KR20200072678A - 열간압연용 티타늄 슬라브 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 티타늄(Ti) 슬라브; 및 상기 티타늄(Ti) 슬라브의 표면에 Ti, Ni 또는 STS 분말로 용사코팅된 용사코팅층;을 포함하는 열간압연용 티타늄 슬라브를 제공한다.
Description
본 발명은 열간압연을 행하였을 때 티타늄 열연판 표면 결함이 저감되어 표면 품질이 향상된 열간압연용 티타늄 슬라브 및 그 제조방법에 관한 것이다.
공업용 순티타늄의 열간압연 판재를 제조할 경우, 소모 전극식 진공 아크 용해에 의해 제조한 원주형 잉곳을 단조 또는 분괴압연해서 직사각형 슬라브로 한 뒤, 이것을 열간압연하는 방법이 가장 일반적이다. 그리고 열간 압연에 있어서 얻어진 열연판의 표면 성상이나 기계적 성질 등의 건전성을 확보하기 위하여, 압연 전 슬라브를 700~950℃ 의 온도범위 및 대기 혹은 산소 분위기에서 일정시간 가열하는 공정이 필요하다.
그러나 이와 같은 종래 기술에서는 단조 공정에서 슬라브 표면 및 측면에서 주름이 발달하기 쉽고, 열간압연 공정을 거치는 동안 결정립 간의 변형 이방성의 영향에 의해 표면에 요철이 생겨 표면 결함이 발생할 수 있다. 또한 철강 제조 설비와 혼용하는 경우 Fe 스케일과 티타늄 표면이 서로 테르밋(thermite) 반응하여 결함이 발생하거나, 설비 간섭에 의해 결함이 발생하는 문제가 있다. 또한, 티타늄은 고온에서 노출되면 고온 산화에 의해 표면에 스케일과 그 하부에 α-case를 형성하고, 이것은 열간압연 중 표면의 결함으로 발전하는 경우가 있다.
특허문헌 1 에서는 슬라브 가열온도를 조절하는 방법을 통해 표면흠집이 없고 표면 성상이 우수한 티타늄 압연재를 생산성 좋고 간소한 공정으로 제조하는 방법을 제시하고 있다. 특허문헌 1 에서 제시하는 β변태 온도 이상의 온도로 가열해 압연하는 방법은 변형저항이 작기 때문에 압연에 용이하지만, 슬라브 표면의 산화가 격렬하기 때문에 재료 표면의 결함이 잔존하고, β변태 온도 이하의 온도로 가열해 압연하는 방법은 스케일층의 두께는 얇으나 스케일층과 금속층과의 밀착성이 높아 가열로에서 추출되어 압연에 이르기까지의 과정에서 스케일을 완전하게 제거하는 것이 어렵다. 따라서 특허문헌 1 에서는 β변태 온도 이하의 온도에서 가열한 후 추출 직전에 β변태 온도 이상의 온도로 가열하여 추출하여 표면 산화와 스케일의 잔존을 최소화하고 있다.
특허문헌 2 에서는 산화 스케일이 박리된 부분에서 티타늄 금속 표면이 압연롤 등과 용이하게 접촉해 표면 결함을 유발할 수 있으므로, 열간압연 온도와 압하율을 조정하여 우수한 표면 형상을 얻는 방법을 제시하고 있다.
본 발명은 열간압연하였을 때 열연판 표면의 결함이 저감될 수 있는 티타늄 슬라브 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명 명세서의 전반적인 사항으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 측면은 티타늄(Ti) 슬라브; 및 상기 티타늄(Ti) 슬라브의 표면에 Ti, Ni 또는 STS 분말로 용사코팅된 용사코팅층;을 포함하는 열간압연용 티타늄 슬라브이다.
상기 용사코팅층의 두께는 30~100㎛ 일 수 있다.
상기 용사코팅층은 1% 이하의 기공율과 12000psi 이상의 접착강도를 가질 수 있다.
상기 용사코팅층은 상기 티타늄(Ti) 슬라브의 표면에 물리적으로 접착될 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은 티타늄(Ti) 슬라브를 준비하는 단계; 상기 티타늄(Ti) 슬라브의 표면에 Ti, Ni 또는 STS 분말을 30~100㎛ 의 두께로 용사코팅하는 단계;를 포함하는 열간압연용 티타늄 슬라브의 제조방법이다.
상기 용사코팅은 아크용사, 콜드스프레이 또는 고속용사 방식일 수 있다.
