JP6803366B2 - 熱間圧延試験および熱間停止圧延試験に使用される熱間圧延試験機 - Google Patents

Description

本発明は概して、圧延機に関し、特に、熱機械シミュレータで使用されるように構成される圧延機と、熱間停止圧延（ｈｏｔ ｓｔａｌｌｉｎｇ ｒｏｌｌｉｎｇ）を実行するのに適する圧延機とに関する。

圧延工程の各側面を研究し、工業用の圧延工程を最適化するのに利用可能である試験を実行するために、試験室条件下での圧延工程のシミュレーションを行うことができる。熱機械シミュレータにより、実験的に工業工程の状態をシミュレートすることで、実験的試験を簡易化し、工業工程の挙動をより確実に予測することができる。しかしながら、通常、熱機械シミュレータの試験室は、従来の実験用圧延機よりもかなり小さい。圧延工程に関する工業試験の実行に伴うコストと手間を考えると、工業圧延工程を改良し最適化するのに利用可能な試験結果を得ることが望ましい。

圧延工程では、酸化鉄皮膜（ｏｘｉｄｅ ｓｃａｌｅ）または潤滑剤が作業ロールと被加工物との間に存在し、内部摩擦と伝熱状態に大きな影響を及ぼす場合がある。これらの面状態は、必要な圧延力、トルク、消費電力だけでなく、ロール全体の摩耗や圧延製品の面品質も変化させる可能性がある。

ロール間隙を通過する間の被加工物の変形は、各種パラメータに依存する遷移過程で生じる。被加工物がロール間隙を完全に通過した後に観察される面状態は最終状態のみを示し、被加工物がローラによって変形させられている間の遷移状態を明らかにしない。被加工物の遷移状態を調査するため、ロール間隙を完全に通過する前に被加工物の通過を停止させる熱間停止圧延試験を実行することができる。結果として生じる被加工物は、圧延部と非圧延部に加えて、その間の部分圧延部を含む。実験熱間停止圧延試験は圧延工程の各側面を理解するのに役立つ貴重なデータを提供して、工業圧延工程の最適化を助けることができる。

過去の刊行物（もしくはそこから得られる情報）または既知である事柄について本明細書で言及することは、過去の刊行物（もしくはそこから得られる情報）または既知の事柄が本明細書の関連する技術分野の一般的知識の一部を成すことを承認または同意するものではなく、またそのように解釈すべきではない。

本発明は、改良された特徴および特性を備えた発明を提供することを目的とする。

第１の態様によると、本発明は、熱間停止圧延の実行に適する圧延機であって、ハウジングと、ハウジングに搭載可能な第１のローラと、ハウジングに搭載可能な第２のローラとを含み、ハウジングに対する第２のローラの位置が調節可能であり、それによって、第１のローラと第２のローラとの間のロール間隙の幅を調節し、被加工物が通過するときに被加工物を変形させるようにロール間隙を構成する、圧延機を提供する。

別の態様によると、本発明は、第１のローラがハウジングに搭載されたときに、第１のローラのハウジングに対する位置が固定される圧延機を提供する。
別の態様によると、本発明は、ハウジングが、空隙を有する後部材を含み、被加工物がロール間隙を通過するとき、被加工物が前記空隙内へ突出する圧延機を提供する。

別の態様によると、本発明は、ハウジングの対向部から突出して対向部間に空間を画定する２つの電極を含み、２つの電極間の空間がロール間隙に近接し、２つの電極間の空間が、被加工物を収容し２つの電極間の回路を完成させて、２つの電極間の通電によって被加工物が加熱されるように構成される圧延機を提供する。

別の態様によると、本発明は、電極が第１のローラまたは第２のローラと接触せずに被加工物を加熱する圧延機を提供する。
別の態様によると、本発明は、電極が１１００℃超で被加工物を加熱することができる圧延機を提供する。

別の態様によると、本発明は、第１のローラと第２のローラが、シャフトと、シャフトを中心に回転するように構成される中空シリンダの形状のローラリングとを含む圧延機を提供する。

別の態様によると、本発明は、ローラリングの内面とシャフトとの間に空間が設けられる圧延機を提供する。
別の態様によると、本発明は、１つ以上の軸受け要素がシャフトとローラリングとの間に位置する圧延機を提供する。

別の態様によると、本発明は、１つ以上の軸受け要素が第１のローラおよび第２のローラの中央部から離れて位置する圧延機を提供する。
別の態様によると、本発明は、第１のローラおよび第２のローラの中央部が被加工物を収容するのに十分な大きさを有する圧延機を提供する。

