JP2021084121A - Mandrel for ring roll and method for manufacture thereof - Google Patents
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Description
本発明は、円環状のワークを温熱間加工するリングロール成形機に使用されるリングロール用マンドレル及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a ring roll mandrel used in a ring roll forming machine for hot working an annular workpiece and a method for manufacturing the same.
円環状の金属ワークを温熱間加工するリングロール成形機は、円環状ワークの内周側及び外周側にそれぞれマンドレル及び成形ロールを配置させ、この間で円環状ワークを挟み込んで回転させ、該円環状ワークを圧延し薄肉化させていくとともに、その環状径を拡大していく機械加工装置である。 In a ring roll forming machine for hot-working an annular metal work, a mandrel and a forming roll are arranged on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the annular work, respectively, and the annular work is sandwiched and rotated between them to rotate the annular work. This is a machining device that rolls a workpiece to make it thinner and expands its annular diameter.
例えば、特許文献1では、このようなリングロール成形機の構造及びその動作を開示している。中心軸の周りに回転している大径の成形ロールの外周には、周方向に溝が形成されており、かかる溝に成形ロールよりも小径の円環状ワークがその外周を圧接させ、成形ロールとともに回転している。この成形ロールへの圧接部に対応する円環状ワークの内周面側には、該円環状ワークの内空間に貫通させたマンドレルの外周面が押し当てられており、成形ロールとマンドレルとで円環状ワークの周壁の一部をそれぞれ外周側と内周側から挟持している。この状態で成形ロールをマンドレルに近づく方向へと移動させることで、挟持された円環状ワークの肉厚が薄く加工されるとともに、その分、ワークの径が拡大させられるのである。
For example,
上記したようなリングロール用マンドレルは、一般的には、クロムモリブデン鋼やニッケルクロムモリブデン鋼などの工具鋼からなる棒状の軸本体部に、ワークとの接触部分に耐摩耗性を付与するように加工を与えて製造される。 In the ring roll mandrel as described above, generally, the rod-shaped shaft body made of tool steel such as chrome molybdenum steel or nickel chrome molybdenum steel is provided with wear resistance at the contact portion with the work. Manufactured with processing.
例えば、特許文献2では、中芯部材の外周面の円環状ワークが当接する領域に耐摩耗性を付与する硬さの高いダイス鋼又は耐熱鋼からなる外リング部材を「焼きばめ」で与えたリングロール用マンドレルを開示している。外リング部材の内周には、長さ方向における一方の端部に、内径を徐々に大きくする外リング傾斜部が設けられている。また、中芯部材の外周には、外リング部材の配設位置において外リング傾斜部に対応して、外径を徐々に大きくする中芯傾斜部が設けられている。そして、中芯部材の一端部から外リング部材を嵌めこんでいく上で、中芯傾斜部と外リング傾斜部とが接触し、外リング部材の配設位置を位置決めできるとしている。
For example, in
リングロール成形機のマンドレルにおいて、高温高圧下での使用における一層の耐力向上に対して、ワークとの接触部分の耐摩耗性を付与する加工についての各種提案がなされている。しかしながら、上記したような、硬質材料からなる外リング部材を中芯部(軸本体部)に焼きばめする方法については、その施工のために芯部の形状、特に、外形形状に設計上の制約を受けるとともに、外リング部材と中芯部との硬さの不連続な界面から割れを生じさせ易いことが指摘された。 In the mandrel of a ring roll forming machine, various proposals have been made for processing that imparts wear resistance to a portion in contact with a work in order to further improve the proof stress when used under high temperature and high pressure. However, as for the method of shrink-fitting the outer ring member made of a hard material to the core portion (shaft body portion) as described above, the shape of the core portion, particularly the outer shape, is designed for the construction. It was pointed out that it was restricted and cracks were likely to occur from the discontinuous interface of hardness between the outer ring member and the core portion.
本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、高温高圧下での使用における耐力向上を与え得るリングロール成形機に使用されるリングロール用マンドレル及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is a mandrel for a ring roll used in a ring roll molding machine which can provide an improved proof stress in use under high temperature and high pressure. And its manufacturing method.
