KR20010031270A - 티탄 및 티탄 합금중의 질소-풍부 함유물의 용해 방법 - Google Patents

티탄 및 티탄 합금중의 질소-풍부 함유물의 용해 방법 Download PDF

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Abstract

질소 및 약간의 산소의 조절된 부분압 하에서 티탄 금속 또는 합금의 일렉트로슬랙(electroslag) 재용융은 질소-풍부 함유물을 용해시켜 균열 개시 부위를 제거하거나 감소시키는 것을 도울 수 있는 것을 발견하였다. 티탄 및 티탄 합금의 일렉트로슬랙 재용융 방법은 질소-풍부 함유물이 용융 공정 동안 용해되거나 적어도 최소화되는 것을 보장한다.

Description

티탄 및 티탄 합금중의 질소-풍부 함유물의 용해 방법{METHOD FOR DISSOLUTION OF NITROGEN-RICH INCLUSIONS IN TITANIUM AND TITANIUM ALLOYS}
약 200 내지 500℃의 온도 범위에서 작동하는 항공기 제트 엔진의 구성요소는 자주 티탄계 합금으로 제조된다. 종종, 항공기 구성요소는 강력한 수준의 순환 응력에 적용되며, 따라서 주요한 기계적 고장 형태는 저순환 피로(LCF)이다. 이런 고장은 개시 부위에서 시작되고 균열 성장으로 진전된다.
균열의 개시가 티탄 합금의 고유 성질은 아니다. 티탄 합금의 모재와는 화학적으로 또는 구조적으로 상이할 수 있는 영역인 개시 부위에서 균열이 개시된다. 개시 부위는 경질 또는 취성 침전물 및 함유물, 공극, 이들 둘의 조합 또는 다른 상이한 영역을 특징으로 한다. 개시 부위가 넓을 수록, 초기 균열은 길어지고, 초기 균열 성장 속도는 빨라지고, 저순환 피로 수명은 짧아진다. 따라서, 초기 부위의 크기를 최소화시킬 필요성이 있다.
티탄계 합금 제트 엔진의 구성요소의 저순환 피로 고장에 대한 개시 부위는 자주 질소-풍부 함유물에서 일어난다. 질소-풍부 함유물은 종종 티탄계 합금중의 ″경질 알파″ 함유물로서 지칭된다. 함유물의 코어는 a-티탄 층에 의해 둘러싸이고 그 위에 b-티탄 층에 의해 둘러싸인 질화 티탄(TiN)이다. 몇몇 경우에, TiN의 코어는 없을 수 있고, a-티탄 영역은 보다 넓을 수 있다.
″경질 알파″ 함유물(질소-풍부)은 둘러싸인 티탄계 합금과 비교할 때 매우 취성이다. 그 결과로서, 질소-풍부 함유물을 갖는 영역은 먼저 강력한 순환 응력 하에서 균열하고, 이로써 개시 부위를 형성한다. 추가로 상황을 악화시키는 것으로, ″경질 알파″ 함유물의 존재는 자주 단조 또는 고온 성형 동안 공극을 형성하여 잠재적인 개시 부위의 크기를 보다 더 증가시킨다.
광석으로 시작하여 엔진에 조립된 구성요소로 종결되는 티탄계 합금의 전체 공정은 많은 단계를 갖는다. 제 1 단계로 광석으로부터 이산화 티탄을 풍부하게 한 후 사염화 티탄을 제조하고, 사염화 티탄을 티탄 스폰지로 환원시키고, 1차 티탄계 합금 전극을 제조한 후 다중 아크 용융 또는 아크 플러스 노상 용융시키고, 마지막으로 주괴를 열기계적으로 가공한다.
티탄계 합금과 관련된 질소-풍부 함유물은 공정의 정련 단계 동안 결점으로서 생성되고, 1차 전극의 제조, 다중 아크 용융 또는 아크 플러스 노상 용융, 및 주괴의 열기계적 가공과 같은 용융 단계 동안 성공적으로 용해되지 않는다. 정련된 티탄을 작은 조각으로 초핑(chopping)하고 긴 용융 잔류 시간으로 용융 계획, 예를 들면 삼중 아크 용융 및 노상 용융을 사용하는 것이 도움은 되나, 함유물의 제거를 보장할 수 없다. 최근에, 질소-풍부 함유물을 함유하는 물질을 찾아내서 제거하기 위해 용융시킨 후 가공 경로를 따르는 여러 단계에서 초음파 정밀검사가 사용된다. 이것은 많은 시간을 요하고 비용도 많이 든다.
