JPH03193204A - 熱間継目無管製造用プラグ - 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） 本発明は熱間継目無管製造用プラグ、特にステンレス鋼
などの難加工材料の穿孔や圧延に際しすぐれた耐久性を
有するとともに、内面性状の良好な継目無素管を製造で
きる熱間継目無管用プラグに関する。

（従来の技術） 継目無管の製造法の一つにマンネスマン穿孔法がある。

この方法では第１図に示すように互いに反対方向に傾斜
して同一方向に回転するロール１ａおよび１ｂと、その
ロールの後方に設置されプラグ２を支持するマンドレル
３等を備えた穿孔機が用いられる。製管の際にはビレッ
ト４を両ロールの間に送り込み、回転鍛造によりビレッ
トの中心部に割れを生じさせ、そこにプラグ２を押し当
てて継目無管５を製造する。またこの後、穿孔機と同じ
構造を有する傾斜圧延機により更に延伸圧延する場合も
ある。

従来、熱間穿孔や傾斜圧延に使用されるプラグは主に３
％Ｃｒ−１％Ｎ＋鋼製の母材表面に酸化スケールを生成
させたものが用いられてきた。管材料が炭素鋼の場合に
はこのプラグでも２００バス程度の使用にたえるが、材
料が高合金化するにつれその寿命は極端に短くなる。た
とえば１３％Ｃｒ鋼のビレットを穿孔する場合には３〜
４パス程度で、ｌ８％Ｃｒ−８％Ｎｉ鋼の場合にはわず
か１パスでプラグ先端部や胴体部にえぐれ（溶損の１種
）が発生して使用できなくなる。

そこでプラグの寿命をのばすために種々の対策を加えた
プラグが提案されている。たとえば、■プラグの表面に
鉄分酸化物の粉末を溶射したもの（特公昭５９−１３９
２４号公報）、■表面にＣが０．４重量％以下の低炭素
鋼を肉盛溶接したプラグ（特公昭５９−４７６０６号公
報）、■プラグ表面に炭化物複合合金の溶接被膜を形成
させたもの（特開昭６３２４８５０号公報）などである
。しかし■のプラグでは母材との密着強度が不十分なた
めに溶射層が簡単に剥離していまい、■及び■のプラグ
では摩擦係数が大きくなり、プラグ温度が著しく上昇し
溶１員、変形、焼付等が生じるという問題がある。

（発明が解決しようとする課Ｉ！り 前述のように従来の熱間継目無管製造用プラグでは、材
料が高合金化するにつれて寿命が著しく短くなり、ひい
ては生産性の低下や製造コストの増加を招くという問題
がある。この発明の目的は高合金鋼或いはニッケル基合
金等の継目無管を製造する場合でも溶損や変形が少なく
長い寿命を有する熱間継目無管製造用プラグを提供する
ことにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者はステンレス鋼のような難加工材料を穿孔又は
圧延する場合でも優れた耐久性を備えたプラグについて
種々検討を重ねた結果、下記の知見を得た。すなわち、 ａ、従来の表面酸化物被膜は断熱性と潤滑性を有し母材
を保護するが、ステンレス鋼のような難加工材に対して
はその効果が十分でなく、母材の温度上昇を抑制するこ
とができず変形や焼付が発生する。

ｂ、被加工材と接触するプラグ表面に高温強度に優れた
被覆層を形成されると共に、その最表面に断熱性と潤滑
性を有する酸化鉄層を形成させれば変形や焼付を抑制す
ることができる。

本発明は上記知見によりなされたものであり、その要旨
は下記のとおりである。すなわち、第１発明は、プラグ
母材表面に、重量比で６０％以上の鉄分を含有する鉄基
合金で形成されるマトリックスと、その中に２０〜７０
％の容積比で分散混合された炭化物粒子とからなる被覆
層を有し、かつ被覆層の表面に厚さ３０〜３００μｍの
酸化鉄層を有することを特徴とする熱間継目無管製造用
プラグ、であり、 第２発明は、第１発明の熱間継目無管用プラグの被覆層
中の炭化物粒子が母材側で少なく、表面側ほど多く含有
されていることを特徴とする熱間継目無鋼管製造用プラ
グ、である。

