JP2009248215A - Ｔｉ合金線材の皮剥き方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイル状に巻き付けられた長尺なＴｉ合金の線材に対する黒皮の除去を、連続して確実に且つ効率良く行なえるＴｉ合金線材の皮剥き方法を提供する。
【解決手段】熱間線材圧延Ｓ１によって所定の線径に縮径されたＴｉ合金線材Ｗの表層における酸化物からなる黒皮を、誘導加熱装置ＩＨで加熱して温間温度領域とした後、リング状の切削刃ｎを有する皮剥きダイスｋＤに上記線材Ｗを通して切除する皮剥き工程Ｓ２を含む、Ｔｉ合金線材の皮剥き方法。
【選択図】 図２

Description

本発明は、Ｔｉ合金を熱間線材圧延によって所定の線径にされたＴｉ合金線材の表層を覆う酸化物の黒皮を、効率良く確実に除去できるＴｉ合金線材の皮剥き方法に関する。

Ｔｉ合金の素材を線材などに熱間加工する際に、表面の酸化硬化層の生成を抑制し、生産効率の高い加熱を行うため、Ｔｉ合金圧延素材を、表面の酸化硬化層の厚さが増大しない温度以下までは、燃焼雰囲気加熱炉で一次加熱し、引き続く高温域では、誘導加熱炉において加熱温度に応じた所定時間の加熱を行う、チタン合金圧延素材の加熱方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
上記加熱方法によれば、熱間加工材における酸化硬化層を低減でき、且つ生産効率の高い加熱を施すことが可能となる。

特開平６−２６９８３６号公報 （第１〜５頁、図１）

ところで、Ｔｉ合金線材は、熱間線材圧延などの前記熱間加工において、その表面に酸化物からなり黒皮と称される硬化層が生成される。係る黒皮を除去する場合、当該Ｔｉ合金線材の折損を防ぐため、予め、温間矯正し且つ所定の長さに切断した比較的短尺な複数本のＴｉ合金線材を、冷間において回転切削工具にそれぞれ強制的に通す方法によって行われている。
しかしながら、コイル状に巻き付けられた長尺なＴｉ合金線材を直線状に巻き返し、所定の長さに切断した比較的短尺なＴｉ合金線材を、冷間における回転切削工具に通す黒皮剥きを行う方法では、切削速度が低いため、生産効率を低下させる。しかも、製造工程間に仕掛かりのＴｉ合金線材が増加すること起因して、コスト高を招く、という問題もあった。

本発明は、前記背景技術において説明した問題点を解決し、コイル状に巻き付けられた長尺なＴｉ合金線材に対する黒皮の除去を、連続して確実に且つ効率良く行なえるＴｉ合金線材の皮剥き方法を提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、コイル形態から直線状に巻き返したＴｉ合金線材を温間温度領域に加熱して、黒皮を除去する皮剥き工程を連続して施す、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明によるＴｉ合金線材の皮剥き方法（請求項１）は、熱間線材圧延によって所定の線径に縮径されたＴｉ合金線材の表層における酸化物からなる黒皮を、温間温度領域でリング状の切削刃を有する皮剥きダイスに上記線材を通して切除する皮剥き工程を含む、ことを特徴とする。

これによれば、熱間線材圧延によって１２ｍｍ未満の線径に縮径されたＴｉ合金線材を、その温間温度領域に加熱した状態で、リング状の切削刃を有する皮剥きダイスに通している。このため、前記熱間線材圧延において、当該Ｔｉ合金線材の表層に生成された酸化物からなる黒皮を、折損を生じることなく、確実に切削して除去することが可能となる。

尚、前記Ｔｉ合金線材は、例えば、Ｔｉ−６質量％Ａｌ−４質量％Ｓｎ−３．４質量％ＺｒのようなＴｉ合金からなる。
また、前記Ｔｉ合金線材は、複数対の溝付きロール間に強制的に通す熱間線材圧延によって、例えば、約１３ｍｍの線径から約７ｍｍに縮径される。
更に、前記温間温度領域は、約４００〜７００℃である。
加えて、前記皮剥きダイスのすくい角は、２０度以下の範囲が推奨される。

また、本発明には、前記皮剥き工程は、熱間線材圧延されてからコイル状に巻き付けられたＴｉ合金線材を、巻き返して直線状とし、且つ温間温度領域に加熱した後、前記皮剥きダイスを通過させる工程である、Ｔｉ合金線材の皮剥き方法（請求項２）も含まれる。
これによれば、コイル状に巻き付けられたＴｉ合金線材を、巻き返して直線状とし、係る直線状のＴｉ合金線材を、温間温度領域に加熱した状態で、前記皮剥きダイスに通している。その結果、長尺なＴｉ合金線材の黒皮を、折損を生じることなく、連続して確実に除去できるため、従来のような短尺に切断した後で、複数の線材を個別に皮剥きする方法に比べ、約数１０倍の切削速度で皮剥きを施すことが可能となる。
尚、前記温間温度領域への加熱は、皮剥きダイスの前方ないし直前に配置した誘導加熱装置などに、前記Ｔｉ合金線材を通過させることで行われる。