상기 이유로 인해, 티탄 및 티탄계 합금 중의 질소-풍부 함유물의 크기를 제거하거나 최소화시키기 위한 필요성이 증가하고 있다.
발명의 요약
본 발명은 질소-풍부 함유물이 용융 공정 동안 용해되거나 적어도 최소화되는 것을 보장하는, 티탄 및 티탄 합금의 일렉트로슬랙 재용융 방법에 관한 것이다. 이 방법은 티탄계 합금에 적용되는 일렉트로슬랙 재용융(ESR)에서 유래한 것이다.
간단하게는, 일렉트로슬랙 재용융은 정련되는 물질인 전극을 통해 전류를 보내서 이것을 용융시켜 용융 플럭스 또는 슬랙을 만들고 저항 가열하고 이어서 전극을 용융시키는 방법으로서 기술될 수 있다. 용융된 금속은 전극의 말단에서 형성하고, 플럭스를 통해 액적으로서 떨어지고, 냉각된 도가니에서 주괴를 형성한다. 이 방법은 전극이 소비되고 정련된 금속 주괴가 형성될 때까지 계속된다.
본 발명에서, 또한 슬랙으로서 지칭되는 할라이드 플럭스는 주로 불화 칼슘(CaF2) 또는 염화 칼슘과 같은 칼슘 할라이드이다. 불화 칼슘이 바람직하다. 불화 칼슘과 같은 할라이드 플럭스는 용해된 금속 및 산화물과 같은 적합한 첨가물을 갖는다. 칼슘 금속은 바람직한 첨가물이고, 플럭스의 전도성을 증가시키면서 플럭스에서 질소 및 산소의 부분압을 낮추는데 도움을 주기에 충분한 양으로 슬랙에서 충분하다.
″질소-풍부 함유물″이란 용어는 함유물의 중심으로부터 그의 외면으로의 질소의 농도를 감소시키고 질소의 화학적 활성을 감소시키면서 알파-티탄(a-Ti) 층 및 베타-티탄(b-Ti) 층으로 연속적으로 둘러싸인 질화 티탄(TiN) 코어를 의미한다. 질소-풍부 함유물은 전형적으로 질소 함량이 약 50 wppm인 b-Ti 전극에 의해 둘러싸인다.
플럭스가 질화 티탄 함유물의 노출된 표면을 지나 유동하부 표면, 질소-풍부 함유물의 용해는 전극으로부터 플럭스 내로 티탄 및 질소의 전달에 의해 일어난다. 티탄 함유물의 노출된 표면은 용융된 플럭스와 접촉한 전극의 면에 위치한다. 질소는 전극면 상의 액체 금속 필름에 전달되고, 여기서 재흡수된다. 질소가 액체 금속 필름에 의해 연속적으로 재흡수되기 때문에, 플럭스 중의 질소의 화학적 활성(그의 부분압에 의해 나타남)은 함유물에서보다 낮게 유지되나 액체 금속 필름/플럭스 계면에서보다는 높게 유지된다. 결과로서, 액체 금속 필름 및 플럭스 중의 열역학적 추진력은 언제나 함유물로부터 멀리 질소를 전달하기 위해 존재한다. 전극면 상의 질소-풍부 함유물 및 액체 금속 필름의 상이한 영역과 평형인 질소 부분압은 계산될 수 있다.
본 발명은 일반적으로 티탄 합금중의 질소-풍부 함유물의 용해 방법에 관한 것이다. 보다 특별하게는, 본 발명은 일렉트로슬랙(electroslag) 재용융 및 할라이드 플럭스(flux)를 사용하여 질소-풍부 함유물을 제거하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 전극/플럭스 계면에서 질소-풍부 함유물을 나타내는 티탄 합금 전극의 일렉트로슬랙 정련의 개략도이다.
도 2는 질소의 부분압을 기준으로 하는, 질소-풍부 함유물의 플럭스에의 용해도를 나타내는 개략도이다.
