JP2014184484A - Method of forming thermostable alloy ring - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of forming a ring rolling raw material to be formed as a high-quality thermostable alloy ring.SOLUTION: For forming the ring rolling raw material, a ring rolling mill is used which includes: a main roll and a mandrel roll that are arranged opposite to the radial outer circumferential surface of the ring rolling raw material and the radial inner circumferential surface of the same, respectively; and an upper axial roll and a lower axial roll that are arranged opposite to the height-direction upper surface of the ring rolling raw material and the height-direction lower surface of the same, each of the axial rolls having a flat conical surface and a recessed part in the axial-direction end part of the axial roll. The ring rolling raw material is rolling-formed into a thermostable alloy ring by reducing a radial-direction interval between the main roll and the mandrel roll while heating the thermostable alloy raw material preformed in a ring shape to the recrystallization temperature or more. A cross-sectional shape 110 of the ring rolling raw material is a substantially symmetrical shape with respect to the center line dividing the height direction of the ring rolling raw material into two parts, and is formed in such a tapered shape that a height is reduced toward at least one of the inner diameter side and the outer diameter side of the center line. The tapered part forms a free space allowing for deformation of the ring rolling raw material in forming using the ring rolling mill, consequently abnormal heating in ring rolling is prevented.

Description

本発明は、高温環境下で使用する耐熱合金製リングに関し、耐熱合金製リングの成形方法に関する。   The present invention relates to a heat-resistant alloy ring used in a high temperature environment, and to a method for forming a heat-resistant alloy ring.

耐熱合金製の部品が多用される装置の一例として、ガスタービンが挙げられる。ガスタービンは、回転軸に多段で取り付けられたリング形状のタービンディスク外周部に翼形状のブレードを配置し、軸方向の流体の流れを回転運動に変換することで動力を発生するものである。
ガスタービン前方から吸い込まれた空気は、後続の多段軸流圧縮部で圧縮され、さらに後続に配置された燃焼器内で、圧縮空気に燃料を混合したガスを燃焼させることにより高温・高圧の燃焼ガスが発生する。この燃焼ガスはタービンディスクの外周部の流路を軸方向に流れながらタービンディスクに取り付けられたブレードに衝突することで、軸方向の運動が回転運動に変換され、タービンディスクを高速回転させる。この回転駆動力は、回転軸を介して前段のタービンディスクを回転させ、空気を圧縮することにより連続的に回転するように作用する。
As an example of an apparatus in which parts made of a heat-resistant alloy are frequently used, a gas turbine can be cited. The gas turbine generates power by arranging blade-shaped blades on the outer periphery of a ring-shaped turbine disk attached in multiple stages to a rotating shaft, and converting the axial fluid flow into rotational motion.
The air sucked from the front of the gas turbine is compressed by the subsequent multistage axial compression section, and then the high-temperature and high-pressure combustion is performed by burning the gas mixed with the fuel in the compressed air in the combustor placed after the gas turbine. Gas is generated. The combustion gas collides with a blade attached to the turbine disk while flowing in the axial direction in the flow path on the outer peripheral portion of the turbine disk, whereby the axial movement is converted into a rotational movement, and the turbine disk is rotated at a high speed. This rotational driving force acts to rotate continuously by rotating the turbine disk in the previous stage via the rotating shaft and compressing the air.

近年、省エネルギーの観点から、ガスタービンの効率向上が重要な技術的課題となっているが、取り扱う燃焼ガスの最高温度が高いほど効率が向上するため、より高温で作動可能なものが求められている。
一方、ガスタービンのタービンディスクやブレードは、高速回転させて使用されるため、運転中に遠心力による高い負荷を受ける。また、これらのタービンディスク、ブレードは600℃以上の高温ガスに曝されたり、高温ガスの流路近傍で使用されるため、高温環境で高い強度を有することが不可欠である。さらに、ガスタービンの起動と停止が断続的に生ずる運転パターンで使用される場合、これらの構成部品には繰り返し負荷が生じ、部品の温度上昇と冷却の段階で生ずる熱応力も繰り返し作用する。
したがって、このように繰り返し作用する負荷や熱応力に対しても十分な強度を有した部品を用いて、ガスタービンを構成することが重要である。
In recent years, improving the efficiency of gas turbines has become an important technical issue from the viewpoint of energy conservation. However, the higher the maximum temperature of the combustion gas handled, the higher the efficiency. Yes.
On the other hand, since the turbine disk and blade of a gas turbine are used by rotating at high speed, they receive a high load due to centrifugal force during operation. Further, since these turbine disks and blades are exposed to a high-temperature gas of 600 ° C. or higher or are used near the flow path of the high-temperature gas, it is indispensable to have high strength in a high-temperature environment. Further, when used in an operation pattern in which the start and stop of the gas turbine are intermittently generated, these components are repeatedly loaded, and the thermal stress generated during the temperature rise and cooling of the components also repeatedly acts.
Therefore, it is important to configure the gas turbine using parts having sufficient strength against the load and thermal stress that repeatedly act in this way.

