JP2008246549A

JP2008246549A - 電縫管突き合わせ溶接用スクイズロール及びその製造法

Info

Publication number: JP2008246549A
Application number: JP2007092784A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Watanabe; 靖渡辺; Masayoshi Akiyama; 雅義秋山
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2008-10-16

Abstract

【課題】熱間で製管される電縫鋼管の溶接部の近傍におけるロール疵の発生を抑制し、これにより、ロール疵がもたらす外観品質の低下や不良品の発生を抑制する。
【解決手段】少なくともフランジ部６ａ，６ｂの表面に、粒径が２０〜６０μｍのＮｂＣを体積比で２０〜５０％含む、プラズマ粉体肉盛によるステライト−ＮｂＣ複合被膜を、１〜６ｍｍの厚さ備える電縫鋼管突き合わせ溶接用スクイズロール５ａ，５ｂを用いてオープンパイプ３を溶接し、電縫鋼管２を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電縫管突き合わせ溶接用スクイズロール及びその製造法に関し、具体的には、熱間で製管される電縫鋼管の溶接部の近傍におけるロール疵の発生を抑制することができる電縫管突き合わせ溶接用スクイズロール及びその製造法に関する。

図１は、電縫鋼管２の製造工程１を模式的に示す説明図であり、同図における引出し図はＡ矢視図である。同図に示すように、はじめに、素材である帯鋼を成形ロール（図示しない）により徐々に丸く成形しながら、オープンパイプ３とする。次に、このオープンパイプ３を、二つの端部３ａ、３ｂが下部に位置する姿勢で、その軸方向へ搬送しながら、オープンパイプ３の外周に離間して配置されるワークコイル４の作用によりＶ字に開口する部分の近傍のみを約１４００℃に加熱しながら、垂直配置された一対のスクイズロール５ａ、５ｂによってオープンパイプ３を水平方向へ加圧してオープンパイプ３の端部を圧接して溶接部２ａを形成することにより、電縫鋼管２を製造する。

このようにして製造される電縫鋼管２は、素材として、表面性状が良好な帯鋼を冷間加工のままで用いるので、寸法精度が高く、かつ表面状態が良好であり、長大な管も安定して容易に製造可能である。このため、電縫鋼管２は、一般構造用のみならず、ボイラーチューブや機械構造用等の高級管にも広く採用される。

しかし、スクイズロール５ａ、５ｂによる溶接時に、オープンパイプ３の端部３ａ、３ｂの近傍の温度は、上述したように１４００℃程度の高温に達する。このため、図１におけるスクイズロール５ａ、５ｂのフランジ部分６ａ、６ｂは焼き付き易く、溶接に伴って発生するノロやスパッター等の異物（以下、単に「異物」という）が付着し易い。このため、フランジ部分６ａ、６ｂに付着した異物が、スクイズロール５ａ、５ｂとオープンパイプ３との間に噛み込み、電縫鋼管２の溶接部３ｃ周辺に、筋状の凹み疵であるロール疵が発生する。このため、電縫鋼管２の特徴の一つである優れた外観品質を損なったり、発生したロール疵の程度によっては不良品を多数製造することとなり、歩留りの低下を招くこともある。

このロール疵の発生対策として、スクイズロールの母材となるロールの表面に、例えばステライト１２をベースとする合金からなる皮膜を形成していたが、１４００℃近い高温の溶接部２ａとスクイズロールのフランジ部分６ａ，６ｂとが長時間接触するので、溶接の際の押し付けにより発生するノロやスパッターがスクイズロールのフランジ部分６ａ，６ｂに焼き付いて付着し、オープンパイプ３とスクイズロールとの間に噛み込み、ロール疵が発生していた。

特許文献１には、Ｔｉ合金やステンレス鋼等の難加工性材料の熱間加工用工具、特にプラグミル圧延に使用されるプラグ等の製管用工具や、管端部のアプセット加工用工具等に用いるのに好適であって、母材の表面に２０〜７０体積％のＮｂＣ粒子を含むプラズマ粉体肉盛りによる金属−炭化物複合被膜と、この複合被膜の最表面に形成する酸化物被膜とからなる二層被膜を備え、被加工材との間に焼きつきを生じないことから疵の発生を抑制できる熱間加工用工具に係る発明が開示されている。

