JPH04270003A - 熱間製管工具及びその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、継目無管を製造する
ための熱間製管工具、並びにその製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来技術とその課題】現在、継目無鋼管の工業的な製
造法としてマンネスマン方式，　プラグミル方式或いは
ユジ−ン式熱間押出法等の手段が一般に知られているが
、前記マンネスマン方式で使用される穿孔プラグやガイ
ドシュ−，プラグミル方式で使用されるプラグ，ユジ−
ン式熱間押出法で使用されるダイス等の熱間製管工具は
表面温度や面圧等の何れをとっても使用条件が極めて苛
酷であり、そのため工具の変形や焼付が生じ易く、その
寿命延長が大きな課題となっていた。特に、近年ではス
テンレス鋼製やＮｉ合金製の継目無管に対する需要も増
えつつあることから、上記問題はより切実となってきて
いる。

【０００３】例えば、上記工具の中で最も使用条件が苛
酷とされるマンネスマン穿孔プラグの素材には“Ｆｅ−
０．２％Ｃ−０．２％Ｓｉ−０．５％Ｍｎ−１％Ｃｒ−
２％Ｎｉ−１．５％（Ｍｏ　＋Ｗ）　鋼｛以降、　成分
割合を表わす％は重量％とする｝”が一般的に使用され
てきたが、この材料で作成された穿孔プラグは穿孔対象
材が炭素鋼の場合には２００パスの穿孔にも耐えるもの
の、０．２％Ｃ−１３％Ｃｒ鋼（ＳＵＳ４２０）材では
精々３パス程度、更にＳＵＳ３０４鋼材になると１パス
であっても変形を生じてしまい、補修なしでは安定な生
産ができないと言う問題があった。

【０００４】そこで、製管工具の素材として所定量のＣ
，Ｓｉ，　Ｍｎ，　Ｃｒ，Ｎｉ及びＢを含む鋳鋼を適用
し、これに窒化処理と酸化スケ−ル形成処理とを施して
工具寿命の延長を図ろうとの提案がなされた　（特開昭
５９−１４３０７６号）。しかし、上記手段によって得
られる製管工具も高温での変形抵抗が今一つ満足できる
ものではないばかりか、９００〜１２５０℃に加熱して
実施される酸化スケ−ル形成処理の際に脱炭が生じて工
具表層部の軟化を招き、熱間での製管加工時に変形，溶
損，焼付が発生するのを如何ともし難かった。

【０００５】この他にも、製管工具に供する素材鋼の成
分組成に工夫を加えて使用時の強度や靭性を改善すると
共に、耐摩耗性や耐焼付性を確保するための酸化スケ−
ルの形成性やその特性を改善しようとの提案が幾つか見
られるが（例えば特開昭６１−２６４１６３号，　特開
昭６３−２８２２４１号等）、何れも高温での変形抵抗
が十分ではなく、また強度，　靭性，　耐摩耗性改善の
ためにＣｒ，　Ｍｏ，　Ｗの添加がなされる上記特開昭
６１−２６４１６３号に係る鋼材の場合には、Ｃｒ含有
量が高すぎると酸化処理にて十分な厚さのスケ−ルが形
成されない上、このＣｒやＭｏ，　Ｗの添加量が多くな
ると焼入れ温度でもフェライトが残留することとなって
室温乃至高温で十分な強度を発揮しないとの問題も指摘
された。

【０００６】その上、前記各従来材では、工具の表面潤
滑を確保するために酸化スケ−ル形成処理を施すと、前
記特開昭５９−１４３０７６号に係る材料と同様、何れ
も表層部に脱炭が生じて表面近傍（２ｍｍ深さ程度まで
）が著しく軟化したり、ステンレス鋼や高合金鋼のよう
なＣｒ含有量が９％を超えていて変形抵抗の高い材料を
熱間加工すると潤滑・断熱作用のある工具表面の酸化ス
ケ−ルが容易に剥離・摩耗し、短時間に焼付，変形，溶
損を生じると言う問題が解決されていなかった。

【０００７】そのため、これら従来の製管工具では、特
にステンレス鋼やＮｉ基合金のような変形抵抗の高い材
料の熱間製管を実施すると、高い面圧を受ける工具先端
部等に溶損が生じがちであったほか、激しい剪断変形を
受ける工具胴部には焼付が生じて　（加工素材がステン
レス鋼である場合での損傷の大半は焼付である）、僅か
な使用で工具を廃却しなければならないと言った不都合
を余儀無くされる場合が多かった。

