JPH0696758B2 - チタン継目無管の製造方法 - Google Patents

チタン継目無管の製造方法

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JPH0696758B2
JPH0696758B2 JP4874689A JP4874689A JPH0696758B2 JP H0696758 B2 JPH0696758 B2 JP H0696758B2 JP 4874689 A JP4874689 A JP 4874689A JP 4874689 A JP4874689 A JP 4874689A JP H0696758 B2 JPH0696758 B2 JP H0696758B2
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篤彦 黒田
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B17/00—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling
    • B21B17/14—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling without mandrel, e.g. stretch-reducing mills

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、純チタンまたはα型チタン合金からなる継目
無管を絞り圧延を含む圧延工程で製造するチタン継目無
管の製造方法に関する。なお、本明細書において、特に
ことわりのない限り、チタンとは純チタン、α型チタン
合金を意味する。
〔従来の技術〕
工業的に使用されているこの種のチタンには、ASTM Gr
−1,2,3,4およびASTM Gr−7(Ti−0.15Pd)、Gr−12
(Ti−0.3Mo−0.8Ni)、Gr−6(Ti−5Al−2.5Sn)等が
あり、これらは化学工業用配管等として使用されてい
る。
チタンからなる化学工業用配管は、通常継目無管であ
り、チタン継目無管は、従来は熱間押出し法として代表
的なユージン法によって製造されるのが、一般的とされ
ている。しかし、ユージ法は製造能率が低く、能率面か
ら言えばマンネスマンピアサーに代表される継目無管連
続製造ラインで製造するのが望ましく、既に一部では
「Titanium Alloy:vol.1(1982)P313〜320」に示され
るように傾斜ロール穿孔圧延機による加工の試みが開始
されている。
また、継目無管連続製造ラインによるチタン継目無管の
製造については、本出願人もその開発を続けており、既
に幾つかの新しい事実が判明し、特願昭62−153978号、
特願昭63−23317号等でその事実を基礎とした新規なチ
タン継目無管の製造方法を提案している。
継目無管連続製造ラインでチタン継目無管を製造する場
合、先ず、傾斜ロール穿孔圧延機でチタンからなる加熱
ビレットが穿孔圧延されて中空のホローピースとなる。
得られたホローピースは、引き続きマンドレルミルまた
はプラグミルで延伸圧延されてホローシェルとされる。
延伸圧延後には必要に応じて再加熱後、ストレッチレデ
ューサーで絞り圧延、またはサイザで定径圧延される。
〔発明が解決しようとする課題〕
このような継目無管連続製造ラインによるチタン継目無
管の製造では、最終圧延工程にストレッチレデューサー
による絞り圧延を採用した場合に、最終圧延後のチタン
継目無管に普通鋼等の場合よりも顕著な内面角張りと呼
ばれる形状不良が発生する。これは、第2図に示すよう
に、管内面が六角形になって肉厚が周方向で不均一にな
る現象であり、この現象にともなって最終圧延後のチタ
ン継目無管に対しては、相当量の内面切削加工が必要に
なる。その結果、切削による能率低下および歩留り低下
が生じる。
本発明は、最終圧延を絞り圧延で行った場合に問題とな
る内面角張りを、問題のない程度に抑止し得るチタン継
目無管の製造方法を提供することを目的とする。
〔問題を解決するための手段〕
本発明者らは、継目無管連続製造ラインによるチタン継
目無管の製造について研究を続けており、その過程で今
回、絞り圧延で問題となる内面角張りに関して次のよう
な知見を得た。
チタンからなるホローシェルをストレッチレデューサー
で絞り圧延した場合、内面角張りが同一条件で圧延した
普通鋼の場合よりも顕著になるが、それは、延伸圧延後
で形成される集合組織が絞り圧延中に更に発展すること
