WO2023128356A1 - 페로크롬을 이용한 고강도 타이타늄 합금 제조 방법 및 고강도 타이타늄 합금 - Google Patents

페로크롬을 이용한 고강도 타이타늄 합금 제조 방법 및 고강도 타이타늄 합금 Download PDF

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WO2023128356A1
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ferrochrome
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strength
titanium
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염종택
박찬희
홍재근
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한국재료연구원
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    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing high-strength titanium. More specifically, the present invention relates to a method for producing a high-strength titanium alloy using ferrochrome.
  • the present invention relates to a titanium alloy capable of exhibiting high strength with good elongation.
  • Titanium is widely used in a wide range of industries, such as aerospace, national defense, energy industry, medical care and consumer goods, due to its excellent specific strength, corrosion resistance and biocompatibility.
  • titanium alloys are classified into pure titanium, alpha ( ⁇ ) alloys, alpha-beta ( ⁇ - ⁇ ) alloys, and beta ( ⁇ ) alloys based on their stable phase at room temperature.
  • alpha alloys are known to have excellent creep strength and weldability
  • beta alloys are known to increase workability.
  • Pure titanium is cheaper than other titanium alloys in terms of price, and has excellent formability, weldability, workability, and corrosion resistance.
  • pure titanium has low strength and has limitations in its applications. Most of the application fields for titanium require high-strength characteristics, and in this case, a large amount of alloying elements are added, causing concerns about high cost.
  • titanium alloy composed of relatively inexpensive elements capable of controlling properties such as excellent strength, formability, weldability, workability, corrosion resistance, and biocompatibility while minimizing price increase and a manufacturing method thereof.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a method for producing a high-strength titanium alloy using ferrochrome.
  • the present invention provides a method for manufacturing a high-strength titanium alloy, which is advantageous in terms of securing strength and elongation as well as lowering the manufacturing cost of the titanium alloy by using ferrochrome as an alloying additive.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide a titanium alloy having high elongation and high strength.
  • a high-strength titanium alloy manufacturing method for solving the above problems is (a) including chromium (Cr), iron (Fe), silicon (Si) and carbon (C) in pure titanium (Ti) Adding ferrochrome; (b) forming a titanium alloy base material by dissolving and then cooling the product of step (a); and (c) hot-forming the titanium alloy base material, wherein the ferrochrome is added in an amount of less than 4% by weight based on the total weight of the titanium alloy.
  • a method for manufacturing a high-strength titanium alloy according to a preferred embodiment of the present invention includes (a) adding ferrochrome containing chromium (Cr), iron (Fe), silicon (Si), and carbon (C) to pure titanium (Ti).
  • the ferrochrome is iron (Fe): 20 to 35 wt%, silicon (Si): 1 to 4 wt%, carbon (C): 0.15 wt% % or less, and is composed of the remaining chromium (Cr) and unavoidable impurities, and is characterized in that the ferrochrome is added in an amount of less than 4% by weight based on the total weight of the
  • the manufactured titanium alloy contains chromium (Cr): 0.1 to 3.0 wt%, iron (Fe): 0.1 to 1.0 wt%, silicon (Si): 0.01 to 0.1 wt%, and oxygen (O): 0.4 wt% or less.
  • Cr chromium
  • Fe iron
  • Si silicon
  • O oxygen
  • Including, made of the remaining titanium (Ti) and unavoidable impurities, may have a tensile strength of 861 ⁇ 1165 MPa.
  • the ferrochrome is added in an amount of 0.5 to 2% by weight based on the total weight of the titanium alloy.
  • the hot forming may be performed at a molding rate of 90% or less at 800 to 850 °C.
  • High-strength titanium alloy for solving the above problems is chromium (Cr): 0.1 to 3.0% by weight, iron (Fe): 0.1 to 1.0% by weight, silicon (Si): 0.01 to 0.1% by weight, Oxygen (O): It is characterized in that it contains 0.4% by weight or less, and consists of the remaining titanium (Ti) and unavoidable impurities.
  • a high-strength titanium alloy according to a preferred embodiment of the present invention contains chromium (Cr): 0.1 to 3.0 wt%, iron (Fe): 0.1 to 1.0 wt%, silicon (Si): 0.01 to 0.1 wt%, oxygen (O): Including 0.4% by weight or less, but the content of chromium (Cr) is greater than the content of iron (Fe), consisting of the remaining titanium (Ti) and unavoidable impurities, characterized in that it has a tensile strength of 861 to 1165 MPa.
  • the chromium content may be 1.7 to 4 times the iron content.
  • the titanium alloy may have a molybdenum equivalent ([Mo]eq.) of 5 or less, represented by Equation 1 below, and a beta transformation point of 840 to 930 ° C. ([ ] in Equation 1 is the weight% of the corresponding component).
  • the titanium alloy may have a yield strength of 460 to 1280 MPa and a Young's modulus of 95 to 105 GPa.
  • low-carbon ferrochrome composed of elements harmless to the human body (Cr, Fe, Si, etc.) is used as an additive alloy material for commercial pure titanium.
  • Cr, Fe, Si, etc. elements harmless to the human body
  • 1a shows the phase fraction of a pure titanium (Ti-0.05 O) specimen.
  • Figure 1b shows the phase fraction of a specimen in which 4% by weight of ferrochrome was added to pure titanium (Ti-0.05 O).
  • Figure 1c shows the phase fraction of a specimen in which 0.5% by weight of ferrochrome was added to pure titanium (Ti-0.05 O).
  • Figure 2a shows the phase fraction of the pure titanium (Ti-0.39 O) specimen.
  • Figure 2b shows the phase fraction of the specimen in which 4% by weight of ferrochrome was added to pure titanium (Ti-0.39 O).
  • Figure 2c shows the phase fraction of the specimen in which 0.5% by weight of ferrochrome was added to pure titanium (Ti-0.39 O).
  • Figure 3a shows the mechanical properties of Comparative Example specimens 1 and 3 and Example specimens 1 to 4.
