KR20110096083A - 열간 압연용 티타늄 소재 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열간 압연에 의하여 표면 결함(판이나 스트립 형태의 코일의 경우,　판면 외에 측면 및 에지부도 포함한다)을 저감할 수 있는 열간 압연용 티타늄 소재와 그 제조 방법, 특히 잉곳의 브레이크다운 공정을 생략할 수 있는 열간 압연용 티타늄 소재와 그 제조 방법을 제공하는 것으로, 냉간에서의 소성 변형에 의하여 부여된 파상의 윤곽 곡선 요소의 평균 높이(Wc)가 0.2~1.5mm, 평균 길이(WSm)가 3~15mm인 딤플을 가진 열간 압연용 티타늄 소재인 것을 특징으로 하며, 잉곳의 브레이크다운 공정을 생략하여도 열간 압연에서 생기는 표면 결함을 경미한 것으로 할 수 있다. 상기 딤플은 선단 형상이 곡률 반경 3~30mm인 강제 공구 또는 반경 3~30mm의 강제 구를 사용하여 열간 압연용 티타늄 소재의 표면을 냉간에서 소성 변형시킴으로써　형성한다.

Description

열간 압연용 티타늄 소재 및 그 제조 방법 {TITANIUM MATERIAL FOR HOT ROLLING AND MANUFACTURING METHOD THEREFOF}

본 발명은 열간 압연에 의하여 표면(판이나 스트립 형태의 코일의 경우 판면, 측면 및 에지)에 생기는 결함을 줄일 수 있는 열간 압연용 티타늄 소재와 그 제조 방법, 특히 용제한 티타늄재(잉곳)를 열간에서 분괴 압연이나 단조하는 브레이크다운 공정을 생략할 수 있는 열간 압연용 티타늄 소재와 그 제조 방법에 관한 것이다.

티타늄재의 일반적인 제조 방법을 이하에 설명한다. 먼저, 소모 전극식 아크 용해법이나 전자빔 용해법으로 티타늄을 용해하여 응고시킨 잉곳으로부터 시작하여, 그 잉곳을 분괴나 단조, 압연 등의 열간 가공에 의하여 브레이크 다운하여 슬라브나 빌렛 등의 열간 압연용 소재로 한다. 열간 압연용 소재는 열간 압연되고, 슬라브는 판(후판이나 박판)으로, 빌렛은 봉선으로 가공된다. 그 열간 압연된 판이나 봉선은 소둔이나 탈스케일되어 그대로 제품이 되거나, 또는 추가로 냉간 압연이나 냉간 신선 등의 냉간 가공과 소둔이 실시되어 최종제품으로 되는 것이 있다. 또한, 열간 압연 후의 탈스케일 공정에서 스케일과 표면 결함을 제거하지만, 표면 결함이 깊어지면 그만큼 표면을 깊게 제거하여야 하므로 당연히 수율이 악화된다.

한편, 주형과는 다른 장소에서 용해한 티타늄을 주형으로 흘려보내는 전자빔 용해법이나 플라즈마 아크 용해법에서는 주형 형상의 자유도가 높아서 장방형이나 원주형의 주형을 사용할 수 있다. 장방형 잉곳으로부터 판을 제조하는 경우나, 원주형 잉곳으로부터 봉선을 제조하는 경우에는 잉곳 형상이라는 점에서 생각하면, 전술한 브레이크다운 공정을 생략할 수 있어서, 제조 비용이 낮아진다.

그러나, 공업적으로 사용되는 대형 잉곳은 응고 조직이 수십 mm에나 이르는 조대한 결정립으로 이루어지고, 이것을 브레이크다운 공정을 거치지 않고 직접 열간 압연하면, 조대한 결정립에 기인하여 불균질한 변형이 생겨서 큰 표면 결함으로 발달하는 경우가 있다. 그 때문에, 열간 압연 후에 표면 결함을 제거하는 탈스케일 공정이나 제품 검사 등에서 상당히 수율을 악화시키게 된다.

또한, 판이나 스트립 형태의 코일로 열간 압연하였을 경우, 판면 이외에 측면이나 코너부에도 조대한 응고 조직에 기인하여 큰 주름이 생기고 이 주름이 판면 측에 들어가 심 결함이라 불리는 표면 결함이 되거나 에지 균열 등으로 발전하기도 한다.

봉선으로 열간 압연할 때에도, 롤과 접촉하지 않는 자유면부나 교출부에 있어서는 판이나 스트립 형태의 코일을 열간 압연할 때의 측면과 같이 주름이 생겨 표면 결함이 되어 버린다.

전술한 일반적인 제조 방법에서는 잉곳을 열간에서 브레이크 다운하고, 열간 압연 가능한 사이즈의 슬라브나 빌렛으로 한다. 그러나, 브레이크 다운시의 열간 가공 양이나 가공 방법에 따라서는 가공 공구와의 접촉부에서 마찰 저항에 의하여 구속된 부분의 변형 양이 작은 이른바 데드 메탈부가 생긴다. 이 데드 메탈부는 브레이크다운이 실시되었더라도 변형 양이 작기 때문에, 잉곳의 조대한 응고 조직이 잔존하고 있고, 상기와　같이 그 후에 판이나 봉선으로 열간 압연하였을 경우, 상기와 같은 표면 결함을 일으키는 경우가 있다.