질소(및 약간의 산소)의 조절된 부분압 하에서 티탄 금속 또는 합금의 일렉트로슬랙 재용융은 질소-풍부 함유물을 용해시켜 균열 개시 부위를 제거하거나 감소시키는데 도움을 줄 수 있는 것을 발견하였다.
본 발명의 한 양상은 티탄 함유 전극의 하부 표면을 도가니에서 플럭스와 접촉시키는 단계; 전극 및 플럭스에 전극의 하부 표면을 용융시키기에 충분한 양의 전류를 통과시키면서 전극의 하부를 용융시키는 온도에서 플럭스를 저항 가열하는 단계; 및 플럭스의 질소 부분압을 함유물보다 낮게 유지시켜 플럭스에 노출된 질소-풍부 함유물을 용해시키는 단계를 포함하는, 티탄 함유 전극으로부터 질소-풍부 함유물의 제거방법이다.
본 발명의 다른 양상은 상기 방법에 의해 제조된 제품이다.
본 발명의 또 다른 양상은 약 1 내지 4.5 중량%의 칼슘 금속을 함유한 칼슘 할라이드 플럭스를 비산화 분위기 하에서 약 1600℃ 이상의 온도로 가열하는 단계; 플럭스를 자기 또는 아크 교반 수단으로 교반하는 단계; 플럭스를 질소-풍부 함유물을 함유한 티탄 또는 티탄 합금 전극과 접촉시키는 단계; 티탄 또는 티탄 합금 전극에 교류를 적용시키고 플럭스를 통과시켜 플럭스를 저항 가열하는 단계; 및 플럭스의 질소의 부분압을 함유물의 질소의 부분압보다 낮게 유지시키는 단계를 포함하는, 일렉트로슬랙 정련에 의한 티탄 또는 티탄 합금의 정련 방법이다.
플럭스 중의 칼슘 금속은 플럭스의 전도성을 증가시키면서 질소 및 산소의 낮은 부분압을 제공하는 것을 돕는다. 플럭스 중의 질소의 부분압에 바람직한 범위는 약 10-12내지 10-15기압이고, 산소의 경우 약 10-20내지 10-25기압이다. 플럭스 저항의 감소는 플럭스 온도의 상승을 돕고, 이어서 플럭스와 소비되는 전극의 말단 사이의 표면에서 마이크로아크의 발생의 외형을 제공한다. 비금속성 함유물은 이들 마이크로아크에 의해 부분적으로 또는 전체적으로 붕괴된다.
질소의 낮은 부분압은 질화 티탄의 화학량론적인 양을 변화시킨다. 예를 들면, 질화 티탄(TiN)은 TiN0.98또는 TiN0.95으로 전환될 수 있다. 산소의 낮은 부분압은 플럭스 중의 질소의 수착 특성을 증가시킨다.
질소-풍부 함유물을 갖는 티탄 또는 티탄 합금을 나타내는 일렉트로슬랙 재용융 시스템의 도면은 도 1에서 개략적으로 예시된다. 시스템(10)은 전극(12)과 할라이드 플럭스(18) 사이의 계면에서 질소-풍부 함유물(14)을 갖는 티탄 또는 티탄 합금 전극(12)을 포함한다. 전극(12)은, 플럭스(18)를 통해 떨어지고 액체 금속(20)으로서 수거되는 용융된 금속 액적을 형성한다. 시스템은 전극(12)이 떠 있는 도가니(22), 플럭스(18) 및 액체 금속(20)을 포함한다. 도가니에 전극(12)의 하부 말단(24)이 제공되면 이것을 용융시키는 통상적인 수단이 제공된다. 가열 수단은 전극에 전기적으로 연결된 적합한 교류 전력 공급원을 포함한다. 전류는 전극(12)을 통해 및 플럭스(18)를 통해 액체 형태로 도가니(22)로 보내진다. 이런 방식으로, 플럭스(18)는 적합하게 높은 온도로 저항 가열되어 전극의 하부 말단(24)을 용융시킨다.
전극(12) 또는 다르게는 정련 또는 재용융되는 주괴로서 알려진 것은 일렉트로슬랙 재용융을 요구하는 임의의 적합한 티탄 합금 또는 티탄으로 형성된다. 티탄 합금의 예는 Ti-6Al-4V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo 및 Ti-17-(5-Al-4Mo-Cr-2-Sn-2Zr)이다. 적합한 플럭스(18)는 할라이드 플럭스, 특히 불화 칼슘이다. 플럭스는 용해된 금속 및 산화물과 같은 추가의 적합한 첨가물을 갖고, 약 1 내지 4.5 중량%의 바람직한 양으로 칼슘 금속을 포함한다.
