KR20230076896A - 석출경화형 타이타늄 합금의 가공방법 - Google Patents
석출경화형 타이타늄 합금의 가공방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230076896A KR20230076896A KR1020210161377A KR20210161377A KR20230076896A KR 20230076896 A KR20230076896 A KR 20230076896A KR 1020210161377 A KR1020210161377 A KR 1020210161377A KR 20210161377 A KR20210161377 A KR 20210161377A KR 20230076896 A KR20230076896 A KR 20230076896A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- titanium alloy
- precipitation hardening
- temperature
- titanium
- present
- Prior art date
Links
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 56
- 238000004881 precipitation hardening Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 48
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 35
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 9
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 37
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 37
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 claims description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 25
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 25
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 abstract description 19
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 abstract description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 13
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 210000003918 fraction a Anatomy 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000001192 hot extrusion Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
- C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
- C22F1/183—High-melting or refractory metals or alloys based thereon of titanium or alloys based thereon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
- C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
- C21D8/0226—Hot rolling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C14/00—Alloys based on titanium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Metal Rolling (AREA)
Abstract
본 발명의 일실시예는 (i) 0.4wt% 내지 0.6wt%의 Ni, 0.03wt% 내지 0.07wt%의 Ru, 잔부로 Ti 및 불가피적 불순물을 포함하는 석출경화형 타이타늄 합금재를 석출물이 재고용되는 온도로 가열하는 단계; 및 (ii) 상기 가열된 석출경화형 타이타늄 합금재를 열간가공하는 것을 특징으로 하는, 석출경화형 타이타늄 합금의 가공방법을 제공한다.
상기 가공방법에 따르면 우수한 내식 특성을 가지는 ASTM Grade13의 물성을 유지하면서도 석출 경화로 인하여 압연이 어려운 문제를 해결하는 가공방법을 제공할 수 있다.
상기 가공방법에 따르면 우수한 내식 특성을 가지는 ASTM Grade13의 물성을 유지하면서도 석출 경화로 인하여 압연이 어려운 문제를 해결하는 가공방법을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 석출경화형 타이타늄 합금의 가공 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석출 경화에 따라 일정 온도에서 압연이 어려운 문제를 해결하는 가공 방법에 관한 것이다.
타이타늄은 뛰어난 내식성을 가지는 물질이며, 특히 물 또는 공기 중에서 부동태 피막을 형성하여 금이나 백금 다음가는 우수한 내식성을 가진다. 다만 순수한 타이타늄은 낮은 물성값으로 인해 강한 내식성이 요구되는 곳을 제외하고는 대부분 합금으로 사용된다. 따라서 타이타늄의 우수한 내식성과 합금이 제공하는 우수한 물성을 가진 타이타늄 기반의 합금에 관한 연구가 지속되어 왔다.
상기 목적으로 기존에 개발된 타이타늄 합금 ASTM Grade7을 살피면, Pt나 Pd을 0.1wt% 이상 포함하는 타이타늄 합금으로 고농도 염산 또는 황산 분위기에서도 내식성이 우수한 특성을 보였으나, Pt나 Pd가 자동차 산업에서 촉매로 사용됨에 따라 가격이 올라가게 되어 산업적으로 Pt나 Pd를 대체하는 물질이 요구되었다.
이에 따라 Pt나 Pd 대신 Ru을 0.05wt% 첨가하고 추가적인 내식성 증대를 위해 Ni 0.5wt%를 첨가한 ASTM Grade13이 개발되었다. ASTM Grade13은 타이타늄 기지에 결정립계를 따라 석출물이 발생하며, 상기 석출물이 일종의 촉매 역할을 하여 부식 전위를 높이는 메커니즘으로 내식성을 개선한다.
ASTM Grade13은 위와 같이 석출물의 발생으로 내식성이 개선되나, 동시에 상기 석출물로 인해 압연이 어려운 문제가 발생한다.