が原因である。
すなわち、ストレッチレデューサーによる絞り圧延で
は、ホローシェルの内面側が拘束されていないために、
その材質に関係なく内面角張りが生じるわけであるが、
チタン製ホローシェルの場合は、絞り圧延中に発展する
集合組織により変形が等方的に行われず、内面角張りが
助長されるのである。
ホローシェルが鋼の場合は、ストレッチレデューサーの
ロール設計等で内面角張りを支障ない程度に抑制する技
術が開発されているが、鋼の場合よりも顕著な内面角張
りが生じるチタンの場合は、前述したように相当量の内
面切削を余儀なくされる。
チタンで顕著な内面角張りを生じる原因が延伸圧延後に
生じる集合組織の発展にあるならば、延伸圧延後に集合
組織が形成されないようにすれば、チタンでの内面角張
りは、鋼と同程度に抑制され、既存の対策で支障ない程
度に抑制される、延伸圧延後に形成される集合組織につ
いては、延伸圧延中および延伸圧延後から絞り圧延前ま
での間にホローシェルがβtransus以下に冷却される時
点の変態によることが判明した。また、この変態による
集合組織は、延伸圧延後の冷却速度を意図的に増加させ
ることでその形成が防止でき、これによりチタンにおけ
る内面角張りの問題が解決できることも明らかとなっ
た。
本発明は、斯かる知見に基づきなされたもので、ストレ
ッチレデューサーによる絞り圧延を含む圧延工程でチタ
ン継目無管を製造する際に、絞り圧延前の圧延工程にお
ける圧延機出口温度をβtransus−150℃以上、1100℃以
下とし、この温度域から材料温度を空冷以上の速度で60
0℃以下まで低下させた後、650℃以上、βtransus以下
に再加熱してから絞り圧延を行うことを特徴とするチタ
ン継目無管の製造方法を要旨とする。
〔作用〕
以下に、本発明のチタン継目無管の製造方法における条
件限定理由を説明する。
絞り圧延前の圧延工程は、マンネルマンピアサー等の継
目無管連続製造ラインでは延伸圧延工程であり、延伸圧
延後にストレッチレデューサーによる絞り圧延が実施さ
れる場合は、この延伸圧延はマンドレルミルにて実施さ
れる。
絞り圧延を含む継目無管製造ラインでは、通常、第1図
(a)に示すように、所定温度に加熱されたビレットが
ピアサーにより穿孔されてホローシェルとなり、引き続
きマンドレルミルにより延伸圧延される。この間、材料
温度は降下し続ける。延伸圧延により得られたホローシ
ェルは直ちに再加熱炉に送られ、所定温度に再加熱後、
ストレッチレデューサーによる絞り圧延を受ける。
このような従来方法に対し、本発明の製造方法では、第
1図(b)に示すように、延伸圧延機出口温度Tsを管理
した上で、延伸圧延後のホローピースを一旦空冷以上の
冷却速度で所定の冷却終了温度Tfまで急冷し、その後、
所定再加熱温度Trまで再加熱して、ストレッチレデュー
サーによる絞り圧延に供する。
急冷前の圧延機出口温度Tsがβtransus−150℃未満の場
合は、圧延終了時点で組織がα相に変態し、かつ集合組
織が形成されているために、内面角張りが解消されな
い。逆に、この圧延機出口温度Tsが1100℃超では、圧延
加工開始前(継目無管連続製造ラインでは穿孔圧延前)
の加熱温度が1200℃を超え、このような高温の加熱では
スケールロスが多くなって外面肌荒れが生じる。したが
って、絞り圧延前の圧延工程における圧延機出口温度Ts
は、βtransus−150℃以上、1100℃以下とする。
また、上記圧延機出口での材料冷却速度が空冷より遅い
と、冷却途中に変態集合組織が形成され、絞り圧延後の
内面角張りが顕著になる。したがって、上記圧延機出口
での冷却は、空冷以上の急冷とする。この場合、冷却終
了温度Tfが600℃超では、上記急冷の効果がなく、結果
的に絞り圧延後に内面角張りを抑止することは不可能に
なる。したがって、冷却終了温度Tfは600℃以上とす
る。ここで、空冷以上とは、自然放冷、強制空冷および
強制空冷よりも冷却速度が大きい水冷等のことであり、
1℃/sec程度以上の冷却を指す。
上記冷却後は、再加熱を経て絞り圧延が行われるが、こ
の再加熱温度Trがβtransus超であれば、管内面にガス
吸収硬化層が形成され、絞り圧延後に内面肌荒れが生じ
る。また、650℃未満では絞り圧延中に割れが生じる。
したがって、絞り圧延前の再加熱温度Trは、650℃以
上、βtransus以下とする。
なお、上記圧延機出口温度Ts、冷却終了温度Tfは材料表
面温度を指す。
〔実施例〕
次に、本発明の製造方法をその実施例について詳述す
る。
純チタンであるASTM Gr−3(βtransus915℃)からな