따라서, 잉곳의 조대한 응고 조직이나 그 잔존이 그 후의 열간 압연 공정에서 유해한 표면 결함으로 발달하지 않는 열간 압연용 티타늄 소재가 요구되고 있다.

특허 문헌 1에서는 티타늄재의 잉곳을 직접 열간 가공하는 경우에 표층 부근의 결정립을 세립화하기 위하여 표면층에 변형을 부여한 후 재결정 온도 이상으로 가열하여 표면으로부터 깊이 2mm 이상을 재결정시킨 후에, 열간 가공하는 방법이 제안되어 있다. 변형을 부여하는 수단으로는 단조(프레스), 롤 압하, 숏블라스트 등을 들 수 있다.

특허 문헌 1에서는 변형을 부여하는 수단으로 숏블라스트를 들고 있으나, 일반적인 숏블라스트로 형성되는 변형의 깊이는 300~500㎛ 정도 이하이며, 수십 mm의 조대한 응고 조직에 대하여 매우 작고, 후술하는 바와 같이 표면 결함이 결코 억제되지 않는다.

깊은 재결정층을 형성하기 위하여 특허 문헌 1에 개시한 방법으로는 실질적으로는 단조 또는 롤 압하에 의하여, 깊은 위치까지 변형을 가할 필요가 있다. 그러나, 일반적인 공구를 사용한 단조 또는 롤 압하에서도 깊은 재결정층은 형성할 수 있지만, 후술하는 바와 같이 표면 결함은 억제되지 않고, 오히려 표면 결함의 빈도를 높여 버리는 경우가 있다.

일본 공개 특허 공보 평01-156456호

전술한 바와 같이, 열간 압연용 소재의 조대한 응고 조직이나 그 잔존에 기인하여, 그 후의 열간 압연 공정에서 표면 결함이 발생하는 문제가 있다. 본 발명에서는 열간 압연에 의하여 표면 결함(판이나 스트립 형태의 코일의 경우, 판면 외에 측면 및 에지부도 포함한다)을 저감할 수 있는 열간 압연용 티타늄 소재와 그 제조 방법, 특히 잉곳의 브레이크다운 공정을 생략할 수 있는 열간 압연용 티타늄 소재와 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기　과제를 해결하기 위하여 본 발명의 요지는 이하와 같다

(1) 판 또는 봉선으로 열간 압연되는 티타늄으로 이루어진　소재로서, 그 표면에　냉간 소성 변형에 의하여 부여된 파상의 윤곽 곡선 요소의 평균 높이(Wc)가 0.2~1.5mm, 평균 길이(WSm)가 3~15mm의 딤플을 가진 것을 특징으로 하는 열간 압연용 티타늄 소재.

(2) 상기 열간 압연용 티타늄 소재가 장방형 또는 원주형의 잉곳인 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 열간 압연용 티타늄 소재.

(3) 상기 열간 압연용 티타늄 소재가　공업용 순티타늄으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 열간 압연용 티타늄 소재.

(4) 곡률 반경이 3~30mm(3~30R)의 선단 형상을 가진 강제(鋼製) 공구에 의하여, 티타늄 소재의 표면을 냉간에서 두드려 소성 변형시키는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 열간 압연 압연용 티타늄 소재의 제조 방법.

(5) 반경이 3~30mm(3~30R)의 강제 구(球)에 의하여, 티타늄 소재의 표면을 냉간에서 두드려 소성 변형시키는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 열간 압연 압연용 티타늄 소재의 제조 방법.

(6) 상기 (2)에 기재된 열간 압연용 티타늄 소재 중에서, 전자 빔 용해로로 용제된 슬라브 형상의 것을 가열 후에 열간 압연기에 보내어 스트립 형태의 코일로 열간 압연하는 것을 특징으로 하는 열간 압연용 티타늄 소재의 열간 압연 방법.

여기서, 본 발명에서 말하는 "파상의 윤곽 곡선 요소의 평균 높이 (Wc)"와 "평균 길이 (WSm)"는 JIS B0601에 기재되어 있는 표면 성상 파라미터를 의미하는 것으로 정의한다.

또한, 판 또는 봉선은 열간 압연용 소재를 판이나 봉선으로 열간 압연한 후 코일 상태로 감은 것도 포함된다.

또한, 판 또는 봉선으로 만드는 열간 압연용 소재가 (2)와 같이 용제된 주조한 상태 그대로의 장방형 또는 원주형의 잉곳(그대로 열간 압연 가능한 슬라브나 빌렛의 형상을 가진 잉곳)의 경우, 주조 표면에 있는 요철 등의 결함을 절삭 등으로 손질하여 제거한 후 또는 주조 표면이 평활하고 양호한 경우에는 상기 손질을 생략하고, 본 발명의 (4), (5)의 방법을 적용한다.

또한, 분괴 압연 등의 브레이크다운 공정을 거친 열간 압연용 소재의 경우, 표면의 스케일이나 결함을 절삭 등으로 손질하여 제거한 후에, 본 발명의 (4), (5)의 방법을 적용하는 것이 바람직하지만, 브레이크다운 후에 본 발명의 (4), (5)의 방법을 적용한 후에, 산세정 등으로 스케일 등을 제거하여도 좋다.