一方、タービンの高効率化を図るため、タービンディスクやブレードといった回転体の寸法は、大型化の傾向にあるため、より高い遠心力に耐え得る高品質な耐熱合金リングが求められている。これらの要求に応じるため、ガスタービン内部には、高温環境下で高い強度を有する耐熱合金として、オーステナイト系ステンレス鋼、チタン合金、Ni基合金などが主に用いられている。   On the other hand, in order to increase the efficiency of the turbine, the size of a rotating body such as a turbine disk or blade tends to increase in size, so a high-quality heat-resistant alloy ring that can withstand higher centrifugal force is required. In order to meet these demands, austenitic stainless steel, titanium alloy, Ni-based alloy and the like are mainly used as heat resistant alloys having high strength in a high temperature environment in the gas turbine.

こうした耐熱合金のうち、特に優れた高温強度を有するNi合金(例えば718合金)に関しては、金属結晶組織を微細化することで、疲労強度を向上できることが知られており、材料内部の粒径を微細化する手法については、これまでにも様々な技術が提案されている。
例えば、特許文献1に記載されているように、結晶組織を微細化するため、結晶粒の粗大化を抑制する粒子を析出させるなどの方法が有効な手段とされている。また、特許文献2に記載されているように、熱間加工時に素材に歪みを動員し、微細化現象を促進させて微細粒を得る方法も提案されている。
耐熱合金リングの製造方法に関しては、耐熱合金のうち、特にNi基材料は、希少金属を主成分とするため通常の鋼材と比較して高価であり、切削素材として仕上げ形状に近いニアネット形状素材の切削により、切削時の切屑量を低減し、製造コスト低減できるニアネット鍛造がしばしば用いられている。
Among these heat-resistant alloys, it is known that Ni alloy (for example, 718 alloy) having excellent high temperature strength can improve fatigue strength by refining the metal crystal structure. Various techniques have been proposed so far for miniaturization techniques.
For example, as described in Patent Document 1, in order to refine the crystal structure, a method of precipitating particles that suppress the coarsening of crystal grains is an effective means. In addition, as described in Patent Document 2, a method of obtaining fine grains by mobilizing strain in a raw material during hot working to promote a miniaturization phenomenon has been proposed.
Regarding the heat-resistant alloy ring manufacturing method, among heat-resistant alloys, especially Ni-based materials are expensive compared to ordinary steel materials because they are mainly composed of rare metals, and near-net-shaped materials that are close to finished shapes as cutting materials. Near net forging which can reduce the amount of chips at the time of cutting and reduce the manufacturing cost is often used.

一般にニアネット鍛造には、熱間鍛造が用いられるが、製造工程の1例として、まず円柱状のビレットを据え込み鍛造により円盤に成形し、次に中心部を穿孔し、さらにリング圧延により所定の径のリングを成形し、最後に金型を用いて断面形状を成形する熱間鍛造工程が用いられている。   Generally, hot forging is used for near net forging. As an example of the manufacturing process, first, a cylindrical billet is first formed into a disk by upsetting forging, then the center is perforated, and then predetermined by ring rolling. A hot forging process is used in which a ring having a diameter of 5 mm is formed and finally a cross-sectional shape is formed using a mold.

特公平7−42535号公報Japanese Patent Publication No. 7-42535 特公平7−138719号公報Japanese Examined Patent Publication No. 7-138719 特開2011−56548号公報JP 2011-56548 A

