JPH02160102A - 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、純チタンまたはチタン合金からなるホローシ
ェルをストレッチレデューサによす熱間で絞り圧延する
チタン材の絞り圧延方法に関する。

〔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、Ｔｉ−０，
１５Ｐｄ、Ｔｉ−０，８Ｎｉ−０，３Ｍｏ、Ｔ　ｉ　−
５Ａ　ｌ　−２，５３ｎなどがある。α＋β型のチタン
合金としては、Ｔ　ｉ−８Ａｌ１−８Ａｌ−Ｉ、Ｔｉ−
３ＡＩ！−２，５Ｖ、Ｔｉ−６Ａｊ！−４Ｖ、Ｔｉ−６
Ａｌ−６Ｖ−２Ｓｎ、ＴｉＴｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ−４Ｚ
ｒ−６，ＴｉＴｉ−６Ａｌ−２Ｓｎ４Ｚｒ−２などがあ
り、Ｔ　ｉ　−３Ａ　ｌ　−２，５Ｖは冷間加工が可能
な合金として知られている。

発明明言において、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通用が期待
されている。

このようなチタン継目無管は、従来は、ＪＩＳＨ４６３
０に規定されるように、熱間押出し法と冷間引抜き法と
の組合せによって製造されるのが一触的とされている。

これはチタンは本質的に熱間加工性が悪く、その管は周
方向剪断歪を生じやすいとされているからである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、熱間押出し法は他の熱間製管法に比べて能率
が低く、長尺管を造ることもむつかしい。

また、冷間引抜き法も寸法精度等を向上させるのには有
効であるが、能率は低い、したがって、このような方法
の組合せで製造される従来のチタン継目無管は、高コス
トとならざるを得ない。

本発明は、チタン継目無管を低コストで、しかも品質よ
く製造するためのチタン材絞り圧延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〕

継目無管を高能率、経済的に製造するだけであれば、マ
ンネスマンピアサ−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を適用するのが良い、こ
れによると、継目無管が次の順序で製造される。

先ず、傾斜ロール穿孔圧延機で加熱ビレットを穿孔圧延
して中空のホローピースとなる。得られたホローピース
は、引き続きマンドレルミルまたはプラグミルで延伸圧
延されてホローシェルとされる。延伸圧延にマンドレル
ミルが使用された場合は、ホローシェルは必要に応じて
再加熱後、ストレッチレデューサで絞り圧延され、プラ
グミルで延伸圧延が行われた場合は、必要に応じて再加
熱後、サイプで定径圧延される。

本発明者らは、このような継目無管連続製造ラインでの
チタン継目無管の製造について研究を続けており、その
過程で今回、ストレッチレデューサによる絞り圧延に関
して次のような知見を得た。

絞り圧延は、上述したように、傾斜ロール穿孔圧延機を
含む継目無管連続ラインの最終工程に位置する。したが
って、この絞り圧延は、製品の表面性状を決定する。チ
タンは本質的に熱間加工性が悪く、また温度により特性
が大きく変化するので、この絞り圧延で必要な寸法精度
を確保しようとすると、表面性状の悪化が懸念される。

絞り圧延で表面性状が悪化すると、それはそのまま製品
の品質低下を意味し、たとえ絞り圧延に至るまでの穿孔
圧延や延伸圧延で十分な品質が確保されていても、それ
は意味のないものになる。

本発明者らは、このような状況下でチタン製ホローシェ
ルの絞り圧延条件について実験を繰り返した結果、ホロ
ーシェルの絞り圧延において、ストレッチレデューサ入
側におけるホローシェル温度と外径圧下率とを規定すれ
は、熱間押出し法と冷間引抜きとの組合せでチタン継目
無管を製造した場合に匹敵する特性および性状が得られ
ることを知見した。

本発明は、このような知見に基づきなされたもので、純
チタンまたはチタン合金からなるホローシェルを、スト
レッチレデューサにより熱間で絞り圧延する際に、前記
ホローシェルを、その圧延機入側温度を６００〜１１０
０℃として、外径圧下率８０％以下で定径圧延すること
を特徴とするチタン材の絞り圧延方法を要旨とする。

〔作　　用〕

本発明における圧延条件限定理由は、次のとおりである
。

チタンは温度により特性が大きく変化し、特にストレッ
チレデューサ入側温度が６００℃未満で定径圧延すると
、変形能が低下していることから、ロール焼付きによる
被れ状疵、筋疵、エツジマーク、穴あき等の疵が発生す
る。またチタン合金においては、α／β相の界面に両者
の変形能の差により変形を受けた際にボイド°と呼ばれ
る空隙が発生する。逆に、ストレッチレデューサ入側温
度がｔｔｏｏ℃超で圧延されると、圧延後の冷却により
粗大な針状晶が生成する。この針状晶は変形能が低く、
製品の機械的性質を低下させる。したがって、ストレッ
チレデューサ入側におけるホローシェル温度は６００〜
１１００’Ｃとする。