또한, 본 발명에 있어서, 장방형의 잉곳이란 잉곳의 길이 방향, 폭 방향 및 높이 방향의 단면의 형상이 모두 장방형인 것을 말하는 것으로 한다.

본 발명에 의하면, 열간 압연 소재의 조대한 응고 조직이나 그 잔존에 기인하여 생기는 열간 압연에 의한 표면 결함(판이나 스트립 형태의 코일의 경우, 판면 외에 측면 및 에지부도 포함한다)을 저감할 수 있고, 특히 잉곳의 브레이크다운 공정을 생략할 수 있는 열간 압연용 티타늄 소재와 그 제조 방법을 제공할 수 있기 때문에 그 산업상의 효과는 다 헤아릴 수 없다.

도 1a는 선단 형상이 3~20mm(3~30R)의 곡률 반경을 가지는 강제 공구의 예를 나타내는 도면이다.
도 1b는 반경이 3~20mm(3~30R)인 강제 구의 예를 나타내는 도면이다.
도 2a는 도 1에 도시한 내충격 공구용 합금제의 공구를 사용하여 열간 압연용 티타늄 소재의 표면에 소정의 소성 변형을 부여한 후의 표면 성상을 나타내는 도면이다.
도 2b는 도 1에 나타낸 내충격 공구용 합금제의 공구를 사용하여 열간 압연용 티타늄 소재의 표면에 소정의 소성 변형을 부여하고, 또한 열처리를 실시한 후의 표층의 단면 조직을 나타내는 도면이다.
도 3a는 일반적인 숏블라스트를 하여 소성 변형시킨 열간 압연용 티타늄 소재의 표면을 나타내는 도면이다.
도 3b는 일반적인 숏블라스트를 하여 소성 변형시키고, 또한 열처리를 실시한 후의 표층의 단면 조직을 나타내는 도면이다.
도 4a는 냉간 프레스나 냉간 압연에 사용하는 롤의 예를 나타내는 도면이다.
도 4b는 냉간 프레스나 냉간 압연에 사용하는 코너 R부를 가진 공구의 예를 나타내는 도면이다.
도 5a는 롤로 냉간 프레스한 후의 소성 변형시킨 열간 압연용 티타늄 소재의 표면을 나타내는 도면이다.
도 5b는 롤로 냉간 프레스하여 소성 변형시키고, 추가로 열처리한 후의 열간 압연용 티타늄 소재의 표층의 단면 조직을 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 사용하여 이하에 설명한다.

본 발명자들은 열간 압연에 의한 표면 결함을 저감하는 관점에서, 결정립이 수십 mm에 미치는 잉곳의 조대한 응고 조직을, 그리고 브레이크다운 후에도 잔존하는 해당 응고 조직의 영향을 무해화하는 방법과, 그것을 적용한 열간 압연용 티타늄 소재에 대하여 예의 연구를 거듭한 결과, 이하의 지견을 얻어 본 발명에 이르렀다.

조대한 응고 조직을 세립화하기 위하여, 또는 응고 조직의 영향이 잔존하는 부위를 해소하려면 표층부에 변형을 부여한 후, 열간 압연시의 가열 등 소정의 열처리에 의하여 재결정시키는 방법을 생각할 수 있다.

본 발명은 열간 압연에 의하여 생기는 표면 결함을 억제할 수 있는 변형의 부여 방법으로서, 도 1에 나타내는 선단 형상이 곡률 반경 3~30mm(3~30R)를 가진 강제 공구(도 1a), 또는 반경 3~30mm(3~30R)인 강제 구(도 1b)에 의하여, 열간 압연용 티타늄 소재의 표면을 냉간에서 타격하고, 소정량 소성 변형시켜 딤플을 형성하는 방법이다. 이 방법에 의하여, 열간 압연시의 표면 결함을 현저하게 억제할 수 있는 것을 나타낸다.

도 2a와 도 2b에 각각 도 1a, 도 1b에 도시한 내충격 공구용 합금 강제의 공구(전술한 강제 공구 또는 강제 구)를 사용하여 열간 압연용 티타늄 소재의 표면에 소정의 소성 변형을 부여한 후의 표면, 그리고 열간 압연의 가열에 상당하는 열처리를 실시한 후의 표층 단면 조직을 나타낸다. 또한,　도 2a와 도 2b는 공업용 순티타늄 JIS 2종(JIS H 4600)의 슬라브 형상을 이루는 소재를 이용한 예이다.

본 발명의 열간 압연용 소재의 표면은 도 2a와 같이 표면의 요철은 딤플을 형성하고 있고, 후술하는 롤 또는 코너 R부를 가진 공구를 사용하여 냉간 프레스나 냉간 압연으로 소성 변형시킨 종래의 표면과는 다르다. 냉간 프레스한 표면은 공구의 길이 방향으로 직선 형태로 코너 R이 전사된 오목부가 있고(도 4a, 도 4b, 도 5a, 도 5b 참조), 또한 냉간 압연한 표면은 평활하다.

