JP3772676B2 - Surface protective material for piercing and rolling tool and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、継目無鋼管の製造に係り、とくに継目無鋼管穿孔圧延に使用するプラグ等の工具の耐久性向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、継目無鋼管の製造方法として、マンネスマン式製管法が広く実施されている。この方法は、所定の温度に加熱された圧延素材（丸鋼材）を、まず、穿孔圧延機による穿孔圧延工程を経て中空素材としたのち、エロンゲータ、プラグミル、またはマンドレルミル等の延伸圧延機により肉厚を減少し、さらに必要に応じ再加熱したのち、絞り圧延機あるいはその他の成形機により、主として外径を減じ所定の寸法の継目無鋼管を得る方法である。
【０００３】
穿孔圧延機としては、２本の傾斜ロールと穿孔用プラグおよび２個のガイドシュウを組み合わせた、いわゆるマンネスマンピアサ、３本の傾斜ロールと穿孔用プラグを組み合わせた、いわゆる３ロールピアサ、あるいは２本の孔型ロールと穿孔用プラグを組み合わせた、いわゆるプレスロールピアサが知られている。
このような穿孔圧延機による穿孔圧延工程では、ピアサは、高温の圧延素材や中空素材との絶え間ない接触により、高温、高負荷の環境下に長時間晒され、摩耗、溶損等を生じやすい。このため、従来から、穿孔用プラグに高温でのスケール処理を施し、プラグ表面に数十〜数百μm 厚の酸化スケール被膜を形成させて、プラグの損耗を防止していた。
【０００４】
しかしながら、最近では、熱間変形抵抗が高く、しかも表面に酸化スケールが形成されにくい、13Cr鋼や、ステンレス鋼等の高合金鋼製継目無鋼管の需要が増加しており、これら13Cr鋼や、ステンレス鋼等の高合金鋼の素材を穿孔圧延すると、プラグ表面の酸化スケール被膜の消耗が激しく、とくにプラグ先端部の変形や焼付きを伴う損傷が早期に多発し、プラグコストの増加や、生産性の低下等を招いていた。
【０００５】
このような問題に対し、例えば、特開昭62-207503 号公報、特開昭63-104707 号公報、特開昭63-203205 号公報には、プラグ先端部または全体を高温強度の高いモリブデン合金や、またはセラミックスで製作する方法が提案されている。
また、特開平8-193241号公報、特開平7-60314 号公報、特開2000-190008 号公報には、プラグの組成や、スケール処理条件を適正化することにより、酸化スケール被膜の密着性、耐摩耗性を向上させ、プラグを長寿命化する方法が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭62-207503 号公報、特開昭63-104707 号公報、特開昭63-203205 号公報に記載された技術で、プラグ先端部のみをモリブデン合金や、またはセラミックスで作製する場合には、プラグ先端部の損耗防止効果は大きいが、胴部の損耗が激しく、プラグの長寿命化は期待できない。一方、プラグ全体をモリブデン合金や、またはセラミックスで作製する場合には、プラグコストが高騰するとともに、耐衝撃性や耐熱疲労性が低いという問題があった。
【０００７】
また、特開平8-193241号公報、特開平7-60314 号公報、特開2000-190008 号公報に記載された技術では、プラグの長寿命化へのある程度の効果は見られたが、合金元素の多量添加が必要であり、あるいはプラグのスケール処理が複雑となりプラグの生産性が低下しプラグの製造コストが高騰するといった問題があった。さらに最近では、13Cr鋼やステンレス鋼等の高合金鋼製継目無鋼管の需要増加に伴い、更なるプラグ長寿命化が要望されている。
【０００８】
本発明者らは、上記した従来技術の問題に鑑みて、プラグ等の継目無鋼管穿孔圧延用工具の表面を保護しプラグ寿命をさらに長寿命化できる、継目無鋼管穿孔圧延用工具の表面保護材およびその製造方法を提案することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を達成するため、プラグ（穿孔圧延用工具）寿命に影響する各種因子について鋭意研究した。本発明者らは、表面に酸化スケール被膜を有するプラグでは、寿命は酸化スケール被膜の損耗速度に律速され、酸化スケール被膜が消耗した時点でプラグに焼付き、溶損等が発生しプラグを廃却するという場合が多く、表面の酸化スケール被膜のみでは、顕著なプラグ寿命の延長を安定して達成することは難しいという考えに達した。
【００１０】
そして、さらに考究を重ねた結果、本発明者らは、プラグにスケール処理を施す代わりに、あるいはスケール処理に加えて、プラグ表面の一部または全部を覆う、断熱潤滑性を有する表面保護材で覆うことを着想した。そして、この表面保護材の更新のタイミングを適正に行うことができれば、プラグ寿命を格段に延長することも可能であることに想到した。
【００１１】
そして、本発明者らは、予め、工具表面の一部または全部を覆うハット形状に成型した、紙、炭素繊維等の繊維質構造材に、酸化鉄、鉄粉、およびベントナイトまたはモンモリナイトを混合してなる主骨材を、結合材、あるいはさらに改質材とともに水、アルコール等の溶剤に混合したスラリーを塗布し、乾燥することにより、プラグ等の穿孔圧延工具用として好適な、表面保護材が作製できることを見いだした。この表面保護材は、穿孔圧延時のような厳しい条件でも、プラグ表面の断熱・潤滑効果を増大し、プラグ寿命を顕著に延長することができることを確認できた。
【００１２】
本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。
すなわち、本発明は、穿孔圧延用工具表面の一部または全部を覆い、穿孔圧延用工具表面を保護するハット形状の表面保護材であって、主骨材と、結合材と、繊維質構造材と、あるいはさらに改質材を含み、前記主骨材が、酸化鉄、鉄粉およびベントナイトまたはモンモリナイトからなり、前記改質材が、珪酸塩、硫酸塩、鉱石類、および Ca 、 Ba 、 Si 、 Na 、Ｋ、Ｂ、 Li 、Ｆ、Ｓの一種以上を含む化合物のうちから選ばれた１種または２種以上からなり、さらに主骨材および改質材の合計が、表面保護材全量に対し20〜90質量％であることを特徴とする穿孔圧延用工具表面保護材であり、また本発明では、前記主骨材が、表面保護材全量に対し、10〜80質量％の酸化鉄、１〜60質量％の鉄粉、および5 〜40質量％のベントナイトまたはモンモリナイトからなることが好ましく、また、本発明では、前記改質材が、表面保護材全量に対し、0.5 〜30質量％含まれることが好ましい。
【００１３】
また、第２の本発明は、主骨材、結合材、および繊維質構造材と、あるいはさらに改質材とを、溶剤を用いて、工具の一部表面または全部を覆うハット形状の工具表面保護材に成型する穿孔圧延用工具表面保護材の製造方法であって、前記主骨材が、乾燥後の工具表面保護材全量に対し、10〜80質量％の酸化鉄、１〜60質量％の鉄粉、および5 〜40質量％のベントナイトまたはモンモリナイトからなり、さらに主骨材および改質材の合計量を、乾燥後の工具表面保護材全量に対し20〜90質量％とすることを特徴とする穿孔圧延用工具表面保護材の製造方法である。
【００１４】
また、第２の本発明では、前記成型を、溶剤に、主骨材、結合材、あるいはさらに改質材を混合しスラリーとしたのち、該スラリーに、さらに繊維質構造材を混合して、所定の前記ハット形状の型に流し込み、乾燥、型抜きする工程とすることが好ましい。
また、第２の本発明では、前記成型を、予め所定の前記ハット形状に成型した繊維質構造材に、主骨材、結合材、あるいはさらに改質材を溶剤に混合し分散させたスラリーを塗布し乾燥する、あるいは前記繊維質構造材を前記スラリー中に浸漬し含浸させ、乾燥する工程とすることが好ましい。
【００１５】
また、第２の本発明では、前記成型を、主骨材、結合材、あるいはさらに改質材を溶剤に混合し分散させたスラリーを含浸させた繊維質構造材を、所定の前記ハット形状の型に貼り合わせ、乾燥、型抜きする工程としてもよい。
また、第２の本発明では、前記改質材を、乾燥後の表面保護材全量に対し、0.5 〜30質量％含むことが好ましく、また、第２の本発明では、前記改質材が、珪酸塩、硫酸塩、鉱石類、およびCa、Si、Na、Ｋ、Ｂ、Li、Ｆ、Ｓの一種以上を含む化合物のうちから選ばれた１種または２種以上からなることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の継目無鋼管穿孔圧延用工具表面保護材は、プラグ等の継目無鋼管穿孔圧延用工具の表面の一部または全部を覆うハット形状に成型される。本発明の工具表面保護材は、損耗が激しいプラグ（穿孔圧延用工具）の先端部のみ、すなわちプラグ（穿孔圧延用工具）先端から、長さ方向に全長さの20〜60％程度の大きさとするのが好ましい。図１では、プラグ（穿孔圧延用工具）の表面の一部、とくに先端部を覆う場合を示す。なお、本発明では、この場合に限定されないことはいうまでもない。プラグは、この工具表面保護材は、図１に示すようにプラグに装着されて、穿孔圧延に供される。なお、本発明の工具保護材は、穿孔圧延に供されることにより、長手方向に塑性流動し、工具表面の大半を覆うようになる。
【００１７】
本発明の工具表面保護材は、主骨材とあるいはさらに改質材と、結合材と、繊維質構造材とで構成され、図１に示すような、所定の形状（ハット形状）に成型され、穿孔圧延時に断熱潤滑作用を有する。本発明の工具表面保護材の厚さは、0.3 〜３mmとするのが好ましい。0.3mm 未満では、薄すぎて、所期した効果が期待できない。一方、3mm を超えると、穿孔圧延する中空素材の寸法精度が低下する。
【００１８】
本発明では、工具表面保護材の構成要素の一つである主骨材は、酸化鉄、鉄粉およびベントナイトまたはモンモリナイトからなる。主骨材は、工具表面保護材全量に対し、10〜80質量％の酸化鉄、１〜60質量％の鉄粉、および５〜40質量％のベントナイトまたはモンモリナイトとするのが好ましい。
酸化鉄は、工具表面保護材の断熱・潤滑作用の向上に主に寄与するものであり、工具表面保護材全量に対し、10〜80質量％含有するのが好ましい。酸化鉄の含有量が10質量％未満では、適正な断熱潤滑作用が得られず、工具の寿命が低下する。一方、80質量％を超えると、工具表面保護材の強度が低下し潤滑作用が低下するという問題がある。工具表面保護材中の酸化鉄は、穿孔圧延時に工具表面を覆うスケールとなり、工具を保護する。また、含有する酸化鉄としては、Fe3O4 、FeO 、Fe2O3 粉末があり、これらFe3O4 、FeO 、Fe2O3 粉末の一種または２種以上としてもよい。なお、工具寿命の観点からは酸化鉄は、主としてFe3O4 粉末を用いるのが好ましく、Fe3O4 粉末を工具表面保護材全量に対し、20〜70質量％とするのがより好ましい。また、Fe3O4 、FeO 、Fe2O3 粉末の酸化鉄粉に替えて、磁鉄鉱系の鉱岩粉としてもよい。添加する酸化鉄の粒径は、0.1 〜300 μm とするのが好ましい。なお、乾燥固化のし易さという観点からは酸化鉄の粒径は10〜200 μm とするのがより好ましい。
【００１９】
鉄粉は、工具表面保護材を工具に被せ穿孔圧延を行った際、軟化あるいは溶融して工具表面に濡れ、あるいは、酸化鉄あるいは工具表面に形成されている酸化スケールと反応して一部または全部が酸化スケールとなり、工具表面と工具表面保護材により形成される断熱潤滑層の密着性を向上させる。鉄粉は、工具表面保護材全量に対し、１〜60質量％含有するのが好ましい。鉄粉の含有量が１質量％未満では、密着性のよい断熱潤滑層とならず、工具の寿命が低下する。一方、60質量％を超えると、耐熱性が劣化し焼付きが起こり易くなるという問題がある。工具表面保護材に含有される鉄粉は、還元鉄粉、アトマイズ鉄粉等安価な鉄粉を用いるのがコスト面から好ましい。なお、鉄粉として、軟化点、濡れ性調整のために、Ni-Fe 粉、Cu-Fe 粉等の合金鉄粉を使用してもなんら問題がない。また、添加する鉄粉の粒径は、0.1 〜300 μm とするのが好ましい。なお、乾燥固化のし易さという観点からは10〜200 μm とするのがより好ましい。
【００２０】
ベントナイトは、水分を吸収して著しく膨潤する性質を有し、スラリー中で骨材を均一分散させる作用を示し、成型（乾燥・固化）した後は、工具表面保護材に弾性、あるいは可塑性を付与する。これにより、穿孔圧延時の衝撃を吸収するクッションとしての効果が現出する。ベントナイトに代えて、同様の作用を有するモンモリナイトや、テツモンモリロン石、バイデライト、ボルコンスコアイト等のモンモリロン石群鉱物粉を使用してもよく、またそれらの複合としてもよい。ベントナイトまたはモンモリナイトは、工具表面保護材全量に対し、５〜40質量％含有するのが好ましい。工具表面保護材中のベントナイトまたはモンモリナイトの含有量が５質量％未満では、工具表面保護材中で骨材を均一分散させることが困難となり、工具表面保護材の弾性が低下する。また、工具表面保護材の断熱・潤滑作用が低下するという問題がある。
【００２１】
また、本発明の工具表面保護材では、上記した主骨材に加えて、さらに必要に応じ、工具表面保護材全量に対し、0.5 〜30質量％の改質材を含有することができる。改質材は、工具表面保護材を工具に被せ穿孔圧延に供した際に、穿孔圧延により工具表面に形成される断熱潤滑層の工具表面への密着性を向上させ、さらに断熱潤滑層の潤滑性を向上させる作用を有し、穿孔工具の寿命を延長する効果を有している。このような効果は、改質材の0.5 質量％以上の含有で認められる。一方、30質量％を超えて含有すると、断熱潤滑層の融点が低下し、断熱潤滑層の消耗が速くなるという問題がある。なお、改質材としては、珪酸塩、硫酸塩、鉱石類、およびCa、Ba、Si、Na、Ｋ、Ｂ、Li、Ｆ、Ｓの一種以上を含む化合物のうちから選ばれた１種または２種以上とする。なお、鉱石類としては、Ca、Ba、Si、Na、Ｋ、Ｂ、Li、Ｆ、Ｓの一種以上を含むことが好ましく、例えば、長石類、硝石類、氷晶石、蛍石、硼砂が例示される。
【００２２】
また、本発明の工具表面保護材では、上記した主骨材および改質材の合計量を、工具表面保護材全量に対し、20〜90質量％とする。主骨材および改質材の合計量が、20質量％未満では、適正な断熱潤滑作用が得られず、工具の寿命が低下する。一方、90質量％を超えると、工具表面保護材の強度が低下し、工具表面保護材が破損しやすくなる。
【００２３】
また、本発明の工具表面保護材には、該工具表面保護材中に分散する上記した主骨材、あるいはさらに改質材を、結合するための結合材が含まれる。結合材の種類は、主骨材、改質材を安定して固定できるものであればよく、とくに限定する必要はない。結合材としては、無機系あるいは有機系いずれも好適に使用できる。工具表面保護材に含まれる結合材は、工具表面保護材全量に対し、１〜30質量％とするのが好ましい。結合材の比率が30質量％を超えると、工具表面保護材に亀裂が入りやすくなり、工具表面保護材の耐熱性、潤滑性が低下し、工具寿命が低下する。また、結合材の比率が１質量％未満では、工具表面保護材の強度が低下する。
【００２４】
好ましい結合材としては、例えば、水溶性のものとして、アクリル系樹脂、酢酸ビニル樹脂、エチレン酢酸系樹脂、スチレン系樹脂、粘土、水ガラス等が、また溶剤系のものとして、ポリエチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、エステル系樹脂、ウレタン系樹脂、エポシキ系樹脂、アルキド系樹脂、ゴム等が、また、熱硬化性樹脂として、フェノール系樹脂、尿素系樹脂、メラミン系樹脂等が例示される。また、炭素繊維やガラス繊維で強化された強化型樹脂、含油系樹脂等を用いても何ら問題ない。なお、結合材は、乾燥が速く、形崩れしにくいものを適宜選択するのが好ましい。
【００２５】
本発明の工具表面保護材で使用する繊維質構造材としては、紙、あるいは紙繊維、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックウィスカー等を使用した材料を用いるのが好ましい。繊維質構造材を紙あるいは紙繊維とした場合には、損耗の激しい箇所に相当する部分、例えば先端部に、高温強度の高く耐熱性に優れた炭素繊維等で補強、複合化してもよい。このような繊維質構造材を使用して成型することにより、十分な強度と弾性を有する有形の工具表面保護材とすることができる。使用に際しては、圧延開始前、１本圧延を行ったのち、あるいは複数本圧延したのち等、任意の時点でプラグ表面を覆うことができ、プラグ寿命を格段に長寿命とすることができる。また、工具表面保護材のハンドリングも容易となる。
【００２６】
また、本発明の工具表面保護材には、上記した主骨材、改質材、結合材、繊維質構造材に加えて、添加材を含有してもよい。添加剤としては、各種界面活性剤、沈殿防止のための分散材、被膜強化のための無機質または有機質の繊維状物質、チクソトロピー性を付与するためのアルギン酸ソーダ、熱間強度を増加させるコロイダルシリカ、コロイダルアルミナ、エチルシリケート等が例示される。
【００２７】
つぎに、第２の本発明である、工具表面保護材の製造方法について説明する。主骨材、結合材、および繊維質構造材と、あるいはさらに改質材とを、溶剤を用いて、工具の一部表面または全部を覆うハット形状の工具表面保護材に成型する。なお成型の方法は、つぎのとおりとするのが好ましい。
第１の好適な成型の方法としては、溶剤に、主骨材、結合材、あるいはさらに改質材を混合しスラリーとしたのち、該スラリーに、さらに繊維質構造材を混合して、所定のハット形状の型に流し込み、乾燥、型抜きする工程とすることが好ましい。溶剤としては、水、あるいはアルコールとするのが好ましい。これら溶剤に、主骨材、改質材を、主骨材および改質材の合計量が、乾燥後の工具表面保護材全量に対し20〜90質量％となるように配合し、結合材とともに、混合し、スラリーとする。なお、主骨材は、乾燥後の工具表面保護材全量に対し、10〜80質量％の酸化鉄、１〜60質量％の鉄粉、および5 〜40質量％のベントナイトまたはモンモリナイとなるように配合する。また、改質材は、乾燥後の表面保護材全量に対し、0.5 〜30質量％含むことが好ましい。改質材としては、珪酸塩、硫酸塩、鉱石類、およびCa、Ba、Si、Na、Ｋ、Ｂ、Li、Ｆ、Ｓの一種以上を含む化合物のうちから選ばれた１種または２種以上とするのが好ましい。なお、鉱石類は、Ca、Ba、Si、Na、Ｋ、Ｂ、Li、Ｆ、Ｓの一種以上を含むものが好ましく、例えば、長石類、硝石類、氷晶石、蛍石、硼砂が例示される。
【００２８】
なお、結合材の配合量は、乾燥後の工具表面保護材全量に対し、１〜30質量％となるように配合することが好ましい。結合材の配合量が、１質量％未満では、主骨材間の結合力が不足し、断熱潤滑層の密着性が低下する。一方、30質量％を超えると、主骨材量が不足し、耐熱性、密着性が低下する。なお、工具表面保護材の厚さが0.3 〜３mmとなるように、スラリーを型に流し込むのが好ましい。
【００２９】
このような配合のスラリーに、さらに上記した繊維質構造材を、好ましくは乾燥後の工具表面保護材全量に対し、１〜50質量％混合して、所定の前記ハット形状の型に流し込み、乾燥、型抜きする。なお、成形法は特に限定されるものではなく、真空成形法、低圧成形法、あるいは遠心力成形法など、種々の方法が適用できる。
【００３０】
第２の好適な成型の方法としては、予め所定のハット形状に成型した繊維質構造材に、主骨材、結合材、あるいはさらに改質材を溶剤に混合し分散させたスラリーを塗布し乾燥する工程、あるいは繊維質構造材を上記した組成のスラリー中に浸漬し含浸させ、乾燥する工程としてもよい。
また、第３の好適な成型の方法としては、主骨材、結合材、あるいはさらに改質材を溶剤に混合し分散させたスラリーを、シート状の繊維質構造材に含浸させ、所定のハット形状の型に貼り合わせ、乾燥、型抜きする工程としてもよい。
【００３１】
なお、スラリーには、上記した添加材を混合しても問題ない。
また、成型する形状は、工具表面保護材を適用する工具形状に合致したものとすればよい。成型されたものはついで、乾燥、固化させる。
乾燥は、室温で放置してもよいが、50〜250 ℃に加熱するのが、乾燥固化の時間が短時間となり、生産効率の観点から好ましい。
【００３２】
上記のように成型し、乾燥、固化したのち、工具表面保護材を所定の工具に装着して穿孔圧延を行う。一回の使用で装着された工具表面保護材は塑性流動し、工具表面に密着した断熱潤滑層を形成して、有効に工具を保護する。適正な時期、例えば、複数本圧延後、工具表面保護材の損耗を確認した時点で、新たに工具表面保護材を交換装着すれば、工具の損耗はほとんどなく、工具の寿命を延長することができる。
【００３３】
また、本発明の工具表面保護材を適用する穿孔圧延用工具は、予め表面に酸化スケール処理を施されたものとすることが好ましい。工具表面に酸化スケールが形成されていることにより、本発明の工具表面保護材の作用に加えて、工具表面の酸化スケール膜の作用が重畳して、工具寿命を飛躍的に延長することが可能となる。
【００３４】
【実施例】
表１に示す繊維質構造材を、マンネスマンピアサ用プラグ（大きさ：145mm φ×350mm 長さ）の先端部（全長の1/3 ）を覆う形状に成型したのち、繊維質構造材表面に、表１に示す配合のスラリーを塗布、あるいは含浸させたのち、乾燥（乾燥温度：100 ℃）、固化させて、穿孔圧延用工具表面保護材とした。ついで、これら工具表面保護材を予め表面に500 μm 厚さのスケール処理を施されたプラグに装着し、13Cr鋼製継目無鋼管素材（加熱温度：1250℃）の穿孔圧延を行った。なお、工具表面保護材は３本圧延ごとに交換し再装着した。１本圧延ごとに、プラグの損耗状態を目視で観察し、プラグに焼付き、溶損が発生した時点でプラグは寿命廃却とした。15本圧延後にプラグに損耗が認められない場合を○とし、15本圧延未満で寿命廃却された場合には、寿命までの圧延本数をカウントし、プラグの損耗が激しい場合には×、少ない場合には△として評価した。
【００３５】
なお、従来例として、プラグにスケール処理を施し表面に500 μm 厚さのスケールを有するプラグを使用した。
これらの結果を表１に併記する。
【００３６】
【表１】
【表２】
本発明例は、いずれもプラグの損傷は無いか、あっても軽微であり、プラグ寿命を格段に延長することができた。一方、従来例では、プラグの損傷は大きく、プラグ寿命は短い。また、本発明の範囲を外れる比較例は、プラグに損傷が認められ、プラグ寿命が低下している。なお、比較例である保護材No.7は、主骨材が沈殿し骨材が均一に分散しなかった。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、継目無鋼管穿孔圧延用工具の寿命が顕著に延長でき、工具コストの低減と同時に、工具交換の頻度が減少し生産性が向上するなど、産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の使用形態の一例を模式的に示す説明図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to the manufacture of seamless steel pipes, and more particularly to the improvement of durability of tools such as plugs used for seamless steel pipe piercing and rolling.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the Mannesmann type pipe manufacturing method has been widely practiced as a method for manufacturing seamless steel pipes. In this method, a rolled material (round steel material) heated to a predetermined temperature is first made into a hollow material through a piercing and rolling process using a piercing and rolling machine, and then subjected to a rolling and rolling machine such as an elongator, plug mill, or mandrel mill. This is a method of obtaining a seamless steel pipe having a predetermined size mainly by reducing the outer diameter by a drawing mill or other forming machine after reducing the thickness and further reheating as necessary.
[0003]
As a piercing and rolling mill, a so-called Mannesmann piercer combining two inclined rolls and a piercing plug and two guide shoes, a so-called three-roll piercer combining three inclined rolls and a piercing plug, or two A so-called press roll piercer is known which is a combination of a perforated roll and a perforated plug.
In the piercing and rolling process using such a piercing and rolling machine, the piercer is exposed to a high temperature and high load environment for a long time due to constant contact with a high temperature rolling material or hollow material, and is likely to cause wear, erosion, etc. . For this reason, conventionally, a plug for perforation was subjected to a scale treatment at a high temperature to form an oxide scale film with a thickness of several tens to several hundreds of μm on the plug surface, thereby preventing the plug from being worn.
[0004]
However, recently, there is an increasing demand for seamless steel pipes made of high alloy steel such as 13Cr steel and stainless steel, which have high hot deformation resistance and are difficult to form oxide scale on the surface. When piercing and rolling high-alloy steel materials such as stainless steel, the oxide scale coating on the plug surface is severely consumed, especially when the plug tip is deformed and seizure occurs frequently, resulting in increased plug costs and production. It has caused a decline in sex.
[0005]
In order to deal with such problems, for example, JP-A-62-207503, JP-A-63-104707, and JP-A-63-203205 disclose a molybdenum alloy having a high-temperature strength at the plug tip or the whole. A method of manufacturing with ceramics has been proposed.
In addition, in JP-A-8-193441, JP-A-7-60314, and JP-A-2000-190008, by optimizing the composition of the plug and the scale treatment conditions, the adhesion of the oxide scale film, A method for improving wear resistance and extending the life of the plug has been proposed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when only the tip of the plug is made of molybdenum alloy or ceramics by the techniques described in JP-A-62-207503, JP-A-63-104707, and JP-A-63-203205. In this case, the effect of preventing the wear at the tip of the plug is great, but the wear of the body is so severe that the life of the plug cannot be expected to be extended. On the other hand, when the entire plug is made of molybdenum alloy or ceramics, there are problems that the cost of the plug increases and the impact resistance and heat fatigue resistance are low.
[0007]
In addition, in the techniques described in JP-A-8-19341, JP-A-7-60314, and JP-A-2000-190008, some effects on the extension of the plug life have been seen. There is a problem that a large amount of is necessary, or that the scale processing of the plug is complicated, the productivity of the plug is lowered, and the manufacturing cost of the plug is increased. More recently, with the increasing demand for seamless steel pipes made of high alloy steel such as 13Cr steel and stainless steel, further extension of plug life has been demanded.
[0008]
In view of the above-described problems of the prior art, the present inventors have been able to protect the surface of a seamless steel pipe piercing and rolling tool such as a plug so that the life of the plug can be further extended. An object is to propose a material and a manufacturing method thereof.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-described problems, the present inventors have intensively studied various factors that affect the life of a plug (a tool for piercing and rolling). In the plug having the oxide scale film on the surface, the present inventors determine the lifetime by the wear rate of the oxide scale film, and when the oxide scale film is consumed, the plug is seized, melted, etc., and the plug is discarded. In many cases, it was difficult to achieve a significant increase in plug life with only the oxide scale coating on the surface.
[0010]
As a result of further studies, the present inventors have developed a surface protective material with adiabatic lubricity that covers part or all of the plug surface instead of or in addition to the scale treatment of the plug. Inspired to cover. Then, the inventors have conceived that the plug life can be significantly extended if the timing of renewing the surface protective material can be appropriately performed.
[0011]
Then, the inventors previously mixed iron oxide, iron powder, and bentonite or montmorillonite with a fibrous structure material such as paper or carbon fiber, which was previously molded into a hat shape covering part or all of the tool surface. A surface protective material suitable for a piercing and rolling tool such as a plug can be obtained by applying a slurry mixed with a binder, or a modifying material and a solvent such as water or alcohol together with a modifying material and drying. I found out that it can be made. It was confirmed that this surface protective material can increase the heat insulation and lubrication effect on the plug surface even under severe conditions such as during piercing and rolling, and can significantly extend the plug life.
[0012]
The present invention has been completed based on the above findings and further studies.
That is, the present invention is a hat-shaped surface protective material that covers a part or all of the surface of a tool for piercing and rolling and protects the surface of the tool for piercing and rolling, and includes a main aggregate, a binder, and a fibrous structure material Or further comprising a modifying material, wherein the main aggregate is composed of iron oxide, iron powder and bentonite or montmorillonite, and the modifying material comprises silicate, sulfate, ore, and Ca , Ba , Si , It consists of one or more selected from compounds containing one or more of Na , K, B, Li , F, and S, and the total of the main aggregate and modifier is based on the total amount of the surface protective material It is a tool surface protective material for piercing and rolling characterized by 20 to 90% by mass, and in the present invention, the main aggregate is 10 to 80% by mass of iron oxide, ~ 60 mass% iron powder, and 5-40 mass% bentonite or montmorina Is preferably made of bets, also in the present invention, the modifier is, to the surface protective material total amount, not preferable to be included from 0.5 to 30 wt%.
[0013]
Further, the second aspect of the present invention is a hat-shaped tool surface that covers a part of or the entire surface of a tool by using a main aggregate, a binder, and a fibrous structure material, or further a modifying material, and a solvent. A method for manufacturing a tool surface protective material for piercing and rolling molded into a protective material, wherein the main aggregate is 10 to 80% by mass of iron oxide and 1 to 60% by mass with respect to the total amount of the tool surface protective material after drying. Iron powder and 5 to 40% by mass of bentonite or montmorite, and the total amount of main aggregate and modifier is 20 to 90% by mass with respect to the total amount of the tool surface protective material after drying. It is a manufacturing method of the tool surface protection material for piercing-rolling.
[0014]
In the second aspect of the present invention, the molding is mixed with a solvent, a main aggregate, a binder, or further a modifying material to form a slurry, and then the fibrous structural material is further mixed with the slurry. It is preferable to set it as the process of pouring into the predetermined | prescribed said hat-shaped type | mold, drying, and die cutting.
In the second aspect of the present invention, a slurry obtained by mixing and dispersing a main structural material, a binder, or a modifying material in a solvent in a fibrous structure material that has been molded into the predetermined hat shape in advance. It is preferable to apply and dry, or to immerse and impregnate the fibrous structure material in the slurry and to dry.
[0015]
In the second aspect of the present invention, a fibrous structure material impregnated with a slurry obtained by mixing and dispersing a main aggregate, a binder, or a modifying material in a solvent is formed into the predetermined hat shape. It is good also as the process of bonding to a type | mold, drying, and die cutting.
In the second aspect of the present invention, the modifier is preferably contained in an amount of 0.5 to 30% by mass based on the total amount of the surface protective material after drying. In the second aspect of the invention, the modifier is It is preferably composed of one or more selected from silicates, sulfates, ores, and compounds containing one or more of Ca, Si, Na, K, B, Li, F, and S.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The tool surface protective material for seamless steel pipe piercing and rolling of the present invention is molded into a hat shape that covers part or all of the surface of a seamless steel pipe piercing and rolling tool such as a plug. The tool surface protective material of the present invention has a size of about 20 to 60% of the total length in the length direction only from the tip of the plug (piercing and rolling tool) that is severely worn, that is, from the tip of the plug (punching and rolling tool). It is preferable to do this. In FIG. 1, the case where a part of surface of a plug (tool for piercing-rolling), especially a front-end | tip part is covered is shown. Needless to say, the present invention is not limited to this case. As shown in FIG. 1, the tool surface protective material is attached to the plug and subjected to piercing and rolling. The tool protective material of the present invention is plastically flowed in the longitudinal direction by being subjected to piercing and rolling, and covers most of the tool surface.
[0017]
The tool surface protective material of the present invention is composed of a main aggregate, or further a modifying material, a binding material, and a fibrous structure material, and is molded into a predetermined shape (hat shape) as shown in FIG. It has a heat insulating lubrication effect during piercing and rolling. The thickness of the tool surface protective material of the present invention is preferably 0.3 to 3 mm. If it is less than 0.3 mm, it is too thin and the expected effect cannot be expected. On the other hand, if it exceeds 3 mm, the dimensional accuracy of the hollow material to be pierced and rolled decreases.
[0018]
In the present invention, the main aggregate which is one of the components of the tool surface protective material is composed of iron oxide, iron powder and bentonite or montmorillonite . The main aggregate is preferably 10 to 80% by mass of iron oxide, 1 to 60% by mass of iron powder, and 5 to 40% by mass of bentonite or montmorite based on the total amount of the tool surface protective material.
Iron oxide mainly contributes to the improvement of the heat insulating and lubricating action of the tool surface protective material, and is preferably contained in an amount of 10 to 80% by mass with respect to the total amount of the tool surface protective material. When the content of iron oxide is less than 10% by mass, an appropriate adiabatic lubrication effect cannot be obtained, and the tool life is reduced. On the other hand, when it exceeds 80 mass%, there exists a problem that the intensity | strength of a tool surface protection material falls and a lubrication effect falls. The iron oxide in the tool surface protective material becomes a scale that covers the tool surface during piercing and rolling, and protects the tool. Moreover, as iron oxide to be contained, there are Fe 3 O 4 , FeO 2 , and Fe 2 O 3 powders, and these Fe 3 O 4 , FeO 2 , and Fe 2 O 3 powders may be used alone or in combination. Incidentally, the iron oxide in terms of tool life, preferably primarily used to Fe 3 O 4 powder, the Fe 3 O 4 powder to the tool surface protector total amount, more preferably 20 to 70 mass%. Further, instead of the iron oxide powder of Fe 3 O 4 , FeO 2 , or Fe 2 O 3 powder, magnetite-based ore powder may be used. The particle size of the iron oxide to be added is preferably 0.1 to 300 μm. In view of ease of drying and solidification, the particle size of iron oxide is more preferably 10 to 200 μm.
[0019]
The iron powder is softened or melted when it is pierced and rolled with a tool surface protective material on the tool, or wets the tool surface, or reacts with iron oxide or the oxide scale formed on the tool surface. The whole becomes an oxide scale and improves the adhesion of the heat insulating lubricating layer formed by the tool surface and the tool surface protecting material. It is preferable to contain 1-60 mass% of iron powder with respect to the tool surface protective material whole quantity. When the content of iron powder is less than 1% by mass, the heat insulating lubricating layer with good adhesion is not obtained and the tool life is reduced. On the other hand, when it exceeds 60% by mass, there is a problem that heat resistance is deteriorated and seizure easily occurs. The iron powder contained in the tool surface protective material is preferably an inexpensive iron powder such as reduced iron powder or atomized iron powder from the viewpoint of cost. It should be noted that there is no problem even if an iron alloy powder such as Ni-Fe powder or Cu-Fe powder is used to adjust the softening point and wettability. Moreover, it is preferable that the particle size of the iron powder to be added is 0.1 to 300 μm. In view of ease of drying and solidification, the thickness is more preferably 10 to 200 μm.
[0020]
Bentonite absorbs moisture and swells significantly, and has the effect of uniformly dispersing aggregate in the slurry. After molding (drying and solidifying), it gives elasticity or plasticity to the tool surface protection material. To do. Thereby, the effect as a cushion which absorbs the impact at the time of piercing-rolling appears. Instead of bentonite, montmorillonite having the same action, montmorillonite group mineral powders such as tetsu montmorillonite, beidellite, and bolcon score may be used, or a composite thereof may be used. Bentonite or montmorillonite is preferably contained in an amount of 5 to 40% by mass based on the total amount of the tool surface protective material. When the content of bentonite or montmorillonite in the tool surface protective material is less than 5% by mass, it is difficult to uniformly disperse the aggregate in the tool surface protective material, and the elasticity of the tool surface protective material decreases. In addition, there is a problem that the heat insulating and lubricating action of the tool surface protecting material is lowered.
[0021]
Moreover, in the tool surface protective material of this invention, in addition to the above-mentioned main aggregate, 0.5-30 mass% modifier can be further contained with respect to the tool surface protective material whole quantity as needed. The improved material improves the adhesion of the heat insulating lubrication layer formed on the tool surface by piercing and rolling to the tool surface when the tool surface protective material is put on the tool and subjected to piercing and rolling. It has the effect of improving the performance and has the effect of extending the life of the drilling tool. Such an effect is recognized when the content of the modifier is 0.5% by mass or more. On the other hand, when the content exceeds 30% by mass, there is a problem that the melting point of the heat insulating lubricating layer is lowered and the heat consumption of the heat insulating lubricating layer is accelerated. In addition, as a modifier, silicate, sulfate, ore, and one or more kinds selected from compounds containing at least one of Ca, Ba, Si, Na, K, B, Li, F, and S 2 or more types . The ores preferably include one or more of Ca, Ba, Si, Na, K, B, Li, F, and S. For example, feldspar, nitrate, cryolite, fluorite, and borax Illustrated.
[0022]
In the tool surface protective material of the present invention, the total amount of the main aggregate and the modifying material is 20 to 90% by mass with respect to the total amount of the tool surface protective material. When the total amount of the main aggregate and the modifying material is less than 20% by mass, an appropriate adiabatic lubrication effect cannot be obtained and the tool life is reduced. On the other hand, when it exceeds 90% by mass, the strength of the tool surface protective material is lowered, and the tool surface protective material is easily damaged.
[0023]
Further, the tool surface protective material of the present invention includes a binding material for binding the above-described main aggregate dispersed in the tool surface protective material or further a modifying material. The type of the binder is not particularly limited as long as the main aggregate and the modifying material can be stably fixed. As the binder, any of inorganic and organic materials can be suitably used. The binder contained in the tool surface protective material is preferably 1 to 30% by mass with respect to the total amount of the tool surface protective material. When the ratio of the binder exceeds 30% by mass, the tool surface protective material is easily cracked, the heat resistance and lubricity of the tool surface protective material are reduced, and the tool life is reduced. Moreover, if the ratio of the binder is less than 1% by mass, the strength of the tool surface protective material is lowered.
[0024]
Preferred binders include, for example, water-soluble acrylic resins, vinyl acetate resins, ethylene acetate resins, styrene resins, clays, water glass, etc., and solvent-based materials such as polyethylene resins and polyamides. Resins, polyester resins, ester resins, urethane resins, epoxy resins, alkyd resins, rubbers, etc., and thermosetting resins include phenol resins, urea resins, melamine resins, etc. The Moreover, there is no problem even if a reinforced resin reinforced with carbon fiber or glass fiber, an oil-containing resin, or the like is used. In addition, it is preferable to select a binder that is fast in drying and is not easily deformed.
[0025]
As the fibrous structure material used in the tool surface protecting material of the present invention, it is preferable to use paper or a material using paper fiber, carbon fiber, glass fiber, ceramic whisker or the like. When the fibrous structural material is paper or paper fiber, it may be reinforced and compounded with carbon fiber or the like having high temperature strength and excellent heat resistance at a portion corresponding to a place where the wear is severe, for example, at the tip. By molding using such a fibrous structure material, a tangible tool surface protective material having sufficient strength and elasticity can be obtained. At the time of use, the plug surface can be covered at an arbitrary time point, such as after one rolling is performed before rolling starts, or after a plurality of rollings are performed, and the plug life can be made much longer. In addition, handling of the tool surface protective material is facilitated.
[0026]
Further, the tool surface protective material of the present invention may contain an additive in addition to the main aggregate, the modifying material, the binder, and the fibrous structure material. As additives, various surfactants, dispersing agents for preventing precipitation, inorganic or organic fibrous materials for strengthening the coating, sodium alginate for imparting thixotropy, colloidal silica for increasing hot strength, Examples thereof include colloidal alumina and ethyl silicate.
[0027]
Next, a method for manufacturing a tool surface protective material according to the second aspect of the present invention will be described. The main aggregate, the binding material, and the fibrous structure material, or further the modifying material, are molded into a hat-shaped tool surface protecting material that covers a part of or the entire surface of the tool using a solvent. The molding method is preferably as follows.
As a first preferred molding method, a main aggregate, a binder, or a further modifying material is mixed with a solvent to form a slurry, and then a fibrous structural material is further mixed with the slurry to obtain a predetermined It is preferable to use a step of pouring into a hat-shaped mold, drying, and die cutting. The solvent is preferably water or alcohol. In these solvents, the main aggregate and the modifying material are blended so that the total amount of the main aggregate and the modifying material is 20 to 90% by mass with respect to the total amount of the tool surface protective material after drying. And mix to make a slurry. The main aggregate is 10 to 80% by mass of iron oxide, 1 to 60% by mass of iron powder, and 5 to 40% by mass of bentonite or montmorini based on the total amount of the tool surface protective material after drying. Blend. Moreover, it is preferable that a modifier contains 0.5-30 mass% with respect to the surface protection material whole quantity after drying. As the modifier, one or two selected from silicates, sulfates, ores, and compounds containing one or more of Ca, Ba, Si, Na, K, B, Li, F, and S The above is preferable. The ores are preferably those containing one or more of Ca, Ba, Si, Na, K, B, Li, F, and S, for example, feldspar, glass, cryolite, fluorite, and borax. Is done.
[0028]
In addition, it is preferable to mix | blend the compounding quantity of a binder so that it may become 1-30 mass% with respect to the tool surface protection material whole quantity after drying. When the blending amount of the binder is less than 1% by mass, the bonding strength between the main aggregates is insufficient, and the adhesion of the heat insulating lubricating layer is lowered. On the other hand, if it exceeds 30% by mass, the amount of main aggregate is insufficient, and heat resistance and adhesion are deteriorated. The slurry is preferably poured into a mold so that the thickness of the tool surface protecting material is 0.3 to 3 mm.
[0029]
The above-described fibrous structure material is further mixed in the slurry having such a composition, preferably 1 to 50% by mass, based on the total amount of the tool surface protective material after drying, and poured into a predetermined hat-shaped mold, followed by drying. And die-cut. The molding method is not particularly limited, and various methods such as a vacuum molding method, a low pressure molding method, or a centrifugal force molding method can be applied.
[0030]
As a second preferable molding method, a slurry obtained by mixing and dispersing a main aggregate, a binder, or a modifying material in a solvent is applied to a fibrous structure material previously molded into a predetermined hat shape and then dried. It is good also as the process to immerse and impregnate the fibrous structure material in the slurry of the above-mentioned composition, and to dry.
Further, as a third preferred molding method, a sheet-like fibrous structure material is impregnated with a slurry obtained by mixing and dispersing a main aggregate, a binder, or a modifying material in a solvent, and a predetermined hat. It is good also as the process of bonding to a shape mold, drying, and die cutting.
[0031]
In addition, there is no problem even if the above-mentioned additives are mixed in the slurry.
Moreover, what is necessary is just to let the shape to shape | mold match the tool shape which applies a tool surface protection material. The molded product is then dried and solidified.
Although drying may be allowed to stand at room temperature, heating to 50 to 250 ° C. is preferable from the viewpoint of production efficiency because the time for drying and solidification is shortened.
[0032]
After forming, drying and solidifying as described above, a tool surface protective material is attached to a predetermined tool and piercing-rolling is performed. The tool surface protection material mounted in a single use is plastically flowed to form a heat insulating lubrication layer in close contact with the tool surface, thereby effectively protecting the tool. At the appropriate time, for example, after confirming the wear of the tool surface protection material after rolling a plurality of tools, if a new tool surface protection material is replaced and installed, there is almost no tool wear and the tool life can be extended. it can.
[0033]
Moreover, it is preferable that the piercing-rolling tool to which the tool surface protective material of the present invention is applied is subjected to an oxide scale treatment on the surface in advance. By forming an oxide scale on the tool surface, in addition to the action of the tool surface protection material of the present invention, the action of the oxide scale film on the tool surface can be superimposed to significantly extend the tool life. It becomes.
[0034]
【Example】
After molding the fibrous structural material shown in Table 1 into a shape that covers the tip (1/3 of the total length) of the plug for Mannesmann Piercer (size: 145mm φ × 350mm length), on the surface of the fibrous structural material The slurry having the composition shown in Table 1 was applied or impregnated, and then dried (drying temperature: 100 ° C.) and solidified to obtain a tool surface protective material for piercing and rolling. Next, these tool surface protective materials were mounted on a plug whose surface was previously scaled to a thickness of 500 μm, and 13Cr steel seamless steel pipe material (heating temperature: 1250 ° C.) was pierced and rolled. In addition, the tool surface protective material was replaced and reattached every three rollings. At each rolling, the wear state of the plug was visually observed, and the plug was abandoned when the plug was seized and melted. If the plug shows no wear after 15 rolls, it is marked as ◯. If the life is discarded after the rolling of less than 15 rolls, the number of rolls up to the end of the life is counted. In some cases, it was evaluated as Δ.
[0035]
As a conventional example, a plug having a scale treatment of 500 μm thickness on the surface was used.
These results are also shown in Table 1.
[0036]
[Table 1]
[Table 2]
In all of the examples of the present invention, the plug was not damaged or was slight, and the plug life could be extended significantly. On the other hand, in the conventional example, the plug is greatly damaged and the plug life is short. Further, in the comparative example that is out of the scope of the present invention, the plug is damaged and the plug life is shortened. In the protective material No. 7, which is a comparative example, the main aggregate was precipitated and the aggregate was not uniformly dispersed.
[0039]
【The invention's effect】
According to the present invention, the service life of the seamless steel pipe piercing and rolling tool can be remarkably extended, and at the same time as the reduction of the tool cost, the frequency of tool replacement is reduced and the productivity is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing an example of a usage pattern of the present invention.
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