しかし、上述の熱間鍛造工程を用いたリング圧延では、製造条件によっては異常高温発熱が生ずることがあり、品質低下を引き起こす場合がある。すなわち、Ni基合金、例えば718合金の場合、1050℃を超えると、結晶粒の成長を抑制する粒子が母材に固溶するため、結晶粒の成長が活発化し、粗粒の組織が生ずる。このため、リング圧延時、Ni基合金に異常高温発生箇所が発生することのないように製造することが、きわめて重要な技術課題となる。
従来は、リング圧延素材として矩形断面のリング圧延素材が用いられるが、これを圧延する場合、上下面中央部に凹部ができやすく、これを防ぐために、上下方向にアキシャルロールを圧下しながら圧延を行う必要がある。ところが、上下方向に圧下するための構造は、片持はりであるため、主ロールの半分程度の圧下力とすることが一般的である。したがって、凹部が生ずることを見越して、削り代が設けられるため、ニアネット化が不十分であるばかりか、圧延に要する荷重が増大することがある。
However, in ring rolling using the above-mentioned hot forging process, abnormally high temperature heat generation may occur depending on manufacturing conditions, which may cause quality deterioration. That is, in the case of a Ni-based alloy, for example, 718 alloy, when the temperature exceeds 1050 ° C., the particles that suppress the growth of crystal grains are dissolved in the base material, so that the growth of crystal grains is activated and a coarse grain structure is generated. For this reason, at the time of ring rolling, it is a very important technical problem to manufacture so that no abnormally high temperature generation point is generated in the Ni-based alloy.
Conventionally, a ring rolled material with a rectangular cross section is used as the ring rolled material, but when rolling this, it is easy to form a recess in the central part of the upper and lower surfaces, and in order to prevent this, rolling is performed while rolling down the axial roll in the vertical direction. There is a need to do. However, since the structure for rolling down in the vertical direction is a cantilever, it is general that the rolling force is about half that of the main roll. Therefore, in anticipation of the formation of a recess, a machining allowance is provided, so that not only the near net is insufficient, but the load required for rolling may increase.

さらに、最終型への鍛造工程においては、例えばタービンディスクなどの複雑な断面形状を成形する場合、型鍛造では素材全面に、均一で最適な歪みを付与することは難しい。このため、鍛造狙い形状によっては、鍛造中に歪みがほとんど付与されないデッドゾーンが生ずる場合がある。このような場合には、デッドゾーンにおいて、歪み動員による金属結晶組織の微細化現象が十分に行われず、品質低下の要因である粗粒が残ってしまうことが頻繁に発生し製造上の課題となる。   Further, in the forging process to the final die, when forming a complicated cross-sectional shape such as a turbine disk, it is difficult to apply uniform and optimal strain to the entire surface of the material by die forging. For this reason, depending on the forging target shape, there may be a dead zone in which distortion is hardly applied during forging. In such a case, in the dead zone, the phenomenon of refinement of the metal crystal structure due to strain mobilization is not sufficiently performed, and coarse grains that are a cause of quality deterioration frequently occur, which is a manufacturing problem. Become.

したがって、型鍛造の素材をリング圧延で製造する際、予め前工程であるリング圧延の段階で微細な結晶組織を得ることも重要な技術課題となる。
このような技術課題を踏まえ、本発明の目的は、リング圧延時の過度な温度上昇を抑制するとともに、リング圧延素材全面に均一で最適な歪みが動員されるよう、ガスタービン等の高温部で使用する耐熱合金回転部品の素材として耐熱合金製リングの成形方法を提供することにある。
Therefore, when a die forging material is manufactured by ring rolling, it is an important technical problem to obtain a fine crystal structure in advance in the stage of ring rolling, which is a pre-process.
In light of these technical problems, the object of the present invention is to suppress an excessive temperature rise during ring rolling and to mobilize a uniform and optimal strain on the entire surface of the ring rolling material in a high temperature part such as a gas turbine. An object of the present invention is to provide a method for forming a ring made of a heat-resistant alloy as a material for a heat-resistant alloy rotating part to be used.

本発明は上記の課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、本発明のリング圧延素材の成型方法は、リング状に予成形された耐熱合金素材からなり、再結晶温度以上に加熱した状態で、その径方向外周面と内周面に対向配置される主ロールとマンドレルロールと、その高さ方向上面と下面に対向配置される上下アキシャルロールを具備するリングローリングミルを用いて、主ロールとマンドレルロールの径方向の間隔を狭めることにより、耐熱合金製リングに圧延成形するリング圧延素材の成型方法であって、上下アキシャルロールとして、平坦な円錐面と、その軸方向端部に凹部を有するアキシャルロールを使用し、この凹部を前記リング圧延素材の高さ方向上面と下面に対向配置させながら、主ロールとマンドレルロールの径方向の間隔を狭めることにより、リング圧延素材の高さ方向の断面形状が、その高さ方向を二分する中心線の内径側及び外径側の少なくとも一方に向けて、高さが減少するテーパー形状を形成するよう、リング圧延素材の予成形を行い、その後、上下アキシャルロールを一旦リング圧延素材の高さ方向上面と下面から離隔させた状態で、その平坦な円錐面が前記リング圧延素材の高さ方向上面と下面に対向配置するように軸方向に移動させ、リング圧延素材を再結晶温度以上に維持した状態で、主ロールとマンドレルロールの径方向の間隔をさらに狭めることにより耐熱合金製リングに圧延成形するようにした。   The present invention includes a plurality of means for solving the above-described problems. For example, the ring rolling material forming method of the present invention comprises a heat-resistant alloy material preformed in a ring shape, and is recrystallized. A ring rolling mill comprising a main roll and a mandrel roll disposed opposite to the radially outer peripheral surface and the inner peripheral surface, and upper and lower axial rolls disposed opposite to the upper and lower surfaces in the height direction while being heated to a temperature higher than that. Is a method of forming a ring-rolled material that is rolled into a heat-resistant alloy ring by narrowing the radial distance between the main roll and the mandrel roll, and includes a flat conical surface and its axis as upper and lower axial rolls. An axial roll having a recess at the direction end is used, and the main roll and By reducing the radial distance between the rolls, the height of the ring-rolled material decreases in the height direction toward at least one of the inner diameter side and outer diameter side of the center line that bisects the height direction. In order to form a tapered shape, the ring rolled material is preformed, and then the upper and lower axial rolls are once separated from the upper and lower surfaces in the height direction of the ring rolled material, and the flat conical surface is the ring rolled. Heat resistance is achieved by further reducing the radial distance between the main roll and mandrel roll while moving the ring rolling material in the axial direction so as to face the upper and lower surfaces in the height direction of the material and maintaining the ring rolling material at the recrystallization temperature or higher. An alloy ring was rolled and formed.

