JPH0124563B2 - - Google Patents

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JPH0124563B2
JPH0124563B2 JP57114362A JP11436282A JPH0124563B2 JP H0124563 B2 JPH0124563 B2 JP H0124563B2 JP 57114362 A JP57114362 A JP 57114362A JP 11436282 A JP11436282 A JP 11436282A JP H0124563 B2 JPH0124563 B2 JP H0124563B2
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JP
Japan
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roll
rolling
rolled
angle
rolls
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JP57114362A
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English (en)
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JPS594902A (ja
Inventor
Chihiro Hayashi
Kazuyuki Nakasuji
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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Priority to AU16285/83A priority patent/AU562483B2/en
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Priority to DE19833323232 priority patent/DE3323232A1/de
Priority to US06/508,720 priority patent/US4512177A/en
Priority to FR8310745A priority patent/FR2529481B1/fr
Priority to SE8303709A priority patent/SE464617B/sv
Priority to CA000431444A priority patent/CA1217363A/en
Priority to IT67719/83A priority patent/IT1203830B/it
Priority to BE0/211096A priority patent/BE897182A/fr
Priority to GB08317789A priority patent/GB2123732B/en
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Publication of JPH0124563B2 publication Critical patent/JPH0124563B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B1/00Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/16Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling wire rods, bars, merchant bars, rounds wire or material of like small cross-section
    • B21B1/20Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling wire rods, bars, merchant bars, rounds wire or material of like small cross-section in a non-continuous process,(e.g. skew rolling, i.e. planetary cross rolling)