更に、本発明には、前記皮剥き工程において、前記Ｔｉ合金線材の先端面に、係るＴｉ合金よりも軟質のＴｉ合金からなり、且つ上記Ｔｉ合金線材よりも細径の端部線材を、アモルファスシートを介して溶着した後、係る端部線材を含む上記Ｔｉ合金線材を、一対の溝付きロール間に挟み込んでから、前記皮剥きダイスに通す、Ｔｉ合金線材の皮剥き方法（請求項３）も含まれる。
これによれば、折損し易いＴｉ合金からなる長尺な線材であっても、その先端面に上記アモルファスシートを介して溶着された端部線材を、上記一対の溝付きロール間に挟み込んでから、前記皮剥きダイスに通すため、折損を生じることなく、当該Ｔｉ合金線材の黒皮を連続して確実に切除することが可能となる。

尚、前記アモルファスシートには、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ系非晶質金属などが使用される。
また、前記端部線材は、いわゆる口付け材であり、例えば、Ｔｉ−６質量％Ａｌ−４質量％ＶのＴｉ合金からなり、一端が先細形状に予め成形されている。
更に、前記端部線材の溶着は、例えば、電気抵抗溶接の一種であるバットシーム溶接の変形形態たるバット溶接によって行われる。

以下において、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図１は、本発明を含むＴｉ合金線材の製造方法を示す流れ図、および各工程の概略図である。尚、以下において、単に％と示す場合は、質量％を示している。
予め、例えば、Ｔｉ−６％Ａｌ−４％Ｓｎ−３．４％ＺｒのようなＴｉ合金を溶製し、得られたＴｉ合金の鋳片を、図１に示すように、断面ほぼ半円形の溝ｍを有し且つ前後に連続する複数対の圧延ロールｒ１，ｒ２間に通して、徐々に縮径してゆく熱間線材圧延（工程）Ｓ１を施す。その結果、例えば、線径が約１３ｍｍから約７．５ｍｍに縮径されたＴｉ合金線材Ｗが得られる。
尚、上記圧延ロールｒ１，ｒ２のほかに、伸線ダイスｓＤのテーパ孔ｈに通して、上記線径のＴｉ合金線材Ｗを製作しても良い。また、熱間線材圧延Ｓ１の中間で、表面に生成された酸化物を除去するための酸洗処理を行っても良い。

次に、図１に示すように、前記Ｔｉ合金線材Ｗの表層に付着した酸化物からなる黒皮を除去するため、予め、約４００〜７００℃（例えば、５００℃）の温間温度領域に加熱した後、リング状の切削刃ｎを有する皮剥きダイスｋＤの貫通孔に通す皮剥き工程Ｓ２を行う。
係る皮剥き工程Ｓ２は、図２に示すように、前記熱間線材圧延Ｓ１後にリールＬ１にコイルＣ１状にして巻き付けられた長尺なＴｉ合金線材Ｗを巻き返して直線状とし、誘導加熱装置ＩＨの内側を貫通させて、前記温間温度領域に加熱した後、対向する一対の溝付きロールＲ１，Ｒ２間に挟み込み、その下流側に隣接する皮剥きダイスｋＤに送給して行われる。

これに先立ち、Ｔｉ合金線材Ｗが前記溝付きロールＲ１，Ｒ２間に挟み込んだ際に、折損を生じる事態を防ぐため、図２の左下側に示すように、Ｔｉ合金線材Ｗの先端面に、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ系からなるアモルファスシートＳを介して、端部線材ｉｗをバット溶接（電気抵抗溶接の一種）によって接合する。
係る端部線材ｉｗは、前記Ｔｉ合金線材Ｗよりも軟質のＴｉ合金（例えば、Ｔｉ−６％Ａｌ−４％Ｖ）からなり、且つ上記Ｔｉ合金線材Ｗよりも少なくとも先端側が細径（先細形状）となるように予め成形されている。