위와 같은 문제를 해결하기 위해, 대한민국 공개특허(명칭 : Al 첨가 고엔트로피 합금의 가공성 향상 방법)는 고엔트로피 합금을 구성하는 BCC 상의 상 분율이 6% 이하가 되는 온도 이상으로 가열하여 상기 상 분율이 될 때까지 유지하는 단계와 상기 가열된 고엔트로피 합금의 BCC 상 분율이 유지되도록 냉각시키는 단계를 포함하는 처리를 수행한 후, 가공하는 방법을 제시하고 있으나 타이타늄 합금에 관한 연구는 부족한 실정이다.
따라서 타이타늄 합금의 우수한 내식성을 유지하면서도 압연이 용이한 방법에 대한 기술 개발이 시급한 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 내식성 향상을 위해 Ni과 Ru을 첨가한 타이타늄 합금 ASTM Grade13이 석출물 발생에 따라 경화가 발생하여 압연 가공이 어려운 문제를 해결하는 가공방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 상기 가공방법에서 구성 성분이나 함량을 변경하지 않으므로 ASTM Grade13의 우수한 내식성이 유지되는 고내식성 타이타늄 합금 및 이를 이용한 합금 판재를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시예인 석출경화형 타이타늄 합금의 가공방법은 구성으로, (i) 0.4wt% 내지 0.6wt%의 Ni, 0.03wt% 내지 0.07wt%의 Ru, 잔부로 Ti 및 불가피적 불순물을 포함하는 석출경화형 타이타늄 합금재를 석출물이 재고용되는 온도로 가열하는 단계; 및 (ii) 상기 가열된 석출경화형 타이타늄 합금재를 열간가공하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (i) 단계의 가열 온도는, 800℃ 이상 860℃ 이하일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (ii) 단계의 가열된 석출경화형 타이타늄 합금재는, 상기 석출물이 재고용되어 타이타늄 기지에 총 중량 대비 0.5wt% 이하로 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (ii) 단계의 가열된 석출경화형 타이타늄 합금재는, β상 타이타늄이 총 중량 대비 50wt% 이하로 억제될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (ii) 단계의 상기 가열된 석출경화형 타이타늄 합금재는, 항복강도가 90MPa 이하일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (ii) 단계의 열간가공은, 상기 석출물이 재고용되는 온도인 800℃ 이상 860℃ 이하를 유지하며 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 열간가공은 열간압연을 포함하며, 상기 열간압연은 압하율이 60% 이상일 수 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 실시예는 석출경화형 타이타늄 합금을 포함하는 판재의 가공방법이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 우수한 내식 특성을 보이는 타이타늄 합금 ASTM Grade13의 물성을 유지하면서 석출 경화로 인하여 압연이 어려운 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명인 석출경화형 타이타늄 합금의 가공방법을 순서도로 나타낸 것이다.
도2(a)는 순수한 타이타늄의 항복강도를 측정한 데이터이며, (b)는 ASTM Grade13의 항복강도를 측정한 데이터이며, (c)는 상기 측정 데이터를 정리한 것이다.
도3은 조성을 ASTM Grade13으로 고정시키고 온도에 따른 상을 파악한 상태도이다.
도2(a)는 순수한 타이타늄의 항복강도를 측정한 데이터이며, (b)는 ASTM Grade13의 항복강도를 측정한 데이터이며, (c)는 상기 측정 데이터를 정리한 것이다.
도3은 조성을 ASTM Grade13으로 고정시키고 온도에 따른 상을 파악한 상태도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도1 및 도2를 참고하여 본 발명의 실시예인 석출경화형 타이타늄 합금의 가공방법을 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명인 석출경화형 타이타늄 합금의 가공방법을 순서도로 나타낸 것이다.