別の態様によると、本発明は、被加工物がロール間隙を移動しているとき、被加工物と第１のローラリングおよび第２のローラリングとの間の内部摩擦により第１のローラリングおよび第２のローラリングが回転し、ロール間隙を通る被加工物の移動が休止するとき、被加工物と第１のローラリングおよび第２のローラリングとの間の内部摩擦により第１のローラリングおよび第２のローラリングがさらなる実質上の回転を行わずに休止するように、第１のローラリングおよび第２のローラリングの質量が調整される圧延機を提供する。

別の態様によると、本発明は、第１のローラと第２のローラの外径に対する内径の比が約０．７〜約０．９である圧延機を提供する。
別の態様によると、本発明は、第２のローラの各端部が搭載アセンブリに適合させられ、各搭載アセンブリがハウジングの空隙に搭載されるように構成される圧延機を提供する。

別の態様によると、本発明は、搭載アセンブリが、第２のローラのシャフトに搭載可能なブッシュと、１つ以上のスペーサとを含み、１つ以上のスペーサがブッシュと空隙の外周との間に取り外し可能に位置するように適合させられて、ハウジングに対する調節可能なローラの位置が１つ以上のスペーサによって調節可能である圧延機を提供する。

別の態様によると、本発明は、空隙内へ後退可能に延在し、ブッシュと１つ以上のスペーサに力を加えることによってブッシュと１つ以上のスペーサを適所に固定するように構成される１つ以上の係止ピンを含む圧延機を提供する。

別の態様によると、本発明は、熱機械シミュレータの試験室内に収まるように寸法が設定された圧延機を提供する。
別の態様によると、本発明は、熱機械シミュレータの第１のあごと接続するように適合させられた継手を含む圧延機を提供する。

別の態様によると、本発明は、被加工物が、熱機械シミュレータの第２のあごと接続するように適合させられた圧延機を提供する。
別の態様によると、本発明は、熱機械シミュレータが第１のあごと第２のあごの動きを制御することによって、被加工物にロール間隙を通過させる圧延機を提供する。

例示の実施形態は、単に例示として添付図面と併せて説明される、少なくとも１つの好適だが非限定的な実施形態に関する以下の説明から自明になるはずである。

圧延機の一実施形態（従来技術）を示す上面図である。 図１の圧延機を示す端面図である。 図１の圧延機を示す斜視図である。 ローラが分離された図１の圧延機を示す斜視図である。 図１の圧延機を示す破断図である。 図１の圧延機を示す別の破断図である。 熱機械シミュレータに連結された圧延機の一実施形態を示す概略図である。 圧延機の一実施形態を示す展開図である。

好適な実施形態の主題に関する正しい理解を深めるため、単に例として以下の様式を説明する。
例示の実施形態の特徴を例示するために組み込まれた図面において、類似の参照符号は全図面を通じて類似の部品を指すために使用される。

図面は、圧延工程の実験を行う規模で使用されるのに適した圧延機を示す。圧延機１は、圧延工程を制御および監視する熱機械シミュレータと併せて使用するのに特に適する。圧延機１は高温で被加工物１８に対して使用するのに最適化され、熱間圧延試験および熱間停止圧延試験の実行に適する。また、この圧延機は冷間圧延試験の実施にも適する。

圧延機１はハウジング２と、２つの側部材４が延在する後部材３とを含む。ハウジングの外形は略Ｕ字状であり、２つの側部材４は相互に対向しており、後部材３によって周辺部で相互接続される。ハウジング２は、圧延機１の他のコンポーネントを搭載させることができる枠組みを提供する剛体構造である。一実施形態では、ハウジング２は炭素鋼で形成することができる。

第１のローラ９と第２のローラ１０は、側部材４の間に位置するように側部材４に搭載可能である。第１のローラ９と第２のローラ１０は各自の軸が平行に伸びて、ロール間隙１７と称されるローラ間の割れ目を提供する。被加工物１８をロール間隙内へ付勢することによって、第１のローラ９と第２のローラ１０が被加工物１８に力を加えて、２つのローラ９、１０間で被加工物１８を変形させる。２つのローラ間で被加工物１８が変形すると、被加工物１８の厚さが減少してロール間隙１７と略同一になる。ローラ９、１０の位置を調節することで、ロール間隙の寸法が調節される結果、ロール間隙を進む被加工物１８の厚さも調節される。

図４に最も良く示されるように、第１のローラ９と第２のローラ１０はそれぞれ第１のシャフト１１と第２のシャフト１２を備える。シャフト１１、１２はハウジング２の側部材４に搭載するように構成される。