る直径150mmのビレットを加熱後ピアサーにて穿孔し、
引き続きマンドレルミルによる延伸圧延にて直径110m
m、肉厚9mmのホローピースとした。マンドレルミル出口
においてはホローピース温度を種々に管理するととも
に、その管理温度から徐冷、空冷(自然放冷)、水冷の
3種類の冷却法でホローピースを種々の温度に冷却し
た。その後、ホローピースを再加熱炉へ搬送し、種々の
温度に再加熱して、3ロール23スタンドのストレッチレ
デューサーによる絞り圧延で直径60mm、肉厚9.5mmの継
目無管に仕上げた。
マンドレルミル出口温度、冷却終了温度は外面温度で管
理し、外面温度は500℃以上は放射温度計、500℃以下は
表面温度計で夫々測定した。また、ホローピースに対す
る徐冷とは、マンドレルミルを出たホローピースの外表
面を断熱材でくるんでその冷却を抑えたもので、この場
合はホローピース外表面に熱電対を接触させて外表面の
温度管理を行なった。
絞り圧延によって得られた継目無管からは、その長手方
向中央部より10mm厚の管サンプルを採取した。そして、
各管サンプルの円周方向に15度ずつ合計24点でマイクロ
メータにより肉厚を0.001mm単位で測定し、測定データ
のうちの最大値と最小値との差を肉厚の平均値で割った
ものを肉厚のばらつきとした。そのデータを第1表に製
造条件とともに示す。
また、同一の製管ラインで炭素鋼(S20C)の継目無管を
製造した場合、20本の平均の肉厚のばらつきは6.0%、
であったので、上記チタン継目無管については、肉厚の
ばらつきが上記炭素鋼より大きい6.0%超のものを×、
これ以下のものを○で評価した。
第1表から明らかなように、延伸圧延にホローピースを
再加熱炉へ直送した従来方法場合(NO.14)は、肉厚の
ばらつきは10%を超えている。また、延伸圧延後のホロ
ーピースを意図的に冷却しても、マンドレルミル出口温
度が高い場合(NO.1)は外面に激しい肌荒れが生じ、再
加熱以降の圧延は不可能であった。逆に出口温度が低す
ぎる場合(NO.6)、冷却速度が不足する場合(NO.8,1
0)、冷却終了温度が高すぎる場合(NO.13,16,17)、再
加熱温度が高い場合(NO.18)および低い場合(NO.23)
は肌荒れや割れが生じたり、肉厚のばらつきが6.0%を
超えている。しかるに、これらの条件が適正な本発明の
製造方法による場合(NO.2〜5,7,9,11,12,15,19〜22)
は、肉厚のばらつきは6.0%以下に抑制され、炭素鋼の
場合(6.0%)よりも優れるものも多い。また、肌荒れ
や割れも生じていない。
次に、α型チタン合金についての例を説明する。α型チ
タン合金として代表的なASTM Gr−6であるTi−5Al−2.
55Sn(βtransus1030℃)を素材として、直径180mmのビ
レットを上記例と同様の手順で直径110mm、肉厚8.5mmの
継目無管に仕上げた。
製造された継目無管の製造条件および肉厚のばらつきを
第2表に示す。同表から明らかなように、α型チタン合
金の場合も本発明の製造法方法により、内面角張りが炭
素鋼と同等もしくはそれ以下に抑制される。
〔発明の効果〕 本発明のチタン継目無管の製造方法は、純チタンまたは
α型チタン合金からなる継目無管を、絞り圧延を含む連
続継目無管製造ラインで製造した場合に問題となる内面
角張りを、炭素鋼と同程度乃至はそれ以下に抑制するこ
とができる。したがって、内面切削にともなう工数およ
び歩留り低下が最小限に抑制され、用途によっては切削
を省略することも可能となり、難加工材であるチタン継
目無管が炭素鋼管等と同様に能率よく製造され、その製
造コストが著しく引き下げられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明法におけるヒートパターンを従来法と比
較して示した線図、第2図は内面角張りの説明図であ
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】絞り圧延を含む圧延工程でチタン継目無管
    を製造する際に、絞り圧延前の圧延工程における圧延機
    出口温度をβtransus−150℃以上、1100℃以下とし、こ
    の温度域から材料温度を空冷以上の速度で600℃以下ま
    で低下させた後、650℃以上、βtransus以下に再加熱し
    てから絞り圧延を行うことを特徴とするチタン継目無管
    の製造方法。
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