JPH02104404A - チタン継目無管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、傾斜ロール穿孔圧延法による純チタンまたは
チタン合金継目無管の製造方法に関し、特にその穿孔圧
延方法に関する。

〔従来の技術〕

チタンは純チタンと、α型、α＋β型等のチタン合金と
に分類される。α型のチタン合金としては、Ｔ　ｉ　−
０，１５Ｐ　ｄ　、　Ｔ　ｉ　−０，８Ｎ　＋　−０，
３Ｍｏ。

Ｔｉ−５Ａｊ！−２，５Ｓｎ、ＴＴｉ−８Ａｊ２−Ｉ。

−ＩＶなどがある。α＋β型のチタン合金としてはＴｉ
−３Ａｌ−２，５Ｖ、、Ｔｉ−６Ａｊ２−４Ｖ、Ｔｉ−
６Ａｊ２−６Ｖ−２Ｓｎ、、Ｔｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ、４
−Ｚｒ−６Ｍｏ、Ｔｉ−６Ａ／！−２Ｓｎ−４Ｚｒ−２
Ｍｏなどがあり、Ｔ　ｉ　−３Ａ　ｌ　−２゜５■は冷
間加工が可能な合金として知られている。

本明細書において、チタンとはこれらを総称したもので
ある。

これらのチタンは軽量、高耐食性を有し、特にその継目
無管は化学プラント、航空機用油圧配管への適用が期待
されている。

一方、チタンはβ変態点、すなわちα相乃至はα＋β相
からβ相に変化する変態点を有することが知られている
０例えば、純チタンは８８０°付近にβ変態点を有し、
代表的なα＋β型チタン合金であるＴｉ−６Ａ／！−４
Ｖは９９０’付近にβ変態点を有している。そして、チ
タンは通常は、このβ変態点未満の温度で熱間加工され
る。これは、β相で熱間加工が行われると、熱間加工後
の冷却過程でβ相がマルテンサイト変態して粗い針状組
織となり、機械的性質が低下して熱間加工後の２次加工
で割れ等を生じるからである。従って、例えばＴｉ−６
Ａ−４Ｖは９００〜９６０°Ｃの範囲で熱間加工される
のが通例になっている。

その一方、チタン継目無管は、従来は熱間押出し法とし
て代表的なニージン法によって製造されるのが一般的と
されている。そして、この場合の押出し温度も上記通例
に従ってβ変態点未満に抑えられている。しかし、ニー
ジン法は製造能率が低く、能率面から言えばマンネルピ
アサ−に代表される傾斜ロール穿孔圧延機を含む継目無
管連続製造ラインで製造するのが望ましく、既に、一部
ではｒＴｉｔａｎｕｍ　Ａ１１ｏｙｓ　ニジｏｃＨ１９
８２）　Ｐ　３１３〜３２０」に示されるように傾斜ロ
ール穿孔圧延機による加工の試みが開始されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、傾斜ロール穿孔圧延法によるチタンの加
工は、実験的には可能であっても、工業的規模では不可
能である。これは、圧延ロールと素材ビレットとのスリ
ップが主因である。

すなわち、チタンに対してβ変態点未満の低温域で傾斜
ロール穿孔圧延法による加工を加えた場合、このような
低温域では素材ビレットの変形抵抗が大きく、ガイドに
対する面圧が大となることに加えて、チタンの酸化粉末
がロールに付着し、ロールと素材ビレットとの摩擦係数
が小さくなることから、素材ビレットがロールに対して
スリ・７プを起こし、正常な穿孔ができなくなるのであ
る。

低温になると酸化スケールが減少するにもかかわらず、
素材ビレットに酸化スケールが付着し、素材ビレットを
空転させるのは、変形抵抗の増大によるプラグ抵抗力の
増加がロールによりビレットを引き込む力の増加を上ま
わるためである。

第４図に破線で示す曲線はＴｉ−６Ａｆｆｉ−４Ｖから
なるビレットを傾斜ロール穿孔圧延機であるマンネスマ
ンピアサ−にて穿孔した時の、ビレ・ント加工温度と穿
孔効率との関係を示したものである。穿孔効率は下式で
示される比率である。

