JPH10137818A - 継目無鋼管穿孔圧延用プラグ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厳しい条件から用いられる継目無鋼管穿孔圧
延用プラグの寿命を延長させること。 【解決手段】 継目無鋼管穿孔圧延用プラグにおいて、
継目無鋼管を穿孔圧延するのに用いるプラグとして、プ
ラグ直径をＤ_p 、プラグ先端部半径をｒ、プラグワーク
部半径をＲと定義するとき、次の関係を満足するもの。 Ｒ≧−160 ×ｒ＋12×Ｄ_p …
(1) Ｒ≧ 18 ×ｒ＋3.6 ×Ｄ_p …
(2) -20 ×ｒ＋22×Ｄ_p ≧Ｒ≧90×ｒ−15×Ｄ_p …
(3)

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穿孔圧延
用プラグに係り、特にＣｒ等を含有する合金鋼の継目無
鋼管を圧延するに好適な継目無鋼管穿孔圧延用プラグに
関する。

【０００２】

【従来の技術】マンネスマン製管法による継目無鋼管の
製造では、所定温度に加熱された丸鋼片（以下にビレッ
トと称す）がピアサーと呼ばれる圧延機によって穿孔圧
延されて中空素管（以下にホローと称す）となる。この
ホローをエロンゲータ、プラグミル又はマンドレルミル
等の延伸圧延機にて肉厚を減じ、更に必要に応じて再加
熱した後、絞り圧延機或いは定形圧延機によって主に外
径を減じて継目無鋼管を得る。

【０００３】上記ピアサーには種々のものがある。 2本
の傾斜ロールとプラグ及び 2個のガイドシューを組み合
わせた、いわゆるマンネスマンピアサー、 3本の傾斜ロ
ールとプラグを組み合わせた、いわゆる 3ロールピアサ
ー、或いは 2本の穴型ロールとプラグを組み合わせた、
いわゆるプレスロールピアサーが一般的である。

【０００４】ところで、このような穿孔圧延工程におい
ては、プラグは加熱されたビレット及びホローとの絶え
間ない接触によって常時高温、高負荷にさらされるた
め、摩耗、溶損し易い。従って、一般にプラグには900
℃〜1000℃の高温で熱処理によるスケール付けを施し、
プラグ表面に数10〜数100 μm のスケール被膜を形成さ
せ、損耗防止を図っている。しかし、このようなプラグ
を近年特に需要の増加してきたＣｒを 5％以上含有する
ような高合金鋼管圧延に使用しても、プラグ寿命は著し
く短く、ビレット数本の使用にしか耐えない。

【０００５】そこで従来、プラグ寿命向上のため、プラ
グ材質の改善が提案されてきた。例えば、特開昭60-159
156 号公報や特開昭60-208458 号公報では 3％Ｃｒ− 1
％Ｎｉ鋼ベースにＭｏやＷを添加したプラグ材質が提案
されている。或いは、特開昭63-203205 号公報ではプラ
グ先端部にＭｏ基合金を接合することが提案されてい
る。然しながら、ピアサー・プラグの寿命をプラグ材質
の変更だけで改善するのには限界があり、例えばオース
テナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ304 の直径110mm、長さ
2.5 m のビレットを穿孔圧延する場合、プラグ寿命は 3
本／個（ 1個のプラグにて穿孔圧延できるビレット本数
が 3本のみ）に過ぎない。

【０００６】また、特開昭51−57729 号公報や特開平1-
180712号公報ではプラグ先端から潤滑剤を噴射しながら
穿孔圧延する方法が、特開平5-138213号公報ではプラグ
表面に予め潤滑剤を塗布した後に穿孔圧延する方法が提
案されている。しかし、前者ではプラグ先端の穴の詰ま
りが問題であり、後者では潤滑剤がプラグ表面に必要量
だけ且つ均一に塗布できないといった問題があり、更に
は両者ともに潤滑剤使用による造管コストの増大といっ
た問題があり、工業的にはまだまだ十分とはいえないレ
ベルにある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、この
ような厳しい条件下で用いられる継目無鋼管穿孔圧延用
プラグの寿命を延長させることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、継目無鋼管を穿孔圧延するのに用いるプラグにおい
て、プラグ直径をＤ_p 、プラグ先端部半径をｒ及びプラ
グワーク部半径をＲと定義するとき、これらの寸法が次
の関係を満足することを特徴とする継目無鋼管穿孔圧延
用プラグである。

