JPH03106504A - 継目無し綱管製造用プラグ - Google Patents

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〕 この発明は継目無し鋼管の製造に使用されるプラグに関
するものである。

〔従来の技術〕

継目無し鋼管の製造工程においては、穿孔工程、圧延工
程（エロンゲー夕、プラグミル）、磨管工程（リーラ）
で、各種の形状のプラグが用いられている。これらのプ
ラグの表面は穿孔あるいは圧延の際、高温下で高圧力や
高剪断力を受けるため、しばしば摩耗、溶損、焼付き等
を起こしていた。

この結果、プラグの寿命（耐用度）を縮めて耐用度に問
題があるばかりでなく、得られた鋼管の内面品質に悪影
．響を及ぼしていた。特にクロム含有１１３ｗｔ％以上
のクロム鋼やオーステナイト系ステンレス鋼のような高
合金鋼の鋼片を穿孔する場合には、これらの鋼片の高温
強度が高いことや、鋼片表面にクロム酸化物が生威し鋼
片からプラグ表面への鉄酸化物の供給が断たれることか
ら、プラグの焼付きが著しくなり、第３図に示すように
プラグ１の溶損、焼付きが激しい。従って、プラグの寿
命は長いものでも５回程度であり、場合によっては１回
の穿孔で使用を中止しなければならないことも少なくな
かった。

最近、これらの高合金鋼の鋼片を穿孔するために、各種
の耐熱合金製のプラグを使用する動きがある。このプラ
グの材料には高温強度で耐焼付き性の高い材料である、
モリブデンを適用することが多い。

しかしながら、モリブデン製のプラグの場合には、その
材料費が高価であるばかりでなく、難削材料であること
、プラグ形状が複雑であることなどにより機械加工費が
高くなり、プラグ製作費が非常に高くつくという問題が
あった。さらに、モリブデンは、鋼の１．３倍の比重を
有するために、モリブデンからなるプラグは重くなり、
作業性の低下を招く。その上、モリブデンは鋼の３倍以
上の熱伝導率を有するために、プラグ後部でプラグにか
かる力を支持するためのマンドレルバーまたはその装着
部において多大な温度上昇を招き、マンドレルバーの変
形やプラグとの焼付きなどの弊害を生じた。

この問題点を解決する方法の一つにプラグ表面にモリブ
デン層を被覆する手法がある。例えば、特開昭６１−２
８６０７７号公報においては溶射と熱間等方圧加圧処理
により、特開昭６２−５０００９号公報においてはプラ
グ表面に接合強度を高める目的でニッケル合金の中間層
を設けカプセルに封入後熱間等方圧加圧処理により、モ
リブデン溶射層や粉末層をプラグ表面に被覆させること
を提案している。

〔発明が解決しようとする課題〕

これらの提案は、先に示したモリブデンプラグの問題点
を解決をしている。しかし、これらの発明の内容に基づ
き検討したところモリブデンと鋼とは激しく反応し界面
に脆化層が形威され、熱膨張係数の差が大きく異なると
もあいまってモリブデン層に亀裂が生じた。また、実施
例に記されたニッケル合金層を中間層に設けて接合強度
を高めようという改善案も同じ理由で界面に亀裂が生じ
何等効果がなかった。その他モリブデンは熱伝導が高い
ため被穿孔材の熱が穿孔中にプラグ内部にまで容易に伝
わりプラグの変形を招いた。このように界面の脆い反応
層の生成や接合強度や熱影響の問題が依然として残った
。

本発明は、モリブデン層を有するプラグにみられる穿孔
中の熱変形や脆い反応層の形威を阻止し、高寿命で、し
かも、内面品質が良好なホローピースを安定して製造す
ることができる継目無し鋼管製造用プラグを提供するこ
とを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はかかる目的を達或すべくなされたものであり、
本発明者らはモリブデンまたはモリブデン基合金よりな
る被穿孔物との接触部分と金属たは合金よりなる芯材の
間に中間層を設け、この中間層により、モリブデン層か
ら芯材へ伝わる熱を遮断し芯の変形を防止したり、モリ
ブデン層と芯材の反応を阻止し、敢えて両者を金属的に
接合させない工夫をこらすことによりこの目的を達成す
ることに或功したものである。