本発明のリング圧延素材の成型方法を用いることにより、リング圧延前に、切削工程によりリング圧延素材の断面形状を加工する工数を省くことができ、短時間でリングを得ることができる。また、切削工程を省くことで、切屑の量を低減できるため、材料の歩留まりを向上できる。
すなわち、リング前工程で切削加工して適正素材断面形状にするかわりに、圧延初期段階で発熱が生じやすい内径側を、本発明のリング圧延素材形状に予成形することで、発熱の少ないリング圧延が可能となり、高品質な耐熱合金リングを提供できるばかりでなく、リング圧延前工程において機械加工工程が不要となり、製造時間を短縮できる。
By using the method for forming a ring-rolled material according to the present invention, it is possible to omit the man-hour for processing the cross-sectional shape of the ring-rolled material by a cutting process before ring-rolling, and a ring can be obtained in a short time. Moreover, since the amount of chips can be reduced by omitting the cutting process, the yield of the material can be improved.
That is, instead of cutting into a suitable material cross-sectional shape in the pre-ring process, the inner diameter side, which is likely to generate heat at the initial stage of rolling, is preformed into the shape of the ring rolled material of the present invention, so that ring rolling with less heat generation is performed. Thus, not only can a high-quality heat-resistant alloy ring be provided, but also a machining process is not required in the process before ring rolling, and the manufacturing time can be shortened.

その際、上下アキシャルロールに形成する凹部の形状、リング圧延素材の初期加熱温度、リングローリングミルにおける各ロールによる圧下力、及びその変化速度シーケンス、圧下時間等の圧延条件を選定することにより、圧延工程時におけるリング圧延素材の内周面と外周面の温度差を200度以内とすることで、リング断面内の温度を一定範囲に保った状態で圧延することができ、加工温度が高温になりすぎることによる粗大粒子の発生を抑えた上で、温度が低温になりすぎることによる粗大粒と微細化した粒子が混在した組織の発生を防ぐことができ、より高品質なリングを得ることができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。   At that time, by selecting the rolling conditions such as the shape of the recesses formed in the upper and lower axial rolls, the initial heating temperature of the ring rolling material, the rolling force by each roll in the ring rolling mill, and the change speed sequence, the rolling time, etc. By making the temperature difference between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the ring rolled material at the time of processing within 200 degrees, it is possible to perform rolling while maintaining the temperature in the ring cross section within a certain range, and the processing temperature becomes high. In addition to suppressing the generation of coarse particles due to excessively high temperature, it is possible to prevent the formation of a structure in which coarse particles and fine particles are mixed due to excessively low temperature, and a higher quality ring can be obtained. . Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

図1は、リング圧延素材の一例を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a ring rolled material. 図2は、実施例1の製造方法を説明するフローチャートの例である。FIG. 2 is an example of a flowchart for explaining the manufacturing method of the first embodiment. 図3は、実施例1の製造方法による断面形状の変化の様子を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a change in cross-sectional shape by the manufacturing method of the first embodiment. 図4は、リングローリングミルの一例を示す概略図である。FIG. 4 is a schematic view showing an example of a ring rolling mill.

