JPH0890013A - 傾斜圧延装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ni基合金管の製管工程の熱間押出し等の第一
工程と引き抜き等の最終工程の間を高生産効率で接続す
る管の延伸を行う傾斜圧延装置を提供する。 【構成】 パスラインの管材進行方向に収束する方向に
45°傾いた軸を持つ成形ロールと、所定の傾斜角βを成
形ロールに与える機構をパスライン周りに120 °毎に３
本均等に有し、管材を成形方向へ前方より張力を与える
機構と、管の中空部に成形方向の逆向きから挿入可能な
プラグを先端に取付けたマンドレルシャフトとを有する
傾斜圧延装置。管材の入側出側双方に振れ止め機構をも
つ前記の傾斜圧延機。熱間加工における補助的加熱手段
として、成形ロールによる圧延の直前で前記管材の一部
を局所的に加熱する加熱装置を有する前記の傾斜圧延装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明の傾斜圧延装置は、管材を
圧延し、例えば薄肉のNi基合金管を製造する傾斜圧延装
置に関する。また本発明の傾斜圧延装置は、例えば腐食
環境での熱交換器用チューブなどに用いる異種金属によ
る複合管、または耐食合金を被覆した電極棒などの複合
棒などを製造する傾斜圧延機に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ni基合金などの難加工性材料の継目無管
は、通常、ユージン・セジュルネ押出し法によって厚肉
素管を熱間成形し、これをピルガーミルを用いて延伸加
工を行い、減径減肉し所定の寸法に冷間成形し、さらに
最終形状調整として冷間引き抜き加工を行う、所謂ピル
ガーミル方式が採用されている。または、ロールフォー
ミングミルにより素管を冷間成形し、これを前記ピルガ
ーミルにより冷間成形し、セミシームレス管を製造する
方式が採用されている。

【０００３】鉄鋼業においては、通常、マンネスマンピ
アサの様な穿孔圧延機によって熱間穿孔圧延を行い、次
いで各種エロンゲータを用いて所定の寸法に仕上げる。
このうち２つないし３つの成形ロール有する傾斜圧延方
式のエロンゲータにおいては、通常、パスラインとの周
りに傾斜角を与えて自由圧延し、パスラインに向けて接
近あるいは離反するような交差角は与えない。ロール軸
に交差角を与える場合においては、通常、パスラインに
沿って材料進行方向に発散する方向の交差角を与え、自
由圧延における前進効率を高め、ひいては生産効率を高
めている。材料は、材料軸方向に見て成形ロールとの接
触開始から、出側の成形終了に向かうに従って圧延によ
って減径変形を与えられるため、ロール軸にパスライン
と平行もしくはパスラインに沿って材料進行方向に発散
する方向の交差角が付与されると、成形ロールと管材と
の間に周速差が生じ、材料を軸方向に捩じるような付加
的なせん断ひずみが生じる。

【０００４】この問題に対し、特許公報昭46-43980に示
されるように成形ロールの回転軸をパスラインの材料進
行方向に収束する方向に交差角50〜60°傾け、この構造
を持つロールケースを管材周りに公転させて傾斜圧延を
行い、材料と成形ロールとの周速差を小さくし、せん断
ひずみを抑制する傾斜圧延装置が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする問題】

1. 傾斜圧延装置によりNi基合金管を延伸する場合の問
題 ピルガーミル圧延法は、材料が前進後退運動を繰り返す
間欠運動であるため、その機構の本質的問題として成形
速度が遅く、さらにNi基合金は、冷間では、変形抵抗お
よび加工硬化が大きく、単位パス当たりの成形量も大き
く取れないため、多数の中間熱処理工程を必要とする。
このためNi基合金を熱間加工することを考え、通常の鋼
の熱間傾斜圧延装置によって延伸する場合には、次のよ
うな問題がある。

【０００６】ｉ） Ni 基合金は、鋼に比べて高温域にお
いても変形抵抗が高いため、管材と成形ロールとの接触
面積をできるだけ小さくし、装置にかかる負荷を小さく
する必要がある。 ii) Ni基合金は、変形能が不足しがちであり、材料の大
気冷却により第二相を析出して脆化しやすい。特に薄肉
管および溶接管の成形においては上述の付加的なせん断
ひずみにより、軸方向に割れが発生する。 iii) ２ロール式の傾斜圧延装置では、管材をミルセン
タに保持するためにディスクガイドロール、ガイドシュ
ーを要するが、Ni基合金の延伸においては鋼に比較して
焼付きを起こしやすい傾向がある。

