KR20180105652A - 티타늄계 합금으로부터 로드를 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고급 티타늄 합금으로 로드 만드는 과정에 있어 높은 생산능력을 제공하는 데 있다. 이를 위해 반제품 열간 단조 및 다음의 고온 변형을 포함하여 로드를 티타늄 합금으로 만드는 방법에 있어서, 주로 세로 방향으로 하는 전단변형 및 k=1,2-2,5의 드로우잉 비를 갖고, (Ptt+20) ~ (Ptt+150)℃ 범위의 온도까지 가열 후에 주괴 열간 단조가 실현되며, 이후에 냉각 없이 주로 세로 방향으로 하는 전단변형 및 0.7의 드로우잉 비를 갖고 (Ptt+20) ~ (Ptt+150)℃ 범위의 온도까지 가열 후에 열간 단조가 실현되며, 다음 변형한 반제품을 (Ptt-70)~(Ptt20)℃ 범위 온도까지 가열을 통해 열간 단조가 달성되는 것을 특징으로 한다.
Description
발명은 금속 성형 분야와 관련되고 티타늄 합금 로드 제조법 분야와 관련된다. 본 발명의 로드는 원자로의 활성 영역, 화학 산업, 석유가스산업 및 의학에 사용된다.
항공 우주와 관련된 부품을 제조하기 위한 2성의 티타늄 합금으로부터 광범위한 지름의 고급 로드 제조방법이 알려져 있다(RU 2178014 10.01.2002). 상기 선행기술의 방법은 β지역 내에 다형성 변형 온도(Polymorphous transformation temperature, Ptt) 보다 높은 온도까지 반제품을 가열, 이 온도에서 압연, 자연환경 온도까지 냉각, 다형적 변화 온도 20-50°С 이하 온도까지 핫스트립의 가열 및 이 온도에서 최종의 압연을 포함하고 있다.
β 지역 내에 압연 및 변형은 2 단계가 있다. 첫 단계에 반제품은 다형적 변화 온도 40-150℃ 이상 온도까지 가열되어 97-97,6% 정도로 변형되고 공기 중에 냉각된다. 두 번째의 단계에 반제품은 다형적 변화 온도 20℃ 이상 온도까지 가열 되어 37-38%의 변형 정도로 변형되고 최종의 압연은 α 및 β 지역 내에 54-55%의 변형 정도로 변형된다.
일정한 방법은 단면적에서의 기계적 성질의 안정수준을 제공하는 규제된 미세 및 거시 구조의 로드를 만들게 된다. 하지만 이 방법은 효과는 높지 않고 긴 생산주기가 요구된다. 열간압연 단계에 중간의 예열 및 로드 표면에의 기계적 처리가 필요하기 때문이다.
결과적으로, 압연된 로드의 품질이 나빠지고 불량품이 많아지며 금속 수득률이 줄어든다. 이것은 로드 제조의 원가 증가를 가져온다.
티타늄 합금으로 만든 중간 반제품을 고온 변형을 통해 제조하는 방법이 있다(RU 2217260 27.11.2003). β- 지역의 온도에서 주괴 -로드 단조 그리고 β- 와 (α+β) 지역의 온도에서 중간 단조가 몇몇 전이 동안 실현된다. (α+β) 지역 온도에서 중간 단조의 주괴 및 단야 제품의 단면적 비율은 1,25-1,75이다. 최종의 전이동안 로드의 중간 단조는 1,25-1,35의 주괴 및 단야 제품의 단면적 비율을 통해 실현한다.
이후에 로드의 기계적 처리, 반제품으로 절단, 끝부분 성형을 하고나서 (α+β) 지역 온도에서 최종 변형 및 압축을 한다.
본 방법은 긴 생산주기를 갖기도 하고 예비의 기계적 처리를 요구하는 압축을 포함한다. 압축을 위한 반제품을 제조할때 중간 예비적 성격의 기계적 처리는 추가 금속 손실울 가져온다.
다형적 변화 온도 120℃ Ρ 이하와 100℃ 이상 온도 범위의 온도에서 4 면의 단조 장치의 단조 프레스에 열간 단조, 35%이상 총 변형 정도, 냉각 및 다형적 변화 온도 이하 온도에서 25%이상 총 변형 정도가 있는 다음 단조를 포함하는 티타늄 합금 중간 반제품 제조 방법은 본 방법에 제일 가까운 방법이다(특허 RU 2409445, 20.01.2011).
