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KR102006372B1 - 균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법 - Google Patents

균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법 Download PDF

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KR102006372B1
KR102006372B1 KR1020177030884A KR20177030884A KR102006372B1 KR 102006372 B1 KR102006372 B1 KR 102006372B1 KR 1020177030884 A KR1020177030884 A KR 1020177030884A KR 20177030884 A KR20177030884 A KR 20177030884A KR 102006372 B1 KR102006372 B1 KR 102006372B1
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billets
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디안종 리
이이 리
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중국과학원금속연구소
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Abstract

본 발명은 단조품을 단조하는 분야에 관한 것으로 ,구체적으로는 균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법이다. 빌렛을 사전 제조하고, 복수개의 연속 주조 빌렛을 지정사이즈로 절단하고, 밀링머신을 통해 용접할 표면을 평평하게 가공하여 진공플라즈마를 사용하여 세척하고, 빌렛을 포개서 합친 후 진공실내에서 용접할 표면 주위를 전자빔으로 용접한 다음에 빌렛을 단조용접하여 균질화 하고, 용접한 빌렛을 지정온도로 가열한 후 화로에서 꺼내어 액압프레스에서 단조하는데, 초기 업세팅 과정에서는 단조중 보압(鍛造中保壓), 단조간 보온(鍛造間保溫)의 조치를 채택하여 계면을 충분히 용접한 다음, 그 이후의 단조과정에서는 삼방향 단조(三方向鍛造)의 방법으로 용접한 계면을 분산시켜 계면의 성분, 조직, 및 개재물이 주물과 일치한 수준까지 도달하도록 하며, 마지막으로 빌렛을 최종 규격사이즈로 단조하여 성형하는 방법이다. 본 발명은 다이캐스팅 강괴를 사용하여 단조품을 제조하는 전통방법을 혁신하였고 비교적 저렴한 연속 주조 빌렛을 이용하여 겹치기 단조를 한다. 제조원가를 20% 이상 절감할 수 있을 뿐만 아니라 큰 단조품의 거대편석, 중심수축기공 문제를 충분히 해결할 수 있다.

Description

균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법
본 발명은 단조품을 단조하는 분야에 관한 것으로, 구체적으로는 균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법에 관한 것이며, 균질화 단조품의 연속 주조 빌렛을 겹치기 단조 성형에 적용한다.
단조품은 야금기계, 석유화공, 교통운송, 에너지 전력 등 영역에 대형 설비세트의 핵심부품으로써 국민경제건설, 국방장비와 중대과학장치에서 매우 중요한 역할을 발휘하고 있으며, 그 생산능력과 품질수준은 국가자주능력 및 국력강약을 평가하는 중요한 상징이다. 그래서 단조품의 내재품질을 제고하여 그 운행과정의 안전성 과 안정성을 보장해주는 것이 매우 중요한 의미를 가진다.
단조품은 일반적으로 강괴로 단조형성되는데, 강괴내부에 금속 응고 수축으로 인해 대량의 미세수축기공과 다공결함이 생긴다. 이 공동형 결함이 강괴 심부에 퍼져 분포된다. 재료의 연속성이 파괴되고 단조품의 역학성능에 영향을 끼친다. 동시에 응고 과정의 용질을 재분배하기 때문에 큰 절단면의 강괴 응고 말기에 합금농도가 높을 뿐만 아니라 저용점물질과 개재물원소가 자주 집중하여, 거대편석이 형성되며 강괴의 머리와 꼬리간의 역학성능이 비교적 큰 차이를 초래한다. 이는 단조품성능의 균질성과 사용의 안전성에 영향을 끼친다. 이 부정적 작용을 낮추기 위해 현재 공업계에서는 보편적으로 강괴의 머리를 자르고 꼬리를 자르는 방법을 채택하는데, 절제율이 30% 이상이므로, 재료의 이용률이 매우 낮고 제품의 경제성도 비교적 낮다.
연속 주조 빌렛은 현재 철강공업의 대량생산에 제일 안정적이다. 제일 성숙적 제품중에 하나이다. 연속 주조 빌렛의 특징은 제조원가가 낮고 생산효율이 높다. 게다가 소정의 규격 이하(일반적으로 슬라브는 300mm, 원형 빌렛 600mm)일 경우, 그 내부조직은 비교적 치밀하고 거대편식 정도가 비교적 낮다. 그러나, 쾌속 응고와 호트 톱피딩이 없는 특징의 제한때문에, 연속 주조 빌렛의 절단면 사이즈가 상기 규격이상을 도달할 시 연속주조 빌렛중심에 관통성 수축기공이 쉽게 생긴다. 자른 후 산화가 발생하여 후속의 압연이나 단조를 통해 힐링할 수 없다. 더 나아가 그의 응용법위가 제한되었다. 그래서, 현재 고품질의 단조품은 아직 연속 주조 빌렛을 채택해서 제조할 수 없으며 여전히 비교적 원가가 높은 다이캐스팅 강괴를 모재로 채택한다.
