JPH08206709A

JPH08206709A - 熱間製管工具およびその製造方法

Info

Publication number: JPH08206709A
Application number: JP7125990A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Nakanishi; 哲也中西; Yasutaka Okada; 康孝岡田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-12-09
Filing date: 1995-04-25
Publication date: 1996-08-13

Abstract

(57)【要約】【目的】変形抵抗の高い材料を製管する場合でも長い
使用寿命を確保する。【構成】鋼製基体の表面に酸化スケールを形成して使
用する酸化スケール型の熱間製管工具において、鋼製基
体を鍛造材または圧延材とする。鋼製基体の材質として
は、主要成分として重量比でＣ：0.０８〜0.６５％、Ｓ
ｉ：0.１〜2.０％、Ｍｎ：0.２〜3.０％、Ｎｉ：0.２〜
7.０％、ｓｏl.Ａｌ：0.００５〜0.５％、ＭｏおよびＷ
の１種以上：合計1.５〜8.０％を含むものが望ましい。
鍛造または圧延の条件としては、１０００〜１２５０℃
の加熱温度および1.３５以上の延伸比が望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マンネスマン方式によ
り継目無管を製造する際の穿孔圧延や延伸圧延に内面圧
延工具として使用される熱間製管工具およびその製造方
法に関する。なお、本明細書では特にことわりのない限
り％は重量％を表わす。

【０００２】

【従来の技術】マンネスマン方式による継目無管の製造
では、ピアサー等の圧延機でビレットを穿孔圧延してホ
ローシェルとなし、引き続きエロンゲーター等の圧延機
でそのホローシェルを延伸圧延する。これらの圧延には
ピアサープラグ、マンドレルといった内面圧延工具が用
いられる。これらの工具は通常、鋳造材を切削加工して
製作した鋼製基体の表面に潤滑性に富んだ酸化スケール
を形成して使用される。鋼製基体の材質としては、例え
ばピアサープラグの場合、普通鋼を加工対象として開発
された３％Ｃｒ−１％Ｎｉベースの鋼（以下これを３Ｃ
ｒ−１Ｎｉ鋼と称す）が一般的である。

【０００３】３Ｎｉ−１Ｃｒ鋼からなるピアサープラグ
は、普通鋼を穿孔圧延する場合は比較的長い寿命を示
す。しかし、高温強度が十分でないため、普通鋼より変
形抵抗の高いステンレス鋼、高Ｃｒ鋼等の高合金鋼の穿
孔圧延に用いると、高い面圧がかかる先端部に溶損が生
じ寿命が極端に短くなる。最近は継目無管の高品質化が
進み、ステンレス鋼や高Ｃｒ鋼の比率が高まっているこ
とから、ピアサープラグの耐久性を高めるための研究が
盛んに行われている。

【０００４】ピアサープラグの耐久性を高めるための対
策は、これまでは鋼製基体の成分組成の改良と、鋼製基
体の表面に酸化スケールを形成するため熱処理の工夫と
に主眼がおかれていた。成分組成の改良では、鋼製基体
の高温強度を高めるだけでなく、酸化スケールの改質も
合わせて行うのが最近の傾向である。例えば特公平４−
８４９８号公報に示されたプラグでは、Ｃｒ量を低減し
てスケールの付着性を高め、代わりにＭｏ，Ｗ，Ｎｂ等
を添加して高温強度を高める操作が行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ピアサ
ープラグの寿命を延ばすための従来対策は十分ではな
く、特公平４−８４９８号公報に示されたプラグでさえ
も、ステンレス鋼等の変形抵抗の大きな材料を穿孔する
場合の寿命は、前述した３Ｃｒ−１Ｍｏ鋼製のプラグの
高々３倍でしかない。更にその寿命を延ばすためには、
成分組成面および熱処理面だけでなく、それ以外の面か
らの対策が必要であると考えられる。