【０００７】iv) 傾斜圧延においては通常、ロールの傾
斜角によって生じる摩擦力の軸方向成分によって材料の
前進力を得るが、これのみでは製品速度が十分向上しえ
ない。 v) Ni 基合金の薄肉化傾斜圧延においては、内面規制工
具無しでは、成形後の真円度が悪く、寸法精度も悪い。
また、管材が成形中に周方向に座屈し、多角化する場合
がある。

【０００８】vi) Ni基合金の傾斜圧延時の素管となる管
は、前述の様に熱間押出し法またはロールフォーミング
ミルによって成形されるが、これらの管は鉄鋼業の傾斜
圧延の素管に比べると外径、肉厚ともに小さく、熱容量
が低い。このため加熱された管材が成形中に空冷され、
管材温度の低下が激しい。特にNi基合金においては、75
0 ℃前後で脆化するものもあり、温度低下に伴う変形抵
抗の上昇による成形力の上昇のみならず、脆化による変
形能の不足に伴う割れが特に溶接部に発生する。

【０００９】2. 高交差角傾斜圧延装置の問題 前記付加的せん断ひずみを抑制する機構として、特許公
報昭46-43980に示されるようなパスラインの管材進行方
向に収束する方向に大きな交差角を持つロール軸が示さ
れているが、ロールケースが回転し、成形ロールが管材
周りを公転する機構であるため、大きな慣性質量を駆動
する必要があり、装置が大型化すると共に効率が良いと
は言えない。

【００１０】また、パスラインの管材進行方向に収束す
る方向に大きな交差角を持つロール軸を持つ傾斜圧延装
置においては、管材と傾斜した成形ロールとの接触面に
働く摩擦力のみによって材料の高い前進効率を得ること
は困難であり、出側の材料の進行速度を上げるためには
さらにロール回転数を大きく取る必要がある。このよう
に成形不良の原因となる付加的せん断ひずみを抑制する
ためには、パスラインの管材進行方向に収束する方向に
大きな交差角を有する傾斜圧延装置が必要であるが、前
記方向に大きな交差角を有する傾斜圧延装置では管材の
前進速度が低下する。さらに高延伸比で加工する場合は
管材が前進しなくなるという問題がある。

【００１１】本発明は、かかる事情に鑑みなされたもの
であり、Ni基合金管の製管工程の熱間押出しと最終引き
抜き工程の中間工程を高生産効率で接続する管の延伸工
程を提供する装置である。

【００１２】

【問題を解決するための手段】本発明の傾斜圧延装置
は、パスラインの管材進行方向に収束する方向に交差角
α=45 °傾いたロール駆動軸と、前記ロール駆動軸の先
端に取付けられた成形ロールと、前記ロール駆動軸ごと
成形ロールを昇降させ、成形外径を決めるロール昇降シ
リンダと、前記昇降シリンダの中心軸を軸として所定の
傾斜角βを成形ロールに与える機構とをパスライン周り
に120 °毎に３本均等に有し、さらに、管材を成形方向
へ前方より張力を与える機構と、さらに、管の中空部に
成形方向の逆向きから挿入可能なプラグを先端に取付け
たマンドレルシャフトとを有する。

【００１３】また、本発明の傾斜圧延装置は、さらに、
前記管材の外周を無駆動ロールによって低圧で抑える振
れ止め機構を入口側出口側双方に有する。

【００１４】また、本発明の傾斜圧延装置は、さらに、
熱間加工における補助的加熱手段として、成形ロールに
よる圧延の直前で前記管材の一部を局所的に加熱する加
熱装置を有する。

【００１５】

【作用】

1. 傾斜圧延装置によりNi基合金管を延伸する場合の問
題に対して i) 変形抵抗の高いNi基合金を圧延するので、成形ロー
ル回転軸の交差角を大きく取り、成形ロールと管材間の
接触面積をできるだけ狭く取り、機械の負荷を小さくす
る。 ii) i)で述べた様な大きな交差角をパスラインの管材進
行方向に収束する方向に取る事により、成形ロールと管
材との周速差を接触面内で小さく押さえる。この結果、
管材の負荷的せん断ひずみが抑制され、ひいては管材の
割れ等の成形不良が抑制される。 iii) ディスクガイドロールまたはガイドシューをを用
いる２ロール式の傾斜圧延装置では、前記ガイドに傷が
生ずるため、本装置では３ロール式の傾斜圧延装置の構
造を持つものとする。