도2(a)는 순수한 타이타늄의 항복강도를 측정한 데이터이며, (b)는 ASTM Grade13의 항복강도를 측정한 데이터이며, (c)는 상기 측정 데이터를 정리한 것이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예인 석출경화형 타이타늄 합금의 가공방법은, (i) 0.4wt% 내지 0.6wt%의 Ni, 0.03wt% 내지 0.07wt%의 Ru, 잔부로 Ti 및 불가피적 불순물을 포함하는 석출경화형 타이타늄 합금재를 석출물이 재고용되는 온도로 가열하는 단계(S100); 및 (ii) 상기 가열된 석출경화형 타이타늄 합금재를 열간가공하는 단계(S200);를 구성으로 포함한다.
본 발명은 Ti에 Ru이 약 0.05wt% 및 Ni이 약 0.5wt% 포함되어 순수 타이타늄 대비 내식성이 개선된 ASTM Grade13 합금을 대상으로 한다.
상기 ASTM Grade13은 타이타늄 기지에 결정립계를 따라 석출물이 발생하며, 상기 석출물이 일종의 촉매 역할을 하여 부식 전위를 높이는 메커니즘으로 내식성을 개선한다.
ASTM Grade13은 위와 같이 석출물의 발생으로 내식성이 개선되나, 동시에 상기 석출물로 인해 압연이 어려운 문제가 발생한다.
도2(a), (b)를 참조하여 설명하면, 순수 타이타늄의 경우 압연을 위해 합금을 가열하여 온도가 상승함에 따라 항복 강도가 계속하여 낮아지는 모습을 보인다. 반면, ASTM Grade13의 경우 압연을 위해 합금을 가열하였을 때 일정 온도에서 합금의 온도가 상승함에도 항복 강도가 비례하여 감소하지 않고 증가했다가 감소하는 모습을 보였다.
위와 같은 현상은 순수 타이타늄과 달리 ASTM Grade13의 경우 타이타늄 기지의 결정립계를 따라 석출물이 존재하며, 상기 온도 범위에서 석출물이 항복 강도의 감소를 방해하기 때문인 것으로 분석된다.
따라서 본 발명은 상기 석출물에 의한 영향을 제거하기 위해 상기 석출물이 타이타늄 기지에 모두 재고용되는 온도 이상으로 가열하여 수행하는 압연 가공방법을 제시한다.
다만, 이때 온도를 계속 상승시키면 타이타늄 합금의 α-상 기지가 β-상으로 상변태 되어 압연 후 미세조직 제어가 쉽지 않으므로 β-상 생성을 50% 이하로 억제 할 필요가 있다.
즉 상기 석출물을 모두 재고용 시키면서 동시에 타이타늄 기지에 β-상 생성을 억제하는 온도 제어는 매우 중요하며, 압연 효율과 공정에 소요되는 제반 비용을 결정하는 핵심적인 역할을 하므로 본 발명이 제시하는 가공방법은 기존의 가공방법과 현저하게 차별된다.
이하 도1을 참조하여 본 발명인 석출경화형 타이타늄 합금 가공방법의 각 단계를 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 있어서, (i) 단계는 0.4wt% 내지 0.6wt%의 Ni, 0.03wt% 내지 0.07wt%의 Ru, 잔부로 Ti 및 불가피적 불순물을 포함하는 석출경화형 타이타늄 합금재를 석출물이 재고용되는 온도로 가열하는 단계(S100)이다.
더욱 바람직하게는 0.5wt%의 Ni, 0.05wt%의 Ru, 잔부로 Ti 및 불가피적 불순물을 포함하는 석출경화형 타이타늄 합금재를 석출물이 재고용되는 온도로 가열하는 단계(S100)이다.
상기 니켈(Ni)은, 타이타늄 합금에서 산화막을 강화시켜 내식성을 향상시키는 것으로 알려져 있다. 구체적으로 Ni 은 Ti2Ni와 같은 석출물을 형성하여 수소의 과포텐셜(over-potential)을 낮추어 타이타늄 산화막을 강화시키는 역할을 한다. 그리고, 이와 같은 석출물이 산화막 내에 존재하면 부동태 상태를 유지하는데 필요한 전류 밀도를 낮추게 된다.
