JPH0225235A - リング圧延方法 - 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〕 本発明はリング圧延方法に関し、特には金属材料からな
る被成形リング素材をリングミルにて熱間リング圧延す
るリング圧延方法に関する。

〔従来の技術］ 一般的な熱間リング圧延に用いられているリングミルに
おいては、被成形リング素材の肉圧縮減ト外径拡大ハ、
キングロールとマンドレルロールとの間で行われ、また
、その軸方向寸法の制御は、対のアキシャルロールにて
行われる。

一方、これらリングミルには、リング圧延中の被成形リ
ング素材を、外周側より反キングロール側に押圧して、
その回転中心をキングロールとマンドレルロールの転心
を結ぶ直線上に位置させる、いわゆるセンタリングする
、少なくとも一対のセンタリングロールが備えられであ
る。そして、これらセンタリングロールは、その押圧力
にて被成形リング素材に繰返し曲げ応力を与え、被成形
リング素材の真円度を矯正する作用をも有する。

また、これらリングミルには、通常、リング圧延により
拡大する被成形リング素材の外径を計測する計測手段が
設けられである。

〔発明が解決しようとする課題］ 上記の一般的な構成を備えてなるリングミルによる熱間
リング圧延にて、被成形リング素材を、その肉厚および
外径寸法の精度を高め、最終製品の形状・寸法により近
づけたリング素材とし、その品質および経済性をより高
めたものとするには、その真円度を高めることが必須条
件となる。

しかし、リング圧延中におけるセンタリングロールの押
圧力により被圧延リング素材の真円度が左右されること
は知られているものの、その押圧力をどのように設定し
たとき真円度が安定して高め得るか、未だ具体的に解明
されてなく、従来のリング圧延方法においては、圧延中
のセンタリングロールの押圧力が経験的に設定されてい
るのが現状である。

これがため、従来のリング圧延方法においては、折角に
被成形リング素材の肉厚および外径寸法の精度を高めて
も、これら精度に対応する真円度が安定して得られず、
これら被成形リング素材の真円度を、リング圧延後に矯
正する特別の工程・設備を準備せざるを得ない等の問題
があった。

本発明は上記問題点に鑑み、リング圧延中の被成形リン
グ素材に加えるセンタリングロールの押圧力を、該被成
形リング素材の真円度を高めるに最適な範囲内に、経験
的でなく定量的に、設定し得、もって、被成形リング素
材の真円度を安定して高め得るリング圧延方法の提供を
目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明は以下を要旨としてい
る。すなわち、本発明に係るリング圧延方法は、金属材
料からなる被成形リング素材を、キングロールとマンド
レルロールとの間で圧延して、その肉厚ｍｉと外径拡大
とを行う一方、圧延中の被成形リング素材を、対のセン
タリングロールにて外周より反キングロール側に押圧し
て、その回転中心を所定線上に位置させながら、所定形
状に熱間リング圧延するリング圧延方法において、前記
被成形リング素材の圧延前の寸法と、その金属材料の温
度相関における比例限σｙとを予め把握すると共に、リ
ング圧延中の被成形リング素材の外径りと、表面温度Ｔ
とを計測し、これらの値に基づき、リング圧延中のセン
タリングロールの押圧力Ｐを、下記１式およびｎ式を満
足する範囲内に設定するものである。

Ｐ≧（ｈ　ｔ”　／６　ｒ　ｇｎａｗ　）　ｔｔＶ　　
−１式Ｐ≦（ｈＬ”／６ｒｇ、□）２σｙ−−−−ｎ式
但し、 Ｐは、被成形リング素材の外径りにおけるセンタリング
ロールの押圧力（Ｋｇｆ）、 ｈは、被成形リング素材の高さ（ｎｕ＋＋）、ｔは、外
径りにおける被成形リング素材の肉厚（ｍｍ）、 ｒは、外径りにおける（Ｄ−ｔ）／２で求められる被成
形リング素材の平均半径（＋Ｕ＋）、ｇ　ｓａｗは、キ
ングロールとマンドレルロールとの軸心を経る直線と、
外径りにおける被成形リング素材の回転中心とセンタリ
ングロールとの接点を結ぶ直線とがなす内角の角度αか
らなる係数であって、下記■式および■式にて求められ
るｇｌおよびｇ！の内のいずれか大きい方の値、ｇ　＋
＝　Ｉ　Ｏ，３２８３（α３ｉｒα−ｃｏｓα＋１）−
ｓｉｎα１−−−−−−ｍ弐 ｇ　ｚ＝　Ｉ　Ｏ，３２８３（αｓｔｎαｃｏｓα−ｃ
ｏｓα＋１）−−−−−−ＩＶ式 σｙは温度Ｔにおける被成形リング素材の金属材料の比
例限（Ｋｇｆ／ｍｓ”）である。