具体的な溶接方法は、先ず、前記Ｔｉ合金線材Ｗと端部線材ｉｗとを、軸方向に沿って連続するようにして図示しない溶接機の電極ごとに個別に拘束し、対向する前者の先端面と後者の後端面との隙間に、例えば、Ｎｉ−１９％Ｃｒ−７．３％Ｓｉ−１．５％Ｂ（Ｎｉ−Ｃｒ系非晶質金属）のアモルファスシートＳ（米国Ｍｅｔｌａｓ社製：ＭＢＦ−５０）を挟み込む。次に、上記Ｔｉ合金線材Ｗと端部線材ｉｗとを、軸方向に沿って互いに接近するように押し付け合った状態にして、両線材Ｗ，ｉｗ間およびアモルファスシートＳに所定の溶接電流を給電する。
すると、先にアモルファスシートＳのみが溶融し、続いて隣接するＴｉ合金線材Ｗおよび端部線材ｉｗそれぞれの一部が溶融して溶融層が拡大し、係る溶融層がＴｉ合金線材Ｗと端部線材ｉｗとの合金組織に向かって拡散しながら冷却された後、冷え固まって金属組織上から接合面が消失する。その結果、Ｔｉ合金線材Ｗの先端面に、端部線材ｉｗが溶着される。尚、前記線材ＷのＴｉ合金の種類によっては、端部線材ｉｗの溶着を省略しても良い。

次いで、端部線材ｉｗが先端面に溶着されたＴｉ合金線材Ｗを、図２に示すように、係る端部線材ｉｗの細径側から一対の溝付きロールＲ１，Ｒ２間に挟み込んでから、その下流側に隣接する皮剥きダイスｋＤの貫通孔ｘに挿入する。この際、予め先端面に用着した比較的軟質の端部線材ｉｗによって、溝付きロールＲ１，Ｒ２間に誘導されるため、Ｔｉ合金線材Ｗが折れる事態を回避できる。しかも、ダイスｋＤの貫通孔ｘの内側へ容易に挿入することも可能となる。
尚、皮剥きダイスｋＤにおける貫通孔ｘの内径は、Ｔｉ合金線材Ｗの外径よりも小さく、その差が皮剥きにより切除すべき酸化物からなる黒皮の厚みに相当する。また、皮剥きダイスｋＤのすくい角θは、約２０度以下の範囲であり、貫通孔ｘ内の逃げ角は、約５度である。

図２に示すように、一対の溝付きロールＲ１，Ｒ２により、軸方向に沿って端部線材ｉｗの細径側から皮剥きダイスｋＤの貫通孔ｘに挿入されたＴｉ合金線材Ｗは、貫通孔ｘの上流側に位置するリング状の切削刃ｎによって、その黒皮が全周面でほぼ均一に切除され、ほぼ放射方向に伸びる複数の切削屑（ダライ）ｆとなって除去される。しかも、Ｔｉ合金線材Ｗは、前記誘導加熱装置ＩＨによって約４００〜７００℃の温間温度領域にあるため、表面全体に付着した黒皮を高速度で且つスムースに切除され、黒皮のないＴｉ合金線材ｗとなる。
係る黒皮の皮剥き工程Ｓ２は、軸方向に沿って配置した複数個の皮剥きダイスｋＤに連続して通し、各ダイスｋＤごとの切削代を、約０．０５ｍｍ以下にして行うようにしても良い。
そして、黒皮が切除されたＴｉ合金線材ｗは、図２に示すように、リールＬ２の周面に巻き付けられ、ほぼ円柱形のコイルＣ２状とされる。

前記皮剥き工程Ｓ２で、黒皮を皮剥きされ且つコイルＣ２にされたＴｉ合金線材ｗは、図１に示すように、矯正・切断工程Ｓ３に送られ、前記コイルＣ２から巻き返され、直線状とされた冷間温度域のＴｉ合金線材ｗを、平面視で千鳥状のパターンに配置された複数ずつの溝付きロールｒ３，ｒ４間に通し、コイルＣ２などによる巻き癖などを除去して矯正する。引き続いて、高速回転するエメリーソーなどの回転鋸ｓによって、一定長さのＴｉ合金線材ｗごとに切断される。
そして、図１に示すように、一定の長さに切断されたＴｉ合金線材ｗは、仕上げ研磨工程Ｓ４に送られ、高速回転する円筒形のハウジングＨの内周面に対称に取り付けた複数の砥石ｇにより、周面における微小な凹凸を研磨される。
その結果、黒皮がなく、所要寸法で且つ表面粗さが均一なＴｉ合金線材ｗに仕上げられる。

