JP2012040585A - Method of manufacturing annular roughly shaped material - Google Patents
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Abstract
Description
熱間ローリング時に発生もしくは拡大する可能性のある内部空隙すなわちボイドに対して、もしくは熱間リングローリング加工前に存在した内部空隙すなわちボイドに対して、リングローリング機を用いて、メインロールの周速度とマンドレル圧下速度との関係を制御することにより、内部空隙すなわちボイドの発生あるいは拡大を抑制すること、もしくは内部空隙すなわちボイドを圧着させて閉鎖させることを目的とした加工方法に関する。 Using a ring rolling machine, the peripheral speed of the main roll against internal voids or voids that may occur or expand during hot rolling, or against internal voids or voids that exist before hot ring rolling The present invention relates to a processing method for suppressing the generation or expansion of internal voids, that is, voids, or by closing the internal voids, that is, voids, by controlling the relationship between the pressure and the mandrel reduction speed.
鋼材の板材圧延などの分野では、鋼材中の内部空隙すなわちボイドに対して、圧延材の形状を制御する方法あるいは圧延材の形状の制御に加えて圧延速度を制御する方法により内部空隙すなわちボイドの発生や拡大を抑制すること、あるいは内部空隙すなわちボイドを圧着させて閉鎖させることなどが提唱されている。 In fields such as steel plate rolling, internal voids or voids are controlled by controlling the shape of the rolled material or controlling the rolling speed in addition to controlling the shape of the rolled material. It has been proposed to suppress generation and expansion, or to close an internal space, that is, a void by pressure bonding.
これらとしては、鋼材の板材圧延などの圧延材の形状の制御や圧延速度の制御などにより内部空隙すなわちボイドを低減する技術が開発されている。例えば、連鋳時に発生して鋳片中に内在するセンターポロシティーを完全に圧着せしめる鋼片の圧下方法が提案されている。(例えば、特許文献1参照。)。しかし、この方法は、鋳片の表面と中心部に400℃以上の温度差を設けるために、鋳片の表面に水冷が必要になり、熱量原単位のロスが大きく、また、この方法では、鋳片の中心部に対して400℃以上の温度差で、形状比0.5以上の大圧下圧延をするので、通常の圧延に比べて数倍の圧下力を要し、圧延機の能力を増強するために設備費用がかかる問題がある。さらに、連鋳片を粗圧延工程で幅出し圧延し、さらに仕上げ圧延工程で低速圧延の複数パス圧延およびパス圧延の全てを0.5以上の形状比の大圧下圧延の組合せにより極厚鋼板を製造してセンターポロシティーを圧着する方法が提案されている(例えば、特許文献2。)参照。さらに、特許文献2の方法を実施する方法において、連続鋳造の定常の引抜工程で、鋳片の液相線クレーター先端と固相線クレーター先端との間を圧下量0.5〜2.0mm/分の範囲で連続的に圧下し、次いで特許文献2の方法を行う方法が提案されている(例えば、特許文献3参照。)。これらは、板圧延材については内部ミクロポロシティーの改善を狙って、連続鋳造の定常の引抜き工程の圧下量の制御および圧延工程出の圧延材の形状と圧延スピードの制御によってセンターポロシティーの解消を達成している。しかし、熱間リングローリング加工においては、内部空隙すなわちボイドの改善技術は未だ確立されていない。
As these, the technique of reducing an internal space | gap, ie, a void, is controlled by control of the shape of rolling materials, such as plate rolling of steel materials, and control of rolling speed. For example, a steel slab reduction method has been proposed in which the center porosity generated in continuous casting and present in the slab is completely crimped. (For example, refer to Patent Document 1). However, this method requires a water cooling on the surface of the slab in order to provide a temperature difference of 400 ° C. or more between the surface and the center of the slab, and the loss of the calorific value is large. Since the rolling is performed at a temperature difference of 400 ° C or more with respect to the center of the