【００１６】v) 成形ロールの回転速度に対応する適切
な張力を管材の前方から引張装置によって付与し、これ
によって、傾斜角によって成形ロールから付与される前
進力だけでは十分な前進効率が得られない場合にも所定
の前進速度が得られる。 v) 管材の圧延中に内面規制工具を管内部に挿入し、内
面形状を確定することによって真円度を保障すると共
に、周方向座屈（断面の多角形化）を抑制する。また、
管材の中心とミルセンタのずれによって周方向座屈が生
じる場合があるため、成形前の管材および成形後の管材
を無駆動ロールによって管材を低圧で押さえ込み、入側
および出側の管材の振れ回りを抑制し、周方向座屈を防
ぐ。 vi) 成形直前の管材に対してオンラインで加熱すること
により、加熱炉において加熱された管材の外表面の冷却
分の熱を復帰させて、成形中の温度の一定化を図ると共
に温度低下によるNi基合金の変形能の不足を抑制し、割
れ、破断を防ぐ。

【００１７】2. 高交差角傾斜圧延装置の問題に対して 傾斜圧延基本構造として、ロールケースが素材の周囲を
回る公転機構ではなく、パスラインの管材進行方向に収
束する方向に高交差角を有する成形ロールが自転し、成
形ロールと管材の接触摩擦によって管材を回転させて、
連続的に傾斜圧延を行う構造とすることにより、ロール
昇降機構の単純化、成形ロール支持機本体の省スペース
化および高剛性化を図ることができ、 Ni 基合金の傾斜
圧延には適している。また、管材の前方の端部を掴み前
方へ張力を付与する機構を持つことで、パスラインの管
材進行方向に収束する方向に高交差角を有する機構によ
って低下する前進効率を補助し、強制的に成形ロールに
管材を噛み込ませて、成形の安定化を図る。また、出口
側に張力を付加することで、成形後の管材の真直度が向
上できる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の傾斜圧延装置について詳細に
説明する。図１は本実施例の傾斜圧延装置を説明するた
めの図、図２(A) は傾斜圧延装置が管材を圧延中の状態
を管材の出側正面から見た図、図２(B) は図２(A) のB-
B 線による断面図、図２(C) は図２(B) のC から見た
図、図３(A) は成形ロールの駆動機構と昇降機構を管材
の出側正面から見た図、図３(B) は成形ロールの駆動機
構と昇降機構を管材の横から見た図、図３(C) は成形ロ
ールの駆動機構と昇降機構を管材の上面から見た図であ
る。

【００１９】図２(A) に示すように本実施例の傾斜圧延
装置は、パスライン１を中心として３個の成形ロール２
ａ，２ｂ，２ｃを120 °間隔で均等に配置したロール加
工部を有している。本実施例では、成形ロール２ａ，２
ｂ，２ｃは二つの円錐台で構成されており、先端のリー
リング部の円錐半角は交差角αに等しく、続く第二の円
錐半角はαよりも小さい。ロール回転軸３ａ，３ｂ，３
ｃは、パスライン１の管材進行方向に収束する方向に交
差角α（本実施例ではα=45 °）傾いており、この交差
角のついた状態でパスライン１に垂直でかつ成形ロール
２ａ，２ｂ，２ｃの二つの円錐台の接続点を通る軸（以
下この軸をピボット軸と呼ぶ）周りに、成形ロール２
ａ，２ｂ，２ｃが回転することにより、管材４を前に押
し出す方向へ傾斜角βだけ回転する。

【００２０】βは本実施例においては0 〜25°の範囲で
可変であり、３個の成形ロール２ａ，２ｂ，２ｃは全て
同じ、交差角および傾斜角を有する。図２(B) に示すよ
うに、管材の成形中には、後端部を保持され回転は自由
なマンドレル保持装置５によって保持されたマンドレル
シャフトの先端に取付けられたプラグ５ａによって、管
内径を拘束される。

【００２１】前記成形ロール２ａ，２ｂ，２ｃはロール
駆動モータの駆動軸の先端にテーパシャンクによって取
付けられている。テーパシャンクにより固定することに
よって、ロールの脱着が容易で、かつNi基合金の成形に
耐えうる大きな荷重を受けることができる。図３(B) に
示すように成形ロール２ａはロール駆動モータ６ａごと
ロール昇降シリンダ７ａの先端に取付けられ、このシリ
ンダ７ａの昇降によって、成形ロール２ａをロール駆動
モータ６ａごと昇降させ、管材４の成形後の外径を決定
する。この昇降シリンダ７ａの中心軸は前記ピボット軸
と同じであり、昇降シリンダ７ａが中心軸を中心に傾斜
角βだけ回転することにより、成形ロール２ａをロール
駆動モータ６ａごと昇降シリンダ中心まわりに回転さ
せ、成形ロール２ａに傾斜角βを付与する。

