 훨씬 낮으며, 그것은 주물 A,F에 대해 T-11의 급탕이 이루어지는 동안 SS310 층의 역용융이 일어나지 않도록 하기 위함이다.

T-11 합금이 급탕되어지기 약 수 분 전에 합금의 단열용 질석 층이 제거된다. T-11은 SS310 합금이 급탕되는 단부의 반대쪽에 있는 주형 단부 안으로 턴디시를 통해 급탕된다.

이상의 시험 결과로서, T-11의 급탕 단부에서 외부 층의 역용융에 의해 주물 C의 외부 층 두께가 다소 감소되고 주물 D,E에서는 상당 정도 감소됨을 알 수 있었다.

외부 층의 역용융은 SS310의 불완전한 표면을 마치 그 입자들이 용융 T-11 합금의 진입류와 원심 주조 공정의 강력한 유동 패턴에 의해 마치 불규칙한 패턴으로 파열되어 하류로 재배치되도록 발전시킨다는 점에서 회피되어야 한다.

더욱이, 상기 역용융은 내부 층을 외부 층의 성분으로 오염시킨다.

따라서, 표1의 주물을 참조하면, 주물 B~E에 역용융이 발생되었음을 알 수 있었다. 그러나, 주물 B의 역용융은 매우 미약한 것으로 실질적으로 주물 C~E의 경우에서 보다 미미하였다. 주물 A,F에서는 역용융이 발생되지 않았다.

켈빈 온도 비율은 SS310 합금의 절대 융점에 대한 SS310 합금의 내부면의 온도로써 결정된다.

SS310 합금은 약 1698。K의 융점으로 계산되는 약 1400~1450℃ 용융 온도 범위 또는 1425℃의 평균 용융 온도 범위를 갖는다.

SS310 합금의 절대 융점에 대한 SS310 합금의 내부면의 온도 비율은 다음과 같이 표2에 주어진다.

SS310 융점 1698。K

주물	내부면 온도。K	SS310 융점 。K	SS310의 융점에 대한 내부면의 온도 비율
A	1483	1698	0.873(87.3%)
B	1593	1698	0.938(93.8%)
C	1622	1698	0.955(95.5%)
D	1661	1698	0.978(97.8%)
E	1666	1698	0.981(98.1%)
F	1505	1698	0.886(88.6%)

역용융은 주물 B~E 각각에 발생되었으나, 다만 주물 B는 매우 미약한 것으로, 실질적으로 주물 C,D,E에서의 경우에 비해 미미하였다.

주물 A,F에서는 실질적으로 역용융이 발생되지 않음에 따라, 급탕 단부에서 SS310 합금 층의 두께는 반대측 단부에서와 같았고, 조직학적 분석을 통해서는 주조 그대로의 상태에서 한쪽 금속에서 다른쪽 금속으로의 확산은 일어나지 않거나 그렇지 않으면 거의 발생하지 않았음을 나타내었다.

튜브의 절단에 의해 링이 형성되었을 때 내부 층은 손가락 압력에 의해서 용이하게 분리될 수 있음으로써, 본 발명의 신규한 창의적인 개념에 따라 야금학적 접합이 발생하지 않았거나 혹은 실질적으로 억제될 수 있음을 알 수 있었다. 이것은 외부 층(15)이 내부 층(16)으로부터 기계적으로 분리될 수 있음을 나타내는 도1,1A,1B를 통해 예시되어 있다. 도1A는 표면(17)이 산화된 주조 그대로의 표면을 나타내며 그에 따라 후속하는 원심 주조에 의한 층들 사이에 야금학적 접합이 이루어지지 않음을 예시한다.

온도 외삽법은 외부 층이 제2 층을 수용하는 시간에 후속하여 외부 층의 응고된 내부면이 나타내는 켈빈 온도와 그 절대 융점에 대한 비율이 그 절대 융점의 약 92%를 초과해서는 안된다는 것을 나타내었다.

이것은 외부 층의 역용융이 주물 A,F에서 발견되지 않았고 주물 B에서는 거의 발견되지 않았음(절대 융점의 93.8%)을 나타내는 표2의 데이터를 통해 입증되었다.

주물 A,F에 대해서, 온도 비율은 켈빈 온도로서 표현했을 때 각각 87.3%와 88.6%이었다.

일반적으로, 내부 층의 주조에 앞서 응고된 외부 층의 내부면의 온도는 외부 층으로서 고용된 합금의 절대 융점의 약 80~92% 범위일 수 있다.

다중 층의 형성을 통해 복합체 관상 빌렛이 형성되는 경우, 각각의 층의 내부면에 대한 온도 관계는 그 층의 합금의 절대 융점과 상호 관련될 것이다.

예를 들면, 제1 층 또는 외부 층과, 제2 층 또는 중간 층과, 그리고 제3 층 또는 내부 층으로 이루어진 3중 층의 복합체 관상 빌렛의 제조에 있어, 그 관계는 각각의 층에서의 관계와 실질적으로 동일하다.