第１のシャフト１１と第２のシャフト１２の周囲には、第１のローラリング１３と第２のローラリング１４がそれぞれ配置される。ローラリング１３、１４は、ローラリングが周囲に配置されるシャフト１１、１２の径よりも大きな内径を有する中空シリンダの形状である。この構造によって、ローラリング１３、１４が同軸にシャフト１１、１２の周囲に配置されるとき、ローラリング１３、１４の内面とシャフト１１、１２の外面間に空間が生じる。第１の軸受け要素１５と第２の軸受け要素１６は、この空間またはこの空間の少なくとも一部において、第１のローラ９および第２のローラ１０のローラリング１３、１４とシャフト１１、１２との間にそれぞれ配置することができる。これらの軸受け要素１５、１６は、シャフト１１、１２を中心とするローラリング１３、１４の回転を簡易化する。ローラリング１３、１４の外面は、被加工物１８を変形させる圧延面を提供する。被加工物１８がロール間隙１７内を進むにつれ、ローラリング１３、１４と被加工物１８間の内部摩擦は、被加工物１８がロール間隙１７内を通過するのに伴いローラリング１３、１４を回転させることができる。

ローラシャフト１１、１２からローラリング１３、１４を分離させることで、ローラリング１３、１４からシャフト１１、１２への伝熱を遮断し、少なくともある程度、ローラリング１１、１２をシャフト１１、１２から熱的に分断させることができる。これにより、被加工物１８と接触する熱質量はシャフト１１、１２を含むローラ９、１０全体ではなく、ローラリング１３、１４によって実質上制限されるため、圧延工程中に高温の被加工物１８からローラ９、１０へ伝わる熱量を低減させることができる。別の言い方をすれば、ローラリング１３、１４とシャフト１１、１２との間を物理的に分離させることで、ローラリング１３、１４によって吸収されシャフト１１、１２に伝達される熱を低減し、ローラ９、１０と接触する高温被加工物１８の伝熱量を低減することができる。

軸受け要素１５、１６が圧延中に被加工物１８と接触するローラリング１３、１４の部分から離れるように構成されれば、ローラリング１３、１４とシャフト１１、１２との熱的分離を向上させることができる。たとえば、図面に示すように、被加工物１８がローラ９、１０の中央部で圧延される場合、軸受け要素１５、１６はローラ９、１０の端部に配置して、ローラ９、１０の中央部でローラリング１３、１４とシャフト１１、１２との間にそれぞれ、軸受け要素１５、１６が配置されない空間を設けることができる。このように被加工物１８を収容するのに十分な大きさの中央部を設けることによって、圧延中の被加工物１８は中央部とのみ接触する。

しかしながら、軸受け要素１５、１６が、圧延中に被加工物１８と接触するローラ９、１０の部分でローラリング１３、１４とシャフト１１、１２との間に位置したとしても、軸受け要素１５、１６を通じてシャフト１１、１２に伝わる熱を制限することができるため、被加工物１８はシャフト１１、１２の熱質量から実質上分離させることができる。このように伝熱が低減される理由は、一部には、軸受け要素１５、１６と両ローラリング１３、１４およびシャフト１１、１２との間での必須の接触が最小限となるからである。

さらに、ローラリング１３、１４は、全径よりも幅が狭くなるように構成することができる。たとえば、図４に示す実施形態では、ローラリング１３、１４の幅はローラリング１３、１４の全径およびシャフト１１、１２の径よりもかなり小さい。このようにローラリング１３、１４の全径よりも幅小な構造により、ローラリング１３、１４は比較的小さな質量、ひいては高温の被加工物１８から熱を吸収する小さな熱質量を有することによって、被加工物とローラ９、１０との接触中に被加工物１８から伝わる熱を低減することができる。

比較的小さな質量のローラリング１３、１４を設けることも、熱間停止圧延試験を実行する際に有益であり得る。被加工物１８がロール間隙１７へ入ると、被加工物１８とローラリング１３、１４との間の内部摩擦により、ローラリングが回転する。ローラリング１３、１４の壁幅は全径よりも小さいため、ローラリングは比較的小さな質量で構成され、その結果、回転する際、ローラリング１３、１４は重いローラよりも運動量が小さい。相当小さな質量のローラリング１３、１４を構成することによって、被加工物１８の運動がロール間隙１７内で停止すると、被加工物１８と第１のローラリング１３および第２のローラリング１４との間の内部摩擦により、第１のローラリング１３および第２の１４はさらなる実質上の回転を行わずに回転を休止する。