  • Figure 3b shows the mechanical properties of Comparative Example specimens 2 and 4 and Example specimens 5 to 8.
  • the method of adding an alloying element is more advantageous than the method of miniaturizing crystal grains through plastic working and heat treatment.
  • alloying by selecting inexpensive alloying elements can be seen as the most desirable method for minimizing price increase and increasing strength.
  • toxic elements such as Co, Cu, Ni, V, etc.
  • the titanium alloy according to the present invention does not contain these elements, and as an exception, they are inevitably included as impurities.
  • the present inventors have developed a method of alloying pure titanium by adding ferrochrome, which is non-toxic and contains easily soluble Fe, Cr, Si, and the like.
  • ferrochrome which is non-toxic and contains easily soluble Fe, Cr, Si, and the like.
  • Si which is an element included in ferrochrome
  • ferrochrome which is non-toxic and contains easily soluble Fe, Cr, Si, and the like.
  • Si which is an element included in ferrochrome
  • a method for manufacturing a high-strength titanium alloy according to the present invention includes adding ferrochrome including chromium (Cr), iron (Fe), silicon (Si), and carbon (C) to pure titanium (Ti), pure titanium and ferrochrome. Forming a titanium alloy base material by dissolving chromium and then cooling it; and hot forming the titanium alloy base material.
  • Hot forming may be performed by hot rolling, hot forging, or the like. Hot forming may be performed at a forming ratio of 90% or less at 800 to 850 °C. The forming rate can be expressed as a reduction rate in the case of rolling.
  • ferrochrome is added in an amount of less than 4% by weight, and as a result, cracks do not occur even when molding is performed at a molding rate of 90% at 800 to 850 ° C.
  • cooling after hot forming various methods such as water cooling, air cooling, and furnace cooling may be used.
  • the cooling method may be determined according to the presence or absence of an additional hot process after hot forming. For example, if there is no additional hot process, water cooling may be performed after hot forming. After hot forming, heat treatment such as homogenization treatment, solution treatment, and aging treatment may be additionally performed.
  • One characteristic of the dissolution of ferrochrome is that the temperature when dissolving ferrochrome is significantly lower than when chromium, iron, silicon, etc. are individually dissolved, and is similar to the melting point of titanium. Through this, ferrochrome can be melted together with pure titanium at a relatively low temperature, thereby reducing the cost of producing a titanium alloy.
  • the addition amount of ferrochrome is less than 4% by weight based on the total weight of the titanium alloy. More preferably, it is 3% by weight or less, and most preferably 0.5 to 2% by weight. Addition of ferrochrome can increase the strength compared to pure titanium. However, when the addition amount of ferrochrome is 4% by weight or more, the elongation is very low and there is a risk of cracking.
  • Ferrochrome includes iron (Fe): 20 to 35% by weight, silicon (Si): 1 to 4% by weight, carbon (C): 0.15% by weight or less, and may be composed of the remaining chromium (Cr) and unavoidable impurities. .
  • a characteristic of ferrochrome is that the Cr content is much greater than the Fe content. In ferrochrome, the Cr content can be 1.7-4 times the Fe content, for example 2-4 times.
  • Chromium (Cr) is a non-toxic element and is a higher beta phase stabilizing element than molybdenum (Mo) in titanium alloys.
  • Mo molybdenum
  • TiCr 2 Laves Phase
  • Laves phase is formed when Cr is added in titanium alloys such as Ti-33Zr-3Fe-2Cr alloy, Ti-33Zr-5Fe-2Cr alloy, and Ti-33Zr-7Fe-2Cr alloy, and as a result (compression test) It is known to exhibit crack behavior.
  • Iron (Fe) is non-toxic like chromium (Cr) and is a beta-phase stabilizing element higher than molybdenum. When iron is added to pure titanium, its strength can be increased due to the solid solution strengthening effect. However, when dissolving a titanium alloy in which iron is added in an amount of 2% by weight or more, macro or micro segregation may be induced, and when heat treated at a certain temperature, a TiFe phase, which is a very fragile phase, may be formed.
  • Silicon (Si) is a non-toxic element, and forms many nucleation sites when titanium alloy is melted to induce crystal grain refinement. Silicon also contributes to increasing the static strength of titanium alloys. However, when the content of silicon exceeds 0.25% by weight, crack generation may be promoted due to formation of brittle silicide.
  • the titanium alloy may satisfy the preferred content ranges of chromium, iron, and silicon as described above.
  • oxygen (O) may be included in an amount of 0.4% by weight or less based on the total weight of the titanium alloy.
  • Oxygen is an interstitial element and is a solid solution strengthening alloying element that strengthens the lattice without significantly affecting corrosion resistance.
  • impact resistance can be rapidly reduced by suppressing twin deformation at low temperatures.
  • the present invention chromium (Cr): 0.1 to 3.0 wt%, iron (Fe): 0.1 to 1.0 wt%, silicon (Si): 0.01 to 0.1 wt%, oxygen (O): 0.4 wt% It is possible to provide a high-strength titanium alloy characterized in that it contains % or less, and consists of the remaining titanium (Ti) and unavoidable impurities.
  • the content of Cr, Fe and Si is determined according to the addition amount of ferrochrome, and the addition amount of ferrochrome is less than 4% by weight, more preferably 3.0% by weight or less, and most preferably 0.5 to 2.0% by weight. %, it is possible to satisfy the Cr, Fe and Si contents as described above.
  • the high-strength titanium alloy according to the present invention may have a molybdenum equivalent ([Mo]eq.) represented by Equation 1 below of 5 or less ([ ] in Equation 1 is the weight% of the corresponding component).
  • the high-strength titanium alloy according to the present invention may have a beta transformation point of 840 to 930 °C.
  • the high-strength titanium alloy according to the present invention has a tensile strength of 540 to 1370 MPa, more preferably a tensile strength of 861 to 1165 MPa, a yield strength of 460 to 1280 MPa, and It may have a Young's modulus of 95 to 105 GPa.
  • All three specimens contained about 66% by weight of Cr, about 31% of Fe, and about 3% by weight of Si, and it can be seen that the difference in content of the components is not large.