【０００９】 Ｒ≧−160 ×ｒ＋12×Ｄ_p …(1) Ｒ≧ 18 ×ｒ＋3.6 ×Ｄ_p …(2) -20 ×ｒ＋22×Ｄ_p ≧Ｒ≧90×ｒ−15×Ｄ_p …(3)

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の継目無鋼管穿孔圧延用プラグにおいて、更に重量比に
て、Ｃ：0.1 〜0.6 ％、Ｓｉ：0.1 〜2.0 ％、Ｍｎ：0.
2 〜3.0 ％、Ｃｒ：0.1 〜5.0 ％、Ｍｏ：0.5 〜6.0
％、Ｎｂ：0.1 〜1.5 ％を含有し、更にＮｉ：0.5 〜5.
0 ％、Ｗ：0.5 〜5.0 ％、Ｃｏ：0.5 〜5.0 ％の 1種又
は 2種以上を含有した鉄基合金であるプラグを用いるよ
うにしたものである。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の継目無鋼管穿孔圧延用プラグにおいて、更に、重量比
にて、Ａｌ≦2.0 ％、Ｖ≦1.0 ％、Ｔｉ≦0.5 ％、Ｚｒ
≦0.5 ％、Ｂ≦0.1 ％の 1種又は 2種以上を含有したプ
ラグを用いるようにしたものである。

【００１２】

【作用】本発明者は、実機の約1/3 の縮尺のモデルミル
を用いた高合金鋼ビレットの穿孔圧延実験及び実機での
穿孔圧延実験等を主とした研究の結果、プラグ形状の改
善によりプラグ寿命を向上でき、更にプラグ材質を加味
することによりプラグ寿命を更に向上できることを認め
た。

【００１３】図１は本発明のプラグ形状を示す。ここ
で、図１のプラグは、縦断面において半径ｒの円弧形状
の先端部、半径Ｒの円弧形状のワーク部、長さＬ₂ のリ
ーリング部及び長さＬ₁ の平行部からなっており、直径
はＤ_p であるが、リーリング部及び平行部を備えている
ことは必須ではない。尚、先端部は傾斜圧延ロールによ
って回転鍛造効果を付与されているビレット中心部を穿
孔する。また、ワーク部は傾斜圧延ロールによって螺旋
回転しながら進行する素材を肉厚圧下し、且つ延伸す
る。更に、リーリング部は、縦断面において所定角度の
テーパ面状をなし、素材内面を平滑化する。

【００１４】本発明のプラグ形状は請求項１に記載の如
く、Ｄ_p 、ｒ及びＲが次の関係を満足することを特徴と
する。

【００１５】 Ｒ≧−160 ×ｒ＋12×Ｄ_p …(1) Ｒ≧ 18 ×ｒ＋3.6 ×Ｄ_p …(2) -20 ×ｒ＋22×Ｄ_p ≧Ｒ≧90×ｒ−15×Ｄ_p …(3)

【００１６】先ず、プラグの損耗を抑制するためのプラ
グ形状について規定する。ｒが小さくなると圧延時にプ
ラグ頭部の損耗が生じ易い。プラグ頭部の損耗の発生を
抑制するためのｒの適正範囲は（12×Ｄ_p −Ｒ）／160
以上である。これより上記条件範囲第(1) 式を規定し
た。また、Ｒ／ｒが小さくなるとプラグ・ワーク部やワ
ーク部と頭部のつなぎ部の損耗が生じ易い。プラグ・ワ
ーク部やワーク部と頭部のつなぎ部の損耗の発生を抑制
するためのＲ／ｒの適正範囲は3.6 ×Ｄ_p ／ｒ＋18以上
である。これより上記条件範囲第(2) 式を規定した。