プラグの形状は通常は略弾頭形状であり、底面にはマン
ドレルを取り付ける嵌合穴、嵌を突起等が設けられる。

頭部は半球形のばか傘形等のものも知られている。本発
明のプラグの形状はこれらに限定されるものではなく公
知の如何なる形状であってもよい。

このプラグは少なくとも、被穿孔物と接触する表面層と
断熱を目的とした中間層と内面側の芯材よりなっている
。表面層はプラグの外表面全体に設けられていてもよく
、穿孔によって損傷を生じやすい部分のみに設けられて
いてもよい。

本発明のプラグを製造するには、適切な形状と材質の芯
材と適切な材質のモリブデン基合金が必要となる． 芯材は高温強度の高い耐熱合金を用いてもよいがコスト
面から熱間工具鋼や耐熱鋼を用いるのが好ましい． 芯材の表面は平滑面でもよいが、プラグの形状や種類に
よっては表面は凹凸形状を設けたほうがより好ましい場
合がある。

これらを芯材に仕上げる方法には、単にビレットから切
り出す機械加工法の他に鋳造法やこれらの材質の粉末を
戒形後焼結する粉末冶金法がある。

芯材に凹凸形状を設ける場合、ショットブラスト面のよ
うな浅い凹凸では不十分で、ある程度の深さを持った丸
や三角や四角のクレーター状や円形や三角や四角の溝形
状が好ましい。上記の凹凸は凹みや溝ではなく突起や突
条であってもよいが、その場合表面層の厚みを増加させ
るデメリットががある。凹凸の大きさすなわち径や幅や
深さはプラグの大きさにも依存する。プラグ径に対する
相対値ではｏ．ｏｏｓ〜０．５程度で十分効果が見出せ
るが、実用上は０．０５〜０．２程度が好ましい。凹凸
の？布は不規則であってもよいが、等間隔に並んでいる
状態が好ましい．また、溝のコーナ一部は応力集中を避
けるためにアールを設けるのが好ましい。

次に、このようにして製作した芯材の表面に中間層とし
セラミックスをコーティングする。コーティング方法に
はセラミックス粉末の塗布や溶射やＣＩＰ成形などがあ
る。セラミックスとしては高温で安定な酸化物系セラ旦
ツクスが好ましく、ＭｇＯ、ＣａＯ、ムライト、ＺｒＯ
■やＡｈａ３が最も好ましい。中間層の厚みは２０〜２
０００μ一の範囲内であれば十分機能を果たすが経済面
を考慮すると５０〜５００μ園が好ましい．次に、この
ようにして製作した芯材の表面にモリブデンまたはモリ
ブデン基合金を被覆するのであるが材質は高温における
潤滑性及び強度特性に優れたものであればよく、純モリ
ブデン以外に例えば、ＴＺＭ（０．５ｗｔＸＴｉ−０．
０７ｗｔＸＺｒ−０．０５ｗｔＸＣ−Ｂａｌ　．Ｍｏ）
　．ＴＺＣ（１．ＯｗｔχＴｉ−０．１４ｗｔχＺｒ−
０．１ｗｔＸＣ−Ｂａｌ．Ｍｏ），ＺＨＭ（０．７２ｗ
ｔＸＺｒ−０．１４ｗｔＸＨｆ−０．０１ｗｔχＣ−Ｂ
ａｌ．Ｍｏ）　＋ＭＨＣ（１．０ｗｔχＨｆ−０．０５
ｗｔＸＣ−Ｂａｌ．Ｍｏ）やセラミック粒子を分散した
モリブデン複合材料が利用できる。