본 발명에 따른 티타늄 슬라브는 표면에 동종 혹은 이종의 화학조성을 갖는 물질이 용사코팅되어 있어, 열간압연 중 Fe 산화물과 테르밋 반응에 의해 발생하는 표면 결함, 설비 간섭에 의한 표면 결함, α-case에 의한 표면 결함이 저감될 수 있다.
또한 티타늄 슬라브 표면에 형성된 용사코팅층은 모재와 용사 코팅층간의 물리적인 접착력만 존재하고, 화학적 반응 또는 열적 재용융의 과정이 없어, 열간압연 후 열연판 표면에서 용이하게 제거될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 은 본 발명에 적용된 용사코팅 시스템의 모식도이다
도 2 는 본 발명에 따라 용사코팅된 티타늄 슬라브이다.
도 3 은 열간압연 후, 발명예 1 내지 3 의 용사코팅된 티타늄 열연판 표면 및 비교예의 무코팅 티타늄 열연판 표면을 관찰한 사진이다.
도 4 는 열간압연 후, 용사코팅된 티타늄 열연판의 표면 스케일 및 용사코팅층을 조사하기 위하여 발명예 1 내지 3 의 용사코팅된 티타늄 열연판의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.
도 2 는 본 발명에 따라 용사코팅된 티타늄 슬라브이다.
도 3 은 열간압연 후, 발명예 1 내지 3 의 용사코팅된 티타늄 열연판 표면 및 비교예의 무코팅 티타늄 열연판 표면을 관찰한 사진이다.
도 4 는 열간압연 후, 용사코팅된 티타늄 열연판의 표면 스케일 및 용사코팅층을 조사하기 위하여 발명예 1 내지 3 의 용사코팅된 티타늄 열연판의 단면을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.
이하 본 발명의 일 측면에 따른 열간압연용 티타늄 슬라브에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 열간압연용 티타늄 슬라브는 티타늄 슬라브; 및 상기 티타늄 슬라브 표면에 동종 또는 이종 화학조성의 물질이 용사코팅된 용사코팅층이 형성되어 있다. 또한 상기 용사코팅층은 Ti, Ni 또는 스테인리스강 분말(이하, 'STS 분말'이하고도 함)로 이루어질 수 있다.
먼저 종래 열간압연에 사용되는 티타늄 슬라브이면 본 발명이 제한 없이 적용될 수 있으므로, 본 발명의 티타늄 슬라브의 합금조성, 종류 등은 특별히 제한하지 않는다. 비제한적인 일 구현례로서 상기 티타늄 슬라브는 순도 2N 이상의 순 Ti 으로 이루어질 수도 있고, 경우에 따라서는 소정의 합금원소가 추가로 포함될 수도 있다.
용사코팅층은 Ti, Ni 또는 STS 분말이 용사코팅되어 형성된 층으로서, 티타늄 슬라브의 열간압연 중에 슬라브의 표면을 보호하는 역할을 한다. 용사코팅 방법은 반용융 액적 상태의 코팅액을 모재에 분사하여 용사코팅층을 형성하는 방법으로서, 용사코팅법에 의해 형성된 용사코팅층은 금속분말들이 반용융 상태에서 결합되어 응고된 형태를 가지게 된다. 또한 용사코팅 방법에 의할 경우 모재(티타늄 슬라브)와 용사코팅층 간에 화학적 반응이나 열적 재용융의 과정 없이 물리적으로만 접착하게 되어, 열간 압연 후 열연판 표면에서 용사코팅층을 용이하게 제거할 수 있다.
용사코팅되는 금속 분말은 티타늄 슬라브와 동종 화학조성의 물질이거나, 이종 화학조성의 물질일 수 있다. 바람직하게 상기 금속 분말은 모재와 유사한 성질을 가지며, 분말 수급이 용이한 Ti(동종), Ni 및 STS 분말(이종) 중 어느 하나에서 선택할 수 있으며, 상기 금속분말로 용사코팅하는 경우 높은 내마모성 및 내열성을 얻을 수 있어 열간압연 시에도 티타늄 슬라브의 표면을 효과적으로 보호할 수 있다.
상기 용사코팅층의 두께는 30~100㎛인 것이 바람직하다. 용사코팅층의 두께가 30㎛ 미만이면 열간압연 중에 발생하는 표면 결함을 효과적으로 억제할 수 없다. 반면 용사코팅층의 두께가 100㎛ 를 초과하면 열간압연 이후 산세공정에서 잔류 코팅층을 제거하기 어려워진다. 따라서 본 발명에서 용사코팅층의 두께는 30~100㎛로 제한할 수 있다.