  • Ferrochrome is classified into low-carbon ferrochrome, medium-carbon ferrochrome, and high-carbon ferrochrome according to the carbon content.
  • low-carbon ferrochrome means that the carbon content is 0.2% by weight or less or 0.15% by weight or less.
  • the carbon content was about 0.1% by weight and the chromium content was about 67%, corresponding to low-carbon ferrochrome.
  • the melting points of Cr, Fe and Si are 1907 ° C, 1538 ° C and 1414 ° C, respectively, but the melting point of low-carbon ferrochrome having a carbon content of 0.15% by weight or less is known to be about 1620 ° C. Also, the melting point of titanium is 1668 °C.
  • the ingots were rolled at 830°C ⁇ 20°C at a forming ratio of about 90% shown in Table 4 and then cooled in water to prepare titanium alloy specimens according to Comparative Examples 1 to 2 and Examples 1 to 8.
  • Table 4 shows the Mo equivalent and beta transformation point according to the ferrochrome content in the titanium alloy specimens prepared according to Comparative Examples 1 to 2 and Examples 1 to 8.
  • Table 5 shows the contents of Cr, Fe, and Si according to the ferrochrome added in the titanium alloy specimens according to Examples 1 to 8.
  • Figure 1a shows the phase fraction of the specimen according to Comparative Example 1, which is a pure titanium (Ti-0.05 O) specimen.
  • 1b shows the phase fraction of a titanium alloy specimen prepared by adding 4% by weight of ferrochrome to pure titanium (Ti-0.05 O).
  • 1c shows the phase fraction of a titanium alloy specimen prepared by adding 0.5% by weight of ferrochrome to pure titanium (Ti-0.05 O).
  • Pure titanium (Ti-0.05 O) used in FIGS. 1A to 1C corresponds to Grade 1 or Grade 2 having an oxygen content of about 0.05% by weight.
  • a beta phase exists at a high temperature of about 850 ° C. or higher, and a beta phase and an alpha phase coexist at 600 to 850 ° C. It can be seen that it exists in the alpha phase below about 600 ° C.
  • TiCr 2 is precipitated in the range of 600 to 650 °C during the phase transformation of the high-temperature beta phase to the low-temperature alpha phase. If such TiCr 2 is excessive, there is a possibility of breakage in the molding process.
  • FIG. 1c in the case of a titanium alloy specimen prepared by adding 0.5% by weight of ferrochrome, unlike FIG. 1b, almost no precipitates are formed, which can be seen as more advantageous in the forming process.
  • Figure 2a shows the phase fraction of the specimen according to Comparative Example 2, which is a pure titanium (Ti-0.39 O) specimen.
  • Figure 2b shows the phase fraction of the titanium alloy specimen prepared by adding 4% by weight of ferrochrome to pure titanium (Ti-0.39 O).
  • Figure 2c shows the phase fraction of the titanium alloy specimen prepared by adding 0.5% by weight of ferrochrome to pure titanium (Ti-0.39 O).
  • the pure titanium (Ti-0.39 O) used in FIGS. 2a to 2c corresponds to Grade 4 having an oxygen content of about 0.39% by weight.
  • a beta phase exists at a high temperature of about 910 ° C. or higher, and a beta phase and an alpha phase coexist at 600 to 910 ° C. It can be seen that it exists in the alpha phase below 600 °C.
  • TiCr 2 is precipitated at about 600 to 650° C. during the phase transformation of the high-temperature beta phase to the low-temperature alpha phase.
  • Figures 3a and 3b show the mechanical properties of Comparative Example specimens 1 to 4 and Example specimens 1 to 8.
  • the specimen according to Comparative Example 3 is a titanium alloy specimen prepared by adding 4% by weight of ferrochrome to pure titanium (Ti-0.05 O), and the specimen according to Comparative Example 4 has ferrochrome added to pure titanium (Ti-0.39 O). It is a titanium alloy specimen prepared by adding 4% by weight.
  • the mechanical properties were obtained by performing a tensile test on each titanium alloy specimen at a strain rate of 1.5 mm/min at room temperature.
  • Table 6 shows the mechanical properties of Comparative Samples 1 to 2 and Example Samples 1 to 8.
  • Table 7 shows the elongation measurement results and crack observation results of the specimens according to Comparative Examples 1 to 4 and the specimens according to Examples 1 to 8.

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Abstract

페로크롬을 이용한 고강도 타이타늄 합금 제조 방법 및 고강도 타이타늄 합금에 대하여 개시한다. 본 발명에 따른 고강도 타이타늄 합금 제조 방법은 순수 Ti에 Cr, Fe, Si 및 C를 포함하는 페로크롬을 첨가하고, 이를 용해 및 냉각하여 타이타늄 합금 모재를 형성한 후, 형성된 타이타늄 합금 모재를 열간 성형하는 단계를 포함한다. 이때, 페로크롬이 4 중량% 미만의 함량으로 첨가된다.

Description

페로크롬을 이용한 고강도 타이타늄 합금 제조 방법 및 고강도 타이타늄 합금
본 발명은 고강도 타이타늄 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 페로크롬을 이용한 고강도 타이타늄 합금 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 양호한 연신율과 함께 고강도를 나타낼 수 있는 타이타늄 합금에 관한 것이다.
타이타늄은 우수한 비강도를 비롯하여 내식성과 생체적합성이 탁월하여 항공 우주, 국방, 에너지 산업, 의료 및 생활소비재 등 광범위한 산업분야에 널리 활용되고 있다.
일반적으로 타이타늄 합금의 종류는 상온에서의 안정상을 기준으로 순수 타이타늄, 알파(α) 합금, 알파-베타(α-β) 합금, 베타(β) 합금으로 구분된다. 이 중 알파 합금은 크리프 강도와 용접성 등이 우수하고, 베타 합금의 경우 가공성이 증가하는 것으로 알려져 있다.