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は傾斜圧延機を用いて丸棒鋼等の円形断
面金属材を製造する方法に関する。
丸棒鋼は一般にはカリバーロールによる圧延工
程を経て製造されるが、設備費低減等を目的とし
て傾斜圧延機を用いる方法が試られている。
特公昭46−43980号公報に係る「傾斜ロール圧
延機」は中実材を1パスで高圧下できる高加工度
圧延機として著名なものである。第1図は被圧延
材10の出側から示した正面図、第2図は第1図
の―線による断面図、第3図は傾斜角βを示
す側面図である。被圧延材10の入側直径を出側
のそれよりも十分大径とした、片端支持の3個の
コーン型ロール11,12,13(ロール軸心線
をY―Yで示す)がパスラインX―Xを中心にし
てロールハウジング(図示せず)と共に回転する
ようにしたものである。そして本願発明において
重要な要素となる交叉角γ(上記公報ではαとし
ている)は公報中には明記されていないが−50゜
〜−60゜(交叉角γはロール軸端部が被圧延材10
の入口側で接近している状態を正、出口側で接近
している状態を負として表わす)、同じく傾斜角
βが3゜〜6゜となるようにしている。そしてその効
果として被圧延材10の表面ねじれが小さいこと
が挙げられているが、本願発明者等の実験による
場合はポロシテイ等の内部欠陥の改善効果がみら
れず、また円周方向の剪断歪が大きく高品質の丸
棒鋼製造には不適当である。
また「塑性と加工」第7巻第67号及び第10巻第
104号には「ヘリカルロール加工の研究」と題す
る論文が夫々第1報、第2報として掲載されてい
るが、この論文に係る技術は第1〜3図同様に示
す第4〜6図(但し第4図は入側から示す)に表
した如く被圧延材20の周りに配した両端支持の
3個のコーン型ロール21,22,23を夫々に
回転させて、被圧延材20を回転させながら圧延
するものであり、交叉角γが0゜、傾斜角βが0゜〜
14゜の場合についての実験結果について報告して
いる。これによれば円周方向の剪断歪は前述の公
知技術よりも減少すると思われるが、表面ねじれ
が大となる。そしてこの技術により本願発明者等
が行つた実験結果によれば、ポロシテイ等の内部
欠陥の改善効果は十分に得られない。また圧延効
率が悪く前方張力を加えるのが望ましいと報告し
ている。
以上のように従来の傾斜圧延機による丸棒鋼製
造技術には未解決の問題が多く、実用化されてい
ないのが実情である。
本発明は斯かる技術的背景の下になされたもの
であつて、その目的とするところは1パスで高加
工度圧延ができ、生産能率が極めて高い円形断面
金属材の製造方法を提供するにある。
本発明の他の目的は円周方向の剪断歪が極めて
少く、難加工材(熱間変形能が劣悪なもの)の圧
延に際しても、剪断応力に基因して介在物を起点
に内部割れが発生することがない円形断面金属材
の製造方法を提供するにある。
本発明の更に他の目的は連続鋳造によつて製作
されたビレツト(一般にセンターポロシテイを有
している)から円形断面金属材を高能率で製造す
ることを可能とする、即ち円周方向剪断歪を低減
してポロシテイを起点とする内部破壊、所謂マン
ネスマン破壊を防止すると共に、十分な圧延を行
つて、ポロシテイを圧着してそれ自体を減少させ
ることにより、連続鋳造ビレツトからの傾斜圧延
機による円形断面金属材の製造を可能とする方法
を提供するにある。
本発明に係る円形断面金属材の製造方法はパス
ライン周りに臨んで3個又は4個のロールが配設
され、その軸心線は、パスラインと非平行になる
ようにパスライン回りの同方向に傾斜せしめら
れ、且つロールの入側又は出側の軸端が前記パス
ライン側へ向けて接近又は離反するよう傾斜(交
叉)せしめ得るようにしてあり、前記ロールを
夫々の両端にて支持している交叉型の傾斜圧延機
を用い、前記ロールの傾斜角βと交叉角γとが 0゜<γ<15゜ 3゜<β<20゜ 5゜<γ+β<30゜ の条件を満足する状態で棒状の素材の外径を絞