グリーブル（Ｇｌｅｅｂｌｅ）３５００熱機械シミュレータと併せて使用するのに適した圧延機１の実施形態では、ローラリング１３、１４は、２４ｍｍの内径と３０ｍｍの外径を有するため、壁厚（幅）は６ｍｍとなる。上記実施形態の外径に対する幅の比は０．２であり、外径に対する内径の比は０．８となる。その他、比較的小さな質量および熱質量を有するローラリングに適する外径に対する内径の比は約０．７〜０．９である。鋼またはステンレス鋼の圧延に適する特定の実施形態では、ローラリング１３、１４は高速度鋼で形成することができる。

図示される実施形態では、第１の凹部１９と第２の凹部２２は、第１のローラ９をハウジング２に搭載するために設けられる。第１の凹部１９の寸法と形状は、第１のシャフト１１が凹部１９に配置されるときにシャフト１１の周囲に最小限の遊びが存在するように、シャフト１１の径に合わせて構成することができる。最小限の遊びを伴って第１のシャフト１１を収容する大きさを有する第１の凹部１９を設けることで、第１のシャフト１１の軸方向の移動を制限することができる。さらに、圧延工程中の第１のローラ９のゆがみを低減することもできる。

第１のローラ９をハウジング２内の適所に組み付けるため、シャフト１１の一端は側部材４の外面２０から第１の凹部１９と位置合わせされる。次いで、シャフト１１は、シャフトの一部が側部材４の内面２１で第１の凹部１９から出現するまで第１の凹部１９に押し込まれる。その後、軸受け要素１５とローラリング１３は、側部材４の内面２１から突出するシャフト１１の部分の周囲に配置することができる。軸受け要素１５とローラリング１３がシャフト１１の周囲で位置合わせされると、シャフト１１を、シャフト１１の一端が第２の凹部２２に位置するまで第１の凹部１９内でさらに押し込むことができる。第２の凹部２２は、最小限の遊びを伴って第１のシャフトを収容して軸方向の移動を制限する大きさに設定することができる。その際、シャフト１１はローラリング１３全体にわたって延在することによって、ローラリング１３を２つの側部材４間で位置決めし、シャフトの両端を凹部１９、２２に配置する。

一実施形態では、第２の凹部２２は、側部材４全体にわたって延在するように構成することができる。この構造では、凹部１９、２２のいずれかを通じてシャフトの一端を側部材４の外面２０から押し出すことによって、第１のシャフト１１をハウジングから容易に取り外すことができる。

別の実施形態では、第２の凹部２２は、側部材４を部分的に延在するように構成することができる。その後、第１のシャフト１１は、第１のシャフト１１の一端が第２の凹部２２に位置するまで第１の凹部１９に押し込まれると、第２の凹部２２にぶつかるが、第２の凹部２２に完全に押し込まれることはない。この構造は、第１のシャフト１１がハウジング２に搭載された状態を保ち、第１のシャフト１１が滑ってハウジング２から外れるのを防ぐことができる。また、側部材４全体にわたって延在するが、第１のシャフト１１よりも径が小さい第２の凹部２２の拡張部を設けることが有益であり得る。この構造では、細長部材を側部材４の外面２０から拡張部に挿入して、第２の凹部２２に搭載された第１のシャフト１１を押圧することができる。このため、シャフト１１が第２の凹部２２から外されて、第１のローラ９がハウジング２から取り外し易くなる。

図示される実施形態では、シャフト１１は、第１のローラがハウジング２に搭載されるとき、第１のシャフト１１の端部が側部材の外面２０と略面一となる寸法を有する。他の実施形態では、第１のシャフト１１の一端または両端を外面２０から突出するように構成し、割りピンまたは類似の要素を設けることで、シャフト１１が凹部１９、２２から滑り出てハウジング２から外れるのを防ぐように構成することができる。

凹部１９、２２によって第１のローラ９をハウジング２に搭載することで、ハウジング２に対する第１のローラ９の位置が固定される。ロール間隙１７を調節するために、第２のローラ１０の位置は、ハウジング２に対して調節可能となるように構成される。図示される実施形態では、第２のローラ１０をハウジング２に調節可能に搭載するために、搭載アセンブリ２３が第２のローラ１０の両端に設けられる。

搭載アセンブリ２３は、シャフト１２の一端と連結するように構成されるブッシュ２４を含む。ブッシュ２４は、側部材４の空隙５に取り外し可能に据えられるように構成される。図示される実施形態では、ブッシュ２４は第２のシャフト１２の一端を収容する凹部を備えたブロック形状であるが、その他のブッシュ形状も可能である。ブッシュ２４は、ハウジング２の後部材３に接離する第１の軸方向で空隙にしっかりと嵌合する寸法を有する。また、ブッシュ２４は、第１の軸に直交する第２の軸方向で余裕を持って嵌合する寸法を有する。この構造によって、ブッシュ２４が空隙５に位置するとき、ブッシュ２４は後部材３に接離する方向では実質的に制限されるが、側部材４の上面２５に接離する方向には移動することができる。