최근 몇 년간, 고성능 전자빔발생기의 개발성공에 따라 특후판 제조 영역에 진공복합압연방법이 나타났다(문헌: Development of new heavy gauge steel plate using cladding technology, JFE Technical Report, 2004, 5(8):65). 이 방법은 평상 두께의 빌렛을 포개어 합치고 전자빔을 사용해서 계면 주위를 용접한다. 다음에 가열과 압연을 진행해서 특후판을 확득한다. 이 방법은 진공전자빔을 사용해서 용접한다(EBW). 계면의 심한 오염과 고온산화를 피하고 압연과정 금속의 고온확산용접원리를 통해 복수개의 빌렛을 연결시키며 철강공장에 특후판을 생산할 수 없는 문제가 해결된다. 확산용접과정의 3요소는 온도, 압력, 및 시간인데, 비록 압연과정은 고온고압에서 진행하지만 압연속도가 비교적 빠르고 압력을 순식간에 복합계면에 주기 때문에 계면의 완전 용접과 주물과의 일치를 도달하는 것이 실현하기 어렵다. 동시에 단조에 비하면, 압연과정의 특징은 변형방향이 단일화하고 변형량이 비교적 작다. 또한 변형은 주로 빌렛의 표면에 분포되고 중심의 변형량이 작으므로, 중심위치의 계면용접에 대한 것은 불리하다. 문헌(謝廣明等，軋制工藝對眞空軋制復合鋼板組織與性能的影響, 鋼鐵硏究學報, 2011，23（12）27-30)은 압연율이 다른 경우에 계면에 대한 용접효과에 영향을 연구했다. 압연율이 70%에 도달해야 계면의 Z 방향 인장강도가 주물과 일치하는 정도에 도달할 수 있는 것을 발견했다. 하지만 비교적 작은 압연율에 계면 용접이 충분하지 않고 여전히 마이크 다공 과 산화막이 존재한다. 특히 교대하중에 운행하는 부분에는 적용할 수 없다. 그래서, 현재 진공 복합 압연방법을 사용해서 제조하는 특후판은 단지 까다롭지 않은 부하환경에서만 사용한다.
이에 비해, 단조는 수천년 간 이어지는 금속압력가공 수단으로서 비록 효율이 압연보다 높지 않지만 변형방식이 원활해서 빌렛의 1회 대변형과 다방향 변형을 실현할 수 있다. 그 시대 공업혁명전에는 품질이 비교적 높은 금속부품이나 도검 같은 것 등을 다 단조방법을 이용해서 생산하였다. 당시 제련 수준의 제한때문에 단조품의 모재는 주로 해면철이었다. 반복적 대변형을 통해 금속내부의 개재물을 파쇄할 수 있다. 표면적 연장과 산화를 통해 탄소제거를 실현할 수 있다. 몇 백번의 겹치기 단조를 통해 재료의 인성과 균질성을 제고할 수 있다. 이 단조 방식을 사용해서 고강도 및 고인성의 도구가 생산되었고 이 공정수준과 성능이 그 시대의 재료계에 높이 평가되었다. 그중에 부족한 것은 그 시대의 공정수준조건에 겹치기 단조는 아직 계면의 오염과 산화를 피할 수 없고 단지 여러 번의 대변형을 통해 계면의 산화막을 충분히 파쇄, 분산시키고 용접을 실현하였다.
최근 몇 년간, 표면청결영역에서 플라즈마 세척기술이 발전해왔다. 이 기술은 무선무파수 전원이 발생하는 고압교류전장을 이용하여 산소, 아르곤, 수소 등 공예기체를 진동시켜 고방향활성이나 고능력의 이온을 가지게 되었다. 다음에 유기오염물 및 극미립자오염물을 반응시키거나 부딛히게 해서 휘발성물질을 형성한다. 기체유량 및 진공펌프로 이 휘발성 물질들을 제거해서 표면 청결활성화의 목적이 도달되었고 세척방법 중 제일 철처한 박리식 세척이다. 이 기술의 특징은 빌렛 표면의 미세공동과 요철의 내부에 깊이 들어가서 세척을 완성한다. 표면의 기름때를 효율적으로 제거하며 표면의 활성을 증가할 수 있고 용접효과가 높아진다. 더구나, 유해용제의 사용을 회피하여 세척 후 유해 오염물이 생기지 않고 친환경적이다.
도검의 겹치기 단조성형사상과 플라즈마 세척, 진공 전자빔 용접등의 기술을 기본으로 본 발명의 목적은 균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법을 제공하는데, 저원가의 연속 주조 빌렛을 원료로 하며 표면 가공과 청결 후 진공전자빔을 이용해 복수개의 빌렛을 용접한다. 다음에 대변형 보압과 다방향단조(多方向鍛造)를 특징으로 하는 단조용접 공정을 실시한다. 계면을 충분히 용접하고 분산시켜 최족적으로 계면의 성분, 조직과 개재물 수준이 주물과 일치하도록 할 수 있다.
균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법에 있어서,
빌렛을 사전 제조하고, 복수개의 연속 주조 빌렛을 지정 사이즈로 절단하고, 밀링머신을 통해 용접할 표면을 평평하게 가공하여 진공 플라즈마를 사용하여 세척하고, 빌렛을 포개서 합친 후 진공실내에서 용접할 표면 주위를 전자빔으로 용접한 다음에 빌렛을 단조용접하여 균질화하고, 용접한 빌렛을 지정온도로 가열한 후 화로에서 꺼내어 액압 프레스에서 단조하는데, 초기 업세팅 과정에서는 단조중 보압(鍛造中保壓), 단조간 보온(鍛造間保溫)의 조치를 채택하여 계면을 충분히 용접한 다음, 그 이후의 단조과정에서는 삼방향 단조(三方向鍛造)의 방법으로 용접한 계면을 분산시켜 계면의 성분, 조직, 및 개재물이 주물과 일치한 수준까지 도달하도록 하며, 마지막으로 빌렛을 최종 규격사이즈로 단조하여 성형하는 방법이며,
소정의 규격에 따라 연속 주조 빌렛을 절단하는 첫 번째 단계,
용접할 표면을 가공, 세척하는 두 번째 단계,
빌렛을 진공 전자빔으로 용접하는 세 번째 단계,
빌렛을 단조전에 가열하는 네번째 단계,
빌렛을 업세팅 및 보압단조용접하는 다섯 번째 단계,
빌렛에 대해 고온하에서 확산 연결을 실시하는 여섯 번째 단계,
Y 방향에 따라 스트레칭 단조를 실시하는 일곱 번째 단계,
X 방향에 따라 스트레칭 단조를 실시하는 여덟 번째 단계,
Z 방향에 따라 스트레칭 단조를 실시하는 아홉 번째 단계, 및
빌렛을 최총 단조품의 사이즈로 단조 성형하는 열 번째 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법에 있어서, 첫 번째 단계에 있어서, 연속 주조 빌렛을 절단 할 때 길이와 넓이의 비율은 2:3이고, 절단된 연속 주조 빌렛을 일정한 수량 준비한 후, 총 높이와 넓이의 비율이 2:1이 되도록, 즉 넓이(X):길이(Y):높이(Z)=2:3:4가 되도록, 삼방향 단조(三方向鍛造)를 실시하기 쉽게 포개어 합친다.
균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법에 있어서, 두 번째 단계에 있어서, 플래노 밀러를 사용하여 용접할 표면을 가공한 다음에 진공실에 넣어 플라즈마를 사용해서 용접할 표면을 세척하여, 표면의 고도 청결을 보장하면서 신선한 금속이 드러나도록 한다.
균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법에 있어서, 세 번째 단계에 있어서 빌렛을 진공실에 넣어 포개어 합치며, 용접할 표면 주위를 진공 전자빔으로 용접하는데, 용접심도가 10~50mm이다.
균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법에 있어서, 네 번째 단계에 있어서, 용접이 완성된 빌렛을 가열로에 넣어 가열하는데, 가열 온도는 0.85 Tm이고, 여기서, Tm 은 재료의 용점이고 단위는 ℃이다.
균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법에 있어서, 다섯번째 단계에 있어서, 가열된 빌렛을 단압기계의 작업대 위에 높이방향이 수직방향과 일치하도록 배치하고, 업세팅 플레이트를 사용하여 높이 Z 방향에 따라 빌렛을 업세팅 하는데, 업세팅은 빌렛 총 높이의 10%를 압하시키도록, 빌렛에 작용하는 압력을 5min 유지하는 단계, 및 업세팅을 계속하여 빌렛의 높이가 원래 높이의 50%될 때 중지하는데 빌렛에 작용하는 압력을 10min 유지하는 단계를 포함한다.
균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법에 있어서, 여섯 번째 단계에 있어서, 업세팅된 빌렛을 가열로에 넣어 가열하는데, 가열온도는 0.85 Tm이며, 여기서 Tm 은 재료의 용점이고 단위는 ℃이고, 빌렛의 온도가 균일화된 후 20Th 시간 동안 보온하는데, 여기서 Th는 빌렛을 업세팅한 다음의 높이이고 단위는 m이다.
균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법에 있어서, 일곱 번째 단계에 있어서 플랫 앤빌을 사용하여 길이 Y 방향에 따라 강괴를 넓이(X) : 길이(Y）: 높이(Z) = 3:4:2의 육면체로 스트레칭한다.
균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법에 있어서, 여덟번째 단계에 있어서, 플랫 앤빌을 사용하여 길이 Y 방향에 따라 50% 업세팅하여, 지정 사이즈로 변형을 한 후, 넓이 X방향에 따라 빌렛을 넓이(X) : 길이(Y) : 높이(Z) = 4:2:3의 육면체로 스트레칭한다.
균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법에 있어서, 아홉번째 단계에 있어서, 플랫 앤빌을 사용하여 높이 Z방향에 따라 50% 업세팅하여, 지정 사이즈로 변형을 한 후, 높이 Z방향에 따라 빌렛을 넓이(X) : 길이(Y) : 높이(Z) = 2:3:4의 육면체로 스트레칭한다.
본 발명의 물리 야금학과 역학분석은 다음과 같다.
연속 주조 빌렛을 포개어 합치고 그 주위를 용접한 후 거시적으로 볼때 계면양측의 플레이트는 접촉되지만 실제로는 빌렛 표면에 일정한 조도(粗度)가 존재하기 때문에 미시적으로 볼때 두 플레이트간은 다점접촉이고 접촉점간에 다량의 빈 틈이 존재한다, 이 빈 틈은 공동과 같다.
그 중의 한 공동을 예로, 빌렛의 업세팅 단조 과정 및 그 진화과정을 분석한다. 도 1과 같이, (a) 변형 시작단계, 공동은 눌리워서 납작해진다. 결정립은 기변이 발생한다. (b) 공동은 거시적으로 폐합되고 클랙 결함을 형성하며 주물의 재결정이 발생한다. (c) 균열 결함 때문에 안정성을 잃어 원주체나 구형 미세공동으로 분해된다. (d) 입계 이동, 결정입이 커지는데, 미세공동은 원자확산작용하에 점차 사라지고 두 빌렛간에 야금결함이 나타난다.
공동형결함의 힐링과정은 공동의 폐합과 폐합표면의 용접을 포함한다. 폐합은 공동표면이 응력변형작용에 물리접촉을 실현하고 용접은 폐합표면이 일정한 온도, 접속압력 및 보온시간의 조건에 확산, 재결정 등 방식을 통해 야금결합을 실현한다. 폐합은 용접을 실현하는 전제다. 단조방식을 사용해서 겹치기 용접한 빌렛을 가공한다. 빌렛 중심의 종속변수는 압연방법을 사용하는 것보다 훨씬 크다. 용접은 결함의 완전 힐링을 실현하는 관건이다. 발명인은 미리 시스템의 실험연구를 통해 마이크척도에서 결함이 비록 폐합?지만 아직 용접되지 않았고 외력작용에 다시 펼치기 쉬운 것을 발견했다. 동시에, 금방 용접한 계면성분, 조직은 주물과 비교적 큰 차이가 존재하고 "결합대"를 형성하며 이 "반흥"조직은 변형 후 긴 시간 동안 고온열처리를 해야 비로소 완전히 없앨 수 있다.
상기 고려를 기반으로 본 발명은 "단조중 보압"(鍛造中保壓), "단조간 보온"(鍛造間保溫) 및 "다방향단조"(多方向鍛造)의 방법을 제안하며 계면의 힐링과 성분, 조직의 균질화를 실현할 수 있다. "단조중 보압"(鍛造中保壓)은 최대 정도에 두 표면의 용접을 실현하게 보장하며 금방 용접한 계면은 외력에 다시 펼치기를 피한다. "단조간 보온"(鍛造間保溫)은 고온확산을 통해 변형될 때 미시적으로 존재하는 미세공동을 완전 힐링되도록 보장한다. "다방향단조"(多方向鍛造)는 용접하는 계면이 여러 방향에서 대변형되도록 보장한다. 계면에 남는 산화막을 주물중에 최대한으로 분산시키며 역학성능의 유해를 낮춘다. 상기 방법을 결합 사용해 최대 정도에 계면이 주물과 일치성을 실현할 수 있다.
본 발명은 큰 절단면 단조품을 단지 다이캐스팅 강괴를 모재로 선택하여 전통수단을 혁신하였고 연속 주조 빌렛은 겹치기 단조의 방법을 통하여 야금공업과 기계공업의 우세를 결합해 제조원가를 낮췄고 제품품질을 고급화시켯다. 동시에 대량의 다이캐스팅 강괴의 생산을 줄이고 에너지 절약과 온실가스 감축을 위한 중요한 기여를 할 수 있다.
본 발명은 다음과 같이 우점과 유익한 효과를 가진다.
1. 큰 절단면 단조품을 균질화 제조를 실현한다. 복수 개의 연속 주조 빌렛을 사용해서 겹치기 단조하여 그 성분의 균질성은 다이캐스팅 강괴보다 훨씬 좋다. 특히 빌렛 성형후 양단의 화학성분은 기본적으로 일치하다. 그러나 다이캐스팅 강괴를 제조하는 단조품은 비교적 큰 차별이 존재한다.
2. 큰 절단면 단조품의 치밀화 제조를 실현한다. 사용하는 연속 주조 빌렛 조직은 비교적 치밀하고 중심공동이 존재하지 않는다. 계면용접은 보온, 보압과 다방향단조(多方向鍛造)를 걸친 후 치밀화성은 다이캐스팅 강괴를 제조하는 단조품보다 높다.
3. 큰 절단면 단조품의 순화제조를 실현한다. 철강공장에서 연속주조 빌렛을 생산할 때 일반적으로 RH로(盧)를 이용해서 탈기하고, 기계공장은 다이캐스팅 강괴를 생산할 때 일반적으로 VD로(盧)를 이용해서 탈기하는데, RH로(盧)는 순환작용 때문에 탈기효과가 VR로(盧)보다 훨씬 낫다. 그래서 연속 주조 빌렛의 총 산소함량은 다이캐스팅 강괴보다 낮아서 개재물 수준도 상대적으로 낮다. 연속주조 빌렛 겹치기 단조방법을 사용해서 단조품을 제조한다. 개재물의 전체수준이 다이캐스팅 강괴로 제조하는 단조품보다 낮다.
4. 큰 절단면 단조품은 저원가제조를 실현한다. 연속 주조 빌렛을 단조품 모재로 선택한다. 빌렛의 무게를 정확히 계산할 수 있다. 다이캐스팅 강괴를 단조품 모재로 사용한다면 자르는 호트 톱, 노즐 및 강괴규격을 제한을 받아 20-30%의 재료의 낭비가 있다. 동시에 연속 주조 빌렛은 규모화 생산 우세가 있다. 톤마다 스틸 원가는 다이캐스팅 강괴 원가의 70% 정도이다. 연속 주조 빌렛의 겹치기 단조방법은 단조품의 제조원가를 낮추는 동시에 연속 주조 빌렛의 응용범위가 넓어지고 제품부가가치를 높힌다.
5. 큰 절단면 단조폼의 청결화, 안정화 제조를 실현한다. 다이캐스팅 강괴는 생산품종이 많고 생산량이 작다. 용탕주입전에 주형, 러너, 보온재료를 준비해야 하고 인공 준비작업이 비교적 많다. 동시에 용탕주입후에 호트 톱발열체와 커버링 에이젠트는 비교적 큰 환경오염이 존재한다. 이에 비해 연속 주조 빌렛은 진공빔 용접(EBW)과 겹치기 단조를 사용하고 과정을 완전 자동화로 실현할 수 있으며 노동환경을 개선할 수 있을 뿐만 아니라 인적 요소의 영향도 줄일 수 있고 제품 품질도 더욱 안정적이다.
도 1은 계면결함 힐링 메커니즘이다. 여기서 (a)는 변형시작단계, (b)는 공동 거시적 폐합, (c)클랙 결함 스피노달 분해, (d)는 야금결합을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 있어서 포개어 겹쳐서 용접후의 연속주조 빌렛을 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 있어서 단조과정의 빌렛을 나타내는 사진이다.
도 4는 본 발명의 공예공정도이다. 여기서 (a)는 연속 주조 빌렛을 자르고, (b)는 용접할 표면을 평평하게 밀링 절삭하여 신선한 금속이 드러나도록 하고 플라즈마 세척을 진행하며, (c)는 진공실내에서 계면 주위를 전자빔으로 용접을 진행하고, (d)는 고온로(盧)에 넣어 가열하고 (e)는 액압프레스에서 업세팅 플레이트가 용접할 계면의 수직방향에 따라 업세팅하고, (f)는 규정된 형태로 변형한 후，빌렛에 작용하는 압력을 유지하며 결함을 충분히 용접시키고 (g)는 빌렛을 업세팅한 후 다시 고온확산을 시키고, (h) ~ (i)는 빌렛에 대해 삼방향 단조(三方向鍛造)를 실시하여 방향마다 대 변형을 보장하며, (j)는 빌렛을 최종 모양 및 사이즈로 단조하는 것을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 있어서 단조를 끝낸 후 원래 용접 계면 위치에 대응되는 금속조직을 나타낸다.
도 6은 비교예 1에 있어서 전통 강괴 단조후 획득한 빌렛 중심 위치 조직을 나타낸다.
도 7은 비교예 2에 있어서 전통 겹쳐 압연 방식을 이용해서 변형을 끝낸 후, 원래 용접계면위치에 대응되는 금속조직을 나타낸다. 여기서 (a)는 빌렛 중심구역, (b)는 빌렛 주변구역을 나타낸다.
도 4가 제시하는 것과 같이 본 발명은 균질화 단조폼를 제조하는 연속 주조 빌렛 겹처 단조 방법이며 공정과정은 다음과 같다.
(a) 연속 주조 빌렛을 자른다 → (b) 용접할 표면을 평평하게 밀링 절삭하여, 신선한 금속을 드러내고 플라즈마로 세척을 행한다 → (c) 진공실내에서 계면 주위를 전자빔으로 용접을 행한다(EBW) → (d) 고온로(盧)에 넣어 가열한다 → (e) 액압프레스에서 업세팅 플레이트을 이용하여 용접할 계면의 수직방향에 따라 업세팅한다 → (f) 규정한 형태로 변형후，빌렛에 작용하는 압력을 유지하며 결함을 충분히 용접시킨다 → (g) 빌렛을 업세팅한 후 다시 고온확산을 한다 → (h) ~ (i) 빌렛에 대해 삼방향 단조(三方向鍛造)를 실시하여，방향마다 대변형을 보장한다. → (j) 일반적인 업세팅, 스트레칭, 라운딩, 펀칭, 브로칭, 코어 바 스트레칭 등 자유단조 수단을 사용해서 빌렛을 최종 모양과 사이즈로 단조한다.
다음 실시예, 비교예와 실험예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
실시예 1
연속주조방식을 선택한다. 넓이 1200mm, 두께 1200mm의 연속 주조 빌렛을 용탕에 주입한다. 그 철강 종류는 25Cr2Ni4MoV이다. 화학성분은 표 1과 같다. 이 철강종류는 흔한 압력용기용 철강이다. 적당한 규격으로 빌렛을 자르고, 가공, 세척후 진공실내에서 용접한다. 다음에 단조를 진행한다. 순서는 다음과 같다:
25Cr2Ni4MoV 철강의 실측성분(중량퍼센트, %)
원소 C Si Mn P S Cr Ni Mo V
성분 0.21 0.039 0.27 0.005 0.005 1.64 3.46 0.39 0.095
첫 번째 단계, 소정의 규격에 따라 연속 주조 빌렛을 자른다. 200×450×300mm 규격의 연속 주조 빌렛은 3개 얻는다. 겹쳐 포갠후 넓이=300mm，길이 =450mm，높이=600mm로 삼방향 단조(三方向鍛造)를 실시하기에 쉽다.
두 번째 단계, 용접할 표면을 가공, 세척한다. 플래노 밀러를 사용해서 용접할 표면을 가공한다. 다음에 진공실에 넣는다. 플라즈마를 사용하여 용접할 표면을 세척한다. 표면의 고도 청결을 보장하며 신선한 금속을 드러낸다.
세 번째 단계, 빌렛을 진공 전자빔으로 용접한다(EBW). 빌렛을 진공실에 넣어 포개어 겹친다. 용접할 표면 주위를 전자빔으로 용접한다(EBW). 용접심도는 50mm이다(도 2).
네 번째 단계, 빌렛을 단조전에 가열한다. 용접이 완성된 빌렛을 가열로에 넣어 가열한다. 가열 온도는 1250℃이다.
다섯 번째 단계, 빌렛을 업세팅 및 보압단조용접한다. 가열된 빌렛을 단압기계의 작업대 위에 놓는데 높이방향은 수직방향과 일치한다. 업세팅 플레이트를 사용해서 높이 Z 방향에 따라 빌렛을 업세팅한다. 업세팅은 두 단계로 나뉘어서 진행된다. 우선 빌렛의 총 높이를 10% 압하시킨다. 빌렛에 작용하는 압력을 5min 유지한다. 다음에 계속 업세팅한다. 빌렛의 높이가 원래 높이의 50%가 되면 중지시킨다. 빌렛에 작용하는 압력을 10min 유지한다.
여섯 번째 단계, 빌렛에 대해 고온 확산 연결을 실시한다. 업세팅된 빌렛을 가열로에 다시 넣어 가열한다. 가열온도는 1250℃이다. 빌렛의 온도가 균일화된 후 6시간 동안 보온한다.
일곱 번째 단계, Y방향에 따라 스트레칭 단조를 실시한다. 빌렛을 넓이=450mm，길이=600mm, 높이=300mm까지 변형시킨다.
여덟 번째 단계, X방향에 따라 스트레칭 단조를 실시한다. 빌렛을 넓이=600mm，길이=300mm, 높이=450mm까지 변형시킨다.
아홉 번째 단계, Z방향에 따라 스트레칭 단조를 실시한다. 빌렛을 넓이=300mm，길이=450mm, 높이=600mm까지 변형시킨다.
열 번째 단계, 빌렛을 최총 규격사이즈로 단조 성형한다. 두께는 180mm， 길이는 1000mm，넓이는 1000mm이다.
비교예 1
비교예 1에서 선택하는 재료의 화학성분과 최총 사이즈는 실시예 1과 일치하다. 비교예 1은 일반적 다이캐스팅 강괴, 단조공정을 사용한다. 구체적 순서는 다음과 같다.
첫 번째 단계, 잉곳 몰드, 섀시, 호트 톱 박스, 센트럴 캐스팅 파이프, 회주철을 사용해서 2톤 강괴의 잉곳 몰드, 섀시, 호트 톱박스, 센트럴 캐스팅 파이프, 호트 톱 보온판, 몰드파우다, 훈탄(CRH), 발열제 등 보조재를 준비한다.
두 번째 단계, 잉곳 몰드를 조립한다. 섀시에 벽돌을 겁쳐 쌓고 러너를 제작한다. 잉곳 몰드와 센트럴 캐스팅 파이프를 섀시에 앉힌다. 호트 톱은 잉곳 몰드위에 앉힌다. 몰드 파우다는 잉곳 몰드에 거는 것을 보호할 것이다.
세 번째 단계, 제련용탕주입한다. 2톤 철강물을 제련하고 용탕주입한다. 용탕주입이 끝난후, 훈탄(CRH)은 호트 톱 상부에 두고 보온을 진행한다.
네 번째 단계, 주형을 떼어 낸다. 강괴를 용탕주입이 끝난 5시간 후에 주형을 떼어내는 것을 진행한다. 사이즈가 Φ280×1000mm의 강괴를 획득한다.
다섯 번째 단계, 절단한다. 강괴 호트 톱, 노즐을 제거해서 빌렛을 얻는다.
여섯번째 단계, 가열한다. 빌렛을 가열로에 넣어 가열한다. 가열온도는 1250℃ 이다.
일곱 번째 단계, Y방향에 따라 스트레칭 단조를 실시한다. 빌렛을 넓이=450mm，길이=600mm, 높이=300mm까지 변형시킨다.
여덟 번째 단계, X방향에 따라 스트레칭 단조를 실시한다. 빌렛을 넓이=600mm，길이=300mm, 높이=450mm까지 변형시킨다.
아홉 번째 단계, Z방향에 따라 스트레칭 단조를 실시한다. 빌렛을 넓이=300mm，길이=450mm, 높이=600mm까지 변형시킨다.
열 번째 단계, 빌렛을 최총 규격사이즈로 단조 성형한다. 두께는 180mm， 길이는 1000mm，넓이는 1000mm이다.
비교예 2
비교예 2에서 선택하는 재료의 화학성분과 최총 사이즈는 실시예 1과 일치한다. 비교예 2는 일반적 복합압연공정을 사용한다. 구체적 순서는 다음과 같다.
첫 번째 단계, 소정의 규격에 따라 연속 주조 빌렛을 자른다. 200×450×300mm 규경의 연속 주조 빌렛 3개 얻는다. 겹쳐 포갠후 넓이=300mm, 길이 =450mm, 높이=600mm로 삼방향 단조(三方向鍛造)를 실시하기에 쉽다.
두 번째 단계, 용접할 표면을 가공, 세척한다. 플래노 밀러를 사용해서 용접할 표면을 가공한다. 다음에 진공실에 넣는다. 알코올, 아세톤을 사용하여 용접할 표면을 세척한다.
세 번째 단계, 빌렛을 진공 전자빔으로 용접한다(EBW). 빌렛을 진공실에 넣어 겹쳐 포갠다. 용접할 표면 주위를 전자빔으로 용접한다(EBW). 용접심도는 50mm다.
네 번째 단계, 빌렛을 단조전에 가열을 실시한다. 용접이 완성된 빌렛을 가열로에 넣어 가열한다. 가열 온도는 1250℃다.
다섯 번째 단계, 빌렛에 대해 압연을 실시한다. 가열후의 빌렛은 널판지 압연기에 두고 압연을 진행한다. 한 번의 압하량은 평균적으로 30mm이다. 가로, 세로 압연을 결합하는 방식을 사용해서 총 14번 압연을 한다. 빌렛을 두께 180mm，길이1000mm，넓이1000mm까지 압연한다.
실험예 1
실시예 1과 비교예 1, 비교예 2 중의 단조품은 중간부에 따라 절개하고 용접한 계면위치를 가지고 테스트한다. 질산 알코올을 사용해 부식을 진행한다. 구체적 매크로 조직은 도 5 도 6, 및 도 7과 같다. 도면상으로 본 발명의 연속 주조 빌렛 겹친단조를 사용하는 것과 일반적 방법 단조를 사용하는 것은 마이크 조직 주물이 일치하다. 원래 계면본체에 조직이상이 발견되지 않았다. 그러나 본 발명의 연속주조슬빌렛 겹친 단조방법은 일반 단조방법보다 재료의 이용률을 30% 정도를 제고한다. 그러나 연속주조 겹친 압연방식으로 생산하는 두꺼운 빌렛은, 중간위치에 완전 압연되지 않는 계면이 존재한다(도 7a). 주변위치에 여러번 압연때문에, 앞 몇번 압연 과정중에 겹쳐 포개는 복합면에 전단응력이 생긴다. 전자빔 용접위치를 파열한다. 용접할 표면은 산화가 생긴다. 변형이 끝난후, 매우 뚜렷한 계면조직을 형성한다. 도 7b에 제시된 바와 같다.
실시예 결과를 보면 본 발명은 일반적 다이캐스팅 강괴를 사용해서 단조품을 제조하는 방법을 혁신했고 연속 주조 빌렛 진공세척, 전자빔 용접, 단조중 보압(鍛造中保壓), 단조간 보온(鍛造間保溫)의 조치를 실시하여, 계면은 충분히 용접된다. 후속적으로 단조과정에서 삼방향 단조(三方向鍛造)의 방법을 취한다. 용접한 계면을 분산시킨다. 원래 계면의 성분, 조직, 개재물이 주물과 일치한 수준까지 도달하는 것을 보장한다. 본 발명은 제조원가를 대폭 낮출수 있고 재료의 이용률을 상승시킨다. 일반적 강괴가 극복할 수 없는 고분자분리, 조정(粗晶), 개재물과 수축기공 등 문제를 해결할 수 있다. 균질화 단조품의 열제조를 실현한다. 그 외의 본 발명은 이질 금속연접(異質金屬連接)에서도 사용될 수 있다.
없음

Claims (10)

  1. 균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법으로서,
    빌렛을 사전 제조하고, 복수개의 연속 주조 빌렛을 지정 사이즈로 절단하고, 밀링머신을 통해 용접할 표면을 평평하게 가공하여 진공플라즈마를 사용하여 세척하고, 빌렛을 포개서 합친 후 진공실내에서 용접할 표면 주위를 전자빔으로 용접한 다음에 빌렛을 단조용접하여 균질화하고, 용접한 빌렛을 지정온도로 가열한 후 화로에서 꺼내어 액압프레스에서 단조하는데, 초기 업세팅과정에서는 단조중 보압(鍛造中保壓), 단조간 보온(鍛造間保溫)의 조치를 채택하여 계면을 충분히 용접한 다음, 그 이후의 단조과정에서는 삼방향 단조(三方向鍛造)의 방법으로 용접한 계면을 분산시켜 계면의 성분, 조직, 및 개재물이 주물과 일치한 수준까지 도달하도록 하며, 마지막으로 빌렛을 최종 규격사이즈로 단조하여 성형하는 방법이며,
    소정의 규격에 따라 연속 주조 빌렛을 절단하는 첫 번째 단계,
    용접할 표면을 가공, 세척하는 두 번째 단계,
    빌렛을 진공 전자빔으로 용접하는 세 번째 단계,
    빌렛을 단조전에 가열하는 네 번째 단계,
    빌렛을 업세팅 및 보압단조용접하는 다섯 번째 단계,
    빌렛에 대해 고온하에서 확산 연결을 실시하는 여섯 번째 단계,
    Y 방향에 따라 스트레칭 단조를 실시하는 일곱 번째 단계,
    X 방향에 따라 스트레칭 단조를 실시하는 여덟 번째 단계,
    Z 방향에 따라 스트레칭 단조를 실시하는 아홉 번째 단계, 및
    빌렛을 최총 단조품의 사이즈로 단조 성형하는 열 번째 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    첫번째 단계에 있어서, 연속 주조 빌렛을 절단할 때 길이와 넓이의 비율은 2:3 이고, 절단된 연속 주조 빌렛을 일정한 수량 준비한 후, 총 높이와 넓이의 비율이 2:1 되도록, 즉 넓이(X):길이(Y):높이(Z) = 2:3:4가 되도록, 삼방향 단조(三方向鍛造)를 실시하기 쉽게 포개어 합치는 것을 특징으로 하는 균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    두 번째 단계에 있어서, 플래노 밀러를 사용하여 용접할 표면을 가공한 다음에 진공실에 넣어 플라즈마를 사용해서 용접할 표면을 세척하여, 표면의 고도 청결을 보장하면서 신선한 금속이 드러나도록 하는 것을 특징으로 하는 균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    세 번째 단계에 있어서 빌렛을 진공실에 넣어 포개어 합치며, 용접할 표면 주위를 진공 전자빔으로 용접하는데, 용접심도가 10~50mm인 것을 특징으로 하는 균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    네 번째 단계에 있어서, 용접이 완성된 빌렛을 가열로에 넣어 가열하는데, 가열 온도는 0.85 Tm이고, 여기서, Tm 은 재료의 용점이고 단위는 ℃인 것을 특징으로 하는 균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    다섯 번째 단계에 있어서, 가열된 빌렛을 단압기계의 작업대 위에 높이방향이 수직방향과 일치하도록 배치하고, 업세팅 플레이트를 사용하여 높이 Z 방향에 따라 빌렛을 업세팅 하는데, 업세팅은 빌렛 총 높이의 10%를 압하시키도록, 빌렛에 작용하는 압력을 5min 유지하는 단계, 및 업세팅을 계속하여 빌렛의 높이가 원래 높이의 50%될 때 중지하는데 빌렛에 작용하는 압력을 10min 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    여섯 번째 단계에 있어서, 업세팅 된 빌렛을 가열로에 넣어 가열하는데, 가열온도는 0.85 Tm이며, 여기서 Tm 은 재료의 용점이고 단위는 ℃이고, 빌렛의 온도가 균일화된 후 20Th 시간 동안 보온하는데, 여기서 Th는 빌렛을 업세팅한 다음의 높이이고 단위는 m인 것을 특징으로 하는 균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    일곱 번째 단계에 있어서 플랫 앤빌을 사용하여 길이 Y 방향에 따라 강괴를 넓이(X):길이(Y):높이(Z) = 3:4:2의 육면체로 스트레칭하는 것을 특징으로 하는 균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    여덟 번째 단계에 있어서, 플랫 앤빌을 사용하여 길이 Y 방향에 따라 50% 업세팅하여, 지정 사이즈로 변형을 한 후, 넓이 X 방향에 따라 빌렛을 넓이(X) : 길이(Y) : 높이(Z) = 4:2:3의 육면체로 스트레칭하는 것을 특징으로 하는 균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    아홉 번째 단계에 있어서, 플랫 앤빌을 사용하여 높이 Z 방향에 따라 50% 업세팅하여, 지정 사이즈로 변형을 한 후, 높이 Z 방향에 따라 빌렛을 넓이(X) : 길이(Y) : 높이(Z) = 2:3:4의 육면체로 스트레칭하는 것을 특징으로 하는 균질화 단조품을 제조하는 구축 성형 방법.
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