（作用） 以下、本発明の鋼管製造用プラグを更に詳しく説明する
。第２図は本発明のプラグの断面図であり、プラグ２は
母材２ａ、被覆層２ｂ及びその表面に生成された酸化鉄
層２Ｃから構成されている。以下にそれぞれの性質と作
用を述べる。

母材２ａとしては、加工条件が比較的緩やかときは炭素
鋼や３％〜１％Ｎｉ鋼等が用いられる。しかし加工条件
が厳しい場合には耐熱鋼等を使用するのが好ましい、母
材は圧延途中にプラグ自体が変形しない強度を有してい
る必要があり、被加工材の材質、強度、圧延条件などを
考慮して適宜選択される。

被覆層２ｂは後述する実施例に示すように鉄分を６０重
量％以上を含有する鉄基合金からなるマトリックスと、
その中に２０〜７０％の容積比で分散混合する炭化物粒
子から形成されている。マトリックスは炭化物粒子を保
持するバインダの役割を果たすとともに、炭化物粒子に
比べ延性及び靭性を有することから、プラグが急熱又は
急冷される際のクラックの発生とその拡大を抑制する働
きをする。そして鉄基合金中の鉄分を６０重量％以上と
するのは、後述する被覆層２ｂの表面に適切な深さの酸
化鉄層２Ｃを形成させるためである。炭化物粒子は被覆
層２ｂの高温強度を高めるとともに、使用中に酸化鉄層
が欠落しても被加工材とプラグとの金属間接触を減じ焼
付を防止する働きをする。その種類トシテは、Ｗ、Ｃ，
Ｔｉｃ、ＮｂＣ，ＶＣ。

Ｃｒ５Ｃｘなどが好適であるが、マトリックスである鉄
基合金に比べて高硬度で高融点の性質をもつ炭化物粒子
であれば特に制限はない。そして炭化物粒子のマトリッ
クス中に占める比率は２０〜７０容積％であることが必
要である。２０容積％未満では上記効果が得られず、一
方、７０容積％を超えると被覆層の母材への密着性が低
下し、プラグが吸熱又は急冷されたときに大きなりラン
クが発生し、製造する管の内面に疵を生じさせる原因に
なる。

なお被膜層２ｂの厚さは１〜１０＋ｕ＋であることが望
ましい、それが１Ｉｌｌ１未満では所望の高温強度が得
られず、１０ａ＋ｍを超えると割れやすくなる。

酸化鉄層２ｃは被覆層２ｂの表層部に生成され断熱性と
潤滑性を発揮する。酸化鉄層２ｃは被覆層の鉄基合金中
の鉄分を酸化して生成させるので被覆層と堅牢に一体化
しており、簡単に剥離して脱落するようなことはない、
そして被覆層表面に生成される酸化鉄層は、厚さが３０
〜３００μｍであることが必要である。厚さが３０μｍ
未満では断熱及び潤滑効果が現れず、一方、３００μｍ
を超えると酸化鉄層が剥離しやすくなるという問題があ
る。

次に被覆層２ｂ及び酸化鉄層２ｃの形成方法を説明する
。被覆層２ｂを形成させる方法としては、粉体溶接肉盛
りによる方法、プラグ母材表面にマトリックス及び炭化
物粒子の粉末を置き熱間静水圧プレスで押圧する方法等
が通しているが、母材と６１実に密着接合できる方法で
あれば他の方法でもよい、その場合、密着性を向上させ
るために母材表面にマトリックスと同等の成分からなる
下地層を形成させておくのもよい。

酸化鉄層２ｃの生成方法としては、母材表面に被覆層２
ｂを形成させたプラグを酸化雰囲気中で７５０〜１　、
２００°Ｃに加熱しつつ適正時間保持すれば、所望深さ
の酸化鉄層を生成させることが可能であるが、水蒸気雰
囲気中で８５０〜１，０５０°Ｃの温度で熱処理すれば
、更にマトリックスと一体堅牢になった酸化鉄層を生成
させることができ、より一層好ましい。