以下、実施例を図面を用いて説明する。
[実施例1]
本実施例で使用するリングローリングミルとして、例えば図4に示すような構成のものを用いることができる。
すなわち、このリングローリングミルは、所定の回転速度で回転可能な主ロール106と軸周りに従動回転できるマンドレルロール105をリング圧延素材101の径方向外周面と内周面に対向配置し、リング圧延素材101の高さ方向からみて上面と下面に対向配置したアキシャルロール107A、107Bを備えている。
圧延中のリング圧延素材101の芯ずれを低減するため、主ロール106の両脇に従動回転できるガイドロールを配置して、リング圧延素材101の外周部を支持しながら圧延すると、より安定した圧延ができる。
Hereinafter, examples will be described with reference to the drawings.
[Example 1]
As a ring rolling mill used in the present embodiment, for example, a structure as shown in FIG. 4 can be used.
That is, in this ring rolling mill, a main roll 106 that can be rotated at a predetermined rotational speed and a mandrel roll 105 that can be driven to rotate around an axis are disposed opposite to the radially outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the ring rolled material 101, and the ring rolling is performed. Axial rolls 107 </ b> A and 107 </ b> B are provided so as to face the upper surface and the lower surface when viewed from the height direction of the material 101.
In order to reduce the misalignment of the ring rolled material 101 during rolling, a guide roll that can be driven and rotated on both sides of the main roll 106 is arranged, and rolling while supporting the outer peripheral portion of the ring rolled material 101 provides more stable rolling. Can do.

主ロール106は円筒形状をしており、圧延中は、リング圧延素材101の外周面に接触させた状態で駆動することで、リング圧延素材101を回転させるものである。
マンドレルロール105には円筒形状のロールを用い、軸周りに自由に回転できる構造であり、かつ主ロール106の回転軸と略平行に配置されている。
圧延中は、マンドレルロール105の外周面をリング圧延素材101の内周面に接触させた状態で圧延が行われ、圧延中に、主ロール106とマンドレルロール105で挟まれたロール間距離を徐々に狭めることで、リング圧延素材101の径方向内周面と外周面との間を肉厚方向に押下する。
The main roll 106 has a cylindrical shape, and rotates the ring rolled material 101 by being driven while being in contact with the outer peripheral surface of the ring rolled material 101 during rolling.
A cylindrical roll is used as the mandrel roll 105, and the mandrel roll 105 has a structure that can freely rotate around the axis, and is disposed substantially parallel to the rotation axis of the main roll 106.
During rolling, rolling is performed in a state where the outer peripheral surface of the mandrel roll 105 is in contact with the inner peripheral surface of the ring rolled material 101, and the distance between the rolls sandwiched between the main roll 106 and the mandrel roll 105 is gradually increased during rolling. By narrowing the ring rolling material 101, the space between the radially inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the ring rolled material 101 is pressed in the thickness direction.

上下アキシャルロール107A、107Bは、20〜45°の頂角を有する円錐形状であり、リング圧延素材101の高さ方向の寸法を調整するため、それぞれリング圧延素材101の略中心に先端が向くように配置される。
なお、この実施例では、圧延中、アキシャルロール107A、107Bは、リング圧延素材101の回転数に合わせて駆動回転されるが、従動回転させてもよい。
The upper and lower axial rolls 107 </ b> A and 107 </ b> B have a conical shape having an apex angle of 20 to 45 °, and the front ends of the ring-rolled material 101 are substantially centered in order to adjust the height dimension of the ring-rolled material 101. Placed in.
In this embodiment, the axial rolls 107A and 107B are driven and rotated in accordance with the number of rotations of the ring rolling material 101 during rolling, but may be driven and rotated.

圧延手順としては、所定の温度に加熱したリング圧延素材101の内径穴にマンドレルロール105を通しておき、主ロール106とマンドレルロール105の間隔が徐々に狭まるように、マンドレルロール105を径方向外方に徐々に移動させ、両者の距離が、リング圧延素材101の初期状態の肉厚と一致した状態となると、主ロール106の表面とリング圧延素材101の外周面の摩擦によりリング圧延素材101に回転が付与される。このとき、マンドレルロール105は、リング圧延素材101の回転に追従するように従動回転する。
その後、マンドレルロール105を径方向外方に徐々に移動させ、主ロール106の間隔を徐々に狭めることで、肉厚方向を圧下し、リング圧延素材101の周方向に沿って連続的に塑性変形を与えることになる。
As a rolling procedure, the mandrel roll 105 is passed through the inner diameter hole of the ring rolled material 101 heated to a predetermined temperature, and the mandrel roll 105 is moved radially outward so that the distance between the main roll 106 and the mandrel roll 105 is gradually reduced. When the distance between the two rolls gradually matches the initial thickness of the ring rolled material 101, the ring rolled material 101 is rotated by the friction between the surface of the main roll 106 and the outer peripheral surface of the ring rolled material 101. Is granted. At this time, the mandrel roll 105 rotates following the rotation of the ring rolling material 101.
Thereafter, the mandrel roll 105 is gradually moved outward in the radial direction, and the interval between the main rolls 106 is gradually narrowed to reduce the thickness direction and continuously plastically deform along the circumferential direction of the ring rolled material 101. Will give.