도 2를 참고로 하부 표면, 질소-풍부 함유물(14)은 질화 티탄(TiN)의 내부 코어(26), 알파-티탄 부분(28) 및 소위 베타-티탄(30)인 외부 부분으로 구성된다. 질소-풍부 함유물(14)은 직경이 약 1200 ㎛이하 일 수 있고, 종종 직경이 약 300 내지 1000 ㎛이다. 전극(12)의 말단(24)은 약 30 내지 100 ㎛ 두께의 액체 티탄 필름이다. 티탄 전극(12)은 일반적으로 백만당 약 50 중량부(wppm) 이하의 질소를 함유한다. 이것은 질소-풍부 함유물(14)이 아니다.
질소-풍부 함유물(14)이 전극(12)상의 액체 필름(24)을 통해 이동하부 표면, 그의 전면상의 베타-티탄(30)은 액체 필름(24)과 평형화한다. 예를 들면, 액체 필름(24)에서의 과열이 10℃이면, 함유물/플럭스 계면(32)에서의 베타-티탄(30)은 이 온도에서 베타-티탄과 평형한 포화 액체에 상응하는 유효 질소 부분압을 갖는다. 나머지 액체 필름(24)은 50 wppm의 질소로 비포화되고, 낮은 질소 부분압에 상응한다. 화학량론적인 질화 티탄(TiN)에 대한 분해 질소 부분압은 약 10-10기압이다. 함유물로부터 플럭스로의 질소 전달을 위한 추진력은 함유물/플럭스 계면(32)에서의 질소 부분압과 액체 금속 필름/플럭스 계면(16)에서의 질소 부분압 사이의 크기 차이의 2차이다. 플럭스(18)에서의 질소 부분압은 이들 2가지 값 사이에 있어야 한다. 나타난 추진력이 적당하지 않으면, 함유물은 액체 금속 표면으로부터 돌출하고, 그의 온도는 증가할 것이다. 액체/베타 티탄 평형에 상응하는 질소 부분압은 충분한 추진력이 적당한 속도로 함유물로부터 질소를 제거할 수 있을 때까지 온도가 증가함에 따라 증가할 것이다. 함유물의 낮은 질소 외부 영역이 제거되면, 노출된 함유물 중의 질소 화학적 활성 또는 부분압은 증가하고, 따라서 질소 제거 속도는 함유물이 계속 용해하부 표면 증가해야 한다.
질소 전달 방법이 효과적이기 위해 여러 인자가 존재해야 하는 것을 추가로 발견하였다. 첫 번째로, 적당한 열역학적 추진력이 공정의 시작 부근에 존재해야 하고, 이때 함유물의 외층과 전극 상의 액체 금속 필름 사이의 농도차는 작다. 두 번째로, 플럭스 중의 질소의 화학적 활성은 함유물/플럭스와 액체 금속 필름/플럭스 계면 사이에 있어야 한다. 세 번째로, 플럭스 중의 질소 용해도 및 플럭스 속도는 플럭스가 함유물과 국부적으로 열역학적으로 평형이지 않고 질소가 함유물로부터 전극 상의 액체 금속 필름으로 적당한 속도로 전달되도록 적당해야 한다. 네 번째로, 액체 금속 중의 계면 전달 및 확산에 의한 플럭스로부터 액체 금속 필름으로의 질소 제거 속도는 가공이 진행되도록 충분하게 높아야 한다. 다섯 번째로, 액체 금속층의 질소 용량은 함유물로부터 전달된 모든 질소를 흡수하도록 충분하게 높아야 한다.
질소는 이온으로서, 중성의 용해된 종으로서, 또는 산소 또는 일부 다른 종을 갖는 복합 이온으로서, 용액에 있을 수 있다. 함유물로부터 멀리 질소를 이동시키기 위한 플럭스의 빠른 순환이 제안된다. 함유물을 지나는 플럭스의 유속은 중요하고, 아크 및 자기 교반에 의해 온도에 독립적으로 증가될 수 있다.