【００１７】次に、ｒが大きくなるとビレットの噛込み
不良を生じ易い。噛込み不良を発生させないためのｒの
適正範囲は（Ｒ＋15×Ｄ_p ）／90以下である。また、Ｒ
が大きくなると圧延されたホローの尻抜け不良を生じ易
い。尻抜け不良を発生させないためのＲの適正範囲は-2
0 ×ｒ＋22×Ｄ_p 以下である。これらより上記条件範囲
第(3) 式を規定した。

【００１８】本発明のプラグ形状を有するプラグの寿命
を更に延長するためのプラグ素材の化学成分の限定理由
について述べる。ここで、成分組成は全て重量％であ
る。

【００１９】Ｃ：ＣはＣｒ、Ｍｏ、Ｎｂ及びＶ、Ｚｒ、
Ｔｉと結合して炭化物を形成することにより、高温での
耐摩耗性と強度を向上するため、0.1 ％以上添加する
が、0.6 ％を超えると融点を低下させるとともに高温で
の耐摩耗性を低下させるため、0.1 〜0.6 ％の範囲に限
定した。

【００２０】Ｓｉ：Ｓｉは地鉄合金との密着性の良いス
ケールを生成させるために0.1 ％以上添加する。一方、
2.0 ％を超えて添加しても効果が飽和するとともにスケ
ールの生成を疎外するため、0.1 〜2.0 ％の範囲に限定
した。

【００２１】Ｍｎ：Ｍｎは高温強度を向上するため0.2
％以上添加するが、3.0 ％を超えて添加しても効果が飽
和するため、0.2 〜3.0 ％の範囲に限定した。

【００２２】Ｃｒ：Ｃｒは表面に地鉄合金との密着性が
良く且つ断熱性の良いスケールを生成させ、また、Ｃｒ
の炭化物を形成させることにより、高温強度を高めるた
め0.1 ％以上添加するが、5.0 ％を超えて添加するとス
ケールの生成を著しく疎外し、また、熱伝導性を悪化さ
せて工具寿命を低下させるため、0.1 〜5.0 ％の範囲に
限定した。

【００２３】Ｍｏ：Ｍｏは固溶硬化及び炭化物形成によ
り高温強度を高めるのに有効であるが、0.5 ％未満では
その効果がないので下限を0.5 ％とし、6.0 ％を超えて
添加するとスケール生成量を著しく減少させて高温耐摩
耗性を劣化させるので上限を6.0 ％に限定した。

【００２４】Ｎｂ：Ｎｂは炭化物形成により高温強度を
著しく高めるのに役立つが、0.1 ％未満ではその効果が
小さく0.1 ％以上を要するが、1.5 ％を超えるとその効
果が飽和するばかりか工具使用時の繰り返しの熱サイク
ルによって工具表面に亀裂が入り易くなるため、0.1 〜
1.5 ％の範囲に限定した。

【００２５】Ｎｉ、Ｃｏ：Ｎｉ、Ｃｏはともに地鉄との
密着性の良好なスケールを生成させる効果を有する。0.
5 ％未満ではその効果が小さく、5.0 ％を超えて添加し
ても効果が飽和するばかりかスケール生成量を減少させ
るため、0.5 〜5.0 ％の範囲に限定した。

【００２６】Ｗ：Ｗは固溶硬化及び炭化物形成により高
温強度を高める作用を有するが、0.5 ％未満ではその効
果が小さく、5.0 ％を超えると粗大な炭化物を形成して
靱性を劣化させるので、0.5 〜5.0 ％の範囲に限定し
た。

【００２７】上記Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、
Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗの各限定量をもって本発明の基本成分
（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｗはそのうち 1種又は 2種以上が含有さ
れれば良い）とするが、更にＡｌ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｂ
を下記限定量において 1種又は2種以上を同時に含有せ
しめることができる。