本実施例では、最終的な圧延工程に先立って、例えば、図2に示す工程、図3に示す断面形状の成型工程により、リング圧延素材101を形状110に予成形するもので、その際の圧延方法を、図2のフローチャートに示す。
はじめに、S1で矩形リング圧延素材101を加熱する。次に、S2で矩形リング圧延素材を圧延装置にセットする。S3でマンドレル105と主ロール106の間隔を圧延初期値に設定し位置決めを行った後、S4で主ロール106を回転させることにより、リング圧延素材101の回転をはじめる。
In this embodiment, prior to the final rolling step, for example, the ring rolled material 101 is pre-formed into the shape 110 by the step shown in FIG. 2 and the cross-sectional shape shown in FIG. The rolling method is shown in the flowchart of FIG.
First, the rectangular ring rolling material 101 is heated in S1. Next, a rectangular ring rolling material is set in a rolling device in S2. After the positioning between the mandrel 105 and the main roll 106 is set to the rolling initial value in S3 and positioning is performed, the main roll 106 is rotated in S4 to start the rotation of the ring rolling material 101.

次に、S5でアキシャルロール107の軸方向先端側に形成した凹部が、リング圧延素材101の径方向内周及び外周の角部に一致するように位置決めを行う。この状態で、S6で肉厚方向に圧下を行い101角部の圧延を行い、例えば、図1に示すようなリング圧延素材101の形態に予成形を行う。   Next, it positions so that the recessed part formed in the axial direction front end side of the axial roll 107 by S5 may correspond to the radial direction inner periphery and the outer peripheral corner | angular part of the ring rolling raw material 101. FIG. In this state, reduction is performed in the thickness direction in S6 to perform rolling of the 101 corners, for example, preforming into a form of the ring rolled material 101 as shown in FIG.

本実施例の効果を確認するため、粘塑性有限要素解析を用い、断面形状の変化を得た。リング圧延素材101の高さ方向の中心面に関する対称性を考慮し、1/2モデルを用いて計算を実施した。   In order to confirm the effect of the present embodiment, a change in cross-sectional shape was obtained using viscoplastic finite element analysis. In consideration of symmetry with respect to the center plane in the height direction of the ring rolled material 101, calculation was performed using a 1/2 model.

図3は、上記の解析から得られた断面形状の変化の様子を示しており、ここでは、特にS5、S6の工程に着目して解析を実施した。
なお、アキシャルロール凹部と素材の初期隙間をd0として、アキシャル押し込み量をh0−H0/d0k×100%と定義し、初期(0%)、50%、100%の各段階の断面形状を抽出した。
FIG. 3 shows a change in the cross-sectional shape obtained from the above analysis. Here, the analysis was performed with particular attention paid to the steps S5 and S6.
The initial gap between the axial roll recess and the material is defined as d0, and the axial pushing amount is defined as h0−H0 / d0k × 100%, and the cross-sectional shapes at the initial (0%), 50%, and 100% stages are extracted. .

初期段階では、上述のように、まずリング圧延素材とアキシャルロール107の凹部が合致する位置に位置決めする。その後、アキシャルロール107を圧下させると、リング圧延素材の角部に、アキシャルロール107の凹部の表面形状が転写され、面取がされていく。その後、アキシャルロール107をリング圧延素材101の上下面から離隔し、アキシャルロール107の平坦な円錐面とリング圧延素材101の上下面が接触するように再度位置決めして同様の圧延を行うことで、圧延途中段階で、素材角部の発熱が抑制された状態で、圧延することができる。   In the initial stage, as described above, first, the ring rolled material and the concave portion of the axial roll 107 are positioned at a position where they match. Thereafter, when the axial roll 107 is rolled down, the surface shape of the concave portion of the axial roll 107 is transferred to the corners of the ring-rolled material, and chamfered. Thereafter, the axial roll 107 is separated from the upper and lower surfaces of the ring rolled material 101, and the same rolling is performed by repositioning so that the flat conical surface of the axial roll 107 and the upper and lower surfaces of the ring rolled material 101 are in contact with each other. In the middle of rolling, rolling can be performed in a state where heat generation at the corners of the material is suppressed.

