JPH0520164B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマンネスマン製管法等において広く採
用されている２個のロールを用いた傾斜穿孔機
（ピアサ）によるチタン又はチタン合金製継目無
管の製造方法に関する。

〔従来技術〕

従来の２ロールを用いた傾斜圧延方式の穿孔圧
延法は低傾斜角穿孔であつて、プラグ前で回転鍛
造効果を利用して中実ビレツトの中心部を脆く
し、そこにプラグを貫入せしめて穿孔する方法で
あるが、この方法を用いて難加工材である純チタ
ン、或いはチタン合金製の中実ビレツトに穿孔を
行うとプラグ前で回転鍛造効果によつてもみ割れ
が発生し、その割れ疵が圧延後のホローピースに
内面疵として残存するという欠点があつた。

また穿孔圧延で中実丸ビレツトをホローピース
トに加工する過程では圧縮及び伸び歪の他に付加
的な剪断変形を伴うが、従来のような低傾斜角穿
孔ではロールとプラグとの間で発生する付加的な
剪断変形である表面捩れ剪断変形、円周方向剪断
変形が大きくなり、同様にホローピースの内、外
面に疵が発生する。

このため従来では前記した如きチタン等の材料
に対しては２ロール傾斜圧延方式の穿孔圧延法に
代えて回転鍛造効果によるもみ割れの虞れがな
く、また管内、外面疵の発生原因となる表面捩れ
剪断変形及び円周方向剪断変形の生じない熱間押
出し製管法を採用するのが普通である。

しかし、この熱間押出し製管法は材料と工具と
の間の焼付き防止のために用いられる潤滑材の均
一塗布が難しく、焼付きによる筋疵の発生が避け
られないこと、焼付きによる筋疵除去のために機
械的な切削加工工程が必要となり、手入れ工数が
多くなること、更に偏肉率が大きく、その上生産
能率が傾斜圧延方式に比較して著しい低い等難点
が多い。

ところでチタン製の中実ビレツトを対象とした
２ロール傾斜圧延方式による穿孔圧延について次
のような実験データが知られている（Titanium
Alloys：Vol.1，31頁，1982）。これには２ロール
傾斜圧延機（2Highのヘリカルロール）と３ロー
ル傾斜圧延機（3Highのヘリカルロール）とによ
るチタン製中実ビレツトの穿孔試験結果が示され
ている。

これによるとチタン製継目無管の製造に２ロー
ル傾斜圧延機を用いると固定ガイドシユとの摩擦
により良好な表面性状のホローピースを得ること
が難しく、チタン製中実ビレツトの穿孔は固定ガ
イドシユのない３ロール傾斜圧延機が良好な表面
性状のホローピースを得るのに適していると結論
付けている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし３ロール式傾斜圧延機の場合、２ロール
式のそれに対してロール径が小さくなり、製造能
率が低いという問題がある。また３ロール傾斜圧
延機のロール径を２ロール傾斜圧延機と同じロー
ル径にしようとすると圧延機自体が大きくなり設
備費が高くつく。

更に３ロール傾斜圧延機では機械的制約（ユニ
バーサルジヨイントの干渉、入口チヨツクと圧延
素材の干渉による制約）により、２ロール傾斜圧
延機のように高傾斜角、高交叉角の設定ができな
い。また能率が低下した分だけロール回転数を上
げようとすると動力の大きいモータが必要とな
り、設備コストが高くつくばかりか圧延後のｔ／
ｄ（肉厚／外径）が小さい場合には材料の回転方
向の回転速度が大きく、また遠心力が大きくなり
偏心運動しながら出て行くので、偏肉率が悪化す
るというという問題もある。また３ロール方式の
傾斜圧延機で薄肉管を製造しようとするとフレア
リングによつてミスロール（尻抜け不良）となる
場合があり、チタンの穿孔圧延では２ロール傾斜
穿孔圧延機を用いた場合ほど穿孔圧延比（圧延後
の材料長さ／素材長さ）は大きくとれないという
問題がある。

