チタン合金管は、チタン合金を精密に製作した特殊配管であり、軽量・高強度・耐高温性・耐食性といった優れた特性により、多くの産業分野で高い評価を得て広く活用されています。優れた機械的特性とプレス加工性に加え、溶接などの加工が可能で、溶接部の強度は母材とほぼ同等、さらに良好な切削加工性を備えていることから、チタン合金管は化学機器、石油、電力、海水淡水化、建築、一般民生品を含む各分野で代替不可能な役割を果たしています。
チタン合金管の製造工程において、加工技術の精度は製品最終の性能と品質を直接左右します。溶解から最終鍛造まで、全工程が厳格に管理・最適化されています。
溶解工程では、先進的なプラズマガンまたは電子ビームガン技術を用い、スポンジチタンと中間合金の混合原料を直接溶解し、高純度の中空管状インゴットを製造します。この工程では原料配合比、溶解温度、溶解時間などのパラメータを精密に制御し、インゴットの化学成分と金属組織を最適な状態に保ちます。従来の柱状チタン合金インゴットに対しては、穴あけ加工を施して素管を作製し、チタンスクラップを回収・再溶解することで材料利用率の向上とコスト削減を実現しています。
次は鍛造工程で、チタン合金管の成形における重要な工程です。鋳造素管を規定温度まで加熱した後、3回の半径方向鍛造を行います。各鍛造工程ではマンドレルを交換し、素管の変形量と移動速度を厳しく管理します。一連の鍛造を経て、素管の断面形状は当初の外四角内円から外八角内円へと変化し、最終的に真円に成形されます。この工程における温度と速度の制御は極めて重要で、管材の機械的特性、金属組織、表面品質に直接影響を及ぼします。また、鍛造中に先進の検査技術と品質管理手法を導入し、製品のあらゆる項目を規格に適合させ、多様な顧客のニーズと使用環境に対応しています。
継ぎ目無しチタン合金素管の斜転圧延穿孔は、2ロール斜転圧延穿孔と3ロール斜転圧延穿孔の2種類に分けられます。3ロール斜転圧延穿孔がチタン合金に活用される要因には、チタン合金素材自体の改良による加工性向上と、同穿孔プロセスの改良・最適化が挙げられます。
2ロール斜転圧延穿孔で製造したチタン素管は、内外表面に剥離、折れ込み、管端割れなどの欠陥が発生しやすく、寸法精度も低いため、高品質な素管の製造には不適です。2ロール方式を基に開発された3ロール斜転圧延穿孔は、高い寸法精度と良好な内外表面品質を持つ素管の製造が可能なだけでなく、外径と肉厚の比が10を超える薄肉素管の生産にも対応でき、生産効率を大幅に高めます。このことから、3ロール斜転圧延穿孔は2ロール方式に比べて明らかな優位性を有しています。一部企業の技術改良では、2ロール設備に3ロールの成熟した設計プロセスが導入されています。また、3ロール斜転圧延機の固有の技術特性により、同方式はチタン合金の穿孔工程で広く普及しています。
チタン管を再穿孔する場合、1回目の圧下量が小さく変形が少ないため、マンドレルの強度を確保した上で、1回穿孔よりも加工が容易です。圧下量が少ないことで内部折れ込みの発生が抑えられ、内面欠陥が減少します。再穿孔時の軸方向抵抗も低く、適切に圧下量を配分することで内面欠陥を大幅に低減できます。
1回穿孔では加熱サイクルが1回のみとなります。チタン合金はステンレス鋼より熱伝導率が低いため、再穿孔においても原則として加熱サイクルは1回とされています。ただし、加工するチタン管の仕様に応じ、最適な加熱回数については今後の研究で検証する必要があります。
1パス穿孔では大きな圧下量が必要となるため、同仕様のチタン管を加工する際、1パス穿孔の回転数は高く設定されます。2回に分けて穿孔する場合、1回目の圧延機回転数を抑えられ、素管の表面品質が良好になります。