特許文献２には、特許文献１に開示された用途と同様の用途であって、母材の表面に２０〜７０体積％のＮｂＣ粒子を含むプラズマ粉体肉盛りによる金属−炭化物複合被膜と、この複合被膜の最表面に形成するニオブ酸化物と鉄酸化物を主成分とする酸化物被膜とからなる二層被膜を備え、被加工材との間に焼きつきを生じないことから疵の発生を抑制できる熱間加工用工具に係る発明が開示されている。

さらに、特許文献３には、特許文献１、２に開示された用途と同様の用途であって、母材の表面に、平均粒径が６５〜１３５μｍの炭化物粒子を体積比で２０〜５０％含む金属−炭化物複合被膜を形成され、被加工材との間に焼きつきを生じないことから疵の発生を抑制できる熱間加工用工具に係る発明が開示されている。
特開平６−３１５７０４号公報特開平８−６７９９１号公報特開平８−６６７０５号公報

特許文献１〜３の本文に明記されるように、特許文献１〜３により開示された発明は、いずれも、１０００〜１２００℃の温度条件下で使用される熱間加工用工具に関するものである。これに対し、上述した電縫管突き合わせ溶接用のスクイズロールは溶接時には約１４００℃という極めて高温の環境下で使用される。

このため、特許文献１〜３に記載された発明を電縫管突き合わせ溶接用のスクイズロールに適用しても、約１４００℃という温度条件ではスクイズロール５ａ、５ｂのフランジ部分６ａ、６ｂにスパッターやノロが付着することを防止できない。このため、これらの発明によっても、スクイズロール５ａ、５ｂのフランジ部分６ａ、６ｂに付着したこれら異物がスクイズロール５ａ、５ｂとオープンパイプ３との間に噛み込むことに起因したロール疵の発生を抑制することはできない。

本発明は、電縫管突き合わせ溶接用スクイズロールの少なくともフランジ部の表面に形成する複合被膜を特定の複合被膜とすることにより、熱間で製管される電縫鋼管の溶接部の近傍におけるロール疵の発生を抑制でき、これにより上述した課題を解決することができるという新規な知見に基づくものである。

本発明は、少なくともフランジ部の表面に、粒径が２０μｍ以上６０μｍ以下のＮｂＣを体積比で２０％以上５０％以下含む、プラズマ粉体肉盛によるステライト−ＮｂＣ複合被膜を、１ｍｍ以上６ｍｍ以下の厚さ備えることを特徴とする電縫鋼管突き合わせ溶接用スクイズロールである。

別の観点からは、本発明は、電縫鋼管突き合わせ溶接用スクイズロールの母材であるロールにおける少なくともフランジ部の表面に、ステライトと粒径が５０μｍ以上１００μｍ以下であるＮｂＣとを体積比で２０％以上６０％以下混合したパウダーをプラズマ粉体肉盛りすることにより、上述した本発明に係る電縫鋼管突き合わせ溶接用スクイズロールを製造することを特徴とする電縫鋼管突き合わせ溶接用スクイズロールの製造法である。

これらの本発明における「ステライト」とは、高温硬さ、耐摩耗性及び耐食性に優れた鋳造用Ｃｏ−Ｃｒ合金を意味し、具体的には、質量％で、Ｃ：０％以上２％以下、Ｃｒ：２５％以上３０％以下、Ｗ：４％以上１５％以下、残部Ｃｏ及び不純物からなる合金組成を有する。

また、「フランジ部」とは、スクイズロールにおける半径が一定である端部と、半径が連続的に変化する作業部との境界部を意味する。
さらに、「プラズマ粉体肉盛」とは、プラズマの熱源により溶融させて金属中に炭化物を挿入し、被処理物と冶金的結合（接合）したものであり、被膜は、均一に炭化物が分散した金属組織である。このプラズマ粉体肉盛りにより形成される皮膜には、粒子状の肉盛材（本発明の場合では粒径が２０μｍ以上６０μｍ以下のＮｂＣ）が確実に存在する。このため、本発明によれば、上述した１３５０℃以上という熱間の雰囲気下では、複合皮膜の表層にＮｂＣが適切に存在するため、そのニオブ炭化物が酸化されたニオブ酸化物が奏する潤滑作用により、スクイズロール５ａ、５ｂのフランジ部分６ａ、６ｂに付着したスパッターやノロを剥離させることができるとともに、炭化物の存在により被膜表面の金属の面積が減少し、被処理物と被膜金属部の焼き付き箇所が減少する。

これにより、１３５０℃以上１４５０°以下程度の熱間で製管される電縫鋼管の溶接部の近傍におけるロール疵の発生を抑制することができる。

本発明により、１３５０℃以上１４５０℃以下程度の熱間で製管される電縫鋼管の溶接部の近傍におけるロール疵の発生を抑制することができ、これにより、ロール疵がもたらす外観品質の低下や不良品の発生の抑制することができる電縫管突き合わせ溶接用スクイズロール及びその製造法を提供できる。

以下、本発明に係る電縫管突き合わせ溶接用スクイズロール及びその製造法を実施するための最良の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１を参照しながら説明すると、本実施の形態の電縫鋼管突き合わせ溶接用スクイズロール５ａ、５ｂは、少なくとも、スクイズロール５ａ、５ｂにおける半径が一定である端部７ａ、７ｂと、半径が連続的に変化する作業部８ａ、８ｂとの境界部を意味するフランジ部６ａ、６ｂの表面に、粒径が２０μｍ以上６０μｍ以下のＮｂＣを体積比で２０％以上５０％以下含む、プラズマ粉体肉盛によるステライト−ＮｂＣ複合被膜を、１ｍｍ以上６ｍｍ以下の厚さ備える。

本実施の形態では、プラズマ粉体肉盛によるステライト−ＮｂＣ複合被膜は、少なくともフランジ部６ａ，６ｂを含む領域、具体的には図１において黒塗りされた、フランジ部６ａ，６ｂを含む幅約２０ｍｍ程度の領域に形成される。

この本実施の形態の電縫鋼管突き合わせ溶接用スクイズロール５ａ、５ｂは、電縫鋼管突き合わせ溶接用スクイズロール５ａ、５ｂの母材である、例えばＳ４５Ｃからなるロールにおける少なくともフランジ部６ａ、６ｂの表面の所定の領域に、ステライトと粒径が５０μｍ以上１００μｍ以下であるＮｂＣとを体積比で２０％以上６０％以下混合したパウダーをプラズマ粉体肉盛りすることにより、製造される。

プラズマ粉体肉盛りを行う際にはパウダーの蒸発もあるので、母材であるロールに付着する段階ではＮｂＣの割合はステライト６に対して２０％以上５０％以下となる。
これらの本発明における「ステライト」とは、高温硬さ、耐摩耗性及び耐食性に優れた鋳造用Ｃｏ−Ｃｒ合金を意味し、具体的には、質量％で、Ｃ：０％以上２％以下、Ｃｒ：２５％以上３０％以下、Ｗ：４％以上１５％以下、残部Ｃｏ及び不純物からなる合金組成を有する。例えば、Ｃ：１％、Ｃｏ：６４％、Ｃｒ：２８％、Ｗ：４％及び不純物からなる合金組成を有するステライト６が例示される。

図２は、本実施の形態のスクイズロール５ａ、５ｂの作用効果を模式的に示す説明図である。
本実施の形態では、少なくともフランジ部６ａ、６ｂの表面の所定の領域に、粒径が２０μｍ以上６０μｍ以下のＮｂＣ９を体積比で２０〜５０％含む、プラズマ粉体肉盛による、ステライト１０及びＮｂＣ９からなる複合被膜１１が厚さ１ｍｍ以上６ｍｍ以下形成される。

ＮｂＣ９は、プラズマ粉体肉盛によるので、２０μｍ以上６０μｍ以下の球状化粒の形態を維持したまま、複合皮膜１１のベース材であるステライト１０の内部に均等に存在する。このため、複合皮膜１１の表面には常にＮｂＣ９が均等に分散して存在する。

さらに、球状酸化ＮｂＣ９は、電縫鋼管の突き合わせ溶接の際に例えば１４００℃程度に加熱されたオープンパイプ３に接触すると、球状酸化ＮｂＣ１２となる。
そして、この球状酸化ＮｂＣ１２が潤滑材の役割を果たすので、溶接時に付着するノロやスパッター等の異物１３に例えばロール冷却用冷却水が衝突するだけで、図２に破線で示すように異物１３を剥離・落下させ、フランジ部６ａ、６ｂの表面に付着し続けることを防止できる。

このため、本実施の形態によれば１４００℃程度の高温で行われる電縫鋼管の突き合わせ溶接の際にも、フランジ部６ａ、６ｂに付着する異物１３を減少させて溶接時に発生するロール疵を低減できる。

このように、本実施の形態によれば、電縫鋼管２の突き合わせ溶接の際に発生した異物１３がスクイズロール５，５ｂの表面に付着しても、例えばロール冷却用冷却水をスクイズロール５，５ｂの表面に噴射するだけで、異物１３を簡単にスクイズロール５の表面から剥離させて、オープンパイプ３とスクイズロール５ａ、５ｂ間への異物１３の噛み込みを抑制又は解消できる。このため、本実施の形態によれば、電縫鋼管２におけるロール疵の発生を抑制又は解消することができる。