被覆形状としては、表面層はプラグの外表面全体に設け
られていてもよく、穿孔によって損傷を生じやすい部分
のみに設けられていてもよい。

被覆方法には、ビレットから機械加工により切り出した
のち、芯材にＨＩＰ処理や焼嵌め等により接合させたり
する方法のほかに、モリブデンまたはモリブデン基合金
の粉末を固化接合する焼結ＨＩＰ法ミキャニングＨＩＰ
法、煽発或形法（衝撃成形法）等があり、他のいかなる
固化技術を応用してもよい，このうちキャニングＨＩＰ
法を簡単に説明すると次のようになる。まず、粉末を冷
間静水圧加圧（ＣＩＰ）等の成形方法で威形する。

次にこれをメタルカプセルに挿入し、真空加熱脱気によ
り十分乾燥した後、カプセル内に真空封入し、ＨＩＰ処
理を施す方法である。接合後は必要により外表面を仕上
げ加工して使用に供する。

なお、本発明のプラグは、前述した鋼片の穿孔に対する
プラグのみならず、エロンゲー夕、ブラグミル、リーラ
等に用いられるプラグに対しても適用することができる
。

〔作用〕

モリブデンは熱伝導率が高く、熱を内部に容易に伝えて
しまうためこれを表面層に用いると芯材を変形させやす
い。また、芯材に鋼を用いる場合、鋼と激しく反応して
界面に脆化層が形威され、熱膨張係数の差が大きくなる
異なることもあいまってそれ自身に亀裂を生じさせる。

それに対し、本発明のプラグにおいてはモリブデンと芯
材の界面に中間層としてセラミックス層を設け、それに
よってモリブデン層から伝わる熱を遮断し芯材の変形を
防止したり、両者の反応を阻止したりしている。

〔実施例〕

実施例１ 本発明の一実施例であるプラグ１をマンドレルバ−２に
装着した状態を第１図（ａ）（ｂ）に示す。これは、ピ
アサープラグの場合を例に示したものであるが、（ａ）
はその側面図、（ｂ）は第１図（ａ）におけるＡＡ部断
面図である。

？のプラグ１は被穿孔物と接触する表面層３はモリブデ
ン合金（　ＴＺＭ）、内部の芯材４は熱間工具鋼（ＳＫ
Ｄ６１）で表面に溝５予め施され、中間層６がＺｒＯ■
で構威されている。プラグ形状は円錐体の先端部が略半
球状に丸められた弾頭形状をしている。

プラグ１は円柱形状のマンドレルバ−２の先端に装着さ
れている．プラグｌの底面には、マンドレルバ−２へ取
り付ける所定深さの嵌合穴７が穿設されている．一方、
マンドレルバ−２の先端には凸部８が設けられ、プラグ
１とマンドレルバ−２とは嵌合穴７と凸部８とにより嵌
着されている。

本実施例では、中間層にＮｉ合金を設けた場合と中間層
がない場合を比較例とし、、Ｚｒ０２を中間層とするこ
とによりどの程度改善されるのかを試験した。

外径φ３２ｍｍ、長さ７６ｍｍのモデル試験用プラグに
対し、外径φ２６ａａ、長さ６０ｍｍの芯材を準備した
。

芯材には、その外周に幅５ｍ＋ｅ深さ２．５１ＩＩＩＩ
１の溝を６本等間隔に溝彫加工した。そのうち、恥１は
厚さ２００″μ−の８モル％−ＺｒＯｚのジルコニアを
溶射により、Ｎａ２はＮｉ合金粉末をＣＩＰによりそれ
ぞれ均一厚さに成形し中間層とした。ｌ１ｋＬ３は何も
行わなかった。表面層はＴＺＭ粉末をキャニングＨＩＰ
法により固化することによりブラグ１を作製した。

プラグの製作条件の詳細を第１表に示す。

第１表　プラグ製作条件 これら３つのプラグにつき小型穿孔機でモデル穿孔試験
を行った。被穿孔材は１３％Ｃｒｌｌからなる直径φ４
０鵬、長さ４００ｍａ＋，温度１２５０℃の丸鋼片で、
これを直径φ４２ｍ、厚さ６１１１，長さ４００ｍｍの
ホローピースに加工した。モデル穿孔試験の結果得られ
たプラグの耐用回数および損傷状態を第２表に示す。