り、延伸圧延する工程を含むことを特徴とする。
次に本発明方法をその実施状態を示す図面に基
き具体的に説明する。
第7図は本発明方法を3ロールで実施する場合
における圧延状態を被圧延材30の入側から示す
正面図、第8図は第7図の―線による断面
図、第9図は傾斜角βを示す側面図である。3個
のロール31,32,33は被圧延材30の出側
端部にゴージ部31a,32a,33aを備え、
ゴージ部を境にして被圧延材30の入側は軸端に
向けて漸次直径を縮小され、また出側は拡大され
て円錐台形をなす入口面31b,32b,33b
及び出口面31c,32c,33cを備えてい
る。このようなコーン型のロール31,32,3
3はいずれもその入口面31b,32b,33b
を被圧延材30の移動方向上流側に位置させた状
態とし、また軸心線Y―Yと、ゴージ部31a,
32a,33aを含む平面との交点O(以下ロー
ル設定中心という。第1図〜第6図とも同様に図
示)を、被圧延材30のパスラインX―Xと直交
する同一平面上にてパスラインX―X周りに略等
間隔に位置せしめるべく配設されている。そして
各ロール31,32,33の軸心線Y―Yはロー
ル設定中心回りに、被圧延材30のパスラインX
―Xとの関係において第8図に示すように前方の
軸端がパスラインX―Xに向けて接近するよう交
叉角γだけ交叉(傾斜)せしめられ、且つ第7
図、第9図に示すように前方の軸端が被圧延材3
0の周方向の同じ側に向けて傾斜角βだけ傾斜せ
しめられている。ロール31,32,33は図示
しない駆動源に連繋されており、第7図に矢符で
示す如く同方向に回転駆動され、これらのロール
間に噛み込まれた熱間の被圧延材30はその軸心
線回りに回転駆動されつつ軸長方向に移動され
る、即ち螺進移動せしめられつつ外径を絞られ高
圧下を受けることになる。
熱間の被圧延材30の断面形状は円形が望まし
いが6角形以上の多角形でもよい。これは被圧延
材を回転させながら圧延する都合上、角が少いも
のでは圧延機への衝撃が大となつて好ましくな
く、4角形断面では不適当である。
さて前述したように本発明方法においてγ、
β、γ+βに前述の如き条件を課している。γの
上限値を15゜としたのは、これ以上では被圧延材
の移動方向の下流側において、ロールチヨツクの
パスラインに最も近い部分とロール端面とで干渉
を起こすからである。また下限値を0゜としたの
は、それ以下、つまりγ=0又は負では被圧延材
の中央部付近での円周方向の剪断変形を解消して
長手方向の寸法精度を確保することが不可能にな
るからである。
βの上限値を20゜としたのはγの上限値規定理
由と同様である。下限値を3゜としたのはそれ以下
では被圧延材中央部付近での円周方向の剪断変形
を小さくし、連続鋳造された被圧延材におけるポ
ロシテイ圧着効果を十分に得ることが不可能だか
らである。
γ+βの上限値を30゜としたのはこれ以上では
上述した如きロールチヨツクとロールとの干渉が
著しくなるばかりでなく、ロールを支持するベア
リングをロールチヨツク内に収めておくことが困
難となり、ロールの両持構造を維持できなくなる
からである。γ+βの下限値を5゜としたのはこれ
以下では実用的圧延能率(速度)を確保できず、
また連続鋳造された被圧延材のポロシテイを圧着
させることが困難になるからである。
上述したγ、β及びγ+βの上限値につき更に
詳しく説明する。
第20〜23図はロール31,32,33を備
える傾斜圧延機の部分断面正面図、第20図のQ
―Q線断面図、側面図及び背面図であり、図示の
如くパスライン出側Fのロール軸2bを固定ハウ
ジング7にチヨツク5を介して支持すると共に、
パスライン入側Eのロール軸2aを回転ハウジン
グ8にチヨツク6を介して支持してある。各チヨ
ツク5,6は、圧下手段9,91の作動によりパ
スラインX―Xの半径方向に沿つてパスラインX
―Xへ接近又は離反できるように構成されてい
る。前記回転ハウジング8は、パスラインX―X
を回動中心とし、固定ハウジング7の案内面7a
に案内され、回動操作手段92により矢符H,I
方向へ正逆回動できるように構成されている。そ
して、傾斜圧延機1は被圧延材料の材質、外径、
温度及び減面率等の条件が与えられると、各ロー