〔作用〕

以下に本発明の作用および数値限定の理由を説明する。

リング圧延においては、その概念の説明図である第１図
に示すように、被成形リング素材（４）は、図中の矢印
で示すように、回転するキングロール（１）とマンドレ
ルロール（２）との間で、回転を受けながら圧延されて
、肉厚縮減と外径拡大とを受け、所定形状にリング圧延
される。

また、圧延中の被成形リング素材（４）は、対のセンタ
リングロール（３）により、図中の矢印Ｐで示すように
、外周より反キングロール（１）側に押圧されて、その
回転中心Ａを所定線上、すなわち図中の一点ｔｉ　線で
示スキングロール（１）とマンドレルロール（２）との
軸心を経る直線上に位置するようにセンタリングされる
と共に、これら対のセンタリング０−　／Ｌ／　（３）
の押圧力Ｐによりマンドレルロール（２）との接触点を
支点とする曲げモーメントを受ける。

一方、この曲げモーメントは、マンドレルロール（２）
との接触点ないしはセンタリングロール（３）との接触
点で最大となり、かつ、この最大曲げモーメン）Ｍ、、
、にて被成形リング素材（４）に負荷される最大曲げ応
力σｍａｍ　（Ｋｇｆ／ｍｓ”）は、荷重をうける円環
の曲げモーメントの公式より導かれる下記■弐乃至０式
で求められる。

σｙ、、＝　（６／ｈｔ”）　Ｍｏ、＝　（６ｒ／ｈｔ
”）　Ｐ　ｇ　、、、−■ｇ□、は次の０式および０式
で求められる１およびｇ２の内のいずれか大きい方をと
る。

ｇ　Ｉ＝　Ｉ　Ｏ，３２８３（αｓｉｎα−ｃｏｓα＋
１）−ｓｉｎα　ｌ■ｇ　ｚ＝　Ｉ　Ｏ，３２８３（α
ｓｉｒαｃｏｓα−ｃｏｓα＋１）　ｌ■但し、上記の
０式中のｈは被成形リング素材（４）の高さ（ａｓ）、
むは被成形リング素材（４）の肉厚（＠曽）、ｒは（外
径り一肉厚ｔ）１／２で求められる被成形リング素材（
４）の平均半径（＋ｎ＋）であり、０式および０式中の
αは、第１図中に一点鎖線で示すキングロール（１）と
マンドレルロール（２）との軸心を経る直線と、二点鎖
線で示す被成形リング素材（４）の回転中心Ａとセンタ
リングロール（３）との接点を結ぶ直線とがなす内角の
角度である。

本発明においては、被成形リング素材の圧延前の寸法を
予め把握すると共に、リング圧延中の被成形リング素材
の外径りを計測するものとされであるので、゛被成形リ
ング素材（４）の高さｈを一定にお（ことで、同一体積
での幾何学的変化であるリング圧延中の肉ｒＩＪ、Ｌお
よび平均半径「と、外径りにより定まる角度αの値を、
その外径りの測定値に基づいて求め得、かつ、これら値
を上記の０式乃至０式に代入することにより、対のセン
タリングロール（３）の押圧力Ｐによりリング圧延中の
被成形リング素材（４）に負荷される最大曲げ応力σ１
１８を求め得る。