【００２２】図１に示すようにロール成形部の出側には
引張装置８が前進止め９ａと後退止め９ｂの間を移動可
能な状態で設けられている。引張装置８のロール成形部
側には管材４を掴むグリッパ１０が取付けられ、これに
よって管材４の先端部を把持する。グリッパ１０は自由
に回転する機構になっており、圧延中、成形ロール２ａ
による管材４の回転に伴ってグリッパ１０も回転する。
引張装置８に取付けられたチェーンをスプロケットに掛
けてこのスプロケットを駆動することにより、成形中、
管材をロール成形部側から引っ張る。本実施例において
は素材が搬入された状態では前進止め９ａの位置で待機
し、成形ロール２ａ，２ｂ，２ｃが駆動モータ６ａ，６
ｂ，６ｃにより回転し、昇降シリンダ７ａ，７ｂ，７ｃ
によって所定の位置に圧下終了した時点で管材４を引っ
張りつつ後退する。本実施例においては引張装置８は所
定の引張速度もしくは所定の引張力によって制御され
る。

【００２３】図１に示すようにマンドレル保持装置５は
後退止め１１ａと前進止め１１ｂの間を移動自在に設け
られており、ロール成形部側には、軸方向固定、回転自
由の状態で管材の成形前の長さよりも長いマンドレルシ
ャフトが取付けられている。さらにマンドレルシャフト
の先端には被加工材よりも高い変形抵抗を有する材料
（例えばNi基耐熱合金など）で作られたプラグ５ａが取
付けられており、管材成形中に管材の内径を画定する。
マンドレル保持装置は管材が加熱炉から出て、素材搬入
ベッドに乗せられる前は後退止め１１ａの位置で待機
し、成形ロール２ａ，２ｂ，２ｃが昇降シリンダ７ａ，
７ｂ，７ｃによって降下させられ、成形が開始する前ま
でには管材４の内部に挿入される。

【００２４】ロール成形部に対して管材入側には素材サ
ポート１３が、ロール成形部に対して管材出側には製品
サポート１２が、それぞれ一定幅毎に複数設けられてい
る。図４(A) は素材サポート１３の正面図、図４(B) は
素材サポート１３の側面図である。素材サポート１３は
パスライン１を中心に左右対象に配置され、管材４と触
れる部分に４個の無駆動ロール１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ，１４ｄを有し、これによって左右から低圧で管材４
を挟み込み、管材４の回転による振れ回りを抑制する。
また、管材４の通過した位置ではマンドレルシャフトを
鋏み込み、これの振れを抑制する。また、図４(A) に示
す素材ベッドに管材は乗っている。

【００２５】図５(A) は製品サポート１２の正面図、図
５(B) は製品サポート１２の側面図である。製品サポー
ト１２は素材サポート１３と同様にパスライン１を中心
に左右対象に配置され、管材４と触れる部分に４個の無
駆動ロール１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを有し、こ
れによって左右から低圧で素材を挟み込み管材４の回転
による振れ回りを抑制する。製品サポート１２は図に示
すように引張装置の後退の障害とならぬように上部より
サポートする。また、各サポートは引張装置の通過検出
手段を有し、引張装置８のグリッパ１０が通過した後に
左右から製品をサポートする。本実施例においては素材
サポート１３および製品サポート１２は空気圧により駆
動している。これらの素材サポート１３および製品サポ
ート１２は高回転数で成形ロール２ａ，２ｂ，２ｃを駆
動して長尺の管材を圧延する場合に、特に効果的であ
る。

【００２６】本実施例では図１に示す様に補助的加熱手
段として、誘導加熱１６を用いている。誘導加熱は図に
示さない発信機と整合盤に取付けられた加熱コイルを成
形前のロール成形部直前で管材を囲むように配置され
る。加熱炉から搬出され素材ベッドに乗せられた管材は
あらかじめ所定の温度に加熱されており、加熱コイルは
成形中の空冷による温度低下を防ぐための補助的加熱手
段としての役割を有する。加熱炉で所定の温度まで加熱
された管材は、成形中に大気冷却を受け、成形が後にな
る管材４の後端部に近いほど冷却が大きくなる。ロール
成形部の直前に設けられた補助的加熱手段によって管材
４を再加熱し、低下した温度を復帰し管材４の成形時の
温度を一定に保持した状態で成形を行うことができる。