第２のローラ９をハウジングに搭載するために、第２の軸受け要素１６と第２のローラリング１４は、上述したように第２のシャフト１２の周囲に配置することができる。その後、シャフト１２はいずれかの端部でブッシュ２４と連結し、搭載位置まで滑らせることができる。この時、ブッシュ２４は空隙５内に位置している。

ブッシュ２４に連結された第２のローラ１０が側部材４の空隙５に搭載されると、ブッシュ２４は上述したように空隙内で移動することができるため、ブッシュ２４間に配置された第２のローラ１０は側部材４の上面２５に近づく、あるいは遠ざかるように移動することができる。したがって、第１のローラ９がハウジング２に搭載されると、第２のローラ１０は第１のローラ９に近づく、あるいは遠ざかるように移動することによって、２つのローラ９、１０間のロール間隙１７の寸法を設定することができる。

第２のローラ１０、ひいてはロール間隙１７の位置を固定するため、搭載アセンブリ２３は、ブッシュ２４と空隙５の外周６との間に挿入することのできる１つ以上のスペーサ２６を含む。空隙５内の１つ以上のスペーサ２６の寸法と配置はブッシュ２４の周囲の遊びを無くすように設定して、ブッシュ２４の空隙５内での移動を制限することができる。この構造では、第２のローラ１０を第１のローラ９と第２のローラ１０との間のロール間隙１７の設定位置で固定することによって、ロール間隙１７を固定することができる。空隙内に様々な寸法の１つ以上のスペーサ２６を配置する、および／または空隙内の様々な位置に１つ以上のスペーサ２６を配置することで、ロール間隙１７を容易に調節できる。さらに、搭載アセンブリ２３を取り外して交換し、同じ寸大きさの１つ以上のスペーサ２６を空隙５内の同じ位置に挿入することによって、ロール間隙１７は同じ寸法で構成される。これによって、一定寸法のロール間隙で必要に応じて第２のローラをハウジングに対して脱着させ、以降の圧延試験を反復可能な設定で実行することができる。

搭載アセンブリ２３は、ブッシュ２４と１つ以上のスペーサ２６を空隙５内の適所に固定するのを助けることによって、圧延工程中の搭載アセンブリ２３の移動または第２のローラ１０のゆがみを最小限に抑えることができる１つ以上の係止ピン２７をさらに含む。図示される実施形態では、１つ以上の係止ピン２７は、側部材４の上面２５からハウジング２にねじ込むことができるボルトの形状をとる。１つ以上の係止ピン２７をハウジング２にねじ込むことによって、係止ピン２７は空隙５に突出し、搭載された１つ以上のスペーサ２６とブッシュ２４に力を加える。これにより、１つ以上のスペーサ２６とブッシュ２４を空隙５内の適所に固定するのを助けることができる。一般的に、空隙５内の１つ以上のスペーサ２６の寸法と位置は、空隙５内のブッシュ２４の位置ですべての遊びを実質上無くすように設定することができる。この構造により、ブッシュ２４および１つ以上のスペーサ２６に保持力を加えて、スペーサ２６およびブッシュ２４を空隙５内の適所に保持し、空隙からの脱落を防止するためには、係止ピン２７を空隙５に最小限突出させるだけでよい。