또한, Ni이 백금족 원소와 함께 첨가되면, 타이타늄 부동태 피막을 강화시키고 안정화하는 데 지대한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 동시에 Ni은 값비싼 백금족 원소의 첨가량을 줄여 경제적인 타이타늄 합금을 제조할 수 있게 한다.
다음으로 상기 루테늄(Ru)은, 종래의 내식성 타이타늄 합금에 사용된 Pd에 비해 비교적 저렴한 원소이며, Pd를 대체하더라도 타이타늄 합금의 내식성(비산화성의 환경하에서, 또한 고온, 고농도 분위기에서의 내식성)을 부여하는데 유효한 원소이다.
다음으로 상기 타이타늄 합금에 포함될 수 있는 불가피적 불순물은, 원료인 스펀지 타이타늄에 불가피적으로 포함되는 불순물 원소이며, 대표적으로는 산소, 철, 탄소, 질소, 수소, 크로뮴 등이 있고, 또한 제조 공정에서도 추가로 제품 중에 도입될 가능성이 있는 원소 등도 불가피적 불순물에 포함된다.
다음으로 도3을 참조하여 상기 (i) 단계(S100)의 가열 온도를 설명하기로 한다.
도3은 타이타늄 합금의 조성을 ASTM Grade13으로 고정시키고 온도에 따른 상을 파악한 상태도이다.
도3에 따르면, ASTM Grade13은 타이타늄 기지의 결정립계를 따라 Ti2Ni를 석출물로 포함하며, 상기 석출물은 약 757℃ 이상의 온도에서 타이타늄 기지에 모두 고용될 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 있어서 상기 (i) 단계(S100)의 가열 온도는, 석출물이 타이타늄 기지에 안정되게 모두 고용시킬 수 있는 757℃ 이상일 수 있으며, 바람직하게는 공정 환경에 따라 상기 석출경화형 타이타늄 합금재의 가열이 부분적으로 불균일할 가능성을 고려하여 800℃ 이상일 수 있다.
또한 상기 가열 온도의 하한은 앞서 설명한 바와 같이 타이타늄 기지가 β-상으로 상변화하지 않도록 860℃ 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 가열 온도 조건에 따라 가열된 석출경화형 타이타늄 합금재는, 상기 석출물이 재고용되어 타이타늄 기지에 총 중량 대비 0.5wt% 이하로 포함될 수 있으며, 타이타늄 기지에 β상 타이타늄 생성이 억제되어 총 중량 대비 50wt% 이하로 포함될 수 있다.
다음으로 상기 (ii) 단계(S200)의 열간가공에 대하여 설명하기로 한다.
상기 열간가공은 합금이 연화되는 온도 이상으로 열을 가하여 가공하는 방법이며, 가열로 인해 압연이나 단조 따위의 소성 가공을 빨리할 수 있고 재질을 개선할 수도 있다.
상기 열간가공은 열간단조, 열간압연, 열간압출을 포함할 수 있으며, 합금 분야에 있어서 통상적으로 고온 소성 가공을 위해 수반되는 행위를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명이 제시하는 가공방법에 있어서 상기 열간가공은 상기 석출경화형 타이타늄 합금재를 순수 타이타늄 합금의 압연 조건과 동등 또는 유사한 기계적 물성 조건에서 압연하고자 하며, 특히 성형과 관련된 항복 강도가 고려되어야 한다.
따라서 상기 (ii) 단계(S200)의 가열된 석출경화형 타이타늄 합금재는 항복강도가 90MPa 이하인 것을 특징으로 한다.
이를 위해 (ii) 단계(S200)의 열간가공은 상기 석출물이 재고용되는 온도인 800℃ 이상 860℃ 이하를 유지하며 수행될 수 있으며, 이에 따라 압연 방식으로 열간가공 시 압하율이 60% 이상일 수 있다. 결과적으로 가공이 현저하게 수월해지며 가공에 소요되는 비용이 현저하게 감소한다.