slab and the shape ratio is 0.5 or more, a rolling force that is several times that of normal rolling is required. There is a problem that the equipment cost is increased to increase the capacity. Furthermore, continuous cast slabs are rolled out in the rough rolling process, and in the finish rolling process, all of the multi-pass rolling and low-pass rolling are combined with heavy rolling under a shape ratio of 0.5 or more to form a heavy steel plate. The method of manufacturing and crimping | bonding a center porosity is proposed (for example, patent document 2). Furthermore, in the method for carrying out the method of
熱間リングローリング加工方法は、複数個のロールを用いて素材の肉厚を減少させてリングの径を拡大する加工方法である。歩留りが良好で必要とされる加工力が小さいなどの利点があり、比較的に径の大きな環状素形材の製造に広く用いられている方法である。しかしながら、この方法は、径を拡大する加工方法であるために、リングの円周方向には、引張の応力が作用する。この応力は、(1)加工前に存在していた空隙、もしくは(2)被加工材内部にある界面、例えば、変形抵抗の差があるような被加工材と介在物などの界面を原因としてリングローリング加工中に空隙の発生を助長しあるいは空隙を拡大する場合がある。 The hot ring rolling method is a processing method in which the diameter of a ring is increased by reducing the thickness of a material using a plurality of rolls. This method has the advantage that the yield is good and the required processing force is small, and is a method widely used in the production of a ring-shaped material having a relatively large diameter. However, since this method is a processing method for expanding the diameter, tensile stress acts in the circumferential direction of the ring. This stress is caused by (1) voids that existed before processing, or (2) interfaces inside the workpiece, for example, interfaces between workpieces and inclusions that have a difference in deformation resistance. There is a case where the generation of voids is promoted during the ring rolling process or the voids are enlarged.
この空隙は、次のような不具合を生じる場合がある。例えば、鍛造品を旋削し、さらに熱処理して所定のベアリングとした場合に、当該空隙が鍛造品の表面もしくは表面直下に位置した場合、ベアリングを使用すると、疲労剥離などの早期欠陥を引き起こす可能性がある。このために、熱間ローリング加工において、内部空隙すなわちボイドを抑制もしくは閉塞させる加工方法あるいは加工条件が求められている。 This gap may cause the following problems. For example, when turning a forged product and then heat-treating it into a given bearing, if the gap is located on the surface of the forged product or just below the surface, using the bearing may cause early defects such as fatigue delamination There is. For this reason, in the hot rolling process, a process method or process conditions for suppressing or closing internal voids, that is, voids, are required.
そこで、本願の発明が解決しようとする課題は、熱間リングローリング加工において、リングに生じる内部空隙すなわちボイドを抑制もしくは閉鎖させる加工条件からなるリング状素形材の加工方法を提供することである。 Accordingly, the problem to be solved by the invention of the present application is to provide a method for processing a ring-shaped material having processing conditions for suppressing or closing internal voids, that is, voids generated in a ring in hot ring rolling processing. .