도 2a의 딤플을 이루는 소성 변형에 의하여 부여된 변형에 의하여, 표층부는 열간 압연의 가열시에는 재결정하고, 도 2b에 나타내는 바와 같이 약 6mm 두께의 재결정층이 형성된다. 이와 같은 조직 상태로 열간 압연하게 된다.

본 발명의 방법에 의하여, 열간 압연 후의 표면 결함은 매우 경미하게 되고, 문제가 없는 레벨까지 억제된다. 한편, 본 발명의 방법을 적용하지 않는 주조한 상태 그대로의 조대한 응고 조직에서는 길이 20mm 이상의 조대한 표면 결함이 다수 발생한다.

열간 압연용 소재의 표면에 소성 변형을 가하는 공구 형상은 도 1a의 선단 형상이 곡률 반경 3~30mm(3~30R)를 가진 핀의 경우와 반경 3~30mm(3~30R)의 구의 경우에, 열간 압연 후의 표면 결함을 억제하는 효과에 차이는 없었다. 이 결과로부터, 본 발명에서는 선단 형상이 곡률 반경 3~50mm(3~30R)의 강제 공구, 또는 반경 3~30mm(3~30R)의 강제 구에 의하여, 열간 압연용 소재의 표면에 소성 변형을 부여하도록 한다. 또한, 본 발명에서는 표면의 딤플 깊이는 0.2~1.5mm이며, 열처리 후의 재결정층이 3mm 이상 형성된다. 표면 결함을 안정적이고 더 경미하게 할 수 있기 때문에, 더 바람직한 공구의 형상은 곡률 반경 또는 반경이 7~20mm(7~20R)이다.

이에 대하여, 강제 공구의 선단 형상이 곡률 반경이 3mm(3R)보다 작은 경우에는, 부여할 수 있는 변형량이나 그 범위가 작고 충분히 표면 결함이 억제되지 않는 경우가 있을 뿐만 아니라, 딤플의 볼록부가 험준한 형상이 되기 때문에 열간 압연에 의하여 덮여 표면 결함으로 발전하게 된다. 한편, R이 커져서 곡률 반경이 30mm(30R)를 넘으면 소성 변형시에 열간 압연용 소재와의 접촉면이 평면적으로 되고, 그 결과, 열간 압연 후의 표면 결함을 억제하는 효과가　부위에 따라서 편차가 생겨서 효과를 충분히 얻을 수 없는 경우가 있다. 또한, 강제 구의 경우에도, 그 반경이 3R(반경 3mm) 미만 또는 30R(반경 30mm)을 초과하면, 상기 선단 형상의 영향과 마찬가지로 적정한 효과를 얻을 수 없다.

표면을 소성 변형시키는 온도는 300~400℃로 약간 높아도, 이 정도의 온도에서는 축적된 변형이 용이하게 제거되지 않기 때문에, 300~400℃의 온도 영역이라면 소정의 소성 변형은 가능하다. 실온 이하에서도 마찬가지로 가능하다. 그러나, 작업성이나 부대 설비(온도제어)의 관점에서, 본 발명은 냉간에서 실시하는 것이 좋다.

한편, 종래부터 있는 일반적인 숏블라스트(숏 입자의 직경 0.5~1mm 정도), 냉간 압연, 롤 또는 코너부의 곡률 반경이 10~20mm(10~20R)인 공구에 의한 냉간 프레스(단조)에 의하여도 변형을 부여할 수 있다.

그러나, 일반적인 숏블라스트는 숏 입자의 직경이 0.5~1mm로 작기 때문에 가하여지는 변형량도 작고, 그 때문에 도 3에 나타내는 바와 같이 가열 후의 재결정층이 약 0.4mm(400 ㎛)로 얕아서, 열간 압연시의 표면 결함을 억제할 수 없었다.

도 4a, 도 4b에 도시한 롤(도 4a) 또는 코너 R부를 가진 공구(도 4b)를 사용한 냉간 프레스나 냉간 압연으로 변형을 가한 경우에는 도 5b에 나타내는 바와 같이 가열 후의 재결정층을 표면으로부터 30mm 이상의 깊이까지 형성시키는 것이 가능하다. 그러나, 열간 압연 후의 표면 결함은 사이즈는 3~10mm정도로 작아졌지만 여전히 유해한 수준이고, 또한 발생 빈도가 큰 폭으로 증대되었다.

도 4a, 도 4b에 도시한 공구를 사용한 냉간 압연이나 냉간 프레스는 한 방향으로부터 압하가 실시되기 때문에, 냉간 압연의 경우에는 평활한 표면이 형성되고, 냉간 프레스의 경우에는 도 5a와 같은 직선 형태로 코너 R이 전사된 오목부를 가진 표면이 형성된다. 이 점이 구 형태의 것에서 소성 변형시켜 딤플을 형성하는 본 발명과는 크게 차이가 난다. 또한, 도 5a는 곡률 반경 15mm(15R)의 롤로 냉간 프레스 한 후의 표면을, 도 5b는 그 표면을 절삭으로 평활하게 한 후에 열처리 한 표층 단면 조직을 각각 나타낸다.