따라서, 제1 층 또는 외부 층의 내부면에 제2 층을 주조하는 경우, 상기 제1 층의 내부면의 온도는 제1 층 또는 외부 층의 합금 조성의 절대 융점의 약 92%를 초과하지 않을 것이다.

마찬가지로, 제2 층 또는 중간 층의 관상 개구안으로 제3 층 또는 내부 층을 주조하는 경우에 있어, 중간층의 내부면은 제2 층 또는 증간 층에 사용된 합금의 절대 융점의 약 92%를 초과하지 않는 온도에서 조절될 것이다.

일반적으로, 용융 금속이 원심 주조될 응고된 관상 내부면 각각의 온도는 용융 합금을 수용하는 숙주 층의 절대 융점의 약 80~92%일 수 있다.

복합체 관상 주물이 제조되고 나면, 소망의 크기로 고온 기계 가공 또는 고온 압출된 빌렛으로 절단 및 가공된다.

압출에 앞서서, 관상 빌렛은 약 8인치의 외경과 약 4.0인치의 내경으로 기계 가공된다. 그런 다음, 빌렛은 약 2100~2200℉(약 1150~1205℃)의 온도 범위에서 약 2인치의 외경과 1.5인치의 내경으로 된 크기의 최종 튜브로 고온 압출된다.

압출 작업은 5500 톤의 압출력을 갖는 상용화된 수평 유압 압출 프레스에서 수행되었다. 이 프레스는 도2,2A에 개략적으로 도시되어 있다. 프레스의 일단부 는 대용적의 실린더와, 4300psi 정도의 수압에 의해 전진되는 램(ram)을 구비한다. 램의 행정은 약 90 인치이며, 램의 이동은 램 속도를 0.1인치/초~8인치/초로 변화시킬 수 있는 밸브의 작동에 의해 조절된다. 램에는 프레스의 용기안으로 끼우져서 램의 힘을 용기내의 금속으로 전달하는 중공체 스템이 장착된다. 프레스에는 램내에서 높은 수압으로 작동되는 맨드릴 가동기(mandrel mover)가 구비되며, 그 맨드릴 가동기에는 맨드릴이 부착된다. 맨드릴은 중공체 스템내에서 전진 및 후퇴이동된다.

맨드릴은 압출 작업 종료시에 튜브로부터의 분리를 용이하게 하기 위해 완만하게 테이퍼지도록 가공된다.

스템의 단부는 라이너의 내경 보다 0.060 인치 작은 외경을 갖는 H13(고온 가공 다이용 강(鋼)) 프레스 디스크에 의해 고온의 빌렛으로부터 보호된다. 프레스 디스크의 내경은 맨드릴의 외경 보다 0.030 인치가 커서 3~4 인치의 두께이다. 프레스 디스크는 빌렛의 열로부터 스템을 보호하는 것 이외에도 중공체 스템의 내경과 맨드릴의 외경 사이의 환형 공간을 덮어줌으로써 빌렛의 고온 금속이 스템 안으로 역(逆)압출되는 것을 방지하는 작용을 한다.

이상에 대해서 도2,2A를 참조할 수 있다.

도2는 간명함을 위해 사선 음영(陰影)을 넣지 않은 용기내에 감금된 바이메탈 빌렛(2)을 나타낸다. 맨드릴(5)은 빌렛의 중공체 내부 사이로 통과되며, 맨드릴은 스템(7)내에 위치된 맨드릴 가동기(6)에 의해 지지된다.

주지되는 바와 같이, 강제(製) 프레스 디스크(8)는 스템과 맨드릴 가동기(6)가 도2A에 도시된 바와 같이 우측으로 이동되면 강제 프레스 디스크가 빌렛쪽으로 밀어올려져서 예시된 바와 같이 빌렛을 압축시키도록 스템(7)과 빌렛(2) 사이에 배치된다.

1175℃의 온도에서 고온의 빌렛은 도2A에 도시된 압축 빌렛이 다이를 통해 이동할 때 윤활제로서 용융 및 작용하는 유리 섬유 패드(1A)(브리스코 패드)쪽으로 밀어올려지며, 다이는 그 다이(11)를 둘러싸는 다이 리테이너(10)를 포함하는 다이 스택(stack)(9)을 구비한다.

빌렛은 도2A에 도시된 바와 같이 압축되어 바이메탈 튜브(12)로서 압출되며, 도2,2A에 도시된 바와 같이 가이드 튜브(13)가 제공된다. SS310 외브 층은 그 두께가 얇기 때문에 사선 음영으로 도시되지 않았지만 도면 부호(12)로 지시되고 있다.

압출된 튜브는 다이를 빠져나와 기본적으로 강관의 일부로서 구성된 가이드 튜브(13) 안으로 유입되며, 그 관의 내경은 압출된 튜브의 외경에 비해 약 1/4인치 정도 크며, 길이는 약 4 피트이다. 가이드 박스의 목적은 튜브가 다이를 빠져나올 때 튜브에서 생길 수 있는 소정의 캠버(camber; 휨 현상)를 제거함으로써 직선형의 튜브를 제조할 수 있도록 하는 것이다.

빌렛용 용기는 8.25인치의 내경을 갖는 합금강(H13) 라이너를 보유하며, 그 라이너의 길이는 42인치이다. 718 합금으로 단조 가공된 다이는 다이 스택안으로 삽입된다. 맨드릴은 HRC 48~52의 경도치를 갖도록 열처리된 H13 고온 가공 다이 강(鋼)으로 이루어진다. 용기 벽, 맨드릴, 그리고 다이는 네크로렌 및 피스크 60의 상표명으로 인식되는 윤활유로 각기 닦여진다.

바이메탈 빌렛의 내부 층은 외부 층이 그 내부 층안으로의 역용융이 실질적으로 발생하지 않는 상태로 외부 층 안으로 물리적으로 보유되기 때문에, 압출된 제품은 빌렛의 고온 압출 과정이 이루어지는 동안 고체 상태의 확산에 의해 야금학적으로 접합된다. 압출 과정중에 층 사이의 계면 영역에서 발생하는 상당 정도의 팽창으로 말미암아 임의의 산화막은 별개의 조각들로 쪼개지게 됨으로써, 2개의 층은 빌렛이 압출 다이를 통과할 때 상기 조각들 사이에서 상호 용접되어진다.

도3의 사진을 참조하면, 주조 빌렛이 75배의 배율로 예시된다.

복합체 빌렛의 상부 절반부는 SS310 합금이며, 하부 절반부는 T-11 합금이다. 중간의 어두운 부분의 공간은 조직학적 분석용 시편의 제조를 위한 마운팅 재료(mounting material)이다.

주지되는 바와 같이, T-11 합금의 내부 층은 SS310 합금의 외부 층에 야금학적으로 접합되지 않는다. 야금학적 접합은 빌렛의 고온 압출 과정 중에 일어난다.

도4,4A를 참조하면, 고온 압출에 의해 생산된 제품의 층간 접합 강도를 나타내는 나선형으로 비틀림된 제품의 일부를 예시한다.

압출된 제품의 링은 절단되어, 그 주변부가 도4의 좌측 부분에 도시된 바와 같이 소정 위치에서 반경 방향으로 굴곡된다. 그런 다음, 링은 0.5인치의 간격으로 완전한 원형으로 11번의 90°비틀림되도록 가혹하게 비틀림변형된다. 도4와 도4A의 확대도로부터 분명하겠지만, 한 층의 다른 층으로의 야금학적 접합은 고온 압출 과정을 거쳐 매우 강력해진다.

합금(F)의 풀림 열처리된 시편의 물리적 특성에 대해 그 결과는 하기의 표3에 도표화되어 있다.

2인치 튜브의 어닐링처리된^a시편의 인장 특성
튜브	압출 가공튜브의 위치	0.2% 오프셋항복 강도(ksi)	인장 강도(ksi)	압축 변형연신율(%)	압축 변형면적비(%)
T-H 베이스 금속
F-2	중간 길이	35.4	69.5	32.5	69.7
		42.9	73.5	29.2	67.8
	평균	39.2	71.5	31.0	69.0
F-3	노오즈 단부	42.6	72.8	27.1	67.7
		42.5	73.7	27.4	70.8
	평균	42.6	73.3	27.5	69.5
	중간 길이	40.8	73.2	29.2	70.2
		42.7	73.0	30.4	69.2
	평균	41.8	73.1	30.0	69.5
	후미단부	43.6	71.9	29.7	68.6
		43.6	72.4	29.4	70.6
	평균	43.6	72.2	29.5	69.5
시험 평균	41.9	70.9	29.5	68.5
바이메탈 벽
F-3	중간 길이	46.0	79.1	32.7	56.7^b
		46.0	81.2	31.4	52.7^b
	평균	46.0	80.2	32.0	54.5
시험 평균	43.6	77.4	33.0	54.4
ASTM A213, 등급 T-11 사양	30.0분	60.0분	29.5분	--

a 블랭크는 1700℉(927℃)의 피복 분위기(protective atmosphere)에서 1시간 동안 유지된 후 1300℉(705℃)로 평탄화되며, 노냉을 거친후 인장시편으로서 가공된다.

b 파괴의 전체 최종 크기에 기초함. 높은 수치는 층사이의 균열에서 발전된 작은 간극의 단면 면적이 최종 면적에서 감해지는 경우에 얻어지게 된다.

본 발명의 예시적인 다른 실시예들로서, 다음의 예들을 참조할 수 있다.

주물 G

다른 실시예에서, 외부 층은 약 2750℉(1510℃) 또는 1783。K의 융점을 가지며, 약 1~1.25%의 망간, 약 0.3% 미만의 탄소, 약 1% 미만의 규소를 미량 함유하는 구조용 강으로 되어 있다.

주물 A-F에서와 같이, 회전하는 주형에 외부 층을 주조하고 나면, 그 외부 층은 그 내부면이 1330℃ 또는 1603。K의 온도에 이르도록 응고 및 냉각된다. 1783。K의 절대 융점에 대한 응고된 외부 층의 내부면의 온도 비율은 절대 융점의 약 0.9 또는 90%이다.

내부 층은 약 17~19wt%의 크롬, 8~10wt%의 니켈, 최대 0.15wt%의 탄소, 최대 1wt%의 규소, 최대 2wt%의 망간 및 잔부 철로 이루어진 조성을 갖는 18Cr-8Ni 스테인레스 강으로 지칭되는 스테인레스 강이다. 이 강은 302 스테인레스 강으로 불리어지며 2700℉~2800℉의 융점 또는 2750℉(1510℃)나 1783。K의 평균 온도 범위의 융점을 갖는다.

주물 H

바이메탈 튜브는 다른 실시예로서, 그 외부 층은 약 21.5wt%의 크롬, 9wt%의 몰리브덴, 3.5wt%의 니오븀+탄탈, 잔부 니켈로 이루어진 Inconel 625로 지칭되는 내열 합금으로 되어 있다. 상기 합금은 대략 1400℃ 또는 1673。K에 해당하는 약 2500~2600℉나 2550℉의 평균 온도 범위에서 용융된다.

내부 층은 약 2765℉ 또는 1518℃에서 용융되는 T-11 강이다.

외부 층은 주물 A~F에 대해 설명된 바와 같이 원심 주조 주형에서 그 외부 층의 융점 보다 약 75~125℃ 정도 높은 온도에서 주조된다.

내부 층의 주조에 앞서 외부 층은 응고되고 그 내부면의 온도가 1100℃ 또는 1472。K가 되도록 냉각된다.

합금의 절대 융점, 즉 대략 1673。K에 해당하는 1400℃의 절대 융점에 대한 내부면의 1100℃ 또는 1373。K의 온도 비율은 외부 층의 합금의 절대 융점의 약 0.82 또는 82%로 계산된다.

내부 층, 즉 T-11 합금은 주형이 회전되는 동안 외부 층안으로 급탕되며, T-11의 급탕시의 온도는 그 융점 보다 약 60℃ 이상이다.

외부 층의 내부 층 안으로의 역용융은 방지되거나 그렇지 않으면 실질적으로 억제된다.

다층 구조의 튜브는 임의의 층으로서 광범위한 종류의 강과 내열성 또는 내식성의 합금으로 제조될 수 있다.

일반적으로, 합금 함량이 비교적 적거나 없는 고강도의 비교적 저렴한 구조용 강은 본체부의 벽 두께를 구성하며, 튜브에 있어 내압성 혹은 하중 지지성의 주요 기능을 제공한다. 상기 강은 외부 및/또는 내부면(들)에 보다 고가의 내열 또는 내식성의 도포층으로써 얇게 도포하는 것에 의해 부식 산화물 혹은 고온 산화물의 형성되지 않도록 보호된다. 또한, 보다 양호한 인성과 균열 발생의 경향이 적은 균열-방지 층으로서 다른 층들 사이에 배치될 수 있다.

내열 합금 및/또는 내식 합금은 중간의 균열-방지 층 또는 부식-방지 층을 포함하여, 소정의 외부 층 및/또는 내부 층내에 존재할 수 있다.

본 명세서에 언급된 바와 같이, 내부 층의 급탕에 있어, 내부 층은 원심 주조 주형의 반대쪽 단부로부터 급탕되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 이중 층 구조의 시스템에서, 내부 층은 외부 층의 급탕 단부로부터 반대쪽 단부에 있는 주형으로 급탕되게 된다. 전술한 바와 같이, 다양한 금속의 급탕 온도는 하단부에서 급탕되는 내부 층의 온도 범위로서 금속의 융점 보다 약 50~125℃ 이상의 온도 범위르 취하는 것이 바람직하다.

3중층의 관상 복합체 제조에 있어, 외부 층은 원심 주조 주형의 일 단부 안으로 급탕되며, 중간 층은 그 반대쪽 단부로부터 급탕되며, 마지막 내부 층은 상기 외부 층과 동일한 동일한 단부에서 급탕되게 된다.

본 발명을 수행하는 데 사용될 수 있고 전술한 바의 범주내에 포함되는 재료들 중에는 오스테나이트 스테인레스 강, 수퍼-오스테나이트 스테인레스 강, 이중 스테인레스 강, 페라이트 및 마르텐사이트 스테인레스 강, 철-니켈기 합금, 니켈기 합금, 니켈/코발트기 합금, 코발트기 합금 등으로 지칭되는 종류의 스테인레스 강이 있다.

오스테나이트 내열 및 내식성 합금의 예시로서는 ASTM A 213에 등재된 합금들로서 TP 201,202,304,309,(본 명세서에 언급된)310,316,317,321,347,348 및 그 변형을 포함하며, 약 17~25wt% 크롬, 8~20wt% 니켈, 0~3.5wt% 몰리브덴, 0~1wt% 니오븀, 최대 2wt% 망간, 최대 0.75wt% 규소, 최대 0.15wt%의 탄소, 잔부 철을 명목 조성으로 하는 합금이다.

수퍼-오스테나이트 스테인레스 강은 예를 들어, 크롬, 니켈 및 몰리브덴의 함량이 증가되고 구리와 질소가 첨가되기도 하는 조성을 갖는 전술한 오스테나이트 스테인레스 강의 변형예로서 포함된다.

이중 스테인레스 강으로는 약 18.5~27.5% 크롬, 약 3.75~7% 니켈, 약 0.35~4% 몰리브덴, 0~2% 구리, 최대 약 2.5% 망간, 최대 약 2% 규소, 최대 약 0.08% 탄소 및 잔부 철로 이루어진 명목 조성의 ASTM A 790에 등재된 합금들이 포함된다.

페라이트/마르텐사이트 스테인레스 강은 약 12~26% 크롬, 0~2% 몰리브덴, 최대 1.5% 망간, 최대 약 1% 규소, 최대 약 0.15% 탄소 및 잔부 철로 이루어진 명목 조성을 갖는다.

철/니켈기 합금의 예로서는 상표명 Incoloy로 제조된 합금을 들 수 있다.

크롬 함유 니켈기 합금은 Hastelloy, Inconel, Nimonic 등의 상표명으로 판매되는 합금을 포함한다.

다층 구조 튜브의 내압 또는 하중 지지의 주요 작용을 제공하기 위해 다양한 구조용 강이 사용된다. 그러한 강은 예를 들어, 외부 층으로서 내열 또는 내식성 합금이 외부에 피복되는 내부 층으로서 존재할 수 있거나, 관상 빌렛이 그러한 합금으로 내부에 피복되거나 중간 층으로서 사용되거나 하나 또는 2개의 그러한 합금으로 내부와 외부 모두에 피복될 수 있다.

예시로서 일부의 구조용 강은 ASTM A 213에 등재된 강으로서, 약 1~9% 크롬, 0.5~1.25% 몰리브덴, 최대 1% 망간, 최대 2% 규소, 최대 0.25%의 탄소, 잔부 철을 명목 조성으로 하는 저합금 내열강이다. 특정 등급으로서는 T-2, T-5, T-9, (본 발명의 실시 튜브에 사용된)T-11, T-12, T-17, T-21, T-22, T-91 등이 있다. 니오븀, 바나듐, 티타늄, 보론, 고급 질소 또는 그 합성물을 함유하는 전술한 등급의 변형예들이 사용될 수도 있다. 그러한 강은 저합금강 또는 중간 합금강으로 지칭될 수 있다.

전술한 구조용 강의 다른 예시로는 (1) AISI/SAE 1005~1037과 같은 1000계열의 탄소강, (2) AISI/SAE 1500계열의 탄소-망간 강 및 그것의 고강도 저합금(HSLA) 변형 이체(異體), (3) AISI/SAE1300,4000,5000,6000 8000,9000계열의 저합금강 및 그것의 특정 변형 이체, 그리고 고강도 저합금강(HSLA) 등이 있다.

요약하면, 내부 층, 중간 층, 또는 외부 층 중 어느 것으로나 사용되는 것으로 상기 언급된 강 및 합금들은 여러 가지 종류 중에서도 특히, 탄소 강, 탄소-망간 강, 저합금강, 고강도 저합금강, 중합금강, 스테인레스 강으로서, 오스테나이트 및 수퍼-오스테나이트 강, 이중 스테인레스 강, 페라이트 스테인레스 강, 및 마르텐사이트 스테인레스 강 등으로 언급되는 종류의 스테인레스 강, 철/니켈기 합금, 니켈기 합금, 니켈/코발트기 합금, 그리고 코발트기 합금으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

특정 조성이 외부 층에 대해 선택되는 경우, 내부 층으로는 다른 조성이 선택될 것이다.

3중층 시스템의 경우, 중간 층은 내부 층과 그 조성이 상이할 것이며 외부층은 중간 층과 그 조성이 상이할 것이다. 예를 들면, 외부 층은 크롬 함유된 니켈기 합금 또는 스테인레스 강과 같은 내열 및/또는 내식성 합금일 수 있다. 중간 층은 고강도 저합금 강일 수 있고 내부 층은 탄소강, 또는 저합금강 등일 수 있다.

따라서, 요약하면, 본 발명의 수행을 위해 사용되는 합금들은 탄소강, 탄소-망간 강, 저합금강 및 고강도 저합금강; 스테인레스 강, 수퍼-오스테나이트 스테인레스 강, 이중 스테인레스 강, 페라이트 및 마르텐사이트 스테인레스 강; 크롬 함유 철/니켈기 합금, 크롬 함유 니켈기 합금, 니켈/코발트기 합금, 내열 및 내식성의 크롬 함유 니켈기 및 코발트기 합금 등으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 복합체 관상 튜브의 각 층의 조성은 그 각각의 층에 인접한 합금 층의 조성과 상이할 것이다.

본 발명은 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 당업자들이 용이하게 이해하는 바와 같이, 본 발명의 취지와 범위를 벗어나지 않고 변형 및 변경이 가능함을 이해해야 한다. 그러한 변형 및 변경은 첨부된 청구범위와 본 발명의 영역 및 범위내에 있는 것으로 간주된다.

Claims

소정 조성의 외부 합금층과 다른 조성을 갖는 하나 이상의 내부 합금층을 구비하는 복합체 관상 제품의 형태로 원심 주조를 통해 관상 합금 제품을 제조하면서 주조 상태 그대로의 상기 층 들 사이에 야금학적 접합의 형성이 실질적으로 억제되도록 하는 관상 합금 제품의 제조 방법으로,

제1 개방 단부, 제2 개방 단부 그리고 용융 금속 합금의 수용에 사용되는 원통형의 내표면을 구비하는 회전 가능한 원심 주조 주형을 제공하는 단계와;

상기 회전 가능한 주형의 상기 제1 개방 단부 안으로 약 1300℃ 이상의 융점을 갖는 제1 합금 조성물을 급탕하고, 상기 주형이 회전하는 동안 상기 합금을 관상 외부 층으로서 원심 주조하는 단계와;

상기 외부 층의 내부면의 온도가 켈빈 온도로 나타낸 상기 외부 층의 절대 융점의 약 92%를 초과하지 않도록 상기 외부 층을 응고 및 냉각시키는 단계와;

약 1300℃ 이상의 융점을 갖는 하나 이상의 제2 합금층을, 상기 주형이 회전하는 동안 상기 관상 층의 내부에 상기 제2 층이 형성되기에 충분한 급탕 온도로 상기 관상 외부 층 안으로 급탕하는 단계와; 그리고

상기 원심 주조된 복합체 관상 금속 제품을 대기 온도로 냉각시키는 단계를 포함하며,

주조 그대로의 상태에서 상기 복합체 관상 제품은 상기 층 사이에 형성된 계면을 구비하며, 그 계면을 통한 야금학적 접합의 형성이 실질적으로 억제되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 관상 합금 제품의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 내부 층은 제1 개방 단부안으로 급탕된 외부 층의 반대 방향으로 상기 주형의 제2 개방 단부를 통해 주형 안으로 급탕되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 관상 합금 제품의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 합금은 탄소강, 탄소-망간 강, 저합금강 및 고강도 저합금강; 오스테나이트 스테인레스 강, 수퍼-오스테나이트 스테인레스 강, 이중 스테인레스 강, 페라이트 및 마르텐사이트 스테인레스 강을 포함하는 스테인레스 강; 크롬 함유 철/니켈기 합금, 크롬 함유 니켈기 합금, 니켈/코발트기 합금, 내열 및 내식성의 크롬 함유 니켈기, 철/니켈기 및 코발트기 합금 등의 구조용 강으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 복합체 관상 제품의 각 층의 조성은 그 각각의 층에 인접한 합금 층의 조성과 상이한 것을 특징으로 하는 원심 주조 관상 합금 제품의 제조 방법.
제3항에 있어서, 상기 내부 층 또는 상기 외부 층은 구조용 저합금강인 것을 특징으로 하는 원심 주조 관상 합금 제품의 제조 방법.
약 1300℃ 이상의 융점을 갖는 소정 조성의 외부 합금층과 약 1300℃ 이상의 융점을 갖는 다른 조성의 하나 이상의 내부 합금층을 구비하는 복합체 관상 제품의 형태로 원심 주조를 통해 관상 합금 제품을 제조하면서 주조 상태 그대로의 상기 층 들 사이에 야금학적 접합의 형성이 실질적으로 억제되도록 하는 관상 합금 제품의 제조 방법으로,

원통형의 내표면과, 용융 금속 합금의 수용에 사용되는 제1 개방 단부 및 제2 개방 단부를 구비하는 회전 가능한 원심 주조 주형을 제공하는 단계와;

상기 회전 가능한 주형의 제1 개방 단부 안으로 약 1400℃ 이상의 융점을 갖는 제1 합금 조성물을 급탕하고, 상기 주형이 회전하는 동안 관상 외부 층을 형성하도록 상기 합금을 원심 주조하는 단계와;

상기 외부 층의 내부면의 온도가 켈빈 온도로 나타낸 상기 합금의 절대 융점의 약 92%를 초과하지 않도록 상기 관상 외부 층을 응고시키는 단계와;

약 1300℃ 이상의 융점을 갖는 하나 이상의 제2 합금층을 상기 응고된 외부 층안으로 급탕함으로써 상기 합금의 상기 복합체 관상 금속 제품 주물을 성형하는 단계로,

이때, 상기 제1 층과 하나 이상의 제2 층의 합금은 탄소강, 탄소-망간 강, 저합금강 및 고강도 저합금강; 오스테나이트 스테인레스 강, 수퍼-오스테나이트 스테인레스 강, 이중 스테인레스 강, 페라이트 및 마르텐사이트 스테인레스 강을 포함하는 스테인레스 강; 크롬 함유 철/니켈기 합금, 크롬 함유 니켈기 합금, 니켈/코발트기 합금, 내열 및 내식성의 크롬 함유 니켈기 및 코발트기 합금 등의 구조용 강으로 이루어진 군으로부터 선택되는 그러한 단계와;

용융 금속 합금의 수용에 사용되는 원통형의 내부 층을 구비하는 회전 가능한 원심 주조 주형을 제공하는 단계와;

상기 회전 가능한 주형안으로 약 1300℃ 이상의 융점을 갖는 제1 합금 조성물을 급탕하고, 상기 주형이 회전하는 동안 관상 외부 층이 형성되도록 상기 합금을 원심 주조하는 단계와;

상기 관상 외부 층의 내부면의 온도가 켈빈 온도로 나타낸 상기 외부 층의 절대 융점의 약 92%를 초과하지 않도록 상기 관상 외부 층을 응고시키는 단계와;

약 1300℃ 이상의 융점을 갖는 하나 이상의 제2 합금층을, 상기 주형이 회전하는 동안 상기 관상 외부 층에 상기 제2 층이 형성되기에 충분한 급탕 온도로 상기 관상 외부 층 안으로 급탕하는 단계로,

이때, 상기 층 각각의 상기 급탕 온도 범위는 각각의 상기 합금의 융점에서 약 50~125℃ 정도 높으며,

상기 외부 층의 급탕 온도는 상기 범위에서 상한치를 나타내며, 상기 내부 층의 급탕 온도는 상기 범위에서 하한치를 나타내는 그러한 단계와;

상기 원심 주조된 복합체 관상 금속 제품을 대기 온도로 냉각하는 단계로,

이때, 주조 상태 그대로의 상기 복합체 관상 제품은 상기 층사이에 계면이 형성되며, 그 계면을 통한 야금학적 접합의 형성이 실질적으로 억제되는 그러한 단계와; 그리고

상기 복합체 관상 제품을 고온 기계 가공을 통해 압축 변형시킴으로써 예정된 내경 및 외경을 갖는 복합체 관상 제품을 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 주조 관상 합금 제품의 제조 방법.
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제11항에 있어서, 상기 기계 가공은 고온 압출에 의해 성취되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 관상 합금 제품의 제조 방법.
제11항에 있어서, 상기 합금은 탄소강, 탄소-망간 강, 저합금강 및 고강도 저합금강; 오스테나이트 스테인레스 강, 수퍼-오스테나이트 스테인레스 강, 이중 스테인레스 강, 페라이트 및 마르텐사이트 스테인레스 강을 포함하는 스테인레스 강; 크롬 함유 철/니켈기 합금, 크롬 함유 니켈기 합금, 니켈/코발트기 합금, 내열 및 내식성의 크롬 함유 니켈기 및 코발트기 합금 등의 구조용 강으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 복합체 관상 제품의 각 층의 조성은 그 각각의 층에 인접한 합금 층의 조성과 상이한 것을 특징으로 하는 원심 주조 관상 합금 제품의 제조 방법.
제13항에 있어서, 상기 외부 층은 니켈/크롬 강인 것을 특징으로 하는 원심 주조 관상 합금 제품의 제조 방법.
제14항에 있어서, 상기 내부 층은 저합금강인 것을 특징으로 하는 원심 주조 관상 합금 제품의 제조 방법.
외부 합금층과 하나 이상의 내부 합금층을 구비하는 복합체 관상 제품의 형태로 원심 주조 및 고온 압출을 통해 관상 합금 제품을 제조하면서 주조 상태 그대로의 상기 층 들 사이에 야금학적 접합의 형성이 실질적으로 억제되도록 하는 관상 합금 제품의 제조 방법으로,

용융 금속 합금의 수용에 사용되는 원통형의 내표면을 구비하는 회전 가능한 원심 주조 주형을 제공하는 단계와;

상기 회전 가능한 주형 안으로 약 1400℃ 이상의 융점을 갖는 제1 합금 조성물을 급탕하고, 상기 주형이 회전하는 동안 상기 합금을 관상 외부 층으로서 원심 주조하는 단계와;

상기 외부 층의 내부면의 온도가 켈빈 온도로 나타낸 상기 합금의 절대 융점의 약 92%를 초과하지 않도록 상기 외부 층을 응고시키는 단계와;

상기 관상 외부 층안으로 제2 층을 급탕하고, 상기 제2 층의 내부면의 온도가 그 제2 층의 절대 융점의 약 92%를 초과하지 않는 온도로 상기 제2 층을 응고 및 냉각시킨 다음, 약 1300℃ 이상의 융점을 갖는 제3 내부 층 합금을, 그 합금의 융점 보다 약 50~75℃ 정도 높은 급탕 온도 범위에서 급탕함으로써, 제1 외부 층과 제2 및 제3 내부 층으로 구성된 상기 합금의 복합체 관상 금속 제품의 주물을 형성하는 단계와;

상기 원심 주조된 복합체 관상 금속 제품을 대기 온도로 냉각시키는 단계로,

이때, 주조 상태 그대로의 상기 복합체 관상 제품은 상기 층 사이에 계면이 형성되며, 각각의 상기 계면을 통해 야금학적 접합의 형성이 실질적으로 억제되는 그러한 단계와; 그리고

예정된 내경 및 외경을 갖는 제품을 제조하기에 충분한 상승된 온도에서 상기 상기 주조된 복합체 관상 제품을 고온 압출을 통해 압축 변형시키는 단계로, 이때 상기 제품의 계면은 고온 압출 과정 중에 고체 상태 확산에 의해 야금학적 접합이 이루어지는 그러한 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 주조 관상 합금 제품의 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 외부 층은 외부 층으로서 니켈/크롬 강을 사용하는 것을 특징으로 하는 원심 주조 관상 합금 제품의 제조 방법.
제17항에 있어서, 상기 복합체 관상 제품의 외부 층은 310 스테인레스 강인 것을 특징으로 하는 원심 주조 관상 합금 제품의 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 내부 층들 중에서 하나 이상의 층은 저합금강인 것을 특징으로 하는 원심 주조 관상 합금 제품의 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 외부 층은 크롬 함유 니켈기, 코발트기 및 철기 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 내열 합금을 사용함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 관상 합금 제품의 제조 방법.
약 1300℃ 이상의 융점을 갖는 외부 합금층과 약 1300℃ 이상의 융점을 갖는 하나 이상의 내부 합금층을 구비하는 복합체 관상 금속 제품을 원심 주조를 통해 제조한 제품에 있어서,

주조 상태 그대로의 상기 복합체 관상 금속 제품은 각각의 층사이에 계면이 형성되며, 그 계면을 통한 야금학적 접합의 형성이 주조 그대로의 상태에서 실질적으로 억제되는 것을 특징으로 하는 원심 주조된 복합체 관상 금속 제품.
제21항에 있어서, 상기 합금은 탄소강, 탄소-망간 강, 저합금강 및 고강도 저합금강; 오스테나이트 스테인레스 강, 수퍼-오스테나이트 스테인레스 강, 이중 스테인레스 강, 페라이트 및 마르텐사이트 스테인레스 강을 포함하는 스테인레스 강; 크롬 함유 철/니켈기 합금, 크롬 함유 니켈기 합금, 니켈/코발트기 합금, 내열 및 내식성의 크롬 함유 니켈기 및 코발트기 합금 등의 구조용 강으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 복합체 관상 제품의 각 층의 조성은 그 각각의 층에 인접한 합금 층의 조성과 상이한 것을 특징으로 하는 원심 주조된 복합체 관상 금속 제품.
제22항에 있어서, 상기 외부 층은 내열 스테인레스 강 합금인 것을 특징으로 하는 원심 주조된 복합체 금속 제품.
제22항에 있어서, 상기 외부 층은 크롬 함유 니켈기, 코발트기 및 철기 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 내부 층은 구조용 강인 것을 특징으로 하는 원심 주조된 복합체 금속 제품.
제22항에 있어서, 상기 외부 합금은 310 타입 스테인레스 강인 것을 특징으로 하는 원심 주조된 복합체 금속 제품.
약 1300℃ 이상의 융점을 갖는 외부 합금층과 약 1300℃ 이상의 융점을 갖는 하나 이상의 내부 합금층을 구비하는 원심 주조된 복합체 관상 금속 제품을 고온 압출시켜 제조한 제품에 있어서,

고온 압출되기 이전의 상기 원심 주조된 제품은 층을 통한 야금학적 접합이 실질적으로 억제되는 층간 계면을 구비하며, 상기 제품은 압출 과정중에 상기 계면을 통한 고체 상태 확산을 야기하는 고온 압출에 따라 야금학적 접합이이루어지는 것을 특징으로 하는 원심 주조된 복합체 관상 금속 제품의 고온 압출 제품.
제26항에 있어서, 상기 합금은 탄소강, 탄소-망간 강, 저합금강 및 고강도 저합금강; 오스테나이트 스테인레스 강, 수퍼-오스테나이트 스테인레스 강, 이중 스테인레스 강, 페라이트 및 마르텐사이트 스테인레스 강을 포함하는 스테인레스 강; 크롬 함유 철/니켈기 합금, 크롬 함유 니켈기 합금, 니켈/코발트기 합금, 내열 및 내식성의 크롬 함유 니켈기 및 코발트기 합금 등의 구조용 강으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 복합체 관상 제품의 각 층의 조성은 그 각각의 층에 인접한 합금 층의 조성과 상이한 것을 특징으로 하는 원심 주조된 복합체 관상 금속 제품의 고온 압출 제품.
제27항에 있어서, 상기 외부 층은 내열 합금인 것을 특징으로 하는 원심 주조된 복합체 관상 금속 제품의 고온 압출 제품.
제27항에 있어서, 상기 내열 합금은 스테인레스 강인 것을 특징으로 하는 원심 주조된 복합체 관상 금속 제품의 고온 압출 제품.
제29항에 있어서, 상기 외부 합금은 SS310 스테인레스 강인 것을 특징으로 하는 원심 주조된 복합체 관상 금속 제품의 고온 압출 제품.