기존에 석출물이 잔존하거나 β-상 타이타늄이 과도하게 발생된 상태에서 수행된 가공의 저조한 압연 효율과 소요되는 에너지 및 비용을 고려하면 본 발명이 제시하는 가공방법의 효과는 상당히 고무적인 것임을 알 수 있다.
이하 본 발명의 다른 실시예는 상기 석출경화형 타이타늄 합금 가공방법의 적용 분야로, 상기 가공방법을 적용하여 상기 석출경화형 타이타늄 합금을 포함하는 판재를 가공하는 방법이다.
상기 석출경화형 타이타늄 합금 ASTM Grade13은 우수한 내식 특성에 기인하여 동박 제조용 음극 드럼에 주요하게 사용된다. 이를 위해 상기 석출경화형 타이타늄 합금은 판재 형태로 제조되며, 이후 음극 드럼의 구조 및 형상에 맞추어 가공된다.
이때 상기 석출경화형 타이타늄 합금을 포함하는 판재는 본 발명의 가공방법을 이용함에 따라 압연 시 압하율이 60% 이상일 수 있다. 결과적으로 상기 공정상 높은 효율은 제조 비용의 감소를 가져오며 경쟁력을 부여한다.
또한, 본 발명의 가공방법에 따라 제조된 판재는 ASTM Grade13이 가지는 우수한 내식성을 유지하는 장점도 가진다.
실험예1
순수 타이타늄 및 ASTM Grade13의 온도에 따른 항복강도 변화 거동 확인 실험
도2를 참조하여 설명하면,
도2(a)는 순수한 타이타늄의 항복강도를 측정한 데이터이며, (b)는 ASTM Grade13의 항복강도를 측정한 데이터이며, (c)는 상기 측정 데이터를 정리한 것이다.
본 실험은 순수 타이타늄 및 ASTM Grade13의 온도에 따른 항복강도 변화 거동을 확인하여, 기존에 ASTM Grade13을 압연함에 있어서 발생하는 문제점을 확인하고자 수행하였다.
본 실험은 변형 속도 10/s를 고정조건으로 하고 온도를 가변조건으로 하여 항복강도 변화를 확인하는 방식으로 수행되었다.
도2(a), (c)에 따르면, 순수 타이타늄의 경우 온도가 650℃에서 800℃로 변해감에 따라 항복강도가 82.92MPa, 72.27MPa, 62.58MPa 및 58.91MPa으로 일관되게 감소하였다.
반면 ASTM Grade13의 경우 도2(b),(c)를 참조하면, 온도가 올라감에도 약 750℃까지 항복강도가 증가하였으며, 750℃ 내지 800℃가 되어야 항복강도가 감소하는 모습을 보였다.
동일한 방식으로 압축강도를 살피면, 순수 타이타늄의 경우 온도 상승에 따라 압축강도가 일관되게 감소하는 반면, ASTM Grade13의 경우 온도 상승에도 불구하고 압축강도가 증가하다가 감소하는 모습을 보였다.
온도 상승에 따른 항복강도 및 압축강도 변화 거동이 순수 타이타늄과 ASTM Grade13에서 차이를 보이는 이유는 ASTM Grade13에 존재하는 Ti2Ni 석출물 때문인 것으로 분석된다.
따라서 ASTM Grade13의 경우 기존의 순수 타이타늄과 달리 압연 가공을 위해선 온도 제어가 공정의 효율, 비용적 측면 및 품질에 있어서 필수적임을 알 수 있다.
실험예2
열역학 계산을 통한 상(phase) 예측 실험
본 실험은 타이타늄 합금의 조성을ASTM Grade13으로 고정시키고 온도에 따른 상 변화를 확인하고자 열역학을 기반으로 온도에 따른 상 분포를 계산하였다.
