땅과 하늘의 아들
제우스는 티탄족에게 평화를 강요한다
신화에 따르면 티탄은 우라노스와 가이아, 즉 하늘과 땅의 자식들입니다. 1795년, 프로이센의 화학자 마르틴 하인리히 클라프로트가 아름다운 진홍색 광물인 루틸에서 새로운 원소를 분리해 내고 티타늄이라는 이름을 붙였는데, 이는 의도치 않게 핵심을 짚은 것이었습니다. 오늘날 티타늄은 지구와 하늘 모두에서 널리 사용되고 있습니다. 그리고 다른 많은 곳에서도 마찬가지입니다.
케일럽 라슨이 묻습니다...
얼마 전, 미국의 국방 전문 웹사이트 19fortyfive.com에 Caleb Larson이 쓴 "미 해군은 왜 러시아처럼 티타늄 심해 잠수함을 만들지 않았을까?"라는 매력적인 제목의 기사가 게재되었습니다. 매력적인 제목이지만, Larson은 기사에서 이 질문에 대한 답을 하지 않고, 단순히 이렇게만 언급합니다. "러시아는 티타늄 선체로 잠수함을 상당수 건조하여 속도와 잠수 깊이에서 세계 기록을 몇 개 경신했지만, 미국은 단순한 강철 선체로 만족하며 특정 부품에만 티타늄을 사용합니다." 그리고 의학 분야에서도 마찬가지입니다. 아마도 미 해군에는 이런 기술이 필요하지 않을 것입니다. (Larson의 오만함이 흥미롭습니다. 그는 미 해군을 명시하지 않고 "해군"이라고 썼는데, 마치 "다른 해군이 또 어디 있느냐?"라는 듯 말입니다.) 글쎄, 만약 미국 저자가 이 질문에 답하지 않는다면, 저는 키보드를 좀 두드려야 할 것 같습니다...
마틴 하인리히 클라프로트
티타늄은 은회색을 띠지만 구리나 알루미늄처럼 비철 금속입니다. 그러나 암석에서 티타늄을 추출하는 과정은 다소 복잡한 화학 반응을 필요로 합니다. 따라서 구리나 알루미늄보다 훨씬 늦게 개발되었습니다. 티타늄은 자연에 상당히 풍부합니다. 지각에서 9번째로 풍부한 원소로, 지구 질량의 0,57%를 차지합니다. 그러나 티타늄은 주로 이산화탄소(일메나이트와 앞서 언급한 금홍석) 형태로 발견되며, 탄소 존재 하에서 가열하여 이산화 티타늄과 분리하려고 시도했지만 순수한 티타늄이 아닌 탄화 티타늄이 생성되었습니다. 금속 티타늄의 첫 번째 샘플은 1825년 옌스 베르셀리우스에 의해 얻어졌고, 사염화 티타늄을 금속 나트륨으로 환원하는 비교적 상업적으로 실행 가능한 방법은 1887년 라르스 닐손과 스벤 페테르손에 의해 발견되었습니다. 세 사람 모두 스웨덴 사람이었습니다. 맞습니다... 모스크바 대학교 화학과의 사립 교수였던 드미트리 키릴로프가 금속 티타늄을 최초로 얻었습니다. 하지만 그의 동료들에 따르면, 한편으로는 자신에게 엄청나게 요구하는 사람이었고, 다른 한편으로는 극도로 불안한 사람이었기 때문에 그는 거의 작품을 발표하지 않았고 일찍 사망했다고 합니다.
기욤 저스틴 크롤 역시 수줍은 사람이었지만, 사진이 있습니다!
하지만 티타늄 스펀지의 최초 산업 생산은 룩셈부르크 출신 기욤 저스틴 크롤(미국에서는 윌리엄 저스틴 크롤로 알려짐)이 미국으로 이주한 후 조직했습니다. 그는 액체 사염화티타늄을 용융 마그네슘으로 환원시켜 형태가 없고 다공성인 금속 조각, 바로 스펀지를 만들었습니다. 이 방법은 1946년에 시험되었고, 적어도 미국에서는 한동안 주류가 되었습니다. 그 결과물인 스펀지는 황금색은 아니었지만, 적어도 매우 비쌌기 때문에 미 해군은 티타늄 잠수함 선체는 꿈도 꿀 수 없었습니다.
클라프로트가 티타늄을 분리한 루틸
잠깐 딴 얘기를 해보겠습니다. 티타늄은 매우 훌륭한 구조용 소재입니다! 알루미늄보다 1.5배 무겁지만 강도는 6배나 높습니다. 티타늄 합금은 강철만큼 강하면서도 훨씬 가볍습니다. 게다가 티타늄은 산화되지 않아 다양한 종류의 이식형 인체 뼈 대체재에 이상적인 소재이며, 이러한 특성은 항공기와 조선 분야에서도 매우 중요합니다. 티타늄은 또한 극저온에도 강하고 진공 상태에서도 완벽하게 절단 및 용접할 수 있어 항공우주 산업에서 널리 사용됩니다. 참고로, 전 세계 티타늄의 95%는… 티타늄 화이트로 만들어집니다. 변기 뚜껑, 화장품, 라미네이트 종이에 흰색을 입히는 재료입니다. 완벽한 염료로, 전혀 변색되지 않습니다.