さらに、実施例を参照しながら本発明をより具体的に説明する。
図１に示す電縫鋼管２の製造工程１において、本発明に係るスクイズロールと、従来例のスクイズロールとを順次用いて電縫鋼管２（外径１１４．３ｍｍ、長さ５．５ｍ）を製造し、製造された電縫鋼管２の溶接部の近傍におけるロール疵の発生状況を調査した。なお、溶接時には、スクイズロールの近傍に配置した冷却水噴射ノズル（図示しない）からスクイズロールの表面に冷却水を定期的に噴射することにより、スクイズロールの表面に付着した異物の除去を図った。

本実施例において、スクイズロールの母材であるロールはＳ４５Ｃからなり、その表面に平均粒径７５μｍのＮｂＣを、ＮｂＣ：ステライト６＝４５：５５の粉末比（体積比）でプラズマ粉体肉盛りした。

プラズマ粉体肉盛りされた本発明に係るスクイズロールの表面には、ＮｂＣが体積比で４０％存在し、ＮｂＣの平均粒径は４５μｍであった。また、肉盛り層の厚みは４ｍｍとした。

一方、従来例のスクイズロールは、Ｓ４５Ｃからなる母材のロールの表面に、ステライト１２をベースとする合金組成（Ｃ：１．５％、Ｃｏ：６７％、Ｃｒ：２６％、Ｗ：８％及び不純物）の皮膜を形成したものである。

図３は、従来例のスクイズロールを用いた場合のロール疵の発生状況を示すラフであり、図４は、本発明例のスクイズロールを用いた場合のロール疵の発生状況を示すグラフである。

図３にグラフで示すように、従来例のスクイズロールを用いると、１４００℃近い高温の溶接部２ａとスクイズロールのフランジ部分６ａ，６ｂとが長時間接触するので、溶接の際の押し付けにより発生する異物１３がスクイズロールのフランジ部分６ａ，６ｂに焼き付いて付着し、オープンパイプ３とスクイズロールとの間に噛み込み、ロール疵が発生した。図３にグラフで示すように、ロール疵の発生は、スクイズロールの表面における異物１３の堆積量及び落下量に伴って増減するものの、抜本的に抑制することは難しかった。

これに対し、図４にグラフで示すように、ステライト６−ＮｂＣ複合皮膜を有する本発明例のスクイズロールはＮｂＣそれ自体が熱間で酸化皮膜を形成することにより自己潤滑性を有するので、スクイズロールへの異物１３の付着を根本的に抑制することができる。このため、図４にグラフで示すように、本発明例のスクイズロールを用いることにより、ロール疵の発生を抜本的に抑制することができる。

図１は、電縫鋼管の製造工程を模式的に示す説明図であり、同図における引出し図はＡ矢視図である。図２は、実施の形態のスクイズロールの作用効果を模式的に示す説明図である。図３は、従来例のスクイズロールを用いた場合のロール疵の発生状況を示すラフである。図４は、本発明例のスクイズロールを用いた場合のロール疵の発生状況を示すグラフである。

符号の説明

１製造工程
２電縫鋼管
２ａ溶接部
３オープンパイプ
３ａ、３ｂ端部
４ワークコイル
５ａ、５ｂスクイズロール
６ａ、６ｂフランジ部分
７ａ、７ｂ端部
８ａ、８ｂ作業部
９ＮｂＣ
１０ステライト
１１複合皮膜
１２球状酸化ＮｂＣ
１３異物

Claims

少なくともフランジ部の表面に、粒径が２０〜６０μｍのＮｂＣを体積比で２０〜５０％含む、プラズマ粉体肉盛によるステライト−ＮｂＣ複合被膜を、１〜６ｍｍの厚さ備えることを特徴とする電縫鋼管突き合わせ溶接用スクイズロール。
電縫鋼管突き合わせ溶接用スクイズロールの母材であるロールにおける少なくともフランジ部の表面に、ステライトと粒径が５０〜１００μｍであるＮｂＣとを体積比で２０〜６０％混合したパウダーをプラズマ粉体肉盛りすることにより、請求項１に記載された電縫鋼管突き合わせ溶接用スクイズロールを製造することを特徴とする電縫鋼管突き合わせ溶接用スクイズロールの製造法。