JPH09316473A - 継目無鋼管圧延用潤滑剤及びエロンゲータ圧延法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エロンゲータにて、ステンレス鋼を圧延する
際に、焼付疵を防止する。 【解決手段】 酸化鉄８０〜９５重量％を含み残部がガ
ラス粉末よりなる継目無鋼管圧延用潤滑剤。上記潤滑剤
を中空素管の内面に供給し、１０００℃での引張強度が
２０〜３５kgf/mm² の高熱間強度材料よりなるプラグを
用いてエロンゲータ圧延を行う。 【効果】 本発明により、ガラスを残留させることなく
焼付疵を有効に防止でき、内面品質の向上、歩留の向
上、疵手入れ費用の減少、さらにプラグの長寿命化によ
るプラグ交換頻度の減少による生産性の向上が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、継目無鋼管の熱間
圧延において管内面に作用する潤滑剤およびこれを使用
したエロンゲータ圧延方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＳＵＳ３０４に代表されるステンレス鋼
は熱間加工性が悪く熱間加工中に割れ、疵等が発生しや
すいため、難加工材について比較的製造が容易なユージ
ンセジュルネ方式で代表される熱間押し出し法により製
造されていた。しかし、熱間押し出し法による製造にお
いては、穴のあいたビレットを使用することにより歩留
が低いこと、また生産性も低いことより、最近は次に述
べる圧延法により製造されるようになった。

【０００３】熱間圧延における継目無鋼管製造の代表的
な方法はプラグミル法及びマンドレルミル法である。一
般には製品外径７インチ以上ではプラグミル法が、それ
より小さい外径の場合マンドレルミル法が使われてい
る。

【０００４】以下、これらの製造方法を図１に示す工程
に従い具体的に説明すると、素材１は加熱炉２において
所定の温度まで加熱されその後穿孔機３により中空素管
４を得る。その後マンドレルミル法（ａ）では延伸連続
圧延機であるマンドレルミル７によって延伸圧延された
後、再加熱炉８により所定の温度に加熱され仕上げ圧延
機であるストレッチレデューサー９で所定の外径に圧延
成形され仕上管１０となる。また、マンドレルミル７の
前に肉厚を減じると共に長さを伸ばすエロンゲータミル
５、外径を絞るホローシェルレデューサー６が設置され
る場合もある。一方プラグミル法（ｂ）においては、中
空素管４はエロンゲータミル５により肉厚を減じると共
に長さを伸ばす延伸圧延が行われ、次いでプラグミル１
１により減肉延伸されリーラーミル１２により内外面を
平滑に仕上げる。その後再加熱炉８により所定の温度に
加熱されサイザーミル１３により所定の外径に圧延成形
され仕上管１０となる。

【０００５】エロンゲータミル等傾斜圧延機に使用され
るプラグは一般に３％Ｃｒ−１％Ｎｉ系、或いは１％Ｃ
ｒ−３％Ｎｉ系低合金鋼材質が使用され、断熱性を確保
するため、熱処理により表層にＦｅ₃ Ｏ₄ ，ＦｅＯ等の
酸化スケールを形成させる処理が施される。このような
プラグで炭素鋼に比べて変形抵抗が高く、表面に酸化ス
ケールが生じにくいステンレス鋼を圧延すると、プラグ
の酸化スケールの消耗が速く、酸化スケールがなくなる
とプラグと被圧延材のメタル−メタル接触によりプラグ
が溶損し、その結果として管内面に焼付疵が発生する。

【０００６】継目無鋼管の内面におけるプラグとの焼付
防止あるいはプラグの溶損防止の目的から、黒鉛、食塩
等の各種潤滑剤が提案されてきたが、十分な効果が得ら
れていないのが実状である。その中でユージンセジュル
ネ方式に代表される熱間押し出しに適用されているガラ
スは、８００℃程度で溶融し、流体潤滑となるため焼付
疵防止には有効であるが、マンドレルミル法あるいはプ
ラグミル法による圧延製造工程に適用する場合、以下の
問題があった。このガラスを継目無鋼管のエロンゲータ
圧延に適用すると、ガラスが管内面に不均一に残存する
ため、マンドレルミル法では延伸連続圧延機であるマン
ドレルミルで次のような問題が発生した。