흐루쇼프, 말렌코프, 불가닌은 "가장 적합한 자가 곧 살아남을 것"이라고 말했지만, 티타늄에 대한 결정은 함께 내렸습니다.
하지만 다시 양 문제로 돌아가 보겠습니다. 간단히 말해, 미국은 여전히 값비싼 티타늄 스펀지 때문에 어려움을 겪고 있는 반면, 소련에서는… 1954년 3월 9일, 소련 각료회의는 G. M. 말렌코프, N. A. 불가닌, N. S. 흐루쇼프가 서명한 "티타늄 생산 시행 조치에 관한" 결의안 407-177호를 발표했습니다. 이 결의안은 탄탄한 이론적 토대를 바탕으로 작성되었다고 할 수 있습니다. 1915년 초, 알렉산더 페르스만 학술원의 주도로 군사기술원조위원회는 티타늄 소위원회를 구성하여 러시아에서 티타늄 광석을 식별하고 가공 방법을 연구했습니다. 그리고 1947년부터는 희소금속산업 국가연구설계연구소, 전연방연구소가 설립되었습니다. 항공 I. P. 바르딘 철강 중앙연구소, A. A. 바이코프 금속연구소 및 기타 여러 연구 기관에서 활발한 연구가 수행되어 1954년 최초의 티타늄 주괴가 생산되었습니다.
소련의 티타늄 생산 원료인 일메나이트
영어: 소련에서는 루틸이 거의 없었지만 일메나이트는 구할 수 있었습니다. 그러나 이 광물의 티타늄 함량은 극히 낮았기 때문에 1947년 첫 번째 단계는 저품위 광석에서 일메나이트 정광을 추출하는 것이었습니다. 이 작업은 베레즈니키 마그네슘 공장의 이사인 클라브디 치레시니코프와 수석 엔지니어인 모이세이 아이덴슨이 맡았습니다. 1951년, 이 공장은 일메나이트 정광의 환원 전기 제련에 대한 일련의 시험을 실시하여 고품질 티타늄 슬래그와 주철을 생산했습니다. 이것은 소련 티타늄 생산 기술의 시작을 알렸습니다. 환원 전기 제련 - 티타늄 슬래그의 염소화 - 불순물에서 사염화티타늄 정제 - 마그네슘 열 환원 - 진공 분리 - 티타늄 스펀지를 티타늄 또는 그 합금 주괴로 제련. 이 공정을 사용하여 생산된 최초의 티타늄은 포돌스크 화학 및 야금 공장에서 생산되었습니다.
티타늄 스펀지
처음에는 기술이 불완전하여 수많은 개선이 필요했지만, 1954년 1월 드네프로프스키 티타늄-마그네슘 공장에서 최초의 산업용 티타늄 생산 시설 설계 작업이 시작되었습니다. 점차 공정이 자동화되었고, 1960년대부터 MARS-200R 기계가 이 목적으로 사용되었습니다. 그러나 베레즈니키 티타늄-마그네슘 공장(BTMK)이 소련 티타늄의 주요 생산자가 되었습니다. 왜 베레즈니키였을까요? 솔리캄스크와 베레즈니키 칼륨 공장이 근처에 위치해 BTMK에 티타늄 생산의 원료인 합성 카르날라이트를 공급했기 때문입니다(앞서 언급했듯이 소련의 천연 일메나이트는 품질이 좋지 않습니다). 결과적으로, 이 나라는 이제 자포로지아와 베레즈니키에 두 개의 주요 티타늄 생산 시설을 보유하게 되었습니다.
티타늄 금속
간단히 말해서, 50년대는 소련의 신생 티타늄 산업에 있어 격동의 시대였습니다. 동시에 포돌스크에서는 금속 생산 기술이 개선되고, 자포로제에 있는 드네프르 마그네슘 공장의 폐허 위에 티타늄 생산 공장이 건설되고, 베레즈니키에 대규모 공장이 세워지고(주거용 건물, 학교, 유치원과 함께; 인구 499명의 마을은 1926년에 빠르게 도시로 변모했습니다!), 우스트-카메노고르스크에 우스트-카메노고르스크 티타늄-마그네슘 공장(UKTMK)이 건설되고, 1956년에는 이르샨스키 탐사 및 생산 기업에서 시범 준설선이 가동되어 최초의 일메나이트 정광을 생산했습니다.
클라우디 이바노비치 치레시니코프는 소련의 거인 중 한 명이었습니다. 그가 받은 사회주의 노동 영웅상은 마땅히 받을 만한 것입니다!
