KR910009976B1 - 튜브의 제조방법 - Google Patents

튜브의 제조방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
튜브의 제조방법
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 연속 주조물 또는 빌레트 등으로부터 냉간 가공에 의해서 재료의 변형 저항성의 영향으로 인한 재료의 온도를 재결정 온도 범위까지 상승시키도록 하여, 튜브를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 특히 본 발명은 구리, 알루미늄, 니켈, 지르코늄, 티타늄 및 이들의 합금 등의 비 철금속으로 된 빌레트로부터 튜브를 제조하는 방법에 관한 것이다.
구리 및 구리합금의 제품을 제조하는데 있어서, 통상적인 종래 기술의 공정은 원형 빌레트 및 슬라브 등과 같은 인고트 주조법으로 제조한 인고트를 먼저 열간 가공한 후에 냉각 가공을 하고 있다. 열간가공 단계에서는 예를 들어 압연, 압출 또는 천공작업을 수행하며, 냉간가공 단계에서는 예를 들어 압연, 인발 또는 필거밀(pilger mill)을 사용하여 압연을 수행한다. 이어서 각 제품에 대하여 요구되는 제품의 종류에 따라 특별한 추가의 처리과정을 행한다.
근자의 산업계에서는 제조공정 상의 가공단계들을 축소시키기 위해, 연속 주조법에의 의존도를 상당히 높여가고 있는데, 그 목적은 인고트의 크기를 최종제품의 크기에 가능한 한 근접시키기 위함이다. 이와 관련하여, 이러한 주조법을 서브머지드 다이 연속 주조법(submerged die continuous casting)이라 칭하기도 한다. 튜브 셀 제품 등과 같은 연속 주조법으로 생산된 제품의 결정 조직은 조대한 입자를 가지며, 불균일하다. 이러한 결정조직은 재료에 대한 차후 처리에 있어 특별한 문제점을 야기한다. 스트립 등과 같이 단면적이 작은 연속 주조 빌레트에 대한 차후처리는 흔히 냉간 가공에 의해 수행되고 있다. 그러나 주조시에 발생된 조대하고 불균일한 조직은 특히 튜브나 바아의 냉간 가공시에, 최종 제품에 가시적으로 잔류하여 불량품의 원인이되는 소위 귤껍질면과 같은 결합을 재료상에 초래할 수 있다. 이러한 조직의 또 다른 결정은 냉간 가공이 연속적으로 수행될 때 초기에 이미 균열이 재료에 발생하여 그 재료가 결국 파괴된다는 것이다. 이러한 것은 특히 인장력하에서 재료를 휘게하는 가공공정, 예를들어 튜브에 불 블록 인발(bull block drawing)을 행할 때에 보편화된 현상이다.
통상적인 튜브 제조방법에 따르면, 압출된 튜브셀을 우선 필거밀에서 냉각 압연한 후에 불블럭인발을 수행한다. 그러나 필거압연에 대한 비용이 고가이며, 필거밀으로는 상기 셀에 예상되는 편심현상을 조정할 수 없다는 중대한 결점이 존재한다.
전술한 것과 같이 열간 가공은 인고트 주조법과 또한 부분적으로 연속주조법에 있어서의 통상적인 해결방법이다. 이러한 열간가공을 채택함으로써, 금속과 합금을 열간가공 공정시에 재결정화하여 균일하게 할 수 있기 때문에, 주조후의 불균일한 결정조직으로 인해 야기되는 문제점을 해결할 수 있다. 그러나 이러한 열간 가공 기술은 특히 구리, 알루미늄 및 그 합금으로된 단면적이 작은 연속 주조 빌레트에 적용하는 것은 극히 비경제적이다.
SMS 쉬로에만-지 마크사는 3개의 원추형 로올이 서로 120。의 각도로 배열된 유성 압연 기술(planetary rolling technique)을 개발했다. 상기 로울들은 그들 자신의 축을 중심으로 회전하고 또한 전체 유성장치의 중심축을 중심으로 회전한다. 단 한번의 압연으로 면적은 최소 70% 이상 감소되고, 최대 90% 이상 까지도 감소된다. 유성 압연은 종종 약어 PSW(Planetenschargwalzwerk)로 칭하여지며, 상기 장치는 몇몇 특허로 보호 받고 있다.
현재까지 유성압연 방법은 강(steel)의 압연에 적용되어 왔다. 튜브인 경우, 예비 가열된 빌레트를 우선 예를 들어 천공밀을 통과시킨 후에 PSW 밀에서 압연한다. 바아의 압연시에는 우선 빌레트를 별도로 예비가열시키며, 따라서 유성밀에서 강을 압연하는 것과 관련해서는 항상 열간 가공을 수행한다.
