JP2508862B2 - 熱間継目無管製造用プラグ - Google Patents

熱間継目無管製造用プラグ

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B25/00Mandrels for metal tube rolling mills, e.g. mandrels of the types used in the methods covered by group B21B17/00; Accessories or auxiliary means therefor ; Construction of, or alloys for, mandrels or plugs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B19/00Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work
    • B21B19/02Tube-rolling by rollers arranged outside the work and having their axes not perpendicular to the axis of the work the axes of the rollers being arranged essentially diagonally to the axis of the work, e.g. "cross" tube-rolling ; Diescher mills, Stiefel disc piercers or Stiefel rotary piercers
    • B21B19/04Rolling basic material of solid, i.e. non-hollow, structure; Piercing, e.g. rotary piercing mills

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は熱間継目無管製造用プラグ、特にステンレス
鋼などの難加工材料の穿孔や圧延に際しすぐれた耐久性
を有するとともに、内面性状の良好な継目無素管を製造
できる熱間継目無管用プラグに関する。
(従来の技術) 継目無管の製造法の一つにマンネスマン穿孔法があ
る。この方法では第1図に示すように互いに反対方向に
傾斜して同一方向に回転するロール1aおよび1bと、その
ロールの後方に設置されプラグ2を支持するマンドレル
3等を備えた穿孔機が用いられる。製管の際にはビレッ
ト4を両ロールの間に送り込み、回転鍛造によりビレッ
トの中心部に割れを生じさせ、そこにプラグ2を押し当
てて継目無管5を製造する。またこの後、穿孔機と同じ
構造を有する傾斜圧延機により更に延伸圧延する場合も
ある。
従来、熱間穿孔や傾斜圧延に使用されるプラグは主に
3%Cr−1%Ni鋼製の母材表面に酸化スケールを生成さ
せたものが用いられてきた。管材料が炭素鋼の場合には
このプラグでも200パス程度の使用にたえるが、材料が
高合金化するにつれその寿命は極端に短くなる。たとえ
ば13%Cr鋼のビレットを穿孔する場合には3〜4パス程
度で、18%Cr−8%Ni鋼の場合にはわずか1パスでプラ
グ先端部や胴体部にえぐれ(溶損の1種)が発生して使
用できなくなる。
そこでプラグの寿命をのばすために種々の対策を加え
たプラグが提案されている。たとえば、プラグの表面
に鉄分酸化物の粉末を溶射したもの(特公昭59−13924
号公報)、表面にCが0.4重量%以下の低炭素鋼を肉
盛溶接したプラグ(特公昭59−47606号公報)、プラ
グ表面に炭化物複合合金の溶接被膜を形成させたもの
(特開昭63−24850号公報)などである。しかしのプ
ラグでは母材との密着強度が不十分なために溶射層が簡
単に剥離していまい、及びのプラグでは摩擦係数が
大きくなり、プラグ温度が著しく上昇し溶損、変形、焼
付等が生じるという問題がある。
(発明が解決しようとする課題) 前述のように従来の熱間継目無管製造用プラグでは、
材料が高合金化するにつれて寿命が著しく短くなり、ひ
いては生産性の低下や製造コストの増加を招くという問
題がある。この発明の目的は高合金鋼或いはニッケル基
合金等の継目無管を製造する場合でも溶損や変形が少な
く長い寿命を有する熱間継目無管製造用プラグを提供す
ることにある。
(課題を解決するための手段) 本発明者はステンレス鋼のような難加工材料を穿孔又
は圧延する場合でも優れた耐久性を備えたプラグについ
て種々検討を重ねた結果、下記の知見を得た。すなわ
ち、 a.従来の表面酸化物被膜は断熱性と潤滑性を有し母材を
保護するが、ステンレス鋼のような難加工材に対しては
その効果が十分でなく、母材の温度上昇を抑制すること
ができず変形や焼付が発生する。
b.被加工材と接触するプラグ表面に高温強度に優れた被
覆層を形成されると共に、その最表面に断熱性と潤滑性
を有する酸化鉄層を形成させれば変形や焼付を抑制する
ことができる。
本発明は上記知見によりなされたものであり、その要
旨は下記のとおりである。すなわち、 第1発明は、プラグ母材表面に、重量比で60%以上の
鉄分を含有する鉄基合金で形成されるマトリックスと、
その中に20〜70%の容積比で分散混合された炭化物粒子
とからなる被覆層を有し、かつ被覆層の表面に厚さ30〜
300μmの酸化鉄層を有することを特徴とする熱間継目
無管製造用プラグ、であり、 第2発明は、第1発明の熱間継目無管用プラグの被覆
層中の炭化物粒子が母材側で少なく、表面側ほど多く含
有されていることを特徴とする熱間継目無鋼管製造用プ
ラグ、である。
(作用) 以下、本発明の鋼管製造用プラグを更に詳しく説明す
る。第2図は本発明のプラグの断面図であり、プラグ2
は母材2a、被覆層2b及びその表面に生成された酸化鉄層
2cから構成されている。以下にそれぞれの性質と作用を
述べる。
母材2aとしては、加工条件が比較的緩やかときは炭素
鋼や3%〜1%Ni鋼等が用いられる。しかし加工条件が
厳しい場合には耐熱鋼等を使用するのが好ましい。母材
は圧延途中にプラグ自体が変形しない強度を有している
必要があり、被加工材の材質、強度、圧延条件などを考
慮して適宜選択される。
被覆層2bは後述する実施例に示すように鉄分を60重量
%以上を含有する鉄基合金からなるマトリックスと、そ
の中に20〜70%の容積比で分散混合する炭化物粒子から
形成されている。マトリックスは炭化物粒子を保持する
バインダの役割を果たすとともに、炭化物粒子に比べ延
性及び靱性を有することから、プラグが急熱又は急冷さ
れる際のクラックの発生とその拡大を抑制する働きをす
る。そして鉄基合金中の鉄分を60重量%以上とするの
は、後述する被覆層2bの表面に適切な深さの酸化鉄層2c
を形成させるためである。炭化物粒子は被覆層2bの高温
強度を高めるとともに、使用中に酸化鉄層が欠落しても
被加工材とプラグとの金属間接触を減じ焼付を防止する
働きをする。その種類としては、W2C、TiC、NbC、VC、C
r3C2などが好適であるが、マトリックスである鉄基合金
に比べて高硬度で高融点の性質をもつ炭化物粒子であれ
ば特に制限はない。そして炭化物粒子のマトリックス中
に占める比率は20〜70容積%であることが必要である。
20容積%未満では上記効果が得られず、一方、70容積%
を超えると被覆層の母材への密着性が低下し、プラグが
吸熱又は急冷されたときに大きなクラックが発生し、製
造する管の内面に疵を生じさせる原因になる。なお被膜
層2bの厚さは1〜10mmであることが望ましい。それが1m
m未満では所望の高温強度が得られず、10mmを超えると
割れやすくなる。
酸化鉄層2cは被覆層2bの表層部に生成され断熱性と潤
滑性を発揮する。酸化鉄層2cは被覆層の鉄基合金中の鉄
分を酸化して生成させるので被覆層と堅牢に一体化して
おり、簡単に剥離して脱落するようなことはない。そし
て被覆層表面に生成される酸化鉄層は、厚さが30〜300
μmであることが必要である。厚さが30μm未満では断
熱及び潤滑効果が現れず、一方、300μmを超えると酸
化鉄層が剥離しやすくなるという問題がある。
次に被覆層2b及び酸化鉄層2cの形成方法を説明する。
被覆層2bを形成させる方法としては、粉体溶接肉盛りに
よる方法、プラグ母材表面にマトリックス及び炭化物粒
子の粉末を置き熱間静水圧プレスで押圧する方法等が適
しているが、母材と確実に密着接合できる方法であれば
他の方法でもよい。その場合、密着性を向上させるため
に母材表面にマトリックスと同等の成分からなる下地層
を形成させておくのもよい。
酸化鉄層2cの生成方法としては、母材表面に被覆層2b
を形成させたプラグを酸化雰囲気中で750〜1,200℃に加
熱しつつ適正時間保持すれば、所望深さの酸化鉄層を生
成させることが可能であるが、水蒸気雰囲気中で850〜
1,050℃の温度で熱処理すれば、更にマトリックスと一
体堅牢になった酸化鉄層を生成させることができ、より
一層好ましい。
以上のように本発明の製管用プラグは、母材表面に高
温強度と断熱性及び潤滑性にすぐれた被膜を有するか
ら、ステンレス鋼管等を製造する場合でも長い寿命を有
する。
以下、実施例により本発明の継目無管製造用プラグに
ついて説明する。
(実施例1) 第2図に示すような形状のS45C鋼製のプラグ母材の表
面に、第1表に示すマトリックスと炭化物粒子とが表示
の容積比%になるように混合された厚さ2mmの被覆層を
粉体肉盛り溶接法により形成した。そしてこのプラグを
機械加工により胴部の最大直径が50mmになるように仕上
げた後、本発明例のA〜Hおよび比較例のJ〜Lでは95
0℃に3時間保持、本発明例のIでは1,200℃に1時間保
持、比較例のMでは1,200℃に5時間保持する熱処理を
施し、被覆層の表層部に同表に示す深さの酸化鉄層を生
成させた。このプラグを用いてマンネスマン穿孔試験を
行い、プラグに溶損、えぐれ、クラックなどが発生して
使用できなくなるまでの穿孔パス回数を調べた。なおこ
の穿孔試験で用いた鋼管材は直径60mmのステンレス鋼
(鋼種:SUS 304)であり、製造された素管の寸法は外径
62mm、内径53mm、長さ1.2mである。
その結果を第1表のパス回数の欄に示す。これから明
らかなように本発明例(A〜I)のプラグは4〜7回の
使用に耐えた。これに対し本発明の規定する範囲から外
れた比較例(J〜M)のプラグは1〜2回のパスで使用
できなくなった。また第1表には記載していないが、表
面に酸化被膜を生成させた従来の3%Cr−1%Ni鋼製の
プラグの場合は1パスの寿命であった。
(実施例2) 実施例1と同じ組成のプラグの母材表面に第1表の本
発明例の欄のAにしめすマトリックス粉末とNbC粉末か
らなり、NbCの容積比が母材側で20%、中間部で35%、
表層側で50%になるように粉体肉盛り溶接をして厚さ6m
mの被覆層を形成させた。そしてプラグ胴部の最大直径
が50mmになるように機械加工したあと、熱処理(実施例
1と同じ処理)を行い被覆層の表面に深さ100μmの酸
化鉄層を生成させた。このプラグを用いて実施例1と同
じ組成とサイズの材料を用いて穿孔試験を行ってプラグ
の寿命を調べたところ、9パスまで使用することができ
た。これから分かるように被覆層中の炭化物粒子を表層
側に多くするほどプラグ寿命が延長される。
なお上記実施例1及び実施例2ではステンレス鋼を穿
孔する場合を述べたが、炭素鋼や低合金鋼に対しては勿
論のこと、フェライト系、マルテンサイト系、或いは二
相ステンレス鋼や、Fe−20%Cr−30%Niなどの超合金な
どを穿孔する場合でも同様の効果が得られる。また本発
明のプラグは穿孔用プラグのみならず、圧延用プラグに
使用できることはいうまでもない。
(発明の効果) 以上説明したように本発明の継目無管製造用プラグ
は、高温強度が高い上に断熱性と潤滑性を備えている。
したがってステンレス鋼のような難加工性材の穿孔や圧
延に使用しても耐久性があり、生産性を著しく向上させ
ることができる。しかも潤滑性がよいので製品管の内面
性状もきわめて良好である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、マンネスマン穿孔機によりビレットを穿孔し
ている状態を示す図、 第2図は、本発明の継目無管製造用プラグの縦断面図、
である。 1aおよび1bはロール、2はプラグ、2aは母材、2bは被覆
層、2cは酸化鉄層、3はマンドレル。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラグ母材表面に、重量比で60%以上の鉄
    分を含有する鉄基合金で形成されるマトリックスと、そ
    の中に20〜70%の容積比で分散混合された炭化物粒子と
    からなる被覆層を有し、かつ被覆層の表面に深さ30〜30
    0μmの酸化鉄層を有することを特徴とする熱間継目無
    管製造用プラグ。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の熱間継目無管
    製造用プラグであって、被覆層中の炭化物粒子が母材側
    で少なく、表面側ほど多く含有されていることを特徴と
    する熱間継目無管製造用プラグ。
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