순수 타이타늄은 가격적인 측면에서 다른 타이타늄 합금에 비해 저렴하고, 성형성, 용접성, 가공성, 내식성이 우수하다. 다만, 순수 타이타늄은 강도가 낮아 응용 분야의 한계를 가진다. 타이타늄에 대한 적용 분야의 대부분은 고강도의 특성을 요구하고 있으며, 이 경우 합금원소를 다량 첨가하여 고가화될 우려를 야기시키고 있다.
따라서, 가격 상승을 최소화하면서 우수한 강도, 성형성, 용접성, 가공성, 내식성, 생체적합성 등의 특성을 제어할 수 있는 비교적 저렴한 원소들로 구성된 타이타늄 합금과 그 제조 방법에 대한 개발이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 페로크롬을 이용한 고강도 타이타늄 합금 제조 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명에서는 페로크롬을 합금 첨가재로 이용하여 타이타늄 합금의 제조 비용을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 강도 및 연신율 확보 측면에서도 유리한 고강도 타이타늄 합금 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 양호한 연신율과 함께 고강도를 갖는 타이타늄 합금을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 과제들 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 과제들 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 타이타늄 합금 제조 방법은 (a) 순수 타이타늄(Ti)에 크롬(Cr), 철(Fe), 실리콘(Si) 및 탄소(C)를 포함하는 페로크롬을 첨가하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 결과물을 용해시킨 후 냉각하여 타이타늄 합금 모재를 형성하는 단계; 및 (c) 타이타늄 합금 모재를 열간 성형하는 단계;를 포함하고, 타이타늄 합금 전체 중량에 대하여 상기 페로크롬이 4 중량% 미만으로 첨가되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고강도 타이타늄 합금 제조 방법은 (a) 순수 타이타늄(Ti)에 크롬(Cr), 철(Fe), 실리콘(Si) 및 탄소(C)를 포함하는 페로크롬을 첨가하는 단계; (b) 상기 (a) 단계의 결과물을 용해시킨 후 냉각하여 타이타늄 합금 모재를 형성하는 단계; 및 (c) 타이타늄 합금 모재를 열간 성형하는 단계;를 포함하고, 상기 페로크롬은 철(Fe): 20∼35 중량%, 실리콘(Si): 1∼4 중량%, 탄소(C): 0.15 중량% 이하를 포함하고, 나머지 크롬(Cr)과 불가피한 불순물로 이루어지며, 타이타늄 합금 전체 중량에 대하여 상기 페로크롬이 4 중량% 미만으로 첨가되는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 제조되는 타이타늄 합금이 크롬(Cr): 0.1∼3.0 중량%, 철(Fe): 0.1∼1.0 중량%, 실리콘(Si): 0.01∼0.1 중량%, 산소(O): 0.4 중량% 이하를 포함하고, 나머지 타이타늄(Ti)과 불가피한 불순물로 이루어지며, 861∼1165 MPa의 인장강도를 가질 수 있다.
상기 타이타늄 합금 전체 중량에 대하여 상기 페로크롬이 0.5∼2 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 열간 성형은 800∼850℃에서 90% 이하의 성형률로 수행될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고강도 타이타늄 합금은 크롬(Cr): 0.1∼3.0 중량%, 철(Fe): 0.1∼1.0 중량%, 실리콘(Si): 0.01∼0.1 중량%, 산소(O): 0.4 중량% 이하를 포함하고, 나머지 타이타늄(Ti)과 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고강도 타이타늄 합금은 크롬(Cr): 0.1∼3.0 중량%, 철(Fe): 0.1∼1.0 중량%, 실리콘(Si): 0.01∼0.1 중량%, 산소(O): 0.4 중량% 이하를 포함하되 크롬(Cr)의 함량이 철(Fe)의 함량보다 더 크며, 나머지 타이타늄(Ti)과 불가피한 불순물로 이루어지고, 861∼1165 MPa의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 크롬의 함량이 상기 철의 함량의 1.7-4배일 수 있다.
상기 타이타늄 합금은 이하의 식 1로 표현되는 몰리브덴 당량([Mo]eq.)이 5 이하이고, 840∼930℃의 베타변태점을 가질 수 있다(식 1에서 [ ]는 해당 성분의 중량%).
[식 1]
[Mo]eq. = [Mo] + 0.2[Ta] + 0.28[Nb] + 0.4[W] + 0.67[V] + 1.25[Cr]+1.25[Ni] + 1.7[Mn] + 1.7[Co] + 2.5[Fe]
상기 타이타늄 합금은 460∼1280 MPa의 항복강도 및 95∼105 GPa의 영률을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 고강도 타이타늄 합금 제조 방법에 의하면, 인체에 무해한 원소(Cr, Fe, Si 등)로 구성된 저탄소 페로크롬(low-carbon ferrochrome)을 순수 타이타늄(commercial pure titanium)의 첨가 합금재로 활용함으로써 Cr, Fe, Si 등 개별원소로 첨가하는 것에 비해 원재료 가격 측면에서 그리고 공정 측면에서 비용을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 강도 및 연신율 확보 측면에서도 유리한 효과를 제공할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1a는 순수 타이타늄(Ti-0.05 O) 시편의 상분율을 나타낸 것이다.
도 1b는 순수 타이타늄(Ti-0.05 O)에 페로크롬이 4중량% 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다.
도 1c는 순수 타이타늄(Ti-0.05 O)에 페로크롬이 0.5중량% 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다.
도 2a는 순수 타이타늄(Ti-0.39 O) 시편의 상분율을 나타낸 것이다.
도 2b는 순수 타이타늄(Ti-0.39 O)에 페로크롬이 4중량% 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다.
도 2c는 순수 타이타늄(Ti-0.39 O)에 페로크롬이 0.5중량% 첨가된 시편의 상분율을 나타낸 것이다.
도 3a는 비교예 시편 1, 3 및 실시예 시편 1∼4에 대한 기계적 특성을 나타낸 것이다.
도 3b는 비교예 시편 2, 4 및 실시예 시편 5∼8에 대한 기계적 특성을 나타낸 것이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 페로크롬을 이용한 고강도 타이타늄 합금 제조 방법 및 고강도 타이타늄 합금에 대하여 설명하도록 한다.
