JPH051085B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、継目無管の製造方法、特に継目無管
の代表的製造方法であるマンネスマン製管方等に
広く採用されている傾斜延伸圧延機（エロンゲー
タ）によるチタンおよびチタン合金の継目無管の
工業的製造方法に関する。 （従来の技術） 一般にはチタンの継目無管の製造は、JIS規格
−H4630に記載されているように熱間押出し法で
行われており、その製造方法の一つであるユジー
ン・セジユルネ方式によれば、機械加工またはプ
レスによつて穿孔した中空素管を誘導加熱炉にて
加熱した後、その中空素管の内外面に潤滑剤であ
るガラス粉末を塗布し、これをコンテナー内に挿
入し、ダイスとマンドレルによつて形成されるリ
ング状の空隙から押出して継目無管とするのであ
る。 ところで、チタンなどの活性金属ではその押出
加工に際して押出管表面と工具との間に著しい焼
付きが生じるため、押出加工は極めて困難と考え
られており、チタンおよびチタン合金管（以下、
「チタン管」という）を熱間押出し法により製管
する場合、このような工具との焼付きにより発生
する管内外面疵を防止するために、特開昭54−
56924号に示すように押出し用ダイスとしてFe含
有量15％以下のNi基超合金を用いて押出し管の
外表面疵発生を防止したり、また中空素管内周面
と押出し用マンドレルとを潤滑剤およびスリーブ
を介して隔離して押出し、管内疵を防止したりし
ており（特公昭59−15726号）、その他多くの工夫
がなされている。 一方、継目無管の別の製造法としては傾斜圧延
法があり、従来より継目無鋼管の製造に用いられ
ている２ロールの傾斜延伸圧延機で延伸圧延を行
う場合、延伸圧延では中空の厚肉素管にロールと
プラグによつて減肉加工を施して薄肉の中空管に
する訳であるが、この変形は圧縮および伸びによ
る歪の他に付加的な剪断変形（円周方向剪断変
形、表面捩れ剪断変形）が大きくなる。よつてチ
タンのような難加工材を傾斜圧延する場合はチタ
ン管の内、外面疵の発生がさけられず、従来はチ
タン管の製造に２ロールの傾斜延伸圧延機による
製造方法は工業上採用されていなかつた。その疵
発生メカニズムから、工具類の材質改善、潤滑剤
の工夫などでは疵発生が防止できないと考えられ
ていたのである。 （発明が解決しようとする問題点） 前述したように押出し法によるチタン管の製造
には工具と材料間の摩擦軽減や断熱を行い工具と
の焼付きを防止するために中空素管の内外面に潤
滑剤を塗布するが、この潤滑剤は素管全長わ渡つ
て均一に塗布することは不可能であり、また穿孔
中に潤滑ぎれや、ダイス、マンドレル等の工具類
の温度変化によつてはこの潤滑効果が100％発揮
できず、工具との焼付きを発生し、この焼付き部
によつて縦状（押出し方向）の筋疵が管全長に発
生する場合がある。この筋疵の深さは状況によつ
ては１mm以上の深さとなることがある。この焼付
き疵を取るために押出し管の内外面を機械加工に
よつて切削する。従つて、機械加工の工数と押出
し後の手入工数が増えるばかりか、歩留低下もは
なはだしい。 また押出し法は生産能率が低く、大量生産向き
ではない。近年では生産能率を向上させるためプ
レス容量は大型可しているが、マンネスマン製管
法で採用されている傾斜延伸圧延方式の比ではな
い。また傾斜延伸圧延方式での穿孔材に比して偏
肉率は相当悪く、品質面においても問題がある。 （目的） 本発明は、高能率、高歩留、高品質の純チタン
およびチタン合金管を工業的に得ることを可能に
した２ロール傾斜圧延機での延伸圧延方法を提供
することを目的とする。 そこで、本発明者らは、従来工業生産が不可能
