JPH02251304A

JPH02251304A - 穿孔機用プラグ

Info

Publication number: JPH02251304A
Application number: JP7209889A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tsubouchi; 憲治坪内; Yoshihito Sugimoto; 杉本　由仁; Shusuke Kinugasa; 秀典衣笠
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-03-24
Filing date: 1989-03-24
Publication date: 1990-10-09
Also published as: JPH0585242B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は継目無管の製造に用いられる穿孔機用プラグに
係わり、特にステンレス鋼などの高合金鋼を穿孔する際
に優れた性能を発揮する穿孔機用プラグに関するもので
ある。

（従来の技術）マンネスマン方式の傾斜穿孔機による継目無管の製造方
法においては、第１図に示すように所定の温度に加熱さ
れたビレット（１）は、−組の樽形ロール（２）と、マ
ンドレル（３）の先端に取り付けられたプラグ（４）と
によって穿孔加工を受けて中空素管（５）に成形される
。具体的には、前記−組のロール（２）は同一方向に同
一速度で回転しており、且つ、被穿孔材のパスラインに
対して傾斜しているので、ビレット（１）はロール（２
）に噛み込まれるとロール（２）の摩擦力で回転すると
ともに、パスライン方向に前進する。従って、ビレット
（１）はこの部分に配置されたプラグ（４）により孔が
あけられ、以後、ロール（２）とプラグ（４）側面の間
で半回転ごとに圧延を受けて中空厚内の素管（５）とな
るのである。

このような状況で使用される前記プラグには、例えば、
特開昭６０−８６２６２号公報に開示されている３Ｃｒ
−ＩＮｉ系低合金鋼製のプラグを、特殊な雰囲気のもと
で熱処理を施し、その表面に密着性に優れ、かつ緻密な
スケール層を形成したものが使用されている。ところが
、近年、継目無管の使用環境はますます過酷化する傾向
にあり、それにともない管の素材、即ちビレットの材質
も高合金化している。

これにより、プラグにはｉｔ員やえぐれと称するプラグ
自体の変形、或いは摩耗や焼付などの表面疵が発生しや
すくなり、特に、ＳＯＳ　３０４ステンレス鋼などの高
合金鋼を従来のプラグで穿孔すると、極端な場合には１
本のビレットを穿孔しただけで第２図において、符号（
４ａ）で示すようにプラグ（４）の先端部が大きく溶損
し、再使用することができなくなることがある。そのた
めに、製管コストが高くなったり、製管能率に悪影響を
及ぼしたりする。さらには、素管の内面品質や寸法精度
にも悪影響を及ぼす。

そこで、ステンレス鋼などの高合金鋼を穿孔しても溶損
やえぐれ等が発生しない長寿命のプラグとして、低合金
鋼よりも高温強度が格段に高いモリブデンやモリブデン
合金を使用したもの、または、プラグ先端部のみにモリ
ブデンやモリブデン合金を使用したもの（特開昭６２−
２０７５０３号公報）が知られている。しかし、モリブ
デンやモリブデン合金は４００”Ｃ程度までの温度域で
は掻めて脆（、そのまま使用すると第３図に示すように
プラグ（４）にクランク（４ｄ）が発生するので、使用
に際しては４００℃以上に予熱を施しておく必要がある
。しかし、プラグを常に予熱して使用するには多大の労
力および時間を要するうえに、その取扱いも困難となり
、製管能率が極端に低下する。このようなことから、モ
リブデンおよびモリブデン合金を使用したプラグは、実
用化に至っていないのが現状である。

（発明が解決しようとする課Ｂ）本発明の課題は、溶損、えぐれ、クランク等が生じ難く
、且つ、使用するに際しては予熱を施す必要のない寿命
の長いプラグを提供することにある。特に、本発明は、
ステンレス鋼などの高合金鋼を高能率で穿孔することが
できる寿命の長い穿孔機用プラグを提供することを目的
とする。

（課題を解決するための手段）本発明者らは、ステンレス鋼などの高合金鋼でも高能率
で穿孔を行うことができて、しかも高寿命のプラグを開
発するために、高温強度が高いというモリブデンやモリ
ブデン合金の特性を生かし、しかも予熱せずに使用して
もクランクを生じないようにすることができないかとの
観点から、穿孔中にプラグに加わる負荷あるいは予熱せ
ずに使用した場合にクランクが発生する原因について検
討を行った。

第１図に示すように同一方向に回転している一組のロー
ルは、被穿孔材にスパイラル状に前進力および回転力を
与えている。この際、プラグは被穿孔材からの面圧を受
けながら、被穿孔材により追従回転せしめられているが
、被穿孔材の回転速度はパスライン方向で均一ではなく
、プラグの回転速度が被穿孔材の回転速度と一致するの
はパスライン方向の一点のみである。第４図に実線で示
すように特にプラグ先端付近ではプラグと被穿孔材の回
転速度差が大きく、相対的なすべりにより大きな摩擦熱
が発生するとともに、この速度差を減じる方向に力が働
き、その結果、プラグは軸長方向にねじりを受ける。モ
リブデンまたはモリブデン合金からなるプラグを予熱せ
ずに使用した場合にクラ・ンクが発生するのは、穿孔中
に被穿孔材から受ける面圧、被穿孔材からの熱伝達に基
づく熱応力に加え、上述したような摩擦発熱に基づく熱
応力、ねじり応力が複雑に作用することが大きく影響し
ているものと考えられる。

そこで、このような熱応力やねじり応力を軽減すること
により、モリブデンやモリブデン合金からなるプラグを
予熱せずに使用した場合に発生するクラックを防止する
ことができるのではないかとの推定のちとに、更に検討
を重ねた結果、下記の知見を得た。即ち、 ■プラグを軸心方向において、先端部とプラグ本体とに
分割し、両者をすきま嵌めにより接合して、先端部とプ
ラグ本体が軸心回りに相対的に回転し得るような構成と
すれば、熱応力およびねじり応力を軽減することができ
る。

■しかし、プラグを■のような構成にしても、先端部と
プラグ本体との接合界面が機械加工した金属肌のままで
は穿孔時に接合界面が焼付きを起こし、相対回転がなめ
らかに行われずにクラックが発生する。

■接合面の少なくとも一方に酸化物、炭化物、窒化物等
からなる被覆層を形成して、先端部とプラグ本体とをす
きま嵌めにより組み立てたものは、接合界面に焼付きが
発生せず、なめらかな相対回転が得られるとともに、予
熱を施さずに使用してもクラックおよび溶損が発生しな
い。

■さらに、プラグを■のような構成にすればタングステ
ン、タングステン合金、ニオブ合金等のような１３００
℃における圧縮変形抵抗が１５ｋｇｆ／＋ｍ”以上の耐
熱合金を先端部に用いてもモリブデンまたはモリブデン
合金の場合と同様の結果が得られる。

本発明は、このような知見を基に完成したものであって
、その要旨は［プラグ本体と１３００℃における圧縮変
形抵抗が１５ｋｇｆ／ａｍ”以上の耐熱合金から構成さ
れた先端部とからなる穿孔機用プラグであって、前記プ
ラグ本体と先端部とはすきま嵌めにより組み立てられて
おり、且つ、その接合界面の少なくとも一方に酸化物、
炭化物、窒化物の１種以上からなる被ｌ′１層が形成さ
れていることを特徴とする穿孔機用プラグ」にある。

本発明において、前記先端部はモリブデン、モリブデン
合金で構成するのが好ましい。

なお、前掲の特開昭６２−２０７５０３号公報に開示さ
れているプラグは、先端部にモリブデンまたはモリブデ
ン合金を用いているので、溶損は起こらない、しかし、
このプラグは先端部とプラグ本体とが螺合、焼嵌め等に
より固定されているために、両者は相対回転することが
できないのでクラックが発生する欠点がある。また、特
開昭５８−１６７００４号公報には、軸心方向に複数に
分割され、かつ各分割部分が軸心線間りに箇々独立して
回転できるプラグが開示されているが、この発明の目的
は、被穿孔材の内面疵を軽減させることにあり、モリブ
デンやモリブデン合金等をプラグとして用いた場合のク
ラックの発生を防止するものではない。

さらに、この特開昭５８−１６７００４号公報には、軸
心方向に分割された各部分をラジアルおよびスラスト軸
受を介して接合する方法が開示されている。

このような接合方法でも、使用初期には滑らかな相対回
転が可能であるが、使用を繰り返すに従い軸受が劣化し
て焼付きが生じやすい欠点がある。

これに対し、本発明のプラグは焼付が生じ難いうえに構
造が簡単であり、且つ、繰り返し使用しても劣化するこ
とがない。

（作用）以下、本発明の穿孔機用プラグについて詳細に説明する
。

第５図は、本発明にかかる穿孔機用プラグの一実施例を
示す中央縦断面図であって、（ａ）は組み立て前の状態
、伽）は組み立て後の状態を示したものである。

本発明のプラグは、図示するように軸心線方向に分割さ
れた先端部（６）とプラグ本体（７）とからなり、該先
端部（６）は１３００℃における圧縮変形抵抗が１５ｋ
ｇｆ／ｍｓ＋”以上の耐熱合金から構成されＣいる。

先端部を１３００℃における圧縮変形抵抗が１５ｋｇｆ
／ａｍ”以上の耐熱合金で構成するのは、高温強度がこ
れよりも小さいものではステンレス鋼などの高合金鋼を
穿孔した場合、先端部が容易に溶損を起こすためである
。このような高温強度を有する合金としては、モリブデ
ン、又はＭｏ−０，５Ｔｉ　−０，０８Ｚｒのようなモ
リブデン合金のほかに、タングステン、又はＷ−１０Ｍ
ｏ、　Ｗ−２５Ｍｏ−０，ＩＺｒ等のタングステン合金
、Ｎｂ−１０Ｗ　−２，５Ｚｒ　、　Ｎｂ−１０ｔ！ｆ
　−ＩＴｉ等のニオブ合金があり、本発明ではこれらい
ずれのものも使用することができる。この中でも多く市
販され、且つ比較的安価であるモリブデンまたはモリブ
デン合金を用いるのが望ましい。

先端部はその最大径をプラグ外径の１／４〜２７３程度
とすることが好ましく、また、プラグ本体は、先端部の
材料と同一のものであってもよいが、必要に応じて他の
材料を用いてもよい、従来のプラグに使用されているａ
Ｃｒ　　ＩＮｉ系低合金鋼に密着性の良いスケール被膜
を形成させたものを、プラグ本体に使用すれば比較的安
価に本発明のプラグを製造することができる。

本発明のプラグは、先端部は前記するような耐熱合金で
構成されているが、先端部とプラグ本体部とは、図示す
るように先端部（６）の後面に形成したプラグ長手方向
の軸部（８）と、それに対向するプラグ本体（７）の前
面に穿設した穴部（９）とをすきま嵌めすることにより
組み立てられている。そして、先端部（６）とプラグ本
体（７）との接合界面００）およびθ０のいずれか一方
又は両方に酸化物、炭化物、窒化物のいずれか１種又は
２種以上からなる被覆層が形成されている。

接合界面に被覆層を形成する理由は、穿孔中における接
合界面での焼付を防止し、摺動性を確保して先端部とプ
ラグ本体とがなめらかに相対回転ができるようにするた
めである。穿孔中にプラグの先端部が受ける力は主にプ
ラグ長手方向の力であり、この力は接合界面を介してプ
ラグ本体側に伝えられる。仮に、接合界面が被覆層を有
しない機械加工した金属肌のままである先端部と、プラ
グ本体とを単にすきま嵌めにより組み立てた場合、前記
長手方向の力によって穿孔中に接合界面が焼付を起こし
、なめらかな相対回転が得られない。

被覆層は、溶射、ＰＶＤ（物理的蒸着法）、ＣＶＤ（化
学的蒸着法）などいずれの方法でも形成することができ
るが、より簡便なのは、先端部とプラグ本体との接合界
面を、酸化性雰囲気中で５００℃以上に加熱して酸化被
膜を形成させる方法である。

この際、被覆層は軸部と穴部の界面を除く部分だけに形
成させても良好な摺動性を得ることができるが、望まし
いのは、軸部と穴部の界面をも含む先端部とプラグ本体
との接合界面全体に形成することである。

本発明のプラグは、先端部とプラグ本体とはすきま嵌め
により組み立てられているが、必要により第６図（ａ）
およびら）に示すように、軸部（８）の端部に穴部（９
）よりも外径の大きいナツト０りや止め輪０つなどを取
り付けて、先端部（６）とプラグ本体（７）とを結合し
てもよい、プラグは穿孔中は主に軸方向の圧縮力を受け
るために、第５図に示す先端部とプラグ本体とをすきま
嵌めにより組み立てたプラグでも、ビレットの穴あけ時
に先端部が落下することはないが、ナツトや止め輪など
で先端部とプラグ本体とを結合したプラグとすれば、搬
送時等に先端部が落下することがないので、プラグの取
扱が容易となる。

本発明のプラグは、以上のような構成であるがら、溶損
やクラック等が発生せず、長期にわたり使用することが
できる。

即ち、先端部が高温強度に優れた耐熱合金からなるので
ステンレスなどの高合金を穿孔しても溶…が生じない、
また、先端部とプラグ本体とはすきま嵌めにより組み立
てられており、且つ、接合界面の少なくとも一方に耐焼
付性に優れた被覆層を有しているので、両者がなめらか
に相対回転を行うことができる。そのために第４図の点
線で示すように先端部付近でのプラグと被穿孔材との回
転速度差が減少し、穿孔中にプラグ先端部に生じる摩擦
発熱およびプラグに加わるねじり応力が軽減するので、
プラグを予熱せずに使用しても先端部の耐熱合金にクラ
ックが生じることがない。従って、高能率でステンレス
鋼などの高合金鋼を穿孔することができるとともにプラ
グ寿命も飛躍的に延長するのである。

以上の説明では、主にステンレス鋼などの高合金鋼を穿
孔する場合について述べたが、本発明のプラグは普通鋼
、低合金鋼などの穿孔にも有効であることは言うまでも
ない。

以下、実施例により本発明を更に説明する。

（実施例）第１表に示す各種のプラグを製作し、予熱することなく
　１２００℃に加熱されたＳＯ３３０４ビレツトを外径
１９２ｓ＋ａ、内径１６２ｍｍ、長さ６０００ｍｍの素
管に穿孔加工し、プラグ寿命を調査した。その結果を第
１表に示す。

（以下、余白）ｌ１ｌａｌ−ＮＩ１６は本発明のプラグである０本発明
のプラグの場合、１５本のビレットを穿孔しても先端部
には溶損やクラックが全く発生しておらず、さらに再使
用が可能であった。

これに対して、比較例として示した全体がモリブデン合
金からなるプラグ（ｌｌＩａ７）、モリブデン合金から
なる先端部を本体に螺合、焼嵌で固定したプラグ（ｋ８
、Ｎ［Ｌ９）、接合界面が機械加工した金属肌のままで
先端部と本体をすきま嵌めにより組み立てたプラグ（Ｎ
ＩＩＩＯ）の場合には、ビレットを１本乃至２本穿孔し
ただけでクラックが発生し、使用不能となった。また、
ＴｉＮ被覆層を接合界面の両方に形成し、且つ、すきま
嵌めにより組み立てた場合でも先端部が高温強度の低い
ニオブからなるプラグ（Ｈａｌｌ）および全体が３Ｃｒ
−ＩＮｉ鋼からなるスケール処理（熱処理）を施した従
来のプラグ（Ｎａ１２）の場合には、ビレットを１本穿
孔しただけで溶損が生じ、使用不能となった。

（発明の効果）以上説明したように、本発明の穿孔機用プラグは、ステ
ンレス鋼のような高合金鋼を穿孔しても溶損やクラック
が生じることがないので、プラグ寿命が長い。また、溶
を貝やクランクが生じ難いので、高能率で且つ内面品質
や寸法精度に優れた素管を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、マンネスマン方式の傾斜穿孔機によるビレッ
トの穿孔方法を示す概略図、第２図は、プラグ先端の溶損状態を示す正面図、第３図
は、モリブデンまたはモリブデン合金からなるプラグの
クランク発生状態を示す正面図、第４図は、従来プラグ
と本発明プラグとにおけるプラグの軸長方向位置におけ
るプラグと被穿孔材との回転速度差を示すグラフ、第５図は、本発明プラグの一例を示す中央縦断面図、第６図は、本発明プラグの他の例を示す中央縦断面図、
である。（１）ビレット　　　　（２）ロール（３）マンドレル　　　（４）プラグ（５）中空素管（６）先端部（７）プラグ本体（８）軸部（９）穴部００）接合界面（１０接合界面０２）ナツト０■止め輸

Claims

【特許請求の範囲】

（１）プラグ本体と１３００℃における圧縮変形抵抗が
１５ｋｇｆ／ｍｍ＾２以上の耐熱合金から構成された先
端部とからなる穿孔機用プラグであって、前記プラグ本
体と先端部とはすきま嵌めにより組み立てられており、
且つ、その接合界面の少なくとも一方に酸化物、炭化物
、窒化物の１種以上からなる被覆層が形成されているこ
とを特徴とする穿孔機用プラグ。
（２）前記１３００℃における圧縮変形抵抗が１５ｋｇ
ｆ／ｍｍ＾２以上の耐熱合金が、モリブデン又はモリブ
デン合金であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の穿孔機用プラグ。