本発明によるマンドレルは、円環状ワークの内周側に配置され、外周側に配置された成形ロールとともに該円環状ワークの一部を挟み込んで互いに回転しながらこれを温熱間加工するリングロール成形機におけるマンドレルであって、クロムモリブデン鋼またはニッケルクロムモリブデン鋼からなる略棒状の軸本体部の長さ方向に沿った所定区間に直径を減じた縮径部を設け、前記縮径部の上にCo基合金からなる耐摩耗層を2mm以下の厚さで肉盛り溶接して与えられていることを特徴とする。 The mandrel according to the present invention is a ring roll forming machine which is arranged on the inner peripheral side of the annular work, sandwiches a part of the annular work together with the forming roll arranged on the outer peripheral side, and hot-processes the mandrel while rotating each other. In the mandrel of the above, a reduced diameter portion having a reduced diameter is provided in a predetermined section along the length direction of a substantially rod-shaped shaft main body made of chrome molybdenum steel or nickel chrome molybdenum steel, and Co It is characterized in that an abrasion-resistant layer made of a base alloy is provided by overlay welding to a thickness of 2 mm or less.
かかる発明によれば、耐摩耗層と軸本体部との接合界面近傍での割れを抑制できて、高温高圧下での使用における耐力向上を与えるのである。 According to such an invention, cracking in the vicinity of the joint interface between the wear-resistant layer and the shaft main body can be suppressed, and the proof stress in use under high temperature and high pressure can be improved.
上記した発明において、前記縮径部は2mm以下の深さを有する周方向溝であり、前記周方向溝の角部はR形状に加工されていることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、耐摩耗層と軸本体部との接合界面近傍での割れ、特に、縮径部である周方向溝の角部での割れを抑制できて、高温高圧下での使用における耐力をさらに向上させ得るのである。 In the above invention, the reduced diameter portion may be a circumferential groove having a depth of 2 mm or less, and the corner portion of the circumferential groove may be processed into an R shape. According to such an invention, cracks in the vicinity of the junction interface between the wear-resistant layer and the shaft body portion, particularly cracks at the corners of the circumferential groove which is the reduced diameter portion can be suppressed, and the use under high temperature and high pressure can be performed. The bearing capacity can be further improved.
上記した発明において、前記Co基合金は、少なくとも、クロム及びタングステンを含むことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、耐摩耗層と軸本体部との接合界面の強度を高めることができて、その界面近傍での割れを抑制できて、高温高圧下での使用における耐力をさらに向上させ得るのである。 In the above invention, the Co-based alloy may be characterized by containing at least chromium and tungsten. According to such an invention, the strength of the joint interface between the wear-resistant layer and the shaft body can be increased, cracks in the vicinity of the interface can be suppressed, and the proof stress in use under high temperature and high pressure can be further improved. It is.
また、本発明によるマンドレルの製造方法は、円環状ワークの内周側に配置され、外周側に配置された成形ロールとともに該円環状ワークの一部を挟み込んで互いに回転しながらこれを温熱間加工するリングロール成形機におけるマンドレルの製造方法であって、クロムモリブデン鋼またはニッケルクロムモリブデン鋼からなる略棒状の軸本体部の長さ方向に沿った所定区間に直径を減じた縮径部を設け、前記縮径部の上にCo基合金からなる耐摩耗層を2mm以下の厚さで肉盛り溶接することを特徴とする。 Further, in the method for manufacturing a mandrel according to the present invention, a part of the annular work is sandwiched between the forming rolls arranged on the inner peripheral side of the annular work and arranged on the outer peripheral side, and the mandrel is hot-processed while rotating with each other. This is a method for manufacturing a mandrel in a ring roll forming machine, in which a reduced diameter portion having a reduced diameter is provided in a predetermined section along the length direction of a substantially rod-shaped shaft main body made of chrome molybdenum steel or nickel chrome molybdenum steel. A wear-resistant layer made of a Co-based alloy is built-up welded on the reduced diameter portion to a thickness of 2 mm or less.
かかる発明によれば、耐摩耗層と軸本体部との接合界面を健全化できて、その界面近傍での割れを抑制できて、高温高圧下での使用における耐力向上させたリングロール用マンドレルを与え得るのである。 According to such an invention, a mandrel for a ring roll which can make the joint interface between the wear-resistant layer and the shaft body portion sound, suppress cracking in the vicinity of the interface, and have improved proof stress in use under high temperature and high pressure can be obtained. It can be given.
上記した発明において、前記縮径部は2mm以下の深さを有する周方向溝であり、前記周方向溝の角部はR形状に加工されていることを特徴としてもよい。かかる特徴によれば、耐摩耗層と軸本体部との接合界面近傍での割れ、特に、縮径部である周方向溝の角部での割れを抑制できて、高温高圧下での使用における耐力をさらに向上させたリングロール用マンドレルを与え得るのである。 In the above invention, the reduced diameter portion may be a circumferential groove having a depth of 2 mm or less, and the corner portion of the circumferential groove may be processed into an R shape. According to such a feature, cracks near the junction interface between the wear-resistant layer and the shaft body portion, particularly cracks at the corners of the circumferential groove which is the reduced diameter portion can be suppressed, and the use under high temperature and high pressure is performed. It is possible to provide a ring roll mandrel with further improved yield strength.