と考えられていた２ロールの傾斜圧延機を用いて
純チタンおよびチタン合金の延伸圧延実験を行つ
た結果、鋼材の圧延では考えられなかつた以下の
ことを知見した。 純チタンやチタン合金を傾斜圧延するとロー
ル表面にチタン粉末が付着し、それによつて圧
延時のスリツプが鋼材に比して大きくなり、か
み込み不良や尻抜け不良等のミスロールが発生
する。 上記スリツプは材料の変形抵抗が増大すると
共に大きくなる。チタン、チタン合金のいずれ
の場合も、第１図に示す如く低音域での変形抵
抗が高温域に比して急激に大きくなるため、変
態点以下の温度域では温度条件によつて上記ミ
スロールが発生する。 また第２図ａ，ｂに示すようにチタンおよび
チタン合金のいずれにあつても、変形能を評価
する捩り試験結果によれば編隊温度以下の低温
域では変形能が悪化するが、高温にしすぎても
変形能が悪化する。従つて圧延温度条件によつ
て圧延後の中空管（以下、「圧延中空管」と称
す）に内、外面疵が発生する。 低音域ではロール、ガイド、プラグ等の圧延
中の面圧が高くなり焼付きが発生したりする。 また上述のミスロールの発生、圧延中空管の
内、外面疵の発生状況は温度条件だけでなく傾
斜ロールの傾斜角β、交叉角γの大きさによつ
て影響される。 さらに圧延比を大きくしてもガイド、プラ
グ、ロール等の圧延中の面圧が大きくなり焼付
きが発生し易く、またかみ込み性および尻抜け
性も悪化するため鋼材の圧延よりも圧延比が大
きくとれないことを知見した。 （問題点を解決するための手段） よつて、これらについて更に検討を続けたとこ
ろ、２ロールの傾斜圧延機で延伸圧延する場合、
炭素鋼管の製造方法と同様には圧延できず、純チ
タンおよびチタン合金独自の延伸圧延条件があ
り、しかもそのような圧延条件が素管表面温度、
ロール傾斜角およびロール交叉角ならびに圧延比
を調整することによつて工業的に初めて延伸圧延
が可能になることを知り、本発明を完成した。 したがつて、本発明に係るチタン管の傾斜ロー
ル圧延方法は、パスラインを挟んで対設された各
一対の傾斜ロールおよびガイドと、これらの間に
配されたプラグとを備えた傾斜圧延機にて中空素
管を延伸圧延するに際し、ロール入口での素管表
面温度T₁、圧延比Elならびに傾斜ロールの傾斜
角βおよび交叉角γを 650℃≦T₁≦1150℃ ………(1) 650℃≦T₁＜800℃ではEl≦2.8 ………(2) 800℃≦T₁≦1150℃ではEl≦3.2 ………(3) 4゜≦β≦16゜ ………(4) 6゜≦γ＋β ………(5) の範囲に保持し延伸圧延を行う方法である。 すなわち、本発明の要旨とするところは、２ロ
ール傾斜圧延方式の延伸圧延による継目無管の製
造方法において階延伸圧延のロール入口での素管
表面温度が650〜1150℃で、圧延比が2.8以下、ま
たは3.2以下でロール傾斜角β、ロール交叉角γ
がそれぞれ4゜≦β≦16゜、6゜≦γ＋βの条件で延伸
圧延することを特徴とするチタンおよびチタン合
金の継目無管の製造方法である。 （作用） 継目無鋼管の傾斜圧延方式による製造方法とし
て従来から最も一般的に採用されている方法は、
マンネスマン−プラグミル法、あるいはPPM（プ
レスピアシングミル）−プラグミル法であり、加
熱炉で所定の温度に加熱した中実ビレツトを穿孔
圧延機により穿孔して中空素管となし、これを傾
斜延伸圧延機により主として肉厚を減じて延伸圧
延し、さらにプラグミルによつて肉厚を減じてホ
ローシエルとなし次いでリーラ、サイザによつて
磨管、絞り圧延を行つて所定の製品寸法を得るも
のである。 本発明は上記継目鋼管の製造工程のうちで傾斜
延伸圧延機により中空素管を延伸圧延する場合に
おいて特定した条件下で延伸圧延を実施しようと