열간 압연 소재가 슬라브 형상인 경우, 롤이나 코너 R부를 가진 종래의 공구에서는 그 길이 방향과 평행하게, 슬라브 표면은 직선 형태에 접촉하기 때문에(도 5a 참조), 구속된 슬라브 표면은 공구의 길이 방향으로는 변형할 수 없고, 일정 방향(슬라브판의 두께 방향)의 소성 변형이 주를 이룬다. 그 결과, 가열 후의 재결정립은 결정 방위의 랜덤화가 진행되지 않고 동등한 결정 방위로 이루어지는 조대한 콜로니를 이루며, 초기의 조대한 응고 조직의 영향이 강하게 남아버리기 때문이라고 생각된다. 또한, 롤이나 공구와 접하고 있지 않은 슬라브 측면은 큰 버징이 생기는 등 열간 압연용 소재로서 적합하지 않은 형상이 되어 버리는 경우가 있다.

이에 대하여, 본 발명의 방법에서는 구상의 부위에서 표면을 크게 소성 변형시키기 때문에, 두께 방향 이외에 공구 구면의 접촉부로부터 방사선상으로 소성 변형 영역이 확대되고 있다. 또한, 이 소성 변형 영역의 확대가 인접하는 딤플간에 겹치고 있다. 따라서, 표층부는 롤로 압하한 경우와 달리 여러 방위로부터 소성 변형을 받게 된다. 그 결과, 가열 후에 형성되는 표층의 재결정립은 결정 방향의 랜덤화가 촉진된다고 생각할 수 있다. 이 점이 전술한 도 4와 같은 롤 등으로 한 방향으로부터 압하된 경우와 다른 효과를 발휘하는 이유라고 생각된다.

다음으로, 전술한 본 발명의 방법에 따라 열간 압연용 소재의 표면에 형성되는 딤플의 형상에 대하여 더 자세하게 설명한다.

형성된 딤플의 요철의 깊이(높이)나 간격이 표면이 받은 소성 변형의 양이나 그 방향을 반영하고 있다. JIS B0601에 기재되어 있는 표면 성상 파라미터 중에서, 파상의 윤곽 곡선 요소의 평균 높이(Wc)가 딤플의 깊이를, 파상의 윤곽 곡선 요소의 평균 길이(WSm)가 딤플의 간격을　나타내는 값으로서 사용될 수 있다. 냉간에서 소성 변형되어 형성된 딤플 표면에 있어서, Wc가 0.2~1.5mm, WSm가 3~15mm인 범위에서, 열간 압연 후의 표면 결함이 충분히 억제되었다. 따라서, 본 발명에서는 냉간에서 소성 변형에 의하여 부여된 Wc가 0.2~1.5mm이고, 또한 WS가 3~15mm인 딤플을 가진 것을 특징으로 하는 열간 압연용 티타늄 소재로 한다.

좋기로는 표면 결함을 안정되고 더 경미하게 할 수 있기 때문에, Wc가 0.3~1.0mm, WSm이 4~10mm인 범위로 한다. 본 발명의 범위에 있는 딤플을 형성한 표층에서는 열처리 후의 재결정층이 3mm 이상 형성된다.

전술한 바와 같이, Wc가 1.5mm를 초과하고, WSm이 3mm 미만이 되면, 딤플의 요철이 험준한 형상이 되기 때문에 열간 압연에 의하여 덮여, 표면 결함으로 발전하게 된다. 한편, Wc가 0.2mm 미만이고, WSm이 15mm를 넘으면 부여된 변형량이나 그 범위가 작아서 충분히 표면 결함이 억제되지 않는 경우나, 평면적인 부위에 있어서 충분한 효과를 얻을 수 없는 경우가 있다.

상기 Wc, WSm의 값은 딤플의 측정 개수의 합계가 적어도 30개 이상이 되도록 복수 부분의 Wc와 WSm을 측정하여 그 평균을 구한 것이다. 또한, 본 발명의 딤플의 성상은 사용하는 공구 형상 이외에, 에어 압력이나 투사 속도 등으로 그 소성 변형량을 조정하는 것에 의하여도 얻을 수 있다.

본 발명은 열간 압연용 소재가 슬라브 형상인 경우에는 측면이나 코너부의 주름을 억제하는 데에도 동일한 효과가 있다. 그 결과, 열간 압연된 판(스트립 형태의 코일)의 에지나 그 근방에 있어서의 표면 결함이나, 그 후의 냉간 압연에 의한 에지 균열도 극히 경미하게 할 수 있다. 또한, 주름을 억제하기 때문에, 측면이나 코너부가 압연면 측에 들어가서 발생하는 심 결함도 동시에 경미하게 할 수 있다.

지금까지, 판으로 열간 압연하는 것에 대하여 주로 설명하였지만 원주형의 빌렛이나 잉곳을 봉선으로 열간 압연할 때도, 본 발명에 의하여 동일한 효과를 얻을 수 있고, 롤과 접하지 않는 교출부나 자유 표면부를 포함하여 제품의 표면 결함이 극히 경미하게 된다.