상기 나열된 여러 동력학적 방법은 질소-풍부 함유물이 전극면을 재용융시키는 것 이상의 속도로 용해되기에 충분하도록 빠른 것이 필수적이다. 플럭스 중의 화학적 활성이 낮기 때문에, 추가의 질소는 주위 분위기로부터 플럭스내로 도입되지 않는 것이 또한 필수적이다. 요구되는 낮은 질소 부분압을 생성하기 위해 제거되어야 하는 불활성 기체는 노출된 플럭스 이상으로 유지되어야 한다. 일반적으로, 전극 용융은 아르곤, 헬륨, 네온, 수소 또는 이들의 혼합물과 같은 비산화 환경에서 수행된다.
질소 용해를 돕는 칼슘 할라이드계 플럭스에 첨가하는 것은 또한 유리할 수 있다. 산화 칼슘(CaO) 또는 산화 티탄(TiO)과 같은 용해된 산화물 형태의 산소는 함유물의 중심을 산화시키는데 사용될 수 있고, 그의 용융 온도를 감소시키고, 확산 및 용해를 향상시킨다. 염화 칼슘(CaCl2) 플럭스와 같은 칼슘-풍부 칼슘 할라이드 중의 칼슘 및 산소의 용해도는 예시된다.
열역학적 계산은 질소-풍부 함유물의 용해가 일렉트로슬랙 정련(ESR)에 의해 가능한 것을 나타내도록 사용되었다. 이들 계산의 결과는 도 2에 개략적으로 도시된다. 함유물의 질화 티탄 코어는 알파-티탄 층 및 베타-티탄 층에 의해 연속적으로 둘러싸이고, 각각의 층은 질소 농도가 감소되고 질소의 화학적 활성이 감소된다. 함유물은 전형적으로 약 50 wppm(백만부당 중량부)의 질소 함량을 갖는 베타-티탄 전극에 매립된다. 플럭스가 함유물의 노출면을 지나 유동할 때 함유물의 용해는 질소의 플럭스 내로의 전달에 의해 일어나는 것을 예시한다. 이어서, 질소는 전극면 상에 액체 금속 필름에 전달되고, 여기서 널리 분산된 형태로 재흡수된다. 이 층은 용융하고, 액적은 플럭스를 통해 이동하여 밑의 고형화된 주괴를 형성한다. 이 방법의 경우, 일렉트로슬랙 정련 시스템은 플럭스에서 및 플럭스 위의 분위기에서 질소의 부분압을 10-15기압 미만으로 유지시킬 수 있어야 한다.
실시예 1.
질화 티탄(TiN)과 불화 칼슘계 플럭스의 상호 작용을 70 %의 불화 칼슘(CaF2), 15 %의 산화 칼슘(CaO), 15 %의 산화 알루미늄(Al2O3) 플럭스 중의 고온 등압 압축성형된 질화 티탄(TiN)의 샘플의 함침에 의해 연구실에서 관찰하였다. 플럭스를 유도 가열에 의해 그라파이트 도가니에서 가열하였다. 질화 티탄(TiN)의 파괴를 나타내었다.
실시예 2. 함유물 제조
2가지 유형의 함유물을 GE-CRD에 의해 제조하였다. 확인 번호 30을 갖는 함유물을 티탄 합금 관에 질화된 스폰지 및 티탄 분말을 위치시켜 제조하였다. 관을 전자 빔 용접에 의해 플럭으로 밀봉하였다. 이어서, 관을 4시간동안 1000기압에서 1200℃에서 등압 압축성형하였다. 샘플을 직경 12.5 mm, 길이 10 mm의 이들 관으로부터 절단하였다. 각 샘플의 질소 함유부는 직경이 10 mm이었다.
확인 번호 49를 갖는 함유물을 티탄 합금 관에 질화 티탄을 위치시켜 제조하였다. 관을 전자 빔 용접에 의해 플럭으로 밀봉하였다. 이어서, 관을 4시간동안 1000기압에서 1200℃에서 등압 압축성형하였다. 샘플을 직경 12.5 mm, 길이 10 mm의 이들 관으로부터 절단하였다. 각 샘플의 질소 함유부는 직경이 10 mm이었다.
함유물 정보를 첨부된 표 1a에 요약한다.