ル31,32,33のゴージ部外径、各ロール3
1,32,33の交叉角γ及び傾斜角βが選定さ
れ、該選定に対応する各チヨツク5,6の位置及
び回転ハウジング8の回動位置が所定位置に設定
される。このように設定された各ロール31,3
2,33の軸線Y―Yは、パスラインX―Xに対
して所定交叉角γで交叉(傾斜)すると共に、所
定傾斜角βで傾斜するのである。このとき、ロー
ル軸2a,2bを直接支持するベアリングを収納
しているベアリングケース5a,6aはチヨツク
5,6内で球面で受けられており(第21図参
照)、ロール軸が任意に交叉かつ傾斜する動きに
追従できる様になつている。
以上3個のロールを有する傾斜圧延機について
説明してきたが、4個のロールを有する傾斜圧延
機の構造も基本的には3個のロールを有する場合
と同じである。すなわち、パスライン周りに120゜
間隔でロールを配設する場合は3個のロールとな
り、パスライン周りに90゜間隔でロールを配設す
る場合は4個のロールとなり、その両端のロール
軸を支持する方法及び構造は同じである。従つて
ロールとロールチヨツクとの干渉に関連して定め
たγ、β、γ+βの上限値の限定理由については
1本のロール軸に着目して説明する。
第24,25図はロール交叉角γを示す模式図
であり、第24図はロールを組み込んだ直後の状
態、第25図はロール交叉角γを15゜に設定した
状態を示す。第25図から理解されるようにγ=
15゜とすればロール端面とチヨツク5とが干渉す
る。第26,27図はロール傾斜角βを示す模式
図であり、第26図はロールを組みこんだ直後の
状態、第27図はロール傾斜角βを20゜に設定し
た状態を示す。第27図からわかるようにβ=
20゜とすればロール端面とチヨツク5とが干渉す
る。
さらに、交叉角γと傾斜角βとを同時に設定す
ると上記の干渉が起こりやすく、γ+β<30゜で
なければ上記のような干渉が発生する。またこの
ように高交叉角、高傾斜角にロール軸を設定しよ
うとすれば、ロール軸はチヨツクの垂直方向に対
して大きな角度で傾きを持つので、ベアリングケ
ース5a,6aをチヨツク5,6の斜線部で保持
できなくなる。
以上のことより、γ、β及びγ+βの上限値が
定まる。
次にγ、β、γ+βの下限値について説明す
る。円形断面金属材に対して2ロールで圧延を行
うと第28図に斜線を付して示すように中央部の
領域にSecondary Tensionと呼ばれる引張応力
が発生する。この引張応力が剪断変形を惹起す
る。
3ロールによる場合は第29図に示すように中
心部を除いた中央部の環状領域に上記引張応力が
発生する。この領域は2ロールの場合に比して小
さいがやはり剪断変形を惹起する。
然るところ本願発明のγ>0゜、β>3゜、γ+β
>5゜の条件を満たす場合は上記引張応力が抑制さ
れ、剪断変形を解消することが可能となるのであ
る。
4ロールによる場合は上記引張応力の発生領域
は一層小さくなりγ、β、γ+βの下限値は各々
0゜、3゜、5゜よりも大きくともよいこととなる。
γ、βの条件を前述した従来技術のγ、βの値
と比較するとγの値が正であることが顕著に相違
しており、これがポロシテイの圧着性向上、円周
方向剪断応力場の除去の抑制に効果を発揮する。
なおロールを両端支持構造とするのはミル剛性を
強化し、スパイラルマークの発生を防止するため
であり、両端支持構造自体は前記「ヘリカルロー
ル加工の研究」によつて公知のことである。
次に本発明方法による効果を明らかにするため
に行つた種々の実施結果について説明する。被圧
延材はいずれもS45C炭素鋼であつて、1200℃に
加熱して圧延した。
実施例 1 円周方向の剪断歪 直径70mm、長さ300mmの母材に対し、第10図
に示す如く軸心方向に平行に5本のピン40
(2.5mmφ)を同一半径上に位置するように埋め込
み、第11図に示すような圧延後におけるピン4
0の流れ(メタルフローを表す)により被圧延材
の横断面における円周方向の剪断歪を調査した。
圧延の条件としては傾斜角β=7゜に固定し、交
叉角γは本発明の範囲である9゜及び本願発明の範
囲外である0゜、−9゜の3通りにし、各交又角につ
き面積リダクシヨンを90%、70%、75%、80%の
4通りに変化させた。その結果をピンの流れを実
