JP3446016B2 - パック圧延方法 - Google Patents

パック圧延方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱合金やチタン
合金等の熱間での加工が難しい合金の、広幅、薄物材を
熱間圧延にて製造するためのパック圧延(積層圧延)方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、耐熱合金やチタン合金は変形抵
抗の温度依存性が大きく、加工中の温度低下により加工
荷重が大きくなるため加工が難しい。また、ボロン添加
オーステナイト系ステンレス鋼のように熱間加工性に乏
しい材料等もある。これらは通常、難加工材と呼ばれて
いる。
【0003】これら難加工材の薄板圧延技術としては、
従来よりパック圧延(積層圧延)方法が実施されている。
パック圧延方法とは、図2に示すようなパックスラブを
用いた圧延方法である。1つまたは複数の被圧延材料で
あるコア材1は、四周部がスペーサ材3で覆われてい
る。このコア材およびスペーサ材は上下をカバー材2に
よって挟まれている。図2は2枚のコア材がスペーサ材
で覆われ、かつカバー材によって挟まれたパックスラブ
の断面を示す例である。
【0004】このように、被圧延材料であるコア材をス
ペーサ材・カバー材で覆って圧延すると、コア材表面は
外気やロールといった材料よりも冷たい媒体に直接触れ
ることがないので、温度の低下が防止でき、薄板材の製
造が可能となる。
【0005】例えばα+β型チタン合金としてよく知ら
れているTi−6Al−4V合金は、冷間加工性や超塑
性特性を確保するためにα+β域で熱間加工を加える必
要があるが、その変形抵抗の温度依存性が非常に大き
く、800℃以下になると変形抵抗が大きく上昇し、圧
延機の許容荷重を超えて、それ以上の圧延ができなくな
り、β変態点以下で変形抵抗がそれほど高くならない8
00℃〜950℃の温度域で圧延することが理想的とさ
れ、温度の低下が小さいパック圧延が適用されている。
【0006】さらに、コア材同士の間、コア材とカバー
材との間には、圧延によるコア材同士やコア材とカバー
材の圧着を防止し、また伝熱抵抗となることによってコ
ア材の温度低下を防止する目的で、剥離剤が塗布され
る。図2の6が剥離剤を示す。またコア材とスペーサ材
の間には通常適度な空間5が設けられる。コア材をスペ
ーサ材とカバー材で囲んだ後に、スペーサ材とカバー材
の間を溶接してパックスラブの組み立てを完成する。こ
のように組立てられたパックスラブを熱間にて圧延しパ
ック圧延材とする。その後、パック圧延材を解体し薄板
圧延されたコア材を取出す。
【0007】このようなパック圧延方法においては、製
品となるコア材と圧延ロールが直接触れていないため圧
延時の板厚の制御が難しく、その製品の板厚精度を上
げ、形状をよくするために、コア材とカバー材の変形抵
抗比や温度を制御する等の工夫が特開平5−42302
号公報等に開示されている。
【0008】この問題と関連して、パック圧延方法では
コア材の端部の板厚が大きくなってしまうという問題が
ある。図3はコア材にTi−6Al−4V合金を、カバ
ー材にSS330を用いた場合の板厚分布の一例であ
る。コア材の端部にて板厚が厚くなっており、歩留の低
下につながっている。特開平10−216807号公報
では、これを防止する技術として、組立時のコア材とス
ペーサ材の空間を管理することによりこの板厚偏差を防
止する方法が提案されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】特開平10−2168
07号公報の方法は幅方向端部の板厚偏差解消には効果
的であるが、特に長手方向への圧下比が大きい場合の長
手方向端部の板厚偏差に関してはあまり有効ではない。
圧延の進行に伴って、先端部のクロップが大きくなるた
め、そのクロップの生成量を見越して空間を設定してお
く必要がある。しかし、このような大きな空間を設けて
おいても、圧延中に上下のカバー材の板厚減少が小さく
なり空間が閉塞してしまうことが確かめられている。空
間が閉塞してしまえば当然効果もなくなるのは明らかで
ある。
【0010】本発明は、上記のようなパック圧延におけ
るコア材の端部の板厚が厚くなってしまうという問題、
特に長手方向端部の板厚偏差の問題を解決し、コア材の
端部における板厚偏差の少ない製品を製造できるパック
圧延方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の課題は以下の発明
により解決される。本件第1発明は、一枚または複数枚
の板状のコア材を、カバー材とスペーサ材で覆ってパッ
クスラブを形成し、前記パックスラブを圧延して前記コ
ア材の薄板を製造するパック圧延方法において、圧延長
手方向に対して前記コア材の先端と後端で、前記カバー
材と前記コア材を接合した状態で圧延することを特徴と
するパック圧延方法。
【0012】本件第2発明は、圧延長手方向に対して前