본 발명을 적용한 열간 압연용 소재에 의하여 열간 압연 후의 표면 결함은 현저하게 억제된다. 특히, 장방형이나 원주형의 잉곳(주조한 그대로의 응고 조직)에 본 발명을 적용함으로써, 분괴 압연 등의 브레이크다운 공정을 거치지 않고, 판이나 스트립 형태 코일 또는 봉선으로 열간 압연하였을 때에, 표면 결함이 문제가 없는 수준까지 억제할 수 있다고 하는 효과를 가진다.

전자 빔 용제 방법은 조사하는 전자 빔이 편광에 의하여 빔을 집중할 수 있기 때문에, 주형과 용융 티타늄 사이의 좁은 영역에서도 열을 공급하기 쉽고, 그러므로 주조 표면을 양호하게 제어할 수 있다. 또한, 주형의 단면 형상의 자유도가 높다. 그 때문에, 본 발명 (2)에 기재된 직접 열간 압연에 제공하는 것이 가능한 사이즈의 장방형이나 원주형의 잉곳은 전자 빔 용해로를 사용하여 용제하는 것이 좋다.

또한,　열간 압연에 앞서 전자 빔 용해로로 용제된 장방형의 잉곳(슬라브)은 표면에 본 발명의 (1)의 딤플 형상을 이루도록 냉간에서 (4) 또는 (5)의 소성 변형이 실시된다. 그런 다음, 열간 압연을 위하여 가열된다. 가열 온도는 변형 저항을 저감하기 위하여 800℃~950℃의 범위로 하는 것이 좋다. 또한, 슬라브 가열시에 생기는 스케일을 억제하려면 가열 온도는 β 변태점 미만이 좋다. 또한, 본 발명에 관한 열간 압연용 장방형 잉곳(슬라브)은 상기한 바와 같은 열간 압연에 의하여 약 2~10mm 스트립 형태의 코일로 효율적으로 제조할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따라서 제조된 열간 압연용의 장방형 잉곳(슬라브)은 열간 압연에 매우 적합하게 제공될 뿐만 아니라, 열간 압연되어 제조된 티타늄판은 표면 결함이 현저하게 억제되어 있고, 그 후, 냉간 압연을 실시하여도 건전한 박판을 제조할 수 있다고 하는 효과를 가진 것이다.

본 발명을 브레이크다운 공정을 거친 열간 압연재에 적용함으로써, 열간 압연시에 생기는 표면 결함이 극히 경감된 것이 된다. 그 결과, 열간 압연한 판이나 봉선의 탈스케일 공정이나 최종 제품의 수율을 더 높이는 것이 가능하다.

본 발명의 대상이 되는 티타늄은 구체적으로는, JIS H 4600의 1~4종으로 대표되는 공업용 순티타늄을 비롯하여 내식성이나 고온 특성 등의 제 특성을 높이기 위하여 공업용 순티타늄을 베이스로 하여 Ru,　Pd, Ta, Co, Cr, Ni, Cu, Nb, Si, Al을 1종류 이상 비교적 소량 첨가한 것으로, 예를 들면, Ti-1%Cu, Ti-1%Cu-0.5%Nb, JIS H 4600의 11~23종이다. 또한, α형 티타늄 합금이나 α+β형 합금도 대상이 되고, α+β형 티타늄 합금은 예를 들면 JIS H 4600의 60종이 Ti-6%Al-4%V), 60E종, 61종(Ti-3%Al-2.5%V), 61F종이나, Ti-1%Fe-0.36%O 등의 Ti-Fe-O 3원계 합금 등이 해당한다. 또한, Ti-15%V-3%Cr-3%Sn-3%Al 등으로 대표되는β형 티타늄 합금이 있다. 상기 %는 모두 질량%이다.

실시예　

(실시예 1)

이하의 판 또는 스트립 형태의 코일로 열간 압연하는 소재의 실시예에 따라서 더 상세하게 본 발명을 설명한다.

표 1에 공업용 순티타늄 JIS 2종(JIS H 4600)을 사용한 경우의 열간 압연용 소재의 표면을 소성 변형시킨 조건, 이 소성 변형으로 형성된 딤플의 성상(Wc, WSm), 열간 압연 후의 표면 결함의 평가 결과를 나타낸다.

열간 압연용 소재(두께 약 120mm, 폭 약 150, 길이 약 350mm)는 장방형의 대형 잉곳(주조한 그대로의 조대한 응고 조직)으로부터 절출 기계 가공하였다. 또한, 각 열간 압연용 소재는 잉곳에 대하여 잘라내는 위치 관계가 일치하도록, 또한 잉곳의 표면으로부터의 깊이 위치가 거의 동일하게 되도록 잘라내었다. 이 열간 압연용 소재의 한쪽의 표면(압연면)에 냉간으로 여러 가지 소성 변형을 실시하였다.

이 열간 압연용 소재를 β 변태점 미만의 온도에서 약 2 시간 가열한 후에,두께 약 6mm까지 열간 압연하였다. 이 열간 압연 판에 숏블라스트와 불질산 산세정을 실시하여 탈스케일한 후 발생한 표면 결함에 마킹을 하고 표면 결함 발생율을 평가하였다. 열간 압연판을 압연 방향의 선후단의 비정상부를 제외하고, 길이를 150mm 간격으로 구분하여, 표면 결함이 검출된 부분의 구간 수를 전체 구간 수(4O 구간)로 나눈 비율을 표면 결함 발생율로 하였다. 현저하게 표면 결함이 관찰된 경우에는 두 번째의 질불산 산세정을 실시한 후, 다시 표면 결함의 정도를 비교하였다.