도3은 본 실험의 결과이며 이를 참조하면, 상온의 ASTM Grade13에서는 Ti2Ni-상이 약 4.076wt% 존재하며, 이 상이 완전히 고용되기 위해서는 온도가 757℃ 이상이 되어야 하는 것을 알 수 있다.
또한 약 600℃ 이상의 온도에서 타이타늄 기지의 α-상이 β-상으로 상변태하기 시작하여 860℃에서는 α-상과 β-상이 약 50:50의 비율로 존재하는 것으로 분석된다.
상기 결과는 본 발명이 제안하는 가공방법이 석출물을 완전히 고용시키고 β-상의 발생을 50% 이내로 억제할 수 있음을 의미하며, 결과적으로 ASTM Grade 13의 압연 효율을 현저하게 상승시키고 동시에 압연에 소요되는 에너지 및 비용을 저감시킬 수 있음을 의미한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (8)
- (i) 0.4wt% 내지 0.6wt%의 Ni, 0.03wt% 내지 0.07wt%의 Ru, 잔부로 Ti 및 불가피적 불순물을 포함하는 석출경화형 타이타늄 합금재를 석출물이 재고용되는 온도로 가열하는 단계; 및
(ii) 상기 가열된 석출경화형 타이타늄 합금재를 열간가공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 석출경화형 타이타늄 합금의 가공방법. - 제1항에 있어서,
상기 (i) 단계의 가열 온도는, 800℃ 이상 860℃ 이하인 것을 특징으로 하는, 석출경화형 타이타늄 합금의 가공방법. - 제1항에 있어서,
상기 (ii) 단계의 가열된 석출경화형 타이타늄 합금재는, 상기 석출물이 재고용되어 타이타늄 기지에 총 중량 대비 0.5wt% 이하로 포함되는 것을 특징으로 하는, 석출경화형 타이타늄 합금의 가공방법. - 제1항에 있어서,
상기 (ii) 단계의 가열된 석출경화형 타이타늄 합금재는, β상 타이타늄이 총 중량 대비 50wt% 이하로 억제되는 것을 특징으로 하는, 석출경화형 타이타늄 합금의 가공방법. - 제1항에 있어서,
상기 (ii) 단계의 상기 가열된 석출경화형 타이타늄 합금재는, 항복강도가 90MPa 이하인 것을 특징으로 하는, 석출경화형 타이타늄 합금의 가공방법. - 제1항에 있어서,
상기 (ii) 단계의 열간가공은, 상기 석출물이 재고용되는 온도인 800℃ 이상 860℃ 이하를 유지하며 수행되는 것을 특징으로 하는, 석출경화형 타이타늄 합금의 가공방법. - 제1항에 있어서,
상기 열간가공은 열간압연을 포함하며,
상기 열간압연은 압하율이 60% 이상인 것을 특징으로 하는, 석출경화형 타이타늄 합금의 가공방법. - 제1항에 따라 석출경화형 타이타늄 합금을 포함하는 판재의 가공방법.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210161377A KR102640405B1 (ko) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 석출경화형 타이타늄 합금의 가공방법 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020210161377A KR102640405B1 (ko) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 석출경화형 타이타늄 합금의 가공방법 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20230076896A true KR20230076896A (ko) | 2023-06-01 |
KR102640405B1 KR102640405B1 (ko) | 2024-02-26 |
Family
ID=86771243
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020210161377A KR102640405B1 (ko) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | 석출경화형 타이타늄 합금의 가공방법 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102640405B1 (ko) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN118276620A (zh) * | 2024-06-04 | 2024-07-02 | 宝鸡市永盛泰钛业有限公司 | 一种生产钛合金棒材的杂质控制方法及系统 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012052213A (ja) * | 2010-09-03 | 2012-03-15 | Nippon Steel Corp | 圧延方向の0.2%耐力が大きい高耐食チタン合金とその製造方法 |
WO2014115845A1 (ja) * | 2013-01-25 | 2014-07-31 | 新日鐵住金株式会社 | 臭素イオンを含む環境での耐食性に優れたチタン合金 |
KR20180122806A (ko) | 2017-05-04 | 2018-11-14 | 포항공과대학교 산학협력단 | Al 첨가 고엔트로피 합금의 가공성 향상 방법 |