記コア材の板厚以上の長さで接合したことを特徴とす
る、本件第1発明に記載のパック圧延方法。
【0013】本件第3発明は、一枚または複数枚の板状
のコア材を、カバー材とスペーサ材で覆ってパックスラ
ブを形成し、前記パックスラブを圧延して前記コア材の
薄板を製造するパック圧延方法において、前記コア材の
先端と後端で、前記コア材と前記スペーサ材を接合した
状態で圧延することを特徴とするパック圧延方法。
【0014】本発明者らは、パック圧延で板厚偏差が生
じる原因は、コア材とカバー材間で変形が不連続になる
ためであるとの知見を得て、本発明を完成した。図4は
ロールバイトに対して長手方向のある位置をパックスラ
ブが通過するとき、カバー材2の中のコア材1が受ける
長手方向応力の値を示すグラフとその説明図である。横
軸の長手方向位置が0の時が圧延ロール7が材料に噛み
込み始める地点、長手方向位置が70mmの位置がロール
の最下点に対応する。コア材の端部の近傍の板厚偏差の
大きい部分を偏差部、板厚が定常になる長手方向中央部
を定常部として、偏差部と定常部が圧延時に受ける長手
方向応力を比較すると、偏差部では板厚減少域での長手
方向応力が小さくなっていることがわかる。偏差部では
長手方向応力が小さいために、長手方向への延伸量が小
さくなりその分板厚が増加するのである。この板厚偏差
部の長手方向応力が小さくなる理由であるが、コア材の
長手方向の最端部で考えると分かりやすい。最端部は長
手方向には拘束するものが何もない自由表面となってお
り、当然長手方向応力は0となる。このため、長手方向
の最端部の近傍においても長手方向応力は小さくなって
いるのである。
【0015】この知見から、端部の偏差部の板厚偏差を
なくすためには、長手方向端部も長手方向応力を受け
て、定常部と同じように変形するようにすれば良い。コ
ア材においては長手方向端部になっているが、その部分
にあるカバー材は、前後に材料があるため、定常部のカ
バー材と同じように変形している。そこで、コア材とカ
バー材を接合し、コア材がカバー材と同じように変形す
るようにすれば、端部の偏差部も定常部と同様の変形が
えられることになる。
【0016】これを実現するためには、パックスラブを
形成する際に、圧延長手方向に対してコア材の先端と後
端で、カバー材とコア材が接合した状態になるようにし
て、その後このパックスラブを圧延してやればよい。コ
ア材の先端と後端においてカバー材と接する部分を全幅
にわたって接合するようにする。この際、コア材が3枚
以上ある場合は一番上と一番下のコア材以外は接合され
ないので、コア材同士も同様に接合してやる必要があ
る。またクロス圧延を行う場合は圧延方向が変わるの
で、4周についてコア材とカバー材を接合するのが望ま
しいが、製品の幅に相当する辺は、長さ方向に圧延する
際に圧下され偏差が解消しやすいので、最終的に圧延す
る方向に対する先後端を接合すれば、効果は得られる。
【0017】またコア材とスペーサ材を接合して圧延す
る方法もある。この場合はコア材の先端と後端がスペー
サ材と接合するように厚さ方向に溶接を行うなどして接
合する。圧延が1方向にのみ行われる場合は圧延方向
(長手方向)のスペーサ材と接合すれば充分である。しか
し、クロス圧延を行う場合は、長手方向・幅方向どちら
も圧延方向となるので4周を接合するのが望ましいが、
製品の幅に相当する辺は、長さ方向に圧延する際に圧下
され偏差が解消しやすいので、最終的に圧延する方向に
対する先後端を接合すれば、効果は得られる。
【0018】カバー材とスペーサ材は組立時に充分に接
合されており連続的に変形する。コア材の圧延方向端部
をカバー材もしくはスペーサ材と接合することにより、
コア材も連続的に変形するようになり、コア材の端部で
発生する板厚偏差が低減するのである。
【0019】ここで、カバー材とコア材を接合する部分
の圧延方向に対する長さが板厚以上であれば、変形の連
続性を得る効果が充分なので、板厚偏差の低減効果を充
分に得るのに効果的である。
【0020】接合の方法は機械的な接合強度が確保でき
ればどのような方法を用いても良く、溶接・溶着や剥離
材を部分的に塗布せずに金属間の拡散接合を用いる等の
方法が挙げられる。
【0021】
【発明の実施の形態】図1を用いて本発明の実施の形態
を説明する。図1(a)は本発明のパック圧延材の圧延
方向の縦断面図である。コア材1の先端と後端で、カバ
ー材2とコア材3が接合部4で接合されている。コア材
1とスペーサ材3の間には通常空間5が設けてある。幅
方向に沿ってコア材1とカバー材2を溶接したり、コア
材1とカバー材2の間に塗布する剥離剤を、コア材1の
先端と後端部に当たる部分には塗らないことで両者を接
合することができる。また図1(b)はコア材1とスペ
ーサ材3を接合する場合の実施の形態である。この場合
はコア材1の先端と後端ではスペーサ材3との間に空間
5を作ることができないが、幅方向での設計は自由であ
る。コア材1とスペーサ材3を溶接して接合する。この