一方、対のセンタリングロール（３）の押圧力Ｐにより
リング圧延中の被成形リング素材（４）に負荷される最
大曲げ応力σｙ１つを、被成形リング素材（４）の金属
材料の比例限σｙ（当該金属材料が塑性変形を開始する
応力）以上とするとき、被成形リング素材（４）に塑性
変形、すなわち繰返し曲げ変形を与えることができ、か
つ、この繰返し曲げ変形にて被成形リング素材（４）の
真円度を矯正し得る。

しかし、この最大曲げ応力σ１、を、被成形リング素材
（４）の金属材料の比例限σ９以上のある範囲を超えて
高めて行くと、被成形リング素材（４）に過剰な曲げ変
形を与えることになり、その真円度矯正効果は逆に低下
して行く。

第２図は、リング圧延中の被成形リング素材に負荷され
た最大曲げ応力σ、８と、得られたリング素材の真円度
との関係を示すグラフであって、該グラフは、８００°
Ｃの温度における比例限σヶが３　Ｋ（Ｈｆ／ｍｍ”で
あるＴｉ合金（Ｔｉ−６ＡＩ−４ｖ）からなる同寸法の
被成形リング素材を複数個準備し、これらを８００″Ｃ
の温度下にて、各被成形リング素材に負荷される最大曲
げ応力σ、．ｌをそれぞれ変えて、熱間リング圧延した
結果に基づくものである。

第２図のグラフで明らかなように、リング圧延中の被成
形リング素材に負荷される最大曲げ応力σ□８を、当該
金属材料の比例限σ７以上とし、かつ、その二倍以下の
範囲内とするとき、最も良好なる真円度が得られる。

すなわち、リング圧延中の被成形リング素材（４）に負
荷される最大曲げ応力σｙ、Ｉｌを、その温度Ｔにおけ
る被成形リング素材（４）の金属材料の比例限σｙとの
関係において、下記０式を満足する範囲内とするとき、
最も良好なる真円度が得られる。

σｙ≦σ、．≦２σｙ　　　−■ そして、上記０式の条件を前記０式に代入し、センタリ
ングロール（３）の押圧力Ｐにて整理すると、最も良好
なる真円度が得られる押圧力Ｐの範囲は、次の０式およ
び０式を満足する範囲となる。

Ｐ≧（ｈｔ”　／６ｒｇａａｘ　）　σｙ　　　−■Ｐ
≦（ｈｔ”　７６ｒｇａｓｘ　）２＋ｙｙ　　−■一方
、熱間リング圧延の過程においては、被成形リング素材
の温度Ｔが変化し、それに伴いその金属材料の比例限σ
ｙも変化するが、本発明においては、被成形リング素材
の金属材料の温度相関における比例限σｙを予め把握す
ると共に、リング圧延中の被成形リング素材の表面温度
Ｔを計測するものとされであるので、これら値に基づき
、計測された温度Ｔにおける被成形リング素材（４）の
金属材料の比例限σｙを求め、かつ該比例限σ。

の値を上記０式および０式に代入することにより、リン
グ圧延中のセンタリングロール（３）の押圧力Ｐを、被
成形リング素材（４）が最も良好なる真円度となる範囲
内、すなわち、上記０式および０式を満足する範囲内に
設定し得る。

なお、上記０式および０式は特許請求の範囲において１
式および■式として記載したものであり、また前記０式
および０式は特許請求の範囲において■式および■式と
して記載したものである。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

部」ＪｕＦ桝 圧延温度との相関において第３図のグラフに示す比例限
をもつＴｉ合金（Ｔｉ−６＾１−４ｖ）からなり、リン
グ圧延前の寸法を、外径１５００曽−１肉厚５５ｍｍ、
高さ５００ｓ＋ｍとされたブランク材を、竪型リングミ
ルにて熱間リング圧延して、外径１７１０ｍｍ、肉厚４
８ｍｍ、高さ５００−一のリング素材を得た。

