탄탈륨 튜브는 순수 탄탈륨 또는 탄탈륨 합금(예: Ta-2.5W, Ta-10W)으로 만들어집니다. 탄탈륨은 내식성(염산, 황산, 왕수 및 고온에서의 강알칼리에 대한 내성), 가소성 및 고온 안정성이 뛰어나 화학 공학, 반도체, 습식 야금 및 원자력 발전과 같은 극한 환경 분야에서 핵심적인 열 교환/유체 수송 부품으로 사용됩니다. 탄탈륨 제조의 핵심적인 어려움은 높은 반응성(쉽게 산화되고 수소 및 질소를 흡수함), 큰 냉간 가공 변형, 엄격한 용접 요구 사항, 그리고 공정 전반에 걸쳐 환경 및 공정 매개변수를 엄격하게 제어해야 한다는 점에 있습니다.
소결 및 단조: 탄탈륨 잉곳은 전자빔을 이용하여 냉간 베드로에서 용융된 후, 고온 단조(1200~1400℃, 아르곤 가스 보호)를 통해 빌릿으로 절단되어 고체 막대가 됩니다. 이 과정에서 주조 상태의 기공 및 편석이 제거됩니다. 조질관 압출: 막대에 구멍을 뚫은 후, 진공/아르곤 가스 보호 압출기(1000~1200℃)에서 열간 압출하여 대구경 조질관을 형성함으로써 관 본체의 초기 형상을 얻습니다. 다회 냉간 압연/냉간 인발: 조관은 다회 냉간 압연(2롤/다중 롤 냉간 압연기) 또는 냉간 인발(고정 금형/이동 금형 인발)을 거쳐 벽 두께와 직경이 점진적으로 감소됩니다. 회당 변형량은 15%~25% 이내로 제어됩니다(과도한 가공 경화 및 균열 방지). 중간 진공 어닐링: 2~3회 냉간 가공 후 진공 어닐링(온도 800~1000℃, 진공도 ≥ 1×10⁻³Pa, 1~2시간 유지)을 실시하여 가공 응력을 제거하고 소성을 회복하며 후속 굽힘 균열을 방지합니다. 마무리 및 초기 검사: 빌릿 튜브를 곧게 펴고(롤러 교정기, 직진도 ≤ 0.5mm/m), 앞뒤를 절단하고, 내외부를 연마한 후 초음파 검사(UT)를 통해 내부 결함을, 침투 탐상 검사(PT)를 통해 표면 미세 균열을 검사합니다. 자격 요건을 충족하면 코일 성형 공정에 들어갑니다.
탄탈륨은 상온에서 우수한 가소성을 나타냅니다(연신율 ≥ 30%). 탄탈륨 튜브의 90% 이상은 냉간 벤딩(가열 불필요, 산화 방지)으로 성형되며, 직경이 큰(Φ ≥ 50mm), 벽 두께가 두꺼운(벽 두께 ≥ 3mm) 또는 고강도 탄탈륨 합금 튜브만 저온(200~300℃, 불활성 가스 보호)에서 벤딩됩니다. 핵심은 튜브의 편평화, 반발 및 균열이라는 세 가지 주요 문제를 제어하는 데 있습니다.
소형 직경 파이프(Φ ≤ 20mm, 밀집 배치된 열교환 파이프)의 경우 냉간 벤딩 성형(주요 공정, 고정밀, 고효율): CNC 파이프 벤딩 머신(3롤/4롤 롤링, 직경, 피치 및 루프 수를 정밀하게 제어 가능); 중대형 파이프(Φ 20 - 50mm, 장거리 운송용 파이프): CNC 맨드릴형 벤딩기(유연한 맨드릴/볼 맨드릴 사용, 얇은 벽 파이프의 편평화 방지).
비표준 파이프 코일용 특수 벤딩 툴링(툴 + 유압 구동 방식, 불규칙한 파이프 직경 및 가변 피치에 적합). 주요 공정 매개변수: 순수 탄탈륨 튜브의 최소 벤딩 반경 R ≥ 3D(D는 파이프의 외경), 탄탈륨 합금 튜브의 최소 벤딩 반경 R ≥ 4D(R이 작을수록 편평화 및 균열 발생 가능성 높음); 반발 제어: 탄탈륨은 탄성 계수가 낮아(186 GPa), 냉간 벤딩 반발 각도는 약 3°~8°이므로, 사전 추가 반발 보정 각도(파이프 직경, 벽 두께 및 벤딩 직경에 따라 조정)가 필요함; 성형 후 후성형 보정; 변형 방지 조치(얇은 벽 파이프 코어): 굽힘 곡선에 맞는 유연한 코어 로드(나일론/고무 코어 로드) 또는 볼 코어 로드(다중 볼 섹션으로 구성되어 굽힘 파이프와 함께 회전)를 삽입합니다. 파이프 내부에 건조된 고순도 석영 모래 또는 저융점 합금을 채웁니다(굽힘 후 제거/용융 후 제거). 국부적인 붕괴를 방지하기 위해 충전재는 밀도가 높아야 합니다. 파이프 굽힘 속도를 제어(≤ 5mm/s)하고 일정한 속도로 굽힘을 유지하여 충격 변형을 방지합니다.
원형 파이프 전처리: 내외부 표면을 알코올로 닦아 기름때와 먼지를 제거합니다(벤딩 중 표면 긁힘이나 고온에서의 탄화 오염 방지).
가공물 위치 설정: 원형 파이프를 벤딩기/코일링기에 고정하고 도면에 따라 원 직경(예: Φ200, Φ500), 피치(예: 20mm, 50mm)를 설정한 후 전체 길이를 연속적으로 벤딩합니다. 장비를 가동하여 균일하게 롤링/벤딩하고 파이프 본체의 진원도를 실시간으로 모니터링합니다(편평률 ≤ 5%, 즉 단축/장축 비율 ≥ 0.95). 초기 성형 및 벤딩이 완료되면 특수 금형을 사용하여 원 직경과 피치를 수정하고 국부적인 스프링백을 제거합니다.