순수 타이타늄의 강도를 증가하는 방법으로, 합금원소를 첨가하여 강도를 높이는 방법과 소성가공 및 열처리를 통해 내부의 결정립을 작게 하여 강도를 높이는 방법이 있다. 그러나, 이러한 방법은 합금원소를 첨가하고 별도의 결정립 미세화 공정이 추가되기 때문에 가격 상승의 원인이 된다. 또한, 소성가공 및 열처리를 통해 결정립을 미세화하는 방법의 경우, 공정에 따라 제조되는 타이타늄 합금의 기계적 특성의 변화가 크게 발생하며, 실제 생산공정에 직접적으로 적용하기 어려운 공정이 도출될 수 있는 단점이 있다.
따라서, 소성가공 및 열처리를 통해 결정립을 미세화하는 방법보다는 합금원소를 첨가하는 방법이 더 유리하다고 볼 수 있다. 특히 저렴한 합금원소를 선택하여 합금화하는 것이 가격 상승을 최소화하고 강도를 증가시키는데 있어 가장 바람직한 방법이라 볼 수 있다. 나아가, 생체 안정성 확보를 위해, 독성이 있는 원소인 Co, Cu, Ni, V 등을 첨가하지 않은 것이 바람직하며, 본 발명에 따른 타이타늄 합금에는 이들 원소들이 포함되지 않으며, 예외적으로 불순물로 불가피하게 포함될 수는 있다.
본 발명자들은 오랜 연구 결과, 순수 타이타늄에 대해 독성이 없고 용해가 용이한 Fe, Cr, Si 등이 포함되어 있는 페로크롬(Ferrochrome)을 첨가하여 합금화하는 방법을 개발하였다. 특히 페로크롬(Ferrochrome)에 포함되어 있는 원소인 Si의 경우 용해시 핵생성 사이트를 제공하여 용해된 잉곳의 결정립을 미세화하는 특징을 추가적으로 기대할 수 있다. 이를 통해 순수 타이타늄을 기지로 한 새로운 Ti-Cr-Fe-Si 합금을 개발하였다.
이하, 페로크롬을 이용한 고강도 타이타늄 합금 제조 방법에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 고강도 타이타늄 합금 제조 방법은 순수 타이타늄(Ti)에 크롬(Cr), 철(Fe), 실리콘(Si) 및 탄소(C)를 포함하는 페로크롬을 첨가하는 단계와, 순수 타이타늄과 페로크롬을 용해시킨 후 냉각하여 타이타늄 합금 모재를 형성하는 단계와, 타이타늄 합금 모재를 열간 성형하는 단계를 포함한다.
순수 타이타늄과 페로크롬의 용해는 진공용해법, 전자빔 용해법, 플라즈마 아크 용해법, 비소모전극식 아크 용해법 또는 유도스컬 용해법 등 공지된 다양한 방법이 이용될 수 있다. 열간 성형은 열간 압연, 열간 단조 등의 방식으로 수행될 수 있다. 열간 성형은 800∼850 ℃에서 90% 이하의 성형률(forming ratio)로 수행될 수 있다. 성형률은 압연의 경우 압하율로 표현될 수 있다. 본 발명의 경우, 이하에서 설명하는 바와 같이 페로크롬이 4중량% 미만으로 첨가되며, 그 결과 800∼850 ℃에서 성형률 90%로 성형을 진행하더라도 크랙이 발생하지 않는 효과를 제공할 수 있다.
열간 성형 후 냉각은 수냉, 공냉, 로냉 등 다양한 방법이 이용될 수 있다. 냉각 방식은 열간 성형 이후에 추가의 열간 공정 유무에 따라 결정될 수 있는데, 예를 들어 추가의 열간 공정이 존재하지 않는다면 열간 성형 후 수냉이 수행될 수 있다. 열간 성형 후에는 균질화 처리, 용체화 처리, 시효 처리 등의 열처리가 추가로 수행될 수 있다.
페로크롬의 용해와 관련하여 한가지 특징은 페로크롬을 용해할 때의 온도가 크롬, 철, 실리콘 등을 개별적으로 용해할 때보다 현저히 낮으며, 타이타늄의 융점과 유사하다는 것이다. 이를 통해 페로크롬은 상대적으로 낮은 온도에서 순수 타이타늄과 함께 용해가 가능하며, 이에 따라 타이타늄 합금 제조 비용을 저감할 수 있다.
본 발명에서는 페로크롬의 첨가량이 타이타늄 합금 전체 중량에 대하여 4 중량% 미만인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 3중량% 이하이고, 가장 바람직하게는 0.5∼2중량%이다. 페로크롬이 첨가되면 순수 타이타늄에 비해 강도가 증가할 수 있다. 다만, 페로크롬의 첨가량이 4중량% 이상일 경우에는 연신율이 매우 낮으며, 크랙 발생의 우려가 있다.
페로 크롬은 철(Fe): 20∼35 중량%, 실리콘(Si): 1∼4 중량%, 탄소(C): 0.15 중량% 이하를 포함하고, 나머지 크롬(Cr)과 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다. 페로 크롬의 특징은 Cr의 함량이 Fe의 함량보다 훨씬 많다는 것이다. 페로 크롬에서, Cr의 함량은 Fe의 함량의 1.7-4배, 예를 들어, 2-4배일 수 있다.
크롬(Cr)은 독성이 없는 원소로서, 타이타늄 합금에서 몰리브덴(Mo)보다 높은 베타상 안정화 원소이다. 순수 타이타늄에 크롬을 첨가하면, 고용강화 효과로 인해 강도가 증가될 수 있다. 다만, 크롬이 과다하게 첨가되면 Laves Phase(TiCr2)상의 형성으로 성형공정에서 파단의 가능성이 크다. 예를 들어 Ti-33Zr-3Fe-2Cr 합금, Ti-33Zr-5Fe-2Cr 합금, Ti-33Zr-7Fe-2Cr 합금과 같은 타이타늄 합금에서 Cr 첨가시 Laves 상을 형성하고, 그 결과 (압축 시험시) 크랙 거동을 하는 것이 알려져 있다.
