JPS6310033A - リング圧延方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、リング状の金属素材を熱間圧延するリング圧
延方法に関する。

（従来の技術） リング状圧延材の内周側と外周側に配置された一対のワ
ークロールにより、該圧延材を内・外から挟持し、該圧
延材を圧延するリング圧延方法は周知である。

一般に、熱間圧延では、所定の温度範囲で加工しないと
、割れが生じたり、また結晶構造が変化したりして製品
に欠陥が生じる為、温度管理が厳密に行なわれている。

この温度管理を行うためには圧延材の全体にわたってそ
の温度分布を測定する必要があるが、一般の圧延では圧
延材の形状が単純であるから、部分的な温度測定で全体
の温度分布を予測することが可能である。

従って、一般の圧延では全体の温度測定を行うことなく
部分的な温度測定により温度管理が行なわれている。リ
ング圧延においても同様の温度管理が行なわれており、
圧延材が所定の温度域がら外れると圧延を中断し、再加
熱を繰返していた。

また、°リング圧延では、ワークロールの圧下速度、回
転数によって時々刻々加工率、歪速度が変化し、圧延が
進行するに従って肉厚が薄くなっていく。この肉厚減少
は表面積の増加をうながし放熱量の増加を招き、温度低
下による変形抵抗の増大を起こす。従って、圧延材が圧
延可能な温度範囲にあっても、圧延条件（圧下速度、回
転数）が一定の場合、所定温度以下になると圧延機の能
力の限界に達する（圧下荷重の最大値、ロール駆動モー
タの最大電流値に達する）。このように、圧延機の能力
の限界に達した場合も、圧延を中断し、再加熱を繰返し
ていた。

（発明が解決しようとする問題点） 従来のリング圧延は、部分的な温度管理と、圧延機の能
力面から圧延材の再加熱が行なわれており、その再加熱
回数が多く、生産性が著しく低かった。

特に、チタン及びチタン合金では、圧延可能な温度範囲
が狭いため、再加熱回数が多く、生産性が著しく悪かっ
た。

即ち、チタンおよびチタン合金を加熱してリング圧延を
行なう場合、材料特性上温度範囲の制約を受ける。Ｔｉ
−６Ａｌ−４Ｖの場合、加熱していくとα＋β相から９
８５℃でβ相に変態する。このβ相でリング圧延を行な
うと、圧延後の製品の延性および靭性は極端に低下する
。一方、６００℃以下の低温でリング圧延を行なうと割
れを生じたり、内部に欠陥を発生し、健全な製品が得ら
れなかった。

更に、リング圧延の場合、時としてロールにプロファイ
ル形状を持たし複雑な表面形状をもつ製品を作る事がし
ばしばなので、軸方向の温度分布は複雑になり、解析的
に予じめ温度分布を予測する事は極めて困難である。ま
た、圧延材を機械にセントする段階で、ロールとの接触
で一部分が極端に温度低下する場合があり、周方向の温
度分布も複雑になり、予じめ温度分布を予測する事は難
しい。さらに、ロール形状、素材形状いかんによっては
、圧延中、軸方向のスラスト力が材料に加わり、端面が
構造物との摩擦によって極端に温度が上昇する場合もあ
り、この点においても予じめ温度分布を予測する事は極
めて困難である。

即ち、第５図に軸方向の温度分布の一例を、第６図に、
第５図のＡ−Ａ線の部分における周方向の温度分布の一
例を示す如く、その温度分布は極めて複雑である。第５
図は、同じ鋳塊から取り出し、鍛造、リング鍛造をへて
、予じめ定められたスケジュールにて過去２回加熱リン
グ圧延を行なった２つの材料の第３回加熱目圧延終了直
後の軸方向の温度分布である０本来ならば２つの材料は
同じ温度分布を示すはずであるが、実際には異なってし
まう、特に、Δ印は下端面で温度が上昇しているが、○
印は逆に降下している。また、本来なら、圧延材端面ば
中央部に比べて温度が低くなるはずだがΔ印は圧延中、
構造物との摩擦によって温度上昇を起こしている。この
ように、過度の摩擦発熱があれば部分的に結晶構造が変
ってしまうおそれがある。第６図の中央部付近の低温域
は、その周辺に対して低くなっているが、これは圧延直
前にロールとの接触時間が長かった為に熱がうばわれた
部分である。