【００２８】Ａｌ：Ａｌは地鉄との密着性の良いスケー
ルを形成させるため、添加することができる。但し、2.
0 ％を超えて添加するとスケールの生成量を著しく減少
させるため、2.0 ％以下の範囲に限定した。

【００２９】Ｔｉ、Ｚｒ：Ｔｉ、Ｚｒはいずれも炭化物
を形成して高温強度を高める作用を持つことから添加す
ることができる。但し、いずれも0.5 ％を超えて添加す
ると鋳造性と耐亀裂性を著しく損なうため、Ｔｉ、Ｚｒ
ともに0.5 ％以下の範囲に限定した。

【００３０】Ｖ：Ｖは高温強度を高める作用を持つため
添加することができる。但し、1.0％を超えて添加する
とスケールを脆弱にするため、1.0 ％以下の範囲に限定
した。

【００３１】Ｂ：Ｂも高温強度を高める作用を持つため
添加することができる。但し、0.1％を超えて添加する
と母材を脆弱にするため、0.1 ％以下の範囲に限定し
た。

【００３２】

【発明の実施の形態】

（実施例１）0.3 ％Ｃ、0.35％Ｓｉ、0.5 ％Ｍｎ、 3％
Ｃｒ、 1％Ｎｉ、 1％Ｍｏ、0.5 ％Ｎｂ、 2％Ｗ、 1％
Ｃｏを含有する直径142mm のプラグについて、表１及び
図２に示す12種類の形状に整形し、熱処理によって表面
に厚み約500 μm のスケールを生成させた。各プラグを
直径175mm の13％Ｃｒ鋼以上の高合金鋼ビレット500本
ずつの圧延に適用した。

【００３３】プラグは、ピアサーでビレットを 1本穿孔
圧延するのに使用される毎に水冷され、次のビレットの
穿孔圧延に使用された。水冷後に毎回プラグ表面の損耗
状況を検査し、溶損、摩耗、欠損等により寿命と判定さ
れた場合、別のプラグと交換した。

【００３４】13％Ｃｒ鋼以上の高合金鋼ビレット500 本
ずつの圧延に使用された、従来例Ｎｏ．１〜７の、本発
明例Ｎｏ．１〜５について、各プラグの本数を比較し
て、表１に示す。本発明のプラグを適用することによ
り、従来の 2倍以上のプラグ寿命を得ることができ、噛
込み不良、尻抜け不良も一切発生しない。

【００３５】

【表１】

【００３６】（実施例２）0.3 ％Ｃ、0.35％Ｓｉ、0.5
％Ｍｎ、0.5 ％Ｃｒ、 1.5％Ｎｉ、 1％Ｍｏ、0.5 ％Ｎ
ｂ、 2％Ｗ、 1％Ｃｏを含有する直径175mm のプラグに
ついて、表２及び図２に示す12種類の形状に整形し、熱
処理によって表面に厚み約500 μm のスケールを生成さ
せた。各プラグを直径210mm の13％Ｃｒ鋼以上の高合金
鋼ビレット500 本ずつの圧延に適用した。

【００３７】プラグは、ピアサーでビレットを 1本穿孔
圧延するのに使用される毎に水冷され、次のビレットの
穿孔圧延に使用された。水冷後に毎回プラグ表面の損耗
状況を検査し、溶損、摩耗、欠損等により寿命と判定さ
れた場合、別のプラグと交換した。

【００３８】13％Ｃｒ鋼以上の高合金鋼ビレット500 本
ずつの圧延に使用された、従来例Ｎｏ．８〜１５、本発
明例Ｎｏ．６〜９について、各プラグの本数を比較し
て、表２に示す。本発明のプラグを適用することによ
り、従来の 2倍以上のプラグ寿命を得ることができ、噛
込み不良、尻抜け不良も一切発生しない。

【００３９】

【表２】

【００４０】（実施例３） プラグ素材の化学成分：0.3 ％Ｃ、0.35％Ｓｉ、0.5
％Ｍｎ、0.5 ％Ｃｒ、1.5％Ｎｉ、 1％Ｍｏ、0.5 ％Ｎ
ｂ、 2％Ｗ、 1％Ｃｏ、0.5 ％Ａｌ、0.5 ％Ｖ、0.3 ％
Ｔｉ