搭載アセンブリ２３は、ハウジング２の剛体構造に対する第２のローラ１０の迅速な着脱と調節を簡易化する。また、ロール間隙１７の迅速な調節も簡易化する。圧延機１を用いて熱間停止圧延試験を実行する際、搭載アセンブリ２３が第２のローラ１０の迅速な取り外しを簡易化することは特に有益である。いったん被加工物１８がロール間隙１７内へ付勢され停止させられても、係止ピン２７を緩めて、１つ以上のスペーサ２６を側部材４の空隙５から外へ摺動させることによって、被加工物１８を容易に引き出すことができる。その後、ブッシュ２４は、第２の軸に沿って摺動し、連結された第２のローラ１０を第１のローラ９から遠ざける。第２のローラ１０を第１のローラ９から遠ざけると、ロール間隙１７が拡がり、被加工物１８の面モフォロジーに影響を及ぼすおそれのあるロール間隙１７内での被加工物１８の引き戻しの必要なく、停止した被加工物１８を引き出すことができる。次に、１つ以上のスペーサ２６を空隙５に戻して、必要に応じてロール間隙１７を設定し、係止ピン２７を締めて搭載アセンブリ２３を適所に保持することによって、圧延機１を迅速に再組立することができる。スペーサ２６の寸法が固定されるため、同じ１つ以上のスペーサ２６を空隙５内の位置に戻すと、圧延機１は同一のロール間隙１７で設定される。もしくは、第１のローラ９を上述したようにハウジング２から取り外して、停止した被加工物１８を解放することができる。第２のローラ１０の位置を迅速に調整できるため、設定と調節に時間がかかることが多い従来の実験用圧延機と比べて以降の圧延試験の実行に必要な時間を最小限に抑えることができる。また、搭載アセンブリ２３の構造により、第１のローラ９またはハウジング２に支障を来さずに第２のローラ１０を脱着させる、あるいは第２のローラ１０の位置を調節することができる。第２のローラ１０、ひいてはロール間隙１７の調節は、第１のローラ９またはハウジング２全体に支障を来さずに実行することができる。

ハウジング２の各側部材４から電極２８が突出する。電極２８は側部材４から相互に近づくように突出して間に空間２９を設けるように構成される。電極２８間の空間２９は圧延対象の被加工物１８を収容するように構成されて、空間２９内の被加工物１８が位置決めされて電極２８間の電気回路を完成させる。この回路に通電することで、被加工物１８を電気的に加熱し、被加工物１８の温度を上昇させることができる。

図４に最も良く示されるように、電極２８間の空間２９はロール間隙１７に隣接する。この構造によって、被加工物１８は加熱される電極２８間の空間２９に配置された後、ロール間隙１７へと推し進められて圧延される。電極２８間の空間２９とロール間隙１７との近接配置により、被加工物１８が電極２８によって加熱された直後に、被加工物をロール間隙１７へと推進することができる。被加工物１８の加熱と圧延との間の時間を最小限に短縮することによって、圧延工程に悪影響を及ぼしかねない被加工物１８からの伝熱を最小化することができる。圧延前の被加工物１８からの過剰な伝熱は、非均質な温度プロファイルをもたらす場合がある。熱間圧延工程または熱間停止圧延工程は１１００℃以上の温度まで被加工物１８を加熱させる必要があるため、圧延直前にサンプルをさらに操作することなく適所で被加工物１８を加熱することは、上記工程中に被加工物１８からの伝熱を防止するうえで特に有効であり得る。圧延機１がこのような高温下の圧延工程を簡易化することで、特定の種類のステンレス鋼および高温を要するその他の材料の熱間圧延が可能になる。

電極２８はタングステンカーバイド、グラファイト、またはその他の任意の適切な材料で形成することができる。摩擦の最小化のため、電極２８と被加工物１８との間にグラファイトシートを配置することができる。電極２８間を流れる電流に応じて、被加工物１８は１１００℃以上まで加熱することができる。電極２８によって加熱されている間の被加工物１８の温度を測定するために、熱電対を被加工物１８に配置することができる。熱電対を被加工物１８に沿った各地点に配置して、温度分布を測定することができる。

圧延機１の設計により、該圧延機は組立および分解が迅速かつ簡易であるコンパクトな大きさに構成されるため、グリーブル３５００などの熱機械シミュレータで使用するのに適する。グリーブル３５００熱機械シミュレータは完全に統合されたデジタル閉ループ制御熱機械実験システムであり、正確に実行される反復可能な試験プログラムを提供する。本機械は通常、高速加熱システム、サーボ液圧システム、コンピュータ制御データ取得システムを有する。高速加熱システムは最高１０，０００℃／秒の速度で試験体を加熱し、安定状態の平衡温度を保つことができる。サーボ液圧システムは伸長または圧縮時、１０００ｍｍ／秒の変位速度で、最大１００ＫＮの静的力の衝撃を生成することができる。コンピュータ制御データ取得システムは工程スケジュールをプログラミングし、次に、ソフトウェアが計算し、スケジュールの実行方法をプログラミングすることができる。問題となるデータは、ソフトウェアによって監視し収集することができる。

グリーブル３５００は試験室に荷重計、温度センサおよび変位センサを有し、圧延工程における力、歪み、応力、ストローク、実際温度に関するデータを収集することができる。試験室は、湿度など大気を変動させて構成することもできる。