このように、リング圧延においては、軸方向で約１００
℃以上、周方向で３０〜５０℃の開きがあり、複雑な温
度分布をもつ。これらの現象は、全体の温度を常時計測
していないと観測されず、予じめ解析的に予測すること
は極めて困難である。

しかし、従来の技術では、軸方向、周方向の複雑な温度
分布を計測する事なく、部分的な温度計測により圧延さ
れていたから、欠陥、オーバーヒートにより製品自体の
商品価値がなくなってしまうものが形成される危険性を
もっていた。

そこで、本発明は、圧延材の外表面全体の温度を計測し
ながら、予じめ定められた温度域から一点でも外れると
圧延を中止すると共に、圧延条件を変化させて圧延機の
能力を最大能力で発揮できる条件にて圧延を行うように
したリング圧延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） 上記目的を達成するため、本発明は、次の手段を講じた
。即ち、本発明の特徴とする処は、リング状圧延材の内
周側と外周側に配置された一対のワークロールにより、
該圧延材を圧延する方法において、 前記圧延材の外周面温度を全面にわたって計測し、該計
測温度があらかじめ設定した温度範囲を満足するよう、
ワークロールの圧下速度および／またはワークロールの
回転数を制御する点にある。

（作　用） 本発明は、リング圧延中の温度の低下あるいは過度の上
昇を圧延条件の制御によって防止し、再加熱を繰返すこ
となく圧延できる生産性の高い方法を提供するものであ
る。

第４図は、Ｔｉ−６Ａｊ−４Ｖのリング６００φｔｏ　
Ｘ　８５６φ００から１７００φ００まで圧延した場合
の表面温度、平均温度、中心温度の変化を示した例で、
ワークロールの圧下速度（送り速度）を０．１ｍｍ／ｓ
ｅｃと１．０　ｍ／ｓｅｃの２種類で圧延している。

この図にみられるごとく、圧下速度によって圧延材の温
度は大幅に変化する。特に圧下速度が高いと、材料内の
加工発熱量が増大するとともに、圧延時間の短縮により
放熱量が減少することにより、温度の保持あるいは上昇
が可能となる。これはワークロールの回転数によっても
同様の効果が達成できる。

すなわち、圧延中に圧延材の温度を全面にわたって計測
し、素材成分に応じた最適な温度範囲を設定し、この範
囲を満足するようワークロールの送り速度（圧下速度）
および／あるいはワークロールの回転数を制御すること
により、圧延材の温度の保持が可能となるものである。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基き説明する。

第１図に示すものは、本発明に使用するリング圧延機１
の概略図であり、該圧延機１は、リング状圧延材２の内
周側と外周側に配置された一対のワークロール３．４を
有する。以下、圧延材２の内周側のワークロール３をマ
ンドレルロール、外周側のワークロール４をキングロー
ルと云う。

前記マンドレルロール３は遊転自在に設けられ圧下装置
５によって所定の圧下速度ｆｒでキングロール４に対し
て接離自在に移動する。このマンドレルロール３には、
マンドレル荷重計６が設けられ、圧延荷重Ｐを計測する
。

キングロール４の位置は固定されており、駆動装置７に
よって所定回転数Ｎで回転駆動されている。この駆動装
置７には、キングロールモータの電流計８が設けられ、
キングロール電流■を計測している。

９は温度測定器であり、リング状圧延材２の外表面の全
面の温度分布θを測定するものである。

１０は外径測定器であり、前記圧延材２の外径りを計測
する。

前記圧下装置５、荷重計６、駆動装置７、電流計８、温
度測定器９及び外径測定器１０は、中央処理装置１１に
電気的に接続されている。

第２図は、本発明の実施例を示すフローチャートである
。この場合は、キングロール４の回転数Ｎは、圧延材２
の回転数が一定になるよう制御されており、温度の制御
に対してはマンドレルロール３の圧下速度（送り速度）
ｆｒでのみ制御している。