線で結んだ図にて第12図に示す。この結果から
面積リダクシヨンが小さい場合には交又角γの影
響に大差はないが面積リダクシヨンが大となるに
つれ円周方向の剪断歪に差異が生じ、γ=9゜の場
合が最も小さいことが明らかである。そしてγ=
9゜の場合には被圧延材の横断面中央部に円周方向
の剪断歪は現れない(メタルフローは直線状を呈
する)がγ=−9゜の場合には横断面中央部を含む
断面内全域に明瞭な円周方向剪断変形が現れる。
なおγ=0゜の場合は両者の中間の状態となる。つ
まりγ>0゜、しかもγの値を大とすることにより
被圧延材の横断面中央部での剪断歪を防止するこ
とができる。円周方向剪断歪が存在しないという
ことは円周方向の剪断応力場が存在しないことを
意味し、従つて本願発明による場合はセンターポ
ロシテイからの亀裂は発生せず、所謂マンネスマ
ン破壊は生じない。
実施例 2 センターポロシテイの圧着性能 直径70mm、長さ300mmの母材中心に2mmφ、4
mmφ、6mmφの孔(センターポロシテイを模擬)
を人工的に穿孔したものを素材として傾斜角β=
3゜〜13゜の間で6通りに変化させて圧延による圧
着程度を調べた。交叉角γは実施例1同様本願発
明の範囲であるγ=9゜と本願発明の範囲外である
γ=0゜、−9゜との3通りとした。なお面積リダク
シヨンは53%(70mmφ→33mmφ)とした。第13
図a,b,cはその結果を示している。
この結果から次の点が明らかである。即ちγ=
9゜の場合は4mmφまでの人工孔がβ=13゜で圧着
するが、γ=−9゜の場合はβ=13゜としても最小
の2mmφの人工孔さえ圧着しない。γ=0゜の場合
は両者の中間であり、β=13゜において2mmφの
人工孔が圧着される。また交叉角γの如何を問わ
ず傾斜角βは人工孔の縮径機能に影響を及ぼし、
βが大である程縮径効果が大きい。
これによりγ>0゜、しかも高交叉角、高傾斜角
に設定する程センターポロシテイの圧着性能が高
くなるということができる。
実施例 3 センターポロシテイの圧着性能 次に連続鋳造によつて得た母材を用いて実際の
センターポロシテイの圧着性能を調べた。
被圧延材は380mmφの大断面連続鋳造鋳片の中
心部を用いて直径70mm、長さ300mmに削り出した
丸鋼であつてこれを面積リダクシヨン78%(70mm
φ→33mmφ)で圧延した。圧延条件は傾斜角β=
4゜、8゜、12゜の3通り、交叉角γ=9゜、0゜、−9゜
の3
通り、合計9通りとした。そして圧延中に圧延機
を停止して途中止め材を作り、半割にしてポロシ
テイの圧延状況を調査した。第14図の写真はそ
の状態を示している。この結果から以下の点が明
らかになつた。
) 交叉角γ=−9゜の場合は母材のポロシテイ
が起点となつて円周方向の剪断応力により欠陥
が拡大する、所謂マンネスマン破壊の現象があ
る。傾斜角βが大きいほどこの傾向は改善され
るが健全な内部性状を得ることは困難である。
) 交叉角γ=9゜の場合は、傾斜角βが低い場
合でもポロシテイが完全に圧着する。
) 交叉角γ=0゜の場合は両者の中間の状態を
示し、傾斜角が大きい場合にはポロシテイの圧
着状況は良い。
このような結果から連続鋳造鋳片を被圧延材と
する場合にはポロシテイを圧着してしまう上でγ
>0゜の高交叉角、且つ高傾斜角が望ましい。
実施例 4 表面ねじれ 前述した2つの公知例の技術に比較して本願発
明が劣る点は表面ねじれである。第15図a,b
に示すように直径70mm、長さ300mmの母材表面の
軸長方向に深さ1mm、幅1mmの溝41を形成した
ものを面積リダクシヨン78%(70mmφ→33mmφ)
にて圧延した。この場合の圧延後の溝41のねじ
れ角(第16図に示す如く軸心線に平行な表面
上の直線と溝痕跡とのなす角)を測定した結果を
第17図に示す。なお圧延条件は傾斜角βが3゜〜
13゜の6通り、交叉角γが9゜、0゜、−9゜の3通り合
計18通りである。この結果から次の点が明らかで
ある。
) γ=−9゜の場合には表面ねじれが小さい。
) γ=9゜の場合には表面ねじれが大きい。但
し、傾斜角βを大きくすることによりこの欠点
を補うことができる。
) γ=0゜の場合は両者の中間となる。
つまり、本願発明の実施に際しては表面ねじれ