철(Fe)은 크롬(Cr)과 마찬가지로 독성이 없으며, 몰리브덴보다 높은 베타상 안정화 원소이다. 순수 타이타늄에 철을 첨가하면, 고용강화 효과로 인해 강도가 증가될 수 있다. 다만, 철이 2중량% 이상 첨가된 타이타늄 합금의 용해시 마크로 또는 마이크로 편석을 유도할 수 있고, 일정 온도에서 열처리할 경우 상당히 취약한 상인 TiFe상을 형성할 수 있다.
실리콘(Si)은 독성이 없는 원소로서, 타이타늄 합금 용해시 핵생성 사이트를 많이 형성하여 결정립 미세화를 유도한다. 또한 실리콘은 타이타늄 합금의 정적 강도(static strength)를 증가시키는데 기여한다. 다만, 실리콘의 함량이 0.25중량%를 초과하면, 취성이 강한 실리사이드 형성으로 인해 크랙 발생을 촉진시킬 수 있다.
페로 크롬의 함량이 4중량% 미만일 경우, 타이타늄 합금에서 상기와 같은 크롬, 철, 실리콘의 바람직한 함량 범위를 충족시킬 수 있다.
본 발명에 따른 타이타늄 합금에는 산소(O)가 타이타늄 합금 전체 중량에 대하여 0.4 중량% 이하로 포함될 수 있다. 산소는 침입형 원소로서, 부식 저항성에 큰 영향을 미치지 않으면서 격자를 강화시키는 고용강화 합금 원소이다. 다만, 산소가 0.4중량%를 초과하여 과다 포함되면, 저온에서의 쌍정변형을 억제시킴으로써 충격저항을 급격히 감소시킬 수 있다.
상기와 같은 방법을 통해, 본 발명은 크롬(Cr): 0.1∼3.0 중량%, 철(Fe): 0.1∼1.0 중량%, 실리콘(Si): 0.01∼0.1 중량%, 산소(O): 0.4 중량% 이하를 포함하고, 나머지 타이타늄(Ti)과 불가피한 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 타이타늄 합금을 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 고강도 타이타늄 합금에서 Cr, Fe 및 Si 함량은 페로크롬의 첨가량에 따라 결정되며, 페로크롬 첨가량이 4중량% 미만, 보다 바람직하게는 3.0중량% 이하, 가장 바람직하게는 0.5∼2.0중량%임에 따라 상기와 같은 Cr, Fe 및 Si 함량을 충족할 수 있다.
본 발명에 따른 고강도 타이타늄 합금은 이하의 식 1로 표현되는 몰리브덴 당량([Mo]eq.)이 5 이하일 수 있다(식 1에서 [ ]는 해당 성분의 중량%).
[식 1]
[Mo]eq. = [Mo] + 0.2[Ta] + 0.28[Nb] + 0.4[W] + 0.67[V] + 1.25[Cr]+1.25[Ni] + 1.7[Mn] + 1.7[Co] + 2.5[Fe]
또한 본 발명에 따른 고강도 타이타늄 합금은 840∼930 ℃의 베타변태점을 가질 수 있다.
나아가, 실험 결과, 본 발명에 따른 고강도 타이타늄 합금은 540∼1370 MPa, 하기 실시예들에 의할 때 연신율까지 고려하면 보다 바람직하게는 861∼1165 MPa의 인장강도, 460∼1280 MPa의 항복강도 및 95∼105 GPa의 영률을 가질 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. 이하의 실시예에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
1. 페로크롬 분석
3개의 페로크롬 시편에 대하여 다음과 같이 성분 분석을 하였다. 10 mm × 10 mm 사이즈의 각 시편의 3개 위치(Left, Center, Right)에 대하여 각각 3번씩 EDS 분석을 수행하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[표 1] (단위 : 중량%)
Figure PCTKR2022019725-appb-img-000001
3개의 시편 모두 약 66중량%의 Cr과, 약 31%의 Fe와, 약 3중량%의 Si를 함유하며, 성분들의 함량 차이는 크지 않은 것을 볼 수 있다.
이하에서는 페로크롬 시편 #1을 대상으로 실험을 진행하였다.
페로크롬 시편 #1의 표면산화층을 제거한 후, EDS로 O, N, H, C의 함량을 분석한 결과를 표 2에 나타내었다.
[표 2]
Figure PCTKR2022019725-appb-img-000002
페로크롬은 탄소 함량에 따라, 저탄소 페로크롬, 중탄소 페로크롬, 고탄소 페로크롬으로 구분되는데, 이 중 저탄소 페로크롬은 탄소 함량이 0.2중량% 이하 또는 0.15중량% 이하인 것을 의미한다. 앞서 분석된 페로크롬 시편 #1의 경우 탄소 함량이 약 0.1중량%이고, 크롬 함량이 약 67%인 바, 저탄소 페로크롬에 해당한다.
Cr, Fe 및 Si의 융점은 각각 1907 ℃, 1538 ℃ 및 1414 ℃이나, 탄소 함량이 0.15중량% 이하인 저탄소 페로크롬의 융점은 약 1620 ℃로 알려져 있다. 또한, 타이타늄의 융점은 1668 ℃이다.
타이타늄에서 O, N, C, H 등은 파괴연성을 저하시키는 주요 원소로 특별한 관리가 요구된다. 순수 타이타늄에서 이들 원소들은 표 3에 나와 있는 중량% 이하로 관리하여야 한다(국가별 허용치 극소량 차이 존재). 특히 H 는 소량 첨가시에도 파괴연성을 저하시키므로 다른 원소에 비해 특별한 관리가 요구된다.
[표 3]
Figure PCTKR2022019725-appb-img-000003
앞서 분석된 페로크롬 시편 #1의 경우, 저탄소 페로크롬이고, 표 3의 O, N, C, H 등의 원소에 대한 최대 중량% 이하를 만족하고 있다.