一方、本発明者等が公知の２ロール穿孔圧延機
における傾斜角β、交叉角γ及び傾斜角βと交叉
角γとを組合わせて純チタン及びチタン合金に対
する穿孔試験を行つたところ、確かに温度条件や
傾斜角βが小さい条件では表面性状は悪化するが
傾斜角β、交叉角γ、更には材料の温度条件を適
正に組合せることによつては何ら中空素管の表面
性状に問題なく穿孔圧延でき、むしろホローピー
スの外表面の欠陥だけでなく、傾斜圧延方式特有
のマンネスマン破壊や円周方向剪断歪によつて発
生するホローシエル内面の欠陥が問題となること
が解つた。

また炭素鋼製ビレツトと違なる次のような事実
を知見した。

１ 第１図は温度と変形抵抗（Kg／mm²）との関係
を示すグラフであり、横軸に温度を、また縦軸
に変形抵抗をとつて示してある。グラフ中○印
でプロツトしてあるのは、チタン合金の、また
□印でピロツトしてあるのは、純チタンについ
ての結果である。このグラフから明らかなよう
に、純チタン、或いはチタン合金の変形抵抗は
変態温度（1000℃）以下の低温域とそれ以上の
高温域とでは著しく異なり、低温域では急激に
大きくなる性質がある。

２ また第２図イは純チタンの温度と捩り数との
関係を、第２図ロはチタン合金の温度と捩じり
回数との関係を夫々示すグラフであり、夫々横
軸に温度を、また縦軸に捩り回数をとつて示し
てある。このグラフから明らかなように変形能
を標価する捩り試験結果によれば変態温度以下
の低温域で変形能が悪化することは勿論である
が、逆に高温すぎても変形能が悪化する。

３ また純チタンやチタン合金を圧延するとロー
ル表面にチタン粉末が付着し、それによつて圧
延でのスリツプが鋼材等に比して大きくなる現
象がある。このスリツプは変形抵抗が増大する
と共に大きくなり、最終的にはミスロールに結
び付く。

４ 従つて変形能の低下、変形抵抗の増大、スリ
ツプによるミスロール等の問題は材料の温度域
と密接な関係にあり、２ロール傾斜穿孔圧延機
で純チタン、チタン合金製の中実ビレツトを穿
孔する場合、純チタン、チタン合金製材料独自
の穿孔圧延条件を決定する必要がある。

５ また純チタン、チタン合金製の中実ビレツト
の傾斜穿孔圧延ではビレツトの加熱条件やロー
ル入口温度条件以外に傾斜ロールの傾斜角β、
交叉角γ等の条件によつて噛み込み不良（ビレ
ツトがロールに噛み込んだ状態でスリツプし、
それ以上前進しない状態）や尻抜け不良（ホロ
ービレツトの尻部がロールから完全に離れない
状態）が発生し、またロール、ガイド、プラグ
等の焼付きが発生し、更には穿孔後のホローピ
ースの内、外面に割れ疵、しわ疵等の欠陥が発
生することがある。

本発明は斯かる知見に鑑みてなされたものであ
り、高能率、高歩留、高品質の純チタン又はチタ
ン合金製継目無金属管を得ることを可能にした２
ロール傾斜圧延方式による継目無管の製造方法を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に斯かるチタン又はチタン合金製継目無
管の製造方法は、２ロール傾斜圧延方式の穿孔圧
延機を用いて、中実ビレツトの加熱温度を850℃
〜1200℃、またロール噛み込み直前のビレツト表
面温度を700℃以上とし、ロール傾斜角β、ロー
ル交叉角γを夫々下式を満足するよう設定して中
実ビレツトを穿孔圧延する。

8°≦β≦18°，γ＋β≧10° 〔作用〕 本発明方法はこれによつて、チタン又はチタン
合金製の中実ビレツトを内、外面疵なく穿孔する
ことが可能となる。

〔実施例〕

本発明方法に係る継目無管の製造方法は従来と
同様に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ホローピースとな
し、これをプラグミル、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減じてホロー
シエルとなし、次いでサイザまたはストレツチレ
デユーサなどの絞り圧延機により主として外径を
減じて所定の製品寸法を得るものである。そして
本発明方法ではチタン又はチタン合金製の中実ビ
レツトを穿孔圧延対象とし、またロールの傾斜角
β、交叉角γの特定条件に設定し、更に中実ビレ
ツトに対する特別な温度管理を行つて穿孔圧延を
実施する。