【００２７】以下、上述した傾斜圧延装置によってNi基
合金管を圧延した運用例について述べる。まず、管材４
は素材ベッド上に設けられた加熱炉内で所定の熱間加工
温度まで加熱され、加熱終了後、素材ベッド上にセット
される。この状態ではマンドレル保持装置５は最後退位
置で、引張装置８は最前進位置で、成形ロール２ａ，２
ｂ，２ｃは開放位置でそれぞれ待機している。この後、
素材は図示しない送り機構によって管材の先端部は補助
的加熱装置、開放位置にある成形ロール２ａ，２ｂ，２
ｃ間を通り、引張装置８に取付けられた素材グリッパ内
に進入する。

【００２８】この状態でグリッパが管材を掴み、その後
マンドレル保持装置５が前進し管材内部にマンドレルシ
ャフトおよびその先端に取付けられたプラグを挿入す
る。次に素材サポートが閉じて、管材をサポートし、成
形ロール２ａ，２ｂ，２ｃがロール駆動モータ６ａ，６
ｂ，６ｃによって回転し、所定の外径まで成形ロール２
ａ，２ｂ，２ｃが昇降シリンダ７ａ，７ｂ，７ｃによっ
て降下し、管材４を圧下する。成形ロール２ａ，２ｂ，
２ｃに接触した管材４はロール表面と管材表面に生ずる
摩擦力によって回転しはじめる。所定の圧下位置まで成
形ロール２ａ，２ｂ，２ｃが達した事を検出して、引張
装置８が後退を始める。引張装置８は所定の後退速度ま
たは所定の張力で後退するように制御される。成形中は
引張装置８の現在位置を検出し、通過した位置の製品サ
ポート１２が順次閉じるように制御される。さらに成形
中は成形ロール２ａ，２ｂ，２ｃの噛み込み直前位置で
の管材温度を測定し、この温度が所定の温度に保持され
るように補助的加熱手段を制御する。

【００２９】

【発明の効果】本発明の傾斜圧延装置によれば、良好な
表面特性を有する管材を製造できる。また本発明の傾斜
圧延装置によれば管材の圧延処理を効率よく行うことが
できる。即ち、Ni基合金管の製管工程の熱間押出し等の
第一工程と引き抜き等の最終工程の間を高生産効率で接
続する管の延伸工程を提供する装置である。また、本発
明の圧延装置を用いれば、異種金属による複合管および
複合棒材を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本実施例の傾斜圧延装置を説明するため
の図である。

【図２】図２(A) は傾斜圧延装置が管材を圧延中の状態
を管材の出側正面から見た図、図２(B) は図２(A) のB-
B 線による断面図、図２(C) は図２(B) のC から見た図
である。

【図３】図３(A) は成形ロールの駆動機構と昇降機構を
管材の出側正面から見た図、図３(B) は成形ロールの駆
動機構と昇降機構を管材の横から見た図、図３(C) は成
形ロールの駆動機構と昇降機構を管材の上面から見た図
である。

【図４】図４(A) は素材サポートの正面図、図４(B) は
素材サポートの側面図である。

【図５】図５(A) は製品サポートの正面図、図５(B) は
製品サポートの側面図である。

【符号の説明】

１・・・パスライン ２ａ，２ｂ，２ｃ・・・成形ロール ４・・・管材 ５・・・マンドレル保持装置 ６ａ，６ｂ，６ｃ・・・ロール駆動モータ ７ａ，７ｂ，７ｃ・・・昇降シリンダ １２・・・製品サポート １３・・・素材サポート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀧澤 英男 埼玉県大宮市北袋町１−297 三菱マテリ アル株式会社中央研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パスラインの管材進行方向に収束する方向
   に交差角α=45 °傾いたロール駆動軸と、 前記ロール駆動軸の先端に取付けられた成形ロールと、 前記ロール駆動軸ごと成形ロールを昇降させ、成形外径
   を決めるロール昇降シリンダと、 前記昇降シリンダの中心軸を軸として所定の傾斜角βを
   成形ロールに与える機構と、をパスライン周りに120 °
   毎に３本均等に有し、さらに、管材を成形方向へ前方よ
   り張力を与える機構と、さらに、管の中空部に成形方向
   の逆向きから挿入可能なプラグを先端に取付けたマンド
   レルシャフトとを有する傾斜圧延装置。
2. 【請求項２】前記管材の外周を無駆動ロールによって低
   圧で抑える振れ止め機構を入口側出口側双方に有する請
   求項１記載の傾斜圧延装置。
3. 【請求項３】熱間加工における補助的加熱手段として、
   成形ロールによる圧延の直前で前記管材の一部を局所的
   に加熱する加熱装置を有する請求項２に記載の傾斜圧延
   装置。