JP3932567B2 - 継目無鋼管製造のためのエロンゲータ圧延用粒状潤滑剤及びエロンゲータ圧延法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、継目無鋼管製造のためのエロンゲータ圧延において管内面に作用する粒状潤滑剤およびこれを使用したエロンゲータ圧延方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
SUS304に代表されるステンレス鋼は熱間加工性が悪く熱間加工中に割れ、疵等が発生しやすいため、難加工材について比較的製造が容易なユージンセジュルネ方式で代表される熱間押し出し法により製造されていた。しかし、熱間押し出し法による製造においては、穴のあいたビレットを使用することにより歩留が低いこと、また生産性も低いことより、最近は次に述べる圧延法により製造されるようになった。
【0003】
熱間圧延における継目無鋼管製造の代表的な方法はプラグミル法及びマンドレルミル法である。一般には製品外径7インチ以上ではプラグミル法が、それより小さい外径の場合マンドレルミル法が使われている。
【0004】
以下、これらの製造方法を図1に示す工程に従い具体的に説明すると、素材1は加熱炉2において所定の温度まで加熱されその後穿孔機3により中空素管4を得る。
その後マンドレルミル法(a)では延伸連続圧延機であるマンドレルミル7によって延伸圧延された後、再加熱炉8により所定の温度に加熱され仕上げ圧延機であるストレッチレデューサー9で所定の外径に圧延成形され仕上管10となる。また、マンドレルミル7の前に肉厚を減じると共に長さを伸ばすエロンゲータミル5、外径を絞るホローシェルレデューサー6が設置される場合もある。
一方プラグミル法(b)においては、中空素管4はエロンゲータミル5により肉厚を減じると共に長さを伸ばす延伸圧延が行われ、次いでプラグミル11により減肉延伸されリーラーミル12により内外面を平滑に仕上げる。その後再加熱炉8により所定の温度に加熱されサイザーミル13により所定の外径に圧延成形され仕上管10となる。
【0005】
エロンゲータミルに使用されるプラグは一般に3%Cr−1%Ni系、或いは1%Cr−3%Ni系低合金鋼材質が使用され、断熱性を確保するため、熱処理により表層にFe3 O4 ,FeO等の酸化スケールを形成させる処理が施される。このようなプラグで炭素鋼に比べて変形抵抗が高く、表面に酸化スケールが生じにくいステンレス鋼を圧延すると、プラグの酸化スケールの消耗が速く、酸化スケールがなくなるとプラグと被圧延材のメタル−メタル接触によりプラグが溶損し、その結果として管内面に焼付疵が発生する。
【0006】
継目無鋼管の内面におけるプラグとの焼付防止あるいはプラグの溶損防止の目的から、黒鉛、食塩等の各種潤滑剤が提案されてきたが、十分な効果が得られていないのが実状である。その中でユージンセジュルネ方式に代表される熱間押し出しに適用されているガラスは、800℃程度で溶融し、流体潤滑となるため焼付疵防止には有効であるが、マンドレルミル法あるいはプラグミル法による圧延製造工程に適用する場合、以下の問題があった。このガラスを継目無鋼管のエロンゲータ圧延に適用すると、ガラスが管内面に不均一に残存するため、マンドレルミル法では延伸連続圧延機であるマンドレルミルで次のような問題が発生した。
【0007】
マンドレルミルでは、予め内面側工具であるマンドレルバーに黒鉛系の潤滑剤を塗布して圧延を行うが、入側素管の内表面にガラスが不均一に残存すると、圧延長手方向で摩擦係数が変化する。マンドレルミル圧延では、マンドレルバーと被圧延材の摩擦係数がロール出口での材料速度に多大な影響を与えることが知られており、連続圧延機で圧延中にロール出口での材料速度が変化すると、スタンド間張力が変動し、材料に過度の張力が作用した場合穴あき、逆に過度の圧縮応力が作用した場合スタンド間で材料が座屈し提灯状になる問題がある。また、プラグミル法でも共通するが製品内面にガラスが残ると、除去工程が必要になる。また、特公平4−68358号公報で述べられているように、酸化鉄粉末10〜80重量%、珪酸化合物20〜90重量%からなる潤滑剤においても先に述べた問題を抱えていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
以上の問題により優れた熱間加工用潤滑剤であるガラスをマンドレルミル法及びプラグミル法による継目無鋼管製造のためのエロンゲータ圧延ラインに適用することは困難であった。本発明は、このような従来の問題点を解決すべく、組成を改良した継目無鋼管製造のためのエロンゲータ圧延用潤滑剤及びこれを用いたエロンゲータ圧延方法を提供する。
【0009】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、酸化鉄を80%を超え95重量%以下含み残部がガラス粉末よりなる継目無鋼管製造のためのエロンゲータ圧延用粒状潤滑剤である。さらに本発明はこの潤滑剤を中空素管の内面に供給し、1000℃での引張強度が20〜35kgf/mm2 の高熱間強度材料よりなるプラグを用いてエロンゲータ圧延を行うことである。
【0010】
【発明の実施の態様】
まず、本発明による粒状潤滑剤について詳細に説明する。潤滑剤はガラス粉末と酸化鉄から構成される。ガラス粉末は熱間圧延温度に曝されると溶融し、これによって流体潤滑効果が得られる。しかしながら、ガラス粉末単独ではエロンゲータ圧延後に管内面にガラス膜が残存するため、先に述べたようにマンドレルミル法では適用が困難であり、プラグミル法ではこれを除去する工程が必要となり製造コスト上昇を招く。
【0011】
発明者らは、この問題を解決すべく研究を行った結果、ガラスに酸化鉄を適量混合することで、エロンゲータ圧延後の内面エアブローによりガラスが除去可能なことを見出した。
すなわち鉄板を1250℃に加熱後、その上にガラスのみをおくと、ガラスがまもなく溶融し、液状となり板に密着した状態になる。しかし、ガラスに酸化鉄を混合すると、ガラスは溶融するがその後、酸化鉄に吸収され剥離しやすい状態になることを突き止めた。
【0012】
そこで、本発明者らは、ガラスが剥離するために必要な酸化鉄の含有量を検討し、その下限添加量を重量%で80%超とした。これは、80%未満の酸化鉄添加量ではガラスが酸化鉄に十分吸収されないためと考えられ、この残留したガラス膜は、圧延後のエアブローで除去できないことによる。
一方、酸化鉄の添加量が95%を超え、ガラスの添加量が少なくなるとガラスによる潤滑効果が小さくなるため、酸化鉄の上限添加量を95%とした。
酸化鉄の粒度は、粒径が100μmを超えると圧延材表層に凹み状欠陥を形成しやすくなるため、100μm以下が望ましい。
【0013】
本発明で規定するガラス粉末とは、通常の熱間加工温度(例えばオーステナイトステンレス鋼のエロンゲータ圧延時の内表面温度は1200〜1300℃程度)において流動状態となるガラスの粉末を意味し、成分としては第3版鉄鋼便覧III (2)(日本鉄鋼協会編、P1020−1022)で述べられているようにSiO2 を主成分として、B2 O3 ,P2 O5 などのガラス形成成分およびNa2 O,CaO,MgO,K2 Oなどの修飾成分、あるいはAl2 O5 ,PbOなどの中間酸化物を含有するもので、工業的に例えば熱間押出法などで既に実用化されているガラスの粉末を意味する。
酸化鉄はFeO,Fe3 O4 ,Fe2 O3 のいずれでもよいが、工業的に得られやすく安価なFe2 O3 を使用することが適当である。
【0014】
次に、本発明のエロンゲータ圧延方法を説明する。
本潤滑剤を中空素管の内面に投入してエロンゲータ圧延を行う場合、3%Cr−1%Ni系低合金鋼材質に断熱性を確保するため、熱処理により表層にFe3 O4 ,FeO等の酸化スケールを形成させたプラグを用いるより1000℃での引張強度が20kgf/mm2 −35kgf/mm2 のプラグを用いたほうがより大きな効果が得られる。
【0015】
1000℃での引張強度を20kgf/mm2 以上に限定する理由を以下に述べる。3%Cr−1%Ni系低合金鋼の1000℃での引張強度は8kgf/mm2 程度で、このような1000℃での引張強度が20kgf/mm2 未満のプラグを用いた場合、表層に形成したスケールが圧延本数の増加につれて磨滅すると塑性流動が生じプラグ表面が凹凸状になったり、さらに激しい場合は溶損する。一方、1000℃での引張強度が35kgf/mm2 を超えるようなプラグを用いると溶損は起こさないものの、本発明の潤滑剤を使用しても熱衝撃により割れが発生することがわかった。
【0016】
かかる熱間強度を有する金属材料としては、Fe基あるいはNi基の耐熱超合金の実用合金が含まれ、通常使用されるようなCr:10〜30%、Ni:20〜70%を含み、さらに必要に応じてMo:1〜30%、Co:1〜20%を含み、さらには適量のW,Nb,Ti,Alなどを含有し、残部が実質的に鉄からなる材料を意味する。
【0017】
[実施例1]
以下、本発明の実施例を説明する。外径76.3mm、肉厚15mm、長さ600mmの素管を供試材とし、1150℃に加熱後、実機エロンゲータの約1/3サイズの実験用エロンゲータを用いて外径76mm、肉厚5mmに熱間圧延した。その際、圧延直前の素管内面に表1の組成の粒状の潤滑剤を素管内表面1m2 に対し1000gの割合で供給した。なお、ガラスは表2に示す組成のガラスを使用し、酸化鉄Fe2 O3 の粒径は5μm以下のものを用いた。プラグは表3に示す3%Cr−1%Ni系の低合金鋼に熱処理により表層に200μm程度の酸化膜を形成したものを使用した。圧延終了後の管を実機を想定して10秒後に吐出圧力5kgf/cm2 でエアブローした。その後、管を切断し内面を目視観察した。試験結果を表4に示す。
【0018】
本発明(No.1〜3)の潤滑剤を用いれば管内面の焼付疵を防止すると共に、ガラス膜を残留させることなく、良好な内面品質を得ることが可能である。 一方、比較例では焼付疵やガラス膜の残留が見られる。比較例No.4では無潤滑のため激しい焼付疵が発生する。比較例No.5ではガラスが少ないため軽微な焼付疵が発生した。比較例No.6〜9では、酸化鉄の量が少ないためガラスが残留した。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】
【表3】
【0022】
【表4】
【0023】
[実施例2]
外径76.3mm、肉厚15mm、長さ600mmの素管を供試材とし、1150℃に加熱後、実機エロンゲータの約1/3サイズの実験用エロンゲータを用いて外径76mm、肉厚5mmに熱間圧延した。その際、圧延直前の素管内面に表5の組成の粒状の潤滑剤を素管内表面1m2 に対し1000gの割合で供給した。なお、ガラスは表2に示す組成のガラスを使用し、酸化鉄Fe2 O3 の粒径は5μm以下のものを用いた。プラグは表6に示すものを用いた。圧延後プラグ観察を行った。試験結果を表7に示す。プラグ寿命は現状の鋼Aにスケール付けをしたプラグを1として、それに対する比で示した。
【0024】
本発明のプラグ(鋼C,D,E)を用いるとプラグ寿命が大幅に向上する。それに対して比較例No.1,2では高温での熱間強度不足のため溶損、変形が早期に生じた。比較例No.6,7ではプラグは変形しなかったが割れが生じた。
【0025】
【表5】
【0026】
【表6】
【0027】
【表7】
【0028】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、ガラスを残留させることなく焼付疵を有効に防止でき、内面品質の向上、歩留の向上、疵手入れの減少、さらにプラグの長寿命化によるプラグ交換頻度の減少による生産性の向上等その工業上の効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】マンドレルミル方式(a)、プラグミル方式(b)による継目無鋼管製造工程図。
【符号の説明】
1 穿孔機における被圧延材
2 加熱炉
3 穿孔機
4 穿孔機出側の中空素管
5 エロンゲータ
6 ホローシェルレデューサー
7 マンドレルミル
8 再加熱炉
9 ストレッチレデューサー
10 仕上管
11 プラグミル
12 リーラーミル
13 サイザーミル
Claims (2)
- 酸化鉄を80%を超え95重量%以下含み残部がガラス粉末よりなる継目無鋼管製造のためのエロンゲータ圧延用粒状潤滑剤。
- 請求項1に記載の潤滑剤を中空素管の内面に粒状で供給し、1000℃での引張強度が20〜35kgf/mm2 の高熱間強度材料よりなるプラグを用いてエロンゲータ圧延を行うことを特徴とするエロンゲータ圧延方法。
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1996
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