【０００６】本発明の目的は、成分組成面および熱処理
面以外の面から対策を講じることにより使用寿命の大幅
延長を可能とする熱間製管工具おびその製造方法を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】変形抵抗の大きい材料を
圧延する場合の工具寿命の延長を図るために、本発明者
らは基本成分として重量比でＣ：0.０８〜0.６５％、Ｓ
ｉ：0.１〜2.０％、Ｍｎ：0.２〜3.０％、Ｎｉ：0.２〜
7.０％、ｓｏl.Ａｌ：0.００５〜0.５％、ＭｏおよびＷ
の１種以上：合計1.５〜8.０％を含み、且つ７Ｗ（％）
＋８Ｎｉ（％）≦５６を満足する鋼製基体の表面に、厚
さが２５０〜１０００μｍの内部酸化型スケール層を有
する熱間製管工具を先に開発した（特願平５−２３０８
６２号）。この工具はＷ量およびＮｉ量を管理すること
により、母材との界面に生じる酸化スケールを粒界酸化
型から内部酸化型に変えて、酸化スケールの耐剥離性を
高めることにより、前述した３Ｃｒ−１Ｍｏ鋼プラグの
場合と比べて最大で１０倍も寿命を延長することができ
る。

【０００８】しかし、Ｗ量およびＮｉ量の制限のため、
一方では母材の高温強度が制限され、工具が大型化した
場合や長時間の連続圧延のような熱的負荷の大きい使用
条件では、鋼製基体が鋳造材であることに起因してその
凝固組織が使用中に粗大化し、高温強度不足となること
により、表面しわ疵などの塑性流動が発生し、寿命が制
限される場合のあることが判明した。他の成分改良を受
けた工具でも、その鋼製基体が鋳造材であることに起因
して、成分が規定内であっても凝固組織が粗大化し、表
面しわ疵などにより寿命が制限されることが明らかにな
った。

【０００９】そこで本発明者らは鋼製基体を鍛造あるい
は圧延により製作し、これを鋳造材のものと比較したと
ころ、鍛造あるいは圧延による鋳造組織の緻密化により
母材表面に生成する酸化スケールが緻密かつ厚くなり、
本発明者らが先に開発した成分系の熱間製管工具では、
Ｗ量およびＮｉ量を制限しなくてもその酸化スケールが
内部酸化型となり、その結果としてＷ量およびＮｉ量に
関する制限が不要になり、高温強度の確保が容易になる
こと、更には鍛造あるいは圧延による合金元素の固溶と
微細析出を経た組成の均一化によっても母材の高温強度
が向上すること、これらにより工具寿命が大幅に延長さ
れることを知見した。

【００１０】また３Ｃｒ−１Ｎｉ鋼等からなる従来の鋼
製基体についても、鍛造あるいは圧延にて製作すること
により組織が緻密化し、その結果、粒界酸化型ではある
ものの厚く緻密で耐剥離性、耐焼付き性に優れた酸化ス
ケールが生成すること、合金元素の固溶と微細析出を組
成の均一化により母材の高温強度が向上すること、これ
らにより工具寿命が大幅に（３Ｃｒ−１Ｎｉ鋼製基体の
場合で２倍以上に）延長されることを知見した。

【００１１】本発明の熱間製管工具は、鋼製基体の表面
に酸化スケールを形成して使用する酸化スケール型の熱
間製管工具であって、その鋼製基体を鍛造材または圧延
材としたものである。なお、圧延材はその圧延の前に鍛
造を行ったものでもよく、同様に鍛造材はその鍛造の前
に圧延を行ったものでもよい。

【００１２】鋼製基体の材質としては、次のＡ，Ｂに示
す基本成分のものを挙げることができる。

【００１３】Ａ）重量比でＣ：0.０８〜0.６５％、Ｓ
ｉ：0.１〜2.０％、Ｍｎ：0.２〜3.０％、Ｎｉ：0.２〜
7.０％、ｓｏl.Ａｌ：0.００５〜0.５％、ＭｏおよびＷ
の１種以上：合計1.５〜8.０％を含み、残部Ｆｅおよび
不可避不純物からなる鋼。Ｂ）重量比でＣ：0.０８〜0.６５％、Ｓｉ：0.１〜2.０
％、Ｍｎ：0.２〜3.０％、Ｎｉ：0.２〜7.０％、ｓｏl.
Ａｌ：0.００５〜0.５％、ＭｏおよびＷの１種以上：０
または合計1.５％未満を含み、残部Ｆｅおよび不可避不
純物からなる鋼。