上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項1の発明では、メインロールとメインロール内のマンドレル間でリングローリング加工する、一般に斎藤式リングローリング方式として知られる、方法である。この請求項1の方法では、横方向のX軸方向と縦方向のY軸方向と手前方向のz軸方向の3次元で示すとき、リングローリング機の主軸をY軸方向に対して対照的に同一角度傾けて2個のメインロールの外周部に形成の加圧部を一定角度のV字状に当接して設置する。次いで、この2個のメインロールの加圧部の外周面とマンドレルの外周面との間に形成した孔型に、素材の鋼材リングを挿通する。次いで、2個のメインロールとマンドレルの関係のマンドレルの圧下速度fに対する2個のメインロールの周速度Vの比であるf/Vの値を一定の範囲に制御し、2個のメインロールの加圧部に形成の孔型の外面および側面に対する押圧力とマンドレルの外周面に形成の孔型の内面による反力により、鋼材リングの外周面を圧下し、鋼材リングをリング軸方向に切断した断面形状からなるリング断面を有する鋼材リングを形成することを特徴とする熱間リングローリング加工によるリング状素形材の製造方法である。
Means of the present invention for solving the above-mentioned problems is a method generally known as Saito-type ring rolling method in which ring rolling is performed between a main roll and a mandrel in the main roll. In the method of
本発明の第2の手段は、2個のメインロールとマンドレルの関係であるマンドレルの圧下速度fに対する2個のメインロールの周速度Vの比であるf/Vの値を制御する一定の範囲は、4×10-4〜60×10-4の範囲であることを特徴とする請求項1の手段の熱間リングローリング加工によるリング状素形材の製造方法である。
The second means of the present invention is a fixed range for controlling the value of f / V which is the ratio of the peripheral speed V of the two main rolls to the rolling speed f of the mandrel which is the relationship between the two main rolls and the mandrel. Is in the range of 4 × 10 −4 to 60 × 10 −4 , the method for producing a ring-shaped element by hot ring rolling according to the means of
メインロール周速度Vが位置によって変わる場合は、メインロールの加工に寄与する加圧部の周速度の最大値をメインロール周速度Vとし、マンドレル圧下速度fが時間変動する場合は、その平均値をマンドレル圧下速度fとして採用することを特徴とする請求項2の手段の熱間リングローリング加工によるリング状素形材の製造方法である。
When the main roll peripheral speed V changes depending on the position, the maximum value of the peripheral speed of the pressurizing part that contributes to the processing of the main roll is the main roll peripheral speed V, and the average value when the mandrel reduction speed f fluctuates over time Is adopted as the mandrel reduction speed f. The method of manufacturing a ring-shaped material by hot ring rolling according to the means of
請求項1の手段では、鋼材リングをその外周断面をX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向から鋼材リングの内周面側に押圧する際に、2個のメインロールとマンドレルの関係であるマンドレルの圧下速度fに対する2個のメインロールの周速度Vの比であるf/Vの値を一定の範囲に制御することで、得られたリング状素形材に空隙すなわちボイドの形成を抑制もしくは形成された空隙すなわちボイドを閉塞させ、ベアリングとしての使用時における空隙を基因とする疲労剥離による早期欠陥を阻止できる。 According to the first aspect of the present invention, when the outer peripheral cross section of the steel ring is pressed from the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction to the inner peripheral surface side of the steel ring, the relationship between the two main rolls and the mandrel is established. By controlling the value of f / V, which is the ratio of the peripheral speed V of the two main rolls to the mandrel rolling speed f, within a certain range, the formation of voids or voids in the obtained ring-shaped material is suppressed. Alternatively, the formed voids, that is, voids are closed, and early defects due to fatigue peeling caused by the voids when used as a bearing can be prevented.