표 1의 비교예 1~8은 열간 압연 후의 표면 결함이 길이 약 5~15mm 또는 20mm 이상인 조대한 것도 관찰되고 있고, 표면 결함 발생율이 80% 이상으로 상당히 높았다. 딤플이 형성되어 있어도, 비교예 1이나 비교예 3에서는 Wc가 0.1mm로 작고, 변형이 부여된 영역이 얕으며, 비교예 4에서는 WSm가 18.1mm로 크게 평면적으로 변형이 부여된 부분이 있고, 표면 결함이 억제되어 있지 않았다. 또한, 비교예 2에서는 딤플의 요철이 험준하기 때문에, 열간 압연으로 덮여 표면 결함으로 발전하였다.

이에 대하여, 본 발명예 1~14는 전술한 적정한 공구를 사용함으로써, 적정한 Wc, WSm을 가진 딤플이 형성되어 있고, 열간 압연 후의 표면 결함이 관찰되어도 길이 약 1mm로 미소하며, 두 번째의 질불산 산세정에 의하여 제거할 수 있는 정도였다. 1회째의 질불산 산세정 후의 표면 결함 발생율도 5% 이하로, 비교예에 비하여 현저하게 저감되어 있고, 브레이크다운한 소재를 동일하게 평가한 표면 결함 발생율(3~5%)과 동등한 수준이다. 이와 같이 본 발명에 의하여 표면 결함이 억제되었다.

표 2에 공업용 순티타늄 JIS 1종, 티타늄 합금인 Ti-1%Fe-0.36%O(%는 질량%)와 Ti-3% Al-2.5% V (%는 질량%)의 예를 마찬가지로 나타낸다.

본 발명예 15~21에 나타내는 바와 같이, 품종이 공업용 순티타늄 JIS 1종(본 발명예 15~17), Ti-1%Fe-0.36%O(본 발명예 18, 19), Ti-3%Al-2.5%V(본 발명예 20, 21)의 경우에도, 표 1의 공업용 순티타늄 JIS 2종과 같은 효과가 얻어졌다. 한편, 1R(반경 1mm)의 강제 구를 사용한 비교예 9~11이나, 냉간 프레스한 비교예 12~14는 열간 압연 후의 표면 결함이 길이 약 5~10mm 그리고 20mm 이상인 조대한 것이 관찰되고 있고, 표면 결함 발생율이 80% 이상으로 상당히 높았다.

또한, 표 1, 2에 있어서, 딤플의 Wc와 WSm이 전술한 바람직한 범위에 있는 본 발명예 3~9, 11, 15~21은 1 번째의 질불산 산세정 후에 이미 표면 결함은 관찰되지 않았기 때문에, 표면 결함이 안정적이고 더 경미하게 되어 있었다.

또한, 동일한 조건으로 소성 변형 및 가열한 소재를 준비하고, 가열 후의 표층 단면 조직을 관찰한 결과, 본 발명예 1~21에서는 3mm 이상의 두께의 재결정층이 형성되어 있었다.

다음으로, 표 3에 열간 압연용 소재(두께 약 120mm, 폭 약 150mm, 길이 약 350mm)의 측면 측에 냉간으로 소성 변형을 실시하여, 냉간 압연까지 실시한 후의 에지 성상을 평가한 결과를 나타낸다. 상기와 같이 열간 압연, 탈스케일을 실시한 후 두께 0.5mm까지 냉간 압연하고, 그 에지 균열과 심 결함을 평가하였다.

본 발명예 22~24는 에지 균열 깊이가 0. 5mm 이하로 매우 얕고, 심 결함도 관찰되지 않았다. 한편, 비교예 15~17에서는 약 2mm의 에지 균열이 발생하여, 명료하게 심 결함이 관찰되었다. 본 발명에 의하여, 열간 압연시에 생기는 측면이나 코너부의 주름이 억제된 결과, 냉간 압연 후의 에지 성상도 브레이크다운한 소재와 동등한 수준까지 개선되어 있다.

다음으로, 스트립 형태의 코일에 열간 압연, 그리고 냉간 압연한 실시예를 나타낸다.

공업용 순티타늄 JIS 2종으로 이루어지는　장방형의 대형 잉곳(주조한 그대로의 조대한 조직)을 철강의 열간 압연 설비로 압연 가능한 크기로 슬라이스 가공하여 열간 압연용 슬라브판을 제작하였다. 그 압연 면과 측면의 일부에 선단 형상이 곡률 반경 12mm(12R)의 강제 공구를 사용하여 냉간으로 소성 변형을 실시하고, Wc가 0.6mm, WSm이 7.2mm인 딤플을 형성하였다. 그 후, 이 슬라브 판을 철강의 열간 압연 설비를 사용하여 두께 약 5mm의 스트립 형태의 코일로 열간 압연하였다.