이 방법에 따르면 반복되는 열간 단조를 위한 가열 및 공기에 냉각은 로드 표면에 부정적인 역할을 미친다.
그 외에 이 방법은 단조 결함 및 표면의 불량한 층을 제거하기 위해 비싼 연마가공을 요구한다.
결과적으로, 압연된 로드의 품질이 나빠지고 불량품이 많아지며 금속 수득률이 줄어든다. 이것은 로드 제조의 원가 증가를 가져온다.
본 발명을 통해 해결하고자 하는 목표는 고급 티타늄 합금으로 로드 만드는 과정에 있어 높은 생산능력을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술 결과는 이하와 같이 달성된다.
반제품 열간 단조 및 다음 고온 변형을 포함하여 로드를 티타늄 합금으로 만드는 방법에 따르면, 주로 세로 방향으로 하는 전단변형 및 1,2-2,5의 드로우잉 비를 갖고 (Ptt+20) ~ (Ptt+150)℃ 범위의 온도까지 가열 후에 주괴 열간 단조가 실현되고, 이후에 냉각 없이 주로 세로 방향으로 하는 전단변형 및 0.7의 드로우잉 비를 갖고 (Ptt+20) ~ (Ptt+150)℃ 범위의 온도까지 가열 후에 열간 단조가 실현된다. 다음 열간 단조가 변형된 반제품의 (Ptt-70)~(Ptt20)℃ 범위 온도까지 가열을 통해 달성된다.
특정한 경우에, (예를들면 지속된 단조 과정에) 열간 단조를 하기 전에 단야 제품을 (Ptt+20) ~ (Ptt+150)℃ 범위의 온도까지 가열할 수 있다.
(Ptt+20) ~ (Ptt+150)℃ 범위에서 열간 단조 및 열간 후에 간(桿)의 350~500℃ 까지의 냉각, (Ptt-70)~(Ptt20)℃ 범위 온도에서 다음 가열, 그리고 고온 변형을 실현할 수 있다.
1,20-2,50의 드로우잉 비를 갖는 단조는 주로 세로 방향의 전단변형이 있어서 (Ptt+20) ~ (Ptt+150)℃ 범위에서 가열 후에 품질의 주조 조직 파괴 및 가소성 상승을 제공한다.
주로 횡적으로 방향 변경의 전단변형을 갖은 열간압연은 드로우잉 비 최대 7.0 이고, 추가 조사, 품질의 표면 층의 가소성이 높고, 표면 결함 수량 및 크기 감소를 달성하게 된다.
바로 열간 단조 후에 냉각없이 하는 열간압연은 단야 제품 표면의 외피 형성을 제외하게 한다. 이 외피는 스폴 분쇄 또는 지속적인 냉각 및 가스 포화도 때문에 압연 표층에 깊은 결함 원인이 될 수 있었다. 이어서 로드 내의 산화 지역 실형은 본 외피의 기계적 제거 필요성에 이른다.
그래서, 이 발명의 방법은 외피의 기계적 제거를 제외하게 만드는 효과가 있다.
이상에 기술된 공정, 연속 및 조건에 따른 로드 제조는 로드 단면적에서 및 표면에 결함 형성 수준을 낮추는 효과가 있다. 그리고 규제된 구조 및 기계적 성질에 높은 수준을 제공하여 금속은 총 단면에서 처리된다. 이 것은 주문자의 요구사항, 러시아 및 국제 표준에 따른다.
발명의 실시 결과는 규제된 미세 및 거시 구조 및 기계적 성질을 가진 10 -180mm의 단면 치수의 로드 제조가 제공되는 것을 보여주었다.
발명에 따른 방법에 의한 로드는 원자로의 활성 영역, 화학 산업, 석유가스산업 및 의학 분야에서 사용되는 반제품 또는 티타늄 합금으로 만든 로드 형태의 제품에 대해 제안된 요구사항과 일치한다.
그리고 이 방법은 다른 방법보다 낮은 원가를 제공한다. 원가 감소는 생산주기 감소, 금속 수득률 상승, 결함 수준의 현저한 감소로 인해 이룰 수 있다.