トルゴージ部速度の軸方向成分 同図から明らかなように、加熱温度が低下するに従って
穿孔効率が低下する。実際の圧延における穿孔効率の限
界は６０％であり、この限界を確保するにはｔ　ｏ　ｏ
　ｏ　’ｃ以上の加熱が必要になる。

しかるに、β変態点は前述したように純チタンの場合で
約８８０°Ｃであり、Ｔｉ−６Ａ／！−４Ｖの場合でも
９９０°Ｃである。従って、チタンをβ変態点未満の温
度で穿孔圧延することは、穿孔効率確保の点からは不可
能となる。

その結果として、傾斜ロール圧延機を含む連続ラインで
チタン継目無管を製造しようとすると、β変態点以上の
温度で加工をせざるを得す、そうすると前述したとおり
加工後の組織が針状になり、機械的性質が悪化すること
は避けられない。また、チタンが高温で加熱されるため
、酸素吸収による脆化層の厚み増大も問題となる。

本発明は、これらの問題を解決するために、チタンをβ
変態点未満の温度で傾斜ロール穿孔圧延機にて、工業的
に支障なく穿孔圧延できるチタン継目無管の製造方法を
提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らの経験によると、チタンのβ変態点未満の温
度域でも、炭素鋼等の鉄系金属材料の場合は、マンネス
マンピアサによる穿孔圧延が可能である。すなわち、鉄
系金属材料の場合、穿孔圧延は一般に１１００℃以上で
行われ、これより低温で加工を行う必要性は全くないが
、実験的にチタンのβ変態点未満の温度で加工を試みた
ところ、チタンで問題となるようなロールへのスケール
付着はなく、穿孔能率の低下は殆ど生じなかったのであ
る。その理由は次のように考えられる。この場合は変形
抵抗の増大によるプラグ抵抗力の増加がロールとビレッ
トの摩擦力の増加により打消される。続チタン、チタン
合金との差異は酸化スケールの挙動の差によるものと考
えられる。

本発明の製造方法は、斯かる経験に基づき開発されたも
ので、純チタンまたはその合金からなるビレットを傾斜
ロール穿孔圧延機で穿孔圧延するに際し、チタン芯材の
外周面を鉄系金属材料で被覆した複合ビレットを製作し
、該複合ビレットをβ変態点未満の温度で穿孔圧延する
ものである。

［作　　用］ チタン芯材が鉄系金属材料で被覆されていると、（頃斜
ロール穿孔圧延機によりβ変態点未満の温度で穿孔圧延
されても、上述した理由によりロールへのスケール付着
がなく、穿孔能率の低下が阻止され、安定圧延が可能に
なるばかりでなく、低温圧延時等に発生するガイドシュ
マーク、すなわち低温によって素材ビレットの変形抵抗
が増大し、ガイドの血圧が大となって生しる焼付き疵か
らも、チタン芯材部分が効果的に保護され、品質向上が
図られる。

〔実施例］ 以下、本発明の製造方法の実施態様を説明する。

本発明の製造方法においては、先ず第１図に示すような
チタン芯材１の外周面を鉄系金属材料２で被覆した複合
ビレット３を製作する。

チタンとは、前述した純チタン、およびα型、α＋β型
等のチタン合金のことである。

鉄系金属材料とは、Ｆｅを９０ｗｔ％以上含有する金属
材料のことである。このようなＦｅ主体の金属材料は、
チタンのβ変態点未満の温度で穿孔圧延を受けても、上
述した理由からロールへのスケール付着がない、他の成
分は、ロールへのスケール付着に大きな影響を与えない
ので、コスト等の観点から適宜選択すればよい。但し、
Ｃはチタン側へ移動してＴｉＣを生成し、接合面を脆化
させる危険があるので、０．１　ｗ　ｔ％以下に抑える
のが望ましい。

複合ビレットにおける鉄系金属材料の厚みは、チタン芯
材の直径の３〜ｌＯ％が望ましい、鉄系金属材料がこれ
より薄いと、穿孔圧延中に剥離等が生じ、圧延に支障を
きたす危険性がある。逆に厚い場合は、材料費だけでな
く、材料の切削除去にともなう費用が嵩む。