以下本発明方法を図面に基づいて具体的に説明
する。

第３図は本発明方法の実施に使用されるコーン
型ロールを備えた穿孔圧延機（ピアサ）による穿
孔圧延の実施状態を示す模式的平面図、第４図は
同じく側面図、第５図は同じく入口側から見た正
面図である。

主ロール１１，１１′は中実ビレツト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にゴージ部１１ｇ，
１１g′を有し、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に支持される。各ロール軸
はその延長線が中実ビレツト１３が通過するパス
ラインＸ−Ｘ線を含む水平面（又は垂直面）に対
して相反する方向に等しい傾斜角βに設定される
と共に、パスラインＸ−Ｘ線を含む垂直面（又は
水平面）に対して対称をなす交叉角γをもつて交
叉するよう傾斜設定されており、夫々矢符で示す
如く互いに同一方向に同一速度で回転せしめられ
るようにしてある。一方プラグ１４はその軸心線
をパスセンタに一致せしめた状態でマンドレル１
５に支持されて配設され、またガイドシユ１２，
１２′はパスラインＸ−Ｘ線を挟んでプラグ１４
の上下（又は左右）に配設されている。

なお交叉角γが0°若しくはその値が小さい場
合、ロール形状を樽形とする。

なおガイドシユ１２，１２′についてはその形
状を特に限定するものではなく、また構造も板
形、デイスク形、ローラ形等適宜に採択すればよ
い。

加熱されたビレツト１３は矢符で示す如く軸長
方向に移送されて回転している両主ロール１１，
１１′の入口面に噛み込まれ、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１
１，１１′とプラグ１４によつて螺進移動されつ
つ穿孔圧延されることとなる。

さて本発明者等は、以上の如く構成された穿孔
圧延機によつて純チタン、チタン合金製中実ビレ
ツトの傾斜穿孔圧延を可能とすべく穿孔条件を
種々に変更して多数の穿孔圧延実験を行つたので
以下これについて説明する。

先にこれに基づいて得た結論を示すと次のとお
りである。

即ち、交叉角γ、傾斜角β、中実ビレツトの加
熱温度T₀、主ロール１１，１１′、噛み込み直前
の中実ビレツト表面温度T₁を夫々以下の条件式
を満足するように設定して圧延を実施した場合に
穿孔圧延後の純チタン又はチタン合金製のホロー
ピース１８の内、外面に疵を発生させることな
く、更に主ロール１１，１１′への噛み込み不良、
或いは尻抜け不良を発生させることなく、穿孔圧
延を行うことが可能であり、良質なホローピース
が得られる。

8°≦β≦18° ……(1) γ＋β≧10° ……(2) 850℃≦T₀≦1200℃ ……(3) 700℃≦T₁ ……(4) なお、穿孔圧延は温度が高い方が容易であり、
後工程での温度低下を考慮すると加熱温度は900
℃以上とするが好ましい。

以下、これらの条件式を得るに至つた実験の内
容について説明する。

〔実験条件〕

ロール傾斜角 6°〜20° ロール交叉角 0°〜25° ロール開度 51.5mm〜53.0mm プラグリード 28mm〜35mm 穿孔比 1.5〜4.0 加熱温度 700℃〜1250℃ 実験は主ロール１１，１１′の傾斜角β、交叉
角γ及びビレツト１３の加熱温度T₀と更に主ロ
ール１１，１１′に噛み込み直前のビレツトの表
面温度T₁を、夫々前記範囲内において各別に変
更して、これら各種の組合わせのもとに行い、得
られたホローピース１８における噛み込み不良、
尻抜け不良、工具類の焼付き発生有無、内、外面
疵等の各種欠陥の発生状況を比較した。なお供試
材は純Ti製とTi−6Al−4V合金製で、ビレツト
径寸法は60mmである。