熱機械シミュレータと併せた圧延機１の使用を簡易化するため、ハウジングはハウジング２の後部材３の継手８で調整することができる。熱機械シミュレータの試験室内の第１のあご３１を図７に示すように継手８にラッチして、熱機械シミュレータの試験室内にハウジング２を固定することができる。図示される実施形態では、継手８は第１のあご３０の対応する外形に適合する略台形形状であるが、その他の構造も同等に実現可能である。

同様に、被加工物１８は、熱機械シミュレータの試験室内で第２のあご３１に連結するように適合されるグリップ３２で固定することができる。熱機械シミュレータの第２のあご３１は前進するように液圧またはその他の何らかの手段によって始動させることによって、被加工物１８をロール間隙１７内に進ませることができる。第２のあご３１の移動は、加えられる力と圧延速度とを調節し、これらのパラメータを試験で検討できるようにコンピュータ制御可能である。また、第２のあご３１の移動は、ロール間隙１７を完全に通過する前に被加工物１８の動きを停止させて、熱間停止圧延試験を実行するようにコンピュータ制御可能である。

ハウジング２の後部材３の空隙７は、被加工物１８が後部材３に向かう方向にロール間隙１７を通過する間、被加工物１８を収容するために設けることができる。空隙７は必要に応じて後部材３に適合させる継手８にわたって延在し、被加工物１８の寸法に対応することができる。後部材３と継手８を通って延在する空隙７を図６に示す。ロール間隙１７を進む間、被加工物１８を収容する空隙７を設けることで、被加工物１８がロール間隙１７を通過中に後部材３によって阻まれるのを防ぐために必要とされるローラ９、１０と後部材３との間で必須のオフセットの量を低減することができる。このため、被加工物１８はロール間隙１７の通過中、他の方法で可能とされるよりも大きな変位量を享受する結果、生じる被加工物はローラ９、１０によって変形される断面が大きくなり、それにより、変形された被加工物に関する調査を実行するためにより大きな試験体を得ることができる。圧延機１が占める物理的空間を最小化することは、熱機械シミュレータの試験室の制限されることの多い空間内に圧延機１を含める際に有益であり得る。また、たとえば図６に示すように、試験室に十分な空間を提供して、被加工物をローラと接触させずに加熱することができる。ローラ９、１０と接触せずに被加工物１８を加熱することで、ローラ９、１０との伝熱を通じて熱が失われないため、被加工物１８を高温まで加熱することができる。

たとえば、図１に示すように、熱機械シミュレータで使用されるように適合された被加工物１８は、様々な長さの細長部材の形状をとることができる。図示される実施形態では、被加工物１８の幅は略一定であるが、同サンプルの高さは端部間で変動する。一端のグリップ部３３は、グリップ３２によって把持されるように高く構成されている。他端のロール部３４はローラ９、１０により変形される。図示される実施形態はロール部３４とグリップ部３３との間の正方形の肩部を示すが、円形凹形肩部の方が、加熱される際に被加工物１８のより均一な温度分布を導くことができることが分かっている。ロール部３４は断面積が略一定であるため、１０００℃超の高温まで加熱されるときに略均一温度を達成しやすい。

グリーブル３５００熱機械シミュレータと共に使用するのに適した実施形態では、圧延機１は、約１１５ｍｍ長、１３０ｍｍ幅、１１０ｍｍ高の大きさのハウジングを設けることができる。このようなハウジング２は、約３０ｍｍの外径と約５０ｍｍの長さを有するローラ９、１０に適合させることができる。このような大きさの圧延機１はかなり小さな容積しか占有しないため、グリーブルの試験室の限られた空間に設置することができる一方で、加熱対象の被加工物１８に対し、ローラ９、１０と接触することのない十分な空間を提供するとともに、ロール間隙１７を通る被加工物１８の利用可能な駆動変位量が十分に大きい、すなわち、駆動変位量が１０ｍｍ超である、調査用に十分大きな変形部を備えた圧延被加工物１８を生成するのに足る構造を提供する。

記載される実施形態は熱機械シミュレータと併せて使用される大きさの小型圧延機に適するが、本圧延機は従来の実験用圧延機などの大規模なものにも同等に適する。
当業者にとっては、本発明の範囲を逸脱せずに多くの変形が自明であろう。

１…圧延機、２…ハウジング、３…ハウジングの後部材、４…ハウジングの側部材、５…側部材の空隙、６…空隙の周辺部、７…後部材の空隙、８…継手、９…第１のローラ、１０…第２のローラ、１１…第１のシャフト、１２…第２のシャフト、１３…第１のローラリング、１４…第２のローラリング、１５…第１の軸受け要素、１６…第２の軸受け要素、１７…ロール間隙、１８…被加工物、１９…第１の凹部、２０…側部材の外面、２１…側部材の内面、２２…第２の凹部、２３…搭載アセンブリ、２４…ブッシュ、２５…側部材の上面、２６…スペーサ、２７…係止ピン、２８…電極、２９…電極間の空間、３０…第１のあご、３１…第２のあご、３２…グリップ、３３…被加工物のグリップ部、３４…被加工物のロール部。