複合ビレットの製造方法としては、引抜き、押抜き、押
出し等の既知の方法を採用すればよい。

第２図に押抜きによる複合ビレットの製作方法を例示す
る。該製作方法では、鉄系金属材料からなるコンブ秋材
Ｌ１４２０内にチタン芯材ｌを密嵌する。

コツプ状材料２０の高さは、チタン芯材ｌの長さより小
さい。次いで、この材料を底部の側よりダイス４に押し
込む。ダイス孔の直径は、コンブ状材料２０の外径より
小さく、チタン芯材ｌの直径より若干大きく設定されて
いる。従って、上記押し込みによりコツプ状材料２０の
みが減肉縮径され、チタン芯材ｌの外周面に密着接合す
る。

複合ビレットが製作されると、次にこれを直接あるいは
コツプ状材料２０の開口端全周をチタン芯材１にシール
溶接して後加熱し、周知の傾斜ロール穿孔圧延機にて穿
孔圧延する。この時の加熱温度はチタン芯材のβ変態点
未満に管理される。

加熱温度の下限については、β変態点以下であれば組織
上は等軸品が得られるので特に限定しないが、低温にな
ると変形抵抗が増大して加工が困難となるので、実際の
操業上は７００　’Ｃを限度とすることが望まれる。第
３図に代表的な傾斜ロール穿孔圧延機である２０−ルタ
イプのマンネスマンピアサ−による穿孔圧延法を示す。

−ｍの圧延ロール５はビレット入口側に入口面角α１、
出口側に出口角α２を有するコーン型の形状をなし、入
口側のロール面５１（入口面）と出口側のロール面５２
（出口面）が交叉する位置にゴージ部５０を有している
。各ロール軸は圧延機本体の内部に装置された軸受に支
持され、夫々同一方向に同一速度で回転せしめられる。

各ロール軸は又、その延長線がパスラインｘ−ｘを含む
水平面（又は垂直面）に対して相反する方向に等しい傾
斜角で設定されると共に、パスラインＸ−Ｘを含む垂直
面（又は水平面）に対して対象をなす交叉角をもって交
叉するよう傾斜設定されている。

一方、プラグ６はその軸芯線をパスラインＸ−Ｘに一致
せしめた状態でマンドレル６０に支持されている。また
図示しないガイドシューがパスラインＸ−Ｘを挟んでプ
ラグ６の上下（又は左右）に配設されている。

チタン芯材ｌのβ変態点未満に加熱された複合ビレット
３はパスラインＸ−Ｘ上を軸長方向に移送され、圧延ロ
ール５により軸心線回りに回転されつつ圧延ロール５の
入口面５１に噛み込まれ縮径される。引き続き、その中
心部にプラグ６が貫入せしめられ、圧延ロール５の出口
面５２とプラグ６の外周面によって螺進移動されつつ穿
孔拡径され、ホローピース３０とされる。

この時、複合ビレット３の表面を被覆する鉄系金属材料
２は、酸化スケールを生しるものの、そのスケールは主
ロール５の表面に付着しない、従って圧延ロール５の回
転力が高能率に複合ビレット３に伝達され、高い穿孔効
率が確保される。また、複合ビレット３を構成するチタ
ン芯材１の変形抵抗が大きく、ガイドに対する面圧が大
となって複合ビレット３の表面にガイドシェマークが生
しても、鉄系金属材料２が保護層となってその損傷がチ
タン芯材ｌに及ぶのが防止される。更にまた、主ロール
５の入口側５１によって複合ビレット３が縮径される過
程で鉄系金属材料２がチタンビレ／トｌに圧着されるの
で、縮径過程では勿論、その後の穿孔拡径過程でも、鉄
系金属材料２が掻端に薄い場合等を除けば剥離を生じる
ことはない。

穿孔圧延により製造されたホローピースは、プラグミル
、又はマンドレルミルなどの延伸圧延機により主として
肉厚を凍らしてホローシェルとなし、次いでサイプまた
はストレッチレデューサなどの絞り圧延機により主とし
て外径を戚じて継目無管とされる。

そして最後に表面の鉄系金属材料を切削除去して製品と
される。表面の鉄系金属材料は穿孔圧延時だけでなく、
その後の延伸圧延工程、絞り圧延工程においてもチタン
芯材表面の酸化、疵の発生を防ぐ保護被膜として機能す
る。