【０００７】マンドレルミルでは、予め内面側工具であ
るマンドレルバーに黒鉛系の潤滑剤を塗布して圧延を行
うが、入側素管の内表面にガラスが不均一に残存する
と、圧延長手方向で摩擦係数が変化する。マンドレルミ
ル圧延では、マンドレルバーと被圧延材の摩擦係数がロ
ール出口での材料速度に多大な影響を与えることが知ら
れており、連続圧延機で圧延中にロール出口での材料速
度が変化すると、スタンド間張力が変動し、材料に過度
の張力が作用した場合穴あき、逆に過度の圧縮応力が作
用した場合スタンド間で材料が座屈し提灯状になる問題
がある。また、プラグミル法でも共通するが製品内面に
ガラスが残ると、除去工程が必要になる。また、特公平
４−６８３５８号公報で述べられているように、酸化鉄
粉末１０〜８０重量％、珪酸化合物２０〜９０重量％か
らなる潤滑剤においても先に述べた問題を抱えていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上の問題により優れ
た熱間加工用潤滑剤であるガラスをマンドレルミル法及
びプラグミル法による継目無鋼管製造ラインに適用する
ことは困難であった。本発明は、このような従来の問題
点を解決すべく、組成を改良した継目無鋼管圧延用の潤
滑剤及びこれを用いたエロンゲータ圧延方法を提供す
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、酸化
鉄８０超〜９５重量％を含み残部がガラス粉末よりなる
継目無鋼管圧延用潤滑剤である。さらに本発明はこの潤
滑剤を中空素管の内面に供給し、１０００℃での引張強
度が２０〜３５kgf/mm² の高熱間強度材料よりなるプラ
グを用いてエロンゲータ圧延を行うことである。

【００１０】

【発明の実施の態様】まず、本発明による潤滑剤につい
て詳細に説明する。潤滑剤はガラス粉末と酸化鉄から構
成される。ガラス粉末は熱間圧延温度に曝されると溶融
し、これによって流体潤滑効果が得られる。しかしなが
ら、ガラス粉末単独ではエロンゲータ圧延後に管内面に
ガラス膜が残存するため、先に述べたようにマンドレル
ミル法では適用が困難であり、プラグミル法ではこれを
除去する工程が必要となり製造コスト上昇を招く。

【００１１】発明者らは、この問題を解決すべく研究を
行った結果、ガラスに酸化鉄を適量混合することで、エ
ロンゲータ圧延後の内面エアブローによりガラスが除去
可能なことを見出した。すなわち鉄板を１２５０℃に加
熱後、その上にガラスのみをおくと、ガラスがまもなく
溶融し、液状となり板に密着した状態になる。しかし、
ガラスに酸化鉄を混合すると、ガラスは溶融するがその
後、酸化鉄に吸収され剥離しやすい状態になることを突
き止めた。

【００１２】そこで、本発明者らは、ガラスが剥離する
ために必要な酸化鉄の含有量を検討し、その下限添加量
を重量％で８０％超とした。これは、８０％未満の酸化
鉄添加量ではガラスが酸化鉄に十分吸収されないためと
考えられ、この残留したガラス膜は、圧延後のエアブロ
ーで除去できないことによる。一方、酸化鉄の添加量が
９５％を超え、ガラスの添加量が少なくなるとガラスに
よる潤滑効果が小さくなるため、酸化鉄の上限添加量を
９５％とした。酸化鉄の粒度は、粒径が１００μｍを超
えると圧延材表層に凹み状欠陥を形成しやすくなるた
め、１００μｍ以下が望ましい。

【００１３】本発明で規定するガラス粉末とは、通常の
熱間加工温度（例えばオーステナイトステンレス鋼のエ
ロンゲータ圧延時の内表面温度は１２００〜１３００℃
程度）において流動状態となるガラスの粉末を意味し、
成分としては第３版鉄鋼便覧III （２）（日本鉄鋼協会
編、Ｐ１０２０−１０２２）で述べられているようにＳ
ｉＯ₂ を主成分として、Ｂ₂ Ｏ₃ ，Ｐ₂ Ｏ₅ などのガラ
ス形成成分およびＮａ₂ Ｏ，ＣａＯ，ＭｇＯ，Ｋ₂ Ｏな
どの修飾成分、あるいはＡｌ₂ Ｏ₅ ，ＰｂＯなどの中間
酸化物を含有するもので、工業的に例えば熱間押出法な
どで既に実用化されているガラスの粉末を意味する。酸
化鉄はＦｅＯ，Ｆｅ₃ Ｏ₄ ，Ｆｅ₂ Ｏ₃ のいずれでもよ
いが、工業的に得られやすく安価なＦｅ₂ Ｏ₃ を使用す
ることが適当である。

【００１４】次に、本発明のエロンゲータ圧延方法を説
明する。本潤滑剤を中空素管の内面に投入してエロンゲ
ータ圧延を行う場合、３％Ｃｒ−１％Ｎｉ系低合金鋼材
質に断熱性を確保するため、熱処理により表層にＦｅ₃
Ｏ₄ ，ＦｅＯ等の酸化スケールを形成させたプラグを用
いるより１０００℃での引張強度が２０kgf/mm² −３５
kgf/mm² のプラグを用いたほうがより大きな効果が得ら
れる。

【００１５】１０００℃での引張強度を２０kgf/mm² 以
上に限定する理由を以下に述べる。３％Ｃｒ−１％Ｎｉ
系低合金鋼の１０００℃での引張強度は８kgf/mm² 程度
で、このような１０００℃での引張強度が２０kgf/mm²
未満のプラグを用いた場合、表層に形成したスケールが
圧延本数の増加につれて磨滅すると塑性流動が生じプラ
グ表面が凹凸状になったり、さらに激しい場合は溶損す
る。一方、１０００℃での引張強度が３５kgf/mm² を超
えるようなプラグを用いると溶損は起こさないものの、
本発明の潤滑剤を使用しても熱衝撃により割れが発生す
ることがわかった。