상기 용사코팅층은 1% 이하의 기공율과 12000psi 이상의 접착강도를 가질 수 있다. 상기 용사코팅층의 기공율이 1%를 초과하면 미세 기공으로 표면 산소부하층이 발생하여 표면 결함을 발생시킬 수 있다. 반면에 기공율이 낮을수록 표면 결함 억제에 보다 효과적이므로, 기공율의 하한은 별도로 한정하지 않을 수 있다. 또한, 상기 용사코팅층의 접착강도가 12000psi 미만이면 압연 중 용사코팅층이 탈락하여 표면 보호 기능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 표면 보호 기능의 측면에서 용사코팅층의 접착강도는 높을수록 바람직하므로, 그 상한은 별도로 한정하지 않을 수 있다.
상술한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 티타늄 슬라브를 열간압연하는 경우, 티타늄 슬라브 상에 형성된 용사코팅층이 열간압연 중 슬라브 표면을 보호하여 표면 결함을 효과적으로 억제할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한 티타늄 슬라브와 용사코팅층 사이에 물리적인 접착력만 존재하고 그 두께 또한 산세공정 등에 의해 제거될 수 있는 수준이기 때문에 열간압연 후 열연판 표면에서 용사물질을 제거하기에 용이하다.
한편, 본 발명의 열간압연용 티타늄 슬라브는 티타늄 슬라브를 준비하는 단계; 상기 티타늄(Ti) 슬라브의 표면에 Ti, Ni 또는 STS 분말을 100㎛ 이하의 두께로 용사코팅하는 단계;를 포함하는 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
용사코팅법은 모재의 손상이나 변형 없이 표면의 성능을 향상시키는 표면개질 방법으로서, 용사재료를 반용융 상태로 변화시킨 후 모재 표면에 충돌, 적층시켜 피막을 형성하는 기술이다. 도 1 에서 볼 수 있는 바와 같이 용사코팅법은 비교적 간단한 시스템으로 구성되어 있어, 장시간의 사전 준비 기간이 소요되는 불편함이 없이 현장에서 슬라브 재가열전에 바로 적용이 가능하므로, 현장적용 용이성이 큰 장점이 있다. 또한 1% 이하의 낮은 기공율과 12000psi 이상의 높은 접착 강도를 갖는 피막을 형성할 수 있고, 모재의 열변형 및 산화가 적어, 생산성 향상 및 제조원가 저감이 가능하다.
도 1 에는 본 발명에 적용된 용사코팅 시스템의 모식도가 도시되어 있다. 그러나 이에 한정되지 않고 상기 용사코팅은 종래 잘 알려진 용사코팅법이면 제한 없이 적용될 수 있다. 비제한적인 일 구현례로서 상기 용사코팅은 아크용사, 콜드스프레이 또는 고속용사일 수 있다. 도 1 을 참조하여 설명하면, 용사코팅 시스템은 건(gun) 및 가스의 온도를 조절하는 히터(heater)와 압력 제어 장치, 및 분말 공급 장치로 이루어질 수 있다.
용사코팅의 공정조건은 코팅 파우더의 종류에 따라 달라지므로 일률적으로 정할 수 없다. 다만 비제한적인 일 실시예로서 코팅 파우더로서 Ti 또는 Ni 분말을 사용하는 경우, 그 조건을 파우더 온도 400~600℃, 가스 온도 300~600℃, 분사거리 30~50mm, 건 스피드 50~100mm/s, 파우더 공급률 3~5ppm 으로 설정하는 것이 바람직하다. 또한 코팅 파우더로서 STS 분말을 사용하는 경우, 파우더 온도 400~600℃, 가스 온도 400~600℃, 분사거리 300~400mm, 건 스피드 100~300mm/s, 파우더 공급률 3~5ppm 으로 설정하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
먼저 순 Ti 로 이루어진 잉곳을 단조하여 슬라브를 제조하고, 표면 산화층 및 산소부하층을 연삭하고, 알루미나로 브레스팅 처리하였다. 이 상태의 슬라브를 비교예(무코팅)로 하였다.
