JP6801207B2

JP6801207B2 - 継目無鋼管の外削加工方法

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Publication number: JP6801207B2
Application number: JP2016060883A
Authority: JP
Inventors: 修神田; 松本　卓也; 卓也松本; 賢志郎大家
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2036-03-24
Also published as: JP2017170579A

Description

本発明は、継目無鋼管の外削加工方法に関する。

油井管として用いられる継目無鋼管の製造の際、継目無鋼管には外削加工が施される。外削加工は、ねじ切削加工を除く、継目無鋼管の外表面を切削加工し所望の表面性状及び寸法にする加工をいう。外削加工はたとえば、外径加工、テーパー加工及び端面加工を含む。継目無鋼管の外表面を削り取ることにより、継目無鋼管の表層に形成されたスケール層を除去する。これにより、継目無鋼管の表面性状が改善する。継目無鋼管の外表面をテーパー加工する。これにより、続くねじ切削加工後に形成される雄ねじと雌ねじとが連結しやすくなる。

外削加工は、高速回転旋盤装置を用いて行われる。外削加工は、被削材となる鋼管又は切削工具の一方を固定し、他方を高速回転することによって行う。具体的には、鋼管を管軸周りに高速回転させ、鋼管の表面に切削工具の刃先を押しつけて加工する。又は、鋼管本体を固定し、単体或いは複数個の切削工具の刃先を、鋼管表面に接触させた状態で、管軸周りに高速回転させて加工する。

継目無鋼管の硬度が高い場合、切削工具が摩耗しやすい。切削速度を速くすれば、切削工具はさらに摩耗しやすくなる。切削工具が摩耗すれば、所望の表面性状及び寸法が得られず、切削工具を交換する必要が生じる場合がある。したがって、切削速度は、適切な範囲に設定される必要がある。

一方で、近年、石油並びに天然ガス掘削環境の深化に伴い、油井管には強度と耐食性のさらなる強化が求められている。鋼がＣｒ、Ｎｉ等の合金元素を含有すれば、鋼の強度が高まる。そのため、油井管として使用される継目無鋼管の材料として、高Ｃｒ含有鋼及びニッケル合金等が用いられる。高Ｃｒ含有鋼はたとえば、１３Ｃｒ鋼及び１７Ｃｒ鋼である。１３Ｃｒ鋼はＣｒを１１〜１４質量％含有するマルテンサイト系ステンレス鋼である。１７Ｃｒ鋼はＣｒを１６〜１８質量％含有する二相系ステンレス鋼である。１７Ｃｒ鋼はたとえば、特開２０１２−１４９３１７号公報（特許文献１）、特開２００５−３３６５９５号公報（特許文献２）、特開２０１０−２０９４０２号公報（特許文献３）及び国際公開第２０１０／０５０５１９号公報（特許文献４）に記載されている。

Ｃｒ等の合金元素を含有する鋼（いわゆる難削材）の場合、強度及び硬度が高まり、切削工具が摩耗しやすくなる。したがって、上述の問題が特に生じやすい。

切削速度を制御することにより、難削材に対して外削加工する場合であっても、切削工具の摩耗を抑制できる。一般的に、合金元素の含有量が高い程、鋼の硬度が高まる。したがって、Ｃｒ等の合金元素を含む継目無鋼管に対して外削加工する場合、Ｃｒ等の合金元素の含有量が多い程、切削速度を遅くする。これにより、切削工具の摩耗を抑制できる。

特開２００５−２８１７７９号公報（特許文献５）、特開２００１−２９３６０１号公報（特許文献６）及び特開２０１４−１４４５３３号公報（特許文献７）は、難削材に対しても工具寿命を向上可能な切削工具を提案する。これらの文献には、難削材に対して外削加工を行う際の切削条件の具体例が記載されている。

特許文献５には、質量％で、Ｃ：０．４６％、Ｓｉ：０．２７％、Ｍｎ：０．９９％、Ｐ：０．０１８％、Ｓ：０．０６８％、Ａｌ：０．０２１％及びＮ：０．００８％を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる試供材に対して、切削速度２００ｍ／分で外削加工することについて記載がある。特許文献６には、ＳＣＭ４３５（クロムモリブデン鋼）に対して切削速度２５０ｍ／分で外削加工することについて記載がある。特許文献７には、インコネル（商標）７１８に対して切削速度２００ｍ／分で外削加工することについて記載がある。

特開２０１２−１４９３１７号公報特開２００５−３３６５９５号公報特開２０１０−２０９４０２号公報国際公開第２０１０／０５０５１９号特開２００５−２８１７７９号公報特開２００１−２９３６０１号公報特開２０１４−１４４５３３号公報国際公開第２００９／１２２６１９号

しかしながら、上述の特許文献に開示された方法及び切削条件を用いても、鋼種によっては外削加工時の切削工具の摩耗及び継目無鋼管の生産効率の低下が生じる場合がある。

本発明の目的は、外削加工時の切削工具の摩耗を抑制しつつ、生産効率を改善できる継目無鋼管の外削加工方法を提供することである。

本実施形態による継目無鋼管の外削加工方法は、基材を準備する工程と、外削加工する工程とを備える。基材を準備する工程では、質量％で、Ｃｒ：１６．０〜１８．０％を含有し、マルテンサイト相、フェライト相及び残留オーステナイト相を含む組織を有する基材を準備する。外削加工する工程では、切削工具を用いて基材を外削加工する。外削加工する工程において、切削工具と基材との接触面積（ｍｍ²）をＳとした時に次の切削速度で外削加工する。０．０１＜Ｓ≦０．２５ｍｍ²の場合、切削速度は８０〜５００ｍ／分、０．２５＜Ｓ≦１．０ｍｍ²の場合、切削速度は８０〜４００ｍ／分、１．０＜Ｓ≦２．５ｍｍ²の場合、切削速度は８０〜３００ｍ／分、及び、２．５＜Ｓ≦４．０ｍｍ²の場合、切削速度は８０〜２００ｍ／分。

本実施形態による継目無鋼管の外削加工方法は、外削加工時の切削工具の摩耗を抑制しつつ、生産効率を改善できる。

図１は、１３Ｃｒ鋼における、切削速度と切削抵抗との関係を示す図である。図２は、１７Ｃｒ鋼における、切削速度と切削抵抗との関係を示す図である。図３は、２２Ｃｒ鋼における、切削速度と切削抵抗との関係を示す図である。図４は、外削加工工程の一例を示す図である。図５は、切削工具の角部の拡大図である。図６は、１３Ｃｒ鋼を外削加工した後の切削工具の顕微鏡写真である。図７は、１７Ｃｒ鋼を外削加工した後の切削工具の顕微鏡写真である。図８は、２２Ｃｒ鋼を外削加工した後の切削工具の顕微鏡写真である。

以下、図面を参照して、本実施形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

本発明者らは、切削工具の摩耗を抑制できる、継目無鋼管の外削加工条件について種々検討を行った。その結果、本発明者らは以下の知見を得た。

一般的に、Ｃｒ等の合金元素を含有する継目無鋼管は、合金元素の含有量の増加に伴って硬度が高まる。したがって、Ｃｒ等の合金元素の含有量が高い場合は、外削加工における切削速度を遅くして、切削工具の摩耗を抑制する必要がある。

本発明者らは、鋼材のＣｒ含有量と切削抵抗との関係を調べるため、切削抵抗測定試験を実施した。３種類の鋼材（１３Ｃｒ鋼、１７Ｃｒ鋼及び２２Ｃｒ鋼）を準備した。各鋼材は、表１に示す化学組成を有した。各鋼材に対して、被削鋼材回転式の旋盤装置を用いて外削加工を実施した。切削工具は、ＷＣ及びＣｏからなる超硬合金の最表層に、Ｔｉ窒化物を含む硬質保護膜を備えた切削工具であった。接触面積及び切削速度を変化させて外削加工を実施し、切削抵抗を測定した。このとき、送り量は０．１ｍｍ／回転であった。結果を表２及び図１〜図３に示す。図１〜３中の「■」印は接触面積が４．０ｍｍ²の場合での結果を示し、「▲」印は接触面積が２．５ｍｍ²、「◆」印は接触面積が１．０ｍｍ²、「●」印は接触面積が０．２５ｍｍ²の場合での結果を示す。

Ｃｒ含有量の異なる１３Ｃｒ鋼と２２Ｃｒ鋼とを比較して、２２Ｃｒ鋼は切削抵抗が大きかった。具体的には、接触面積が１．０ｍｍ²以上の場合には、全ての切削速度において、２２Ｃｒ鋼における切削抵抗が１３Ｃｒ鋼における切削抵抗よりも大きかった。これは、２２Ｃｒ鋼の方が、１３Ｃｒ鋼よりもＣｒ含有量が多く、硬度が高いためと考えられる。

一方で、１３Ｃｒ鋼と１７Ｃｒ鋼とを比較して、１７Ｃｒ鋼は１３Ｃｒ鋼と同等かそれ以下の切削抵抗を示した。具体的には、１７Ｃｒ鋼における切削抵抗は、切削速度が３００ｍｍ／分以上の場合に、全ての接触面積において、１３Ｃｒ鋼における切削抵抗よりも小さかった。

切削時に切削工具の刃先に何らかの異常が発生しなければ、切削抵抗は、切削速度の上昇に伴って減少する。つまり、切削抵抗は切削速度の上昇に対して工具潤滑性を有する。しかしながら、切削速度を上げていくと切削工具の刃先が磨耗、塑性変形、欠損したり、被削鋼材からの凝着が起こるなどの異常が生じやすくなる。また、これらの現象に起因して、被削面性状が所望の形状や寸法に仕上がらないなどの異常が生じやすくなる。つまり、工具潤滑性を維持できなくなる。この場合、切削抵抗は増加に転じる。工具潤滑性を維持できなくなれば、工具の刃先寿命と判断された結果、工具の刃先を新品へ交換する必要が生じる。

１７Ｃｒ鋼の場合、１３Ｃｒ鋼や２２Ｃｒ鋼の場合よりも工具潤滑性を維持し得る切削速度域が高い。つまり、１７Ｃｒ鋼では、切削抵抗が上昇に転じる切削速度が高い。そのため、１７Ｃｒ鋼では、１３Ｃｒ鋼や２２Ｃｒ鋼に較べて、切削工具の摩耗が抑制されつつ、より高速で切削することができる。

上述のとおり、１７Ｃｒ鋼を用いた継目無鋼管を外削加工する場合、従来よりも速い切削速度で外削加工した場合であっても、切削抵抗が小さくなる。そのため、切削速度を速くした場合であっても切削工具の摩耗を抑制できる。切削速度を速くすれば、生産効率が改善される。

以上の知見に基づいて完成した、本実施形態による継目無鋼管の外削加工方法は、基材を準備する工程と、外削加工する工程とを備える。基材を準備する工程では、質量％で、Ｃｒ：１６．０〜１８．０％を含有し、マルテンサイト相、フェライト相及び残留オーステナイト相を含む組織を有する基材を準備する。外削加工する工程では、切削工具を用いて基材を外削加工する。外削加工する工程において、切削工具と基材との接触面積（ｍｍ²）をＳとした時に次の切削速度で外削加工する。０．０１＜Ｓ≦０．２５ｍｍ²の場合、切削速度は８０〜５００ｍ／分、０．２５＜Ｓ≦１．０ｍｍ²の場合、切削速度は８０〜４００ｍ／分、１．０＜Ｓ≦２．５ｍｍ²の場合、切削速度は８０〜３００ｍ／分、及び、２．５＜Ｓ≦４．０ｍｍ²の場合、切削速度は８０〜２００ｍ／分。

以下、本実施形態の継目無鋼管の外削加工方法について詳述する。

［製造工程］
本実施形態による継目無鋼管の外削加工方法は、基材を準備する工程と、外削加工する工程とを備える。

［準備工程］
準備工程では、基材を準備する。基材は、１７Ｃｒ鋼である。以下に、１７Ｃｒ鋼の化学組成及び組織の一例を説明する。

［基材］
基材である１７Ｃｒ鋼は、クロム（Ｃｒ）を１６．０〜１８．０％含有する。１７Ｃｒ鋼の組織は、マルテンサイト相、フェライト相及び残留オーステナイト相を含む。化学組成について「％」とは、「質量％」を意味する。

［基材の化学組成］
Ｃｒ：１６．０〜１８．０％
クロム（Ｃｒ）は、基材の焼入れ性を高め、基材の強度を高める。Ｃｒはさらに、基材の耐食性、特に耐ＳＳＣ性を高める。Ｃｒ含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、Ｃｒ含有量が高すぎれば、基材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は１６．０〜１８．０％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は１６．５％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は１７．５％である。

１７Ｃｒ鋼の化学組成は、Ｃｒ以外についてたとえば以下の元素を含有する。

Ｃ：０．０３％以下
炭素（Ｃ）は、オーステナイト相を安定化させる。Ｃはさらに、固溶強化により基材の強度を高める。しかしながら、基材のＣ含有量が高すぎれば、炭化物が過剰に析出し、基材の耐食性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．０３％以下であることが好ましい。脱炭コストを考慮すると好ましいＣ含有量の下限は０．００４％である。より好ましいＣ含有量の上限は０．０１％である。

Ｓｉ：０．５０％以下
シリコン（Ｓｉ）は、基材を脱酸する。Ｓｉはさらに、基材の強度を高める。一方、Ｓｉ含有量が高すぎれば、基材のＳＣＣ（＝Stress Corrosion Cracking：応力腐食割れ）耐性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は、０．５０％以下であることが好ましい。好ましいＳｉ含有量の下限は、０．１５％である。より好ましいＳｉ含有量の上限は、０．３５％である。

Ｍｎ：０．５０％以下
マンガン（Ｍｎ）は基材を脱酸する。Ｍｎはさらに、基材の強度を高める。しかしながら、Ｍｎ含有量が高すぎれば、Ｍｎは、燐（Ｐ）及び硫黄（Ｓ）等の不純物元素とともに、粒界に偏析する。この場合、基材の耐ＳＳＣ性及び靱性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は、０．５０％以下であることが好ましい。より好ましいＭｎ含有量の上限は、０．５０％である。好ましいＭｎ含有量の下限は、０．１０％である。

Ｃｕ：２．０〜３．０％
銅（Ｃｕ）は、基材の強度を高める。Ｃｕはさらに、基材の耐ＳＳＣ性を高める。Ｃｕ含有量が低ければ、これらの効果が得られない。一方、Ｃｕ含有量が高すぎれば、基材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は２．０〜３．０％であることが好ましい。より好ましいＣｕ含有量の下限は、２．４％である。より好ましいＣｕ含有量の上限は、２．６％である。

Ｎｉ：４．０〜５．５％
ニッケル（Ｎｉ）は、基材の耐食性を高める。一方、Ｎｉ含有量が高すぎれば、生産コストが高くなる。したがって、Ｎｉ含有量は４．０〜５．５％であることが好ましい。
より好ましいＮｉ含有量の下限は、４．５％である。より好ましいＮｉ含有量の上限は、５．０％である。

Ｍｏ：２．０〜３．０％
モリブデン（Ｍｏ）は、基材の強度及び耐食性を高める。Ｍｏ含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ｍｏ含有量が高すぎれば、基材の熱間加工性が低下する。Ｍｏ含有量が高すぎればさらに、不要なコスト上昇を招く。したがって、Ｍｏ含有量は２．０〜３．０％であることが好ましい。より好ましいＭｏ含有量の下限は、２．３％である。より好ましいＭｏ含有量の上限は、２．７％である。

１７Ｃｒ鋼の化学組成の一例において、残部はＦｅ及び不純物である。ここでいう不純物は、鋼の原料として利用される鉱石やスクラップ、又は、製造過程の環境等から混入する元素をいう。１７Ｃｒ鋼は、Ｆｅの一部に代えて、以下の選択元素を含有してもよい。

Ｖ：０〜０．１％
バナジウム（Ｖ）は、選択元素である。Ｖは炭素及び窒素と結合して炭化物、窒化物又は炭窒化物を形成する。これらの炭化物、窒化物及び炭窒化物は、基材を析出強化する。Ｖはさらに、基材の耐ＳＳＣ性を高める。しかしながら、Ｖ含有量が高すぎれば、基材の靱性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０〜０．１％であることが好ましい。含有する場合の好ましいＶ含有量の下限は、０．０５％である。含有する場合の好ましいＶ含有量の上限は０．０７％である。

Ｗ：０〜２．０％
タングステン（Ｗ）は選択元素である。Ｗは、高温環境における耐ＳＣＣ性を高める。Ｗが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。一方、Ｗの含有量が２．０％を超えるとフェライト分率が過剰になりやすく、高い強度が得られないおそれがある。したがって、Ｗ含有量は０〜２．０％であることが好ましい。含有する場合の好ましいＷ含有量の下限は、０．０５％である。より好ましいＷ含有量の上限は、１．０％である。

［基材の組織］
基材である１７Ｃｒ鋼の組織は、上述の通り、マルテンサイト相、フェライト相及び残留オーステナイト相を含有する。好ましくは、体積分率で、フェライト相が３０〜４０％、残留オーステナイト相が４％以下（０％を含まない）であり、残部がマルテンサイト相からなる組織を有する。この場合、基材の降伏強度が高まる。

［基材の製造方法］
上述の化学組成を有する基材を周知の方法で製造する。基材は、継目無鋼管である。基材の製造方法は特に限定されない。たとえば、上述の化学組成を有する溶湯を製造する。続いて、連続鋳造により鋳片（ブルーム）を製造し、得られた鋳片を分塊圧延してビレットにする。ビレットに対して、マンネスマン−マンドレルミル法を用いて穿孔圧延及び延伸圧延する。溶湯を製造した後、造塊法によりインゴットを製造してもよい。マンネスマン−マンドレルミル法に代えて、熱間押出し法により基材を製造してもよい。

得られた基材に対して、周知の熱処理を実施する。熱処理はたとえば、焼入れ及び焼戻しを含む。焼入れは、たとえば、８５０℃〜１０５０℃に加熱した後、水冷する。焼入れ後の焼戻し温度はたとえば、５１０℃〜６５０℃である。以上の工程により、基材を製造できる。

［外削加工工程］
外削加工工程では、上述の製造方法により得られた基材に対して、切削工具を用いて外削加工を実施する。外削加工は、コンピュータで切削速度、切込量及び送り量等が制御できるＣＮＣ旋盤装置を用いて行うことができる。図４は、外削加工工程の一例を示す図である。図４を参照して、基材１は、基材１の軸周り方向Ｘに回転する。切削工具２は固定され、基材１の表面に押し当てられる。基材１を回転させながら、切削工具２を基材１の軸方向Ｙに進めることによって外削加工を行う。外削加工は、基材１を固定し、切削工具２を回転させることによっても実施できる。外削加工工程は、１回の切削パスで完了してもよいし、複数の切削パスを含んでもよい。

［切削工具２］
切削工具２は、切削加工用の矩形状の工具刃先バイトである。切削工具２は、周知の超硬合金を含む。超硬合金は、タングステンカーバイド（ＷＣ）を主成分とし、焼結助剤としてコバルト（Ｃｏ）を含有する。超硬合金はＷＣ、Ｃｏの他に、チタンカーバイド（ＴｉＣ）及びタンタルカーバイド（ＴａＣ）等を含有してもよい。切削工具２の最表層には、硬質保護膜が形成される。硬質保護膜は、チタン（Ｔｉ）の窒化物を含む。硬質保護膜の厚さは、最大５μｍである。切削工具２の形状は、特に限定されない。切削工具２の形状はたとえば、図４に示す直方体であってもよい。切削工具２のすくい面の形状は図４に示す矩形状の他に、矩形状以外の他の多角形であってもよいし、円形であってもよい。

［接触面積］
切削工具２と基材１との接触面積をＳ（ｍｍ²）とする。接触面積Ｓは切削工具２のすくい面の形状及び切込量（すくい面が基材１に食い込む深さ）から求めた、切削工具２と基材１とが接するすくい面における面積である。図５は、切削工具２の角部３の拡大図である。図５を参照して、切削工具２が直方体の場合、接触面積Ｓは、切込量ａと、切込量ａを高さとした場合の二等辺三角形４の面積と定義する。

［切削速度］
切削速度は、接触面積Ｓに応じて適切な値に設定される。接触面積Ｓが０．０１＜Ｓ≦０．２５ｍｍ²の場合、切削速度は８０〜５００ｍ／分である。接触面積Ｓが０．２５＜Ｓ≦１．０ｍｍ²の場合、切削速度は８０〜４００ｍ／分である。接触面積Ｓが１．０＜Ｓ≦２．５ｍｍ²の場合、切削速度は８０〜３００ｍ／分である。接触面積Ｓが２．５＜Ｓ≦４．０ｍｍ²の場合、切削速度は８０〜２００ｍ／分である。基材１は、１７Ｃｒ鋼であるため、切削速度を速くしても切削抵抗が小さく、切削工具２の摩耗が少ない。そのため、切削速度を速くすることで、切削工具２の摩耗を抑制しつつ、生産効率を改善できる。

切削速度が８０ｍ／分未満の場合、生産効率を改善できない。切削速度が８０ｍ／分未満の場合さらに、基材１及び切削工具２の接触面における潤滑性が低下し、基材１の表面が粗くなる場合がある。反対に、切削速度が上述の範囲よりも速い場合は切削工具２が著しく摩耗する。具体的には、接触面積Ｓが０．０１＜Ｓ≦０．２５ｍｍ²の場合に切削速度が５００ｍ／分よりも速い場合、接触面積Ｓが０．２５＜Ｓ≦１．０ｍｍ²の場合に切削速度が４００ｍ／分よりも速い場合、接触面積Ｓが１．０＜Ｓ≦２．５ｍｍ²の場合に切削速度が３００ｍ／分よりも速い場合、及び、接触面積Ｓが２．５＜Ｓ≦４．０ｍｍ²の場合に切削速度が２００ｍ／分よりも速い場合である。この場合、切削工具２が著しく摩耗する。そのため、切削工具２の寿命が短くなる。

切削速度を速くすることで、生産効率を高めることができる。したがって、好ましくは、接触面積Ｓが０．０１＜Ｓ≦０．２５ｍｍ²の場合、切削速度は４００ｍ／分以上である。好ましくは、接触面積Ｓが０．２５＜Ｓ≦１．０ｍｍ²の場合、切削速度は３００ｍ／分以上である。好ましくは、接触面積Ｓが１．０＜Ｓ≦２．５ｍｍ²の場合、切削速度は２００ｍ／分以上である。好ましくは、接触面積Ｓが２．５＜Ｓ≦４．０ｍｍ²の場合、切削速度は１６０ｍ／分以上である。

［その他の外削加工条件］
外削加工は、複数回の切削パスによって行われる場合がある。切削パス数、それぞれの切削パスにおける切込量及び回転数の設定はコンピュータプログラムへの入力で行われる。コンピュータ制御器には、たとえば、ファナック社製制御器（型番；ＦＡＮＵＣＳｅｒｉｅｓＯｉ−ＴＣ）などが使用される。切込量及び回転数は、実施する外削加工の種類及び目的等に応じて適宜設定される。

回転数とは、基材１または切削工具２の回転速度（ｒｐｍ）のことをいう。回転数は、切削速度と基材１の外径から求まる。換言すれば、切削速度は、回転数と基材１の外径とから算出できる。

基材１の１回転あたりに切削工具２が進む距離を送り量という。送り量は外削加工の目的に応じて適宜設定される。油井管の外削加工の場合、送り量はたとえば、０．０５〜０．５０ｍｍ／回転である。送り量の好ましい下限は０．１０ｍｍ／回転であり、好ましい上限は０．３０ｍｍ／回転である。

［準備工程］
２種類の基材（１３Ｃｒ鋼及び１７Ｃｒ鋼）を準備した。初めに、表１に示す化学組成を有する溶銑を製造した。溶銑から、連続鋳造によりブルームを製造し、得られたブルームを分塊圧延してビレットを製造した。ビレットに対して、マンネスマン−マンドレルミル法を用いて穿孔圧延及び延伸圧延を実施した。得られた基材に対して焼入れ及び焼戻しを実施し、継目無鋼管を得た。継目無鋼管は、外径１００ｍｍ、肉厚１５ｍｍ、長さ３００ｍｍの鋼管であった。

［ビッカース硬さ測定試験］
各継目無鋼管のビッカース硬さをＪＩＳＺ２２４４（２００９）に基づいて実施した。試験荷重は２．９４Ｎ(０．３ｋｇｆ)とした。１３Ｃｒ鋼のビッカース硬さは２３９
Ｈｖ_0.3以上であった。１７Ｃｒ鋼のビッカース硬さは３４５Ｈｖ_0.3以上であった。

［外削加工工程］
製造した鋼管に対して、被削鋼材回転式の旋盤装置を用いて外削加工を施した。被削鋼材回転式の旋盤装置は、ＣＮＣ旋盤装置を使用した。具体的には、基材を旋盤装置に圧着し、切削工具を切削ホルダーと呼ばれる治具に装着した。切削工具は、ＷＣ及びＣｏからなる超硬合金の最表層に、Ｔｉ窒化物を含む硬質保護層を備えた。

［工具摩耗状態観察試験］
接触面積及び切削速度を変化させて外削加工を実施し、外削加工後の切削工具の摩耗状態を観察した。切削工具の送り量は０．１ｍｍ／回転であった。切削工具と基材との接触域に水溶性切削油の希釈液を常圧にて噴射した。外削加工後の切削工具表面を、光学顕微鏡を用いて観察した。表３中、「○」は切削工具表面の硬質保護膜に剥離やクラックが発生しなかったことを意味する。「△」は硬質保護膜の剥離までは至っていないが、一部にクラックの発生が認められたことを意味する。「×」は硬質保護膜の一部が剥離し下地が見えたことを意味する。

［評価結果］
１７Ｃｒ鋼を用いて、接触面積Ｓに応じて適切に切削速度を設定した場合、切削工具の摩耗が抑制された。具体的には、接触面積Ｓが０．０１＜Ｓ≦０．２５ｍｍ²の場合、切削速度は８０〜５００ｍ／分において切削工具の摩耗が抑制された。同様に、接触面積Ｓが０．２５＜Ｓ≦１．０ｍｍ²では切削速度が８０〜４００ｍ／分において摩耗が抑制され、接触面積Ｓが１．０＜Ｓ≦２．５ｍｍ²では切削速度が８０〜３００ｍ／分において摩耗が抑制され、接触面積Ｓが２．５＜Ｓ≦４．０ｍｍ²では切削速度が８０〜２００ｍ／分において摩耗が抑制された。１７Ｃｒ鋼は、１３Ｃｒ鋼よりもビッカース硬さが高かった。それにも関わらず、１７Ｃｒ鋼を用いた場合には切削工具の摩耗が抑制された。

一方、１７Ｃｒ鋼を用いた場合でも切削速度が適切でなければ、切削工具の摩耗が抑制されなかった。具体的には接触面積Ｓが０．２５＜Ｓ≦１．０ｍｍ²の場合に切削速度を４００ｍ／分より速くした場合、接触面積Ｓが１．０＜Ｓ≦２．５ｍｍ²の場合に切削速度を３００ｍ／分より速くした場合、接触面積Ｓが２．５＜Ｓ≦４．０ｍｍ²の場合に切削速度を２００ｍ／分より速くした場合、切削工具の摩耗が抑制できなかった。

図６〜図８は、１３Ｃｒ鋼、１７Ｃｒ鋼及び２２Ｃｒ鋼を、外削加工した後の切削工具表面の顕微鏡写真である。外削加工の条件はいずれも、接触面積４．０ｍｍ²、切削速度５００ｍ／分であった。切削工具先端部において、切削工具の表面が変色している部分が、硬質保護膜が剥離した部分である。図６（１３Ｃｒ鋼）及び図８（２２Ｃｒ鋼）を比較して、２２Ｃｒ鋼を外削加工した後の切削工具の方が、硬質保護膜の剥離面積が大きかった。すなわち、切削工具の摩耗量が多かった。しかしながら、図６（１３Ｃｒ鋼）及び図７（１７Ｃｒ鋼）を比較して、１７Ｃｒ鋼を外削加工した後の切削工具は、１３Ｃｒ鋼の場合よりも硬質保護膜の剥離面積が小さかった。

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

１基材
２切削工具

Claims

継目無鋼管の外削加工方法であって、
質量％で、Ｃｒ：１６．０〜１８．０％、Ｎｉ：４．０〜５．５％を含有し、マルテンサイト相、フェライト相及び残留オーステナイト相を含む組織を有する基材を準備する工程と、
ねじ切削加工を除く、切削工具を用いて前記基材の外表面を切削加工し所望の表面性状及び寸法にする加工である外削加工する工程とを備え、
前記外削加工する工程において、前記切削工具と前記基材との接触面積（ｍｍ^２）をＳとした時に次の切削速度で外削加工する、継目無鋼管の外削加工方法。
０．０１＜Ｓ≦０．２５ｍｍ^２の場合、切削速度は８０〜５００ｍ／分、
０．２５＜Ｓ≦１．０ｍｍ^２の場合、切削速度は８０〜４００ｍ／分、
１．０＜Ｓ≦２．５ｍｍ^２の場合、切削速度は８０〜３００ｍ／分、及び、
２．５＜Ｓ≦４．０ｍｍ^２の場合、切削速度は８０〜２００ｍ／分。