【００１６】かかる熱間強度を有する金属材料として
は、Ｆｅ基あるいはＮｉ基の耐熱超合金の実用合金が含
まれ、通常使用されるようなＣｒ：１０〜３０％、Ｎ
ｉ：２０〜７０％を含み、さらに必要に応じてＭｏ：１
〜３０％、Ｃｏ：１〜２０％を含み、さらには適量の
Ｗ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ａｌなどを含有し、残部が実質的に鉄
からなる材料を意味する。

【００１７】［実施例１］以下、本発明の実施例を説明
する。外径７６．３mm、肉厚１５mm、長さ６００mmの素
管を供試材とし、１１５０℃に加熱後、実機エロンゲー
タの約１／３サイズの実験用エロンゲータを用いて外径
７６mm、肉厚５mmに熱間圧延した。その際、圧延直前の
素管内面に表１の組成の粒状の潤滑剤を素管内表面１ｍ
² に対し１０００ｇの割合で供給した。なお、ガラスは
表２に示す組成のガラスを使用し、酸化鉄Ｆｅ₂ Ｏ₃ の
粒径は５μｍ以下のものを用いた。プラグは表３に示す
３％Ｃｒ−１％Ｎｉ系の低合金鋼に熱処理により表層に
２００μｍ程度の酸化膜を形成したものを使用した。圧
延終了後の管を実機を想定して１０秒後に吐出圧力５kg
f/cm² でエアブローした。その後、管を切断し内面を目
視観察した。試験結果を表４に示す。

【００１８】本発明（Ｎｏ．１〜３）の潤滑剤を用いれ
ば管内面の焼付疵を防止すると共に、ガラス膜を残留さ
せることなく、良好な内面品質を得ることが可能であ
る。一方、比較例では焼付疵やガラス膜の残留が見られ
る。比較例Ｎｏ．４では無潤滑のため激しい焼付疵が発
生する。比較例Ｎｏ．５ではガラスが少ないため軽微な
焼付疵が発生した。比較例Ｎｏ．６〜９では、酸化鉄の
量が少ないためガラスが残留した。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【表３】

【００２２】

【表４】

【００２３】［実施例２］外径７６．３mm、肉厚１５m
m、長さ６００mmの素管を供試材とし、１１５０℃に加
熱後、実機エロンゲータの約１／３サイズの実験用エロ
ンゲータを用いて外径７６mm、肉厚５mmに熱間圧延し
た。その際、圧延直前の素管内面に表５の組成の粒状の
潤滑剤を素管内表面１ｍ² に対し１０００ｇの割合で供
給した。なお、ガラスは表２に示す組成のガラスを使用
し、酸化鉄Ｆｅ₂ Ｏ₃ の粒径は５μｍ以下のものを用い
た。プラグは表６に示すものを用いた。圧延後プラグ観
察を行った。試験結果を表７に示す。プラグ寿命は現状
の鋼Ａにスケール付けをしたプラグを１として、それに
対する比で示した。

【００２４】本発明のプラグ（鋼Ｃ，Ｄ，Ｅ）を用いる
とプラグ寿命が大幅に向上する。それに対して比較例Ｎ
ｏ．１，２では高温での熱間強度不足のため溶損、変形
が早期に生じた。比較例Ｎｏ．６，７ではプラグは変形
しなかったが割れが生じた。

【００２５】

【表５】

【００２６】

【表６】

【００２７】

【表７】

【００２８】

【発明の効果】以上述べた如く本発明によれば、ガラス
を残留させることなく焼付疵を有効に防止でき、内面品
質の向上、歩留の向上、疵手入れの減少、さらにプラグ
の長寿命化によるプラグ交換頻度の減少による生産性の
向上等その工業上の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】マンドレルミル方式（ａ）、プラグミル方式
（ｂ）による継目無鋼管製造工程図。

【符号の説明】

１ 穿孔機における被圧延材 ２ 加熱炉 ３ 穿孔機 ４ 穿孔機出側の中空素管 ５ エロンゲータ ６ ホローシェルレデューサー ７ マンドレルミル ８ 再加熱炉 ９ ストレッチレデューサー １０ 仕上管 １１ プラグミル １２ リーラーミル １３ サイザーミル

───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｃ１０Ｍ 125/28 Ｃ１０Ｍ 125/28 169/04 169/04 // Ｃ１０Ｎ 10:16 40:24 50:08 (72)発明者 高久 健一 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化鉄８０超〜９５重量％を含み残部が
   ガラス粉末よりなる継目無鋼管圧延用潤滑剤。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の潤滑剤を中空素管の内
   面に粒状で供給し、１０００℃での引張強度が２０〜３
   ５kgf/mm² の高熱間強度材料よりなるプラグを用いてエ
   ロンゲータ圧延を行うことを特徴とするエロンゲータ圧
   延方法。