この熱間リング圧延に先立ち、前述の０式乃至０式、お
よび、角度αを算出するためのセンタリングロールの構
成諸元を記憶させ、かつ、熱間リング圧延前に人力され
るリング圧延前の被成形リング材の寸法および圧延温度
との相関における比例限と、圧延中に入力される被成形
リング素材の外径りおよび表面温度Ｔとにより、前述の
０式に基づくセンタリングロールの押圧力Ｐの下限値と
、前述の０式に基づくセンタリングロールの押圧力Ｐの
上限値とを算出するようにプログラムしたコンピュータ
を準備した。

また、竪型リングミルには、測定値を電気信号に変換す
る外径測定装置および測温装置を設けると共に、オペレ
ータ側にコンピュータから出力される押圧力Ｐの下限値
と下限値とを表示する数値表示装置を設けた。

そして、この数値表示装置に示される上限値と下限値に
基づき、オペレータが、圧延過程におけるセンタリング
ロールの押圧力Ｐを、設定および調整するものとした。

第４図のグラフ中に実線で示す曲ｖＡＡおよび曲線Ｂは
、この熱間リング圧延中にコンピュータから出力された
センタリングロールの押圧力Ｐの上限値および下限値で
あって、実際に設定されたセンタリングロールの押圧力
Ｐは、グラフ中の点線で示すように、上限値曲線Ａと下
限値曲線Ｂとの間で直線的に二段に変化させたものとし
た。

なお、この熱間リング圧延における被成形リング素材の
表面温度は、圧延開始時点で８８０°Ｃ１圧延終了時点
で８００℃であった。

一方、比較例として、熱間リング圧延中におけるセンタ
リングロールの押圧力Ｐを、第４図のグラフ中に一点鎖
線で示すように、経験則より選定された値、すなわち４
０００ｋｇｆに設定した点以外は、上記本実施例と同一
条件の熱間リング圧延を行い同一寸法のリング素材を得
た。

得られたリング素材の寸法を精査したところ、本実施例
のものは１＝、５＋ｍ−と非常に高い真円度を示し、一
方、比較例のものは４〜５ｍｓであり、本発明の優れた
効果が確認された。

ｌｌ皇施■ 圧延温度との相関において第５図のグラフに示す比例限
をもつ炭素鋼（５４０Ｃ）からなり、リング圧延前の寸
法を、外径１０００−一、肉厚１６８−一、高さ３００
ｍ−とされたブランク材を、竪型リングミルにて熱間リ
ング圧延して、外径１５００＋＊ｍ、肉厚１１００ａ、
高さ３００ｍ５のリング素材を得た。

この熱間リング圧延の過程におけるセンタリングロール
の押圧力Ｐの設定および調整は、前述の第１実施例と同
様手段にて得られた上限値および下限値に基づくものと
した。

第６図のグラフ中に実線で示す曲線Ａおよび曲線Ｂは、
この熱間リング圧延中にコンピュータから出力されたセ
ンタリングロールの押圧力Ｐの上限値および下限値であ
って、実際に設定されたセンタリングロールの押圧力Ｐ
は、グラフ中の点線で示すように、上限値曲線Ａと下限
値曲線Ｂとの間で階段的に変化させたものとした。

なお、この熱間リング圧延における被成形リング材の表
面温度は、圧延開始時点で８５０℃、圧延終了時点で７
５０’Ｃであった。

一方、比較例として、その熱間リング圧延中におけるセ
ンタリングロールの押圧力Ｐを、第６図中に一点鎖線で
示すように、経験則により選定された値、すなわち１０
０１００Ｏ０に設定した点以外は、本実施例と同一条件
にて熱間リング圧延して、同一寸法のリング素材を得た
。

得られたリング素材の寸法を精査したところ、本実施例
のものは０．５〜、０−一と非常に高い真円度を示し、
一方、比較例のものは５．５〜８−一であった。

以上のように、本発明のリング圧延方法によれば、その
圧延過程におけるセンタリングロールの押圧力Ｐを最適
範囲内に設定し得、該リング圧延にて得られるリング素
材を、対象とする材質如何に係わらず、安定して高い真
円度のものとすることができ、また、これによりリング
圧延後の真円度矯正工程および設備等をも不要とし得る
。