【００１４】Ａ，ＢはいずれもＣｒ：5.０％以下を含む
ことができる。また下記〜の少なくとも１群を含む
ことができる。

【００１５】Ｃｏ：5.０％以下Ｖ：2.０％以下、Ｎｂ：2.０％以下（望ましくは1.
０％未満）、Ｔｉ：2.０％以下、Ｚｒ：0.５％のうちの
１種以上Ｂ：0.２％以下Ｍｇ，Ｃａ，Ｌａ，Ｃｅ及びＹの１種以上：合計0.
５％以下

【００１６】ＡはＭｏおよびＷにより高温強度を改善し
た成分系である。本成分系は、母材近傍に生成する酸化
スケールを内部酸化型にできる利点もあり、特に優れた
耐久性を示すことから、ステンレス鋼、高Ｃｒ鋼等の高
合金鋼の熱間製管に適する。ここでＷ量およびＮｉ量の
制限、すなわち７Ｗ（％）＋８Ｎｉ（％）≦５６なる制
限については、前述した通りこの制限なしでも酸化スケ
ールを内部酸化型にすることができるので、特に必要と
いうわけではない。酸化スケールの耐剥離性を重視する
場合はこの制限を設けるのがよく、高温強度を重視する
場合はこの制限を設けない方がよい。ただし、一般的な
傾向として酸化スケールの方が工具寿命に対する影響度
が大きいので、この制限を設けて酸化スケールの耐剥離
性を重視した場合の方が寿命は長い。

【００１７】ＢはＭｏおよびＷの合計量が1.５％未満に
抑えられた通常の成分系である。本成分系はＡに比べる
と耐久性が劣るので、普通鋼の熱間製管に適する。本成
分系のなかでＣ：0.２〜0.４％、Ｓｉ：0.３〜1.０％、
Ｍｎ：0.３〜1.０％、Ｃｒ：2.０〜4.０％、Ｎｉ：0.５
〜4.０％を基本成分とするものは特に３Ｃｒ−１Ｎｉ鋼
と呼ばれる。この成分系のなかで特に高温強度が必要で
ない場合はＭｏおよびＷの合計量を0.５％未満〔０（無
添加）を含む〕に抑えることができる。高温強度を必要
とする場合はＭｏおよびＷの合計量を0.５％以上とする
のが望ましい。

【００１８】本発明の熱間製管工具の製造方法は、上記
成分系の鋼からなる鋳造材に対して１０００〜１２５０
℃の加熱温度および1.３５以上の延伸比で鍛造および／
または圧延を行い、切削加工の後、スケール付けのため
の熱処理を行うものである。

【００１９】

【作用】以下に本発明を鋼製基体の成分組成、酸化スケ
ール厚さ及び構造、鋼製基体の製造条件、スケール付け
熱処理条件の順に詳述する。

【００２０】（Ａ）鋼の成分組成ａ）ＣＣ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0.６５％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含有量は本発
明法では0.０８〜0.６５％の範囲と定めた。

【００２１】ｂ）ＳｉＳｉは脱酸、Ａｃ₁点の上昇、工具表面の酸化スケール
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
含有させると靱性の劣化を招くばかりか、十分な厚みの
スケール層が得られなくなって潤滑性能が不足する。従
って、Ｓｉ含有量は本発明法では0.１〜2.０％と定め
た。

【００２２】ｃ）Ｍｎ本発明法における如くＭｎ，Ｗを多量に添加する場合、
高温でオー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ール中に入るＭｎがスケ
ールの緻密性を劣化させる上、スケール融点を高めてそ
の潤滑性を劣化させる。従って、Ｍｎ含有量は本発明法
では0.２〜0.３％と定めた。

【００２３】ｄ）ＮｉＮｉには、製管後の冷却によって工具の表層部に形成さ
れる焼入れ相の靱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、0.２％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“酸化スケール処理にて形成されたスケール層”
中に酸化されずに残留し、複合強化作用を示してスケー
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0.２％以上になると顕著化する。更
に、Ｎｉには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ー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
量は本発明法では0.２〜7.０％と定めた。

【００２４】ＭｏとＷの合計量が1.５％以上の場合、Ｎ
ｉ含有量がＷ含有量との関係で７Ｗ（％）＋８Ｎｉ
（％）≦５６の範囲になると、母材との界面に生成され
る酸化スケールが強靱な内部酸化型となるが、本発明で
は鋼製基体に鍛造材、圧延材を用いるために７Ｗ（％）
＋８Ｎｉ（％）＞５６でもその酸化スケールが内部酸化
型となる。７Ｗ（％）＋８Ｎｉ（％）≦５６では特に強
靱な内部酸化型の酸化スケールが得られ、その耐剥離性
が一層向上する。その結果、前述した理由により工具寿
命が延びるので、この規制はやはり望ましいものであ
る。

【００２５】ｅ）Ｍｏ，Ｗこれらの成分の１種または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る上、酸化スケ
ールを内部酸化型とするためにも有効であり、かつＡｃ
₁点を上昇させて穿孔後に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とＷの合
計量が1.５％未満の場合は１３Ｃｒ鋼やステンレス鋼な
ど、高温で変形抵抗の高い素材を穿孔する際に上記効果
が不十分となり、穿孔中に容易に変形・溶損を生じてし
まう。そのためＭｏとＷの合計量が1.５％以上の場合と
1.５％未満の場合とに区別した。

【００２６】ＭｏとＷの合計量が1.５％以上の場合、Ｍ
ｏ，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、靱性も劣化するので、その合計量の上限を8.０％以
下と定めた。なお、靱性面からすればＭｏよりもＷを含
有させる方が好ましく、特に靱性が重要な工具ではＭｏ
含有量を3.５％以下に抑制するが良い。

【００２７】ＭｏとＷの合計量が1.５％未満の場合でも
後述するＣｒ量が２％未満、特に１％未満の場合はＭ
ｏ，Ｗが高温強度の確保に有効な元素となるので、その
合計量を0.５％以上とすることが望まれる。

【００２８】ｆ）ｓｏl.Ａｌｓｏl.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靱性確保上重要で、
少なくともＯ含有量を２００ppm 以下とするのが望まし
い。Ｏ含有量を３０ppm 以下とすると靱性は更に大きく
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、0.５％を超えて
含有させても脱酸効果が飽和するばかりか、かえって工
具鍛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.Ａｌ含有量は本発明法では
0.００５〜0.５％と定めた。

【００２９】ｇ）ＣｒＣｒは、ＭｏとＷの合計量が1.５％未満の場合は高温強
度の確保に有効な元素となる。特にＭｏとＷの合計量が
0.５％未満の場合にその添加が有効となり、1.０％以
上、特に2.０％以上の添加が望まれる。Ｃｒは又、Ｍｏ
とＷの合計量に関係なく酸化スケール層を緻密化して母
材と潤滑皮膜（酸化スケール層）の密着性を改善するの
に有効な成分でもある。しかし、その含有量が5.０％を
超えると酸化性が向上しすぎて所望の厚さの潤滑酸化ス
ケール層を生成することができなくなることから、Ｃｒ
含有量は5.０％以下と定めた。ただし、Ｃｒ含有量が0.
９５％以上になると表面スケールの構造がＦｅＣｒ₂Ｏ
₄主体のものになって剥離しやすくなり、またスケール
の融点を上昇させて潤滑性を劣化するようになることか
ら、ＭｏとＷの合計量が1.５％以上の場合はＣｒ含有量
を0.９５％未満に止めるのが好ましいと言える。

【００３０】ｈ）Ｃｒ，Ｃｏ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，
Ｂ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｌａ，Ｃｅ及びＹこれらの成分は、鋼材の靱性、高温での変形抵抗を向上
する作用やスケー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種または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別個に規定したのは
次の理由による。

【００３１】ｈ−１）ＣｏＣｏは、特にＡｃ₁点，Ａｃ₃点を大きくは低下させる
ことなくＮｉと同様の靱性改善作用、スケールの耐剥離
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。

【００３２】ｈ−２）Ｖ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｍｇ，Ｃ
ａ，Ｌａ，Ｃｅ及び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、鋼材の靱性改善だけでなく、スケール層を緻密化す
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靱性の劣化
を招く。

【００３３】ｈ−３）ＢＢには、穿孔時に高温に保持されてオーステナイトとな
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
ると脆化相の析出等で靱性が劣化する。

【００３４】ｉ）不可避不純物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0.０２％以下にそれぞれ抑えるのが望まし
い。また、Ｐ及びＳも靱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、0.０３５
％以下及び0.０３％以下に制限するのが望ましい。

【００３５】（Ｂ）酸化スケールの構造及び厚さ熱間製管工具の鋼製基体表面に形成される酸化スケール
層は、一般に内層スケール層と外層スケール層の２層に
分かれる。一般的には外層側はＦｅＯ主体の比較的ポー
ラスなスケールであり、内層側はスピネル・複合酸化物
型の緻密なスケール層である。そして、内層スケール層
と母材との界面は、成分、熱処理条件により粒界酸化型
と内部酸化型に分かれる。勿論内部酸化型のスケール層
が望ましく、本発明ではこれが容易に実現される。

【００３６】ここで酸化スケール層の全厚が２５０μｍ
未満であるとスケールの潤滑性や母材に対する所望の耐
熱性が得られず、所望の工具寿命が得られないことか
ら、その厚さは２５０μｍ以上とするのが望ましい。ま
た、酸化スケール層が厚くなり過ぎるとスケール層がポ
ーラス化して剥離を生じやすくなることから、酸化スケ
ール層の全厚の上限としては１０００μｍ以下に抑える
のが望ましい。

【００３７】（Ｃ）熱間製管工具の製造条件ａ）工具形状への成形熱間製管工具（ピアサー用穿孔プラグ，エロンゲーター
圧延用プラグ，プラグミル圧延用プラグ等）の製造に当
たっては、まず所定成分組成の鋼を溶製してから鋳造
し、その鋳造材に更に鍛造および／または圧延を施した
後、切削加工により工具形状通りに形状を仕上げる。

【００３８】本発明ではここで実施する鍛造・圧延が最
も重要である。すなわち、鍛造あるいは圧延による鋳造
組織の緻密化により、母材表面に生成する酸化スケール
が緻密かつ厚くなり、本発明者らが先に開発した成分系
の熱間製管工具では、Ｗ量およびＮｉ量を制限しなくて
もその酸化スケールが内部酸化型となり、その結果とし
てＷ量およびＮｉ量に関する制限が不要になり、高温強
度の確保が容易になる。更には鍛造あるいは圧延による
合金元素の固溶と微細析出を経た組成の均一化によって
も母材の高温強度が向上する。他の成分系の場合も酸化
スケールの改質と高温強度の改善により工具寿命の大幅
延長が可能になる。

【００３９】ここで材料の加熱温度が低いと加工後の仕
上げ温度が低温になりすぎ、靱性が低くなるために焼き
割れが発生しやすくなる。一方、加熱温度が高くなりす
ぎると加工前の表層スケールが厚くなりすぎスケール噛
み込み疵による歩留低下が著しくなる。従って、加熱温
度は本発明法では１０００〜１２５０℃と定めた。

【００４０】加工度については、延伸比で1.３５未満で
あると加工による鍛造組織の破壊が十分でなく、かつ結
晶粒の細粒化効果が少ないので、母材の高温強度の確保
および酸化スケールの耐剥離性の確保が困難になる。従
って、延伸比は本発明法では1.３５以上が望ましい。

【００４１】延伸比の上限については成分系にもよるが
１０以下が望ましく７以下が特に望ましい。延伸比が大
きくなりすぎると、圧延・鍛造共数回のパスを余儀なく
され連続では仕上げ温度が低くなり、表面あるいは内部
で割れが生じるなどのトラブルの原因になる。圧延・鍛
造途中で再加熱する場合でも著しいスケールロスと作業
費の増加のため寿命向上が得られたとしても外面削り代
が大きくなるばかりか単価が上昇し、所期の目的に合致
しなくなる。

【００４２】なお、鍛造・圧延は一方のみを用いてもよ
く、両方を用いてもよい。普通は加工度の小さい領域で
鍛造を用い、鍛造では加工度の確保が困難な加工度の大
きい領域で圧延を用いる。

【００４３】ｂ）スケール層形成熱処理条件〈雰囲気〉熱処理雰囲気は生成するスケールの構造に影
響する。本発明法では、雰囲気中の酸素濃度を大気酸素
濃度以下に調整するのが望ましい。雰囲気中の酸素濃度
が大気酸素濃度よりも高いと熱処理中に酸化鉄が急激に
成長するため、厚いが緻密性の悪いポーラスなスケール
となって容易に剥離する。なお、一般的には上記酸素濃
度は1.０％以下が望ましく、必要に応じてＣＯガス，Ｈ
₂Ｏ（水蒸気）を混合する。

【００４４】〈温度〉スケールを表面に付ける熱処理温
度は生成するスケールの構造と成長速度に影響する。本
発明法では、熱処理温度を８００〜１１００℃とするの
が望ましい。その理由は、８００℃未満であると酸化物
生成能力が劣るため非常に長時間の熱処理時間が必要と
なって実操業に適せず、また１１００℃を超えるとスケ
ール成長が著しく速くなって不安定でポーラスなスケー
ルとなり、剥離を生じやすいからである。

【００４５】〈時間〉熱処理時間は生成するスケールの
厚さ、構造に影響する。本発明法では、熱処理時間を４
〜１０ｈｒとするのが望ましい。その理由は、４ｈｒ未
満では当該成分系では十分なスケール厚さにならず、一
方、１０ｈｒを超えた場合にはスケール成長が過度にな
ってスケール厚が厚くなり過ぎるほか、スケールがポー
ラスになり剥離を生じやすくなるためである。

【００４６】〈均熱後の冷却速度・温度〉均熱後の冷却
速度はスケールの緻密性に影響する。本発明法では、均
熱の後は５０℃／ｈｒ以下の冷却速度で８００〜５００
℃まで徐冷することが望ましい。冷却速度が５０℃／ｈ
ｒを超えるとスケールの割れや剥離・脱落が発生する。
特に望ましくは２０〜３０℃／ｈｒ以下の冷却速度で徐
冷するのが良い。そして、徐冷の終了温度が８００℃よ
りも高いとその後の急冷でスケールの剥離・脱落が発生
し、一方、徐冷終了温度を５００℃よりも低くすると冷
却時間が長くなり過ぎて操作上問題となる。

【００４７】

【実施例】以下に本発明の実施例を示し、その効果を明
らかにする。

【００４８】〔実施例１〕５００ｋｇの高周波誘導電気
炉により、表１に示した化学成分組成の鋼〜を溶製
し、直径３００ｍｍ×長さ６００ｍｍのインゴットを鋳
造した。各インゴットを疵手入れの後、９８０〜１２８
０℃の温度および1.２〜１０の延伸比で鍛造・圧延を行
い、機械加工により最大外径１４７ｍｍのピアサープラ
グ用鋼製基体に仕上げた。

【００４９】

【表１】

【００５０】次に、製造された鋼製基体にスケール付け
熱処理を施した。この熱処理は、ブタンガス燃焼雰囲気
でＣＯ＝１％にて所定の温度、時間、冷却速度、徐冷終
了温度で実施した。

【００５１】そして、得られたピアサープラグにつき、
表面スケール層の厚さをプラグ中央部の断面ミクロ写真
より実測すると共に、スケール構造の特定を行った。ま
た、その機械的性質を調査した。更に、このようにして
作成されたピアサープラグを実機での穿孔試験に供して
その寿命を評価した。

【００５２】穿孔試験では、１２３０℃に加熱均熱され
たＳＵＳ３０４相当鋼（１８％Ｃｒ−８％Ｎｉ鋼）の外
径１８７ｍｍ、長さ１７７０ｍｍの丸ビレットに対し
て、穿孔比3.１、ピアサー出口シェル外径１９２ｍｍ、
長さ５５００ｍｍで穿孔圧延を実施した。穿孔時間は約
7.５秒であった。ここで、実機ピアサー条件は次の通り
であった。交叉角：１０° 傾斜角：１４° プラグ径：１４７φ 先端ドラフト率：6.０％

【００５３】鋼のピアサープラグについての、酸化ス
ケール層厚さ実測値（μｍ）、酸化スケール構造、機械
的性質及び実機穿孔試験結果を表２〜表５に示す。な
お、機械的性質は、靱性を室温でのシャルピー衝撃値
（１０ｍｍ×１０ｍｍ、２ｍｍのＵノッチ）、変形抵抗
を１１００℃圧縮試験での結果により示した（ここで、
ピアサープラグとして実機の熱的、機械的応力の影響に
耐えるためには靱性値は0.９ｋｇ−ｍ／ｃｍ²以上、変
形抵抗は１２ｋｇｆ／ｍｍ²以上が望ましい）。また、
実機試験でのプラグ寿命評価は、１本のプラグの穿孔可
能ビレット本数、即ちパス本数で行った。

【００５４】また、鋼のピアサープラグにつき同じ調
査を行った結果を表６〜表９に、鋼のピアサープラグ
につき同じ調査を行った結果を表１０〜表１３に、鋼
のピアサープラグにつき同じ調査を行った結果を表１４
〜表１７にそれぞれ示す。

【００５５】

【表２】

【００５６】

【表３】

【００５７】

【表４】

【００５８】

【表５】

【００５９】

【表６】

【００６０】

【表７】

【００６１】

【表８】

【００６２】

【表９】

【００６３】

【表１０】

【００６４】

【表１１】

【００６５】

【表１２】

【００６６】

【表１３】

【００６７】

【表１４】

【００６８】

【表１５】

【００６９】

【表１６】

【００７０】

【表１７】

【００７１】鋼は本発明者らが先に開発した成分系の
もので、ＭｏとＷを合計量で1.５％以上含み、かつ７Ｗ
（％）＋８Ｎｉ（％）≦５６の成分規制を強く受けてい
る。鋼製基体の表面に形成された酸化スケールの母材近
傍の構造は、内部酸化型である。鋼製基体が鋳造材の場
合、成分規制のために高温強度は比較的低いが、スケー
ルが内部酸化型のため、穿孔試験では７本の穿孔が可能
であった。ここで鋼製基体を鍛造・圧延材とすると、高
温強度が上がり、且つ酸化スケールが更に厚く緻密化
し、穿孔回数が最大で１３回まで増えた。

【００７２】鋼も本発明者らが先に開発した成分系の
ものであるが、Ｗ含有量およびＮｉ含有量の規制は比較
的緩い。鋼製基体が鋳造材の場合、高温強度は比較的高
いが、酸化スケールが薄いため、穿孔回数は５回にとど
まった。しかし、鋼製基体を鍛造・圧延材とすることに
より、高温強度が上がり、且つ酸化スケールが厚く緻密
化し、穿孔回数が最大で８回まで増えた。

【００７３】鋼はＭｏとＷを合計量で1.５％以上含む
が、Ｗ含有量およびＮｉ含有量の規制は行われていな
い。すなわち、７Ｗ（％）＋８Ｎｉ（％）＞５６であ
る。鋼製基体が鋳造材の場合、高温強度が非常に高い
が、酸化スケールが粒界酸化型のため、穿孔回数は更に
少ない３回にとどまった。ここで鋼製基体を鍛造・圧延
材にすると、高温強度が更に上がり、しかも成分規制を
外したにもかかわらず酸化スケールが厚く緻密な内部酸
化型にかわることにより、穿孔回数は鋼のときと同じ
最大で８回まで増大した。

【００７４】鋼は本発明者らが先に開発した成分系の
もので、７Ｗ（％）＋８Ｎｉ（％）≦５６の成分規制を
強く受けているが、Ｃｒは含まれていない。鋼製基体が
鋳造材の場合、成分規制のために高温強度は比較的低い
が、スケールが内部酸化型のため、穿孔試験では６本の
穿孔が可能であった。ここで鋼製基体を鍛造・圧延材と
すると、高温強度が上がり、且つ酸化スケールが更に厚
く緻密化し、穿孔回数が最大で１３回まで増えた。

【００７５】〔実施例２〕実施例１と同様の方法によ
り、表１８に示した化学成分組成の鋼を素材として
酸化スケール付きのピアサープラグを製造し、各ピアサ
ープラグのスケール層厚、スケール構造、機械的性質を
調査すると共に、実機穿孔試験により寿命を調査した。
穿孔試験では、被圧延材の材質を中炭素鋼Ｓ４５Ｃと
し、ビレット長さを３３８０ｍｍ、シェル長さを１０５
００ｍｍとした。鋼のピアサープラグについての調査
結果を表１９〜表２２に示し、鋼のピアサープラグに
ついての調査結果を表２３〜表２６に示す。

【００７６】

【表１８】

【００７７】

【表１９】

【００７８】

【表２０】

【００７９】

【表２１】

【００８０】

【表２２】

【００８１】

【表２３】

【００８２】

【表２４】

【００８３】

【表２５】

【００８４】

【表２６】

【００８５】鋼はＭｏとＷの合計量が1.５％未満であ
る従来の成分系をもち、主に合計量が1.２％のＭｏおよ
びＷによって高温強度を確保したものである。内層酸化
スケールの構造は母材近傍を含め粒界酸化型である。鋼
〜に比して高温強度は低いが、被圧延材がＳ４５Ｃ
であるため、鋼製基体が鋳造材の場合は穿孔試験で１３
０本の穿孔が可能であった。ここで鋼製基体を鍛造・圧
延材とすると、高温強度が上がり、且つ酸化スケールが
厚く緻密化することにより、穿孔回数が最大で２５４本
まで増大した。

【００８６】鋼は従来の代表的な成分系である３Ｃｒ
−１Ｎｉ系であり、内層酸化スケールは粒界酸化型であ
る。鋼製基体が鋳造材の場合に２２０本であった穿孔回
数は、その基体を鋳造・圧延材とすることにより、最大
で３５８本まで増大した。

【００８７】このように、本発明はＭｏとＷの合計量が
1.５％以上の鋼だけでなく、その合計量が1.５％未満の
鋼に対しても有効であり、鋼種を特に問わないことが明
らかである。

【００８８】また、実施例１，２からも明らかなよう
に、鍛造・圧延での加熱温度は１０００〜１２５０℃、
延伸比は1.３５以上が望ましい。ただし、この条件内で
も加熱温度が高く且つ延伸比が大きい場合は、靱性低下
により割損が生じる場合もあるが、その反面、延伸比が
1.３５未満、加熱温度が１０００℃未満、１２５０℃超
の場合でも、穿孔圧延に供するミルの圧延条件によって
は、鍛造・圧延の効果がでる場合がある。

【００８９】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の熱間製管
工具およびその製造方法は、鋼製基体を鍛造材または圧
延材とすることにより、その高温強度を高め、合わせて
酸化スケールの耐剥離性を高めることができる。更に、
鋼製基体の材質についての成分規制の緩和も可能とな
り、この面からも高温強度が向上する。従って、高温強
度と耐剥離性を高次元でバランスさせることができ、こ
れにより工具寿命を大幅に延長し、製管コスト低減に大
きな効果を発揮する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２２Ｃ 38/08 Ｃ２３Ｃ 8/14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼製基体の表面に酸化スケールを形成し
て使用する酸化スケール型の熱間製管工具であって、そ
の鋼製基体が鍛造材または圧延材であることを特徴とす
る熱間製管工具。
【請求項２】重量比でＣ：0.０８〜0.６５％、Ｓｉ：
0.１〜2.０％、Ｍｎ：0.２〜3.０％、Ｎｉ：0.２〜7.０
％、ｓｏl.Ａｌ：0.００５〜0.５％、ＭｏおよびＷの１
種以上：合計1.５〜8.０％を含む鋼の鋳造材に対して、
１０００〜１２５０℃の加熱温度および1.３５以上の延
伸比で鍛造および／または圧延を行い、工具形状に切削
加工の後、スケール付けのための熱処理を行うことを特
徴とする熱間製管工具の製造方法。
【請求項３】請求項２に記載の鋼が更に5.０％以下の
Ｃｒを含む熱間製管工具の製造方法。
【請求項４】重量比でＣ：0.０８〜0.６５％、Ｓｉ：
0.１〜2.０％、Ｍｎ：0.２〜3.０％、Ｎｉ：0.２〜7.０
％、ｓｏl.Ａｌ：0.００５〜0.５％、ＭｏおよびＷの１
種以上：０または合計1.５％未満を含む鋼の鋳造材に対
して、１０００〜１２５０℃の加熱温度および1.３５以
上の延伸比で鍛造および／または圧延を行い、工具形状
に切削加工の後、スケール付けのための熱処理を行うこ
とを特徴とする熱間製管工具の製造方法。
【請求項５】請求項４に記載の鋼が更に5.０％以下の
Ｃｒを含む熱間製管工具の製造方法。