이 스트립 형태의 코일을 숏블라스트 및 질불산 산세정한 후 표면 결함 등을 시각 점검으로 관찰한 결과, 상기 본 발명의 딤플을 형성한 부분에서는 표면 결함이나 에지 근방의 심 결함이 관찰되지 않고, 측면의 주름도 매우 경미하였다. 한편, 딤플을 형성하고 있지 않은 부분에서는 길이 20mm를 초과하는 조대한 표면 결함이 거의 전체 길이에서 관찰되고, 심 결함이나 측면의 주름도 눈에 띄었다.

또한, 이 열간 압연한 스트립 형태의 코일을 두께 0.5mm까지 냉간 압연하여 에지 성상을 비교하면, 측면에 딤플을 형성하지 않았던 부분에서는 깊이 2mm 이상의 에지 균열이 빈도 높게 관찰되었지만, 본 발명의 딤플을 형성한 측면 부분에서는 에지 균열의 깊이가 0.5mm 이하로 경감되어 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하여 표 1, 표 2, 표 3에 나타낸 판의 경우와 동일한 효과가　판 스트립 형태의 코일에서도 얻어지고 있다.

(실시예 2)

이하의 봉선으로 열간 압연하는 소재의 실시예에 따라서, 더 상세하게 본 발명을 설명한다.

표 4에 공업용 순티타늄 JIS 2종, 티타늄 합금인 Ti-1%Fe-0.36%O와 Ti-3%Al-2.5%V을 사용하였을 경우의 열간 압연용 소재의 표면을 소성 변형시킨 조건, 이 소성 변형으로 형성된 딤플의 성상(Wc, WSm), 열간 압연 후의 표면 결함의 평가 결과를 나타낸다.

열간 압연용 소재(직경 약 90mm, 길이 약 350mm)를 장방형의 대형 잉곳(주조한 그대로의 조대한 응고 조직)으로부터 잘라내어 기계 가공하였다.

이 열간 압연 소재를 β 변형점 미만의 온도에서 약 2 시간 가열한 후에, 직경 약 20mm까지 열간 압연하였다. 이 열간 압연 봉선에 숏블라스트와 질불산 산세정을 실시하여 탈스케일한 후 발생한 표면 결함에 마킹하여 표면 결함 발생율을 평가하였다. 열간 압연한 봉선을 압연 방향의 선후단의 비정상부를 제외하고 길이를 150mm 간격으로 구분하고, 표면 결함이 검출된 부분의 구간수를 전체의 구간수(40 구간)로 나눈 비율을 표면 결함 발생율로 하였다.

표 4에 나타내는 바와 같이, 판의 경우와 마찬가지로 비교예 18~20에 비하여 본 발명예 25~28에서는 표면 결함이 현저하게 경감되어 있다.

이상, 실시예 1에서는 판이나 스트립 형태 코일의 실시예를, 실시예 2에서는 봉선의 실시예를 사용하여 설명한 바와 같이, 티타늄재에 있어서 본 발명을 적용함으로써, 잉곳을 브레이크다운하는 공정(열간에서의 분괴 압연이나 단조 등)을 생략하더라도, 그 후의 열간 압연에서 발생하는 표면 결함을 경미하게 할 수 있다는 것을 알 수 있다.

본 발명을　브레이크다운 공정을 거친 열간 압연용 소재에 적용함으로써, 열간 압연시에 발생하는 표면 결함을 더 경미하게 하기 때문에, 그 후의 탈스케일 공정이나 최종 제품의 수율을　현재의 수준보다 더 높이는 것이 가능하다.

Claims (6)

1. 판 또는 봉선으로 열간 압연되는 티타늄으로 이루어진　소재로서, 그 표면에 냉간의 소성 변형에 의하여 부여된, 파상의 윤곽 곡선 요소의 평균 높이(Wc)가 0. 2~1.5mm, 평균 길이(WSm)가 3~15mm의 딤플을 가지는 것을 특징으로 하는 열간 압연용 티타늄 소재.
2. 제1항에 있어서, 상기 열간 압연용 티타늄 소재가 장방형 또는 원주형의 잉곳인 것을 특징으로 하는 열간 압연용 티타늄 소재.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열간 압연용 티타늄 소재가 공업용 순티타늄으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 열간 압연용 티타늄 소재.
4. 곡률 반경이 3~30mm의 선단 형상을 가지는 강제 공구에 의하여 티타늄 소재의 표면을 냉간으로 두드려 소성 변형시키는 것을 특징으로 하는 제1항 또는 제2항 기재의 열간 압연 압연용 티타늄 소재의 제조 방법.
5. 반경이 3~ 30mm인 강제 구에 의하여 티타늄 소재의 표면을 냉간으로 두드려 소성 변형시키는 것을 특징으로 하는 제1항 또는 제2항 기재의 열간 압연 압연용 티타늄 소재의 제조 방법.
6. 제2항에 기재된 열간 압연용 티타늄 소재 중에서, 전자 빔 용해로에서 용제된 슬라브 형상의 것을 가열한 후에 열간 압연기에 넣고 스트립 형태의 코일로 열간 압연하는 것을 특징으로 하는 열간 압연용 티타늄 소재의 열간 압연 방법.

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