以上のような圧延方法を実施することにより、従来の矩形断面のリング圧延素材を用いた場合でも、初期に角部の予成形を行うことで、その後の圧延において圧延部の局所的な発熱を抑えて、内部組織が良好な耐熱合金リングを製造することができる。しかも、リング圧延素材の内面にテーパー部を成形する工程を予め切削する工程が不要となる。
また以上の圧延方法では、アキシャルロール107が高さ方向に圧下できることを利用したものであり、厚さの異なるリングであっても、アキシャルロール107の位置決めを行うことで柔軟に対応できる。
By carrying out the rolling method as described above, even when a conventional ring-rolled material having a rectangular cross section is used, by performing preforming of the corners at the initial stage, local heat generation in the rolled part is caused in the subsequent rolling. Therefore, a heat resistant alloy ring having a good internal structure can be manufactured. Moreover, the step of cutting the step of forming the tapered portion on the inner surface of the ring rolled material in advance is not necessary.
Further, the above rolling method utilizes the fact that the axial roll 107 can be reduced in the height direction, and even the rings having different thicknesses can be flexibly handled by positioning the axial roll 107.

したがって、従来の型形状が付与されたマンドレルロール105及び主ロール106を用いることなく実施できるため、治工具費の低減が図れるばかりか、マンドレルロール105の型交換工数の低減が図れるため、製造時間の短縮化が図れる。
圧延目標のリング径が初期に対して大きい場合、上記の図3(c)で付与した角部には、圧延中に再度材料が流動することがあるが、その場合には、再度図3(b)、(c)のステップを実施して、再び角部の面取りを行ってから、拡径を継続するとよい。
Therefore, since it can be carried out without using the mandrel roll 105 and the main roll 106 provided with the conventional mold shape, not only the tool cost can be reduced, but also the number of man-hours for changing the mold of the mandrel roll 105 can be reduced. Can be shortened.
When the ring diameter of the rolling target is larger than the initial value, the material may flow again during rolling at the corners given in FIG. 3 (c). The diameter expansion may be continued after performing the steps b) and (c) and chamfering the corners again.

[実施例2]
本実施例の耐熱合金リングの圧延方法を説明する。
この実施例では、Φ1000以上のガスタービン用ディクスに用いるものであり、リング圧延素材として高温強度に優れたNi基耐熱合金を採用する。以下、Ni基合耐熱金の成分の一例として、i:50〜55%,Cr:15〜22%,Nb:4.5〜6.5%,Mo:2.5〜3.5%,Ti:0.6〜1.2%,Al:0.2〜0.8%でなる成分組成を有するNi合金製のリング圧延素材101、実施例の製造方法を用いて、耐熱合金素材を最終製品に圧延加工する際、リング圧延素材101の組成、形状やアキシャルロール107に形成した凹部の形状、さらには、リング圧延素材101の初期加熱温度、リングローリングミルにおける各ロールによる圧下力、及びその変化速度シーケンス、圧下時間等の圧延条件を選定することにより、内周と外周の温度の差が200℃以内となるようにリング圧延を行うものである。
[Example 2]
A method for rolling the heat-resistant alloy ring of this example will be described.
In this embodiment, a Ni-base heat-resistant alloy excellent in high-temperature strength is used as a ring rolling material for a gas turbine disc having a diameter of 1000 or more. Hereinafter, as an example of a component of Ni-based heat resistant gold, i: 50 to 55%, Cr: 15 to 22%, Nb: 4.5 to 6.5%, Mo: 2.5 to 3.5%, Ti : Ni-alloy ring rolled material 101 having a component composition of 0.6 to 1.2%, Al: 0.2 to 0.8%, using the manufacturing method of the example, the heat-resistant alloy material is the final product When rolling into a ring, the composition and shape of the ring rolled material 101, the shape of the recess formed in the axial roll 107, the initial heating temperature of the ring rolled material 101, the rolling force of each roll in the ring rolling mill, and changes thereof By selecting rolling conditions such as speed sequence and reduction time, ring rolling is performed so that the temperature difference between the inner periphery and the outer periphery is within 200 ° C.

すなわち、不安定な圧延状態に陥ることを防ぐため、リング圧延素材101の圧延工程において、リング圧延素材101の内周と外周の温度差で管理することが有効であることから、この温度差200℃以内とすることで、安定状態が保たれ、良好な組織を有した耐熱リングが得られる。   That is, in order to prevent an unstable rolling state, it is effective to manage the temperature difference between the inner periphery and the outer periphery of the ring rolled material 101 in the rolling process of the ring rolled material 101. By setting the temperature within the range of 0 ° C., a stable state is maintained, and a heat-resistant ring having a good structure can be obtained.