【００４１】プラグの調整：実施例１と同じ 被圧延材：実施例１と同じ

【００４２】実施結果：表１に示した従来例Ｎｏ．１
〜７、本発明例Ｎｏ．１〜５の寿命は、この実施例３に
おいて以下の如くであった。 従来(1) →噛込み不良、従来 (2)→2.8 本、従来 (3)→
2.0本、従来 (4)→3.6 本、従来 (5)→3.7 本、従来
(6)→ 2.5本、従来 (7)→尻抜け不良 本発明 (1)→13.4本、本発明 (2)→8.6 本、本発明 (3)
→14.0本、本発明 (4)→10.9本、本発明 (5)→10.1本

【００４３】（実施例４） プラグ素材の化学成分：0.3 ％Ｃ、0.35％Ｓｉ、0.5
％Ｍｎ、0.5 ％Ｃｒ、1.5％Ｎｉ、 1％Ｍｏ、0.5 ％Ｎ
ｂ、 2％Ｗ、 1％Ｃｏ、0.3 ％Ａｌ、0.2 ％Ｚｒ、0.05
％Ｂ

【００４４】プラグの調整：実施例２と同じ 被圧延材：実施例２と同じ

【００４５】実施結果：表２に示した従来例Ｎｏ．８
〜１５、本発明例Ｎｏ．６〜９の寿命は、この実施例４
において以下の如くであった。 従来 (8)→噛込み不良、従来 (9)→2.2 本、従来 (10)
→ 2.1本、従来 (11)→3.4 本、従来 (12) →3.3 本、
従来 (13) → 3.1本、従来 (14) →2.8 本、従来 (15)
→3.8 本 本発明 (6)→9.8 本、本発明 (7)→11.5本、本発明 (8)
→8.2 本、本発明 (9)→8.0 本

【００４６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、継目無
鋼管製造のための穿孔圧延用プラグの寿命を向上するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、継目無鋼管製造のための穿孔圧延用プ
ラグ形状を示す模式図である。

【図２】図２は、本発明とプラグの形状を比較する模式
図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 継目無鋼管を穿孔圧延するのに用いるプ
   ラグにおいて、プラグ直径をＤ_p 、プラグ先端部半径を
   ｒ及びプラグワーク部半径をＲと定義するとき、これら
   の寸法が次の関係を満足することを特徴とする継目無鋼
   管穿孔圧延用プラグ。 Ｒ≧−160 ×ｒ＋12×Ｄ_p …(1) Ｒ≧ 18 ×ｒ＋3.6 ×Ｄ_p …(2) -20 ×ｒ＋22×Ｄ_p ≧Ｒ≧90×ｒ−15×Ｄ_p …(3)
2. 【請求項２】 前記継目無鋼管穿孔圧延用プラグが重量
   比にて、Ｃ：0.1 〜0.6 ％、Ｓｉ：0.1 〜2.0 ％、Ｍ
   ｎ：0.2 〜3.0 ％、Ｃｒ：0.1 〜5.0 ％、Ｍｏ：0.5 〜
   6.0 ％、Ｎｂ：0.1 〜1.5 ％を含有し、更にＮｉ：0.5
   〜5.0 ％、Ｗ：0.5 〜5.0 ％、Ｃｏ：0.5 〜5.0 ％の 1
   種又は 2種以上を含有した鉄基合金である請求項１に記
   載の継目無鋼管穿孔圧延用プラグ。
3. 【請求項３】 請求項２において、継目無鋼管穿孔圧延
   用プラグが更にＡｌ≦2.0 ％、Ｖ≦1.0 ％、Ｔｉ≦0.5
   ％、Ｚｒ≦0.5 ％、Ｂ≦0.1 ％の 1種又は 2種以上を含
   有した継目無鋼管穿孔圧延用プラグ。