なお実験結果は純Ti製とTi−6Al−4V合金製
ホローピースの内、外面を観察して得た。結果は
第６図〜第９図に示すとおりである。

〔実験結果 １〕 第６図はロール交叉角γを前記(1)，(2)式で与え
られる範囲内の適宜の値に設定し、穿孔比（穿孔
後のホローピースの長さ／中実ビレツト長さ）を
1.5〜4.0の範囲で、傾斜角β及び加熱温度T₀を変
更したときの実験結果を示すグラフであり、横軸
に傾斜角βを、また縦軸に加熱温度をとつて示し
てある。この実験では加熱炉をミル本体近くに設
置し、炉出し後すぐ穿孔圧延を実施した。この時
のビレツト表面の降下温度は10℃以下であつた。

第６図中の○印は純Ti及びTi−6Al−4V合金
のいずれのホローピースにも穿孔上のトラブルが
なく外面疵のない事例を示し、●印及び▲印は得
られたTi、或いはTi−6Al−4V合金のいずれか
のホローピース１８に何らかの欠陥が生じた事例
を示している。●印は噛み込み不良、或いは尻抜
け不良等を発生することなく穿孔圧延が実施でき
たが、ホローピース１８の外面にガイドシユマー
ク、或いは割れ疵、しわ疵等の欠陥が発生した事
例を示し、▲印は噛み込み不良若しくは尻抜け不
良のいずれかが発生し、尻抜け不良の場合のホロ
ーピースの外表面にガイドシユマーク、或いは割
れ疵、しわ疵等の欠陥が発生した事例を示してい
る。

このグラフから明らかなように第６図のハツチ
ングを施して示す矩形の範囲内においては加熱温
度T₀と傾斜角βとを任意に組合わせても外面疵
のない良好な穿孔圧延が可能であることが明らか
である。従つて第６図に示す結果から前述した
(1)，(3)式が得られる。

なお上記に示したホローピースの外面疵の発生
は、高温域では純チタン又はチタン合金製継目無
管の外表面が酸化されて脆くなること、結晶粒の
粗大化と、更に低傾斜角（＝6°）では穿孔圧延時
に発生する付加的な剪断変形（表面捩れ剪断変
形）等によつて発生すると考えられる。また低温
域では変形抵抗が大きく、ガイド方向の面圧が大
きくなり、しかも低温であるためスケールが発生
しにくく、スケールによる潤滑作用がなく、材料
とガイド間の摩擦係数が大きくなり、ガイドに焼
付きが発生し、これがガイドシユマークとして中
空素管表面に残ると考えられる。更に低温域では
第１図に示したように変形能が低下するため中実
ビレツト１３の外表面はロール等による冷却作用
で中心部より変形能は劣悪になる。従つて表面捩
れ剪断変形が大きいとこれによつてホローピース
の外面に欠陥が発生すると考えられる。

また低温域及び高傾斜角域で噛み込み不良や尻
抜け不良が発生する原因は炭素鋼を穿孔する場合
と違つてチタンの場合はチタンの粉末がロールに
付着することと、穿孔材の変形抵抗の増大と高傾
斜角による半回転毎の肉厚圧下量の増大によつて
噛み込み時、尻抜け時の過渡状態でロールと材料
間でのスリツプが大きくなり、ミスロールが発生
すると考えられる。

〔実験結果 ２〕 またホローピースの外面疵の発生の一要因であ
るビレツトの表面温度と外面疵発生との関係を調
査した結果を第７，８図に示す。第７図は加熱温
度T₀＝1100℃、第８図は加熱温度T₀を850℃に一
定にしておき、傾斜角βを変更してビレツト表面
温度T₁が所定の温度になつた時に穿孔圧延を実
施した実験結果を示すグラフである。

第７図及び第８図の○印、●印、▲印の内容は
上述の第６図の実験結果の説明と同じであるが、
チタンの穿孔に関しては加熱温度のみで管理する
のではなく、主ロール１１，１１′に噛み込む直
前のビレツト表面温度T₁をも管理しておく必要
があることが判明した。

(1)，(3)式で示した傾斜角β、加熱温度T₀の範
囲では夫々第７図、第８図中のハツチングを施し
て示す矩形の範囲内において外面疵のない良好な
穿孔圧延が可能であることが解る。