外径圧下率については、これが８０％を超えると、圧延
機入側におけるホローシェル温度を適正に管理しても、
ロール焼付きによる筋疵、エツジマーク等の外面班が発
生し、製品の表面性状を悪化させる。したがって、絞り
圧延における外径圧下率は８０％以上とする。なお、ス
トレッチレデューサは、整形、矯正手段として小さな外
径圧下率で使用されることもあり、その場合は何の弊害
も生じないので、外径圧下率の下限は特に規定しない。

Ｃ実施例〕 以下に本発明の詳細な説明する。

第１表に示す組成を有する工業用純チタン（ＪＩｓ−Ｈ
４６３０−３種）からなる外径１８７ｍｍ、長さ２２５
０ａｓの中実ビレフトを、ガイドがデイスクロールであ
る交叉型の２０一ル１頃斜穿孔圧延機（ピアサ−）にて
圧延機入側温度１０５０℃で、外径１９２ｍｇ＋、肉厚
２０．６２８Ｓ長さ５４１０ｍの中空素管とし、これを
シェルサイザにて圧延機入側温度１０００℃で外径１６
８ｍ、肉厚２２．。

■、長さ６０２０面のホローピースに寸法調整した。

引き続き、得られたホローピースを７スタンドマンドレ
ルミルにて圧延搬入ｍ温度９００　’Ｃで延伸圧延して
、外径１４０１１＋１、肉厚６．０ｍ、長さ２４０４０
ｒｍのホローシェルとした。このときの延伸比は４であ
る。

次に、得られたホローシェルを再加熱し、圧延機入側温
度８５０℃（一定）で、外径圧下率を変えながら３０−
ル、２４スタンドのストレッチレデューサにより絞り圧
延した。絞り圧延後の純チタン継目無管の性状および室
温特性を調査した結果を第２表に示す。また、参考のた
め、第２表には定径圧延前のホローシェルの性状および
特性と、熱間押出し法と冷間引抜き法との組合せで製造
した同一グレード品に対するＪＩＳ−１１４６３０３種
の規格値とを示している。

外径圧下率が８０％を超えた場合（Ｎｏ、６）は、顕著
なロール焼付けおよびエツジマークが生じたが、外径圧
下率が８０５％以下では、いずれも良好な表面性状が得
られ、ｌＲ械的特性も、熱間押出しと冷間引抜きとの組
合せによる場合の規格値を全て満足している。

同一のホローシェルを外径６３．５　ｍｍ、肉厚５．７
５ａｕｓ（外径圧下率５４．６％）に種々の温度で絞り
圧延した時の結果を第３表に示す。圧延機入側温度が５
００　’Ｃの場合（Ｎｌｌｌ）は、ホローシェルに内面
肌荒れが生じたが、６００〜１１００℃の場合（ＮＩ１
２〜４）は、表面性状、機械的特性ともに良好である。

次に、第４表に示す組成を有するＴｉ−６Ａｆｆｉ４ｖ
系合金について上記と同一の試験を実施した。結果を第
５．６表に示す。

第５．６表から明らかなように、本発明の絞り圧延方法
は、チタン合金製ホローシェルに対しても有効である。

なお、上述の実施例では、絞り圧延に供するホローシェ
ルを延伸圧延で製造しているが、これに限定するもので
はなく、例えば、傾斜ロール圧延で穿孔したもの、押出
しで製造したもの、純機械的に穿孔したものなどを絞り
圧延に供することが可能である。

絞り圧延自体も、実施例で使用した３０−ル、２４スタ
ンド以外のストレッチレデューサを使用でき、更に、絞
り圧延後に必要に応じて表面切削加工や、冷間引抜きを
実施することも可能である。

ところで、チタンは、その変形異方性のために、絞り圧
延のような中空の縮径圧延では、普通鋼以上に角張りが
大きく、その位相特性も異なる。

第１図は純チタンの変形異方性をグリ−プル試験により
調査した結果を示したグラフである。チタンは、半径方
向の絞りに比べて円周方向の絞りが少ない、また、第２
図（ａ）（ｂ）は３０−ルスタンドで絞り圧延を行った
場合に生じる六角張りの位相を示す図表で、（ａ）は正
の位相、（ハ）は負の位相を表わしている。後で詳しく
述べるが、普通鋼の多くが正の位相を示すのに対し、チ
タンは負の位相になりやすい。

絞り圧延での角張りを抑制する場合、第３図にハンチン
グで示すロール接触面を矢視方向に投影した時の投影形
状の調整が有効なことが知られており、普通鋼の場合は
、このロール接触面の投影形状が矩形状になるように、
ロール孔型を設計している。すなわち、普通鋼の絞り圧
延では、ロール矩形率（エツジ部接触長ＬＥ／グループ
部接触ＷｔＬｉ　＞をｌに近づけ、周方向で均等な外圧
変形を加えることにより、肉厚変形量を周方向で均等に
して角張りを抑えている。