비철금속, 특히 구리, 알루미늄, 니켈, 지르코늄, 티타늄 및 이들 각각의 합금을 가공할 때, 냉간가공시에 재료의 면적의 큰 감소와 내부마찰력으로 인해 재료의 온도를 재결정화 온도 범위까지 상승시킬 경우, 별도의 예비가열이나 별도의 중간단계의 풀림열처리를 수행하지 않고도 재료의 미시 구조에 대하여 양호한 결과를 성취할 수 있다는 놀라운 사실을 최근에 밝혀냈다. 본 발명의 본질적인 신규한 특징은 첨부된 특허청구의 범위 제1항에서 명확히 알 수 있다.
통상적으로 냉간 가공이란 가공물을 저온 상태에 두고, 가공중에 상기 가공물의 온도를 재결정온도 이하로 유지하는 공정을 의미하나, 본 발명에 있어서의 냉간가공은, 가공 개시시의 온도는 주위의 온도와 같지만 가공 공정중에 온도가 통상적인 냉간가공 온도이상, 즉 재료의 재결정화 온도범위까지 상승하는 공정을 의미한다.
수차례의 시험을 수행한 결과, 가공중에 가공 면적의 큰 감소와 내부 마찰력으로 인한 재료내에 야기되는 변형 저항성 때문에 재료의 온도가 250∼750℃의 범위로 상승한다는 사실이 입증되었다. 경험에 의하면 구리 및 구리합금의 재결정 온도는 250∼700℃ 범위내, 알루미늄 및 알루미늄 합금은 250∼450℃ 범위내, 니켈 및 니켈 합금은 650∼760℃ 범위내, 지르코늄 및 지르코늄 합금은 700∼785℃ 범위내, 그리고 티타늄 및 티타늄 합금은 700∼750℃ 범위내라는 사실이 알려져 있다. 가공온도는 냉각에 의해 온도를 조절함으로써 각 재료에 적당하도록 조절할 수 있다. 적어도 부분적으로 재결정화된 조직을 갖는 재료의 경우, 그 재료가 균열된 워험성 없이도 냉간가공, 예를들어 튜브의 불블럭 인발공정 등의 추가의 공정을 계속 수행할 수 있다.
또한 이러한 가공방법에 있어서는, 가공과 관련된 온도 증가의 시간이 짧아서 표면이 과도하게 산화되고 입자가 과도하게 성장되는 위험성이 없기 때문에 바람직하다. 이러한 가공단계에서 형성된 입자의 크기는 약 0.005∼0.050mm로 작다.
튜브셀의 냉간가공에 있어서, 유성 압연은 온도를 재결정 온도범위까지 상승도록 하는데 적당한 방법임이 입증되었다. 직경이 예를 들어 80/40mm인 튜브셀 내측에, 맨드렐 운반기로 맨드렐을 위치시켜 적어도 55/40mm, 바람직하기로는 45/40mm의 크기로 튜브셀을 압연한 후, 인발공정을 계속 수행한다. 바아도 상기 튜브를 압연하는 것과 동일한 형태로 압연하나, 이 경우 맨드렐은 필요치 않다. 스트립을 제조하는 경우, 단조와 같이 가공 면적을 상당히 크게 감소케하는 기타의 가공방법을 선택할 수도 있다.
가공공정에 의해 야기되는 온도의 상승이 재료의 재결정화에 충분치 않을 경우, 예를 들어 유도 코일을 적용하여 가공단계 직전에 빌레트가 이를 통과하도록 함으로써 재료를 약간 예비 가열하여 재결정화를 촉진시킬 수도 있다.
전술한 설명에서 알 수 있듯이, 연속주조재는 PSW 압연에 대한 공급재로서 아주 적당하지만, 압출된 튜브셀을 공급재로 하는 것도 가능하다. 따라서 고가의 필거압연을 저렴한 PSW 압연으로 대체할 수 있으며, 그리고 재료의 미시구조를 더 양호하게 가공중에 튜브셀의 편심율을 감고시킬 수 있다는 장점을 부수적으로 성취할 수 있다. 본 발명에 따른 방법에 있어서 가장 바람직한 면은, 튜브 및 바아 제조시, 빌레트 주조-압출(또는 천공)-필거압연을 수행하는 고가의 기술 대신에 연속주조-PSW 압연을 수행하는 비교적 저렴한 기술을 사용한다는 것이다.
하기 실시예에서 본 발명을 더 설명한다.
[실시예 1]
(종래 기술)
인 함유 탈 산소화 구리(Cu-DHP)로 된 주조 튜브셀을 필거밀에서 압연했다. 셀의 처음 직경은 80/60mm이며, 주조조직의 입자 크기는 1∼20mm였다. 압연후 튜브의 직경은 44/40mm였고, 주조조직의 가공 경화 조직으로 바뀌었다. 튜브의 경도는 120∼130HV5이 범위내 였다. 그러나 이러한 방식으로 압연된 튜브는 불블럭 인발 공정을 확실히 보장 못하고 단지 스트레이트 벤치 인발(straight bench draws)만을 가능케 한다. 이렇게 제조된 튜브를 불 블록으로 인발하기 위해서는 중간의 풀림 열처리 단계가 필요했다. 따라서 이러한 종류의 압연방법에서 재료는 저온으로 유지되므로 그의 주조 및 가공 경화조직은 소멸되지 않는다. 또한 가공면의 질은 조대한 주조조직으로 인해 만족스럽지 못했다.