するものである。 中空素管の製造法は時に制限されず、上述のよ
うにプレスピアシングによつてあるいは穿孔プレ
スによつて行つてもよい。 以下、本発明をその好適態様を示す添付図面に
基づいてさらに詳述する。 第３図は、本発明に係る延伸圧延方法の実施に
使用されるコーン型ロールを備えた傾斜圧延機に
おける延伸圧延の実施態様を示す模式的平面図で
あり、第４図は側面図、第５図は入口側から見た
正面図である。 すなわち主ロール１１，１１′は中空素管１３
の入口側に入口面角α₁、出口側に出口面角α₂を有
するコーン型の形状をなし、入口側のロール面と
出口側のロール面が交叉する位置がゴージ部とな
つて各ロール軸の両端は圧延機本体の内部に装置
された軸受けに支持される。各ロール軸はその延
長線が中空素管１３が通過するパスラインの水平
面（または垂直面）に対して相反する方向に等し
い傾斜角βを以つて傾斜角設定されているととも
にパスラインの垂直面（または水平面）に対して
対称をなす交叉角γを以つて交叉する如く傾斜設
定されており、更にプラグ１４はその軸心線をパ
スセンタＸ−Ｘに一致せしめてマンドレルバー１
５に装着されて配設され、またガイド１２，１
２′はパスラインを挟んで上下（または左右）に
配設されている。なお、交叉角γ＝0゜もしくはそ
の値が小さい場合は樽形のロール形状となる。 中空素管１３が矢符で示す如く軸長方向に移送
されると、同方向１６，１７に回転している両主
ロール１１，１１′の入口面に噛み込まれ、中空
素管１３は両主ロール１１，１１′により軸心線
回りに回転されつつその中心部にプラグ１４が貫
入せしめられ、主ロール１１，１１′とプラグ１
４によつて螺進移動させつつ穿孔圧延されるよう
になつている。 ここで、本発明に係る純チタンおよびチタン合
金管の延伸圧延方法は、前記(1)、(2)、(3)、(4)、(5)
式の各式が満足されるよう圧延比が3.2以下でロ
ール入口での素管表面温度および傾斜角および交
叉角を設定して延伸圧延を行う。 (1)式の限定理由 (1) 低温域では 変形抵抗の増大によりかみ込み不良、尻
抜不良等のミスロールが発生。 ロール、ガイド、プラグの面圧が高くな
り、焼付きが発生する。 変形能の低下により、圧延中空管の内、
外面にしわ疵、割れ疵等の欠陥が生じる。 (2) 高温域では 以上の理由で下限を650℃とした。 加熱中の温度設定が必然的に高くなるの
で素管の外表面が参加されてもろくなるこ
とと、結晶粒の粗大化によつて圧延中空管
の内、外面に欠陥が生じる。 以上の理由で上限を1150℃とした。 (2)、(3)式の限定理由 圧延比いかんによつては、ガイド、ロール、プ
ラグの焼付きが発生、またかみ込み不良、尻抜け
不良が生じる。これは温度条件によつて異なるの
で(2)、(3)式の如く限定した。 (4)式の限定理由 (1) 傾斜角βが小さい場合 円周方向剪断変形量および表面捩れ剪断
変形量が大きくなり、圧延中空管の内、外
面に欠陥が生じる。 圧延速度が低下し、能率が低下する。 以上の理由で下限をβ＝4゜とした。 (2) 傾斜角βが大きい場合 βは可能な限り大きくする方が円周方向
剪断変形量が小さくなるので、内面疵の発
生に対して抑制効果があるがロールとプラ
グによる半回転毎の肉厚圧下量が大きくな
るので、かみ込み不良、尻抜け不良等のミ
スロールが発生しやすくなる。 傾斜角が大きすぎるとガイドによる圧延
中の材料の外径圧下量も大きくなるので、
ガイド方向の圧下力が大きくなりガイドの
焼付きが発生する。 以上の理由で上限をβ＝16゜とした。 (5)式の限定理由 傾斜角βおよび交叉角γは共に大きくすれば
する程、円周方向剪断変形量が小さくなつて圧