本発明による1つの実施例としてのリングロール用のマンドレル及びその製造方法について、図1及び図2を用いて説明する。 A mandrel for a ring roll and a method for producing the mandrel as one example according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
図1に示すように、マンドレル1を用いるリングロール成形機10は、円環状のワークWを温熱間加工して環状径を拡大させる加工装置である。マンドレル1はワークWの内周側に配置され、ワークWの外周側に配置された成形ロール11との間にワークWの一部を挟み込む。そして、成形ロール11及びマンドレル1を互いに回転させながらワークWの全周を圧延して薄肉化させつつ拡径させることができる。なお、リングロール成形機10は、一対のバックアップロール12及び13をさらに備える。バックアップロール12及び13は、ワークWの環状の形状をバランスよく維持すべく成形ロール11とは反対側の外周の2か所からワークWを支持している。
As shown in FIG. 1, the ring
図2に示すように、マンドレル1は略丸棒の形状を有し、その長さ方向に沿った中央部を含む所定区間に直径を減じた縮径部3を設けられたクロムモリブデン鋼またはニッケルクロムモリブデン鋼からなる略棒状の軸本体部2を有する。縮径部3の上にはCo基合金からなる硬質の耐摩耗層4が肉盛り溶接によって形成され、マンドレル1の耐摩耗性を向上させている。耐摩耗層4は2mm以下の厚さで形成されて、耐摩耗層4よりも靭性の高い軸本体部2との傾斜材料の如き配置によって靭性を向上されている。
As shown in FIG. 2, the
特に、耐摩耗層4は肉盛り溶接によって形成させるため、薄くすることで母材である軸本体部2の縮径部3への溶接時の入熱を小さくすることができ、熱影響層の形成を抑制して軸本体部2と耐摩耗層4との接合界面を健全化し得る。つまり、縮径部3におけるかかる接合界面近傍での割れを抑制することができて、高温高圧下での使用における耐力向上を与え得るのである。なお、本実施例においては、耐摩耗層4の表面は段付き形状となっており、ワークWの内周面に段部を形成させるようになっている。
In particular, since the wear-
ところで、縮径部3は、上記した耐摩耗層4を形成させるため深さを2mm以下とされた周方向に延びる周方向溝である。さらに、その周方向溝の角部3a及び3bは、R形状に加工をされている。これによって、耐摩耗層4と軸本体部2との接合界面を連続的な形状としてかかる接合界面近傍、特に、角部3a及び3bでの割れの発生を抑制し得る。
By the way, the diameter-reduced
以上のように、マンドレル1によれば軸本体部2に、Co基合金による入熱の少ない2mm以下の薄い肉盛り溶接で設けられた耐摩耗層4との接合界面を健全化できて、高温高圧下での使用における耐力向上を与え得る。また、マンドレル1は肉盛り溶接を用いるため、軸本体部2の外形形状の設計上の自由度が比較的高く、例えば、長さ方向の中心に対して対称な形状とすることもできる。
As described above, according to the
[リングロール成形試験]
次に、上記したマンドレル1と同様な軸本体部2に、耐摩耗層4の位置に異なる材料を用いたマンドレルを製作し、かかるマンドレルによるリングロール成形試験を行った。以下、その結果について説明する。
[Ring roll molding test]
Next, a mandrel using a different material at the position of the wear-
図3に示す成分組成による材料を用いて、軸本体部2の縮径部3に肉盛り溶接を行ってマンドレルを得た。同表に示す通り、「U520」はNi基合金であり、「ステライト#12」はCo基合金である。肉盛りの材料及び厚さについては図4に示した。なお、マンドレルの軸本体部2にはクロムモリブデン鋼であるSCM440を用いた。
Using the material having the component composition shown in FIG. 3, overlay welding was performed on the reduced
図4のNo.1に示すように、Ni基合金による0.5mm厚さの肉盛り層を与えた場合、摩耗速度が5.6×10−4mm/Shotであった。しかし、この摩耗速度では、単純計算で1000Shot以内に耐摩耗層を全て失ってしまう。このような高い摩耗速度に対応するため、肉盛り層の厚さを2.5mmと増加させたNo.2では、軸本体部に割れが発生してしまった。これは、2mmを超える厚い肉盛り溶接によって軸本体部への入熱を大きくして熱影響層を厚く形成してしまい、割れやすくしてしまったためであると考えられた。そこで、No.3に示すように、摩耗速度の小さいと予想されるCo基合金(ステライト(登録商標)#12)によって2.0mm以下、具体的には0.5mmの厚さの肉盛り層を形成させた。その結果、軸本体部2に割れを発生させず、摩耗速度も非常に小さくすることができた。
No. 4 in FIG. As shown in 1, when a 0.5 mm thick overlay layer made of a Ni-based alloy was given, the wear rate was 5.6 × 10 -4 mm / Shot. However, at this wear rate, all the wear-resistant layers are lost within 1000 Shots by simple calculation. In order to cope with such a high wear rate, the thickness of the overlay layer was increased to 2.5 mm. In 2, the shaft body has cracked. It is considered that this is because the heat input to the shaft main body is increased by thick build-up welding exceeding 2 mm to form a thick heat-affected zone, which makes it easy to crack. Therefore, No. As shown in 3, a build-up layer having a thickness of 2.0 mm or less, specifically 0.5 mm, was formed by a Co-based alloy (Stellite (registered trademark) # 12), which is expected to have a low wear rate. .. As a result, the