[실시예 2]
(종래 기술)
직경이 80/40mm인 연속 주조 튜브셀을 드로우 벤치(draw bench)로써 직선상으로 인발했다. 주조조직은 고하중의 가공을 확실히 보장해 주지 않아, 튜브셀 표면의 질은 불량하고, 중간의 풀림 열처리 단계를 거치지 않고서 불 블록드로오로써 인발을 계속 수행할 수 없었다. 셀의 재료는 실시예 1의 재료와 동일한 것을 사용했고, 주조 및 가공경화조직, 그리고 냉간가공튜브의 경도는 상기 실시예 1과 동일했다.
[실시예 3]
(종래 기술)
크기가 280×660mm이고 인함유 탈 산소화 구리(Cu-DHP)로 된 주조 빌레트를 압출하여 제조한 입도가 약 0.1mm이고, 직경이 80/60mm인 튜브셀을 필거밀에서 직경이 44/40mm으로 되도록 압연했다. 이렇게 압연된 튜브의 경도는 약 120∼130HV5였고, 그 조직은 가공경화 조직으로 바뀌었다. 중간의 풀림 열처리 과정없이는 튜브를 불 블록 및 벤치 드로오로써 목적하는 최종 제품의 크기로 가공할 수 없었다. 필요하다면 최종 제품을 연화 어니일링할 수도 있다.
[실시예 4]
직경이 80/40mm이고 구조가 통상적인 구조 조직이며 인함유 탈 산소화구리로 된 연속 주조 튜브셀을 PSW 밀에서 46/39mm로 압연했다. 압연후, 압연된 튜브를 불 블록으로 인발작업을 계속할 수 있었다. 압연된 튜브의 미시구조를 관찰했을 때 입자 크기가 0.005∼0.015mm로 작았으며, 이것은 압연중에 재료내에서 재결정화가 행해졌음을 의미한다. 압연된 튜브의 강도는 75∼80HV5였고, 이는 풀림 열처리 단계가 불필요하다는 것을 의미한다. 이러한 튜브를 6개의 불블럭 드로오로써 처리하여 직경이 18/16.4mm인 것을 수득했다. 인발 후에튜브의 경도는 132HV5였다.
[실시예 5]
무산소 구리 Cu-OF로 되어 있고 직경이 80/40mm인 압출된 튜브셀을 PSW 밀에서 46/40mm로 압연했다. 압연을 진행하는 동안 가공 공정에서 상승된 온도의 영향으로 인해 재료는 재결정화 되었다. 압연된 튜브의 입자 크기는 약 0.010mm였고 경도는 80HV5였다.

Claims (10)

  1. 연속주조 또는 압출에 의해 제조된 상온 상태의 구리, 니켈, 지르코늄, 티타늄 또는 이들의 합금으로 구성된 튜브셀에 대하여, 단일 패스에서의 면적 감소율이 70% 이상이 되도록 유성 냉간 압연을 행하여, 상기의 면적 감소와 재료의 변형 저항성에 기인하여 가공재의 온도를 재료의 재결정 온도 범위까지 상승케하고, 또한 0.005 내지 0.050mm 범위 내의 입자크기를 갖도록 가공하는 것을 특징으로 하는 비철금속재의 튜브의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 냉간 가공시 상기 가공재를 냉간가공 직전에 예비 가열하는 것을 특징으로 하는 튜브의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기한 예비 가열이 유도코일을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 튜브의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 단일 패스에서의 면적 감소율이 약 90%인 것을 특징으로 하는 튜브의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 가공재의 온도가 250 내지 750℃의 범위로 상승되는 것을 특징으로 하는 튜브의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가공재의 재질이 구리 또는 구리합금이며, 상기 가공온도가 250 내지 700℃의 범위로 상승되는 것을 특징으로 하는 튜브의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 가공재의 재질이 니켈 또는 니켈 합금이며, 상기 가공온도가 650 내지 750℃의 범위로 상승되는 것을 특징으로 하는 튜브의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 가공재의 재질이 지르코늄 또는 지르코늄 합금이며, 상기 가공온도가 700 내지 750℃의 범위로 상승되는 것을 특징으로 하는 튜브의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 가공재의 재질이 티타늄 또는 티타늄 합금이며, 상기 가공온도가 700 내지 750℃의 범위로 상승되는 것을 특징으로 하는 튜브의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 온도가 냉각을 조정함으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 튜브의 제조방법.
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