이후 상기 티타늄 슬라브에 대하여 하기 표 1 에 제시된 용사코팅 조건에 따라 Ti, Ni, STS 분말을 각각 약 50㎛의 두께로 용사코팅하였다. 이후 동종(Ti) 혹은 이종(Ni, STS) 화학조성의 물질이 용사코팅된 슬라브를 온도 850~900℃ 및 대기 분위기에서 가열하였다. 가열조건은 슬라브의 내외부 온도 편차가 5℃이하인 조건으로 설정하였다. 이후 압연율 95% 이상으로 열간압연하여 티타늄 열연판을 제조하였다.
| 구분 | 발명예1 | 발명예2 | 발명예3 |
| 코팅 파우더 | Ti | Ni | STS |
| 파우더 온도(℃) | 500 | 100 | 500 |
| 가스 종류 | N2 | N2 | N2 |
| 가스 온도(℃) | 600 | 300 | 500 |
| 분사거리(mm) | 30 | 30 | 300 |
| 건 스피드(mm/s) | 50 | 50 | 300 |
| 파우더 공급률(rpm) | 4 | 4 | 4 |
| 패스(pass) 수 | 1 | 1 | 2 |
발명예 1 내지 3 의 Ti, Ni, STS 이 용사코팅된 티타늄 슬라브를 열간압연 한 후 표면의 형상을 도 3에 나타내었다. 또한 용사코팅하지 않고 동일 조건에서 열간압연한 티타늄 열연판의 표면 형상(비교예, 무코팅)을 도 3 에 함께 나타내었다.
용사코팅된 물질에 따라 티타늄 표면의 광택 및 색은 차이를 나타내었으나, 비교예(무코팅)에 나타낸 것처럼 통상적으로 나타나는 티타늄과 Fe 산화물과의 테르밋 반응에 의한 붉은색 표면은 관찰되지 않았다. 즉, 용사코팅에 의해 열간압연 중 발생하는 티타늄 표면 결함을 효과적으로 저감할 수 있음을 확인할 수 있다.
발명예 1 내지 3 의 티타늄 슬라브를 열간압연한 티타늄 열연판의 단면형상을 도 4 에 나타내었다. 발명예 1 (Ti 코팅)의 경우 열간압연 후 잔류 표면 코팅층은 관찰되지 않았으며, 발명예 2 (Ni 코팅)의 경우 잔류 표면 코팅층은 약 5.20㎛로 측정되었다. 또한 발명예 3 (STS 코팅)의 경우 압연 후 잔류 표면 코팅층은 약 4.80㎛로 측정되었다. 열간압연 후 티타늄 판재는 통상적으로 산세공정을 거치며, 이때 열간압연 중 생성된 표면 스케일 등은 제거된다. 산세 공정에서 제거되는 표면 두께는 통상적으로 약 100㎛ 이하이므로, 본 발명에서 사용된 용사코팅재의 잔류 코팅층은 산세공정 중 제거 가능한 범위인 것을 확인할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의기술자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (6)
- 티타늄(Ti) 슬라브; 및
상기 티타늄(Ti) 슬라브의 표면에 Ti, Ni 또는 STS 분말로 용사코팅된 용사코팅층;을 포함하는 열간압연용 티타늄 슬라브.
- 제 1 항에 있어서,
상기 용사코팅층의 두께가 30~100㎛ 인 것을 특징으로 하는 열간압연용 티타늄 슬라브.
- 제 1 항에 있어서,
상기 용사코팅층은 1% 이하의 기공율과 12000psi 이상의 접착강도를 가지는 것을 특징으로 하는 열간압연용 티타늄 슬라브.
- 제 1 항에 있어서,
상기 용사코팅층은 상기 티타늄(Ti) 슬라브의 표면에 물리적으로 접착된 것을 특징으로 하는 열간압연용 티타늄 슬라브.
- 티타늄(Ti) 슬라브를 준비하는 단계;
상기 티타늄(Ti) 슬라브의 표면에 Ti, Ni 또는 STS 분말을 30~100㎛ 의 두께로 용사코팅하는 단계;
를 포함하는 열간압연용 티타늄 슬라브의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 용사코팅은 아크용사, 콜드스프레이 또는 고속용사 방식인 것을 특징으로 하는 열간압연용 티타늄 슬라브의 제조방법.
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| JP2006289377A (ja) | 2005-04-06 | 2006-10-26 | Nippon Steel Corp | チタン材の熱間圧延方法 |
| KR100993310B1 (ko) * | 2010-01-19 | 2010-11-09 | 박영석 | 용사를 이용하는 티타늄 코팅 방법 및 티타늄 코팅 장치 |
| JP3171053U (ja) | 2011-07-29 | 2011-10-13 | 盈邦實業股▲分▼有限公司 | 直立ケース |
| JP2016128171A (ja) * | 2013-04-01 | 2016-07-14 | 新日鐵住金株式会社 | 表面疵の発生し難いチタン熱間圧延用スラブおよびその製造方法 |
-
2018
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