以上のような形態による本発明のＴｉ合金線材の皮剥き方法を含むＴｉ合金線材の製造方法によれば、熱間線材圧延Ｓ１されたＴｉ合金線材Ｗに対し、直線状にし且つ温間温度領域で皮剥き工程Ｓ２を施すため、皮剥きダイスｋＤによる黒皮を切除するラインの切削速度が、先に切断した複数本のＴｉ合金線材Ｗに対して、冷間で個別に皮剥きを行う従来の方法に比べて、数１０倍程度速くすることができる。
しかも、比較的脆く折損し易いＴｉ合金線材の場合には、その先端面に前記アモルファスシートＳを介して、比較的軟質のＴｉ合金からなる前記端部線材ｉｗを溶着することにより、皮剥き工程Ｓ２における一対の溝付きロールＲ１，Ｒ２間を折れずに通過させ、且つ皮剥きダイスｋＤにスムーズに通して、表面の黒皮を確実に切除することもできる。
従って、本発明のＴｉ合金線材の皮剥き方法によれば、Ｔｉ合金線材の製造効率を著しく向上させることが可能となる。

ここで、本発明によるＴｉ合金線材の皮剥き方法の実施例を説明する。
Ｔｉ−６％Ａｌ−４％Ｓｎ−３．４％ＺｒのＴｉ合金からなり、予め、同じ熱間線材圧延Ｓ１を施され線径が７．４ｍｍで互いに同じ長さである２本のＴｉ合金線材Ｗをコイル形にして用意した。
一方は、実施例用のＴｉ合金線材Ｗであって、前記コイルＣ１から直線状に巻き返し、前記誘導加熱装置ＩＨの内側を貫通させ、５００℃（温間温度領域）に保った状態で、複数の皮剥きダイスｋＤに連続して通し（皮剥き工程Ｓ２）、線径が６．４ｍｍのＴｉ合金線材ｗとした。この際、各皮剥きダイスｋＤでの切削代は、０．０５ｍｍとした。

他方は、比較例用のＴｉ合金線材Ｗであって、前記コイルＣ１から直線状に巻き返し、前記矯正・切断工程Ｓ３を先に行って、複数本の短い長さ（３ｍ）のＴｉ合金線材Ｗとした後、これらを複数の皮剥きダイスｋＤに冷間で個別に通し（皮剥き工程Ｓ２）、線径が６．４ｍｍのＴｉ合金線材ｗとした。
実施例の皮剥き方法による皮剥き工程Ｓ２では、黒皮の切削速度が平均４０ｍ／分であった。一方、比較施例の皮剥き方法による皮剥き工程Ｓ２では、黒皮の切削速度が平均１ｍ／分であった。
以上のような実施例の皮剥き方法によれば、比較例のような従来の皮剥き方法に比べて、著しく生産効率を高められることが確認できた。その結果、本発明の効果が裏付けられた。

本発明は、以上にて説明した実施の形態や実施例に限定されるものではない。
例えば、本発明の対象となるＴｉ合金線材のＴｉ合金は、前記実施の形態や実施例で示した合金に限らず、冷間で皮剥きが施しにくいもの全てを含む。
また、Ｔｉ合金線材の温間温度領域への加熱は、前記誘導加熱装置ＩＨに限らず、雰囲気加熱方式の加熱炉によって行っても良い。
更に、前記アモルファスシートは、皮剥きすべき線材のＴｉ合金の合金組成に応じて、異なる組成のアモルファスシートを用いても良い。

本発明の皮剥き工程を含むＴｉ合金線材の製造方法を示す流れ図および各工程の概略図。 本発明によるＴｉ合金線材の皮剥き工程を示す概略図。

符号の説明

Ｗ，ｗ………Ｔｉ合金線材
ｉｗ…………端部線材
ｋＤ…………皮剥きダイス
ｎ……………切削刃
Ｃ１…………コイル
Ｓ……………アモルファスシート
Ｒ１，Ｒ２…溝付きロール
Ｓ１…………熱間線材圧延
Ｓ２…………皮剥き工程

Claims (3)

1. 熱間線材圧延によって所定の線径に縮径されたＴｉ合金線材の表層における酸化物からなる黒皮を、温間温度領域でリング状の切削刃を有する皮剥きダイスに上記線材を通して切除する皮剥き工程を含む、
   ことを特徴とするＴｉ合金線材の皮剥き方法。
2. 前記皮剥き工程は、熱間線材圧延されてからコイル状に巻き付けられたＴｉ合金線材を、巻き返して直線状とし、且つ温間温度領域に加熱した後、前記皮剥きダイスを通過させる工程である、
   請求項１に記載のＴｉ合金線材の皮剥き方法。
3. 前記皮剥き工程において、前記Ｔｉ合金線材の先端面に、係るＴｉ合金よりも軟質のＴｉ合金からなり、且つ上記Ｔｉ合金線材よりも細径の端部線材を、アモルファスシートを介して溶着した後、係る端部線材を含む上記Ｔｉ合金線材を、一対の溝付きロール間に挟み込んでから、前記皮剥きダイスに通す、
   請求項１または２に記載のＴｉ合金線材の皮剥き方法。

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