さらに、請求項2の手段では、請求項1の方法において、メインロールおよびマンドレルの関係であるマンドレルの圧下速度fに対するメインロールの周速度Vの比であるf/Vの値を4×10-4〜60×10-4の一定の範囲に制御することで、よりリング状素形材に空隙すなわちボイドの形成を抑制もしくは形成された空隙すなわちボイドを閉塞させてベアリングとしての使用時における空隙を基因とする疲労剥離による早期欠陥をより一層に阻止できる。
Further, in the method of
さらに、請求項3の手段では、メインロール周速度Vが位置によって変わる場合は、加圧部の周速度の最大値をメインロール周速度Vとし、マンドレル圧下速度fが時間変動する場合は、その時間のマンドレル圧下速度の平均値をマンドレル圧下速度fとすることで、より的確にリング状素形材に空隙すなわちボイドの形成を抑制もしくは形成された空隙すなわちボイドを閉塞させることができる。
Furthermore, in the means of
本発明を実施するための形態について、図面および表を参照して以下に説明する。本発明は、図1に示すリングローリング機1を用いる方法である。この方法に使用するリングローリング機1は、リングローリング機1を支持する支持枠体17に2個のメインロール3、3とマンドレル6と複数の控ロール16をそれぞれ支持している。すなわち、図2の平面図に示すように、このリングローリング機1はリングローリング機1の2個のメインロール3、3の当接部とマンドレル6の中心を通るY軸を主軸2とするリングローリング機1からなっており、2個の加圧部4、4を対照的に傾斜して当接する2個のメインロール3、3の各主軸3a、3aの交点を通り、Y軸に垂直な軸をX軸とするとき、2個のメインロール3、3の各主軸3a、3aは、X軸と一定の角度を設けてY軸に対照的に傾斜している。
EMBODIMENT OF THE INVENTION The form for implementing this invention is demonstrated below with reference to drawings and a table | surface. The present invention is a method using the
これらの図に示す本発明の実施形態の方法は、次の条件の(1)および(2)の2点による方法である。先ず、条件の(1)の方法は、熱間リングローリング加工において、図1に示すリングローリング機1を用いる請求項1に係る方法である。この方法に使用するリングローリング機1は、リングローリング機1を支持する支持枠体17に2個のメインロール3、3とマンドレル6と複数の控ロール16をそれぞれ支持している。図2に示すように、このリングローリング機1の2個のメインロール3、3の加圧部4の外周面5とマンドレル6の外周面7との間に形成した孔型8に、被加工材である素材の鋼材リング12を挿通し、2個のメインロール3、3の加圧部4の外周面5を被加工材である鋼材リング12の外周面13に当接し、マンドレル6の外周面7を鋼材リング12の内周面14に当接し、さらに鋼材リング12の外周面13には複数個の控ロール16を当接して鋼材リング12の加工による拡径に連れて控ロール16の外面を後退させながら鋼材リング12の周囲をバックアップしながらリングローリング加工を行う。
The method of the embodiment of the present invention shown in these drawings is a method based on the following two conditions (1) and (2). First, the method (1) of the condition is the method according to
すなわち、この(1)の方法のリングローリング加工の場合、2個のメインロール3、3とマンドレル6の関係であるマンドレル6の圧下速度fに対する2個のメインロール3、3の周速度Vの比であるf/Vの値を一定の範囲に制御し、2個のメインロール3、3の加圧部4に形成の孔型8の外面9および側面10に対する押圧力とマンドレル6の外周面7に形成の孔型8の内面11による反力により、鋼材リング12の外周面13を圧下し、鋼材リング12のリング軸方向に切断した断面形状を孔型8からなるリング断面15を有する鋼材リング12に形成する。
That is, in the case of the ring rolling process of the method (1), the peripheral speed V of the two
次いで、条件の(2)の方法は、請求項2に係る発明の方法であり、リングローリングに寄与する2個のメインロール3、3およびマンドレル6による関係である、マンドレル6の圧下速度fに対する2個のメインロール3、3の周速度Vの比であるf/V値を一定の範囲に制御した条件(1)のリングローリング方法において、この一定の範囲を4×10-4〜60×10-4の範囲の値とし、2個のメインロール3、3の加圧部4に形成の孔型8の外面9および側面10に対する押圧力とマンドレル6の外周面7に形成の孔型8の内面11による反力により、鋼材リング12の外周面13を圧下し、鋼材リング12のリング軸方向に切断した断面形状を孔型8からなるリング断面15を有する鋼材リング12に形成する方法である。
Next, the method of the condition (2) is the method of the invention according to
上記の条件(1)では、2つのメインロール3、3およびマンドレル6により形状化された孔型8によって被加工材である素材の鋼材リング12の圧延部位のほぼ全域が拘束されて鋼材リング12の断面が押圧される。この場合、2個のメインロール3、3とマンドレル6の関係であるマンドレル6の圧下速度fに対する2個のメインロール3、3の周速度Vの比であるf/Vの値を一定の範囲に制御している。したがって、鋼材リング12の圧延部位のほぼ全域に対して、圧縮方向の静水圧応力を作用でき、リングに成形した素形材中の空隙すなわちボイドの生成およびその拡大を抑制することが出来る。なお、静水圧応力は、空隙の拡大あるいは縮小を評価する指標の1つであり、圧縮方向の静水圧応力であれば、空隙は閉じる方向へ向かう。