この設計法は幾何学的に、前スタンドと当スタンドとの
孔型形状により接触面積を計算することが前提である。

実際の接触面積は管が孔型に完全に充満することはない
ので、設計の矩形率より小さくなっている。この原因の
ひとつは、スタンド間で管が引張りを受は外径が縮小す
るためである。

チタンの場合は、前述したように、その変形異方性のた
めに、円周方向で変形しにくく、スタンド間で外径が縮
小する割合が綱に比べて小さい。

その結果、実際のロール孔型に対するホローシェルの接
触面の矩形率は普通鋼に比べ大きくなる。

このようなことから、普通鋼の正の位相を示す角張り位
相は、チタンでは負の位相になりやすい。

したがって、ロール矩形率を１に近づける従来の角張り
対策は、チタンの場合は逆効果になる。

第４図は外径圧下率５５％、Ｌ／Ｄ−１７％で普通鋼（
Ｃ％＝０．２％）および純チタンからなるホローシェル
を絞り圧延する時のロール矩形率と角張り度との関係を
示したグラフである。Ｖ！通鋼の場合は、ロール矩形率
が０．８以上で２０％近い正の角張りが生じ、ロール矩
形率が１．０でこの角張りは１０％未満に低下する。こ
れに対し、純チタンでは、負の角張りが生じ、その率は
ロール矩形率が１に近づくほど増大する。

本発明者らの調査によると、チタンを絞り圧延する場合
の角張り抑制に有効なロール矩形率λは、第５図に示す
ように、ストレンチレデューサ仕上外径りに対する肉厚
ｔの比ｔ／Ｄに応じて変化し、ｔ／Ｄ＜１０％のときλ
≦０．７ １０％≦ｔ１０＜１５％のときλ≦０．８１５％≦ｔ／
Ｄのときλ≦０．９ の範囲となる。この観点から、前述した実施例において
は、噛込みガイド用ロールと仕上定径用ロールを除いて
縮径圧延ロールについては、全てロール矩形率が０．８
となるようにロール孔型を設計しており、これにより角
張り度は絶対値で１５％以下に抑制された。なお、ロー
ル矩形率の下限については内・外面性状に問題なく、絞
り圧延を完了させる観点から０以上、望ましくはｔ／Ｉ
）＜１０％のとき０．２以上、ｌＯ％≦ｔ／Ｄ＜１５％
のとき０．３以上、１５≦ｔ／Ｄのとき０．４以上がよ
い。

絞り圧延後の角張りは、製品に致命的欠陥を与えるわけ
ではないが、これを抑制することにより、製品品質が一
層向上することは言うまでもない。

なお、角張り度は下式で示される値のことである。

Ｄ：公称径 ロ１１．：六角の一辺における最大肉厚Ｌｆａｉａ　　
’六角の一辺における最小肉厚Ｌ　ａｔｅ　　＝　Ｍｉ
ｌｌ　（Ｌ　Ｌｔａ　　）〔発明の効果〕 本発明の絞り圧延方法は、チタン製のホローシエルに十
分な寸法精度を与え、しかも機械的強度や表面性状を悪
化させない、したがって、本発明法の導入により、例え
ば傾斜ロール圧延機を含む高能率な継目無管連続製造ラ
インによるチタン継目無管の製造にか可能になり、その
製造コスト低減に大きな効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図は純チタンの変形異方性を示すグラフ、第２図は
角張り位相の説明図、第３図はロール接触面形状を示す
斜視図、第４図はロール矩形率と角張り率との関係を普
通鋼および純チタンについて示したグラフ、第５図は角
張り抑制に有効なロール矩形率の範囲を示したグラフで
ある。 第 図 （Ｑ） 円周方向絞り’ｔ’／ｙ。 円周方向角度Ａ□ｒｅａ （六角張り　＋） （ｂ） 円周方向角度Ａｅ、ｒｅｅ （六角張り　−） 第３図 第４図 ロール矩形率 手続補正書（自船 平成　１年１１月２　日 １、事件の表示 昭和６３年特許願第３１７２２７号 ２、発明の名称 チタン材の絞り圧延方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　　大阪市中央区北浜４丁目５番３３名　称（２
１１）住友金属工業株式会社代表者新宮康男 ４、代理人 １５号 ・・ ５、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄 ６、補正の内容 （１）明細書第６頁第１７行 「８０％以上」とあるを１８０％以下」と補正します。 （２）同第８頁第３行 「継目無管の性状および室温特性を」とあるを「継目無
管の性状および７５０℃で１時間焼鈍した後の室温特性
を」と補正します。 以 上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、純チタンまたはチタン合金からなるホローシェルを
   ストレッチレデューサにより熱間で絞り圧延する際に、
   前記ホローシェルを、その圧延機入側温度を６００〜１
   １００℃として、外径圧下率８０％以下で絞り圧延する
   ことを特徴とするチタン材の絞り圧延方法。 ２、絞り圧延を第５図にハッチングで示す条件で行なう
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のチタン
   材の絞り圧延方法。