尚、第２図における記号は、下記の通りである。

（設定条件）：最低温度　　　ＴＬ 最高温度　　　ＴＨ 製品外径　　　Ｄ。

初期回転数　　Ｎ。

初期送り速度　ｆｒ。

キングロール電流限Ｉ。

マンドレル荷重限　Ｐ。

送り速度変分量　Δｆｔ サンプリング間隔　Δｔ （設定値）；　表面温度　θ（Ｚ、ｒ　）２：軸方向、
ｒ：周方向 キングロール電流　■ マンドレル荷重　　Ｐ 外　　径　　　　　　　Ｄ 前記第２図のフローチャートを詳述すれば、まず、上記
設定条件の各パラメータが中央処理装置１１に入力され
る。次に、リング状圧延材２が第１図のように圧延機１
にセットされ、前記設定条件に従って圧延が開示される
。圧延中は、温度測定器９により、圧延材２の軸方向θ
（Ｚ）、周方向θ（ｒ）の温度が、外表面全面にわたっ
て計測され、かつ圧延材２の外径りが外径測定器１ｏに
よって計測される。これら計測値は中央処理装置１１に
伝達される。

中央処理装置１１では、計測された温度θ（ｚ、ｒ）が
最低設定温度ＴＬと最高設定温度Ｔ、内にあるか否かを
判断し、設定値内にあるときは同条件で圧延を継続し、
一点でも上記設定範囲外になると、マンドレルロール３
の圧下速度ｆｒが所定の送り速度変分量Δｆｔに従って
増減される。すなわち、最高設定温度ＴＨを越えた場合
は減速され、最低設定温度ＴＬを越えた場合は増速され
る。

更に、電流計８によりキングロール電流■が計測され、
かつ、荷重計６によりマンドレル荷重Ｐが計測され、こ
れらの値が、圧延機１の能力以内にあるか否かを中央処
理装置１１で判断し、能力内であれば更に圧延を継続し
、能力限界に達すれば圧延を中止する。

一方、前記外径測定値りにより、周期一定になる様キン
グロール４の回転数が制御され、該外径値りが製品寸法
Ｄｏに達すると圧延が中止される。

前記第２図に従った圧延によれば、これまで３回に分割
して再加熱圧延していたのが、１回で終了さすことがで
きた。またその時の圧延直後の温度分布を従来の方法に
よる温度分布と併せて第３図に示す。第３図において、
Ｏ印は従来の方法、０印は本発明の実施例を示す、この
第３図から明らかな如く、本発明の実施例では、約４０
〜５０℃温度が上昇しており、圧延終了後、機械加工を
経た後の欠陥調査でも良好な結果が得られた。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、温
度制御に対してキングロール４の回転ＢＮを制御するも
のであっても良く、または、キングロール４の回転数Ｎ
とマンドレルロール３の圧下速度ｆｒの両方を制御する
ものであってもよい。

（発明の効果） 本発明によれば、圧延材の外表面の全体の温度が計測さ
れて制御される為、部分的な温度の上昇または下降によ
る欠陥が生じることがない、しかも、ワークロールの圧
下速度および／または回転数で温度制御がされているの
で、圧延機の能力の最大限で圧延することができ、再加
熱回数が減少し、生産性の向上が図られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に使用するリング圧延機の概略構
成図、第２図は本発明の実施例を示すフローチャート、
第３図は本発明の実施例と従来例との比較を示す温度分
布のグラフ、第４図は加工条件によって圧延材料の温度
が変化することを示すグラフ、第５図は従来例による圧
延材の軸方向の温度分布グラフ、第６図は従来例による
圧延材の周方向の温度分布グラフである。 １・・・リング圧延機、２・・・リング状圧延材、３・
・・ワークロール（マンドレルロール）、４・・・’７
−クロール（キングロール）、５・・・圧下装ｙｔ、６
・・・荷重計、７・・・駆動装置、８・・・電流計、９
・・・温度測定器、１０・・・外径測定器、１１・・・
中央処理装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）リング状圧延材の内周側と外周側に配置された一
   対のワークロールにより、該圧延材を圧延する方法にお
   いて、 前記圧延材の外周面温度を全面にわたって計測し、該計
   測温度があらかじめ設定した温度範囲を満足するよう、
   ワークロールの圧下速度および／またはワークロールの
   回転数を制御することを特徴とするリング圧延方法。