なお、前記第１実施例および第２実施例においては、コ
ンピュータを介して圧延中の各時点におけるセンタリン
グロールの押圧力Ｐの上下限値を算出させ、この上下限
値に基づいて該熱間リング圧延過程におけるセンタリン
グロールの押圧力Ｐの設定および調整を行うものとした
が、これは、例えば、同材質・同形状のリング素材を複
数製造するとき、最初のリング素材を熱間リング圧延す
る過程において、該被成形リング素材の温度Ｔおよび外
径りの時系列的変化を計測しておき、これら計測値によ
り圧延中の各時点におけるセンタリングロールの押圧力
Ｐの上限値および下限値を算出し、この上下限値に基づ
き、以降の熱間リング圧延におけるセンタリングロール
の押圧力Ｐを設定するものとされても良い。

〔発明の効果〕

以上に述べた如く、本発明に係るリング圧延方法は、リ
ング圧延中の被成形リング素材に加えるセンタリングロ
ールの押圧力を、経験的でなく定量的に、最適な範囲内
に設定し得て、得られるリング素材の真円度を安定して
高めることができ、もって、その品質および生産性をよ
り向上させ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る説明図、 第２図は本発明に係る最大曲げ応力と真円度との関係を
示すグラフ、 第３図は本発明の第１実施例のＴｉ合金の圧延温度との
相関における比例限を示すグラフ、第４図は本発明の第
１実施例のセンタリングロールの押圧力を示すグラフ、 第５図は本発明の第２実施例の炭素鋼の圧延温度との相
関における比例限を示すグラフ、第６図は本発明の第２
実施例のセンタリングロ−ルの押圧力を示すグラフであ
る。 （＋１ キングロール、 マンドレルロール、 （３）−センタリングロール、 被成形リング素材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 金属材料からなる被成形リング素材を、キングロールと
   マンドレルロールとの間で圧延して、その肉厚縮減と外
   径拡大とを行う一方、圧延中の被成形リング素材を、対
   のセンタリングロールにて外周より反キングロール側に
   押圧して、その回転中心を所定線上に位置させながら、
   所定形状に熱間リング圧延するリング圧延方法において
   、前記被成形リング素材の圧延前の寸法と、その金属材
   料の温度相関における比例限σ＿ｙとを予め把握すると
   共に、リング圧延中の被成形リング素材の外径Ｄと、表
   面温度Ｔとを計測し、これらの値に基づき、リング圧延
   中のセンタリングロールの押圧力Ｐを、下記 I 式およ
   びII式を満足する範囲内に設定することを特徴とするリ
   ング圧延方法。 Ｐ≧（ｈｔ＾２／６ｒｇ＿ｍ＿ａ＿ｘ）σ＿ｙ・・・・
   I 式Ｐ≦（ｈｔ＾２／６ｒｇ＿ｍ＿ａ＿ｘ）２σ＿ｙ
   ・・・・II式但し、 Ｐは、被成形リング素材の外径Ｄにおけるセンタリング
   ロールの押圧力（Ｋｇｆ）、 ｈは、被成形リング素材の高さ（ｍｍ）、 ｔは、外径Ｄにおける被成形リング素材の肉厚（ｍｍ）
   、 ｒは、外径Ｄにおける（Ｄ−ｔ）／２で求められる被成
   形リング素材の平均半径（ｍｍ）、 ｇｍａｘは、キングロールとマンドレルロールとの軸心
   を経る直線と、外径Ｄにおける被成形リング素材の回転
   中心とセンタリングロールとの接点を結ぶ直線とがなす
   内角の角度αからなる係数であって、下記III式および
   IV式にて求められるｇ＿１およびｇ＿２の内のいずれか
   大きい方の値、ｇ＿１＝｜０．３２８３（αｓｉｎα−
   ｃｏｓα＋１）−ｓｉｎα｜・・・・・・III式 ｇ＿２＝｜０．３２８３（αｓｉｎαｃｏｓα−ｃｏｓ
   α＋１）｜・・・・・・IV式 σ＿ｙは温度Ｔにおける被成形リング素材の金属材料の
   比例限（Ｋｇｆ／ｍｍ＾２）である。