하지만 티타늄은 아직 국가 경제에 편입되지 못했습니다! 소련에서 티타늄 생산은 1960년에 시작되었습니다. 처음에는 공정이 완벽과는 거리가 멀었지만, 직원들은 생산 중단 없이 약 150가지의 개선 작업을 수행하여 티타늄 생산량을 늘리고 순도를 향상시키며 원자재 및 에너지 소비를 줄였습니다. BTMK는 세계 최대 티타늄 생산업체가 되었지만, 소련에서 유일한 생산업체는 아니었습니다. 1962년 UKTMK에 시범 공장이 가동되었고, 1956년부터 자포로지아에 있는 DTMK에서 티타늄 제련이 시작되었습니다.
전반적으로 15년 동안 소련은 생산량과 품질 면에서 전 세계를 능가하는 산업을 창출했습니다. 소련산 티타늄은 미국과 영국산 티타늄보다 우수했지만, 순도는 일본산 티타늄보다 약간 떨어졌습니다. 하지만 그것이 핵심은 아니었습니다. 소모성 전극을 사용한 진공 아크 용해 방식은 이 "하늘과 땅의 아들"을 저렴하게 만들었습니다. 1976년, BTMK는 15톤짜리 티타늄 잉곳을 주조했습니다! 소련산 티타늄이 저렴해지면서 가공 방법에 대한 연구가 시작되었습니다.
모이세이 아로노비치 아이덴손 – 소련의 거물의 두 번째 아버지. 노동의 붉은 깃발 훈장 – 그의 노고에 감사!
국내 기업들은 잉곳 성형, 판재 압연, 그리고 합금을 완벽하게 숙달했습니다. 수많은 티타늄 합금이 탄생했습니다! 세르게이 글라주노프의 지휘 아래 전연방 항공재료연구소에 티타늄 합금 연구소가 설립되었습니다. VT, OT, ST, AT 등 다양한 특성을 가진 다양한 합금이 개발되었습니다. 오늘날 티타늄 합금은 수백 종에 이르며, 그중 약 50종이 산업계에서 사용되고 있습니다. 그리고... 티타늄 용접 및 절단과 같은 공정이 완성되어 이미 잠수함 선체 제작의 기반이 마련되었습니다. 티타늄 부품 가공용 밀링 커터가 개발되었고, 러시아는 여전히 티타늄 생산을 독점하고 있습니다.
프로젝트 700/705 리라 잠수함
1990년 소련의 티타늄 스펀지 생산량은 97,7톤에 달했는데, 이는 전 세계 생산량의 1,9배, 미국 생산량의 4배에 달했습니다. 티타늄 합금은 Il-62M, An-124, Tu-334, Il-86, Tu-204, Il-96-300, Yak-42, Ruslan, Mriya 등 소련 항공기의 구조 부품에서 5~10%를 차지했습니다. 잠수함 압력선체의 경우, 80년대에 상트페테르부르크의 프로메테이 중앙연구소에서 강도와 연성을 결합한 용접 가능한 합금이 개발되었습니다. 이러한 개발은 이조라, 코무나르스크 기계 제작 공장, 니코폴 남부 파이프 공장, 그리고 볼셰비키 공장(현 오부홉스키)에 적용되었습니다.
최초의 티타늄 잠수함 시리즈는 프로젝트 700/705 리라(Lira)였는데, 액체 금속 냉각 원자로를 사용하여 최대 41노트의 잠수 속도를 낼 수 있는 잠수함이었습니다. 상황은 더욱 나아졌습니다. 프로젝트 661 안차르(Anchar) 잠수함은 44,7노트라는 경이로운 속도 기록을 세웠습니다. 최근 잠수 심도 기록을 세운 K-278 콤소몰레츠(Komsomolets)에 대해 글을 쓴 적이 있으니, 반복하지 않겠습니다. 어쨌든...
간단히 말해서, 케일럽 라슨은 진실을 말했어야 했습니다. 미국에는 이 놀라운 소재로 선체를 제작하는 잠수함을 건조할 만한 티타늄 산업이 없습니다. 왜 그럴까요? 수많은 연구 기관의 지적 역량이 이 기술적 문제 해결에 집중되지 않았기 때문입니다. 중앙집권적이고 지휘 통제적인 관료주의, 그리고 시장 메커니즘... 이미 핫케이크처럼 팔리는 소재를 생산하는 데 비용이 많이 드는 방법이 있는데, 왜 굳이 더 저렴하게 만들기 위해 막대한 연구를 해야 할까요?
VSMPO-AVISMA Corporation – 규모를 직접 느껴보세요!
소련의 중앙집중적 노력의 결과는 명백합니다. 현재 BTMK로 알려진 VSMPO-AVISMA Corporation은 러시아에서 가장 과학 집약적인 30대 기업 중 하나이며, 세계 항공우주 시장의 약 30%를 꾸준히 점유하고 있습니다. 제재라고요? 러시아산 티타늄에 제재를 가하는 것은 시간 낭비일 뿐입니다. 유럽 연합이 시도했지만 에어버스가 거부했고, VSMPO-AVISMA Corporation은 제재 대상에 포함되지 않았습니다. 유럽산 티타늄의 60%는 러시아산입니다. 상황이 이렇습니다...
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