이하에 본 발명에 따른 방법의 실시예들에 대해 기술한다.
예시 1.
티타늄 합금 주괴 PT-7M (α 합금, 평균 화학 성분 2,2Al-2,5Zr 이고, GOST (러시아 국가 규격) 19807-74 "티타늄 및 변형된 티타늄 합금")을 Ptt+130℃ 온도 까지 가열하였고, 1.5의 드로우잉 비를 갖고 단조 프레스에서 열간 단조를 하였다.
금속의 높은 가소성에 인한 높은 일회성 변형 및 단조 과정에 생긴 변형 예열은 단조 완성 순간에 단야 제품의 온도가 (Ptt+20)~(Ptt+150)℃ 범위에 도달하였다. 단야 제품은 가열 없이 나선형 압연기에 3.80의 드로우잉 비를 갖고 압연 되었다.
이후에 로드를 등분으로 잘랐고 Ptt-40℃ 온도까지 가열했고, 2.45의 드로우잉 비를 가진 나선형 압연기에서 압연을 하였다.
요구되는 성질을 가진 지정한 크기의 로드를 얻었다(표 1). 이 로드는 향후 열간 압출을 위한 관의 반제품 제조에서 사용된다(표 1).
표 1- PT-7M 티타늄 합금 열처리된 로드의 물리적 및 기계적 성질, 표본의 절단 방향 -세로 방향
표 1에서와 같이 만든 로드는 요구 사항을 완전히 충족한다.
같은 결과는 다른 α 합금 로드를 만들 때도 보일 수 있다.
예시 2.
티타늄 합금 주괴 VT6C (α+β 합금, 평균 화학 성분 5A1-4V 이고 GOST (러시아 국가 규격) 19807-74 "티타늄 및 변형된 티타늄 합금")을 Ptt+60℃ 온도까지 가열하였고, 2.15의 드로우잉 비를 갖고 단조 프레스에서 열간 단조를 하였다.
냉각 없이 단야 제품을 Ptt+60℃ 온도까지 가열하였고, 2.78의 드로우잉 비 있는 나선형 압연기에서 압연을 하였다.
다음에 로드를 실내 온도까지 냉각해서 3 등분으로 잘랐다.
압연된 로드를 용광로에서 Ptt-40℃ 까지 가열해서, 2.25의 드로우잉 비를 가진 나선형 압연으로 두 번째 단계를 실행하였다.
금속 변형은 미세 및 거시 결함 없이 꾸준히 일어났다.
두 번째의 단계 후에 로드의 압연을 실내 온도까지 냉각해서 장척으로 잘랐다.
로드는 두 그룹으로 나뉘어졌다. 준비된 대형의 로드여서 로드의 첫 그룹은 요구사항에 일치하는 통제를 통과해야 했다. 주문자가 요구하면 추가 기계적 처리가 실현되었다.
믹대의 두 번째 그룹을 유도로에서 Ptt-40℃ 까지 가열해서, 3.62의 드로우잉 비를 가진 나선형 압연기에서 압연을 하였다. 이후에 실내 온도까지 로드를 냉각하였다.
본 실시에 따른 로드는 요구사항과 일치하였다. 주문자가 요구하면 추가 기계적 처리가 실현되었다.
만든 로드는 기하학적 치수의 고정밀 및 결함 없음으로 특징지워졌다. 로드에서 기본적인 조사(기계적 성질, 경도, 미세 및 거시 구조) 외에 초음파 연속성 모니터링을 하였다.
기계적 성질 통제 결과는 표 2에 나타나 있다.
표 2 - VT6C 티타늄 합금 로드의 물리적 및 기계적 성질, 표본의 절단 방향 - 세로 방향, 실험 온도 20℃
VT6C 티타늄 합금으로 만든 첫 그룹의 로드는 티타늄 합금으로 만든 대형의 압연된 로드 요구사항에 일치한다. 두 번째 그룹의 로드는 티타늄 합금으로 만든 압연된 로드 요구사항에 일치한다.
같은 결과가 다른 α+β 합금 로드를 만들 때 보일 수 있다.
예시 3
PT-3V 사이비 α 합금으로 로드를 만드는 방법을 설명한다.