Claims (15)

1. 熱間圧延試験および熱間停止圧延試験に使用される熱間圧延試験機であって、
   対向する２つの側部材と、前記２つの側部材を接続する後部材とを有するハウジングと、
   前記ハウジングに搭載可能な第１のローラと、
   前記ハウジングに搭載可能な第２のローラと、を含み、
   前記ハウジングに対する前記第２のローラの位置が調節可能であり、それによって、前記第１のローラと前記第２のローラとの間のロール間隙の幅を調節し、
   被加工物が通過するときに該被加工物を変形させるように前記ロール間隙を構成し、
   前記対向する２つの側部材からそれぞれ突出して前記２つの側部材間に空間を画定する２つの電極をさらに含み、
   前記２つの電極間の空間が前記ロール間隙に近接し、
   前記２つの電極間の空間が、被加工物を収容し、前記２つの電極間の回路を完成させて、前記２つの電極間の通電によって前記被加工物が加熱されるように構成される、熱間圧延試験機。
2. 前記第１のローラが前記ハウジングに搭載されたとき、前記第１のローラの前記ハウジングに対する位置が固定される、請求項１に記載の熱間圧延試験機。
3. 前記後部材が空隙を有し、前記被加工物が前記ロール間隙を通過するとき、前記被加工物が前記空隙内へ突出する、請求項１または２に記載の熱間圧延試験機。
4. 前記電極が、前記第１のローラまたは前記第２のローラと接触せずに前記被加工物を加熱する、請求項１に記載の熱間圧延試験機。
5. 前記電極が１１００℃超で前記被加工物を加熱することができる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の熱間圧延試験機。
6. 前記第１のローラおよび前記第２のローラが、
   シャフトと、
   前記シャフトを中心に回転するように構成される中空シリンダの形状のローラリングと、
   を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱間圧延試験機。
7. 前記ローラリングの内面と前記シャフトとの間に空間が設けられる、請求項６に記載の熱間圧延試験機。
8. １つ以上の軸受け要素が前記シャフトと前記ローラリングとの間に位置する、請求項６または７に記載の熱間圧延試験機。
9. 前記１つ以上の軸受け要素が前記第１のローラおよび第２のローラの中央部から離れて位置する、請求項８に記載の熱間圧延試験機。
10. 前記第１のローラおよび第２のローラの前記中央部が前記被加工物を収容するのに十分な大きさを有する、請求項９に記載の熱間圧延試験機。
11. 前記被加工物が前記ロール間隙を移動しているとき、前記被加工物と第１のローラリングおよび第２のローラリングとの間の内部摩擦により前記第１のローラリングおよび第２のローラリングが回転し、
    前記ロール間隙を通る前記被加工物の移動が休止するとき、前記被加工物と前記第１のローラリングおよび第２のローラリングとの間の内部摩擦により前記第１のローラリングおよび第２のローラリングがさらなる実質上の回転を行わずに回転を休止するように、前記第１のローラリングおよび第２のローラリングの質量が調整される、請求項６〜１０のいずれか一項に記載の熱間圧延試験機。
12. 前記第１のローラと前記第２のローラの外径に対する内径の比が約０．７〜約０．９である、請求項６〜１１のいずれか一項に記載の熱間圧延試験機。
13. 前記第２のローラの各端部が搭載アセンブリに適合させられ、
    各搭載アセンブリが前記ハウジングの空隙に搭載されるように構成される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の熱間圧延試験機。
14. 前記搭載アセンブリが、
    前記第２のローラのシャフトに搭載可能なブッシュと、
    １つ以上のスペーサと、を含み、
    前記１つ以上のスペーサが前記ブッシュと前記空隙の周辺部との間に取り外し可能に適合させられて、前記ハウジングに対する前記調節可能なローラの位置が前記１つ以上のスペーサによって調節可能である、請求項１３に記載の熱間圧延試験機。
15. １つ以上の係止ピンであって、前記空隙内へ後退可能に延在し、前記ブッシュと前記１つ以上のスペーサに力を加えることによって前記ブッシュと前記１つ以上のスペーサを適所に固定するように構成される１つ以上の係止ピンを含む、請求項１４に記載の熱間圧延試験機。

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