타이타늄 합금 시편의 제조
순수 타이타늄(Ti-0.05 O 및 Ti-0.39 O)과 표 4에 기재된 함량의 페로크롬을 유도스컬 용해로에서 용해하여 타이타늄 합금을 형성한 후, 냉각하여 폭 10mm × 길이 30mm × 두께 10mm의 잉곳들을 제조하였다.
잉곳들을 830℃±20℃에서 표 4에 기재된 약 90%의 성형률(forming ratio)로 압연한 후 수냉하여, 비교예 1∼2 및 실시예 1∼8에 따른 타이타늄 합금 시편을 제조하였다.
표 4는 비교예 1∼2 및 실시예 1∼8에 따라 제조된 타이타늄 합금 시편에 있어서, 페로크롬 함량에 따른 Mo 당량과 베타변태점을 나타낸 것이다. 그리고, 표 5는 실시예 1∼8에 따른 타이타늄 합금 시편에서 첨가된 페로크롬에 따른 Cr, Fe 및 Si의 함량을 나타낸 것이다.
[표 4]
Figure PCTKR2022019725-appb-img-000004
[표 5]
Figure PCTKR2022019725-appb-img-000005
도 1a는 순수 타이타늄(Ti-0.05 O) 시편인 비교예 1에 따른 시편의 상분율을 나타낸 것이다. 도 1b는 순수 타이타늄(Ti-0.05 O)에 페로크롬이 4중량% 첨가되어 제조된 타이타늄 합금 시편의 상분율을 나타낸 것이다. 도 1c는 순수 타이타늄(Ti-0.05 O)에 페로크롬이 0.5중량% 첨가되어 제조된 타이타늄 합금 시편의 상분율을 나타낸 것이다.
도 1a 내지 도 1c에 이용된 순수 타이타늄(Ti-0.05 O)은 산소 함량이 약 0.05중량%인 Grade 1 또는 Grade 2에 해당한다.
표 4 및 도 1a를 참조하면, 순수 타이타늄(Ti-0.05 O)의 경우, 약 890℃ 이상의 고온에서는 베타 상으로 존재하고, 그 이하의 저온에서는 실질적으로 알파 상으로만 존재하는 것을 볼 수 있다.
그러나, 표 4 및 도 1b를 참조하면, 페로크롬이 4중량% 첨가되어 제조된 타이타늄 합금 시편의 경우, 약 850 ℃ 이상의 고온에서는 베타 상으로 존재하고, 600∼850 ℃에서는 베타 상과 알파 상이 공존하며, 약 600 ℃ 이하에서는 알파 상으로 존재하는 것을 볼 수 있다. 특히, 도 1b를 참조하면, 고온 베타 상에서 저온 알파 상으로 상변태되는 도중에 600∼650 ℃ 구간에서 TiCr2가 석출된 것을 볼 수 있다. 이러한 TiCr2가 과다하면 성형 공정에서 파단 가능성이 있다.
한편, 도 1c를 참조하면, 페로크롬이 0.5중량% 첨가되어 제조된 타이타늄 합금 시편의 경우, 도 1b와 달리 석출물이 거의 형성되지 않아, 성형 공정에서 보다 유리하다고 볼 수 있다.
도 2a는 순수 타이타늄(Ti-0.39 O) 시편인 비교예 2에 따른 시편의 상분율을 나타낸 것이다. 도 2b는 순수 타이타늄(Ti-0.39 O)에 페로크롬이 4중량% 첨가되어 제조된 타이타늄 합금 시편의 상분율을 나타낸 것이다. 도 2c는 순수 타이타늄(Ti-0.39 O)에 페로크롬이 0.5중량% 첨가되어 제조된 타이타늄 합금 시편의 상분율을 나타낸 것이다.
도 2a 내지 도 2c에 이용된 순수 타이타늄(Ti-0.39 O)은 산소 함량이 약 0.39중량%인 Grade 4에 해당한다고 볼 수 있다.
표 4 및 도 2a를 참조하면, 순수 타이타늄(Ti-0.39 O)의 경우, 약 930 ℃ 이상의 고온에서는 베타 상으로 존재하고, 그 이하의 저온에서는 실질적으로 알파 상으로만 존재하는 것을 볼 수 있다.
그러나, 표 4 및 도 2b를 참조하면, 페로크롬이 4중량% 첨가되어 제조된 타이타늄 합금 시편의 경우, 약 910 ℃ 이상의 고온에서는 베타 상으로 존재하고, 600∼910 ℃에서는 베타 상과 알파 상이 공존하며, 600 ℃ 이하에서는 알파 상으로 존재하는 것을 볼 수 있다. 특히, 도 2b를 참조하면, 고온 베타 상에서 저온 알파 상으로 상변태되는 도중에 약 600∼650 ℃에서 TiCr2가 석출된 것을 볼 수 있다.
한편, 도 2c를 참조하면, 페로크롬이 0.5중량% 첨가되어 제조된 타이타늄 합금 시편의 경우, 도 2b와 달리 석출물이 거의 형성되지 않은 것을 볼 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 비교예 시편 1∼4 및 실시예 시편 1∼8에 대한 기계적 특성을 나타낸 것이다.
비교예 3에 따른 시편은 순수 타이타늄(Ti-0.05 O)에 페로크롬이 4중량% 첨가되어 제조된 타이타늄 합금 시편이고, 비교예 4에 따른 시편은 순수 타이타늄(Ti-0.39 O)에 페로크롬이 4중량% 첨가되어 제조된 타이타늄 합금 시편이다.
기계적 특성은 각 타이타늄 합금 시편에 대하여 상온에서 변형속도 1.5 mm/min 조건으로 인장시험하여 얻었다.
비교예 시편 1∼2 및 실시예 시편 1∼8에 대한 기계적 특성을 표 6에 나타내었다.