上記！Ｉｊ、様にしたがって本発明の製造方法を実施し
た結果を次に説明する。

先ず、外径１６７ｍｍのチタン芯材の表面を厚み１０Ｉ
ＩＩｌの鉄系金属材料で覆った外径１８７ｍｍ、長さ２
０００ａｍの複合ビレットを第２図に示す冷間押抜き法
により製作した。チタンはα＋β型合金として代表的な
Ｔｉ−６Ａｊ２−４Ｖ　（β変態点９９０　”Ｃ）であ
り、鉄系金属材料は０．１％Ｃの組成を有する低炭素鋼
である。

次に、この複合ビレットをチタン芯材のβ変態点未満の
温度である８００°Ｃに加熱後、第３図に示すようにマ
ンネスマンピアサ−にて外径１８７鵬、肉厚２０ｍｍ、
長さ５２３５　ｍｍのホローピースに穿孔圧延した。穿
孔効率は７５％を示し、一方、ホローピースにおける鉄
系金属材料の厚みは３．８１に減少した。

引き続きこのホローピースをマンドレルミルにて外径１
５１ｍ、肉ｗ−１０ＩＩＩ＋１、長さ１２４００■のホ
ローシェルに延伸圧延した。圧延温度は約８ｏ　ｏ　’
ｃであった。

延伸圧延後、そのホローピースを７５０°Ｃに再加熱し
、ストレッチレデューサ−にて外径９６ａｗｍ、肉厚１
１Ｍ１厚さ１８７００間に絞り圧延した。

絞り圧延温度は約７００°Ｃ１得られた継目無管の表面
を覆う鉄系金属材料の厚みは１．４５ｍｍであった。

最後に、表面の鉄系金属材料を除去すべく外面を厚み１
．５　ｍｍで切削し、外径９３＋ｎ＋ａ、肉厚９．５　
ｍｎ＋、長さ１８７００ｍのチタン継目無管を得た。表
面にガイドシェアーク等の疵は一切認められなかった。

本実施例における材料寸法および材料温度の各Ｈ歴を整
理して示しておく、長さの単位は陥、（）内の厚みは鉄
系金属材料の厚みを表わしている。

複合ビレット　１８７　φＸ（Ｌｏｔ）　Ｘ２０００１
ホローピース　１８７　φｘ２０ｔ（３，８ｔ）　　ｘ
５２３５ｊ２↓マンドレルミルによる延伸圧延（８００
°Ｃ）ホローピース　１５１　　φＸ１０ｔ（１，５ｔ
）　　Ｘ１２４００１複合継目無管　９６φｘｌｌｔ（
１，４５）　ｘ１８７００１↓　外面切削加工 チタン継目無管　９３φｘ９．５ｔｘ１８７００１また
、本実施例の穿孔圧延において、加熱温度を種々変化さ
せた時の加熱温度と穿孔効率との関係を第４図に実線で
示す、穿孔効率６０％が実操業上の安定圧延の限界であ
る。破線で示す従来法では穿孔効率との関係から、β変
態点未満の温度での穿孔圧延は不可能であったが、本発
明法ではβ変態点未満の温度で問題なく穿孔圧延が行え
る。

〔発明の効果） 本発明の製造方法は、穿孔効率確保上、不可能とされて
いたチタンに対するβ変態点未満での穿孔圧延を、穿孔
効率の面は勿論、表面疵の面においても問題な〈実施し
得るものであり、これにより穿孔圧延を含む連続ライン
でのチタン継目無管の高能率製造を可能にし、その製造
コスト低減に多大の効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法に使用する複合ビレットの斜
視図、第２図は同複合ビレットの押抜きによる製作法を
模式的に示す断面図、第３図は同複合ビレットの傾斜ロ
ール穿孔圧延法を例示する断面図、第４図はビレット加
熱温度と穿孔効率との関係を本発明例と比較例とについ
て示したグラフである。 図中、１：チタン芯材、２：鉄系金属材料、３：複合ビ
レット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、純チタンまたはその合金からなるビレットを傾斜ロ
   ール穿孔圧延機で穿孔圧延するに際し、チタン芯材の外
   周面を鉄系金属材料で被覆した複合ビレットを製作し、
   該複合ビレットをβ変態点未満の温度で穿孔圧延するこ
   とを特徴とするチタン継目無管の製造方法。