第２表モデル穿孔試験結果 第２表に示すように、本発明の供試体は試験範囲内では
無変形であったのに対し、比較例のものはいずれも芯材
の変形して対応して中・後端が変形し、Ｎα３のものは
亀裂の発生もみられた。

このようにセラミックスの中間層を設ける効果が十分証
明された。

実施例２ 次に、本発明をプラグミルブラグに適用した例を第２図
（ａ）（ロ）に示す．（ａ）はプラグの側面図、い）は
第２図（ａ）におけるＢ−Ｂ部断面図である。

このプラグもピアサープラグと同様に被圧延物と接触す
る表面層３はＴＺＭ、内部の芯材４はＳＫＤ６１中間層
６はジルコニアで構威されている。

プラグｌは円柱形状のマンドレルバ−２の先端に装着さ
れている。プラグ１の中心には、マンドレルバ−２へ取
り付ける貫通穴９が穿設されている。一方、マンドレル
バ−２の先端にはネジが切ってありプラグ１とマンドレ
ルバ−２をボルトｌＯにより固定することができるよう
になっている。

本実施例では、中間層にＮｉ合金を設けた場合と中間層
がない場合を比較例とし、ＺｒＯｇを中間層とすること
によりどの程度改善されるのか試験した。

外径φ１６４閣、長さ１２０　ｙｍの実機試験用プラグ
に対し、表面層を２０ｍｍの厚みで盛れるように芯材を
製作した。そのうち、Ｎα４は厚さ２００μｍの８モル
％−ＺｒＯ．のジルコニアを溶射により、！ｌｋＬ５は
Ｎｉ合金粉末をＣＩＰにより均一厚さに戒形し中間層と
した。弘６は何も行わなかった。表面層はＴＺＭ粉末を
キャニングＨＩＰ法により固化することにより芯材の表
面に被覆した後、仕上げ加工によりプ）グ１を作製した
。

プラグの製作条件を第三表に示す。

第３表　プラグ製作条件 これら３つのプラグにつき実機試験を行った。

被圧延材は１３％Ｃｒ鋼からなる円筒鋼片をホローピー
スに加工したもので、予め１２００゜Ｃに加熱して使用
した．実機試験の結果、漱６プラグの耐用限界での圧延
回数を１とした場合のそれぞれのプラグの耐用限界での
圧延回数比および損傷状態は第４表に示す通りであった
。

第４表実機試験結果 第４表に示すように、本発明の供試体は長寿命でＮα６
の数十倍の圧延に成功したのに対し、比較例のものは芯
材の変形に対して中央部が変形し、Ｎα６のものは亀裂
の発生がみられた。

このようにセラミノクスの中間層を設ける効果が十分証
明された。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明のプラグによれば、次の
効果がもたらされる。

（１）セラミックスの中間層を設けることにより表面層
から芯材への熱伝導を遮断することができ、穿孔ないし
圧延中の芯材の軟化変形を防止することができプラグの
寿命が大幅に向上した。

（２）セラミックスの中間層を設けることにより、モリ
ブデンと芯材の反応や接合を避けることができ、亀裂や
割れのない健全なモリブデン層を形成することができプ
ラグの寿命が大幅に向上した。

したがって、継目無し鋼管製造の作業能率向上および大
幅な経費節減が達成され、産業上有用な効果が得られた
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施態様のうちピアサープラグを示す
断面図、同図（ａ）はその側面図そして（ハ）は（ａ）
図におけるＡ−Ａ部断面図を示している。 第２図は本発明をプラグξルプラグに適用した実施例を
示す図であり、同図（ａ）はその側面図そして（ロ）は
（ａ）図におけるＢ−Ｂ部断面図を示している。 第３図は従来のプラグの便用による損傷状態の例を示す
側面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　モリブデンまたはモリブデン基合金よりなる被穿孔物
   と接触する部分と金属または合金よりなる芯材の部分と
   の間に層状のセラミックスの中間層が形成されている継
   目無し鋼管製造用プラグ。