このように、軸本体部2に割れを発生させないようにするため、肉盛り層の厚さは2mm以下とされるべきである。他方、このような薄い層であっても耐摩耗層4として十分に機能させるためには、肉盛り層として摩耗速度の小さいCo基合金を用いることがよいとの知見を得た。
In this way, the thickness of the build-up layer should be 2 mm or less in order to prevent cracks from occurring in the
以上のことから、耐摩耗層4としては、Co基合金による2mm以下の厚さの肉盛り溶接が適当であると判った。また、No.4に用いたステライト#12のように、少なくとも、クロム及びタングステンを含むことがこのようなCo基合金としてより適していると推測された。
From the above, it was found that as the wear-
以上、本発明の代表的な実施例を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。 Although typical examples of the present invention have been described above, the present invention is not necessarily limited to this, and those skilled in the art will not deviate from the gist of the present invention or the appended claims. , Various alternative and modified examples will be found.
1 マンドレル
2 軸本体部
3 縮径部
3a、3b 角部
4 耐摩耗層
11 成形ロール
W ワーク
1
Claims (5)
クロムモリブデン鋼またはニッケルクロムモリブデン鋼からなる略棒状の軸本体部の長さ方向に沿った所定区間に直径を減じた縮径部を設け、前記縮径部の上にCo基合金からなる耐摩耗層を2mm以下の厚さで肉盛り溶接して与えられていることを特徴とするリングロール用マンドレル。 A mandrel in a ring roll forming machine that is arranged on the inner peripheral side of an annular work, sandwiches a part of the annular work together with a forming roll arranged on the outer peripheral side, and heat-processes the annular work while rotating each other.
A reduced diameter portion with a reduced diameter is provided in a predetermined section along the length direction of a substantially rod-shaped shaft body made of chrome molybdenum steel or nickel chrome molybdenum steel, and wear resistance made of a Co-based alloy is provided on the reduced diameter portion. A mandrel for ring rolls, characterized in that the layers are provided by overlay welding to a thickness of 2 mm or less.
クロムモリブデン鋼またはニッケルクロムモリブデン鋼からなる略棒状の軸本体部の長さ方向に沿った所定区間に直径を減じた縮径部を設け、前記縮径部の上にCo基合金からなる耐摩耗層を2mm以下の厚さで肉盛り溶接することを特徴とするリングロール用マンドレルの製造方法。 A method for manufacturing a mandrel in a ring roll forming machine that is arranged on the inner peripheral side of an annular work, sandwiches a part of the annular work together with a forming roll arranged on the outer peripheral side, and heat-processes the annular work while rotating each other. There,
A reduced diameter portion with a reduced diameter is provided in a predetermined section along the length direction of a substantially rod-shaped shaft body made of chrome molybdenum steel or nickel chrome molybdenum steel, and wear resistance made of a Co-based alloy is provided on the reduced diameter portion. A method for manufacturing a ring roll mandrel, which comprises overlay welding a layer to a thickness of 2 mm or less.
The method for manufacturing a ring roll mandrel according to claim 4, wherein the reduced diameter portion is a circumferential groove having a depth of 2 mm or less, and the corner portion of the circumferential groove is processed into an R shape. ..
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