延中空管の内面品質は良好となる。上記交叉角
γの上限は圧延機の機械構造上から制約される
が傾斜角と交叉角の和の下限は内面疵の発生状
況から制限される。本発明ではその下限を6゜と
する。 なお、従来例としての継目無鋼管の傾斜圧延法
にあつての圧延条件は、一般に、交叉角＝0゜、傾
斜角＝6゜〜8゜であり鋼管の圧延では比較的に小さ
い傾斜角でも圧延が可能であつたが、変形能の劣
悪なチタンの場合は限定された温度域で傾斜角、
あるいは交叉角を0゜以上とする必要があり、また
前述したように鋼管の圧延と違つて製管工具類と
の焼付きも発生し易く、またスリツプもし易く、
鋼管のように圧延比が最大５程度の高加工度圧延
が可能であるのに対し、チタンでは圧延比の最大
がかなり小さく限定されている。 実施例 さて、ここで、以上の如く構成された傾斜延伸
圧延機によつて純チタン、チタン合金ビレツトの
傾斜延伸圧延を可能とすべく、延伸条件を種々に
変更して多数の穿孔圧延実験を行つた。 実験条件 供試材：純Ti、Ti−6Al−4V合金 素管寸法：62φ×5t、62φ×8t、62φ×12t、 （mm） 62φ×12t、62φ×15t 延伸圧延比：1.5〜3.5 傾斜角：4゜〜18゜ 交叉角：0゜〜25゜ ロール入口での素管表面温度：600〜1250℃ 実験結果を第１表に示す。 第１表内において、 管外面疵の項目で ○印は外面疵なし、 ×印は外面疵が発生、 管内面疵の項目で ○印は内面疵なし ×印は内面疵が発生、 かみ込み性の項目で ○印は圧延可能、 ×印はかみ込み不良発生、 △印はスリツプをしながらかみ込む。 かみ込み性にやや問題があり。 尻抜け性の項目で ○印は圧延可能、 ×印は尻抜け不良発生。 第１表での斜線で囲つた部分が本発明方法の範
囲であり、ロール入口素管表面温度、傾斜角、傾
斜角と交叉角と和が特定した条件下で管内、外面
疵を発生させることなくミスロールのない安定し
た延伸圧延が可能。 なお、ガイドの形状は本実施例に示す形状に限
らず板形、デイスク形、ローラ形のいずれであつ
てもよい。

【表】

【表】 （発明の効果） 以上詳述した如く本発明方法によれば従来工業
的生産が不可能と考えられていたのに対し多くの
制御因子のうち素管表面温度、圧延比、ロール傾
斜角およびロール交叉角を調整するだけで、純チ
タンおよびチタン合金管の内外面に欠陥を発生さ
せることなく、しかもかみ込み不良、尻抜け不良
等のミスロールも発生させることなく延伸圧延を
工業的に実施することが可能であり、品質向上、
歩留向上、能率向上が図れる等優れた効果を奏す
る。 しかも、従来法の押出法と比較してそのすぐれ
た生産性は顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、チタンおよびチタン合
金の加工特性を示すグラフ；および第３図ないし
第５図は、本発明にかかる傾斜圧延法によりチタ
ンおよびチタン管を製造する様子の略式説明図で
ある。 １１，１１′：主ロール、１２，１２′：ガイ
ド、１３：中空素管、α₁：入口面角、α₂：出口面
角、１４：プラグ、１５：マンドレルバー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ２ロール傾斜圧延方式の延伸圧延によるチタ
   ンおよひチタン合金の継目無感の製造方法であつ
   て、延伸圧延のロール入口での素管表面温度が
   650〜800℃は圧延比が2.8以下、800〜1150℃では
   圧延比が3.2以下の条件で、ロール傾斜角β、ロ
   ール交叉角γがそれぞれ4゜≦β≦16゜、6゜≦γ＋β
   の条件で延伸圧延することを特徴とするチタンお
   よびチタン合金の継目無管の製造方法。