In the above condition (1), the entire ring region of the
次いで、条件(2)では、マンドレル6の圧下速度fに対する2個のメインロール3、3の周速度Vの比であるf/Vの値が4×10-4未満である場合は、2個のメインロール3、3の周速度Vに対するマンドレル6の圧下速度fが小さ過ぎるため、被加工材であるである鋼材リング12の表面のみが加工される条件となり、被加工材である鋼材リング12の内部まで圧下が作用せず、内部には引張応力が作用することとなる。一方、f/Vの値が60×10-4を超える場合は、2個のメインロール3、3の周速度Vに対するマンドレル6の圧下速度fが大き過ぎるため、被加工材である鋼材リング12が2個のメインロール3、3に噛み込まないので、圧延することが出来ない。
Next, in the condition (2), when the value of f / V which is the ratio of the peripheral speed V of the two
したがって、上記の条件(1)および条件(2)を満足する場合は、被加工材である鋼材リング12の全域にわたって、鋼材リング12の内部に発生する引張応力を抑制することが可能となり、鋼材リング12の内部の空隙すなわちボイドの生成および拡大を抑制することが出来る。
Therefore, when the above conditions (1) and (2) are satisfied, it is possible to suppress the tensile stress generated inside the
(実験例)
リングローリング加工前の素材として、外径182mm、内径75mm、幅43mmの鋼材リング12を用いてローリング加工を行った。この場合、2個のメインロール3、3の周速度V、マンドレル6の圧下速度fを、表1のように条件振りした。被加工材である鋼材リング12の素材の内部には、直径2mmの人工空隙を設け、この鋼材リング15に表1の条件に従ってローリング加工を行い、この空隙の拡大率を調査した。この調査した空隙の拡大率の評価は、リングローリング加工前の鋼材リング12の断面積とリングローリング加工後の断面積の比を拡大率として以下の基準で行った。
(Experimental example)
Rolling was performed using a
表1において、空隙の拡大率の評価の基準は、空隙の拡大率<100%、100%≦空隙の拡大率<125%、125%≦空隙の拡大率とした。これらにおいて、空隙の拡大率<100%の場合を〇として表示し、これは縮小できたものである。この場合、空隙は閉じる方向へ向かった。さらに、100%≦空隙の拡大率<125%の場合を△として表示し、これはやや拡大したものを示した。また、125%≦空隙の拡大率の場合を×として表示した。f/Vが大きく、圧延自体が出来なかったものには、「圧延出来ず」としている。 In Table 1, the evaluation criteria for the void enlargement ratio were the void enlargement ratio <100%, 100% ≦ the void enlargement ratio <125%, 125% ≦ the void enlargement ratio. In these, the case where the enlargement ratio of the gap is <100% is indicated as ◯, and this can be reduced. In this case, the void was directed in the closing direction. Further, the case of 100% ≦ gap enlargement ratio <125% is indicated as Δ, which indicates a slightly enlarged one. In addition, the case of 125% ≦ gap enlargement ratio is shown as x. The case where f / V is large and the rolling itself could not be performed is “unrollable”.
この実験例の表1における空隙の評価では、No.1は、2個のメインロール3、3の周速度Vに対するマンドレル6の圧下速度fが大きいため、被加工材である鋼材リング12が2個のメインロール3、3に噛み込まないので、圧延することが出来なかった。No.2、No.3およびNo.6は、マンドレル6の圧下速度fに対する2個のメインロール3、3の周速度Vの比のf/Vが20×10-4〜60×10-4であるので、拡大率が100%未満であり、空隙の評価は○で縮小できた。No.4は、マンドレル6の圧下速度fに対する2個のメインロール3、3の周速度Vの比のf/Vが4.2×10-4で4.0×10-4を僅か超えているので、空隙の拡大率が100%以上でかつ125%未満であり、空隙の評価は△でやや拡大した。これらに対して、No.5およびNo.7は、マンドレル6の圧下速度fに対する2個のメインロール3、3の周速度Vの比のf/Vが4.0×10-4未満であるので、空隙の拡大率が125%以上であり、空隙が拡大したため、空隙の評価は×で、これは、鋼材リング12の表面のみが加工されるため、被加工材内部に引っ張りの静水圧応力が発生したためと考えられる。
In the evaluation of voids in Table 1 of this experimental example, No. Since the rolling speed f of the
1 リングローリング機
2 主軸
3 メインロール
3a 主軸
4 加圧部
5 外周部
6 マンドレル
7 外周面
8 孔型
9 外面
10 側面
11 内面
12 鋼材リング
13 外周面
14 内周面
15 リング断面
16 控ロール
17 支持枠体
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