이 합금은 예시 1,2 보다 가소성이 낮다. 티타늄 합금 주괴 PT-3VM (α 합금, 평균 화학 성분 4A1-2V 이고, GOST(러시아 국가 규격) 19807-74 "티타늄 및 변형된 티타늄 합금")을 Ptt+125℃ 온도까지 가열하였고, 1.25의 드로우잉 비를 갖고 단조 프레스에서 열간 단조를 실시하였다.
단야 제품을 Ptt+60 ℃ 온도까지 가열하였고, 2.64의 드로우잉 비를 가진 나선형 압연기에서 압연을 하였다.
이 후에 로드를 등분으로 자르고, Ptt-25 ℃ 온도까지 가열해서 4,14의 드로우잉 비를 갖고 단조 프레스에서 다듬어, 원형 횡단면 로드를 가지도록 열간 단조를 하였다.
주문자가 요구하면 추가 열처리 또는 기계적 처리가 실현되었다.
직사각형 단면을 위해 로드를 등분으로 자르고, Ptt-25칫수의 온도까지 가열해서, 3.16 의 드로우잉 비를 갖고 단조 프레스에서 다듬고, 칫수의 직사각형 단면의 로드로 열간 단조를 했다.
주문자가 요구하면 열처리 또는 기계적 처리가 실현되었다.
PT-3B 합금의 원형 횡단면 및 직사각형 단면의 로드의 기계적 성질이 표 3에 나타나 있다.
표 3 - PT-3V 티타늄 합금 열처리된 로드의 물리적 및기계적 성질, 표본의 절단 방향 -세로 방향
표 3 과 같이 만든 로드는 요구 사항을 완전히 충족한다.
같은 결과가 다른 유사 α 합금 로드를 만들 때 보일 수 있다.
범위 내에 및 범위 외에의 발명 실시의 주요 매개 변수와 결과는 표 4에 나타나 있다.
산업 적용성
제안된 발명은 주식회사 " 체페스키 메하니체스키 짜보드(체페스키 기계 공장)" 에서, PT-7M, PT-1M (α 합금), VT6C, PT-3V, 2V (유사 α 합금), VT6, VT3-1, VT9 (α+β 합금) 등 티타늄 합금으로 로드를 만들 때 시험되었다.
발명의 실시 결과는 규제된 미세 및 거시 구조 및 기계적 성질을 가진 10 -180mm의 단면 치수의 로드 제조가 제공되는 것을 보여주었다.
발명에 따른 방법에 의한 로드는 원자로의 활성 영역, 화학 산업, 석유가스산업 및 의학 분야에서 사용되는 반제품 또는 티타늄 합금으로 만든 로드 형태의 제품에 대해 제안된 요구사항과 일치한다.
그리고 이 방법은 다른 방법보다 낮은 원가를 제공한다.
Claims (3)
- 반제품 열간 단조 및 다음의 고온 변형을 포함하여 로드를 티타늄 합금으로 만드는 방법에 있어서, 주로 세로 방향으로 하는 전단변형 및 k=1,2-2,5의 드로우잉 비를 갖고, (Ptt+20) ~ (Ptt+150)℃ 범위의 온도까지 가열 후에 주괴 열간 단조가 실현되며, 이후에 냉각 없이 주로 세로 방향으로 하는 전단변형 및 0.7의 드로우잉 비를 갖고 (Ptt+20) ~ (Ptt+150)℃ 범위의 온도까지 가열 후에 열간 단조가 실현되며, 다음 변형한 반제품을 (Ptt-70) ~ (Ptt20)℃ 범위 온도까지 가열을 통해 열간 단조가 달성되는 것을 특징으로 하는 타타늄 합금 로드 제조방법.
- 제1항에 있어서, 열간 압연 전에 (Ptt+20) до (Ptt+150)℃ 범위의 온도까지 단야 제품을 가열하는 것을 특징으로 하는 타타늄 합금 로드 제조방법.
- 제1항에 있어서, 열간 단조 및 열간 압연을 완성 후에 로드(桿)의 350~500 ℃ 까지의 냉각, 다음에 (Ptt-70)~(Ptt20)℃ 범위 온도에서 가열, 고온 변형을 실현하는 것을 특징으로 하는 타타늄 합금 로드 제조방법.
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