を小さくする上で傾斜角βを高目に設定する方が
望ましい。
実施例 5 軸長方向寸法精度 直径70mm、長さ300mmの母材を面積リダクシヨ
ン67%(70mmφ→40mmφ)にて圧延して長手方向
の寸法変化を調べた。圧延条件は傾斜角βが4゜交
叉角γが9゜、0゜、−9゜の3通りである。第18図
a,b,cはその結果を示している。これによれ
ばγ=9゜では±0.10%、γ=−9゜では±0.75%、
γ=0゜では両者の間の±0.17%程度を示し、γ>
0゜が寸法精度を確保する上で有効であることが明
らかである。
実施例 6 圧延速度 直経70mmの母材を面積リダクシヨン78%(70mm
φ→33mmφ)に圧延する場合における圧延速度を
調べた。圧延条件はロール回転数:130R.P.M.、
ロールのゴージ部直径:190mmφであり、傾斜角
βが3゜〜13゜の6通り、交叉角γが9゜、0゜、−9゜の

通りの合計18通りとした。第19図はその結果を
示しており、γ=9゜の場合の圧延速度が最も高速
であり、また傾斜角βが大きくなる程圧延速度が
大となる傾向を示す。従つて圧延能率の向上を図
る上でもγ>0゜、望ましくは高交叉角とし、また
高傾斜角とするのがよい。
以上のように本発明方法による場合はポロシテ
イを起点とする、所謂マンンネスマン破壊を生じ
ることなく傾斜圧延できるので、画期的高加工度
の圧延ラインを実現でき、これによつて丸棒鋼
等、円形断面金属材の生産能率を飛躍的に高める
ことが可能になる。そしてセンターポロシテイの
ある連続鋳造材を母材とする場合もそのポロシテ
イを圧着し得て、亀裂を生じるようなことがなく
連続鋳造機に連続する圧延ラインを実現すること
も可能となり、この面でも生産能率の向上が図
れ、また熱経済上の利益を享受できる。
更に本発明による場合は円周方向の剪断歪が小
さいので介在物を起点に内部割れを生じるような
こともないので難加工材を素材とする場合にも高
能率の製造が可能にな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図は従来の傾斜ロール圧延機の構造を略示
する正面図、第2図は第1図の―線による断
面図、第3図はその傾斜角βを示す側面図、第4
図は従来の丸鋼材の傾斜圧延方法を略示する正面
図、第5図は第4図の―線による断面図、第
6図はその傾斜角βを示す側面図、第7図は本発
明方法の実施に使用する傾斜圧延機の構造を略示
する正面図、第8図は第7図の―線による断
面図、第9図はその傾斜角βを示す側面図、第1
0図は剪断歪測定のための試料の断面図、第11
図はその圧延後の形状の1例を示す断面図、第1
2図は剪断歪の測定結果表示図、第13図a,
b,cは人工孔の圧延後の内径を示すグラフ、第
14図は被圧延材の圧延後における縦断面構造写
真、第15図a,bは表面ねじれ測定のための試
料を示す正面図及び側面図、第16図はその圧延
後の溝形態を示す側面図、第17図は表面ねじれ
測定結果を示すグラフ、第18図a,b,cは軸
長方向寸法精度の測定結果チヤート、第19図は
圧延速度測定結果を示すグラフである。第20図
は傾斜圧延機の部分断面正面図、第21図は第2
0図のQ―Q線断面図、第22図は同側面図、第
23図は同背面図、第24図、第25図は交叉角
の説明図、第26図、第27図は傾斜角の説明
図、第28,29図は剪断変形の説明図である。 31,32,33…ロール、31a,32a,
33a…ゴージ部、31b,32b,33b…入
口面、31c,32c,33c…出口面、30…
被圧延材。
【特許請求の範囲】
1 被圧延材のパスライン回りに回転するハウジ
ングに、夫々軸回りに回転駆動される3又は4個
のロールを、その軸心線がパスラインと非平行に
なるようにパスライン回りの同方向に傾斜角βだ
け傾斜し、またその軸心線が被圧延材のパスライ
ン軸心に対して交叉角γだけ傾斜(交叉)するよ
う軸支した傾斜圧延機を用い、前記傾斜角β、交
叉角γが 3゜<β<45゜ 0゜<γ<60゜ を満足するよう設定して被圧延材をその軸回りに
回転させることなく延伸圧延する工程を含むこと
を特徴とする円形断面金属材の製造方法。
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