JP6015332B2

JP6015332B2 - 丸ビレットの穿孔方法

Info

Publication number: JP6015332B2
Application number: JP2012228579A
Authority: JP
Inventors: 公人白▲崎▼
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-10-31
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2016-10-26
Anticipated expiration: 2032-10-16
Also published as: JP2013116503A

Description

本発明は、丸ビレットの穿孔方法に関し、詳しくは、中乃至高合金鋼組成の丸ビレットを穿孔機（ピアサ）にて穿孔する工程において穿孔用工具であるプラグの耐用寿命を延長しうる丸ビレットの穿孔方法に関する。ここで、丸ビレットとは断面形状が円形であるビレットを意味する。

継目無鋼管は、通常、丸ビレットを加熱し穿孔機（ピアサ）にて穿孔して中空素材となし、これを、定径、延伸等の管圧延工程により加工する事で最終製品とされる。前記穿孔工程では、初期形態が前記丸ビレットである被加工材を一対の傾斜ロールで圧延しながら図４に示す様な砲弾形のプラグ１にて被加工材の全長に亘り断面中央部に貫通穴を穿つ。プラグは、穿孔作業中、１１００〜１３００℃程度の高温に加熱された被加工材と常に接触し、然も高負荷荷重を蒙る為に損傷を受ける。特に被加工材が中乃至高合金鋼組成の材料（例えばＣｒ含有量が５〜２２ｍａｓｓ％である鋼材）である場合、プラグ先端部は甚だしく損傷し、耐用回数が極端に少なくて、工具原単位の上昇、損傷品交換頻度増大による生産能率低下となって、生産コストの上昇を招く問題がある。

前記問題の解決策と目される従来技術として、図５に示す様に、高合金鋼組成の丸ビレット２を加熱（穿孔前加熱）する前に、その被穿孔開始端面に、潤滑用材として予め酸化処理した炭素鋼板（予酸化鋼板）３を溶接接合或いは圧着接合する予施工が公知である（特許文献１参照）。かかる予施工により、１回の穿孔毎に潤滑用材である予酸化鋼板がプラグ先端部の酸化スケール皮膜と化して潤滑の役目を果たし、プラグ耐用寿命が延長するとの由である。尚、プラグ材質には合金鋼（例えば０．５Ｃｒ-１．５Ｎｉ−１．０Ｃｏ鋼等）がよく用いられる。

特開平08-332504号公報

然しながら、上記従来技術では、ビレットを成す中乃至高合金鋼は炭素鋼や低合金鋼に比べて溶接性に劣る事、及び、潤滑用材を成す予酸化鋼板は酸化膜の所為で圧着性に乏しい事から、両者を接合する予施工には時間とコストがかかり、又、接合不具合箇所が生じ易いという憂いがあった。
つまり、従来技術では、中乃至高合金鋼組成の丸ビレットに対してのプラグ耐用寿命延長効果が不十分であるという課題があった。

発明者は前記課題を解決する為に鋭意検討し、以下の要旨構成になる本発明を成した。
（１）中乃至高合金組成の丸ビレットを加熱しピアサにて穿孔する丸ビレットの穿孔方法であって、前記加熱前の丸ビレットの被穿孔開始側の端面中央部に予め穴径＝ビレット径の１０〜３０％、穴深さ＝１００〜５００ｍｍの有底の穴を開け、前記ピアサに用いるプラグの外面全体を均等に覆う膜厚＝０．１０〜１ｍｍの炭素鋼皮膜を想定し、該想定した炭素鋼皮膜の重量と同一重量の塊状又は粉状の炭素鋼を前記有底の穴内に装填しておくことを特徴とする丸ビレットの穿孔方法。

本発明によれば、丸ビレットの被穿孔開始側の端面に穴を開けて該穴内に炭素鋼の塊又は粉を装填した事で、穿孔初期のプラグへの高負荷荷重が低減し、プラグ寿命を有効に延長させる事ができる。

本発明の実施形態の一例（塊状の炭素鋼を装填）を示す概略図である。本発明の実施形態の一例（粉状の炭素鋼を装填）を示す概略図である。仮想的炭素鋼皮膜を示す概略図である。プラグの１例を示す概略図である。従来技術によるビレット端面への予施工状態を示す概略図である。

本発明に云う中乃至高合金鋼とは、継目無鋼管に多く適用される、Ｃｒ：５ｍａｓｓ％以上を含有する鋼種を意味する。Ｃｒ量が５ｍａｓｓ％未満の丸ビレット鋼種では本発明によるプラグ寿命延長効果が目立たない為、Ｃｒ量の下限を５ｍａｓｓ％とした。尚、Ｃｒ量が２２ｍａｓｓ％を超える丸ビレット鋼種は加工性が更に一段と低い為、又、本発明によるプラグ寿命延長効果の確認もできていない為、本発明においてＣｒ量の上限は好ましくは２２ｍａｓｓ％である。

プラグ材質は通常用いられる低合金鋼（例えば３Ｃｒ-１Ｍｏ鋼等）が本発明でも使用できる。
本発明では、例えば図１に示す様に、加熱前の丸ビレット２の被穿孔開始側の端面中央部に、例えばドリル等で、有底の穴６を開け、該穴内に塊状の炭素鋼４を装填する。装填の仕方としては、例えば穴径よりもやや小径の塊状の炭素鋼４を穴６内に挿入し、次いで、止め具として例えば穴径よりもやや大径の鋼製リングの一部を切り欠いた形状の拡がり勝手バネ１０を圧入（押込み或いは叩き込み）する等して、塊状の炭素鋼４を穴６内に係止するという方法が挙げられる。

又、例えば図２に示す様に、図１の塊状の炭素鋼４に代えて粉状の炭素鋼５を装填してもよい。装填の仕方としては、穴６内に粉状の炭素鋼５を挿入し、次いで、これが丸ビレット２のハンドリング中に穴６からこぼれ出るのを阻止する為に、例えば鋼製の蓋板７を穴６内に圧入する等して、粉状の炭素鋼５を穴６内に封じ込めるという方法が挙げられる。

尚、装填する炭素鋼としてはS25C鋼、S30C鋼、S35C鋼、S40C鋼、S45C鋼等が好適である。
穴内への炭素鋼の装填重量はプラグの外面全体を均等に覆う膜厚０．１０〜１ｍｍの炭素鋼皮膜を想定し、該想定した炭素鋼皮膜である仮想的炭素鋼皮膜（図３参照）の重量と同一重量とするのがよい。前記仮想的炭素鋼皮膜の膜厚（以下、ＫＣ膜厚と略記する）が０．１０ｍｍ未満では、装填した炭素鋼が過少なため、穿孔時にプラグと丸ビレットの被穿孔部とによって蒙るしごきで展開してプラグ外面全体をムラなく被覆するのが困難となり、未被覆箇所が局所的に形成してプラグ寿命延長効果が不十分となる。一方、ＫＣ膜厚が１ｍｍ超ではプラグ寿命延長効果が飽和し、炭素鋼装填重量の無駄となる。これに対し、ＫＣ膜厚＝０．１０〜１ｍｍの範囲内では、装填した炭素鋼が丸ビレット加熱時に部分的に酸化スケールと化し、穿孔時にプラグと丸ビレットの被穿孔部とによって蒙るしごきで程良く展開し、プラグ外面全体をムラなく被覆してスケール潤滑作用を過不足なく発現させ、以て十分なプラグ寿命延長効果が得られる。尚、装填した炭素鋼は、通常の丸ビレット加熱工程の中で部分的に酸化スケールと化し、更に、通常の穿孔工程においても、装填した炭素鋼の前記しごきによる展開進行部が速やかに酸化スケールと化すので、別段の予備酸化処理は不要である。

穴６の穴径Ｄは、Ｄ＝ビレット径の１０〜３０％とする。穴径Ｄがビレット径の１０％未満では前記しごきの際の炭素鋼の展開範囲がプラグ最先端部に限られ易くて、プラグ外面全体にスケール潤滑作用が波及し難く、プラグ寿命延長効果が不十分である。一方、穴径Ｄがビレット径の３０％超ではプラグ寿命延長効果が飽和し、穴開けによる丸ビレット材料ロスを招くだけとなる。尚、好ましくは、Ｄ＝ビレット径の１５〜２０％である。

穴６の穴深さＬは、Ｌ＝１００〜５００ｍｍとする。Ｌ＜１００ｍｍでは穴深さが浅すぎる為、加熱前或いは穿孔前のハンドリング中に丸ビレットに大きな衝撃が加わると、装填した炭素鋼が穴から飛び出す虞がある。一方、Ｌ＞５００ｍｍでは、プラグが穿孔開始から前記装填した炭素鋼に届くまでの距離が長すぎてこの長すぎる距離範囲を通過中のプラグは前記装填した炭素鋼からのスケール潤滑作用を受け得ない為、穿孔初期の高負荷荷重により損傷し易いという悪状況を好転させる事ができず、プラグ寿命延長効果が不十分である。又、Ｌ＞５００ｍｍでは、深すぎる穴開けによって丸ビレット材料ロスが大きくなるという不利もある。尚、好ましくは、Ｌ＝２００〜３５０ｍｍである。

穿孔用素材とした５Ｃｒ鋼（Ｃｒ：５．１ｍａｓｓ％含有鋼）、１３Ｃｒ鋼（Ｃｒ：１２．８ｍａｓｓ％含有鋼）、２２Ｃｒ鋼（Ｃｒ：２２．４ｍａｓｓ％含有鋼）の各鋼組成を有する丸ビレット（径φ２１０ｍｍ、長さ２．５ｍ）を、１２５０℃加熱後、ピアサにて、３Ｃｒ-１Ｍｏ鋼製の砲弾形のプラグ１（図２参照；プラグ長＝４１０ｍｍ、プラグ径（最も太い部位）＝φ１７４ｍｍ）を用いて穿孔する工程において、加熱前の穿孔用素材の被穿孔開始側の端面に対し、
(処理Ａ)端面中央部に穴開け後、該穴内に塊状若しくは粉状の炭素鋼（Ｓ４０Ｃ鋼）を装填する穴開け-装填処理（装填方法は前述の通り）、
（処理Ｂ）予め酸化処理した炭素鋼板（Ｓ４０Ｃ鋼板；２ｍｍ厚×１００ｍｍ角）を溶接する鋼板溶接処理、
（処理Ｃ）無処理、
の何れかを施した。

処理Ａ、Ｂ、Ｃの何れかを施した穿孔用素材（丸ビレット）とその処理条件を表１に示す。
各処理条件について複数本の穿孔用素材の加熱-穿孔を行い、プラグ耐用寿命（１本のプラグについて１回の穿孔使用後毎に外面疵を目視観察し、そのプラグが使用不能になったと判定されるまでの耐用穿孔回数）を調査した。その結果を表１（表１−１、１−２、１−３）に示す。

表１より、本発明例では、比較例に比べて、プラグ耐用寿命が延びた事が分る。尚、表１には示していないが、本発明例では、比較例（処理Ｂ）に比べ、処理の時間が顕著に短く、処理の経費も少なかった。

１プラグ
２丸ビレット
３予酸化鋼板（予め酸化処理した炭素鋼板）
４塊状の炭素鋼
５粉状の炭素鋼
６穴
７蓋板
８仮想的炭素鋼皮膜
１０拡がり勝手バネ（止め具）

Claims

中乃至高合金組成の丸ビレットを加熱しピアサにて穿孔する丸ビレットの穿孔方法であって、前記加熱前の丸ビレットの被穿孔開始側の端面中央部に予め穴径＝ビレット径の１０〜３０％、穴深さ＝１００〜５００ｍｍの有底の穴を開け、前記ピアサに用いるプラグの外面全体を均等に覆う膜厚＝０．１０〜１ｍｍの炭素鋼皮膜を想定し、該想定した炭素鋼皮膜の重量と同一重量の塊状又は粉状の炭素鋼を前記有底の穴内に装填しておくことを特徴とする丸ビレットの穿孔方法。