従つて第７図、第８図に示す結果から前述の(4)
式が得られる。

〔実験結果 ３〕 実施例ではホローピースの外面疵について説明
してきたが中実ビレツト１３がプラグ１４により
穿孔圧延される場合、穿孔条件によつてはプラグ
前でマンネスマン破壊が発生し、内面疵としてホ
ローピース内面に残存したり、ロールとプラグと
の圧延時に発生する付加的な剪断変形である円周
方向剪断変形によつて内面かぶれ疵や、肉厚部に
ミクロ的な欠陥（結晶粒にそつて発生する微小欠
陥）が生じる場合がある。

第９図はこれらの内面疵に関して加熱温度T₀
を(3)式の範囲内で変更し、交叉角γと傾斜角βを
(1)，(3)式の範囲内で組合わせて実施した結果を示
すグラフである。

同図中の○印でプロツトしたのは穿孔上のトラ
ブルがなく、内面疵のないホローピースが得られ
た事例を示し、●印でプロツトしたのはホローピ
ース内面にしわ疵等の欠陥が発生した場合の事例
であり、■印でプロツトしたのは噛み込み不良或
いは尻抜け不良の発生とホローピース内面、或い
は肉厚部に欠陥が発生した場合の事例を示す。

第９図中のハツチングを施して示す矩形の範囲
内においては(1)，(3)式で示した組合わせにて選定
した場合において内面疵のない良好な穿孔圧延の
実施が可能であることが明らかである。従つて第
９図に示す結果から前述の(2)式が得られる。

なお上記に示したしわ疵の発生は高温加熱によ
つて結晶粒が粗大化し、延性値（伸び）が低下す
ること、交叉角γと傾斜角βの組合わせた値が小
さく円周方向の剪断変形量が大きくなることによ
ると考えられる。またγ＋βの値を小さくすると
ビレツトが主ロール１１，１１′に噛み込んでプ
ラグ１４に到達するまでの間で受ける回転鍛造効
果が顕著に現れ、また主ロール１１，１１′とプ
ラグ１４との間で圧延される際に発生する円周方
向の剪断変形量が大きくなつて、変形能が悪くな
る低温域では内面にかぶれ疵や肉厚部にミクロ的
な欠陥が発生すると考えられる。勿論低温域では
変形抵抗が大きくなり、噛み込み不良、尻抜け不
良が多発する。

また交叉角γの上限値は機械的に制約され、例
えばロールのチヨツクとビレツトとの干渉の問
題、ユニバーサルジヨイントの傾斜の関係から定
められる。

なお、本実施例に用いた穿孔圧延機では交叉角
＝25℃が上限であつた。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明方法によれば純チタン
又はチタン合金製の継目無管をその内、外面に欠
陥を発生させることなく、しかも噛み込み不良、
尻抜け不良等のミスロールを発生させることなく
穿孔圧延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本発明は優れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は純チタン、チタン合金の温度と変形抵
抗との関係を示すグラフ、第２図イ，ロは純チタ
ン、チタン合金の温度と戻り回数との関係を示す
グラフ、第３図は本発明方法の実施状態を示す模
式的平面図、第４図は同じく側面図、第５図は入
口側からみた正面図、第６〜９図は本発明方法の
穿孔、圧延条件を得るために行つた実験結果を示
すグラフである。 １１，１１′……ロール、１２……ガイドシユ、
１３……中実ビレツト、１４……プラグ、１５…
…マンドレル、１８……ホローピース。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２ロール傾斜圧延方式の穿孔圧延機を用いた
   チタン又はチタン合金製継目無管の製造方法にお
   いて、中実ビレツトの加熱温度を850℃〜1200℃、
   またロール噛み込み直前のビレツト表面温度を
   700℃以上とし、ロール傾斜角β、ロール交叉角
   γを夫々下式を満足するよう設定して中実ビレツ
   トを穿孔圧延することを特徴とするチタン又はチ
   タン合金製継目無管の製造方法。 8°≦β≦18°，γ＋β≧10°