時全幅にわたっての接合は不要である。
【0022】このように、コア材をカバー材・スペーサ
材のどちらかと接合する様にして圧延することで、端部
板厚偏差が解消し、歩留が向上する。コア材をカバー材
・スペーサ材の両方と接合してもよい。このとき、特に
カバー材と接合させる際には板厚以上の長さの部分を接
合させると効果的である。
【0023】
【実施例】本発明を実施例を用いて説明する。Ti−6
Al−4V合金の薄板をパック圧延方法により製造し
た。カバー材、スペーサ材はSS330を用い、Ti−
6Al−4V合金のコア材を2枚重ねて、図1と同様の
構造のパックスラブを作製した。Ti−6Al−4V合
金のコア材の板厚は20mm、長さ2050mm、幅250
0mmのものを用いた。コア材の上下に1枚づつ積層した
カバー材の板厚は70mm、スペーサ材の板厚は40mm、
幅は50mmである。この180mm厚のパックスラブに対
して11パスの圧延を行ない、最終板厚を27mmとし
て、パック圧延材を切断して解体し、コア材の両端を接
合部を含め300mmずつ切断し、長さ12.2m、厚さ
3.2mmの製品を2枚製造した。
【0024】パックスラブの組立に際して、表1に示す
ようにいろいろな接合条件で行なった。表1のNo.1の
条件はコア材とスペーサ材を板厚方向に溶接で接合し
た。またNo.2〜6のものはカバー材とコア材の間の剥
離剤をコア材の先端と後端部において表中の長さだけ塗
布しないまま圧延して、剥離剤を塗布しなかった部分で
カバー材とコア材が接合するようにして接合部長さを変
化させた。No.7はコア材とカバー材・スペーサ材を一
切接合をせずに圧延した従来のパックスラブを用いた比
較例である。このようにして製造した製品の長手方向端
部の板厚と中央部の定常部分の板厚を測定しその差を端
部板厚偏差とした。この結果も表1に示す。
【0025】
【表1】
【0026】No.2〜6の材料は拡散接合により圧延後
はコア材とカバー材は充分に接合していた。No.7の端
部板厚偏差は1.8mmと非常に大きく、歩留が低下し、
その後の精整工程で板厚を合わせるための機械加工が必
要となった。一方、No.1〜4では端部板厚偏差は0.
02mm程度と格段に減少しており、通常の表面仕上げ加
工のみで板厚精度も確保され、歩留も上昇した。接合部
長さが短いNo.5、6でもある程度は板厚偏差が解消し
ているが、コア材の板厚20mm以上の接合部長さを持た
せた方が効果的である。
【0027】
【発明の効果】以上のように、パック圧延をする際にコ
ア材とスペーサ材を、もしくはコア材とカバー材を接合
してパック圧延材を組立て、圧延することで、長手方向
端部に生じる板厚偏差が低減する。これにより端部の板
厚が厚くなってしまうという問題がなくなり、歩留が向
上するとともに、圧延後に端部の板厚を合わせるための
機械加工が不要になり、生産効率、経済性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のパック圧延材の断面図。
【図2】一般的なパック圧延材の断面図。
【図3】従来のパック圧延での板厚分布の一例を示す
図。
【図4】従来のパック圧延でコア材が受ける応力履歴を
示す説明図。
【符号の説明】
1 コア材 2 カバー材 3 スペーサ材 4 接合部 5 空間 6 剥離剤 7 圧延ロール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−72409(JP,A) 特開 昭63−104702(JP,A) 特開 昭62−191140(JP,A) 特開 平5−337509(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21B 47/00 - 47/02 B21B 1/00 - 3/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一枚または複数枚の板状のコア材を、カ
    バー材とスペーサ材で覆ってパックスラブを形成し、前
    記パックスラブを圧延して前記コア材の薄板を製造する
    パック圧延方法において、圧延長手方向に対して前記コ
    ア材の先端と後端で、前記カバー材と前記コア材を接合
    した状態で圧延することを特徴とするパック圧延方法。
  2. 【請求項2】 圧延長手方向に対して前記コア材の板厚
    以上の長さで接合したことを特徴とする、請求項1に記
    載のパック圧延方法。
  3. 【請求項3】 一枚または複数枚の板状のコア材を、カ
    バー材とスペーサ材で覆ってパックスラブを形成し、前
    記パックスラブを圧延して前記コア材の薄板を製造する
    パック圧延方法において、前記コア材の先端と後端で、
    前記コア材と前記スペーサ材を接合した状態で圧延する
    ことを特徴とするパック圧延方法
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