-
2021
- 2021-11-22 KR KR1020210161377A patent/KR102640405B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012052213A (ja) * | 2010-09-03 | 2012-03-15 | Nippon Steel Corp | 圧延方向の0.2%耐力が大きい高耐食チタン合金とその製造方法 |
WO2014115845A1 (ja) * | 2013-01-25 | 2014-07-31 | 新日鐵住金株式会社 | 臭素イオンを含む環境での耐食性に優れたチタン合金 |
KR20180122806A (ko) | 2017-05-04 | 2018-11-14 | 포항공과대학교 산학협력단 | Al 첨가 고엔트로피 합금의 가공성 향상 방법 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN118276620A (zh) * | 2024-06-04 | 2024-07-02 | 宝鸡市永盛泰钛业有限公司 | 一种生产钛合金棒材的杂质控制方法及系统 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102640405B1 (ko) | 2024-02-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6849231B2 (en) | α-β type titanium alloy | |
CN109154037B (zh) | 具有改善的高温性能和超塑性的α-β钛合金 | |
US9523140B2 (en) | Heat treatment process of high-Mg Er-microalloyed aluminum alloy cold-rolled plates resistant to intergranular corrosion | |
CN111826550B (zh) | 一种中等强度耐硝酸腐蚀钛合金 | |
EP3775307B1 (en) | High temperature titanium alloys | |
JP2017524830A (ja) | ニッケル−クロム−鉄−モリブデン耐食合金、製品およびそれらの製造方法 | |
CA2773708A1 (en) | Method for production of an iron-chromium alloy | |
JP2023055846A (ja) | 高強度チタン合金 | |
US11993832B2 (en) | Niobium-based alloy that is resistant to aqueous corrison | |
US11920231B2 (en) | Creep resistant titanium alloys | |
JP2022037155A5 (ko) | ||
FI125105B (en) | Grain boundary corrosion resistant austenitic stainless steel and method for its production | |
CN113412339B (zh) | 具有提高的抗腐蚀性、强度、延展性和韧性的钛合金 | |
KR20230076896A (ko) | 석출경화형 타이타늄 합금의 가공방법 | |
CN106103757A (zh) | 高强度α/β 钛合金 | |
CN112427484B (zh) | 一种再结晶退火调控不锈弹簧钢线成形制造方法 | |
EP3520915A1 (en) | Method of manufacturing ni-based super heat resistant alloy extruded material, and ni-based super heat resistant alloy extruded material | |
EP2940174B1 (en) | Fe-ni-based alloy having excellent high-temperature characteristics and hydrogen embrittlement resistance characteristics, and method for producing same | |
CN114990382A (zh) | 一种超低间隙相变诱导塑性亚稳β钛合金及其制备方法 | |
JP5512145B2 (ja) | 形状記憶合金 | |
KR20190053091A (ko) | 융점 1,900℃ 이하 원소로 구성된 고강도 고연성 타이타늄 합금 | |
JPH04198460A (ja) | 連続鋳造用鋳型材の製造方法 | |
JP2001262298A (ja) | Ni−Ti系形状記憶合金の加工方法及びそれによって製造されるNi−Ti系形状記憶合金素材 | |
Bunte et al. | Thermomechanical processing of alloys. case of study Ti Gr. 4 | |
KR20230074377A (ko) | 급랭으로 미세 석출물을 가지는 고내식성 타이타늄 합금 제조방법 및 이를 통해 제조된 고내식성 타이타늄 합금 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |