진공 아크 재용해 처리
1. 개요
진공 아크 재용해(VAR)는 합금을 재용해하여 불순물을 제거하고 균일한 구조를 얻는 데 사용되는 금속 제련 공정이다. 이 공정은 진공 상태에서 직류 전류를 사용하여 전극과 도가니 사이의 아크를 발생시켜 금속을 용해시킨다. VAR은 스테인리스강, 합금강, 티타늄, 니켈 초합금 등 다양한 재료에 적용되며, 항공우주, 원자력 산업 등 고품질의 재료가 요구되는 분야에서 널리 사용된다.
2. 프로세스 설명
VAR를 거쳐야 하는 합금은 일반적으로 진공 유도 용융 (VIM) 또는 용강 (airmelt)에 의해 실린더 형태로 만들어진다.
이 전극이라고 불리는 원통은 크고 원통형으로 밀폐된 도가니에 넣고 금속학적 진공 상태(0.133~13.3 Pa)로 만든다. 도가니 바닥에는 재용해할 합금 소량이 있으며, 용해를 시작하기 전에 상단 전극을 가까이 가져간다. 몇 킬로암페어의 DC 전류를 사용하여 두 조각 사이에 아크를 생성하여 연속적인 용해를 유도한다. 도가니(일반적으로 구리로 제작)는 용융물을 냉각하고 응고 속도를 제어하기 위해 수냉 자켓으로 둘러싸여 있다. 전극과 도가니 벽 사이의 아크 방전을 방지하기 위해 도가니의 직경은 전극보다 크다. 결과적으로 전극은 용융물이 소모됨에 따라 내려야 한다. 전류, 냉각수 및 전극 간격 제어는 공정의 효과적인 제어 및 결함 없는 재료 생산에 필수적이다.
이상적으로는 용융 속도가 공정 주기 동안 일정하게 유지되지만, 진공 아크 재용해 공정의 모니터링 및 제어는 간단하지 않다. 이는 액체 금속 내부의 전도, 복사, 대류와 로렌츠 힘에 의해 발생하는 이류를 포함하는 복잡한 열 전달이 발생하기 때문이다. 풀 형상 및 용융 속도 측면에서 용융 공정의 일관성을 보장하는 것이 합금의 최상의 특성을 보장하는 데 중요하다.
2.1. VAR 공정의 장점
VAR 공정을 거칠 합금은 일반적으로 진공 유도 용해(VIM) 또는 래들 정련(공기 용해)을 통해 원통형으로 성형된다. 이 전극이라고 불리는 원통은 크고 원통형으로 밀폐된 도가니에 넣고 금속학적 진공 상태(0.133~13.3 Pa)로 만든다. 도가니 바닥에는 재용해할 합금 소량이 있으며, 용해를 시작하기 전에 상단 전극을 가까이 가져간다. 몇 킬로암페어의 DC 전류를 사용하여 두 조각 사이에 아크를 생성하여 연속적인 용해를 유도한다. 도가니(일반적으로 구리로 제작)는 용융물을 냉각하고 응고 속도를 제어하기 위해 수냉 자켓으로 둘러싸여 있다. 전극과 도가니 벽 사이의 아크 방전을 방지하기 위해 도가니의 직경은 전극보다 크다. 결과적으로 전극은 용융물이 소모됨에 따라 내려야 한다. 전류, 냉각수 및 전극 간격 제어는 공정의 효과적인 제어 및 결함 없는 재료 생산에 필수적이다.
이상적으로는 용융 속도가 공정 주기 동안 일정하게 유지되지만, 진공 아크 재용해 공정의 모니터링 및 제어는 간단하지 않다. 이는 액체 금속 내부의 전도, 복사, 대류와 로렌츠 힘에 의해 발생하는 이류를 포함하는 복잡한 열 전달이 발생하기 때문이다. 풀 형상 및 용융 속도 측면에서 용융 공정의 일관성을 보장하는 것이 합금의 최상의 특성을 보장하는 데 중요하다.
2.2. VAR 공정 제어
VAR 공정을 거칠 합금은 일반적으로 진공 유도 용해(VIM) 또는 래들 정련(공기 용해)을 통해 원통형으로 성형된다. 이 전극이라고 불리는 원통은 크고 원통형으로 밀폐된 도가니에 넣고 금속학적 진공 상태(0.133~13.3 Pa)로 만든다. 도가니 바닥에는 재용해할 합금 소량이 있으며, 용해를 시작하기 전에 상단 전극을 가까이 가져간다. 몇 킬로암페어의 DC 전류를 사용하여 두 조각 사이에 아크를 생성하여 연속적인 용해를 유도한다. 도가니(일반적으로 구리로 제작)는 용융물을 냉각하고 응고 속도를 제어하기 위해 수냉 자켓으로 둘러싸여 있다. 전극과 도가니 벽 사이의 아크 방전을 방지하기 위해 도가니의 직경은 전극보다 크다. 결과적으로 전극은 용융물이 소모됨에 따라 내려야 한다. 전류, 냉각수 및 전극 간격 제어는 공정의 효과적인 제어 및 결함 없는 재료 생산에 필수적이다.
용융 속도는 공정 주기 동안 일정하게 유지되는 것이 이상적이지만, 진공 아크 재용해 공정의 모니터링 및 제어는 간단하지 않다. 이는 액체 금속 내부의 전도, 복사, 대류와 로렌츠 힘에 의해 발생하는 이류를 포함하는 복잡한 열 전달이 발생하기 때문이다. 풀 형상 및 용융 속도 측면에서 용융 공정의 일관성을 보장하는 것이 합금의 최상의 특성을 보장하는 데 중요하다.
3. 재료 및 응용 분야
진공 아크 재용해 공정(VAR)은 매우 다양한 재료에 사용되며, 특정 응용 분야에서는 거의 항상 VAR 처리된 재료를 사용한다. VAR 처리될 수 있는 재료는 다음과 같다.
* 스테인리스강
15-5
13-8
17-4
304
316
* 합금강
9310
4340 & 4330+V
300M
AF1410
Aermet 100
M50
BG42
Nitralloy
16NCD13
35NCD16
HY-100
HY-180
HY-TUF
D6AC
마레이징강
UT-18
HP 9-4-30
* 티타늄
Ti-6Al-4V
Ti-10V-2Al-3Fe
Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr
* 인바
* 니티놀
* 니켈 초합금
인코넬 합금
하스텔로이 합금
르네 합금
** RR1000
* 지르코늄
* 니오브
* 백금
* 탄탈
* 로듐
순수 티타늄과 대부분의 티타늄 합금은 이중 또는 삼중 VAR 공정을 거친다. 항공우주 분야에 사용되는 니켈 기반 초합금은 일반적으로 VAR 공정을 거친다. 원자력 산업에 사용되는 지르코늄 및 니오브 합금은 일반적으로 VAR 공정을 거친다. 순수 백금, 탄탈, 로듐도 VAR 공정을 거칠 수 있다.
3.1. VAR 처리 가능 재료
진공 아크 재용해 공정(VAR)은 매우 다양한 재료에 사용되며, 특정 응용 분야에서는 거의 항상 VAR 처리된 재료를 사용한다. VAR 처리될 수 있는 재료는 다음과 같다.
* 스테인리스강
15-5
13-8
17-4
304
316
* 합금강
9310
4340 & 4330+V
300M
AF1410
Aermet 100
M50
BG42
Nitralloy
16NCD13
35NCD16
HY-100
HY-180
HY-TUF
D6AC
마레이징강
UT-18
HP 9-4-30
* 티타늄
Ti-6Al-4V
Ti-10V-2Al-3Fe
Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr
* 인바
* 니티놀
* 니켈 초합금
인코넬 합금
하스텔로이 합금
르네 합금
** RR1000
* 지르코늄
* 니오브
* 백금
* 탄탈
* 로듐
순수 티타늄과 대부분의 티타늄 합금은 이중 또는 삼중 VAR 공정을 거친다. 항공우주 분야에 사용되는 니켈 기반 초합금은 일반적으로 VAR 공정을 거친다. 원자력 산업에 사용되는 지르코늄 및 니오브 합금은 일반적으로 VAR 공정을 거친다. 순수 백금, 탄탈, 로듐도 VAR 공정을 거칠 수 있다.
3.2. 주요 응용 분야
진공 아크 재용해(VAR) 공정은 매우 다양한 재료에 사용되며, 특정 응용 분야에서는 거의 항상 VAR 처리된 재료를 사용한다. VAR 처리될 수 있는 재료는 다음과 같다.
* 스테인리스강: 15-5, 13-8, 17-4, 304, 316
* 합금강: 9310, 4340 & 4330+V, 300M, AF1410, Aermet 100, M50, BG42, Nitralloy, 16NCD13, 35NCD16, HY-100, HY-180, HY-TUF, D6AC, 마레이징강, UT-18, HP 9-4-30
* 티타늄: Ti-6Al-4V, Ti-10V-2Al-3Fe, Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr
* 인바
* 니티놀
* 니켈 초합금: 인코넬 합금, 하스텔로이 합금, 르네 합금, RR1000
* 지르코늄
* 니오브
* 백금
* 탄탈
* 로듐
순수 티타늄과 대부분의 티타늄 합금은 이중 또는 삼중 VAR 공정을 거친다. 항공우주 분야에 사용되는 니켈 기반 초합금은 일반적으로 VAR 공정을 거친다. 원자력 산업에 사용되는 지르코늄 및 니오브 합금은 일반적으로 VAR 공정을 거친다. 순수 백금, 탄탈, 로듐도 VAR 공정을 거칠 수 있다.