【０００８】更に、製管工具が穿孔プラグの場合には次
のような現象も大きな問題となっていた。即ち、過酷な
加工である穿孔によってプラグ表面の温度はＡｃ３点以
上に昇温されるが、このためその後の冷却（空冷以上：
生産性向上を目指してプラグの使用頻度を高くすべく水
冷する場合が多い）にて表面に焼きが入ってしまい、こ
れが穿孔毎に繰り返されるので表面から亀裂（熱亀裂）
が入り、プラグの割損が起きると言う現象である。

【０００９】このようなことから、本発明が目的とした
のは、ステンレス鋼，Ｎｉ基合金等のように変形抵抗が
高くて焼付が生じ易い材料を製管する場合でも、十分な
強度，靭性，熱間変形抵抗，耐焼付性を示し、優れた耐
久性を発揮する熱間製管用工具を提供することであった
。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は上
記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、次のような
知見を得ることができた。

【００１１】（ａ）　工具鋼の高温変形抵抗を高くする
にはＣ，Ｍｏ，　Ｗの添加が効果的であることは既知で
あるが、これに伴って焼入れ時の靭性が著しく低下し、
工具搬送時や穿孔開始時の衝撃で破壊を生じる恐れが出
てくる。 この改善策として、工具材料のＡｃ１点を高くし製管時
の温度上昇でＡｃ３点の温度以上となって焼きが入る部
分を工具の極く表層部に止めようとの手立てが考えられ
るが、その狙いを実現し、かつ焼きが入らない部分の軟
化を防止するには、より高い添加量レベルでＭｏ，Ｗを
含有させることが必要である。

【００１２】（ｂ）　また、焼付防止には低融点のスケ
−ル層を形成することが極めて効果的であり、そのため
スケ−ル層としてはＦｅ酸化物層が好ましいが、それに
十分な潤滑性を確保するためにはスケ−ル層の厚さを５
０μｍ以上とし、かつ緻密なスケ−ルを形成することが
必要である。そして、このようなスケ−ル層の実現は鋼
中へのＮｉの多量添加によって可能であり、しかも比較
的多い所定量のＮｉを含有した鋼の表面に形成されるス
ケ−ル層には　”Ｎｉが高度に濃縮した金属片”　が分
散して存在することとなって、スケ−ルの耐剥離性，耐
摩耗性が大幅に改善される。そして、この作用はＮｉだ
けではなく、Ｍｏ，Ｗ，Ｃｏにおいても認めることがで
きる。

【００１３】（ｃ）　しかも、これは特に重要な知見で
あるが、上述のような“酸化スケ−ル層を形成させた工
具”においてその工具基体表面（酸化スケ−ルとの境界
をなす鋼素地面）が特定粗さの凹凸を有していると、工
具の使用によって表面スケ−ル層の摩耗が進行したとし
ても基体表面の凹部に存在するスケ−ルは残留すること
となって潤滑性が保たれ、焼付等の防止効果が長く持続
するようになる。

【００１４】（ｄ）　なお、形成される酸化スケ−ルの
特性はスケ−ル形成処理条件により大きく左右されるが
、「処理雰囲気中の酸素濃度調整」と「処理温度を工具
材料（基体鋼）中のＭｏ，Ｗ含有量を考慮した特定範囲
に調整すること」によって熱間製管工具に好適な酸化ス
ケ−ルの安定形成が可能となる。

【００１５】（ｅ）　ところで、潤滑性付与のためにな
される上記酸化スケ−ル形成処理では必然的に工具表面
が脱炭されて表層部の軟化（脱炭に伴う軟化が変形，溶
損，焼付につながる）が生じるが、この軟化現象は素材
鋼のＣ含有量を特定の低い範囲に低減することで抑える
ことができ、しかもＣ量低減による強度低下は、Ｃ含有
量の最低限を確保した上でＭｏ，　Ｗの多量添加を行う
ことで補うことができる。

【００１６】（ｆ）　更に、前述したように、製管工具
では製管加工後の冷却で焼きが入って表層部が高硬度，
低靭性となり、割れ，　熱亀裂を生じ易くなることが問
題であったが、素材鋼へのＭｏ，Ｗの多量添加によって
生じる　”Ａｃ３点を上昇させ表層部の焼きが入る厚さ
を極力小さくする作用”　が効果的に該問題を解決する
方向に働く。 なお、Ｍｏ，Ｗの多量添加によるδ−フェライトの生成
傾向はＮｉ，Ｍｎを活用することで抑制することができ
、靱性，高温強度低下に結び付くことはない。