実施例1で用いた圧延条件では、主ロールがマンドレルロールより大きいために、リング内外周の歪みに着目すると、内径側の歪みがより多く導入される。したがって、内径が発熱しやすい状態である。一方、外周側は、主ロールとの接触により素材の熱はロールに伝熱されるため、外周部は温度低下の傾向にある。リング圧延実施時は、外周部が主ロールとの接触や、外気への放熱により温度低下が生ずると、概ね厚みの1/2から外周部にかけての素材は、リング自体の拡径を阻害するように作用する。その結果、内径側の素材にはマンドレルロールからの圧下力をより多く負担するようになり、発熱が増大する。   In the rolling conditions used in Example 1, since the main roll is larger than the mandrel roll, more attention is paid to the distortion on the inner and outer circumferences of the ring, and more distortion on the inner diameter side is introduced. Therefore, the inner diameter tends to generate heat. On the other hand, on the outer peripheral side, the heat of the material is transferred to the roll by contact with the main roll, so the outer peripheral portion tends to decrease in temperature. When ring rolling is performed, if the temperature of the outer peripheral portion decreases due to contact with the main roll or heat radiation to the outside air, the material from approximately 1/2 of the thickness to the outer peripheral portion may hinder the expansion of the ring itself. Act on. As a result, the inner diameter side material bears more rolling force from the mandrel roll, and heat generation increases.

以上の構成の製造方法を用いることにより、圧延中の組織変化を安定して生じせしめることができ、高品質なリング圧延素材を得ることができる。リング圧延中のリング外周及び内周は、非接触式温度計を用いることで、表面の温度を実測するとよい。   By using the manufacturing method of the above structure, the structure change during rolling can be produced stably, and a high-quality ring rolled material can be obtained. The ring outer circumference and inner circumference during ring rolling may be measured by measuring the surface temperature by using a non-contact thermometer.

100 リング圧延素材の中心軸
105 マンドレルロール
106 主ロール
107A 上アキシャルロール
107B 下アキシャルロール
110 リング圧延素材の高さ方向断面形状
100 Center axis of ring rolled material 105 Mandrel roll 106 Main roll 107A Upper axial roll 107B Lower axial roll 110 Height direction cross-sectional shape of ring rolled material

Claims (2)

リング状に予成形された耐熱合金素材からなり、再結晶温度以上に加熱した状態で、その径方向外周面と内周面に対向配置される主ロールとマンドレルロールと、その高さ方向上面と下面に対向配置される上下アキシャルロールを具備するリングローリングミルを用いて、前記主ロールとマンドレルロールの径方向の間隔を狭めることにより、耐熱合金製リングに圧延成形するリング圧延素材の成形方法であって、
前記上下アキシャルロールとして、平坦な円錐面と、その軸方向端部に凹部を有するアキシャルロールを使用し、この凹部を前記リング圧延素材の高さ方向上面と下面に対向配置させながら、前記主ロールとマンドレルロールの径方向の間隔を狭めることにより、前記リング圧延素材の高さ方向の断面形状が、その高さ方向を二分する中心線の内径側及び外径側の少なくとも一方に向けて、高さが減少するテーパー形状を形成するリング圧延素材の成形方法。
A main roll and a mandrel roll, which are made of a heat-resistant alloy material preformed in a ring shape and are opposed to the radially outer peripheral surface and the inner peripheral surface in a state heated above the recrystallization temperature, and the upper surface in the height direction Using a ring rolling mill having upper and lower axial rolls arranged opposite to the lower surface, by narrowing the radial distance between the main roll and the mandrel roll, the ring rolling material is formed into a heat-resistant alloy ring by a rolling method. There,
As the upper and lower axial rolls, an axial roll having a flat conical surface and a concave portion at its axial end is used, and the concave portion is disposed opposite to the upper and lower surfaces in the height direction of the ring rolling material, while the main roll By narrowing the radial interval between the mandrel roll and the ring rolling material, the height of the cross-sectional shape in the height direction is increased toward at least one of the inner diameter side and the outer diameter side of the center line that bisects the height direction. A method of forming a ring-rolled material that forms a tapered shape with reduced thickness.
前記凹部の形状、前記リング圧延素材の初期加熱温度、リングローリングミルにおける各ロールによる圧下力、及びその変化速度シーケンス、圧下時間等の圧延条件を選定することにより、前記圧延工程時における前記リング圧延素材の内周面と外周面の温度差を200度以内とすることを特徴とする請求項1に記載のリング圧延素材の成形方法。
By selecting the rolling conditions such as the shape of the recess, the initial heating temperature of the ring rolling material, the rolling force by each roll in the ring rolling mill, and the change speed sequence, the rolling time, etc., the ring rolling during the rolling step The method for forming a ring-rolled material according to claim 1, wherein a temperature difference between the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the raw material is within 200 degrees.
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