[표 6]
Figure PCTKR2022019725-appb-img-000006
도 3a, 도 3b 및 표 6을 참조하면, 페로크롬이 첨가되지 않은 비교예 1 ∼ 2에 따른 순수 타이타늄 시편들의 경우, 418 ∼ 758MPa의 인장강도와 352 ∼ 672MPa의 항복강도를 나타내는 것을 볼 수 있다. 이에 반해, 순수 타이타늄에 페로크롬이 3.0중량% 이하로 첨가하여 제조된 타이타늄 합금 시편들의 경우, 540 ∼ 1370MPa의 인장강도와 460 ∼ 1280MPa의 항복강도를 갖는 것을 볼 수 있다. 즉, 페로크롬이 첨가되어 제조된 타이타늄 합금의 경우, 순수 타이타늄에 비해 강도가 상승하는 것을 볼 수 있다. 특히, 표 6을 참조하면, 실시예 3-7의 경우, 861∼1165 MPa의 인장강도를 가지면서 양호한 연신율을 갖는 것을 볼 수 있다.
표 7은 비교예 1∼4에 따른 시편과 실시예 1∼8에 따른 시편의 연신율 측정 결과 및 크랙발생 관찰 결과를 나타낸 것이다.
[표 7]
Figure PCTKR2022019725-appb-img-000007
도 3a, 도 3b 및 표 7을 참조하면, 비교예 1, 실시예 1∼4 및 비교예 3을 비교할 때, 그리고 비교예 2, 실시예 5∼8 및 비교예 4를 비교할 때, 순수 타이타늄 시편에 페로크롬이 첨가됨에 따라 연신율은 감소하는 경향을 보인다.
그러나, 비교예 3 ∼ 4의 경우 산소 농도가 0.05∼0.39중량%가 포함된 순수 타이타늄에 4.0중량%로 페로크롬을 첨가한 경우, 연신율이 1.1 ∼ 1.4로 급격히 감소하나, 실시예 1 ∼ 8의 경우 산소 농도가 0.05∼ 0.39중량%가 포함된 순수 타이타늄에 4.0중량% 미만, 보다 구체적으로 3.0중량% 이하로 페로크롬을 첨가한 경우 급격한 연신율 감소없이 연신율 범위가 2.2 ∼ 16.8%로 나타났다. 즉, 실시예 1∼4 및 비교예 3을 비교할 때, 그리고 실시예 5∼8 및 비교예 4를 비교할 때, 4중량% 미만의의 페로크롬의 첨가는 급격한 연신율의 감소를 가져오지 않으나, 4중량% 또는 그 이상의 페로크롬을 첨가하는 경우 급격한 연신율의 감소를 가져오는 것을 알 수 있다.
나아가, 실시예 1∼3과 실시예 4, 실시예 5∼7과 실시예 8을 비교하면, 페로크롬의 첨가량이 0.5∼2.0중량%인 경우에 비해, 페로크롬의 첨가량이 3.0중량%인 경우 연신율의 저하 정도가 더 크게 나타남을 볼 수 있다. 따라서, 강도 및 연신율을 고려할 때 페로크롬의 첨가량은 0.5∼2.0중량%인 것이 가장 바람직하다고 볼 수 있다.
또한, 표 7을 참조하면, 비교예 4에 따른 타이타늄 합금 시편의 경우, 크랙이 발생하였으나, 실시예 1∼8에 따른 타이타늄 합금 시편의 경우 크랙이 발생하지 않은 것을 볼 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (8)

  1. (a) 순수 타이타늄(Ti)에 페로크롬을 첨가하는 단계;
    (b) 상기 (a) 단계의 결과물을 용해시킨 후 냉각하여 타이타늄 합금 모재를 형성하는 단계; 및
    (c) 타이타늄 합금 모재를 열간 성형하는 단계;를 포함하고,
    상기 페로크롬은 철(Fe): 20∼35 중량%, 실리콘(Si): 1∼4 중량%, 탄소(C): 0.15 중량% 이하를 포함하고, 나머지 크롬(Cr)과 불가피한 불순물로 이루어지며,
    타이타늄 합금 전체 중량에 대하여 상기 페로크롬이 4 중량% 미만으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 고강도 타이타늄 합금 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타이타늄 합금 전체 중량에 대하여 상기 페로크롬이 0.5∼2 중량%로 첨가되는 것을 특징으로 하는 고강도 타이타늄 합금 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열간 성형은 800∼850 ℃에서 90% 이하의 성형률로 수행되는 것을 특징으로 하는 고강도 타이타늄 합금 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    제조되는 타이타늄 합금이 크롬(Cr): 0.1∼3.0 중량%, 철(Fe): 0.1∼1.0 중량%, 실리콘(Si): 0.01∼0.1 중량%, 산소(O): 0.4 중량% 이하를 포함하고, 나머지 타이타늄(Ti)과 불가피한 불순물로 이루어지며, 861∼1165 MPa의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 타이타늄 합금 제조 방법.
  5. 크롬(Cr): 0.1∼3.0 중량%, 철(Fe): 0.1∼1.0 중량%, 실리콘(Si): 0.01∼0.1 중량%, 산소(O): 0.4 중량% 이하를 포함하되, 크롬(Cr)의 함량이 철(Fe)의 함량보다 더 크며, 나머지 타이타늄(Ti)과 불가피한 불순물로 이루어지고,
    861∼1165 MPa의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 타이타늄 합금.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 크롬의 함량이 상기 철의 함량의 1.7-4배인 것을 특징으로 하는 고강도 타이타늄 합금.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 타이타늄 합금은 이하의 식 1로 표현되는 몰리브덴 당량([Mo]eq.)이 5 이하이고, 840∼930 ℃의 베타변태점을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 타이타늄 합금.
    [식 1]
    [Mo]eq. = [Mo] + 0.2[Ta] + 0.28[Nb] + 0.4[W] + 0.67[V] + 1.25[Cr]+1.25[Ni] + 1.7[Mn] + 1.7[Co] + 2.5[Fe]
  8. 제5항에 있어서,
    상기 타이타늄 합금은 460∼1280 MPa의 항복강도 및 95∼105 GPa의 영률을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 타이타늄 합금.
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