【００１７】本発明は、上記知見事項等を基にして完成
されたものであり、「熱間製管工具を、Ｃ：０．０８〜
０．３５％，　　Ｓｉ：０．１　〜２．０　％，　　Ｍ
ｎ：０．２　〜３．０　％，Ｎｉ：０．５　〜７．０　
％，　　Ｍｏ及びＷの１種以上：合計で　１．５〜８．
０％，ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５　〜０．２　％を含有
するか、或いは更に Ｃｒ：５．０　％以下，　　　　　Ｃｏ：５．０　％以
下，　　　　Ｖ：２．０　％以下，Ｎｂ：２．０　％以
下，　　　　Ｔｉ：２．０　％以下，　　　　Ｚｒ：０
．５　％以下，Ｂ：０．２　％以下，　　　　Ｍｇ，　
Ｃａ，　Ｌａ，　Ｃｅ及びＹの１種以上：合計で　０．
５％以下のうちの１種以上をも含むと共に、残部がＦｅ
及び不可避不純物で、かつ不純物中のＮ，Ｏ，Ｐ及びＳ
の含有量がそれぞれ０．０２％以下，０．０１％以下，
　０．０３５％以下，０．０３％以下である鋼製基体の
表面に厚さ５０μｍ以上の酸化スケ−ルを有して成り、
しかも酸化スケ−ル層との境界をなす鋼基体表面の粗さ
がＪＩＳ　Ｂ０６０１の十点平均粗さ（Ｒｚ）で１００
〜３００μｍに調整された構成とすることによって、優
れた高温変形抵抗，耐割れ・耐熱亀裂性，耐焼付性（潤
滑性）を付与し耐久性を顕著に向上せしめた点」に特徴
を有し、更には 「Ｃ：０．０８〜０．３５％，　　Ｓｉ：０．１　〜２
．０　％，　　Ｍｎ：０．２　〜３．０　％，Ｎｉ：０
．５　〜７．０　％，　　Ｍｏ及びＷの１種以上：合計
で　１．５〜８．０　％，ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５　
〜０．２　％を含有するか、　或いは更に Ｃｒ：５．０　％以下，　　　　　Ｃｏ：５．０　％以
下，　　　　Ｖ：２．０　％以下，Ｎｂ：２．０　％以
下，　　　　Ｔｉ：２．０　％以下，　　　　Ｚｒ：０
．５　％以下，Ｂ：０．２　％以下，　　　　Ｍｇ，　
Ｃａ，　Ｌａ，　Ｃｅ及びＹの１種以上：合計で　０．
５％以下のうちの１種以上をも含むと共に、残部がＦｅ
及び不可避不純物で、かつ不純物中のＮ，Ｏ，Ｐ及びＳ
の含有量がそれぞれ０．０２％以下，０．０１％以下，
　０．０３５％以下，０．０３％以下である鋼を所定工
具形状に成形し、その表面粗さをＪＩＳ　Ｂ０６０１の
十点平均粗さ（Ｒｚ）で１２０〜３５０μｍに調整した
後、酸素濃度５％以下の雰囲気下で〔２５×｛Ｍｏ（％
）＋Ｗ（％）｝＋８６０〕℃〜〔２５×｛Ｍｏ（％）＋
Ｗ（％）｝＋９６０〕℃に　０．５〜５時間加熱保持し
て空冷以下の冷却速度で冷却するスケ−ル形成処理を施
すことにより、前記耐久性に優れた熱間製管工具を安定
して製造し得るようにした点」をも特徴とするものであ
る。

【００１８】続いて、本発明において、鋼の成分組成，
工具基体表面の酸化スケ−ル厚，鋼基体表面の粗さ、並
びに工具の製造条件を前記の如くに限定した理由をその
作用と共に詳述する。

【００１９】

【作用】（Ａ）　　鋼の成分組成 ａ）　Ｃ Ｃは鋼材の高温強度向上に有効な成分であるが、その含
有量が０．０８％未満では十分な強度を確保することが
できない。一方、Ｃ含有量が０．３５％を超えると製管
後の冷却によって焼きが入る表層部分の硬度が高くなり
すぎ、焼割れを生じ易くもなる。従って、Ｃ含有量は０
．０８〜０．３５％の範囲と定めた。

【００２０】ｂ）　Ｓｉ Ｓｉは脱酸，Ａｃ１点の上昇，プラグ表面の酸化スケ−
ルの緻密化等に有効な成分であるが、その含有量が　０
．１％未満では所望の効果が得られず、一方、　２．０
％を超えて含有させると靭性の劣化を招くばかりか十分
な厚みのスケ−ル層が得られなくなって潤滑性能が不足
する。従って、Ｓｉ含有量は　０．１〜２．０　％と定
めた。

【００２１】ｃ）　Ｍｎ 本発明鋼における如くＭｏ，Ｗを多量に添加する場合、
高温でオ−ステナイト単相を確保するにはＭｎの添加が
有効であり、またδ−フェライトの生成を抑制して靱性
低下を防止したり高温強度の低下を防止するためにもＭ
ｎ添加は必要である。しかし、その含有量が　０．２％
未満の場合には上記効果が十分でない。一方、　３．０
％を超えてＭｎを含有させると酸化スケ−ル中に入るＭ
ｎがスケ−ルの緻密性を劣化させる上、スケ−ルの融点
を高めてその潤滑性を劣化させる。従って、Ｍｎ含有量
は　０．２〜　３．０％と定めた。

【００２２】ｄ）　Ｎｉ Ｎｉには、製管後の冷却によって工具の表層部に形成さ
れる焼入れ相の靭性を改善させる作用があるが、上記作
用による所望の効果を得るためには０．５％以上のＮｉ
含有量を確保する必要がある。また、鋼中に添加された
Ｎｉは　”酸化スケ−ル処理にて形成されたスケ−ル層
”　中に酸化されずに残留し、複合強化作用を示してス
ケ−ルの耐剥離性を大きく改善する作用も有しており、
この効果はＮｉ含有量が３．０　％以上になると顕著化
し、　５．０％を超えると更に著しい効果を発揮する。 更に、Ｎｉにも、Ｍｏ，Ｗを多量に添加した場合のδ−
フェライトの生成を抑制して靱性低下を防止したり高温
強度の低下を防止する作用がある。しかし、　７．０％
を超えてＮｉを含有させるとスケ−ルの生成が抑制され
ることとなり、かえって潤滑性を劣化させる。従って、
Ｎｉ含有量は　０．５〜　７．０％と定めた。

【００２３】ｅ）　Ｍｏ，Ｗ これら成分の１種又は２種を特定量以上含有させること
は高温強度の改善に極めて有効であり、かつＡｃ１点を
上昇させて製管加工後の工具表層部の焼きが入る部分を
少なくし、焼き割れを防止する作用をも有している。こ
れらの効果はＭｏとＷとで等価であり、〔Ｍｏ＋Ｗ〕の
合計量で　１．５％未満では上記効果が不十分であって
製管中に容易に変形・溶損を生じてしまう。一方、Ｍｏ
，Ｗの含有量が合計で８．０　％を超えると高温でもフ
ェライトが残留するようになって逆に高温強度が低下す
る上、靭性も劣化する。従って、Ｍｏ，Ｗの含有量は両
者の合計で　１．５〜８．０　％と定めた。なお、靭性
面からすればＭｏよりもＷを含有させる方が好ましく、
特に靭性が重要な工具ではＭｏ含有量を　３．５％以下
に抑制するのが良い。

【００２４】ｆ）　ｓｏｌ．Ａｌ ｓｏｌ．Ａｌは脱酸剤として有効な成分である。特に製
管工具用材料では高温における強度を確保する必要があ
り、そのため必然的に室温でも高強度となるが、この場
合に鋼中の酸素量を抑制することは靭性確保上重要で、
少なくともＯ含有量を１００ｐｐｍ　以下とする必要が
ある。Ｏ含有量を３０ｐｐｍ　以下とすると靭性は更に
大きく改善される。しかし、ｓｏｌ．Ａｌ含有量が　０
．００５％未満では脱酸効果が不十分であり、一方、　
０．２％を超えて含有させても脱酸効果が飽和するばか
りか、かえって製管工具鋳造時の溶鋼の粘性を増加させ
鋳造欠陥を生じる恐れが出てくる。従って、ｓｏｌ．Ａ
ｌ含有量は　０．００５〜　０．２％と定めた。

【００２５】ｇ）　Ｃｒ，　Ｃｏ，　Ｖ，　Ｎｂ，　Ｔ
ｉ，　Ｚｒ，　Ｂ，　Ｍｇ，　Ｃａ，　Ｌａ，　Ｃｅ及
びＹ これらの成分は、鋼材の靭性，高温での変形抵抗を向上
する作用やスケ−ルの潤滑特性を改善する作用を有して
いるので、必要により１種又は２種以上の添加がなされ
るが、各成分についての含有量を個別に数値限定したの
は次の理由による。

【００２６】Ｃｒ Ｃｒは、特に酸化スケ−ル層を緻密化して潤滑皮膜（酸
化スケ−ル層）の密着性を改善するのに有効な成分であ
るが、その含有量が　５．０％を超えると耐酸化性が向
上しすぎて所望厚さの潤滑酸化スケ−ル層を生成するこ
とができなくなる。なお、Ｃｒによる上記効果を安定し
て確保するためには、　０．２％以上のＣｒ含有量を確
保するのが望ましい。

【００２７】Ｃｏ Ｃｏは、特にＡｃ１点，Ａｃ３点を大きくは低下させる
ことなくＮｉと同様の靭性改善作用，スケ−ルの耐剥離
性改善作用を発揮する成分であるが、その含有量が５．
０　％を超えるとコスト上昇に見合うだけの向上効果を
確保することができない。

【００２８】Ｖ，　Ｎｂ，　Ｔｉ，　Ｚｒ，　Ｍｇ，　
Ｃａ，　Ｌａ，　Ｃｅ，　Ｙこれらの成分は何れも、特
に材料の細粒化に有効であり、鋼材の靭性改善だけでな
く、スケ−ル層を緻密化する作用をも有しているが、そ
の含有量が各々の上限値を超えて含有させると脆化相が
析出したりして靭性の劣化を招く。なお、上記各成分の
添加による効果を安定して確保するためには、Ｖ，　Ｎ
ｂについては各々０．１％以上の、Ｔｉについては０．
０５％以上の、Ｚｒについては０．０１％以上の、そし
てＭｇ，　Ｃａ，　Ｌａ，　Ｃｅ，Ｙについては合計で
０．０１％以上の含有量を確保することが望ましい。

【００２９】Ｂ Ｂには、製管加工により高温に保持されてオ−ステナイ
トとなった工具表面層の粒界を強化し、高温での変形抵
抗・変形能を改善する作用があるが、　０．２％を超え
て含有させると靭性の劣化を招く。なお、Ｂによる上記
効果を安定して確保するためには、　０．００１％以上
のＢ含有量を確保するのが望ましい。

【００３０】ｈ）　不純物 Ｎは溶製（凝固）時の欠陥防止のためにその含有量を０
．０２％以下に、そしてＯは前述した如く所望靱性を確
保するために０．０１％以下にそれぞれ抑える必要があ
る。また、Ｐ及びＳも靭性に悪影響を及ぼすので、所望
の靱性を確保するためにはそれぞれ含有量を　０．０３
５％以下及び０．０３％以下に制限する必要がある。

【００３１】（Ｂ）　　工具表面の酸化スケ−ルの厚さ
製管工具の鋼製基体表面に形成された酸化スケ−ルの厚
さが５０μｍ未満であると潤滑性が不十分となって所望
の工具寿命が得られないことから、その厚さを５０μｍ
以上と定めた。なお、酸化スケ−ル層が厚くなり過ぎる
とスケ−ル層がポ−ラス化して剥離を生じやすくなり、
使用前のハンドリング時に脱落する恐れがあることから
、工具基体表面に形成する酸化スケ−ルの厚さは３００
μｍ以下に抑えるのが望ましい。

【００３２】（Ｃ）　　酸化スケ−ル層との境界をなす
鋼基体表面の粗さ 本発明に係わる熱間製管工具では酸化スケ−ル層との境
界をなす工具の鋼基体（素地）表面が特定粗さの凹凸を
有する素面とされているが、このため、工具の使用によ
り表面スケ−ル層が摩耗し薄化して事実上鋼素地が露出
したとしても素地の凹部に残存するスケ−ルによって潤
滑が保たれ、工具寿命の延命化が達成される訳である。 ただ、この場合、鋼基体（素地）表面の粗さがＪＩＳ　
Ｂ０６０１の十点平均粗さ（Ｒｚ）で１００μｍ未満で
あると上記効果が不十分である。一方、該表面粗さが３
００μｍを超える値になると、その凹凸がスケ−ル最表
面にまで反映されてスケ−ル自体の摩擦係数が増大する
のでスケ−ルの早期摩耗を招くばかりか、スケ−ルの摩
耗薄肉化により鋼素地が露出した時点での摩擦係数が大
なために凹部に残留したスケ−ルだけでは潤滑効果が不
足することとなって焼付きが生じる。従って、上述した
鋼基体表面の粗さ（Ｒｚ）を１００〜３００μｍの範囲
に調整することと定めた。

【００３３】（Ｃ）　　製管工具の製造条件ａ）　所定
形状に成形した鋼表面の粗さ調整スケ−ル形成処理前の
“所定工具形状に成形した鋼”の表面粗さをＪＩＳ　Ｂ
０６０１の十点平均粗さ（Ｒｚ）で１２０〜３５０μｍ
に調整するのは、スケ−ル形成処理後の「酸化スケ−ル
層との境界をなす工具の鋼基体（素地）表面の粗さ（Ｒ
ｚ）」を前記１００〜３００μｍの範囲とするために必
要なことである。即ち、スケ−ル形成処理前の表面粗さ
（Ｒｚ）が１２０μｍ未満であると、スケ−ル形成処理
時の選択酸化（主に結晶粒界や偏析に沿って発生する）
により凹凸が生じるとしても、全面酸化の方が大きいか
ら鋼素地の平滑化が起きて「スケ−ル形成処理後におけ
る鋼素地粗さ（Ｒｚ）：１００μｍ以上」を確保するこ
とができず、一方、スケ−ル形成処理前の表面粗さ（Ｒ
ｚ）が３５０μｍを超えていると、スケ−ル形成処理時
の全面酸化を見込んだとしてもスケ−ル形成処理後にお
ける鋼素地粗さ（Ｒｚ）を３００μｍ以内に収めること
ができなくなる。なお、“所定工具形状に成形した鋼”
の粗面化手段としてはグリッドブラストを採用するのが
良い。 この場合、鋼の表面に粗さ（Ｒｚ）：１２０μｍ以上の
凹凸を付けるには、長さ：０．５　ｍｍ以上の鋼又はそ
の他金属のグリッドを使用することが必要で、表面に形
成される凹凸を均一・高密度とするためには　０．５分
以上の処理時間を要する。なお、実施に際しては、状況
に応じてグリッドの大きさ，吹付け圧力，処理時間等を
適宜に選択し組み合わせるのが良い。また、グリッドブ
ラストで形成される粗面の“かえり”が大きくて表面の
摩擦抵抗が大きくなる場合には、その後に前記グリッド
と同様材質からなる適宜な径の球状粒子（ショットとい
う））を吹きつけるショットピ−ニングを行って表面を
滑らかにし、実質的に凹部のみが形成された状態とする
のが好ましい。

【００３４】ｂ）　スケ−ル形成処理条件表面を所定粗
さに粗面化された鋼基体には水蒸気添加大気中等の酸化
性雰囲気中での熱処理によるスケ−ル形成処理が施され
るが、緻密なスケ−ルを付与するためには、低酸素ポテ
ンシャル下で、かつ鋼の組成に応じた温度で処理するこ
とが必要である。つまり、スケ−ル形成熱処理の加熱温
度が〔２５×｛Ｍｏ（％）＋Ｗ（％）｝＋８６０〕℃未
満であると十分な厚さのスケ−ルが形成できず、一方、
処理雰囲気中酸素濃度が５％を超えていたり、加熱温度
が〔２５×｛Ｍｏ（％）＋Ｗ（％）｝＋９６０〕℃を超
えた場合には形成されるスケ−ルがポ−ラスとなって耐
剥離性が劣化する。また、この際の処理時間が　０．５
時間未満ではスケ−ル厚さが十分でない上、不均一とな
る。そして、処理時間が長くなるにつれてスケ−ル厚さ
は増すが、処理時間が５時間を超えるとスケ−ルがポ−
ラス化する傾向を見せる。なお、スケ−ル形成熱処理後
は空冷以下の冷却速度で冷却（実際的には空冷又は炉冷
）し、スケ−ルの割れや剥落を防ぐことが肝要である。

【００３５】次に、本発明の効果を実施例によって更に
具体的に説明する。

【実施例】まず、大気溶解，真空溶解，ＡＯＤ又はＶＯ
Ｄプロセスにて表１に示した各化学成分組成の鋼を溶製
し、（１）　鋳造，（２）　鋳造後外削，（３）　鍛造
後外削，によって製管工具の中で最も苛酷な条件下で使
用される　”マンネスマン製管の穿孔用プラグ”　の基
体形状に仕上げた。

【００３６】

【表１】

【００３７】次いで、これらのプラグ基体を用い、表２
及び表３に示す如く、一部を除いてその表面にグリッド
ブラストによる粗面化処理を施してから酸化スケ−ル形
成処理（低酸素ポテンシャルの水蒸気雰囲気中加熱処理
）を行い、スケ−ル被覆層付の穿孔用プラグ製品を得た
。なお、グリッドブラストでは長さ０．５　〜３ｍｍの
鉄グリッドを使用して粗面化したが、その後５分間のシ
ョットピ−ニング（ショット径：１ｍｍφ）処理を施し
て“かえり”の平滑化を行った。

【００３８】

【表２】

【００３９】

【表３】

【００４０】続いて、このように製造された各穿孔用プ
ラグにつき、スケ−ル形成状況（スケ−ル厚，スケ−ル
層との境界をなす鋼素地粗さ），鋼基材の特性（靱性，
１０００℃での圧縮変形抵抗）並びにプラグ特性（寿命
）を調査した。なお、プラグ特性（寿命）の調査は、前
記各プラグを用いてＳＵＳ４２０及びＳＵＳ３０４の各
ステンレス鋼についての穿孔試験を実施し、その際の穿
孔可能回数（補修使用は除く）を調べることにより行っ
た。

【００４１】これらの調査結果を前記表２及び表３に併
せて示した（ここで、スケ−ル厚さは素地メタル先端か
らスケ−ル表面までの距離で表わし、　素地粗さは凹部
の深さで表わした）。表２及び表３に示される結果から
も明らかな如く、本発明に係わる穿孔プラグは高温強度
（１００００℃での圧縮変形抵抗）が２６ｋｇｆ／ｍｍ
２　以上と高く、穿孔時において十分な潤滑性，スケ−
ルの耐剥離性を示すばかりか、室温での衝撃値が１ｋｇ
−ｍ／ｃｍ２以上（２ｍｍＵノッチ試験片）と言う優れ
た靭性とを有していて割れを生じないで高寿命を示した
のに対して、本発明で規定する条件を満たしていない比
較例では、何れも　”高温強度が低いための先端溶損”
，　”靭性不足のための割れ”　或いは　”スケ−ル層
が薄いか耐剥離性が十分でないための焼付”　が生じ、
穿孔回数が極めて低いことが分かる。

【００４２】特に、比較例３６〜４５を見ると、鋼素材
が本発明で規定する条件を満たしているものの、酸化ス
ケ−ル層との境界をなす鋼基体表面の粗さ（Ｒｚ）、即
ち凹部深さが１００μｍを下回っているため、焼付きが
生じやすくて穿孔寿命が大幅に低下していることが注目
される。

【００４３】

【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれば
、高合金鋼，ステンレス鋼，Ｎｉ基合金等の変形抵抗が
高くて焼付の生じやすい材料の熱間製管においても優れ
た耐久性を発揮する熱間製管用工具を安定して提供する
ことができるなど、産業上極めて有用な効果がもたらさ
れる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　重量割合にて Ｃ：０．０８〜０．３５％，　　Ｓｉ：０．１　〜２．
   ０　％，　　Ｍｎ：０．２　〜３．０　％，Ｎｉ：０．
   ５　〜７．０　％，　　Ｍｏ及びＷの１種以上：合計で
   　１．５〜８．０％，ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５　〜０
   ．２　％を含むと共に残部がＦｅ及び不可避不純物で、
   かつ不純物中のＮ，Ｏ，Ｐ及びＳの含有量がそれぞれ０
   ．０２％以下，０．０１％以下，　０．０３５％以下，
   ０．０３％以下である鋼製基体の表面に厚さ５０μｍ以
   上の酸化スケ−ルを有して成り、しかも酸化スケ−ル層
   との境界をなす鋼基体表面の粗さ（Ｒｚ）が１００〜３
   ００μｍに調整されていることを特徴とする熱間製管工
   具。
2. 【請求項２】　　重量割合にて Ｃ：０．０８〜０．３５％，　　Ｓｉ：０．１　〜２．
   ０　％，　　Ｍｎ：０．２　〜３．０　％，Ｎｉ：０．
   ５　〜７．０　％，　　Ｍｏ及びＷの１種以上：合計で
   　１．５〜８．０％，ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５　〜０
   ．２　％を含有し、更に Ｃｒ：５．０　％以下，　　　　　Ｃｏ：５．０　％以
   下，　　　　Ｖ：２．０　％以下，Ｎｂ：２．０　％以
   下，　　　　Ｔｉ：２．０　％以下，　　　　Ｚｒ：０
   ．５　％以下，Ｂ：０．２　％以下，　　　　Ｍｇ，　
   Ｃａ，　Ｌａ，　Ｃｅ及びＹの１種以上：合計で　０．
   ５％以下のうちの１種以上をも含むと共に、残部がＦｅ
   及び不可避不純物で、かつ不純物中のＮ，Ｏ，Ｐ及びＳ
   の含有量がそれぞれ０．０２％以下，０．０１％以下，
   　０．０３５％以下，０．０３％以下である鋼製基体の
   表面に厚さ５０μｍ以上の酸化スケ−ルを有して成り、
   しかも酸化スケ−ル層との境界をなす鋼基体表面の粗さ
   （Ｒｚ）が１００〜３００μｍに調整されていることを
   特徴とする熱間製管工具。
3. 【請求項３】　　重量割合にて Ｃ：０．０８〜０．３５％，　　Ｓｉ：０．１　〜２．
   ０　％，　　Ｍｎ：０．２　〜３．０　％，Ｎｉ：０．
   ５　〜７．０　％，　　Ｍｏ及びＷの１種以上：合計で
   　１．５〜８．０％，ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５　〜０
   ．２　％を含むと共に残部がＦｅ及び不可避不純物で、
   かつ不純物中のＮ，Ｏ，Ｐ及びＳの含有量がそれぞれ０
   ．０２％以下，０．０１％以下，　０．０３５％以下，
   ０．０３％以下である鋼を所定工具形状に成形し、その
   表面粗さ（Ｒｚ）を１２０〜３５０μｍに調整した後、
   酸素濃度５％以下の雰囲気下で〔２５×｛Ｍｏ（％）＋
   Ｗ（％）｝＋８６０〕℃〜〔２５×｛Ｍｏ（％）＋Ｗ（
   ％）｝＋９６０〕℃に　０．５〜５時間加熱保持して空
   冷以下の冷却速度で冷却するスケ−ル形成処理を施すこ
   とを特徴とする、熱間製管工具の製造方法。
4. 【請求項４】　　重量割合にて Ｃ：０．０８〜０．３５％，　　Ｓｉ：０．１　〜２．
   ０　％，　　Ｍｎ：０．２　〜３．０　％，Ｎｉ：０．
   ５　〜７．０　％，　　Ｍｏ及びＷの１種以上：合計で
   　１．５〜８．０％，ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５　〜０
   ．２　％を含有し、更に Ｃｒ：５．０　％以下，　　　　　Ｃｏ：５．０　％以
   下，　　　　Ｖ：２．０　％以下，Ｎｂ：２．０　％以
   下，　　　　Ｔｉ：２．０　％以下，　　　　Ｚｒ：０
   ．５　％以下，Ｂ：０．２　％以下，　　　　Ｍｇ，　
   Ｃａ，　Ｌａ，　Ｃｅ及びＹの１種以上：合計で　０．
   ５％以下のうちの１種以上をも含むと共に、残部がＦｅ
   及び不可避不純物で、かつ不純物中のＮ，Ｏ，Ｐ及びＳ
   の含有量がそれぞれ０．０２％以下，０．０１％以下，
   　０．０３５％以下，０．０３％以下である鋼を所定工
   具形状に成形し、その表面粗さ（Ｒｚ）を１２０〜３５
   ０μｍに調整した後、酸素濃度５％以下の雰囲気下で〔
   ２５×｛Ｍｏ（％）＋Ｗ（％）｝＋８６０〕℃〜〔２５
   ×｛Ｍｏ（％）＋Ｗ（％）｝＋９６０〕℃に　０．５〜
   ５時間加熱保持して空冷以下の冷却速度で冷却するスケ
   −ル形成処理を施すことを特徴とする、熱間製管工具の
   製造方法。