티탄 스폰지를 압축성형하여 직경 60 mm, 길이 약 250 내지 275 mm의 실린더로 만들어서 전극을 제조하였다. 2개의 이런 실린더(및 상부 부착 잔여부)를 TIG 용접에 의해 함께 용접하여 전극을 형성하였다. 구멍(직경 13 mm)을 약 13 mm의 깊이로 전극의 측부 내로 뚫었다. 함유물을 이들 구멍 내로 삽입하고, TIG 용접에 의해 위치로 용접하였다. 함유물 유형 및 위치(전극의 하부로부터 측정됨)를 첨부된 표 1b에 요약한다.
이들 실시예를 위해 사용되는 일렉트로슬랙 정련 시스템은 95 mm의 내경, 360 mm의 길이를 갖고 길이가 약 200 mm 이하의 주괴를 제조할 수 있는 수냉식 도가니를 갖는 유형이었다. 전극을 수냉식 도가니 위에 탑재된 수냉식 챔버 내에 위치시켰다. 도가니 및 챔버를 진공으로 만들고, 이어서 용융하기 전에 아르곤으로 다시 충전하였다. 용융하는 동안 시스템을 0.15기압의 아르곤의 양압으로 유지시켰다. 시스템에서 여러 밀봉물 외부로의 누출물을 보충하기 위해 아르곤의 작은 유동이 일어났다. 이들 실험에 사용되는 플럭스를 1000 g의 불화 칼슘 및 20 g의 금속 칼슘으로 구성하였다. 칼슘 증기를 도가니 위의 챔버 내로 상승시키고, 아르곤에서 소량의 질소(및 산소)와 반응시켜 플럭스 위의 분위기에서 질소의 부분압을 요구되는 10-15기압 미만으로 감소시켰다.
전형적인 용융 실행은 플럭스를 용융하는 출발 기간(저전류), 이후 전극을 용융하는 용융 기간(고전류)으로 구성되었다. 용융을 첨부된 표 1c에 요약된 용융 전류에서 수행하였다. 약 7 내지 10분의 시간을 용융의 완료를 위해 요구하였다. 약 2 내지 4 mm의 평균 입자 크기를 이들 주괴의 상부 표면 상에서 관찰하였다. 정련된 주괴는 전극의 일렉트로슬랙 재용융 후 수거한 금속이었다.
주괴를 환경 및 상부 및 하부 표면에서 기계 가공하여 초음파 정밀조사를 위해 이들을 제조하였다. 모델 11YA 울트라소닉 디펙트 테스터(Ultrasonic Defect Tester)를 사용하였다. 이 장치는 1.25, 2.5, 5 및 10 MHz의 진동수에서 사용할 수 있었다. 2.5 MHz의 진동수를 이 조사를 위해 선택하였다. 정밀조사를 주괴의 상부 또는 하부 표면 상에 위치한 변환기로 수행하였다. 한 방울의 글리세린을 변환기와 주괴 표면 사이에 위치시켜 우수한 접촉을 제공하였다. 장치를 조절하기 위해, 측정 블록을 1.5 및 2.5 mm 직경의 구멍이 주괴의 길이를 따라 3개의 위치에서 측부 내로 뚫어진 순수한 티탄 주괴로부터 제조하였다. 장치로 측정하여 주괴의 상부로부터 또는 주괴의 하부로부터 조사하든지 각각 3개의 구멍으로부터 거의 동일한 크기의 지표를 제공하였다. 이어서, 이들 조절은 함유물을 함유한 전극으로부터 제조된 5개의 주괴를 측정하는 동안 변하지 않는다.
모든 주괴는 특히 중심선에서 상부 20 mm의 길이에서 몇몇 작은 지표를 나타내었다. 용융 전류를 껐을 때 이들 지표는 주괴의 상부에서 빠른 고형화에 의해 형성된 수축 다공성으로부터인 것으로 생각하였다.
1개 이상의 주요 초음파 지표를 각각의 주괴에서 관찰하였다. 지표 및 위치의 수(주괴의 하부로부터 측정된)를 첨부된 표 1c에 요약한다. 1개를 제외한 모든 지표는 주괴 길이보다 15 내지 30 % 작은 곳에서의 위치에서 얻었다. 이들 위치는 전극에 함유물의 위치와 상관되지 않을 수 있다. 이들은 용융 전류를 출발 기간의 저전류(플럭스 용융)로부터 용융 기간의 고전류(전극 용융)로 변화시킬 때 발생되는 방해를 나타내는 것으로 생각된다. 주괴 D6에서, 1개의 큰 지표는 용융된 전극에서 낮은 함유물의 위치 부근에서 일어났다(하부로부터 58 mm). 이 특별한 함유물을 단지 2개의 위치에서 전극에 용접하고, 용융하는 동안 액체 금속 풀 내로 잘 떨어질 수 있었다.
예비 초음파 정밀조사로부터의 결과는 주괴에 큰 함유물이 없는 것을 나타내었다.
1. 함유물
확인 번호 색 유형 등압 압축성형 % N
30 은색 Ti 스폰지 1200℃/1000기압/4시간 15
49 황색 TiN 분말 1200℃/1000기압/4시간 22
2. 전극
전극 번호 직경(mm) 길이(mm) 함유물 유형 위치(mm) 용접 위치(mm)
N3 60 515 49 300 1 255
N4 60 550 30,30 170,335 1 255
N5 60 535 30,49 205,355 1 215
N6 60 530 49,30 210,355 1 215
N7 60 480 30,49 260,385 4 85,175,330,430
3. 주괴
주괴 번호 직경(mm) 길이(mm) 전극 번호 용융 전류(kA) 초음파 지표 위치
2 88 137 N3 4 1 48
3 89 121 N4 5-7 1 36
4 86 130 N5 3-4 1 38
5 88 122 N6 3-4 3 19,25,31
6 87 112 N7 3-4 4 17,22,32,58

Claims (17)

  1. 티탄 함유 전극의 하부 표면을 도가니에서 플럭스(flux)와 접촉시키는 단계; 전극 및 플럭스에 전극의 하부 표면을 용융시키기에 충분한 양의 전류를 통과시키면서 전극의 하부를 용융시키는 온도에서 플럭스를 저항 가열하는 단계; 및 플럭스의 질소 부분압을 함유물보다 낮게 유지시켜 플럭스에 노출된 질소-풍부 함유물을 용해시키는 단계를 포함하는, 티탄 함유 전극으로부터 질소-풍부 함유물의 제거방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    플럭스가 할라이드 플럭스인 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    할라이드 플럭스가 칼슘 할라이드 플럭스인 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    칼슘 할라이드 플럭스가 불화 칼슘인 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    할라이드 플럭스가 용해된 금속 또는 산화물, 또는 금속 및 산화물을 함유하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    금속이 칼슘 금속인 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    칼슘 금속이 약 1 내지 4.5 중량%의 양으로 플럭스에 존재하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    질소-풍부 함유물이 알파-티탄 층 및 베타-티탄 층에 의해 연속적으로 둘러싸인 질화 티탄 코어인 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    플럭스를 약 1500℃ 이상의 온도에서 저항 가열하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    플럭스를 약 1650℃ 이상에서 가열하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    전극 및 플럭스가 비산화 환경속에 함유되어 있는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    비산화 환경이 아르곤, 네온, 헬륨, 수소 또는 이들이 혼합물로 구성된 군 중에서 선택되는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    플럭스를, 아크 또는 자기 교반 또는 둘다로 함유물을 지나서 순환시키는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    플럭스에서 질소의 부분압이 약 10-12내지 10-15기압인 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    플럭스에서 산소의 부분압이 약 10-20내지 약 10-25기압인 방법.
  16. 제 1 항의 방법에 의해 제조된 제품.
  17. 약 1 내지 4.5 중량%의 칼슘 금속을 함유한 칼슘 할라이드 플럭스를 비산화 분위기 하에서 약 1600℃ 이상의 온도로 가열하는 단계; 플럭스를 자기 또는 아크 교반 수단으로 교반하는 단계; 플럭스를 질소-풍부 함유물을 함유한 티탄 또는 티탄 합금 전극과 접촉시키는 단계; 티탄 또는 티탄 합금 전극에 교류를 적용시키고 플럭스를 통과시켜 플럭스를 저항 가열하는 단계; 및 플럭스의 질소의 부분압을 함유물의 질소의 부분압보다 낮게 유지시키는 단계를 포함하는, 일렉트로슬랙 정련에 의한 티탄 또는 티탄 합금의 정련방법.
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