以上のように本発明の製管用プラグは、母材表面に高温
強度と断熱性及び潤滑性にすぐれた被膜を有するから、
ステンレス鋼管等を製造する場合でも長い寿命を有する
。

以下、実施例により本発明の継目無管製造用プラグにつ
いて説明する。

（実施例１） 第２図に示すような形状の３４５Ｃ鋼製のプラグ母材の
表面に、第１表に示すマトリックスと炭化物粒子とが表
示の容積比％になるように混合された厚さ２＋ｕ＋の被
覆層を粉体肉盛り溶接法により形成した。そしてこのプ
ラグを機械加工により胴部の最大直径が５０１ＩＩ１１
になるように仕上げた後、本発明例のＡ−Ｈおよび比較
例のＪ−Ｌでは９５０℃に３時間保持、本発明例のＩで
は１，２００’Ｃに１時間保持、比較例のＭでは１　、
２００°Ｃに５時間保持する熱処理を施し、被覆層の表
層部に同表に示す深さの酸化鉄層を生成させた。このプ
ラグを用いてマンネスマン穿孔試験を行い、プラグに溶
…、えぐれ、クランクなどが発生して使用できなくなる
までの穿孔バス回数を調べた。なおこの穿孔試験で用い
た鋼管材は直径６０腸−のステンレス１ｌｌ（鋼種：　
ＳＯ５３０４）であり、製造された素管の寸法は外径６
２−転内径５３−１長さ１２ｍである。

その結果を第１表のパス回数の欄に示す、これから明ら
かなように本発明例（Ａ〜■）のプラグは４〜７回の使
用に耐えた。これに対し本発明の規定する範囲から外れ
た比較例（Ｊ−Ｍ）のプラグは１〜２回のバスで使用で
きなくなった。また第１表には記載していないが、表面
に酸化被膜を生成させた従来の３％Ｃｒ−１％Ｎｉ綱製
のプラグの場合は１バスの寿命であった。

（実施例２） 実施例１と同じ組成のプラグの母材表面に第１表の本発
明例の欄のＡにしめずマトリックス粉末とＮｂＣ粉末か
らなり、ＮｂＣの容積比が母材側で２０％、中間部で３
５％、表層側で５０％になるように粉体肉盛り溶接をし
て厚さ６ｍｍの被覆層を形成させた。そしてプラグ胴部
の最大直径が５０■■になるように機械加工したあと、
熱処理（実施例１と同じ処理）を行い被覆層の表面に深
さ１００μｍの酸化鉄層を生成させた。このプラグを用
いて実施例１と同じ組成とサイズの材料を用いて穿孔試
験を行ってプラグの寿命を調べたところ、９パスまで使
用することができた。これから分かるように被覆層中の
炭化物粒子を表層側に多くするほどプラグ寿命が延長さ
れる。

なお上記実施例１及び実施例２ではステンレス鋼を穿孔
する場合を述べたが、炭素鋼や低合金鋼に対しては勿論
のこと、フェライト系、マルテンサイト系、或いは二相
ステンレス鋼や、Ｆｅ−２０％Ｃｒ−３０％Ｎｉなどの
超合金などを穿孔する場合でも同様の効果が得られる。

また本発明のプラグは穿孔用プラグのみならず、圧延用
プラグに使用できることはいうまでもない。

（以下、余白） （発明の効果） 以上説明したように本発明の継目無管製造用プラグは、
高温強度が高い上に断熱性と潤滑性を備えている。した
がってステンレス鋼のような難加工性材の穿孔や圧延に
使用しても耐久性があり、生産性を著しく向上させるこ
とができる。しかも潤滑性がよいので製品管の内面性状
もきわめて良好である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、マンネスマン穿孔機によりビレットを穿孔し
ている状態を示す図、 第２図は、本発明の継目無管製造用プラグの縦断面図、
である。 ｌａおよびｌｂはロール、２はプラグ、２ａは母材、２
ｂは被覆層、２ｃは酸化鉄層、３はマンドレル。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラグ母材表面に、重量比で６０％以上の鉄分を
   含有する鉄基合金で形成されるマトリックスと、その中
   に２０〜７０％の容積比で分散混合された炭化物粒子と
   からなる被覆層を有し、かつ被覆層の表面に深さ３０〜
   ３００μｍの酸化鉄層を有することを特徴とする熱間継
   目無管製造用プラグ。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の熱間継目無管製造用
   プラグであって、被覆層中の炭化物粒子が母材側で少な
   く、表面側ほど多く含有されていることを特徴とする熱
   間継目無管製造用プラグ。